(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体表面に、硬質炭素膜が被覆された硬質炭素膜被覆切削工具において、
硬質炭素膜が、工具基体側から順に、第１層としての微粒ダイヤ層、第２層としての中粒ダイヤ層、第３層としての結晶質ダイヤ層、第４層としての微粒ダイヤ層および最表層としてのＤＬＣ層で構成され、
上記第１層は、平均粒径０．１μｍ以下、平均膜厚０．５〜６μｍの微粒ダイヤ層、
上記第２層は、柱状成長したダイヤ１０〜５０％が含有される中粒ダイヤ層、
上記第３層は、柱状成長したダイヤが５０〜９５％含有される結晶質ダイヤ層、
上記第４層は、平均粒径０．１μｍ以下、平均膜厚０．１〜５μｍの微粒ダイヤ層、
上記最表層は、平均膜厚０．１〜６μｍのＤＬＣ層で構成されていることを特徴とする硬質炭素膜被覆切削工具。
【請求項２】
炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体の表面粗さが、Ｒａ：０．０１〜３．０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の硬質炭素膜被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質炭素膜被覆切削工具に関し、特に、炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体と、この表面に被覆形成される硬質炭素膜との付着強度が高く、さらに、硬質炭素膜が、優れた潤滑性、摺動性、耐溶着性を備えることによって、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する硬質炭素膜被覆切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金からなる工具基体に、硬質炭素膜を被覆した硬質炭素膜被覆工具が知られており、
例えば、特許文献１によれば、工具基体表面に、自形面を持つ多結晶ダイヤモンドないしはダイヤモンド状炭素膜を最内層として形成し、外層としてアモルファス状硬質炭素膜を被覆し表面を平滑化することにより、Ａｌ合金等の切削加工において、耐溶着性、耐剥離性を向上させた硬質炭素膜被覆工具が知られている。
また、特許文献２によれば、工具基体表面に、非ダイヤモンド炭素含有量の少ないダイヤモンド層５と、混合層６とを交互に積層形成することにより、ダイヤモンドのエピタキシャル成長を抑制し、Ａｌ合金等の切削加工において、ダイヤモンド膜の靭性、耐欠損性、耐摩耗性をさせた硬質炭素膜被覆工具が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平６−２３４３１号公報
【特許文献２】特開平６−２９７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴って、切削条件はますます厳しいものとなってきている。上記の従来の硬質炭素膜被覆工具は、これを通常条件での切削加工に用いた場合には特段の問題は生じないが、これを、一般の金属材料に比して、比強度、比剛性にすぐれるＣＦＲＰの切削加工、軟質で溶着性の高いＡｌ合金等の切削加工に用いた場合には、工具基体と硬質炭素膜間の付着強度が満足できるものではないため、硬質炭素膜の欠損、剥離が生じ易く、さらに、ＣＦＲＰは炭素繊維とエポキシ系樹脂の複合材であるため工具摩耗が激しく、また、Ａｌ合金等は、切削時の潤滑性が不足するため、切刃への溶着を生じやすく、工具寿命が短命となるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明者は、上述のような観点から、特に難削材であるＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の切削加工において、工具基体との付着強度に優れるばかりか、潤滑性、摺動性、耐溶着性をも備え、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する硬質炭素膜被覆工具を開発すべく鋭意研究を行った結果、硬質炭素膜の積層構造について、以下の知見を得た。
【０００６】
図１は、本発明の硬質炭素膜被覆工具の側断面の概略図を示す。
積層構造からなる硬質炭素膜の第１層として、ＷＣ基超硬合金で構成された工具基体表面に平均粒径０．１μｍ以下、膜厚０．５〜６μｍの微粒ダイヤ層を形成する。
硬質炭素膜の第１層に前記微粒ダイヤ層を採用することで、硬質炭素膜成膜時に生じるＷＣ基超硬合金と硬質炭素膜との熱膨張差を低減させる。それにより、ＷＣ基超硬合金界面での硬質炭素膜剥離を最小限に抑えることを目的としている。
純粋なダイヤモンドの熱膨張率は非常に低く、１００〜１０００℃において１．１（×１０−６／Ｋ）である。しかし、これにグラファイト成分等、非ダイヤモンド成分が混入することにより、その熱膨張率は徐々に高くなっていく。
図３に波長５１２ｎｍのＡｒレーザーを用いたラマン分光分析結果を示す。
本微粒ダイヤ成膜法では、図３（ａ）のラマン分光分析結果が示すように、微粒ダイヤが生成していることを示す１１４０（ｃｍ−１）のピークと、欠陥が多い結晶であることを示す１３５０（ｃｍ−１）のピークが検出されている。１３５０（ｃｍ−１）のピークは欠陥由来であるため結晶性の低いアモルファスカーボンやナノ粒子が存在していることを示している。
このように本微粒ダイヤ膜はその結晶粒界に非ダイヤモンド成分を含む膜であり、純粋なダイヤモンドに比べ熱膨張率が高くなることを示している。
これにより、ＷＣ基超硬合金基体と硬質炭素膜との熱膨張差が小さくなり、熱膨張差に由来するＷＣ基超硬合金と硬質炭素膜との剥離を低減させることが可能となる。
【０００７】
結晶性のよいダイヤ膜ほど耐摩耗性に優れるが、自形が発達しているため、被削材との接触面積が減少することになり、かえって耐摩耗性が低下し、さらに仕上げ面精度も劣化することになるので、硬質炭素膜の最表層としては、表面の平滑性、潤滑性に優れたＤＬＣ膜を形成することが必要である。
この場合、ＤＬＣ膜の直下の膜が結晶質ダイヤ膜であると、ＤＬＣ膜は、直下の結晶質ダイヤ膜の自形の形状をトレースしてしまうので、ＤＬＣ膜の直下には微粒ダイヤ層を配置することが望ましい。
【０００８】
工具基体の表面直上に微粒ダイヤ層を、また、硬質炭素膜の最表層としてＤＬＣ膜を形成するにあたり、硬質炭素膜の厚膜化による工具寿命の延長を狙うと同時に、厚膜化した際に硬質炭素膜中に形成される残留内部応力を軽減するという観点から、硬質炭素膜の積層構造は、図１に示すように、工具基体側から、第１層としての微粒ダイヤ層、第２層としての中粒ダイヤ層、第３層としての結晶質ダイヤ層、第４層（最表層の直下の層）としての微粒ダイヤ層および最表層としてのＤＬＣ層を、順次に形成することが望ましい。
このような積層構造にすることにより、硬質炭素膜内に発生する残留内部応力を緩和することができる。
【０００９】
工具基体とこの上に成膜される硬質炭素膜との付着強度をより一段と高めるためには、基体表面を粗面化することで、工具基体と硬質炭素膜との界面の付着強度を物理的に高めることができるが、この場合、界面に空隙を形成させないためには、硬質炭素膜は微粒ダイヤ層であることが必要である。
【００１０】
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）  炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体表面に、硬質炭素膜が被覆された硬質炭素膜被覆切削工具において、
硬質炭素膜が、工具基体側から順に、第１層としての微粒ダイヤ層、第２層としての中粒ダイヤ層、第３層としての結晶質ダイヤ層、第４層としての微粒ダイヤ層および最表層としてのＤＬＣ層で構成され、
上記第１層は、平均粒径０．１μｍ以下、平均膜厚０．５〜６μｍの微粒ダイヤ層、
上記第２層は、柱状成長したダイヤ１０〜５０％が含有される中粒ダイヤ層、
上記第３層は、柱状成長したダイヤが５０〜９５％含有される結晶質ダイヤ層、
上記第４層は、平均粒径０．１μｍ以下、平均膜厚０．１〜５μｍの微粒ダイヤ層、
上記最表層は、平均膜厚０．１〜６μｍのＤＬＣ層で構成されていることを特徴とする硬質炭素膜被覆切削工具。
（２）  炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体の表面粗さが、Ｒａ：０．０１〜３．０μｍであることを特徴とする前記（１）に記載の硬質炭素膜被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
【００１１】
つぎに、この発明の硬質炭素膜被覆工具の被覆層について、詳細に説明する。
【００１２】
本発明の硬質炭素膜のうち、工具基体表面から順に（図１参照）、第１層の微粒ダイヤ層、第２層の中粒ダイヤ層、第３層の結晶質ダイヤ層および第４層の微粒ダイヤ層は、例えば、メタンと水素の混合ガス雰囲気中での熱フィラメントＣＶＤ法により成膜することができる。
また、第５層（最表層）のＤＬＣ層は、例えば、高周波プラズマＣＶＤ法により成膜することができる。
【００１３】
微粒ダイヤ層（図１中の第１層）：
ＷＣ基超硬合金からなる工具基体表面直上に、例えば、以下の条件の熱フィラメントＣＶＤ法により、微粒ダイヤ層（第１層）を蒸着形成する。
成膜圧力  ：  ２０〜５０  ｔｏｒｒ、
Ｈ２流量   ：  ３０００ｓｃｃｍ、
ＣＨ４流量  ：  １３０ｓｃｃｍ、
フィラメント電圧値  ：  １８０  Ｖ、
成膜温度  ：  ６００〜１１００  ℃、
上記条件で形成された微粒ダイヤ層（第１層）は、平均粒径０．１μｍ以下であって、その結晶粒間にはグラファイト成分やアモルファス成分が混入しているため、純粋なダイヤモンドに比してその熱膨張率は大きい（純粋なダイヤモンドの熱膨張率は約１．１×１０−６（Ｋ））。
そのため、工具基体であるＷＣ基超硬合金との熱膨張差は、純粋なダイヤモンドの場合より小さくなり、成膜後の工具基体−微粒ダイヤ層（第１層）間での残留応力が低減される結果として、工具基体−微粒ダイヤ層（第１層）間での付着強度が向上し、硬質炭素膜の剥離が低減される。
微粒ダイヤ層（第１層）の膜厚が０．５μｍ未満では、付着強度向上効果が少なく、一方、膜厚が６μｍを超えると耐摩耗性に低下傾向がみられるようになることから、微粒ダイヤ層（第１層）の膜厚は、０．５〜６μｍと定めた。好ましい膜厚は、１〜３μｍである。
なお、本発明でいうダイヤモンド結晶粒の平均粒径とは、各層の膜厚の中心部分における結晶粒径を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて測定し、その平均値を各層の平均粒径であるとして定義した。
【００１４】
条件を変えて成膜した微粒ダイヤ膜について、図２に示すｂｏｔｔｏｍ位置とｍｉｄｄｌｅ位置をラマン分光分析した結果を図３に示す。
なお、使用したレーザー光の波長は５１２ｎｍである。
図３（ａ）の成膜条件は、
「成膜圧力：３０ｔｏｒｒ，メタン濃度：４．０％（ＣＨ４流量：１２５ｓｃｃｍ，Ｈ２流量：３０００ｓｃｃｍ），フィラメント電圧値：１８０Ｖ」、
また、図３（ｂ）の成膜条件は、
「成膜圧力：８ｔｏｒｒ，メタン濃度：４．１％（ＣＨ４流量：６５ｓｃｃｍ，Ｈ２流量：１５００ｓｃｃｍ），フィラメント電圧値：１８０Ｖ」
である。
本発明の硬質炭素膜は、重視項目の一つとして表面平滑性を挙げている。
しかし、バラスダイヤモンドが多量に発生した場合、その表面平滑性は損なわれることになる。よって、バラスダイヤモンドの発生を最小限に抑制することが必要となる。
ここで、本発明者はバラスダイヤモンドが発生する条件がダイヤモンド膜最下層の膜質に由来することを見出した。
バラスダイヤモンドは硬質炭素膜結晶粒が微粒ダイヤから成る場合に多く発生しやすいことはよく知られている。しかし、特に５１２ｎｍ波長のラマン分光分析において、硬質膜ｂｏｔｔｏｍ位置が図３（ｂ）のようなラマンスペクトルを示している場合、バラスダイヤモンドが発生する率が非常に高いのに対して、図３（ａ）のように１３３３（ｃｍ−１）のピークが検出される場合は、その発生率は低くなることを発見した。このとき硬質炭素膜ｍｉｄｄｌｅ位置のラマンスペクトルは成膜圧力が高い図３（ａ）の条件で１３３３（ｃｍ−１）のピークが検出されることを除いて、図３（ａ）、図３（ｂ）両者のスペクトルはほぼ類似している。即ち、バラスダイヤモンドの発生起源はダイヤモンド膜最下層の膜質に影響されることを見出した。
補足として、図３（ｂ）では１３５０（ｃｍ−１）のなだらかなピークが１３３３（ｃｍ−１）のピークを含有しているため、スペクトルとして１３３３（ｃｍ−１）のピークが確認できない。
以上の理由から、本発明の硬質炭素膜第１層に採用した微粒ダイヤ層は図３（ａ）のようなラマンスペクトルを示す条件で成膜した。
【００１５】
中粒ダイヤ層（（図１中の第２層）：
微粒ダイヤ層（第１層）の表面に、例えば、以下の条件の熱フィラメントＣＶＤ法により、中粒ダイヤ層（第２層）を蒸着形成する。
成膜圧力  ：  ２０〜５０  ｔｏｒｒ、
Ｈ２流量   ：  ３０００ｓｃｃｍ、
ＣＨ４流量  ：  ９５ｓｃｃｍ、
フィラメント電圧値  ：  １８０  Ｖ、
成膜温度  ：  ６００〜１１００  ℃、
上記の条件で成膜することにより、柱状成長したダイヤ１０〜５０％が含有される中粒ダイヤ層（第２層）が形成される。
ここで、柱状成長したダイヤ膜とは、「ＳＥＭ−ＥＤＸにおけるＩＰＦマップにおいて、１μｍ以上の連続した面積を持ち、かつ、長軸方向に２μｍ以上の長さを持つダイヤ膜」であるとして定義する。
中粒ダイヤ層は、この上に第３層として形成される結晶質ダイヤ層と、第１層である微粒ダイヤ層との間に介在形成されることにより、硬質炭素膜を厚膜として形成した場合にも、硬質炭素膜第１層、第３層間の残留応力を緩和し、層間付着強度の改善に寄与する。
中粒ダイヤ層は、第１層と第３層の中間の耐摩耗性を備えるが、その膜厚が１μｍ以下では、残留応力の緩和作用が小さく、一方、その膜厚が５μｍを超えると硬質炭素膜全体としての膜厚が増大することにより膜応力が高くなり、硬質炭素膜が基体から剥離しやすくなることから、中粒ダイヤ層の膜厚は、１〜６μｍであることが望ましい。
【００１６】
結晶質ダイヤ層（（図１中の第３層）：
結晶質ダイヤ層は、中粒ダイヤ層（第２層）の表面に、例えば、以下の条件の熱フィラメントＣＶＤ法により形成する。
成膜圧力  ：  ２０〜５０  ｔｏｒｒ、
Ｈ２流量   ：  ３０００ｓｃｃｍ、
ＣＨ４流量  ：  ７５ｓｃｃｍ、
フィラメント電圧値  ：  １８０  Ｖ、
成膜温度  ：  ６００〜１１００  ℃、
上記の条件で成膜することにより、柱状成長したダイヤが５０〜９５％含有される結晶質ダイヤ層（第３層）が形成される。
結晶質ダイヤ層（第３層）は高硬度を有し、優れた耐摩耗性を示すが、その膜厚が１μｍ未満では、耐摩耗性向上効果が少なく、一方、その膜厚が５μｍを超えると、結晶粒が粗大化しやすく、その結果、硬質炭素膜表面の平滑性が失われ、逆に耐摩耗性低下の原因となり、さらに、硬質炭素膜全体としての膜厚が増大することにより、硬質炭素膜が基体から剥離しやすくなるので、結晶質ダイヤ層（第３層）の膜厚は、１〜５μｍとすることが望ましい。
【００１７】
微粒ダイヤ層（（図１中の第４層）：
微粒ダイヤ層（（第４層）は、結晶質ダイヤ層（第３層）の表面に、例えば、前記微粒ダイヤ層（（第１層）と同様な条件で形成することができる。
成膜圧力  ：  ２０〜５０  ｔｏｒｒ、
Ｈ２流量   ：  ３０００ｓｃｃｍ、
ＣＨ４流量  ：  ７５ｓｃｃｍ、
フィラメント電圧値  ：  １８０  Ｖ、
成膜温度  ：  ６００〜１１００  ℃、
微粒ダイヤ層（（第４層）は、前記微粒ダイヤ層（（第１層）と同様、結晶質ダイヤ層（第３層）とＤＬＣ層（第５層，最表層）との間に位置し、応力緩和作用を有すると同時に、結晶質ダイヤ層（第３層）の表面粗さがそのままＤＬＣ層（第５層，最表層）にトレースされ、ＤＬＣ層（第５層，最表層）の表面平滑性が失われることを防止する。
また、微粒ダイヤ層（第４層）は、切削加工時に、硬質炭素膜の最表層（第５層）にクラック等が発生した場合に、これが微粒ダイヤ層（第４層）から内部の層（第３層→第２層→第１層）へ進展・伝播するのを阻止する作用を有する。
微粒ダイヤ層（第４層）の膜厚が０．１μｍ未満では、ＤＬＣ層（第５層，最表層）の表面平滑性低下を防止することはできないと同時に内部の層へのクラックの進展・伝播を防止する効果が小さく、一方、その膜厚が５μｍを超えると、硬質炭素膜全体としての耐摩耗性に低下傾向がみられるようになることから、微粒ダイヤ層（第４層）の膜厚は、０．１〜５μｍと定めた。好ましい膜厚は、０．５〜２μｍである。
【００１８】
ＤＬＣ層（図１中の第５層）：
結晶性のよいダイヤ膜ほど耐摩耗性に優れているが、自形が発達しているため、被削材との接触面積が減少することによって、かえって耐摩耗性が低下する場合があり、また、特に難削材であるＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の切削加工においては、欠損、溶着等の発生により短寿命となり易い。
そこで、硬質炭素膜の最表面としては、被削材との潤滑性に優れ、かつ、被削材との溶着性の低いＤＬＣ層を形成する。
ＤＬＣ層は、例えば、通常の高周波プラズマＣＶＤ装置を用いて、放電出力１５０（Ｗ）、成膜温度１００〜２００℃、反応ガスとしてＣＨ４を使用した条件で成膜することができる。
なお、ＤＬＣ層はその直下の層の形状をトレースするので、表面の平滑性、潤滑性という点からは、ＤＬＣ層の直下の層は前記微粒ダイヤ層（第４層）を配置することが望ましい。
ＤＬＣ層の膜厚は、０．１μｍ未満では優れた潤滑性、耐溶着性を十分に発揮することができず、一方、その膜厚が６μｍを超えると耐摩耗性が低下傾向を示すようになるので、ＤＬＣ層の膜厚は、０．１〜６μｍと定めた。好ましい膜厚は、０．１〜２μｍである。
【００１９】
工具基体の表面性状：
ＷＣ超硬合金からなる工具基体表面に、前記微粒ダイヤ層（第１層）を形成することで、工具基体−硬質炭素膜の熱膨張差に由来する残留応力に基づく剥離発生を防止することができる。
しかし、ＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の難削材の切削加工においては、切刃に大きな負荷が作用することから、工具基体−硬質炭素膜間には、より一段と強固な付着強度が必要となるが、ＷＣ超硬合金からなる工具基体の表面粗さを、Ｒａ：０．０１〜３．０μｍに粗面化することで、この要求に応えることができる。
すなわち、工具基体表面の表面粗さが上記数値範囲内であれば、工具基体上の形成される第１層の微粒ダイヤが、基体表面の粗面空隙を充填し、物理的な結合によって、工具基体−硬質炭素膜（第１層の微粒ダイヤ層）間の付着強度を高めることができる。
なお、表面粗さが上記数値範囲を外れた場合には、微粒ダイヤ層（第１層）と工具基体表面との界面には空隙が形成されてしまうため、付着強度のより一層の向上は望めない。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の硬質炭素膜被覆工具は、ＷＣ超硬合金からなる所定の表面粗さの工具基体表面に、微粒ダイヤ層（第１層）、中粒ダイヤ層（第２層）、結晶質ダイヤ層（第３層）、微粒ダイヤ層（第４層）およびＤＬＣ層（第５層，最表層）の積層構造からなる硬質炭素膜を形成することにより、工具基体と硬質炭素膜間の付着強度が向上するばかりか、潤滑性、摺動性、耐溶着性をも備えることから、この発明の硬質炭素膜被覆工具を、比強度、非剛性の高いＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の切削加工に用いた場合でも、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮し、工具の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の硬質炭素膜被覆工具の層構造（断面）を示す概略説明図である。
【図２】図３に示すラマン分光分析結果の、ラマンスペクトル測定部位を示す硬質炭素膜の断面写真である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、本発明の硬質炭素膜被覆工具の微粒ダイヤ層（第１層）について、それぞれ異なる条件で成膜した場合のラマンスペクトルチャートである。
【図４】切削時間と逃げ面摩耗幅の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
つぎに、この発明の硬質炭素膜被覆工具を実施例により具体的に説明する。
ここでは、硬質炭素膜被覆工具を、インサートとして適用した場合について述べるが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種の切削工具に適用することが可能である。
【実施例】
【００２３】
原料粉末として、平均粒径：０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、Ｃｏ：６質量％，ＴａＣ：０．５質量％，ＮｂＣ：０．５質量％，残部：ＷＣとなる配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、１０ｍｍ×１０ｍｍ×２．５ｍｍのサイズのＷＣ基超硬合金製の工具基体を製造した。
【００２４】
ついで、この工具基体の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、酸溶液によるエッチングおよび／またはアルカリ溶液によるエッチング処理を行ない、表面粗さＲａ：０．５〜１．０μｍに調整した後、以下に示す成膜条件で、所定平均粒径、所定膜厚の微粒ダイヤ層（第１層）、中粒ダイヤ層（第２層）、結晶質ダイヤ層（第３層）、微粒ダイヤ層（第４層）およびＤＬＣ層（第５層、最表層）をそれぞれ積層することにより、
表１に示される積層構造の本発明の硬質炭素膜被覆切削工具（以下、本発明工具という）を製造した。
《成膜条件》熱フィラメント法
微粒ダイヤ層：  成膜圧力  ３０  ｔｏｒｒ、
反応ガス流量  ＣＨ４  １３０  ｓｃｃｍ、
Ｈ２    ３０００  ｓｃｃｍ、
フィラメント電圧値    １８０  Ｖ、
中粒ダイヤ層：  成膜圧力  ３０  ｔｏｒｒ、
反応ガス流量  ＣＨ４  ９５  ｓｃｃｍ、
Ｈ２    ３０００  ｓｃｃｍ、
フィラメント電圧値    １８０  Ｖ、
結晶質ダイヤ層：成膜圧力  ３０  ｔｏｒｒ、
反応ガス流量  ＣＨ４  ７５  ｓｃｃｍ、
Ｈ２    ３０００  ｓｃｃｍ、
フィラメント電圧値    １８０  Ｖ、
《成膜条件》高周波プラズマＣＶＤ法
ＤＬＣ層：      成膜圧力    ２  Ｐａ、
原料ガス    ＣＨ４ 
高周波電力  １００  Ｗ、
【００２５】
比較の目的で、上記の工具基体の表面に、以下に示す成膜条件で硬質炭素膜を形成することにより、
表２に示される積層構造の比較例の硬質炭素膜被覆切削工具（以下、比較例工具という）を製造した。
《成膜条件》熱フィラメント法
ダイヤ層：      成膜圧力  ３０  ｔｏｒｒ、
反応ガス流量  ＣＨ４  ９５  ｓｃｃｍ、
Ｈ２    ３０００  ｓｃｃｍ、
フィラメント電圧値    １８０  Ｖ、
【００２６】
つぎに、上記本発明工具および上記比較例工具の硬質炭素膜について、各層の膜厚及び微粒ダイヤにおける平均粒径を走査型電子顕微鏡により測定した。
表１に、測定値の結果を示す。
【００２７】
【表１】
0005488878.tif 000002
【００２８】
つぎに、上記本発明工具および上記比較例工具について、
被削材：  Ａ３９０−Ｔ６の丸棒、
切削速度：  ６００  ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：  ０．１５  ｍｍ、
の条件で、上記アルミシリコン合金Ａ３９０の湿式旋削試験を行い、それぞれの工具についての切削時間（ｍｉｎ）と逃げ面摩耗幅（ｍｍ）の関係を調べた。
その結果を図４に示す。
【００２９】
表１及び図４に示される結果から、本発明工具は、ＷＣ超硬合金からなる所定の表面粗さの工具基体表面に、微粒ダイヤ層（第１層）、中粒ダイヤ層（第２層）、結晶質ダイヤ層（第３層）、微粒ダイヤ層（第４層）およびＤＬＣ層（第５層，最表層）の積層構造からなる硬質炭素膜を形成することにより、工具基体と硬質炭素膜間の付着強度が向上するばかりか、潤滑性、摺動性、耐溶着性をも備えることから、比強度、非剛性の高いＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の切削加工に用いた場合でも、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮し、工具の長寿命化を図ることができる。
これに対して、本発明で規定する層構造を備えていない比較例工具は、Ａｌ合金の切削加工において、硬質炭素膜の剥離、欠損等が生じ、工具寿命が短命なものであった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
上述のように、この発明の硬質炭素膜被覆工具は、通常条件での切削加工は勿論のこと、金属材料よりも比強度、比剛性の高いＣＦＲＰあるいは溶着性の高いＡｌ合金等の切削加工においても、長期の使用に亘ってすぐれた耐剥離性、耐欠損性、耐摩耗性を発揮し、硬質炭素膜皮膜の厚膜化も可能となるものであるから、切削加工装置のＦＡ化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図１】
0005488878.tif 000003
【図２】
0005488878.tif 000004
【図３】
0005488878.tif 000005
【図４】
0005488878.tif 000006