碳膜包覆鑽頭及其製造方法
2023-06-07 23:08:51 2
專利名稱：碳膜包覆鑽頭及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種能夠鋒利地加工被切削材料的碳膜包覆鑽頭及其製造方法。
背景技術：
在由金剛石膜包覆切削刃表面的金剛石包覆切削工具中，以往提出例如研磨加工在切削刃上形成的大致圓弧部，並以大致圓弧部的角度成40以下的方式局部地設置倒角的技術(參照專利文獻1)。並且，還提出研磨加工上述大致圓弧部，以使后角小於原來角度的技術(參照專利文獻2)。此外，本說明書中的切削刃表示包括切削工具的刀尖、與刀尖相接的前刀面的一部分以及與刀尖相接的後刀面的一部分的區域。作為上述金剛石膜包覆切削工具的研磨方法，提出專利文獻3所記載的雷射研磨方法。該雷射研磨方法在金剛石覆膜的表面上掃描雷射的焦點(使之移動)的同時，使金剛石覆膜本身移動。這樣，通過使雷射的焦點與金剛石覆膜這兩者相對運動，去除形成在金剛石覆膜表面的凸部。另外，專利文獻4所記載的加工工具的製造方法對金剛石覆膜垂直地照射波長為266nm的雷射來對加工工具進行加工。專利文獻1 日本專利第3477182號公報專利文獻2 日本專利第3477183號公報專利文獻3 日本專利第3096943號公報專利文獻4 日本專利公開第2009-6436號公報上述現有技術中留有以下課題。第一、在通過磨削加工形成切削刃時，由於金剛石比砂輪更硬，因此在加工過程中會產生砂輪的形態變化。結果難以高精度地進行所需的形狀加工。第二、邊使雷射與金剛石覆膜共同進行相對運動邊進行掃描雷射加工的方法進一步需要依照加工對象物的形態所進行的工件(被切削物)的移動。因此，雷射的焦點及金剛石覆膜的位置控制更為複雜。第三、在對金剛石覆膜垂直地照射雷射的加工方法中，加工後的形態易於反映加工前覆膜的起伏形狀。因此，加工前的覆膜需要形成為均勻的金剛石覆膜。所以，高精度的加工較難。第四、當在鑽頭的切削刃等的刀尖上形成金剛石覆膜時，由於對應於金剛石覆膜的厚度，覆膜在刀尖上隆起形成，因此難以加工刀尖。因此，以往難以製作用金剛石覆膜塗覆且具有鋒利的刃口的鑽頭。
發明內容
本發明是鑑於前述課題而完成的，其目的在於提供一種碳膜包覆鑽頭，其由金剛石覆膜等碳膜包覆，且具有比以往更加鋒利的刃口，並且提供一種能夠高精度地加工製作該鑽頭的製造方法。
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本發明為了解決所述課題而採用以下結構。即，本發明的第一方面的碳膜包覆鑽頭，其特徵在於，具有工具基體，具有基體刀尖和夾著所述基體刀尖相互鄰接的基體前刀面及基體後刀面；以及碳膜，形成在所述基體刀尖、所述基體前刀面及所述基體後刀面上， 在所述碳膜上，在所述基體前刀面上的區域及所述基體後刀面上的區域分別形成有向所述工具基體凹陷的前刀面側的凹面及後刀面側的凹面，所述前刀面側的凹面及所述後刀面側的凹面在所述基體刀尖上交叉，從而在所述碳膜上形成碳膜刀尖，所述前刀面側的凹面與所述後刀面側的凹面交叉形成的角度小於所述基體前刀面與所述基體後刀面所構成的角度。在該碳膜包覆鑽頭中，在基體前刀面上的區域及基體後刀面上的區域的碳膜上分別形成有向工具基體凹陷的前刀面側的凹面及後刀面側的凹面。進而，前刀面側的凹面與後刀面側的凹面在基體刀尖上交叉而在碳膜上形成碳膜刀尖。進而，前刀面側的凹面與後刀面側的凹面交叉形成的角度小於基體前刀面與基體後刀面所構成的角度。通過具有以上的結構，上述碳膜包覆鑽頭具有比以往更加鋒利的刃口。S卩，通過包括碳膜刀尖的部分(切削刃)的碳膜表面相對於前刀面及後刀面的延長面塌陷而被凹面化，從而能夠尖銳地形成碳膜刀尖的碳膜。結果在上述碳膜包覆鑽頭中， 能夠得到比通過現有方法形成的倒角更加鋒利的刃口。在上述碳膜包覆鑽頭中，所述碳膜可為金剛石膜。另外，在上述碳膜包覆鑽頭中，由與所述碳膜刀尖正交的面所形成的所述前刀面側的凹面及所述後刀面側的凹面的剖面可為圓弧形狀。另外，在上述碳膜包覆鑽頭中，所述前刀面側的凹面及所述後刀面側的凹面的剖面的圓弧形狀的曲率半徑可在5 μ m至3000 μ m的範圍內。另外，在上述碳膜包覆鑽頭中，所述前刀面側的凹面及所述後刀面側的凹面的在與所述碳膜刀尖正交且沿各自的面的方向上的寬度可在10 μ m至2000 μ m的範圍內。另外，在上述碳膜包覆鑽頭中，所述前刀面側的凹面3a及所述後刀面側的凹面3a 的深度可在2μπι至15μπι的範圍內。另外，在上述碳膜包覆鑽頭中，所述前刀面側的凹面3a及所述後刀面側的凹面的在與碳膜刀尖正交的方向上的寬度可在10 μ m至2000 μ m的範圍內，所述前刀面側的凹面 3a及所述後刀面側的凹面3a的深度可在2μπι至15μπι的範圍內。本發明的第二方面的碳膜包覆鑽頭的製造方法，為製造上述本發明的碳膜包覆鑽頭的方法，其特徵在於，具有基體準備工序，準備具有基體刀尖和夾著所述基體刀尖相互鄰接的基體前刀面及基體後刀面的工具基體；碳膜形成工序，在所述工具基體的所述基體前刀面、所述基體後刀面以及所述基體刀尖上形成碳膜；以及雷射加工工序，對所述碳膜照射雷射束，加工形成在所述基體前刀面上的區域及所述基體後刀面上的區域的所述碳膜， 從而分別在前刀面側及後刀面側形成前刀面側的凹面及後刀面側的凹面，所述前刀面側與所述後刀面側的凹面在所述基體刀尖上交叉而形成碳膜刀尖，且在所述雷射加工工序中， 所述雷射束的光束剖面上的光強分布呈現為高斯分布，從所述碳膜刀尖前方朝向所述碳膜刀尖附近的所述前刀面側或所述後刀面側的所述碳膜照射所述雷射束，所述雷射束沿著所述碳膜刀尖的延伸方向進行掃描。該碳膜包覆鑽頭的製造方法在雷射加工工序中，雷射束的光束剖面上的光強分布呈現為高斯分布，且從碳膜刀尖前方朝向碳膜刀尖附近的前刀面側或後刀面側的碳膜照射雷射束，該雷射束沿著碳膜刀尖的延伸方向進行掃描從而形成所述凹面。結果是，從與碳膜刀尖正交的剖面觀察時，通過從碳膜刀尖的前方照射的雷射束所形成的碳膜的切除痕呈現為圓弧形狀，且能夠沿著碳膜刀尖高精度地形成所述凹面。另外，由於雷射束的外周側接觸於碳膜的前端部(刃口部分)，因此與雷射束的中心部相比能夠降低雷射束在該前端部的功率(強度)密度。其結果是能夠防止碳膜的前端部被過於切除而成為鈍角。上述碳膜包覆鑽頭的製造方法在所述碳膜形成工序中，可通過CVD成膜塗覆，將所述碳膜在所述基體刀尖上形成為比其他部分更加隆起。上述碳膜包覆鑽頭的製造方法在碳膜形成工序中，通過將碳膜在基體刀尖上預先形成為比其他部分更加隆起，從而能夠較大地設置雷射加工工序中的碳膜的切削餘量。因此，該碳膜包覆鑽頭的製造方法能夠形成更深的凹面及更加鋒利的刃口。此外，由於前刀面與後刀面這兩個面相靠近的基體刀尖為碳膜容易成長的部位，因此能夠通過利用CVD成膜較厚地塗覆碳膜來將碳膜在切削刃部分形成為比其他部分更加隆起。在上述碳膜包覆鑽頭的製造方法中，所述碳膜可為金剛石膜，且所述雷射束的波長可為360nm以下。在該碳膜包覆鑽頭的製造方法中，由於碳膜為金剛石膜且雷射束的波長為360nm 以下，因此能夠通過具有適於金剛石加工的波長的雷射束進一步高精度地加工金剛石膜。根據本發明的方式，實現以下的效果。在本發明的第一方面的碳膜包覆鑽頭中，在基體前刀面上的區域及基體後刀面上的區域的碳膜上分別形成有向工具基體凹陷的前刀面側的凹面及後刀面側的凹面。進而， 前刀面側的凹面及後刀面側的凹面在基體刀尖上交叉而在碳膜上形成碳膜刀尖。進而，前刀面側的凹面與後刀面側的凹面交叉形成的角度小於基體前刀面與基體後刀面所構成的角度。通過具有以上的結構，上述碳膜包覆鑽頭能夠具有比以往更加鋒利的刃口。另外，根據本發明的第二方面的碳膜包覆鑽頭的製造方法，由於在雷射加工工序中，雷射束的光束剖面上的光強分布呈現為高斯分布，且從碳膜刀尖的前方朝向碳膜刀尖附近的前刀面側或後刀面側的碳膜照射雷射束，該雷射束沿著碳膜刀尖的延伸方向進行掃描從而形成所述凹面，因此能夠沿著碳膜刀尖高精度地形成所述凹面，並能夠形成鋒利的刃口。因此，本發明的碳膜包覆鑽頭及利用上述製造方法製作的碳膜包覆鑽頭，不僅碳膜所帶來的耐磨性優異，而且鋒利度也很優異，還適於作為非鐵金屬及複合材料加工用的鑽頭。
圖1是表示在本發明的碳膜包覆鑽頭及其製造方法的一實施方式中，碳膜包覆鑽頭的切削刃以及雷射加工工序的主要部分的放大剖視圖。圖2A是表示本實施方式的碳膜包覆鑽頭的側視圖。圖2B是表示本實施方式的碳膜包覆鑽頭的刃部的主視圖。圖3是表示在本實施方式的碳膜包覆鑽頭的製造方法中使用的雷射加工裝置的示意性整體結構圖。
圖4是表示在本實施方式中雷射束的掃描方向與雷射束的剖面形狀之間關係的說明圖。圖5是表示在本實施方式中通過雷射束所形成的碳膜的切除痕的示意圖。圖6是表示本實施方式的碳膜鑽頭的側視圖以及刃部的主視圖。符號說明1碳膜包覆鑽頭2工具基體加切削刃2b基體刀尖2c基體前刀面2d基體後刀面3 碳膜3a 凹面3b碳膜刀尖乜前刀面4b後刀面θ 0基體前刀面與基體後刀面所構成的角度θ 1前刀面側的凹面與後刀面側的凹面交叉形成的角度
具體實施例方式下面，參照圖1至圖6對本發明的碳膜包覆鑽頭及其製造方法的一實施方式進行說明。此外，在以下說明中使用的各附圖中有為了使各部件成為可識別或容易識別的大小而根據需要適當更改比例尺的部分。如圖1所示，本實施方式的碳膜包覆鑽頭1為在工具基體2的基體前刀面2c、基體後刀面2d以及基體刀尖2b上形成有碳膜3的鑽頭。在該碳膜包覆鑽頭1的碳膜3上，分別在基體前刀面2c上的區域及所述基體後刀面2d上的區域形成有向所述工具基體2凹陷的前刀面側的凹面3a及後刀面側的凹面3a。另外，前刀面側的凹面3a及後刀面側的凹面 3a在基體刀尖2b上交叉，從而在碳膜3上形成碳膜刀尖北。另外，前刀面側的凹面3a與後刀面側的凹面3a交叉形成的角度θ 1小於基體前刀面2c與基體後刀面2d所構成的角度Θ0。如圖2A及圖2B所示，該碳膜包覆鑽頭1例如具有刀柄部Ia及設置在前端的一對碳膜刀尖北。而且，還具有設置在鑽體側面的刃部lb，所述刃部形成有兩個螺旋狀槽。如圖6所示，該碳膜包覆鑽頭1還可以具備在設置於前端部的後刀面如及前刀面 4b內開口，並沿著鑽軸連通的兩個螺旋孔fe。在切削時，通過該螺旋孔fe向切削部位供給潤滑油。在該碳膜包覆鑽頭1中，碳膜3的膜厚並不特別限定，但優選為5至50 μ m，更優選為8至20 μ m。上述工具基體2由例如WC(碳化鎢)等的硬質合金形成。上述碳膜3為利用 CVD (化學氣相沉積法)等成膜形成的金剛石膜、石墨膜或DLC(類金剛石)膜等。
在相鄰的前刀面如側的碳膜3的表面與後刀面4b側的碳膜3的表面上，如上所述分別形成有向工具基體凹陷的前刀面側的凹面3a及後刀面側的凹面3a。而且，這些前刀面如側與後刀面4b側的凹面3a的表面之間以碳膜刀尖北的稜線為邊界相互接觸。因此，在形成於這一對凹面3a的邊界的碳膜3的前端(刃口，碳膜刀尖北)的由所述前刀面側的凹面3a與所述後刀面側的凹面3a交叉形成的角度θ 1 (在與前刀面如及後刀面4b正交的面中的剖面上的碳膜刀尖北的前端角度)被形狀加工成小於基體前刀面 2c與基體後刀面2d所構成的角度Θ0。換言之，塗覆在基體2上的碳膜3被加工為「 θ 1 < Θ0」。另外，形成在碳膜刀尖北上的碳膜3的前端部被加工為曲率半徑為2μπι以下。凹面的優選的曲率半徑根據鑽頭的大小而不同，但在鑽頭直徑為0. 5 20mm時， 曲率半徑優選在5 μ m至3000 μ m的範圍內。進一步優選的曲率半徑為15 μ m至300 μ m。在與碳膜刀尖的延伸方向正交的方向上的上述凹面的寬度根據鑽頭的大小而不同，但在鑽頭直徑為0. 5 20mm時，凹面的寬度優選在10 μ m至2000 μ m的範圍內。進一步優選的凹面的寬度為20 μ m至1000 μ m。上述凹面的深度根據鑽頭的大小而不同，但在鑽頭直徑為0. 5 20mm時，凹面的深度優選在2μπι至15μπι的範圍內。進一步優選的凹面的深度為2μπι至ΙΟμπι。接下來，參照圖1至圖6，對製造本實施方式的碳膜包覆鑽頭的方法進行說明。本實施方式的碳膜包覆鑽頭1的製造方法具有基體準備工序，準備具有基體刀尖2b和夾著所述基體刀尖2b相互鄰接的基體前刀面2c及基體後刀面2d的工具基體2 ；碳膜形成工序，在所述工具基體2的所述基體前刀面2c、所述基體後刀面2d及所述基體刀尖 2b上形成碳膜；以及雷射加工工序，對所述碳膜3照射雷射束，加工形成在所述基體前刀面 2c上的區域及所述基體後刀面2d上的區域的所述碳膜3，以在前刀面側及後刀面側分別形成前刀面側的凹面3a及後刀面側的凹面3a。如圖5所示，在上述碳膜形成工序中，將碳膜3在基體刀尖2b上預先形成為比其他部分更加隆起。基體前刀面2c與基體後刀面2d這兩個面鄰接的基體刀尖2b上為通過化學蒸鍍(CVD)形成的碳膜3容易成長的部位。因此，通過由CVD成膜較厚地塗覆碳膜3， 能夠如圖5所示，將碳膜3在基體刀尖2b上形成為比其他部分更加隆起。在上述雷射加工工序中使用的雷射加工裝置21為如圖3所示通過對包覆於工具基體2上的碳膜3照射雷射束(雷射)L來進行加工的裝置。該雷射加工裝置21具備雷射照射機構22、旋轉機構23、移動機構M以及控制部25。上述雷射照射機構22脈衝振蕩雷射束L並以恆定的重複頻率對碳膜3進行照射且在碳膜3上進行掃描。上述旋轉機構23 具有可旋轉的電動機等，且保持被碳膜3包覆的工具基體2，並對具有鑽頭形狀的被加工物賦予以鑽軸為中心的旋轉運動。在上述移動機構M上載置有上述旋轉機構23。該移動機構M能夠在載置上述旋轉機構23的狀態下改變所述旋轉機構的位置。上述控制部25為了進行所需的雷射加工而適當地控制上述雷射照射機構22、旋轉機構23以及移動機構24。上述移動機構M具備可沿與水平面平行的任意的方向即X方向移動的X軸載物臺部Mx ；可沿相對於上述X方向垂直且與水平面平行的方向即Y方向移動的Y軸載物臺部My ；以及可沿相對於水平面垂直的方向即Z方向移動的Z軸載物臺部Mz。上述Y軸載物臺部24y設置在上述X軸載物臺部2 上。上述Z軸載物臺部2 設置在上述Y軸載物臺部24y上。在該Z軸載物臺部2 上固定有上述旋轉機構23，且能夠保持工具基體2。
上述雷射照射機構22具備雷射光源沈、檢流計掃描器27以及CXD照相機觀。 上述雷射光源沈具有將雷射匯聚成點狀的光學系統，並通過Q開關的觸發信號振蕩出成為雷射束L的雷射。通過上述檢流計掃描器27，所照射的雷射束L掃描被加工物的碳膜。上述CCD照相機觀拍攝被保持狀態下的碳膜包覆工具基體2。而且，確認工具基體2的加工位置。由該雷射照射機構22射出的雷射束L為單模，在光束剖面上的光強分布呈現為高斯分布。即，在上述剖面內劃出通過上述光束剖面的中心的任意直線，並測定該直線上的光強時，在中心點的光強最強，且隨著朝向上述光束剖面的兩個外側，光強減弱。另外，如圖4 所示，在聚光點中的光束剖面呈現為橢圓形狀。另外，雷射照射機構22使雷射束L的掃描方向與橢圓形的光束剖面的長軸方向或短軸方向一致。這是因為若雷射束L的掃描方向不與具有上述橢圓形狀的光束剖面的長軸方向或短軸方向一致，而為相對於長軸或短軸傾斜的方向，則會導致在掃描末端部分，加工形狀傾斜並產生偏移。此外，在本實施方式中，使雷射束L的掃描方向與上述光束剖面的短軸方向一致。上述雷射光源沈可使用能夠照射190 550nm的任一波長的雷射的光源，例如在本實施方式中，使用能夠振蕩並射出波長為355nm的雷射(Nd:YAG雷射的三次諧波)的光源。此外，當碳膜3為金剛石膜時，雷射束L使用波長為360nm以下的紫外線雷射。在雷射加工工序中的雷射光源沈的波長更優選為190 550nm。進一步優選為 190 360nm。上述檢流計掃描器27配置在移動機構M的正上方。另外，上述CXD照相機28與檢流計掃描器27鄰接設置。在上述雷射加工工序中，從基體刀尖2b的前方朝向碳膜刀尖北附近的前刀面如側或後刀面4b側的碳膜3照射光束剖面的光強分布為高斯分布的雷射束L，進而沿著基體刀尖2b的延伸方向進行掃描而形成凹面3a。這裡，基體刀尖2b的前方是指在圖5的工具剖視圖中，將由基體前刀面與基體後刀面交叉形成的角的二等分線延長至工具基體的外側時在該延長線上的點。另外，該延長線也可以以基體刀尖2b為支點在超過0°且不到90° 的範圍內向基體前刀面側或基體後刀面側彎曲延長。另外，基體刀尖2b的延伸方向是指在圖5中與紙面正交的方向。另外，在雷射加工工序中，從基體刀尖2b的前方照射雷射束L，但控制移動機構M 或檢流計掃描器27，例如相對於前刀面如或後刀面4b以20°以下的角度照射碳膜3。另外，沿基體刀尖2b的延伸方向即在圖1中與紙面垂直的方向掃描雷射束L，並如圖5所示， 以一行以上且十行以下的格柵狀(使雷射束L的掃描線滑動，並使各自的掃描線局部重疊的狀態)進行照射。此外，根據雷射束L的聚光角度或焦點位置，適當地設定掃描線的個數。 在本實施方式中，由於雷射束L在聚光前接觸到工具基體2的壁面從而難以向所希望的部位照射，因此設定為十行以下。在該雷射加工工序中，由於雷射束L的光束剖面上的光強分布具有高斯分布，因此越是雷射束L的中心，強度越高，越是雷射束L的中心加工深度越深，並且越是周邊加工深度越淺。因此，接觸於碳膜3的前端(刃口部分)的雷射束L的功率密度就會減弱。
此外，根據碳膜3有可能會從加工表面至1 μ m左右發生金剛石變成非晶質碳等的結構變化。從加工表面以Iym以下的厚度形成的非晶質碳層在切削時作為彈性層發揮功能，從而具有抑制碳膜包覆鑽頭1的切削刃北的崩刀的作用。如此在本實施方式的碳膜包覆鑽頭1中，在碳膜3中的基體前刀面2c上的區域及基體後刀面2d上的區域分別形成有向工具基體凹陷的前刀面側的凹面3a及後刀面側的凹面3a。另外，前刀面側的凹面3a及後刀面側的凹面3a在基體刀尖2b上交叉從而在碳膜3 上形成碳膜刀尖北。而且，前刀面側的凹面3a與後刀面側的凹面3a交叉形成的角度Θ1 小於基體前刀面2c與基體後刀面2d所構成的角度Θ0。通過具有上述結構，本實施方式的碳膜包覆鑽頭1能夠具有比以往更加鋒利的刃口。即，如圖1及圖5所示，與碳膜刀尖北接觸的前刀面側及後刀面側的碳膜3的表面相對於前刀面如及後刀面4b的延長面塌陷而被凹面化。因此，碳膜刀尖北部分的碳膜3被形成為尖銳的形狀，從而與形成如以往的倒角時相比能夠得到更加鋒利的刃口。另外，該碳膜包覆鑽頭1的製造方法在雷射加工工序中，從基體刀尖2b的前方朝向碳膜刀尖北附近的前刀面如側或後刀面4b側的碳膜3照射光束剖面上的光強分布呈現為高斯分布的雷射束L。而且，進一步通過沿著基體刀尖2b的延伸方向掃描上述雷射束 L來形成凹面3a。通過具有上述結構，在該碳膜包覆鑽頭1的製造方法中，如圖5所示，由從基體刀尖2b的前方照射的雷射束L所形成的碳膜3的切除痕的剖面呈現為圓弧狀，從而能夠沿著基體刀尖2b高精度地形成凹面3a。另外，由於雷射束L的外周側接觸於碳膜3的前端部(刃口部分)，因此能夠降低該前端部中的雷射束L的功率密度。其結果是能夠防止碳膜3的前端部(刃口部分)被過於切除而成為鈍角。進而，在碳膜形成工序中，通過將碳膜3在基體刀尖2b上預先形成為比其他部分更加隆起，從而能夠較大地設置雷射加工工序中的碳膜3的切削餘量。其結果是通過該碳膜包覆鑽頭1的製造方法，能夠形成更深的凹面3a及更加鋒利的刃口。實施例接下來，參照圖5說明通過上述本實施方式的碳膜包覆鑽頭的製造方法實際製作的碳膜包覆鑽頭的實施例。在本實施例中，通過能夠照射波長為^2nm(Nd:YLF雷射(基波波長為1047nm) 的四倍波)、重複頻率為10kHz、平均輸出為0. Iff的雷射的上述雷射加工裝置，由f θ透鏡 (焦距f= 150mm)匯聚雷射，並使用檢流計掃描器以25mm/s的掃描速度按照相同的軌跡掃描四次，從而對將由氣相合成所形成的金剛石覆膜作為碳膜3來實施的鑽頭1的切削刃加進行使其鋒利的加工。此外，作為準備，如圖5所示，通過氣相合成在硬質合金制的工具基體2上形成平均膜厚為17 μ m的金剛石膜，並在切削刃加即由後刀面4b與前刀面如所構成的稜線部 (碳膜刀尖3b)上以比平均膜厚更厚的方式形成金剛石膜即碳膜3。此外，對碳膜膜質的測定使用拉曼光譜法。另外，如上所述，切削刃加的部分由於成膜部位比平面更多，因此成膜有較厚而圓形化的金剛石膜(碳膜3)。
例如，如圖1所示，首先將從工具基體2的基體刀尖2b沿著前刀面如距離100 μ m 以上的前刀面如上的區域的平均碳膜厚度定義為平均膜厚ta。接著，將從基體刀尖2b沿著前刀面如距離50 μ m以內的前刀面上的區域的平均碳膜厚度定義為平均膜厚te。該平均碳膜厚te包括雷射加工前的上述較厚而圓形化的部分的一部分。在本實施例中，將上述平均膜厚ta設為5μπι以上。進一步，以成為「te > ta」的關係的方式成膜金剛石膜。接著，使前刀面如及後刀面4b相對於雷射束L的照射方向傾斜10°，並從各個方向與基體刀尖2b的稜線平行地掃描雷射束L。在此情況下，雷射束L與最終形成的碳膜刀尖北的延伸方向平行地掃描。如圖5所示，最初的雷射束照射目標位置Pl設定在從前刀面如及後刀面4b的平均高度(不包含形成在切削刃加的部分的較厚且圓形化的部分) 的延長線4d、k與切削刃加部分的較厚且圓形化的碳膜3表面的交點向碳膜刀尖北的外側偏移4μπι的位置。在如此使用上述製造方法製作的碳膜包覆鑽頭1中，當工具基體2的前角為28° 時，對碳膜3進行雷射加工而形成的碳膜包覆1中，前角為30°，前角保持更大的角度。對本發明的實施例的碳膜包覆鑽頭進行切削試驗，表1示出測定鑽孔加工壽命的結果。另外，作為比較例，在表1中一併示出對未經雷射加工的由碳膜(金剛石膜)包覆的以往的鑽頭進行同樣的測定的結果。此外，將具有碳纖維與熱固性環氧樹脂正交的層壓結構的CFRP(碳纖維增強塑料)作為工件(被切削物)來使用，鑽孔時的加工條件如表1所示。另外，壽命判定是根據發生毛刺或者層間剝離的鑽孔次數進行的。表1
權利要求
1.一種碳膜包覆鑽頭(1)，其特徵在於，具有工具基體O)，具有基體刀尖Ob)和夾著所述基體刀尖Ob)相互鄰接的基體前刀面 (2c)及基體後刀面Od)；以及碳膜(3)，形成在所述基體刀尖(2b)、所述基體前刀面Qc)及所述基體後刀面Od)上，在所述碳膜C3)上，在所述基體前刀面Oc)上的區域及所述基體後刀面Od)上的區域分別形成有向所述工具基體凹陷的前刀面側的凹面(3a)及後刀面側的凹面(3a)，所述前刀面側的凹面(3a)及所述後刀面側的凹面在所述基體刀尖Ob)上交叉，從而在所述碳膜( 上形成碳膜刀尖(3b)，所述前刀面側的凹面(3a)與所述後刀面側的凹面(3a)交叉形成的角度(θ 1)小於所述基體前刀面Oc)與所述基體後刀面Od)所構成的角度(θ 0)。
2.根據權利要求1所述的碳膜包覆鑽頭(1)，所述碳膜為金剛石膜。
3.根據權利要求1或2所述的碳膜包覆鑽頭(1)，由與所述碳膜刀尖(3b)正交的面所形成的所述前刀面側的凹面(3a)及所述後刀面側的凹面的剖面為圓弧形狀。
4.根據權利要求3所述的碳膜包覆鑽頭(1)，所述前刀面側的凹面(3a)及所述後刀面側的凹面的剖面的圓弧形狀的曲率半徑在5 μ m至3000 μ m的範圍內。
5.根據權利要求4所述的碳膜包覆鑽頭(1)，所述前刀面側的凹面(3a)及所述後刀面側的凹面的在與碳膜刀尖正交且沿各自的面的方向上的寬度在10 μ m至2000 μ m的範圍內。
6.根據權利要求4所述的碳膜包覆鑽頭(1)，所述前刀面側的凹面(3a)及所述後刀面側的凹面(3a)的深度在2μπι至15μπι的範圍內。
7.根據權利要求4所述的碳膜包覆鑽頭(1)，所述前刀面側的凹面(3a)及所述後刀面側的凹面的在與碳膜刀尖正交的方向上的寬度在10 μ m至2000 μ m的範圍內，所述前刀面側的凹面(3a)及所述後刀面側的凹面(3a)的深度在2 μ m至15 μ m的範圍內。
8.一種碳膜包覆鑽頭的製造方法，為製造碳膜包覆鑽頭的方法，其特徵在於，具有 基體準備工序，準備具有基體刀尖Ob)和夾著所述基體刀尖Ob)相互鄰接的基體前刀面Oc)及基體後刀面Od)的工具基體O)；碳膜形成工序，在所述工具基體O)的所述基體前刀面(2c)、所述基體後刀面Od)以及所述基體刀尖Ob)上形成碳膜；以及雷射加工工序，對所述碳膜C3)照射雷射束，加工形成在所述基體前刀面Oc)上的區域及所述基體後刀面Od)上的區域的所述碳膜(3)，從而分別在前刀面側及後刀面側形成前刀面側的凹面(3a)及後刀面側的凹面(3a)，所述前刀面側及所述後刀面側的凹面(3a)在所述基體刀尖上交叉而形成碳膜刀尖 (3b),在所述雷射加工工序中，所述雷射束的光束剖面上的光強分布呈現為高斯分布， 從所述碳膜刀尖的前方朝向所述碳膜刀尖附近的所述前刀面側或所述後刀面側的所述碳膜照射所述雷射束，所述雷射束沿著所述碳膜刀尖的延伸方向進行掃描。2
9.根據權利要求8所述的碳膜包覆鑽頭的製造方法，在所述碳膜形成工序中，通過CVD成膜塗覆，將所述碳膜在所述基體刀尖上形成為比其他部分更加隆起。
10.根據權利要求8或9所述的碳膜包覆鑽頭的製造方法， 所述碳膜為金剛石膜，所述雷射束的波長為360nm以下。
全文摘要
本發明提供一種碳膜包覆鑽頭，該碳膜包覆鑽頭由具有金剛石覆膜等碳膜包覆，且具有比以往更加鋒利的刃口。另外，提供一種能夠高精度地加工製作該鑽頭的製造方法。該碳膜包覆鑽頭的特徵在於，在基體前刀面上的區域及所述基體後刀面上的區域的碳膜上分別形成凹面，這些凹面在基體刀尖上交叉而形成碳膜刀尖，這些凹面的交叉角度小於所述基體前刀面(2c)與所述基體後刀面(2d)所構成的角度(θ0)。
文檔編號B23K26/38GK102554319SQ20111043967
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月23日 優先權日2010年12月26日
發明者成毛康一郎, 日向野哲, 柳田一也, 豬狩俊一, 高橋正訓 申請人:三菱綜合材料株式會社