(57)【要約】【課題】切削工具を提供すること。【解決手段】難削性表面微細構造および／またはナノ構造を少なくとも一つ画定する放射線アブレーション領域を含む切削工具を提供する。例えば、本開示における切削工具は、逃げ面とすくい面が交差して形成される少なくとも一つの切削刃を含み、逃げ面は少なくとも一つの表面微細構造と表面ナノ構造を画定する放射線アブレーション領域を含む難削材で形成されており、ここで、難削材の表面細孔構造は、表面微細構造及び／または表面ナノ構造で塞がれてはいない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
逃げ面と、すくい面と、が交差して形成される少なくとも一つの切削刃を含み、前記逃げ面は表面微細構造及び表面ナノ構造のうち少なくとも一つを画定する放射線アブレーション領域を含む難削材で形成されており、前記難削材の表面細孔構造は前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造で塞がれていない、切削工具。
【請求項２】
前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造の高さが放射線アブレーション領域内で実質均一である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造が団塊状である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項４】
前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造が突起状である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項５】
前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造の間隔が放射線アブレーション領域内で実質均一である、請求項１に記載の切削工具。  
【請求項６】
前記すくい面が前記切削刃から１μｍ以内の領域に放射線アブレーション領域を含まない、請求項１に記載の切削工具。
【請求項７】
前記難削材が多結晶である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項８】
前記難削材が多結晶ダイヤモンドである、請求項１に記載の切削工具。  
【請求項９】
前記多結晶ダイヤモンドの平均粒子サイズが０．５μｍ〜５０μｍの範囲にある、請求項８の切削工具。
【請求項１０】
前記多結晶ダイヤモンドの粒度分布が二峰性または多峰性である、請求項８の切削工具。
【請求項１１】
前記多結晶ダイヤモンドが支持体に対して焼結又はろう付けされている、請求項８に記載の切削工具。
【請求項１２】
前記難削材が超硬合金、単結晶ダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素焼結体、及び多結晶セラミックスから成る群より選択される、請求項７に記載の切削工具。
【請求項１３】
前記切削刃の半径が４μｍ〜２５μｍの範囲にある、請求項１に記載の切削工具。
【請求項１４】
前記切削刃の半径が５μｍ以下である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項１５】
前記切削刃の半径が６０μｍ以下である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項１６】
前記逃げ面の表面粗度（Ｒａ）が０．０２５μｍ〜０．７μｍの範囲にある、請求項１に記載の切削工具。
【請求項１７】
すくい面と本体とを含み且つ難削材で形成されている切削インサートを提供する工程；及び
前記すくい面と共に切削刃を構成する逃げ面を提供するために、前記すくい面及び前記本体をレーザービームで切削する工程を含み、
前記逃げ面は表面微細構造及び表面ナノ構造のうち少なくとも一つを画定する放射線アブレーション領域を含み、
前記難削材の表面細孔構造は前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造では塞がれない、
切削工具を製作する方法。
【請求項１８】
前記レーザービームが切削時に回転する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造が団塊状である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造が突起状である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造の間隔が放射線アブレーション領域内で実質均一である、請求項１７に記載の方法。  
【請求項２２】
前記すくい面が前記切削刃から１μｍ以内の領域に放射線アブレーション領域を含まない、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記難削材が多結晶ダイヤモンドである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記難削材が超硬合金、単結晶ダイヤモンド、ＣＶＤダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素焼結体、及び多結晶セラミックスから成る群より選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記難削材が黒鉛である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記難削材がｓｐ３混成を表すフラクション及びｓｐ２混成を表すフラクションを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
前記逃げ面の表面粗度（Ｒａ）が０．０２５μｍ〜０．７μｍの範囲にある、請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記すくい面の上に放射線アブレーション領域を設けるために、前記レーザービームで前記切削刃を加工する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
すくい面と、逃げ面と、が交差して形成される少なくとも一つの切削刃を含み、前記すくい面は表面微細構造及び表面ナノ構造のうち少なくとも一つを画定する放射線アブレーション領域を含む難削材で形成されており、前記難削材の表面細孔構造は前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造で塞がれていない、切削工具。
【請求項３０】
前記放射線アブレーション領域が前記すくい面の１つまたは複数の表面構造に位置する、請求項２９に記載の切削工具。
【請求項３１】
前記表面構造がチップブレーカ構造を含む、請求項３０に記載の切削工具。
【請求項３２】
前記放射線アブレーション領域が前記チップブレーカ構造の側壁と下壁に位置する、請求項３１に記載の切削工具。
【請求項３３】
前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造が団塊状である、請求項２９に記載の切削工具。
【請求項３４】
前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造が突起状である、請求項２９に記載の切削工具。
【請求項３５】
前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造の間隔が放射線アブレーション領域内で実質均一である、請求項２９に記載の切削工具。
【請求項３６】
前記難削材が多結晶ダイヤモンドである、請求項２９に記載の切削工具。
【請求項３７】
前記多結晶ダイヤモンドの粒度分布が二峰性または多峰性である、請求項３６に記載の切削工具。
【請求項３８】
前記難削材が超硬合金、単結晶ダイヤモンド、多結晶ＣＶＤダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素焼結体、及び多結晶セラミックスから成る群より選択される、請求項２９に記載の切削工具。  
【請求項３９】
前記放射線アブレーション領域の表面粗度（Ｓａ）が０．００２μｍ〜３μｍの範囲にある、請求項２９に記載の切削工具。
【請求項４０】
前記逃げ面が表面微細構造及び表面ナノ構造のうち少なくとも一つを画定する放射線アブレーション領域を含む難削材で形成されており、前記すくい面の難削材の表面細孔構造が前記表面微細構造及び前記表面ナノ構造で塞がれていない、請求項２９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、難削材（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を使った切削工具に関するもので、特に、レーザーアブレーションを照射することにより、微細構造および／またはナノ構造化された難削性表面を有する切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣＤは非常に硬く、耐摩耗性の高い材料なので、様々な摩耗用途に適する。ＰＣＤは、一般的に、大型特殊目的プレス機に黒鉛を置き、高温と高圧を利用して生成する。このように高温と高圧を加えると、黒鉛の６面構造がダイヤモンドの立方構造に変化する。黒鉛のダイヤモンドへの変換に必要な温度と圧力を下げるために、金属性溶媒および／または触媒を使用することがある。例えば、温度や圧力を下げるために、コバルト、ニッケルおよび／または鉄が合成過程に使われる。あるいは、１つの多結晶の大きな塊を生成するため、大量の数のダイヤモンドの個体の結晶を焼結させ、ＰＣＤを生成することも可能である。商業化過程において、金属やセラミック二次相を加えることで、多結晶形成率を上げることも多々ある。金属類を使用するデメリットは、生成された製品が、粒界に金属結合が広く分布するダイヤモンド粒を形成してしまうことである。
【０００３】
金属結合相は、一般的に、５〜１０ｖｏｌ．％含まれるので、ＰＣＤ合成の化学安定性と熱安定性を損なうことになる。例えば、金属結合により黒鉛化が強化されるが、金属結合とダイヤモンドの間の熱膨張係数差が大きくなることで、７００℃以上で熱応力を誘導してしまう。この熱制約により、切削工具のＰＣＤ基質に適用可能な難削材の種類が限定されてしまう。さらに、ＰＣＤと、立方晶窒化ホウ素焼結体（ＰｃＢＮ）を含むその他の超硬工具材料は、切削工具への加工が難しく、時間もかかる。例えば、現在の研削加工では、ダイヤモンド同士の接触により、粒子の飛び出しおよび／または表面が不均一となるなどがよく起こる。さらに、放電加工機（ＥＤＭ）により、結合相が優先的に摩耗され、多結晶材料の完全性が弱まる。このような加工におけるデメリットを勘案し、新しく望ましい難削性表面構造をうむ技術の開発が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一形態において、微細構造およびナノ構造の難削性表面を画定する放射線アブレーション領域を含む切削工具が提供されている。例えば、本開示における切削工具は、逃げ面とすくい面が交差して形成される少なくとも一つの切削刃を含み、逃げ面は表面微細構造と表面ナノ構造のうち少なくとも一つを画定する放射線アブレーション領域を含む難削材で形成されており、ここで、難削材の表面細孔構造は、表面微細構造及び／または表面ナノ構造では塞がれない。ある実施形態においては、表面微細構造及び表面ナノ構造が、アブレーション領域内で実質的に均一な高さになる場合もある。さらに、表面微細構造は、ある実施形態において、団塊（ｎｏｄｕｌｅ）又は突起（ｒｉｄｇｅ）となることもある。
【０００５】
他の実施形態において、切削工具は、すくい面と逃げ面が交差して形成される少なくとも一つの切削刃を含み、すくい面は少なくとも一つの表面微細構造と表面ナノ構造を画定する放射線アブレーション領域を含む難削材で形成されており、ここで、難削材の表面細孔構造は、表面微細構造及び表面ナノ構造では塞がれない。ある実施形態においては、放射線アブレーション領域は、１つまたは複数の、チップブレーカ構造のようなすくい面表面構造に位置する。
【０００６】
他の形態では、切削工具の製造方法を本開示で説明する。切削工具製造方法は、すくい面と難削材で形成される本体を含む切削インサートを提供する工程と、すくい面と共に切削刃を形成する逃げ面を提供するために、すくい面と本体をレーザービームで切断する工程と、を含む。逃げ面は、少なくとも一つの表面微細構造と表面ナノ構造を画定する放射線アブレーション領域を含み、難削材の細孔構造は表面微細構造及び表面ナノ構造により塞がれない。    
【０００７】
これらの実施形態やその他の実施形態は、下記の詳細説明において、さらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本開示にて説明の実施形態に従って、ＰＣＤ切削工具の刃の先端を３０００倍にした走査電子顕微鏡法（ＳＥＭ）画像である。
【図２】図２は、１００００倍で撮影した図１の逃げ面の断面図のＳＥＭ画像である。
【図３】図３は、２５０００倍で撮影した図１の逃げ面の断面図のＳＥＭ画像である。
【図４】図４は、本開示にて説明の実施形態に従って、セメント超硬タングステン切削工具基質の逃げ面を２０００倍にしたＳＥＭ画像である。
【図５】図５は、１００００倍で撮影した図４の逃げ面の断面図のＳＥＭ画像である。
【図６】図６は、２５０００倍で撮影した図４の逃げ面の断面図のＳＥＭ画像である。
【図７】図７は、ナノ秒パルス持続時間レーザー放射で加工した超硬合金の逃げ面の断面図のＳＥＭ画像である。
【図８】図８は、本開示で説明のある実施形態に従って、放射線アブレーション領域を持つ逃げ面を提供するための、すくい面とＰＣＤ切削インサートブランク本体のレーザー切断を図解した。
【図９】図９は、ＰＣＤ切削工具の光学像で、本開示で説明のある実施形態に従って、すくい面表面のチップブレーカを含む。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示に説明の実施形態は、下記の詳細説明や例を読み、以前の説明や次の説明を参照することにより、よりしっかりと理解できる。しかしながら、本開示に記載の器具や方法は、詳細説明や例で提示する特定の実施形態に限定されるものではない。このような実施形態は、本発明の原則を単に説明するだけであることが認識されるべきである。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、これらのスキルに対して、技術的に数多くの修正や採用が必要なことは明白である。  
【００１０】
一形態において、微細構造およびナノ構造の難削性表面を画定する放射線アブレーション領域を含む切削工具が提供される。ある実施形態において、本開示における切削工具は、逃げ面とすくい面が交差して形成される少なくとも一つの切削刃を含み、逃げ面は少なくとも一つの表面微細構造と表面ナノ構造を画定する放射線アブレーション領域を含む難削材で形成されており、ここで、難削材の表面細孔構造は、表面微細構造及び表面ナノ構造では塞がれない。
【００１１】
逃げ面の難削材は、本開示で説明のレーザー照射に接触する任意の難削材を含み、少なくとも一つの表面微細構造及び表面ナノ構造を画定する放射線アブレーション領域を提供する。例えば、逃げ面難削材は、単結晶ダイヤモンドのような単体の結晶体である場合もある。あるいは、逃げ面難削材は、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）を含む多結晶である場合もある。多結晶ダイヤモンドは、一般的に平均粒子サイズが０．５μｍから５０μｍである。さらに、多結晶ダイヤモンドは、粒度分布が二峰性または多峰性である場合がある。その他の逃げ面の多結晶難削材には、超硬合金、化学蒸着（ＣＶＤ）ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素焼結体（ＰｃＢＮ）と多結晶セラミックスが含まれる。    
【００１２】
ある実施形態では、逃げ面を形成する超硬合金は、最低重量の８０％または最低８５％量の炭化タングステン（ＷＣ）から成る。超硬タングステンは、一般的に平均粒度が０．５μｍから３０μｍである。さらに、超硬合金の金属結合は、コバルトまたはコバルト合金を含むこともある。例えば、コバルトは１重量パーセントから２０重量パーセントの量の超硬合金配合内に存在する。逃げ面の超硬合金は、例えば、１つまたは複数の下記要素および／またはその化合物：チタニウム、ニオビウム、バナジウム、タンタラム、クロミウム、ジルコニウム、ルテニウム、レニウム、モリブデンおよび／またはハフニウムのような１つまたは複数の添加物を含むこともある。ある実施形態では、チタニウム、ニオビウム、バナジウム、タンタラム、クロミウム、ジルコニウムおよび／またはハフニウムは、ＷＣを伴い固溶体炭化物を形成する。さらに、超硬合金は窒素を含む可能性がある。
【００１３】
逃げ面のＰｃＢＮには、最低４５重量パーセントのＰｃＢＮを含む場合がある。ある実施形態では、表Ｉで選択した量のＰｃＢＮが存在する。    
【００１４】
【表１】
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【００１５】
さらに、逃げ面のＰｃＢＮには、セラミック結合または金属結合を含む場合もある。ＰｃＢＮの適切なセラミック結合には、ニトリド、炭窒化物、炭化物および／またはチタニウム、タングステン、コバルトまたはアルミニウムのホウ化物で構成される。ある実施形態では、例えば、ＰｃＢＮにはＡｌＮ、ＡｌＢ２またはこれらの混合物で構成される。    
【００１６】
逃げ面を形成するＰｃＢＮの組成決定は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって実施される場合がある。本開示で説明しているＰｃＢＮ基質の相組成分析に関して、ＰｃＢＮ成形体とチップ用のＥｕｌｅｒｅａｎ  ｃｒａｄｌｅと微小焦点レンズが取り付けられたパナティカル社の  Ｘ’ｐｅｒｔ  ＭＲＤ回折システム、あるいはＰｃＢＮのモノリス形個体片を分析するためのプログラム可能なレンズが取り付けられたパナティカル社のＸ’ｐｅｒｔ  ＭＰＤを使用可能である。    
【００１７】
Ｘ線回折システムは、焦点ビームレンズで構成され、銅製のＸ線チューブが取り付けられ、運転パラメータは４５ＫＶおよび４０ＭＡである。モノリス形個体片の分析には、パナティカル社のＭＰＤに、プログラム可能な発散スリットとプログラム可能な飛散防止スリットが取り付けられる。Ｘ線ビーム幅は適切なマスクサイズによって制御され、Ｘ線ビーム長はプログラム可能なレンズを使い２ミリに固定される。パナティカル社のＭＰＤに、線形ストリップ半導体Ｘ線検出器とニッケルベータフィルターが取り付けられる。    
【００１８】
ＰｃＢＮ逃げ面のサイズに従って、パナティカル社の  Ｘ’ｐｅｒｔ  ＭＲＤシステムは、１００または５００の焦点を持つ微焦点モノキャピラリーレンズで構成される。パナティカル社のＭＰＤに、線形ストリップ半導体Ｘ線検出器とニッケルベータフィルターが取り付けられる。
【００１９】
分析スキャン範囲、カウント時間とスキャン速度を選択し、リートベルト解析用の最適データを提供する。背景形状が取り付けられ、ＰｃＢＮ基質回折データでピーク検索を実施し、全てのピーク位置とピーク強度を特定する。ピーク位置と強度に関するデータを使い、ＰｃＢＮ逃げ面の結晶相組成を特定し、商業的に利用可能な任意の結晶相データベースと使う。    
【００２０】
結晶構造データは、基質にある各結晶相に対して入力される。一般的なリートベルト改善パラメータ設定は下記の通りである：
【００２１】
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【００２２】
リートベルト改善には一般的に下記が含まれる：
【００２３】
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【００２４】
条件を満たす加重Ｒ値を実現するためのその他のパラメータもある。
【００２５】
さらなる実施形態において、すくい面を形成する多結晶セラミックスは、周期表のグループ  ＩＶＢ、ＶＢおよびＶＩＢのアルミニウムと金属要素から成るグループから選ばれた１つ以上の金属要素および、周期表のグループＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡおよびＶＩＡの１つ以上の非金属要素で構成される。例えば、多結晶セラミックスは、アルミナ、窒化チタン、チタニウム、酸炭窒化物、炭化チタン、窒化ジルコニウム、炭窒化チタンジルコニウム、窒化ハフニウムや窒炭化ハフニウムから成るグループから選べる。
【００２６】
逃げ面の難削材は、ある実施形態では黒鉛である。さらに、逃げ面の難削材には、様々なグレードのダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）のような、ｓｐ３混成を表すフラクションやｓｐ２混成を表すフラクションから成るハイブリッド材料を含む場合がある。
【００２７】
逃げ面の放射線アブレーション領域の表面微細構造と表面ナノ構造は、下記に詳細を説明の通り、すくい面を形成する際に照射されるレーザーの仕様とすくい面の合成恒等に基づく様々な形態を表する。ある実施形態では、表面微細構造と表面ナノ構造は団塊である。その他の実施形態では、表面微細構造と表面ナノ構造は突起である。表面微細構造やナノ構造は、放射線アブレーション領域において、実質均一な高さを示す。ある実施形態では、表面微細構造及び表面ナノ構造は、逃げ面の放射線アブレーション領域に隣接するエリアにおいて、実質均一な高さを示す。さらに、表面微細構造やナノ構造は、放射線アブレーション領域内で、実質均一な間隔になっている。ある実施形態では、表面微細構造及び表面ナノ構造は、逃げ面の放射線アブレーション領域に隣接するエリアにおいて、実質均一な高さを示す。加えて、ある実施形態において、表面微細構造および／またはナノ構造は、０．０２５μｍから０．７μｍの逃げ面の表面粗度（Ｒａ）を提供する。逃げ面の放射線アブレーション領域の表面粗度は、ＩＳＯ４２８７に従って決定される。
【００２８】
放射線アブレーション領域の表面微細構造および／またはナノ構造を形成するために、下記に説明の機器によって照射されたレーザーと、逃げ面難削材が交差することで、難削材の再分配および／または再堆積にはならない。逃げ面難削材の表面細孔構造は、例えば、表面微細構造及び表面ナノ構造によって塞がれることはない。さらに、ある実施形態では、難削材はすくい面から均一に削除され、微細構造および／またはナノ構造を形成される。そのような実施形態では、難削材の構成要素は、レーザーの照射によって、優先的に切除されない。例えば、ＰＣＤの金属結合や超硬合金では、レーザーを照射しても、優先的に切除やエッチングされることはなく、ＰＣＤ粒子やＷＣ粒子の骨格構造が残る。同様に、ＰｃＢＮのセラミック結合も、優先的に切除されない。表面微細構造および／または表面ナノ構造を形成するため、難削材構成物質を均一あるいはかなり均一に切除することにより、粒子の飛び出しや切削工具の刃の質低下の原因となるその他のメカニズムを抑止または低減できる。
【００２９】
逃げ面とすくい面の交差により形成される刃は、本発明の目的と合致する望ましい半径を描いている。ある実施形態では、刃は半径４μｍから２５μｍになっている。その他の実施形態では、刃は最大半径６０μｍまで、あるいは５μｍ以下の場合もある。刃は、Ｔランド、バイパーや波形構造などを含む、好みの形状や構造に研磨や加工することもできる。刃は、本開示で詳しく説明する機器によるレーザー照射によってさらに加工でき、これにより、下記に記載の通り、すくい面上に放射線アブレーション領域が形成できる。
【００３０】
図１〜図６は、本開示で説明のある実施形態に従って、前述の切削工具の構造機能について説明する。図１は、逃げ面（１１）とすくい面（１２）の交差によって形成される切削刃（１０）を３０００倍で撮影したＳＥＭ画像である。逃げ面（１１）とすくい面（１２）はＰＣＤを形成する。逃げ面（１１）は、逃げ面の全面に沿い、表面微細構造と表面ナノ構造を画定する放射線アブレーション領域から成るが、すくい面（１２）は切削刃（１０）から少なくとも１μｍの距離にある放射線アブレーション領域を持たない。図１に説明の通り、ＰＣＤ材料は再分配も再堆積もされず、逃げ面（１１）の表面細孔構造は表面微細構造及び表面ナノ構造で塞がれない。図２は、１００００倍で撮影した図１の逃げ面（１１）の断面図のＳＥＭ画像である。もっと倍率を上げて図２を見ると、表面ナノ構造の団塊形態と、表面ナノ構造によって塞がれる細孔がないことが分かる。図３は、２５０００倍で撮影した図２の逃げ面の断面図のＳＥＭ画像である。もっと倍率を上げて図３を見ると、ナノスケールでの団塊の高さと間隔が実質均一であることが分かる。
【００３１】
図４〜図６は、上記に記載の切削工具の構造機能について説明する。図４−６は、超硬ＷＣ母材の逃げ表面に対応しており、ここでは図１−３のＰＣＤ切削構造が焼結されている。図４は超硬ＷＣ母材の断面図を２０００倍で撮影したＳＥＭ画像である。図４で説明の通り、表面微細構造と表面ナノ構造により、逃げ面の放射線アブレーション領域に隣接するエリアに沿って、形状も高さも実質均一であることが分かる。図５は、１００００倍で撮影した図４の逃げ面の断面図のＳＥＭ画像である。もっと倍率を上げて図４を見ると、表面微細構造及び表面ナノ構造の突起のような形状と、材料が再分配されていないことや細孔が塞がれていないことが分かる。さらに、図６は、２５０００倍で撮影した図４の逃げ面の断面図のＳＥＭ画像である。もっと倍率を上げて図６を見ると、表面微細構造とナノ構造の高さと間隔が実質均一であることが分かる。
【００３２】
図１〜図６の放射線アブレーション領域とは対比して、図７は、ナノ秒間、パルス持続時間を持つレーザービームで加工した超硬ＷＣ切削工具の逃げ面の断面図を説明しており、そこでは超硬ＷＣ母材は溶け、表面全体に再分配されている。材料が溶け、再分配されていることから、超硬ＷＣの表面細孔構造は塞がれるか、または破壊されている。さらに、微細構造やナノ構造の周期性や規則性も認識できない。
【００３３】
図１〜図６で図解し、上記に説明の構造特徴を持つ切削工具の製造方法は、本開示に提供されている。切削工具の製造方法は、例えば、すくい面と本体とを含み、難削材で形成された切削インサートを提供する工程と、すくい面と本体をレーザービームで切断し、すくい面と共に切削刃を形成する逃げ面を提供する工程と、を含む。逃げ面は、少なくとも一つの表面微細構造と表面ナノ構造を画定する放射線アブレーション領域を含み、ここでは、難削材の細孔構造は、表面微細構造及び表面ナノ構造により塞がれない。    
【００３４】
適切な仕様のレーザー照射と関連装置を用いて、難削材で形成された逃げ面と本体を切断し、表面微細構造および／または表面ナノ構造を画定する放射線アブレーション領域を含む逃げ面を得る。ここでは、難削材の細孔構造は表面微細構造やナノ構造により塞がれない。具体的なレーザービームパラメータは、ＰＣＤ、超硬ＷＣやＰｃＢＮのような切断される難削材の特性に依存する。ある実施形態では、電子格子相互作用の熱励起時間よりも一般的に短い、非常に限られた時間内に、難削材にエネルギーを伝達する能力を持っている、超短波パルスレーザー（例、フェムト秒）を使う。かかる実施形態では、熱拡散が限定されるため、熱影響ゾーンがごくわずかになり、熱エネルギーが重要地帯周辺に集中する。さらに、ピーク強度がＧＷ／ｃｍ２に到達あるいは超過し、難削材粒子と関連金属結合やセラミック結合のアブレ―ションを実現する。本開示で説明する方法のための一般的なレーザービーム仕様を表ＩＩに記載する。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
さらに、切断過程において、レーザービームは回転させることもできる。例えば、レーザー穿孔システムを用いて、切断作業を行うことができる。かかるシステムは、レンズを回転中に、円形ビームの置き換えと統合の調節が可能なように設計・実装されている。現行の切断用途用のレンズ回転速度は、より小さいパルスオーバーラップに対しては１０，０００ｒｐｍを超えることができる。さらに、レーザービームは回転対称重量配分を示すことができる。本開示で説明の方法を実行するために最適なレーザー穿孔システムは、ＧＬ穿孔器取引法の下で、ドイツのＧｍｂＨ  ｏｆ  Ｄｅｇｇｅｎｄｏｒｆ社のＧＦＨから購入可能である。
【００３７】
さらに、すくい面上に放射線アブレーション領域を含む切削工具についても、本開示で説明する。例えば、切削工具は、すくい面と逃げ面が交差して形成される少なくとも一つの切削刃を含み、すくい面は少なくとも一つの表面微細構造と表面ナノ構造を画定する放射線アブレーション領域を含む難削材で形成されており、ここで、難削材の表面細孔構造は、表面微細構造及び表面ナノ構造で塞がれてはいない。すくい面の表面微細構造と表面ナノ構造は、上記で説明し、図１〜図６で説明したのと同じ形態と構造を持つ場合がある。例えば、すくい面の表面微細構造とナノ構造は、団塊または突起である場合があり、放射線アブレーション領域内あるいは隣接する放射線アブレーション領域間において、実質均一な高さおよび／または間隔を示す。さらに、すくい面の難削材は、上記に詳細を記載した特性を有するＰＣＤ、多結晶ＣＶＤダイヤモンド、ＰｃＢＮ、超硬合金、多結晶セラミックス、単結晶ダイヤモンド、黒鉛またはＤＬＣを含む、逃げ面について本開示で説明した任意の難削材を含んでもよい。
【００３８】
ある実施形態においては、放射線アブレーション領域は、１つまたは複数のすくい面表面構造に位置する。例えば、放射線アブレーション領域は、１つまたは複数のすくい面チップブレーカ構造に位置する。ある実施形態においては、放射線アブレーション領域は、チップブレーカ構造の側壁および／または底表面に位置する。すくい面の放射線アブレーション領域は、Ｔランド、バイパーや好みの刃形状を含む刃構造と関連する。放射線アブレーション領域は、レーザー放射を照射することですくい面表面に付与され、上記で説明した特性を持ち、表ＩＩに一般的な特徴をまとめてある。さらに、すくい面の放射線アブレーション領域は、０．００２μｍから４μｍの表面粗度（Ｓａ）を示す。すくい面の放射線アブレーション領域であるＳａは、Ｂｌｕｎｔおよびその他のＩＳＢＮ９７８１９０３９９６１１６第１版、表面トポグラフィ評価のための最新技術（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）とＩＳＯ  １１５６２に記載の手順に従って決定される。
【００３９】
このような実施形態やその他の実施形態は、下記の非限定的な実施例において、さらに説明されている。
【実施例】
【００４０】
例１−ＰＣＤ切削工具
表面微細構造とナノ構造を画定する放射線アブレーション領域を含む逃げ面を含むＰＣＤ切削工具は、下記のように製造される。ＰＣＤ切削インサートブランクが提供された。ＰＣＤ切削インサートブランクは、高温、高圧（ＨＰＨＴ）プレスで超硬合金基質へ焼結されたＰＣＤ層で構成されている。ＰＣＤ層は平均粒子サイズ１０μｍ、厚さ１．６ｍｍを示していたが、一方、超硬合金基質はコバルト結合と１−１０μｍのＷＣ粒子で構成されている。ＰＣＤ切削インサートブランクのすくい面と本体がレーザービームで切断され、表ＩＩＩに記載する仕様を提示する。レーザービームは、ＧＦＨ  ＧｍｂＨ社のＧＬ．穿孔レーザードリルシステムを使って生成した。
【００４１】
【表３】
2016203372.tif 000007
【００４２】
図８は、本開示で説明する放射線アブレーション領域を持つ逃げ面を提供するため、すくい面とＰＣＤ切削インサートブランク本体のレーザー切断を図解する。図８で説明の通り、ＰＣＤ層は、レーザーシステムで超硬合金基質を切断後、レーザードリルシステムで切断される。
【００４３】
表面微細構造と表面ナノ構造すくい面を画定する放射線アブレーション領域を持つ逃げ面が得られるＰＣＤ本体とすくい面の切断に関しては、図１−３に説明してある。重要なのは、放射線アブレーション領域を付与するために、ＧＬ．穿孔レーザードリルシステムでの切断に続いて、さらに逃げ面を加工しないことである。さらに、表面微細構造と表面ナノ構造を画定する放射線アブレーション領域が得られる基本的なＷＣ−Ｃｏ基質の切断に関しては、図４−６に説明してある。ＰＣＤナノ構造の団塊形態とは対照的に、ＷＣ−Ｃｏ表面微細構造とナノ構造は、突起のような形態を示す。
【００４４】
例２−ＰＣＤ切削工具
少なくとも一つの表面微細構造と表面ナノ構造を画定する放射線アブレーション領域を含む、チップブレーカ構造を含む、すくい面を持つＰＣＤ切削工具は、次のように製作する。ＰＣＤ切削インサートブランクが提供された。ＰＣＤ切削インサートブランクは、ＨＰＨＴプレスで超硬合金基質へ焼結されたＰＣＤ層で構成されている。ＰＣＤ層は、平均粒子サイズ１０μｍと厚さ０．５ｍｍを示す。チップブレーカ構造は、表ＩＶに記載の仕様を持つレーザービームですくい面の表面が機械加工されている。レーザービームは、ＧＦＨ  ＧｍｂＨ社のＧＬ．スキャンレーザードリルシステムを使って生成した。
【００４５】
【表４】
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【００４６】
チップブレーカ構造が得られる、すくい面レーザー機械加工に関しては、図９に説明してある。少なくとも一つの表面微細構造と表面ナノ構造を画定する放射線アブレーション領域は、チップブレーカの側壁と下壁表面にある。例１と同様に、表面微細構造と表面ナノ構造は、ＰＣＤの表面細孔構造を塞ぐことはない。
【００４７】
発明の様々な目的の実現において、発明の様々な実施形態を説明する。このような実施形態は、本発明の原則を単に説明するだけであることが認識されるべきである。本発明の精神と範囲から逸脱することなく、これらのスキルに対して、技術的に数多くの修正や採用が必要なことは明白である。
【符号の説明】
【００４８】
１０    切削刃
１１    逃げ面
１２    すくい面
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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