特許 7251716 ダイヤモンド被覆工具及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-27

(45)【発行日】2023-04-04

(54)【発明の名称】ダイヤモンド被覆工具及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20230328BHJP

   B23B 27/20 20060101ALI20230328BHJP

   B23P 15/28 20060101ALI20230328BHJP

   C23C 16/27 20060101ALI20230328BHJP

【ＦＩ】

B23B27/14 A

B23B27/20

B23P15/28 A

C23C16/27

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021520232

(86)(22)【出願日】2020-07-09

(86)【国際出願番号】 JP2020026825

(87)【国際公開番号】W WO2022009375

(87)【国際公開日】2022-01-13

【審査請求日】2022-06-08

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】503212652

【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉本 倫太朗

(72)【発明者】

【氏名】原田 高志

【審査官】中川 康文

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００５／０１１９０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－３１３６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０６０９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２６７６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８３５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１０４４２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０５４２８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－０３６２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】再公表特許第２０１９／０３９００５（ＪＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ ２７／００－２９／３４

Ｂ２３Ｂ ５１／００

Ｂ２３Ｃ ５／１６

Ｂ２３Ｐ １５／２８

Ｃ２３Ｃ １６／２７

Ｃ３０Ｂ ２９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、前記基材上に配置されたダイヤモンド層と、を備え、
前記ダイヤモンド層のＩＳＯ２５１７８で規定されるスキューネスＳｓｋは、０超である、ダイヤモンド被覆工具。

【請求項2】

前記ダイヤモンド層のＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で規定される表面粗さＲａは、０．５μｍ以下である、請求項１に記載のダイヤモンド被覆工具。

【請求項3】

前記ダイヤモンド層のラマンシフト９００ｃｍ^－１以上２０００ｃｍ^－１以下のラマンスペクトルを測定した場合、ダイヤモンドのピーク面積強度Ｉｄと、スペクトル全体の面積強度Ｉｓとの比Ｉｄ／Ｉｓが０．０８以上である、請求項１又は請求項２に記載のダイヤモンド被覆工具。

【請求項4】

前記ダイヤモンド層は、前記ダイヤモンド被覆工具の表面側の主面Ｓと、前記主面Ｓから前記基材側へ前記主面Ｓの法線方向に沿う距離が２０ｎｍである仮想面Ｑと、に囲まれる領域Ｒにおいて、酸素含有率の最大値が２０原子％以上である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のダイヤモンド被覆工具。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のダイヤモンド被覆工具の製造方法であって、
基材を準備する工程と、
前記基材上にダイヤモンド層を化学気相成長法により形成する工程と、
前記ダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行いダイヤモンド被覆工具を得る工程と、を備える、ダイヤモンド被覆工具の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ダイヤモンド被覆工具及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ダイヤモンドは硬度が非常に高く、その平滑面は極めて低い摩擦係数を有する。従って、従来より天然産単結晶ダイヤモンドや人工ダイヤモンド粉末は、工具用途への応用がなされてきた。さらに１９８０年代に化学的気相合成（ＣＶＤ）法によるダイヤモンド薄膜の形成技術が確立されてからは、３次元状の基材に対してダイヤモンドを成膜した、切削工具や耐磨工具（以下、これらの工具を「ダイヤモンド被覆工具」とも記す。）が開発されてきた。

【0003】

特表２００１－５０１８７３号公報（特許文献１）には、超硬合金又はサーメットからなる基材の表面がダイヤモンド層で被覆されているダイヤモンド被覆体が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２００１－５０１８７３号公報

【発明の概要】

【0005】

本開示のダイヤモンド被覆工具は、
基材と、前記基材上に配置されたダイヤモンド層と、を備え、
前記ダイヤモンド層のＩＳＯ２５１７８で規定されるスキューネスＳｓｋは、０超である、ダイヤモンド被覆工具である。

【0006】

本開示のダイヤモンド被覆工具の製造方法は、上記のダイヤモンド被覆工具の製造方法であって、
基材を準備する工程と、
前記基材上にダイヤモンド層を化学気相成長法により形成する工程と、
前記ダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行いダイヤモンド被覆工具を得る工程と、を備える、ダイヤモンド被覆工具の製造方法である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態１に係るダイヤモンド被覆工具の代表的な構成例を説明する図である。

【図2】図２は、スキューネスＳｓｋが０超の場合を説明するための図である。

【図3】図３は、スキューネスＳｓｋが０未満の場合を説明するための図である。

【図4】図４は、実施形態１に係るダイヤモンド被覆工具のラマンスペクトルの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

[本開示が解決しようとする課題]
近年、生産性向上の観点から、特にアルミ合金の切削加工において、優れた耐溶着性及び耐摩耗性を有し、より長い工具寿命を有するダイヤモンド被覆工具が求められている。

【0009】

[本開示の効果]
本開示のダイヤモンド被覆工具は、特にアルミ合金の切削加工においても、長い工具寿命を有することができる。

【0010】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示のダイヤモンド被覆工具は、
基材と、前記基材上に配置されたダイヤモンド層と、を備え、
前記ダイヤモンド層のＩＳＯ２５１７８で規定されるスキューネスＳｓｋは、０超である、ダイヤモンド被覆工具である。

【0011】

本開示のダイヤモンド被覆工具は、特にアルミ合金の切削加工においても、長い工具寿命を有することができる。

【0012】

（２）前記ダイヤモンド層のＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で規定される表面粗さＲａは、０．５μｍ以下であることが好ましい。

【0013】

これによると、ダイヤモンド被覆工具の耐溶着性が向上し、工具寿命が更に長くなる。また、被削材の面品位も向上する。

【0014】

（３）前記ダイヤモンド層のラマンシフト９００ｃｍ^－１以上２０００ｃｍ^－１以下のラマンスペクトルを測定した場合、ダイヤモンドのピーク面積強度Ｉｄと、スペクトル全体の面積強度Ｉｓとの比Ｉｄ／Ｉｓが０．０８以上であることが好ましい。

【0015】

これによると、ダイヤモンド層中のｓｐ３炭素が多く、アルミニウム合金に溶着しやすいｓｐ２炭素が少ないため、ダイヤモンド被覆工具の耐溶着性が向上し、工具寿命が更に長くなる。

【0016】

（４）前記ダイヤモンド層は、前記ダイヤモンド被覆工具の表面側の主面Ｓと、前記主面Ｓから前記基材側へ前記主面Ｓの法線方向に沿う距離が２０ｎｍである仮想面Ｑと、に囲まれる領域Ｒにおいて、酸素含有率の最大値が２０原子％以上であることが好ましい。

【0017】

これによると、ダイヤモンド層の耐酸化性が向上し、ダイヤモンド被覆工具の耐溶着性及び耐摩耗性が向上し、工具寿命が更に長くなる。

【0018】

（５）本開示のダイヤモンド被覆工具の製造方法は、上記のダイヤモンド被覆工具の製造方法であって、
基材を準備する工程と、
前記基材上にダイヤモンド層を化学気相成長法により形成する工程と、
前記ダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行いダイヤモンド被覆工具を得る工程と、を備える、ダイヤモンド被覆工具の製造方法である。

【0019】

これによると、特にアルミ合金の切削加工においても、長い工具寿命を有することができるダイヤモンド被覆工具を得ることができる。

【0020】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示のダイヤモンド被覆工具及びその製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。

【0021】

本明細書において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。

【0022】

＜実施形態１：ダイヤモンド被覆工具＞
実施形態１に係るダイヤモンド被覆工具について、図１を用いて説明する。図１に示されるように、ダイヤモンド被覆工具１０は、基材１と、該基材１上に配置されたダイヤモンド層２と、を備え、該ダイヤモンド層２のＩＳＯ２５１７８で規定されるスキューネスＳｓｋは、０超である。

【0023】

本開示のダイヤモンド被覆工具は、特にアルミニウム合金の切削加工においても、長い工具寿命を有することができる。この理由は明らかではないが、下記の通りと推察される。

【0024】

はじめに、本開示の理解を容易とするために、ＩＳＯ２５１７８で規定されるスキューネス（偏り度）（以下、「Ｓｓｋ」とも記す。）について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、表面のスキューネスが０超の場合を説明するための図である。図３は、表面のスキューネスが０未満の場合を説明するための図である。図２及び図３は、それぞれ表面の法線に沿う方向の断面図である。

【0025】

スキューネスＳｓｋとは、ＩＳＯ２５１７８に規定される三次元表面性状パラメータの一つであり、平均面からの高さ分布の偏りを示す。図２に示されるように、平均面Ｌ１に対し、表面の凹凸が下側に偏る場合はＳｓｋは０超（プラス）となる。図３に示されるように、平均面Ｌ２に対し、表面の凹凸が上側に偏る場合はＳｓｋは０未満（マイナス）となる。平均面に対し、表面の凹凸が均等の場合（図示せず）はＳｓｋは０（ゼロ）となる。

【0026】

本開示のダイヤモンド被覆工具では、ダイヤモンド層２のスキューネス（Ｓｓｋ）は、０超であり、ダイヤモンド層の表面の凹凸は、図２に示されるように下側に偏っている。これによると、切削加工時に切削油を用いた場合、表面の凹部に切削油が保持されやすい。よって、ダイヤモンド被覆工具は、特にアルミニウム合金の切削時においても溶着が生じ難く、溶着に起因する刃先摩耗が抑制され、長い工具寿命を有することができる。

【0027】

ダイヤモンド被覆工具は、基材及びダイヤモンド層に加えて、他の任意の構成を含むことができる。ダイヤモンド層は、基材の全面を被覆することが好ましく、基材の少なくとも刃先部分を被覆することが好ましい。なお、基材の一部がダイヤモンド層で被覆されていなかったとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。

【0028】

＜基材＞
本開示のダイヤモンド被覆工具の基材としては、公知の硬質粒子を含む基材を使用することができる。例えば、超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはさらにＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物等を添加したものも含む）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、工具鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、及びこれらの混合体等）、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体等をこのような基材の例として挙げることができる。

【0029】

＜ダイヤモンド層＞
（スキューネスＳｓｋ）
本開示のダイヤモンド層のＩＳＯ２５１７８で規定されるスキューネスＳｓｋは、０超である。これによると、切削加工時に切削油を用いた場合、表面の凹みに切削油が保持されやすい。よって、ダイヤモンド被覆工具は、特にアルミニウム合金の切削時においても溶着が生じ難く、溶着に起因する刃先摩耗が抑制され、長い工具寿命を有することができる。

【0030】

ダイヤモンド層のＳｓｋの下限は、０超であり、０．０５以上、０．１以上が好ましい。ダイヤモンド層のＳｓｋの上限は、１．０以下、０．８以下、０．６以下が好ましい。ダイヤモンド層のＳｓｋは、０超１．０以下、０．０５以上０．８以下、０．１以上０．６以下が好ましい。

【0031】

ダイヤモンド層のＳｓｋは、ダイヤモンド層の表面をレーザ顕微鏡（Ｌａｓｅｒｔｅｃｈ社製「ＯＰＴＥＬＩＣＳ ＨＹＢＲＩＤ」（商標））を用いて、ＩＳＯ２５１７８－２：２０１２及びＩＳＯ２５１７８－３：２０１２に準拠して測定される。

【0032】

ダイヤモンド層のＳｓｋの測定視野は、工具刃先の稜線より、１ｍｍ以内の範囲内において、２００μｍ四方の視野を任意に５箇所設定する。５箇所の測定視野のそれぞれについてＳｓｋの測定を行う。５箇所の測定視野におけるＳｓｋの平均値を、ダイヤモンド層のＳｓｋとする。

【0033】

（表面粗さＲａ）
本開示のダイヤモンド層のＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で規定される表面粗さＲａは、０．５μｍ以下であることが好ましい。これによると、ダイヤモンド被覆工具の耐溶着性が向上し、工具寿命が更に長くなる。また、被削材の面品位も向上する。

【0034】

ダイヤモンド層の表面粗さＲａの上限は、０．５μｍ以下、０．４５μｍ以下、０．４μｍ以下が好ましい。ダイヤモンド層の表面粗さＲａの下限は、０．０１μｍ以上、０．０５μｍ以上、０．１μｍ以上が好ましい。ダイヤモンド層の表面粗さＲａは、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下、０．０５μｍ以上０．４５μｍ以下、０．１μｍ以上０．４μｍ以下が好ましい。

【0035】

ダイヤモンド層の表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に規定される算術平均粗さＲａを意味する。ダイヤモンド層の表面粗さＲａは、ダイヤモンド層の表面をレーザ顕微鏡（Ｌａｓｅｒｔｅｃｈ社製「ＯＰＴＥＬＩＣＳ ＨＹＢＲＩＤ」（商標））を用いて、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に準拠して測定される。

【0036】

ダイヤモンド層の表面粗さＲａの測定視野は、工具刃先の稜線より、１ｍｍ以内の範囲内において、２００μｍ四方の視野を任意に５箇所設定する。５箇所の測定視野のそれぞれについて表面粗さＲａの測定を行う。５箇所の測定視野における表面粗さＲａの平均値を、ダイヤモンド層の表面粗さＲａとする。

【0037】

（ラマンスペクトル）
本開示のダイヤモンド層のラマンシフト９００ｃｍ^－１以上２０００ｃｍ^－１以下のラマンスペクトルを測定した場合、ダイヤモンドのピーク面積強度Ｉｄと、スペクトル全体の面積強度Ｉｓとの比Ｉｄ／Ｉｓが０．０８以上であることが好ましい。

【0038】

上記比Ｉｄ／Ｉｓが大きいほど、ダイヤモンド層中のｓｐ３炭素が多く、アルミニウム合金に溶着しやすいｓｐ２炭素が少ないことを示す。本開示のダイヤモンド層では、比Ｉｄ／Ｉｓが０．０８以上であるため、ダイヤモンド層中のｓｐ２炭素量が低減され、ダイヤモンド被覆工具の耐溶着性が向上し、工具寿命が更に長くなる。

【0039】

比Ｉｄ／Ｉｓの下限は０．０８以上、０．０８５以上、０．０９以上が好ましい。比Ｉｄ／Ｉｓの上限は、０．５以下、０．４以下、０．３以下が好ましい。比Ｉｄ／Ｉｓは０．０８以上０．５以下、０．０８５以上０．４以下、０．０９以上０．３以下が好ましい。

【0040】

本明細書において、上記の比Ｉｄ／Ｉｓは、下記（１－１）～（１－４）の手順で算出される。

【0041】

（１－１）工具表面のダイヤモンド層表面に２００μｍ×２００μｍの矩形の測定視野（以下、「ラマン分光用測定視野」ともいう。）を設定する。ラマン分光用測定視野は５箇所設定する。

【0042】

（１－２）各ラマン分光用測定視野について、ＪＩＳ Ｋ ０１３７（２０１０）に準拠したレーザーラマン測定法により、ラマンシフト９００ｃｍ^－１から２０００ｃｍ^－１の範囲のラマンスペクトルを得る。この際、入射光に用いる光の波長は紫外（３２５ｎｍ）とする。ラマン分光装置は、ナノフォトン社製の「Ｒａｍａｎｔｏｕｃｈ」（商標）を用いる。本開示のダイヤモンド層のラマンスペクトルの一例を、図４に示す。図４において、Ｓｄで示されるスペクトルはダイヤモンドに由来するスペクトルを示し、Ｓｓで示されるスペクトルは図４に示される全てのスペクトルの合計を示す。

【0043】

（１－３）上記のラマンスペクトルについて、画像処理ソフト（ナノフォトン社製の「Ｒａｍａｎｉｍａｇｅｒ」（商標））を用いて、ダイヤモンドのピーク面積強度Ｉｄとスペクトル全体の面積強度Ｉｓとの比Ｉｄ／Ｉｓを算出する。

【0044】

（１－４）５箇所の測定視野における比Ｉｄ／Ｉｓの平均値を算出し、該平均値をダイヤモンド層の比Ｉｄ／Ｉｓとする。

【0045】

（酸素含有率）
実施形態１のダイヤモンド層は、ダイヤモンド被覆工具の表面側の主面Ｓと、主面Ｓから基材側へ主面Ｓの法線方向に沿う距離が２０ｎｍである仮想面Ｑと、に囲まれる領域Ｒにおいて、酸素含有率の最大値が２０原子％以上であることが好ましい。

【0046】

これによると、ダイヤモンド層の耐酸化性が向上し、ダイヤモンド被覆工具の耐溶着性及び耐摩耗性が向上し、工具寿命が更に長くなる。

【0047】

ダイヤモンド層の領域Ｒにおける酸素含有率の最大値の下限は２０原子％以上、２５原子％以上、３０原子％以上が好ましい。該酸素含有率の最大値の上限は９０原子％以下、８５原子％以下、８０原子％以下が好ましい。該酸素含有率の最大値は２０原子％以上９０原子％以下、２５原子％以上８５原子％以下、３０原子％以上８０原子％以下が好ましい。

【0048】

本明細書において、ダイヤモンド層の領域Ｒにおける酸素含有率は、オージェ電子分光装置（アルバック・ファイ社製「ＰＨＩ ４８００」（商標））を用いて、ＪＩＳ Ｋ ０１４６：２００２（ＩＳＯ １４６０６：２０００）に準拠して、ダイヤモンド層の表面をエッチングしながら測定される。

【0049】

測定条件は下記の通りである。
（電子線パラメータ）
電子エネルギー：１０ｋＶ、電流値：３ｎＡ、入射角：１５°
（イオンビーム（スパッタパラメータ））
イオン種：アルゴン、加速電圧：１ｋＶ、電流値：７ｍＡ、ラスター領域１．５ｍｍ、時間：２分間
（信号測定）
微分モード
（その他）
測定元素は炭素、酸素、他検出された元素全て。解析元素全てに対し、酸素原子濃度を算出する。

【0050】

エッチングは、ダイヤモンド層の表面の法線方向に沿って、該表面側から基材側に向かう方向（以下「深さ方向」とも記す。）で行う。酸素含有率の測定は、ダイヤモンド層の深さ方向に ｎｍ間隔毎の地点で、深さ２０ｎｍ以上の地点まで行う。これにより、ダイヤモンド層の深さ方向２０ｎｍ以上の地点まで、２ｎｍ間隔毎の酸素含有率を測定することができる。

【0051】

（厚さ）
本開示のダイヤモンド層の厚さの下限は、１μｍ以上、２μｍ以上、３μｍ以上とすることができる。本開示のダイヤモンド層の厚さの上限は、４０μｍ以下、３５μｍ以下、３０μｍ以下とすることができる。本開示のダイヤモンド層の厚さは、１μｍ以上４０μｍ以下、２μｍ以上３５μｍ以下、３μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。

【0052】

本明細書において、ダイヤモンド層の厚さは下記の手順で測定される。ダイヤモンド被覆工具を、ダイヤモンド層の表面の法線に沿ってワイヤー放電加工機で切り出し、断面を露出させる。断面において、ダイヤモンド層の厚さをＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、日本電子社製「ＪＥＭ－２１００Ｆ／Ｃｓ」（商標））を用いて観察することにより測定する。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５０００倍とし、観察視野面積を１００μｍ^２として、該観察視野内で３箇所の厚さを測定し、該３箇所の平均値を該観察視野の厚さとする。５つの観察視野において測定を行い、該５つの観察視野の厚さの平均値をダイヤモンド層の厚さとする。

【0053】

（用途）
本実施形態に係るダイヤモンド被覆工具は、例えば、刃先交換型切削チップ、バイト、カッタ、ドリル、エンドミル等の切削工具、及び、ダイス、曲げダイ、絞りダイス、ボンディングツール等の耐磨工具として有用に用いることができる。

【0054】

上記では、被削材としてアルミニウム合金を用いて説明したが、被削材はこれに限定されない。被削材としては、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、チタン、金属基複合材料、セラミックス、セラミックス基複合材料、超硬合金等が挙げられる。

【0055】

＜実施形態２：ダイヤモンド被覆工具の製造方法＞
実施形態２に係るダイヤモンド被覆工具の製造方法は、基材を準備する工程（以下、「基材準備工程」とも記す。）と、該基材上にダイヤモンド層を化学気相成長法により形成する工程（以下、「ダイヤモンド層形成工程」とも記す。）と、該ダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行いダイヤモンド被覆工具を得る工程（以下、「酸素イオンエッチング工程」とも記す。）と、を備えることができる。

【0056】

（基材準備工程）
基材としては、上述の実施形態の基材を準備する。基材には、サンドブラスト処理やエッチング処理等の表面処理を施すことが好ましい。これにより、基材表面の酸化膜や汚染物質が除去される。更に、基材の表面粗さが増大することにより、基材とダイヤモンド層との密着力が向上する。

【0057】

サンドブラスト処理は、例えば、粒径３０μｍのＳｉＣを噴射圧力０．１５～０．３５ＭＰａにて基材へ投射することにより行うことができる。

【0058】

エッチング処理は、例えば、３０％硝酸等を用いた酸溶液処理及び水酸化ナトリウム等を用いたアルカリ処理を行う。

【0059】

（ダイヤモンド層形成工程）
次に、上記基材を例えば０．１ｇ／Ｌのダイヤモンド種結晶水溶液に漬け込むことにより、種付け処理を行う。

【0060】

次に、基材のダイヤモンド種結晶が種付けされた表面上に、ダイヤモンド層をＣＶＤ法により形成する。ＣＶＤ法は、従来公知のＣＶＤ法を用いることができる。例えば、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、プラズマジェットＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法等を用いることができる。

【0061】

例えば、熱フィラメントＣＶＤ装置内に基板を配置し、装置内にメタンガスと水素ガスとを体積基準で０．５：９９．５～１０：９０の混合割合で導入し、基板温度を７００℃以上９００℃以下に維持して形成することができる。

【0062】

（酸素イオンエッチング工程）
次に、上記ダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行いダイヤモンド被覆工具を得る。通常ＣＶＤにより形成されたダイヤモンド層のスキューネスは、０以下である。本実施形態では、ＣＶＤにより形成されたダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行うことにより、ダイヤモンド層表面のスキューネスＳｓｋを０超とすることができる。

【0063】

また、酸素イオンエッチングを行うことにより、ダイヤモンド層の表面が酸化され、ダイヤモンド層の耐酸化性が向上し、また表面のｓｐ２成分を選択的にエッチングすることにより、ダイヤモンド被覆工具の耐摩耗性及び耐溶着性が向上する。

【0064】

酸素イオンエッチングの方法は特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。

【0065】

酸素イオンエッチング時の加速電圧は３ｋＶ以上６ｋＶ以下が好ましい。加速電圧が３ｋＶ以上であると、ダイヤモンド層のスキューネスＳｓｋが０超となりやすい。加速電圧が６ｋＶ以下であると、ダイヤモンド層の酸素含有率が適度となり、ダイヤモンド層の耐酸化性が向上しやすい。

【0066】

酸素イオンエッチング時の酸素分圧は０．００１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、０．０１Ｐａ以上５００Ｐａ以下、０．０５Ｐａ以上１００Ｐａ以下とすることができる。

【0067】

酸素イオンエッチングの処理時間は５分以上６００分以下、１０分以上４５０分以下、１５分以上３００分以下とすることができる。

【0068】

なお、特表２００１－５０１８７３号公報（特許文献１）には、ダイヤモンド層に対してエッチングを行うことが開示されているが、これはダイヤモンド層の表面を滑らかにするための処理である。よって、特表２００１－５０１８７３号公報（特許文献１）に記載のエッチング条件は、本開示の酸素イオンエッチングの条件とは異なるものであり、ダイヤモンド層のスキューネスＳｓｋを０超とすることはできない。

【0069】

＜付記１＞
本開示のダイヤモンド被覆工具のダイヤモンド層のＩＳＯ２５１７８で規定されるスキューネスＳｓｋは、０超１以下が好ましい。
上記ダイヤモンド層のＩＳＯ２５１７８で規定されるスキューネスＳｓｋは、０．０５以上０．８以下が好ましい。
上記ダイヤモンド層のＩＳＯ２５１７８で規定されるスキューネスＳｓｋは、０．１以上０．６以下が好ましい。

【0070】

＜付記２＞
本開示のダイヤモンド層のＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で規定される表面粗さＲａは、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下が好ましい。
上記ダイヤモンド層のＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で規定される表面粗さＲａは、０．０５μｍ以上０．４５μｍ以下が好ましい。
上記ダイヤモンド層のＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で規定される表面粗さＲａは、０．１μｍ以上０．４μｍ以下が好ましい。

【0071】

＜付記３＞
本開示のダイヤモンド層のラマンシフト９００ｃｍ^－１以上２０００ｃｍ^－１以下のラマンスペクトルを測定した場合、ダイヤモンドのピーク面積強度Ｉｄと、スペクトル全体の面積強度Ｉｓとの比Ｉｄ／Ｉｓは０．０８以上０．５以下が好ましい。
上記比Ｉｄ／Ｉｓは０．０８５以上０．４以下が好ましい。
上記比Ｉｄ／Ｉｓは０．０９以上０．３以下が好ましい。

【0072】

＜付記４＞
本開示のダイヤモンド層の領域Ｒにおける酸素含有率は、２０原子％以上９０原子％以下が好ましい。
上記酸素含有率は、２５原子％以上８５原子％以下が好ましい。
上記酸素含有率は、３０原子％以上８０原子％以下が好ましい。

【0073】

＜付記５＞
本開示のダイヤモンド層の厚さは、１μｍ以上４０μｍ以下が好ましい。
本開示のダイヤモンド層の厚さは、２μｍ以上３５μｍ以下が好ましい。
本開示のダイヤモンド層の厚さは、３μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。

【0074】

＜付記６＞
本開示のダイヤモンド被覆工具の製造方法は、
基材を準備する工程と、
前記基材上にダイヤモンド層を化学気相成長法により形成する工程と、
前記ダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行いダイヤモンド被覆工具を得る工程と、を備え、
前記酸素イオンエッチングにおいて、イオンの加速電圧は３ｋＶ以上６ｋＶ以下であることが好ましい。

【0075】

＜付記７＞
上記酸素イオンエッチング時の酸素分圧は０．００１Ｐａ以上１０００Ｐａ以下が好ましい。
上記酸素イオンエッチング時の酸素分圧は０．０１Ｐａ以上５００Ｐａ以下が好ましい。
上記酸素イオンエッチング時の酸素分圧は０．０５Ｐａ以上１００Ｐａ以下が好ましい。

【0076】

＜付記８＞
上記酸素イオンエッチングの処理時間は５分以上６００分以下が好ましい。
上記酸素イオンエッチングの処理時間は１０分以上４５０分以下が好ましい。
上記酸素イオンエッチングの処理時間は１５分以上３００分以下が好ましい。

【0077】

本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。

【実施例】

【0078】

［試料１～試料８］
＜ダイヤモンド被覆工具の作製＞
（基材の準備）
基材として、材質がＷＣ－６％Ｃｏ（超硬合金）であって、形状（工具型番ＡＯＥＴ１１Ｔ３０８ＰＥＦＲ－Ｓ）であるエンドミル用切削インサートを準備した。

【0079】

（ダイヤモンド層の形成）
続いて、上記基材の表面にダイヤモンド粉末の種付け処理を行なった。種付け処理は平均粒径０.０５μｍのダイヤモンド粉末を水と混合した溶液に基材を漬け込むことでおこなった。

【0080】

次に、上記種付け処理が行なわれた基材を熱フィラメントＣＶＤ装置にセットし、ダイヤモンド層を形成した。成膜条件は下記の通りである。

【0081】

基材表面温度が表１の「ＣＶＤ成膜条件」の「基材温度（℃）」欄に記載の温度になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素とを、メタン濃度が「ＣＶＤ成膜条件」の「メタン濃度（％）」欄に記載の濃度となるように流量を制御して炉内に供給した。全ての試料において、成膜時の圧力は５００ｍＰａとし、ダイヤモンド層の膜厚が１０μｍとなるまで成膜を行った。

【0082】

例えば、試料１では、成膜時の基材温度７５０℃、メタン濃度１％、圧力５００ｍＰａとした。

【0083】

（酸素イオンエッチング）
上記のダイヤモンド層に対して酸素イオンエッチングを行うことにより、各試料のダイヤモンド被覆工具を得た。酸素イオンエッチングの条件は下記の通りである。

【0084】

酸素イオンエッチング時の加速電圧は表１の「酸素イオンエッチング」の「加速電圧（ｋＶ）」欄に記載の通りとした。酸素分圧は表１の「酸素イオンエッチング」の「酸素分圧」欄に記載の通りとした。酸素イオンエッチングの時間は、全ての試料において３０分とした。

【0085】

例えば、試料１では、酸素イオンエッチングは、加速電圧３ｋＶ、酸素分圧０．２Ｐａで３０分間行った。

【0086】

【表1】

【0087】

＜評価＞
（スキューネスＳｓｋ、表面粗さＲａ、比Ｉｄ／Ｉｓ、酸素含有率の最大値）
各試料のダイヤモンド層について、スキューネスＳｓｋ、表面粗さＲａ、比Ｉｄ／Ｉｓ、領域Ｒにおける酸素含有率の最大値を測定した。具体的な測定方法は実施の形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「ダイヤモンド層」の「Ｓｓｋ」、「Ｒａ」、「Ｉｄ／Ｉｓ」、「酸素含有率の最大値（原子％）」欄に示す。

【0088】

（切削試験）
各試料のダイヤモンド被覆工具（切削インサート）をエンドミルシャンク（鋼製、工具型番ＷＥＺ１１０３２Ｅ０２、工具径φ３２、２枚刃）に取り付け、下記の条件で切削試験を行った。
被削材：ダイキャストアルミ（ＡＤＣ１２） ３００ｍｍ×１５０ｍｍ×５０ｍｍのブロック材
切削速度Ｖｃ：１０００ｍ／ｍｉｎ
送り量Ｆｚ：０．１５ｍｍ／ｔ
軸方向切り込み量ａｐ：８ｍｍ
横方向切り込み量ａｅ：３ｍｍ
切削油：有り

【0089】

上記の切削試験において、最大逃げ面摩耗量が０．０１ｍｍに到達するまでの切削距離を測定した。切削距離が長いほど、工具寿命が長いことを示す。結果を表１の「切削試験」の「距離」欄に示す。

【0090】

＜評価＞
試料１～試料４のダイヤモンド被覆工具は実施例に該当する。試料５～試料８の表面被覆ダイヤモンド被覆工具は比較例に該当する。試料１～試料４（実施例）は、試料５～試料８（比較例）に比べて、切削距離が長く、工具寿命が長いことが確認された。

【0091】

試料１～試料４では、ダイヤモンド層のＳｓｋが０超のため、切削時に表面の凹部に切削油が保持されやすく、溶着が生じ難いため、溶着に起因する刃先摩耗が抑制され、工具寿命が長いと推察される。

【0092】

試料５～試料８では、ダイヤモンド層のＳｓｋが０未満であるため、切削時に切削油がダイヤモンド層の表面に保持されにくく、溶着が生じ、刃先摩耗が進行しやすいと推察される。

【0093】

以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。
今回開示された実施の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実施の形態および実施例ではなく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。

【符号の説明】

【0094】

１ 基材、２ ダイヤモンド層、１０ ダイヤモンド被覆工具、Ｓ 主面Ｓ、Ｑ 仮想面Ｑ、Ｒ 領域Ｒ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】