JP2008229782A - 硬質被膜および硬質被膜被覆工具 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性、耐摩耗性、および耐溶着性に優れているとともに、高い付着強度が得られる高寿命の硬質被膜を提供する。
【解決手段】ドリル１０のボディ１６に設けられた硬質被膜２６は、工具基材２２の表面にＤＬＣ層２６が設けられるとともに、窒素含有量が３〜４０at％のＣＮ層２８が外表面を構成するように最上層に設けられ、且つ、それ等の中間的な組成のＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７がそのＤＬＣ層２６とＣＮ層２８との間に設けられており、全体の膜厚Ｄが０．０１〜２μｍの範囲内とされているため、ＣＮ層２８により優れた耐熱性、耐摩耗性、耐溶着性が得られる一方、ＤＬＣ層２６により高い付着強度が得られて剥離等が抑制され、優れたに耐久性が得られる。しかも、ＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７が介在させられているため、ＣＮ層２８が高い付着強度でＤＬＣ層２６に付着され、硬質被膜２４全体の付着強度が高くなって耐剥離性が一層向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は硬質被膜に係り、特に、耐熱性、耐摩耗性、および耐溶着性に優れているとともに高い付着強度が得られ、工具や耐摩耗性部品等に好適に用いられる硬質被膜に関するものである。

ドリルやエンドミル、フライス、バイト等の切削工具、盛上げタップ、転造工具、プレス金型等の非切削工具などの種々の加工工具、或いは耐摩耗性が要求される摩擦部品など、種々の部材において、基材の表面に硬質被膜をコーティングすることにより、耐摩耗性や耐久性を向上させることが提案されている。特許文献１には、硬質被膜としてＤＬＣ（Diamond Like Carbon ；ダイヤモンド状カーボン）が設けられた工具が記載されている。ＤＬＣは緻密なアモルファス構造で、結晶学的にはダイヤモンドと異なるが、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ等の化合物被膜に比較して高い硬度を有する。また、特許文献２および３には、硬質被膜として窒化炭素を用いることや、その窒化炭素膜の製造方法について記載されている。窒化炭素は、摩擦係数が小さいとともに面が平滑で硬度も高く、優れた耐摩耗性や耐溶着性、耐熱性が得られる。
特開２００５−２２０７３号公報 特開２００２−３８２６９号公報 特開２００６−６９８５６号公報

しかしながら、上記ＤＬＣは、耐熱性および耐摩耗性の点で必ずしも十分に満足できるものではなく、例えば潤滑油剤を全く使わないエアブローによるドライ加工や、最少量の潤滑油剤を使用するミスト噴霧により切削加工を行うセミドライ加工では、十分な耐久性が得られないとともに、Ｃ（炭素）の未結合手が被削材と結合して溶着を生じ易く、特に鉄系材料に対して不向きであった。Ｃの未結合手にＨ（水素）を添加することで、被削材との結合を防ぐことが提案されているが、靱性の低下等の別の問題が発生する。一方、窒化炭素は、上記ＤＬＣの問題点であるＣの未接合手にＮ（窒素）を結合した構造で、優れた耐溶着性が得られるが、ＤＬＣに比較して付着強度が弱くて剥離し易く、切削工具等においては必ずしも十分な耐久性が得られないという問題があった。

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、耐熱性、耐摩耗性、および耐溶着性に優れているとともに、高い付着強度が得られ、切削工具等においても優れた耐久性が得られる高寿命の硬質被膜を提供することにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、所定の基材の表面に設けられる硬質被膜であって、(a) 前記基材の表面に設けられるＤＬＣ層と、(b) 窒素含有量が３〜４０at％（原子％）の範囲内の窒化炭素にて構成されているとともに、外表面を構成するように最上層に設けられる窒化炭素層と、(c) その窒化炭素層および前記ＤＬＣ層の中間的な組成で、そのＤＬＣ層と窒化炭素層との間にそれ等に接するように設けられた中間層と、を有し、且つ、(d) 全体の膜厚が０．０１〜２μｍの範囲内であることを特徴とする。

第２発明は、第１発明の硬質被膜において、前記中間層は、前記ＤＬＣ層から前記窒化炭素層に向かうに従って、該ＤＬＣ層に近い組成から該窒化炭素層に近い組成となるように窒素の含有量が連続的または段階的に増大変化させられていることを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明の硬質被膜において、前記ＤＬＣ層のナノインデンテーション硬さは４０〜５０ＧＰａの範囲内で、前記窒化炭素層のナノインデンテーション硬さは１５〜５５ＧＰａの範囲内であることを特徴とする。

第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかの硬質被膜において、前記窒化炭素層は、単結合および２重結合の窒化炭素を共に含んでいることを特徴とする。

第５発明は、第１発明〜第４発明の何れかの硬質被膜において、前記ＤＬＣ層および前記窒化炭素層の厚さは、何れも０．００５〜１μｍの範囲内であることを特徴とする。

第６発明は、基材の表面に硬質被膜が設けられている硬質被膜被覆工具であって、その硬質被膜は、第１発明〜第５発明の何れかの硬質被膜であることを特徴とする。

第１発明の硬質被膜においては、基材の表面にＤＬＣ層が設けられるとともに、窒素含有量が３〜４０at％の窒化炭素層が外表面を構成するように最上層に設けられ、且つ、それ等の中間的な組成の中間層がそのＤＬＣ層と窒化炭素層との間に設けられており、全体の膜厚が０．０１〜２μｍの範囲内とされているため、最上層の窒化炭素層により優れた耐熱性、耐摩耗性、および耐溶着性が得られる一方、基材の表面にはＤＬＣ層が設けられているため、高い付着強度が得られて剥離等が抑制され、切削工具等の硬質被膜として用いる場合でも優れたに耐久性が得られる。これにより、例えば第６発明のように硬質被膜被覆工具の硬質被膜として好適に用いられ、溶着が生じ易い環境下（真空中など）での加工の耐溶着性が向上するとともに、鉄系材料に対する加工が可能になり、優れた工具寿命が得られる一方、アルミニウム合金等の非鉄系材料に対してはドライ加工やセミドライ加工が可能となる。

また、ＤＬＣ層と窒化炭素層との間には、それ等の中間的な組成の中間層が設けられているため、その中間層を介して窒化炭素層が高い付着強度でＤＬＣ層に付着され、硬質被膜全体の付着強度が高くなって耐剥離性が一層向上する。

また、上記ＤＬＣ層および窒化炭素層は、何れも成膜条件を変更することにより容易に硬さ調整を行うことができるため、硬質被膜を設ける対象物や目的等に応じて硬さや靱性などの被膜特性を適宜設定できる。第３発明のように、ＤＬＣ層のナノインデンテーション硬さを４０〜５０ＧＰａの範囲内とし、窒化炭素層のナノインデンテーション硬さを１５〜５５ＧＰａの範囲内とすれば、優れた耐摩耗性が得られ、切削工具の硬質被膜に好適に適用される。

第２発明の中間層は、ＤＬＣ層から窒化炭素層に向かうに従って、そのＤＬＣ層に近い組成から窒化炭素層に近い組成となるように窒素の含有量が連続的または段階的に増大変化させられているため、その中間層を介して窒化炭素層が一層高い付着強度でＤＬＣ層に付着され、耐剥離性が一層向上する。

第４発明では、単結合および２重結合の窒化炭素を共に含んで窒化炭素層が構成されているため、成膜条件を変更してそれ等の割合を変更することにより、窒化炭素層の硬さを調整することができる。すなわち、単結合の窒化炭素は２重結合の窒化炭素よりも高硬度であるため、その単結合の窒化炭素の割合が高くなるように成膜条件を設定すれば、窒化炭素層全体の硬さを高くすることができる一方、２重結合の窒化炭素の割合を高くすれば靱性を向上させることができる。なお、窒化炭素には３重結合が存在するが、結合の終端を担うのみで機械的な性質には関係しない。

第５発明では、ＤＬＣ層および窒化炭素層の厚さが、何れも０．００５〜１μｍの範囲内であるため、ＤＬＣ層の存在で硬質被膜の付着強度を向上させつつ、窒化炭素層により優れた耐熱性、耐摩耗性、および耐溶着性が得られる。

第６発明の硬質被膜被覆工具は、上記第１発明〜第５発明の何れかの硬質被膜で被覆されているため、実質的に第１発明〜第５発明と同様の作用効果が得られる。

本発明は、ドリルやフライス等の回転切削工具、バイト等の非回転の切削工具、或いは盛上げタップ、転造工具、プレス金型等の非切削工具など、種々の硬質被膜被覆工具に好適に適用されるが、このような加工工具以外でも軸受部材など耐摩耗性や耐久性が要求される種々の部材の硬質被膜に適用され得る。

ＤＬＣ層および窒化炭素層は、何れもアークイオンプレーティング法やイオンビーム支援蒸着法、スパッタリング法等のＰＶＤ法によって好適に成膜できるが、他の成膜法を採用することもできる。

窒化炭素層の窒素含有量は、成膜条件を変更することによって調整することが可能で、例えばアークイオンプレーティング法では窒素ガス流量の制御で調整でき、イオンビーム支援蒸着法の場合はプラズマ濃度を制御することによって調整できる。この窒素含有量が３at％未満では、窒素をＣ（炭素）の未結合手に結合して耐溶着性を向上させる効果が十分に得られない一方、４０at％を越えると、単結合の窒化炭素が多くなって脆くなるため、３〜４０at％の範囲内で設定することが望ましく、特に５〜３５at％の範囲内が適当である。

全体の膜厚は、０．０１μｍ未満であると硬質被膜としての機能が十分に得られない一方、２μｍを越えると剥離したり欠けたりし易くなるため、０．０１〜２μｍの範囲内で設定することが望ましい。

第２発明の中間層は、ＤＬＣに近い組成から窒化炭素層に近い組成となるように窒素の含有量が連続的または段階的に増大変化させられているが、第１発明の実施に際しては、窒素の含有量が窒化炭素層よりも少ない一定の窒素含有量で組成が一定の中間層を採用することもできる。第２発明の中間層は、例えばＤＬＣ層と同じ組成から窒化炭素層と同じ組成となるまで窒素含有量が滑らかに連続的に変化するように構成されるが、窒素含有量が２段階、或いは３段階以上の多段階で断続的に変化している複数の層によって中間層を構成することもできる。窒素の含有量は、窒化炭素層における窒素含有量と同様にして調整することが可能で、例えば前記窒素ガス流量やプラズマ濃度を連続的に変化させたり段階的に変化させたりすることにより、連続的或いは段階的に変化させることができる。

第３発明では、ＤＬＣ層のナノインデンテーション硬さが４０〜５０ＧＰａの範囲内で、窒化炭素層のナノインデンテーション硬さが１５〜５５ＧＰａの範囲内であり、切削工具の硬質被膜に好適に適用されるが、それ等の硬さは、硬質被膜を設ける対象物や目的等に応じて適宜変更できる。

第４発明では、単結合（ｓｐ３結合）および２重結合（ｓｐ２結合）の窒化炭素を共に含んで窒化炭素層が構成されているが、他に３重結合の窒化炭素を含んでいても差し支えない。このような窒化炭素層は、規則的な結晶構造を持たないアモルファスである。なお、他の発明の実施に際しては、単結合および３重結合から成る窒化炭素層、或いは２重結合および３重結合から成る窒化炭素層など、他の構造の窒化炭素層を採用することもできる。

第５発明では、ＤＬＣ層および窒化炭素層の厚さが何れも０．００５〜１μｍの範囲内であるが、他の発明の実施に際しては、ＤＬＣ層や窒化炭素層の厚さが０．００５μｍ未満であったり１μｍを越えていたりしても良い。中間層の膜厚は、その組成が連続的に変化しているか断続的に変化しているか、或いは一定の中間組成か等によっても異なるが、例えば０．００５〜１μｍ程度の範囲内が適当である。

第６発明の硬質被膜被覆工具の基材としては、超硬合金や高速度工具鋼が好適に用いられるが、サーメット、セラミックス、多結晶ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンド、多結晶ＣＢＮ、単結晶ＣＢＮなど、種々の工具材料を採用できる。

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、本発明の硬質被膜被覆工具の一例であるドリル１０を示す図で、(a) は軸心Ｏと直角な方向から見た正面図、(b) は切れ刃１２が設けられた先端側から見た拡大底面図である。このドリル１０は、２枚刃のツイストドリルで、シャンク１４およびボデー１６を軸方向に一体に備えており、ボデー１６には軸心Ｏの右まわりにねじれた一対の溝１８が形成されている。ボデー１６の先端には、溝１８に対応して一対の切れ刃１２が設けられており、シャンク１４側から見て軸心Ｏの右まわりに回転駆動されることにより切れ刃１２によって穴を切削加工するとともに、切屑が溝１８を通ってシャンク１４側へ排出される。

図１の(c) は、ボデー１６における表面付近の拡大断面図で、超硬合金製の工具基材２２の表面には硬質被膜２４がコーティングされている。硬質被膜２４は、工具基材２２の表面に設けられたＤＬＣ層２６と、そのＤＬＣ層２６の上に直接設けられたＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７と、そのＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７の上に直接設けられたＣＮ（窒化炭素）層２８とから成る３層構造で、そのＣＮ層２８によって外表面が構成されている。ＣＮ層２８は、窒素含有量が３〜４０at％の範囲内で、単結合（ｓｐ３）および２重結合（ｓｐ２）のＣＮを共に含んで構成されており、そのナノインデンテーション硬さは１５〜５５ＧＰａの範囲内である。上記ＤＬＣ層２６のナノインデンテーション硬さは４０〜５０ＧＰａの範囲内である。そして、これ等のＤＬＣ層２６とＣＮ層２８との間に設けられたＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７は、ＤＬＣ層２６およびＣＮ層２８の中間的な組成の中間層で、本実施例ではＤＬＣ層２６からＣＮ層２８に向かうに従ってＤＬＣ層２６と同じ組成からＣＮ層２８と同じ組成に滑らかに連続的に変化するように、窒素の含有量が直線的に連続的に増大変化させられている。また、この硬質被膜２４の全体の膜厚Ｄは０．０１〜２μｍの範囲内で、ＤＬＣ層２６単独の膜厚Ｄ１およびＣＮ層２８単独の膜厚Ｄ２は、何れも０．００５〜１μｍの範囲内である。本実施例では、ＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７単独の膜厚Ｄ３も０．００５μｍ以上で、全体の膜厚Ｄは実質的に０．０１５μｍ以上となる。なお、図１(a) において斜線を付した領域は、硬質被膜２４のコーティング範囲を表している。

図２の(a) は、上記ＣＮ層２８の結合構造の模式図で、Ｃは炭素原子、Ｎは窒素原子を表しており、(b) に示す単結合（ｓｐ３）および(c) に示す２重結合（ｓｐ２）がランダムに分布しているアモルファス構造である。また、図３は、ＣＮ層２８のラマンスペクトルの一例で、「Ｄ−ｐｅａｋ」は単結合のＣＮによるもので、「Ｇ−ｐｅａｋ」は２重結合のＣＮによるものであり、両ピークを有することにより、単結合および２重結合の両方を含んでいることが分かる。そして、それ等の結合の割合によって硬さ等の被膜特性を制御することが可能で、例えば高硬度の単結合の割合が大きくなるようにすればＣＮ層２８の硬度が高くなり、２重結合の割合が大きくなるようにすればＣＮ層２８の靱性が向上する。

また、上記ＣＮ（単結合＋２重結合）、ＤＬＣ、およびＴｉＮの３種類の硬質被膜で被覆したテストピースを用意し、図４に示すピンオンディスク式試験装置を用いて以下の試験条件で摩擦摩耗試験を行ったところ、図５および図６に示す結果が得られた。この場合のＣＮは、図８の本発明品におけるNo１２のＣＮ層２８と略同じで、窒素含有量は約２０at％、ナノインデンテーション硬さは約２９ＧＰａであり、テストピースの基材（超硬合金）上に直接コーティングしたものである。
（試験条件）
・相手材：ＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）
・荷重：０．５Ｎ
・線速度：２５ｍｍ／ｓ
・時間：５００秒
・試験環境：大気
・室温：２５℃
・湿度：６０％

図５は、上記試験から摩擦係数を求めた結果で、ＣＮは約０．０９、ＤＬＣは約０．０８、ＴｉＮは約０．２７であり、ＣＮはＤＬＣと同様に摩擦係数が極めて小さい。ＤＬＣとＣＮの値が極めて近いため、図５ではそれ等のグラフが略重なっている。また、図６は、ＣＮおよびＤＬＣのテストピースの先端の摩耗痕を示す写真で、(a) はＣＮに生じた摩耗痕、(b) はＤＬＣに生じた摩耗痕である。それぞれに相手材の溶着が観察された。ＣＮに対するＦｅの溶着量とＤＬＣに対するＦｅの溶着量との比は約３：１０程度で、ＣＮはＤＬＣに比べて鉄に対して格段に優れた耐溶着性を有する。

一方、前記ＤＬＣ層２６、ＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７、およびＣＮ層２８は、アークイオンプレーティング法やイオンビーム支援蒸着法、スパッタリング法等のＰＶＤ法によって好適に成膜される。図７は、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被膜２４を被覆する前の切れ刃１２、溝１８等が形成された工具基材２２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、工具基材２２に負のバイアス電圧を印加するバイアス電源３６、工具基材２２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、先端が略水平に外側へ突き出す姿勢で多数の工具基材２２を放射状に保持している。また、反応ガス供給装置４０は、アルゴンガス（Ａｒ）および窒素ガス（Ｎ₂ ）のタンクを備えており、ＤＬＣ層２６を形成する時にはアルゴンガスのみを供給し、ＣＮ層２８を形成する時にはアルゴンガスおよび窒素ガスを所定の割合で供給すれば良く、それ等の間で窒素ガスの供給を開始するとともにその供給量を直線的に連続的に増加させることにより、ＤＬＣ層２６からＣＮ層２８に向かうに従ってＤＬＣ層２６と同じ組成からＣＮ層２８と同じ組成に滑らかに連続的に変化するＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７が形成される。

第１アーク電源４４および第２アーク電源４６は、何れも炭素（Ｃ）から成る第１蒸発源４８、第２蒸発源５２をカソードとして、アノード５０、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、それ等の蒸発源４８、５２から炭素を蒸発させるもので、蒸発した炭素は正イオンになって負（−）のバイアス電圧が印加されている工具基材２２に付着させられる。これにより、アルゴンガスのみを供給した時にはＤＬＣ層２６が形成され、アルゴンガスおよび窒素ガスの両方を供給した時にはＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７或いはＣＮ層２８が形成される。その場合に、所定の硬さや組成のＤＬＣ層２６、ＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７、ＣＮ層２８が得られるように、それぞれアーク電流やバイアス電圧等の成膜条件が定められ、それ等の膜厚については成膜時間で調整できる。

ＣＮ層２８を形成する際には、単結合（ｓｐ３）および２重結合（ｓｐ２）を共に含むように成膜条件が定められ、処理温度は２０〜２５０℃の範囲内で例えば１５０℃程度、バイアス電圧は１５〜３００Ｖの範囲内で例えば１００Ｖ程度に設定される。また、窒素ガスの供給流量は、ＣＮ層２８内の窒素含有量が３〜４０at％の範囲内となるように定められる。ＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７を形成する際には、窒素ガスの供給量を連続的に変化させるとともに、適切に被膜が形成されるように、その供給ガスの変化に合わせてバイアス電圧やアーク電流等の成膜条件も連続的に変化させる。それ等の変化速度は、硬質被膜２４の全体の膜厚ＤやＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７の膜厚Ｄ３に応じて定められる。

図８は、上記のように構成された本発明品（No７〜No１４）と比較品（No１〜No６）とを用いて、以下の加工条件で穴明け加工を行い、耐久性を調べた結果を説明する図である。比較品において網掛けを付した欄は、本発明（請求項１）の要件から外れている項目である。なお、ＤＬＣ層２６のナノインデンテーション硬さは、本発明品、比較品共に４０〜５０ＧＰａの範囲内とされている。
（加工条件）
・工具形状：φ８超硬ツイストドリル
・被削材：Ａ５０５２（アルミニウム合金）
・切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：０．１４ｍｍ／ｒｅｖ
・加工深さ：２４ｍｍ貫通穴
・切削油：ミスト
・ステップ量：ノンステップ

図８の試験結果から明らかなように、ＤＬＣ層２６のみを設けた比較品のNo１、No２では、１０００穴加工時の切れ刃１２の逃げ面摩耗幅がそれぞれ０．３２ｍｍ、０．３５ｍｍであるのに対し、本発明品は何れも合格判定基準である０．２ｍｍよりも小さい。また、本発明品と同様にＤＬＣ層２６、ＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７、およびＣＮ層２８から成る３層構造の比較品No３〜No６については、硬質被膜２４全体の膜厚Ｄが２．５μｍの比較品No３では、剥離等により摩耗が促進され、その膜厚Ｄが０．００８μｍの比較品No４では、硬質被膜２４による耐摩耗性の向上効果が十分に得られない。ＣＮ層２８の窒素含有量が４７at％の比較品No５の場合、そのＣＮ層２８の被膜硬さ（ナノインデンテーション硬さ）が高くなり過ぎて脆くなり、欠けや剥離等により摩耗が促進される一方、窒素含有量が１at％の比較品No６では、被膜硬さ（ナノインデンテーション硬さ）が低くて摩耗が促進される。

このように、本実施例のドリル１０の硬質被膜２４は、工具基材２２の表面にＤＬＣ層２６が設けられるとともに、窒素含有量が３〜４０at％のＣＮ層２８が外表面を構成するように最上層に設けられ、且つ、それ等の中間的な組成のＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７がそのＤＬＣ層２６とＣＮ層２８との間に設けられており、全体の膜厚Ｄが０．０１〜２μｍの範囲内とされているため、最上層のＣＮ層２８により優れた耐熱性、耐摩耗性、および耐溶着性が得られる。また、工具基材２２の表面にはＤＬＣ層２６が設けられているため、高い付着強度が得られて剥離等が抑制され、優れたに耐久性が得られる。更に、ＤＬＣ層２６とＣＮ層２８との間には、それ等の中間的な組成のＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７が設けられているため、そのＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７を介してＣＮ層２８が高い付着強度でＤＬＣ層２６に付着され、硬質被膜２４全体の付着強度が高くなって耐剥離性が一層向上する。

これにより、溶着が生じ易い環境下（真空中など）での加工の耐溶着性が向上するとともに、鉄系材料に対する加工が可能になり、優れた工具寿命が得られる一方、アルミニウム合金等の非鉄系材料に対してはドライ加工やセミドライ加工（ミスト加工）が可能となる。

また、ＤＬＣ層２６およびＣＮ層２８は、何れも成膜条件を変更することにより容易に硬さ調整を行うことが可能で、本実施例ではＤＬＣ層２６のナノインデンテーション硬さが４０〜５０ＧＰａの範囲内とされ、ＣＮ層２８のナノインデンテーション硬さが１５〜５５ＧＰａの範囲内とされているため、優れた耐摩耗性が得られ、ドリル１０の耐久性が向上する。

また、本実施例では、ＤＬＣ層２６からＣＮ層２８に向かうに従って、そのＤＬＣ層２６に近い組成からＣＮ層２８に近い組成となるように窒素の含有量が連続的に増大変化しているＤＬＣ／ＣＮ傾斜層２７が中間層として設けられているため、そのＤＬＣ／ＣＮ層２７を介してＣＮ層２８が一層高い付着強度でＤＬＣ層２６に付着され、耐剥離性が一層向上する。

また、本実施例では単結合および２重結合のＣＮを共に含んでＣＮ層２８が構成されているため、成膜条件を変更してそれ等の割合を変更することにより、ＣＮ層２８の硬さを調整することができる。すなわち、単結合のＣＮは２重結合のＣＮよりも高硬度であるため、その単結合のＣＮの割合が高くなるようにバイアス電圧やアーク電流等の成膜条件を設定すれば、ＣＮ層２８全体の硬さを高くすることができる一方、２重結合のＣＮの割合が高くなるようにすれば靱性を向上させることができる。

また、本実施例ではＤＬＣ層２６およびＣＮ層２８の厚さが、何れも０．００５〜１μｍの範囲内であるため、ＤＬＣ層２６の存在で付着強度を向上させつつ、ＣＮ層２８により優れた耐熱性、耐摩耗性、および耐溶着性が得られる。

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。

本発明の硬質被膜が設けられたドリルを示す図で、(a) は正面図、(b) は先端側から見た拡大底面図、(c) はボデーの表面近傍の拡大断面図である。 ＣＮ（窒化炭素）の構造を説明する模式図で、(a) は図１の硬質被膜のＣＮ層と同様に単結合および２重結合を有する場合、(b) は単結合の場合、(c) は２重結合の場合である。 単結合および２重結合を有するＣＮのラマンスペクトルの一例である。 所定の硬質被膜が設けられたテストピースを用いて摩擦摩耗試験を行う際のピンオンディスク式摩擦試験装置を説明する概念図である。 図４の装置を用いてＣＮ、ＤＬＣ、およびＴｉＮの摩擦係数を測定した結果の一例を示す図である。 図４の装置を用いて摩擦摩耗試験を行った後のＣＮおよびＤＬＣの摩耗痕（溶着）を示す図である。 図１の硬質被膜を好適に成膜できるアークイオンプレーティング装置を説明する概略図である。 耐久性試験を行う際に用いた本発明品および比較品の諸元と、耐久性試験の結果を説明する図である。

符号の説明

１０：ドリル（硬質被膜被覆工具） ２２：工具基材（基材） ２４：硬質被膜 ２６：ＤＬＣ層 ２７：ＤＬＣ／ＣＮ傾斜層（中間層） ２８：ＣＮ層（窒化炭素層）

Claims (6)

1. 所定の基材の表面に設けられる硬質被膜であって、
   前記基材の表面に設けられるＤＬＣ層と、
   窒素含有量が３〜４０at％の範囲内の窒化炭素にて構成されているとともに、外表面を構成するように最上層に設けられる窒化炭素層と、
   該窒化炭素層および前記ＤＬＣ層の中間的な組成で、該ＤＬＣ層と該窒化炭素層との間にそれ等に接するように設けられた中間層と、
   を有し、且つ、全体の膜厚が０．０１〜２μｍの範囲内である
   ことを特徴とする硬質被膜。
2. 前記中間層は、前記ＤＬＣ層から前記窒化炭素層に向かうに従って、該ＤＬＣ層に近い組成から該窒化炭素層に近い組成となるように窒素の含有量が連続的または段階的に増大変化させられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の硬質被膜。
3. 前記ＤＬＣ層のナノインデンテーション硬さは４０〜５０ＧＰａの範囲内で、前記窒化炭素層のナノインデンテーション硬さは１５〜５５ＧＰａの範囲内である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の硬質被膜。
4. 前記窒化炭素層は、単結合および２重結合の窒化炭素を共に含んでいる
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の硬質被膜。
5. 前記ＤＬＣ層および前記窒化炭素層の厚さは、何れも０．００５〜１μｍの範囲内である
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の硬質被膜。
6. 基材の表面に硬質被膜が設けられている硬質被膜被覆工具であって、
   前記硬質被膜は、請求項１〜５の何れか１項に記載の硬質被膜である
   ことを特徴とする硬質被膜被覆工具。

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