WO2005011902A1 - ダイヤモンド膜被覆工具およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

　切削性能・耐摩耗性・耐溶着性・加工面粗さの優れたダイヤモンド膜被覆工具およびその製造方法を提供する。　基材の表面にダイヤモンドの膜が被覆されたダイヤモンド膜被覆工具であって、前記基材が超硬合金またはサーメットであり、前記ダイヤモンド膜の成長表面を構成するダイヤモンド結晶粒子の平均粒径が１．５μm以下であり、前記ダイヤモンド膜の厚さが０．１μm以上２０μm以下であり、前記ダイヤモンド膜の平均表面粗さがＲａで０．０１μm以上０．２μm以下であるダイヤモンド膜被覆工具である。このようなダイヤモンド膜被覆工具は、超硬合金やサーメットからなる基材を浸炭処理してダイヤモンド膜を成長させることにより得ることができる。

Description

明 細 書 ダイヤモンド膜被覆工具およびその製造方法 技術分野

本発明は、 切削工具、 耐摩耗工具、 耐溶着工具などに使用されるダ ィャモンド膜被覆工具およびその製造方法に関するものである。 さら に具体的に言うと本発明の工具は、 アルミニウム合金やマグネシウム 合金などの難切削性でかつ加工面粗さが小さいことが要求される分野、 ガラスエポキシ樹脂への穴開けなど切れ刃のシャープさや耐溶着性が 要求される分野、 セミ ドライ切削の分野、 あるいは I C · LS Iパッケ一 ジ加工用工具として半導体製造用装置のァウタ一リ一ドの曲げや切断 の分野で使用される。 背景技術

従来より、 超硬合金ゃ窒化珪素あるいは炭化珪素などのセラミック スを基材とし、 これに耐摩耗性や耐溶着性を向上させるためにダイャ モンド膜を被覆した切削工具ゃ耐摩耗工具などが知られている。 一般 にこれらのダイヤモンド膜は化学的気相合成法などにより被覆され、 ダイヤモンド膜を構成するダイヤモンドの結晶粒径は 4 / m 程度より 大きいものであった。 このような従来のダイヤモンド膜の被覆過程に おける結晶の成長状態を図 3に示す。 この方法では、 例えば基材 5 を C V D装置内にセッ トし所定の条件にすると、 図 3 (a)に示すように 基材 5表面にダイヤモンドの核 1が生成される。 そして、 設定条件を 変更して核 1 を成長させると、 図 3 (b)に示すように核 1が主に基材 5 の表面と垂直方向へ成長して結晶粒子 2 となり、 この結晶粒子 2同士 が接合してダイヤモンド膜 6が形成される。

上記のようにダイヤモンドの結晶粒径気が大きいと、 ダイヤモンド 膜 6の表面にはミクロンオーダーのシャープな V字型の凹凸ができて しまい、 表面に光沢がないものになっている。 また、 切削工具などに 使用する場合、 上記の凹凸がすなわち工具の表面粗さであり、 その凹 凸の一部が加工物に転写されるため加工面粗さも悪くなる。 しかも、 凹凸が強固に切り屑を保持して溶着を招くため、 工具の性能が低下し、 問題となっていた。

上記のような問題を解決するため、 近年ではダイヤモンド膜を構成 するダイヤモンドの結晶粒径が 1 m 以下の微粒結晶で構成されるダ ィャモンド膜被覆工具が提案されている。 この例として、 特許文献 1 (特開平 1 1 - 581 06号公報 第 3〜5頁、 図 5、 6、 7) では、 ダイヤモ ンドの結晶粒径が 3 111 以下であり、 ダイヤモンド膜の表面粗さを Rmaxで 3 πι以下としたダイヤモンド膜被覆工具が提案されている。 特許文献 1 (特開 2002-79406 号公報 第 2、 4〜7 頁） では、 ダイ ャモンド膜の表面の結晶粒径を 2 ^ m 以下としたダイヤモンド膜被覆 工具が提案されている。 この発明では、 結晶粒径を 2 m 以下とする ために、 製造方法も提案されている。 この製造方法におけるダイヤモ ンドの成長状態を図 4に示す。 この製造方法では、 図 4 (a)のように 基材 5 上にダイヤモンドの核 1 を生成させ、 この核 1 を図 4 (b)に示 すように成長させて成長方向の結晶粒径 Wが 1 mになった時点で成 長を停止させる。 次に、 図 4 (c)に示すように、 再び核 1 を生成させ る条件に設定して、 成長したダイヤモンド結晶粒子 2上にダイヤモン ドの核 1 を生成させる。 そして、 図 4 (d)に示すように、 この核 1 を 成長させて、 最初のダイヤモンド結晶粒子 2上にさらにダイヤモンド 結晶粒子 2 を形成させる。 この場合も、 結晶粒径 Wが 1 m になった 時点で成長を停止させる。

さらに、 図 4 (c)および図 4 (d)の工程を繰り返すことによって、 ダ ィャモンド膜 6 を形成する方法が提案されている。 これらの発明では、 ダイヤモンドの結晶粒径が小さいのでダイヤモンド膜 6の表面の凹凸 が小さく、 加工面粗さが良くなるものとされている。 発明の開示

しかしながら、 結晶粒径を小さく している割には、 加工面粗さや加 ェ精度が向上しないという問題が出てくる恐れがある。 その理由とし て、 ダイヤモンド膜を被覆することで刃先が粗粒の場合と同じように 丸みを帯びる上、 表面自体が滑らか過ぎるため被加工物への食い付き が悪くなって、 ビビリや工具の逃げを生じてしまうことが考えられる。 また、 加工時に切削液を極少量しか使用しないセミ ドライ切削におい ては、 切削液を効率よく工具の切削に作用する箇所 （作用部） に供給 する必要があるが、 滑らかすぎると切削液が保持されず、 作用部に供 給することができなくなるため、 加工精度や工具寿命が悪くなるとい う問題が発生する。 また、 例えば半導体パッケージにおけるアウター リ一ドの曲げや切断を行なう場合には、 ダイヤモンドの結晶粒径を小 さく してもシャープな V字型の凹凸が存在すると、 アウターリード表 面を覆っている半田に対する耐溶着性が悪くなるという問題が発生す る。

以上のような問題に鑑み、 本発明は、 被加工物への食い付きが良く、 セミ ドライ切削においても切削液を加工部に効率よく供給でき、 加工 精度や工具寿命の優れたダイヤモンド膜被覆工具およびその製造方法 を提供するものである。

本発明者らは、 基材にダイヤモンド膜を被覆するにあたり、 特定の 条件でダイヤモンド集合体を形成させ、 これらを成長させて優れた特 性を持つダイヤモンド膜を形成することができた。 すなわち、 ダイヤ モンド結晶の粒径が小さく、 薄いダイヤモンド膜であって、 被覆膜の 表面が滑らかであり、 加工時において切れ刃の食い付きが良く、 セミ ドライ切削で切削液が保持されやすいダイヤモンド膜被覆工具が得ら れることを発明者らは見出した。

本発明のダイヤモンド膜被覆工具の第 1の特徴は、 基材の表面にダ ィャモンドの膜が被覆されたダイヤモンド膜被覆工具であって、 基材 が超硬合金またはサーメッ トであり、 ダイヤモンド膜の成長表面を構 成するダイヤモンド結晶粒子の平均粒径が 1 . 5 111 以下であり、 ダイ ャモンド膜の厚さが Ο . ΐ μ ιη .以上 20 m以下であり、 ダイヤモンド膜 の平均表面粗さ R aが 0. 0 1 i m以上 0. 2 ^ m以下である点にある。 こ こにおいて、 成長表面とは、 代表的にはダイヤモンド膜を気相合成し た際に得られたままの表面を言う。 その他、 気相合成した際に得られ たままの表面を研磨した膜表面も含む。 この研磨の具体例としては、 ダイヤモンド結晶粒子の凹凸が残っている程度の研磨である。 また、 平均粒径は走査型電子顕微鏡 （S E M ) による表面観察によって得ら れる値である。

基材の超硬合金またはサーメッ トは、 高い硬度および強度を持ち、 基材に適切な条件で成膜を行うと非常に優れた切削工具となる。 ここ で超硬合金とは、 硬質相が主として炭化タングステンで結合相がコバ ルト等の鉄族金属からなる焼結体で、 サ一メッ トとは硬質相が炭化チ タンに加え、 窒化チタンと炭化タングステンの少なく とも一方で構成 され、 結合相がコバルトゃニッケル等の鉄族金属からなる焼結体であ る。 ダイヤモンドを被覆する基材の表面は、 適度に粗い面を有するこ とが好ましい。 基材の表面状態がダイヤモンド被覆膜の表面に現れて、 被削材への食い付きが良くなるからである。 このような適度に粗い面 は、 基材を研磨するのではなく、 研削することにより得られる。

ダイヤモンド結晶粒子の平均粒径は 以下とする。 このよう な微細な結晶粒子でダイャモンド膜を構成することで、 平滑なダイャ モンド膜表面を得ることができる。

ダイヤモンド膜の厚みは 0. 1 m以上 20 m以下である。 0. 1 m以 上とするのは、 ダイヤモンド膜が切削工具ゃ耐摩耗工具としての強度 を維持するために必要な厚みである。 また、 20 m 以下とするのは、 これより膜厚が厚くなると膜中の残留応力が大きくなり、 基材である 超硬合金やサーメッ トからダイヤモンド膜が剥離しやすくなるためで ある。 3 ΠΙ以上 1 2 m以下の方がさらに望ましい。

また、 ダイヤモンド膜の平均面粗さ Raは 0. 01 m以上 0. 2 111以下 とする。 この下限値を下回ると、 ダイヤモンド膜が平滑すぎて、 切削 液を工具の作用部に保持することが十分期待できなくなる。 逆に、 上 限値を超えると、 切削抵抗の増加や耐溶着性の低下を招く。 より好ま しい平均面粗さ Raは 0. 05 ζ ιη以上 0. 1 5 m以下である。

本発明のダイヤモンド膜被覆工具の第 2の特徴は、 ダイヤモンド膜 の断面において、 微細ダイヤモンドがダイヤモンド膜の成長方向に細 長く配列し、 かつその短径が 以上 0. l ^ m以下である点にあ る。 なお、 ダイヤモンド結晶粒子は微細ダイヤモンドが集合して形成 されたものである。 通常の気相合成粗粒ダイヤモンド膜で本発明と同 じ厚さを持つ場合、 その破断面におけるダイャモンドの結晶の長さと 幅はほぼ同じである。 一方、 本発明において細長い微細ダイヤモンド となる理由は、 微細ダイヤモンドの長さが概略 1 m 未満で成長が停 止し、 その先に新たに細長い微細ダイヤモンドが成長するという過程 を繰り返すためと考えられる。 この結果、 短径の大きさも上記のよう に制限される。 このような状態は、 後述するように断面を研磨、 エツ チングして観察できる。 なお、 後述するように、 微細ダイヤモンドを 一次粒子とし、 それらが集まって二次粒子であるダイヤモンド結晶粒 子となる。 さらに、 このダイヤモンド結晶粒子が集まって三次粒子で ある集合体を構成する。

本発明の第 3の特徴は、 細長い微細ダイヤモンドのアスペク ト比が 2 以上 20 以下であることである。 微細ダイヤモンドの長径を短径で 割った値であるアスペク ト比の、 さらに望ましい範囲は、 概略 2以上 1 0 以下である。 アスペク ト比が大きすぎると微細ダイヤモンドの硬 さが低下し摩耗し易くなる。

本発明の第 4の特徴は、 細長い微細ダイヤモンドの少なく とも一部 が、 杉の葉状に形成されていることである。 この原因は、 まだ解明さ れていないが微細ダイヤモンドが双晶を形成しているためと推定され る。

本発明の第 5の特徴は、 ダイヤモンド膜をラマン分光分析して得ら れたダイヤモンドのピークの高さ Dとグラフアイ トまたは不定形炭素 のピーク高さ Gの関係が特定の関係にあることである。 具体的には、 D/Gの値が 5以下で且つ 0. 5以上であることである。 この領域にある と、 ダイヤモンド結晶の粒子径が大きくならず、 微小なままで成膜で きる。 なお、 ラマン分光分析において 1 333cm— ¹付近に現れるピーク Dは、 ダイヤモンドの SP 3混成軌道に起因するピークであり、 1 550土 1 50 cm— ¹の範囲に現れるピーク Gは、 グラフアイ トゃ不定形炭素など に存在する SP 2混成軌道に起因するピークである。 よって、 D/Gの値 が高ければ高いほど完全なダイヤモンド膜ということができる。

本発明の第 6の特徴は、 ダイヤモンド膜を X線回折測定した際のダ ィャモンド結晶面（220)のピーク強度 I _{2 2}。とダイヤモンド結晶面 (111)、 (220) (311)、 （400)および（331)のピーク強度の合計 I t と の比 I₂₂。Z I ί が 0.6 以上としたことである。 ダイヤモンド膜の成長 面が、 上記の配向をしていることは、 本発明で得られたダイヤモンド 膜の結晶配向上の好ましい特徴である。

本発明の第 7の特徴は、 前記ダイヤモンド膜の水素含有量が、 原子 比で 1%以上 5%以下としたことである。 1 a t %以上とすることで、 ダイヤモンド膜の弾性率が低下し、 亀裂が発生しにく くなるので、 ダ ィャモンド膜の剥離が防止される。 また、 5 a t %以下とするのは、 これより多いとダイヤモンド膜の硬さが低くなるためにダイヤモンド 膜被覆工具としての性能が出ないためである。 通常、 ダイヤモンドの ような結晶性の高いものに、 これほどの量の水素を含有させることは 難しい。 本発明におけるダイヤモンド膜は、 上記の如く大量に水素を 含有すると共に、 ダイヤモンド結晶構造も持っため X RD (X線回 折） 分析でダイヤモンドのピークが存在する。

ここで、 ダイヤモンド膜中の水素含有量の測定方法について説明す る。 ダイヤモンド膜中の水素含有量の測定は、 S i基板等の単一元素 の基板上に被覆したものについては赤外吸光分析で測定できるが、 超 硬合金など多元素の基板上に被覆した場合、 精度良く測定することは 困難である。 そこで本発明においては、 超硬基板上に被覆したダイヤ モンド膜中の水素含有量は水素前方散乱分析法 （HF S) とラザフォ —ド後方散乱分析法 （R B S) を組み合わせることにより精度良く測 定を行っている。 この測定方法は、 例えば、 東レリサーチセンター T H E T R C N EWS N o . 8 1 (O c t . 2 0 0 2 ) の第 3 1〜 3 4頁に記載されている。

本発明の第 8の特徴は、 ダイヤモンドの膜の断面構造において基材 から膜厚の 70%までが単層の被覆膜であることにある。 本発明のダ ィャモンド膜は、 通常、 わずかな条件の違いにより膜の成長速度が異 なるので、 膜厚が予定の 70%程度以上になったとき、 一時停止して 膜厚を測定する。 そして、 追加で形成する膜の厚さを定め、 それまで の成膜条件と同じ条件にて追加の成膜を行うことが多い。 そのときは、 成膜を中止した箇所で境界面が膜中に形成されるので、 途中止めた回 数だけの境界面ができる。 従い、 基材から膜厚の少なく とも 70%ま でが単層である。 この 70%を超える範囲は、 単層でも複層でもよい。 本発明の第 9の特徴は、 基材として 0.1質量％以上 6質量％以下の Co を含有する超硬合金を用いることである。 Co は、 ダイヤモンドの 成膜に悪影響を与えるので、 少量の方が望ましく 6質量％以下とし、 また超硬合金を工業的に製作できる下限の 0.1質量％を下限とした。 Co の一部を Crや Vで置換して焼結すると、 硬質相である炭化タンダ ステンの結晶成長が抑制され微細な硬質相を持つ強度の高い超硬合金 とすることができる。

本発明の第 1 0の特徴は、 基材の飽和磁化の値が U 900 X (合金中 の結合相の割合 （質量％) ) /100} ( G - c m³/g ) 以上、 {20ΠΧ (合金中の結合相の割合 （質量％) ) /100} (G · c m³/g) 以下 とすることである。 通常、 超硬合金中の Co の飽和磁化の値は、 1600 〜2023 (G · c m³/g ) の間にある。 しかしながら、 本発明におい ては 1900〜2023 ( G - c m ³ / g ) の間が望ましい。 飽和磁化とは、 磁気飽和での磁化の強さであり、 Co などのような強磁性体では自発 磁化の強さに等しい。

飽和磁化の値は、 超硬合金中の Co量や Co中の固溶物質および合金 中の炭素量に依存する。 合金中の炭素量が多くなると、 Co 中に固溶 している Wが WC として析出していくため少なくなり、 Coの飽和磁化 の値が大きくなる。 従って、 超硬合金の飽和磁化の値が上に記した下 限より小さいと、 超硬合金中の炭素量が不足し、 成膜時に基材上のダ ィャモンド核の発生密度が小さくなる。 上限を超えると超硬合金中に 遊離炭素が析出し強度が低下する。 本発明では、 基材にダイヤモンド を塗布しそれが種となり、 種の上に核が発生すると考えられる。 塗布 するダイヤモンドは微小なので、 適度な浸炭量を確保して、 ダイヤモ ンドが炭素となり、 超硬合金の中に拡散しないようにすることが好ま しい。

本発明の第 1 1の特徴は、 Co の一部を Cr で置換した基材の飽和磁 化の値が U 900 X (合金中の結合相の割合 （質量％) ) /100} X0.93 ( G ' c m ³ / g ) 以上、 {2023 X (合金中の結合相の割合 （質 量％) ) ノ100} (G · c m³/g) 以下の値としたことである。 超硬 合金の結合相が Cr を含有した場合、 飽和磁化の値が 7%程度低下す るからである。

本発明の第 1 2の特徴は、 前記ダイヤモンド膜が基材表面に部分的 に被覆され、 ダイヤモンド膜の外縁から基材表面に沿って 5mm以上 離れた部分の基材における飽和磁気の値が下記要件 Aを満たすことに ある。

A ： {1900 X (合金中の結合相の割合 （質量％) ) /100} ( G · c m³/g ) 以上、 {2023X (合金中の結合相の割合 （質量％) ) X100} (G · c m³/g) 以下

基材表面のうち、 ダイヤモンドを被覆する被覆部のみ浸炭処理を行 つた場合、 例え処理面であっても未処理面付近は浸炭が不十分になり ダイヤモンド膜が剥離する原因となる。 従って、 部分的に被覆される 場合、 本発明では、 基材表面のうちダイヤモンド被覆部から非被覆部 へ少なくとも 5mm以上離れた部分まで浸炭しておく ことが望ましレ 例えば、 フィ ラメント法で被覆膜を成長させる場合、 成膜装置のフィ ラメントの加熱により浸炭を行なっても良いし、 フィラメント以外の 加熱装置を用いて被覆される面より 5mm以上はなれたところまで加 熱して浸炭してもよい。

本発明の第 1 3の特徴は、 前記基材の Coの一部が Crで置換され、 前記ダイヤモンド膜が基材表面に部分的に被覆され、 ダイヤモンド膜 の外縁から基材表面に沿って 5mm以上離れた部分の基材における飽 和磁化の値が下記要件 Bを満たすことである。

B ： {1900 X (合金中の結合相の割合 （質量％) ) / 100} X 0.93 ( G · c m ³ / g ) 以上、 {2023 X (合金中の結合相の割合 （質 量％) ) Z100} (G - c m³/g) 以下の値

この構成は、 基材の Coの一部が Crで置換された場合についての飽 和磁化の値の規定である。 この場合も、 ダイヤモンド被覆部から少な くとも 5mm以上離れた部分まで浸炭して飽和磁化の値を限定してお く ことで、 ダイヤモンド膜の剥離を抑制することができる。

本発明の第 1 4の特徴は、 前記ダイヤモンド膜の表面を原子間カ顕 微鏡で測定した凹凸の RM S (二乗平均値）が 15nm以上 200 nm以下 とすることである。 RM S ( root - mean- square average) とは、 振幅 に関するパラメ一ターのひとつで二乗平均値と呼ばれるものである。 しかしながら、 この明細書ではダイヤモンド表面を原子間力顕微鏡で 測定した凹凸の RM Sを、 単に RM Sという。 前記したこのパラメ一 タ一は面の輝きや光が反射した時の散乱の指標となる。 RM Sを 15 nm以上 200 nm以下とすることで切削性能、 切削液の保持力向上と ともに外観も優れたものとなる。 より好ましくは 15nm以上 lOOnm 以下である。

本発明の第 1 5の特徴は、 基材表面付近の結合相量を、 基材内部の 結合相量より少なくなる組成をなし、 前記結合相量が少ない組成の部 分の深さは 1 i m 以上 20 z m以下とすることである。 ここでいう結合 相とは Coや N i などの鉄族金属を表す。 基材表面付近を Ι ^ m以上の 深さにわたって結合相量が少ない組成とすることで、 基材中の結合相 が成膜時に煤を発生させることを防止でき、 ダイヤモンド膜の密着力 を向上させることができる。 また、 結合相量が少ない組成の部分の深 さを 20 m以下とすることで基材表面付近の強度を維持させることが できる。 本発明では、 上記のようにダイヤモンドの結晶粒径が小さく、 セミ ドライ切削でも切削液の保持力が大きいために非常に切削抵抗が 低くなる。 よって表面から 20 i iiiの深さまでであれば結合相量の少な い相を形成させても工具折損等は生じず、 基材表面には膜密着力低下 を招く結合相金属を大幅に少なくすることができるのでダイヤモンド 膜の密着力が極めて向上する。

また、 この基材表面の結合相金属の割合は 6質量％未満とすること が好ましい。 この基材表面の結合相はゼロであってもかまわない。 従 来は、 基材表面付近の強度を確保する観点から、 基材表面の結合相金 属の割合を 0質量％とすることは好ましくなかったが、 本発明におい ては結晶粒径の小さいダイヤモンド膜であるので切削抵抗が小さく、 基材自身の破壌による工具折損は起こらないので問題ない。 特に、 上 述したように、 結合相金属の割合が低い層が基材表面から の深 さまでであれば同様に工具折損は起こらない。 上記の結合相金属の割 合が低い層は、 被覆された基材の断面を研磨し、 E D X— S E Mで結 合相金属に関する線分析を行えば観察することができる。

本発明の第 1 6の特徴は、 ダイヤモンド膜が気相合成されたままの ダイヤモンド膜としたことにある。 本発明のダイヤモンド膜はそのま まで使用することができる。 従来の粗粒ダイヤモンド膜を被覆した切 削工具では、 ダイヤモンド膜の凹凸が大きく切削面が悪くなるので、 セミ ドライ切削など溶着のひどくなる用途では使用できなかった。 し かしながら、 本発明では成長面が滑らかなので、 成長面のままで切削 工具として利用できる。 あまり表面が滑らか過ぎると、 工具の被削材 への食い付きが悪くなるので、 基材を研磨するのではなく研削して研 削痕の付いた面の上にダイヤモンド膜を被覆すると、 基材の表面粗さ が被覆膜の表面形状に影響を与えて食い付きが良くなる。

本発明のダイヤモンド膜被覆工具の製造方法における第 1の特徴は、 基材の表面にダイヤモンドの膜が被覆されたダイヤモンド膜被覆工具 の製造方法であって、 基材として工具形状をした超硬合金又はサーメ ッ トを準備し、 基材を浸炭処理した後、 水素と炭化水素の混合ガス中、 圧力 0. 1 3〜6. 5 k P aの雰囲気で基材にダイヤモンド膜を被覆するこ とにある。

ここで、 基材には超硬合金またはサーメッ トを用いる。 その結合相 金属とは既述の通りコバルトゃニッケルなどである。 上記のような基 材を熱処理して浸炭させ、 特定の条件によりダイヤモンド結晶を成長 させてダイヤモンド膜を被覆することで、 多結晶のダイヤモンド集合 体を高密度で形成することができる。

浸炭処理は、 1〜99 体積％のメタン一水素の混合ガス雰囲気で、 圧 力 0. 65〜1 3. 3 k P a、 800〜 1 1 O Otの温度で、 3〜9時間の条件が望ま しい。 また、 ダイヤモンド膜の形成は、 1〜5 体積％のメタン一水素 の混合ガス雰囲気で、 圧力 0. 1 3〜6. 5 k P a、 1 800〜 2200°Cのフイ ラ メント温度で、 720〜 900°Cの基材温度でダイヤモンド膜を被覆するの が望ましい。 このダイヤモンド膜の形成は、 生産の観点から熱フイ ラ メント C V D法またはマイクロ波プラズマ C V D法が最も好ましい。 ただし、 プラズマジェッ ト法、 アーク放電プラズマ C V D法または高 周波プラズマ C V D法でも技術的には問題はない。 また、 浸炭処理後に形成した多結晶のダイヤモンド集合体は未処理 の基材に形成させた場合と比較して一つの集合体に存在するダイヤモ ンドは微細で数も多いことも特徴である。 その結果、 ダイヤモンド結 晶粒子の平均粒径が 1.5 111 以下のダイヤモンド膜を容易に得ること ができる。 浸炭工程と被覆工程という 2つの要素はどちらも必要不可 欠であり、 一方が欠けると満足の行く結果は得られない。 また、 上記 の両工程では基材の硬質相粒子も成長させることができる。 ここでい う硬質相粒子とは、 WC、 Ta bC, V Cr₃ C ₂、 Ti Mo₂C などの硬 質炭化物を指す。 硬質相粒子の成長によりダイヤモンド膜の密着力は 非常に強固となる。 基材への浸炭方法としては、 特許第 2 7 7 2 4 9 4号公報に記載の方法ゃ特開 2 0 0 3 — 1 6 0 8 6 6号広報において 提案した方法により効果的に行う事ができる。

本発明における製造方法の第 2の特徴は、 浸炭処理した後に、 基材 表面に平均粒径が 5 0 0 A ( 5 0 n m) 以下のダイヤモンドを塗布す ることである。 こうすることにより、 核発生密度をより向上させるこ とができ、 ダイヤモンド結晶粒径の小さいダイヤモンド膜を得やすく なる。 塗布するダイヤモンドの粒径は小さいほど良いが、 現在入手で きる最小径は 2 O A ( 2 nm) 程度までである。 また、 平均粒径を 5 0 0 A ( 5 0 nm) 以下とするのは、 これより大きいと成長した際に 集合体が大きくなりすぎてしまう可能性があるためである。

本発明における製造方法の第 3の特徴は、 塗布するダイヤモンドを 多結晶ダイヤモンドとすることである。 塗布するダイヤモンドはダイ ャモンド成長の核となるが、 核が多結晶であれば生成するダイヤモン ドも多結晶となり易く、 微細なダイヤモンド結晶を得るうえで、 単結 晶よりも多結晶ダイヤを塗布することが望ましい。 成長前の核を多結 晶ダイヤモンドとしておく方が多結晶のダイヤモンド集合体を得やす いためである。

好ましくは、 ダイヤモンドを超音波により塗布することである。 強 固に且つ密度高くダイヤモンドを基材上に塗布することができるため である。

本発明における製造方法の第 4の特徴は、 浸炭処理とダイヤモンド 塗布の間に、 基材表面を酸処理して結合相金属の一部を除去すること である。 酸処理を行うことで、 基材表面の結合相金属が減少し、 ダイ ャモンド膜と基材との密着力が向上する。

本発明のダイヤモンド膜被覆工具の特に望ましい製造方法は、 上述 した結合相金属の部分的除去とダイヤモンドの塗布とを組み合わせる ことである。 つまり、 基材表面を浸炭処理した後、 基材表面を酸処理 して結合相金属の一部を除去し、 基材の表面にダイヤモンド粉を塗布 し、 基材を熱フィ ラメント C V D装置にセッ トし、 その後にダイヤモ ンド膜を形成する球状のダイヤモンド集合体を形成させてダイヤモン ド膜を形成し、 研磨することなくそのまま使用するものである。 基材 表面部の結合相金属の一部を除去することで、 基材に対するダイヤモ ンド膜の密着力を高めることができる。 また、 成膜の前処理として基 材表面にダイヤモンド粉を塗布しておく ことで、 成膜時、 ダイヤモン ドの核発生密度を向上させることができる。

以上の説明からわかるように、 本発明のダイヤモンド膜被覆工具に よれば、 ダイヤモンド膜表面に溶着しにく く、 加工面粗さの良好な加 ェが可能になる。 しかも、 ダイヤモンド膜が基材から剥離しにく く寿 命の長い工具とすることができる。 また、 本発明のダイヤモンド膜被 覆工具の製造方法によれば、 ダイヤモンドの核の成長を抑制して結晶 粒径が小さいダイヤモンド膜とすることができ、 高精度な加工のでき るダイヤモンド膜被覆工具を容易に製造することができる。 タップの ような工具にも、 本発明のダイヤモンド膜を塗布すると溶着の少ない 工具を得ることができる。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明のダイヤモンド膜被覆工具において表面付近の断面 概念図である。 図 2は、 本発明の製造方法におけるダイヤモンドの成 長状態を示す模式説明図で、 （a)から（d)はその過程を示す。 図 3は、 従来の製造方法におけるダイヤモンドの成長状態を示す模式説明図で、 (a)から（b)はその過程を示す。 図 4は、 従来の別の製造方法における ダイヤモンドの成長状態を示す模式説明図で、 （a)から（d)はその過程 を示す。 図 5 (a)は、 本発明のダイヤモンド膜の表面状態を示す A F Mによる顕微鏡写真であり、 （b)は別の本発明のダイヤモンド膜の表 面状態を示す A F Mによる顕微鏡写真である。 図 6 (c)は、 比較例の ダイヤモンド膜の表面状態を示す A F Mによる顕微鏡写真であり、 (d)は本発明のダイヤモンド膜の表面状態を示す S E Mによる顕微鏡 写真である。 図 7 (a)および（b)は、 いずれも本発明で得られたダイヤ モンド膜の断面を示す顕微鏡写真である。 図 8は、 比較例のダイヤモ ンド膜の断面を示す顕微鏡写真である。 図 9は、 本発明で得られたダ ィャモンド膜のラマン分光分析結果を示すグラフである。 図 1 0は、 本発明で得られたダイヤモンド膜のラマン分光分析結果を示すグラフ である。 図 1 1 (a)は、 本発明のタップの正面図であり、 （b)および (c)は、 本発明のタップの断面図である。 図 1 2 (a)、 （b)および（c)は、 I C、 LS I パッケージ加工用工具による加工工程での動作を示す断面図 である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の実施の形態を説明する。

本発明のダイヤモンド膜被覆工具において表面付近の断面概念図で ある。 図 2は、 本発明におけるダイヤモンド膜の成膜状態をモデル的 に示したものであり、 図 3、 4 は成膜状態の従来例を示したものであ る。 図 5、 図 6はダイヤモンド膜の表面顕微鏡写真であり、 図 5 (a)、 (b)は本発明のもの、 また図 6 (c)は従来例のダイヤモンド膜を A F M (原子間力顕微鏡） で観察したものであり、 図 6 (d)は、 本発明のダ ィャモンド膜を S E M (走査型電子顕微鏡）で観察したものである。 図 7 (a) , (b)は、 本発明で得られたダイヤモンド膜の研磨された断面を 水素プラズマでエッチングして S E Mで観察した顕微鏡写真である。 図 8は、 従来の微粒ダイヤモンド膜の断面を同様にエッチングして S E Mで観察した顕微鏡写真である。 図 9、 図 1 0 は、 本発明で得られ たダイヤモンド膜のラマン分光分析の図面である。 図 1 1 (a)は、 タツ プの正面図であり図 1 1 (b)及び（c)は、 本発明で得られたタップの断 面図である。 図 1 2 (a) 、 （b)および（c)は、 I C、 L S I パッケージ加工用 工具による加工工程を示す断面図である。

本発明のダイヤモンド膜被覆工具における表面付近の概念図を図 1 に示す。 この工具は、 図 1からも明らかなように超硬合金ゃサーメッ トなどを基材 5 とし、 この基材 5 の表面にダイヤモンド膜 6が形成さ れている。 このダイヤモンド膜 6 は、 多数のダイヤモンド結晶粒子 2 が集まって集合体 3を構成し、 この集合体同士がつながることにより 形成されている。 図 1 には、 ダイヤモンド膜 6の表面に存在する結晶 粒子 2のみを記載し、 ダイヤモンド膜 6の内部のものは省略している。 また、 後に詳述するが、 この結晶粒子 2 自体も多数の微細ダイヤモン ド （図 1 、 2では記載せず） が集合して構成されている。 各集合体 3 のつながった箇所には溝 4が形成され、 集合体 3の突出箇所と溝 4の 底部との間隔がダイヤモンド膜表面の起伏 hとして構成される。

次に、 このダイヤモンド膜の成長過程を図 2 に示す。 まず、 最初の 段階として、 図 2 (a)に示すように、 熱フィ ラメント C V D装置など に浸炭処理等の前処理を行った基材 5 をセッ トし、 所定の条件の温度、 圧力、 雰囲気により、 基材 5表面にダイヤモンドの核 1 を生成させる。 この核 1 は単結晶ダイヤモンドあるいは単結晶ダイヤモンドが凝集し たものからなっており、 これをそのまま同じ条件で成長させて、 図 2 (b)に示すように、 球状の集合体 3を形成させる。 球状の集合体 3は ダイヤモンドの結晶粒子 2が集まったものである。

そして、 図 2 (c)に示すように、 集合体 3 を形成するダイヤモンド 結晶粒子 2を成長させると、 主に基材 5表面と垂直方向に成長し、 そ れとともに基材 5表面と平行方向にも成長する。 すなわち結晶粒子は 放射状に成長する。 この成長を継続させて、 図 2 (d)に示すように、 集合体 3同士が結合し所定の厚みのダイヤモンド膜 6 となるまで行う。 最終的にダイヤモンド膜の成長表面を構成するダイヤモンド結晶粒子 2 の平均粒径は 1 . 5 m 以下となり、 工具として使用する場合に耐 摩耗性の高いダイヤモンド膜が得られる。

この成長過程において、 ダイヤモンド結晶粒子 2 (二次粒子） は、 1 0 0 n mオーダ一の微細ダイヤモンド （一次粒子） の集まりから構 成される。 この結晶粒子が微細ダイヤモンドの集まりから構成される ことは図 7 の写真からわかる。 図 7 (a)、 （b)は、 本発明により得られ たダイヤモンド膜の断面を示す顕微鏡写真である。 さらに、 ダイヤモ ンド結晶粒子 2 が集まって、 三次粒子である数 mから 1 0 m程度 の直径を持つ集合体 3 となり、 集合体 3が相互につながって所定の厚 みのダイヤモンド膜となる。

集合体 3の数は核発生密度の数に比例すると前記成膜モデルから考 えられる。 核発生密度が小さい場合は、 集合体 3が隣の集合体に成長 を阻害されるまで大きくなるので、 集合体は大きくなる。 しかしなが ら、 核発生密度が高くなると集合体 3 は小さくなり、 1つの集合体 3 を構成するダイヤモンド結晶粒子 2の数も後述するように減少する。 また、 集合体 3の間に生じる溝 4が浅くなり、 集合体を識別しにく く なる。 その結果、 本発明では、 図 6 (d)に示すように、 ダイヤモンド 膜の成長表面を構成するダイヤモンド結晶粒子 2 の平均粒径が 1 . 5 m以下と微細に形成される。

上述のようにして成長したダイヤモンド膜や比較例により得られた ダイヤモン ド膜を顕微鏡写真に基づいてよ り詳しく説明する。 図 5 (a) , (b)および図 6 (c)は A F M (原子間力顕微鏡）で撮影したダイヤ モンドの表面の凹凸状態を示す顕微鏡写真である。 A F M (原子間力 顕微鏡）とはプローブを試料表面に近接させたときにプローブと試料 表面の間に作用する原子間力を一定に保ちながら、 プローブを操作す ることにより試料表面の凹凸を画像化する顕微鏡である。 A F Mは、 S E Mや触針式面粗さ計あるいは光干渉型 3次元面粗さ計では高低差 を把握できないような、 非常に微細な組織の凹凸を高精度に測定する ことができる。

図 5 (a)、 （b)の写真はいずれも本発明で得られた 2種類のダイヤモ ンド膜を示している。 写真中、 白い部分が高く、 灰色から黒に近づく につれて低くなつていることを表している。 図 5 (a)では、 微細な粒 子が集合して球状のダイヤモンド集合体を形成している。 これは図 2 (b)〜（c)に模式的に示した状態とよく似ている。

図 5 (b)は、 本発明で得られた別のダイヤモンド膜の表面状態であ る。 この写真は、 図 5 (a)に比較すると、 全体がぼやけて見えるが、 これは凹凸が殆どない平滑なダイヤモンド膜であることを示している。 そして、 中央部に斜めに走る溝は、 成膜前に基材を研削した時に生じ た研削痕である。 一般に、 平坦なダイヤモンド膜の場合、 切削時にェ 具が被削材へ食い付きにくい。 そこで、 基材の研削痕を大きく したり、 浸炭処理した後でダイヤモンド膜を被覆する前に塗布するダイヤモン ドの密度を制御することにより、 ダイヤモンド被覆の後も凹凸が残る ので食い付きのよい工具を製造できる。 基材を研磨した場合には、 ダ ィャモンド膜も鏡面になり食い付きが悪い。

一方、 図 6 (c)は、 比較例である粗粒ダイヤモンド膜の写真である。 この比較例では、 図 3に示すように核が発生してその核が柱状晶とし て長さ方向と、 横方向に成長し、 隣り合う柱状晶が相互につながって やがてダイヤモンド膜を形成した例である。 従って、 よく成長してい る角ばつたダイヤモンド結晶の粒子を観察できる。 なお、 写真の右側 にあるスケールは、 高低差を色の濃さで表現したもので、 特定の部分 と他の部分の色の濃淡を比較することにより起伏の高低差を把握する ことができる。

なお、 図 5 (a)および図 6 (c)は、 後述する実施例 7で作製した試験 品 3 5および 3 6を観察したものである。 また、 図 5 (b)は、 後述す る実施例 1の浸炭処理済の通常の超硬合金基材の上に、 圧力 1 . 3 k P aでダイヤモンドを合成したものである。

また、 図 6 (d)は、 本発明方法により得られたダイヤモンド膜の表 面状態を示す S E Mの写真である。 この写真中には平均粒径が 1 . 5 m 以下のダイヤモンド結晶粒子を観察することができる。 平均粒径 の下限は、 一次粒子である微細ダイヤモンドの粒径の大きさである。 この写真は、 後述する実施例 7で作製した試験品 3 5のダイヤモンド 膜を示している。

図 7 (a)、 （b)は、 本発明により得られたダイヤモンド膜の断面を示 す顕微鏡写真である。 この写真は、 ダイヤモンド膜を基材と共に切断 しその表面を研磨したのち、 水素プラズマ中でエッチングし、 S EM で観察したものである。 上記エッチングの一般的な条件は、 マイクロ 波 C VD装置で 6 0 0〜 1 0 0 0 °C、 0. 1 3〜 1 3 k P aの水素雰 囲気で処理する。 この図 7のものは、 8 7 0 ° (：、 1 3 k P aで 3 0分 間エッチングしたものである。 図 7(a)は基材から 1 xmの、 また（b) は基材から 6 m の位置におけるダイヤモンド膜の断面を示している。 (a)より（b)の方が大きな杉の葉状の柱状晶が集合している状態を示し ている。 図 8は、 特許文献 2のダイヤモンド膜の断面を図 7 と同じ方 法で処理し S EM観察した比較例の顕微鏡写真である。 多層構造の境 界面が黒く現れている。 なお、 図 7(a)及び（b)は、 後述する実施例 7 の試験品 34で、 図 8のものは実施例 6の試験品 24のものである。

以上の観察結果から本発明におけるダイヤモンド膜は、 ダイヤモン ド結晶の成長に特色があることが解る。 本発明では、 単結晶ダイヤモ ンドあるいは複数個の単結晶ダイヤモンドが集合したものからなる核 を発生させ、 成膜の初期段階においてこの核を成長させて多結晶のダ ィャモンド球状集合体を形成させている。 これをさらに成長させると 多結晶ダイヤモンドの結晶粒子が成長することで、 集合体も成長し、 隣り合った集合体は結合して膜状になっていく。

上記のような成長状態は、 以下のようなダイヤモンド膜の成長機構 に基づくものと推定される。 図 7(a)、 （b)からも明らかなように、 そ れぞれの微細ダイヤモンドは、 ダイヤモンド膜の成長方向に細長く成 長し、 その長径又は長さが 0.0 1 ！〜 Ι ^ιη 程度の長さに成長する と、 成長が止まり、 その先に新しくダイヤモンドが成長を開始する。 この状態を、 微細ダイヤモンドの短径に置き換えると、 短径が 0. 0 0 1 im以上 0. 1 m以下まで成長すると微細ダイヤモンドの成長が 止まり、 次の新しい微細ダイヤモンドが成長を開始する。 このことか ら、 アスペク ト比（長径/短径）が 2〜20 となる微細ダイヤモンドが形 成されていることがわかる。

そしてこれらの細くて短い柱状晶が杉の葉状に寄り集まってダイヤ モンド結晶粒子を形成し、 それが集まってダイヤモンドの集合体を構 成するものと考えられる。 このような特殊なダイヤモンド膜は、 特に ダイヤモンド膜形成時の雰囲気圧力に大きく依存する。 特に 0. 1 3〜 6. 5kP aの圧力範囲で本発明のダイヤモンド膜を得ることができる。

ダイヤモンド膜の表面を図 5 (a)や図 6 (d)を参照して微視的に見る と、 多数のダイヤモンド結晶粒子が存在している。 これらのダイヤモ ンド結晶粒子の境界部すなわち結晶粒界には微細な溝が存在している。 ダイヤモンド膜の表面は、 多数のダイヤモンド結晶粒子で構成された 集合体と、 その集合体の境目となる細く黒く見える筋により形成され る。

図 1 の基材 5の表面に存在する集合体 3は、 緩やかな凹凸を描くよ うに起伏 hを形成することが望ましい。 この起伏 hは、 平均表面粗さ R aと概略比例する関係にある。 この起伏の大きさを 5 O n m以上 9 O O n m以下とすることで、 単なる平滑な表面のダイヤモンド膜とは 異なり、 被加工物への食い付きが良くなり、 加工中のビビリや工具の 逃げが生じなくなる。 このような効果をより向上させるとともに加工 面粗さや耐溶着性、 セミ ドライ切削における切削液の保持力などを向 上させる観点から、 起伏 hは、 5 0 n m以上 7 0 0 n m以下とするの がより好ましい。

なお、 核生成密度を高く して起伏を小さくするために、 浸炭処理を した後でダイヤモンド膜 6の被覆を行う前に基材 5上に平均粒径が 5 0 0 A以下のダイヤモンドを塗布しておく とよい。 塗布の量としては、 例えばダイヤモンドの数を 2 X 1 0 ⁴個 Zmm²以上としておく こと が望ましい。 ダイヤモンドの数と集合体の数は実質的に対応するので、 集合体の数を多くすることで、 集合体の成長量が少なくてもお互いが 結合してダイヤモンド膜を形成することが可能になる。 よって、 ダイ ャモンド結晶粒子が小さく、 薄いダイヤモンド膜を得ることができる。 また、 集合体の数を制御することにより、 上記の起伏の大きさを容易 に制御することが可能になる。 また、 用途によっては、 基材の研削痕 を用いて食い付きをよくすることもできる。 この起伏 hは A FMによ つて正確に測定することができる。

図 9、 図 10は、 本発明で得られるダイヤモンド膜のラマンスぺク トルの代表例である。 図 9、 図 10において、 横軸は Raman Shift (cnr りを、 縦軸は強度を示す。 ベースラインに対して 1 3 3 0 c m—¹にあ るダイヤモンドのピーク高さ Dと 1 5 5 0土 1 5 0 c m— ¹にあるグラ ファイ トと不定形炭素のピークのうち最も高い部分の高さを Gとし、 この比である D/Gが 0. 5〜 5の範囲であることが望ましい。 0. 5未満であると、 ダイヤモンド結合が少なすぎて耐摩耗性が低下し、 5を超えるとダイヤモンド結合が多すぎて、 膜の靭性が低下する。 図 9では、 D/Gの値が、 0. 7 8になっていることを示している。 ま た、 図 10では、 1. 4 3になることを示している。 なお、 図 9、 図 10は、 後述する実施例 7の試験品 37と 35のものである。

(実施例 1 )

本発明の構成要件である多結晶ダイヤモンド集合体 3の生成条件を 確認するため、 基材として 5質量％ Co の超硬合金の短冊 （ 1 0 X 1 0 X 1 t (mm) ) を製作し、 これへの成膜実験を行った。 この基材 5 に浸炭処理を行ったものと、 未処理のものを準備した。 浸炭処理は、 熱フィ ラメント C VD装置に基材をセッ トし、 1体積％メタン一水素 混合ガス雰囲気で、 圧力 1 3. 0 k P a、 雰囲気温度 9 0 0 で 6時 間浸炭させた。 浸炭処理した基材の飽和磁化は 9 7. 5〜 9 8. 5 G · c gであったが、 浸炭処理していない基材では 8 0〜 8 3 G . c m³/ gであった。

次に、 これらの基材に成膜圧力（合成圧力）を 1. 3 k P a、 3. 9 k P a 6. 5 k P a、 9. 8 k P aおよび 1 3 k P aの 5種類で膜 厚 1 0 ^m のダイヤモンド膜を形成させ、 多結晶ダイヤモンド集合体 の形成の有無を確認した。 成膜時の基材温度は 8 5 0 °Cである。 この 結果を、 表 1 に示す。 浸炭処理していないものは、 合成圧力に関係な くダイヤモンド集合体は形成されなかった。 また、 ダイヤモンド形成 圧力が 9. 8 k P a以上の高い圧力領域では、 例え浸炭した基材でも、 ダイヤモンド集合体を形成しなかった。 このようにしてダイヤモンド 集合体を形成したダイヤモンド結晶粒子の平均粒径は、 1〜 1. 5 m の範囲にあり、 平均表面粗さは R a 0. 0 7〜 0. 1 5 m であった。 なお、 5質量％Co のうち、 0. 5質量％を Cr に置換した組成のもの を結合相とした超硬合金を前記の条件で浸炭処理し、 1. 3 k P aで ダイヤモンド膜を形成させたところ、 多結晶ダイヤモンド集合体が形 成されていた。 この場合も、 他のダイヤモンド集合体を形成したもの と同様、 ダイヤモンド結晶粒子の平均粒径は、 1. 3 m であり、 平 均表面粗さは 0. 1 m であった。 飽和磁化の値は、 9 4 G ' c m³ /gであり良好な被覆膜を得ることができた。 表 1

〇 ： 多結晶ダイヤモンド集合体を形成したもの

X ： 多結晶ダイヤモンド集合体を形成しなかったもの (実施例 2)

ダイヤモンド膜の表面の起伏 h (図 1参照） の大きさによる性能の 差を確認するため、 直径 8 mmのエンドミルを製作し、 性能評価を行 つた。 基材として 5質量％Co の超硬合金を使用し、 この基材を熱フ イラメント C VD装置にセッ トし、 1体積％メタン—水素混合ガス雰 囲気で、 圧力 1 3. 0 k P a、 処理温度 9 0 0 °Cで 6時間浸炭させた。 この後、 ダイヤモンド膜が膜厚 2 0 m となるよう成膜を実施した。 ダイヤモンド集合体はダイヤモンド膜を形成していて、 ダイヤモンド 結晶粒子の平均粒径は全て 1. 0〜 1. 5 m の範囲にあった。 ダイ ャモンド粒子の結晶粒界は溝を形成していた。

ダイヤモンド膜の被覆は、 熱フィラメント C VD装置により、 水素 流量 1 7 0 0 s c c m、 メタン流量 4 5 s c c m、 圧力 3. 9 k P a、 フィラメント温度 2 1 2 0 °C、 基材温度 7 6 0 °Cにして行った。 水素 含有量は 1. 5 a t % (原子％) になるようにし、 基材にダイヤモン ドを塗布する量を変化させて核生成密度を変化させた。 このようにし て、 ダイヤモンド結晶粒子の径と起伏 hの大きさの異なるダイヤモン ド膜が形成された 6種類のェンドミルを製作し、 ハイシリコンアルミ ニゥム合金 （A 1 — 1 2質量％ S i ) の切削加工試験を行った。 切削 条件は、 以下のものとした。 切削速度 （V) ： 4 0 0 m/m i n

回転数 （N) ： 1 5 9 2 3 r pm

送り速度 （F) : 1 2 7 5 mm/m i n

一刃当たりの送り量 （ f ) : 0. 0 4 mm/ r e v

径方向切込深さ （R d) ： 0. 0 5 mm

軸方向切込深さ （A d) ： 1 8 mm

切削液： 水溶性ェマルジョン

上記の条件で切削加工試験を行った結果を表 2に示す。

表 2

上記の結果からわかるように、 平均表面粗さが 0. 0 1〜0. 2 / ιη の範囲にあるとき、 起伏 hが 5 0〜 9 0 0 nmの範囲にあり、 加工面 粗さが優れているのに対し、 平均表面粗さが 0. 0 0 5 m と小さく、 起伏 hが小さすぎると加工中にビビリが発生し、 加工面粗さが低下し た。 また、 表面粗さが 0. 2 ιιι を超え、 起伏 hが大きいものについ ても、 工具表面の凹凸が大きくなったことにより加工面粗さが低下し た。 また、 試験品 4のものについて膜になる前に成膜装置から取り出 してダイヤンモンド集合体の数を数えた結果、 その数は、 5 X 1 0⁴ 個 Zmm²であった。 この数は、 成膜後のダイヤモンド集合体の数と も誤差範囲で一致していた。 (実施例 3 )

ダイヤモンド膜表面の RMSによる性能の差を確認するため、 直径 8 mmのエンドミルを製作し、 性能評価を行った。 基材として 5質 量％Co の超硬合金を使用し、 これを熱フィ ラメント C VD装置にセ ッ トし、 1体積％メタン一水素混合ガス雰囲気で、 圧力 1 3. 0 k P a、 処理温度 9 0 0 °Cで 6時間浸炭させた。 この後、 ダイヤモンド膜 が膜厚 2 0 i mとなるよう成膜を実施した。

ダイヤモンド集合体はダイヤモンド膜を形成していて、 ダイヤモン ド結晶粒子の平均粒径は全て 0. 7〜 1. となっていた。 ダイ ャモンド膜 6の被覆は、 熱フィ ラメント C VD装置により、 水素流量 1 7 0 0 s c c m、 メタン流量 4 5 s c c m、 圧力 3. 9 k P a、 フ イラメント温度 2 1 2 0 °C、 基材温度 7 6 0 °Cにして行った。 水素含 有量は 1. 5 a t %になるように設定し、 ダイヤモンドの塗布密度を 変えることにより、 RM Sの異なるダイヤモンド膜が形成された 6種 類のエンドミルを製作し、 ハイシリコンアルミニウム合金 （A 1 — 1 2質量％ S i ) の切削加工試験を行った。 切削条件は、 実施例 2と同 じもので行い、 その結果を表 3に示す。

表 3

上記の結果からわかるように、 平均表面粗さが本発明の範囲であり、 起伏 hが 5 0〜 9 0 O nmの範囲内であっても、 RMSが 1 O nmの ように小さくなつたり起伏が 3 0 0 n mのように大きくなると加工面 粗さが粗くなる傾向が見られ、 1 5〜 2 0 O nmとするのがより好ま しい結果となった。 また、 ダイヤモンド膜の光沢も RM Sが 1 5〜 2

0 O nmのものがより優れていた。

(実施例 4)

ダイヤモンド膜に含まれる水素含有量の違いによる性能の差を確認 するため、 直径 8 mmのエンドミルを製作し、 性能評価を行った。 基 材として 5質量％Co の超硬合金を使用し、 これを熱フィ ラメント C VD装置にセッ トし、 1体積％メタン一水素混合ガス雰囲気で、 圧力 1 3. 0 k P a , 処理温度 9 0 0 °Cで 6時間浸炭させた。 この浸炭処 理は、 被覆される面の外縁から表面に沿って 5 mm以上離れたところ まで行った。 この後、 ダイヤモンド膜が膜厚 0. となるよう成 膜を実施した。

ダイヤモンド膜の被覆は、 熱フィラメント C VD装置により、 水素 流量 1 7 0 0 s c c m、 圧力 3. 9 k P a、 フィラメント温度 2 1 2 0 °C、 基材温度 7 6 0 °Cにして行った。 水素含有量を変化させるため にメタン流量を 9 0 s c c m (水素含有量 ： 6. 0 a t %) 、 7 0 s c c m (水素含有量 ： 5. 0 a t %) 、 4 0 s c c m (水素含有量 ： 1. 0 a t %) , 2 0 s c c m (水素含有量 ： 0. 2 a t %) とした。 ダイヤモンド集合体はダイヤモンド膜を形成していて、 成長表面のダ ィャモンド結晶粒子の粒径は全て 0. 2〜 0. とした。 また、 各試験品の平均表面粗さ R aは 0. 1 6〜 0. 1 8 zm であつたが、 起伏 hおよび RM Sの値についてはナノメータ一オーダーですべての サンプルを統一することが困難であるため近似したものを製作し使用 した。 以上のように水素含有量の異なるダイヤモンド膜 6が形成され たエンドミルにより、 ハイシリコンアルミニウム合金 （A 1 — 1 2質 量％ S i ) の切削加工試験を行った。 切削条件は、 以下のものとした。 切削速度 （V) : 4 0 0 m/m i n

回転数 （N) ： 1 5 9 2 3 r pm

送り速度 （F) : 1 2 7 5 mm/m i n

一刃当たりの送り量 （ f ) : 0. 0 4 mm/ r e v

径方向切込深さ （R d) ： 0. 0 5 mm

軸方向切込深さ （A d) ： 1 8 mm

切削液： 水溶性ェマルジョン

上記の条件で切削加工試験を行った結果を表 4に示す。

表 4

上記の結果からわかるように、 ダイヤモンド膜中の水素含有量が 1 〜 5 a t % (原子比％) のものはチッビングおよび膜の摩耗において 優れた性能を示したのに対し、 水素含有量が少なくなるとチッピング が発生しやすくなり、 また多すぎるとダイヤモンド膜 6の耐摩耗性が 低下するため摩耗が進行しやすかつた。

(実施例 5 )

ドリル基材の表面層の結合相量を減らした組成とし、 その層の厚み の違いにより、 ダイヤモンド膜の剥離や基材の破壊の状況を確認する ため、 直径 0. 8 mmのドリルを製作し、 性能評価を行った。 基材と して 5質量％Co の超硬合金を使用し、 これを熱フィラメント C V D 装置にセッ トし、 1体積％メタン—水素混合ガス雰囲気で、 圧力 1 3. 0 k P a、 処理温度 9 0 0 °Cで 6時間浸炭させた。 この処理により、 ダイヤモンドが被覆される面の外縁から表面に沿って 5 mm以上離れ たところまで浸炭させた。 この後、 基材 5表面を硝酸で処理すること により結合相量を減らした層を形成させた。 酸処理の時間の違いによ り、 結合相量が少ない組成とした層の厚みが異なる 4種類の基材を準 備し、 これらの基材 5上にダイヤモンド膜を 2 の厚みで形成し た。 また、 基材表面を酸処理していない基材も用意し、 同様にダイヤ モンド膜を形成した。

ダイヤモンド膜の被覆は、 熱フィラメント C VD装置により、 水素 流量 1 7 0 0 s c c m、 メタン流量 4 5 s c c m、 圧力 3. 9 k P a、 フイラメント温度 2 1 2 0 °C、 基材温度 7 6 0 °Cにして行った。 ダイ ャモンド集合体はダイヤモンド膜を形成していて、 ダイヤモンド結晶 粒子の粒径は全て 0. 5〜 0. 8 a in となっていた。 平均表面粗さ R aは 0. 1 4〜 0. 1 5 im の範囲にあり、 起伏 hおよび RM Sの値 についてはナノメータ一オーダーですべてのサンプルを統一すること が困難であるため近似したものを製作し使用した。 水素含有量は 1. 5 a t %になるように設定した。 このようにして得られた 5種類のド リルを用い、 S i C仮焼結体の穴加工試験を行った。

切削条件を以下に示す。

回転数 ： 9 5 5 0 r p m

送り速度 ： 1. 9 m/m i n

加工深さ ： 1.6 mm

切削試験の結果を表 5に示す。 表 5

基材表面に結合相量の少ない組成とした層を設けることにより、 ダ ィャモンド膜との接合力を向上させることが可能になるが、 上記の結 果からわかるように、 結合相量の少ない組成の層の厚みが 2 0 zm 以 下のものは特に優れた性能を示すことが確認された。 しかしながら、 結合相量の少ない組成の層の厚みが 3 0および 4 0 zm のものは基材 強度低下によるチッピングが観察された。

(実施例 6 )

本発明のダイヤモンド膜を被覆したタップ 11 の場合を説明する。 図 11 (a)はタップ 11 の概略正面図であり、 図 11 (b)と（c)は Oを中心 として回転するタップの 1つの切刃の部分の一部断面図である。 この タップ 11 は、 超硬合金からなる基材 14 に、 切刃部 12 を有している。 この切刃部 12 は、 先端に形成されるネジ山が不完全形状の食い付き 部 12a と、 これに連続して形成される完全ねじ山形状の完全山部 12b とを有している。 この切刃部 12 は、 円周方向において螺旋状や直線 状の工具溝 13 により分割されている。 そして、 研削された切刃部 12 には前述のダイヤモンド膜が被覆されている。 ここでは、 図 11 (b)に 示すようにすくい面と逃げ面の稜線で切刃を構成したタップと、 図 11 (c)に示すように切刃の稜線を削り落とし、 チャンファ面 Π を形成 したタップの両方を用意した。 なお、 一般のタップでは食い付き部 12aや完全山部 12b の断面は、 図 11 (b)に示すようにチャンファ面 17 (図 11 (c)参照） のない形状となっている。

本発明のダイヤモンド膜を被覆したタツプと従来のダイヤモンド膜 を被覆した従来のタップを製作し、 性能評価の比較を行った。 いずれ も厚さ 1 0 m のダイヤモンドを被覆し、 M 3のネジ穴をあけるため のものである。 本発明である試験品 2 1〜 2 3と比較例である試験品 2 4、 2 5は、 タップの正面図が図 11 (a)に示す 4枚刃であって、 そ の一部断面が図 11 (C)に示すチャンファ加工した基材 14 を用いた。 比較例である試験品 2 6は、 正面図が図 11 (a)で一部断面が図 11 (b) に示す形状のチヤンファのない基材 14を用いた。

基材 14 の材料は 5質量％Co の超硬合金である。 試験品 2 1〜 2 5 は、 図 11 (b)のようにすくい面 1 5の角度 j3を 3 ° とし、 これに図 11 (a)に示すようにチャンファ角 ο;がー 2 0 ° となるように切刃先端 部 1 8から逃げ部 1 6にかけてチャンファ面 17 を形成した。 チャン ファ面 17の面粗さ R aは 0. 2 mになるよう仕上げ、 図 11 (c)に現 れているチャンファ面 17 が示している幅を 0. 4 mmとした。 また、 試験品 2 6は、 M 3の夕ップですくい面 1 5の角度 13を— 2 0 ° とし、 チャンファ面を設けていない点が試験品 2 1〜 2 5と異なる。

これらの基材 14 を前処理として浸炭処理を行った。 条件は、 基材 1 を熱フィ ラメント C V D装置にセッ トして、 1 0体積％メタン一 水素ガス雰囲気で、 圧力 1 3 k P a、 処理温度 9 0 0でで 6時間浸炭 させた。 この浸炭は、 ダイヤモンドが被覆される面において、 基材表 面の外縁から表面に沿って 5 mm以上離れたところまで浸炭できるよ う加熱した。 試験品 2 3は、 浸炭後基材の超硬合金の結合層である C oを表面から 2 0 mの深さに亘り硝酸により除去した。 次に、 超微 粒多結晶ダイヤモンドを有機溶媒に分散させた溶液の中に試験品 2 1 〜 2 6の基材を浸漬し、 超音波を照射して超微粒ダイヤモンドを基材 に塗布した。

ダイヤモンド膜の成膜は試験品 2 4を除き熱フィラメント C V D装 置により、 表 6に示す条件で行った。 ダイヤモンド膜はダイヤモンド 集合体を形成していて、 ダイヤモンド結晶粒子の粒径は表 7に示すと おりであった。 被覆層の厚さを 1 0 m に保っために、 本発明の試験 品 2 1〜 2 3 と比較例 2 5、 2 6は、 膜厚が 9 m になると予想され る時点で合成を中断し、 実際の膜厚を測定した。 その結果、 いずれも 8 . 5 1 以上の厚さがあり、 完成品後の膜厚の 1 に対して 70 %以上の厚さ範囲が単層で形成されていた。 ダイヤモンド膜の断面 には、 成長を一時中断させた痕跡が残っていた。

試験品 2 4は、 特許文献 2を再現したものである。 浸炭処理を行わ ずサンドブラストにより表面の処理を行った。 また試験品 2 4は、 熱 フィラメント C V D装置の代わりにマイク口波装置を使用してダイャ モンドを被覆した。 ダイヤモンドの核を付着させる工程と核を成長さ せる工程とで異なる条件とし、 この条件を繰り返すことで成膜した。 具体的には表 6の試験品 2 4の上段が核を付着させる工程の条件で、 下段の条件が核を成長させる工程の条件である。 核を成長させる工程 は、 結晶粒径が 1 m 以下になるよう処理時間を定めた。 その結果、 1 0層で結晶粒径が 1 m 以下のダイヤモンド膜を成膜でき、 本発明 のような集合体からなるダイヤモンドを形成させなかったので起伏は 存在しなかった。 この試料の断面を研磨して水素プラズマエッチして 得られた写真が図 8である。 表 6

成膜後のダイヤモンド膜の状態を表 7に示す。 試

平均表面粗さ R aは、 0. 1 6〜 0. 1 8 ΠΙ の範

他の試験品は、 0. 0 1 mより小さかった。 表 7

これらのタップを用い、 表面を非研磨の状態で MM C (A 1 - 3 0 質量％ S i C) に形成した穴の加工を行い、 加工数は、 7 0 0穴とし た。 評価項目は、 溶着の厚み、 切削抵抗、 ダイヤモンド膜の剥離数の 3点とした。 溶着の厚みは、 切刃の食い付き部のすくい面の 1ケ所を 測定した。 切削抵抗は、 1穴目から 5穴目までの加工時の Y軸（回転 方向） 方向の切削抵抗を測定しその平均値とした。 剥離数とあるのは、 上記の穴あけテストの後、 1本のタップに現れた剥離箇所の数のこと である。

その結果を表 7に示す。 本発明のダイヤモンド膜を被覆したタップ は、 溶着が極めて少なく、 ダイヤモンド膜の剥離も少なかった。 特に 水素含有量を 1 . 5 a t %と多くした試験品 2 2と浸炭処理の後に硝 酸で酸処理して基材表面を傾斜組成とした試験品 2 3には剥離が見ら れなかった。 また、 切削抵抗も小さく表面の微小な起伏により食い付 きが良いことが分かる。 これに対し、 比較例である試験品 2 4はダイ ャモンド膜表面は最も平滑な膜であるが、 滑りやすく食い付き難いた め切削抵抗が高くなる傾向が見られた。 また、 ダイヤモンド膜を構成 するダイヤモンドの粒径が大きい試験品 2 5および 2 6は溶着が発生 し、 ダイヤモンド膜の剥離も発生した。 さらにダイヤモンド膜の表面 粗さが粗く切削抵抗も大きくなつた。

以下タップの実施例についてまとめる。 本発明のダイヤモンド膜を 被覆したタップにおいては、 図 1 1 (c)に示すようにネガ角のチャンフ ァ面を形成することが好ましい。 このような形状とすることで、 軟質 金属の溶着が防止されて構成刃先の形成を防止できる。 同時に、 切粉 が細かく分断されて嚙み込みが少なくなるばかりでなく、 溶着が発生 した場合においても溶着金属が自然に除去されやすくなる。 加工が完 了した後逆回転させて加工物から夕ップを抜く作業が必要であるが、 チャンファ面を形成していると、 この時に溶着が容易に除去される。 チャンファ面は、 食い付き部 1 2 aに形成するのが効果的であるが、 完 全山部 1 2bにも同時に形成するのが好ましい。 なお、 チャンファ角は、 一 6 0 ° 以上一 1 5 ° 以下の範囲が望ましい。

(実施例 7 ) 質量％Co- WC の組成をもつ超硬合金製のチップ（型番 S E G N 1 2 0 3 0 8 )を製作した。 次に、 熱フィ ラメント C V D装置に上記の チップをセッ トし、 1 0体積％メタン一水素混合ガスの雰囲気で、 圧 力 6 . 5 k P a、 処理温度 8 5 0 °Cで 6時間浸炭処理した。 そして、 チップ表層部に結合相量が少ない組成となる部分が形成されるように、 得られたチップを 8 %の硝酸液に浸漬し、 チップ表層部において超硬 合金中の結合相を除去した後よく洗浄、 乾燥した。

次に、 チップに超微粒ダイヤモンドを塗布した。 4〜 6 n mの粒径 を有する多結晶ダイヤモンド粉末 0 . 0 0 2 gをイソプロピルアルコ —ル 1 0 0 c cに分散させた。 この液の中にチップを浸漬し、 1 0分 間超音波をかけて多結晶ダイヤモンドを塗布した。 次に、 メタン濃度 2体積％、 フイラメント温度 2 0 5 0 °C , 基材温度 8 5 0 °C、 圧力は 表 8に示す条件とし、 フィラメントとチップとの間隔を 5 m mに設定 し、 ダイヤモンドを被覆した。 ダイヤモンドの厚さは、 試験品 30〜 36 のものは 1 0 m、 試験品 3 7は 2 m であった。 チップは、 表 8 の丸印の工程を経て製造され、 丸印のない工程は省略された。 ただし、 成膜は試験品 31〜36 は膜厚が 9 ] 11、 試験品 37は膜厚が 1 . 5 mに 達すると予想される時点で停止して実際の膜厚を測定し、 不足分を追 加して成膜した。 成膜を一時停止した部分の断面にはその痕跡が境界 面として残っていた。 また、 試験品の平均表面粗さ R aも測定した。 その結果も併せて表 8 に示す。 さらに、 試験品 34 を用いて、 X線回 折、 硬度および平均表面粗さ も測定した。 X線回折の強度比 1 ₂₂。 / （1₂₂。は、 ダイヤモンド結晶面（220)のピーク強度、 I _t は、 ダイ ャモン ド結晶面（1 1 1 )、 （220)、 （31 1 )、 （400)及び（33 1 )のピーク強度 の合計）は、 0 . 8であった。 また硬度は 7 5 0 0 k g f /m m ²であ つた。 併せて、 本発明による試験品の一例として、 試験品 34 の断面 の状態を図 7(a)、 （b)に示す。

表 8

このようにして得られたダイヤモンド膜を調べたところ試験品 30 のものは浸炭処理をしていないことから実用に耐えられる程度の膜の 剥離強度がなかった。 また試験品 32 と 36は、 被覆時の圧力が高くダ ィャモンド膜の表面において平均粒子径が 1. を超えていて本 発明の範囲外である。 その他のものは、 1. 5 m 以下の微細な平均 粒子径を持つものであつだ。

以上のようにして製作したチップを使って切削試験を行った。 被削 材はハイシリコンアルミニウム （A 1 — 1 8質量％ S i ) を使用し、 切削条件は切削速度 V = 8 0 0 m/m i n、 送り F = 0. 1 mm/ r e v、 切り込み量 d = 0. 5 mmとし水性ェマルジヨ ン切削液を使用 して行った。 なお、 切削長さを 3 0 0 0 mとした。 その結果、 本発明 の試験品 33、 34、 35及び 37は寿命が長く、 被削材の表面仕上げ状態 も優れていた。 本発明の試験品 31 は前記の試験品と比較すると逃げ 面で 1か所小さな剥離が観察されたが十分に使用できるレベルであつ (実施例 8 )

ここでは、 5. 5質量％Co-WC の組成を持つ超硬合金製の研磨され た基材の上に、 実施例 7で作製した試験品 No.30〜37 と同じ条件でダ ィャモンドを成膜し、 試験品 No.を 40〜47 とした。 具体的には試験 品 No.30 と試験品 No.40、 試験品 No.31 と試験品 No.41 が同じ条件で 製作した試験品であり、 以下同様である。 工具の形状は、 図 12 に示 す IC、 LSI パッケージ加工用工具である。 図 12 は、 IC、 LSI パッケ ージ加工用工具による加工工程での動作と機能を説明する断面図であ り、 矢印は動作方向を示す。 パッケージには通常多数のアウターリー ドが狭い間隔で並んでいるので、 切断時にアウターリードが曲がった りするとアウターリード同士が接触したり、 実装できなくなることに より不良品となる。 したがって、 アウターリードの曲がりは極力小さ く しなければならない。

IC、 LSI パッケージ加工用工具を構成する曲げ加工用ダイ 2 1、 曲 げ'カッ トパンチ 22 およびカッ トダイ 23 の動作を説明する。 図 12 (a)は、 パッケージ 30が曲げ加工用ダイ 21 の上に載置された状態を 示している。 アウターリード 31 は、 曲げ加工用ダイ 21 の上を通りぬ けて力ッ トダイ 23の上にまで達している。

図 12 (b)は、 曲げ ' カッ トパンチ 22 が矢印の方向に下降してァゥ ターリ一ドを曲げ加工用ダイ 21 に押し付けて曲げている状態を示し ている。 このときアウターリードを被覆している半田 32 と曲げ加工 用ダイ 21、 曲げ'カッ トパンチ 22 が強く接触し、 工具への半田付着 の原因となる。

図 12 (c)は、 アウターリードの余分なところを切断している状態 を示している。 すなわち、 曲げ ·カッ トパンチ 22 がアウターリード 31 を押さえたままの状態で、 カツ トダイ Πが矢印の方向に上昇して きて、 曲げ ' カッ トパンチ 22 との間に生じるせん断によりアウター リード 31 の余分なところを切断している。 この過程でも、 半田がェ 具へ付着する。

これらのパンチ · ダイを用い、 鉛フリ一半田が被覆されたアウター リードの曲げおよび切断加工を図 1 2 に示す工程で行った。 試験品 43、 44、 45および 47からなる I C、 LS I パッケージ加工用工具への半田の 付着はなく 1 0 0万回の加工ができた。 また、 試験品 41 は 1 0 0万 回の加工で、 微小なダイヤモンドの剥離が発生したが十分に使える程 度であった。 比較例である試験品 40 は、 実用に耐えられる剥離強度 がなく、 試験品 42および 46からなる I C、 LS Iパッケージ加工用工具 は 3 0万回の加工で半田が溶着した。 産業上の利用可能性

本発明は、 アルミニウム合金やマグネシウム合金などの難切削性で かつ加工面粗さが小さいことが要求される分野、 ガラスエポキシ樹脂 への穴開けなど切れ刃として鋭利な切刃が要求される分野に適用でき る。 さらには、 アルミナや炭化珪素、 窒化珪素などのセラミックの切 削加工などの用途にも適用できる。 また、 I C、 L S Iパッケージ加 ェ用工具としても使用できる。

Claims

請求の範囲

1. 基材の表面にダイヤモンドの膜が被覆されたダイヤモンド膜 被覆工具であって、

前記基材が超硬合金またはサーメッ トであり、

前記ダイヤモンド膜の成長表面を構成するダイヤモンド結晶粒子の 平均粒径が 1. 5 ^m以下であり、

前記ダイヤモンド膜の厚さが 0. 1 m以上 2 0 im以下であり、 前記ダイヤモンド膜の平均表面粗さが R aで 0. 0 1 //m 以上 0. 2 m以下であることを特徴とするダイヤモンド膜被覆工具。

2. 前記ダイヤモンド結晶粒子は微細ダイヤモンドが集合して形 成され、

前記ダイヤモンド膜の断面において、 微細ダイヤモンドがダイヤモ ンド膜の成長方向に細長く配列し、 かつその短径が 0. 0 0 1 m 以 上 0. 1 m 以下であることを特徴とする請求項 1記載のダイヤモン ド膜被覆工具。

3.. 前記微細ダイヤモンドのアスペク ト比が 2以上 2 0以下であ ることを特徴とする請求項 2記載のダイヤモンド膜被覆工具。

4. 前記微細ダイヤモンドの少なくとも一部が、 杉の葉状に形成 されていることを特徴とする請求項 2記載のダイヤモンド膜被覆工具。

5. 前記ダイャモンド膜をラマン分光分析して得られたダイヤモ ンドのピークの高さ Dとグラフアイ トまたは不定形炭素のピーク高さ Gの関係が、 5≥DZG≥ 0. 5であることを特徴とする請求項 1記 載のダイヤモンド膜被覆工具。

6. 前記ダイヤモンド膜を X線回折測定した際のダイヤモンド結 晶面 （ 2 2 0 ) のピーク強度 1₂₂。とダイヤモンド結晶面 （ 1 1 1 ) 、 ( 2 2 0 ) 、 ( 3 1 1 ) 、 （4 0 0)および （ 3 3 1 ) のピーク強度の 合計 I t との比 I ₂₂。/ I t が 0. 6以上であることを特徴とする請 求項 1記載のダイヤモンド膜被覆工具。

7. 前記ダイヤモンド膜の水素含有量は、 原子比で 1 %以上 5 % 以下であることを特徴とする請求項 1記載のダイヤモンド膜被覆工具。

8. 前記ダイヤモンドの膜の断面構造において基材から膜厚の 70%までが単層の被覆膜であることを特徴とする請求項 1記載のダイ ャモンド膜被覆工具。

9. 前記基材として 0. 1質量％以上 6質量％以下の Coを含有す る超硬合金を用いることを特徴とする請求項 1記載のダイヤモンド膜 被覆工具。

1 0. 前記基材の飽和磁化の値が { 1 9 0 0 X (合金中の結合相 の割合 （質量％) ) / 1 0 0 } (G - c m³/g) 以上、 {2 0 2 3 X

(合金中の結合相の割合 （質量 ) / 1 0 0 } (G · c m³/g) 以 下の値であることを特徴とする請求項 9記載のダイヤモンド膜被覆ェ 具。

1 1. 前記 Co の一部を Cr で置換した基材の飽和磁化の値が {1 9 0 0 X (合金中の結合相の割合 （質量％) ) / 1 0 0 } X 0. 9 3

(G - c m³/g ) 以上、 { 2 0 2 3 X (合金中の結合相の割合 （質 量％) ) 71 0 0 } (& * (： 111³/8) 以下の値であることを特徴とす る請求項 9記載のダイャモンド膜被覆工具。

1 2. 前記ダイヤモンド膜が基材表面に部分的に被覆され、 ダイヤモンド膜の外縁から基材表面に沿って 5 mm以上離れた部分 の基材における飽和磁化の値が下記要件 Aを満たすことを特徴とする 請求項 9記載のダイヤモンド膜被覆工具。

A ： { 1 9 0 0 X (合金中の結合相の割合 （質量％) ) / 1 0 0 } ( G - c m³/g ) 以上、 { 2 0 2 3 X (合金中の結合相の割合 （質 量％) ) , 1 0 0 } (G · c m³/g) 以下

1 3. 基材の Coの一部が Crで置換され、

前記ダイヤモンド膜が基材表面に部分的に被覆され、

ダイヤモンド膜の外縁から基材表面に沿って 5 mm以上離れた部分 の基材における飽和磁化の値が下記要件 Bを満たすことを特徴とする 請求項 9記載のダイヤモンド膜被覆工具。

B ： {1 9 0 0 X (合金中の結合相の割合 （質量％) ) Z 1 0 0 } X 0. 9 3 (G ' c m³/g) 以上、 {2 0 2 3 X (合金中の結合相の割 合 （質量％) ) ノ 1 0 0 } (0 * (： 111³/ ) 以下の値 ,

1 4. 前記ダイヤモンド膜の表面を原子間力顕微鏡で測定した凹 凸の RM S (二乗平均値）が 1 5 nm以上 2 0 O nm以下であることを 特徴とする請求項 1記載のダイヤモンド膜被覆工具。

1 5. 前記基材表面付近の結合相量は、 前記基材内部の結合相量 より少なくなる組成をなし、 前記結合相量の少ない組成の部分の深さ は 以上 2 0 m 以下であることを特徴とする請求項 1記載のダ ィャモンド膜被覆工具。

1 6. 前記ダイヤモンド膜が気相合成されたままのダイヤモンド 膜であることを特徴とする請求項 1記載のダイヤモンド膜被覆工具。

1 7. 基材の表面にダイヤモンドの膜が被覆されたダイヤモンド 膜被覆工具の製造方法であって、

前記基材として工具形状をした超硬合金又はサーメッ トを準備し、 前記基材を浸炭処理した後、

水素と炭化水素の混合ガス中、 圧力 0. 1 3〜 6. 5 k P aの雰囲 気で基材にダイヤモンド膜を被覆することを特徴とするダイヤモンド 膜被覆工具の製造方法。

1 8 . 前記浸炭処理した後に、 前記基材表面に平均粒径が 5 0 0 A ( 5 0 n m ) 以下のダイヤモンドを塗布することを特徴とする請求 項 1 7に記載のダイヤモンド膜被覆工具の製造方法。

1 9 . 前記塗布するダイヤモンドは、 多結晶ダイヤモンドである ことを特徴とする請求項 1 8記載のダイヤモンド膜被覆工具の製造方 法。

2 0 . 前記浸炭処理と前記ダイヤモンド塗布の間に、 前記基材表 面の酸処理を行って結合相金属の一部を除去することを特徴とする請 求項 1 7記載のダイヤモンド膜被覆工具の製造方法。