(57)【要約】【課題】従来のアルミ酸化物ベースの酸化物皮膜よりも耐摩耗性に優れる酸化皮膜、酸化物皮膜被覆材および酸化物皮膜の形成方法を提供する。【解決手段】[1] （Ｚｒ1-a-b-c Ａｌa Ｍｇb Ｙc ）（Ｏ1-x Ｎx ）からなり、ＺｒおよびＡｌとＭｇ、Ｙの１種以上とを含有する金属ターゲットを使用し、カソード放電型のアークイオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタリング法によって形成された酸化物皮膜であって下記式(1) 〜(5) を満たすことを特徴とする酸化物皮膜。    ０．１≦ａ≦０．７ ------ 式(1)       ０≦ｂ≦０．１５  ------- 式(2)     ０≦ｃ≦０．１５  ------- 式(3)       ０＜ｂ＋ｃ   ------------ 式(4)     ０≦ｘ≦０．５  --------- 式(5)   〔但し、上記において、ａはＡｌの原子比、ｂはＭｇの原子比、ｃはＹの原子比、１−ａ−ｂ−ｃはＺｒの原子比を示し、ｘはＮの原子比、１−ｘはＯの原子比を示すものである。〕  [2] 前記酸化物皮膜においてｘが０であるもの等。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ｚｒ1-a-b-c Ａｌa Ｍｇb Ｙc ）（Ｏ1-x Ｎx ）からなり、ＺｒおよびＡｌとＭｇ、
Ｙの１種以上とを含有する金属ターゲットを使用し、カソード放電型のアークイオンプレ
ーティング法またはマグネトロンスパッタリング法によって形成された酸化物皮膜であっ
て下記式(1) 〜(5) を満たすことを特徴とする酸化物皮膜。
０．１≦ａ≦０．７  ----------------- 式(1) 
０≦ｂ≦０．１５  ------------------- 式(2) 
０≦ｃ≦０．１５  ------------------- 式(3) 
０＜ｂ＋ｃ      --------------------- 式(4) 
０≦ｘ≦０．５  --------------------- 式(5) 
但し、上記（Ｚｒ1-a-b-c Ａｌa Ｍｇb Ｙc ）（Ｏ1-x Ｎx ）、上記式(1) 〜(5) にお
いて、ａはＡｌの原子比、ｂはＭｇの原子比、ｃはＹの原子比、１−ａ−ｂ−ｃはＺｒの
原子比を示し、ｘはＮの原子比、１−ｘはＯの原子比を示すものである。
【請求項２】
前記ｘが０である請求項１記載の酸化物皮膜。
【請求項３】
請求項１または２記載の酸化物皮膜と基材との間に、４ａ、５ａ、６ａ族の元素、Ａｌ
、Ｓｉの１種以上からなる皮膜または４ａ、５ａ、６ａ族の元素、Ａｌ、Ｓｉの１種以上
とＣ、Ｎ、Ｏの１種以上からなる皮膜が形成されていることを特徴とする酸化物皮膜被覆
材。
【請求項４】
基材上に、４ａ、５ａ、６ａ族の元素、Ａｌ、Ｓｉの１種以上からなる皮膜または４ａ
、５ａ、６ａ族の元素、Ａｌ、Ｓｉの１種以上とＣ、Ｎ、Ｏの１種以上からなる皮膜と、
請求項１または２記載の酸化物皮膜とが、積層周期１０〜５００ｎｍで交互に形成されて
いることを特徴とする酸化物皮膜被覆材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の酸化物皮膜をカソード放電型アークイオンプレーティ
ング法あるいはマグネトロンスパッタリング法により形成することを特徴とする酸化物皮
膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物皮膜、酸化物皮膜被覆材および酸化物皮膜の形成方法に関する技術分
野に属するものであり、特には、耐摩耗性に優れ、切削工具や成型用金型などの被覆皮膜
として好適に用いることができる酸化物皮膜に関する技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から切削工具に酸化物を使用することは知られており、主にアルミ酸化物（アルミ
ナ）を主体とする酸化物皮膜をＣＶＤ法（化学的気相蒸着法）により形成していた。ＣＶ
Ｄ法は形成時の処理温度が通常１０００℃以上と高いことから、刃先の鋭い工具や軸物工
具には使用できず、ＰＶＤ法（物理的蒸着法）により形成する手法が検討されている。特
許第3323534 号公報では、（Ａｌ，Ｃｒ）酸化物をＰＶＤ法で形成する方法が提案されて
いる。また、特表2002-544379 号公報には、γアルミナをパルススパッタリング法により
工具上に形成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第3323534 号公報
【特許文献２】特表2002-544379 号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アルミの酸化物としてはαあるいはγ型がＰＶＤ法により形成できることが知られてい
るが、α型を形成するためには７００℃超の高温が必要であり、γ型は低温で形成できる
が、高温での熱的安定性に劣る問題がある。先述の特許第3323534 号公報では、より低温
でα型酸化物結晶を形成できるＣｒを添加して（Ａｌ，Ｃｒ）酸化物とすることで、低温
でもα型構造が得られるとしているが、Ｃｒの添加により耐摩耗性は低下する。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、従来公知である
アルミ酸化物ベースの酸化物皮膜よりも耐摩耗性に優れる酸化皮膜、酸化物皮膜被覆材お
よび酸化物皮膜の形成方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、本発明を完成するに至っ
た。本発明によれば上記目的を達成することができる。
このようにして完成され上記目的を達成することができた本発明は、酸化物皮膜、酸化
物皮膜被覆材および酸化物皮膜の形成方法に係わり、請求項１〜２記載の酸化物皮膜（第
１〜２発明に係る酸化物皮膜）、請求項３〜４記載の酸化物皮膜被覆材（第３〜４発明に
係る酸化物皮膜被覆材）、請求項５記載の酸化物皮膜の形成方法（第５発明に係る酸化物
皮膜の形成方法）であり、それは次のような構成としたものである。
【０００７】
即ち、請求項１記載の酸化物皮膜は、（Ｚｒ1-a-b-c Ａｌa Ｍｇb Ｙc ）（Ｏ1-x Ｎx 
）からなり、ＺｒおよびＡｌとＭｇ、Ｙの１種以上とを含有する金属ターゲットを使用し
、カソード放電型のアークイオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタリング法
によって形成された酸化物皮膜であって下記式(1) 〜(5) を満たすことを特徴とする酸化
物皮膜である〔第１発明〕。
【０００８】
０．１≦ａ≦０．７  ----------------- 式(1) 
０≦ｂ≦０．１５  ------------------- 式(2) 
０≦ｃ≦０．１５  ------------------- 式(3) 
０＜ｂ＋ｃ      --------------------- 式(4) 
０≦ｘ≦０．５  --------------------- 式(5) 
但し、上記（Ｚｒ1-a-b-c Ａｌa Ｍｇb Ｙc ）（Ｏ1-x Ｎx ）、上記式(1) 〜(5) にお
いて、ａはＡｌの原子比、ｂはＭｇの原子比、ｃはＹの原子比、１−ａ−ｂ−ｃはＺｒの
原子比を示し、ｘはＮの原子比、１−ｘはＯの原子比を示すものである。
【０００９】
請求項２記載の酸化物皮膜は、前記ｘが０である請求項１記載の酸化物皮膜である〔第
２発明〕。
【００１０】
請求項３記載の酸化物皮膜被覆材は、請求項１または２記載の酸化物皮膜と基材との間
に、４ａ、５ａ、６ａ族の元素、Ａｌ、Ｓｉの１種以上からなる皮膜または４ａ、５ａ、
６ａ族の元素、Ａｌ、Ｓｉの１種以上とＣ、Ｎ、Ｏの１種以上からなる皮膜が形成されて
いることを特徴とする酸化物皮膜被覆材である〔第３発明〕。
【００１１】
請求項４記載の酸化物皮膜被覆材は、基材上に、４ａ、５ａ、６ａ族の元素、Ａｌ、Ｓ
ｉの１種以上からなる皮膜または４ａ、５ａ、６ａ族の元素、Ａｌ、Ｓｉの１種以上とＣ
、Ｎ、Ｏの１種以上からなる皮膜と、請求項１または２記載の酸化物皮膜とが、積層周期
１０〜５００ｎｍで交互に形成されていることを特徴とする酸化物皮膜被覆材である〔第
４発明〕。
【００１２】
請求項５記載の酸化物皮膜の形成方法は、請求項１〜４のいずれかに記載の酸化物皮膜
をカソード放電型アークイオンプレーティング法あるいはマグネトロンスパッタリング法
により形成することを特徴とする酸化物皮膜の形成方法である〔第５発明〕。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る酸化物皮膜は、従来のアルミ酸化物ベースの酸化物皮膜よりも耐摩耗性に
優れ、切削工具や成型用金型等の被覆皮膜として好適に用いることができ、それらの耐久
性の向上がはかれる。本発明に係る酸化物皮膜被覆材は、耐摩耗性に優れ、切削工具や成
型用金型材として好適に用いることができ、それらの耐久性の向上がはかれる。本発明に
係る酸化物皮膜の形成方法によれば、ＣＶＤ法による場合よりも低い温度で本発明に係る
酸化物皮膜を形成することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る酸化物皮膜は、Ｚｒ酸化物をベースとして、ＭｇあるいはＹを添加するこ
とにより、結晶系を単斜晶系から、皮膜の一部あるいは全体を、正方晶あるいは立方晶系
に安定化させることにより、皮膜自身の強度が上がり、優れた耐摩耗性を有するものであ
る。
【００１５】
ＭｇあるいはＹの添加により微量であっても皮膜の一部が結晶化し、効果が得られるこ
とから、ＭｇおよびＹの添加量は０超とした。即ち、金属元素（Ｚｒ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｙ）
中におけるＭｇの比率（原子比ｂ）およびＹの比率（原子比ｃ）は、ＭｇおよびＹの比率
（原子比ｂ＋ｃ）で、０超とした。ＭｇおよびＹの比率（原子比ｂ＋ｃ）は、０．０３以
上とすることが好ましく、０．０５以上では皮膜が立方晶単相となることから、０．０５
以上とすることが更に好ましい。ただし、Ｍｇ、Ｙを過度に添加すると、硬度が低下する
ことから、Ｍｇの比率（原子比ｂ）の上限値は０．１５とし、Ｙの比率（原子比ｃ）の上
限値は０．１５とした。即ち、Ｍｇの比率（原子比ｂ）は０．１５以下であると共にＹの
比率（原子比ｃ）は０．１５以下であることとした。原子比ｂは０．１以下とすることが
好ましい。原子比は０．１以下とすることが好ましい。
【００１６】
Ａｌを添加することにより皮膜中にＡｌ−Ｏ結合を生成し、硬度が増加することから、
Ａｌ添加は推奨される。よって、Ａｌを添加する。このとき、金属元素（Ｚｒ，Ａｌ，Ｍ
ｇ，Ｙ）中におけるＡｌの比率（原子比ａ）は０．１以上とすることが好ましく、０．２
以上とすることが更に好ましい。ただし、０．７を越えて添加すると皮膜全体が非晶質化
し、硬度が低下することから、Ａｌの比率（原子比ａ）は０．７以下とする。好ましくは
０．５以下、より好ましくは０．３以下である。
【００１７】
本発明に係る酸化物皮膜は、酸化物をベースとするが、Ｎの添加により、酸化物より熱
的安定性は低いものの、より高硬度の窒化物の結合を皮膜中に生成し、皮膜全体の硬度を
高めてやることができる。Ｎの添加の割合、即ち、非金属元素（Ｏ，Ｎ）中におけるＮの
比率（原子比ｘ）が０．１以上で皮膜の高硬度化が認められるが、０．５を超えると耐熱
性が下がり、切削特性が低下するので、Ｎを添加する場合はＮの比率（原子比ｘ）は０．
５以下とすることが必要であり、０．４以下とすることが望ましく、０．３以下とするこ
とが更に望ましい。
【００１８】
本発明は、このような知見に基づき完成されたものである。このようにして完成された
本発明に係る酸化物皮膜は、（Ｚｒ1-a-b-c Ａｌa Ｍｇb Ｙc ）（Ｏ1-x Ｎx ）からなり
、ＺｒおよびＡｌとＭｇ、Ｙの１種以上とを含有する金属ターゲットを使用し、カソード
放電型のアークイオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタリング法によって形
成された酸化物皮膜であって下記式(1) 〜(5) を満たすことを特徴とする酸化物皮膜であ
る〔第１発明〕。本発明に係る酸化物皮膜は、従来のアルミ酸化物ベースの酸化物皮膜よ
りも耐摩耗性に優れ、切削工具や成型用金型等の被覆皮膜として好適に用いることができ
、それらの耐久性の向上がはかれる。本発明に係る酸化物皮膜は、高温での熱的安定性に
も優れている。また、本発明に係る酸化物皮膜は、ＣＶＤ法の場合よりも処理温度の低い
ＰＶＤ法（即ち、カソード放電型のアークイオンプレーティング法またはマグネトロンス
パッタリング法）で形成されており、このため、刃先の鋭い工具の皮膜被覆として好適に
用いることができる。
【００１９】
０．１≦ａ≦０．７  ----------------- 式(1) 
０≦ｂ≦０．１５  ------------------- 式(2) 
０≦ｃ≦０．１５  ------------------- 式(3) 
０＜ｂ＋ｃ      --------------------- 式(4) 
０≦ｘ≦０．５  --------------------- 式(5) 
但し、上記（Ｚｒ1-a-b-c Ａｌa Ｍｇb Ｙc ）（Ｏ1-x Ｎx ）、上記式(1) 〜(5) にお
いて、ａはＡｌの原子比、ｂはＭｇの原子比、ｃはＹの原子比、１−ａ−ｂ−ｃはＺｒの
原子比を示し、ｘはＮの原子比、１−ｘはＯの原子比を示すものである。
【００２０】
本発明に係る酸化物皮膜において、皮膜中にＮを含有させることにより高硬度となるも
のの、耐酸化性が低下することから、ドライ切削などの使用中に工具温度が上昇する場合
には、窒素を含まないこと、即ち、非金属元素（Ｏ，Ｎ）中でのＮの比率（原子比ｘ）＝
０であることが好ましい形態となる〔第２発明〕。
【００２１】
本発明に係る酸化物皮膜被覆材の一つは、本発明に係る酸化物皮膜と基材との間に、４
ａ、５ａ、６ａ族の元素、Ａｌ、Ｓｉの１種以上からなる皮膜または４ａ、５ａ、６ａ族
の元素、Ａｌ、Ｓｉの１種以上とＣ、Ｎ、Ｏの１種以上からなる皮膜（以下、下地膜とも
いう）が形成されていることを特徴とする酸化物皮膜被覆材である〔第３発明〕。この酸
化物皮膜被覆材は、上記下地膜により、酸化物皮膜の密着性が向上し、より密着性に優れ
て耐久性に優れている。即ち、酸化物皮膜は形成時の自由エネルギーが負の大きな値を取
り、不活性である一方、基材への密着性に劣るが、基材と酸化物皮膜間に上記下地膜を形
成することにより、密着性を改善することができ、ひいては耐久性を向上することができ
る。尚、上記下地膜の中、４ａ、５ａ、６ａ族の元素、Ａｌ、Ｓｉの１種以上とＣ、Ｎ、
Ｏの１種以上からなる皮膜としては、例えば、TiＮ、CrＮ、TiＣ、CrＣ、TiＯ2 、（Ti, 
Al）Ｎ、（Al, Cr）Ｎ、（Ti, Cr, Al）Ｎからなる皮膜等がある。上記下地膜としては、
基材が超硬基材の場合、密着性向上の観点からは、（Ti, Al）Ｎ、（Al, Cr）Ｎ、（Ti, 
Cr, Al）Ｎ膜が好ましく、基材が鉄系基材の場合、密着性向上の観点からは、TiＮあるい
はCrＮが好ましい。
【００２２】
また、本発明に係る酸化物皮膜被覆材の一つは、基材上に、４ａ、５ａ、６ａ族の元素
、Ａｌ、Ｓｉの１種以上からなる皮膜または４ａ、５ａ、６ａ族の元素、Ａｌ、Ｓｉの１
種以上とＣ、Ｎ、Ｏの１種以上からなる皮膜（以下、他層ともいう）と、本発明に係る酸
化物皮膜とが、積層周期１０〜５００ｎｍで交互に形成されていることを特徴とする酸化
物皮膜被覆材である〔第４発明〕。この酸化物皮膜被覆材は、靭性が向上する。即ち、酸
化物皮膜は一般的に皮膜の靭性が窒化物に比較して低いことから、断続切削用途において
は刃先のチッピングなどの問題が生じる場合があるが、上記他層と本発明に係る酸化物皮
膜とが交互に形成され、多層膜とすることにより、靭性を改善することができ、ひいては
刃先のチッピングなどが生じ難くなって耐久性を向上することができる。基材直上の皮膜
は、他層であってもよいし、本発明に係る酸化物皮膜であってもよいが、基材との密着性
向上の点からは他層であることが望ましい。多層膜の最表面の皮膜は、他層であってもよ
いし、本発明に係る酸化物皮膜であってもよいが、使用当初の耐摩耗性の点からは本発明
に係る酸化物皮膜であることが望ましい。なお、上記他層の中、４ａ、５ａ、６ａ族の元
素、Ａｌ、Ｓｉの１種以上とＣ、Ｎ、Ｏの１種以上からなる皮膜としては、例えば、TiＮ
、CrＮ、TiＣ、CrＣ、TiＯ2 、（Ti, Al）Ｎ、（Al, Cr）Ｎ、（Ti, Cr, Al）Ｎからなる
皮膜等がある。
【００２３】
本発明に係る酸化物皮膜は、ＰＶＤ法で形成されることが望ましく、中でもカソード放
電型のアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法あるいはマグネトロンスパッタリング法
で形成されることが望ましい。即ち、ＣＶＤ法では処理温度が高いために、刃先の鋭い工
具には適用できないが、これに対し、ＰＶＤ法では処理温度が低いために、刃先の鋭い工
具にも適用できるので、ＰＶＤ法で形成することが望ましい。ＰＶＤ法により、金属ター
ゲットを酸素雰囲気中で蒸発させて本発明に係る酸化物皮膜を成膜する場合、融点の異な
る複数元素が含まれているために、電子ビーム蒸着などのターゲットを溶解させる方式で
は皮膜組成のコントロールが極めて難しいが、これに対し、カソード放電型アークイオン
プレーティング法やマグネトロンスパッタリング法では皮膜組成のコントロールが容易で
あるので、ＰＶＤ法の中でもカソード放電型アークイオンプレーティング法やマグネトロ
ンスパッタリング法を採用することが望ましい。かかる点から、本発明に係る酸化物皮膜
の形成方法は、本発明に係る酸化物皮膜をカソード放電型アークイオンプレーティング法
あるいはマグネトロンスパッタリング法により形成することを特徴とする酸化物皮膜の形
成方法としている〔第５発明〕。
【実施例】
【００２４】
本発明の実施例および比較例を以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定される
ものではなく、本発明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可能
であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２５】
〔例１〕
Ｚｒ、及び、Ａｌ、Ｍｇ、Ｙの１種以上を含有する金属ターゲットを使用し、マグネト
ロンスパッタリングスパッタリング成膜装置やアーク式蒸発源を有するカソード放電型ア
ークイオンプレーティング成膜装置にて表１に示す組成の酸化物皮膜を形成した。
【００２６】
このとき、基材としては、皮膜の組成、硬度の調査用の皮膜形成の場合には鏡面研磨し
た超硬合金基板を用い、切削試験用の皮膜形成の場合には超硬合金製のインサート（SNGA
120408）を用い、この上に表１に示す組成の酸化物皮膜を形成した。いずれの皮膜の形成
の場合も、基板を成膜装置のチャンバー内に導入し、チャンバー内を真空引き（１×10-3
Pa以下に排気）した後、基材を約６００℃まで加熱し、この後、Ａｒイオンイオンを用い
てスパッタクリーニングを実施した。この後、アーク蒸発源による成膜の場合は、φ100m
m のターゲットを用い、アーク電流150Aとし、全圧力１PaのAr-O2 雰囲気（O2分圧：0.1 
〜0.3Pa ）中にて成膜を実施した。成膜時のアーク電流は100Aとし、基板へ印可するバイ
アスはパルスを用い、Duty77％で周波数30kHz のユニポーラバイアスを−50〜−100 Ｖの
範囲で印可した。一方、スパッタリングの場合は、全圧0.6Pa のAr-O2 雰囲気（O2分圧：
0.1 〜0.3Pa ）中にて成膜を実施した。ただし、表１のいずれの酸化物皮膜の形成の場合
にも、この酸化物皮膜を形成する前に、アーク蒸発源を使用して基材上に下地膜としてTi
AlN 膜を形成した。
【００２７】
このようにして皮膜形成されたものについて、皮膜の硬度の測定および切削試験を行っ
た。皮膜の硬度の測定は、皮膜形成された超硬合金基板について、マイクロビッカース硬
度計を用いて、測定荷重０．２５Ｎ、測定時間１５秒の条件で測定することによって行っ
た。切削試験は、皮膜形成された超硬合金製インサートを切削工具として用い、下記切削
試験条件で行い、クレータ摩耗の深さで耐摩耗性を評価した。
【００２８】
〔切削試験条件〕
・被削材：ＦＣＤ４００
・切削速度：２００ｍ／分
・深さ切込：３ｍｍ
・送り：０．２ｍｍ／rev 
・その他：ドライ切削、エアブロー無し、切削時間２分
【００２９】
上記試験の結果を表１に示す。なお、表１において、組成の欄での値は原子比での値で
ある。表１からわかるように、本発明の要件を満たす酸化物皮膜、即ち、本発明例（ No.
13〜18, 20〜23）は、本発明の要件を満たさないもの、即ち、比較例（No.1〜2, 7, 11〜
12, 19, 24  ）に比較し、硬度が高く、切削試験でのクレータ摩耗深さが小さくて耐摩耗
性に優れている。
【００３０】
なお、上記例１においては、切削試験条件を上記のとおりとしたが、これ以外の切削試
験条件とした場合〔例えば、被削材を高硬度材（ＳＫＤ６１、ＨＲＣ５０）を使用した場
合や、加工形態として断続切削であるエンドミルを使用した場合〕も、上記例２の場合と
同様の傾向の結果が得られる。
【００３１】
〔例２〕
Ｚｒ、ＡｌおよびＹを含有する金属ターゲットを使用し、マグネトロンスパッタリング
スパッタリング成膜装置やアーク式蒸発源を有するカソード放電型アークイオンプレーテ
ィング成膜装置にて表２に示す組成の酸化物皮膜、即ち、（Ｚｒ0.6 Ａｌ0.3 Ｙ0.1 ）Ｏ
からなる酸化物皮膜を形成した。この酸化物皮膜は、（Ｚｒ1-a-b-c Ａｌa Ｍｇb Ｙc ）
（Ｏ1-x Ｎx ）からなる酸化物皮膜であって１−ａ−ｂ−ｃ＝０．６（原子比）、ａ＝０
．３（原子比）、ｂ＝０、ｃ＝０．１（原子比）、１−ｘ＝１（原子比）である酸化物皮
膜であり、本発明の要件を満たす酸化物皮膜である。
【００３２】
このとき、基材としては、鏡面研磨した超硬合金基板またはＨＳＳ（高速度工具鋼）を
用いた。酸化物皮膜の成膜に際しては、その前に、基板を成膜装置のチャンバー内に導入
し、チャンバー内を真空引き（１×10-3Pa以下に排気）した後、基材を約６００℃まで加
熱し、この後、Ａｒイオンイオンを用いてスパッタクリーニングを実施した。この後、ア
ーク蒸発源による成膜の場合は、φ100mm のターゲットを用い、アーク電流150Aとし、全
圧力１PaのAr-O2 雰囲気（O2分圧：0.1Pa ）中にて成膜を実施した。成膜時のアーク電流
は100Aとし、基板へ印可するバイアスはパルスを用い、Duty77％で周波数30kHz のユニポ
ーラバイアスを−50〜−100 Ｖの範囲で印可した。一方、スパッタリングの場合は、全圧
0.6Pa のAr-O2 雰囲気（O2分圧：0.1Pa ）中にて成膜を実施した。ただし、一部のものを
除き、上記酸化物皮膜を形成する前に、アーク蒸発源を使用して基材上に表２に示す組成
の下地膜（層）を形成し、この上に上記酸化物皮膜を形成した。一部のものは、下地膜（
層）を形成しなかった。
【００３３】
このようにして皮膜形成されたものを試料とし、この試料について被膜の密着性の測定
を次のようにして行った。即ち、スクラッチ試験装置を用い、先端半径２００μｍＲのダ
イヤモンド圧子を速度１０ｍｍ／分、荷重増加速度１００Ｎ／分で１００Ｎまで試料表面
を引っ掻き、被膜に剥離が生じる臨界荷重（Ｎ）を求め、この臨界荷重（Ｎ）にて密着性
を評価した。この結果を表２に示す。
【００３４】
表２からわかるように、第３発明の要件を満たす酸化物皮膜被覆材、即ち、第３発明例
（No.2〜6, 8〜12）は、第３発明の要件を満たさない酸化物皮膜被覆材（但し、酸化物皮
膜自体は第１発明の要件を満たす）に比較し、密着性測定試験において被膜剥離が生じる
臨界荷重（Ｎ）が高くて密着性に優れている。
【００３５】
なお、上記例２においては、酸化物皮膜としては（Ｚｒ0.6 Ａｌ0.3 Ｙ0.1 ）Ｏからな
る酸化物皮膜を用いたが、これ以外の本発明に係る酸化物皮膜を用いた場合も、上記例２
の場合と同様の傾向の結果が得られる。また、上記例２においては、下地膜（層）の厚み
は３μm であるが、下地膜（層）の厚みを他の厚み（例えば、１μm 、５μm ）とした場
合も、上記例２の場合と同様の傾向の結果が得られる。
【００３６】
〔例３〕
マグネトロンスパッタリングスパッタリング成膜装置やアーク式蒸発源を有するカソー
ド放電型アークイオンプレーティング成膜装置にて表３に示す組成のＡ層（酸化物皮膜）
とＢ層（他層）とを交互に形成した多層構造の皮膜（多層膜）を、基材上に形成した。ま
た、Ａ層（酸化物皮膜）のみを、基材上に形成した。このＡ層は、いずれの場合も、（Ｚ
ｒ0.6 Ａｌ0.3 Ｙ0.1 ）Ｏからなる酸化物皮膜である。Ｂ層は、（Ti0.5Al0.5）Ｎ、CrＮ
、（Ti0.1Cr0.2Al0.7 ）、（Al0.7Cr0.3）Ｎよりなる膜等である。多層膜の場合、Ａ層の
膜厚、Ｂ層の膜厚、積層数は、表３に示すとおりである。なお、この積層数は、（Ａ層の
数＋Ｂ層の数）／２である。基材直上の皮膜はＢ層であり、多層膜の最表面の皮膜はＡ層
である。
【００３７】
このとき、基材としては、皮膜の組成、硬度の調査用の皮膜形成の場合には鏡面研磨し
た超硬合金基板を用い、切削試験用の皮膜形成の場合には超硬合金製のインサート（SNGA
120408）を用い、この上に表１に示す組成の酸化物皮膜を形成した。いずれの皮膜の形成
の場合も、基板を成膜装置のチャンバー内に導入し、チャンバー内を真空引き（１×10-3
Pa以下に排気）した後、基材を約６００℃まで加熱し、この後、Ａｒイオンイオンを用い
てスパッタクリーニングを実施した。この後、アーク蒸発源による成膜の場合は、φ100m
m のターゲットを用い、アーク電流150Aとし、全圧力１PaのAr-O2 雰囲気（O2分圧：0.1 
〜0.3Pa ）中にて成膜を実施した。成膜時のアーク電流は100Aとし、基板へ印可するバイ
アスはパルスを用い、Duty77％で周波数30kHz のユニポーラバイアスを−50〜−100 Ｖの
範囲で印可した。一方、スパッタリングの場合は、全圧0.6Pa のAr-O2 雰囲気（O2分圧：
0.1 〜0.3Pa ）中にて成膜を実施した。ただし、表３のいずれの酸化物皮膜の形成の場合
にも、この酸化物皮膜を形成する前に、アーク蒸発源を使用して基材上に下地膜としてTi
AlN 膜を形成した。
【００３８】
このようにして皮膜形成されたものについて、皮膜の硬度の測定および切削試験を行っ
た。皮膜の硬度の測定は、例１の場合と同様の方法により行った。切削試験は、皮膜形成
された超硬合金製インサートを切削工具として用い、例１の場合と同様の方法により行な
い、例１の場合と同様、クレータ摩耗の深さで耐摩耗性を評価した。
【００３９】
表３からわかるように、第４発明の要件を満たす酸化物皮膜被覆材、即ち、第４発明例
（No.4〜8 ）は、第４発明の要件を満たさない酸化物皮膜被覆材（但し、酸化物皮膜自体
は第１発明の要件を満たす）、即ち、比較例（No.1）と比較し、同等もしくはそれ以上に
切削試験でのクレータ摩耗深さが小さくて耐摩耗性に優れている。なお、前者（No.4〜8 
）は、後者の比較例（No.1）よりも、切削試験でのクレータ摩耗深さが小さくて耐摩耗性
に優れている。
【００４０】
なお、上記例３においては、基材直上の皮膜はＢ層であり、多層膜の最表面の皮膜はＡ
層であるが、これに代えて、多層膜の最表面の皮膜をＢ層とした場合も、上記例３の場合
と同様の傾向の結果が得られる。基材直上の皮膜をＡ層とした場合も、上記例３の場合と
同様の傾向の結果が得られる。基材直上の皮膜をＡ層とし、多層膜の最表面の皮膜をＢ層
とした場合も、上記例３の場合と同様の傾向の結果が得られる。
【００４１】
【表１】
2009191370.tif 000002
【００４２】
【表２】
2009191370.tif 000003
【００４３】
【表３】
2009191370.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る酸化物皮膜は、従来のアルミ酸化物ベースの酸化物皮膜よりも耐摩耗性に
優れ、切削工具や成型用金型等の被覆皮膜として好適に用いることができ、それらの耐久
性の向上がはかれて有用である。