JP2000176705A - 硬質炭素系被膜を有する工具部材 - Google Patents
硬質炭素系被膜を有する工具部材Info
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- JP2000176705A JP2000176705A JP10349890A JP34989098A JP2000176705A JP 2000176705 A JP2000176705 A JP 2000176705A JP 10349890 A JP10349890 A JP 10349890A JP 34989098 A JP34989098 A JP 34989098A JP 2000176705 A JP2000176705 A JP 2000176705A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ドリル、エンドミル又はタップを含む工具に
使用される高速度工具鋼又は超硬合金を母材とする工具
上に直接に、又は、前記工具上に硬質物質をコーティン
グしたコーティング工具上に、安定した耐久性を有しか
つ量産に適した安価な、硬質炭素系潤滑膜を被覆した、
硬質炭素系被膜を有する工具部材を提供。 【構成】 硬質炭素被膜即ち所謂ダイヤモンドライクカ
ーボン（ＤＬＣ）を含む硬質炭素系潤滑膜であって、
(a).膜全体の膜厚が 2.0μｍ以下のものであり、最上層
に膜厚が 0.2μｍ以上 1,0μｍ以下の炭素被膜があり、
(b).シリコンと炭素もしくはシリコン、炭素及び窒素を
含む成分からなる中間層を有し、中間層の下に界面と接
する厚さ0.02μｍ以上 0.5μｍ以下のシリコン単体の層
があり、(c).ロックウエル圧痕法による判定で剥離、亀
裂が認められない、高潤滑膜を被覆。
使用される高速度工具鋼又は超硬合金を母材とする工具
上に直接に、又は、前記工具上に硬質物質をコーティン
グしたコーティング工具上に、安定した耐久性を有しか
つ量産に適した安価な、硬質炭素系潤滑膜を被覆した、
硬質炭素系被膜を有する工具部材を提供。 【構成】 硬質炭素被膜即ち所謂ダイヤモンドライクカ
ーボン（ＤＬＣ）を含む硬質炭素系潤滑膜であって、
(a).膜全体の膜厚が 2.0μｍ以下のものであり、最上層
に膜厚が 0.2μｍ以上 1,0μｍ以下の炭素被膜があり、
(b).シリコンと炭素もしくはシリコン、炭素及び窒素を
含む成分からなる中間層を有し、中間層の下に界面と接
する厚さ0.02μｍ以上 0.5μｍ以下のシリコン単体の層
があり、(c).ロックウエル圧痕法による判定で剥離、亀
裂が認められない、高潤滑膜を被覆。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はドリル、エンドミル又は
タップを含む工具に使用される高速度工具鋼又は超硬合
金を母材とする工具上に直接に、又は、前記工具上に T
iN,TiCN,TiAlN,A2O3もしくはこれらの組合せを含む硬質
物質をコーティングしたコーティング工具上に、硬質炭
素系潤滑膜を被覆した、安定した耐久性を有する硬質炭
素系被膜を有する工具部材に関する。
タップを含む工具に使用される高速度工具鋼又は超硬合
金を母材とする工具上に直接に、又は、前記工具上に T
iN,TiCN,TiAlN,A2O3もしくはこれらの組合せを含む硬質
物質をコーティングしたコーティング工具上に、硬質炭
素系潤滑膜を被覆した、安定した耐久性を有する硬質炭
素系被膜を有する工具部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ダイヤモンドライクカーボン（Ｄ
ＬＣ）と呼ばれる炭素系硬質被膜については、物質特性
として潤滑性や離型性が優れていることが報告されてい
る。またＤＬＣには、硬質でHV5000といわれる硬質系製
法のものと、HV1000程度の C:Hと記載されるもの、又は
メタリックカーボンとよばれるものに大別されている。
これらはプラズマＣＶＤ、カーボンターゲットのスパッ
タ又はアークイオンプレーティングが用いられていた。
ＬＣ）と呼ばれる炭素系硬質被膜については、物質特性
として潤滑性や離型性が優れていることが報告されてい
る。またＤＬＣには、硬質でHV5000といわれる硬質系製
法のものと、HV1000程度の C:Hと記載されるもの、又は
メタリックカーボンとよばれるものに大別されている。
これらはプラズマＣＶＤ、カーボンターゲットのスパッ
タ又はアークイオンプレーティングが用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方これらの従来の炭
素系硬質被膜は、いずれのものも工具特に金属を切削す
る工具としては、アルミニウムを切断するまでにとどま
り、それ以上の強度を有する金属の切削に耐えるもので
はなく、かかる炭素系硬質被膜被覆工具の切削性能は無
処理工具のそれ以下となっていた。この原因は刃部先端
における応力集中により、膜の持つ内部応力もしくは微
細結晶・非晶体が持つ破断強度が弱い理由により、フレ
ーキングを生じて非削材の溶着が進むことにあると考え
られる。他方従来のこれらの膜の製造上の問題として
は、プラズマＣＶＤではコーティング工具の場合には処
理が複数回となり成膜速度も遅いためコストアップとな
た。カーボンターゲットのスパッタ又はアークイオンプ
レーティングの場合にはカーボンのイオン化のためのプ
ラズマの形成範囲が狭く、量産には不向きである欠点が
あった。本発明の課題は、ドリル、エンドミル又はタッ
プを含む工具に使用される高速度工具鋼又は超硬合金を
母材とする工具上に直接に、又は、前記工具上に TiN,T
iCN,TiAlN,A2O3もしくはこれらの組合せを含む硬質物質
をコーティングしたコーティング工具上に、安定した耐
久性を有し、かつ量産に適した安価な、硬質炭素系潤滑
膜を被覆した、硬質炭素系被膜を有する工具部材を提供
することにある。
素系硬質被膜は、いずれのものも工具特に金属を切削す
る工具としては、アルミニウムを切断するまでにとどま
り、それ以上の強度を有する金属の切削に耐えるもので
はなく、かかる炭素系硬質被膜被覆工具の切削性能は無
処理工具のそれ以下となっていた。この原因は刃部先端
における応力集中により、膜の持つ内部応力もしくは微
細結晶・非晶体が持つ破断強度が弱い理由により、フレ
ーキングを生じて非削材の溶着が進むことにあると考え
られる。他方従来のこれらの膜の製造上の問題として
は、プラズマＣＶＤではコーティング工具の場合には処
理が複数回となり成膜速度も遅いためコストアップとな
た。カーボンターゲットのスパッタ又はアークイオンプ
レーティングの場合にはカーボンのイオン化のためのプ
ラズマの形成範囲が狭く、量産には不向きである欠点が
あった。本発明の課題は、ドリル、エンドミル又はタッ
プを含む工具に使用される高速度工具鋼又は超硬合金を
母材とする工具上に直接に、又は、前記工具上に TiN,T
iCN,TiAlN,A2O3もしくはこれらの組合せを含む硬質物質
をコーティングしたコーティング工具上に、安定した耐
久性を有し、かつ量産に適した安価な、硬質炭素系潤滑
膜を被覆した、硬質炭素系被膜を有する工具部材を提供
することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、ドリ
ル、エンドミル及びタップを含む工具に使用される高速
度工具鋼又は超硬合金を母材とする工具上に直接に、又
は、前記工具上に TiN,TiCN,TiAlN,A2O3もしくはこれら
の組合せを含む硬質物質をコーティングしたコーティン
グ工具上に、硬質炭素被膜即ち所謂ダイヤモンドライク
カーボン（ＤＬＣ）を含む硬質炭素系潤滑膜であって、
(a).膜全体の膜厚が 2.0μｍ以下のものであり、最上層
に膜厚が 0.2μｍ以上 1,0μｍ以下の硬質炭素系潤滑膜
があり、(b).シリコンと炭素もしくはシリコン、炭素及
び窒素を含む成分からなる中間層を有し、中間層の下に
界面と接する厚さ0.02μｍ以上 0.5μｍ以下のシリコン
単体の層があり、(c).前記硬質炭素系潤滑膜は、Ａスケ
−ルロックウエル硬度計を用いて押圧した場合に生ずる
圧痕を１００倍の倍率で観察した結果が、前記圧痕の外
周１ｍｍ以上の範囲で膜と工具母材との間で剥離、亀裂
が認められない、高潤滑膜を被覆させたことを特徴とす
る硬質炭素系被膜を有する工具部材を提供することによ
って上述した従来技術の課題を解決した。
ル、エンドミル及びタップを含む工具に使用される高速
度工具鋼又は超硬合金を母材とする工具上に直接に、又
は、前記工具上に TiN,TiCN,TiAlN,A2O3もしくはこれら
の組合せを含む硬質物質をコーティングしたコーティン
グ工具上に、硬質炭素被膜即ち所謂ダイヤモンドライク
カーボン（ＤＬＣ）を含む硬質炭素系潤滑膜であって、
(a).膜全体の膜厚が 2.0μｍ以下のものであり、最上層
に膜厚が 0.2μｍ以上 1,0μｍ以下の硬質炭素系潤滑膜
があり、(b).シリコンと炭素もしくはシリコン、炭素及
び窒素を含む成分からなる中間層を有し、中間層の下に
界面と接する厚さ0.02μｍ以上 0.5μｍ以下のシリコン
単体の層があり、(c).前記硬質炭素系潤滑膜は、Ａスケ
−ルロックウエル硬度計を用いて押圧した場合に生ずる
圧痕を１００倍の倍率で観察した結果が、前記圧痕の外
周１ｍｍ以上の範囲で膜と工具母材との間で剥離、亀裂
が認められない、高潤滑膜を被覆させたことを特徴とす
る硬質炭素系被膜を有する工具部材を提供することによ
って上述した従来技術の課題を解決した。
【０００５】かかる構成の硬質炭素系潤滑膜を有する工
具部材の製造法として、出願人はプラズマ密度の高いイ
オンプレーティング装置と同構造のPCVD（プラズマＣＶ
Ｄ）装置を用い、ＤＣＬを形成させる。一般にPCVD装置
はプラズマ発生源を持ち、プラズマ内で反応ガスを分解
して成膜する点においてはイオンプレーティング装置と
大差はない。なお、イオンプレーティング装置により、
炭素（カーボン）蒸発源を設置し、成膜初期の核発生を
有利にし、PCVDと同等のＤＬＣ系の成膜は、アセチレン
又はベンゼン等の炭化水素の膜としてを形成すること
は、理論上可能であり得られた膜自身はPCVDで得られる
膜より上質の場合が多いが、切削工具用途としては不十
分である。そこで出願人は各種の中間層及び成膜条件を
調査し検討した結果、半金属即ち Si,Al及び Bが強度的
にも密着性にも優れることが判明したが、AlC の形成で
は反応が不十分であり、BCの形成ではそれ自体が破断強
度が弱い理由から、出願人はSi（シリコン）を選択し
た。破断強度と密着性は表裏の関係があり、図１(2) に
示すように、ロックウエル硬度計の圧痕試験により、破
断強度が弱い場合もしくは密着性が不十分である場合に
は剥離を生じる。又経験的に工具に使用する被覆膜はこ
の圧痕試験により剥離を生じないことが必要条件とされ
ている。さらに図２に示すように、ロックウエル硬度計
の圧痕試験により、亀裂を生じる場合には、膜の延性が
強いことが知られ、耐摩耗用途には適さないとされてい
る。一方、潤滑膜の一つとして、WC膜の上に C膜を成膜
したWC/Cなどの金属炭化物を組み合わせた複合体も提案
されているが、この方法においても同様な効果は期待で
きるかもしれないが、スパッタ法特に複数系の蒸発源を
使用することと、炭化物の蒸発源が高価であるという欠
点を有する。Siについては、ＣＶＤによりSi＋SiC+DLC
の製法が知られているが、反応ガスの毒性が強く（通常
シラン）高価でもあり、機械工業には適さない。
具部材の製造法として、出願人はプラズマ密度の高いイ
オンプレーティング装置と同構造のPCVD（プラズマＣＶ
Ｄ）装置を用い、ＤＣＬを形成させる。一般にPCVD装置
はプラズマ発生源を持ち、プラズマ内で反応ガスを分解
して成膜する点においてはイオンプレーティング装置と
大差はない。なお、イオンプレーティング装置により、
炭素（カーボン）蒸発源を設置し、成膜初期の核発生を
有利にし、PCVDと同等のＤＬＣ系の成膜は、アセチレン
又はベンゼン等の炭化水素の膜としてを形成すること
は、理論上可能であり得られた膜自身はPCVDで得られる
膜より上質の場合が多いが、切削工具用途としては不十
分である。そこで出願人は各種の中間層及び成膜条件を
調査し検討した結果、半金属即ち Si,Al及び Bが強度的
にも密着性にも優れることが判明したが、AlC の形成で
は反応が不十分であり、BCの形成ではそれ自体が破断強
度が弱い理由から、出願人はSi（シリコン）を選択し
た。破断強度と密着性は表裏の関係があり、図１(2) に
示すように、ロックウエル硬度計の圧痕試験により、破
断強度が弱い場合もしくは密着性が不十分である場合に
は剥離を生じる。又経験的に工具に使用する被覆膜はこ
の圧痕試験により剥離を生じないことが必要条件とされ
ている。さらに図２に示すように、ロックウエル硬度計
の圧痕試験により、亀裂を生じる場合には、膜の延性が
強いことが知られ、耐摩耗用途には適さないとされてい
る。一方、潤滑膜の一つとして、WC膜の上に C膜を成膜
したWC/Cなどの金属炭化物を組み合わせた複合体も提案
されているが、この方法においても同様な効果は期待で
きるかもしれないが、スパッタ法特に複数系の蒸発源を
使用することと、炭化物の蒸発源が高価であるという欠
点を有する。Siについては、ＣＶＤによりSi＋SiC+DLC
の製法が知られているが、反応ガスの毒性が強く（通常
シラン）高価でもあり、機械工業には適さない。
【０００６】本発明は、連続的なイオンプレーティング
とPCVDの手法を用い、簡便に硬質炭素系潤滑膜を基本的
には請求項１において規定する条件で成膜することがで
きる。硬質炭素系潤滑膜は膜厚が 2.0μｍを越えると強
度問題から切削時の切り屑の排出時に膜も除去されるこ
とになる。最上層の炭素被膜は膜厚が 0.2μｍ以上でな
いと効果がないし、 1.0μｍ以上では膜全体の強度が不
足する。またSiを界面に成膜することによって図１(1)
に示すような破断強度の強い被膜となった。界面と接す
るシリコン単体の層は厚さが0.02μｍ以上でないと効果
がないし、 0.5μｍを越えると膜全体の強度が不足す
る。以上が請求項１の限定理由である。
とPCVDの手法を用い、簡便に硬質炭素系潤滑膜を基本的
には請求項１において規定する条件で成膜することがで
きる。硬質炭素系潤滑膜は膜厚が 2.0μｍを越えると強
度問題から切削時の切り屑の排出時に膜も除去されるこ
とになる。最上層の炭素被膜は膜厚が 0.2μｍ以上でな
いと効果がないし、 1.0μｍ以上では膜全体の強度が不
足する。またSiを界面に成膜することによって図１(1)
に示すような破断強度の強い被膜となった。界面と接す
るシリコン単体の層は厚さが0.02μｍ以上でないと効果
がないし、 0.5μｍを越えると膜全体の強度が不足す
る。以上が請求項１の限定理由である。
【０００７】一般に耐摩耗用途に使用される膜は高硬度
であるのが普通であるが、従来の硬質炭素被膜の場合
は、母材との曲げ強度の追従性から余り硬度が高い場合
は図１(2) に示すような剥離を生ずる。請求項２におい
て規定するように、実用上の硬度は母材硬度と同等もし
くはそれより以上であって、母材硬度よりやや高い母材
硬度＋HV500 以内で通常のＸ線回析において SiC以外の
明瞭な結晶面が確認されないことが望ましい。さらに請
求項３において規定するように、中間層の膜は、最上層
に向けてシリコン濃度が減少しており、最上層の炭素被
膜との間の密着性を高めており、かつ中間層の膜の窒素
濃度は炭素濃度に対して10％以下の範囲として、母材強
度との追従性を高めた。図３は本発明の硬質炭素系潤滑
膜のSi＋SiC+DLC のＸ線回析プロフール(Cu-ka : 40KV
100mA)を示す。Ｘ線回析結果から SiC以外の際立った結
晶面は観察されなかった。
であるのが普通であるが、従来の硬質炭素被膜の場合
は、母材との曲げ強度の追従性から余り硬度が高い場合
は図１(2) に示すような剥離を生ずる。請求項２におい
て規定するように、実用上の硬度は母材硬度と同等もし
くはそれより以上であって、母材硬度よりやや高い母材
硬度＋HV500 以内で通常のＸ線回析において SiC以外の
明瞭な結晶面が確認されないことが望ましい。さらに請
求項３において規定するように、中間層の膜は、最上層
に向けてシリコン濃度が減少しており、最上層の炭素被
膜との間の密着性を高めており、かつ中間層の膜の窒素
濃度は炭素濃度に対して10％以下の範囲として、母材強
度との追従性を高めた。図３は本発明の硬質炭素系潤滑
膜のSi＋SiC+DLC のＸ線回析プロフール(Cu-ka : 40KV
100mA)を示す。Ｘ線回析結果から SiC以外の際立った結
晶面は観察されなかった。
【０００８】
【実施例】〔実施例１〕２０枚の、高速度鋼 HV840 SKH
57相当の10×10mmの角材を 0.2μｍの面粗さに仕上げ、
図４に示すイオンプレ−ティング装置でそれそれぞれ下
記の処理を行い、それぞれ、図８で示すボールオンディ
スク装置を用いた摩擦係数を測定し、さらにＡスケ−ル
ロックウエル硬度計を用いて硬質炭素系潤滑膜を押圧し
た場合に生ずる圧痕を１００倍の倍率で観察した、ロッ
クウエル圧痕による酸化物膜の判定を行った。図１(1),
(2) 及び図２は判定Ａ、Ｂ、Ｃの判定基準を示す。これ
らの結果を表１に示す。実施例１のイオンプレ−ティン
グ装置の処理条件は、図４のイオンプレ−ティング装置
を、2 ×10-5 Torr 以上に排気した上、加熱及びボンバ
ード（プラズマ洗浄）を行うが、加熱は処理の全工程に
おいて 300°C 以下に制御し、ボンバード処理は通常よ
り弱く制御した。使用するルツボは炭素製ルツボを使用
しSiを挿入し、その後コーティングを開始すると、Siが
蒸発し、適宜にアセチレンを導入すると、基板電圧を 2
0V〜200V，制御圧力を10×10-3 Torr 以下1 ×10-4 Tor
r以上の圧力で制御することにより、それぞれ硬質炭素
系潤滑膜を得た。このとき炭素製ルツボにSiを少量添加
すると、まずSiのみが蒸発し、その後 SiCX (0≦ X≦
1) と SiCX ＋ C へ変化するが、Siが減少するため、
最終的にＤＬＣが形成される。
57相当の10×10mmの角材を 0.2μｍの面粗さに仕上げ、
図４に示すイオンプレ−ティング装置でそれそれぞれ下
記の処理を行い、それぞれ、図８で示すボールオンディ
スク装置を用いた摩擦係数を測定し、さらにＡスケ−ル
ロックウエル硬度計を用いて硬質炭素系潤滑膜を押圧し
た場合に生ずる圧痕を１００倍の倍率で観察した、ロッ
クウエル圧痕による酸化物膜の判定を行った。図１(1),
(2) 及び図２は判定Ａ、Ｂ、Ｃの判定基準を示す。これ
らの結果を表１に示す。実施例１のイオンプレ−ティン
グ装置の処理条件は、図４のイオンプレ−ティング装置
を、2 ×10-5 Torr 以上に排気した上、加熱及びボンバ
ード（プラズマ洗浄）を行うが、加熱は処理の全工程に
おいて 300°C 以下に制御し、ボンバード処理は通常よ
り弱く制御した。使用するルツボは炭素製ルツボを使用
しSiを挿入し、その後コーティングを開始すると、Siが
蒸発し、適宜にアセチレンを導入すると、基板電圧を 2
0V〜200V，制御圧力を10×10-3 Torr 以下1 ×10-4 Tor
r以上の圧力で制御することにより、それぞれ硬質炭素
系潤滑膜を得た。このとき炭素製ルツボにSiを少量添加
すると、まずSiのみが蒸発し、その後 SiCX (0≦ X≦
1) と SiCX ＋ C へ変化するが、Siが減少するため、
最終的にＤＬＣが形成される。
【０００９】
【表１】
【００１０】〔実施例２〕２本の高速度工具鋼製無処理
ドリルφ６(DIN338)、各２本の計４組の高速度工具鋼製
ドリルφ６(DIN338)にそれぞれ実施例１の表１の各サン
プルのうちのNo.2, No.10, No.18, No.9のサンプルの10
×10mmの角材のそれぞれ処理のときそれと同一条件で実
施例１のイオンプレ−ティング装置に挿入し、当該サン
プルと同一条件でイオンプレ−ティングにより硬質炭素
系潤滑膜を被覆したドリルを、以下に示す切削条件で切
削試験を行った結果を図５に示す。 No.2, No.10 のドリルはそれぞれ約40％,45 ％の成績で
あるが、本発明品の No.18, No.9はそれぞれ 175％,182
％の優秀な成績を示した。
ドリルφ６(DIN338)、各２本の計４組の高速度工具鋼製
ドリルφ６(DIN338)にそれぞれ実施例１の表１の各サン
プルのうちのNo.2, No.10, No.18, No.9のサンプルの10
×10mmの角材のそれぞれ処理のときそれと同一条件で実
施例１のイオンプレ−ティング装置に挿入し、当該サン
プルと同一条件でイオンプレ−ティングにより硬質炭素
系潤滑膜を被覆したドリルを、以下に示す切削条件で切
削試験を行った結果を図５に示す。 No.2, No.10 のドリルはそれぞれ約40％,45 ％の成績で
あるが、本発明品の No.18, No.9はそれぞれ 175％,182
％の優秀な成績を示した。
【００１１】〔実施例３〕各２本の、無処理TiN コーテ
ィング高速度工具鋼製ドリルφ６(DIN338)、各２本の計
４組のTiN コーティング高速度工具鋼製φ６ドリルにそ
れぞれ実施例１の表１の各サンプルのうちのNo.19, No.
8, No.13, No.16 のサンプルの10×10mmの角材のそれぞ
れ処理のときそれと同一条件で実施例１のイオンプレ−
ティング装置に挿入し、当該サンプルと同一条件でイオ
ンプレ−ティングにより硬質炭素系潤滑膜を被覆したド
リルを、以下に示す切削条件で切削試験を行った結果を
図６に示す。 製無処理φ６ドリル (100 ％）に較べて、No.19, No.8
のドリルはそれぞれ約67％,96 ％の成績であるが、本発
明品のNo.13, No.16はそれぞれ 154％,193％の優秀な成
績を示した。
ィング高速度工具鋼製ドリルφ６(DIN338)、各２本の計
４組のTiN コーティング高速度工具鋼製φ６ドリルにそ
れぞれ実施例１の表１の各サンプルのうちのNo.19, No.
8, No.13, No.16 のサンプルの10×10mmの角材のそれぞ
れ処理のときそれと同一条件で実施例１のイオンプレ−
ティング装置に挿入し、当該サンプルと同一条件でイオ
ンプレ−ティングにより硬質炭素系潤滑膜を被覆したド
リルを、以下に示す切削条件で切削試験を行った結果を
図６に示す。 製無処理φ６ドリル (100 ％）に較べて、No.19, No.8
のドリルはそれぞれ約67％,96 ％の成績であるが、本発
明品のNo.13, No.16はそれぞれ 154％,193％の優秀な成
績を示した。
【００１２】〔実施例４〕各２本の WC-Co超硬合金製ド
リルφ６、各２本の計４組の WC-Co超硬合金製ドリルφ
６にそれぞれ実施例１の表１の各サンプルのうちのNo.1
5, No.4, No.17, No.6 のサンプルの10×10mmの角材の
それぞれ処理のときそれと同一条件で実施例１のイオン
プレ−ティング装置に挿入し、当該サンプルと同一条件
でイオンプレ−ティングにより硬質炭素系潤滑膜を被覆
したドリルを、以下に示す切削条件で切削試験を行った
結果を図７に示す。 製無処理φ６ドリル (100 ％）に較べて、No.15, No.4
のドリルはそれぞれ約91％,78 ％の成績であるが、本発
明品のNo.17, No.6 はそれぞれ 207％,174％の優秀な成
績を示した。
リルφ６、各２本の計４組の WC-Co超硬合金製ドリルφ
６にそれぞれ実施例１の表１の各サンプルのうちのNo.1
5, No.4, No.17, No.6 のサンプルの10×10mmの角材の
それぞれ処理のときそれと同一条件で実施例１のイオン
プレ−ティング装置に挿入し、当該サンプルと同一条件
でイオンプレ−ティングにより硬質炭素系潤滑膜を被覆
したドリルを、以下に示す切削条件で切削試験を行った
結果を図７に示す。 製無処理φ６ドリル (100 ％）に較べて、No.15, No.4
のドリルはそれぞれ約91％,78 ％の成績であるが、本発
明品のNo.17, No.6 はそれぞれ 207％,174％の優秀な成
績を示した。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は高速度工
具鋼又は超硬合金を母材とする工具上に直接に、又は、
前記工具上に硬質物質をコーティングしたコーティング
工具上に、硬質炭素被膜即ち所謂ダイヤモンドライクカ
ーボン（ＤＬＣ）を含む硬質炭素系潤滑膜を被覆させた
ので、かかる潤滑膜の成膜のない高速度工具鋼等を母材
とする工具、コーティング工具に比べて、性能を約54％
〜 93 ％改善する効果を奏する、安定した耐久性を有
し、かつ量産に適した安価な、硬質炭素系潤滑膜を提供
するものとなった。またかかる機能は、母材が工具鋼を
含めた一般鋼あるいわサーメットやセラミックにおいて
も発揮され、又工具以外の用途においても効果を示すこ
とが示唆されるものである。
具鋼又は超硬合金を母材とする工具上に直接に、又は、
前記工具上に硬質物質をコーティングしたコーティング
工具上に、硬質炭素被膜即ち所謂ダイヤモンドライクカ
ーボン（ＤＬＣ）を含む硬質炭素系潤滑膜を被覆させた
ので、かかる潤滑膜の成膜のない高速度工具鋼等を母材
とする工具、コーティング工具に比べて、性能を約54％
〜 93 ％改善する効果を奏する、安定した耐久性を有
し、かつ量産に適した安価な、硬質炭素系潤滑膜を提供
するものとなった。またかかる機能は、母材が工具鋼を
含めた一般鋼あるいわサーメットやセラミックにおいて
も発揮され、又工具以外の用途においても効果を示すこ
とが示唆されるものである。
【図１】Ａスケ−ルロックウエル硬度計を用いて押圧し
た場合に生ずる圧痕の状態を１００倍の倍率で観察した
結果、ロックウエル圧痕法によるコーティング被膜の判
定を行う判定Ａ、Ｂの判定基準を示す説明図。
た場合に生ずる圧痕の状態を１００倍の倍率で観察した
結果、ロックウエル圧痕法によるコーティング被膜の判
定を行う判定Ａ、Ｂの判定基準を示す説明図。
【図２】Ａスケ−ルロックウエル硬度計を用いて押圧し
た場合に生ずる圧痕の状態を１００倍の倍率で観察した
結果、ロックウエル圧痕法によるコーティング被膜の判
定を行う判定Ｃの判定基準を示す説明図。
た場合に生ずる圧痕の状態を１００倍の倍率で観察した
結果、ロックウエル圧痕法によるコーティング被膜の判
定を行う判定Ｃの判定基準を示す説明図。
【図３】本発明の硬質炭素系潤滑膜のSi＋SiC+DLC のＸ
線回析プロフール(Cu-ka : 40KV100mA)を示す。
線回析プロフール(Cu-ka : 40KV100mA)を示す。
【図４】本発明の硬質炭素系潤滑膜を成膜するイオンプ
レ−ティング装置のブロック図。
レ−ティング装置のブロック図。
【図５】実施例２の、２本の高速度工具鋼製無処理ドリ
ルφ６(DIN338)、各２本の計４組の高速度工具鋼製ドリ
ルφ６(DIN338)にそれぞれ表１〔実施例１〕の各サンプ
ルのうちのNo.2, No.10, No.18, No.9のサンプルをそれ
ぞれ処理したときと同一条件で実施例１のイオンプレ−
ティング装置に挿入し、当該サンプルと同一条件でイオ
ンプレ−ティングにより硬質炭素系潤滑膜を被覆したド
リルを、実施例２に示す切削条件で切削試験を行った結
果を示すグラフ。
ルφ６(DIN338)、各２本の計４組の高速度工具鋼製ドリ
ルφ６(DIN338)にそれぞれ表１〔実施例１〕の各サンプ
ルのうちのNo.2, No.10, No.18, No.9のサンプルをそれ
ぞれ処理したときと同一条件で実施例１のイオンプレ−
ティング装置に挿入し、当該サンプルと同一条件でイオ
ンプレ−ティングにより硬質炭素系潤滑膜を被覆したド
リルを、実施例２に示す切削条件で切削試験を行った結
果を示すグラフ。
【図６】実施例３の、各２本の、無処理TiN コーティン
グ高速度工具鋼製ドリルφ６(DIN338)、各２本の計４組
のTiN コーティング高速度工具鋼製φ６ドリルにそれぞ
れ表１〔実施例１〕の各サンプルのうちのNo.19, No.8,
No.13, No 16 のサンプルをそれぞれ処理したときと同
一条件で実施例１のイオンプレ−ティング装置に挿入
し、当該サンプルと同一条件でイオンプレ−ティングに
より硬質炭素系潤滑膜を被覆したドリルを、実施例３に
示す切削条件で切削試験を行った結果を示すグラフ。
グ高速度工具鋼製ドリルφ６(DIN338)、各２本の計４組
のTiN コーティング高速度工具鋼製φ６ドリルにそれぞ
れ表１〔実施例１〕の各サンプルのうちのNo.19, No.8,
No.13, No 16 のサンプルをそれぞれ処理したときと同
一条件で実施例１のイオンプレ−ティング装置に挿入
し、当該サンプルと同一条件でイオンプレ−ティングに
より硬質炭素系潤滑膜を被覆したドリルを、実施例３に
示す切削条件で切削試験を行った結果を示すグラフ。
【図７】実施例４の、各２本の WC-Co超硬合金製ドリル
φ６、各２本の計４組の WC-Co超硬合金製ドリルφ６に
それぞれ表１〔実施例１〕の各サンプルのうちのNo.15,
No.4, No.17, No.6 のサンプルをそれぞれ処理したと
きと同一条件で実施例１のイオンプレ−ティング装置に
挿入し、当該サンプルと同一条件でイオンプレ−ティン
グにより硬質炭素系潤滑膜を被覆したドリルを、実施例
４に示す切削条件で切削試験を行った結果を示すグラ
フ。
φ６、各２本の計４組の WC-Co超硬合金製ドリルφ６に
それぞれ表１〔実施例１〕の各サンプルのうちのNo.15,
No.4, No.17, No.6 のサンプルをそれぞれ処理したと
きと同一条件で実施例１のイオンプレ−ティング装置に
挿入し、当該サンプルと同一条件でイオンプレ−ティン
グにより硬質炭素系潤滑膜を被覆したドリルを、実施例
４に示す切削条件で切削試験を行った結果を示すグラ
フ。
【図８】ボールオンディスク装置を用いた摩擦係数測定
装置のブロック図。
装置のブロック図。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C046 FF03 FF04 FF05 FF09 FF10 FF17 FF25 FF32 FF33 FF34 FF40 FF42 FF55 4K029 AA02 AA04 BA34 BA35 BA44 BA54 BA56 BA58 BA60 BB02 BB07 BC02 BD05 EA01 4K030 BA28 BA29 BA37 BA38 BA41 BA43 BB01 BB12 CA02 CA03 LA22 4K044 AA02 AB05 BA13 BA18 BA19 BB02 BC01 CA13 CA14
Claims (3)
- 【請求項１】 ドリル、エンドミル及びタップを含む工
具に使用される高速度工具鋼又は超硬合金を母材とする
工具上に直接に、又は、前記工具上に TiN,TiCN,TiAlN,
A2O3もしくはこれらの組合せを含む硬質物質をコーティ
ングしたコーティング工具上に、以下の条件を満たす硬
質炭素被膜即ち所謂ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬ
Ｃ）を含む硬質炭素系潤滑膜を被覆させたことを特徴と
する硬質炭素被膜を有する工具部材。 (a).膜全体の膜厚が 2.0μｍ以下のものであり、最上層
に膜厚が 0.2μｍ以上 1,0μｍ以下の硬質炭素系潤滑膜
がある。 (b).シリコンと炭素もしくはシリコン、炭素及び窒素を
含む成分からなる中間層を有し、中間層の下に界面と接
する厚さ0.02μｍ以上 0.5μｍ以下のシリコン単体の層
がある。 (c).前記硬質炭素系潤滑膜は、Ａスケ−ルロックウエル
硬度計を用いて押圧した場合に生ずる圧痕を１００倍の
倍率で観察した結果が、前記圧痕の外周１ｍｍ以上の範
囲で膜と工具母材との間で剥離、亀裂が認められない。 - 【請求項２】 HV800 以上の硬度を有する高速度工具鋼
もしくは超硬合金上に成膜される請求項１を満足する硬
質炭素系潤滑膜において、少なくとも 50gのビッカース
硬度計で計測される硬度が母材硬度と同等もしくはそれ
以上であって、母材硬度＋HV500 以内にあり、通常のＸ
線回析において SiC以外の明瞭な結晶面が確認されない
ことを特徴とする硬質炭素被膜を有する工具部材。 - 【請求項３】 前記中間層の膜は、前記最上層に向けて
シリコン濃度が減少しており、かつ前記中間層の膜の窒
素濃度は炭素濃度に対して10％以下の範囲にあることを
特徴とする請求項１又は請求項２記載の硬質炭素被膜を
有する工具部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34989098A JP3372493B2 (ja) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | 硬質炭素系被膜を有する工具部材 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP34989098A JP3372493B2 (ja) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | 硬質炭素系被膜を有する工具部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000176705A true JP2000176705A (ja) | 2000-06-27 |
| JP3372493B2 JP3372493B2 (ja) | 2003-02-04 |
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ID=18406809
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|---|---|---|---|
| JP34989098A Expired - Fee Related JP3372493B2 (ja) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | 硬質炭素系被膜を有する工具部材 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3372493B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2005088130A (ja) * | 2003-09-18 | 2005-04-07 | Nachi Fujikoshi Corp | 硬質皮膜被覆工具及び硬質皮膜形成用ターゲット |
| US6881475B2 (en) | 2001-06-13 | 2005-04-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd | Amorphous carbon coated tool and fabrication method thereof |
| US6962751B2 (en) | 2001-06-13 | 2005-11-08 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Amorphous carbon coated tools and method of producing the same |
| JP2007083382A (ja) * | 2005-08-26 | 2007-04-05 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 硬質炭素被覆工具 |
| KR100706583B1 (ko) * | 2000-12-11 | 2007-04-11 | 오에스지 가부시키가이샤 | 기재와 다이아몬드 피막 사이에 위치하는 중간층을 포함한다이아몬드 피복부재 및 그 제조방법 |
| WO2007132570A1 (ja) * | 2006-05-17 | 2007-11-22 | Toyo Advanced Technologies Co., Ltd. | ダイヤモンド様薄膜を備えた医療器具及びその製造方法 |
| CN103108716A (zh) * | 2010-09-07 | 2013-05-15 | 住友电工硬质合金株式会社 | 表面被覆切削工具 |
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|---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-12-09 JP JP34989098A patent/JP3372493B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US7931934B2 (en) | 2006-05-17 | 2011-04-26 | Toyo Advanced Technologies Co., Ltd. | Medical device having diamond-like thin film and method for manufacturing thereof |
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