JPH03158455A - 非晶質炭素、その製造方法、および非晶質炭素被覆部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、非晶質炭素、非晶質炭素の製造方法、および
非晶質炭素被覆部材に関する。

［従来技術と発明が解決しようとする課題］従来、ダイ
ヤモンド切削工Ｘｉのダイヤモント工具は、超硬合金や
高硬度の金属類やセラミック類等の母材の面上に、焼結
ダイヤモンドや単結晶ダイヤモンドをろう付は等により
接着形成してなる。

もっとも、焼結ダイヤモンドや単結晶ダイヤモンドを表
面層に設けた切削工具であって、表面が複雑な形状をし
ているチップは、未だ存在しない、というのは、ダイヤ
モンド自体が難加工性物質であるからである。

これに対して、近年、ＣＶＩ）法やＰＶＤ法などの気相
法ダイヤモンド合成技術を用いて、超硬合金や高硬度の
金属類やセラミ−２り類等からなる母材や部品の表面に
ダイヤモンド膜を析出させ、これをそのまま工具チップ
や耐摩耗性部品等とするダイヤモンド被覆部材の製造が
検討されている。

中でも、ＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金にプラズマＣＶＤ法等
によりダイヤモンド膜を形成し、切削工具等として利用
しようとする試みが数多くなされてきた（特開昭６３−
１００１８２号公報など参照）。

しかしながら、これらの従来のダイヤモンド膜被覆部材
においても、超硬合金とダイヤモンド膜との密着性が依
然として悪く、切削チップ等としての十分な耐久性が得
られない、たとえば、　ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金母材にプ
ラズマＣＶＤ法でダイヤモンド膜を形成してなる被覆部
材について、スクラッチ試験により密着性を評価したと
ころ、クリティカルロードで高々１５Ｎ程度の低い値し
か得られず、これをチップとしてケイ素含有アルミニウ
ム（Ｓｉ　１２１）を切削したところ、ダイヤモンド膜
が剥離し使用不可能であった。

ところで、このように超硬合金とダイヤモンド膜との密
着性が悪い主たる理由は、それらの熱膨張係数の違いが
大きく、そのため両者の間で大きな熱収縮応力が生じる
からであると考えられ。

そこで、この熱収縮応力をできるだけ緩和し。

密着性を向上させようとする試みとして、超硬合金とダ
イヤモンド膜層との間に中間層を形成する技術も数多く
提案されてきた０例えば、特開昭５８−１２６９７２号
公報には、超硬合金の表面に先ず■ａ　、Ｖａ　、■ａ
族金属の炭化物、窒化物、ホウ化物および酸化物から選
ばれた一種以上よりなる中間層を形成し、その後に該中
間層の上にダイヤモンド膜を形成してなるダイヤモンド
膜付き超硬合金が記載されている。

しかしながら、この場合、密着性を十分に向上させるた
めには、基材とダイヤモンド膜の双方に対して密着性を
十分に満足する中間層を形成する必要があるので、その
製造は容易ではなく、一般に複雑な製造工程が必要であ
る。

そこで、比較的に最近、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金に代えて
前記ダイヤモンド膜に熱膨張係数が近い窒化けい素糸セ
ラミック等のセラミック類からなる切削工具母材にダイ
ヤモンド膜を形成し、これをそのまま切削チップとする
ダイヤモンド膜被覆切削工具が提案されている。

しかし、この場合、切削工具等の超硬工具の母材として
セラミック類を使用すると、超硬工具の靭性が低くなる
などのびだな問題点が生じる。

以上の点に鑑みると、もし、従来のダイヤモンド膜に代
えて適当な熱膨張係数を有する新しいタイプのダイヤモ
ンド膜を得ることができるならば、強度や靭性等の特性
に優れた。ｗＣ−Ｃｏ系超硬合金等の炭化タングステン
系超硬合金に、中間層を介すことなくそのような新タイ
プのダイヤモンド膜を、直接に密着性よく形成させるこ
とができて、切削工具やドリル等の超硬工具などの長寿
命化を図ることができると期待される。

しかしながら、従来、そのような超硬合金に対して高い
密着性を有するダイヤモンド膜は知られていない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものである。

未発ＩＪＩの目的の一つは、密着性の良好な膜として超
硬合金の表面に直接に形成することのできる非晶質炭素
を提供することにあり。

また２本発明の他の目的は、前記非晶質炭素を製造する
方法を提供することにあり、さらには、前記非晶質炭素
を使用して得られる非晶質炭素被覆部材を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するための本発明は、水素含有量が２〜
２０原子％であり、かつ熱膨張係数が３．ＱＸ　１０−
６〜３．ＯＸｌ０−５／”０であることを特徴とする非
晶質炭素であり。

イオン化した炭素源ガスのイオンを加速電圧により加速
して基材に衝突させ、基材上に非晶質炭素を析出させる
ことを特徴とする非晶質炭素の製造方法であり、 基材に、水素含有量が２〜２０原子％であり、かつ熱膨
張係数が３．ＯＸｌ０−６〜３．ＯＸｌ０−５／℃であ
る非晶質炭素を被覆したことを特徴とする非晶質炭素被
覆部材であり、 前記非晶質炭素被覆部材においては、前記基材が炭化タ
ングステン系超硬合金であるのが好ましく、 前記非晶質炭素被覆部材においては、炭化タングステン
系超硬合金と非晶質炭素との界面から該非晶質炭素の方
向に０．１　ｇｍまでの深さにおける全タングステン原
子と全炭素原子との合計量に対する全コバルト原子の含
有割合が、５モル％以下であるのが好ましい。

本発明で言う非晶質炭素は、ラマンスペクトルにより容
易に同定することができる６すなわち、ラマンスペクト
ル分析により、非晶質状の炭素を示す１，４００　ｃ　
ｍ用〜１，６００　ｃ　ｍ−１付近に幅広ピークを有す
ることにより本発明で言う非晶質炭素を特長づけること
ができる。なお、この非晶質炭素においては、本発明の
目的を阻害しない限り、その一部にダイヤモンドあるい
はダイヤモンド状炭素が混入していても良い。

そして、本発明で重要なことは、その非晶質炭素は、前
記特定の水素含有量および熱膨張係数を有することであ
る。

ここで、その熱膨張係数が上記の範囲内にあっても、水
素含有量が２原子％未満であるとグラファイト化が進み
軟質な膜が形成され、一方、２０原子％を越えると得ら
れる膜は高分子化するとともに軟質になり　また、たと
え水素含有量が２〜２０原子％の範囲内にあっても１．
Ｉ８膨張係数が３．０ＸＩＯ−６／℃未満であると、母
材である基材との密着性が悪くなり、一方、３．ＯＸｌ
０−５／℃を越えると、上記と同様に密着性が悪くなり
１本発明の目的を達成することができない。

なお、水素含有量および熱膨張係数が上記の範囲内にあ
る非晶質炭素の中でも、基材として炭化タングステン系
超硬合金、特にＷＣ−Ｇｏ系超超硬合金使用するときに
は、基材との密着性等をさらに一層改善することができ
るという点からすると、水素含有量が５〜１０原子％の
範囲内にあるのが好ましく、一方、熱膨張係数が４．６
　Ｘｌ０−６〜５．６×１０−６／”Ｃ！の範囲内にあ
るのが好ましく、また基材として鉄系金属を使用すると
きには、水素含有量が５〜１０原子％の範囲内にあるの
が好ましく方、熱膨張係数が７．ＯＸｌ０−６〜１．４
　Ｘｌ０−５／”０の範囲内にあるのが好ましい。

ここで、水素含有量は、赤外分光スペクトルにおける３
、０００　ｃ　ｍ　ｌ付近の積分吸収強度により算出す
る簡便な方法により決定することができる［参照；　Ｙ
、　Ｔａｗａｄａ、　ＪＡＲＥＣ：Ｔ、　ｖｏ１６．　
ＡｍｏｒｐｈｏｕｓＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　　Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃｅ　　＆　　Ｄｅｖｉｃｅｓ（＋
９８３）］　。

すなわち、波数νａｍ−’における吸収係数α（ν）か
ら、水素含有量ＮＨは次式 で与えられる。ここで、Ｂはａ−３ｉＣ−Ｈの研究から
、Ｂ＝　ｌＸｌ０−２１　ｃｍｌと仮定すること。

また、積分は３，０００ｃ　ｍ　ｌ付近の共鳴吸収の表
われる全域で行なう。

本発明における前記非晶質炭素は、その製造方法として
は特に制限はないが、通常は炭素源ガスを適当な手段で
励起し、基材面上に析出させる方法、好ましくは後述の
本発明の方法によって製造される。

析出させる基材の種類には、特に制限がなく、どのよう
な基材を用いてもよい。

この場合、非晶質炭素は、大村上に形成させた状態で利
用してもよく、あるいはこれを基材からはがしたり、け
ずり取るなどして基材のない状態で利用することも可能
である。もっとも、切削工具やドリル等の超硬工具など
の母材として好適な性詣を有する炭化タングステン系超
硬合金や鉄系金属簿に対してもこの非晶質炭素膜は高い
密着性を示すので、基材として炭化タングステン系超硬
合金あるいは鉄系金属を用い、前記大村上に形成させた
状態で利用するのが良い。

それ故、本発明の非晶質炭素被覆部材においては、前記
基材として炭化タングステン系超硬合金および鉄系金属
等を使用し、前記基材の所望の面上に前記非晶質炭素を
膜状に設ける。

前記炭化タングステン系超硬合金としては、各種のもの
が使用可能であるが、中でもＷＣ−Ｃ：ｏ系超硬合金な
どが好ましく、特にＣｏ含有量が５重量％以下であるＷ
ｅ−Ｇｏ系超超硬合金好ましい。

どのような種類の−Ｃ−Ｃｏ系超硬合金を使用するかは
、使用目的等に応じて適宜に選択すればよい。

前記鉄系金属としては、たとえば、工具に使用される炭
素鋼であって、記号ＳＫＩ〜７で示されるもの、工具等
に使用される合金鋼であって、記号ＳＫＳ、ＳＫＤ、Ｓ
ＫＨ，ＳＫＴで示される各種のものを挙げることができ
る。

どのような種類の鉄系金属を使用するかは、使用目的等
に応じて適宜に選択すればよい。

使用する基材の形状としては、特に制限がなく、どのよ
うな形状であっても良い、すなわち、非晶質炭素膜を設
けようとする基材は、切削工具やドリル等の超硬工具、
摺動部品等の母材とじて成形されていてもよく、あるい
は特定の形状に成形加工されていなくてもよい。

本発明の非晶質炭素被覆部材における。非晶質炭素膜の
厚みとしては、特に制限はないが、通常１〜１０ＩＬｍ
、好ましくは３〜６ＩＬｍである。

この膜厚が薄すぎると、耐摩耗性の向上が不十分になっ
たり、切削工具やドリル等の超硬工具などとしての性能
が十分に発揮できないことがある。一方、あまり厚すざ
ると、膜の剥離が生じやすくなり、寿命が低下すること
がある。

本発明の非晶質炭素被覆部材は、前記非晶質炭素膜と使
用した基材との界面付近に基材自体のそれとは異なる金
属炭化物もしくはその組成物からなる界面層が形成され
ていてもよい、この界面付近の組成については、特に制
限はないのであるが、炭化タングステン系超硬合金と非
晶質炭素との界面から前記非晶質炭素の方向に０．１　
ｇｍまでの深さにおける全タングステン原子と全炭素原
子との合計量に対する全コバルト原子の含有割合が、５
モル％以下、好ましくは３モル％以下であることが好ま
しい、上記の特定の界面付近組成を有するものは、特に
密着性が優れており、非晶質炭素膜の剥離も生じにくく
、切削工具やドリル等の超硬工具や摺動部品等として用
いたときに、より一層の耐久性および寿命等の改善効果
を奏することができる。

なお、一般にＧｏを含有する炭化タングステン系超硬合
金を基材とし、これに従来のプラズマＣＶＤ法等のＣＶ
Ｄ法などの気相合成法によりダイヤモンド状炭素膜を形
成させると、前記したように界面付近にＣｏが析出し、
もろい１層が生成し卆すくダイヤモンド状炭素膜が剥離
しやすくなるという重大な問題がある。また、　Ｇｏ含
量が多くなると基材の熱膨張係数が大きくなり、ダイヤ
モンド状炭素膜との熱膨張係数の差が広がり、その結果
。

熱収縮応力が増加し、ダイヤモンド状炭素膜の密着性が
低下する。つまり、界面付近のＣｏ含有量が多くなるほ
ど、一般に密着性は低下する。

このような点から、基材として炭化タングステン系超硬
合金を使用するときには、界面付近のＣ。

含量を５モル％以下に制限して、前記非晶質炭素を形成
するのが好ましい。

本発明の非晶質炭素は本発明の方法によって好適に製造
することができる。この方法によれば、基材として炭化
タングステン系超硬合金あるいは鉄系金属を選択するこ
とにより、本発明の非晶質炭素被覆部材を容易に製造す
ることができる。

なお、この方法における非晶質炭素膜の合成手法は、炭
化タングステン系超硬合金あるいは鉄系金属以外の他の
基材の場合についても好適に応用することができる。

以下に１本発明の方法について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図は１本発明の非晶質炭素被覆部材の製造方法にお
いて好適に使用することができる非晶質炭素合成装置の
構成の一例を示す概念図である。

第１図に示すように、非晶質炭素合成装置ｌにおいて、
非晶質炭素を基材８の面上に形成し、非晶質炭素被覆部
材を製造する場合、炭素源ガスをガス導入口３から供給
し、導入した炭素源ガスの少なくとも一部をフィラメン
ト（カソード）５により加熱・励起して、さらにフィラ
メント（カソード）５、アノード６にてプラズマを発生
させて生成した炭素含有陽イオンをトリオ−ドアにさら
に基材８に向けて加速して基材８の表面に導き、基材８
の所定の面上に３　ｐ　３軌道のＣ−Ｈを含有する形で
炭素を析出させて、非晶質炭素膜を形成させる。

なお、その際、重要な点のひとつは、基材８の非晶質炭
素を形成する予定の面の近傍に、第３の電極であるトリ
オ−ドアを配設しておき、前記トリオ−ドアに負の電位
を印加し、同時に負の電位を印加した基材８に高周波を
付加しつつ前記非晶質炭素の形成を行う点である。

この負の電位を印加したトリオ−ドアの働きにより、ア
ノード６を通過した炭素含有陽イオンはさらに大幅に加
速され、基材８に打ち込まれるように衝突し、その結果
、前記したように一部の炭素が基材８の深くまで侵入し
、　Ｇｏの析出（界面付近への？Ｍ縮）を防止すること
ができ、前記１層の生成を抑制することができる。

また、負の電位を印加した基材８に高周波を付加するこ
とにより前記したように非晶質炭素の膜厚を十分に増加
させることができる。

なお、第１図の例では、トリオ−ドアへの負の電位の印
加は、第１直流電源１１によってなされ、一方、基材８
への負のバイアス電位の印加は第２直流電源ｌＯにより
、および高周波の付加は高周波電源９によりなされる。

前記炭素源ガスは、少なくとも炭素と水素とを含有する
のであれば単独ガスであっても混合ガスであってもよい
。

具体的には、通常は、分子中にＣとＨを有する炭素源ガ
スが好適であり、場合により炭素源ガスと水素ガスとの
混合ガスを使用してもよい。

また、所望により、前記炭素源ガスとともに、アルゴン
等の不活性ガスなどを稀釈ガスもしくはキャリヤーガス
として用いることもできる。

前記炭素源ガスとしては、各種炭化水素、含ハロゲン化
合物、含酸素化合物、含窒素化合物等のガスを使用する
ことができる。これらの中でも、Ｃ−Ｈ結合を有するの
が好ましく、特に炭化水素が好ましい。

前記炭化水素としては、例えばメタン、エタン、プロパ
ン、ブタン等のパラフィン系炭化水素；エチレン、プロ
ピレン、ブチレン等のオレフィン系炭化水Ｘ：アセチレ
ン、アリレン等のアセチレン系炭化水素；ブタジェン等
のジオレフィン系炭化水素；シクロプロパン、シクロブ
タン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環式炭化
水素；シクロブタジェン、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、ナフタレン、アントラセン等の芳香族炭化水素など
を挙げることができる。

前記含ハロゲン化合物としては、たとえば、四フッ化炭
素、四塩化炭素のようなハロゲン化メタン、ヘキサフル
オロエタン、テトラフルオロエチレンのようなハロゲン
化エタン、ハロゲン化ベンゼン等の含ハロゲン化炭化水
素等を挙げることができる。

ここで、ハロゲン原子としてはフッ素原子、塩素原子、
臭素原子等を挙げることができる。中でもフッ素原子な
どが好ましい。

前記含酸素化合物としては、例えばアセトン、ジエチル
ケトン、ベンゾフェノン等のケトン類；メタノール、エ
タノール、プロパツール、ブタノール等のアルコール類
；メチルエーテル、エチルエーテル、エチルメチルエー
テル、メチルプロピルエーテル、エチルプロピルエーテ
ル、フェノールエーテル、アセタール、環式エーテル（
ジオキサン、エチレンオキシド等）のエーテル類；アセ
トン、ビナコリン、メチルオキシド、芳香族ケトン（ア
セトフェノン、ベンゾフェノン等）、ジケトン、環式ケ
トン等のケトン類；ホルムアルデヒド、アセトアルデヒ
ド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド等のアルデヒ
ド類；ギ酸、酢酸、プロピオン酸、コハク酸、酪酸、シ
ュウ酸、酒石酸、ステアリン酸等の有機酸類；酢酸メチ
ル、酢酸エチル等の酸エステル類：エチレングリコール
、ジエチレングリコール等の二価アルコール類等を挙げ
ることができる。

前記含窒素化合物としては１例えばトリメチルアミン、
トリエチルアミンなどのアミン類等を挙げることができ
る。

また、前記炭化水素ガスとして、単体ではないが、消防
法に規定される第４類危険物；ガソリンなどの第１石油
類、ケロシン、テレピン油、しょう脳油、松根油などの
第２石油類、重油などの第３石油類、ギヤー油、シリン
ダー油などの第４石油類などのガスをも使用することが
できる。

上記各種の炭素源ガスの中でも、常温で気体または蒸気
圧の高い化合物、たとえばメタン、エタン、プロパン等
のパラフィン系炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、ナフタレン、アントラセンなどの芳香族炭化水素、
あるいはアセトン、エチルメチルケトン等のケトン類、
メタノール、エタノール等のアルコール類などを好適に
使用することができる。

これらの中でも、特にベンゼンなどのイオン化しやすい
化合物が特に好適にである。

なお、これらは一種単独で使用してもよいし、二種以上
を併用してもよい。

前記炭素源ガスとしては、そのほか、たとえば、−酸化
炭素、二酸化炭素等も使用することができる。

なお、これらは一種単独で使用してもよいし、二種以上
を混合ガス等として併用してもよい。

前記炭素源ガスは、上記のカソード５により励起・イオ
ン化され炭素含有陽イオン（たとえば、ＣｎＨ・・　な
ど）となり、上記したようにトリオ−ドアにより加速さ
れ、その一部もしくは大部分は基材８上に非晶質炭素の
少なくとも炭素成分となって析出する。

一方、前記炭素源ガス中の水素は、炭素含有陽イオンに
結合した状態で、あるいは別途に基材８の面に到達し、
反応してその一部は非晶質炭素の水素成分として取り込
まれる。

前記非晶質炭素を形成するに際してのガス圧としては、
通常１　ｘ　１Ｇ−３〜１　ｘ　１０−’Ｔｏｒｒとす
るのが好適である。

前記基材に印加する電圧としては、前記カソード５の電
位を基準（ＯＶ）として通常−１００〜−３，０００Ｖ
にするのが良い。

この電圧の絶対値があまり小さすぎると、ダイヤモンド
状炭素膜等の非晶質炭素膜の厚みを十分に大きくするこ
とができないことがある。

前記７ノード６に印加する電圧は、前記カソード５の電
位を基準（Ｏｖ）として、通常−３０〜−２００Ｖに設
定するのが適当である。

前記カソード５における電流は１通常５〜５０Ａにする
のが良い。

前記基材８に付加する高周波の出力としては。

通常５０〜９００Ｗにするのが適当である。この出力が
あまり小さすぎると、ダイヤモンド状炭素膜等の非晶質
炭素膜の厚みを十分に大きくすることができないことが
ある。

前記原料ガスの流量としては１通常２０〜１１００５Ｃ
Ｃに設定するのが良い。

前記アルゴン等のキャリアーガスを使用する場合、その
流量としては、通常２０〜５００３ＣＣＭにするのが良
い。

基材８の温度としては、通常、室温〜４００℃。

好ましくは室温〜２００℃の範囲に設定するのが良い。

以上のようにして非晶質炭素および本発明の非晶質炭素
被覆部材をはじめとする前記非晶質炭素により被覆され
た各種の部材を好適に製造することができる。

以上のようにして製造される非晶質炭素は、少なくとも
前記特定の水素含有量および熱膨張係数を有することら
、従来にない新しいタイプの非晶質炭素である。

また、基材として前記炭化タングステン系超硬合金ある
いは鉄系金属等を用いて得られた本発明の非晶質炭素被
覆部材は、非晶質炭素と基材との密着性に優れると言う
特性を有している。したがって、この非晶質炭素被覆部
材は、たとえば。

切削工具や切削チップやドリル刃先等の超硬工具、耐摩
耗性部品、摺動部品等の硬度や耐摩耗性等が要求される
各種の部材として用いられる。そしてそのよう各種部材
は、その耐久性や使用寿命等の性能が著しく改善される
。

［実施例］ 次に、本発明を実施例および比較例によってさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。

（実施例１） 第１図に示す非晶質炭素合成装置により、原料ガストシ
てベンゼン、キャリアーガスとしてアルゴン、基材とし
て炭化タングステン系超硬合金（Ｗｅ−（：ａ系超硬チ
ップ）を用いて、以下の条件の下に、前記大村上に非晶
質炭素膜を形成した。

ガス圧ｅ　ａ　ａ　＊　＠　＠　＊　１　ｘｌｏ−３Ｔ
ｏｒｒカソード電流＋１φ・・　　１８Ａ ７ノード電圧・・φ・　　１００ｖ トリオード電圧番番・　−６００Ｖ 高周波出力・・・・・　　３００Ｗ 基板電圧・・・・・・−１，１００Ｖ 得られた膜が非晶質状炭素であることはラマンスペクト
ルにおける１、４００　ｃｍ−１〜１，６００　ａｍに
より確認された。そして、このダイヤモンド状炭素膜の
膜厚は約３μｍで、その水素含有量は約８原子％、熱膨
張係数は５．Ｉ　Ｘｌ０−６／’Ｃであった。また、界
面付近のＣＯ含有量は、０モル％で、η層の生成は全く
認められなかった。

なお、非晶質炭素膜中の水素含有量の評価は。

その赤外線吸収スペクトルから、以下のようにして評価
した。

ｍ直呈贋亙羞 試料の赤外線吸収スペクトルを測定し、ベースラインを
引き、その透過率Ｔから、−船釣な関係（Ｔ＝　Ｔｏｅ
ｘｐ　［−ａ　ｄｌ　、ただし、Ｔは試料の透過率、Ｔ
ｏは非晶質炭素を有しない試料の透過率、αは吸収係数
、ｄは試料の厚み）から各波数ω（ｃｍ−りにおける吸
収係数α（ω）を求め、第２図に示すような波数ωと吸
収係数αを各軸とする修正赤外線スペクトルチャートを
得て、このスペクトルのピークを次式 ％式％］ （但し１式中のＢは、アモルファスシリコンにおけるＳ
ｉＣ：Ｈより算出された値であり、ｌＸ１Ｏ−２１ｃｍ
−１である。） により積分することにより求められる。

第２図は、上記の方法で得た修正赤外線吸収スペクトル
のチャートであり、上記の水素含有量は、このスペクト
ルのピークの上記による積分によって算出した。

また、前記ＣＯ含有値は、ＥＳＣＡ等により評価した。

次に、前記のようにして得られた非晶質炭素膜被覆部材
を、切削チップとして用い、以下の条件設定の下に切削
試験を行った。

被切削材ａ　ｍ　ａ　ｍ　ａ　ｍ　Ａｌ−５ｉ　（Ｓｉ
　１２％）切削速度φ・φΦ−１１４００Ｉｌ／ｍ１Ｉ
ｌｌ送リ　　・　・　・　・　・　・　・　・　０．１
　　ａｍ／ｒｅｖ切り込み壷・・・・・０．２５　ａｍ その結果、逃げ面摩耗０．３■までの切削距離は、　２
５，０００　ｍであり１表面の粗さ（Ｒａ）はＯ，ａＪ
ｊ、ｍであり、また別の表面粗さ（Ｒｓａｘ）は１．Ｏ
ｕＬｍと良好であった。

（比較例２） 前記実施例１における非晶質炭素膜被覆部材に代えて、
上記の非晶質炭素膜被覆を行っていない超硬チップ、従
来のＴｉＮ被覆チップを用いて、前記実施例１と同様に
して切削試験を行ったところ、前記切削距離は、それぞ
れ、１，５００　ｍおよび３．０００　ｍであった。

実施例１の非晶質炭素膜被覆部材の寿命は、上記の超硬
チップの約６倍であり、この比較例１におけるＴｉＮ被
覆チップの約２倍と評価された。

（実施例２） 超硬チップに代えて、超硬マイクロドリル（直径０．５
ｍｍ　）母材を基材にして用いた以外は実施例１と同様
にして非晶質炭素膜被覆を行った。

得られた非晶質炭素膜被覆マイクロドリル（非晶質炭素
膜中約３ｇｍ）を用いて、プリント基材（厚さ１．６ｍ
層）３枚を繰り返しショットし、パリが発生した時まで
のシＭ−、ト回数により寿命を評価した。

その結果、この実施例で得られた非晶質炭素膜被覆マイ
クロドリルでは、パリの発生までのショット回数は、　
ｆｆ４．Ｇｏｏショットであり、著しく長い寿命を示し
た。

（比較例２） 市販の超硬マイクロドリルおよび市販のＴｉＮ被覆マイ
クロドリルを用いて、前記実施例２と同様にして寿命の
評価を行ったところ、パリの発生までのショット回数は
、それぞれ、７，５００シヨツトおよびｔｓ、ｏｏｏシ
ョットであった。

すなわち、実施例２にかかる非晶質炭素膜被覆マイクロ
ドリルの寿命は、上記市販の超硬マイクロドリルの約４
．５倍であり、ＴｉＮ被覆マイクロドリルの約２．３倍
である。

（比較例３） 従来の並行平板型のプラズマＣｖＤ法により、原料ガス
としてメタン（２０ｓｃｃＭ）と水素（５０ｓｃｃｋ）
の混合ガスを用い、基材として実施例１で用いてたのと
同じ超硬チップを用い、圧力０．ＩＴｏｒｒ、　ＲＦパ
ワー３００Ｗの条件の下に、前記基材上に非晶質炭素膜
を形成した。

得られた非晶質炭素膜の膜厚は約３１Ｌｍで、その水素
含有量は約２５原子％、熱膨張係数は２．６×１０−６
／℃テあツタ、マタ、界面付近ニハ、ＣｏｚＷ３Ｃ（１
層）が約０．１　ｇｍに渡って生成しており、ＥＳＣＡ
による測定の結果、界面付近ｏ、ｔＩＬｍの範囲内にお
けるＧｏの含有量は！０原子％であることがわかった。

上記の非晶質炭素膜被覆超硬チップについて、スクラッ
チ試験により密着性を評価したところ。

クリティカルロードは１ＯＮであった。

また、上記の非晶質炭素膜被覆超硬チップを用いて、実
施例１と同様にして切削試験を行ったところ、切削時間
１０秒で非晶質炭素膜が剥離し、使用不能になった。

（実施例３） 実施例１と同様にして、非晶質炭素合成装置により、原
料ガスとしてベンゼン、キャリアーガスとしてアルゴン
、基材として鉄系金属（ＳＫＨ５１製）ドリルを用いて
、以下の条件の下に、前記基材上に非晶質炭素膜を形成
した。

ガス圧力・・・・・・４．５　Ｘｌ０−４丁ｏｒｒカソ
ード電流・・・・　　１９Ａ ７ノード電圧・・・−１１０Ｖ トリオード電圧拳・・　−６００Ｖ 高周波出力・・・Φ・　　３５０Ｗ 基板電圧や・・・・−−ｔ、ｏｏｏｖ 得られた膜が非晶質炭素膜であることが、ラマンスペク
トルにより確認された。そして、非晶質炭素膜は、約２
＃Ｌｍで、その水素含有量は５原子％、熱膨張係数は７
ｘｌＧ−６７”Ｏであった。

第３図に非晶質炭素膜コーティングドリルとコーティン
グなしのドリルとの評価比較を示す。

この評価においては、エポキシ樹脂を主体にするＣＦＲ
Ｐをドリルで穴あけ加工したときの穴あけ開数（ショツ
ト数）と摩耗幅との関係を調べた。

［発明の効果］ 本発明によると、超硬合金上に密着性よく形成すること
のできる非晶質炭素およびその製造方法を提供すること
ができ。

また、超硬工具等の母材として好適な超硬合金上に密着
性に優れた非晶質炭素膜等の非晶質炭素皮膜を有し、耐
摩耗性、耐久性等に優れ、切削工具やドリル等の超硬工
具、摺動部品等として用いたときに寿命を大幅に延長す
ることができるなどの優れた利点を有する非晶質炭素被
覆部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図の非晶質炭素および非晶質炭素被覆部材を製造す
るために使用される非晶質炭素膜等の非晶買炭膜の合成
装置の構成の一例を表す概念図である。 第２図は１本発明の非晶質炭素のうち典型的な非晶質炭
素の赤外線吸収スペクトルの一例を示すチャートである
。 第３図は、実施例３の結果を示すグラフである。 ｌ・・・非晶質炭素合成装置、２ｅ・・反応容器、３・
・・原料ガス導入口、４・・・排気口、５　ａ　＃　・
カソード、６・−・アノード、７・拳・トリオード、８
・・・基材、９・・・高周波電源、１０および１１・Φ
−直流電源。 第２図の横軸は、波数ω（ａｍ−’）を示し、縦軸は、
吸収係数α（ｃ＋ｅ−１）を示し、図中の記号は、吸収
グループの帰属を表す。 第２図 ２００ ０ｏ０ ２８０゜ Ｗａｖｅ　　ｎｕｍｂｅｒ （ｃｍ−１ 手続補正書 １　事件の表示 平成１年特許願第２９８９６４号 ２　発明の名称 非晶質炭素、その製造方法、および非晶質炭素被覆部材 ３　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　　　　東京都千代田区丸の白玉丁目１番１号名称
　　　　出光石油化学株式会社 代表者　水郷　睦 ４　代理人 住所　　　　東京都新宿区西新宿七丁目１８番２０号日
生ビル６階 補正の対象 明細書の「特許請求の範囲」の欄および「発明の詳細な
説明」の欄 ７　補正の内容 （り明細書の「特許請求の範囲」を別紙のとおりに補正
する。 （２）明細書の第４ページ第５行に記載の「考えられ、
」を「考えられる。」に補正する。 （３）明細書の第５ページ第１２行、第５ページ第１５
行、第５ページ最下行にそれぞれ記載の「ダイヤモンド
膜」を、それぞれ「硬質炭素膜」に補正する。 （４）明細書の第６ページ第１３行、第６ページ最下行
、第８ページ第７行、第８ページ第９行。 第８ページ第１１行、第９ページ第５行、第２４ページ
第３行、第２８ページ第２行、第２８ページ第６行およ
び第２９ページ第９行にそれぞれ記載の「原子」を、そ
れぞれｒａｔｏｍＪに補正する。 （５）明細書の第７ページ第１０行および第１２ページ
下から３行目にそれぞれ記載の「タングステン」を、そ
れぞれ「コバルト」に補正する。 （６）明細書の第１９ページ下から第６行目に記載の「
エチルメチル」を「メチルエチル］に補正する。 （７）明細書の第２１ベージ第３行〜第４行、第２１ペ
ージ第１３行〜第１４行にそれぞれ記載の「ダイヤモン
ド状炭素膜等の」を、それぞれ削除する。 （８）明細書の第２１ページ下から第７行目に記載の「
膜の厚み」を「の含有割合」に補正する。 （９）明細書の第２２ページ第１０行に記載の「を有す
ることら、」を「を有することから、」に補正する。 （１０）　　明細書の第２２ページ最下行に記載の「し
てそのよう各種部材は、」を「してそのような各種部材
は、」に補正する。 （１１）明細書の第２４ページ第１行に記載の「ダイヤ
モンド状」を「非晶質」に補正する。 （１２）明細書の第２６ページ第９行に記載の「約６倍
」を「約１６倍」に補正する。 （１３）明細書の第２６ページ第１０行に記載の「約２
倍」を「約８倍」に補正する。 以上 「特許請求の範囲」を下記のとおりに補正する。 記 「（１）水素含有酸か２〜２０　ａｔｏｓ％てあり、か
つ熱膨張係数が３．Ｏｘ　　１０−’〜３．ＯＸ　　１
０−５／’Ｃであることを特徴とする非晶質炭素。 （２）イオン化した炭素源ガスのイオンを加速電圧によ
り加速して基材に衝突させ、基材上に非晶質炭素を析出
させることを特徴とする非晶質炭素の製造方法。 （吟基材に、請求項１に記載の非晶質炭素を被覆したこ
とを特徴とする非晶質炭素被覆部材。 （４）前記基材が炭化タングステン系超硬合金である前
記請求項３に記載の非晶質炭素被覆部材。 （５）炭化タングステン系超硬合金と非晶質炭素との界
面から該非晶質炭素の方向に０．１μ層までの深さにお
ける全コバルト原子と全炭素原子との合計量に対する全
コバルト原子の含有割合が、５モル％以下である請求項
４に記載の非晶質炭素被覆部材、１

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）水素含有量が２〜２０原子％であり、かつ熱膨張
   係数が３．０×１０＾−＾６〜３．０×１０＾−＾５／
   ℃であることを特徴とする非晶質炭素。
2. （２）イオン化した炭素源ガスのイオンを加速電圧によ
   り加速して基材に衝突させ、基材上に非晶質炭素を析出
   させることを特徴とする非晶質炭素の製造方法。
3. （３）基材に、請求項１に記載の非晶質炭素を被覆した
   ことを特徴とする非晶質炭素被覆部材。
4. （４）前記基材が炭化タングステン系超硬合金である前
   記請求項３に記載の非晶質炭素被覆部材。
5. （５）炭化タングステン系超硬合金と非晶質炭素との界
   面から該非晶質炭素の方向に０．１μｍまでの深さにお
   ける全タングステン原子と全炭素原子との合計量に対す
   る全コバルト原子の含有割合が、５モル％以下である請
   求項４記載の非晶質炭素被覆部材。