JP2003113463A

JP2003113463A - ＴｉＡｌ化合物膜被覆部材およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003113463A
Application number: JP2001295425A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Kobata; 護木幡
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】近年切削加工の高能率化が求められ、従来の
ＴｉＡｌ化合物膜被覆部材より耐摩耗性などの切削性能
が優れるＴｉＡｌ化合物膜被覆部材が求められるように
なった。【解決手段】ＴｉＡｌ化合物膜形成工程中に該真空容
器と該基材間に印加する基材電圧を−２０Ｖ〜−３００
Ｖの範囲で連続的および／または段階的に降下させたの
ち上昇させるという調整を行いＴｉＡｌ化合物膜を被覆
した。こうして作製されたＴｉＡｌ化合物膜被覆部材に
は残留圧縮応力と耐酸化性が高く密着性の良い被膜が被
覆されているため、従来品に比べ耐摩耗性、耐欠損性な
どの切削性能が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はＴｉＡｌ化合物膜
を被覆した部材に関するものである．

【０００２】

【従来の技術】工具や耐摩耗部品の特性向上のため（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎを金属材料あるいは超硬合金の上に形成し
た硬質膜被覆部材が広く用いられている。近年、被膜特
性および基材との密着性を向上させるため特開平３−１
８８２６５号公報、特開平６−３１６７５６号公報、特
開平８−２６７３０６号公報が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平３−１８８２６
５号公報には母材の表面から被覆層表面に向かってＴｉ
の炭化物、窒化物または炭窒化物からＴｉとＡｌの合金
Ｔｉ_1-xＡｌ_x（０＜ｘ≦０．７）の炭化物、窒化物また
は炭窒化物まで変化した被覆層が提案されているが、被
覆層の残留圧縮応力が低いため耐欠損性や耐摩耗性が十
分に確保されない。特開平６−３１６７５６号公報には
ＴｉＡｌＮ被膜においてＡｌの原子濃度が０．６以下で
あり、かつＡｌ濃度の異なる３層以上のＴｉＡｌＮ被膜
からなる積層構造であり、上記ＴｉＡｌＮ被膜により挟
まれたＴｉＡｌＮ中間被膜におけるＡｌ濃度が上下のＴ
ｉＡｌＮ被膜より小さい層を含むことを特徴とする耐食
・耐摩耗性被膜が提案されているが、切削工具に用いた
場合、被膜が剥離しやすいため、十分な性能が得られな
い。特開平８−２６７３０６号公報には基材表面に被覆
されたＴｉＡｌ化合物層はＴｉＡｌ化合物層のＴｉ／Ａ
ｌ原子比（以後Ｔｉ／Ａｌ比と表示する）が基材表面と
平行な方向に変化しておりかつエッジ部において最も高
くなっていることを特徴とする硬質層被覆切削工具が提
案されている。エッジ稜線と面方向にエッジ稜線より幅
２ｍｍを超えた領域の被膜組成が異なるが、切削工具と
して用いた場合、温度が上がるエッジ稜線でＴｉＡｌ化
合物層のＴｉ／Ａｌ比が高いため被膜が酸化しやすいと
いう欠点があり、ＴｉＡｌ化合物層の表面にＴｉＮを被
覆してもＴｉＮの耐摩耗性が劣るため早期にＴｉ／Ａｌ
比が高いＴｉＡｌ化合物層が露出するためやはり酸化し
やすいという問題が残る。そこで本発明は密着性が高く
耐酸化性に優れ欠けにくいＴｉＡｌ化合物膜被覆部材お
よびその製造方法の開発を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】発明者は、ＴｉＡｌ化合
物膜の強度や密着性を上げる手段を種々検討した結果、
ＴｉＡｌ化合物膜形成工程中に真空容器と基材間に印加
する基材電圧を−２０Ｖ〜−３００Ｖの範囲で連続的お
よび／または段階的に降下させたのち上昇させるという
調整を行ってＴｉＡｌ化合物膜を被覆した部材が優れた
性質を示すことを見出した。

【０００５】本発明のＴｉＡｌ化合物膜被覆部材製造方
法の特徴はＴｉＡｌ化合物膜被覆時の基材電圧を制御す
ることであり、本発明の製造条件で作製されたＴｉＡｌ
化合物膜に含まれるＴｉとＡｌの比率の分布は特徴的で
ある。少なくとも一つのエッジ稜線を有する形状の基材
にＴｉＡｌ化合物膜を形成するとＴｉ／Ａｌ比が最大と
なる第１膜層と、第１膜層に対しＴｉ／Ａｌ比が小さい
第２膜層が少なくとも２層の多層膜からなるＴｉＡｌ化
合物膜がエッジ稜線の近接部に形成され、エッジ稜線の
近接部を除いたＴｉＡｌ化合物膜表面の中心部における
Ｔｉ／Ａｌ比は一定であるＴｉＡｌ化合物膜が形成され
る。切削工具として使用する場合、エッジ稜線の近接部
におけるＴｉＡｌ化合物膜は、膜厚さ方向で該第１膜層
が該第２膜層で挟持された３層でなり、該第１膜層、該
第２膜層のＴｉ／Ａｌ原子比をそれぞれＡ、Ｂと表した
ときに、０．９０≦Ａ≦２．００、および０．８２≦Ｂ
≦１．５０であるＴｉＡｌ化合物膜被覆部材が好まし
い。

【０００６】

【発明の実施の態様】少なくとも一つのエッジ稜線を有
する形状は、例えばＪＩＳ規格Ｂ４１０４−１９８９、
該規格Ｂ４１１４−１９９３、該規格Ｂ４１１５−１９
９３、該規格Ｂ４１１６−１９８７、該規格Ｂ４１１７
―１９９１、該規格Ｂ４１２０―１９８５、該規格Ｂ４
１２１―１９８５、該規格Ｂ４１２２―１９８５、該規
格Ｂ４１２３―１９８５に示される工具、製缶工具、冷
間加工用金型、熱間加工用金型があげられる。

【０００７】ＴｉＡｌ化合物膜は物理蒸着法（以後ＰＶ
Ｄ法と表示する）で作製されるのが好ましいが、ＰＶＤ
法の中でもアークイオンプレーティング方式を用いると
密着性に優れるので特に好ましい。本発明品を作製する
方法として、組成が異なるターゲットを２種類以上使用
してコーティングする方法とコーティング時に該真空
容器と該基材間の基材電圧を変える方法を例示でき
る。方法によって本発明品を作製する場合、組成が異
なる２種類以上のターゲットを用意しなければならず、
コーティング中にパラメーターを頻繁に変えるため工程
が複雑化し技術的に非常に難しい。方法によって本発
明品を作製する場合、最少限のターゲット、基本的には
１種類のターゲットを用いればよくコーティング中にパ
ラメーターを制御することで本発明品を得られるため、
工程が簡素化され好ましい。

【０００８】方法について詳しく述べると、ＰＶＤ法
による被覆工程を、基材をガス雰囲気調整可能な真空容
器内に設置する第１工程と、真空容器内を真空排気のの
ち基材を加熱し基材表面をエッチングし真空容器内を被
膜形成するためのガス雰囲気とする第２工程と、被膜を
形成する際にプラズマ雰囲気中でイオンを高電圧の電源
で加速する第３工程に大別した場合、第３工程の中でＴ
ｉＡｌ化合物膜を被覆する工程中に基材電圧を連続的お
よび／または段階的に降下させたのち上昇させる調整を
行うことによって本発明品が得られる。

【０００９】基材電圧を高くした条件で作製した被膜は
基材電圧を低くした条件で作製した被膜よりも残留圧縮
応力が小さく、密着性向上には有利であるが、被覆温度
が低いため熱拡散が少なく実際には密着性が低い。一層
のＴｉＡｌ化合物膜について膜厚さ方向におおよそ３分
割し、基材に近い部分を基材側、上下に挟まれた部分を
中間部分、表面に近い部分を表面側とした場合、ＴｉＡ
ｌ化合物膜の基材側を、基材電圧を低くした条件で被覆
すると、被覆温度が高いため熱拡散が生じ密着性向上に
有利であるが、強い残留圧縮応力により剥がれやすいの
で好ましくない。本発明のＴｉＡｌ化合物膜被覆工程で
はＴｉＡｌ化合物膜の基材側を被覆するとき基材電圧を
−２０〜−４０Ｖとして残留圧縮応力の小さい被膜が被
覆される。

【００１０】次いでＴｉＡｌ化合物膜の中間部分を被覆
する工程中、基材電圧を図１〜図４に例示したように−
２０〜−４０Ｖから−２００〜−３００Ｖまで連続的お
よび／または段階的に降下させる。基材電圧が低い条件
で作製した被膜は基材電圧が高い条件で作製した被膜よ
りも残留圧縮応力が高い。基材電圧を−２０〜−４０Ｖ
から急にまたは不連続的に−２００〜−３００Ｖに下げ
ると基材側と中間部分の間で剥離する可能性が高くな
る。これは中間部分の高い残留圧縮応力によるものと考
えられる。本発明のように基材電圧を−２０〜−４０Ｖ
から−２００〜−３００Ｖまで連続的および／または段
階的に降下させると、ＴｉＡｌ化合物膜の残留圧縮応力
が連続的および／または段階的に高くなるため基材側と
中間部分の間で剥離しにくくなる。高い残留圧縮応力を
持つＴｉＡｌ化合物膜の中間部分は耐欠損性や耐摩耗性
に優れる。また基材電圧が低い条件で被膜を被覆すると
イオンの運動エネルギーが高くなるため、被覆温度が上
昇しイオン注入効果が増大する。ＴｉＡｌ化合物膜の中
間部分の被覆時に生じる高い温度とイオン注入効果はＴ
ｉＡｌ化合物膜の基材側にも影響をおよぼし、温度の上
昇やイオン注入効果によってＴｉＡｌ化合物膜の基材側
の密着性が高くなる。これはサーマルスパイク効果と呼
ばれる。

【００１１】基材電圧はＴｉＡｌ化合物膜の組成にも影
響をおよぼす。基材電圧が高い条件で被覆したＴｉＡｌ
化合物膜のＴｉ／Ａｌ比は均一であるが、基材電圧が低
い条件でＴｉＡｌ化合物膜を被覆した場合、面方向にエ
ッジ稜線から２ｍｍ超えた領域のＴｉＡｌ化合物膜のＴ
ｉ／Ａｌ比に比較して面方向にエッジ稜線から幅２ｍｍ
以内の領域のＴｉＡｌ化合物膜のＴｉ／Ａｌ比が高くな
る。これはエッジ効果と呼ばれる。ＴｉＡｌ化合物膜の
硬さと耐酸化性はＴｉ／Ａｌ比が０．７付近のとき最も
高く、それよりもＴｉリッチまたはＡｌリッチになると
ＴｉＡｌ化合物膜の硬さと耐酸化性は低下する。本発明
のＴｉＡｌ化合物膜のＴｉ／Ａｌ比は０．７以上であ
り、Ｔｉ／Ａｌ比が高くなるとともに硬さと耐酸化性は
低下する。したがって、基材電圧を低くして被覆する
と、エッジ効果により面方向にエッジ稜線から幅２ｍｍ
以内の領域のＴｉＡｌ化合物膜のＴｉ／Ａｌ比が高くな
ることで硬さの低下が懸念されるが、実際は残留圧縮応
力が高くなるため、見かけ上の硬さが高くなり耐摩耗性
が向上する。耐欠損性についても残留圧縮応力が高くな
るため向上する。

【００１２】次に基材電圧を−２００〜−３００Ｖから
−２０〜―４０Ｖまで上昇させる。ＴｉＡｌ化合物膜の
表面側は基材電圧を高くした条件で被覆する。エッジ効
果がほとんどなくなったＴｉＡｌ化合物膜の表面側はＴ
ｉ／Ａｌ比が均一となり面方向にエッジ稜線から幅２ｍ
ｍ以内の領域の耐酸化性が向上する。またＴｉ／Ａｌ比
は均一であるため被膜表面の色調が均一になり使用コー
ナー識別が容易になる。

【００１３】以上のような機能を持たせるためＴｉＡｌ
化合物膜を被覆する工程中、基材電圧を連続的および／
または段階的に降下させたのち上昇させる。本発明品を
断面観察すると面方向にエッジ稜線から幅２ｍｍ以内の
領域のＴｉＡｌ化合物膜の中間部分のＴｉ／Ａｌ比が高
いことを確認できる。ＴｉＡｌ化合物膜が数μm程度の
厚さであれば光学顕微鏡観察により確認できる場合もあ
る。

【００１４】基材電圧が−２０Ｖ未満ではイオンの運動
エネルギーが低下するためＴｉＡｌ化合物膜の密着性が
低下する。基材電圧が−３００Ｖを超えるとＴｉＡｌ化
合物膜の残留圧縮応力が高くなり過ぎチッピングを起こ
しやすくなる。そのため基材電圧の範囲を−２０〜−３
００Ｖとした。アーク電圧は３５〜４５Ｖ、アーク電流
は１３０〜１７０Ａ、窒素源としてはＮ₂＝１６０〜２
２０ＳＣＣＭが好ましい。金属原料ターゲットはＴｉタ
ーゲットとＡｌターゲットと分けて装着するよりもＴｉ
とＡｌを同時に含むターゲットを装着することが好まし
く、前記ターゲットに含まれるＴｉとＡｌの原子比は
０．８＜Ｔｉ／Ａｌ比＜１．２が好ましい。

【００１５】前述のようにＴｉＡｌ化合物膜のＴｉ／Ａ
ｌ比は、被膜の硬さ、耐酸化性に影響をおよぼす。Ｔｉ
Ａｌ化合物膜の硬さと耐酸化性はＴｉ／Ａｌ比が０．７
付近のとき最も高く、それよりもＴｉリッチまたはＡｌ
リッチになるとＴｉＡｌ化合物膜の硬さと耐酸化性は低
下する。Ｔｉ／Ａｌ比が２．００を超えると所望の硬さ
が得られず、Ｔｉ／Ａｌ比が０．８２以下になると硬さ
の低い六方晶構造のＴｉＡｌ化合物膜を生成する可能性
が高くなる。そのためＴｉＡｌ化合物膜のＴｉ／Ａｌ比
は０．８２≦Ｔｉ／Ａｌ比≦２．００が好ましく、エッ
ジ稜線の近接部におけるＴｉＡｌ化合物膜が、膜厚さ方
向で第１膜層が第２膜層で挟持された３層構造である場
合、エッジ効果によりＴｉ／Ａｌ比が高い第１膜層は
０．９０≦Ｔｉ／Ａｌ比≦２．００が好ましく、エッジ
効果が生じない第２膜層は０．８２≦Ｔｉ／Ａｌ比≦
１．５０が好ましい。

【００１６】ＴｉＡｌ化合物膜はＴｉとＡｌを含む窒化
物、炭化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭酸窒化
物の少なくとも一種からなるＴｉＡｌ化合物の膜である
が、その中でも（Ｔｉ_x，Ａｌ_y）Ｎ_zで表され、ｘは金
属元素中のＴｉの原子比、ｙは金属元素中のＡｌの原子
比、ｚは、ＴｉとＡｌの合計に対するＮの原子比を表
し、それぞれがｘ＋ｙ＝１、０．６６≧ｘ≧０．４６、
０．５４≧ｙ≧０．３４、１．０５≧ｚ≧０．７の関係
を満たすＴｉＡｌ化合物膜が好ましい。Ｚが１．０５を
超える場合、ＴｉＡｌ化合物膜が立方晶構造以外の構造
の被膜を含むため硬さが低下する。Ｚが０．７未満の場
合、ＴｉＡｌ化合物膜中に空孔が多くなるため硬さが低
下する。

【００１７】ＴｉＡｌ化合物膜としては（Ｔｉ_x，Ａ
ｌ_y）Ｎ_zに加えて第３の金属成分を含んだ（Ｔｉ_a，Ａ
ｌ_b，Ｍ_c）Ｎ_dもよい。具体的には（Ｔｉ_a，Ａｌ_b，
Ｍ_c）Ｎ_dで表され、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｍｎ、
Ｓｃ、Ｙ、ランタン系希土類元素の中の少なくとも１種
を表し、ａはＴｉとＡｌとＭの合計に対するＴｉの原子
比、ｂはＴｉとＡｌとＭの合計に対するＡｌの原子比、
ｃはＴｉとＡｌとＭの合計に対するＭの原子比、ｄはＴ
ｉとＡｌとＭの合計に対するＮの原子比を表し、それぞ
れがａ＋ｂ＋ｃ＝１、０．６６≧ａ≧０．３２、０．５
４≧ｂ≧０．２４、０．３≧ｃ≧０、１．０５≧ｄ≧
０．７の関係にあるＴｉＡｌ化合物膜も好ましい。その
中でもＭがＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｍｎ
の中の少なくとも１種である場合、耐摩耗性が良く特に
好ましい。なお第３の金属成分の原子比Ｃは０．３を超
えると（Ｔｉ_a，Ａｌ_b，Ｍ_c）Ｎ_d被膜の結晶性が低下す
るため、０．３≧ｃ≧０と定めた。

【００１８】ＴｉＡｌ化合物膜を被覆する基材として
は、ＰＶＤ法により被覆可能な基材であれば問題なく、
特に鉄系金属材料、非鉄系金属材料、超硬合金、サーメ
ット、セラミックス、または超高圧焼結体に被覆すると
耐摩耗性および耐酸化性が高くなり好ましい。その中で
も超硬合金、サーメットを基材に用いた場合、基材に靱
性、ＴｉＡｌ化合物膜に耐摩耗性および耐酸化性を持た
せることができるため、さらに好ましい。形状としては
少なくとも一つのエッジ稜線を有する基体であれば良
く、その中でもスローアウェイチップ、エンドミル、ド
リルなどの切削工具に本発明を適用すると効果が高く好
ましい。

【００１９】本発明のＴｉＡｌ化合物膜を基材に被覆す
る場合、直接被覆しても良いが、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔ
（Ｃ，Ｎ）、Ｔｉ（Ｃ，Ｏ）、Ｔｉ（Ｎ，Ｏ）、Ｔｉ
（Ｃ，Ｎ，Ｏ）などのＴｉ化合物やＴｉなどの金属膜を
下層膜、本発明のＴｉＡｌ化合物膜を上層膜としてもよ
い。また本発明のＴｉＡｌ化合物膜を重ねて被覆し２層
以上の多層膜にしてもよい。また、外観色を改善するた
め本発明のＴｉＡｌ化合物膜の表面にＴｉＮ、ＴｉＣ、
Ｔ（Ｃ，Ｎ）、Ｔｉ（Ｃ，Ｏ）、Ｔｉ（Ｎ，Ｏ）、Ｔｉ
（Ｃ，Ｎ，Ｏ）などのＴｉ化合物膜やＴｉなどの金属膜
を最外層膜として被覆してもよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】

【実施試験１】基材としてＫ１０相当のＷＣ超硬合金で
ＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４０８形状のスローアウェイ
チップを用意し、アルカリ洗剤を使用し表面を洗浄し
た。スローアウェイチップは真空炉内に設置し真空排気
を行った．真空炉内の圧力が１．３３×１０^-2Ｐａ以下
になったら表１に示すように設定温度５００℃まで加熱
した．圧力が１．３３×１０^-2Ｐａ以下に戻ったことを
確認し、表１に示すエッチング、コーティングの条件を
設定してＰＶＤコーティング処理した．

【００２１】

【表１】注１）蒸発源の陽極と陰極の間のアーク電圧注２）基材と真空容器の間の基材電圧注３）基材電圧を５０分かけて−４０Ｖから−３００Ｖ
まで連続的に降下した。

【００２２】使用ターゲット欄のＴｉＡｌは（Ｔｉ，Ａ
ｌ）＝５０：５０（原子比）のターゲットを示し、Ｔｉ
はＴｉターゲットを示した。作製した試料の膜厚とＴｉ
／Ａｌ比を表２に示した。

【００２３】

【表２】

【００２４】作製した実施例１〜２および比較例１〜３
に対してロックウェルダイヤモンド圧子を用いたスクラ
ッチ試験を行いエッジ稜線の近接部の被膜が剥離する臨
界荷重（スクラッチ強度）を測定した。また、被削材に
Ｓ４８Ｃ（ＨＢ２０５〜２２３）を用い、切削速度：Ｖ
＝１５０ｍ／ｍｉｎ、切り込み：ｄ＝１．５ｍｍ、送
り：ｆ＝０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、水溶性切削油使用とい
う切削条件で旋盤による切削試験を２０分間行った。表
３にスクラッチ強度と切削試験後の逃げ面摩耗量Ｖ_Bを
記載した。表３に示されるように実施例１〜２は比較例
１〜３よりもスクラッチ強度が高く、逃げ面摩耗量Ｖ_B
も小さい。このことから実施例１〜２は比較例１〜３よ
りも被膜と基材の密着性が高く、摩耗しにくいことが分
かる。

【００２５】

【表３】

【００２６】

【実施試験２】ターゲットにＴｉＡｌＹを用い表４に示
す条件でコーティングした以外は実地試験１と同様に行
った。

【００２７】

【表４】注１）蒸発源の陽極と陰極の間のアーク電圧注２）基材と真空容器の間の基材電圧注３）基材電圧を１０分かけて−３０Ｖから−２００Ｖ
まで連続的に降下した。注４）基材電圧を５分かけて−２００Ｖから−３０Ｖま
で連続的に上昇した。

【００２８】使用ターゲット欄のＴｉＡｌＹは（Ｔｉ，
Ａｌ，Ｙ）＝４５：４５：１０（原子比）のターゲット
を示し、ＴｉはＴｉターゲットを示した。作製した試料
の膜厚とＴｉ／Ａｌ比を表５に示した。なお、Ｙの原子
比はいずれの実施例、比較例でも基材電圧による顕著な
変化は見られなかった。例えば、実施例３の中間部分
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｙ）Ｎ膜を分析したところエッジ稜線の
近接部の金属成分原子比は（Ｔｉ，Ａｌ，Ｙ）＝５０．
４：３９．６：１０、面方向にエッジ稜線から幅２ｍｍ
を超えた領域の金属成分原子比は（Ｔｉ，Ａｌ，Ｙ）＝
４７．９：４２．１：１０であり、比較例４の中間部分
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｙ）Ｎ膜を分析したところエッジ稜線の
近接部の金属成分原子比は（Ｔｉ，Ａｌ，Ｙ）＝５０．
４：３９．６：１０、面方向にエッジ稜線から幅２ｍｍ
を超えた領域の金属成分原子比は（Ｔｉ，Ａｌ，Ｙ）＝
４７．９：４２．１：１０であった。

【００２９】

【表５】

【００３０】実施例３と比較例４について実地試験１と
同様にスクラッチ強度測定と切削試験を行い、その結果
を表６に示した。

【００３１】

【表６】

【００３２】表６に示されるように実施例３，４は比較
例４，５よりもスクラッチ強度が高く、逃げ面摩耗量Ｖ
_Bも小さい。このことから実施例３，４は比較例４，５
よりも被膜と基材の密着性が高く、耐摩耗性に優れてい
ることが分かる。

【００３３】

【実施試験３】ターゲットにＴｉＡｌＭｎＣｒを用い表
７に示す条件でコーティングした以外は実地試験１と同
様に行った。

【００３４】

【表７】注１）蒸発源の陽極と陰極の間のアーク電圧注２）基材と真空容器の間の基材電圧注３）基材電圧を−３５Ｖから−７０Ｖまで降下した後
−７０Ｖで４分間保持し、−７０Ｖから−１００Ｖまで
降下した後−１００Ｖで４分間保持し、−１００Ｖから
−１５０Ｖまで降下した後−１５０Ｖで４分間保持し、
−１５０Ｖから−２００Ｖまで降下した後−２００Ｖで
４分間保持し、−２００Ｖから−３００Ｖまで降下した
後−３００Ｖで４分間保持した。

【００３５】使用ターゲット欄のＴｉＡｌＭｎＣｒは
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｃｒ）＝４５：４５：５：５（原
子比）のターゲットを示した。作製した試料の膜厚とＴ
ｉ／Ａｌ比を表８に示した。なお、基材電圧の低下させ
るとエッジ稜線の近接部のＭｎ原子比はＴｉと同様に増
加し、エッジ稜線の近接部のＣｒ原子比はＡｌと同様に
減少した。例えば、実施例５についてエッジ稜線の近接
部の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｃｒ）Ｎ膜を深さ方向に分析
したところ基材側の金属成分原子比は（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ
ｎ，Ｃｒ）＝４６．１：４３．９：４．２：５．８、中
間部分の金属成分原子比は（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｃｒ）
＝５１．１：３８．９：４．６：５．４、表面側の金属
成分原子比は（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｃｒ）＝４６．１：
４３．９：４．２：５．８であり、比較例６についてエ
ッジ稜線の近接部の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｃｒ）Ｎ膜を
深さ方向に分析したところ金属成分原子比は（Ｔｉ，Ａ
ｌ，Ｍｎ，Ｃｒ）＝４６．５：４３．５：４．２：５．
８であった。

【００３６】

【表８】

【００３７】実施例５と比較例６について実地試験１と
同様にスクラッチ強度測定と切削試験を行い、その結果
を表９に示した。

【００３８】

【表９】

【００３９】表９に示されるように実施例５は比較例６
よりもスクラッチ強度が高く、逃げ面摩耗量Ｖ_Bも小さ
い。このことから実施例５は比較例６よりも被膜と基材
の密着性が高く、摩耗しにくいことが分かる。

【００４０】

【発明の効果】ＴｉＡｌ化合物膜被覆部材の耐摩耗性、
耐酸化性、密着性にＴｉＡｌ化合物膜被覆条件の基材電
圧が影響をおよぼすという知見を得た。上述したように
ＴｉＡｌ化合物膜形成工程中に該真空容器と該基材間に
印加する基材電圧を−２０Ｖ〜−３００Ｖの範囲で連続
的および／または段階的に降下させたのち上昇させると
いう調整を行いＴｉＡｌ化合物膜を被覆したＴｉＡｌ化
合物膜被覆部材は従来のＴｉＡｌ化合物膜被覆部材に比
べて切削性能に優れる。本発明を応用した切削工具は従
来の切削工具に比較して切削性能、特に耐摩耗性、耐酸
化性、密着性が向上するという効果を発揮するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ被覆工程において連
続的に基材電圧を調整したことを示す基材電圧調整パタ
ーン図

【図２】実施例２（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ被覆工程において段
階的に基材電圧を調整したことを示す基材電圧調整パタ
ーン図

【図３】実施例３（Ｔｉ，Ａｌ，Ｙ）Ｎ被覆工程におい
て連続的に基材電圧を調整したことを示す基材電圧調整
パターン図

【図４】実施例５（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｃｒ）Ｎ被覆工
程において段階的に基材電圧を調整したことを示す基材
電圧調整パターン図

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一つのエッジ稜線を有する形状
に形成された基材の表面に単層膜または多層膜の被膜が
被覆された被覆部材において、該被膜は、ＴｉとＡｌを
含む窒化物，炭化物，炭窒化物，炭酸化物，窒酸化物，
炭窒酸化物の中の少なくとも１種からなるＴｉＡｌ化合
物膜を含み、該エッジ稜線の近接部における該ＴｉＡｌ
化合物膜は、Ｔｉ／Ａｌ原子比が該ＴｉＡｌ化合物膜内
で最大となる第１膜層と、該第１膜層に対しＴｉ／Ａｌ
原子比が小さい第２膜層とを含む少なくとも２層の多層
膜からなり、該エッジ稜線の近接部を除いた該ＴｉＡｌ
化合物膜表面の中心部におけるＴｉＡｌ化合物膜は、Ｔ
ｉ／Ａｌ原子比が一定である単層膜からなるＴｉＡｌ化
合物膜被覆部材。
【請求項２】前記第１膜層は、Ｔｉ／Ａｌ原子比が前記
基材の表面側から該ＴｉＡｌ化合物膜の内部に向かって
連続的および／または段階的に増加したのち最大とな
り、その後該ＴｉＡｌ化合物膜の表面側に向かって減少
する請求項１に記載のＴｉＡｌ化合物膜被覆部材。
【請求項３】前記エッジ稜線の近接部は、該エッジ稜線
から該ＴｉＡｌ化合物膜表面の中心部に向かって幅２ｍ
ｍ以内の領域である請求項１または２に記載のＴｉＡｌ
化合物膜被覆部材。
【請求項４】前記エッジ稜線の近接部におけるＴｉＡｌ
化合物膜は、膜厚さ方向で前記第１膜層が前記第２膜層
で挟持された３層でなり、該第１膜層、該第２膜層のＴ
ｉ／Ａｌ原子比をそれぞれＡ、Ｂと表したときに、０．
９０≦Ａ≦２．００、および０．８２≦Ｂ≦１．５０で
ある請求項３に記載のＴｉＡｌ化合物膜被覆部材。
【請求項５】前記ＴｉＡｌ化合物膜は（Ｔｉ_x，Ａｌ_y）
Ｎ_zで表され、ｘは金属元素中のＴｉの原子比、ｙは金
属元素中のＡｌの原子比、ｚは、ＴｉとＡｌの合計に対
するＮの原子比を表し、それぞれがｘ＋ｙ＝１、０．６
６≧ｘ≧０．４６、０．５４≧ｙ≧０．３４、１．０５
≧ｚ≧０．７の関係にある請求項１〜４のいずれか１項
に記載のＴｉＡｌ化合物膜被覆部材。
【請求項６】前記ＴｉＡｌ化合物膜は、（Ｔｉ_a，Ａ
ｌ_b，Ｍ_c）Ｎ_dで表され、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、
Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉ、Ｂ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｓｎ、
Ｍｎ、Ｓｃ、Ｙ、ランタン系希土類元素の中の少なくと
も１種を表し、ａはＴｉとＡｌとＭの合計に対するＴｉ
の原子比、ｂはＴｉとＡｌとＭの合計に対するＡｌの原
子比、ｃはＴｉとＡｌとＭの合計に対するＭの原子比、
ｄはＴｉとＡｌとＭの合計に対するＮの原子比を表し、
それぞれがａ＋ｂ＋ｃ＝１、０．６６≧ａ≧０．３２、
０．５４≧ｂ≧０．２４、０．３≧ｃ≧０、１．０５≧
ｄ≧０．７の関係にある請求項１〜４のいずれか１項に
記載のＴｉＡｌ化合物膜被覆部材。
【請求項７】前記ＴｉＡｌ化合物膜は、（Ｔｉ_a，Ａ
ｌ_b，Ｍ_c）Ｎ_dで表され、ＭはＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、
Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ｍｎの中の少なくとも１種を表し、ａは
ＴｉとＡｌとＭの合計に対するＴｉの原子比、ｂはＴｉ
とＡｌとＭの合計に対するＡｌの原子比、ｃはＴｉとＡ
ｌとＭの合計に対するＭの原子比、ｄは、ＴｉとＡｌと
Ｍの合計に対するＮの原子比を表し、それぞれがａ＋ｂ
＋ｃ＝１、０．６６≧ａ≧０．３２、０．５４≧ｂ≧
０．２４、０．３≧ｃ≧０、１．０５≧ｄ≧０．７の関
係にある請求項６に記載のＴｉＡｌ化合物膜被覆部材。
【請求項８】前記被膜は、Ｔｉ、Ｔｉの炭化物、窒化
物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物の中の
少なくとも一種の下層膜を含み、該下層膜が前記基材と
前記ＴｉＡｌ化合物膜との間に介在されている請求項１
〜７のいずれか１項に記載のＴｉＡｌ化合物膜被覆部
材。
【請求項９】前記被膜は前記ＴｉＡｌ化合物膜の他に、
Ｔｉ、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒
酸化物、炭窒酸化物の中の少なくとも一種でなる最外層
を含み、該ＴｉＡｌ化合物膜の表面に該最外層が被覆さ
れている請求項１〜８のいずれか１項に記載のＴｉＡｌ
化合物膜被覆部材。
【請求項１０】前記基材が鉄系金属材料、非鉄系金属材
料、超硬合金、サーメット、セラミックス焼結体、また
は超高圧焼結体の少なくとも一種である請求項１〜９の
いずれか１項に記載のＴｉＡｌ化合物膜被覆部材。
【請求項１１】前記ＴｉＡｌ化合物膜被覆部材は、切削
工具である請求項１０に記載のＴｉＡｌ化合物膜被覆部
材。
【請求項１２】真空容器内に少なくとも一つのエッジ稜
線を有する基材を担持し、該基材表面に単層膜または多
層膜の被膜を被覆する工程において、少なくとも一工程
がＴｉＡｌ化合物膜形成工程であり、該ＴｉＡｌ化合物
膜形成工程中に該真空容器と該基材間に印加する基材電
圧を−２０Ｖ〜−３００Ｖの範囲で連続的および／また
は段階的に降下させたのち上昇させるという調整を行う
ＴｉＡｌ化合物膜被覆部材を製造する方法。