JPH09170075A

JPH09170075A - 膜形成方法

Info

Publication number: JPH09170075A
Application number: JP34801295A
Authority: JP
Inventors: Haruo Hiratsuka; 治男平塚; Akira Doi; 陽土居; Takaya Ishii; 孝也石井; Hiroshi Murakami; 浩村上; Kiyoshi Ogata; 潔緒方
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1995-12-15
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1997-06-30
Anticipated expiration: 2015-12-15
Also published as: JP2877058B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アーク式イオンプレーティング法によって、
基材の表面に、密着性および表面粗度の両方に優れた膜
を形成することができる膜形成方法を提供する。【解決手段】アーク式イオンプレーティング法によっ
て、まず基材上に下地層として窒化チタン膜を形成し、
その後その上に窒化チタン膜とは異種の膜を形成する。
しかもこの窒化チタン膜の形成を、チタンから成る陰極
１２を有し、かつその前面１２ａに反応性ガス４８を吹
き付けるガス吹付け機構４０を有するアーク式蒸発源１
０を用いて、その陰極１２の前面１２ａに反応性ガス４
８として窒素ガスを吹き付けながら行う。

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、いわゆるアーク
式イオンプレーティング法によって、基材上に、密着性
および表面の平滑性に優れた膜を形成する膜形成方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】アーク式イオンプレーティング法は、陰
極におけるアーク放電を利用して陰極物質を蒸発させる
アーク式蒸発源を用いて、当該陰極物質またはそれと雰
囲気ガス等との反応生成物を、基材に負のバイアス電圧
を印加した状態で基材上に堆積させ、膜を形成する方法
である。

【０００３】イオンプレーティング法は、切削工具、機
械部品等に対する硬質薄膜形成法として広く利用されて
いるが、その内でも特にアーク式イオンプレーティング
法は、形成される膜の密着性に優れているという特長を
有している。これは、アーク式蒸発源から蒸発させられ
る陰極物質中には、イオン化した粒子が大きな割合で含
まれており、それを基材に印加したバイアス電圧によっ
て基材に向けて加速して基材に衝突させることができる
からである。

【０００４】その他、アーク式イオンプレーティング法
は、るつぼ中で金属を溶融・蒸発させる方式の蒸発源を
用いる通常のイオンプレーティング法と比較して、互い
に異種金属から成る陰極を有する複数台の蒸発源を配置
したり、雰囲気中に導入する反応ガス種を連続的に変化
させること等によって、容易に多種の膜を連続的に積層
形成することができるという特長を有している。

【０００５】このようなアーク式イオンプレーティング
法によって、例えば切削工具、機械部品等を構成する基
材の表面を、耐摩耗性、摺動性等に優れた膜で被覆する
ことが従来から行われている。そのような膜の例とし
て、ＴｉＡｌＮ膜、ＴｉＣＮ膜、ＣｒＮ膜等がある。

【０００６】その場合、上記のような膜を基材の表面に
直に形成するよりも、例えば図１３に示す例のように、
まず基材２上に窒化チタン（ＴｉＮ）膜４を下地層とし
て形成し、その上に所望の膜６を形成する方が、膜６の
基材２に対する密着力がより向上することが知られてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、密着性
に優れた膜を形成することができるアーク式イオンプレ
ーティング法を用い、しかも窒化チタン膜４を下地層と
して介在させることによって、膜６の密着力を向上させ
ることはできるけれども、膜６の表面粗度が悪い（即ち
膜６の表面粗度が大きくて平滑性が悪い）という問題が
ある。

【０００８】これは、アーク式蒸発源においては、アー
ク放電によって陰極表面が局所的に高温になり、それに
よって陰極表面が溶融して陰極物質が蒸発するのである
が、このとき、陰極からは細かい陰極物質と共に大きな
塊の陰極物質（これはドロップレットと呼ばれる）も同
時に蒸発し、これが基材表面に付着して膜の表面粗度を
悪化させるからである。とりわけ、アルミニウム等の低
融点金属を蒸発させる場合、そのドロップレットのサイ
ズは大きく、かつその量も多くなり、膜の表面粗度は一
層悪くなる。

【０００９】また、ＴｉＣＮ膜等の形成に用いられるメ
タン等の炭化水素系の反応ガスを利用する場合には、膜
表面に付着したドロップレットを核として炭化物が成長
して、巨大粒子を形成し、これが膜の表面粗度を一層悪
化させる。

【００１０】そこでこの発明は、アーク式イオンプレー
ティング法によって、基材の表面に、密着性および表面
粗度の両方に優れた膜を形成することができる膜形成方
法を提供することを主たる目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の膜形成方法は、陰極におけるアーク放電
を利用して陰極物質を蒸発させる１台以上のアーク式蒸
発源を用いて、基材に負のバイアス電圧を印加した状態
で、まず基材上に下地層として窒化チタン膜を形成し、
その後その上に窒化チタン膜とは異種の膜を１層以上形
成する膜形成方法において、前記窒化チタン膜の形成
を、チタンから成る陰極を有する前記アーク式蒸発源を
用いて、その陰極に窒素ガスを吹き付けながら行うこと
を特徴とする。

【００１２】上記方法によれば、窒化チタン膜の形成時
にアーク式蒸発源のチタンから成る陰極に窒素ガスを吹
き付けると、アーク放電の陰極点が陰極表面に多数生
じて陰極近傍でアーク分岐が生じる、陰極表面で陰極
構成物質と窒素ガスとが反応して陰極表面に元の陰極構
成物質よりも高融点の化合物、即ちこの場合は窒化チタ
ンが形成されてそれが陰極表面での溶融部の広がりを抑
える、等の作用によって、陰極表面での粗大な溶融部の
形成が抑制され、大きな塊の陰極物質の飛散が防止され
る。その結果、基材上に表面粗度の良好な、即ち平滑性
の良好な窒化チタン膜が形成される。

【００１３】このような表面粗度の良好な窒化チタン膜
を下地層として形成し、その上に所望の膜を形成するこ
とにより、当該膜の形成時にアーク式蒸発源の陰極に必
ずしも反応性ガスを吹き付けなくても、表面粗度の良好
な膜を形成することができる。これは、下地層の表面粗
度を良好なものにすると、その上に他の膜を形成する場
合に、巨大粒子の成長する核が存在しないため、下地層
の良好な表面粗度がその上の膜の表面粗度にも反映され
る等の理由によるものと考えられる。

【００１４】以上のような作用によって、アーク式イオ
ンプレーティング法によって、基材の表面に、密着性お
よび表面粗度の両方に優れた膜を形成することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】ガス吹付け機構を有するアーク式
蒸発源の一例が、特開昭６３−１８０５６号公報に開示
されている。このアーク式蒸発源は、そのトリガ電極が
パイプ状をしていてガス吹付け機構を兼ねている。

【００１６】前述した下地層としての窒化チタン膜４の
形成に、このようなガス吹付け機構を有するアーク式蒸
発源を用いても良いけれども、図１に示すようなガス吹
付け機構を有するアーク式蒸発源１０を用いる方がより
好ましい。

【００１７】このアーク式蒸発源１０は、陰極１２と陽
極を兼ねる真空容器５０との間で真空アーク放電を生じ
させて、陰極物質１４を蒸発させるものであるが、陰極
１２の前面１２ａを含む領域に反応性ガス４８を吹き付
けるガス吹付け機構４０を備えている点に特徴を有して
いる。

【００１８】詳述すると、陰極１２は、所望の材料から
成り、前述した窒化チタン膜４の形成時はチタンから成
るものをこの陰極１２として用いる。この陰極１２は、
この例では非磁性金属から成るフランジ１６に取り付け
られており、このフランジ１６は絶縁物２０を介して非
磁性金属から成る取付板２２に取り付けられており、こ
の取付板２２は絶縁物２４を介して真空容器５０に取り
付けられている。真空容器５０は接地されている。

【００１９】フランジ１６の背面部には、陰極１２の前
面付近におけるアークの状態を制御する磁界を生じさせ
る磁石（より具体的には永久磁石）１８が取り付けられ
ている。

【００２０】フランジ１６ひいては陰極１２と真空容器
５０との間には、陰極１２側を負側にして、直流のアー
ク電源３４が接続されている。

【００２１】陰極１２の前面１２ａ近傍には、矢印Ａの
ように駆動される、アーク点弧用のトリガ電極２８が設
けられており、それと真空容器５０との間には電流制限
用の抵抗３２が接続されている。

【００２２】陰極１２の側方の周囲は、アークを広げる
ために、即ち陰極１２とそれからある程度離れたところ
の真空容器５０との間でアーク放電させるために、リン
グ状で非磁性金属から成るシールド板２６で覆われてお
り、このシールド板２６は支柱２７および抵抗３０を介
して真空容器５０に接続されている。

【００２３】ガス吹付け機構４０は、この例では、シー
ルド板２６の内周部に取り付けられていて、陰極１２の
前面１２ａに向いた複数のほぼ均等に配置されたガス吹
出し口４６を有するリング状部４４と、このリング状部
４４に反応性ガス４８を供給するガス供給パイプ４２と
を備えている。このガス供給パイプ４２に、ガス源から
流量調節器（いずれも図示省略）を経由して反応性ガス
４８が供給される。

【００２４】ガス供給パイプ４２およびリング状部４４
は、シールド板２６と同電位にされている。このように
すると、陰極１２とガス供給パイプ４２およびリング状
部４４との間で異常な放電が起こるのを防止することが
できる。これは、アーク電源３４の正側（即ち陽極兼用
の真空容器５０側）とガス供給パイプ４２等との間には
抵抗３０が介在することになるので、陰極１２からガス
供給パイプ４２等へ放電が起ころうとしても、それが抵
抗３０によって阻止されるからである。

【００２５】反応性ガス４８は、陰極１２を構成する物
質と反応して化合物、より具体的には陰極物質よりも融
点の高い化合物を作るものであれば良く、例えば窒素ガ
ス、炭化水素系ガス、酸素ガス等である。より具体的を
示せば、前述した窒化チタン膜４を形成する場合は、陰
極１２がチタンで反応性ガス４８が窒素ガスであり、こ
の場合は両者が化合して窒化チタン（ＴｉＮ）が形成さ
れる。

【００２６】このアーク式蒸発源１０においては、トリ
ガ電極２８を陰極１２の前面１２ａに接触させて最初の
火花を発生させた後、トリガ電極２８を陰極１２より引
き離すと、陰極１２の前面１２ａと陽極を兼ねる真空容
器５０との間にアーク放電が発生してそれが持続され、
それによって陰極１２の前面１２ａが溶融されてそこか
ら陰極物質１４が蒸発する。

【００２７】その際、ガス吹付け機構４０のガス吹出し
口４６から、陰極１２の前面１２ａを含む領域に反応性
ガス４８を吹き付けながら陰極１２においてアーク放電
を生じさせると、アーク放電の陰極点が陰極表面に多
数生じて陰極１２の前面１２ａ近傍でアーク分岐が生じ
る、陰極１２の前面１２ａで陰極構成物質と反応性ガ
ス４８とが反応して陰極前面１２ａに元の陰極構成物質
よりも高融点の化合物が形成されてそれが陰極前面１２
ａでの溶融部の広がりを抑える、等の作用によって、陰
極前面１２ａでの粗大な溶融部の形成が抑制され、大き
な塊の陰極物質１４の飛散が防止される。その結果、基
材上に表面粗度の良好な、即ち平滑性の良好な膜を形成
することができる。

【００２８】従って、前述した下地層としての窒化チタ
ン膜４の形成を、このようなアーク式蒸発源１０を用い
たアーク式イオンプレーティング法によって行うと、即
ち基材２に負のバイアス電圧を印加した状態で、チタン
から成る陰極１２の前面１２ａに反応性ガス４８として
窒素ガスを吹き付けながら行うと、ドロップレットの飛
散を防止して、基材２上に表面粗度の良好な窒化チタン
膜４を形成することができる。そして基材２上にこのよ
うな表面粗度の良好な窒化チタン膜４を下地層として形
成し、更にその上に前述したＴｉＡｌＮ膜、ＴｉＣＮ
膜、ＣｒＮ膜等の窒化チタン膜４とは異種の所望の膜６
をアーク式イオンプレーティング法で形成することによ
り、当該膜６の形成時にアーク式蒸発源１０の陰極１２
に必ずしも反応性ガス４８を吹き付けなくても、表面粗
度の良好な膜６を形成することができる。これは、下地
層の表面粗度を良好なものにすると、その上に他の膜６
を形成する場合に、巨大粒子の成長する核が存在しない
ため、下地層の良好な表面粗度がその上の膜６の表面粗
度にも反映される等の理由によるものと考えられる。

【００２９】また、基材２上に形成する窒化チタン膜４
および膜６の密着性は、いずれの膜もアーク式イオンプ
レーティング法を用いて形成するので、前述したような
理由からいずれも良好なものとなる。

【００３０】以上の結果、アーク式イオンプレーティン
グ法によって、基材２の表面に、密着性および表面粗度
の両方に優れた膜６を形成することができる。

【００３１】その結果、上記のような膜形成方法を、例
えば、ドリル、超硬チップ等の切削工具やその他の機械
部品等の表面を耐摩耗性等の特性を有する膜で被覆する
ことに用いれば、当該切削工具や機械部品の寿命を大幅
に延ばすことが可能になる。

【００３２】なお、上の膜６の形成時は、アーク式蒸発
源１０の陰極１２に反応性ガス４８を吹き付けても良い
し、吹き付けなくても良い。反応性ガス４８を吹き付け
ない場合は、このアーク式蒸発源１０は従来型のアーク
式蒸発源と同じになる。但し反応性ガス４８を吹き付け
る方が、膜６の形成時においても前述したような理由か
らドロップレットの飛散が防止されるので、膜６の表面
粗度をより一層向上させることができる。

【００３３】また、下地層上の膜６の表面粗度が良好に
なる結果、更にその上にそれとは異種の膜を形成する場
合も、下の膜６の良好な表面粗度が反映される結果、そ
の膜の表面粗度も良好なものになる。また、その膜の密
着性は、アーク式イオンプレーティング法を用いるので
勿論良い。膜６上に複数の異種膜を積層する場合も同様
である。

【００３４】また、前述した、トリガ電極がガス吹付け
機構を兼ねているアーク式蒸発源では、トリガ電極の先
端部のガス吹出し口が常に陰極の前方に位置しているた
め、当該アーク式蒸発源を使用するにつれて、ガス吹出
し口に陰極物質が付着してガス吹出し口が塞がり、陰極
への安定した反応ガスの供給が困難になるので、頻繁に
トリガ電極を交換しなければならないという課題があっ
たが、上記アーク式蒸発源１０では、トリガ電極２８を
パイプ状にしてそこから反応ガスを吹き付ける必要はな
いので、その先端部が陰極物質１４によって塞がるとい
う問題は生じない。しかも、ガス吹付け機構４０のガス
吹出し口４６を、陰極１２の前方を避けて、陰極１２の
側方近傍に配置しているので、アーク放電によって陰極
１２の前面１２ａから蒸発する陰極物質１４が当該ガス
吹出し口４６に付着してガス吹出し口４６を塞ぐ可能性
も少ない。従って、部品交換やガス吹出し口４６の清掃
等の作業が減るので、メンテナンスに要する時間が短縮
されると共に、交換部品の低減を図ることができる。

【００３５】次に、より具体的な実施例を幾つか説明す
る。

【００３６】〈実施例１〉図２に示すように、真空容器
５０の互いに向かい合った二つの壁面に、前述したアー
ク式蒸発源１０を１機ずつ設置したアーク式イオンプレ
ーティング装置において、各陰極１２はＴｉ金属とし
た。基材２は、鏡面研磨された板状の高速度鋼を用い、
これをホルダ５２に取り付け、それにバイアス電源５４
から負のバイアス電圧を印加するようにした。

【００３７】まず、基材２上に下地のＴｉＮ膜を形成し
た。その方法は、各蒸発源１０のガス吹付け機構４０
（図１参照。以下同じ）からそれぞれ５００ｍｌ／ｍｉ
ｎの窒素ガスを陰極１２に吹き付けながら、各１００Ａ
の電流のアーク放電によって、−２００Ｖのバイアス電
圧が印加された基材２にＴｉＮ膜を形成した。更にその
下地のＴｉＮ膜の上に、吹き付けガス中にメタンガス
（ＣＨ₄）を２００ｍｌ／ｍｉｎで加えることによっ
て、ＴｉＣＮ膜を３μｍ積層した。この実施例１では、
下地層のＴｉＮ膜の厚さをそれぞれ０．０５、０．１、
０．５、１．０、２．０、３．０、５．０μｍとして、
その上に３μｍのＴｉＣＮ膜を積層した７例について検
討した。なお、陰極１２に反応性ガスを吹き付ける場
合、真空容器５０内にその壁面から吹き付けガスと同種
の反応性ガス５６を導入しても良いし、導入しなくても
良いが、この実施例では導入しなかった（以下も同
様）。

【００３８】図３は、上記７例のＴｉＮ膜の各膜厚の場
合のＴｉＣＮ膜の表面粗度（最大表面粗さＲｍａｘ）を
示したものである。同図中には比較例として、アーク式
蒸発源１０を、そのガス吹付け機構４０を用いずに（即
ち陰極１２に反応性ガス４８を吹き付けずに）、真空容
器５０の壁面から反応性ガス５６を導入するだけの従来
型のアーク式蒸発源として用いて成膜した、下地のＴｉ
Ｎ膜が無いもの（比較例１）と、下地のＴｉＮ膜が２μ
ｍのもの（比較例２）とにＴｉＣＮ膜を３μｍ積層した
例を示している。

【００３９】図３から、上記実施例１においては、特に
下地層の厚さが０．１μｍ以上では、ＴｉＮ膜の表面粗
度が１．５μｍ程度以下となり、表面粗度の改善に際立
った効果が見られることが分かる。０．０５μｍの厚さ
の下地層で表面粗度の改善効果が低いのは、ＴｉＮ膜の
一様な成長が不十分なことに起因しているものと思われ
る。また、ＴｉＮ膜の厚さが２μｍ以上で、僅かながら
表面粗度が上昇するのは、下地のＴｉＮ膜は平滑な膜と
はいえ、その膜厚の増加と共に下地の表面粗度が幾分悪
くなるからであると考えられる。

【００４０】図４は、スクラッチ試験法による基材上の
膜の密着強度（臨界密着強度）を示したものである。下
地層のＴｉＮ膜の厚さが０．１μｍ以上では、実施例１
の各膜は比較例２よりも大きな密着強度を示している。
特に、ＴｉＮ膜の厚さが１μｍ以上では５０Ｎを超えて
おり、極めて密着性が良いことが分かる。この結果か
ら、基材上の膜の密着性は、下地層の密着性に依存して
いると考えられる。その密着強度の傾向は、表面粗度と
同様の傾向を示しており、表面粗度が良いことが、スク
ラッチ試験による密着性も良いといえる結果となってい
る。

【００４１】以上の結果から、下地層の上に形成される
膜の密着性および表面粗度を向上させる効果を十分に上
げるためには、下地層のＴｉＮ膜の膜厚は、０．１μｍ
〜５μｍの範囲内にするのが好ましいことが分かる。

【００４２】〈実施例２〉高速度鋼ドリルに実施例１と
同一条件でＴｉＣＮ／ＴｉＮ積層膜を被覆し（実施例
２）、同様に、アーク式蒸発源１０をガス吹き付けを行
わない従来型のアーク式蒸発源として用いて被覆したド
リル（比較例３）とで切削寿命を比較した。比較は、下
地層のＴｉＮ膜の膜厚が２μｍのもので行った。基材の
ドリルは、１０ｍｍφ、被削材は、２５ｍｍ厚のプレハ
ードン鋼（ＨＲＣ＝４０）を使用した。切削条件は、回
転数１０００回転／ｍｉｎ、送り０．１２ｍｍ／ｒｅｖ
で、油性切削油を使用した。切削寿命は、貫通試験で焼
き付くまでとした。図５は、その切削寿命を切削長で示
したものである。実施例２のものは、比較例３に比べて
ほぼ２倍の寿命をもっている。これから、表面粗度およ
び密着性の両方が良好な膜を得ることによって、切削工
具の切削寿命を大幅に延ばすことができることが分か
る。

【００４３】〈実施例３〉真空容器５０の互いに向かい
合った二つの壁面に、前述したアーク式蒸発源１０を２
機ずつ、合計４機設置したアーク式イオンプレーティン
グ装置において、各壁のアーク式蒸発源１０の陰極１２
をＴｉとＴｉＡｌ（Ｔｉ_0.5Ａｌ_0.5）とにして、基材
２は板状の超硬合金とし、まずＴｉ陰極を有する対向す
る二つのアーク式蒸発源１０を使用して、各５００ｍｌ
／ｍｉｎの窒素ガスをそれぞれのガス吹付け機構４０か
らＴｉ陰極に吹き付けながら、各１００Ａの電流のアー
ク放電によって、−２００Ｖのバイアス電圧が印加され
た基材２上にＴｉＮ膜をまず０．１μｍ形成し、その後
その上に、ＴｉＡｌ陰極を有する対向する二つのアーク
式蒸発源１０をガス吹き付けを行わない従来型のアーク
式蒸発源として使用して、真空容器５０の壁面から反応
性ガス５６として窒素ガスを導入しながら、ＴｉＡｌＮ
膜を３μｍ積層した。

【００４４】このようにして得られたこの実施例３のＴ
ｉＡｌＮ／ＴｉＮ積層膜の表面の光学顕微鏡写真を図６
に示す。図７および図８は比較例である。図７は、各ア
ーク式蒸発源１０をガス吹き付けを行わない従来型のア
ーク式蒸発源として用いて形成した、実施例３と同じ膜
厚構成のＴｉＡｌＮ／ＴｉＮ積層膜（比較例４）、図８
は、各アーク式蒸発源１０を同じく従来型のアーク式蒸
発源として用いて形成した膜厚は同一のＴｉＡｌＮ単層
膜（比較例５）の表面の光学顕微鏡写真である。両比較
例の場合は、真空容器５０の壁面から反応性ガス５６と
して窒素ガスを導入した。図６の実施例３の膜は、比較
例４および５のものに比べて、表面の巨大粒子の大きさ
も量も抑制されて、良好な表面粗度を持つことが分か
る。また、この実施例３の膜のスクラッチ試験法による
膜の密着強度は、６０Ｎであった。これに対して比較例
４、５のそれは、それぞれ３８Ｎ、４３Ｎであった。こ
のことから、実施例３の膜が、表面粗度だけでなく密着
力においても優れていることが分かる。

【００４５】〈実施例４〉実施例３のＴｉＡｌＮ／Ｔｉ
Ｎ積層膜を超硬合金のフライスカッター用チップに被覆
し（実施例４）、それと同様のフライスカッター用チッ
プに比較例４と同じ条件で被覆した比較例６との切削摩
耗試験による比較を実施した。被削材はＳ４８Ｃ材を使
用した。切削条件は、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、送り
０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み２．０ｍｍで乾式で行
った。摩耗の進行は、逃げ面の摩耗量を計測した。その
結果を図９に示す。実施例４では、比較例６に比べてほ
ぼ１／３の摩耗であり、耐摩耗特性が大幅に向上してい
ることが分かる。

【００４６】〈実施例５〉実施例３の場合と同一の装置
を使用して、ＴｉＡｌ陰極に換えてＣｒ陰極を設置し、
鏡面研磨された高速度綱の基材２に、まず、対向する二
つのアーク式蒸発源１０のＴｉ陰極に窒素ガスを吹き付
けながら、バイアス電圧−２００Ｖ、各１００Ａのアー
ク放電によって、ＴｉＮ膜を２μｍ形成し、更にその上
に、Ｃｒ陰極を有する対向する二つのアーク式蒸発源１
０をガス吹き付けを行わない従来型のアーク式蒸発源と
使用して、真空容器５０の壁面から反応性ガス５６とし
て窒素ガスを導入しながら、３μｍのＣｒＮ膜を積層し
た。このようにして得られた実施例５のＣｒＮ／ＴｉＮ
積層膜表面の光学顕微鏡写真を図１０に示す。比較例と
して、各アーク式蒸発源１０をガス吹き付けを行わない
従来型のアーク式蒸発源として使用して形成した５μｍ
のＣｒＮ単層膜（比較例７）、同じく各アーク式蒸発源
１０を従来型のものとして使用して形成した、実施例５
と同じ膜厚構成のＣｒＮ／ＴｉＮ積層膜（比較例８）の
表面の光学顕微鏡写真をそれぞれ図１０、図１１に示
す。両比較例の場合は、真空容器５０の壁面から反応性
ガス５６として窒素ガスを導入した。表面粗度は、実施
例５のものが極めて良好で、次いで、比較例７、比較例
８のものの順である。表面粗度の測定値は、それぞれ最
大表面粗さで１．２、１．８、２．９μｍであった。こ
れから、ＣｒＮの下地層であるＴｉＮ膜の表面粗度を改
善することによって、ＣｒＮ単層の場合よりも表面を平
滑にすることができることが分かる。スクラッチ試験法
による密着強度は、それぞれ、５８、５７、５４Ｎで、
この場合は大きな改善はみられなかった。

【００４７】なお、下地層のＴｉＮ膜の上に１層以上形
成する膜は、上記ＴｉＡｌＮ膜、ＴｉＣＮ膜、ＣｒＮ膜
に限らず、それらと同様に耐摩耗性被膜として用いられ
ている、元素周期表の４Ａ族、５Ａ族または６Ａ族の窒
化物、炭化物または炭窒化物から成る膜でも良い。

【００４８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、下地層
としての窒化チタン膜の形成を、チタンから成る陰極を
有するアーク式蒸発源を用いてその陰極に窒素ガスを吹
き付けながら行うことによって、基材上に表面粗度の良
好な窒化チタン膜を形成することができる。そしてこの
ような表面粗度の良好な窒化チタン膜の上にそれとは異
種の膜を形成することにより、当該膜の形成時にアーク
式蒸発源の陰極に必ずしも反応性ガスを吹き付けなくて
も、表面粗度の良好な膜を形成することができる。その
結果、アーク式イオンプレーティング法によって、基材
の表面に、密着性および表面粗度の両方に優れた膜を形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る膜形成方法に使用する、ガス吹
付け機構を有するアーク式蒸発源の一例を示す断面図で
ある。

【図２】図１に示したアーク式蒸発源を２機備えるアー
ク式イオンプレーティング装置の一例を示す概略図であ
る。

【図３】基材上に形成したＴｉＣＮ／ＴｉＮ積層膜の表
面粗度の測定結果の一例を示す図である。

【図４】基材上に形成したＴｉＣＮ／ＴｉＮ積層膜の密
着強度の測定結果の一例を示す図である。

【図５】ＴｉＣＮ／ＴｉＮ積層膜を被覆したドリルの切
削寿命の測定結果の一例を示す図である。

【図６】実施例の方法によって形成したＴｉＡｌＮ／Ｔ
ｉＮ積層膜表面の光学顕微鏡写真であり、倍率は４００
倍である。

【図７】比較例の方法によって形成したＴｉＡｌＮ／Ｔ
ｉＮ積層膜表面の光学顕微鏡写真であり、倍率は４００
倍である。

【図８】比較例の方法によって形成したＴｉＡｌＮ単層
膜表面の光学顕微鏡写真であり、倍率は４００倍であ
る。

【図９】ＴｉＡｌＮ／ＴｉＮ積層膜を被覆したフライス
カッター用チップの切削摩耗試験結果の一例を示す図で
ある。

【図１０】実施例の方法によって形成したＣｒＮ／Ｔｉ
Ｎ積層膜表面の光学顕微鏡写真であり、倍率は４００倍
である。

【図１１】比較例の方法によって形成したＣｒＮ単層膜
表面の光学顕微鏡写真であり、倍率は４００倍である。

【図１２】比較例の方法によって形成したＣｒＮ／Ｔｉ
Ｎ積層膜表面の光学顕微鏡写真であり、倍率は４００倍
である。

【図１３】基材上に窒化チタン膜を下地層として形成
し、その上に窒化チタン膜とは異種の膜を１層形成した
例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

２基材４窒化チタン膜６膜１０アーク式蒸発源１２陰極１４陰極物質４０ガス吹付け機構４８反応性ガス５０真空容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上浩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 (72)発明者緒方潔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

【特許請求の範囲】

【請求項１】陰極におけるアーク放電を利用して陰極
物質を蒸発させる１台以上のアーク式蒸発源を用いて、
基材に負のバイアス電圧を印加した状態で、まず基材上
に下地層として窒化チタン膜を形成し、その後その上に
窒化チタン膜とは異種の膜を１層以上形成する膜形成方
法において、前記窒化チタン膜の形成を、チタンから成
る陰極を有する前記アーク式蒸発源を用いて、その陰極
に窒素ガスを吹き付けながら行うことを特徴とする膜形
成方法。
【請求項２】前記窒化チタン膜の厚さを０．１μｍ〜
５μｍにする請求項１記載の膜形成方法。