特許 6273161 耐摩耗性に優れた積層皮膜

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6273161

(24)【登録日】2018年1月12日

(45)【発行日】2018年1月31日

(54)【発明の名称】耐摩耗性に優れた積層皮膜

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/06 20060101AFI20180122BHJP

   B23B 27/14 20060101ALI20180122BHJP

   B32B 9/00 20060101ALI20180122BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/06 P

   B23B27/14 A

   B32B9/00 A

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-62120(P2014-62120)

(22)【出願日】2014年3月25日

(65)【公開番号】特開2014-208903(P2014-208903A)

(43)【公開日】2014年11月6日

【審査請求日】2016年9月1日

(31)【優先権主張番号】特願2013-62260(P2013-62260)

(32)【優先日】2013年3月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 兼司

(72)【発明者】

【氏名】阿部 麻衣子

(72)【発明者】

【氏名】細川 護

【審査官】 村岡 一磨

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２７５２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１０５００１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−００１２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６３６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２５６０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２２６１１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｂ３２Ｂ ９／００

(57)【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、膜厚がいずれも１０ｎｍ以上である下記の皮膜Ｑと皮膜Ｒが各々１層以上交互に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Ｑ］
組成式がＴｉ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｂ_ａＣ_ｂＮ_ｃ（但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれＢ、Ｃ、Ｎの原子比を示す）であり、０．２≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５及び（１−ａ−ｂ−ｃ）≧０．３を満たす皮膜。
［皮膜Ｒ］
組成式がＬ（Ｂ_ｘＣ_ｙＮ_{１−ｘ−y}）（但し、Ｌは、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Ｑと前記皮膜Ｒの膜厚がいずれも１００ｎｍ以下である請求項１記載の積層皮膜。

【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等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該治工具の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、Ｔｉ_1-x-yＡｌ_xＳｉ_yＮ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。また該積層皮膜において、上記皮膜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、耐摩耗性と靭性のバランスに優れることが示されている。しかしながら、例えば切削工具等には、更に優れた耐摩耗性が求められていることから、更なる検討が必要である。

【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等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積層皮膜は、基材上に形成される積層皮膜であって、膜厚がいずれも１０ｎｍ以上である下記の皮膜Ｑと皮膜Ｒが各々１層以上交互に積層されているところに特徴を有する。
［皮膜Ｑ］
組成式がＴｉ_{１−ａ−ｂ−ｃ}Ｂ_ａＣ_ｂＮ_ｃ（但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれＢ、Ｃ、Ｎの原子比を示す）であり、０．２≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．３５、０≦ｃ≦０．３５及び（１−ａ−ｂ−ｃ）≧０．３を満たす皮膜。
［皮膜Ｒ］
組成式がＬ（Ｂ_ｘＣ_ｙＮ_{１−ｘ−y}）（但し、Ｌは、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。

【0008】

本発明の好ましい実施形態において、前記皮膜Ｑと前記皮膜Ｒの膜厚はいずれも１００ｎｍ以下である。

【発明の効果】

【0009】

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、湿式環境下での穴あけ加工に用いる工具）の表面（「最表面」をいう。以下同じ）に形成すれば、該切削工具等の耐摩耗性を向上でき、該切削工具等の長寿命化を実現できる。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。詳細には、次の様な思想のもと、本発明を完成させた。即ち、ＴｉＢ₂、ＳｉＣ、Ｂ₄Ｃ、またはこれらにＣ、Ｎを添加したＴｉＢＮ、ＴｉＢＣ、ＳｉＣＮ、ＢＣＮは、高硬度な化合物であるが、金属材料に対する摩擦係数が高い。よって、上記高硬度な化合物からなる皮膜のみを上記切削工具等の最表面に形成すると、切削時の摺動により摩擦発熱が生じ、基材が温度上昇により軟化し、この基材の軟化に伴って皮膜の損傷が進行するといった問題がある。そこで本発明では、上記高硬度な化合物からなる皮膜と、潤滑性を示す化合物層とを積層させれば、耐摩耗性に優れた皮膜が得られるのではないかとの思想のもと、下記の皮膜Ｑと皮膜Ｒを各々１層以上交互に積層させた積層皮膜を見出し、本発明を完成させた。
［皮膜Ｑ］
組成式がＴｉ_1-a-b-cＢ_aＣ_bＮ_c（但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれＢ、Ｃ、Ｎの原子比を示す）であり、０．２≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．３５、および０≦ｃ≦０．３５を満たす皮膜；
組成式がＳｉ_1-d-eＣ_dＮ_e（但し、ｄ、ｅはそれぞれＣ、Ｎの原子比を示す）であり、０．２≦ｄ≦０．５０、および０≦ｅ≦０．３を満たす皮膜；ならびに、
組成式がＢ_1-f-gＣ_fＮ_g（但し、ｆ、ｇはそれぞれＣ、Ｎの原子比を示す）であり、０．０３≦ｆ≦０．２５、および０≦ｇ≦０．５を満たす皮膜；
よりなる群から選択される１種以上の皮膜。
［皮膜Ｒ］
組成式がＬ（Ｂ_xＣ_yＮ_1-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。

【0011】

以下、各皮膜を規定した理由について説明する。

【0012】

［皮膜Ｑについて］
まず皮膜Ｑとして、組成式がＴｉ_1-a-b-cＢ_aＣ_bＮ_cである皮膜（皮膜Ｑ１）が挙げられる。皮膜Ｑ１は、ＴｉＢ₂（Ｔｉ_0.33Ｂ_0.67）からなる皮膜の他、該皮膜中にＣやＮを含み、高硬度を発揮するＴｉ−Ｎ結合、Ｔｉ−Ｃ結合、Ｂ−Ｃ結合、または潤滑性を示すＢ−Ｎ結合を有する耐摩耗性のより高い皮膜でもよい。上記ＣやＮを含有させる場合、Ｃ量（ｂ）は、０．０５以上であることが好ましく、より好ましくは０．１０以上、更に好ましくは０．１５以上である。またＮ量（ｃ）は、０．０５以上であることが好ましく、より好ましくは０．１０以上である。しかしＣ、Ｎ共に過度に含まれると、硬さの低下、すなわち耐摩耗性の低下を招く。よって、Ｃ量とＮ量の上限はいずれも０．３５である。Ｃ量の上限は、好ましくは０．２０以下である。Ｎ量の上限は、好ましくは０．１５以下である。

【0013】

前記皮膜Ｑ１におけるＢ量（ａ）は、高硬度を確保する観点から０．２以上とする。好ましくは０．３０以上である。尚、Ｂ量の上限は、ＴｉＢ₂の場合（ＣやＮを含まない場合）を考慮して０．７である。ＣおよびＮのいずれか１種以上の元素を含む場合には、Ｂ量を０．６０以下、更には０．５０以下とすることができる。

【0014】

前記皮膜Ｑ１におけるＴｉ量（１−ａ−ｂ−ｃ）は、他の元素の含有量によって決まる。Ｔｉ量の下限は、例えば０．３０以上、更には０．４０以上とすることができる。またＴｉ量の上限は、例えば０．５０以下、更には０．４５以下とすることができる。

【0015】

また前記皮膜Ｑは、組成式がＳｉ_1-d-eＣ_dＮ_eである皮膜（皮膜Ｑ２）であってもよい。皮膜Ｑ２は、ＳｉＣ（Ｓｉ_0.50Ｃ_0.50）からなる皮膜の他、該皮膜中にＮを含んだ皮膜でもよい。Ｎを含有させることによって潤滑性を高めることができる。このＮによる効果を得るには、Ｎ量（ｅ）を０．０５以上とすることが好ましい。しかし、Ｎ量が過剰になると硬さが低下するため、Ｎ量の上限は０．３である。Ｎ量は好ましくは０．１以下である。

【0016】

前記皮膜Ｑ２におけるＣ量（ｄ）は、高硬度を確保する観点から０．２以上である。好ましくは０．３０以上である。尚、Ｃ量の上限は、ＳｉＣを考慮して０．５０である。上記Ｎを含む場合、Ｃ量は０．４０以下とすることができる。

【0017】

前記皮膜Ｑ２におけるＳｉ量（１−ｄ−ｅ）は、他の元素（Ｃ、Ｎ）の含有量によって決まる。前記Ｓｉ量は、おおよそ０．３〜０．６の範囲内とすることができる。

【0018】

また前記皮膜Ｑは、組成式がＢ_1-f-gＣ_fＮ_gである皮膜（皮膜Ｑ３）であってもよい。皮膜Ｑ３は、Ｂ₄Ｃ（Ｂ_0.80Ｃ_0.20）からなる皮膜の他、該皮膜中にＮを含んだ皮膜であってもよい。Ｎを含有させることによって、潤滑性を示すＢ−Ｎ結合を生成することができる。このＮによる効果を得るには、Ｎ量（ｇ）は０．１０以上であることが好ましく、より好ましくは０．１５以上である。しかし、Ｎ量が過剰になると硬さが低下するため、Ｎ量の上限は０．５である。Ｎ量は好ましくは０．４以下である。

【0019】

前記皮膜Ｑ３におけるＣ量（ｆ）は、高硬度を確保する観点から０．０３以上である。好ましくは０．０４以上、より好ましくは０．０８以上、更に好ましくは０．１０以上である。尚、Ｃ量の上限は、Ｂ₄Ｃを考慮して０．２５である。上記Ｎを含む場合、Ｃ量は０．２０以下、更には０．１６以下とすることができる。

【0020】

前記皮膜Ｑ３におけるＢ量（１−ｆ−ｇ）は、他の元素（Ｃ、Ｎ）の含有量によって決まる。Ｂ量は、おおよそ０．５０〜０．８０の範囲内とすることができる。

【0021】

前記皮膜Ｑは、前記皮膜Ｑ１、前記皮膜Ｑ２および前記皮膜Ｑ３よりなる群から選択される１種以上の皮膜であればよい。前記皮膜Ｑを構成する前記皮膜Ｑ１、前記皮膜Ｑ２、前記皮膜Ｑ３の各皮膜は、上記各組成範囲内で組成の互いに異なる２種以上の皮膜が積層されたものであってもよい。

【0022】

［皮膜Ｒについて］
皮膜Ｒ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。前記元素ＬとしてＶが最も低温で潤滑性酸化物を形成するため好ましい。

【0023】

前記皮膜Ｒは、前記元素Ｌの窒化物で構成される他、更にＢおよびＣのいずれか１種以上の元素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を含む場合、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を含む場合、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。

【0024】

前記皮膜Ｒは、上記組成範囲内で組成の互いに異なる２種以上の皮膜が積層されたものであってもよい。

【0025】

［皮膜の厚さ］
前記皮膜Ｑおよび皮膜Ｒ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。よって、皮膜Ｑ、皮膜Ｒの各々の膜厚（本発明において、この「膜厚」は、１層の膜厚（厚さ）を示し、積層皮膜の全膜厚（総厚さ）とは区別される）は、いずれも２ｎｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ以上、更に好ましくは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Ｑと、膜厚が１５００ｎｍの皮膜Ｒの２層構造の積層皮膜とすることもできる。しかし、皮膜Ｑによる高硬度化と皮膜Ｒ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Ｑと皮膜Ｒが各々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Ｑと皮膜Ｒの膜厚はいずれも１００ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましい上限はいずれも５０ｎｍ以下、更に好ましい上限はいずれも３０ｎｍ以下である。

【0026】

また皮膜Ｑと皮膜Ｒ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Ｑと皮膜Ｒの膜厚を変えてもよい。例えば、皮膜Ｑの膜厚を例えば２０ｎｍで一定とし、皮膜Ｒを例えば２〜１００ｎｍの間で変えてもよい。

【0027】

積層皮膜の全膜厚、即ち、皮膜Ｑと皮膜Ｒの総厚さは、薄すぎると優れた耐摩耗性が十分に発揮され難い。よって前記全膜厚は、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは２μｍ以上である。一方、積層皮膜の全膜厚が厚すぎると、切削中に膜の欠損や剥離が発生しやすくなる。よって前記全膜厚は、５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４μｍ以下である。

【0028】

［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、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）や化学気相成長法（ＣＶＤ法、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ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、前記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。

【0029】

皮膜Ｑの形成方法として、例えば、蒸発源（ターゲット）として、皮膜Ｑを構成するＣやＮ以外のＴｉ、Ｓｉ、Ｂといった成分を含むターゲットを用い、雰囲気ガス（反応性ガス）として、窒素ガスやメタン、アセチレン等の炭化水素ガスを用いて、成膜することが挙げられる。また、皮膜Ｑを構成する元素を含む化合物からなるターゲットとして、窒化物、炭窒化物、炭化物、炭ほう化物、窒ほう化物、または炭窒ほう化物からなるターゲットを用いて成膜してもよい。

【0030】

皮膜Ｒ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、窒素ガスやメタン、アセチレン等の炭化水素ガスを用いて成膜を行うことができる。また、皮膜Ｒを構成する元素を含む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。前記窒素ガスや炭化水素ガスといった反応性ガスを用いる場合、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。

【0031】

前記積層皮膜を製造する装置としては、例えば、特開２００８−０２４９７６号公報の図１に示された、アーク蒸発源とスパッタ蒸発源をそれぞれ２箇所備えた成膜装置を用いることができる。該成膜装置を用いた成膜方法として、例えば２箇所のスパッタ蒸発源のうち、一方に皮膜Ｑ形成用ターゲットを取り付け、他方に皮膜Ｒ形成用ターゲットを取り付け、交互に放電させて、皮膜Ｑと皮膜Ｒの両方をスパッタリング法により積層皮膜を形成する方法が挙げられる。尚、皮膜Ｑと皮膜Ｒのうち、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可能である。

【0032】

以下では、皮膜Ｑ、皮膜Ｒの少なくともいずれかをスパッタリ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。

【0033】

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７００℃以下とすることが好ましく、より好ましくは６００℃以下とすることが推奨される。

【0034】

成膜時の基材（被処理体）に印加するバイアス電圧は、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。基材にバイアス電圧を印加することで基材（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と考えられる。この様な効果を発揮させるため、前記バイアス電圧を３０Ｖ以上とすることが好ましい。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りやすい。よって、前記バイアス電圧は２００Ｖ以下とすることが好ましい。

【0035】

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０．１〜０．６Ｐａの範囲とすることが好ましい。前記分圧または全圧が０．１Ｐａ未満の場合、形成される皮膜中の窒素量が欠乏し、量論組成の皮膜が形成されないためである。

【0036】

本発明の積層皮膜は、好ましく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。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Ｑ、皮膜Ｒの各組成が種々の積層皮膜（皮膜Ｑと皮膜Ｒの各厚さは一定）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Ｑおよび皮膜Ｒを交互に積層させた積層皮膜を、複数の蒸発源を有する成膜装置で形成した。詳細には次の通りである。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、成膜装置に導入した。５×１０^-3Ｐａまで排気後、基材を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、積層皮膜として皮膜Ｑおよび皮膜Ｒを、全膜厚が約３μｍ＝約３０００ｎｍとなるよう、下記に詳述する通り基材上に形成した。

【0042】

皮膜Ｑ形成用ターゲットとして、表１に示される皮膜Ｑを構成するＣやＮ以外の、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｂといった成分からなるターゲットを用いた。皮膜Ｑ形成時の雰囲気ガスとして、皮膜ＱがＮを含む場合は窒素ガス、皮膜ＱがＣを含む場合は炭化水素ガスを用いた。また必要に応じて更にＡｒガスを用いた。また皮膜ＱがＮとＣを含まない場合はＡｒガスのみを用いた。

【0043】

皮膜Ｒ形成用ターゲットとして、表１に示される皮膜Ｒを構成する元素Ｌからなるターゲット、皮膜ＲがＢを含む場合は、更にＢを含むターゲットを用いた。皮膜Ｒ形成時の雰囲気ガスとして、皮膜ＱがＮを含む場合は窒素ガス、皮膜ＱがＣを含む場合は炭化水素ガスを用いた（必要に応じて更にＡｒガスを用いた）。

【0044】

そして、前記皮膜Ｑ形成用ターゲットと前記皮膜Ｒ形成用ターゲットを別々の蒸発源に取り付け、基材を搭載したテーブルを装置内で回転させ、各ターゲットを交互に放電させて、各皮膜の１層の厚さが表１に示す通りの積層皮膜をスパッタリング法により形成した。尚、いずれの例も、上記スパッタリングは、基材温度：５００℃、雰囲気ガスの全圧力を０．６Ｐａとし、スパッタ蒸発源（ターゲット直径：６インチ＝１５２ｍｍ）に３ｋＷの電力を投入し、かつ負バイアス電圧：１００Ｖの条件で行った。各皮膜の厚さや積層回数は、前記基材を搭載したテーブルの回転数、即ち、基材の回転数や、ターゲットの放電時間を変えて調整した。

【0045】

比較例として、表１のＮｏ．１に示すＴｉＡｌＮ単層膜、表１のＮｏ．２に示すＴｉＮ単層膜を上記基材上に成膜したサンプルや、表１のＮｏ．３１〜３７に示す皮膜Ｑのみを上記基材上に成膜したサンプルも用意した。

【0046】

［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った。この切削試験では、超硬ドリルが折損に至るまでの加工穴数を工具性能の指標とした。そして、前記「超硬ドリルが折損に至るまでの加工穴数」（切削可能穴数）が１５００個以上の場合を耐摩耗性に優れると評価した。
［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
評価指標：超硬ドリルが折損に至るまでの加工穴数

【0047】

【表1】

【0048】

表１に示すように、Ｎｏ．３〜５、７、８、１０〜１５、１７〜２０、２２〜２６、２８、および３０は、本発明の規定を満たす積層皮膜が形成されているため、耐摩耗性が良好であった。一方、上記Ｎｏ．以外の例は、本発明の範囲を満足していないため、優れた耐摩耗性が得られなかった。具体的には以下の通りである。

【0049】

Ｎｏ．１、２はそれぞれ、Ｔｉ_0.50Ａｌ_0.50Ｎ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、いずれも切削可能穴数が少なく、耐摩耗性に劣っている。

【0050】

Ｎｏ．６は、皮膜ＱのＣ量が過剰であり、Ｎｏ．９は、皮膜ＱのＮ量が過剰であるため、いずれも耐摩耗性に劣る結果となった。

【0051】

Ｎｏ．１６は、皮膜ＱのＮ量が過剰となりＣ量が不足したため、耐摩耗性に劣る結果となった。

【0052】

Ｎｏ．２１は、皮膜ＱのＣ量が不足しているため、Ｎｏ．２７は、皮膜ＲのＣ量が過剰であるため、またＮｏ．２９は、皮膜ＲのＢ量が過剰であるため、いずれも耐摩耗性に劣る結果となった。

【0053】

Ｎｏ．３１〜３７は、皮膜Ｑのみ、即ち、高硬度な化合物からなる皮膜の単層であるため、優れた耐摩耗性が得られなかった。

【0054】

[実施例２]
実施例２では、皮膜Ｑと皮膜Ｒの皮膜組成を一定とし、サンプルごとに皮膜Ｑと皮膜Ｒの各膜厚・積層回数が異なるが総厚さはほとんどの例で３０００ｎｍである皮膜を形成し、この皮膜Ｑと皮膜Ｒの各膜厚・積層回数が、切削性能に及ぼす影響について検討した。

【0055】

皮膜Ｑの組成はＳｉ_0.50Ｃ_0.50、皮膜Ｒ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Ｑ、皮膜Ｒの各膜厚と総厚さ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。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。

【0056】

【表2】

【0057】

表２に示すように、Ｎｏ．１〜１３は、規定の皮膜Ｑと皮膜Ｒを積層させているため、いずれも耐摩耗性が良好であった。特にＮｏ．１、３〜６、１０〜１２は、皮膜Ｑと皮膜Ｒの各膜厚がより好ましい範囲内にあるため、更に優れた耐摩耗性が得られた。