硬質被膜被覆工具
【課題】ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が高い付着強度で工具母材に設けられ、そのＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた被膜性能が適切に得られるようにする。
【解決手段】Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc の窒化物または炭窒化物から成るＩ層２２が工具母材１２の表面上に設けられるとともに、そのＩ層２２およびＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜から成るII層２６が交互に４層以上積層されて硬質被膜２０が構成されているため、高い付着強度が得られる。Ｉ層２２の層厚Ｔ２およびII層２６の層厚Ｔ３は１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内で、総膜厚Ｔtotal は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であるため、II層２６のＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた被膜性能が適切に得られるとともに、層厚Ｔ２、Ｔ３が１ｎｍ〜５０ｎｍの極めて薄いナノレイヤー構造であるため、密着性が更に向上して４０ＧＰａ以上の被膜硬さが得られるようになる。
【解決手段】Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc の窒化物または炭窒化物から成るＩ層２２が工具母材１２の表面上に設けられるとともに、そのＩ層２２およびＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜から成るII層２６が交互に４層以上積層されて硬質被膜２０が構成されているため、高い付着強度が得られる。Ｉ層２２の層厚Ｔ２およびII層２６の層厚Ｔ３は１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内で、総膜厚Ｔtotal は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であるため、II層２６のＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた被膜性能が適切に得られるとともに、層厚Ｔ２、Ｔ３が１ｎｍ〜５０ｎｍの極めて薄いナノレイヤー構造であるため、密着性が更に向上して４０ＧＰａ以上の被膜硬さが得られるようになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硬質被膜被覆工具に係り、特に、高い耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等に優れた硬質被膜被覆工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高速度工具鋼や超硬合金等の工具母材の表面を硬質被膜で被覆した硬質被膜被覆工具が広く知られている。特許文献１に記載の工具はその一例で、硬質被膜としてＴｉＢＮを設けることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、環境保護の観点から湿式切削から乾式切削へと切り換えられつつあるが、工具への負担が大きくなり、特に高速切削では刃先温度が数百℃以上にもなるため、従来の硬質被膜では必ずしも十分な工具寿命が得られず、耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等が一層優れた硬質被膜被覆工具が求められている。
【０００５】
これに対し、本願出願人は先に出願した特願２０１０−０５６０８７号において、ＣｒＡｌＮの窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜（ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜）を硬質被膜として用いることを提案した。このＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜は、ＣｒＡｌＮ微結晶の周囲をアモルファス構造のＢＮ相が取り囲むナノコンポジット構造を有し、転位の発生・移動が阻止されるだけでなく、粒界滑りも発生しにくいため、塑性硬さ（plastic hardness) が３５ＧＰａ程度以上の超高硬度が得られる。また、非常に高い耐熱性、化学的安定性より耐溶着性に優れるなどの特性に加え、大気中の加熱によって塑性硬さが成膜直後よりも高くなるという自己硬化性を持つといった特異な特性も有する。しかしながら、このようなＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜を高速度工具鋼や超硬合金等の工具母材の表面に直接設けた場合、密着性が悪くて必ずしも期待通りの性能が得られないという問題があった。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、上記ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が高い付着強度で工具母材に設けられ、そのＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた耐熱性、高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、第１発明は、硬質被膜で表面が被覆されている硬質被膜被覆工具において、(a) Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．７、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〕の窒化物または炭窒化物から成るＩ層と、(b) ＣｒＡｌＮから成る窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜であるII層と、を有し、(c) 工具母材の表面上に前記Ｉ層が設けられるとともに、そのＩ層および前記II層が交互に４層以上積層されて前記硬質被膜が構成されている一方、(d) 前記工具母材の表面上に設けられる前記Ｉ層の層厚は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で、その他のＩ層および前記II層の層厚は何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であり、被膜全体の総膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【０００８】
第２発明は、硬質被膜で表面が被覆されている硬質被膜被覆工具において、(a) Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．７、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〕の窒化物または炭窒化物から成るＩ層と、(b) ＣｒＡｌＮから成る窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜であるII層と、を有し、(c) 工具母材の表面上に前記Ｉ層が設けられるとともに前記II層が最表層となるように、それ等のＩ層およびII層が交互に４層以上積層されて前記硬質被膜が構成されている一方、(d) 前記工具母材の表面上に設けられる前記Ｉ層の層厚は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で、その他のＩ層および前記最表層を除く前記II層の層厚は何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であり、被膜全体の総膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【０００９】
第３発明は、第１発明または第２発明の硬質被膜被覆工具において、前記Ｉ層のうち少なくとも前記工具母材の表面上に設けられたものはアークイオンプレーティング法で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかの硬質被膜被覆工具において、前記II層はスパッタリング法で形成されていることを特徴とする。
【００１１】
第５発明は、第１発明〜第４発明の何れかの硬質被膜被覆工具において、前記II層における前記ＢＮ相の含有率は８ vol（体積）％〜２８ vol％の範囲内であることを特徴とする。
【００１２】
第６発明は、第１発明〜第５発明の何れかの硬質被膜被覆工具において、前記Ｉ層と前記II層との間には、前記ＢＮ相の含有率が連続的に増加または減少する遷移層が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
第７発明は、第１発明〜第６発明の何れかの硬質被膜被覆工具において、前記工具母材の表面上に設けられた前記Ｉ層はアークイオンプレーティング法で形成され、その他のＩ層および前記II層は総てスパッタリング法で形成されていることを特徴とする。
【００１４】
第８発明は、第１発明〜第６発明の何れかの硬質被膜被覆工具において、前記工具母材の表面上に設けられたものを含めて前記Ｉ層は総てアークイオンプレーティング法で形成され、前記II層は総てスパッタリング法で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明の硬質被膜被覆工具によれば、Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc の窒化物または炭窒化物から成るＩ層が工具母材の表面上に設けられるとともに、そのＩ層およびＣｒＡｌＮの窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜（ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜）から成るII層が交互に４層以上積層されて硬質被膜が構成されているため、その硬質被膜を高い付着強度で工具母材上に設けることができる。特に、工具母材の表面上に設けられるＩ層の層厚は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であるため、所定の被膜硬さを確保しつつ付着強度を適切に向上させることができる。
【００１６】
また、上記工具母材の表面上のＩ層を除く他のＩ層およびII層の層厚は何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内で、被膜全体の総膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であるため、II層を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られるようになり、乾式加工や高能率加工等の高負荷時の工具寿命が向上するとともに、溶着が抑制されることで加工面粗さが向上する。特に、交互に積層されるＩ層およびII層の各層厚が１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内の極めて薄いナノレイヤー構造を成しているため、それ等の密着性が更に向上して４０ＧＰａ程度以上の超高硬度の被膜硬さが得られるようになり、耐摩耗性等の耐久性が一層向上する。
【００１７】
第２発明の硬質被膜被覆工具は、硬質被膜の最表層がII層にて構成されているとともに、その最表層の層厚について特に規定が無いことを除いて、第１発明と同様に構成されているため、実質的に第１発明と同様の作用効果が得られる。また、硬質被膜の最表層がII層にて構成されているとともに、その最表層のII層については５０ｎｍを超えた厚さで形成することができるため、II層を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が一層適切に得られるようになる。
【００１８】
第３発明では、上記Ｉ層のうち少なくとも工具母材の表面上に設けられたものはアークイオンプレーティング法で形成されているため、一層高い付着強度が得られる。すなわち、アークイオンプレーティング法はスパッタリング法に比較してイオン化率が高いため、三次元形状の工具の刃先等に対してＩ層を均一な膜質で設けることができ、高い付着強度で成膜できるのである。
【００１９】
第４発明では前記II層がスパッタリング法で形成されているため、そのII層を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜を適切に設けることが可能で、耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られる。
【００２０】
第５発明では、II層におけるＢＮ相の含有率が８ vol％〜２８ vol％の範囲内であるため、そのII層を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られる。
【００２１】
第６発明では、Ｉ層とII層との間にＢＮ相の含有率が連続的に増加または減少する遷移層が設けられているため、Ｉ層とII層との間の密着性が一層高められ、硬質被膜の付着強度が更に向上する。
【００２２】
第７発明では、工具母材の表面上に設けられたＩ層はアークイオンプレーティング法で形成され、その他のＩ層およびII層は総てスパッタリング法で形成されているため、多層構造の硬質被膜を簡便に設けることができる。
【００２３】
第８発明では、工具母材の表面上に設けられたものを含めてＩ層は総てアークイオンプレーティング法で形成され、II層は総てスパッタリング法で形成されているため、アークイオンプレーティング法で形成されるＩ層の存在で各層の密着性が向上し、硬質被膜の付着強度が一層向上する。なお、このようにアークイオンプレーティング法およびスパッタリング法でＩ層およびII層を交互に形成する場合でも、例えばアークイオンプレーティング蒸発源とスパッタリング蒸発源を共に備えた複合成膜装置を用いることにより簡便に成膜できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例であるボールエンドミルを示す図で、(a) は軸心と直角方向から見た正面図、(b) は先端側から見た拡大底面図、(c) は硬質被膜が設けられた刃部の表面近傍の拡大断面図である。
【図２】図１の硬質被膜を好適に成膜できるアークイオンプレーティング蒸発源とスパッタリング蒸発源を共に備えた複合成膜装置の概略構成を説明する平面図である。
【図３】硬質被膜の積層構造の幾つかの別の例を示す図で、何れも図１(c) に対応する断面図である。
【図４】各種ガス雰囲気におけるＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜の塑性硬さＨplと熱処理温度Ｔａとの関係を調べた結果を示す図である。
【図５】各種ガス雰囲気におけるＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜の実効ヤング率Ｅ* と熱処理温度Ｔａとの関係を調べた結果を示す図である。
【図６】ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、ＧＤＳによる元素分析の結果を熱処理前と熱処理後とで比較して示した図である。
【図７】ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、そのＢＮ相の含有率と塑性硬さＨplとの関係を調べた結果を示す図である。
【図８】ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、そのＢＮ相の含有率が異なる複数種類の被膜について熱処理温度Ｔａに対する塑性硬さの変化率を調べた結果を示す図である。
【図９】本発明品を含む複数種類の試料（試験品）について、その被膜硬さを調べた結果を示す図である。
【図１０】図９の試料No１、No２、No５、およびNo１２を用いて耐久性試験を行った際の試験条件を説明する図である。
【図１１】図１０の試験条件に従って耐久性試験を行った試験結果を示す図である。
【図１２】図９の試料No２、No９、およびNo１０の３種類の試験品を用いて行ったスクラッチ試験の試験条件および試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、エンドミルやタップ、ドリルなどの回転切削工具の他、バイト等の非回転式の切削工具、或いは転造工具など、種々の加工工具の表面に設けられる硬質被膜に好適に適用される。硬質被膜被覆工具の工具母材としては、超硬合金や高速度工具鋼、工具鋼、ダイス鋼、サーメット、セラミックス、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、単結晶ダイヤモンド、多結晶ＣＢＮ、単結晶ＣＢＮが好適に用いられるが、他の工具材料を採用することもできる。
【００２６】
硬質被膜の形成手段としては、アークイオンプレーティング法やスパッタリング法、ＰＬＤ（Puls LASER Deposition ）法等のＰＶＤ法（物理蒸着法）が好適に用いられる。硬質被膜を構成するＡｌa Ｔｉb Ｃｒc やＣｒＡｌの合金については、例えば同じ組成の金属ターゲットを用意すれば良く、II層を構成するＢＮ相については、例えばＢＮ焼結体等のＢを含有するターゲットを用意すれば良い。Ｃ（炭素）の供給については、反応ガス（炭化水素ガスなど）或いは固体ターゲット（Ｃターゲット、Ｃ含有ターゲット）の何れの方法でも良い。Ｎ（窒素）については、反応ガスの供給で添加することができる。
【００２７】
本発明の硬質被膜被覆工具は、例えば高速や高負荷での乾式切削加工など高温となる加工条件で使用する場合に好適に用いられ、優れた耐久性（工具寿命）が得られるようになるが、耐溶着性や耐摩耗性、耐熱性がそれ程要求されない加工条件下、例えば切削油剤を用いた切削加工等で使用することも勿論可能である。
【００２８】
Ｉ層を構成しているＡｌa Ｔｉb Ｃｒc の窒化物または炭窒化物は、少なくともＡｌを０．３〜０．７の原子比で含んでおり、ＴｉおよびＣｒの何れか一方は０すなわち含有していなくても良い。すなわち、ＡｌＴｉＣｒだけでなく、ＣｒＡｌやＴｉＡｌを採用することもできる。また、ＣおよびＮの両方を含む炭窒化物（Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc ＣＮ）でも、Ｎのみを含む窒化物（Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc Ｎ）でも良い。上記ＡｌおよびＣｒは、ＣｒＡｌＮの窒化物相を有するＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜との密着性向上に寄与し、Ｔｉは被膜の強度アップに寄与する。
【００２９】
II層を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜、すなわちＣｒＡｌＮから成る窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜は、ＣｒＡｌＮ微結晶の周囲をアモルファス構造のＢＮ相が取り囲むナノコンポジット構造を有し、転位の発生・移動が阻止されるだけでなく、粒界滑りも発生しにくいため、塑性硬さが３５ＧＰａ程度以上の超高硬度が得られる。また、非常に高い耐熱性、化学的安定性より耐溶着性に優れるなどの特性に加え、大気中の加熱によって塑性硬さが成膜直後よりも高くなるという自己硬化性を持つといった特異な特性も有する。
【００３０】
上記ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜は、酸素やその他の不純物元素の金属が入っている場合も含む。特に、酸素はターゲット材などに通常１mass％未満含まれる他、真空成膜装置に残留するガスにも含まれることから、膜中には酸化物の形で無視できない程度に含まれる。また、ＣｒおよびＡｌ以外にＭｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒなどの遷移金属元素やＳｉなどが不純物として含まれていても良い。
【００３１】
ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜を構成しているＣｒＡｌＮのＣｒとＡｌとの原子比の割合は、３：７〜７：３程度の範囲内が望ましい。これ等のＣｒとＡｌとの原子比の割合が５：５であるとした場合、Ｃｒの代わりにＣｒとＶ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ等（Ｂの酸化物生成自由エネルギー線図の上にあるもの）とをＣｒ＞Ｖ等の原子比の割合としたものを用いても、同様の自己硬化性が得られるものと推測される。すなわち、ＣｒＡｌＮは、Ｃｒd Ａｌe Ｎ〔但し、ｄ、ｅはそれぞれ原子比で、０．３≦ｄ≦０．７、０．３≦ｅ≦０．７、ｄ＋ｅ＝１〕が望ましく、且つ、Ｃｒの原子比ｄの１／２より小さい割合でＶ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ等のＢの酸化物生成自由エネルギー線図の上にある金属ＭｅをＣｒの代わりに含有する態様も含む。
【００３２】
ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜は、ＢＮ相の含有率が２８ vol％を超えると塑性硬さが低下し、８vol ％未満になると熱処理によって塑性硬さが低下するようになるため、８ vol％〜２８ vol％の範囲内が適当である。
【００３３】
硬質被膜の総膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であるが、０．１μｍ未満の場合は硬質被膜としての性能が十分に得られず、２０μｍを超えると切削工具の刃先が丸くなるなどして工具性能が損なわれる可能性がある。この総膜厚は、工具母材の表面から硬質被膜の最表面までの膜厚で、Ｉ層とII層との間に遷移層を有する場合はその遷移層を含む膜厚である。
【００３４】
工具母材の表面上のＩ層を除くＩ層および総てのII層、或いは最表層を除くII層は、それぞれ１ｎｍ〜５０ｎｍの層厚で交互に積層されるナノレイヤー構造を成しているが、両者の層厚は略同じ（均等）であっても良いし互いに異なっていても良い。例えば、ターゲットの使用出力および数量を変えることにより、Ｉ層とII層の層厚比が１：１、１：２、１：３、３：１、２：１等となるように成膜できる。また、ターゲット出力を変化させることにより、最下層から最表層にかけて各層の層厚が厚くなるように、或いは薄くなるように成膜することもできる。それ等の層厚が５０ｎｍを超えると被膜硬さの向上効果が十分に得られず、１ｎｍ未満では個々の被膜の性能が適切に得られないとともに膜厚制御が難しいため、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内が適当である。これ等のＩ層およびII層は、交互に少なくとも４層以上積層されるが、１０層以上或いは５０層以上設けることが望ましい。
【００３５】
第２発明でII層にて構成される最表層の層厚については、所定の被膜性能が得られるように１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内に制限されることなく、他の層と別個に独立に定めることができるが、ナノレイヤー構造による被膜硬さの向上効果を損なうことがないように、例えば１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内、或いは１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の範囲内が望ましい。第２発明では最表層がII層にて構成されるが、第１発明の実施に際しては、Ｉ層およびII層が何れも極めて薄いため、Ｉ層およびII層のどちらが最表層となっても良い。
【００３６】
工具母材の表面上に設けられるＩ層の層厚は、５００ｎｍを超えると被膜硬さが低下し、１０ｎｍ未満では付着強度の向上効果が十分に得られなくなるため、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内が適当である。
【００３７】
第６発明では、Ｉ層とII層との間にＢＮ相の含有率が連続的に増加または減少する遷移層が設けられるが、単にＩ相およびII相が混ざり合っているだけの混合層を設けることもできる。Ｉ層とII層との間には、単にＩ層とII層とを切り換えるだけでも混合層が形成されるが、両方の層を所定時間だけ重複して同時に成膜することにより、所定厚さの混合層を設けることもできる。上記遷移層は、Ｉ層からII層への遷移部分ではＢＮ相を徐々に増加させ、II層からＩ層への遷移部分ではＢＮ相を徐々に減少させる。このような遷移層は、Ｂ含有ターゲットの出力を連続的に変化させることによって形成することができる。この遷移層の層厚は適宜設定されるが、例えば上下に位置するＩ層およびII層のうち薄い方の層厚と同じかそれより薄くすることが望ましい。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明が適用された硬質被膜被覆工具の一例であるボールエンドミル１０を説明する図で、(a) は軸心と直角方向から見た正面図、(b) は先端側（(a) の図の右方向）から見た拡大底面図であり、超硬合金にて構成されている工具母材１２にはシャンクに連続して刃部１４が一体に設けられている。刃部１４には、切れ刃として一対の外周刃１６およびボール刃１８が軸心に対して対称的に設けられているとともに、その刃部１４の表面には硬質被膜２０がコーティングされており、軸心まわりに回転駆動されることによりそれ等の外周刃１６およびボール刃１８によって切削加工が行われる。図１の(a) 、(b) における斜線部は硬質被膜２０を表しており、図１の(c) は、硬質被膜２０がコーティングされた刃部１４の表面近傍の断面図である。
【００３９】
図１(c) から明らかなように、硬質被膜２０はＩ層２２およびII層２６を交互に４層以上積層した積層構造で、本実施例では５０層以上積層した多層構造を成している。Ｉ層２２は、Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．７、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〕の窒化物または炭窒化物にて構成されており、工具母材１２の表面上にはこのＩ層２２が設けられる。II層２６は、ＣｒＡｌＮから成る窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜であるＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜で、ＣｒＡｌＮはＣｒd Ａｌe Ｎ〔但し、ｄ、ｅはそれぞれ原子比で、０．３≦ｄ≦０．７、０．３≦ｅ≦０．７、ｄ＋ｅ＝１〕であり、本実施例では硬質被膜２０の最表層がこのII層２６にて構成されている。Ｉ層２２およびII層２６は互いに接するように交互に積層されており、それ等の境界部分には両者の成分が混ざり合った混合層が形成される。
【００４０】
工具母材１２の表面上に設けられる最下層のＩ層２２の層厚Ｔ１は、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で適当に定められ、その他のＩ層２２の層厚Ｔ２、および総てのII層２６の層厚Ｔ３は、何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内で適当に定められる。また、層厚Ｔ２およびＴ３は互いに略等しいとともに、硬質被膜２０の全体の総膜厚Ｔtotal は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内とされている。
【００４１】
このような硬質被膜２０は、例えば図２に概略構成を示すアークイオンプレーティング蒸発源とスパッタリング蒸発源を共に備えた複合成膜装置４０を用いて形成することができる。このアークイオンプレーティング蒸発源とスパッタリング蒸発源を共に備えた複合成膜装置４０は、アークイオンプレーティング蒸発源４２およびスパッタリング蒸発源４４を共に備えているもので、共通のチャンバー４６内に配置されたワーク４８に対してアークイオンプレーティング法およびスパッタリング法の両方でコーティング処理を行うことができる。ワーク４８は、硬質被膜２０をコーティングする前の状態の工具母材１２で、３つの第１回転テーブル５０にそれぞれ配置されて自転させられるとともに、第２回転テーブル５２によってチャンバー４６内を公転させられ、アークイオンプレーティング蒸発源４２およびスパッタリング蒸発源４４の前方を通過させられる。図２では、アークイオンプレーティング蒸発源４２およびスパッタリング蒸発源４４がチャンバー４６の周囲に９０°間隔で交互に計４つ配設されているが、それ等の蒸発源４２、４４を１つずつ備えたものでも良い。
【００４２】
上記アークイオンプレーティング蒸発源４２は、前記Ｉ層２２をアークイオンプレーティング法によって形成するためのもので、Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc の金属ターゲット５４を備えている。スパッタリング蒸発源４４は、前記II層２６をスパッタリング法によって形成するためのもので、Ｃｒd Ａｌe の金属ターゲット５６およびＢＮ焼結体ターゲット等のＢ含有ターゲット５８を備えている。また、窒化物や炭窒化物のＮ（窒素）については、反応ガス（窒素ガス）の供給で添加することができ、炭窒化物のＣ（炭素）については、反応ガス（炭化水素ガスなど）或いは固体ターゲット（Ｃターゲット、Ｃ含有ターゲット）の何れかの方法で添加することができる。なお、スパッタガスとしてはアルゴンガスが用いられ、ワーク４８にはバイアス電源により所定のバイアス電圧が印加されるようになっている。
【００４３】
そして、本実施例では総てのＩ層２２がアークイオンプレーティング蒸発源４２を用いてアークイオンプレーティング法によって形成され、総てのII層２６がスパッタリング蒸発源４４を用いてスパッタリング法によって形成される。但し、Ｉ層２２については、Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc の金属ターゲット５４をスパッタリング蒸発源４４にも配置することにより、そのスパッタリング蒸発源４４を用いてスパッタリング法により形成することもできる。例えば工具母材１２の表面上に接して設けられる最下層のＩ層２２については、優れた密着性が得られるようにアークイオンプレーティング蒸発源４２を用いてアークイオンプレーティング法によって形成し、それより上のＩ層２２についてはスパッタリング蒸発源４４を用いてスパッタリング法によって形成するようにしても良い。Ｉ層２２は、Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc の窒化物または炭窒化物で、II層２６を構成しているＣｒd Ａｌe の窒化物相と同じ成分（ＡｌやＣｒ）を含有しているため、II層２６との親和性が高く、スパッタリング法で形成しても十分な密着性を確保できる。なお、Ｉ層２２のＡｌa Ｔｉb Ｃｒc がII層２６のＣｒd Ａｌe と同じ成分、すなわち原子比ａ＝ｅ、ｃ＝ｄでｂ＝０の場合には、共通の金属ターゲット５６を用いてＩ層２２を形成することができる。
【００４４】
また、本実施例の硬質被膜２０は、Ｉ層２２とII層２６とが互いに接するように積層されているが、図３の(a) に示す硬質被膜３０のように、Ｉ層２２とII層２６との間に遷移層２４、２８が設けられても良い。遷移層２４、２８は、II層２６と同じＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜で、そのＢＮ相の含有率が連続的に変化しているものであり、Ｉ層２２の上に積層される第１遷移層２４は、ＢＮ相の含有率が０ vol％から連続的に増加させられ、II層２６との境界である表面部分ではII層２６と同じ含有率とされる。また、II層２６の上に積層される第２遷移層２８は、ＢＮ相の含有率がII層２６と同じ含有率から連続的に減少させられ、Ｉ層２２との境界である表面部分では０ vol％とされる。このような遷移層２４、２８は、前記II層２６と同様にスパッタリング蒸発源４４を用いてスパッタリング法により形成することが可能で、ＢＮ焼結体ターゲット等のＢ含有ターゲット５８の出力を変化させることによって形成できる。これ等の遷移層２４、２８の層厚は、Ｉ層２２やII層２６と略同じかそれより小さい厚さで、本実施例ではＩ層２２、II層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３と略同じ厚さとされている。そして、この遷移層２４、２８を含む硬質被膜３０の全体の総膜厚Ｔtotal は、前記硬質被膜２０と同じく０．１μｍ〜２０μｍの範囲内である。
【００４５】
図３の(b) の硬質被膜３２は、最下層のＩ層２２とその上のII層２６との間にだけ第１遷移層２４を設けた場合である。また、図３の(c) に示す硬質被膜３４は、前記硬質被膜２０に比較して、最表層を構成しているII層２６の層厚Ｔ４を、所定の被膜性能が得られるように他のII層２６の層厚Ｔ３よりも厚くした場合で、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内で適宜定められる。何れの硬質被膜３２、３４も、全体の総膜厚Ｔtotal は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内である。なお、硬質被膜３０、３２に関して、遷移層２４、２８の代わりに混合層が設けられても良い。その混合層の厚さは、Ｉ層２２やII層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３と同じであっても良いが、それ等より薄くても差し支えない。
【００４６】
次に、上記II層２６を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜の被膜性能について調べた結果を説明する。ここでは、高速度鋼製の基板上に、スパッタリング法により加熱温度３５０℃でＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜を３．５μｍの目標膜厚で直接設けた試料を用いた。ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜のＣｒd Ａｌe Ｎ相のＣｒおよびＡｌの原子比ｄ、ｅは共に０．５で、ＢＮ相の含有率は、ＢＮ焼結体ターゲット等のＢ含有ターゲット５８の出力を変化させることによって適宜変更できる。このＢＮ相の含有率については、例えば波長分散型ＥＰＭＡ（Electron Probe MicroAnalyser）を用いて測定できる。
【００４７】
図４は、ＢＮ相の含有率が１８ vol％のＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、自己硬化性および耐熱性（耐酸化性）を評価するためのもので、塑性硬さＨplが各種雰囲気（大気、窒素、アルゴン）下における熱処理温度Ｔａの相違でどのように変化したかを示すグラフであり、各温度で１時間加熱した後に室温にて塑性硬さＨplを測定した。塑性硬さＨplについては、超マイクロインデンターを用い、膜中への圧子の侵入深さが膜厚の概ね１０分の１以下となるように最高荷重を選択し、除荷曲線の接線から圧子の侵入深さを求め、接触面積に換算することにより塑性硬さＨplを計算する公知のオリバー（Oliver）の方法を用いた。図４から明らかなように、窒素、アルゴンの場合は、加熱温度が８００℃まで成膜直後の塑性硬さＨplが略維持されるのに対し、大気の場合には、成膜直後４０ＧＰａ程度であった塑性硬さＨplが６００℃を境にして急激に上昇し、７００℃および８００℃では５０ＧＰａを超え、９００℃では一挙に２０ＧＰａ未満に低下している。このことから、ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜は、非酸化性雰囲気下では自己硬化性を殆ど有しないが、酸化性雰囲気下では自己硬化性を示すことが分かる。
【００４８】
図５は、図４と同じくＢＮ相の含有率が１８ vol％のＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜を用いて、実効ヤング率Ｅ* が各種雰囲気（大気、窒素、アルゴン）下における熱処理温度Ｔａの相違でどのように変化したかを示すグラフである。実効ヤング率Ｅ* はＥ／（１−ｎ2 ）で、膜のポアソン比（ｎ）が不明なため（１−ｎ2 ）でヤング率Ｅを除した値を用いた。図５の結果から、窒素、アルゴンの場合は、８００℃まで成膜直後の実効ヤング率Ｅ* が略維持されるのに対し、大気の場合には、成膜直後３５０ＧＰａ程度であった実効ヤング率Ｅ* が６００℃を境にして急激に上昇し、７００℃では４８０ＧＰａ程度、８００℃では４４０ＧＰａ程度となり、９００℃で一挙に２６０ＧＰａ程度まで低下していることが分かる。
【００４９】
図６は、上記のようにＢＮ相の含有率が１８ vol％のＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、ＧＤＳ（Glow Discharge Spectronmeter；グロー放電発光表面分析装置）による元素分析の結果を熱処理前と熱処理後とで比較して示した図である。熱処理後の試料は、大気中において熱処理温度Ｔａ＝８００℃で１時間加熱した後に室温まで戻したものである。この図６から明らかなように、熱処理後には熱処理前に比較して、０．２μｍ以下の表層部分で酸素（Ｏ）が増大している。このことから、図４、図５を併せて考えると、ある程度表層が酸化されることによって被膜硬さ（塑性硬さＨpl）や実効ヤング率Ｅ* が向上していると考えられる。
【００５０】
図７は、ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、そのＢＮ相の含有率と塑性硬さＨplとの関係を調べた結果を示す図である。この場合の塑性硬さＨplは熱処理後の値で、ＢＮ相の含有率が２８ vol％を超えると３０ＧＰａ以下まで低下するため、２８ vol％以下が望ましい。また、図８は、ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、そのＢＮ相の含有率が異なる複数種類の被膜について熱処理温度Ｔａに対する塑性硬さの変化率を調べた結果を示す図で、成膜直後（熱処理前）の塑性硬さＨplを１００％として求めたものである。何れも大気中での加熱による熱処理で、ＢＮ相の含有率が０ vol％の場合は塑性硬さＨplが単調に低下するのに対し、ＢＮ相を含む場合は維持または若干上昇する傾向を示す。図示は省略したが、ＢＮ相の含有率が７ vol％の時には、塑性硬さＨplの上昇傾向が小さく、８ vol％以上になると塑性硬さＨplが顕著に上昇する。これ等の図７および図８の結果から、ＢＮ相の含有率は８ vol％〜２８ vol％の範囲内が望ましい。
【００５１】
一方、図９は、前記図１のボールエンドミル１０のように前記Ｉ層２２およびII層２６（Ｔ２＝Ｔ３）を互いに接するように交互に５０層以上積層した硬質被膜２０が設けられた本発明の硬質被膜被覆工具を含む複数種類の試験品について、被膜硬さ（塑性硬さＨpl）を調べた結果を、各試験品の被膜構造と共に示した図である。図９において、比較品の試料No５〜No７は、積層構造の硬質被膜であるが、Ｉ層２２およびII層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３が５０ｎｍを超えている。比較品の試料No８は、工具母材１２の表面上の最下層のＩ層２２の層厚Ｔ１が５００ｎｍを超えている点が本発明品と相違し、試料No９は層厚Ｔ１が１０ｎｍに満たない点が本発明品と相違する。試料No１０はＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜から成るII層２６のみの単層の硬質被膜で、試料No１１は、Ｉ層２２がＡｌを含有していない点が本発明品と相違する。従来品の試料No１２、No１３は、何れもＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜から成るII層２６を備えていない点が本発明品と相違する。また、「全体の膜厚」は工具母材１２の表面から被膜表面までの前記総膜厚Ｔtotal で、「母材直上のＩ層の層厚」は前記層厚Ｔ１である。「層数」はＩ層２２およびII層２６の積層数で、Ｉ層２２およびII層２６を共に有する場合、偶数の時はII層２６が最表層となり、奇数の時はＩ層２２が最表層となる。「被膜硬さ」は前記塑性硬さＨplで、成膜時の値であり、前記超マイクロインデンターを用いて測定した。なお、Ｉ層２２やII層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３は、「全体の膜厚」から「母材直上のＩ層の層厚」を引き算し、（「層数」−１）で割り算することによって求められる。
【００５２】
図９から明らかなように、本発明品（試料No１〜No４）は何れも４０ＧＰａ以上の超高硬度の被膜硬さが得られた。これに対し、Ｉ層２２やII層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３が５０ｎｍを超える比較品（試料No５〜No７）の被膜硬さは３４〜３６ＧＰａで、本発明品に比べて５ＧＰａ以上低い。「母材直上のＩ層の層厚」すなわち前記層厚Ｔ１が８００ｎｍの比較品（試料No８）についても、被膜硬さは３８ＧＰａで、本発明品よりも低い。層厚Ｔ１が５ｎｍの比較品（試料No９）は、被膜硬さが４３ＧＰａで、本発明品と同程度の被膜硬さが得られるが、図１２のスクラッチ試験から明らかなように十分な付着強度が得られない。その他の比較品や従来品（試料No１０〜１３）は、何れも被膜硬さが４０ＧＰａ未満で、本発明品に比べて低い。
【００５３】
図１０は、図９の試験品（試料No１、No２、No５、およびNo１２）をそれぞれ２本ずつ用いて耐久性試験を行った際の試験条件を説明する図で、図１１はその試験結果を示す図である。図１０の(a) は試験条件で、使用工具は工具母材１２が超硬合金で２枚刃、Ｒ＝０．５ｍｍのボールエンドミル、被削材はＪＩＳの規格によるＳＫＤ６１（４０ＨＲＣ）〔合金工具鋼〕、切削速度は１２６ｍ／ｍｉｎ、送り速度は１刃当り０．０１６ｍｍ、切削方法はポケット加工、軸方向切込み寸法ａｐ＝０．０５ｍｍ、ピックフィードｐｆ＝０．１ｍｍ、切削油剤はエアブローで、ボール刃１８の逃げ面摩耗幅が０．０５ｍｍに達するまでの切削加工時間を調べた。ポケット加工を行う際のポケットサイズは、図１０の(b) に示す通りで、縦幅１７．６ｍｍ、横幅１７．６ｍｍの正方形の加工部に対して、ピックフィードｐｆ＝０．１ｍｍのうず巻き線に沿って切削加工を行うとともに、テーパ角度３°で最終加工深さ１ｍｍまで掘り下げる。
【００５４】
図１１の試験結果から明らかなように、本発明品（試料No１、No２）は何れも２００分以上切削加工を行うことが可能で、６０分程度の従来品（試料No１２）に比べて耐久性（耐摩耗性）が大幅に向上する。また、Ｉ層２２やII層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３が５０ｎｍを超える比較品（試料No５）は１５０分程度で、５０ｎｍ以下のナノレイヤー構造の本発明品の方が４０％以上優れた耐久性が得られる。
【００５５】
図１２は、図９の試験品のうち本発明品（試料No２）、および比較品（試料No９およびNo１０）の計３種類の試験品を用いて、硬質被膜の付着強度に関するスクラッチ試験を行った結果を説明する図である。このスクラッチ試験では、ダイヤモンドコーンを試験品に押し付けて引っ掻く際に、その押付荷重（Ｎ）を増加させることにより、被膜が破壊したり剥離したりする際に発生するアコースティックエミッション（ＡＥ）を検出し、その検出信号が急激に立ち上がった時の荷重を付着力として測定した。試験条件は、(a) に示すように荷重速度が４００Ｎ／ｍｉｎ、スクラッチ速度が１０ｍｍ／ｍｉｎで、押付荷重を連続的に増加させる連続荷重タイプである。図１２の(b) は試験結果で、本発明品（試料No２）の付着力は９８Ｎであったのに対し、前記層厚Ｔ１が５ｎｍの比較品（試料No９）は７９Ｎで、本発明品に比較して２０Ｎ程度低くなる。また、工具母材１２の表面上にII層２６を直接設けた比較品（試料No１０）は１０Ｎで、付着力が極めて悪い。
【００５６】
以上の各試験結果からも明らかなように、前記実施例のボールエンドミル１０を含めて、試料No１〜No４の本発明品によれば、Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc の窒化物または炭窒化物から成るＩ層２２が工具母材１２の表面上に設けられるとともに、そのＩ層２２およびＣｒＡｌＮとＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜（ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜）から成るII層２６が交互に４層以上積層されて硬質被膜２０等が構成されているため、その硬質被膜２０等を高い付着強度で工具母材１２上に設けることができる。特に、工具母材１２の表面上に設けられるＩ層２２の層厚Ｔ１は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であるため、所定の被膜硬さを確保しつつ付着強度を適切に向上させることができる。
【００５７】
また、上記工具母材１２の表面上のＩ層２２を除く他のＩ層２２およびII層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３は何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内で、被膜全体の総膜厚Ｔtotal は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であるため、II層２６を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られるようになり、乾式加工や高能率加工等の高負荷時の工具寿命が向上するとともに、溶着が抑制されることで加工面粗さが向上する。特に、交互に積層されるＩ層２２およびII層２６の各層厚Ｔ２、Ｔ３が１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内の極めて薄いナノレイヤー構造を成しているため、それ等の密着性が更に向上して４０ＧＰａ程度以上の超高硬度の被膜硬さが得られるようになり、耐摩耗性等の耐久性が一層向上する。
【００５８】
図２の(c) に示す硬質被膜３４のように、最表層がII層２６にて構成されているとともに、その最表層の層厚Ｔ４が、所定の被膜性能が得られるように他のII層２６の層厚Ｔ３よりも厚く、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の所定厚さを有する場合、前記硬質被膜２０と同様の効果が得られるのに加えて、最表層のII層２６を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が一層適切に得られるようになる。
【００５９】
また、前記Ｉ層２２のうち少なくとも工具母材１２の表面上に設けられる最下層のＩ層２２をアークイオンプレーティング法で形成すれば、一層高い付着強度が得られる。すなわち、アークイオンプレーティング法はスパッタリング法に比較してイオン化率が高いため、三次元形状の工具の刃先等に対してＩ層２２を均一な膜質で設けることができ、高い付着強度で成膜できるのである。
【００６０】
また、前記II層２６はスパッタリング法で形成されているため、そのII層２６を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜を適切に設けることが可能で、耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られる。
【００６１】
また、II層２６におけるＢＮ相の含有率を８ vol％〜２８ vol％の範囲内とすれば、そのII層２６を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られ、耐久性が一層向上する。
【００６２】
また、図３の(a) 、(b) に示す硬質被膜３０、３２のように、Ｉ層２２とII層２６との間にＢＮ相の含有率が連続的に増加または減少する遷移層２４、２８が設けられる場合は、Ｉ層２２とII層２６との間の密着性が一層高められ、付着強度が更に向上する。
【００６３】
また、工具母材１２の表面上に設けられたＩ層２２についてはアークイオンプレーティング法で形成し、その他のＩ層２２およびII層２６については総てスパッタリング法で形成する場合、多層構造の硬質被膜２０等を簡便に設けることができる。
【００６４】
また、工具母材１２の表面上に設けられる最下層のＩ層２２を含めて総てのＩ層２２をアークイオンプレーティング法で形成し、II層２６は総てスパッタリング法で形成する場合には、アークイオンプレーティング法で形成されるＩ層２２の存在で各層の密着性が向上し、硬質被膜２０等の付着強度が一層向上する。このようにアークイオンプレーティング法およびスパッタリング法でＩ層２２およびII層２６を交互に形成する場合でも、前記アークイオンプレーティング蒸発源とスパッタリング蒸発源を共に備えた複合成膜装置４０を用いることにより簡便に成膜できる。
【００６５】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０：ボールエンドミル（硬質被膜被覆工具） １２：工具母材 ２０、３０、３２、３４：硬質被膜 ２２：Ｉ層 ２４：第１遷移層 ２６：II層 ２８：第２遷移層 Ｔtotal ：総膜厚 Ｔ１：母材直上のＩ層の層厚 Ｔ２：母材直上以外のＩ層の層厚 Ｔ３：II層の層厚 Ｔ４：最表層のII層の層厚
【技術分野】
【０００１】
本発明は硬質被膜被覆工具に係り、特に、高い耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等に優れた硬質被膜被覆工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高速度工具鋼や超硬合金等の工具母材の表面を硬質被膜で被覆した硬質被膜被覆工具が広く知られている。特許文献１に記載の工具はその一例で、硬質被膜としてＴｉＢＮを設けることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、環境保護の観点から湿式切削から乾式切削へと切り換えられつつあるが、工具への負担が大きくなり、特に高速切削では刃先温度が数百℃以上にもなるため、従来の硬質被膜では必ずしも十分な工具寿命が得られず、耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等が一層優れた硬質被膜被覆工具が求められている。
【０００５】
これに対し、本願出願人は先に出願した特願２０１０−０５６０８７号において、ＣｒＡｌＮの窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜（ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜）を硬質被膜として用いることを提案した。このＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜は、ＣｒＡｌＮ微結晶の周囲をアモルファス構造のＢＮ相が取り囲むナノコンポジット構造を有し、転位の発生・移動が阻止されるだけでなく、粒界滑りも発生しにくいため、塑性硬さ（plastic hardness) が３５ＧＰａ程度以上の超高硬度が得られる。また、非常に高い耐熱性、化学的安定性より耐溶着性に優れるなどの特性に加え、大気中の加熱によって塑性硬さが成膜直後よりも高くなるという自己硬化性を持つといった特異な特性も有する。しかしながら、このようなＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜を高速度工具鋼や超硬合金等の工具母材の表面に直接設けた場合、密着性が悪くて必ずしも期待通りの性能が得られないという問題があった。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、上記ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が高い付着強度で工具母材に設けられ、そのＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた耐熱性、高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、第１発明は、硬質被膜で表面が被覆されている硬質被膜被覆工具において、(a) Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．７、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〕の窒化物または炭窒化物から成るＩ層と、(b) ＣｒＡｌＮから成る窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜であるII層と、を有し、(c) 工具母材の表面上に前記Ｉ層が設けられるとともに、そのＩ層および前記II層が交互に４層以上積層されて前記硬質被膜が構成されている一方、(d) 前記工具母材の表面上に設けられる前記Ｉ層の層厚は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で、その他のＩ層および前記II層の層厚は何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であり、被膜全体の総膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【０００８】
第２発明は、硬質被膜で表面が被覆されている硬質被膜被覆工具において、(a) Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．７、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〕の窒化物または炭窒化物から成るＩ層と、(b) ＣｒＡｌＮから成る窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜であるII層と、を有し、(c) 工具母材の表面上に前記Ｉ層が設けられるとともに前記II層が最表層となるように、それ等のＩ層およびII層が交互に４層以上積層されて前記硬質被膜が構成されている一方、(d) 前記工具母材の表面上に設けられる前記Ｉ層の層厚は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で、その他のＩ層および前記最表層を除く前記II層の層厚は何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であり、被膜全体の総膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【０００９】
第３発明は、第１発明または第２発明の硬質被膜被覆工具において、前記Ｉ層のうち少なくとも前記工具母材の表面上に設けられたものはアークイオンプレーティング法で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかの硬質被膜被覆工具において、前記II層はスパッタリング法で形成されていることを特徴とする。
【００１１】
第５発明は、第１発明〜第４発明の何れかの硬質被膜被覆工具において、前記II層における前記ＢＮ相の含有率は８ vol（体積）％〜２８ vol％の範囲内であることを特徴とする。
【００１２】
第６発明は、第１発明〜第５発明の何れかの硬質被膜被覆工具において、前記Ｉ層と前記II層との間には、前記ＢＮ相の含有率が連続的に増加または減少する遷移層が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
第７発明は、第１発明〜第６発明の何れかの硬質被膜被覆工具において、前記工具母材の表面上に設けられた前記Ｉ層はアークイオンプレーティング法で形成され、その他のＩ層および前記II層は総てスパッタリング法で形成されていることを特徴とする。
【００１４】
第８発明は、第１発明〜第６発明の何れかの硬質被膜被覆工具において、前記工具母材の表面上に設けられたものを含めて前記Ｉ層は総てアークイオンプレーティング法で形成され、前記II層は総てスパッタリング法で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明の硬質被膜被覆工具によれば、Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc の窒化物または炭窒化物から成るＩ層が工具母材の表面上に設けられるとともに、そのＩ層およびＣｒＡｌＮの窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜（ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜）から成るII層が交互に４層以上積層されて硬質被膜が構成されているため、その硬質被膜を高い付着強度で工具母材上に設けることができる。特に、工具母材の表面上に設けられるＩ層の層厚は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であるため、所定の被膜硬さを確保しつつ付着強度を適切に向上させることができる。
【００１６】
また、上記工具母材の表面上のＩ層を除く他のＩ層およびII層の層厚は何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内で、被膜全体の総膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であるため、II層を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られるようになり、乾式加工や高能率加工等の高負荷時の工具寿命が向上するとともに、溶着が抑制されることで加工面粗さが向上する。特に、交互に積層されるＩ層およびII層の各層厚が１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内の極めて薄いナノレイヤー構造を成しているため、それ等の密着性が更に向上して４０ＧＰａ程度以上の超高硬度の被膜硬さが得られるようになり、耐摩耗性等の耐久性が一層向上する。
【００１７】
第２発明の硬質被膜被覆工具は、硬質被膜の最表層がII層にて構成されているとともに、その最表層の層厚について特に規定が無いことを除いて、第１発明と同様に構成されているため、実質的に第１発明と同様の作用効果が得られる。また、硬質被膜の最表層がII層にて構成されているとともに、その最表層のII層については５０ｎｍを超えた厚さで形成することができるため、II層を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が一層適切に得られるようになる。
【００１８】
第３発明では、上記Ｉ層のうち少なくとも工具母材の表面上に設けられたものはアークイオンプレーティング法で形成されているため、一層高い付着強度が得られる。すなわち、アークイオンプレーティング法はスパッタリング法に比較してイオン化率が高いため、三次元形状の工具の刃先等に対してＩ層を均一な膜質で設けることができ、高い付着強度で成膜できるのである。
【００１９】
第４発明では前記II層がスパッタリング法で形成されているため、そのII層を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜を適切に設けることが可能で、耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られる。
【００２０】
第５発明では、II層におけるＢＮ相の含有率が８ vol％〜２８ vol％の範囲内であるため、そのII層を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られる。
【００２１】
第６発明では、Ｉ層とII層との間にＢＮ相の含有率が連続的に増加または減少する遷移層が設けられているため、Ｉ層とII層との間の密着性が一層高められ、硬質被膜の付着強度が更に向上する。
【００２２】
第７発明では、工具母材の表面上に設けられたＩ層はアークイオンプレーティング法で形成され、その他のＩ層およびII層は総てスパッタリング法で形成されているため、多層構造の硬質被膜を簡便に設けることができる。
【００２３】
第８発明では、工具母材の表面上に設けられたものを含めてＩ層は総てアークイオンプレーティング法で形成され、II層は総てスパッタリング法で形成されているため、アークイオンプレーティング法で形成されるＩ層の存在で各層の密着性が向上し、硬質被膜の付着強度が一層向上する。なお、このようにアークイオンプレーティング法およびスパッタリング法でＩ層およびII層を交互に形成する場合でも、例えばアークイオンプレーティング蒸発源とスパッタリング蒸発源を共に備えた複合成膜装置を用いることにより簡便に成膜できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例であるボールエンドミルを示す図で、(a) は軸心と直角方向から見た正面図、(b) は先端側から見た拡大底面図、(c) は硬質被膜が設けられた刃部の表面近傍の拡大断面図である。
【図２】図１の硬質被膜を好適に成膜できるアークイオンプレーティング蒸発源とスパッタリング蒸発源を共に備えた複合成膜装置の概略構成を説明する平面図である。
【図３】硬質被膜の積層構造の幾つかの別の例を示す図で、何れも図１(c) に対応する断面図である。
【図４】各種ガス雰囲気におけるＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜の塑性硬さＨplと熱処理温度Ｔａとの関係を調べた結果を示す図である。
【図５】各種ガス雰囲気におけるＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜の実効ヤング率Ｅ* と熱処理温度Ｔａとの関係を調べた結果を示す図である。
【図６】ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、ＧＤＳによる元素分析の結果を熱処理前と熱処理後とで比較して示した図である。
【図７】ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、そのＢＮ相の含有率と塑性硬さＨplとの関係を調べた結果を示す図である。
【図８】ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、そのＢＮ相の含有率が異なる複数種類の被膜について熱処理温度Ｔａに対する塑性硬さの変化率を調べた結果を示す図である。
【図９】本発明品を含む複数種類の試料（試験品）について、その被膜硬さを調べた結果を示す図である。
【図１０】図９の試料No１、No２、No５、およびNo１２を用いて耐久性試験を行った際の試験条件を説明する図である。
【図１１】図１０の試験条件に従って耐久性試験を行った試験結果を示す図である。
【図１２】図９の試料No２、No９、およびNo１０の３種類の試験品を用いて行ったスクラッチ試験の試験条件および試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、エンドミルやタップ、ドリルなどの回転切削工具の他、バイト等の非回転式の切削工具、或いは転造工具など、種々の加工工具の表面に設けられる硬質被膜に好適に適用される。硬質被膜被覆工具の工具母材としては、超硬合金や高速度工具鋼、工具鋼、ダイス鋼、サーメット、セラミックス、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、単結晶ダイヤモンド、多結晶ＣＢＮ、単結晶ＣＢＮが好適に用いられるが、他の工具材料を採用することもできる。
【００２６】
硬質被膜の形成手段としては、アークイオンプレーティング法やスパッタリング法、ＰＬＤ（Puls LASER Deposition ）法等のＰＶＤ法（物理蒸着法）が好適に用いられる。硬質被膜を構成するＡｌa Ｔｉb Ｃｒc やＣｒＡｌの合金については、例えば同じ組成の金属ターゲットを用意すれば良く、II層を構成するＢＮ相については、例えばＢＮ焼結体等のＢを含有するターゲットを用意すれば良い。Ｃ（炭素）の供給については、反応ガス（炭化水素ガスなど）或いは固体ターゲット（Ｃターゲット、Ｃ含有ターゲット）の何れの方法でも良い。Ｎ（窒素）については、反応ガスの供給で添加することができる。
【００２７】
本発明の硬質被膜被覆工具は、例えば高速や高負荷での乾式切削加工など高温となる加工条件で使用する場合に好適に用いられ、優れた耐久性（工具寿命）が得られるようになるが、耐溶着性や耐摩耗性、耐熱性がそれ程要求されない加工条件下、例えば切削油剤を用いた切削加工等で使用することも勿論可能である。
【００２８】
Ｉ層を構成しているＡｌa Ｔｉb Ｃｒc の窒化物または炭窒化物は、少なくともＡｌを０．３〜０．７の原子比で含んでおり、ＴｉおよびＣｒの何れか一方は０すなわち含有していなくても良い。すなわち、ＡｌＴｉＣｒだけでなく、ＣｒＡｌやＴｉＡｌを採用することもできる。また、ＣおよびＮの両方を含む炭窒化物（Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc ＣＮ）でも、Ｎのみを含む窒化物（Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc Ｎ）でも良い。上記ＡｌおよびＣｒは、ＣｒＡｌＮの窒化物相を有するＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜との密着性向上に寄与し、Ｔｉは被膜の強度アップに寄与する。
【００２９】
II層を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜、すなわちＣｒＡｌＮから成る窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜は、ＣｒＡｌＮ微結晶の周囲をアモルファス構造のＢＮ相が取り囲むナノコンポジット構造を有し、転位の発生・移動が阻止されるだけでなく、粒界滑りも発生しにくいため、塑性硬さが３５ＧＰａ程度以上の超高硬度が得られる。また、非常に高い耐熱性、化学的安定性より耐溶着性に優れるなどの特性に加え、大気中の加熱によって塑性硬さが成膜直後よりも高くなるという自己硬化性を持つといった特異な特性も有する。
【００３０】
上記ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜は、酸素やその他の不純物元素の金属が入っている場合も含む。特に、酸素はターゲット材などに通常１mass％未満含まれる他、真空成膜装置に残留するガスにも含まれることから、膜中には酸化物の形で無視できない程度に含まれる。また、ＣｒおよびＡｌ以外にＭｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒなどの遷移金属元素やＳｉなどが不純物として含まれていても良い。
【００３１】
ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜を構成しているＣｒＡｌＮのＣｒとＡｌとの原子比の割合は、３：７〜７：３程度の範囲内が望ましい。これ等のＣｒとＡｌとの原子比の割合が５：５であるとした場合、Ｃｒの代わりにＣｒとＶ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ等（Ｂの酸化物生成自由エネルギー線図の上にあるもの）とをＣｒ＞Ｖ等の原子比の割合としたものを用いても、同様の自己硬化性が得られるものと推測される。すなわち、ＣｒＡｌＮは、Ｃｒd Ａｌe Ｎ〔但し、ｄ、ｅはそれぞれ原子比で、０．３≦ｄ≦０．７、０．３≦ｅ≦０．７、ｄ＋ｅ＝１〕が望ましく、且つ、Ｃｒの原子比ｄの１／２より小さい割合でＶ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ等のＢの酸化物生成自由エネルギー線図の上にある金属ＭｅをＣｒの代わりに含有する態様も含む。
【００３２】
ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜は、ＢＮ相の含有率が２８ vol％を超えると塑性硬さが低下し、８vol ％未満になると熱処理によって塑性硬さが低下するようになるため、８ vol％〜２８ vol％の範囲内が適当である。
【００３３】
硬質被膜の総膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であるが、０．１μｍ未満の場合は硬質被膜としての性能が十分に得られず、２０μｍを超えると切削工具の刃先が丸くなるなどして工具性能が損なわれる可能性がある。この総膜厚は、工具母材の表面から硬質被膜の最表面までの膜厚で、Ｉ層とII層との間に遷移層を有する場合はその遷移層を含む膜厚である。
【００３４】
工具母材の表面上のＩ層を除くＩ層および総てのII層、或いは最表層を除くII層は、それぞれ１ｎｍ〜５０ｎｍの層厚で交互に積層されるナノレイヤー構造を成しているが、両者の層厚は略同じ（均等）であっても良いし互いに異なっていても良い。例えば、ターゲットの使用出力および数量を変えることにより、Ｉ層とII層の層厚比が１：１、１：２、１：３、３：１、２：１等となるように成膜できる。また、ターゲット出力を変化させることにより、最下層から最表層にかけて各層の層厚が厚くなるように、或いは薄くなるように成膜することもできる。それ等の層厚が５０ｎｍを超えると被膜硬さの向上効果が十分に得られず、１ｎｍ未満では個々の被膜の性能が適切に得られないとともに膜厚制御が難しいため、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内が適当である。これ等のＩ層およびII層は、交互に少なくとも４層以上積層されるが、１０層以上或いは５０層以上設けることが望ましい。
【００３５】
第２発明でII層にて構成される最表層の層厚については、所定の被膜性能が得られるように１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内に制限されることなく、他の層と別個に独立に定めることができるが、ナノレイヤー構造による被膜硬さの向上効果を損なうことがないように、例えば１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内、或いは１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の範囲内が望ましい。第２発明では最表層がII層にて構成されるが、第１発明の実施に際しては、Ｉ層およびII層が何れも極めて薄いため、Ｉ層およびII層のどちらが最表層となっても良い。
【００３６】
工具母材の表面上に設けられるＩ層の層厚は、５００ｎｍを超えると被膜硬さが低下し、１０ｎｍ未満では付着強度の向上効果が十分に得られなくなるため、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内が適当である。
【００３７】
第６発明では、Ｉ層とII層との間にＢＮ相の含有率が連続的に増加または減少する遷移層が設けられるが、単にＩ相およびII相が混ざり合っているだけの混合層を設けることもできる。Ｉ層とII層との間には、単にＩ層とII層とを切り換えるだけでも混合層が形成されるが、両方の層を所定時間だけ重複して同時に成膜することにより、所定厚さの混合層を設けることもできる。上記遷移層は、Ｉ層からII層への遷移部分ではＢＮ相を徐々に増加させ、II層からＩ層への遷移部分ではＢＮ相を徐々に減少させる。このような遷移層は、Ｂ含有ターゲットの出力を連続的に変化させることによって形成することができる。この遷移層の層厚は適宜設定されるが、例えば上下に位置するＩ層およびII層のうち薄い方の層厚と同じかそれより薄くすることが望ましい。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明が適用された硬質被膜被覆工具の一例であるボールエンドミル１０を説明する図で、(a) は軸心と直角方向から見た正面図、(b) は先端側（(a) の図の右方向）から見た拡大底面図であり、超硬合金にて構成されている工具母材１２にはシャンクに連続して刃部１４が一体に設けられている。刃部１４には、切れ刃として一対の外周刃１６およびボール刃１８が軸心に対して対称的に設けられているとともに、その刃部１４の表面には硬質被膜２０がコーティングされており、軸心まわりに回転駆動されることによりそれ等の外周刃１６およびボール刃１８によって切削加工が行われる。図１の(a) 、(b) における斜線部は硬質被膜２０を表しており、図１の(c) は、硬質被膜２０がコーティングされた刃部１４の表面近傍の断面図である。
【００３９】
図１(c) から明らかなように、硬質被膜２０はＩ層２２およびII層２６を交互に４層以上積層した積層構造で、本実施例では５０層以上積層した多層構造を成している。Ｉ層２２は、Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．７、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〕の窒化物または炭窒化物にて構成されており、工具母材１２の表面上にはこのＩ層２２が設けられる。II層２６は、ＣｒＡｌＮから成る窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜であるＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜で、ＣｒＡｌＮはＣｒd Ａｌe Ｎ〔但し、ｄ、ｅはそれぞれ原子比で、０．３≦ｄ≦０．７、０．３≦ｅ≦０．７、ｄ＋ｅ＝１〕であり、本実施例では硬質被膜２０の最表層がこのII層２６にて構成されている。Ｉ層２２およびII層２６は互いに接するように交互に積層されており、それ等の境界部分には両者の成分が混ざり合った混合層が形成される。
【００４０】
工具母材１２の表面上に設けられる最下層のＩ層２２の層厚Ｔ１は、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で適当に定められ、その他のＩ層２２の層厚Ｔ２、および総てのII層２６の層厚Ｔ３は、何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内で適当に定められる。また、層厚Ｔ２およびＴ３は互いに略等しいとともに、硬質被膜２０の全体の総膜厚Ｔtotal は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内とされている。
【００４１】
このような硬質被膜２０は、例えば図２に概略構成を示すアークイオンプレーティング蒸発源とスパッタリング蒸発源を共に備えた複合成膜装置４０を用いて形成することができる。このアークイオンプレーティング蒸発源とスパッタリング蒸発源を共に備えた複合成膜装置４０は、アークイオンプレーティング蒸発源４２およびスパッタリング蒸発源４４を共に備えているもので、共通のチャンバー４６内に配置されたワーク４８に対してアークイオンプレーティング法およびスパッタリング法の両方でコーティング処理を行うことができる。ワーク４８は、硬質被膜２０をコーティングする前の状態の工具母材１２で、３つの第１回転テーブル５０にそれぞれ配置されて自転させられるとともに、第２回転テーブル５２によってチャンバー４６内を公転させられ、アークイオンプレーティング蒸発源４２およびスパッタリング蒸発源４４の前方を通過させられる。図２では、アークイオンプレーティング蒸発源４２およびスパッタリング蒸発源４４がチャンバー４６の周囲に９０°間隔で交互に計４つ配設されているが、それ等の蒸発源４２、４４を１つずつ備えたものでも良い。
【００４２】
上記アークイオンプレーティング蒸発源４２は、前記Ｉ層２２をアークイオンプレーティング法によって形成するためのもので、Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc の金属ターゲット５４を備えている。スパッタリング蒸発源４４は、前記II層２６をスパッタリング法によって形成するためのもので、Ｃｒd Ａｌe の金属ターゲット５６およびＢＮ焼結体ターゲット等のＢ含有ターゲット５８を備えている。また、窒化物や炭窒化物のＮ（窒素）については、反応ガス（窒素ガス）の供給で添加することができ、炭窒化物のＣ（炭素）については、反応ガス（炭化水素ガスなど）或いは固体ターゲット（Ｃターゲット、Ｃ含有ターゲット）の何れかの方法で添加することができる。なお、スパッタガスとしてはアルゴンガスが用いられ、ワーク４８にはバイアス電源により所定のバイアス電圧が印加されるようになっている。
【００４３】
そして、本実施例では総てのＩ層２２がアークイオンプレーティング蒸発源４２を用いてアークイオンプレーティング法によって形成され、総てのII層２６がスパッタリング蒸発源４４を用いてスパッタリング法によって形成される。但し、Ｉ層２２については、Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc の金属ターゲット５４をスパッタリング蒸発源４４にも配置することにより、そのスパッタリング蒸発源４４を用いてスパッタリング法により形成することもできる。例えば工具母材１２の表面上に接して設けられる最下層のＩ層２２については、優れた密着性が得られるようにアークイオンプレーティング蒸発源４２を用いてアークイオンプレーティング法によって形成し、それより上のＩ層２２についてはスパッタリング蒸発源４４を用いてスパッタリング法によって形成するようにしても良い。Ｉ層２２は、Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc の窒化物または炭窒化物で、II層２６を構成しているＣｒd Ａｌe の窒化物相と同じ成分（ＡｌやＣｒ）を含有しているため、II層２６との親和性が高く、スパッタリング法で形成しても十分な密着性を確保できる。なお、Ｉ層２２のＡｌa Ｔｉb Ｃｒc がII層２６のＣｒd Ａｌe と同じ成分、すなわち原子比ａ＝ｅ、ｃ＝ｄでｂ＝０の場合には、共通の金属ターゲット５６を用いてＩ層２２を形成することができる。
【００４４】
また、本実施例の硬質被膜２０は、Ｉ層２２とII層２６とが互いに接するように積層されているが、図３の(a) に示す硬質被膜３０のように、Ｉ層２２とII層２６との間に遷移層２４、２８が設けられても良い。遷移層２４、２８は、II層２６と同じＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜で、そのＢＮ相の含有率が連続的に変化しているものであり、Ｉ層２２の上に積層される第１遷移層２４は、ＢＮ相の含有率が０ vol％から連続的に増加させられ、II層２６との境界である表面部分ではII層２６と同じ含有率とされる。また、II層２６の上に積層される第２遷移層２８は、ＢＮ相の含有率がII層２６と同じ含有率から連続的に減少させられ、Ｉ層２２との境界である表面部分では０ vol％とされる。このような遷移層２４、２８は、前記II層２６と同様にスパッタリング蒸発源４４を用いてスパッタリング法により形成することが可能で、ＢＮ焼結体ターゲット等のＢ含有ターゲット５８の出力を変化させることによって形成できる。これ等の遷移層２４、２８の層厚は、Ｉ層２２やII層２６と略同じかそれより小さい厚さで、本実施例ではＩ層２２、II層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３と略同じ厚さとされている。そして、この遷移層２４、２８を含む硬質被膜３０の全体の総膜厚Ｔtotal は、前記硬質被膜２０と同じく０．１μｍ〜２０μｍの範囲内である。
【００４５】
図３の(b) の硬質被膜３２は、最下層のＩ層２２とその上のII層２６との間にだけ第１遷移層２４を設けた場合である。また、図３の(c) に示す硬質被膜３４は、前記硬質被膜２０に比較して、最表層を構成しているII層２６の層厚Ｔ４を、所定の被膜性能が得られるように他のII層２６の層厚Ｔ３よりも厚くした場合で、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内で適宜定められる。何れの硬質被膜３２、３４も、全体の総膜厚Ｔtotal は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内である。なお、硬質被膜３０、３２に関して、遷移層２４、２８の代わりに混合層が設けられても良い。その混合層の厚さは、Ｉ層２２やII層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３と同じであっても良いが、それ等より薄くても差し支えない。
【００４６】
次に、上記II層２６を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜の被膜性能について調べた結果を説明する。ここでは、高速度鋼製の基板上に、スパッタリング法により加熱温度３５０℃でＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜を３．５μｍの目標膜厚で直接設けた試料を用いた。ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜のＣｒd Ａｌe Ｎ相のＣｒおよびＡｌの原子比ｄ、ｅは共に０．５で、ＢＮ相の含有率は、ＢＮ焼結体ターゲット等のＢ含有ターゲット５８の出力を変化させることによって適宜変更できる。このＢＮ相の含有率については、例えば波長分散型ＥＰＭＡ（Electron Probe MicroAnalyser）を用いて測定できる。
【００４７】
図４は、ＢＮ相の含有率が１８ vol％のＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、自己硬化性および耐熱性（耐酸化性）を評価するためのもので、塑性硬さＨplが各種雰囲気（大気、窒素、アルゴン）下における熱処理温度Ｔａの相違でどのように変化したかを示すグラフであり、各温度で１時間加熱した後に室温にて塑性硬さＨplを測定した。塑性硬さＨplについては、超マイクロインデンターを用い、膜中への圧子の侵入深さが膜厚の概ね１０分の１以下となるように最高荷重を選択し、除荷曲線の接線から圧子の侵入深さを求め、接触面積に換算することにより塑性硬さＨplを計算する公知のオリバー（Oliver）の方法を用いた。図４から明らかなように、窒素、アルゴンの場合は、加熱温度が８００℃まで成膜直後の塑性硬さＨplが略維持されるのに対し、大気の場合には、成膜直後４０ＧＰａ程度であった塑性硬さＨplが６００℃を境にして急激に上昇し、７００℃および８００℃では５０ＧＰａを超え、９００℃では一挙に２０ＧＰａ未満に低下している。このことから、ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜は、非酸化性雰囲気下では自己硬化性を殆ど有しないが、酸化性雰囲気下では自己硬化性を示すことが分かる。
【００４８】
図５は、図４と同じくＢＮ相の含有率が１８ vol％のＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜を用いて、実効ヤング率Ｅ* が各種雰囲気（大気、窒素、アルゴン）下における熱処理温度Ｔａの相違でどのように変化したかを示すグラフである。実効ヤング率Ｅ* はＥ／（１−ｎ2 ）で、膜のポアソン比（ｎ）が不明なため（１−ｎ2 ）でヤング率Ｅを除した値を用いた。図５の結果から、窒素、アルゴンの場合は、８００℃まで成膜直後の実効ヤング率Ｅ* が略維持されるのに対し、大気の場合には、成膜直後３５０ＧＰａ程度であった実効ヤング率Ｅ* が６００℃を境にして急激に上昇し、７００℃では４８０ＧＰａ程度、８００℃では４４０ＧＰａ程度となり、９００℃で一挙に２６０ＧＰａ程度まで低下していることが分かる。
【００４９】
図６は、上記のようにＢＮ相の含有率が１８ vol％のＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、ＧＤＳ（Glow Discharge Spectronmeter；グロー放電発光表面分析装置）による元素分析の結果を熱処理前と熱処理後とで比較して示した図である。熱処理後の試料は、大気中において熱処理温度Ｔａ＝８００℃で１時間加熱した後に室温まで戻したものである。この図６から明らかなように、熱処理後には熱処理前に比較して、０．２μｍ以下の表層部分で酸素（Ｏ）が増大している。このことから、図４、図５を併せて考えると、ある程度表層が酸化されることによって被膜硬さ（塑性硬さＨpl）や実効ヤング率Ｅ* が向上していると考えられる。
【００５０】
図７は、ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、そのＢＮ相の含有率と塑性硬さＨplとの関係を調べた結果を示す図である。この場合の塑性硬さＨplは熱処理後の値で、ＢＮ相の含有率が２８ vol％を超えると３０ＧＰａ以下まで低下するため、２８ vol％以下が望ましい。また、図８は、ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜について、そのＢＮ相の含有率が異なる複数種類の被膜について熱処理温度Ｔａに対する塑性硬さの変化率を調べた結果を示す図で、成膜直後（熱処理前）の塑性硬さＨplを１００％として求めたものである。何れも大気中での加熱による熱処理で、ＢＮ相の含有率が０ vol％の場合は塑性硬さＨplが単調に低下するのに対し、ＢＮ相を含む場合は維持または若干上昇する傾向を示す。図示は省略したが、ＢＮ相の含有率が７ vol％の時には、塑性硬さＨplの上昇傾向が小さく、８ vol％以上になると塑性硬さＨplが顕著に上昇する。これ等の図７および図８の結果から、ＢＮ相の含有率は８ vol％〜２８ vol％の範囲内が望ましい。
【００５１】
一方、図９は、前記図１のボールエンドミル１０のように前記Ｉ層２２およびII層２６（Ｔ２＝Ｔ３）を互いに接するように交互に５０層以上積層した硬質被膜２０が設けられた本発明の硬質被膜被覆工具を含む複数種類の試験品について、被膜硬さ（塑性硬さＨpl）を調べた結果を、各試験品の被膜構造と共に示した図である。図９において、比較品の試料No５〜No７は、積層構造の硬質被膜であるが、Ｉ層２２およびII層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３が５０ｎｍを超えている。比較品の試料No８は、工具母材１２の表面上の最下層のＩ層２２の層厚Ｔ１が５００ｎｍを超えている点が本発明品と相違し、試料No９は層厚Ｔ１が１０ｎｍに満たない点が本発明品と相違する。試料No１０はＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜から成るII層２６のみの単層の硬質被膜で、試料No１１は、Ｉ層２２がＡｌを含有していない点が本発明品と相違する。従来品の試料No１２、No１３は、何れもＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜から成るII層２６を備えていない点が本発明品と相違する。また、「全体の膜厚」は工具母材１２の表面から被膜表面までの前記総膜厚Ｔtotal で、「母材直上のＩ層の層厚」は前記層厚Ｔ１である。「層数」はＩ層２２およびII層２６の積層数で、Ｉ層２２およびII層２６を共に有する場合、偶数の時はII層２６が最表層となり、奇数の時はＩ層２２が最表層となる。「被膜硬さ」は前記塑性硬さＨplで、成膜時の値であり、前記超マイクロインデンターを用いて測定した。なお、Ｉ層２２やII層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３は、「全体の膜厚」から「母材直上のＩ層の層厚」を引き算し、（「層数」−１）で割り算することによって求められる。
【００５２】
図９から明らかなように、本発明品（試料No１〜No４）は何れも４０ＧＰａ以上の超高硬度の被膜硬さが得られた。これに対し、Ｉ層２２やII層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３が５０ｎｍを超える比較品（試料No５〜No７）の被膜硬さは３４〜３６ＧＰａで、本発明品に比べて５ＧＰａ以上低い。「母材直上のＩ層の層厚」すなわち前記層厚Ｔ１が８００ｎｍの比較品（試料No８）についても、被膜硬さは３８ＧＰａで、本発明品よりも低い。層厚Ｔ１が５ｎｍの比較品（試料No９）は、被膜硬さが４３ＧＰａで、本発明品と同程度の被膜硬さが得られるが、図１２のスクラッチ試験から明らかなように十分な付着強度が得られない。その他の比較品や従来品（試料No１０〜１３）は、何れも被膜硬さが４０ＧＰａ未満で、本発明品に比べて低い。
【００５３】
図１０は、図９の試験品（試料No１、No２、No５、およびNo１２）をそれぞれ２本ずつ用いて耐久性試験を行った際の試験条件を説明する図で、図１１はその試験結果を示す図である。図１０の(a) は試験条件で、使用工具は工具母材１２が超硬合金で２枚刃、Ｒ＝０．５ｍｍのボールエンドミル、被削材はＪＩＳの規格によるＳＫＤ６１（４０ＨＲＣ）〔合金工具鋼〕、切削速度は１２６ｍ／ｍｉｎ、送り速度は１刃当り０．０１６ｍｍ、切削方法はポケット加工、軸方向切込み寸法ａｐ＝０．０５ｍｍ、ピックフィードｐｆ＝０．１ｍｍ、切削油剤はエアブローで、ボール刃１８の逃げ面摩耗幅が０．０５ｍｍに達するまでの切削加工時間を調べた。ポケット加工を行う際のポケットサイズは、図１０の(b) に示す通りで、縦幅１７．６ｍｍ、横幅１７．６ｍｍの正方形の加工部に対して、ピックフィードｐｆ＝０．１ｍｍのうず巻き線に沿って切削加工を行うとともに、テーパ角度３°で最終加工深さ１ｍｍまで掘り下げる。
【００５４】
図１１の試験結果から明らかなように、本発明品（試料No１、No２）は何れも２００分以上切削加工を行うことが可能で、６０分程度の従来品（試料No１２）に比べて耐久性（耐摩耗性）が大幅に向上する。また、Ｉ層２２やII層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３が５０ｎｍを超える比較品（試料No５）は１５０分程度で、５０ｎｍ以下のナノレイヤー構造の本発明品の方が４０％以上優れた耐久性が得られる。
【００５５】
図１２は、図９の試験品のうち本発明品（試料No２）、および比較品（試料No９およびNo１０）の計３種類の試験品を用いて、硬質被膜の付着強度に関するスクラッチ試験を行った結果を説明する図である。このスクラッチ試験では、ダイヤモンドコーンを試験品に押し付けて引っ掻く際に、その押付荷重（Ｎ）を増加させることにより、被膜が破壊したり剥離したりする際に発生するアコースティックエミッション（ＡＥ）を検出し、その検出信号が急激に立ち上がった時の荷重を付着力として測定した。試験条件は、(a) に示すように荷重速度が４００Ｎ／ｍｉｎ、スクラッチ速度が１０ｍｍ／ｍｉｎで、押付荷重を連続的に増加させる連続荷重タイプである。図１２の(b) は試験結果で、本発明品（試料No２）の付着力は９８Ｎであったのに対し、前記層厚Ｔ１が５ｎｍの比較品（試料No９）は７９Ｎで、本発明品に比較して２０Ｎ程度低くなる。また、工具母材１２の表面上にII層２６を直接設けた比較品（試料No１０）は１０Ｎで、付着力が極めて悪い。
【００５６】
以上の各試験結果からも明らかなように、前記実施例のボールエンドミル１０を含めて、試料No１〜No４の本発明品によれば、Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc の窒化物または炭窒化物から成るＩ層２２が工具母材１２の表面上に設けられるとともに、そのＩ層２２およびＣｒＡｌＮとＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜（ＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜）から成るII層２６が交互に４層以上積層されて硬質被膜２０等が構成されているため、その硬質被膜２０等を高い付着強度で工具母材１２上に設けることができる。特に、工具母材１２の表面上に設けられるＩ層２２の層厚Ｔ１は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であるため、所定の被膜硬さを確保しつつ付着強度を適切に向上させることができる。
【００５７】
また、上記工具母材１２の表面上のＩ層２２を除く他のＩ層２２およびII層２６の層厚Ｔ２、Ｔ３は何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内で、被膜全体の総膜厚Ｔtotal は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内であるため、II層２６を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られるようになり、乾式加工や高能率加工等の高負荷時の工具寿命が向上するとともに、溶着が抑制されることで加工面粗さが向上する。特に、交互に積層されるＩ層２２およびII層２６の各層厚Ｔ２、Ｔ３が１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内の極めて薄いナノレイヤー構造を成しているため、それ等の密着性が更に向上して４０ＧＰａ程度以上の超高硬度の被膜硬さが得られるようになり、耐摩耗性等の耐久性が一層向上する。
【００５８】
図２の(c) に示す硬質被膜３４のように、最表層がII層２６にて構成されているとともに、その最表層の層厚Ｔ４が、所定の被膜性能が得られるように他のII層２６の層厚Ｔ３よりも厚く、１ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の所定厚さを有する場合、前記硬質被膜２０と同様の効果が得られるのに加えて、最表層のII層２６を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する優れた耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が一層適切に得られるようになる。
【００５９】
また、前記Ｉ層２２のうち少なくとも工具母材１２の表面上に設けられる最下層のＩ層２２をアークイオンプレーティング法で形成すれば、一層高い付着強度が得られる。すなわち、アークイオンプレーティング法はスパッタリング法に比較してイオン化率が高いため、三次元形状の工具の刃先等に対してＩ層２２を均一な膜質で設けることができ、高い付着強度で成膜できるのである。
【００６０】
また、前記II層２６はスパッタリング法で形成されているため、そのII層２６を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜を適切に設けることが可能で、耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られる。
【００６１】
また、II層２６におけるＢＮ相の含有率を８ vol％〜２８ vol％の範囲内とすれば、そのII層２６を構成しているＣｒＡｌＮ／ＢＮナノコンポジット被膜が有する耐熱性や高温での化学的安定性、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られ、耐久性が一層向上する。
【００６２】
また、図３の(a) 、(b) に示す硬質被膜３０、３２のように、Ｉ層２２とII層２６との間にＢＮ相の含有率が連続的に増加または減少する遷移層２４、２８が設けられる場合は、Ｉ層２２とII層２６との間の密着性が一層高められ、付着強度が更に向上する。
【００６３】
また、工具母材１２の表面上に設けられたＩ層２２についてはアークイオンプレーティング法で形成し、その他のＩ層２２およびII層２６については総てスパッタリング法で形成する場合、多層構造の硬質被膜２０等を簡便に設けることができる。
【００６４】
また、工具母材１２の表面上に設けられる最下層のＩ層２２を含めて総てのＩ層２２をアークイオンプレーティング法で形成し、II層２６は総てスパッタリング法で形成する場合には、アークイオンプレーティング法で形成されるＩ層２２の存在で各層の密着性が向上し、硬質被膜２０等の付着強度が一層向上する。このようにアークイオンプレーティング法およびスパッタリング法でＩ層２２およびII層２６を交互に形成する場合でも、前記アークイオンプレーティング蒸発源とスパッタリング蒸発源を共に備えた複合成膜装置４０を用いることにより簡便に成膜できる。
【００６５】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０：ボールエンドミル（硬質被膜被覆工具） １２：工具母材 ２０、３０、３２、３４：硬質被膜 ２２：Ｉ層 ２４：第１遷移層 ２６：II層 ２８：第２遷移層 Ｔtotal ：総膜厚 Ｔ１：母材直上のＩ層の層厚 Ｔ２：母材直上以外のＩ層の層厚 Ｔ３：II層の層厚 Ｔ４：最表層のII層の層厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質被膜で表面が被覆されている硬質被膜被覆工具において、
Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．７、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〕の窒化物または炭窒化物から成るＩ層と、
ＣｒＡｌＮから成る窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜であるII層と、
を有し、工具母材の表面上に前記Ｉ層が設けられるとともに、該Ｉ層および前記II層が交互に４層以上積層されて前記硬質被膜が構成されている一方、
前記工具母材の表面上に設けられる前記Ｉ層の層厚は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で、その他の該Ｉ層および前記II層の層厚は何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であり、被膜全体の総膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内である
ことを特徴とする硬質被膜被覆工具。
【請求項２】
硬質被膜で表面が被覆されている硬質被膜被覆工具において、
Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．７、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〕の窒化物または炭窒化物から成るＩ層と、
ＣｒＡｌＮから成る窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜であるII層と、
を有し、工具母材の表面上に前記Ｉ層が設けられるとともに前記II層が最表層となるように、該Ｉ層および該II層が交互に４層以上積層されて前記硬質被膜が構成されている一方、
前記工具母材の表面上に設けられる前記Ｉ層の層厚は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で、その他の該Ｉ層および前記最表層を除く前記II層の層厚は何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であり、被膜全体の総膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内である
ことを特徴とする硬質被膜被覆工具。
【請求項３】
前記Ｉ層のうち少なくとも前記工具母材の表面上に設けられたものはアークイオンプレーティング法で形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の硬質被膜被覆工具。
【請求項４】
前記II層はスパッタリング法で形成されている
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の硬質被膜被覆工具。
【請求項５】
前記II層における前記ＢＮ相の含有率は８ vol％〜２８ vol％の範囲内である
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の硬質被膜被覆工具。
【請求項６】
前記Ｉ層と前記II層との間には、前記ＢＮ相の含有率が連続的に増加または減少する遷移層が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の硬質被膜被覆工具。
【請求項７】
前記工具母材の表面上に設けられた前記Ｉ層はアークイオンプレーティング法で形成され、その他の該Ｉ層および前記II層は総てスパッタリング法で形成されている
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の硬質被膜被覆工具。
【請求項８】
前記工具母材の表面上に設けられたものを含めて前記Ｉ層は総てアークイオンプレーティング法で形成され、前記II層は総てスパッタリング法で形成されている
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の硬質被膜被覆工具。
【請求項１】
硬質被膜で表面が被覆されている硬質被膜被覆工具において、
Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．７、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〕の窒化物または炭窒化物から成るＩ層と、
ＣｒＡｌＮから成る窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜であるII層と、
を有し、工具母材の表面上に前記Ｉ層が設けられるとともに、該Ｉ層および前記II層が交互に４層以上積層されて前記硬質被膜が構成されている一方、
前記工具母材の表面上に設けられる前記Ｉ層の層厚は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で、その他の該Ｉ層および前記II層の層厚は何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であり、被膜全体の総膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内である
ことを特徴とする硬質被膜被覆工具。
【請求項２】
硬質被膜で表面が被覆されている硬質被膜被覆工具において、
Ａｌa Ｔｉb Ｃｒc 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．７、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１〕の窒化物または炭窒化物から成るＩ層と、
ＣｒＡｌＮから成る窒化物相とＢＮ相とが三次元的に混じり合う複合膜であるII層と、
を有し、工具母材の表面上に前記Ｉ層が設けられるとともに前記II層が最表層となるように、該Ｉ層および該II層が交互に４層以上積層されて前記硬質被膜が構成されている一方、
前記工具母材の表面上に設けられる前記Ｉ層の層厚は１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内で、その他の該Ｉ層および前記最表層を除く前記II層の層厚は何れも１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であり、被膜全体の総膜厚は０．１μｍ〜２０μｍの範囲内である
ことを特徴とする硬質被膜被覆工具。
【請求項３】
前記Ｉ層のうち少なくとも前記工具母材の表面上に設けられたものはアークイオンプレーティング法で形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の硬質被膜被覆工具。
【請求項４】
前記II層はスパッタリング法で形成されている
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の硬質被膜被覆工具。
【請求項５】
前記II層における前記ＢＮ相の含有率は８ vol％〜２８ vol％の範囲内である
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の硬質被膜被覆工具。
【請求項６】
前記Ｉ層と前記II層との間には、前記ＢＮ相の含有率が連続的に増加または減少する遷移層が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の硬質被膜被覆工具。
【請求項７】
前記工具母材の表面上に設けられた前記Ｉ層はアークイオンプレーティング法で形成され、その他の該Ｉ層および前記II層は総てスパッタリング法で形成されている
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の硬質被膜被覆工具。
【請求項８】
前記工具母材の表面上に設けられたものを含めて前記Ｉ層は総てアークイオンプレーティング法で形成され、前記II層は総てスパッタリング法で形成されている
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の硬質被膜被覆工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５２４７８（Ｐ２０１３−５２４７８Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２８６０（Ｐ２０１１−１９２８６０）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（３０５０６０５６７）国立大学法人富山大学 (194)
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（３０５０６０５６７）国立大学法人富山大学 (194)
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
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