(57)【要約】【課題】ダイヤモンド被覆切削部材の切れ刃に対してダメージを与えることなく、比較的平滑なチャンファを簡単且つ安価に設けることができるようにする。【解決手段】(a) 工程で、結晶粒径が１μｍ程度の微結晶のダイヤモンド被膜２２をコーティングした後、(b) 工程で研磨が不要な部分をマスク剤５２でマスクし、(c) 工程でイオンビームを照射することによりダイヤモンド被膜２２を研磨してチャンファ３０を形成する。ダイヤモンド被膜２２が微結晶であるため表面の凹凸が小さく、イオンビームによるエッチングでチャンファ３０を設けた場合でも表面が平滑で、刃先２４の先鋭化と相まって優れた切削性能が得られる。また、平滑化のためにグラファイト膜を設けた後にイオンビームによるエッチングを行う場合に比較して簡単且つ安価に製造でき、砥石で研磨する場合に比較して刃先２４にダメージを与える恐れがない。【選択図】  図３
2007307673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切れ刃の表面にダイヤモンド被膜がコーティングされているスローアウェイチップ或いは切削工具などのダイヤモンド被覆切削部材において、
前記ダイヤモンド被膜は、結晶粒径が２μｍ以下の微結晶ダイヤモンドにて構成されているとともに、
前記切れ刃の刃先部分であってすくい面側および逃げ面側の少なくとも一方には、イオンビームによるエッチングで前記ダイヤモンド被膜が研磨されることによりチャンファが設けられている
ことを特徴とするダイヤモンド被覆切削部材。
【請求項２】
前記チャンファが設けられることにより、刃直角断面において該チャンファの先端位置Ｑに接する内接円Ｓの半径で表される切れ刃の先端丸み径Ｒが１０μｍ以下とされている
ことを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド被覆切削部材。
【請求項３】
前記切れ刃の逃げ面側およびすくい面側の両方に前記イオンビームによるエッチングで前記チャンファが設けられることにより、前記先端丸み径Ｒが１μｍ以下とされている
ことを特徴とする請求項２に記載のダイヤモンド被覆切削部材。
【請求項４】
前記ダイヤモンド被覆切削部材は、軸心まわりに回転駆動されることにより外周切れ刃によって切削加工を行うダイヤモンド被覆回転切削工具で、
前記外周切れ刃の少なくとも逃げ面側に前記チャンファが設けられているとともに、刃直角断面において該逃げ面側に設けられたチャンファの幅寸法は、工具直径Ｄに対して０．２×Ｄ以下である
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のダイヤモンド被覆切削部材。
【請求項５】
前記ダイヤモンド被覆切削部材は、軸心まわりに回転駆動されることにより外周切れ刃によって切削加工を行うダイヤモンド被覆回転切削工具で、
前記外周切れ刃は工具基材に一体に設けられているとともに、
該外周切れ刃の逃げ面側およびすくい面側の両方に前記イオンビームによるエッチングで前記チャンファが設けられている
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のダイヤモンド被覆切削部材。
【請求項６】
前記ダイヤモンド被覆切削部材は、別体に構成された工具本体に着脱可能に取り付けられて使用されるスローアウェイチップである
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のダイヤモンド被覆切削部材。
【請求項７】
切れ刃の表面にダイヤモンド被膜がコーティングされているダイヤモンド被覆切削部材の製造方法であって、
気相成長法により結晶粒径が２μｍ以下の微結晶ダイヤモンドを繰り返し生成することにより前記ダイヤモンド被膜をコーティングする微結晶ダイヤモンドコーティング工程と、
該ダイヤモンド被膜が設けられた前記切れ刃の刃先部分であってすくい面側および逃げ面側の少なくとも一方に、イオンビームによるエッチングを施すことにより、該ダイヤモンド被膜を研磨してチャンファを設けるイオンビームエッチング工程と、
を有することを特徴とするダイヤモンド被覆切削部材の製造方法。
【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切削部材に係り、特に、切れ刃にチャンファが設けられて優れた切削性能が得られるダイヤモンド被覆切削部材、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンドミルやタップ、ドリル等の切削工具、或いはスローアウェイチップなどの切削部材として、超硬合金等の基材の表面にダイヤモンド被膜がコーティングされているダイヤモンド被覆切削部材が提案されている。特許文献１に記載されている工具はその一例で、マイクロ波プラズマＣＶＤ（化学気相成長）法により多結晶のダイヤモンド被膜が表面にコーティングされているとともに、そのダイヤモンド被膜で被覆された切れ刃の刃先部分には、ダイヤモンド砥石による研磨加工でチャンファが設けられており、刃先の先鋭化（シャープエッジ化）と面粗さの向上とが相まって優れた切削性能が得られる。
【特許文献１】特開２００２−３７０１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようにダイヤモンド砥石でダイヤモンド被膜を研磨する作業は面倒で熟練を要し、生産性が悪いとともに、刃先にダメージを与える恐れがあった。また、工具基材に一体に設けられた外周切れ刃によって切削加工を行う回転切削工具においては、その外周切れ刃のすくい面側をダイヤモンド砥石で研磨加工することが困難で、刃先を十分に先鋭化できない場合があった。このため、他の研磨方法を種々検討したところ、例えば特許文献２に記載されているようなイオンビームの照射によるエッチングが考えられる。ところが、イオンビームによるエッチングは、加工前の凹凸形状の影響を受けるので、ダイヤモンド被膜の研磨に適用した場合、そのダイヤモンド被膜の表面が凹凸であると研磨面にも凹凸が残り、砥石による研磨に比較してチャンファの面粗さが悪くなり、切削性能が低下するという問題があった。
【０００４】
図１０は、未だ公知ではないが、超硬合金の基材２００の表面にマイクロ波プラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド被膜２０２をコーティングした切れ刃２０４の刃先の逃げ面２０６側部分にイオンビームを照射してチャンファ２０８を形成した場合である。図１０の(a) はダイヤモンド被膜２０２をコーティングした状態で、図１０の(b) はイオンビームを照射してチャンファ２０８を設けた後の状態であり、チャンファ２０８では多少凹凸が小さくなるものの、依然として数μｍ程度の凹凸が残るのである。イオンビームによるエッチング時間を長くして研磨量を多くすると、凹凸は小さくなるが、切削部材に設けられるダイヤモンド被膜２０２の膜厚は一般に２０μｍ程度以下であるため、研磨し過ぎるとダイヤモンド被膜２０２そのものが薄くなって所望の性能が得られなくなる。図１０の(b) の点線は、イオンビームによるエッチング前の状態、すなわち図１０(a) と同じ表面形状を示したものである。
【０００５】
これに対し、このようなイオンビームによるダイヤモンド被膜の平滑化手法として、特許文献３に記載されているように、ダイヤモンド被膜の表面の凹凸を埋めるようにグラファイト膜を形成するとともに、機械研磨でグラファイト膜の表面を平滑にした後に、イオンビームによるエッチング処理を行うことが提案されている。
【０００６】
しかし、このようにグラファイト膜を設けて機械研磨した後にイオンビームでエッチングする場合には、製造工数や製造設備が多くなって製造コストが高くなるため、依然として改善の余地があった。
【０００７】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、ダイヤモンド被覆切削部材の切れ刃に対してダメージを与えることなく、比較的平滑なチャンファを簡単且つ安価に設けることができるとともに、砥石研磨では難しい外周切れ刃のすくい面側に対しても容易にチャンファを研磨加工できるようにすることにある。
【特許文献２】米国特許第５０３２２４３号明細書
【特許文献３】特開２００１−１３９３１８号公報
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するために、第１発明は、切れ刃の表面にダイヤモンド被膜がコーティングされているスローアウェイチップ或いは切削工具などのダイヤモンド被覆切削部材において、(a) 前記ダイヤモンド被膜は、結晶粒径が２μｍ以下の微結晶ダイヤモンドにて構成されているとともに、(b) 前記切れ刃の刃先部分であってすくい面側および逃げ面側の少なくとも一方には、イオンビームによるエッチングで前記ダイヤモンド被膜が研磨されることによりチャンファが設けられていることを特徴とする。
【０００９】
第２発明は、第１発明のダイヤモンド被覆切削部材において、前記チャンファが設けられることにより、刃直角断面においてそのチャンファの先端位置Ｑに接する内接円Ｓの半径で表される切れ刃の先端丸み径Ｒが１０μｍ以下とされていることを特徴とする。
【００１０】
第３発明は、第２発明のダイヤモンド被覆切削部材において、前記切れ刃の逃げ面側およびすくい面側の両方に前記イオンビームによるエッチングで前記チャンファが設けられることにより、前記先端丸み径Ｒが１μｍ以下とされていることを特徴とする。
なお、逃げ面側およびすくい面側の両方にチャンファが設けられる場合は、各チャンファの先端位置Ｑに接する一対の内接円Ｓのうち小さい方の半径を先端丸み径Ｒとする。
【００１１】
第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかのダイヤモンド被覆切削部材において、(a) 前記ダイヤモンド被覆切削部材は、軸心まわりに回転駆動されることにより外周切れ刃によって切削加工を行うダイヤモンド被覆回転切削工具で、(b) 前記外周切れ刃の少なくとも逃げ面側に前記チャンファが設けられているとともに、刃直角断面においてその逃げ面側に設けられたチャンファの幅寸法は、工具直径Ｄに対して０．２×Ｄ以下であることを特徴とする。
【００１２】
第５発明は、第１発明〜第４発明の何れかのダイヤモンド被覆切削部材において、(a) 前記ダイヤモンド被覆切削部材は、軸心まわりに回転駆動されることにより外周切れ刃によって切削加工を行うダイヤモンド被覆回転切削工具で、(b) 前記外周切れ刃は工具基材に一体に設けられているとともに、(c) その外周切れ刃の逃げ面側およびすくい面側の両方に前記イオンビームによるエッチングで前記チャンファが設けられていることを特徴とする。
【００１３】
第６発明は、第１発明〜第３発明の何れかのダイヤモンド被覆切削部材において、前記ダイヤモンド被覆切削部材は、別体に構成された工具本体に着脱可能に取り付けられて使用されるスローアウェイチップであることを特徴とする。
【００１４】
第７発明は、切れ刃の表面にダイヤモンド被膜がコーティングされているダイヤモンド被覆切削部材の製造方法であって、(a) 気相成長法により結晶粒径が２μｍ以下の微結晶ダイヤモンドを繰り返し生成することにより前記ダイヤモンド被膜をコーティングする微結晶ダイヤモンドコーティング工程と、(b) そのダイヤモンド被膜が設けられた前記切れ刃の刃先部分であってすくい面側および逃げ面側の少なくとも一方に、イオンビームによるエッチングを施すことにより、そのダイヤモンド被膜を研磨してチャンファを設けるイオンビームエッチング工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明〜第６発明のダイヤモンド被覆切削部材においては、結晶粒径が２μｍ以下の微結晶ダイヤモンドによってダイヤモンド被膜が構成されているため、通常の多結晶のダイヤモンド被膜に比較して、表面の凹凸が小さくなって平滑になる。このため、そのダイヤモンド被膜に対してイオンビームによるエッチングでチャンファを設けた場合でも、そのチャンファの表面は比較的平滑であり、刃先の先鋭化（シャープエッジ化）と相まって、従来のダイヤモンド砥石で研磨した場合と同程度の優れた切削性能が得られるようになる。
【００１６】
その場合に、本発明ではダイヤモンド被膜をコーティングした後に、そのダイヤモンド被膜に対して直接イオンビームを照射してエッチングを行えば良いため、グラファイト膜を設ける場合（特許文献３）に比較して製造工数や製造設備が節減され、簡単且つ安価に製造できる。また、ダイヤモンド砥石を用いて研磨加工する場合（特許文献１）に比較して、刃先にダメージを与える恐れがないとともに自動化が可能で生産性が向上する一方、工具基材に一体に設けられた外周切れ刃のすくい面側を研磨加工することも容易に可能で、例えば第３発明や第５発明のように逃げ面側およびすくい面側の両方にチャンファを設けることにより先端丸み径Ｒを一層小さくして、切削性能を大幅に向上させることができる。
【００１７】
第２発明では、チャンファが設けられることによって先端丸み径Ｒが１０μｍ以下とされているため、刃先の先鋭化により優れた切削性能が得られる。切れ刃の逃げ面側およびすくい面側の両方にチャンファが設けられることにより、先端丸み径Ｒが１μｍ以下とされている第３発明においては、刃先の先鋭化により一層優れた切削性能が得られる。
【００１８】
第４発明は、ダイヤモンド被覆回転切削工具に関するもので、逃げ面側にチャンファが設けられるため、チャンファの逃げ角が正であっても被加工部材の弾性により加工面とチャンファとの接触が増大するが、チャンファの幅寸法が工具直径Ｄに対して０．２×Ｄ以下であるため、チャンファの面粗さが他の部分より優れていることと相まって、加工面とチャンファとの接触増大に拘らず切削抵抗の増加や加工面粗さの悪化が抑制される。
【００１９】
第５発明は、外周切れ刃が工具基材に一体に設けられているダイヤモンド被覆回転切削工具に関するもので、外周切れ刃の逃げ面側だけでなく、従来の砥石研磨では困難であったすくい面側にもイオンビームによるエッチングでチャンファが設けられているため、刃先を一層先鋭化させることが可能で、切削性能を一層向上させることができる。
【００２０】
第７発明は、切れ刃にチャンファが設けられているダイヤモンド被覆切削部材の製造方法に関するもので、気相成長法により結晶粒径が２μｍ以下の微結晶ダイヤモンドを繰り返し生成することによりダイヤモンド被膜をコーティングした後、そのダイヤモンド被膜が設けられた切れ刃にイオンビームによるエッチングを施してチャンファを設けるため、実質的に前記第１発明と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のダイヤモンド被覆切削部材は、エンドミルやタップ、ドリルなどの回転切削工具、バイト等の切削工具、或いはスローアウェイチップなどの各種の切削部材に好適に適用される。ダイヤモンド被膜がコーティングされる基材（工具基材）としては超硬合金などの超硬質工具材料が好適に用いられる。密着性を高めるために、基材の表面に粗面化処理を施したり、他の被膜を下地として設けたりするなど、所定の前処理を行うことができる。
【００２２】
微結晶のダイヤモンド被膜のコーティングには、マイクロ波プラズマＣＶＤ法やホットフィラメントＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法が好適に用いられる。基材として超硬合金を使用する場合、Ｃｏ（コバルト）が析出してダイヤモンド被膜の密着性（付着強度）が損なわれる恐れがあるため、ダイヤモンド被膜のコーティングに先立って酸処理を施し、表面付近のＣｏを除去したり、Ｃｏの析出を防止する中間層を設けたりするなどの前処理を施すことが望ましい。
【００２３】
微結晶ダイヤモンドは、例えば特開２００２−７９４０６号公報に記載されているように核生成工程および結晶成長工程を繰り返すことにより形成することができる。結晶粒径は２μｍ以下で、１μｍ以下が望ましい。この結晶粒径は、結晶成長方向と直角な方向の最大径寸法で、総てのダイヤモンドの結晶粒径が２μｍ以下であることが望ましいが、表面或いは所定の横断面における結晶粒の少なくとも８０％以上が２μｍ以下であれば良い。また、結晶成長方向の長さ寸法を２μｍ以下とすれば、その結晶成長方向と直角な方向の結晶粒径も一般には２μｍ以下となる。なお、結晶成長方向の寸法が２μｍより大きくても、結晶粒径が２μｍ以下であれば良い。
【００２４】
ダイヤモンド被膜の膜厚は、例えば５μｍより薄いと十分な耐摩耗性等の作用が得られない一方、２５μｍを越えると剥離し易くなるなどして好ましくないため、５〜２５μｍの範囲内が適当で、８〜２０μｍ程度が特に望ましい。
【００２５】
イオンビームによるエッチングは、例えば前記特許文献２に記載のような装置を用いて、切れ刃に対して所定の角度方向からイオンビームを照射することにより行うことができる。イオンビームとしては、水素ガスや酸素ガス、窒素ガス、或いはアルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、ネオンガス等の不活性ガスのイオンが好適に用いられる。エッチングを施すべき刃先以外の部分は、フォトレジスト等のマスク剤でマスキングしておけば良い。
【００２６】
チャンファは、切れ刃の逃げ面側およびすくい面側の何れか一方に設けるだけでも良いが、その両方に設けることも可能である。部分的に、砥石研磨等の他の研磨手段を用いて研磨することも可能である。第４発明および第５発明は外周切れ刃に関するものであるが、底刃などの他の切れ刃にも適用され得る。チャンファの形状は、例えば刃直角断面において略直線状になるように設けられるが、凹形状や凸形状など種々の形状を採用できる。
【００２７】
第２発明の切れ刃の先端丸み径Ｒは、逃げ面側およびすくい面側の何れか一方のみに直線状のチャンファが設けられている場合、刃直角断面においてチャンファおよび他方の面を表す２直線（面の延長線を含む）の内接円であって、チャンファの先端位置Ｑに接する内接円Ｓの半径である。逃げ面側およびすくい面側の両方に直線状のチャンファが設けられている場合は、刃直角断面において両方のチャンファを表す２直線（チャンファの延長線を含む）の内接円であって、各チャンファの先端位置Ｑに接する２つの内接円Ｓのうち小さい方の半径を先端丸み径Ｒとする。
【００２８】
刃直角断面において直線状のチャンファを設ける場合、そのチャンファの逃げ面やすくい面に対する傾斜角度は、例えば１°〜３０°程度の範囲内が適当である。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例であるダイヤモンド被覆切削部材、ダイヤモンド被覆回転切削工具としてのエンドミル１０を説明する図で、(a) は軸心と直角な方向から見た正面図、(b) は外周切れ刃１６の刃直角断面の拡大図である。このエンドミル１０は、シャンク１２および刃部１４を軸方向に同心に一体に備えており、刃部１４の外周面には外周切れ刃１６および底刃１８が工具基材２０に一体に設けられているとともに、その刃部１４における工具基材２０の表面にはダイヤモンド被膜２２がコーティングされている。外周切れ刃１６は、軸心まわりに所定のねじれ角でねじれたねじれ刃で、底刃１８は、外周切れ刃１６から連続して軸心に向かって略直線状に設けられている。また、工具基材２０は超硬合金にて構成されているとともに、ダイヤモンド被膜２２は、結晶粒径が約１μｍの微結晶ダイヤモンドにて構成されており、ダイヤモンド被膜２２の膜厚ｄは１５〜２０μｍ程度の範囲内で本実施例では約２０μｍである。図１の斜線部はダイヤモンド被膜２２のコーティング領域を表している。
【００３０】
外周切れ刃１６は、図１(b) から明らかなように、マージン無しで刃先２４から連続して逃げ面２６およびすくい面２８が設けられているとともに、それ等の逃げ面２６およびすくい面２８の交差角で表される刃物角は鋭角で、逃げ角およびすくい角は何れも正である。また、ダイヤモンド被膜２２をコーティングした状態（図１(b) の点線）では、刃先２４は略円弧形状を成しているが、その刃先２４の逃げ面２６側には、イオンビームによるエッチングがダイヤモンド被膜２２の表層部に施されることにより、略直線状のチャンファ３０が設けられている。チャンファ３０の逃げ面２６に対する傾斜角度αは１°〜３０°の範囲内で、このチャンファ３０が設けられた部分においても逃げ角が正とされているとともに、幅寸法Ｗ１は工具直径Ｄに対して０．２Ｄ以下とされている。具体的には、傾斜角度α≒７°、工具直径Ｄ≒６ｍｍで、幅寸法Ｗ１≒１．０ｍｍである。なお、図に示す各部の寸法の比率や角度は必ずしも正確なものではない。
【００３１】
また、図２に示すように、刃直角断面において直線状のチャンファ３０およびすくい面２８（延長線を含む）を表す２直線に対する内接円であって、チャンファ３０の先端位置Ｑに接する内接円Ｓの半径で表される先端丸み径Ｒは、１０μｍ以下で、本実施例では約８μｍである。図１(b) に点線で示すようにダイヤモンド被膜２２をコーティングしたままの状態における先端丸み径Ｒは、ダイヤモンド被膜２２の表面の円弧形状の半径で、膜厚ｄと略同じであり、本実施例では約２０μｍであるのに対し、チャンファ３０が設けられることによって小さくなるのである。
【００３２】
このように、チャンファ３０が設けられることにより先端丸み径Ｒが小さくされて刃先２４が先鋭化されるとともに、チャンファ３０の表面粗さは、ダイヤモンド被膜２２そのものが微結晶で表面粗さが優れており、且つイオンビームによるエッチングが施されることによって更に向上するため、優れた切れ味が得られるようになって切削性能が向上する。
【００３３】
図３は、本実施例のエンドミル１０を製造する手順を説明する図で、(a) の微結晶ダイヤモンドコーティング工程では、研削加工等により予め外周切れ刃１６等が形成された工具基材２０の刃部１４に対して、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により結晶粒径が約１μｍのダイヤモンド粒子を結晶成長させて、前記ダイヤモンド被膜２２をコーティングする。ダイヤモンド被膜２２の密着性を高めるために、工具基材２０の刃部１４の表面には予め粗面化処理が施されるとともに、工具基材２０を構成している超硬合金に含有されているＣｏの析出でダイヤモンド被膜２２の密着性（付着強度）が損なわれることがないように、ダイヤモンド被膜２２のコーティングに先立って酸処理により表面付近のＣｏを除去する前処理が施される。粗面化処理としては、例えば電解研磨などの化学的腐食や、ＳｉＣ等の砥粒などによるサンドブラストが適当である。
【００３４】
マイクロ波プラズマＣＶＤ法による微結晶ダイヤモンドコーティングは、例えば図４に示すマイクロ波プラズマＣＶＤ装置５０を用いて行われる。マイクロ波プラズマＣＶＤ装置５０は、反応炉３２、マイクロ波発生装置３４、原料ガス供給装置３６、真空ポンプ３８、および電磁コイル４０を備えて構成されている。円筒状の反応炉３２内にはテーブル４２が設けられ、ダイヤモンド被膜２２をコーティングすべき複数の工具基材２０がワーク支持具４４に支持されて、それぞれ刃部１４が上向きになる姿勢で配置されるようになっている。マイクロ波発生装置３４は、例えば２．４５ＧＨｚ等のマイクロ波を発生する装置で、このマイクロ波が反応炉３２内へ導入されることにより工具基材２０が加熱されるとともに、マイクロ波発生装置３４の電力制御によって加熱温度が調節される。
【００３５】
原料ガス供給装置３６は、メタン（ＣＨ4 ）や水素（Ｈ2 ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの原料ガスを反応炉３２内に供給するためのもので、それ等のガスボンベや流量を制御する流量制御弁、流量計などを備えて構成されている。真空ポンプ３８は、反応炉３２内の気体を吸引して減圧するためのもので、圧力計４６によって検出される反応炉３２内の圧力値が予め定められた所定の圧力値になるように、真空ポンプ３８のモータ電流などがフィードバック制御される。電磁コイル４０は、反応炉３２内を取り巻くように反応炉３２の外周側に円環状に配設されている。
【００３６】
このようなマイクロ波プラズマＣＶＤ装置５０を用いたダイヤモンド被膜２２のコーティング処理は、図５に示すように核付着工程のステップＲ１と、結晶成長工程のステップＲ２とを有して行なわれる。ステップＲ１の核付着工程では、メタンの濃度が１０％〜３０％の範囲内で定められた設定値となるようにメタンおよび水素の流量調節を行うとともに、工具基材２０の表面温度が７００℃〜９００℃の範囲内で定められた設定温度になるようにマイクロ波発生装置３４を調節し、反応炉３２内のガス圧が２．７×１０2 Ｐａ〜２．７×１０3 Ｐａの範囲内で定められた設定圧になるように真空ポンプ３８を作動させ、その状態を０．１時間〜２時間継続する。これにより、工具基材２０の表面、或いはステップＲ２の結晶成長処理で結晶成長させられた多数のダイヤモンド結晶の表面に、ダイヤモンドの結晶成長の起点となる核の層が付着される。
【００３７】
ステップＲ２の結晶成長工程は、メタンの濃度が１％〜４％の範囲内で定められた設定値になるようにメタンおよび水素の流量調節を行うとともに、工具基材２０の表面温度が８００℃〜９００℃の範囲内で定められた設定温度になるようにマイクロ波発生装置３４を調節し、反応炉３２内のガス圧が１．３×１０3 Ｐａ〜６．７×１０3 Ｐａの範囲内で定められた設定圧になるように真空ポンプ３８を作動させ、その状態を、ダイヤモンドの結晶粒径が約１μｍになるように予め定められた所定時間、具体的にはダイヤモンドの結晶長さ（結晶成長方向の長さ寸法）が１μｍになる予め求められた所定の処理時間だけ継続する。すなわち、本実施例の結晶成長処理では、結晶成長方向の長さ寸法が１μｍであれば、その結晶成長方向と略直角な平面内の結晶粒径も約１μｍになるのである。
【００３８】
そして、次のステップＲ３では、工具基材２０の表面上に結晶成長させられたダイヤモンド被膜２２の膜厚ｄが予め定められた設定膜厚（本実施例では２０μｍ）に達したか否かを、例えばステップＲ２の実行回数などで判断し、設定膜厚になるまで上記ステップＲ１およびＲ２を繰り返す。ステップＲ１の実行時には、ダイヤモンドの結晶成長が中止し、その結晶上に新たに核の層が形成されるとともに、以後の結晶成長処理（ステップＲ２）では、核の層の下のダイヤモンドの結晶が再成長させられることはなく、新たな核を起点として新たにダイヤモンドが結晶成長させられることにより、結晶粒径および結晶長さが共に約１μｍの微結晶で多層構造のダイヤモンド被膜２２が工具基材２０の表面にコーティングされる。
【００３９】
図３に戻って、(b) のマスキング工程では、逃げ面２６のうち刃先２４側の一部であって前記チャンファ３０を形成すべき範囲を残して、他の逃げ面２６やすくい面２８等をフォトレジスト等のマスク剤５２でマスクする。マスク剤５２は、イオンビームの照射によるダイヤモンド被膜２２のエッチングを阻止できるものであれば良い。
【００４０】
続く(c) のイオンビームエッチング工程は、例えば前記特許文献２に記載のようなイオンビームエッチング研磨装置を用いて行われ、形成すべきチャンファ３０に対して垂直となる方向から外周切れ刃１６に対してイオンビームを照射することにより、マスク剤５２でマスクされた領域以外の部分を研磨してチャンファ３０を形成する。図６は、このようなイオンビームエッチング研磨装置７０の一例で、ダイヤモンド被膜２２がコーティングされるとともにマスク剤５２が設けられたワーク７２は、チャック７６により真空容器９０内の回転テーブル７４上にその中心線Ｃと同心に固定され、イオン発生源を有するイオンビームガン８２ａ、８２ｂから発射されるイオンビームによりダイヤモンド被膜２２が研磨されてチャンファ３０が形成される。
【００４１】
本実施例では、ワーキングガス（Working gas)として酸素が用いられ、酸素イオンビームが発射させられるようになっている。真空容器９０内の真空度（Pressure）は０．１Ｐａで、イオンの加速電圧（acceleration voltage) は３．０ｋＶである。また、イオンビームガン８２ａ、８２ｂからワーク７２の外周切れ刃１６までの距離は２００ｍｍで、ワーク７２にはバイアス電源９２により５０ｋＨｚ、５００Ｖの負荷バイアス（Bias）が印加されるようになっている。イオンビームの照射継続時間は例えば５時間で、イオン発生源の電流値（Ion source current) は５００ｍＡであった。本実施例では、一対のイオンビームガン８２ａ、８２ｂを備えているため、中心線Ｃ（ワーク７２の軸心と同じ）を挟んで対称的に両側に位置する一対の外周切れ刃１６に対して同時に研磨加工（エッチング）を行うことができる。ワーク７２の中心線Ｃまわりの位相を９０°変化させて再度イオンビームを照射することにより、４枚の外周切れ刃１６に対して研磨加工を行うことができる。
【００４２】
また、本実施例のエンドミル１０は外周切れ刃１６がねじれているため、そのねじれに沿ってイオンビームの照射位置が変化させられるようになっている。すなわち、回転テーブル７４は、電動モータや減速機等を有する回転駆動装置７８により、中心線Ｃまわりに所定の回転速度で回転駆動されるようになっており、ワーク７２も、この回転テーブル７４と一体的に軸心まわりに回転（自転）させられる。回転テーブル７４の上方には上下移動台８０が配設されており、前記イオンビームガン８２ａ、８２ｂがそれぞれ２軸の照射角度調整装置８４ａ、８４ｂを介して配設されており、形成すべきチャンファ３０に対して垂直にイオンビームを照射できる姿勢に制御されるようになっている。上下移動台８０にはまた、ワーク７２の径寸法等に応じてイオンビームガン８２ａ、８２ｂを照射角度調整装置８４ａ、８４ｂと共にワーク７２に対して接近、離間させる接近離間装置が設けられている。
【００４３】
上記上下移動台８０は、例えば電動モータによって正逆両方向へ回転駆動される送りねじを有する軸方向移動装置８６により上下方向、すなわち回転テーブル７４に固定されたワーク７２の軸心（中心線Ｃ）と平行な方向へ、直線移動させられるようになっている。そして、マイクロコンピュータ等を有する電子制御装置８８により、イオンビームガン８２ａ、８２ｂが外周切れ刃１６に沿って軸心まわりに相対回転させられ且つ軸方向へ相対移動させられるように、回転駆動装置７８および軸方向移動装置８６が関連付けて制御されるようになっており、外周切れ刃１６の全長に亘ってその表面に対して略垂直にイオンビームが照射される。イオンビームの照射時間は、外周切れ刃１６の長さ寸法やダイヤモンド被膜２２の研磨量等に応じて適宜定められる。そして、このようにイオンビームによるエッチングでチャンファ３０を形成した後、マスク剤５２を除去することにより、前記エンドミル１０が得られる。
【００４４】
このように、本実施例のエンドミル１０によれば、結晶粒径が１μｍ程度の微結晶ダイヤモンドによってダイヤモンド被膜２２が構成されているため、通常の多結晶のダイヤモンド被膜に比較して、表面の凹凸が小さくなって平滑になる。このため、そのダイヤモンド被膜２２に対してイオンビームによるエッチングでチャンファ３０を設けた場合でも、そのチャンファ３０の表面は比較的平滑であり、刃先２４の先鋭化（シャープエッジ化）と相まって、従来のダイヤモンド砥石で研磨した場合（特許文献１）と同程度の優れた切削性能が得られるようになる。本実施例ではチャンファ３０が設けられることによって先端丸み径Ｒが１０μｍ以下とされているため、刃先２４の先鋭化により優れた切削性能が得られるのである。
【００４５】
その場合に、本実施例ではダイヤモンド被膜２２をコーティングした後に、そのダイヤモンド被膜２２に対して直接イオンビームを照射してエッチングを行えば良いため、グラファイト膜を設ける場合（特許文献３）に比較して、製造工数や製造設備が節減されて簡単且つ安価に製造できる。また、ダイヤモンド砥石を用いて研磨加工する場合（特許文献１）に比較して、刃先２４にダメージを与える恐れがないとともに自動化が可能で生産性が向上する。
【００４６】
また、本実施例では、逃げ面２６側にチャンファ３０が設けられているため、チャンファ２６の逃げ角が正であっても被加工部材の弾性により加工面とチャンファ２６との接触が増大するが、チャンファ２６の幅寸法Ｗ１は約１．０ｍｍで、工具直径Ｄ（≒６ｍｍ）に対して０．２×Ｄ以下であるため、チャンファ２６の面粗さが他の部分より優れていることと相まって、加工面とチャンファ２６との接触増大に拘らず切削抵抗の増加や加工面粗さの悪化が抑制される。特に、本実施例ではチャンファ２６の傾斜角度αが約７°と小さいため、加工面とチャンファ３０との接触が軽減されて、切削抵抗の増加や加工面粗さの悪化が一層抑制される。
【００４７】
なお、上記実施例では、逃げ面２６側のみにチャンファ３０が設けられていたが、図７に示す外周切れ刃６０のように、逃げ面２６側のチャンファ３０に加えてすくい面２８側にもチャンファ６２を設けるようにしても良い。この外周切れ刃６０は、前記外周切れ刃１６の替わりに前記エンドミル１０に設けられたもので、径寸法Ｄ等は同じであり、チャンファ３０、６２の幅寸法Ｗ１、Ｗ２は適宜設定されるが、本実施例ではＷ１≒０．７ｍｍ、Ｗ２≒０．６ｍｍである。また、それ等の傾斜角度は１°〜３０°の範囲内で、本実施例では何れも約７°であり、チャンファ３０、６２における逃げ角およびすくい角は何れも正であるとともに、先端丸み径Ｒは約０．５μｍである。図７の(a) は、前記図１(b) に対応する外周切れ刃６０の刃直角断面の拡大図で、図７の(b) は、図３(c) に対応するイオンビームエッチング工程を示す図であり、この場合も、チャンファ３０、６２を形成すべき範囲を除いてマスク剤５２を設け、イオンビームを照射してダイヤモンド被膜２２をエッチングすることにより、所定の範囲にチャンファ３０、６２を設けることができる。
【００４８】
このように、本実施例では外周切れ刃６０の逃げ面２６側だけでなく、従来の砥石研磨では困難であったすくい面２８側にもイオンビームによるエッチングでチャンファ６２が設けられているため、先端丸み径Ｒを小さくして刃先２４を一層先鋭化させることが可能であり、切削性能を一層向上させることができる。
【００４９】
因みに、工具直径Ｄ＝１０ｍｍの２枚刃のエンドミルについて、結晶粒径が約１μｍのダイヤモンド被膜２２を膜厚ｄ≒２０μｍでコーティングしただけのもの（比較品；先端丸み径Ｒ≒２０μｍ）と、前記図７の外周切れ刃６０のようにイオンビームエッチングにより逃げ面およびすくい面の両方にチャンファ３０、６２を設けたもの（本発明品１；先端丸み径Ｒ≒０．５μｍ）と、図１の外周切れ刃１６のように逃げ面のみにチャンファ３０を設けたもの（本発明品２；先端丸み径Ｒ≒８μｍ）との、計３本の試験品を用意し、以下の加工条件で切削加工を行って切削抵抗を調べたところ、図８に示す結果が得られた。切削抵抗は、切れ味や加工面粗さ、工具の耐久性に大きく影響する要素である。
《加工条件》
・工具        ２枚刃超硬エンドミル、φ１０
・工具回転数  １００００ｍｉｎ-1
・送り速度    ０．０５ｍｍ／ｔ
・切り込み    軸方向（Ｚ方向）ａａ＝１５ｍｍ
径方向（Ｙ方向）ａｒ＝０．５ｍｍ
・クーラント  水溶性切削油剤
・加工の種類  側面（ダウン）
・被削材      Ａ７０７５（アルミニウム合金）
【００５０】
図８の(a) は、測定する切削抵抗の方向を、被削材６６に対する切削加工時の試験品６８の姿勢との関係で示した図で、Ｘは送り方向、Ｙは送り垂直方向、Ｚはスラスト方向（工具軸心方向）である。そして、図８の(b) の測定結果から明らかなように、本発明品１、２は何れの方向についても比較品より切削抵抗が小さくなる。特にＹ軸方向について顕著で、本発明品１は比較品に対して１／２以下になり、工具の倒れが抑制されて加工精度が向上する。
【００５１】
一方、図９は、本発明がスローアウェイ式エンドミル１００に適用された場合の一実施例で、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は(a) の右側面図であり、円柱形状の工具本体１１２と一対のスローアウェイチップ１１４ａおよび１１４ｂとから構成されている。スローアウェイチップ１１４ａ、１１４ｂはダイヤモンド被覆切削部材に相当し、そのスローアウェイチップ１１４ａ、１１４ｂが取り付けられたスローアウェイ式エンドミル１００は、ダイヤモンド被覆回転切削工具に相当する。
【００５２】
工具本体１１２は、高速度工具鋼にて構成されているとともに、シャンク１１６および溝部１１８を同軸上に一体に備えており、シャンク１１６側から見て軸心Ｏの右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行なう右回転用のものである。溝部１１８には、一対のチップ取付溝１２０、１２２が設けられ、それぞれ前記スローアウェイチップ１１４ａ、１１４ｂが所定のねじれ角で右まわり方向へ傾斜する姿勢で配置され、クランプ装置としてのねじ１２４により着脱可能に取り付けられるようになっている。
【００５３】
スローアウェイチップ１１４ａ、１１４ｂは、それぞれ外周切れ刃として機能する切れ刃１２６、１２８、および底刃として機能する切れ刃１３０、１３２を備えている。また、図示は省略するが、前記図１(b) 或いは図７(a) と同様に、超硬合金にて構成されている工具基材の表面には、上記切れ刃１２６、１２８、１３０、１３２を含めてダイヤモンド被膜がコーティングされているとともに、それ等の切れ刃１２６、１２８、１３０、１３２の刃先部分であって逃げ面側およびすくい面側の少なくとも一方には、イオンビームによるエッチングでダイヤモンド被膜が研磨されることによりチャンファが設けられている。ダイヤモンド被膜は、前記実施例のダイヤモンド被膜２２と同様に結晶粒径が約１μｍの微結晶ダイヤモンドにて構成されており、前記マイクロ波プラズマＣＶＤ装置５０等によって形成される。
【００５４】
このようなスローアウェイチップ１１４ａ、１１４ｂ、或いはスローアウェイチップ１１４ａ、１１４ｂが取り付けられたスローアウェイ式エンドミル１００においても、結晶粒径が１μｍ程度の微結晶ダイヤモンドによってダイヤモンド被膜が構成されているため、イオンビームによるエッチングでチャンファを設けた場合でも、そのチャンファの表面は比較的平滑で、刃先の先鋭化と相まって優れた切削性能が得られるようになるなど、前記実施例と同様の作用効果が得られる。
【００５５】
なお、必ずしも総ての切れ刃１２６、１２８、１３０、１３２にチャンファを設ける必要はなく、例えば外周切れ刃として機能する切れ刃１２６および１２８にのみチャンファを設けるようにしても良い。
【００５６】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施例であるエンドミル（ダイヤモンド被覆切削部材）を説明する図で、(a) は軸心と直角方向から見た正面図、(b) は外周切れ刃の刃直角断面の拡大図である。
【図２】切れ刃の刃先の先端丸み径Ｒを説明する図である。
【図３】図１の実施例の製造工程を説明する図である。
【図４】図３の(a) で微結晶ダイヤモンド被膜をコーティングする際に好適に用いられるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の一例を説明する概略構成図である。
【図５】図４の装置を用いて微結晶ダイヤモンド被膜をコーティングする際の手順を説明するフローチャートである。
【図６】図３の(c) でイオンビームエッチングを行う際に好適に用いられるイオンビームエッチング装置の一例を説明する概略構成図である。
【図７】図１のエンドミルにおいて、逃げ面側およびすくい面側の両方にチャンファを設けた場合の実施例を説明する図である。
【図８】本発明品および比較品を用いてアルミニウム合金に切削加工を行って切削抵抗を調べた結果を説明する図である。
【図９】本発明が適用されたスローアウェイ式エンドミルの一例を示す図で、(a) は軸心と直角方向から見た正面図、(b) は底面図、(c) は(a) の右側面図である。
【図１０】通常の多結晶ダイヤモンド被膜に対してイオンビームによるエッチングでチャンファを設けた場合の表面形状を説明する刃直角断面図で、(a) は多結晶ダイヤモンド被膜をコーティングした状態、(b) はイオンビームによるエッチングでチャンファを設けた後の状態である。
【符号の説明】
【００５８】
１０、１００：エンドミル（ダイヤモンド被覆切削部材、ダイヤモンド被覆回転切削工具）    １６、６０：外周切れ刃（切れ刃）    ２２：ダイヤモンド被膜    ３０、６２：チャンファ    １１４ａ、１１４ｂ：スローアウェイチップ（ダイヤモンド被覆切削部材）    １２６、１２８、１３０、１３２：切れ刃
【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】
2007307673.tif 000007
【図６】
2007307673.tif 000008
【図７】
2007307673.tif 000009
【図８】
2007307673.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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