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WO2025115122A1 - 切削工具 - Google Patents

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Publication number
WO2025115122A1
WO2025115122A1 PCT/JP2023/042719 JP2023042719W WO2025115122A1 WO 2025115122 A1 WO2025115122 A1 WO 2025115122A1 JP 2023042719 W JP2023042719 W JP 2023042719W WO 2025115122 A1 WO2025115122 A1 WO 2025115122A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flank
cutting tool
less
rake face
cutting edge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2023/042719
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
研人 山田
周平 三角
泰助 東
優樹 平吹
暁 久木野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Original Assignee
Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Hardmetal Corp filed Critical Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority to PCT/JP2023/042719 priority Critical patent/WO2025115122A1/ja
Priority to JP2024543347A priority patent/JP7687789B1/ja
Priority to TW113117730A priority patent/TW202521256A/zh
Publication of WO2025115122A1 publication Critical patent/WO2025115122A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/18—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing
    • B23B27/20—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with cutting bits or tips or cutting inserts rigidly mounted, e.g. by brazing with diamond bits or cutting inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/02—Milling-cutters characterised by the shape of the cutter
    • B23C5/10—Shank-type cutters, i.e. with an integral shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C5/00—Milling-cutters
    • B23C5/16—Milling-cutters characterised by physical features other than shape

Definitions

  • This disclosure relates to cutting tools.
  • Patent Document 1 JP 2015-085462 A discloses a hard-coated cutting tool in which a diamond film is coated on a tool body having a cutting edge formed on the intersection ridge between the flank and rake face.
  • the thickness of the diamond film on the flank side is 8 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • the radius is 0.1 to 0.8 times the thickness of the diamond film on the flank side.
  • the cutting tool according to the present disclosure is a cutting tool comprising a substrate and a diamond layer coating the substrate.
  • the cutting tool comprises a rake face and a flank.
  • the flank is continuous with the rake face.
  • a ridge between the rake face and the flank constitutes a cutting edge.
  • the diamond layer has a flank coating.
  • the flank coating constitutes the flank.
  • the thickness of the flank coating is 10 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less. In a cross section perpendicular to a tangent to the cutting edge, the radius of curvature of the cutting edge is less than the thickness of the flank coating multiplied by 0.3.
  • the rake face includes a first portion.
  • the first portion is constituted by the flank coating.
  • the first portion is continuous with the flank.
  • the maximum height roughness of the first portion is less than 2 ⁇ m.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a cutting tool according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic plan view showing region II in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic side view showing the configuration of the cutting tool according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged schematic cross-sectional view showing a region V in FIG.
  • FIG. 6 is a flow chart that illustrates a schematic diagram of a method for manufacturing a cutting tool according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a process of sharpening the cutting edge by laser processing the rake face.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a cutting tool according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a step of sharpening the cutting edge by laser processing the rake face in the manufacturing method of the cutting tool according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional schematic view showing a cutting tool according to the present disclosure in use.
  • An object of the present disclosure is to provide a cutting tool capable of improving the tool life. [Effects of the present disclosure] According to the present disclosure, it is possible to provide a cutting tool capable of improving the tool life.
  • the cutting tool according to the present disclosure is a cutting tool having a substrate and a diamond layer coating the substrate.
  • the cutting tool has a rake face and a flank.
  • the flank is continuous with the rake face.
  • the ridge between the rake face and the flank constitutes a cutting edge.
  • the diamond layer has a flank coating.
  • the flank coating constitutes the flank.
  • the thickness of the flank coating is 10 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less. In a cross section perpendicular to a tangent to the cutting edge, the radius of curvature of the cutting edge is less than the thickness of the flank coating multiplied by 0.3.
  • the rake face has a first portion.
  • the first portion is constituted by the flank coating.
  • the first portion is continuous with the flank.
  • the maximum height roughness of the first portion is less than 2 ⁇ m.
  • the cutting tool disclosed herein prevents a portion of the first portion from protruding excessively. This prevents chip adhesion from occurring at the excessively protruding portion. As a result, the tool life can be improved.
  • the rake face may have a first rake face portion and a second rake face portion.
  • the first rake face portion may be spaced apart from the flank face.
  • the second rake face portion may be provided between the first rake face portion and the flank face.
  • the second rake face portion may be continuous with each of the first rake face portion and the flank face.
  • the second rake face portion may be inclined with respect to the first rake face portion in a direction from the first rake face portion toward the flank face. This makes it possible to increase the angle between the rake face and the flank face. This makes it possible to improve the strength of the cutting edge.
  • the inclination angle of the second rake face relative to the first rake face may be 3° or more and 50° or less.
  • the inclination angle of the second rake face 3° or more, it is possible to prevent the strength of the cutting edge from decreasing excessively.
  • the second angle ⁇ 2 50° or less it is possible to prevent the sharpness of the cutting edge from decreasing excessively.
  • the thickness of the flank coating portion may be 15 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less. This can improve the wear resistance of the cutting tool.
  • the radius of curvature of the cutting edge in a cross section perpendicular to the tangent line of the cutting edge, may be less than the thickness of the flank covering portion multiplied by 0.1. This can improve the sharpness of the cutting edge.
  • the substrate may be made of a cemented carbide containing tungsten carbide particles.
  • the average particle size of the tungsten carbide particles may be 2 ⁇ m or less. This can prevent the diamond layer from peeling off from the substrate. As a result, the tool life can be further improved.
  • the clearance angle of the clearance face may be 15° or more and 35° or less.
  • the maximum height roughness of the first portion may be less than 1.5 ⁇ m.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a cutting tool according to the first embodiment.
  • the cutting tool 100 according to the first embodiment has a tip portion 6, a body portion 7, and a shank portion 8.
  • the cutting tool 100 is, for example, a ball end mill.
  • the cutting tool 100 is, for example, a rotary cutting tool that rotates about an axis X as the rotation axis.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic plan view showing region II in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic side view showing the configuration of cutting tool 100 according to the first embodiment.
  • the enlarged schematic side view shown in FIG. 3 is an enlarged schematic side view seen along arrow A in FIG. 2.
  • the cutting tool 100 has a rake face 1 and a flank face 2.
  • the rake face 1 is continuous with the flank face 2.
  • the ridge between the rake face 1 and the flank face 2 forms a cutting edge 3.
  • the tangent to the cutting edge 3 is a first imaginary straight line 91.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2.
  • the cross section shown in FIG. 4 is perpendicular to the first imaginary straight line 91 (see FIG. 2).
  • the cutting tool 100 has a substrate 4 and a diamond layer 5.
  • the substrate 4 has a first surface 41 and a second surface 42.
  • the first surface 41 constitutes, for example, a part of the rake face 1.
  • the second surface 42 is continuous with the first surface 41.
  • the second surface 42 is substantially parallel to the clearance face 2.
  • the diamond layer 5 covers at least a portion of the substrate 4. Specifically, the diamond layer 5 covers the second surface 42.
  • the diamond layer 5 constitutes the flank 2.
  • the portion of the diamond layer 5 that constitutes the flank 2 is referred to as the flank coating portion 52.
  • the first surface 41 is exposed from the diamond layer 5, for example.
  • the diamond layer 5 contains, for example, diamond crystals.
  • the diamond layer 5 is made of, for example, diamond polycrystals.
  • the diamond layer 5 may contain components other than diamond (for example, amorphous components).
  • the diamond layer 5 may not contain diamond crystals.
  • the diamond layer 5 may be made of, for example, DLC (Diamond Like Carbon).
  • the rake face 1 is, for example, planar.
  • the rake face 1 is composed of the flank covering portion 52 and the base material 4.
  • the portion of the rake face 1 composed of the flank covering portion 52 is defined as the first portion 16.
  • the first portion 16 is continuous with the flank 2. From another perspective, the ridge between the first portion 16 and the flank 2 constitutes the cutting edge 3.
  • the portion of the rake face 1 composed of the base material 4 is defined as the second portion 17. In other words, the rake face 1 has the first portion 16 and the second portion 17.
  • the second portion 17 is substantially parallel to the first portion 16.
  • the thickness H of the flank covering portion 52 is 10 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less.
  • the thickness H is the thickness of the flank covering portion 52 in a direction perpendicular to the flank 2.
  • the thickness H may be, for example, 15 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, or 15 ⁇ m or more and 17 ⁇ m or less.
  • the thickness H may be, for example, 12 ⁇ m or more, or 14 ⁇ m or more.
  • the thickness H may be, for example, 22 ⁇ m or less, or 18 ⁇ m or less.
  • Maximum height roughness As an index for quantifying surface roughness, there is a maximum height roughness defined as Rz (hereinafter also referred to as maximum height roughness Rz or Rz).
  • the maximum height roughness Rz is a surface property parameter defined in JIS (Japanese Industrial Standards) B0601:2013.
  • the Rz of the first portion 16 is less than 2 ⁇ m.
  • the Rz of the first portion 16 may be, for example, 1.8 ⁇ m or less, less than 1.5 ⁇ m, or 1.2 ⁇ m or less.
  • the Rz may be, for example, 0.01 ⁇ m or more, or 0.5 ⁇ m or more.
  • Rz is measured, for example, using a laser microscope (OPTELICS HYBRID (trademark) manufactured by Lasertech). For example, five different measurement areas are set within the first portion 16. Each of the five measurement areas is a linear area. The position of each of the five measurement areas is set to any position within the first portion 16. The average value of Rz measured in each of the five measurement areas is set to the Rz of the first portion 16. In other words, the sum of the Rz values of the five measurement areas divided by 5 is set to the Rz of the first portion 16.
  • the measurement pitch is, for example, 0.1 ⁇ m.
  • the measurement range is, for example, 10 ⁇ m.
  • ⁇ Radius of curvature and second inclination angle> 5 is an enlarged schematic cross-sectional view showing the region V in FIG. 4.
  • the shape of the cutting edge 3 may be substantially arc-shaped.
  • the radius of curvature R of the cutting edge 3 is less than the value obtained by multiplying the thickness H (see FIG. 4) of the flank covering portion 52 by 0.3.
  • the radius of curvature R may be, for example, less than the value obtained by multiplying the thickness H by 0.2, or less than the value obtained by multiplying the thickness H by 0.1, or less than the value obtained by multiplying the thickness H by 0.08.
  • the radius of curvature R is, for example, greater than the value obtained by multiplying the thickness H by 0.001.
  • the radius of curvature R is, for example, 0.5 ⁇ m or more and 7 ⁇ m or less.
  • a straight line perpendicular to the rake face 1 and tangent to the cutting edge 3 is defined as a second imaginary straight line 92.
  • the flank 2 is inclined with respect to the second imaginary straight line 92 in a direction from the cutting edge 3 toward the rake face 1. From another perspective, the flank 2 is inclined with respect to the second imaginary straight line 92 in a direction from the front end 58 toward the rear end 59.
  • the inclination angle (first angle ⁇ 1) of the flank 2 with respect to the second imaginary straight line 92 is, for example, 15° or more and 35° or less.
  • the first angle ⁇ 1 may be, for example, 17° or more, or 19° or more.
  • the first angle ⁇ 1 may be, for example, 33° or less, or 30° or less.
  • the first angle ⁇ 1 is the clearance angle of the flank 2.
  • the radius of curvature R and the first angle ⁇ 1 are measured, for example, using a non-contact surface property measuring device "PF-60" manufactured by Mitaka Koiki.
  • PF-60 non-contact surface property measuring device
  • five different measurement areas are set on the rake face 1 and the flank face 2.
  • Each of the five measurement areas is a linear area that extends substantially perpendicular to the tangent line of the cutting edge 3 (first virtual straight line 91, see Figure 2) and intersects with the cutting edge 3.
  • the position of each of the five measurement areas is set to any position within the first portion 16.
  • the measurement pitch is, for example, 0.1 ⁇ m.
  • the measurement range is, for example, 200 ⁇ m.
  • each of the five measurement areas curves are obtained that indicate the shapes of the flank 2, cutting edge 3, and rake face 1. Based on the five curves obtained, the radius of curvature of the cutting edge 3 in each of the five measurement areas is measured. The average value of the radii of curvature of the cutting edge 3 in the five measurement areas is taken as the radius of curvature R of the cutting edge 3 in the cutting tool 100. In other words, the sum of the radii of curvature of the cutting edge 3 in the five measurement areas divided by five is taken as the radius of curvature R of the cutting edge 3 in the cutting tool 100.
  • the inclination angle of the flank 2 relative to the second virtual straight line 92 in each of the five measurement areas is measured based on the five curves obtained.
  • the average value of the inclination angles of the flank 2 relative to the second virtual straight line 92 in the five measurement areas is determined as the first angle ⁇ 1.
  • the sum of the inclination angles of the flank 2 relative to the second virtual straight line 92 in the five measurement areas divided by 5 is determined as the first angle ⁇ 1.
  • the substrate 4 is made of a cemented carbide containing, for example, tungsten carbide (WC) particles.
  • the cemented carbide constituting the substrate 4 contains, for example, tungsten carbide particles and a binder such as cobalt.
  • the average grain size of the WC grains contained in the cemented carbide constituting the substrate 4 is, for example, 2 ⁇ m or less.
  • the average grain size of the WC grains contained in the cemented carbide constituting the substrate 4 may be, for example, 1.5 ⁇ m or less, or 1 ⁇ m or less.
  • the average grain size of the WC grains contained in the cemented carbide constituting the substrate 4 may be, for example, 0.01 ⁇ m or more, or 0.1 ⁇ m or more.
  • any surface or cross section of the cemented carbide is mirror-finished.
  • mirror-finishing methods include polishing with diamond paste, using a Focused Ion Beam (FIB) device, using a Cross-section Polisher (CP) device, and combinations of these.
  • FIB Focused Ion Beam
  • CP Cross-section Polisher
  • the machined surface of the cemented carbide is photographed using a scanning electron microscope (Hitachi High-Technologies Corporation, "S-3400N"). Three such images are prepared. Each of the three images captures a different area. The photographed location can be set as desired. The photographing conditions are backscattered electron images. The observation magnification is 5000x. The accelerating voltage is 10 kV.
  • the three captured backscattered electron images are imported into a computer using image analysis software (ImageJ, version 1.51j8: https://imagej.nih.gov/ij/).
  • imageJ image analysis software
  • the three captured backscattered electron images are then subjected to binarization processing.
  • the binarization processing is performed under conditions preset in the image analysis software by pressing the "Make Binary" button on the computer screen.
  • tungsten carbide particles and areas other than tungsten carbide particles can be distinguished by the shade of color. For example, in the image after binarization processing, tungsten carbide particles are shown as black areas, and areas other than tungsten carbide particles are shown as white areas.
  • a rectangular measurement field of view measuring 25.3 ⁇ m in length and 17.6 ⁇ m in width is set in each of the three images obtained after binarization processing.
  • the circle equivalent diameter Heywood diameter: equivalent circle diameter with equal area
  • the number-based arithmetic mean value of the circle equivalent diameters of all tungsten carbide particles in the three measurement fields of view is calculated. In this specification, this arithmetic mean value corresponds to the average circle equivalent diameter of WC particles.
  • FIG. 6 is a flow diagram that shows a schematic diagram of a method for manufacturing a cutting tool according to the first embodiment.
  • the method for manufacturing a cutting tool 100 includes a step of forming a diamond layer on a substrate (S10), a step of sharpening the cutting edge by laser processing the rake face (S20), and a step of smoothing the rake face using ion etching (S30).
  • a step (S10) of depositing a diamond layer on a substrate is performed.
  • the diamond layer 5 is deposited on the substrate 4 using, for example, HFCVD (Hot Filament Chemical Vapor Deposition).
  • HFCVD Hot Filament Chemical Vapor Deposition
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the step (S20) of sharpening the cutting edge by laser processing the rake face.
  • a laser 81 is irradiated toward the cutting tool 100.
  • the irradiation direction of the laser 81 is along the arrow B.
  • the irradiation direction of the laser 81 is, for example, substantially parallel to the rake face 1. From another perspective, the irradiation direction of the laser 81 is, for example, substantially parallel to the first surface 41.
  • a laser processing area 82 is formed around the focal point F of the laser 81.
  • the laser processing area 82 is an area where the energy of the laser 81 is concentrated.
  • the portion of the cutting tool 100 that is within the laser processing area 82 is removed.
  • the diamond layer 5 that constitutes the rake face 1 is removed within a predetermined range. This makes it possible to sharpen the cutting edge 3. In other words, the radius of curvature R of the cutting edge 3 can be reduced.
  • the direction of irradiation of the laser 81 When the direction of irradiation of the laser 81 is perpendicular to the cutting face 1, most of the irradiated laser 81 hits the cutting tool 100. In this case, the area of the diamond layer 5 that heats up due to irradiation of the laser 81 becomes large. Therefore, the surface roughness of the diamond layer 5 is likely to deteriorate due to the heat generation. Specifically, for example, the surface roughness of the diamond layer 5 deteriorates due to an oxidation reaction occurring in the heated diamond layer 5.
  • the irradiation direction of the laser 81 is substantially parallel to the rake face 1. Therefore, part of the laser 81 passes through the focal point F without hitting the cutting tool 100. This makes it possible to reduce the area of the diamond layer 5 that generates heat due to irradiation with the laser 81. As a result, it is possible to suppress deterioration of the surface roughness of the diamond layer 5. By suppressing deterioration of the surface roughness of the diamond layer 5, it is possible to shorten the processing time in the step (S30) of smoothing the rake face using ion etching, which will be described later.
  • a step (S30) of smoothing the rake face using ion etching is performed. Ion etching is performed so that each of the rake face 1 and the flank face 2 is etched. The rake face 1 is smoothed. Specifically, the maximum height roughness of the first portion 16 is reduced.
  • the processing time for the ion etching is set to, for example, 0.3 hours. By setting the processing time for the ion etching to about 0.3 hours, it is possible to prevent the thickness H (see FIG. 4) of the flank face covering portion 52 from becoming excessively small. In this manner, the cutting tool 100 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 is manufactured.
  • the cutting tool 100 according to the second embodiment differs from the cutting tool 100 according to the first embodiment mainly in that the rake face 1 has a first rake face portion 11 and a second rake face portion 12, and is substantially the same as the cutting tool 100 according to the first embodiment in other respects.
  • the following description will focus on the differences from the cutting tool 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a cutting tool 100 according to the second embodiment.
  • the cross-section shown in FIG. 8 corresponds to the cross-section shown in FIG. 4.
  • the diamond layer 5 may cover the first surface 41 of the substrate 4.
  • the portion of the diamond layer 5 covering the first surface 41 is defined as a rake face covering portion 51.
  • the diamond layer 5 has a rake face covering portion 51 and a flank face covering portion 52.
  • the scooping surface 1 may have a first scooping surface portion 11 and a second scooping surface portion 12.
  • the first scooping surface portion 11 is formed, for example, by a diamond layer 5.
  • the first scooping surface portion 11 is spaced apart from the flank surface 2.
  • the first scooping surface portion 11 is substantially parallel to the first surface 41.
  • the second scooping surface portion 12 is provided between the first scooping surface portion 11 and the flank surface 2.
  • the second scooping surface portion 12 is connected to both the first scooping surface portion 11 and the flank surface 2.
  • the ridge between the second scooping surface portion 12 and the flank surface 2 forms the cutting edge 3.
  • the second scooping surface portion 12 is inclined relative to the first scooping surface portion 11 in a direction from the first scooping surface portion 11 toward the clearance surface 2. Specifically, in a direction perpendicular to the scooping surface 1, the second scooping surface portion 12 is inclined in a direction from the first scooping surface portion 11 toward the clearance surface 2. Note that when the scooping surface 1 has the first scooping surface portion 11 and the second scooping surface portion 12, the direction perpendicular to the scooping surface 1 is defined as the direction perpendicular to the first scooping surface portion 11.
  • the inclination angle of the second rake surface portion 12 relative to the first rake surface portion 11 is set to a second angle ⁇ 2.
  • the second angle ⁇ 2 is the angle between an extension line 93 of the first rake surface portion 11 and the second rake surface portion 12.
  • the second angle ⁇ 2 is, for example, 3° or more and 50° or less.
  • the second angle ⁇ 2 may be, for example, 3° or more and 40° or less.
  • the second angle ⁇ 2 may be, for example, 5° or more, or 10° or more.
  • the second angle ⁇ 2 may be, for example, 35° or less, 30° or less, or 20° or less.
  • the second scooping surface portion 12 is composed of a first portion 16, a second portion 17, and a third portion 18.
  • the first portion 16 is provided between the flank surface 2 and the second portion 17.
  • the second portion 17 is a portion of the second scooping surface portion 12 that is composed of the base material 4.
  • the second portion 17 is continuous with the first portion 16.
  • the second portion 17 is spaced apart from the flank surface 2.
  • the second portion 17 is provided between the first portion 16 and the third portion 18.
  • the third portion 18 is a portion of the second scooping surface portion 12 that is constituted by the scooping surface covering portion 51.
  • the third portion 18 is provided between the second portion 17 and the first scooping surface portion 11.
  • the third portion 18 is connected to both the second portion 17 and the first scooping surface portion 11.
  • the third portion 18 is spaced apart from the first portion 16.
  • the width W of the second scooping surface portion 12 in a direction perpendicular to the tangent of the cutting edge 3 is, for example, 0.01 mm or more and 0.2 mm or less.
  • the second portion 17 is continuous with each of the first surface 41 and the second surface 42.
  • the second portion 17 is provided between the first surface 41 and the second surface 42.
  • the second portion 17 is inclined relative to the first surface 41 in a direction from the first scooping surface portion 11 toward the clearance surface 2.
  • the second surface 42 is spaced apart from the first surface 41.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a step (S20) of sharpening the cutting edge by laser processing the rake face in the manufacturing method of the cutting tool 100 according to the second embodiment.
  • the irradiation direction of the laser 81 (arrow B) is inclined with respect to the rake face 1.
  • the irradiation direction of the laser 81 is, for example, substantially inclined with respect to the first surface 41.
  • the inclination angle of the irradiation direction of the laser 81 with respect to the rake face 1 is the second angle ⁇ 2 (see FIG. 8). From another perspective, the irradiation direction of the laser 81 is substantially parallel to the second rake face portion 12 (see FIG. 8). As a result, the second rake face portion 12 is formed while reducing the curvature radius R of the cutting edge 3.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional schematic diagram showing a state in which the cutting tool 100 according to the present disclosure is used.
  • a workpiece 90 is prepared.
  • the workpiece 90 is made of, for example, a cemented carbide alloy.
  • the workpiece 90 is made of, for example, a cemented carbide alloy.
  • the workpiece 90 may be made of, for example, ceramics such as alumina, silicon carbide, silicon, and CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics).
  • the cutting tool 100 rotates about the axis X, the cutting edge 3 comes into contact with the workpiece 90. This causes the workpiece 90 to be cut.
  • the effects of the cutting tool 100 according to the present disclosure will be described.
  • the workpiece is made of a hard and brittle material such as cemented carbide
  • a cutting tool having a diamond layer with high hardness is usually used.
  • the cutting edge of the cutting tool is covered with a diamond layer, the cutting edge becomes rounded as the thickness of the diamond layer increases. In this case, the tool is more likely to be damaged due to the deterioration of the sharpness of the cutting edge.
  • the thickness of the diamond layer is excessively thin, the wear resistance of the tool is excessively reduced.
  • the diamond layer 5 has a flank coating portion 52.
  • the flank coating portion 52 constitutes the flank 2.
  • the rake face 1 has a first portion 16.
  • the first portion 16 is constituted by the flank coating portion 52.
  • the maximum height roughness of the first portion 16 is less than 2 ⁇ m. In this way, excessive protrusion of a part of the first portion 16 is suppressed.
  • the cutting tool 100 is used to cut the workpiece 90, the chips are likely to come into contact with the first portion 16. Therefore, adhesion of the chips starting from the excessively protruding portion can be suppressed. As a result, the tool life can be improved.
  • the thickness of the flank coating portion 52 is 10 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less. By making the thickness of the flank coating portion 52 10 ⁇ m or more, the wear resistance of the cutting tool 100 can be sufficiently improved.
  • the radius of curvature R of the cutting edge 3 is less than the thickness of the flank covering portion 52 multiplied by 0.3. This makes it possible to sufficiently improve the sharpness of the cutting edge 3. As a result, damage to the tool can be made less likely to progress.
  • the rake face 1 has a first rake face portion 11 and a second rake face portion 12.
  • the second rake face portion 12 is inclined relative to the first rake face portion 11 in a direction from the first rake face portion 11 toward the flank face 2. This makes it possible to increase the angle between the rake face 1 and the flank face 2. This makes it possible to improve the strength of the cutting edge 3.
  • the inclination angle (second angle ⁇ 2) of the second rake surface portion 12 relative to the first rake surface portion 11 is 3° or more and 50° or less.
  • the second angle ⁇ 2 3° or more it is possible to prevent the angle between the second rake surface portion 12 and the flank 2 from becoming excessively small. This makes it possible to prevent the strength of the cutting edge 3 from decreasing excessively.
  • the second angle ⁇ 2 50° or less it is possible to prevent the angle between the second rake surface portion 12 and the flank 2 from becoming excessively large. This makes it possible to prevent the sharpness of the cutting edge 3 from decreasing excessively.
  • the substrate 4 is made of a cemented carbide alloy containing tungsten carbide particles.
  • the average particle size of the tungsten carbide particles is 2 ⁇ m or less.
  • the adhesion between the substrate 4 and the diamond layer 5 improves. Therefore, by having the average particle size of the tungsten carbide particles be 2 ⁇ m or less, the adhesion between the substrate 4 and the diamond layer 5 can be improved. This can prevent the diamond layer 5 from peeling off from the substrate 4. As a result, the tool life can be further improved.
  • the cutting tool 100 is described as being a ball end mill, but the cutting tool 100 according to the present disclosure is not limited to a ball end mill.
  • the cutting tool 100 may be a radius end mill or the like.
  • the cutting tool 100 may be a turning tool such as a cutting insert.
  • Sample preparation First, cutting tools 100 according to Samples 1 to 22 were prepared. Samples 1, 3, 4, 8 to 18, and 22 are examples. Samples 2, 5 to 7, and 19 to 21 are comparative examples.
  • the cutting tools 100 according to Samples 1 to 22 were manufactured according to the manufacturing method of the cutting tool 100 according to the present disclosure described above. Specifically, the cutting tools 100 were manufactured using the conditions shown in Table 1 below.
  • Table 1 shows the manufacturing conditions and parameters of the cutting tool 100 in samples 1 to 22.
  • the step (S20) of sharpening the cutting edge by laser processing the rake face was performed.
  • the irradiation direction of the laser 81 was parallel to the rake face 1.
  • the irradiation direction of the laser 81 was inclined with respect to the rake face 1.
  • the cutting tool 100 according to samples 8 to 18 and 22 had a second rake face portion 12.
  • the irradiation direction of the laser 81 was perpendicular to the rake face 1.
  • the step (S20) of sharpening the cutting edge by laser processing the rake face was not performed.
  • the second angle ⁇ 2 was 0°. In other words, in samples 1 to 7 and 19 to 21, the rake face 1 was flat (see FIG. 4). In samples 8 to 18 and 22, the second angle ⁇ 2 was 3° or more and 55° or less. In other words, in samples 8 to 18 and 22, the rake face 1 had a first rake face portion 11 and a second rake face portion 12 (see FIG. 7).
  • the thickness H was 10.1 ⁇ m or more and 24.8 ⁇ m or less.
  • the value obtained by dividing the radius of curvature R by the thickness H (R/H) was 0.076 or more and 0.272 or less.
  • the radius of curvature R was equal to or more than the value obtained by multiplying the thickness H by 0.076 and equal to or less than the value obtained by multiplying the thickness H by 0.272.
  • the Rz of the first portion 16 was equal to or more than 0.08 ⁇ m and equal to or less than 1.92 ⁇ m.
  • the value (R/H) of the radius of curvature R divided by the thickness H was 0.3 or more.
  • the thickness H of the flank covering portion 52 was less than 10 ⁇ m.
  • the thickness H was greater than 25 ⁇ m.
  • the Rz of the first portion 16 was 2 ⁇ m or more.
  • the average particle size of the tungsten carbide particles contained in the cemented carbide constituting the substrate 4 was 0.5 ⁇ m or less and 3 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the tungsten carbide particles was 0.5 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less.
  • the first angle ⁇ 1 was 15° or more and 40° or less.
  • the radius of the tip 6 was 0.5 mm.
  • the tool life of the cutting tools 100 according to Samples 1 to 22 was evaluated. Specifically, the cutting tools 100 according to Samples 1 to 22 were used to drill a hemispherical hole having a diameter of 10 mm and a depth of 5 mm in the workpiece 90.
  • the workpiece 90 was made of cemented carbide.
  • the rotation speed of the cutting tool 100 was 30,000 rpm.
  • the table feed rate was 200 m/min.
  • the cutting depth in the direction parallel to the axis X (axial cutting depth ap) was 0.04 mm.
  • the cutting depth in the direction perpendicular to the axis X (radial cutting depth ae) was 0.2 mm.
  • the volume (machined volume) of the workpiece 90 that the cutting tool 100 was able to cut before it broke was measured.
  • Table 2 shows the evaluation results for Samples 1 to 22. As shown in Table 2, the processed volume was 679.9 mm3 or less in the samples according to the comparative examples (Samples 2, 5 to 7, and 19 to 21). The processed volume was 1046 mm3 or more in the samples according to the examples (Samples 1, 3, 4, 8 to 18, and 22).

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Abstract

切削工具は、基材と、基材を被覆しているダイヤモンド層とを備える切削工具である。切削工具は、すくい面と、逃げ面とを備える。逃げ面は、すくい面に連なっている。すくい面と逃げ面との稜線は、切れ刃を構成している。ダイヤモンド層は、逃げ面被覆部を有している。逃げ面被覆部は、逃げ面を構成している。逃げ面被覆部の厚みは、１０μｍ以上２５μｍ以下である。切れ刃の接線に垂直な断面において、切れ刃の曲率半径は、逃げ面被覆部の厚みに０．３を掛けた値未満である。すくい面は、第１部分を含む。第１部分は、逃げ面被覆部によって構成されている。第１部分は、逃げ面に連なっている。第１部分の最大高さ粗さは、２μｍ未満である。

Description

切削工具
　本開示は、切削工具に関する。
　特開２０１５－０８５４６２号公報（特許文献１）には、逃げ面とすくい面との交差稜線部に切れ刃が形成された工具本体にダイヤモンド皮膜が被覆されて成る硬質皮膜被覆切削工具が開示されている。当該硬質皮膜被覆切削工具において、逃げ面側のダイヤモンド皮膜の膜厚は、８μｍ以上３０μｍ以下である。切れ刃の刃先の丸みを半径の円弧で近似したとき半径は、逃げ面側のダイヤモンド皮膜の膜厚の０．１倍以上０．８倍以下である。
特開２０１５－０８５４６２号公報
　本開示に係る切削工具は、基材と、基材を被覆しているダイヤモンド層とを備える切削工具である。切削工具は、すくい面と、逃げ面とを備える。逃げ面は、すくい面に連なっている。すくい面と逃げ面との稜線は、切れ刃を構成している。ダイヤモンド層は、逃げ面被覆部を有している。逃げ面被覆部は、逃げ面を構成している。逃げ面被覆部の厚みは、１０μｍ以上２５μｍ以下である。切れ刃の接線に垂直な断面において、切れ刃の曲率半径は、逃げ面被覆部の厚みに０．３を掛けた値未満である。すくい面は、第１部分を含む。第１部分は、逃げ面被覆部によって構成されている。第１部分は、逃げ面に連なっている。第１部分の最大高さ粗さは、２μｍ未満である。
図１は、第１実施形態に係る切削工具を示す平面模式図である。 図２は、図１の領域ＩＩを示す拡大平面模式図である。 図３は、第１実施形態に係る切削工具の構成を示す拡大側面模式図である。 図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面模式図である。 図５は、図４の領域Ｖを示す拡大断面模式図である。 図６は、第１実施形態に係る切削工具の製造方法を概略的に示すフロー図である。 図７は、すくい面をレーザー加工することによって切れ刃を尖らせる工程を示す断面模式図である。 図８は、第２実施形態に係る切削工具の構成を示す断面模式図である。 図９は、第２実施形態に係る切削工具の製造方法におけるすくい面をレーザー加工することによって切れ刃を尖らせる工程を示す断面模式図である。 図１０は、本開示に係る切削工具の使用状態を示す部分断面模式図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　切削工具の切れ刃がダイヤモンド層に覆われている場合、ダイヤモンド層の厚みが厚くなるにつれて工具の耐摩耗性が向上する。切れ刃の曲率半径が小さくなるにつれて切れ刃の切れ味が向上する。これによって、切削工具の損傷を抑制できる。しかしながら、ダイヤモンド層の厚みが厚く且つ切れ刃の曲率半径が小さい場合であっても、ダイヤモンド層の表面状態に起因して、切れ刃における切屑の凝着が発生することがある。これによって、構成刃先が形成されることによって、工具の損傷が進みやすくなる。以上のように、ダイヤモンド層を有する切削工具において、工具寿命を向上することが困難であった。
　本開示の目的は、工具寿命を向上可能な切削工具を提供することである。
　［本開示の効果］
　本開示によれば、工具寿命を向上可能な切削工具を提供することができる。
　［実施形態の概要］
　まず、本開示の実施形態の概要について説明する。
　（１）本開示に係る切削工具は、基材と、基材を被覆しているダイヤモンド層とを有する切削工具である。切削工具は、すくい面と、逃げ面とを有する。逃げ面は、すくい面に連なっている。すくい面と逃げ面との稜線は、切れ刃を構成している。ダイヤモンド層は、逃げ面被覆部を有している。逃げ面被覆部は、逃げ面を構成している。逃げ面被覆部の厚みは、１０μｍ以上２５μｍ以下である。切れ刃の接線に垂直な断面において、切れ刃の曲率半径は、逃げ面被覆部の厚みに０．３を掛けた値未満である。すくい面は、第１部分を有する。第１部分は、逃げ面被覆部によって構成されている。第１部分は、逃げ面に連なっている。第１部分の最大高さ粗さは、２μｍ未満である。
　本開示に係る切削工具によれば、第１部分の一部が過度に突出することが抑制されている。このため、過度に突出した部分を起点として切屑の凝着が発生することを抑制できる。結果として、工具寿命を向上できる。
　（２）上記（１）に係る切削工具によれば、すくい面は、第１すくい面部と、第２すくい面部とを有していてもよい。第１すくい面部は、逃げ面から離間していてもよい。第２すくい面部は、第１すくい面部と逃げ面との間に設けられていてもよい。第２すくい面部は、第１すくい面部および逃げ面の各々に連なっていてもよい。第２すくい面部は、第１すくい面部に対して第１すくい面部から逃げ面に向かう方向に傾斜していてもよい。これによって、すくい面と逃げ面が成す角度を大きくすることができる。このため、切れ刃の強度を向上できる。
　（３）上記（２）に係る切削工具によれば、第１すくい面部に対する第２すくい面部の傾斜角は、３°以上５０°以下であってもよい。第２すくい面部の傾斜角が３°以上であることによって、切れ刃の強度が過度に低下することを抑制できる。第２角度θ２が５０°以下であることによって、切れ刃の切れ味が過度に低下することを抑制できる。
　（４）上記（２）に係る切削工具によれば、逃げ面被覆部の厚みは、１５μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。これによって、切削工具の耐摩耗性を向上できる。
　（５）上記（１）から（４）のいずれかに係る切削工具によれば、切れ刃の接線に垂直な断面において、切れ刃の曲率半径は、逃げ面被覆部の厚みに０．１を掛けた値未満であってもよい。これによって、切れ刃の切れ味を向上できる。
　（６）上記（１）から（５）のいずれかに係る切削工具によれば、基材は、炭化タングステン粒子を含有する超硬合金によって構成されていてもよい。炭化タングステン粒子の平均粒径は、２μｍ以下であってもよい。これによって、ダイヤモンド層が基材からはがれることを抑制できる。結果として、工具寿命をより向上できる。
　（７）上記（１）から（６）のいずれかに係る切削工具によれば、逃げ面の逃げ角は、１５°以上３５°以下であってもよい。
　（８）上記（１）から（７）のいずれかに係る切削工具によれば、第１部分の最大高さ粗さは、１．５μｍ未満であってもよい。
　[実施形態の詳細]
　以下、図面に基づいて本開示の実施形態（以降、本実施形態とも称する）の詳細について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
　（第１実施形態）
　＜切削工具の構成＞
　まず、第１実施形態に係る切削工具の構成について説明する。
　図１は、第１実施形態に係る切削工具を示す平面模式図である。第１実施形態に係る切削工具１００は、先端部６と、ボディ部７と、シャンク部８とを有している。切削工具１００は、たとえばボールエンドミルである。切削工具１００は、たとえば軸線Ｘを回転軸として回転する回転切削工具である。
　図２は図１の領域ＩＩを示す拡大平面模式図である。図３は、第１実施形態に係る切削工具１００の構成を示す拡大側面模式図である。図３に示される拡大側面模式図は、図２の矢印Ａに沿って見た拡大側面模式図である。
　図２および図３に示されるように、切削工具１００は、すくい面１と、逃げ面２とを有している。すくい面１は、逃げ面２に連なっている。すくい面１と逃げ面２との稜線は、切れ刃３を構成している。図２に示されるように、すくい面１に垂直に見た場合において、切れ刃３の接線は、第１仮想直線９１とされる。
　図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面模式図である。図４に示される断面は、第１仮想直線９１（図２参照）に垂直な断面である。図４に示されるように、切削工具１００は、基材４と、ダイヤモンド層５とを有している。
　基材４は、第１面４１と、第２面４２とを有している。第１面４１は、たとえばすくい面１の一部を構成している。第２面４２は、第１面４１に連なっている。第２面４２は、逃げ面２と実質的に平行である。
　ダイヤモンド層５は、基材４の少なくとも一部を被覆している。具体的には、ダイヤモンド層５は、第２面４２を被覆している。ダイヤモンド層５は、逃げ面２を構成している。逃げ面２を構成しているダイヤモンド層５の部分は、逃げ面被覆部５２とされる。第１面４１は、たとえばダイヤモンド層５から露出している。
　ダイヤモンド層５は、たとえばダイヤモンド結晶を含有している。ダイヤモンド層５は、たとえば、ダイヤモンド多結晶によって構成されている。ダイヤモンド層５は、ダイヤモンド以外の成分（たとえば非晶質成分）を含有していてもよい。ダイヤモンド層５は、ダイヤモンド結晶を含有していなくてもよい。ダイヤモンド層５は、たとえばＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ）によって構成されていてもよい。
　すくい面１は、たとえば平面状である。すくい面１は、逃げ面被覆部５２と基材４とによって構成されている。逃げ面被覆部５２によって構成されているすくい面１の部分は、第１部分１６とされる。第１部分１６は、逃げ面２に連なっている。別の観点から言えば、第１部分１６と逃げ面２との稜線は、切れ刃３を構成している。基材４によって構成されているすくい面１の部分は、第２部分１７とされる。言い換えれば、すくい面１は、第１部分１６と、第２部分１７とを有している。第２部分１７は、第１部分１６に実質的に平行である。
　逃げ面被覆部５２の厚みＨは、１０μｍ以上２５μｍ以下である。厚みＨは、逃げ面２に垂直な方向における逃げ面被覆部５２の厚みである。厚みＨは、たとえば１５μｍ以上２０μｍ以下であってもよいし、１５μｍ以上１７μｍ以下であってもよい。厚みＨは、たとえば１２μｍ以上であってもよいし、１４μｍ以上であってもよい。厚みＨは、たとえば２２μｍ以下であってもよいし、１８μｍ以下であってもよい。
　＜最大高さ粗さ＞
　表面粗さを定量化する指標として、Ｒｚとして規定される最大高さ粗さ（以下、最大高さ粗さＲｚまたはＲｚとも称する）がある。最大高さ粗さＲｚは、ＪＩＳ（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）　Ｂ０６０１：２０１３に規定されている表面性状パラメータである。
　第１部分１６のＲｚは、２μｍ未満である。第１部分１６のＲｚは、たとえば１．８μｍ以下であってもよいし、１．５μｍ未満であってもよいし、１．２μｍ以下であってもよい。Ｒｚは、たとえば０．０１μｍ以上であってもよいし、０．５μｍ以上であってもよい。
　Ｒｚは、たとえばレーザ顕微鏡（Ｌａｓｅｒｔｅｃｈ社製「ＯＰＴＥＬＩＣＳ　ＨＹＢＲＩＤ」（商標））を用いて測定される。たとえば第１部分１６内の異なる５箇所の測定領域が設定される。５箇所の測定領域の各々は、線状の領域である。５箇所の測定領域の各々の位置は、第１部分１６内の任意の位置とされる。５箇所の測定領域の各々において測定されたＲｚの平均値が、第１部分１６のＲｚとされる。言い換えれば、５箇所の測定領域のＲｚの合計値を５で割った値が第１部分１６のＲｚとされる。測定ピッチは、たとえば０．１μｍとされる。測定範囲は、たとえば１０μｍとされる。
　＜曲率半径および第２傾斜角＞
　図５は、図４の領域Ｖを示す拡大断面模式図である。図５に示されるように、第１仮想直線９１に垂直な断面において、切れ刃３の形状は、実質的に円弧状であってもよい。第１仮想直線９１に垂直な断面において、切れ刃３の曲率半径Ｒは、逃げ面被覆部５２の厚みＨ（図４参照）に０．３を掛けた値未満である。曲率半径Ｒは、たとえば厚みＨに０．２を掛けた値未満であってもよいし、厚みＨに０．１を掛けた値未満であってもよいし、厚みＨに０．０８を掛けた値未満であってもよい。曲率半径Ｒは、たとえば厚みＨに０．００１を掛けた値より大きい。曲率半径Ｒは、たとえば０．５μｍ以上７μｍ以下である。
　図４および図５に示されるように、第１仮想直線９１に垂直な断面において、すくい面１に垂直であり且つ切れ刃３と接する直線は、第２仮想直線９２とされる。第１仮想直線９１に垂直な断面において、逃げ面２は、第２仮想直線９２に対して、切れ刃３からすくい面１に向かう方向に傾斜している。別の観点から言えば、逃げ面２は、第２仮想直線９２に対して前端５８から後端５９に向かう方向に傾斜している。第１仮想直線９１に垂直な断面において、第２仮想直線９２に対する逃げ面２の傾斜角（第１角度θ１）は、たとえば１５°以上３５°以下である。第１角度θ１は、たとえば１７°以上であってもよいし、１９°以上であってもよい。第１角度θ１は、たとえば３３°以下であってもよいし、３０°以下であってもよい。第１角度θ１は、逃げ面２の逃げ角である。
　曲率半径Ｒおよび第１角度θ１は、たとえば三鷹光器製の非接触表面性状測定装置「ＰＦ－６０」を用いて測定される。たとえばすくい面１および逃げ面２において、異なる５箇所の測定領域が設定される。５箇所の測定領域の各々は、切れ刃３の接線（第１仮想直線９１、図２参照）に実質的に垂直に延びており且つ切れ刃３と交差する線状の領域である。５箇所の測定領域の各々の位置は、第１部分１６内の任意の位置とされる。測定ピッチは、たとえば０．１μｍとされる。測定範囲は、たとえば２００μｍとされる。
　５箇所の測定領域の各々において、逃げ面２、切れ刃３、およびすくい面１の形状を示す曲線が取得される。取得された５本の曲線に基づいて、５箇所の測定領域の各々における切れ刃３の曲率半径が測定される。５箇所の測定領域における切れ刃３の曲率半径の平均値が、切削工具１００における切れ刃３の曲率半径Ｒとされる。言い換えれば、５箇所の測定領域の切れ刃３の曲率半径の合計値を５で割った値が、切削工具１００における切れ刃３の曲率半径Ｒとされる。
　同様に、取得された５本の曲線に基づいて、５箇所の測定領域の各々における第２仮想直線９２に対する逃げ面２の傾斜角が測定される。５箇所の測定領域における第２仮想直線９２に対する逃げ面２の傾斜角の平均値が、第１角度θ１とされる。言い換えれば、５箇所の測定領域の第２仮想直線９２に対する逃げ面２の傾斜角の合計値を５で割った値が第１角度θ１とされる。
　＜基材を構成する材料＞
　基材４は、たとえば炭化タングステン（ＷＣ）粒子を含有する超硬合金によって構成されている。基材４を構成している超硬合金は、たとえば炭化タングステン粒子と、コバルト等の結合剤とを含有している。
　基材４を構成している超硬合金に含まれているＷＣ粒子の平均粒径は、たとえば２μｍ以下である。基材４を構成している超硬合金に含まれているＷＣ粒子の平均粒径は、たとえば１．５μｍ以下であってもよいし、１μｍ以下であってもよい。基材４を構成している超硬合金に含まれているＷＣ粒子の平均粒径は、たとえば０．０１μｍ以上であってもよいし、０．１μｍ以上であってもよい。
　本明細書において、上記のＷＣ粒子の平均粒径は、ＷＣ粒子の円相当径の平均値である。ＷＣ粒子の円相当径の平均値とは、超硬合金の表面または断面で測定されるＷＣ粒子の円相当径の個数基準の算術平均を意味する。炭化タングステン粒子の円相当径の平均値は、下記の手順で測定される。
　具体的には、超硬合金の任意の表面または任意の断面を鏡面加工する。鏡面加工の方法としては、たとえば、ダイヤモンドペーストで研磨する方法、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）装置を用いる方法、クロスセクションポリッシャー（Ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ　Ｐｏｌｉｓｈｅｒ：ＣＰ）装置を用いる方法、およびこれらを組み合わせる方法等が挙げられる。
　超硬合金の加工面を走査型電子顕微鏡（株式会社日立ハイテクノロジーズ製「Ｓ－３４００Ｎ」）で撮影する。当該撮影画像を３枚準備する。３枚の画像の各々の撮影領域は異なる。撮影箇所は任意に設定することができる。撮影条件は反射電子像とする。観察倍率は５０００倍とする。加速電圧は１０ｋＶとする。
　撮影された３枚の反射電子像を画像解析ソフトウェア（ＩｍａｇｅＪ、ｖｅｒｓｉｏｎ　１．５１ｊ８：https://imagej.nih.gov/ij/）を用いてコンピュータに取り込む。撮影された３枚の反射電子像に対して、二値化処理を行う。二値化処理は、画像を取り込んだのちに、コンピュータ画面上の「Ｍａｋｅ　Ｂｉｎａｒｙ」との表示を押すことにより、上記画像解析ソフトウェアに予め設定された条件で実行される。二値化処理後の画像において、炭化タングステン粒子と炭化タングステン粒子以外の部分とは、色の濃淡で識別できる。たとえば、二値化処理後の画像において、炭化タングステン粒子は黒色領域で示され、炭化タングステン粒子以外の部分は白色領域で示される。
　取得された３枚の二値化処理後の各画像中に縦２５．３μｍ×幅１７．６μｍの矩形の測定視野を設定する。上記画像解析ソフトウェアを用いて、３つの測定視野中の全ての炭化タングステン粒子（黒色領域）のそれぞれについて、円相当径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径：等面積円相当径）を測定する。３つの測定視野中の全ての炭化タングステン粒子の円相当径の個数基準の算術平均値を算出する。本明細書において、当該算術平均値が、ＷＣ粒子の円相当径の平均値に該当する。
　出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、上記測定を、測定視野の選択個所を変更して複数回行っても、測定結果のばらつきは少なく、任意に測定視野を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
　＜切削工具の製造方法＞
　次に、第１実施形態に係る切削工具１００の製造方法について説明する。
　図６は、第１実施形態に係る切削工具の製造方法を概略的に示すフロー図である。図６に示されるように、切削工具１００の製造方法は、基材上にダイヤモンド層を成膜する工程（Ｓ１０）と、すくい面をレーザー加工することによって切れ刃を尖らせる工程（Ｓ２０）と、イオンエッチングを用いてすくい面を平滑化する工程（Ｓ３０）とを有している。
　まず、基材上にダイヤモンド層を成膜する工程（Ｓ１０）が実施される。具体的には、たとえばＨＦＣＶＤ（Ｈｏｔ　Ｆｉｌａｍｅｎｔ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等を用いて、基材４上にダイヤモンド層５が成膜される。これによって、基材４の第１面４１および第２面４２の各々は、ダイヤモンド層５に覆われる。
　次に、すくい面をレーザー加工することによって切れ刃を尖らせる工程（Ｓ２０）が実施される。図７は、すくい面をレーザー加工することによって切れ刃を尖らせる工程（Ｓ２０）を示す断面模式図である。図７に示されるように、レーザー加工を用いて、すくい面１を構成しているダイヤモンド層５の少なくとも一部が除去される。具体的には、レーザー８１が切削工具１００に向かって照射される。レーザー８１の照射方向は、矢印Ｂに沿う方向である。レーザー８１の照射方向は、たとえばすくい面１に実質的に平行である。別の観点から言えば、レーザー８１の照射方向は、たとえば第１面４１に実質的に平行である。
　レーザー８１の焦点Ｆを中心に、レーザー加工領域８２が形成される。レーザー加工領域８２は、レーザー８１のエネルギーが集中している領域である。レーザー加工領域８２内にある切削工具１００の部分は除去される。レーザー８１が走査されることによって、所定の範囲において、すくい面１を構成しているダイヤモンド層５が除去される。これによって、切れ刃３を尖らせることができる。言い換えれば、切れ刃３の曲率半径Ｒを小さくすることができる。
　レーザー８１の照射方向がすくい面１に垂直である場合、照射されたレーザー８１の大部分が切削工具１００に当たる。この場合、レーザー８１の照射に起因して発熱するダイヤモンド層５の領域が大きくなる。従って、発熱に起因してダイヤモンド層５の面粗さが悪化しやすくなる。具体的には、たとえば発熱したダイヤモンド層５において酸化反応が生じることによってダイヤモンド層５の面粗さが悪化する。
　第１実施形態に係る切削工具１００の製造方法によれば、レーザー８１の照射方向は、すくい面１に実質的に平行である。このため、レーザー８１の一部は、切削工具１００に当たることなく焦点Ｆを通過する。これによって、レーザー８１の照射に起因して発熱するダイヤモンド層５の領域を小さくできる。結果として、ダイヤモンド層５の面粗さの悪化を抑制できる。ダイヤモンド層５の面粗さの悪化を抑制することによって、後述のイオンエッチングを用いてすくい面を平滑化する工程（Ｓ３０）における処理時間を短縮できる。
　次に、イオンエッチングを用いてすくい面を平滑化する工程（Ｓ３０）が実施される。すくい面１および逃げ面２の各々がエッチングされるようにイオンエッチングが実施される。すくい面１が平滑化される。具体的には、第１部分１６の最大高さ粗さが低減される。イオンエッチングにおける処理時間は、たとえば０．３時間とされる。イオンエッチングにおける処理時間を０．３時間程度とすることによって、逃げ面被覆部５２の厚みＨ（図４参照）が過度に小さくなることを抑制できる。以上によって、図１から図４に示される第１実施形態に係る切削工具１００が製造される。
　（第２実施形態）
　＜切削工具の構成＞
　次に、第２実施形態に係る切削工具１００の構成について説明する。第２実施形態に係る切削工具１００は、主に、すくい面１が第１すくい面部１１と第２すくい面部１２とを有している点において、第１実施形態に係る切削工具１００と異なっており、その他の点については、第１実施形態に係る切削工具１００と実質的に同一である。以下、第１実施形態に係る切削工具１００と異なる点を中心に説明する。
　図８は、第２実施形態に係る切削工具１００の構成を示す断面模式図である。図８に示される断面は、図４に示される断面に対応している。図８に示されるように、ダイヤモンド層５は、基材４の第１面４１を被覆していてもよい。第１面４１を被覆しているダイヤモンド層５の部分は、すくい面被覆部５１とされる。別の観点から言えば、ダイヤモンド層５は、すくい面被覆部５１と、逃げ面被覆部５２とを有している。
　すくい面１は、第１すくい面部１１と、第２すくい面部１２とを有していてもよい。第１すくい面部１１は、たとえばダイヤモンド層５によって構成されている。第１すくい面部１１は、逃げ面２から離間している。第１すくい面部１１は、第１面４１に実質的に平行である。
　第２すくい面部１２は、第１すくい面部１１と逃げ面２との間に設けられている。第２すくい面部１２は、第１すくい面部１１および逃げ面２の各々に連なっている。第２すくい面部１２と逃げ面２との稜線は、切れ刃３を構成している。
　第２すくい面部１２は、第１すくい面部１１に対して、第１すくい面部１１から逃げ面２に向かう方向に傾斜している。具体的には、すくい面１に垂直な方向において、第２すくい面部１２は、第１すくい面部１１から逃げ面２に向かう方向に傾斜している。なお、すくい面１が第１すくい面部１１と第２すくい面部１２とを有している場合、すくい面１に垂直な方向は、第１すくい面部１１に垂直な方向とされる。
　第１すくい面部１１に対する第２すくい面部１２の傾斜角は、第２角度θ２とされる。切れ刃３の接線に垂直な断面において、第２角度θ２は、第１すくい面部１１の延長線９３と、第２すくい面部１２とが成す角度である。第２角度θ２は、たとえば３°以上５０°以下である。第２角度θ２は、たとえば３°以上４０°以下であってもよい。第２角度θ２は、たとえば５°以上であってもよいし、１０°以上であってもよい。第２角度θ２は、たとえば３５°以下であってもよいし、３０°以下であってもよいし、２０°以下であってもよい。
　第２すくい面部１２は、第１部分１６と、第２部分１７と、第３部分１８とによって構成されている。第１部分１６は、逃げ面２と第２部分１７との間に設けられている。第２部分１７は、基材４によって構成されている第２すくい面部１２の部分である。第２部分１７は、第１部分１６に連なっている。第２部分１７は、逃げ面２から離間している。第２部分１７は、第１部分１６と第３部分１８との間に設けられている。
　第３部分１８は、すくい面被覆部５１によって構成されている第２すくい面部１２の部分である。第３部分１８は、第２部分１７と第１すくい面部１１との間に設けられている。第３部分１８は、第２部分１７および第１すくい面部１１の各々に連なっている。第３部分１８は、第１部分１６から離間している。
　図９に示されるように、切れ刃３（図２参照）の接線に垂直な方向における第２すくい面部１２の幅Ｗは、たとえば０．０１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。基材４において、第２部分１７は、第１面４１および第２面４２の各々に連なっている。第２部分１７は、第１面４１と第２面４２との間に設けられている。第２部分１７は、第１面４１に対して第１すくい面部１１から逃げ面２に向かう方向に傾斜している。第２面４２は、第１面４１から離間している。
　＜切削工具の製造方法＞
　次に、第２実施形態に係る切削工具１００の製造方法について説明する。図９は、第２実施形態に係る切削工具１００の製造方法におけるすくい面をレーザー加工することによって切れ刃を尖らせる工程（Ｓ２０）を示す断面模式図である。図９に示されるように、第２実施形態に係る切削工具１００の製造方法において、レーザー８１の照射方向（矢印Ｂ）は、すくい面１に対して傾斜している。別の観点から言えば、レーザー８１の照射方向は、たとえば第１面４１に実質的に対して傾斜している。レーザー８１の照射方向のすくい面１に対する傾斜角は、第２角度θ２（図８参照）である。別の観点から言えば、レーザー８１の照射方向は、第２すくい面部１２（図８参照）と実質的に平行である。これによって、切れ刃３の曲率半径Ｒを低減しつつ、第２すくい面部１２が形成される。
　＜使用状態＞
　次に、本開示に係る切削工具１００の使用状態について説明する。
　図１０は、本開示に係る切削工具１００の使用状態を示す部分断面模式図である。図１０に示されるように、被削材９０が準備される。被削材９０は、たとえば超硬合金によって構成されている。具体的には、被削材９０は、たとえば超硬合金によって構成されている。被削材９０は、たとえばアルミナなどのセラミックス、炭化珪素、シリコンおよびＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ）などによって構成されていてもよい。軸線Ｘを中心に切削工具１００が回転しつつ、切れ刃３が被削材９０に接触する。これによって、被削材９０が切削される。
　次に、本開示に係る切削工具１００の作用効果について説明する。
　たとえば被削材が超硬合金などの硬脆材料によって構成されている場合、切削工具を用いて硬度が高いセラミックス粒子を切る必要がある。この場合、通常、硬度が高いダイヤモンド層を有する切削工具が用いられる。切削工具の切れ刃がダイヤモンド層に覆われている場合、ダイヤモンド層の厚みが厚くなるにつれて、切れ刃が丸みを帯びる。この場合、切れ刃の切れ味が低下することによって工具の損傷が進みやすくなる。一方で、ダイヤモンド層の厚みが過度に薄い場合、工具の耐摩耗性が過度に低くなる。ダイヤモンド層を加工することによって、十分なダイヤモンド層の厚みと切れ刃の高い切れ味とを両立した場合においても、ダイヤモンド層の表面状態に起因して、切れ刃における切屑の凝着が発生することがある。この場合、構成刃先が形成されることによって、工具の損傷が進みやすくなる。特に、被削材が超硬合金によって構成されている場合、超硬合金に含まれる炭化タングステン粒子が切れ刃に凝着しやすい。以上のように、ダイヤモンド層を有する切削工具において、工具寿命を向上することが困難であった。
　本開示に係る切削工具１００によれば、ダイヤモンド層５は、逃げ面被覆部５２を有している。逃げ面被覆部５２は、逃げ面２を構成している。すくい面１は、第１部分１６を有している。第１部分１６は、逃げ面被覆部５２によって構成されている。第１部分１６の最大高さ粗さは、２μｍ未満である。このように、第１部分１６の一部が過度に突出することが抑制されている。切削工具１００を用いて被削材９０を切削した場合、切屑は第１部分１６に接触しやすい。このため、過度に突出した部分を起点として切屑の凝着が発生することを抑制できる。結果として、工具寿命を向上できる。
　本開示に係る切削工具１００によれば、逃げ面被覆部５２の厚みは、１０μｍ以上２５μｍ以下である。逃げ面被覆部５２の厚みが１０μｍ以上であることによって、切削工具１００の耐摩耗性を十分に向上できる。
　本開示に係る切削工具１００によれば、切れ刃３の接線に垂直な断面において、切れ刃３の曲率半径Ｒは、逃げ面被覆部５２の厚みに０．３を掛けた値未満である。これによって、切れ刃３の切れ味を十分に向上できる。結果として、工具の損傷を進みにくくすることができる。
　第２実施形態に係る切削工具１００によれば、すくい面１は、第１すくい面部１１と、第２すくい面部１２とを有している。第２すくい面部１２は、第１すくい面部１１に対して第１すくい面部１１から逃げ面２に向かう方向に傾斜している。これによって、すくい面１と逃げ面２とが成す角度を大きくすることができる。このため、切れ刃３の強度を向上できる。
　第２実施形態に係る切削工具１００によれば、第１すくい面部１１に対する第２すくい面部１２の傾斜角（第２角度θ２）は、３°以上５０°以下である。第２角度θ２が３°以上であることによって、第２すくい面部１２と逃げ面２とが成す角度が過度に小さくなることを抑制できる。これによって、切れ刃３の強度が過度に低下することを抑制できる。第２角度θ２が５０°以下であることによって、第２すくい面部１２と逃げ面２が成す角度が過度に大きくなることを抑制できる。これによって、切れ刃３の切れ味が過度に低下することを抑制できる。
　本開示に係る切削工具１００によれば、基材４は、炭化タングステン粒子を含有する超硬合金によって構成されている。炭化タングステン粒子の平均粒径は、２μｍ以下である。炭化タングステン粒子の平均粒径が小さくなるにつれて、基材４とダイヤモンド層５との密着性が向上する。従って、炭化タングステン粒子の平均粒径が２μｍ以下であることによって、基材４とダイヤモンド層５との密着性を向上できる。これによって、ダイヤモンド層５が基材４からはがれることを抑制できる。結果として、工具寿命をより向上できる。
　なお、上記において、切削工具１００がボールエンドミルである構成について説明したが、本開示に係る切削工具１００は、ボールエンドミルに限定されない。たとえば、切削工具１００は、ラジアスエンドミルなどであってもよい。切削工具１００は、切削インサートなどの旋削工具であってもよい。
　（サンプル準備）
　まず、サンプル１から２２に係る切削工具１００が準備された。サンプル１、３、４、８から１８および２２は、実施例である。サンプル２、５から７および１９から２１は、比較例である。上述の本開示に係る切削工具１００の製造方法に沿って、サンプル１から２２に係る切削工具１００が製造された。具体的には、下記の表１に示される条件を用いて切削工具１００が製造された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１は、サンプル１から２２における切削工具１００の製造条件および切削工具１００のパラメータを示している。表１に示されるように、サンプル１から１８、２１および２２において、すくい面をレーザー加工することによって切れ刃を尖らせる工程（Ｓ２０）が実施された。サンプル１から７において、レーザー８１の照射方向は、すくい面１に平行であった。サンプル８から１８および２２において、レーザー８１の照射方向はすくい面１に対して傾斜していた。別の観点から言えば、サンプル８から１８および２２に係る切削工具１００は、第２すくい面部１２を有していた。サンプル２１において、レーザー８１の照射方向は、すくい面１に垂直であった。サンプル１９および２０において、すくい面をレーザー加工することによって切れ刃を尖らせる工程（Ｓ２０）は実施されなかった。
　サンプル１から６、８から１９、２１および２２において、イオンエッチングを用いてすくい面を平滑化する工程（Ｓ３０）におけるイオンエッチングの処理時間は、０．３時間とされた。サンプル７および２０において、イオンエッチングを用いてすくい面を平滑化する工程（Ｓ３０）は実施されなかった。
　サンプル１から７、１９から２１において、第２角度θ２は０°であった。言い換えれば、サンプル１から７、１９から２１において、すくい面１は平面状であった（図４参照）。サンプル８から１８および２２において、第２角度θ２は、３°以上５５°以下とされた。言い換えれば、サンプル８から１８および２２において、すくい面１は、第１すくい面部１１と第２すくい面部１２とを有していた（図７参照）。
　実施例に係るサンプル（サンプル１、３、４、８から１８および２２）において、厚みＨは、１０．１μｍ以上２４．８μｍ以下であった。曲率半径Ｒを厚みＨで割った値（Ｒ／Ｈ）は、０．０７６以上０．２７２以下であった。言い換えれば、曲率半径Ｒは、厚みＨに０．０７６を掛けた値以上且つ厚みＨに０．２７２を掛けた値以下であった。第１部分１６のＲｚは、０．０８μｍ以上１．９２μｍ以下であった。
　サンプル２、１９および２０において、曲率半径Ｒを厚みＨで割った値（Ｒ／Ｈ）は０．３以上であった。サンプル５において、逃げ面被覆部５２の厚みＨは１０μｍ未満であった。サンプル６において、厚みＨは２５μｍより大きかった。サンプル７および１９から２１において、第１部分１６のＲｚは２μｍ以上であった。
　サンプル１から２２において、基材４を構成する超硬合金が含有している炭化タングステン粒子の平均粒径は、０．５μｍ以下３μｍ以下であった。サンプル１１から１８において、炭化タングステン粒子の平均粒径は、０．５μｍ以上２μｍ以下であった。サンプル１から２２において、第１角度θ１は１５°以上４０°以下であった。サンプル１から２２において、先端部６の半径は０．５ｍｍであった。
　（評価方法）
　次に、サンプル１から２２に係る切削工具１００の工具寿命についての評価が実施された。具体的には、サンプル１から２２に係る切削工具１００を用いて、被削材９０に直径１０ｍｍ且つ深さ５ｍｍの半球状の穴を開ける加工が実施された。被削材９０は、超硬合金によって構成されていた。加工において、切削工具１００の回転数は、３００００ｒｐｍとされた。テーブル送り速度は、２００ｍ／分とされた。軸線Ｘに平行な方向における切り込み深さ（軸方向切り込み深さａｐ）は、０．０４ｍｍとされた。軸線Ｘに垂直な方向における切り込み深さ（径方向切り込み深さａｅ）は、０．２ｍｍとされた。切削工具１００が折損するまでに切削できた被削材９０の体積（加工体積）が測定された。
　（評価結果）
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２は、サンプル１から２２における評価結果を示している。表２に示されるように、比較例に係るサンプル（サンプル２、５から７および１９から２１）において、加工体積は６７９．９ｍｍ３以下であった。実施例に係るサンプル（サンプル１、３、４、８から１８および２２）において、加工体積は１０４６ｍｍ３以上であった。
　以上の結果より、比較例に係る切削工具１００と比較して、実施例に係る切削工具１００は工具寿命が向上されていることが確認された。
　今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１　すくい面、２　逃げ面、３　切れ刃、４　基材、５　ダイヤモンド層、６　先端部、７　ボディ部、８　シャンク部、１１　第１すくい面部、１２　第２すくい面部、１６　第１部分、１７　第２部分、１８　第３部分、４１　第１面、４２　第２面、５１　すくい面被覆部、５２　逃げ面被覆部、５８　前端、５９　後端、８１　レーザー、８２　レーザー加工領域、９０　被削材、９１　第１仮想直線、９２　第２仮想直線、１００　切削工具、Ａ，Ｂ　矢印、Ｆ　焦点、Ｈ　厚み、Ｒ　曲率半径、Ｗ　幅、Ｘ　軸線、θ１　第１角度、θ２　第２角度。

Claims (8)

  1. 　基材と、前記基材を被覆しているダイヤモンド層とを備える切削工具であって、
    　前記切削工具は、すくい面と、前記すくい面に連なる逃げ面とを備え、
    　前記すくい面と前記逃げ面との稜線は、切れ刃を構成しており、
    　前記ダイヤモンド層は、前記逃げ面を構成している逃げ面被覆部を有し、
    　前記逃げ面被覆部の厚みは、１０μｍ以上２５μｍ以下であり、
    　前記切れ刃の接線に垂直な断面において、前記切れ刃の曲率半径は、前記逃げ面被覆部の厚みに０．３を掛けた値未満であり、
    　前記すくい面は、前記逃げ面被覆部によって構成されており且つ前記逃げ面に連なっている第１部分を含み、
    　前記第１部分の最大高さ粗さは、２μｍ未満である、切削工具。
  2. 　前記すくい面は、
    　前記逃げ面から離間している第１すくい面部と、
    　前記第１すくい面部と前記逃げ面との間に設けられており、且つ前記第１すくい面部および前記逃げ面の各々に連なっている第２すくい面部とを有し、
    　前記第２すくい面部は、前記第１すくい面部に対して前記第１すくい面部から前記逃げ面に向かう方向に傾斜している、請求項１に記載の切削工具。
  3. 　前記第１すくい面部に対する前記第２すくい面部の傾斜角は、３°以上５０°以下である、請求項２に記載の切削工具。
  4. 　前記逃げ面被覆部の厚みは、１５μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の切削工具。
  5. 　前記切れ刃の接線に垂直な断面において、前記切れ刃の曲率半径は、前記逃げ面被覆部の厚みに０．１を掛けた値未満である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の切削工具。
  6. 　前記基材は、炭化タングステン粒子を含有する超硬合金によって構成されており、
    　前記炭化タングステン粒子の平均粒径は、２μｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の切削工具。
  7. 　前記逃げ面の逃げ角は、１５°以上３５°以下である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の切削工具。
  8. 　前記第１部分の最大高さ粗さは、１．５μｍ未満である、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の切削工具。
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