JPH0633222A - 膜被着物およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基体に対する窒化ホウ素を含む膜の密着性に
優れており、しかもこの窒化ホウ素を含む膜の密着性の
長期安定性を確保することができるようにした膜被着物
およびその製造方法を提供する。 【構成】 この膜被着物は、基体２の表面に、元素周期
表の３Ｂ族元素と４Ａ族元素および４Ｂ族元素の少なく
とも一方とを含んで成る中間層６を形成し、かつこの中
間層６と基体２との界面に両者６、２の構成元素より成
る混合層４を形成し、更に中間層６の上に窒化ホウ素を
含む膜８を形成して成る。このような膜被着物は、真空
容器内で基体に対して、３Ｂ族元素を含む物質の蒸着
と、４Ａ族元素および４Ｂ族元素の少なくとも一方を含
む物質の蒸着と、イオンの照射とを行うことによって中
間層を形成し、更にこの中間層の上に窒化ホウ素を含む
膜を形成することによって製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば切削工具、掘
削ビット等の工具、摺動部品等に用いられる膜被着物お
よびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、工具母材等の基体の耐摩耗
性、摺動性、化学的安定性等を向上させるために、窒化
ホウ素を含む膜を基体の表面に形成（被着）することが
行われて来た。

【０００３】窒化ホウ素（ＢＮ）は、結晶構造によって
立方晶系閃亜鉛鉱型のもの（ｃ−ＢＮ）、六方晶系のグ
ラファイトと類似した構造のもの（ｈ−ＢＮ）、あるい
は六方晶系のウルツ鉱型のもの（ｗ−ＢＮ）等に大別さ
れる。

【０００４】中でもｃ−ＢＮは、ダイヤモンドに次ぐ高
硬度を有しており、熱的・化学的安定性にも優れている
ことから、切削工具のような耐摩耗性を必要とする分野
に応用されており、また、電気絶縁性や高熱伝導率を有
する特徴を活かしてヒートシンク用の材料としても利用
されている。ｗ−ＢＮもｃ−ＢＮより硬度は劣るもの
の、他の窒化物より優れた硬度、熱伝導性を有している
ことにより、ｃ−ＢＮと同様の分野に応用することが期
待されている。

【０００５】これらのｃ−ＢＮやｗ−ＢＮは通常は高温
・高圧下で合成され得るものであり、これまでその膜合
成を低温下で行うことは困難であった。しかし近年、真
空蒸着とイオン照射とを併用し、蒸着原子とイオンの衝
突によって蒸着原子を励起し、非熱平衡過程によって低
温下でもｃ−ＢＮ膜を合成できる手法が盛んに試みられ
るようになった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ｃ−Ｂ
Ｎおよびｗ−ＢＮは各種基体、例えば金属や樹脂との濡
れ性に乏しく、このような窒化ホウ素を含む膜を金属等
の基体上に形成した場合、膜の密着性に乏しく実用化さ
れにくい欠点があった。

【０００７】この欠点を補うために、窒化ホウ素を含む
膜と基体との界面に元素周期表の４Ａ族元素から成る物
質を中間層として形成して、当該４Ａ族元素の化学的活
性度の高さを利用して、窒化ホウ素を含む膜の密着性を
向上させようとする試みが成されている。

【０００８】しかしながら、この手法では、窒化ホウ素
を含む膜の密着強度は向上するものの、４Ａ族元素より
成る中間層と窒化ホウ素を含む膜との間の格子定数や熱
膨張係数の違いにより、中間層上に形成される窒化ホウ
素を含む膜内に誘起される内部応力が高くなり、窒化ホ
ウ素を含む膜の密着性の長期安定性が保たれないという
問題がある。

【０００９】そこでこの発明は、基体に対する窒化ホウ
素を含む膜の密着性に優れており、しかもこの窒化ホウ
素を含む膜の密着性の長期安定性を確保することができ
るようにした膜被着物およびその製造方法を提供するこ
とを主たる目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の膜被着物は、基体の表面に、元素周期表
の３Ｂ族元素と４Ａ族元素および４Ｂ族元素の少なくと
も一方とを含んで成る中間層を形成し、かつ当該中間層
と基体との界面に両者の構成元素より成る混合層を形成
し、更に前記中間層の上に窒化ホウ素を含む膜を形成し
て成ることを特徴とする。

【００１１】また、この発明の製造方法は、真空容器内
で基体に対して、元素周期表の３Ｂ族元素を含む物質の
蒸着と、元素周期表の４Ａ族元素および４Ｂ族元素の少
なくとも一方を含む物質の蒸着と、イオンの照射とを行
うことによって、前記基体の表面に、３Ｂ族元素と４Ａ
族元素および４Ｂ族元素の少なくとも一方とを含んで成
る中間層を形成し、次いでこの中間層の上に窒化ホウ素
を含む膜を形成することを特徴とする。

【００１２】上記の場合、照射イオンとして、中間層形
成の前期には窒素よりも原子量の大きな元素のイオンを
用い、中間層形成の後期には窒素イオンを用いても良
い。

【００１３】

【作用】４Ａ族元素あるいは４Ｂ族元素は一般的に化学
的活性度が高く、従ってこのような元素の少なくとも一
方を含んで成る上記中間層は、各種基体との密着性に優
れており、またその上に形成されている窒化ホウ素を含
む膜との密着性にも優れていることから、このような中
間層を設けておくことにより、基体に対する窒化ホウ素
を含む膜の密着性が著しく向上する。

【００１４】しかもこの膜被着物では、このような中間
層と基体との界面に上記のような混合層が形成されてお
り、これがあたかも楔のような作用をするので、前述し
た化学的な活性度を利用するだけの場合よりも一層、基
体に対する中間層の、ひいては窒化ホウ素を含む膜の密
着性が向上する。

【００１５】また、上記中間層には、３Ｂ族元素も含ま
れており、当該中間層の上に形成されている窒化ホウ素
を含む膜を構成するホウ素も３Ｂ族元素の一つであるこ
とから、中間層と窒化ホウ素を含む膜との間の格子定数
や熱膨張係数の差が緩和され、その結果、窒化ホウ素を
含む膜内に誘起される内部応力が少なくなり、窒化ホウ
素を含む膜の密着性の長期安定性を確保することができ
る。

【００１６】また、上記製造方法によれば、照射イオン
と蒸着原子との衝突によって、蒸着原子が基体の表面に
押し込まれるといった作用により、上記中間層の形成と
併せて、当該中間層と基体との界面に上記のような混合
層を形成することができる。また、前記中間層の形成
は、低温下で形成することができるので、基体を高温に
加熱する必要がなく、基体の種類が限定されるといった
欠点がない。

【００１７】

【実施例】図１は、この発明に係る膜被着物の一例を示
す概略断面図である。この膜被着物は、基体２の表面
に、 元素周期表の３Ｂ族元素、ならびに、 元素周期表の４Ａ族元素および４Ｂ族元素の少なく
とも一方、 を含んで成る中間層６を形成している。かつ当該中間層
６と基体２との界面に、両者６、２の構成元素より成る
混合層４を形成し、更に中間層６の上に窒化ホウ素を含
む膜８を形成している。

【００１８】基体２の種類は特定のものに限定されるも
のではなく、例えば高速度工具鋼、超硬合金、あるいは
他の金属、セラミックス、樹脂、更にはその他のもので
も良い。またその形状も特定のものに限定されない。

【００１９】中間層６を構成する３Ｂ族元素には例えば
ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａl）が属しており、４
Ａ族元素にはチタン（Ｔi）、ジルコニウム（Ｚr）、ハ
フニウム（Ｈf）が属しており、４Ｂ族元素には例えば
炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓi）が属している。

【００２０】４Ａ族元素元素あるいは４Ｂ族元素は一般
的に化学的活性度が高く、従ってこのような元素の一方
を含んで成る上記中間層６は、各種基体２との密着性に
優れており、またその上に形成されている窒化ホウ素を
含む膜８との密着性にも優れていることから、このよう
な中間層６を設けておくことにより、基体２に対する窒
化ホウ素を含む膜８の密着性が著しく向上する。

【００２１】しかもこの膜被着物では、このような中間
層６と基体２との界面に上記のような混合層４が形成さ
れており、これがあたかも楔のような作用をするので、
前述した化学的な活性度を利用するだけの場合よりも一
層、基体２に対する中間層６の、ひいては窒化ホウ素を
含む膜８の密着性が向上する。

【００２２】また、上記中間層６には、３Ｂ族元素も含
まれており、当該中間層６の上に形成されている窒化ホ
ウ素を含む膜８を構成するホウ素も３Ｂ族元素の一つで
あることから、中間層６と窒化ホウ素を含む膜８との間
の格子定数や熱膨張係数の差が緩和され、その結果、窒
化ホウ素を含む膜８内に誘起される内部応力が少なくな
り、窒化ホウ素を含む膜８の密着性の長期安定性を確保
することができる。

【００２３】次に、上記のような膜被着物の製造方法の
例を図２を参照しながら説明する。

【００２４】図示しない真空排気装置によって真空排気
される真空容器１０内に、前述したような基体２を保持
するホルダ１２が設けられており、それに向けてこの例
では二つの蒸発源１４、１６およびイオン源２２が配置
されている。また、ホルダ１２の近傍には、この例では
膜厚モニタ２６およびイオン電流モニタ２８が配置され
ている。

【００２５】一方の蒸発源１４は、３Ｂ族元素を含む物
質１８（例えばＢ、Ａl の単体、あるいはそれらの窒化
物、酸化物）を蒸発させてそれを基体２の表面に蒸着さ
せることができる。他方の蒸発源１６は、４Ａ族元素お
よび４Ｂ族元素の少なくとも一方を含む物質２０を蒸発
させてそれを基体２の表面に蒸着させることができる。
４Ａ族元素を含む物質は、例えばＴi 、Ｚr 、Ｈf の単
体、あるいはそれらの窒化物、酸化物であり、４Ｂ族元
素を含む物質は、例えばＳi の単体、窒化物、酸化物あ
るいはＣの単体である。これらの蒸発源１４、１６の方
式は、例えば蒸発材料を電子ビーム加熱、高周波加熱あ
るいは抵抗加熱するものであるが、特定の方式に限定さ
れない。

【００２６】また、上記のような３Ｂ族元素を含む物質
の蒸着ならびに４Ａ族元素および４Ｂ族元素の少なくと
も一方を含む物質の蒸着は、上記のような真空蒸着によ
るものの他、ターゲットをスパッタさせるスパッタ蒸着
によって行っても良い。

【００２７】また、真空蒸着、スパッタ蒸着いずれの場
合も、一つの蒸発源から、３Ｂ族元素ならびに４Ａ
族元素および／または４Ｂ族元素の両方を含む混合物を
加熱あるいはスパッタによって蒸着させるようにしても
良い。

【００２８】イオン源２２は、そこから所要のイオン２
４を加速して引き出すことができるものであれば、その
方式は問わない。例えば、多極磁場型のいわゆるバケッ
ト型イオン源が大面積大電流の点で好ましいが、勿論そ
れ以外のイオン源でも良い。これから引き出すイオン２
４の種類も特定のものに限定されるものではなく、例え
ばそのエネルギーだけを利用したい場合はアルゴン等の
不活性ガスイオンを選べば良いし、窒化物を作りたい場
合は窒素イオン、あるいは不活性ガスイオンとの混合イ
オンを選べば良い。

【００２９】図１に示したような膜被着物の製造に際し
ては、まず所望の基体２をホルダ１２に取り付けた後、
真空容器１０内を真空排気して所定の真空度に保持す
る。その後、蒸発源１４および１６から前述したような
３Ｂ族元素を含む物質１８ならびに４Ａ族元素および４
Ｂ族元素の少なくとも一方を含む物質２０をそれぞれ蒸
発させ、これを基体２の表面に蒸着させる。このとき、
膜厚モニタ２６を用いて、基体２に到達する物質１８、
２０の量を計測・調整することができる。また、この物
質１８、２０の蒸着と併せて、即ち蒸着と同時、交互ま
たは蒸着後に、イオン源２２から前述したようなイオン
２４を加速して引き出してこれを基体２に向けて照射す
る。このときのイオン２４の照射量は、イオン電流モニ
タ２８で計測・調整することができる。

【００３０】これによって、基体２の表面に、前述した
ような、３Ｂ族元素と４Ａ族元素および４Ｂ族元素の少
なくとも一方を含んで成る中間層６（図１参照）を形成
することができる。

【００３１】また、照射イオン２４と蒸着原子との衝突
によって、蒸着原子が基体２の表面に押し込まれるの
で、上記中間層６の形成と併せて、当該中間層６と基体
２との界面に、両者６、２の構成元素より成る上記のよ
うな混合層４（図１参照）を簡単に形成することができ
る。

【００３２】しかも、上記のような混合層４を持った中
間層６を、ＣＶＤ法のように基体２を高温に加熱するこ
となく例えば室温のような低温下で形成することができ
る。従って、基体２の種類が限定されなくなる。

【００３３】上記の場合のイオン２４のエネルギーは、
特定のものに限定されるものではなく、例えば基体２の
耐熱性等に応じて決めれば良い。例えば、金属等の耐熱
性の高い基体の場合は、イオン２４のエネルギーを２Ｋ
ｅＶ以上にし、樹脂のような耐熱性の低いものはイオン
２４のエネルギーを２ＫｅＶ未満にすれば良い。

【００３４】また、中間層６とその上に形成される窒化
ホウ素を含む膜８との濡れ性を良くするためには、イオ
ン２４として窒素イオンを含むイオンを用いて、中間層
６を、３Ｂ族元素、４Ａ族元素および／または４Ｂ族元
素ならびに窒素より成る窒素化合物の膜にするのが好ま
しい。

【００３５】また、照射イオン２４として、中間層６の
形成の前期には、Ｎe 、Ａr 、Ｋr、Ｘe のような窒素
よりも原子量の大きな元素のイオンを用い、中間層６の
形成の後期には窒素イオンを用いても良く、そのように
すれば、基体界面における混合層４の形成が容易になっ
て基体２に対する中間層６の密着性が一層向上すると共
に、中間層６の表面近傍で窒化ホウ素を含む膜８との濡
れ性が良くなって中間層６に対する窒化ホウ素を含む膜
８の密着性も一層向上し、かつ窒化ホウ素を含む膜８の
内部応力も緩和される。その結果、窒化ホウ素を含む膜
８の密着性およびその長期安定性が一層向上する。

【００３６】また、上記のようにして形成される中間層
６内の３Ｂ族元素の原子数と４Ａ族元素の原子数あるい
は４Ｂ族元素の原子数との比率も特に限定されないが、
例えば、基体２が樹脂のようなもので、照射するイオン
２４のエネルギーとして小さいものしか用いることがで
きず、従って中間層６と基体２との界面に形成される混
合層４の厚みが大きく取れないものは、次のようにして
も良い。即ち、中間層６と基体２の界面で４Ａ族元素や
４Ｂ族元素の原子数が多くなるようにして、それの化学
的活性度の高さを利用して中間層６の密着強度を上げ、
一方中間層６の表面近傍では窒化ホウ素を含む膜８との
格子定数や熱膨張係数の差を少なくするために、３Ｂ族
元素の原子数が多くなるようにすれば良い。

【００３７】上記のようにして基体２の表面に中間層６
を形成した後、当該中間層６の上に窒化ホウ素を含む膜
８（図１参照）を形成する。この窒化ホウ素を含む膜８
の形成方法は、特定のものに限定されないが、非熱平衡
過程によって低温下でもｃ−ＢＮやｗ−ＢＮを含む窒化
ホウ素を含む膜８を形成できる観点からは、ホウ素を含
む物質の蒸着と窒素イオンを含むイオンの照射とを併用
する方法を用いるのが好ましい。

【００３８】しかも図２の装置によれば、上記のような
蒸着とイオン照射を併用する成膜方法を、その一方の蒸
発源１４または１６とイオン源２２とを用いることによ
って簡単に行うことができるだけでなく、中間層６を形
成した基体２を大気に曝すことなくその上に窒化ホウ素
を含む膜８を形成することができるので、中間層６の表
面の汚染、酸化等による窒化ホウ素を含む膜８の密着性
低下の心配もない。

【００３９】次に、この発明に従ったより具体的な実施
例と、従来例相当の比較例とについて説明する。

【００４０】（実施例１）基体２として、高速度工具鋼
（ＳＫＨ５１）を用い、これをホルダ１２に設置した
後、真空容器１０内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下の真空度
に保った。その後、電子ビームを用いた二つの蒸発源１
４、１６より、それぞれホウ素（純度９９．５％）とチ
タン（純度９９．９９％）を加熱、蒸気化して前記基体
上に蒸着させた。それと同時に、イオン源２２内に、窒
素ガス（純度９９．９９９％）を導入して（このときの
真空容器１０内の真空度は２×１０^-5Ｔｏｒｒ）イオン
化させてイオン２４として窒素イオンを引き出し、これ
を前記基体に加速エネルギー１０ＫｅＶにて照射した。

【００４１】なお、このとき、形成される膜内に含まれ
るホウ素原子と窒素原子の比（Ｂ／Ｎ組成比）は１にな
るようにし、同じく形成される膜内に含まれるチタン原
子と窒素原子の比（Ｔi／Ｎ組成比）が３になるよう
に、それぞれの元素の蒸発量と窒素イオンの照射量を調
整した。

【００４２】このようにして、基体の表面に、Ｂ−Ｔi
−Ｎ元素より成る中間層を５０ｎｍ形成した後、当該中
間層の上に窒化ホウ素を含む膜を１μｍ形成した。

【００４３】この窒化ホウ素を含む膜の形成方法は、同
じく図１の装置を用い、前記中間層形成工程の後、真空
容器１０内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下の真空度に保ち、
電子ビームを用いた蒸発源１４より、ホウ素（純度９
９．５％）を加熱、蒸気化して前記中間層上に蒸着させ
た。それと同時に、イオン源２２内に窒素ガス（純度９
９．９９９％）を導入して（このときの真空容器１０内
の真空度は２×１０^-5Ｔｏｒｒ）イオン化させてイオン
２４として窒素イオンを引き出し、これを前記基体上の
中間層に加速エネルギー１０ＫｅＶにて照射した。

【００４４】なお、このとき、形成される膜内に含まれ
るホウ素原子と窒素原子の比（Ｂ／Ｎ組成比）が１とな
るように、ホウ素の蒸発量と窒素イオンの照射量を調整
した。このようにして、窒化ホウ素を含む膜を１μｍ形
成した。

【００４５】（実施例２）実施例１と同じ基体を用い、
真空容器１０内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下の真空度に保
った後、電子ビームを用いた二つの蒸発源１４、１６よ
りそれぞれホウ素（純度９９．５％）とシリコン（純度
９９．９９％）を加熱、蒸気化して当該基体上に蒸着さ
せた。それと同時に、イオン源２２から実施例１と同様
にして窒素イオンを引き出し、これを基体に加速エネル
ギー１０ＫｅＶにて照射した。

【００４６】なお、このとき、形成される膜内に含まれ
るホウ素原子と窒素原子の比（Ｂ／Ｎ組成比）が１にな
るようにし、同じく形成される膜内に含まれるシリコン
原子と窒素原子の比（Ｓi／Ｎ組成比）が３になるよう
に、それぞれの元素の蒸発量と窒素イオンの照射量を調
整した。

【００４７】このようにして、基体の表面に、Ｂ−Ｓi
−Ｎ元素より成る中間層を５０ｎｍ形成した後、当該中
間層の上に窒化ホウ素を含む膜を１μｍ形成した。この
窒化ホウ素を含む膜の形成方法は実施例１と同じにし
た。

【００４８】（実施例３）実施例１と同じ基体を用い、
真空容器１０内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下の真空度に保
った後、電子ビームを用いた二つの蒸発源１４、１６よ
りそれぞれアルミニウム（純度９９．９９９％）とチタ
ン（純度９９．９９％）を加熱、蒸気化して当該基体上
に蒸着させた。それと同時に、イオン源２２から実施例
１と同様にして窒素イオンを引き出し、これを基体に加
速エネルギー１０ＫｅＶにて照射した。

【００４９】なお、このとき、形成される膜内に含まれ
るアルミニウム原子と窒素原子の比（Ａl／Ｎ組成比）
と、同じく形成される膜内に含まれるチタン原子と窒素
原子の比（Ｔi／Ｎ組成比）がそれぞれ１になるよう
に、それぞれの元素の蒸発量と窒素イオンの照射量を調
整した。

【００５０】このようにして、基体の表面に、Ａi−Ｔi
−Ｎ元素より成る中間層を５０ｎｍ形成した後、当該中
間層の上に窒化ホウ素を含む膜を１μｍ形成した。この
窒化ホウ素を含む膜の形成方法は実施例１と同じにし
た。

【００５１】（比較例１）実施例１と同じ基体を用い、
真空容器１０内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下の真空度に保
った後、電子ビームを用いた蒸発源２０よりチタン（純
度９９．９９％）を加熱、蒸気化して当該基体上に蒸着
させた。それと同時に、イオン源２２から実施例１と同
様にして窒素イオンを引き出し、これを基体に加速エネ
ルギー１０ＫｅＶにて照射した。

【００５２】なお、このとき、形成される膜内に含まれ
るチタン原子と窒素原子の比（Ｔi／Ｎ組成比）が３に
なるように、チタンの蒸発量と窒素イオンの照射量を調
整した。

【００５３】このようにして、基体の表面に、Ｔi−Ｎ
元素より成る中間層を５０ｎｍ形成した後、当該中間層
の上に窒化ホウ素を含む膜を１μｍ形成した。この窒化
ホウ素を含む膜の形成方法は実施例１と同じにした。

【００５４】（比較例２）実施例１と同じ基体を用い、
真空容器１０内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下の真空度に保
った後、電子ビームを用いた蒸発源２０よりシリコン
（純度９９．９９％）を加熱、蒸気化して当該基体上に
蒸着させた。それと同時に、イオン源２２から実施例１
と同様にして窒素イオンを引き出し、これを基体に加速
エネルギー１０ＫｅＶにて照射した。

【００５５】なお、このとき、形成される膜内に含まれ
るシリコン原子と窒素原子の比（Ｓi／Ｎ組成比）が３
になるように、シリコンの蒸発量と窒素イオンの照射量
を調整した。

【００５６】このようにして、基体の表面に、Ｓi−Ｎ
元素より成る中間層を５０ｎｍ形成した後、当該中間層
の上に窒化ホウ素を含む膜を１μｍ形成した。この窒化
ホウ素を含む膜の形成方法は実施例１と同じにした。

【００５７】（比較例３）実施例１と同じ基体を用い、
真空容器１０内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下の真空度に保
った後、電子ビームを用いた蒸発源１８よりホウ素（純
度９９．５％）を加熱、蒸気化して当該基体上に蒸着さ
せた。それと同時に、イオン源２２から実施例１と同様
にして窒素イオンを引き出し、これを基体に加速エネル
ギー１０ＫｅＶにて照射した。

【００５８】なお、このとき、形成される膜内に含まれ
るホウ素原子と窒素原子の比（Ｂ／Ｎ組成比）が１にな
るように、ホウ素の蒸発量と窒素イオンの照射量を調整
した。

【００５９】このようにして、基体の表面に、中間層を
形成することなく直接、窒化ホウ素を含む膜を１μｍ形
成した。

【００６０】（比較例４）実施例１と同じ基体を用い、
真空容器１０内を１×１０^-6Ｔｏｒｒ以下の真空度に保
った後、電子ビームを用いた蒸発源２０よりチタン（純
度９９．９９％）を加熱、蒸気化して当該基体上に蒸着
させた。このときイオン照射は併用しなかった。

【００６１】このようにして、基体の表面に、チタンよ
り成る中間層を５０ｎｍ形成した後、当該中間層の上に
窒化ホウ素を含む膜を１μｍ形成した。この窒化ホウ素
を含む膜の形成方法は実施例１と同じにした。

【００６２】（評価）上記実施例１〜３および比較例１
〜４のようにして基体上に窒化ホウ素を含む膜を形成し
た膜被着物について、１０ｇ荷重ビッカース硬度により
その膜の硬度を測定した。また、膜の硬度測定時に形成
される圧痕の先端のクラックの有無を調べた。更に同じ
膜被着物について、ＡＥ（アコースティックエミッショ
ン）センサ付きスクラッチ試験機によって、膜の密着強
度を測定した。これらの結果を表１に示す。

【００６３】

【表１】

【００６４】実施例１〜３および比較例１、２のものは
いずれも、優れた硬度と密着性を有していたが、比較例
１〜４のものの窒化ホウ素を含む膜にはビッカース圧痕
の先端にクラックが生じており、従ってこのような膜被
着物を例えば工具に用いた場合、窒化ホウ素を含む膜に
クラックが生じ、その結果、工具の使用中に当該窒化ホ
ウ素を含む膜の剥離が生じる恐れがある。

【００６５】また、比較例３、４のものは硬度は優れて
いるものの、実施例１〜３のものに比べると窒化ホウ素
を含む膜の密着性に劣っていた。

【００６６】

【発明の効果】以上のようにこの発明の膜被着物は、基
体と窒化ホウ素を含む膜との間に上記のような中間層を
形成しているので、更にこの中間層と基体との界面に上
記のような混合層を形成しているので、基体に対する窒
化ホウ素を含む膜の密着性に優れたものとなる。しかも
この中間層には３Ｂ族元素も含まれていてこれによって
当該中間層と窒化ホウ素を含む膜との間の格子定数や熱
膨張係数の差が緩和され、窒化ホウ素を含む膜内に誘起
される内部応力が少なくなるので、窒化ホウ素を含む膜
の密着性の長期安定性を確保することができる。

【００６７】また、この発明の製造方法によれば、照射
イオンと蒸着原子との衝突によって、蒸着原子が基体の
表面に押し込まれるので、上記中間層の形成と併せて、
当該中間層と基体との界面に上記のような混合層を簡単
に形成することができる。しかも、前記混合層を持った
中間層の形成を、基体を加熱することなく、低温下で形
成することができるので、基体の種類が限定されること
がない。

【００６８】また、照射イオンとして、中間層形成の前
期には窒素よりも原子量の大きな元素のイオンを用い、
中間層形成の後期には窒素イオンを用いれば、基体界面
における混合層の形成が容易になって中間層の密着性が
一層向上すると共に、中間層の表面近傍で窒化ホウ素を
含む膜との濡れ性が良くなって窒化ホウ素を含む膜の密
着性も一層向上し、かつ窒化ホウ素を含む膜の内部応力
も緩和されるので、窒化ホウ素を含む膜の密着性および
その長期安定性が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る膜被着物の一例を示す概略断面
図である。

【図２】この発明に係る製造方法を実施する装置の一例
を示す概略断面図である。

【符号の説明】

２ 基体 ４ 混合層 ６ 中間層 ８ 窒化ホウ素を含む膜 １０ 真空容器 １４，１６ 蒸発源 １８ ３Ｂ族元素を含む物質 ２０ ４Ａ族元素および４Ｂ族元素の少なくとも一方を
含む物質 ２２ イオン源 ２４ イオン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鞍谷 直人 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体の表面に、元素周期表の３Ｂ族元素
   と４Ａ族元素および４Ｂ族元素の少なくとも一方とを含
   んで成る中間層を形成し、かつ当該中間層と基体との界
   面に両者の構成元素より成る混合層を形成し、更に前記
   中間層の上に窒化ホウ素を含む膜を形成して成ることを
   特徴とする膜被着物。
2. 【請求項２】 真空容器内で基体に対して、元素周期表
   の３Ｂ族元素を含む物質の蒸着と、元素周期表の４Ａ族
   元素および４Ｂ族元素の少なくとも一方を含む物質の蒸
   着と、イオンの照射とを行うことによって、前記基体の
   表面に、３Ｂ族元素と４Ａ族元素および４Ｂ族元素の少
   なくとも一方とを含んで成る中間層を形成し、次いでこ
   の中間層の上に窒化ホウ素を含む膜を形成することを特
   徴とする膜被着物の製造方法。
3. 【請求項３】 前記イオンとして、中間層形成の前期に
   は窒素よりも原子量の大きな元素のイオンを用い、中間
   層形成の後期には窒素イオンを用いる請求項２記載の膜
   被着物の製造方法。