JP5958835B2 - 切削工具およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄系材料や液晶導光板の金型やフレネルレンズ用金型等の切削加工、あるいは石英等の硬脆材料や光学部品を直接切削加工する際に用いられる切削工具に関するものである。

従来、回折格子などの光学素子の金型を加工するための超精密工具には天然あるいは人工の単結晶ダイヤモンドが用いられている（特許文献１，２）。しかしながら、単結晶ダイヤモンド製のものはその材質として（１１１）面で劈開する特性があるため、使用中の応力でその工具が欠けたり割れたりする問題がある。また、結晶方位に依存して磨耗量が異なることから（偏磨耗）、使用時間の経過に伴い特定の面のみが短時間で磨耗し、長時間の加工ができないといった問題がある。これは例えば（１１１）面と（１００）面ではその磨耗量が大幅に異なるためである。

一方、上記の劈開割れや偏磨耗対策として、焼結ダイヤモンドを用いることも想定される。焼結ダイヤモンドはダイヤモンド粒子をコバルト等の金属結合材を用いて焼結しており、ダイヤモンド粒子間にはその金属結合材が存在している。しかし、金属結合材部分はダイヤモンド粒子よりも柔らかいため短時間で磨耗する。またダイヤモンド粒子の直径は通常０．５〜２５μｍであり、超精密加工で要求される０．１μｍ以下の刃先曲率半径より大きいため、結局単結晶と同様の偏磨耗が起こり、微細なパターンを大面積に加工することができない。

また、金属結合材を含まない多結晶ダイヤモンドとして、ＣＶＤ法によって得られた多結晶ダイヤモンドがある。しかしながら、この多結晶ダイヤモンドも通常粒径が１μｍ以上あると共に、粒子間結合力が小さいため磨耗寿命が短いといった問題点がある。
より粒子の細かい超ナノ微結晶ダイヤモンド（ＵＮＣＤ）がパルス真空アークプラズマ蒸着法などで合成できるが（非特許文献１）、これには水素化アモルファスカーボンも多数含まれており、通常のダイヤモンドと比べて耐摩耗性は低いものとなっている。

また、ダイヤモンド以外の材料を刃先に有する工具として、ダイヤモンドに次ぐ硬さを持つ立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）工具が知られている。
ｃＢＮ工具にはいくつか種類があるが、安価に粗い加工を行う場合はバインダーでｃＢＮを焼結した工具が、例えば特許文献３などに見られる。ただしバインダーがある場合は精密な加工ができないため、バインダーのないｃＢＮ焼結体を用いる例が特許文献４、あるいは非特許文献２に見られる。しかし、これらもｃＢＮの粒子径が５０〜５００ｎｍと大きいため、光学部品レベルの超精密加工に用いるのは困難であった。

近年焼結技術の進展により、特許文献５に見られるように粒径が５０ｎｍを下回るｃＢＮ焼結体が得られるようになり、これらを工具として用いる試みがされている。ここでは曲率半径５００μｍのＲバイト工具を研磨で作製し、ステンレス鋼を切削した例が示されている。しかしあくまでμｍオーダーの工具の試作であり、光学素子を作製するｎｍレベルの超微細ダイヤモンドグルーブなどは試作されていなかった。
本発明者らが同様の微粒ｃＢＮを用いてグルーブやＶバイトを研磨によって試作したが、通常のｃＢＮ素材より硬度が増したため研磨中に微細な欠けが発生し、精密工具として充分な精度が得られなかった。

上記のようなダイヤモンドやｃＢＮを用いた切削工具は研磨により加工され形成されていたが、超精密切削工具の精度を高めるため、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆocused Ｉon Ｂeam）でダイヤモンド工具を加工した例が特許文献６、特許文献７に示されている。しかし本発明者らが検討した結果、例えばＶバイトに特許文献６に記載された方法を適用した場合、すくい面側からのみイオンビームを入射して加工するため、すくい面と逃げ面で挟まれた角がだれて曲率半径が大きくなってしまい、超精密加工には適用できなかった。また、特許文献７には刃の前方又は背後のどちらか一方のみの加工が記載されており、同様に例えばＶバイトに適用した場合、前者は特許文献６に記載の方法の場合と同様にすくい面と逃げ面で挟まれた角の曲率半径が大きくなり、後者は２つの逃げ面で囲まれた角の曲率半径が大きくなってしまい、どちらも超精密加工には不充分であった。

また、特許文献８には集束イオンビーム（ＦＩＢ）を逃げ面から入射してすくい面から出射することによりダイヤモンド工具や立方晶窒化ホウ素工具などを作製する方法が記載されている。しかし本発明者らが検討した結果、この方法では特に２つの逃げ面で囲まれた角の曲率半径が大きくなってしまい、切削加工で磨耗が進行するとすぐに角が丸くなり、長距離の超精密加工には不充分であることが分かった。

特開２００４−１４８４７１号公報 特開２００８−２２９８１０号公報 特許第４１１０３３８号公報 特許第４１０６５７４号公報 特開２００９−２１４２１３号公報 特開２００７−０３００９５号公報 特許第３５５３４８２号公報 特開２００９−０８３０５２号公報

月刊トライボロジー Ｎo.２７２（２０１０年）ｐ．６４−６５ 高圧力の科学と技術１３（２００３）１６

鉄系材料だけでなく、石英等の硬脆材料や金型等を光学部品レベルの高精度で加工するには、現状のダイヤモンドでは難しく、窒化ホウ素からなる高精度の工具が求められている。また、工具の刃先先端が鋭いだけでなく、すくい面と逃げ面で挟まれた角（かど）および２つの逃げ面で囲まれた角（かど）も鋭い工具を効率よく作製することが望まれている。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、高精度の切削加工を実現する工具を提供するものである。

本発明者らは、超精密加工用の切削工具において、従来の単結晶ダイヤモンドや金属結合材を含まないダイヤモンド多結晶体、または実質的に高圧相窒化ホウ素のみからなる多結晶体であって、切削工具の刃先先端の曲率半径をＲ１とし、切削工具の高圧相硬質粒子の焼結粒子の平均粒径をＤ_５０とし、最大粒径をＤmaxとしたとき、曲率半径Ｒ１、平均粒径Ｄ_５０、及び最大粒径Ｄmaxが次の関係を満たす多結晶体を用いることにより、超精密加工用の切削工具が長期間安定した加工を得られることを見出した。
Ｄ_５０ ≦１．２×Ｒ１
Ｄmax ≦２．０×Ｒ１
図１０は曲率半径Ｒと平均粒径Ｄ_５０、及び最大粒径Ｄmaxの関係を示す図である。

また、本発明者らは、切削工具の刃先が集束イオンビームにより形成された面であり、逃げ面をすくい面に近い側の逃げ面Ａと、該逃げ面Ａに隣接する、すくい面からから遠い側の逃げ面Ｂに分割し、逃げ面Ｂをすくい面側から逃げ側に向けた集束イオンビームで加工した後、逃げ面Ａを逃げ側からすくい面側に向けた集束イオンビームで加工することによって本発明を完成した。

すなわち、本発明は以下に記載する通りの超精密加工用の切削工具である。なお、特許請求の範囲に記載の発明は、以下に記載の発明の構成に限定を加えたものである。
（１）非ダイヤモンド型炭素物質および／または窒化ホウ素を出発物質として、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加無しに直接的に、ホウ素、炭素、および窒素からなる群より選ばれる１種類以上の元素からなる高圧相硬質粒子に変換焼結された多結晶体を切刃とした切削工具であって、
前記切削工具の刃先先端の曲率半径Ｒ１に対して、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が１．２×Ｒ１以下、最大粒径が２×Ｒ１以下であることを特徴とする切削工具。
（２）前記切削工具のすくい面と逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ２に対して、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が１．２×Ｒ２以下、最大粒径が２×Ｒ２以下であることを特徴とする上記（１）に記載の切削工具。
（３）前記切削工具の２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ３に対して、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が１．２×Ｒ３以下、最大粒径が２×Ｒ３以下であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の切削工具。
（４）前記切削工具の刃先先端の曲率半径Ｒ１が５０ｎｍ以下で、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が６０ｎｍ以下、最大粒径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の切削工具。
（５）前記切削工具のすくい面と逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ２が５０ｎｍ以下で、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が６０ｎｍ以下、最大粒径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする上記（２）〜（４）のいずれかに記載の切削工具。
（６）前記切削工具の２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ３が５０ｎｍ以下で、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が６０ｎｍ以下、最大粒径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする上記（３）〜（５）のいずれかに記載の切削工具。
（７）前記切削工具の刃先が集束イオンビームにより形成された面であり、逃げ面がすくい面に近い側の逃げ面Ａと、該逃げ面Ａに隣接する、すくい面から遠い側の逃げ面Ｂとからなることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の切削工具。
（８）前記逃げ面Ａのすくい面との境界と、逃げ面Ｂとの境界との間の距離が３μｍ以下であることを特徴とする上記（７）に記載の切削工具。
（９）前記逃げ面Ｂをすくい面側から逃げ側に向けた集束イオンビームで加工した後、前記逃げ面Ａを逃げ側からすくい面側に向けた集束イオンビームで加工して得られたことを特徴とする上記（７）又は（８）に記載の切削工具。
（１０）前記多結晶体が導電性を持つことを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれかに記載の切削工具。
（１１）前記切削工具の先端の曲率半径Ｒ１、すくい面と逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ２、２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ３に対して、前記多結晶体の平均粒径が０．０１×Ｒ１以上かつ０．０１×Ｒ２以上かつ０．０１×Ｒ３以上であることを特徴とする上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の切削工具。
（１２）前記多結晶体が、非ダイヤモンド型炭素物質を出発物質として、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加無しに直接的にダイヤモンドに変換焼結された、実質的にダイヤモンドのみからなる多結晶ダイヤモンドであることを特徴とする上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の切削工具。
（１３）前記多結晶体が、低圧相窒化ホウ素を出発物質として、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加無しに直接的に高圧相窒化ホウ素に変換焼結された、実質的に高圧相窒化ホウ素のみからなる多結晶窒化ホウ素であり、前記高圧相窒化ホウ素が立方晶窒化ホウ素および／またはウルツ鉱型窒化ホウ素であることを特徴とする上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の切削工具。
（１４）前記切削工具がＶバイト、フライカット、マイクログルーブのいずれかであることを特徴とする上記（１）〜（１３）のいずれかに記載のダイヤモンド切削工具。
（１５）非ダイヤモンド型炭素物質および／または窒化ホウ素を出発物質として、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加無しに直接的に、ホウ素、炭素、および窒素からなる群より選ばれる１種類以上の元素からなる高圧相硬質粒子に変換焼結された多結晶体を切刃とした切削工具の製造方法であって、
前記多結晶体をレーザーでチップ状にカットする工程と、
前記多結晶体チップをシャンクに接合する工程と、
前記多結晶体チップを研磨することにより、すくい面と逃げ面を作る工程と、
すくい面と逃げ面を集束イオンビームにより加工する工程とを含むことを特徴とする切削工具の製造方法。
（１６）非ダイヤモンド型炭素物質および／または窒化ホウ素を出発物質として、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加無しに直接的に、ホウ素、炭素、および窒素からなる群より選ばれる１種類以上の元素からなる高圧相硬質粒子に変換焼結された多結晶体を切刃とした切削工具の製造方法であって、
前記多結晶体をレーザーでチップ状にカットする工程と、
前記多結晶体チップをシャンクに接合する工程と、
前記多結晶体チップを研磨することにより、すくい面と逃げ面を作る工程と、
前記多結晶体チップにマスクを形成する工程と、
ドライエッチングによりすくい面と逃げ面を作る工程と、
すくい面と逃げ面を集束イオンビームにより加工する工程とを含むことを特徴とする切削工具の製造方法。

本発明の超精密加工用の切削工具によれば、従来の単結晶ダイヤモンド、ｃＢＮ焼結体を用いた超精密工具や、金属結合材を含むダイヤモンド焼結体および気相合成ダイヤモンドを用いた切削工具に比べて長期間高精度で安定した加工を得ることが出来る。

すくい面（Ｙ）および逃げ面（Ｘ）を有する工具を示す図である。 図１に示される工具に対してすくい面（Ｙ）側から逃げ面（Ｘ）側に集束イオンビームを向けて高精度加工を行って得られた工具の形状を示す図である。 図２に示される工具に対して逃げ面（Ｘ）側からすくい面（Ｙ）側に集束イオンビームを向けて高精度加工を行って得られた工具の形状を示す図である。 図１に示される工具に対して、最初に形成された逃げ面（第２逃げ面（２Ｘ））に仕上研磨加工によって第１逃げ面（１Ｘ）を形成して得られた工具の形状を示す図である。 すくい面（Ｙ）側から逃げ面（Ｘ）側にビームが向くようにして集束イオンビームで工具を加工する様子を示す図である。 逃げ面（Ｘ）側からすくい面（Ｙ）側にビームが向くようにして集束イオンビームで工具を加工する様子を示す図である。 本発明の切削工具の一態様であるＶバイトを示す図である。 本発明の切削工具の一態様である先鋭Ｖバイトを示す図である。 実施例４及び実施例８で得た切削工具の形状を示す図である。（ａ）は切削工具をすくい面側から見た上面図であり、（ｂ）は工具を右側面からみた側面図であり、（ｃ）は工具を先端面から見た正面図である。 曲率半径Ｒと平均粒径Ｄ_５０、及び最大粒径Ｄmaxの関係を示す図である。 工具におけるＲ１、Ｒ２及びＲ３の測定部位を示す図である。

本発明に係る切削工具は、非ダイヤモンド型炭素物質および／または窒化ホウ素を出発物質として、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加なしに直接的に、ホウ素、炭素、および窒素からなる群より選ばれる１種類以上の元素からなる高圧相硬質粒子に変換焼結された多結晶体を切れ刃とするものである。そして、前記切削工具の刃先先端の曲率半径Ｒ１に対して、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が１．２×Ｒ１以下、最大粒径が２×Ｒ１以下であることを特徴とする。ここで述べる、ホウ素、炭素、および窒素からなる群より選ばれる１種類以上の元素からなる高圧相硬質粒子とは、ダイヤモンド、もしくは立方晶窒化ホウ素および／またはウルツ鉱型窒化ホウ素、もしくはダイヤモンド構造を持つＢＣ_２Ｎのことである。

本発明の超精密加工用の切削工具においては、前記多結晶体は、非ダイヤモンド型炭素物質を出発物質として、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加無しに直接的にダイヤモンドに変換焼結された、実質的にダイヤモンドのみからなる多結晶ダイヤモンドであるか、あるいは、前記多結晶体が、低圧相窒化ホウ素を出発物質として、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加無しに直接的に高圧相窒化ホウ素に変換焼結された、実質的に高圧相窒化ホウ素のみからなる多結晶窒化ホウ素であることが好ましい。また、前記高圧相窒化ホウ素は、立方晶窒化ホウ素および／またはウルツ鉱型窒化ホウ素であることが好ましい。

以下においては、ダイヤモンドを切刃に備えた切削工具、及び、窒化ホウ素を切刃に備えた切削工具を中心に本発明を詳述するが、本発明はこれらに限定される物ではなく、ダイヤモンド構造を持つＢＣ_２Ｎ等、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加なしに直接的に、ホウ素、炭素、および窒素からなる群より選ばれる１種類以上の元素からなる高圧相硬質粒子に変換焼結された多結晶体を切刃に備えた切削工具も同様にして製造することができ、また同様の効果を得ることができる。

まず、本発明にかかる切削工具のうち、ダイヤモンド工具を構成するダイヤモンド多結晶体について以下に詳述する。
本発明の切削工具の材料である、コバルト等の金属結合材を含まない実質的にダイヤモンド単相（純度９９％以上）のダイヤモンド多結晶体は、原料の黒鉛（グラファイト）やグラッシーカーボン、アモルファスカーボンなどの非ダイヤモンド型炭素を超高圧高温下（温度１８００〜２６００℃、圧力１２〜２５ＧＰa）で、触媒や溶媒なしに直接的にダイヤモンドに変換させ、同時に焼結させることによって得ることが出来る。このようにして得られた多結晶ダイヤモンドからなるダイヤモンド工具には単結晶を用いたダイヤモンド工具に見られるような偏磨耗は起こらない。

高純度グラファイトを出発物質として、１２ＧＰa以上、２２００℃以上の超高圧高温下における間接加熱による直接変換焼結により、緻密で高純度な多結晶ダイヤモンドを得る方法は例えば下記の文献に開示されている。
非特許文献３：ＳＥＩテクニカルレビュー１６５（２００４）６８
特許文献 ９ ：特開２００７−２２８８８号公報
特許文献１０：特許４２７５８９６号公報

上記の各文献に記載の方法で得られるダイヤモンドを用いてダイヤモンド工具を製作してその加工性を調べると、非特許文献３に記載のものは平均粒径の約１０倍程度の異常成長粒があるためか、また特許文献６に記載のものは添加した粗い原料から変換した粗粒ダイヤモンドを含むためか、まずその大きな粒子部分で磨耗が極端に進行することが分かった。この場合、被削材にスジ傷が入るなど目的の加工が得られないと言う問題点があった。また特に目的の刃先の曲率半径を大きく超える粒子があると、長期間切削している間に刃先形状が変化し、超精密加工には耐えられない性能であった。
そこで、多結晶ダイヤモンドを構成するダイヤモンド焼結粒子の粒径分布を刃先の曲率半径に応じて制御することが必要であることがわかった。粒径分布を制御したダイヤモンド工具を作製すると、極端に磨耗する粒子は無くなり、長期間安定した目的の加工を得ることが出来た。

上記の問題は、ダイヤモンド工具の材料として、焼結粒子の平均粒径Ｄ_５０と最大粒径Ｄmaxを刃先の曲率半径Ｒ１に応じて制御すれば解決できることが分かった。
すなわち、切削工具の刃先先端の曲率半径Ｒ１に対して、Ｄ_５０≦１．２×Ｒ１、かつ、Ｄmax≦２×Ｒ１としたダイヤモンドの多結晶体を用いることである。
また、切削工具のすくい面と逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ２に対して、Ｄ_５０≦１．２×Ｒ２、かつＤmax≦２×Ｒ２とした多結晶体を用いることが好ましい。
また、切削工具の２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ３に対して、Ｄ_５０≦１．２×Ｒ３かつＤmax≦２×Ｒ３とした多結晶体を用いることが好ましい。
好ましくは、切削工具の刃先先端、すくい面と逃げ面で挟まれる角、および２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径は全て５０ｎｍ以下で、Ｄ_５０≦６０ｎｍ、Ｄmax≦１００ｎｍであることが超精密加工をする上で望ましい。
なお、本発明におけるＲ１、Ｒ２及びＲ３が工具のどの部分についてのものかについては図１１に示した。図１１に示すようにＲ３は、逃げ面が、第１逃げ面Ａ（１ＸＡ）、第１逃げ面Ｂ（１ＸＢ）、第２逃げ面（２Ｘ）と３段に分かれている場合には、第１逃げ面Ａ（１ＸＡ）と第２逃げ面（２Ｘ）の間の第１逃げ面Ｂ（１ＸＢ）同士に挟まれた角の曲率半径をいう。また、逃げ面が第１逃げ面、第２逃げ面と２段に分かれている場合には、すくい面に近い側の第１逃げ面同士に挟まれた角の曲率半径をＲ３とする。Ｒ２はすくい面（Ｙ）と、逃げ面（Ｘ）（図１１中では第１逃げ面Ａ（１ＸＡ））とに挟まれた角の曲率半径をいう。Ｒ１は工具の先端の刃先の曲率半径をいう。

本発明の切削工具において、多結晶ダイヤモンドはダイヤモンド粒子内よりも粒子間の結合の方が強いという特徴がある。工具の刃先部分が単一のダイヤモンド粒子であれば、粒子内で劈開の発生等により欠損が生じるが、上記の粒径の範囲であれば粒子間ネットワークが必ず刃先に含まれるため、耐欠損性の高い工具を得ることができる。
また多結晶ダイヤモンドの平均粒径は、刃先の曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に対し、Ｄ_５０≧０．０１×Ｒ１かつＤ_５０≧０．０１×Ｒ２かつＤ_５０≧０．０１×Ｒ３であることが望ましい。これ未満の粒径ではｓｐ３結合を維持した多結晶ダイヤモンドの合成は実用上困難であり、実際にはｓｐ２結合を含んでしまうため、耐磨耗性および耐欠損性が低下してくることが分かった。

次に上記の微細な粒径の多結晶ダイヤモンドを超精密に加工する場合、従来の単結晶工具を加工するように研磨しても、微細な欠けが発生し、直線刃を出しにくいという問題があった。また、直線刃ができたとしても、研磨によってミクロな亀裂や歪みなどの加工ダメージが多結晶ダイヤモンドの組織内に導入されるため、工具寿命が短くなる問題もあった。そこで研磨で粗加工を行った後は、集束イオンビームで加工することで鋭利な刃先がダメージなしに形成されると期待される。しかし既に述べた通り、従来の方法ではすくい面と逃げ面で挟まれる角、あるいはおよび２つの逃げ面で挟まれる角など、どこかの稜線が鋭利にならなかった。

本発明者らは次の加工により従来にない超精密加工用の切削工具を作製した。
まず、すくい面（Ｙ）および逃げ面（Ｘ）を粗加工する（図１）。次の高精度の刃先を作製するための工程では、従来の方法では図４に示すように先の粗加工面を第２逃げ面（２Ｘ）とし、仕上研磨によって第１逃げ面（１Ｘ）を加工していた。それに対し、本発明ではまず２つの逃げ面で挟まれる角Ｒ３を鋭利にするために、集束イオンビームをすくい面（Ｙ）から逃げ面（Ｘ）側に向けて高精度加工を行う（図２）。この加工によりすくい面（Ｙ）と逃げ面（Ｘ）に挟まれた角の曲率半径Ｒ２および刃先先端の曲率半径Ｒ１はやや丸みを帯びた形状になる。そこで最後に集束イオンビームを逃げ側（Ｘ）からすくい面（Ｙ）に向けて高精度加工を行う（図３）。ここで先のＦＩＢ加工した面は逃げ面Ｂ（１ＸＢ）、最後のＦＩＢ加工した面は逃げ面Ａ（１ＸＡ）となる。以上の加工により、曲率半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３全てが従来の加工法で得られなかった高精度の工具を得ることができる。なお、ここで述べるＲ３は特に２つの逃げ面Ｂ（１ＸＢ）で挟まれる角を意味する。
好ましくは、上記逃げ面Ａ（１ＸＡ）のすくい面（Ｙ）との境界と、逃げ面Ｂ（１ＸＢ）との境界との間の距離（Ｌ）は３μｍ以下であることが望ましい。３μｍを超える距離となる場合、２つの逃げ面で挟まれる角Ｒ３などに丸みが生じ、高精度の工具を得ることができない。

本発明の切削工具で用いる多結晶ダイヤモンドは導電性を有していても良い。これにより、先に述べた逃げ面の粗加工などを従来の研磨だけでなく、より安価な放電加工も用いることができる。また超精密加工では工具と被削材との接触の判定が困難であったが、導電性を持たせることにより電気的なセンサーにより正確な接触を判定することができる。上記の導電性を持たせるには、ホウ素、リン、水素等をドーピングすることができる。また、金属等の導電膜を表面にコーティングしても良い。

また本発明者らはすくい面や逃げ面の加工で研磨を行った場合、研磨によって微細な亀裂等が多結晶ダイヤモンド中に発生し、工具の強度を低下させることを見出した。このため、すくい面や逃げ面の粗加工を研磨で行った後、反応性イオンエッチング等のドライエッチングによりすくい面や逃げ面を作る工程を入れることで、耐欠損性の良い工具が作れることがわかった。ドライエッチングを行わない場合は、集束イオンビームでの加工量を多くし、少なくとも５μｍ以上多結晶ダイヤモンドを研磨面から削ることが望ましい。

これらの製造方法をまとめると、
非ダイヤモンド型炭素物質を出発物質として、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加無しに直接的にダイヤモンドに変換焼結する工程と
ダイヤモンドをレーザーでチップ状にカットする工程と、
ダイヤモンドチップをシャンクに接合する工程と、
ダイヤモンドチップを研磨することにより、すくい面と逃げ面を作る工程と、
ダイヤモンドチップにマスクを形成する工程と、
ドライエッチングによりすくい面や逃げ面を作る工程と、
すくい面と逃げ面の境界部を集束イオンビームにより加工する工程により、本発明の多結晶ダイヤモンド切削工具を得ることができる。
これらの超精密工具はＶバイト、フライカット、マイクログルーブのいずれの種類に対しても適用可能である。

続いて、本発明に係る切削工具のうち、窒化ホウ素工具を構成する窒化ホウ素多結晶体について以下に詳述する。
本発明の切削工具の材料である、コバルト等の金属結合材を含まない実質的に窒化ホウ素単相（純度９９％以上）の高圧相窒化ホウ素多結晶体は、原料の低圧相窒化ホウ素（六方晶窒化ホウ素、ｈＢＮ）を超高圧高温下（温度１１００〜２６００℃、圧力１２〜２５ＧＰａ）で、触媒や溶媒なしに直接的に高圧相窒化ホウ素に変換させ、同時に焼結させることによって得ることが出来る。ここで述べる高圧相窒化ホウ素とは、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）および圧縮型六方晶窒化ホウ素（ウルツ鉱型窒化ホウ素、ｗＢＮ）のことである。このようにして得られた高圧相窒化ホウ素多結晶体からなる窒化ホウ素工具は粒径が小さく、欠損や偏磨耗が起こらない。

低圧相窒化ホウ素を出発物質として、９ＧＰａ以上、１７００℃以上１９００℃以下の超高圧高温下における間接加熱による直接変換焼結により、緻密で高純度な立方晶窒化ホウ素を得る方法は上記特許文献６や下記非特許文献４に開示されている。
非特許文献４：機械と工具２０１０年３月号８０ページ

上記の各文献に記載の方法で得られる立方晶窒化ホウ素を用いて窒化ホウ素工具を製作してその加工性を調べると、特許文献６に記載のものは非特許文献４の図１で見られるように２００ｎｍを超える異常成長粒があるためか、まずその大きな粒子部分で磨耗が極端に進行することが分かった。この場合、被削材にスジ傷が入るなど目的の加工が得られないと言う問題点があった。また特に目的の刃先の曲率半径を大きく超える粒子があると、長期間切削している間に刃先形状が変化し、超精密加工には耐えられない性能であった。
そこで、多結晶窒化ホウ素を構成する窒化ホウ素焼結粒子の粒径分布を刃先の曲率半径に応じて制御することが必要であることがわかった。粒径分布を制御した高圧相窒化ホウ素工具を作製すると、極端に磨耗する粒子は無くなり、長期間安定した目的の加工を得ることが出来た。

上記の問題は、高圧相窒化ホウ素工具の材料として、焼結粒子の平均粒径Ｄ_５０と最大粒径Ｄmaxを刃先の曲率半径Ｒ１に応じて制御すれば解決できることが分かった。
すなわち、切削工具の刃先先端の曲率半径Ｒ１に対して、Ｄ_５０≦１．２×Ｒ１、かつＤmax≦２×Ｒ１とした多結晶体を用いることである。
また、切削工具のすくい面と逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ２に対して、Ｄ_５０≦１．２×Ｒ２以下かつＤmax≦２×Ｒ２以下とした多結晶体を用いることが好ましい。
また、切削工具の２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ３に対して、Ｄ_５０≦１．２×Ｒ３かつＤmax≦２×Ｒ３とした多結晶体を用いることが好ましい。
好ましくは、切削工具の刃先先端、すくい面と逃げ面で挟まれる角、および２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径は全て５０ｎｍ以下で、ｄ≦６０ｎｍ、Ｄ≦１００ｎｍであることが超精密加工をする上で望ましい。
なお、本発明の、窒化ホウ素を切刃に備えた切削工具におけるＲ１、Ｒ２及びＲ３は、ダイヤモンドを切刃に備えた切削工具において説明したものと同じであり、図１１に示す通りである。

本発明の高圧相窒化ホウ素多結晶体は窒化ホウ素粒子内と粒子間の結合が同程度に強いという特徴がある。工具の刃先部分が単一の窒化ホウ素粒子であれば、粒子内で劈開の発生等により欠損が生じるが、上記の粒径の範囲であれば粒子間ネットワークが必ず刃先に含まれ、劈開しても粒子界面で欠損が停止するため、耐欠損性の高い工具を得ることができる。
また高圧相窒化ホウ素多結晶体を構成する窒化ホウ素焼結粒子の平均粒径Ｄ_５０は、曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に対し、Ｄ_５０≧０．０１×Ｒ１かつＤ_５０≧０．０１×Ｒ２かつＤ_５０≧０．０１×Ｒ３が望ましい。これ以下の粒径でｓｐ３結合を維持した高圧相窒化ホウ素多結晶体の合成は実用上困難であり、実際にはｓｐ２結合を含んでしまうため、耐磨耗性および耐欠損性が低下してくることが分かった。

次に上記の微細な粒径の高圧相窒化ホウ素多結晶体を超精密に加工する場合、従来の窒化ホウ素工具を加工するように研磨しても、微細な欠けが発生し、直線刃を出しにくいという問題があった。また、直線刃ができたとしても、研磨によってミクロな亀裂や歪みなどの加工ダメージが高圧相窒化ホウ素多結晶体の組織内に導入されるため、工具寿命が短くなる問題もあった。そこで研磨で粗加工を行った後は、集束イオンビームで加工することで先鋭な刃先がダメージなしに形成されると期待される。しかし既に述べた通り、従来の方法ではすくい面と逃げ面で挟まれる角、あるいはおよび２つの逃げ面で挟まれる角など、どこかの稜線が鋭利にならなかった。

このため、本発明者らは種々の検討を重ねた結果、窒化ホウ素を切刃に備えた切削工具においても、前述のダイヤモンドを切刃に備えた切削工具の場合と同様に加工することにより、従来にない超精密加工用の切削工具を作製できることを見出した。すなわち、図１〜図３を用いて説明した前記の加工方法により、本発明の切削工具を作製することができる。

本発明の工具で用いる窒化ホウ素多結晶体は導電性を有していても良い。これにより、電気的なセンサーで工具と被削材との接触を正確に判定することができる。上記の導電性を持たせるには、表面に金属などの導電性材料を薄く蒸着することができる。
これらの超精密工具はＶバイト、フライカット、マイクログルーブのいずれの種類に対しても適用可能である。

本発明の窒化ホウ素切削工具は、低圧相窒化ホウ素を出発物質として、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加無しに直接的に高圧相窒化ホウ素に変換焼結された、実質的に高圧相窒化ホウ素のみからなる多結晶窒化ホウ素を加工することによって得ることができる。
加工方法としては例えば次の二つの加工方法を挙げることができる。
＜加工方法Ａ＞
以下の各工程を順に行う方法
（１）多結晶窒化ホウ素をレーザーでチップ状にカットする工程
（２）窒化ホウ素チップをシャンクに接合する工程
（３）窒化ホウ素チップを研磨することによりすくい面と逃げ面とを作る工程
（４）すくい面と逃げ面の境界部を集束イオンビームにより加工する工程
＜加工方法Ｂ＞
以下の各工程を順に行う方法
（１）窒化ホウ素をレーザーでチップ状にカットする工程
（２）窒化ホウ素チップをシャンクに接合する工程
（３）窒化ホウ素チップを研磨によりすくい面と逃げ面を作る工程
（４）窒化ホウ素チップにマスクを形成する工程
（５）ドライエッチングによりすくい面や逃げ面を作る工程
（６）すくい面と逃げ面の境界部を集束イオンビームにより加工する工程

続いて、本発明にかかる切削工具のうち、ＢＣ_２Ｎ工具を構成するＢＣ_２Ｎ多結晶体について以下に詳述する。
本発明の切削工具の材料である、コバルト等の金属結合材を含まない実質的にＢＣ_２Ｎ単相（純度９９％以上）のＢＣ_２Ｎ多結晶体は、原料の低圧相ＢＣ_２Ｎ（グラファイト状ＢＣ_２Ｎ）などの非ダイヤモンド型ＢＣ_２Ｎを超高圧高温下（温度１８００〜２６００℃、圧力１２〜２５ＧＰa）で、触媒や溶媒なしに直接的に高圧相ＢＣ_２Ｎ（ダイヤモンド構造）に変換させ、同時に焼結させることによって得ることが出来る。このようにして得られた多結晶ＢＣ_２ＮからなるＢＣ_２Ｎ工具には単結晶を用いたＢＣ_２Ｎ工具に見られるような偏磨耗は起こらない。
なお、グラファイト状ＢＣ_２Ｎはこの他に、ホウ酸の窒化と、サッカロースの炭化を溶融尿素中で炭化させるなどして合成しても良いし、ＢＣｌ_３ガスとアセトニトリルをモル比１：１で反応管に導入して、高周波誘導加熱により昇温したカーボン上にグラファイト状ＢＣ_２Ｎ膜を蒸着しても良い。

上記のようなＢＣ_２Ｎ工具の材料として、焼結粒子の平均粒径Ｄ_５０と最大粒径Ｄmaxを刃先の曲率半径Ｒ１に応じて制御することにより本発明の切削工具とすることができる。すなわち、切削工具の刃先先端の曲率半径Ｒ１に対して、Ｄ_５０≦１．２×Ｒ１、かつＤmax≦２×Ｒ１とした多結晶体を用いる。
また、切削工具のすくい面と逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ２に対して、Ｄ_５０≦１．２×Ｒ２以下かつＤmax≦２×Ｒ２以下とした多結晶体を用いることが好ましい。
また、切削工具の２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ３に対して、Ｄ_５０≦１．２×Ｒ３かつＤmax≦２×Ｒ３とした多結晶体を用いることが好ましい。
切削工具の刃先先端、すくい面と逃げ面で挟まれる角、および２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径は全て５０ｎｍ以下で、ｄ≦６０ｎｍ、Ｄ≦１００ｎｍであることが超精密加工をする上で望ましい。
なお、本発明の、ＢＣ_２Ｎ多結晶体を切刃に備えた切削工具におけるＲ１、Ｒ２及びＲ３は、ダイヤモンドを切刃に備えた切削工具において説明したものと同じであり、図１１に示す通りである。

ＢＣ_２Ｎ多結晶体を切刃に備えた切削工具においても、前述のダイヤモンドを切刃に備えた切削工具の場合と同様に加工することにより、従来にない超精密加工用の切削工具を作製できる。すなわち、図１〜図３を用いて説明した前記の加工方法により、本発明の切削工具を作製することができる。

また、本発明の工具で用いるＢＣ_２Ｎ多結晶体は導電性を有していても良い。これにより、電気的なセンサーで工具と被削材との接触を正確に判定することができる。上記の導電性を持たせるには、表面に金属などの導電性材料を薄く蒸着することができる。
これらの超精密工具はＶバイト、フライカット、マイクログルーブのいずれの種類に対しても適用可能である。

次に本発明の実施例及び比較例を挙げることによってより詳細に説明するが、これらの実施例は例示的なものであり、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
まず、測定・評価方法について説明する。

＜平均粒径＞
本発明の実施例では原料の非ダイヤモンド型炭素として黒鉛焼成体を用いた。また、原料の低圧相（六方晶）窒化ホウ素粒子及び高圧相窒化ホウ素多結晶体
本発明においては原料の黒鉛焼成体中のグラファイト粒子、ダイヤモンド多結晶体中のダイヤモンド焼結粒子、低圧相（六方晶）窒化ホウ素粒子、及び高圧相窒化ホウ素多結晶体中の窒化ホウ素焼結粒子の平均粒径（Ｄ_５０）及び最大粒径（Ｄmax）は走査型電子顕微鏡により倍率１０〜５０万倍で写真撮影像を元にして画像解析を実施することで得た。
以下にその詳細方法を示す。
まず、試料表面を仕上げ研磨もしくはＣＰ加工し、該試料を走査型電子顕微鏡で撮影した撮影像を元に焼結体を構成する結晶粒の粒径分布を測定する。具体的には、画像解析ソフト（例えば、Ｓcion Ｃorporation社製、ＳcionImage）を用いて、個々の粒子を抽出し、抽出した粒子を２値化処理して各粒子の面積（Ｓ）を算出する。そして、各粒子の粒径（Ｄ）を、同じ面積を有する円の直径（Ｄ＝２√（Ｓ／π））として算出する。
次に、上記で得られた粒径分布をデータ解析ソフト（例えば、ＯriginLab社製Ｏrigin、Ｐarametric Ｔechnology社製Ｍathchad等）によって処理し、Ｄ_５０粒径、最大粒径Ｄmaxを算出する。
以下に記載する実施例、比較例では走査型電子顕微鏡として日本電子製ＪＳＭ−７６００Ｆを用いた。

［実施例１］
粒径０．１〜１０μｍ、純度９９．９％以上のグラファイトをＭo製カプセルに入れ、ベルト型高圧発生装置を用いて、１０ＧＰa、２１００℃で３０分間処理し、多結晶ダイヤモンドを形成した。この試料の粒径を電子顕微鏡により観察した。平均粒径と最大粒径は表１のようになった。

これにレーザーカットおよび研磨によって粗加工してチップ形状を作り、シャンクにロウ付けを行った。次に粗研磨によってＶバイトのすくい面および逃げ面を形成した。
次に図５のようにすくい面（Ｙ）側から逃げ面（Ｘ）側にビームが向くように工具をステージに設置し、集束イオンビーム装置に導入した。これにＶバイトの両側に対してイオン電流１０００ｐＡ以下で逃げ面Ｂ（１ＸＢ）を形成した。工具を傾けて２つの逃げ面に挟まれた角を観察した。曲率半径Ｒ３を表１に記載した。

次に工具を取り出して、図６のように逃げ面（Ｘ）側からすくい面（Ｙ）側にビームが向くように工具をステージに設置し、集束イオンビーム装置に導入した。これにＶバイトの両側に対してイオン電流５００ｐＡ以下で逃げ面Ａ（１ＸＡ）を形成した。刃先曲率半径Ｒ１、すくい面（Ｙ）と逃げ面（１ＸＡ）に挟まれた角の曲率半径Ｒ２、逃げ面Ａ（１ＸＡ）のすくい面（Ｙ）との境界と、逃げ面Ｂ（１ＸＢ）との境界との間の距離Ｌを表１に示す。
以上の加工により、図７に示すような先端９０度のＶバイトが完成した。同様の方法で図８に示すような先端４０度やそれ以下の先鋭Ｖバイトも加工することができる。

次に工具を超精密ナノ加工機に設置し、ＷＣ-Ｃo-Ｎiを主体とした被削材に溝入れ加工を行った。送り速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、切込み量を３００μｍ、切削長１０００ｍｍとした。切削結果を表１にまとめる。

［実施例２］
実施例１より粒径の小さいナノ多結晶ダイヤモンドを使用した以外は、実施例１と同様にしてＶバイトを作製した。

［実施例３］
ホウ素ドープした導電性ナノ多結晶ダイヤモンドを使用した以外は、実施例１と同様にしてＶバイトを作製した。

［比較例１〜７］
比較例として、単結晶ダイヤモンドを用いた例、粒径の異なる多結晶ダイヤモンドを用いた例、工具加工法が異なる例を表１に記載した。

表１に示すように、比較例ではどれも加工中の欠損あるいは耐磨耗性不足による溝形状の不良が発生した。特に比較例７では集束イオンビームを使わずに加工したが、加工中の欠損が多発し、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３全て先鋭な工具の作製は不可能だった。Ｒ１についてのみ先鋭な加工に成功したが、集束イオンビームを使って加工した工具に比べて早い段階で工具の破損が発生した。また、すくい面と逃げ面で挟まれる稜線にも研磨のダメージによる欠損が多発し、加工の初期から面粗さの大きな溝となった。一方、本発明の超精密加工用の切削工具では欠損することなく全長で曲率半径１００ｎｍ以下の溝を加工することが出来た。

［実施例４］
粒径０．１〜１０μｍ、純度９９．９％以上のグラファイトをＭo製カプセルに入れ、ベルト型高圧発生装置を用いて、１０ＧＰa、２１００℃で３０分間処理し、多結晶ダイヤモンドを形成した。この試料の粒径を電子顕微鏡により観察した。平均粒径は３０ｎｍと最大粒径９０ｎｍとなった。
これにレーザーカットおよび研磨によって粗加工してチップ形状を作り、シャンクにロウ付けを行った。次に粗研磨によって図９に示すような溝入れバイトのすくい面（Ｙ）および第２逃げ面（２Ｘ）を形成した。

次に図５のようにすくい面（Ｙ）側から逃げ面（Ｘ）側にビームが向くように工具をステージに設置し、集束イオンビーム装置に導入した。これに溝入れバイトの側面Ｌ，Ｒに対してイオン電流１０００ｐＡ以下で逃げ面Ｂ（１ＸＢ）を形成し、最後に溝入れバイトブの先端面Ｔの逃げ面Ｂ（１ＸＢ）を形成した。側面Ｒと先端面Ｔの２つの逃げ面に挟まれた角の曲率半径Ｒ３Ｒ、側面Ｌと先端面Ｔの２つの逃げ面に挟まれた角の曲率半径Ｒ３Ｌは表２のようになった。

次に工具を取り出して、図６のように逃げ面（Ｘ）側からすくい面（Ｙ）側にビームが向くように工具をステージに設置し、集束イオンビーム装置に導入した。これに溝入れバイトの側面Ｌ，Ｒに対してイオン電流５００ｐＡ以下で逃げ面Ａ（１ＸＡ）を形成し、最後に溝入れバイトの先端面Ｔの逃げ面Ａ（１ＸＡ）を形成し、溝入れバイトを完成させた。側面Ｒと先端面Ｔで作る刃先曲率半径Ｒ１Ｒ、側面Ｌと先端面Ｔで作る刃先曲率半径Ｒ１Ｌ、すくい面と側面Ｒ，側面Ｌ，先端面Ｔの逃げ面に挟まれた角の曲率半径Ｒ２Ｒ、Ｒ２Ｌ、Ｒ２Ｔ、逃げ面Ａの端のすくい面からの距離ＬＲ、ＬＬ、ＬＴは表２に示す。

次に工具を超精密ナノ加工機に設置し、ＷＣ-Ｃo-Ｎiを主体とした被削材に溝入れ加工を行った。送り速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、切込み量を２００μｍ、切削長１０００ｍｍとした。本発明の超精密加工用の切削工具では欠損することなく全長で曲率半径１００ｎｍ以下の溝を加工することが出来た。

［実施例５］
粒径０．１〜１０μｍ、純度９９．９％以上の六方晶窒化ホウ素をＭo製カプセルに入れ、ベルト型高圧発生装置を用いて、１３ＧＰa、１６５０℃で３０分間処理し、高圧相窒化ホウ素多結晶体を形成した。結晶構造はＸ線回折により判定し、試料の粒径は電子顕微鏡により観察した。平均粒径と最大粒径は表３のようになった。

これにレーザーカットおよび研磨によって粗加工してチップ形状を作り、シャンクにロウ付けを行った。次に粗研磨によってＶバイトのすくい面および逃げ面を形成した。
次に図５のようにすくい面（Ｙ）側から逃げ面（Ｘ）側にビームが向くように工具をステージに設置し、集束イオンビーム装置に導入した。これにＶバイトの両側に対してイオン電流１０００ｐＡ以下で逃げ面Ｂ（１ＸＢ）を形成した。工具を傾けて２つの逃げ面に挟まれた角を観察した。曲率半径Ｒ３を表３に記載した。

次に工具を取り出して、図６のように逃げ面（Ｘ）側からすくい面（Ｙ）側にビームが向くように工具をステージに設置し、集束イオンビーム装置に導入した。これにＶバイトの両側に対してイオン電流５００ｐＡ以下で逃げ面Ａ（１ＸＡ）を形成した。刃先曲率半径Ｒ１、すくい面（Ｙ）と逃げ面（１ＸＡ）に挟まれた角の曲率半径Ｒ２、逃げ面Ａ（１ＸＡ）のすくい面（Ｙ）との境界と、逃げ面Ｂ（１ＸＢ）との境界との間の距離Ｌを表３に示す。
以上の加工により、図７に示すような先端９０度のＶバイトが完成した。同様の方法で図８に示すような先端４０度やそれ以下の先鋭Ｖバイトも加工することができる。

次に工具を超精密ナノ加工機に設置し、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）に溝入れ加工を行った。送り速度２ｍ／ｍｉｎ、切込み量を５μｍ、切削長３００ｍｍとした。切削結果を表３にまとめる。

［実施例６］
高圧相窒化ホウ素に立方晶だけでなく、一部ウルツ鉱型が含まれ、粒径が細かい点以外は実施例５と同様にしてＶバイトを作製した。

［実施例７］
実施例５と粒径が異なる以外は、実施例５と同様にしてＶバイトを作製した。

［比較例９〜１４］
比較例として、単結晶ダイヤモンドを用いた例、多結晶ダイヤモンドを用いた例、粒径の異なる高圧相窒化ホウ素を用いた例、工具加工法が異なる例を表３に記載した。

比較例ではどれも加工中の欠損あるいは耐磨耗性不足による溝形状の不良が発生した。特に比較例１４では集束イオンビームを使わずに加工したが、加工中の欠損が多発し、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３全て先鋭な工具の作製は不可能だった。Ｒ１についてのみ先鋭な加工に成功したが、集束イオンビームを使って加工した工具に比べて早い段階で工具の破損が発生した。また、すくい面と逃げ面で挟まれる稜線にも研磨のダメージによる欠損が多発し、加工の初期から面粗さの大きな溝となった。一方、本発明の超精密加工用の切削工具では欠損することなく全長で曲率半径１００ｎｍ以下の溝を加工することが出来た。

［実施例８］
粒径０．１〜１０μｍ、純度９９．９％以上の六方晶窒化ホウ素をＭo製カプセルに入れ、ベルト型高圧発生装置を用いて、１２ＧＰa、１６５０℃で３０分間処理し、高圧相窒化ホウ素を形成した。この試料の粒径を電子顕微鏡により観察した。平均粒径は３０ｎｍと最大粒径９０ｎｍとなった。
これにレーザーカットおよび研磨によって粗加工してチップ形状を作り、シャンクにロウ付けを行った。次に粗研磨によって図９に示すような溝入れバイトのすくい面（Ｙ）および第２逃げ面（２Ｘ）を形成した。

次に図５のようにすくい面（Ｙ）側から逃げ面（Ｘ）側にビームが向くように工具をステージに設置し、集束イオンビーム装置に導入した。これに溝入れバイトの側面Ｌ，Ｒに対してイオン電流１０００ｐＡ以下で逃げ面Ｂ（１ＸＢ）を形成し、最後に溝入れバイトの先端面Ｔの逃げ面Ｂ（１ＸＢ）を形成した。側面Ｒと先端面Ｔの２つの逃げ面に挟まれた角の曲率半径Ｒ３Ｒ、側面Ｌと先端面Ｔの２つの逃げ面に挟まれた角の曲率半径Ｒ３Ｌは表４のようになった。

次に工具を取り出して、図６のように逃げ側（１ＸＢ）からすくい面（Ｙ）側にビームが向くように工具をステージに設置し、集束イオンビーム装置に導入した。これに溝入れバイトの側面Ｌ，Ｒに対してイオン電流５００ｐＡ以下で逃げ面Ａ（１ＸＡ）を形成し、最後に溝入れバイトの先端面Ｔの逃げ面Ａ（１ＸＡ）を形成し、溝入れバイトを完成させた。側面Ｒと先端面Ｔで作る刃先曲率半径Ｒ１Ｒ、側面Ｌと先端面Ｔで作る刃先曲率半径Ｒ１Ｌ、すくい面と側面Ｒ，側面Ｌ，先端面Ｔの逃げ面に挟まれた角の曲率半径Ｒ２Ｒ、Ｒ２Ｌ、Ｒ２Ｔ、逃げ面Ａの端のすくい面からの距離ＬＲ、ＬＬ、ＬＴは表４に示す。

次に工具を超精密ナノ加工機に設置し、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）に溝入れ加工を行った。送り速度２ｍ／ｍｉｎ、切込み量を５μｍ、切削長３００ｍｍとした。本発明の超精密加工用の切削工具では欠損することなく全長で曲率半径１００ｎｍ以下の溝を加工することが出来た。

［実施例９］
ＢＣｌ_３ガスとアセトニトリルをモル比１：１で反応管に導入して、高周波誘導加熱により１８００℃に昇温したカーボン上にグラファイト状ＢＣ_２Ｎ膜を蒸着した。次にこれを粉砕して粒径０．１〜１０μｍにしてＭo製カプセルに入れ、ベルト型高圧発生装置を用いて、２５ＧＰa、２２００℃で３０分間処理し、ダイヤモンド状多結晶ＢＣ_２Ｎを形成した。この試料の粒径を電子顕微鏡により観察した。平均粒径と最大粒径は表５のようになった。

これにレーザーカットおよび研磨によって粗加工してチップ形状を作り、シャンクにロウ付けを行った。次に粗研磨によってＶバイトのすくい面および逃げ面を形成した。
次に図５のようにすくい面（Ｙ）側から逃げ面（Ｘ）側にビームが向くように工具をステージに設置し、集束イオンビーム装置に導入した。これにＶバイトの両側に対してイオン電流１０００ｐＡ以下で逃げ面Ｂ（１ＸＢ）を形成した。工具を傾けて２つの逃げ面に挟まれた角を観察した。曲率半径Ｒ３を表５に記載した。

次に工具を取り出して、図６のように逃げ側（Ｘ）からすくい面（Ｙ）側にビームが向くように工具をステージに設置し、集束イオンビーム装置に導入した。これにＶバイトの両側に対してイオン電流５００ｐＡ以下で逃げ面Ａ（１ＸＡ）を形成した。刃先曲率半径Ｒ１、すくい面（Ｙ）と逃げ面（１ＸＡ）に挟まれた角の曲率半径Ｒ２、逃げ面Ａ（１ＸＡ）のすくい面（Ｙ）との境界と、逃げ面Ｂ（１ＸＢ）との境界との間の距離Ｌを表５に示す。
以上の加工により、図７に示すような先端９０度のＶバイトが完成した。同様の方法で図８に示すような先端４０度やそれ以下の先鋭Ｖバイトも加工することができる。

次に工具を超精密ナノ加工機に設置し、ＷＣ-Ｃo-Ｎiを主体とした被削材に溝入れ加工を行った。送り速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、切込み量を３００μｍ、切削長１０００ｍｍとした。切削結果を表５にまとめる。

［実施例１０］
実施例９より粒径の小さいナノ多結晶ＢＣ_２Ｎを使用した以外は、実施例９と同様にしてＶバイトを作製した。

［実施例１１］
ホウ素ドープした導電性ナノ多結晶ＢＣ_２Ｎを使用した以外は、実施例１と同様にしてＶバイトを作製した。

［比較例１５〜２１］
比較例として、単結晶ダイヤモンドを用いた例、粒径の異なる多結晶ＢＣ_２Ｎを用いた例、工具加工法が異なる例を表５に記載した。

表５に示すように、比較例ではどれも加工中の欠損あるいは耐磨耗性不足による溝形状の不良が発生した。特に比較例２１では集束イオンビームを使わずに加工したが、加工中の欠損が多発し、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３全て先鋭な工具の作製は不可能だった。Ｒ１についてのみ先鋭な加工に成功したが、集束イオンビームを使って加工した工具に比べて早い段階で工具の破損が発生した。また、すくい面と逃げ面で挟まれる稜線にも研磨のダメージによる欠損が多発し、加工の初期から面粗さの大きな溝となった。一方、本発明の超精密加工用の切削工具では欠損することなく全長で曲率半径１００ｎｍ以下の溝を加工することが出来た。

本発明の切削工具は、優れた耐欠損性と耐磨耗性を持ち、研磨加工などによるミクロな亀裂や歪みなどの加工ダメージが無い鋭い刃先形状を持つため、従来よりも精密な加工を長距離で行うことが出来、さらに従来加工が困難だった硬質材料での超精密加工に好適に適用できる。

Ｘ 逃げ面
Ｙ すくい面
１Ｘ 第１逃げ面
２Ｘ 第２逃げ面
１ＸＡ 第１逃げ面Ａ
１ＸＢ 第１逃げ面Ｂ
Ｆ 集束イオンビームの向き
Ｒ 曲率半径
Ｒ１ 刃先の曲率半径
Ｒ２ すくい面と逃げ面に挟まれた角の曲率半径
Ｒ３ ２つの逃げ面に挟まれた角の曲率半径
Ｄ_５０ 平均粒径
Ｄmax 最大粒径
Ｌ 第１逃げ面Ａの幅

Claims (10)

1. 焼結助剤や触媒を含まず、ホウ素、炭素、および窒素からなる群より選ばれる１種類以上の元素からなる高圧相硬質粒子多結晶体を切刃とした切削工具であって、
   前記切削工具の刃先先端の曲率半径Ｒ１に対して、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が１．２×Ｒ１以下、最大粒径が２×Ｒ１以下であり、
   前記切削工具の刃先先端の曲率半径Ｒ１が５０ｎｍ以下で、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が６０ｎｍ以下、最大粒径が１００ｎｍ以下である切削工具。
2. 焼結助剤や触媒を含まず、ホウ素、炭素、および窒素からなる群より選ばれる１種類以上の元素からなる高圧相硬質粒子多結晶体を切刃とした切削工具であって、
   前記切削工具の刃先先端の曲率半径Ｒ１に対して、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が１．２×Ｒ１以下、最大粒径が２×Ｒ１以下であり、
   前記切削工具のすくい面と逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ２に対して、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が１．２×Ｒ２以下、最大粒径が２×Ｒ２以下であり、
   前記切削工具のすくい面と逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ２が５０ｎｍ以下で、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が６０ｎｍ以下、最大粒径が１００ｎｍ以下である、切削工具。
3. 焼結助剤や触媒を含まず、ホウ素、炭素、および窒素からなる群より選ばれる１種類以上の元素からなる高圧相硬質粒子多結晶体を切刃とした切削工具であって、
   前記切削工具の刃先先端の曲率半径Ｒ１に対して、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が１．２×Ｒ１以下、最大粒径が２×Ｒ１以下であり、
   前記切削工具の２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ３に対して、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が１．２×Ｒ３以下、最大粒径が２×Ｒ３以下であり、
   前記切削工具の２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ３が５０ｎｍ以下で、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が６０ｎｍ以下、最大粒径が１００ｎｍ以下である、切削工具。
4. 焼結助剤や触媒を含まず、ホウ素、炭素、および窒素からなる群より選ばれる１種類以上の元素からなる高圧相硬質粒子多結晶体を切刃とした切削工具であって、
   前記切削工具の刃先先端の曲率半径Ｒ１に対して、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が１．２×Ｒ１以下、最大粒径が２×Ｒ１以下であり、
   前記切削工具のすくい面と逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ２に対して、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が１．２×Ｒ２以下、最大粒径が２×Ｒ２以下であり、
   前記切削工具の２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ３に対して、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が１．２×Ｒ３以下、最大粒径が２×Ｒ３以下であり、
   前記切削工具の刃先先端の曲率半径Ｒ１が５０ｎｍ以下で、前記多結晶体を構成する焼結粒子の平均粒径が６０ｎｍ以下、最大粒径が１００ｎｍ以下である、切削工具。
5. 前記切削工具の刃先が、逃げ面がすくい面に近い側の逃げ面Ａと、該逃げ面Ａに隣接する、すくい面から遠い側の逃げ面Ｂとからなり、
   前記逃げ面Ａのすくい面との境界と、逃げ面Ｂとの境界との間の距離が３μｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の切削工具。
6. 前記切削工具の先端の曲率半径Ｒ１、すくい面と逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ２、２つの逃げ面で挟まれる角の曲率半径Ｒ３に対して、前記多結晶体の平均粒径が０．０１×Ｒ１以上かつ０．０１×Ｒ２以上かつ０．０１×Ｒ３以上である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の切削工具。
7. 前記多結晶体が、焼結助剤や触媒を含まず、実質的に高圧相窒化ホウ素のみからなる多結晶窒化ホウ素であり、前記高圧相窒化ホウ素が立方晶窒化ホウ素および／またはウルツ鉱型窒化ホウ素である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の切削工具。
8. 前記切削工具がＶバイト、フライカット、マイクログルーブのいずれかである請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の切削工具。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の切削工具を製造する方法であって、
   非ダイヤモンド型炭素物質および／または窒化ホウ素を出発物質として、超高圧高温下で焼結助剤や触媒の添加無しに直接的に、ホウ素、炭素、および窒素からなる群より選ばれる１種類以上の元素からなる高圧相硬化粒子に変換焼結された多結晶体を集束イオンビームによって加工して切刃とする、切削工具の製造方法。
10. 逃げ面がすくい面に近い側の逃げ面Ａと、該逃げ面Ａに隣接する、すくい面から遠い側の逃げ面Ｂとからなる切削工具を製造する方法であって、
    前記逃げ面Ｂをすくい面側から逃げ側に向けた集束イオンビームで加工した後、前記逃げ面Ａを逃げ側からすくい面側に向けた集束イオンビームで加工する、請求項９に記載の切削工具の製造方法。

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