JPH10287491A

JPH10287491A - 表面粗さを調整したダイヤモンド被覆硬質部材

Info

Publication number: JPH10287491A
Application number: JP10810197A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kodama; 浩亨児玉; Masaru Yagi; 優八木
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】耐摩耗性、耐剥離性、耐チッピング性にすぐ
れ、特に切削工具として実用可能な表面粗さを調整した
ダイヤモンド被覆硬質部材の提供。【解決手段】基材の上にダイヤモンドおよび／または
ダイヤモンド状カーボンの被膜を被覆したダイヤモンド
被覆硬質部材であって、該被膜に隣接する該基材の平均
表面粗さがＲａ表示において０．１μｍ〜２．５μｍに
調整されており、該被膜の平均表面粗さがＲａ表示にお
いて１．５μｍ以下に調整されており、かつ該被膜の平
均表面粗さをＲａ（ｃ）と表示し、該基材の平均表面粗
さをＲａ（ｓ）と表示したときに、Ｒａ（ｃ）≦Ｒａ
（ｃ）からなることを特徴とする表面粗さを調整したダ
イヤモンド被覆硬質部材。（但し、Ｒａは、日本工業規
格ＪＩＳＢ０６０１に記載の内容に準ずる）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被膜が緻密である
こと、膜質がすぐれていること、被膜の付着性および耐
剥離性がすぐれていることを特徴とする表面粗さを調整
したダイヤモンド被覆硬質部材に関し、具体的には、基
材の表面粗さと、基材上に被覆するダイヤモンドを主成
分とする被膜の表面粗さとを調整することにより、旋削
工具，ドリル，エンドミル，リーマ，フライス工具に代
表される切削工具部材，スリッターなどの切断工具，ノ
ズル，光学素子成形型，ボンデングツールに代表される
耐摩耗性および耐摩擦性を重要視する耐摩耗性工具、さ
らには電子工業，精密工業，化学工業などに用いられる
構造部材，機能部材として実用可能な表面粗さを調整し
たダイヤモンド被覆硬質部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から超硬合金に代表される焼結合金
の基材上にダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド状
カ−ボンの被膜を被覆してなるダイヤモンド被覆焼結合
金についての検討が行われており、その被膜の耐摩耗性
を発揮させることにより工具材料、特に切削工具として
実用化しようという試みが行われている。

【０００３】ダイヤモンド被覆焼結合金は、ダイヤモン
ドおよび／またはダイヤモンド状カーボンが他の物質と
の濡れ性に劣ることから、基材の表面にダイヤモンドお
よび／またはダイヤモンド状カ−ボンの被膜を、密着性
および付着性を高めた状態に、いかに被覆することがで
きるかという問題が最大の課題となっている。また、各
種の基材上にダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド
状カ−ボンの被膜がある程度の密着性および付着性にす
ぐれた状態に被覆されたとしても、工具材料に応用した
場合には、実用時に被膜の剥離またはチッピングが生じ
易くなるという課題がある。

【０００４】特に、旋削工具，フライス工具，ドリル，
エンドミルに代表される切削工具、金型，裁断刃，切断
刃に代表される耐摩耗工具などの工具の場合は、最も苛
酷な条件で用いられるために、例えば超硬合金でなる基
材と被膜との密着性および付着性、ならびに被膜の表面
粗度が一層重要な問題になっている。

【０００５】ダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド
状カ−ボンの被膜と基材との密着性を高めて、工具とし
て用いることが可能なダイヤモンド被覆焼結合金とし
て、多数提案されており、このうち、基材の表面をエッ
チングすることについて提案されている代表的なもの
に、特開昭６３−５３２６９号公報，特開平１−２０１
４７５号公報，特開平１−２４６３６１号公報，特開平
２−２１７３９８号公報，特開平３−１０７４６０号公
報および特開平３−１１５５７１号公報があり、基材の
表面粗さについて提案されている代表的なものに、特開
平７−２２３１０１号公報がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンド被覆焼結
合金の基材の表面部について提案されている先行技術の
内、特開昭６３−５３２６９号公報，特開平１−２０１
４７５号公報，特開平１−２４６３６１号公報，特開平
２−２１７３９８号公報，特開平３−１０７４６０号公
報および特開平３−１１５５７１号公報には、超硬合金
でなる基材の表面を酸によりエッチング処理すること、
特に特開平２−２１７３９８号公報および特開平３−１
０７４６０号公報には、基材の表面を酸や中性物質によ
り電解研磨およびエッチング処理して、表面部に存在す
る結合相を除去した基材の表面にダイヤモンドの被膜を
被覆することが開示されている。

【０００７】これらの公報に開示されている方法により
得られるダイヤモンド被覆焼結合金は、酸溶液によるエ
ッチングであるために、結合相のみがエッチングされ
て、エッチング前後における基材表面の面粗さの変動が
余り大きくなく、理想的な凹凸面にすることが困難であ
ることから、基材表面に被覆されたダイヤモンドの被膜
の付着性および密着性に満足できないという問題があ
り、特に工具材料に応用した場合には短寿命になるとい
う問題がある。

【０００８】また、特に特開平２−２１７３９８号公報
および特開平３−１０７４６０号公報に開示されている
ように、酸による電解研磨およびエッチングにより、基
材表面部のエッチング深さを深くした場合には、上述の
問題の他に、さらに基材表面部の強度が低下するという
問題がある。

【０００９】特開平７−２２３１０１号公報には、基材
とダイヤモンド被膜との接合表面における表面粗さがＲ
ａ＝０．１〜３μｍに調整することが開示されている。
しかしながら、同公報に開示のダイヤモンド被覆焼結合
金は、ダイヤモンド被膜の表面粗さが調整されていない
ことから、基材とダイヤモンド被膜との付着性および密
着性が著しく低く、工具として用いた場合に被膜の剥
離，チッピングなどにより短寿命になりやすいという問
題がある。

【００１０】また、その他の技術文献に、基材の表面に
被覆したダイヤモンドの被膜表面を研磨して表面粗さを
小さくすると、長寿命化を達成することが可能であると
開示されているものがある。この場合、従来のダイヤモ
ンド被覆部材に対比して、ダイヤモンドの被膜表面粗さ
を小さくすることにより、長寿命の傾向を有している
が、基材の表面粗さを調整していないために、より過酷
な条件で実用された場合には、基材と被膜との付着性お
よび密着性の低下、被膜の剥離，チッピングなどにより
短寿命になりやすいという問題がある。

【００１１】本発明は、上述のような問題点を解決した
もので、具体的には、金属，合金，焼結合金，またはセ
ラミックス焼結体の基材の表面粗さを調整することによ
り、その基材表面に被覆する被膜の成膜時にダイヤモン
ドの核が容易に、かつ多量に形成可能であること、緻密
な膜にし得ること、および膜質にすぐれること、そして
成膜後の被膜表面粗さを調整すると、実用時において被
膜の耐摩耗性および耐摩擦性が向上し、基材との付着性
および密着性がより一層すぐれるようになることから被
膜厚さを厚く被覆することが可能となること、これらが
総合されて耐摩耗性，耐剥離性，耐チッピング性にすぐ
れること、特に切削工具として実用可能な表面粗さを調
整したダイヤモンド被覆硬質部材の提供を目的とするも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために長年に亘り研究を重ねていたところ、
超硬合金でなる基材表面の面粗さが、ダイヤモンドの気
相合成時におけるダイヤモンドの核形成量および膜質に
大きく影響すること、それにより成膜されたダイヤモン
ド被膜と基材との付着性，密着性に大きく影響するこ
と、これら両方の効果を最大に発揮させるためには、最
適な基材表面の面粗さが存在するという第１の知見を得
た。

【００１３】また、本発明者らは、基材の表面に気相合
成法によりダイヤモンド被膜を被覆した場合に、被膜表
面の面粗さが実用時における相手物質との摩擦および摩
耗に大きく影響を及ぼし、そして基材表面の面粗さと被
膜表面の面粗さとの関係から、被膜の耐剥離性を最大に
高め得ること、その結果、切削工具として用いた場合に
長寿命となるという第２の知見を得た。これら第１およ
び第２の知見に基づいて、本発明を完成するに至ったも
のである。

【００１４】すなわち、本発明のダイヤモンド被覆硬質
部材は、基材の上にダイヤモンドおよび／またはダイヤ
モンド状カーボンの被膜を被覆したダイヤモンド被覆硬
質部材であって、該被膜に隣接する該基材の平均表面粗
さがＲａ表示において０．１μｍ〜２．５μｍに調整さ
れており、該被膜の平均表面粗さがＲａ表示において
１．５μｍ以下に調整されており、かつ該被膜の平均表
面粗さをＲａ（ｃ）と表示し、該基材の平均表面粗さを
Ｒａ（ｓ）と表示したときに、Ｒａ（ｃ）≦Ｒａ（ｓ）
からなることを特徴とするものである。（但し、Ｒａ
は、日本工業規格ＪＩＳＢ０６０１に記載の内容に準
ずる）

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明のダイヤモンド被覆硬質部
材における基材は、ダイヤモンド気相合成法において、
変形が生じない材料であり、かつ基材表面に被膜が被覆
された後に実用時に耐え得る材料ならば問題はなく、具
体的には、例えばＳｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｔａ，
Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒの金属、これらの金属の中の少な
くとも１種を含む合金，高速度鋼，ダイス鋼などの合
金、またはサーメット，超硬合金などの焼結合金、もし
くは窒化珪素基焼結体，炭化珪素基焼結体，炭化タング
ステン主体の炭化物含有焼結体などのセラミックス焼結
体、あるいはこれらの金属，合金，焼結合金，セラミッ
クス焼結体の表面にダイヤモンドおよび／またはダイヤ
モンド状カーボン以外の無機物質からなる単層，多層の
薄膜を被覆した部材を挙げることができる。

【００１６】これらの基材のうち、実質的に周期律表の
４ａ，５ａ，６ａ族元素，Ｓｉ，Ａｌの炭化物，窒化
物，酸化物，およびこれらの相互固溶体の中の少なくと
も１種の硬質相と不可避不純物とからなるセラミックス
焼結体でなる基材、または９９重量％以上の炭化タング
ステンを主成分とする硬質相と残部がＣｏおよび／また
はＮｉを主成分とする結合相と不可避不純物とからなる
セラミックス焼結体でなる基材、もしくは１重量％を超
えて１０重量％以下のＣｏおよび／またはＮｉを主成分
とする結合相と残部が炭化タングステンを主成分とする
硬質相と不可避不純物とからなる超硬合金でなる基材の
場合は、気相合成法によるダイヤモンド被膜の膜質を高
めることが容易であることから好ましいことである。

【００１７】特に、上述の超硬合金からなる基材の場合
には、切削工具として実用した場合に、基材自体の強度
および靭性にすぐれていることから、長寿命を発揮させ
得ることが可能となり、好ましいことである。この超硬
合金は、従来から実用されている超硬合金である、例え
ばＪＩＳ規格のＢ４１０４およびＢ４０５３に記載され
ている超硬合金を用いることができる。具体的には、Ｃ
ｏおよび／またはＮｉを主成分とする結合相１〜１５重
量％と残部が炭化タングステンのみの硬質相、または８
０重量％以上の炭化タングステンと他の炭化物，窒化
物，炭窒化物を少なくとも１種を２０重量％以下とでな
る硬質相からなる超硬合金である。これらの超硬合金の
うち、特に、上述の結合相を１〜１０重量％と残部が上
述の硬質相からなる超硬合金である場合がダイヤモンド
被膜形成と実用時の強度，靭性から好ましいことであ
る。

【００１８】この超硬合金の基材のうち、結合相は、具
体的には、Ｎｉ，Ｃｏ，ＮｉとＣｏの混在，またはＮｉ
−Ｃｏ合金からなる場合、もしくはこれらのＮｉおよび
／またはＣｏと他の金属との混在、あるいは相互合金と
なっている場合がある。このうち、Ｎｉ，Ｃｏ以外の金
属の含有した結合相は、具体的には、例えばＣｏ−Ｆｅ
合金，Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｎｉ−Ｍｏ合金，Ｃｏ−Ｍｏ合
金，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｍｏ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ合金，Ｃ
ｏ−Ｃｒ合金，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ合
金，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｃｒ合金，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ合金，Ｃ
ｏ−Ｖ合金，Ｎｉ−Ｖ合金，Ｃｏ−Ｎｉ−Ｖ合金，Ｃｏ
−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｖ合金，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｖ合金，Ｎｉ−Ｃ
ｒ−Ｖ合金，Ｃｏ−Ｗ合金，Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金を挙
げることができる。この結合相は、Ｃｏ，Ｎｉの中の
少なくとも１種が結合相に対して、５０ｗｔ％以上含有
されていることが好ましいことである。この結合相の含
有量は、ドリルおよびエンドミルに代表される回転工具
に用いる場合には、超硬合金全体に対して２〜１０重量
％でなることが特に好ましく、硬質相の粒成長抑制効果
の高いＣｒおよび／またはＶが含有されていることがさ
らに好ましいことである。

【００１９】さらに、これらの金属，合金，焼結合金，
セラミックス焼結体の表面に、ダイヤモンドおよび／ま
たはダイヤモンド状カーボンの被膜以外の無機物質から
なる薄膜を被覆した基材の場合には、ダイヤモンドの被
膜合成時にダイヤモンドの核発生および成長を阻害させ
ないような物質からなる薄膜の選択が可能となること、
かつ基材全体の強度および靭性をも選定でき得ることか
ら、好ましいことである。具体的には、例えば超硬合金
や高速度鋼の表面に、ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，（ＴｉＡｌ）
Ｎ，ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄，Ｓｉの中の１種の単層または２
種以上の多層からなる薄膜を被覆した基材を挙げること
ができる。このときの薄膜の厚さは、上述の被膜の形成
時に効果が発揮され得る最低厚さがあればよく、具体的
には、０．１μｍ以上，好ましくは０．５〜５μｍであ
る。

【００２０】この基材は、ダイヤモンドおよび／または
ダイヤモンド状カーボンの被膜に隣接する基材表面の平
均の表面粗さがＲａ＝０．１μｍ〜２．５μｍからなる
ことである。この基材表面の平均の表面粗さがＲａ＜
０．１μｍの場合には、基材への被膜の付着性，密着性
が劣ること、逆に基材表面の平均の表面粗さがＲａ＞
２．５μｍの場合には、基材上に被覆されるダイヤモン
ドおよび／またはダイヤモンド状カーボンの被膜表面の
面粗さが粗くなり、例えば切削工具として用いると、切
削抵抗が高くなり、欠損および被膜の剥離の原因になる
こと、相手材である被削材の仕上げ面を粗くし、短寿命
となる。また、被覆後にラッピングなどにより、被膜表
面粗さを調整するとしても、物質の中で最高の硬さを有
している被膜表面粗さの調整は、長時間を要すること、
被膜を損傷する可能性が高くなる。したがって、基材表
面の平均の表面粗さは、Ｒａ＝０．１μｍ〜２．５μｍ
と定めたものである。

【００２１】この基材上に被覆されるダイヤモンドおよ
び／またはダイヤモンド状カーボンの被膜は、平均の表
面粗さがＲａ≦１．５μｍでなるものである。この被膜
の平均の表面粗さがＲａ＞１．５μｍになると、上述し
たように、例えば切削工具として用いた場合に、切削抵
抗が高くなり、欠損および被膜の剥離の原因になるこ
と、相手材である被削材の仕上げ面を粗くし、短寿命と
なるという問題がある。この被膜の平均の表面粗さがＲ
ａ≦１．０μｍでなることが好ましく、特に好ましいの
は、Ｒａ＝０．１〜１．０μｍである。また、この被膜
の膜厚さは、用途により最適値が異なるが、切削工具ま
たは耐摩耗工具のような過酷な条件でも実用可能な膜厚
さとするためには、平均膜厚さを１〜１５μｍとするこ
とが好ましいことである。

【００２２】この基材表面の面粗さと被膜表面の面粗さ
との比が重要であり、被膜表面の面粗さが基材表面の面
粗さより大きくなると、膜の耐密着性，耐付着性，耐剥
離性，および耐チッピング性の低下が著しくなること、
さらに摩擦性の増大と、相手材料への損傷の増大を誘起
させることになる。

【００２３】この本発明のダイヤモンド被覆硬質部材に
おける基材の表面粗さの調整は、従来から行われている
表面粗さ調整方法である、例えば研磨，ラッピング，腐
食，バレル処理，ショットピーニング処理，熱処理など
の方法により調整することができる。このことを、超硬
合金の基材について、具体的に説明すると、例えば、焼
き肌面または研磨面でなる超硬合金の表面を、アルカリ
溶液中で超硬合金の表面に存在する硬質相を電解腐食
し、その後酸溶液中で超硬合金の表面に存在する結合相
を腐食することにより、基材の表面粗さを調整すること
ができる。

【００２４】このようにして、表面粗さを調整した基材
を用いて、例えば従来から行われているマイクロ波プラ
ズマ化学蒸着法，高周波プラズマ化学蒸着法により、基
材の表面にダイヤモンドおよび／またはダイヤモンド状
カーボンからなる被膜を被覆する。このとき、基材の表
面粗さの調整と、その基材の表面に被覆する被膜形成条
件により、被膜の表面粗さを調整することも可能であ
り、この場合には、後工程を省略することができて、か
つ寿命が向上するのに最適な被膜表面粗さにすることが
できることから好ましいことである。しかし、その被膜
の表面粗さは、調整範囲が狭いことから、被膜形成後
に、例えば従来から行われている微粒ダイヤモンドペー
ストによるラッピング法，金属酸化物との摩擦接触によ
る酸化法，熱腐食法などにより、被膜の表面粗さを調整
することも、特に好ましい。

【００２５】

【作用】本発明のダイヤモンド被覆硬質部材は、基材の
表面粗さを調整することにより、被膜の成膜時にダイヤ
モンドの核の発生を誘起させていること、良質な被膜を
生成させていること、基材表面の凹凸にクサビ状に被膜
がくい込んで基材と被膜との密着性，付着性を高めると
いう作用をしているものである。また、本発明のダイヤ
モンド被覆硬質部材は、被膜の表面粗さを調整すること
により、相手材料との摩擦抵抗を低減する作用をし、被
膜の表面粗さが基材の表面粗さと等しいか、または被膜
の表面粗さが基材の表面粗さより小さくすることによ
り、より一層の基材と被膜との密着性，付着性を高めて
いること、被膜の耐剥離性，部材の耐欠損性，耐チッピ
ング性を高めていること、切削工具として用いた場合に
相手材料である被削材の仕上げ面粗さを高めるという間
接的な作用をもしているものである。

【００２６】

【実施例１】市販されている平均粒径が約０．５〜２μ
ｍの各種粉末を用いて、表１に示した配合組成成分に秤
量し、混合粉砕，粉末成形および焼結（焼結条件、１×
１０^-2Ｔｏｒｒ，１４００〜１６００℃，５０分間保
持）を行って形状および表面粗さがＪＩＳ規格のＳＮＧ
Ｎ１２０４０８に相当する焼結体の基材を得た。これら
の基材を用いて、表１に併記したアルカリ溶液中でそれ
ぞれの基材を陽極とし、銅板を陰極として、直流電流を
流して各基材の表面を電解腐食した。次いで、各基材表
面を洗浄，乾燥後、表１に併記した酸処理により各基材
表面を腐食した。次に、各基材は、ダイヤモンド砥粒に
よる表面の傷付け処理，洗浄，乾燥後、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置内に設置し、水素：２００ＳＣＣＭ，メ
タン：１ＳＣＣＭ，圧力：４０Ｔｏｒｒの雰囲気中、マ
イクロ波出力：２．１ｋｗ，基材温度：９５０℃の条件
により、各基材表面にダイヤモンドの被膜を被覆して本
発明品１〜９を得た。

【００２７】比較として、基材と被膜の表面粗さは、研
磨およびラッピングにより調整作製した基材の表面粗さ
と被膜の表面粗さとの比が本発明品から外れた比較品１
〜３、および基材表面におけるアルカリ溶液中での電解
腐食を行わなかったこと以外は、上述の本発明品と同様
に処理して比較品４〜６を得た。また、表面粗さが異な
る基材を用いた以外は、上述の本発明品と同様に処理し
て比較品７〜９を得た。

【００２８】こうして得た本発明品１〜９および比較品
１〜９について、成膜後の基材の表面粗さおよび被膜の
表面粗さをランダムに５点測定し、それぞれの平均表面
粗さを求めて、その結果を表２に示した。また、本発明
品１〜９および比較品１〜９の被膜厚さは、約１０μｍ
であった。さらに、引っ掻き硬さ試験機に相当する被膜
の耐剥離試験機を用いて、本発明品１〜９および比較品
１〜９の被膜がそれぞれ剥離する最大荷重を求めて表２
に併記した。次に、本発明品１〜９および比較品１〜９
を用いて、被削材：Ａｌ−１８ｗｔ％Ｓｉ合金，切削速
度：９００ｍ／ｍｉｎ，送り：０．１ｍｍ，切り込み：
０．５ｍｍ，乾式切削という条件で旋削試験を行い、逃
げ面摩耗量が０．３ｍｍまたは欠損，チッピングが発生
したときを寿命とし、寿命までの切削時間を求めて表２
に併記した。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【実施例２】実施例１で用いた各種の粉末を、表３に示
した配合組成成分に秤量したこと、形状が直径６ｍｍ，
長さ８０ｍｍのドリルを基材としたこと、ドリルの刃先
先端から約２０ｍｍまでを、表３に併記した腐食溶液に
よる腐食および被膜の被覆を施したこと、被膜処理条件
が熱フィラメント装置，フィラメント：タングステン
線，水素：２００ＳＣＣＭ，メタン：１ＳＣＣＭ，圧
力：３０Ｔｏｒｒ，フィラメント温度：２０００℃，基
材温度：９００℃とした以外は、実施例１の本発明品１
〜９とほぼ同様にして本発明品１０〜１８を得た。

【００３２】比較として、基材と被膜の表面粗さは、研
磨およびラッピングにより調整作製した基材の表面粗さ
と被膜の表面粗さとの比が本発明品から外れた比較品１
０〜１２、および基材表面におけるアルカリ溶液中での
電解腐食を行わなかったこと以外は、上述の本発明品と
同様に処理して比較品１３〜１５を得た。また、表面粗
さが異なる基材を用いた以外は、上述の本発明品と同様
に処理して比較品１６〜１８を得た。

【００３３】こうして得た本発明品１０〜１８および比
較品１０〜１８について、成膜後の基材の表面粗さおよ
び被膜の表面粗さをランダムに５点測定し、それぞれの
平均表面粗さを求めて、その結果を表４に示し、実施例
１と同様にして被膜の耐剥離性を求めて表４に併記し
た。また、本発明品１０〜１８および比較品１０〜１８
の被膜厚さは、約１０μｍであった。次に、本発明品１
０〜１８および比較品１０〜１８を用いて、被削材：Ａ
ｌ−３０ｗｔ％Ｓｉ合金，切削速度：２３０ｍ／ｍｉ
ｎ，回転当りの送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ，穴深さ：２
０ｍｍ，水溶性エマルジョンによる湿式切削という条件
で穴明け試験を行い、加工穴形状の不良，またはドリル
の欠損，チッピングが発生したときを寿命とし、寿命ま
での穴加工数を求めて表４に併記した。

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】

【実施例３】表５に示した基材組成でなり、形状が直径
０．５ｍｍ，長さ５０ｍｍのミクロンドリルの基材を用
いて、ドリルの刃先先端から約５ｍｍまでを表５に併記
したアルカリ溶液中の電解腐食および酸溶液による腐食
を施したこと、並びに熱フイラメント装置によりタング
ステン線をフイラメントとし、水素：２００ＳＣＣＭ，
メタン：２ＳＣＣＭ，圧力：４０Ｔｏｒｒの雰囲気，フ
イラメント温度：１８４０℃，基材温度：９５０℃の条
件で被膜を被覆したこと以外は、ほぼ実施例１の本発明
品１〜９と同様に処理して本発明品１９〜２４を得た。

【００３７】比較として、基材と被膜の表面粗さは、研
磨およびラッピングにより調整し、基材の表面は、アル
カリ溶液の電解腐食および酸溶液の腐食を行わずに、そ
の他はほぼ同様に処理し基材の表面粗さと被膜の表面粗
さとの比が本発明品から外れた比較品１９〜２０を得
た。また、基材は、表５に併記した組成のものを用い
て、この基材表面におけるアルカリ溶液中の電解腐食を
行わずに、酸溶液の腐食のみを行って、その他はほぼ同
様に処理して比較品２１，２２を得た。さらに、基材
は、表５に併記した組成であって、この基材の表面粗さ
が本発明品から外れるようにした基材を用いて、基材表
面におけるアルカリ溶液中の電解腐食および酸溶液の腐
食を行って、その他はほぼ同様に処理して比較品２３，
２４を得た。

【００３８】こうして得た本発明品１９〜２４および比
較品１９〜２４について、成膜後の基材の表面粗さおよ
び被膜の表面粗さを実施例１と同様に測定して、その結
果を表６に示し、実施例１と同様にして被膜の耐剥離性
を求めて表６に併記した。また、本発明品１９〜２４お
よび比較品２１〜２４の基材表面部における組成成分を
確認したところ、基材の表面から内部に向かって約２μ
ｍ深さまでは結合相が減少または除去された状態となっ
ていた。また、被膜の厚さは、約５μｍであった。次い
で、本発明品１９〜２４および比較品１９〜２４を用い
て、被削材：厚さ０．６ｍｍのＡｌとＣｕを積層したプ
ラスチック製電子回路用プリント基板，切削速度：１．
４ｍ／ｍｉｎ，回転当りの送り：２μｍ／ｒｅｖ，穴深
さ：３ｍｍ，雰囲気：乾式切削という条件で、プリント
基板の穴明け試験を行い、加工穴形状が不良になったと
きを寿命とし、寿命までの穴加工数を求めて表６に併記
した。

【００３９】

【表５】

【００４０】

【表６】

【００４１】

【実施例４】実施例１で用いた各種の粉末を、表７に示
した配合組成成分に秤量したこと、形状が直径６ｍｍ，
長さ７０ｍｍ，刃長３０ｍｍの４枚刃エンドミルの基材
としたこと、刃先先端から約３０ｍｍまでを、表７に併
記した腐食溶液による腐食および被膜の被覆を施したこ
と、被膜処理条件が熱フィラメント装置，フィラメン
ト：タングステン線，水素：２５０ＳＣＣＭ，メタン：
２．３ＳＣＣＭ，圧力：３０Ｔｏｒｒ，フィラメント温
度：１８６０℃，基材温度：９５０℃とした以外は、実
施例１の本発明品１〜９とほぼ同様にして本発明品２５
〜３０を得た。

【００４２】比較として、基材と被膜の表面粗さは、研
磨およびラッピングにより調整し、基材の表面は、アル
カリ溶液の電解腐食および酸溶液の腐食を行わずに、そ
の他はほぼ同様に処理し基材の表面粗さと被膜の表面粗
さとの比が本発明品から外れた比較品２５〜２６を得
た。また、基材表面におけるアルカリ溶液中での電解腐
食を行わなかったこと以外は、上述の本発明品と同様に
処理して比較品２７〜２８を得た。また、基材の表面粗
さが異なること以外は、上述の本発明品と同様に処理し
て比較品２９〜３０を得た。

【００４３】こうして得た本発明品２５〜３０および比
較品２５〜３０について、成膜後の基材の表面粗さおよ
び被膜の表面粗さをランダムに５点測定し、それぞれの
平均表面粗さを求めて、その結果を表８に示し、実施例
１と同様にして被膜の耐剥離性を求めて表８に併記し
た。また、本発明品２５〜３０および比較品２５〜３０
の被膜厚さは、約１５μｍであった。次に、本発明品２
５〜３０および比較品２５〜３０を用いて、被削材：Ｃ
／Ｃコンポジット，工具突出し：３０ｍｍ，切削速度：
９０ｍ／ｍｉｎ，切込み：軸方向６ｍｍ−半径方向２ｍ
ｍ，刃当りの送り：０．０２ｍｍ／ｒｅｖ，乾式切削と
いう条件でエンドミルの切削試験を行い、逃げ面摩耗幅
が０．２ｍｍになったときを寿命とし、寿命までの加工
長を求めて表８に併記した。

【００４４】

【表７】

【００４５】

【表８】

【００４６】

【実施例５】実施例１で用いた各種の粉末を、表９に示
した配合組成成分に秤量したこと、形状が直径６ｍｍ，
長さ７０ｍｍ，刃長３０ｍｍの４枚刃エンドミルの基材
としたこと、刃先先端から約３０ｍｍまでを、表９に併
記した腐食溶液による腐食および被膜の被覆を施したこ
と、被膜処理条件が熱フィラメント装置，フィラメン
ト：タングステン線，水素：２５０ＳＣＣＭ，メタン：
２．３ＳＣＣＭ，圧力：３０Ｔｏｒｒ，フィラメント温
度：１８６０℃，基材温度：９５０℃とした以外は、実
施例１の本発明品１〜９とほぼ同様にして本発明品３１
〜３８を得た。

【００４７】比較として、基材と被膜の表面粗さは、研
磨およびラッピングにより調整し、基材の表面は、アル
カリ溶液の電解腐食および酸溶液の腐食を行わずに、そ
の他はほぼ同様に処理し基材の表面粗さと被膜の表面粗
さとの比が本発明品から外れた比較品３１〜３４を得
た。また、基材の表面粗さが異なること以外は、上述の
本発明品と同様に処理して比較品３５〜３８を得た。

【００４８】こうして得た本発明品３１〜３８および比
較品３１〜３８について、成膜後の基材の表面粗さおよ
び被膜の表面粗さをランダムに５点測定し、それぞれの
平均表面粗さを求めて、その結果を表１０に示し、実施
例１と同様にして被膜の耐剥離性を求めて表１０に併記
した。た。また、本発明品３１〜３８および比較品３１
〜３８の被膜厚さは、約１０μｍであった。次に、本発
明品３１〜３８および比較品３１〜３８を用いて、被削
材：Ｃ／Ｃコンポジット，工具突出し：３０ｍｍ，切削
速度：９０ｍ／ｍｉｎ，切込み：軸方向６ｍｍ−半径方
向２ｍｍ，刃当りの送り：０．０２ｍｍ／ｒｅｖ，乾式
切削という条件でエンドミルの切削試験を行い、逃げ面
摩耗幅が０．２ｍｍになったときを寿命とし、寿命まで
の加工長を求めて表１０に併記した。

【００４９】

【表９】

【００５０】

【表１０】

【００５１】

【実施例６】市販されているＭｏ板，Ｓｉ板および窒化
珪素基焼結体を基材とし、これらの基材の表面を研磨，
ラッピングおよび腐食処理により調整し、各種の表面粗
さでなる基材を作製した後、実施例１の本発明品１〜９
とほぼ同様に処理して基材表面にダイヤモンド被膜を被
覆し、それぞれの被膜表面を、ダイヤモンドペーストに
よるラッピング，酸化鉄粉末との加熱摩擦による酸化拡
散処理を施して、被膜表面の面粗さを調整した。こうし
て基材表面粗さと被膜表面粗さとを調整したダイヤモン
ド被覆部材について、実施例１の耐剥離性試験と同様に
して被膜の耐剥離性を確認した結果、基材表面粗さと被
膜表面粗さとその両者の比は、実施例１の本発明品１〜
９と比較品１〜９との関係とほぼ同様の傾向が見られ
た。

【００５２】

【発明の効果】本発明のダイヤモンド被覆硬質部材は、
基材と被膜との表面粗さ比が本願発明の範囲から外れた
比較品、表面を酸腐食処理した基材の表面にダイヤモン
ドの被膜を被覆した本発明の範囲から外れた比較品、お
よび表面をアルカリ溶液と酸溶液による腐食処理した基
材の表面にダイヤモンドの被膜を被覆した本発明の範囲
から外れた比較品に比べて、成膜時にはダイヤモンドの
核が容易にかつ多量に形成できること、成膜後には被膜
と基材との付着性および密着性がすぐれていること、そ
の成膜された膜質がすぐれていること（不純物含有量が
少い）、しかも基材との付着性および密着性がすぐれて
いることから被膜厚さを厚く被覆することが可能となる
こと、さらに被膜の表面粗さが基材の表面粗さよりも小
さくなっていることから、実用時において相手材料との
摩擦が小さく、耐摩耗性，耐剥離性，耐チッピング性を
高めること、相手材料の損傷を抑制するという効果があ
る。これらのことから、本発明のダイヤモンド被覆硬質
部材は、工具材料として用いることが可能であること、
工具材料の中でも切削工具として用いることが可能であ
ること、切削工具の中でも最も過酷な回転工具、具体的
には、例えばエンドミル，ドリル，プリント基板用ミク
ロンドリル，フライス用切削チップ，リーマとして用い
ると長寿命になるというすぐれた効果が発揮される。さ
らに、各種の基材に応用できることから、本発明のダイ
ヤモンド被覆硬質部材は、電子機器，精密機器，化学機
器，医療機器などに使用される部品としても実用できる
という効果が期待される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材の上にダイヤモンドおよび／または
ダイヤモンド状カーボンの被膜を被覆したダイヤモンド
被覆硬質部材において、該被膜に隣接する該基材の平均
表面粗さがＲａ表示において０．１μｍ〜２．５μｍに
調整されており、該被膜の平均表面粗さがＲａ表示にお
いて１．５μｍ以下に調整されており、かつ該被膜の平
均表面粗さをＲａ（ｃ）と表示し、該基材の平均表面粗
さをＲａ（ｓ）と表示したときに、Ｒａ（ｃ）≦Ｒａ
（ｓ）であることを特徴とする表面粗さを調整したダイ
ヤモンド被覆硬質部材。（但し、Ｒａは、日本工業規格
ＪＩＳＢ０６０１に記載の内容に準ずる）
【請求項２】上記被膜は、プラズマ化学蒸着法，化学
蒸着法により被覆されたものであることを特徴とする請
求項１記載の表面粗さを調整したダイヤモンド被覆硬質
部材。
【請求項３】上記被膜の平均表面粗さは、Ｒａ＝０．
１〜１．０μｍであることを特徴とする請求項１または
２記載の表面粗さを調整したダイヤモンド被覆硬質部
材。
【請求項４】上記被膜は、平均膜厚さが１〜１５μｍ
であることを特徴とする請求項１，２または３記載の表
面粗さを調整したダイヤモンド被覆硬質部材。
【請求項５】上記基材は、超硬合金でなる焼結合金ま
たは炭化タングステン，炭化珪素，窒化珪素の中の少な
くとも１種を主成分とするセラミックス焼結体、または
超硬合金からなることを特徴とする請求項１，２，３ま
たは４記載の表面粗さを調整したダイヤモンド被覆硬質
部材。
【請求項６】上記基材は、該基材の表面をアルカリ溶
液中での電解処理と酸腐食処理により調整してあること
を特徴とする請求項５記載の表面粗さを調整したダイヤ
モンド被覆硬質部材。
【請求項７】上記ダイヤモンド被覆硬質部材は、切削
工具として用いられることを特徴とする請求項１，２，
３，４，５または６記載の表面粗さを調整したダイヤモ
ンド被覆硬質部材。