刀具

摘要

本发明提供一种刀具，在刀具的前刀面和后隙面双方都形成有网状相连的凹部和由该凹部包围的隆起部的表面构造中，具有以下特征：(1)在表面构造与刀具的内部之间不具有固相界面；(2)表面构造具有与刀具的内部的物理特性值相比更易发生弹性变形或塑性变形的物理特性值；(3)隆起部具有在刀具与工件发生摩擦时进行弹性变形或塑性变形的形状。

权利要求

1.一种刀具，其具有前刀面和后隙面，其特征在于，在所述前刀面的至少一部分即第一区域具有第一表面构造，所述第一表面构造形成有网状相连的第一凹部和由该第一凹部包围的第一隆起部，在所述第一表面构造与所述刀具的内部之间不具有固相界面，所述第一表面构造具有与所述刀具的内部的物理特性值相比更易发生弹性变形或塑性变形的物理特性值，所述第一隆起部的平均宽度为5nm以上且600nm以下，所述第一隆起部具有在与工件发生摩擦时进行弹性变形或塑性变形的形状，在所述后隙面的至少一部分即第二区域具有第二表面构造，所述第二表面构造形成有网状相连的第二凹部和由该第二凹部包围的第二隆起部，在所述第二表面构造与所述刀具的内部之间不具有固相界面，所述第二表面构造具有与所述刀具的内部的物理特性值相比更易发生弹性变形或塑性变形的物理特性值，所述第二隆起部的平均宽度为5nm以上且600nm以下，所述第二隆起部具有在与工件发生摩擦时进行弹性变形或塑性变形的形状。

2.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述第一表面构造及所述第二表面构造分别通过气体团簇离子束照射而形成。

3.如权利要求1或2所述的刀具，其特征在于，所述第一区域及所述第二区域分别是与工件发生摩擦的部位。

说明书

刀具

[0001] 本申请是申请日为2014年5月19日，申请号为201410209930.8，发明名称为刀具的发明专利申请的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及用于切削加工等的耐久性高的刀具。

背景技术

[0003] 作为用于切削加工的刀具(以下也称为切削工具)的性能，要求刃部的磨耗少且耐长时间使用或重复使用的耐久性。因此，硬度高且难以磨损的硬质材料，例如立方晶氮化硼(cBN)烧结体、金刚石、被称为超硬合金的碳化钨烧结体等被用于切削工具的刃部。另外，也通过用具有比钢的硬度还高的硬度的硬质材料来覆盖由钢等制作的刃部来进行。

[0004] 这些硬质材料为韧性低的脆性材料，当施加冲击时，容易产生裂纹或崩缺(以下也称为崩刃)而损坏。脆性材料几乎不发生金属那样的塑性变形。因此，当对脆性材料施加冲击时，应力就要集中在由制造工序等产生的脆性材料的表面上的小划痕而使划痕扩展。其结果，划痕伸长，以划痕为起点而产生裂纹或崩缺。在刃部形成有硬质材料的皮膜时也同样，容易发生皮膜的裂纹或崩缺。

[0005] 这样，能够抑制磨耗的硬质材料的使用容易发生裂纹或崩缺等缺损。因此，为了兼得磨耗的抑制和裂纹或崩缺的发生的抑制二者，使用硬质材料，且开发出了抑制硬质材料的裂纹或崩缺的发生，从而可提高切削工具的耐久性的技术。

[0006] 为了抑制硬质材料的裂纹或崩缺的发生，一般已知有将硬质材料的表面平坦化而去除成为裂纹的起始端的划痕或表面缺损的技术。

[0007] 通过使用磨粒的机械抛光而将刃部表面平坦化的抛光技术不管什么材料都可采用。

[0008] 在专利文献1(日本特开2007－230807号公报)中，作为制造耐崩刃性优良的金刚石产品的技术，公开有将因机械抛光而产生的表面上的微观裂缝去除的热化学抛光技术。

[0009] 在专利文献2(日本特开2005－279822号公报)中公开有提高在硬质烧结体母材的表面覆盖有比母材还硬的涂层的不重磨刀片(throwaway chip)的耐磨耗和耐缺损性的技术。关于涂层的表面，从前刀面侧起对包含交叉棱而到后隙面侧的切削刃区域实施抛光加工，并且以从切削刃的中央部到前刀面侧的前刀面侧切削刃区域的表面粗糙度比从切削刃的中央部到后隙面侧的后隙面侧切削刃区域的表面粗糙度小的方式进行抛光。

[0010] 在专利文献3(日本特开2012－176471号公报)公开有在由碳化钨基超硬合金或碳氮化钛基金属陶瓷构成的工具基体的表面上层叠覆盖有金刚石层的切削工具的耐磨耗技术。在工具基体上覆盖形成了结晶性金刚石层和纳米金刚石层之后，通过紫外线激光去除切削刃以外的纳米金刚石层，制作锐利的切削刃，同时，将通过激光而变质后的平滑的非晶质碳膜形成于前刀面侧和后隙面侧的表层。

[0011] 当为了抑制裂纹或崩缺的发生而对由硬质材料制作出的刃部的表面进行机械抛光时，能够降低与抛光磨粒同程度的大小的划痕或缺陷等，但不能去除抛光磨粒自身划出的划痕(以下称为抛光划痕)。因此，虽然能够在防止裂纹或崩缺的发生上期待某种程度的效果，但难以充分或完全防止刃部的裂纹或崩缺的发生。

[0012] 专利文献1公开的热化学抛光技术只能适用于可利用热化学反应的材料。

[0013] 专利文献2公开的硬质皮膜形成技术是以具有规定的表面粗糙度的方式对硬质皮膜进行抛光的技术，因此不能充分或完全防止抛光划痕。进而，根据该技术，在由不同的材料制成的基底和皮膜的紧密贴合性不足的情况下，难以充分或完全防止皮膜的裂纹或剥离。

[0014] 专利文献3公开的硬质皮膜形成技术由于在基底上形成硬质皮膜，因此与专利文献2公开的硬质皮膜形成技术同样地，容易发生硬质皮膜的裂纹或剥离。

发明内容

[0015] 鉴于这样的状况，本发明的目的在于提供一种耐久性高即耐磨耗性优异，并且在施加冲击等力时不易发生裂纹或崩缺的刀具。

[0016] 本发明第一方面提供一种具有前刀面和后隙面的刀具，在所述前刀面的至少一部分即第一区域具有第一表面构造，所述第一表面构造形成有网状相连的第一凹部和由该第一凹部包围的第一隆起部，在所述第一表面构造与所述刀具的内部之间不具有固相界面，所述第一表面构造具有与所述刀具的内部的物理特性值相比更易发生弹性变形或塑性变形的物理特性值，所述第一隆起部的平均宽度为5nm以上且600nm以下，所述第一隆起部具有在与工件发生摩擦时进行弹性变形或塑性变形的形状，在所述后隙面的至少一部分即第二区域具有第二表面构造，所述第二表面构造形成有网状相连的第二凹部和由该第二凹部包围的第二隆起部，在所述第二表面构造与所述刀具的内部之间不具有固相界面，所述第二表面构造具有与所述刀具的内部的物理特性值相比更易发生弹性变形或塑性变形的物理特性值，所述第二隆起部的平均宽度为5nm以上且600nm以下，所述第二隆起部具有在与工件发生摩擦时进行弹性变形或塑性变形的形状。第一表面构造及第二表面构造可分别通过气体团簇离子束照射来形成。另外，优选第一区域及第二区域分别是与工件发生摩擦的部位。

[0017] 本发明的刀具因为在前刀面的至少一部分和后隙面的至少一部分形成有具有如下所述的特征(1)－(3)的表面构造，故而耐磨耗性优异，并且在施加有冲击等力的情况下，难以发生裂纹或崩缺，所述特征为：(1)在表面构造于刀具的内部之间不具有固相界面；(2)表面构造的物理特性值与刀具的内部的物理特性值不同。具体而言，表面构造具有与刀具的内部的物理特性值相比更易发生弹性变形或塑性变形的物理特性值；(3)表面构造具有当表面构造与工件发生摩擦时进行弹性变形或塑性变形的形状。

附图说明

[0018] 图1是用于对切削工具的刃部和工件的关系进行说明的图，(a)表示刃部切入工件时的情况，(b)表示切削的行进过程；

[0019] 图2是用于对隆起部的优选形状特征进行说明的图；

[0020] 图3A是对上升角度比下降角度大的隆起部的应力集中缓和功能的程度进行说明的图；

[0021] 图3B是对上升角度不比下降角度大的隆起部的应力集中缓和功能的程度进行说明的图；

[0022] 图4是用于对剖切前刀面与后隙面的边界的平面进行说明的图；

[0023] 图5是用于对用单一的气体团簇离子束照射前刀面和后隙面的情况进行说明的图；

[0024] 图6是表示在使气体团簇离子束倾斜地照射到前刀面时形成的表面构造的图，(a)是原子力显微镜(AFM)图像，(b)是剖面轮廓，(c)是对在原子力显微镜图像中观察到的刀具的部位进行说明的立体示意图，(d)是对在原子力显微镜图像中观察到的刀具的部位进行说明的俯视图；

[0025] 图7表示图6(b)的详细情况，(a)是图6(b)所示的剖面轮廓，(b)是其解析结果；

[0026] 图8是表示在使气体团簇离子束倾斜地照射到后隙面时形成的表面构造的图，(a)是扫描式电子显微镜图像，(b)是图8(a)的局部示意图，(c)是图8(b)的L3－L4线的剖面曲线的示意图；

[0027] 图9A是表示刀具(刀片)和其刃部的形状例的图；

[0028] 图9B是表示刀具(圆锯)和其刃部的形状例的图；

[0029] 图9C是表示刀具(方头立铣刀)和其刃部的形状例的图；

[0030] 图10是表示实施例1的刃部的切削刃的表面构造的图，(a)是切削刃的扫描式电子显微镜图像，(b)是图10(a)的局部示意图，(c)是图10(b)的L5－L6线的剖面曲线的示意图，(d)是图10(b)的L7－L8线的剖面曲线的示意图；

[0031] 图11是说明损耗量的定义的图，(a)表示使用前的前刀面和后隙面的边界的位置，(b)是二个后隙面的损耗后的棱线起始位置。

具体实施方式

[0032] 作为影响具有前刀面和后隙面的刀具的寿命的主要原因，可列举出前刀面和后隙面的损耗这种现象。这种现象会导致刃部的形状变化或刃部的锐利度下降，这是锋利度或切削精度等刀具的性能劣化的原因。

[0033] 以刀具为切削工具的情况为例，可如下地对该现象进行说明。图1表示切削工具的刃部1和切削工具的加工对象即工件2的关系。在图1中，带有符号DF的箭头标记表示切削工具的行进方向(进给方向)。当刃部1切入工件2时，如图1(a)所示，位于刃部1切入的工件2上的部位的周围的工件2的一部分A、B(以下简称为部分材料A、B)被推到刃部1的前刀面1A侧和后隙面1B侧。此时，部分材料A与前刀面1A摩擦，部分材料B与后隙面1B摩擦。进而，在切削的行进过程中，可认为是刃部1向工件2的切入进行移动，如图1(b)所示，在切削工具的行进方向的前方产生的部分材料A边与前刀面1A摩擦边成为一定程度大小的切屑，在切削工具的行进方向的后方产生的部分材料B通常不脱离工件2，但会持续与后隙面1B摩擦。在进行这样的摩擦时，从部分材料A、B向前刀面1A和后隙面1B施力。当向用作刀具材料的脆性材料施力时，应力集中于在制造工序等中产生的刀具表面上的小划痕而欲使划痕扩展。其结果，划痕伸长，以划痕为起点而产生裂纹或崩缺。这样，前刀面1A的损耗通过部分材料A和前刀面1A的摩擦而产生，后隙面1B的损耗通过部分材料B和后隙面1B的摩擦而产生。

[0034] 因此，如果难以发生前刀面或后隙面的损耗，则能够提高刀具的机械耐久性或物理耐久性。即，如果分别在前刀面和后隙面存在对通过从工件受到的力而发生的前刀面和后隙面附近的刀具内的应力集中进行缓和的应力集中缓和构造，则能够抑制应力集中造成的裂纹或崩缺，另外，由于通过应力集中缓和构造也会降低刀具和工件的摩擦力，故而也能够抑制刀具的磨耗。

[0035] 从该观点出发，根据本发明，通过分别在刀具的前刀面的至少一部分和后隙面的至少一部分形成具有应力集中缓和功能的表面构造，从而抑制刃部的损耗。该表面构造重要的是具有如下所述的特征。

[0036] (1)在表面构造与刀具的内部之间不具有固相界面。

[0037] (2)表面构造的物理特性值与刀具的内部的物理特性值不同。具体而言，与刀具的内部的物理特性值相比，表面构造具有易发生弹性变形或塑性变形的物理特性值。

[0038] (3)表面构造具有当表面构造和工件摩擦时进行弹性变形或塑性变形的形状。

[0039] 首先，条件(1)设为必要条件的理由是，若在表面构造与位于该表面构造下方的刀具的内部之间具有固相界面，则有可能以固相界面为起点而发生表面构造的脱落。在此，固相界面定义为，在从表面构造到刀具内部的区域内，物理特性值不连续变化的边界。因为剥离部分的边缘具有陡峭台阶的形状，故而在剥离部分的边缘附近容易产生应力集中，促使刃部的崩缺或裂纹。因此，作为表面构造的形成方法，例如，通过CVD(Chemical Vapor Deposition；化学气相沉积)法将类金刚石碳形成膜那样的方法由于会生成固相界面，因此不能采用。

[0040] 接着，对条件(2)进行说明。因为表面构造应具有在前刀面或后隙面受到外力时缓和向划痕的应力集中的功能，故而在物理特性相同的尺度下，表面构造的物理特性值与刀具的内部的物理特性值不同，具体而言，在物理特性相同尺度下，与刀具的内部的物理特性值相比，要求表面构造具有容易发生弹性变形或塑性变形的物理特性值。作为物理特性，可选择与机械耐久性或物理耐久性相关的物理特性，作为物理特性的尺度，具体地可示例杨氏模量、密度、硬度、非结晶度(或结晶度)、空隙率等。物理特性值是这样的尺度下的测定对象的值。

[0041] 在采用杨氏模量的情况下，表面构造的杨氏模量的值比位于表面构造下方的刀具的内部的杨氏模量的值小。以下，也将杨氏模量的值简称为杨氏模量。

[0042] 在采用密度的情况下，表面构造的密度的值比位于表面构造下方的刀具的内部的密度的值小。以下，也将密度的值简称为密度。

[0043] 在采用硬度的情况下，表面构造的硬度的值比位于表面构造下方的刀具的内部的硬度的值小。以下，以将硬度的值简称为硬度。

[0044] 在采用非结晶度(或结晶度)的情况下，表面构造具有非结晶构造，位于表面构造下方的刀具内部具有结晶构造。在这种情况下，在从刀具内部向表面构造的过渡区域内，具有从刀具的内部向表面构造逐渐从结晶构造向非结晶构造变化的构造。此时，表面构造的非结晶度的值比刀具内部的非结晶度的值大。或者，表面构造的结晶度的值比刀具内部的结晶度的值小。以下，也将结晶度的值简称为结晶度。

[0045] 在采用空隙率的情况下，表面构造的空隙率的值比位于表面构造下方的刀具的内部的空隙率的值大。以下，也将空隙率的值简称为空隙率。

[0046] 将条件(1)及条件(2)汇总，即“表面构造的物理特性值与位于表面构造下方的刀具的内部的物理特性值不同，且在表面构造与刀具的内部之间不具有固相界面”具体地可列举出如下的例子：“表面构造的杨氏模量比位于表面构造下方的刀具内部的杨氏模量小，在从刀具内部向表面构造的过渡区域，具有杨氏模量从刀具内部向表面构造逐渐变化的构造”；或者“表面构造的密度比位于表面构造下方的刀具内部的密度小，在从刀具内部向表面构造的过渡区域，具有密度从刀具内部向表面构造逐渐变化的构造”；或者“表面构造的硬度比位于表面构造下方的刀具的内部的硬度小，在从刀具内部向表面构造的过渡区域，具有硬度从刀具内部向表面构造逐渐变化的构造”；或者“表面构造具有非结晶构造，位于表面构造下方的刀具内部具有结晶构造，在从刀具内部向表面构造的过渡区域，具有从刀具内部向表面构造逐渐从结晶构造向非结晶构造变化(即，表面构造的结晶度比刀具内部的结晶度小)的构造”；或者“表面构造的空隙率比位于表面构造下方的刀具内部的空隙率大，在从刀具内部向表面构造的过渡区域，具有空隙率从刀具的内部向表面构造逐渐变化的构造”。

[0047] 接着，对条件(3)进行说明。由于表面构造应具有在前刀面或后隙面受到外力时缓和向划痕的应力集中的功能，故而表面构造要求具有当表面构造和工件摩擦时进行弹性变形或塑性变形的形状。

[0048] 通过发明者们的研究，得到了如下的见解，即，作为这样的表面构造，只要是形成有网状相连的凹部和由该凹部围成的隆起部的表面构造即可。隆起部的平均宽度优选为5nm以上且600nm以下。另外，每个隆起部的大小及形状未必一定，故而作为隆起部的横向的大小的指标，采用“隆起部的平均宽度”。具体地，在从正面看表面构造时，针对每个隆起部求出包含隆起部在内的最小圆的直径，将这些直径的平均值定义为“隆起部的平均宽度”。
当隆起部过小时，在隆起部变形而进行应力集中缓和之前，隆起部自身的构造变化饱和而不能充分发挥应力集中缓和功能，因此隆起部的平均宽度为5nm以上为好。相反，当隆起部的平均宽度显著大时，会与实质上没有隆起部的构造同样，导致发生应力集中(即，不发挥应力集中缓和功能)，因此隆起部的平均宽度为600nm以下为好。

[0049] 另外，通过发明者们的深入研究，也得到了隆起部优选具有如下的形状特征的见解。参照图2对隆起部的优选的形状特征进行说明。

[0050] 图2表示基于剖切前刀面1A与后隙面1B的边界C的平面P(在后文中参照图4对平面P进行说明)的表面构造的剖面。优选的隆起部8的形状是在该剖面中，隆起部8的侧面8X的斜度8XG比隆起部8的侧面8Y的斜度8YG大的形状(其中，侧面8X与在边界C侧与隆起部8邻接的凹部9X相连，侧面8Y与在边界C相反侧与同一隆起部8邻接的凹部9Y相连)。

[0051] 若为这样的形状，则如图3A所示，在加工中部分材料Z(其中，标记Z意味着标记A或标记B)与前刀面1A或后隙面1B发生摩擦时，隆起部8能够在部分材料Z的相对行进方向上发生较大的变形，因此隆起部8能够良好地发挥表面构造内部的应力集中缓和功能。而在隆起部8在上述剖面具有隆起部8的侧面8X的斜度8XG不比隆起部8的侧面8Y的斜度8YG大的形状的情况下，如图3B所示，在加工中且在部分材料Z与前刀面1A或后隙面1B发生摩擦时，隆起部8不能在部分材料Z的相对行进方向上发生较大的变形，因此隆起部8不能良好地发挥表面构造内部的应力集中缓和功能。因此，容易产生裂缝10。另外，在图3A及图3B中，带标记DM的箭头标记表示部分材料Z的相对于前刀面1A或后隙面1B的相对行进方向。

[0052] 在此，“剖切前刀面1A与后隙面1B的边界C的平面P”在局部区域将边界C看作直线时，是(a)包含边界C的平面和(b)具有与边界C正交的直线作为法线的平面以外的平面。考虑前刀面1A上的表面构造的剖面时的平面P优选为将与在基于刀具的加工中部分材料A边与前刀面1A摩擦边行进的方向D正交的直线作为法线Q的平面(换句话说，平面P的前刀面1A上的剪切线CL与方向D平行那样的平面)，更优选为在将剪切线CL的附近区域的前刀面1A看作平面时，该平面和平面P所成的角度为90度那样的平面(参照图4)。同样，虽然未作图示，考虑后隙面1B上的表面构造的剖面时的平面P优选为将与在基于刀具的加工中部分材料B边与后隙面1B摩擦边行进的方向正交的直线作为法线的平面(换句话说，基于平面P的后隙面1B上的剪切线与部分材料B的行进方向平行那样的平面)，更加优选为在将后隙面1B上的剪切线的附近区域的后隙面1B看作平面时，该平面和平面P所成的角度为90度那样的平面(在图4中，只要将“前刀面1A”和“后隙面1B”分别替换成“后隙面1B”和“前刀面1A”即可)。若在基于刀具的加工中，部分材料A、B边与前刀面1A和后隙面1B摩擦边行进的方向不明确，则只要在一部分区域将边界C看作直线，采用具有该边界C作为法线的平面作为平面P即可。

[0053] 另外，作为“斜度8XG”或“斜度8YG”，可采用各种指标。例如，可采用日本工业标准JIS B0601：2013规定的“局部倾斜(local slope)”。在采用该局部倾斜的情况下，只要在上述剖面中，将日本工业标准JIS B0601：2013规定的“轮廓曲线”设为“剖面曲线”或“粗糙度曲线”，并将表示与凹部9X相连的隆起部8的侧面8X的轮廓曲线的凹部9X附近区域的局部倾斜的绝对值设为斜度8XG，将表示与凹部9Y相连的隆起部8的侧面8Y的轮廓曲线的凹部9Y附近区域的局部倾斜的绝对值设为斜度8YG即可。

[0054] 或者，作为“斜度8XG”或“斜度8YG”，也可以采用下述的指标。

[0055] 如图2所示，在上述剖面中，将日本工业标准JIS B0601：2013规定的“轮廓曲线”设为“剖面曲线”或“粗糙度曲线”，并将日本工业标准JIS B0601：2013规定的“用于求出剖面曲线的平均线”或与之平行的直线(以下简称为平均线)和表示与凹部9X相连的隆起部8的侧面8X的轮廓曲线的凹部9X附近区域的侧面8X的近似直线所成的角度θu(以下成为上升角度θu)与斜度8XG视为同等，将平均线和表示与凹部9Y相连的隆起部8的侧面8Y的轮廓曲线的凹部9Y附近区域的侧面8Y的近似直线所成的角度θd(以下成为下降角度θd)与斜度8YG视为同等。

[0056] 表面构造所包含的隆起部无需都具有上述的形状特征。将隆起部的侧面向在边界侧邻接的凹部的斜度(即，隆起部的一侧面的斜度。其中，一侧面与在边界侧与隆起部邻接的凹部相连)设为第一斜度，且将隆起部的侧面向在边界的相反侧邻接的凹部的斜度(即，隆起部的另一侧面的斜度。其中，另一侧面与在边界的相反侧与隆起部邻接的凹部相连)设为第二斜度，在表面构造中，只要满足第一斜度大于第二斜度的条件的隆起部的个数比满足第一斜度不大于第二斜度的条件的隆起部的个数多即可。

[0057] 这样的表面构造形成在刀具的前刀面和后隙面双方，但也可以是形成于一方的面上的表面构造的形状及物理特性等与形成于另一方的面上的表面构造的形状及物理特性等不同。另外，形成表面构造的前刀面上的部位和后隙面上的部位分别优选为与部分材料发生摩擦的部位，通常，只要在刀具刃部的大致整个面上形成表面构造即可。

[0058] 发明者们发现，全部满足上述三个条件(1)(2)(3)的表面构造可通过使气体团簇离子束倾斜地照射刀具特别是刀具刃部的表面来形成。可优选通过向前刀面与后隙面的边界(即，切削刃)照射气体团簇离子束，以单一的气体团簇离子束在前刀面和后隙面双方同时形成表面构造。具体而言，如图5所示，当设从前刀面的法线测得的照射角度为θs、从后隙面的法线测得的照射角度为θn时，只要在都满足0＜θs＜90°及0＜θn＜90°的条件下照射单一的气体团簇离子束20即可。在图5中，标记21表示气体团簇离子。更优选的是，通过以与在基于刀具的加工中，部分材料边与前刀面和后隙面摩擦边行进的方向一致的方式，向前刀面与后隙面的边界照射气体团簇离子束，从而在具有与在基于刀具的加工中，部分材料A、B边与前刀面1A和后隙面1B摩擦边行进的方向正交的直线作为法线的平面P的刃部的剖面中，形成多个具有上述优选的形状特征的隆起部。

[0059] 关于条件(1)，通过将气体团簇离子束向刀具表面照射，以与刀具内部的硬质材料的结晶构造及物理特性连续地相关联的方式使刀具表层的物理构造发生变化，能够不生成固相界面。另外，关于条件(2)，若将气体团簇离子束向刀具的表面照射，则会在照射后的刀具表面发生溅射及物质的横向移动，表层的原子排列发生变化。伴随于此，与机械耐久性相关的物理特性值，具体而言，杨氏模量、密度、硬度、结晶度、空隙率等发生变化。

[0060] 关于条件(3)，表示实验例。图6(a)及图6(b)表示在以距前刀面1A的法线5°的角度将气体团簇离子束向前刀面1A照射时形成的表面构造的原子力显微镜图像和剖面轮廓。另外，图6(c)及图6(d)表示在原子力显微镜图像中观察到的刀具30的AFM观察部位35。当用图6(a)的原子力显微镜图像来评价隆起部的宽度时，隆起部的宽度(在与剖面轮廓的测量线L1－L2垂直的方向上进行测定)在5nm～50nm的范围内。另外，图7表示对图6(b)所示的剖面轮廓进行了解析后的结果。对被观测的12个隆起部的上升角度θu和下降角度θd进行了评价。
其结果，除了从边界侧数起第11个隆起部之外，任何隆起部都是上升角度θu比下降角度θd大(参照图7)。若也综合考虑由其他照射角度形成表面构造时的结果，通过气体团簇离子束照射而形成的隆起部的宽度为5nm～500nm左右。图8(a)表示在使气体团簇离子束倾斜地照射到后隙面时形成的表面构造的原子力显微镜图像。图8(b)是图8(a)的局部示意图，图8(c)是图8(b)的L3－L4线的剖面曲线的示意图。在该例子中，隆起部8的宽度为50nm～600nm左右。

[0061] 作为气体团簇离子束的照射条件，例如需要使照射能量比原子结合能大。即，只要构成气体团簇的各个原子具有的能量为数eV以上即可，典型地，例如为了使构成原子数为1000个且各原子具有5eV以上的能量，作为照射能量，只要是5keV(加速电压5kV)以上即可。
另外，原料气体的种类等其他条件没有特别限定。

[0062] 另外，前刀面及后隙面的表面构造的形成方法不必局限于气体团簇离子束照射，只要是能够形成上述表面构造的方法，什么方法都可以。

[0063] 图6(c)所示的刀具具有一个前刀面1A和两个后隙面1B。但是，本发明的刀具不限于这种形态。例如，如图9A、图9B、图9C分别所示的刀片、圆锯、方头立铣刀那样，只要是具有构成切削刃的面作为前刀面1A和后隙面1B发挥功能的刃部的刀具，刀具的形态无论什么形态都可以。

[0064] 作为刀具的材料，如果是硬质材料，则什么样的材料都可使用，典型地有单晶金刚石或无粘结剂cBN(立方氮化硼)烧结体、多晶金刚石烧结体、cBN烧结体、碳化钨烧结体、氧化铝烧结体或氧化锆烧结体等陶瓷等。另外，硬度高的钢、单晶硅、玻璃等脆性材料也可用作刀具材料。

[0065] 作为形成刃部的方法，通过激光加工或电线放电加工等对刀具的外形进行修整，然后通过抛光等形成刃部。在单晶金刚石或无粘结剂cBN烧结体那样的较硬的材料中，大多采用称为涡旋式抛光的方法。

[0066] 以下，对利用典型条件的实施例和比较例、其切削试验结果进行说明。

[0067] [实施例1]

[0068] 为了制作具有刃部的单晶金刚石制切削工具，通过激光加工，从单晶金刚石材料切出厚度1mm、长2mm、宽2mm的块。其后，利用金刚石砂轮对块的各面进行切削并修整形状，刃部的部分通过涡旋式抛光机进行精抛光。刃角γ为80°。

[0069] 如图5所示，以θs＝40°、θn＝60°的角度对该刃部照射气体团簇离子束。作为原料气体，使用氩气，将加速电压设为20kV，将照射剂量设为4×1018ions/cm2。图10(a)表示用扫描式电子显微镜观察照射后的刃部的切削刃的结果。图10(b)是图10(a)的局部分示意图，图10(c)是图10(b)的L5－L6线的剖面曲线的示意图，图10(d)是图10(b)的L7－L8线的剖面曲线的示意图。在前刀面1A和后隙面1B上分别形成有多个上升角度θu比下降角度θd大的隆起部8。前刀面1A上的隆起部8的宽度为10nm～200nm，后隙面1B上的隆起部8的宽度为50nm～
300nm。

[0070] 将进行气体团簇离子束照射前的刃部表面的杨氏模量、密度、硬度、结晶度、空隙率分别设为1，求出气体团簇离子束照射后的表面构造的杨氏模量、密度、硬度、结晶度、空隙率。在前刀面1A中，杨氏模量为0.78，密度为0.88，硬度为0.75，结晶度为0.32，空隙率为0.86。在后隙面1B中，杨氏模量为0.31，密度为0.70，硬度为0.11，结晶度为0.09，空隙率为
0.89。

[0071] 将该刃部设为立铣刀刀刃，对不锈钢合金进行切削。用扫描式电子显微镜对切削距离达到40m的时刻的立铣刀刀刃的损耗量L进行评价。如图11所示，损耗量L在通过使用而使刃部损耗的情况下，用从使用前的前刀面1A和二个后隙面1B形成的尖端G的位置(参照图11(a))到损耗后的二个后隙面1B形成的棱线的起始位置S(参照图11(b))的距离进行定义。
损耗量在损耗最大的部分为0.7μm。另外，刃部的损耗部分的形状平滑，看不到崩缺或裂纹等。

[0072] [比较例1]

[0073] 除了没有照射气体团簇离子束这一点以外，与实施例1同样地制作出单晶金刚石制切削工具。用扫描式电子显微镜调查刃部的前刀面和后隙面的表面形状。在前刀面和后隙面上未观察到上述的表面构造。

[0074] 利用比较例1的单晶金刚石制切削工具进行与实施例1相同的切削试验，对损耗量L进行评价。损耗量为3.8μm。另外，在用扫描式电子显微镜对损耗部分的形状进行了详细观察时，在损耗部分，微小的崩缺集聚，观察到开裂的面露出那样的表面形状。

[0075] [实施例2、3、4]

[0076] 对由单晶金刚石制成的刃部照射气体团簇离子束，在前刀面和后隙面形成表面构造。改变气体团簇离子束的照射条件，形成三种刃部。无论是哪种表面构造，都形成有多个上升角度θu比下降角度θd大的隆起部。对典型的50个隆起部，计测上升角度θu和下降角度θd，求出θu＞θd的隆起部的比例。另外，用与实施例1相同的方法进行切削试验，评价损耗量。将这些结果表示在表1中。

[0077] [比较例2、3、4]

[0078] 除了在前刀面和后隙面形成有包含许多上升角度θu不比下降角度θd大的隆起部的表面构造之外，与实施例2、3、4同样地制作单晶金刚石的刃部。对典型的50个隆起部，计测上升角度θu和下降角度θd，求出θu＞θd的隆起部的比例。另外，用与实施例1相同的方法进行切削试验，评价损耗量。将这些结果表示在表1中。

[0079] [实施例5、6、7]

[0080] 对由烧结金刚石制成的刃部照射气体团簇离子束，在前刀面和后隙面形成表面构造。改变气体团簇离子束的照射条件，形成三种刃部。无论是哪种表面构造，都形成有多个上升角度θu比下降角度θd大的隆起部。对典型的50个隆起部，计测上升角度θu和下降角度θd，求出θu＞θd的隆起部的比例。另外，用与实施例1相同的方法进行切削试验，评价损耗量。将这些结果表示在表1中。

[0081] [比较例5、6、7]

[0082] 除了在前刀面和后隙面形成有包含多个上升角度θu不比下降角度θd大的隆起部的表面构造之外，与实施例5、6、7同样地制作烧结金刚石的刃部。对典型的50个隆起部，计测上升角度θu和下降角度θd，求出θu＞θd的隆起部的比例。另外，用与实施例1相同的方法进行切削试验，评价损耗量。将这些结果表示在表1中。

[0083] [实施例8、9、10]

[0084] 对用无粘结剂cBN烧结体制作的刃部照射气体团簇离子束，在前刀面和后隙面形成表面构造。改变气体团簇离子束的照射条件，形成三种刃部。无论是哪种表面构造，都形成有多个上升角度θu比下降角度θd大的隆起部。对典型的50个隆起部，计测上升角度θu和下降角度θd，求出θu＞θd的隆起部的比例。另外，用与实施例1相同的方法进行切削试验，评价损耗量。将这些结果表示在表1中。

[0085] [比较例8、9、10]

[0086] 除了在前刀面和后隙面形成有包含多个上升角度θu不比下降角度θd大的隆起部的表面构造之外，与实施例8、9、10同样地制作无粘结剂cBN烧结体的刃部。对典型的50个隆起部，计测上升角度θu和下降角度θd，求出θu＞θd的隆起部的比例。另外，用与实施例1相同的方法进行切削试验，评价损耗量。将这些结果表示在表1中。

[0087] 【表1】

[0088]

[0089]

[0090] ＜考察＞

[0091] 参照实施例1和比较例1，可知当通过气体团簇离子束照射而在前刀面和后隙面分别形成具有在物理特性相同的尺度下，与刀具内部的物理特性值不同的物理特性值(杨氏模量、密度、硬度、结晶度、空隙率)且含有多个上升角度θu比下降角度θd大的隆起部的表面构造时，与不形成这样的表面构造的情况相比，能够大大地抑制刃部的损耗。另外，在实施例1中，可理解由于在刃部未发生裂纹或崩缺，故而有效地产生了应力集中的缓和。进而可知，由于损耗面平滑，故而在微小区域内实现了磨耗依次缓慢行进的状况。即，认为实现了足够的应力集中缓和效果且实现了低摩擦的切削加工工艺。而在比较例1的切削工具中，可知，刃部的损耗是由于裂纹的集聚而产生的，没有充分发生应力集中的缓和。

[0092] 将实施例2～10和比较例2～10进行比较，可知，当形成有多个上升角度θu比下降角度θd大的隆起部时，损耗量小，但在形成有多个上升角度θu不比下降角度θd大的隆起部的情况下，损耗量大。即，可以说上升角度θu比下降角度θd大的隆起部与上升角度θu不比下降角度θd大的隆起部相比，在切削时从工件受到力时，容易发生弹性变形或塑性变形。

[0093] 另外，参照实施例1～10可知，抑制刃部损耗的效果不依赖于刃部的材料。

[0094] 实施例都是未在刃部形成有硬质皮膜等的刀具的例子，但也可以是在刃部表面形成有硬质皮膜等的刀具，还可以在硬质皮膜上形成上述的表面构造。因为通过表面构造来发挥应力集中缓和效果，故而即使是在刃部表面形成有硬质皮膜的情况下，通过在硬质皮膜上形成上述的表面构造，与未在硬质皮膜上形成上述的表面构造的情况相比，也能够抑制皮膜的裂纹及脱落，能够提高刀具的耐久性。即，根据本发明，不依赖于刀具表面的构成就能够提高各种各样的刀具的耐久性。

[0095] 本发明的刀具不限于利用了机械力的工作机械所使用的工具，也可以是人力的切削或雕刻加工等工作所使用的工具(例如，锯子或凿子等)。

[0096] 本发明的实施例的上述描述是为了说明和描述的目的。本发明不受上述实施例限制。在不脱离本发明的教导范围内可以进行各种变化或变更。本实施例的选择和描述是对本发明及其实际应用的原理的例证，以便于本领域技术人员以各种实施方式和各种修改使用本发明，以符合特定预期。所有这些修改和变更均属于本发明的权利要求的范围内。