JP2000008155A

JP2000008155A - 硬質炭素膜被覆部材

Info

Publication number: JP2000008155A
Application number: JP17901398A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Oda; 一彦織田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2000-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】中間層と硬質炭素膜との間の密着性を向上さ
せようとするものである。【解決手段】基材上に複数の被膜層を積層してなり、
上記基材を、超硬合金、サーメット、鋼材、窒化ケイ
素、ジルコニア、炭化ケイ素、アルミナ、アルミニウム
合金、マグネシウム合金、又はチタン合金のいずれかか
ら選び、上記被膜層の最外層を硬質炭素層から形成し、
上記基材と最外層の間の中間層のうち、最外層に内接す
る中間層を、４族の金属、５族の金属、６族の金属、Ｓ
ｉ、Ａｌ、又はＧｅの中から選ばれる１種又は複数種の
金属を含む金属の炭化物、窒化物、又は炭窒化物とし、
上記最外層とこの中間層との界面部に存在する酸素濃度
を、最大値で３ａｔ％、又は、界面を基準に±５０ｎｍ
の範囲の平均値で２ａｔ％以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、表面に硬質炭素
膜を被覆した工具、金型、機械部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】硬質炭素膜は、ダイヤモンド構造を一部
に有するアモルファス状の炭素膜又は水素化炭素膜で、
アモルファスカーボン（ａ−Ｃ、ａ−Ｃ：Ｈ）、ｉ−Ｃ
（アイ・カーボン）、ダイヤモンド状炭素（Diamond li
ke carbon ；ＤＬＣ）等とも呼ばれている。

【０００３】この硬質炭素膜は、一般にヌープ硬度が１
０００〜６０００と高硬度で耐摩耗性に優れている。多
くの相手材料に対する無潤滑での摩擦係数は、０．０５
〜０．２と極めて低く、軟質金属の離型性にも優れてい
る。化学的にも安定で、多くの酸、アルカリに対して極
めて高い耐食性を有する。また、電気抵抗率は１０⁶〜
１０¹⁴Ω％ｃｍと高い絶縁性を有し、赤外線に対して高
い透過性を有する等の、ダイヤモンドに類似した特性を
多く有する。これらの優れた性質を生かして、この硬質
炭素膜は、種々の分野への応用が期待されている。特
に、耐摩耗性部品、摺動部品、電気・電子部品、赤外線
光学部品、成型・成形部品等へのコーティングに関して
開発が進められている。特に近年、ビデオ部品やビデオ
テープの潤滑性、耐擦傷性を向上させるための保護コー
ティング、ハンダやアルミニウム等の軟質金属の溶着防
止の離型性コーティング等での実用化が著しい。

【０００４】硬質炭素膜の形成には種々の手法がある。
例えば、結晶質ダイヤモンド薄膜を形成する手法として
は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶ
Ｄ法、フィラメント法等に準ずる手法が知られている。
この他、硬質炭素膜を形成する方法として、高周波や直
流放電等の各種プラズマ源を用いたプラズマＣＶＤ法、
炭素又は炭化水素イオンを用いるイオンビーム蒸着法、
固体炭素源からスパッタリングやアーク放電にて炭素を
気化し、基体上に成膜する手法があげられる。これらの
各手法は、対象基材や用途、処理数等により使い分けら
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、硬質炭
素膜は非常に高い内部応力を有しており、その応力のた
め剥離が起こりやすく、厚膜化が困難である等の問題を
有する。このため、硬質炭素膜はその膜厚が１．５μｍ
を超えるものを得るのは極めて困難で、かつ、適用可能
な基材材料も限られていた。

【０００６】この問題を解決するため、特公平５−８２
４７２号公報に、基材と硬質炭素膜の間に金属炭化物や
金属窒化物等の中間層を導入する方法が開示されてい
る。しかし、工具等の厳しい環境下で使用される用途に
おいて、中間層と硬質炭素膜との間の密着性が十分なも
のが得られず、実用化に際して問題を有していた。

【０００７】そこで、この発明は、中間層と硬質炭素膜
との間の密着性を向上させようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、基材上に複
数の被膜層を積層してなり、上記基材は、超硬合金、サ
ーメット、鋼材、窒化ケイ素、ジルコニア、炭化ケイ
素、アルミナ、アルミニウム合金、マグネシウム合金、
又はチタン合金のいずれかから選ばれ、上記被膜層の最
外層は硬質炭素層からなり、上記基材と最外層の間の中
間層のうち、最外層に内接する中間層は、４族の金属、
５族の金属、６族の金属、Ｓｉ、Ａｌ、又はＧｅの中か
ら選ばれる１種又は複数種の金属を含む金属の炭化物、
窒化物、又は炭窒化物であり、上記最外層とこの中間層
との界面部に存在する酸素濃度が、最大値で３ａｔ％、
又は、界面を基準に±５０ｎｍの範囲の平均値で２ａｔ
％以下とすることにより、上記の課題を解決したもので
ある。

【０００９】硬質炭素層からなる最外層と中間層の界面
部の酸素濃度を所定値に限定したので、硬質炭素層と中
間層の界面にＣＯやＣＯ₂が形成されるのを抑制するこ
とができ、両者の密着性を向上させることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。この発明にかかる硬質炭素膜被覆
部材は、基材上に複数の被膜層を積層した部材である。

【００１１】上記基材は、超硬合金、サーメット、鋼
材、窒化ケイ素、ジルコニア、炭化ケイ素、アルミナ、
アルミニウム合金、マグネシウム合金、又はチタン合金
のいずれかから選ばれる。上記鋼材としては、工具鋼、
高速度鋼、軸受鋼、ステンレス鋼、炭素鋼、Ｍｎ鋼、Ｍ
ｎ−Ｃｒ鋼、Ｃｒ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ鋼、Ｎｉ−Ｃｒ鋼、Ｎ
ｉ−Ｃｒ−Ｍｏ鋼等の鋼材や窒化鋼等があげられる。

【００１２】上記被膜層のうち最外層は硬質炭素膜から
なる硬質炭素層で構成される。この硬質炭素層は非晶質
であり、高周波や直流放電等の各種プラズマ源を用いた
プラズマＣＶＤ法、炭素又は炭化水素イオンを発生させ
る炭化水素ガスを用いるイオンビーム蒸着法、固体炭素
源からスパッタリングやアーク放電にて炭素を気化する
カソードアークイオンプレーティング法等によって成膜
される。

【００１３】上記基材と最外層の間に構成される被膜
層、すなわち、中間層は、１層に限られず、２層以上の
多層であってもよい。この中間層は、上記基材の表面を
硬質化すると共に、硬質炭素層と基材との密着性を高め
る機能を有する。この機能を発揮するために、最外層に
内接する中間層は、４族の金属、５族の金属、６族の金
属、Ｓｉ、Ａｌ、又はＧｅの中から選ばれる１種又は複
数種の金属を含む金属の炭化物、窒化物、又は炭窒化物
から構成される。これらの具体例としては、炭化チタ
ン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭化タングステン、窒
化クロム等があげられる。なお、上記の４族、５族、６
族は、周期律表の族を表すものであり、かつ、ＩＵＰＡ
Ｃ無機化学命名法改訂版（１９８９年）の標記法に従っ
たものである。具体的には、上記の４族金属とは、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等をいい、５族金属とは、Ｖ、Ｎｂ、Ｔ
ａ等をいい、６族金属とは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等をいう。

【００１４】この中間層は、高周波や直流放電等の各種
プラズマ源を用いたプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、イ
オンプレーティング法、固体蒸発源からスパッタリング
やアーク放電にて対象原子を気化するカソードアークイ
オンプレーティング法等によって成膜される。

【００１５】上記の中間層の膜厚は、０．０５〜５μｍ
が好ましく、０．２〜３μｍがより好ましい。０．０５
μｍ未満の場合、上記基材の凹凸をカバーしきれなかっ
たり、ピンホールが残存する場合が生ずる。さらに、中
間層そのものに耐摩耗性向上の効果をあまり期待できな
い。一方、５μｍを超える場合、中間層そのものの内部
応力が高くなり、中間層が剥離しやすくなる。

【００１６】上記最外層に内接される中間層としての好
ましい例としては、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チ
タン、炭化タングステンからなる層があげられ、この場
合の上記中間層の厚みは、膜厚０．０５〜５μｍが好ま
しく、０．２〜３μｍがより好ましい。これらの層は、
コーティング膜や粉末成形体の主成分として、工具や金
型等に幅広く適用されているものであり、硬質炭素層に
対する親和性に優れ、高い密着強度を得ることができ
る。このため、硬質炭素層の寿命が長くなり、また、硬
質炭素層が摩耗して無くなった場合でも、さらにこれら
の中間層によって耐摩耗性を維持することができる。上
記中間層の膜厚の好ましい理由は、上記と同様の理由で
ある。

【００１７】上記中間層として少なくとも２層を形成す
る場合、上記最外層に内接される好ましい中間層とし
て、炭化チタン、炭化タングステンからなる層を、上記
基材に外接する中間層として、窒化チタンからなる層を
好ましい組み合わせの例としてあげることができる。こ
の場合の上記の両中間層の厚みは、膜厚０．０５〜５μ
ｍが好ましく、０．２〜３μｍがより好ましい。炭化チ
タンや炭化タングステンは上記のとおり、工具や金型等
に幅広く適用されている材料であり、硬質炭素層に対す
る親和性に優れる。また、窒化チタンは、各種コーティ
ング膜との親和性に優れている。すなわち、上記の中間
層の組み合わせは、基材と中間層、中間層同士又は中間
層と最外層との密着性を特に高めることが可能となる。
上記中間層の各膜厚の好ましい理由は、上記と同様の理
由である。

【００１８】上記基材として、上記の鋼材、アルミニウ
ム合金又はチタン合金のいずれかを用いる場合、上記の
中間層のうち少なくとも１層は、膜厚０．０５〜２０μ
ｍの窒化クロムからなる層とするのが好ましい。基材と
しての鋼材は、工具や金型、機械部品等多く使用されて
おり、アルミニウム合金やチタン合金は、近年の軽量化
の流れに従い、自動車部品を始めとする多くの機械部品
に適用が広がっている。これらの鋼材、アルミニウム合
金又はチタン合金は、超硬合金や各種セラミックス材料
に比べ、硬さの点で劣る。この欠点を補うため、中間層
に硬質の材料を導入するのである。

【００１９】この中間層に用いられる材料としては、比
較的靱性があり、厚膜化も容易な窒化クロムが好まし
い。中間層として窒化クロムからなる層を用いる場合、
その膜厚は、上記の中間層の好ましい膜厚と異なり、
０．０５〜２０μｍが好ましい。上限が上記の中間層の
好ましい膜厚より厚いのは、窒化クロムは、他の中間層
を形成する材料に比べ、比較的靱性があり、厚膜化が容
易だからである。また、膜厚が０．０５μｍ未満の場合
は、上記基材の凹凸をカバーしきれなかったり、ピンホ
ールが残存する場合が生ずる。一方、２０μｍを超える
場合、応力の蓄積による剥離が起こりやすくなる。基材
の硬度を十分に補う点を考慮すれば、０．５μｍ以上と
するのがより好ましく、経済性の面から１０μｍ以下と
するのがより好ましい。

【００２０】上記の硬質炭素層から構成される最外層と
上記中間層との界面部に存在する酸素濃度は、最大値で
３ａｔ％以下がよく、２ａｔ％以下が好ましい。また、
上記の最外層と中間層とにより形成される界面を基準に
±５０ｎｍの範囲における酸素濃度の平均値は、２ａｔ
％以下がよく、１ａｔ％以下が好ましい。酸素濃度が最
大値で３ａｔ％より多い場合、又は、±５０ｎｍの範囲
における酸素濃度の平均値が２ａｔ％より多い場合は、
最外層である硬質炭素層と中間層の界面にＣＯやＣＯ₂
が形成され易く、最外層が剥離しやすい。

【００２１】上記界面部の酸素濃度を低下させる方法
は、任意の方法を採用することができる。例えば、上記
基材表面上に上記中間層を成膜し、減圧等することによ
り大気中の酸素濃度を低下させる。この状態で硬質炭素
膜を成膜することにより、上記界面部の酸素濃度を低下
させることができる。

【００２２】なお、酸素濃度の定量には、オージェ電子
分光法、Ｘ線光電子分光法又は２次イオン質量分析法等
が適用できる。オージェ電子分光法やＸ線光電子分光法
は、最小検出限界が約１ａｔ％程度であり、深さ方向の
分解能は数ｎｍである。また、２次イオン質量分析法の
最小検出限界は数ｐｐｍ程度であり、深さ方向の分解能
は数ｎｍである。深さ方向に元素分析を行う場合、上層
又は下層の構成元素の深さに対する濃度の変化率が最も
大きいところ、あるいは、上層又は下層の構成元素が定
常値の約半分の濃度になっているところを界面とする。

【００２３】ここで、上記の酸素濃度の最大値とは、上
記の方法により規定される界面の近傍の酸素濃度の最大
値、詳しくは、この界面の上下方向±５０ｎｍの範囲内
の酸素濃度の最大値をいう。また、上記の酸素濃度の平
均値とは、上記の方法により規定される界面を基準に±
５０ｎｍの範囲における酸素濃度の平均値をいう。

【００２４】離型性、摺動性が要求される用途の場合、
上記部材の表面の平滑性が強く要求される。この平滑な
表面を得るのに適した硬質被膜の製造法としては、メタ
ンやベンゼン、アセチレン、等の炭化水素ガスを原料と
するイオン化蒸着法やプラズマＣＶＤ法、固体炭素を原
料としたカソードアークイオンプレーティング法でマク
ロパーティクルの飛来を押えたタイプのものが好まし
い。また、中間層の形成方法は、特に限定されるもので
なく、例えば、比較的表面粗さの小さいホロカソードイ
オンプレーティング法、熱電子式アーク放電型イオンプ
レーティング法、マクロパーティクルの飛来を抑えたカ
ソードアークイオンプレーティング法、各種スパッタリ
ング法等をあげられる。

【００２５】このとき、上記の最外層表面の表面粗さ
を、Ｒａで０．１μｍ以下、又は、Ｒｍａｘで１．０μ
ｍ以下とすることが好ましく、Ｒａで０．０５μｍ以
下、又は、Ｒｍａｘで０．５μｍ以下とすることがより
好ましい。上記の最外層表面の表面粗さが、Ｒａで０．
１μｍ以下、又は、Ｒｍａｘで１．０μｍ以下であると
焼き付き等が発生しにくいため、好ましい。また、Ｒａ
又はＲｍａｘの下限は、表面粗さのない状態、すなわ
ち、０である。

【００２６】上記中間層のうち少なくとも１層を、固体
蒸発源を原料とするカソードアークイオンプレーティン
グ法で形成し、中間層及び最外層を形成した後の最外層
表面の表面粗さを、Ｒａで０．１〜１μｍ、又は、Ｒｍ
ａｘで１．０〜１０μｍとすることができる。この場
合、粗い表面が求められる一部の工具、金型、機械部品
に適用することができる。このカソードアークイオンプ
レーティング法を用いれば表面粗さの大きいものが得ら
れる。このため、上記中間層以外に、最外層を形成する
際にもこのカソードアークイオンプレーティング法を用
い、最外層表面の表面粗さを、Ｒａで０．１〜１μｍ、
又は、Ｒｍａｘで１．０〜１０μｍとすることができ
る。

【００２７】最外層の表面粗さを大きくする方法として
は、上記カソードアークイオンプレーティング法以外の
方法を用いる場合であっても、中間層の膜厚を厚くした
り、基材表面の粗さそのものをあらかじめ大きくしてお
く方法を採用することができる。すなわち、上記基材表
面の表面粗さを、Ｒａで０．１〜５μｍ、又は、Ｒｍａ
ｘで１．０〜５０μｍとし、この基材表面に中間層及び
最外層を形成させて、その最外層表面の表面粗さが、Ｒ
ａで０．１〜５μｍ、又は、Ｒｍａｘで１．０〜５０μ
ｍとしてもよい。

【００２８】従来の硬質炭素膜では、基材表面が粗い
と、被覆された硬質炭素膜の応力が局所的に集中して剥
離しやすい問題があったが、本発明のように、界面部の
酸素濃度に配慮することにより、被膜の密着性が格段に
向上し、基材表面が粗い場合においても、被覆が可能と
なった。

【００２９】上記のような表面粗さの大きい被膜は、離
型性、耐焼き付き性、摩擦係数低減等の点からは、表面
粗さが小さい硬質炭素膜より性能が劣る傾向にあるが、
それでも、一般のＰＶＤ膜被膜品や、未コート品よりは
るかに優れた特性を有する。したがって、焼き付きが問
題となる工具、耐焼き付き性や離型性が要求される金
型、摩擦抵抗を低減させる機械部品に適用することがで
きる。また、被加工物の仕上がり表面の粗さを大きくす
ることを目的とする金型には最適である。

【００３０】上記の各硬質炭素膜被覆部材は、その表面
粗さが大きいものであっても、小さいものであっても、
従来の単層の硬質炭素膜や、界面の酸素量に配慮されて
いない硬質炭素膜を適用できなかった各種の工具、金
型、機械部品として使用することができ、十分な密着性
と耐久性が得られる。例えば、ドリル、エンドミル、切
削用チップ、カッター刃、メタルソー等を上記の各硬質
炭素膜被覆部材によって形成することにより、上記の特
性を有する工具を得ることができる。また、モールド成
型用金型、曲げ用金型、絞り用金型、引き抜き用金型、
打ち抜き用金型、粉末成型用金型等を上記の各硬質炭素
膜被覆部材によって形成することにより、上記の特性を
有する金型を得ることができる。さらに、産業用機械部
品、輸送用機械部品、家電製品用機械部品等を上記の各
硬質炭素膜被覆部材によって形成することにより、上記
の特性を有する機械部品を得ることができる。

【００３１】

【実施例】〔実施例１〕平板上の超硬合金基材上に、中
間層を介して硬質炭素層を形成した。まず、基板表面側
にイオンプレーティング法により厚さ０．５μｍの窒化
チタン層を成膜し、次いで、その上層に同じくイオンプ
レーティング法により厚さ０．５μｍの炭化チタン層を
成膜した。これをいったん大気に出した後、硬質炭素成
膜用の成膜装置にセットし、到達真空度が２×１０^-6Ｔ
ｏｒｒの条件下で排気を行った後、イオン蒸着法によっ
て硬質炭素層を１．０μｍ成膜した。得られた硬質炭素
層の密着強度が４８Ｎであった。なお、密着強度はスク
ラッチ試験法によって測定した。また、図１に、硬質炭
素膜と炭化チタンとの界面付近の深さ方向の元素分析の
結果を示す。分析にはＸ線光電子分光法（ＸＰＳ法）を
適用した。なお、被膜は、あらかじめ斜め研磨をして、
硬質炭素膜を０．２μｍ以下まで薄くした部分で分析を
行った。図１の横軸は、界面からの距離に換算してお
り、負は表面側（硬質炭素層側）、正は基板側（中間層
である炭化チタン層側）とした。

【００３２】〔比較例１〕真空到達度を２×１０^-5Ｔｏ
ｒｒとした以外は、実施例１と同様にして、超硬合金基
材上に、窒化チタン層、炭化チタン層、硬質炭素層を順
に形成した。得られた硬質炭素層の密着強度は１３Ｎで
あった。また、図２に、硬質炭素膜と炭化チタンとの界
面付近の深さ分析の結果を示す。分析法及び、図１中の
横軸の意味は、実施例１に記載の通りである。

【００３３】結果硬質炭素層の密着強度は、実施例１の方が大きかった。
また、図１及び図２より、実施例１の方が界面の酸素濃
度が小さかった。

【００３４】〔実施例２、比較例２〕平板状の超硬合金
基材上に、中間層を介して硬質炭素層を成膜した。中間
層のうち、硬質炭素層に内接する中間層には、炭化ケイ
素、炭窒化チタン、窒化クロムからなる層を形成した。
各層の成膜方法、膜厚は、表１に記載のとおりである。
中間層のうち、基材に外接する中間層としては、試料１
〜２及び比較試料１〜２においては、窒化チタンからな
る層を熱ＣＶＤ法によって１．０μｍの膜厚で形成し
た。試料３〜６及び比較試料３〜６は、硬質炭素層に内
接する中間層を基材に外接する中間層とした。上記の各
中間層の形成後、界面部の酸素濃度（界面±５０ｎｍの
平均の酸素濃度、及び、界面付近の酸素濃度の最大値）
が表１に示す値となるように、真空到達度、基板温度、
大気解放の有無、大気解放後の中間層表面のクリーニン
グの有無等の種々の条件を変化させて表１に示す膜厚を
有する硬質炭素層を形成した。得られた硬質炭素層につ
いて、スクラッチ試験法によって密着強度の測定を行っ
た。その結果を表１に示す。なお、上記の界面部の酸素
濃度は、オージェ電子分光法により、硬質炭素層／中間
層界面の深さ方向の元素分析で行うことにより測定し
た。実施例２及び比較例２の結果、表１より界面の酸素
濃度が小さいものは、密着強度が高い傾向にあることが
わかった。

【００３５】

【表１】

【００３６】〔実施例３、比較例３〕平板状の基材上
に、中間層を介して硬質炭素膜を成膜した。基材として
は、表２〜６に示すように、超硬合金、ＳＫＨ５１、Ｓ
ＫＤ１１、ＳＵＳ３０４を用いた。中間層のうち、硬質
炭素層に内接する中間層には、炭化チタン、窒化チタ
ン、炭窒化チタン、炭化タングステン、窒化クロムから
なる層を形成した。各層の成膜方法、膜厚は、表２〜６
に記載のとおりである。中間層のうち、基材に外接する
中間層としては、試料１１〜２０、２６〜３０及び比較
試料５〜８、１１〜１２においては、窒化チタンからな
る層を形成した。各層の成膜方法、膜厚は、表２〜６に
記載のとおりである。試料１〜１０、２１〜２５及び比
較試料１〜４、９〜１０は、硬質炭素層に内接する中間
層を基材に外接する中間層とした。上記の各中間層の形
成後、界面部の酸素濃度（界面±５０ｎｍの平均の酸素
濃度、及び、界面付近の酸素濃度の最大値）が表１に示
す値となるように、真空到達度、基板温度、大気解放の
有無、大気解放後の中間層表面のクリーニングの有無等
の種々の条件を変化させて表２〜６に示す膜厚を有する
硬質炭素層を形成した。得られた硬質炭素層について、
スクラッチ試験法によって密着強度の測定を行った。そ
の結果を表２〜６に示す。なお、上記の界面部の酸素濃
度は、オージェ電子分光法により、硬質炭素層／中間層
界面の深さ方向の元素分析で行うことにより測定した。

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】

【００４０】

【表５】

【００４１】

【表６】

【００４２】〔実施例４、比較例４〕実施例２の試料３
及び比較例２の比較試料４における中間層及び硬質炭素
層を、超硬合金製のアルミ合金穴開け用ドリルに被覆処
理した。その結果、界面の酸素濃度の高いものに対し、
酸素濃度の低いドリルは、５倍の寿命を有することを確
認した。

【００４３】〔実施例５、比較例５〕実施例２の試料１
及び比較例２の比較試料２における中間層及び硬質炭素
層を、ＳＫＤ１１製のアルミ合金曲げ金型に被覆処理し
た。その結果、界面の酸素濃度の高いものに対し、酸素
濃度の低い金型は、８倍の寿命を有することを確認し
た。

【００４４】〔実施例６、比較例６〕実施例２の試料５
及び比較例２の比較試料５における中間層及び硬質炭素
層を、ＳＵＪ２製のベアリングに被覆処理した。界面の
酸素濃度が高いものに対し、酸素濃度が低いベアリング
は、４倍の寿命を有することを確認した。

【００４５】〔実施例７、比較例７〕ＳＫＨ５１製のア
ルミ合金穴開け用ドリルにおいて、表７に示す未コード
リール及び硬質炭素膜をイオン化蒸着法又はカソードア
ークイオンプレーティング法で被覆したドリルで、穴開
け時の切削抵抗を比較した。製膜方法及び膜厚は表７に
示すとおりである。未コードリールと比較して、硬質炭
素膜を被覆したものは、いずれも切削抵抗が２割前後小
さくなった。特に、実施例７の各試料の表面粗さの小さ
いドリルは、切削抵抗の大幅な低減が確認できた。

【００４６】

【表７】

【００４７】〔実施例８、比較例８〕アルミ合金に刻印
するＳＫＤ１１製の刻印ローラにおいて、刻印後にアル
ミ合金表面を粗面に仕上げるため、刻印ローラ表面の粗
さを大きくする処理（ブラスト処理）を施した。各試料
及び比較試料に対して、粗さ加工性と被加工物アルミの
ローラへの付着量を表８に示す。ここで、アルミの付着
量は、電子プローブ微小部分析法（ＥＰＭＡ法）により
分析し、下記の式により得られる値で表した。（（Ａｌ強度）／（全元素の強度の和））／（（比較例
３のＡｌ強度）／（比較例３の全元素の強度の和））なお、ここで、ＥＰＭＡ法に適用した入射電子線の加速
エネルギーは、１５ｋｅＶとした。未コートで基材表面
を粗くしたものでも、粗さ加工性は良好であるが、被加
工物のアルミがローラに付着しやすい傾向がある。

【００４８】

【表８】

【００４９】

【発明の効果】この発明によれば、硬質炭素層からなる
最外層と中間層の界面部の酸素濃度を限定したので、硬
質炭素層の界面にＣＯやＣＯ₂が形成されるのが抑制さ
れ、両者の密着性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における硬質炭素層と炭化チタン層の
界面付近の深さ方向の元素分析結果を示すグラフ

【図２】実施例１における硬質炭素層と炭化チタン層の
界面付近の深さ方向の元素分析結果を示すグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 28/04 Ｃ２３Ｃ 28/04 Ｆターム(参考） 3C046 FF02 FF03 FF04 FF05 FF09 FF17 FF18 FF22 4K029 AA02 AA04 AA24 BA34 BA54 BA55 BA57 BA58 BA60 BB02 BB10 BC02 BD03 BD05 CA04 CA06 DD04 DD06 4K030 AA09 AA10 BA28 BA36 BA38 BA41 BB03 CA02 CA03 CA05 CA17 FA01 FA10 LA21 LA22 LA23 4K044 AA02 AA06 AA09 AA13 AB02 BA18 BB02 BC05 BC06 CA13 CA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材上に複数の被膜層を積層してなり、上記基材は、超硬合金、サーメット、鋼材、窒化ケイ
素、ジルコニア、炭化ケイ素、アルミナ、アルミニウム
合金、マグネシウム合金、又はチタン合金のいずれかか
ら選ばれ、上記被膜層の最外層は硬質炭素層からなり、上記基材と最外層の間の中間層のうち、最外層に内接す
る中間層は、４族の金属、５族の金属、６族の金属、Ｓ
ｉ、Ａｌ、又はＧｅの中から選ばれる１種又は複数種の
金属を含む金属の炭化物、窒化物、又は炭窒化物であ
り、上記最外層とこの中間層との界面部に存在する酸素
濃度が、最大値で３ａｔ％、又は、界面を基準に±５０
ｎｍの範囲の平均値で２ａｔ％以下である硬質炭素膜被
覆部材。
【請求項２】上記最外層に内接する中間層が、膜厚
０．０５〜５μｍの炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チ
タン、又は、炭化タングステンからなる層である請求項
１に記載の硬質炭素膜被覆部材。
【請求項３】上記最外層に内接する中間層が、膜厚
０．０５〜５μｍの炭化チタン又は炭化タングステンか
らなる層であり、上記基材に外接する中間層が、膜厚
０．０５〜５μｍの窒化チタンからなる層である請求項
１又は２に記載の硬質炭素膜被覆部材。
【請求項４】上記基材が鋼材、アルミニウム合金又は
チタン合金のいずれかであり、上記中間層のうち少なく
とも１層が膜厚０．０５〜２０μｍの窒化クロムからな
る層である請求項１乃至３のいずれかに記載の硬質炭素
膜被覆部材。
【請求項５】上記最外層の硬質炭素層は、イオン蒸着
法、プラズマＣＶＤ法、または、カソードアークイオン
プレーティング法によって形成され、上記最外層表面の
表面粗さは、Ｒａで０．１μｍ以下、又は、Ｒｍａｘで
１．０μｍ以下である請求項１乃至４のいずれかに記載
の硬質炭素膜被覆部材。
【請求項６】上記中間層のうち少なくとも１層は、カ
ソードアークイオンプレーティング法で形成され、上記
最外層表面の表面粗さは、Ｒａで０．１〜１μｍ、又
は、Ｒｍａｘで１．０〜１０μｍである請求項１乃至４
のいずれかに記載の硬質炭素膜被覆部材。
【請求項７】上記最外層の硬質炭素層は、カソードア
ークイオンプレーティング法によって形成され、上記最
外層表面の表面粗さは、Ｒａで０．１〜１μｍ、又は、
Ｒｍａｘで１．０〜１０μｍである請求項１乃至４のい
ずれかに記載の硬質炭素膜被覆部材。
【請求項８】上記基材表面の表面粗さが、Ｒａで０．
１〜５μｍ、又は、Ｒｍａｘで１．０〜５０μｍであ
り、上記最外層表面の表面粗さが、Ｒａで０．１〜５μ
ｍ、又は、Ｒｍａｘで１．０〜５０μｍである請求項１
乃至４のいずれかに記載の硬質炭素膜被覆部材。
【請求項９】ドリル、エンドミル、切削用チップ、カ
ッター刃、又は、メタルソーのいずれかが、請求項１乃
至８のいずれかの硬質炭素膜被覆部材から形成される工
具。
【請求項１０】モールド成型用金型、曲げ用金型、絞
り用金型、引き抜き用金型、打ち抜き用金型、又は、粉
末成型用金型のいずれかが、請求項１乃至８のいずれか
の硬質炭素膜被覆部材から形成される金型。
【請求項１１】産業用機械部品、輸送用機械部品、又
は、家電製品用機械部品のいずれかが、請求項１乃至８
のいずれかの硬質炭素膜被覆部材から形成される機械部
品。