JP2015054995A - 潤滑性と耐摩耗性に優れた硬質皮膜およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐摩耗性を示すと共に、摩擦係数が小さく摺動環境下において焼付きにくい（潤滑性に優れた）硬質皮膜を実現する。【解決手段】前記硬質皮膜は、組成式がＭ1-a-bＣaＮbであり（但し、前記Ｍは、Ｔｉ、ＣｒおよびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素からなるか、該元素と、第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉ、Ｙおよび希土類元素よりなる群から選択される１種以上の元素とからなる）、各元素の原子比が、０．０１≰ａ≰０．５０、０．１０≰ｂ≰０．５０、および０＜１−ａ−ｂを満たす皮膜であって、前記皮膜中の炭素の全結合に占める、炭素と炭素の結合比率（ｙ）が０．２以上であるところに特徴を有する。【選択図】なし

Description

本発明は、潤滑性と耐摩耗性に優れた硬質皮膜およびその製造方法に関する。

従来より、ＴｉやＡｌを含む硬質皮膜を治工具の表面にコーティングして、該冶工具の耐摩耗性を向上させることが行われている。前記硬質皮膜として例えば特許文献１には、金属含有硬質皮膜を、炭素含有ガスと希ガスとを主成分とする雰囲気ガス中で、アーク法により形成する技術が示されている。しかしながら特許文献１の方法では、反応ガスとして炭化水素ガスのみが使用されており、形成される金属含有硬質皮膜は、非金属成分が炭素のみの炭化物皮膜である。該炭化物皮膜は、低い摩擦係数を示すが耐摩耗性は十分ではないといった不具合を有する。

一方、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌの少なくともいずれかの元素を含有する窒化物皮膜は、高硬度であり、耐酸化性にも優れることから、切削工具、金型あるいは機械部品の表面にコーティングされ耐摩耗皮膜として使用されている。しかし上記窒化物皮膜は、各種材料に対する摩擦係数が大きいため、摺動環境下において焼付き易いことが欠点である。

特開２００１−１７２７６３号公報

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、優れた耐摩耗性を示すと共に、摩擦係数が小さく摺動環境下において焼付きにくい（この特性を、以下「潤滑性に優れた」ということがある）硬質皮膜を実現すること、および該硬質皮膜を効率よく製造するための方法を確立することにある。

上記課題を解決し得た本発明の潤滑性と耐摩耗性に優れた硬質皮膜は、組成式がＭ_1-a-bＣ_aＮ_bであり（但し、前記Ｍは、Ｔｉ、ＣｒおよびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素からなるか、該元素と、第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉ、Ｙおよび希土類元素よりなる群から選択される１種以上の元素とからなる）、
各元素の原子比が、
０．０１≦ａ≦０．５０、
０．１０≦ｂ≦０．５０、および
０＜１−ａ−ｂ
を満たす皮膜であって、
前記皮膜中の炭素の全結合に占める、炭素と炭素の結合比率（ｙ）が０．２以上であるところに特徴を有する。

本発明には、前記硬質皮膜の製造方法も含まれる。該製造方法は、磁力線がターゲットの蒸発面にほぼ直交して基材の方向に発散する磁場の形成されるアーク式蒸発源を用い、炭化水素ガスおよび窒素ガスを含有する雰囲気ガス中でアーク放電を行って前記硬質皮膜を形成するところに特徴を有する。

前記アーク式蒸発源として、前記ターゲットの蒸発面の法線と前記磁力線とで形成される角度が±３０°以下となるように磁場が形成されるものを用いることが好ましい。

また前記アーク式蒸発源として、前記磁場を形成する手段が前記ターゲットの蒸発面と前記基材との間に配置されたものを用いることが好ましい。

好ましい実施形態として、前記ターゲットの蒸発面における最も強い磁場の強さが２０ガウス以上となるように、前記磁場を形成するのがよい。

本発明によれば、炭窒化物からなる硬質皮膜であって、該硬質皮膜が金属元素と結合していない炭素を有しているため、耐摩耗性に優れていると共に潤滑性にも優れた硬質皮膜が得られる。また本発明の製造方法によれば、上記硬質皮膜を効率よく製造することができる。本発明の硬質皮膜は、フライス加工、切削加工、穿孔加工等の加工に使用される切削工具、金型などの塑性加工冶工具、あるいは摺動部品の表面被覆材として用いることができる。

本発明で規定の炭素と炭素の結合比率（ｙ）の算出に用いる、ＸＰＳ測定結果の一例を示す図である。 本発明の実施に使用するアークイオンプレーティング装置の概略図である。 従来のアーク式蒸発源を用いた場合に形成される磁力線を、模式的に示した図である。 本発明の実施に供するアーク式蒸発源を用いた場合に形成される磁力線を、模式的に示した図である。 本発明の実施に供する他のアーク式蒸発源を用いた場合に形成される磁力線を、模式的に示した図である（図５の縮尺は、前記図３や前記図４の１／２である）。

本発明者は、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、耐摩耗性を確保しうる窒化物皮膜に対し炭素を追加した、組成式が下記式（１）で示される（組成決定理由は、後に説明する）炭窒化皮膜とし、かつ該皮膜中の炭素の存在形態（結合状態）が、炭素と炭素の結合を一定以上含むものとすれば、優れた耐摩耗性と優れた潤滑性（低摩擦係数）を両立できることを見いだした。以下、本発明の硬質皮膜について、まず皮膜中の炭素の存在形態（結合状態）から詳述する。
Ｍ_1-a-bＣ_aＮ_b …（１）

硬質皮膜に炭素（Ｃ）が含まれる場合、通常Ｃは金属元素と結合するため、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析法、ＥＳＣＡともいう）でＣの結合状態を測定すると、金属元素と炭素の結合（Ｍ−Ｃ結合）のみが観測される。しかし本発明では、硬質皮膜中の一部の炭素が金属元素と結合せずに炭素同士で結合（炭素と炭素の一重結合（単結合）をいう。以下、Ｃ−Ｃ結合と示すことがある。）した状態を有するようにすれば、即ち、金属元素と炭化物を構成せずに上記Ｃ−Ｃ結合を構成しているＣ（以下、Ｃ−Ｃ結合を構成するＣを「遊離Ｃ」ということがある）を存在させれば、特に潤滑性が向上することを見いだした。

本発明において、潤滑性を確実に高める（例えば後述する実施例において、摩擦係数μが０．５以下、好ましくは０．３以下を達成させる）には、下記のＣ−Ｃ結合比率（炭素と炭素の結合比率）（ｙ）を０．２以上とする必要がある。前記Ｃ−Ｃ結合比率（ｙ）は、硬質皮膜中に存在するＣ−Ｃ結合を定量的に評価するための指標である。このＣ−Ｃ結合比率（ｙ）は、図１に例示する通り、皮膜中のＣの化学結合状態をＸＰＳで測定して、Ｃ−Ｃ結合に由来するピーク面積（ｙ１、図１におけるＹ１）と、金属元素と炭素の結合（図１ではＴｉ−Ｃ）に由来するピーク面積（ｙ２、図１におけるＹ２）とを求め、このｙ１とｙ２の総和（炭素の全結合）に対する、Ｃ−Ｃ結合に由来するピーク面積（ｙ１）の比率［ｙ＝ｙ１／（ｙ１＋ｙ２）］として求められる。

前記Ｃ−Ｃ結合比率（ｙ）は、好ましくは０．３以上、より好ましくは０．５以上、更に好ましくは０．６以上である。前記比率（ｙ）は高くなるほど潤滑性が高まるため好ましいが、皮膜中の炭素の結合が全てＣ−Ｃの結合となると、金属−Ｃ結合がなくなり硬さが低下しやすくなる。よって前記比率（ｙ）の上限は０．９５程度（好ましくは０．９０以下）となる。

また、上記Ｃ（特にはＣ−Ｃ結合）による作用効果を発揮させるには、皮膜を構成する全元素に占めるＣの原子比（前記式（１）におけるａ、以下「Ｃ量（ａ）」ということがある）が０．０１以上である必要がある。前記Ｃ量（ａ）は好ましくは０．１０以上、より好ましくは０．２０以上である。一方、前記Ｃ量（ａ）が多すぎる場合、窒化物の成分が少なくなり硬さがかえって低下する。よってＣ量（ａ）の上限は、０．５０以下とする。Ｃ量（ａ）は、好ましくは０．４０以下、より好ましくは０．３０以下である。

Ｎの原子比（前記式（１）におけるｂ、以下「Ｎ量（ｂ）」ということがある）は、０．１０≦ｂ≦０．５０である。耐摩耗性を高めるためには、皮膜中に金属窒化物が含まれていることがよい。好ましくはＸ線回折あるいは電子線回折などでピークが確認できる結晶質の金属窒化物が含まれているのがよい。この様に耐摩耗性を確保する観点からＮ量（ｂ）を上記の通り０．１０以上とする。Ｎ量（ｂ）は、好ましくは０．２０以上、より好ましくは０．２５以上である。一方、Ｎ量（ｂ）が多くなると、摩擦係数が大きくなりやすいため、Ｎ量（ｂ）は０．５０以下とする。Ｎ量（ｂ）は、好ましくは０．４５以下、より好ましくは０．４０以下である。

上記式（１）におけるＭは、Ｔｉ、ＣｒおよびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素からなるか、該元素と、第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉ、Ｙおよび希土類元素よりなる群から選択される１種以上の元素とからなる。本発明において前記希土類元素とは、ランタノイド元素（ＬａからＬｕまでの１５元素）とＳｃ（スカンジウム）を意味する。

Ｍの原子比（前記式（１）における１−ａ−ｂ）は０超であればよい。前記１−ａ−ｂは、例えば０．１０以上、更には０．２０以上とすることができる。また前記１−ａ−ｂの上限は、例えば０．６０以下、更には０．５０以下とすることができる。

前記Ｍが、Ｔｉ、ＣｒおよびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素と、第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉ、Ｙおよび希土類元素よりなる群から選択される１種以上の元素とからなる場合、前記Ｔｉ、ＣｒおよびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素のＭに占める原子比は、０．５０以上（より好ましくは０．７０以上、更に好ましくは０．８０以上）であることが好ましい。

本発明の硬質皮膜の膜厚は特に限定されない。耐摩耗性と潤滑性を十分に発揮させるには０．５μｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは１μｍ以上である。一方、膜厚が厚すぎると、切削中に膜の欠損や剥離が発生しやすくなる。よって前記膜厚は、５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３０μｍ以下である。

（本発明の硬質皮膜の製造方法）
上述した通り、Ｃ−Ｃ結合を一定以上含む本発明の硬質皮膜を形成するには、本発明で規定する方法で成膜することが有効である。即ち、磁力線がターゲットの蒸発面にほぼ直交して基材の方向に発散する磁場の形成されるアーク式蒸発源を用い、炭化水素ガスおよび窒素ガスを含有する雰囲気ガス中でアーク放電を行って前記硬質皮膜を形成する方法である。このときアークイオンプレーティング（ＡＩＰ）装置において、後述する通り、磁場形成手段である磁石がターゲットの蒸発面よりも前方（基材側）に配置されて、ターゲット蒸発面にほぼ直交して前方に（即ち、基材方向に向かって）磁力線が発散していることが、本発明の硬質皮膜を形成する上で大変有効である。

このように磁力線が前方に発散した状態を形成することによって、ターゲット（カソード）から放出された電子が、磁力線に拘束されて移動し、雰囲気中のメタンやアセチレンなどの炭化水素ガスと衝突・分解を繰り返しやすくなり、遊離Ｃが生成されやすくなる。この傾向は特に、後述する図４や図５に例示するタイプのアーク式蒸発源、特には図５に示す通り、ターゲットの蒸発面と基材との間に配置されたタイプのアーク式蒸発源を使用することによって顕著となる。上記電子の拘束に必要な磁場の強さとして、ターゲット蒸発面上で最も磁場が強い地点で２０ガウス（Ｇ）以上であることが好ましく、より好ましくは５０ガウス以上、更に好ましくは７０ガウス以上である。尚、磁場を強めるべく電圧を高めすぎると、放電が困難になったりプラズマの偏りが生じうる。よって、上記磁場の強さの上限は、ターゲット蒸発面上で最も磁場が強い地点でおおよそ１０００ガウス以下である。

本発明を実施するための装置の一例として、図２にＡＩＰ装置を示しながら簡単に説明する。

このＡＩＰ装置は、真空排気する排気口１１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基材（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を通して基材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。

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（基材（被処理体）の方向）に発散（ないし平行）して、基材（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（図２では永久磁石８）とを備えている。尚、前記ターゲットの蒸発面にほぼ直交するとは、前記ターゲットの蒸発面の法線と前記磁力線とで形成される角度が±３０°以下となるように磁場が形成されることを意味する。

前記図２における磁界形成手段としての永久磁石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、前記永久磁石に限らず、コイルとコイル電源とを備えた電磁石でも良い。後述する図４や図５に模式的に示す通り、磁力線１３がターゲット６の蒸発面Ｓの前方（基材方向）の領域を取り囲んで、基材にまで伸びるように構成されていることが好ましい。そのためには、磁石（永久磁石８や電磁石９）の配置（後述する図４の永久磁石８や図５の電磁石９を示す２つの四角の各中心を結ぶ直線）が、ターゲットの蒸発面Ｓとほぼ同じであるか、ターゲットの蒸発面Ｓと基材との間（ターゲットの蒸発面Ｓよりも基材側をいう）であることが好ましく、より好ましくは後述する図５に示す通り、前記磁石が、ターゲットの蒸発面Ｓと基材との間に配置されていることが好ましい。

また成膜を行うにあたり、同一チャンバー内に、異なる形式のアーク蒸発源が設置されていてもよい。また、スパッタ蒸発源の併設も可能である。例えば、磁力線の形態や磁場の強さが異なる複数個の上記蒸発源を、同一チャンバー内に取り付けて成膜を行うことが可能である。

本発明における雰囲気ガスは、反応ガス（窒素ガス、炭素含有ガス）と、必要に応じて用いるアシストガス（放電安定のために用いるアルゴンガスなど）で構成される。前記炭素含有ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の飽和炭化水素、エチレン、アセチレン、プロピレン、ブチレン等の不飽和炭化水素、ベンゼン等の芳香族炭化水素、メタノール、エタノール等のアルコールなどを使用することができる。また、本発明において用いられる金属ターゲットは、一般にアークイオンプレーティングで用いられているターゲットであれば問題なく使用可能であり、合金ターゲットを使用することもできる。

前記炭素含有ガスの分圧は、成膜しようとする皮膜のＣ量にもよるが、おおむね０．０１〜１Ｐａ程度である。また、窒素ガスの分圧はおおむね０．３〜数Ｐａ程度である。

皮膜形成時の基材（基板）温度は、皮膜応力を低減させる観点から２００℃以上とすることが好ましい。一方、基材温度が高すぎる場合、基材の種類にもよるが、基材が変形する場合があるため、基材温度は６００℃以下とすることが推奨される。鉄基材がＨＳＳ（高速度工具鋼、ＳＫＨ５１等）、ＳＫＤ１１、ＳＫＤ６１等の熱間工具鋼の場合には、成膜時の基材温度は、基材を構成する材料の焼き戻し温度以下にして基材の機械的特性を維持することが好ましい。前記焼き戻し温度は、例えば前記ＳＫＨ５１で５５０〜５７０℃程度、前記ＳＫＤ６１で５５０〜６８０℃、前記ＳＫＤ１１の高温焼き戻しでは５００〜５３０℃である。より好ましくは、それぞれの焼き戻し温度に対して５０℃程度低い基材温度とするのがよい。

基材（被処理体、基板）に印加するバイアス電圧は、３０Ｖ〜５００Ｖの範囲とすることができる。バイアス電圧は、好ましくは７０Ｖ以上であり、更に好ましくは１００Ｖ以上である。一方、成膜速度を高める観点から、バイアス電圧は、５００Ｖ以下とすることが好ましく、より好ましくは４００Ｖ以下、更に好ましくは３００Ｖ以下、より更に好ましくは２６０Ｖ以下であり、最も好ましくは２００Ｖ以下である。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。

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勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

［実施例１］
図２に示す装置であって、図３〜５に模式的に示す磁力線を形成する磁場形成手段を有するアーク式蒸発源を含む装置を用いて皮膜を形成した。ターゲットとしてＴｉを使用し、Ａｒ（放電安定用）＋Ｎ_２＋アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）の雰囲気ガス中で、下記の条件にてアーク放電を行った。また、前記皮膜の形成は、表１に示す通りＣ_２Ｈ_２分圧を変化させて、Ｃ量（ａ）とＣ−Ｃ結合比率（ｙ）が各々異なるＴｉ（ＣＮ）皮膜（膜厚はいずれも３０００ｎｍ）を鏡面の超硬基板上に形成した。尚、ターゲット蒸発面における最も強い磁場（ターゲット中心部の磁場）は、表１に示す通り、蒸発源として図３に示す従来の形式のアーク式蒸発源２Ａを使用した場合が約１０ガウス、蒸発源として図４に示す推奨される形式のアーク式蒸発源２を使用した場合が約７０ガウス、蒸発源として図５に示す推奨される他の形式のアーク式蒸発源２Ｂを使用した場合が約９０ガウスであった。
（成膜条件）
アーク電流：１００Ａ
基板温度：５００℃
基板バイアス：１００Ｖ
Ｎ_２分圧：０．４Ｐａ（但し、表１のＮｏ．１８は０Ｐａ）
Ａｒ分圧：１Ｐａ

得られた皮膜を用い、ＸＰＳにて、皮膜組成（Ｃ、Ｎ）と、前述の図１に例示の通り、Ｃの結合状態におけるＣ−Ｃ結合のピーク面積（ｙ１）とＣ−Ｔｉ結合のピーク面積（ｙ２）とを求めた。各ピーク面積は、ガウシアンにて近似したピーク（前記図１に示すＹ１、Ｙ２）の面積を求めた。そして、ｙ＝ｙ１／（ｙ１＋ｙ２）［Ｃ−Ｃ結合のピーク面積（ｙ１）とＣ−Ｔｉ結合のピーク面積（ｙ２）の総和に対する、Ｃ−Ｃ結合のピーク面積（ｙ１）の比率］を求めた。

また、摺動特性（潤滑性と耐摩耗性）を評価するため、ボールオンプレートタイプの往復摺動試験を以下の条件で実施した。そして、潤滑性評価のための摩擦係数（１００〜２００ｍの平均、表１におけるμ）と、耐摩耗性評価のための摩耗量（摺動痕の摩耗断面積）を測定した。これらの結果を表１に示す。
（試験条件）
ボール：ＳＵＪ２（１０ｍｍ直径）
プレート：鏡面仕上げの超硬合金
摺動振幅：１０ｍｍ
垂直荷重：２Ｎ
摺動速度：０．１ｍ／秒
摺動距離：２５０ｍ
潤滑：なし、ドライ

表１より、皮膜中のＣ量（ａ）とＣ−Ｃ結合比率（ｙ）の値が大きくなるほど、摩擦係数と摩耗量は反比例的に減少して皮膜の摺動特性（潤滑性と耐摩耗性）が高まっていることがわかる。

詳細には、Ｎｏ．１および１１は、窒化物皮膜であり、皮膜が規定量のＣを含んでいないため、摩擦係数がかなり高くなり潤滑性が低い。またＮｏ．２〜４は、炭窒化物皮膜であるが、Ｃ−Ｃ結合比率（ｙ）がゼロであるため、摩擦係数が高くなった。Ｎｏ．５は、炭窒化物皮膜でありＣ−Ｃ結合も存在するが、Ｃ−Ｃ結合比率（ｙ）が低すぎるため、摩擦係数が高くなった。Ｎｏ．１６および１７は、炭窒化物皮膜であるがＣ量（ａ）が過剰であり、Ｎｏ．１８は炭化物皮膜であるため、摩耗量が大きくなり耐摩耗性に劣る。

これに対し、Ｎｏ．６〜１０および１２〜１５は、皮膜中のＣ量（ａ）とＣ−Ｃ結合比率（ｙ）が規定の範囲内にあるため、優れた摺動特性（摩擦係数：０．３以下、かつ摩耗量：５０μｍ^２以下）を示している。その中でもＮｏ．７〜１０および１３〜１５は、前記Ｃ量（ａ）が０．１０以上であるため、摩耗量がより小さく（摩耗量：４５μｍ^２以下）、特にＮｏ．８〜１０および１３〜１５は、前記Ｃ量（ａ）が０．２０以上であるため、摩耗量が更に小さく（摩耗量：４０μｍ^２以下）、より優れた摺動特性を示すことがわかる。また、Ｃ量が同じであってもＣ−Ｃ結合比率が高い方（Ｎｏ．８と１３のうちのＮｏ．１３、Ｎｏ．１０と１５のうちのＮｏ．１５）が、摩擦係数と摩耗量の少なくともいずれかがより小さく、より優れた摺動特性を示すことがわかる。

また、蒸発源の形式として、ターゲットの蒸発面Ｓから基材に向かって磁力線１３が十分に伸びた図４や図５の蒸発源（２、２Ｂ）を用いることによって、本発明で規定の皮膜を形成できることがわかる。尚、磁場の強さが７０ガウス以上の場合、Ｃ₂Ｈ₂分圧を０．０１Ｐａ以上とすることによって、規定以上のＣ量（ａ）を確保できることがわかる。一方、磁場の強さが９０ガウスの場合、Ｃ₂Ｈ₂分圧が高くなると、Ｃ量（ａ）が規定上限を超えて過剰となり（Ｎｏ．１６および１７）、摩耗量が著しく増加することがわかる。この結果から、磁場の強さが９０ガウスの場合はＣ₂Ｈ₂分圧を０．１５Ｐａ以下とするのがよいことがわかる。更に、例えばＮｏ．６とＮｏ．１３（Ｃ₂Ｈ₂分圧はいずれも０．０５Ｐａ）、Ｎｏ．８とＮｏ．１４（Ｃ₂Ｈ₂分圧はいずれも０．１０Ｐａ）の各対比の通り、同一のＣ₂Ｈ₂分圧であっても、磁力線がターゲット蒸発面から基材にまでより伸びる図５の形式の蒸発源２Ｂを使用することによって、皮膜中のＣ量（ａ）やＣ−Ｃ結合比率（ｙ）を高めやすいことが分かる。

［実施例２］
表２に示す金属元素が種々の組成のターゲットを使用し、図５に示す形式のアーク式蒸発源２Ｂを用いて、実施例１と同様に（但し、表２に示す通りＮ_２分圧とＣ_２Ｈ_２分圧は一定）炭窒化物皮膜を形成し、実施例１と同様の評価を行った。その結果を表２に示す。

表２より、使用するターゲットの組成によらず、即ち、Ｍを構成する本発明で規定の金属元素の種類によらず、本発明で規定のＣ量とＣ−Ｃ結合比率を満たす炭窒化物の皮膜を形成することによって、潤滑性に優れる（低摩擦係数を示す）と共に耐摩耗性にも優れた皮膜を形成できることがわかる。

１ 真空容器
２，２Ａ，２Ｂ 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 永久磁石（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
１３ 磁力線
Ｗ 基材（被処理体）
Ｓ ターゲットの蒸発面

Claims (5)

1. 組成式がＭ_1-a-bＣ_aＮ_bであり（但し、前記Ｍは、Ｔｉ、ＣｒおよびＡｌよりなる群から選択される１種以上の元素からなるか、該元素と、第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉ、Ｙおよび希土類元素よりなる群から選択される１種以上の元素とからなる）、
   各元素の原子比が、
   ０．０１≦ａ≦０．５０、
   ０．１０≦ｂ≦０．５０、および
   ０＜１−ａ−ｂ
   を満たす皮膜であって、
   前記皮膜中の炭素の全結合に占める、炭素と炭素の結合比率（ｙ）が０．２以上であることを特徴とする潤滑性と耐摩耗性に優れた硬質皮膜。
2. 請求項１に記載の硬質皮膜を製造する方法であって、磁力線がターゲットの蒸発面にほぼ直交して基材の方向に発散する磁場の形成されるアーク式蒸発源を用い、炭化水素ガスおよび窒素ガスを含有する雰囲気ガス中でアーク放電を行って前記硬質皮膜を形成することを特徴とする潤滑性と耐摩耗性に優れた硬質皮膜の製造方法。
3. 前記アーク式蒸発源として、前記ターゲットの蒸発面の法線と前記磁力線とで形成される角度が±３０°以下となるように磁場が形成されるものを用いる請求項２に記載の硬質皮膜の製造方法。
4. 前記アーク式蒸発源として、前記磁場を形成する手段が前記ターゲットの蒸発面と前記基材との間に配置されたものを用いる請求項２または３に記載の製造方法。
5. 前記ターゲットの蒸発面における最も強い磁場の強さが２０ガウス以上となるように、前記磁場を形成する請求項２〜４のいずれかに記載の製造方法。