JPS6147903B2 - - Google Patents
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- JPS6147903B2 JPS6147903B2 JP58177707A JP17770783A JPS6147903B2 JP S6147903 B2 JPS6147903 B2 JP S6147903B2 JP 58177707 A JP58177707 A JP 58177707A JP 17770783 A JP17770783 A JP 17770783A JP S6147903 B2 JPS6147903 B2 JP S6147903B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon film
- hard carbon
- tool
- resistance
- cutting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0227—Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching
- C23C16/0245—Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching by etching with a plasma
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は切削抵抗が小さく、かつ工具の損傷も
少なく、加工物の仕上物を高品位に仕上げること
のできる硬質カーボン膜被覆工具に関する。
少なく、加工物の仕上物を高品位に仕上げること
のできる硬質カーボン膜被覆工具に関する。
従来、切削工具等の材料としては、通常の工具
鋼の他、高速度工具鋼、超硬合金等が用いられて
いる。ところがこれらの材料は相手材料と凝着を
生じ易い材料や、又は比較的硬質な材料を切削す
る場合には抵抗が大きく、また工具も損耗し易い
という欠点がある。一方、これに対し、凝着性の
小さい硬質なセラミツクスを工具材料として用い
ることも行なわれているが、セラミツクスは脆性
を有するため、内在するクラツクに起因して工具
のチツピングないし欠損を生じ易いという問題が
ある。
鋼の他、高速度工具鋼、超硬合金等が用いられて
いる。ところがこれらの材料は相手材料と凝着を
生じ易い材料や、又は比較的硬質な材料を切削す
る場合には抵抗が大きく、また工具も損耗し易い
という欠点がある。一方、これに対し、凝着性の
小さい硬質なセラミツクスを工具材料として用い
ることも行なわれているが、セラミツクスは脆性
を有するため、内在するクラツクに起因して工具
のチツピングないし欠損を生じ易いという問題が
ある。
また最近、工具材料表面にTiN、TiC、
Al2O3、BN等の硬質材料を被覆した工具が用いら
れている。これらの被覆はイオンプレーテイン
グ、スパツタリング、CVD、プラズマ容射等に
より形成されている。これは下地材として靭性の
優れた材料を用いることにより欠損ないし割れを
生じ難くし、かつ膜の硬質なことを利用し、被削
性を向上させようとしている。しかし、被覆材料
には特に潤滑性がないため、切削抵抗は大きくな
り、このため下地材料と被覆材料の密着性が悪い
場合その接合面に応力集中が生じ剥離による脱落
が生じ易い等の問題点がある。
Al2O3、BN等の硬質材料を被覆した工具が用いら
れている。これらの被覆はイオンプレーテイン
グ、スパツタリング、CVD、プラズマ容射等に
より形成されている。これは下地材として靭性の
優れた材料を用いることにより欠損ないし割れを
生じ難くし、かつ膜の硬質なことを利用し、被削
性を向上させようとしている。しかし、被覆材料
には特に潤滑性がないため、切削抵抗は大きくな
り、このため下地材料と被覆材料の密着性が悪い
場合その接合面に応力集中が生じ剥離による脱落
が生じ易い等の問題点がある。
本発明は上記従来の問題点を解消した工具を提
供するものであつて、その構成は、ダイヤモンド
とグラフアイトの混晶からなる硬質カーボン膜を
工具材料の表面に形成したことを特徴とする。
供するものであつて、その構成は、ダイヤモンド
とグラフアイトの混晶からなる硬質カーボン膜を
工具材料の表面に形成したことを特徴とする。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明に係る硬質カーボン膜を形成するには
CVD法、プラズマCVD法、イオンビーム形成
法、スパツタリング法等を用いることができる。
CVD法、プラズマCVD法、イオンビーム形成
法、スパツタリング法等を用いることができる。
第１図に上記硬質カーボン膜を形成する方法の
一例としてプラズマCVD法による場合の装置例
の概略を示す。図において、１は真空容器、２は
基盤ホルダ、３は基盤、４は高圧電源、５はシヤ
ツタ、６は放電維持用電極、７は電子放出用フイ
ラメント、８は直流電源、９は直流電源、１０，
１１はガス導入用可変バルブ、１２は排気路、１
３は永久磁石である。真空容器１内の基盤ホルダ
２に基盤３をセツトし、前記真空容器１を５×
10-6Torr以上まで排気した後、ガス導入用可変
バルブ１１からArガスを導入し、10-3Torr程度
に設定する。電子放出用フイラメント７を直流電
源９により過熱する。次いで、放電維持用電極６
に正の電圧（50〜100V）を直流電源８によつて
印加し、前記の電子放出用フイラメント７と放電
維持用電極６との間に、Arガスプラズマを生成
する。次に、基盤３に高圧電源４により負の高電
圧（−１〜−3kV）を印加してAr+イオンによる
スパツタクリーニングを10〜〜30分間行ない、基
盤クリーニングを終了する。スパツタクリーニン
グ終了後、C2H4ガスをガス導入用可変バルブ１
０から導入し、ガス圧を10-3Torr程度に設定す
る。次にArガスによるスパツタクリーニングの
場合と同一手順で、放電維持用電極６と電子放出
用フイラメント７との間に、C2H4ガスプラズマ
を生成する。次いで、基盤３に負の高電圧（−２
〜−3.5kV）を印加した後、シヤツタ５を開き、
基盤上にダイヤモンドとダイヤモンドとグラフア
イトの混晶からなる硬質カーボン膜を形成する。
一例としてプラズマCVD法による場合の装置例
の概略を示す。図において、１は真空容器、２は
基盤ホルダ、３は基盤、４は高圧電源、５はシヤ
ツタ、６は放電維持用電極、７は電子放出用フイ
ラメント、８は直流電源、９は直流電源、１０，
１１はガス導入用可変バルブ、１２は排気路、１
３は永久磁石である。真空容器１内の基盤ホルダ
２に基盤３をセツトし、前記真空容器１を５×
10-6Torr以上まで排気した後、ガス導入用可変
バルブ１１からArガスを導入し、10-3Torr程度
に設定する。電子放出用フイラメント７を直流電
源９により過熱する。次いで、放電維持用電極６
に正の電圧（50〜100V）を直流電源８によつて
印加し、前記の電子放出用フイラメント７と放電
維持用電極６との間に、Arガスプラズマを生成
する。次に、基盤３に高圧電源４により負の高電
圧（−１〜−3kV）を印加してAr+イオンによる
スパツタクリーニングを10〜〜30分間行ない、基
盤クリーニングを終了する。スパツタクリーニン
グ終了後、C2H4ガスをガス導入用可変バルブ１
０から導入し、ガス圧を10-3Torr程度に設定す
る。次にArガスによるスパツタクリーニングの
場合と同一手順で、放電維持用電極６と電子放出
用フイラメント７との間に、C2H4ガスプラズマ
を生成する。次いで、基盤３に負の高電圧（−２
〜−3.5kV）を印加した後、シヤツタ５を開き、
基盤上にダイヤモンドとダイヤモンドとグラフア
イトの混晶からなる硬質カーボン膜を形成する。
以上により得られた硬質カーボン膜は六方晶系
のダイヤモンドとグラフアイトとの混晶によつて
形成されている。
のダイヤモンドとグラフアイトとの混晶によつて
形成されている。
次に本発明に係る工具の切削性について説明す
る。
る。
第２図に上記試験方法の概略を示す。図示する
ように硬質カーボン膜２１を形成した試料２２に
焼入れした鋼球圧子２３を押圧し、摺動させる。
このときの摺動抵抗、摺動面の情況、相手材料の
除去量等により切削性を評価する。
ように硬質カーボン膜２１を形成した試料２２に
焼入れした鋼球圧子２３を押圧し、摺動させる。
このときの摺動抵抗、摺動面の情況、相手材料の
除去量等により切削性を評価する。
上記試験結果を第３図乃至第４図に示す。
第３図は硬脆材料であるシリコン表面に硬質カ
ーボン膜を形成しないものA0と形成するもの
A1，A2についてその摺動抵抗の測定結果を示し
ている。鋼球圧子２３でシリコン表面を直接摺動
させた時の摩擦抵抗A0に比べ、硬質カーボン膜
を形成した面A1，A2では摩擦抵抗は1/4程度に減
少する。
ーボン膜を形成しないものA0と形成するもの
A1，A2についてその摺動抵抗の測定結果を示し
ている。鋼球圧子２３でシリコン表面を直接摺動
させた時の摩擦抵抗A0に比べ、硬質カーボン膜
を形成した面A1，A2では摩擦抵抗は1/4程度に減
少する。
また、シリコンのみの摩擦面には脆性クラツク
が発生しており、シリコンは硬質材料であるにも
かかわらず摩擦面の損耗は著しく大きい。これに
対し、シリコン面に硬質カーボン膜を形成したも
のはシリコン面には摩擦痕は観察されず、表面に
クラツクはもちろも発生しなかつた。さらに、相
手摩擦面である鋼球圧子側にはシリコンと摺動さ
せた面の摩擦除去量は大きいが、摩擦面には円形
状の凝着痕が形成され粗されている。これに対
し、硬質カーボン膜を形成した面と摩擦した球圧
子の除去量は小さく、その面は塑性流動痕で形成
されていることが観察された。
が発生しており、シリコンは硬質材料であるにも
かかわらず摩擦面の損耗は著しく大きい。これに
対し、シリコン面に硬質カーボン膜を形成したも
のはシリコン面には摩擦痕は観察されず、表面に
クラツクはもちろも発生しなかつた。さらに、相
手摩擦面である鋼球圧子側にはシリコンと摺動さ
せた面の摩擦除去量は大きいが、摩擦面には円形
状の凝着痕が形成され粗されている。これに対
し、硬質カーボン膜を形成した面と摩擦した球圧
子の除去量は小さく、その面は塑性流動痕で形成
されていることが観察された。
また、シリコン表面として表面粗さの大きいラ
ツプ面に硬質カーボン膜を形成した場合の摺動抵
抗は第３図A2に示すようにシリコンの鏡面に硬
質カーボン膜を形成したA1の場合よりさらに小
さい値を示す。また、この時の摩擦面にはほとん
ど条痕が検出されない程であつたのに対し、鋼球
圧子側の摩擦面には非常に鋭利な切削条痕が形成
されている。即ち、表面粗さが大きいため、それ
が砥粒切刃として作用して相手を切削したと考え
られる。
ツプ面に硬質カーボン膜を形成した場合の摺動抵
抗は第３図A2に示すようにシリコンの鏡面に硬
質カーボン膜を形成したA1の場合よりさらに小
さい値を示す。また、この時の摩擦面にはほとん
ど条痕が検出されない程であつたのに対し、鋼球
圧子側の摩擦面には非常に鋭利な切削条痕が形成
されている。即ち、表面粗さが大きいため、それ
が砥粒切刃として作用して相手を切削したと考え
られる。
次に第４図は本発明の硬質カーボン膜を形成し
た工具試料とB1501鋼とを摺動させた場合、相手
材料であるB1501鋼の除去体積を示したものであ
る。明らかに粗面に硬質カーボン膜を形成した
A2の除去体積が大きい。特に小荷重においてそ
の除去体積が大きいことは本発明に係る工具の被
削性が優れていることを示している。
た工具試料とB1501鋼とを摺動させた場合、相手
材料であるB1501鋼の除去体積を示したものであ
る。明らかに粗面に硬質カーボン膜を形成した
A2の除去体積が大きい。特に小荷重においてそ
の除去体積が大きいことは本発明に係る工具の被
削性が優れていることを示している。
ここで、シリコン鏡面A0が高荷重において硬
質カーボン膜を形成したA2と同程度の相手材料
除去量を示すのはシリコン表面に摩擦方向にほぼ
直角に非常に大きなクラツクが発生し、その段差
で削つているためである。しかしこの場合、被削
材の面は粗されて、かつ抵抗は著しく大きくな
る。ここで、シリコン表面には相手材料である鋼
が凝着しており、これが抵抗増大の原因となつて
いるが、硬質カーボン膜を形成した面にはこのよ
うな切削変動の原因となる相手材料の凝着は観察
されなかつた。
質カーボン膜を形成したA2と同程度の相手材料
除去量を示すのはシリコン表面に摩擦方向にほぼ
直角に非常に大きなクラツクが発生し、その段差
で削つているためである。しかしこの場合、被削
材の面は粗されて、かつ抵抗は著しく大きくな
る。ここで、シリコン表面には相手材料である鋼
が凝着しており、これが抵抗増大の原因となつて
いるが、硬質カーボン膜を形成した面にはこのよ
うな切削変動の原因となる相手材料の凝着は観察
されなかつた。
これらの結果は、本発明では工具の下地材料と
して脆性材料を用いてもチツピング等の欠損に対
する防止効果があり、更に切削抵抗が小さく、相
手面の加工面の仕上がり面が良好な加工工具を提
供できることを示している。
して脆性材料を用いてもチツピング等の欠損に対
する防止効果があり、更に切削抵抗が小さく、相
手面の加工面の仕上がり面が良好な加工工具を提
供できることを示している。
第５図は、比較的軟質なSUS440Cの鋼材を下
地材とし、硬質カーボン膜を形成したものB1
と、形成しないものB0との摺動抵抗を比較した
ものである。同図から明らかなように、B1はB0
に比べ、摺動抵抗が1/2〜1/8に減少する。また、
B0は球圧子である焼入れした鋼球より高度が低
いため、大きな摩擦痕が形成される。これに対
し、硬質カーボン膜を１ｍ程度形成したB1で
は、摩耗痕は観察されない。さらに、相手材料で
ある鋼球を観察すると、B0と摺動させた場合に
は不規則な凝着痕が生じるのみであるが、B1と
摺動させた場合には摺動方向の切削条痕が形成さ
れている。
地材とし、硬質カーボン膜を形成したものB1
と、形成しないものB0との摺動抵抗を比較した
ものである。同図から明らかなように、B1はB0
に比べ、摺動抵抗が1/2〜1/8に減少する。また、
B0は球圧子である焼入れした鋼球より高度が低
いため、大きな摩擦痕が形成される。これに対
し、硬質カーボン膜を１ｍ程度形成したB1で
は、摩耗痕は観察されない。さらに、相手材料で
ある鋼球を観察すると、B0と摺動させた場合に
は不規則な凝着痕が生じるのみであるが、B1と
摺動させた場合には摺動方向の切削条痕が形成さ
れている。
このように比較的軟質な下地材料を用いても硬
質カーボン膜を形成することにより、相手面を有
効に除去可能であり、また、固体潤滑作用によつ
て切削抵抗も著しく小さくできることが分る。ま
た、形成したカーボン膜はステンレスと同様耐食
性、耐環境性もあるので、特殊環境でも使用で
き、各種分野の工具として使用できる。
質カーボン膜を形成することにより、相手面を有
効に除去可能であり、また、固体潤滑作用によつ
て切削抵抗も著しく小さくできることが分る。ま
た、形成したカーボン膜はステンレスと同様耐食
性、耐環境性もあるので、特殊環境でも使用で
き、各種分野の工具として使用できる。
また、球圧子側に硬質カーボンを形成し、同様
にSUS440Cと摺動させた場合についても、今ま
での結果と同様摺動抵抗が小さく、かつ
SUS440Cとの凝着もなく、鋭利な切削条痕が形
成され、優れた切削性を示した。
にSUS440Cと摺動させた場合についても、今ま
での結果と同様摺動抵抗が小さく、かつ
SUS440Cとの凝着もなく、鋭利な切削条痕が形
成され、優れた切削性を示した。
以上説明したように、本発明工具はグラフアイ
トの固体潤滑性と共にダイヤモンドの高度を備え
ているので、切削抵抗及び工具損傷が小さく、か
つ凝着も生じず、加工物の仕上面を高品位に仕上
げることが可能であり、旋盤、フライス盤、ボー
ル盤等各種切削工具、鍛造、プレス、ダイス、ゲ
ージ類、成型用型、またハサミ、ナイフ、鋸等の
各種の工具に適用すれば、非常に優れた特性を示
す。
トの固体潤滑性と共にダイヤモンドの高度を備え
ているので、切削抵抗及び工具損傷が小さく、か
つ凝着も生じず、加工物の仕上面を高品位に仕上
げることが可能であり、旋盤、フライス盤、ボー
ル盤等各種切削工具、鍛造、プレス、ダイス、ゲ
ージ類、成型用型、またハサミ、ナイフ、鋸等の
各種の工具に適用すれば、非常に優れた特性を示
す。
第１図は本発明における硬質カーボン膜形成装
置の一例を示す概略図、第２図は本発明に係る工
具の切削性の試験方法の概略図、第３図は摩擦抵
抗の測定結果を示すグラフ、第４図は相手材料の
除去体積の測定結果を示すグラフ、第５図は摩擦
抵抗の測定結果を示すグラフである。 図中符号１は真空容器、２は基盤ホルダ、３は
基盤、４は高圧電源、５はシヤツタ、６は放電維
持用電極、７は電子放出用フイラメント、８は直
流電源、９は直流電源、１０，１１はガス導入用
可変バルブ、１２は排気路、１３は永久磁石、２
１は硬質カーボン膜、２２は下地材料、２３は鋼
球圧子である。
置の一例を示す概略図、第２図は本発明に係る工
具の切削性の試験方法の概略図、第３図は摩擦抵
抗の測定結果を示すグラフ、第４図は相手材料の
除去体積の測定結果を示すグラフ、第５図は摩擦
抵抗の測定結果を示すグラフである。 図中符号１は真空容器、２は基盤ホルダ、３は
基盤、４は高圧電源、５はシヤツタ、６は放電維
持用電極、７は電子放出用フイラメント、８は直
流電源、９は直流電源、１０，１１はガス導入用
可変バルブ、１２は排気路、１３は永久磁石、２
１は硬質カーボン膜、２２は下地材料、２３は鋼
球圧子である。
Claims (1)
- １ ダイヤモンドとグラフアイトの混晶からなる
硬質カーボン膜を工具材料の表面に形成したこと
を特徴とする硬質カーボン膜被覆工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17770783A JPS6070178A (ja) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | 硬質カ−ボン膜被覆工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17770783A JPS6070178A (ja) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | 硬質カ−ボン膜被覆工具 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20330487A Division JPS6399138A (ja) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | 硬質カ−ボン膜被覆工具の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6070178A JPS6070178A (ja) | 1985-04-20 |
| JPS6147903B2 true JPS6147903B2 (ja) | 1986-10-21 |
Family
ID=16035694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17770783A Granted JPS6070178A (ja) | 1983-09-26 | 1983-09-26 | 硬質カ−ボン膜被覆工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6070178A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60123203A (ja) * | 1983-12-01 | 1985-07-01 | Mitsubishi Metal Corp | 切削工具および耐摩耗工具用表面被覆超硬合金部材 |
| JPS6393870A (ja) * | 1986-10-07 | 1988-04-25 | Ricoh Co Ltd | 薄膜形成装置 |
| US5599144A (en) * | 1995-06-23 | 1997-02-04 | International Business Machines Corporation | Low friction flute tungsten carbon microdrill |
| KR100304832B1 (ko) * | 1999-08-28 | 2001-09-24 | 황해웅 | 다이아몬드 공구의 절삭 및 연마 특성 개선방법 및 이에 따라제조된 절삭 및 연마 특성이 우수한 다이아몬드 공구 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59127214A (ja) * | 1983-01-11 | 1984-07-23 | Seiko Epson Corp | 磁気ヘツド |
-
1983
- 1983-09-26 JP JP17770783A patent/JPS6070178A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6070178A (ja) | 1985-04-20 |
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