(57)【要約】  本発明は、基材の表面にダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆した被覆工具であって、前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜のナノインデンテーション硬度は５０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下であり、前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜は基材側から厚み方向に向かって水素原子及び窒素原子の含有量が減少しており、前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の表面は水素原子の含有量が０．５原子％以下、窒素原子の含有量が２原子％以下である被覆工具を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面にダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆した被覆工具であって、
前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜のナノインデンテーション硬度は、５０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下であり、
前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜は、前記基材側から厚み方向に向かって水素原子及び窒素原子の含有量が減少しており、
前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の表面は、水素原子の含有量が０．５原子％以下であり、窒素原子の含有量が２原子％以下である被覆工具。
【請求項２】
前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の表面粗さは、算術平均粗さＲａが０．０３μｍ以下であり、最大高さ粗さＲｚが０．５μｍ以下である請求項１に記載の被覆工具。
【請求項３】
前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の基材側の表面は、水素原子の含有量が０．７原子％以上７原子％以下であり、窒素原子の含有量が２原子％超１０原子％以下である請求項１または請求項２に記載の被覆工具。
【請求項４】
前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の膜厚が、０．１μｍ〜１．５μｍである請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の被覆工具。
【請求項５】
前記基材が、炭素含率が１質量％以上の高炭素鋼又は超硬合金である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の被覆工具。
【請求項６】
フィルタードアークイオンプレーティング法で基材の表面にダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆する被覆工具の製造方法であって、
炉内に水素ガスを含む混合ガスを導入し、前記基材の表面をガスボンバード処理する工程と、
ガスボンバード処理後の前記炉内に窒素ガスを導入し、炉内に導入する前記窒素ガスの流量を減少させながら、グラファイトターゲットを用いてダイヤモンドライクカーボン皮膜を前記基材の表面に被覆する工程と、
を含む被覆工具の製造方法。
【請求項７】
前記混合ガスは、アルゴンガスと、混合ガス総質量に対して４質量％以上の水素ガスと、を含有する混合ガスである請求項６に記載の被覆工具の製造方法。
【請求項８】
前記被覆する工程は、炉内に導入する前記窒素ガスの流量を減少させながらダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆した後、さらに窒素ガスの導入を止めてダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆する請求項６または請求項７に記載の被覆工具の製造方法。
【請求項９】
前記被覆する工程において、炉内に導入する窒素ガスの流量は、５ｓｃｃｍ以上３０ｓｃｃｍ以下である請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の被覆工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばプレス加工用の金型、鍛造用の金型や、鋸刃等の切断工具、又はドリル等の切削工具などの、ダイヤモンドライクカーボン皮膜（以下、「ＤＬＣ皮膜」ともいう。）を被覆した被覆工具およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム、銅および樹脂等の被加工材を金型で成形加工する場合、被加工材の一部が金型の表面に付着することでカジリ、キズ等の製品異常が発生する場合がある。この問題を解決するために、金型の表面にＤＬＣ皮膜を被覆した被覆金型が実用されている。水素を実質的に含有しないＤＬＣ皮膜（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ皮膜：ｔａ−Ｃ皮膜）は、高硬度で耐摩耗性に優れるため、被覆金型に広く適用されている。
しかしながら、水素を実質的に含有しない高硬度なＤＬＣ皮膜は、グラファイトターゲットを用いたアークイオンプレーティング法で形成されており、ドロップレットといわれる、大きさが数マイクロメートルの粒子（グラファイト球）が不可避的にＤＬＣ皮膜に混入し、ＤＬＣ皮膜の表面粗さが悪化する。【０００３】
このような課題に対して、特許文献１には、ドロップレットを捕集する機構を備えたフィルタードアークイオンプレーティング法を適用することで、平滑で高硬度な水素を実質的に含有しないＤＬＣ皮膜を被覆できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９７１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような、高硬度で平滑な表面状態のＤＬＣ皮膜を適用することで、工具特性の改善が期待される。しかしながら、高硬度なＤＬＣ皮膜は、基材との密着性が乏しい傾向にある。【０００６】
本発明者の検討によると、特に、炭化物が多いＳＫＤ１１等の冷間工具鋼（例えば、炭素含率が１質量％以上の高炭素鋼）等を基材に用いた場合には、マトリックスと炭化物の間に隙間が生じ、その隙間を起点にしてＤＬＣ皮膜の剥離が発生し易い傾向があり、被覆直後のＤＬＣ皮膜に剥離が発生する場合があることを確認した。【０００７】
本発明は、以上のような事情に鑑みなされたものであって、密着性に優れた被覆工具およびその製造方法に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、高硬度のＤＬＣ皮膜の密着性を改善できる具体的な皮膜構造と、それを実現するのに有効な被覆方法があることを見出し、本発明に到達した。
前記課題を達成するための具体的手段は、以下の通りである。
すなわち、本発明は、基材の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）皮膜を被覆した被覆工具であって、前記ＤＬＣ皮膜のナノインデンテーション硬度は５０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下であり、前記ＤＬＣ皮膜は基材側から厚み方向（表面側）に向かって水素原子及び窒素原子の含有量が減少しており、前記ＤＬＣ皮膜の表面は、水素原子の含有量が０．５原子％以下であり、窒素原子の含有量が２原子％以下である、密着性に優れる被覆工具である。【０００９】
前記ＤＬＣ皮膜の表面粗さは、算術平均粗さＲａが０．０３μｍ以下であり、最大高さ粗さＲｚが０．５μｍ以下であることが好ましい。
前記ＤＬＣ皮膜の基材の表面は、水素原子の含有量が０．７原子％以上７原子％以下であり、窒素原子の含有量が２原子％超１０原子％以下であることが好ましい。
また、ダイヤモンドライクカーボン皮膜の膜厚は、０．１μｍ〜１．５μｍの範囲であるのが好ましい。
基材としては、炭素含率が１質量％以上の高炭素鋼又は超硬合金であることが好適である。【００１０】
また、本発明の被覆工具の製造方法は、フィルタードアークイオンプレーティング法で基材の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）皮膜を被覆する被覆工具の製造方法であって、
炉内に水素原子を含む混合ガスを導入し、前記基材の表面をガスボンバード処理する工程と、次いで、ガスボンバード処理後の前記炉内に窒素ガスを導入し、炉内に導入する前記窒素ガスの流量を減少させながら、グラファイトターゲットを用いてＤＬＣ皮膜を前記基材の表面に被覆する工程と、を含む方法である。
前記混合ガスは、アルゴンガスと、混合ガス総質量に対して４質量％以上の水素ガスと、を含有する混合ガスであることが好ましい。
前記被覆する工程は、炉内に導入する前記窒素ガスの流量を減少させながらダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆した後、さらに窒素ガスの導入を止めて（窒素ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで減少させて）ダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆するものであることが好ましい。
また、前記被覆する工程において、炉内に導入する窒素ガスの流量は、５ｓｃｃｍ以上３０ｓｃｃｍ以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、密着性に優れた被覆工具およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明例である試料Ｎｏ．１について、ＤＬＣ皮膜のグロー放電発光分光分析結果を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明例である試料Ｎｏ．２について、ＤＬＣ皮膜のグロー放電発光分光分析結果を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明例である試料Ｎｏ．３について、ＤＬＣ皮膜のグロー放電発光分光分析結果を示すグラフである。
【図４】図４は、比較試料Ｎｏ．１について、ＤＬＣ皮膜のグロー放電発光分光分析結果を示すグラフである。
【図５】図５は、比較試料Ｎｏ．２について、ＤＬＣ皮膜のグロー放電発光分光分析結果を示すグラフである。
【図６】図６は、比較試料Ｎｏ．３について、ＤＬＣ皮膜のグロー放電発光分光分析結果を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明例である試料Ｎｏ．１について、ＤＬＣ皮膜のオージェ電子分光分析結果を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明例である試料Ｎｏ．３について、ＤＬＣ皮膜のオージェ電子分光分析結果を示すグラフである。
【図９】図９は、比較試料Ｎｏ．３について、ＤＬＣ皮膜のオージェ電子分光分析結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例で用いたＴ字型フィルタードアーク成膜装置の概略図である。
【図１１】図１１は、本発明例である試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のＤＬＣ皮膜の光学顕微鏡による表面観察写真である。
【図１２】図１２は、比較試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６のＤＬＣ皮膜の光学顕微鏡による表面観察写真である。
【図１３】図１３は、ボールオンディスク試験後の本発明例である各試料の光学顕微鏡による表面観察写真である。
【図１４】図１４は、ボールオンディスク試験後の各比較試料の光学顕微鏡による表面観察写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の被覆工具は、基材の表面にダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆した被覆工具であり、皮膜表面から測定したナノインデンテーション硬度を５０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下とする。本発明の被覆工具は、皮膜表面から測定したナノインデンテーション硬度が５０ＧＰａ以上の高硬度なＤＬＣ皮膜を基材上に有するものである。ナノインデンテーション硬度が５０ＧＰａを下回る低硬度であると、耐摩耗性が低下するため、工具寿命が十分でないものとなる。一方、皮膜の硬さが１００ＧＰａよりも高硬度になると、残留応力が高くなり過ぎて、基材との密着性が低下する。
【００１４】
本発明におけるＤＬＣ皮膜のナノインデンテーション硬度としては、耐摩耗性が良好で基材との密着により優れたものとなる点で、５５ＧＰａ以上がより好ましく、６０ＧＰａ以上がさらに好ましい。また、ＤＬＣ皮膜のナノインデンテーション硬度は、９５ＧＰａ以下がより好ましく、９０ＧＰａ以下がさらに好ましい。
【００１５】
ナノインデンテーション硬度とは、探針を試料（ＤＬＣ皮膜）に押し込んで塑性変形させた際の塑性硬さのことであり、押し込み荷重と押し込み深さ（変位）とから荷重−変位曲線を求めて、硬度を算出する。具体的には、株式会社エリオニクス製のナノインデンテーション装置を用い、押込み荷重９．８ｍＮ、最大荷重保持時間１秒、荷重負荷後の除去速度０．４９ｍＮ／秒の測定条件で皮膜表面の硬度を１０点測定し、値の大きい２点と値の小さい２点を除いた６点の平均値から求められる。
【００１６】
高硬度なＤＬＣ皮膜は、内部応力が極めて高く基材との密着性が乏しい傾向にある。そのため、従来からＤＬＣ皮膜よりも硬度が低い中間皮膜を設けることで基材とＤＬＣ皮膜との密着性を確保する技術が提案されている。しかし、本発明者の検討によれば、基材とＤＬＣ皮膜との間に金属、炭化物または窒化物等の中間皮膜を介在させた場合、中間皮膜の表面欠陥を起点としてＤＬＣ皮膜が優先的に剥離するため、密着性を改善するには十分でないことを確認した。
一方、水素原子または窒素原子を含有するＤＬＣ皮膜は、硬度及び残留応力が低下することが知られている。ＤＬＣ皮膜に含まれる水素原子の含有量が多くなると、硬度及び残留応力は低下する。例えば、ＤＬＣ被膜を被覆金型の被覆用材料として適用した場合、成形中の温度上昇によってＤＬＣ皮膜に含まれる水素が蒸発し、金型に空隙等の欠陥が生じて、金型寿命が低下する。また、ＤＬＣ皮膜に含まれる窒素原子の含有量が多くなる場合も、硬度及び残留応力は低下する。非鉄系材料を加工した場合、溶着が発生し易くなる。そのため、水素原子または窒素原子を過多に含有するＤＬＣ皮膜を介在させて密着性が向上させたとしても、工具特性は改善され難い。
【００１７】
そこで、本発明者は、基材の直上にＤＬＣ皮膜を設け、そのＤＬＣ皮膜の厚み方向における皮膜構造を連続的に変化させて残留応力を低下する手法を検討した。その結果、水素及び窒素の元素を厚み方向に均一に含有させず、ＤＬＣ皮膜の基材側から表面側に向かう厚み方向に水素原子及び窒素原子の含有量を共に減少させると、残留応力が低下し、炭化物が多い冷間工具鋼を基材に用いた場合にも剥離が発生せず、密着性が改善されることを確認した。
但し、基材から離れた表面のＤＬＣ皮膜に含まれる水素原子または窒素原子の含有量が多くなると、被加工材の溶着が発生し、工具寿命が低下し易くなる。そこで、本発明の被覆工具では、ＤＬＣ皮膜の基材側から表面側に向かう厚み方向に水素原子及び窒素原子の含有量を減少させていき、ＤＬＣ皮膜の表面において水素原子の含有量を０．５原子％以下とし、窒素の含有量を２原子％以下とした。すなわち、これは、本発明の被覆工具は、基材側の表面の水素原子の含有量が０．５原子％を超えており、基材側の表面の窒素原子の含有量が２原子％を超えていることを示す。
このような皮膜構造を有することで、基材の直上に設けた高硬度なＤＬＣ皮膜が基材に対して高い密着性を有し、被加工材の溶着も抑制することができる。
本発明の被覆工具は、被覆金型に適用することで金型寿命を大幅に向上できるので好ましい。
【００１８】
中でも、上記と同様の理由から、ＤＬＣ皮膜の表面での水素原子の含有量としては、０．４原子％以下が好ましく、０．３原子％以下がより好ましい。
また、ＤＬＣ皮膜の表面での窒素原子の含有量としては、１．５原子％以下が好ましく、１．０原子％以下がより好ましい。
【００１９】
なお、本発明における皮膜の「表面」とは、被加工材と接触する表面およびその近傍のことをいう。また、本発明における「基材側の表面」とは、基材と接する皮膜の表面およびその界面近傍のことをいう。
【００２０】
水素原子の含有量は、弾性反跳粒子検出法(ＥＲＤＡ分析) により求めることができる。また、窒素原子の含有量は、オージェ電子分光法（ＡＥＳ分析）により求めることができる。
【００２１】
ＤＬＣ皮膜では、基材側における水素含有量が多くなり過ぎると、基材側から表面側に向かって水素含有量を減少させても、ＤＬＣ皮膜の全体に含まれる水素含有量が多くなる。結果、硬度の低下および工具使用中での水素の蒸発による工具特性の低下を招来する。基材側の水素含有量を高めるには、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）等の炭化水素系のガスを導入することが有効である。しかし、炭化水素系のガスを多量に導入すると、炉内に付着するススが多くなり、装置メンテナンスが困難となる。
そのため、ＤＬＣ皮膜の基材側の表面は、水素含有量を０．７原子％以上７原子％以下とすることが好ましい。より好ましい水素含有量は、０．７原子％以上３原子％以下であり、更には０．７原子％以上２原子％以下である。
また、ＤＬＣ皮膜では、基材側における窒素含有量が多くなり過ぎると、基材側から表面側に向かって窒素含有量を減少させても、ＤＬＣ皮膜の全体に含まれる窒素含有量が多くなる。結果、硬度の低下による耐摩耗性の低下および非鉄系材料を加工した場合に溶着が発生し易くなる。
そのため、ＤＬＣ皮膜の基材側の表面は、窒素含有量を２原子％超１０原子％以下とすることが好ましい。より好ましい窒素含有量は、２原子％超８原子％以下であり、更には２原子％超５原子％以下である。
【００２２】
ＤＬＣ皮膜の表面にドロップレットや不純物等が存在すると、これらを起点として被加工材が溶着してカジリ等が発生する。一般的な表面粗さである算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に準拠）、最大高さ粗さＲｚ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に準拠）で測定した場合、Ｒａが０．０３μｍ以下、Ｒｚが０．５μｍ以下の平滑性を有すると、被加工材の溶着の起点となる表面欠陥を低減することができる点で好ましい。より好ましくは、Ｒａは０．０２μｍ以下である。また、より好ましくは、Ｒｚが０．３μｍ以下である。
【００２３】
ＤＬＣ皮膜の膜厚が薄くなり過ぎると、工具としての耐久性が不足する。また、ＤＬＣ皮膜の膜厚が厚くなり過ぎると、皮膜表面の面粗度が悪化する傾向にある。膜厚が厚くなり過ぎる場合、ＤＬＣ皮膜が部分剥離する可能性も大きくなる。そのため、ＤＬＣ皮膜の膜厚は、０．１μｍ〜１．５μｍとすることが好ましく、０．１μｍ〜１．２μｍとすることがより好ましい。被覆工具に十分な耐摩耗性を付与するには、ＤＬＣ皮膜の膜厚は０．２μｍ以上であることが好ましい。平滑な表面粗さと優れた耐摩耗性を同時に達成するには、ＤＬＣ皮膜の膜厚を０．５μｍ〜１．２μｍにすることがより好ましい。
【００２４】
基材としては、特に制限されるものではなく、用途や目的等に応じて適宜選択することができる。例えば、超硬合金、冷間工具鋼、高速度工具鋼、プラスチック金型用鋼、熱間工具鋼等を適用することができる。基材の中でも、密着性の向上効果が高い点で、母材の炭化物が多くて皮膜剥離が発生し易い、炭素含有量が１質量％以上の高炭素鋼や超硬合金が好ましい。高炭素鋼の例としては、例えば、ＪＩＳ−ＳＫＤ１１等が挙げられる。
【００２５】
続いて、本発明の被覆工具の製造方法について説明する。
本発明の被覆工具の製造方法は、フィルタードアークイオンプレーティング法で基材の表面にダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆する被覆工具の製造方法である。具体的には、本発明の被覆工具の製造方法は、炉内に水素を含む混合ガスを導入し、前記基材の表面をガスボンバード処理する工程と、ガスボンバード処理後の前記炉内に窒素ガスを導入し、炉内に導入する前記窒素ガスの流量を減少させながら、グラファイトターゲットを用いてダイヤモンドライクカーボン皮膜を前記基材の表面に被覆する工程と、を設けて構成されている。
【００２６】
本発明の被覆工具におけるＤＬＣ皮膜は、従来知られているフィルタードアークイオンプレーティング装置で被覆することができる。特に、Ｔ字型フィルタードアークイオンプレーティング装置を用いれば、より平滑なＤＬＣ皮膜が被覆できるので好ましい。
ＤＬＣ皮膜の窒素含有量を基材側から表面側に向けて減少させるためには、炉内に導入する窒素ガスの流量を減少させながら、グラファイトターゲットを用いてＤＬＣ皮膜を被覆することで達成できる。一方、ＤＬＣ皮膜の水素含有量を基材側から表面側に向けて減少させるためには、ＤＬＣ皮膜を被覆する前に、水素ガスを含む混合ガスによるガスボンバード処理を実施することが有効である。
【００２７】
ＤＬＣ皮膜を被覆する前の基材において、従来のアルゴンガスによるガスボンバード処理を行った場合、皮膜と基材との界面に酸素が多く存在してしまい密着性が劣ってしまう。この界面に存在する酸素は、専ら基材表面に最初から形成されている酸化膜に起因するものであり、アルゴンガスによるガスボンバード処理では除去しきれていない残存元素である。これに対して、水素を含んだ混合ガスを用いて基材の表面をガスボンバード処理することで、基材の表面にある酸化膜が水素イオンと反応して還元され、ガスボンバード処理により酸化膜および表面の汚れを除去することが可能となる。
水素を含んだ混合ガスで基材の表面をガスボンバード処理した後には炉内に水素が残存している。そのため、ガスボンバード処理の終了後に、窒素ガスのみを炉内に導入して、ガス流量を減少させながらグラファイトターゲットに電力を投入してＤＬＣ皮膜を被覆することで、過多の水素がＤＬＣ皮膜中に含有されず、水素及び窒素が基材側から表面側に向けて減少した皮膜構成を達成することができる。
【００２８】
水素ガスを含む混合ガスは、アルゴンガスと、混合ガス総質量に対して４質量％以上の水素ガスと、を含有する混合ガスであることが好ましい。水素濃度が４質量％以上であると、混合ガスによるガスボンバード処理で酸化膜を除去するのにより適している。また、ガスボンバード処理後に炉内に残留する水素が少なくなり、ＤＬＣ皮膜の基材側に水素が含有され難い。
ガスボンバード処理する際には、高硬度なＤＬＣ皮膜の密着性を高める点で、基材に印加する負圧のバイアス電圧を−２５００Ｖ〜−１５００Ｖとすることが好ましい。基材に印加する負圧のバイアス電圧が小さいと、ガスイオンの衝突エネルギーが低いため、エッチング効果が小さくなり、高硬度なＤＬＣ皮膜の密着性が低下する傾向にある。また、基材に印加する負圧のバイアス電圧が大きいと、プラズマが不安定になって異常放電を起こしてしまうことがある。異常放電が発生すると、工具表面に異常放電（アーキング）痕が形成されるため、工具表面に凹凸が発生する場合がある。
基材表面の酸化物を均一に除去するためには、混合ガスによるガスボンバード処理を３０分以上することが好ましい。
混合ガスによるガスボンバード処理後には、アセチレン等の炭化水素ガスを炉内に導入し、基材側の水素含有量を増加させてもよい。
【００２９】
ＤＬＣ皮膜の被覆時は、基材温度を２００℃以下とすることが好ましい。２００℃よりも高温になると、ＤＬＣ皮膜のグラファイト化が進むため、硬度が低下する傾向にある。
また、ＤＬＣ皮膜の被覆時には、基材に印加するバイアス電圧を−３００Ｖ〜−５０Ｖとすることが好ましい。基材に印加する負圧のバイアス電圧が−５０Ｖ以下であると、カーボンイオンの衝突エネルギーが小さくならず維持しやすく、ＤＬＣ皮膜にボイドなどの欠陥が発生し難くなる。また、基材に印加する負圧のバイアス電圧が−３００Ｖ以上であると、成膜中に異常放電が起き難くなる。
基材に印加するバイアス電圧は、−２００Ｖ〜−１００Ｖがより好ましい。
ＤＬＣ皮膜の被覆時は、基材温度を２００℃以下とすることが好ましい。２００℃よりも高温になると、ＤＬＣ皮膜のグラファイト化が進むため、硬度が低下する傾向にある。
また、ＤＬＣ皮膜の被覆時には、基材に印加するバイアス電圧、絶対値で５０Ｖ〜３００Ｖとすることが好ましい。基材に印加する負圧のバイアス電圧の絶対値が５０Ｖ以上であると、カーボンイオンの衝突エネルギーが大きくなり、ＤＬＣ皮膜にボイドなどの欠陥が発生し難くなる。また、基材に印加する負圧のバイアス電圧の絶対値が３００Ｖ以下であると、成膜中での異常放電がより抑制される。
基材に印加するバイアス電圧は、−２００Ｖ〜−１００Ｖがより好ましい。
【００３０】
ガスボンバード処理後に炉内に導入する窒素ガスの流量は、３０ｓｃｃｍ以下とすることが好ましい。ガスの流量が３０ｓｃｃｍよりも大きくなると、ＤＬＣ皮膜に含まれる窒素の含有量が増加して、硬度の低下による耐摩耗性の低下および非鉄系材料を加工した場合に、溶着が発生し易くなる。一方、炉内に導入する窒素ガスの流量が少なすぎると、ＤＬＣ皮膜の残留圧縮応力を低下させるのに十分でない。そのため、ガスボンバード処理後に、炉内に導入する窒素ガスの流量は、ＤＬＣ皮膜の残留圧縮応力の低下の観点から、５ｓｃｃｍ以上とすることが好ましい。そして、ＤＬＣ皮膜は、炉内に導入する窒素ガスの流量を段階的に減少させながら被覆し、その後窒素ガスの導入を止め、最終的には窒素ガスを導入せずにＤＬＣ皮膜を被覆することが好ましい。
【００３１】
本発明の被覆工具の製造方法では、フィルタードアークイオンプレーティング法で基材の表面にダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆する。フィルタードアークイオンプレーティング装置を用いるため、平滑なＤＬＣ皮膜が得られやすいが、膜厚が厚くなると表面粗さが低下する場合がある。その場合は、被覆後のＤＬＣ皮膜の表面を研摩処理することで、被覆工具において好ましい表面状態を達成することができる。
また、ＤＬＣ皮膜を被覆する前の基材については、基材とＤＬＣ皮膜の密着性をより向上させるためにより平滑であることが好ましい。具体的には、基材の表面粗さは、一般的な表面粗さである算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に準拠）、及び最大高さ粗さＲｚ（ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に準拠）にて測定した場合、Ｒａが０．０６μｍ以下、Ｒｚが０．１μｍ以下に研磨されていることが好ましい。更には、基材の表面粗さは、Ｒａが０．０５μｍ以下、Ｒｚが０．０８μｍ以下であることがより好ましい。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。【００３３】
（実施例１）
＜成膜装置＞
成膜装置は、Ｔ字型フィルタードアークイオンプレーティング装置を用いた。装置の概略図を図１０に示す。成膜チャンバー（６）には、グラファイトターゲットを設置したカーボン陰極（カソード）（１）を装着するアーク放電式蒸発源と、基材を搭載するための基材ホルダー（７）を有する。基材ホルダーの下には回転機構（８）があり、基材は基材ホルダーを介して、自転かつ公転する。符号（２）は、カーボン成膜ビームを示し、符号（３）は、球状グラファイト(ドロップレット）中性粒子を示す。
グラファイトターゲット表面上にアーク放電を発生させると、電荷を有するカーボンのみが磁気コイル（４）に曲げられて成膜チャンバーに到達して基材に皮膜を被覆する。電荷を有しないドロップレットは磁気コイルによって曲げられずにダクト（５）内に捕集される。【００３４】
＜基材＞
ＤＬＣ皮膜の被覆直後の剥離状態と溶着性の評価には、寸法がφ２０×５ｍｍの６０ＨＲＣに調質したＪＩＳ−ＳＫＤ１１相当鋼材の基材を用いた。
ナノインデンター硬さ、皮膜分析、破断面による膜厚の測定には、コバルト含量が１０質量％の炭化タングステン（ＷＣ−１０質量％Ｃｏ）からなる超硬合金製の基材（寸法：４ｍｍ×８ｍｍ×２５ｍｍ、平均粒度：０．８μｍ、硬度：９１．２ＨＲＡ）を用いた。
スクラッチ試験には、寸法が２１ｍｍ×１７ｍｍ×２ｍｍのＪＩＳ−ＳＫＨ５１相当鋼材の基材を用いた。
上記のいずれの基材も、ＤＬＣ皮膜を被覆する前に、算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下、最大高さ粗さＲｚが０．０７μｍ以下となるように研磨した。そして、研磨後、脱脂洗浄して、チャンバー内の基材ホルダーに固定した。
各基材に対しては、ＤＬＣ皮膜を以下の条件で被覆した。【００３５】
＜実施例１（試料Ｎｏ．１）＞
成膜チャンバーを５×１０-３Ｐａまで真空引きを行い、加熱用ヒーターにより基材を１５０℃付近に加熱して９０分間保持した。
その後、基材に印加する負圧のバイアス電圧を−２０００Ｖとし、アルゴンガスに５質量％の水素ガスを含有した混合ガスによるガスボンバード処理を９０分実施した。混合ガスの流量は５０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍとした。
ガスボンバード処理後、成膜チャンバーに１０ｓｃｃｍ窒素ガスを導入し、基材に−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに５０Ａの電流を投入し、ＤＬＣ皮膜を約１０分間被覆した。
次いで、窒素ガスを５ｓｃｃｍとし、ＤＬＣ皮膜を約１０分間被覆した。次いで、窒素ガスの導入を止めて、ＤＬＣ皮膜を３０分間被覆した。【００３６】
＜実施例２（試料Ｎｏ．２）＞
ガスボンバード処理までは試料Ｎｏ．１と同様とした。ガスボンバード処理後、成膜チャンバーに１０ｓｃｃｍ窒素ガスを導入し、基材に−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに投入する電流を５０Ａ〜８０Ａに段階的に増加させ、ＤＬＣ皮膜を約３０分間被覆した。
次いで、窒素ガス流量を５ｓｃｃｍとし、ＤＬＣ皮膜を約３０分間被覆した。次に、窒素ガスの導入を止めて、ＤＬＣ皮膜を約７０分間被覆した。【００３７】
＜実施例３（試料Ｎｏ．３）＞
ガスボンバード処理までは試料Ｎｏ．１と同様とした。ガスボンバード処理後、成膜チャンバーに２０ｓｃｃｍ窒素ガスを導入し、基材には−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに投入する電流を５０Ａ〜８０Ａに段階的に増加させ、ＤＬＣ皮膜を約３０分間被覆した。
次いで、窒素ガス流量を２０ｓｃｃｍから５ｓｃｃｍに段階的に変化させ、ＤＬＣ皮膜を約３０分間被覆した。次いで、窒素ガスの導入を止めて、ＤＬＣ皮膜を約７０分間被覆した。【００３８】
＜実施例４（試料Ｎｏ．４）＞
ガスボンバード処理までは試料Ｎｏ．１と同様とした。ガスボンバード処理後、成膜チャンバーに５ｓｃｃｍのＣ２Ｈ２ガスを５分間導入した。その後、Ｃ２Ｈ２の導入を止めて、１０ｓｃｃｍ窒素ガスを導入し、基材には−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに５０Ａの電流を投入して、ＤＬＣ皮膜を約１０分間被覆した。
次いで、窒素ガスの流量を５ｓｃｃｍとしてＤＬＣ皮膜を約１０分間被覆した。次いで、窒素ガスの導入を止めて、ＤＬＣ皮膜を約３０分間被覆した。【００３９】
＜実施例５（試料Ｎｏ．５）＞
ガスボンバード処理までは試料Ｎｏ．１と同様とした。ガスボンバード処理後、成膜チャンバーに１００ｓｃｃｍのアルゴンガスに５質量％の水素ガスを含有した混合ガスを５分間導入した。その後、混合ガスの導入を止めて、１０ｓｃｃｍ窒素ガスを導入し、基材には−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに投入する電流を５０ＡとしてＤＬＣ皮膜を約１０分間被覆した。
次いで、窒素ガス流量を５ｓｃｃｍとし、ＤＬＣ皮膜を約１０分間被覆した。次いで、窒素ガスの導入を止めて、ＤＬＣ皮膜を約３０分間被覆した。【００４０】
＜実施例６（試料Ｎｏ．６）＞
ガスボンバード処理までは試料Ｎｏ．１と同様とした。ガスボンバード処理後、成膜チャンバーに１０ｓｃｃｍのＣ２Ｈ２ガスを１０分間導入した。その後、１０ｓｃｃｍのＣ２Ｈ２ガスと１５ｓｃｃｍの窒素ガスを同時に導入し、基材には−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに投入する電流を５０Ａ〜８０Ａに段階的に増加させ、ＤＬＣ皮膜を約６分間被覆した。
次いで、Ｃ２Ｈ２ガスの導入を止めて、１５ｓｃｃｍの窒素ガス流量を導入し、ＤＬＣ皮膜を約４５分間被覆した。次いで、窒素ガス流量を１５ｓｃｃｍから５ｓｓｃｍに段階的に変化させ、ＤＬＣ皮膜を約４５分間被覆した。次いで、窒素ガスの導入を止めて、ＤＬＣ皮膜を約１００分間被覆した。【００４１】
＜実施例７（試料Ｎｏ．７）＞
ガスボンバード処理までは試料Ｎｏ．１と同様とした。ガスボンバード処理後、成膜チャンバーにＣ２Ｈ２ガスを導入した。その後、Ｃ２Ｈ２の導入を止めて、１０ｓｃｃｍ窒素ガスを導入し、基材には−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに投入する電流を５０Ａとし、ＤＬＣ皮膜を約１０分間被覆した。次いで、再び炉内にＣ２Ｈ２ガスを導入した。その後、Ｃ２Ｈ２ガスの導入を止めて、窒素ガス流量を５ｓｃｃｍとして、ＤＬＣ皮膜を約１０分間被覆した。次いで、窒素ガスの導入を止めて、ＤＬＣ皮膜を約３０分間被覆した。【００４２】
＜比較例１（比較試料Ｎｏ．１）＞
ガスボンバード処理までは試料Ｎｏ．１と同様とした。ガスボンバード処理後、窒素ガスを導入せず、基材に−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに投入する電流を５０ＡとしてＤＬＣ皮膜を約５０分間成膜した。【００４３】
＜比較例２（比較試料Ｎｏ．２）＞
ガスボンバード処理は、アルゴンガスのみで行った。ガスボンバード処理後、成膜チャンバーに１０ｓｃｃｍ窒素ガスを導入し、基材に−１５０Ｖのバイアス電圧を印加し、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに投入する電流を５０Ａとして、ＤＬＣ皮膜を約１０分間被覆した。次いで、窒素ガス流量を５ｓｃｃｍとし、ＤＬＣ皮膜を約１０分間被覆した。次いで、窒素ガスの導入を止めて、ＤＬＣ皮膜を約３０分間被覆した。【００４４】
＜比較例３（比較試料Ｎｏ．３；従来例）＞
ガスボンバード処理は、アルゴンガスのみで行った。ガスボンバード処理後、窒素ガスを導入せず、基材に−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに投入する電流を５０ＡとしてＤＬＣ皮膜を約５０分間成膜した。【００４５】
＜比較例４（比較試料Ｎｏ．４；従来例）＞
ＤＬＣ皮膜の被覆前に基材表面をアルゴンガスのみでガスボンバード処理して約３μｍのＣｒＮを中間皮膜として被覆した。中間皮膜の被覆後、窒素ガスを導入せず、基材に−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに投入する電流を５０ＡとしてＤＬＣ皮膜を約５０分間成膜した。【００４６】
なお、上述した何れの試料も、基材の温度２００℃以下になるように成膜と冷却を繰り返しながらＤＬＣ皮膜を被覆した。
ＤＬＣ皮膜を被覆した各試料について、硬度測定、密着性評価、溶着性評価、構造分析を行った。以下、その測定条件について説明する。【００４７】
＜比較例５（比較試料Ｎｏ．５）＞
ガスボンバード処理までは、試料Ｎｏ．１と同様とした。ガスボンバード処理後、成膜チャンバーに１０ｓｃｃｍ窒素ガスを導入し、基材に−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに５０Ａの電流を投入し、ＤＬＣ皮膜を約１０分間被覆した。
次いで、窒素ガスを５ｓｃｃｍとし、ＤＬＣ皮膜を約１０分間被覆した。次いで、窒素ガスの導入を止めて、２０ｓｃｃｍのＣ２Ｈ２ガスを導入し、ＤＬＣ皮膜を３０分間被覆した。【００４８】
＜比較例６（比較試料Ｎｏ．６）＞
ガスボンバード処理までは、試料Ｎｏ．１と同様とした。ガスボンバード処理後、成膜チャンバーに２０ｓｃｃｍ窒素ガスを導入し、基材には−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、基材温度を１００℃以下とした。そして、グラファイトターゲットに投入する電流を５０Ａ〜８０Ａに段階的に増加させ、ＤＬＣ皮膜を約３０分間被覆した。
次いで、窒素ガス流量を２０ｓｃｃｍから５ｓｃｃｍに段階的に変化させ、ＤＬＣ皮膜を約３０分間被覆した。次いで、５ｓｃｃｍ窒素ガスの導入し、ＤＬＣ皮膜を約７０分間被覆した。【００４９】
＜測定および評価＞
−硬度の測定−
株式会社エリオニクス製のナノインデンテーション装置を用い、皮膜表面の硬度を測定した。押込み荷重９．８ｍＮ、最大荷重保持時間１秒、荷重負荷後の除去速度０．４９ｍＮ／秒の測定条件で１０点測定し、値の大きい２点と値の小さい２点を除いて６点の平均値から求めた。標準試料である溶融石英の硬さが１５ＧＰａ、ＣＶＤダイヤモンド皮膜の硬さが１００ＧＰａであることを確認した。【００５０】
−表面粗さの測定−
株式会社東京精密製の接触式面粗さ測定器ＳＵＲＦＣＯＭ４８０Ａを用いて、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１−２００１に従って、粗さ曲線より算術平均粗さＲａと最大高さ粗さＲｚを測定した。測定条件は、評価長さ：４．０ｍｍ、測定速度：０．３ｍｍ／ｓ、カットオフ値：０．８ｍｍとした。【００５１】
−密着性の評価−
被覆直後の試料のＤＬＣ皮膜表面を、株式会社ミツトヨ製の光学顕微鏡を用いて約８００倍の倍率で観察して剥離状況を評価した。ＤＬＣ皮膜の表面剥離の評価基準は以下の通りとした。
<表面剥離の評価基準>
Ａ：表面剥離無し
Ｂ：微小剥離有り
Ｃ：剥離有り【００５２】
また、ＣＳＭ社製スクラッチ試験機（ＲＥＶＥＴＥＳＴ）を用いて剥離荷重を測定した。測定条件は、測定荷重：０〜１００Ｎ、荷重スピード：９９．２５Ｎ／ｍｉｎ、スクラッチスピード：１０ｍｍ／ｍｉｎ、スクラッチ距離：１０ｍｍ、ＡＥ感度：５、圧子：ロックウェル、ダイヤモンド、先端半径：２００μｍ、ハードウェア設定：Ｆｎコンタクト０．９Ｎ、Ｆｎスピード：５Ｎ／ｓ、Ｆｎ除去スピード  ：１０Ｎ／ｓ、アプローチスピード：２％／ｓとした。
初期チッピング発生荷重をＡ荷重とし、スクラッチ痕底部の基材が完全に露出した時の荷重をＢ荷重として評価した。【００５３】
−ＧＤ−ＯＥＳ分析−
窒素成分の分布を確認するため、ＤＬＣ皮膜表面から基材にかけてグロー放電発光分析（ＧＤ−ＯＥＳ）による構造分析を行った。装置はＨＯＲＩＢＡ  ＪＯＢＩＮ  ＹＶＯＮ製のＪＹ−５０００ＲＦ型ＧＤ−ＯＥＳを使用した。分析条件は、スパッタリング用ガスとしてＡｒを用い、圧力：６００Ｐａ、出力：３５Ｗ、モジュール：６Ｖ、フェーズ４：Ｖ、ガス置換時間：２０秒、予備スパッタ時間：３０秒、バックグラウンド：１０秒、測定時間：９０秒〜１２０秒とした。
窒素の発光強度が低いことから、ピーク強度を３０倍にして確認した。代表例として、本発明例である試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３及び比較試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３のＧＤ−ＯＥＳによる強度プロファイルを図１〜図６に示す。【００５４】
−ＡＥＳ分析−
ＤＬＣ皮膜の表面から基材にかけてオージェ電子分光法（ＡＥＳ分析）による窒素成分の定量分析を行った。装置には、パーキン・エルマー社製のＰＨＩ６５０（走査型オージェ電子分光装置）を使用した。分析は、下記の分析条件にて行った。
（分析条件）
・一次電子のエネルギー：３ｋｅＶ
・電流：約２６０ｎＡ
・入射角度：試料法線に対して３０度
・分析領域：約５μｍ×５μｍ
（イオンスパッタ（Ａｒ＋）の条件）
・エネルギー：３ｋｅＶ
・電流：２５ｍＡ
・入射角度：試料法線に対して約５８度
・スパッタ速度：約５０ｎｍ／ｍｉｎ
代表例として、図７に本発明例である試料Ｎｏ．１、図８に本発明例である試料Ｎｏ．３、図９に比較例である比較試料Ｎｏ．３の測定結果を示す。【００５５】
−ＥＲＤＡ分析−
水素成分の分布を確認するため、Ｅｌａｓｔｉｃ  Ｒｅｃｏｉｌ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
Ａｎａｌｙｓｉｓ  弾性反跳粒子検出法(ＥＲＤＡ分析)により、ＤＬＣ皮膜の基材側と表
面側で水素濃度分析を行った。装置はＮａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製  Ｐｅｌｌｅｔｒｏｎ  ３ＳＤＨを使用した。エネルギー２．３ＭｅＶのＨｅ＋＋イオンを試料面の法線に対し７５度の角度で入射し、反跳された水素粒子(Ｈ、Ｈ＋)を散乱角３０度の位置で半導体検出器により検出した。【００５６】
−ボールオンディスク試験−
溶着性を評価するために、ボールオンディスク試験機（ＣＳＭ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製  Ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒ）を使用した。ＤＬＣ皮膜を被覆した基材にアルミＡ５０５２球（直径６ｍｍ）を５Ｎの荷重で押し付けながら、円盤状試験片を１００ｍｍ／秒の速度で回転させた。試験距離は１００ｍとした。【００５７】
試験結果を纏めて表１に示す。本発明例である試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７は、被覆後の表面剥離が無く、スクラッチ試験による密着性も比較例よりも優れた。膜厚が１μｍ以上である本発明例である試料Ｎｏ．６よりも、膜厚が小さい本発明例である試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５及びＮｏ．７の方が、ＤＬＣ皮膜がより平滑になる傾向にあった。
ＤＬＣ皮膜を被覆直後の試料表面の光学顕微鏡観察写真について図１１、図１２に代表例を示す。比較試料Ｎｏ．１、比較試料Ｎｏ．２については、被覆後に直径が２０μｍ程度の微小剥離が確認された。比較例の中でも、ＤＬＣ皮膜の基材側に水素または窒素をいずれも含有させていない比較試料Ｎｏ．３や、基材とＤＬＣ皮膜の間に窒化物の中間皮膜を介した比較試料Ｎｏ．４については、ＤＬＣ皮膜の被覆後に直径が１００μｍ程度の大きな剥離が確認され、スクラッチ荷重も低くなった。
ボールオンディスク試験後の表面観察写真について、図１３に本発明例の試料の代表例を、図１４に比較試料の代表例を、それぞれ示す。本発明例では、いずれもボールオンディスク試験で皮膜剥離や溶着は発生してないことが確認された。一方、比較例では、いずれも皮膜剥離があり、剥離に伴う溶着も確認された。
密着性が優れるＤＬＣ皮膜の皮膜構造を確認するため、分析を行った。本発明例の試料及び比較試料Ｎｏ．２は、ＧＤ−ＯＥＳ分析から、基材側から表面側に向かって窒素濃度が減少していることが確認された。【００５８】
ＡＥＳ分析の結果、本発明例の試料のＤＬＣ皮膜の基材側の表面には、２．８原子％〜３．７原子％の窒素が含有されていることを確認した。一方、本発明例の試料ＤＬＣ皮膜の表面の窒素含有量は、検出限界以下（１．０原子％以下）であった。なお、基材側に見られるピーク（例えば、図７においてはスパッタリング深さ１０００ｎｍ〜１７００ｎｍ付近のピーク）は、ＮとＷのオージェピークの干渉によるものである。
ＥＲＤＡ分析から、本発明例の試料のＤＬＣ皮膜は、基材側の表面に水素を１．０原子％〜７．８原子％含有し、逆に表面の水素含有量が検出限界以下（０．２原子％以下）であることを確認した。代表例として、本発明例である試料Ｎｏ．４〜Ｎｏ．７の膜厚方向の水素濃度分析の詳細を表２に示す。本発明例は、いずれもＤＬＣ皮膜の基材側から表面側に向けて水素濃度が減少していることが確認された。
以上の分析から、密着性が優れる本発明例は、基材側から表面側に向かって窒素含有量及び水素含有量が減少していることが確認された。【００５９】
比較試料Ｎｏ．１〜比較試料Ｎｏ．３では、基材側から表面側に向かって窒素含有量及び水素含有量が減少している皮膜構造は確認されなかった。そのため、本発明例の試料に比べて密着性が低下して、溶着も発生した。
また、比較試料Ｎｏ．４では、基材とＤＬＣ皮膜との間に別途窒化物からなる中間皮膜を介在させているため、窒化物皮膜の表面欠陥を起点にＤＬＣ皮膜の表面剥離が発生し、スクラッチ試験による密着性も低くなった。
比較試料Ｎｏ．５では、基材側から表面側に向かって窒素含有量が減少しているが、水素含有量は増加している。そのため、本発明例の試料に比べて皮膜硬度及び密着性が低下して、溶着も発生した。
比較例６は、基材側から表面側に向かって窒素含有量及び水素含有量が減少しているが、表面の窒素含有量が多い。そのため、本発明例の試料に比べて皮膜硬度及び密着性が低下して、溶着も発生した。【００６０】
【表１】
2014157560.tif 000003
【００６１】
【表２】
2014157560.tif 000004
【００６２】
日本出願２０１３−０７３６１７の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
【図１】
2014157560.tif 000005
【図２】
2014157560.tif 000006
【図３】
2014157560.tif 000007
【図４】
2014157560.tif 000008
【図５】
2014157560.tif 000009
【図６】
2014157560.tif 000010
【図７】
2014157560.tif 000011
【図８】
2014157560.tif 000012
【図９】
2014157560.tif 000013
【図１０】
2014157560.tif 000014
【図１１】
2014157560.tif 000015
【図１２】
2014157560.tif 000016
【図１３】
2014157560.tif 000017
【図１４】
2014157560.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月9日(2016.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明者は、高硬度のＤＬＣ皮膜の密着性を改善できる具体的な皮膜構造と、それを実現するのに有効な被覆方法があることを見出し、本発明に到達した。
前記課題を達成するための具体的手段は、以下の通りである。
すなわち、本発明は、基材の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）皮膜を被覆した被覆工具であって、前記ＤＬＣ皮膜のナノインデンテーション硬度は５０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下であり、前記ＤＬＣ皮膜は基材側から厚み方向（表面側）に向かって水素原子及び窒素原子の含有量が減少しており、前記ＤＬＣ皮膜の表面は、水素原子の含有量が０．５原子％以下であり、窒素原子の含有量が２原子％以下であり、前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の基材側の表面は、水素原子の含有量が０．７原子％以上７原子％以下であり、窒素原子の含有量が２原子％超８原子％以下である、密着性に優れる被覆工具である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記ＤＬＣ皮膜の表面粗さは、算術平均粗さＲａが０．０３μｍ以下であり、最大高さ粗さＲｚが０．５μｍ以下であることが好ましい。
また、ダイヤモンドライクカーボン皮膜の膜厚は、０．１μｍ〜１．５μｍの範囲であるのが好ましい。
基材としては、炭素含率が１質量％以上の高炭素鋼又は超硬合金であることが好適である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明の被覆工具の製造方法は、フィルタードアークイオンプレーティング法で基材の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）皮膜を被覆する被覆工具の製造方法であって、
炉内に水素原子を含む混合ガスを導入し、前記基材の表面をガスボンバード処理する工程と、次いで、ガスボンバード処理後の前記炉内に５ｓｃｃｍ以上３０ｓｃｃｍ以下の窒素ガスを導入し、炉内に導入する前記窒素ガスの流量を減少させながら、グラファイトターゲットを用いてＤＬＣ皮膜を前記基材の表面に被覆する工程と、を含む方法である。
前記混合ガスは、アルゴンガスと、混合ガス総質量に対して４質量％以上の水素ガスと、を含有する混合ガスであることが好ましい。
前記被覆する工程は、炉内に導入する前記窒素ガスの流量を減少させながらダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆した後、さらに窒素ガスの導入を止めて（窒素ガスの導入量を０ｓｃｃｍまで減少させて）ダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆するものであることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。なお、実施例６は、参考例である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面にダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆した被覆工具であって、
前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜のナノインデンテーション硬度は、５０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下であり、
前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜は、前記基材側から厚み方向に向かって水素原子及び窒素原子の含有量が減少しており、
前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の表面は、水素原子の含有量が０．５原子％以下であり、窒素原子の含有量が２原子％以下であり、
前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の基材側の表面は、水素原子の含有量が０．７原子％以上７原子％以下であり、窒素原子の含有量が２原子％超８原子％以下である被覆工具。
【請求項２】
前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の表面粗さは、算術平均粗さＲａが０．０３μｍ以下であり、最大高さ粗さＲｚが０．５μｍ以下である請求項１に記載の被覆工具。
【請求項３】
前記ダイヤモンドライクカーボン皮膜の膜厚が、０．１μｍ〜１．５μｍである請求項１又は請求項２に記載の被覆工具。
【請求項４】
前記基材が、炭素含率が１質量％以上の高炭素鋼又は超硬合金である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の被覆工具。
【請求項５】
フィルタードアークイオンプレーティング法で基材の表面にダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆する被覆工具の製造方法であって、
炉内に水素ガスを含む混合ガスを導入し、前記基材の表面をガスボンバード処理する工程と、
ガスボンバード処理後の前記炉内に５ｓｃｃｍ以上３０ｓｃｃｍ以下の窒素ガスを導入し、炉内に導入する前記窒素ガスの流量を減少させながら、グラファイトターゲットを用いてダイヤモンドライクカーボン皮膜を前記基材の表面に被覆する工程と、
を含む被覆工具の製造方法。
【請求項６】
前記混合ガスは、アルゴンガスと、混合ガス総質量に対して４質量％以上の水素ガスと、を含有する混合ガスである請求項５に記載の被覆工具の製造方法。
【請求項７】
前記被覆する工程は、炉内に導入する前記窒素ガスの流量を減少させながらダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆した後、さらに窒素ガスの導入を止めてダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆する請求項５または請求項６に記載の被覆工具の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月12日(2016.10.12)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、例えばプレス加工用の金型、鍛造用の金型や、鋸刃等の切断工具、又はドリル等の切削工具などの、ダイヤモンドライクカーボン皮膜（以下、「ＤＬＣ皮膜」ともいう。）を被覆した被覆工具の製造方法に関するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタードアークイオンプレーティング法で基材の表面にダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆する被覆工具の製造方法であって、
炉内に水素ガスを含む混合ガスを導入し、前記基材の表面をガスボンバード処理する工程と、
ガスボンバード処理後の前記炉内に５ｓｃｃｍ以上３０ｓｃｃｍ以下の窒素ガスを導入し、炉内に導入する前記窒素ガスの流量を減少させながら、グラファイトターゲットを用いてダイヤモンドライクカーボン皮膜を前記基材の表面に被覆する工程と、
を含む被覆工具の製造方法。
【請求項２】
前記混合ガスは、アルゴンガスと、混合ガス総質量に対して４質量％以上の水素ガスと、を含有する混合ガスである請求項１に記載の被覆工具の製造方法。
【請求項３】
前記被覆する工程は、炉内に導入する前記窒素ガスの流量を減少させながらダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆した後、さらに窒素ガスの導入を止めてダイヤモンドライクカーボン皮膜を被覆する請求項１または請求項２に記載の被覆工具の製造方法。
【国際調査報告】
2014157560.tif 000019
2014157560.tif 000020
2014157560.tif 000021
2014157560.tif 000022