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公開番号2025168724
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-12
出願番号2024073413
出願日2024-04-30
発明の名称表面被覆切削工具
出願人三菱マテリアル株式会社,国立大学法人東海国立大学機構
代理人個人,個人,個人,個人
主分類B23B 27/14 20060101AFI20251105BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】CFRPを被削材とする切削加工において、工具の耐摩耗性を維持しつつ、表面粗さを小さく抑えて薄膜化を図ることで、刃先の鋭利さ(切れ味)を十分に高めることができ、切削抵抗をより低減可能な表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】工具基材と、工具基材の表面のうち少なくとも切刃を被覆する非晶質炭素被膜2と、を備え、非晶質炭素被膜2は、Taを原子%で0.1%以上14%以下含有し、非晶質炭素被膜2の断面画像を観察したときに、非晶質炭素被膜2のマトリクス内に存在するTaC微結晶3の平均粒径が、7nm以下である。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
工具基材と、
前記工具基材の表面のうち少なくとも切刃を被覆する非晶質炭素被膜と、を備え、
前記非晶質炭素被膜は、Ｔａを原子％で０．１％以上１４％以下含有し、
前記非晶質炭素被膜の断面画像を観察したときに、前記非晶質炭素被膜のマトリクス内に存在するＴａＣ微結晶の平均粒径が、７ｎｍ以下である、
表面被覆切削工具。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
前記非晶質炭素被膜の断面画像を観察したときに、前記非晶質炭素被膜のマトリクス内に存在するＴａＣ微結晶の平均粒径が、０．５ｎｍ以上である、
請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
前記ＴａＣ微結晶は、膜厚方向に延びる粒子を含み、
前記粒子は、膜厚方向と垂直な方向の寸法に比べて膜厚方向の寸法が大きいアスペクト比を有し、
前記非晶質炭素被膜の断面画像を観察したときに、前記ＴａＣ微結晶の全数に占める前記粒子の個数の割合が８０％以上である、
請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
前記非晶質炭素被膜は、
膜厚方向の寸法が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とされた第１層と、
前記第１層とは前記ＴａＣ微結晶の粒子の分散量が異なり、膜厚方向の寸法が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とされた第２層と、を有し、
前記第１層は、前記非晶質炭素被膜の断面画像を観察したときに、１０ｎｍの直線を引いてこの直線を跨ぐ前記ＴａＣ微結晶の粒子数が、０．０４個／ｎｍ以上であり、
前記第２層は、前記非晶質炭素被膜の断面画像を観察したときに、１０ｎｍの直線を引いてこの直線を跨ぐ前記ＴａＣ微結晶の粒子数が、０．０４個／ｎｍ未満であり、
前記第１層と前記第２層とが、膜厚方向に交互に繰り返し積層される、
請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面被覆切削工具に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、比強度に優れ、航空機材料（航空機部品）などに利用されるＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）が知られている。ＣＦＲＰでは、ボルトやリベットを用いた接合が多用されることから、大量の穴あけ加工が必要となる。穴あけ加工にはドリル等の切削工具が用いられるが、ＣＦＲＰの加工では工具の摩耗が早期に進行して切れ味が低下しやすく、被削材に層間剥離やバリが発生するため、加工が難しい。
【０００３】
また航空機部品などの被削材は外形寸法が大きく、工作機械内での加工が困難な場合があり、ロボットアーム等で切削工具を保持して加工が行われることがある。ロボットアーム等は工作機械に比べて剛性を確保することが難しいため、高精度加工を実現するには、切削加工時の切削抵抗をより低減することが求められている。
【０００４】
一般に、ＣＦＲＰの穴あけ加工には、耐摩耗性に優れるＣＶＤダイヤモンド膜を被覆したドリルがよく用いられる。しかしながら、ＣＶＤダイヤモンド膜は表面粗さが大きく、また薄膜化が困難であり（一般に数μｍ以上の厚さを有する）、刃先の鋭利さが十分に高められているとは言えない。このため、切削抵抗の増大や穴品質の低下などが問題となる場合がある。
【０００５】
そこで、切削抵抗を低減し、穴品質を高めるために、ＣＶＤダイヤモンド膜に替わるコーティング膜として、ＤＬＣ（Diamond-like Carbon）膜が着目されている。ＤＬＣは、ｓｐ
３
結合とｓｐ
２
結合を併せ持つアモルファスカーボンであり、特にｓｐ
３
結合の割合が８０％程度のＤＬＣ（ｔａ－Ｃ）はダイヤモンドに次ぐ硬さを有し、均一に薄く成膜することが可能であり、低切削抵抗と高い耐摩耗性を両立可能と考えられる。
【０００６】
切削加工のように大きな衝撃が加わる厳しい条件下では、ＤＬＣ膜の残留圧縮応力によってチッピングが生じることから、主にそれを緩和する目的で、異なる元素を添加したＤＬＣ膜が用いられる場合がある（例えば、特許文献１）。なお、特許文献１の切削工具では、鋳鉄等の鉄系材料を被削材とする切削加工において、耐摩耗性が高められることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１３－９４９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の表面被覆切削工具では、切削油を使わないドライ加工が行われることが多いＣＦＲＰを被削材とする切削加工において、工具の耐摩耗性を維持しつつ、切削抵抗をより低減する点に改善の余地があった。
【０００９】
本発明は、ＣＦＲＰを被削材とする切削加工において、工具の耐摩耗性を維持しつつ、表面粗さを小さく抑えて薄膜化を図ることで、刃先の鋭利さ（切れ味）を十分に高めることができ、切削抵抗をより低減可能な表面被覆切削工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（【００１１】以降は省略されています）

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