(57)【要約】  本実施例の硬質積層被膜２０では、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物から成る第１被膜２２と、ＴｉＢ2から成る第２被膜２４とが母材１２、６２、８４の表面上に交互に積層されることにより硬質積層被膜２０が構成され、第１被膜２２を構成する（ＡｌａＣｒｂＢｃ）合金の原子比ａ、ｂ、ｃは、ａ＝１−ｂ−ｃという相互関係にあって、原子比ｂは０．２≦ｂ≦０．７の範囲内の値であり、原子比ｃは０＜ｃ≦０．２という範囲内の値であり、第１被膜２２の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、第２被膜２４の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、硬質積層被膜２０の総膜厚は、０．２μｍ以上１０．０μｍ以下であることから、耐摩耗性、耐熱性、耐溶着性、および密着性(付着強度)において共に満足すべき特性が得られる。
2012105003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成が相互に異なる２種類の第１被膜および第２被膜が母材の表面に交互に複数積層された硬質積層被膜であって、
前記第１被膜は、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物，または炭酸窒化物であり、
前記第２被膜はＴｉＢ2 である
ことを特徴とする硬質積層被膜。
【請求項２】
前記第１被膜における原子比ａ、ｂ、ｃは、ａ＝１−ｂ−ｃであって、０．２≦ｂ≦０．７、０＜ｃ≦０．２であり、
前記第１被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、
前記第２被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、
前記硬質積層被膜の総膜厚は、０．２μｍ以上１０．０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１の硬質積層被膜。
【請求項３】
前記硬質積層被膜の積層数は、２層以上１００層以下であることを特徴とする請求項１または２の硬質積層被膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組成が相互に異なる２種類の被膜を母材の表面上に交互に積層した硬質積層被膜に関し、特に、その硬質積層被膜の特性の改良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に設ける耐摩耗性の硬質被膜として、組成が相互に異なる２種類の第１被膜および第２被膜を交互に積層した種々の硬質積層被膜が提案されている。特許文献１、２に記載の硬質積層被膜はその一例であり、元素の周期律表のIVａ族、Ｖａ族、VIａ族の金属元素、或いはＡｌなどの窒化物や炭化物等から成る２種類の被膜が所定の積層厚み周期で繰り返し積層されている。すなわち、第１被膜および第２被膜の薄膜化や多層化、金属元素の合金化等の種々の手段により、被膜硬さや耐摩耗性の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２０５３６１号公報
【特許文献２】特開２００５−２５６０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような硬質積層被膜で被覆された切削工具を用いて、特に、インコネル（ニッケル基超硬合金の商標）やチタン合金等の耐熱合金やそれを含む複合材を切削加工する場合に、耐溶着性、耐摩耗性において未だ十分に満足の得られる性能を有する切削工具が得られておらず、摩耗大によって寿命が長く得られないという欠点があった。【０００５】
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、インコネルやチタン合金等の耐熱合金やそれを含む複合材を切削加工する場合でも、耐溶着性、耐摩耗性が十分に得られるようにする硬質積層被膜を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、以上の事情を背景として種々の検討を重ねた結果、Ｔｉ系の硬質積層被膜中にボロン元素Ｂを含有させると、高温硬さおよび耐溶着性は改善されるが、耐摩耗性や付着強度が十分に得られない一方で、Ｔｉ系の硬質積層被膜を構成する第１被膜および第２被膜の一方にボロン元素Ｂを含むＡｌＣｒ合金の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、炭酸窒化物を含有させると同時に、他方にボロン元素Ｂを含有させて、交互に積層すると、耐摩耗性および密着性(付着強度)において好適に改善されることを見い出した。本発明は斯かる知見に基づいて為されたものである。【０００７】
すなわち、第１発明は、(a) 組成が相互に異なる２種類の第１被膜および第２被膜が母材の表面上に交互に複数積層された硬質積層被膜であって、(b) 前記第１被膜は、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物であり、(c) 前記第２被膜はＴｉＢ2 であることを特徴とする。【０００８】
また、第２発明は、第１発明において、(d) 前記第１被膜における原子比ａ、ｂ、ｃは、ａ＝１−ｂ−ｃという相互関係であって、０．２≦ｂ≦０．７、０＜ｃ≦０．２であり、 (e) 前記第１被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、(f) 前記第２被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、(g) 前記硬質積層被膜の総膜厚は、０．２μｍ以上１０．０μｍ以下であることを特徴とする。【０００９】
また、第３発明は、第１発明または第２発明において、(h) 前記硬質積層被膜の積層数は、２層以上１００層以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明の硬質積層被膜によれば、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物である第１被膜と、ＴｉＢ2 である第２被膜とが、母材の表面上に交互に積層されることにより硬質積層被膜が構成されているので、耐溶着性、耐摩耗性が十分に得られる。【００１１】
また、第２発明の硬質積層被膜によれば、その第１被膜における（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の原子比ａ、ｂ、ｃは、ａ＝１−ｂ−ｃという相互関係にあって、０．２≦ｂ≦０．７、０＜ｃ≦０．２であり、  前記第１被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、 前記第２被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、前記硬質積層被膜の総膜厚は、０．２μｍ以上１０．０μｍ以下であることから、耐摩耗性および耐溶着性において共に満足すべき特性が得られる。【００１２】
また、第３発明の硬質積層被膜によれば、それを構成する第１被膜および第２被膜の積層数は、２層以上１００層以下であることから、耐摩耗性および耐溶着性において共に満足すべき特性が得られる。【００１３】
ここで、好適には、前記硬質積層被膜は、エンドミル、タップ、ドリルなどの回転切削工具の少なくとも刃部に適用される他、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積層被膜に好適に適用され得るが、半導体装置等の表面保護膜など加工工具以外の部材の表面に設けられる硬質積層被膜にも適用できる。工具母材など硬質積層被膜が設けられる母材の材質としては、超硬合金や高速度工具鋼が好適に用いられるが、他の金属材料であっても良い。【００１４】
また、好適には、前記硬質積層被膜を形成するＰＶＤ法（物理蒸着法）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が好適に用いられる。第１被膜および第２被膜の膜厚は、ターゲットに対する投入電力量や回転テーブルの回転速度等により適宜設定することができる。【００１５】
また、好適には、前記第１被膜における（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の原子比ａ、ｂ、ｃは、ａ＝１−ｂ−ｃという関係を持ち、原子比ｂは０．２以上且つ０．７以下の値、原子比ｃは０より大きく且つ０．２以下の値であれば良く、金属元素の種類や要求特性等に応じて適宜設定できる。原子比ｂが０．２を下回ったり原子比ｃが０となったり、原子比ｂが０．７を上回ったり、原子比ｃが０．２を上回ったりすると、耐摩耗性が得られ難くなる。また、第１被膜は（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物のいずれであってもよい。【００１６】
また、好適には、前記第１被膜、および第２被膜における組成においては、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物、およびＴｉＢ2の他に不可避的な不純物元素や性質に影響しない他の元素を含んでも差し支えない。【００１７】
また、好適には、前記第１被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、第２被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、硬質積層被膜の総膜厚は、０．２μｍ以上１０．０μｍ以下である。第１被膜或いは第２被膜の膜厚が０．１μｍを下まわるか、硬質積層被膜の総膜厚が０．２μｍを下まわる場合は、少なくとも耐摩耗性において満足すべき特性が得らない。第１被膜或いは第２被膜の膜厚が０．５μｍを上まわる場合、および硬質積層被膜の総膜厚が１０．０μｍを上まわる場合は、製造コストが高くなる。【００１８】
また、好適には、第１被膜と第２被膜とを合わせた積層数は、２層以上１００層以下の範囲がよい。積層数が２を下まわると第１被膜または第２被膜が存在しないことになって、耐摩耗性については満足すべき特性が得られなくなる。また、積層数が１００を上まわるほど、製造コストが高くなる。【００１９】
第１被膜および第２被膜は、何れを先に部材（工具母材など）の表面上に形成しても良く、被膜の組成に応じて例えば密着性に優れた方を先に設けることが望ましいが、特に限定することなく形成することも可能である。また、第１被膜および第２被膜をペアとして積層されてもよいが、合計の層数を奇数とすることも可能で、第１被膜を先に形成した場合に最上層も第１被膜であったり、第２被膜を先に形成した場合に最上層も第２被膜であったりしても良い。なお、本発明の硬質積層被膜と部材表面との間に、必要に応じて他の硬質被膜を介在させたり、最上層に別の被膜を設けたりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の硬質積層被膜が適用されたエンドミルを示す図であって、軸心と直角方向から見た正面図である。
【図２】図１のエンドミルを示す図であって、その刃部の表面部分に積層された硬質積層被膜の構成を拡大して説明する断面図である。
【図３】図１の硬質積層被膜をＰＶＤ法によって好適に形成できるアークイオンプレーティング装置の一例を説明する概略構成図である。
【図４】図３のアークイオンプレーティング装置における回転テーブルおよびターゲットの位置関係を説明する平面図である。
【図５】本発明の硬質積層被膜が適用されたボールエンドミルを、その軸心と直角方向から見た正面図である。
【図６】図５のボールエンドミルの刃部を軸心方向から見た側面図である。
【図７】本発明の硬質積層被膜が適用されたタップを、その軸心と直角方向から見た正面図である。
【図８】図７のタップの刃部を示す斜視図である。
【図９】２枚刃である他は図１と同様のエンドミルの刃部の表面に本発明の硬質積層被膜を形成し、その硬質積層被膜の組成比、膜厚、積層数、耐摩耗性の評価結果を、一応の数値範囲から外れた試験品および１種類の被膜から構成された硬質成層被膜が被覆された従来品の、組成比、膜厚、積層数、耐摩耗性評価結果と対比して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の硬質積層被膜被覆工具の一例であるエンドミル１０を説明する図であって、軸心Ｃと直角方向から見た正面図である。このエンドミル１０は、超硬合金にて構成されている工具母材１２にはシャンクおよび刃部１４が一体に設けられている。刃部１４には、切れ刃として螺線状の外周刃１６および直線状の底刃１８が設けられており、軸心Cまわりに回転駆動されることによりそれ等の外周刃１６および底刃１８によって切削加工が行われるようになっているとともに、その刃部１４の表面には硬質積層被膜２０がコーティングされている。図１の斜線部は硬質積層被膜２０を表している。【００２３】
図２は、刃部１４の表面部分にコーティングされた硬質積層被膜２０の構成を拡大して示す断面図である。エンドミル１０は回転切削工具であり、工具母材１２は硬質積層被膜２０が表面に設けられる基材に相当する。【００２４】
図２から明らかなように、硬質積層被膜２０は、相互に異なる組成の第１被膜２２および第２被膜２４を、工具母材１２の表面上に交互に多数積層したものである。第１被膜２２は、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）合金の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物から構成される。その（ＡｌａＣｒｂＢｃ）合金の原子比ａ、ｂ、ｃは、ａ＝１−ｂ−ｃという相互関係にあって、原子比ｂは０．２≦ｂ≦０．７の範囲内の値すなわち０．２以上且つ０．７以下の範囲内の値であり、原子比ｃは０＜ｃ≦０．２という範囲内の値すなわち０を上回り且つ０．２以下の範囲内の値である。また、第１被膜２２は、その膜厚が０．１μｍ以上５．０μｍ以下となるように形成されている。第２被膜２４は、ＴｉＢ2合金から構成されている。この第２被膜２４は、その膜厚が０．１μｍ以上５．０μｍ以下となるように形成されている。そして、それら第１被膜２２および第２被膜２４の積層により構成される硬質積層被膜２０は、２層以上１００層以下の積層数で構成され、その膜厚が０．２μｍ以上１０．０μｍ以下となるように形成されている。【００２５】
図３は、上記硬質積層被膜２０を形成する際に好適に用いられるアークイオンプレーティング装置３０の概略的な構成を説明する図である。図４は図３のＡ−Ａ断面に相当する図であって、平面図である。このアークイオンプレーティング装置３０は、略水平な第１回転テーブル３２、その第１回転テーブル３２を略垂直な一中心線Ｏまわりに回転駆動する回転駆動装置３３、第１回転テーブル３２の外周部に複数（図４では４個）配設されるとともに多数のワークすなわち硬質積層被膜２０を被覆する前の切れ刃１６、１８等が形成された工具母材１２を保持する第２回転テーブル３４、工具母材１２に負のバイアス電圧を印加するバイアス電源３６、工具母材１２などを内部に収容している処理容器としてのチャンバ３８、チャンバ３８内に所定の反応ガスを供給する反応ガス供給装置４０、チャンバ３８内の気体を真空ポンプなどで排出して減圧する排気装置４２、第１アーク電源４４、第２アーク電源４６等を備えている。このアークイオンプレーティング装置３０は被膜形成装置に相当する。なお、図４では、第２回転テーブル３４に取り付けられる工具母材１２が省略されている。【００２６】
上記第２回転テーブル３４は第１回転テーブル３２と平行に配設されており、その第１回転テーブル３２の一中心線Ｏと平行な自身の中心線（第２の中心線）まわりに回転させられるとともに、複数の工具母材１２を、その軸心が第２の中心線と平行で刃部１４が上向きとなる垂直な姿勢で保持するようになっている。したがって、複数の工具母材１２は、第２回転テーブル３４の中心線（第２の中心線）まわりに回転駆動されつつ、第１回転テーブル３２により一中心線Ｏまわりに回転駆動されることになる。第１回転テーブル３２の周囲には、一中心線Ｏまわりに第１ターゲット４８および第２ターゲット５２が１８０°間隔で交互に位置固定に配設されており、第１回転テーブル３２の連続回転により、工具母材１２は第２回転テーブル３４と共にそれ等の第１ターゲット４８および第２ターゲット５２の前を交互に周期的に通過させられる。本実施例では、第１ターゲット４８および第２ターゲット５２は、それぞれ一中心線Ｏまわりに１８０°間隔で２個ずつ配設されていることになる。なお、複数の第２回転テーブル３４は、例えば独自の回転駆動装置によって独立に回転駆動されるように構成されるが、歯車機構等により第１回転テーブル３２の回転に連動して機械的に回転駆動されるようにすることもできる。【００２７】
前記反応ガス供給装置４０は、窒素ガス（Ｎ2 ）や炭化水素ガス（ＣＨ4 、Ｃ2Ｈ2 など）、酸素ガス（Ｏ2 ）等のタンクを備えており、第１被膜２２や第２被膜２４の組成に応じて、例えば酸化物の場合は酸素ガスのみを供給し、窒化物の場合は窒素ガスのみを供給し、炭化物の場合は炭化水素ガスのみを供給し、炭酸化物の場合は酸素ガスおよび炭化水素ガスを供給し、窒酸化物の場合は窒素ガスおよび酸素ガスを供給し、炭窒化物の場合は窒素ガスおよび炭化水素ガスを供給し、炭酸窒化物の場合は酸素ガス、窒素ガスおよび炭化水素ガスを供給する。硼化物、酸窒化物や硼窒化物など他の化合物を形成する場合も、同様にして所定の反応ガスを供給すれば良い。【００２８】
前記一中心線Ｏに対向する位置に配設された第１ターゲット４８は、前記第１被膜２２の構成物質である（ＡｌａＣｒｂＢｃ）合金にて構成されている一方、同じく一中心線Ｏに対向する位置に配設された第２ターゲット５２は、前記第２被膜２４の構成物質であるＴｉＢ2合金にて構成されている。そして、前記第１アーク電源４４は、上記第１ターゲット４８をカソードとしてアノード５０との間に所定のアーク電流を通電してアーク放電させることにより、第１ターゲット４８から（ＡｌａＣｒｂＢｃ）合金を蒸発させるもので、蒸発した（ＡｌａＣｒｂＢｃ）合金は正（＋）の金属イオンになって負（−）のバイアス電圧が印加されている工具母材１２に付着する。その際、供給された所定の反応ガスと反応して、前記（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物から成る第１被膜２２が形成される。また、第２アーク電源４６は、上記第２ターゲット５２をカソードとしてアノード５４との間に所定のアーク電流を通電してアーク放電させることにより、第２ターゲット５２からＴｉＢ2合金を蒸発させるもので、蒸発したＴｉＢ2合金は正（＋）の金属イオンになって負（−）のバイアス電圧が印加されている工具母材１２に付着する。【００２９】
このようなアークイオンプレーティング装置３０を用いて工具母材１２の刃部１４の表面に硬質積層被膜２０を形成する際には、予め排気装置４２で排気しながらチャンバ３８内が所定の圧力（例えば１．３３Ｐａ〜３．９９Ｐａ程度）に保持されるように反応ガス供給装置４０から所定の反応ガスを供給するとともに、バイアス電源３６により工具母材１２に所定のバイアス電圧（例えば−５０Ｖ〜−１５０Ｖ程度）を印加する。また、第２回転テーブル３４を中心線まわりに回転駆動しつつ第１回転テーブル３２を一中心線Ｏまわりに一方向へ一定速度で連続回転させることにより、工具母材１２を第２回転テーブル３４と共に第２の中心線まわりに回転させつつ、第１ターゲット４８および第２ターゲット５２の前を交互に周期的に通過させる。【００３０】
これにより、工具母材１２が第１ターゲット４８の前を通過する際には、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物から成る第１被膜２２が工具母材１２の表面に付着させられ、第２ターゲット５２の前を通過する際には、ＴｉＢ2から成る第２被膜２４が工具母材１２の表面に付着させられるのである。これにより、工具母材１２の表面に第１被膜２２と第２被膜２４とが交互に連続的に積層され、硬質積層被膜２０が形成される。本実施例では、第１回転テーブル３２の周囲に第１ターゲット４８および第２ターゲット５２が配設されているため、第１回転テーブル３２が回転することで第１被膜２２および第２被膜２４が積層される。各アーク電源４４、４６のアーク電流の電流値は、第１被膜２２、第２被膜２４の膜厚に応じて定められる。このような硬質積層被膜２０の形成は、コンピュータを含む制御装置によって自動的に行うことができる。【００３１】
なお、第１被膜２２は（ＡｌａＣｒｂＢｃ）合金の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物から成り、第２被膜２４はＴｉＢ2合金から成るので、第１被膜２２および第２被膜２４を別々に形成する必要があり、反応ガス供給装置４０から供給する反応ガスの切り換えと、第１アーク電源４４および第２アーク電源４６を選択的にＯＮ、ＯＦＦして第１ターゲット４８と第２ターゲット５２とを切り換えたりする。
【実施例２】
【００３２】
図５および図６は、前述の硬質積層被膜２０が実施例１のエンドミル１０と同様の硬質被膜形成工程を経て刃部６４の表面に形成されたボールエンドミル６０を、その軸心Ｃに直交する方向から見た正面図および軸心Ｃの方向から刃部６４を見た側面図を示している。このボールエンドミル６０は、超硬合金にて構成されている工具母材６２にはシャンクおよび刃部６４が一体に設けられている。刃部６４には、切れ刃として螺線状の外周刃６６および２枚の半円状のボール刃(底刃)６８が設けられており、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６６およびボール刃６８によって切削加工が行われるようになっているとともに、その刃部６４の表面には、図２に示されている硬質積層被膜２０がコーティングされている。図５および図６の斜線部はその硬質積層被膜２０を表している。
【実施例３】
【００３３】
図７および図８は、前述の硬質積層被膜２０がエンドミル１０と同様の硬質被膜形成工程を経て刃部７６の表面に形成されたタップ７０を、その軸心Ｃに直交する方向から見た正面図およびその刃部７６を軸心Ｃ方向からみた断面図を示している。このタップ７０は、たとえば超硬合金製の軸状の工具母材８４にて一体に構成された３本のねじれ溝８０を有するねじれ溝タップあり、主軸に把持されるためのシャンク７２と、首部７４と、刃部７６とを軸心方向に順次備えている。刃部７６は、雄ねじ７８がねじれ溝８０によって分断されることでそのねじれ溝８０に沿って切れ刃８２が設けられている。また、刃部７６は、完全なねじ山が連なる完全山部７６ａと、ねじ山が軸端となるほどテーパ状に小さくされた食付部７６ｂとを備えている。その刃部７６の表面には、図２に示されている硬質積層被膜２０がコーティングされている。図７の斜線部はその硬質積層被膜２０を表している。【００３４】
次に、２枚刃である他は図１と同様のエンドミルの刃部の表面に被覆する硬質積層被膜の組成、膜厚、積層数を図９に示すように変更した複数種類の試験エンドミルを作成し、以下の切削試験条件にて切削したときの切削距離に基づいて評価を行った結果を、図９の表に示す。図９において、Ａ層は第１被膜２２に対応し、Ｂ層は第２被膜２４に対応している。また、Ａ層の組成において末尾の「Ｎ」は窒化物を示し、「Ｃ」は炭化物を示し、「ＣＯ」は炭酸化物を示し、「ＮＯ」は窒酸化物を示し、「ＣＮ」は炭窒化物を示し、「ＣＯＮ」は炭酸窒化物を示している。また、図９において、加工距離とは、底刃１８に続く逃げ面の摩耗幅が０．２ｍｍに到達するまでにフライス加工した距離であり、合格とは、耐摩耗性を評価するものであって、その加工距離が５０ｍを越えることを基準に判断している。【００３５】
＜切削試験条件＞
エンドミル：硬質積層被覆付の超硬合金製２枚刃エンドミル(φ６ｍｍ)
被削材：インコネル７１８(ニッケル基超硬合金の商標)
使用機械：立型マシニングセンタ
切削速度：２９ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．０２ｍｍ／刃
切込深さ：０．３ｍｍ
切削油：油性【００３６】
上記のねじ切削試験において、第１被膜２２および第２被膜２４の交互積層から成る硬質積層被膜２０が形成された試験エンドミルは、溶着性、耐熱性、密着性についてはいずれも満足すべきものであったが、耐摩耗性については、図９の判定結果に示すように差異が見られた。図９に示すように、第１被膜２２および第２被膜２４の交互積層から成る硬質積層被膜２０が形成された試験エンドミルのうちの合格評価の試験エンドミルについては、本発明品１乃至１６という名称を付し、不合格評価の試験エンドミルについては試験品１乃至７という名称を付し、１種類の被膜の積層からなる硬質積層被膜が形成された試験エンドミルについては、従来品１乃至４という名称を付してある。【００３７】
合格評価の試験エンドミルである本発明品１乃至１６は、その刃部に被覆された硬質積層被膜２０は、第１被膜２２（Ａ層）および第２被膜２４（Ｂ層）の交互積層から成り、第１被膜２２は、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）合金の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物から構成される。その（ＡｌａＣｒｂＢｃ）合金の原子比ａ、ｂ、ｃは、ａ＝１−ｂ−ｃという相互関係にあって、原子比ｂは０．２≦ｂ≦０．７の範囲内の値であり、原子比ｃは０＜ｃ≦０．２という範囲内の値である。また、第１被膜２２は、その膜厚が０．１μｍ以上５．０μｍ以下となるように形成されている。第２被膜２４はＴｉＢ2合金から構成されている。この第２被膜２４は、その膜厚が０．１μｍ以上５．０μｍ以下となるように形成されている。そして、それら第１被膜２２および第２被膜２４の積層により構成される硬質積層被膜２０は、２層以上１００層以下の積層数で構成され、その膜厚が０．２μｍ以上１０．０μｍ以下となるように形成されている。これら本発明品１乃至１６の評価結果に示されるように、第１被膜２２（Ａ層）および第２被膜２４（Ｂ層）のうちのいずれが最下層或いは最上層であるかには関係がない。【００３８】
これに対して、不合格評価の試験エンドミルである試験品１乃至７は、その刃部に被覆された硬質積層被膜２０は、第１被膜２２および第２被膜２４の交互積層から成り、第１被膜２２は（ＡｌａＣｒｂＢｃ）或いは（Ａｌ1-aＣｒa）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物から構成され、第２被膜２４はＴｉＢ2から構成されているが、原子、原子比ａ、膜厚、層数のいずれかにおいて上記本発明品の範囲から外れている。また、１種類の被膜の積層からなる硬質積層被膜が形成された試験エンドミルである従来品１乃至４は、単に耐摩耗性が大幅に低いだけでなく、図９には示されていないが、耐溶着性、耐熱性、密着性のいずれかにおいて欠ける点がある。【００３９】
上述のように、本実施例の硬質積層被膜２０では、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）合金の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物から成る第１被膜２２とＴｉＢ2合金から構成されている第２被膜２４とが母材１２、６２、８４の表面上に交互に積層されることにより硬質積層被膜２０が構成されているので、耐摩耗性、耐熱性、耐溶着性、および密着性（付着強度）において共に満足すべき特性が得られる。【００４０】
また、本実施例の硬質積層被膜２０によれば、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）合金の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物から成る第１被膜２２において、その（ＡｌａＣｒｂＢｃ）合金の原子比ａ、ｂ、ｃは、ａ＝１−ｂ−ｃという相互関係にあって、原子比ｂは０．２≦ｂ≦０．７の範囲内の値であり、原子比ｃは０＜ｃ≦０．２という範囲内の値であり、第１被膜２２の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、第２被膜２４の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、硬質積層被膜２０の総膜厚は、０．２μｍ以上１０．０μｍ以下であることから、耐摩耗性、耐熱性、耐溶着性、および密着性（付着強度）において共に満足すべき特性が得られる。【００４１】
また、本実施例の硬質積層被膜２０によれば、それを構成する第１被膜２２および第２被膜２４の積層数は、２層以上１００層以下であることから、耐摩耗性、耐熱性、耐溶着性、および密着性（付着強度）において共に満足すべき特性が得られる。【００４２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の硬質積層被膜は、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物から成る第１被膜２２と、ＴｉＢ2から成る第２被膜２４とが母材１２、６２、８４の表面上に交互に積層されることにより硬質積層被膜２０が構成されているので、耐摩耗性、耐熱性、耐溶着性、および密着性（付着強度）において共に満足すべき特性が得られるようになり、特に耐摩耗性が一層向上するため、回転切削工具等の硬質被膜として好適に用いられる。
【符号の説明】
【００４４】
１０：エンドミル（硬質積層被膜付切削工具）
１２、６２、８４：工具母材
２０：硬質積層被膜
２２：第１被膜
２４：第２被膜
６０：ボールエンドミル（硬質積層被膜付切削工具）
７０：タップ（硬質積層被膜付切削工具）
【図１】
2012105003.tif 000003
【図２】
2012105003.tif 000004
【図３】
2012105003.tif 000005
【図４】
2012105003.tif 000006
【図５】
2012105003.tif 000007
【図６】
2012105003.tif 000008
【図７】
2012105003.tif 000009
【図８】
2012105003.tif 000010
【図９】
2012105003.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月12日(2012.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成が相互に異なる２種類の第１被膜および第２被膜が母材の表面に交互に複数積層された硬質積層被膜であって、
前記第１被膜は、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物，または炭酸窒化物であり、
前記第２被膜はＴｉＢ２であり、
前記第１被膜における原子比ａ、ｂ、ｃは、ａ＝１−ｂ−ｃであって、０．２≦ｂ≦０．７、０＜ｃ≦０．２であり、
前記第１被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、
前記第２被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、
前記硬質積層被膜の総膜厚は、０．２μｍ以上１０．０μｍ以下であり、
前記硬質積層被膜の積層数は、２層以上１００層以下である
ことを特徴とする硬質積層被膜。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
は、インコネルやチタン合金等の耐熱合金やそれを含む複合材を切削加工する場合でも、耐溶着性、耐摩耗性が十分に得られるようにする硬質積層被膜を提供することにある。
課題を解決するための手段
［０００６］
本発明者は、以上の事情を背景として種々の検討を重ねた結果、Ｔｉ系の硬質積層被膜中にボロン元素Ｂを含有させると、高温硬さおよび耐溶着性は改善されるが、耐摩耗性や付着強度が十分に得られない一方で、Ｔｉ系の硬質積層被膜を構成する第１被膜および第２被膜の一方にボロン元素Ｂを含むＡｌＣｒ合金の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、炭酸窒化物を含有させると同時に、他方にボロン元素Ｂを含有させて、交互に積層すると、耐摩耗性および密着性（付着強度）において好適に改善されることを見い出した。本発明は斯かる知見に基づいて為されたものである。
［０００７］
すなわち、第１発明は、（ａ）組成が相互に異なる２種類の第１被膜および第２被膜が母材の表面上に交互に複数積層された硬質積層被膜であって、（ｂ）前記第１被膜は、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物であり、（ｃ）前記第２被膜はＴｉＢ２であり、（ｄ）前記第１被膜における原子比ａ、ｂ、ｃは、ａ＝１−ｂ−ｃという相互関係であって、０．２≦ｂ≦０．７、０＜ｃ≦０．２であり、（ｅ）前記第１被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、（ｆ）前記第２被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、（ｇ）前記硬質積層被膜の総膜厚は、０．２μｍ以上１０．０μｍ以下であり、（ｈ）前記硬質積層被膜の積層数は、２層以上１００層以下であることを特徴とする。
［０００８］
［０００９］
発明の効果
［００１０］
第１発明の硬質積層被膜によれば、（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の炭化物、窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物、または炭酸窒化物である第１被膜と、Ｔｉ
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
Ｂ２である第２被膜とが、母材の表面上に交互に積層されることにより硬質積層被膜が構成されており、その第１被膜における（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の原子比ａ、ｂ、ｃは、ａ＝１−ｂ−ｃという相互関係にあって、０．２≦ｂ≦０．７、０＜ｃ≦０．２であり、前記第１被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、前記第２被膜の膜厚は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、前記硬質積層被膜の総膜厚は、０．２μｍ以上１０．０μｍ以下であり、その硬質積層被膜を構成する第１被膜および第２被膜の積層数は、２層以上１００層以下であることから、耐摩耗性および耐溶着性において共に満足すべき特性が得られる。
［００１１］
［００１２］
［００１３］
ここで、好適には、前記硬質積層被膜は、エンドミル、タップ、ドリルなどの回転切削工具の少なくとも刃部に適用される他、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積層被膜に好適に適用され得るが、半導体装置等の表面保護膜など加工工具以外の部材の表面に設けられる硬質積層被膜にも適用できる。工具母材など硬質積層被膜が設けられる母材の材質としては、超硬合金や高速度工具鋼が好適に用いられるが、他の金属材料であっても良い。
［００１４］
また、好適には、前記硬質積層被膜を形成するＰＶＤ法（物理蒸着法）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が好適に用いられる。第１被膜および第２被膜の膜厚は、ターゲットに対する投入電力量や回転テーブルの回転速度等により適宜設定することができる。
［００１５］
また、好適には、前記第１被膜における（ＡｌａＣｒｂＢｃ）の原子比ａ、ｂ、ｃは、ａ＝１−ｂ−ｃという関係を持ち、原子比ｂは０．２以上且つ０．７以下の値、原子比ｃは０より大きく且つ０．２以下の値であれば良く、金属元素の種類や要求特性等に応じて適宜設定できる。原子比ｂが０．２を下回ったり原子比ｃが０となったり、原子比ｂが０．７を上回ったり、原子比
【国際調査報告】
2012105003.tif 000012
2012105003.tif 000013
2012105003.tif 000014
2012105003.tif 000015