(57)【要約】【課題】ＣＦＲＰあるいはＡｌ合金等の高速切削加工において、すぐれた耐欠損性、耐溶着性を示し、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮するダイヤモンド被覆工具を提供する。【解決手段】ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体表面に、第１単位層と第２単位層との交互積層からなるダイヤモンド皮膜を被覆したダイヤモンド被覆工具において、第１単位層は、（１１１）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ａと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成され、また、第２単位層は、（１００）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ｂと含非晶質炭素層Ｃとのの交互積層構造として構成されているダイヤモンド被覆工具。【選択図】  図１
2011104722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体表面に、交互積層構造からなる全層厚５〜５０μｍのダイヤモンド皮膜が被覆されたダイヤモンド被覆工具において、
上記交互積層構造は、第１単位層と第２単位層との交互積層として構成され、さらに、上記第１単位層は、合計層厚１０μｍ以下の範囲内で、（１１１）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ａと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成され、また、上記第２単位層は、合計層厚５μｍ以下の範囲内で、（１００）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ｂと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成されていることを特徴とするダイヤモンド被覆工具。
【請求項２】
前記ダイヤモンド薄層Ａは、柱状結晶組織を有し平均結晶粒径１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のダイヤモンド結晶粒によって構成され、該ダイヤモンド薄層Ａについて、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、工具基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記工具基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．１度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、０〜２０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、０〜２０度の範囲内の傾斜角区分に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、
さらに、前記ダイヤモンド薄層Ｂは、柱状結晶組織を有し平均結晶粒径５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下のダイヤモンド結晶粒によって構成され、該ダイヤモンド薄層Ｂについて、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、工具基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記工具基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１００）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．１度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、０〜２０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、０〜２０度の範囲内の傾斜角区分に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す請求項１に記載のダイヤモンド被覆工具。
【請求項３】
前記含非晶質炭素層Ｃの一層層厚が５０〜５００ｎｍである請求項１または２に記載のダイヤモンド被覆工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットからなる工具基体にダイヤモンド皮膜を被覆したダイヤモンド被覆工具に関し、特に、金属材料よりも比強度、比剛性の高いＣＦＲＰ（Carbon  Fiber  Reinforced  Plastics。炭素繊維強化プラスチック）あるいは溶着性の高いＡｌ合金等の高速切削加工において、すぐれた耐欠損性、耐溶着性を示し、長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮するダイヤモンド被覆工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化タングステン基（ＷＣ基）超硬合金または炭窒化チタン基（ＴｉＣＮ基）サーメットなどの工具基体に、ダイヤモンド皮膜を被覆したダイヤモンド被覆工具が知られており、
例えば、特許文献１に示されるように、工具基体表面に、（１００）面主体の平滑性に優れたダイヤモンド膜と、（１１１）面主体の耐溶着性ダイヤモンド膜とを交互に積層し、ダイヤモンド膜最表面の表面粗さをＲｚ：１μｍ以下としたダイヤモンド被覆工具が知られており、この被覆工具によれば、ＡｌまたはＡｌ合金の切削加工ですぐれた耐溶着性を示し、また、平滑性にすぐれた仕上げ面が得られることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３０５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴って、切削条件はますます高速化している。上記の従来被覆工具は、これを通常条件での切削加工に用いた場合には特段の問題は生じないが、これを、一般の金属材料に比して、比強度、比剛性にすぐれるＣＦＲＰの高速切削、軟質で溶着性の高いＡｌ合金等の高速切削に用いた場合には、ＣＦＲＰは炭素繊維とエポキシ系樹脂の複合材であるため工具摩耗が激しく、また、Ａｌ合金等は、切削時の切刃への溶着、欠損を生じやすく、工具寿命が短命であるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特にＣＦＲＰあるいはＡｌ合金等の高速切削加工で、長期の使用に亘って、すぐれた耐摩耗性を発揮するダイヤモンド被覆工具を開発すべく鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。
即ち、図１は、本発明のダイヤモンド被覆工具の側断面の概略図を示すが、図１において、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体表面に、第１単位層と第２単位層との交互積層からなるダイヤモンド膜を形成し、さらに、上記第１単位層を、（１１１）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ａと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成し、かつ、上記第２単位層を、（１００）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ｂと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成することにより、金属材料よりも比強度、比剛性の高いＣＦＲＰの高速切削加工で、また、軟質で溶着性の高いＡｌ合金等の高速切削加工で、すぐれた耐欠損性および耐溶着性を示すことにより、長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮することを見出したのである。
【０００６】
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）  炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体表面に、交互積層構造からなる全層厚５〜５０μｍのダイヤモンド皮膜が被覆されたダイヤモンド被覆工具において、
上記交互積層構造は、第１単位層と第２単位層との交互積層として構成され、さらに、上記第１単位層は、合計層厚１０μｍ以下の範囲内で、（１１１）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ａと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成され、また、上記第２単位層は、合計層厚５μｍ以下の範囲内で、（１００）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ｂと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成されていることを特徴とするダイヤモンド被覆工具。
（２）  前記ダイヤモンド薄層Ａは、柱状結晶組織を有し平均結晶粒径１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のダイヤモンド結晶粒によって構成され、該ダイヤモンド薄層Ａについて、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、工具基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記工具基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．１度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、０〜２０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、０〜２０度の範囲内の傾斜角区分に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、
さらに、前記ダイヤモンド薄層Ｂは、柱状結晶組織を有し平均結晶粒径５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下のダイヤモンド結晶粒によって構成され、該ダイヤモンド薄層Ｂについて、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、工具基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記工具基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１００）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．１度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、０〜２０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、０〜２０度の範囲内の傾斜角区分に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す前記（１）に記載のダイヤモンド被覆工具。
（３）  前記含非晶質炭素層Ｃの一層層厚が５０〜５００ｎｍである前記（１）または（２）に記載のダイヤモンド被覆工具。」
に特徴を有するものである。
【０００７】
つぎに、この発明のダイヤモンド被覆工具の被覆層について、詳細に説明する。
【０００８】
本発明のダイヤモンド皮膜は、第１単位層と第２単位層との交互積層として構成されるとともに、第１単位層自体、（１１１）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ａと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成され、また、第２単位層自体も（１００）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ｂと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成される。
上記の各構成層であるダイヤモンド薄層Ａ、ダイヤモンド薄層Ｂおよび含非晶質炭素層Ｃは、いずれも、例えば、通常の熱フィラメント法を用いた化学蒸着によって形成することができる。
【０００９】
第１単位層のダイヤモンド薄層Ａ：
工具基体表面あるいは第２単位層上に、例えば、以下の条件の熱フィラメント法により、ダイヤモンド薄層Ａを蒸着形成することができる。
成膜圧力  ：  ２×１０−２〜９×１０−２  Ｐａ、
Ｈ２流量   ：  ２０００〜４０００  ｍｌｎ、
ＣＨ４流量  ：  ２０〜５０  ｍｌｎ、
Ｏ２流量  ：  １０〜５０  ｍｌｎ、
フィラメント電流値  ：  １５０〜２５０  Ａ、
成膜温度  ：  ６００〜９００  ℃、
上記条件で形成されたダイヤモンド薄層Ａは、柱状結晶を有し、平均粒径１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のダイヤモンド結晶層として形成される。
なお、この発明でいう平均結晶粒径とは、各層の層厚の中心部分における結晶粒径を透過型電子顕微鏡にて測定し、その平均値を各層の平均結晶粒子径であると定義する。
【００１０】
上記ダイヤモンド薄層Ａについて、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度ピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度分布グラフを作成したところ、０〜２０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜２０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す。
このように、ダイヤモンド薄層Ａは、（１１１）面結晶配向性の高いダイヤモンド膜として形成され、高速切削加工時にダイヤモンド膜の耐欠損性を向上させ、また、このダイヤモンド膜の有する高硬度により耐摩耗性を向上させる。
【００１１】
第１単位層の含非晶質炭素層Ｃ：
上記ダイヤモンド薄層Ａのうえに、含非晶質炭素層Ｃを同じく以下の条件の熱フィラメント法による形成をする。
成膜圧力  ：  ２×１０−２〜９×１０−２  Ｐａ、
Ｈ２流量   ：  ２０００〜４０００  ｍｌｎ、
ＣＨ４流量  ：  ８０〜１５０  ｍｌｎ、
フィラメント電流値  ：  １５０〜２００  Ａ、
成膜温度  ：  ６００〜９００  ℃、
上記条件で形成された含非晶質炭素層Ｃについて、透過型電子顕微鏡により観察したところ、ハローパターンを示すことから該層中には非晶質構造の炭素の存在することが確認される。
また、この含非晶質炭素層Ｃは、ダイヤモンド薄層Ａの成膜条件と比し、ＣＨ4流量を大きく増加した条件で成膜することによって、含非晶質炭素層Ｃと交互積層を構成するダイヤモンド薄層Ａの形成にあたり、結晶成長の核生成密度を高めるとともに、含非晶質炭素層Ｃとダイヤモンド薄層Ａの界面近傍での応力分散効率を上昇させるため、両層間での密着性を向上するとともに、ダイヤモンド薄層Ａの粗大粒成長を抑制する。
ただ、この含非晶質炭素層Ｃの層厚が５０ｎｍ未満では核生成密度の向上、密着性向上効果が期待できず、一方、含非晶質炭素層Ｃの層厚が５００ｎｍを超えると、ダイヤモンド皮膜の硬度低下が生じるようになるため、含非晶質炭素層Ｃの層厚は５０〜５００ｎｍとすることが必要である。
【００１２】
第１単位層：
第１単位層は、上記ダイヤモンド薄層Ａと上記含非晶質炭素層Ｃとを交互に積層することによって構成する。
第１単位層は、ダイヤモンド薄層Ａの結晶性向上によって耐欠損性、耐摩耗性を向上させるが、第１単位層の層厚が１０μｍを超えると、ダイヤモンド薄層Ａによる凸凹が顕著となり、含非晶質炭素層Ｃの表面粗さが粗くなるため、第１単位層の層厚は１０μｍ以下と定めた。
【００１３】
第２単位層のダイヤモンド薄層Ｂ：
工具基体表面直上に、例えば、以下の条件の熱フィラメント法により、ダイヤモンド薄層Ｂを蒸着形成することができる。
成膜圧力  ：  ２×１０−２〜９×１０−２  Ｐａ、
Ｈ２流量   ：  ２０００〜４０００  ｍｌｎ、
ＣＨ４流量  ：  ８０〜１５０  ｍｌｎ、
Ｏ２流量  ：    ０〜５０  ｍｌｎ、
フィラメント電流値  ：  １５０〜２００  Ａ、
成膜温度  ：  ６００〜９００  ℃、
このダイヤモンド薄層Ｂは、柱状結晶組織を有し、平均結晶粒径５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下のダイヤモンド結晶層として形成される。
【００１４】
上記ダイヤモンド薄層Ｂについて、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１００）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度ピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度分布グラフを作成したところ、０〜２０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜２０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す。
このように、ダイヤモンド薄層Ｂは、（１００）面結晶配向性の高いダイヤモンド膜として形成され、高速切削加工時にダイヤモンド膜の平滑性を向上させることから、耐溶着性の向上に寄与する。
【００１５】
第２単位層の含非晶質炭素層Ｃ：
上記ダイヤモンド薄層Ｂのうえに、第１単位層の含非晶質炭素層Ｃの形成と同様な成膜法によって含非晶質炭素層Ｃを形成することができる。
この含非晶質炭素層Ｃは、この上にダイヤモンド薄層Ｂを形成するにあたり、結晶成長の核生成密度を高めるとともに、含非晶質炭素層Ｃとダイヤモンド薄層Ｂの界面近傍での応力分散効率を上昇させるため、両層間での密着性を向上するとともに、ダイヤモンド薄層Ｂの粗大粒成長を抑制する。
ただ、この含非晶質炭素層Ｃの層厚が５０ｎｍ未満では核生成密度の向上、密着性向上効果が期待できず、一方、含非晶質炭素層Ｃの層厚が５００ｎｍを超えると、ダイヤモンド皮膜の硬度低下が生じるようになるため、含非晶質炭素層Ｃの層厚は５０〜５００ｎｍとすることが必要である。
第２単位層の含非晶質炭素層Ｃの備える機能は、第１単位層の含非晶質炭素層Ｃのそれと同様である。
【００１６】
第２単位層：
第２単位層は、上記ダイヤモンド薄層Ｂと上記含非晶質炭素層Ｃとを交互に積層することによって構成する。
第２単位層は、ダイヤモンド薄層Ｂの備える平滑性向上作用によって耐溶着性を高めるが、第２単位層の層厚が５μｍを超えると皮膜全体の耐摩耗性を低下させるため、第２単位層の層厚は５μｍ以下と定めた。
【００１７】
第１単位層と第２単位層の交互積層：
合計層厚１０μｍ以下の範囲内でのダイヤモンド薄層Ａと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造から構成される第１単位層と、合計層厚５μｍ以下の範囲内でのダイヤモンド薄層Ｂと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造から構成される第２単位層とを、さらに、交互に積層することにより本発明のダイヤモンド被覆層を構成するが、上記ダイヤモンド被覆層の全層厚が１μｍ未満では、優れた耐摩耗性を長期の使用にわたって発揮することができないばかりか、工具寿命の延命化を図ることもできず、一方、全層厚が５０μｍを超えるとＣＦＲＰ、Ａｌ合金等の高速切削加工時に切刃部のチッピング、欠損等の異常損傷を発生しやすくなるので、ダイヤモンド被覆層の全層厚は１〜５０μｍと定めた。
【発明の効果】
【００１８】
この発明のダイヤモンド被覆工具は、工具基体表面に交互積層構造からなる全層厚１〜５０μｍのダイヤモンド皮膜が被覆され、上記交互積層構造は、第１単位層と第２単位層との交互積層として構成され、さらに、上記第１単位層は、耐欠損性および耐摩耗性にすぐれた（１１１）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ａと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成され、また、上記第２単位層は、耐溶着性にすぐれた（１００）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ｂと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成されていることから、このようなダイヤモンド皮膜を被覆したダイヤモンド被覆工具は、比強度、非剛性の高いＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の高速切削加工において、すぐれた耐欠損性、耐溶着性を示し、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のダイヤモンド被覆工具の層構造（側断面）を示す概略説明図。
【図２】本発明エンドミルのダイヤモンド薄層Ａの（１１１）面についての傾斜角度数分布グラフ。
【図３】本発明ドリルのダイヤモンド薄層Ｂの（１００）面についての傾斜角度数分布グラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
つぎに、この発明のダイヤモンド被覆工具を実施例により具体的に説明する。
ここでは、ダイヤモンド被覆工具を、エンドミル、ドリルに適用した場合について述べるが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種の切削工具に適用することが可能である。
【実施例１】
【００２１】
原料粉末として、平均粒径：０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が１３ｍｍの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×３０ｍｍの寸法、並びにねじれ角１０度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。
【００２２】
ついで、これらの工具基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、酸溶液によるエッチングおよび／またはアルカリ溶液によるエッチング処理を行なった後、
（ａ）まず、
成膜圧力：  ５×１０−２  Ｐａ、
Ｈ２流量：  ３０００  ｍｌｎ、
ＣＨ４流量：  ５０  ｍｌｎ、
Ｏ２流量：  ３０  ｍｌｎ、
フィラメント電流値：  ２５０  Ａ、
成膜温度：  ７００  ℃
の条件で、柱状結晶組織を有し、平均結晶粒径１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のダイヤモンド薄層Ａを形成し、
（ｂ）ついで、成膜条件を変更し、上記ダイヤモンド薄層Ａの表面に、
成膜圧力：  ５×１０−２  Ｐａ、
Ｈ２流量：  ３０００  ｍｌｎ、
ＣＨ４流量：  １００  ｍｌｎ、
フィラメント電流値：  １５０  Ａ、
成膜温度：  ６８０  ℃
の条件で、含非晶質炭素層Ｃを形成し、
（ｃ）上記（ａ）と（ｂ）を繰り返し行い、所定の目標層厚の第１単位層を形成し、
（ｄ）ついで、
成膜圧力  ：  ５×１０−２  Ｐａ、
Ｈ２流量   ：  ３０００  ｍｌｎ、
ＣＨ４流量  ：  １００  ｍｌｎ、
Ｏ２流量  ：  ３０  ｍｌｎ、
フィラメント電流値  ：  ２００  Ａ、
成膜温度  ：  ６５０  ℃、
の条件で、柱状結晶組織を有し、平均結晶粒子径５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下のダイヤモンド薄層Ｂを形成し、
（ｅ）ついで、
上記（ｂ）と同様の成膜条件で含非晶質炭素層Ｃを形成し、
（ｆ）上記（ｄ）と（ｅ）を繰り返し行い、所定の目標層厚の第２単位層を形成し、
（ｇ）さらに、上記（ａ）〜（ｃ）からなる第１単位層の形成、および、上記（ｄ）〜（ｆ）からなる第２単位層の形成を繰り返し行うことにより、第１単位層と第２単位層の交互積層構造からなる目標全層厚のダイヤモンド皮膜を形成することにより、
表２に示される本発明のダイヤモンド被覆エンドミル（以下、本発明エンドミルという）１〜８をそれぞれ製造した。
【００２３】
比較の目的で、上記の工具基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８の表面に、前記特許文献１に記載される従来方法によりダイヤモンド皮膜を形成した比較ダイヤモンド被覆エンドミル（以下、比較エンドミルという）１〜８を製造した。
【００２４】
従来方法によるダイヤモンドの成膜条件は、次のとおりである。
（１１１）面を主体とするダイヤモンド膜の成膜：
反応ガスとしてのメタン（ＣＨ4 ）、水素（Ｈ2 ）、一酸化炭素（ＣＯ）を供給できるようにしたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置において、
反応ガス：０．５％以上１％未満のＣＨ4、３０％ＣＯ、残部Ｈ2、
成膜時間：１〜６０分、
成膜温度：７００℃〜１０００℃
反応圧力：６．５ラ１０2 〜４．０ラ１０3 Ｐａ、
の条件で、（１１１）面を主体とするダイヤモンド膜をする。
（１００）面を主体とするダイヤモンド膜の成膜：
反応ガス：２％以上１０％未満のＣＨ4、３０％ＣＯ、残部Ｈ2、
成膜時間：１〜３０分、
成膜温度：７００℃〜１０００℃
反応圧力：６．５ラ１０2 〜４．０ラ１０3 Ｐａ、
の条件で、（１００）面を主体とするダイヤモンド膜をする。
上記（１１１）面を主体とするダイヤモンド膜の成膜と（１００）面を主体とするダイヤモンド膜の成膜を、所定目標層厚になるまで繰り返し行う。
【００２５】
つぎに、上記本発明エンドミル１〜８および上記比較エンドミル１〜８のダイヤモンド皮膜について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１１）面、（１００）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．１度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成した。
【００２６】
図２には、一例として本発明エンドミルのダイヤモンド薄層Ａの（１１１）面についての傾斜角度数分布グラフを示すが、本発明エンドミル１〜８のダイヤモンド皮膜の（１１１）面の傾斜角度数分布グラフは、いずれもほぼ同様な傾斜角度数分布グラフを示し、０〜２０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜２０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４０％以上の割合を占めた。
【００２７】
表２、表３に、本発明エンドミル１〜８および上記比較エンドミル１〜８のダイヤモンド皮膜について測定された最高ピークが存在する傾斜角区分、０〜２０度の範囲内に存在する度数割合を示す。
なお、表２、表３における傾斜角区分（度）は、小数点以下第１位を四捨五入した数値である。
【００２８】
また、表２、表３には、本発明エンドミル１〜８および上記比較エンドミル１〜８のダイヤモンド皮膜の結晶粒径について、各層の層厚の中心部分における結晶粒径を透過型電子顕微鏡にて測定し、その平均値を各層のダイヤモンド結晶粒径として示す。
【００２９】
つぎに、上記本発明エンドミル１〜８および上記比較エンドミル１〜８のそれぞれについて、
[切削条件１]  被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの、炭素繊維と熱硬化型エポキシ系樹脂が積層構造を持つ炭素繊維強化樹脂複合材（ＣＦＲＰ）の板材、
切削速度：  ３００  ｍ／ｍｉｎ．、
切断加工：（５  ｍｍ）、
テーブル送り：  ７２０  ｍｍ／ｍｉｎ．、
エアブロー、
の条件での上記ＣＦＲＰの乾式高速切断加工試験、
[切削条件２]  被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの、ＪＩＳ・ＡＤＣ１４の板材、
切削速度：  ５００  ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：径方向（ae）２．５ｍｍ，軸方向（ap）８ｍｍ、
テーブル送り：  １１５０  ｍｍ／ｍｉｎ．、
エアーブロー、
の条件での上記Ａｌ合金の乾式高速側面切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの高速切削加工試験でも切刃部の欠損に伴う被削材のムシレが発生するまでの切削溝長（ｍ）を求めた。
これらの測定結果を表４にそれぞれ示した。
【００３０】
【表１】
2011104722.tif 000003
【００３１】
【表２】
2011104722.tif 000004
【００３２】
【表３】
2011104722.tif 000005
【００３３】
【表４】
2011104722.tif 000006
【実施例２】
【００３４】
上記の実施例１で製造した直径が１３ｍｍの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。
【００３５】
ついで、これらの工具基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、上記実施例１と同様のコーティング前処理を施した後、上記実施例１の（ａ）〜（ｇ）と同一の条件で、工具基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の表面に、表５に示されるダイヤモンド皮膜を成膜することにより、本発明のダイヤモンド被覆ドリル（以下、本発明ドリルという）１１〜１８をそれぞれ製造した。
【００３６】
比較の目的で、上記の工具基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の表面に、ホーニングを施し、上記実施例１の比較エンドミルの成膜条件と同一の条件で、上記工具基体（ドリル）の表面に、表６に示されるダイヤモンド皮膜を蒸着形成することにより、比較ダイヤモンド被覆ドリル（以下、比較ドリルという）１１〜１８をそれぞれ製造した。
【００３７】
つぎに、上記本発明ドリル１１〜１８および上記比較ドリル１１〜１８のダイヤモンド皮膜について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、基体表面に対し垂直な皮膜断面研磨面に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、前記基体表面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（１１１）面、（１００）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．１度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成し、表５、６に、最高ピークが存在する傾斜角区分、０〜２０度の範囲内に存在する度数割合を示した。
なお、表５、表６における傾斜角区分（度）は、小数点以下第１位を四捨五入した数値である。
【００３８】
図３には、一例として、本発明ドリルのダイヤモンド皮膜の（１００）面についての傾斜角度数分布グラフを示すが、本発明ドリル１１〜１８のダイヤモンド皮膜の（１００）面の傾斜角度数分布グラフは、いずれもほぼ同様な傾斜角度数分布グラフを示し、０〜２０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜２０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４０％以上の割合を占めた。
【００３９】
また、表５、表６には、本発明ドリル１１〜１８および上記比較ドリル１１〜１８のダイヤモンド皮膜の結晶粒径について、各層の層厚の中心部分における結晶粒径を透過型電子顕微鏡にて測定し、その平均値を各層のダイヤモンド結晶粒径として示す。
【００４０】
つぎに、上記本発明ドリル１１〜１８および比較ドリル１１〜１８のそれぞれについて、
[切削条件３]
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：２０ｍｍの、炭素繊維と熱硬化型エポキシ系樹脂が直交積層構造を持つ炭素繊維強化樹脂複合材（ＣＦＲＰ）の板材、
切削速度：  ２５０  ｍ／ｍｉｎ．、
送り：  ０．１５  ｍｍ／ｒｅｖ、
貫通穴：（２０  ｍｍ）、
の条件での上記ＣＦＲＰの乾式高速穴あけ切削加工試験、
[切削条件４]
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：２５ｍｍの、ＪＩＳ・ＡＣ９Ａの板材                    
切削速度：  ３５０  ｍ／ｍｉｎ．、
送り：  ０．１５  ｍｍ／ｒｅｖ、
貫通穴：（２５  ｍｍ）、
の条件での上記Ａｌ合金の湿式高速穴あけ切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの高速切削加工試験でも穴あけ加工数（穴）を求めた。
この測定結果を表７にそれぞれ示した。
【００４１】
【表５】
2011104722.tif 000007
【００４２】
【表６】
2011104722.tif 000008
【００４３】
【表７】
2011104722.tif 000009
【００４４】
表２〜７に示される結果から、本発明ダイヤモンド被覆工具としての本発明エンドミル１〜８および本発明ドリル１１〜１８は、そのダイヤモンド皮膜が、第１単位層と第２単位層との交互積層として構成され、さらに、第１単位層は、耐欠損性および耐摩耗性にすぐれた（１１１）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ａと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成され、また、第２単位層は、耐溶着性にすぐれた（１００）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層Ｂと含非晶質炭素層Ｃとの交互積層構造として構成されていることから、比強度、比剛性の高いＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の高速切削加工に用いた場合でも、長期の使用に亘ってすぐれた耐欠損性、耐溶着性、耐摩耗性を発揮するものであり、ダイヤモンド皮膜の厚膜化も可能となる。
これに対して、（１１１）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層と、（１００）面結晶配向性の高いダイヤモンド薄層との交互積層のみからなるダイヤモンド皮膜が形成された比較エンドミル１〜８、比較ドリル１１〜１８においては、欠損、溶着が発生し、また、耐摩耗性も劣り、工具寿命が短命なものであった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
上述のように、この発明のダイヤモンド被覆工具は、通常条件での切削加工は勿論のこと、金属材料よりも比強度、比剛性の高いＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の高速切削加工においても、長期の使用に亘ってすぐれた耐欠損性、耐溶着性、耐摩耗性を発揮するものであるから、切削加工装置のＦＡ化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図１】
2011104722.tif 000010
【図２】
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【図３】
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