(57)【要約】硬質且つ耐摩耗性を有する硬質潤滑被膜および硬質潤滑被膜被覆工具を提供する。（ＣｒａＭｏｂＷｃＶｄＢｅ）１−ｘ−ｙ−ｚＣｘＮｙＯｚの酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物から成るＡ層２２と、Ｗ（１−ｆ）Ｎｆから成るＢ層２４とが、交互に２層以上積層して形成されるものであり、Ａ層２２に係る原子比ａないしｅおよびｘ、ｙ、ｚおよびｘ＋ｙ＋ｚは所定の範囲内にあるものであり、Ｂ層２４に係る原子比ｆは０．３≦ｆ≦０．６であり、且つ、Ａ層２２の膜厚Ｄ１は２ｎｍ以上５００ｎｍ以下、Ｂ層２４の膜厚Ｄ２は１ｎｍ以上５００ｎｍ以下、総膜厚Ｄは０．１μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲内であるため、硬質且つ耐摩耗性を有する硬質被膜１０およびエンドミル１２を得ることができる。
2015079590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の表面に被覆される硬質潤滑被膜であって、
（ＣｒａＭｏｂＷｃＶｄＢｅ）１−ｘ−ｙ−ｚＣｘＮｙＯｚの酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物から成るＡ層と、Ｗ（１−ｆ）Ｎｆから成るＢ層とが、交互に２層以上積層された硬質潤滑被膜であって、
前記Ａ層に係る原子比ａは０．２≦ａ≦０．７、ｂは０．０５≦ｂ≦０．６、ｃは０≦ｃ≦０．３、ｄは０≦ｄ≦０．０５、ｅ＝１−ａ−ｂ−ｃ−ｄは０≦ｅ≦０．０５、ｘは０≦ｘ≦０．６、ｙは０≦ｙ≦０．６、ｚは０＜ｚ≦０．２、ｘ＋ｙ＋ｚは０．３≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．６であり、
前記Ｂ層に係る原子比ｆは０．３≦ｆ≦０．６であり、
且つ、前記Ａ層の膜厚は２ｎｍ以上５００ｎｍ以下、前記Ｂ層の膜厚は１ｎｍ以上５００ｎｍ以下、総膜厚は０．１μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲内であることを特徴とする硬質潤滑被膜。
【請求項２】
前記Ａ層は結晶相とアモルファス相とが混在した複相組織であることを特徴とする請求項１に記載の硬質潤滑被膜。
【請求項３】
請求項１または２の硬質潤滑被膜により被覆されたことを特徴とする硬質潤滑被膜被覆工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、母材の表面に被覆して設けられる硬質潤滑被膜およびその硬質潤滑被膜が被覆された硬質潤滑被膜被覆工具に関し、特に、硬質及び耐摩耗性を共に向上させるための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素鋼、ステンレス、および軟鋼などの材料を切削加工するドリルやタップ等の穴加工用工具には、被削材を切削するに必要な硬度や工具寿命を長くすることにつながる耐摩耗性などの性質が求められる。そのため、切削工具の母材表面には、耐摩耗性を向上させるために硬質被膜が被覆して設けられる。この切削工具用硬質被膜としては、ＴｉＮ系、ＣｒＮ系、ＴｉＣＮ系、及びＴｉＡｌＮ系などのコーティングが広く用いられており、その性能を更に向上させるために改良が図られている。例えば、特許文献１および特許文献２に記載された硬質積層被膜がそれである。【０００３】
たとえば特許文献１においては、ＴｉaＣｒbＡｌcＭｏ1-a-b-cの窒化物又は炭窒化物から成る第１被膜層と、ＴｉdＣｒeＡｌ1-d-eの窒化物又は炭窒化物から成る第２被膜層とが、交互に２層以上積層された多層膜から構成される硬質積層被膜が、また特許文献２においては、ＴｉaＣｒbＡｌcＭｏ1-a-b-cの窒化物又は炭窒化物から成る単層膜から構成される硬質積層被膜がそれぞれ提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１１５９２４
【特許文献２】特開２０１２−１１５９２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述したような従来の技術により硬質積層被膜が形成された母材では、潤滑性や耐摩耗性が依然として十分ではなく、それ故に欠損や摩耗により母材から構成される切削工具は早期寿命に至る場合があるという問題があった。したがって、硬質且つ耐摩耗性を有する硬質積層被膜の開発が求められていた。【０００６】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、硬質且つ耐摩耗性を有する硬質潤滑被膜および硬質潤滑被膜被覆工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、以上の事情を背景として鋭意研究するうち、チタン（Ｔｉ）は酸化しやすいため、被膜を構成する元素としてＴｉを含めないことを意図して、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、バナジウム（Ｖ）およびホウ素（Ｂ）をＡ層、またタングステン（Ｗ）をＢ層の構成元素とし、さらにＡ層に酸素を導入すると、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＶの酸炭化物、酸窒化物又は酸炭窒化物から成る結晶の微細組織が形成されるため、高硬度でありながら一層高潤滑性が得られるという事実を見出した。本発明はこのような知見に基づいて為されたものである。Ａ層の上記結晶はＢ層との積層構造において層の厚みにより結晶成長が抑制されて被膜の硬度を高める微細な結晶構造が生成されるとともに、上記Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＶの酸炭化物、酸窒化物又は酸炭窒化物の結晶は、モリブデン硫化物或いは窒化物と類似した固体潤滑構造を有しているために被膜の潤滑性が高められると推定される。【０００８】
すなわち、第１発明の要旨とするところは、母材の表面に被覆される硬質潤滑被膜であって、（ＣｒａＭｏｂＷｃＶｄＢｅ）１−ｘ−ｙ−ｚＣｘＮｙＯｚの酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物から成るＡ層と、Ｗ（１−ｆ）Ｎｆから成るＢ層とが、交互に２層以上積層された硬質潤滑被膜であって、前記Ａ層に係る原子比ａは０．２≦ａ≦０．７、ｂは０．０５≦ｂ≦０．６、ｃは０≦ｃ≦０．３、ｄは０≦ｄ≦０．０５、ｅ＝１−ａ−ｂ−ｃ−ｄは０≦ｅ≦０．０５、ｘは０≦ｘ≦０．６、ｙは０≦ｙ≦０．６、ｚは０＜ｚ≦０．２、ｘ＋ｙ＋ｚは０．３≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．６であり、前記Ｂ層に係る原子比ｆは０．３≦ｆ≦０．６であり、且つ、前記Ａ層の膜厚は２ｎｍ以上５００ｎｍ以下、前記Ｂ層の膜厚は１ｎｍ以上５００ｎｍ以下、総膜厚は０．１μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲内であることを特徴とする硬質潤滑被膜および硬質潤滑被膜が被覆された硬質潤滑被膜被覆工具にある。【０００９】
また、第２発明の要旨とするところは、前記第１発明の硬質潤滑被膜において、前記Ａ層は結晶相とアモルファス相とが混在した複相組織であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明の硬質潤滑被膜によれば、上述のように、（ＣｒａＭｏｂＷｃＶｄＢｅ）１−ｘ−ｙ−ｚＣｘＮｙＯｚの酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物から成るＡ層と、Ｗ（１−ｆ）Ｎｆの窒化物から成るＢ層とが、交互に２層以上積層して形成されたものであることから、積層されたＡ層にはＭｏ、ＷおよびＶの酸化物、酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物から成る微細組織が形成されることにより被膜の硬度が高められ、且つＭｏ、ＷおよびＶの酸化物、酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物は固体潤滑性を有していることにより被膜の潤滑性が高められるので、硬質且つ耐摩耗性を有する硬質潤滑被膜および硬質潤滑被膜被覆工具を得ることができる。【００１１】
第２発明の硬質潤滑被膜によれば、Ａ層は結晶相とアモルファス相とが混在した複相組織である。このように、Ｍｏ、ＷおよびＶの酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物から成る微細なＮａＣｌ構造の結晶相（δ−（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ）Ｎおよびγ−Ｍｏ２Ｎなど）とアモルファス相との複相組織が形成されることにより、硬質且つ耐摩耗性を有する硬質潤滑被膜および硬質潤滑被膜被覆工具を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一例の硬質被膜が被覆されたエンドミルを軸線Ｃに垂直な方向から見た正面図である。
【図２】図１のエンドミルの表面部分の積層構造を説明するための概念的な断面図である。
【図３】図１のエンドミルを形成するためのプロセスチャートである。
【図４】図１のエンドミルを形成する際に好適に用いられるスパッタリング装置を説明する概略構成図である。
【図５】本発明の硬質被膜の効果を検証するための摩擦摩耗試験に用いられた摩耗摩擦試験機の構成を示す図である。
【図６】ナノインデンテーション法により得られた膜の硬さＨ（ＧＰａ）と摩擦摩耗試験により得られた摩擦係数μを試験品１〜４０および比較品１〜６ごとに示したグラフである。
【図７】硬質被膜の摩擦摩耗試験における試験時間の経過に伴う摩擦係数の推移を示すグラフである。
【図８】摩擦摩耗試験において用いられた試験品３５のテストピースの半球状端部における硬質被膜の摩耗痕の写真であり、（ａ）マイクロスコープ（ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ）により撮影した写真、（ｂ）走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真、（ｃ）ＳＥＭによるＥＤＳ分析の酸素分析結果を示す写真である。
【図９】摩擦摩耗試験において用いられた試験品１２のテストピースの半球状端部における硬質被膜の摩耗痕の写真であり、（ａ）マイクロスコープ（ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ）により撮影した写真、（ｂ）走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真、（ｃ）ＳＥＭによるＥＤＳ分析の酸素分析結果を示す写真である。
【図１０】摩擦摩耗試験において用いられた比較品６のテストピースの半球状端部における硬質被膜の摩耗痕の写真であり、（ａ）マイクロスコープ（ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ）により撮影した写真、（ｂ）走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真、（ｃ）ＳＥＭによるＥＤＳ分析の酸素分析結果を示す写真である。
【図１１】試験品１の硬質被膜におけるＡ層の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の硬質潤滑被膜の一実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は本発明の一実施例である硬質被膜１０が被覆されたエンドミル１２をその軸線Ｃに垂直な方向から見た正面図である。図１に示すように、エンドミル１２は、例えば超硬合金にて構成される工具母材１４にシャンク及び刃部１６が一体に設けられた回転切削工具である。この刃部１６には、切れ刃として外周刃１８及び底刃２０が設けられており、図示しない切削装置に取り付けられてその切削装置により軸線Ｃまわりに回転駆動させられることにより、上記外周刃１６及び底刃１８によって被削材に対する切削加工が行われる。なお、硬質被膜１０は本発明の硬質潤滑被膜に、工具母材１４は本発明の母材に、またエンドミル１２は本発明の硬質潤滑被膜被覆工具にそれぞれ相当する。【００１５】
図２は、図１のエンドミル１２の表面部分の積層構造を説明するための概念的な断面図である。この図２に示すように、上記エンドミル１２の表面には、その表面を被覆して硬質被膜１０がコーティングされている。図１の斜線部は、上記エンドミル１２においてこの硬質被膜１０が設けられた部分が示されており、硬質被膜１０は、好適には、エンドミル１２における刃部１６に対応する工具母材１４の表面に被覆して設けられる。【００１６】
図２から明らかなように、本実施例の硬質被膜１０は、酸素元素を含むＡ層２２とタングステン（Ｗ）を含むＢ層２４とが交互に２層以上積層された多層膜であり、斯かるＡ層２２及びＢ層２４は、以下に示す化学組成を満足する材料から構成される。すなわち、Ａ層２２は、（ＣｒａＭｏｂＷｃＶｄＢｅ）１−ｘ−ｙ−ｚＣｘＮｙＯｚの酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物であって、原子比ａは０．２≦ａ≦０．７、ｂは０．０５≦ｂ≦０．６、ｃは０≦ｃ≦０．３、ｄは０≦ｄ≦０．０５、ｅ＝１−ａ−ｂ−ｃ−ｄは０≦ｅ≦０．０５、ｘは０≦ｘ≦０．６、ｙは０≦ｙ≦０．６、ｚは０＜ｚ≦０．２、ｘ＋ｙ＋ｚは０．３≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．６である。Ａ層２２において、モリブデン硫化物或いは窒化物と類似した固体潤滑構造を有するＭｏ、ＷおよびＶの酸化物、酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物から成る微細組織が形成される。硬質被膜１０におけるＡ層２２としては、たとえば（Ｃｒ0.4Ｍｏ0.6）0.52Ｎ0.38Ｏ0.1などが好適に例示される。また、Ｂ層２４は、Ｗ（１−ｆ）Ｎｆであって、原子比ｆは０．３≦ｆ≦０．６である。硬質被膜１０におけるＢ層２４としては、たとえばＷ0.70Ｎ0.30などが好適に例示される。【００１７】
また、硬質被膜１０において、Ａ層２２の膜厚Ｄ１は２ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内、Ｂ層２４の膜厚Ｄ２は１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内、硬質被膜１０の総膜厚Ｄは０．１μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲内とされる。すなわちＡ層２２及びＢ層２４の積層数は、硬質被膜１０の総膜厚Ｄ及び各被膜層２２、２４の膜厚Ｄ１、Ｄ２に係る上記数値範囲を逸脱しない限りにおいて適宜定められるが、少なくともＡ層２２およびＢ層２４を１層ずつ有する多層膜であればよい。また、硬質被膜１０における複数のＡ層２２の膜厚Ｄ１はすべて等しいものであってもよいし、上記数値範囲内で相互に異なるものであってもよい。同様に、硬質被膜１０における複数のＢ層２４の膜厚Ｄ２はすべて等しいものであってもよいし、上記数値範囲内で相互に異なるものであってもよい。【００１８】
また、硬質被膜１０において、Ａ層２２及びＢ層２４の積層順は、好適には、図２に示すように工具母材１４側からＡ層２２、Ｂ層２４、・・・、Ａ層２２、Ｂ層２４の順で積層されたものである。すなわち、硬質被膜１０の基層（工具母材１４と接する最下層）はＡ層であり、表層（硬質被膜１０の最上層）は、Ｂ層とされる。【００１９】
次に、工具母材１４の刃部１６が硬質被膜１０により被膜されたエンドミル１２を形成する工程を図３および図４を参照して詳細に説明する。図３は図１のエンドミル１２を形成するためのプロセスチャートであり、図４は図１のエンドミル１２を形成する際に好適に用いられるスパッタリング装置２６を説明する概略構成図（模式図）である。【００２０】
図３における母材の研削工程Ｐ１では、工具母材１４の基材である超硬合金に対して研削が施されて工具母材１４が得られる。たとえば、先ず工具母材１４の大まかな形すなわち軸心を有する円柱状の形状を形成するために超硬合金に対して円筒研が施される。次に、円柱状形状の一端部側の外周側面に螺旋状の溝などを形成する溝研が施される。最後に、溝が形成されることにより生じる凸部が被削材を切削するための外周刃や底刃となるようにその先端に対して刃研が施される。次に、洗浄工程Ｐ２では、硬質被膜１０の被覆に先立って工具母材１４の表面が洗浄される。エッチング工程Ｐ３では、スパッタリング装置２６により前処理として工具母材１４の表面が粗面化される。被膜１０の成膜工程Ｐ４では、スパッタリング装置２６により工具母材１４の刃部に対して硬質被膜１０が被覆されてエンドミル１２が形成される。検査工程Ｐ５では、硬質被膜１０が被覆されたエンドミル１２が切削工具としての使用基準を満たしているか否かの判定をするための検査が行われる。【００２１】
次に、スパッタリング装置２６により行われる上記エッチング工程Ｐ３および上記被膜の成膜工程Ｐ４に関して図４を参照してさらに詳細に説明する。スパッタリング装置２６はチャンバー２８とチャンバー２８の底面の略中心の貫通穴を通じて貫通される回転軸と回転軸のチャンバー２８内部側の一端部に固設された円盤状の基台３０とを備えている。先ず、円盤状の基台３０上には、基台３０の中心から等間隔の位置にある円周上において周方向に互いに等間隔で研削工程Ｐ１で得られた複数本の工具母材１４が基台３０に自転可能に設置される。図示しないヒーターにより工具母材１４が約５００℃まで昇温され、チャンバー２８内が所定の圧力以下の真空度に保たれつつチャンバー２８内にアルゴン（Ａｒ）ガスが導入される。この状態でバイアス電源３２により工具母材１４にたとえば−２００〜−５００Ｖのバイアス電圧がかけられ、Ａｒガス中で発生したグロー放電により生じたＡｒイオンによる工具母材１４の表面のエッチング処理が行われる。エッチング処理終了後、チャンバー２８内からＡｒガスが排気される。上記のようにしてエッチング工程Ｐ３が終了した後、引き続き被膜の成膜工程Ｐ４が行われる。すなわち、硬質被膜１０を構成するＣｒ、Ｍｏ、Ｗ等のターゲット３４、３５に電源３６により一定のカソード電圧（たとえば−１００〜−５００Ｖ程度）を印加するとともに、バイアス電源３２により前記工具母材１４に一定の負のバイアス電圧（例えば−１００Ｖ程度）を印加することにより、アルゴンイオンＡｒ+を上記ターゲット３４、３５に衝突させてＣｒ、Ｍｏ、Ｗ等の構成物質を叩き出しイオン化させる。上記電源３６及びバイアス電源３２により印加される電圧はコントローラ３８により制御される。チャンバー２８内には、アルゴンガスの他に窒素ガス（Ｎ2）、炭化水素ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2）あるいは酸素ガス（Ｏ２）の反応ガスが所定の流量、圧力で選択的に導入され、その窒素原子（Ｎ）、炭素原子（Ｃ）あるいは酸素原子（Ｏ）がターゲット３４、３５から叩き出されたＣｒ、Ｍｏ、Ｗなどと結合してＡ層２２としてたとえば（Ｃｒ0.4Ｍｏ0.6）0.52Ｎ0.38Ｏ0.1のような酸窒化物、（Ｃｒ0.6Ｍｏ0.35Ｗ0.03Ｖ0.01Ｂ0.02）0.45Ｃ0.4Ｎ0.1Ｏ0.05のような酸炭窒化物が形成され、Ｂ層２４としてたとえばＷ0.45Ｎ0.55のような窒化物が形成される。そして、工具母材１４は、チャンバー２８に対して回転させられる基台３０上においてさらに基台３０に対して回転させられるため、それらは工具母材１４の表面に均質な硬質被膜１０として被覆させられる。ここで、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＶおよびＢに係る組成比の制御および成膜時の各種反応ガスの制御により、あるいは成膜時の各種反応ガスの制御のみで、Ａ層２２およびＢ層２４の被覆が成膜される。たとえば、Ｂ層２４の被覆の際には反応ガスとしての炭化水素ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2）および酸素（Ｏ2）ガスは不要なため、炭化水素ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ2）および酸素（Ｏ2）ガスのチャンバー２８内への導入がオフとされることによりＢ層２４が形成される。そして、反応ガスの切替えおよびターゲット３４、３５の選択に応じてＡ層２２とＢ層２４との工具母材１４への交互の被覆が繰り返されて、最終的に硬質被膜１０が被覆されたエンドミル１���が形成される。【００２２】
このようにエンドミル１２に被覆された硬質被膜１０は、（ＣｒａＭｏｂＷｃＶｄＢｅ）１−ｘ−ｙ−ｚＣｘＮｙＯｚの酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物であるＡ層２２と、Ｗ（１−ｆ）Ｎｆの窒化物であるＢ層２４とが交互に積層されて成る、すなわちＡ層２２の薄膜界面にＢ層２４が挿入されて成るものであるため、Ａ層およびＢ層を構成する被膜粒子の粒径がさらに小さくなり微細組織構造が形成されることから低摩耗性や摩擦寿命が向上し、耐摩耗性に優れ、ひいてはエンドミル１２の工具寿命の向上に帰結する。また、硬質被膜１０は、スパッタリング装置２６において、反応ガスの導入の有無およびターゲット３４、３５の選択が行われ、Ａ層２２を構成する薄膜組成が精密に制御されて成るものであることから、高温条件下における低摩擦特性および耐摩耗性に優れる。【００２３】
続いて、本発明の効果を検証するために本発明者等が行った試験について図５ないし図１１、表１および表２に基づいて詳細に説明する。【００２４】
表１は本試験に供された試験品１〜４０および比較品１〜６のＡ層とＢ層の各薄膜組成を示し、表２は試験品１〜４０および比較品１〜６のＡ層とＢ層の各膜厚および総膜厚と各試験の結果が示されている。なお、試験品１〜４０は硬質被膜１０の各被膜構造および膜厚の条件を満たすものであり、比較品１〜６は硬質被膜１０に要求される条件を満たさないものである。【００２５】
表２における膜の硬さＨ（ＧＰａ）は以下のようにして求めた。先ず直径６ｍｍφの超硬合金製のピンから成るテストピースの半球状の端面に表１に示す各被膜構造、膜厚の条件を満たすように硬質被膜を被覆させ、膜の硬さ試験に供する試験品１〜４０および比較品１〜６の各テストピース４０を図３のＰ２、Ｐ３、Ｐ４に示す工程と同様の工程で作成した。作成した上記テストピース４０についてナノインデンテーション法にしたがってそれぞれの膜の硬さを測定した。すなわち、先端がダイヤモンドチップから成る三角錐型（バーコビッチ型）の圧子を硬質被膜が被覆された上記テストピース４０の表面に荷重Ｐで押し込み、圧子の下の射影面積Ａを算出した。なお、荷重Ｐを面積Ａで割ることで膜の硬さＨ（ＧＰａ）が算出される。【００２６】
また、表２における摩擦係数μは摩擦摩耗試験を行い、以下のようにして求めた。先ずテストピースの半球状端面に表１に示す各被膜構造、膜厚の条件を満たすように硬質被膜を被覆させ、試験品１〜４０および比較品１〜６に対応するテストピース４０を作成した。作成した各テストピース４０をピンオンディスク方式の摩耗摩擦試験機４２に設置した。【００２７】
図５は摩耗摩擦試験機４２の構成を示す図である。図５において、摩耗摩擦試験機４２は、回転中心まわりに回転駆動される円盤状の回転ステージ４４と、回転ステージ４４の中央部に固定された被削材４６と、被削材４６の回転中心からずらした位置に上記試験品１〜４０および比較品１〜６の硬質被膜が被覆された半球状端部４８を所定の印加荷重Ｗにより上記回転中心から所定の角度で斜めに押し付ける負荷ウェイト５０と、所定の線速度で回転ステージ４４が回転させられたときにテストピース４０における回転ステージ４４に押し付けられた半球状端部４８が受ける引張り力Ｆを検出する応力センサ５２とを備えている。なお、摩耗摩擦試験機４２により測定された上記引張り力Ｆを上記印加加重Ｗで割ることで摩擦係数μ（＝Ｗ／Ｆ）が算出される。本試験においては以下の試験条件で摩擦摩耗試験を行った。【００２８】
［試験条件］
・テストピース４０：超硬圧子 （直径６ｍｍφ）
・被削材４６：Ｓ４５Ｃ（直径２５ｍｍφ）
・印加荷重Ｗ：２（Ｎ）
・線速度：２００（ｍｍ／ｍｉｎ）
・試験時間：９００（ｓ）
・温度：２８（℃）
・湿度：５７（％）【００２９】
上記摩擦摩耗試験において、試験開始から２００秒経過時から６００秒経過時の間に測定された摩擦係数の平均値によって試験品１〜４０および比較品１〜６の摩擦係数μを評価した。【００３０】
【表１】
2015079590.tif 000003
【００３１】
【表２】
2015079590.tif 000004
【００３２】
図６はナノインデンテーション法により得られた膜の硬さＨ（ＧＰａ）と摩擦摩耗試験により得られた摩擦係数μを試験品１〜４０および比較品１〜６ごとに示したグラフである。すなわち、図６は表２の膜の硬さＨ（ＧＰａ）および摩擦係数μをグラフ化したものである。なお、図６の横軸は試験品１〜４０および比較品１〜６の番号を、左横軸は試験品１〜４０および比較品１〜６の膜の硬さＨ（ＧＰａ）を、右横軸は試験品１〜４０および比較品１〜６の摩擦係数μをそれぞれ示す。表２および図６に示されるように、硬質被膜１０の要件を満たす被膜が被覆された試験品１〜４０の全てにおいて、その膜の硬さＨ（ＧＰａ）は２９．６ＧＰａ以上、摩擦係数μは０．３４以下であった。殊に、ホウ素（Ｂ）がＡ層の薄膜組成中に含まれる試験品３１〜４０に限れば、膜の硬さＨ（ＧＰａ）は３５．０ＧＰａ以上、摩擦係数μは０．２６以下であり、より良好な値を示した。なお、ナノインデンテーション法において、硬さは１５〜２０ＧＰａで柔らかい、３０ＧＰａ以上で硬い、５０〜６０ＧＰａで脆いと評価される。【００３３】
すなわち、上記の結果から、（ＣｒａＭｏｂＷｃＶｄＢｅ）１−ｘ−ｙ−ｚＣｘＮｙＯｚの酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物から成るＡ層２２と、Ｗ（１−ｆ）Ｎｆの窒化物から成るＢ層２４とが、交互に２層以上積層されて成るものであり、Ａ層２２に係る原子比ａは０．２≦ａ≦０．７、ｂは０．０５≦ｂ≦０．６、ｃは０≦ｃ≦０．３、ｄは０≦ｄ≦０．０５、ｅ＝１−ａ−ｂ−ｃ−ｄは０≦ｅ≦０．０５、ｘは０≦ｘ≦０．６、ｙは０≦ｙ≦０．６、ｚは０＜ｚ≦０．２、ｘ＋ｙ＋ｚは０．３≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．６であり、Ｂ層２４に係る原子比ｆは０．３≦ｆ≦０．６であり、且つ、Ａ層２２の膜厚Ｄ１は２ｎｍ以上５００ｎｍ以下、Ｂ層２４の膜厚Ｄ２は１ｎｍ以上５００ｎｍ以下、総膜厚Ｄは０．１μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲内である硬質被膜１０が被覆された試験品１〜４０はその膜の硬さＨが２９．６ＧＰａ以上、且つその摩擦係数μは０．３４以下であり、良好な値を示した。【００３４】
それに対して、比較品１は（Ｔｉ0.25Ｍｏ0.75）0.46Ｎ0.24Ｏ0.3から成る膜厚９０ｎｍのＡ層の単層膜であり、Ａ層においてチタン（Ｔｉ）が含有されており、クロム（Ｃｒ）が含有されておらず、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂが０．７５であり、酸素の原子比ｚが０．３であるため、硬質被膜１０のＡ層２２に係る薄膜組成とは異なる元素チタン（Ｔｉ）が含有されており、且つクロム（Ｃｒ）の原子比ａの０．２≦ａ≦０．７、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂの０．０５≦ｂ≦０．６、酸素（Ｏ）の原子比ｚの０＜ｚ≦０．２をそれぞれ逸脱し、Ｂ層がＡ層の薄膜界面に挿入形成されていないため、硬質被膜１０のＡ層２２とＢ層２４とが交互に積層されて成るという要件から逸脱し、総膜厚が硬質被膜１０に係る総膜厚Ｄの０．１μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲を逸脱するものである。そのため、比較品１の膜の硬さＨは１８．０ＧＰａと試験品と比較して小さく、摩擦係数μは０．６５であり、試験品と比較して大きな値となった。この結果から特に、Ａ層２２に係るクロム（Ｃｒ）の原子比ａは０．２以上、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂは０．６以下、酸素（Ｏ）の原子比ｚは０．２以下、総膜厚Ｄは０．１μｍ以上とすべきであり、またＢ層２４はＡ層２２の薄膜界面に挿入形成され、Ａ層２２とＢ層２４とが交互に積層されるべきであることが検証され、本発明に係る硬質被膜１０に求められる要件の意義が確かめられた。【００３５】
また、比較品２はＭｏ0.55Ｎ0.45から成る膜厚１１０００ｎｍのＡ層の単層膜であり、Ａ層においてクロム（Ｃｒ）が含有されておらず、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂが１であり、酸素（Ｏ）が含有されていないため、硬質被膜１０のＡ層２２に係るクロム（Ｃｒ）の原子比ａの０．２≦ａ≦０．７、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂの０．０５≦ｂ≦０．６、酸素（Ｏ）の原子比ｚの０＜ｚ≦０．２をそれぞれ逸脱し、Ｂ層がＡ層の薄膜界面に挿入形成されていないため、硬質被膜１０のＡ層２２とＢ層２４とが交互に積層されて成るという要件から逸脱し、Ａ層および総膜厚が硬質被膜１０に係るＡ層２２の膜厚Ｄ１の２ｎｍ以上５００ｎｍ以下、総膜厚Ｄの０．１μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲をそれぞれ逸脱するものである。そのため、比較品２の膜の硬さＨは２５．０ＧＰａと試験品と比較して小さく、摩擦係数μは０．５０であり、試験品と比較して大きな値となった。この結果から特に、Ａ層２２に係るクロム（Ｃｒ）の原子比ａは０．２以上、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂは０．６以下、酸素（Ｏ）の原子比ｚは０よりも大きく、Ａ層の膜厚Ｄ１は５００ｎｍ以下、総膜厚Ｄは１０．０μｍ以下とすべきであり、またＢ層２４はＡ層２２の薄膜界面に挿入形成され、Ａ層２２とＢ層２４とが交互に積層されるべきであることが検証され、本発明に係る硬質被膜１０に求められる要件の意義が確かめられた。【００３６】
また、比較品３は（Ｔｉ0.25Ｍｏ0.75）0.4Ｃ0.3Ｏ0.3から成る膜厚２５００ｎｍのＡ層の単層膜であり、Ａ層においてチタン（Ｔｉ）が含有されており、クロム（Ｃｒ）が含有されておらず、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂが０．７５であり、酸素（Ｏ）の原子比ｚが０．３であるため、硬質被膜１０のＡ層２２に係る薄膜組成とは異なる元素チタン（Ｔｉ）が含有されており、クロム（Ｃｒ）の原子比ａの０．２≦ａ≦０．７、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂの０．０５≦ｂ≦０．６、酸素（Ｏ）の原子比ｚの０＜ｚ≦０．２をそれぞれ逸脱し、Ｂ層がＡ層の薄膜界面に挿入形成されていないため、硬質被膜１０のＡ層２２とＢ層２４とが交互に積層されて成るという要件から逸脱し、Ａ層が硬質被膜１０に係るＡ層２２の膜厚Ｄ１の２ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲を逸脱するものである。そのため、比較品３の膜の硬さＨは１９．０ＧＰａと試験品と比較して小さく、摩擦係数μは０．５９であり、試験品と比較して大きな値となった。この結果から特に、Ａ層２２に係るクロム（Ｃｒ）の原子比ａは０．２以上、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂは０．６以下、酸素（Ｏ）の原子比ｚは０．２以下、Ａ層の膜厚Ｄ１は５００ｎｍ以下とすべきであり、またＢ層２４はＡ層２２の薄膜界面に挿入形成され、Ａ層２２とＢ層２４とが交互に積層されるべきであることが検証され、本発明に係る硬質被膜１０に求められる要件の意義が確かめられた。【００３７】
また、比較品４はＴｉ0.75Ｃ0.1Ｎ0.1Ｏ0.05から成る膜厚２０ｎｍのＡ層と、Ｗ0.3Ｎ0.7から成る膜厚２０ｎｍのＢ層とが、交互に２層以上積層して形成された総膜厚６．００μｍの多層膜であり、Ａ層においてチタン（Ｔｉ）が含有されており、クロム（Ｃｒ）およびモリブデン（Ｍｏ）が含有されておらず、炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）の原子比の総和ｘ＋ｙ＋ｚが０．２５であるため、硬質被膜１０のＡ層２２に係る薄膜組成とは異なる元素チタン（Ｔｉ）が含有されており、且つクロム（Ｃｒ）の原子比ａの０．２≦ａ≦０．７、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂの０．０５≦ｂ≦０．６、炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）の原子比の総和ｘ＋ｙ＋ｚの０．３≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．６を逸脱し、Ｂ層において窒素（Ｎ）の原子比ｆが０．７であるため、硬質被膜１０のＢ層２４に係る窒素（Ｎ）の原子比ｆの０．３≦ｆ≦０．６の範囲を逸脱するものである。そのため、比較品４の膜の硬さＨは２２．０ＧＰａと試験品と比較して小さな値となり、摩擦係数μは０．７２であり、試験品と比較して大きな値となった。この結果から特に、Ａ層２２に係るクロム（Ｃｒ）の原子比ａは０．２以上、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂは０．０５以上、炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）の原子比の総和ｘ＋ｙ＋ｚは０．３以上、Ｂ層２４に係る窒素（Ｎ）の原子比ｆは０．６以下とすべきことが検証され、本発明に係る数値範囲の意義が確かめられた。【００３８】
また、比較品５は（Ｔｉ0.15Ｃｒ0.1Ｍｏ0.75）0.52Ｎ0.32Ｏ0.16から成る膜厚５０ｎｍのＡ層と、Ｗ0.8Ｎ0.2から成る膜厚６０ｎｍのＢ層とが、交互に２層以上積層して形成された総膜厚１１．００μｍの多層膜であり、Ａ層においてチタン（Ｔｉ）が含有されており、クロム（Ｃｒ）の原子比ａは０．１であり、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂは０．７５であるため、硬質被膜１０のＡ層２２に係る薄膜組成とは異なる元素チタン（Ｔｉ）が含有されており、クロム（Ｃｒ）の原子比ａの０．２≦ａ≦０．７、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂの０．０５≦ｂ≦０．６を逸脱し、Ｂ層において窒素（Ｎ）の原子比ｆが０．２であるため、硬質被膜１０のＢ層２４に係る窒素（Ｎ）の原子比ｆの０．３≦ｆ≦０．６の範囲を逸脱し、総膜厚が硬質被膜１０に係る総膜厚Ｄの０．１μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲を逸脱するものである。そのため、比較品５の膜の硬さＨは２４．０であり試験品と比較して小さな値となり、摩擦係数μは０．５５であり試験品と比較して大きな値となった。この結果から特に、Ａ層２２に係るクロム（Ｃｒ）の原子比ａは０．２以上、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂは０．６以下、Ｂ層２４に係る窒素（Ｎ）の原子比ｆは０．３以上、総膜厚Ｄは１０．０μｍ以下とすべきことが検証され、本発明に係る数値範囲の意義が確かめられた。【００３９】
また、比較品６は（Ｔｉ0.15Ｃｒ0.1Ｍｏ0.7Ｗ0.05）0.35Ｎ0.15Ｏ0.5から成る膜厚１００ｎｍのＡ層と、Ｗ0.4Ｎ0.6から成る膜厚１５０ｎｍのＢ層とが、交互に２層以上積層されて形成された総膜厚８．００μｍの多層膜であり、Ａ層においてチタン（Ｔｉ）が含有されており、クロム（Ｃｒ）の原子比ａは０．１であり、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂは０．７であり、酸素（Ｏ）の原子比ｚは０．５であり、炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）の原子比の総和ｘ＋ｙ＋ｚは０．６５であるため、硬質被膜１０のＡ層２２に係る薄膜組成とは異なる元素チタン（Ｔｉ）が含有されており、クロム（Ｃｒ）の原子比ａの０．２≦ａ≦０．７、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂの０．０５≦ｂ≦０．６、酸素（Ｏ）の原子比ｚの０＜ｚ≦０．２、炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）の原子比の総和ｘ＋ｙ＋ｚの０．３≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．６を逸脱するものである。そのため、比較品６の膜の硬さＨは１０．０ＧＰａであり試験品と比較して小さな値となり、摩擦係数μは０．８０であり試験品と比較して大きな値となった。この結果から特に、Ａ層２２に係るクロム（Ｃｒ）の原子比ａは０．２以上、モリブデン（Ｍｏ）の原子比ｂは０．６以下、酸素（Ｏ）の原子比ｚは０．２以下、炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）と酸素（Ｏ）の原子比の総和ｘ＋ｙ＋ｚは０．６以下とすべきことが検証され、本発明に係る数値範囲の意義が確かめられた。【００４０】
図７は硬質被膜１０の摩擦摩耗試験における試験時間の経過に伴う摩擦係数μの移動平均値の推移を示すグラフである。図７において、縦軸は摩擦係数μ、横軸は試験開始からの経過時間（ｓ）であり、プロットされているのは試験品を代表する試験品１２、試験品１７および試験品３５と比較品を代表する比較品１、比較品６である。また、図７において、各試験品および比較品の摩擦係数μは、試験品１２は実線で、試験品１７は一点鎖線で、試験品３５は二点鎖線で、比較品１は点線で、比較品６は破線でそれぞれ示されている。試験品１２、１７、３５および比較品１、６のいずれも試験開始２００秒前後からその摩擦係数は安定しているが、試験品１２、１７、３５の摩擦係数は約０．３以下に収まるのに対して、比較品１、６の摩擦係数は約０．３５以上である。また、試験品１２、１７、３５は試験開始から２００秒経過時までほぼなだらかに摩擦係数が大きくなっている一方、比較品１、６は試験開始から１００秒経過時までの間に摩擦係数が一旦０．５付近まで上昇したのちにわずかに下降する現象が見られた。これにより、比較品１、６の耐摩耗性が十分ではないことが示される。【００４１】
前記膜の硬さ試験および前記摩擦摩耗試験の結果から、表２に示された試験品１〜４０は、膜の硬さＨにおいて大きい値且つ摩擦係数μにおいて小さな値が得られ、高硬度且つ良好な耐摩耗性を有することが示された。一方、硬質被膜１０に要求される薄膜組成、各元素の原子比、各膜厚および総膜厚の範囲を逸脱する比較品１〜６は、試験品１〜４０と比較して膜の硬さＨが小さく、摩擦係数μが大きな値であり、硬度および耐摩耗性が十分ではないことが示された。【００４２】
また、硬質被膜１０のＡ層２２の薄膜組成中にホウ素（Ｂ）が含有される試験品３１〜４０は、Ａ層２２の微細組織構造において金属硼化物や窒化ホウ素（ＢＮ）が形成されることにより、膜の硬さおよび潤滑性が一層向上され、耐摩耗性および低摩擦性に優れると考えられた。【００４３】
次に摩擦摩耗試験における溶着評価を行った。表２における耐溶着性は以下のようにして評価した。摩擦摩耗試験に供した試験品１〜４０および比較品１〜６の各テストピース４０の半球状端部４８に形成された被削材４６との摩擦による硬質被膜の摩耗痕を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によりＥＤＳ成分分析を用いて酸素分析を行いマッピングし、酸化物の成分およびその量を分析した。なお、ＥＤＳ成分分析においては酸素が存在すなわち酸化物が生成した領域は、それ以外の領域と視別し得る。上記ＥＤＳ成分分析による各テストピース４０の硬質被膜の摩耗痕における酸化物量から耐溶着性を評価した。すなわち、硬質被膜の摩耗痕に溶着がない場合、耐溶着性は優良（◎）、溶着部の面積が硬質被膜の摩耗痕の面積の２０％以下の場合、耐溶着性は良好（○）、溶着部の面積が硬質被膜の摩耗痕の面積の５０％以上の場合、耐溶着性は不良（×）と評価した。また、試験品１〜４０を代表する試験品１２、試験品３５と比較品１〜６を代表する比較品６に係る硬質被膜の摩耗痕をマイクロスコープ（ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ）および走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により拡大して観察した。【００４４】
表２において、硬質被膜１０が被覆された試験品１〜４０の全てが耐溶着性について優良又は良好と評価された。それに対して、硬質被膜１０に要求される条件を満たさない比較品１〜６の全ては耐溶着性が不良と評価された。【００４５】
図８、図９および図１０は、摩擦摩耗試験において用いられた試験品３５、試験品１２および比較品６のそれぞれにおけるテストピースの半球状端部の硬質被膜の摩耗痕の写真であり、図８（ａ）、図９（ａ）および図１０（ａ）はマイクロスコープ（ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ）により撮影した写真、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真、図８（ｃ）、図９（ｃ）、図１０（ｃ）はＳＥＭによるＥＤＳ分析の酸素分析結果を示す写真である。表２および図８において、硬質被膜１０が被覆され、摩擦係数μが０．１７と小さい試験品３５はその硬質被膜１０に摩耗痕はほとんど観察されず、図８（ｃ）に示されるＥＤＳ分析結果において溶着は見られなかったため、耐溶着性は優良と評価された。また、表２および図９において、硬質被膜１０が被覆され、摩擦係数μが０．２４と小さい試験品１２は、図９（ｃ）に示されるようにその硬質被膜１０の摩耗痕に摩耗痕の面積の２０％以下に相当する範囲で溶着が観察されたため、耐溶着性は良好と評価された。それに対して、表２および図１０において、硬質被膜１０に要求される条件を満たさない被膜が被覆され、摩擦係数μが０．８０と大きい比較品６は、図１０（ｃ）における○で囲んだ領域において、その被膜の摩耗痕に摩耗痕の面積の５０％以上に相当する範囲にわたってチタン（Ｔｉ）の酸化物および超硬圧子の酸化物と考えられる溶着が観察されたため、耐溶着性は不良と評価された。【００４６】
以上の溶着評価から、硬質被膜１０が被覆された試験品１〜４０は、摩耗による硬質被膜中のモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）およびバナジウム（Ｖ）のそれぞれの酸化物が自己形成することにより固体潤滑粒子が生成することから、低摩耗性を有すると考えられた。【００４７】
次に、高硬度且つ耐摩耗性に優れる試験品１〜４０のそれぞれの硬質被膜１０におけるＡ層２２について、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察を行った。図１１は試験品１の硬質被膜１０におけるＡ層２２の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により撮影した写真である。その結果、Ａ層２２においては、図１１における格子縞が観察される領域である微細な結晶粒から成る結晶層（δ−（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ）Ｎおよびγ−Ｍｏ２Ｎなど）５４と、それ以外の領域である酸素（Ｏ２）を含むアモルファス相５６との複相組織が形成されていた。このようなＡ層２２を有する試験品１は、微細な結晶粒から成る結晶層５４が存在するため膜の硬さＨが３１．２ＧＰａと高硬度であると共に、Ａ層２２において酸素（Ｏ２）を含むアモルファス相５６が存在するため、摩耗によるモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）およびバナジウム（Ｖ）酸化物の形成が促進されることから摩擦係数μが０．２９と良好な耐摩耗性および耐溶着性を有する。【００４８】
上述のように、本実施例の硬質被膜１０すなわち試験品１〜４０によれば、工具母材１４の表面に設けられ、（ＣｒａＭｏｂＷｃＶｄＢｅ）１−ｘ−ｙ−ｚＣｘＮｙＯｚの酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物から成るＡ層２２と、Ｗ（１−ｆ）Ｎｆの窒化物から成るＢ層２４とが、交互に２層以上積層されて形成されるものであり、Ａ層２２に係る原子比ａは０．２≦ａ≦０．７、ｂは０．０５≦ｂ≦０．６、ｃは０≦ｃ≦０．３、ｄは０≦ｄ≦０．０５、ｅ＝１−ａ−ｂ−ｃ−ｄは０≦ｅ≦０．０５、ｘは０≦ｘ≦０．６、ｙは０≦ｙ≦０．６、ｚは０＜ｚ≦０．２、ｘ＋ｙ＋ｚは０．３≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦０．６であり、Ｂ層２４に係る原子比ｆは０．３≦ｆ≦０．６であり、且つ、Ａ層２２の膜厚Ｄ１は２ｎｍ以上５００ｎｍ以下、Ｂ層２４の膜厚Ｄ２は１ｎｍ以上５００ｎｍ以下、総膜厚Ｄは０．１μｍ以上１０．０μｍ以下の範囲内であるため、積層されたＡ層２２にはＭｏ、ＷおよびＶの酸化物、酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物から成る微細組織が形成されることにより被膜の硬度が高められ、且つＭｏ、ＷおよびＶの酸化物、酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物は固体潤滑性を有していることにより被膜の潤滑性が高められるので、硬質且つ耐摩耗性を有する硬質被膜１０およびエンドミル１２を得ることができる。【００４９】
また、本実施例の硬質被膜１０すなわち試験品１〜４０によれば、Ａ層２２は結晶相５４とアモルファス相５６とが混在した複相組織である。このように、Ｍｏ、ＷおよびＶの酸炭化物、酸窒化物または酸炭窒化物から成る微細なＮａＣｌ構造の結晶相（δ−（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ）Ｎおよびγ−Ｍｏ２Ｎなど）５４とアモルファス相５６との複相組織が形成されることにより、硬質且つ耐摩耗性を有する硬質被膜１０およびエンドミル１２を得ることができる。【００５０】
以上、本発明を表及び図面を参照して詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。【００５１】
たとえば、前述の実施例では、硬質被膜１０におけるＡ層２２及びＢ層２４の積層順は、好適には、図２に示すように工具母材１４側からＡ層２２、Ｂ層２４、・・・、Ａ層２２、Ｂ層２４の順で積層されたものである。すなわち、硬質被膜１０の基層（工具母材１４と接する最下層）はＡ層２２とされ、表層（硬質被膜１０の最上層）は、Ｂ層２４とされたものであるが、必ずしも斯かる構成には限定されず、上記基層がＢ層２４とされ、上記表層がＡ層２２あるいはＢ層２４とされたものであっても、上記基層及び表層のいずれもがＡ層２２とされても本発明の一応の効果を奏する。【００５２】
また、前述の実施例では、硬質被膜１０はエンドミル１２に被覆されたものであったが、これに限定されるものではなく、たとえばドリル、タップ、ダイスなど切削工具や、打ち抜き、曲げなどの金属加工用金型などの金属加工工具に被覆されるものであってもよい。【００５３】
また、前述の実施例では、エンドミル１２の形成に際し、硬質被膜１０はスパッタリング装置２６により被覆されるものであったが、これに限定されるものではなく、たとえば、アークイオンプレーティング法などの他の物理蒸着法（ＰＶＤ法）や、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などの化学蒸着法（ＣＶＤ法）を用いて硬質被膜１０が被覆されてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０：硬質被膜（硬質潤滑被膜）
１２：エンドミル（硬質潤滑被膜被覆工具）
２２：Ａ層
２４：Ｂ層
【図１】
2015079590.tif 000005
【図２】
2015079590.tif 000006
【図３】
2015079590.tif 000007
【図４】
2015079590.tif 000008
【図５】
2015079590.tif 000009
【図６】
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【図７】
2015079590.tif 000011
【図８】
2015079590.tif 000012
【図９】
2015079590.tif 000013
【図１０】
2015079590.tif 000014
【図１１】
2015079590.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月25日(2016.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
図１は本発明の一実施例である硬質被膜１０が被覆されたエンドミル１２をその軸線Ｃに垂直な方向から見た正面図である。図１に示すように、エンドミル１２は、例えば超硬合金にて構成される工具母材１４にシャンク及び刃部１６が一体に設けられた回転切削工具である。この刃部１６には、切れ刃として外周刃１８及び底刃２０が設けられており、図示しない切削装置に取り付けられてその切削装置により軸線Ｃまわりに回転駆動させられることにより、上記外周刃１８及び底刃２０によって被削材に対する切削加工が行われる。なお、硬質被膜１０は本発明の硬質潤滑被膜に、工具母材１４は本発明の母材に、またエンドミル１２は本発明の硬質潤滑被膜被覆工具にそれぞれ相当する。
【手続補正２】
【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】
図２は、図１のエンドミル１２の表面部分の積層構造を説明するための概念的な断面図である。この図２に示すように、上記エンドミル１２の表面には、その表面を被覆する硬質被膜１０がコーティングされている。図１の斜線部は、上記エンドミル１２においてこの硬質被膜１０が設けられた部分が示されており、硬質被膜１０は、好適には、エンドミル１２における刃部１６に対応する工具母材１４の表面に被覆して設けられる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図５は摩耗摩擦試験機４２の構成を示す図である。図５において、摩耗摩擦試験機４２は、回転中心まわりに回転駆動される円盤状の回転ステージ４４と、回転ステージ４４の中央部に固定された被削材４６と、被削材４６の回転中心からずらした位置に上記試験品１〜４０および比較品１〜６の硬質被膜が被覆された半球状端部４８を所定の印加荷重Ｗにより上記回転中心から所定の角度で斜めに押し付ける負荷ウェイト５０と、所定の線速度で回転ステージ４４が回転させられたときにテストピース４０における回転ステージ４４に押し付けられた半球状端部４８が受ける引張り力Ｆを検出する応力センサ５２とを備えている。なお、摩耗摩擦試験機４２により測定された上記引張り力Ｆを上記印加加重Ｗで割ることで摩擦係数μ（＝Ｆ／Ｗ）が算出される。本試験においては以下の試験条件で摩擦摩耗試験を行った。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図６はナノインデンテーション法により得られた膜の硬さＨ（ＧＰａ）と摩擦摩耗試験により得られた摩擦係数μを試験品１〜４０および比較品１〜６ごとに示したグラフである。すなわち、図６は表２の膜の硬さＨ（ＧＰａ）および摩擦係数μをグラフ化したものである。なお、図６の横軸は試験品１〜４０および比較品１〜６の番号を、左縦軸は試験品１〜４０および比較品１〜６の膜の硬さＨ（ＧＰａ）を、右縦軸は試験品１〜４０および比較品１〜６の摩擦係数μをそれぞれ示す。表２および図６に示されるように、硬質被膜１０の要件を満たす被膜が被覆された試験品１〜４０の全てにおいて、その膜の硬さＨ（ＧＰａ）は２９．６ＧＰａ以上、摩擦係数μは０．３４以下であった。殊に、ホウ素（Ｂ）がＡ層の薄膜組成中に含まれる試験品３１〜４０に限れば、膜の硬さＨ（ＧＰａ）は３５．０ＧＰａ以上、摩擦係数μは０．２６以下であり、より良好な値を示した。なお、ナノインデンテーション法において、硬さは１５〜２０ＧＰａで柔らかい、３０ＧＰａ以上で硬い、５０〜６０ＧＰａで脆いと評価される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
次に、高硬度且つ耐摩耗性に優れる試験品１〜４０のそれぞれの硬質被膜１０におけるＡ層２２について、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察を行った。図１１は試験品１の硬質被膜１０におけるＡ層２２の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により撮影した写真である。その結果、Ａ層２２においては、図１１における格子縞が観察される領域である微細な結晶粒から成る結晶相（δ−（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ）Ｎおよびγ−Ｍｏ２Ｎなど）５４と、それ以外の領域である酸素（Ｏ２）を含むアモルファス相５６との複相組織が形成されていた。このようなＡ層２２を有する試験品１は、微細な結晶粒から成る結晶相５４が存在するため膜の硬さＨが３１．２ＧＰａと高硬度であると共に、Ａ層２２において酸素（Ｏ２）を含むアモルファス相５６が存在するため、摩耗によるモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）およびバナジウム（Ｖ）酸化物の形成が促進されることから摩擦係数μが０．２９と良好な耐摩耗性および耐溶着性を有する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2015079590.tif 000016
【国際調査報告】
2015079590.tif 000017
2015079590.tif 000018
2015079590.tif 000019
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