JP5499650B2 - 耐剥離性と耐摩耗性にすぐれたダイヤモンド被覆工具 - Google Patents

Description

この発明は、炭化タングステン基超硬合金からなる基体表面にダイヤモンド皮膜を被覆したダイヤモンド被覆工具に関し、特に、金属材料よりも比強度、比剛性の高いＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics。炭素繊維強化プラスチック）あるいは溶着性の高いＡｌ合金等の難削材の高速切削に際し、長期の使用に亘って、すぐれた耐剥離性とすぐれた耐摩耗性を発揮するダイヤモンド被覆工具に関するものである。

従来、炭化タングステン基（ＷＣ基）超硬合金からなる基体に、ダイヤモンド皮膜を被覆したダイヤモンド被覆工具が知られており、例えば、基体表面に、ダイヤモンドの結晶成長の起点となる核付着工程およびダイヤモンドを結晶成長させる結晶成長工程とを繰り返し行うことにより、結晶粒径が微細なダイヤモンド皮膜を被覆したダイヤモンド被覆工具が知られており、この被覆工具を用いたＡｌ合金の切削加工で、すぐれた面精度を得られることが知られている。

また、ダイヤモンド皮膜を、ラマン分光分析によるダイヤモンドのピーク強度Ｉ_１に対する非ダイヤモンド炭素のピーク強度Ｉ_２の強度比Ｉ_２／Ｉ_１が０．７以下の層と、Ｉ_２／Ｉ_１が０．９以上の層とを交互に積層したダイヤモンド被覆工具も知られており、この被覆工具をＡｌ合金の切削加工に用いた場合、靭性、耐欠損性、耐摩耗性にすぐれることも知られている。
特開２００２−７９４０６号公報 特開平６−２９７２０７号公報

近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴って、切削条件はますます高速化している。上記の従来被覆工具は、これを通常条件での切削加工に用いた場合には特段の問題は生じないが、これを、一般の金属材料に比して、比強度、比剛性にすぐれるＣＦＲＰ、溶着性の高いＡｌ合金等の難削材の高速切削に用いた場合には、ＣＦＲＰは炭素繊維とエポキシ系樹脂の複合材であるため工具摩耗が激しい。さらに、ダイヤモンドは熱膨張係数が小さく、ＷＣ基超硬合金からなる基体との熱膨張差が大きいために、切削加工時の高熱によって、基体−ダイヤモンド膜の界面に熱応力が発生し、特に、長時間使用後、ダイヤモンド被覆の膜厚が薄くなるにつれ、上記応力によるダイヤモンド膜の剥離が生じやすくなり、工具寿命が短命となるという問題点があった。
そこで、長期の使用に亘って、ダイヤモンド膜の剥離が生じることがなく、同時に、優れた耐摩耗性を発揮するダイヤモンド被覆工具が望まれる。

本発明者等は、上述のような観点から、特に難削材であるＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の高速切削加工で、ダイヤモンド膜が優れた耐剥離性を有するとともに耐摩耗性を有し、長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮するダイヤモンド被覆工具を開発すべく鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。

本発明のダイヤモンド被覆工具は、ＷＣ基超硬合金からなる基体（基材）の表面に、例えば、熱フィラメント法等のダイヤモンド気相合成法によって、結晶性がそれぞれ異なるダイヤモンド膜であるＡ層およびＢ層（Ａ層に比して、Ｂ層は相対的に結晶性が高い）が交互に積層されることによって構成されるが、Ａ層、Ｂ層の交互積層に際し、ＷＣ基超硬合金基体（基材）側においては、Ａ層の合計層厚ＬａとＢ層の合計層厚Ｌｂが、０．６≦Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の関係を満足するように、また、ダイヤモンド被覆表面側においては、Ａ層の合計層厚ＬａとＢ層の合計層厚Ｌｂが、０．６≦Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の関係を満足するように交互積層を形成すると、このような交互積層構造からなるダイヤモンド被覆工具は、長期間使用してもダイヤモンド皮膜の剥離はみられず、その結果、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮することを見出したのである。

図１に、本発明のダイヤモンド被覆工具の側断面の概略図を示すが、図１に示されるダイヤモンド被覆の側断面でみた場合に、基体側においては、層厚方向に形成されたＡ層の占める層厚の割合はＢ層のそれより多く、一方、ダイヤモンド被覆表面側においては、層厚方向に形成されたＢ層の占める層厚の割合がＡ層のそれより多くなるように、交互積層を形成するＡ層、Ｂ層の層厚をそれぞれ調節すると、切削加工時の高熱によって、ＷＣ基超硬合金基体（基材）とダイヤモンド膜の熱膨張差に基づき発生する界面の熱応力を緩和することができ、その結果、長期間使用後であってもダイヤモンド皮膜の剥離発生を抑制でき、工具の長寿命化を図ることができるとともに、ダイヤモンド被覆表面側には、Ａ層に比して相対的に硬度の高いＢ層が高割合で存在していることから、長時間の切削加工において十分な耐摩耗性を発揮することができるのである。

また、本発明者等は、ダイヤモンド被覆表面側に形成されたＢ層を構成するダイヤモンド膜について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて測定・作成した結晶面の傾斜角度数分布グラフにおいて、（１１０）面または（１１１）面が該傾斜角度数分布グラフの０〜１０度の傾斜角区分で５０％以上の度数を占める配向ダイヤモンド膜で構成した場合には、Ｂ層の硬さがより向上し、その結果、より一段と耐摩耗性が向上することを見出したのである。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 炭化タングステン基超硬合金で構成された基体表面に、結晶性が相異なる一層平均層厚０．０３〜５μｍのＡ層と一層平均層厚０．１〜５μｍのＢ層の２種のダイヤモンド膜が交互に積層被覆され、ダイヤモンド膜の合計被覆層厚が１０〜３０μｍであるダイヤモンド被覆工具において、
上記Ａ層とＢ層を構成するダイヤモンド膜について、測定波長５１４．５ｎｍのラマン分光分析を行った場合、測定により得られる１３３３±５ｃｍ−１のピーク最大値Ｉ_１と、１４００〜１６００ｃｍ−１のピーク最大値Ｉ_２の比の値Ｉ_２／Ｉ_１は、上記Ａ層では０．７＜Ｉ_２／Ｉ_１＜０．９であり、また、上記Ｂ層ではＩ_２／Ｉ_１＜０．６であり、
さらに、基体表面から合計被覆層厚の１／３の高さ位置までの基体側に形成されたダイヤモンド膜におけるＡ層の合計層厚ＬａとＢ層の合計層厚Ｌｂは、０．６≦Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の関係を満足し、また、ダイヤモンド膜表面から合計被覆層厚の１／３の深さ位置までのダイヤモンド被覆表面側に形成されたダイヤモンド膜におけるＡ層の合計層厚ＬａとＢ層の合計層厚Ｌｂは、０．６≦Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の関係を満足することを特徴とするダイヤモンド被覆工具。
（２） 上記Ｂ層のうち、少なくともダイヤモンド被覆表面側に形成されたＢ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１０）面および（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、（１１０）面または（１１１）面の少なくともいずれかの面について、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すことを特徴とする前記（１）に記載のダイヤモンド被覆工具。」
に特徴を有するものである。

つぎに、この発明のダイヤモンド被覆工具の被覆層について、詳細に説明する。

交互に積層されるダイヤモンド膜の内のＡ層は、測定波長５１４．５ｎｍのラマン分光分析を行った場合、測定により得られる１３３３±５ｃｍ−１のピーク最大値Ｉ_１と、１４００〜１６００ｃｍ−１のピーク最大値Ｉ_２の比の値Ｉ_２／Ｉ_１は０．７＜Ｉ_２／Ｉ_１＜０．９であり、後記するＢ層に比して、相対的に結晶性が低く、微粒ダイヤモンドで構成される。
このような結晶性が低く、微粒ダイヤモンドで構成されるＡ層は、例えば、
フィラメント温度 ２０００〜２３００℃、
フィラメント−基板間隔 １０〜３０ｍｍ、
基板温度 ７５０〜９５０℃、
反応圧力 ０．９〜１．６ｋＰａ、
反応ガス（ＣＨ_４／Ｈ_２比） ０．０２５〜０．０８、
という条件で成膜することができる。
そして、このＡ層は、ＷＣ超硬合金からなる基体との熱膨張係数差がＢ層に比して小さく、その界面に大きな熱応力が発生しにくいために、また、Ａ層は、基体との界面に発生した熱応力を緩和する作用がＢ層に比して大であるため、難削材の高速切削加工時の高熱が発生する条件下であっても、ダイヤモンド膜の剥離が抑制されることになるが、Ａ層の一層平均膜厚が０．０３μｍ未満では、基体との界面の熱応力緩和作用を十分に発揮することができず、一方、Ａ層の一層平均膜厚が５μｍを超えると、ダイヤモンド被覆全体としての硬さが低下し、耐摩耗性が低下傾向を示すようになることから、Ａ層の一層平均膜厚は０．０３〜５μｍと定めた。
さらに、この発明では、Ａ層とＢ層の交互積層による効果をより一段と発揮させるために、図１に示すように、基体側に形成されたダイヤモンド膜におけるＡ層の合計層厚ＬａとＢ層の合計層厚Ｌｂは、０．６≦Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の関係を満足するよう定め（即ち、層厚方向に形成されたＡ層の占める層厚の割合はＢ層のそれより多くし）、基体に対するダイヤモンド膜の耐剥離性をより高めるようにした。
Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の値が０．６未満では、ダイヤモンド被覆は優れた硬さを有するものの、難削材の高速切削においては十分な耐剥離性を発揮し得ないことから、Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の値を０．６以上と定めた。

また、Ａ層と交互に積層されるダイヤモンド膜のＢ層は、測定波長５１４．５ｎｍのラマン分光分析を行った場合、測定により得られる１３３３±５ｃｍ−１のピーク最大値Ｉ_１と、１４００〜１６００ｃｍ−１のピーク最大値Ｉ_２の比の値Ｉ_２／Ｉ_１は０．６＞Ｉ_２／Ｉ_１であり、Ａ層に比して結晶性が高くかつ粗粒ダイヤモンドで構成する。
このような結晶性が高くかつ粗粒ダイヤモンドで構成されるＢ層は、例えば、
フィラメント温度 ２０００〜２４００℃、
フィラメント−基板間隔 １０〜３０ｍｍ、
基板温度 ７００〜９００℃、
反応圧力 ２．０〜６．６７ｋＰａ、
反応ガス（ＣＨ_４／Ｈ_２比） ０．００５〜０．０５、
という条件で成膜することができる。
そして、このＢ層は、Ａ層に比して耐摩耗性に優れるが、Ｂ層の一層平均膜厚が０．１μｍ未満では、長期の使用に亘っての優れた耐摩耗性を継続的に維持することができず、一方、Ｂ層の一層平均膜厚が５μｍを超えると、結晶粒が粗大化するため表面の平滑性が低下し、欠損を発生しやすくなるとともに仕上げ面精度の低下を招くことになるので、Ｂ層の一層平均膜厚は０．１〜５μｍと定めた。
さらに、この発明では、Ｂ層は、Ａ層を挟んで交互に積層されていることにより、Ｂ層の結晶粒粗大化が抑制されるばかりか、Ｂ層に発生したクラック等の進展がＡ層によって阻止され、耐欠損性も向上する。
さらに、この発明では、Ａ層とＢ層の交互積層による効果をより一段と発揮させるために、図１に示すように、ダイヤモンド被覆表面側に形成されたダイヤモンド膜におけるＡ層の合計層厚ＬａとＢ層の合計層厚Ｌｂが、０．６≦Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の関係を満足するように成膜し（即ち、層厚方向に形成されたＢ層の占める層厚の割合はＡ層のそれより多い）、耐欠損性、仕上げ面精度の低下を招くことなく、ダイヤモンド膜の耐摩耗性をより高めるようにした。
ダイヤモンド被覆表面側のダイヤモンド膜におけるＬｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の値が０．６未満では、難削材の高速切削において、長期の使用に亘って優れた耐摩耗性を発揮し得ないことから、Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の値を０．６以上と定めた。

また、上記Ｂ層のうち、少なくともダイヤモンド被覆表面側に形成されたＢ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１０）面および（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、（１１０）面または（１１１）面の少なくともいずれかの面について、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、このような配向を有する粗粒ダイヤモンドからなるＢ層は、すぐれた高硬度ととともに耐熱性を相兼ね備えている。

この発明において、Ａ層とＢ層の交互積層構造からなるダイヤモンド膜の合計被覆層厚が１０μｍ未満では、難削材の高速切削において、長期の使用に亘って優れた耐摩耗性を発揮することができず、一方、ダイヤモンド膜の合計被覆層厚が３０μｍを超えると、欠損、剥離発生の危険性が高まり、また、仕上げ面精度も低下傾向を示すようになることから、ダイヤモンド膜の合計被覆層厚は１０〜３０μｍと定めた。

この発明のダイヤモンド被覆工具は、微粒ダイヤモンドからなるＡ層と粗粒ダイヤモンドからなるＢ層が交互積層構造をなし、さらに、基体側ではＡ層の合計層厚Ｌａの比率が高く、一方、ダイヤモンド被覆表面側ではＢ層の合計層厚Ｌｂの比率が高くなっていることから、工具基体−ダイヤモンド膜界面での応力緩和が図られ、耐剥離性に優れ、結晶粒の粗大化が防止され、被削材仕上げ面精度の低下がなく、耐クラック伝播性にすぐれるという特性を備える。
さらに、Ｂ層は、（１１０）または（１１１）配向性を有することから、この発明のダイヤモンド被覆工具はすぐれた高硬度と耐熱性とを相兼ね備えている
したがって、この発明のダイヤモンド被覆工具を、ＣＦＲＰ、Ａｌ合金等の難削材の高速切削加工に用いた場合でも、すぐれた耐剥離性、耐欠損性を備えるとともに長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。

本発明のダイヤモンド被覆工具の側断面の概略図を示す。 本発明エンドミル１のダイヤモンド被覆表面側に形成されたＢ層の（１１０）面についての傾斜角度数分布グラフを示す。 本発明エンドミル５のダイヤモンド被覆表面側に形成されたＢ層の（１１１）面についての傾斜角度数分布グラフを示す。

つぎに、この発明のダイヤモンド被覆工具を実施例により具体的に説明する。

原料粉末として、平均粒径：５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ_３Ｃ_２粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ［質量比で、ＴｉＣ／ＷＣ＝５０／５０］粉末、および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が１３ｍｍの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。

ついで、これらの工具基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、酸溶液によるエッチングおよび／またはアルカリ溶液によるエッチング処理を行い、さらに、ダイヤモンド粉末スラリー液を用いて超音波洗浄器で超音波処理を行なった後、
（ａ１）まず、
フィラメント温度 ２２００ ℃、
フィラメント−基板間隔 １５ ｍｍ、
基板温度 ８５０ ℃、
反応圧力 ０．９ ｋＰａ、
反応ガス ＣＨ_４／Ｈ_２＝０．０５（但し、体積比）、
という条件で、工具基体の表面に、微粒ダイヤモンドからなるＡ層（ラマン分光分析によるピーク強度比：０．７＜Ｉ_２／Ｉ_１＜０．９）を成膜し、
（ｂ１）次いで、上記Ａ層の上に、
フィラメント温度 ２２００ ℃、
フィラメント−基板間隔 １５ ｍｍ、
基板温度 ８００ ℃、
反応圧力 ４ ｋＰａ、
反応ガス ＣＨ_４／Ｈ_２＝０．０３５（但し、体積比）、
という条件で、粗粒ダイヤモンドからなるＢ層（ラマン分光分析によるピーク強度比：Ｉ_２／Ｉ_１＜０．６）を成膜し、
（ｃ１）基体側では０．６≦Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）を満足し、かつ、ダイヤモンド被覆表面側では０．６≦Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）を満足するように、Ａ層、Ｂ層それぞれの一層膜厚を調整しつつ、上記（ａ１）、（ｂ１）を、所要回数繰り返し、表２に示される、所望積層数、所望合計被覆層厚のダイヤモンド皮膜を成膜して本発明ダイヤモンド被覆工具としての本発明ダイヤモンド被覆エンドミル（以下、本発明エンドミルという）１〜８をそれぞれ製造した。

比較の目的で、上記の工具基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８の表面に上記と同様のコーティング前処理を施した状態で、上記実施例１の（ａ１）と同一の条件でダイヤモンド皮膜を成膜した比較エンドミル１、上記実施例１の（ｂ１）と同一の条件でダイヤモンド皮膜を成膜した比較エンドミル２、上記実施例１の（ａ１）、（ｂ１）を所要回数繰り返し（ただし、Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）あるいはＬｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の値は膜厚方向にほぼ一定の値）、所望積層数、所望合計被覆層厚のダイヤモンド皮膜を成膜した比較エンドミル３〜８をそれぞれ製造した。
表３に、それぞれの皮膜の一層膜厚、積層数、合計被覆層厚を示す。

つぎに、上記本発明エンドミル１〜８のダイヤモンド被覆表面側に形成されたＢ層および上記比較エンドミル２〜８の粗粒ダイヤモンド皮膜について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１０）面および（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成した。

図２に、一例として、本発明エンドミル１のダイヤモンド被覆表面側に形成されたＢ層の（１１０）面についての傾斜角度数分布グラフを示すが、本発明エンドミル１〜８および比較エンドミル２〜８の粗粒ダイヤモンド皮膜の（１１０）面の傾斜角度数分布グラフは、いずれもほぼ同様な傾斜角度数分布グラフを示し、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５０％以上の割合を占めていた。
図３には、一例として、本発明エンドミル５のダイヤモンド被覆表面側に形成されたＢ層の（１１１）面についての傾斜角度数分布グラフを示すが、本発明エンドミル１〜８および比較エンドミル２〜８の粗粒ダイヤモンド皮膜の（１１１）面の傾斜角度数分布グラフは、いずれもほぼ同様な傾斜角度数分布グラフを示し、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５０％以上の割合を占めた。

表２、表３に、本発明エンドミル１〜８および上記比較エンドミル１〜８の粗粒ダイヤモンド皮膜について測定された最高ピークが存在する傾斜角区分、０〜１０度の範囲内に存在する度数割合等を示す。

また、本発明エンドミル１〜８および比較エンドミル２〜４の粗粒ダイヤモンド皮膜について、平均ダイヤモンド粒径を測定したところ、比較エンドミル２〜８の粗粒ダイヤモンド皮膜では、平均ダイヤモンド粒径は２．９〜７．５μｍであり、一方、本発明エンドミル１〜８の粗粒ダイヤモンド皮膜（Ｂ層）では、平均ダイヤモンド粒径は０．８〜１．８μｍであることから、本発明の粗粒ダイヤモンド皮膜（Ｂ層）では、ダイヤモンド結晶粒の粗大化が充分抑制されていることがわかる。

つぎに、上記本発明エンドミル１〜８および上記比較エンドミル１〜８について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの、炭素繊維と熱硬化型エポキシ系樹脂が直交積層構造を持つ炭素繊維強化樹脂複合材（ＣＦＲＰ）の板材、
切削速度： ２４０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：径方向（ae）２．５ｍｍ，軸方向（ap）８ｍｍ、
テーブル送り： １５００ ｍｍ／分、
エアーブロー、
の条件（切削条件Ａ）での上記ＣＦＲＰの乾式高速側面切削加工試験、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの、ＪＩＳ・ＡＤＣ１２の板材、
切削速度： ４２０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：径方向（ae）２．５ｍｍ，軸方向（ap）８ｍｍ、
テーブル送り： １２００ ｍｍ／分、
エアーブロー、
の条件（切削条件Ｂ）での上記Ａｌ合金の乾式高速側面切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの切削加工試験でも切刃部に欠損が発生するまでの切削溝長、あるいは、被削材にバリが発生するまでの切削溝長を測定した。
これらの測定結果を表４にそれぞれ示した。

上記の実施例１で製造した直径が１３ｍｍの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにいずれもねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。

ついで、これらの工具基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、上記実施例１と同様のコーティング前処理を施した後、上記実施例１の（ａ１）〜（ｃ１）と同一の条件で、工具基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の表面に、Ａ層、Ｂ層それぞれの一層膜厚を調整しつつ、表５に示される、所望積層数、所望合計被覆層厚のダイヤモンド皮膜を成膜して本発明ダイヤモンド被覆工具としての本発明ダイヤモンド被覆ドリル（以下、本発明ドリルという）１〜８をそれぞれ製造した。

比較の目的で、上記の工具基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の表面に、ホーニングを施し、上記実施例１と同様のコーティング前処理を施した後、上記実施例１の（ａ１）と同一の条件でダイヤモンド皮膜を成膜した比較ドリル１、上記実施例１の（ｂ１）と同一の条件でダイヤモンド皮膜を成膜した比較ドリル２、上記実施例１の（ａ１）、（ｂ１）を所要回数繰り返し（ただし、Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）あるいはＬｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の値は膜厚方向にほぼ一定の値）、所望積層数、所望合計被覆層厚のダイヤモンド皮膜を成膜した比較ドリル３〜８をそれぞれ製造した。
表６に、それぞれの皮膜の一層膜厚、積層数、合計被覆層厚を示す。

つぎに、上記本発明ドリル１〜８のダイヤモンド被覆表面側に形成されたＢ層および上記比較ドリル２〜８の粗粒ダイヤモンド皮膜について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１０）面および（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成した。

本発明ドリル１〜８および比較ドリル２〜８の粗粒ダイヤモンド皮膜の（１１０）面の傾斜角度数分布グラフは、いずれもほぼ同様な傾斜角度数分布グラフを示し、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５０％以上の割合を占めていた。
また、本発明ドリル１〜８および比較ドリル２〜８の粗粒ダイヤモンド皮膜の（１１１）面の傾斜角度数分布グラフは、いずれもほぼ同様な傾斜角度数分布グラフを示し、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５０％以上の割合を占めた。

表５、表６に、本発明ドリル１〜８および上記比較ドリル１〜８の粗粒ダイヤモンド皮膜について測定された最高ピークが存在する傾斜角区分、０〜１０度の範囲内に存在する度数割合等を示す。

つぎに、上記本発明ドリル１〜８および比較ドリル１〜８について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：８ｍｍの、炭素繊維と熱硬化型エポキシ系樹脂が直交積層構造を持つ炭素繊維強化樹脂複合材（ＣＦＲＰ）の板材、
切削速度： １８０ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．０６ ｍｍ／ｒｅｖ、
貫通穴：（８ ｍｍ）、
エアーブロー、
の条件（切削条件Ｃ）での上記ＣＦＲＰの乾式高速穴あけ切削加工試験、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：１５ｍｍの、ＪＩＳ・ＡＤＣ１２の板材
切削速度： ２２０ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．０９ ｍｍ／ｒｅｖ、
貫通穴：（１５ ｍｍ）、
エアーブロー、
の条件（切削条件Ｄ）での上記Ａｌ合金の乾式高速穴あけ切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの乾式高速穴あけ切削加工試験でも、切屑つまりにより切削不能になるまでの穴あけ加工数を測定した。
この測定結果を表７にそれぞれ示した。

表２〜７に示される結果から、本発明ダイヤモンド被覆工具としての本発明エンドミル１〜８および本発明ドリル１〜８は、微粒ダイヤモンドからなるＡ層と粗粒ダイヤモンドからなるＢ層が交互積層構造をなし、さらに、基体側ではＡ層の合計層厚Ｌａの比率が高く、一方、ダイヤモンド被覆表面側ではＢ層の合計層厚Ｌｂの比率が高くなっていることから、工具基体−ダイヤモンド膜界面での耐剥離性に優れ、また、結晶粒の粗大化が防止されることから、被削材仕上げ面精度に優れるばかりか耐欠損性にも優れ、ＣＦＲＰ、Ａｌ合金等の難削材の高速切削加工に用いた場合でも、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する。
これに対して、微粒ダイヤモンド皮膜のみ、粗粒ダイヤモンド皮膜のみからなる比較ダイヤモンド被覆工具、あるいは、微粒ダイヤモンドと粗粒ダイヤモンドの交互積層構造であっても、Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ），Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の値が膜厚方向にほぼ一定である比較ダイヤモンド被覆工具においては、ダイヤモンド皮膜の剥離、欠損が発生し、被削材仕上げ面精度も不十分であって、ＣＦＲＰ、Ａｌ合金等の難削材の高速切削加工に用いた場合、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮することはできず、工具寿命も短命であった。

上述のように、この発明のダイヤモンド被覆工具は、通常条件での切削加工は勿論のこと、金属材料よりも比強度、比剛性の高いＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の高速切削においても、耐剥離性、耐欠損性にすぐれ、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮するものであるから、切削加工装置のＦＡ化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。

Claims (2)

1. 炭化タングステン基超硬合金で構成された基体表面に、結晶性が相異なる一層平均層厚０．０３〜５μｍのＡ層と一層平均層厚０．１〜５μｍのＢ層の２種のダイヤモンド膜が交互に積層被覆され、ダイヤモンド膜の合計被覆層厚が１０〜３０μｍであるダイヤモンド被覆工具において、
   上記Ａ層とＢ層を構成するダイヤモンド膜について、測定波長５１４．５ｎｍのラマン分光分析を行った場合、測定により得られる１３３３±５ｃｍ−１のピーク最大値Ｉ_１と、１４００〜１６００ｃｍ−１のピーク最大値Ｉ_２の比の値Ｉ_２／Ｉ_１は、上記Ａ層では０．７＜Ｉ_２／Ｉ_１＜０．９であり、また、上記Ｂ層ではＩ_２／Ｉ_１＜０．６であり、
   さらに、基体表面から合計被覆層厚の１／３の高さ位置までの基体側に形成されたダイヤモンド膜におけるＡ層の合計層厚ＬａとＢ層の合計層厚Ｌｂは、０．６≦Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の関係を満足し、また、ダイヤモンド膜表面から合計被覆層厚の１／３の深さ位置までのダイヤモンド被覆表面側に形成されたダイヤモンド膜におけるＡ層の合計層厚ＬａとＢ層の合計層厚Ｌｂは、０．６≦Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ）の関係を満足する、
   ことを特徴とするダイヤモンド被覆工具。
2. 上記Ｂ層のうち、少なくともダイヤモンド被覆表面側に形成されたＢ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１０）面および（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、（１１０）面または（１１１）面の少なくともいずれかの面について、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すことを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド被覆工具。
   

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