JP5597327B2 - ダイヤモンド被覆工具およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はダイヤモンド被覆工具に係り、特に、刃部先端の刃先幅Φが１００ｎｍ以下になるまで尖らせたダイヤモンド被覆工具およびその製造方法に関するものである。

超硬合金またはセラミックスから成る工具母材の表面にダイヤモンド被膜がコーティングされて所定の刃部が構成されているダイヤモンド被覆工具が提案されている（特許文献１参照）。このようにダイヤモンド被膜をコーティングすれば、使用に伴う刃部の摩耗が抑制されて工具寿命を大幅に向上させることができる。

特開２００２−３７０１０７号公報 特開２００７−１３７７４３号公報

しかしながら、このようにダイヤモンド被膜をコーティングした場合、そのダイヤモンド被膜の膜厚は一般に１０〜２０μｍ程度であるため、刃部の先端はダイヤモンド被膜の膜厚に近い半径の丸みを帯びて切れ味が悪くなり、目的とする加工を適切に行えなくなる場合があった。例えばガラスを切断する際に刃部の先端でガラスを引っ掻いて疵を付けたり、刃部の先端をガラスに押し付けて疵を付けたりするガラス切断用工具（特許文献２参照）の場合、ダイヤモンド被膜をコーティングすると刃先が丸くなってガラスを適切に切断することができなくなる。これに対し、前記特許文献１では、ダイヤモンド砥石等を用いて刃部の先端部分を研磨することが提案されているが、このような機械的な研磨は刃先に研磨荷重が加えられるため欠け易く、先端の刃先幅Φが１００ｎｍ以下になるまで尖らせることは困難で、工具の種類によっては未だ十分に満足できない場合があった。なお、刃先幅Φは、刃先の丸み等の幅寸法のことである。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、刃部に設けられたダイヤモンド被膜の表面を研磨することにより刃部先端の刃先幅Φが１００ｎｍ以下になるまで尖らせ、ダイヤモンドコーティングに拘らず優れた切れ味が得られるようにすることにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、超硬合金またはセラミックスから成る工具母材の表面にダイヤモンド被膜がコーティングされて所定の刃先角θａの断面三角形の刃部が構成されているダイヤモンド被覆工具において、(a) 前記刃部に設けられたダイヤモンド被膜には、その刃部の先端部分に前記刃先角θａよりも大きな一定の刃先角θ ₂ となるようにその刃部の側面が対称的に研磨された中間研磨部が設けられているとともに、(b) その中間研磨部よりも先端側には、前記ダイヤモンド被膜の表面にイオンビームが照射されて前記刃部の側面が対称的に研磨されることにより、前記刃先角θ ₂ よりも大きな一定の刃先角θ₁ で且つ先端の刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内となるように尖らされた先端研磨部が設けられていることを特徴とする。

第２発明は、第１発明のダイヤモンド被覆工具において、(a) 前記ダイヤモンド被覆工具は、全体として円板形状を成しているとともに、その円板形状の外周部の全周に外周側へ向かって突き出すように前記刃部が設けられ、ガラスを切断する際にその刃部の先端でそのガラスに疵を付けるスクライビングホイールで、(b) 前記中間研磨部および前記先端研磨部は、何れも前記スクライビングホイールの軸心に対して直角な刃部中心面Ｓに対して前記刃先角θ ₂ 、θ ₁ で対称的に傾斜するように設けられていることを特徴とする。

第３発明は、超硬合金またはセラミックスから成る工具母材の表面にダイヤモンド被膜がコーティングされて所定の刃先角θａの断面三角形の刃部が構成されているダイヤモンド被覆工具に関し、その刃部におけるダイヤモンド被膜を研磨して尖らせる製造方法であって、(a) 前記刃部に設けられたダイヤモンド被膜の表面にイオンビームを照射して研磨することにより、その刃部の先端部分に前記刃先角θａよりも大きな刃先角θ₂ となる中間研磨部を形成する第１研磨工程と、(b) 前記イオンビームの照射条件を変更して前記中間研磨部の表面に照射して更に研磨することにより、その中間研磨部の先端部分に前記刃先角θ₂ よりも大きな刃先角θ₁ で且つ先端の刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内となるように尖らせた先端研磨部を形成する第２研磨工程と、を有し、且つ、(c) 前記イオンビームの加速電圧を変更してそのイオンビームの照射による研磨の加工角αを調整することにより、前記第１研磨工程ではその刃部の側面が前記刃先角θ ₂ で対称的に傾斜するように研磨して前記中間研磨部を形成し、前記第２研磨工程ではその刃部の側面が前記刃先角θ ₁ で対称的に傾斜するように研磨して前記先端研磨部を形成することを特徴とする。

第４発明は、第３発明のダイヤモンド被覆工具の製造方法において、前記第１研磨工程では刃部中心面Ｓに対して前記刃先角θ₂ で対称的に傾斜する前記中間研磨部を形成し、前記第２研磨工程では刃部中心面Ｓに対して前記刃先角θ₁ で対称的に傾斜する前記先端研磨部を形成することを特徴とする。

第１発明のダイヤモンド被覆工具においては、イオンビームによってダイヤモンド被膜が研磨されることにより、刃部の先端部分に刃先角θａよりも大きな一定の刃先角θ ₁ で且つ先端の刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内となるように尖らされた先端研磨部が設けられているため、所定の刃先強度を確保しつつダイヤモンドコーティングに拘らず優れた切れ味が得られるようになる。すなわち、イオンビームの照射による研磨は非接触であるため、刃先に研磨荷重が作用せず、刃先幅Φが１００ｎｍ以下になるまで鋭利に研磨することができるのである。これにより、ダイヤモンド被膜による丸みで切れ味が悪くなるため従来は適用できなかったガラス切断用工具や紙の切断工具、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）用加工工具等に対しても、ダイヤモンドコーティングが可能となり、耐久性を大幅に向上させることができる。また、非接触で研磨するため、例えば刃部が長尺であったり円弧形状などの湾曲形状等であったりしても、一定の取り代で均一に研磨することが可能で、砥石等による機械研磨に比較して高い精度で目的形状に研磨することができる。

また、先端研磨部は元の刃先角θａよりも大きな刃先角θ₁ であるため、刃部の先端部分のみを局部的に研磨することによって先端を尖らせることが可能で、取り代をできるだけ少なくして研磨コストを低減できる。

また、前記刃先角θａよりも大きく且つ刃先角θ₁ よりも小さな一定の刃先角θ₂ となるように刃部の側面が対称的に研磨された中間研磨部が設けられており、その中間研磨部よりも先端側に刃先角θ₁ の先端研磨部が設けられているため、例えばイオンビームの照射により一定の刃先角θ₁ 或いはθ₂ 等で傾斜させて刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内になるまで研磨する場合に比較して、その刃先部分のダイヤモンド被膜の取り代が少なくなり、研磨による強度や耐久性の低下が抑制される。なお、上記中間研磨部についてもイオンビームの照射によって研磨することが望ましいが、ダイヤモンド砥石等による機械研磨で研磨することも可能である。

第２発明は、ガラスを切断する際に刃部の先端でそのガラスを引っ掻くなどして疵を付けるスクライビングホイールに関するもので、円板形状の全周に刃部を備えているが、軸心まわりに回転させつつ外周部にイオンビームを照射して研磨することにより、全周に亘って一定の取り代で均一に研磨でき、刃先幅Φが全周に亘って略一定の刃部を高い精度で形成できる。すなわち、スクライビングホイールのように一円周上に刃部が設けられている円形のダイヤモンド被覆工具の場合、そのダイヤモンド被覆工具を軸心まわりに回転させながら外周部の刃部を研磨することになるが、ダイヤモンド砥石による機械研磨の場合、ダイヤモンド被覆工具の偏心によって砥石との間の距離が変化することが避けられず、ミクロンオーダーで全周に均一な取り代で研磨加工を行うことは実質的に不可能である。

第３発明は、実質的に第１発明のダイヤモンド被覆工具を製造する製造方法に関するもので、第１発明と同様の作用効果が得られる。また、刃先角θａよりも大きな刃先角θ₂ となる中間研磨部、および刃先角θ₂ よりも大きな刃先角θ₁ で且つ先端の刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内となるように尖らせた先端研磨部を、何れもイオンビームの照射によって研磨するため、中間研磨部を砥石等による機械研磨で研磨する場合に比較して、高い精度で目的形状に研磨することができる。

また、イオンビームの加速電圧を変更することにより加工角αを調整して中間研磨部および先端研磨部を形成するため、一連の研磨作業を連続して一層容易に行うことができる。

本発明の一実施例であるスクライビングホイール（ダイヤモンド被覆工具）を説明する図で、(a) は軸心と直角方向から見た正面図、(b) は(a) の右方向から見た側面図、(c) は(a) におけるIC部の断面拡大図である。 図１のスクライビングホイールの製造工程を説明する図である。 図２の第１研磨工程および第２研磨工程を具体的に説明する図である。 図１のスクライビングホイールの刃部の先端の電子顕微鏡写真である。 図１のスクライビングホイールを用いてテープ心線の光ファイバーを切断する際の使用方法を説明する図で、(a) は４心タイプのテープ心線の斜視図、(b) はそのテープ心線の光ファイバーにスクライビングホイールで疵を付ける方法を示す図である。 従来品、本発明品１、２、および比較品１〜３を用いて光ファイバーに疵を付けて切断する場合の耐久性試験の結果を説明する図である。 本発明の他の実施例を説明する図で、(a) 〜(c) 共にガラス切断用のダイヤモンド被覆工具の斜視図である。

本発明のダイヤモンド被覆工具は、スクライビングホイール等のガラス切断用工具に好適に適用されるが、紙の切断工具、ＣＦＲＰ用加工工具、或いはバイト等の切削工具等にも適用され得る。ダイヤモンド被膜のコーティングには、マイクロ波プラズマＣＶＤ法やホットフィラメントＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法が好適に用いられるが、イオンビーム法などの他のコーティング技術を採用することもできる。ダイヤモンド被膜は多結晶で、例えば１０〜２０μｍの範囲内の略一定の膜厚でコーティングされ、刃先角θａの断面三角形の刃部を有する場合、工具母材も略同じ刃先角θａの三角形断面を有している。超硬合金或いはセラミックスから成る工具母材に対する密着性（付着強度）を確保するため、その工具母材の表面に酸処理等の前処理を行ったり、ダイヤモンド被膜の下に所定の下地層を設けたりすることも可能である。

イオンビームは、アルゴンやキセノン等の不活性ガスイオンが好適に用いられるが、酸素イオン等の他のガスイオンを用いることもできるし、アーク放電等によりターゲットから放出されるガリウム（Ｇａ⁺ ）等の所定の金属イオンを用いることも可能である。このようなイオンビームは、例えば特開平１０−１７２５０２号公報や特開２００２−１８７７９３号公報、或いは「機械の研究 第５５巻 第８号」（２００３）の「イオンビームと電子ビームを用いたダイヤモンドの微細加工」等に記載されている技術を用いて発生させることができる。

刃先幅Φは、１０ｎｍよりも小さいと、刃先が脆弱になって欠けが生じ易くなるため、１０ｎｍ以上とする。また、１００ｎｍよりも大きいと、切れ味が悪くなるため１００ｎｍ以下とする。２０〜８０ｎｍの範囲内が一層望ましい。刃部を刃先側から電子顕微鏡で観察すると、刃先の稜線部分が白い筋状に見えるため、この白い筋の幅寸法を刃先幅Φとして測定することができる。また、刃先に対して垂直に切断した断面の電子顕微鏡写真から、刃先の丸み等を有する頂点部分の幅寸法を刃先幅Φとして測定するようにしても良い。この刃先幅Φは、刃部が所定の長さで設けられる場合、その刃部の長手方向でばらつきを有するため、平均値が１０〜１００ｎｍの範囲内に入れば良い。

刃先角θａの断面三角形の刃部に対して、その刃先角θａよりも大きな刃先角θ₁ で先端研磨部が設けられるが、中間研磨部の刃先角θ₂ を、例えば刃先角θａよりも１０°以上大きくし、先端研磨部の刃先角θ₁ を、その中間研磨部の刃先角θ₂ よりも更に１０°以上大きくすることが望ましい。

第２発明は、外周部に外向きの円形刃部を有するスクライビングホイールに関するものであるが、直線状の刃部を有するものや、円錐形状、角錐形状等の刃部を有する他のガラス切断用工具にも適用され得る。スクライビングホイールは、軸心まわりに回転駆動しつつ外周部の刃部をガラスに押し付けることにより、所定の切込み深さで引っ掻いて疵を付けることもできるが、回転させることなくガラスに対して相対移動させるだけで引っ掻いて疵を付けることもできるし、ガラスに押し付けるだけで疵を付けることも可能である。

第３発明は、イオンビームの加速電圧を変更することにより、刃先角θ₁ 、θ₂ に応じて加工角αを調整するものであるが、更にイオンビームの照射角度等の他の照射条件を変更して加工角αを調整することもできる。第１発明の実施に際しては、イオンビームの加速電圧を変更することなく、照射角度等の他の照射条件を変更するだけで加工角αを調整することも可能である。第１発明の中間研磨部については、ダイヤモンド砥石による機械研磨など、イオンビームの照射による研磨以外の研磨方法で研磨するようにしても良い。

第４発明では、刃部中心面Ｓに対して刃部の両側面が対称的に傾斜するように中間研磨部および先端研磨部が形成されるが、第１発明の実施に際しては、例えば刃部の両側の側面に対してイオンビームを別々に照射して研磨することにより、その両側面が刃部中心面Ｓに対して対称的に傾斜する中間研磨部や先端研磨部を形成することもできる。直線刃部や円形刃部等の長手状の刃部を有する場合、刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内になるようにするために、例えばその刃部の両側面にそれぞれイオンビームを照射してその両側面を研磨すれば良い。円錐形状や角錐形状の刃部を有する場合には、軸心まわりに回転させるなどして全周にイオンビームを照射して研磨すれば良い。

ダイヤモンド被覆工具は、例えば先端研磨部のみが加工に関与するように、その先端研磨部の研磨範囲が設定されるが、工具の種類によっては、前記中間研磨部やイオンビームによる研磨が施されていない部分も加工に関与するようになっていても良い。

以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例であるスクライビングホイール１０を説明する図で、(a) は軸心と直角方向である外周側から見た正面図、(b) は(a) の右方向から見た側面図、(c) は(a) におけるIC部の断面拡大図である。このスクライビングホイール１０は、超硬合金から成る工具母材１２の表面に多結晶のダイヤモンド被膜１４がコーティングされたもので、全体として円板形状を成しているとともに、その円板形状の外周部の全周に外周側へ向かって突き出すように刃部１６が設けられており、円板形状の軸心上に設けられた支持軸１８を介して軸心まわりに回転可能とされている。このスクライビングホイール１０はダイヤモンド被覆工具に相当し、刃部１６の刃先までの外径は約２０ｍｍ、板厚は約５ｍｍであり、ダイヤモンド被膜１４の膜厚は約２０μｍである。

刃部１６は、(c) に示す軸心を含む断面において、先端の刃先２０が外周側（図１(c) における上方）へ突き出す三角形状を成しているとともに、その軸心に対して直角な刃部中心面Ｓ（図１(c) の紙面に対して垂直な面）に対して対称的に構成されている。この刃部１６の全体の刃先角θａは、本実施例では約７０°で、ダイヤモンド被膜１４は略一定の膜厚でコーティングされていることから、工具母材１２の刃部１６部分も、約７０°の刃先角の断面三角形状を成している。この刃部１６にはまた、ダイヤモンド被膜１４の表面にイオンビームが照射されて両側面が対称的に研磨されることにより、刃部１６の先端部分に上記刃先角θａよりも大きな略一定の刃先角θ₂ で刃部中心面Ｓに対して対称的に傾斜する三角形状の中間研磨部２２が設けられるとともに、その中間研磨部２２よりも先端側に刃先角θ₂ よりも更に大きな略一定の刃先角θ₁ で刃部中心面Ｓに対して対称的に傾斜し、且つ先端の刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内となるように尖らされた三角形状の先端研磨部２４が設けられている。中間研磨部２２は、刃部中心面Ｓを挟んで対称的に一対の研磨面２２ａ、２２ｂを備えており、先端研磨部２４は、刃部中心面Ｓを挟んで対称的に一対の研磨面２４ａ、２４ｂを備えている。

本実施例では、図６の発明品１に示すように、先端の刃先幅Φ≒３０ｎｍ、中間研磨部２２の刃先角θ₂ ≒８０°、先端研磨部２４の刃先角θ₁ ≒１００°であり、その刃先２０におけるダイヤモンド被膜１４の膜厚ｄ≒１４．３μｍである。図４は、刃部１６の先端の電子顕微鏡写真で、中央の白い筋状に見える部分が刃先２０の稜線部分であり、この白い筋の幅寸法が刃先幅Φで、何箇所か測定した平均値が約３０ｎｍである。刃先角θ₁ およびθ₂ については、刃先２０に対して垂直に切断した断面の電子顕微鏡写真から測定することができ、同じく何箇所か測定した平均値がθ₁ ≒１００°、θ₂ ≒８０°である。刃先２０におけるダイヤモンド被膜１４の膜厚ｄについても、刃先２０に対して垂直に切断した断面の電子顕微鏡写真から測定したもので、何箇所かの平均値が約１４．３μｍである。

図２は、以上のように構成されたスクライビングホイール１０の製造方法を説明する図で、先ず、外周部分に刃先角θａで外周側へ突き出す刃部１６が設けられた円板形状の工具母材１２を用意し、その工具母材１２の少なくとも刃部１６の表面に、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置等により多結晶のダイヤモンド被膜１４を約２０μｍの膜厚となるようにコーティングする。所定の密着性（付着強度）が得られるように、ダイヤモンドコーティングに先立って工具母材１２の表面に酸処理等の前処理を施したり、所定の下地層を設けたりしても良い。図１(c) における一点鎖線は、このダイヤモンド被膜１４がコーティングされたままの状態で、刃部１６の先端は、ダイヤモンド被膜１４のコーティングにより約１５μｍの半径の丸みを帯びている。

続いて、そのダイヤモンド被膜１４が設けられた刃部１６の先端部分にイオンビームを照射することにより、第１研磨処理を行って中間研磨部２２を形成するとともに、更にその中間研磨部２２の先端部分にイオンビームを照射することにより、第２研磨処理を行って先端研磨部２４を形成する。図１(c) における二点鎖線は、第１研磨処理が施されて中間研磨部２２が形成された状態で、この段階の刃部１６の先端は、一点鎖線で示すダイヤモンドコーティングのままよりは小さいものの、未だ比較的大きな半径の丸みを帯びており、実線で示すように第２研磨処理が施されることにより、先端の刃先幅Φが約３０ｎｍになるまで尖らされる。

上記第１研磨処理および第２研磨処理は、例えば図３の(a) に示すように、ダイヤモンドコーティングされた状態のスクライビングホイール１０を支持軸１８を介して軸心まわりに３回転／分程度の速度で回転させつつ、その外周部の刃部１６に対して略垂直、すなわちスクライビングホイール１０の軸心に対して垂直に、イオン発生装置３０を用いてＡｒ⁺ （アルゴン）イオンビームを照射することによって行う。Ａｒ⁺ イオンビームのビーム径（直径）は約２０ｍｍである。そして、このＡｒ⁺ イオンビームの照射によって研磨される加工面は、(b) に示すように照射方向に対して直角な方向から加工角αだけ傾斜するように研磨されるとともに、その加工角αは、(c) に示すようにＡｒ⁺ イオンビームの加速電圧に応じて変化する。本実施例では、第１研磨処理では加速電圧を約３０００ｅＶに設定してアルゴンイオンビームを照射することにより、加工角α≒５０°で研磨処理が行われ、刃先角θ₂ ≒８０°で中間研磨部２２が形成される。また、第２研磨処理では加速電圧を約１０００ｅＶに設定してＡｒ⁺ イオンビームを照射することにより、加工角α≒４０°で研磨処理が行われ、刃先角θ₁ ≒１００°で先端研磨部２４が形成される。なお、電流密度は０．１〜２．０×３ｍＡ／ｃｍ² 、ガス流量は０．５０〜２．０ＳＣＣＭ程度である。また、研磨量（取り代）は研磨時間で調整でき、本実施例では第１研磨処理および第２研磨処理の何れも研磨時間は約１時間である。

そして、以上のように構成されたスクライビングホイール１０は、例えば図５に示すようにテープ心線４０の光ファイバー（材質は石英ガラス）４２等を切断する際に好適に用いられる。図５の(a) はテープ心線４０の一例を示す斜視図で、このテープ心線４０は４心タイプで、４本の光ファイバー４２が一定の間隔で互いに平行に埋設されている。光ファイバー４２の直径は約０．１２５ｍｍで、それぞれ合成樹脂材料により被覆されて直径約０．２５ｍｍの素線４４とされており、その素線４４を４本平行に並べて更に紫外線硬化型合成樹脂材料により一体化することによりテープ心線４０が構成されている。図５の(b) は、光ファイバー４２を切断するためにスクライビングホイール１０により光ファイバー４２を引っ掻いて疵を付ける時の状態で、リムーバにより光ファイバー４２から合成樹脂等の被覆を剥がしてクランプ台４６のＶ溝内に４本の光ファイバー４２をそれぞれ位置決めし、スクライビングホイール１０を軸心まわりに回転させることなく光ファイバー４２上を移動させて約０．０１ｍｍの切込み深さで疵を付ける。すなわち、約１０μｍの深さで刃部１６の刃先２０を光ファイバー４２に食い込ませることにより、先端研磨部２４に対応するＶ字状の溝が光ファイバー４２の外周面に形成される。先端研磨部２４は、このように先端研磨部２４だけで所定の深さの疵を付けることができる十分な範囲に設けられている。

図６は、従来品、本発明品１、２、および比較品１〜３を用いて、上記のように光ファイバー４２に疵を付けて切断する場合の耐久性試験の結果を説明する図である。従来品は、前記実施例の工具母材１２をそのまま用いる場合で、刃先幅Φは約５００ｎｍである。超硬合金は粒子が粗いため、刃先幅Φをこれ以上小さくすることは困難である。発明品１は、前記実施例のスクライビングホイール１０と同じものである。発明品２は、前記先端研磨部２４の刃先幅Φ≒８０ｎｍで前記実施例よりも大きい場合で、ダイヤモンド被膜１４の取り代が少なくなるため、研磨時間が短くなるとともに刃先２０の膜厚ｄが厚くなる。比較品１は、前記先端研磨部２４の刃先幅Φ≒１５０ｎｍで１００ｎｍを超えている場合で、刃先２０の膜厚ｄ≒１５．６μｍである。比較品２は、前記実施例においてダイヤモンド被膜１４をコーティングしたままで、イオンビームの照射による研磨処理を施していないものであり、刃部１６の先端は図１(c) において一点鎖線で示すように丸みを帯びている（Ｒ１５μｍ程度）とともに、刃先２０の膜厚ｄ≒２０μｍである。比較品３は、前記中間研磨部２２と同じ刃先角≒８０°で刃先幅Φが約３０ｎｍになるまでＡｒ ⁺ イオンビームを照射して研磨した場合で、刃先２０の膜厚ｄ≒８．２μｍになる。

図６の「耐久数」は、前記光ファイバー４２を手で軽く折ることができなくなるまでの処理本数で、耐久限界になったらスクライビングホイール１０を回転させて加工部位をずらし、同じく耐久限界になるまで使用することを繰り返すが、本発明品１、２、および比較品１、３については、１箇所の加工部位で耐久限界に達するまでの処理本数である。従来品は、予め定められた処理本数で加工部位を変化させることにより、計１２箇所の加工部位で疵付け処理を行う場合で、１個のスクライビングホイール１０で疵付け可能な予め定められた現状の設定数である。

この図６の結果から、ダイヤモンド被膜１４をコーティングするとともにイオンビームの照射で刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内となるように研磨した本発明品１、２によれば、従来品に比較して耐久性が大幅に向上することが明らかである。特に、発明品１のように２段で研磨した場合、１段で研磨した比較品３に比較して、同じ刃先幅Φ≒３０ｎｍであっても刃先２０の膜厚ｄが大きくなり、耐久数が１．５倍程度になる。ダイヤモンド被膜１４をコーティングした比較品１においても、従来品に比較して耐久性が向上するが、本発明品１、２に比べると耐久数が少なく、ダイヤモンドコーティングやイオンビームによる研磨処理を考慮すると、費用対効果の点で満足できない。比較品２は、刃部１６の先端の丸みが大きく、光ファイバー４２を切断できる程度に疵を付けることができなかった。

このように本実施例のスクライビングホイール１０によれば、イオンビームによってダイヤモンド被膜１４が研磨されることにより、刃部１６の先端部分に元の刃先角θａよりも大きな刃先角θ₁ で且つ刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内となるように尖らされた断面三角形状の先端研磨部２４が設けられているため、所定の刃先強度を確保しつつダイヤモンドコーティングに拘らず優れた切れ味が得られるようになる。すなわち、イオンビームの照射による研磨は非接触であるため、刃先２０に研磨荷重が作用せず、刃先幅Φが１００ｎｍ以下になるまで鋭利に研磨することができるのである。これにより、ダイヤモンドコーティングによる丸みで切れ味が悪くなるため従来は適用できなかったスクライビングホイール１０に対しても、ダイヤモンド被膜１４をコーティングすることが可能となり、耐久性を大幅に向上させることができる。

また、円板形状の全周に刃部１４を備えているスクライビングホイール１０を軸心まわりに回転させつつ外周部にイオンビームを照射することにより非接触で研磨するため、全周に亘って一定の取り代で均一に研磨でき、刃先幅Φが全周に亘って略一定の刃部１６を高い精度で形成できる。すなわち、スクライビングホイール１０のように一円周上に刃部１６が設けられている場合、スクライビングホイール１０を軸心まわりに回転させながら研磨することになるが、ダイヤモンド砥石による機械研磨の場合、スクライビングホイール１０の偏心により砥石との間の距離が変化することが避けられず、ミクロンオーダーで全周に均一な取り代で研磨加工を行うことは実質的に不可能である。

また、先端研磨部２４は元の刃先角θａよりも大きな刃先角θ₁ であるため、刃部１６の先端部分のみを局部的に研磨することによって先端を尖らせることが可能で、取り代をできるだけ少なくして研磨コストを低減できる。

また、刃先角θａよりも大きく且つ刃先角θ₁ よりも小さな刃先角θ₂ となるように研磨された中間研磨部２２が設けられており、その中間研磨部２２よりも先端側に刃先角θ₁ の先端研磨部２４が設けられているため、図６の比較品３のように一定の刃先角で傾斜させて刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内になるまで研磨する場合に比較して、その刃先２０におけるダイヤモンド被膜１４の研磨量（取り代）が少なくなって膜厚ｄが大きくなり、研磨による強度や耐久性の低下が抑制される。

また、本実施例では刃先角θａよりも大きな刃先角θ₂ となる中間研磨部２２、および刃先角θ₂ よりも大きな刃先角θ₁ で且つ先端の刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内となるように尖らせた先端研磨部２４を、何れもイオンビームの照射によって研磨するため、中間研磨部２２を砥石等による機械研磨で研磨する場合に比較して、高い精度で目的形状に研磨することができるとともに、加速電圧を変更するだけで一連の研磨作業を連続して容易に行うことができる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。

図７の(a) は、断面三角形の直線状の刃部９０を有するダイヤモンド被覆工具で、(b) は円錐形状の刃部９２を有するダイヤモンド被覆工具で、(c) は角錐形状の刃部９４を有するダイヤモンド被覆工具であり、何れも刃部９０、９２、９４の先端をガラス板に押し付けて引っ掻くなどして疵を付けるガラス切断用の工具である。このようなダイヤモンド被覆工具についても、前記各実施例と同様に刃部９０、９２、９４にイオンビームを照射して研磨し、中間研磨部や先端研磨部を設けて刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内となるように刃先を尖らせることにより、ダイヤモンドコーティングに拘らず優れた切れ味が得られるようになる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。

１０：スクライビングホイール（ダイヤモンド被覆工具） １２：工具母材 １４：ダイヤモンド被膜 １６、９０、９２、９４：刃部 ２２：中間研磨部 ２４：先端研磨部 Ｓ：刃部中心面 θａ、θ₁ 、θ₂ ：刃先角 Φ：刃先幅

Claims (4)

1. 超硬合金またはセラミックスから成る工具母材の表面にダイヤモンド被膜がコーティングされて所定の刃先角θａの断面三角形の刃部が構成されているダイヤモンド被覆工具において、
   前記刃部に設けられたダイヤモンド被膜には、該刃部の先端部分に前記刃先角θａよりも大きな一定の刃先角θ ₂ となるように該刃部の側面が対称的に研磨された中間研磨部が設けられているとともに、
   該中間研磨部よりも先端側には、前記ダイヤモンド被膜の表面にイオンビームが照射されて前記刃部の側面が対称的に研磨されることにより、前記刃先角θ ₂ よりも大きな一定の刃先角θ₁ で且つ先端の刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内となるように尖らされた先端研磨部が設けられている
   ことを特徴とするダイヤモンド被覆工具。
2. 前記ダイヤモンド被覆工具は、全体として円板形状を成しているとともに、該円板形状の外周部の全周に外周側へ向かって突き出すように前記刃部が設けられ、ガラスを切断する際に該刃部の先端で該ガラスに疵を付けるスクライビングホイールで、
   前記中間研磨部および前記先端研磨部は、何れも前記スクライビングホイールの軸心に対して直角な刃部中心面Ｓに対して前記刃先角θ ₂ 、θ ₁ で対称的に傾斜するように設けられている
   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。
3. 超硬合金またはセラミックスから成る工具母材の表面にダイヤモンド被膜がコーティングされて所定の刃先角θａの断面三角形の刃部が構成されているダイヤモンド被覆工具に関し、該刃部におけるダイヤモンド被膜を研磨して尖らせる製造方法であって、
   前記刃部に設けられたダイヤモンド被膜の表面にイオンビームを照射して研磨することにより、該刃部の先端部分に前記刃先角θａよりも大きな刃先角θ₂ となる中間研磨部を形成する第１研磨工程と、
   前記イオンビームの照射条件を変更して前記中間研磨部の表面に照射して更に研磨することにより、該中間研磨部の先端部分に前記刃先角θ₂ よりも大きな刃先角θ₁ で且つ先端の刃先幅Φが１０〜１００ｎｍの範囲内となるように尖らせた先端研磨部を形成する第２研磨工程と、
   を有し、且つ、前記イオンビームの加速電圧を変更して該イオンビームの照射による研磨の加工角αを調整することにより、前記第１研磨工程では該刃部の側面が前記刃先角θ ₂ で対称的に傾斜するように研磨して前記中間研磨部を形成し、前記第２研磨工程では該刃部の側面が前記刃先角θ ₁ で対称的に傾斜するように研磨して前記先端研磨部を形成する
   ことを特徴とするダイヤモンド被覆工具の製造方法。
4. 前記第１研磨工程では刃部中心面Ｓに対して前記刃先角θ₂ で対称的に傾斜する前記中間研磨部を形成し、前記第２研磨工程では刃部中心面Ｓに対して前記刃先角θ₁ で対称的に傾斜する前記先端研磨部を形成する
   ことを特徴とする請求項３に記載のダイヤモンド被覆工具の製造方法。