WO2021214983A1 - 切削工具 - Google Patents

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WO2021214983A1
WO2021214983A1 PCT/JP2020/017712 JP2020017712W WO2021214983A1 WO 2021214983 A1 WO2021214983 A1 WO 2021214983A1 JP 2020017712 W JP2020017712 W JP 2020017712W WO 2021214983 A1 WO2021214983 A1 WO 2021214983A1
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hard carbon
carbon film
base material
cutting tool
less
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福井　治世
大二 田林
吉広 斎藤
一弥 徳田
慶春 内海
玄 高松
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住友電工ハードメタル株式会社
住友電気工業株式会社
日本アイ・ティ・エフ株式会社
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    • C23C28/046—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material with at least one amorphous inorganic material layer, e.g. DLC, a-C:H, a-C:Me, the layer being doped or not
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B—TURNING; BORING
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Definitions

  • This disclosure relates to cutting tools.
  • Hard carbon films such as amorphous carbon and diamond-like carbon have excellent wear resistance and lubricity, and are therefore used as coating materials for cutting tools, dies, and machine parts. There is.
  • Patent Document 1 discloses an amorphous carbon coating tool including a base material composed of a WC group and an amorphous carbon film that coats the base material.
  • Patent Document 2 discloses a cutting tool having a substrate and a DLC layer located on the surface of the substrate and containing diamond-like carbon.
  • the cutting tool of the present disclosure is A cutting tool comprising a base material and a hard carbon film arranged on the base material.
  • the hard carbon film contains an amorphous phase and a graphite phase.
  • the density of the hard carbon film is 2.5 g / cm 3 or more and 3.5 g / cm 3 or less.
  • the crystallinity of the hard carbon film is 6.5% or less.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a cutting tool according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of another example of the cutting tool according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is an example of an X-ray diffraction pattern of a hard carbon film of a cutting tool according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a converted pattern obtained by converting the X-ray diffraction pattern shown in FIG. 3 so that the X-axis shows the wave number and the Y-axis shows the scattering intensity.
  • FIG. 5 is a pattern obtained by extracting a region having a wave number of 1 to 3.6 ⁇ -1 from the converted patterns shown in FIG. FIG.
  • FIG. 6 is a normalized spectrum pattern obtained by normalizing the spectrum S1 of the extraction pattern of FIG. 5 with a straight line L1.
  • FIG. 7 is a pattern showing a spectrum derived from the amorphous phase separated from the standardized pattern of FIG.
  • FIG. 8 is a pattern showing peaks derived from the graphite phase separated from the standardized pattern of FIG.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a method of separating the peak A11 shown in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a method of separating the peak A12 shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a method of separating the peak A13 shown in FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the measured interatomic distance calculated from the X-ray diffraction pattern of FIG.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the inverse Monte Carlo method.
  • FIG. 14 is a schematic view showing an example of a film forming apparatus used for manufacturing a cutting tool according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of a target used for manufacturing a cutting tool according to an embodiment of the present disclosure.
  • the purpose of this object is to provide a cutting tool that can have a long tool life even when used for cutting soft metals.
  • the cutting tool of the present disclosure is A cutting tool comprising a base material and a hard carbon film arranged on the base material.
  • the hard carbon film contains an amorphous phase and a graphite phase.
  • the density of the hard carbon film is 2.5 g / cm 3 or more and 3.5 g / cm 3 or less.
  • the crystallinity of the hard carbon film is 6.5% or less.
  • the cutting tool of the present disclosure can have a long tool life even when used especially for cutting soft metals.
  • the thickness of the portion of the hard carbon film involved in cutting is preferably 0.1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less. According to this, peeling or chipping of the hard carbon film can be suppressed.
  • the hydrogen content of the hard carbon film is preferably 5 atomic% or less. According to this, the hardness and oxidation resistance of the hard carbon film are improved.
  • the base material and the hard carbon film are in contact with each other. According to this, the adhesion between the base material and the hard carbon film is improved.
  • the cutting tool includes an interface layer arranged between the base material and the hard carbon film.
  • the interface layer is -One simple compound selected from the first group consisting of group 4 elements, group 5 elements, group 6 elements, group 13 elements and group 14 elements excluding carbon in the periodic table, from the first group At least one selected from the group consisting of an alloy or a first compound containing at least one selected element and a solid solution derived from the first compound, or -A second compound composed of at least one element selected from the first group and carbon, and one or both of a solid solution derived from the second compound.
  • the thickness of the interface layer is preferably 0.5 nm or more and less than 10 nm.
  • the base material and the hard carbon film are firmly adhered to each other via the interface layer, and the interface layer acts to balance the hardness difference between the base material and the hard carbon film, that is, to buffer the hardness. Impact resistance is also improved.
  • the base material is preferably made of a WC-based cemented carbide or cermet. According to this, the cutting tool is suitable for cutting non-iron alloys, especially aluminum alloys, copper alloys, magnesium alloys and the like.
  • the base material is preferably made of cubic boron nitride. According to this, the cutting tool is suitable for cutting non-iron alloys, especially aluminum alloys, copper alloys, magnesium alloys and the like.
  • the notation in the form of "A to B” means the upper and lower limits of the range (that is, A or more and B or less), and when there is no description of the unit in A and the unit is described only in B, A The unit of and the unit of B are the same.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an example of a cutting tool according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of another example of the cutting tool according to the present embodiment.
  • the cutting tool 30 of the present embodiment is a cutting tool 30 including a base material 5 and a hard carbon film 20 arranged on the base material 5, and the hard carbon film.
  • Reference numeral 20 denotes an amorphous phase 25 and a graphite phase 24, and the density of the hard carbon film 20 is 2.5 g / cm 3 or more and 3.5 g / cm 3 or less, and the hard carbon film 20 has a density of 2.5 g / cm 3 or more and 3.5 g / cm 3 or less.
  • the degree of crystallization is 6.5% or less, and the average number of coordinations of the amorphous phase 25 is 2.5 or more and 4 or less.
  • the hard carbon film of the present embodiment can have a long tool life even when it is used especially for cutting soft metals. The reason for this is not clear, but it is presumed to be as follows (i) to (iv).
  • the hard carbon film contains an amorphous phase and a graphite phase.
  • a dense graphite phase is contained in the low density amorphous phase, the graphite phase functions like a nanofiller in an organic polymer material. That is, the graphite phase is appropriately worn during the cutting process, and the friction caused by the unevenness of the surface of the cutting tool is reduced, so that welding of the work material can be suppressed.
  • the density of the hard carbon film is 2.5 g / cm 3 or more and 3.5 g / cm 3 or less.
  • the density of the hard carbon film is in this range, the hardness of the hard carbon film becomes appropriate, and the hard carbon film can have excellent wear resistance.
  • the crystallinity of the hard carbon film is 6.5% or less.
  • the hardness of the hard carbon film becomes appropriate, and the hard carbon film can have excellent wear resistance.
  • the average coordination number of the amorphous phase is 2.5 or more and 4 or less.
  • the hardness of the hard carbon film becomes appropriate, and the hard carbon film can have excellent wear resistance.
  • the average coordination number of the amorphous phase is 2.5 or less, the hardness is lowered and wear resistance cannot be obtained.
  • the carbon atom cannot take more than 4 coordinations, it does not exceed 4.
  • the cutting tool 31 of the present embodiment can include an interface layer 21 arranged between the base material 5 and the hard carbon film 20. Further, between the base material 5 and the interface layer 21, a mixed composition layer (not shown) in which the compositions of these coating films are mixed, or a gradient composition layer (not shown) in which the composition is continuously changed is provided. be able to. Further, a base layer (not shown) for improving the adhesion between the base material 5 and the interface layer 21 can be provided.
  • the hard carbon film 20 may be arranged so as to cover the entire surface of the base material 5, or may be arranged so as to cover a part of the surface.
  • the hard carbon film is arranged so as to cover a part of the base material, it is preferable that the hard carbon film is arranged so as to cover at least the surface of the part of the base material involved in cutting.
  • the portion involved in cutting the base material is a virtual base material in which the distance between the cutting edge ridge line and the cutting edge ridge line to the base material side along the perpendicular line of the tangent line of the cutting edge ridge line is 2 mm. It means a face and an area surrounded by.
  • a metal-based or ceramic-based base material can be used as the base material 5. Specific examples thereof include iron, heat-treated steel, WC-based cemented carbide, cermet, stainless steel, nickel, copper, aluminum alloy, titanium alloy, alumina, cubic boron nitride, and silicon carbide base material. Above all, it is preferable to use a base material made of WC-based cemented carbide, cermet or cubic boron nitride.
  • the hard carbon film 20 includes an amorphous phase 25 and a graphite phase 24.
  • the graphite phase 24 is shown in granular form, but the shape of the graphite phase is not particularly limited.
  • the shape of the graphite phase may be a sheet shape, a layered shape in which sheets are overlapped, or an indefinite shape.
  • the hard carbon film can consist only of an amorphous phase and a graphite phase.
  • the determination that the hard carbon film contains an amorphous phase and a graphite phase is made by X-ray diffraction measurement.
  • the specific confirmation method will be described below.
  • (A1) The hard carbon film is peeled from the substrate, filled in a glass capillary (capillary with a diameter of 0.7 mm and a wall thickness of 0.01 mm), and X is used under the following conditions using high-energy synchrotron radiation such as Spring-8. A line diffraction measurement is performed to obtain an X-ray diffraction pattern.
  • X-ray source Radiant light source X-ray energy: 35 keV Incident slit width: 0.2 mm Detector: Si element one-dimensional detector Measurement range of diffraction angle 2 ⁇ : 3 to 77 ° Measurement step: 0.005 ° Accumulation time: 15 minutes (A2)
  • CPS diffraction intensity
  • peak intensity diffraction intensity
  • the peak intensity derived from the graphite phase may be relatively weak. In this case, the peak can be confirmed by using the differential spectrum.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the diffraction pattern of the hard carbon film of the present embodiment.
  • the horizontal axis is the diffraction angle (2 ⁇ (degree)), and the vertical axis is the scattering intensity (counts).
  • the vertical axis is the scattering intensity (counts).
  • there are 6 peaks (peaks indicated by “peaks derived from the graphite phase” in FIG. 3) that coincide with the diffraction angle 2 ⁇ of the peaks of the graphite crystal, and a halo pattern (in FIG. 3, “amorphous” in FIG. 3).
  • the hello pattern) indicated by "Phase-derived pattern" is confirmed.
  • the density of the hard carbon film 20 is 2.5 g / cm 3 or more and 3.5 g / cm 3 or less. The higher the density of the hard carbon film, the higher the hardness, and the lower the density, the lower the hardness. When the density of the hard carbon film is in this range, the hardness of the hard carbon film becomes appropriate, and the hard carbon film can have excellent wear resistance.
  • the lower limit of the density of the hard carbon film is 2.5 g / cm 3 or more, preferably 2.8 g / cm 3 or more, and more preferably 3.1 g / cm 3 or more.
  • the upper limit of the density of the hard carbon film is at 3.5 g / cm 3 or less, 3.4 g / cm 3 or less.
  • the density of the hard carbon film is preferably 3.0 g / cm 3 or more and 3.5 g / cm 3 or less, and more preferably 3.2 g / cm 3 or more and 3.4 g / cm 3 or less.
  • the density of the hard carbon film is measured by the X-ray reflectivity method (measuring device: "SmartLab” (trademark) manufactured by Rigaku Corporation).
  • the measurement conditions of the X-ray reflectivity method are as follows.
  • Incident X-ray wavelength 0.15406 nm (CuK line)
  • Output 45kV, 200mA
  • Measurement range angle between sample surface: 0.0 to 1.0 °
  • Measurement step 0.001 °
  • the crystallinity of the hard carbon film 20 is 6.5% or less.
  • the crystallinity of the hard carbon film is an index indicating the ratio of the graphite phase to the amorphous phase in the hard carbon film based on the volume. The smaller the crystallinity, the smaller the proportion of the graphite phase, which has a lower hardness, and the higher the hardness of the hard carbon film.
  • the crystallinity of the hard carbon film is 6.5% or less, the hardness of the hard carbon film becomes appropriate, and the hard carbon film can have excellent wear resistance.
  • the upper limit of the crystallinity of the hard carbon film is 6.5% or less, preferably 5.9% or less, and more preferably 5.0% or less.
  • the crystallinity of the hard carbon film is preferably 2% or more and 6.5% or less, and more preferably 3% or more and 5% or less.
  • FIG. 3 shows an X-ray diffraction pattern of an example of the hard carbon film of the present embodiment, and the shape of the X-ray diffraction pattern is not limited to this.
  • FIG. 3 The obtained X-ray diffraction pattern (FIG. 3) is converted so that the X-axis shows the wave number and the Y-axis shows the scattering intensity.
  • the diffraction pattern after conversion is also referred to as “post-conversion pattern”.
  • the converted pattern is shown in FIG. FIG. 4 shows the X-ray diffraction pattern shown in FIG. 3 converted so that the X-axis shows the wave number and the Y-axis shows the scattering intensity.
  • FIG. 5 shows an extracted region of wave number 1 to 3.6 ⁇ -1 from the converted pattern shown in FIG. 4, where the X-axis shows the wave number and the Y-axis shows the scattering intensity.
  • (B4) extracted converted pattern (hereinafter, referred to as "extraction pattern"), the connecting points at wave numbers of 1 ⁇ -1 and a wavenumber 3.6 ⁇ -1 on spectrum S1 by a straight line. 5, indicated by S2, a point at a wave number 1 ⁇ -1 on the spectrum S1, indicated by S3, a point at a wave number 3.6 ⁇ -1 of the spectrum S1, the line connecting the S2 and S3 are indicated by a broken line L1 Is done.
  • FIG. 6 shows a spectrum obtained by standardizing the spectrum S1 of the extraction pattern of FIG. 5 with a straight line L1 (hereinafter, “normalized spectrum”) and a pattern of S21 (hereinafter, also referred to as “normalized pattern”).
  • the axis shows the wave number and the Y axis shows the scattering intensity.
  • FIG. 7 is a pattern showing a spectrum derived from the amorphous phase separated from the standardized pattern of FIG. 6, in which the X-axis shows the wave number and the Y-axis shows the scattering intensity.
  • FIG. 8 is a pattern showing peaks derived from the graphite phase separated from the standardized pattern of FIG. 6, in which the X-axis shows the wave number and the Y-axis shows the scattering intensity.
  • peaks derived from the graphite phase are identified.
  • three peaks A11, A12, and A13 are confirmed.
  • the peak A11 exists in the wave number range of 1.6 to 2.1 ⁇ -1 , and is a peak derived from the (200) plane of the graphite phase.
  • the peak A12 exists in the wave number range of 2.9 to 3.2 ⁇ -1 , and is a peak derived from the (011) plane of the graphite phase.
  • the peak A13 exists in the wave number range of 3.3 to 3.55 ⁇ -1 , and is a peak derived from the (012) plane of the graphite phase.
  • FIG. 9 shows a standardized pattern for explaining the method of separating the peak A11 shown in FIG. 6, in which the X-axis shows the wave number and the Y-axis shows the scattering intensity.
  • intersection point a2 and the region of wave number 2.0 to 2.1 ⁇ -1 on the spectrum S21 are approximated by a straight line to obtain an approximate straight line a3.
  • Wave number 1.6 ⁇ The approximate curve a1 is between the wave number of -1 and peak A11, the approximate curve a3 is between the wave number of peak A11 and 2.1 ⁇ -1 , and the other range (wave number 1 to 1.6 ⁇ in FIG. 9). -1 and 2.1 to 3 ⁇ -1 ) are used as raw data, and a line showing the spectrum derived from the amorphous phase is prepared.
  • FIG. 10 shows a standardized pattern for explaining the method of separating the peak A12 shown in FIG. 6, in which the X-axis shows the wave number and the Y-axis shows the scattering intensity.
  • intersection b2 of the perpendicular line L12 from the peak top of A12 and the approximate straight line b1 is obtained.
  • the intersection b2 and the region of the wave number 3.15 to 3.2 ⁇ -1 on the spectrum S21 are approximated by a straight line to obtain an approximate straight line b3.
  • the approximate curve b1 is between the wave number of 2.9 ⁇ -1 and the wave number of peak A12
  • the approximate curve b3 is between the wave number of peak A12 and 3.2 ⁇ -1
  • the other range (wave number 2.5 to 2 in FIG. 10).
  • 0.9 ⁇ -1 and 3.2 to 3.5 ⁇ -1 ) are used as raw data, and a line showing the spectrum derived from the amorphous phase is prepared.
  • FIG. 11 shows a standardized pattern for explaining the method of separating the peak A13 shown in FIG. 6, in which the X-axis shows the wave number and the Y-axis shows the scattering intensity.
  • intersection c2 and the region of wave number 3.5 to 3.55 ⁇ -1 on the spectrum S21 are approximated by a straight line to obtain an approximate straight line c3.
  • the approximate curve c1 is between the wave number 3.3 ⁇ -1 and the wave number of the peak A13
  • the approximate curve c3 is between the wave number of the peak A13 and the wave number 3.55 ⁇ -1
  • the other range wave number 3.0 to 3 in FIG. 11
  • .3 ⁇ -1 and 3.55 to 4.0 ⁇ -1 are used as raw data, and a line showing the spectrum derived from the amorphous phase is prepared.
  • the average coordination number of the amorphous phase 25 is 2.5 or more and 4 or less. When the average coordination number of the amorphous phase is in this range, the hardness of the hard carbon film becomes appropriate, and the hard carbon film can have excellent wear resistance.
  • the lower limit of the average coordination number of the amorphous phase is 2.5 or more, preferably 3 or more, and more preferably 3.5 or more.
  • the upper limit of the average coordination number of the amorphous phase is 4 or less, and the average coordination number of the amorphous phase is more preferably 3.5 or more and 4 or less.
  • the average coordination number of the amorphous phase is calculated by the following method. The details of the calculation method will be described with reference to FIGS. 3, 12, and 13.
  • FIG. 3 shows an example of the X-ray diffraction pattern of the hard carbon film of the cutting tool according to the embodiment of the present disclosure.
  • (C2) Calculate the total correlation function from the obtained X-ray diffraction pattern.
  • the total correlation function is calculated by Fourier transform after correcting the background and the like with respect to the spectrum obtained by the X-ray diffraction measurement.
  • [Reference 2] Kentaro Suzuya “Basics of Liquid / Amorphous Structure Analysis by Neutron Diffraction / Total Scattering Method", RADIOISOTOPES, Japan Radioisotope Association, 2011, 60, p. It can be calculated based on the description of 63-87, etc.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the measured interatomic distance calculated from the X-ray diffraction pattern of FIG. 3 and the total correlation function, and the relationship between the interatomic distance after fitting by the inverse Monte Carlo method and the total correlation function. Is. In FIG. 12, the measured peak in the range of the interatomic distance of 0.130 to 0.185 nm is shown as P1.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the inverse Monte Carlo method.
  • the inverse Monte Carlo method uses random numbers to move atoms existing in a cube cell having the density of the target substance, and obtains experimental data such as X-ray diffraction of the target substance. This is a simulation method for obtaining a structural model that can be reproduced. Details of the inverse Monte Carlo method will be described later.
  • the total correlation function is calculated from the obtained model, and the area of the difference between the total correlation function in the model and the measured total correlation function in the distance region (0.140 to 0.185 nm) (S). To calculate. The fitting is repeated until the value of S becomes 10 el 2 / nm or less. In this way, the average coordination number is calculated from the finally obtained carbon atomic structure model (see the right figure of FIG. 13).
  • the thickness of the portion of the hard carbon film 20 involved in cutting is preferably 0.1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
  • the portion involved in cutting the hard carbon film is a hard carbon film in which the distance between the cutting tool edge ridge line and the cutting tool side from the cutting edge ridge line along the perpendicular line of the tangent line of the cutting edge ridge line is 2 mm. It means a virtual surface that is and an area surrounded by.
  • the thickness of the portion involved in the cutting of the hard carbon film means the thickness of the hard carbon film in the region involved in the cutting of the hard carbon film in the direction from the surface to the normal of the surface.
  • the thickness of the hard carbon film is 0.1 ⁇ m or more, the wear resistance is improved.
  • the thickness of the hard carbon film is 3 ⁇ m or less, an increase in internal stress accumulated inside the hard carbon film can be suppressed, and peeling or chipping of the hard carbon film can be suppressed.
  • the lower limit of the thickness of the hard carbon film is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or more, and further preferably 1 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the thickness of the hard carbon film is preferably 3 ⁇ m or less, more preferably 2 ⁇ m or less, and even more preferably 1.5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the hard carbon film can be 0.1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less, 0.5 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less, 1 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less, 1 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less, and 1 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the hard carbon film can be measured by observing the cross section of the hard carbon film using an SEM (scanning electron microscope, measuring device: "JSM-6610 series” (trademark) manufactured by JEOL Ltd.). .. Specifically, the observation magnification of the cross-sectional sample is 5000 to 10000 times, the observation area is 100 to 500 ⁇ m 2 , and the thickness widths of three arbitrarily selected points in one field of view are measured, and the average value is set to “thickness”. ". As far as the applicant has measured, as long as the same sample is measured, there is almost no variation in the measurement result even if the thickness measurement result is calculated multiple times by changing the selection point of the measurement field of view. It was confirmed that setting the measurement field of view arbitrarily does not make it arbitrary.
  • the hard carbon film 20 is basically composed of carbon and unavoidable impurities, but may contain hydrogen. It is considered that this hydrogen is derived from the hydrogen and water remaining in the film forming apparatus being taken into the hard carbon film at the time of film formation.
  • the hydrogen content of the hard carbon film 20 is preferably 5 atomic% or less. According to this, the ratio of sp3 bonds in the hard carbon film becomes high, and the hardness becomes high. Further, the oxidation resistance of the hard carbon film is also improved.
  • the upper limit of the hydrogen content of the hard carbon film is more preferably 4 atomic% or less, further preferably 2 atomic% or less.
  • the lower limit of the hydrogen content of the hard carbon film is preferably 0 atomic% or more, but from the viewpoint of production, it may be 0 atomic% or more, 1 atomic% or more and 2% or more.
  • the hydrogen content of the hard carbon film is 0 atomic% or more and 5 atomic% or less, 0 atomic% or more and 4 atomic% or less, 0 atomic% or more and 2 atomic% or less, 1 atomic% or more and 5 atomic% or less, 1 atomic% or more 4 It can be atomic% or less, 1 atomic% or more and 2 atomic% or less, 2 atomic% or more and 5 atomic% or less, 2 atomic% or more and 4 atomic% or less.
  • the hydrogen content of the hard carbon film can be measured using ERDA (elastic rebound particle detection method, measuring device: "HRBS500” manufactured by Kobe Steel, Ltd.).
  • This method is a method in which hydrogen ions colliding with He ions incident at a low incident angle are repelled in the forward direction, energy analysis of the rebounded hydrogen particles is performed, and the amount of hydrogen is measured.
  • ERDA elastic rebound particle detection method, measuring device: "HRBS500” manufactured by Kobe Steel, Ltd.
  • the hardness of the hard carbon film 20 is preferably 35 GPa or more and 75 GPa or less. When the hardness of the hard carbon film is 35 GPa or more, the wear resistance is improved. When the hardness of the hard carbon film is 75 GPa or less, the fracture resistance is improved.
  • the lower limit of the hardness of the hard carbon film is preferably 35 GPa or more, more preferably 45 GPa or more, and further preferably 55 GPa or more.
  • the upper limit of the hardness of the hard carbon film is preferably 75 GPa or less, more preferably 73 GPa or less.
  • the hardness of the hard carbon film is preferably 35 GPa or more and 75 GPa or less, more preferably 45 GPa or more and 73 GPa or less, and further preferably 55 GPa or more and 73 GPa or less.
  • the hardness of the hard carbon film can be measured by the nanoindenter method (measuring device: "NanoIndenter XP" (trademark) manufactured by MTS). Specifically, the hardness at three points on the surface of the hard carbon film is measured, and the average value thereof is defined as "hardness". As far as the applicant has measured, as long as the measurement is performed on the same sample, even if the hardness measurement result is calculated multiple times by changing the selection point of the measurement field of view, there is almost no variation in the measurement result, which is arbitrary. It was confirmed that setting the measurement field of view to is not arbitrary.
  • the cutting tool 31 of the present embodiment can include an interface layer 21 arranged between the base material 5 and the hard carbon film 20. According to this, the base material and the hard carbon film are firmly adhered to each other via the interface layer.
  • composition of the interface layer 5 can be as follows (K1) or (K2).
  • (K1) A single compound selected from the first group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements, Group 13 elements and Group 14 elements excluding carbon in the periodic table, the first compound. Containing or containing at least one selected from the group consisting of an alloy containing at least one element selected from the group, a first compound, and a solid solution derived from the first compound.
  • (K2) Contains one or both of a second compound composed of at least one element selected from the first group, carbon, and a solid solution derived from the second compound.
  • the interface layer can be in any of the following forms (k1) to (k4).
  • K2 At least one selected from the group consisting of one simple substance selected from the first group, an alloy containing at least one element selected from the first group, a first compound and a solid solution derived from the first compound. include.
  • (K3) Consists of one or both of a second compound composed of at least one element selected from the first group, carbon, and a solid solution derived from the second compound.
  • (K4) Contains one or both of a second compound composed of at least one element selected from the first group, carbon, and a solid solution derived from the second compound.
  • the Group 4 elements of the periodic table include, for example, titanium (Ti), zirconium (Zr) and hafnium (Hf).
  • Group 5 elements include, for example, vanadium (V), niobium (Nb) and tantalum (Ta).
  • Group 6 elements include, for example, chromium (Cr), molybdenum (Mo) and tungsten (W).
  • Group 13 elements include, for example, boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) and indium (In).
  • Group 14 elements other than carbon include, for example, silicon (Si), germanium (Ge), and tin (Sn).
  • first elements the elements contained in the Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements, Group 13 elements, and Group 14 elements excluding carbon are also referred to as "first elements”.
  • alloys containing the first element include Ti-Zr, Ti-Hf, Ti-V, Ti-Nb, Ti-Ta, Ti-Cr, and Ti-Mo.
  • intermetallic compound containing the first element include TiCr 2 and Ti 3 Al.
  • the first compound containing the first element is, for example, titanium boron (TiB 2 ), zirconium boron (ZrB 2 ), hafnium boron (HfB 2 ), vanadium boron (VB 2 ), niobboron (NbB 2 ). , Tantal Boron (TaB 2 ), Chromium Boron (CrB), Molybdenum Boron (MoB), Tungsten Boron (WB), Aluminum Boron (AlB 2 ).
  • the above-mentioned solid solution derived from the first compound means a state in which two or more kinds of these first compounds are dissolved in each other's crystal structure, and means an invasion type solid solution or a substitution type solid solution.
  • Examples of the second compound composed of the first element and carbon include titanium carbide (TiC), zirconium carbide (ZrC), hafnium carbide (HfC), vanadium carbide (VC), niobium carbide (NbC), and tantalum carbide (TaC). ), Chromium Carbide (Cr 3 C 2 ), Molybdenum Carbide (MoC), Tantalum Carbide (WC), Silicon Carbide (SiC).
  • the above-mentioned solid solution derived from the second compound means a state in which two or more kinds of these second compounds are dissolved in each other's crystal structure, and means an intrusive solid solution or a substituted solid solution.
  • the total content of one single substance selected from the first group in the interface layer, an alloy containing at least one selected from the first group, the first compound, and a solid solution derived from the first compound is preferably 70% by volume or more and 100% by volume or less, more preferably 80% by volume or more and 100% by volume or less, further preferably 90% by volume or more and 100% by volume or less, and 100% by volume or less. Most preferable.
  • the total content of the second compound and the solid solution derived from the second compound in the interface layer is preferably 70% by volume or more and 100% by volume or less, preferably 80% by volume. More than 100% by volume is more preferable, 90% by volume or more and 100% by volume or less is further preferable, and 100% by volume is most preferable.
  • the composition of the interface layer, the content of the first compound, etc. and the content of the second compound, etc. are measured by the transmission electron microscope-energy dispersive X-ray analysis (TEM-EDX: Transmission Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray spectrum) method. can do.
  • the cutting tool is cut with a FIB (focused ion beam device) to expose the interface layer, and while observing the cross section with TEM, the composition of the elements constituting the interface layer, the content of the first compound, etc., and the first 2 Measure the content of compounds, etc.
  • FIB focused ion beam device
  • the thickness of the interface layer 5 is preferably 0.1 nm or more and less than 10 nm. When the thickness of the interface layer is within this range, the effect of enhancing the adhesion between the base material and the hard carbon film is improved.
  • the thickness of the interface layer is more preferably 0.5 nm or more and 8 nm or less, and further preferably 1 nm or more and 5 nm or less.
  • the thickness of the interface layer can be measured by observing the cross section of the hard carbon film using an SEM (scanning electron microscope). Specifically, the observation magnification of the cross-sectional sample is 5000 to 10000 times, the observation area is 100 to 500 ⁇ m 2 , and the thickness widths of three arbitrarily selected points in one field of view are measured, and the average value is set to “thickness”. ". As far as the applicant has measured, as long as the same sample is measured, there is almost no variation in the measurement result even if the thickness measurement result is calculated multiple times by changing the selection point of the measurement field of view. It was confirmed that setting the measurement field of view arbitrarily does not make it arbitrary.
  • the cutting tool of the present embodiment preferably includes a mixed composition layer in which the compositions of these coatings are mixed, or an inclined composition layer in which the composition is continuously changed, between the interface layer and the hard carbon film. According to this, the adhesion between the base material and the hard carbon film is further improved.
  • the mixed layer and the inclined composition layer are not always clearly distinguishable.
  • the composition of the interface layer and the hard carbon film is usually slightly mixed to form a mixed composition layer or a gradient composition layer. Although it is difficult to confirm these directly, their existence can be sufficiently estimated from the results such as XPS: (X-ray Photo-electric Spectroscopy) and AES: (Auger Electron Spectroscopy).
  • the cutting tool of the present embodiment is particularly suitable for machining aluminum and its alloys because it has excellent wear resistance and welding resistance. It is also suitable for processing non-ferrous materials such as titanium, magnesium and copper. Further, it is suitable for cutting materials containing hard particles such as graphite, organic materials, etc., processing of printed circuit boards, and co-cutting of iron-based materials and aluminum. In addition, since the hard carbon film of the cutting tool of the present embodiment has extremely high hardness, it can be used not only for processing non-ferrous materials but also for processing steel such as stainless steel and castings.
  • the cutting tool of the present embodiment may be, for example, a drill, an end mill, a cutting edge exchange type tip for end milling, a cutting edge exchange type tip for milling, a cutting edge exchange type tip for turning, a metal saw, a tooth cutting tool, a reamer and a tap. can.
  • the cutting tool of the first embodiment can be manufactured, for example, by forming a hard carbon film on a base material using the film forming apparatus 1 shown in FIG.
  • a method for manufacturing a cutting tool will be described.
  • the base material 5 is prepared.
  • the type of the base material the one described in the first embodiment can be used.
  • the substrate is preferably made of WC-based cemented carbide, cermet or cubic boron nitride.
  • the base material 5 is attached to the base material holder 4 in the film forming apparatus 1.
  • the base material holder 4 rotates between the targets around the center points of the targets 2 and 3.
  • the degree of vacuum in the film forming apparatus 1 is set to an atmosphere of 5 ⁇ 10 -4 Pa. Subsequently, the set temperature of the base material heater 6 is lowered to set the base material temperature to 100 ° C., and then argon gas is introduced to maintain the atmosphere of 2 ⁇ 10 -1 Pa, and the base material is used by the film forming bias power source 9. An argon plasma cleaning of the surface of the base material is performed by applying a voltage of ⁇ 1000 V to the holder 4. After that, the argon gas is exhausted. In the film forming apparatus 1, the gas is supplied through the gas supply port 10 and the gas is discharged through the exhaust port 11.
  • the target 2 composed of the Group 4 element, the Group 5 element, or the Group 6 element of the periodic table is arranged in the film forming apparatus 1.
  • a voltage of -600 V is applied to the base material holder 4 by the bias power supply 9 to perform the metal ion bombardment treatment.
  • the surface of the base material is etched, and the adhesion of the interface layer and the hard carbon film to be formed later is improved.
  • interface layer and the hard carbon film described later may be formed without performing the metal ion bombardment treatment on the base material.
  • the hard carbon film described later may be formed without forming the interface layer on the base material.
  • the target 3 made of glassy carbon is arranged in the film forming apparatus 1. While introducing argon gas at a flow rate of 10 cc / min, the target 3 is evaporated and ionized by a vacuum arc discharge (cathode current 120 A), and a voltage of -40 V to -200 V is applied to the substrate holder 4 by the bias power supply 9. , A hard carbon film is formed on the interface layer to obtain a cutting tool.
  • Glassy carbon is a high-purity carbonaceous material and is not contaminated by metal elements as compared with the carbon sintered body (sintered graphite or the like) used for the conventional cathode.
  • glassy carbon manufactured by Hitachi Kasei Co., Ltd. does not contain aluminum (Al), and is therefore particularly suitable for cutting aluminum alloys. Further, when glassy carbon is used, the generation of macroparticles in the hard carbon film can be suppressed, a smooth hard carbon film can be obtained, and the cutting performance is improved.
  • the shape of the target is generally cylindrical, disk-shaped, or rectangular.
  • the present inventors have newly found that the triangular prism shape as shown in FIG. 15 is suitable from the viewpoint of improving the film quality of the hard carbon film. It is necessary to pass a high current through the target, but by using a V-shaped electrode and bringing the side surface of the target into close contact with the electrode, stable power supply to the target becomes possible. Further, since the target and the electrode are in close contact with each other, the cooling effect can be enhanced. Efficient cooling of the target reduces electrical resistance and facilitates the movement of arc spots. As a result, the occurrence of defects in the hard carbon film is suppressed, and the film quality of the hard carbon film is improved.
  • Example 1 [Manufacturing of cutting tools] ⁇ Sample 1 to Sample 3, Sample 7 >> In Samples 1 to 3 and Sample 7, glassy carbon is used as a raw material, and an interface layer and a hard carbon film are formed on a substrate by using a cathode arc ion plating method (referred to as “arc method” in Table 1). A cutting tool was manufactured by forming in this order.
  • arc method cathode arc ion plating method
  • a WC (particle size: 1 ⁇ m) -based cemented carbide drill having a diameter of 6 mm was prepared.
  • This base material contains 8% by mass of Co as a binder.
  • the base material is mounted in the film forming apparatus 1 shown in FIG. 14, and the degree of vacuum in the film forming apparatus 1 is 5 ⁇ 10 -4 Pa while heating the base material to 200 ° C. using the base material heating heater 6.
  • the atmosphere was.
  • the set temperature of the base material heater 6 is lowered to set the base material temperature to 100 ° C., and then argon gas is introduced to maintain the atmosphere of 2 ⁇ 10 -1 Pa, and the base material is used by the film forming bias power source 9.
  • An argon plasma cleaning of the surface of the base material was performed by applying a voltage of ⁇ 1000 V to the holder 4. Then, the argon gas was exhausted.
  • the target made of chromium (Cr) is evaporated and ionized by vacuum arc discharge (cathode current 80A) without introducing gas into the film forming apparatus 1, and the bias power supply 9 is used to supply ⁇ 800V to the base material holder 4.
  • a 5 nm-thick interface layer made of chromium (Cr) was formed on the substrate by applying the voltage of. After that, the hydrocarbon gas was exhausted.
  • the target made of titanium (Ti) is evaporated and ionized by a vacuum arc discharge (cathode current 80A) without introducing gas into the film forming apparatus 1, and the bias power supply 9 is used to supply ⁇ 800V to the base material holder 4.
  • a 5 nm-thick interface layer made of titanium (Ti) was formed on the substrate by applying the voltage of. After that, the hydrocarbon gas was exhausted.
  • Sample 4 to Sample 6 Sample 8 >> In Samples 4 to 6 and Sample 8, a cutting tool was prepared by forming a hard carbon film on a base material using glassy carbon as a raw material and using a cathode arc ion plating method.
  • Sample 9 a cutting tool was produced by forming a hard carbon film on a base material using sintered graphite as a raw material and using a cathode arc ion plating method.
  • Sample 10 a cutting tool was prepared by the same manufacturing method as sample 9, and the surface of the hard carbon film was polished with elastic abrasive grains impregnated with diamond abrasive grains to remove droplets on the surface. I prepared something.
  • Sample 11 a cutting tool was produced by forming a hard carbon film having a thickness of 0.6 ⁇ m on the same substrate as Sample 1 by using a plasma CVD method using methane gas as a raw material.
  • the cutting tools of Samples 1 to 7 correspond to Examples.
  • the cutting tools of Samples 8 to 11 correspond to Comparative Examples.
  • Samples 1 to 7 had a larger number of machined holes, had excellent wear resistance, and had a longer tool life than Samples 8 to 11 (Comparative Example).
  • the density of the hard carbon film of Sample 8 is less than 2.5 g / cm 3 and the crystallinity is more than 6.5%, it is considered that the hardness is low, the wear resistance is lowered, and the tool life is short. ..
  • the hard carbon film does not contain the graphite phase, the hardness is low, the wear resistance is lowered, and the tool life is considered to be short.
  • Example 2 >> ⁇ Sample 2-1 >> (Preparation of base material)
  • a base material As a base material, a cermet insert having a chip model number DCGT11T308 was prepared. The surface of the base material was washed with argon plasma in the same manner as in Sample 1.
  • Sample 2-2 is the same insert as the insert prepared in Sample 2-1. Sample 2-2 does not have a hard carbon film.
  • Sample 2-1 the peak derived from the graphite phase and the spectrum derived from the amorphous phase were confirmed. This indicates that the hard carbon film of Sample 2-1 contains a graphite phase and an amorphous phase.
  • the cutting tool of sample 2-1 corresponds to the embodiment.
  • the cutting tool of sample 2-2 corresponds to a comparative example. It was confirmed that Sample 2-1 (Example) had a longer cutting length, excellent fracture resistance, and a longer tool life than Sample 2-2 (Comparative Example).
  • Example 3 >> ⁇ Sample 3-1 >> (Preparation of base material)
  • a base material an insert made of cubic boron nitride having a chip model number VBGW160408 was prepared. The surface of the base material was washed with argon plasma in the same manner as in Sample 1.
  • Sample 3-2 is the same insert as the insert prepared in Sample 3-1. Sample 3-2 does not have a hard carbon film.
  • Sample 3-1 the peak derived from the graphite phase and the spectrum derived from the amorphous phase were confirmed. This indicates that the hard carbon film of Sample 3-1 contains a graphite phase and an amorphous phase.
  • the cutting tool of sample 3-1 corresponds to the embodiment.
  • the cutting tool of sample 3-2 corresponds to a comparative example. It was confirmed that Sample 3-1 (Example) had a longer cutting length, excellent fracture resistance, and a longer tool life than Sample 3-2 (Comparative Example).

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Abstract

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。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、前記硬質炭素膜の密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以上３．５ｇ／ｃｍ３以下であり、前記硬質炭素膜の結晶化度は、６．５％以下であり、前記非晶質相の平均配位数は、２．５以上４以下である。

Description

切削工具
　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、
　前記硬質炭素膜の密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以上３．５ｇ／ｃｍ３以下であり、
　前記硬質炭素膜の結晶化度は、６．５％以下であり、
　前記非晶質相の平均配位数は、２．５以上４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、図３のＸ線回折パターンから算出された実測の原子間距離と全相関関数との関係、及び、逆モンテカルロ法によるフィッティング後の原子間距離と全相関関数との関係を示す図である。 図１３は、逆モンテカルロ法を説明するための図である。 図１４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１５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、
　前記硬質炭素膜の密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以上３．５ｇ／ｃｍ３以下であり、
　前記硬質炭素膜の結晶化度は、６．５％以下であり、
　前記非晶質相の平均配位数は、２．５以上４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、基材と硬質炭素膜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、マグネシウム合金などの切削に適する。
　（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、マグネシウム合金などの切削に適する。
　［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の密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以上３．５ｇ／ｃｍ３以下であり、該硬質炭素膜２０の結晶化度は、６．５％以下であり、該非晶質相２５の平均配位数は、２．５以上４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）～（iv）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。密度の小さい非晶質相中に、密度の大きいグラファイト相が含まれていると、グラファイト相が、有機高分子材料中のナノフィラーのような機能を発揮する。すなわち、切削加工時にグラファイト相が適度に摩耗し、切削工具表面の凹凸に起因する摩擦を低減するため、被削材の溶着を抑制することができる。
　（ii）本実施形態の切削工具において、硬質炭素膜の密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以上３．５ｇ／ｃｍ３以下である。硬質炭素膜の密度がこの範囲であると、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、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。
　（iv）本実施形態の切削工具において、非晶質相の平均配位数は、２．５以上４以下である。非晶質相の平均配位数がこの範囲であると、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。非晶質相の平均配位数が２．５以下であると、硬度が低下し耐摩耗性が得られない。また、炭素原子は４配位以上はとることができないので、４を超えることはない。
　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、ピークの回折強度（ＣＰＳ）（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、ピークの回折角度（２θ）がグラファイト結晶のピークの回折角度（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。
　（硬質炭素膜の密度）
　硬質炭素膜２０の密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以上３．５ｇ／ｃｍ３以下である。硬質炭素膜は、その密度が大きいほど硬度が高くなり、密度が小さいほど硬度が低くなる。硬質炭素膜の密度がこの範囲であると、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。
　硬質炭素膜の密度の下限は２．５ｇ／ｃｍ３以上であり、２．８ｇ／ｃｍ３以上が好ましく、３．１ｇ／ｃｍ３以上がより好ましい。硬質炭素膜の密度の上限は３．５ｇ／ｃｍ３以下であり、３．４ｇ／ｃｍ３以下が好ましい。硬質炭素膜の密度は、３．０ｇ／ｃｍ３以上３．５ｇ／ｃｍ３以下が好ましく、３．２ｇ／ｃｍ３以上３．４ｇ／ｃｍ３以下がより好ましい。
　硬質炭素膜の密度は、Ｘ線反射率法（測定装置：リガク社製の「ＳｍａｒｔＬａｂ」（商標））により測定する。Ｘ線反射率法の測定条件は下記の通りである。
　入射Ｘ線波長：０．１５４０６ｎｍ（ＣｕＫ線）
　出力：４５ｋＶ，２００ｍＡ
　測定範囲（試料表面とのなす角）：０．０～１．０°
　測定ステップ：０．００１°
　なお、解析には可能な限りＳ／Ｎの良い範囲を用いる。
　（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、５．９％以下が好ましく、５．０％以下がより好ましい。硬質炭素膜の結晶化度は２％以上６．５％以下が好ましく、３％以上５％以下が更に好ましい。
　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（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１０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に由来するピーク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。
　（非晶質相の平均配位数）
　非晶質相２５の平均配位数は２．５以上４以下である。非晶質相の平均配位数がこの範囲であると、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。
　非晶質相の平均配位数の下限は２．５以上であり、３以上が好ましく、３．５以上がより好ましい。非晶質相の平均配位数の上限は４以下であり、非晶質相の平均配位数は、３．５以上４以下がより好ましい。
　本明細書において、非晶質相の平均配位数は下記の方法により算出される。算出方法の詳細について、図３、図１２及び図１３を用いて説明する。
　（Ｃ１）硬質炭素膜について、上記の（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。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を図３に示す。
　（Ｃ２）得られたＸ線回折パターンから全相関関数を算出する。全相関関数は、Ｘ線回折測定で得られたスペクトルに対し、バックグランドなどの補正を行った後、フーリエ変換により算出する。全相関関数は、例えば、［文献１］白又ら、「Ｘ線散乱パターンを用いたＰＤＦ解析～理論と実際～」、リガクジャーナル、株式会社リガク、２０１９、５０（１）、ｐ．１－８、［文献２］鈴谷賢太郎、「中性子回折・全散乱法による液体・非晶質構造解析の基礎」、ＲＡＤＩＯＩＳＯＴＯＰＥＳ、公益社団法人日本アイソトープ協会、２０１１、６０、ｐ．６３－８７、等の記載に基づき算出することができる。
　（Ｃ３）次に、全相関関数において、最近接する炭素原子対（Ｃ－Ｃ）間の距離（図１２において、「原子間距離」として示される）範囲を０．１３０～０．１８５ｎｍと規定し、この範囲の実測ピークを再現できる炭素原子構造モデルを作製する。図１２は、図３のＸ線回折パターンから算出された実測の原子間距離と全相関関数との関係、及び、逆モンテカルロ法によるフィッティング後の原子間距離と全相関関数との関係を示す図である。図１２において、原子間距離０．１３０～０．１８５ｎｍの範囲の実測ピークはＰ１と示される。
　上記の炭素原子構造モデルの作製には、逆モンテカルロ法を用いる。図１３は、逆モンテカルロ法を説明するための図である。図１３に示されるように、逆モンテカルロ法とは、対象とする物質の密度を持つ立方体セルの中に存在する原子を乱数を用いて動かし、対象とする物質のＸ線回折等の実験データを再現するような構造モデルを求めるシミュレーション法である。逆モンテカルロ法の詳細については、後述する。
　（Ｃ４）得られた炭素原子構造モデルから、非晶質相の平均配位数を算出する。
　（逆モンテカルロ法）
　本明細書において、実測の全相関関数のフィッティングには逆モンテカルロ法を用いた。逆モンテカルロ法の手順については、例えば、［文献３］白川ら、まてりあ、公益社団法人日本金属学会、１９９４、第３３巻、第４号、ｐ．４００－４０８に記載されている。
　逆モンテカルロ法では、得られたモデルから全相関関数を算出し、距離領域(０．１４０～０．１８５ｎｍ)における、モデルでの全相関関数と実測の全相関関数との差分の面積(Ｓ)を計算する。Ｓの値が１０ｅｌ２/ｎｍ以下になるまでフィッティングを繰り返す。このようにして、最終的に得られた炭素原子構造モデル（図１３の右図参照）から平均配位数を算出する。
　（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％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Ｈｅイオンと衝突した水素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、０．５ｎｍ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１４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２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－４０Ｖ～－２００Ｖ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。
　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１５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１０ｃｃ／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７＞＞
　試料１～試料３及び試料７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１＞
　（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１４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。
　（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－８００Ｖ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－２００Ｖ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。
　＜試料２＞
　（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－１５０Ｖ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。
　＜試料３＞
　（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。
　＜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８０Ａ）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－８００Ｖ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。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－４０Ｖ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。
　＜＜試料４～試料６、試料８＞＞
　試料４～試料６及び試料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４～試料６、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に表１の「バイアス電圧（Ｖ）」欄に示される電圧をかけて、基材上に硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。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９＞
　試料９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。
　（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０．６μｍの硬質炭素膜を形成し、切削工具を得た。なお、この試料の表面にはドロップレットが確認された。
　＜＜試料１０＞＞
　試料１０として、試料９と同一の製造方法で切削工具を作製し、その硬質炭素膜表面を、ダイヤモンド砥粒が含侵された弾性砥粒を用いて磨きを行い、表面のドロップレットを除去したものを準備した。
　＜＜試料１１＞＞
　試料１１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０．６μｍ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１０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１０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１１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１１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。
　（密度の測定）
　各試料の硬質炭素膜について、密度を測定した。密度の測定方法は、実施形態１に記載されいているため、その説明は繰り返さない。結果を表１の「密度（ｇ／ｃｍ３）」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。
　（平均配位数の測定）
　各試料の硬質炭素膜について、非晶質相の平均配位数を測定した。平均配位数の測定方法は、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「配位数（配位）」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
　ドリルの先端が摩耗しアルミ合金の凝着が発生した後欠損（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 JPOXMLDOC01-appb-T000001
　＜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１１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１１（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、硬質炭素膜の密度が２．５ｇ／ｃｍ３未満、かつ、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及び試料１０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１１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ＤＣＧＴ１１Ｔ３０８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０．６μｍ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、密度の測定、結晶化度の測定、平均配位数の測定）
　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、密度の測定、結晶化度の測定、非晶質相の平均配位数の測定を行った。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）」、「密度（ｇ／ｃｍ３）」、「結晶化度（％）」、「配位数（配位）」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：１．０ｍｍ
　切削油：０．４ＭＰａ
　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 JPOXMLDOC01-appb-T000002
　＜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０．６μｍ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、密度の測定、結晶化度の測定、平均配位数の測定）
　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、密度の測定、結晶化度の測定、非晶質相の平均配位数の測定を行った。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）」、「密度（ｇ／ｃｍ３）」、「結晶化度（％）」、「配位数（配位）」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：５００ｍ／分
　送り速度：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
　切り込み：０．５ｍｍ
　切削油：外部給油０．４ＭＰａ
　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 JPOXMLDOC01-appb-T000003
　＜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、Ｐ１　実測ピーク

Claims (7)

  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、
    　前記硬質炭素膜の密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以上３．５ｇ／ｃｍ３以下であり、
    　前記硬質炭素膜の結晶化度は、６．５％以下であり、
    　前記非晶質相の平均配位数は、２．５以上４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. 　前記硬質炭素膜の水素含有量は、５原子％以下である、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は接している、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の切削工具。
  5. 　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から請求項３のいずれか１項に記載の切削工具。
  6. 　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５のいずれか１項に記載の切削工具。
  7. 　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５のいずれか１項に記載の切削工具。
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