KR20020094902A

KR20020094902A - 비정질 카본 피복 공구 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20020094902A
Application number: KR1020020032713A
Authority: KR
Inventors: 오오따니사또시; 오까자끼나오또; 오가따기요시; 후꾸이하루요; 이리에미끼; 우쯔미요시하루; 오오하라히사노리; 모리구찌히데끼; 이께가야아끼히꼬; 쯔다게이이찌; 세또야마마꼬또
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤; 닛신덴키 가부시키 가이샤
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2002-12-18
Anticipated expiration: 2022-06-12
Also published as: EP1266979B1; EP1266979A3; IL150195A0; CN1291809C; CN1390667A; US20030049083A1; KR100501860B1; US6881475B2; EP1266979A2

Abstract

내마모성 및 내용착성이 우수한 비정질 카본막을 피막한 공구에 관한 것으로, WC 기 초경합금로 이루어지는 기재와, 이 기재상에 형성된 비정질 카본막을 구비하여, 인선이 형성된 비정질 카본 피복 공구로서, 기재는 코발트 함유율이 12 질량 % 이하이고, 비정질 카본막의 인선에 있어서 최대 두께는 0.05 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하이고, 이 비정질 카본막은, 그래파이트를 원료로 해서 실질적으로 수소를 포함하지 않는 분위기 하에서 물리적 증착법에 의해 형성되어, 드릴, 엔드 밀, 리머 등의 전삭 공구, 밀링 커터 공구나 선삭 공구로 사용되는 인선 교환형 절삭 칩, 커터, 나이프, 슬리터 등의 절단 공구에 바람직하게 적용되는 비정질 카본 피복 공구를 제공한다.

Description

비정질 카본 피복 공구 및 그 제조 방법 {Amorphous Carbon Coated Tool And Fabrication Method Thereof}

본 발명은, 전삭 공구(드릴, 엔드 밀, 리머 등), 밀링 커터 공구나 선삭 공구로 사용되는 인선 교환형 절삭 칩, 절단 공구[커터, 나이프, 슬리터(slitter) 등]의 표면에 내마모성 및 내용착성을 가지는 비정질 카본막을 형성한 공구에 관한 것이다. 또한, 이러한 공구의 제조 방법에 관한 것이다.

종래로부터, 공구 표면의 손상을 작게하여 고수명ㆍ고능률 가공을 행하는 것, 및 피삭제의 마무리(표면 형상 유지, 모재 경도 유지, 치수 정밀도 유지 등)를 고품위로 행하는 것 등이 절삭 공구에 요구되고 있다.

최근에는, 환경 보전이나 에너지 절약화의 필요성으로부터, 절삭 저항을 낮추는 공구나 절삭유제를 줄이더라도 수명이나 절삭능률이 저하하지 않는 공구 등의 개발이 강하게 요구되고 있다.

또한, 최근 절삭재의 재료 종류는 다방면에 걸쳐, 알루미늄 합금 등의 연 금속의 경우나, 티탄, 마그네슘, 구리 등의 비철금속의 경우, 혹은 유기 재료의 경우, 그래파이트(graphite) 등 경질 입자를 함유하는 재료의 경우, 인쇄 회로 기판 가공이나 철계 재료와 알루미늄 공삭 가공의 경우에는, 절삭 공구의 끊어진 인선 부분에 피절삭재가 응착하여 절삭 저항이 커지거나, 경우에 따라서는 인선이 결손하는 문제도 있다. 이들 특정 피삭제에서는, 다른 피삭제에 비해서 공구 마모가한층 심하게 일어난다.

또한, 금속 가공 현장에서는, 성능이 저하하는 일 없이 비용을 대폭 삭감하고자 하는 절실한 필요성이 있다.

이러한 알루미늄 및 그 합금이나 유기 재료를 가공하는 특정 용도에서는, 종래, 다이아몬드 공구가 이용되어 왔다. 기판에 다이아몬드 막을 형성한 공구에서는, 그 다이아몬드 막의 성장 속도가 결정 방위에 따라서 아주 많이 다르기 때문에 표면의 요철이 크고, 정밀 가공 공구로서 사용하기 위해서는 복잡한 형상의 표면을 연마할 필요가 있다.

그러나, 다이아몬드 막은 현존하는 재료로 가장 단단한 재료이기 때문에, 그 연마에 대해서 고가인 다이아몬드를 이용할 수밖에 없고, 엄청난 비용 상승 요인이 되고 있다.

또한, TiN 등, PVD(Physical vapor deposition) 코팅으로 얻어질 수 있는 세라믹 피막은, 통상 2 내지 3 ㎛이다. 한편, 다이아몬드 막의 경우에는, 결정 성장 속도가 결정 방위에 따라 큰 폭으로 다르기 때문에 평활한 연마면을 얻기 위해서, 미리 20 내지 30 ㎛의 두꺼운 막이 필요하다. 그 뿐만 아니라 다이아몬드 성장 시에 동시 성장하는 그래파이트를 에칭 제거하면서 성막하기 때문에 통상 코팅시의 1/10 이하의 매우 낮은 성막 속도로 되어, 코팅을 포함한 제조 비용이 매우 높아지는 문제가 있었다.

또한, 다이아몬드 소결체를 기재에 납땜한 공구에서는, 복잡한 형상의 공구나 직경이 수 밀리의 소 직경 공구를 제작하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.

그래서, 일본 특허 공개 제2000-176705호 공보에서는, 공구 상에 TiN, TiCN, TiAlN, Al₂O₃혹은 이들 조합을 포함하는 경질 물질 코팅을 한 후에, 또 경질 탄소계 윤활막을 피복한 공구 부재를 제안하고 있다. 여기서, 발명자들은, 안정된 내구성를 가지고, 또한 양산성에 적합한 염가인 경질 탄소계 윤활 피막을 형성하기 위해서, 실리콘과 탄소 혹은 실리콘, 탄소 및 질소를 포함하는 성분으로 이루어지는 중간층을 설치하고, 중간층의 밑으로 계면과 접하는 두께 0.02 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하의 실리콘 층을 형성하는 것을 제안하고 있다.

그러나, 본 발명에 있어서 최외측 표면층의 경질 탄소 피막은, 탄화 수소계의 가스를 사용하고, 이온 도금과 플라즈마 CVD(Chemical vapor deposition)의 수법에 의해 형성되기 때문에, 피막 중에 수소 원자가 포함되어 버린다. 통상, 경질 탄소 중의 수소 원자는 대기 중에 있어 약 350 ℃의 온도 이상에서 막중으로부터 이탈하는 것이 공지되어 있고, 수소가 이탈한 후에 경질 탄소 피막은 그래파이트로 변태하여, 경도가 극단적으로 저하한다. 이러한 피막은 가혹한 절삭 환경 하에서 사용하는 것이 곤란하다.

도1은 본 발명 공구의 피막형성에 이용하는 성막 장치의 개략도.

도2는 본 발명 공구의 인선부의 단면도.

도3은 본 발명의 비정질 카본 피복막의 라만 스펙트럼.

도4는 종래의 비정질 카본 피복막의 라만 스펙트럼.

<도면에 주요부분에 대한 부호설명>

1 : 성막 장치

2, 3 : 타겟

4 : 기재 보유 유지구

6 : 기재 가열 히터

7, 8 : 전원

9 : 바이어스 전원

10 : 공급구

21 : 거시 입자

22 : 그래파이트 입자

23 : 공구 인선

따라서, 본 발명의 주목적은, 연금속, 비철 금속, 유기 재료, 경질 입자를 함유하는 재료, 인쇄 회로 기판, 철계 재료와 연질 금속 재료의 공삭 가공 등의 절삭에 있어서도 피삭제의 응착이나 인선의 결손이 생기기 어렵고, 더욱이 열전도성이 높은 비정질 카본을 피복함으로써 인선의 온도 상승을 억제하여 드라이 절삭이나 고속 가공 등 가혹한 절삭 환경 하에서도 사용에 견디는 비정질 카본 피복 공구를 제공하는 것에 있다. 또한, 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 기재의 조성이나 비정질 카본막의 두께를 특정함으로써 상기한 목적을 달성한다.

즉, 본 발명의 비정질 카본 피복 공구는, WC 기 초경합금으로 이루어지는 기재와, 이 기재 상의 적어도 인선을 피복하는 비정질 카본 피막을 구비한 공구로서, 상기 기재는 코발트 함유율이 12 질량 % 이하이고, 이 비정질 카본 막중에 있어서 수소량이 5 원자 % 이하이고, 이 비정질 카본막의 인선에 있어서 최대 두께가 0.05 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 비정질 카본 피복 공구는, WC 기 초경합금으로 이루어지는 기재와, 이 기재 상의 적어도 인선이 비정질 카본으로 피복된 공구로서, 상기 기재는 코발트 함유율이 12 질량 % 이하이고, 상기 비정질 카본막은 그래파이트를 원료로 해서 실질적으로 수소를 포함하지 않는 분위기 하에서 물리적 증착법에 의해 형성되어, 비정질 카본막의 인선에 있어서 최대 두께가 0.05 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 비정질 카본 피복 공구의 제조 방법은, 진공 용기 내에 WC 기 초경합금으로 이루어진 기재를 보유 유지하는 공정과, 기재에 영(Zero) 또는 마이너스의 직류 바이어스(bias)를 인가함과 동시에, 원료로 되는 그래파이트를 증발시키고 비정질 카본막을 형성하는 공정을 구비하여, 인선에 있어서 비정질 카본막의 최대 두께를 0.05 내지 0.5 ㎛로 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하에 본 발명의 구성 요건을 자세히 설명한다.

(WC 기 초경합금 기재)

WC 기 초경합금은, 탄화 텅스텐(WC)을 주성분으로 하는 경질상과, 코발트 등의 철족 금속을 주성분으로 하는 결합상으로 이루어진다. WC 기 초경합금에 포함되는 코발트 양을 규정하고 있는 것은, 코발트 양이 많아지면 기재의 인성이 올라가서 초경 기재 인선의 내결손 특성은 오르지만, 인선에 강한 외력이 가해진 경우에 기재의 변형에 고경도인 비정질 카본막이 추종할 수 없어, 비정질 카본막이 초경 기재의 계면에서 박리하여 버리기 때문이다. 박리하는 일 없이 절삭 성능을 안정화시키는 위해서는, 코발트 함유량을 12 질량 % 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 기재의 코발트 함유율을 3 질량 % 이상 7 질량 % 이하로 한다.

또한, 상기 기재의 소결 후의 탄화 텅스텐의 평균 결정 입자 지름은 0.1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균 결정 입자 지름이 O.1 ㎛ 미만의 경우에는 현재 상황의 평가 방법으로 판별이 곤란이다. 반대로, 평균 결정 입자 지름이 3 ㎛를 넘으면 막이 마모한 경우에 기재 중의 큰 탄화 텅스텐 입자가 탈락하여 대결손을 일으켜버리기 때문에 바람직하지 못하다.

더욱이, 상기 기재 중에 주기율표 IVa, Va, VIa 족의 금속 원소로부터 이루어지는 군에서 선택되는 1 종류 이상의 원소와, 탄소 및 질소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종류 이상의 원소로부터 이루어지는 화합물이 0.01 질량 % 이상 3 질량 % 이하 포함되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 원소의 함유에 의해, 소결 중의 탄화 텅스텐의 결정립 성장을 억제하는 기능이 있다. 바람직한 첨가 화합물의구체예로서는, (Ta, Nb)C, VC, Cr₂C₂, NbC 등을 들 수 있다.

(비정질 카본막)

비정질 카본막은, 경질 탄소막, 다이아몬드형 카본막, DLC막, a-C:H, I-카본막 등으로 일반적으로 불리는 것을 포함한다. 그러나, 본 발명의 비정질 카본막은, 이하에 설명한 특징을 가진 것이다.

<성막 방법>

본 발명은, 그래파이트를 원료로 하여 수소를 포함하지 않은 분위기 하에서 물리적 증착법에 의해 비정질 카본막을 형성한 것이다. 이 막은, 다이아몬드에 필적하는 높은 경도와, 절삭 공구로서 우수한 내마모성을 가진다. 한편, 탄화 수소를 원료로 하는 비정질 카본막은, 수소를 함유하기 때문에, 본 발명의 비정질 카본막과는 다른 것이다.

이 비정질 카본막은, 성막 중에 불가피하게 포함되는 불순물을 제외하여 탄소 원자만으로 구성된다. 그 결과, 수소를 포함하는 비정질 카본막보다도 sp³결합의 비율이 높아으로써 경도를 높게 함과 동시에 내산화 특성도 다이아몬드와 동등한 약 600 ℃ 근처까지 개선된다. 실질적으로 수소를 포함하지 않는 분위기 하에서 성막을 행하더라도, 완성된 비정질 카본막에는 5 원자 % 이하 정도의 극히 조금이지만 수소가 함유되는 일이 있다. 이것은, 성막 시의 진공도 등에 의해, 성막 장치 중에 잔존하는 수소나 수분이 비정질 카본막 중에 취입되기 때문이라고 생각된다.

그래파이트를 출발 원료로 한 물리적 증착법 중에서도, 일반적으로 공업적으로 이용되는 음극 아크 이온 도금법, 레이저 도금법이나 스퍼터링(sputtering)법 등으로 하면, 성막 속도도 높고, 다이아몬드 막에서 문제가 되고 있는 제조 비용의 문제도 없어진다. 특히, 피막의 밀착력, 막 경도의 점에서, 음극 아크 이온 도금법에 의한 성막이 바람직하다. 이 음극 아크 이온 도금법은, 원료의 이온화율이 높기 때문에, 주로 카본 이온이 기재에 조사됨으로써 비정질 카본막이 형성된다. 그 때문에, sp³결합의 비율이 높고, 치밀하고 경도가 높은 막이 얻어져서, 공구 수명을 대폭 향상시킬 수 있다.

성막시의 기재의 온도는 50 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 성막시의 기재의 온도는, 350 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 200 ℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 150 ℃ 이하로 하면 더욱 바람직하다. 기재의 온도가 350 ℃를 넘으면, 그래파이트가 석출하기 쉬운 경향이 있기 때문이다.

또한, 성막시에는 카본 이온이 기재에 조사되어, 비정질 카본이 형성되기 때문에, 그 때 기재의 온도는 상승한다. 따라서, 기재를 히터에 의해 가열하지 않아도 실용상 지장이 없는 정도까지 온도가 상승하는 경우도 있다. 또한, 가열이나 냉각에 의해, 기재의 온도를 조정하는 것이 가능하다.

<거시 입자 밀도>

음극 아크 이온 도금법에 의해 형성한 비정질 카본막의 표면에는, 거시 입자로 불리는 경질 입자가 존재한다. 이 막 표면에 존재하는 거시 입자 밀도가 작을수록 절삭 저항이 작아지기 때문에 바람직하다. 거시 입자 밀도는, 3 ×10⁵개 /mm²이하, 보다 바람직하게는 1.5 ×1O⁵개/mm²이하이다. 물론, O 개/mm²가 최적임은 말할 필요도 없다. 거시 입자의 밀도가 3 ×1O⁵개/mm²보다도 크면, 피삭제가 이 거시 입자에 용착하여 절삭 저항을 높이기 때문에 바람직하지 못하다.

거시 입자의 밀도는, SEM(Scanning Electron Microscope) 관찰에 의해서 평가할 수 있다. SEM 관찰은, 거시 입자를 관찰하기 쉽게 하기 위해서, Pt 나 Pd 등의 귀금속을 시료 표면에 이온 스퍼트링 등에 의해 증착한 후, 관찰하면 좋다. 적어도 1000배 이상의 배율로 시료 표면의 사진 촬영을 행하여, 사진 상으로 거시 입자의 수를 세는 것에 의해 밀도를 구하면 좋다.

도2는, 거시 입자(21)가 생성하는 과정을, 비정질 카본 피복면(20)의 단면도로 도시한 것이다. 공구의 인선(23)에 비정질 카본(20)을 피복하지만, 그 과정에서 그래파이트 입자(22)가 비산해 와서, 피복면에 부착한다. 표면을 주사형 전자 현미경으로 보면 다양한 외경의 둥근 입자(21)를 관찰할 수 있다. 그러나, 이러한 입자는 본 발명에 있어서 바람직한 것은 아니다. 그래파이트 입자(22)는 막의 성장 과정에서 비산해 오기 때문에, 도2에 도시한 바와 같이 비정질 카본(20)의 다양한 두께의 개소에 존재하고 있다고 추정된다.

또한, 비정질 카본막의 표면 조도를 좋게 하기 위해서, 그래파이트 원료로부터 입상 비산물을 방지하는 것과 같은, 예를 들면 저 에너지에 의한 성막이나 자장에 의한 필터를 이용하는 방법도 제안할 수 있다.

<표면 거칠기>

비정질 카본막의 표면 거칠기는, JIS 규격 BO601로 정해진 Ra의 표시로 O.002 ㎛ 이상 0.05 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 절삭 공구로서 본 경우, 표면 거칠기 Ra는 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 그러나, 실제로는 영으로는 할 수 없기 때문에, 여러 가지 절삭 시험을 행한 결과, Ra가 0.05 ㎛ 이하인 경우에는 인선에서 용착성이 개선되어 절삭 성능이 향상되는 것을 발견하였다. 또한, JIS 규격 B0601로 정해진 Ry의 표시로 O.02 ㎛ 이상 O.5 ㎛ 이하인 것도 바람직하다. 여기서, Ry가 0.5 ㎛를 넘으면, 비정질 카본막의 돌기물이 절삭제 용착의 기점으로 되고 절삭 저항 상승의 원인이 되기 때문에 바람직하지 못하다.

<두께>

공구 인선에 있어서 비정질 카본막의 최대 막 두께를 0.05 ㎛ 내지 O.5 ㎛로 특정하는 이유는, 0.05 ㎛ 미만의 경우, 내마모성에 문제가 있고, 0.5 ㎛ 을 넘으면 피막에 축적되는 내부 응력이 크게 되어 박리하기 쉽게 되거나, 피막의 칩핑이 생기는 문제가 있기 때문이다. 또한, 막 두께를 0.5 ㎛ 이하로 함으로써, 표면의 거시 입자 크기와 밀도를 작게 하고, 표면 거칠기를 상기의 Ra 표시로 O.05 ㎛이하, Ry 표시로 O.5 ㎛ 이하로 억제할 수 있다는 효과도 있다. 비정질 카본막은, 도2의 T 로 도시한 바와 같이 공구의 인선부에서 두꺼워진다. 이 두께를 얇게 하면 성능이 향상된다. 따라서, 비정질 카본막의 절삭에 관여하는 인선부에서 최대 두께 T 가 0.05 ㎛ 이상 0.25 ㎛ 이하인 것이 보다 용착성이 작다고 하는 관점에서 바람직하다.

<경도>

비정질 카본막의 누프(knoop) 경도는 20 GPa 이상 50 GPa 이하인 것이 바람직하다. 이 경도가 20 GPa 미만이면 내마모성의 점에서 문제가 있고, 50 GPa을 넘으면 인선의 내결손성이 저하하기 때문이다. 더욱 바람직하게는, 비정질 카본막의 누프 경도가 25 GPa 이상 40 GPa 이하이다.

<라만 스펙트럼>

비정질 카본막은 비정질인 이유로 대단히 막 구조를 특정하는 것이 어렵다. 여러가지 비정질 카본막을 평가한 결과, 라만(Raman) 분광 분석을 행하면, 구조의 변화에 수반하여 얻어지는 라만 스펙트럼에 차이가 있음을 밝혀냈다.

도3은 본 발명의 비정질 카본의 라만 스펙트럼이고, 도4는 종래의 수소를 포함하는 비정질 카본의 라만 스펙트럼이다. 이들은, 514.5 nm의 파장을 갖는 아르곤 가스 레이저를 이용한 라만 분광 분석에 의해 얻어진 것이다. 도4에 있어서, 실선은 측정 결과를 도시하는 것으로서 l340 cm^-1근방에 볼록함을 볼 수 있고, 700 cm^-1근방에는 피크가 없다.

다음에 얻어진 스펙트럼을 두 개로 분리하기 위해서, 스펙트럼 파형으로부터 백그라운드를 제거한다. 다음에 볼록함을 갖는 스펙트럼은 두 개의 가우스함수를 가산한 것을 가정하여, 비선형 최소 이승법으로 근사하고, 두 개의 피크로 분리하였다. 그 결과를 쇄선으로 도시한다. 1340 cm^-1부근에 중심을 가지는 피크의 높이를 I1340으로 도시하고, 1560 cm^-1부근의 피크 높이를 I1560으로 도시한다. 이것에 대하여 본 발명의 라만 스펙트럼은, 도3에 도시한 바와 같이, 1340 cm^-1부근의 볼록함이 실선으로서는 식별하기 어렵고, 700 cm^-1부근에 폭이 넓은 피크가 있다. 상기한 것과 동일한 방법에 의해 피크 분리한 결과를 도3에 쇄선으로 도시한다. I1340의 피크의 높이가, 도3의 것에 비교하면 약하다는 것을 알 수 있다. 700 cm^-1부근의 피크 높이를 I700으로 도시한다. 마찬가지로, 각각의 피크를 적분한 식을 예를 들면 S700 등과 같이 표현한다.

본 발명 공구의 비정질 카본막에서는, 파장 수 400 cm^-1이상 l000 cm^-1이하 사이, 1340 cm^-1부근 및 1560 cm^-1부근의 합계 3 개소에 피크가 관측된다. 한편, 지금까지 수소를 함유하는 피막에서는 저 주파수 측의 주파수 400 cm^-1이상 1000 cm^-1이하의 사이에서 피크는 관측되지 않는다. 이 주파수 400 cm^-1이상 1000 cm^-1이하의 사이에서 피크를 가지는 피막 구조를 취하는 것으로, 고 경도화가 일어나 내마모성의 향상이 실현 가능하다. 따라서 주파수 400 cm^-1이상 1000 cm^-1이하에서 피크를 가지는 것이 바람직하다.

더욱이, 주파수 400 cm^-1이상 1000 cm^-1이하에 존재하는 피크의 강도(I700)와 1340cm^-1부근에 존재하는 피크의 강도(I1340)의 강도비 (I700/I1340)가 0.01이상 2.5 이하이면 내마모성이 향상된다. 이것은, 미소 사이즈의 sp²결합이나 왜곡을 갖는 sp³결합의 양이 증가함으로써, 막 경도가 높아지기 때문이라고 생각된다. 여기서는 피크 강도(높이)를 이용하여 도시하였지만, 피크 적분 강도비로도 정리할 수 있고, 주파수 400 cm^-1이상 1000 cm^-1이하에서 존재하는 피크의 적분강도(S700)와 1340 cm^-1부근에 존재하는 피크의 적분 강도 (S1340)의 강도비(S700/S1340)가 0.01 이상 0.25 이하인 것이 바람직하다. 피크 강도비가, 0.01 미만이면 내마모성은 종래 피막과 동등하다. 후술하는 바와 같이, 여러 가지 성막 실험을 실시하였지만, 실험에서는 피크 강도비가 2.5 이상의 것은 얻을 수 없었다.

또한, 1560 cm^-1부근에 존재하는 피크의 강도(I1560)와 1340 cm^-1부근에 존재하는 피크의 강도(I1340)의 강도비(I1340/I1560)가 0.1 이상 1.2 이하이면, 고 내마모성을 보이기 때문에 좋다. 1560 cm^-1부근에 존재하는 피크의 강도(I1560)와 1340 cm^-1부근에 존재하는 피크 강도(S1340)의 비는 sp²/sp³로도 불리는 피막 내부의 탄소 결합 상태의 존재량을 표현하고 있다. 이들 피크 강도비가 직접 sp²의 함유량을 나타내고 있는 것은 아니지만 상대적으로는 피막 구조의 분류 나눔을 할 수가 있다. 1560 cm^-1부근에 존재하는 피크의 강도가 높은 경우에 고경도화하는 것을 알 수 있다. 즉, sp³결합성이 강한 경우보다 내마모성이 향상된다. 피크 강도 뿐만 아니라 1560 cm^-1부근에 존재하는 피크의 적분 강도(S1560)와 1340 cm^-1부근에 존재하는 피크의 적분 강도(S1340)의 강도비(S1340/S1560)가 0.3 이상 3 이하 이면 좋다.

그리고, 1560 cm^-1부근에 존재하는 피크가 1560 이상 1580 cm^-1이하에 존재하면 고내마모성이 실현 가능하다. 라만 스펙트럼의 피크 위치는 피막 내의 응력의 영향을 받는다. 일반적으로는, 피막 내의 응력이 압축측에서 높은 경우는, 라만 스펙트럼의 피크는 고주파수측으로 이동하고, 역으로 인장측에서 높은 경우는 저주파수측으로 이동한다. 피막의 응력이 압축측에서 높은 경우에 내마모성이 향상하는 것을 발견하였다.

<간섭색>

종래의 기술로 이용되고 있는 비정질 카본막은, 가시광역에 있어서 불투명하고, 갈색으로부터 흑색인 색조이다. 본 발명 공구의 비정질 카본막은, 가시광역에 있어서 투명하고, 간섭색를 나타내는 것을 특징으로 한다.

간섭색을 나타낸다는 것은, 비정질 카본막의 sp³결합 성분이 매우 많고, 굴절율, 광학 대역갭, 탄성율 등의 물성이, 종래의 비정질 카본막보다도 다이아몬드에 보다 가까운 것을 나타내고 있다. 이러한 비정질 카본막을 공구로서 이용한 경우, 막경도가 높기 때문에, 우수한 내마모성과 내열성를 나타낸다. 본 발명 공구의 기재인 WC 기 초경합금은, 은색 혹은 은색에 가까운 회색이기 때문에, 본 발명 공구는 간섭색를 나타내는 것을 외관적 특징으로 한다.

비정질 카본막의 간섭색은, 막 두께가 두꺼워짐에 따라서, (1) 다(茶) →(2) 적자(赤紫) → (3) 자(紫) → (4) 청자(靑紫) → (5) 청(靑) → (6) 은(銀) → (7) 황(黃) → (8) 적(赤) → (9) 청(靑) → (10) 녹(錄) → (11) 황색(黃色) → (12) 적(赤)으로 변화하고, 이후는 (8)의 적(赤)으로부터 (12)의 적(赤)까지를 반복한다. 이들 색의 변화는 막두께의 변화에 대하여 연속적이고, 각각의 중간의 막 두께에서는, 이들의 중간색이 된다.

본 발명자들이 검토한 결과, 공구 인선에 있어서 최대 막두께를 0.05 ㎛ 내지 0.5 ㎛ 로 특정한 경우에는 코팅 피막은, (2)의 적자로부터 (10)의 녹의 사이 색으로 되는 것을 발견했다. 또한, 단일색이 아닌 복수의 색조로 이루어지는 무지개 색이라도 좋다. 또한, 이들 간섭색을 이루는 비정질 카본막 위에, 종래의 갈색으로부터 흑색의 비정질 카본막을 형성하여 이용해도 좋다.

(계면층)

본 발명 공구는, 비정질 카본막의 밀착력을 강한 것으로 하기 위해서, 기재와 비정질 카본막의 사이에 계면층을 설치하는 것이 바람직하다.

<재질>

이 계면층은, 주기율표 IVa, Va, VIa, IIIb 족 원소 및 C 이외의 IVb 족 원소의 원소로부터 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 원소, 또한 이들 원소로부터 선택된 적어도 1종류 이상의 원소의 탄화물이 적합하다.

그 중에서도 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Si의 원소로부터 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종류 이상의 원소, 또는 이 원소 군으로부터 선택된 적어도 1종류 이상의 원소의 탄화물인 것이 더욱 바람직하다. 이들 금속 원소는 탄소와 강한 결합을 만들기 쉽기 때문에, 이들 금속 원소 혹은 금속 탄화물의 계면층상에 비정질 카본막을 형성함으로써, 보다 강한 밀착력을 얻을 수 있다.

<두께>

계면층의 두께는 O.5 nm 이상 1O nm 미만으로 한다. 막 두께가 이 범위보다도 얇으면, 계면층으로서 역할을 다하지 못하고, 이 범위보다도 두꺼우면 종래 기술과 동등한 밀착력 밖에 얻을 수 없다. 이와 같이 매우 얇은 계면층을 형성함으로써, 종래 기술에서는 달성할 수 없었던 매우 강한 밀착력을 얻을 수 있어 공구 수명을 크게 개선하는 것이 가능해진다.

<혼합 조성층·경사 조성층>

계면층과 비결정 카본막의 사이에, 각 피막의 조성이 혼합된 혼합 조성층 또는 조성이 연속적으로 변화된 경사 조성층을 개재시키면, 더욱 강한 밀착력을 얻을 수 있기 때문에 한층 바람직하다. 이 혼합층과 경사 조성층은, 반드시 명확히 구별할 수 있는 것은 아니다. 계면층의 성막으로부터 비정질 카본막의 성막으로 제조 조건을 전환할 때, 통상, 근소하게 계면층과 비정질 카본막의 조성에 혼합이 일어나서, 이들 혼합 조성층이나 경사 조성층이 형성된다. 이것들은, 직접 확인하는 것은 어려우나, XPS : (X-ray Photo-electronic Spectroscopy)나 AES :(Auger Electron Spectroscopy) 등의 결과로부터 충분히 추정할 수 있다.

(공구의 용도)

본 발명의 비정질 카본 피복 공구는, 그 내마모성과 내용착성으로부터, 특히 알루미늄 및 그 합금을 가공하기 위한 공구에 적합하다. 또한, 티탄, 마그네슘, 동(銅) 등의 비철재에 사용하는 것이 최적이다. 또한, 그래파이트 등의 경질 입자를 함유하는 재료, 유기 재료 등의 절삭이나, 인쇄 회로 기판 가공이나 철계 재료와 알루미늄의 공삭 가공 등에서도 유효하다, 더욱이, 본 발명 공구의 비정질 카본막은 매우 고경도이기 때문에, 비철재뿐만 아니라, 스테인레스강 등의 철이나 주물 등의 가공에도 이용할 수 있다

(공구의 구체예)

본 발명의 비정질 카본 피복 공구는, 드릴, 엔드밀, 엔드밀 가공용 인선 교환형 칩, 밀링 커터 가공용 인선 교환형 칩, 선삭용 인선 교환형 칩, 메탈 소오(metal saw), 치삭 공구, 리머(reamer) 및 탭으로 이루어지는 군에서 선택된 1종류를 포함하는 용도에 사용되면 좋다.

본 발명의, 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부한 도면과 관련하여 이해되는 본 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 분명해 질 것이다.

다음에, 본 발명의 비정질 카본 피복 공구에 관해서, 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 다만, 여기서 사용된 제조 방법에 한정되는 것은 아니고, 그래파이트를 이용한 PVD법으로 성막된 것이면, 어느 방법이라도 좋다.

예1

기재로서, Φ8 mm의 WC 기 초경합금 제조 드릴을 준비하였다. 이기재에는(Ta, Nb)C가 1 질량 % 로, 후술하는 표1에 도시한 양의 Co가 함유되어 있다. 그 기재 표면에 아래와 같이 공지의 음극 아크 이온 도금법을 이용하여 표1 내지 표4에 도시한 본 발명품의 비정질 피복 드릴 시료 1 내지 38을 준비하였다.

즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 성막 장치(1) 내에 복수개의 타겟(2, 3)을 배치하고, 타겟의 중심점을 중심으로 하여 타겟 사이에서 회전하는 기재 보유 유지구(4)에 초경합금 제조 드릴(5)을 장착한다. 전원(7, 8)을 조정하여 진공 아크의 방전 전류를 바꿔, 타겟 재료의 증발량을 제어하면서 비정질 카본을 코팅한다.

우선, 기재 가열 히터(6)를 이용하여 100 ℃ 까지 가열시키면서 성막 장치(1) 내의 진공도를 2 ×10^-3Pa의 분위기로 하였다. 계속하여 아르곤 가스를 도입하여 2 ×10^-1Pa의 분위기로 보유 유지하면서, 바이어스 전원(9)에 의해 기재 보유 유지구 (4)에 -1000 V의 전압을 걸어서 아르곤 플라즈마 세정을 행한 후, 아르곤 가스를 배기하였다. 피막 장치 내로 가스의 도입은 공급구(10)에서, 배기는 배기구(11)에서 행한다. 다음에, 성막 장치(1) 내로 아르곤 가스를 1OOcc/min 의 비율로 도입하면서, 진공 아크 방전에 의해 그래파이트의 타겟을 증발·이온화시킴으로써 초경 드릴 상에 접하여 비정질 카본막이 형성된다. 이 때, 바이어스 전원(9)에 의한 전압은, 수백 V(볼트)로 하였다. 이 때 기재의 온도를 100 ℃로 설정하였다.

여기서, 샘플에 따라서는, 비정질 카본의 성막에 앞서서, 주기율표 IVa, Va,VIa 족 금속 원소의 타겟을 증발·이온화시키면서 바이어스 전원(9)에 의해 기재 보유 유지구(4)에 -1000 V의 전압을 걸어 메탈 이온 밤바드먼트(bombardment) 처리를 행하고, 피막의 밀착성을 높이기 위해서 표면 에칭 처리를 행하였다.

또한, 샘플에 따라서는, 더욱 탄화수소 가스를 도입하거나, 혹은 도입하지 않고서, 주기율표 IVa, Va, VIa, IIIb 족 원소 및 C 이외의 IVb 족 원소의 원소로부터 이루어지는 군에서 선택된 타겟을 증발·이온화하고, 바이어스 전원(9)에 의해 기재 보유 유지구(4)에 수백 V 의 전압을 걸어서, 이들 금속 혹은 금속 탄화물의 계면층의 형성을 행하였다. 계면층으로부터 비정질 카본막의 형성은, 타겟이나 분위기의 전환에 의해 행해지고, 이 전환 시에는, 통상, 아주 작지만 양층의 조성의 혼합이 생긴다. 이것 때문에, 양층의 사이에는, 원료의 혼합 조성층이나 경사 조성층이 존재한다고 추정된다.

또한, 비교를 위해서 표5, 6에 나타낸 비교품 1 내지 7 의 코팅 드릴도 준비한다. 여기서, 비교품 4는 통상의 플라즈마 CVD 성막 장치를 사용하여 상기와 동일한 초경 드릴의 표면에 비정질 카본막을 형성하였다.

다음에, 상기한 방법으로 제조한 각 드릴에 관하여, 표7의 조건에 의한 천공 시험(외부 급유에 의한 습식 조건)을 행하고, 난코드 드릴(non code drill)에 대하는 드러스트 저감율(비교품 26의 드러스트 저항을 기준으로서 평가함) 및 절삭 인선에 있어서 응착 상황을 측정하였다. 상기 각 절삭 시험의 결과를 표 2, 4, 6에 나타낸다. 또한, 표 1, 3, 5에 있어서, 「WC의 결정립 지름」은 기재 소결 후의 WC의 평균 결정 입자 지름을 도시한다. 또한, 인선 선단에서 막 두께는, 인선 단면의 SEM에 의해 평가하였다.

표1

표2

표3

표4

표5

표6

표7

피삭제	A5052
절삭 속도	100m/min
이송	0.5mm/rev
깊이	40mm
가공수	1000 구멍

또한, 표7의 A5052의 조성은, JIS 규격 H4000에 기재되어 있다.

표 2, 4, 6의 결과로부터, 종래로부터 TiN 막(비교품 5), TiAIN 막(비교품 6), CVD 법으로 형성한 함유 수소량 35 원자 % 의 수소화 비정질 카본막인 비교품 4나 그 밖의 비교품은, 드러스트 저항이 난코드와 동등하고 또한 내용착성이 뒤떨어진다. 이것에 대하여, 본 발명예의 드릴(본 발명품 1 내지 38)은, 비정질 카본 피막의 수소 함유량이 어느것이든 5 원자 % 이다. 이 수소량은, ERDA(Elastic Recoil Detection Analysis : 탄성 바운딩 입자 검출법)에 의해 평가하였다. 그리고, 알루미늄 천공 가공에 있어서 우수한 내마모성을 가짐과 동시에, 우수한 내용착성을 구비한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 천공 가공 후의 구멍 가공 정밀도도 매우 높고, 긴 수명이 가능하다는 것을 알 수 있다.

예2

실시예 1과 완전 동일한 방법에 의해, Φ 4 mm의 초경제 리머의 표면에 비정질 카본막을 피복하였다(본 발명품 2의 피막). 이 초경 기재에도 (Ta, Nb)C가 1 질량 %로, 7 질량 %의 Co가 함유되고, 비정질 카본막의 수소 함유량은 5 원자 % 이하이다. 또한, 비교재로서 CVD법에 의한 수소화 비정질 카본막(비교품 4)과 TiN 막(비교품 5), TiAlN 막(비교품 6)을 피복하였다. 다음에, 상기 방법에 의해서 제조한 각 표면 피복 리머에 대해서, 표8의 조건에 의한 알루미늄 다이캐스트(ADC12)의 천공 가공을 행하고, 천공 갯수와 인선의 상태를 평가하였다.

표8

피삭제	ADC12
절삭 속도	230mm/min
이송	0.15mm/rev
깊이	15mm

또한, 표8의 ADC12의 조성은 JIS 규격 H53021에 기재되어 있다.

그 결과, 종래로부터 표면 피복 절삭 리머[CVD의 수소화 비정질 카본막(비교품 4)과 PVD법으로 형성한 금속 질화물막(비교품 5, 6)]는 600 천공 시점에서 피삭제의 구멍 지름에 고르지 못함이 생겼기 때문에, 리머의 상태를 조사했더니, 인선에 마모가 생겨, 그 선단에서 칩핑을 인정할 수 있다.

한편, 본 발명품 2의 비정질 카본을 피복한 리머에서는 9000 천공 시점에서도 전혀 피삭제의 가공 상황에 문제가 없고, 리머 인선에도 마모나 칩핑은 인정할 수 없었다.

예3

실시예 1과 완전히 동일한 방법에 의해, Φ 7 mm의 초경제 엔드밀의 표면에 비정질 카본막을 피복한다(본 발명품3의 피막). 이 초경 기재에도 (Ta, Nb)C가 1 질량 %로, 7 질량 %의 Co가 함유되고, 비정질 카본막의 수소 함유량은 5 원자 % 이하이다. 또, 비교재로서 CVD법에 의한 수소화 비정질 카본막(비교품 4)과 TiN 막(비교품 5), TiAIN 막(비교품 6)을 피복하였다. 다음에, 상기 방법에 따라 제조한각 표면 피복 엔드 밀에 관해서, 표9의 조건에 따라 알루미늄 다이캐스트(ADC12)의 엔드 밀 가공을 행하고, 피삭의 표면 거칠기 규격으로부터 벗어날 때까지의 절삭 길이와 인선의 상태를 평가했다. 표9 중 Ad(axial depth of cut)는 축 방향의 절입 깊이이고, Rd(radial depth of cut)는 직경 방향의 절입 깊이이다.

표9

절삭제	ADC12
절삭 속도	300mm/mim
이송	0.1mm/rev
절입 깊이	Ad=Rd=5mm

또, 표9의 ADC12의 조성은, JIS 규격 H5302에 기재되어 있다.

그 결과, 종래로부터 표면 피복 절삭 엔드 밀 중, CVD의 수소화 비정질 카본막(비교품 4)은 20 m에서, PVD법으로 형성한 금속 질화물막, 비교품 5, 6은 각각 5 m, 6 m에서 표면 거칠기의 규격으로부터 벗어나기 때문에, 공구의 수명으로 판단했다. 수명이 된 표면 피복 엔드 밀의 선단에 용착한 알루미늄을 제거하여 조사했더니, 이미 피복한 막은 존재하지 않고, 기재의 WC 기 초경합금이 노출되고 있었다.

한편, 본 발명품 3의 엔드 밀에서는 800 m 절삭한 시점이라도 피삭제의 표면 거칠기는 규격 내로 유지할 수 있고, 한층 더 수명연장이 기대되었다.

예4

실시예 1과 완전히 동일한 방법에 따라, 인선 교환형 초경제 칩의 이면에 비정질 카본막을 피복한다(본 발명품2의 피막). 이 초경 기재에도 (Ta, Nb)C가 1 질량 % 로, 6 질량 % 의 Co가 함유되고, 비정질 카본막의 수소 함유량은 5 원자 % 이하이다. 또한, 비교재로서 CVD 법에 의한 수소화 비정질 카본막(비교품 4)과 TiN막(비교품 5), TiAIN 막(비교품 6)을 피복하였다. 다음에, 상기 방법에 따라 제조한 각 표면 피복 인선형 교환형 칩 한 개를 공구 직경 32 mm의 홀더에 붙여, 표10의 조건에 의한 알루미늄 다이캐스트(A390)의 엔드 밀 가공을 행하고, 피삭 표면 거칠기의 규격으로부터 벗어나기까지 절삭 길이와 인선의 상태를 평가하였다. 표10 중 Ad(axial depth of cut)는 축방향의 절입 깊이이고, Rd(radial depth of cut)는 직경 방향의 절입 깊이이다.

표10

절삭제	A390
절삭 속도	200mm/mim
이송	0.1mm/rev
절입 깊이	Ad=Rd=3mm

또, 표10의 A390의 조성은, Al-16 내지 18 % (m/m) Si 이다.

그 결과, 종래부터의 표면 피복 절삭 엔드 밀 중, CVD의 수소화 비정질 카본막(비교품 4)은 15 m 에서, PVD법으로 형성한 금속 질화물막, 비교품 5, 6은 각각 4 m, 2 m에서 표면 거칠기의 규격에서 벗어났기 때문에, 공구의 수명으로 판단하였다. 수명이 된 표면 피복 칩의 선단에 용착한 알루미늄을 제거하여 조사했더니, 이미 피복한 막은 존재하지 않고, 기재의 WC 기 초경합금이 노출하고 있었다.

한편, 본 발명품 2의 엔드 밀에서는 900 m 절삭한 시점에 절삭제의 표면 거칠기의 규격으로부터 벗어나기 때문에, 공구 수명으로 판단했다.

여기서 개시된 실시예는 모든 점에서 예시적이고 제한적인 것이 아니라고 생각하는 것이 적절하다. 본 발명의 범위는, 이상의 실시예의 설명이 아니고, 특허청구의 범위에 의해서 나타난 특허 청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 수정이나 변형을 포함하는 것을 의도한다.

이상, 본 발명의 구체예에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 다른 형상의 전삭 공구(드릴, 엔드 밀, 리머 등), 밀링 커터 공구나 선삭 공구로 사용되는 인선 교환형 절삭 칩, 절단 공구(커터, 나이프, 슬리터 등)에도 적용할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 피복 공구에 따르면, 기재의 조성과 비정질 카본막의 두께를 특정함으로써, 내마모성을 유지하여 우수한 내용착성을 얻을 수 있고, 공구의 절삭ㆍ내마모 수명을 현저히 연장시킬 수 있다. 특히, 수소를 함유하지 않은 비정질 카본막으로 함으로써, 한층 우수한 내마모성과 내용착성을 얻을 수 있다. 따라서, 전삭 공구(드릴, 엔드 밀, 리머 등), 밀링 커터 공구나 선삭 공구로 사용되는 인선 교환형 절삭 칩, 절단 공구(커터, 나이프, 슬리터 등)에의 효과적인 이용이 기대된다.

Claims

WC 기 초경합금으로 이루어지는 기재와, 이 기재 상의 적어도 인선을 피복하는 비정질 카본 피막을 구비하고,

상기 기재는 코발트의 함유율이 12 질량 % 이하이고,

이 비정질 카본막 중에 있어서 수소량이 5 원자 % 이하이고,

이 비정질 카본막의 인선에 있어서 최대 두께가 0.05 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 비정질 카본막은 실질적으로 탄소만으로 형성된 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 비정질 카본막 표면에 존재하는 거시 입자의 밀도가 3 ×10⁵개/mm²이하인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 비정질 카본막의 절삭에 관여하는 인선부에서 최대 두께가 0.05 ㎛ 이상 0.25 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 기재의 코발트 함유율이 3 질량 % 이상 7 질량 % 이하인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 기재의 소결 후의 탄화 텅스텐의 평균 결정 입자 지름이 0.1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 기재의 속에, 주기율표 IVa, Va, VIa 족 금속 원소로부터 이루어지는 군에서 선택되는 1종류 이상의 원소와, 탄소 및 질소로 이루어지는 군에서 선택되는 1종류 이상의 원소로부터 이루어지는 화합물이 0.01 질량 % 이상 3 질량 % 이하를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 비정질 카본막의 표면 거칠기 Ra가 0.02 ㎛ 이상 O.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 비정질 카본막의 표면 거칠기 Ry가 0.02 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 비정질 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 비정질 카본막의 누프 경도가 20 GPa 이상 50 GPa 이하인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 514.5 nm의 파장을 갖는 아르곤 이온 레이저를 이용한 라만분광 분석에 의해 얻을 수 있는 라만 스펙트럼에서, 주파수 400 cm^-1이상 l000 cm^-1이하에 피크를 가지는 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제11항에 있어서, 주파수 400 cm^-1이상 1000 cm^-1이하에 존재하는 피크의 강도(I700)와 1340 cm^-1부근에 존재하는 피크 강도(I1340)의 강도비 (I700/I1340)가 0.02 이상 2.5 이하인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제11항에 있어서, 주파수 400 cm^-1이상 1000 cm^-1이하에 존재하는 피크 적분 강도(S700)와 1340 cm^-1부근에 존재하는 피크 적분 강도(S1340)의 강도비(S700/S1340)가 0.01 이상 2.5 이하인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제11항에 있어서, 1560 cm^-1부근에 존재하는 피크 강도(I1560)와 1340 cm^-1부근에 존재하는 피크 강도(I1340)의 강도비(I1340/I1560)가 0.1 이상 1.2 이하인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제11항에 있어서, 1560 cm^-1부근에 존재하는 피크 적분 강도(S1560)와 1340cm^-1부근에 존재하는 피크 적분 강도(S1340)의 강도비(S1340/S1560)가 0.3 이상 3 이하인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제11항에 있어서, 1560 cm^-1부근에 존재하는 피크가 1560 cm^-1이상 1580 cm^-1이하에 존재하는 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 비정질 카본막이 가시광역에 있어서 투명하고, 간섭색를 나타내는 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제17항에 있어서, 상기 비정질 카본막이 적자, 자, 청자, 자, 청, 은, 황, 적, 녹으로 이루어지는 군에서 선택된 한 개 이상의 간섭색를 나타내는 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 비정질 카본막은 기재에 직접 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 기재와 비정질 카본 막의 사이에 계면층을 구비하고,

이 계면층은, 주기율표 IVa, Va, VIa, IIIb 족 원소 및 C 이외의 IVb 족 원소의 원소로부터 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종류 이상의 원소, 또는 이들 원소 군으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 원소의 탄화물로 이루어지고,

계면층의 두께가 0.5 n m 이상 10 n m 미만인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구
제20항에 있어서, 상기 계면층이 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W 및 Si 로부터 이루어지는 원소군에서 선택된 적어도 1종류 이상의 원소, 또는 이 원소군에서 선택된 적어도 1종류 이상의 원소의 탄화물인 것을 특징으로 하는 비정질 피복 공구.
제22항에 있어서, 상기 계면층과 비정질 카본막의 사이에, 각 피막의 조성이 혼합된 혼합 조성층 또는 조성이 연속적으로 변화된 경사 조성층이 개재하는 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 비정질 카본 공구는, 연질 금속 재료, 비철 금속 재료, 유기 재료, 경질 입자를 함유하는 재료, 인쇄 회로 기판 및 철계 재료로 이루어지는 군에서 선택된 1종류 이상의 재료와 연질 금속 재료의 공삭 가공을 하기 위한 공구인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
제1항에 있어서, 상기 비정질 카본 피복 공구는, 드릴, 마이크로 드릴, 엔드 밀, 엔드 밀 가공용 인선 교환형 칩, 밀링 커터 가공용 인선 교환형 칩, 선삭용 인선 교환형 칩, 메탈 소오, 치삭 공구, 리머 및 탭으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종류인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
WC 기 초경합금으로 이루어지는 기재와, 이 기재상의 적어도 인선을 피복하는 비정질 카본 피막을 구비하고,

상기 기재는 코발트의 함유율이 12 질량 % 이하이고,

상기 비정질 카본막은 그래파이트를 원료로 해서 실질적으로 수소를 포함하지 않는 분위기 하에서 물리적 증착법에 의해 형성되고,

이 비정질 카본막의 인선에 있어서 최대 두께는 0.05 ㎛ 이상 0.5 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구.
진공 용기 내에 WC 기 초경합금으로 이루어지는 기재를 보유 유지하는 공정과,

기재에 영 또는 음의 직류 바이어스를 인가함과 동시에, 원료로 되는 그래파이트를 증발시키고 비정질 카본막을 형성하는 공정을 구비하고,

인선에 있어서 비정질 카본막의 최대 두께를 0.05 내지 0.5 ㎛로 제어하는 비정질 카본 피복 공구의 제조 방법.
제26항에 있어서, 상기 비정질 카본막을 형성하는 공정은, 음극 아크 이온 도금에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 비정질 카본 피복 공구의 제조 방법.