JP2002275618A - 硬質積層被膜、硬質積層被膜被覆工具およびその硬質積層被膜の形成方法 - Google Patents

硬質積層被膜、硬質積層被膜被覆工具およびその硬質積層被膜の形成方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴｉＡｌＮを主体として構成される硬質被膜
の耐摩耗性を損なうことなく、靱性を更に向上させて欠
けや剥離を一層効果的に防止する。 【解決手段】 （Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）（但
し、０．２０≦ｘ≦０．６０、０≦ｙ≦０．５）にて構
成されているとともに、平均層厚が１０ｎｍ〜２０００
ｎｍの範囲内の第１被膜層２２と、（Ｔｉx Ａｌ1-x ）
（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２０≦ｘ≦０．６０、０≦
ｙ≦０．５）とＣｒＮとの混合層で、平均層厚が１０ｎ
ｍ〜１０００ｎｍの範囲内の第２被膜層２４とを交互に
積層し、全体の総膜厚が０．５μｍ〜２０μｍの範囲内
の硬質積層被膜２０を、エンドミル１０の工具母材１２
の表面にコーティングした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は硬質積層被膜に係
り、特に、耐摩耗性および靱性に優れた硬質積層被膜に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高速度工具鋼、超硬合金等の工具母材の
表面をＴｉＡｌＮの硬質被膜で被覆した硬質被膜被覆工
具が知られている。特開平１０−１６８５８３号公報に
記載の工具はその一例で、工具母材とＴｉＡｌＮ硬質被
膜との間にＣｒＮなどの比較的軟質の界面層を介在させ
て母材に対する密着性を向上させている。また、特開平
１１−２１６６０１号公報には、ＴｉとＡｌとの混晶比
が異なる２種類のＴｉＡｌＮ硬質被膜を交互に多数積層
した硬質積層被膜が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＴｉＡ
ｌＮ硬質被膜は内部応力が大きくて靱性に乏しいため、
切削加工時にチッピング状の欠けや剥離が生じ易く、Ｔ
ｉＡｌＮの優れた耐摩耗性を十分に発揮することができ
なかった。ＣｒＮなどの界面層を設けたり、混晶比が異
なる２種類のＴｉＡｌＮ硬質被膜を積層したりすれば、
欠けや剥離が改善されるが、必ずしも十分に満足できな
かった。
【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、ＴｉＡｌＮを主体と
して構成される硬質被膜の耐摩耗性を損なうことなく、
靱性を更に向上させて欠けや剥離を一層効果的に防止す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、第１発明の硬質積層被膜は、（Ｔｉx Ａｌ1-x）
（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２０≦ｘ≦０．６０、０≦
ｙ≦０．５）から成る第１被膜層と、ＣｒＮまたはＣｒ
Ｎを含む第２被膜層とが所定の部材の表面に交互に積層
されているとともに、最上層が前記第１被膜層にて構成
されていることを特徴とする。
【０００６】第２発明は、第１発明の硬質積層被膜にお
いて、前記硬質積層被膜の最下層は前記第１被膜層で構
成されていることを特徴とする。
【０００７】第３発明は、第１発明または第２発明の硬
質積層被膜において、前記第１被膜層の平均層厚は１０
ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内で、前記第２被膜層の平均
層厚は１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で、硬質積層被
膜全体の総膜厚は０．５μｍ〜２０μｍの範囲内である
ことを特徴とする。
【０００８】第４発明は、第１発明〜第３発明の何れか
の硬質積層被膜において、前記第２被膜層は、（Ｔｉx
Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２０≦ｘ≦０．
６０、０≦ｙ≦０．５）とＣｒＮとの混合層であること
を特徴とする。
【０００９】第５発明は、硬質積層被膜被覆工具に関す
るもので、第１発明〜第４発明の何れかの硬質積層被膜
で表面が被覆されていることを特徴とする。
【００１０】第６発明は、(a)Ｔｉx Ａｌ1-x （但し、
０．２０≦ｘ≦０．６０）から成る第１蒸発源をカソー
ドとしてアーク電流を通電する第１アーク電源と、(b)
Ｃｒから成る第２蒸発源をカソードとしてアーク電流を
通電する第２アーク電源と、(c) 硬質積層被膜で被覆す
べき部材に負のバイアス電圧を印加するバイアス電源
と、(d) 前記部材を所定の回転中心まわりに回転駆動す
る回転装置と、(e) 前記部材、前記第１蒸発源、前記第
２蒸発源を収容している処理容器内に所定の反応ガスを
供給する反応ガス供給装置と、を有するアークイオンプ
レーティング装置を用いて、(f) （Ｔｉx Ａｌ1-x ）
（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２０≦ｘ≦０．６０、０≦
ｙ≦０．５）から成る第１被膜層と、ＣｒＮまたはＣｒ
Ｎを含む第２被膜層とが交互に積層されている第１発明
〜第４発明の何れかの硬質積層被膜を前記部材の表面に
形成する方法であって、(g) 前記第１アーク電源および
前記第２アーク電源をＯＮ、ＯＦＦすることにより、前
記第１被膜層および前記第２被膜層を切り換えるととも
に、そのＯＮ時間およびアーク電流の少なくとも一方を
制御してそれ等の第１被膜層および第２被膜層の層厚を
調整することを特徴とする。
【００１１】第７発明は、第６発明の硬質積層被膜の形
成方法において、前記第１アーク電源および前記第２ア
ーク電源を共にＯＮすることにより、前記第２被膜層と
して（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２
０≦ｘ≦０．６０、０≦ｙ≦０．５）とＣｒＮとの混合
層を形成するとともに、それ等の第１アーク電源および
第２アーク電源のアーク電流の大きさを制御して混合割
合を調整することを特徴とする。
【００１２】第８発明は、第６発明または第７発明の硬
質積層被膜の形成方法において、前記第１蒸発源および
前記第２蒸発源は、前記部材を挟んで略水平方向の対称
位置に配置されているとともに、その部材は略垂直な回
転中心まわりに回転駆動されるようになっていることを
特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】ここで、第１被膜層を構成している（Ｔ
ｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２０≦ｘ≦
０．６０、０≦ｙ≦０．５）の硬さ（Ｈｖ）は２３００
〜３０００程度であるのに対し、ＣｒＮの硬さ（Ｈｖ）
は１８００〜２０００程度であるため、このような比較
的硬度の低い第２被膜層と高硬度の第１被膜層とが交互
に積層されることにより、低硬度の第２被膜層の存在に
より靱性が高くなり、チッピング状の欠けや剥離が生じ
難くなる。また、ＣｒＮの酸化開始温度は約７００℃と
高いため、形成された被膜の耐熱性を損なうことがな
い。更に、硬質積層被膜の最上層すなわち表面は、高硬
度の第１被膜層によって構成されているため、優れた耐
摩耗性が得られる。
【００１４】第２発明の硬質積層被膜は、最下層が第１
被膜層で構成されているため、硬質積層被膜が設けられ
る所定の部材に対して優れた密着性が得られる。
【００１５】第３発明は、第１被膜層の平均層厚が１０
ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内で、第２被膜層の平均層厚
が１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で、硬質積層被膜全
体の総膜厚が０．５μｍ〜２０μｍの範囲内であるた
め、第１被膜層による耐摩耗性を維持しつつ、第２被膜
層による欠けや剥離防止効果が十分に得られる。
【００１６】第４発明は、第２被膜層が（Ｔｉx Ａｌ
1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２０≦ｘ≦０．６
０、０≦ｙ≦０．５）とＣｒＮとの混合層であるため、
ＣｒＮのみで構成した場合に比較して第１被膜層との密
着性が高く、欠けや剥離防止効果が更に向上する。
【００１７】硬質積層被膜被覆工具に関する第５発明に
おいても、実質的に第１発明〜第４発明と同様の効果が
得られ、工具の耐久性（寿命）が向上する。
【００１８】第６発明では、アークイオンプレーティン
グ装置の第１アーク電源および第２アーク電源をＯＮ、
ＯＦＦすることにより第１被膜層および第２被膜層を切
り換えるとともに、そのＯＮ時間およびアーク電流の少
なくとも一方を制御してそれ等の第１被膜層および第２
被膜層の層厚を調整するため、第１被膜層および第２被
膜層の層厚を高い寸法精度で形成できる。
【００１９】第７発明では、第１アーク電源および第２
アーク電源を共にＯＮすることにより、第２被膜層とし
て（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２０
≦ｘ≦０．６０、０≦ｙ≦０．５）とＣｒＮとの混合層
を形成するとともに、それ等の第１アーク電源および第
２アーク電源のアーク電流の大きさを制御して混合割合
を調整するため、所定の混合割合の第２被膜層を形成で
きる。
【００２０】第８発明では、第１蒸発源および第２蒸発
源が部材を挟んで略水平方向の対称位置に配置されてい
るとともに、その部材は略垂直な回転中心まわりに回転
駆動されるようになっているため、第１被膜層および第
２被膜層を部材の表面に略均一に形成できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明は、エンドミルやタップ、
ドリルなどの回転切削工具の他、バイト等の非回転式の
切削工具、或いは転造工具など、種々の加工工具の表面
にコーティングされる硬質積層被膜に好適に適用される
が、表面保護膜など加工工具以外の部材の表面にコーテ
ィングされる硬質積層被膜にも同様に適用できる。工具
母材など硬質積層被膜が設けられる部材としては、超硬
合金が好適に用いられるが、高速度工具鋼などの他の金
属材料であっても良い。
【００２２】本発明の硬質積層被膜の形成方法として
は、第６発明のようにアークイオンプレーティング法が
好適に用いられるが、スパッタリング法等の他の物理蒸
着法（ＰＶＤ法）や、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等
の化学蒸着法（ＣＶＤ法）を用いることもできる。
【００２３】第２被膜層のＣｒＮは、クロムの純粋な窒
化物であっても良いが、Ｃ（炭素）を含む炭窒化物Ｃｒ
ＣＮやＢ（ほう素）を含む窒硼化物ＣｒＢＮ、或いはＣ
およびＢを含む炭窒硼化物ＣｒＣＢＮでも良い。
【００２４】第１被膜層の平均層厚が１０ｎｍ未満であ
ると十分な耐摩耗性が得られなくなる一方、２０００ｎ
ｍを越えると上下に硬度の低い第２被膜層があっても欠
けが発生し易くなるため、１０ｎｍ〜２０００ｎｍの範
囲内が望ましく、更には１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度
の範囲内が適当である。総ての第１被膜層の層厚は同じ
であっても良いが、例えば最上層の第１被膜層のみを他
よりも厚くして耐摩耗性や耐熱性を高くすることもでき
るし、１層ずつ連続的に変化させることも可能である。
【００２５】第２被膜層の平均層厚が１０ｎｍ未満であ
ると衝撃などを十分に吸収できなくなる一方、１０００
ｎｍを越えると被膜全体の硬度や耐熱性が損なわれるた
め、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内が望ましく、更に
は１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度の範囲内が適当である。総
ての第２被膜層の層厚は同じであっても良いが、１層ず
つ連続的に変化させることも可能である。
【００２６】硬質積層被膜全体の総膜厚が０．５μｍ未
満であると十分な耐摩耗性、耐熱性が得られない一方、
２０μｍを越えると欠けや剥離が生じ易くなるため、
０．５μｍ〜２０μｍの範囲内が望ましく、更には１μ
ｍ〜１０μｍ程度の範囲内が適当である。
【００２７】第４発明では、第２被膜層が（Ｔｉx Ａｌ
1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２０≦ｘ≦０．６
０、０≦ｙ≦０．５）とＣｒＮとの混合層であるが、Ｃ
ｒＮのみで第２被膜層を構成しても良い。第２被膜層を
構成する（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）は、第１被
膜層と同じものでも良いが、混晶比ｘ、ｙが相違してい
るものでも良い。
【００２８】第６発明の反応ガス供給装置は、第１被膜
層の組成に応じて定められ、窒化物の場合は例えば窒素
ガス（Ｎ2 ）を供給するように構成されるとともに、炭
窒化物の場合は、例えば窒素ガス（Ｎ2 ）および炭化水
素ガス（ＣＨ4 、Ｃ2 Ｈ2 など）を供給するように構成
される。
【００２９】第６発明において、第１アーク電源、第２
アーク電源のＯＮ時間が長くなれば第１被膜層や第２被
膜層の層厚は厚くなる。また、それ等のアーク電源のア
ーク電流を大きくすれば被膜層の層厚は厚くなり、それ
等のＯＮ時間、アーク電流の少なくとも一方で層厚を調
整できるが、２つの制御要素を共に制御しながら層厚調
整を行うこともできる。また、部材に印加されるバイア
ス電圧など他の制御要素も考慮して層厚を調整すること
もできる。
【００３０】第７発明では、部材が回転駆動されること
により、厳密には（Ｔｉx Ａｌ1-x）（Ｃy Ｎ1-y ）
（但し、０．２０≦ｘ≦０．６０、０≦ｙ≦０．５）と
ＣｒＮとが部分的に混ざり合いながら交互に繰り返し付
着させられることになり、部材の回転速度によって第２
被膜層の積層構造が変化する。（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃ
y Ｎ1-y ）（但し、０．２０≦ｘ≦０．６０、０≦ｙ≦
０．５）のみから成る第１被膜層についても、厳密には
部材の回転に伴って断続的に付着させられることにな
る。
【００３１】第８発明では、第１蒸発源および第２蒸発
源が部材を挟んで略水平方向の対称位置に配置されてい
るが、他の発明の実施に際しては、例えば第１蒸発源お
よび第２蒸発源を隣接して配置しても良いなど適宜変更
できる。部材の回転中心線についても、必ずしも垂直
（鉛直）方向である必要はない。
【００３２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳
細に説明する。図１は、本発明の硬質積層被膜被覆工具
の一例であるエンドミル１０を説明する図で、(a) は軸
心と直角方向から見た正面図であり、超硬合金にて構成
されている工具母材１２にはシャンクおよび刃部１４が
一体に設けられている。刃部１４には、切れ刃として外
周刃１６および底刃１８が設けられており、軸心まわり
に回転駆動されることによりそれ等の外周刃１６および
底刃１８によって切削加工が行われるとともに、その刃
部１４の表面には硬質積層被膜２０がコーティングされ
ている。図１(a) の斜線部は硬質積層被膜２０を表して
おり、図１の(b)は、硬質積層被膜２０がコーティング
された刃部１４の表面部分の断面図である。エンドミル
１０は回転切削工具で、工具母材１２は硬質積層被膜２
０が設けられる所定の部材に相当する。
【００３３】図１(b) から明らかなように、硬質積層被
膜２０は第１被膜層２２および第２被膜層２４を交互に
積層したもので、硬質積層被膜２０の全体の総膜厚は
０．５μｍ〜２０μｍの範囲内とされている。第１被膜
層２２は、（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、
０．２０≦ｘ≦０．６０、０≦ｙ≦０．５）にて構成さ
れているとともに、平均層厚は１０ｎｍ〜２０００ｎｍ
の範囲内であり、第２被膜層２４は、第１被膜層２２と
同じ（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２
０≦ｘ≦０．６０、０≦ｙ≦０．５）とＣｒＮとの混合
層で、平均層厚は１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であ
る。ＣｒＮは、炭素やほう素を含まないクロムの純粋な
窒化物である。また、硬質積層被膜２０の最下層および
最上層は何れも第１被膜層２２によって構成されてお
り、第１被膜層２２および第２被膜層２４の合計の層数
は３以上の奇数となる。
【００３４】図２は、上記硬質積層被膜２０を形成する
際に好適に用いられるアークイオンプレーティング装置
３０を説明する概略構成図（模式図）で、多数のワーク
すなわち硬質積層被膜２０を被覆する前の切れ刃１６、
１８等が形成された工具母材１２を保持しているワーク
保持具３２、そのワーク保持具３２を略垂直な回転中心
まわりに回転駆動する回転装置３４、工具母材１２に負
のバイアス電圧を印加するバイアス電源３６、工具母材
１２などを内部に収容している処理容器としてのチャン
バ３８、チャンバ３８内に所定の反応ガスを供給する反
応ガス供給装置４０、チャンバ３８内の気体を真空ポン
プなどで排出して減圧する排気装置４２、第１アーク電
源４４、第２アーク電源４６等を備えている。ワーク保
持具３２は、上記回転中心を中心とする円筒形状或いは
多角柱形状を成しており、刃部１４が略水平に外側へ突
き出す姿勢で多数の工具母材１２を放射状に保持してい
る。また、反応ガス供給装置４０は、窒素ガス（Ｎ2 ）
および炭化水素ガス（ＣＨ 4 、Ｃ2 Ｈ2 など）のタンク
を備えており、第１被膜層２２の組成に応じて、ＴｉＡ
ｌＮの場合は窒素ガスを供給し、ＴｉＡｌＣＮの場合は
窒素ガスおよび炭化水素ガスを供給する。第２被膜層２
４を構成しているＣｒＮも窒素（Ｎ）を含むが、第２被
膜層２４は第１被膜層２２と同じ組成を含んでいて窒素
ガスが供給されるため、その窒素ガスによりＣｒＮが形
成される。
【００３５】第１アーク電源４４は、前記第１被膜層２
２の構成物質であるＴｉx Ａｌ1-x（但し、０．２０≦
ｘ≦０．６０）から成る第１蒸発源４８をカソードとし
て、アノード５０との間に所定のアーク電流を通電して
アーク放電させることにより、第１蒸発源４８からＴｉ
x Ａｌ1-x を蒸発させるもので、蒸発したＴｉx Ａｌ
1-x は正（＋）の金属イオンになって負（−）のバイア
ス電圧が印加されている工具母材１２に付着する。ま
た、第２アーク電源４６は、前記第２被膜層２４の構成
物質であるＣｒから成る第２蒸発源５２をカソードとし
て、アノード５４との間に所定のアーク電流を通電して
アーク放電させることにより、第２蒸発源５２からＣｒ
を蒸発させるもので、蒸発したＣｒは正（＋）の金属イ
オンになって負（−）のバイアス電圧が印加されている
工具母材１２に付着する。上記第１蒸発源４８および第
２蒸発源５２は、ワーク保持具３２を挟んで略水平方向
の対称位置に配置されている。
【００３６】図３は、上記アークイオンプレーティング
装置３０を用いて工具母材１２の刃部１４の表面に硬質
積層被膜２０を形成する際の手順を説明する図で、予め
排気装置４２で排気しながらチャンバ３８内が所定の圧
力（例えば１．３３×５×１０-1Ｐａ〜１．３３×４０
×１０-1Ｐａ程度）に保持されるように反応ガス供給装
置４０から所定の反応ガスを供給しつつ、バイアス電源
３６により工具母材１２に所定のバイアス電圧（例えば
−５０Ｖ〜−１５０Ｖ程度）を印加する。そして、回転
装置３４によりワーク保持具３２を所定の回転速度（例
えば３ｍｉｎ-1程度）で回転させながら、ステップＳ１
〜Ｓ３を実行して硬質積層被膜２０を形成する。このよ
うな硬質積層被膜２０の形成は、コンピュータを含む制
御装置によって自動的に行われるようになっている。
【００３７】ステップＳ１では、第２アーク電源４６を
ＯＦＦ（非通電）した状態で第１アーク電源４４により
例えば１５０Ａ程度のアーク電流を約５分間通電（Ｏ
Ｎ）してアーク放電させることにより、（Ｔｉx Ａｌ
1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）から成る所定の層厚の第１被膜層
２２が工具母材１２の表面に形成される。通電時間およ
びアーク電流の電流値は、形成すべき第１被膜層２２の
層厚に応じて定められ、この条件は図４の試験品No１０
の「（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）層」を形成する
場合、すなわちＴｉ0.4 Ａｌ0.6 Ｎを約３４０ｎｍの厚
さだけ形成する場合のものである。図４の「（Ｔｉx Ａ
ｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）層」は第１被膜層２２を表して
いる。この実施例では、ワークである工具母材１２が略
垂直な回転中心まわりに回転駆動されるため、Ｔｉ0.4
Ａｌ0.6 Ｎが断続的に付着させられることになる。
【００３８】また、ステップＳ２では、第１アーク電源
４４により例えば１４５Ａ程度のアーク電流を約０．４
分間（２４秒）通電してアーク放電させるとともに、同
時に同じ時間だけ第２アーク電源４６により例えば１２
０Ａ程度のアーク電流を通電してアーク放電させること
により、（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）とＣｒＮと
の混合層から成る所定の層厚の第２被膜層２４が、前記
第１被膜層２２の上に形成される。各アーク電源４４、
４６のアーク電流の電流値は、（Ｔｉx Ａｌ1- x ）（Ｃ
y Ｎ1-y ）およびＣｒＮの混合割合や第２被膜層２４の
層厚に応じて定められるとともに、通電時間は第２被膜
層２４の層厚に応じて定められ、この条件は図４の試験
品No１０の「ＣｒＮ混合層」を形成する場合、すなわち
Ｔｉ0.4Ａｌ0.6 ＮとＣｒＮとが混合した被膜層を約２
０ｎｍの厚さだけ形成する場合のものである。図４の
「ＣｒＮ混合層」は第２被膜層２４を表している。但
し、No１６、No１７の比較品はＣｒＮのみの単層であ
る。本実施例では、ワークである工具母材１２が略垂直
な回転中心まわりに回転駆動されるため、Ｔｉ0.4 Ａｌ
0. 6 ＮとＣｒＮとが部分的に混ざり合いながら交互に繰
り返し付着させられることになる。
【００３９】そして、上記ステップＳ１およびＳ２を、
第１被膜層２２および第２被膜層２４の合計層数から１
回だけ引き算した回数（偶数）だけ繰り返し、最後にス
テップＳ３を実行して最上部に第１被膜層２２を形成す
る。すなわち、前記図４の試験品No１０の場合は、合計
層数が「１５」であるため、ステップＳ１およびＳ２を
交互に１４回実行し、第１被膜層２２および第２被膜層
２４をそれぞれ一定の層厚で繰り返し形成した後、ステ
ップＳ３を実行する。ステップＳ３は、成膜時間すなわ
ち第１アーク電源４４の通電時間がステップＳ１よりも
所定時間αだけ長く、その分だけ層厚が厚くて耐熱性、
耐摩耗性に優れた第１被膜層２２が形成される。図４の
「（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）」の「層厚（ｎ
ｍ）」の欄の「／」より右側の数値は、最上層の第１被
膜層２２の層厚で、左側の数値は最上層以外の第１被膜
層２２の層厚である。
【００４０】ここで、第１被膜層２２を構成している
（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２０≦
ｘ≦０．６０、０≦ｙ≦０．５）の硬さ（Ｈｖ）は２３
００〜３０００程度であるのに対し、ＣｒＮの硬さ（Ｈ
ｖ）は１８００〜２０００程度であり、このようなＣｒ
Ｎと（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）との混合層から
成る第２被膜層２４は、第１被膜層２２に比較して硬度
が低下する。したがって、高硬度の第１被膜層２２と比
較的硬度の低い第２被膜層２４とを交互に積層した硬質
積層被膜２０は、低硬度の第２被膜層２４の存在により
靱性が高くなり、チッピング状の欠けや剥離が生じ難
く、工具寿命（耐久性）が向上する。
【００４１】また、第１被膜層２２の平均層厚は１０ｎ
ｍ〜２０００ｎｍの範囲内で、第２被膜層２４の平均層
厚は１０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で、硬質積層被膜
２０の全体の総膜厚は０．５μｍ〜２０μｍの範囲内で
あるため、第１被膜層２２による耐摩耗性を維持しつ
つ、第２被膜層２４による欠けや剥離防止効果が十分に
得られる。
【００４２】また、硬質積層被膜２０の最上層すなわち
表面は、高硬度の第１被膜層２２によって構成されてい
るため、優れた耐摩耗性が得られる。特に、本実施例で
は最上層の第１被膜層２２が他の第１被膜層２２よりも
層厚が厚くされているため、一層優れた耐摩耗性が得ら
れる。
【００４３】また、本実施例では工具母材１２に接する
最下層も、（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃ y Ｎ1-y ）から成る
第１被膜層２２で構成されているため、工具母材１２に
対して優れた密着性が得られ、剥離等が一層効果的に防
止される。
【００４４】また、第２被膜層２４が（Ｔｉx Ａ
ｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）とＣｒＮとの混合層であるた
め、ＣｒＮのみで構成した場合に比較して第１被膜層２
２との密着性が高く、欠けや剥離防止効果が更に向上す
る。ＣｒＮの酸化開始温度は約７００℃と高いため、形
成された硬質積層被膜２０の耐熱性を損なうこともな
い。
【００４５】また、本実施例ではアークイオンプレーテ
ィング装置３０の第１アーク電源４４および第２アーク
電源４６をＯＮ、ＯＦＦすることにより第１被膜層２２
および第２被膜層２４を切り換えるとともに、そのＯＮ
時間およびアーク電流の電流値を制御してそれ等の第１
被膜層２２および第２被膜層２４の層厚を調整するた
め、第１被膜層２２および第２被膜層２４の層厚を高い
寸法精度で形成できる。
【００４６】また、第１アーク電源４４および第２アー
ク電源４６を共にＯＮすることにより、第２被膜層２４
として（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）とＣｒＮとの
混合層を形成するとともに、それ等の第１アーク電源４
４および第２アーク電源４６のアーク電流の大きさを制
御して混合割合を調整するため、所定の混合割合の第２
被膜層２４を簡単に形成できる。
【００４７】また、第１蒸発源４８および第２蒸発源５
２がワーク保持具３２を挟んで略水平方向の対称位置に
配置されているとともに、ワーク保持具３２は略垂直な
回転中心まわりに回転駆動されるようになっているた
め、第１被膜層２２および第２被膜層２４を工具母材１
２の表面に略均一に形成できる。
【００４８】因みに、図４は工具母材が超硬合金にて構
成されている２枚刃で直径が１０ｍｍのスクウェアエン
ドミルに種々の硬質被膜をコーティングしたものを用意
し、以下の加工条件で切削加工を行った後に、外周刃や
底刃のチッピングおよび外周逃げ摩耗幅を調べた結果を
示す図で、試験品No１〜１５は本発明品で、試験品No１
６、１７はＣｒＮのみから成る単層の硬質被膜をコーテ
ィングした比較品、試験品No１８〜２０はＴｉＡｌＮの
みから成る単層の硬質被膜をコーティングした従来品で
ある。また、「チッピング」の項の「多」、「中」、
「少」は、チッピングの量や大きさに基づく判定結果
で、「多」は使用には適当でなく製品化が困難な場合、
「中」は製品化が可能な正常の範囲内、「少」はチッピ
ングが存在しないか極僅かで目視では確認できない程
度、を意味している。
【００４９】（加工条件） 被削材：ＳＫＤ６１（５０ＨＲＣ） 回転数：５０００ｍｉｎ-1（１５７ｍ／ｍｉｎ） 送り速度：４２６ｍｍ／ｍｉｎ（０．０４３ｍｍ／ｔ） 切込み：半径方向１０ｍｍ、軸方向０．２０ｍｍ 切削方法：側面切削 切削油：エアーブロー 機械：横型ＭＣ 切削長さ：５０ｍ
【００５０】図４の試験結果から明らかなように、本発
明品（試験品No１〜１５）によれば、チッピングの状態
が「少」または「中」で、外周逃げ面摩耗幅が０．１ｍ
ｍ程度以下であり、実用上十分な耐久性が得られること
が判る。これに対し、ＣｒＮのみから成る単層の硬質被
膜をコーティングした比較品（試験品No１６、１７）
は、チッピングの状態は「少」であるが、外周逃げ面摩
耗幅が０．４ｍｍ程度と極めて大きく、十分な耐久性、
耐摩耗性が得られない。また、ＴｉＡｌＮのみから成る
単層の硬質被膜をコーティングした従来品（試験品No１
８〜２０）は、切削加工時の衝撃などで欠け易くてチッ
ピングの状態が「多」であるだけでなく、チッピング部
から摩耗が拡大し、外周逃げ面摩耗幅も０．１５ｍｍ以
上と大きく、耐久性が悪い。
【００５１】以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であ
り、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良
を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるエンドミルを示す図
で、(a) は軸心と直角方向から見た正面図、(b) は硬質
積層被膜が設けられた刃部の表面部分の断面図である。
【図２】図１の硬質積層被膜を好適に形成できるアーク
イオンプレーティング装置の一例を説明する概略構成図
である。
【図３】図２の装置を用いて硬質積層被膜を形成する際
の手順を説明する図である。
【図４】本発明品を含む計２０本の試験品を用いて切削
加工を行った後に、チッピングおよび外周逃げ面摩耗幅
を調べた結果を説明する図である。
【符号の説明】
１０：エンドミル（硬質積層被膜被覆工具） １２：
工具母材（部材） ２０：硬質積層被膜 ２２：第１被膜層 ２４：第
２被膜層 ３０：アークイオンプレーティング装置
３４：回転装置 ３６：バイアス電源 ３８：チ
ャンバ（処理容器） ４０：反応ガス供給装置 ４
４：第１アーク電源 ４６：第２アーク電源 ４
８：第１蒸発源 ５２：第２蒸発源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｃ 5/16 Ｂ２３Ｃ 5/16 Ｂ２３Ｐ 15/28 Ｂ２３Ｐ 15/28 Ａ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）（但
    し、０．２０≦ｘ≦０．６０、０≦ｙ≦０．５）から成
    る第１被膜層と、ＣｒＮまたはＣｒＮを含む第２被膜層
    とが所定の部材の表面に交互に積層されているととも
    に、最上層が前記第１被膜層にて構成されていることを
    特徴とする硬質積層被膜。
  2. 【請求項２】 前記硬質積層被膜の最下層は前記第１被
    膜層で構成されていることを特徴とする請求項１に記載
    の硬質積層被膜。
  3. 【請求項３】 前記第１被膜層の平均層厚は１０ｎｍ〜
    ２０００ｎｍの範囲内で、前記第２被膜層の平均層厚は
    １０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内で、硬質積層被膜全体
    の総膜厚は０．５μｍ〜２０μｍの範囲内であることを
    特徴とする請求項１または２に記載の硬質積層被膜。
  4. 【請求項４】 前記第２被膜層は、（Ｔｉx Ａｌ1-x ）
    （Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２０≦ｘ≦０．６０、０≦
    ｙ≦０．５）とＣｒＮとの混合層であることを特徴とす
    る請求項１〜３の何れか１項に記載の硬質積層被膜。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れか１項に記載の硬質
    積層被膜で表面が被覆されていることを特徴とする硬質
    積層被膜被覆工具。
  6. 【請求項６】 Ｔｉx Ａｌ1-x （但し、０．２０≦ｘ≦
    ０．６０）から成る第１蒸発源をカソードとしてアーク
    電流を通電する第１アーク電源と、 Ｃｒから成る第２蒸発源をカソードとしてアーク電流を
    通電する第２アーク電源と、 硬質積層被膜で被覆すべき部材に負のバイアス電圧を印
    加するバイアス電源と、 前記部材を所定の回転中心まわりに回転駆動する回転装
    置と、 前記部材、前記第１蒸発源、前記第２蒸発源を収容して
    いる処理容器内に所定の反応ガスを供給する反応ガス供
    給装置と、 を有するアークイオンプレーティング装置を用いて、
    （Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃ y Ｎ1-y ）（但し、０．２０≦
    ｘ≦０．６０、０≦ｙ≦０．５）から成る第１被膜層
    と、ＣｒＮまたはＣｒＮを含む第２被膜層とが交互に積
    層されている請求項１〜４の何れか１項に記載の硬質積
    層被膜を前記部材の表面に形成する方法であって、 前記第１アーク電源および前記第２アーク電源をＯＮ、
    ＯＦＦすることにより、前記第１被膜層および前記第２
    被膜層を切り換えるとともに、そのＯＮ時間およびアー
    ク電流の少なくとも一方を制御して該第１被膜層および
    第２被膜層の層厚を調整することを特徴とする硬質積層
    被膜の形成方法。
  7. 【請求項７】 前記第１アーク電源および前記第２アー
    ク電源を共にＯＮすることにより、前記第２被膜層とし
    て（Ｔｉx Ａｌ1-x ）（Ｃy Ｎ1-y ）（但し、０．２０
    ≦ｘ≦０．６０、０≦ｙ≦０．５）とＣｒＮとの混合層
    を形成するとともに、該第１アーク電源および該第２ア
    ーク電源のアーク電流の大きさを制御して混合割合を調
    整することを特徴とする請求項６に記載の硬質積層被膜
    の形成方法。
  8. 【請求項８】 前記第１蒸発源および前記第２蒸発源
    は、前記部材を挟んで略水平方向の対称位置に配置され
    ているとともに、該部材は略垂直な回転中心まわりに回
    転駆動されるようになっていることを特徴とする請求項
    ６または７に記載の硬質積層被膜の形成方法。
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