(57)【要約】【課題】  従来よりも高温に耐え得るｃＢＮ膜を含む高硬度被膜を提供する。【解決手段】  本発明に係る高硬度被膜は、母材１０としての超硬合金の上に形成された中間層３０と、この中間層３０の上に形成されたｃＢＮ膜５０と、を具備する。中間層３０は、その本体としてのＣｒＮ層３４と、これを挟んで形成された接着層としてのＣｒ層３２および３６と、から成る。ｃＢＮ膜５０は、その本体としてのｃＢＮ層５４と、このｃＢＮ層５４の下層側に形成された接着層としてのＢ膜と、から成る。ここで、ＣｒＮ層３４の熱膨張率は、７．５［×１０−６／℃］であり、ｃＢＮ層５４の熱膨張率（＝６．０［×１０−６／℃］）に近い。従って、ＣｒＮ層３４を含む中間層３０と、ｃＢＮ層５４を含むｃＢＮ膜５０と、の間における熱膨張差が抑制され、熱応力によるｃＢＮ膜５０の剥離が防止される。つまり、ｃＢＮ膜５０を含む母材１０全体の耐熱性が向上する。【選択図】        図１
2010185095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材上に形成された中間層と、該中間層の上に形成された窒化ホウ素膜と、を具備する高硬度被膜において、
上記中間層は窒化クロム層であること、
を特徴とする、高硬度被膜。
【請求項２】
上記窒化ホウ素膜は立方晶系または六方晶系である、
請求項１に記載の高硬度被膜。
【請求項３】
上記窒化クロム層はＣｒＮ型である、
請求項１または２に記載の高硬度被膜。
【請求項４】
上記中間層は上記母材との間および上記窒化ホウ素膜との間の一方または両方に形成されたクロム層を含む、
請求項１ないし３のいずれかに記載の高硬度被膜。
【請求項５】
上記母材は超硬合金製である、
請求項１ないし４のいずれかに記載の高硬度被膜。
【請求項６】
母材上に中間層を形成し、該中間層の上に高硬度被膜としての窒化ホウ素膜を形成する、高硬度被膜の形成方法において、
上記中間層として窒化クロム層を形成すること、
を特徴とする、高硬度被膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高硬度被膜およびその形成方法に関し、特に、母材上に形成された中間層と、この中間層の上に形成された窒化ホウ素（以下、ＢＮと言う。）膜と、を具備する、高硬度被膜およびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＮ膜、とりわけ立方晶系のＢＮ（以下、ｃＢＮと言う。）膜は、非常に硬い高硬度被膜として知られており、切削工具や成形金型等の耐摩耗性が要求される部材の性能を向上させるのに好適である。その一方で、ｃＢＮ膜は、当該切削工具や成形金型等の代表的な母材である超硬合金や高速度鋼等との密着性（相性）が悪い、という性質を有する。この性質を補うには、ｃＢＮ膜の形成に先立って、適当な中間層を形成する必要がある。従来、この中間層として、例えば特許文献１に開示されているように、窒化チタン（以下、ＴｉＮと言う。）膜、厳密にはチタン（以下、Ｔｉと言う。）膜とＴｉＮ膜とＴｉ膜との３層構造が、採用されていた。また、中間層とｃＢＮ膜との密着性をより向上させるべく、ｃＢＮ膜の形成に際して、まず、ホウ素（以下、Ｂと言う。）膜が形成され、これに続いて、Ｂに対する窒素（以下、ＮまたはＮ２と言う。）の比率が漸増するＢＮ膜が形成され、その上で、ｃＢＮ膜が形成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１０５６２４号公報（第００３８段落〜第００４０段落）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の切削工具や成形金型等は、その使用過程において、摩擦熱により高温になる。従って、このような切削工具や成形金型等に適用されるｃＢＮ膜は、それ相応の高温にまで耐え得ることが必要とされる。しかしながら、上述の如く中間層としてＴｉＮ膜が採用された従来のｃＢＮ膜によれば、これらＴｉＮ膜とｃＢＮ膜とを含む母材の温度が約５００［℃］以上になると、当該ＴｉＮ膜とｃＢＮ膜との界面でクラック等の膜破壊が生じ、この結果、ｃＢＮ膜が剥離する、という問題がある。これは、主に、ＴｉＮ膜とｃＢＮ膜との間での線膨張率の差異によるものと、推察される。
【０００５】
具体的には、ＴｉＮ膜の線膨張率は、９．４［×１０−６／℃］であり、ｃＢＮ膜の線膨張率は、６．０［×１０−６／℃］である。ここで、例えば、室温が０［℃］であり、母材の温度が当該室温（＝０［℃］）から５００［℃］まで変化する、と仮定する。この場合、ＴｉＮ膜は、ｃＢＮ膜との界面において、例えば１０［ｍｍ］という長さ寸法を単位長さとすると、この単位長さ当たり４７．０［μｍ］（＝９．８［×１０−６／℃］×５００［℃］×１０［ｍｍ］）の線膨張を生じる。一方、ｃＢＮ膜は、ＴｉＮ膜との界面において、同単位長さ当たり３０．０［μｍ］（＝６．０［×１０−６／℃］×５００［℃］×１０［ｍｍ］）の線膨張を生じる。つまり、ＴｉＮ膜とｃＢＮ膜との間で、単位長さ当たり１７．０［μｍ］（＝｜４９［μｍ］−３０［μｍ］｜）という線膨張差、言わば２０［μｍ］弱の線膨張差、が生じる。この単位長さ当たりの線膨張差が約２０［μｍ］に達すると、ＴｉＮ膜とｃＢＮ膜との界面でクラック等の膜破壊が生じ、ひいてはｃＢＮ膜が剥離することが、経験上、判明している。このことから、ＴｉＮ膜とｃＢＮ膜とを含む母材の温度が約５００［℃］以上になると、ｃＢＮ膜が剥離する。
【０００６】
そこで、本発明は、従来よりもさらに高温に耐え得るｃＢＮ膜を含む高硬度被膜を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、本発明のうちの第１発明は、母材上に形成された中間層と、この中間層の上に形成されたＢＮ膜、特にｃＢＮ膜と、を具備する高硬度被膜において、当該中間層が、窒素クロム層であること、を特徴とする。
【０００８】
即ち、本第１発明では、中間層として、窒化クロム層、例えばＣｒＮ層、が採用される。このＣｒＮ層の線膨張率は、７．５［×１０−６／℃］であり、従来の中間層としてのＴｉＮ膜の線膨張率（＝９．４［×１０−６／℃］）に比べて、ｃＢＮ膜の線膨張率（＝６．０［×１０−６／℃］）に近い。このようにｃＢＮ膜の線膨張率に近い線膨張率を有するＣｒＮ層が、中間層として採用されることによって、これら中間層とｃＢＮ膜との間での線膨張差が抑制される。
【０００９】
なお、本第１発明において、中間層は、当該中間層本体としてのＣｒＮ層と母材との間に形成されたクロム（以下、Ｃｒと言う。）層を含むものであってもよい。即ち、Ｃｒは、上述した超硬合金や高速度鋼等の各種材料との密着性が良い、という性質を有する。従って、このような性質を有するＣｒを成分とする層が、中間層本体としてのＣｒＮ層と母材との間に形成されることで、これら両者間の密着性が向上する。つまり、Ｃｒ層は、いわゆる接着層として機能する。これと同様に、中間層本体としてのＣｒＮ層とｃＢＮ膜との間にも、当該接着層としてのＣｒ層が形成されてもよい。
【００１０】
さらに、このＣｒ層が形成されることで、特に中間層本体としてのＣｒＮ層とｃＢＮ膜との間に当該Ｃｒ層が形成されることで、次のような利点もある。即ち、Ｃｒ層の線膨張率は、６．５［×１０−６／℃］であり、中間層本体としてのＣｒＮ層の線膨張率（＝７．５［×１０−６／℃］）に比べて、ｃＢＮ膜の線膨張率（＝６．０［×１０−６／℃］）にさらに近い。このようにｃＢＮ膜の線膨張率にさらに近い線膨張率を有するＣｒ層が、中間層本体としてのＣｒＮ層と当該ｃＢＮ膜との間に形成されることで、これら両者間での線膨張差に起因する歪（応力）が抑制される。つまり、Ｃｒ層は、いわゆる緩衝層としても機能する。
【００１１】
そして、このようにＣｒ層が形成されるときは、中間層本体として、ＣｒＮ層に代えて、Ｃｒ２Ｎ（窒化ニクロム）層を採用することができる。即ち、Ｃｒ２Ｎ層の線膨張率は、９．４［×１０−６／℃］であり、従来の中間層としてのＴｉＮ膜の線膨張率（＝９．８［×１０−６／℃］）と等価である。従って、この線膨張率のみに注目すると、中間層本体としてＣｒ２Ｎ層が採用された場合には、従来と特段な差異はないように見受けられる。しかしながら、上述の如く緩衝層としても機能するＣｒ層が形成されることで、従来に比べて一定の効果が得られること、つまりｃＢＮ膜の耐熱性を向上させ得ることが、期待される。このことは、後述するように、実験によっても確認された。
【００１２】
また、本第１発明において、母材は、超硬合金製であってもよい。即ち、超硬合金の線膨張率は、５．０［×１０−６／℃］〜６．０［×１０−６／℃］であり、ｃＢＮ膜の線膨張率と略等しい。このようにｃＢＮ膜の線膨張率と略等しい線膨張率を有する超硬合金が母材とされることで、中間層とｃＢＮ膜との間のみならず、当該中間層と母材との間においても、線膨張差の抑制が図られる。
【００１３】
第２発明は、第１発明と同様の高硬度被膜を形成する方法に関する発明であり、即ち、母材上に中間層を形成する過程と、この中間層の上に高硬度被膜としてのｃＢＮ膜を形成する過程と、を具備する。そして、中間層として、窒化クロム層、特にＣｒＮ層、を形成すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上述したように、本発明によれば、従来の中間層としてのＴｉＮ膜の線膨張率に比べて、ｃＢＮ膜の線膨張率に近い線膨張率を有するＣｒＮ層が、中間層として採用されることで、当該中間層とｃＢＮ膜との間での線膨張差が抑制される。従って、従来は、母材の温度が５００［℃］以上になると、中間層とｃＢＮ膜との間での線膨張差によってｃＢＮ膜が剥離する、という問題があったが、本発明によれば、より高温の環境下でもｃＢＮ膜の剥離を防止することができる。つまり、従来よりもさらに高温に耐え得るｃＢＮ膜を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る高硬度被膜の断面を概略的に示す図解図である。
【図２】図１の高硬度被膜の熱的性質を示す図解図である。
【図３】同実施形態に係る別の高硬度被膜の断面を概略的に示す図解図である。
【図４】図３の高硬度被膜の熱的性質を示す図解図である。
【図５】同実施形態における実験結果を示す図解図である。
【図６】図５とは異なる実験結果を示す図解図である。
【図７】同実施形態に係る高硬度被膜を形成する際の成膜条件を説明するための図解図である。
【図８】図７とは異なる成膜条件を説明するための図解図である。
【図９】従来の高硬度被膜の断面を概略的に示す図解図である。
【図１０】図９の高硬度被膜の熱的性質を示す図解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の具体的な実施形態を説明する前に、従来のｃＢＮ膜を含む高硬度被膜について、図９および図１０を参照して、より詳しく説明する。
【００１７】
図９に示すように、従来の高硬度被膜は、母材１０としての例えば超硬合金の上に形成された中間層１００と、この中間層１００の上に形成されたｃＢＮ膜５０と、を具備する。このうち、中間層１００は、母材１０との密着性を向上させるための下層側接着層としてのＴｉ層１０２と、当該中間層１００の本体としてのＴｉＮ層１０４と、ｃＢＮ膜５０との密着性を向上させるための上層側接着層としてのＴｉ層１０６と、から成る３層構造とされている。なお、２つのＴｉ層１０２および１０６それぞれの膜厚は、極小であり、例えば２０［ｎｍ］である。一方、ＴｉＮ層１０４の膜厚は、母材１０の表面の粗さを補うべく比較的に大きめとされており、例えば１［μｍ］〜２［μｍ］である。
【００１８】
ｃＢＮ膜５０は、中間層１００（Ｔｉ層１０６）との密着性を向上させるための接着層としてのＢ層５２と、当該ｃＢＮ膜５０の本体としてのｃＢＮ層５４と、から成る。なお、図には示さないが、ｃＢＮ層５４の下層側部分は、Ｂ層５２との融合性を得るべく、上層に向かうに従ってＢに対するＮの比率が漸増するアモルファスのＢＮ層とされている。このＢＮ層を含むｃＢＮ層５４の膜厚は、母材１０の耐摩耗性を向上させるのに必要かつ十分な大きさとされており、例えば１［μｍ］である。一方、Ｂ層５２の膜厚は、極小であり、例えば１０［ｎｍ］である。
【００１９】
ここで、ｃＢＮ膜５０本体としてのｃＢＮ層５４と、中間層１００本体としてのＴｉＮ層１０４と、に注目する。具体的には、図１０を参照して、ｃＢＮ層５４の線膨張率は、６．０［×１０−６／℃］であり、ＴｉＮ層１０４の線膨張率は、９．４［×１０−６／℃］である。つまり、両者の差（＝｜９．４［×１０−６／℃］−６．０［×１０−６／℃］｜）は、３．４［×１０−６／℃］である。従って、例えば、室温が０［℃］であり、これらｃＢＮ層５４とＴｉＮ層１０４とを含む母材１０（部材）全体の温度が当該室温（＝０［℃］）から３００［℃］まで変化する、と仮定すると、ｃＢＮ層５４とＴｉＮ層１０４との間で、１０［ｍｍ］という単位長さ当たり１０．２［μｍ］（＝３．８［×１０−６／℃］×３００［℃］×１０［ｍｍ］）の線膨張差が生じる。なお、この程度の線膨張差であれば、次に説明する膜破壊等の特段な問題は生じない。
【００２０】
続いて、母材１０全体の温度が５００［℃］にまで変化する、と仮定すると、ｃＢＮ層５４とＴｉＮ層１０４との間で、単位長さ当たり１７．０［μｍ］（＝３．４［×１０−６／℃］×５００［℃］×１０［ｍｍ］）の線膨張差が生じる。従って、母材１０全体の温度がこの５００［℃］を少し超えると、当該単位長さ当たりの線膨張差が上述した約２０［μｍ］という言わば危険域レベルに達し、そうなると、ｃＢＮ層５４を含むｃＢＮ膜５０と、ＴｉＮ層１０４を含む中間層１００と、の界面において、クラック等の膜破壊が生じ、ひいてはｃＢＮ膜５０が剥離する。なお、母材１０全体の温度が例えば８００［℃］にまで変化すると、ｃＢＮ層５４とＴｉＮ層１０４との間の線膨張差は、２７．２［μｍ］（＝３．４［×１０−６／℃］×８００［℃］×１０［ｍｍ］）と極大になり、ｃＢＮ膜５０が確実に剥離する。
【００２１】
このことは、母材１０とＴｉＮ層１０４を含む中間層１００との間についても、同様である。即ち、母材１０としての超硬合金の線膨張率は、５．０［×１０−６／℃］〜６．０［×１０−６／℃］であり（図１０においては６．０［×１０−６／℃］としている）、ｃＢＮ層５４の線膨張率と略等しい。従って、この母材１０とＴｉＮ層１０４を含む中間層１００との間の線膨張差によっても、上述した膜破壊が生じる恐れがあり、少なくとも当該膜破壊を助長させる恐れがある。
【００２２】
これに対して、本実施形態の高硬度被膜は、図１に示すように、図９に示したのとは別の中間層３０を有する。即ち、本実施形態における中間層３０は、母材１０との密着性を向上させるための下層側接着層としてのＣｒ層３２と、当該中間層３０本体としてのＣｒＮ層３４と、ｃＢＮ膜５０（Ｂ層５２）との密着性を向上させるための上層側接着層としてのＣｒ層３６と、から成る３層構造とされている。なお、２つのＣｒ層３２および３６それぞれの膜厚は、極小であり、例えば図９における２つのＴｉ層１０２および１０６それぞれの膜厚と同じ２０［ｎｍ］である。一方、ＣｒＮ層３４の膜厚は、母材１０の表面の粗さを補うべく比較的に大きめとされており、例えば図９におけるＴｉＮ層１０４の膜厚と同じ１［μｍ］〜２［μｍ］である。これ以外は、図９に示した構成と同じであるので、その詳細な説明を省略する。
【００２３】
ここで、中間層３０本体としてのＣｒＮ層３４の線膨張率は、図２に示すように、７．５［×１０−６／℃］であり、上述したＴｉＮ層１０４の線膨張率（＝９．４［×１０−６／℃］に比べて、ｃＢＮ層５４の線膨張率（＝６．０［×１０−６／℃］）に近い。言い換えれば、ＴｉＮ層１０４の線膨張率とｃＢＮ層５４の線膨張率との差が、３．４［×１０−６／℃］であるのに対して、ＣｒＮ層３４の線膨張率と当該ｃＢＮ層５４の線膨張率との差（＝｜７．５［×１０−６／℃］−６．０［×１０−６／℃］｜）は、１．５［×１０−６／℃］と遙かに小さい。従って、例えば、室温が０［℃］であり、これらＣｒＮ層３４とｃＢＮ層５４とを含む母材１０全体の温度が当該室温（＝０［℃］）から３００［℃］まで変化する、と仮定すると、当該ＣｒＮ層３４とｃＢＮ層５４との間の単位長さ当たりの線膨張差は、４．５［μｍ］（＝１．５［×１０−６／℃］×３００［℃］×１０［ｍｍ］）となり、同条件下での上述したＴｉＮ層１０４とｃＢＮ層５４との間の線膨張差（＝１０．２［μｍ］）よりも大きく抑制される。そして、この小さな線膨張差であれば、ｃＢＮ層５４を含むｃＢＮ膜５０が剥離することは到底ない。
【００２４】
次に、例えば、母材１０全体の温度が５００［℃］にまで変化する、と仮定する。すると、ＣｒＮ層３４とｃＢＮ層５４との間の単位長さ当たりの線膨張差は、７．５［μｍ］（＝１．５［×１０−６／℃］×５００［℃］×１０［ｍｍ］｜）となり、同条件下でのＴｉＮ層１０４とｃＢＮ層５４と間の線膨張差（＝１７．０［μｍ］）よりも遙かに小さく、つまり上述した約２０［μｍ］という危険域レベルよりも遙かに小さい。従って、この５００［℃］という環境下においても、ｃＢＮ膜５０が剥離することはない。
【００２５】
さらに、例えば、母材１０全体の温度が８００［℃］にまで変化する、と仮定する。この場合、ＣｒＮ層３４とｃＢＮ層５４との間の線膨張差は、１２．０［μｍ］（＝１．５［×１０−６／℃］×８００［℃］×１０［ｍｍ］｜）となり、依然として、上述の約２０［μｍ］という危険域レベルよりも小さい。従って、この８００［℃］という環境下においても、ｃＢＮ膜５０は剥離しない。
【００２６】
なお、母材１０全体の温度が１３００［℃］にまで変化すると、ＣｒＮ層３４とｃＢＮ層５４との間の線膨張差が、１９．５［μｍ］（＝１．５［×１０−６／℃］×１３００［℃］×１０［ｍｍ］｜）となり、約２０［μｍ］という危険域レベル付近に達する。これによって初めて、つまり母材１０全体の温度が１３００［℃］にまで変化して初めて、ｃＢＮ膜５０が剥離する恐れが生じてくる。しかし、この１３００［℃］という温度は、ｃＢＮ膜５０が変質し始める（常圧相に戻り始める）温度でもあり、言わばｃＢＮ膜５０本来の許容上限温度である。従って、中間層３０本体としてＣｒＮ層３４が採用されるこの図１の構成によれば、母材１０全体が高温になること（要するに熱応力）によるｃＢＮ膜５０の剥離が確実に防止される。
【００２７】
このことは、母材１０としての超硬合金と、ＣｒＮ層３４を含む中間層３０と、の間においても、同様である。つまり、これら母材１０と中間層３０との間でも、当該母材１０全体が高温になることによる膜破壊（中間層３０の破壊）が確実に防止される。
【００２８】
なお、本実施形態においては、中間層３０本体としてのＣｒＮ層３４に代えて、図３に示すように、当該ＣｒＮ層３４と同じ膜厚（＝１［μｍ］）のＣｒ２Ｎ層３８が採用されてもよい。このＣｒ２Ｎ層３８の線膨張率は、図４に示すように、９．４［×１０−６／℃］であり、従来の中間層１００本体としてのＴｉＮ層１０４の線膨張率（＝９．４［×１０−６／℃］と等価である。従って、この線膨張率のみに注目すると、中間層３０本体としてＣｒ２Ｎ層３８が採用されることによる特段のメリットはないように見受けられる。しかしながら、このＣｒ２Ｎ層３８の上下に介在している接着層としての各Ｃｒ層３２および３６の線膨張率に注目すると、その値は、６．５［×１０−６／℃］であり、中間層１００本体としてのＣｒ２Ｎ層３８の線膨張率（＝９．４［×１０−６／℃］）よりも、また、図１の構成における中間層１００本体としてのＣｒＮ層３４の線膨張率（＝７．５［×１０−６／℃］）よりも、ｃＢＮ層５４の線膨張率（＝６．０［×１０−６／℃］）に近い。加えて、当該各Ｃｒ層３２および３６の線膨張率（＝６．５［×１０−６／℃］）は、図９に示した従来の中間層１００における接着層としての各Ｔｉ層１０２および１０６の線膨張率（＝８．８［×１０−６／℃］）よりも小さい（図１０参照）。このことから、図３に示す構成によれば、接着層としての各Ｃｒ層３２および３６が、Ｃｒ２Ｎ層３８と母材１０との間の線膨張差、ならびに、当該Ｃｒ２Ｎ層３８とｃＢＮ層５４との間の線膨張差、のそれぞれを緩和させる言わば緩衝層としても機能し、これによって、図９に示した従来の構成に比べて、一定の効果が得られること、つまりｃＢＮ膜５０を含む母材１０全体の耐熱性を向上させ得ることが、期待される。このことは、後述するように、実験によっても確認された。
【００２９】
以上のように、図９に示した従来の構成によれば、母材１０全体の温度が５００［℃］以上になると、ｃＢＮ膜５０が剥離する。これに対して、本実施形態によれば、より高温の環境に耐え得るｃＢＮ膜５０を実現することができ、特に図１に示した構成によれば、母材１０全体が高温になることによる当該ｃＢＮ膜５０の剥離を確実に防止することができる。このことは、母材１０の最終形態である製品の性能を向上させるのに、極めて有効である。
【００３０】
この効果を証明するために、このたび、次のような実験を行った。まず、母材１０として、切削工具の１つであるエンドミル、詳しくは直径が６［ｍｍ］の超硬合金製２枚刃エンドミルを、用意する。そして、このエンドミルに対して、図１、図３および図９に示した構成をそれぞれ適用する。さらに、これらの構成が適用されたエンドミルをマシニングセンタに取り付け、被切削材としての機械構造用炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）を切削（側面ダウンカット）する。そして、切削距離に対するエンドミルの境界部摩耗幅（刃の切削部分と非切削部分との境界における当該刃の摩耗幅）を測定する。なお、切削速度は、５６５［ｍ／ｍｉｎ］であり、送りピッチは、０．０５［ｍｍ／ｔｏｏｔｈ］である。そして、切り込み寸法は、半径方向において０．１［ｍｍ］であり、軸方向において８．０［ｍｍ］である。この実験結果を、図５に示す。
【００３１】
この図５に示すように、図９の構成（中間層１００本体がＴｉＮ層１０４である従来の構成）が適用されたエンドミルについては、切削距離が６０［ｍ］を超えた辺りで境界部摩耗幅が急激に増大すること、つまり寿命が尽きることが、確認された。これに対して、図１の構成（中間層３０本体がＣｒＮ層３４である本実施形態の構成）が適用されたエンドミルについては、切削距離が４００［ｍ］に至っても境界部摩耗幅の急激な増大が認められないこと、つまり寿命が尽きないことが、確認された。そして、図３の構成（中間層３０本体がＣｒ２Ｎ層３８である本実施形態の別の構成）が適用されたエンドミルについては、切削距離が２００［ｍ］を超えた辺りで寿命が尽きるものの、少なくとも図９の構成が適用されたエンドミルよりは明らかに長寿命であることが、確認された。このように、本実施形態によれば、特に図１の構成によれば、エンドミル等の切削工具を長寿命化するのに極めて有効であること、言い換えれば当該切削工具の性能をより向上させ得ることが、実証された。
【００３２】
さらに、次のような別の実験をも行った。即ち、母材１０として、成形金型の１つである打ち抜きプレス用の金型、詳しくは合金工具鋼（ＳＫＤ１１）製の金型、を用意する。そして、この金型に対して、図１および図９の構成をそれぞれ適用する。さらに、これらの構成が適用された金型によって、厚さ寸法が３［ｍｍ］の一般構造用圧延鋼（ＳＳ４００）を加工材とする打ち抜きプレス加工を行う。そして、この打ち抜きプレス加工を確実に実施し得る回数、いわゆるショット数、を検証する。なお、比較対照用として、未処理の金型と、ＴｉＮ膜のみ（厳密にはＴｉ膜とＴｉＮ膜との２層構造）が形成された金型と、のそれぞれについても、同様の打ち抜きプレス加工を行う。その結果を、図６に示す。
【００３３】
この図６に示すように、図１の構成が適用された金型については、少なくとも５００００回のショットが可能であり、また、その後も依然としてショット可能であることが、確認された。これに対して、図９の構成が適用された金型については、その約６割である３００００回のショットで寿命が尽きる。そして、ＴｉＮ膜のみが生成された金型については、さらに少ない１００００回のショットで寿命が尽き、未処理の金型に至っては、僅か３０００回のショットで寿命が尽きる。なお、図３の構成については、実験を行っていないが、少なくとも図９の構成が適用された金型よりも長寿命になるものと、推測される。このように、本実施形態によれば、打ち抜きプレス加工用の金型についても、その長寿命化を図るのに極めて有効であること、つまり当該金型の性能をより向上させ得ることが、実証された。
【００３４】
なお、本実施形態の高硬度被膜は、例えば上述の特許文献１に開示されたのと同様のイオンプレーティング法の成膜装置によって、形成することができる。この成膜装置の詳細については、当該特許文献１を参照すれば足りるので、ここでの説明を割愛する。
【００３５】
また、中間層３０として、図１の構成を採用するのか、それとも図３の構成を採用するのかは、当該中間層３０を形成する際の成膜条件、例えば成膜レート、によって、適宜に選択される。具体的には、図７のＸ線解析結果（ＸＲＤデータ）に示すように、成膜レートが１０［Å／ｓ］であるときに、ＣｒＮのピークが見受けられる。これは即ち、当該成膜レートを１０［Å／ｓ］とすれば、図１におけるＣｒＮ層３４を形成し得ることを、意味する。そして、成膜レートが８０［Å／ｓ］であるときに、Ｃｒ２Ｎのピークが見受けられる。即ち、成膜レートを８０［Å／ｓ］とすれば、図３におけるＣｒ２Ｎ層３８を形成することができる。さらに、成膜レートが１６０［Å／ｓ］であるときに、Ｃｒのピークが見受けられる。つまり、成膜レートを１６０［Å／ｓ］とすれば、図１および図３のそれぞれにおける各Ｃｒ層３２または３６を形成することができる。このように、成膜レートによって、中間層３０の構成（組成）を適宜に制御することができる。なお、図７は、アノード電圧（イオン化電圧）が６０［Ｖ］であり、アノード電流（イオン化電流）が１０［Ａ］であり、真空槽内の圧力が６．６７×１０−２［Ｐａ］（≒５×１０−４［Ｔｏｒｒ］）であるときのデータである。
【００３６】
さらに、中間層３０の構成は、アノード電流によっても、適宜に制御することができる。具体的には、図８に示すように、当該アノード電流が１０［Ａ］であるときに、Ｃｒのピークが見受けられる。そして、アノード電流が２０［Ａ］であるときに、Ｃｒ２Ｎのピークが見受けられる。つまり、成膜レートが同じであっても、アノード電流を適宜に変化させることによって、中間層３０の構成を制御することができる。なお、図８は、成膜レートが１６０［Å／ｓ］であり、アノード電圧が６０［Ｖ］であり、真空槽内の圧力が６．６７×１０−２［Ｐａ］であるときのデータである。また、この図８には示していないが、ＣｒＮのピークが見受けられるようにもすることができる。
【００３７】
以上の説明は、本発明を実現するための一例であり、本発明を限定するものではない。従って、例えば、ｃＢＮ膜５０に代えて、六方晶系のＢＮ（ｈＢＮ）膜、さらには当該六方晶系の中でも高圧相のウルツ鉱型のＢＮ（ｗＢＮ）等、他のＢＮ膜を採用してもよい。また、中間層３０本体として、ＣｒＮとＣｒ２Ｎとの中間のアモルファス状のものを採用してもよい。
【００３８】
併せて、母材１０については、超硬合金製に限らず、例えば高速度鋼製であってもよい。ただし、高速度鋼の線膨張率は、１１．０［×１０−６／℃］〜１３．０［×１０−６／℃］であり、ｃＢＮ層５４の線膨張率（＝６．０［×１０−６／℃］）と大きく異なる。従って、母材１０としては、当該高速度鋼よりも、ｃＢＮ層５４の線膨張率と略等価な線膨張率（＝５．０［×１０−６／℃］〜６．０［×１０−６／℃］）を有する高速度鋼の方が、好ましい。勿論、これ以外の材料を、母材１０として採用してもよい。ただし、ｃＢＮ層５４の線膨張率に近いか、これに等しい線膨張率を有する材料が、当該母材１０として好ましい。
【符号の説明】
【００３９】
１０  母材
３０  中間層
３２  Ｃｒ層（下層側接着層）
３４  ＣｒＮ層
３６  Ｃｒ層（上層側接着層）
５０  ｃＢＮ膜
５２  Ｂ層
５４  ｃＢＮ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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