(57)【要約】【課題】ドリルやエンドミルのような工具であっても反り等の変形やダイヤモンド皮膜の剥離ムラを生じることがなく、また工具母材が超硬合金であってもタングステン成分の酸化を生じることがなく、そして短時間でダイヤモンド皮膜を確実に剥離させることが可能なダイヤモンド皮膜の剥離方法を提供する。【解決手段】工具母材の表面に被覆されたダイヤモンド皮膜６を、不活性ガス中で工具母材を高周波によって誘導加熱することにより９００℃を超えて１４００℃未満の温度範囲に加熱して剥離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具母材の表面に被覆されたダイヤモンド皮膜を、不活性ガス中で上記工具母材を高周波によって誘導加熱することにより９００℃を超えて１４００℃未満の温度範囲に加熱して剥離することを特徴とするダイヤモンド皮膜の剥離方法。
【請求項２】
上記工具母材を１１００℃〜１３００℃の温度範囲に加熱することを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド皮膜の剥離方法。
【請求項３】
上記工具母材が超硬合金であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のダイヤモンド皮膜の剥離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面にダイヤモンド皮膜が被覆されたドリルやエンドミル等の工具母材から該ダイヤモンド皮膜を剥離するダイヤモンド皮膜の剥離方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金等からなるドリルやエンドミル等の切削工具は、その切刃に摩耗等が生じて切れ味が鈍ると再研磨して使用されるが、その工具母材の表面にダイヤモンド皮膜が被覆されていると、ドリルやエンドミルは一般的には逃げ面のみ再研磨されることから、再研磨されない部分では再研磨後にダイヤモンド皮膜を再コーティングした際に膜厚が大きくなってしまうため、再研磨を行う前に工具母材の表面からダイヤモンド皮膜を剥離することが行われている。
【０００３】
このようなダイヤモンド皮膜の剥離方法として、特許文献１には、ダイヤモンド皮膜が被覆された工具をマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の反応炉内で加熱するとともに酸素ガスを導入することにより、ダイヤモンド皮膜を燃焼させて除去する方法が記載されている。また、特許文献２には、工具母材表面に被覆されたダイヤモンド皮膜に微粒のアルミナ粉体または微粒ダイヤモンドを複合させた研磨材を空気とともに噴射させるマイクロブラスト処理によりダイヤモンド皮膜を剥離する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３４３９４２３号公報
【特許文献２】特許第３９９７０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このうち特許文献１に記載された方法では、反応炉内に収容された工具全体が加熱されてしまうため、特にドリルやエンドミルのような軸状の工具では反り等の変形を生じてしまうおそれがある。また、工具が酸素ガス中に晒されて加熱されるため、工具母材が超硬合金の場合にはタングステン成分が酸化してしまうおそれもある。
【０００６】
一方、特許文献２に記載された剥離方法では、やはり特にドリルやエンドミルのように工具本体に切屑排出溝が形成された工具に対しては、研磨材が十分に当たらない部分ができて剥離ムラを生じるおそれがある。そして、これら特許文献１、２に記載された方法では、いずれもダイヤモンド皮膜を剥離するのに多くの時間がかかってしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような背景の下になされたもので、ドリルやエンドミルのような工具であっても反り等の変形やダイヤモンド皮膜の剥離ムラを生じることがなく、また工具母材が超硬合金であってもタングステン成分の酸化を生じることがなく、そして短時間でダイヤモンド皮膜を確実に剥離させることが可能なダイヤモンド皮膜の剥離方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、工具母材の表面に被覆されたダイヤモンド皮膜を、不活性ガス中で上記工具母材を高周波によって誘導加熱することにより９００℃を超えて１４００℃未満の温度範囲に加熱して剥離することを特徴とする。
【０００９】
このような高周波による誘導加熱では、工具母材の表面を極短時間で上述のような９００℃を超えて１４００℃未満の温度範囲に加熱することができる。そして、こうして加熱された工具母材の表面では、工具母材とダイヤモンド皮膜との熱膨張係数の違いによりダイヤモンド皮膜に応力が発生するため、ダイヤモンド皮膜を加熱された部分の全体に亙って容易に剥離することができる。
【００１０】
また、高周波による誘導加熱は、高周波発生装置に接続された誘導加熱用コイルによって工具母材のダイヤモンド皮膜が被覆された部分だけを加熱することができるので、ドリルやエンドミルのような軸状工具であっても反り等の変形が生じるのを防ぐことができる。しかも、不活性ガス中で加熱するので、工具母材が超硬合金であってもタングステン成分の酸化を抑えることができる。さらに、高周波発生装置は、特許文献１に記載されたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置などと比べると安価であるので、低コストでダイヤモンド皮膜の剥離を行うことができるという利点もある。
【００１１】
ここで、工具母材の誘導加熱温度が９００℃以下であると、上述のような熱膨張係数の違いによる応力によってダイヤモンド皮膜を確実に剥離することができない。一方、加熱温度が１４００℃以上であると、特に工具母材が超硬合金である場合に母材表面が変質してしまい、再研磨、再コーティング後の工具性能が損なわれてしまう。なお、このような問題が生じるのを確実に防ぐには、上記工具母材を１１００℃〜１３００℃の温度範囲に加熱するのが望ましい。
【００１２】
また、工具母材が上述のように超硬合金である場合には、上記９００℃を超えて１４００℃未満の温度範囲に加熱することにより、ダイヤモンド皮膜との親和性の低い超硬合金中のコバルト成分が母材表面に析出するので、ダイヤモンド皮膜の剥離を一層確実に促すことができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、たとえ工具母材が超硬合金であっても、その変形や変質を防ぎつつ、母材表面に被覆されたダイヤモンド皮膜を満遍なく確実に、かつ短時間に剥離することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のダイヤモンド皮膜の剥離方法の一実施形態に係わるダイヤモンド皮膜の剥離装置を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によりダイヤモンド皮膜が剥離される工具（ドリル）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明のダイヤモンド皮膜の剥離方法の一実施形態に係わるダイヤモンド皮膜の剥離装置を示すものであり、図２は、この実施形態によりダイヤモンド皮膜が剥離される工具であるドリルを示すものである。このうち、図２に示すドリル１は、超硬合金よりなる工具母材により概略円柱の軸状に一体形成され、その後端部（図１、２において下側部分）は円柱状のままのシャンク部２とされるとともに、先端部（図１、２において上側部分）は先端に切刃３が形成された刃部４とされている。
【００１６】
ここで、刃部４には、その先端から後端側に向けて、円柱軸状をなすドリル１の中心軸線Ｏ回りに螺旋状に捩れる切屑排出溝５が形成されており、上記切刃３は、この切屑排出溝５の穴明け加工時におけるドリル回転方向を向く壁面の先端に形成されている。なお、図２に示すドリル１は、刃部４に一対の切屑排出溝５および切刃３が中心軸線Ｏに対して対称に形成された２枚刃のツイストドリルとされている。
【００１７】
そして、このドリル１の刃部４には、上記切刃３を含めたその表面に、公知の気相合成法等によりダイヤモンド皮膜６が被覆されている。ここで、本実施形態によりこのダイヤモンド皮膜６が剥離されるドリル１においては、図２にハッチングで示すように刃部４のうち中心軸線Ｏ方向先端側の略１/２程度の長さの部分にのみ、ダイヤモンド皮膜６が被覆されている。
【００１８】
このようなドリル１のダイヤモンド皮膜６を剥離するための上記剥離装置は、図１に示すようにドリル１が収容される密閉容器１１内にアルゴン等の不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置１２が接続されるとともに、密閉容器１１内には誘導加熱用コイル１３が配設され、この誘導加熱用コイル１３は密閉容器１１外の高周波発生装置１４に接続されている。また、図示はされていないが、密閉容器１１内には、誘導加熱されるドリル１の表面温度を測定する温度計と、ドリル１のシャンク部２を保持する保持具が配設されている。
【００１９】
このように構成された剥離装置を用いて、上記ドリル１に被覆されたダイヤモンド皮膜６を剥離する本発明のダイヤモンド皮膜の剥離方法の一実施形態では、まず上述のようにドリル１のシャンク部２を保持具によって固定するとともに、図１に示すように誘導加熱用コイル１３を、刃部４のダイヤモンド皮膜６が被覆された部分を取り囲むように刃部４と間隔をあけて配置する。
【００２０】
次いで、不活性ガス供給装置１２から密閉容器１１内に不活性ガスを供給しつつ、高周波発生装置１４を作動させて誘導加熱用コイル１３に高周波電流を流すと、高密度の渦電流が誘導加熱用コイル１３に取り囲まれたドリル１のダイヤモンド皮膜６が被覆された部分に流れ、この部分がジュール熱により短時間に誘導加熱される。ここで、この誘導加熱による加熱温度は９００℃を超えて１４００℃未満の範囲、望ましくは１１００℃〜１３００℃の範囲とする。
【００２１】
こうしてドリル１のダイヤモンド皮膜６が被覆された部分が加熱されると、工具母材とダイヤモンド皮膜６は熱膨張するが、ダイヤモンド皮膜６の熱膨張係数は１〜２×１０−６／Ｋと、超硬合金の熱膨張係数４．６×１０−６／Ｋよりも低いので、ダイヤモンド皮膜６は膨張する工具母材によって引き裂かれるように応力を受け、母材表面から剥離させられる。加熱を開始してからダイヤモンド皮膜６が剥離するまでの時間は十数秒から数十秒程度である。
【００２２】
このように、上記構成のダイヤモンド皮膜の剥離方法においては、高周波による誘導加熱によってドリル１を加熱して熱膨張させ、ダイヤモンド皮膜６と工具母材との熱膨張係数の差によりダイヤモンド皮膜６に応力を与えてダイヤモンド皮膜６を剥離しているので、誘導加熱用コイル１３に取り囲まれた部分では、たとえ切屑排出溝５の内面であってもダイヤモンド皮膜６を満遍なく確実に剥離して除去することができる。
【００２３】
その一方で、この誘導加熱用コイル１３に取り囲まれていない部分ではドリル１は加熱されることはないので、ドリル１のような軸状の工具であっても加熱による反り等の変形を生じることはない。また、上述のように不活性ガス中で加熱、剥離を行うことで、工具母材が超硬合金であっても、そのタングステン成分が酸化されてしまうのを抑制することができる。
【００２４】
ただし、工具母材の加熱が不十分で加熱温度が低いと工具母材の熱膨張も小さいため、上述のようにダイヤモンド皮膜６に十分な応力を与えて確実にダイヤモンド皮膜６を剥離することが困難となる。一方、逆に加熱温度が高すぎると、例えば本実施形態のように工具母材が超硬合金である場合には加熱された部分においてダイヤモンド皮膜６が超硬合金に吸収されて遊離炭素が発生してしまうなど、工具母材が変質してしまい、ダイヤモンド皮膜６の剥離後に再研磨、再コーティングを施して工具を再使用することができなくなるおそれがある。
【００２５】
このため、工具母材の誘導加熱温度は上述のように９００℃を超えて、１４００℃未満の範囲とする。この範囲であれば、工具母材の変質は防ぎつつ、ダイヤモンド皮膜６を容易に剥離することが可能となる。また、工具母材の変質を一層確実に防ぐとともに、ダイヤモンド皮膜６を完全に剥離するには、この工具母材の誘導加熱温度は１１００℃〜１３００℃の範囲とされるのが望ましい。
【００２６】
そして、高周波による誘導加熱は、このような加熱温度を高精度に制御することができるので、上記温度範囲に正確に工具母材を加熱してより確実にダイヤモンド皮膜６を剥離することが可能となる。また、工具母材を誘導加熱する高周波発生装置は、特許文献１に記載された剥離方法に用いられるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置などよりも安価であるので、比較的低コストでダイヤモンド皮膜６の剥離を行うこともできる。
【００２７】
また、本実施形態のように工具母材が超硬合金である場合には、このように９００℃を超えて１４００℃未満の温度に加熱することにより、工具母材の表面に超硬合金中のコバルト成分が析出するが、このコバルト成分はダイヤモンド皮膜６との親和性が低くてダイヤモンド皮膜６の付着を妨げるものであるので、これによってもダイヤモンド皮膜６の確実な剥離を促すことが可能となる。なお、こうして析出したコバルト成分は、再コーティングの際にはエッチングにより容易に除去することができる。
【００２８】
さらにまた、本実施形態では、工具母材を誘導加熱する際に、不活性ガス供給装置１２から密閉容器１１内にアルゴン等の不活性ガスを供給するようにしており、これによっても、やはり工具母材が超硬合金である場合にタングステン成分が酸化してしまうのを確実に防止することができる。
【００２９】
なお、本実施形態ではこのように、超硬合金よりなる工具母材の表面に被覆されたダイヤモンド皮膜６を剥離する場合について説明したが、超硬合金と同様にダイヤモンド皮膜よりも熱膨張係数が大きいセラミックスよりなる工具母材表面に被覆されたダイヤモンド皮膜を剥離する場合に本発明を適用することも可能である。
【００３０】
また、本実施形態ではドリル１の表面に被覆されたダイヤモンド皮膜６を剥離する場合について説明したが、ドリルと同じように刃部に切屑排出溝が形成された軸状工具であるエンドミルの表面に被覆されたダイヤモンド皮膜を剥離するのに本発明を適用することも有効であるし、このような軸状工具以外の、例えば各種切削インサートに被覆されたダイヤモンド皮膜を剥離するのにも用いることができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明のダイヤモンド皮膜の剥離方法の実施例を挙げて、本発明の効果について実証する。本実施例では、上記実施形態に準じて、切屑排出溝５を有する刃部４の先端部にダイヤモンド皮膜６が被覆された工具母材が超硬合金よりなる同種の５本のドリル１に対して、異なる加熱温度で工具母材が加熱されるように高周波による誘導加熱を施し、その際のダイヤモンド皮膜６の剥離状況を調べた。
【００３２】
ここで、ダイヤモンド皮膜６が被覆されたドリル１は、切刃３の外径が８ｍｍの２枚刃ツイストドリルであり、切刃３から３０ｍｍの範囲までに平均膜厚１２μｍのダイヤモンド皮膜６が被覆されていた。また、工具母材の超硬合金はＪＩＳ  Ｂ  ４０５３：１９９８におけるＫ種である。
【００３３】
一方、高周波発生装置１４においては出力５０ｋＷ、周波数２００ｋＨｚの高周波を発生させ、上記５本のドリル１の工具母材がそれぞれ９００℃、１０００℃、１１００℃、１３００℃、１４００℃となるように加熱時間約２０秒で加熱した。その際、不活性ガス供給装置１２からは２５Ｌ／ｍｉｎでアルゴンガスを供給した。
【００３４】
その結果、工具母材が９００℃となるように加熱したドリル１ではダイヤモンド皮膜６は剥離していなかった。これに対して、工具母材が１０００℃となるように加熱したドリル１では一部にダイヤモンド皮膜６が剥離していない部分が認められたが大部分のダイヤモンド皮膜６は剥離しており、剥離していないダイヤモンド皮膜６もブラシで擦ることで容易に剥離した。
【００３５】
さらに、工具母材が１１００℃、１３００℃となるように加熱したドリル１では、このようにブラシで擦るまでもなく、ダイヤモンド皮膜６は完全に剥離していた。一方、工具母材を１４００℃まで加熱したドリル１では、ダイヤモンド皮膜６は完全に剥離していたものの、加熱された部位の工具母材表面の超硬合金が変質しており、組織を調べたところ加熱温度が１４００℃未満の場合では存在が認められなかった遊離炭素が発生しているのが確認された。
【符号の説明】
【００３６】
１  ドリル
２  シャンク部
３  切刃
４  刃部
５  切屑排出溝
６  ダイヤモンド皮膜
１１  密閉容器
１２  不活性ガス供給装置
１３  誘導加熱用コイル
１４  高周波発生装置
Ｏ  ドリル１の中心軸線
【図１】
2012130984.tif 000003
【図２】
2012130984.tif 000004