JP2020069505A - 機械加工用治具及び機械加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐衝撃性に優れた炭素膜を加工面に備えた機械加工用治具及び該治具を用いた機械加工方法を提供する。【解決手段】剛性基材１の加工面に炭素膜３が形成されている機械加工用治具において、炭素膜３は、下記式：ＩＤ／ＩＧ式中、ＩＤは、前記炭素膜表面のラマン分光スペクトルにおける１３３３±１０ｃｍ−１での最大ピーク強度であり、ＩＧは、前記炭素膜表面のラマン分光スペクトルにおける１５００±１００ｃｍ−１での最大ピーク強度である、で表される強度比が０．６を超えるラマン分光スペクトルを示すことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、加工表面に炭素膜が形成されている機械加工用治具及び該治具を用いた機械加工方法に関するものである。

炭素の結晶であるダイヤモンド成分を含む炭素膜は、周知のように著しく硬度が高く、耐摩耗性に優れている。このため、バイト、エンドミル、やすりなどの切削用工具、パンチ、ダイスなどの塑性加工金型、バルブリフタ、軸受けなどの摺動部材の表面に炭素膜を形成することにより、加工性や機械的寿命を高めることが従来から行われている。

上記のような炭素膜には、ダイヤモンド成分を多く含むダイヤモンド膜やグラファイト成分を多く含むＤＬＣ膜（ダイヤモンドライクカーボン膜）があり、特に切削工具や塑性加工金型に適用する炭素膜について、その組成とその特性について種々の研究がなされている。

例えば、特許文献１には、ダイヤモンドと非晶質炭素とからなり、表面粗さＲｍａｘが２μｍ以下であって、ラマン分光スペクトル分析において１３３３±１０ｃｍ^−１に存在する最大のピークの強度をＩ_Ｄ、１５００±１００ｃｍ^−１に存在する最大のピークの強度をＩ_Ｇとしたとき、強度比Ｉ_Ｇ／Ｉ_Ｄが０．２〜２０（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ＝０．０５〜５）である硬質炭素膜が、被加工金属との摺動面に形成されている金属加工用治具が提案されている。この金属加工用治具は、具体的には、絞り加工に用いられるダイスやパンチ、伸線に用いられる引き抜きダイスである。
また、特許文献２には、基材上に形成される切削工具用ダイヤモンド皮膜であって、この皮膜は複数の皮膜層から形成されており、ラマン分光スペクトル分析による強度比（Ｉ_Ｄ／Ｉ_ＧあるいはＩ_Ｇ／Ｉ_Ｄ）により皮膜層の機械的特性を制御することが提案されている。

上記のラマン分光スペクトル分析での１３３３ｃｍ^−１前後の領域でのピークは、ダイヤモンド成分に由来するものであり、１５００ｃｍ^−１前後の領域でのピークは、グラファイト成分に由来するものである。従って、強度比（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）が大きいほどダイヤモンド成分を多く含み、グラファイト成分量が少なく、この炭素膜が高純度のダイヤモンドであり、すなわち高硬度であることを示している。

上記の特許文献１，２において、ラマン分光分析における強度比（Ｉ_Ｇ／Ｉ_Ｄ或いはＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）を一定の範囲に設定しているのは、何れも耐摩耗性を向上させ、膜寿命を長くするためである。

ところで、金属の塑性加工は、通常、プレス加工により行われ、代表的な手法として、絞り加工及びしごき加工がある。例えば、アルミニウム缶等の金属缶は、平板状の金属板を所定の大きさの円板形状に打ち抜いた後、絞り加工を行って、ハイトが低い絞り缶を成形した後、しごき加工を行い、薄肉化され、ハイトが高い金属缶基体とする成形工程を経て製造される。

上記のようなプレス加工において、特に絞り加工では、金型に炭素膜を形成することで無潤滑での成形をおこなうことがある。例えば、特許文献３には、潤滑材を用いなくてもアルミニウムの絞り加工を行い得る金型が開示されており、この金型表面には膜厚が０．５μｍ〜５μｍのダイヤモンドライクカーボン膜を設けることが開示されている。

しかしながら、しごき加工は、用いる治具の被加工材に対する摺動が大きな過酷な成形であり、特にダイスの加工面には、しごき率が大きくなるほど、被加工材の加工硬化の影響を受け、また、しごき加工（薄肉化）が進むにつれ、大きな面圧が加わる。このため、上記のような従来公知の炭素膜を設けたのでは、成形限界が低く、しごき率の大きなしごき加工に耐えられないという問題がある。例えば、しごき率が４０％以上のしごき加工では、治具と被加工材との摺動抵抗が大きくなり、薄肉化によって、許容応力を超える引張応力が被加工材に加わり、結果として成形不良を生じてしまう。
尚、しごき率は、板厚減少率であり、しごき加工前の板厚ｔ_０、加工後の板厚をｔ_１としたとき、下記式で表され、しごき率が大きいほど、ダイスに加わる面圧が大きく、過酷な成形となる。
しごき率（％）＝１００×（ｔ_０−ｔ_１）／ｔ_０

ところで、特許文献４には、ラマン分光スペクトル測定において、強度比（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ）が１．０以上、特に１．２以上の炭素膜が加工面に形成されているしごき加工用ダイスが本出願人により提案されている。このしごき加工用ダイスは、ダイヤモンド純度が高い炭素膜が加工面に形成されているというものであり、しごき加工性に優れ、ドライプロセスによりしごき率が４０％を超える過酷なしごき加工においても、成形不良を生じることなく、鏡面或いは鏡面に近いレベルの平滑な成形品を得ることが可能となっている。

しかしながら、上記のような炭素膜は、確かに過酷な条件での加工に際しても優れた加工性を示すのであるが、耐衝撃性が低いという点で、さらなる改善が必要となっている。即ち、機械加工用治具は、所謂超硬合金などの剛性基材から形成されているが、炭素膜は、このような剛性基材の加工面（機械加工に際して、金属乃至合金等の被加工物と接触する面）に蒸着等により成膜されるものであるが、このような治具を用いて機械加工を行ったとき、少ない加工サイクルで膜剥がれを生じていたのである。しかも、このような膜剥がれは、ドライプロセスに限らず、液体環境下での加工（潤滑剤を用いたウエットプロセスでの加工）においても問題となっている。

特開平５−１６９１６２号公報 特開平６−２９７２０７号 特開平８−９００９２号 ＷＯ２０１７／０３３７９１号

従って、本発明の目的は、耐衝撃性に優れた炭素膜を加工面に備えた機械加工用治具及び該治具を用いた機械加工方法を提供することにある。

本発明によれば、剛性基材の加工面に炭素膜が形成されている機械加工用治具において、
前記炭素膜は、下記式：
Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ
式中、
Ｉ_Ｄは、前記炭素膜表面のラマン分光スペクトルにおける１３３３±１０ｃｍ^−１での最大ピーク強度であり、
Ｉ_Ｇは、前記炭素膜表面のラマン分光スペクトルにおける１５００±１００ｃｍ^−１での最大ピーク強度である、
で表される強度比が０．６を超えるラマン分光スペクトルを示すことを特徴とする機械加工用治具が提供される。

本発明の機械加工用治具においては、
（１）前記炭素膜の表面は、算術平均粗さＲａが０．１２μｍ以下の平滑面となっていること、
（２）前記炭素膜は、前記強度比が１．１以下のラマン分光スペクトルを示すこと、
が好適である。

本発明によれば、また、上記の機械加工用治具を使用し、液体環境下で被加工物に対する機械加工を行うことを特徴とする機械加工方法が提供される。
この方法においては、
（１）前記機械加工用治具がしごき加工用ダイスであり、前記機械加工がしごき加工であること、
が好適である。

本発明の機械加工治具の加工面に設けられている炭素膜は、ラマン分光スペクトル測定において、強度比Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇが０．６を超え、好ましくは１．１以下、より好ましくは１．０未満、さらに好ましくは０．９以下の範囲にあるという点に重要な特徴を有するものである。即ち、従来の公知の技術では、炭素膜の強度比Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇを大きくする程（ダイヤモンド純度が高くする程）、優れた加工性が発揮されるのであるが、本発明者等の検討では、耐衝撃性を高めるには、これとは逆に、強度比Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇを小さくし、ダイヤモンド純度が低い方が有利という結果を得たのである。例えば、後述する実施例に示されているように、径が１／２インチの超硬合金製のボール（球体）を２００Ｎの荷重で繰り返し炭素膜表面に衝突させたとき（４００ショット／分）、強度比Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇが１．１を超えるものでは、１０００００から２０００００ショットの間で膜剥がれが観察されたのに対し、本発明にしたがい、特に強度比Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇが１．０未満（例えば０．９）のものでは、４０００００回のショット数を超えた場合にも、膜剥がれが観測されていない。
このように、本発明にしたがい、強度比Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇの小さな炭素膜を設けることにより、耐衝撃性を高め、炭素膜の膜剥がれを有効に防止することができる。

このように本発明の機械加工用治具は、その表面に形成されている炭素膜が耐衝撃性に優れており、機械加工を多数回繰り返した場合にも膜剥がれを生じることがなく、安定して機械加工を行うことができるのであるが、このような本発明の機械加工用治具の炭素膜の優れた耐衝撃性を最大限に発揮させるためには、液体環境下で機械加工を行うべきである。
即ち、本発明の機械加工用治具の加工面に設けられている炭素膜は、強度比Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇが小さい範囲にあり、ダイヤモンド純度が低いため、ドライプロセスのような潤滑剤を使用しない過酷な加工を行った場合には、得られる被加工物の成形加工面は、粗くなってしまう傾向があるかもしくは成形不良が生じる。しかるに、液体環境下での加工、即ち、クーラントを用いたウエットプロセスでの加工に本発明の機械加工用治具を適用した場合には、平滑度の高い成形加工面を得ることができる。

本発明の機械加工用治具の要部を示す概略側断面図。 炭素膜表面のラマン分光スペクトルの一例を示す図 しごき加工を利用したプレス成形プロセスの一例を示す図。 本発明が適用された環状しごき加工用ダイスの概略部分側面図。 機械加工用治具の加工面に形成されている炭素膜の耐衝撃性を測定するための試験機の概略側断面図。

本発明の機械加工用治具は、例えば各種金属ないし合金などの硬質材料に対する機械加工、例えば、絞り加工、しごき加工、絞り−しごき加工、切削加工などの過酷な機械加工に使用されるものであり、図１の概略図に示されているように、剛性基材１と剛性基材１の表面に設けられた炭素膜３とを備えている。

剛性基材１は、過酷な機械加工に耐え得る剛性を有し、且つ炭素膜３の成膜時の高温加熱に耐える耐熱性を有する材料からなるものである。このような剛性と耐熱性とを兼ね備えた材料としては、タングステンカーバイド（ＷＣ）とコバルトなどの金属バインダーとの混合物を焼結して得られる所謂超硬合金や、炭化チタン（ＴｉＣ）などの金属炭化物や炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）などのチタン化合物とニッケルやコバルトなどの金属バインダーとの混合物を焼結して得られるサーメット、あるいは炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）といった硬質セラミックスなどが代表的である。

炭素膜３は、下記式（１）：
Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ （１）
式中、
Ｉ_Ｄは、炭素膜３の表面のラマン分光スペクトルにおける１３３３±１０ｃｍ^−１での最大ピーク強度であり、
Ｉ_Ｇは、炭素膜３の表面のラマン分光スペクトルにおける１５００±１００ｃｍ^−１での最大ピーク強度である、
で表される強度比が０．６を超え、好ましくは１．１以下、より好ましくは１．０未満、さらに好ましくは０．９以下の範囲にある。

後述する実験例で形成された炭素膜のラマン分光スペクトルを示す図２を参照して、１３３３±１０ｃｍ^−１での最大ピーク強度Ｉ_Ｄは、膜中のダイヤモンド成分に由来するものであり、１５００±１００ｃｍ^−１での最大ピーク強度Ｉ_Ｇは、膜中のグラファイト成分に由来する。従って、上記のピーク強度比が小さい程、グラファイトの含有率が多く、ピーク強度比が大きい程、よりダイヤモンド結晶に近い膜であること示す。例えば、上記強度比が０．６以下の炭素膜は、ダイヤモンド膜ではなく、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ膜）と呼ばれるものである。このことから理解されるように、本発明における炭素膜３は、上記強度比を満足するようにグラファイト成分を含有していることが大きな特徴であり、ピーク強度比が大きく設定され、ある程度以上のダイヤモンド結晶を含有していることが要求される従来の炭素膜と異なっている。

本発明においては、炭素膜３が上記のような強度比を満足し、グラファイト成分を多く含んでいるため、ダイヤモンドの粒径が小さく結晶界面の面積が大きくなり、優れた耐衝撃性が発揮される。例えば耐衝撃性試験に供したとき、４０００００回のショット数を超えた場合にも、膜剥がれが有効に抑制され、過酷な機械加工を繰り返し行うことが可能となる。即ち、グラファイト成分を多く含む炭素膜３は、下地の剛性基材１に対しての追随性が高く、この結果、高い衝撃性を示し、膜剥がれが有効に防止されるものと考えられる。

また、本発明において、上記の炭素膜３は、その表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ−０６０１−１９９４）が０．１２μｍ以下、特に０．０８μｍ以下であることが好適である。即ち、炭素膜３は、高硬度のダイヤモンド結晶を含んでいるため、その表面が粗くなる傾向がある。このため、成膜後、研磨処理に供することにより、上記のような粗さの平滑面とすることが好適である。特に、このような炭素膜３を備えた治具を用いてしごき加工を行う場合、加工に際して被加工物との間に大きな面圧が加わるため、しごき加工に際しての被加工物との滑り性を高め、被加工物の表面を鏡面に近い平滑面とする上で、炭素膜３の表面粗さが上記のような範囲に設定されていることが好適となる。

本発明において、上述した炭素膜３は、熱フィラメントＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、例えばマイクロ波プラズマＣＶＤ、高周波プラズマＣＶＤ、熱プラズマＣＶＤ等の公知の方法で剛性基材１の表面に成膜し、次いで表面研磨することにより作製される。

尚、成膜に際しては、原料ガスとして、一般に、メタン、エタン、プロパン、アセチレン等の炭化水素ガスを水素ガスで１％程度に希釈したガスが使用され、この原料ガスには、膜質や成膜速度の調製のために、適宜、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素等のガスが少量混合されることもある。
上記の原料ガスを使用し、上記剛性基材１を７００〜１０００℃の高温に加熱し、マイクロ波や高周波等によりプラズマを発生させ、プラズマ中で原料ガスを分解して活性種を生成せしめ、剛性基材１上でダイヤモンド結晶を成長させることにより成膜が行われる。かかる成膜に際しては、プラズマ中で解離した水素原子が、剛性基材１上に生成したグラファイトやアモルファスカーボンを選択的にエッチングし、これにより、ダイヤモンド成分が多く、膜のラマン分光スペクトルのピーク強度比を前述した範囲内とすることができる。

しかるに、上記で形成された炭素膜の表面は、成膜に際してグラファイトやアモルファスカーボンのエッチングを伴うため、ダイヤモンド結晶が成長しやすく、その表面粗さＲａが前述した範囲よりも大きな粗面となってしまう。このため、本発明では、成膜条件を制御し、例えば成膜時間を短時間とし、ダイヤモンド結晶の生成を抑制し、さらに、研磨加工を行うことにより、行って、前述したラマン分光スペクトルのピーク強度比及び表面粗さＲａの何れもが前述した範囲内にある炭素膜３を剛性基材１上に形成することができる。

尚、蒸着により形成された炭素膜３の表面研磨は、それ自体公知の方法で行うことができる。例えば、ダイヤモンド砥粒（砥石）を用いて、炭素膜の共削り加工を行う機械的な研磨方法でもよいし、化学作用を利用した研磨方法でもよい。これらの機械的および化学的手法を複合した研磨方法でもよい。これらの研磨方法により、膜の表面粗さＲａを前述した範囲に調整することができる。

本発明において、上述した炭素膜３を備えた機械加工用治具は、バイト、エンドミル、やすりなどの切削用工具、パンチ、ダイスなどの塑性加工金型などとして好適に使用されるが、特に、しごき加工用ダイスとして、過酷な加工であるしごき加工に好適に適用され、さらにはクーラントを用いたウエット加工に適用することが、炭素膜３の優れた耐衝撃性を最大限に発揮させる上で最適である。

図３には、本発明の機械加工用治具をしごき加工用ダイスとして用いたプレス加工により金属缶の製造プロセスを示したものである。

この図３において、金属缶の成形に用いる素板（例えばアルミニウム板）１１は、先ず、打ち抜き加工に付せられ、これにより、金属缶用の円板１３が得られる（図３（ａ）参照）。
かかる打ち抜き加工では、円板１３の直径に相当する外径を有する打ち抜き用パンチ１５と、素板１１を保持し且つ円板１３の直径に相当する開口を有するダイ１７が使用される。即ち、パンチ１５によりダイ１７上に保持された素板１１を打ち抜くことにより、所定の大きさの円板１３が得られる。
尚、かかる製造プロセスで製造する成形物の形態によっては、素板１１は、他の形状（例えば矩形状）に打ち抜かれることもある。

上記のようにして得られた円板１３は、絞り加工に付せられ、これにより、ハイトの低い絞り缶（有底筒状体）１９が得られる（図３（ｂ）参照）。
かかる絞り加工においては、ダイ２１上に打ち抜かれた円板１３が保持され、この円板１３の周囲はしわ押え用の治具２３によって保持されている。ダイ２１には、開口が形成されており、絞り用のパンチ２５を用いてダイ２１の開口内に円板１３を押し込むことにより、絞り缶１９が得られることとなる。
尚、このダイ２１の開口の上端のコーナー部（円板１３を保持している側）にアール（曲率部）が形成されており、円板１３が速やかに且つ折れることなく、ダイ２１の開口内に押し込まれるようになっており、パンチ２５の外径は、円板１３のほぼ厚みに相当する分だけ、ダイ２１の開口の径よりも小さく設定されている。即ち、この絞り加工では、薄肉化はほとんど行われない。尚、絞り加工は成形品の形状に応じて複数回行う場合もある。

次いで、上記で得られた絞り缶１９は、しごき加工に付せられ、これにより、ハイトが高く且つ薄肉化された金属缶基体（絞りしごき缶）２７が成形される（図３（ｃ）参照）。
このしごき加工では、上記の絞り加工により得られた絞り缶１９の内部にしごき用のパンチ２９を挿入し、環状のしごき加工用ダイス３１の内面に該筒状体１９の外面を圧接しながら、パンチ２９を降下させることにより、ダイス３１により、筒状体１９の側壁が薄肉化されていくこととなる。これにより、薄肉化され、且つ薄肉化の程度に応じてハイトが高くなった金属缶基体２７が得られることとなる。

図３から理解されるように、この打ち抜き加工、絞り加工及びしごき加工の一連の工程において、打ち抜き加工では、摺動性は不要であるが、絞り加工からしごき加工になるほど、用いる金型と被加工物との間の摺動性を要する。特にしごき加工では、被加工物の降伏応力を超える面圧が加わるため、最も摺動性を要する。

本発明では、この環状のしごき加工用ダイス３１として、前述した炭素膜３を備えた機械効用治具が使用される。

即ち、上述した図３（特に図３（ｃ））と共に、上記ダイス３１の部分側面を示す図４を参照して、このしごき加工用ダイス３１は、しごき加工に際して、被加工物（筒体）１９の加工方向上流側に位置している傾斜面３３と、加工方向下流側に位置している傾斜面３５と、その間のフラットな面３７とを有しており、被加工物１９と接触する領域が加工面４１となっており、これらの面３３、３５、３７を含む全面に前述した炭素膜３が形成されている。

ところで、図３に示されているしごき加工用ダイス３１においては、炭素膜３は、少なくとも上記の加工面４１（即ち、しごき加工に際して面圧が加わる面）に形成されていればよいが、好ましくは、炭素膜３の両端部が、加工面４１から離れた位置に存在していることが、過酷なしごき加工に際して、膜剥がれをより確実に防止する上で好ましく、このような観点から、炭素膜３は、通常、剛性基材１の全面（図３での上面を除く）に形成される。
また、図では示されていないが、剛性基材１の内部には、冷却管などが通され、しごき加工に際しての加工面４１の温度上昇を抑制するように構成されていることが好適である。

さらに、図３の例では、一つの環状しごき加工用ダイス３１が配置されているが、このような環状しごき加工用ダイス３１を、加工方向に対して、適当な間隔をおいて複数配置することも可能である。この場合、加工方向下流側に配置されるダイス３１の空隙Ｄが小さくなり、これにより、徐々に薄肉化されることとなる。

本発明においては、上述した炭素膜３を備えたしごき加工用ダイス３１を用いてのしごき加工は、液体環境下で行う所謂ウエット加工が最も好適である。即ち、上記の炭素膜３は、耐衝撃性に優れているが、ダイヤモンド結晶の含有率が少なく、それに伴い、硬度が低く、滑り性が劣っている。このため、所謂無潤滑方式のドライ加工に適用した場合、限界しごき率が小さくなり、しごき率を高くした場合、表面荒れ等を生じ易くなり、場合によっては成形不良が生じる。しかるに、液体環境下でしごき加工を行うウエット加工では、ダイス３１の加工面４１（炭素膜３）と被加工物１９の成形面との間に液体が介在するため、限界しごき率を高め、高いしごき率でのしごき加工が可能となり、耐衝撃性に優れ、膜剥がれを生じることなく繰り返し加工を行い得るという本発明の利点を最大限に発揮することができる。

このようなウエット加工でのしごき加工において、用いる液体は、クーラントと呼ばれ、水、及び鉱物油や油脂類（菜種油など）を基油として各種の添加剤を加えて水に溶解乃至分散させたものが使用されるが、特に油分を含まないクーラントでもよく、例えば純粋な水などが、冷却作用と共に、ダイス３１の加工面４１と被加工物１９の成形加工面との間の潤滑性を高めるという点で、好適に使用される。このようなクーラントの使用により、限界しごき率を高めることができる。例えば、アルミニウム板のしごき加工に対しては、限界しごき率を４０％に高めることができる。

また、本発明において、上述した炭素膜３を備えたしごき加工用ダイス３１を用いてのしごき加工は、種々の金属ないし合金材に適用することができる。例えば、アルミニウム、銅、鉄或いは、これらの金属を含む合金、さらにはブリキなどの錫めっき鋼板や化成処理を施したアルミニウム板などの表面処理鋼板、少なくとも一面に有機被膜をもつプレコート金属板などについても、しごき率の高い過酷なしごき加工を繰り返し行うことができる。
特に、管状のしごき加工用ダイス３１を用いてのウエット加工によるしごき加工は、前述した図２に示すプロセスで金属缶基体を製造する際のしごき加工に好適に使用することができ、中でも、アルミニウム缶の製造に最も好適に適用される。

本発明を次の実験例で説明する。
尚、以下の実験例において、表面粗さの測定、ラマン分光スペクトルにおけるピーク強度の算出及び耐衝撃性試験は、以下の方法により実施した。

表面粗さ：
（株）東京精密製表面粗さ計（サーフコム２０００ＳＤ３）を使用し、ＪＩＳ−Ｂ−０６０１に準拠し、算術平均粗さＲａを測定した。

ラマン分光スペクトルにおけるピーク強度：
サーモフィッシャーサイエンティフィック（株）製ラマン分光装置（ＤＸＲ Ｒａｍａｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を使用し、ラマン分光スペクトルを測定した。その際の、ラマン分光スペクトルの一例が図２に示されている。１３３３ｃｍ^−１近傍に鋭いピークＩ_Ｄと、１５００ｃｍ^−１近傍になだらかなピークＩ_Ｇが検出されていることがわかる。得られたラマン分光スペクトルの曲線を二次多項式にて近似し、これをベースラインとして、ラマン分光スペクトルを補正し、任意区間に存在するピークのうち最も高いピーク強度を取得した。

耐衝撃性試験；
図５に示す試験機を用いて行った。
即ち、剛性基材の表面に炭素膜を備えた試料板をバネで保持して荷重を加え、回転板に装着された圧子の先端に超硬合金製の硬球を取り付け、回転板の回転により圧子を摺動させることにより、硬球を繰り返し叩き付け、膜剥がれが生じるまでのショット数を測定し、このショット数により耐衝撃性を評価した。
硬球：１／２インチ径の超硬合金製
荷重：２００Ｎ（ヘルツ接触応力 ５ＧＰａ）
摺動速度：４００ショット／ｍｉｎ
評価基準は、以下のとおりである。
◎：膜剥がれまでのショット数が４０万回以上
○：膜剥がれまでのショット数が２０万回以上、４０万回未満
△：膜剥がれまでのショット数が１０万回以上、２０万回未満
×：膜剥がれまでのショット数が１０万回未満

＜実験例１＞
表１に示すＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇ強度比のラマン分光スペクトルを示す炭素膜を超硬基板に形成し、耐衝撃性試験を行い、耐衝撃性（膜剥がれ）の評価を行った。その結果を表１に示した。

＜実験例２＞
表２に示すＩ_Ｄ／Ｉ_Ｇ強度比のラマン分光スペクトルを示す炭素膜が表面に形成されたダイスを用いて、アルミニウム板のしごき加工成形試験を行った。尚、炭素膜表面の算術平均粗さＲａは０．１２μｍとなるように研磨を行った。
尚、アルミニウム板は、Ａ３１０４材を板厚０．２９ｍｍに圧延したものを打ち抜き、外径Φ６６ｍｍのパンチを速度２００ｓｐｍにて移動させ、まず絞り加工を行い、Φ６６ｍｍの筒状体（カップ）を成形し、このカップの外面を脱脂してしごき加工成形試験に供した。
成形試験は、表２に示すしごき率で行い、潤滑剤として水を用いてのウエット成形或いは潤滑剤を使用しないドライ成形でしごき加工を行った。
各しごき加工での成形可否の結果を表２に示した。

上記の実験Ｎｏ．２−２で用いたしごきダイスの表面炭素膜（Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ＝０．９）について更に研磨を行い、算術平均粗さＲａを、０．１０μｍ、０．０８μｍ及び０．０５μｍとした。このしごきダイスを用いて、水を潤滑剤として用いてしごき率５０％でしごき加工を行い、成形体表面を観察した。算術平均粗さＲａが０．１２μｍ及び０．１０μｍの時には、表面に若干の傷が観察されたが、算術平均粗さＲａが０．０８μｍ及び０．０５μｍのときには、傷は観察されず、鏡面が得られた。なお、算術平均粗さＲａが０．１２μｍより大きい０．１４μｍ及び０．２０μｍのときは成形不可であった。

１：剛性基材
３：炭素膜
１９：被加工物（筒体）
３１：しごき加工用ダイス
４１：加工面

Claims (5)

1. 剛性基材の加工面に炭素膜が形成されている機械加工用治具において、
   前記炭素膜は、下記式：
   Ｉ_Ｄ／Ｉ_Ｇ
   式中、
   Ｉ_Ｄは、前記炭素膜表面のラマン分光スペクトルにおける１３３３±１０ｃｍ^−１での最大ピーク強度であり、
   Ｉ_Ｇは、前記炭素膜表面のラマン分光スペクトルにおける１５００±１００ｃｍ^−１での最大ピーク強度である、
   で表される強度比が０．６を超えるラマン分光スペクトルを示すことを特徴とする機械加工用治具。
2. 前記炭素膜の表面は、算術平均粗さＲａが０．１２μｍ以下の平滑面となっている請求項１に記載の機械加工用治具。
3. 前記炭素膜は、前記強度比が１．１以下の範囲にあるラマン分光スペクトルを示す請求項１または２に記載の機械加工用治具。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の機械加工用治具を使用し、液体環境下で被加工物に対する機械加工を行うことを特徴とする機械加工方法。
5. 前記機械加工用治具がしごき加工用ダイスであり、前記機械加工がしごき加工である請求項４に記載の機械加工方法。