JPWO2021002027A5 - - Google Patents
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Description
【０００３】
［０００６］
特許文献１：特開２００７－２４７０３２号公報
特許文献２：特開２０１０－０４３３４７号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
［０００７］
ところで、工具に対する耐摩耗性の要求は尽きることがなく、工具用の耐摩耗性被膜にはより高い硬さおよび膜厚が望まれる。このため、工具用の耐摩耗性被膜を５０ＧＰａ以上の被膜硬さとし、そのような被膜硬さで高速度工具鋼のような鉄系金属やＷＣのような超硬合金の上に粗面化処理なしで１μｍを超える厚さで成膜しようとすると、特許文献２で提案されている被膜は、剥離するために厚膜化ができず、早期に摩耗または剥離が発生するという問題があった。
［０００８］
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、厚膜に成膜可能な高硬度を有する、複合硬質炭素被膜、複合硬質炭素被膜被覆工具、および複合硬質炭素被膜の製造方法を提供することにある。
［０００９］
本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、積層する第１の数ナノサイズのダイヤモンド結晶と非晶質のアモルファスカーボンとの混合相被膜および第２の数ナノサイズのダイヤモンド結晶と非晶質のアモルファスカーボンとの混合相被膜の密度に着目し、鉄系素材或いは超硬合金素材の上に、前記同軸プラズマジェットガンのアーク放電の電位やヒータの温度を調節しつつ成膜して、基材側の第１硬質炭素層の密度を、その上にある第２硬質炭素層の密度よりも小さくすると、被膜全体の硬さおよび厚みを大きくしても、相対的に密度の低い第１硬質炭素層が緩衝層として機能するので、全体として被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性が得られることを見いだした。本発明は、斯かる知見に基づいて為されたものである。
課題を解決するための手段
［００１０］
すなわち、第１発明の要旨とするところは、複合硬質炭素被膜の製造方法であって、（１）真空チャンバ内において、真空中で、筒型アノード電極と
［０００６］
特許文献１：特開２００７－２４７０３２号公報
特許文献２：特開２０１０－０４３３４７号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
［０００７］
ところで、工具に対する耐摩耗性の要求は尽きることがなく、工具用の耐摩耗性被膜にはより高い硬さおよび膜厚が望まれる。このため、工具用の耐摩耗性被膜を５０ＧＰａ以上の被膜硬さとし、そのような被膜硬さで高速度工具鋼のような鉄系金属やＷＣのような超硬合金の上に粗面化処理なしで１μｍを超える厚さで成膜しようとすると、特許文献２で提案されている被膜は、剥離するために厚膜化ができず、早期に摩耗または剥離が発生するという問題があった。
［０００８］
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、厚膜に成膜可能な高硬度を有する、複合硬質炭素被膜、複合硬質炭素被膜被覆工具、および複合硬質炭素被膜の製造方法を提供することにある。
［０００９］
本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、積層する第１の数ナノサイズのダイヤモンド結晶と非晶質のアモルファスカーボンとの混合相被膜および第２の数ナノサイズのダイヤモンド結晶と非晶質のアモルファスカーボンとの混合相被膜の密度に着目し、鉄系素材或いは超硬合金素材の上に、前記同軸プラズマジェットガンのアーク放電の電位やヒータの温度を調節しつつ成膜して、基材側の第１硬質炭素層の密度を、その上にある第２硬質炭素層の密度よりも小さくすると、被膜全体の硬さおよび厚みを大きくしても、相対的に密度の低い第１硬質炭素層が緩衝層として機能するので、全体として被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性が得られることを見いだした。本発明は、斯かる知見に基づいて為されたものである。
課題を解決するための手段
［００１０］
すなわち、第１発明の要旨とするところは、複合硬質炭素被膜の製造方法であって、（１）真空チャンバ内において、真空中で、筒型アノード電極と
【０００４】
前記筒型アノード電極内に同軸に配置されたグラファイトであるカソード電極との間に放電させる同軸アークプラズマガンを用いて、前記筒型アノード電極の先端に開く開口から放出された高エネルギのプラズマ化された粒子を工具母材の一部または全部に当てることで、前記工具母材上に第１硬質炭素層を形成する第１硬質炭素層形成工程と、（２）前記真空チャンバ内において、真空中で、前記第１硬質炭素層形成工程に対して前記工具母材の温度を低くした温度設定状態で、前記同軸アークプラズマガン、又は、前記同軸アークプラズマガンとは異なる同軸アークプラズマガンを用いて、高エネルギのプラズマ化された粒子を前記工具母材の一部または全部に当てることで、前記第１硬質炭素層の上に第２硬質炭素層を形成する第２硬質炭素層形成工程と、を含むことにある。
［００１１］
また、前記目的を達成するために、第２発明の要旨とするところは、第１発明の複合硬質炭素被膜の製造方法により鉄系素材或いは超硬合金素材である前記工具母材の表面に被着された複合硬質炭素被膜であって、前記工具母材上に被着された前記第１硬質炭素層と、前記第１硬質炭素層の上に被着され、前記第１硬質炭素層よりも高い密度を有する前記第２硬質炭素層とを、含み、前記第１硬質炭素層は、０．２μｍから３．０μｍの厚みと２．１ｇ／ｃｍ３から２．４ｇ／ｃｍ３の密度とを有し、前記第２硬質炭素層は、１．０μｍから９．０μｍの厚みと２．５ｇ／ｃｍ３から３．０ｇ／ｃｍ３の密度とを有することにある。
［００１２］
また、前記目的を達成するために、第３発明の要旨とするところは、前記工具母材の一部または全部が第２発明の複合硬質炭素被膜によって被覆されている複合硬質炭素被膜被覆工具であることにある。
発明の効果
［００１３］
第１発明の複合硬質炭素被膜の製造方法によれば、（１）真空チャンバ内において、真空中で、筒型アノード電極と前記筒型アノード電極内に同軸に配置されたグラファイトであるカソード電極との間に放電させる同軸アークプラズマガンを用いて、前記筒型アノード電極の先端に開く開口から放出された高エネルギのプラズマ化された粒子を工具母材の一部または全部に当てることで、前記工具母材上に第１硬質炭素層を形成する第１硬質炭素層形成工程と、（２）前記真空チャンバ内において、真空中で、前記第１硬質炭素層形成工程に対して前記工具母材の温度を低くした温度設定状態で、前記同軸アークプラズマガン、又は、前記同軸アークプラズマガンとは異なる同軸アークプラズマガンを用いて、高エネルギのプラズマ化された粒子を前記工具母材の一部または全部に当てることで、前記第１硬質炭素層の上に第２硬質炭素層を形成する第２硬質炭素層形成工程と、を含む。これにより、工具母材の表面に粗面化処理を必要とすることなく、被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性が得られる。また、第２発明の複合硬質炭素被膜によれば、鉄系素材或いは超硬合金素材である前記工具母材の表面に被着された複合硬質炭素被膜であって、前記工具母材上に被着された前記第１硬質炭素層と、前記第１硬質炭素層の上に被着され、前記
前記筒型アノード電極内に同軸に配置されたグラファイトであるカソード電極との間に放電させる同軸アークプラズマガンを用いて、前記筒型アノード電極の先端に開く開口から放出された高エネルギのプラズマ化された粒子を工具母材の一部または全部に当てることで、前記工具母材上に第１硬質炭素層を形成する第１硬質炭素層形成工程と、（２）前記真空チャンバ内において、真空中で、前記第１硬質炭素層形成工程に対して前記工具母材の温度を低くした温度設定状態で、前記同軸アークプラズマガン、又は、前記同軸アークプラズマガンとは異なる同軸アークプラズマガンを用いて、高エネルギのプラズマ化された粒子を前記工具母材の一部または全部に当てることで、前記第１硬質炭素層の上に第２硬質炭素層を形成する第２硬質炭素層形成工程と、を含むことにある。
［００１１］
また、前記目的を達成するために、第２発明の要旨とするところは、第１発明の複合硬質炭素被膜の製造方法により鉄系素材或いは超硬合金素材である前記工具母材の表面に被着された複合硬質炭素被膜であって、前記工具母材上に被着された前記第１硬質炭素層と、前記第１硬質炭素層の上に被着され、前記第１硬質炭素層よりも高い密度を有する前記第２硬質炭素層とを、含み、前記第１硬質炭素層は、０．２μｍから３．０μｍの厚みと２．１ｇ／ｃｍ３から２．４ｇ／ｃｍ３の密度とを有し、前記第２硬質炭素層は、１．０μｍから９．０μｍの厚みと２．５ｇ／ｃｍ３から３．０ｇ／ｃｍ３の密度とを有することにある。
［００１２］
また、前記目的を達成するために、第３発明の要旨とするところは、前記工具母材の一部または全部が第２発明の複合硬質炭素被膜によって被覆されている複合硬質炭素被膜被覆工具であることにある。
発明の効果
［００１３］
第１発明の複合硬質炭素被膜の製造方法によれば、（１）真空チャンバ内において、真空中で、筒型アノード電極と前記筒型アノード電極内に同軸に配置されたグラファイトであるカソード電極との間に放電させる同軸アークプラズマガンを用いて、前記筒型アノード電極の先端に開く開口から放出された高エネルギのプラズマ化された粒子を工具母材の一部または全部に当てることで、前記工具母材上に第１硬質炭素層を形成する第１硬質炭素層形成工程と、（２）前記真空チャンバ内において、真空中で、前記第１硬質炭素層形成工程に対して前記工具母材の温度を低くした温度設定状態で、前記同軸アークプラズマガン、又は、前記同軸アークプラズマガンとは異なる同軸アークプラズマガンを用いて、高エネルギのプラズマ化された粒子を前記工具母材の一部または全部に当てることで、前記第１硬質炭素層の上に第２硬質炭素層を形成する第２硬質炭素層形成工程と、を含む。これにより、工具母材の表面に粗面化処理を必要とすることなく、被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性が得られる。また、第２発明の複合硬質炭素被膜によれば、鉄系素材或いは超硬合金素材である前記工具母材の表面に被着された複合硬質炭素被膜であって、前記工具母材上に被着された前記第１硬質炭素層と、前記第１硬質炭素層の上に被着され、前記
【０００５】
第１硬質炭素層よりも高い密度を有する前記第２硬質炭素層とを、含み、前記第１硬質炭素層は、０．２μｍから３．０μｍの厚みと２．１ｇ／ｃｍ３から２．４ｇ／ｃｍ３の密度とを有し、前記第２硬質炭素層は、１．０μｍから９．０μｍの厚みと２．５ｇ／ｃｍ３から３．０ｇ／ｃｍ３の密度とを有する。このことから、工具母材側の第１硬質炭素層の密度が、その上にある第２硬質炭素層の密度よりも相対的に小さいので、被膜全体の硬さおよび厚みを大きくしても、相対的に密度の低い第１硬質炭素層が緩衝層として機能するので、全体として被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性が得られる。
［００１４］
ここで、好適には、前記第１硬質炭素層と前記第２硬質炭素層との合計厚みは、２から１２μｍである。このような被膜全体の厚みにより、硬さおよび厚みを大きくしても、相対的に密度の低い第１硬質炭素層が緩衝層として機能するので、全体として被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性が得られる。
［００１５］
また、好適には、前記複合硬質炭素被膜は、前記第１硬質炭素層と前記第２硬質炭素層とが、交互に積層されている。これにより、積層された複数対のうちの上側の前記第１硬質炭素層と前記第２硬質炭素層との対が消耗しても、被膜の剥離がない。
［００１６］
また、好適には、前記第１硬質炭素層および第２硬質炭素層は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の超ナノ微結晶ダイヤモンドとアモルファスカーボンとの混合相である。これにより、アモルファスカーボンから成る炭素被膜と比較して、高い硬度が得られるので、被膜の耐久性が高められる。
［００１７］
また、好適には、前記複合硬質炭素被膜は、実質的に水素を含まず、ナノインデンテーション法を用いた測定で５０ＧＰａ以上の被膜硬さを有する。これにより、高い耐摩耗性や耐久性を有する工具が得られる。
［００１８］
また、第３発明の複合硬質炭素被膜被覆工具によれば、前記工具母材の一部または全部が第２発明の複合硬質炭素被膜によって被覆されているので、被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性を有する複合硬質炭素被膜被覆工具が得られる。
第１硬質炭素層よりも高い密度を有する前記第２硬質炭素層とを、含み、前記第１硬質炭素層は、０．２μｍから３．０μｍの厚みと２．１ｇ／ｃｍ３から２．４ｇ／ｃｍ３の密度とを有し、前記第２硬質炭素層は、１．０μｍから９．０μｍの厚みと２．５ｇ／ｃｍ３から３．０ｇ／ｃｍ３の密度とを有する。このことから、工具母材側の第１硬質炭素層の密度が、その上にある第２硬質炭素層の密度よりも相対的に小さいので、被膜全体の硬さおよび厚みを大きくしても、相対的に密度の低い第１硬質炭素層が緩衝層として機能するので、全体として被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性が得られる。
［００１４］
ここで、好適には、前記第１硬質炭素層と前記第２硬質炭素層との合計厚みは、２から１２μｍである。このような被膜全体の厚みにより、硬さおよび厚みを大きくしても、相対的に密度の低い第１硬質炭素層が緩衝層として機能するので、全体として被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性が得られる。
［００１５］
また、好適には、前記複合硬質炭素被膜は、前記第１硬質炭素層と前記第２硬質炭素層とが、交互に積層されている。これにより、積層された複数対のうちの上側の前記第１硬質炭素層と前記第２硬質炭素層との対が消耗しても、被膜の剥離がない。
［００１６］
また、好適には、前記第１硬質炭素層および第２硬質炭素層は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の超ナノ微結晶ダイヤモンドとアモルファスカーボンとの混合相である。これにより、アモルファスカーボンから成る炭素被膜と比較して、高い硬度が得られるので、被膜の耐久性が高められる。
［００１７］
また、好適には、前記複合硬質炭素被膜は、実質的に水素を含まず、ナノインデンテーション法を用いた測定で５０ＧＰａ以上の被膜硬さを有する。これにより、高い耐摩耗性や耐久性を有する工具が得られる。
［００１８］
また、第３発明の複合硬質炭素被膜被覆工具によれば、前記工具母材の一部または全部が第２発明の複合硬質炭素被膜によって被覆されているので、被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性を有する複合硬質炭素被膜被覆工具が得られる。
【０００６】
［００１９］
図面の簡単な説明
［００２０］
［図１］本発明の一実施例の複合硬質炭素被膜被覆工具が切削部の表面に被着されたドリルを示す正面図である。
［図２］図１のドリルを説明するためにその先端側から示す拡大底面図である。
［図３］図１のドリルの工具母材上に被着された複合硬質炭素被膜の積層構造を拡大して説明する拡大断面図である。
［図４］図１の複合硬質炭素被膜を工具母材上に成膜する同軸型真空アーク蒸着装置の構成を説明する概略図である。
［図５］図５の同軸型真空アーク蒸着装置に用いられる同軸アークプラズマガンの構成を説明する概略図である。
［図６］図４の同軸型真空アーク蒸着装置を用いて工具母材の表面に図３の複合硬質炭素被膜をコーティングする成膜工程を説明する図である。
［００１９］
図面の簡単な説明
［００２０］
［図１］本発明の一実施例の複合硬質炭素被膜被覆工具が切削部の表面に被着されたドリルを示す正面図である。
［図２］図１のドリルを説明するためにその先端側から示す拡大底面図である。
［図３］図１のドリルの工具母材上に被着された複合硬質炭素被膜の積層構造を拡大して説明する拡大断面図である。
［図４］図１の複合硬質炭素被膜を工具母材上に成膜する同軸型真空アーク蒸着装置の構成を説明する概略図である。
［図５］図５の同軸型真空アーク蒸着装置に用いられる同軸アークプラズマガンの構成を説明する概略図である。
［図６］図４の同軸型真空アーク蒸着装置を用いて工具母材の表面に図３の複合硬質炭素被膜をコーティングする成膜工程を説明する図である。
【００１１】
ｃｍ３から２．４ｇ／ｃｍ３（２．１ｇ／ｃｍ３≦ｄ１≦２．４ｇ／ｃｍ３）となるように、設定されている。
［００３１］
次いで、第２硬質炭素層形成工程Ｐ２においては、第１硬質炭素層形成工程Ｐ１でのワーク保持具３２が、所定の成膜温度に対して成膜温度が低くされた他は、第１硬質炭素層形成工程Ｐ１と同様に、第１同軸アークプラズマガン４４を駆動すると同時に、第２同軸アークプラズマガン４６を駆動することで第２硬質炭素層２８が成膜される。この第２硬質炭素層２８を工具母材２２に成膜する第２硬質炭素層形成工程Ｐ２は、第２硬質炭素層２８の厚みｔ２が、１．０μｍから９．０μｍ（１．０μｍ≦ｔ２≦９．０μｍ）となり、密度ｄ２が、２．５ｇ／ｃｍ３から３．０ｇ／ｃｍ３の（２．５ｇ／ｃｍ３≦ｄ２≦３．０ｇ／ｃｍ３）となるように設定された成膜条件下で実行される。
［００３２］
図７は、実施例品１から実施例品１０、および、比較例品１から比較例品７の合計１７種類の試料についての硬さおよび耐摩耗性の評価結果を示す図表である。この１７種類の試料は、直径が１０ｍｍ、厚みが５ｍｍの超硬合金又は高速度工具鋼（ＨＳＳ）製のペレット状試験片を用いて、図３に示すものと同様の２層の膜構成、又は、後述の図１０に示すものと同様の４層以上の膜構成で、層の膜厚が相互に異なるように製作されている。図７には、この１７種類の試料における基材、複合硬質炭素被膜の層の膜種、層の膜厚（μｍ）、層の密度（ｇ／ｃｍ３）、総膜厚（μｍ）、膜構造、層間構造、水素含有量（ａｔ％）、ダイヤ結晶サイズ（ｎｍ）、被膜硬さ（ＧＰａ）、および、評価結果である摩耗試験における摩耗体積（μｍ３）が、それぞれ示されている。
［００３３］
以下に、上記試験片の作製方法、厚みおよび硬さの測定方法、評価方法を説明する。
［００３４］
（膜厚の測定）
試験片の断面を走査型電子顕微鏡を用いて、その二次電子像（ＳＥＭ）を
ｃｍ３から２．４ｇ／ｃｍ３（２．１ｇ／ｃｍ３≦ｄ１≦２．４ｇ／ｃｍ３）となるように、設定されている。
［００３１］
次いで、第２硬質炭素層形成工程Ｐ２においては、第１硬質炭素層形成工程Ｐ１でのワーク保持具３２が、所定の成膜温度に対して成膜温度が低くされた他は、第１硬質炭素層形成工程Ｐ１と同様に、第１同軸アークプラズマガン４４を駆動すると同時に、第２同軸アークプラズマガン４６を駆動することで第２硬質炭素層２８が成膜される。この第２硬質炭素層２８を工具母材２２に成膜する第２硬質炭素層形成工程Ｐ２は、第２硬質炭素層２８の厚みｔ２が、１．０μｍから９．０μｍ（１．０μｍ≦ｔ２≦９．０μｍ）となり、密度ｄ２が、２．５ｇ／ｃｍ３から３．０ｇ／ｃｍ３の（２．５ｇ／ｃｍ３≦ｄ２≦３．０ｇ／ｃｍ３）となるように設定された成膜条件下で実行される。
［００３２］
図７は、実施例品１から実施例品１０、および、比較例品１から比較例品７の合計１７種類の試料についての硬さおよび耐摩耗性の評価結果を示す図表である。この１７種類の試料は、直径が１０ｍｍ、厚みが５ｍｍの超硬合金又は高速度工具鋼（ＨＳＳ）製のペレット状試験片を用いて、図３に示すものと同様の２層の膜構成、又は、後述の図１０に示すものと同様の４層以上の膜構成で、層の膜厚が相互に異なるように製作されている。図７には、この１７種類の試料における基材、複合硬質炭素被膜の層の膜種、層の膜厚（μｍ）、層の密度（ｇ／ｃｍ３）、総膜厚（μｍ）、膜構造、層間構造、水素含有量（ａｔ％）、ダイヤ結晶サイズ（ｎｍ）、被膜硬さ（ＧＰａ）、および、評価結果である摩耗試験における摩耗体積（μｍ３）が、それぞれ示されている。
［００３３］
以下に、上記試験片の作製方法、厚みおよび硬さの測定方法、評価方法を説明する。
［００３４］
（膜厚の測定）
試験片の断面を走査型電子顕微鏡を用いて、その二次電子像（ＳＥＭ）を
【００１７】
の厚みにより、硬さおよび厚みを大きくしても、相対的に密度の低い第１硬質炭素層２６が緩衝層として機能するので、全体として被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性が得られる。
［００４６］
本実施例の複合硬質炭素被膜２４によれば、第１硬質炭素層２６および第２硬質炭素層２８は、膜中に１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の超ナノ微結晶ダイヤモンドとアモルファスカーボンとの混合相である。これにより、単なるアモルファスカーボンから成る炭素被膜と比較して、高い硬度が得られるので、被膜の耐久性が高められる。
［００４７］
本実施例の複合硬質炭素被膜２４によれば、複合硬質炭素被膜２４は、実質的に水素を含まず、ナノインデンテーション法を用いた測定で５０ＧＰａ以上の被膜硬さを有する。これにより、高い耐摩耗性や耐久性を有するドリル（複合硬質炭素被膜被覆工具）１０が得られる。
［００４８］
本実施例の複合硬質炭素被膜２４によれば、工具母材２２の一部または全部が複合硬質炭素被膜２４によって被覆されているドリル（複合硬質炭素被膜被覆工具）１０である。これにより、被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性を有するドリル（複合硬質炭素被膜被覆工具）１０が得られる。
［００４９］
本実施例の複合硬質炭素被膜２４の製造方法によれば、（１）真空チャンバ４０内において、真空中で、筒型アノード電極ＡＥと筒型アノード電極ＡＥ内に同軸に配置されたグラファイトであるカソード電極ＫＥとの間に放電させる同軸アークプラズマガン４４、４６を用いて、筒型アノード電極ＡＥの先端に開く開口から放出された高エネルギのプラズマ化された粒子を工具母材２２の一部または全部に当てることで、工具母材２２上に第１硬質炭素層２６を形成する第１硬質炭素層形成工程Ｐ１と、（２）真空チャンバ４０内において、真空中で、第１硬質炭素層形成工程Ｐ１に対して工具母材２２の温度を低くした温度設定状態で、筒型アノード電極ＡＥと筒型アノード電極ＡＥ内に同軸に配置されたグラファイトであるカソード電極ＫＥとの間に放電させる同軸アークプラズマガン４４
の厚みにより、硬さおよび厚みを大きくしても、相対的に密度の低い第１硬質炭素層２６が緩衝層として機能するので、全体として被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性が得られる。
［００４６］
本実施例の複合硬質炭素被膜２４によれば、第１硬質炭素層２６および第２硬質炭素層２８は、膜中に１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の超ナノ微結晶ダイヤモンドとアモルファスカーボンとの混合相である。これにより、単なるアモルファスカーボンから成る炭素被膜と比較して、高い硬度が得られるので、被膜の耐久性が高められる。
［００４７］
本実施例の複合硬質炭素被膜２４によれば、複合硬質炭素被膜２４は、実質的に水素を含まず、ナノインデンテーション法を用いた測定で５０ＧＰａ以上の被膜硬さを有する。これにより、高い耐摩耗性や耐久性を有するドリル（複合硬質炭素被膜被覆工具）１０が得られる。
［００４８］
本実施例の複合硬質炭素被膜２４によれば、工具母材２２の一部または全部が複合硬質炭素被膜２４によって被覆されているドリル（複合硬質炭素被膜被覆工具）１０である。これにより、被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性を有するドリル（複合硬質炭素被膜被覆工具）１０が得られる。
［００４９］
本実施例の複合硬質炭素被膜２４の製造方法によれば、（１）真空チャンバ４０内において、真空中で、筒型アノード電極ＡＥと筒型アノード電極ＡＥ内に同軸に配置されたグラファイトであるカソード電極ＫＥとの間に放電させる同軸アークプラズマガン４４、４６を用いて、筒型アノード電極ＡＥの先端に開く開口から放出された高エネルギのプラズマ化された粒子を工具母材２２の一部または全部に当てることで、工具母材２２上に第１硬質炭素層２６を形成する第１硬質炭素層形成工程Ｐ１と、（２）真空チャンバ４０内において、真空中で、第１硬質炭素層形成工程Ｐ１に対して工具母材２２の温度を低くした温度設定状態で、筒型アノード電極ＡＥと筒型アノード電極ＡＥ内に同軸に配置されたグラファイトであるカソード電極ＫＥとの間に放電させる同軸アークプラズマガン４４
【００１８】
、４６を用いて、筒型アノード電極ＡＥの先端に開く開口から放出された高エネルギのプラズマ化された粒子を工具母材２２の一部または全部に当てることで、第１硬質炭素層２６の上に第２硬質炭素層２８を形成する第２硬質炭素層形成工程Ｐ２と、を含む。これにより、工具母材２２の表面に粗面化処理を必要とすることなく、被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性が得られる。
実施例２
［００５０］
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
［００５１］
図９は、本発明の他の実施例の複合硬質炭素被膜被覆工具であるドリル１１０の複合硬質炭素被膜１２４を拡大して説明する断面図である。本実施例のドリル１１０の表面に形成された複合硬質炭素被膜１２４を構成する第１硬質炭素層２６と第２硬質炭素層２８との境界は、第１硬質炭素層形成工程Ｐ１と第２硬質炭素層形成工程Ｐ２との間において工具母材２２の温度が連続的に変化させられることで、密度が連続的に変化させられた傾斜構造とされている。これにより、第１硬質炭素層２６と第２硬質炭素層２８との間の層間剥離が好適に抑制される。
実施例３
［００５２］
図１０は、本発明の他の実施例の複合硬質炭素被膜被覆工具であるドリル２１０の複合硬質炭素被膜２２４を拡大して説明する断面図である。本実施例のドリル２１０の表面に形成された複合硬質炭素被膜２２４は、第１硬質炭素層２６と第２硬質炭素層２８とが交互に積層されて、工具母材２２側には第１硬質炭素層２６が成膜され、表層側には第２硬質炭素層２８が成膜された４層以上の構造になっている。これにより、積層された表層の第２硬質炭素層２８と第１硬質炭素層２６との対が消耗しても、被膜の剥離が抑制され、ドリル２１０の耐久性が高められる。
［００５３］
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の
、４６を用いて、筒型アノード電極ＡＥの先端に開く開口から放出された高エネルギのプラズマ化された粒子を工具母材２２の一部または全部に当てることで、第１硬質炭素層２６の上に第２硬質炭素層２８を形成する第２硬質炭素層形成工程Ｐ２と、を含む。これにより、工具母材２２の表面に粗面化処理を必要とすることなく、被膜の剥離が抑制され、高い耐摩耗性が得られる。
実施例２
［００５０］
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
［００５１］
図９は、本発明の他の実施例の複合硬質炭素被膜被覆工具であるドリル１１０の複合硬質炭素被膜１２４を拡大して説明する断面図である。本実施例のドリル１１０の表面に形成された複合硬質炭素被膜１２４を構成する第１硬質炭素層２６と第２硬質炭素層２８との境界は、第１硬質炭素層形成工程Ｐ１と第２硬質炭素層形成工程Ｐ２との間において工具母材２２の温度が連続的に変化させられることで、密度が連続的に変化させられた傾斜構造とされている。これにより、第１硬質炭素層２６と第２硬質炭素層２８との間の層間剥離が好適に抑制される。
実施例３
［００５２］
図１０は、本発明の他の実施例の複合硬質炭素被膜被覆工具であるドリル２１０の複合硬質炭素被膜２２４を拡大して説明する断面図である。本実施例のドリル２１０の表面に形成された複合硬質炭素被膜２２４は、第１硬質炭素層２６と第２硬質炭素層２８とが交互に積層されて、工具母材２２側には第１硬質炭素層２６が成膜され、表層側には第２硬質炭素層２８が成膜された４層以上の構造になっている。これにより、積層された表層の第２硬質炭素層２８と第１硬質炭素層２６との対が消耗しても、被膜の剥離が抑制され、ドリル２１０の耐久性が高められる。
［００５３］
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の
Claims (13)
- （削除）
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- 複合硬質炭素被膜の製造方法であって、
真空チャンバ内において、真空中で、筒型アノード電極と前記筒型アノード電極内に同軸に配置されたグラファイトであるカソード電極との間に放電させる同軸アークプラズマガンを用いて、前記筒型アノード電極の先端に開く開口から放出された高エネルギのプラズマ化された粒子を工具母材の一部または全部に当てることで、前記工具母材上に第１硬質炭素層を形成する第１硬質炭素層形成工程と、
前記真空チャンバ内において、真空中で、前記第１硬質炭素層形成工程に対して前記工具母材の温度を低くした温度設定状態で、前記同軸アークプラズマガン、又は、前記同軸アークプラズマガンとは異なる同軸アークプラズマガンを用いて、高エネルギのプラズマ化された粒子を前記工具母材の一部または全部に当てることで、前記第１硬質炭素層の上に第２硬質炭素層を形成する第２硬質炭素層形成工程と、
を含む、ことを特徴とする複合硬質炭素被膜の製造方法。 - 請求項７の複合硬質炭素被膜の製造方法により鉄系素材或いは超硬合金素材である前記工具母材の表面に被着された複合硬質炭素被膜であって、
前記工具母材上に被着された前記第１硬質炭素層と、
前記第１硬質炭素層の上に被着され、前記第１硬質炭素層よりも高い密度を有する前記第２硬質炭素層とを、含み、
前記第１硬質炭素層は、０．２μｍから３．０μｍの厚みと２．１ｇ／ｃｍ３から２．４ｇ／ｃｍ３の密度とを有し、
前記第２硬質炭素層は、１．０μｍから９．０μｍの厚みと２．５ｇ／ｃｍ３から３．０ｇ／ｃｍ３の密度とを有する
ことを特徴とする複合硬質炭素被膜。 - 前記第１硬質炭素層と前記第２硬質炭素層との合計厚みは、２から１２μｍである
ことを特徴とする請求項８の複合硬質炭素被膜。 - 前記複合硬質炭素被膜は、前記第１硬質炭素層と前記第２硬質炭素層とが、交互に積層されている
ことを特徴とする請求項８または９の複合硬質炭素被膜。 - 前記第１硬質炭素層および第２硬質炭素層は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下の超ナノ微結晶ダイヤモンドとアモルファスカーボンとの混合相である
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１の複合硬質炭素被膜。 - 前記複合硬質炭素被膜は、実質的に水素を含まず、ナノインデンテーション法を用いた測定で５０ＧＰａ以上の被膜硬さを有する
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１の複合硬質炭素被膜。 - 前記工具母材の一部または全部が、請求項８から１２のいずれか１の前記複合硬質炭素被膜によって被覆されている
ことを特徴とする複合硬質炭素被膜被覆工具。
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|---|---|---|---|
| PCT/JP2019/026750 WO2021002027A1 (ja) | 2019-07-04 | 2019-07-04 | 複合硬質炭素被膜、複合硬質炭素被膜被覆工具、および複合硬質炭素被膜の製造方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2021002027A1 JPWO2021002027A1 (ja) | 2021-01-07 |
| JPWO2021002027A5 true JPWO2021002027A5 (ja) | 2022-04-06 |
| JP7385223B2 JP7385223B2 (ja) | 2023-11-22 |
Family
ID=74100748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021529881A Active JP7385223B2 (ja) | 2019-07-04 | 2019-07-04 | 複合硬質炭素被膜、複合硬質炭素被膜被覆工具、および複合硬質炭素被膜の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7385223B2 (ja) |
| WO (1) | WO2021002027A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2019
- 2019-07-04 WO PCT/JP2019/026750 patent/WO2021002027A1/ja active Application Filing
- 2019-07-04 JP JP2021529881A patent/JP7385223B2/ja active Active
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