JP6766181B2

JP6766181B2 - 工具

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Publication number: JP6766181B2
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Inventors: 羽生　博之; 博之羽生; 康雄福井
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Current assignee: OSG Corp
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Filing date: 2017-01-16
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Description

本発明は、工具に関し、特に、ホウ素が含有されるダイヤモンド被膜を形成した場合であっても、耐久性を向上させることができる工具に関する。

工具の母材の表面に形成されるダイヤモンド被膜にホウ素をドーピングさせ、ダイヤモンド被膜の耐酸化性および潤滑性を向上させる技術が知られている。例えば、特許文献１には、ホウ素のドーピング量が少ない低ドーピング層と、ホウ素のドーピング量が多い高ドーピング層とを備えるダイヤモンド被膜が母材の表面に形成されるダイヤモンド被膜加工工具が開示される。このダイヤモンド被膜加工工具によれば、ホウ素のドーピング量が多い高ドーピング層が表層に形成されるので、工具の耐酸化性および潤滑性を向上させることができる。

特開２００６−１５２４２３号公報（例えば、段落００２９、図１１）

しかしながら、上述した従来の技術では、ホウ素のドーピング量が多い高ドーピング層がダイヤモンド被膜の表層に形成されるので、表層における圧縮の残留応力が減少し、被加工物に対する加工時に表層側からクラックが生じやすくなる。よって、工具の耐久性が低下する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、ホウ素が含有されるダイヤモンド被膜を形成した場合であっても、耐久性を向上させることができる工具を提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明の工具は、ダイヤモンド被膜の表層側の層として形成され、前記ホウ素が非含有とされる第１層と、前記ダイヤモンド被膜の前記第１層よりも前記母材側に位置する層として形成され、少なくとも１０００ｐｐｍ以上の前記ホウ素を含有する第２層と、を備える前記ダイヤモンド被膜が複数積層され、前記母材側に位置する前記ダイヤモンド被膜の前記第２層よりも、表層側に位置する前記ダイヤモンド被膜の前記第２層ほど前記ホウ素の含有量が多く設定され、前記複数のダイヤモンド被膜は、前記第１層の各々の膜厚が同一に設定されると共に前記第２層の各々の膜厚が同一に設定される複数の第１ダイヤモンド被膜と、それら複数の第１ダイヤモンド被膜の表層側に積層され、前記第１層の各々の膜厚が同一に設定されると共に前記第２層の各々の膜厚が同一に設定される複数の第２ダイヤモンド被膜と、それら複数の第２ダイヤモンド被膜の表層側に積層され、前記第１層の各々の膜厚が同一に設定されると共に前記第２層の各々の膜厚が同一に設定される複数の第３ダイヤモンド被膜と、を備え、前記第１層の膜厚は、前記第１ダイヤモンド被膜よりも前記第２ダイヤモンド被膜において薄く形成され、且つ前記第２ダイヤモンド被膜よりも前記第３ダイヤモンド被膜において薄く形成され、前記第２層の膜厚は、前記第１ダイヤモンド被膜よりも前記第２ダイヤモンド被膜において薄く形成され、且つ前記第２ダイヤモンド被膜よりも前記第３ダイヤモンド被膜において薄く形成される。

請求項１記載の工具によれば、ダイヤモンド被膜は、そのダイヤモンド被膜の表層側の層として形成され、ホウ素が非含有とされる第１層と、ダイヤモンド被膜の第１層よりも母材側に位置する層として形成され、少なくとも１０００ｐｐｍ以上のホウ素を含有する第２層と、を備える。第１層は、ホウ素が非含有とされるので、１０００ｐｐｍ以上のホウ素が含有される第２層よりも圧縮の残留応力が大きくなる。

即ち、圧縮の残留応力が大きい第１層がダイヤモンド被膜の表層に形成されるので、被加工物に対する加工時にダイヤモンド被膜の表層側からクラックが生じることを抑制できる。よって、１０００ｐｐｍ以上のホウ素が含有されるダイヤモンド被膜を形成した場合であっても、工具の耐久性を向上させることができるという効果がある。

更に、第１層の母材側に第２層が形成されることにより、第１層の圧縮の残留応力が過剰になることを第２層によって緩和すると共に、その第２層に含有されるホウ素によってダイヤモンド被膜の耐酸化性および潤滑性を向上させることができる。よって、工具の耐久性が向上するという効果がある。

また、第１層は、ホウ素が非含有とされるので、ダイヤモンド被膜の表層側からクラックが生じることをより確実に抑制できる。よって、工具の耐久性が向上するという効果がある。

また、ダイヤモンド被膜が複数積層されるので、圧縮の残留応力が小さい第２層の各層の間に圧縮の残留応力が大きい第１層が積層される。これにより、複数のダイヤモンド被膜全体の靭性を高めることができると共に、第２層にクラックが生じた場合であっても、そのクラックが広がることを第１層の圧縮の残留応力によって抑制できる。よって、工具の耐久性が向上するという効果がある。

また、母材側に位置するダイヤモンド被膜の第２層よりも、表層側に位置するダイヤモンド被膜の第２層ほどホウ素の含有量が多く設定されるので、表層側での耐酸化性および潤滑性を向上させると共に、母材側での圧縮の残留応力を高めて母材側からクラックが生じることを抑制できる。この場合、最も表層側に位置するダイヤモンド被膜の第２層に多くのホウ素を含有させることで圧縮の残留応力が低下するが、その第２層の上下には第１層が積層されるので、表層側からクラックが生じることを抑制できる。よって、工具の耐久性が向上するという効果がある。

また、複数のダイヤモンド被膜の第１層および第２層は、その膜厚が母材側から表層側にかけて徐々に薄くなる態様で形成されるので、表層側における単位体積当たりの第１層および第２層の層の数を増やして靭性を向上させることができる。更に、母材側の第２層は、表層側に比べてホウ素の含有量が少ないので、その母材側における単位体積当たりの第１層および第２層の層の数を減らすことにより、母材側における圧縮の残留応力を大きくすることができる。これにより、表層側のダイヤモンド被膜の靭性を向上させると共に、母材側からクラックが生じることを抑制してダイヤモンド被膜の母材への密着性を向上させることができる。よって、工具の耐久性が向上するという効果がある。

請求項２記載の工具によれば、請求項１記載の工具の奏する効果に加え、複数のダイヤモンド被膜のうちの最も母材側に位置するダイヤモンド被膜は、母材と第２層との間の層として形成されると共に、ホウ素が非含有とされる第３層を備えるので、ホウ素が非含有とされる第３層がダイヤモンド被膜（最も母材側に位置するダイヤモンド被膜）と母材との間に形成される。これにより、かかるダイヤモンド被膜の母材側における圧縮応力を大きくすることができるので、母材側からクラックが生じることを抑制できる。よって、ダイヤモンド被膜の母材への密着性を向上させることができるので、工具の耐久性が向上するという効果がある。

請求項３記載の工具によれば、請求項１又は２に記載の工具の奏する効果に加え、第１層は、その膜厚が第２層の膜厚の寸法に対して１００％未満の寸法に設定されるので、第１層の圧縮の残留応力が過剰に増大することを抑制できる。よって、被加工物に対する加工時にダイヤモンド被膜が座屈することを抑制できるので、工具の耐久性が向上するという効果がある。

請求項４記載の工具によれば、請求項３記載の工具の奏する効果に加え、第１層は、その膜厚が第２層の膜厚に対して２５％以上の寸法に設定されるので、第１層の圧縮の残留応力が低下することを抑制できる。よって、最も表層側に位置するダイヤモンド被膜の第１層からクラックが生じることを抑制しつつ、複数のダイヤモンド被膜全体の靭性を向上させることができるので、工具の耐久性が向上するという効果がある。

（ａ）は、本発明の第１実施の形態における工具の側面図であり、（ｂ）は、工具の部分拡大断面図である。（ａ）は、第２実施の形態における工具の部分拡大断面図であり、（ｂ）は、第３実施の形態における工具の部分拡大断面図である。（ａ）は、第４実施の形態における工具の部分拡大断面図であり、（ｂ）は、第５実施の形態における工具の部分拡大断面図である。検証試験の試験結果を示す表である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、第１実施の形態の工具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工具１の側面図であり、図１（ｂ）は、工具１の部分拡大断面図である。なお、図１（ｂ）では、工具１の軸心Ｏを含む平面で切断した断面が図示され、第１層４１のハッチングを省略している。

図１に示すように、工具１（本実施の形態では、エンドミル）は、ホルダ（図示せず）を介して加工機械（例えば、マシニングセンタ）から伝達される回転力によって被加工物の切削加工を行うための工具であり、その軸心Ｏ周りに回転される本体部２と、その本体部２の先端側（図１（ａ）の左側）に配設される刃部３とを備える。

本体部２は、超硬合金から円柱状に形成され、この本体部２を介して加工機械から伝達される回転力によって刃部３が回転することで切削加工が行われる。

刃部３は、超硬合金から形成される母材３０と、その母材３０の表面に形成されると共に、少なくとも一部にホウ素を含有するダイヤモンドの被膜として形成されるダイヤモンド被膜４０と、を備える。

ダイヤモンド被膜４０は、そのダイヤモンド被膜４０の表層を形成すると共に、１０００ｐｐｍ未満のホウ素が含有される第１層４１と、その第１層４１が積層されると共に、１０００ｐｐｍ以上かつ５００００ｐｐｍ未満（本実施の形態では、１００００ｐｐｍ）のホウ素を含有する第２層４２とを備える。

このホウ素が含有されるダイヤモンド被膜４０（即ち、ホウ素がドーピングされたダイヤモンド被膜）の成膜は、ＣＶＤ法によって行われ、本実施の形態では、マイクロ波プラズマＣＶＤ法が用いられるが、その他のＣＶＤ法（例えば、ホットフィラメントＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法）を用いても良い。よって、ダイヤモンド被膜４０の成膜方法（第１層４１及び第２層４２の積層方法）は、公知の方法が採用可能であるので、その詳細な説明は省略する。

第１層４１は、１０００ｐｐｍ未満のホウ素が含有されるダイヤモンドの被膜として形成されるが、実質的にはホウ素が非含有の層として形成される。即ち、例えば、ホウ素が１００００ｐｐｍ含有される第２層４２をマイクロ波プラズマＣＶＤ法装置（図示せず）によって形成した後に、ホウ素が非含有とされる第１層４１を同じ装置で形成する場合、装置内に残存するホウ素（コンタミ）によって、第１層４１に１０００ｐｐｍ未満のホウ素が混入することがある。よって、そのような不純物として含有される（例えば、１０００ｐｐｍ未満の）ホウ素は、実質的にホウ素が非含有とされるものであると定義する。

第１層４１の膜厚は、０．５μｍ〜３μｍ（本実施の形態では、３μｍ）、第２層４２の膜厚は、２μｍ〜４０μｍ（本実施の形態では、１５μｍ）、にそれぞれ設定され、ダイヤモンド被膜４０の全体の膜厚が２．５μｍ〜４３μｍ（本実施の形態では、１８μｍ）に設定される。

ここで、１００００ｐｐｍのホウ素を含有する第２層４２は、１０００ｐｐｍ未満のホウ素を含有する（ホウ素が非含有とされる）第１層４１よりも圧縮の残留応力（ＣＶＤ法によって形成された被膜に残留する圧縮応力。以下、単に「圧縮応力」と称す）が減少する。よって、例えば、第２層４２をダイヤモンド被膜４０の表層側に形成すると、被加工物に対する加工時（以下、単に「加工時」と称す）にダイヤモンド被膜４０に加わる荷重や、ダイヤモンド被膜４０の熱膨張によって、その表層側からクラックが生じやすくなる。

これに対して、本実施の形態の工具１によれば、１００００ｐｐｍのホウ素を含有する第２層４２上に、１０００ｐｐｍ未満のホウ素を含有する（ホウ素が非含有とされる）第１層４１が積層されるので、ダイヤモンド被膜４０の表層における圧縮応力を大きくすることができる。これにより、加工時にダイヤモンド被膜４０の表層側からクラックが生じることを抑制できる。更に、第１層４１の母材３０側に第２層４２が形成されることにより、第１層４１の圧縮応力が過剰になることを第２層４２によって緩和すると共に、その第２層４２に含有されるホウ素によってダイヤモンド被膜４０の耐酸化性および潤滑性を向上させることができる。即ち、第２層４２によってダイヤモンド被膜４０の耐酸化性および潤滑性を確保しつつ、第１層４１によって耐摩耗性を向上させることができるので、工具１の耐久性を向上させることができる。

この場合、第１層４１の膜厚は、ダイヤモンド被膜４０の膜厚に対して１０％以上かつ５０％以下の寸法に設定することが好ましい。第１層４１の膜厚をダイヤモンド被膜４０の膜厚に対して１０％未満の寸法に設定すると、ダイヤモンド被膜４０の表層における圧縮応力が低下し、加工時に表層側からクラックが生じやすくなる。また、第１層４１の膜厚をダイヤモンド被膜４０の膜厚に対して５０％よりも大きい寸法に設定すると、ダイヤモンド被膜４０の表層における圧縮応力が過剰に高くなり、加工時にダイヤモンド被膜４０の表層が座屈しやすくなる。

よって、第１層４１の膜厚をダイヤモンド被膜４０の膜厚に対して１０％以上かつ５０％以下の寸法に設定することにより、加工時にダイヤモンド被膜４０表層側からクラックが生じることを抑制しつつ、ダイヤモンド被膜４０の表層が座屈することを抑制できる。

次いで、図２（ａ）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、第２層４２が１層形成され、その第２層４２に１００００ｐｐｍのホウ素が含有される場合について説明したが、第２実施の形態では、第２層２４２が複数形成されると共に、それら複数の第２層２４２のホウ素の含有量が母材３０側からダイヤモンド被膜２４０の表層側にかけて漸増する場合について説明する。なお、上述した第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２（ａ）は、第２実施の形態における工具２０１の部分拡大断面図である。なお、図２（ａ）では、第２層２４２に含有されるホウ素の含有量がハッチングの濃淡によって示されており、図２（ｂ）以降においても同様とする。また、複数の第２層２４２は、それぞれホウ素の含有量が相違するが、図面を簡素化するために、同一の符号を付して説明する。

図２（ａ）に示すように、第２層２４２は、複数（本実施の形態では、１０層）形成される。それら複数の第２層２４２のうちの最も母材３０側（図２（ａ）の下側）に位置する第２層２４２のホウ素の含有量が１０００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍ（本実施の形態では、１０００ｐｐｍ）に設定され、最もダイヤモンド被膜２４０の表層側（図２（ａ）の上側）に位置する第２層２４２のホウ素の含有量が１００００〜５００００ｐｐｍ（本実施の形態では、１００００ｐｐｍ）に設定される。また、複数の第２層２４２のそれぞれの膜厚は、一定（本実施の形態では、１．５μｍ）に設定される。

それら複数の第２層２４２のホウ素の含有量は、母材３０側からダイヤモンド被膜２４０の表層側にかけて徐々に増加するように（即ち、母材３０側に位置する第２層２４２よりも、表層側に位置する第２層２４２ほどホウ素の含有量が多く）設定される。これにより、ダイヤモンド被膜２４０の表層側における第２層２４２の耐酸化性および潤滑性を向上させつつ、母材３０側における第２層２４２の圧縮応力を大きくすることができる。即ち、ダイヤモンド被膜２４０のうちの表層側（加工が行われる側）の耐摩耗性を向上させると共に、母材３０側からクラックが生じることを抑制し、母材３０に対するダイヤモンド被膜２４０の密着性を向上させることができる。よって、工具２０１の耐久性が向上する。

次いで、図２（ｂ）を参照して、第３実施の形態について説明する。第１実施の形態では、ダイヤモンド被膜４０が１層形成される場合について説明したが、第３実施の形態では、ダイヤモンド被膜３４０が複数積層される場合について説明する。なお、上述した第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２（ｂ）は、第３実施の形態の形態における工具３０１の部分拡大断面図である。なお、複数のダイヤモンド被膜３４０の第２層３４２は、それぞれホウ素の含有量が相違するが、図面を簡素化するために、同一の符号を付して説明する。

図２（ｂ）に示すように、ダイヤモンド被膜３４０は、複数（本実施の形態では、１２層）がそれぞれ一定の膜厚で積層される（本実施の形態では、第１層３４１及び第２層３４２の膜厚がそれぞれ０．８μｍに設定され、複数のダイヤモンド被膜３４０の膜厚がそれぞれ１．６μｍに設定される）。

これにより、圧縮の残留応力が小さい第２層３４２の各層の間に圧縮の残留応力が大きい第１層３４１がそれぞれ積層されるので、複数のダイヤモンド被膜３４０全体の靭性を高めることができる。更に、加工時に第２層３４２にクラックが生じた場合であっても、そのクラックが広がることを第１層３４１の圧縮応力によって抑制できる。

また、本実施の形態では、第２実施の形態と同様に、最も母材３０側に位置する第２層３４２のホウ素の含有量が１０００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍ（本実施の形態では、１０００ｐｐｍ）に設定され、最も表層側に位置する第２層３４２のホウ素の含有量が１００００〜５００００ｐｐｍ（本実施の形態では、１００００ｐｐｍ）に設定される。また、それら複数の第２層３４２に含有されるホウ素の含有量が、母材３０側から表層側にかけて徐々に増加するように（即ち、母材３０側に位置するダイヤモンド被膜３４０の第２層３４２よりも、表層側に位置するダイヤモンド被膜３４０の第２層３４２ほどホウ素の含有量が多く）設定される。

これにより、表層側に位置するダイヤモンド被膜３４０の耐酸化性および潤滑性を向上させることができる。更に、母材３０側に位置するダイヤモンド被膜３４０の圧縮応力を大きくすることができるので、母材３０側からクラックが生じることを抑制し、母材３０に対するダイヤモンド被膜３４０の密着性を向上させることができる。

ここで、表層側に位置するダイヤモンド被膜３４０の第２層３４２に多くのホウ素を含有させると、その分、圧縮応力が低下して加工時にクラックが生じやすくなる。これに対して、本実施の形態の工具３０１によれば、第２層３４２の上下には第１層３４１が積層されるので、加工時に第２層３４２にクラックが生じても、そのクラックが広がることを第１層３４１の圧縮応力によって抑制できる。よって、表層側の耐酸化性および潤滑性を向上させつつ、表層側からクラックが生じることをより確実に抑制できるので、工具３０１の耐久性が向上する。

次いで、図３（ａ）を参照して、第４実施の形態について説明する。第３実施の形態では、複数のダイヤモンド被膜３４０がそれぞれ一定膜厚に設定される場合を説明したが、第４実施の形態では、複数のダイヤモンド被膜４４０の膜厚が母材３０側から表層側にかけて徐々に薄くなるように設定される場合について説明する。なお、上述した第３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３（ａ）は、第４実施の形態における工具４０１の部分拡大断面図である。なお、複数のダイヤモンド被膜４４０の第１層４４１及び第２層４４２は、それぞれ膜厚やホウ素の含有量が相違するが、図面を簡素化するために、同一の符号を付して説明する。

図３（ａ）に示すように、ダイヤモンド被膜４４０は、複数（本実施の形態では、１５層）が積層される。これら複数のダイヤモンド被膜４４０のうちの最も母材３０側に位置する第２層４４２のホウ素の含有量が１０００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍ（本実施の形態では、１０００ｐｐｍ）に設定される。

また、最も表層側に位置する第２層４４２のホウ素の含有量が１００００〜５００００ｐｐｍ（本実施の形態では、１００００ｐｐｍ）に設定され、それら複数の第２層４４２に含有されるホウ素の含有量が、母材３０側から表層側にかけて徐々に増加するように（即ち、母材３０側に位置するダイヤモンド被膜４４０の第２層４４２よりも、表層側に位置するダイヤモンド被膜４４０の第２層４４２ほどホウ素の含有量が多く）設定される。

また、複数のダイヤモンド被膜４４０のうちの母材３０側の下層部を形成する５層（母材３０側から数えて５層）は、第１層４４１及び第２層４４２の膜厚がそれぞれ０．８μｍに設定され、中層部を形成する５層（母材３０側から数えて６層目〜１０層目）は、第１層４４１及び第２層４４２の膜厚がそれぞれ０．６μｍに設定される。また、複数のダイヤモンド被膜４４０のうちの表層側の上層部を形成する５層（母材３０側から数えて１１層目〜１５層目）は、第１層４４１及び第２層４４２の膜厚がそれぞれ０．４μｍに設定される。

即ち、複数のダイヤモンド被膜４４０の第１層４４１及び第２層４４２は、その膜厚が母材３０側から表層側にかけて徐々に薄くなる態様で形成される。これにより、表層側における単位体積当たりの第１層４４１及び第２層４４２の層の数を増やすことができるので、表層側のダイヤモンド被膜４４０の靭性を向上させることができる。

更に、母材３０側の第２層４４２は、表層側に比べてホウ素の含有量が少ないので、その母材３０側における単位体積当たりの第１層４４１および第２層４４２の層の数を減らす（膜厚を厚く設定する）ことにより、母材３０側における圧縮応力を大きくすることができる。これにより、母材３０側からクラックが生じることを抑制できるので、母材３０に対するダイヤモンド被膜４４０の密着性を向上させることができる。よって、工具４０１の耐久性が向上する。

次いで、図３（ｂ）を参照して、第５実施の形態について説明する。第４実施の形態では、複数のダイヤモンド被膜４４０にそれぞれ第１層４４１及び第２層４４２が形成される場合を説明したが、第５実施の形態では、最も母材３０側に位置するダイヤモンド被膜５４０に第３層５４３が形成される場合について説明する。なお、上述した第４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３（ｂ）は、第５実施の形態における工具５０１の部分拡大断面図である。図３（ｂ）に示すように、最も母材３０側に位置するダイヤモンド被膜５４０は、母材３０と第２層４４２との間に第３層５４３が形成される。

この第３層５４３は、１０００ｐｐｍ未満のホウ素が含有される（ホウ素が非含有とされる）層として形成され、その膜厚が５〜１５μｍ（本実施の形態では、５μｍ）に設定される。これにより、ダイヤモンド被膜５４０と母材３０との間にホウ素が非含有とされる第３層５４３が形成されるので、ダイヤモンド被膜５４０の母材３０側における圧縮応力を大きくすることができる。よって、母材３０側からクラックが生じることを抑制し、母材３０に対するダイヤモンド被膜５４０の密着性を向上させることができるので、工具５０１の耐久性が向上する。

次いで、図４を参照して、上述した第１〜第４実施の形態における工具１，２０１，３０１，４０１を用いて行った検証試験について説明する。図４は、検証試験の試験結果を示す表である。

検証試験では、第１，２，３，４実施の形態の工具１，２０１，３０１，４０１（以下「本発明品Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ」とそれぞれ称す）と、ホウ素の含有量が１００００ｐｐｍに設定されるダイヤモンド被膜を母材３０の表面に形成した工具（以下「従来品Ａ」と称す）と、ホウ素の含有量が１０００ｐｐｍ未満（非含有）に設定されるダイヤモンド被膜を母材３０の表面に形成した工具（以下「従来品Ｂ」と称す）とを用いて、耐酸化性試験、摩擦係数試験、切削耐久性試験、及び、密着性試験を行った。

耐酸化性試験は、従来品Ａ，Ｂ及び本発明品Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを６００℃の酸化雰囲気下に１時間置いた後のダイヤモンド被膜重量の減少率（％）、及び、７００℃の酸化雰囲気下に１０分置いた後のダイヤモンド被膜重量の減少率（％）をそれぞれ測定する試験である。

摩擦係数試験は、従来品Ａ，Ｂ及び本発明品Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにそれぞれ形成したダイヤモンド被膜と同じ被膜を母材３０と同じ材質のピンに形成し、そのピンに形成される被膜の摩擦係数をピンオンディスク試験装置によって測定する試験である。この摩擦係数試験の詳細諸元は、ピン（相手材に当接する先端曲面の曲率半径）：Ｒ５、ディスク（相手材）：ＡＤＣ１２、線速度：２０ｍ／ｍｉｎ、押し込み荷重：１００ｇｆである。

切削耐久性試験は、従来品Ａ，Ｂ及び本発明品Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いて被加工物の切削加工を行い、加工不能になるまで（ダイヤモンド被膜が剥離し、母材が露出する）までの切削長さ（ｍ）を測定する試験である。この切削試験の詳細諸元は、被加工物：ＣＦＰＲ（炭素繊維強化プラスチック）、切削方法：側面切削（アップカット）、切削油材：不使用（乾式切削）、使用機械：立形マシニングセンタ、回転速度：４０００回転／ｍｉｎ、送り速度：１５２４／ｍｉｎ、切込み深さ：１１．５ｍｍ、切込み幅：５ｍｍである。なお、図４では、切削試験を２回行った平均値を示している。

密着性試験は、従来品Ａ，Ｂ及び本発明品Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに研削材を投射し、ダイヤモンド被膜が剥離するまでの時間（秒）を測定する試験である。この密着性試験の詳細諸元は、研削材：＃１２０のＳｉＣ、投射圧力：５ｋｇｆ／平方ｃｍである。

図４に示すように、切削耐久性試験において、１００００ｐｐｍのホウ素が含有される層が表層に形成される従来品Ａは、２．５ｍ切削した時点でダイヤモンド被膜が剥離し、ホウ素が非含有とされる層が表層に形成される従来品Ｂは、４．５ｍ切削した時点でダイヤモンド被膜が剥離した。従来品Ａは、ダイヤモンド被膜の表層の圧縮応力が低く、早期に表層側からクラックが生じたことが原因であると考えられる。従来品Ｂは、ダイヤモンド被膜の表層の圧縮応力が過剰に高く、早期に表層が座屈したことが原因であると考えられる。

これに対して、本発明品Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、１２．５ｍ以上の切削が可能であった。これは、ホウ素が含有される第２層４２，２４２，３４２，４４２に、１０００ｐｐｍ未満のホウ素が含有される（ホウ素が非含有とされる）第１層４１，３４１，４４１が積層されることで、第２層４２，２４２，２４２，３４２，４４２によって耐酸化性および潤滑性を確保しつつ、第１層４１，３４１，４４１によってダイヤモンド被膜４０，２４０，３４０，４４０の表層側における耐摩耗性が向上したため、表層側からのクラックの発生が抑制されたものと考えられる。

特に、本発明品Ｂ，Ｃ，Ｄは、４２ｍの切削が終了した後もダイヤモンド被膜２４０，３４０，４４０に剥離が生じることがなく切削を継続できる状態であった。更に、本発明品Ｂ，Ｃ，Ｄは、１００００ｐｐｍのホウ素が含有される層が表層に形成される従来品Ａと同等の耐酸化性および摩擦係数を示すことも確認された。

また、本発明品Ｂ，Ｃ，Ｄは、切削耐久性試験において、いずれも４２ｍ以上の切削が可能であることが確認されたが、密着性試験では、本発明品Ｂのダイヤモンド被膜２４０が剥離するまでの時間が８５秒であるのに対し、本発明品Ｃのダイヤモンド被膜３４０は１７８秒、本発明品Ｄのダイヤモンド被膜４４０は３２５秒であった。よって、本発明品Ｂよりも本発明品Ｃの方が耐久性が高く、更に、本発明品Ｃよりも本発明品Ｄの方が耐久性が高いことが確認された。これら本発明品Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの検証試験の結果は、上述した本発明の効果によるものであると考えられる。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した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更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上げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。特に、下限および上限を指定した数値範囲により特定される値は、その数値範囲内であれば、いずれの値を採用することも可能である。

また、第１層および第２層のホウ素の含有量が表層側にかけて漸増する場合や、膜厚が表層側にかけて漸減する場合を説明したが、漸増する部分を漸減するように置き換えることや、漸減する部分を漸増するように置き換えることも当然可能である。また、ホウ素の含有量や膜厚が各層の間で連続的に変化する構成でも良いし、断続的に変化する構成でも良い。

上記各実施の形態では、工具の一例としてエンドミルを挙げて説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、その他の切削工具やバニッシング工具（例えば、バイト、フライス、ドリル、リーマー、タップ、ホブ、ピニオンカッタ、ダイス、ブローチ、スローアウェイチップ）に本発明を適用しても良い。

上記各実施の形態では、工具１，２０１，３０１，４０１，５０１が超硬合金から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い。例えば、工具１，２０１，３０１，４０１，５０１をサーメットから形成しても良い。

上記第３〜第５実施の形態では、第１層３４１，４４１及び第２層３４２，４４２の膜厚がそれぞれ同じ寸法に設定される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。第１層３４１，４４１の膜厚は、第２層３４２，４４２の膜厚の寸法に対して１００％未満の寸法に設定することが好ましい。これにより、第１層３４１，４４１の圧縮応力が過剰に増大することを抑制できる。これにより、加工時にダイヤモンド被膜３４０，４４０が座屈することを抑制できるので、工具３０１，４０１，５０１の耐久性が向上する。

また、この場合には、第１層３４１，４４１の膜厚を、第２層３４２，４４２の膜厚に対して２５％以上の寸法に設定することがより好ましい。これにより、最も表層側に位置するダイヤモンド被膜３４０，４４０の第１層３４１，４４１からクラックが生じることを抑制しつつ、複数のダイヤモンド被膜３４０，４４０全体の靭性を向上させることができるので、工具３０１，４０１，５０１の耐久性が向上する。

上記第４実施の形態では、第１層４４１及び第２層４４２の膜厚について、複数のダイヤモンド被膜４４０のうちの母材３０側の下層部を形成する５層の膜厚が０．８μｍ、中層部を形成する５層の膜厚が０．６μｍ、上層部を形成する５層の膜厚が０．４μｍにそれぞれ設定される場合について説明した。即ち、母材３０側から表層側にかけて、各層で断続的に膜厚が減少する場合について説明したが、各層で連続的に膜厚が減少する構成でも良い。

上記第５実施の形態では、最も母材３０側に位置するダイヤモンド被膜５４０に第３層５４３が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い。例えば、第１〜第３実施の形態におけるダイヤモンド被膜４０，２４０，３４０（最も母材３０側に位置するダイヤモンド被膜２４０，３４０）と母材３０との間に第３層５４３と同じ構成の層を形成しても良い。この場合にも、母材３０側からクラックが生じることを抑制することができるので、母材３０に対するダイヤモンド被膜４０，２４０，３４０の密着性を向上させることができる。

１，２０１，３０１，４０１，５０１工具
３０母材
４０，２４０，３４０，４４０，５４０ダイヤモンド被膜
４１，３４１，４４１第１層
４２，２４２，３４２，４４２第２層
５４３第３層

Claims

母材と、その母材の表面に形成されると共に、少なくとも一部にホウ素を含有するダイヤモンドの被膜として形成されるダイヤモンド被膜と、を備える工具において、
前記ダイヤモンド被膜の表層側の層として形成され、前記ホウ素が非含有とされる第１層と、前記ダイヤモンド被膜の前記第１層よりも前記母材側に位置する層として形成され、少なくとも１０００ｐｐｍ以上の前記ホウ素を含有する第２層と、を備える前記ダイヤモンド被膜が複数積層され、
前記母材側に位置する前記ダイヤモンド被膜の前記第２層よりも、表層側に位置する前記ダイヤモンド被膜の前記第２層ほど前記ホウ素の含有量が多く設定され、
前記複数のダイヤモンド被膜は、前記第１層の各々の膜厚が同一に設定されると共に前記第２層の各々の膜厚が同一に設定される複数の第１ダイヤモンド被膜と、それら複数の第１ダイヤモンド被膜の表層側に積層され、前記第１層の各々の膜厚が同一に設定されると共に前記第２層の各々の膜厚が同一に設定される複数の第２ダイヤモンド被膜と、それら複数の第２ダイヤモンド被膜の表層側に積層され、前記第１層の各々の膜厚が同一に設定されると共に前記第２層の各々の膜厚が同一に設定される複数の第３ダイヤモンド被膜と、を備え、
前記第１層の膜厚は、前記第１ダイヤモンド被膜よりも前記第２ダイヤモンド被膜において薄く形成され、且つ前記第２ダイヤモンド被膜よりも前記第３ダイヤモンド被膜において薄く形成され、
前記第２層の膜厚は、前記第１ダイヤモンド被膜よりも前記第２ダイヤモンド被膜において薄く形成され、且つ前記第２ダイヤモンド被膜よりも前記第３ダイヤモンド被膜において薄く形成されることを特徴とする工具。
前記複数のダイヤモンド被膜のうちの最も前記母材側に位置する前記ダイヤモンド被膜は、前記母材と前記第２層との間の層として形成されると共に、前記ホウ素が非含有とされる第３層を備えることを特徴とする請求項１記載の工具。
前記第１層は、その膜厚が前記第２層の膜厚の寸法に対して１００％未満の寸法に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の工具。
前記第１層は、その膜厚が前記第２層の膜厚に対して２５％以上の寸法に設定されることを特徴とする請求項３記載の工具。