特許 6491031 積層型硬質皮膜および切削工具

(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】6491031

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】積層型硬質皮膜および切削工具

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/06 20060101AFI20190318BHJP

   B23B 27/14 20060101ALI20190318BHJP

   B23C 5/16 20060101ALI20190318BHJP

   B23B 51/00 20060101ALI20190318BHJP

【ＦＩ】

   C23C14/06 H

   C23C14/06 P

   B23B27/14 A

   B23C5/16

   B23B51/00 J

【請求項の数】7

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-89285(P2015-89285)

(22)【出願日】2015年4月24日

(65)【公開番号】特開2016-27192(P2016-27192A)

(43)【公開日】2016年2月18日

【審査請求日】2017年9月1日

(31)【優先権主張番号】特願2014-129122(P2014-129122)

(32)【優先日】2014年6月24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】阿部 麻衣子

(72)【発明者】

【氏名】山本 兼司

(72)【発明者】

【氏名】二井 裕瑛

【審査官】 今井 淳一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１３９６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１６８３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１１９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６６３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２２５７０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １４／０６

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｂ２３Ｂ ５１／００

Ｂ２３Ｃ ５／１６

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

組成の異なる層Ａと層Ｂが積層されてなる積層型硬質皮膜であって、
上記層Ａが、
（Ｍ_ａＡｌ_ｂＣｒ_ｃＴａ_ｄ）（Ｂ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ）からなり、
０≦ａ≦０．２５、０．５≦ｂ≦０．８
０．１０≦ｃ≦０．３０、０．０５≦ｄ≦０．３５
０≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦０．５０
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１
但し、Ｍは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される少なくとも１種であり、ａ、ｂ、ｃおよびｄは、夫々Ｍ、Ａｌ、ＣｒおよびＴａの原子比、ｘ、ｙおよびｚは、夫々Ｂ、ＣおよびＮの原子比を示す。
の関係を満足すると共に、
上記層Ｂが、
（Ｔｉ_αＳｉ_β）（Ｂ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ）からなり、
０．０５≦β≦０．３５
０≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦０．５０
α＋β＝１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１
但し、αおよびβは、夫々ＴｉおよびＳｉの原子比、ｘ、ｙおよびｚは、夫々Ｂ、ＣおよびＮの原子比を示す。
の関係を満足し、これらが夫々１層以上交互に積層したものであることを特徴とする積層型硬質皮膜。

【請求項2】

０≦ａ≦０．１である請求項１に記載の積層型硬質皮膜。

【請求項3】

０．５≦ｂ≦０．６５である請求項１または２に記載の積層型硬質皮膜。

【請求項4】

前記層Ａおよび層Ｂの厚みが、夫々１．５ｎｍ以上である請求項１〜３のいずれかに記載の積層型硬質皮膜。

【請求項5】

前記層Ａおよび層Ｂの厚みが、夫々１００ｎｍ以下であり、積層数が複数である請求項１〜４のいずれかに記載の積層型硬質皮膜。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれかに記載の積層型硬質皮膜を基材表面に形成した切削工具。

【請求項7】

前記基材が、炭化タングステン基超硬合金、サーメット合金、高速度工具鋼、合金工具鋼のいずれかからなるものである請求項６に記載の切削工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、優れた耐摩耗性を発揮する積層型硬質皮膜、およびこうした積層型硬質皮膜を基材表面に形成した切削工具に関する。より詳細には、チップ、ドリル、エンドミル等の切削工具の表面に形成され、切削工具の耐摩耗性を向上させることのできる積層型硬質皮膜、および耐摩耗性を向上した切削工具に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、超硬合金、サーメット、高速度工具鋼または合金工具鋼等を基材とする治工具の耐摩耗性を向上させることを目的に、ＴｉＮやＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜をコーティングすることが行なわれている。しかしながら、被削材の高硬度化や切削速度の高速度化に伴い、更に耐摩耗性の高められた硬質皮膜の実現が求められている。

【0003】

ＴｉＮやＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜よりも耐摩耗性に優れた硬質皮膜として、例えば特許文献１には、ＭをＴｉ、Ｎｂ、Ｗ、ＴａおよびＭｏよりなる群から選択される少なくとも１種としたとき、（Ｍ_ａ，Ａｌ_ｂ，［Ｃｒ_１−αＶ_α］_ｃ）（Ｃ_１−ｄＮｄ）で示される硬質皮膜（但し、ａ、ｂ、ｃは夫々Ｍ、Ａｌ、Ｃｒ＋Ｖの原子比、ｄはＮの原子比、αはＶの原子比を示す。）で、所定の組成比を満たす技術が提案されている。

【0004】

この技術によって、従来から使用されているＴｉＮやＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜よりも耐摩耗性が一層優れた硬質皮膜が実現できたのであるが、高温環境下での硬度維持、即ち、高温での安定性向上を図ることによって、耐摩耗性を更に改善することが望まれている。また、耐摩耗性を高めるためには、高速切削時における耐酸化性を向上させることも必要となる。これらの特性は、湿式潤滑剤を用いた環境下においても要求される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−３４８５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐摩耗性を更に向上させた積層型硬質皮膜、およびこうした積層型硬質皮膜を基材上に形成することによって、従来よりも更に高い耐摩耗性を発揮する切削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】

上記課題を解決し得た本発明の硬質皮膜とは、
組成の異なる層Ａと層Ｂが積層されてなる積層型硬質皮膜であって、
上記層Ａが、
（Ｍ_ａＡｌ_ｂＣｒ_ｃＴａ_ｄ）（Ｂ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ）からなり、
０≦ａ≦０．２５、０．５≦ｂ≦０．８
０．１０≦ｃ≦０．３０、０．０５≦ｄ≦０．３５
０≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦０．５０
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１
但し、Ｍは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される少なくとも１種であり、ａ、ｂ、ｃおよびｄは、夫々Ｍ、Ａｌ、ＣｒおよびＴａの原子比、ｘ、ｙおよびｚは、夫々Ｂ、ＣおよびＮの原子比を示す。
の関係を満足すると共に、
上記層Ｂが、
（Ｔｉ_αＳｉ_β）（Ｂ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ）からなり、
０．０５≦β≦０．３５
０≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦０．５０
α＋β＝１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１
但し、αおよびβは、夫々ＴｉおよびＳｉの原子比、ｘ、ｙおよびｚは、夫々Ｂ、ＣおよびＮの原子比を示す。
の関係を満足し、これらが夫々１層以上交互に積層したものであることを特徴とする。

【0008】

本発明の硬質皮膜においては、前記層Ａおよび層Ｂの厚みが、夫々１．５ｎｍ以上であることが好ましい。また前記層Ａおよび層Ｂの厚みが、夫々１００ｎｍ以下であり、積層数が複数であることも好ましい要件である。

【0009】

上記のような積層型硬質皮膜を基材表面に形成することによって、耐摩耗性のより一層優れた切削工具を実現できる。こうした切削工具で用いる基材としては、炭化タングステン基超硬合金、サーメット合金、高速度工具鋼、合金工具鋼のいずれかからなるものが挙げられる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、高温環境下での硬度維持を示す層Ａと、高温での高い耐酸化性を示す層Ｂを積層した積層型の硬質皮膜とすることで、従来の硬質皮膜よりも耐摩耗性を向上させた硬質皮膜を実現できる。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の硬質皮膜は、高温環境下での硬度維持を示す層Ａと、高温での高い耐酸化性を示す層Ｂを、夫々１層以上交互に積層した積層型硬質皮膜であることを特徴とする。

【0012】

本発明の積層型硬質皮膜を構成する層Ａは、（Ｍ_ａＡｌ_ｂＣｒ_ｃＴａ_ｄ）（Ｂ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ）からなり、下記の関係を満足する。
０≦ａ≦０．３５、０．０５≦ｄ≦０．３５
０≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦０．５０
ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１
但し、Ｍは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される少なくとも１種であり、ａ、ｂ、ｃおよびｄは、夫々Ｍ、Ａｌ、ＣｒおよびＴａの原子比、ｘ、ｙおよびｚは、夫々Ｂ、ＣおよびＮの原子比を示す。

【0013】

上記層Ａは、所定量のＴａを含むことによって、高温環境下での硬度低下を抑制して安定した硬度維持が図れる。こうした特性を発揮させるためには、Ｔａの原子比を０．０５以上、即ち、０．０５≦ｄとする必要がある。好ましいｄの値は、０．１０以上であり、より好ましくは０．１５以上である。

【0014】

しかしながら、Ｔａ量が過剰になると、耐酸化性が低下することから、Ｔａの原子比は０．３５以下、即ち、ｄ≦０．３５とする必要がある。好ましいｄの値は、０．３０以下であり、より好ましくは０．２５以下である。

【0015】

上記Ｍは、Ｖ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷよりなる群から選択される少なくとも１種の元素である。これらの元素は、切削工具の摺動下において、潤滑性の有る酸化物を形成し、自己潤滑性の発揮を期待できる。しかしながら、Ｍ量が過剰になると、耐酸化性が低下することから、Ｍの原子比は０．３５以下、即ち、ａ≦０．３５とする必要がある。好ましくは、０．３０以下であり、より好ましくは０．２５以下である。また上記の効果を発揮させるためには、Ｍは原子比で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。但し、Ｍは含有されていなくても、所定量のＴａを含有させることによって、高温環境下での硬度維持の効果を発揮できる。

【0016】

層ＡにおけるＭおよびＴａ以外の元素は、ＡｌおよびＣｒである。これらの元素は硬質皮膜の高硬度を達成する上で必要な元素である。これらの元素の含有量（合計）は、原子比で０．３０≦（ｂ＋ｃ）≦０．９５の値をとり得る。このうちＡｌの原子比ｂは、０．５≦ｂ≦０．８とすることが好ましい。Ａｌの原子比ｂが０．５よりも小さくなると、岩塩構造型のＡｌＮの析出量が少なくなって、高硬度化の効果が得られ難くなる。Ａｌの原子比ｂのより好ましい下限は０．６以上であり、更に好ましくは０．６５以上である。一方、Ａｌの原子比ｂの好ましい上限を０．８としたのは、Ａｌの比率が大きくなり過ぎると、相対的にＣｒの含有量が少なくなって、軟質なＺｎＳ型のＡｌＮの析出によって皮膜が軟質化することになる。Ａｌの原子比ｂのより好ましい上限は０．７７以下であり、更に好ましくは０．７５以下である。

【0017】

上記層Ａは、基本的に窒化物、即ち、ｘ＋ｙ＝０、ｚ＝１の場合をベースとするものであるが、ＢやＣを添加して硼化物や炭化物を一部若しくは原子で０．５まで含ませることによって、硬質皮膜の硬さを更に向上させることができる。こうした効果を発揮させるためには、Ｂの原子比は０．０１以上、即ち、０．０１≦ｘであることが好ましく、より好ましくは０．０５以上、即ち、０．０５≦ｘである。またＣの原子比は０．０５以上、即ち、０．０５≦ｙであることが好ましく、より好ましくは０．１０以上、即ち、０．１０≦ｙである。

【0018】

但し、ＢやＣの添加量が過剰になると、硬質皮膜の硬度が却って低下することから、Ｂの原子比は０．１５以下、即ち、ｘ≦０．１５、Ｃの原子比は０．５０以下、即ち、ｙ≦０．５０とする必要がある。Ｂの原子比は好ましくは０．１０以下、即ち、ｘ≦０．１０であり、より好ましくは０．０８以下、即ち、ｘ≦０．０８である。また、Ｃの原子比は０．４０以下、即ち、ｙ≦０．４０であることが好ましく、より好ましくは０．２５以下、即ち、ｙ≦０．２５である。

【0019】

一方、本発明の積層型硬質皮膜を構成する層Ｂは、（Ｔｉ_αＳｉ_β）（Ｂ_ｘＣ_ｙＮ_ｚ）からなり、下記の関係を満足する。
０．０５≦β≦０．３
０≦ｘ≦０．１５、０≦ｙ≦０．５０
α＋β＝１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１
但し、αおよびβは、夫々ＴｉおよびＳｉの原子比、ｘ、ｙおよびｚは、夫々Ｂ、ＣおよびＮの原子比を示す。

【0020】

上記層Ｂは、Ｔｉを含有して高い耐酸化性を示す硬質皮膜中に対して所定量のＳｉを含有させることによって、Ｔｉだけを含有する硬質皮膜よりも硬さを更に向上させたものである。こうした特性を発揮させるためには、Ｓｉの原子比を０．０５以上、即ち、０．０５≦βとする必要がある。好ましくは、０．１０以上、即ち、０．１０≦βであり、より好ましくは０．１５以上、即ち、０．１５≦βである。

【0021】

但し、Ｓｉの添加量が過剰になると、皮膜が非晶質化し硬度が却って低下することから、Ｓｉの原子比は０．３５以下、即ち、β≦０．３５とする必要がある。Ｓｉの原子比は好ましくは０．３０以下、即ち、β≦０．３０であり、より好ましくは０．２５以下、即ち、β≦０．２５である。

【0022】

上記層Ｂは前記層Ａと同様に、基本的に窒化物、即ち、ｘ＋ｙ＝０、ｚ＝１の場合をベースとするものであるが、ＢやＣを添加して硼化物や炭化物を一部若しくは原子比で０．５まで含ませることによって、硬質皮膜の硬さを更に向上させることができる。こうした効果を発揮させるためには、Ｂの原子比は０．０１以上、即ち、０．０１≦ｘであることが好ましく、より好ましくは０．０５以上、即ち、０．０５≦ｘである。またＣの原子比は０．０５以上、即ち、０．０５≦ｙであることが好ましく、より好ましくは０．１０以上、即ち、０．１０≦ｙである。

【0023】

但し、ＢやＣの添加量が過剰になると、前記層Ａと同様に、層Ｂの硬度が却って低下することから、Ｂの原子比は０．１５以下、即ち、ｘ≦０．１５、Ｃの原子比は０．５０以下、即ち、ｙ≦０．５０とする必要がある。Ｂの原子比は好ましくは０．１０以下、即ち、ｘ≦０．１０であり、より好ましくは０．０８以下、即ち、ｘ≦０．０８である。また、Ｃの原子比は０．４０以下、即ち、ｙ≦０．４０であることが好ましく、より好ましくは０．２５以下、即ち、ｙ≦０．２５である。

【0024】

層Ａおよび層Ｂにおいて、Ｂ、ＣおよびＮの夫々の原子比を示す添字、即ち、ｘ、ｙおよびｚは同じものを用いているが、硬質皮膜内での層Ａおよび層Ｂの夫々において同じ値である意味ではなく、上記の範囲内であれば、同じ添字であっても層Ａおよび層Ｂの夫々において別個の値をとり得る。

【0025】

上記の層Ａおよび層Ｂの各々の機能を有効に発揮させるためには、各々の層Ａ、Ｂの組成が混合状態では無く、夫々の層が１層以上交互に積層して各層Ａ、Ｂが独立した積層状態で存在する必要がある。

【0026】

層Ａおよび層Ｂの各々の機能を有効に発揮させるためには、層Ａおよび層Ｂの厚みは、夫々１．５ｎｍ以上であることが好ましい。より好ましい厚みは、夫々１０ｎｍ以上であり、更に好ましくは夫々２０ｎｍ以上である。

【0027】

例えば、皮膜全体の膜厚が３μｍ、即ち３０００ｎｍとした場合、層Ａおよび層Ｂの夫々の厚みが１５００ｎｍとした２層構造の皮膜とすることができる。但し、積層した状態での両層Ａ、Ｂによる機能を最大限に発揮させるためには、積層数が複数であることが好ましい。こうした観点から、層Ａおよび層Ｂの厚みは、夫々１００ｎｍ以下として積層数を複数とすることが好ましい。層Ａおよび層Ｂの厚みは、より好ましくは夫々８０ｎｍ以下であり、更に好ましくは夫々５０ｎｍ以下である。ここで、積層数とは、層Ａと層Ｂの積層を積層数１としたときの値である。皮膜全体の膜厚は、厚ければ厚いほど良いが、生産性を考慮すれば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。また積層数は１０回以上、２０００回以下であることが好ましく、好ましくは５０回以上、１０００回以下である。

【0028】

尚、層Ａおよび層Ｂの厚みは、必ずしも同じである必要はなく、例えば層Ａの厚みが２０ｎｍで、層Ｂの厚みが１．５〜１００ｎｍとすることもできる。また複数積層する皮膜では、基材側が必ずしも層Ｂである必要がなく、層Ａが基材側に存在していてもよい。また基材と直接接触する層Ａまたは層Ｂと同じ組成の層が、最表面側に存在するような膜構造であってもよく、目的に応じて、様々な積層構造とすることができる。

【0029】

上記のような積層型硬質皮膜を基材表面に形成することによって、耐摩耗性がより一層優れた切削工具が実現できる。こうした切削工具で用いる基材としては、例えばＷＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系合金、ＷＣ−ＴｉＣ−（ＴａＣまたはＮｂＣ）−Ｃｏ系合金、ＷＣ−（ＴａＣまたはＮｂＣ）−Ｃｏ系合金等の炭化タングステン基超硬合金；例えばＴｉＣ−Ｎｉ−Ｍｏ系合金、ＴｉＣ−ＴｉＮ−Ｎｉ−Ｍｏ系合金等のサーメット合金；例えばＪＩＳ Ｇ ４４０３：２００６に規定されるＳＫＨ５１やＳＫＤ６１等の高速度工具鋼材；例えばＪＩＳ Ｇ ４４０４：２００６に規定されるＳＫＳ１１やＳＫＤ１等の合金工具鋼材、等が挙げられる。

【0030】

硬質皮膜は、物理的気相成長法（ＰＶＤ法：Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）や化学的気相成長法（ＣＶＤ法：Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）等、公知の方法を用いて基材表面に被覆できる。これらの方法のうち、硬質皮膜の密着性などの観点から、ＰＶＤ法を用いて製造することが好ましい。具体的には、固体蒸発源として用いるターゲットを蒸発またはイオン化させ、窒素、炭化水素または硼素を含むガス雰囲気中で、被処理体（基材）上に成膜する、例えば、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ：Ａｒｃ Ｉｏｎ Ｐｌａｔｉｎｇ）法等のイオンプレーティング法やスパッタリング法等の反応性ＰＶＤ法が有効である。またスパッタリング法を適用する場合には、成膜対象の基材へのイオン照射量が多いアンバランスドマグネトロンスパッタリング（ＵＢＭＳ：Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）が適している。

【0031】

いずれの皮膜形成方法を採用するにしても、使用するターゲットの成分組成が、形成される皮膜の成分組成を決定付けることから、ターゲットの成分組成は、目的とする皮膜組成と同一であることが好ましい。尚、硼化物を含む皮膜を形成する場合には、雰囲気中に硼素を含むガス、例えばＢＦ₄等を含有させずに、ターゲット中にＢを含有させるように
してもよい。

【0032】

アークイオンプレーティング法で成膜するときの好ましい条件としては、例えば下記の条件が挙げられる。
全圧力：０．５Ｐａ以上、４Ｐａ以下
印加電流（放電電流）：１００〜２００Ａ
成膜時の基材温度：３００℃以上、８００℃以下

【0033】

本発明の積層型硬質皮膜は、切削工具の基材表面に形成する皮膜として有用であるが、その優れた耐摩耗性を考慮すれば、上記切削工具として特に湿式環境下での穴開け加工用ドリルとして有用である。

【実施例】

【0034】

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、前記、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含まれる。

【0035】

（実施例１）
下記表１に示す組成の層Ａ、層Ｂを積層した皮膜を、複数の蒸発源を有するＡＩＰ装置にて形成した。このとき基材として、硬さ測定用に、１３ｍｍ×１３ｍｍ×５ｍｍ厚さの鏡面超硬合金製試験片、および耐摩耗性の測定用に、直径：８．５ｍｍの超硬合金製２枚刃ドリルを用いた。

【0036】

【表1】

【0037】

これらの基材をエタノール中にて超音波脱脂洗浄し、ＡＩＰ装置に導入した。装置内の圧力を５×１０^-3Ｐａとなるまで排気した後、基材を５００℃まで加熱し、Ａｒイオンによるエッチングを５分間実施した。その後、窒素ガスまたは炭化水素ガスを４Ｐａまで導入し、ターゲット径が１００ｍｍのアーク蒸発源を放電電流１５０Ａで運転し、合計厚さ約３μｍ、即ち約３０００ｎｍの皮膜を基材上に形成した。尚、Ｂを含有させて硼化物を形成する場合には、Ｂを含有するターゲットを用いた。

【0038】

積層型硬質皮膜を形成する場合には、層Ａおよび層Ｂの組成の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、まず層Ａのターゲットのみを窒素雰囲気中で単独で短時間放電させ、約１００ｎｍの層を形成して基材との密着性を確保した後、層Ｂのターゲットを放電させ、層Ａおよび層Ｂを同時放電させながら、テーブルを回転させることで、各層Ａ、Ｂの厚さが夫々２０ｎｍで積層数が７５回である多層膜を形成した。多層膜における層Ａの厚み、層Ｂの厚みおよび積層回数は、テーブルの回転速度を変えることで調節した。即ち、回転速度を速くすれば、層Ａの厚み、層Ｂの厚みが薄くなり、積層回数が大きくなり、回転速度を遅くすれば層Ａの厚み、層Ｂの厚みが厚くなり、積層回数が小さくなる。尚、比較例として、表１の試験Ｎｏ．２６に示すとおり、ＴｉＡｌＮ単層、および試験Ｎｏ．２７に示すとおり、ＴｉＮ単層を形成した。

【0039】

得られた各硬質皮膜被覆部材について、下記の方法で硬質皮膜の硬さと耐摩耗性を測定した。

【0040】

（硬さ測定）
前記硬さ測定用試験片を用いて、ビッカース硬さ（ＨＶ）を荷重１Ｎの条件で測定した。具体的な基準として、硬さがＨＶ３４００以上のものは硬度が十分にあると判定した。尚、硬さは好ましくはＨＶ３７００以上、より好ましくはＨＶ３８００以上である。硬さは大きい方が良いため、特に上限は定めないがあまり大きすぎると、皮膜内部での破壊につながるため、その上限はＨＶ４７００以下であることが好ましい。より好ましくはＨＶ４６００以下である。

【0041】

（耐摩耗性の測定）
耐摩耗性に関しては、上記超硬合金製２枚刃ドリルに成膜したサンプルを用いて、下記の条件で切削試験を行ない、ドリル外周面のフランク摩耗幅、即ち逃げ面摩耗幅を測定して耐摩耗性を評価した。具体的な基準として、逃げ面摩耗幅が６９μｍ以下のものを耐摩耗性に優れると評価した。尚、逃げ面摩耗幅は好ましくは６４μｍ以下であり、より好ましくは５９μｍ以下であり、更に好ましくは５４μｍ以下であり、より更に好ましくは４９μｍ以下である。

【0042】

（切削試験条件）
被削材料：ＳＣＭ４４０（機械構造用合金鋼鋼材：ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２００３
熱処理する前の状態のもの（生材））
切削速度：７５ｍ／分
送り：０．２４ｍｍ／回転
切り込み深さ：２ｍｍ
潤滑：外部給油（エマルジョン）
評価条件：１０００穴加工後のドリル外周面でのフランク摩耗幅で評価

【0043】

これらの結果を、下記表２の試験Ｎｏ．１〜３０に併記する。尚、この結果は、各層Ａ、Ｂの厚さを夫々２０ｎｍに固定し、組成の異なる皮膜を形成、切削性能に及ぼす組成比の影響について調査したものである。

【0044】

【表2】

【0045】

これらの結果から、次のように考察できる。即ち、試験Ｎｏ．２〜７、９〜１４、１６、１７、２０〜２２、２４、２５、２８〜３０は、層Ａおよび層Ｂの組成が本発明で規定する範囲を満足しているので、良好な硬さと耐摩耗性を発揮していることが分かる。

【0046】

これに対し、試験Ｎｏ．１、８、１５、１８、１９、２３、２６、２７は、本発明で規定する要件のいずれかを満足せず、耐摩耗性が劣化している。即ち、試験Ｎｏ．１は、層Ａ中にＴａを含まない例であり、層Ａの高温環境下での硬度が低下し、硬質皮膜の耐摩耗性が劣化している。また試験Ｎｏ．８は、層Ａ中のＴａ含有量が過剰になっている例であり、層Ａの耐酸化性が低下し、硬質皮膜の耐摩耗性が劣化している。

【0047】

試験Ｎｏ．１５は、層ＡにおけＢの含有量が過剰になった例であり、皮膜の硬さがＨＶ３４００未満となり耐摩耗性が劣化している。試験Ｎｏ．１８は、Ｃの含有量が過剰になった例であり、皮膜の硬さが低下して耐摩耗性が劣化している。

【0048】

試験Ｎｏ．１９は、層ＢにおけるＴｉ含有量が過剰になった例であり、その分Ｓｉ量が少なくなって硬度がＨＶ３４００未満となり耐摩耗性が劣化している。試験Ｎｏ．２３は、層ＢにおけるＴｉの含有量が少なくなると共に、Ｓｉ含有量が過剰になった例であり、皮膜の硬さがＨＶ３４００未満となり耐摩耗性が劣化している。

【0049】

試験Ｎｏ．２６は、従来のＴｉＡｌＮ単層膜であり、本発明で規定する要件を満足する硬質皮膜より硬さが低いため耐摩耗性が劣化している。試験Ｎｏ．２７は、従来のＴｉＮ膜であり、本発明で規定する要件を満足する硬質皮膜より硬さが低いため耐摩耗性が極端に劣化している。

【0050】

（実施例２）
前記表１の試験Ｎｏ．４に示した組成および構造の皮膜を、最初に１００ｎｍの層Ａを形成しない以外は、サンプル毎に層Ａおよび層Ｂの厚さを変えつつ積層数を変え、合計厚さを３μｍの一定として硬質皮膜を形成した。このときの製造方法は、実施例１に示した方法と同様である。尚、試験Ｎｏ．３７では、合計厚さを３．２μｍ、即ち３２００ｎｍとした。

【0051】

得られた各硬質皮膜被覆部材について、実施例１と同様の方法で硬質皮膜の硬さと耐摩耗性を測定した。

【0052】

その結果を下記表３の試験Ｎｏ．３１〜３８に示す。尚、表３の試験Ｎｏ．３４は、最初に１００ｎｍの層Ａを形成しない以外は、前記表１、２の試験Ｎｏ．４に相当するものである。

【0053】

【表3】

【0054】

これらの結果から、次のように考察できる。即ち、試験Ｎｏ．３１〜３８は、層Ａおよび層Ｂの組成が本発明で規定する範囲を満足しているので、良好な耐摩耗性を発揮していることが分かる。このうち、試験Ｎｏ．３３〜３５では、本発明における膜厚のより好ましい下限の要件、または膜厚の更に好ましい上限の要件を満足しているので、耐摩耗性向上効果がより良好であった。