车削工具的制作方法

本公开涉及一种车削工具。本申请要求基于在2018年8月6日提交的日本专利申请no.2018-147806的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

背景技术：

通常，将至少切削刃使用单晶金刚石的切削工具(以下，也称为“单晶金刚石切削工具”)用于有色金属的加工和塑料等的镜面加工和精密加工。当将单晶金刚石用于切削工具的切削刃时，如在(例如)wo2014/003110(专利文献1)中所公开的，取决于将单晶金刚石的何种晶面和晶体取向用于切削工具的前刀面和后刀面，切削工具的诸如耐磨性和耐断裂性之类的特性大不相同。

因此，在根据使用者的需求、使用条件等选择单晶金刚石的更合适的晶面和晶体取向之后制作单晶金刚石切削工具。例如，专利文献1的单晶金刚石切削工具制造为包括这样的切削刃，该切削刃具有由单晶金刚石的(100)面构成的前刀面，其中切削刃尖端对应于<100>方向。

引用列表

专利文献

专利文献1：wo2014/003110

技术实现要素：

根据本公开的一个实施方案的车削工具为用于车削的车削工具，该车削工具包括：刀杆部；以及固定在刀杆部上的切削刃部，其中切削刃部由合成单晶金刚石构成，切削刃部包括前刀面、后刀面以及设置在前刀面和后刀面彼此相交处的相交部分的切削刃，并且切削刃部具有曲率半径为0.1mm以上1.2mm以下的刀尖弯曲部，并且刀尖弯曲部满足以下条件中的至少一者：前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于合成单晶金刚石的<110>方向在±10°以内的条件，以及前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于合成单晶金刚石的<100>方向在±10°以内的条件。

附图说明

图1为示出了当在平面图中观察时根据本公开的一个实施方案的车削工具中的切削刃部的说明性平面图，以说明以下术语：“刀尖弯曲部”以及“曲率半径”、“顶角”以及“刀尖弯曲部”的“顶角的二等分截面”。

图2为示出了当在平面图中观察时，根据本公开的一个实施方案的车削工具中的切削刃部以及刀杆部的放大平面图。

图3为示出了根据本公开的一个实施方案的车削工具的切削刃部的放大透视图。

图4为示出了根据本公开的一个实施方案的车削工具的使用状态的说明图。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

在有色金属加工市场中，上述单晶金刚石切削工具几乎不用于车辆部件的加工。这是由于以下原因：如果将这种单晶金刚石切削工具用于在车辆部件所通常采用的苛刻条件(例如，高速切削、高进给量和深的切削深度)下进行加工，那么会经常发生断裂并且易于发生磨损。因此，为了实现苛刻条件下的加工，需要使单晶金刚石切削工具具有优异的耐磨性。此外，亟需使诸如车辆部件之类的加工制品获得平滑的精加工面。

在上述实际情况下，本公开的目的是提供具有耐磨性并且使工件获得平滑的精加工面的车削工具。

[本公开的有利效果]

根据上述说明，可以提供具有耐磨性并且使工件获得平滑的精加工面的车削工具。

[实施方案的描述]

首先，列举并描述了本公开的实施方案。

[1]根据本公开的一个实施方案的车削工具为用于车削的车削工具，该车削工具包括：刀杆部；以及固定至刀杆部的切削刃部，其中切削刃部由合成单晶金刚石构成，切削刃部包括前刀面、后刀面以及位于前刀面和后刀面彼此相交处的相交部分的切削刃，并且切削刃部具有曲率半径为0.1mm以上1.2mm以下的刀尖弯曲部，并且刀尖弯曲部满足以下条件中的至少一者：前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于合成单晶金刚石的<110>方向在±10°以内的条件，以及前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于合成单晶金刚石的<100>方向在±10°以内的条件。具有这种特征的车削工具具有耐磨性，并且可以使工件获得平滑的精加工表面。

[2]优选地，交线方向相对于合成单晶金刚石的<110>方向在±5°以内。因此，车削工具具有更高的耐磨性，并且可以使工件获得平滑的精加工表面。

[3]优选地，交线方向相对于合成单晶金刚石的<100>方向在±5°以内。因此，车削工具具有更高的耐磨性，并且可以使工件获得平滑的精加工表面。

[4]优选地，合成单晶金刚石包含1ppm以上100ppm以下的氮原子。因此，车削工具也可以具有优异的耐断裂性。

[5]优选地，顶角为55°以上90°以下。因此，车削工具的切削阻力和切削刃强度之间的平衡性优异，由此提高了耐磨性和耐断裂性。

[6]优选地，在后角为7°以上15°以下的条件下进行车削。因此，车削工具可以使工件获得更平滑的精加工表面。

[7]优选地，在进给量f为0.01mm/rev以上且小于0.7mm/rev的条件下进行车削。因此，车削工具可以使工件获得更平滑的精加工表面。

[8]优选地，合成单晶金刚石为cvd单晶金刚石。因此，车削工具具有更充分的耐磨性，并且可以使工件获得平滑的精加工表面。

[本公开的实施方案的细节]

以下，更详细地描述了本公开的实施方案(以下，也称为“本实施方案”)，但本实施方案不限定于此。在以下说明书中，将参考附图进行说明。

在此，在本说明书中，表述“a至b”表示下限至上限的范围(即，a以上b以下)。当未示出a的单位而仅示出b的单位时，a的单位与b的单位相同。当在本说明书中通过化学式表示化合物等，并且原子比没有特别地限制时，假定包括全部常规已知的原子比。原子比不必仅限于化学计量范围中的原子比。在本说明书中，“机械强度”是指包括诸如耐磨性、耐断裂性和弯曲强度之类的各种特性的机械强度。

此外，在本说明书中，“刀尖弯曲部”是指切削刃部中直接参与切削从而与工件的切屑接触的区域。具体而言，“刀尖弯曲部”是指图1所示的假想半圆(实线)中所含的切削刃部3的一部分。该假想半圆具有预定距离d作为半径，该预定距离d为从交点o分别延伸到两个相对的棱线的距离，这两个相对的棱线在切削刃部3的前刀面和后刀面彼此相交处形成相交部分，其中交点o为通过使棱线延伸获得的假想线(虚线)彼此相交处的交点。

刀尖弯曲部的“曲率半径”是指刀尖弯曲部的曲面的“曲率”的倒数。具体而言，例如，刀尖弯曲部的曲面由包括在由图1所示的虚线表示的假想圆中的弧给出。在这种情况下，将由虚线表示的假想圆的半径r称为刀尖弯曲部的“曲率半径”，并且将其倒数(1/r)称为刀尖弯曲部的曲面的“曲率”。在此，在图1中，刀尖弯曲部的曲率半径(由虚线表示的假想圆的半径)r和从交点o到各棱线的距离d的长短相等(d＝r)。

刀尖弯曲部的“顶角”是指由图1的上述两条假想线(虚线)形成的角α。将角α(即，“顶角”)二等分的假想截面称为刀尖弯曲部的顶角的“二等分截面”。此外，“后角”是指在工件与切削刃部的后刀面之间形成的角。

应当注意，当切削刃部3的前刀面具有曲面时，假定切削刃部3的基材侧的表面或基材的上表面为前刀面，并且前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的“交线方向”是指该假定的前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向。

在本说明书中，“合成单晶金刚石”与天然金刚石不同，并且是指人工制造的金刚石，例如通过高压高温(hpht)方法制造的单晶金刚石，或者通过化学气相沉积(cvd)方法制造的单晶金刚石。特别地，“cvd单晶金刚石”是指通过使用cvd方法在金刚石单晶基板上使金刚石单晶外延生长而制作的单晶金刚石。该cvd单晶金刚石的<110>方向是指包括cvd单晶金刚石的[01-1]在内的四个等效晶体取向。具体而言，该cvd单晶金刚石的<110>方向是指由cvd单晶金刚石的[01-1]、[0-1-1]、[0-11]和[011]构成的晶体取向。cvd单晶金刚石的<100>方向是指包括cvd单晶金刚石的[010]在内的四个等效晶体取向。具体而言，cvd单晶金刚石的<100>方向是指由cvd单晶金刚石的[010]、[00-1]、[0-10]和[001]构成的晶体取向。在此，用于表示晶体取向的符号“-”最初位于数字的上方，并且读作“杠(バー)”。例如，[01-1]读作“零、一、一、杠”。

<<车削工具>>

根据本实施方案的车削工具为用于车削的车削工具。车削工具包括：刀杆部；以及固定在刀杆部上的切削刃部。切削刃部由合成单晶金刚石构成。切削刃部包括前刀面、后刀面以及位于前刀面和后刀面彼此相交处的相交部分的切削刃，并且切削刃部具有曲率半径为0.1mm以上1.2mm以下的刀尖弯曲部。刀尖弯曲部满足以下条件中的至少一者：前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于合成单晶金刚石的<110>方向在±10°以内的条件；以及前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于合成单晶金刚石的<100>方向在±10°以内的条件。具有这种特征的车削工具具有耐磨性，并且可以使工件获得平滑的精加工表面。

优选地，在进给量f为0.01mm/rev以上且小于0.7mm/rev的条件下进行车削。此外，合成单晶金刚石优选为cvd单晶金刚石。因此，车削工具具有更充分的耐磨性，并且可以使工件获得平滑的精加工表面。

关于根据本实施方案的车削工具，为了便于描述，以下首先描述根据第一实施方案的车削工具，其中前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于合成单晶金刚石的<110>方向在±10°以内。此后，将描述根据第二实施方案的车削工具，其中前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于合成单晶金刚石的<100>方向在±10°以内。

此外，以下描述示例性地说明了这样一种实施方案，其中在进给量f为0.01mm/rev以上且小于0.7mm/rev的条件下通过上述车削工具进行车削，并且合成单晶金刚石为cvd单晶金刚石。

<第一实施方案>

根据第一实施方案的车削工具为用于车削的车削工具。优选在进给量f为0.01mm/rev以上且小于0.7mm/rev的条件下进行车削。进给量f由与用于车削的车削工具的切削刃部(刀尖弯曲部)的曲率半径之间的关系确定。因此，当将根据第一实施方案的车削工具用于在进给量f落入上述范围内的条件下进行车削时，车削工具具有特别优异的耐磨性，并且可以使工件获得平滑的精加工表面。在本实施方案中，当将车削工具用于在进给量f小于0.01mm/rev的条件下进行车削时，加工时间显著变长。因此，这趋于不切实际。在本实施方案中，当将车削工具用于在进给量f为0.7mm/rev以上的条件下进行车削时，切削刃易于断裂并且趋于难以使工件获得平滑的精加工表面。

如图2所示，车削工具1包括刀杆部10和固定在刀杆部10上的切削刃部3。不应当特别地限制刀杆部10的材料；然而，刀杆部10优选由(例如)钢、硬质合金等构成。不应当特别限制刀杆部10的形状，只要它可以用于车削即可。例如，刀杆部10的形状可包括图3所示的用于容纳基材2的角部。通过使刀杆部10的上表面的一部分局部地凹陷来形成刀杆部10的角部。将切削刃部3固定至该刀杆部10的角部，其中基材2介于切削刃部3和刀杆部10之间。具体而言，当基材2具有孔时，通过使用压紧在孔中的方法(杠杆锁定法)或螺纹连接在孔中的方法(螺纹连接法)，将切削刃部3固定至刀杆部10，其中基材2介于切削刃部3和刀杆部10之间。当基材2不具有孔时，通过使用压紧的方式，如向基材2的上表面施压并保持的方法(压紧法)，从而将切削刃部3固定至刀杆部10，其中基材2介于切削刃部3和刀杆部10之间。不应当特别地限制基材2的材料；然而，基材2优选由(例如)硬质合金等构成。

(切削刃部)

切削刃部3由合成单晶金刚石构成。具体而言，在第一实施方案中，切削刃部3由cvd单晶金刚石构成。将在下文描述该cvd单晶金刚石。如图3所示，切削刃部3包括前刀面4、后刀面5和位于前刀面4和后刀面5彼此相交处的相交部分的切削刃6，并且切削刃部3具有曲率半径为0.1mm以上1.2mm以下的刀尖弯曲部。通过研磨或抛光cvd单晶金刚石形成各前刀面4和后刀面5。切削刃6对应于作为前刀面4和后刀面5彼此相交处的相交部分的棱线。可在前刀面4和后刀面5彼此相交处的相交部分设置不等宽的倒角8。在这种情况下，切削刃6形成于后刀面5和倒角8彼此相交的位置处的棱线上。同样可以通过研磨或抛光cvd单晶金刚石来形成倒角8。切削刃部3的前刀面4优选对应于cvd单晶金刚石的(100)面。

(cvd单晶金刚石)

如上所述，在第一实施方案中，切削刃部3由cvd单晶金刚石构成。可以如下所述通过使用cvd法在金刚石单晶基板上外延生长金刚石单晶从而制作cvd单晶金刚石。合成单晶金刚石优选包含1ppm以上100ppm以下的氮原子。具体而言，在第一实施方案中，cvd单晶金刚石优选包含1ppm以上100ppm以下的氮原子。当cvd单晶金刚石包含上述范围内的氮原子时，即使向切削刃6的特定区域施加强应力，也能获得抑制缺损的发展的效果。因此，可以改善机械强度，例如韧性和硬度。因此，该车削工具还可具有优异的耐断裂性。氮原子作为杂质元素存在于cvd单晶金刚石中。在此，杂质元素是指除碳之外的元素(外来元素)，碳是单晶金刚石的主要构成元素。

当cvd单晶金刚石中的氮原子的含量小于1ppm时，不能充分获得抑制缺损的发展的效果，其结果是趋于不能改善耐断裂性。当cvd单晶金刚石中的氮原子含量大于100ppm时，晶体缺陷增加，其结果是当向切削刃6的特定区域施加强应力时，在切削刃6中易于发生大的断裂。cvd单晶金刚石中的氮原子含量优选为20ppm以上80ppm以下。

cvd单晶金刚石可以包含除氮原子之外的杂质元素。例如，作为除氮原子之外的杂质元素，cvd单晶金刚石可以包含硅、硼、氢等。关于cvd单晶金刚石中除氮原子之外的杂质元素，可以仅包含各自为0.01ppm以上3ppm以下的硅和硼，可以仅包含1ppm以上100ppm以下的氢，并且可以包含总计为1ppm以上100ppm以下的这些元素。

可以通过二次离子质谱(sims)法测定cvd单晶金刚石中的氮原子和其他杂质元素的含量。

(刀尖弯曲部)

如上所述，切削刃部具有曲率半径为0.1mm以上1.2mm以下的刀尖弯曲部。由于刀尖弯曲部的曲率半径为0.1mm以上1.2mm以下，因此在切削阻力和切削刃强度之间的平衡变得优异，从而使工件获得平滑的精加工表面。当刀尖弯曲部的曲率半径小于0.1mm时，切削刃6变得过于尖锐，其结果是趋于难以得到平滑的精加工表面。当刀尖弯曲部的曲率半径大于1.2mm时，切削阻力变大，其结果是切削刃6趋于易于断裂。刀尖弯曲部的曲率半径优选为0.2mm以上0.8mm以下。可以通过使用在工具检查等中使用的投影仪，将其在屏幕上放大投影从而测定刀尖弯曲部的曲率半径。

前刀面4和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于合成单晶金刚石的<110>方向在±10°以内。特别地，前刀面4和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于合成单晶金刚石的<110>方向优选在±5°以内。即，在第一实施方案中，前刀面4和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面的交线方向相对于cvd单晶金刚石的<110>方向可以在±10°以内，特别地，前刀面4和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于cvd单晶金刚石的<110>方向优选在±5°以内。此外，刀尖弯曲部的顶角优选为55°以上90°以下。刀尖弯曲部的顶角可为35°以上90°以下。

在此，当根据本公开的使用cvd单晶金刚石的车削工具具有对应于垂直于<110>方向的(110)面且与切削工具发生接触(即，切削时被磨损)的表面时，将(110)面中对应于磨损方向的<100>方向称为易磨方向。因此，当前刀面4和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于cvd单晶金刚石的<110>方向在±10°以内、优选在±5°以内时，通过在工件的切削量(ap)大的严苛条件下进行切削，切削刃6的对应于工件的切削深度最大的位置的区域趋于严重磨损。

另一方面，在这种情况下，通过将cvd单晶金刚石的<100>方向定位于作为与工件接触的边界的切削刃6的前切削刃边界部分，可以将相对于上述易磨方向而言相对具有耐磨性的方向(以下，也称为“耐磨方向”)的<100>方向定位于与<100>方向垂直的(100)面中。特别地，在上述情况下，偏斜角不会变大。偏斜角是指切削刃6的cvd单晶金刚石的<100>方向与切削刃6的前切削刃边界部分处的cvd单晶金刚石的取向彼此相交处的角度。此外，当刀尖弯曲部的顶角为55°以上90°以下时，在上述偏斜角变小的情况下，可以将cvd单晶金刚石的(100)面中的<100>方向定位于切削刃6的前切削刃边界部分处。因此，有利的是，切削刃6的前切削刃边界部分相对于上述易磨方向而言相对不太易于磨损。

通过将cvd单晶金刚石的(110)面中的<100>方向(易磨方向)定位于切削刃6中的对应于工件的切削深度最大的位置的区域，并且将单晶金刚石的(100)面中的<100>方向(耐磨方向)定位于前切削刃边界部分，从而可获得以下效果。即，随着车削的进行，在切削刃6的对应于工件的切削深度最大的位置处的区域磨损在不断发展，但是在前切削刃边界部分处磨损几乎不会发展。即，随着车削的进行，在切削刃6的对应于工件的切削深度最大的位置处的区域切屑量减少，但是在前切削刃边界部处的切屑量基本不变。

从工件的加工面这一角度来看，可以认为：随着车削的进行，在工件的切削深度最大的位置和对应于切削刃6的前切削刃边界部分的工件的位置之间，由切削产生的切屑量的差异变小。因此，工件的加工面的表面粗糙度(ra)变小。因此，本实施方案的车削工具可以使工件获得的平滑的精加工表面。

此外，由于将cvd单晶金刚石的(100)面中的<100>方向定位于切削刃6的前切削刃边界部分，因此后刀面磨损宽度不易于变宽。因此，根据前切削刃边界部分的后刀面磨损宽度的大小而评价的耐磨性变得优异。因此，本实施方案的车削工具可以具有优异的耐磨性。

在此，优选在后角为7°以上15°以下的条件下进行车削。通过在后角落入上述范围内的条件下进行车削，即使当切削刃6的磨损不断进行，也能够尽可能地减小工件和后刀面之间的接触，并且可以确保切削刃强度。因此，本实施方案的车削工具充分地表现出了耐磨损性和耐断裂性。应当注意，可以在后角为7°以上20°以下的条件下进行上述车削。此外，为了参考，图4示出了车削工具1在工件z的车削期间的使用状态。

可以(例如)通过使用x射线衍射的劳厄照相法，从而确定cvd单晶金刚石在前刀面4和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向上的晶体取向。

(作用)

如上所述，根据第一实施方案的车削工具具有耐磨性，并且可以使工件获得平滑的精加工表面。特别地，根据第一实施方案的车削工具适合于在切削量(ap)大的苛刻条件下进行切削。

<第二实施方案>

以下描述根据第二实施方案的车削工具。在以下描述中，将主要描述与根据第一实施方案的车削工具的不同之处，而不再重复相同的描述。

在根据第二实施方案的车削工具中，前刀面4和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于合成单晶金刚石的<100>方向在±10°以内。特别地，前刀面4和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于合成单晶金刚石的<100>方向优选在±5°以内。即，在第二实施方案中，前刀面4和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于cvd单晶金刚石的<100>方向可以在±10°以内，特别地，前刀面4和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于cvd单晶金刚石的<100>方向优选在±5°以内。与根据第一实施方案的车削工具相同，刀尖弯曲部的顶角优选为55°以上90°以下。与第一实施方案相同，也优选在后角为7°以上15°以下的条件下进行使用根据第二实施方案的车削工具的车削。此外，在第二实施方案中，刀尖弯曲部的顶角可为35°以上90°以下，并且可在后角为7°以上20°以下的条件下进行车削。

cvd单晶金刚石的<100>方向为上述的耐磨方向。即，已知当对应于垂直于cvd单晶金刚石的<100>方向的(100)面的表面是与工件发生接触的表面(切削过程中被磨损的表面)时，则(100)面中的<100>方向作为耐磨方向。因此，当前刀面4和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于cvd单晶金刚石的<100>方向在±10°以内，优选在±5°以内时，在切削刃6的对应于工件的切削深度最大的位置处的区域的磨损不易于发展。

在这种情况下，当切削中的切削量(ap)较小时，接近cvd单晶金刚石的<100>方向(耐磨方向)的取向也可以定位于作为与工件发生接触的边界的前切削刃边界部分处。因此，本实施方案的车削工具可以具有耐磨性。此外，当切削中的切削量(ap)较小时，可以使工件的加工面的表面粗糙度(ra)较小。因此，本实施方案的车削工具可以使工件获得更平滑的精加工表面。

(作用)

如上所述，根据第二实施方案的车削工具具有耐磨性，并且可以使工件获得平滑的精加工表面。特别地，根据第二实施方案的车削工具适合于在切削量(ap)较小的条件下进行切削。

<车削工具(切削刃部)的制造方法>

可以通过适当地使用常规已知的方法制造根据本实施方案的车削工具。因此，不应当特别地限制制造上述车削工具的方法。然而，例如，优选的是使用如下方法，以制造上述车削工具中的由cvd单晶金刚石构成的切削刃部。

即，制造上述切削刃部的示例性方法如下：一种制造切削刃部的方法，该方法包括：准备由金刚石构成的单晶基板的第一步骤；通过将离子注入到单晶基板中，从而在单晶基板的表面上形成导电层的第二步骤；在导电层上使由金刚石构成的生长层外延生长的第三步骤；使单晶基板与生长层分离的第四步骤；以及通过对分离后的生长层进行研磨或抛光，从而获得由cvd单晶金刚石构成的切削刃部的第五步骤。

(第一步骤)

首先，在第一步骤中，准备由金刚石构成的单晶基板。作为由金刚石构成的单晶基板，可以使用常规已知的单晶基板。例如，可以通过使用呈平板状并且由通过高压高温方法制造的金刚石构成的单晶基板(类型：ib)来准备上述单晶基板。

上述单晶基板为平板，其具有：由单晶金刚石的(100)面构成的表面；以及垂直于该表面的由(001)面和(011)面构成的侧面。对于单晶基板，平板的厚度变化优选为10％以下。此外，单晶基板的表面的表面粗糙度(ra)优选为30nm以下。单晶基板的表面(上表面)的形状可为四边形形状，例如正方形或矩形，或者为除了四边形形状之外的多边形形状，例如六边形或八边形。

此外，优选的是对上述单晶基板的表面进行蚀刻。例如，通过使用氧(o2)气和四氟化碳(cf4)气体的反应离子蚀刻(rie)来蚀刻上述单晶基板的表面。蚀刻方法不应限于rie，并且(例如)可为通过主要由氩(ar)气构成的气体进行溅射。

(第二步骤)

在第二步骤中，通过将离子注入单晶基板中，从而在单晶基板的表面上形成导电层。具体而言，将碳(c)离子注入到单晶基板的上述蚀刻表面中。因此，可以在包括单晶基板的表面的区域形成导电层。注入的离子不应当限于碳离子，并且可为氮离子、硅离子、磷离子或硫离子。

(第三步骤)

在第三步骤中，在导电层上使由金刚石构成的生长层外延生长。具体而言，将形成有上述导电层的单晶基板置于cvd炉中，cvd炉具有通过引入氢(h2)气、甲烷(ch4)气体和氮(n2)气而形成的气氛，并在cvd炉中进行微波等离子体cvd法。因此，单晶金刚石隔着导电层而在单晶基板上外延生长，从而可以在导电层上形成由金刚石构成的生长层。形成生长层的方法不应限于微波等离子体cvd法，并且(例如)可以使用热丝cvd法、dc等离子体法等。通过调节cvd炉内气氛中的氮(n2)气的量，可以确定cvd单晶金刚石中氮原子的含量。

此外，对于cvd炉内的气氛，可以使用包括诸如乙烷气体之类的烃的其他气体代替甲烷气体。用于形成生长层的单晶基板的表面优选对应于(100)面，并且更优选对应于相对于(100)面的偏斜角为0.5°以上0.7°以下的面。

(第四步骤)

在第四步骤中，将生长层与单晶基板分离。具体而言，通过对单晶基板中的导电层进行电化学蚀刻，可以使单晶基板和生长层彼此分离。因此，可以获得cvd单晶金刚石(生长层)。分离生长层的方法不应限于上述电化学蚀刻，并且(例如)可使用激光进行切割。

(第五步骤)

在第五步骤中，通过对分离的生长层进行研磨或抛光，从而获得由cvd单晶金刚石构成的切削刃部。具体而言，通过对上述cvd单晶金刚石(生长层)进行常规已知的研磨或抛光，能够获得这样的切削刃部，其包括：前刀面；后刀面；以及配置于前刀面和后刀面彼此相交处的相交部分的切削刃。在这种情况下，将切削刃部研磨或抛光，以具有曲率半径为0.1mm以上1.2mm以下的刀尖弯曲部。此外，所形成的刀尖弯曲部满足以下条件中的至少一者：前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于cvd单晶金刚石的<110>方向在±10°以内的条件；以及前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于cvd单晶金刚石的<100>方向在±10°以内。

以这种方式，可以制造本实施方案中由cvd单晶金刚石构成的切削刃部。例如，通过使用已知的压紧手段将切削刃部固定至刀杆部的角部，并使基材介于切削刃部和刀杆部之间，从而可以制造根据本实施方案的车削工具。

(付记)

以上描述包括以下另外描述的实施方案。

(付记1)

一种在进给量f为0.01mm/rev以上且小于0.7mm/rev的条件下用于车削的车削工具，该车削工具包括：刀杆部；以及固定在刀杆部上的切削刃部，其中

切削刃部由cvd单晶金刚石构成，

切削刃部包括前刀面、后刀面以及配置在前刀面和后刀面彼此相交处的相交部分的切削刃，并且切削刃部具有曲率半径为0.1mm以上1.2mm以下的刀尖弯曲部，并且

前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向相对于cvd单晶金刚石的<110>方向在±10°以内，或相对于cvd单晶金刚石的<100>方向在±10°以内。

(付记2)

根据付记1所述的车削工具，其中交线方向相对于cvd单晶金刚石的<110>方向在±5°以内。

(付记3)

根据付记1所述的车削工具，其中交线方向相对于cvd单晶金刚石的<100>方向在±5°以内。

(付记4)

根据付记1至付记3中任一项所述的车削工具，其中cvd单晶金刚石包含1ppm以上100ppm以下的氮原子。

(付记5)

根据付记1至付记4中任一项所述的车削工具，其中顶角为55°以上90°以下。

(付记6)

根据付记1至付记5中任一项所述的车削工具，其中在后角为7°以上15°以下的条件下进行所述车削。

实施例

尽管下文将参考实施例更详细地描述本公开，但本公开不限于此。

<<实施例1>>

<由cvd单晶金刚石构成的切削刃部的制作>

通过使用上述制造切削刃部的方法，制造了由cvd单晶金刚石构成的切削刃部。在实施例1中，对于下文描述的切削试验，制作了表1所示的试样1-1至1-21和试样1-a至1-e的总共26个切削刃部。

首先，准备26个单晶基板，单晶基板各自的厚度为0.7mm，并且其侧面之间的距离(宽度)为5mm。对于这些单晶基板的表面，通过rie分别由表面蚀刻至深度为0.3μm的区域(第一步骤)。

接下来，以3mev的能量和3.0×10¹⁶/cm²的剂量注入碳离子，从而在单晶基板的表面上形成导电层(第二步骤)。此外，进行微波等离子体cvd法，以在单晶基板的导电层上外延生长由厚度为0.7mm的金刚石构成的生长层(第三步骤)。在这种情况下，作为cvd炉内的气氛，使用氢气、甲烷气体和氮气。甲烷气体相对于氢气的浓度为10体积％，并且氮气相对于甲烷气体的浓度为1体积％。此外，将cvd炉内的压力设定为10kpa，并且将基板温度设定为900℃。

接下来，通过对上述单晶基板中的导电层进行电化学蚀刻，从使生长层(cvd单晶金刚石)与单晶基板分离(第四步骤)。当通过sims进行测定时，上述生长层(cvd单晶金刚石)中的氮原子的含量为50ppm。此外，使用上述劳厄照相法以确定生长层(cvd单晶金刚石)的晶面和晶体方向。

最后，通过适当地研磨和抛光生长层(cvd单晶金刚石)，获得切削刃部，其包括：前刀面；后刀面；以及配置于前刀面和后刀面彼此相交处的相交部分的切削刃(第五步骤)。在研磨和抛光中，试样1-1至1-21和试样1-a至1-e的各切削刃部的刀尖弯曲部的曲率半径如表1所示。此外，在前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向与上述切削刃部的cvd单晶金刚石的<110>方向彼此相交处的角如表1的“偏斜角”所示。

即，表1中“偏斜角”一栏示出了前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向与cvd单晶金刚石的<110>方向彼此相交处的角。此外，在表1中，刀尖弯曲部的“曲率半径”的单位为mm。试样1-1至1-21和试样1-a至1-e的各切削刃部的刀尖弯曲部的顶角为60°。

<车削工具的制作>

使用螺纹连接方法，将切削刃部固定至刀杆部(材料：硬质合金)，使基材介于切削刃部和刀杆部之间。以这种方式，分别制作了试样1-1至1-21和试样1-a至1-e的车削工具。试样1-1至1-21的车削工具对应于本公开的实施例，而试样1-a至1-e的车削工具对应于比较例。

<切削试验>

通过使用试样1-1至1-21和试样1-a至1-e的各车削工具进行以下切削试验。具体而言，将车削工具与nc车床的转台附接。另一方面，将呈圆柱状的工件固定在nc车床的卡盘上，并且在以下切削条件下进行车削。在该车削中，将后角设定为7°。

(切削条件)

工件：铝合金adc12(四个断续凹槽)

切削速度(vc)：200米/分钟

切削量(ap)：0.3mm

进给量(f)：在0.005mm/rev至0.7mm/rev的范围内改变(参见表1)。

切削油的材料：2质量％的水溶性乳液。

<评价>

(表面粗糙度(ra))

对于试样1-1至1-21和试样1-a至1-e的各车削工具，测定通过进行上述车削而在切削距离达到1km、30km和60km的各时间点时的工件的表面粗糙度(ra)。根据jisb0601:2001使用表面粗糙度测定装置确定表面粗糙度(ra)。其结果示于表1的“表面粗糙度[ra]”一栏。“表面粗糙度[ra]”一栏中的符号“-”表示没有数值，这是因为由于切削刃的断裂而不能完成切削。应当理解，“表面粗糙度[ra]”一栏所示的数值越小，则相应的试样可以使工件获得更为平滑的精加工表面。

(切削刃的对应于工件的切削深度最大的位置的区域的后刀面磨损宽度)

对于试样1-1至1-21和试样1-a至1-e的各车削工具，在通过进行上述车削而在切削距离达到1km、30km和60km的各时间点，测定切削刃的对应于工件的切削深度最大的位置的区域的后刀面磨损宽度。其结果示于表1的“后刀面磨损宽度(具有最大切削深度的点)”一栏中。“后刀面磨损宽度(具有最大切削深度的点)”一栏中的数值的单位为mm。此外，该栏中的“断裂”的描述表示由于在切削刃的对应于工件的切削深度最大的位置的区域中发生诸如缺损之类的断裂而使上述车削中止。应当理解，“后刀面磨损宽度(具有最大切削深度的点)”一栏所示的数值越小，则相应的试样在切削刃的对应于工件的切削深度最大的位置的区域的耐磨性方面越优异。

(前切削刃边界部分的后刀面磨损宽度)

对于试样1-1至1-21和试样1-a至1-e的各车削工具，在通过进行上述车削而在切削距离达到1km、30km和60km的各时间点处，测定切削刃的前切削刃边界部分的后刀面磨损宽度。其结果示于表1的“后刀面磨损宽度(前切削刃边界部分)”一栏中。“后刀面磨损宽度(前切削刃边界部分)”一栏中的数值的单位为mm。此外，该栏中的“断裂”的描述表示由于在切削刃的前切削刃边界部分中发生诸如缺损之类的断裂而使上述车削中止。应当理解，“后刀面磨损宽度(前切削刃边界部分)”一栏所示的数值越小，则相应的试样在切削刃的前切削刃边界部分处的耐磨性方面越优异。

(毛刺形成距离)

对于试样1-1至1-21和试样1-a至1-e的各车削工具，在车削过程中从断续部分退出时形成毛刺(高度为0.1mm)的时间点，测量切削距离(km)。其结果示于表1中“毛刺的形成”一栏。“毛刺的形成”一栏中的符号“-”表示在切削距离大于60km的时间点，没有形成高度为0.1mm以上的毛刺。应当理解，“毛刺的形成”一栏所示的数值越大，相应的试样可使工件获得更为平滑的精加工表面。还应当理解，在“毛刺的形成”一栏中描述了符号“-”的试样可以使工件获得平滑的精加工表面。

根据表1，应当理解，通过试样1-1至1-21的各车削工具得到的工件的表面粗糙度(ra)的值小于通过试样1-a至1-e的各车削工具得到的工件的表面粗糙度的值。即，试样1-1至1-21的各车削工具可以使工件获得平滑的精加工表面。此外，从切削刃的对应于工件的切削深度最大的位置的区域的后刀面磨损宽度的值以及前切削刃边界部分的后刀面磨损宽度的值的角度来看，可理解到，试样1-1至1-21的各车削工具具有能够在苛刻条件下进行车削的耐磨性。

<<实施例2>>

<由cvd单晶金刚石构成的切削刃部的制作>

通过使用与上述实施例1相同的方法，制造由cvd单晶金刚石构成的切削刃部。在实施例2中，对于下文描述的切削试验，制作表1所示的试样2-1至2-21和试样2-a至2-e的总共26个切削刃部。

然而，在实施例2中，对于试样2-1至2-21和试样2-a至2-e的各切削刃部，在研磨和抛光生长层(cvd单晶金刚石)以获得切削刃部的过程中，刀尖弯曲部的曲率半径如表2所示。此外，在前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向与上述切削刃部的cvd单晶金刚石的<100>方向彼此相交处的角如表2的“偏斜角”所示。

即，表2中“偏斜角”一栏示出了前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向与cvd单晶金刚石的<100>方向彼此相交处的角。此外，在表2中，刀尖弯曲部的“曲率半径”的单位为mm。试样2-1至2-21和试样2-a至2-e的各切削刃部的刀尖弯曲部的顶角为60°。

<车削工具的制作>

通过使用与上述实施例1相同的方法，分别制作试样2-1至2-21和试样2-a至2-e的车削工具。试样2-1至2-21的车削工具对应于本公开的实施例，而试样2-a至2-e的车削工具对应于比较例。

<切削试验>

对试样2-1至2-21和试样2-a至2-e的各车削工具进行与实施例1相同的切削测试。同样以与实施例1相同的方式进行其评价。其结果示于2。

根据表2，可以理解到，通过试样2-1至2-21的各车削工具得到的工件的表面粗糙度(ra)的值小于通过试样2-a至2-e的各车削工具得到的工件的表面粗糙度的值。即，试样2-1至2-21的各车削工具可以使工件获得平滑的精加工表面。此外，从切削刃的对应于工件的切削深度最大的位置的区域的后刀面磨损宽度的值以及前切削刃边界部分的后刀面磨损宽度的值的角度来看，可以理解的是，试样2-1至2-21的各车削工具具有能够在苛刻条件下进行车削的耐磨性。

<<实施例3>>

<由cvd单晶金刚石构成的切削刃部的制作>

通过使用与实施例1相同的方法，制造由cvd单晶金刚石构成的切削刃部。在实施例3中，对于下文描述的切削试验，制作了试样3-1至3-8的总共8个切削刃部。

然而，在实施例3中，通过调节进行微波等离子体cvd法时的气氛中的氮(n2)气，使试样3-1至3-8的各切削刃部(cvd单晶金刚石)中氮原子的含量如表3所示。通过sims测定氮原子的含量。

此外，对于试样3-1和3-2以及试样3-5和3-6的各切削刃部，在研磨和抛光生长层(cvd单晶金刚石)以获得切削刃部的过程中，前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向与cvd单晶金刚石的<110>方向一致(偏斜角为0°)。对于试样3-3和3-4以及试样3-7和3-8的各切削刃部，前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向与cvd单晶金刚石的<100>方向一致(偏斜角为0°)。使用上述劳厄照相方法以确定cvd单晶金刚石的晶体方向。此外，对于试样3-1至3-8的各切削刃部，刀尖弯曲部的顶角为60°。

<车削工具的制作>

通过使用与实施例1相同的方法，制作试样3-1至3-8的车削工具。

<切削试验>

对试样3-1至3-8的各车削工具进行切削试验，以评价耐断裂性。具体而言，将车削工具与nc车床的转台附接。另一方面，将呈圆柱状的工件固定在nc车床的卡盘上，并且在以下切削条件下进行车削。在该车削中，将后角设定为7°。由此，按照下述评价方法评价耐断裂性。在此，在实施例3中，也对上述试样1-1和2-1的各车削工具进行了下述的耐断裂性评价。

(切削条件)

工件：铝合金a390(八个断续凹槽)

切削速度(vc)：800米/分钟

切削量(ap)：0.3mm

进给量(f)：0.3mm/rev

切削油的材料：2质量％的水溶性乳液

<评价>

(耐断裂性)

作为耐断裂性的评价，测定试样1-1、2-1和3-1至3-8的各车削工具的切削刃部中直到发生0.02mm以上的缺损为止，可以进行上述车削的加工距离(其单位为km)。应当理解，当试样得到更长的加工距离时，试样的耐断裂性更优异。其结果示于表3。

[表3]

根据表3，应当理解，对于cvd单晶金刚石中所包含的氮原子的含量为1ppm以上100ppm以下的各试样1-1、2-1和3-1至3-4的车削工具，其相比于氮原子的含量落在上述范围之外的各试样3-5至3-8的车削工具表现出了更优异的耐断裂性。

<<实施例4>>

<由cvd单晶金刚石构成的切削刃部的制作>

通过使用与实施例1相同的方法，制造由cvd单晶金刚石构成的切削刃部。在实施例4中，对于下文描述的切削试验，制作了试样4-1和试样4-2的总共2个切削刃部。

然而，在实施例4中，对于试样4-1和4-2的各切削刃部，在研磨和抛光生长层(cvd单晶金刚石)以获得切削刃部的过程中，顶角如表4所示。此外，对于试样4-1和4-2的各切削刃部，前刀面和刀尖弯曲部的顶角的二等分截面之间的交线方向与cvd单晶金刚石的<110>方向一致(偏斜角为0°)。使用上述劳厄照相方法以确定cvd单晶金刚石的晶体方向。

<车削工具的制作>

通过使用与实施例1相同的方法，制作试样4-1和4-2的各车削工具。

<切削试验>

在与实施例1相同的切削条件下对试样4-1和4-2的各车削工具进行切削试验，不同之处在于，以表4所示的后角进行车削。具体而言，对于试样4-1和4-2，各自采用与试样1-10相同的曲率半径、进给量、偏斜角和切削条件。然而，在对试样4-1和4-2的各车削工具的评价中，仅在通过进行上述车削而切削距离达到60km的时间点处测定表面粗糙度(ra)、切削刃的对应于工件的切削深度最大的位置的区域处的后刀面磨损宽度以及切削刃的前切削刃边界部分处的后刀面磨损宽度。此外，测量在形成高度为0.1mm以上的毛刺的时间点的切削距离(km)。其结果如表4所示。

[表4]

根据表4，应当理解，试样4-1和4-2的各车削工具具有较小的表面粗糙度(ra)值。即，试样4-1和4-2的各车削工具可以使工件获得平滑的精加工表面。此外，从切削刃的对应于工件的切削深度最大的位置的区域处的后刀面磨损宽度的值以及前切削刃边界部分处的后刀面磨损宽度的值的角度来看，可以理解，试样4-1和4-2的各车削工具具有能够在苛刻条件下进行车削的耐磨性。

至此，已经说明了本公开的实施方案和实施例，但是最初期望适当地组合实施方案和实施例的配置。

本文公开的实施方案在任何方面都是说明性的而非限制性的。本发明的范围由权利要求的权项限定，而不是由上述实施方案限定，并且旨在包括与权利要求的权项等同的含义和范围内的任何修改。

附图标记列表

1：车削工具；2：基材；3：切削刃部；4：前刀面；5：后刀面；6：切削刃；8：倒角；10：刀杆部；z：工件。