(57)【要約】【課題】ＣＦＲＰあるいはＣＦＲＰとＡｌの重ね合わせ切削加工において、すぐれた耐欠損性、耐摩耗性を発揮するダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具を提供する。【解決手段】Ｃｏを３〜１５質量％含有するＷＣ基超硬合金を工具基体とし、ダイヤモンド膜を被覆形成したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具であって、刃先先端部に被覆した最小膜厚部位のダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力は１ＧＰａ以上であり、刃先先端部の最小膜厚部位のダイヤモンド膜厚は２〜７μｍであり、刃先先端部以外の領域には１４〜３０μｍの膜厚のダイヤモンド膜が被覆形成されているダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具。【選択図】  図１
2016155207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステンとコバルトを主成分とし、コバルトを３〜１５質量％含有する炭化タングステン基超硬合金を工具基体とし、該工具基体にダイヤモンド膜を被覆形成したダイヤモンド被覆工具であって、刃先先端部に被覆した最小膜厚部位のダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力が１ＧＰａ以上であることを特徴とするダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具。
【請求項２】
前記ダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具において、刃先先端部に被覆されたダイヤモンド膜の最小膜厚は２〜７μｍであり、刃先先端部以外の領域には１４〜３０μｍのダイヤモンド膜が被覆形成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超硬合金製切削工具。
【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からなる工具基体に、ダイヤモンド膜を被覆したダイヤモンド被覆超硬合金製切削工具（以下、「ダイヤモンド被覆工具」という）に関し、特に、難削材であるＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ  ｆｉｂｅｒ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃ）等の切削加工において、耐欠損性に優れるばかりか、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化タングステン基超硬合金からなる基体に、ダイヤモンド膜を被覆したダイヤモンド被覆工具が知られているが、従来のダイヤモンド被覆工具においては、被削材の仕上げ面精度向上を目的として、刃先先端の先鋭化を図るための種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１に示すように、切れ刃が形成された基体と、切れ刃を被覆するダイヤモンド膜とを備えたダイヤモンド被覆工具において、該ダイヤモンド膜を研削加工して刃先部分を鋭利に加工することにより、被削材の仕上げ面精度を高めたダイヤモンド被覆工具が提案されている。
【０００４】
また、例えば、特許文献２に示すように、工具基体の切れ刃の表面に炭素膜を形成した炭素膜被覆切削工具において、互いに隣接するすくい面側の炭素膜の表面と逃げ面側の炭素膜の表面とをレーザー加工して切れ刃の刃先近傍で凹面を形成させ、かつ、切れ刃の刃先に形成した炭素膜が、すくい面と逃げ面とのなす角度より鋭角な断面形状を有するようにした鋭利なエッジを形成した炭素膜被覆切削工具が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４７７１８２号公報
【特許文献２】特開２０１２−９１２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の切削加工の技術分野における省力化および省エネ化、さらに低コスト化に対する要求は強く、また、切削ドリルの仕上げ精度向上も求められてきているが、従来のダイヤモンド被覆工具を、ＣＦＲＰ等の難削材のドリル加工に供した場合には、刃先のダイヤモンド膜が脆く欠損を発生しやすいため、比較的使用寿命が短いという問題点があった。
これは、炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体にダイヤモンド膜を成膜した場合、ダイヤモンド膜には圧縮応力が発生し、これによってダイヤモンド膜は強化されるものの、刃先先端付近では、ダイヤモンド膜に作用する圧縮応力が低下しているため強化作用が少なく欠損を発生しやすいためと考えられる。
特に、刃先先端付近の圧縮応力は、被覆されたダイヤモンド膜が厚いほど、また、刃先がシャープなほど圧縮応力の低下傾向が大きくなるため、ダイヤモンド被覆工具の厚膜化による長寿命化を図ろうとした場合には、また、刃先をシャープにして仕上げ面精度の向上を図ろうとした場合には、ダイヤモンド被覆工具の特に刃先の耐欠損性向上が強く望まれている。
そこで、この発明は、エッジ部の鋭利さを保つことにより仕上げ面精度を維持すると同時に、耐欠損性にすぐれたダイヤモンド被覆工具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】
【０００７】
本発明者らは、ＣＦＲＰ単体、あるいは、ＣＦＲＰとＡｌ合金の複合材等の難削材のドリル加工において、刃先先端部の欠損の発生を抑制し、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提供すべく鋭意検討を重ねたところ、次のような知見を得た。
【０００８】
即ち、炭化タングステン基超硬合金を工具基体とし、基体表面にダイヤモンドを被覆形成したダイヤモンド被覆工具において、刃先先端部を構成する工具基体表面には、相対的に膜厚の薄いダイヤモンド膜（例えば、最も膜厚の薄い部位では、２〜７μｍ）を成膜し、一方、刃先先端部以外の領域に対しては、相対的に膜厚の厚いダイヤモンド膜（例えば、１０〜３０μｍ）を形成した場合には、刃先先端部に被覆されたダイヤモンド膜には、約１ＧＰａの圧縮残留応力が形成され、そして、該刃先は、この圧縮残留応力によって、ＣＦＲＰ等の難削材の高速切削加工に供した場合であっても欠損を発生しないことを見出したのである。
【０００９】
そして、部位によって被覆されたダイヤモンドの膜厚の異なる本発明のダイヤモンド被覆工具は、例えば、均一膜厚でダイヤモンドを成膜した後、刃先先端部をレーザー加工し、刃先先端部のみを薄厚化することによって作製することができる。また、熱フィラメントＣＶＤ装置内でダイヤモンドを成膜するにあたり、熱フィラメントと工具の刃先先端部の距離の調製、冷却による工具基体への温度差の形成等によって、刃先先端部のダイヤモンド膜の厚さを薄厚化したダイヤモンド被覆工具を作製することができる。
【００１０】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）  炭化タングステンとコバルトを主成分とし、コバルトを３〜１５質量％含有する炭化タングステン基超硬合金を工具基体とし、該工具基体にダイヤモンド膜を被覆形成したダイヤモンド被覆工具であって、刃先先端部に被覆した最小膜厚部位のダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力が１ＧＰａ以上であることを特徴とするダイヤモンド被覆工具。
（２）  前記ダイヤモンド被覆工具において、刃先先端部に被覆されたダイヤモンド膜の最小膜厚部位の膜厚は２〜７μｍであり、刃先先端部以外の領域には１４〜３０μｍのダイヤモンド膜が被覆形成されていることを特徴とする前記（１）に記載のダイヤモンド被覆工具。」
を特徴とするものである。
【００１１】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１２】
まず、図１に、本発明のダイヤモンド被覆工具の刃先先端部近傍の断面模式図を示す。
図１では、逃げ面とすくい面の角度は５０度、また、刃先先端にＲ＝１０μｍのホーニング加工が施され、刃先先端部の最小膜厚部位には、膜厚が２〜７μｍのダイヤモンド膜が被覆され、刃先先端部以外の領域である逃げ面あるいはすくい面には膜厚が１０〜３０μｍのダイヤモンド膜が被覆形成されている。
図１に示されるダイヤモンド被覆工具において、本発明でいうダイヤモンド被覆工具の「刃先先端部」とは、図１のＰ−Ｑ−Ｒ−Ｓで囲まれた領域をいう。
ここで、Ｐは、逃げ面から刃先ホーニング部の起点を示し、直線ＰＱは、起点Ｐから逃げ面に垂直に引いた線分である。
また、Ｓは、すくい面から刃先ホーニング部の起点を示し、直線ＳＲは、起点Ｓからすくい面に垂直に引いた線分である。
上記Ｐ−Ｑ−Ｒ−Ｓで囲まれた領域が、本発明でいう「刃先先端部」であり、「刃先先端部」以外の領域が、本発明でいう「刃先先端部以外の領域」である。
【００１３】
本発明のダイヤモンド被覆工具の工具基体としては、硬質相成分としての炭化タングステン（ＷＣで示す）と結合相成分としてのＣｏを少なくとも含有し、かつ、Ｃｏ含有量は３〜１５質量％であるＷＣ基超硬合金を使用する。
Ｃｏ成分には、結合相を形成して基体の強度および靭性を向上させる作用があるが、ＷＣ基超硬合金中のＣｏ含有量が３質量％未満では、特に靭性の向上が望めず、一方、Ｃｏ含有量が１５質量％を越えると、塑性変形が起り易くなって、偏摩耗の進行が促進されるようになることから、ＷＣ基超硬合金中のＣｏ含有量は３〜１５質量％と定める。
【００１４】
本発明のダイヤモンド被覆工具では、刃先先端部に被覆したダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力を１ＧＰａ以上と定めているが、刃先先端部の圧縮残留応力が１ＧＰａ未満では、ＣＦＲＰ等の難削材の高速切削加工に供した場合に、欠損が発生し易くなるとともに耐摩耗性が低下し、特に、圧縮残留応力が２００ＭＰａ以下になると欠損が多発する。
したがって、本発明では、欠損発生、特に、切削初期段階における欠損発生、を抑制するとともに、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮させるために、刃先先端部に被覆したダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力を１ＧＰａ以上と定めた。
なお、圧縮残留応力の上限値については特に制限するものではないが、圧縮残留応力が２ＧＰａを超えると、被削材の溶着等に起因する膜剥離などを発生しやすくなることから、刃先先端部に被覆したダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力は１〜２ＧＰａとすることが望ましい。
なお、刃先先端部、刃先先端部以外の領域におけるダイヤモンド膜の圧縮残留応力は、ラマン分光分析によって求めることができる。ラマン分光分析によるダイヤモンドピーク（１３３０ｃｍ−１付近）のシフトから算出することができる。
【００１５】
本発明のダイヤモンド被覆工具の一つの態様では、刃先先端部に被覆したダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力を１ＧＰａ以上とするにあたり、刃先先端部に被覆したダイヤモンド膜の膜厚を調整することによってこれを実現することができる。
そして、刃先先端部に被覆したダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力と膜厚との関連を実験的に調査したところ、刃先先端部に被覆したダイヤモンド膜の最小膜厚部の膜厚が７μｍ以下である場合には、刃先先端部の最小膜厚部位のダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力は1ＧＰａ以上となることを確認した。
図２のラマン分光分析結果に示すように、刃先先端部及び刃先先端部以外の領域に１４μｍのダイヤモンド膜を被覆形成した場合（図２（ａ）参照）、刃先先端部のダイヤモンド膜表面の圧縮残留応力は約０．３ＧＰａであったが、刃先先端部の最小膜厚部位には７μｍの膜厚のダイヤモンド膜を形成し、刃先先端部以外の領域には１４μｍのダイヤモンド膜を被覆形成した場合（図２（ｂ）参照）には、刃先先端部のダイヤモンド膜表面の圧縮残留応力は約１ＧＰａであった
したがって、膜厚調整によって、刃先先端部のダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力を１ＧＰａ以上とするためには、刃先先端部に被覆した最小膜厚部位のダイヤモンド膜の膜厚は７μｍ以下とすることが必要であるが、膜厚が２μｍ未満になると、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮できなくなることから、刃先先端部に被覆した最小膜厚部位のダイヤモンド膜の膜厚は２〜７μｍとする。
一方、刃先先端部以外の領域では欠損発生の恐れが比較的少ないこと、そして、長期の使用に亘って十分な耐摩耗性を発揮させるためにはある程度の膜厚のダイヤモンド膜を被覆することが必要であるという観点から、刃先先端部以外の領域におけるダイヤモンド膜の膜厚は１０μｍ以上とすることが望ましく、さらに、厚膜化による更なる長寿命化を図るとの観点からは、ダイヤモンド膜の膜厚は１４μｍ以上とすることが望ましい。
ただ、いずれの場合も、ダイヤモンド膜厚が３０μｍを超えると、剥離が発生しやすくなることから、ダイヤモンド膜の膜厚の上限値は、３０μｍとすることが望ましい。
【００１６】
本発明において、刃先先端部に被覆した最小膜厚部位のダイヤモンド膜の膜厚を２〜７μｍという薄さにしたことによって、摩耗寿命の低下が心配されるところであるが、耐摩耗性と圧縮残留応力には相関がある。
即ち、ダイヤモンド膜表面の圧縮残留応力が１ＧＰａ未満の場合には、摩耗が進行しやすく、例えば、ダイヤモンド膜表面にほんの僅かしか圧縮残留応力が付与されていない場合には、摩耗速度が速く耐摩耗性が劣るが、ダイヤモンド膜表面の圧縮残留応力が１ＧＰａ以上である場合には、摩耗進行は極めて遅いため、刃先先端部の最小膜厚部位のダイヤモンド膜の膜厚が２〜７μｍであっても満足できる耐摩耗性を発揮することができる。
つまり、ダイヤモンド被覆工具の工具寿命は、摩耗進行よりむしろ圧縮残留応力低下による欠損発生によって大きく支配されるといえる。
したがって、本発明は、刃先先端部のダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力を１ＧＰａ以上とすることによって、欠損発生を抑制すると同時に耐摩耗性を確保するものであって、このためには、刃先先端部に被覆したダイヤモンド膜の膜厚を２〜７μｍとすることが望ましい。
仮に、刃先先端部に７μｍを超えるダイヤモンド膜を被覆した場合には、ダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力値が低下する（図２（ａ）参照）ため、ＣＦＲＰ等の難削材の高速切削加工において、欠損発生を防止することはできず、その結果、工具寿命は短命となる。
【００１７】
本発明では、以下の方法によって、刃先先端部の最小膜厚部位に２〜７μｍ以下のダイヤモンド膜を被覆し、一方、刃先先端部以外の領域には１０μｍ以上のダイヤモンド膜を被覆形成することができる。
例えば、ダイヤモンド被覆超硬合金製ドリルを作製するような場合には、まず、ＷＣとＣｏを主成分とし、Ｃｏを３〜１５質量％含有する超硬合金焼結体からなるＷＣ基超硬合金製ドリル基体を作製した後、該ドリル基体の表面近傍のＣｏを化学的なエッチング（硫酸＋過酸化水素＋水）によって除去し、通常の方法で、刃先付近全体に１０μｍ以上の膜を形成した後、図３（ｂ）に示すレーザー照射装置を用い、図３（ａ）に示すように刃先先端部のみにレーザーを照射することにより、部分的にダイヤモンド膜を蒸発させることにより、刃先先端部の最小膜厚部位のダイヤモンドの膜厚を２〜７μｍの範囲にまで薄くすることができる。
なお、刃先先端部の最小膜厚部位に２〜７μｍのダイヤモンド膜を被覆したダイヤモンド被覆工具の作製は、上記手段に限られるものではなく、以下の方法によって作製することもできる。
前記と同様にして、ＷＣ基超硬合金製ドリル基体の表面近傍のＣｏを化学的なエッチング（硫酸＋過酸化水素＋水）によって除去した後、熱フィラメントＣＶＤ装置にて、ダイヤモンド膜を成膜することによって作製することができる。この際に、成膜工程で、フィラメントと刃先先端部以外が近くなるように位置を調整し、さらにドリル基体を積極的に冷却しながら水素とメタンの混合ガス中でフィラメントの電流値を高めて、工具基体温度を８００℃〜９００℃に上昇させることにより、刃先先端部は薄く、それ以外の部分は厚いダイヤモンド膜を成膜することができる。
いずれにしても、本発明のダイヤモンド被覆工具は、その製造法によって何ら制限されるものではない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のダイヤモンド被覆工具は、刃先先端部に被覆したダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力が１ＧＰａ以上であり、刃先先端部に被覆されたダイヤモンド膜の最小膜厚部位の膜厚は２〜７μｍであることによって、ＣＦＲＰ単体、あるいは、ＣＦＲＰとＡｌ合金の複合材等の難削材の高速切削加工において、刃先先端部の欠損の発生が抑制され、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのである。
【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刃先先端部近傍の概略模式図である。
【図２】ダイヤモンド被覆工具の刃先先端部近傍のラマン分光測定点であり、（ａ）は、刃先先端部及び刃先先端部以外の領域に１４μｍのダイヤモンド膜を被覆したもの、（ｂ）は、刃先先端部の最小膜厚部位に７μｍ、また、刃先先端部以外の領域に１４μｍのダイヤモンド膜を被覆した本発明のダイヤモンド被覆工具の一例を示す。
【図３】本発明のダイヤモンド被覆工具の作製方法の一例を示す概略説明図であり、（ａ）は、レーザー照射による刃先先端部の最小膜厚部位の形成方法を示し、（ｂ）は、レーザー加工装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明について、実施例を用いてより具体的に説明する。  なお、この実施例では、ダイヤモンド被覆超硬合金製ドリルについて説明するが、本発明はドリルに限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、インサート、エンドミル等の他の切削工具にも適用し得るものであることは勿論である。
【実施例】
【００２１】
原料粉末として、いずれも０．５〜３μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴｉＣ粉末およびＺｒＣ粉末を、表１に示される割合に配合し、さらにバインダーと溶剤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、いずれも１００ＭＰａの圧力でプレス成形して、直径が１０ｍｍの丸棒圧粉体とし、これらの丸棒圧粉体を、１Ｐａの真空雰囲気中、１３８０〜１４５０℃の温度で１〜２  時間保持後、炉冷の条件で焼結することにより、ＷＣ基超硬合金焼結体１〜５を製造した。
ついで、上記ＷＣ基超硬合金焼結体１〜５を、溝形成部の外径寸法が８ｍｍとなるように研削加工することにより、ＷＣ基超硬合金製ドリル基体（以下、単に「ドリル基体」という）１〜５を製造した。
【００２２】
上記ドリル基体１〜５を、硫酸と過酸化水素と水を１：２０：１００（容積比）で混合したエッチング液に２〜４秒浸漬して、ドリル基体１〜５の表面近傍のＣｏを数ミクロンの深さまでエッチングで除去する。
このドリル基体１〜５を、熱フィラメントＣＶＤ装置に装入し、装置内に水素ガスとメタンガスを導入し、該雰囲気ガス中でドリル基体１〜５の温度を約８００℃に維持してダイヤモンド膜を刃先全体にほぼ均一な膜厚（平均膜厚約１４μｍ）に成膜する。  つぎに、成膜したダイヤモンド膜の刃先先端部に、図３（ａ）に示すようにレーザーを照射してダイヤモンド膜を一部蒸発させ、刃先先端部の最小膜厚部位のダイヤモンド膜厚が２〜７μｍの範囲になるまでダイヤモンド膜を薄くすることにより、表２に示す本発明のダイヤモンド被覆ＷＣ基超硬合金製ドリル（以下、単に、「本発明ドリル」という）１〜５を製造した。
【００２３】
用いたレーザー加工について、以下に詳細を記載する
レーザー加工に用いるレーザ加工装置２１は、図３（ｂ）に示すように、ドリル基体１に被覆されたダイヤモンド膜にレーザービーム（レーザー光）Ｌを照射して加工する装置であって、レーザービームＬをパルス発振してダイヤモンド膜に一定の繰り返し周波数で照射すると共に走査するレーザー光照射機構２２と、ダイヤモンド膜がコーティングされたドリル基体１を保持して回転可能なモータ等の回転機構２３と、該回転機構２３が設置されて移動可能な移動機構２４と、これらを制御する制御部２５と、を備えている。
上記移動機構２４は、水平面に平行なＸ方向に移動可能なＸ軸ステージ部２４ｘと、該Ｘ軸ステージ部２４ｘ上に設けられＸ方向に対して垂直なかつ水平面に平行なＹ方向に移動方向なＹ軸ステージ部２４ｙと、該Ｙ軸ステージ部２４ｙ上に設けられ回転機構２３が固定されてドリル基体１を保持可能であると共に水平面に対して垂直方向に移動可能なＺ軸ステージ部２４ｚと、で構成されている。
上記レーザー光照射機構２２は、Ｑスイッチのトリガー信号によりレーザービームＬとなるレーザー光を発振すると共にスポット状に集光させる光学系も有するレーザー光源２６と、照射するレーザービームＬを走査させるガルバノスキャナ２７と、保持されたダイヤモンド被覆されたドリル基体１の加工位置を確認するために撮像するＣＣＤカメラ２８と、を備えている上記レーザー光源２６は、１９０〜５５０ｎｍのいずれかの波長のレーザー光を照射できるものが使用可能であり、例えば本実施形態では、波長３５５ｎｍのレーザー光（Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第三高調波）を発振して出射できるものを用いている。
上記ガルバノスキャナ２７は、移動機構２４の直上に配置されている。
また、上記ＣＣＤカメラ２８は、ガルバノスキャナ２７に隣接して設置されている。
上記レーザーシステムを用い、位置制御およびレーザー照射条件を変更することにより、選択的に刃先先端部にレーザーを照射し、刃先先端部の最小膜厚部位のダイヤモンド膜厚が２〜７μｍになるように加工した。
【００２４】
比較のため、前記ドリル基体１〜５を用い、硫酸と過酸化水素と水を１：２０：１００（容積比）で混合したエッチング液に２〜４秒浸漬して、ドリル基体１〜５の表面近傍のＣｏを数ミクロンの深さまでエッチングで除去する。
そして、このドリル基体１〜５を、熱フィラメントＣＶＤ装置に装入し、装置内に水素ガスとメタンガスを導入し、該雰囲気ガス中でドリル基体１〜５の温度を約８００℃に維持してダイヤモンド膜を刃先全体にほぼ均一な膜厚に成膜することにより、表３に示す比較例のダイヤモンド被覆ＷＣ基超硬合金製ドリル（以下、単に、「比較例ドリル」という）１〜５を製造した。
なお、比較例ドリル１〜５の製法においては、刃先先端部の膜厚を薄くする成膜条件での成膜、あるいは、レーザー加工において刃先先端部を薄くする加工は行っていない点で本発明ドリルとはその製法が異なっている。
【００２５】
ついで、本発明ドリル１〜５についてドリルの刃先先端部の最小膜厚部位および刃先先端部以外の領域、比較例ドリル１〜５についてはドリルの刃先先端部および刃先先端部以外の領域をＳＥＭで観察し、それぞれの部分の３点について膜厚を測定し、測定値を平均することによって、それぞれの膜厚を求めた。
表２、３に、それぞれの膜厚の値を示す。
【００２６】
ついで、本発明ドリル１〜５の刃先先端部の最小膜厚部位のダイヤモンド膜表面及び刃先先端部以外の領域のダイヤモンド膜について、それぞれの圧縮残留応力の値を以下の測定法で測定し、刃先先端部の最小膜厚部位のダイヤモンド膜表面の圧縮残留応力値及び刃先先端部以外の領域の圧縮残留応力値を求めた。ただし、刃先先端部以外の領域については、３点測定の平均値である。
また、比較例ドリル１〜５の刃先先端部及び刃先先端部以外の領域のダイヤモンド膜について、それぞれの圧縮残留応力の値を以下の測定法で測定し、測定刃先先端部のダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力値及び刃先先端部以外の領域の圧縮残留応力値を求めた。なお、刃先先端部以外の領域については、本発明ドリル１〜５の場合と同様、３点測定の平均値である。
圧縮残留応力値は、顕微ラマン分光分析装置を用いて測定した。刃先を断面加工した膜断面において表面から2μm内部に侵入した領域内の約φ１μｍの領域についてダイヤモンド構造由来のピーク１３３３ｃｍ−１付近のピークと予め測定しておいた標準試料のダイヤモンドピーク約１３３３ｃｍ−１を基準とした時のピーク位置との差（工具のダイヤ膜のピーク−標準試料のピークΔνｃｍ−１：圧縮応力がかかるとピークが高波数側にずれるので工具側から標準を引いた値を以下の式に用いた。）を以下の換算式で計算し圧縮応力とした。
圧縮応力σ（ＧＰａ）＝Δν×１．０８
表２、３に、それぞれの圧縮残留応力値を示す。
なお、図２（ａ）、（ｂ）には、参考のため、刃先先端部の圧縮残留応力値を測定した場合の、測定位置と、その位置における残留圧縮応力値の値を示した。図２（ａ）は、比較例ドリルの刃先先端部を測定した値を示し、図２（ｂ）は、本発明ドリルの刃先先端部の最小膜厚部位のダイヤモンド膜について測定した値を示す。
【００２７】
【表１】
2016155207.tif 000003
【００２８】
【表２】
2016155207.tif 000004
【００２９】
【表３】
2016155207.tif 000005
【００３０】
つぎに、上記本発明ドリル１〜１０および比較例ドリル１〜１０を用いて、以下の条件で、ＣＦＲＰとＡｌ合金Ａ７０７５の複合材（入口側がＣＦＲＰ材：１５ｍｍ、出口側がＡｌ材：５ｍｍ）のドリル穴開け試験を行った。
切削速度：  １１０  ｍ／ｍｉｎ，
送り：  ０．１２  ｍｍ／ｒｅｖ．，
穴深さ：  ２０  ｍｍ（貫通穴），
上記の切削試験において、正常摩耗の場合は切れ刃の最大逃げ面摩耗幅が、０．３ｍｍを超えた時点で使用寿命とし、それまでの穴あけ加工数を測定した。
また、欠損等が原因で使用寿命に至った場合には、それまでの穴あけ加工数を測定した。
表４にこれらの測定結果を示す。
【００３１】
【表４】
2016155207.tif 000006
【００３２】
表２〜表４の結果からも明らかなように、本発明のダイヤモンド被覆工具である本発明ドリル１〜５は、刃先先端部に被覆した最小膜厚部位のダイヤモンド膜の表面の圧縮残留応力が１ＧＰａ以上であり、刃先先端部に被覆されたダイヤモンド膜の最小膜厚部位の膜厚は２〜７μｍであることによって、難削材のＣＦＲＰの高速切削加工において、刃先先端部の欠損の発生が抑制され、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮することがわかる。
これに対して、比較例ドリル１〜５は、本発明ドリルに比して、穴あけ加工数が少ない（最大でも３１個）ばかりか、欠損発生により、工具寿命も非常に短いことが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のダイヤモンド被覆工具は、ＣＦＲＰあるいはＣＦＲＰとＡｌの重ね合わせ切削加工などにおいて、耐欠損性に優れるばかりか、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮することから、切削加工の省エネ化、低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【符号の説明】
【００３４】
１      ドリル基体
２１    レーザー加工装置
２２    レーザー光照射機構
２３    回転機構
２４    移動機構
２４ｘ  Ｘ軸ステージ部
２４ｙ  Ｙ軸ステージ部
２４ｚ  Ｚ軸ステージ部
２５    制御部
２６    レーザ光源
２７    ガルバノスキャナ
２８    ＣＣＤカメ
【図１】
2016155207.tif 000007
【図２】
2016155207.tif 000008
【図３】
2016155207.tif 000009