JP2014104551A - 切削工具およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＬＣ層が形成された後の刃部の表面を平滑にしつつ、ＤＬＣ層が刃部から剥離することを抑制できる切削工具およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】予め凹部３の表面に平滑面３１を形成して凹部３の表面粗さを小さくし、表面粗さの小さな平滑面３１に対して凹部３２を形成する。これにより、凹部３２が形成された後の刃部３の表面粗さを小さくすることができ、その結果、ＤＬＣ層４０が形成された後の刃部３の表面を平滑にすることができる。また、刃部３の表面に凹部３２を形成することにより、刃部３の表面積を大きく確保できると共に、凹部３２によるアンカー効果を発揮させることができるので、ＤＬＣ層４０が刃部３から剥離することを抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、切削工具およびその製造方法に関し、特に、ＤＬＣ層が形成された後の刃部の表面を平滑にしつつ、ＤＬＣ層が刃部から剥離することを抑制できる切削工具およびその製造方法に関するものである。

被加工物を切削加工する刃部の表面にＤＬＣが成膜された切削工具が知られている。ＤＬＣが成膜された刃部は、他の硬質皮膜が成膜された刃部と比べて、刃部の表面をより平滑にすることができる。

その一方、ＤＬＣは、切削工具を製造する際の母材となる鋼材や超硬合金等との親和性が低いため、刃部から剥離しやすい。

これに対し、ＤＬＣの剥離を抑制する技術として、特許文献１には、ＤＬＣを成膜する母材の表面に対し、予めサンドブラストやショットピーニング等による粗面化処理を施して凹凸１０を形成し、その凹凸１０上にダイレクトにＤＬＣを成膜してＤＬＣ膜２（ＤＬＣ層）する技術、および、粗面化処理により形成された凹凸１０上に、硬質でＤＬＣとの相性がよいＳｉＣ等の金属から構成された中間層３を成膜し、中間層３の上からＤＬＣを成膜してＤＬＣ膜２を形成する技術が開示されている。

特開２００４−８４０１４号公報（段落００１１，００１６等）

しかしながら、粗面化処理を施す前の母材の表面粗さが大きい場合、上述した特許文献１の技術のようにショットピーニング等により母材の表面に凹凸１０を形成すると、母材の表面粗さが更に大きくなる。また、凹凸１０の上から中間層３を成膜したとしても、中間層３の表面には金属塊（ドロップレット）が形成されるため、中間層３の表面粗さが大きくなる。

従って、凹凸１０上にＤＬＣ膜２（ＤＬＣ層）を形成した場合、および、凹凸１０の上から中間層３を成膜し中間層３の上にＤＬＣ膜２を形成した場合のいずれにおいても、ＤＬＣ膜２が成膜された後の母材の表面を十分に平滑にできないという問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ＤＬＣ層が形成された後の刃部の表面を平滑にしつつ、ＤＬＣ層が刃部から剥離することを抑制できる切削工具およびその製造方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

請求項１又は６に記載の切削工具またはその製造方法によれば、刃部の表面には電子ビームを放射することで刃部に平滑面が形成され、その平滑面に対し複数の凹部が形成されている。これにより、凹部が形成された後の刃部の表面粗さを小さくすることができるので、ＤＬＣ層が形成された後の刃部の表面を平滑にすることができる。

さらに、平滑面に複数の凹部を形成することにより、刃部の表面積を大きくすることができるので、刃部とＤＬＣ層との接触面積を大きく確保できる。また、凹部が形成された平滑面に対してＤＬＣ層を形成することで、凹部によるアンカー効果を発揮させることができる。これにより、刃部に対するＤＬＣ層の密着性向上を図ることができるので、ＤＬＣ層の剥離を抑制できる。

このように、刃部の表面に平滑面を形成し、その平滑面に凹部を形成することで、ＤＬＣ層が形成された後の刃部の表面を平滑にしつつ、ＤＬＣ層が刃部から剥離することを抑制できるという効果がある。

また、平滑面は、電子ビームの放射により溶融することで刃部の表面が平滑に形成されるので、ショットピーニング等のブラスト処理により刃部の表面が平滑に形成される場合と比べ、平滑面の表面粗さを小さくすることができるという効果がある。

さらに、凹部は、レーザの照射により形成されるので、平滑面に対する凹部の形成作業を効率よく行うことができるという効果がある。

請求項２又は７に記載の切削工具又はその製造方法によれば、請求項１又は６に記載の切削工具またはその製造方法の奏する効果に加え、平滑面の表面粗さを最大高さＲｚで１μｍ以下に設定することにより、ＤＬＣ層が形成された後の刃部の表面を確実に平滑にすることができるという効果がある。

また、請求項７記載の切削工具の製造方法によれば、請求項６記載の切削工具の製造方法に加え、電子ビームのエネルギーが１０＾４Ｗ／ｃｍ＾２以上に設定されているので、刃部に含有される炭化物を電子ビームにより溶融することができる。

即ち、電子ビームのエネルギーが１０＾４Ｗ／ｃｍ＾２未満に設定された場合、刃部に含有される炭化物が溶融しきれずに刃部の表面に残存する。その結果、平滑面の表面粗さを最大高さＲｚで１μｍ以下に設定できない。

よって、エネルギーが１０＾４Ｗ／ｃｍ＾２以上に設定された電子ビームを照射することで、刃部に含有される炭化物を溶融することができるので、平滑面の表面粗さを最大高さＲｚで１μｍ以下に設定することができる。その結果、平滑面の表面粗さを小さくできるので、ＤＬＣ層が形成された後の刃部の表面を確実に平滑にすることができるという効果がある。

請求項３記載の切削工具によれば、請求項１又は２に記載の切削工具の奏する効果に加え、凹部の深さ寸法を２μｍ以上、かつ、５μｍの範囲内に設定すると共に、凹部の幅寸法を２μｍ以上、かつ、５μｍ以下の範囲内に設定することで、凹部によるアンカー効果を十分に発揮させることができると共に、ＤＬＣ層が形成された後の刃部の表面を平滑にすることができる。

即ち、凹部の深さ寸法が２μｍ未満の場合では、凹部によるアンカー効果を十分に発揮することができない。また、凹部の深さ寸法が２μｍ以上であったとしても、凹部の幅寸法が５μｍを越える場合には、凹部によるアンカー効果が小さくなり、ＤＬＣ層の剥離を抑制する効果が低減する。

従って、凹部の深さ寸法を２μｍ以上に設定すると共に、凹部の幅寸法を２μｍ以上、かつ、５μｍ以下の範囲内に設定することで凹部によるアンカー効果を十分に発揮させることができる。

さらに、凹部の幅寸法を２μｍ以上、かつ、５μｍ以下に設定したとしても、凹部の深さ寸法が５μｍを越える場合には、凹部の幅寸法に対して深さ寸法が大きすぎるため、ＤＬＣが凹部の底部まで到達しない場合がある。従って、凹部の幅寸法を２μｍ以上、かつ、５μｍ以下に設定しつつ、凹部の深さ寸法を５μｍ以下に設定することで、凹部を形成するためのレーザの照射時間を短縮できる。

また、凹部の深さ寸法が５μｍ以上、かつ、幅寸法が５μｍ以上の場合には、凹部の内部の容積が大きくなる分、凹部の内部をＤＬＣ層で完全に充填できなくなる。この場合、ＤＬＣ層が形成された刃部の表面に凹みや筋が形成され、刃部の表面を十分に平滑にすることができなくなる。

よって、凹部の深さ寸法を２μｍ以上、かつ、５μｍ以下の範囲内に設定すると共に、凹部の幅寸法を２μｍ以上、かつ、５μｍ以下の範囲内に設定することで、アンカー効果を十分に発揮させつつ製造時におけるレーザの照射時間を短縮して凹部を効率よく形成できると共に、ＤＬＣ層が形成された後の刃部の表面を十分に平滑化することで、切削加工時における潤滑性の向上をさせ、耐溶着性をより高めることができるという効果がある。

請求項４に記載の切削工具によれば、請求項１から３のいずれかに記載の切削工具の奏する効果に加え、複数の凹部が直線状に延設されると共に、隣接する凹部の間隔が０．５μｍ以上に設定されているので、凹部を形成する作業を簡素化できる。

即ち、凹部を直線状に延設する場合であっても、隣接する凹部の間隔を０．５μｍ未満に設定した場合では、凹部を形成する際のレーザ加工が困難になり、作業効率が低下する。従って、凹部を直線状に延設すると共に、隣接する凹部の間隔を０．５μｍ以上に設定することで、凹部を形成する際の作業効率を向上させることができるという効果がある。

また、隣接する凹部の間隔が２０μｍ以下に設定されているので、平滑面に対し凹部を多く形成することができる。よって、刃部に対するＤＬＣ層の密着性向上を図ることができるので、ＤＬＣ層の剥離をより一層抑制できるという効果がある。

請求項５記載の切削工具によれば、請求項１から４のいずれかに記載の切削工具の奏する効果に加え、凹部が交差して形成されているので、平滑面に対し凹部を多く形成することができる。これにより、平滑面に対するＤＬＣ層の密着性向上を図ることができるので、ＤＬＣ層の剥離をより一層抑制できるという効果がある。

さらに、交差する凹部のなす角度が３０度以上に設定されているので、切削工具による切削加工時において、凹部が交差する部分でＤＬＣ層が剥離しやすくなることを回避できるという効果がある。

（ａ）本発明の第１実施の形態におけるドリルの側面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ方向から視たドリルの正面図である。 刃部の表面を模式的に表した模式図である。 （ａ）は、平滑面が形成される前の刃部の表面を模式的に表した模式図であり、（ｂ）は、平滑面が形成された後の刃部の表面を模式的に表した模式図であり、（ｃ）は、凹部が形成された後の刃部の表面を模式的に表した模式図であり、（ｄ）は、ＤＬＣ層が形成された後の刃部の表面を模式的に表した模式図である。 第２実施の形態における刃部の表面を模式的に表した模式図である。 検証試験の試験結果を示すグラフである。 （ａ）は、検証試験の試験結果を表した表であり、（ｂ）〜（ｄ）は、検証試験の試験結果を模式的に表した模式図である。 検証試験の試験結果を示すグラフである。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本発明の第１実施の形態におけるドリル１の構成について説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施の形態におけるドリル１の側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ方向から視たドリル１の正面図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ドリル１は、マシニングセンタ等の加工機械から伝達される回転力によって被加工物に穴あけ加工を行う切削工具であり、タングステンカーバイト（ＷＣ）等を加圧焼結した超硬合金から構成され、シャンク２と、そのシャンク２と一体形成される刃部３と、を主に備えて構成されている。

なお、本実施の形態では、ドリル１が超硬合金から構成されているが、高速度工具鋼から構成されていてもよい。

シャンク２は、加工機械に保持される円柱状の部位であり、刃部３と同一の軸心Ｏ上に設けられている。このシャンク２がホルダ（図示せず）に保持されることにより、ドリル１が加工機械に取り付けられる。

刃部３は、シャンク２を介して加工機械から伝達される回転力によって回転しつつ切削加工を行うための部位である。また、刃部３の外周面には螺旋状に凹設された２本の溝４が形成されている。

溝４は、切れ刃５のすくい面を構成すると共に切削加工時に生成された切りくずを収容および排出する部位であり、２本の溝４がドリル１の軸心Ｏに対して対称に形成されている。また、刃部３の外周面と溝４の回転方向（図１（ｂ）の矢印Ａ方向）後方側の壁面とが交差する稜線部には、リーディングエッジ６が形成されている。

さらに、リーディングエッジ６の回転方向後方側には、そのリーディングエッジ６に連設してマージン７が設けられている。このマージン７は、被加工物の加工する穴の内周面を研磨する部位であり、刃部４の外周面を除去して二番取り面８を設けることによって形成されている。

また、刃部３の先端部（図１（ｂ）紙面手前側）と溝４とが交差する稜線部には、２枚の切れ刃５が形成されている。切れ刃５は、加工機械から伝達される回転力によって回転して被加工物を切削するためのものであり、２枚の切れ刃５がドリル１の軸心Ｏに対して対称に設けられている。

次に、図２を参照して、刃部３の表面形状について説明する。図２は、刃部３の表面を模式的に表した模式図であり、刃部３の表面の一部を拡大して図示している。

図２に示すように、刃部３は、その表面に平滑に形成された平滑面３１と、その平滑面３１に凹設されると共に直線状に延設される複数の凹部３２とを備え、複数の凹部３２がそれぞれ平行に形成されている。

また、平滑面３１及び複数の凹部３２が形成された刃部３の表面には、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）が成膜されることにより形成されたＤＬＣ層４０が被覆されている。

ＤＬＣ層４０は、刃部３の表面を平滑にするための部位である。刃部３の表面にＤＬＣ層４０が形成されることで、切削加工時における刃部３の潤滑性を向上させることができるので、耐溶着性を高めることができる。

ここで、ＤＬＣは、刃部３を構成する超硬合金との親和性が低い。これに対し、刃部３の表面に凹部３２を形成することにより、刃部３の表面積を大きく確保できると共に、凹部３２によるアンカー効果を発揮させることができるので、ＤＬＣ層４０が刃部３から剥離することを抑制できる。

しかしながら、刃部３の表面粗さが大きい場合には、その刃部３に凹部３２を形成することにより刃部３の表面粗さが更に大きくなるため、ＤＬＣ層４０が形成された後の刃部３の表面を十分に平滑にすることができなくなる。

そこで、予め凹部３の表面に平滑面３１を形成して凹部３の表面粗さを小さくし、表面粗さの小さな平滑面３１に対して凹部３２を形成する。これにより、凹部３２が形成された後の刃部３の表面粗さを小さくすることができ、その結果、ＤＬＣ層４０が形成された後の刃部３の表面を平滑にすることができる。

ここで、図３を参照して、刃部３に対するＤＬＣ層４０の成膜方法について説明する。ＤＬＣ層４０の成膜方法は、刃部３の表面に平滑面３１を形成する平滑工程と、その平滑工程により形成された平滑面３１に複数の凹部３２を凹設する凹設工程と、それら平滑工程および凹設工程により平滑面３１及び凹部３２が形成された刃部３の表面に対してＤＬＣを成膜することによりＤＬＣ層４０を形成する成膜工程とを備えている。以下において、詳細に説明する。

図３（ａ）は、平滑面３１が形成される前の刃部３の表面を模式的に表した模式図であり、図（ｂ）は、平滑面３１が形成された後の刃部３の表面を模式的に表した模式図であり、図３（ｃ）は、凹部３２が形成された後の刃部３の表面を模式的に表した模式図であり、図３（ｄ）は、ＤＬＣ層３３が形成された後の刃部３の表面を模式的に表した模式図である。

図３（ａ）に示すように、平滑面３１が形成される前の刃部３は、表面粗さが大きいので、この状態の刃部３の表面に対して凹部３２を形成し、凹部３２のみが形成された刃部３の表面にＤＬＣを成膜したとしても、刃部３の表面を十分に平滑することはできない。そのため、まず、平滑工程として、刃部３の表面に平滑面３１を形成する。

図３（ｂ）に示すように、平滑工程では、エネルギーが１０＾４Ｗ／ｃｍ＾２以上に設定された電子ビームを放射して刃部３の表面を溶融し、平滑面３１を形成する。これにより、ショットピーニング等のブラスト処理により刃部の表面が平滑に形成される場合と比べ、平滑面３１の表面粗さを小さくすることができる。

ここで、電子ビームのエネルギーが１０＾４Ｗ／ｃｍ＾２未満に設定された場合、刃部３を構成する超硬合金に含有される炭化物が溶融しきれずに刃部３の表面に残存する。

これに対し、刃部３の表面に対し、エネルギーが１０＾４Ｗ／ｃｍ＾２以上に設定された電子ビームを放射することで、刃部３の表面に含有される炭化物を溶融することができるので、平滑面３１の表面粗さを小さくすることができる。

なお、本実施の形態では、平滑面３１が形成される前における刃部３の表面粗さが最大粗さＲｚで１．２μｍであったのに対し、平滑面３１が形成された後における刃部３の表面粗さが最大粗さＲｚで０．４μｍとなった。

次に、図３（ｃ）に示すように、凹設工程として、平滑工程により形成された平滑面３１に対し、レーザを照射して直線状に延設された複数の凹部３２を形成する。レーザを照射して凹部３２を形成することで、平滑面３１に対する凹部３２の形成作業を効率よく行うことができる。また、複数の凹部３２が直線状に形成されることにより、レーザ加工による凹部３２の形成作業を簡素化できる。

ここで、隣接する凹部３２の間隔を０．５μｍ以上に設定することが望ましい。即ち、凹部３２を直線状に延設した場合であっても、隣接する凹部３２の間隔を０．５μｍ未満に設定した場合では、凹部３２を形成する際のレーザ加工が困難であり、作業効率が低下する。よって、隣接する凹部３２の間隔を０．５μｍ以上に設定することで、レーザ加工による凹部３２の形成作業を効率よく行うことができる。

従って、凹部３２を直線状に延設すると共に、隣接する凹部３２の間隔を０．５μｍ以上に設定することで、凹部３２の形成する際の作業効率を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、凹部３２の深さ寸法Ｄ及び幅寸法Ｗ１がそれぞれ２μｍに設定され、隣接する凹部３２の間隔Ｗ２が５μｍに設定されている。

最後に、図３（ｄ）に示すように、成膜工程として、平滑工程および凹設工程により平滑面３１及び複数の凹部３２が形成された刃部３に対し、ＤＬＣを成膜して刃部３の表面にＤＬＣ層４０を形成する。

上記したように、刃部３の表面に複数の凹部３２を形成することにより、刃部３の表面積を大きくすることができる。よって、凹部３２が形成された刃部３の表面にＤＬＣ層４０を形成することで、刃部３とＤＬＣ層４０との接触面積を大きく確保できる。

さらに、凹部３２が形成された平滑面３１に対してＤＬＣ層４０を形成することで、凹部３２によるアンカー効果を発揮させることができる。よって、平滑面３１に対するＤＬＣ層４０の密着性向上を図ることができるので、ＤＬＣ層４０の剥離を抑制できる。

また、凹部３２を形成する凹設工程に先立って、平滑工程により刃部３に平滑面３１を形成することで刃部３の表面粗さが最大高さＲｚで０．４μｍに設定されているので、ＤＬＣ層４０が形成された刃部３の表面を平滑にすることができる。

なお、平滑面３１の表面粗さは、最大高さＲｚで１μｍ以下に設定することが好ましく、最大高さＲｚで０．４μｍ以下に設定することがより好ましい。これにより、ＤＬＣ層４０が形成された後の刃部３の表面を確実に平滑にすることができる。

このように、刃部３の表面に平滑面３１を形成し、その平滑面３１に凹部３２を形成することにより、ＤＬＣ層４０が形成された後の刃部３の表面を平滑にしつつ、ＤＬＣ層４０が刃部３から剥離することを抑制できる。

次に、図４を参照して、第２実施の形態について説明する。第１実施の形態では、複数の凹部３２が平行に形成されているのに対し、第２実施の形態では、複数の凹部３２が交差して形成されている。図４は、第２実施の形態における刃部２０３の表面を模式的に表した模式図であり、刃部２０３の表面の一部を拡大して図示している。なお、上記した第１実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図４に示すように、刃部２０３は、平滑面３１と、その平滑面３１に凹設されると共に直線状に延設される複数の凹部２３２とを備え、それら複数の凹部２３２は、第１の方向（図４左上から右下へ向かう斜め方向）に沿って平行に延設される複数からなる第１の凹部２３２ａと、第１の方向とは異なる第２の方向（図４左下から右上へ向かう斜め方向）に沿って平行に延設される複数からなる第２の凹部２３２ｂとが、それぞれ直線状に形成されると共に互いに交差するように形成されている。

平滑面３１に対し、第１の凹部２３２ａと第２の凹部２３２ｂとが交差するように複数の凹部２３２を形成することで、平滑面３１に形成される凹部２３２を多く確保することができる。これにより、平滑面３１に対するＤＬＣ層４０の密着性向上を図ることができるので、ＤＬＣ層４０の剥離をより一層抑制できる。

さらに、各々の凹部２３２は直線状に延設されているので、レーザ加工による凹部２３２の形成作業を効率よく行うことができる。また、第１の凹部２３２ａ及び第２の凹部２３２ｂのそれぞれにおいて、隣接する第１の凹部２３２ａ同士の間隔および隣接する第２の凹部２３２ｂ同士の間隔を０．５μｍ以上に設定することで、レーザ加工による第１の凹部２３２ａ及び第２の凹部２３２ｂの形成作業を効率よく行うことができる。

なお、本実施の形態では、第１の凹部２３２ａ及び第２の凹部２３２ｂの深さ寸法および幅寸法がそれぞれ２μｍに設定されている。また、隣接する第１の凹部２３２ａ同士の間隔および隣接する第２の凹部２３２ｂ同士の間隔が５μｍに設定され、第１の凹部２３２ａと第２の凹部２３２ｂとのなす角度αが略６０度に設定されている。

次に、図５から図７を参照して、刃部３に対するＤＬＣ層４０の密着力を検証した検証試験１から検証試験６の試験結果について説明する。まず、図５（ａ）を参照して、刃部３に平滑面３１及び凹部３２が形成されたドリル１の密着力を検証した検証試験１の試験結果について説明する。

図５（ａ）は、検証試験１の試験結果を示すグラフである。なお、図５（ａ）における試験品１は、第２実施の形態における刃部２０３が形成されたドリルであり、試験品２は、平滑面３１及び凹部３２が形成されていない刃部３の表面に直接ＤＬＣを成膜したドリルである。この検証試験１では、ボールオンディスク型摩擦摩耗試験機を用いて、ＤＬＣが成膜された刃部の表面、具体的には、刃部のすくい面の外周側部分に垂直荷重を段階的に加えた。

図５（ａ）に示すように、検証試験１の試験結果によれば、試験品２では、刃部に対する垂直荷重が３００Ｎとなった時点で剥離が確認されたのに対し、試験品１では、刃部３に対する垂直荷重が８００Ｎとなった時点においてもＤＬＣの剥離は確認されなかった。

このように、検証試験１の試験結果によれば、平滑面３１及び凹部３２が形成された刃部３の表面に対してＤＬＣ層４０を形成することで、刃部３の表面に対するＤＬＣ層４０の剥離を抑制できることが、検証試験１の試験結果から容易に理解できる。

次に、図５（ｂ）を参照して、凹部３２の深さ寸法と刃部３に対するＤＬＣ層４０の密着力との関係を検証した検証試験２について説明する。

図５（ｂ）は、検証試験２の試験結果を示すグラフである。この検証試験２では、幅寸法を２μｍに設定しつつ、深さ寸法を０．１μｍ〜２０μｍのいずれかに設定した凹部３２を平滑面３１に対して直線状に平行して形成すると共に、それら平滑面３１及び凹部３２にＤＬＣ層４０を被覆した刃部３の表面、具体的には、刃部のすくい面の外周側部分に対し、ボールオンディスク型摩擦摩耗試験機を用いて垂直荷重を段階的に加えた。なお、図５（ｂ）に示すグラフでは、ＤＬＣ層４０の剥離が確認された際の垂直荷重を密着力として表している。

図５（ｂ）に示すように、検証試験２の試験結果によれば、凹部３２の深さ寸法が２μｍに設定された場合では、ＤＬＣ層４０の密着力が高くなることが確認できたが、凹部３２の深さ寸法が１μｍ以下に設定された場合では、ＤＬＣ層４０の密着力が低くなった。これは、凹部３２の深さが浅いため、凹部３２によるアンカー効果が低下したものと考えられる。

従って、検証試験２の試験結果によれば、凹部３２の深さ寸法を２μｍに設定した場合では、凹部３２の幅寸法を２μｍ以上に設定することで、刃部３に対するＤＬＣ層４０の剥離を抑制できると判断することができる。

次に、図５（ｃ）を参照して、凹部３２の幅寸法と刃部３に対するＤＬＣ層４０の密着度との関係を検証した検証試験３について説明する。

図５（ｃ）は、検証試験３の試験結果を示すグラフである。この検証試験３では、深さ寸法を５μｍに設定しつつ、幅寸法を０．１μｍ〜２０μｍのいずれかに設定した凹部３２を平滑面３１に対して直線状に平行して形成すると共に、それら平滑面３１及び凹部３２にＤＬＣ層４０を被覆した刃部３の表面、具体的には、刃部のすくい面の外周側部分に対し、ボールオンディスク型摩擦摩耗試験機を用いて垂直荷重を段階的に加えた。なお、図５（ｃ）に示すグラフでは、ＤＬＣ層４０の剥離が確認された際の垂直荷重を密着力として表している。

図５（ｃ）に示すように、検証試験３の試験結果によれば、凹部３２の幅寸法が２μｍに設定された場合では、ＤＬＣ層４０の密着力が高くなることが確認できたが、凹部３２の幅寸法が１μｍ以下に設定された場合では、ＤＬＣ層４０の密着力が低くなった。これは、凹部３２の幅が小さいため、凹部３２によるアンカー効果が低下したものと考えられる。

一方、凹部３２の幅寸法が１０μｍに設定された場合では、ＤＬＣ層４０の密着力が高くなることが確認できたが、凹部３２の幅寸法が２０μｍに設定された場合では、ＤＬＣ層４０の密着力が低くなった。これは、凹部３２の幅寸法が大きくなったことで、凹部３２の内部の容積が大きくなり、凹部の内部をＤＬＣで完全に充填することができなかったために、ＤＬＣ層４０が形成された後の刃部３の表面に凹みや直線状の筋が形成され、その結果、刃部３２の表面を十分に平滑にすることができなかったと考えられる。

従って、検証試験３の試験結果によれば、凹部３２の幅寸法を５μｍに設定した場合では、凹部３２の深さ寸法を２μｍ以上、かつ、１０μｍ以下に設定することで、刃部３に対するＤＬＣ層４０の剥離を抑制できると判断できる。

次に、図６を参照して、凹部３２の幅寸法と深さ寸法との適正な相関関係を調べた検証試験４の試験結果について説明する。図６（ａ）は、検証試験４の試験結果を示した表であり、図６（ｂ）から図６（ｄ）は、検証試験４の試験結果を模式的に表した模式図である。

この試験では、凹部３２の幅寸法と深さ寸法とを２μｍ、５μｍ、１０μｍのいずれかにそれぞれ設定し、それらを組み合わせて形成された凹部３２を平滑面３１に形成し、それら平滑面３１及び凹部３２が形成された刃部３の表面に対してＤＬＣ層４０を形成した場合に、刃部３の表面の平滑化とアンカー効果の発揮との両立が可能であるか否かを検証する。

なお、図６（ａ）では、刃部３の表面の平滑化とアンカー効果の発揮とが両立できるとの試験結果が得られた場合には○印、刃部３の表面が平滑化できないとの試験結果が得られた場合には×印、刃部３の表面の平滑化はできるもののアンカー効果が低いとの試験結果が得られた場合には△印が付されている。

図６（ａ）に示すように、凹部３２の深さ寸法が２μｍに設定された場合、幅寸法が２μｍ及び５μｍの場合には、刃部３の表面の平滑化とアンカー効果の発揮との両立が可能であるとの試験結果が得られたのに対し、幅寸法が１０μｍの場合では、刃部３の表面の平滑化はできるもののアンカー効果が低いと判断された。

これは、図６（ｂ）に示すように、凹部３２の深さ寸法が２μｍ、かつ、幅寸法が１０μｍの場合では、深さ寸法に対して幅寸法が大きすぎたため、凹部３２によるアンカー効果が低下したと考えられる。

図６（ａ）に戻って説明する。凹部３２の深さ寸法が５μｍに設定された場合、幅寸法が２μｍ、５μｍ及び１０μｍに設定された場合のいずれにおいても、刃部３の表面の平滑化とアンカー効果の発揮との両立が可能であるとの試験結果が得られた。

なお、凹部３２の幅寸法１０μｍの場合では、凹部３２を形成するためにレーザを照射する時間が長期化するため、凹部３２を形成する作業効率が低下する。よって、凹部３２の幅寸法を５μｍ以下に設定することで凹部３２を効率よく形成することができる。

凹部３２の深さ寸法が１０μｍに設定された場合、幅寸法が２μｍに設定された場合では、刃部３の表面の平滑化とアンカー効果の発揮との両立が可能であるとの試験結果が得られたのに対し、幅寸法が５μｍ及び１０μｍに設定された場合では、刃部３の表面の平滑化はできないと判断された。

図６（ｃ）に示すように、凹部３２の深さ寸法が５μｍ、かつ、幅寸法が１０μｍの場合では、ＤＬＣ層４０が形成された刃部３の表面に凹みが形成された。これは、凹部３２の内部の容積が大きく、凹部３２をＤＬＣで完全に充填することができなかったと考えられる。また、凹部３２の深さ寸法が１０μｍ、かつ、幅寸法が１０μｍの場合においても、同様の検証結果が得られた。

なお、図６（ｄ）に示すように、凹部３２の深さ寸法が１０μｍ、かつ、幅寸法が２μｍに設定された場合では、刃部３の表面の平滑化とアンカー効果の発揮との両立が可能であったが、ＤＬＣが凹部３２の底面まで到達しておらず、凹部３２がＤＬＣにより充填されていなかった。従って、凹部３２の幅寸法に対して深さ寸法を大きくすることは不要であると考えられる。即ち、凹部３２の幅寸法に対する深さ寸法を適正な寸法に設定することで、凹部３２によるアンカー効果を発揮させつつ、凹設工程においてレーザを照射して凹部３２を深く形成するための時間が長期化することを回避して凹部３２の形成作業を効率化させることができる。

以上説明したように、検証結果４の試験結果によれば、凹部３２の深さ寸法を２μｍ以上、かつ、５μｍ以下の範囲内に設定すると共に、凹部３２の幅寸法を２μｍ以上、かつ、５μｍ以下の範囲内に設定することが望ましい。これにより、刃部３の表面の平滑化と刃部３全体におけるアンカー効果の発揮との両立を図ることができると共に、凹部３２を形成する時間を短縮して切削工具の製造作業の効率化を図ることができる。

次に、図７（ａ）を参照して、平行に形成された複数の凹部３２の間隔と刃部３に対するＤＬＣ層４０の密着度との関係を検証した検証試験５について説明する。

図７（ａ）は、検証試験５の試験結果を示すグラフである。この検証試験５では、幅寸法を２μｍに設定すると共に深さ寸法を５μｍに設定した複数の凹部３２を、平滑面３１に対して０．１μｍ〜５０μｍの間隔を空けつつ平行に形成すると共に、それら平滑面３１及び凹部３２にＤＬＣ層４０を被覆した刃部３の表面、具体的には、刃部のすくい面の外周側部分に対し、ボールオンディスク型摩擦摩耗試験機を用いて垂直荷重を段階的に加えた。なお、図７（ａ）に示すグラフでは、ＤＬＣ層４０の剥離が確認された際の垂直荷重を密着力として表している。

図７（ａ）に示すように、検証試験５の試験結果によれば、凹部３２の間隔が２０μｍ以下に設定された場合には、ＤＬＣ層４０の密着力が高くなることが確認できたが、凹部３２の間隔が３０μｍに設定された場合では、ＤＬＣ層４０の密着力が低くなった。これは、凹部３２の間隔が広くなったため、平滑面３１に形成される凹部３２が少なくなった結果、ＤＬＣ層４０の密着力が低下したと考えられる。

従って、検証試験５の試験結果によれば、直線状に延設された複数の凹部３２を平行に形成する場合には、隣接する凹部３２の間隔を２０μｍ以下に設定することで、凹部３２によるアンカー効果を発揮させることができると判断できる。

また、凹部３２の間隔を０．１μｍに設定した場合には、ＤＬＣ層４０の密着力が低くなった。これは、平滑面３１の大部分に凹部３２が形成されたため、凹部３２によるアンカー効果がほとんど発揮されなかったと考えられる。

なお、上記したように、凹部３２の間隔を０．５μｍ未満に設定した場合には、凹部３２を形成する際のレーザ加工が困難になり、作業効率が低下する。そのため、隣接する凹部３２の間隔を０．５μｍ以上に設定することが望ましい。

次に、図７（ｂ）を参照して、第１の凹部２３２ａと第２の凹部２３２ｂとが交差して形成された複数の凹部２３２のなす角と刃部３に対するＤＬＣ層４０の密着度との関係を検証した検証試験６について説明する。

図７（ｂ）は、検証試験６の試験結果を示すグラフである。この検証試験６では、幅寸法を２μｍに設定すると共に深さ寸法を５μｍに設定した第１の凹部２３２ａ及び第２の凹部２３２ｂを、平滑面３１に対して角度αが１０°〜９０°のいずれかとなるように交差して形成すると共に、それら平滑面３１及び凹部２３２にＤＬＣ層４０を被覆した刃部２０３の表面、具体的には、刃部のすくい面の外周側部分に対し、ボールオンディスク型摩擦摩耗試験機を用いて垂直荷重を段階的に加えた。なお、図７（ｂ）に示すグラフでは、ＤＬＣ層４０の剥離が確認された際の垂直荷重を密着力として表している。

図７（ｂ）に示すように、検証試験６の試験結果によれば、第１の凹部２３２ａと第２の凹部２３２ｂとのなす角度αが３０°に設定された場合には、ＤＬＣ層４０の密着力が高くなり、角度αが６０°に設定された場合には、図７（ａ）に示した凹部３２が平行して形成される場合よりも密着力が高くなった。

これは、凹部を交差して形成することにより、平行に形成する場合と比べて、平滑面に形成される凹部が多くなったことで、凹部に対するＤＬＣ層の密着力が多くなったと考えられる。

一方、第１の凹部２３２ａと第２の凹部２３２ｂとのなす角度αが１０°に設定された場合には、ＤＬＣ層４０の密着力が低くなった。

これは、第１の凹部２３２ａと第２の凹部２３２ｂとのなす角度αが小さくなり、第１の凹部２３２ａと第２の凹部２３２ｂとが交差する部分が尖った形状となったため、その部分でＤＬＣ層４０の剥離しやすくなったことが原因と考えられる。

従って、検証試験６の試験結果によれば、第１の凹部２３２ａと第２の凹部２３２ｂとのなす角度を３０°以上に設定することで、ＤＬＣ層４０の密着度を向上させることができると判断できる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記各実施の形態では、ＤＬＣ層４０がドリル１に形成される場合について説明したが、エンドミル等の他の切削工具に形成してもよい。

また、上記実施の形態では、ＤＬＣ層４０が超硬合金から構成されたドリル１の表面に形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、高速度工具鋼等から構成された切削工具の表面にＤＬＣ層４０を形成してもよい。

上記各実施の形態では、凹部３２，２３２が直線状に延設される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、凹部３２が屈曲または湾曲していてもよく、凹部をドット状に形成してもよい。

上記第１実施の形態では、複数の凹部３２が平行に形成される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、複数の凹部３２が平行に形成されていなくてもよい。また、上記第１実施の形態では、平行に形成される複数の凹部３２の間隔が等間隔である場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、複数の凹部３２の間隔は等間隔でなくてもよい。

１ ドリル（切削工具）
３，２０３ 刃部
３１ 平滑面
３２，２３２ 凹部
４０ ＤＬＣ層

Claims (7)

1. 被加工物を切削加工する刃部と、その刃部の表面にＤＬＣを成膜することにより形成されるＤＬＣ層とを備えた切削工具において、
   前記刃部は、電子ビームを放射することで平滑に形成された平滑面と、
   その平滑面にレーザを照射することで凹状に形成される複数の凹部とを備え、
   前記ＤＬＣ層は、前記平滑面および前記複数の凹部が形成された前記刃部の表面に形成されていることを特徴とする切削工具。
2. 前記平滑面は、その表面粗さが最大高さＲｚで１μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載の切削工具。
3. 前記凹部は、その深さ寸法が２μｍ以上、かつ、５μｍ以下の範囲内に設定されると共に、幅寸法が２μｍ以上、かつ、５μｍ以下の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の切削工具。
4. 前記複数の凹部は、直線状に延設されると共に、隣接する前記凹部の間隔が０．５μｍ以上、かつ、２０μｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の切削工具。
5. 前記複数の凹部は、交差して形成されると共に、交差する前記凹部のなす角度が３０度以上に設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の切削工具。
6. 被加工物を切削加工する刃部と、その刃部の表面にＤＬＣを成膜することにより形成されるＤＬＣ層とを備えた切削工具の製造方法において、
   前記刃部の表面に対し、電子ビームを放射することで平滑な平滑面を形成する平滑工程と、
   その平滑工程により形成された前記平滑面に対し、レーザを照射することで前記平滑面に凹状の凹部を複数形成する凹設工程と、
   それら平滑工程および凹設工程により前記平滑面および前記凹部が形成された前記刃部の表面に対し、ＤＬＣを成膜することでＤＬＣ層を形成する成膜工程とを備えていることを特徴とする切削工具の製造方法。
7. 前記平滑工程は、前記電子ビームのエネルギーが１０＾４Ｗ／ｃｍ＾２以上に設定されることにより、前記平滑面の表面粗さを最大高さＲｚで１μｍ以下に設定していることを特徴とする請求項６記載の切削工具の製造方法。

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