(57)【要約】  図１に示すように、エンドミル１０の刃部１４に設けられた硬質積層被膜２０は、ＭＸ（Ｂa Ｃb Ｏc Ｎ1-a-b-c ）にて構成されている第１被膜２２と、ＺＱ（Ｂd Ｃe Ｏf Ｎ1-d-e-f ）にて構成されている第２被膜２４とが交互に積層されたもので、２種類の金属元素ＭＸおよびＺＱは互いに相違しているため、同じ金属元素を含んでいる場合に比較して優れた耐摩耗性が得られる。また、ＭＸ合金を第１ターゲットとして第１被膜２２を形成するとともにＺＱ合金を第２ターゲットとして第２被膜を形成するため、Ｍ、Ｘ、Ｚ、Ｑの単体金属をターゲットとして第１被膜２２、第２被膜２４を形成する場合に比較して、一層高い耐摩耗性が得られる。更に、第１被膜２２および第２被膜２４の積層周期ｔが０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であるため、両被膜２２、２４の特性を享受しつつ薄膜化による被膜硬さ（耐摩耗性）の向上効果が安定して得られる。このように、２種類の金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が一層好適に得られるようになり、総合的に耐摩耗性が一層向上する。
2008050384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成が異なる２種類の第１被膜および第２被膜が所定の部材の表面上に交互に多数積層された耐摩耗性に優れた硬質積層被膜であって、
前記第１被膜は、ＭＸ（Ｂa Ｃb Ｏc Ｎ1-a-b-c ）〔但し、ＭおよびＸはそれぞれ元素の周期律表のIVａ族、Ｖａ族、VIａ族、Ａｌ、Ｓｉ、およびＹから選択される２種類の異なる金属元素、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０≦ａ≦０．２、０≦ｂ≦０．３、０≦ｃ≦０．１の範囲内〕にて構成され、ＭＸ合金をターゲットとしてＰＶＤ法により形成されている一方、
前記第２被膜は、ＺＱ（Ｂd Ｃe Ｏf Ｎ1-d-e-f ）〔但し、ＺおよびＱは何れも前記Ｍ、Ｘと異なるとともにそれぞれ元素の周期律表のIVａ族、Ｖａ族、VIａ族、Ａｌ、Ｓｉ、およびＹから選択される２種類の異なる金属元素、ｄ、ｅ、ｆはそれぞれ原子比で、０≦ｄ≦０．２、０≦ｅ≦０．３、０≦ｆ≦０．１の範囲内〕にて構成され、ＺＱ合金をターゲットとしてＰＶＤ法により形成されており、
且つ、該第１被膜の膜厚と該第２被膜の膜厚を合わせた積層周期ｔは０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内である
ことを特徴とする硬質積層被膜。
【請求項２】
前記第１被膜および前記第２被膜が前記積層周期ｔで繰り返し積層された前記硬質積層被膜の総膜厚Ｄは０．２μｍ〜１０μｍの範囲内である
ことを特徴とする請求項１に記載の硬質積層被膜。
【請求項３】
前記第１被膜および前記第２被膜における前記ＢＣＯＮの成分組成は互いに等しい
ことを特徴とする請求項１または２に記載の硬質積層被膜。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の硬質積層被膜で表面が被覆されていることを特徴とする硬質積層被膜被覆工具。
【請求項５】
請求項３に記載の硬質積層被膜をＰＶＤ法により所定の部材に形成する被膜形成方法であって、
前記処理容器内において、外周部に前記部材を保持して一中心線まわりに回転駆動される回転テーブルと、
該回転テーブルの周囲に互いに周方向に離間して配設された前記ＭＸ合金から成る第１ターゲットおよび前記ＺＱ合金から成る第２ターゲットと、
前記ＢＣＯＮの成分組成に応じて定められた所定の反応ガスを前記処理容器内に供給する反応ガス供給装置と、
を有する被膜形成装置を用いて、前記回転テーブルを前記一中心線まわりに一方向へ連続回転させることにより、前記部材が前記第１ターゲットおよび前記第２ターゲットの前を交互に周期的に通過させられる一方、前記反応ガスを前記処理容器内に供給するとともに、前記第１ターゲットおよび前記第２ターゲットからそれぞれ前記ＭＸ合金および前記ＺＱ合金を蒸発させることにより、該ＭＸ合金および該ＺＱ合金をそれぞれ前記反応ガスと反応させ、前記部材が該第１ターゲット前を通過する際には該部材の表面に前記第１被膜が形成され、該第２ターゲット前を通過する際には該部材の表面に前記第２被膜が形成されることにより、該部材の表面に該第１被膜と該第２被膜とを交互に連続的に積層する
ことを特徴とする被膜形成方法。
【請求項６】
前記第１ターゲットは、前記回転テーブルの周囲に等角度間隔で複数配設されているとともに、前記第２ターゲットは、該第１ターゲットと同じ数だけ前記回転テーブルの周囲に等角度間隔で配設されており、該回転テーブルの１回転で前記第１被膜および前記第２被膜を前記部材の表面に複数周期積層する
ことを特徴とする請求項５に記載の被膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硬質積層被膜に係り、特に、組成が異なる２種類の被膜を交互に多数積層した耐摩耗性に優れた硬質積層被膜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などの所定の部材の表面に設ける耐摩耗性の硬質被膜として、組成が異なる２種類の第１被膜および第２被膜を交互に多数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、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種類の被膜が数ｎｍ〜数百ｎｍ程度の積層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。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような硬質積層被膜の第１被膜および第２被膜の積層周期（膜厚）が適当でなかったり、それ等の第１被膜および第２被膜が同じ金属元素を含んでいたりすると、被膜硬さの向上効果が十分に得られない場合があった。また、第１被膜や第２被膜が２種類の金属元素を含む場合に、それ等の金属元素を別々のターゲットから蒸発させると、２種類の金属元素の合金をターゲットとして蒸発させた場合に比較して硬さが低くなることがあり、未だ改善の余地があった。【０００４】
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、金属元素を含む２種類の被膜を交互に多数積層した硬質積層被膜において、金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が一層好適に得られるようにして、耐摩耗性を一層向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的を達成するために、第１発明は、組成が異なる２種類の第１被膜および第２被膜が所定の部材の表面上に交互に多数積層された耐摩耗性に優れた硬質積層被膜であって、(a) 前記第１被膜は、ＭＸ（Ｂa Ｃb Ｏc Ｎ1-a-b-c ）〔但し、ＭおよびＸはそれぞれ元素の周期律表のIVａ族、Ｖａ族、VIａ族、Ａｌ、Ｓｉ、およびＹから選択される２種類の異なる金属元素、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０≦ａ≦０．２、０≦ｂ≦０．３、０≦ｃ≦０．１の範囲内〕にて構成され、ＭＸ合金をターゲットとしてＰＶＤ法により形成されている一方、(b) 前記第２被膜は、ＺＱ（Ｂd Ｃe Ｏf Ｎ1-d-e-f ）〔但し、ＺおよびＱは何れも前記Ｍ、Ｘと異なるとともにそれぞれ元素の周期律表のIVａ族、Ｖａ族、VIａ族、Ａｌ、Ｓｉ、およびＹから選択される２種類の異なる金属元素、ｄ、ｅ、ｆはそれぞれ原子比で、０≦ｄ≦０．２、０≦ｅ≦０．３、０≦ｆ≦０．１の範囲内〕にて構成され、ＺＱ合金をターゲットとしてＰＶＤ法により形成されており、且つ、(c) その第１被膜の膜厚と第２被膜の膜厚を合わせた積層周期ｔは０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることを特徴とする。【０００６】
第２発明は、第１発明の硬質積層被膜において、前記第１被膜および前記第２被膜が前記積層周期ｔで繰り返し積層された前記硬質積層被膜の総膜厚Ｄは０．２μｍ〜１０μｍの範囲内であることを特徴とする。【０００７】
第３発明は、第１発明または第２発明の硬質積層被膜において、前記第１被膜および前記第２被膜における前記ＢＣＯＮの成分組成は互いに等しいことを特徴とする。【０００８】
第４発明は、硬質積層被膜被覆工具に関するもので、第１発明〜第３発明の何れかの硬質積層被膜で表面が被覆されていることを特徴とする。【０００９】
第５発明は、第３発明の硬質積層被膜をＰＶＤ法により所定の部材に形成する被膜形成方法であって、(a) 前記処理容器内において、外周部に前記部材を保持して一中心線まわりに回転駆動される回転テーブルと、(b) その回転テーブルの周囲に互いに周方向に離間して配設された前記ＭＸ合金から成る第１ターゲットおよび前記ＺＱ合金から成る第２ターゲットと、(c) 前記ＢＣＯＮの成分組成に応じて定められた所定の反応ガスを前記処理容器内に供給する反応ガス供給装置と、を有する被膜形成装置を用いて、(d) 前記回転テーブルを前記一中心線まわりに一方向へ連続回転させることにより、前記部材が前記第１ターゲットおよび前記第２ターゲットの前を交互に周期的に通過させられる一方、前記反応ガスを前記処理容器内に供給するとともに、前記第１ターゲットおよび前記第２ターゲットからそれぞれ前記ＭＸ合金および前記ＺＱ合金を蒸発させることにより、それ等のＭＸ合金およびＺＱ合金をそれぞれ前記反応ガスと反応させ、前記部材が第１ターゲット前を通過する際にはその部材の表面に前記第１被膜が形成され、第２ターゲット前を通過する際にはその部材の表面に前記第２被膜が形成されることにより、その部材の表面に第１被膜と第２被膜とを交互に連続的に積層することを特徴とする。【００１０】
第６発明は、第５発明の被膜形成方法において、前記第１ターゲットは、前記回転テーブルの周囲に等角度間隔で複数配設されているとともに、前記第２ターゲットは、その第１ターゲットと同じ数だけ前記回転テーブルの周囲に等角度間隔で配設されており、その回転テーブルの１回転で前記第１被膜および前記第２被膜を前記部材の表面に複数周期積層することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１発明の硬質積層被膜は、ＭＸ（Ｂa Ｃb Ｏc Ｎ1-a-b-c ）にて構成されている第１被膜と、ＺＱ（Ｂd Ｃe Ｏf Ｎ1-d-e-f ）にて構成されている第２被膜とが交互に積層されたもので、２種類の金属元素ＭＸおよびＺＱは互いに相違しているため、同じ金属元素を含んでいる場合に比較して優れた耐摩耗性が得られる。また、ＭＸ合金をターゲットとして第１被膜を形成するとともにＺＱ合金をターゲットとして第２被膜を形成するため、Ｍ、Ｘ、Ｚ、Ｑの単体金属をターゲットとして第１被膜、第２被膜を形成する場合に比較して、一層高い耐摩耗性が得られる。更に、第１被膜および第２被膜の積層周期ｔが０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であるため、両被膜の特性を享受しつつ薄膜化による被膜硬さ（耐摩耗性）の向上効果が安定して得られる。すなわち、この第１発明の硬質積層被膜によれば、２種類の金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が一層好適に得られるようになり、総合的に耐摩耗性が一層向上するのである。【００１２】
上記硬質積層被膜で被覆された第４発明の硬質積層被膜被覆工具や、ＢＣＯＮの成分組成が等しい硬質積層被膜を形成する第５発明、第６発明の被膜形成方法においても、実質的に上記と同様の作用効果が得られる。第５発明、第６発明では、回転テーブルによって部材を一中心線まわりに連続回転させることにより、第１被膜および第２被膜を交互に連続的に積層するため、短時間で効率良く硬質積層被膜を形成することができる。特に、第６発明では、回転テーブルの周囲に第１ターゲットおよび第２ターゲットが複数ずつ配設されており、回転テーブルの１回転で第１被膜および第２被膜を複数周期積層できるため、一層高い効率が得られるとともに、各被膜の膜厚を薄くするために回転テーブルの回転速度を速くする必要がなく、高速回転化による振動等で被膜が損なわれる恐れがない。【００１３】
第２発明では、硬質積層被膜の総膜厚Ｄが０．２μｍ〜１０μｍの範囲内であるため、被膜の剥離を抑制しつつ優れた耐摩耗性が得られる。また、第３発明では第１被膜および第２被膜のＢＣＯＮの成分組成は互いに等しいため、被膜毎に反応ガスを切り換える必要がなく、例えば第５発明の被膜形成方法を用いることにより短時間で効率良く硬質積層被膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用された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) は硬質積層被膜が設けられた刃部の表面部分の断面図である。
【図２】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図で、(a) は概略構成図、(b) は回転テーブルおよびターゲットの位置関係を示す平面図である。
【図３】本発明の硬質積層被膜の具体例を説明する図で、合金ターゲットを用いて形成した場合と単体金属のターゲットを用いて形成した場合の耐摩耗性の違いを比較して示した図である。
【図４】本発明の硬質積層被膜の具体例を説明する図で、第１被膜および第２被膜の金属元素が総て異なる場合と同じ金属元素を含む場合の耐摩耗性の違いを比較して示した図である。
【図５】本発明の硬質積層被膜の具体例を説明する図で、第１被膜および第２被膜の合計膜厚である積層周期ｔが０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であるか否かによる耐摩耗性の違いを比較して示した図である。
【図６】本発明の硬質積層被膜の具体例を説明する図で、総膜厚Ｄが０．２μｍ〜１０μｍの範囲内であるか否かによる耐摩耗性の違いを比較して示した図である。
【図７】本発明の硬質積層被膜の具体例を説明する図で、第１被膜および第２被膜におけるＢＣＯＮの原子比ａ〜ｃ、ｄ〜ｆがそれぞれ所定の範囲内か否かによる耐摩耗性の違いを比較して示した図である。
【図８】本発明の硬質積層被膜の更に別の具体例を説明する図で、所定の加工条件に従って切削加工を行った場合の逃げ面摩耗幅を併せて示した図である。
【図９】本発明の硬質積層被膜の更に別の具体例を説明する図で、所定の加工条件に従って切削加工を行った場合の逃げ面摩耗幅を併せて示した図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０：エンドミル（硬質積層被膜被覆工具）    １２：工具母材（所定の部材）    ２０：硬質積層被膜    ２２：第１被膜    ２４：第２被膜    ３０：アークイオンプレーティング装置（被膜形成装置）    ３２：第１回転テーブル（回転テーブル）    ３８：チャンバ（処理容器）    ４０：反応ガス供給装置    ４８：第１ターゲット    ５２：第２ターゲット    Ｏ：一中心線
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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積層被膜に好適に適用されるが、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部材の材質としては、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。【００１７】
本発明の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。【００１８】
第１被膜におけるＭＸの原子比や第２被膜におけるＺＱの原子比は、１：１でも３：１や１：３などでも良く、金属元素の種類や要求特性等に応じて適宜設定できる。ＢＣＯＮは、全体を１として少なくともＮ（窒素）を０．６以上含み、Ｂ（硼素）については０．２以下、Ｃ（炭素）については０．３以下、Ｏ（酸素）については０．１以下で、それぞれ含有させることができ、Ｎ（窒素）だけでも良い。【００１９】
第３発明では、第１被膜および第２被膜におけるＢＣＯＮの成分組成は同じ、すなわち原子比ａ＝ｄ、ｂ＝ｅ、且つｃ＝ｆであるが、第１発明や第２発明の実施に際しては必ずしも同じである必要はなく、別々に設定することもできる。また、ＢＣＯＮ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。【００２０】
第１被膜の膜厚と第２被膜の膜厚を合わせた積層周期ｔは、０．２ｎｍよりも薄いと被膜本来の特性（硬さや耐熱性、耐酸化性、潤滑性など）が十分に得られなくなる恐れがあり、１００ｎｍよりも厚いと、薄膜化による被膜硬さの向上効果が十分に得られなくなる恐れがあるため、０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内で設定する必要があり、膜厚のばらつき（誤差）を考慮すると０．５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内をネライ値として形成することが望ましい。なお、各被膜の膜厚は、被膜毎に或いは部分的にばらつきがあるため、積層周期ｔは、その平均膜厚が上記範囲内となるようにすれば良い。【００２１】
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るが、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。硬質積層被膜を第１被膜および第２被膜のみから構成する場合でも、工具母材の表面に接する最下層や最上層の被膜を積層被膜とは別の被膜と見做して、それ等の膜厚を前記積層周期ｔと無関係に大きくした小さくしたりすることも可能である。【００２２】
硬質積層被膜の総膜厚Ｄは、被膜を設ける対象物（部材）や要求特性によっても異なるが、例えば回転切削工具など比較的大きな衝撃荷重を受ける場合には、被膜の剥離を抑制する上で１０μｍ以下が望ましく、十分な耐摩耗性を確保する上で０．２μｍ以上が望ましい。摺動部材など衝撃荷重を殆ど受けない場合には、総膜厚Ｄを１０μｍより大きくしても差し支えなく、例えば２０μｍ程度とすることも可能である。【００２３】
第５発明では、一中心線まわりに回転させられる回転テーブルの外周部に部材を保持してその回転テーブルを一方向へ連続回転させることにより、その回転テーブルの周囲に位置固定に配設された第１ターゲットおよび第２ターゲットの前を部材が交互に周期的に通過させられ、第１被膜および第２被膜が交互に連続的に積層されるが、第１発明〜第４発明の実施に際しては、ターゲットの近傍で回転テーブルを停止させながら間欠回転させるようにしても良いし、一定位置に保持されている部材に対して第１ターゲットおよび第２ターゲットを移動させるようにしても良いなど、種々の被膜形成方法を採用できる。また、第１被膜および第２被膜のＢＣＯＮの成分組成が異なる場合など、第１被膜、第２被膜毎に反応ガスを切り換えたり蒸発させるターゲットを切り換えたりして、第１被膜および第２被膜を別々に断続的に積層することも可能である。【００２４】
第５発明では、回転テーブルは一方向へ連続回転させられるようになっており、制御の容易さから一定速度で回転駆動することが望ましいが、第１ターゲットおよび第２ターゲットの配設位置に対応させて回転速度を周期的に増減させることもできる。【００２５】
上記回転テーブルは、その外周部分に部材を直接一定の姿勢で保持するものでも良いが、前記一中心線とは異なる第２の中心線まわりに回転する第２の回転テーブルを有し、その第２の回転テーブルにより部材を保持してその第２の中心線まわりに連続回転させながら被膜を形成するようにすれば、部材の外周面に均一に被膜を形成することができる。例えば、その部材が回転切削工具の工具母材の場合、工具母材の軸心が第２の中心線と同心または平行となる姿勢で第２の回転テーブルに工具母材を取り付け、その第２の中心線まわりに工具母材を連続回転させながら被膜を形成することが望ましい。第２の回転テーブルは、例えば第２の中心線が前記一中心線と平行となる姿勢で配設されるが、一中心線と直交する姿勢で配設することもできるなど、種々の態様が可能である。【００２６】
第６発明では、例えば回転テーブルの一中心線まわりに第１ターゲットおよび第２ターゲットが９０°間隔で交互に計２個ずつ配設されるが、３個以上ずつ配設することもできる。また、複数の第１ターゲットおよび第２ターゲットは、それぞれ等角度間隔で配設されるが、第１ターゲットと第２ターゲットとの間隔は必ずしも等角度間隔である必要はなく、回転テーブルの回転方向において、第１ターゲットから第２ターゲットに達する間隔と、その第２ターゲットから次の第１ターゲットに達する間隔とを相違させても良い。
【実施例】
【００２７】
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、(a) は軸心と直角方向から見た正面図であり、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、切れ刃として外周刃１６および底刃１８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１６および底刃１８によって切削加工が行われるとともに、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(a) の斜線部は硬質積層被膜２０を表しており、図１の(b) は、硬質積層被膜２０がコーティングされた刃部１４の表面部分の断面図である。エンドミル１０は回転切削工具で、工具母材１２は硬質積層被膜２０が設けられる所定の部材に相当する。【００２８】
図１(b) から明らかなように、硬質積層被膜２０は第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、ＭＸ（Ｂa Ｃb Ｏc Ｎ1-a-b-c ）〔但し、ＭおよびＸはそれぞれ元素の周期律表のIVａ族、Ｖａ族、VIａ族、Ａｌ、Ｓｉ、およびＹから選択される２種類の異なる金属元素、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０≦ａ≦０．２、０≦ｂ≦０．３、０≦ｃ≦０．１の範囲内〕にて構成されており、第２被膜２４は、ＺＱ（Ｂd Ｃe Ｏf Ｎ1-d-e-f ）〔但し、ＺおよびＱは何れも前記Ｍ、Ｘと異なるとともにそれぞれ元素の周期律表のIVａ族、Ｖａ族、VIａ族、Ａｌ、Ｓｉ、およびＹから選択される２種類の異なる金属元素、ｄ、ｅ、ｆはそれぞれ原子比で、０≦ｄ≦０．２、０≦ｅ≦０．３、０≦ｆ≦０．１の範囲内〕にて構成されている。また、第１被膜２２の膜厚と第２被膜２４の膜厚を合わせた積層周期ｔは０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内で、硬質積層被膜２０の総膜厚Ｄは０．２μｍ〜１０μｍの範囲内である。なお、積層周期ｔを１層とする積層数は、積層周期ｔおよび総膜厚Ｄに応じて適宜定められるが、例えば１０層〜１０００層の範囲内が適当である。【００２９】
上記第１被膜２２におけるＭＸの原子比や第２被膜２４におけるＺＱの原子比は、１：１でも３：１や１：３などでも良く、金属元素の種類や要求特性等に応じて適宜設定される。ＢＣＯＮは、全体を１として少なくともＮ（窒素）を０．６以上含み、Ｂ（硼素）については０．２以下、Ｃ（炭素）については０．３以下、Ｏ（酸素）については０．１以下で、それぞれ含有させることができ、Ｎ（窒素）だけでも良い。また、第１被膜２２および第２被膜２４におけるＢＣＯＮの成分組成は同じ、すなわち原子比ａ＝ｄ、ｂ＝ｅ、且つｃ＝ｆであっても良いが、別々に設定することもできる。ＢＣＯＮ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。【００３０】
図２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を説明する図で、(a) は概略構成図（模式図）で(b) におけるＡ−Ａ断面に相当する図であり、(b) は平面図である。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２の(b) 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２の(b) 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。【００３１】
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９０°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。【００３２】
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 、Ｃ2 Ｈ2 など）、酸素ガス（Ｏ2 ）等のタンクを備えており、第１被膜２２、第２被膜２４の組成に応じて、例えば窒化物の場合は窒素ガスのみを供給し、炭窒化物の場合は窒素ガスおよび炭化水素ガスを前記原子比ａ〜ｆに応じて供給する。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。【００３３】
前記一中心線Ｏを挟んで対称位置に配設された２個の第１ターゲット４８は、何れも前記第１被膜２２の構成物質であるＭＸ合金にて構成されている一方、同じく一中心線Ｏを挟んで対称位置に配設された２個の第２ターゲット５２は、何れも前記第２被膜２４の構成物質であるＺＱ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ＭＸ合金を蒸発させるもので、蒸発したＭＸ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、供給された反応ガスと反応して、前記ＭＸ（Ｂa Ｃb Ｏc Ｎ1-a-b-c ）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ＺＱ合金を蒸発させるもので、蒸発したＺＱ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、供給された反応ガスと反応して、前記ＺＱ（Ｂd Ｃe Ｏf Ｎ1-d-e-f ）から成る第２被膜２４が形成される。【００３４】
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。【００３５】
一方、例えば第１被膜２２および第２被膜２４におけるＢＣＯＮの成分組成が互いに等しい場合、すなわち原子比ａ＝ｄ、ｂ＝ｅ、且つｃ＝ｆである場合には、その成分組成に応じて上記反応ガス供給装置４０から所定の反応ガスを供給するとともに、第１アーク電源４４によりアーク電流を通電して第１ターゲット４８を蒸発させると同時に、第２アーク電源４６によりアーク電流を通電して第２ターゲット５２を蒸発させる。これにより、それ等のターゲット４８、５２の蒸発金属がそれぞれ反応ガスと反応して第１被膜２２、第２被膜２４が形成され、工具母材１２の表面に付着させられる。具体的には、工具母材１２が第１ターゲット４８の前を通過する際には、ＭＸ（Ｂa Ｃb Ｏc Ｎ1-a-b-c ）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、ＺＱ（Ｂd Ｃe Ｏf Ｎ1-d-e-f ）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が交互に２個ずつ配設されているため、第１回転テーブル３２の１回転で第１被膜２２および第２被膜２４が２周期積層される。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、第１回転テーブル３２の回転速度は、第１被膜２２および第２被膜２４の膜厚を合わせた積層周期ｔ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。【００３６】
なお、第１アーク電源４４および第２アーク電源４６を同時にＯＮとした場合、第１ターゲット４８の近傍で被膜形成処理が開始された工具母材１２については第１被膜２２から先に形成され、第２ターゲット５２の近傍で被膜形成処理が開始された工具母材１２については第２被膜２４から先に形成されるが、第２アーク電源４６のＯＦＦ→ＯＮ切換を遅らせることにより、総ての工具母材１２に対して第１被膜２２から先に形成されるようにすることもできる。逆に、第１アーク電源４４のＯＦＦ→ＯＮ切換を遅らせることにより、総ての工具母材１２に対して第２被膜２４から先に形成されるようにすることもできる。【００３７】
また、第１被膜２２および第２被膜２４のＢＣＯＮの成分組成が異なる場合には、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を切り換えたり、第１アーク電源４４および第２アーク電源４６をそれぞれ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ことになる。【００３８】
次に、工具母材１２が超硬合金製で直径が１０ｍｍ、６枚刃のスクエアエンドミルに上記硬質積層被膜２０が設けられた本発明品と、被膜形成時のターゲットや被膜組成、積層周期ｔ、総膜厚Ｄ等が異なる比較品とを用意し、以下の加工条件で切削加工を行って２５ｍ切削後の外周刃１６の逃げ面摩耗幅（ｍｍ）を調べた結果を説明する。逃げ面摩耗幅（ｍｍ）は、６枚の外周刃１６の平均値である。また、許容摩耗幅は、０．１５ｍｍとする。なお、被膜硬さ（ＨＶ０．０２５）については必ずしも測定が容易でないため、一部の積層被膜についてのみ調べ、記載の無いものは測定を省略した。
（加工条件）
・被削材種：ＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）
・加工方法：側面切削（ダウンカット）
・切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ（４８００ｍｉｎ-1）
・送り速度：０．０３ｍｍ／ｔ（８６０ｍｍ／ｍｉｎ）
・切り込み：ａａ＝１０ｍｍ、ａｒ＝０．５ｍｍ
・切削油剤：エアブロー
・使用機械：立型マシニングセンタ【００３９】
図３は、合金ターゲットを使用した場合、すなわちＭＸ合金から成る第１ターゲット４８、ＺＱ合金から成る第２ターゲット５２を用いて硬質積層被膜２０を形成した場合（本発明品）と、Ｍ、Ｘ、Ｚ、Ｑの単体金属のターゲットを用いて第１被膜２２、第２被膜２４を形成して硬質積層被膜２０を設けた場合とを比較したもので、第１被膜２２、第２被膜２４は何れもＢＣＯＮのうち窒素（Ｎ）のみを有する窒化物である。【００４０】
この図３から明らかなように、合金ターゲットを使用した上段の４種類の硬質積層被膜の場合、被膜硬さ（ＨＶ０．０２５）は何れも３０００以上で、逃げ面摩耗幅も許容摩耗幅（０．１５ｍｍ以下）を満足している。これに対し、単体金属のターゲットを使用した下段の４種類の硬質積層被膜は、被膜硬さ（ＨＶ０．０２５）が２０００前後で、逃げ面摩耗幅も０．３ｍｍより大きく、許容摩耗幅（０．１５ｍｍ以下）を大幅に上回っており、合金ターゲットを使用することにより優れた被膜硬さおよび耐摩耗性が得られることが分かる。【００４１】
図４は、第１被膜２２および第２被膜２４が同じ金属元素を有する場合と比較したもので、各試験品No１〜８の上段は本発明品、すなわち第１被膜２２の金属元素Ｍ、Ｘと第２被膜２４の金属元素Ｚ、Ｑとが重複しない場合であり、各試験品No１〜８の下段は、同じ金属元素を含んでいる比較品である。図４から明らかなように、上段の本発明品は、何れも逃げ面摩耗幅が許容摩耗幅（０．１５ｍｍ以下）を満足しているのに対し、同じ金属元素を含んでいる下段の比較品は、何れも逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍを超えていて許容摩耗幅（０．１５ｍｍ以下）を満たしておらず、第１被膜２２および第２被膜２４の金属元素の重複を避けることにより優れた耐摩耗性が得られることが分かる。【００４２】
図５は、第１被膜２２および第２被膜２４の合計膜厚である積層周期ｔが０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であるか否かによる耐摩耗性の相違を比較したもので、各試験品No１〜１１の上段は本発明品、すなわち積層周期ｔが０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内の場合であり、各試験品No１〜１１の下段は、積層周期ｔが０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲から外れている比較品である。図５から明らかなように、上段の本発明品は、何れも逃げ面摩耗幅が許容摩耗幅（０．１５ｍｍ以下）を満足しているのに対し、積層周期ｔが０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲から外れている下段の比較品は、何れも逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍを超えていて許容摩耗幅（０．１５ｍｍ以下）を満たしておらず、積層周期ｔを０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内とすることにより優れた耐摩耗性が得られることが分かる。【００４３】
図６は、硬質積層被膜２０の総膜厚Ｄが０．２μｍ〜１０μｍの範囲内であるか否かによる耐摩耗性の相違を比較したもので、各試験品No１〜８の上段は本発明品（請求項２）、すなわち総膜厚Ｄが０．２μｍ〜１０μｍの範囲内の場合であり、各試験品No１〜８の下段は、総膜厚Ｄが０．２μｍ〜１０μｍの範囲から外れている比較品である。図６から明らかなように、上段の本発明品は、何れも逃げ面摩耗幅が許容摩耗幅（０．１５ｍｍ以下）を満足しているのに対し、総膜厚Ｄが０．２μｍ〜１０μｍの範囲から外れている下段の比較品は、何れも逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍを超えていて許容摩耗幅（０．１５ｍｍ以下）を満たしておらず、総膜厚Ｄを０．２μｍ〜１０μｍの範囲内とすることにより優れた耐摩耗性が得られることが分かる。【００４４】
図７は、第１被膜２２および第２被膜２４におけるＢＣＯＮの前記原子比ａ〜ｃ、ｄ〜ｆの相違による耐摩耗性の影響を比較したもので、試験品No１〜１０は本発明品、すなわち０≦ａ≦０．２、０≦ｂ≦０．３、０≦ｃ≦０．１、０≦ｄ≦０．２、０≦ｅ≦０．３、０≦ｆ≦０．１を総て満たす場合であり、試験品No１１〜２０は、ＢＣＯＮの原子比ａ〜ｃ、ｄ〜ｆの少なくとも一つが０≦ａ≦０．２、０≦ｂ≦０．３、０≦ｃ≦０．１、０≦ｄ≦０．２、０≦ｅ≦０．３、０≦ｆ≦０．１の範囲を外れている場合である。図７から明らかなように、試験品No１〜１０の本発明品は、何れも逃げ面摩耗幅が許容摩耗幅（０．１５ｍｍ以下）を満足しているのに対し、試験品No１１〜２０の比較品は、何れも逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍを超えていて許容摩耗幅（０．１５ｍｍ以下）を満たしておらず、ＢＣＯＮの原子比ａ〜ｃ、ｄ〜ｆが０≦ａ≦０．２、０≦ｂ≦０．３、０≦ｃ≦０．１、０≦ｄ≦０．２、０≦ｅ≦０．３、０≦ｆ≦０．１を総て満足するように成分組成を設定することにより優れた耐摩耗性が得られることが分かる。【００４５】
図８および図９は、本発明の更に別の実施例について、上記と同じ加工条件で切削加工を行って逃げ面摩耗幅を調べた結果で、何れも逃げ面摩耗幅が許容摩耗幅（０．１５ｍｍ以下）を満たしている。【００４６】
このように、本実施例のエンドミル１０の硬質積層被膜２０は、ＭＸ（Ｂa Ｃb Ｏc Ｎ1-a-b-c ）にて構成されている第１被膜２２と、ＺＱ（Ｂd Ｃe Ｏf Ｎ1-d-e-f ）にて構成されている第２被膜２４とが交互に積層されたもので、２種類の金属元素ＭＸおよびＺＱは互いに相違しているため、同じ金属元素を含んでいる場合に比較して優れた耐摩耗性が得られる。また、ＭＸ合金を第１ターゲット４８として第１被膜２２を形成するとともにＺＱ合金を第２ターゲット５２として第２被膜を形成するため、Ｍ、Ｘ、Ｚ、Ｑの単体金属をターゲットとして第１被膜２２、第２被膜２４を形成する場合に比較して、一層高い耐摩耗性が得られる。更に、第１被膜２２および第２被膜２４の積層周期ｔが０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であるため、両被膜２２、２４の特性を享受しつつ薄膜化による被膜硬さ（耐摩耗性）の向上効果が安定して得られる。すなわち、本実施例の硬質積層被膜２０によれば、２種類の金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が一層好適に得られるようになり、総合的に耐摩耗性が一層向上するのである。【００４７】
また、本実施例では硬質積層被膜２０の総膜厚Ｄが０．２μｍ〜１０μｍの範囲内とされているため、硬質積層被膜２０の剥離を抑制しつつ優れた耐摩耗性が得られる。【００４８】
また、図３〜図９における本発明品のうち図７の試験品No１〜９を除く他の発明品は、第１被膜２２および第２被膜２４のＢＣＯＮの成分組成が互いに等しいため、被膜毎に反応ガスを切り換える必要がなく、図２のアークイオンプレーティング装置３０を用いることにより短時間で効率良く硬質積層被膜２０を形成することができる。【００４９】
また、図２のアークイオンプレーティング装置３０によれば、第１回転テーブル３２を一方向へ一定速度で連続回転させながら、第１被膜２２および第２被膜２４を交互に連続的に積層できるため、短時間で効率良く硬質積層被膜２０を形成することができる。特に、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２個ずつ配設されており、第１回転テーブル３２の１回転で第１被膜２２および第２被膜２４を２周期積層できるため、一層高い効率が得られるとともに、各被膜２２、２４の膜厚を薄くするために第１回転テーブル３２の回転速度を速くする必要がなく、高速回転化による振動等で被膜が損なわれる恐れがない。【００５０】
また、第２回転テーブル３４により工具母材１２を軸心と平行な中心線まわりに回転駆動しつつ、第１回転テーブル３２により第１ターゲット４８および第２ターゲット５２の前を通過させるため、工具母材１２の外周表面に均質に硬質積層被膜２０が形成されるようになり、優れた被膜性能が安定して得られる。【００５１】
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】
【００５２】
本発明の硬質積層被膜は、２種類の金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が好適に得られるようになり、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。
【図１】
2008050384.tif 000003
【図２】
2008050384.tif 000004
【図３】
2008050384.tif 000005
【図４】
2008050384.tif 000006
【図５】
2008050384.tif 000007
【図６】
2008050384.tif 000008
【図７】
2008050384.tif 000009
【図８】
2008050384.tif 000010
【図９】
2008050384.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月18日(2007.10.18)
【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】
（削除）
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
ＭＸ（ＢａＣｂＯｃＮ１−ａ−ｂ−ｃ）〔但し、ＭおよびＸはそれぞれ元素の周期律表のＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族、Ａｌ、Ｓｉ、およびＹから選択される２種類の異なる金属元素、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０≦ａ≦０．２、０≦ｂ≦０．３、０≦ｃ≦０．１の範囲内〕にて構成されている第１被膜と、
ＺＱ（ＢｄＣｅＯｆＮ１−ｄ−ｅ−ｆ）〔但し、ＺおよびＱは何れも前記Ｍ、Ｘと異なるとともにそれぞれ元素の周期律表のＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族、Ａｌ、Ｓｉ、およびＹから選択される２種類の異なる金属元素、ｄ、ｅ、ｆはそれぞれ原子比で、０≦ｄ≦０．２、０≦ｅ≦０．３、０≦ｆ≦０．１の範囲内〕にて構成されている第２被膜と、
が交互に多数積層されており、且つ、
該第１被膜の膜厚と該第２被膜の膜厚を合わせた積層周期ｔが０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であるとともに、該第１被膜および該第２被膜における前記ＢＣＯＮの成分組成が互いに等しい耐摩耗性に優れた硬質積層被膜をＰＶＤ法により所定の部材に形成する被膜形成方法であって、
所定の処理容器内において、外周部に前記部材を保持して一中心線まわりに回転駆動される回転テーブルと、
該回転テーブルの周囲に互いに周方向に離間して配設されたＭＸ合金から成る第１ターゲットおよびＺＱ合金から成る第２ターゲットと、
前記ＢＣＯＮの成分組成に応じて定められた所定の反応ガスを前記処理容器内に供給する反応ガス供給装置と、
を有する被膜形成装置を用いて、前記回転テーブルを前記一中心線まわりに一方向へ連続回転させることにより、前記部材が前記第１ターゲットおよび前記第２ターゲットの前を交互に周期的に通過させられる一方、前記反応ガスを前記処理容器内に供給するとともに、前記第１ターゲットおよび前記第２ターゲットからそれぞれ前記ＭＸ合金および前記ＺＱ合金を同時に蒸発させることにより、該ＭＸ合金および該ＺＱ合金をそれぞれ前記反応ガスと反応させ、前記部材が該第１ターゲット前を通過する際には該部材の表面に前記第１被膜が形成され、該第２ターゲット前を通過する際には該部材の表面に前記第２被膜が形成されることにより、該部材の表面に該第１被膜と該第２被膜とを交互に連続的に積層する
ことを特徴とする被膜形成方法。
【請求項６】
前記第１ターゲットは、前記回転テーブルの周囲に等角度間隔で複数配設されているとともに、前記第２ターゲットは、該第１ターゲットと同じ数だけ前記回転テーブルの周囲に等角度間隔で配設されており、該回転テーブルの１回転で前記第１被膜および前記第２被膜を前記部材の表面に複数周期積層する
ことを特徴とする請求項５に記載の被膜形成方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
技術分野
［０００１］
本発明は硬質積層被膜に係り、特に、組成が異なる２種類の被膜を交互に多数積層した耐摩耗性に優れた硬質積層被膜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などの所定の部材の表面に設ける耐摩耗性の硬質被膜として、組成が異なる２種類の第１被膜および第２被膜を交互に多数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、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種類の被膜が数ｎｍ〜数百ｎｍ程度の積層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。
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
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００３］
しかしながら、このような硬質積層被膜の第１被膜および第２被膜の積層周期（膜厚）が適当でなかったり、それ等の第１被膜および第２被膜が同じ金属元素を含んでいたりすると、被膜硬さの向上効果が十分に得られない場合があった。また、第１被膜や第２被膜が２種類の金属元素を含む場合に、それ等の金属元素を別々のターゲットから蒸発させると、２種類の金属元素の合金をターゲットとして蒸発させた場合に比較して硬さが低くなることがあり、未だ改善の余地があった。
［０００４］
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、金属元素を含む２種類の被膜を交互に多数積層した硬質積層被膜において、金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が一層好適に得られるように
【手続補正４】
【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】
して、耐摩耗性を一層向上させることにある。
課題を解決するための手段
［０００５］
かかる目的を達成するために、第１発明は、組成が異なる２種類の第１被膜および第２被膜が所定の部材の表面上に交互に多数積層された耐摩耗性に優れた硬質積層被膜であって、（ａ）前記第１被膜は、ＭＸ（ＢａＣｂＯｃＮ１−ａ−ｂ−ｃ）〔但し、ＭおよびＸはそれぞれ元素の周期律表のＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族、Ａｌ、Ｓｉ、およびＹから選択される２種類の異なる金属元素、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０≦ａ≦０．２、０≦ｂ≦０．３、０≦ｃ≦０．１の範囲内〕にて構成され、ＭＸ合金をターゲットとしてＰＶＤ法により形成されている一方、（ｂ）前記第２被膜は、ＺＱ（ＢｄＣｅＯｆＮ１−ｄ−ｅ−ｆ）〔但し、ＺおよびＱは何れも前記Ｍ、Ｘと異なるとともにそれぞれ元素の周期律表のＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族、Ａｌ、Ｓｉ、およびＹから選択される２種類の異なる金属元素、ｄ、ｅ、ｆはそれぞれ原子比で、０≦ｄ≦０．２、０≦ｅ≦０．３、０≦ｆ≦０．１の範囲内〕にて構成され、ＺＱ合金をターゲットとしてＰＶＤ法により形成されており、且つ、（ｃ）その第１被膜の膜厚と第２被膜の膜厚を合わせた積層周期ｔは０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることを特徴とする。
［０００６］
第２発明は、第１発明の硬質積層被膜において、前記第１被膜および前記第２被膜が前記積層周期ｔで繰り返し積層された前記硬質積層被膜の総膜厚Ｄは０．２μｍ〜１０μｍの範囲内であることを特徴とする。
［０００７］
第３発明は、第１発明または第２発明の硬質積層被膜において、前記第１被膜および前記第２被膜における前記ＢＣＯＮの成分組成は互いに等しいことを特徴とする。
［０００８］
第４発明は、硬質積層被膜被覆工具に関するもので、第１発明〜第３発明の何れかの硬質積層被膜で表面が被覆されていることを特徴とする。
［０００９］
第５発明は、（ａ）ＭＸ（ＢａＣｂＯｃＮ１−ａ−ｂ−ｃ）〔但し、ＭおよびＸはそれぞれ元素の周期律表のＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族、Ａｌ、Ｓｉ、およびＹから選択される２種類の異なる金属元素、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０≦ａ≦０．２、０≦ｂ≦０．３、０≦ｃ≦０．１の範囲内〕にて構成されている第１被膜と、（ｂ）ＺＱ（ＢｄＣｅＯｆＮ１−ｄ−ｅ−ｆ）〔但し、ＺおよびＱは何れも前記Ｍ、Ｘと異なるとともにそれぞれ元素の周期律表のＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族、Ａｌ、Ｓｉ、およびＹから選択される２種類の異なる金属元素、ｄ、ｅ、ｆはそれぞれ原
【手続補正５】
【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】
子比で、０≦ｄ≦０．２、０≦ｅ≦０．３、０≦ｆ≦０．１の範囲内〕にて構成されている第２被膜と、が交互に多数積層されており、且つ、（ｃ）その第１被膜の膜厚と第２被膜の膜厚を合わせた積層周期ｔが０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であるとともに、その第１被膜および第２被膜における前記ＢＣＯＮの成分組成が互いに等しい耐摩耗性に優れた硬質積層被膜をＰＶＤ法により所定の部材に形成する被膜形成方法であって、（ｄ）所定の処理容器内において、外周部に前記部材を保持して一中心線まわりに回転駆動される回転テーブルと、（ｅ）その回転テーブルの周囲に互いに周方向に離間して配設されたＭＸ合金から成る第１ターゲットおよびＺＱ合金から成る第２ターゲットと、（ｆ）前記ＢＣＯＮの成分組成に応じて定められた所定の反応ガスを前記処理容器内に供給する反応ガス供給装置と、を有する被膜形成装置を用いて、（ｇ）前記回転テーブルを前記一中心線まわりに一方向へ連続回転させることにより、前記部材が前記第１ターゲットおよび前記第２ターゲットの前を交互に周期的に通過させられる一方、前記反応ガスを前記処理容器内に供給するとともに、前記第１ターゲットおよび前記第２ターゲットからそれぞれ前記ＭＸ合金およびＺＱ合金を同時に蒸発させることにより、それ等のＭＸ合金およびＺＱ合金をそれぞれ前記反応ガスと反応させ、前記部材が第１ターゲット前を通過する際にはその部材の表面に前記第１被膜が形成され、第２ターゲット前を通過する際にはその部材の表面に前記第２被膜が形成されることにより、その部材の表面に第１被膜と第２被膜とを交互に連続的に積層することを特徴とする。
［００１０］
第６発明は、第５発明の被膜形成方法において、前記第１ターゲットは、前記回転テーブルの周囲に等角度間隔で複数配設されているとともに、前記第２ターゲットは、その第１ターゲットと同じ数だけ前記回転テーブルの周囲に等角度間隔で配設されており、その回転テーブルの１回転で前記第１被膜および前記第２被膜を前記部材の表面に複数周期積層することを特徴とする。
発明の効果
［００１１］
第１発明の硬質積層被膜は、ＭＸ（ＢａＣｂＯｃＮ１−ａ−ｂ−ｃ）にて構成されている第１被膜と、ＺＱ（ＢｄＣｅＯｆＮ１−ｄ−ｅ−ｆ）にて構成されている第２被膜とが交互に積層されたもので、２種類の金属元素ＭＸおよびＺＱは互いに相違しているため、同じ金属元素を含んでいる場合に比較して優れた耐摩耗性が得られる。また、ＭＸ合金をターゲットとして第１被膜を形成するとともにＺＱ合金をターゲットとして第２被膜を形成するため、Ｍ、Ｘ、Ｚ、Ｑの単体金属をターゲットとして第１被膜、第２被膜を形成する場合に比較して、一層高い耐摩耗性が得られる。更に、第１被膜および第２被膜の積層周期ｔが０．２ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であるため、両被膜の特性を享受しつつ薄膜化による被膜硬さ（耐摩耗性）の向上効果が安定して得られる。すなわち、この第１発明の硬質積層被膜によれば、２種類の金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が一層好適に得られるようになり、総合的に耐摩耗性が一層向上するのである。
［００１２］
上記硬質積層被膜で被覆された第４発明の硬質積層被膜被覆工具や、ＢＣＯＮの成分組成が等しい硬質積層被膜を形成する第５発明、第６発明の被膜形成方法においても、実質的に上記と同様の作用効果が得られる。第５発明、第６発明では、回
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
μｍの範囲内であるか否かによる耐摩耗性の違いを比較して示した図である。
［図７］本発明の硬質積層被膜の具体例を説明する図で、第１被膜および第２被膜におけるＢＣＯＮの原子比ａ〜ｃ、ｄ〜ｆがそれぞれ所定の範囲内か否かによる耐摩耗性の違いを比較して示した図である。
［図８］本発明の硬質積層被膜の更に別の具体例を説明する図で、所定の加工条件に従って切削加工を行った場合の逃げ面摩耗幅を併せて示した図である。
［図９］本発明の硬質積層被膜の更に別の具体例を説明する図で、所定の加工条件に従って切削加工を行った場合の逃げ面摩耗幅を併せて示した図である。
符号の説明
［００１５］
１０：エンドミル（硬質積層被膜被覆工具）  １２：工具母材（所定の部材）  ２０：硬質積層被膜  ２２：第１被膜  ２４：第２被膜  ３０：アークイオンプレーティング装置（被膜形成装置）  ３２：第１回転テーブル（回転テーブル）  ３８：チャンバ（処理容器）  ４０：反応ガス供給装置  ４８：第１ターゲット  ５２：第２ターゲット  Ｏ：一中心線
発明を実施するための最良の形態
［００１６］
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積層被膜に好適に適用されるが、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部材の材質としては、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。
［００１７］
本発明の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。
［００１８］
第１被膜におけるＭＸの原子比や第２被膜におけるＺＱの原子比は、１：１でも３：１や１：３などでも良く、金属元素の種類や要求特性等に応じて適宜設定できる。ＢＣＯＮは、全体を１として少なくともＮ（窒素）を０．４以上含み、Ｂ（硼素）については０．２
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
［００２９］
上記第１被膜２２におけるＭＸの原子比や第２被膜２４におけるＺＱの原子比は、１：１でも３：１や１：３などでも良く、金属元素の種類や要求特性等に応じて適宜設定される。ＢＣＯＮは、全体を１として少なくともＮ（窒素）を０．４以上含み、Ｂ（硼素）については０．２以下、Ｃ（炭素）については０．３以下、Ｏ（酸素）については０．１以下で、それぞれ含有させることができ、Ｎ（窒素）だけでも良い。また、第１被膜２２および第２被膜２４におけるＢＣＯＮの成分組成は同じ、すなわち原子比ａ＝ｄ、ｂ＝ｅ、且つｃ＝ｆであっても良いが、別々に設定することもできる。ＢＣＯＮ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。
［００３０］
図２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を説明する図で、（ａ）は概略構成図（模式図）で（ｂ）におけるＡ−Ａ断面に相当する図であり、（ｂ）は平面図である。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２の（ｂ）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２の（ｂ）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。
［００３１］
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
【国際調査報告】
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