JP5708075B2 - 耐剥離性と耐摩耗性にすぐれたダイヤモンド被覆エンドミル - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に示すように、基体表面に、ダイヤモンドの結晶成長の起点となる核付着工程およびダイヤモンドを結晶成長させる結晶成長工程とを繰り返し行うことにより、結晶粒径が微細なダイヤモンド皮膜を被覆形成したダイヤモンド被覆工具が知られており、そして、この被覆工具例えば、ダイヤモンド被覆エンドミルを用いてAl合金の切削加工を行った場合には、ダイヤモンド皮膜の表面が平滑であることから、被削材の面精度が向上することが知られている。
「(1) 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された基体表面に、3〜30μmの膜厚のダイヤモンド皮膜を被覆したダイヤモンド被覆エンドミルにおいて、
上記ダイヤモンド被覆エンドミルの軸方向に沿って、Arガスレーザより得られた可視光を用いたラマン分光分析により、ダイヤモンド皮膜のダイヤモンド構造起因のピークの半価幅を測定した場合、ピークの半価幅が15cm−1以下である結晶相領域とピークの半価幅が60〜90cm−1である応力緩和相領域が、少なくとも上記ダイヤモンド皮膜表面の上記ダイヤモンド被覆エンドミルの軸方向に、平均長さ10〜20mmで交互に形成され、結晶相領域と応力緩和相領域との間には、ピークの半価幅が15cm−1を越え60cm−1未満である遷移相領域が平均長さ0.1〜1.0mmで形成されていることを特徴とするダイヤモンド被覆エンドミル。
に特徴を有するものである。
ここで、結晶相と応力緩和相の間には、測定されるピークの半価幅が15cm−1を越え60cm−1未満である遷移相が存在する。遷移相は耐摩耗性が十分であるとは言えず、しかも、応力緩和効果も小さいため、遷移相領域を小さくする方が好ましく、遷移相領域を小さくするため、WフィラメントとMo冷却板の設置位置を工具基体の表面より好ましくは15mm以上離さず、かつ、WフィラメントとMo冷却板の距離を好ましくは10mm以上離さないないようにする。
軸方向のダイヤモンド皮膜の結晶構造は、結晶相はWフィラメントの直近で、応力緩和相は冷却板の直近で強く現れ、その構造は遷移相領域で結晶相から応力緩和相へ、あるいは、応力緩和相から結晶相へと次第に変化する。
その後、上下機構(10)を動作させ、回転基台とともに超硬合金エンドミル(基体)(5)を下方に(例えば、5mm)移動させ、結晶相領域が形成されている領域をMo冷却板(3)に対向させ、一方、応力緩和相領域が形成されている領域をWフィラメント(4)に対向させるように位置決めして、引き続き、所定時間成膜を継続し、
その後、上下機構(10)を動作させ、回転基台とともに超硬合金エンドミル(基体)(5)を元の高さ位置に戻すように上方に(例えば、5mm)移動させ、結晶相領域が形成されている領域をMo冷却板(3)に対向させ、一方、応力緩和相領域が形成されている領域をWフィラメント(4)に対向させるように位置決めして、引き続き、所定時間成膜を継続して行う。
次いで、上下機構(10)を動作させて、基体固定台(11)を垂直方向(被覆エンドミルの軸方向)に5〜10mm上方に変則的に移動させて、基体固定台(11)を元の高さに戻し、このまま成膜を0.5〜6.0時間継続し、
上記上下移動を目標膜厚となるまで複数回繰り返し行うことにより、被覆エンドミル表面の軸方向に沿って、結晶相領域、応力緩和相領域、遷移相が所定の長さで形成されると同時に、被覆エンドミルの軸方向に垂直なダイヤモンド皮膜断面の膜厚方向に、結晶相からなる断面領域と応力緩和相からなる断面領域が、所定の膜厚で交互に形成され、かつ、遷移相からなる断面領域が膜厚方向に形成された被覆エンドミル(図2,図3参照)、いうならば、被覆エンドミルのダイヤモンド皮膜中に、3次元的に結晶相領域、応力緩和相領域、遷移相領域が交互に形成された膜構造を有する表2に示す本発明のダイヤモンド被覆エンドミル(以下、本発明被覆エンドミルという)4〜8を作製した。
(a)まず、
フィラメント温度 2200 ℃、
フィラメント−基板間隔 15 mm、
反応圧力 0.9 kPa、
反応ガス CH4/H2=0.05(但し、体積比)、
という条件で、エンドミル基体C−1〜C−6の表面に、微粒ダイヤモンド層を成膜し、
(b)次いで、上記微粒ダイヤモンド層の上に、
フィラメント温度 2200 ℃、
フィラメント−基板間隔 15 mm、
反応圧力 4 kPa、
反応ガス CH4/H2=0.035(但し、体積比)、
という条件で、粗粒ダイヤモンド層を成膜し、
上記(a)、(b)を繰り返し行なうことにより所定膜厚の膜厚方向交互積層構造を有する表3に示す比較被覆エンドミル1〜6を作製した。
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:5mmの、炭素繊維と熱硬化型エポキシ系樹脂が直交積層構造を持つ炭素繊維強化樹脂複合材(CFRP)の板材、
切削速度主軸回転速度: 7000 rpm、
テーブル送り: 800 mm/min、
1枚当たりの送り:0.03 mm/tooth
エアーブロー&吸引
の条件で、上記CFRPの乾式高速側面切削加工試験を行い、CFRPにデラミレーションが発生した加工長を示し、加工寿命の判定基準として、寿命に至るまでの切削長(m)および表面粗さを測定した。
2 応力緩和相
3 Mo冷却板
4 Wフィラメント
5 エンドミル基体
6 遷移相
7 防着板
8 碍子
9 回転機構
10 上下機構
11 基体固定台
12 回転治具
13 チェーン
Claims (2)
- 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された基体表面に、3〜30μmの膜厚のダイヤモンド皮膜を被覆したダイヤモンド被覆エンドミルにおいて、
上記ダイヤモンド被覆エンドミルの軸方向に沿って、Arガスレーザより得られた可視光を用いたラマン分光分析により、ダイヤモンド皮膜のダイヤモンド構造起因のピークの半価幅を測定した場合、ピークの半価幅が15cm−1以下である結晶相領域とピークの半価幅が60〜90cm−1である応力緩和相領域が、少なくとも上記ダイヤモンド皮膜表面の上記ダイヤモンド被覆エンドミルの軸方向に、平均長さ10〜20mmで交互に形成され、結晶相領域と応力緩和相領域との間には、ピークの半価幅が15cm−1を越え60cm−1未満である遷移相領域が平均長さ0.1〜1.0mmで形成されていることを特徴とするダイヤモンド被覆エンドミル。 - 上記ダイヤモンド被覆エンドミルの軸方向に垂直なダイヤモンド皮膜断面について、Arガスレーザより得られた可視光を用いたラマン分光分析により、ダイヤモンド皮膜断面のダイヤモンド構造起因のピークの半価幅を測定した場合、ピークの半価幅が15cm−1以下である結晶相からなる断面領域とピークの半価幅が60〜90cm−1である応力緩和相からなる断面領域が、少なくとも、上記ダイヤモンド被覆エンドミルの軸方向に垂直なダイヤモンド皮膜断面内であって、かつ、ダイヤモンド皮膜の膜厚方向に、0.1〜2.0μmの平均膜厚で交互に形成されていることを特徴とする請求項1に記載のダイヤモンド被覆エンドミル。
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