(57)【要約】【課題】耐摩耗性及び摺動特性に加えて耐酸化性などに優れた硬質皮膜と被覆材、並びに表面処理装置及び表面処理方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態にかかる硬質皮膜は、（１）組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる上部層と、前記上部層の直下に形成されると共に、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系窒化物からなる下地層と、を含み、前記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、１３≦ａ≦４１、０．０３≦ｂ≦１５、０≦ｃ≦１５、ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）を満足する。【選択図】 図１
2019073755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる上部層と、
前記上部層の直下に形成されると共に、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系窒化物からなる下地層と、
を含み、前記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、
１３≦ａ≦４１、
０．０３≦ｂ≦１５、
０≦ｃ≦１５、
ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）
を満足することを特徴とする硬質皮膜。
【請求項２】
前記下地層は、組成が（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物からなる第１中間層を含み、
前記ｅ、ｆ及びｇがそれぞれ重量％を示し、
０≦ｅ≦２０、
０≦ｆ≦１５、且つ、
ｇ＝１００−（ｅ＋ｆ）、
を満足する請求項１に記載の硬質皮膜。
【請求項３】
前記下地層は前記上部層と前記第１中間層の間に形成される第２中間層を含み、
前記第２中間層は、前記（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物を主とした第１組成群と、前記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物を主とした第２組成群と、が混在する請求項２に記載の硬質皮膜。
【請求項４】
前記第２中間層は、前記第１組成群の層と前記第２組成群の層とが交互に積層された状態である請求項３に記載の硬質皮膜。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の硬質皮膜で被覆された被覆材（金型、工具）。
【請求項６】
減圧された窒素雰囲気下においてアーク放電式イオンプレーティング法を用いて硬質皮膜を被処理材に被覆する表面処理方法であって、
回転テーブル上に載置された被処理材を挟むように、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系第１ターゲット材と、組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）からなる第２ターゲット材とを対向させる第１工程と、
前記第１工程の後に、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記第１ターゲット材に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記被処理材上に前記Ａｌ及び前記Ｃｒを含むＡｌＣｒ系窒化物からなる下地層を形成する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記第２ターゲット材に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記下地層上に組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる上部層を形成する第３工程と、
を含み、
前記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、
１３≦ａ≦４１、
０．０３≦ｂ≦１５、
０≦ｃ≦１５、
ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）
を満足することを特徴とする表面処理方法。
【請求項７】
前記ＡｌＣｒ系第１ターゲット材は、組成が（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）からなり、
前記ｅ、ｆ及びｇがそれぞれ重量％を示し、
０≦ｅ≦２０、
０≦ｆ≦１５、且つ、
ｇ＝１００−（ｅ＋ｆ）、
を満足し、
前記第２工程では、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記ＡｌＣｒ系第１ターゲット材に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、組成が前記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物からなる第１中間層を前記被処理材上に形成する請求項６に記載の表面処理方法。
【請求項８】
前記第２工程と前記第３工程の間に、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記ＡｌＣｒ系第１ターゲット材及び前記第２ターゲット材にそれぞれ所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物を主とした第１組成群と、前記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物を主とした第２組成群と、が混在した第２中間層を前記第１中間層の上に形成する請求項７に記載の表面処理方法。
【請求項９】
前記第２工程の前に、ラジカル窒化法を用いて前記被処理材の表面を窒化処理することで窒化処理層を形成する請求項６〜８のいずれか一項に記載の表面処理方法。
【請求項１０】
アーク放電式イオンプレーティング用ターゲット材であって、下記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、
組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）であって、
１３≦ａ≦４１、
０．０３≦ｂ≦１５、
０≦ｃ≦１５、
ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）
を満たすことを特徴とするアーク放電式イオンプレーティング用ターゲット材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、治工具や切削工具などの工具あるいは金属加工用の金型などの表面に形成される硬質皮膜、この硬質皮膜が形成された被覆材、及びこの被覆材を形成するための表面処理方法並びにこの硬質皮膜を形成するためのアーク放電式イオンプレーティング用ターゲット材に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業上において様々な加工用途に用いられる工具や金型は、その特性において極めて優れた耐摩耗性や摺動特性が要求されている。そのため、これら工具や金型の表面には、上記した特性を満足するために硬質皮膜が形成されることが一般的に行われている。
【０００３】
この硬質皮膜を形成する手法としては、従来から以下に例示する種々の方法が提案されている。
まず１つ目のグループとしては、例えばＴｉＣやＴｉＮといった硬質材料を化学蒸着法（ＣＶＤとも記す）によって目的の工具や金型の表面に被覆する手法である。しかしながら、近年では耐摩耗性や摺動特性に留まらず厳しい寸法精度が金型や工具に要求されることから、処理時の温度が１０００℃以上のＣＶＤではこれらの要求を同時に満たすことが困難となってきた。
【０００４】
そこでＣＶＤに代わる２つ目のグループとして、近年では、ＣＶＤに比して低温の環境下で表面処理を実行可能な物理蒸着法（ＰＶＤとも記す）の適用が種々提案されている。
より具体的には、例えば特許文献１に示すスパッタリングを用いる手法や、特許文献２乃至４に例示するイオンプレーティング法で形成する手法などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１４４３７８号公報
【特許文献２】特開平１０−０２５５６６号公報
【特許文献３】特開２００４−３１４０９２号公報
【特許文献４】特開２００３−３２１７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば鍛造およびプレスなどに用いられる金型の使用環境は年々過酷化しており、上述した特許文献１乃至４を含む現在の技術では市場のニーズを適切に満たしているとは言えない。
【０００７】
例えば特許文献３では、（ＡｌＣｒ）Ｎ系皮膜の欠点である硬度を高めることにより耐摩耗性を著しく改善し、優れた潤滑性を付与するローラーによりコイル状圧延鋼帯を回転させることを意図としているが、現状における市場ニーズを満足できる硬度を有していても更に後述するごとき改善の余地がある。
【０００８】
一方で最先端の金型や工具に求められる特性として、上記した耐摩耗性（硬度）及び摺動特性に加えて例えば耐酸化性も重要なファクターとなっている。これに対して上記した各特許文献においては、これらの特性をも同時に満足することを明確に示唆しておらずその課題の認識はないと言わざるを得ない。
【０００９】
本発明は、上記した課題を一例に鑑みて為されたものであり、耐摩耗性及び摺動特性に加えて耐酸化性などにも優れた硬質皮膜及び当該硬質皮膜が被覆された被覆材並びに表面処理方法を提供することを目的とする。加えて、この硬質皮膜が形成可能なアーク放電式イオンプレーティング用ターゲット材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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の一実施形態にかかる硬質皮膜は、（１）組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる上部層と、前記上部層の直下に形成されると共に、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系窒化物からなる下地層と、を含み、前記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、１３≦ａ≦４１、０．０３≦ｂ≦１５、０≦ｃ≦１５、ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）を満足することを特徴とする。
【００１１】
なお、上記した（１）に記載の硬質皮膜においては、（２）前記下地層は、組成が（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物からなる第１中間層を含み、前記ｅ、ｆ及びｇがそれぞれ重量％を示し、０≦ｅ≦２０、０≦ｆ≦１５、且つ、ｇ＝１００−（ｅ＋ｆ）、を満足することが好ましい。
【００１２】
また、上記した（２）に記載の硬質皮膜においては、（３）前記下地層は前記上部層と前記第１中間層の間に形成される第２中間層を含み、前記第２中間層は、前記（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる第１組成群と、前記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物からなる第２組成群と、が混在することが好ましい。
【００１３】
また、上記した（３）に記載の硬質皮膜においては、（４）前記第２中間層は、前記第１組成群の層と前記第２組成群の層とが交互に積層された状態であることが好ましい。
【００１４】
また、上記課題を解決するため、本発明の一実施形態にかかる硬質皮膜が被覆された被覆材は、（５）上記した（１）〜（４）のいずれかに記載の硬質皮膜で被覆されたことを特徴とする。
【００１５】
さらに、上記課題を解決するため、本発明の一実施形態にかかる表面処理方法は、（６）減圧された窒素雰囲気下においてアーク放電式イオンプレーティング法を用いて硬質皮膜を被処理材に被覆する表面処理方法であって、回転テーブル上に載置された被処理材を挟むように、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系第１ターゲット材と、組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）からなる第２ターゲット材とを対向させる第１工程と、前記第１工程の後に、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記第１ターゲット材と前記被処理材との間に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記被処理材上に前記Ａｌ及び前記Ｃｒを含むＡｌＣｒ系の窒化物からなる下地層を形成する第２工程と、前記第２工程の後に、前記窒素雰囲気下において前記第２ターゲット材と前記被処理材との間に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記下地層上に組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる上部層を形成する第３工程と、を含み、前記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、１３≦ａ≦４１、０．０３≦ｂ≦１５、０≦ｃ≦１５、ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）を満足することを特徴とする。
【００１６】
なお、上記した（６）に記載の表面処理方法においては、（７）前記ＡｌＣｒ系第１ターゲット材は、組成が（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）からなり、前記ｅ、ｆ及びｇがそれぞれ重量％を示し、０≦ｅ≦２０、０≦ｆ≦１５、且つ、ｇ＝１００−（ｅ＋ｆ）、を満足し、前記第２工程では、前記窒素雰囲気下において前記ＡｌＣｒ系第１ターゲット材と前記被処理材との間に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、組成が前記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物からなる第１中間層を前記被処理材上に形成することが好ましい。
【００１７】
また、上記した（７）に記載の表面処理方法においては、（８）前記第２工程と前記第３工程の間に、前記窒素雰囲気下において前記ＡｌＣｒ系第１ターゲット材及び前記第２ターゲット材と前記被処理材との間にそれぞれ所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物を主とした第１組成群と、前記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物を主とした第２組成群と、が混在した第２中間層を前記第１中間層の上に形成することが好ましい。
【００１８】
また、上記した（６）〜（８）のいずれかに記載の表面処理方法においては、（９）前記第２工程の前に、ラジカル窒化法を用いて前記被処理材の表面を窒化処理することで窒化処理層を形成することが好ましい。
【００１９】
さらに、上記課題を解決するため、本発明の一実施形態にかかるアーク放電式イオンプレーティング用ターゲット材は、アーク放電式イオンプレーティング用ターゲット材であって、下記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）であって、１３≦ａ≦４１、０．０３≦ｂ≦１５、０≦ｃ≦１５、ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、耐摩耗性及び摺動特性のみならず、これらに加えて耐酸化性などにも優れた硬質皮膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態にかかる被処理材１上に形成された硬質皮膜１０の断面を示す模式図である。
【図２】第１実施形態にかかる表面処理装置１００の概略構成を説明する模式図である。
【図３】第１実施形態にかかる表面処理方法を説明するフローチャートである。
【図４】第２実施形態にかかる被処理材１上に形成された硬質皮膜１０の断面を示す模式図である。
【図５】第２実施形態にかかる表面処理方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に本発明を実施するための一例としての形態について説明する。
［第１実施形態］
＜硬質皮膜１０＞
第１実施形態にかかる被処理材１上に形成される硬質皮膜１０について、図１を参照しながら説明する。
まず図１（ａ）に示すとおり、第１実施形態にかかる硬質皮膜１０は、被処理材１上に形成される複数の層からなる皮膜であって、上部層１１と下地層１２とを含んで構成されている。
なお、本実施形態では硬質皮膜１０は下地層１２を含んで構成されているが、下地層１２は、目的とする特性を満たす限りにおいて適宜省略してもよい。この場合には、被処理材１の表面を窒化処理して窒化処理層１５（後述）が形成されていることが好ましい。
【００２３】
被処理材１は、本実施形態の硬質皮膜１０を必要とする材料であり、典型的には公知の治工具や切削工具などの各種工具あるいはプレス用金型などが例示できる。さらに被処理材１の例としては、例えば自動車用ギアやエンジン部品などの車両用部品、プロペラやシャフトなどの航空機用部品、スクリューなどの船舶用部品など各種工業製品に使用される金属部品、押出成形機用スクリュー、あるいは撹拌機用スクリューなどが例示できる。なお、被処理材１の材質については、例えば各種の鋼材やステンレスなど公知の金属材料が例示でき、より好ましくはＪＩＳ  ＳＫＨ５１等に代表される高速度工具鋼、ＪＩＳ  ＳＫＤ１１およびＳＫＤ６１等に代表される合金工具鋼である。
上記に例示される被処理材１の表面に硬質皮膜１０が形成されることで、本実施形態の被覆材２０Ａが製造される。
【００２４】
上部層１１は、本実施形態では被処理材１の最表面に形成される層であって、その組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる。
このとき、上記したａ、ｂ、ｃ及びｄはそれぞれ重量％であることを示し、それぞれ以下の関係式（１）〜（４）を満足する。
１３≦ａ≦４１              ・・・式（１）
０．０３≦ｂ≦１５          ・・・式（２）
０≦ｃ≦１５                ・・・式（３）
ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）  ・・・式（４）
この上部層１１の厚みは、例えば１μｍ〜１０μｍが好ましく、更にコストと特性確保のバランスから３．５μｍ〜８μｍであることが望ましい。
【００２５】
また、上記した関係式において、ａ、ｂ及びｃはさらに以下の関係式を満たすことがより好ましい。
２０≦ａ≦３５          ・・・式（５）
１．５≦ｂ≦１０．５    ・・・式（６）
２．５≦ｃ≦８．０      ・・・式（７）
Ａｌは被膜の高硬度化および耐熱性向上のため必要な元素ではあるが、２０ｗｔ%未満では特性確保には不十分となるケースも場合によっては生じ、一方で３５ｗｔ％を超えると靱性値が低下するためである。
また、ＳｉはＡｌの特性に加え結晶粒を微細化することで靱性向上に寄与するものであるが、１．５ｗｔ％未満では不十分となるケースも場合によっては生じ、一方で１０．５ｗｔ％を超えるとターゲット材が脆くなることに加えて成膜時のアーク放電が不安定となる可能性もあるからである。
また、Ｖは被膜における表層に安定的な酸化膜を生成することで被膜の保護効果を発揮するが、２．５ｗｔ％未満では不十分となるケースも場合によっては生じ、一方で添加量が多すぎると被膜の耐熱性が低下する可能性もあるからである。
【００２６】
下地層１２は、本実施形態では上部層１１の直下に形成されると共に、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系窒化物からなる。換言すれば、この下地層１２は、上部層１１と被処理材１との間に形成される中間の層であるとも言える。
この下地層１２は、本実施形態では複層構成となっており、後述する第１中間層１３と第２中間層１４とを含んで構成されている。
【００２７】
この本実施形態における下地層１２の厚みは、例えば１．１μｍ〜１５μｍであってもよい。このとき、本実施形態における上部層１１と下地層１２との厚みについては、上部層１１の厚みの方が下地層１２の厚みよりも厚いことが好ましく、例えば厚みの比（上部層１１／下地層１２）が１．０〜４．０であることがよく、更には２．０〜３．０であることがより好ましい。
【００２８】
本実施形態における下地層１２のうち第１中間層１３は、後述する第２中間層１４に比して被処理材１側に配置される中間層であり、その組成が（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物からなる。
このとき、上記したｅ、ｆ及びｇはそれぞれ重量％であることを示し、それぞれ以下の関係式（８）〜（１０）を満足する。
０≦ｅ≦２０            ・・・式（８）
０≦ｆ≦１５            ・・・式（９）
ｇ＝１００−（ｅ＋ｆ）  ・・・式（１０）
このうち、上記式（８）でｅ＝０であればＣｒＷの窒化物の層となり、式（９）でｆ＝０であればＡｌＣｒ窒化物の層となり、式（８）と式（９）の双方が０であればＣｒ窒化物の層となる。
この第１中間層１３の厚みは、例えば１μｍ〜１０μｍが好ましく、更にコストと特性確保のバランスから１μｍ〜２μｍであることが望ましい。
【００２９】
また、上記した関係式において、ｅ及びｆはさらに以下の関係式を満たすことがより好ましい。
１．０≦ｅ≦５        ・・・式（１１）
０．５≦ｆ≦１０．５  ・・・式（１２）
Ａｌ及びＷの添加量が多くなると被膜の靱性値が低下する可能性があり、下地層１２としては適さないと考えられるからである。
また、Ｗは融点が高く、その添加量が過剰に多くなると成膜時のアーク放電が不安定となって正常な成膜が得られない可能性があるからである。
【００３０】
本実施形態における下地層１２のうち第２中間層１４は、第１中間層１３に比して上部層１１側に配置される中間層であり、その組成が上記（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物を主とした第１組成群１４ａと上記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物を主とした第２組成群１４ｂとが混在する窒化物からなる。
この第２中間層１４の厚みは、例えば０．１μｍ〜５μｍが好ましく、更にコストと特性確保のバランスから０．１５μｍ〜０．５μｍであることが望ましい。
なお、この第２中間層１４は、第１中間層１３と上部層１１との間に介在することが望ましいが、目的の特性を確保できる限りにおいて適宜省略してもよい。
また、第１中間層１３と第２中間層１４の厚み比（第１中間層１３／第２中間層１４）は、例えば２．０〜１０．０であることがよく、更には３．０〜４．０であることがより好ましい。
【００３１】
次に、この第２中間層１４を模式的に拡大した図を図１（ｂ）に示し、さらにその付近を公知のカロテスト法により膜構造を撮影した写真を図１（ｃ）にそれぞれ示す。
同図のとおり、本実施形態における第２中間層１４は、上記した第１組成群１４ａの層と第２組成群１４ｂの層とが交互に積層された状態となっている。このとき、第１組成群１４ａの層と第２組成群１４ｂの層の成膜順序に特に制限はないが、第２中間層１４における第１中間層１３と隣接する最下層は、第２組成群１４ｂの層となっていることが好ましい。また、第２中間層１４における上部層１１と隣接する最上層は、第１組成群１４ａの層となっていることが好ましい。
なお第１組成群１４ａの層と第２組成群１４ｂの層の成膜順序に制限はない理由としては、被処理材１は後述する回転テーブル１０１上のどの位置・向きにもセットされる可能性があり、そのため被処理材１の回転テーブル１０１上の初期位置に依って各層の上下関係が決定される性質があるからである。
また、第１組成群１４ａと第２組成群１４ｂの厚み比（第１組成群１４ａ／第２組成群１４ｂ）は、例えば０．８〜１．２であることがよく、更には実質的にほぼ１であることがより好ましい。
【００３２】
第１組成群１４ａの層は、その組成が上記（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物を主とするとともに、組成が上記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物を従とした構成となっている。
なお本実施形態でいう「主」および「従」の関係とは、第２中間層１４内の各層において一方（例えばＣｒ−Ａｌ−Ｗの窒化物層）と他方（例えばＣｒ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｖの窒化物層）とが特定の割合で混ざり合い、一方が他方よりも多いことを「主」と言い、少ないことを「従」と言うこととする。
【００３３】
よって、第１組成群１４ａの層においては、「組成が上記（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物」の割合が、「組成が（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物」の割合よりも多くなっている。
また、第２組成群１４ｂの層においては、上記とは反対に、「組成が上記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物」の割合が、「組成が上記（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物」の割合よりも多くなっている。
なお、第２中間層１４において上記の各組成物の割合で主と従の関係が生じるメカニズムについては、後述する。
【００３４】
上記のごとき硬質皮膜１０とすることで、被処理材１に近い第１中間層１３から上部層１１にかけて膜の組成が傾斜的（膜組成差が明確に出ない）になるので、層間の密着力を大きく向上させることができる。
【００３５】
＜表面処理装置１００＞
次に図２を参照しつつ、本実施形態における表面処理装置１００の概略構成を説明する。なお、以下で詳述する構成以外については、例えば特開２００３−２８６５６４号公報や特開２００９−１４４２３６号公報などに開示される公知のアーク放電式イオンプレーティングを実施可能な装置を適宜参照してもよい。
【００３６】
図２は、表面処理装置１００を上方から模式的に俯瞰した図である。
本実施形態における表面処理装置１００は、上記した被処理材１に硬質皮膜１０を形成する機能を有し、回転テーブル１０１、第１ターゲット材保持部１０２、第２ターゲット材保持部１０３、アノード１０４、アーク電源１０５、バイアス電源１０６、反応ガス導入部１０７及び排気部１０８をチャンバ１０９内に含んで構成されている。
【００３７】
なお、アーク電源１０５とバイアス電源１０６は機能統合されて単一の電源として構成されていてもよい。
また、本実施形態では第１ターゲット材保持部１０２は１つであるが、２個以上を備えていてもよく、この場合にはターゲット材３１を複数載置することが可能となる。また、第２ターゲット材保持部１０３も１つであるが、２個以上を備えていてもよく、この場合にはターゲット材３２を複数載置することが可能となる。
【００３８】
回転テーブル１０１は、被処理材１を載置してＺ軸周りに当該被処理材１を公転させる機能を有している。この回転テーブル１０１は、例えば被処理材１を０．５ｒｐｍ〜１０．０ｒｐｍで回転させることができる。
第１ターゲット材保持部１０２は、後述するターゲット材３１（ＡｌＣｒ系第１ターゲット材）を保持するとともに、このターゲット材３１を陰極（カソード）としてアーク放電を起こす機能を有する部材である。
【００３９】
また、第２ターゲット材保持部１０３は、第１ターゲット材保持部１０２と同様に、後述するターゲット材３２（第２ターゲット材）を保持するとともに、このターゲット材３２を陰極（カソード）としてアーク放電を起こす機能を有する部材である。
アノード１０４は、上記したカソードと対となってアーク放電を起こす機能を有する部材である。
【００４０】
アーク電源１０５は、上記したターゲット材３１及びターゲット材３２と、アノード１０４との間に所定の電圧を印加してアーク放電を発生させる機能を有している。このときアーク放電が生じて上記したターゲット材を溶解させる際の電流値（「アーク放電電流値」とも称する）は、例えば５０Ａ〜２００Ａであることが好ましい。
【００４１】
バイアス電源１０６は、コーティング対象の被処理材１に負の電圧を印加する機能を有している。このバイアス電源１０６が印加する電圧値は、例えば０Ｖ〜２００Ｖであることが好ましい。
【００４２】
反応ガス導入部１０７は、後述するチャンバ１０９内に流量調整された反応ガスを導入する機能を有している。本実施形態に適用可能な反応ガスとしては、例えば窒素、あるいはメタンなどの炭化水素などが例示できる。
本実施形態では、上記したとおり窒化物の皮膜を上部層１１や下地層１２として形成することから、反応ガスとして窒素を所定の圧力（コーティング圧力）で導入する。なお、このコーティング圧力としては、それぞれの層を形成する際に例えば１Ｐａ〜５Ｐａであることが好ましい。
【００４３】
排気部１０８は、チャンバ１０９内を排気して所定の減圧された環境を形成する機能を有する。これにより、本実施形態における排気部１０８は、成膜時にチャンバ１０９内を真空雰囲気とすることができる。また排気部１０８は、成膜後に残留する反応ガスなど余剰物を排出する機能も有している。
なお、チャンバ１０９は温調装置を具備しており、チャンバ１０９内を所定の成膜温度に維持することができる。この成膜温度としては、本実施形態では例えば２５０℃〜５００℃であることが好ましい。
【００４４】
＜ターゲット材３１＞
本実施形態のターゲット材３１は、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系のターゲット材（ＡｌＣｒ系第１ターゲット材）である。より具体的にターゲット材３１は、アーク放電式イオンプレーティング用途のターゲット材であり、その組成が（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）であって、下記ｅ、ｆ及びｇがそれぞれ重量％を示し、以下の式を満足する。
０≦ｅ≦２０            ・・・式（８）
０≦ｆ≦１５            ・・・式（９）
ｇ＝１００−（ｅ＋ｆ）  ・・・式（１０）
このうち、上記式（８）でｅ＝０であればＣｒＷの窒化物の層となり、式（９）でｆ＝０であればＡｌＣｒ窒化物の層となり、式（８）と式（９）の双方が０であればＣｒ窒化物の層となる。
また、上記した関係式において、ｅ及びｆはさらに以下の関係式を満たすことがより好ましい。
１．０≦ｅ≦５        ・・・式（１１）
０．５≦ｆ≦１０．５  ・・・式（１２）
【００４５】
＜ターゲット材３２＞
本実施形態のターゲット材３２は、アーク放電式イオンプレーティング用途のターゲット材（第２ターゲット材）であり、その組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）であって、下記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、以下の式を満足する。
１３≦ａ≦４１              ・・・式（１）
０．０３≦ｂ≦１５          ・・・式（２）
０≦ｃ≦１５                ・・・式（３）
ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）  ・・・式（４）
また、上記した関係式において、ａ、ｂ及びｃはさらに以下の関係式を満たすことがより好ましい。
２０≦ａ≦３５          ・・・式（５）
１．５≦ｂ≦１０．５    ・・・式（６）
２．５≦ｃ≦８．０      ・・・式（７）
なお上記したターゲット材３１及びターゲット材３２を用いて硬質皮膜１０を被処理材１に形成する場合、これらターゲット材３１及びターゲット材３２の組成と硬質皮膜１０の組成とは完全に一致してはいないがほぼ同等の組成の皮膜がそれぞれ形成される。
【００４６】
＜表面処理方法＞
次に図３を用いて本実施形態に係る表面処理方法について説明する。この表面処理方法は、減圧された窒素雰囲気下においてアーク放電式イオンプレーティング法を用いて上記した硬質皮膜１０を被処理材１に被覆する方法である。
【００４７】
まずステップＳ１２では、被処理材１を回転テーブル１０１に設置する。さらに、ターゲット材３１は第１ターゲット材保持部１０２に、ターゲット材３２は第２ターゲット材保持部１０３にそれぞれ取り付ける。
これにより、回転テーブル１０１上に載置された被処理材１を挟むように、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系第１ターゲット材（ターゲット材３１）と、組成が上記した（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）からなる第２ターゲット材（ターゲット材３２）とを対向させる。
【００４８】
次いでステップＳ１３では、本実施形態では被処理材１にバイアス電圧を印加しつつ、第１ターゲット材３１に電圧を印加してアーク放電を発生させる。このとき、第２ターゲット材３２への電圧印加はまだ実行されていない。これにより被処理材１上には下地層１２（第１中間層１３）が形成される。より具体的には、窒素雰囲気下において少なくとも第１ターゲット材３１に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材１を回転させることで、被処理材１上にＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系窒化物からなる下地層１２を形成する。
本実施形態では、このステップＳ１３においては、下地層１２として上記した第１中間層１３が形成される。
なお、ステップＳ１２とステップＳ１３の間に、更に、真空排気を行った後に被処理材１を加熱してクリーニング処理を行ってもよい。このクリーニング処理においては、例えばＡｒイオンを被処理材１に衝突させてクリーニングする手法などが例示できる。
【００４９】
次いでステップＳ１４では、ステップＳ１３で電圧印加してから所定時間が経過したかが判断され、経過した場合にはステップＳ１５へと移行する。なお、このときの所定時間とは、上記した第１中間層１３の層厚が確保される時間であり、実験やシミュレーションなどでこの所定時間がどの程度か事前に検討される。
【００５０】
続くステップＳ１５では、本実施形態では被処理材１にバイアス電圧を継続して印加しつつ、第１ターゲット材３１及び第２ターゲット材３２に並行して電圧を印加してそれぞれでアーク放電を発生させる。換言すれば、ステップＳ１５においては、第１ターゲット材３１への電圧印加は維持しつつ、新たに第２ターゲット材３２への電圧印加を開始する。これにより被処理材１に形成された第１中間層１３上に更に下地層１２（第２中間層１４）が形成される。より具体的には、窒素雰囲気下において少なくともＡｌＣｒ系第１ターゲット材３１及び第２ターゲット材３２にそれぞれ所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、上記した（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物を主とした第１組成群１４ａと、上記した（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物を主とした第２組成群１４ｂとが混在した第２中間層１４を第１中間層１３の上に形成する。
【００５１】
なお、ステップＳ１５においては、第１ターゲット材３１と第２ターゲット材３２との双方にアーク放電が発生してそれぞれのターゲット材から金属イオンが蒸発してチャンバ１０９内に飛び出す。
そして図２に示すとおり、本実施形態では公転する被処理材１はこれらターゲット材に挟まれているため、紙面左側の空間（回転テーブル１０１を中心に−Ｙ側）では第１ターゲット材３１から蒸発した成分が濃い空間となる一方で、紙面右側の空間（回転テーブル１０１を中心に＋Ｙ側）では第２ターゲット材３２から蒸発した成分が濃い空間となる。
よって、ステップＳ１５では、このような状態のチャンバ１０９内において回転テーブル１０１を介して被処理材１が公転することから、第１組成群１４ａと第２組成群１４ｂとが積層された形態の第２中間層１４が形成されることになる。
なお、本実施形態では被処理材１は回転テーブル１０１に固定されていたが、公知のモーターなど動力を介して回転テーブル１０１上で自転する構成としてもよい。
【００５２】
次いでステップＳ１６では、ステップＳ１５で電圧印加してから所定時間が経過したかが判断され、経過した場合にはステップＳ１７へと移行する。なお、このときの所定時間とは、ステップＳ１４と同様に、上記した第２中間層１４の層厚が確保される時間であり、実験やシミュレーションなどでこの所定時間がどの程度か事前に検討される。
【００５３】
続くステップＳ１７では、本実施形態では被処理材１にバイアス電圧を継続して印加しつつ、第２ターゲット材３２に電圧を継続して印加してアーク放電を発生させる。換言すれば、ステップＳ１７においては、第１ターゲット材３１への電圧印加は停止される。これにより被処理材１に形成された第２中間層１４上に更に上部層１１が形成される。より具体的には、窒素雰囲気下において少なくとも第２ターゲット材３２に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材１を回転させることで、下地層１２（第２中間層１４）上に組成が上記した（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる上部層１１を形成する。
【００５４】
次いでステップＳ１８では、ステップＳ１７で電圧印加してから所定時間が経過したかが判断され、経過した場合にはステップＳ１９へと移行する。なお、このときの所定時間とは、ステップＳ１４やステップＳ１６と同様に、上記した上部層１１の層厚が確保される時間であり、実験やシミュレーションなどでこの所定時間がどの程度か事前に検討される。
【００５５】
続くステップＳ１９では、被処理材１上に本実施形態の硬質皮膜１０が形成されることで被膜材２０が製造されたことにより、上記した電圧の印加を停止するとともに当該被膜材を回転テーブル１０１から取り外して処理が完了する。上述したとおり、ターゲット材３１及びターゲット材３２を用いて硬質皮膜１０を被処理材１に形成する場合には、これらターゲット材の組成と硬質皮膜１０の各層における組成とは完全に一致してはいないがほぼ同等の組成の皮膜がそれぞれ形成される。
なお、ステップＳ１８とステップＳ１９の間に、冷却用窒素ガスをチャンバ１０９内に導入して被処理材１を冷却する冷却工程を更に有していてもよい。
また、ステップＳ１３、ステップＳ１５及びステップＳ１７において、本実施形態では被処理材１にバイアス電圧を印加した。しかしながら本発明は上記に限定されず、硬質皮膜１０が充分に成膜可能であれば被処理材１へのバイアス電圧は印加せずともよい。
【００５６】
≪第２実施形態≫
次に図４及び５を参照しつつ、本発明に好適な第２実施形態にかかる硬質皮膜１０が形成された被覆材２０Ｂ及びその表面処理方法を説明する。この第２実施形態における被覆材２０Ｂは、下地層１２と接触する被処理材１の表面に窒化処理層１５が形成されていることに主とした特徴がある。よって以下では、第１実施形態と同じ機能／構造のものには同一の参照番号を付してその説明は適宜省略する。
【００５７】
図４に示すように、被覆材２０Ｂは、被処理材１の表面に形成された窒化処理層１５、当該窒化処理層１５上に形成された下地層（第１中間層１３及び第２中間層１４）、及び上部層１１を含んで構成されている。
なお、下地層１２については、第１実施形態と同様に、第１中間層１３及び第２中間層１４のうち少なくとも１つを有していればよい。
【００５８】
窒化処理層１５は、被処理材１の表面に対して、例えば公知のプラズマを用いたラジカル窒化法（光輝窒化法、光輝プラズマ窒化法、光輝拡散窒化法などとも称される）によって窒化処理を施すことで形成できる。かようなラジカル窒化法により被処理材１と硬質皮膜１０間での急激な硬さ変化を緩和することができ、傾斜的な硬度変化を持たせることで硬質皮膜１０の密着力を向上させることができる。また、何らかの要因で外部応力が硬質皮膜１０に対して加わったとしても、この硬質皮膜１０の表面近傍における変形量抑制も可能となり、硬質皮膜１０が有する本来の特性を十分に発揮することが可能となる。
この窒化処理層１５の厚みとしては、特に制限はないが、例えば１μｍ〜３００μｍの範囲であることが好ましく、さらに５μｍ〜２００μｍであることがより好ましい。窒化処理層１５の厚みが５μｍ未満では窒化された層が浅すぎることにより十分な特性が得られない場合があり、２００μｍを超えると被処理材１の靱性値が大きく低下する可能性があるとともに窒化処理時間が増加することでコスト性も悪くなるからである。
【００５９】
図５には第２実施形態における表面処理方法に関するフローチャートを示す。
同図に示すように、まずステップＳ１０では、硬質皮膜１０が形成される前に、ラジカル窒化法を用いて被処理材１の表面を窒化処理する。
次いでステップＳ１１では、窒化処理を開始して所定の時間が経過したか否かが判断される。この所定の時間は、目的とする窒化処理層１５の厚みが確保されるまでの時間を指すが、実験やシミュレーションなどによって事前に計測される。
【００６０】
以上のステップＳ１０及びステップＳ１１を経ることで、被処理材１の表面に窒化処理層１５が形成される。
ステップＳ１２以降の処理については第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００６１】
≪実施例≫
以下により具体的な実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００６２】
＜実施例１＞
まず被処理材１としてＳＫＤ６１（合金工具鋼鋼材）からなるプレス用金型を用い、硬度は焼入れ焼戻しにより５０±１ＨＲＣ（ロックウェル硬さ）に調整した。
このプレス用金型に対して公知の洗浄処理等の事前準備を実施した後で、厚みが７０μｍとなるようにプラズマを用いたラジカル窒化法によってプレス用金型の表面に窒化処理層１５を形成した。
【００６３】
次いで、上記した表面処理装置１００のチャンバ１０９内にこのプレス用金型を搬入して回転テーブル１０１上に載置固定した。また、第１ターゲット材保持部１０２には上記ターゲット材３１を、第２ターゲット材保持部１０３には上記ターゲット材３２をそれぞれ設置した。
【００６４】
そして回転テーブル１０１を３．０ｒｐｍの速度で回転させてプレス用金型（被処理材１）を公転させつつ、アーク放電型イオンプレーティング法を用いて膜厚が１．６μｍとなるように、第１中間層１３として（Ａｌ３．２Ｗ１．８Ｃｒ９５．０）の窒化物層を形成した。なお下付き数値は、上述のとおり重量％を示している。
【００６５】
このとき、アーク電源１０５によって発生させたアーク放電電流値［Ａ］は、１５０Ａであった。また、バイアス電源１０６によってプレス用金型には３０Ｖのバイアス電圧を印加した。また、チャンバ１０９内に導入した窒素の導入圧力（コーティング時の炉内圧力であり、成膜圧力とも称する）は３．９９Ｐａとし、成膜時のチャンバ１０９内における雰囲気温度が４００℃となるように調整した。
【００６６】
第１中間層１３が形成された後に、同様にアーク放電型イオンプレーティング法を用いて、この第１中間層１３上に膜厚が０．９μｍとなるように第２中間層１４を形成した。この第２中間層１４は、第１組成群１４ａとして（Ａｌ２７．３Ｓｉ７．１Ｖ６．４Ｃｒ５９．２）の窒化物を主とする組成の層と、第２組成群１４ｂとして（Ａｌ３．２Ｗ１．８Ｃｒ９５．０）の窒化物を主とする組成の層とが積層された形態とした。
【００６７】
このとき、回転テーブル１０１の回転数は上記と同様に３．０ｒｐｍの速度とし、アーク電源１０５によって発生させたアーク放電電流値［Ａ］は１５０Ａであった。また、バイアス電源１０６によってプレス用金型には３０Ｖのバイアス電圧を印加した。また、チャンバ１０９内に導入した窒素の導入圧力は２．６６Ｐａとし、成膜時のチャンバ１０９内における雰囲気温度が４００℃となるように調整した。
【００６８】
そして第２中間層１４が形成された後に、同様にアーク放電型イオンプレーティング法を用いて、この第２中間層１４上に膜厚が５．２μｍとなるように上部層１１を形成した。この上部層１１としては、上記した（Ａｌ２７．３Ｓｉ７．１Ｖ６．４Ｃｒ５９．２）の窒化物層とした。
【００６９】
このとき、回転テーブル１０１の回転数は上記と同様に３ｒｐｍの速度とし、アーク電源１０５によって発生させたアーク放電電流値［Ａ］は１５０Ａであった。また、バイアス電源１０６によってプレス用金型には３０Ｖのバイアス電圧を印加した。また、チャンバ１０９内に導入した窒素の導入圧力は２．６６Ｐａとし、成膜時のチャンバ１０９内における雰囲気温度が４００℃となるように調整した。
【００７０】
＜ビッカース硬さ＞
以上により得られた硬質皮膜１０が形成されたプレス用金型（被膜材２０）におけるビッカース硬さ（ＨＶ）は、３５５９ＨＶであった。なお、このビッカース硬さは、株式会社マツザワ製のマイクロビッカース硬度計  ＷＨＴ−１を用い、試験荷重を０．０１Ｋｇｆとして測定した（表２中では「ＨＶ  ０．０１」と表記した。以下、同様の表記形態を使用。）。
なお、後述する実施例２以降も含めてビッカース硬さの測定については実際に測定した例を表２に記載するほか、測定が未実施の実施例については括弧付きで予測値を記載した（以下の各評価でも同様）。
加えて表２では、「耐摩耗性」の一つの指標として、ビッカース硬さが３３００Ｈｖ以上の例を◎とし、３０００Ｈｖ以上〜３３００Ｈｖ未満を〇とし、２０００Ｈｖ以上３０００Ｈｖ未満を△とし、２０００Ｈｖ未満を×としてそれぞれ評価した。
【００７１】
＜摺動特性（摩擦係数μ）＞
また、摺動特性として、ボールオンディスク試験により摩擦係数を算出した。試験に際しては、ＣＳＭ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社の「ＴＲＩＢＯＭＥＴＥＲ」を用いて以下の条件下で実施した。
・ボール：材質をＪＩＳ  ＳＵＪ２とし、母材硬さを８５０±５０Ｈｖ（０．１）とした。
・ディスク：材質をＪＩＳ  ＳＫＤ６１とし、母材硬さを５０±１ＨＲＣとし、面粗さＲａを０．１μｍ以下とした。
・荷重：１０Ｎ
・摺動距離：１５０ｍ
・摺動速度：０．１ｍ／ｓ
・摺動円直径：３０ｍｍ
・温度：室温（試験中は±２℃を維持）
・湿度：２５〜５０％（試験中は±５％を維持）
【００７２】
＜耐酸化性＞
耐酸化性として、６００、７００、８００、９００、９５０、１０００、１０５０、１１００および１１５０℃の各温度で、３０分間だけ大気中で加熱した後のビッカース硬度を測定し、２０００Ｈｖ（０．０１）以上のビッカース硬さが得られる最大温度を耐酸化性の指標とした。例えば表２中の実施例１においては、予測値として、２０００Ｈｖ（０．０１）以上のビッカース硬さが得られる最大温度が１１５０℃であるとの指標を示している。
なお、この耐酸化性の評価に際しては、試験機器として、ヤマト科学株式会社製のマッフル炉  ＦＰ４２と、株式会社マツザワ製のマイクロビッカース硬度計  ＷＨＴ−１をそれぞれ使用した。
【００７３】
＜室温密着力＞
密着力を評価する１つの指標として、日本機械学会が推奨する「皮膜に局所的な剥離」が初めて発生する荷重を臨界荷重（Ｎ）として測定するため、室温下でのスクラッチ試験を行った。
なお、この室温密着力の評価に際しては、ＣＳＭ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社の「ＳＣＲＡＲＣＨ−ＴＥＳＴＥＲ  ＲＥＶＥＴＥＳＴ」を用いた。
【００７４】
＜高温密着力＞
密着力を評価する他の１つの指標として、高温環境下に所定時間だけ晒された後における密着力を測定するための高温密着力を評価した。評価に際しては、一例として大気中で８５０℃程度の加熱環境下で５分程度置き、その後に室温まで自然冷却させた状態でスクラッチ試験を行った。
この高温密着力の評価としては、特に実施例１、２、５〜８における予測値が優れた結果を示していることが分かる。
【００７５】
また、得られたプレス用金型は、上記各評価に加え、耐摩耗性（ビッカース硬さ、実際の金型寿命をもとに予測し、表２内に相対的に評価した結果を◎〜×で記入）にも優れた特性を有していた。
【００７６】
＜実施例２＞
第１中間層１３の膜厚を１．５μｍとした。また、第２中間層１４を、第１組成群１４ａとして（Ａｌ３１．７Ｓｉ７．３Ｃｒ６１．０）の窒化物を主とする組成の層と、第２組成群１４ｂとして（Ａｌ３．２Ｗ１．８Ｃｒ９５．０）の窒化物を主とする組成の層とが積層された形態とした。
また、上部層１１としては、（Ａｌ３１．７Ｓｉ７．３Ｃｒ６１．０）の窒化物層とし、膜厚を５．８μｍとした。
その他は、実施例１と同様にした。
【００７７】
＜実施例３＞
被処理材１に対して窒化処理層１５の形成は省略した。
その他は、実施例１と同様にした。
【００７８】
＜実施例４＞
被処理材１に対して窒化処理層１５の形成は省略した。
その他は、実施例２と同様にした。
【００７９】
＜実施例５＞
下地層のうち第１中間層１３の形成は省略した。なお、第２中間層１４と上部層１１の膜厚は未測定とした。
その他は、実施例１と同様にした。
【００８０】
＜実施例６＞
下地層のうち第１中間層１３の形成は省略した。なお、第２中間層１４と上部層１１の膜厚は未測定とした。
その他は、実施例２と同様にした。
【００８１】
＜実施例７＞
下地層のうち第２中間層１４の形成は省略した。なお、第１中間層１３と上部層１１の膜厚は未測定とした。
その他は、実施例１と同様にした。
【００８２】
＜実施例８＞
下地層のうち第２中間層１４の形成は省略した。なお、第１中間層１３と上部層１１の膜厚は未測定とした。
その他は、実施例２と同様にした。
【００８３】
＜比較例１＞
被処理材１に対して窒化処理層１５の形成は省略し、下地層１２は形成せず、上部層１１としてＣｒＮ膜を膜厚が８．８μｍとなるように形成した。また、このＣｒＮ膜の成膜圧力を３．９９Ｐａとした。
その他は、実施例１と同様にした。
【００８４】
＜比較例２＞
被処理材１に対して厚みが７０μｍとなるように窒化処理層１５を形成した。
その他は、比較例１と同様にした。
【００８５】
＜比較例３＞
上部層１１として、（Ａｌ３．２Ｗ１．８Ｃｒ９５．０）の窒化物層を膜厚が７．５μｍとなるように形成した。
その他は、比較例２と同様にした。
【００８６】
＜比較例４＞
被処理材１に対し、第１中間層１３としてＣｒＮ膜を膜厚が１．８μｍとなるように形成した。また、第２中間層１４として、第１組成群１４ａとして（Ｓｉ５．７Ｃｒ９４．３）の窒化物を主とする組成の層と、第２組成群１４ｂとしてＣｒＮ層とが積層された形態とし、この第２中間層１４の膜厚を１．１μｍとした。さらに上部層１１として、（Ｓｉ５．７Ｃｒ９４．３）の窒化物層を膜厚が８．１μｍとなるように形成した。
その他は、比較例１と同様にした。
【００８７】
＜比較例５＞
被処理材１に対して厚みが７０μｍとなるように窒化処理層１５を形成した。また、第１中間層１３の膜厚を１．７μｍとし、第２中間層１４の膜厚を１．０μｍとし、上部層１１の膜厚を８．０μｍとした。
その他は、比較例４と同様にした。
【００８８】
＜比較例６＞
第１中間層１３として（Ａｌ３．２Ｗ１．８Ｃｒ９５．０）の窒化物層を膜厚が１．４μｍとなるように形成した。また、第２中間層１４として、第１組成群１４ａとして（Ｓｉ５．７Ｃｒ９４．３）の窒化物を主とする組成の層と、第２組成群１４ｂとして（Ａｌ３．２Ｗ１．８Ｃｒ９５．０）の窒化物を主とする組成の層とが積層された形態とし、この第２中間層１４の膜厚を０．８μｍとした。さらに上部層１１の膜厚を５．３μｍとした。
その他は、比較例４と同様にした。
【００８９】
＜比較例７＞
被処理材１に対して厚みが７０μｍとなるように窒化処理層１５を形成した。第１中間層１３の膜厚を１．５μｍとし、第２中間層１４の膜厚を０．９μｍとし、上部層１１の膜厚を６．０μｍとした。
その他は、比較例６と同様にした。
【００９０】
＜比較例８＞
第１中間層１３の膜厚を１．５μｍとした。また、第２中間層１４として、第１組成群１４ａとして（Ａｌ３１．７Ｓｉ７．３Ｃｒ６１．０）の窒化物を主とする組成の層と、第２組成群１４ｂとしてＣｒＮ層とが積層された形態とし、この第２中間層１４の膜厚を０．９μｍとした。さらに上部層１１として、（Ａｌ３１．７Ｓｉ７．３Ｃｒ６１．０）の窒化物層を膜厚が５．９μｍとなるように形成した。また、各層における成膜圧力を２．６６Ｐａとした。さらに、上部層１１の成膜圧力を２．６６Ｐａとした。
その他は、比較例４と同様にした。
【００９１】
＜比較例９＞
被処理材１に対して厚みが７０μｍとなるように窒化処理層１５を形成した。第１中間層１３の膜厚を１．６μｍとし、上部層１１の膜厚を６．２μｍとした。
その他は、比較例８と同様にした。
【００９２】
以上の実施例で用いた各種パラメータを表１に示すとともに、これら実施例に対する各評価結果を表２に示す。
【００９３】
【表１】
2019073755.tif 000003
【００９４】
【表２】
2019073755.tif 000004
【００９５】
なお上記した実施形態や実施例は一例であって、本願の趣旨を逸脱しない限りにおいて、実施形態および実施例などで説明した要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば実施例において成膜圧力は２．６６Ｐａとしたが、本発明はこれに限られない。成膜圧力は皮膜結晶構造、硬さ、密着力などに影響する因子であり、例えば０．２〜１０．０Ｐａの範囲の中で成膜圧力を変化させ、皮膜硬度と密着力でバランスの取れた成膜圧力を選択してもよい。
また、上記した実施形態や実施例では上部層１１の上には特に皮膜を形成しなかったが、当該上部層１１の上に公知の皮膜を適宜形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
以上説明したように、本発明の硬質皮膜や被膜材は、耐摩耗性や摺動特性などの諸特性を高次元で両立しており、種々の金型や工具などに適用が可能であって産業上の利用可能性が極めて高い。
【符号の説明】
【００９７】
１  被処理材
１０  硬質皮膜
１１  上部層
１２  下地層
１３  第１中間層
１４  第２中間層
１５  窒化処理層
２０  被膜材
３１、３２  ターゲット材
１００  表面処理装置
１０１  回転テーブル
１０２  第１ターゲット材保持部
１０３  第２ターゲット材保持部
１０４  アノード
１０５  アーク電源
１０６  バイアス電源
１０７  反応ガス導入部
１０８  排気部
１０９  チャンバ
【図１】
2019073755.tif 000005
【図２】
2019073755.tif 000006
【図３】
2019073755.tif 000007
【図４】
2019073755.tif 000008
【図５】
2019073755.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年12月27日(2017.12.27)
【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（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる上部層と、
前記上部層の直下に形成されると共に、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系窒化物からなる下地層と、
を含み、前記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、
１３≦ａ≦４１、
０．０３≦ｂ≦１５、
０≦ｃ≦１５、
ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）
を満足することを特徴とする硬質皮膜。
【請求項２】
前記下地層は、組成が（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物からなる第１中間層を含み、
前記ｅ、ｆ及びｇがそれぞれ重量％を示し、
０≦ｅ≦２０、
０≦ｆ≦１５、且つ、
ｇ＝１００−（ｅ＋ｆ）、
を満足する請求項１に記載の硬質皮膜。
【請求項３】
前記下地層は前記上部層と前記第１中間層の間に形成される第２中間層を含み、
前記第２中間層は、前記（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物を主とした第１組成群と、前記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物を主とした第２組成群と、が混在する請求項２に記載の硬質皮膜。
【請求項４】
前記第２中間層は、前記第１組成群の層と前記第２組成群の層とが交互に積層された状態である請求項３に記載の硬質皮膜。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の硬質皮膜で被覆された被覆材。
【請求項６】
減圧された窒素雰囲気下においてアーク放電式イオンプレーティング法を用いて硬質皮膜を被処理材に被覆する表面処理方法であって、
回転テーブル上に載置された被処理材を挟むように、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系第１ターゲット材と、組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）からなる第２ターゲット材とを対向させる第１工程と、
前記第１工程の後に、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記第１ターゲット材に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記被処理材上に前記Ａｌ及び前記Ｃｒを含むＡｌＣｒ系窒化物からなる下地層を形成する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記第２ターゲット材に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記下地層上に組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる上部層を形成する第３工程と、
を含み、
前記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、
１３≦ａ≦４１、
０．０３≦ｂ≦１５、
０≦ｃ≦１５、
ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）
を満足することを特徴とする表面処理方法。
【請求項７】
前記ＡｌＣｒ系第１ターゲット材は、組成が（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）からなり、
前記ｅ、ｆ及びｇがそれぞれ重量％を示し、
０≦ｅ≦２０、
０≦ｆ≦１５、且つ、
ｇ＝１００−（ｅ＋ｆ）、
を満足し、
前記第２工程では、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記ＡｌＣｒ系第１ターゲット材に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、組成が前記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物からなる第１中間層を前記被処理材上に形成する請求項６に記載の表面処理方法。
【請求項８】
前記第２工程と前記第３工程の間に、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記ＡｌＣｒ系第１ターゲット材及び前記第２ターゲット材にそれぞれ所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物を主とした第１組成群と、前記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物を主とした第２組成群と、が混在した第２中間層を前記第１中間層の上に形成する請求項７に記載の表面処理方法。
【請求項９】
前記第２工程の前に、ラジカル窒化法を用いて前記被処理材の表面を窒化処理することで窒化処理層を形成する請求項６〜８のいずれか一項に記載の表面処理方法。
【請求項１０】
アーク放電式イオンプレーティング用ターゲット材であって、下記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、
組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）であって、
１３≦ａ≦４１、
０．０３≦ｂ≦１５、
０≦ｃ≦１５、
ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）
を満たすことを特徴とするアーク放電式イオンプレーティング用ターゲット材。
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月4日(2018.4.4)
【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（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる上部層と、
前記上部層の直下に形成されると共に、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系窒化物からなる下地層と、
を含み、前記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、
１３≦ａ≦４１、
０．０３≦ｂ≦１５、
０＜ｃ≦１５、
ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）
を満足することを特徴とする硬質皮膜。
【請求項２】
前記下地層は、組成が（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物からなる第１中間層を含み、
前記ｅ、ｆ及びｇがそれぞれ重量％を示し、
０≦ｅ≦２０、
０≦ｆ≦１５、且つ、
ｇ＝１００−（ｅ＋ｆ）、
を満足する請求項１に記載の硬質皮膜。
【請求項３】
前記下地層は前記上部層と前記第１中間層の間に形成される第２中間層を含み、
前記第２中間層は、前記（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物を主とした第１組成群と、前記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物を主とした第２組成群と、が混在する請求項２に記載の硬質皮膜。
【請求項４】
前記第２中間層は、前記第１組成群の層と前記第２組成群の層とが交互に積層された状態である請求項３に記載の硬質皮膜。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の硬質皮膜で被覆された被覆材。
【請求項６】
減圧された窒素雰囲気下においてアーク放電式イオンプレーティング法を用いて硬質皮膜を被処理材に被覆する表面処理方法であって、
回転テーブル上に載置された被処理材を挟むように、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系第１ターゲット材と、組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）からなる第２ターゲット材とを対向させる第１工程と、
前記第１工程の後に、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記第１ターゲット材に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記被処理材上に前記Ａｌ及び前記Ｃｒを含むＡｌＣｒ系窒化物からなる下地層を形成する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記第２ターゲット材に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記下地層上に組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる上部層を形成する第３工程と、
を含み、
前記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、
１３≦ａ≦４１、
０．０３≦ｂ≦１５、
０＜ｃ≦１５、
ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）
を満足することを特徴とする表面処理方法。
【請求項７】
前記ＡｌＣｒ系第１ターゲット材は、組成が（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）からなり、
前記ｅ、ｆ及びｇがそれぞれ重量％を示し、
０≦ｅ≦２０、
０≦ｆ≦１５、且つ、
ｇ＝１００−（ｅ＋ｆ）、
を満足し、
前記第２工程では、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記ＡｌＣｒ系第１ターゲット材に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、組成が前記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物からなる第１中間層を前記被処理材上に形成する請求項６に記載の表面処理方法。
【請求項８】
前記第２工程と前記第３工程の間に、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記ＡｌＣｒ系第１ターゲット材及び前記第２ターゲット材にそれぞれ所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物を主とした第１組成群と、前記（ＡｌｅＷｆＣｒｇ）の窒化物を主とした第２組成群と、が混在した第２中間層を前記第１中間層の上に形成する請求項７に記載の表面処理方法。
【請求項９】
前記第２工程の前に、ラジカル窒化法を用いて前記被処理材の表面を窒化処理することで窒化処理層を形成する請求項６〜８のいずれか一項に記載の表面処理方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の一実施形態にかかる硬質皮膜は、（１）組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる上部層と、前記上部層の直下に形成されると共に、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系窒化物からなる下地層と、を含み、前記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、１３≦ａ≦４１、０．０３≦ｂ≦１５、０＜ｃ≦１５、ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）を満足することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
さらに、上記課題を解決するため、本発明の一実施形態にかかる表面処理方法は、（６）減圧された窒素雰囲気下においてアーク放電式イオンプレーティング法を用いて硬質皮膜を被処理材に被覆する表面処理方法であって、回転テーブル上に載置された被処理材を挟むように、金属成分としてＡｌ及びＣｒを含むＡｌＣｒ系第１ターゲット材と、組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）からなる第２ターゲット材とを対向させる第１工程と、前記第１工程の後に、前記窒素雰囲気下において少なくとも前記第１ターゲット材と前記被処理材との間に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記被処理材上に前記Ａｌ及び前記Ｃｒを含むＡｌＣｒ系の窒化物からなる下地層を形成する第２工程と、前記第２工程の後に、前記窒素雰囲気下において前記第２ターゲット材と前記被処理材との間に所定の電圧を印加しつつ当該被処理材を回転させることで、前記下地層上に組成が（ＡｌａＳｉｂＶｃＣｒｄ）の窒化物からなる上部層を形成する第３工程と、を含み、前記ａ、ｂ、ｃ及びｄがそれぞれ重量％を示し、１３≦ａ≦４１、０．０３≦ｂ≦１５、０＜ｃ≦１５、ｄ＝１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）を満足することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】