WO2019065949A1

WO2019065949A1 - ダイヤモンド被覆回転切削工具

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Publication number: WO2019065949A1
Application number: PCT/JP2018/036204
Authority: WO
Inventors: 拓矢久保; 村田　和久; 哲光冨永
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: CN111163890A; US11878353B2; US20200261985A1; CN111163890B; EP3689521A1; JP2019063904A; JP6928248B2; EP3689521A4

Abstract

剥離やチッピングによる欠陥の発生を防止でき、平滑な加工面を得る。　ダイヤモンド被膜は、微細なダイヤモンド粒子からなる第１ダイヤモンド層と、大きいダイヤモンド粒子からなる第２ダイヤモンド層とを含み、逃げ面側ダイヤモンド被膜は、平均膜厚ｄ２が３μｍ以上２５μｍ以下であり、表面側に第１ダイヤモンド層、工具基体側に第２ダイヤモンド層が形成されており、基体切れ刃部の先端から５０μｍまで又は工具直径の１／１０までのいずれか小さい方の範囲のすくい面側ダイヤモンド被膜は平均膜厚ｄ１が、０μｍ以上５．０μｍ以下又は０μｍ以上ｄ２未満のいずれか小さい範囲であり、逃げ面側ダイヤモンド被膜の端面における第１ダイヤモンド層と第２ダイヤモンド層との境界部が、基体切れ刃部の垂直断面において工具回転中心と基体切れ刃部とを結ぶ基準線の延長線よりも基体逃げ面側で露出している。

Description

ダイヤモンド被覆回転切削工具

　本発明は、超硬合金からなる基体の表面にダイヤモンドが被覆されたダイヤモンド被覆回転切削工具に関する。

　本願は、２０１７年９月２９日に出願された特願２０１７－１８９７０２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　超硬合金からなる基体の表面にダイヤモンドが被覆された回転切削工具は、刃先強度が高いという利点があるが、ダイヤモンド被膜の膜厚に応じて刃先が丸みを帯びるため、平滑な加工面を得にくいという問題がある。

　工具の刃先が丸みを帯びる問題に対しては、例えば特許文献１～４に記載される方法等が提案されている。

　特許文献１には、刃先のダイヤモンド被膜を研磨加工により平面的に薄くすることで刃先を鋭利にすることが記載されている。特許文献２又は特許文献３には、刃先にチャンファを形成することで切れ刃の切れ味が良くなることが記載されている。特許文献４には、レーザ加工により工具すくい面のダイヤモンド被膜を薄く加工し、刃先の曲率半径を小さくする方法が記載されている。

特開平４‐２１０３１５号公報特許第３４７７１８２号公報特許第３４７７１８３号公報特許第５７６４１８１号公報

　しかしながら、これら特許文献記載の方法では、刃先のチッピングが生じやすくなることや、未処理時よりも刃先のダイヤモンド被膜が薄くなるために、摩耗による刃先の後退速度が増加するなど、工具寿命が低下する問題がある。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、剥離やチッピングによる欠陥の発生を防止でき、平滑な加工面が得られるダイヤモンド被覆回転切削工具を提供することを目的とする。

　本発明のダイヤモンド被覆回転切削工具は、超硬合金からなる工具基体と、その表面を被覆するダイヤモンド被膜とを備えるダイヤモンド被覆切削工具であって、前記工具基体は、基体すくい面と、基体逃げ面と、前記基体すくい面と前記基体逃げ面との間に設けられた基体切れ刃部とを備え、前記ダイヤモンド被膜は、微細なダイヤモンド粒子からなる第１ダイヤモンド層および前記第１ダイヤモンド層のダイヤモンド粒子よりも大きいダイヤモンド粒子からなる第２ダイヤモンド層を含み、前記基体逃げ面の表面を被覆する平均膜厚ｄ２が３μｍ以上２５μｍ以下の逃げ面側ダイヤモンド被膜および平均膜厚ｄ１が０μｍ以上５．０μｍ以下又は０μｍ以上前記平均膜厚ｄ２未満のいずれか小さい範囲の膜厚で前記基体すくい面の少なくとも所定範囲を被覆するすくい面側ダイヤモンド被覆を構成しており、前記逃げ面側ダイヤモンド被膜は、その表面を形成する前記第１ダイヤモンド層を備えるとともに、前記第１ダイヤモンド層に隣接して前記工具基体側に前記第２ダイヤモンド層を備え、前記すくい面側ダイヤモンド被膜は、前記基体すくい面において前記所定範囲として少なくとも前記基体切れ刃部から５０μｍまで又は工具直径の１／１０までのいずれか小さい方の範囲に設けられ、前記すくい面側ダイヤモンド被膜の表面または前記基体すくい面の表面と前記逃げ面側ダイヤモンド被膜の端面とが連なって構成された工具すくい面と、前記逃げ面側ダイヤモンド被膜の前記表面により構成された工具逃げ面と、前記工具すくい面と前記工具逃げ面とが交差する稜線に構成された工具切れ刃部とを備え、前記基体切れ刃部の垂直断面において、工具回転中心と前記基体切れ刃部とを結ぶ直線を基準線として、前記逃げ面側ダイヤモンド被膜の前記端面における前記第１ダイヤモンド層と前記第２ダイヤモンド層との境界部が、前記基準線の延長線よりも前記基体逃げ面側で露出している。

　このダイヤモンド被覆回転切削工具では、工具切れ刃部の先端（刃先）は、最初の段階では、逃げ面側ダイヤモンド被膜の第１ダイヤモンド層の先端により形成されている。切削により第１ダイヤモンド層の一部が摩耗するが、微細なダイヤモンド粒子からなる層であるため、この摩耗はチッピング等を生じることなく進行する。そして、この第１ダイヤモンド層に隣接して第２ダイヤモンド層が基体側に設けられているので、第１ダイヤモンド層が第２ダイヤモンド層との境界部まで摩耗すると、第１ダイヤモンド層と第２ダイヤモンド層との境界部が工具切れ刃部の刃先となる。その後は、第２ダイヤモンド層はダイヤモンド粒子が大きく耐摩耗性が高いため、摩耗速度が急激に低下する。一方、工具切れ刃部の先端（刃先）よりも逃げ面側は微細なダイヤモンド粒子からなる第１ダイヤモンド層により薄く覆われた状態となり、その第１ダイヤモンド層が被削材に面で対向する。

　この状態で切削を続けると、工具切れ刃部の先端（刃先）では、第２ダイヤモンド層が摩耗しにくいのに対して、その逃げ面側を薄く覆っている第１ダイヤモンド層の摩耗速度が大きいため、鋭利な切れ刃形態を保ちながら摩耗が進行するセルフシャープニング効果が生じ、長期にわたって平滑な加工面が得られる切れ刃を維持できる。また、このように第１ダイヤモンド層が第２ダイヤモンド層との境界部まで摩耗した後においても、切削中に工具切れ刃部に加わる主分力は、工具切れ刃部先端の第２ダイヤモンド層と逃げ面側の第１ダイヤモンド層とに分散されるため、工具切れ刃部先端の第２ダイヤモンド層のチッピングも生じにくくなる。

　この場合、基体切れ刃部の先端から５０μｍ又は工具直径の１／１０までのいずれか小さい方の範囲において、すくい面側ダイヤモンド被膜の平均膜厚ｄ１を０μｍ以上５．０μｍ以下または逃げ面側ダイヤモンド被膜の０μｍ以上平均膜厚ｄ２未満のいずれか小さい範囲としているので、すくい面側ダイヤモンド被膜の剥離を防止でき、良好な加工精度を維持できる。なお、すくい面側ダイヤモンド被膜については、これが形成されずに基体すくい面が露出した状態（すくい面側ダイヤモンド被膜の膜厚が０μｍ）も含む。

　被削材の加工時において、工具逃げ面は、工具すくい面と比べて、工具切れ刃部の先端から離れた位置においても被削材と接触しやすく、被削材との摺動により摩耗しやすい。そこで、逃げ面側ダイヤモンド被膜の平均膜厚ｄ２を３μｍ以上２５μｍ以下に確保することで、逃げ面側ダイヤモンド被膜の剥離を防止するとともに、工具寿命の低下を防止できる。

　逃げ面側ダイヤモンド被膜の平均膜厚ｄ２が３μｍ未満では、工具すくい面よりも工具逃げ面が先に摩耗しやすくなり、工具寿命が低下する。一方で、平均膜厚ｄ２が２５μｍを超えると、ダイヤモンド被膜が自壊しやすくなる。

　本発明のダイヤモンド被覆回転切削工具の好ましい実施態様として、前記境界部から前記基準線に平行な方向に１μｍ工具基体側の箇所における前記基準線の垂線上において、前記第２ダイヤモンド層の長さＬ１と、前記第１ダイヤモンド層の長さＬ２との比（Ｌ２／Ｌ１）が、２≦（Ｌ２／Ｌ１）≦６であるとよい。

　（Ｌ２／Ｌ１）が２未満では、第２ダイヤモンド層を覆う第１ダイヤモンド層の厚さが小さいので、前述したセルフシャープニング効果に乏しい。（Ｌ２／Ｌ１）が６を超えると、第１ダイヤモンド層の厚さが相対的に大きくなるため、摩耗が激しくなる。

　本発明のダイヤモンド被覆回転切削工具の好ましい実施態様としては、前記第１ダイヤモンド層のダイヤモンド粒子は平均粒径が０．１５μｍ未満、前記第２ダイヤモンド層のダイヤモンド粒子は平均粒径が０．１５μｍ以上であるとよい。

　本発明のダイヤモンド被覆回転切削工具の好ましい実施態様としては、前記工具基体の前記表面に垂直な断面上で観察される個々のダイヤモンド粒子の前記工具基体表面に垂直な方向の長さ（ａ）と前記工具基体表面に平行な方向の長さと（ｂ）の長さ比を（ａ／ｂ）として、前記第１ダイヤモンド層のダイヤモンド粒子は前記長さ比（ａ／ｂ）が１．５未満、前記第２ダイヤモンド層のダイヤモンド粒子は前記長さ比（ａ／ｂ）が１．５以上であるとよい。

　本発明のダイヤモンド被覆回転切削工具の好ましい実施態様としては、前記工具基体表面に垂直な断面上のダイヤモンド被膜のラマンスペクトルを波形分離し、１３３２ｃｍ^－１付近に存在するダイヤモンドのｓｐ^３混成軌道に由来する鋭いピーク強度（ｄ）を、１５８０ｃｍ^－１付近に存在するグラファイトのｓｐ^２混成軌道に由来する緩やかなピーク（Ｇバンド）の強度（Ｇ）で割った強度比を（ｄ／Ｇ）として、前記第１ダイヤモンド層の前記強度比（ｄ／Ｇ）が０．１≦（ｄ／Ｇ）＜０．８であり、前記第２ダイヤモンド層の前記強度比（ｄ／Ｇ）が０．８≦（ｄ／Ｇ）であるとよい。

　本発明のダイヤモンド被覆回転切削工具によれば、剥離やチッピングによる欠陥の発生を防止でき、平滑な加工面を得ることができる。

本発明に係る実施形態のボールエンドミルにおける工具先端部を示す斜視図である。図１に示すボールエンドミルの工具切れ刃部近傍における基体切れ刃部に対して垂直な断面を示す要部断面図である。図２に示す本発明の実施形態のボールエンドミルの工具切れ刃部において、逃げ面側ダイヤモンド被膜の一部が摩耗した状態を示す要部断面図である。ダイヤモンド被膜を第２ダイヤモンド層の単層により形成した場合のチッピングを示す要部断面図である。ダイヤモンド被膜を第１ダイヤモンド層の単層により形成した場合の切れ刃の摩耗状態を示す要部断面図である。本実施形態に係るボールエンドミルの製造方法に使用されるレーザ加工装置を示す全体構成図である。すくい面側ダイヤモンド被膜を加工する場合のレーザ加工工程を説明する模式図である。刃先すくい角を変える場合のレーザ加工工程を説明する模式図である。レーザビームのオーバーラップを説明する模式図である。第１ダイヤモンド層と第２ダイヤモンド層との特定位置の膜厚の比率（Ｌ２／Ｌ１）と被削材の光沢度との関係を示すグラフである。実施例の工具切れ刃部における切削試験前の状態を示すＳＥＭ像である。実施例の工具切れ刃部における切削試験後の状態を示すＳＥＭ像である。比較例の工具切れ刃部における切削試験前の状態を示すＳＥＭ像である。比較例の工具切れ刃部における切削試験後の状態を示すＳＥＭ像である。実施例の工具により切削した被削材の全体写真である。実施例の工具により切削した被削材の表面を拡大したＳＥＭ像である。比較例の工具により切削した被削材の全体写真である。比較例の工具により切削した被削材の表面を拡大したＳＥＭ像である。

　本発明は、工具基体の表面にダイヤモンド被膜を有する回転切削工具（ドリル、エンドミル、又はインサート等）に適用される。以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

　本実施形態のダイヤモンド被覆回転切削工具１０１は、図２に示すように工具基体１と、その表面を被覆するダイヤモンド被膜２とを備え、図１に示すように、軸線Ｏ回りに回転される工具先端部３を有し、その工具先端部３に軸線Ｏを挟んで１８０°反対側に設けられた一対の工具切れ刃部４１を有する２枚刃のボールエンドミル１０１である。

　ボールエンドミル１０１は、工具先端部３の工具直径（外径、呼び径）Ｄ０が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である小径の回転切削工具である。図１に示すように、工具切れ刃部４１は、工具すくい面４２と工具逃げ面４３とが交差する稜線に形成されている。工具切れ刃部４１、工具すくい面４２及び工具逃げ面４３は、ボールエンドミル１０１の軸線Ｏを対称軸として回転対称に２箇所に配置されている。

　工具基体１は超硬合金で形成されている。ダイヤモンド被膜２は、熱フィラメントＣＶＤ法（化学気相成長法）等により成膜されている。

　図２に示すように、工具基体１は、基体すくい面１２と、基体逃げ面１３と、これら基体すくい面１２と基体逃げ面１３とが交差する稜線に形成された基体切れ刃部１１とを有している。図２は、基体切れ刃部１１のある点における垂直断面図（工具基体１の表面に垂直な断面図）である。工具基体１の表面を被覆するダイヤモンド被膜２は、基体すくい面１２の表面の少なくとも所定範囲を被覆するすくい面側ダイヤモンド被膜２２と、基体逃げ面１３の表面を被覆する逃げ面側ダイヤモンド被膜２３とを構成している。

　逃げ面側ダイヤモンド被膜２３の平均膜厚ｄ２は３μｍ以上２５μｍ以下である。逃げ面側ダイヤモンド被膜２３は、その表面を形成する微細なダイヤモンド粒子（微粒ダイヤモンド）からなる第１ダイヤモンド層３１と、第１ダイヤモンド層３１に隣接して工具基体１側に配置され、第１ダイヤモンド層３１のダイヤモンド粒子よりも大きいダイヤモンド粒子（粗粒ダイヤモンド）からなる第２ダイヤモンド層３２とで構成されている。

　すくい面側ダイヤモンド被膜２２は、第２ダイヤモンド層３２の単層により構成され、基体すくい面１２において基体切れ刃部１１から５０μｍ又は工具直径Ｄ０の１／１０までのいずれか小さい方の範囲Ｅ（図２に符号Ｅで示す範囲）を所定範囲として被覆している。

　すくい面側ダイヤモンド被膜２２の平均膜厚ｄ１は、０μｍ以上５．０μｍ以下又は逃げ面側ダイヤモンド被膜２３の平均膜厚ｄ２未満０μｍ以上のいずれか小さい範囲である。すくい面側ダイヤモンド被膜２２は、膜厚ｄ１がゼロで、基体すくい面１２が露出している場合もあり得る。

　第１ダイヤモンド層３１の微細なダイヤモンド粒子はいわゆる「ナノダイヤモンド」であり、第２ダイヤモンド層３２の粗大ダイヤモンド粒子は「柱状晶ダイヤモンド」である。

　一般に、ＣＶＤ熱フィラメント法では、成膜時のガス条件を段階的に変えた際に、ある閾値範囲においてナノダイヤモンドから柱状晶ダイヤモンドへと急速に変化する。その閾値範囲においてガス条件を数時間程度かけて連続的に変化させることで、平均粒径がナノオーダーからマイクロオーダーへと滑らかに移行するグラデーション層を数μｍの厚さで形成出来ることが知られている。本実施形態においても、第１ダイヤモンド層３１と第２ダイヤモンド層３２の境界部３３をグラデーション層としても良い。境界部３３をグラデーション層とすることで、第１ダイヤモンド層３１と第２ダイヤモンド層３２の境界面の凹凸形状が低減し、より平滑な加工面が得られることが期待される。しかしながら、グラデーション層の厚みが過剰に大きいとセルフシャープニング効果が低減するため、グラデーション層の厚さは０～３μｍ程度以下の範囲であることが望ましい。なお、グラデーション層を設けた場合は、前記グラデーション層の中央を、第１ダイヤモンド層と第２ダイヤモンド層の境界部と定義する。

　このボールエンドミル１０１は、基体切れ刃部１１の垂直断面（図２）において、工具回転中心（軸線Ｏ）と基体切れ刃部１１とを結ぶ直線を基準線Ｃとして、境界部３３から基準線Ｃに平行な方向に１μｍ工具基体１に近い箇所における基準線Ｃの垂線上において、第２ダイヤモンド層の長さＬ１と、第１ダイヤモンド層の長さＬ２との比（Ｌ２／Ｌ１）が、２≦（Ｌ２／Ｌ１）≦６であることが望ましい。

　（Ｌ２／Ｌ１）が２以上であることにより、第２ダイヤモンド層３２を覆う第１ダイヤモンド層３１の厚さが十分となり、セルフシャープニング効果が得られる。（Ｌ２／Ｌ１）が６以下であることにより、第１ダイヤモンド層３１の相対的な厚さが大きすぎないので、摩耗を抑制できる。

　各層におけるダイヤモンド粒子の粒径に着目すると、第１ダイヤモンド層３１の微細なダイヤモンド粒子は平均粒径が０．１５μｍ未満、第２ダイヤモンド層３２の粗大ダイヤモンド粒子は平均粒径が０．１５μｍ以上であるとよい。

　各層におけるダイヤモンド粒子のアスペクト比に着目すると、工具基体１の表面に垂直な断面上で観察される個々のダイヤモンド粒子の工具基体１の表面に垂直な方向の長さ（ａ）と工具基体１表面に平行な方向の長さ（ｂ）の長さ比を（ａ／ｂ）として、第１ダイヤモンド層３１のダイヤモンド粒子の長さ比（ａ／ｂ）が１．５未満、第２ダイヤモンド層３２のダイヤモンド粒子は長さ比（ａ／ｂ）が１．５以上であるとよい。

　通常は柱状晶ダイヤモンド粒子のアスペクト比の方がナノダイヤモンド粒子のアスペクト比よりも遥かに高い。上述した長さ（ａ）および長さ（ｂ）の設定により、柱状晶ダイヤモンド層の厚さが柱状晶ダイヤモンド粒子の長軸の長さ（ａ）の上限となるため、熱フィラメントＣＶＤ法で形成される場合、層の厚さによっては、短軸側の長さ（ａ）が大きい柱状晶ダイヤモンドのアスペクト比は１付近まで小さくなる場合がある。本実施形態における第２ダイヤモンド層３２のダイヤモンド粒子の長さ比（ａ／ｂ）は好ましくは１．５以上とする。

　ラマン分光法で得られるラマンスペクトルから、第１ダイヤモンド層３１と第２ダイヤモンド層３２との結晶性を比較できる。具体的には、工具基体１表面に垂直な方向に切り出したダイヤモンド被膜２の断面上のラマンスペクトルを波形分離し、１３３２ｃｍ^－１付近に存在するダイヤモンドのｓｐ^３混成軌道に由来する鋭いピーク（ｄバンド）の強度（ｄ）を、１５８０ｃｍ^－１付近に存在するグラファイトのｓｐ^２混成軌道に由来する緩やかなピーク（Ｇバンド）の強度（Ｇ）で割った強度比（ｄ／Ｇ）について、第１ダイヤモンド層３１の強度比（ｄ／Ｇ）が０．１≦（ｄ／Ｇ）＜０．８、第２ダイヤモンド層３２の強度比（ｄ／Ｇ）が０．８≦（ｄ／Ｇ）であるとよい。

　この強度比（ｄ／Ｇ）は、ダイヤモンド被膜の膜質を評価するためによく用いられる一般的な指標の一つであり、強度比（ｄ／Ｇ）が高いほどダイヤモンドの結晶性が高いことを意味する。多結晶ダイヤモンド被膜では、強度比（ｄ／Ｇ）が高いほど、結晶の粗大化、柱状化、耐摩耗性の向上、耐欠損性の低下、表面粗さの増加などが生じることが知られている。

　すくい面側ダイヤモンド被膜２２は、基体切れ刃部１１から５０μｍまで又は工具直径Ｄ０の１／１０までのいずれか小さい方の範囲（図２に符号Ｅで示す範囲）を所定範囲として基体すくい面１２を被覆する第２ダイヤモンド層３２の単層により形成されている。逃げ面側ダイヤモンド被膜２３は、第１ダイヤモンド層３１と第２ダイヤモンド層３２との二層構造である。基体切れ刃部１１の先端では、すくい面側ダイヤモンド被膜２２の表面に逃げ面側ダイヤモンド被膜２３の端面が連なっている。このため、これらすくい面側ダイヤモンド被膜２２の表面及び逃げ面側ダイヤモンド被膜２３（第１ダイヤモンド層３１および第２ダイヤモンド層３２）の端面により工具すくい面４２が形成され、逃げ面側ダイヤモンド被膜２３の第１ダイヤモンド層３１の表面により工具逃げ面４３が形成され、これら工具すくい面４２と工具逃げ面４３との間に工具切れ刃部４１が形成される。したがって、工具すくい面４２は、大部分が第２ダイヤモンド層３２により形成されている。工具切れ刃部４１の付近で、第２ダイヤモンド層３２の端面と第１ダイヤモンド層３１の端面とが連なり、これらの境界部３３が露出している。

　ボールエンドミル１０１の工具回転中心（軸線Ｏ）と基体切れ刃部１１とを結ぶ直線を基準線Ｃとして、逃げ面側ダイヤモンド被膜２３は、基準線Ｃの延長線よりも基体逃げ面１３側に第１ダイヤモンド層３１と第２ダイヤモンド層３２との境界部３３が露出している。具体的には、図２に示す断面において、基準線Ｃから逃げ面側ダイヤモンド被膜２３の第２ダイヤモンド層３２と第１ダイヤモンド層３１との境界部３３までの高さをｈとし、その高さｈについて基準線Ｃよりも工具すくい面４２側を正（＋：プラス）とし、工具逃げ面４３側を負（－：マイナス）として、高さｈが負（ｈ＜０μｍ）となるように設けられている。

　露出した境界部３３の高さｈを負とするのは、高さｈが正の場合、摩耗が境界部３３に達した際に、成膜時に発生した刃先の丸みを帯びた箇所が被削材に最も深く接触する箇所となり、切れ味が失われるためである。

　未使用工具の工具切れ刃部４１における第１ダイヤモンド層３１と第２ダイヤモンド層３２との境界部３３におけるすくい角θ（基準線Ｃから両ダイヤモンド層３１，３２の境界部における接線までの角度）は、基準線Ｃから工具すくい面４２側を（＋：プラス）とし、工具逃げ面４３側を負（－：マイナス）として、－２０°＜θ＜－５°が好適な範囲である。以下、このすくい角θを刃先すくい角とし、工具すくい面４２のうち、逃げ面側ダイヤモンド被膜２３の端面により形成される面を刃先すくい面４４とする。

　本実施形態のボールエンドミル１０１において、すくい面側ダイヤモンド被膜２２を平坦に薄くしたのは、次の理由による。

　一般に、ダイヤモンド被覆切削工具を用いて超硬合金などの硬脆材料を加工する場合、切削中の工具切れ刃部の刃先は大きな背分力を受けるため、刃先にはフレーキングと呼ばれる損傷が生じる場合がある。この場合、すくい面のダイヤモンド被膜が大きく剥離しやすく、その剥離の発生前後で加工面に段差が生じるなどの問題が発生することが知られている。それに対し、本実施形態の工具では、すくい面側ダイヤモンド被膜２２の膜厚を薄くすることで、剥離を抑制した。ダイヤモンド被覆工具では、被膜の厚さが薄いほど基体界面との剥離が発生しにくくなる性質があり、また、本実施形態の工具のように刃先をシャープ化したものでは未処理品よりも背分力が低下するため、フレーキング自体も低減する。

　このように構成したボールエンドミル１０１を用いて切削を行うと、図３に示すように、逃げ面側ダイヤモンド被覆２３において耐摩耗性が低い先端の第１ダイヤモンド層３１が切削初期の早い段階において摩耗する。その摩耗が第２ダイヤモンド層３２との境界部３３に達すると、第２ダイヤモンド層３２は耐摩耗性が高いため、工具切れ刃部４１の刃先全体の摩耗速度が急激に低下する。

　そして、更に摩耗が進むと、刃先先端の角部にある第２ダイヤモンド層３２よりも、逃げ面側にある第１ダイヤモンド層３１の摩耗速度の方が早いため、鋭利な形態を保ちながら摩耗が進行するセルフシャープニング効果を生じ、長距離に渡って平滑な加工面を得られる切り刃を維持出来る。

　また、図３に示す工具切れ刃部４１の刃先形態では、切削中に刃先に加わる主分力が、刃先角部の刃先すくい面４４を形成する第２ダイヤモンド層３２と逃げ面側の第１ダイヤモンド層３１に分散されるため、刃先角部の第２ダイヤモンド層３２のチッピングも生じにくくなる。図３に示す状態まで摩耗した逃げ面側ダイヤモンド被膜２３の第１ダイヤモンド層３１において、工具切れ刃部４１付近に形成される面を刃先逃げ面４５とする。

　比較として、図４に示すように同じ刃先形状で第２ダイヤモンド層３２単体の膜を用いた場合は、第２ダイヤモンド層３２は耐欠損性が低いために、鋭利な先端部でチッピングによる欠け部５１が生じ、これにより発生した新たな突起部５２が再びチッピングするという損傷を繰り返す。そのため、刃先の損傷速度は大きく、加工面には細かい擦り傷状のツールパスが発生する。

　図５に示すように同じ刃先形状で第１ダイヤモンド層３１単体の膜とした場合は、第１ダイヤモンド層３１は耐欠損性が高いためにチッピングは生じにくいものの、正常摩耗の速度が速く、刃先逃げ面４５よりも被削材に切り込む工具切れ刃部５３の角部の方が早く摩耗するため、摩耗の進行とともに工具切れ刃部５３の先端刃先が丸みを帯びてゆく。そのため、切削抵抗が高くなり、被削材表面に生じる引張応力により、被削材表面にはむしれやクラックが発生する。

　次に、本実施形態のボールエンドミル（ダイヤモンド被覆回転切削工具）１０１を製造する方法について、説明する。

　本実施形態のボールエンドミル１０１の製造方法は、超硬合金からなる工具基体１の表面にダイヤモンド被膜２を成膜する成膜工程と、ダイヤモンド被膜２にレーザビームＬを照射し、ダイヤモンド被膜２を加工して工具切れ刃部４１を形成するレーザ加工工程とを有する。

（成膜工程）
　成膜工程では、基体すくい面１２と、基体逃げ面１３と、これら基体すくい面１２と基体逃げ面１３との間に形成された基体切れ刃部１１とを有する工具基体１の表面に、図７に示すように、平均粒径の異なる二層構造のダイヤモンド被膜２を例えば８μｍ以上３０μｍ以下の略一定の膜厚（平均膜厚ｄ２）で成膜する。

　まず、工具基体１上に結晶粒径の大きいダイヤモンド粒子からなる第２ダイヤモンド層３２を形成し、その上に第２ダイヤモンド層３２よりも結晶粒径の小さいダイヤモンド粒子からなる第１ダイヤモンド層３１を積層して形成する。

　工具基体１へのダイヤモンド被膜２の成膜は、例えばマイクロ波プラズマＣＶＤ法や、熱フィラメントＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法等の公知の方法を好適に用いることができる。また、イオンビーム法等の他の成膜方法も適用できる。結晶粒径は、熱フィラメントＣＶＤ法であれば、成膜時のガス条件を変えることで制御できる。

（レーザ加工工程）
　レーザ加工工程では、例えば、図６に示すようなレーザ加工装置２０１を使用し、工具基体１の表面を被覆して形成されたダイヤモンド被膜２にレーザビームＬを照射して、そのダイヤモンド被膜２を加工する。以下、図６及びレーザ加工工程の説明においては、工具基体１にダイヤモンド被膜２が形成されたワークを符号１０で示す。

　例えば、レーザ加工装置２０１は、レーザビームＬをパルス発振してダイヤモンド被膜２に一定の繰り返し周波数で照射しながら走査するレーザビーム照射機構５０と、ダイヤモンド被膜２が被覆されたワーク１０を保持した状態で、回転、旋回、及びｘｙｚ軸方向にそれぞれ移動可能な工具保持機構６０と、これらを制御する制御機構７０とを備える。

　工具保持機構６０は、ワーク１０をｘ‐ｙ‐ｚの各方向に並進運動でき、かつ旋回運動、及び自転運動できる機構を有している。具体的には、水平面に平行なｘ軸方向に移動可能なｘ軸ステージ部６１ｘと、そのｘ軸ステージ部６１ｘ上に設けられｘ軸方向に対して垂直であり水平面に平行なｙ軸方向に移動可能なｙ軸ステージ部６１ｙと、ｙ軸ステージ部６１ｙ上に設けられ水平面に対して垂直方向に移動可能なｚ軸ステージ部６１ｚと、ｚ軸ステージ部６１ｚ上に設けられた旋回機構６２と、旋回機構６２に固定されてワーク１０を保持可能なホルダ６３を旋回機構６２の旋回中心と直交する軸を中心に回転する回転機構６４とを備える。これら各ステージ部６１ｘ～６１ｚ、旋回機構６２、回転機構６４の各駆動部は、例えばステッピングモータが用いられ、エンコーダにより各位相を制御機構７０にフィードバックできる。

　レーザビーム照射機構５０は、ＱスイッチによりレーザビームＬをパルス発振するレーザ発振機５１と、レーザビームＬをスポット状に集光させる集光レンズ５２と、集光レンズ５２からのレーザビームＬを走査するガルバノスキャナ等のビーム走査系５３と、レーザビームＬの照射位置を撮影するＣＣＤカメラ等の撮影部５４とを備えている。

　レーザ発振機５１は、１９０ｎｍ～１１００ｎｍの短波長のレーザビームＬを照射できる光源を使用でき、例えば本実施形態では、波長３５５ｎｍのレーザビーム（Ｎｄ：ＹＡＧレーザ波の第３高調波）を発振して出射できるものを用いている。ビーム走査系５３は、工具保持機構６０の真上に配置されている。

　制御機構７０は、全体の動作を制御するもので、レーザビームＬの旋回軌道の半径、旋回軌道における後述のウエイト時間などを設定するプログラムを有している。

　次に、このように構成されるレーザ加工装置２０１を使用して、ワーク１０の表面に被覆されたダイヤモンド被膜２を加工して、基体すくい面１２上の領域の工具すくい面４２と、基体逃げ面１３上の領域の工具逃げ面４３と、工具すくい面４２と工具逃げ面４３との間に工具切れ刃部４１とを形成する方法について説明する。

　レーザ加工工程では、図７に示すように、基体すくい面１２上のすくい面側ダイヤモンド被膜２２の厚み方向に複数層（図７では９層）の加工レイヤー２５を設定する。そして、レーザビームＬの照射方向を各加工レイヤー２５に対して垂直に（すなわち、すくい面側ダイヤモンド被膜２２の表面に対して垂直に）、かつレーザビームＬの走査方向を図１に複数の矢印で示したように基体切れ刃部１１の延在方向に直交する方向とし、レーザビームＬを照射して一定速度で等間隔でハッチング走査することにより、加工レイヤー２５毎にダイヤモンド被膜２の所定部分を除去して、工具すくい面４２を加工するとともに、工具すくい面４２と工具逃げ面４３との間に工具切れ刃部４１を形成する。

　図１に示すように、工具切れ刃部４１の刃先先端位置におけるレーザビームＬの走査線の間隔を一定にして行うと、図１に示すボールエンドミル１０１のような外方に向けて凸となる刃先形態では、工具すくい面４２（基体すくい面１２）の内側では外側よりもレーザビームＬの走査線の密度が高まるため、刃先先端よりも工具すくい面４２の内側部分の加工量が大きくなってしまう。そこで、個々の走査線の長さを調整することにより、工具すくい面４２の内側部分から刃先までの間で走査線の密度が一定となるようにしてもよい。

　各加工レイヤー２５において、隣接するレーザビームＬのオーバーラップＫは５０％以上とするのが良い（図９参照）。図９に示すように、レーザビームＬの集光直径をＢとし、レーザビームＬを走査した際に走査線間で隣接するレーザビームＬの集光直径Ｂの中心間距離をＡとすると、Ａ＝ＢのときにオーバーラップＫが０％となり、Ａ＝（Ｂ／２）のときにオーバーラップＫが５０％となる。オーバーラップＫを５０％以上とすることで、加工面を凹凸のない滑らかな面に仕上げることができる。

　このようなレーザビームＬの走査を、各加工レイヤー２５において繰り返し行うことで、すくい面側ダイヤモンド被膜２２の所定部分を除去して三次元形状の加工面を形成していき、工具すくい面４２を加工して、工具すくい面４２とともに、工具逃げ面４３と工具切れ刃部４１とを形成する。

　例えば、図２に示すように、刃先の高さｈが０未満（ｈ＜０μｍ）、刃先すくい角θが負（θ＜０°）の刃先すくい面４４及び工具切れ刃部４１を形成する場合には、図７に実線矢印Ｓ１で走査線を示したように、加工レイヤー２５毎のレーザビームＬの走査線Ｓ１の走査停止位置を加工予定の工具切れ刃部４１の刃先先端位置よりも外側に設定する。

　図７に示すように、工具基体１の表面を被覆して形成されたダイヤモンド被膜２は、すくい面側ダイヤモンド被膜２２と逃げ面側ダイヤモンド被膜２３との間の表面が円弧面となる。したがって、各加工レイヤー２５に対してレーザビームＬを照射すると、各加工レイヤー２５の刃先近傍においてはレーザビームＬの照射位置が工具中心側と比べて深く照射される。換言すると、走査線Ｓ１が直線状であっても、ダイヤモンド被膜２の表面が円弧面である部分では円弧面に沿ってダイヤモンド被膜２が除去される。

　つまり、各加工レイヤー２５内においてレーザビームＬの照射距離が変化することにより、特に刃先近傍の加工面形状が大きく加工される。これにより、他の部分と比べて刃先近傍を深く加工でき、刃先すくい角θが負となる刃先すくい面４４と、刃先の高さｈが０未満の工具切れ刃部４１とを加工できる。

　この刃先すくい角θとしては、－２０°＜θ＜－５°が好適である。

　刃先すくい角θの大きさを制御するには、各々のハッチング走査におけるレーザビームＬの停止位置を制御することで調整できる。例えば、図７に示すように全てのレイヤーでレーザビームＬを切れ刃の外側まで走査すると、元の刃先のダイヤモンド被膜２の丸みの影響により刃先すくい角θは小さくなる（負の側に大きくなる）。

　これに対して、図８に示すように、加工レイヤー２５毎のレーザビームＬの走査を、加工予定の工具切れ刃部４１の刃先先端位置よりも外側に走査停止位置を有する走査線Ｓ１（実線矢印）と、加工予定の工具切れ刃部４１の刃先先端位置よりも内側に走査停止位置を有する走査線Ｓ２（破線矢印）とを組み合わせて行うと、刃先すくい角θを大きい方（絶対値としては小さい方）に調整できる。

　この際、加工予定の工具切れ刃部４１の刃先先端位置よりも内側に走査停止位置を有する走査線Ｓ２については、各走査停止位置を例えば図８に二点鎖線で示すような曲線４６上に設定して照射することで、段差のない滑らかな加工面形状を高精度に形成できる。

　このように、レーザビームＬの走査線Ｓ１，Ｓ２の走査停止位置を調整することにより、加工面に照射されるレーザビームＬのエネルギー密度を容易に調整できるので、すくい面側ダイヤモンド被膜２２の所定部分を除去して、三次元形状の加工面（刃先すくい面４４）を容易に形成できるとともに、刃先先端が鋭利な刃先を形成できる。

　なお、図８では、工具切れ刃部４１の刃先先端位置よりも外側に走査停止位置を有する走査線Ｓ１と、工具切れ刃部４１の刃先先端位置よりも内側に走査停止位置を有する走査線Ｓ２とを、交互に実施しているが、これに限定されるものではない。加工面形状に応じて、外側の走査線Ｓ１と内側の走査線Ｓ２との走査タイミングや回数を組み合わせることができる。

　本実施形態のボールエンドミル（直径２．０ｍｍの二枚刃ボールエンドミル）を実際に作製した。まず、工具基体の上に、表１に示す条件の熱フィラメントＣＶＤ法により、平均粒径の異なる二層構造の多結晶ダイヤモンド被膜を成膜した。

　フィラメントの材質はタングステン９９質量％、フィラメントの径は０．４ｍｍとした。工具基体とフィラメントの距離を１０ｍｍに維持し、フィラメントはエンドミルの軸方向に対し垂直方向に張った。成膜前にガス圧　１ｋＰａ、メタン流量３０ＳＣＣＭ（１ａｔｍ，０℃）、水素流量３０００ＳＣＣＭ（１ａｔｍ，０℃）に調整し、フィラメントを１５００℃に２時間保持することでフィラメントを炭化させた。なお、ガス流量の単位「ＳＣＣＭ」は、スタンダード条件（１ａｔｍ，０℃）換算における体積流量（ｃｃ／ｍｉｎ）である。

　成膜に際しては、工具基体の温度が８００℃～９００℃になるようにフィラメントの温度を調整した。このときのフィラメント温度は２１００±５０℃の範囲で制御した。フィラメント温度は放射温度計で測定し、工具基体の温度は超硬合金基体エンドミルのシャンク側より熱電対を挿入して測定した。膜厚および層厚は、成膜時間を調整することで変えることができる。表１に示す条件番号１～３が第１ダイヤモンド層、条件番号４～１０が第２ダイヤモンド層に相当する。

　結晶粒径の制御は、表１に示すように成膜時のガス条件を変えることで行った。表１における平均粒径とは、被膜の垂直断面において観察される個々のダイヤモンド粒子について工具基体表面に垂直な方向の長さ（ａ）と工具基体表面に平行な方向の長さ（ｂ）との平均値（（ａ＋ｂ）／２）で定義する粒径の算術平均値である。粒子形状は、個々のダイヤモンド粒子の前述の長さ（ａ）と長さ（ｂ）との比（ａ／ｂ）の算術平均値が１．５未満の場合を球状、１．５以上の場合を柱状とした。

＜ダイヤモンド粒子の平均粒径、および、粒子形状の定義及び測定方法＞
　対象の工具の刃先近傍の未処理部におけるダイヤモンド被膜を工具基体の法線に平行な方向で薄片化して薄片試料を作製する。得られた薄片試料について、個々の粒子輪郭が判別出来るよう調整したＴＥＭの暗視野像，またはＴＥＭプローブを用いたＥＢＳＤ測定で得た結晶方位により粒子を色分けしたカラーマッピング画像のいずれかを取得する。

　その画像上にて、被膜表面に平行な長さ３μｍの線分を、被膜表面から被膜と工具基体の界面へ向かって垂直な方向に０．５μｍ間隔で引き、それらの各線分上に交わる全ての粒子の工具基体表面に垂直な方向の長さ（ａ）と工具基体表面に平行な方向の長さ（ｂ）の平均値（（ａ＋ｂ）／２）の算術平均値を、被膜のその位置における平均粒径と定義する。

　その工具基体表面に垂直な方向の長さ（ａ）を工具基体表面に平行な方向の長さ（ｂ）で割った値（ａ／ｂ）の算術平均値を、その位置における粒子のアスペクト比と定義する。そのアスペクト比が１．５未満の場合を球状粒子、１．５以上の場合を柱状晶粒子と判断する。

　強度比ｄ／Ｇの値については、前述の膜の断面（薄片試料）に対し、波長５３２ｎｍ、直径０．５μｍのレーザを光源としてラマンスペクトルを測定し、波形分離後の１３３０ｃｍ^－１付近に見られる鋭いピーク（ｓｐ^３結合バンド、ｄバンド）のピーク強度ｄと、１５８０ｃｍ^－１付近に見られる比較的ブロードなピーク（ｓｐ^２結合バンド、Ｇバンド）のピークの強度Ｇを読み取り、強度ｄを強度Ｇで割った値を強度比ｄ／Ｇとする。強度比ｄ／Ｇの測定についても、上記と同様に、被膜表面から０．５μｍ間隔で行うこととする。

　次に、図１および図７に示すように、すくい面に垂直に照射したレーザビームを、切れ刃稜線に垂直な方向に一定速度にて等間隔でハッチング走査し、それを複数回繰り返すことで、すくい面のダイヤモンド膜厚を任意の厚さに加工した。使用したレーザ加工条件は、以下の通りである。

（レーザ加工条件）
レーザ波長：３５５ｎｍ
パルス幅：３０ｎｓ
繰り返し周波数：２００ｋＨｚ
出力：０．５Ｗ
レーザビームの集光直径：１０μｍ
レーザビームの走査速度：２００（ｍｍ／ｓ）
レーザビームの走査線の間隔（中心間距離Ａ）：２μｍ

　このレーザ加工条件では、一回のハッチング走査により約１μｍの深さでダイヤモンド被膜が加工された。また、前述した走査線の制御により、刃先すくい角θを－２０°＜θ＜－５°の範囲で調整した。

　このレーザ加工条件を用いて実際に加工された刃先の断面をＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ）加工により露出させ、ＳＥＭ観察を行ったところ、表２に示すサンプル１～３０（実施例）の工具はいずれも、刃先先端（第１ダイヤモンド層により構成された角部）の曲率半径は０．８μｍ以下の非常にシャープなものであった。

　なお、上述した刃先先端の曲率半径は、工具切れ刃部４１の丸みを円で近似した半径である。このような非常にシャープな刃先は、上述のレーザ加工条件のように、単位面積あたりのレーザのパルスエネルギー（フルエンス）をダイヤモンド被膜の加工閾値近傍とした場合においてのみ見られる特有のものである。一方、ダイヤモンド被覆の加工閾値よりも十分に高いフルエンスでレーザ加工した場合（例えば上記条件で出力を５Ｗとした場合）は、レーザ加工後の刃先の曲率半径は加工前の刃先の曲率半径に依存し、加工前の刃先の曲率半径の半分程度となる。（特開２０１８－１０３３３８号公報参照）

　また、サンプル１～３０のいずれの工具においても、刃先から５０μｍ、または、刃先から工具直径の１/１０までのすくい面のダイヤモンド被膜の膜厚ｄ１を５．０μｍ以下の範囲に調整した。逃げ面のダイヤモンド被膜の膜厚ｄ２は、表２の第１ダイヤモンド層の膜厚と第２ダイヤモンド層の膜厚を足した値である。

　比較例として、表１の条件番号５の場合の第２ダイヤモンド層の単層膜としたサンプル４１の工具、露出した境界の高さｈを正の値としたサンプル４２の工具も作製した。これらの比較例のサンプル４０，４１についても、刃先から工具直径の１/１０までのすくい面のダイヤモンド被膜の膜厚ｄ１を５．０μｍ以下の範囲に調整した。

　表２は、上記の方法で作製した各種サンプルの工具について、逃げ面側ダイヤモンド被膜の第１ダイヤモンド層および第２ダイヤモンド層のそれぞれの膜厚、露出した境界部の高さｈ及び（Ｌ２／Ｌ１）の実測値、及び、切削試験を行った際の被削材の光沢度とその判定結果を示す。表２の条件番号は、サンプル作製時に使用したダイヤモンド被膜の成膜条件等を示す表１の条件番号に対応する。

　各サンプルの工具における逃げ面側ダイヤモンド被膜において、前述のようにダイヤモンド粒子の平均粒径を測定しながら、被膜表面から０．５μｍ間隔で調べていった際に、第１ダイヤモンド層の条件（ダイヤモンド粒子の平均粒径が０．１５μｍ未満）を満たすまでの厚さ範囲を、第１ダイヤモンド層と判断する。第２ダイヤモンド層も同様である（ダイヤモンド粒子の平均粒径が０．１５μｍ以上）。

　切削試験は、平均粒度１．０μｍ未満の超硬合金（ＩＳＯ　Ｋ１０相当）からなる直径２０ｍｍの円盤状の被削材に対し、各サンプルの工具を用いて、ドライ加工にて、回転速度３０，０００ｍｉｎ^－１、送り速度３００ｍｍ／ｍｉｎ、切り込み量ａｅ＝０．０３ｍｍ（加工幅、幅方向のステップ量）、ａｐ＝０．０５ｍｍ（加工深さ）という切削条件で平面切削を行った。直径２０ｍｍの円盤状の被削材全面を加工幅ａｅ＝０．０３ｍｍで平面研削した場合、切削長は約１０ｍである。

　切削試験後、各被削材の光沢度を測定し、加工品質を判定した。表２中に示す光沢度は、光沢度計（日本電色工業株式会社製　ＰＧ－１Ｍ）を用いて、入射角２０°にて、被削材の中央部１０．０ｍｍ×１０．６ｍｍの領域に対し、被削材を９０°ごとに回転して計４回測定した光沢度（単位：Ｇｌｏｓｓ　Ｕｎｉｔ）の平均値である。加工品質の評価は、その光沢度の平均値について、サンプル４１による被削材の光沢度を基準として、サンプル４１による被削材の光沢度の２倍以上をＡ、１～２倍をＢ、下回るものをＣとした。

　表２に示すように、サンプル１～３０の工具による被削材のいずれも、サンプル４１の工具による被削材より光沢度が上回った。特に、２＜（Ｌ２／Ｌ１）≦６の範囲であるサンプルの工具による被削材にて、Ａの判定結果となった。サンプル４２は露出した境界の高さｈを正の値とした場合であるが、被削材の光沢度がサンプル４１の工具による被削材の光沢度よりも低く、Ｃの判定結果となった。

　図１０は、表２のなかの（Ｌ２／Ｌ１）と被削材の光沢度との関係をグラフに示したものである。２＜（Ｌ２／Ｌ１）≦６の範囲で、被削材の光沢度が優れているのがわかる。

　図１１Ａおよび１１Ｂは、サンプル１７（実施例）の工具の切削前後の刃先のＳＥＭ像であり、符号Ｍ１７は切れ刃、符号Ｎ１７はすくい面を示す。図１２Ａおよび１２Ｂは、サンプル４１（比較例）の切削前後の刃先のＳＥＭ像であり、符号Ｍ４１は切れ刃、符号Ｎ４１はすくい面を示す。サンプル１７では、刃先の微粒層（幅３μｍ）が摩耗し、粗粒が刃先となっている様子が外観から分かる。サンプル１７では、刃先の一部で小さなチッピングが発生しているだけであったが、サンプル４１では図１２Ｂに示すように大きなチッピングが発生していた。なお、サンプル１７はすくい面Ｎ１７のダイヤモンド膜厚が２μｍであり、サンプル４１はすくい面Ｍ１７のダイヤモンド膜厚が０μｍ（超硬合金の基体が露出）のものである。

　図１３Ａはサンプル１７の工具による切削試験後の被削材の写真であり、図１３Ｂは、その中央付近（切削長約５ｍ）のＳＥＭ像である。図１４Ａおよび１４Ｂはサンプル４１の工具による切削試験後の被削材の写真とその中央付近（切削長約５ｍ）のＳＥＭ像である。サンプル１７の工具による被削材は加工面の光沢度が高く、ＳＥＭ像上でも加工した痕跡はほぼ見えなかった。

　サンプル４１の工具による被削材は、写真上で切削初期（切削長２ｍ程度まで）は光沢が見られるが、それ以降では光沢度が劣っていることが分かる。図１４Ａ中の矢印Ａは工具送り方向を示し、矢印Ｂはピックフィード方向を示す。図１４Ｂに示されるように、ＳＥＭ像では筋状のツールパスが明確に見え、所々にＷＣ粒子のむしれによるものと思われる直径数μｍ程度の凹みが多数見られた。

　表３は、サンプル１７と同様の工具形態および膜厚で、第２ダイヤモンド層と第１ダイヤモンド層の結晶粒径（成膜条件）を変えたものを作製し、上記と同じ条件で切削試験を行った結果である。サンプル３２はサンプル１７と同じ条件である。

　表３に示すように、第２ダイヤモンド層の平均粒径が０．１５μｍを下回るサンプル３１、または、第１ダイヤモンド層の平均粒径が０．１５μｍ以上であるサンプル３８では被削材の光沢度が低く判定がＣとなり、それ以外のものはいずれも、被削材の光沢度が良好で、ＡまたはＢの判定となった。

　以上説明したように、工具すくい面における基体切れ刃部の先端から５０μｍまでの膜厚を５．０μｍ以下とすることで剥離が抑制できていた。この場合、工具すくい面のダイヤモンド被膜の厚さをゼロとしても（完全に除去しても）、基体すくい面の露出した基体に、切りくず流れによる損傷は全く見られなかった。

　以上のように、本実施形態の工具は、剥離やチッピングによる欠陥を生じることなく、平滑な加工面を得ることができた。

　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

　例えば、第１ダイヤモンド層および第２ダイヤモンド層は、それぞれの領域内において、その領域として判別される条件範囲内であれば（各層間の判別が可能である範囲で）、ダイヤモンド粒子の粒径等が断続的、または、連続的に変化する積層構造としても良く、その結晶粒も必ずしも被膜表面側が相対的に微粒である必要も無い。例えば、第１ダイヤモンド層が表面側から基体に向けて微粒から超微粒となる積層構造となっていても良い。また、第１ダイヤモンド層と第２ダイヤモンド層の境界についても、必ずしも明確な（不連続な）界面が存在する必要はなく、例えば結晶粒径が連続的に変化していても良い。また、ダイヤモンド被膜として、窒素やホウ素などの元素をドープしたものを用いても良い。

　本発明の工具は、ダイヤモンド被膜全体が第１ダイヤモンド層と第２ダイヤモンド層との２層を有する構造である必要はない。工具の標準切削条件における１刃あたり送り量（通常、超硬合金を被削材とした場合は５μｍ程度）よりも刃先先端から離れた箇所のすくい面については、被削材との直接的な接触が無く、微細な切りくずが表面を滑るのみで摩耗がほとんど発生しないため、例えば微粒ダイヤモンドで構成した第１ダイヤモンド層のみの単層構造であっても良い。更には、粗粒ダイヤモンドからなる第２ダイヤモンド層と微粒ダイヤモンドからなる第１ダイヤモンド層を複数層ずつ交互に積層した多層構造としても良い。

　この場合、すくい面のダイヤモンド被膜の膜厚ｄ１の大きさによっては、すくい面表層のダイヤモンド層が第２ダイヤモンド層（粗粒ダイヤモンドからなる層）となるとは限らず、例えば、第１ダイヤモンド層（微粒ダイヤモンドからなる層）となる場合もある。

　また、前述のすくい面のレーザ加工後に、レーザ加工や研削加工などを用いて、刃先先端のダイヤモンド被膜（第１ダイヤモンド層）を、逃げ角が略ゼロとなる略平面で、面取り加工を行っても良い。予め面取り加工を行うことで、切削初期と切削中期以降における工具径の差が減少し、加工精度を向上させることが出来る。

　また、上記実施形態ではボールエンドミルについて説明したが、工具基体の表面にダイヤモンド被膜を有する回転切削工具、例えば刃先を一体に形成したドリルやその他のエンドミル、インサートなどの切削工具においても、本発明を適用できる。またそのような切削工具において、曲線状の切れ刃部、曲線状の切れ刃部と直線状の切れ刃部との組合せなど、多様な構成を広く適用できる。

　なお、第１ダイヤモンド層および第２ダイヤモンド層については、各層におけるダイヤモンド粒子の平均粒径、アスペクト比、ラマンスペクトルの強度比の全てが上述した範囲を同時に満たす必要はない。各層の比較としては、第２ダイヤモンド層のダイヤモンド粒子が第１ダイヤモンド層のダイヤモンド粒子よりも大きければよく、平均粒径、アスペクト比、分光強度比はそれぞれ必要に応じて好ましい範囲を満たせばよい。

　切削加工において、切削工具の切れ刃部の剥離やチッピングによる欠陥の発生を防止でき、平滑な加工面を得ることができる。

１　工具基体
２　ダイヤモンド被膜
３　工具先端部
１１　基体切れ刃部
１２　基体すくい面
１３　基体逃げ面
２２　すくい面側ダイヤモンド被膜
２３　逃げ面側ダイヤモンド被膜
２５　加工レイヤー
３１　第１ダイヤモンド層
３２　第２ダイヤモンド層
４１　工具切れ刃部
４２　工具すくい面
４３　工具逃げ面
４４　刃先すくい面
４５　刃先逃げ面
５０　レーザビーム照射機構
５１　レーサ発振機
５２　集光レンズ
５３　ビーム走査系
５４　撮像部
６０　工具保持機構
６１ｘ　ｘ軸ステージ部
６１ｙ　ｙ軸ステージ部
６１ｚ　ｚ軸ステージ部
６２　旋回機構
６３　ホルダ
６４　回転機構
７０　制御機構
１０１　ボールエンドミル（ダイヤモンド被覆回転切削工具）
２０１　レーザ加工装置

Claims

　超硬合金からなる工具基体と、その表面を被覆するダイヤモンド被膜とを備えるダイヤモンド被覆切削工具であって、
　前記工具基体は、基体すくい面と、基体逃げ面と、前記基体すくい面と前記基体逃げ面とが交差する稜線に設けられた基体切れ刃部とを備え、
　前記ダイヤモンド被膜は、微細なダイヤモンド粒子からなる第１ダイヤモンド層および前記第１ダイヤモンド層のダイヤモンド粒子よりも大きいダイヤモンド粒子からなる第２ダイヤモンド層とを含み、前記基体逃げ面の表面を被覆する平均膜厚ｄ２が３μｍ以上２５μｍ以下の逃げ面側ダイヤモンド被膜および平均膜厚ｄ１が０μｍ以上５．０μｍ以下又は０μｍ以上前記平均膜厚ｄ２未満のいずれか小さい範囲の膜厚で前記基体すくい面の少なくとも所定範囲を被覆するすくい面側ダイヤモンド被膜を構成しており、
　前記逃げ面側ダイヤモンド被膜は、その表面を形成する前記第１ダイヤモンド層を備えるとともに、前記第１ダイヤモンド層に隣接して前記工具基体側に前記第２ダイヤモンド層を備え、
　前記すくい面側ダイヤモンド被膜は、前記基体すくい面において前記所定範囲として少なくとも前記基体切れ刃部から５０μｍまで又は工具直径の１／１０までのいずれか小さい方の範囲に設けられ、
　前記すくい面側ダイヤモンド被膜の表面または前記基体すくい面の表面と前記逃げ面側ダイヤモンド被膜の端面とが連なって構成された工具すくい面と、前記逃げ面側ダイヤモンド被膜の前記表面により構成された工具逃げ面と、前記工具すくい面と前記工具逃げ面とが交差する稜線に構成された工具切れ刃部とを備え、
　前記基体切れ刃部の垂直断面において、工具回転中心と前記基体切れ刃部とを結ぶ直線を基準線として、前記逃げ面側ダイヤモンド被膜の前記端面における前記第１ダイヤモンド層と前記第２ダイヤモンド層との境界部が、前記基準線の延長線よりも前記基体逃げ面側で露出している
ことを特徴とするダイヤモンド被覆回転切削工具。
　請求項１に記載のダイヤモンド被覆回転切削工具であって、
　前記境界部から前記基準線に平行な方向に１μｍ工具基体側の箇所における前記基準線の垂線上において、前記第２ダイヤモンド層の長さＬ１と、前記第１ダイヤモンド層の長さＬ２との比（Ｌ２／Ｌ１）が、２≦（Ｌ２／Ｌ１）≦６である
ことを特徴とするダイヤモンド被覆回転切削工具。
　請求項１又は２に記載のダイヤモンド被覆回転切削工具であって、
　前記第１ダイヤモンド層のダイヤモンド粒子は平均粒径が０．１５μｍ未満であり、
　前記第２ダイヤモンド層のダイヤモンド粒子は平均粒径が０．１５μｍ以上である
ことを特徴とするダイヤモンド被覆回転切削工具。
　請求項１又は２に記載のダイヤモンド被覆回転切削工具であって、
　前記工具基体の前記表面に垂直な断面上で観察される個々のダイヤモンド粒子の前記工具基体の前記表面に垂直な方向の長さ（ａ）と前記工具基体表面に平行な方向の長さ（ｂ）の長さ比を（ａ／ｂ）として、
　前記第１ダイヤモンド層のダイヤモンド粒子の前記長さ比（ａ／ｂ）は１．５未満であり、
　前記第２ダイヤモンド層のダイヤモンド粒子の前記長さ比（ａ／ｂ）は１．５以上である
ことを特徴とするダイヤモンド被覆回転切削工具。
　請求項１又は２に記載のダイヤモンド被覆回転切削工具であって、
　前記工具基体表面に垂直な断面上のダイヤモンド被膜のラマンスペクトルを波形分離し、１３３２ｃｍ^－１付近に存在するダイヤモンドのｓｐ^３混成軌道に由来する鋭いピークの強度（ｄ）を、１５８０ｃｍ^－１付近に存在するグラファイトのｓｐ^２混成軌道に由来する緩やかなピークの強度（Ｇ）で割った強度比を（ｄ／Ｇ）として、
　前記第１ダイヤモンド層の前記強度比（ｄ／Ｇ）が０．１≦（ｄ／Ｇ）＜０．８であり、
　前記第２ダイヤモンド層の前記強度比（ｄ／Ｇ）が０．８≦（ｄ／Ｇ）であることを特徴とするダイヤモンド被覆回転切削工具。