(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材表面上に、ＰＶＤ法により形成された、窒化バナジウム膜の第１層と、
前記第１層上に、ＰＶＤ法により形成された、炭窒化バナジウム膜の第２層であって、元素Ｖ、Ｃ、Ｎの原子組成比を
【化１】
0006478331.tif 000027
とするとき、ａ、ｂの原子比が
【数１】
0006478331.tif 000028
【数２】
0006478331.tif 000029
である第２層と、
前記第２層上に、ＰＶＤ法により形成された、炭化バナジウム膜の第３層であって、元素Ｃの原子組成比をＹとするとき、
【数３】
0006478331.tif 000030
であって、残部が元素Ｖである第３層と、
前記第３層上に、ＰＶＤ法により形成された、炭化バナジウム膜の第４層であって、元素Ｃの原子組成比をＸとするとき、
【数４】
0006478331.tif 000031
であって、残部が元素Ｖである第４層と、
を備え、
前記第１層のナノインデンター硬さによるビッカース換算値が１５００〜２０００、前記第２層のナノインデンター硬さによるビッカース換算値が２５００〜３０００、前記第３層及び第４層のナノインデンター硬さによるビッカース換算値が１９００〜２４００で、かつ第２層よりも低硬度であり、
前記第２層は、
【化４】
0006478331.tif 000032
または
【化５】
0006478331.tif 000033
の少なくとも一方に起因する六方晶に配向し、前記第３層は、
【化５】
0006478331.tif 000034
に起因する六方晶に配向していることを特徴とする硬質バナジウム系複合被膜が被覆されたことを特徴とする硬質バナジウム系複合被覆治工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は硬質バナジウム系複合被覆治工具に係り、特に、冷間加工で使用される金型、ウェット環境で使用される切削工具などに好適な治工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
成形金型や切削工具といった治工具類は高い耐摩耗性が要求され、その表面改質技術として、浸炭、窒化処理や、熱反応析出拡散法（ＴＲＤ法：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）、化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｏｎ）、物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法：Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｏｎ）などが採用されている。これによって、母材表面の高硬度化によって、耐摩耗性が改善され、治工具類の寿命延長が可能になった。
【０００３】
冷間加工用金型は、冷間工具鋼、熱間工具鋼、高速度鋼、超硬合金などで製作されるが、熱間加工に比較して高い寸法精度が求められるため、ＴＲＤ法、ＣＶＤ法のような１０００°Ｃ近い高温処理は好ましくない。そして、現在、冷間加工に対する寸法精度の要求はますます厳しくなりつつある。
【０００４】
一方、５００°Ｃ程度の低温処理が可能なＰＶＤ法は寸法精度の点で有利であり、特に、その中のイオンプレーティング法は、密着性を確保しつつ硬質被膜を母材表面に生成し得るので、現在、主流となっている。
【０００５】
イオンプレーティング法で生成される硬質被膜としては、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、または、これらをベースとして更に添加元素を加えた窒化物、炭窒化物系被膜が一般的であるが、ＴＲＤ法で使われるバナジウム炭化物もＰＶＤ法によって成膜されるようになった。
【０００６】
特許文献１のバナジウム系被膜の成膜方法では、バナジウムを蒸発源として、窒素ガス、炭化水素ガスを注入するイオンプレーティング法によって、基材（母材）側から、被膜最外表層に向かって窒化バナジウム（ＶＮ）、炭窒化バナジウム（ＶＣＮ）、炭化バナジウム（ＶＣ）を順に積層し、各層の膜種によって注入ガス量、ガス圧を調節している。
しかし、この成膜方法によって生成された積層構造は、被膜硬度を高めたときに、ＶＣ膜の特徴である低摩擦係数が維持されず、摩擦係数が高まり、成形金型や切削工具において被加工材の凝着やかじりが生じることがあった。
そして、発明者の検討の結果、ＶＮ膜、ＶＣＮ膜、ＶＣ膜の積層複合被膜では、金型における充分な成形性能、切削工具における充分な切削性能を発現できないことがあきらかとなった。
すなわち、特許文献１のバナジウム系被膜の成膜方法では、耐久性を充分高めることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許３９０９６５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような従来の問題を解消すべく創案されたもので、イオンプレーティング法によって耐久性に優れたバナジウム系複合被膜を形成し、硬質バナジウム系複合被覆治工具の限界寿命を延長することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、
本発明に係る硬質バナジウム系複合被覆治工具は、
母材表面上に、ＰＶＤ法により形成された、窒化バナジウム膜の第１層と、
前記第１層上に、ＰＶＤ法により形成された、炭窒化バナジウム膜の第２層であって、元素Ｖ、Ｃ、Ｎの原子組成比を
【化１】
0006478331.tif 000002
とするとき、ａ、ｂの原子比が
【数１】
0006478331.tif 000003
【数２】
0006478331.tif 000004
である第２層と、
前記第２層上に、ＰＶＤ法により形成された、炭化バナジウム膜の第３層であって、元素Ｃの原子組成比をＹとするとき、
【数３】
0006478331.tif 000005
であって、残部が元素Ｖである第３層と、
前記第３層上に、ＰＶＤ法により形成された、炭化バナジウム膜の第４層であって、元素Ｃの原子組成比をＸとするとき、
【数４】
0006478331.tif 000006
であって、残部が元素Ｖである第４層と、
を備え、
前記第１層のナノインデンター硬さによるビッカース換算値が１５００〜２０００、前記第２層のナノインデンター硬さによるビッカース換算値が２５００〜３０００、前記第３層及び第４層のナノインデンター硬さによるビッカース換算値が１９００〜２４００であり、かつ第２層よりも低硬度であり、
前記第２層は、
【化４】
0006478331.tif 000007
または
【化５】
0006478331.tif 000008
の少なくとも一方に起因する六方晶に配向し、前記第３層は、
【化５】
0006478331.tif 000009
に起因する六方晶に配向していることを特徴とする硬質バナジウム系複合被膜が被覆される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、バナジウム系複合被膜を治工具類に施すことで治工具の限界寿命の延長を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る硬質バナジウム系複合被覆治工具の実施例における硬質バナジウム系複合被膜の構成を示す表１である。
【図２】表１の硬質バナジウム系複合被膜における第１層の形成条件を示す表２である。
【図３】表１の硬質バナジウム系複合被膜における第２層の形成条件を示す表３である。
【図４】表１の硬質バナジウム系複合被膜における第３層、第４層の形成条件を示す表４である。
【図５】表１の硬質バナジウム系複合被膜の構成を決定するための表５である。
【図６】表１の実施例と、比較例による冷間圧延鋼板の深絞り加工を行った試験結果を示すグラフである。
【図７】表１の実施例と、比較例によるＳＵＳ３０４の深絞り加工を行った試験結果を示すグラフである。
【図８】表１の実施例と、比較例によるドリル切削試験を行った結果を示す表６およびグラフである。
【図９】図６、図７の深絞り加工の試験のための装置を示す正面図である。
【図１０】図９の装置に使用したダイスを示す平面図である。
【図１１】図１０のダイスを示す縦断面図である。
【図１２】図１１の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に本発明に係る硬質バナジウム系複合被覆治工具の好適な実施例を、図面を参照しつつ説明する。
【実施例】
【００１３】
硬質バナジウム系複合被覆治工具は母材表面に硬質バナジウム系複合被膜をＰＶＤ法により形成したもので、バナジウム系複合被膜は、母材表面から最外表層に向かって、第１層のＶＮ（窒化バナジウム）膜、第２層のＶＣＮ（炭窒化バナジウム）膜、第３層および第４層のＶＣ（炭化バナジウム）膜からなり、各層の仕様は図１の表１のとおりである。
【００１４】
表１には、各層の原子組成比、結晶性、ナノインデータ硬さのビッカース換算値（以下、単に「硬度」という。）を示す。
硬質バナジウム系複合被膜の第１層（ＶＮ膜）は、ナノインデータ硬さのビッカース換算値が１５００〜２０００である。
第２層（ＶＣＮ膜）は原子組成比が、Ｖ：０．５〜０．７、Ｃ：０．１〜０．３、Ｎ：残部、結晶性が六方晶であり、硬度２５００〜３０００である。
第３層（ＶＣ膜）は原子組成比が、Ｃ：０．２〜０．４、Ｖ：残部、結晶性が六方晶であり、硬度１９００〜２４００である。
第４層（ＶＣ膜）は原子組成比が、Ｃ：０．４〜０．６、Ｖ：残部、硬度１９００〜２４００である。
【００１５】
第１層〜第４層およびその比較例は、溶融蒸発型イオンプレーティング装置を用いてＰＶＤ法により超硬合金製テストピースに成膜した。そして、その硬度、密着性（硬度試験の際に生じるクラックを評価して判定する。）を、ロックウェル硬度計を用いた密着性と被膜のナノインデンター硬さによるビッカース換算値を評価した結果である。このナノインデンター硬さは、ナノインデンテーション法により測定される。具体的には、測定装置としてＣＳＭ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社（スイス）製の製品名ナノハードネステスターを用い、測定条件を荷重５ｍＮに調整して測定した。
【００１６】
硬質バナジウム系複合被膜の第１層を形成する条件を決定するための試験結果の代表的データを図２の表２に示す。表２には、試験されたＶＮ膜ＶＮ−１〜ＶＮ−５について、ＰＶＤ法のバイアス電圧、密着性、硬度を示す。
ＶＮ膜は、バイアス電圧の上昇に従って硬度が上昇し、ＶＮ−１〜ＶＮ−５に対してバイアス電圧を１５Ｖ、３０Ｖ、５０Ｖ、７０Ｖ、１５０Ｖと上昇させると、硬度は１２３３、１５５８、１７５９、１９９６、２５２２と増大し、ＶＮ−１〜ＶＮ−３はクラックが生じなかったが、ＶＮ−４で僅かなクラックが生じ、ＶＮ−５でクラックが発生した。以上のデータおよび、その他の試験結果を加味して評価した結果、表１の硬度範囲が設定された。
硬度増大にともなって、母材に対する密着性、靭性が低下し、硬度が２０００を超えると密着性、靭性の低下により、クラックが生じることが判明した。また、直上に位置する第２層（ＶＣＮ膜）との硬度ギャップが大きいと層間剥離を生じる可能性が高いため、硬度１２３３のＶＮ−１も排除すべきである。
以上から、バイアス電圧は、３０〜７０Ｖが好ましく、特に５０Ｖが望ましいと判断できる。
第１層は、複合被膜において密着性、耐久性を大きく左右する層であり、その密着性、耐久性は、その硬度に依存する。
【００１７】
図３における表３は、第１層と同様のイオンプレーティング装置によって、第１層上に積層せずに、第２層と同一組成のＶＣＮ膜単層膜を形成して試験した結果を示す。表３には、試験されたＶＣＮ膜ＶＣＮ−１〜ＶＣＮ−８について、ＰＶＤ法のバイアス電圧、原子組成比、結晶性、密着性、硬度を示す。
なお、結晶性については、ＥＰＭＡ（電子線プローブマイクロアナライザー）による被膜組成評価、ＸＲＤ（Ｘ線回折）による評価を行った。硬度については、ナノハードネステスターによる評価を実施し、密着性については、ロックウェル硬度計によって評価した。
【００１８】
第２層でクラックが生じなかったＶＣＮ−３〜ＶＣＮ−５は、原子組成比がＶ：０．６０〜０．６４、Ｃ：０．１２〜０．２５であり、その他の試験結果を加味して評価した結果、Ｖ：０．５〜０．７、Ｃ：０．１〜０．３が許容範囲となる。このとき、バイアス電圧は８０Ｖ〜１２０Ｖであり、対応する硬度は、２８６４、２６４９、２９１５であった。すなわち、バイアス電圧１００のときに、硬度が最低となり、密着性、靭性が高くなる。そして、他の試験結果を加味して評価した結果、硬度の許容範囲は、２５００〜３０００となる。ＶＣＮ−３〜ＶＣＮ−５の結晶性をＥＰＭＡ、ＸＲＤで評価したところ、
【化４】
0006478331.tif 000010
および
【化５】
0006478331.tif 000011
に起因した六方晶に配向していることが判明した。一方、ＶＣＮ−１は
【化４】
0006478331.tif 000012
に起因した立方晶、ＶＣＮ−２は
【化５】
0006478331.tif 000013
のみに起因した六方晶、
ＶＣＮ−７、ＶＣＮ−８はＶＮに起因した立方晶に配向している。ＶＣＮ−７、ＶＣＮ−８は、バイアス電圧１００に対して、組成比をＶ＞０．７、Ｖ＜０．５に変化させたとき、硬度上昇によるクラックが生じた例である。
【００１９】
以上の結果から、ＶＣＮ膜は、元素Ｖ、Ｃ、Ｎによる組成を、
【化１】
0006478331.tif 000014
とするとき、ａ、ｂの原子比が
【数１】
0006478331.tif 000015
【数２】
0006478331.tif 000016
のとき、
【化５】
0006478331.tif 000017
または
【化４】
0006478331.tif 000018
の少なくとも一方に起因した六方晶に配向し、バイアス電圧１００Ｖのときに、最低硬度の最適条件となる。
【００２０】
図４における表４のＶＣ３−１〜ＶＣ３−７は、第１層、第２層と同様のイオンプレーティング装置によって、第２層上に積層せずに、第３層と同一組成のＶＣ膜単層膜を形成して試験した結果を示す。第２層と同様、形成されたＶＣ膜単層膜について、ＥＰＭＡによる被膜組成評価、ＸＲＤによる結晶性評価、ナノハードネステスターによる硬度評価、ロックウェル硬度計による密着性評価を実施した。
【００２１】
第３層でクラックが生じなかったＶＣ３−２〜ＶＣ３−４は、原子組成比がＣ：０．２５〜０．４０であり、その他の試験結果を加味して評価した結果、Ｃ：０．２〜０．４が許容範囲となる。このときバイアス電圧は８０Ｖ〜１２０Ｖであり、対応する硬度は、１９０５、１９９５、２３１９であり、他の試験結果を加味して評価した結果、硬度１９００〜２４００が許容範囲となる。
ＶＣ３−２〜ＶＣ３−４の結晶性をＥＰＭＡ、ＣＲＤで評価したところ、
【化５】
0006478331.tif 000019
に起因した六方晶に配向していることが判明した。一方、ＶＣ３−１は、ＶＣに起因した立方晶、ＶＣ３−５〜ＶＣ３−７は、ＶＣに起因した立方晶に配向している。ＶＣ３−５は、バイアス電圧１５０Ｖで硬度が２６６４と高く、ＶＣ３−６、ＶＣ３−７は、バイアス電圧１００Ｖでありながら組成をＣ：０．８２、０．５８と変化させ、硬度が２８９０、２３７１に増大したものである。ＶＣ３−５、ＶＣ３−６、ＶＣ３−７はＶＣに起因した立方晶に配向している。
【００２２】
このように、
【化４】
0006478331.tif 000020
または
【化５】
0006478331.tif 000021
に起因した六方晶に配向した炭窒化バナジウムの第２層の上に、
【化５】
0006478331.tif 000022
に起因した六方晶に配向している第３層の炭化バナジウム膜を介在させることによって、外部からの負荷を緩衝することができ、硬質バナジウム系複合被膜の耐久性を向上させる。
【００２３】
図４における表４のＶＣ４−１〜ＶＣ４−７は、第１層、第２層と同様のイオンプレーティング装置によって、第３層上に積層せずに、第４層と同一組成のＶＣ膜単層膜を形成して試験した結果を示す。第２層と同様、形成されたＶＣ膜単層膜について、ＥＰＭＡによる被膜組成評価、ＸＲＤによる結晶性評価、ナノハードネステスターによる硬度評価、ロックウェル硬度計による密着性評価を実施した。
【００２４】
第４層でクラックが生じなかったＶＣ４−２〜ＶＣ４−４は、原子組成比がＣ：０．４３〜０．５９であり、その他の試験結果を加味して評価した結果、Ｃ：０．４〜０．６が許容範囲となる。このときバイアス電圧は３０Ｖ〜７０Ｖであり、対応する硬度は、２１３３、２３１９、２３９１であり、他の試験結果を加味して評価した結果、硬度１９００〜２４００が許容範囲となる。
ＶＣ４−２からＶＣ４−４の結晶性をＥＰＭＡ、ＣＲＤで評価したところ、ＶＣに起因した立方晶に配向していることが判明した。
一方、ＶＣ４−１は低バイアス電圧１５Ｖ時、Ｃ：０．６２、硬度１８９０、ＶＣ４−５は、高バイアス電圧１５０Ｖ時、Ｃ：０．３９、硬度２７５１となり、クラックを生じた。適正バイアス電圧の中央値５０Ｖにおいて、組成を変化させたＶＣ４−６，ＶＣ４−７は、ＶＣ４−６で、Ｃ：０．２９、硬度３１６１、ＶＣ４−７でＣ：０．６２、硬度２４１３となり、大きなクラックを生じた。
【００２５】
各層の被膜組成比及び成膜条件であるバイアス電圧は、第１層のＶＮ膜については３０〜７０Ｖ、第２層のＶＣＮ膜については８０〜１２０Ｖ、第３層のＶＣ膜については８０〜１２０Ｖ、第４層のＶＣ膜については３０〜７０Ｖとしたときに、最適な成膜が行われた。
また、第３層のＶＣ膜は、
【化２】
0006478331.tif 000023
【数３】
0006478331.tif 000024
第４層のＶＣ膜は、
【化３】
0006478331.tif 000025
【数４】
0006478331.tif 000026
以上の適正な成膜条件で形成された第１層〜第４層よりなる硬質バナジウム系複合被覆は、耐久性に優れるばかりでなく、摩擦係数も低く抑えられる。
特に、硬質バナジウム系複合被膜を、溶融蒸発型イオンプレーティング装置で形成したときは、ドロップレットが生成されず、極めて滑らかに仕上がるため、第４層ＶＣ膜の低摩擦係数を効果的に機能させて潤滑性を付与することが可能となる。
同じＰＶＤ法であっても、アークイオンプレーティング装置を使用すると、未蒸発、未反応の金属ドロップレットが生成され表面が粗くなりやすい。
【００２６】
溶融蒸発型イオンプレーティング装置を用いて先述の成膜方法で超硬合金製テストピース、冷間工具鋼ＳＫＤ１１製絞りダイス、高速度鋼（ＳＫＨ５１）製の直径６ｍｍストレートドリルに硬質バナジウム系複合被膜を成膜し、それぞれボールオンディスク試験による摩擦係数を、深絞り性能、切削性能を評価した結果を図５の表５、図６、図７に示す。
【００２７】
ボールオンディスク試験は、具体的には、測定装置として、ＣＳＭ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社（スイス）製の「トライボメーター」を用い、ＳＵＪ２製ボールを用いて荷重５Ｎ、回転速度１０ｃｍ／ｓｅｃ、回転半径３ｍｍ、走行距離１０００ｍ、ドライ環境で評価した。
【００２８】
図５における表５は、硬質バナジウム系複合被覆の各層を（ＶＮ−３、ＶＣＮ−４、ＶＣ３−３、ＶＣ４−３）、（ＶＮ−２、ＶＣＮ−３、ＶＣ３−３、ＶＣ４−３）、（ＶＮ−３、ＶＣＮ−５、ＶＣ３−２、ＶＣ４−４）、（ＶＮ−２、ＶＣＮ−４、ＶＣ３−４、ＶＣ４−２）の各組み合わせとした実施例（以上を発明例１、２、３、４と呼ぶ。）と、４層各層を（ＶＮ−１、ＶＣＮ−４、ＶＣ３−３、ＶＣ４−３）、（ＶＮ−３、ＶＣＮ−２、ＶＣ３−３、ＶＣ４−３）、（ＶＮ−３、ＶＣＮ−４、ＶＣ３−６、ＶＣ４−３）、（ＶＮ−３、ＶＣＮ−４、ＶＣ３−３、ＶＣ４−６）とした比較例１〜４、３層各層を（ＶＮ−３、ＶＣ３−３、ＶＣ４−３）、（ＶＮ−３、ＶＣＮ−４、ＶＣ４−３）とした比較例５、６、２層各層を（ＶＣ３−３、ＶＣ４−３）とした比較例７とを、摩擦係数、耐久性（限界寿命）について比較している。
【００２９】
摩擦係数は、発明例１〜４では０．２８〜０．３４であり、比較例１〜７では０．４４〜０．６８であった。すなわち、発明例１〜４は比較例１〜７に比較して摩擦が軽減され、安定している。比較例１、３、４は走行初期に層間で被膜が剥がれ落ち、摩擦係数が高くなった。このため、比較例１、３、４は著しく耐久性に欠けると判断し、深絞り性能、切削性能の評価を中止した。比較例２は層間の被膜剥がれは生じなかったが、摩擦係数は０．５を超えた。比較例５、７は摩擦係数は比較的低かった。比較例６は初期からかじるような摩擦挙動を示したが、剥がれることなく１０００ｍ走行した。
【００３０】
比較例１はＶＮ−１が非常に硬いため、負荷を緩衝することができず、剥がれを誘発した。比較例３はＶＣ３−６がその直下の層の結晶性に倣わないため、ＶＣ３−６を起点に層間で剥がれが生じた。比較例４は、ＶＣ４−６が３０００を越える高硬度のため、せん断応力が大きくなり、摩擦係数が高まり、剥がれが生じた。
【００３１】
比較例５、７の摩擦係数が低いのは、ＶＣ３−３、ＶＣ４−３が効果的に機能した結果であり、比較例６は第３層（ＶＣ膜）が介在しない構成のため、第４層のＶＣ４−３が磨滅したときに、第２層（ＶＣＮ膜）が露出して、結果的に摩擦係数が増大した。
また、比較例２は、第２層が硬度の許容範囲２５００〜３０００を超えるＶＣＮ−２であるために、本発明の条件を満足しない。
【００３２】
以上の結果から、本実施例の積層複合被膜は、最外表層のＶＣ４−２、ＶＣ４−３、ＶＣ４−４が低摩擦性能を発揮するためには、第１層のＶＮ−２、ＶＮ−３、第２層のＶＣＮ−３、ＶＣＮ−４、ＶＣＮー５、第３層のＶＣ３−２、ＶＣ３−３、ＶＣ３−４が介在することが必須であることが確認された。
【００３３】
以下に図９〜図１２の深絞りプレス試験の評価事例を挙げる。
【００３４】
溶融蒸発型イオンプレーティング装置を用いた成膜方法で冷間工具鋼ＳＫＤ１１製絞りダイスに硬質バナジウム系複合被膜を成膜した冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）及びステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）のブランク材１４０を、完全脱脂状態での深絞り試験を行った。なお、図中、１００はパンチ、１２０はブランクホルダ、１６０はダイスホルダ、１６２はダイス、Ｃ４はダイスのＲ部であり、ｄはダイス内径の勾配である。
【００３５】
それぞれの材料に対して１００ショット定数加工したときのパンチ１００に掛かる加工力の挙動から絞り性を評価した。評価したのは表５における発明例１〜４のほか、比較例２、５、６、７の５種類で、加工力の平均値は表５に、加工力の挙動は図６、７に示す。
【００３６】
図６、７から、発明例１は加工力が低く安定している。早期にダイス１６２のＲ部Ｃ４に冷間圧延鋼板が摩擦凝着したために比較例６は３ショット、比較例２は２１ショットで試験を中断せざるを得なかった。比較例７に関しては定数加工１００ショットまで加工できたものの、加工力が上下に大きく変動しており、凝着と凝着物の外れが繰り返し生じていることがわかる。比較例１は比較的低い加工力を示しているが、ところどころで凝着物の影響が挙動に現れている。
【００３７】
図６、７から本発明は加工力が極めて低いことがわかる。一方、ダイスのＲ部Ｃ４にステンレス鋼が早期に摩擦凝着したために比較例２、比較例６はそれぞれ６ショットで試験を中断せざるを得なかった。比較例５、比較例７は１００ショットまで加工できたものの、全体的に加工力が高く、加工力が上下に暴れていることが確認された。
【００３８】
以上の結果から、本発明であるバナジウム系複合被膜はＳＰＣＣ、ＳＵＳ３０４、いずれの材料に対しても、低い加工力で絞ることが可能であり、結果的に被加工材が凝着しにくいことが推測できる。
【００３９】
溶融蒸発型イオンプレーティング装置を用いて先述の成膜方法で高速度鋼（ＳＫＨ５１）製直径６ｍｍストレートドリルにバナジウム系複合被膜を成膜し、穴明け加工ができなくなったときの限界寿命で切削性能を評価した結果を、図８のグラフおよび同図の表６に示す。
【００４０】
ドリル切削条件は被削材ＳＣＭ４４０Ｃ（硬さ２８ＨＲＣ）、周速４０．７ｍ／ｍｉｎ、送り速度：２００ｍ／ｍｉｎ、送り０．０９ｍｍ／ｒｅｖ、止まり穴１５ｍｍを水溶性切削液を用いた環境で穴明け加工した。
【００４１】
図８から本発明は加工初期の異音がなく、最も穴明け加工数を伸ばすことができた。比較例２は早期に焼き付き１５穴で加工が終了となった。比較例５、比較例６、比較例７は加工初期化から削るときの音が大きく、早期に加工不能となった。
【００４２】
比較例２は極めて高硬度なＶＣＮ―１が介在することでＶＮ−３との硬さギャップが大きく、結果的に切削加工時の負荷を緩衝できず、層間剥離を発生して早期に寿命を迎えた。比較例２はＶＣ３−３が介在しないため、ＶＣＮ−３とＶＣ３−３との界面層間剥がれが発生した。比較例３はＶＮ−３、ＶＣＮ−３といった強固な下地層が設けられていないため、ＶＣ３−３、ＶＣ４−３の低摩擦係数を示す被膜の特徴を充分に発揮することができなかった。
【００４３】
以上の結果から、本発明の硬質バナジウム系複合被膜は最適化が図られたＶＮ−３やＶＣＮ−３といった被膜の介在が切削性能に好影響を与えることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上の実施例では、治工具について硬質バナジウム系複合被膜を形成したが、本発明に係る硬質バナジウム系複合被膜を、耐摩耗性が要求される機械部品、例えば、軸受その他の摺動機械部品に適用し得ることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１００  パンチ
１２０  ブランクホルダ
１４０  ブランク材
１６０  ダイスホルダ
１６２  ダイス
Ｃ４    ダイスのＲ部
ｄ      ダイス内径の勾配
【図１】
0006478331.tif 000035
【図２】
0006478331.tif 000036
【図３】
0006478331.tif 000037
【図４】
0006478331.tif 000038
【図５】
0006478331.tif 000039
【図６】
0006478331.tif 000040
【図７】
0006478331.tif 000041
【図８】
0006478331.tif 000042
【図９】
0006478331.tif 000043
【図１０】
0006478331.tif 000044
【図１１】
0006478331.tif 000045
【図１２】
0006478331.tif 000046