(57)【要約】【課題】従来品と比べて長期わたって加工精度が高く、寿命が長い多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法の提供。【解決手段】超硬合金基材にイオン照射を施し、その後、アルカリ処理および酸処理を行って、エッチング基材を得る前処理工程と、前記エッチング基材の表面に種ダイヤを付着させた後、多結晶ダイヤモンド被膜を形成するＰＣＤ被膜形成工程と、を備える多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。【選択図】図６
2018204079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金基材にアルカリ処理および酸処理を行って、エッチング基材を得る前処理工程と、
前記エッチング基材の表面に種ダイヤを付着させた後、多結晶ダイヤモンド被膜を形成するＰＣＤ被膜形成工程と、
を備える多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。
【請求項２】
前記前処理工程が、
前記超硬合金基材にイオン照射を施し、その後、前記アルカリ処理および前記酸処理を行って、前記エッチング基材を得る工程である、請求項１に記載の多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。
【請求項３】
前記前処理工程において、前記アルカリ処理および前記酸処理によって前記超硬合金基材の表面の少なくとも一部を除去する、請求項１または２に記載の多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。
【請求項４】
前記ＰＣＤ被膜形成工程において、前記種ダイヤの最大粒子径が４ｎｍである、請求項１〜３のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。
【請求項５】
前記ＰＣＤ被膜形成工程において、前記エッチング基材の表面における前記種ダイヤの付着量（集中度）を１０10／ｃｍ2以上とする、請求項１〜４のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。
【請求項６】
前記ＰＣＤ被膜形成工程において、前記エッチング基材の表面に前記種ダイヤを付着させた後、ボロンを含むガスを用いたＰＣＤ−ＣＶＤ法によって電気抵抗率が１０Ω以下の前記多結晶ダイヤモンド被膜を形成する、請求項１〜５のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastic、炭素繊維強化プラスチック）材料は金属材料に比べて比強度が高い。このため航空機、自動車、パソコン筺体、日用品などの部材として使用されている。
【０００３】
ＣＦＲＰは難加工材料の典型例であり、その加工のためには、多結晶ダイヤモンドが被覆された超硬合金を基材とするドリル、エンドミル、カッターが用いられる。このような工具はＣＦＲＰを加工した場合であっても、寿命が長く、長期にわたって良好な加工精度を備える傾向がある。
【０００４】
ここで、超硬合金基材に多結晶ダイヤモンドを被覆する場合、基材に予め種ダイヤを植え付け、その後、真空にされた容器内に設置する。一般的にはタングステン（Ｗ）フィラメントを用い、Ｗフィラメントに電気を流し、赤熱されたフィラメントは基材を輻射熱で加熱する。この時、容器内に水素（Ｈ2）およびメタン（ＣＨ4）を導入すれば、時間経過と共に、基材の表面に多結晶ダイヤモンドが成長する。このような多結晶ダイヤモンド被膜の形成方法は、ＰＣＤ−ＣＶＤ法−Poly Crystalline Diamond - Chemical Vapor Depositionといわれる。こうして得られた多結晶ダイヤモンド被覆工具は、被覆されない工具に比べて、著しい長寿命、正確な加工精度が得られる工具となる。
【０００５】
上記に関連する従来法として、例えば特許文献１〜１０および非特許文献１，２に記載の方法が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５，４０８，０９１号公報
【特許文献２】特許第５，５７３，６３５号公報
【特許文献３】特許第５，４７７，７８１号公報
【特許文献４】特許第５，３９７，６８９号公報
【特許文献５】特許第５，４５９，５０４号公報
【特許文献６】特許第５，２８２，９１１号公報
【特許文献７】特許第５，４９９，７５１号公報
【特許文献８】特許第５，４９９，６５０号公報
【特許文献９】特許第５，４０２，５４３号公報
【特許文献１０】特許第４，８２５，４９０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】B. Sahoo, A.K. Chattopadhyay, On effectiveness of various surface treatment on adhesion of HF-CVD diamond coating to tungsten carbide inserts, ELSEVIER DIAMOND and RELATED MATERIALS 11 (2002) 1660-1669
【非特許文献２】R. Haubner, et al, Murakami and H2SO4/H2O2 Pretreatment of WC-Co Hard Metal Substrates to Increase the Adhesion of CVD Diamond Coating, JOURNAL DE PHYSIQUE IV Colloque C5, supplement au Jourmal de Physique II, Volume 5, juin 1995 C5-753-C5-760
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、ＰＣＤ−ＣＶＤ法を施されたドリル、エンドミル、カッターなどの多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具によって被削物を機械加工すると、工具表面（特に逃げ面）での摩耗が発生し、場合によっては、多結晶ダイヤモンド被膜の脱落または工具（基材）の破壊が発生していた。工具（基材）が破壊されると、通常、多結晶ダイヤモンド被膜が付いた基材が脱落することになる。これらの現象から、従来のＰＣＤ−ＣＶＤ法による多結晶ダイヤモンド被覆工具は、期待される長寿命、加工精度の維持が困難であった。
【０００９】
本発明は上記のような課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、従来品と比べて長期わたって加工精度が高く、寿命が長い多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は上記のような課題を解決するため鋭意検討し、本発明に至った。
本発明は以下の（１）〜（６）である。
（１）超硬合金基材にアルカリ処理および酸処理を行って、エッチング基材を得る前処理工程と、
前記エッチング基材の表面に種ダイヤを付着させた後、多結晶ダイヤモンド被膜を形成するＰＣＤ被膜形成工程と、
を備える多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。
（２）前記前処理工程が、
前記超硬合金基材にイオン照射を施し、その後、前記アルカリ処理および前記酸処理を行って、前記エッチング基材を得る工程である、上記（１）に記載の多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。
（３）前記前処理工程において、前記アルカリ処理および前記酸処理によって前記超硬合金基材の表面の少なくとも一部を除去する、上記（１）または（２）に記載の多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。
（４）前記ＰＣＤ被膜形成工程において、前記種ダイヤの最大粒子径が４ｎｍである、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。
（５）前記ＰＣＤ被膜形成工程において、前記エッチング基材の表面における前記種ダイヤの付着量（集中度）を１０10／ｃｍ2以上とする、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。
（６）前記ＰＣＤ被膜形成工程において、前記エッチング基材の表面に前記種ダイヤを付着させた後、ボロンを含むガスを用いたＰＣＤ−ＣＶＤ法によって電気抵抗率が１０Ω以下の前記多結晶ダイヤモンド被膜を形成する、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来品と比べて長期わたって加工精度が高く、寿命が長い多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例において用いたドリルにおける基材およびダイヤモンド被膜の断面写真である。
【図２】実施例において用いたＰＣＤ−ＣＶＤ装置の一部を示す概略図である。
【図３】実施例の切削試験結果を示すグラフである。
【図４】実施例におけるドリル先端部の写真である。
【図５】実施例（比較例）におけるドリル先端部の写真である。
【図６】実施例におけるドリル穴の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明について説明する。
本発明は、超硬合金基材にアルカリ処理および酸処理を行って、エッチング基材を得る前処理工程と、前記エッチング基材の表面に種ダイヤを付着させた後、多結晶ダイヤモンド被膜を形成するＰＣＤ被膜形成工程と、を備える多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法である。
このような多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具の製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
【００１４】
また、本発明の製造方法によって製造された多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具を、以下では「本発明の工具」ともいう。
【００１５】
＜前処理工程＞
本発明の製造方法における前処理工程について説明する。
前処理工程では、初めに、超硬合金基材を用意する。
【００１６】
超硬合金は、一般的には、周期律表IVa、Va、VIa族金属の炭化物をＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの鉄系金属で焼結した複合材料を意味する。さらに、炭化チタン（TiC）や炭化タンタル（TaC）などが添加されたものであってもよい。
超硬合金として、具体的には、炭化タングステン（ＷＣ、タングステン・カーバイド）と結合剤（バインダ）であるコバルト（Ｃｏ）とを混合して焼結したものが挙げられる。
【００１７】
超硬合金基材は、上記のような超硬合金からなる基材であり、従来公知のドリル、エンドミル、カッター等の工具と同様の形状に加工されたものである。
【００１８】
例えば、炭化タングステンを主成分とする超硬合金基材は、粉砕された炭化タングステン（ＷＣ）微粉末とコバルト（Ｃｏ）とを混合した後、コバルトの融点付近の温度まで加熱することで、ＷＣ微粉末を焼結結合させ、得られた素形状の超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）を機械加工して、ドリル、エンドミル、カッター等と同様の形状とされる。
【００１９】
前処理工程では、超硬合金基材にアルカリ処理および酸処理を行う。
アルカリ処理とは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムのアルカリ溶液を超硬合金基材と接触させる処理である。典型的には、アルカリ水溶液中に超硬合金基材を浸漬して撹拌する処理が挙げられる。
アルカリとして村上試薬を用いることが好ましい。村上試薬とは、Ｋ3Ｆｅ（ＣＮ）6：ＫＯＨ：Ｈ2Ｏ＝１：１：１０の質量比で混合した溶液である。
【００２０】
超硬合金基材をアルカリ溶液に接触（浸漬）させる時間は特に限定されないものの、１〜６０分とすることが好ましく、５〜３０分とすることがより好ましい。
【００２１】
アルカリ処理した後、超硬合金基材を、水等を用いて洗浄することが好ましい。
【００２２】
上記のようにしてアルカリ処理した後、超硬合金基材に酸処理を施す。
酸処理とは、硝酸、塩酸、硫酸、カロ酸等の酸を超硬合金基材と接触させる処理である。典型的には、酸水溶液中に超硬合金基材を浸漬して撹拌する処理が挙げられる。
酸として、硝酸希釈液を用いることが好ましい。
【００２３】
超硬合金基材を酸に接触（浸漬）させる時間は特に限定されないものの、１〜３０分とすることが好ましく、３〜１０分とすることがより好ましい。
【００２４】
酸処理した後、超硬合金基材を、水等を用いて洗浄することが好ましい。
【００２５】
なお、超硬合金基材をアルカリ処理した後、酸処理することが好ましいが、超硬合金基材を酸処理した後、アルカリ処理してもよい。
【００２６】
前処理工程では、前記アルカリ処理および前記酸処理によって前記超硬合金基材の表面の少なくとも一部を除去することが好ましい。例えば、超硬合金基材の表面のＷＣ粒子１個の層の少なくとも一部を酸および／またはアルカリによって浸食して除去することが好ましい。
【００２７】
前処理工程では、上記のようなアルカリ処理および酸処理を施す前に、超硬合金基材にイオン照射を施すことが好ましい。また、超硬合金基材にイオン照射を施す前に、水等を用いて洗浄することが好ましい。
イオン照射は従来公知の装置を用いて行うことができる。例えば、イオンガンおよび真空チャンバーを有し、真空チャンバー内にはその中央部にホルダーが設置されていて、イオンガンはガス入口から導入されるガスをプラズマ化し、そのガスイオンを生成させ、イオンビームとしてのイオン流がホルダーにセットされた被処理材に照射される装置である。
イオンビームの発生装置は各種様式のものが市販されており、例えばＣＥＤ型イオンガン（Closed Electron Drift Ion Gun）を用いることができる。
ここで、ガス入口から導入されるガスは、例えば、不活性な化学種であり、脱膜効果が高い点から希ガス、なかでもネオンよりも原子量の大きい不活性元素アルゴン、キセノン、クリプトンなどが好ましく、アルゴンがより好ましく使用される。
また、ガスには酸素含有気体も含まれることが好ましい。酸素含有気体として空気が挙げられる。
真空チャンバーを満たすガスの真空圧は、０．０１〜１．０Ｐａであることが好ましく、０．０５〜０．５Ｐａであることがより好ましい。
イオン照射条件（脱膜処理条件）は、ガス種、装置の種類によっても異なるが、イオン化電圧は２〜４ｋＶであることが好ましく、処理時間は５分〜６時間程度であることが好ましい。ＣＥＤ型イオンガンを使用する場合のイオン化電流は０．１〜１Ａ程度であることが好ましい。
また、イオン照射温度は約２００℃以下で行うことが好ましい。
【００２８】
上記のように、超硬合金基材にアルカリ処理および酸処理を行って、エッチング基材を得ることができる。また、上記のように、超硬合金基材にイオン照射を施した後にアルカリ処理および酸処理を行って、エッチング基材を得ることが好ましい。
【００２９】
＜ＰＣＤ被膜形成工程＞
本発明の製造方法におけるＰＣＤ被膜形成工程について説明する。
ＰＣＤ被膜形成工程では、初めに、前記エッチング基材の表面に種ダイヤを付着させる。
【００３０】
種ダイヤは、従来公知のＰＣＤ−ＣＶＤ法を適用する際に用いられているものを用いることができる。
種ダイヤの形状や粒子径も特に限定されないが、最大粒子径が４ｎｍであることが好ましい。この場合、基材への密着度がより優れる多結晶ダイヤモンド被膜を形成することができる。
【００３１】
種ダイヤをエッチング基材の表面に付着させる方法も特に限定されず、従来公知のＰＣＤ−ＣＶＤ法を適用する際に利用される方法を利用することができる。
ここで、エッチング基材の表面に付着させる種ダイヤの付着量（集中度）を１０10／ｃｍ2以上とすることが好ましい。この場合、基材への密着度がより優れる多結晶ダイヤモンド被膜を形成することができる。なお、この付着量（集中度）は１０13／ｃｍ2以下であることが好ましい。
【００３２】
エッチング基材の表面に種ダイヤを付着させた後、多結晶ダイヤモンド被膜を形成する方法は特に限定されないが、従来公知のＰＣＤ−ＣＶＤ法を適用することが好ましい。
【００３３】
ここで、ボロンを含むガスを用いたＰＣＤ−ＣＶＤ法を適用することが好ましい。この場合、電気抵抗率が１０Ω以下の多結晶ダイヤモンド被膜を形成する。そして、本発明の工具を用いて被処理物（ＣＦＲＰ等）を加工している際に、より正電荷が帯電し難くなり、そして、放電破壊現象がより発生し難くなり、その結果、工具の長寿命化、工作精度の維持に繋がる。
【００３４】
ＷＣ微粉末は生成の過程から、微粉末表面に、主として斑に酸化物などが点在しており、これらが、以降の工程でＰＣＤ−ＣＶＤ法による多結晶ダイヤモンド成膜を施膜した場合、密着強度を低下させると考えられる。
また種ダイヤの種付けにおいて、超硬合金基材の表面層のＣｏを表面層から若干厚さ方向に取り除けば、種ダイヤの種付けは表面から内部にまで可能となり、その結果、ダイヤモンド被膜が基材内部から成長可能となるため、ダイヤモンド被膜の密着強度が向上する。この際、種ダイヤの大きさはＷＣ微粉末粒径に比べて遙かに小さければ、基材内部からのダイヤモンド被膜成長が可能となる。
当然、この種ダイヤ種付けの工程においてはＷＣ粉末の結合材となるＣｏ層を取り除く工程を必要とするが、取り除き層が深ければＷＣの結合が失われ、結合状態が容易に破壊される。
【００３５】
ＣＦＲＰの切削工程において、切削速度は普通１００m／ｍｉｎの速度にも達する。ＣＦＲＰは織られたカーボン繊維がエポキシ樹脂などで固められ、オートクレーブなどで焼成される。カーボン繊維は若干の電気電導性を有するが、樹脂には電気電導性が殆どない。
このため、同様の静電気は多結晶ダイヤモンド被膜が非電気電導性である場合、静電気が容易に、かつ、かなりの電圧で切削開始とほぼ同時に発生する。
切削時、通常、上水が切削油剤として滴下されるが、これらは発生した静電気を逃がすのには全く効果を発揮せず、蓄積された正電荷は、その容量がダイヤモンド被膜の受領限界を超えれば、電気電導性の高い超硬合金素材に瞬間的に放電し電荷を消失する。この放電の際、ダイヤモンド被膜、超硬合金素材を放電破壊する。切削工程の継続で静電気の蓄積、放電（放電破壊）、電荷の消失の一連を繰り返す。
従ってダイヤモンド被膜が電気伝導性を有するならば、これらの放電破壊現象が殆ど見られない。
【００３６】
前述のように、上記のような本発明の製造方法によって製造された多結晶ダイヤモンド被覆超硬合金工具が、本発明の工具である。
上記のように、超硬合金基材にイオン照射を施し、その後、アルカリ処理および酸処理を行うと、それによって形成された穴や凹部へ種ダイヤが入り込み、その後にＰＣＤ−ＣＶＤ法等によって多結晶ダイヤモンドを成長させると、基材に対して密着度が高い多結晶ダイヤモンド被膜が形成される。
【実施例】
【００３７】
市販のダイヤコートドリル（通常、「黒ドリル」と呼ばれる）と、ダイヤコートがされていないドリル（通常、「白ドリル」と呼ばれる）を準備した。
【００３８】
１．黒ドリル（Type1）
黒ドリルに相当するマコトロイ工業（株）製コーティングＲドリルを用意した。この黒ドリルは、呼び径：３．２８ｍｍ、シャンク長さ：３８ｍｍ、コートされたＰＣＤ被膜の膜厚：おおよそ８μｍ、ＰＣＤ被膜の表面粗さ（Ｒａ）：０．０５９μｍのものであった。また、ＰＣＤ被膜の電気抵抗値は２×１０7Ωであった。
【００３９】
ここで、表面粗さは（Ｒａ）は３Ｄ測定レーザー顕微鏡（オリンパス(株)製 LEXT OLS4100）で測定した。以下に示す実施例において表面粗さ（Ｒａ）の測定方法は同様とする。
【００４０】
ＰＣＤ被膜の電気抵抗値については４端子法によって測定した。以下に示す実施例において電気抵抗値の測定方法は同様とする。
【００４１】
上記の黒ドリルは、ブラシを用いて基材にダイヤモンドペーストを擦りつけ、残存したダイヤモンド微粒子を種ダイヤとし、その後、ＰＣＤ成膜して得られたものであり、種付けの前に化学処理を行っていない。基材およびＰＣＤ被膜の断面の走査型電子顕微鏡による観察結果を図１（ａ）に示す。
【００４２】
２．白ドリル（Type2）
白ドリルに相当するマコトロイ工業（株）製コーティングＲドリルを用意した。この白ドリルは、呼び径：３．２８ｍｍ、シャンク長さ：３８ｍｍ、ドリル表面の粗さＲａ：０．２９μｍのものであった。
【００４３】
この白ドリルに、加速電圧４ｋＶ，イオン電流１８０ｍＡの条件で酸素イオンを１時間照射した。
次に、イオン照射した後の白ドリルに２段階の化学処理を施した。
１段階目の化学処理として強アルカリ処理を行った。ここで強アルカリとして村上試薬を使用した。この村上試薬に白ドリルを約１０分浸漬した後、液内から取り出し、上水を用いて洗浄した。
次に、２段階目の化学処理として希釈酸処理を行った。ここで希釈酸として、硝酸希釈液（ＨＮＯ3：Ｈ2Ｏ＝６：１００の質量比で混合したもの）を用いた。上記のように強アルカリ処理および洗浄を行った白ドリルをこの硝酸希釈液に約５分浸漬した後、液内から取り出し、イオン交換水を用いて洗浄してエッチング基材を得た。
【００４４】
そして、エッチング基材を、ＮＤ（ナノダイヤモンド、新明和工業（株）製、公称粒子径３〜４ｎｍ）が純水に懸濁してなる懸濁液中に浸漬し、超音波振動を掛け、その後、乾燥させた。ここで、超音波振動を与えたことによって、エッチング基材の表面における種ダイヤの集中度を約２．８×１０11／ｃｍ2とすることができた。なお、この集中度は、ＳＥＭ観察によって測定した。
【００４５】
次に、種ダイヤが表面に付着したエッチング基材（以下「種ダイヤ付き白ドリル」ともいう）にＰＣＤ被膜を形成した。
ここで用いたＰＣＤ−ＣＶＤ装置は、ホットフィラメント化学蒸着法（ＨＦＣＶＤ）を行う装置である。具体的には図２に示すように、種ダイヤ付き白ドリル１を密閉容器内のフォルダーに、その長手方向が鉛直方向と略平行となるように設置した。ここで、略水平方向に複数本配置されているタングステン（Ｗ）ワイヤー３が種ダイヤ付き白ドリル１を横方向から挟むように配置されており、ワイヤー３に通電することでワイヤー３は加熱され、その輻射熱によって種ダイヤ付き白ドリル１は加熱される。このような通電加熱による輻射加熱によって、ワイヤーと略直角方向に配列された種ダイヤ付き白ドリルの表面温度が８００℃±５０℃となるように通電を制御した。なお、密閉容器内を真空とした後、容器内へガスを投入し、その後、上記の通電を行った。ここで投入ガスの種類およびそれらの流量は、メタンＣＨ4−３０sccm、水素Ｈ2−３００sccm、溶剤トリメトキシボラン（ＣＨ3Ｏ）3Ｂ−０．４ｇ／ｈであり、密閉容器内の全圧を３０００Ｐａとした。
【００４６】
上記のようなホットフィラメント化学蒸着法（ＨＦＣＶＤ）を種ダイヤ付き白ドリルへ施す処理を８時間継続することで、膜厚が８μｍのＰＣＤ被膜を種ダイヤ付き白ドリルの表面に形成した。
【００４７】
そして、ＰＣＤ被膜の電気抵抗値を測定したところ１Ωであった。
また、ＰＣＤ被膜の表面粗さはＲａ：０．１２μｍであった。
また、ＰＣＤ被膜へドーピングされたＢ量をＦＥ−ＥＰＭＡ（ＪＥＯＫＬ ＪＸＡ８５００Ｆ）を用いて測定した。Ｍａｓｓ（％）は2.676、Ａｔｏｍ（％）は2.9644であった。
【００４８】
さらに、種ダイヤ付き白ドリルにおける基材およびＰＣＤ被膜の断面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察した。走査型電子顕微鏡による観察結果を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）ではダイヤモンド成長が基材内部にまで入り込んでおり、ＰＣＤ被膜と基材（超硬合金基材）の密着強度が優れていることが判る。また、白ドリルの長手方向におけるＰＣＤ被膜のダイヤモンド含有比率は略一定で有り、ＤＬＣは検出されなかった。
【００４９】
＜切削試験＞
上記のようにして得た、表面にＰＣＤ被膜を形成した白ドリル（以下では「ＰＣＤ被膜付き白ドリル」ともいう）と、黒ドリルとを用いて、切削試験を行った。
切削試験は、オークマ株式会社製、縦型マシニングセンタＭＤ−４５ＶＡを使用し、切削速度：８２．４m/min、スピンドル回転数：８０００rpm、送り速度：４８０mm/minで被削材を切削する試験である。ここで被削材は航空機機材用ＣＦＲＰであり、厚さが８mm、炭素繊維が１００層重なっているものを用いた。なお、切削時に切削油剤は使用しなかった。
【００５０】
切削試験結果を図３に示す。黒ドリル（図３中「Type#1」）、ＰＣＤ被膜付き白ドリル（図３中「Type#2」）のいずれを用いた場合でも、切削穴数が増加すれば逃げ面摩耗量は増加したが、その程度は、黒ドリルに対してＰＣＤ被膜付き白ドリルの方が少なく、摩耗し難いことが確認された。
【００５１】
図３に示すように、600穴を切削したときの逃げ面摩耗量は、黒ドリルを用いた場合は０．０７ｍｍ、ＰＣＤ被膜付き白ドリルを用いた場合は０．０３ｍｍであった。
また、600穴を切削したときのドリル先端部を、走査型電子顕微鏡を用いて観察した。図４(a)および(b)は黒ドリルの逃げ面の拡大写真（ＳＥＭ像）であり、図５(a)および(b)はＰＣＤ被膜付き白ドリルの逃げ面の拡大写真（ＳＥＭ像）である。図４(b)より黒ドリルの逃げ面の破壊が進行しており、一方、図５(b)よりＰＣＤ被膜付き白ドリルの逃げ面は破壊されていないことが確認できる。
【００５２】
また、図３に示すように、1,000穴を切削したときの逃げ面摩耗量は、黒ドリルを用いた場合は０．１９５ｍｍ、ＰＣＤ被膜付き白ドリルを用いた場合は０．０９ｍｍであった。
また、黒ドリルまたはＰＣＤ被膜付き白ドリルを用いて1,000穴を切削したときの加工穴を上部から観察した。加工穴を、光学顕微鏡を用いて観察した際の写真を図６（ａ）、（ｂ）に示す。
図６（ａ）は黒ドリルを用いた場合の加工穴の写真である。内径での炭素繊維剥離（現場用語でデラミという）、加工表面の盛り上がり（同じくボルキャノ）がみられると共に穴精度は悪い。
図６（ｂ）はＰＣＤ被膜付き白ドリルを用いた場合の加工穴の写真である。内径での炭素繊維剥離、加工表面の盛り上がりは見られず穴精度は良好である。
【００５３】
なお、切削加工中の被削材の温度を参考として計測した。具体的には、被削材内へ熱電対を埋め込み、加工途中の被削材の温度上昇を測定した。切削工具との接触点での温度は１００℃〜９０℃であり、エポキシ樹脂のガラス転移温度に達することは無かった。
【００５４】
非特許参考文献１によれば超硬合金基材（WC-Co substrate）にホットフィラメント化学蒸着法（HF-CVD）でダイヤモンドコーティングを行う前処理としてHNO3+H2O(1:1), HNO3+HCl+H2O(1:1:1)およびHNO3+3HClのどれが最もダイヤモンドコーティング膜の基材への密着強度が良いかを研究し、HNO3+HCl+H2O(1:1:1)が最良と報告されている。しかし、この研究は、Coのエッチング除去を主眼としているため、超硬合金素粒の生成上、不可避的に発生する、酸化物除去についてはふれられていない。酸化物は素粒上に点在し、区分としてはセラミックに分類されるもので、密着強度低下の原因となる。当該発明では、強アルカリを使用することで、まず、この酸化物除去を考えた。
【００５５】
非特許参考文献２によれば、第1段階として、超硬合金基材のＷＣが村上試薬によりエッチングされ、ＷＣの結合剤となっているCoがH2SO4/H2O2溶液でエッチングされるとされている。その際、CuO/CoSO4の薄膜が形成されるがCoSはダイヤモンド膜成膜に際して、安定であると述べられている。
【００５６】
特許文献２によれば、工具基体表面に5〜30μｍの膜厚の結晶性ダイヤモンド膜からなる下層部と0.2〜3μmの膜厚の微結晶ナノダイヤモンド膜からなる上層部が被覆され、刃先稜線部は上層部が除去され、下層部が露出している工具に関して、かつ、下層部の残留応力σsは1.5〜3GPa、刃先稜線部下部層1/2における残留応力σ1/2としてσs/σ1/2が0.8〜1.0とされている。
【００５７】
特許文献３および特許文献４によればダイヤモンド相とグラファイト相の共存領域が形成されているとされている。
【００５８】
特許文献５によれば平均粒径0.5μm以上の結晶性ダイヤモンド素地中に最大粒径が0.1μm以下の微結晶ダイヤモンドが集合し、配列した状態が述べられている。
特許文献６によれば基材からダイヤモンド皮膜400nmの範囲で平均粒径5-200nmのCo粒子が析出したことが述べられているが、当該実施例では、このCo析出はなかった。
特許文献７によれば電子線後方散乱での測定で法線方向〈111〉または〈110〉に特定傾斜角区分に半価幅１０度以内のピークが存在すること、少なくとも前記のいずれかを満足する幅0.1-1μmの二軸配向ドメインが全面積の２０％以上存在することが述べられているが、当該実施例では、いずれも検出範囲を逸脱していた。
特許文献８によれば結晶性が異なる一層平均膜厚0.03-5μmのA層と0.1-5μmのＢ層が交互に積層し合計被覆層厚が10-30μmのダイヤモンド被覆工具に関しての効果、および法線ピークの関係が記載されているが、当該発明とは関係が無い。
特許文献９も下部、上部ダイヤモンド被膜に関しての効果が述べられている。
特許文献１０ではダイヤモンド膜がその断面で成長方向に細長く配列し、その短径が0.001〜0.08μmであること、およびダイヤモンド膜を粘弾性流動研磨することが述べられている。
【符号の説明】
【００５９】
１  種ダイヤ付き白ドリル
３  ワイヤー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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