JP2003034858A - 切削工具用硬質皮膜およびその製造方法並びに硬質皮膜形成用ターゲット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴｉＡｌＮ膜よりも耐摩耗特性に優れた切削
工具用硬質皮膜を提供する。 【解決手段】 （Ｔｉ_a，Ａｌ_b，Ｖ_c）（Ｃ_1-dＮ_d）か
らなる硬質皮膜であって、０．０２≦ａ≦０．３、０．
５＜ｂ≦０．８、０．０５＜ｃ、０．７≦ｂ＋ｃ、ａ＋
ｂ＋ｃ＝１、および０．５≦ｄ≦１（ａ，ｂ，ｃはそれ
ぞれＴｉ，Ａｌ，Ｖの原子比を示し、ｄはＮの原子比を
示す）を満たすようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チップ、ドリル、
エンドミル等の切削工具の耐摩耗性を向上するための硬
質皮膜およびその製造方法、更には、この様な硬質皮膜
の製造において蒸発源として使用されるターゲットに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超硬合金、サーメットまたは
高速度工具鋼を基材とする切削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われている。特
に、ＴｉとＡｌの複合窒化皮膜（以下、ＴｉＡｌＮと記
す）が、優れた耐摩耗性を示すことから、前記チタンの
窒化物や炭化物、炭窒化物等からなる皮膜に代わって高
速切削用や焼き入れ鋼等の高硬度材切削用の切削工具に
適用されつつある。更に近年では、ＴｉＡｌＮのような
２元素系のみならず、第３元素を添加して特性を改善す
る試みがなされており、例えば特開平３−１２０３５４
号、特開平１０−１８０２４号、特開平１０−２３７６
２８号、特開平１０−３０５９３５号には、Ｖを添加し
たＴｉＡｌＶＮ、または（ＴｉＡｌＶ）（ＣＮ）皮膜
が、Ｓ５０Ｃ等の低硬度材の切削にて優れた切削特性を
示すことが開示されている。しかしながらこれらの皮膜
は、焼き入れＳＫＤ材等の高硬度材に対して切削特性が
良好であるとは言い難く、切削速度のより高速度化等の
要求から、さらに硬度が高く、耐摩耗性に優れた皮膜の
実現が望まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、高速・
高能率切削が可能な、ＴｉＡｌＮまたは従来の（ＴｉＡ
ｌＶ）（ＣＮ）よりも高硬度であって耐摩耗性に優れた
切削工具用硬質皮膜、およびこの様な硬質皮膜を得るた
めの有用な製造方法、更には前記製造にて本発明の切削
工具用硬質皮膜を効率よく得ることのできるターゲット
を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る切削工具用
硬質皮膜とは、（Ｔｉ_a，Ａｌ_b，Ｖ_c）（Ｃ_1-dＮ_d）か
らなる硬質皮膜であって、 ０．０２≦ａ≦０．３、 ０．５＜ｂ≦０．８、 ０．０５＜ｃ、 ０．７≦ｂ＋ｃ、 ａ＋ｂ＋ｃ＝１、 ０．５≦ｄ≦１ （ａ，ｂ，ｃはそれぞれＴｉ，Ａｌ，Ｖの原子比を示
し、ｄはＮの原子比を示す）であることを要旨とし、前
記ｂ＋ｃの値が０．７５以上で、かつ前記ａの値が０．
２５以下のものや、前記ｄの値が１のもの、更には結晶
構造が岩塩構造型を主体とするものを好ましい形態とす
る。またθ−２θ法によるＸ線回折で測定される岩塩構
造型の（１１１）面、（２００）面および（２２０）面
の回折線強度をそれぞれＩ（１１１）、Ｉ（２００）お
よびＩ（２２０）とするとき、これらの値が下記式
（１）および／または式（２）、並びに式（３）を満足
するものがよい。 Ｉ（２２０）≦Ｉ（１１１） …（１） Ｉ（２２０）≦Ｉ（２００） …（２） Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）≧０．３ …（３） 本発明の切削工具用硬質皮膜は、上記要件を満たし、且
つ相互に異なる硬質皮膜が２層以上形成されているもの
を含む。

【０００５】また本発明の切削工具用硬質皮膜には、前
記１層もしくは２層以上の本発明の硬質皮膜の片面側ま
たは両面側に、岩塩構造型を主体とする結晶構造を有
し、且つ前記硬質皮膜とは異なる成分組成の金属窒化物
層、金属炭化物層および金属炭窒化物層よりなる群から
選択される少なくとも１層や、４Ａ族、５Ａ族、６Ａ
族、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される少なくと
も１種の金属を含む金属層または合金層が１以上積層さ
れているものも含まれる。

【０００６】本発明は、上記切削工具用硬質皮膜を形成
する方法も規定するものであって、成膜ガス雰囲気中で
金属を蒸発させイオン化して被処理体上に本発明で規定
する皮膜を形成する方法にて、前記金属とともに成膜ガ
スのプラズマ化を促進しつつ成膜することを要旨として
いる。また、アーク放電を行ってターゲットを構成する
金属を蒸発およびイオン化して被処理体上に本発明で規
定する皮膜を形成するアークイオンプレーティング法
（ＡＩＰ法）において、前記ターゲットの蒸発面にほぼ
直交して前方に発散ないし平行に進行する磁力線を形成
し、この磁力線によって前記被処理体近傍における成膜
ガスのプラズマ化を促進しつつ成膜することを好ましい
形態とする。尚、この場合に前記被処理体に印加するバ
イアス電位は、アース電位に対して−５０Ｖ〜−３００
Ｖとすることが好ましい。また、成膜時の被処理体温度
（以下、基板温度ということがある）は３００℃以上で
８００℃以下の範囲内とすることが望ましく、成膜時の
反応ガスの分圧あるいは全圧は、０．５Ｐａ以上６Ｐａ
以下の範囲内とすることが望ましい。

【０００７】尚、本発明における上記反応ガスとは、窒
素ガス、メタンガス、エチレンガス、アセチレンガス等
の様な、皮膜の成分組成に必要な元素を含むガスをい
い、これら以外に用いられるアルゴンなどの様な希ガス
等をアシストガスといい、これらをあわせて成膜ガスと
いうこととする。

【０００８】更に本発明は、Ｔｉ、ＡｌおよびＶからな
り、且つ相対密度が９５％以上であることを特徴とする
硬質皮膜形成用ターゲットも含み、該ターゲット中に存
在する空孔の大きさが半径０．３ｍｍ未満であることを
好ましい形態とする。

【０００９】前記ターゲットは、その成分組成が（Ｔｉ
_x，Ａｌ_y，Ｖ_z）からなり、 ０．０２≦ｘ≦０．３、 ０．５＜ｙ≦０．８、 ０．０５＜ｚ、 ０．７≦ｙ＋ｚ、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１ （ｘ，ｙ，ｚはそれぞれＴｉ，Ａｌ，Ｖの原子比を示
す）を満足するものがよい。

【００１０】また前記ターゲット中の酸素含有量が０．
３質量％以下で、水素含有量が０．０５質量％以下であ
り、更に塩素含有量が０．２質量％以下であることが好
ましく、更にＣｕ含有量が０．０５質量％以下で、Ｍｇ
含有量が０．０３質量％以下であることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明者らは、前述した様な状況
の下で、より優れた耐摩耗性を発揮する切削工具用硬質
皮膜の実現を目指して鋭意研究を進めた。その結果、指
標として皮膜の硬度を高めることができれば、耐摩耗性
が著しく向上することを見出した。そして、その手段と
して（ＴｉＡｌＶ）（ＣＮ）膜のＡｌ及びＶ濃度に着目
して研究を進めた結果、（ＴｉＡｌＶ）におけるＡｌ及
びＶの比率を従来の皮膜より増加させることによって、
膜の硬度が向上し、結果として耐摩耗性が飛躍的に向上
することを突き止め、前記Ａｌ、Ｖの定量的作用効果に
ついて更に追求を重ねた結果、上記本発明に想到したの
である。

【００１２】即ち、本発明の硬質皮膜とは、（Ｔｉ_a，
Ａｌ_b，Ｖ_c）（Ｃ_1-dＮ_d）からなる皮膜であって、該皮
膜の組成が、 ０．０２≦ａ≦０．３、 ０．５＜ｂ≦０．８、 ０．０５＜ｃ、 ０．７≦ｂ＋ｃ、 ａ＋ｂ＋ｃ＝１、 ０．５≦ｄ≦１ を満たすことを特徴とするものであるが、この様に皮膜
中の成分Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、ＣおよびＮの組成を規定した
理由について、以下詳細に説明する。

【００１３】一般に（ＴｉＡｌＶ）（ＣＮ）皮膜は岩塩
構造型の結晶構造を有し、岩塩構造型のＴｉＮのＴｉの
サイトにＡｌ、Ｖが置換して入った岩塩構造型の複合窒
化物である。ところで、岩塩構造型のＡｌＮ（格子定数
４．１２Å）は、前述の様に高温高圧相であり、高硬度
物質であると予想されることから、岩塩構造を維持しな
がら（ＴｉＡｌＶ）（ＣＮ）中のＡｌの比率を高めれ
ば、（ＴｉＡｌＶ）（ＣＮ）膜の硬度をさらに高めるこ
とができるのである。

【００１４】ＶもＡｌと同様にＴｉＮのＴｉサイトに置
換型で入っていると考えられるが、Ａｌと異なり、岩塩
型構造のＶＮは常温常圧で安定相である。またＶＮの格
子定数は、ＴｉＮの格子定数（４．２４Å）に比して
４．１４Åと小さく、このような格子定数の異なる２種
の窒化物が固溶しあうことで、結晶格子の歪みによる高
硬度化を図ることができると考えられる。従って、常温
常圧において安定相で、かつ格子定数が岩塩型構造のＡ
ｌＮに近いＶＮを膜中に形成すれば、更に高硬度の皮膜
を形成することが可能であると考えられる。

【００１５】この様にＡｌ、Ｖは、共に高硬度化の作用
をもたらす元素であり、この様な効果を発揮させるに
は、Ａｌの原子比ｂを０．５超とし、Ｖの原子比ｃを
０．０５超とした上で、更に（Ａｌ＋Ｖ）の合計原子比
（ｂ＋ｃ）が０．７以上となるようにする必要がある。
前記Ａｌの原子比ｂは好ましくは０．５５以上で、より
好ましくは０．６以上であり、Ｖの原子比ｃは好ましく
は０．０６以上で、より好ましくは０．１以上である。
更に（Ａｌ＋Ｖ）の合計原子比（ｂ＋ｃ）は、０．７５
以上とすることが好ましく、より好ましくは０．８以上
である。

【００１６】また、Ａｌの原子比の上限を規定した理由
については次の通りである。即ち、Ａｌの原子比が大き
くなりすぎると、常温常圧で安定なＺｎＳ型のＡｌＮが
優勢となり、皮膜の構造が高硬度を維持できる岩塩型か
ら軟質なＺｎＳ型に完全に転移してしまうことから、
０．８以下とする必要があり、好ましくは０．７５以下
である。またＶの原子比ｃについては、その上限を０．
４とすることが好ましい。

【００１７】Ｔｉ量に関しては、上述の通り（Ａｌ＋
Ｖ）の原子比を０．７以上とする必要があることから、
Ｔｉの原子比ａは０．３以下とする必要があるが、前記
（ｂ＋ｃ）が０．７５以上の場合には、０．２５以下と
するのがよく、更に好ましくは０．２以下である。一
方、Ｔｉを全く添加しない場合には、前述の様な格子定
数の異なる結晶（ＴｉＮとＶＮ，ＴｉＮとＡｌＮ）の固
溶による高硬度化を図ることができないので、Ｔｉは原
子比で０．０２以上必要であり、上記固溶硬化を最大限
に引き出すためには、０．０５以上とすることが望まし
い。

【００１８】さらにＣ、Ｎの量に関しては次の通りであ
る。即ち、皮膜中にＣを添加し、ＴｉＣやＶＣ等の高硬
度の炭化物を析出させて皮膜の硬度を高める場合には、
Ｔｉ＋Ｖの添加量と同量程度のＣを存在させることが望
ましい。しかしながら、Ｃを過剰に添加すると、水分と
反応して容易に分解する不安定なアルミの炭化物を過度
に析出させることになるので、Ｃの原子比（１−ｄ）は
０．５未満、即ち、Ｎの原子比ｄを０．５以上とする必
要がある。ｄは、０．７以上である場合が好ましく、よ
り好ましくは０．８以上であり、ｄ＝１の場合を最も好
ましい形態とする。

【００１９】尚、本発明の硬質皮膜の結晶構造は、実質
的に岩塩構造型を主体とするものであることが好まし
い。前述のようにＺｎＳ型構造が混入すると高強度を確
保することができないからである。しかしながら皮膜の
特性を損なわない範囲で若干のＺｎＳ型構造が構造中に
含まれることは許容され、その目安として以下にＸ線回
折により測定した岩塩型構造とＺｎＳ型構造の望ましい
範囲を示す。

【００２０】即ち、上記岩塩構造型を主体とする結晶構
造とは、θ−２θ法によるＸ線回折における岩塩構造を
示すピークのうち、（１１１）面、（２００）面、（２
２０）面のピーク強度をそれぞれ、ＩＢ（１１１）、Ｉ
Ｂ（２００）、ＩＢ（２２０）とし、ＺｎＳ型構造を示
すピークのうち、（１００）面、（１０２）面、（１１
０）面のピーク強度をそれぞれ、ＩＨ（１００）、ＩＨ
（１０２）、ＩＨ（１１０）とした場合に、下記式
（４）の値が０．８以上となるような結晶構造のことを
いう。０．８未満になると膜の硬度が本発明で好ましい
とする硬度よりも低くなるのである。

【００２１】前記ＺｎＳ型構造のピーク強度は、Ｘ線回
折装置にてＣｕのＫα線を用い、（１００）面は２θ＝
３２°〜３３°付近、（１０２）面は２θ＝４８°〜５
０°付近、また（１１０）面は２θ＝５７°〜５８°付
近に現れるピークの強度を測定して求める。尚、ＺｎＳ
型の結晶はＡｌＮが主体であるが、ＴｉやＶが混入して
いるため、実測されるＺｎＳ型ＡｌＮのピーク位置は、
ＪＣＰＤＳカードのＺｎＳ型ＡｌＮのピーク位置と若干
ずれる。

【００２２】

【数１】

【００２３】また本発明の皮膜の結晶構造をＸ線回折で
測定した場合に、岩塩構造型の結晶構造における回折線
強度が、Ｉ（２２０）≦Ｉ（１１１）および／またはＩ
（２２０）≦Ｉ（２００）を満たしていることが望まし
い。これは、岩塩構造型の密に充填した面である（１１
１）面や（２００）面が表面に対して配向していると、
その耐摩耗性が向上するからである。

【００２４】θ−２θ法によるＸ線回折により測定した
Ｉ（２００）とＩ（１１１）の比；Ｉ（２００）／Ｉ
（１１１）は、成膜時における基板に印可するバイアス
電圧や、ガス圧、成膜温度などの条件により、概ね０．
１から１０程度の範囲内で変化するが、本発明では、Ｉ
（２００）／Ｉ（１１１）が０．３以上を満足する場合
に、皮膜の切削特性が良好となることを見出した。その
理由について詳細は明らかでないが次の様に考えること
ができる。即ち、岩塩構造型の結晶構造では、基本的に
金属元素（Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ）が窒素または炭素と結合
し、金属元素同士、窒素原子同士、または炭素原子同士
の結合はほとんど存在せず、（１１１）面では、最隣接
原子が金属元素同士、窒素原子同士、または炭素原子同
士であるが、お互いに結合していないと考えられる。こ
れに対し（２００）面では、隣接している金属元素同
士、窒素原子同士、または炭素原子同士が結合している
割合が多いことから、安定していると考えられる。従っ
て、面内の安定性の高い（２００）面を、（１１１）面
に対してある一定以上の割合で、表面に対して配向させ
れば、硬度が増加して切削特性を向上させることができ
ると考えられる。前記Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値
は、好ましくは０．５以上で、より好ましくは０．７以
上である。

【００２５】ところで（１１１）面の回折角度は、皮膜
の成分組成、残留応力の状態、または基板の種類によっ
て変化しうるものであり、本発明の要件を満たす硬質皮
膜を、ＣｕのＫα線を用いてθ−２θ法によるＸ線回折
を行った場合には、その回折角度は、３７°〜３８°の
範囲内で変化し、皮膜中のＴｉ量が増加すると上記回折
角度が小さくなる傾向が示された。この様に（１１１）
面の回折角度が小さく、（１１１）面の間隔が大きくな
るのは、前述の如くＴｉＮの格子定数（４．２４Å）
が、ＡｌＮやＶＮの格子定数（ＡｌＮ：４．１２Å、Ｖ
Ｎ：４．１４Å）と比較して大きいことに起因している
と考えられる。

【００２６】本発明の要件を満足する硬質皮膜；（Ｔｉ
_0.1Ａｌ_0.7Ｖ_0.2）Ｎを超硬合金基板上を形成した場合
を例にとると、（１１１）面の回折線の角度は、成膜条
件により３７．４°〜３７．７°の範囲内で変化し、ま
た、（１１１）面の回折線の半値幅（ピーク最大強度の
半分の点の回折線の幅）は０．２°〜１．５°の範囲内
であった。この様に、皮膜の成分組成が一定であっても
回折線の位置が変化するのは、主として後述する皮膜の
応力状態に起因していると考えられ、皮膜の圧縮応力値
が大きくなると回折角度は小さくなる傾向にあった。

【００２７】本発明の皮膜は、上記要件を満足する単層
の皮膜の他、上記要件を満たし、且つ相互に異なる皮膜
を複数積層して用いることもできる。また用途によって
は、前記１層または２層以上の本発明で規定する（Ｔｉ
ＡｌＶ）（ＣＮ）膜の片面側または両面側に、岩塩構造
型主体の結晶構造を有し、且つ前記硬質皮膜とは異なる
成分組成の金属窒化物層、金属炭化物層および金属炭窒
化物層よりなる群から選択される少なくとも１層が積層
されていてもよい。

【００２８】尚、ここでいう「岩塩構造型主体の結晶構
造」も、前述の如く、θ−２θ法によるＸ線回折におけ
る岩塩構造を示すピークのうち、（１１１）面、（２０
０）面、（２２０）面のピーク強度をそれぞれ、ＩＢ
（１１１）、ＩＢ（２００）、ＩＢ（２２０）とし、Ｚ
ｎＳ型構造を示すピークのうち、（１００）面、（１０
２）面、（１１０）面のピーク強度をそれぞれ、ＩＨ
（１００）、ＩＨ（１０２）、ＩＨ（１１０）とした場
合に、上記式（４）の値が０．８以上となるような結晶
構造のことをいうものとする。また、岩塩構造型であっ
て前記硬質皮膜とは異なる成分組成の金属窒化物層、金
属炭化物層または金属炭窒化物層として、例えばＴｉ
Ｎ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣｒＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌ
ＣＮ、ＴｉＣｒＡｌＣＮ、ＴｉＣ等の皮膜が挙げられ
る。

【００２９】また本発明の切削工具用硬質皮膜には、前
記１層もしくは２層以上の本発明の硬質皮膜の片面側ま
たは両面側に、４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族、ＡｌおよびＳ
ｉよりなる群から選択される少なくとも１種の金属を含
む金属層または合金層が１以上積層されているものであ
ってもよく、前記４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の金属とし
て、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ等が挙げられ、合金としてＴｉ−
Ａｌ等を用いることができる。

【００３０】上記（i）本発明の要件を満たし、かつ相
互に異なる皮膜や、（ii）岩塩構造型であって前記硬質
皮膜とは異なる成分組成の金属窒化物層、金属炭化物層
または金属炭窒化物層、（iii）４Ａ族、５Ａ族、６Ａ
族、ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される少なくと
も１種の金属を含む金属層または合金層を、複数層形成
して本発明の硬質皮膜とする場合には、１層の膜厚が
０．００５〜２μmの範囲内にあればよいが、本発明の
硬質皮膜は、単層の場合であっても上記複数層の場合で
あっても、トータルとしての膜厚は、０．５μｍ以上で
２０μｍ以下の範囲内とすることが望ましい。０．５μ
ｍ未満だと膜厚が薄すぎて耐摩耗性が好ましくなく、一
方、上記膜厚が２０μｍを超えると、切削中に膜の欠損
や剥離が発生するからである。尚、より好ましい膜厚
は、１μｍ以上で１５μｍ以下である。

【００３１】更に、Ａｌの組成比が高くても結晶構造が
実質的に岩塩構造型を主体とする本発明の硬質皮膜を作
製するには、本発明で規定する様な方法で成膜すること
が大変有効である。即ち、成膜ガス雰囲気中でアーク放
電を行ってターゲットを構成する金属を蒸発させてイオ
ン化し、被処理体上に本発明の硬質皮膜を形成する方法
にて、前記金属とともに成膜ガスのプラズマ化を促進し
つつ成膜することが必要であり、このとき前記被処理体
近傍における成膜ガスのプラズマ化を、ターゲットの蒸
発面にほぼ直交して前方に発散ないし平行に進行するよ
う形成した磁力線によって促進しつつ成膜することを好
ましい形態とする。

【００３２】尚、本発明の成膜方法は、本発明で規定す
る岩塩構造型を主体とする（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）（ＣＮ）
皮膜の成膜に有効であるのは勿論のこと、それ以外の皮
膜を成膜するにあたっても大変有効な方法であることは
言うまでもない。

【００３３】アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装
置においては、従来のように磁場がターゲットの裏側に
配置されたカソード蒸発源では本発明の皮膜を作製する
ことが困難であり、磁石がターゲットの横または前方に
配置されて、ターゲット蒸発面にほぼ直交して前方に発
散ないし平行に進行する磁力線を形成し、この磁力線に
よって成膜ガスのプラズマ化を促進することが本発明の
硬質皮膜を形成する上で大変有効なのである。

【００３４】本発明を実施するための装置の一例とし
て、図１にＡＩＰ装置を示しながら簡単に説明する。

【００３５】このＡＩＰ装置は、真空排気する排気口１
１および成膜ガスを供給するガス供給口１２とを有する
真空容器１と、アーク放電によって陰極を構成するター
ゲットを蒸発させてイオン化するアーク式蒸発源２と、
コーティング対象である被処理体（切削工具）Ｗを支持
する支持台３と、この支持台３と前記真空容器１との間
で支持台３を通して被処理体Ｗに負のバイアス電圧を印
加するバイアス電源４とを備えている。

【００３６】前記アーク式蒸発源２は、陰極を構成する
ターゲット６と、このターゲット６と陽極を構成する真
空容器１との間に接続されたアーク電源７と、ターゲッ
ト６の蒸発面Ｓにほぼ直交して前方に発散ないし平行に
進行し、被処理体Ｗの近傍まで伸びる磁力線を形成する
磁界形成手段としての磁石（永久磁石）８とを備えてい
る。被処理体Ｗの近傍付近における磁束密度としては、
被処理体の中心部において磁束密度が１０Ｇ（ガウス）
以上、好ましくは３０Ｇ以上とするのが良い。尚、蒸発
面にほぼ直交するとは、蒸発面の法線方向に対して０°
を含み、３０°程度以下の角度をなすことを意味する。

【００３７】図２は、本発明の実施に供するアーク式蒸
発源要部の一例を拡大した断面概略図であるが、前記磁
界形成手段としての磁石８は、ターゲット６の蒸発面Ｓ
を取り囲むように配置されている。磁界形成手段として
は、前記磁石に限らず、コイルとコイル電源とを備えた
電磁石でも良い。また、磁石の配置場所は図３に示すよ
うに、ターゲット６の蒸発面Ｓの前方（被処理体側）を
取り囲むように設けても良い。尚、図１では、チャンバ
ーをアノードとしたが、例えばターゲット側面前方を取
り囲むような円筒形状の専用アノードを設けても良い。

【００３８】尚、図４に示す従来のＡＩＰ装置のアーク
式蒸発源１０２にも、アーク放電をターゲット１０６上
に集中させるための電磁石１０９を備えたものがある
が、電磁石１０９がターゲット１０６の裏側に位置して
いるため、磁力線がターゲット蒸発面近傍でターゲット
表面と平行となり、磁力線が被処理体Ｗの近傍にまで伸
びないようになっている。

【００３９】本発明で使用するＡＩＰ装置のアーク式蒸
発源と、従来のそれとの磁場構造の違いは、成膜ガスの
プラズマの広がり方の違いにある。

【００４０】前記図３に示すように、放電で発生した電
子ｅの一部が磁力線に巻き付くように運動を行い、この
電子が成膜ガスを構成する窒素分子等と衝突することに
よって成膜ガスがプラズマ化する。前記図４における従
来の蒸発源１０２では、磁力線がターゲット近傍に限ら
れるため、上記の様にして生成された成膜ガスのプラズ
マの密度はターゲット近傍が最も高く、被処理体Ｗの近
傍ではプラズマ密度がかなり低いものとなっている。こ
れに対し、図２および図３に示す様な本発明で使用する
蒸発源では、磁力線が被処理体Ｗにまで伸びるため、被
処理体Ｗ近傍における成膜ガスのプラズマ密度が従来の
蒸発源に比べ格段に高いものとなっている。

【００４１】そしてこの様なターゲット表面における磁
力線配置、および基板（被処理体）近傍のプラズマ密度
の違いが、生成される膜の結晶構造、ひいては得られる
特性に大きく影響を与えると考えられる。図５は、この
様な影響を確認した一実施例であり、従来型の蒸発源と
本発明者らのアーク蒸発源のそれぞれを用いて（Ｔｉ
_0.15Ａｌ_0.7Ｖ_0.15）Ｎ膜を成膜したときの皮膜の表面
電子顕微鏡写真である。成膜条件は、両蒸発源ともにア
ーク電流を１００Ａ、窒素ガス圧力を２．６６Ｐａ、基
板（被処理体）温度を５００℃とし、基板（被処理体）
に印加するバイアス電圧を１００Ｖとしている。尚、バ
イアスの電位は、アース電位に対してマイナスとなるよ
うに印加しており、例えばバイアス電圧１００Ｖとは、
アース電位に対してバイアス電位が−１００Ｖであるこ
とを示す。

【００４２】図５（１）に示されるように、磁石がター
ゲットの横または前方に位置している本発明者らのＡＩ
Ｐ装置の蒸発源で形成した皮膜表面は、非常に平滑であ
るのに対し、磁石がターゲットの背面に位置している従
来型の蒸発源で形成した皮膜は、図５（２）に示される
様に、表面に「マクロパーティクル」と呼ばれる溶融し
たターゲット物質の付着が多く認められ、表面粗度（Ｒ
ａ）が大きく、切削特性に悪影響を及ぼす。従って、成
膜には本発明の蒸発源を用いることが大変有効なのであ
る。

【００４３】成膜時の基板（被処理体）に印可するバイ
アス電圧は、５０〜３００Ｖの範囲にあることが望まし
い。もともと岩塩構造型のＡｌＮは、常温常圧では非平
衡相であり生成しにくい物質であるが、本発明者等の蒸
発源によって成膜ガスのプラズマ化が促進されて、成膜
ガスがイオン化することから、基板にバイアス電圧を印
可することで基体（被処理体）へのイオン衝撃が有効に
行われ、岩塩構造型のＡｌＮの形成が促進されていると
考えられる。この様な効果を発揮させるには、前記バイ
アス電圧を５０Ｖ以上とすることが好ましく、より好ま
しくは７０Ｖ以上である。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ることから、前記バ
イアス電圧は３００Ｖ以下とすることが好ましく、より
好ましくは２６０Ｖ以下である。岩塩構造型のＡｌＮ形
成の促進作用と成膜速度を勘案すれば、基板に印加する
バイアス電圧は、７０Ｖ以上で２００Ｖ以下とすること
が好ましい。

【００４４】また、本発明では、皮膜形成時の基板温度
の範囲を３００℃以上８００℃以下とすることが好まし
いとしているが、これは形成された皮膜の応力と関係し
ている。図６は、一例として（Ｔｉ_0.1Ａｌ_0.7Ｖ_0.2）
Ｎ皮膜形成時の基板（被処理体）温度と形成した皮膜の
残留応力の関係を示したものであり、成膜時の基板のバ
イアス電圧を１００Ｖ、窒素ガスの圧力を２．６６Ｐａ
としている。この図６より、基板温度が上昇すれば皮膜
応力は低減する傾向にあることが分かる。得られた硬質
皮膜に過大な残留応力が作用していると、成膜ままの状
態で剥離が生じ易く、密着性に劣る。従って、基板温度
の下限は３００℃とするのが好ましく、より好ましくは
４００℃である。一方、基板（被処理体）温度を高めれ
ば上記残留応力は低減するが、残留応力が小さすぎる場
合には圧縮応力が小さくなり、基板の抗折力増加作用が
損なわれ、また高温による基板の熱的変質も生じること
となる。従って基板温度の上限は８００℃とすることが
好ましい。より好ましくは７００℃以下である。

【００４５】更に本発明では、成膜時の反応ガスの分圧
または全圧を０．５Ｐａ以上６Ｐａ以下の範囲とするこ
とを好ましい成膜条件としている。ここで反応ガスの
「分圧または全圧」と表示しているのは、本発明が、前
述のように窒素ガスやメタンガスといった皮膜の成分組
成に必要な元素を含むガスを反応ガス、それ以外のアル
ゴンなどの様な希ガス等をアシストガスといい、これら
をあわせて成膜ガスとしており、成膜ガスとして、アシ
ストガスを用いず反応ガスのみを用いる場合には、反応
ガスの全圧を制御することが有効で、また、反応ガスお
よびアシストガスの両方を用いる場合には、反応ガスの
分圧を制御することが有効だからである。この反応ガス
の分圧または全圧が０．５Ｐａ未満の場合には、ターゲ
ットをアーク蒸発させた場合に前記マクロパーティクル
（ターゲットの溶融物）が多量に付着して皮膜の表面粗
度が大きくなり、用途によっては不都合を生じることか
ら好ましくない。一方、反応ガスの分圧または全圧が６
Ｐａを超える場合には、反応ガスがターゲット構成成分
の蒸発粒子と衝突して該蒸発粒子の散乱が多くなり、成
膜速度が低下するため好ましくない。尚、反応ガスの分
圧または全圧は、下限を１．５Ｐａとし、上限を４Ｐａ
とすることがより好ましい。

【００４６】本発明では、成膜方法としてＡＩＰ法につ
いて述べたが、金属元素とともに成膜ガスのプラズマ化
が促進される成膜方法であれば、ＡＩＰ法に限定される
ものではなく、例えば、パルススパッタリング法や窒素
のイオンビームアシストデポジション法で成膜すること
ができる。

【００４７】本発明の硬質皮膜は、上述の如くターゲッ
トを蒸発またはイオン化させて、被処理体上に成膜する
イオンプレーティング法やスパッタリング法等の気相コ
ーティング法にて製造するのが有効であるが、該ターゲ
ットの特性が好ましくない場合には、成膜時に安定した
放電状態が保てず、得られる皮膜の成分組成が均一でな
い等の問題が生じる。そこで優れた耐摩耗性を発揮する
本発明の切削工具用硬質皮膜を得るにあたり、使用する
ターゲットの特性についても検討したところ、下記の様
な知見が得られた。

【００４８】まず、ターゲットの相対密度を９５％以上
とすることで、成膜時の放電状態が安定し、効率よく本
発明の硬質皮膜が得られることが分かった。即ち、ター
ゲットの相対密度が９５％未満になると、ターゲット中
にミクロポア等の合金成分の粗な部分が生じるようにな
り、この様なターゲットを成膜に用いた場合に該合金成
分の蒸発が不均一となって、得られる皮膜の成分組成が
ばらついたり膜厚が不均一となったりしてしまう。ま
た、空孔部分は成膜時に、局所的かつ急速に消耗するの
で、減耗速度が速くなりターゲットの寿命が短くなる。
空孔が多数存在する場合には、局所的な減耗が急速に進
むのみならず、ターゲットの強度が劣化して割れが生じ
る原因ともなるのである。

【００４９】ターゲットの相対密度が９５％以上であっ
ても、ターゲット中に存在する空孔が大きい場合には、
放電状態が不安定となり良好に皮膜が成膜されないため
好ましくない。ターゲット中に半径０．５μｍ以上の空
孔が存在すると、ターゲットを構成する合金成分の蒸発
またはイオン化のためのアーク放電が中断して成膜を行
うことができないことが知られている。本発明者らが検
討したところ、空孔の半径が０．３μｍ以上になると放
電中断には至らずとも放電状態が不安定となることが分
かった。従って、安定した放電状態を保ち、良好にかつ
効率よく成膜を行うには、ターゲット中に存在する空孔
の半径を０．３μｍ未満、好ましくは０．２μｍ以下と
するのがよいのである。

【００５０】ＡＩＰ法等の気相コーティング法では、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、
目的とする皮膜の成分組成と同一であることが好まし
い。即ち、耐摩耗性に優れた本発明の硬質皮膜を得るに
は、ターゲットとして、（Ｔｉ_x，Ａｌ_y，Ｖ_z）からな
るものであって、 ０．０２≦ｘ≦０．３、 ０．５＜ｙ≦０．８、 ０．０５＜ｚ、 ０．７≦ｙ＋ｚ、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１ （ｘ，ｙ，ｚはそれぞれＴｉ，Ａｌ，Ｖの原子比を示
す）を満足するものを用いることが好ましい。

【００５１】尚、本発明で好ましいとする成分組成；Ａ
ｌ＋Ｖの原子比（ｂ＋ｃ）の値が０．７５以上で、かつ
Ｔｉの原子比ａの値が０．２５以下の硬質皮膜を成膜す
るにあたっては、この成膜する硬質皮膜の成分組成に合
わせて、上記ｘが０．２５以下でｙ＋ｚが０．７５以上
のターゲットを用いるのがよい。

【００５２】上記ターゲットの成分組成を満足していて
も、ターゲットの成分組成分布がばらついていると、得
られる硬質皮膜の成分組成分布も不均一となり、該皮膜
の耐摩耗性が部分的に異なることとなってしまう。また
ターゲットの成分組成分布にばらつきがあると、ターゲ
ットに局所的な電気伝導性や融点等の差異が生ずること
となり、これが放電状態を不安定にして良好に成膜され
ないのである。従って、本発明のターゲットは、組成分
布のばらつきが０．５ａｔ％以内にあることが好まし
い。

【００５３】更に本発明者らは、ターゲットの製造に用
いる原料あるいはターゲット製造時の雰囲気が原因で、
ターゲット中に不可避的に混入する不純物（酸素、水
素、塩素、銅およびマグネシウム）の含有量が、成膜時
の放電状態等に及ぼす影響についても調べた。

【００５４】その結果、酸素、水素および塩素がターゲ
ット中に多量に含まれていると、成膜時にターゲットか
らこれらのガスが突発的に発生し、放電状態が不安定と
なったり最悪の場合にはターゲットそのものが破損して
良好に成膜されないことが分かった。従って、ターゲッ
ト中に含まれる酸素は０．３質量％以下、水素は０．０
５質量％以下、塩素は０．２質量％以下に抑えるのがよ
いのである。より好ましくは、酸素を０．２質量％以
下、水素を０．０２質量％以下、塩素を０．０１５質量
％以下に抑える。

【００５５】また、銅やマグネシウムは、本発明のター
ゲットを構成するＴｉ，ＡｌおよびＶよりも蒸気圧が高
く気化しやすいので、多量に含まれる場合には、ターゲ
ット製造時にガス化してターゲット内部に空孔が形成さ
れ、この様な欠陥が原因で成膜時の放電状態が不安定と
なるのである。従って、ターゲット中に含まれる銅の含
有量は、０．０５質量％以下に抑えることが好ましく、
より好ましくは０．０２質量％以下である。また、マグ
ネシウムの含有量は、０．０３質量％以下に抑えること
が好ましく、より好ましくは０．０２質量％以下であ
る。

【００５６】この様な不純物の含有量を本発明で規定す
る範囲にまで低減する方法として、例えば原料粉末の真
空溶解や、清浄雰囲気で原料粉末の配合・混合を行うこ
と等が挙げられる。

【００５７】ところで本発明は、ターゲットの製造方法
についてまで特定するものではないが、例えば、量比や
粒径等を適切に調整した原材料のＴｉ粉末、Ｖ粉末およ
びＡｌ粉末を、Ｖ型ミキサー等で均一に混合して混合粉
末とした後、これに冷間静水圧加圧処理（ＣＩＰ処理）
あるいは熱間静水圧加圧処理（ＨＩＰ処理）を施すこと
が本発明のターゲットを得る有効な方法として挙げられ
る。これらの方法の他、熱間押出法や超高圧ホットプレ
ス法等によっても本発明のターゲットを製造することが
できる。

【００５８】尚、上記の様にして混合粉末を調製した
後、ホットプレス処理（ＨＰ）にてターゲットを製造す
る方法も挙げられるが、この方法では、本発明で用いる
Ｖが高融点金属であるため相対密度の高いターゲットが
得られ難いといった問題点がある。また、上記の様に混
合粉末を用いて製造する方法の他、予め合金化させた粉
末を用いて、ＣＩＰ処理やＨＩＰ処理を行ったり、溶解
・凝固させてターゲットを得る方法も挙げられる。しか
し前記合金化粉末を用いてＣＩＰ処理またはＨＩＰ処理
を行う方法では、組成の均一なターゲットが得られると
いう利点があるものの、合金粉末が難焼結性であるた
め、高密度ターゲットが得られ難いといった問題点があ
る。また後者の合金化粉末を溶解・凝固させる方法で
は、組成が比較的均一なターゲットが得られるという利
点があるが、凝固時に割れや引け巣が発生し易いといっ
た問題があり、本発明のターゲットを得ることは難し
い。

【００５９】

【実施例】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。

【００６０】［実施例１］前記図１に示すＡＩＰ装置の
カソードにＴｉ、Ｖ、Ａｌからなる合金ターゲットを取
り付け、さらに、支持台上に被処理体として超硬合金製
チップ、超硬合金製エンドミル（直径１０ｍｍ、４枚
刃）を取り付け、チャンバー内を真空状態にした。その
後、チャンバー内にあるヒーターで被処理体の温度を５
００℃に加熱し、窒素ガスを導入してチャンバー内の圧
力を２．６６Ｐａにしてアーク放電を開始し、前記被処
理体の表面に膜厚３μｍの皮膜を形成した。なお、成膜
中にアース電位に対して基板（被処理体）がマイナス電
位となるよう１００Ｖのバイアス電圧を基板（被処理
体）に印加した。

【００６１】成膜終了後、膜中の金属成分組成、膜の結
晶構造、ビッカース硬度を調べた。膜中のＴｉ、Ｖ、Ａ
ｌの成分組成はＥＰＭＡにより測定した。また皮膜中の
金属元素（Ｔｉ、Ｖ、Ａｌ）および窒素以外の不純物元
素量は、酸素が１ａｔ％以下で、炭素が２ａｔ％以下の
レベルであった。膜の結晶構造はＸ線回折により同定し
た。前記式（４）の値は、前述のようにＸ線回折装置に
てＣｕのＫα線を用いて各結晶面のピーク強度を測定し
て求めた。更に、耐摩耗性を評価すべく、硬質皮膜を形
成したエンドミルを用い、以下の条件で切削試験を行っ
て刃中部分の摩耗幅を測定した。 切削条件 被削材：ＳＫＤ６１（ＨＲＣ５０） 切削速度：１９０ｍ／分 刃送り：０．０５ｍｍ／刃 軸切り込み：５ｍｍ 径方向切り込み：１ｍｍ 切削長：３０ｍ その他：ダウンカット、ドライカット、エアブローのみ 得られた膜の成分組成、結晶構造、ビッカース硬度、前
記式（４）および切削試験で測定した摩耗幅の値を表１
に示す。

【００６２】

【表１】

【００６３】表１より、本発明の成分組成範囲を満たす
Ｎｏ．１〜１１は、高い皮膜硬度を確保することがで
き、切削試験を行った場合も摩耗量が３０μｍ未満と摩
耗の少ないものとなっている。これに対し、Ｎｏ．１２
〜２３は、本発明で規定するＴｉ，Ａｌ，Ｖの組成を満
足するものでないことから、いずれも硬度がＨＶ２９５
０以下と低く、切削試験の結果、摩耗幅が３０μｍを超
えて耐摩耗性に劣るものとなっている。

【００６４】図７は、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ膜における
金属成分Ｔｉ、ＡｌおよびＶの組成図にて、本発明範囲
とＮｏ．１〜２３の実施例を示したものであり、図７中
の●と□の境界線で囲まれる領域は本発明の範囲を示
し、□と○の境界線で囲まれる領域は好ましい本発明の
範囲を示す。この図７にて○、□で示される本発明の範
囲内にあるＮｏ．１〜１１は、図７にて●で示される本
発明の規定成分組成を満たさないＮｏ．１２〜２３と比
較して、皮膜硬度の高いものとなっており、特に、図７
にて○で示される、好ましい成分組成範囲内にあるＮ
ｏ．５〜９では、非常に硬度が高く、耐摩耗性に優れて
いる結果となった。

【００６５】［実施例２］次に前記図１に示すＡＩＰ装
置のカソードにＴｉ、Ｖ、Ａｌからなるターゲット合金
を取り付け、さらに、支持台上に被処理体として超硬合
金製チップ、超硬合金製エンドミル（直径１０ｍｍ、４
枚刃）を取り付け、チャンバー内を真空状態にした。そ
の後、チャンバー内にあるヒーターで被処理体の温度を
５００℃に加熱し、窒素とメタンの混合ガスを導入して
チャンバー内の圧力を２．６６Ｐａにしてアーク放電を
開始し、前記被処理体の表面に膜厚３μｍの（ＴｉＡｌ
Ｖ）（ＣＮ）皮膜を形成した。なお、成膜中にアース電
位に対して基板（被処理体）がマイナス電位となるよう
１００Ｖのバイアス電圧を基板（被処理体）に印加し
た。得られた皮膜中のＴｉ、Ｖ、Ａｌの成分組成はＥＰ
ＭＡにより測定した。また皮膜中の金属元素（Ｔｉ，
Ｖ，Ａｌ）、窒素および炭素以外の不純物元素量は、酸
素が１原子％以下のレベルであった。

【００６６】

【表２】

【００６７】表２より、本発明の要件を満たす皮膜をコ
ーティングしたＮｏ．２４〜２６のエンドミルは、（Ｔ
ｉＡｌＶ）（ＣＮ）皮膜におけるＣおよびＮの比率が本
発明の規定範囲を外れているＮｏ．２７のエンドミルと
比較して、切削試験における摩耗幅が小さく、耐摩耗性
に優れていることがわかる。

【００６８】［実施例３］組成がＴｉ：１５ａｔ％、
Ｖ：１５ａｔ％、Ａｌ：７０ａｔ％であって結晶配向の
異なるＴｉＡｌＶＮ膜を、基板に印加するバイアス電圧
を５０〜２００Ｖ、成膜温度（被処理体温度）を３００
〜７００℃、成膜圧力を１〜５．２Ｐａの範囲内で変化
させ、前記実施例１と同様にして超硬合金製エンドミル
（直径１０ｍｍ、４枚刃）上に成膜した。この時、蒸発
源には前記図３に示す蒸発源を用いた。成膜後に、結晶
構造、結晶配向、ビッカース硬度、および切削試験にお
ける摩耗幅を調べた。得られた皮膜の結晶配向および結
晶構造は、Ｘ線回折で測定し、成膜後のエンドミルの耐
摩耗性は、前記実施例１と同様にして切削試験を行い評
価した。その結果を表３に併記する。

【００６９】

【表３】

【００７０】表３より、本発明で好ましいとする結晶配
向を有するＮｏ．２８〜３２は、Ｎｏ．３３と比較し
て、摩耗幅が小さく優れた耐摩耗性を示すことから、本
発明の規定を満たすよう結晶配向を制御することによっ
て、より耐摩耗性に優れた硬質皮膜が得られることが分
かる。

【００７１】［実施例４］組成がＴｉ：１５ａｔ％、
Ｖ：１５ａｔ％、Ａｌ：７０ａｔ％のＴｉＡｌＶＮ膜と
表４に示す種々の金属窒化物、金属炭化物、金属炭窒化
物および金属膜の積層膜を超硬合金製エンドミル（直径
１０ｍｍ、４枚刃）に形成した。積層の仕方は、超硬合
金製エンドミル上に、表４における皮膜１、次に表４に
おける皮膜２の順に、表４に示す厚みにて交互に積層し
た。表４に示す積層数は、［皮膜１＋皮膜２］を１単位
としたときの繰り返し数を示す。得られた皮膜の耐摩耗
性は、前記実施例１と同様にして切削試験を行い評価し
た。これらの結果を表４に示す。

【００７２】

【表４】

【００７３】表４のＮｏ．３４〜４７より、切削工具用
硬質皮膜を複数層とする場合であっても、本発明の要件
を満たす皮膜をコーティングしたものであれば、切削試
験での摩耗幅が３０μm未満と優れた耐摩耗性を示すこ
とが分かる。

【００７４】［実施例５］組成がＴｉ：１５ａｔ％、
Ｖ：１５ａｔ％、Ａｌ：７０ａｔ％のＴｉＡｌＶＮ膜
を、基板に印可するバイアス電圧を３０Ｖ〜４００Ｖ、
基板（被処理体）の温度を２５０℃〜１０００℃、及び
反応ガスである窒素ガスの圧力を０．３Ｐａ〜７Ｐａの
範囲内で変化させて、超硬合金チップ及び超硬合金製エ
ンドミル（直径１０ｍｍ、４枚刃）上に形成した。得ら
れた皮膜のビッカース硬度を測定するとともに、実施例
１と同様にして切削試験を実施し、耐摩耗性について評
価した。これらの結果を表５に示す。

【００７５】

【表５】

【００７６】表５より、本発明の要件を満たすＮｏ．４
９〜５１、５４〜５６、６０および６１は、Ｎｏ．４
８、５２、５３、５７〜５９および６２と比較して、高
硬度の皮膜が得られ、切削試験時の摩耗幅も小さいもの
が得られていることから、耐摩耗性に優れた皮膜を得る
には、基板に印加するバイアス電圧や基板温度、更には
反応ガスの圧力（分圧または全圧）を本発明の規定範囲
内とすることが好ましいことが分かる。

【００７７】［実施例６］ターゲットの相対密度や不純
物含有量が成膜時の放電状態に及ぼす影響について調べ
た。

【００７８】それぞれ１００メッシュ以下のＴｉ粉末、
Ｖ粉末およびＡｌ粉末を所定量混合し、温度：９００℃
かつ圧力：８×１０⁷Ｐａの条件でＨＩＰ処理を行っ
て、表６に示す各成分組成のターゲットを作製した。上
記ターゲットの成分組成はＩＣＰ−ＭＳにて測定した。
また得られたターゲットの放電特性を調べるため、外径
２５４ｍｍ、厚さ５ｍｍに成形したターゲットをスパッ
タリング装置に装着し、反応性パルススパッタリング法
により膜厚３μｍの皮膜を被処理体である超硬合金製チ
ップ上に成膜した。成膜は、反応ガスとしてＮ₂ガスを
用い、出力５００Ｗで行った。

【００７９】得られた硬質皮膜の成分組成はＸＰＳで測
定し、耐摩耗性は、実施例１と同様にして切削試験を行
い、下記の評価基準で判断した。また成膜時の放電状態
については、表面における放電状況を目視で観察した
り、放電電圧のモニターを観察して行った。これらの結
果を表６に示す。 切削試験における評価基準 ○：摩耗量が３０μｍ未満 ×：摩耗量が３０μｍ以上 放電状態の評価基準 ・安定 ：放電電圧の瞬間的な上昇や放電の場所的
な偏りが認められないもの ・やや不安定：放電電圧の瞬間的な上昇や放電の場所的
な偏りが多少認められるもの ・不安定 ：放電電圧の瞬間的な上昇や放電の場所的
な偏りがかなり認められるもの ・放電中断 ：放電が停止するもの

【００８０】

【表６】

【００８１】表６より、Ｎｏ．６３〜６７は、本発明で
規定する相対密度を満足するものであることから放電状
態は良好で、その結果、ターゲットと成分組成がほぼ同
一で、良好な耐摩耗性を発揮する皮膜が得られているこ
とが分かる。これに対し、Ｎｏ．６８〜７１は、ターゲ
ットの相対密度が本発明の要件を満足するものではない
ため、放電状態が不安定であったり継続不可能となり、
その結果、得られる皮膜の成分組成がターゲットの成分
組成と大きくずれ、耐摩耗性の好ましくない皮膜が得ら
れる結果となった。

【００８２】［実施例７］次に、ターゲット中の不純物
（酸素、水素、塩素、銅およびマグネシウム）の含有量
が成膜時の放電状態に与える影響について調べた。

【００８３】表７に示す各成分組成のターゲットを実施
例６と同様の方法で作製した。得られたターゲットの相
対密度はいずれも９９％以上で、０．３ｍｍ以上の空孔
や連続した欠陥はいずれにも存在しなかった。得られた
ターゲットを用い、実施例１で使用したＡＩＰ装置に
て、窒素ガスを成膜ガスとして成膜を行った。ターゲッ
ト中の不純物の含有量は、ＩＣＰ−ＭＳで測定した。ま
た成膜時の放電状態は、実施例６と同様にして評価し
た。これらの結果を表７に示す。

【００８４】

【表７】

【００８５】表７より、Ｎｏ．７２、７４〜８０，８７
および８８は、酸素、水素、塩素、銅およびマグネシウ
ムのすべての不純物の含有量が本発明の要件を満足する
ものであることから、放電状態が良好となっていること
が分かる。これに対し、Ｎｏ．７３、８１および８２で
は酸素含有量、Ｎｏ．８３では水素含有量、Ｎｏ．８４
では塩素含有量、Ｎｏ．８５では銅含有量、Ｎｏ．８６
ではマグネシウム含有量、Ｎｏ．８９では酸素およびマ
グネシウムの含有量、Ｎｏ．９０では、塩素、銅および
マグネシウムの含有量が本発明で好ましいとする規定範
囲を超えている。この結果より、成膜時の放電状態を良
好にして効率よく本発明の切削工具用硬質皮膜を得るに
は、ターゲット中の不純物（酸素、水素、塩素、銅およ
びマグネシウム）の含有量を本発明の規定範囲内とする
ことが好ましいことが分かる。

【００８６】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、
（ＴｉＡｌＶ）（ＣＮ）膜にて、これらＴｉ、Ａｌ、Ｖ
の成分組成を本発明の如く制御することによって、従来
の切削工具用硬質皮膜よりも耐摩耗性に優れた硬質皮膜
を得ることができた。こうした硬質皮膜の実現によっ
て、高速切削や焼き入れ鋼など高硬度鋼の切削に用いる
ことのできる長寿命の切削工具を供給できることとなっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に使用するアークイオンプレーテ
ィング（ＡＩＰ）装置の一例を示した概略図である。

【図２】本発明の実施に供するアーク式蒸発源要部の一
例を拡大した断面概略図である。

【図３】本発明の実施に供する別のアーク式蒸発源要部
を拡大した断面概略図である。

【図４】従来の本発明の実施に供するアーク式蒸発源要
部の一例を拡大した断面概略図である。

【図５】成膜した（Ｔｉ_0.15Ａｌ_0.7Ｖ_0.15）Ｎ膜の表
面電子顕微鏡写真を示したものであり、（１）は本発明
者らの蒸発源、（２）は従来の蒸発源を用いて成膜した
結果を示す。

【図６】一例として（Ｔｉ_0.1Ａｌ_0.7Ｖ_0.2）Ｎ皮膜を
成膜した場合の基板（被処理体）温度と皮膜の残留応力
との関係を示したグラフである。

【図７】（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ膜における金属成分Ｔ
ｉ、ＡｌおよびＶの組成図にて本発明範囲と実施例を示
したものである。

【符号の説明】

１ 真空容器 ２、２Ａ アーク式蒸発源 ３ 支持台 ４ バイアス電源 ６ ターゲット ７ アーク電源 ８ 磁石（磁界形成手段） ９ 電磁石（磁界形成手段） １１ 排気口 １２ ガス供給口 Ｗ 被処理体 Ｓ ターゲットの蒸発面

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C046 FF02 FF09 FF10 FF11 FF13 FF16 FF22 4K029 BA54 BB02 BB07 BD05 CA03 CA13 DD06

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ｔｉ_a，Ａｌ_b，Ｖ_c）（Ｃ_1-dＮ_d）か
   らなる硬質皮膜であって、 ０．０２≦ａ≦０．３、 ０．５＜ｂ≦０．８、 ０．０５＜ｃ、 ０．７≦ｂ＋ｃ、 ａ＋ｂ＋ｃ＝１、 ０．５≦ｄ≦１ （ａ，ｂ，ｃはそれぞれＴｉ，Ａｌ，Ｖの原子比を示
   し、ｄはＮの原子比を示す。以下同じ）であることを特
   徴とする切削工具用硬質皮膜。
2. 【請求項２】 前記ｂ＋ｃの値が０．７５以上で、かつ
   前記ａの値が０．２５以下である請求項１に記載の切削
   工具用硬質皮膜。
3. 【請求項３】 前記ｄの値が１である請求項１または２
   に記載の切削工具用硬質皮膜。
4. 【請求項４】 結晶構造が岩塩構造型を主体とするもの
   である請求項１〜３のいずれかに記載の切削工具用硬質
   皮膜。
5. 【請求項５】 θ−２θ法によるＸ線回折で測定される
   岩塩構造型の（１１１）面、（２００）面および（２２
   ０）面の回折線強度をそれぞれＩ（１１１）、Ｉ（２０
   ０）およびＩ（２２０）とするとき、これらの値が下記
   式（１）および／または式（２）、並びに式（３）を満
   足する請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具用硬質
   皮膜。 Ｉ（２２０）≦Ｉ（１１１） …（１） Ｉ（２２０）≦Ｉ（２００） …（２） Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）≧０．３ …（３）
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の要件を
   満たし、且つ相互に異なる硬質皮膜が２層以上形成され
   ていることを特徴とする切削工具用硬質皮膜。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の硬質皮
   膜の片面側または両面側に、岩塩構造型主体の結晶構造
   を有し、且つ前記硬質皮膜とは異なる成分組成である金
   属窒化物層、金属炭化物層および金属炭窒化物層よりな
   る群から選択される少なくとも１層が積層されているこ
   とを特徴とする切削工具用硬質皮膜。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の硬質皮
   膜の片面側または両面側に、４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族、
   ＡｌおよびＳｉよりなる群から選択される少なくとも１
   種の金属を含む金属層または合金層が１以上積層されて
   いることを特徴とする切削工具用硬質皮膜。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の切削工
   具用硬質皮膜の製造方法であって、成膜ガス雰囲気中で
   金属を蒸発させイオン化して、前記金属とともに成膜ガ
   スのプラズマ化を促進しつつ成膜することを特徴とする
   切削工具用硬質皮膜の製造方法。
10. 【請求項１０】 ターゲットを構成する金属の蒸発およ
    びイオン化をアーク放電にて行うアークイオンプレーテ
    ィング法において、該ターゲットの蒸発面にほぼ直交し
    て前方に発散ないし平行に進行する磁力線を形成し、こ
    の磁力線によって被処理体近傍における成膜ガスのプラ
    ズマ化を促進しつつ成膜する請求項９に記載の切削工具
    用硬質皮膜の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記被処理体に印加するバイアス電位
    をアース電位に対して−５０Ｖ〜−３００Ｖとする請求
    項１０に記載の切削工具用硬質皮膜の製造方法。
12. 【請求項１２】 成膜時の前記被処理体温度を３００℃
    以上８００℃以下とする請求項１０または１１に記載の
    切削工具用硬質皮膜の製造方法。
13. 【請求項１３】 成膜時の反応ガスの分圧または全圧を
    ０．５Ｐａ以上６Ｐａ以下とする請求項１０〜１２のい
    ずれかに記載の切削工具用硬質皮膜の製造方法。
14. 【請求項１４】 Ｔｉ、ＡｌおよびＶからなり、且つ相
    対密度が９５％以上であることを特徴とする硬質皮膜形
    成用ターゲット。
15. 【請求項１５】 （Ｔｉ_x，Ａｌ_y，Ｖ_z）からなるター
    ゲットであって、 ０．０２≦ｘ≦０．３、 ０．５＜ｙ≦０．８、 ０．０５＜ｚ、 ０．７≦ｙ＋ｚ、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１ （ｘ，ｙ，ｚはそれぞれＴｉ，Ａｌ，Ｖの原子比を示
    す。以下同じ）である請求項１４に記載の硬質皮膜形成
    用ターゲット。
16. 【請求項１６】 前記ターゲット中に存在する空孔の大
    きさが半径０．３ｍｍ未満である請求項１４または１５
    に記載の硬質皮膜形成用ターゲット。
17. 【請求項１７】 酸素含有量が０．３質量％以下で、水
    素含有量が０．０５質量％以下であり、更に塩素含有量
    が０．２質量％以下である請求項１４〜１６のいずれか
    に記載の硬質皮膜形成用ターゲット。
18. 【請求項１８】 Ｃｕ含有量が０．０５質量％以下で、
    Ｍｇ含有量が０．０３質量％以下である請求項１４〜１
    ７のいずれかに記載の硬質皮膜形成用ターゲット。