JP2624561B2 - 非晶質硬質炭素膜被覆ダイヤモンド工具 - Google Patents
非晶質硬質炭素膜被覆ダイヤモンド工具Info
- Publication number
- JP2624561B2 JP2624561B2 JP2119680A JP11968090A JP2624561B2 JP 2624561 B2 JP2624561 B2 JP 2624561B2 JP 2119680 A JP2119680 A JP 2119680A JP 11968090 A JP11968090 A JP 11968090A JP 2624561 B2 JP2624561 B2 JP 2624561B2
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- Japan
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- diamond
- carbon film
- cutting
- tool
- hard carbon
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は金属材料、特に炭素鋼など鉄系材料の切削
に用いる非晶質硬質膜被覆ダイヤモンド工具に関するも
のである。
に用いる非晶質硬質膜被覆ダイヤモンド工具に関するも
のである。
［従来の技術］ 焼結ダイヤモンドあるいは単結晶ダイヤモンドはその
超硬質性を利用してアルミニウム、銅など各種金属材料
の切削工具として多用されている。また最近超硬合金な
どの基材上にCVD法でダイヤモンド膜を気相成長させた
ダイヤモンド膜被覆切削工具で開発され、やはり軟質金
属の切削に利用されつつある。しかし炭素鋼などの鉄系
材料に対してはこれらのダイヤモンド工具は不適とされ
ている。これは、ダイヤモンドが鉄と化学的に反応しや
すく、鉄系材料を切削するとダイヤモンドの摩耗が大き
く、工具寿命が短いためである（E.J.Duwell ＆ W.J.Ma
cDonald:Wear,vol.4,No.5（1961）372参照）。
超硬質性を利用してアルミニウム、銅など各種金属材料
の切削工具として多用されている。また最近超硬合金な
どの基材上にCVD法でダイヤモンド膜を気相成長させた
ダイヤモンド膜被覆切削工具で開発され、やはり軟質金
属の切削に利用されつつある。しかし炭素鋼などの鉄系
材料に対してはこれらのダイヤモンド工具は不適とされ
ている。これは、ダイヤモンドが鉄と化学的に反応しや
すく、鉄系材料を切削するとダイヤモンドの摩耗が大き
く、工具寿命が短いためである（E.J.Duwell ＆ W.J.Ma
cDonald:Wear,vol.4,No.5（1961）372参照）。
［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、従来のダイヤモンド工具あるいはダイ
ヤモンド膜被覆工具は鉄と化学的に反応しやすく、一般
に炭素鋼などの鉄系材料の切削には使用されていない。
ヤモンド膜被覆工具は鉄と化学的に反応しやすく、一般
に炭素鋼などの鉄系材料の切削には使用されていない。
本発明は、このような課題を解決するためになされた
もので、鉄系材料との化学的反応を生じにくく、かつ力
学的にも硬度が高く、摩耗しにくい皮膜を焼結ダイヤモ
ンド工具あるいは単結晶ダイヤモンド工具の表面に被覆
することにより、鉄系材料の切削に使用えきるダイヤモ
ンド工具を提供しようとするものである。
もので、鉄系材料との化学的反応を生じにくく、かつ力
学的にも硬度が高く、摩耗しにくい皮膜を焼結ダイヤモ
ンド工具あるいは単結晶ダイヤモンド工具の表面に被覆
することにより、鉄系材料の切削に使用えきるダイヤモ
ンド工具を提供しようとするものである。
［課題を解決するための手段］ この目的を達成するための本発明は、焼結ダイヤモン
ドあるいは単結晶ダイヤモンド工具の表面に0.2〜10μ
ｍの厚さの非晶質硬質炭素膜を被覆してなる、炭素鋼な
どの鉄系材料の切削に適した非晶質硬質炭素膜被覆ダイ
ヤモンド工具を要旨とするものである。
ドあるいは単結晶ダイヤモンド工具の表面に0.2〜10μ
ｍの厚さの非晶質硬質炭素膜を被覆してなる、炭素鋼な
どの鉄系材料の切削に適した非晶質硬質炭素膜被覆ダイ
ヤモンド工具を要旨とするものである。
超硬質炭素であるダイヤモンドは、鉄とA1変態点（72
3℃）以上では急速に反応してセメンタイトFe3Cを生じ
ることが知られており、鉄系材料を切削するときにダイ
ヤモンド工具の摩耗が大きく寿命が短いのはこの反応し
やすさが主因と考えられる。一方、黒鉛（グラファイ
ト）や非晶質炭素はダイヤモンドに比してはるかに鉄と
反応しにくいので（安永ほか：精密機械、38巻、４号
（1972年）413〜415頁参照）、鉄系材料切削用の工具と
してはダイヤモンドよりも黒鉛あるいは非晶質炭素の方
がすぐれた特性を示すことが期待されるが、通常の黒鉛
や非晶質炭素は硬度が極めて低く工具としては使用でき
ないのが実状である。しかし最近ある種のPVD法あるい
はCVD法によりダイヤモンドライクカーボンあるいはｉ
−カーボンと呼ばれる高硬質の非晶質炭素皮膜が作成で
きるようになっており、本発明は、該非晶質硬質炭素膜
を焼結ダイヤモンド工具あるいは単結晶ダイヤモンド工
具の表面に被覆することにより、鉄系材料に対して大き
な耐摩耗性を示す切削工具を開発したものである。
3℃）以上では急速に反応してセメンタイトFe3Cを生じ
ることが知られており、鉄系材料を切削するときにダイ
ヤモンド工具の摩耗が大きく寿命が短いのはこの反応し
やすさが主因と考えられる。一方、黒鉛（グラファイ
ト）や非晶質炭素はダイヤモンドに比してはるかに鉄と
反応しにくいので（安永ほか：精密機械、38巻、４号
（1972年）413〜415頁参照）、鉄系材料切削用の工具と
してはダイヤモンドよりも黒鉛あるいは非晶質炭素の方
がすぐれた特性を示すことが期待されるが、通常の黒鉛
や非晶質炭素は硬度が極めて低く工具としては使用でき
ないのが実状である。しかし最近ある種のPVD法あるい
はCVD法によりダイヤモンドライクカーボンあるいはｉ
−カーボンと呼ばれる高硬質の非晶質炭素皮膜が作成で
きるようになっており、本発明は、該非晶質硬質炭素膜
を焼結ダイヤモンド工具あるいは単結晶ダイヤモンド工
具の表面に被覆することにより、鉄系材料に対して大き
な耐摩耗性を示す切削工具を開発したものである。
ダイヤモンド工具の表面に被覆すべき非晶質硬質炭素
被膜の厚さは、0.2μｍ未満では薄すぎて耐摩耗効果が
少なく、また10μｍを超えると皮膜の内部応力のために
皮膜がダイヤモンド工具表面から剥離しやすくなり、切
削工具としては利用できないので、0.2〜10μｍの範囲
とする。望ましくは２〜７μｍの皮膜厚さで、十分な工
具寿命での切削が可能となる。
被膜の厚さは、0.2μｍ未満では薄すぎて耐摩耗効果が
少なく、また10μｍを超えると皮膜の内部応力のために
皮膜がダイヤモンド工具表面から剥離しやすくなり、切
削工具としては利用できないので、0.2〜10μｍの範囲
とする。望ましくは２〜７μｍの皮膜厚さで、十分な工
具寿命での切削が可能となる。
ダイヤモンド単結晶製の円錐形スライダと該スライダ
表面に２μｍの厚さの非晶質硬質炭素膜を被覆した本発
明のスライダとの耐摩耗性を比較すると、例えばS35C炭
素鋼に対して、真空中、荷重2.0kg、摩擦速度1130m/min
の条件で摩擦させた場合、ダイヤモンド単結晶スライダ
の摩耗量が13×10-4mm3/kmであるのに対して、非晶質硬
質炭素膜被覆スライダのそれは1.1×10-4mm3/kmであ
り、該非晶質炭素膜被覆スライダの方が約10倍以上も耐
摩耗性が優れていると言える。この理由として、ダイヤ
モンド単結晶と鋼との摩擦では接触点で高温が発生して
急速にダイヤモンドからの炭素拡散が生じ、Fe3Cを形成
することによってダイヤモンドの摩耗が大きくなるのに
対して、非晶質炭素膜被覆スライダの場合は、炭素拡散
が生じにくいために摩耗も生じ難いことが考えられる。
表面に２μｍの厚さの非晶質硬質炭素膜を被覆した本発
明のスライダとの耐摩耗性を比較すると、例えばS35C炭
素鋼に対して、真空中、荷重2.0kg、摩擦速度1130m/min
の条件で摩擦させた場合、ダイヤモンド単結晶スライダ
の摩耗量が13×10-4mm3/kmであるのに対して、非晶質硬
質炭素膜被覆スライダのそれは1.1×10-4mm3/kmであ
り、該非晶質炭素膜被覆スライダの方が約10倍以上も耐
摩耗性が優れていると言える。この理由として、ダイヤ
モンド単結晶と鋼との摩擦では接触点で高温が発生して
急速にダイヤモンドからの炭素拡散が生じ、Fe3Cを形成
することによってダイヤモンドの摩耗が大きくなるのに
対して、非晶質炭素膜被覆スライダの場合は、炭素拡散
が生じにくいために摩耗も生じ難いことが考えられる。
また前記摩擦条件で、前記単結晶ダイヤモンドスライ
ダと同形状の焼結ダイヤモンドで作製したスライダと該
焼結ダイヤモンドスライダ表面に非晶質硬質炭素膜を被
覆した本発明のスライダとの耐摩耗性を比較した場合、
焼結ダイヤモンドスライダの摩耗量が21×10-4mm3/kmで
あるのに対して非晶質硬質炭素膜被覆スライダのそれは
2.8×10-4mm3/kmであり、この場合もやはり非晶質硬質
炭素膜被覆スライダの方が８倍ほど耐摩耗性に優れてい
る。
ダと同形状の焼結ダイヤモンドで作製したスライダと該
焼結ダイヤモンドスライダ表面に非晶質硬質炭素膜を被
覆した本発明のスライダとの耐摩耗性を比較した場合、
焼結ダイヤモンドスライダの摩耗量が21×10-4mm3/kmで
あるのに対して非晶質硬質炭素膜被覆スライダのそれは
2.8×10-4mm3/kmであり、この場合もやはり非晶質硬質
炭素膜被覆スライダの方が８倍ほど耐摩耗性に優れてい
る。
なお、非晶質硬質炭素膜の形成法としては、レーザ誘
起放電PVD法（黒鉛ターゲットにCO2レーザ光を集光照射
し、該ターゲットに負電圧をかけて放電を誘起しながら
炭素粒子を蒸発させ、同時にＨイオンを基板に加速・照
射して炭素膜を堆積させる方法）、イオンスパッタ法
（高エネルギArイオンを黒鉛ターゲットに照射して、ス
パッタされた炭素粒子を基板に堆積させる方法）、イオ
ンプレーティング法（黒鉛を電子ビーム照射により蒸発
させ、蒸発した炭素粒子をイオン化電極によってイオン
化・加速して基板に堆積させる方法）、プラズマCVD法
（メタン、エチレンなどの炭化水素ガスをマイクロ波や
高周波電力でプラズマ化し、分解生成した炭素原子を基
板に堆積させる方法）、プラズマインジェクションCVD
法（プラズマ化した炭化水素ガスを電極間電位差により
基板方向に加速し堆積させる方法）などが使用される。
本発明の場合は、成膜条件によっても異なるが、膜硬度
としてHv1000〜7000程度の非晶質炭素膜が形成されてい
る。
起放電PVD法（黒鉛ターゲットにCO2レーザ光を集光照射
し、該ターゲットに負電圧をかけて放電を誘起しながら
炭素粒子を蒸発させ、同時にＨイオンを基板に加速・照
射して炭素膜を堆積させる方法）、イオンスパッタ法
（高エネルギArイオンを黒鉛ターゲットに照射して、ス
パッタされた炭素粒子を基板に堆積させる方法）、イオ
ンプレーティング法（黒鉛を電子ビーム照射により蒸発
させ、蒸発した炭素粒子をイオン化電極によってイオン
化・加速して基板に堆積させる方法）、プラズマCVD法
（メタン、エチレンなどの炭化水素ガスをマイクロ波や
高周波電力でプラズマ化し、分解生成した炭素原子を基
板に堆積させる方法）、プラズマインジェクションCVD
法（プラズマ化した炭化水素ガスを電極間電位差により
基板方向に加速し堆積させる方法）などが使用される。
本発明の場合は、成膜条件によっても異なるが、膜硬度
としてHv1000〜7000程度の非晶質炭素膜が形成されてい
る。
［作用］ 本発明のダイヤモンド工具は、上記のように非晶質硬
質炭素膜を被覆したダイヤモンド工具であるので、該炭
素膜と鉄との化学反応が生じにくくなり、炭素膜を被覆
していないダイヤモンド工具よりも摩耗が少なく、また
切削面も滑らかで、鉄系材料の切削に十分な寿命と切削
性能を発揮する。
質炭素膜を被覆したダイヤモンド工具であるので、該炭
素膜と鉄との化学反応が生じにくくなり、炭素膜を被覆
していないダイヤモンド工具よりも摩耗が少なく、また
切削面も滑らかで、鉄系材料の切削に十分な寿命と切削
性能を発揮する。
［実施例］ （実施例１） 放電誘起レーザPVD法により焼結ダイヤモンドバイト
に厚さ４μｍの非晶質炭素膜を蒸着した。荷重15gfでマ
イクロビッカース硬さHvを測定したところ、Hv約6000で
あった。この切削バイトを用いて75mmφの被削材S45C
を、切り込み1.5mm,送り0.25mm/rev.,切削速度200m/mi
n,乾式という条件で60分間切削したときの逃げ面摩耗は
0.02mmであった。これは非晶質炭素膜を被覆しない焼結
ダイヤモンドバイトを用いて同じ条件の切削試験を行っ
たときの逃げ面摩耗0.3mmに比較して15倍の耐摩耗性を
有することを示している。
に厚さ４μｍの非晶質炭素膜を蒸着した。荷重15gfでマ
イクロビッカース硬さHvを測定したところ、Hv約6000で
あった。この切削バイトを用いて75mmφの被削材S45C
を、切り込み1.5mm,送り0.25mm/rev.,切削速度200m/mi
n,乾式という条件で60分間切削したときの逃げ面摩耗は
0.02mmであった。これは非晶質炭素膜を被覆しない焼結
ダイヤモンドバイトを用いて同じ条件の切削試験を行っ
たときの逃げ面摩耗0.3mmに比較して15倍の耐摩耗性を
有することを示している。
（実施例２） 放電誘起レーザPVD法により単結晶ダイヤモンドバイ
トに厚さ３μｍの非晶質炭素膜を蒸着した。荷重15gfで
マイクロビッカース硬さHvを測定したところ、Hv約6800
であった。この切削バイトを用いて75mmφの被削材S45C
を、切り込み0.5mm,送り0.10mm/rev.,切削速度400m/mi
n,乾式という条件で180分間切削したときの逃げ面摩耗
は0.01mmであった。これは非晶質炭素膜を被覆しない単
結晶ダイヤモンドバイトを用いて同じ条件の切削試験を
行ったときの逃げ面摩耗0.25mmに比較して25倍の耐摩耗
性を有することを示している。
トに厚さ３μｍの非晶質炭素膜を蒸着した。荷重15gfで
マイクロビッカース硬さHvを測定したところ、Hv約6800
であった。この切削バイトを用いて75mmφの被削材S45C
を、切り込み0.5mm,送り0.10mm/rev.,切削速度400m/mi
n,乾式という条件で180分間切削したときの逃げ面摩耗
は0.01mmであった。これは非晶質炭素膜を被覆しない単
結晶ダイヤモンドバイトを用いて同じ条件の切削試験を
行ったときの逃げ面摩耗0.25mmに比較して25倍の耐摩耗
性を有することを示している。
［発明の効果］ 本発明のダイヤモンド工具は、非晶質硬質炭素膜をダ
イヤモンド切削工具の表面に被覆した結果、鉄に対する
化学反応を生じにくく、ダイヤモンド工具が苦手とする
鉄系材料の切削に使用することができ、金属素材として
最も大きなマーケットを占める鉄系材料の切削加工の作
業性や品質向上に寄与するところ極めて大と期待され
る。
イヤモンド切削工具の表面に被覆した結果、鉄に対する
化学反応を生じにくく、ダイヤモンド工具が苦手とする
鉄系材料の切削に使用することができ、金属素材として
最も大きなマーケットを占める鉄系材料の切削加工の作
業性や品質向上に寄与するところ極めて大と期待され
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安永 暢男 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新 日本製鐵株式会社第１技術研究所内 (72)発明者 小椋 茂樹 福岡県北九州市戸畑区大字中原46―59 新日本製鐵株式会社機械・プラント事業 部内 (72)発明者 滝川 浩 福岡県北九州市戸畑区大字中原46―59 新日本製鐵株式会社機械・プラント事業 部内 審査官 佐伯 義文 (56)参考文献 特開 昭62−196371（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】焼結ダイヤモンドあるいは単結晶ダイヤモ
ンド工具の表面に0.2〜10μｍの厚さの非晶質硬質炭素
膜を被覆してなる非晶質硬質炭素膜被覆ダイヤモンド工
具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2119680A JP2624561B2 (ja) | 1990-05-11 | 1990-05-11 | 非晶質硬質炭素膜被覆ダイヤモンド工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2119680A JP2624561B2 (ja) | 1990-05-11 | 1990-05-11 | 非晶質硬質炭素膜被覆ダイヤモンド工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0419001A JPH0419001A (ja) | 1992-01-23 |
| JP2624561B2 true JP2624561B2 (ja) | 1997-06-25 |
Family
ID=14767393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2119680A Expired - Lifetime JP2624561B2 (ja) | 1990-05-11 | 1990-05-11 | 非晶質硬質炭素膜被覆ダイヤモンド工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2624561B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4111238A1 (de) * | 1991-04-08 | 1992-10-15 | Hilti Ag | Werkzeug zur zerspanung von werkstoffen |
| DE19610342A1 (de) * | 1996-03-18 | 1997-09-25 | Saacke Zorn Walztech | Verwendung einer elementaren Kohlenstoff enthaltenden Schicht auf Werkzeugen für spanende Formgebung |
| JP2007160506A (ja) * | 2007-02-23 | 2007-06-28 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 非晶質カーボン被覆工具 |
| JP2010021864A (ja) * | 2008-07-11 | 2010-01-28 | Sharp Corp | ２周波共用フィードと、それを用いたコンバータおよびアンテナ装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06951B2 (ja) * | 1986-02-20 | 1994-01-05 | 東芝タンガロイ株式会社 | 高密着性ダイヤモンド被覆部材 |
-
1990
- 1990-05-11 JP JP2119680A patent/JP2624561B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0419001A (ja) | 1992-01-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |