JP2014226733A - 刃物工具 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐久性に優れた刃物工具を提供する。【解決手段】刃物工具のすくい面と逃げ面の両方に、網状に連なる凹部とこの凹部によって囲まれている隆起部とが形成されている表面構造であって、次の特徴を持つ表面構造が形成されている：（１）表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さず、（２）表面構造は、刃物工具の内部の物性値と比較して弾性変形ないし塑性変形を起こし易い物性値を有しており、（３）隆起部は、刃物工具による被加工材と擦れるときに弾性変形ないし塑性変形する形状を有している。【選択図】図１０

Description

本発明は、切削加工などに用いられる、耐久性の高い刃物工具に関する。
切削加工に用いられる刃物工具（以下、切削工具ともいう）の性能として、刃部の摩耗が少なく、長時間の使用や繰り返しの使用に耐える耐久性が求められている。このため、硬度が高く擦り減りにくい硬質材料、例えば、立方晶窒化ボロン（cBN）焼結体、ダイヤモンド、超硬合金と呼ばれるタングステンカーバイド焼結体などが、切削工具の刃部に用いられている。また、鋼などで作られた刃部を、鋼の硬度よりも高い硬度を持つ硬質材料で被覆することも行われている。
これらの硬質材料は、靭性の低い脆性材料であり、衝撃が加わると割れや欠け（以下、チッピングとも言う）が生じて破損しやすい。脆性材料は、金属のような塑性変形をほとんど起こさない。このため、脆性材料に衝撃が加わると、製造工程などで生じた脆性材料の表面上の小さな傷に応力が集中し、傷を押し広げようとする力が傷に働く。この結果、傷が伸長し、傷を起点として割れや欠けが生じる。刃部に硬質材料の皮膜を形成した場合も同様であり、皮膜の割れや欠けが起こりやすい。
このように、摩耗を抑制できる硬質材料の使用は割れや欠けなどの欠損を発生しやすくする。そこで、摩耗の抑制と割れや欠けの発生の抑制を両立させるために、硬質材料を用い、かつ、硬質材料の割れや欠けの発生を抑制して、切削工具の耐久性を高める技術が開発されてきた。
硬質材料の割れや欠けの発生を抑制するため硬質材料の表面を平坦化して割れの発端となる傷や表面欠損を除去する技術が一般的に知られている。
砥粒を用いた機械研磨によって刃部表面を平坦化する研磨技術は、材料に関わらず採用されている。
特許文献１には、耐チッピング性に優れたダイヤモンド製品を製造する技術として、機械研磨によって生じた表面上のマイクロクラックを除去する熱化学的研磨技術が開示されている。
特許文献２には、硬質焼結体の母材の表面に母材よりも硬いコーティング層が被覆されたスローアウェイチップ（throwaway chip）の耐摩耗と耐欠損性を向上させる技術が開示されている。コーティング層の表面について、すくい面側から交差稜を含んで逃げ面側にわたる切刃の領域に研磨加工が施されているとともに、切刃の中央部からすくい面側のすくい面側切刃領域における面粗度が、切刃の中央部から逃げ面側の逃げ面側切刃領域における面粗度よりも小さくなるように研磨されている。
特許文献３には、炭化タングステン基超硬合金あるいは炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面にダイヤモンド層を積層被覆した切削工具の耐摩耗技術が開示されている。工具基体上に、結晶性ダイヤモンド層とナノダイヤモンド層を被覆形成した後、紫外線レーザーによって切れ刃以外のナノダイヤモンド層を除去してシャープな切れ刃を作り、同時にレーザーによって変質した平滑な非晶質カーボン膜をすくい面側と逃げ面側の表層に形成している。
特開2007-230807号公報 特開2005-279822号公報 特開2012-176471号公報
割れや欠けの発生を抑制するために硬質材料で作られた刃部の表面を機械研磨すると、研磨砥粒と同程度の大きさの傷や欠陥等を低減できるが、研磨砥粒自体がつける傷（以下、研磨傷という）を除去することはできない。したがって、割れや欠けの発生の防止にある程度の効果を期待できるが、刃部の割れや欠けの発生を十分に或いは完全に防止することは難しい。
特許文献１に開示されている熱化学的研磨技術は、熱化学反応を利用できる材料にしか適用できない。
特許文献２に開示されている硬質皮膜形成技術は、所定の表面粗さを持つように硬質皮膜を研磨する技術であるので研磨傷を十分に或いは完全に防止できない。さらに、この技術に依ると、異なる材料で作られた下地と皮膜との密着性が不十分な場合に皮膜の割れや剥離を十分に或いは完全に防止することが難しい。
特許文献３に開示されている硬質皮膜形成技術は、下地の上に硬質皮膜を形成するので、特許文献２に開示されている硬質皮膜形成技術と同様に、硬質皮膜の割れや剥離が起こり易い。
このような状況に鑑み、本発明は、耐久性の高い、つまり、耐摩耗性に優れながらも衝撃などの力が加わった場合に割れや欠けが発生し難い刃物工具を提供することを目的とする。
本発明は、すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、（１）第１表面構造に関して、第１表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さず、第１表面構造は、刃物工具の内部の物性値と比較して弾性変形ないし塑性変形を起こし易い物性値を有しており、第１隆起部は、刃物工具による被加工材と擦れるときに弾性変形ないし塑性変形する形状を有していることと、（２）第２表面構造に関して、第２表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さず、第２表面構造は、刃物工具の内部の物性値と比較して弾性変形ないし塑性変形を起こし易い物性値を有しており、第２隆起部は、刃物工具による被加工材と擦れるときに弾性変形ないし塑性変形する形状を有していることを特徴とする。
あるいは、本発明は、すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、（１）すくい面と逃げ面との境界を切る平面による第１表面構造の断面において、境界の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている第１隆起部の個数が、境界の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない第１隆起部の個数よりも多く、第１表面構造の物性値は、第１表面構造の下に位置する刃物工具の内部の物性値とは異なっており、かつ、第１表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さないことと、（２）すくい面と逃げ面との境界を切る平面による第２表面構造の断面において、境界の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている第２隆起部の個数が、境界の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない第２隆起部の個数よりも多く、第２表面構造の物性値は、第２表面構造の下に位置する刃物工具の内部の物性値とは異なっており、かつ、第２表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さないことを特徴とする。
あるいは、本発明は、すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、（１）すくい面と逃げ面との境界を切る平面による第１表面構造の断面において、境界の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている第１隆起部の個数が、境界の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない第１隆起部の個数よりも多く、第１表面構造のヤング率は、第１表面構造の下に位置する刃物工具の内部のヤング率よりも小さく、かつ、第１表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さないことと、（２）すくい面と逃げ面との境界を切る平面による第２表面構造の断面において、境界の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている第２隆起部の個数が、境界の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない第２隆起部の個数よりも多く、第２表面構造のヤング率は、第２表面構造の下に位置する刃物工具の内部のヤング率よりも小さく、かつ、第２表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さないことを特徴とする。
あるいは、本発明は、すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、（１）すくい面と逃げ面との境界を切る平面による第１表面構造の断面において、境界の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている第１隆起部の個数が、境界の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない第１隆起部の個数よりも多く、第１表面構造の密度は、第１表面構造の下に位置する刃物工具の内部の密度よりも小さく、かつ、第１表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さないことと、（２）すくい面と逃げ面との境界を切る平面による第２表面構造の断面において、境界の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている第２隆起部の個数が、境界の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない第２隆起部の個数よりも多く、第２表面構造の密度は、第２表面構造の下に位置する刃物工具の内部の密度よりも小さく、かつ、第２表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さないことを特徴とする。
あるいは、本発明は、すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、（１）すくい面と逃げ面との境界を切る平面による第１表面構造の断面において、境界の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている第１隆起部の個数が、境界の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない第１隆起部の個数よりも多く、第１表面構造の硬度は、第１表面構造の下に位置する刃物工具の内部の硬度よりも小さく、かつ、第１表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さないことと、（２）すくい面と逃げ面との境界を切る平面による第２表面構造の断面において、境界の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている第２隆起部の個数が、境界の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない第２隆起部の個数よりも多く、第２表面構造の硬度は、第２表面構造の下に位置する刃物工具の内部の硬度よりも小さく、かつ、第２表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さないことを特徴とする。
あるいは、本発明は、すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、（１）すくい面と逃げ面との境界を切る平面による第１表面構造の断面において、境界の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている第１隆起部の個数が、境界の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない第１隆起部の個数よりも多く、第１表面構造はアモルファス構造を有し、第１表面構造の下に位置する刃物工具の内部は結晶構造を有し、刃物工具の内部と第１表面構造との境界領域では刃物工具の内部から第１表面構造に向かって結晶構造からアモルファス構造へ徐々に変化している構造を有していることと、（２）すくい面と逃げ面との境界を切る平面による第２表面構造の断面において、境界の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている第２隆起部の個数が、境界の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない第２隆起部の個数よりも多く、第２表面構造はアモルファス構造を有し、第２表面構造の下に位置する刃物工具の内部は結晶構造を有し、刃物工具の内部と第２表面構造との境界領域では刃物工具の内部から第２表面構造に向かって結晶構造からアモルファス構造へ徐々に変化している構造を有していることを特徴とする。
あるいは、本発明は、すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、（１）すくい面と逃げ面との境界を切る平面による第１表面構造の断面において、境界の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている第１隆起部の個数が、境界の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第１凹部への第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない第１隆起部の個数よりも多く、第１表面構造の空隙率は、第１表面構造の下に位置する刃物工具の内部の空隙率よりも大きく、かつ、第１表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さないことと、（２）すくい面と逃げ面との境界を切る平面による第２表面構造の断面において、境界の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている第２隆起部の個数が、境界の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する第２凹部への第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない第２隆起部の個数よりも多く、第２表面構造の空隙率は、第２表面構造の下に位置する刃物工具の内部の空隙率よりも大きく、かつ、第２表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さないことを特徴とする。
第１表面構造および第２表面構造はそれぞれ、ガスクラスターイオンビーム照射によって形成できる。また、好ましくは、第１領域および第２領域はそれぞれ、刃物工具による被加工材と擦れる部位とされる。
本発明の刃物工具は、下記のような特徴（１）−（３）を持つ表面構造をすくい面の少なくとも一部と逃げ面の少なくとも一部に形成していることから、耐摩耗性に優れながらも衝撃などの力が加わった場合に割れや欠けが発生し難いものとなっている：（１）表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さない、（２）表面構造の物性値は刃物工具の内部の物性値と異なる。具体的には、刃物工具の内部の物性値と比較して弾性変形ないし塑性変形を起こし易い物性値を表面構造は有している、（３）表面構造は、表面構造と被加工材とがすれ合うと弾性変形ないし塑性変形する形状を有している。
切削工具の刃部と被加工材２との関係を説明するための図。（ａ）刃部が被加工材に切り込んだとき。（ｂ）切削の進行過程。 隆起部の好ましい形状特徴を説明するための図。 隆起部の形状による応力集中緩和機能を説明する図。（ａ）上がり角度が下がり角度よりも大きい場合。（ｂ）上がり角度が下がり角度よりも大きくない場合。 すくい面と逃げ面との境界を切る平面を説明するための図。 単一のガスクラスターイオンビームですくい面と逃げ面を照射することを説明するための図。 ガスクラスターイオンビームをすくい面に斜め照射した場合に形成される表面構造を示す図。（ａ）原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像。（ｂ）断面プロファイル。（ｃ）原子間力顕微鏡像で観察した刃物工具の部位を説明する斜視模式図。（ｄ）原子間力顕微鏡像で観察した刃物工具の部位を説明する平面図。 図６（ｂ）に示す断面プロファイルの解析結果。 ガスクラスターイオンビームを逃げ面に斜め照射した場合に形成される表面構造を示す図。（ａ）走査型電子顕微鏡像。（ｂ）図８（ａ）の一部分の模式図。（ｃ）図８（ｂ）におけるＬ３−Ｌ４線における断面曲線の模式図。 刃物工具の形状例を示す図。（ａ）バイトとその刃部。（ｂ）丸のことその刃部。（ｃ）スクエアエンドミルとその刃部。 実施例１の刃部における切れ刃の表面構造を示す図。（ａ）切れ刃の走査型電子顕微鏡像。（ｂ）図１０（ａ）の一部分の模式図。（ｃ）図１０（ｂ）におけるＬ５−Ｌ６線における断面曲線の模式図。（ｄ）図１０（ｂ）におけるＬ７−Ｌ８線における断面曲線の模式図。 損耗量の定義を説明する図。
すくい面と逃げ面を持つ刃物工具の寿命に影響を及ぼす要因として、すくい面と逃げ面の損耗という現象が挙げられる。このような現象によって、刃部の形状の変化や刃部の鋭さの低下が起こり、刃物工具の切れ味や切削精度などの性能が劣化するからである。
刃物工具が切削工具である場合を例にすると、次のようにこの現象を説明することができる。切削加工中の切削工具の刃部１と切削工具による加工の対象であるワークピース２（以下、被加工材２という）との関係を図１に示す。刃部１が被加工材２に切り込むと、図１（ａ）に示すように、刃部１が切り込んでいる被加工材２上の部位の周囲に在る被加工材２の一部Ａ，Ｂ（以下、単に部分材Ａ，Ｂという）が刃部１のすくい面１Ａ側と逃げ面１Ｂ側にせり出す。このとき、部分材Ａはすくい面１Ａとこすれ合い、部分材Ｂは逃げ面１Ｂとこすれ合う。さらに、切削の進行過程では、刃部１による被加工材２への切り込みが移動すると考えることができて、図１（ｂ）に示すように、切削工具の進行方向の前で発生する部分材Ａはすくい面１Ａとこすれ合いながら或る程度の大きさの切りくずとなり、切削工具の進行方向の後ろで発生する部分材Ｂは、通常は被加工材２から離脱することはないが、逃げ面１Ｂとこすれ合い続ける。このようなこすれ合いの際に、部分材Ａ，Ｂからすくい面１Ａと逃げ面１Ｂに力が加わることがある。刃物工具の材料として用いられる脆性材料に力が加わると、製造工程などで生じた刃物工具の表面上の小さな傷に応力が集中し、傷を押し広げようとする力が傷に働く。この結果、傷が伸長し、傷を起点として割れや欠けが生じる。このように、すくい面１Ａの損耗は部分材Ａとすくい面１Ａとのこすれ合いによって生じ、逃げ面１Ｂの損耗は部分材Ｂと逃げ面１Ｂとのこすれ合いによって生じる。
したがって、すくい面あるいは逃げ面の損耗を起きにくくすれば、刃物工具の機械的耐久性ないし物理的耐久性を向上させることができる。つまり、すくい面と逃げ面のそれぞれに、被加工材から受ける力によって発生するすくい面と逃げ面の近傍の刃物工具内での応力を緩和する応力緩和構造が存在すれば、応力集中による割れや欠けを抑制することができ、また、応力緩和構造によって刃物工具と被加工材との摩擦力も低減されることから刃物工具の摩耗も抑制できる。
この観点から、本発明によれば、刃物工具のすくい面の少なくとも一部と逃げ面の少なくとも一部のそれぞれに応力緩和機能を持つ表面構造を形成することによって刃部の損耗を抑制する。この表面構造は下記のような特徴を持つことが重要である。
（１）表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さない。
（２）表面構造の物性値は刃物工具の内部の物性値と異なる。具体的には、刃物工具の内部の物性値と比較して弾性変形ないし塑性変形を起こし易い物性値を表面構造は有している。
（３）表面構造は、表面構造と被加工材とがすれ合うと弾性変形ないし塑性変形する形状を有している。
まず、条件（１）が必要とされる理由は、表面構造とその下に位置する刃物工具内部との間に固相界面があると、そこを起点として表面構造の剥がれが起こる虞があるからである。ここで固相界面とは、表面構造から刃物工具内部へ至る領域において物性値が不連続に変化する境界と定義する。剥離部分の縁は急峻な段差の形状を持つことから剥離部分の縁の近傍にて応力集中が生じやすく、刃部の欠けや割れを促進してしまう。このため、表面構造の形成方法として、例えば、ダイヤモンドライクカーボンをＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学蒸着）法によって成膜するような方法は固相界面を生成してしまうので採用できない。
次に、条件（２）について説明する。すくい面あるいは逃げ面が外力を受けた際に傷への応力集中を緩和する機能を表面構造が持つべきことから、表面構造の物性値は刃物工具の内部の物性値と異なり、具体的には、刃物工具の内部の物性値と比較して弾性変形ないし塑性変形を起こし易い物性値を表面構造が有していることが求められる。物性値として、機械的耐久性ないし物理的耐久性に関わる物性値を選択でき、具体的にはヤング率、密度、硬度、アモルファス度（結晶化度）、空隙率などを例示できる。
物性値としてヤング率を採用した場合、表面構造のヤング率は表面構造の下に位置する刃物工具内部のヤング率よりも小さい。
物性値として密度を採用した場合、表面構造の密度は表面構造の下に位置する刃物工具内部の密度よりも小さい。
物性値として硬度を採用した場合、表面構造の硬度は表面構造の下に位置する刃物工具内部の硬度よりも小さい。
アモルファス度（結晶化度）を物性値として採用した場合、表面構造はアモルファス構造を有し、表面構造の下に位置する刃物工具内部は結晶構造を有するものとする。この場合、刃物工具内部から表面構造への遷移領域では、刃物工具内部から表面構造に向かって結晶構造からアモルファス構造へ徐々に変化している構造を有する。このとき、表面構造のアモルファス度は刃物工具内部のアモルファス度よりも大きいことになる。
物性値として空隙率を採用した場合、表面構造の空隙率は表面構造の下に位置する刃物工具内部の空隙率よりも大きい。
条件（１）および条件（２）をまとめると、つまり、「表面構造の物性値は、表面構造の下に位置する刃物工具内部の物性値とは異なっており、かつ、表面構造と刃物工具内部との間に固相界面を有さない」ことは、具体的には、「表面構造のヤング率が、表面構造の下に位置する刃物工具内部のヤング率よりも小さく、刃物工具内部から表面構造への遷移領域では刃物工具内部から表面構造に向かってヤング率が徐々に変化している構造を有する」、あるいは、「表面構造の密度が、表面構造の下に位置する刃物工具内部の密度よりも小さく、刃物工具内部から表面構造への遷移領域では刃物工具内部から表面構造に向かって密度が徐々に変化している構造を有する」、あるいは、「表面構造の硬度が、表面構造の下に位置する刃物工具内部の硬度よりも小さく、刃物工具内部から表面構造への遷移領域では刃物工具内部から表面構造に向かって硬度が徐々に変化している構造を有する」、あるいは、「表面構造はアモルファス構造を有し、表面構造の下に位置する刃物工具内部は結晶構造を有し、刃物工具内部から表面構造への遷移領域では刃物工具内部から表面構造に向かって結晶構造からアモルファス構造へ徐々に変化している(すなわち、表面構造の結晶化率が刃物工具内部の結晶化率よりも小さい)構造を有する」、あるいは、「表面構造の空隙率が、表面構造の下に位置する刃物工具内部の空隙率よりも大きく、刃物工具内部から表面構造への遷移領域では刃物工具内部から表面構造に向かって空隙率が徐々に変化している構造を有する」といった例を挙げることができる。
次に、条件（３）について説明する。すくい面あるいは逃げ面が外力を受けた際に傷への応力集中を緩和する機能を表面構造が持つべきことから、表面構造は、表面構造と被加工材とがすれ合うと弾性変形ないし塑性変形する形状を有していることが求められる。
発明者らの研究によって、このような表面構造として、網状に連なる凹部とこの凹部によって囲まれている隆起部とが形成されている表面構造であればよいとの知見が得られた。隆起部の平均幅は５ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることが好ましい。なお、個々の隆起部の大きさや形状は必ずしも一定ではないので、隆起部の横方向の大きさの指標として「隆起部の平均幅」を採用した。具体的には、表面構造を正面に見たときに、隆起部ごとに、隆起部を含む最小の円の直径を求め、これら直径の平均値を「隆起部の平均幅」として定義した。隆起部が小さすぎると隆起部が変形して応力緩和する前に隆起部自体の構造変化が飽和して応力緩和機能が十分に発揮できないので、隆起部の平均幅は５ｎｍ以上であることが望ましい。逆に、隆起部の平均幅が著しく大きいと実質的に隆起部がない構造と同様に応力集中が起こってしまうので（つまり、応力集中緩和機能が発揮されない）、隆起部の平均幅は６００ｎｍ以下であることが望ましい。
また、発明者らによる研究の深化によって、隆起部が次のような形状特徴を持つことが望ましいとの知見も得られた。図２を参照して隆起部の好ましい形状特徴を説明する。
すくい面１Ａと逃げ面１Ｂとの境界Ｃを切る平面Ｐ（平面Ｐについては図４を参照して後述する）による表面構造の断面を図２に示す。好ましいとされる隆起部８の形状は、当該断面において、境界Ｃの側で隆起部８に隣接する凹部９Ｘに連なる隆起部８の側面８Ｘの傾き８ＸＧが、境界Ｃとは反対の側で隆起部８に隣接する凹部９Ｙに連なる隆起部８の側面８Ｙの傾き８ＹＧよりも大きくなっている形状である。
このような形状であると、図３（ａ）に示すように、加工中に部分材がすくい面あるいは逃げ面とこすれ合うとき、隆起部８は部分材の相対的な進行方向に大きく変形することができるので、隆起部８は表面構造内部における応力集中緩和機能を良く発揮できる。これに対して、隆起部８が、上記断面において、境界Ｃの側で隆起部８に隣接する凹部９Ｘに連なる隆起部８の側面８Ｘの傾き８ＸＧが、境界Ｃとは反対の側で隆起部８に隣接する凹部９Ｙに連なる隆起部８の側面８Ｙの傾き８ＹＧよりも大きくなっていない形状を持つ場合には、図３（ｂ）に示すように、加工中に部分材がすくい面あるいは逃げ面とこすれ合うとき、隆起部８は部分材の相対的な進行方向に大きく変形することができないので、隆起部８は表面構造内部における応力集中緩和機能を良く発揮できない。
ここで、「すくい面１Ａと逃げ面１Ｂとの境界Ｃを切る平面Ｐ」は、局所領域にて境界Ｃを直線と見做したとき、（ａ）境界Ｃを含む平面と（ｂ）境界Ｃと直交する直線を法線に持つ平面を除く平面である。すくい面１Ａ上の表面構造の断面を考える場合の平面Ｐは、好ましくは、刃物工具による加工中に部分材Ａがすくい面１Ａとすれ合いながら進行する方向Ｄと直交する直線を法線Ｑに持つ平面（言い換えれば、平面Ｐによるすくい面１Ａ上の切り口線ＣＬが方向Ｄと平行になるような平面）であり、さらに好ましくは、切り口線ＣＬの近傍領域におけるすくい面１Ａを平面と見做したときに、当該平面と平面Ｐとがなす角が９０度になるような平面である（図４参照）。同様に、図示しないものの、逃げ面１Ｂ上の表面構造の断面を考える場合の平面Ｐは、好ましくは、刃物工具による加工中に部分材Ｂが逃げ面１Ｂとすれ合いながら進行する方向と直交する直線を法線に持つ平面（言い換えれば、平面Ｐによる逃げ面１Ｂ上の切り口線が部分材Ｂの進行方向と平行になるような平面）であり、さらに好ましくは、逃げ面１Ｂ上の切り口線の近傍領域における逃げ面１Ｂを平面と見做したときに、当該平面と平面Ｐとがなす角が９０度なるような平面である（図４において、「すくい面１Ａ」と「逃げ面１Ｂ」をそれぞれ「逃げ面１Ｂ」と「すくい面１Ａ」に読み替えればよい）。もし、刃物工具による加工中に部分材Ａ，Ｂがすくい面１Ａと逃げ面１Ｂとすれ合いながら進行する方向が不明であるなら、局所領域にて境界Ｃを直線と見做して、この境界Ｃを法線に持つ平面を平面Ｐとして採用すればよい。
また、「傾き８ＸＧ」や「傾き８ＹＧ」として種々の指標を採用できる。例えば、日本工業規格JIS B0601:2013で規定される「局部傾斜（local slope）」を採用することができる。この局部傾斜を採用する場合には、上記断面において、「輪郭曲線」を「断面曲線」または「粗さ曲線」として、凹部９Ｘに連なる隆起部８の側面８Ｘを示す輪郭曲線の、凹部９Ｘ近傍の領域における局部傾斜の絶対値を傾き８ＸＧとし、凹部９Ｙに連なる隆起部８の側面８Ｙを示す輪郭曲線の、凹部９Ｙ近傍の領域における局部傾斜の絶対値を傾き８ＹＧとすればよい。
あるいは、「傾き８ＸＧ」や「傾き８ＹＧ」として次に述べる指標を採用してもよい。
図２に示すように、上記断面において、「輪郭曲線」を「断面曲線」または「粗さ曲線」として、日本工業規格JIS B0601:2013で規定される「断面曲線を求めるための平均線」あるいはこれと平行な直線（以下、単に平均線という）と、凹部９Ｘに連なる隆起部８の側面８Ｘを示す輪郭曲線の、凹部９Ｘ近傍の領域における側面８Ｘの近似直線と、がなす角度θu（以下、上がり角度θuという）を傾き８ＸＧと同一視し、平均線と、凹部９Ｙに連なる隆起部８の側面８Ｙを示す輪郭曲線の、凹部９Ｙ近傍の領域における側面８Ｙの近似直線と、がなす角度θd（以下、下がり角度θdという）を傾き８ＹＧと同一視する。
表面構造に含まれる隆起部のすべてが上述の形状特徴を持つことは必須ではなく、表面構造において、境界の側で隣接する凹部への隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する凹部への隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている隆起部の個数が、境界の側で隣接する凹部への隆起部の側面の傾きが境界とは反対の側で隣接する凹部への隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない隆起部の個数よりも多ければよい。
このような表面構造は刃物工具のすくい面と逃げ面の両方に形成されているが、一方の面に形成される表面構造の形状や物性などは他方の面に形成される表面構造の形状や物性などと異なっていてもよい。また、表面構造が形成されるすくい面上の部位と逃げ面上の部位はそれぞれ部分材と擦れる部位であることが好ましく、通常は、刃物工具の刃部のほぼ全面に表面構造を形成すればよい。
三つの上記条件（１）（２）（３）をすべて満たす表面構造はガスクラスターイオンビームを刃物工具とくにその刃部の表面に斜め照射することによって形成できることを発明者らは見出した。好ましくは、すくい面と逃げ面との境界（つまり、切れ刃）に向けてガスクラスターイオンビームを照射することによって、単一のガスクラスターイオンビームですくい面と逃げ面の両方にいっぺんに表面構造を形成することができる。具体的には、図５に示すように、すくい面の法線から測った照射角度をθs、逃げ面の法線から測った照射角度をθnとすると、０＜θs＜９０°および０＜θn＜９０°をともに満たす条件で照射すればよい。さらに好ましくは、刃物工具による加工中に部分材がすくい面と逃げ面とすれ合いながら進行する向きと一致するように、すくい面と逃げ面との境界に向けてガスクラスターイオンビームを照射することによって、刃物工具による加工中に部分材Ａ，Ｂがすくい面１Ａと逃げ面１Ｂとすれ合いながら進行する方向と直交する直線を法線に持つ平面Ｐによる刃部の断面において、上述の好ましい形状特徴を持つ隆起部を多数形成することができる。
条件（１）に関して、ガスクラスターイオンビームを刃物工具の表面に照射して、刃物工具内部の硬質材料の結晶構造や物性に連続的につながるように刃物工具表層の物理的構造を変化させることによって、固相界面を生成させないことができる。また、条件（２）に関して、ガスクラスターイオンビームを刃物工具の表面に照射すると、照射された刃物工具の表面ではスパッタリングや物質の横移動が起こり、表層の原子配列が変化する。これに伴って、機械的耐久性に関わる物性値、具体的には、ヤング率、密度、硬度、結晶化度、空隙率などが変化する。
条件（３）に関して実験例を示す。すくい面の法線から５°の角度でガスクラスターイオンビームをすくい面に照射した場合に形成される表面構造の原子間力顕微鏡像と断面プロファイルを図６（ａ）および図６（ｂ）に示す。なお、原子間力顕微鏡像で観察した刃物工具の部位は図６（ｃ）および図６（ｄ）に示している。隆起部の幅を図６（ａ）の原子間力顕微鏡像で評価すると、隆起部の幅（断面プロファイルの測定線Ｌ１−Ｌ２と垂直方向に測定）は５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲にあった。また、図６（ｂ）に示す断面プロファイルを解析した結果を図７に示す。観測された１２個の隆起部の上がり角度θuと下がり角度θdを評価した。この結果、境界側から数えて１１番目の隆起部を除くと、どの隆起部も上がり角度θuの方が下がり角度θdよりも大きくなっていた（図７参照）。他の照射角度で表面構造を形成した場合の結果も総合すると、ガスクラスターイオンビーム照射によって形成される隆起部の幅は５ｎｍ〜５００ｎｍ程度であった。ガスクラスターイオンビームを逃げ面に斜め照射した場合に形成される表面構造の原子間力顕微鏡像を図８（ａ）に示す。図８（ｂ）は図８（ａ）の一部分の模式図であり、図８（ｃ）は図８（ｂ）におけるＬ３−Ｌ４線における断面曲線の模式図である。この例では隆起部の幅は５０ｎｍ〜６００ｎｍ程度であった。
ガスクラスターイオンビームの照射条件として、例えば照射エネルギーは原子間結合エネルギーよりも大きくする必要がある。即ち、ガスクラスターを構成する個々の原子が有するエネルギーが数ｅＶ以上であればよく、典型的には例えば構成原子数が１０００個で、各原子が５ｅＶ以上のエネルギーを有するには、照射エネルギーとしては５ｋｅＶ（加速電圧５ｋＶ）以上であればよい。なお、原料ガスの種類など、その他の条件は特に限定はない。
なお、すくい面および逃げ面の表面構造の形成方法はガスクラスターイオンビーム照射に必ずしも限定されるものではなく、上述の表面構造を形成できる方法であればいかなる方法でもよい。
図６（ｃ）に示す刃物工具は、一つのすくい面と二つの逃げ面を有している。しかし、本発明の刃物工具はこのような形態に限定されない。例えば、図９（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示したバイト、丸のこ、スクエアエンドミルのように、切れ刃を構成する面がすくい面と逃げ面として機能する刃部を持つ刃物であれば、刃物工具の形態はどういうものであってもよい。
刃物工具の素材としては、硬質材料ならば、どのようなものでも用いることができるが、典型的には単結晶ダイヤモンド、バインダレスｃＢＮ（立方晶ボロンナイトライド）、多結晶ダイヤモンド焼結体、ｃＢＮ焼結体、タングステンカーバイド焼結体、アルミナ焼結体やジルコニア焼結体などのセラミックス材料などがある。また、硬度の高い鋼、単結晶シリコン、ガラスなどの脆性材料も刃物工具素材として用いることができる。
刃部を形成する方法としては、刃物工具の外形をレーザー加工やワイヤー放電加工などによって整えた後、研磨などによって刃部を形成する。単結晶ダイヤモンドやバインダレスｃＢＮのような硬い材料ではスカイフ研磨と呼ばれる方法を採用することが多い。
以下、典型的な条件を用いた実施例と比較例、これらの切削試験結果を説明する。
［実施例１］
刃部を有する単結晶ダイヤモンド製切削工具を作製するために、単結晶ダイヤモンド素材からレーザー加工によって厚み１ｍｍ、縦２ｍｍ、横２ｍｍのブロックを切り出した。その後、ブロックの各面をダイヤモンド砥石によって切削して形状を整え、刃部の部分はスカイフ盤によって研磨仕上げを行った。刃物角は８０°であった。
この刃部に対して、図５に示すようにθs＝４０°、θn＝６０°の角度でガスクラスターイオンビームを照射した。原料ガスとしてアルゴンを用い、加速電圧を２０kV、照射ドーズ量を４×１０１８ions/cm2とした。照射後の刃部における切れ刃を走査型電子顕微鏡で観察した結果を図１０（ａ）に示す。図１０（ｂ）は図１０（ａ）の一部分の模式図であり、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）におけるＬ５−Ｌ６線における断面曲線の模式図であり、図１０（ｄ）は図１０（ｂ）におけるＬ７−Ｌ８線における断面曲線の模式図である。すくい面と逃げ面のそれぞれに、上がり角度θuが下がり角度θdより大きい隆起部が多数形成されていた。すくい面上の隆起部の幅は１０ｎｍ〜２００ｎｍ、逃げ面上の隆起部の幅は５０ｎｍ〜３００ｎｍであった。
ガスクラスターイオンビーム照射を行う前の刃部表面のヤング率、密度、硬度、結晶化度をそれぞれ１として、ガスクラスターイオンビーム照射後の表面構造のヤング率、密度、硬度、結晶化度を求めた。すくい面では、ヤング率が０．７８、密度が０．８８、硬度が０．７５、結晶化度が０．３２、空隙率が０．８６であった。逃げ面では、ヤング率が０．３１、密度が０．７０、硬度が０．１１、結晶化度が０．０９、空隙率が０．８９であった。
この刃部をエンドミル刃として、ステンレス合金を切削した。切削距離４０ｍに至った時点でのエンドミル刃の損耗量Ｌを走査型電子顕微鏡で評価した。損耗量Ｌは、図１１に示すように、使用によって刃部が損耗した場合、使用前のすくい面と逃げ面との境界の位置（図１１（ａ）参照）から損耗後の逃げ面の稜線開始位置（図１１（ｂ）参照）との距離で定義する。損耗量は最も損耗していた部分で０．７μｍであった。また、刃部の損耗部分の形状はなめらかで、欠けや割れなどは見られなかった。
［比較例１］
ガスクラスターイオンビームを照射しなかった点を除いて、実施例１と同じように単結晶ダイヤモンド製切削工具を作製した。刃部のすくい面と逃げ面の表面形状を走査型電子顕微鏡で調べた。すくい面と逃げ面には上述の表面構造は観察されなかった。
比較例１の単結晶ダイヤモンド製切削工具を用いて実施例１と同じ切削試験を行い、損耗量Ｌを評価した。損耗量は３．８μｍであった。また、損耗部分の形状を走査電子顕微鏡で詳しく観察したところ、損耗部分では、微小な欠けが集積し、割れた面が露出したような表面形状が観察された。
［実施例２，３，４］
単結晶ダイヤモンドで作られた刃部に対してガスクラスターイオンビームを照射して、すくい面と逃げ面に表面構造を形成した。ガスクラスターイオンビームの照射条件を変えて３種類の刃部を形成した。どの表面構造でも、上がり角度θuが下がり角度θdよりも大きい隆起部が多数形成されていた。典型的な５０個の隆起部について上がり角度θuと下がり角度θdを計測し、θu＞θdとなる隆起部の割合を求めた。また、実施例１と同じ方法で切削試験を行い、損耗量を評価した。これらの結果を表１に示す。
［比較例２，３，４］
上がり角度θuが下がり角度θdよりも大きくない隆起部を多数含む表面構造をすくい面と逃げ面に形成した点を除いて、実施例２，３，４と同じように単結晶ダイヤモンドの刃部を作製した。典型的な５０個の隆起部について上がり角度θuと下がり角度θdを計測し、θu＞θdとなる隆起部の割合を求めた。また、実施例１と同じ方法で切削試験を行い、損耗量を評価した。これらの結果を表１に示す。
［実施例５，６，７］
焼結ダイヤモンドで作られた刃部に対してガスクラスターイオンビームを照射して、すくい面と逃げ面に表面構造を形成した。ガスクラスターイオンビームの照射条件を変えて３種類の刃部を形成した。どの表面構造でも、上がり角度θuが下がり角度θdよりも大きい隆起部が多数形成されていた。典型的な５０個の隆起部について上がり角度θuと下がり角度θdを計測し、θu＞θdとなる隆起部の割合を求めた。また、実施例１と同じ方法で切削試験を行い、損耗量を評価した。これらの結果を表１に示す。
［比較例５，６，７］
上がり角度θuが下がり角度θdよりも大きくない隆起部を多数含む表面構造をすくい面と逃げ面に形成した点を除いて、実施例５，６，７と同じように焼結ダイヤモンドの刃部を作製した。典型的な５０個の隆起部について上がり角度θuと下がり角度θdを計測し、θu＞θdとなる隆起部の割合を求めた。また、実施例１と同じ方法で切削試験を行い、損耗量を評価した。これらの結果を表１に示す。
［実施例８，９，１０］
バインダレスｃＢＮで作られた刃部に対してガスクラスターイオンビームを照射して、すくい面と逃げ面に表面構造を形成した。ガスクラスターイオンビームの照射条件を変えて３種類の刃部を形成した。どの表面構造でも、上がり角度θuが下がり角度θdよりも大きい隆起部が多数形成されていた。典型的な５０個の隆起部について上がり角度θuと下がり角度θdを計測し、これらの平均値を求めた。また、実施例１と同じ方法で切削試験を行い、損耗量を評価した。これらの結果を表１に示す。
［比較例８，９，１０］
上がり角度θuが下がり角度θdよりも大きくない隆起部を多数含む表面構造をすくい面と逃げ面に形成した点を除いて、実施例８，９，１０と同じようにバインダレスｃＢＮの刃部を作製した。典型的な５０個の隆起部について上がり角度θuと下がり角度θdを計測し、これらの平均値を求めた。また、実施例１と同じ方法で切削試験を行い、損耗量を評価した。これらの結果を表１に示す。
＜考察＞
実施例１と比較例１を参照すると、ガスクラスターイオンビーム照射によってすくい面と逃げ面のそれぞれに、刃物工具内部とは異なる物性（ヤング率、密度、硬度、結晶化度）を持ち、かつ、上がり角度θuが下がり角度θdより大きい隆起部を多数含む表面構造を形成すると、このような表面構造を形成しなかった場合に比べて刃部の損耗が大きく抑制されることがわかる。また、実施例１では刃部において割れや欠けが発生しなかったことから応力集中の緩和が効果的に起こったことが理解できる。さらに、損耗面がなめらかであったことから、微小な単位で逐次的に摩耗がゆっくりと進行する状況が実現していたことがわかる。つまり、十分な応力集中緩和効果とともに低摩擦な切削加工プロセスが実現していたと考えられる。これに対して、比較例１による切削工具では、刃部の損耗は割れの集積によって起こっており、応力集中の緩和が十分に起こらなかったことがわかる。
実施例２〜１０と比較例２〜１０とを比較すると、上がり角度θuが下がり角度θdより大きい隆起部が多数形成されていると損耗量が小さいが、上がり角度θuが下がり角度θdより大きくない隆起部が多数形成されている場合は損耗量が大きいことがわかる。つまり、上がり角度θuが下がり角度θdより大きい隆起部は、上がり角度θuが下がり角度θdより大きくない隆起部よりも、切削時に被加工材から力を受けたときに弾性変形ないし塑性変形しやすいと言える。
また、実施例１〜１０を参照すると、刃部の損耗が抑制される効果は材料に依存しないことがわかる。
実施例はいずれも刃部に硬質皮膜等を形成していない刃物工具の例であるが、刃部表面に硬質皮膜等が形成されている刃物工具であっても、硬質皮膜上に上述の表面構造を形成してもよい。表面構造によって応力集中緩和効果が発揮されるため、刃部表面に硬質皮膜が形成されている場合であっても、硬質皮膜上に上述の表面構造を形成することによって、上述の表面構造を硬質皮膜上に形成しなかった場合に比べて皮膜の割れや剥がれを抑制することができ、刃物工具の耐久性を高めることができる。すなわち、本発明によると、刃物工具の表面の構成に依存せずに、幅広く刃物工具の耐久性を高めることができる。
本発明の刃物工具は、機械力を利用した工作機械に使用される工具に限定されず、人力による切削や彫刻加工などの工作に使用される工具（例えば、鋸や鑿など）であってもよい。
本発明は上述の実施形態に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で適宜変更が可能である。
１ 刃部
１Ａ すくい面
１Ｂ 逃げ面
２ 被加工材
８ 隆起部
８Ｘ 側面
８Ｙ 側面
８ＸＧ 傾き
８ＹＧ 傾き
９Ｘ 凹部
９Ｙ 凹部
Ａ 部分材
Ｂ 部分材
Ｃ 境界
Ｐ 平面
本発明は、すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、（１）第１表面構造に関して、第１表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さず、第１表面構造は、刃物工具の内部の物性値と比較して弾性変形ないし塑性変形を起こし易い物性値を有しており、第１隆起部の平均幅は５ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、第１隆起部は、刃物工具が被加工材と擦れるときに弾性変形ないし塑性変形する形状を有していることと、（２）第２表面構造に関して、第２表面構造と刃物工具の内部との間に固相界面を有さず、第２表面構造は、刃物工具の内部の物性値と比較して弾性変形ないし塑性変形を起こし易い物性値を有しており、第２隆起部の平均幅は５ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、第２隆起部は、刃物工具が被加工材と擦れるときに弾性変形ないし塑性変形する形状を有していることを特徴とする。
第１表面構造および第２表面構造はそれぞれ、ガスクラスターイオンビーム照射によって形成できる。また、好ましくは、第１領域および第２領域はそれぞれ、刃物工具が被加工材と擦れる部位とされる。

Claims (9)

  1. すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、
    上記すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、
    上記第１表面構造と上記刃物工具の内部との間に固相界面を有さず、
    上記第１表面構造は、上記刃物工具の内部の物性値と比較して弾性変形ないし塑性変形を起こし易い物性値を有しており、
    上記第１隆起部は、上記刃物工具による被加工材と擦れるときに弾性変形ないし塑性変形する形状を有しており、
    上記逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、
    上記第２表面構造と上記刃物工具の内部との間に固相界面を有さず、
    上記第２表面構造は、上記刃物工具の内部の物性値と比較して弾性変形ないし塑性変形を起こし易い物性値を有しており、
    上記第２隆起部は、上記刃物工具による被加工材と擦れるときに弾性変形ないし塑性変形する形状を有している
    ことを特徴とする刃物工具。
  2. すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、
    上記すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、
    上記すくい面と上記逃げ面との境界を切る平面による上記第１表面構造の断面において、
    上記境界の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている上記第１隆起部の個数が、上記境界の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない上記第１隆起部の個数よりも多く、
    上記第１表面構造の物性値は、上記第１表面構造の下に位置する上記刃物工具の内部の物性値とは異なっており、かつ、上記第１表面構造と上記刃物工具の内部との間に固相界面を有さず、
    上記逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、
    上記すくい面と上記逃げ面との境界を切る平面による上記第２表面構造の断面において、
    上記境界の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている上記第２隆起部の個数が、上記境界の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない上記第２隆起部の個数よりも多く、
    上記第２表面構造の物性値は、上記第２表面構造の下に位置する上記刃物工具の内部の物性値とは異なっており、かつ、上記第２表面構造と上記刃物工具の内部との間に固相界面を有さない
    ことを特徴とする刃物工具。
  3. すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、
    上記すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、
    上記すくい面と上記逃げ面との境界を切る平面による上記第１表面構造の断面において、
    上記境界の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている上記第１隆起部の個数が、上記境界の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない上記第１隆起部の個数よりも多く、
    上記第１表面構造のヤング率は、上記第１表面構造の下に位置する上記刃物工具の内部のヤング率よりも小さく、かつ、上記第１表面構造と上記刃物工具の内部との間に固相界面を有さず、
    上記逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、
    上記すくい面と上記逃げ面との境界を切る平面による上記第２表面構造の断面において、
    上記境界の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている上記第２隆起部の個数が、上記境界の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない上記第２隆起部の個数よりも多く、
    上記第２表面構造のヤング率は、上記第２表面構造の下に位置する上記刃物工具の内部のヤング率よりも小さく、かつ、上記第２表面構造と上記刃物工具の内部との間に固相界面を有さない
    ことを特徴とする刃物工具。
  4. すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、
    上記すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、
    上記すくい面と上記逃げ面との境界を切る平面による上記第１表面構造の断面において、
    上記境界の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている上記第１隆起部の個数が、上記境界の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない上記第１隆起部の個数よりも多く、
    上記第１表面構造の密度は、上記第１表面構造の下に位置する上記刃物工具の内部の密度よりも小さく、かつ、上記第１表面構造と上記刃物工具の内部との間に固相界面を有さず、
    上記逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、
    上記すくい面と上記逃げ面との境界を切る平面による上記第２表面構造の断面において、
    上記境界の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている上記第２隆起部の個数が、上記境界の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない上記第２隆起部の個数よりも多く、
    上記第２表面構造の密度は、上記第２表面構造の下に位置する上記刃物工具の内部の密度よりも小さく、かつ、上記第２表面構造と上記刃物工具の内部との間に固相界面を有さない
    ことを特徴とする刃物工具。
  5. すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、
    上記すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、
    上記すくい面と上記逃げ面との境界を切る平面による上記第１表面構造の断面において、
    上記境界の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている上記第１隆起部の個数が、上記境界の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない上記第１隆起部の個数よりも多く、
    上記第１表面構造の硬度は、上記第１表面構造の下に位置する上記刃物工具の内部の硬度よりも小さく、かつ、上記第１表面構造と上記刃物工具の内部との間に固相界面を有さず、
    上記逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、
    上記すくい面と上記逃げ面との境界を切る平面による上記第２表面構造の断面において、
    上記境界の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている上記第２隆起部の個数が、上記境界の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない上記第２隆起部の個数よりも多く、
    上記第２表面構造の硬度は、上記第２表面構造の下に位置する上記刃物工具の内部の硬度よりも小さく、かつ、上記第２表面構造と上記刃物工具の内部との間に固相界面を有さない
    ことを特徴とする刃物工具。
  6. すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、
    上記すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、
    上記すくい面と上記逃げ面との境界を切る平面による上記第１表面構造の断面において、
    上記境界の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている上記第１隆起部の個数が、上記境界の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない上記第１隆起部の個数よりも多く、
    上記第１表面構造はアモルファス構造を有し、上記第１表面構造の下に位置する上記刃物工具の内部は結晶構造を有し、上記刃物工具の内部と上記第１表面構造との境界領域では上記刃物工具の内部から上記第１表面構造に向かって結晶構造からアモルファス構造へ徐々に変化している構造を有しており、
    上記逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、
    上記すくい面と上記逃げ面との境界を切る平面による上記第２表面構造の断面において、
    上記境界の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている上記第２隆起部の個数が、上記境界の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない上記第２隆起部の個数よりも多く、
    上記第２表面構造はアモルファス構造を有し、上記第２表面構造の下に位置する上記刃物工具の内部は結晶構造を有し、上記刃物工具の内部と上記第２表面構造との境界領域では上記刃物工具の内部から上記第２表面構造に向かって結晶構造からアモルファス構造へ徐々に変化している構造を有している
    ことを特徴とする刃物工具。
  7. すくい面と逃げ面を有する刃物工具であって、
    上記すくい面の少なくとも一部である第１領域に、網状に連なる第１凹部と当該第１凹部によって囲まれている第１隆起部とが形成されている第１表面構造を有しており、
    上記すくい面と上記逃げ面との境界を切る平面による上記第１表面構造の断面において、
    上記境界の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている上記第１隆起部の個数が、上記境界の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第１凹部への上記第１隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない上記第１隆起部の個数よりも多く、
    上記第１表面構造の空隙率は、上記第１表面構造の下に位置する上記刃物工具の内部の空隙率よりも大きく、かつ、上記第１表面構造と上記刃物工具の内部との間に固相界面を有さず、
    上記逃げ面の少なくとも一部である第２領域に、網状に連なる第２凹部と当該第２凹部によって囲まれている第２隆起部とが形成されている第２表面構造を有しており、
    上記すくい面と上記逃げ面との境界を切る平面による上記第２表面構造の断面において、
    上記境界の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっている上記第２隆起部の個数が、上記境界の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きが上記境界とは反対の側で隣接する上記第２凹部への上記第２隆起部の側面の傾きよりも大きくなっていない上記第２隆起部の個数よりも多く、
    上記第２表面構造の空隙率は、上記第２表面構造の下に位置する上記刃物工具の内部の空隙率よりも大きく、かつ、上記第２表面構造と上記刃物工具の内部との間に固相界面を有さない
    ことを特徴とする刃物工具。
  8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の刃物工具であって、
    上記第１表面構造および上記第２表面構造はそれぞれ、ガスクラスターイオンビーム照射によって形成された
    ことを特徴とする刃物工具。
  9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の刃物工具であって、
    上記第１領域および上記第２領域はそれぞれ、上記刃物工具による被加工材と擦れる部位である
    ことを特徴とする刃物工具。
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