(57)【要約】【課題】例えば切削工具や金型などの治工具の表面に形成されて、該切削工具等の耐摩耗性を十分に向上させることのできる、耐摩耗性に優れた積層皮膜を提供する。【解決手段】下記の皮膜Ａと皮膜Ｂが各々１層以上積層されていることを特徴とする耐摩耗性に優れた積層皮膜。  ［皮膜Ａ］組成式が（Ｍ１−ａＳｉａ）（ＢｘＣｙＮ１−ｘ−ｙ）（Ｍは、第４族元素、第５族元素、第６族元素、およびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素、ａ，ｘ，ｙはそれぞれＳｉ，Ｂ，Ｃの原子比を示す）であり、０．０５≦ａ≦０．３５、０≦ｘ≦０．１５、および０≦ｙ≦０．５を満たす皮膜。  ［皮膜Ｂ］組成式がＬ（ＢｘＣｙＮ１−ｘ−ｙ）（Ｌは、Ｗ、ＭｏおよびＶよりなる群から選択される１種以上の元素、ｘ，ｙはそれぞれ、Ｂ，Ｃの原子比を示す）であり、０≦ｘ≦０．１５、および０≦ｙ≦０．５を満たす皮膜。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に形成される積層皮膜であって、下記の皮膜Ａと皮膜Ｂが各々１層以上積層されていることを特徴とする耐摩耗性に優れた積層皮膜。
［皮膜Ａ］
組成式が（Ｍ１−ａＳｉａ）（ＢｘＣｙＮ１−ｘ−ｙ）（但し、Ｍは、第４族元素、第５族元素、第６族元素、およびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素であり、ａ，ｘ，ｙはそれぞれ、Ｓｉ，Ｂ，Ｃの原子比を示す）であり、
０．０５≦ａ≦０．３５、
０≦ｘ≦０．１５、および
０≦ｙ≦０．５を満たす皮膜。
［皮膜Ｂ］
組成式がＬ（ＢｘＣｙＮ１−ｘ−ｙ）（但し、Ｌは、Ｗ、ＭｏおよびＶよりなる群から選択される１種以上の元素であり、ｘ，ｙはそれぞれ、Ｂ，Ｃの原子比を示す）であり、
０≦ｘ≦０．１５、および
０≦ｙ≦０．５を満たす皮膜。
【請求項２】
前記皮膜ＡにおけるＭが、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，ＴａおよびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素である請求項１に記載の積層皮膜。
【請求項３】
前記皮膜Ａと前記皮膜Ｂの膜厚がいずれも１．５ｎｍ以上である請求項１または２に記載の積層皮膜。
【請求項４】
前記皮膜Ａと前記皮膜Ｂの膜厚がいずれも１００ｎｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の積層皮膜。
【請求項５】
前記皮膜ＡにおけるＭが、Ｔｉのみ、またはＴｉとＡｌの組合せ（但し、Ａｌ量は０．２５以下）であり、かつ、前記皮膜ＢにおけるＬがＶである請求項１〜４のいずれかに記載の積層皮膜。
【請求項６】
基材と、当該基材を被覆する請求項１〜５のいずれかに記載の積層皮膜とを備えていることを特徴とする切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性に優れた積層皮膜に関するものである。例えば切削工具や金型などの治工具類の表面に形成される耐摩耗性に優れた積層皮膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、切削工具や金型などの治工具の長寿命化を目的に、ＴｉＮやＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜を、治工具の表面にコーティングして耐摩耗性を向上させることが行われている。
【０００３】
近年では、切削工具表面の被覆膜として、例えば特許文献１や２に示される積層構造の膜が提案されている。具体的に特許文献１や２では、ＭｏとＮとの固溶体、Ｍｏ2Ｎ、ＭｏＮまたはこれらの混合体からなる皮膜Ａと、Ｔｉ1-x-yＡｌxＳｉyＮからなる皮膜Ｂとを、交互に各々２層以上積層させたものであって、これら皮膜Ａと皮膜Ｂの各層厚、皮膜Ａと皮膜Ｂの層厚比と、被覆膜の積層方向断面におけるこの層厚比の傾斜構造が規定された積層皮膜が開示されている。また上記積層皮膜において、皮膜Ａは、潤滑性、耐溶着性を有し、被削材の加工品位の向上や、高速、ドライ加工時の刃先温度低下に効果的であり、上記皮膜Ｂは、耐摩耗性と靭性とのバランスに優れることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９３００８号公報
【特許文献２】特開２０１１−９３００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、例えば切削工具や金型などの治工具の表面に形成されて、該切削工具等の耐摩耗性を十分に向上させることのできる、耐摩耗性に優れた積層皮膜を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決し得た本発明の耐摩耗性に優れた積層皮膜は、基材上に形成される積層皮膜であって、下記の皮膜Ａと皮膜Ｂが各々１層以上積層されている点に特徴を有する。
［皮膜Ａ］
組成式が（Ｍ１−ａＳｉａ）（ＢｘＣｙＮ１−ｘ−ｙ）（但し、Ｍは、第４族元素、第５族元素、第６族元素、およびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素であり、ａ，ｘ，ｙはそれぞれ、Ｓｉ，Ｂ，Ｃの原子比を示す）であり、
０．０５≦ａ≦０．３５、
０≦ｘ≦０．１５、および
０≦ｙ≦０．５を満たす皮膜。
［皮膜Ｂ］
組成式がＬ（ＢｘＣｙＮ１−ｘ−ｙ）（但し、Ｌは、Ｗ、ＭｏおよびＶよりなる群から選択される１種以上の元素であり、ｘ，ｙはそれぞれ、Ｂ，Ｃの原子比を示す）であり、
０≦ｘ≦０．１５、および
０≦ｙ≦０．５を満たす皮膜。
【０００７】
好ましい実施形態において、前記皮膜ＡにおけるＭは、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，ＴａおよびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素である。
【０００８】
好ましい実施形態において、前記皮膜Ａと前記皮膜Ｂの膜厚はいずれも１．５ｎｍ以上である。
【０００９】
好ましい実施形態において、前記皮膜Ａと前記皮膜Ｂの膜厚はいずれも１００ｎｍ以下である。
【００１０】
好ましい実施形態において、前記皮膜ＡにおけるＭは、Ｔｉのみ、またはＴｉとＡｌの組合せ（但し、Ａｌ量は０．２５以下）であり、かつ、前記皮膜ＢにおけるＬはＶである。
【００１１】
本発明には、基材と、当該基材を被覆する前記積層皮膜とを備えている点に特徴を有する切削工具も含まれる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、耐摩耗性に優れた積層皮膜を実現できる。またこの積層皮膜を、切削工具や金型などの治工具（特には、湿式環境下における穴明け加工に用いる工具）の表面に形成すれば、該切削工具等の耐摩耗性を向上でき、長寿命化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の硬質皮膜を製造するための成膜装置の構成例を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは、前記課題を解決すべく、切削工具や金型などの治工具の表面に形成される硬質皮膜について鋭意研究を重ねた。その結果、該硬質皮膜として、下記に示す皮膜Ａと皮膜Ｂを各々１層以上積層させた積層皮膜が、優れた耐摩耗性を発揮することを見出し、本発明を完成した。以下、本発明の積層皮膜について詳述する。
［皮膜Ａ］
組成式が（Ｍ１−ａＳｉａ）（ＢｘＣｙＮ１−ｘ−ｙ）（但し、Ｍは、第４族元素、第５族元素、第６族元素、およびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素であり、ａ，ｘ，ｙはそれぞれ、Ｓｉ，Ｂ，Ｃの原子比を示す。以下同じ）であり、
０．０５≦ａ≦０．３５、
０≦ｘ≦０．１５、および
０≦ｙ≦０．５を満たす皮膜。
［皮膜Ｂ］
組成式がＬ（ＢｘＣｙＮ１−ｘ−ｙ）（但し、Ｌは、Ｗ、ＭｏおよびＶよりなる群から選択される１種以上の元素であり、ｘ，ｙはそれぞれ、Ｂ，Ｃの原子比を示す。以下同じ）であり、
０≦ｘ≦０．１５、および
０≦ｙ≦０．５を満たす皮膜。
【００１５】
［積層皮膜の成分組成について］
本発明の積層皮膜は、上記規定量のＳｉを含み高硬度を示す皮膜Ａと、摺動下において潤滑性の酸化物を形成する皮膜Ｂとを組み合せることによって、従来の硬質皮膜よりも耐摩耗性を向上できた点に特徴がある。
【００１６】
前記皮膜Ａは、特にＳｉを含むことによって硬さの向上を図っている。本発明では、十分量の硬さを確保するため、Ｓｉ量（ａ）の下限は０．０５とする。Ｓｉ量は、好ましくは０．１０以上、より好ましくは０．１５以上である。一方、Ｓｉが過剰に含まれると、皮膜が非晶質化し、硬さがかえって低下する。よってＳｉ量は０．３５以下とする。Ｓｉ量は、好ましくは０．３０以下、より好ましくは０．２５以下である。
【００１７】
前記皮膜Ａを構成するＭ（以下、「元素Ｍ」という）は、周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、およびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素である。元素Ｍとして、好ましくはＮと結合して高硬度の窒化物を形成する元素を用いるのがよく、具体的には、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，ＴａおよびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素が好ましい。複数の元素の組み合わせとして、Ｔｉ−Ａｌ、Ｔａ−Ａｌの組み合わせが好ましい。元素Ｍとして、これらの中でもＴｉのみ、またはＴｉ−Ａｌが最も高硬度を示すためより好ましい。尚、元素ＭがＴｉ−Ａｌの場合、Ａｌが過剰に含まれると皮膜が非晶質化し、硬さが低下するため、（元素Ｍ＋Ｓｉ）に占めるＡｌ量の上限（原子比）は好ましくは０．２５である。
【００１８】
前記皮膜Ａは、上記Ｓｉと元素Ｍの窒化物で構成される他、Ｂおよび／またはＣを含む化合物で構成されていてもよい。ＢやＣを含むことによって、硬さを更に増加させることができる。該効果を得るには、Ｂを含有させる場合、Ｂ量（ｘ）は好ましくは０．０５以上である。しかしＢ量が過剰になると、硬さがかえって低下する。よってＢ量は０．１５以下とする。好ましくは０．１０以下である。またＣを含有させる場合、Ｃ量（ｙ）は好ましくは０．１５以上、より好ましくは０．２０以上である。しかしＣ量が過剰になると、硬さがかえって低下する。よってＣ量は０．５以下とする。好ましくは０．２５以下である。
【００１９】
皮膜Ｂは、摺動下において潤滑性の酸化物を形成するＬ（以下、「元素Ｌ」という）、具体的には、Ｗ、ＭｏおよびＶよりなる群から選択される１種以上の元素を含む。このうち元素ＬとしてＶが最も低温で潤滑性酸化物を形成することから好ましい。
【００２０】
前記皮膜Ｂは、前記元素Ｌの窒化物で構成される他、Ｂおよび／またはＣを含む化合物で構成されていてもよい。ＢやＣを含むことによって、硬さを更に増加させることができる。該効果を得るには、Ｂを含有させる場合、Ｂ量（ｘ）は好ましくは０．０５以上である。しかしＢ量が過剰になると、硬さがかえって低下する。よってＢ量は０．１５以下とする。好ましくは０．１０以下である。またＣを含有させる場合、Ｃ量（ｙ）は好ましくは０．１５以上、より好ましくは０．２０以上である。しかしＣ量が過剰になると、硬さがかえって低下する。よってＣ量は０．５以下とする。好ましくは０．２５以下である。
【００２１】
より好ましい積層皮膜は、前記皮膜Ａにおける元素Ｍが、Ｔｉのみ、またはＴｉとＡｌの組み合わせ（この場合、上記の通りＡｌ量は０．２５以下）であり、かつ前記皮膜Ｂにおける元素ＬがＶの積層皮膜である。
【００２２】
［積層皮膜の膜厚について］
前記皮膜Ａおよび皮膜Ｂの各機能を発揮させるには、各皮膜が一定以上の厚さを有し、独立した積層状態で存在する必要がある。皮膜Ａ、皮膜Ｂの各々の膜厚は、１．５ｎｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは２ｎｍ以上、更に好ましくは５ｎｍ以上、特に好ましくは１０ｎｍ以上である。積層皮膜の全膜厚を例えば３μｍとした場合、膜厚が１５００ｎｍの皮膜Ａと、膜厚が１５００ｎｍの皮膜Ｂの２層構造の積層皮膜とすることもできる。しかし、皮膜Ａによる高硬度化と皮膜Ｂによる潤滑膜の効果とを最大限に発揮させるには、積層皮膜が、皮膜Ａと皮膜Ｂのそれぞれが２層以上交互に積層した構造を有していることが好ましい。この観点から、皮膜Ａと皮膜Ｂの膜厚はそれぞれ、１００ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは５０ｎｍ以下、更に好ましくは３０ｎｍ以下である。
【００２３】
また皮膜Ａと皮膜Ｂの膜厚は必ずしも同じである必要はなく、目的に応じて皮膜Ａと皮膜Ｂの膜厚を変えてもよい。例えば、皮膜Ａの膜厚を一定（例えば２０ｎｍ）とし、皮膜Ｂを２〜５０ｎｍの間で変えてもよい。後述する実施例に示す通り、切削温度が比較的高くなる被削材（例えば、ＳＣＭ４４０、ＳＫＤ１１、ＳＡＣＭ、ステンレス鋼等）を切削する場合、皮膜Ｂの膜厚は、３ｎｍ以上（より好ましくは５ｎｍ以上）１５ｎｍ以下（より好ましくは１０ｎｍ以下）の範囲内とすることが好ましい。一方、切削温度が比較的低い被削材（例えば、Ｓ５０Ｃ等）を切削する場合、皮膜Ｂの膜厚は、１０ｎｍ以上（より好ましくは１５ｎｍ以上）３０ｎｍ以下（より好ましくは２５ｎｍ以下）の範囲内とすることが好ましい。
【００２４】
積層皮膜の全膜厚（皮膜Ａと皮膜Ｂの合計厚さ）は、薄すぎると優れた耐摩耗性が十分に発揮され難いため、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは２μｍ以上である。一方、積層皮膜の厚さが厚すぎると、切削中に膜の欠損や剥離が発生しやすくなるため、５μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは４μｍ以下である。
【００２５】
［積層皮膜の形成方法について］
本発明は、前記積層皮膜の形成方法まで規定するものではなく、該積層皮膜は、物理気相成長法（ＰＶＤ法）や化学気相成長法（ＣＶＤ法）など公知の方法を用いて製造できる。基材との密着性確保等の観点から、ＰＶＤ法を用いて製造することが好ましい。具体的には、スパッタリング法や真空蒸着法、イオンプレーティング法などが挙げられる。
【００２６】
皮膜Ａの形成方法として、例えば、蒸発源（ターゲット）として、皮膜Ａを構成する金属成分（元素ＭおよびＳｉ）組成のターゲット（Ｂを含む皮膜を形成する場合は、更にＢを含むターゲット）を用い、雰囲気ガス（反応性ガス）として、窒素ガスや炭化水素ガス（メタン、アセチレン等）を用いて、成膜することが挙げられる。また、皮膜Ａを構成する成分組成の化合物からなるターゲット（窒化物、炭窒化物、炭化物、炭ほう化物、窒ほう化物、炭窒ほう化物）を用いて成膜してもよい。
【００２７】
また皮膜Ｂの形成方法として、例えば、蒸発源（ターゲット）として、元素Ｌからなるターゲット（Ｂを含む皮膜を形成する場合は、更にＢを含むターゲット）を用い、雰囲気ガス（反応性ガス）として、窒素ガスや炭化水素ガス（メタン、アセチレン等）を用いて成膜を行うことができる。また、皮膜Ｂを構成する成分組成の化合物からなるターゲット（窒化物、炭窒化物、炭化物、炭ほう化物、窒ほう化物、炭窒ほう化物）を用いて成膜してもよい。
【００２８】
前記反応性ガス（窒素ガスや炭化水素ガス）を用いる場合、この反応性ガス以外に、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ等の希ガスを放電安定性のために添加しても良い。
【００２９】
上記積層皮膜を製造する装置としては、例えば、図１に示す通り、アーク蒸発源を２箇所備えた装置を用いることができる。上記成膜装置を用い、例えば一方のアーク蒸発源に皮膜Ａ形成用ターゲットを取り付け、他方のアーク蒸発源に皮膜Ｂ形成用ターゲットを取り付け、両蒸発源を同時に放電させ、基材（被処理体）を一方のアーク蒸発源の前方に移動させてカソード放電型アークイオンプレーティング法（ＡＩＰ法）にて皮膜Ｂを形成させ、次に、基材（被処理体）を、他方のアーク蒸発源の前方に移動させて上記ＡＩＰ法で皮膜Ａを形成させ、該操作を繰り返し行い、皮膜Ａと皮膜Ｂとを積層させて積層皮膜を形成することが挙げられる。
【００３０】
また、前記図１に示す２箇所のスパッタ蒸発源に、皮膜Ａ形成用ターゲット、皮膜Ｂ形成用ターゲットをそれぞれ取り付けて、スパッタリング法で成膜することもできる。更に、皮膜Ａと皮膜Ｂの形成方法を、一方をイオンプレーティング法、他方をスパッタリング法で形成することも挙げられる。この場合、スパッタリング法で形成する皮膜形成用のターゲットは、前記図１に示すスパッタ蒸発源に取り付け、イオンプレーティング法で形成する皮膜形成用のターゲットは、前記図１に示すアーク蒸発源に取り付けて成膜することが挙げられる。
【００３１】
以下、皮膜Ａと皮膜Ｂをイオンプレーティング法で成膜する場合の好ましい成膜条件について述べる。
【００３２】
まず成膜時の基材（被処理体）の温度は、基材の種類に応じて適宜選択すればよい。基材と積層皮膜との密着性を確保する観点からは、３００℃以上が好ましく、より好ましくは４００℃以上である。一方、基材の変形防止等の観点から、基材の温度は８００℃以下とすることが好ましく、より好ましくは７００℃以下とすることが推奨される。
【００３３】
成膜時の基板（被処理体）に印加するバイアス電圧は、ＡＩＰ装置を用いて成膜する場合、３０〜２００Ｖ（アース電位に対して基材がマイナス電位となる負バイアス電圧である。以下同じ）の範囲とすることが望ましい。基板にバイアス電圧を印加することで基体（被処理体）へのイオン衝撃が有効に行われ、岩塩構造型の形成が促進されるものと考えられる。この様な効果を発揮させるには、前記バイアス電圧を３０Ｖ以上とすることが好ましいからである。しかし前記バイアス電圧が高すぎると、イオン化した成膜ガスによって膜がエッチングされ、成膜速度が極端に小さくなることから、前記バイアス電圧は２００Ｖ以下とすることが好ましい。
【００３４】
さらに本発明では、形成時の反応ガスの分圧または全圧を０．５Ｐａ〜７Ｐａの範囲とすることが好ましい。前記分圧または全圧が０．５Ｐａ未満の場合、アーク蒸発の場合にマクロパーティクル（ターゲットの溶融物）の発生が多く表面粗度が大きくなり、用途によっては不都合を生じるので好ましくない。前記分圧または全圧は、より好ましくは１Ｐａ以上、更に好ましくは１．５Ｐａ以上である。一方、前記分圧または全圧が７Ｐａを超える場合、蒸発粒子の反応ガスとの衝突による散乱が多くなり、成膜速度が低下するため好ましくない。前記分圧または全圧は、より好ましくは５Ｐａ以下であり、更に好ましくは４Ｐａ以下である。
【００３５】
本発明の積層皮膜は、治工具の表面に形成されることによってその効果が十分に発揮される。該治工具として、チップ、ドリル、エンドミル等の切削工具や、鍛造加工、プレス成形、押し出し成形、せん断などの各種金型や、打ち抜きパンチ等の治工具が挙げられる。
【００３６】
特には、湿式環境下での切削加工に使用される工具に適している。更に特には、湿式での加工が主流となっているドリルに好適である。
【００３７】
本発明の積層皮膜を形成する基材は、上述した治工具の種類によって適宜決定される。上記基材として、機械構造用炭素鋼、構造用合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼などの各種鋼材や超硬合金などの、金属材で形成されたものが挙げられる。また、該金属材の表面にめっき層、溶射層などの中間層が形成されたものも、上記基材として挙げられる。
【００３８】
上記基材と、本発明の積層皮膜との間には、更に、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ等の下地層が形成されていてもよい。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４０】
［実施例１］
実施例１では、皮膜Ａ、皮膜Ｂの各組成が種々の積層皮膜（皮膜Ａと皮膜Ｂの厚さは一定）を形成し、該組成が耐摩耗性に及ぼす影響について検討した。
【００４１】
表１に示す組成の皮膜Ａおよび皮膜Ｂを交互に積層させた積層皮膜を、複数の蒸発源を有する図１のＰＶＤ装置で形成した。詳細には次の通りである。
【００４２】
基材として、切削工具（２枚刃超硬ドリル、φ８．５ｍｍ、切削試験用）を用意した。この基材を、エタノール中にて超音波脱脂洗浄し、前記ＰＶＤ（ＡＩＰ）装置に導入した。５×１０-3Ｐａまで排気後、基板を５００℃まで加熱し、その後、Ａｒイオンによるエッチングを５分間実施した。次いで、積層皮膜をＡＩＰ法で基材上に形成した。
【００４３】
積層皮膜の形成は、窒素ガスを導入して全圧力４Ｐａとし、アーク蒸発源（ターゲット直径１００ｍｍ）に放電電流１５０Ａを供給し、基材温度： ５００℃、負バイアス電圧：３０Ｖの条件で成膜を行った。
【００４４】
皮膜Ａと皮膜Ｂの形成用ターゲットとして、表１に示す組成の元素ＭとＳｉからなるターゲット（Ｂを含む皮膜を形成する場合は、更にＢを含むターゲット）を用いた。また、Ｃを含む皮膜を形成する場合には、雰囲気ガスとして、更に炭化水素ガスを用いた。
【００４５】
本実施例では、図１に示す装置中の複数の蒸発源のうち、アーク蒸発源（６ａ、６ｂ）のみを用いた。図１に示す装置中の２箇所のアーク蒸発源（６ａ、６ｂ）の一方に、皮膜Ａ形成用ターゲットを取り付け、他方に皮膜Ｂ形成用ターゲットを取り付け、まず皮膜Ｂ形成用ターゲットのみを単独で短時間放電させて、約１００ｎｍの皮膜Ｂを形成後に、皮膜Ａ形成用ターゲットと皮膜Ｂ形成用ターゲットを同時放電させながら基板ステージ２を回転させることによって、皮膜Ａと皮膜Ｂが交互に積層した積層皮膜を形成した。
【００４６】
この実施例１では、前記約１００ｎｍの皮膜Ｂ形成後、いずれの例も、皮膜Ａ、皮膜Ｂの膜厚（厚さ、特に断りがない限り、１回あたりに形成する膜厚、厚さをいう。以下同じ）をそれぞれ２０ｎｍ、皮膜Ａと皮膜Ｂの積層回数を７５回として、全膜厚が約３μｍの積層皮膜を形成した。
【００４７】
皮膜Ａ、皮膜Ｂの各々の膜厚、積層回数は、支持台の回転速度、回転数にて制御した。
【００４８】
また比較例として、ＴｉＡｌＮ単層膜（表１のＮｏ．２６）、ＴｉＮ単層膜（表１のＮｏ．２７）を上記基板上に成膜したサンプルも用意した。
【００４９】
［切削試験］
上記切削工具表面に成膜したサンプルを用い、下記条件で切削試験を行い、一定距離経過後の境界部摩耗量（外周面摩耗量）を測定して、耐摩耗性を評価した。具体的には、外周面摩耗量が６９μｍ以下の場合を耐摩耗性に優れていると評価した。尚、上記摩耗量は、好ましくは５９μｍ以下、より好ましくは４９μｍ以下である。これらの結果を表１に示す。
【００５０】
［切削試験条件］
被削材：Ｓ５０Ｃ（生材）
切削速度：１００ｍ／分
送り：０．２４ｍｍ／回転
穴深さ：２３ｍｍ
潤滑：外部給油、エマルジョン
評価条件：１０００穴加工後の外周面摩耗量
【００５１】
【表１】
2014145091.tif 000002
【００５２】
表１に示す通り、Ｎｏ．２〜７，９，１０，１２，１３および１５〜２５は、皮膜Ａおよび皮膜Ｂの組成が本発明の範囲を満足しているため、耐摩耗性が良好であった。
【００５３】
一方、Ｎｏ．１，８，１１，１４，２６および２７は本発明の範囲を満足していないため、耐摩耗性が不良であった。具体的には以下の通りである。
【００５４】
Ｎｏ．１は、皮膜ＡのＳｉ量が下限値未満であった。Ｎｏ．８は、皮膜ＡのＳｉ量が上限を超えた。Ｎｏ．１１，１４は、それぞれＢ量、Ｃ量が上限値を超えた。また、Ｎｏ．２６、２７はそれぞれ、Ｔｉ0.5Ａｌ0.5Ｎ単層膜、ＴｉＮ単層膜を形成した従来例（比較例）である。これらの例では、いずれも摩耗量が大きくなった。
【００５５】
［実施例２］
実施例２では、皮膜Ａと皮膜Ｂの皮膜組成を一定とし、サンプルごとに皮膜Ａと皮膜Ｂの各厚さが異なる皮膜を形成し、この皮膜Ａと皮膜Ｂの厚さが、切削性能に及ぼす影響について検討した。
【００５６】
皮膜Ａの組成はＴｉ0.8Ｓｉ0.2Ｎ、皮膜Ｂの組成はＶＮで一定とし、表２に示す通り、サンプルごとに皮膜Ａ、皮膜Ｂの各膜厚と積層回数を変えたことを除き、実施例１と同様にしてサンプルを作製した。
【００５７】
そして、実施例１と同様にして切削試験を行った。その結果を表２に示す。
【００５８】
【表２】
2014145091.tif 000003
【００５９】
表２から次のことがわかる。即ち、規定の皮膜Ａと皮膜Ｂを積層させたＮｏ．１〜８はいずれも耐摩耗性が良好であった。この中でも、皮膜Ａと皮膜Ｂの各厚さが好ましい範囲内にあるＮｏ．２〜６は、耐摩耗性がより良好であった。更に、皮膜Ａと皮膜Ｂの各膜厚がより好ましい範囲内にあるＮｏ．３〜５は、更に優れた耐摩耗性が得られた。
【００６０】
［実施例３］
実施例３では、皮膜Ａと皮膜Ｂの皮膜組成、および皮膜Ａの厚さを一定とし、サンプルごとに皮膜Ｂの厚さが異なる皮膜を形成し、皮膜Ｂの厚さが、切削性能に及ぼす影響について検討した。
【００６１】
表３に示す通り、皮膜Ａの膜厚を一定とし、サンプルごとに皮膜Ｂの膜厚の異なる皮膜を形成したこと、および切削試験として、更に下記の通り被削材ＳＣＭ４４０を用いた試験も行ったことを除き、実施例２と同様にしてサンプルを作製した。尚、実施例３では、耐摩耗性を次の通り評価した。即ち、被削材がＳ５０Ｃの場合は、外周面摩耗量が６９μｍ以下の場合を耐摩耗性に優れていると評価した。尚、上記摩耗量は、好ましくは５９μｍ以下、より好ましくは４９μｍ以下である。また、被削材がＳＣＭ４４０の場合は、外周面摩耗量が７０μｍ以下の場合を耐摩耗性に優れていると評価した。尚、上記摩耗量は、好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは５５μｍ以下である。
【００６２】
［切削試験条件（被削材がＳＣＭ４４０の場合）］
被削材：ＳＣＭ４４０（生材）
切削速度：７５ｍ／分
送り：０．２４ｍｍ／回転
穴深さ：２３ｍｍ
潤滑：外部給油、エマルジョン
評価条件：１０００穴加工後の外周面摩耗
【００６３】
【表３】
2014145091.tif 000004
【００６４】
表３に示すように、Ｎｏ．１〜４は、皮膜Ａと皮膜Ｂの各厚さが本発明の範囲を満足しているため、耐摩耗性が良好であった。
【００６５】
このうち切削温度が高くなる被削材ＳＣＭ４４０を用いた切削試験では、Ｎｏ．２が最も優れた耐摩耗性を示し、切削温度が比較的低い被削材Ｓ５０Ｃを用いた切削試験では、Ｎｏ．３が最も優れた耐摩耗性を示した。これらの結果から、切削試験における被削材の種類に応じて、潤滑効果を有する皮膜Ｂの適切な厚みが異なることがわかる。詳細には、比較的切削温度の低いＳ５０Ｃを切削する場合、皮膜Ｂの厚さが２０ｎｍ付近で摩耗量が最も少なくなる。これに対し、切削温度が高くなるＳＣＭ４４０を切削する場合、皮膜Ｂの厚さが２０ｎｍ付近であると、皮膜Ｂによる潤滑効果よりも皮膜Ｂの酸化摩耗が進むため、皮膜Ｂの厚さが、より薄い５ｎｍ近傍で摩耗の最小値を示すものと考えられる。
【００６６】
［実施例４］
実施例４では、本発明の積層皮膜と基材との間に下地層（皮膜Ａ・皮膜Ｂ以外の皮膜）を形成した場合の切削性能について検討した。
【００６７】
皮膜Ａの組成を（Ｔｉ0.8Ｓｉ0.2）Ｎ、皮膜Ｂの組成をＶＮとし、かつ基材と積層皮膜との間に下地層として（Ｔｉ0.5Ａｌ0.5）Ｎを形成したことを除き、実施例１と同様にしてサンプルを作製した。
【００６８】
そして、実施例１と同様にして切削試験を行った。その結果、外周面摩耗量は５０μｍであった。このことから、上記サンプルは、皮膜Ａおよび皮膜Ｂの組成が本発明の規定を満たしているため、下地層として、皮膜Ａ・皮膜Ｂ以外の皮膜を形成した場合であっても、耐摩耗性が良好であることがわかる。
【符号の説明】
【００６９】
１  真空チャンバー
２  基板ステージ（回転盤）
３  回転テーブル
５  被処理体（基材）
６ａ，６ｂ  アーク蒸発源
６ｃ，６ｄ  スパッタ蒸発源
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ  ヒータ
８ａ，８ｂ  アーク電源
８ｃ，８ｄ  スパッタ電源
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ  マスフローコントローラー
１０  バイアス電源
１１  フィラメント型イオン源
１２  フィラメント加熱用交流電源
１３  放電用直流電源
【図１】
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