JP7023388B1 - 切削工具 - Google Patents

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Abstract

基材と、前記基材上に配置された硬質炭素膜と、を備える切削工具であって、前記硬質炭素膜は、非晶質相と、グラファイト相と、を含み、前記硬質炭素膜の結晶化度は、６．５％以下であり、前記グラファイト相の配向性は、６以下である。

Description

本開示は、切削工具に関する。
非晶質炭素やダイヤモンドライクカーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ－Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等の硬質炭素膜は、耐摩耗性、潤滑性に優れていることから、切削工具、金型、機械部品へのコーティング材料として用いられている。
特開２００３－６２７０６号公報（特許文献１）には、ＷＣ基からなる基材と、該基材を被覆する非晶質カーボン膜とを備える非晶質カーボン被覆工具が開示されている。
国際公開２０１６／１９０４４３号（特許文献２）には、基体と、該基体の表面に位置し、ダイヤモンドライクカーボンを含有するＤＬＣ層とを具備する切削工具が開示されている。
特開２００３－６２７０６号公報 国際公開２０１６／１９０４４３号
本開示の切削工具は、
基材と、前記基材上に配置された硬質炭素膜と、を備える切削工具であって、
前記硬質炭素膜は、非晶質相と、グラファイト相と、を含み、
前記硬質炭素膜の結晶化度は、６．５％以下であり、
前記グラファイト相の配向性は、６以下である、切削工具である。
図１は、本開示の一実施形態に係る切削工具の一例の断面図である。 図２は、本開示の一実施形態に係る切削工具の他の一例の断面図である。 図３は、本開示の一実施形態に係る切削工具の硬質炭素膜のＸ線回折パターンの一例である。 図４は、図３に示されるＸ線回折パターンをＸ軸を波数、Ｙ軸を散乱強度を示すように変換して得られる変換後パターンである。 図５は、図４に示される変換後パターンのうち、波数１～３．６Å－１の領域を抽出したパターンである。 図６は、図５の抽出パターンのスペクトルＳ１を直線Ｌ１で規格化した規格化スペクトルのパターンである。 図７は、図６の規格化パターンから分離された非晶質相由来のスペクトルを示すパターンである。 図８は、図６の規格化パターンから分離されたグラファイト相由来のピークを示すパターンである。 図９は、図６に示されるピークＡ１１の分離方法を説明するための図である。 図１０は、図６に示されるピークＡ１２の分離方法を説明するための図である。 図１１は、図６に示されるピークＡ１３の分離方法を説明するための図である。 図１２は、本開示の一実施形態に係る切削工具の製造に用いられる成膜装置の一例を示す模式図である。 図１３は、本開示の一実施形態に係る切削工具の製造に用いられるターゲットの一例を示す図である。
[本開示が解決しようとする課題]
近年、被削材の多様化が進み、アルミニウム合金などの軟金属や、チタン、マグネシウム、銅といった非鉄金属、有機材料、グラファイトなど硬質粒子を含有する材料、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ）等の加工が行われている。
硬質炭素膜を有する切削工具を用いて上記の材料を切削する場合、工具の切れ刃部分に被削材が凝着して切削抵抗が増大したり、刃先が欠損し、工具寿命が低下する傾向がある。これは特に被削材が軟金属の場合に生じやすい。よって、軟金属の切削に用いた場合であっても、長い工具寿命を有することのできる切削工具が求められている。
そこで、本目的は、特に軟金属の切削に用いた場合であっても、長い工具寿命を有することができる切削工具を提供することを目的とする。
[本開示の効果]
本開示によれば、特に軟金属の切削に用いた場合であっても、長い工具寿命を有することができる切削工具を提供することが可能となる。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の切削工具は、
基材と、前記基材上に配置された硬質炭素膜と、を備える切削工具であって、
前記硬質炭素膜は、非晶質相と、グラファイト相と、を含み、
前記硬質炭素膜の結晶化度は、６．５％以下であり、
前記グラファイト相の配向性は、６以下である、切削工具である。
本開示の切削工具は、特に軟金属の切削に用いた場合であっても、長い工具寿命を有することができる。
（２）前記硬質炭素膜の切削に関与する部分における厚さは、０．１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。これによると、硬質炭素膜の剥離や欠損を抑制することができる。
（３）前記硬質炭素膜の水素含有量は、５原子％以下であることが好ましい。これによると、硬質炭素膜の硬度及び耐酸化性が向上する。
（４）前記基材と前記硬質炭素膜とは接していることが好ましい。これによると、硬質炭素膜と基材との密着性が向上する。
（５）前記切削工具は、前記基材と前記硬質炭素膜との間に配置された界面層を備え、
前記界面層は、
・周期律表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素及び炭素を除く第１４族元素からなる第１群より選ばれる１種の単体、前記第１群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む合金又は第１化合物、及び、前記第１化合物由来の固溶体、からなる群より選ばれる少なくとも１種、又は、
・前記第１群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素と、からなる第２化合物、及び、前記第２化合物由来の固溶体の一方又は両方、
を含み、
前記界面層の厚さは、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ未満であることが好ましい。
これによると、基材と硬質炭素膜とが、界面層を介して強固に密着するとともに、界面層は基材と硬質炭素膜との硬度差をバランスさせる役目、すなわち緩衝させるように作用して耐衝撃性も向上する。
（６）前記基材は、ＷＣ基超硬合金又はサーメットからなることが好ましい。これによると、切削工具は非鉄合金、特にアルミニウム合金、銅合金、マグネシウム合金等の切削に適する。
（７）前記基材は、立方晶窒化硼素からなることが好ましい。これによると、切削工具は非鉄合金、特にアルミニウム合金、銅合金、マグネシウム合金等の切削に適する。
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
本明細書において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。
［実施形態１：切削工具］
本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）に係る切削工具について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る切削工具の一例の断面図である。図２は、本実施形態に係る切削工具の他の一例の断面図である。
図１に示されるように、本実施形態の切削工具３０は、基材５と、該基材５上に配置された硬質炭素膜２０と、を備える切削工具３０であって、該硬質炭素膜２０は、非晶質相２５と、グラファイト相２４と、を含み、該硬質炭素膜２０の結晶化度は、６．５％以下であり、該グラファイト相の配向性は、６以下である。
本実施形態の硬質炭素膜は、特に軟金属の切削に用いた場合であっても、長い工具寿命を有することができる。この理由は明らかではないが、下記（i）～（iii）の通りと推察される。
（i）本実施形態の切削工具において、硬質炭素膜は、非晶質相とグラファイト相とを含む。密度が大きく高硬度な非晶質中に含まれる、密度が小さく低硬度のグラファイト相を極力少なくすることで、例えばＳｉを多く含むアルミニウム合金の切削加工において、優れた耐摩耗性を示すことができる。
（ii）本実施形態の切削工具において、硬質炭素膜の結晶化度は、６．５％以下である。結晶化度が６．５％以下であると、硬質炭素膜の硬度が適度となり、硬質炭素膜は優れた耐摩耗性を有することができる。
（iii）本実施形態の切削工具において、グラファイト相の配向性は、６以下である。グラファイト相の配向性が６以下であると、硬質炭素膜の硬度が適度となり、硬質炭素膜は優れた耐摩耗性を有することができる。
図１では、基材５と硬質炭素膜２０とは接しているが、本実施形態の切削工具はこれに限定されない。例えば、図２に示されるように、本実施形態の切削工具３１は、基材５と硬質炭素膜２０との間に配置された界面層２１を備えることができる。また、基材５と界面層２１との間に、これらの被膜の組成が混合した混合組成層（図示せず）、又は、組成が連続的に変化した傾斜組成層（図示せず）を備えることができる。更に、基材５と界面層２１との間に、これらの間の密着性を向上させるための下地層（図示せず）を備えることができる。
硬質炭素膜２０は、基材５の表面の全部を覆うように配置されていてもよいし、一部を覆うように配置されていてもよい。硬質炭素膜が基材の一部を覆うように配置されている場合は、基材の少なくとも切削に関与する部分の表面を覆うように配置されていることが好ましい。本明細書において、基材の切削に関与する部分とは、基材において、その刃先稜線と、該刃先稜線から基材側へ、該刃先稜線の接線の垂線に沿う距離が２ｍｍである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。
＜基材＞
基材５としては、金属系又はセラミックス系の基材を用いることができる。具体的には、鉄、熱処理鋼、ＷＣ基超硬合金、サーメット、ステンレス、ニッケル、銅、アルミニウム合金、チタン合金、アルミナ、立方晶窒化硼素、炭化珪素製の基材が挙げられる。中でも、ＷＣ基超硬合金、サーメット又は立方晶窒化硼素からなる基材を用いることが好ましい。
＜硬質炭素膜＞
（組成）
硬質炭素膜２０は、非晶質相２５とグラファイト相２４とを含む。図１では、グラファイト相２４は粒状で示されているが、グラファイト相の形状は特に限定されない。グラファイト相の形状は、シート状、シートが重なった層状、不定形状であってもよい。硬質炭素膜は、非晶質相及びグラファイト相のみからなることができる。
本明細書において、硬質炭素膜が、非晶質相とグラファイト相とを含むことの判断は、Ｘ線回折測定により行われる。具体的な確認方法について下記に説明する。
（Ａ１）硬質炭素膜を基板から剥離してガラス細管（直径０．７ｍｍ、肉厚０．０１ｍｍのキャピラリー）に充填し、Ｓｐｒｉｎｇ－８などの高エネルギーの放射光を用い、下記の条件でＸ線回折測定を行い、Ｘ線回折パターンを得る。
Ｘ線源：放射光源
Ｘ線エネルギー：３５ｋｅＶ
入射スリット幅：０．２ｍｍ
検出器：Ｓｉ素子一次元検出器
回折角２θの測定範囲：３～７７°
測定ステップ：０．００５°
積算時間：１５分
（Ａ２）得られた回折パターンにおいて、ピークの強度（以下、「ピーク強度」とも記す）の大きいものから順に５本のピークを選ぶ。これらのピークのうち、ピークの回折角２θがグラファイト結晶のピークの回折角２θと一致するものが３本以上ある場合、硬質炭素膜がグラファイト相を有すると判断される。この方法は、一般的な結晶材料のＸ線回折の解析で用いられるハナワルト（Ｈａｎａｗａｌｔ）法に準拠している。ハナワルト法とは、ピーク強度の大きさが上位３番までのピークを用いて、回折パターンを解析する方法である。
なお、本実施形態の硬質炭素膜は、主成分が非晶質相であるため、グラファイト相に由来するピーク強度が相対的に弱い場合がある。この場合は、微分スペクトルを用いることにより、ピークを確認することができる。
（Ａ３）得られた回折パターンにおいて、ハローパターンと呼ばれるブロードなピークが確認される場合、硬質炭素膜が非結晶相を有すると判断される。
上記の確認方法の具体例について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態の硬質炭素膜の回折パターンの一例を示す図である。図３では、横軸は回折角（２θ（ｄｅｇｒｅｅ））であり、縦軸は散乱強度（ｃｏｕｎｔｓ）である。図３では、グラファイト結晶のピークの回折角２θと一致するピーク（図３において、「グラファイト相に由来するピーク」で示されるピーク）が６本と、ハローパターン（図３において、「非晶質相に由来するパターン」で示されるハローパターン）が確認される。
（硬質炭素膜の結晶化度）
硬質炭素膜２０の結晶化度は、６．５％以下である。本明細書において、硬質炭素膜の結晶化度とは硬質炭素膜中の非晶質相に対するグラファイト相の体積基準の割合を示す指標である。結晶化度が小さいほど、低硬度であるグラファイト相の割合が少なく、硬質炭素膜の硬度が高くなる。硬質炭素膜の結晶化度が６．５％以下であると、硬質炭素膜の硬度が適度となり、硬質炭素膜は優れた耐摩耗性を有することができる。
硬質炭素膜の結晶化度の上限は６．５％以下であり、６．０％以下が好ましく、５．５％以下がより好ましい。硬質炭素膜の結晶化度の下限は０％以上とすることができる。硬質炭素膜の結晶化度は０％以上６．５％以下が好ましく、０％以上５．５％以下がより好ましい。
本明細書において、硬質炭素膜の結晶化度は下記の方法により測定される。測定方法の詳細について、図３、図４～図１１を用いて説明する。なお、図３は本実施形態の硬質炭素膜の一例のＸ線回折パターンを示すものであり、Ｘ線回折パターンの形状はこれに限定されない。
（Ｂ１）硬質炭素膜について、上記の硬質炭素膜が非晶質相とグラファイト相とを含むことの確認方法における（Ａ１）と同一の方法及び条件でＸ線回折測定を行い、Ｘ線回折パターンを得る。得られたＸ線回折パターンは図３に示される通りである。
（Ｂ２）得られたＸ線回折パターン（図３）を、Ｘ軸を波数、Ｙ軸を散乱強度を示すように変換する。以下、変換後の回折パターンを「変換後パターン」とも記す。変換後パターンを図４に示す。図４は、図３に示されるＸ線回折パターンをＸ軸を波数、Ｙ軸を散乱強度を示すように変換したものである。
（Ｂ３）変換後パターンのうち、波数１～３．６Å－１の領域を抽出する。抽出した変換後パターンを図５に示す。図５は、図４に示される変換後パターンのうち、波数１～３．６Å－１の領域を抽出したものであり、Ｘ軸は波数、Ｙ軸は散乱強度を示す。
（Ｂ４）抽出した変換後パターン（以下、「抽出パターン」とも記す）において、スペクトルＳ１上の波数１Å－１及び波数３．６Å－１における点を直線で結ぶ。図５において、スペクトルＳ１上の波数１Å－１における点はＳ２で示され、スペクトルＳ１上の波数３．６Å－１における点はＳ３で示され、Ｓ２とＳ３とを結ぶ直線は破線Ｌ１で示される。
（Ｂ５）上記の直線により、スペクトルを規格化する。図６は、図５の抽出パターンのスペクトルＳ１を直線Ｌ１で規格化したスペクトル（以下、「規格化スペクトル」）Ｓ２１のパターン（以下、「規格化パターン」とも記す）を示すものであり、Ｘ軸は波数、Ｙ軸は散乱強度を示す。
（Ｂ６）規格化パターンを、非晶質相由来のスペクトルとグラファイト相由来のピークに分離する。図７は、図６の規格化パターンから分離された非晶質相由来のスペクトルを示すパターンであり、Ｘ軸は波数、Ｙ軸は散乱強度を示す。図８は、図６の規格化パターンから分離されたグラファイト相由来のピークを示すパターンであり、Ｘ軸は波数、Ｙ軸は散乱強度を示す。
上記の規格化パターンの非晶質相由来のスペクトル及びグラファイト相由来のピークへの分離の具体的な方法は後述する。
（Ｂ７）図７に示される非晶質相由来のスペクトルＳ４の面積ＳＡと、図８に示されるグラファイト相由来のピークＡ２１、Ａ２２、Ａ２３の合計面積ＳＧとを求める。ＳＡに対するＳＧの割合（ＳＧ／ＳＡ）を求めることにより、結晶化度（％）を得る。すなわち、結晶化度＝（ＳＧ／ＳＡ）×１００である。結晶化度の値が大きいほど、硬質炭素膜中のグラファイト相の体積割合が大きいことを示す。
上記（Ｂ６）に記載されている、規格化パターンの非晶質相由来のスペクトル及びグラファイト相由来のピークへの分離の具体的な方法は下記の通りである。
（グラファイト相由来のピークの分離方法）
図６の規格化パターンにおいて、グラファイト相由来のピークを特定する。図６では、３本のピークＡ１１、Ａ１２、Ａ１３が確認される。ピークＡ１１は波数１．６～２．１Å－１の範囲に存在し、グラファイト相の（２００）面に由来するピークである。ピークＡ１２は波数２．９～３．２Å－１の範囲に存在し、グラファイト相の（０１１）面に由来するピークである。ピークＡ１３は波数３．３～３．５５Å－１の範囲に存在し、グラファイト相の（０１２）面に由来するピークである。
（ピークＡ１１の分離方法）
ピークＡ１１の分離方法について図９を用いて説明する。図９は、図６に示されるピークＡ１１の分離方法を説明するための規格化パターンを示し、Ｘ軸は波数、Ｙ軸は散乱強度を示す。
まず、波数１．６～１．７Å－１の範囲において、スペクトルＳ２１に対して線形フィッティングを行い、近似直線ａ１を得る。
次に、ピークＡ１１のピークトップからの垂線Ｌ２と近似直線ａ１との交点ａ２を求める。
交点ａ２と、スペクトルＳ２１上の波数２．０～２．１Å－１の領域を直線で近似し、近似直線ａ３を得る。
波数１．６Å－１からピークＡ１１の波数の間は近似曲線ａ１、ピークＡ１１の波数から波数２．１Å－１の間は近似曲線ａ３、それ以外の範囲（図９では波数１～１．６Å－１及び２．１～３Å－１の範囲）は生データとし、非晶質相由来のスペクトルを示す線を作製する。
図６に示されるスペクトルから、上記の非晶質相由来のスペクトルを示す線を引き去ることにより、図８に示されるグラファイト相由来のピークＡ２１を得ることができる。
（ピークＡ１２の分離方法）
ピークＡ１２の分離方法について図１０を用いて説明する。図１０は、図６に示されるピークＡ１２の分離方法を説明するための規格化パターンを示し、Ｘ軸は波数、Ｙ軸は散乱強度を示す。
まず、波数２．９～３．０Å－１の範囲において、スペクトルＳ２１に対して線形フィッティングを行い、近似直線ｂ１を得る。
次に、Ａ１２のピークトップからの垂線Ｌ１２と近似直線ｂ１との交点ｂ２を求める。
交点ｂ２と、スペクトルＳ２１上の波数３．１５～３．２Å－１の領域を直線で近似し、近似直線ｂ３を得る。
波数２．９Å－１からピークＡ１２の波数の間は近似曲線ｂ１、ピークＡ１２の波数から波数３．２Å－１の間は近似曲線ｂ３、それ以外の範囲（図１０では波数２．５～２．９Å－１及び３．２～３．５Å－１の範囲）は生データとし、非晶質相由来のスペクトルを示す線を作製する。
図６に示されるスペクトルから、上記の非晶質相由来のスペクトルを示す線を引き去ることにより、図８に示されるグラファイト相由来のピークＡ２２を得ることができる。
（ピークＡ１３の分離方法）
ピークＡ１３の分離方法について図１１を用いて説明する。図１１は、図６に示されるピークＡ１３の分離方法を説明するための規格化パターンを示し、Ｘ軸は波数、Ｙ軸は散乱強度を示す。
まず、波数３．３～３．４Å－１の範囲において、スペクトルＳ１に対して線形フィッティングを行い、近似直線ｃ１を得る。
次に、ピークＡ１３のピークトップからの垂線Ｌ２２と近似直線ｃ１との交点ｃ２を求める。
交点ｃ２と、スペクトルＳ２１上の波数３．５～３．５５Å－１の領域を直線で近似し、近似直線ｃ３を得る。
波数３．３Å－１からピークＡ１３の波数の間は近似曲線ｃ１、ピークＡ１３の波数から波数３．５５Å－１の間は近似曲線ｃ３、それ以外の範囲（図１１では波数３．０～３．３Å－１及び３．５５～４．０Å－１の範囲）は生データとし、非晶質相由来のスペクトルを示す線を作製する。
図６に示されるスペクトルから、上記の非晶質相由来のスペクトルを示す線を引き去ることにより、図８に示されるグラファイト相由来のピークＡ２３を得ることができる。
（非晶質相由来のスペクトルの分離方法）
図６に示されるスペクトルから、上記で分離されたグラファイト相由来のピークＡ２１、Ａ２２、Ａ２３を引き去ることにより、図７に示される非晶質相由来のスペクトルを得ることができる。
（グラファイト相の配向性）
グラファイト相２４の配向性は、６以下である。本明細書において、グラファイト相の配向性とは、グラファイト相の（２００）面に由来するピークの散乱強度Ｉ２００と、グラファイト相の（０１１）面に由来するピークの散乱強度Ｉ０１１との比であるＩ２００／Ｉ０１１として定義される。グラファイト相を構成するグラファイトは、シート状のグラフェンが層状になったものである。グラファイト相の配向性が小さいほど、グラファイトを構成するグラフェンの層数が少なく、硬質炭素膜の硬度が高くなる。グラファイト相の配向性が６以下であると、硬質炭素膜の硬度が適度となり、硬質炭素膜は優れた耐摩耗性を有することができる。
グラファイト相の配向性の上限は６以下であり、５．５以下が好ましく、４．０以下がより好ましい。グラファイト相の配向性の下限は０以上が好ましく、１．０以上がより好ましい。グラファイト相の配向性は０以上６以下が好ましく、１．０以上４．０以下がより好ましい。
本明細書において、グラファイト相の配向性は下記の方法により測定される。
（Ｃ１）硬質炭素膜について、上記の硬質炭素膜の結晶化度の測定方法における（Ｂ１）～（Ｂ６）と同一の方法で、硬質炭素膜のＸ線回折パターンから、グラファイト相由来のピークを分離する。図８は、図３のＸ線回折パターンから分離されたグラファイト相由来のピークを示すパターンであり、Ｘ軸は波数、Ｙ軸は散乱強度を示す。図８において、グラファイト相の（２００）面に由来するピークはＡ２１で示され、グラファイト相の（０１１）面に由来するピークはＡ２２で示される。
（Ｃ２）図８を参照して、グラファイト相の（２００）面に由来するピークＡ２１の散乱強度Ｉ２００と、グラファイト相の（０１１）面に由来するピークＡ２２の散乱強度Ｉ０１１とを求める。Ｉ２００とＩ０１１との比（Ｉ２００／Ｉ０１１）を求めることにより、グラファイト相の配向性を得る。すなわち、グラファイト相の配向性＝Ｉ２００／Ｉ０１１である。
（厚さ）
硬質炭素膜２０の切削に関与する部分における厚さ（以下、「硬質炭素膜の厚さ」とも記す）は、０．１μｍ以上３μｍ以下が好ましい。本明細書において、硬質炭素膜の切削に関与する部分とは、硬質炭素膜において、切削工具の刃先稜線と、該刃先稜線から切削工具側へ、該刃先稜線の接線の垂線に沿う距離が２ｍｍである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。硬質炭素膜の切削に関与する部分の厚さとは、硬質炭素膜の切削に関与する領域における、硬質炭素膜の、その表面から、該表面の法線に沿う方向の厚さを意味する。
硬質炭素膜の厚さが０．１μｍ以上であると、耐摩耗性が向上する。硬質炭素膜の厚さが３μｍ以下であると、硬質炭素膜内部に蓄積される内部応力の増加を抑制することができ、硬質炭素膜の剥離や欠損を抑制することができる。
硬質炭素膜の厚さの下限は０．１μｍ以上が好ましく、０．５μｍ以上がより好ましく、１μｍ以上が更に好ましい。硬質炭素膜の厚さの上限は３μｍ以下が好ましく、２μｍ以下がより好ましく、１．５μｍ以下が更に好ましい。硬質炭素膜の厚さは、０．１μｍ以上３μｍ以下、０．５μｍ以上３μｍ以下、１μｍ以上３μｍ以下、１μｍ以上２μｍ以下、１μｍ以上１．５μｍ以下とすることができる。
硬質炭素膜の厚さは、硬質炭素膜の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、測定装置：日本電子株式会社製「ＪＳＭ－６６１０ｓｅｒｉｅｓ」（商標））を用いて観察することにより測定することができる。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５０００～１００００倍とし、観察面積を１００～５００μｍ２として、１視野において任意に選択された３箇所の厚み幅を測定し、その平均値を「厚さ」とする。なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、厚さの測定結果を測定視野の選択個所を変更して複数回算出しても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定視野を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
（水素含有量）
硬質炭素膜２０は、基本的に炭素及び不可避不純物からなるが、水素を含む場合がある。この水素は、成膜装置中に残存する水素や水分が、成膜時に硬質炭素膜内に取り込まれるものに由来すると考えられる。
硬質炭素膜２０の水素含有量は、５原子％以下が好ましい。これによると、硬質炭素膜中のｓｐ３結合の割合が高くなり、硬度が高くなる。更に、硬質炭素膜の耐酸化性も向上する。硬質炭素膜の水素含有量の上限は、４原子％以下がより好ましく、２原子％以下が更に好ましい。硬質炭素膜の水素含有量の下限は０原子％が好ましいが、製造上の観点から０原子％以上、１原子％以上、２原子％以上であってもよい。硬質炭素膜の水素含有量は、０原子％以上５原子％以下、０原子％以上４原子％以下、０原子％以上２原子％以下、１原子％以上５原子％以下、１原子％以上４原子％以下、１原子％以上２原子％以下、２原子％以上５原子％以下、２原子％以上４原子％以下とすることができる。
硬質炭素膜の水素含有量は、ＥＲＤＡ（弾性反跳粒子検出法、測定装置：神戸製鋼所社製「ＨＲＢＳ５００」）を用いて測定することができる。この方法は、低入射角度で入射させたヘリウム（Ｈｅ）イオンと衝突した水素（Ｈ）イオンを前方向に反跳させ、その反跳した水素粒子のエネルギー分析を行い、水素量を測定する方法である。なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、水素含有量の測定結果を測定視野の選択個所を変更して複数回算出しても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定視野を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
（硬度）
硬質炭素膜２０の硬度は、３５ＧＰａ以上７５ＧＰａ以下が好ましい。硬質炭素膜の硬度が３５ＧＰａ以上であると、耐摩耗性が向上する。硬質炭素膜の硬度が７５ＧＰａ以下であると、耐欠損性が向上する。硬質炭素膜の硬度の下限は、３５ＧＰａ以上が好ましく、４５ＧＰａ以上がより好ましく、５５ＧＰａ以上が更に好ましい。硬質炭素膜の硬度の上限は７５ＧＰａ以下が好ましく、７３ＧＰａ以下が更に好ましい。硬質炭素膜の硬度は、３５ＧＰａ以上７５ＧＰａ以下が好ましく、４５ＧＰａ以上７３ＧＰａ以下がより好ましく、５５ＧＰａ以上７３ＧＰａ以下が更に好ましい。
硬質炭素膜の硬度は、ナノインデンター法（測定装置：ＭＴＳ社製「Ｎａｎｏ Ｉｎｄｅｎｔｅｒ ＸＰ」（商標））により測定することができる。具体的には、硬質炭素膜の表面において３箇所の硬度を測定し、その平均値を「硬度」とする。なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、硬度の測定結果を測定視野の選択個所を変更して複数回算出しても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定視野を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
＜界面層＞
図２に示されるように、本実施形態の切削工具３１は、基材５と硬質炭素膜２０との間に配置された界面層２１を備えることができる。これによると、基材と硬質炭素膜とが、界面層を介して強固に密着する。
（組成）
界面層５の組成は、下記（Ｋ１）又は（Ｋ２）の通りとすることができる。
（Ｋ１）周期律表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素及び炭素を除く第１４族元素からなる第１群より選ばれる１種の単体、該第１群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む合金、第１化合物、及び、該第１化合物由来の固溶体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、又は、
（Ｋ２）上記第１群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素と、からなる第２化合物、及び、該第２化合物由来の固溶体の一方又は両方を含む。
すなわち、界面層は、下記の（ｋ１）～（ｋ４）のいずれかの形態とすることができる。
（ｋ１）第１群より選ばれる１種の単体、第１群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む合金、第１化合物及び該第１化合物由来の固溶体からなる群より選ばれる少なくとも１種からなる。
（ｋ２）第１群より選ばれる１種の単体、第１群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む合金、第１化合物及び該第１化合物由来の固溶体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む。
（ｋ３）第１群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素と、からなる第２化合物、及び、該第２化合物由来の固溶体の一方又は両方からなる。
（ｋ４）第１群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素と、からなる第２化合物、及び、該第２化合物由来の固溶体の一方又は両方を含む。
ここで、周期律表の第４族元素は、例えば、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）を含む。第５族元素は、例えば、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）及びタンタル（Ｔａ）を含む。第６族元素は、例えば、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）を含む。第１３族元素は、例えば、硼素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）を含む。炭素を除く第１４族元素は、例えば、珪素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）を含む。以下、第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素、炭素を除く第１４族元素に含まれる元素を「第１元素」とも記す。
第１元素を含む合金は、例えばＴｉ－Ｚｒ、Ｔｉ－Ｈｆ、Ｔｉ－Ｖ、Ｔｉ－Ｎｂ、Ｔｉ－Ｔａ、Ｔｉ－Ｃｒ、Ｔｉ－Ｍｏが挙げられる。第１元素を含む金属間化合物は、例えば、ＴｉＣｒ２、Ｔｉ３Ａｌが挙げられる。
第１元素を含む第１化合物は、例えば硼化チタン（ＴｉＢ２）、硼化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、硼化ハフニウム（ＨｆＢ２）、硼化バナジウム（ＶＢ２）、硼化ニオブ（ＮｂＢ２）、硼化タンタル（ＴａＢ２）、硼化クロム（ＣｒＢ）、硼化モリブデン（ＭｏＢ）、硼化タングステン（ＷＢ）、硼化アルミニウム（ＡｌＢ２）が挙げられる。
上記の第１化合物由来の固溶体とは、２種類以上のこれらの第１化合物が互いの結晶構造内に溶け込んでいる状態を意味し、侵入型固溶体や置換型固溶体を意味する。
第１元素と炭素とからなる第２化合物としては、例えば、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）、炭化モリブデン（ＭｏＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が挙げられる。
上記の第２化合物由来の固溶体とは、２種類以上のこれらの第２化合物が互いの結晶構造内に溶け込んでいる状態を意味し、侵入型固溶体や置換型固溶体を意味する。
界面層中の第１群より選ばれる１種の単体、該第１群より選ばれる少なくとも１種を含む合金、第１化合物、及び、該第１化合物由来の固溶体の合計含有率（以下、「第１化合物等含有率」とも記す）は７０体積％以上１００体積％以下が好ましく、８０体積％以上１００体積％以下がより好ましく、９０体積％以上１００体積％以下が更に好ましく、１００体積％がもっとも好ましい。
界面層中の第２化合物、及び、前記第２化合物由来の固溶体の合計含有率（以下、「第２化合物等含有率」とも記す）は７０体積％以上１００体積％以下が好ましく、８０体積％以上１００体積％以下がより好ましく、９０体積％以上１００体積％以下が更に好ましく、１００体積％がもっとも好ましい。
界面層の組成、第１化合物等含有率及び第２化合物等含有率は、透過型電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分析（ＴＥＭ－ＥＤＸ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ－Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法によって測定することができる。具体的には、切削工具をＦＩＢ（収束イオンビーム装置）で切断して界面層を露出させ、断面をＴＥＭで観察しながら、界面層を構成する元素の組成、第１化合物等含有率及び第２化合物等含有率を測定する。なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、測定結果を測定視野の選択個所を変更して複数回算出しても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定視野を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
（厚さ）
界面層５の厚さは、０．１ｎｍ以上１０ｎｍ未満が好ましい。界面層の厚さがこの範囲であると、基材と硬質炭素膜との密着性を高めるという効果が向上する。界面層の厚さは、０．６ｎｍ以上８ｎｍ以下がより好ましく、１ｎｍ以上５ｎｍ以下が更に好ましい。
界面層の厚さは、硬質炭素膜の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察することにより測定することができる。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５０００～１００００倍とし、観察面積を１００～５００μｍ２として、１視野において任意に選択された３箇所の厚み幅を測定し、その平均値を「厚さ」とする。なお、出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、厚さの測定結果を測定視野の選択個所を変更して複数回算出しても、測定結果のばらつきはほとんどなく、任意に測定視野を設定しても恣意的にはならないことが確認された。
＜その他の層＞
本実施形態の切削工具は、界面層と硬質炭素膜との間に、これらの被膜の組成が混合した混合組成層、又は、組成が連続的に変化した傾斜組成層を備えることが好ましい。これによると、基材と硬質炭素膜との密着力が更に向上する。
混合層と傾斜組成層とは、必ずしも明確に区別できるものではない。界面層の成膜から硬質炭素膜の成膜に製造条件を切り替える際、通常、わずかに界面層と硬質炭素膜との組成に混合が起こり、混合組成層や傾斜組成層が形成される。これらは、直接確認することは難しいが、ＸＰＳ：（Ｘ‐ｒａｙ Ｐｈｏｔｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）やＡＥＳ：（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などの結果から、その存在を十分に推定できる。
＜切削工具の用途＞
本実施形態の切削工具は、耐摩耗性と耐溶着性が優れているため、特にアルミニウム及びその合金の加工に適する。また、チタン、マグネシウム、銅など非鉄材の加工にも適する。更に、グラファイトなどの硬質粒子を含有する材料、有機材料などの切削や、プリント回路基板加工や鉄系材料とアルミニウムとの共削り加工等にも適する。加えて、本実施形態の切削工具の硬質炭素膜は非常に高硬度であることから、非鉄材だけではなく、ステンレス鋼などの鋼や鋳物などの加工にも用いることができる。
＜切削工具の種類＞
本実施形態の切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル、エンドミル加工用刃先交換型チップ、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯きり工具、リーマ及びタップとすることができる。
［実施形態２：切削工具の製造方法］
実施形態１の切削工具は、例えば、図１２に示される成膜装置１を用いて、基材上に硬質炭素膜を形成することにより作製することができる。以下、切削工具の製造方法の一例を説明する。
（基材の準備）
基材５を準備する。基材の種類は、実施形態１に記載されているものを用いることができる。例えば、基材は、ＷＣ基超硬合金、サーメット又は立方晶窒化硼素からなることが好ましい。
基材５を、成膜装置１内の基材保持具４に装着する。基材保持具４は、ターゲット２，３の中心点を中心としてターゲット間で回転する。
基材加熱ヒータ６を用いて基材５を２００℃まで加熱させながら、成膜装置１内の真空度を５×１０－４Ｐａの雰囲気とする。続いて基材加熱ヒータ６の設定温度を下げ、基材温度を１００℃とした後、アルゴンガスを導入して２×１０－１Ｐａの雰囲気に保持しながら、成膜バイアス電源９により基材保持具４に－１０００Ｖの電圧をかけて、基材表面のアルゴンプラズマ洗浄を行う。その後、アルゴンガスを排気する。成膜装置１において、ガスの供給はガス供給口１０を通じて行われ、ガスの排出は排気口１１を通じて行われる。
次に、成膜装置１内に、周期律表第４族元素、第５族元素又は第６族元素からなるターゲット２を配置する。
ターゲット２を蒸発及びイオン化させながらバイアス電源９により基材保持具４に－６００Ｖの電圧をかけてメタルイオンボンバードメント処理を行う。これにより、基材の表面がエッチングされ、後に形成される界面層や硬質炭素膜の密着性が向上する。
なお、基材にメタルイオンボンバードメント処理を行わずに、後述の界面層の形成や硬質炭素膜の形成を行ってもよい。
（界面層の形成）
次に、成膜装置１内に、周期律表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素及び炭素を除く第１４族元素からなる群より選ばれる１種の元素からなるターゲット２を配置する。炭化水素ガスを導入しながら、又は、導入せずに、真空アーク放電によりターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖ～－８００Ｖの電圧をかけて、基材上に界面層を形成する。その後、炭化水素ガスを排気する。
なお、基材上に界面層を形成せずに、後述の硬質炭素膜の形成を行ってもよい。
（硬質炭素膜の形成）
次に、成膜装置１内に、ガラス状炭素からなるターゲット３を配置する。アルゴンガスを５ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入しながら、真空アーク放電（カソード電流１２０Ａ）によりターゲット３を蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖの電圧をかけて、界面層上に硬質炭素膜を形成して、切削工具を得る。アルゴンガスとともに、炭化水素ガスを導入してもよい。
硬質炭素膜の成膜開始時の基材加熱ヒータ６の設定温度は１５０℃とし、成膜中は３０分おきに基材加熱ヒータ６の電源の切／入の操作を交互に繰り返す。本発明者らは、このような操作を行うことにより、硬質炭素膜が優れた硬度を有することを新たに見出した。この理由は、上記の操作により、成膜時にターゲットから基材に供給される原料イオンの衝撃による基材温度の上昇を抑制でき、硬質炭素膜中のｓｐ２成分の増加が抑制されるためと考えられる。
ガラス状炭素は、市販のものを用いることができる。ガラス状炭素は高純度の炭素質であり、従来のカソードに使われていた炭素の焼結体（焼結グラファイト等）に比べて金属元素による汚染がない。特に日立化成社製のガラス状炭素は、アルミニウム（Ａｌ）を含有しないため、特にアルミニウム合金の切削に好適である。また、ガラス状炭素を用いると、硬質炭素膜中のマクロパーティクルの発生を抑制でき、平滑な硬質炭素膜が得られ、切削性能が向上する。
ターゲットの形状は、一般的には円筒状又は円盤状、矩形状のものが用いられる。しかし、本発明者らは、鋭意検討の結果、図１３に示されるような三角柱形状が、硬質炭素膜の膜質向上の観点から好適であることを新たに見出した。ターゲットには高電流を流す必要があるが、Ｖ字型の電極を用い、ターゲットの側面と電極とを密着させることで、ターゲットへの安定的な給電が可能となる。更に、ターゲットと電極とが密着するため、冷却効果も高めることができる。ターゲットを効率的に冷却することで電気抵抗が下がり、アークスポットが移動しやすくなる。これにより、硬質炭素膜中の欠陥の発生が抑制され、硬質炭素膜の膜質が向上する。
硬質炭素膜の純度の向上の観点からは、Ａｒガスを導入せずに、真空中での成膜が好ましい。しかし、本発明者らは、鋭意検討の結果、真空中よりＡｒガスを５ｃｃ／ｍｉｎの流量で流した方が、アーク放電が安定し、膜質が向上することを新たに見出した。
本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
《実施例１》
［切削工具の作製］
＜＜試料１～試料３、試料８＞＞
試料１～試料３、試料８では、ガラス状炭素を原料とし、陰極アークイオンプレーティング法（表１において「アーク法」と記す）を用いて、基材上に硬質炭素膜を形成して切削工具を作製した。
＜試料１～試料３＞
（基材の準備）
基材として、φ６ｍｍのＷＣ（粒径：１μｍ）基超硬合金製ドリルを用意した。この基材には結合材としてＣｏが８質量％含有されている。
基材を図１２に示される成膜装置１内に装着し、基材加熱ヒータ６を用いて基材を２００℃まで加熱させながら、成膜装置１内の真空度を５×１０－４Ｐａの雰囲気とした。続いて基材加熱ヒータ６の設定温度を下げ、基材温度を１００℃とした後、アルゴンガスを導入して２×１０－１Ｐａの雰囲気に保持しながら、成膜バイアス電源９により基材保持具４に－１０００Ｖの電圧をかけて、基材表面のアルゴンプラズマ洗浄を行った。その後、アルゴンガスを排気した。
（硬質炭素膜の形成）
次に、成膜装置１内にアルゴンガスを５ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入しながら、真空アーク放電（カソード電流１２０Ａ）によりガラス状炭素（日立化成社製「ガラス状炭素」）からなる三角柱形状のターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖの電圧をかけて、基材上に硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。硬質炭素膜の成膜開始時の基材加熱ヒータ６の設定温度は１５０℃とし、成膜中は３０分おきに基材加熱ヒータ６の電源の切／入の操作を交互に繰り返した。各試料の硬質炭素膜の厚さは、表１の「硬質炭素膜」の「厚さ（μｍ）」欄に示す通りである。
＜試料８＞
（基材の準備）
試料１と同一の方法で基材を準備した。
（硬質炭素膜の形成）
次に、成膜装置１内にアルゴンガスを導入せず、真空アーク放電（カソード電流１２０Ａ）によりガラス状炭素（日立化成社製「ガラス状炭素」）からなる三角柱形状のターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖの電圧をかけて、基材上に厚さ０．５μｍの硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。硬質炭素膜の成膜開始時の基材加熱ヒータ６の設定温度は１５０℃とし、成膜中は３０分おきに基材加熱ヒータ６の電源の切／入の操作を交互に繰り返した。
＜＜試料４～試料７＞＞
試料４～試料７では、陰極アークイオンプレーティング法を用いて、基材上に界面層と硬質炭素膜とをこの順で形成して切削工具を作製した。
＜試料４＞
（基材の準備）
試料１と同一の方法で基材を準備した。
（界面層の形成）
次に、成膜装置１内に炭化水素ガスを１０ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入しながら、真空アーク放電（カソード電流８０Ａ）によりクロム（Ｃｒ）からなる三角柱形状のターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖの電圧をかけて、基材上に炭化クロム（ＣｒＣ）から成る厚さ５ｎｍの界面層を形成した。その後、炭化水素ガスを排気した。
（硬質炭素膜の形成）
次に、成膜装置１内にアルゴンガスを５ｃｃ／ｍｉｎ及び炭化水素ガスを１０ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入しながら、真空アーク放電（カソード電流１２０Ａ）によりガラス状炭素（日立化成社製「ガラス状炭素」）からなる三角柱形状のターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖの電圧をかけて、界面層上に厚さ０．６μｍの硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。硬質炭素膜の成膜開始時の基材加熱ヒータ６の設定温度は１５０℃とし、成膜中は３０分おきに基材加熱ヒータ６の電源の切る／入れるの操作を繰り返した。
＜試料５＞
（基材の準備）
試料１と同一の方法で基材を準備した。
（界面層の形成）
次に、成膜装置１内にガスを導入せずに、真空アーク放電（カソード電流８０Ａ）によりクロム（Ｃｒ）からなるターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－８００Ｖの電圧をかけて、基材上にクロム（Ｃｒ）から成る厚さ５ｎｍの界面層を形成した。その後、炭化水素ガスを排気した。
（硬質炭素膜の形成）
次に、成膜装置１内にアルゴンガスを５ｃｃ／ｍｉｎ及び炭化水素ガスを１０ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入しながら、真空アーク放電（カソード電流１２０Ａ）によりガラス状炭素（日立化成社製「ガラス状炭素」）からなる三角柱形状のターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖの電圧をかけて、界面層上に厚さ０．４μｍの硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。硬質炭素膜の成膜開始時の基材加熱ヒータ６の設定温度は１５０℃とし、成膜中は３０分おきに基材加熱ヒータ６の電源の切る／入れるの操作を繰り返した。
＜試料６＞
（基材の準備）
試料１と同一の方法で基材を準備した。
（界面層の形成）
次に、成膜装置１内に炭化水素ガスを１０ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入しながら、真空アーク放電（カソード電流８０Ａ）によりチタン（Ｔｉ）からなる三角柱形状のターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖの電圧をかけて、基材上に炭化チタン（ＴｉＣ）から成る厚さ５ｎｍの界面層を形成した。その後、炭化水素ガスを排気した。
（硬質炭素膜の形成）
次に、成膜装置１内にアルゴンガスを５ｃｃ／ｍｉｎ及び炭化水素ガスを５ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入しながら、真空アーク放電（カソード電流１２０Ａ）によりガラス状炭素（日立化成社製「ガラス状炭素」）からなる三角柱形状のターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖの電圧をかけて、界面層上に厚さ０．６μｍの硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。硬質炭素膜の成膜開始時の基材加熱ヒータ６の設定温度は１５０℃とし、成膜中は３０分おきに基材加熱ヒータ６の電源の切る／入れるの操作を繰り返した。
＜試料７＞
（基材の準備）
試料１と同一の方法で基材を準備した。
（界面層の形成）
次に、成膜装置１内にガスを導入せずに、真空アーク放電（カソード電流１２０Ａ）によりチタン（Ｔｉ）からなるターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖの電圧をかけて、基材上にチタン（Ｔｉ）から成る厚さ５ｎｍの界面層を形成した。
（硬質炭素膜の形成）
次に、成膜装置１内にアルゴンガスを５ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入しながら、真空アーク放電（カソード電流１２０Ａ）によりガラス状炭素（日立化成社製「ガラス状炭素」）からなる三角柱形状のターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖの電圧をかけて、界面層上に厚さ０．９μｍの硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。硬質炭素膜の成膜開始時の基材加熱ヒータ６の設定温度は１５０℃とし、成膜中は３０分おきに基材加熱ヒータ６の電源の切る／入れるの操作を繰り返した。
＜＜試料９～試料１１＞＞
試料９～試料１１では、焼結グラファイトを原料とし、陰極アークイオンプレーティング法を用いて、基材上に硬質炭素膜を形成して切削工具を作製した。
＜試料９＞
（基材の準備）
試料１と同一の方法で基材を準備した。
（硬質炭素膜の形成）
次に、成膜装置１内にアルゴンガスを５ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入しながら、真空アーク放電（カソード電流１２０Ａ）により焼結グラファイト（東洋炭素株式会社製「ＩＧ－５１０」）からなる三角柱形状のターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖの電圧をかけて、基材上に厚さ０．５μｍの硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。硬質炭素膜の成膜開始時の基材加熱ヒータ６の設定温度は１５０℃とし、成膜中は３０分おきに基材加熱ヒータ６の電源の切／入の操作を交互に繰り返した。
＜試料１０＞
（基材の準備）
試料１と同一の方法で基材を準備した。
（硬質炭素膜の形成）
次に、成膜装置１内にアルゴンガスを５ｃｃ／ｍｉｎ及び炭化水素ガスを１０ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入しながら、真空アーク放電（カソード電流１２０Ａ）により焼結グラファイト（東洋炭素株式会社製「ＩＧ－５１０」）からなる三角柱形状のターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－１００Ｖの電圧をかけて、基材上に厚さ０．５μｍの硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。硬質炭素膜の成膜開始時の基材加熱ヒータ６の設定温度は１５０℃とし、成膜中は３０分おきに基材加熱ヒータ６の電源の切／入の操作を交互に繰り返した。
＜試料１１＞
（基材の準備）
試料１と同一の方法で基材を準備した。
（硬質炭素膜の形成）
次に、成膜装置１内にアルゴンガスを５ｃｃ／ｍｉｎの流量で導入しながら、真空アーク放電（カソード電流１２０Ａ）により焼結グラファイト（東洋炭素株式会社製「ＩＧ－５１０」）からなる三角柱形状のターゲットを蒸発及びイオン化し、バイアス電源９により基材保持具４に－３０Ｖの電圧をかけて、基材上に厚さ０．５μｍの硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。硬質炭素膜の成膜開始時の基材加熱ヒータ６の設定温度は１５０℃とし、成膜中は３０分おきに基材加熱ヒータ６の電源の切／入の操作を交互に繰り返した。
＜＜試料１２＞＞
試料１２では、試料１と同一の基材上に、メタンガスを原料としたプラズマＣＶＤ法を用いて、厚さ０．５μｍの硬質炭素膜を形成して切削工具を作製した。
［評価］
（Ｘ線回折測定）
各試料の硬質炭素膜について、Ｘ線回折測定を行った。得られたＸ線回折スペクトルを、上記の実施形態１に記載の方法でピーク分離することにより、グラファイト相由来のピークと非晶質相由来のスペクトルとに分離した。
試料１～試料１１では、グラファイト相由来のピークと非晶質相由来のスペクトルが確認された。これは、試料１～試料１１の硬質炭素膜は、グラファイト相と非晶質相とを含むことを示す。
試料１２では、非晶質相由来のスペクトルのみが確認され、グラファイト相由来のピークは確認されなかった。これは、試料１２の硬質炭素膜には、グラファイト相が存在しないことを示す。
（水素含有量の測定）
各試料の硬質炭素膜について、水素含有量を測定した。水素含有量の測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「水素含有量（原子％）」欄に示す。
（硬度の測定）
各試料の硬質炭素膜について、硬度を測定した。硬度の測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「硬度（ＧＰａ）」欄に示す。
（結晶化度の測定）
各試料の硬質炭素膜について、結晶化度を測定した。結晶化度の測定方法は、実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「結晶化度（％）」欄に示す。
（配向性の測定）
各試料の硬質炭素膜について、グラファイト相の配向性を測定した。配向性の測定方法は、実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「グラファイト相配向性」欄に示す。
（切削試験）
各試料の切削工具を用いて、下記の切削条件により穴開け加工を行った。
被削材：ＡＤＣ１２（Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ系合金）
切削速度：２００ｍ／分
送り速度：０．４ｍｍ／ｒｅｖ
穴深さ：２３ｍｍ止まり
クーラント：内部給油１．９ＭＰａ
ドリル先端が摩耗し、アルミニウム合金の凝着が発生した後に欠損（５００μｍ以上）するまでの加工穴数を測定した。加工穴数が多いほど、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長いことを示す。結果を表１の「切削試験」の「加工穴数」欄に示す。
Figure 0007023388000001
＜考察＞
試料１～試料７の切削工具は実施例に該当する。試料８～試料１２の切削工具は比較例に該当する。
試料１～試料７（実施例）は、試料８～試料１２（比較例）に比べて、加工穴数が多く、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長いことが確認された。
試料８は、硬質炭素膜の結晶化度が６．５％超のため、硬度が低く、耐摩耗性が低下し、工具寿命が短いと考えられる。
試料９は、硬質炭素膜の結晶化度が６．５％超であり、配向性が６超のため、硬度が低く、耐摩耗性が低下し、工具寿命が短いと考えられる。なお、試料９の硬度は、試料４（実施例）に比べて高いが、結晶化度が６．５％超であり、低硬度であるグラファイト相が多いために、極局所的に摩耗が進行し、加工穴数が減ると推察される。
試料１０は、硬質炭素膜の結晶化度が６．５％超であり、硬度が低く、耐摩耗性が低下し、工具寿命が短いと考えられる。
試料１１は、グラファイト相の配向性が６超であり、硬度が低く、耐摩耗性が低下し、工具寿命が短いと考えられる。
試料１２は、硬質炭素膜がグラファイト相を含まず、硬度が低く、耐摩耗性が低下し、工具寿命が短いと考えられる。
《実施例２》
＜＜試料２－１＞＞
（基材の準備）
基材として、チップ型番ＤＣＧＴ１１Ｔ３０８Ｎ－ＡＧのサーメット製のインサートを用意した。基材表面に対して、試料１と同様の方法でアルゴンプラズマ洗浄を行った。
（硬質炭素膜の形成）
次に、基材上に試料１と同一条件で成膜することにより、厚さ０．５μｍの硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。
＜＜試料２－２＞＞
試料２－２は、試料２－１で用意したサーメット製のインサートと同一のインサートである。試料２－２は硬質炭素膜を有しない。
［評価］
（Ｘ線回折測定）
試料２－１の硬質炭素膜について、Ｘ線回折測定を行った。得られたＸ線回折スペクトルを、上記の実施形態１に記載の方法でピーク分離することにより、グラファイト相由来のピークと非晶質相由来のスペクトルとに分離した。
試料２－１では、グラファイト相由来のピークと非晶質相由来のスペクトルが確認された。これは、試料２－１の硬質炭素膜は、グラファイト相と非晶質相とを含むことを示す。
（水素含有量の測定、硬度の測定、結晶化度の測定、配向性の測定）
試料２－１の硬質炭素膜について、水素含有量の測定、硬度の測定、結晶化度の測定、配向性の測定を行った。各測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表２の「水素含有量（原子％）」、「硬度（ＧＰａ）」、「結晶化度（％）」、「グラファイト相配向性」欄に示す。
（切削試験）
各試料の切削工具を用いて、下記の切削条件により丸棒旋削加工を行った。
被削材：ＡＤＣ１２（Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ系合金）丸棒
切削速度：３００ｍ／分
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２．０ｍｍ
切削油：ＤＲＹ
刃先凝着により工具に欠損（５００μｍ以上）が発生するまでの切削長（ｋｍ）を測定した。切削長が長いほど、耐欠損性に優れ、工具寿命が長いことを示す。結果を表２の「切削試験」の「切削長」欄に示す。
Figure 0007023388000002
＜考察＞
試料２－１の切削工具は実施例に該当する。試料２－２の切削工具は比較例に該当する。試料２－１（実施例）は、試料２－２（比較例）に比べて、切削長が長く、耐欠損性に優れ、工具寿命が長いことが確認された。
《実施例３》
＜＜試料３－１＞＞
（基材の準備）
基材として、チップ型番ＶＢＧＷ１６０４０８の立方晶窒化硼素製のインサートを用意した。基材表面に対して、試料１と同様の方法でアルゴンプラズマ洗浄を行った。
（硬質炭素膜の形成）
次に、基材上に試料１と同一条件で成膜することにより、厚さ０．５μｍの硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。
＜＜試料３－２＞＞
試料３－２は、試料３－１で用意した立方晶窒化硼素製のインサートと同一のインサートである。試料３－２は硬質炭素膜を有しない。
［評価］
（Ｘ線回折測定）
試料３－１の硬質炭素膜について、Ｘ線回折測定を行った。得られたＸ線回折スペクトルを、上記の実施形態１に記載の方法でピーク分離することにより、グラファイト相由来のピークと非晶質相由来のスペクトルとに分離した。
試料３－１では、グラファイト相由来のピークと非晶質相由来のスペクトルが確認された。これは、試料３－１の硬質炭素膜は、グラファイト相と非晶質相とを含むことを示す。
（水素含有量の測定、硬度の測定、結晶化度の測定、配向性の測定）
試料３－１の硬質炭素膜について、水素含有量の測定、硬度の測定、結晶化度の測定、配向性の測定を行った。各測定方法は実施形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表３の「水素含有量（原子％）」、「硬度（ＧＰａ）」、「結晶化度（％）」、「グラファイト相配向性」欄に示す。
（切削試験）
各試料の切削工具を用いて、下記の切削条件により丸棒旋削加工を行った。
被削材：ＡＤＣ１２（Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ系合金）丸棒
切削速度：４００ｍ／分
送り速度：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２．０ｍｍ
切削油：ＷＥＴ
刃先凝着により工具に欠損（５００μｍ以上）が発生するまでの切削長（ｋｍ）を測定した。切削長が長いほど、耐欠損性に優れ、工具寿命が長いことを示す。結果を表３の「切削試験」の「切削長」欄に示す。
Figure 0007023388000003
＜考察＞
試料３－１の切削工具は実施例に該当する。試料３－２の切削工具は比較例に該当する。試料３－１（実施例）は、試料３－２（比較例）に比べて、切削長が長く、耐欠損性に優れ、工具寿命が長いことが確認された。
以上のように本開示の実施の形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態及び実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。
今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態及び実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 成膜装置、２，３ ターゲット、４ 基材保持具、５ 基材、６ 基材加熱ヒータ、７，８ 電源、９ 成膜バイアス電源、１０ ガス供給口、１１ 排気口、２０ 硬質炭素膜、２１ 界面層、２４ グラファイト相、２５ 非晶質相、３０，３１ 切削工具、Ｓ１ 抽出パターンのスペクトル、Ｓ２１ 規格化スペクトル、Ｓ４ 非晶質相由来のスペクトル、Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ２１，Ａ２２，Ａ２３ グラファイト相由来のピーク、Ｌ１ 直線、Ｌ２，Ｌ１２，Ｌ２２ 垂線、ａ１，ａ３，ｂ１，ｂ３，ｃ１，ｃ３ 近似直線、ａ２，ｂ２，ｃ２ 交点

Claims (6)

  1. 基材と、前記基材上に配置された硬質炭素膜と、を備える切削工具であって、
    前記硬質炭素膜は、非晶質相と、グラファイト相と、を含み、
    前記硬質炭素膜の結晶化度は、６．５％以下であり、
    前記グラファイト相の配向性は、６以下であり、
    前記グラファイト相の配向性は、前記グラファイト相の（２００）面に由来するピークの散乱強度Ｉ ２００ と、前記グラファイト相の（０１１）面に由来するピークの散乱強度Ｉ ０１１ との比Ｉ ２００ ／Ｉ ０１１ であり、
    前記硬質炭素膜の水素含有量は、５原子％以下である、切削工具。
  2. 前記硬質炭素膜の切削に関与する部分における厚さは、０．１μｍ以上３μｍ以下である、請求項１に記載の切削工具。
  3. 前記基材と前記硬質炭素膜とは接している、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
  4. 前記基材と前記硬質炭素膜との間に配置された界面層を備え、
    前記界面層は、
    ・周期律表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、第１３族元素及び炭素を除く第１４族元素からなる第１群より選ばれる１種の単体、前記第１群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む合金又は第１化合物、及び、前記第１化合物由来の固溶体、からなる群より選ばれる少なくとも１種、又は、
    ・前記第１群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素と、からなる第２化合物、及び、前記第２化合物由来の固溶体の一方又は両方、
    を含み、
    前記界面層の厚さは、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ未満である、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
  5. 前記基材は、ＷＣ基超硬合金又はサーメットからなる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の切削工具。
  6. 前記基材は、立方晶窒化硼素からなる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の切削工具。
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