(57)【要約】  【課題】切削加工時の切り粉の排出を促進して切り粉詰まりを効果的に防止し、局所的高荷重によるアブレッシブ磨耗を抑止できる。  【解決手段】超硬合金からなる切削工具、例えば、材種Ｋ１０種相当の超硬ソリッド切削ドリルなどで、もともと切り粉詰まりが生じ易い直径０．０３ｍｍ〜１６ｍｍの小径ドリルを対象とする。そして、切削ドリルなどの少なくとも切削刃を含む部分にＣＶＤ法により被覆されたダイヤモンド膜の表面に、ＷＣ／Ｃ保護膜を施した切削工具である。このＷＣ／Ｃ保護膜は、非結晶質カーボンの格子内にＷＣが埋没した状態のカーボン層が層状膜構造をなしている膜であるのが好ましい。このような層状膜構造のＷＣ／Ｃ保護膜の必要十分な膜厚は、１〜２０μｍであり、さらに、ビッカース硬度が１０００未満であるのが好ましい。  【選択図】  選択図なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金からなる切削工具の少なくとも切削刃を含む部分にＣＶＤ法により被覆されたダイヤモンド膜の表面に、ＷＣとＣからなる保護膜を施したことを特徴とする切削工具。
【請求項２】
前記保護膜が、非結晶質カーボンの格子内にＷＣが埋没した状態のカーボン層が層状膜構造をなしているものである請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記保護膜の厚さが１〜２０μｍであって、ビッカース硬度が１０００未満である請求項２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記保護膜がラップ加工されたものである請求項２または３に記載の切削工具。
【請求項５】
前記切削工具が、直径０．０３ｍｍ〜１６ｍｍの切削ドリルである請求項４に記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド被覆を施した超硬合金からなる切削工具、例えばドリルの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金からなる切削ドリルのような切削工具の分野で、ＣＶＤ法により合成されるダイヤモンド膜を利用して、高耐磨耗、高耐久性の工具性能が得られるようになってきている。ところが、ＣＶＤ法で得られるダイヤモンド膜は、多結晶体からなる膜であって、その表面は２〜５μｍ程度の多数の凹凸が存在するため、切削切り粉の流れが劣化したり、部分的に溶着したりして切り粉詰まりを引き起こして、ついには刃先が欠損するという不具合があった。このような問題は、乾式または半乾式の切削加工において特に顕著であった。
【０００３】
このような問題を解決するため、前記ＣＶＤ法で得られるダイヤモンド膜に表面にさらに、ＤＬＣ膜（ダイヤモンドに類似のカーボンの膜）を被覆した切削工具が提案されている（特許文献１を参照のこと）。このものは、付加されるＤＬＣ膜のため、刃先が丸くなって切れ味が低下するうえ、ＤＬＣ膜自体の硬度が結晶ダイヤモンド相当の４０００〜５０００（ビッカース硬度）のような高硬度であるため、局所的な高荷重によって膜が破壊する、いわゆるアブレッシブ磨耗が生じて、工具寿命が期待したほど延びない現象があった。
【特許文献１】特開２００３−２５１１７号公報：特許請求の範囲の記載
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、切削加工時の切り粉の排出を促進して切り粉詰まりを効果的に防止し、局所的高荷重によるアブレッシブ磨耗を抑止できる切削工具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の問題は、超硬合金からなる切削工具の少なくとも切削刃を含む部分にＣＶＤ法により被覆されたダイヤモンド膜の表面に、ＷＣとＣからなる保護膜を施したことを特徴とする本発明の切削工具によって、解決することができる。
【０００６】
そして、この保護膜は、非結晶質カーボンの格子内にＷＣが埋没した状態のカーボン層が層状膜構造をなしているものが好ましく、その厚さが１〜２０μｍであって、ビッカース硬度が１０００未満であるのがより好ましい。さらに、この保護膜がラップ加工されたものであるのもより好ましい。また、本発明は、直径０．０３ｍｍ〜１６ｍｍの切削ドリルである切削工具に好ましく適用される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の切削工具では、切削刃を含む部分にＣＶＤ法により被覆されたダイヤモンド膜の表面に、ＷＣとＣからなる保護膜を施しているので、この保護膜の低摩擦性（摩擦係数：０．１〜０．２）によって、切削切り粉の排出を効果的に促進でき切り粉詰まりを防止できる。さらにこの保護膜は、ＤＬＣ膜に較べて約１／４程度、低硬度であり、局所的高荷重による膜の割れなど欠損が生じ難いので、局所的高荷重が原因のアブレッシブ磨耗を効果的に抑止できる利点が得られた。このように、本発明ではＷＣとＣからなる保護膜の低摩擦性と耐荷重性の良好な点を活用して工具寿命を、１５０％程度向上できるという優れた効果がある。よって本発明は、従来の問題点を解消した切削工具として、実用的価値はきわめて大なるものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の切削工具に係る実施形態について、説明する。
先ず、本発明の切削工具は、超硬合金からなる切削工具を対象とするものであり、例えば、材種Ｋ１０種相当の超硬ソリッド切削ドリルなどを含むが、ドリル寸法は、もともと切り粉詰まりが生じ易い直径０．０３ｍｍ〜１６ｍｍの小径ドリルにより好ましく適用できる。
【０００９】
そして、その最も特徴とするところは、その被膜構成が次の特殊な２重構造を採用した点にあって、切削ドリルなどの少なくとも切削刃を含む部分にＣＶＤ法により被覆されたダイヤモンド膜の表面に、ＷＣとＣからなる保護膜（以下、ＷＣ／Ｃ保護膜という）を施した点にある。この場合、ＣＶＤ法により被覆されたダイヤモンド膜は、公知の常法によって被覆すればよい。その膜厚は６〜２０μｍが好ましい。
【００１０】
このＣＶＤダイヤモンド膜上に被覆される、前記ＷＣ／Ｃ保護膜は、その低摩擦性が好ましい結果を生むのであるが、本発明では、この保護膜が非結晶質カーボンの格子内にＷＣが埋没した状態のカーボン層が層状膜構造をなしている膜であるのが好ましい。このような層状膜構造のＷＣ／Ｃ保護膜の必要十分な膜厚は、１〜２０μｍであり、さらに、ビッカース硬度が１０００未満であるのが好ましい。
【００１１】
本発明では、局所的高荷重がかかる箇所において膜の割れなど欠損が生じ難いという格別の作用効果が得られるのであるが、この理由は、このＷＣ／Ｃ保護膜は、先に説明したＤＬＣ膜のようなビッカース硬度が４０００〜５０００の膜と異なり、ビッカース硬度が１０００未満であるという低硬度性にあるものと考えられる。このように局所的高荷重による欠損が生じ難いことから、圧粉体や脆性体を切削するときに生じ易い局所的高荷重に起因するアブレッシブ磨耗を抑制でき、工具寿命を向上できると考えられるのである。
【００１２】
次に、ビッカース硬度１０００未満のＷＣ／Ｃ保護膜の生成方法について、簡単に説明すると、ＷＣ／Ｃ保護膜はスパッタリング（マグネトロンスパッタリング）を用いたプラズマ加速式ＰＶＤ法が適当である。真空炉内において、ワークをアルゴンガスによるエッチング後、コーティング材である金属をスパッタリングによりイオン化させプラズマ雰囲気中に放出し、炭化水素ガスと反応させ、ワーク上に保護膜として析出させる。この処理温度は２５０℃以下である。
【００１３】
このようにして本発明のＷＣ／Ｃ保護膜をＣＶＤダイヤモンド膜上に被覆することができるが、得られた膜面はそのままでもよいが、通常は若干のうねり状の凹凸があるので、適宜なラップ材によってラップ加工を施し、表面をより平滑に形成するのが摩擦係数をより低減するので好ましい。
【実施例１】
【００１４】
次に、本発明の実施例と比較例につき、その摩擦係数を測定した。その結果は表１に示す通り、比較例（２１）ＣＶＤダイヤモンド膜に比較して、実施例（１）（２）は優れた低摩擦性を示し、比較例（２２）ＣＶＤダイヤモンド膜＋ＤＬＣ膜と同等であった。
なお、測定は、２００ｇ垂直定荷重、ピン：ＳＵＪ、母材：SNGN160404超硬チップを用いたピンオンディスク法により行った。
【００１５】
【表１】
2005219156.tif 000002
実施例試料１：ＣＶＤ法ダイヤモンド膜＋ＰＶＤ法ＷＣ／Ｃ膜
同じく試料２：ＣＶＤ法ダイヤモンド膜＋ＰＶＤ法ＷＣ／Ｃ膜＋ラップ加工
比較例試料２１：ＣＶＤ法ダイヤモンド膜
同じく試料２２：ＣＶＤ法ダイヤモンド膜＋ＤＬＣ膜
【実施例２】
【００１６】
超硬切削ドリルを対象として、本発明の実施例と比較例につき、下記の条件で穴あけ加工寿命テストを行った。その結果を表２に示すが、これによれば本発明実施例はいずれも穴あけ回数２７０穴において欠損なく使用できた。また、その間、切り粉の排出も良好であって、刃先磨耗やフルート部のＷＣ／Ｃ被膜の剥離も見られなかった。
【００１７】
また、実施例は、比較例２１（ＣＶＤ法ダイヤモンド膜）に比較して１．５倍以上の加工寿命があることが判った。また、比較例２２（ＣＶＤ法ダイヤモンド膜＋ＤＬＣ膜）は、寿命は２１０穴であったが、アブレッシブ磨耗によく見られる刃先逃げ面のＤＬＣ膜が大きく欠損しており、そこを起点にフルート部まで広範囲に剥離が見られた。剥離部分には切粉詰りがおこり、そこからドリルが欠損する現象が認められ、これらの点で本発明の方が優れていることが判った。
【００１８】
【表２】
2005219156.tif 000003
比較例試料２０：被覆膜なし。試料２１、２２は前記に同じ。
寿命比較：前記試験条件における欠損が生じた穴あけ回数で示す。
【００１９】
なお、試験条件は、次の通りであった。
ドリル寸法：０．５φ×８×４０ｍｍ
ワーク:超硬焼成前圧粉体
ワーク寸法：５０×８×８０ｍｍ
加工内容：０．５φ×５．０ｍｍの止まり穴穿設加工
加工機械：ＦＡＮＡＵＣ  α―Ｔ１４ｉＤ
回転数：１５００ＲＰＭ
送り速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り量：０．３ｍｍ／ｒｅｖ