JP2003286566A - カソード放電型アークイオンプレーティング用ターゲットおよびその製造方法 - Google Patents
カソード放電型アークイオンプレーティング用ターゲットおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＡｌおよびＣｒを必須成分として含有するカ
ソード放電型アークイオンプレーティング用ターゲット
において、アークスポットの不均一移動が防止され、引
いてはマクロパーティクルの生成が抑制された品質の高
い硬質皮膜を形成することができるターゲットおよびそ
の好適な製造方法を提供する。 【解決手段】 ターゲット中に含有されるＣｒ粒とＡｌ
との間に形成されるＡｌとＣｒの化合物層の厚みが３０
μm以下である。あるいはＣｕＫαを用いたθ＝２θ法
のＸ線回折にて回折角度１０〜６０°の間に観察される
Ａｌ−Ｃｒ化合物のピーク強度の総和がＡｌ、Ｃｒおよ
びＡｌ−Ｃｒ化合物のピーク強度の総和に対して１０％
以下である。さらに、ターゲットの相対密度は９２％以
上である。
ソード放電型アークイオンプレーティング用ターゲット
において、アークスポットの不均一移動が防止され、引
いてはマクロパーティクルの生成が抑制された品質の高
い硬質皮膜を形成することができるターゲットおよびそ
の好適な製造方法を提供する。 【解決手段】 ターゲット中に含有されるＣｒ粒とＡｌ
との間に形成されるＡｌとＣｒの化合物層の厚みが３０
μm以下である。あるいはＣｕＫαを用いたθ＝２θ法
のＸ線回折にて回折角度１０〜６０°の間に観察される
Ａｌ−Ｃｒ化合物のピーク強度の総和がＡｌ、Ｃｒおよ
びＡｌ−Ｃｒ化合物のピーク強度の総和に対して１０％
以下である。さらに、ターゲットの相対密度は９２％以
上である。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、切削工具や治工具
などの基材の表面を硬質皮膜で被覆形成する際に使用さ
れる、カソード放電型アークイオンプレーティング用タ
ーゲットに関する。
などの基材の表面を硬質皮膜で被覆形成する際に使用さ
れる、カソード放電型アークイオンプレーティング用タ
ーゲットに関する。
【０００２】
【従来の技術】カソード放電型アークイオンプレーティ
ングは、アーク放電の際に真空中において大容量（数十
〜数百Ａ）の電子流をカソードを構成するターゲットの
表面よりアノードへ放電させ、カソードから電子が放出
されるときのジュール加熱によりターゲットを蒸発、イ
オン化し、切削工具等の基材の表面に堆積する方法であ
る。窒化物や炭窒化物などで形成された硬質皮膜を形成
するためのカソード放電型アークイオンプレーティング
用ターゲットとして、ＡｌＴｉ系ターゲットが主に用い
られ、一部ではＡｌＴｉ系ターゲットのＴｉの代わりに
Ｃｒを用いることで耐酸化性が向上することから、Ａ
ｌ，Ｃｒを必須成分とするターゲットも硬質皮膜の形成
に用いられている。
ングは、アーク放電の際に真空中において大容量（数十
〜数百Ａ）の電子流をカソードを構成するターゲットの
表面よりアノードへ放電させ、カソードから電子が放出
されるときのジュール加熱によりターゲットを蒸発、イ
オン化し、切削工具等の基材の表面に堆積する方法であ
る。窒化物や炭窒化物などで形成された硬質皮膜を形成
するためのカソード放電型アークイオンプレーティング
用ターゲットとして、ＡｌＴｉ系ターゲットが主に用い
られ、一部ではＡｌＴｉ系ターゲットのＴｉの代わりに
Ｃｒを用いることで耐酸化性が向上することから、Ａ
ｌ，Ｃｒを必須成分とするターゲットも硬質皮膜の形成
に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】アーク放電の際、ター
ゲットの表面には電子の放出点であるアークスポット
（カソードスポット）が形成される。アークスポットの
望ましい状態は、１点あるいは同時に複数点放電中に存
在し、ターゲット上を高速（数〜数十ｍ／秒）かつ均一
に移動することである。アークスポットの移動が滞留す
ると、その滞留部の近傍に溶融プールと呼ばれる溶解部
分が生じ、その溶解した部分が爆発的な固体−気相の変
換に伴う圧力上昇により飛散し、基材表面に付着する。
この付着した溶融液滴はマクロパーティクルと呼ばれ、
形成された皮膜の表面を荒らし、性能を劣化させる。
ゲットの表面には電子の放出点であるアークスポット
（カソードスポット）が形成される。アークスポットの
望ましい状態は、１点あるいは同時に複数点放電中に存
在し、ターゲット上を高速（数〜数十ｍ／秒）かつ均一
に移動することである。アークスポットの移動が滞留す
ると、その滞留部の近傍に溶融プールと呼ばれる溶解部
分が生じ、その溶解した部分が爆発的な固体−気相の変
換に伴う圧力上昇により飛散し、基材表面に付着する。
この付着した溶融液滴はマクロパーティクルと呼ばれ、
形成された皮膜の表面を荒らし、性能を劣化させる。
【０００４】ターゲットが単一金属あるいは単一組織な
どの均質な場合には、スポットはターゲット表面を均一
に移動する傾向があるために問題は生じ難い。一方、タ
ーゲットが不均質すなわち組成が複数成分からなり、ま
た組織が複数相から構成されている場合には、スポット
が均一に移動しにくく、皮膜にマクロパーティクルが生
じ易いという問題が起こる。
どの均質な場合には、スポットはターゲット表面を均一
に移動する傾向があるために問題は生じ難い。一方、タ
ーゲットが不均質すなわち組成が複数成分からなり、ま
た組織が複数相から構成されている場合には、スポット
が均一に移動しにくく、皮膜にマクロパーティクルが生
じ易いという問題が起こる。
【０００５】上記のとおり、カソード放電型アークイオ
ンプレーティング用ターゲットとして、Ａｌ、Ｃｒを必
須成分とするターゲットの使用が試みられているが、現
状では品質の高い皮膜の形成が難しく、実用段階に至っ
ていない。その理由は、ターゲットの成分が複数成分で
ある上、ＣｒはＴｉなどに比してＡｌと反応し易く、タ
ーゲットの製造過程でＡｌ−Ｃｒ化合物が生成されやす
く、これが原因となってスポットの不均一移動が生じ
て、マクロパーティクルが生成し易いためである。
ンプレーティング用ターゲットとして、Ａｌ、Ｃｒを必
須成分とするターゲットの使用が試みられているが、現
状では品質の高い皮膜の形成が難しく、実用段階に至っ
ていない。その理由は、ターゲットの成分が複数成分で
ある上、ＣｒはＴｉなどに比してＡｌと反応し易く、タ
ーゲットの製造過程でＡｌ−Ｃｒ化合物が生成されやす
く、これが原因となってスポットの不均一移動が生じ
て、マクロパーティクルが生成し易いためである。
【０００６】なお、関連技術として、特開平１０−６０
６３６号公報には、スパッタリング用ターゲットとし
て、Ａｌを主成分とし、Ｔｉ、Ｚｒ等の化合物形成元素
を含むが記載されているが、具体的にＡｌおよびＣｒを
必須成分として含有するターゲットの開示はない。Ｃｒ
はＴｉなどに比してＡｌと反応し易く、化合物を形成し
やすいものであり、特にカソード放電型アークイオンプ
レーティングではスパッタリングと異なり、化合物の形
成そのものがアーク放電に悪影響を与える。このため、
Ａｌとマトリックス中の化合物形成元素が焼結の際に反
応して形成された金属間化合物の加工時の割れが原因と
なって生じるスパッタ時の異常放電やスプラッシュを防
止するには、Ａｌと化合物を形成する元素が金属あるい
は元素状態としてターゲット中に残留させれば足りると
する当該公報の技術では、カソード放電型アークイオン
プレーティング用ターゲットにおける問題の根本的解決
にはならない。
６３６号公報には、スパッタリング用ターゲットとし
て、Ａｌを主成分とし、Ｔｉ、Ｚｒ等の化合物形成元素
を含むが記載されているが、具体的にＡｌおよびＣｒを
必須成分として含有するターゲットの開示はない。Ｃｒ
はＴｉなどに比してＡｌと反応し易く、化合物を形成し
やすいものであり、特にカソード放電型アークイオンプ
レーティングではスパッタリングと異なり、化合物の形
成そのものがアーク放電に悪影響を与える。このため、
Ａｌとマトリックス中の化合物形成元素が焼結の際に反
応して形成された金属間化合物の加工時の割れが原因と
なって生じるスパッタ時の異常放電やスプラッシュを防
止するには、Ａｌと化合物を形成する元素が金属あるい
は元素状態としてターゲット中に残留させれば足りると
する当該公報の技術では、カソード放電型アークイオン
プレーティング用ターゲットにおける問題の根本的解決
にはならない。
【０００７】本発明はかかる問題に鑑みなされたもので
あり、ＡｌおよびＣｒを必須成分として含有するカソー
ド放電型アークイオンプレーティング用ターゲットにお
いて、アークスポットの不均一移動が防止され、引いて
はマクロパーティクルの生成が抑制された品質の高い硬
質皮膜を形成することができるターゲットおよびその好
適な製造方法を提供することを目的とする。
あり、ＡｌおよびＣｒを必須成分として含有するカソー
ド放電型アークイオンプレーティング用ターゲットにお
いて、アークスポットの不均一移動が防止され、引いて
はマクロパーティクルの生成が抑制された品質の高い硬
質皮膜を形成することができるターゲットおよびその好
適な製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ＡｌとＣｒ
を主成分として含有するターゲットをアーク放電させた
とき、ＡｌとＣｒとの間にＡｌ−Ｃｒ化合物が形成され
ていると、アークスポットは化合物の部分にて優先的に
放電する傾向があることを見い出した。Ａｌ−Ｃｒ化合
物の部分が優先的に放電する理由は明らかではないが、
以下のように考えられる。アーク放電におけるスポット
の移動は雰囲気（真空、Ａｒ、窒素などの導入ガス）、
ターゲット材の融点や熱電子放出率などの因子により影
響される。このようなターゲットで放電を行うと、ター
ゲットはＣｒ粒子の周囲に形成されたＡｌ−Ｃｒ化合物
層の形状に応じた窪みが形成される。このような窪みが
形成された場合、その部分にスポットが滞留し、集中放
電が生じ易くなり、窪み部及びその周辺が優先的に放電
する。このようにスポットが滞留して集中放電が生じた
場合、その周辺での熱負荷はスポットが高速で移動しな
がら放電する場合に比較して大きくなり、マクロパーテ
ィクルがはるかに発生し易くなるとともに、Ｃｒ粒子近
辺での優先的放電となるために組成にむらが生じる。従
って、この問題を解消するには、Ａｌ−Ｃｒ化合物が形
成されないように、あるいは形成されてもアーク放電
（アークスポットの移動）に影響を与えない範囲に、Ａ
ｌ−Ｃｒ化合物層の厚みを厳密に制御すればよい。
を主成分として含有するターゲットをアーク放電させた
とき、ＡｌとＣｒとの間にＡｌ−Ｃｒ化合物が形成され
ていると、アークスポットは化合物の部分にて優先的に
放電する傾向があることを見い出した。Ａｌ−Ｃｒ化合
物の部分が優先的に放電する理由は明らかではないが、
以下のように考えられる。アーク放電におけるスポット
の移動は雰囲気（真空、Ａｒ、窒素などの導入ガス）、
ターゲット材の融点や熱電子放出率などの因子により影
響される。このようなターゲットで放電を行うと、ター
ゲットはＣｒ粒子の周囲に形成されたＡｌ−Ｃｒ化合物
層の形状に応じた窪みが形成される。このような窪みが
形成された場合、その部分にスポットが滞留し、集中放
電が生じ易くなり、窪み部及びその周辺が優先的に放電
する。このようにスポットが滞留して集中放電が生じた
場合、その周辺での熱負荷はスポットが高速で移動しな
がら放電する場合に比較して大きくなり、マクロパーテ
ィクルがはるかに発生し易くなるとともに、Ｃｒ粒子近
辺での優先的放電となるために組成にむらが生じる。従
って、この問題を解消するには、Ａｌ−Ｃｒ化合物が形
成されないように、あるいは形成されてもアーク放電
（アークスポットの移動）に影響を与えない範囲に、Ａ
ｌ−Ｃｒ化合物層の厚みを厳密に制御すればよい。
【０００９】本発明はかかる技術的観点に立脚してなさ
れたものであり、本発明のカソード放電型アークイオン
プレーティング用ターゲットは、ＡｌおよびＣｒを必須
成分として含有するカソード放電型アークイオンプレー
ティング用ターゲットであって、当該ターゲット中に含
有されるＣｒ粒とＡｌとの間に形成されるＡｌとＣｒの
化合物層の厚みが３０μm以下であり、相対密度が９２
％以上とされたものである。あるいは、ＣｕＫαを用い
たθ＝２θ法のＸ線回折にて回折角度１０〜６０°の間
に観察されるＡｌ−Ｃｒ化合物のピーク強度の総和がＡ
ｌ、ＣｒおよびＡｌ−Ｃｒ化合物のピーク強度の総和に
対して１０％以下であり、相対密度が９２％以上とされ
たものである。この発明において、Ｃｒ量は原子％で５
％以上であることが好ましい。前記ターゲットとして、
Ａｌ粉末とＣｒ粉末との混合粉末を熱間鍛造法あるいは
ＨＩＰ法により一体的に形成したものは、相対密度を容
易に高くすることができるため好適である。また、原子
比で下記の組成を有するものが硬質皮膜を形成するため
のターゲットとして好適である。 Ｔｉ1-a-b-c-d，Ａｌa，Ｃｒb，Ｓｉc，Ｂd ０．５５≦ａ≦０．８ ０．０６≦ｂ ０．０２≦１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ≦３０ ０≦ｃ＋ｄ≦０．１ ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＜１ また、前記ターゲットにおいて、ターゲット中に円相当
直径が１５０μm以上のＣｒ粒子数が１．５ｍｍ2 の視
野で５視野以上観察して平均１０個以下であるものが好
ましい。前記ターゲットの好適な製造方法は、ターゲッ
トを形成する元素の混合粉末をＨＩＰ法により焼結形成
する製造方法であって、処理温度を５２０℃未満、４２
０℃以上とするものである。
れたものであり、本発明のカソード放電型アークイオン
プレーティング用ターゲットは、ＡｌおよびＣｒを必須
成分として含有するカソード放電型アークイオンプレー
ティング用ターゲットであって、当該ターゲット中に含
有されるＣｒ粒とＡｌとの間に形成されるＡｌとＣｒの
化合物層の厚みが３０μm以下であり、相対密度が９２
％以上とされたものである。あるいは、ＣｕＫαを用い
たθ＝２θ法のＸ線回折にて回折角度１０〜６０°の間
に観察されるＡｌ−Ｃｒ化合物のピーク強度の総和がＡ
ｌ、ＣｒおよびＡｌ−Ｃｒ化合物のピーク強度の総和に
対して１０％以下であり、相対密度が９２％以上とされ
たものである。この発明において、Ｃｒ量は原子％で５
％以上であることが好ましい。前記ターゲットとして、
Ａｌ粉末とＣｒ粉末との混合粉末を熱間鍛造法あるいは
ＨＩＰ法により一体的に形成したものは、相対密度を容
易に高くすることができるため好適である。また、原子
比で下記の組成を有するものが硬質皮膜を形成するため
のターゲットとして好適である。 Ｔｉ1-a-b-c-d，Ａｌa，Ｃｒb，Ｓｉc，Ｂd ０．５５≦ａ≦０．８ ０．０６≦ｂ ０．０２≦１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ≦３０ ０≦ｃ＋ｄ≦０．１ ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＜１ また、前記ターゲットにおいて、ターゲット中に円相当
直径が１５０μm以上のＣｒ粒子数が１．５ｍｍ2 の視
野で５視野以上観察して平均１０個以下であるものが好
ましい。前記ターゲットの好適な製造方法は、ターゲッ
トを形成する元素の混合粉末をＨＩＰ法により焼結形成
する製造方法であって、処理温度を５２０℃未満、４２
０℃以上とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明者は、Ｃｒ、Ａｌを必須成
分として含有するカソード放電型アークイオンプレーテ
ィング用ターゲットとそれによる皮膜形成結果とを詳細
に観察、検討したところ、上記のとおり、ターゲット製
造時の温度履歴によってはＣｒ粒子の周りにＡｌ−Ｃｒ
化合物層が形成され、その化合物層の部分をアーク放電
が優先的に生じる傾向があり、結果として形成された皮
膜にマクロパーティクルによる表面粗度の悪化や組成む
らなどの問題が生じることを見出した。
分として含有するカソード放電型アークイオンプレーテ
ィング用ターゲットとそれによる皮膜形成結果とを詳細
に観察、検討したところ、上記のとおり、ターゲット製
造時の温度履歴によってはＣｒ粒子の周りにＡｌ−Ｃｒ
化合物層が形成され、その化合物層の部分をアーク放電
が優先的に生じる傾向があり、結果として形成された皮
膜にマクロパーティクルによる表面粗度の悪化や組成む
らなどの問題が生じることを見出した。
【００１１】この問題を解決するために、種々条件を変
えて作製したターゲット中に含まれるＣｒとＡｌとの間
に形成されたＡｌ−Ｃｒ化合物層の厚みと放電性状ある
いは皮膜特性に関する検討を行った結果、以下の知見を
得た。すなわち、Ａｌ−Ｃｒ化合物層の厚みが３０μm
以下であれば、アーク放電時のアークスポットは化合物
層部にて集中放電することなく、ターゲット全面に渡っ
て均一に高速移動することが可能となる。以下、具体例
を挙げて詳しく説明する。
えて作製したターゲット中に含まれるＣｒとＡｌとの間
に形成されたＡｌ−Ｃｒ化合物層の厚みと放電性状ある
いは皮膜特性に関する検討を行った結果、以下の知見を
得た。すなわち、Ａｌ−Ｃｒ化合物層の厚みが３０μm
以下であれば、アーク放電時のアークスポットは化合物
層部にて集中放電することなく、ターゲット全面に渡っ
て均一に高速移動することが可能となる。以下、具体例
を挙げて詳しく説明する。
【００１２】図１はＨＩＰ法により５５０℃、１００Ｍ
Ｐａ、保持時間２ｈｒの処理条件で作製したＡｌ、Ｃｒ
及びＴｉ（原子比でＡｌ：Ｃｒ：Ｔｉ＝７２：１８：１
０）からなるターゲット材（相対密度９９％以上）のミ
クロ組織を示す。これより、ＡｌとＣｒ粒との間にＡｌ
−Ｃｒ化合物層が観察され、その平均厚みは５０μmと
測定された。化合物層の厚みの測定方法としては、Ｃｒ
粒を１０個程度、倍率２００〜４００倍の光学顕微鏡で
観察し、Ｃｒ粒の表面に対して垂直な線を引き、化合物
層の厚みを測定し、それを全測定結果で平均することで
平均厚みを求めた。なお、この温度条件ではＡｌとＴｉ
との間にＡｌ−Ｔｉ化合物層の形成は認められなかっ
た。
Ｐａ、保持時間２ｈｒの処理条件で作製したＡｌ、Ｃｒ
及びＴｉ（原子比でＡｌ：Ｃｒ：Ｔｉ＝７２：１８：１
０）からなるターゲット材（相対密度９９％以上）のミ
クロ組織を示す。これより、ＡｌとＣｒ粒との間にＡｌ
−Ｃｒ化合物層が観察され、その平均厚みは５０μmと
測定された。化合物層の厚みの測定方法としては、Ｃｒ
粒を１０個程度、倍率２００〜４００倍の光学顕微鏡で
観察し、Ｃｒ粒の表面に対して垂直な線を引き、化合物
層の厚みを測定し、それを全測定結果で平均することで
平均厚みを求めた。なお、この温度条件ではＡｌとＴｉ
との間にＡｌ−Ｔｉ化合物層の形成は認められなかっ
た。
【００１３】このターゲット材を用いて、直径１００ｍ
ｍのターゲット（厚み１６ｍｍ）を作製し、カソード放
電型アークイオンプレーティング装置に取り付け、アー
ク電流１５０Ａ、窒素ガス圧２．６６Ｐａでごく短時間
（０．５秒程度）アーク放電を行ったときの表面性状を
観察した。その結果を図２に示す。同図において、黒く
見える部分がアーク放電が通過した部分であり、明らか
にＣｒを中心として形成されたＡｌ−Ｃｒ化合物部分に
て優先的にアーク放電が生じ、その結果としてＣｒ粒の
周辺部分に窪みが形成されていることが分かる。
ｍのターゲット（厚み１６ｍｍ）を作製し、カソード放
電型アークイオンプレーティング装置に取り付け、アー
ク電流１５０Ａ、窒素ガス圧２．６６Ｐａでごく短時間
（０．５秒程度）アーク放電を行ったときの表面性状を
観察した。その結果を図２に示す。同図において、黒く
見える部分がアーク放電が通過した部分であり、明らか
にＣｒを中心として形成されたＡｌ−Ｃｒ化合物部分に
て優先的にアーク放電が生じ、その結果としてＣｒ粒の
周辺部分に窪みが形成されていることが分かる。
【００１４】一方、図３は上記組成のターゲット材をＨ
ＩＰ法により５００℃、１００ＭＰａ、２ｈｒの条件で
作製したものの組織を示す。この条件の場合、化合物層
はＣｒ粒の周囲のごく一部にのみ観察されるだけであ
り、その厚みは前記と同様に測定した結果、１０〜１５
μm程度である。この場合においても、Ａｌ−Ｃｒ化合
物は形成されたのであるが、部分的である上、その厚み
が３０μm以下であるため、、アーク放電への影響は少
ない。実際にこのターゲットを用いて、上記条件と同様
の条件でカソード放電型アークイオンプレーティングを
行い、その表面を観察したところ、局部的なアーク放電
部はほとんど観察されなかった。
ＩＰ法により５００℃、１００ＭＰａ、２ｈｒの条件で
作製したものの組織を示す。この条件の場合、化合物層
はＣｒ粒の周囲のごく一部にのみ観察されるだけであ
り、その厚みは前記と同様に測定した結果、１０〜１５
μm程度である。この場合においても、Ａｌ−Ｃｒ化合
物は形成されたのであるが、部分的である上、その厚み
が３０μm以下であるため、、アーク放電への影響は少
ない。実際にこのターゲットを用いて、上記条件と同様
の条件でカソード放電型アークイオンプレーティングを
行い、その表面を観察したところ、局部的なアーク放電
部はほとんど観察されなかった。
【００１５】また、図４は上記組成のターゲット材をＨ
ＩＰ法にて１００ＭＰａ、４８５℃、２ｈｒの条件で作
製したものの組織を示す。この条件では、ＡｌとＣｒと
の間にＡｌ−Ｃｒ化合物層の形成は全く認められない。
このターゲットを用いて、上記条件と同様の条件でカソ
ード放電型アークイオンプレーティングを行い、アーク
放電を実施した後の表面性状を図５に示す。この例で
は、ＡｌとＣｒとの間に化合物層が形成されていないた
め、放電の集中は生じておらず、アーク放電が均一に生
じており、表面が均一に蒸発していることが分かる。も
ちろん、図２に認められるような放電集中による窪みの
形成も観察されない。
ＩＰ法にて１００ＭＰａ、４８５℃、２ｈｒの条件で作
製したものの組織を示す。この条件では、ＡｌとＣｒと
の間にＡｌ−Ｃｒ化合物層の形成は全く認められない。
このターゲットを用いて、上記条件と同様の条件でカソ
ード放電型アークイオンプレーティングを行い、アーク
放電を実施した後の表面性状を図５に示す。この例で
は、ＡｌとＣｒとの間に化合物層が形成されていないた
め、放電の集中は生じておらず、アーク放電が均一に生
じており、表面が均一に蒸発していることが分かる。も
ちろん、図２に認められるような放電集中による窪みの
形成も観察されない。
【００１６】これらの観察結果および後述の実施例か
ら、アークスポットの均一な移動を確保し、マクロパー
ティクルの発生を抑制するには、Ａｌ−Ｃｒ化合物層の
厚みを３０μm以下にすることが必要であることがわか
った。好ましくは１５μm以下とするのがよく、さらに
好ましくは５μm 以下にするのがよい。なお、Ａｌ−Ｃ
ｒ化合物層が５μm 程度の場合、倍率５００倍程度の光
学顕微鏡にて観察しても実質的に前記化合物層を観察す
ることができないレベルである。
ら、アークスポットの均一な移動を確保し、マクロパー
ティクルの発生を抑制するには、Ａｌ−Ｃｒ化合物層の
厚みを３０μm以下にすることが必要であることがわか
った。好ましくは１５μm以下とするのがよく、さらに
好ましくは５μm 以下にするのがよい。なお、Ａｌ−Ｃ
ｒ化合物層が５μm 程度の場合、倍率５００倍程度の光
学顕微鏡にて観察しても実質的に前記化合物層を観察す
ることができないレベルである。
【００１７】上記の光学顕微鏡による化合物層の厚みの
測定方法は、実際に使用しているターゲットを調査する
場合、ターゲットを切断し、研磨エッチング等の作業に
より組織観察を行うことが必要であり、実用上困難な時
がある。このため、ターゲットを非破壊で上記Ａｌ−Ｃ
ｒ化合物の形成状態を観察する方法として、Ｘ線回折に
よりＡｌ−Ｃｒ化合物を同定し、ターゲット中に存在す
るＡｌ−Ｃｒ化合物のマトリックスとなるＡｌ、Ｃｒに
対する量（割合）をもって、Ａｌ−Ｃｒ化合物層の厚み
に代えることがことができる。また、Ｘ線回折法では視
野を限定した光学顕微鏡観察に比較して、大きな領域の
平均情報を得ることが出来るために、Ｃｒ粒の周囲に部
分的にＡｌ−Ｃｒ化合物が形成されている場合でも、定
量化が可能である。
測定方法は、実際に使用しているターゲットを調査する
場合、ターゲットを切断し、研磨エッチング等の作業に
より組織観察を行うことが必要であり、実用上困難な時
がある。このため、ターゲットを非破壊で上記Ａｌ−Ｃ
ｒ化合物の形成状態を観察する方法として、Ｘ線回折に
よりＡｌ−Ｃｒ化合物を同定し、ターゲット中に存在す
るＡｌ−Ｃｒ化合物のマトリックスとなるＡｌ、Ｃｒに
対する量（割合）をもって、Ａｌ−Ｃｒ化合物層の厚み
に代えることがことができる。また、Ｘ線回折法では視
野を限定した光学顕微鏡観察に比較して、大きな領域の
平均情報を得ることが出来るために、Ｃｒ粒の周囲に部
分的にＡｌ−Ｃｒ化合物が形成されている場合でも、定
量化が可能である。
【００１８】具体的には、ＣｕＫα線を線源としたθ−
２θ法のＸ線回折法にて、回折角度１０−６０°に観察
されるＡｌ−Ｃｒ化合物に起因する特定ピークの強度の
総和をＡｌ、ＣｒおよびＡｌ−Ｃｒの化合物に起因する
特定ピークの強度の総和で割り、１００倍した値をター
ゲット中に含まれるＡｌ−Ｃｒの化合物量（％）とす
る。図６は、図１に示したターゲットに対する回折角度
１０−６０°のＸ線回折パターンを示す。Ｘ線回折パタ
ーンよりＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉに加えて、Ａｌ−Ｃｒ化合物
としてＡｌ13Ｃｒ2 が同定された。Ａｌ13Ｃｒ2 は上記
の回折角度中にて多くの回折線が観察されるが、その多
くは強度が弱く、また上記Ａｌ、Ｃｒのピークと重なっ
ているものもあるために、強度が比較的強く、他の回折
線との重なりが少ないＡｌ13Ｃｒ2 のピークとして（４
０１）面、（６０２、５１１）面、（１３１，８００）
面および（４２４、５１２）面を選定し、その強度の総
和をもってＡｌ−Ｃｒ化合物に起因する回折線の強度総
和とした。上記のピークはＪＣＰＳＤＳカード２９−１
４に記載された標準の粉末パターンでは各々２θで１
４．０８、２１．４９、３６．５６及び４１．４６°の
回折角に観察される。Ａｌの回折線としては（１１１）
面、（２００）面およびＣｒの回折線として（２１０）
面を使用した。それぞれの回折線の強度をＩ（ｈｋｌ）
として、下記式からＡｌ−Ｃｒ化合物量を求めた。 Ａｌ−Ｃｒ化合物量（％）＝[Al13Cr2 I(401)+I(602,51
1)+I(131,800)+I(424,512)]／([Al13Cr2 I(401)+I(602,
511)+I(131,800)+I(424,512)]+[Al I(111)+I(200)]+[Cr
I(210)])*100
２θ法のＸ線回折法にて、回折角度１０−６０°に観察
されるＡｌ−Ｃｒ化合物に起因する特定ピークの強度の
総和をＡｌ、ＣｒおよびＡｌ−Ｃｒの化合物に起因する
特定ピークの強度の総和で割り、１００倍した値をター
ゲット中に含まれるＡｌ−Ｃｒの化合物量（％）とす
る。図６は、図１に示したターゲットに対する回折角度
１０−６０°のＸ線回折パターンを示す。Ｘ線回折パタ
ーンよりＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉに加えて、Ａｌ−Ｃｒ化合物
としてＡｌ13Ｃｒ2 が同定された。Ａｌ13Ｃｒ2 は上記
の回折角度中にて多くの回折線が観察されるが、その多
くは強度が弱く、また上記Ａｌ、Ｃｒのピークと重なっ
ているものもあるために、強度が比較的強く、他の回折
線との重なりが少ないＡｌ13Ｃｒ2 のピークとして（４
０１）面、（６０２、５１１）面、（１３１，８００）
面および（４２４、５１２）面を選定し、その強度の総
和をもってＡｌ−Ｃｒ化合物に起因する回折線の強度総
和とした。上記のピークはＪＣＰＳＤＳカード２９−１
４に記載された標準の粉末パターンでは各々２θで１
４．０８、２１．４９、３６．５６及び４１．４６°の
回折角に観察される。Ａｌの回折線としては（１１１）
面、（２００）面およびＣｒの回折線として（２１０）
面を使用した。それぞれの回折線の強度をＩ（ｈｋｌ）
として、下記式からＡｌ−Ｃｒ化合物量を求めた。 Ａｌ−Ｃｒ化合物量（％）＝[Al13Cr2 I(401)+I(602,51
1)+I(131,800)+I(424,512)]／([Al13Cr2 I(401)+I(602,
511)+I(131,800)+I(424,512)]+[Al I(111)+I(200)]+[Cr
I(210)])*100
【００１９】前記Ｘ線回折法にて定義したＡｌ−Ｃｒ化
合物量と放電性状あるいは皮膜特性に関する検討を行っ
た結果、Ａｌ−Ｃｒ化合物量が１０％以下であれば、化
合物層が形成されていてもその影響はほとんど無いこと
が確認された。好ましくは６％以下であり、より好まし
くは３％以下であるが、もっとも好ましいのは上記のＸ
線回折法によりＡｌ13Ｃｒ2 によるピークがほとんど観
察されない、すなわち最強線である（４２４、５１２）
面よりのピークがバックグラウンドと同程度までになる
ことである。この場合、計算により求まるＡｌ−Ｃｒ化
合物量は１％以下となる。
合物量と放電性状あるいは皮膜特性に関する検討を行っ
た結果、Ａｌ−Ｃｒ化合物量が１０％以下であれば、化
合物層が形成されていてもその影響はほとんど無いこと
が確認された。好ましくは６％以下であり、より好まし
くは３％以下であるが、もっとも好ましいのは上記のＸ
線回折法によりＡｌ13Ｃｒ2 によるピークがほとんど観
察されない、すなわち最強線である（４２４、５１２）
面よりのピークがバックグラウンドと同程度までになる
ことである。この場合、計算により求まるＡｌ−Ｃｒ化
合物量は１％以下となる。
【００２０】本発明のターゲットは、前記Ａｌ−Ｃｒ化
合物層の厚さ条件あるいはＸ線回折法によって求めたＡ
ｌ−Ｃｒ化合物の量条件を満たしていればよく、その作
製方法は問わず、例えば常圧焼結、熱間鍛造、ＨＩＰに
よって作製可能である。もっとも、熱間鍛造法あるいは
ＨＩＰ法を用いることが好ましい。特にＨＩＰ法が推奨
される。その理由は、常圧焼結では圧力をほとんど付与
しないために相対密度が低くなり、内部に生じた空孔に
より、放電時に空孔よりの脱ガスなどによってアーク放
電が不安定になり易い。また、溶解法ではＡｌとＣｒの
比重が大きく異なるために同一ターゲット中における組
成のむらが大きくなり易い。これに対して、熱間鍛造、
ＨＩＰ法では製造条件により密度は１００％近くまで上
昇可能であり、かつ適切な粉末混合法を用いることで偏
析の問題も生じない。もっとも、熱間鍛造法では、一般
的に製造出来るターゲットのサイズが小さく、量産に適
していないことがあるため、ＨＩＰ法がより推奨され
る。
合物層の厚さ条件あるいはＸ線回折法によって求めたＡ
ｌ−Ｃｒ化合物の量条件を満たしていればよく、その作
製方法は問わず、例えば常圧焼結、熱間鍛造、ＨＩＰに
よって作製可能である。もっとも、熱間鍛造法あるいは
ＨＩＰ法を用いることが好ましい。特にＨＩＰ法が推奨
される。その理由は、常圧焼結では圧力をほとんど付与
しないために相対密度が低くなり、内部に生じた空孔に
より、放電時に空孔よりの脱ガスなどによってアーク放
電が不安定になり易い。また、溶解法ではＡｌとＣｒの
比重が大きく異なるために同一ターゲット中における組
成のむらが大きくなり易い。これに対して、熱間鍛造、
ＨＩＰ法では製造条件により密度は１００％近くまで上
昇可能であり、かつ適切な粉末混合法を用いることで偏
析の問題も生じない。もっとも、熱間鍛造法では、一般
的に製造出来るターゲットのサイズが小さく、量産に適
していないことがあるため、ＨＩＰ法がより推奨され
る。
【００２１】いずれの製造法によっても、作製されたタ
ーゲットの相対密度は９２％以上であることが必要であ
る。相対密度が９２％より低い場合、ターゲット中には
多くの空孔が含まれることになるために、アーク放電を
開始後、ターゲットが消耗し、空孔が表面に出てきた場
合、空孔からのガス放出によりアーク放電が不安定にな
るので、プロセスの安定上望ましくない。好ましくは９
５％以上であり、より好ましくは９８％以上、さらに好
ましくは９９％以上とするのがよい。相対密度の規定方
法としては、例えばＡｌ、Ｃｒを原子比で５０：５０
（質量比で３４．１６：６５．８４）からなるターゲッ
トの場合、Ａｌ、Ｃｒの密度が各々２．７および７．２
ｇ／ｃｍ3 であるから、空孔のない相対密度１００％の
理論密度は４．７４ｇ／ｃｍ3 となる。相対密度は実際
のターゲットの比重をアルキメデス法などにより測定し
た値を上記理論密度で割って１００を掛けた値となる。
ターゲット中に他元素（Ｔｉ等）が含まれていても基本
的には同様の計算方法で相対密度を算出することができ
る。実際にはターゲット中にＡｌ−Ｃｒなどの化合物が
析出した場合、すべて純金属と仮定して計算した理論密
度より若干外れるが、本発明では上記方法により定義し
た理論密度が指標として有効であることが確認されてい
る。
ーゲットの相対密度は９２％以上であることが必要であ
る。相対密度が９２％より低い場合、ターゲット中には
多くの空孔が含まれることになるために、アーク放電を
開始後、ターゲットが消耗し、空孔が表面に出てきた場
合、空孔からのガス放出によりアーク放電が不安定にな
るので、プロセスの安定上望ましくない。好ましくは９
５％以上であり、より好ましくは９８％以上、さらに好
ましくは９９％以上とするのがよい。相対密度の規定方
法としては、例えばＡｌ、Ｃｒを原子比で５０：５０
（質量比で３４．１６：６５．８４）からなるターゲッ
トの場合、Ａｌ、Ｃｒの密度が各々２．７および７．２
ｇ／ｃｍ3 であるから、空孔のない相対密度１００％の
理論密度は４．７４ｇ／ｃｍ3 となる。相対密度は実際
のターゲットの比重をアルキメデス法などにより測定し
た値を上記理論密度で割って１００を掛けた値となる。
ターゲット中に他元素（Ｔｉ等）が含まれていても基本
的には同様の計算方法で相対密度を算出することができ
る。実際にはターゲット中にＡｌ−Ｃｒなどの化合物が
析出した場合、すべて純金属と仮定して計算した理論密
度より若干外れるが、本発明では上記方法により定義し
た理論密度が指標として有効であることが確認されてい
る。
【００２２】本発明のターゲットは、ＡｌおよびＣｒを
必須成分として含有するものである。必須成分とは、タ
ーゲット中のＡｌおよびＣｒの合計が原子％で３％以
上、好ましくは５％以上あり、ＡｌとＣｒとの原子比が
Ａｌ：Ｃｒ＝１：９〜９：１であることを意味する。か
かるＡｌ、Ｃｒを含有する場合、ターゲット中に前記Ａ
ｌ−Ｃｒ化合物が生成するようになるからである。Ａ
ｌ、Ｃｒ以外の含有元素については特に制限されず、Ａ
ｌ、Ｃｒとともに窒化物、炭窒化物、複合窒化物等の硬
質化合物を形成する金属元素、例えばＴｉ、Ｓｉ、Ｂ、
Ｔａ、Ｎｂ、Ｗなどを添加することができる。Ｃｒ量に
ついては、好ましくは５原子％以上、より好ましくは１
０原子％以上含まれる場合に特に有効である。その理由
は、Ｃｒ量が数原子％程度では、ＣｒとＡｌとの間に反
応が生じたとしても、化合物のターゲット全体に占める
割合が小さくなり、放電性状や膜特性に与える影響も小
さくなるからである。Ｃｒが５原子％以上含まれる場
合、ターゲット中に占めるＡｌ−Ｃｒ化合物の割合も大
きくなり、放電性状や形成された皮膜の特性に与える影
響も大きくなる。逆にＡｌが少なくても同様のことが言
えるので、Ｃｒ量が９０％以上ではその効果は小さい。
必須成分として含有するものである。必須成分とは、タ
ーゲット中のＡｌおよびＣｒの合計が原子％で３％以
上、好ましくは５％以上あり、ＡｌとＣｒとの原子比が
Ａｌ：Ｃｒ＝１：９〜９：１であることを意味する。か
かるＡｌ、Ｃｒを含有する場合、ターゲット中に前記Ａ
ｌ−Ｃｒ化合物が生成するようになるからである。Ａ
ｌ、Ｃｒ以外の含有元素については特に制限されず、Ａ
ｌ、Ｃｒとともに窒化物、炭窒化物、複合窒化物等の硬
質化合物を形成する金属元素、例えばＴｉ、Ｓｉ、Ｂ、
Ｔａ、Ｎｂ、Ｗなどを添加することができる。Ｃｒ量に
ついては、好ましくは５原子％以上、より好ましくは１
０原子％以上含まれる場合に特に有効である。その理由
は、Ｃｒ量が数原子％程度では、ＣｒとＡｌとの間に反
応が生じたとしても、化合物のターゲット全体に占める
割合が小さくなり、放電性状や膜特性に与える影響も小
さくなるからである。Ｃｒが５原子％以上含まれる場
合、ターゲット中に占めるＡｌ−Ｃｒ化合物の割合も大
きくなり、放電性状や形成された皮膜の特性に与える影
響も大きくなる。逆にＡｌが少なくても同様のことが言
えるので、Ｃｒ量が９０％以上ではその効果は小さい。
【００２３】好ましいターゲット組成として下記のもの
を例示することができる。このターゲット組成は硬質皮
膜を形成するときに特に有効である。下記ａ〜ｄは原子
比である。 Ｔｉ1-a-b-c-d，Ａｌa，Ｃｒb，Ｓｉc，Ｂd ０．５５≦ａ≦０．８ ０．０６≦ｂ ０．０２≦１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ≦３０ ０≦ｃ＋ｄ≦０．１ ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＜１ このターゲットを用いてカソード放電型アークイオンプ
レーティングにより形成される窒化物または炭窒化物皮
膜は、特許第２６４４７１０号に開示された（Ｔｉ1-x
Ａｌx）（Ｃ1-yＮy）、［０．５５≦ｘ≦０．７６５、
０．５≦ｙ≦１］（以下、ＴｉＡｌＣＮ）で示される皮
膜のＴｉ部分をＣｒあるいはさらにＳｉ、Ｂで置き換え
たもの（ｃ＝０、ｄ＝０の場合を含む。）であり、もと
のＴｉＡｌＣＮ皮膜に対して硬度、耐酸化性の改善する
ことができる。
を例示することができる。このターゲット組成は硬質皮
膜を形成するときに特に有効である。下記ａ〜ｄは原子
比である。 Ｔｉ1-a-b-c-d，Ａｌa，Ｃｒb，Ｓｉc，Ｂd ０．５５≦ａ≦０．８ ０．０６≦ｂ ０．０２≦１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ≦３０ ０≦ｃ＋ｄ≦０．１ ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＜１ このターゲットを用いてカソード放電型アークイオンプ
レーティングにより形成される窒化物または炭窒化物皮
膜は、特許第２６４４７１０号に開示された（Ｔｉ1-x
Ａｌx）（Ｃ1-yＮy）、［０．５５≦ｘ≦０．７６５、
０．５≦ｙ≦１］（以下、ＴｉＡｌＣＮ）で示される皮
膜のＴｉ部分をＣｒあるいはさらにＳｉ、Ｂで置き換え
たもの（ｃ＝０、ｄ＝０の場合を含む。）であり、もと
のＴｉＡｌＣＮ皮膜に対して硬度、耐酸化性の改善する
ことができる。
【００２４】前記特許公報によれば、上記ＴｉＡｌＣＮ
膜は立方晶岩塩型構造をベースとするが、Ａｌ量を増加
させてゆくと、Ａｌ量０．６〜０．７の間で軟質層であ
る六方晶ウルツ鉱型に転移し、その皮膜硬度が極端に低
下する。これに対して、上記ターゲットを使用して形成
される皮膜は、Ｃｒを０．０６以上添加することで、
ａ：０．５５以上、０．８以下という、より高いＡｌ濃
度でも立方晶岩塩型構造を有するものとなり、上記Ｔｉ
ＡｌＣＮより高い硬度を発現する。さらに、耐酸化性を
改善する元素であるＡｌ量を増加させたことと、Ｔｉに
比較して耐酸化性に優れる元素であるＣｒあるいはＳ
ｉ、Ｂを上記範囲で添加することで、酸化開始温度が従
来のＴｉＡｌＣＮでは約８５０℃であるのに対し、上記
ターゲットによる皮膜では１０００℃以上となり、きわ
めて耐酸化性に優れる皮膜となる。
膜は立方晶岩塩型構造をベースとするが、Ａｌ量を増加
させてゆくと、Ａｌ量０．６〜０．７の間で軟質層であ
る六方晶ウルツ鉱型に転移し、その皮膜硬度が極端に低
下する。これに対して、上記ターゲットを使用して形成
される皮膜は、Ｃｒを０．０６以上添加することで、
ａ：０．５５以上、０．８以下という、より高いＡｌ濃
度でも立方晶岩塩型構造を有するものとなり、上記Ｔｉ
ＡｌＣＮより高い硬度を発現する。さらに、耐酸化性を
改善する元素であるＡｌ量を増加させたことと、Ｔｉに
比較して耐酸化性に優れる元素であるＣｒあるいはＳ
ｉ、Ｂを上記範囲で添加することで、酸化開始温度が従
来のＴｉＡｌＣＮでは約８５０℃であるのに対し、上記
ターゲットによる皮膜では１０００℃以上となり、きわ
めて耐酸化性に優れる皮膜となる。
【００２５】前記皮膜と同組成のターゲットを使用し
て、前記皮膜を形成する場合、本発明者はＡｌ、Ｃｒを
含有する窒化物皮膜あるいは炭窒化物皮膜の中でも、本
皮膜の特性が、特にターゲット中に含まれるＡｌ−Ｃｒ
化合物によって影響されることを見出した。当該皮膜は
高Ａｌ濃度であって、硬質相である立方晶岩塩型構造を
有しているところにその本質を有するものであるが、Ａ
ｌ−Ｃｒ化合物層の厚さが３０μm 超のターゲットを使
用すると、皮膜にマクロパーティクルが多く含まれるよ
うになり、表面粗度が劣化するため、切削特性が劣化す
るとともに、軟質相である六方晶ウルツ鉱型構造の相が
析出しやすくなる。軟質層が析出し易くなる詳細なメカ
ニズムは不明であるが、以下のように考えられる。すな
わち、アークイオンプレーティング法の場合、ターゲッ
トより蒸発した原子は高度にイオン化（８０％程度）さ
れ、基材に印加された電圧によって加速され、成長中の
皮膜にイオン衝撃を与える。当該皮膜の場合、特に立方
晶岩塩型構造の相を析出させるためにはイオン衝撃が重
要であることが判明しており、ターゲットより放出され
るマクロパーティクルは溶融プールより放出された中性
のクラスターであることから、皮膜中にそれが多く含ま
れるということはイオン化された粒子の割合を減らすこ
とになり、その結果、軟質層が増加する。この傾向はＡ
ｌ量の高いターゲットを使用した場合に特に顕著であ
り、Ａｌ量が０．６≦ａではＡｌ−Ｃｒ化合物層が３０
μm 以下、好ましくは１５μm 以下のターゲットを用い
ることが特に有効であり、０．６５≦ａではさらに有効
である。またＣｒ量が少ないと、Ａｌ−Ｃｒ化合物の形
成割合が少ないことから、Ｃｒ量が５原子％以上、好ま
しくは１０％以上ではＡｌ−Ｃｒ化合物層が３０μm 以
下、好ましくは１５μm 以下のターゲットを用いること
が特に有効である。
て、前記皮膜を形成する場合、本発明者はＡｌ、Ｃｒを
含有する窒化物皮膜あるいは炭窒化物皮膜の中でも、本
皮膜の特性が、特にターゲット中に含まれるＡｌ−Ｃｒ
化合物によって影響されることを見出した。当該皮膜は
高Ａｌ濃度であって、硬質相である立方晶岩塩型構造を
有しているところにその本質を有するものであるが、Ａ
ｌ−Ｃｒ化合物層の厚さが３０μm 超のターゲットを使
用すると、皮膜にマクロパーティクルが多く含まれるよ
うになり、表面粗度が劣化するため、切削特性が劣化す
るとともに、軟質相である六方晶ウルツ鉱型構造の相が
析出しやすくなる。軟質層が析出し易くなる詳細なメカ
ニズムは不明であるが、以下のように考えられる。すな
わち、アークイオンプレーティング法の場合、ターゲッ
トより蒸発した原子は高度にイオン化（８０％程度）さ
れ、基材に印加された電圧によって加速され、成長中の
皮膜にイオン衝撃を与える。当該皮膜の場合、特に立方
晶岩塩型構造の相を析出させるためにはイオン衝撃が重
要であることが判明しており、ターゲットより放出され
るマクロパーティクルは溶融プールより放出された中性
のクラスターであることから、皮膜中にそれが多く含ま
れるということはイオン化された粒子の割合を減らすこ
とになり、その結果、軟質層が増加する。この傾向はＡ
ｌ量の高いターゲットを使用した場合に特に顕著であ
り、Ａｌ量が０．６≦ａではＡｌ−Ｃｒ化合物層が３０
μm 以下、好ましくは１５μm 以下のターゲットを用い
ることが特に有効であり、０．６５≦ａではさらに有効
である。またＣｒ量が少ないと、Ａｌ−Ｃｒ化合物の形
成割合が少ないことから、Ｃｒ量が５原子％以上、好ま
しくは１０％以上ではＡｌ−Ｃｒ化合物層が３０μm 以
下、好ましくは１５μm 以下のターゲットを用いること
が特に有効である。
【００２６】さらに、Ａｌ、Ｃｒを必須成分として含有
する、カソード放電型アークイオンプレーティング用タ
ーゲットにおいて、ターゲット中に含まれるＣｒ粒子の
円相当直径が１５０μm 以上の粒子が、１．５ｍｍ2 の
視野で５視野以上観察して、平均１０個以下であること
が好ましい。その理由は以下のとおりである。本発明者
の知見によると、実質的にＡｌ−Ｃｒの化合物を含有し
ないターゲットであっても、Ｃｒの円相当直径が１５０
μm 以上である場合、Ｃｒ粒子の部分が放電しにくく、
結果としてＣｒ粒子の周りにアークが集中しやすい傾向
があるが、円相当直径が１５０μm以上のＣｒ粒子が上
記視野で観察して平均１０個以下であれば、皮膜特性へ
の影響が少ないことが見出されたからである。Ｃｒの円
相当直径については、上記基準により観察する場合、１
０５μm以上のものが１０個以下であることがより好ま
しく、さらに好ましくは７５μm以上のものが１０個以
下である。個数に関しては５個以下がより好ましい。タ
ーゲットに使用される粉末は粒度に幅があり、かつ形状
も必ずしも球状ではないため、Ｃｒ粒子のサイズについ
て、本発明ではターゲット切断面に現れるＣｒ粒子の面
積を測定し、同面積を有する円の直径（円相当直径）に
よって規定することとした。
する、カソード放電型アークイオンプレーティング用タ
ーゲットにおいて、ターゲット中に含まれるＣｒ粒子の
円相当直径が１５０μm 以上の粒子が、１．５ｍｍ2 の
視野で５視野以上観察して、平均１０個以下であること
が好ましい。その理由は以下のとおりである。本発明者
の知見によると、実質的にＡｌ−Ｃｒの化合物を含有し
ないターゲットであっても、Ｃｒの円相当直径が１５０
μm 以上である場合、Ｃｒ粒子の部分が放電しにくく、
結果としてＣｒ粒子の周りにアークが集中しやすい傾向
があるが、円相当直径が１５０μm以上のＣｒ粒子が上
記視野で観察して平均１０個以下であれば、皮膜特性へ
の影響が少ないことが見出されたからである。Ｃｒの円
相当直径については、上記基準により観察する場合、１
０５μm以上のものが１０個以下であることがより好ま
しく、さらに好ましくは７５μm以上のものが１０個以
下である。個数に関しては５個以下がより好ましい。タ
ーゲットに使用される粉末は粒度に幅があり、かつ形状
も必ずしも球状ではないため、Ｃｒ粒子のサイズについ
て、本発明ではターゲット切断面に現れるＣｒ粒子の面
積を測定し、同面積を有する円の直径（円相当直径）に
よって規定することとした。
【００２７】本発明のターゲットは、先に述べたように
各種の方法で製造可能であるが、特に好ましいＨＩＰ法
の場合、処理温度は４２５℃以上、５２０℃未満とする
ことが必要である。図７は、処理圧力１００ＭＰａ、処
理時間２ｈｒとして処理温度を変化させて作製したＡ
ｌ、Ｃｒ及びＴｉ（原子比Ａｌ：Ｃｒ：Ｔｉ＝７２：１
８：１０）を構成成分とするターゲットのＡｌ−Ｃｒ化
合物層の厚みとＨＩＰ温度（処理温度）との関係を示す
図であり、処理温度が５２０℃を越えると化合物層の厚
みが３０μmを越えるために望ましくない。また処理温
度が４２０℃を下回ると、ターゲットの相対密度が９２
％未満になり、ターゲット中に多く空孔が含まれると共
に、ターゲットの機械強度も低下するので望ましくな
い。より好ましい処理温度範囲は４５０〜５００℃であ
る。処理圧力は常法に従って５０〜２００ＭＰａ程度で
よく、この場合処理時間は１〜３ｈｒ程度でよい。要
は、相対密度が９２％以上、好ましくは９５％以上、よ
り好ましくは９８％以上になるように前記処理温度範囲
の下で適宜の処理圧力、処理時間を選択すればよい。
各種の方法で製造可能であるが、特に好ましいＨＩＰ法
の場合、処理温度は４２５℃以上、５２０℃未満とする
ことが必要である。図７は、処理圧力１００ＭＰａ、処
理時間２ｈｒとして処理温度を変化させて作製したＡ
ｌ、Ｃｒ及びＴｉ（原子比Ａｌ：Ｃｒ：Ｔｉ＝７２：１
８：１０）を構成成分とするターゲットのＡｌ−Ｃｒ化
合物層の厚みとＨＩＰ温度（処理温度）との関係を示す
図であり、処理温度が５２０℃を越えると化合物層の厚
みが３０μmを越えるために望ましくない。また処理温
度が４２０℃を下回ると、ターゲットの相対密度が９２
％未満になり、ターゲット中に多く空孔が含まれると共
に、ターゲットの機械強度も低下するので望ましくな
い。より好ましい処理温度範囲は４５０〜５００℃であ
る。処理圧力は常法に従って５０〜２００ＭＰａ程度で
よく、この場合処理時間は１〜３ｈｒ程度でよい。要
は、相対密度が９２％以上、好ましくは９５％以上、よ
り好ましくは９８％以上になるように前記処理温度範囲
の下で適宜の処理圧力、処理時間を選択すればよい。
【００２８】以下、本発明を実施例によってより具体的
に説明するが、本発明はかかる実施例により限定的に解
釈されるものではない。
に説明するが、本発明はかかる実施例により限定的に解
釈されるものではない。
【００２９】
【実施例】［実施例１］表１に示すように、ターゲット
組成としてＡｌ−Ｃｒ、Ａｌ−Ｃｒ−Ｔｉを選定し、同
表に示す条件でＨＩＰ、熱間鍛造あるいは溶解法にてタ
ーゲット材を作製した。作製されたターゲット中のＣｒ
とＡｌとの間に形成されるＡｌ−Ｃｒ化合物層の厚みを
倍率２００倍の光学顕微鏡にて観察し、前記測定法によ
って測定した。また、相対密度を測定した。これらの測
定結果を表１に併せて示す。前記ターゲット材（素材）
からターゲット（直径１００ｍｍ、厚み１６ｍｍ）を加
工し、これをカソード放電型のアークイオンプレーティ
ング装置に取り付け、アーク電流１５０Ａ、窒素圧２．
６６Ｐａ、基板温度５５０℃、基板電圧５０〜１５０Ｖ
の範囲で鏡面の超硬合金基板（表面粗度Ｒａ０．０１μ
m程度）に約３μmの硬質皮膜を形成した。皮膜は、皮膜
硬度（ビッカース硬度：荷重２５ｇｆ、保持時間１５
秒）および表面粗度（Ｒａ）によって評価した。これら
の評価結果も表１に併せて示す。表１より、ＨＩＰ温度
が５２０℃未満、４２０℃以上の発明例は化合物層の厚
みが最大のものでも２５μm であり、良好な皮膜硬度、
表面粗度が得られている。一方、処理温度が５２０℃以
上の比較例No. １１〜１３ではＡｌとＣｒとの反応が活
発に生じており、化合物の厚みが４５μm 以上となり、
硬度劣化、表面粗度の低下が著しい。一方、ＨＩＰ温度
が４２０℃未満のNo. ２および５では化合物層は生じて
いないものの、相対密度の低下が著しく、やはり皮膜硬
度、表面粗度の劣化が大きい。また、溶解法で作製した
試料No. １はＡｌとＣｒが全体的に反応してしまい、皮
膜硬度、表面粗度の低下が著しい。
組成としてＡｌ−Ｃｒ、Ａｌ−Ｃｒ−Ｔｉを選定し、同
表に示す条件でＨＩＰ、熱間鍛造あるいは溶解法にてタ
ーゲット材を作製した。作製されたターゲット中のＣｒ
とＡｌとの間に形成されるＡｌ−Ｃｒ化合物層の厚みを
倍率２００倍の光学顕微鏡にて観察し、前記測定法によ
って測定した。また、相対密度を測定した。これらの測
定結果を表１に併せて示す。前記ターゲット材（素材）
からターゲット（直径１００ｍｍ、厚み１６ｍｍ）を加
工し、これをカソード放電型のアークイオンプレーティ
ング装置に取り付け、アーク電流１５０Ａ、窒素圧２．
６６Ｐａ、基板温度５５０℃、基板電圧５０〜１５０Ｖ
の範囲で鏡面の超硬合金基板（表面粗度Ｒａ０．０１μ
m程度）に約３μmの硬質皮膜を形成した。皮膜は、皮膜
硬度（ビッカース硬度：荷重２５ｇｆ、保持時間１５
秒）および表面粗度（Ｒａ）によって評価した。これら
の評価結果も表１に併せて示す。表１より、ＨＩＰ温度
が５２０℃未満、４２０℃以上の発明例は化合物層の厚
みが最大のものでも２５μm であり、良好な皮膜硬度、
表面粗度が得られている。一方、処理温度が５２０℃以
上の比較例No. １１〜１３ではＡｌとＣｒとの反応が活
発に生じており、化合物の厚みが４５μm 以上となり、
硬度劣化、表面粗度の低下が著しい。一方、ＨＩＰ温度
が４２０℃未満のNo. ２および５では化合物層は生じて
いないものの、相対密度の低下が著しく、やはり皮膜硬
度、表面粗度の劣化が大きい。また、溶解法で作製した
試料No. １はＡｌとＣｒが全体的に反応してしまい、皮
膜硬度、表面粗度の低下が著しい。
【００３０】
【表１】
【００３１】［実施例２］表２に示すように、ターゲッ
ト組成としてＡｌ−Ｃｒを選定し、ＨＩＰ法により製造
条件を種々変化させてターゲットを作製した。ターゲッ
ト中に含まれるＡｌ−Ｃｒ化合物量（割合）を前記のＸ
線回折法にて測定した。なおターゲットの相対密度はす
べて９９％以上であった。次に実施例１と同様、アーク
イオンプレーティング装置を用い、鏡面加工した超硬合
金基板に各皮膜を約３μm形成し、皮膜の表面粗度を実
施例１と同様の方法で評価した。これらの測定結果、評
価結果を表２に併せて示す。表２より、形成された皮膜
の表面粗度は、一般的に低融点でありマクロパーティク
ルが放出されやすいＡｌを多く含む場合に悪い傾向を示
すが、同一組成のターゲットを使用した場合の比較で
は、化合物割合が１０％以下の実施例では、良好な表面
粗度の皮膜が形成されている。
ト組成としてＡｌ−Ｃｒを選定し、ＨＩＰ法により製造
条件を種々変化させてターゲットを作製した。ターゲッ
ト中に含まれるＡｌ−Ｃｒ化合物量（割合）を前記のＸ
線回折法にて測定した。なおターゲットの相対密度はす
べて９９％以上であった。次に実施例１と同様、アーク
イオンプレーティング装置を用い、鏡面加工した超硬合
金基板に各皮膜を約３μm形成し、皮膜の表面粗度を実
施例１と同様の方法で評価した。これらの測定結果、評
価結果を表２に併せて示す。表２より、形成された皮膜
の表面粗度は、一般的に低融点でありマクロパーティク
ルが放出されやすいＡｌを多く含む場合に悪い傾向を示
すが、同一組成のターゲットを使用した場合の比較で
は、化合物割合が１０％以下の実施例では、良好な表面
粗度の皮膜が形成されている。
【００３２】
【表２】
【００３３】［実施例３］表３に示すように、ターゲッ
ト組成としてＡｌ−Ｃｒ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｃｒ−Ｔｉ−Ｓ
ｉおよびＡｌ−Ｃｒ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂを選定し、ＨＩＰ
法により表３に示すように種々温度条件（処理圧力１０
０ＭＰａ、処理時間２ｈｒ）でターゲットを作製した。
作製したターゲット中に含まれるＡｌ−Ｃｒ化合物層の
厚みを実施例１と同様に光学顕微鏡観察により決定し
た。ターゲットの相対密度はすべて９９％以上であっ
た。作製したターゲットを実施例１と同様の方法にてア
ークイオンプレーティング装置にて窒化物皮膜を形成
し、θ−２θのＸ線回折により皮膜の結晶構造を同定す
ると共に、皮膜硬度、表面粗度を測定した。成膜時の条
件はアーク電流１５０Ａ、窒素圧２．６６Ｐａ、基板温
度５５０℃、基板電圧１５０Ｖとし、膜厚は約３μmで
一定とした。表３に測定結果を示す。同表より、同一組
成のターゲット間で比較すると、Ａｌ−Ｔｉ化合物層の
厚みが本発明の要件を満たさないターゲット（No. ３，
４，８，１１，１２，１４）で形成した皮膜は、面粗度
も悪く、皮膜の結晶構造も望ましい立方晶岩塩型に六方
晶ウルツ鉱型が混在した皮膜となり、硬度も低い。
ト組成としてＡｌ−Ｃｒ−Ｔｉ、Ａｌ−Ｃｒ−Ｔｉ−Ｓ
ｉおよびＡｌ−Ｃｒ−Ｔｉ−Ｓｉ−Ｂを選定し、ＨＩＰ
法により表３に示すように種々温度条件（処理圧力１０
０ＭＰａ、処理時間２ｈｒ）でターゲットを作製した。
作製したターゲット中に含まれるＡｌ−Ｃｒ化合物層の
厚みを実施例１と同様に光学顕微鏡観察により決定し
た。ターゲットの相対密度はすべて９９％以上であっ
た。作製したターゲットを実施例１と同様の方法にてア
ークイオンプレーティング装置にて窒化物皮膜を形成
し、θ−２θのＸ線回折により皮膜の結晶構造を同定す
ると共に、皮膜硬度、表面粗度を測定した。成膜時の条
件はアーク電流１５０Ａ、窒素圧２．６６Ｐａ、基板温
度５５０℃、基板電圧１５０Ｖとし、膜厚は約３μmで
一定とした。表３に測定結果を示す。同表より、同一組
成のターゲット間で比較すると、Ａｌ−Ｔｉ化合物層の
厚みが本発明の要件を満たさないターゲット（No. ３，
４，８，１１，１２，１４）で形成した皮膜は、面粗度
も悪く、皮膜の結晶構造も望ましい立方晶岩塩型に六方
晶ウルツ鉱型が混在した皮膜となり、硬度も低い。
【００３４】
【表３】
【００３５】［実施例４］表４に示すように、ターゲッ
ト組成としてＡｌ−Ｃｒ−Ｔｉ（７２：１８：１０原子
％）を選定し、原料となるＣｒ粒子の粒径を種々変化さ
せてＨＩＰ法によりターゲットを作製した。ＨＩＰ処理
条件は各試料とも共通で、温度４８５℃、圧力１００Ｍ
Ｐａ、処理時間２ｈｒとした。作製したターゲットを倍
率１００倍程度の光学顕微鏡にて１０視野観察し、１．
５ｍｍ2 の面積中に含まれるＣｒ粒子の円相当直径と個
数を調査した。これらの試料（全て本発明の実施例）に
ついては、Ａｌ−Ｃｒ化合物の形成は一切認められなか
った。また相対密度はすべて９９％以上であった。作製
したターゲットを用いて、実施例１同様の方法で鏡面の
超硬合金基板に約３μmの窒化膜を形成し、皮膜の表面
粗度を測定した。これらの測定結果を表４に示す。表４
より、これらのターゲットを用いて形成した皮膜は総じ
て良好な表面性状を有しているが、特に粒径が円相当直
径で１５０μm 以上のＣｒ粒子が１０個以下の試料No.
２〜１０、さらに１５０μm 以上のＣｒ粒子が０個で、
１０５μm 以上のものが１０個以下のNo. ５〜１０は、
表面粗度が優れている。
ト組成としてＡｌ−Ｃｒ−Ｔｉ（７２：１８：１０原子
％）を選定し、原料となるＣｒ粒子の粒径を種々変化さ
せてＨＩＰ法によりターゲットを作製した。ＨＩＰ処理
条件は各試料とも共通で、温度４８５℃、圧力１００Ｍ
Ｐａ、処理時間２ｈｒとした。作製したターゲットを倍
率１００倍程度の光学顕微鏡にて１０視野観察し、１．
５ｍｍ2 の面積中に含まれるＣｒ粒子の円相当直径と個
数を調査した。これらの試料（全て本発明の実施例）に
ついては、Ａｌ−Ｃｒ化合物の形成は一切認められなか
った。また相対密度はすべて９９％以上であった。作製
したターゲットを用いて、実施例１同様の方法で鏡面の
超硬合金基板に約３μmの窒化膜を形成し、皮膜の表面
粗度を測定した。これらの測定結果を表４に示す。表４
より、これらのターゲットを用いて形成した皮膜は総じ
て良好な表面性状を有しているが、特に粒径が円相当直
径で１５０μm 以上のＣｒ粒子が１０個以下の試料No.
２〜１０、さらに１５０μm 以上のＣｒ粒子が０個で、
１０５μm 以上のものが１０個以下のNo. ５〜１０は、
表面粗度が優れている。
【００３６】
【表４】
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のターゲッ
トによれば、Ａｌと反応し易いＣｒを必須成分として含
有するにもかかわらず、特にＡｌ−Ｃｒ化合物層がアー
ク放電の集中が生じないレベルに抑制されるので、カソ
ード放電型アークイオンプレーティングの際にターゲッ
ト表面にアークの集中的な放電が生じにくく、その結
果、マクロパーティクルが発生し難く、均一組成の硬質
皮膜を容易に形成することができる。
トによれば、Ａｌと反応し易いＣｒを必須成分として含
有するにもかかわらず、特にＡｌ−Ｃｒ化合物層がアー
ク放電の集中が生じないレベルに抑制されるので、カソ
ード放電型アークイオンプレーティングの際にターゲッ
ト表面にアークの集中的な放電が生じにくく、その結
果、マクロパーティクルが発生し難く、均一組成の硬質
皮膜を容易に形成することができる。
【図１】Ｃｒ粒の周りにＡｌ−Ｃｒ化合物層が形成され
たＡｌＣｒＴｉターゲットの図面代用組織写真である。
たＡｌＣｒＴｉターゲットの図面代用組織写真である。
【図２】図１のターゲットを用いてカソード放電型アー
クイオンプレーティングした後のターゲット表面の図面
代用組織写真である。
クイオンプレーティングした後のターゲット表面の図面
代用組織写真である。
【図３】Ｃｒ粒の周りの一部にＡｌ−Ｃｒ化合物層が形
成されたＡｌＣｒＴｉターゲットの図面代用組織写真で
ある。
成されたＡｌＣｒＴｉターゲットの図面代用組織写真で
ある。
【図４】Ａｌ−Ｃｒ化合物層が形成されていないＡｌＣ
ｒＴｉターゲットの図面代用組織写真である。
ｒＴｉターゲットの図面代用組織写真である。
【図５】図４のターゲットを用いてカソード放電型アー
クイオンプレーティングした後のターゲット表面の図面
代用組織写真である。
クイオンプレーティングした後のターゲット表面の図面
代用組織写真である。
【図６】ＡｌＣｒＴｉターゲットのＸ線回折パターン図
である。
である。
【図７】ターゲットをＨＩＰ法により作製した場合のＨ
ＩＰ温度とＡｌ−Ｃｒ化合物層の厚みとの関係を示すグ
ラフ図である。
ＩＰ温度とＡｌ−Ｃｒ化合物層の厚みとの関係を示すグ
ラフ図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐藤 俊樹
兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号
株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内
(72)発明者 中根 靖夫
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号
株式会社神戸製鋼所高砂製作所内
(72)発明者 森元 栄一
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号
株式会社神戸製鋼所高砂製作所内
(72)発明者 米田 陽一郎
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号
株式会社神戸製鋼所高砂製作所内
Ｆターム(参考） 4K018 AA06 AA15 AA40 BA03 BA08
BA20 EA11 KA29
4K029 DC04 DC07 DC09 DD06
Claims (7)
- 【請求項１】 ＡｌおよびＣｒを必須成分として含有す
るカソード放電型アークイオンプレーティング用ターゲ
ットであって、 当該ターゲット中に含有されるＣｒ粒とＡｌとの間に形
成されるＡｌとＣｒの化合物層の厚みが３０μm以下で
あり、相対密度が９２％以上である、カソード放電型ア
ークイオンプレーティング用ターゲット。 - 【請求項２】 ＡｌおよびＣｒを必須成分として含有す
るカソード放電型アークイオンプレーティング用ターゲ
ットであって、 ＣｕＫαを用いたθ＝２θ法のＸ線回折にて回折角度１
０〜６０°の間に観察されるＡｌ−Ｃｒ化合物のピーク
強度の総和がＡｌ、ＣｒおよびＡｌ−Ｃｒ化合物のピー
ク強度の総和に対して１０％以下であり、相対密度が９
２％以上である、カソード放電型アークイオンプレーテ
ィング用ターゲット。 - 【請求項３】 Ａｌ粉末とＣｒ粉末との混合粉末を熱間
鍛造法あるいはＨＩＰ法により一体的に形成した、請求
項１または２に記載したターゲット。 - 【請求項４】 原子比で下記の組成を有する、請求項１
〜３のいずれか１項に記載したターゲット。 Ｔｉ1-a-b-c-d，Ａｌa，Ｃｒb，Ｓｉc，Ｂd ０．５５≦ａ≦０．８ ０．０６≦ｂ ０．０２≦１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ≦３０ ０≦ｃ＋ｄ≦０．１ ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＜１ - 【請求項５】 Ｃｒが原子％で５％以上含有する、請求
項１から４のいずれか１項に記載したターゲット。 - 【請求項６】 ターゲット中に円相当直径が１５０μm
以上のＣｒ粒子数が１．５ｍｍ2 の視野で５視野以上観
察して平均１０個以下である、請求項１〜５のいずれか
１項に記載したターゲット。 - 【請求項７】 ターゲットを形成する元素の混合粉末を
ＨＩＰ法により焼結形成した請求項１〜６のいずれか１
項に記載したターゲットの製造方法であって、処理温度
を５２０℃未満、４２０℃以上とする、カソード放電型
アークイオンプレーティング用ターゲットの製造方法。
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