(57)【要約】【課題】ダイヤモンド被膜による高い耐摩耗性は維持しつつ、ダイヤモンド被膜表面の凹凸による問題を解消することが可能なダイヤモンド被覆切削工具を提供する。【解決手段】工具本体１の表面にダイヤモンド被膜１０が被覆されたダイヤモンド被覆切削工具であって、ダイヤモンド被膜１０の表面には、このダイヤモンド被膜１０よりは硬度が低い硬質被膜１１が被覆されており、この硬質被膜１１の表面の少なくとも一部は、研磨が施された研磨面１２とされている。【選択図】図１
2016034673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具本体の表面にダイヤモンド被膜が被覆されたダイヤモンド被覆切削工具であって、上記ダイヤモンド被膜の表面には、このダイヤモンド被膜よりは硬度が低い硬質被膜が被覆されており、この硬質被膜の表面の少なくとも一部は、研磨が施された研磨面とされていることを特徴とするダイヤモンド被覆切削工具。
【請求項２】
上記工具本体は切屑排出溝を備えており、この切屑排出溝に被覆された上記硬質被膜の表面が上記研磨面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工具。
【請求項３】
上記工具本体はマージン部を備えており、このマージン部に被覆された上記硬質被膜の表面が上記研磨面とされてい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被覆切削工具。
【請求項４】
上記硬質被膜の表面の一部が上記研磨面とされているとともに、残りの部分の表面は研磨が施されていない無研磨面とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のダイヤモンド被覆切削工具。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のダイヤモンド被覆切削工具の製造方法であって、上記工具本体の表面にダイヤモンド被膜を被覆し、このダイヤモンド被膜の表面に該ダイヤモンド被膜よりは硬度が低い硬質被膜を被覆し、この硬質被膜の表面の少なくとも一部に研磨を施して上記研磨面を形成することを特徴とするダイヤモンド被覆切削工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具本体の表面にダイヤモンド被膜が被覆されたダイヤモンド被覆切削工具およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このようなダイヤモンド被覆切削工具は、ＣＦＰＲ（炭素繊維強化樹脂）とアルミニウム等の金属材との複合材料の乾式加工のような過酷な条件でも硬質のダイヤモンド被膜によって高い耐摩耗性を得ることができる反面、ダイヤモンド被膜の表面に成長したダイヤモンド結晶の微小突起による細かな凹凸が生じ易く、このような凹凸が例えばドリルの切屑排出溝に被覆されたダイヤモンド被膜に残っていると、切屑詰まりを生じて折損を招くおそれがある。また、ドリルのマージン部に被覆されたダイヤモンド被膜に凹凸が残っていると、加工穴の内周面との摩擦が大きくなって切削抵抗が増大したり、内周面を傷つけて面粗さや加工品位を損なったりすることになる。
【０００３】
そこで、このようなダイヤモンド被覆切削工具では、ダイヤモンド被膜を被覆した後にダイヤモンド結晶の微小突起による凹凸を除去して、ダイヤモンド被膜の表面を平滑化することが行われている。このように凹凸を除去する方法として、例えば特許文献１にはダイヤモンド被膜をダイヤモンド焼結体に押し当てて研磨することが提案されており、また特許文献２、３にはイオンビームを照射することによってダイヤモンド被膜を研磨することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２４９６２５号公報
【特許文献２】特開２００７−３０７６７３号公報
【特許文献３】特開２０１２−０１１４７５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、特許文献１に記載されているようにダイヤモンド被膜をダイヤモンド焼結体に押し当てて研磨する方法では、押し当て力が強すぎるとダイヤモンド被膜自体が破壊されたり剥離したりするおそれがある一方、押し当て力が弱いと十分に凹凸を除去することができない。また、イオンビームによる研磨では、広い範囲を研磨するには時間がかかる上、イオンビームを照射するための高価な設備が必要となる。さらに、ポリッシング加工等によってダイヤモンド被膜を研磨することも考えられるが、硬質なダイヤモンド被膜の凹凸を除去するには、やはり多くの時間を要することになる。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、ダイヤモンド被膜による高い耐摩耗性は維持しつつ、ダイヤモンド被膜表面の凹凸による問題を解消することが可能なダイヤモンド被覆切削工具を提供するとともに、そのようなダイヤモンド被覆切削工具を比較的短時間で低コストに製造することが可能なダイヤモンド被覆切削工具の製造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】
【０００７】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のダイヤモンド被覆切削工具は、工具本体の表面にダイヤモンド被膜が被覆されたダイヤモンド被覆切削工具であって、上記ダイヤモンド被膜の表面には、このダイヤモンド被膜よりは硬度が低い硬質被膜が被覆されており、この硬質被膜の表面の少なくとも一部は、研磨が施された研磨面とされていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のダイヤモンド被覆切削工具の製造方法は、このようなダイヤモンド被覆切削工具の製造方法であって、上記工具本体の表面にダイヤモンド被膜を被覆し、このダイヤモンド被膜の表面に該ダイヤモンド被膜よりは硬度が低い硬質被膜を被覆し、この硬質被膜の表面の少なくとも一部に研磨を施して上記研磨面を形成することを特徴とする。
【０００９】
このような製造方法によって製造することができる上記構成のダイヤモンド被覆切削工具では、ダイヤモンド被膜表面の凹凸を直接除去するのではなく、ダイヤモンド被膜の表面に硬質被膜を被覆し、この硬質被膜の表面を研磨して研磨面を形成しているので、耐摩耗性は下層に被覆されたダイヤモンド被膜によって維持しつつ、平滑な硬質被膜の研磨面によって切屑排出性の確保や切削抵抗の低減、加工面粗さや品位の向上を図ることができる。このため、上述したような複合材料の乾式加工でも、工具寿命の延長を図るとともに高精度の加工を行うことができる。
【００１０】
また、硬質被膜は、硬質ではあるもののダイヤモンド被膜よりは硬度が低いので、硬質被膜自体の表面に凹凸があったり、ダイヤモンド被膜表面の凹凸が硬質被膜の表面に表れていたりしても、ポリッシング加工のような低コストの研磨によって短時間に硬質被膜を研磨することにより、平滑な研磨面を形成することができる。さらに、研磨が下層のダイヤモンド被膜に至るのを避けることができるので、ダイヤモンド被膜の剥離や破壊が生じることもない。
【００１１】
ここで、ドリルやエンドミルのように工具本体が切屑排出溝を備えている場合には、この切屑排出溝に被覆された上記硬質被膜の表面を上記研磨面とすることにより、切屑排出溝内に切屑詰まりが生じて工具本体が折損するような事態を防ぐことができる。また、同じくドリルのように工具本体がマージン部を備えている場合には、このマージン部に被覆された上記硬質被膜の表面を上記研磨面とすることにより、加工穴の内周面の面粗さや加工品位の向上を図ることができる。
【００１２】
なお、上記硬質被膜は、その全体の表面が研磨されて研磨面とされていてもよいが、上述した切屑排出溝内やマージン部などの硬質被膜の表面の一部を研磨して研磨面とするとともに、残りの部分の表面は研磨が施されていない無研磨面とすることにより、研磨に要する時間をさらに短縮して一層低コストのダイヤモンド被覆切削工具を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明のダイヤモンド被覆切削工具によれば、ＣＦＰＲと金属材との複合材料の乾式加工のような過酷な条件でも、耐摩耗性の高いダイヤモンド被膜によって工具寿命を確保することができるとともに、平滑な硬質被膜の研磨面によって切屑排出性や加工面精度、加工品位の向上と切削抵抗の低減を図ることができる。また、本発明のダイヤモンド被覆切削工具の製造方法によれば、このようなダイヤモンド被覆切削工具を低コストで短時間に製造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被覆切削工具の一実施形態であるダイヤモンド被覆ドリルの側面図である。
【図２】図１に示す実施形態を製造する本発明のダイヤモンド被覆切削工具の製造方法の一実施形態におけるダイヤモンド被膜の被覆前のドリルの側面図である。
【図３】図２に示すドリルの切刃部の表面にダイヤモンド被膜を被覆した状態を示す図である。
【図４】図３に示すドリルの切刃部表面のダイヤモンド被膜の上に硬質被膜を被覆した状態を示す側面図である。
【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被覆切削工具の一実施形態であるダイヤモンド被覆ドリルの側面図であり、図２ないし図４はこのようなダイヤモンド被覆ドリルを製造する際の本発明のダイヤモンド被覆切削工具（ドリル）の製造方法の一実施形態を説明する側面図である。
【００１６】
本実施形態において、工具本体１は、その母材が超硬合金等の硬質材料よりなり、軸線Ｏを中心とした円柱軸状に形成されていて、この工具本体１の後端部は円柱状のままのシャンク部２とされるとともに、先端部は切刃部３とされている。このようなドリルは、シャンク部２が工作機械の主軸に把持されて軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転させられつつ、該軸線Ｏ方向の先端側に送り出されることにより、切刃部３に形成された切刃４によって被削材に穴明け加工を行う。
【００１７】
切刃部３には、工具本体１の先端から後端側に向けて軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔの反対側に向かうように捩れる２条の切屑排出溝５が軸線Ｏに関して対称に形成されており、切刃４はこれらの切屑排出溝５の工具回転方向Ｔを向く壁面の先端側辺稜部に形成されている。すなわち、本実施形態のダイヤモンド被覆ドリルは２枚刃でソリッドのツイストドリルである。
【００１８】
切刃部３の外周面において、切屑排出溝５の工具回転方向Ｔとは反対側には、切刃４の外径と等しい直径の軸線Ｏを中心とした円筒面上に位置する幅の小さな堤状のマージン部６が形成されている。さらに、このマージン部６の工具回転方向Ｔとは反対側には、マージン部６よりも外径の小さな円筒面状の外周逃げ面７が形成されている。
【００１９】
また、切刃部３の先端面は上記切刃４の先端逃げ面８とされ、この先端逃げ面８には、工具本体１の後端から先端側に向けて切屑排出溝５同士の間を通るように螺旋状に延びるクーラント穴９が開口している。乾式加工の場合には、このクーラント穴９に圧縮空気が供給されて先端逃げ面８から噴出させられる。
【００２０】
そして、この工具本体１の表面には、図３にハッチングで示すようにダイヤモンド被膜１０が被覆されるとともに、このダイヤモンド被膜１０の表面には、図３よりも細かいハッチングで図４に示すように該ダイヤモンド被膜１０よりは硬度が低い硬質被膜１１が被覆されており、この硬質被膜１１の表面の少なくとも一部は、図１に網掛けで示すように研磨が施された研磨面１２とされている。本実施形態では、これら図１および図３、図４に示すように、工具本体１のうち切刃部３のさらに先端部の表面にダイヤモンド被膜１０および硬質被膜１１が被覆されて研磨面１２が形成されている。
【００２１】
ダイヤモンド被膜１０は、図２に示す超硬合金等の硬質材料により形成されたままの工具本体１の表面に公知の気相合成法（ＣＶＤ法）によって被覆され、硬度はＨｖ６０００程度とされる。ダイヤモンド被膜１０の平均膜厚は５〜２０μｍ程度の範囲内が望ましく、その表面粗さはＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１における最大高さＲｚとして４μｍ以上の範囲とされる。
【００２２】
このダイヤモンド被膜１０の上に被覆される硬質被膜１１は、例えばＡｌＣｒ、ＴｉＶやＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＡｌＴｉＮ等の炭化物、窒化物の１種または複数種がＰＶＤ法によって被覆される。硬質被膜１１はＤＬＣ被膜であってもよい。硬質被膜１１の硬度はダイヤモンド被膜１０よりも低いＨｖ２０００〜３０００の範囲内とされるのが望ましく、平均膜厚は１〜８μｍ程度の範囲内、無研磨のままの表面粗さはＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１における最大高さＲｚとして４μｍ以上の範囲とされるのが望ましい。
【００２３】
こうしてダイヤモンド被膜１０に被覆された硬質被膜１１は、本実施形態ではポリッシング加工によって研磨されて上記研磨面１２が形成される。ポリッシング加工は、例えばダイヤモンド粒子を含有したペーストをブラシにつけて磨いたり、砂鉄とダイヤモンド粒子を混合した研磨粉（磁気メディア）を磁石につけて擦ったり、ダイヤモンド粒子とプラスチック粒子の混合粒子を吹き付けたりすることにより行われる。
【００２４】
勿論、このような研磨は、硬質被膜１１が被覆された膜厚の範囲内で行われ、研磨が硬質被膜１１の下層のダイヤモンド被膜１０に達するようなことはない。こうしてポリッシング加工による研磨が施されることにより、研磨面１２の表面粗さは、望ましくはＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１における最大高さＲｚとして１〜３μｍの範囲内とされる。
【００２５】
ここで、本実施形態においては、切刃部３の先端部に被覆された硬質被膜１１の表面全体に研磨を施すのではなく、この表面の一部が研磨面１２とされているとともに、残りの部分の表面は研磨が施されていない無研磨面とされている。具体的に、本実施形態では、切屑排出溝５の内面とマージン部６の表面とが研磨面１２とされ、残りの外周逃げ面７と先端逃げ面８とは無研磨面とされている。
【００２６】
このようなダイヤモンド被覆切削工具（ドリル）を製造する際の本発明の製造方法の一実施形態では、図２に示した超硬合金等の硬質材料により形成されたままの工具本体１の切刃部３先端部の表面に図３に示したようにダイヤモンド被膜１０を被覆し、次いで図４に示したようにこのダイヤモンド被膜１０の上に硬質被膜１１を被覆した後、切屑排出溝５の内面とマージン部６の表面の硬質被膜１１を研磨して図１に示したように研磨面１２を形成すればよい。ダイヤモンド被膜１０や硬質被膜１１の被覆の際に、被覆をしない切刃部３の後端部とシャンク部２の表面にはマスキングを施せばよい。
【００２７】
このような製造方法により製造される上記構成のダイヤモンド被覆切削工具では、成長したダイヤモンド結晶の微小突起による細かな凹凸がダイヤモンド被膜１０の表面に生じていても、この表面に硬質被膜１１を被覆することによってダイヤモンド結晶の微小突起による凹凸が工具本体１の表面に表れるのを抑制することができる。また、たとえこの微小突起による凹凸に硬質被膜１１が倣うように被覆されて凹凸が表面に表れたり、あるいは硬質被膜１１自体の微小突起によって凹凸が生じたりしても、硬質被膜１１に研磨を施して研磨面１２を形成することにより、平滑化を図ることができる。
【００２８】
特に、本実施形態のダイヤモンド被覆切削工具はダイヤモンド被覆ドリルであって、その切屑排出溝５の内面に研磨面１２が形成されており、切屑が擦過する切屑排出溝５の内面が研磨面１２とされて平滑化されることにより、切屑詰まりの発生を防いで工具本体１の折損等を防止することができる。また、同様にダイヤモンド被覆ドリルである本実施形態においては、切屑排出溝５の工具回転方向Ｔの反対側に連なるマージン部６の表面も研磨面１２とされており、切刃４によって形成された加工穴の内周面に摺接するマージン部６も平滑化されることにより、切削抵抗を低減するとともに加工穴の面粗さや加工品位の向上を図ることができる。
【００２９】
その一方で、工具本体１の耐摩耗性は、この工具本体１に被覆されたダイヤモンド被膜１０によって十分に確保することができる。従って、上記構成のダイヤモンド被覆切削工具によれば、ＣＦＰＲとアルミニウム等の金属材との複合材料の乾式切削のような過酷な切削条件においても、工具寿命の延長を図りつつ高精度の切削加工を行うことが可能となる。
【００３０】
さらに、こうして研磨面１２を形成するのに際して、本実施形態ではダイヤモンド被膜１０に被覆された硬質被膜１１に研磨を施しており、この硬質被膜１１は、例えば上述のような硬度を有して硬質ではあるもののダイヤモンド被膜１０よりは軟質であるので、上記のポリッシング加工のような比較的低コストの研磨加工で短時間に研磨面１２を形成することができる。しかも、このようなポリッシング加工は硬質被膜１１や下層のダイヤモンド被膜１０への負荷が小さく、これらダイヤモンド被膜１０や硬質被膜１１が研磨によって剥離したり破壊されたりすることもない。
【００３１】
また、本実施形態では、上述のように切刃部３の先端部における切屑排出溝５の内面とマージン部６との硬質被膜１１の表面の一部が研磨面１２とされている一方で、残りの外周逃げ面７と先端逃げ面８とは硬質被膜１１が被覆されたままの無研磨面とされている。すなわち、逃げ面であって被削材と接触することが少ないこれら外周逃げ面７や先端逃げ面８は、硬質被膜１１の表面に凹凸があっても抵抗の増大や加工面粗さの劣化を招くことがなく、そのような部分を無研磨面とすることにより、本実施形態によれば研磨に要する時間やコストの一層の削減を図ることができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、このように硬質被膜１１の表面の一部を研磨面１２とするとともに、残りの部分の表面は研磨が施されていない無研磨面としているが、ダイヤモンド被膜１０に被覆した硬質被膜１１の表面全体を研磨して研磨面１２としてもよい。また、本実施形態では、ダイヤモンド被膜１０を被覆した領域に合わせて硬質被膜１１を被覆しているが、ダイヤモンド被膜１０を被覆した領域よりも広い範囲、または逆に狭い範囲に硬質被膜１１を被覆して、その表面の少なくとも一部に研磨を施すことにより研磨面１２を形成してもよい。
【００３３】
さらに、本実施形態では、上述のように本発明をダイヤモンド被覆ドリルに適用した場合について説明したが、同様に切屑排出溝とマージン部を有するリーマ等の他の穴加工工具に本発明を適用することも可能であるし、切屑排出溝を有するとともにマージン部も備えることがあるエンドミル等の切削工具に本発明を適用することも可能である。さらにまた、例えば切削インサートのような切削工具に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  工具本体
２  シャンク部
３  切刃部
４  切刃
５  切屑排出溝
６  マージン部
７  外周逃げ面
８  先端逃げ面
９  クーラント穴
１０  ダイヤモンド被膜
１１  硬質被膜
１２  研磨面
Ｏ  工具本体１の軸線
Ｔ  工具回転方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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