切削刃邊緣的加工方法及具有切削刃邊緣的器具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種切削刃邊緣的加工方法及具有切削刃邊緣的器具。構(gòu)成切削刃的兩個(gè)表面的最大高度為1μm以下，對(duì)位于這兩個(gè)表面及這兩個(gè)表面相交的邊界部分的切削刃邊緣同時(shí)照射氣體團(tuán)簇離子束。氣體團(tuán)簇離子束的照射以相對(duì)于所述兩個(gè)表面不垂直地斜射且與切削刃邊緣的至少一部分垂直的角度進(jìn)行照射，從而在切削刃邊緣上新形成刻面。
【專(zhuān)利說(shuō)明】切削刃邊緣的加工方法及具有切削刃邊緣的器具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及切削刃邊緣的加工方法及具有切削刃邊緣的器具，其能夠廣泛應(yīng)用于例如切削工具及刀具等機(jī)械加工用器具、菜刀等烹飪器具、手術(shù)刀等醫(yī)療用器具等利用刀刃形狀的器具。
【背景技術(shù)】
[0002]關(guān)于切削刃，公知有將其刃邊緣(刀沿)加工成怎樣的形狀在很大程度上左右其性能。若使其刃邊緣鋒利化，則雖然提高了鋒利度，但容易引起崩邊，耐久性變差。另外，為了提高耐久性或防止原材料勾掛在刃邊緣上，通常對(duì)刃邊緣進(jìn)行倒圓。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)I (日本特開(kāi)2008 - 112523號(hào)公報(bào))記載了通過(guò)濕式蝕刻對(duì)玻璃圓盤(pán)的邊緣進(jìn)行倒圓的例子。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)2 (日本特開(kāi)2005 - 224419號(hào)公報(bào))中記載了通過(guò)精研磨來(lái)對(duì)剪刀的切削刃進(jìn)行倒圓的例子。
[0003]另外，為了提高切削刃的邊緣強(qiáng)度，設(shè)置被稱(chēng)為刻面及倒棱的倒角。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)3 (日本特開(kāi)2004 — 58168號(hào)公報(bào))記載了在切削刃上形成有倒棱的例子。若設(shè)置這樣的被稱(chēng)為刻面及倒棱的倒角，則能夠提高耐久性，且銳度不會(huì)大幅降低。
[0004]另一方面，作為比濕式蝕刻及精研磨更高精度地研磨精細(xì)區(qū)域的方法，提出有利用氣體團(tuán)簇離子束的方法。專(zhuān)利文獻(xiàn)4 (日本特表2011 — 512173號(hào)公報(bào))記載了對(duì)外科用手術(shù)刀照射氣體團(tuán)簇離子束，使刃邊緣鋒利化的例子。氣體團(tuán)簇離子束與單體離子束相t匕，能量集中在材料表面附近，因此，具有能夠?qū)崿F(xiàn)低損傷加工的特征。因此，即使是非常鋒利的切削刃的加工，也能夠在不 造成微小裂紋等損傷的前提下進(jìn)行加工。
[0005]另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)5 (日本特開(kāi)2010 — 36297號(hào)公報(bào))中公開(kāi)了對(duì)切削刃照射氣體團(tuán)簇離子束的結(jié)果。其提供了通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束使IOym見(jiàn)方的最大高度[maximumheight of profile]Rz (Rz 的定義參照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Japanese Industrial Standards)B0601:2001o最大高度Rz是距輪廓曲線(xiàn)的平均線(xiàn)的峰高[profile peak height]Zp的最大值和距平均線(xiàn)的谷深[profile valley depth]Zv的最大值的和)大于Iym的金剛石被覆膜表面平滑化的方法。作為對(duì)于切削刃邊緣的影響，顯示了殘留了金剛石覆蓋工具本來(lái)的倒棱，通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束照射，切削刃邊緣不會(huì)變圓，即使從垂直方向?qū)η邢魅羞吘壵丈錃怏w團(tuán)簇離子束，表面粗糙度也不會(huì)發(fā)生大的變化。
[0006]若利用濕式蝕刻及單體離子束蝕刻，則結(jié)晶材料中各向異性受到影響，選擇性地出現(xiàn)某種晶面。雖然有些情況下也能夠有效利用該各向異性，但是在用于精密器具的情況下存在不能任意控制切削刃邊緣的形狀的問(wèn)題。另外，在除了結(jié)晶材料以外的非晶材料等的情況下，存在可能由于材料內(nèi)部存在的相分離或各種缺陷而引起不均勻的蝕刻，該不均勻性會(huì)明顯降低切削刃的機(jī)械耐久性等問(wèn)題。
[0007]精研磨這樣的技術(shù)是用磨粒磨削切削刃材料表面的工藝，故而不能避免用該磨粒磨削時(shí)在切削刃材料表面產(chǎn)生的微小損傷，降低了切削刃的機(jī)械耐久性。
[0008]若在切削刃邊緣設(shè)置被稱(chēng)為刻面及倒棱的倒角(以下，稱(chēng)為刻面)，則雖然可能相應(yīng)地提高了機(jī)械耐久性，但存在如下問(wèn)題:該制作方法只要是通過(guò)濕式蝕刻及單體離子束蝕刻、激光加工、精研磨等現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施，就會(huì)在刻面上產(chǎn)生微小傷痕及裂紋、易碎的加工變質(zhì)層等，不能夠得到足夠的機(jī)械耐久性。
[0009]另一方面，若利用氣體團(tuán)簇離子束技術(shù)，則雖然能夠?qū)崿F(xiàn)低損傷加工，但是在目前，只公開(kāi)了使切削刃鋒利化的技術(shù)。若使切削刃鋒利化，則存在切削刃的機(jī)械耐久性容易變得不足的問(wèn)題。另外，還可以考慮利用氣體團(tuán)簇離子束技術(shù)使切削刃邊緣鈍化，但若只是單純使其鈍化，則會(huì)產(chǎn)生切削阻力變大等銳度變差的問(wèn)題。
[0010]另一方面，在專(zhuān)利文獻(xiàn)5中，如上所述公開(kāi)了對(duì)切削刃照射氣體團(tuán)簇離子束的結(jié)果。但是，在專(zhuān)利文獻(xiàn)5中,通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束,對(duì)10 μ m見(jiàn)方的最大高度大于Iym的金剛石被覆膜表面進(jìn)行平坦化處理，即使能夠進(jìn)行平坦化也不能形成例如刻面，絲毫未提及能夠精密地控制切削刃邊緣形狀的加工方法。
[0011]由此，目前還未提出一種不會(huì)對(duì)切削刃造成微小損傷且能夠精密地控制切削刃邊緣的形狀并形成理想刻面的加工方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]鑒于上述這樣的情況，本發(fā)明的目的在于提供能夠?qū)崿F(xiàn)低損傷加工，且能夠在切削刃邊緣上形成理想刻面的加工方法及具有該加工方法加工的切削刃邊緣的器具。
[0013]本發(fā)明第一方面的切削刃邊緣的加工方法，構(gòu)成切削刃的兩個(gè)表面的最大高度為Iym以下，對(duì)位于這兩個(gè)表面及這兩個(gè)表面相交的邊界部分的切削刃邊緣，通過(guò)以如下的照射角度照射氣體團(tuán)簇離子束，從而在所述切削刃邊緣上新形成刻面，所述照射角度為相對(duì)于所述兩個(gè)表面不垂直地斜射，且與所述切削刃邊緣的至少一部分垂直的照射角度。
[0014]本發(fā)明第二方面的切削刃邊緣的加工方法，在第一方面的基礎(chǔ)上，用于使所述兩個(gè)表面的最大高度Rz為I μ m以下的平坦化加工通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束的照射而進(jìn)行。
[0015]本發(fā)明第三方面的切削刃邊緣的加工方法，在第一或第二方面的基礎(chǔ)上，氣體團(tuán)簇離子束的氣體是與構(gòu)成切削刃的材料不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體。
[0016]本發(fā)明第四方面的切削刃邊緣的加工方法，在第三方面的基礎(chǔ)上，氣體為氬氣、氧氣、氮?dú)饧岸趸贾械娜我环N或它們的組合。
[0017]本發(fā)明第五方面的器具，具有由上述第一~第四方面中任一方面所述的切削刃邊緣的加工方法加工的切削刃邊緣。
[0018]本發(fā)明第六方面的器具，在第五方面的基礎(chǔ)上，形成有多個(gè)刻面。
[0019]本發(fā)明第七方面的器具，在第五或第六方面的基礎(chǔ)上，刻面的至少一部分為曲面。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的切削刃邊緣的加工方法，能夠在切削刃邊緣低損傷地形成理想刻面。因此，能夠以高生產(chǎn)率得到銳度、耐久性均良好的切削刃。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是表示通過(guò)對(duì)刃邊緣照射氣體團(tuán)簇離子束，在刃邊緣形成傾斜面的形態(tài)的示意圖，(a)表示磨削材料的角的形態(tài)，(b)表示在材料的角附近發(fā)生物質(zhì)的橫向移動(dòng)的形態(tài)，(c)表示進(jìn)一步磨削材料的角的形態(tài)，(d)表示在材料的角上形成有斜面的形態(tài)。
[0022]圖2是表示通過(guò)對(duì)刃邊緣照射氣體團(tuán)簇離子束來(lái)形成刻面的示意圖，Ca)表示團(tuán)簇沿著傾斜面的傾斜流動(dòng)的形態(tài)，(b)表示傾斜面被平坦化后的形態(tài)。
[0023]圖3是表示在氣體團(tuán)簇離子束的照射面的表面粗糙度較小的情況下形成刻面的示意圖，Ca)表示氣體團(tuán)簇離子束照射前的材料的形態(tài)，(b)表示氣體團(tuán)簇離子束照射后的材料的形態(tài)。
[0024]圖4是表示在氣體團(tuán)簇離子束的照射面的表面粗糙度較大的情況下未形成刻面的示意圖，Ca)表示氣體團(tuán)簇離子束照射前的材料的形態(tài)，(b)表示氣體團(tuán)簇離子束照射后的材料的形態(tài)。
[0025]圖5是表示通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束的照射在切削刃邊緣上形成刻面的形態(tài)的示意圖，(a)表示氣體團(tuán)簇離子束照射下的切削刃的形態(tài)，(b)表示氣體團(tuán)簇離子束照射后的切削刃邊緣的初始階段的形態(tài)，(c)表示自(b)所示的階段進(jìn)一步進(jìn)行處理后的階段的切削刃邊緣的形態(tài)，(d)表示自(C)所示的階段進(jìn)一步進(jìn)行處理后的階段的切削刃邊緣的形態(tài)，(e)表示自(d)所示的階段進(jìn)一步進(jìn)行處理后的階段的切削刃邊緣的形態(tài)，(f)表示氣體團(tuán)簇離子束照射后的切削刃的形態(tài)。
[0026]圖6是表示在對(duì)構(gòu)成切削刃的兩個(gè)表面以相同的照射角度照射氣體團(tuán)簇離子束的情況下形成的刻面的狀態(tài)的圖，Ca)表示氣體團(tuán)簇離子束照射前的切削刃的形態(tài)，(b)表示氣體團(tuán)簇離子束照射后的切削刃的形態(tài)。
[0027]圖7是表示在對(duì)構(gòu)成切削刃的兩個(gè)表面以不同照射角度照射氣體團(tuán)簇離子束的情況下形成的刻面的狀態(tài)的圖，Ca)表示氣體團(tuán)簇離子束照射前的切削刃的形態(tài)，(b)表示氣體團(tuán)簇離子束照射后的切削刃的形態(tài)。
[0028]圖8是說(shuō)明實(shí)施例1的圖，(a)是從上方觀察到的切削刃邊緣的初始狀態(tài)的照片，(b)是(a)的放大照片，(C)是表示從橫向觀察到的(b)的圖，(d)是從上方觀察到的氣體團(tuán)簇離子束照射后的切削刃邊緣的狀態(tài)的照片，Ce)是概略地表示(d)的示意圖。
[0029]圖9是說(shuō)明實(shí)施例1的圖，Ca)是從橫向觀察到的氣體團(tuán)簇離子束照射后的切削刃邊緣的狀態(tài)的照片，(b)是從上方觀察到的(a)的狀態(tài)的照片，(C)是概略地表示(a)的示意圖，Cd)是概略地表示(b)的示意圖。
[0030]圖10詳細(xì)地圖示圖9，Ca)是圖9 Ca)的放大照片，(b)是概略地表示(a)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ] 首先，對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程及本發(fā)明的要點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。
[0032]本發(fā)明的最大要點(diǎn)在于,發(fā)現(xiàn)了通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束(Gas Cluster 1n Beam:以下稱(chēng)為GCIB)的照射而在切削刃邊緣形成(兩個(gè))刻面的新現(xiàn)象。
[0033]以往，一提到通過(guò)GCIB照射會(huì)使切削刃如何時(shí)，眾所周知:
[0034].鋒利化(專(zhuān)利文獻(xiàn)4)
[0035].有時(shí)鈍化或可能鈍化(專(zhuān)利文獻(xiàn)4中也略有記載)
[0036].平坦化(專(zhuān)利文獻(xiàn)5 )。
[0037]原因如下:
[0038]?鋒利化一基于照射方向的形狀效果(僅磨削照射的部分)、濺射量的各向異性
[0039] .鈍化一側(cè)向?yàn)R射效果(削峰填谷的感覺(jué))[0040].平坦化一能夠選擇性地與凸部沖撞，進(jìn)行選擇性的研磨(由基于斜射的形狀效果引起的)。
[0041]但是，通過(guò)研究GCIB的照射方法，能夠有效利用“刃邊緣處的物質(zhì)橫向移動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性”，由此能夠形成刻面。發(fā)現(xiàn)了該事實(shí)及與其相關(guān)的機(jī)理。
[0042]圖1及圖2分別表示刃邊緣處的物質(zhì)橫向移動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性及刃邊緣處的刻面形成的機(jī)理。在圖1、2中，10表示GCIB的團(tuán)簇，20表示照射GCIB的材料。
[0043]在現(xiàn)有的平坦化模型中，在對(duì)刃邊緣照射GCIB的情況下，不能夠理解將會(huì)如何變化。對(duì)此，若在某一條件下對(duì)刃邊緣照射GCIB，則在刃邊緣形成傾斜面。其機(jī)理就是圖1所示的物質(zhì)橫向移動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性。[0044]即，如果對(duì)刃邊緣以某一條件照射GCIB，則如圖1 (a)~(d)所示，表面物質(zhì)移動(dòng)，以維持區(qū)域21的平坦性，如圖1 (d)及圖2 (a)所示，一旦在刃邊緣形成傾斜面22，則由于團(tuán)簇10能夠沿著該傾斜面22的方向流動(dòng)，故而以使該傾斜面22的長(zhǎng)度變大的方式進(jìn)行生長(zhǎng)。即，使材料表面物質(zhì)移動(dòng)以延長(zhǎng)材料表面的局部平坦性。另外，圖2 (a)所示的團(tuán)簇10的流動(dòng)使傾斜面22的末端22a、22b的邊緣鋒利。另外，在圖2 (b)中，維持區(qū)域21的平坦性。
[0045]為了利用該刃邊緣處的物質(zhì)橫向移動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性來(lái)形成連續(xù)的刻面，需要降低夾持欲形成刻面的刃邊緣的面的表面粗糙度。必須為怎樣程度的表面粗糙度是根據(jù)現(xiàn)有信息還不能簡(jiǎn)單推測(cè)的。首先，能夠推測(cè)可以比照射一個(gè)GCIB的團(tuán)簇所形成的凹坑的大小水平即IOnm大。例如,最大高度Rz為數(shù)IOnm的情況下,能夠通過(guò)GCIB照射比較簡(jiǎn)單地進(jìn)行平坦化。關(guān)于若夾持刃邊緣的面的表面粗糙度更大將會(huì)如何，經(jīng)過(guò)深入研究，結(jié)果如下。
[0046]表面粗糙度大是指存在某種較大的臺(tái)階差。位于表面的該臺(tái)階差自身作為刃邊緣發(fā)揮作用。而且，伴隨該臺(tái)階差在刃邊緣產(chǎn)生物質(zhì)橫向移動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性。即，不僅是刃邊緣，夾持刃邊緣的表面所到之處均會(huì)在微觀上產(chǎn)生刃邊緣處的物質(zhì)橫向移動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性。在這樣的條件下，作為刻面，未生長(zhǎng)成連續(xù)的面，故而未形成刻面。能否形成刻面取決于團(tuán)簇是否能夠沿著刃邊緣斜面流動(dòng)，如圖3所示，在表面粗糙度較小的情況下，團(tuán)簇10能夠沿著刃邊緣斜面(傾斜面22)流動(dòng)，但是，如圖4所示，若表面粗糙度較大，則不能沿著刃邊緣斜面流動(dòng)，未形成刻面。
[0047]由各種研究可知，為了作為刻面而生長(zhǎng)成連續(xù)的面，表面粗糙度優(yōu)選最大高度Rz為Ιμπι以下的條件。
[0048]但是，采取增加劑量等一般措施等，只要結(jié)果形成了刻面，就發(fā)揮了本發(fā)明的效果，顯然，通過(guò)GCIB照射在切削刃邊緣新形成刻面是本發(fā)明的核心。
[0049]圖5表示考慮了對(duì)切削刃邊緣照射GCIB時(shí)的“物質(zhì)橫向移動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性”的機(jī)理。在圖5中，30表示切削刃，31、32表示構(gòu)成切削刃30的兩個(gè)表面。另外，33表示位于兩個(gè)表面31、32相交的邊界部分的切削刃邊緣。如圖5 Ca)所示，GCIB以不垂直地斜射兩個(gè)表面31、32且與切削刃邊緣33的至少一部分垂直的角度同時(shí)對(duì)兩個(gè)表面31、32及切削刃邊緣33進(jìn)行照射。通過(guò)GCIB的照射，如圖5 (b)~(e)所示，表面物質(zhì)移動(dòng)，如圖5 (f)所示，在切削刃邊緣33形成兩個(gè)刻面33a、33b。
[0050]這樣形成的刻面33a、33b與切削刃30的各面平滑地連接，即，成為曲面狀，應(yīng)力難以集中，在這方面，機(jī)械耐久性進(jìn)一步提高也是非常重要的特征。刻面成為曲面狀的本質(zhì)源于刃邊緣部的“物質(zhì)橫向移動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性”。在刃邊緣部最先出現(xiàn)該非對(duì)稱(chēng)性并成為斜面，故而在成為斜面的情況下，與非斜面的情況相比，物質(zhì)的橫向移動(dòng)變大。該斜面雖生長(zhǎng)，但以圖2(b)來(lái)說(shuō)，斜面的22a側(cè)比22b側(cè)的傾斜角度大是本質(zhì)決定的。但是，發(fā)生了圖3(b)所示的GCIB能夠沿著斜面流動(dòng)，該影響使刻面表面平坦化的競(jìng)爭(zhēng)。該平衡決定著實(shí)際的刻面形狀。根據(jù)這樣的機(jī)理，刻面表面成為曲面是本質(zhì)決定的。由此，初期的切削刃邊緣面、生成的兩個(gè)刻面表面等平滑地連接，應(yīng)力難以集中，機(jī)械耐久性提高。另外，再加上GCIB歷來(lái)的特征即低損傷加工及平坦化的效果，因此機(jī)械耐久性進(jìn)一步提高。
[0051]另外，存在形成一個(gè)刻面的情況和形成兩個(gè)刻面的情況。如下所述。
[0052]刃邊緣處的物質(zhì)橫向移動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性與刃邊緣角度和GCIB照射角度的兩個(gè)因素密切相關(guān)。若刃邊緣角度大，則非對(duì)稱(chēng)性變小，相反，若刃邊緣角度小，則非對(duì)稱(chēng)性變大。另外，GCIB照射角度越傾斜，越多地相對(duì)于其離子前進(jìn)方向移動(dòng)，在前進(jìn)方向的反方向上僅較少地移動(dòng)。即，若相對(duì)于刃邊緣增大角度(使其更傾斜)照射GCIB，則刃邊緣處的物質(zhì)橫向移動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性變大。
[0053]利用該機(jī)理，對(duì)形成有切削刃邊緣的兩個(gè)表面以成為相同的角度的方式進(jìn)行GCIB照射的話(huà)，則容易形成兩個(gè)刻面，相反地，對(duì)其中一個(gè)以較大角度，對(duì)另一個(gè)以較小角度進(jìn)行GCIB照射的話(huà)，則容易出現(xiàn)形成一個(gè)刻面的情況。另外，通過(guò)進(jìn)行以怎樣的角度對(duì)切削刃邊緣照射GCIB等的控制，即使在形成兩個(gè)刻面的情況下，也能夠進(jìn)行使該兩個(gè)刻面的寬度等各種形狀非對(duì)稱(chēng)等的控制。
[0054]圖6及圖7表示這樣通過(guò)GCIB的照射角度改變兩個(gè)刻面的形狀的形態(tài)，圖6是對(duì)構(gòu)成切削刃30的兩個(gè)表面31、32以相同的照射角度照射GCIB的情況，該情況下，兩個(gè)刻面33a、33b對(duì)稱(chēng)地形成。另一方面，圖7是對(duì)構(gòu)成切削刃30的兩個(gè)表面31、32以不同的照射角度照射GCIB的情況，該情況下，兩個(gè)刻面33a’、33b’如圖7 (b)所示地非對(duì)稱(chēng)。
[0055]另外，為了顯示出刃邊緣處的物質(zhì)橫向移動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性的效果而形成刻面，優(yōu)選照射GCIB的切削刃表面的最大高度Rz為I μ m以下的條件，但是若能夠利用基于GCIB照射的表面平坦化的效果，則也能夠在通過(guò)對(duì)最大高度Rz為I μ m以上的表面進(jìn)行GCIB照射而使其平坦化到最大高度Rz為I μ m以下之后，通過(guò)本發(fā)明的效果形成刻面。
[0056]然后，對(duì)應(yīng)該怎樣進(jìn)行高速加工進(jìn)行說(shuō)明。
[0057]若從歷來(lái)的GCIB技術(shù)常識(shí)考慮，則容易采取加大單位時(shí)間的劑量，即增大加速電壓、提高氣體壓力、利用化學(xué)反應(yīng)性這樣的對(duì)策，但是，這些并不理想。之所以說(shuō)不理想，是因?yàn)?若增大加速電壓，或利用化學(xué)反應(yīng)性，則濺射率變得比物質(zhì)橫向移動(dòng)量變大的比率高，起到相反的效果。為了充分發(fā)揮上述作為本發(fā)明要點(diǎn)的物質(zhì)橫向移動(dòng)的刃邊緣處的非對(duì)稱(chēng)性效果，濺射和物質(zhì)橫向移動(dòng)的比例很重要。
[0058]即，若減少濺射，增大物質(zhì)橫向移動(dòng)，則能夠減少切削刃整體的蝕刻量，高效地形成刻面，此為本發(fā)明的特征。作為實(shí)現(xiàn)方式，存在降低切削刃材料和GCIB的化學(xué)反應(yīng)性的方法。這是因?yàn)?若GCIB和切削刃材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則表面的濺射率提高。從這方面來(lái)看，作為GCIB的氣體，優(yōu)選與任何材料都沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)性的稀有氣體，另外，氧化物材料中氧氣、氮化物中氮?dú)獾冉M合也不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此是優(yōu)選的組合。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的加工方法，在切削刃邊緣形成刻面的化，銳度良好且機(jī)械耐久性良好的原因在于，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)如下兩點(diǎn):[0060].不降低(或提高)切削刃邊緣的實(shí)際鋒利度，能夠只增大刀沿頂端的角度；
[0061].除去包括刻面在內(nèi)的切削刃的各面的微小裂紋及傷痕、各種缺陷。
[0062]以下，具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0063]首先，作為實(shí)施本發(fā)明的切削刃邊緣的加工方法的裝置，可以使用例如下述文獻(xiàn)I所記載的GCIB裝置。
[0064]文獻(xiàn)1:專(zhuān)利第3994111號(hào)公報(bào)
[0065]該文獻(xiàn)I所記載的GCIB裝置的概要如下。
[0066]將原料氣體從噴嘴向真空的團(tuán)簇生成室內(nèi)噴出，使氣體分子凝聚，生成團(tuán)簇。該團(tuán)簇經(jīng)過(guò)分離器作為氣體團(tuán)簇束導(dǎo)入離子化室。在離子化室中，從離子發(fā)生器照射電子射線(xiàn)，例如熱電子而使中性團(tuán)簇離子化。將該離子化后的氣體團(tuán)簇束通過(guò)加速電極加速。入射的氣體團(tuán)簇離子束通過(guò)孔徑而形成規(guī)定的束徑后向試樣的表面照射。在使電絕緣體的試樣的表面平坦化的情況等下，有時(shí)事先通過(guò)電子使氣體團(tuán)簇離子中性化。另外，通過(guò)傾斜試樣，能夠控制照射切削刃邊緣的角度。另外，通過(guò)XY移動(dòng)臺(tái)及旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使試樣縱向及橫向移動(dòng)、或旋轉(zhuǎn)，從而能夠進(jìn)行從任意方向照射等的控制。
[0067]【實(shí)施例1】
[0068]為了制作金剛石切削工具，通過(guò)激光加工將單晶金剛石原料裁切成厚1_，長(zhǎng)寬均為2_。然后，通過(guò)金剛石磨石研削各面，修整形狀，切削刃部分通過(guò)磨光盤(pán)進(jìn)行研磨加工。刀沿角為65度的切削刀刃端的曲率半徑約為50nm。另外，形成切削刃的兩個(gè)表面的表面粗糙度為，用原子力顯微鏡測(cè)量10 μ m見(jiàn)方的區(qū)域，算術(shù)平均粗糙度Ra為2nm，最大高度Rz為 lOOnm。
[0069]對(duì)該切削刃以與形成切削刃的兩個(gè)表面均成147.5度的角度照射GCIB。利用圖6(a)說(shuō)明這些照射角度的關(guān)系，GCIB的照射方向(箭頭標(biāo)記所示)和切削刃的表面31所成的角度、及GCIB的照射方向和切削刃的表面32所成的角度均為147.5度。另外，切削刃邊緣33和GCIB的照射方向所成的角度垂直。通過(guò)進(jìn)行這樣的照射，能夠同時(shí)對(duì)構(gòu)成切削刃的兩個(gè)表面和切削刃邊緣照射GCIB，成為與構(gòu)成切削刃的兩個(gè)表面不垂直的斜射。另外，在切削刃邊緣33的頂點(diǎn)附近垂直地照射GCIB。以該垂直照射的部位為界而形成兩個(gè)刻面。原料氣體使用氬氣，加速電壓20kV，照射劑量為3X1018ionS/cm2。通過(guò)掃描型電子顯微鏡觀察照射前后的切削刃邊緣，結(jié)果如圖8所示。
[0070]圖8 (a)的照片是從上方觀察GCIB照射前的切削刃邊緣33的照片，圖8 (b)的照片是放大圖8 (a)后的照片。另外，圖8 (d)的照片表示GCIB照射后的切削刃邊緣33的狀態(tài)。另外，圖8 (C)及圖8 (e)分別表不從橫向看到的圖8 (b)及圖8 (d)的形狀。由圖8 Cd)的照片可知，在切削刃邊緣33形成有兩個(gè)刻面33a、33b?？堂?3a、33b的寬度為
0.6 μ m0
[0071]圖9與圖8 (d)、(e)相同，用照片及與相對(duì)于照片的草圖表示GCIB照射后的切削刃邊緣33的狀態(tài)，圖10 (a)放大表示圖9 (a)的照片。另外，圖9 (c)是概略地表示圖9(a)的照片的草圖。由圖10 (a)、(b)可知，刻面的一部分成為曲面。
[0072]使用該切削刃，通過(guò)滑動(dòng)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行滑動(dòng)試驗(yàn)。將切削刃以負(fù)荷100g按壓在石英塊上，在距離為10mm，往復(fù)速度為60cpm的條件下往復(fù)100次。觀察切削刃的刃邊緣(刀沿)，調(diào)查有無(wú)卷刃，結(jié)果是完全沒(méi)有觀察到卷刃。另外，觀察石英塊的切口，非常鋒利且在切口處完全沒(méi)有缺口等。
[0073][比較例I]
[0074]除了 GCIB照射以外，與實(shí)施例1同樣地制作樣品，進(jìn)行滑動(dòng)試驗(yàn)。觀察切削刃的刃邊緣，觀察到很多卷刃。另外，石英塊的切口的形狀雖然鋒利，但是觀察到了缺口。
[0075][比較例2]
[0076]除了 GCIB照射以外，與實(shí)施例1同樣地制作樣品后，通過(guò)磨光研磨形成兩個(gè)刻面?？堂娴膶挾葹閘ym。刻面為干凈整齊的平面。然后，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的滑動(dòng)試驗(yàn)。觀察切削刃的刃邊緣，觀察到了卷刃，但是比比較例I稍少。另外，石英塊的切口不明晰，觀察到了缺口。
[0077]【實(shí)施例2】
[0078]除了 GCIB的照射角以外，與觀察到了缺口同樣地制作樣品，進(jìn)行滑動(dòng)試驗(yàn)。對(duì)制作的切削刃以分別與形成切削刃的兩個(gè)表面成117.5度和177.5度的角度照射GCIB。在切削刀刃端形成了兩個(gè)刻面，但117.5度側(cè)的刻面的寬度變大，為0.8 μ m。177.5度側(cè)的刻面寬度為0.4 μ m?；瑒?dòng)試驗(yàn)的結(jié)果是，切削刃邊緣完全沒(méi)有觀察到卷刃。另外，石英塊的切口非常鋒利，完全沒(méi)有缺口等。
[0079][比較例3]
[0080]除了 GCIB照射以外，與實(shí)施例1同樣地制作樣品。然后，通過(guò)CVD法以10 μ m的厚度形成金剛石結(jié)晶膜。金剛石結(jié)晶膜的粗糙度為，用原子力顯微鏡測(cè)量IOym見(jiàn)方的區(qū)域，算術(shù)平均粗糙度Ra為120nm，最大高度Rz為1.1 μ m。然后，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行GCIB照射。切削刃邊緣未形成刻面?；瑒?dòng)試驗(yàn)的結(jié)果是，在切削刃的刃邊緣觀察到了卷刃，石英塊的切口處產(chǎn)生了多個(gè)缺口。
[0081]【實(shí)施例3】
[0082]除了 GCIB照射以外，與實(shí)施例1同樣地制作樣品。然后，通過(guò)CVD法以10 μ m的厚度成膜類(lèi)金剛石碳膜。類(lèi)金剛石碳膜的粗糙度為，用原子力顯微鏡測(cè)量ΙΟμπι見(jiàn)方的區(qū)域，算術(shù)平均粗糙度Ra為3nm，最大高度Rz為0.5 μ m。然后，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行GCIB照射。在切削刃邊緣形成有兩個(gè)刻面，刻面的寬度均為0.3 μ m?；瑒?dòng)試驗(yàn)的結(jié)果是，在切削刃的刃邊緣完全沒(méi)有觀察到卷刃，石英塊的切口非常鋒利且完全沒(méi)有缺口。
[0083]【實(shí)施例4】
[0084]除了不是單晶金剛石原料而是無(wú)粘結(jié)劑cBN (立方氮化硼)原料這一點(diǎn)以外，與實(shí)施例I完全同樣地制作樣品。形成照射GCIB前的切削刃的兩個(gè)表面的表面粗糙度為，用原子力顯微鏡測(cè)量10 μ m見(jiàn)方的區(qū)域，算術(shù)平均粗糙度Ra為4nm，最大高度Rz為300nm。通過(guò)照射GCIB，在切削刃邊緣形成有兩個(gè)刻面?？堂娴膶挾葹?.6μπι?？堂娴囊徊糠殖蔀榍妗?br> [0085]使用該切削 刃，通過(guò)滑動(dòng)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行滑動(dòng)試驗(yàn)。切削刃的刃邊緣完全沒(méi)有觀察到卷刃。另外，石英塊的切口非常鋒利且完全沒(méi)有缺口等。
[0086]【實(shí)施例5】
[0087]改變?cè)?，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的加工試驗(yàn)。作為原料，對(duì)燒結(jié)金剛石，超硬材料、單晶硅、石英玻璃進(jìn)行了試驗(yàn)。在所有的原料中，在切削刃均形成有與實(shí)施例1同樣的刻面。[0088]【實(shí)施例6】
[0089]為了與實(shí)施例1同樣地制作燒結(jié)金剛石工具及cBN工具，通過(guò)激光加工將燒結(jié)金剛石原料及cBN原料裁切成厚為1mm,長(zhǎng)寬均為2mm。然后,通過(guò)金剛石磨石研削各面而修整形狀，切削刃部分通過(guò)磨光盤(pán)進(jìn)行研磨加工。此時(shí)，制作一邊改變磨光研磨條件一邊改變最大高度Rz的表面粗糙度的樣品。制作Rz為IOOnm~2 μ m的樣品。對(duì)這些樣品與實(shí)施例I同樣地進(jìn)行GCIB照射。觀察在切削刃是否形成有刻面，發(fā)現(xiàn)在任何原料的工具中，在Rz為Ιμπι以下時(shí)形成有刻面，在Rz大于Ιμπι時(shí)未形成刻面。
[0090]【實(shí)施例7】
[0091]除了改變工具原料和GCIB的原料氣體的組合這一點(diǎn)以外，與實(shí)施例1同樣地制作
樣品，調(diào)查刻面寬度和切削刃表面的蝕刻量的關(guān)系。結(jié)果如下所示。
[0092]
【權(quán)利要求】
1.一種切削刃邊緣的加工方法，構(gòu)成切削刃的兩個(gè)表面的最大高度為Ιμπι以下，對(duì)位于這兩個(gè)表面及這兩個(gè)表面相交的邊界部分的切削刃邊緣，通過(guò)以如下的照射角度照射氣體團(tuán)簇離子束，從而在所述切削刃邊緣上新形成刻面，所述照射角度為相對(duì)于所述兩個(gè)表面不垂直地斜射，且與所述切削刃邊緣的至少一部分垂直的照射角度。
2.如權(quán)利要求1所述的切削刃邊緣的加工方法，其中， 最大高度為Iym以下的所述兩個(gè)表面是通過(guò)氣體團(tuán)簇離子束的照射而被平坦化后的表面。
3.如權(quán)利要求1或2所述的切削刃邊緣的加工方法，其中， 所述氣體團(tuán)簇離子束的氣體是與構(gòu)成所述切削刃的材料不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體。
4.如權(quán)利要求3所述的切削刃邊緣的加工方法，其中， 所述氣體為氬氣、氧氣、氮?dú)饧岸趸贾械娜我环N或它們的組合。
5.一種器具，具有由權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述切削刃邊緣的加工方法加工的切削刃邊緣。
6.如權(quán)利要求5所述的器具，其中， 形成有多個(gè)所述刻面。
7.如權(quán)利要求5所述的器具，其中， 所述刻面的至少一部分為曲面。
8.如權(quán)利要求6所述的器具，其中， 所述刻面的至少一部分為曲面。
【文檔編號(hào)】C23C14/22GK103526160SQ201310271165
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月4日
【發(fā)明者】佐藤明伸, 鈴木晃子 申請(qǐng)人:日本航空電子工業(yè)株式會(huì)社