JP6853240B2

JP6853240B2 - 切削工具

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Publication number: JP6853240B2
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Authority: JP
Inventors: 真宏脇
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Description

本開示は、基体上にダイヤモンド層を備える切削工具に関する。

基体の表面にダイヤモンド層が成膜された切削工具が知られている。例えば、特開２００２−１８７７９３号公報（特許文献１）には、ターゲットで発生したプラスイオンをダイヤモンド層の表面に衝突させる、いわゆる金属ボンバードメント処理によって、ダイヤモンド層の表面を平滑化する方法が開示されている。

一態様の切削工具は、基体と、該基体の上に位置するダイヤモンド層とを備え、すくい面である第１面と、逃げ面である第２面と、前記第１面及び前記第２面の交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃とを有する。前記ダイヤモンド層は、前記第１面の少なくとも一部と、前記第２面の少なくとも一部と、前記切刃の少なくとも一部とに位置しており、１００００〜３００００倍における観察において、前記切刃に位置するダイヤモンド層は、ダイヤモンド結晶の輪郭が確認できる第１領域を有し、１００００〜３００００倍における観察において、前記第２面に位置するダイヤモンド層は、前記切刃におけるダイヤモンド結晶の平均粒径よりも径が大きく、径が１０μｍ未満のドーム状の突出部が分布している第２領域をなす。前記切刃におけるダイヤモンド層の最大高さが前記第１面におけるダイヤモンド層の最大高さよりも小さく、かつ前記切刃におけるダイヤモンド層の最大高さが前記第２領域における最大高さよりも大きい。

第１実施形態の切削工具を示す側面図である。図１の切削工具における第１端Ｐの側の拡大図である。図２におけるＸ−Ｘ断面図である。図３の切削工具をＹ方向から見たＳＥＭ写真である。図４の切削工具をＺ１方向から見たＳＥＭ写真である。図４の切削工具をＺ２方向から見たＳＥＭ写真である。図４の切削工具をＺ３方向から見たＳＥＭ写真である。図７における領域Ｗを拡大したＳＥＭ写真である。第２実施形態の切削工具を示す斜視図である。図９の切削工具における切削インサートの斜視図である。図１０におけるＵ−Ｕ断面図である。図１の切削工具におけるダイヤモンド層の成膜工程を説明するための模式図である。

今般、切削工具に対しては、切削開始初期におけるびびり振動の抑制と、良好な切屑排出性と、仕上げ面の更なる平滑性とが求められている。

図１は、第１実施形態の切削工具１の側面図である。本実施形態においては、切削工具の一例としてソリッドタイプのエンドミルを例示している。切削工具としては、エンドミル以外にも、例えばドリル及びリーマなどが挙げられる。

図１に示す切削工具１は、回転軸Ｏを有し、第１端Ｐから第２端Ｑにかけて延びた棒形状である。切削工具１は、第１端Ｐの側に位置する切刃部２と、第２端Ｑの側に位置するシャンク部３とを備える。また、図１及び図２に示すように、切刃部２は、第１端Ｐの側に位置する第２刃４（底刃）と、第２刃４における外周端から第２端Ｑに向かって延びた第１刃５（外周刃）と、少なくとも一部が第１刃５に沿って位置する第１溝６と、第２刃２及び第１溝６の間に位置するギャッシュ７とを備えている。なお、図２は、切削工具１の第１端Ｐの側（図１における左側）の一部を拡大した図である。また、本例における第１端Ｐは、切削工具１における切刃部２の側の端部に位置し、第２端Ｑは、切削工具１におけるシャンク部３の側の端部に位置する。

図１に示すように、本実施形態の切削工具１は、第１溝６と、外周面と、第１溝６及び外周面の交わる稜線とを有している。このとき、第１溝６が、稜線に沿って位置する第１面８（外周すくい面）を有しており、外周面が、稜線に沿って位置する第２面９（外周逃げ面）を有している。そのため、第１刃５は、図３に示すように、第１面８及び第２面９の交わる稜線の少なくとも一部に位置していると言い換えることができる。またこのとき、第１面８がすくい面領域を有するとともに、第２面９が逃げ面領域を有すると見做すことができる。また、第１溝６は、第１刃５で生じた切屑が流れる空間として用いることが可能である。

また、切削工具１は、図３に示すように、基体１０と、基体１０の上に位置するダイヤモンド層１１とを備えている。なお、図３には、ダイヤモンド層１１が基体１０に接している例が示されているが、基体１０及びダイヤモンド層１１の間に、ダイヤモンド層１１以外の別の層が存在していてもよい。

本実施形態においては、ダイヤモンド層１１が、第１面８の少なくとも一部、第２面９の少なくとも一部、及び第１刃５の少なくとも一部に位置している。ダイヤモンド層１１が上記の領域に位置していることによって、第１面８、第２面９及び第１刃５の耐久性をそれぞれ高めることができる。特に、ダイヤモンド層１１が、第１面８、第２面９及び第１刃５の全体に位置している場合には、第１面８、第２面９及び第１刃５の耐久性を一層高めることができる。

本実施形態の切削工具１においては、第１刃５におけるダイヤモンド層１１が位置する部分での最大高さＲｙ（以下、識別のためＲｙｅと記載する。）が、第１面８におけるダイヤモンド層１１が位置する部分での最大高さＲｙ（以下、識別のため、Ｒｙｒと記載する。）よりも小さい。

また、第１刃５におけるダイヤモンド層１１が位置する部分での最大高さＲｙｅが、第２面９におけるダイヤモンド層１１が位置する部分での最大高さＲｙ（以下、識別のためＲｙｆと記載する。）よりも大きい。すなわち、Ｒｙｆ＜Ｒｙｅ＜Ｒｙｒの関係が成り立っている。

Ｒｙｆ＜Ｒｙｅであることから、第２面９におけるダイヤモンド層１１の表面が第１刃５におけるダイヤモンド層１１の表面よりも平滑となっている。そのため、被削材の仕上げ面粗度を良好なものにできる。また、Ｒｙｅ＜Ｒｙｒであることから、第１面８におけるダイヤモンド層１１の表面が第１刃５におけるダイヤモンド層１１の表面よりも粗くなっている。そのため、第１面８に切屑が接触した際に、第１面８において切屑が変形又は変質し易くなる。これにより、切屑の延び過ぎにくくなり、切屑の排出性が高められる。

また、第１刃５が第１面８よりも平滑であることから、被削材に第１刃５が過度に食い込み過ぎにくくなり、また、第１刃５が第２面９よりも粗いことから、切削開始時に第１刃５が被削材にべた当たりしにくく、切削抵抗が小さくなる。これにより、第１刃５においてびびり振動が発生しにくくなる。

本実施形態の切削工具１においては、Ｒｙｆ＜Ｒｙｅ＜Ｒｙｒの関係が成り立っており、この様な場合におけるダイヤモンド層１１の表面状態について、図４〜図７に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真で示す。図４は、第１刃５におけるＳＥＭ写真であり、図５〜図７は、図４におけるＺ１〜Ｚ３の矢印方向に見たＳＥＭ写真である。例えば、図７に示すように、第２面９は、第１面８よりも平滑である。

次に、第１刃５における算術平均粗さをＲａｅ、第１面８における算術平均粗さをＲａｒ、第２面９における算術平均粗さをＲａｆとした場合において、切削工具１が下記の条件を満たすときには、切削開始時においてびびり振動が発生しにくくなり、切屑の排出性がさらに高められ、かつ仕上げ面の面粗度がより良好で平滑なものになる。

具体的には、Ｒｙｅが０．３〜０．７μｍ、Ｒａｅが０．０６〜０．１μｍ、Ｒｙｒが０．８〜１．４μｍ、Ｒａｒが０．１〜０．２５μｍ、Ｒｙｆが０．１〜０．５μｍ、かつＲａｆが０．０４〜０．０８μｍである場合には、上記のように優れた切削工具１を得ることができる。なお、最大高さＲｙｅ、Ｒｙｒ及びＲｙｆ、並びに、算術平均粗さＲａｅ、Ｒａｒ及びＲａｆは、例えば、JIS B0601 '2001に基づく最大高さＲｙ及び算術平均粗さＲａの測定方法に基づいて算出すればよい。

ラマン分光分析によって測定されるダイヤモンド結晶１２に由来するＳＰ３ピーク及びグラファイト相に由来するＳＰ２ピークから求められる比（ＳＰ３／ＳＰ２）をＳＰ３比とする。このとき、第１刃５におけるＳＰ３比が、第１面８及び第２面９におけるＳＰ３比よりも大きい場合には、第１刃５においては、ダイヤモンド結晶１２の比率が高い。そのため、ダイヤモンド層１１の硬度が高められ、耐摩耗性に優れた切削工具１となる。

また、第１面８及び第２面９においては、ダイヤモンド結晶１２の比率が低く、硬度の低いグラファイト相の比率が高い。そのため、切削加工時に被削材の形状に合わせて表面状態をなじませることができ、切屑排出性が向上するとともに、仕上げ面粗度を平滑にできる。

なお、ＳＰ３比は、ダイヤモンド層１１の表面にて測定することもできるが、ダイヤモンド層１１の断面にて測定することもできる。第１刃５におけるＳＰ３比と、第１面８及び第２面９におけるＳＰ３比とを比較する際には、いずれかに統一すればよい。また、ダイヤモンド層１１の断面においてＳＰ３比を測定した場合に、基体１０及びダイヤモンド層１１の界面からダイヤモンド層１１側に１μｍまでの厚みの範囲内である界面位置のＳＰ３比が、ダイヤモンド層１１の厚みの中間位置におけるＳＰ３比よりも高いときには、基体１０及びダイヤモンド層１１の密着性が高められるとともに、ダイヤモンド層１１の耐欠損性が高められる。

さらに、１００００〜３００００倍で第１刃５を観察した場合に、例えば図８に示すように、ダイヤモンド結晶１２の輪郭が確認できるときには、自形性が強いダイヤモンド結晶１２の突出部がならされているため、第１刃５においてダイヤモンド層１１が被削材に過剰に食いつきにくくなる。これは、ダイヤモンド結晶１２の輪郭が確認できる場合においては、ダイヤモンド層１１の表面から突出する、自形性が強いダイヤモンド結晶１２の突出部がならされて、ダイヤモンド結晶１２の自形による筋が見えない状態となっているためである。

なお、本実施形態において、自形とは、ダイヤモンド本来の結晶構造であることを意味し、自形性とは、ダイヤモンド本来の結晶構造にどの程度近い構造であるかを示す指標である。

ダイヤモンドの結晶としては、例えば、大きさがマイクロオーダーのダイヤモンド結晶（マイクロクリスタル）及び大きさがナノオーダーのダイヤモンド結晶（ナノクリスタル）が挙げられる。特に、ダイヤモンドの結晶がマイクロオーダーである場合には、ダイヤモンド層１１の硬度をさらに高めることが可能である。

第１刃５の形成にあたり研磨加工を行った場合において、研磨カスが多く残っていると、多くの研磨カスがダイヤモンド結晶１２間の粒界に詰まって、ダイヤモンド結晶１２の輪郭となる粒界が見えない、すなわちダイヤモンド結晶１２が確認できない。これに対し、例えば図８に示す例においては、第１刃５においてダイヤモンド結晶１２の輪郭が確認できることから、研磨カスが無い若しくは少ない状態となっている。このように研磨カスが無い若しくは少ない状態である場合には、研磨カスによって切削時の加工面に傷をつけにくくなる。なお、図８は、図７の第１刃５の要部を２５０００倍に拡大したＳＥＭ写真であって、ダイヤモンド結晶１２が確認された例を示している。第１刃５を２５０００倍に拡大したＳＥＭ写真においてダイヤモンド結晶１２の輪郭となる粒界が確認できない場合には、３００００倍に拡大したＳＥＭ写真を観察すればよい。

また、第１刃５における観察倍率と同じ倍率で第１面８を観察した場合において、ダイヤモンド結晶１２が確認できないときには、第１面８で切屑を変質又は変形させ易いため、切屑の巻きつきを抑制することができる。

図８に示すように第１刃５を拡大した場合における、ダイヤモンド結晶１２の平均粒径は特定の値に限定されるものではないが、例えば０．５μｍ〜３μｍに設定できる。ダイヤモンド結晶１２の平均粒径が上記の範囲内である場合には、第１刃５においてダイヤモンド層１１が被削材に過剰に食いつきにくくなる。

ダイヤモンド結晶１２の平均粒径は、輪郭によって囲まれたダイヤモンド結晶１２の個々の面積を求め、この面積の平均値を円に換算した際の円の直径として評価できる。なお、測定に際しては、写真で確認されるダイヤモンド結晶１２について測定するが、一部が写真からはみ出して存在するダイヤモンド結晶１２は測定対象から除くものとする。

第１刃５が位置する稜線は、巨視的には線形状であるが、厳密に線形状である必要はない。第１面８及び第２面９が交わる稜線は、微視的には曲面形状であってもよい。稜線が曲面形状である場合には、第１刃５に「欠け」が生じにくくなり、第１刃５の耐久性が高められる。なお、微視的には曲面形状である第１刃５は、例えば、稜線に面取り加工或いはホーニング加工を行うことで作製すればよい。

図４には、第１刃５が曲面形状である場合の一例が示されている。図４に示す第１刃５は、稜線に直交する断面において凸曲面形状になっている。また、図４に示す第１刃５は、図５〜図７にも示すように、稜線に交わる方向に延びた複数の第２溝１３を有している。

なお、図４において第１刃５が曲面形状であることが容易に視認できることから明らかであるように、第１刃５が凸曲面形状であるか否かは、必ずしも断面において評価しなくてもよい。また、稜線に直交する方向での第１刃５の形状は、例えば、触針を用いた接触式表面粗さ測定機、あるいは、レーザを用いた非接触式表面粗さ測定機を利用することによって評価してもよい。

上記の第２溝１３を第１刃５が有している場合には、切削開始時における被削材への第１刃５の接触面積を小さくすることができる。そのため、切削抵抗が抑えられて、第１刃５においてびびり振動が発生しにくくなる。

また、第１刃５が上記の第２溝１３を有している場合には、切屑が流れる方向を複数の第２溝１３の延びる方向に誘導し易くなる。すなわち、切屑が流れる方向がコントロールされ易くなる。そのため、切屑が詰まりにくくなり、切屑の排出性が高められる。

特に、複数の第２溝１３が稜線に直交している場合には、切屑の排出性が一層高められる。ただし、上記の直交とは、複数の第２溝１３が延びる方向と稜線が延びる方向とが厳密な意味で９０°を成していなくてもよいことを意図している。複数の第２溝１３が延びる方向と稜線が延びる方向とが交差する角度が、概ね８０°〜１００°の範囲に収まっている場合に、複数の第２溝１３が稜線に直交していると見做す。

例えば、図５及び図６に示す一例においては、第１刃５が位置する稜線が左右の方向に延びている一方で、複数の第２溝１３はそれぞれ上下の方向に延びていることから、複数の第２溝１３が稜線に直交している。

第１面８を正面視した場合において、稜線に沿った方向での第２溝１３の幅Ｗ１よりも稜線に直交する方向での第２溝１３の長さＬ１が大きい場合には、第２溝１３によって切屑が流れる方向をよりコントロ−ルし易くなる。そのため、切屑の排出性が一層高められる。

また、第２面９を正面視した場合における稜線に直交する方向での第２溝１３の長さＬ２よりも、第１面８を正面視した場合における稜線に直交する方向での第２溝１３の長さＬ１が大きい場合には、切屑の排出性が一層高められるとともに、仕上げ面の面粗度がより良好なものになる。これは、第１面８を正面視した場合における第２溝１３の長さＬ１が相対的に長いことから、切屑が流れる方向をよりコントロ−ルし易くなるとともに、第２面９を正面視した場合における第２溝１３の長さＬ２が相対的に短いことから、第２溝１３が仕上げ面に接触しにくくなるからである。

なお、上記では、第１面８及び第２面９の交わる稜線に位置する第１刃５の構成について記載したが、第２刃４が、第１刃５と同様の構成であってもよい。すなわち、すくい面領域を有する第３面及び逃げ面領域を有する第４面の交わる稜線の少なくとも一部に第２刃４が位置している場合に、ダイヤモンド層１１が、第３面の少なくとも一部、第４面の少なくとも一部、及び第２刃４の少なくとも一部に位置しており、第２刃４におけるダイヤモンド層１１が位置する部分での最大高さＲｙが第３面におけるダイヤモンド層１１が位置する部分での最大高さＲｙよりも小さく、かつ、第２刃４におけるダイヤモンド層１１が位置する部分での最大高さＲｙが第４面におけるダイヤモンド層１１が位置する部分での最大高さＲｙよりも大きくてもよい。

第３面、第４面及び第２刃４が、上記の構成である場合には、切削開始時においてびびり振動がさらに発生しにくくなり、切屑の排出性がさらに高められ、かつ仕上げ面の面粗度がより良好で平滑なものになる。

基体１０の材質としては、例えば、超硬合金、サーメット、窒化ケイ素、酸化アルミニウム及び立方晶窒化ホウ素などの硬質材料を用いることができる。特に、基体１０の材質が超硬合金である場合には、切削工具１が耐欠損性に優れたものになる。

また、基体１０及びダイヤモンド層１１の界面における界面粗さが０．１２〜０．８μｍである場合には、基体１０及びダイヤモンド層１１の密着性が高い。界面粗さは、基体１０及びダイヤモンド層１１の界面を含む断面におけるＳＥＭ写真を観察して、この写真における基体１０及びダイヤモンド層１１の界面をなぞって界面を特定し、特定された界面におけるJIS B0601 '2001に基づく算術平均粗さＲａを算出し、これを界面粗さとして評価すればよい。

なお、切削工具１における第２面９を含む外周面は、ブラシ加工及びブラスト加工などの研磨加工によって平滑にしてもよい。

切削工具１において、第１端Ｐの側に位置する、具体的には、切削工具１の第１端Ｐから回転軸Ｏに沿った方向で５ｍｍまでの範囲に位置する第１刃５におけるダイヤモンド層１１の厚みが、切削工具１の第１端Ｐから第２端Ｑ側に１０ｍｍの位置におけるダイヤモンド層１１の厚みよりも厚い場合には、第１刃５においてダイヤモンド層１１が摩滅しにくくなり、また、第１面８におけるダイヤモンド層１１の表面の平滑性が保たれ易くなる。ここで、第１端Ｐから回転軸Ｏに沿った方向で５ｍｍまでの範囲に位置する第１刃５におけるダイヤモンド層１１の膜厚ｔ_Ｘと、切削工具１の第１端Ｐから第２端Ｑ側に１０ｍｍの位置におけるダイヤモンド層１１の膜厚ｔ_Ｚとの比（ｔ_Ｚ／ｔ_Ｘ）の望ましい範囲は０．５〜０．９であり、特に望ましい範囲は、０．６〜０．８である。膜厚ｔ_Ｘの望ましい範囲は、５〜１２μｍである。

また、第１面８におけるダイヤモンド層１１の厚みが、第１刃５におけるダイヤモンド層１１の厚みよりも薄い場合には、切削開始時において過剰に切削抵抗が加わりにくくなる。

第１刃５におけるダイヤモンド層１１の膜厚ｔ_ｘと第１面８におけるダイヤモンド層１１の膜厚ｔ_ｇとの比（ｔ_ｇ／ｔ_ｘ）が０．６〜０．９である場合には、第１刃５においてダイヤモンド層１１が摩滅しにくくなるとともに、第１面８におけるダイヤモンド層１１の平滑性を保つことができる。

第１刃５におけるダイヤモンド層１１の厚みは、図３に示す断面図において第１面８及び第２面９の二等分線に沿った方向でのダイヤモンド層１１の厚みを指す。第１面８におけるダイヤモンド層１１の厚みは、第１面８における第１溝６の最深部に最も近い部分でのダイヤモンド層１１の厚みを指す。

第１溝６内の最深部とは、回転軸Ｏから最も短い距離にある位置を指す。なお、回転軸Ｏを中心として、上記の最も短い距離にある位置を通る円、すなわち、図３に示すような断面図において、切削工具１内に描ける最大の内接円ｃの直径ｄが芯厚である。

次に、第２実施形態の切削工具１０１について説明する。なお、以下では、第２実施形態の切削工具１０１における第１実施形態の切削工具１との相違点について主に説明し、第１実施形態の切削工具１と同様の構成を有している点については説明を省略する。

図９に示すように本実施形態においては、切削工具の一例として、スローアウェイ式のエンドミルを例示している。本実施形態の切削工具１０１（エンドミル）は、回転軸Ｏを有し、第１端Ｐから第２端Ｑにかけて延びた棒形状のホルダ３２と、ホルダにおける第１端Ｐの側の所定の場所に位置する切削インサート（以下、インサートという）３４とを有している。図９に示す一例は、インサートとして、内刃用の第１インサート３４ａ及び外刃用の第２インサート３４ｂを有している。第２インサート３４ｂは第１インサート３４ａよりも回転軸から離れた場所に位置している。

第１インサート３４ａ及び第２インサート３４ｂは、互いに異なる形状であってもよく、また、同じ形状であってもよい。図９に示す一例では、第１インサート３４ａ及び第２インサート３４ｂが同じ形状である。そのため、以下において、第１インサート３４ａ及び第２インサート３４ｂの区別をせずに、１つのインサート３４として説明する。

インサート３４は、図１０に示すように、すくい面領域を有する第１面１０８（図１０における上面）と、逃げ面領域を有する第２面１０９（図１０における側面）と、第１面１０８及び第２面１０９の交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃１０５を有している。また、インサート３４は、第１面１０８の中央において開口する貫通孔３６を有している。貫通孔３６は、例えば、インサート３４をホルダ３２に固定するためのネジを差し込む際に利用される。

インサート３４は、図１０のＵ−Ｕ断面図である図１１に示すように、基体１１０と、基体１１０の上に位置するダイヤモンド層１１１とを有している。このとき、ダイヤモンド層１１１が、第１面１０８の少なくとも一部、第２面１０９の少なくとも一部、及び切刃１０５の少なくとも一部に位置している。

また、本実施形態のインサート３４においては、切刃１０５におけるダイヤモンド層１１１が位置する部分での最大高さＲｙｅが、第１面１０８におけるダイヤモンド層１１１が位置する部分での最大高さＲｙｒよりも小さい。

また、切刃１０５におけるダイヤモンド層１１１が位置する部分での最大高さＲｙｅが、第２面１０９におけるダイヤモンド層１１１が位置する部分での最大高さＲｙｆよりも大きい。すなわち、第１実施形態における切削工具１と同様に、Ｒｙｆ＜Ｒｙｅ＜Ｒｙｒの関係が成り立っている。

そのため、切削開始時に切刃１０５が被削材にべた当たりしにくく、切削抵抗が小さくなり、切刃１０５においてびびり振動が発生しにくくなる。また、第１面１０８に切屑が接触した際に、第１面１０８において切屑が変形又は変質し易くなり、切屑が延び過ぎにくくなり、切屑の排出性が高められる。さらに、被削材の仕上げ面粗度を良好なものにできる。

（製造方法）
上述した切削工具１の製造方法について説明する。なお、下記の製造方法は、切削工具１の製造方法の一例である。したがって、切削工具１は下記の製造方法によって製造されたものには限定されない。

まず、超硬合金、サーメット、窒化ケイ素、酸化アルミニウム及び立方晶窒化ホウ素などの硬質材料からなる第１部材の表面にセンタレス加工を施した後、この第１部材に刃付け加工をして、円柱状の第２部材を作製する。所望によって、第２部材における逃げ面領域となる部分に研磨加工を施してもよい。次に、第２部材に対して、酸処理、アルカリ処理の順にエッチング処理することにより、ダイヤモンド層１１を成膜する前の基体１０が得られる。

アルカリ処理を行う際には、超音波洗浄容器内にアルカリ性の水溶液と、ダイヤモンド砥粒とを含むアルカリ溶液を入れ、超音波をかけることよって、基体１０の表面に露出した硬質材料の主結晶相に凹凸をつけることができる。エッチングした基体１０は水などで洗浄し、乾燥する。このとき、超音波洗浄中にかける超音波のパワー、ダイヤモンド砥粒の粒径の調製、アルカリ処理の時間などによって、ダイヤモンド層１１におけるＳＰ３比の状態を調整することができる。

次に、基体１０の表面に、ダイヤモンド層１１を成膜する。ダイヤモンド層１１の成膜方法として、熱フィラメント方式のＣＶＤ法が好適に適応可能である。成膜方法の一例について図１２を用いて説明する。図１２に示す成膜装置５０はチャンバ５１を有し、チャンバ５１内には試料（エッチングした基体１０）をセットする試料台５３が設けられている。本実施形態によれば、棒形状の基体１０は、切刃部２が上、シャンク部３が下となる向きで立てた状態で試料台５３にセットされる。図１２では切刃部２を構成する第１刃５や第１溝６を略して記載している。

そして、基体１０の周囲にはフィラメント等のヒータ５４が配置される。ヒータ５４はチャンバ５１の外に配置された電源５５に接続される。複数のヒータ５４の配置位置の調整、及び各ヒータ５４に供給する電流値の調整によって、試料台５３にセットされた基体１０の温度を８５０℃〜９３０℃に調整することが可能である。なお、ヒータ５４は支持体５８にて支持されている。

チャンバ５１は、ガス供給口５６及びガス排気口５７を有している。真空にしたチャンバ５１内に、ガス供給口５６から水素ガス及びメタンガスを供給して、これらのガスを基体１０に吹き付けることにより、ダイヤモンド層１１を成膜することができる。

ダイヤモンド層１１の具体的な成膜条件について説明する。本実施形態では、成膜する際に流す混合ガスの混合比を調製する。具体的には、ダイヤモンド層１１を成膜する際のメタンの混合比（体積％）を、初期で高く、その後で低くなるように調整する。これによって、ダイヤモンド層１１におけるＳＰ３比を調製することが可能である。

そして、ダイヤモンド層１１の成膜後に、成膜装置５０を用いて、バイアス電圧が２００〜６００Ｖ、より好適には２５０〜４５０Ｖ、ガス圧が２．５〜４．５Ｐａ、処理時間が１５〜４５分の条件でガスボンバードメント処理をする。これによって、第１面８、第２面９及び第１刃５におけるダイヤモンド層１１の最大高さを所定の範囲内に制御することができる。

平均粒径０．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、金属コバルト（Ｃｏ）粉末を１０質量％、炭化チタン（ＴｉＣ）粉末を０．２質量％、炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）粉末を０．８質量％の割合で添加、混合し、円柱形状に成型して焼成した。そして、センタレス加工と刃付け加工を経てエンドミルの形状の第１部材を形成した後、この第１部材に酸処理及びアルカリ処理を施した。その後、蒸留水にて基体の前駆体である第２部材の表面を洗浄して基体（直径６ｍｍ、刃長１０ｍｍ、芯厚３ｍｍ、２枚刃）を作製した。アルカリ処理の際には、超音波洗浄機の容器内に、平均粒径５μｍのダイヤモンド砥粒を入れたアルカリ性水溶液を準備し、第２部材を浸漬し、表１に示すパワーと時間で超音波洗浄をする条件で処理した。基体の界面粗さは、センタレス加工条件、酸素処理条件を変えることによって調整した。

次に、基体を図１２に示す成膜装置にセットして、熱フィラメントＣＶＤ法により、基体の表面にダイヤモンド層を成膜した。成膜装置は、直径２５ｃｍφ、高さ２０ｃｍの反応チャンバ内に、太さ０．４ｍｍφのタングステンフィラメントが基体の長手方向に２本、かつ基体を挟むように側面に２本で、合計４本を配置した。なお、基体は、切刃部が上、シャンク部が下となるように立てた状態でセットした。

次に、９２０℃に加熱して、真空中、初期５分の成膜温度を９２０℃、後期の成膜温度を９００℃の条件で基体にダイヤモンド層を成膜した。そして、ダイヤモンド層の成膜後に、切削部にあたる長手方向の長さの中間の位置を測定点とし、後述するガスボンバード処理を施す前の、第１刃、第１面及び第２面の最大高さを測定した。

そして、ダイヤモンド層の成膜後に、成膜装置内で表１に示す条件でガスボンバードメント処理を施すことにより、ソリッドタイプのエンドミルを得た。

得られたエンドミルに対して、切削部における長手方向の長さの中間の位置を測定点とし、第１刃、第１面及び第２面の最大高さＲｙｅ、Ｒｙｒ、Ｒｙｆ、算術平均粗さＲａｅ、Ｒａｒ、Ｒａｆを測定した。また、この位置での第１刃、第１面及び第２面において、ダイヤモンド層との基体との界面位置と中間位置におけるラマン散乱分光で測定し、ＳＰ３比（Ｓ_１ｅ、Ｓ_１ｒ、Ｓ_１ｆ、Ｓ_２ｅ、Ｓ_２ｒ、Ｓ_２ｆ）を見積もった。

また、第１刃、第１面及び第２面の表面をＳＥＭ観察し、ダイヤモンド結晶の輪郭が確認できるかどうかを確認した。そして、ダイヤモンド結晶の輪郭が確認できる場合には、ダイヤモンド結晶の平均粒径を測定した。平均粒径の測定に際しては、ダイヤモンド結晶が１０個以上確認できる視野にて測定したところ、０．８μｍであった。さらに、エンドミルの第１端から回転軸に沿った方向で２ｍｍ後方の位置及びこの第１端から１０ｍｍ後方の位置におけるダイヤモンド層の断面をＳＥＭ観察して、ダイヤモンド層の厚みを測定した。結果は表１、２に示した。

さらに、得られたエンドミルを用いて以下の切削条件にて切削試験を行い、切削性能を評価した。結果は表２に記載した。
切削方法：穴あけ（通り穴）
被削材：ＣＦＲＰ
切削速度（送り）：１００ｍｍ／分
送り：０．０７５ｍｍ／刃
切り込み：深さ８ｍｍ、加工径φ６ｍｍ
切削状態：湿式（切削油使用）
評価方法：加工初期におけるびびり振動の有無を確認した。びびり振動がなかったものは○、かすかに発生したものは△、△で示したものよりもびびり振動が大きかったものは▲とした。また、加工時の切屑の絡みつき易さを切屑の排出性として評価した。さらに、切削長２０ｍ加工後の被削材の仕上げ面粗度を測定した。また、加工不能になるまでの加工長を評価した。結果は、表３に示した。

表１−３より、ＲｙｅがＲｙｒよりも小さく、かつＲｙｅがＲｙｆよりも大きい試料Ｎｏ．１〜８では、加工初期のびびり振動が発生しないかまたは小さく、切屑排出性がよく、仕上げ面粗度が小さくて平滑であり、切削長も長くなった。

１、１０１切削工具
２切刃部
３シャンク部
４第２刃
５第１刃
６第１溝
７ギャッシュ
８、１０８第１面
９、１０９第２面
１０、１１０基体
１１、１１１ダイヤモンド層
１２ダイヤモンド結晶
１３第２溝

Claims

基体と、該基体の上に位置するダイヤモンド層とを備え、
すくい面である第１面と、逃げ面である第２面と、前記第１面及び前記第２面の交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃とを有する切削工具であって、
前記ダイヤモンド層は、前記第１面の少なくとも一部と、前記第２面の少なくとも一部と、前記切刃の少なくとも一部とに位置しており、
１００００〜３００００倍における観察において、前記切刃に位置するダイヤモンド層は、ダイヤモンド結晶の輪郭が確認できる第１領域を有し、
１００００〜３００００倍における観察において、前記第２面に位置するダイヤモンド層は、前記切刃におけるダイヤモンド結晶の平均粒径よりも径が大きく、径が１０μｍ未満のドーム状の突出部が分布している第２領域をなし、
前記切刃におけるダイヤモンド層の最大高さが前記第１面におけるダイヤモンド層の最大高さよりも小さく、かつ前記切刃におけるダイヤモンド層の最大高さが前記第２領域における最大高さよりも大きい、切削工具。
前記切刃におけるダイヤモンド層の最大高さが０．３〜０．７μｍ、かつ算術平均粗さが０．０６〜０．１μｍであり、
前記第１面におけるダイヤモンド層の最大高さが０．８〜１．４μｍ、かつ算術平均粗さが０．１〜０．２５μｍであり、
前記第２領域におけるダイヤモンド層の最大高さが０．１〜０．５μｍ、かつ算術平均粗さが０．０４〜０．０８μｍである請求項１に記載の切削工具。
前記切刃は、前記稜線に直交する断面において凸曲面形状であり、前記稜線に交わる方向に複数の溝を有している請求項１または２に記載の切削工具。
前記複数の溝は、前記稜線に直交している請求項３に記載の切削工具。
前記第１面を正面視した場合において、
前記稜線に沿った方向での前記溝の幅よりも前記稜線に直交する方向での前記溝の長さが大きい請求項３又は４に記載の切削工具。
前記第２面を正面視した場合における前記稜線に直交する方向での前記溝の長さよりも、前記第１面を正面視した場合における前記稜線に直交する方向での前記溝の長さが大きい請求項３乃至５のいずれかに記載の切削工具。
前記第１面における前記ダイヤモンド層の厚みが、前記切刃における前記ダイヤモンド層の厚みよりも薄い請求項１乃至６のいずれかに記載の切削工具。
前記第１面における前記ダイヤモンド層の厚みが、前記第２面における前記ダイヤモンド層の厚みよりも薄い請求項１乃至７のいずれかに記載の切削工具。