JPWO2008050384A1 - Hard laminate coating, hard laminate coating tool, and method for forming coating - Google Patents
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Abstract
図1に示すように、エンドミル10の刃部14に設けられた硬質積層被膜20は、MX(BaCbOcN1-a-b-c)にて構成されている第1被膜22と、ZQ(BdCeOfN1-d-e-f)にて構成されている第2被膜24とが交互に積層されたもので、2種類の金属元素MXおよびZQは互いに相違しているため、同じ金属元素を含んでいる場合に比較して優れた耐摩耗性が得られる。また、MX合金を第1ターゲットとして第1被膜22を形成するとともにZQ合金を第2ターゲットとして第2被膜を形成するため、M、X、Z、Qの単体金属をターゲットとして第1被膜22、第2被膜24を形成する場合に比較して、一層高い耐摩耗性が得られる。更に、第1被膜22および第2被膜24の積層周期tが0.2nm〜100nmの範囲内であるため、両被膜22、24の特性を享受しつつ薄膜化による被膜硬さ(耐摩耗性)の向上効果が安定して得られる。このように、2種類の金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が一層好適に得られるようになり、総合的に耐摩耗性が一層向上する。As shown in FIG. 1, the hard laminated film 20 provided on the blade part 14 of the end mill 10 is composed of a first film 22 made of MX (BaCbOcN1-abc) and ZQ (BdCeOfN1-def). Since the two metal elements MX and ZQ are different from each other, the wear resistance superior to that of the case where the same metal element is contained. Is obtained. In addition, in order to form the first coating 22 using the MX alloy as the first target and to form the second coating using the ZQ alloy as the second target, the first coating 22 using a single metal of M, X, Z, and Q as a target, Compared with the case where the second coating 24 is formed, higher wear resistance is obtained. Furthermore, since the lamination period t of the first coating 22 and the second coating 24 is in the range of 0.2 nm to 100 nm, the coating hardness (abrasion resistance) due to thinning while enjoying the characteristics of both coatings 22 and 24. Can be stably obtained. As described above, the effect of improving the film hardness by alloying, thinning, and multilayering of two kinds of metal elements can be obtained more suitably, and the wear resistance is further improved comprehensively.
Description
本発明は硬質積層被膜に係り、特に、組成が異なる2種類の被膜を交互に多数積層した耐摩耗性に優れた硬質積層被膜の改良に関するものである。 The present invention relates to a hard laminated film, and more particularly to improvement of a hard laminated film having excellent wear resistance in which a large number of two kinds of films having different compositions are alternately laminated.
高速度工具鋼や超硬合金等の工具母材などの所定の部材の表面に設ける耐摩耗性の硬質被膜として、組成が異なる2種類の第1被膜および第2被膜を交互に多数積層した種々の硬質積層被膜が提案されている。特許文献1、2に記載の硬質積層被膜はその一例で、元素の周期律表のIVa族、Va族、VIa族の金属元素、或いはAlなどの窒化物や炭化物等から成る2種類の被膜が数nm〜数百nm程度の積層周期で繰り返し積層されている。すなわち、第1被膜および第2被膜の薄膜化や多層化、金属元素の合金化等の種々の手段により、被膜硬さや耐摩耗性の向上が図られている。
しかしながら、このような硬質積層被膜の第1被膜および第2被膜の積層周期(膜厚)が適当でなかったり、それ等の第1被膜および第2被膜が同じ金属元素を含んでいたりすると、被膜硬さの向上効果が十分に得られない場合があった。また、第1被膜や第2被膜が2種類の金属元素を含む場合に、それ等の金属元素を別々のターゲットから蒸発させると、2種類の金属元素の合金をターゲットとして蒸発させた場合に比較して硬さが低くなることがあり、未だ改善の余地があった。 However, if the lamination period (film thickness) of the first and second hard film layers is not appropriate, or if the first film and the second film contain the same metal element, the film In some cases, the effect of improving the hardness could not be sufficiently obtained. In addition, when the first film and the second film contain two kinds of metal elements, if these metal elements are evaporated from different targets, it is compared with the case where the alloy of two kinds of metal elements is evaporated as a target. As a result, the hardness may be lowered, and there is still room for improvement.
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、金属元素を含む2種類の被膜を交互に多数積層した硬質積層被膜において、金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が一層好適に得られるようにして、耐摩耗性を一層向上させることにある。 The present invention has been made in the background of the above circumstances, and its object is to form a metal element alloyed or thinned in a hard laminated film in which a large number of two kinds of films containing a metal element are alternately laminated. The effect of improving the hardness of the coating film due to the multi-layering is to be obtained more suitably and to further improve the wear resistance.
かかる目的を達成するために、第1発明は、組成が異なる2種類の第1被膜および第2被膜が所定の部材の表面上に交互に多数積層された耐摩耗性に優れた硬質積層被膜であって、(a) 前記第1被膜は、MX(Ba Cb Oc N1-a-b-c )〔但し、MおよびXはそれぞれ元素の周期律表のIVa族、Va族、VIa族、Al、Si、およびYから選択される2種類の異なる金属元素、a、b、cはそれぞれ原子比で、0≦a≦0.2、0≦b≦0.3、0≦c≦0.1の範囲内〕にて構成され、MX合金をターゲットとしてPVD法により形成されている一方、(b) 前記第2被膜は、ZQ(Bd Ce Of N1-d-e-f )〔但し、ZおよびQは何れも前記M、Xと異なるとともにそれぞれ元素の周期律表のIVa族、Va族、VIa族、Al、Si、およびYから選択される2種類の異なる金属元素、d、e、fはそれぞれ原子比で、0≦d≦0.2、0≦e≦0.3、0≦f≦0.1の範囲内〕にて構成され、ZQ合金をターゲットとしてPVD法により形成されており、且つ、(c) その第1被膜の膜厚と第2被膜の膜厚を合わせた積層周期tは0.2nm〜100nmの範囲内であることを特徴とする。In order to achieve such an object, the first invention is a hard laminated film having excellent wear resistance in which a large number of two kinds of first and second films having different compositions are alternately laminated on the surface of a predetermined member. there are, (a) the first coating, MX (B a C b O c N 1-abc) [However, IVa of the periodic table of M and X, respectively the elements, Va group, VIa group, Al, Two different metal elements selected from Si and Y, a, b, and c are atomic ratios of 0 ≦ a ≦ 0.2, 0 ≦ b ≦ 0.3, and 0 ≦ c ≦ 0.1, respectively. is constituted by a range], while being formed by a PVD method MX alloy as a target, (b) the second coating, ZQ (B d C e O f N 1-def) [where, Z and Q Are different from M and X, respectively, and are selected from groups IVa, Va, VIa, Al, Si, and Y of the periodic table of elements. The two different metal elements, d, e, and f, are atomic ratios, and are comprised of 0 ≦ d ≦ 0.2, 0 ≦ e ≦ 0.3, and 0 ≦ f ≦ 0.1. , And formed by the PVD method using a ZQ alloy as a target, and (c) the stacking period t of the thickness of the first coating and the thickness of the second coating is in the range of 0.2 nm to 100 nm. It is characterized by that.
第2発明は、第1発明の硬質積層被膜において、前記第1被膜および前記第2被膜が前記積層周期tで繰り返し積層された前記硬質積層被膜の総膜厚Dは0.2μm〜10μmの範囲内であることを特徴とする。 According to a second invention, in the hard laminated film of the first invention, the total film thickness D of the hard laminated film in which the first film and the second film are repeatedly laminated at the lamination period t is in the range of 0.2 μm to 10 μm. It is characterized by being within.
第3発明は、第1発明または第2発明の硬質積層被膜において、前記第1被膜および前記第2被膜における前記BCONの成分組成は互いに等しいことを特徴とする。 A third invention is characterized in that in the hard laminated film of the first invention or the second invention, the component compositions of the BCON in the first film and the second film are equal to each other.
第4発明は、硬質積層被膜被覆工具に関するもので、第1発明〜第3発明の何れかの硬質積層被膜で表面が被覆されていることを特徴とする。 4th invention is related with the hard laminated film coating tool, The surface is coat | covered with the hard laminated film in any one of 1st invention-3rd invention, It is characterized by the above-mentioned.
第5発明は、第3発明の硬質積層被膜をPVD法により所定の部材に形成する被膜形成方法であって、(a) 前記処理容器内において、外周部に前記部材を保持して一中心線まわりに回転駆動される回転テーブルと、(b) その回転テーブルの周囲に互いに周方向に離間して配設された前記MX合金から成る第1ターゲットおよび前記ZQ合金から成る第2ターゲットと、(c) 前記BCONの成分組成に応じて定められた所定の反応ガスを前記処理容器内に供給する反応ガス供給装置と、を有する被膜形成装置を用いて、(d) 前記回転テーブルを前記一中心線まわりに一方向へ連続回転させることにより、前記部材が前記第1ターゲットおよび前記第2ターゲットの前を交互に周期的に通過させられる一方、前記反応ガスを前記処理容器内に供給するとともに、前記第1ターゲットおよび前記第2ターゲットからそれぞれ前記MX合金および前記ZQ合金を蒸発させることにより、それ等のMX合金およびZQ合金をそれぞれ前記反応ガスと反応させ、前記部材が第1ターゲット前を通過する際にはその部材の表面に前記第1被膜が形成され、第2ターゲット前を通過する際にはその部材の表面に前記第2被膜が形成されることにより、その部材の表面に第1被膜と第2被膜とを交互に連続的に積層することを特徴とする。 The fifth invention is a film forming method for forming the hard laminated film of the third invention on a predetermined member by the PVD method, and (a) holding the member on the outer peripheral portion in the processing container and holding one center line (B) a first target made of the MX alloy and a second target made of the ZQ alloy, which are arranged around the turntable and spaced apart from each other in the circumferential direction; c) a film forming apparatus having a reaction gas supply device that supplies a predetermined reaction gas determined according to the component composition of the BCON into the processing container, and (d) the rotary table is the one center By continuously rotating the member around the line in one direction, the member can be passed periodically in front of the first target and the second target alternately, while the reaction gas is supplied into the processing container. Both the MX alloy and the ZQ alloy are evaporated from the first target and the second target, respectively, so that the MX alloy and the ZQ alloy react with the reaction gas, respectively, and the member is in front of the first target. The first coating is formed on the surface of the member when passing through the surface, and the second coating is formed on the surface of the member when passing in front of the second target, so that the surface of the member is formed. The first film and the second film are alternately and continuously laminated.
第6発明は、第5発明の被膜形成方法において、前記第1ターゲットは、前記回転テーブルの周囲に等角度間隔で複数配設されているとともに、前記第2ターゲットは、その第1ターゲットと同じ数だけ前記回転テーブルの周囲に等角度間隔で配設されており、その回転テーブルの1回転で前記第1被膜および前記第2被膜を前記部材の表面に複数周期積層することを特徴とする。 A sixth invention is the film forming method of the fifth invention, wherein a plurality of the first targets are arranged at equiangular intervals around the rotary table, and the second target is the same as the first target. It is characterized in that the first coating and the second coating are laminated on the surface of the member a plurality of periods by one rotation of the rotary table.
第1発明の硬質積層被膜は、MX(Ba Cb Oc N1-a-b-c )にて構成されている第1被膜と、ZQ(Bd Ce Of N1-d-e-f )にて構成されている第2被膜とが交互に積層されたもので、2種類の金属元素MXおよびZQは互いに相違しているため、同じ金属元素を含んでいる場合に比較して優れた耐摩耗性が得られる。また、MX合金をターゲットとして第1被膜を形成するとともにZQ合金をターゲットとして第2被膜を形成するため、M、X、Z、Qの単体金属をターゲットとして第1被膜、第2被膜を形成する場合に比較して、一層高い耐摩耗性が得られる。更に、第1被膜および第2被膜の積層周期tが0.2nm〜100nmの範囲内であるため、両被膜の特性を享受しつつ薄膜化による被膜硬さ(耐摩耗性)の向上効果が安定して得られる。すなわち、この第1発明の硬質積層被膜によれば、2種類の金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が一層好適に得られるようになり、総合的に耐摩耗性が一層向上するのである。Hard multilayer coating of the first invention is constituted by MX (B a C b O c N 1-abc) a first coat which is constituted by, ZQ (B d C e O f N 1-def) Since the two metal elements MX and ZQ are different from each other, excellent wear resistance is obtained as compared with the case where the second metal film contains the same metal element. It is done. In addition, since the first film is formed using the MX alloy as a target and the second film is formed using the ZQ alloy as a target, the first film and the second film are formed using a single metal of M, X, Z, and Q as a target. Compared to the case, higher wear resistance can be obtained. Furthermore, since the lamination period t of the first film and the second film is in the range of 0.2 nm to 100 nm, the effect of improving the film hardness (wear resistance) by thinning is stable while enjoying the characteristics of both films. Is obtained. That is, according to the hard laminated film of the first invention, the effect of improving the film hardness by alloying, thinning, and multilayering of two kinds of metal elements can be obtained more suitably, and comprehensively wear resistant. The property is further improved.
上記硬質積層被膜で被覆された第4発明の硬質積層被膜被覆工具や、BCONの成分組成が等しい硬質積層被膜を形成する第5発明、第6発明の被膜形成方法においても、実質的に上記と同様の作用効果が得られる。第5発明、第6発明では、回転テーブルによって部材を一中心線まわりに連続回転させることにより、第1被膜および第2被膜を交互に連続的に積層するため、短時間で効率良く硬質積層被膜を形成することができる。特に、第6発明では、回転テーブルの周囲に第1ターゲットおよび第2ターゲットが複数ずつ配設されており、回転テーブルの1回転で第1被膜および第2被膜を複数周期積層できるため、一層高い効率が得られるとともに、各被膜の膜厚を薄くするために回転テーブルの回転速度を速くする必要がなく、高速回転化による振動等で被膜が損なわれる恐れがない。 In the hard laminated film-coated tool of the fourth invention coated with the hard laminated film, and in the fifth and sixth inventions for forming a hard laminated film having the same BCON component composition, the film forming method of the invention is substantially as described above. Similar effects can be obtained. In the fifth and sixth inventions, the first coating and the second coating are alternately and continuously laminated by rotating the member continuously around one center line by the rotary table, so that the hard laminated coating is efficiently efficiently in a short time. Can be formed. In particular, in the sixth invention, a plurality of first targets and a plurality of second targets are arranged around the turntable, and the first coat and the second coat can be laminated in a plurality of cycles by one turn of the turntable, so that it is higher. In addition to efficiency, it is not necessary to increase the rotation speed of the rotary table in order to reduce the film thickness of each film, and there is no possibility that the film will be damaged by vibration or the like due to high-speed rotation.
第2発明では、硬質積層被膜の総膜厚Dが0.2μm〜10μmの範囲内であるため、被膜の剥離を抑制しつつ優れた耐摩耗性が得られる。また、第3発明では第1被膜および第2被膜のBCONの成分組成は互いに等しいため、被膜毎に反応ガスを切り換える必要がなく、例えば第5発明の被膜形成方法を用いることにより短時間で効率良く硬質積層被膜を形成することができる。 In the 2nd invention, since the total film thickness D of a hard laminated film exists in the range of 0.2 micrometer-10 micrometers, the outstanding abrasion resistance is obtained, suppressing peeling of a film. In the third invention, since the BCON component compositions of the first film and the second film are equal to each other, there is no need to switch the reaction gas for each film. For example, by using the film forming method of the fifth invention, the efficiency is reduced in a short time. A hard laminated film can be formed well.
10:エンドミル(硬質積層被膜被覆工具) 12:工具母材(所定の部材) 20:硬質積層被膜 22:第1被膜 24:第2被膜 30:アークイオンプレーティング装置(被膜形成装置) 32:第1回転テーブル(回転テーブル) 38:チャンバ(処理容器) 40:反応ガス供給装置 48:第1ターゲット 52:第2ターゲット O:一中心線 10: End mill (hard laminate coating tool) 12: Tool base material (predetermined member) 20: Hard laminate coating 22: First coating 24: Second coating 30: Arc ion plating apparatus (film forming apparatus) 32: First 1 rotation table (rotation table) 38: chamber (processing vessel) 40: reaction gas supply device 48: first target 52: second target O: one center line
本発明は、エンドミルやタップ、ドリルなどの回転切削工具の他、バイト等の非回転式の切削工具、或いは転造工具など、種々の加工工具の表面に設けられる硬質積層被膜に好適に適用されるが、半導体装置等の表面保護膜など加工工具以外の部材の表面に設けられる硬質積層被膜にも適用できる。工具母材など硬質積層被膜が設けられる部材の材質としては、超硬合金や高速度工具鋼が好適に用いられるが、他の金属材料であっても良い。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitably applied to hard multilayer coatings provided on the surface of various processing tools such as end mills, taps, and rotary cutting tools such as drills, non-rotating cutting tools such as cutting tools, and rolling tools. However, the present invention can also be applied to a hard laminated film provided on the surface of a member other than a processing tool such as a surface protective film of a semiconductor device or the like. As a material of a member provided with a hard laminated film such as a tool base material, cemented carbide or high-speed tool steel is preferably used, but other metal materials may be used.
本発明の硬質積層被膜を形成するPVD法(物理蒸着法)としては、アークイオンプレーティング法やスパッタリング法が好適に用いられる。第1被膜および第2被膜の膜厚は、ターゲットに対する投入電力量や回転テーブルの回転速度等により適宜設定することができる。 As the PVD method (physical vapor deposition method) for forming the hard laminated film of the present invention, an arc ion plating method or a sputtering method is preferably used. The film thicknesses of the first coating and the second coating can be appropriately set depending on the amount of input power to the target, the rotation speed of the rotary table, and the like.
第1被膜におけるMXの原子比や第2被膜におけるZQの原子比は、1:1でも3:1や1:3などでも良く、金属元素の種類や要求特性等に応じて適宜設定できる。BCONは、全体を1として少なくともN(窒素)を0.6以上含み、B(硼素)については0.2以下、C(炭素)については0.3以下、O(酸素)については0.1以下で、それぞれ含有させることができ、N(窒素)だけでも良い。 The atomic ratio of MX in the first coating and the atomic ratio of ZQ in the second coating may be 1: 1, 3: 1, 1: 3, etc., and can be set as appropriate according to the type of metal element, required characteristics, and the like. BCON contains at least N (nitrogen) of 0.6 or more with 1 as a whole, 0.2 or less for B (boron), 0.3 or less for C (carbon), and 0.1 for O (oxygen). Each of them can be contained below, and only N (nitrogen) may be used.
第3発明では、第1被膜および第2被膜におけるBCONの成分組成は同じ、すなわち原子比a=d、b=e、且つc=fであるが、第1発明や第2発明の実施に際しては必ずしも同じである必要はなく、別々に設定することもできる。また、BCONの他に不可避的な不純物元素や性質に影響しない他の元素を含んでも差し支えない。 In the third invention, the component compositions of BCON in the first film and the second film are the same, that is, the atomic ratios a = d, b = e, and c = f. They are not necessarily the same, and can be set separately. In addition to BCON, inevitable impurity elements and other elements that do not affect properties may be included.
第1被膜の膜厚と第2被膜の膜厚を合わせた積層周期tは、0.2nmよりも薄いと被膜本来の特性(硬さや耐熱性、耐酸化性、潤滑性など)が十分に得られなくなる恐れがあり、100nmよりも厚いと、薄膜化による被膜硬さの向上効果が十分に得られなくなる恐れがあるため、0.2nm〜100nmの範囲内で設定する必要があり、膜厚のばらつき(誤差)を考慮すると0.5nm〜50nmの範囲内をネライ値として形成することが望ましい。なお、各被膜の膜厚は、被膜毎に或いは部分的にばらつきがあるため、積層周期tは、その平均膜厚が上記範囲内となるようにすれば良い。 If the stacking period t, which is the sum of the thickness of the first coating and the thickness of the second coating, is less than 0.2 nm, the characteristics inherent to the coating (hardness, heat resistance, oxidation resistance, lubricity, etc.) are sufficiently obtained. If it is thicker than 100 nm, the effect of improving the film hardness by thinning may not be obtained sufficiently, so it is necessary to set the thickness within the range of 0.2 nm to 100 nm. In consideration of variations (errors), it is desirable to form a range of 0.5 nm to 50 nm as a nerai value. In addition, since the film thickness of each film varies for each film or partially, the stacking period t may be such that the average film thickness is within the above range.
第1被膜および第2被膜は、何れを先に部材(工具母材など)の表面上に形成しても良く、被膜の組成に応じて例えば密着性に優れた方を先に設けることが望ましいが、特に限定することなく形成することも可能である。また、第1被膜および第2被膜をペアとして積層されるが、合計の層数を奇数とすることも可能で、第1被膜を先に形成した場合に最上層も第1被膜であったり、第2被膜を先に形成した場合に最上層も第2被膜であったりしても良い。なお、本発明の硬質積層被膜と部材表面との間に、必要に応じて他の硬質被膜を介在させたり、最上層に別の被膜を設けたりすることも可能である。硬質積層被膜を第1被膜および第2被膜のみから構成する場合でも、工具母材の表面に接する最下層や最上層の被膜を積層被膜とは別の被膜と見做して、それ等の膜厚を前記積層周期tと無関係に大きくした小さくしたりすることも可能である。 Either the first coating or the second coating may be formed on the surface of the member (tool base material or the like) first, and it is desirable to provide the one having excellent adhesion according to the composition of the coating first. However, it can be formed without any particular limitation. In addition, the first film and the second film are laminated as a pair, but the total number of layers can be an odd number, and when the first film is formed first, the uppermost layer is also the first film, When the second film is formed first, the uppermost layer may also be the second film. In addition, it is also possible to interpose another hard film between the hard laminated film of this invention and the member surface, and to provide another film in the uppermost layer as needed. Even when the hard laminated film is composed of only the first film and the second film, the lowermost layer or the uppermost layer in contact with the surface of the tool base material is regarded as a film different from the laminated film, and these films are formed. It is also possible to increase or decrease the thickness regardless of the stacking period t.
硬質積層被膜の総膜厚Dは、被膜を設ける対象物(部材)や要求特性によっても異なるが、例えば回転切削工具など比較的大きな衝撃荷重を受ける場合には、被膜の剥離を抑制する上で10μm以下が望ましく、十分な耐摩耗性を確保する上で0.2μm以上が望ましい。摺動部材など衝撃荷重を殆ど受けない場合には、総膜厚Dを10μmより大きくしても差し支えなく、例えば20μm程度とすることも可能である。 The total film thickness D of the hard laminated film varies depending on the object (member) on which the film is provided and the required characteristics. For example, when receiving a relatively large impact load such as a rotary cutting tool, 10 μm or less is desirable, and 0.2 μm or more is desirable for ensuring sufficient wear resistance. In the case where the impact load such as a sliding member is hardly received, the total film thickness D can be larger than 10 μm, for example, about 20 μm.
第5発明では、一中心線まわりに回転させられる回転テーブルの外周部に部材を保持してその回転テーブルを一方向へ連続回転させることにより、その回転テーブルの周囲に位置固定に配設された第1ターゲットおよび第2ターゲットの前を部材が交互に周期的に通過させられ、第1被膜および第2被膜が交互に連続的に積層されるが、第1発明〜第4発明の実施に際しては、ターゲットの近傍で回転テーブルを停止させながら間欠回転させるようにしても良いし、一定位置に保持されている部材に対して第1ターゲットおよび第2ターゲットを移動させるようにしても良いなど、種々の被膜形成方法を採用できる。また、第1被膜および第2被膜のBCONの成分組成が異なる場合など、第1被膜、第2被膜毎に反応ガスを切り換えたり蒸発させるターゲットを切り換えたりして、第1被膜および第2被膜を別々に断続的に積層することも可能である。 In the fifth aspect of the invention, the member is held on the outer peripheral portion of the rotary table that is rotated around one center line, and the rotary table is continuously rotated in one direction, so that the rotary table is disposed at a fixed position around the rotary table. The members are alternately and periodically passed in front of the first target and the second target, and the first film and the second film are alternately and continuously laminated. The rotary table may be intermittently rotated while being stopped in the vicinity of the target, or the first target and the second target may be moved relative to a member held at a fixed position. The film forming method can be employed. In addition, when the BCON component composition of the first coating and the second coating is different, the reaction gas is switched or the target to be evaporated is switched for each of the first coating and the second coating. It is also possible to laminate them separately and intermittently.
第5発明では、回転テーブルは一方向へ連続回転させられるようになっており、制御の容易さから一定速度で回転駆動することが望ましいが、第1ターゲットおよび第2ターゲットの配設位置に対応させて回転速度を周期的に増減させることもできる。 In the fifth aspect of the invention, the rotary table is continuously rotated in one direction, and it is desirable to drive the rotary table at a constant speed for ease of control, but it corresponds to the arrangement positions of the first target and the second target. Thus, the rotational speed can be periodically increased or decreased.
上記回転テーブルは、その外周部分に部材を直接一定の姿勢で保持するものでも良いが、前記一中心線とは異なる第2の中心線まわりに回転する第2の回転テーブルを有し、その第2の回転テーブルにより部材を保持してその第2の中心線まわりに連続回転させながら被膜を形成するようにすれば、部材の外周面に均一に被膜を形成することができる。例えば、その部材が回転切削工具の工具母材の場合、工具母材の軸心が第2の中心線と同心または平行となる姿勢で第2の回転テーブルに工具母材を取り付け、その第2の中心線まわりに工具母材を連続回転させながら被膜を形成することが望ましい。第2の回転テーブルは、例えば第2の中心線が前記一中心線と平行となる姿勢で配設されるが、一中心線と直交する姿勢で配設することもできるなど、種々の態様が可能である。 The rotary table may hold a member directly in a constant posture on the outer peripheral portion thereof, but has a second rotary table that rotates around a second center line different from the one center line. If the film is formed while the member is held by the rotary table 2 and continuously rotated around the second center line, the film can be uniformly formed on the outer peripheral surface of the member. For example, when the member is a tool base material of a rotary cutting tool, the tool base material is attached to the second rotary table in a posture in which the axis center of the tool base material is concentric or parallel to the second center line. It is desirable to form the coating while continuously rotating the tool base material around the center line. For example, the second rotary table is arranged in a posture in which the second center line is parallel to the one center line, but can be arranged in a posture orthogonal to the one center line. Is possible.
第6発明では、例えば回転テーブルの一中心線まわりに第1ターゲットおよび第2ターゲットが90°間隔で交互に計2個ずつ配設されるが、3個以上ずつ配設することもできる。また、複数の第1ターゲットおよび第2ターゲットは、それぞれ等角度間隔で配設されるが、第1ターゲットと第2ターゲットとの間隔は必ずしも等角度間隔である必要はなく、回転テーブルの回転方向において、第1ターゲットから第2ターゲットに達する間隔と、その第2ターゲットから次の第1ターゲットに達する間隔とを相違させても良い。 In the sixth aspect of the invention, for example, a total of two first targets and two second targets are arranged at 90 ° intervals around one center line of the rotary table, but three or more can also be arranged. In addition, the plurality of first targets and the second target are respectively arranged at equal angular intervals, but the interval between the first target and the second target is not necessarily equal angular intervals, and the rotation direction of the rotary table In this case, the interval from the first target to the second target may be different from the interval from the second target to the next first target.
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、本発明の硬質積層被膜被覆工具の一例であるエンドミル10を説明する図で、(a) は軸心と直角方向から見た正面図であり、超硬合金にて構成されている工具母材12にはシャンクおよび刃部14が一体に設けられている。刃部14には、切れ刃として外周刃16および底刃18が設けられており、軸心まわりに回転駆動されることによりそれ等の外周刃16および底刃18によって切削加工が行われるとともに、その刃部14の表面には硬質積層被膜20がコーティングされている。図1(a) の斜線部は硬質積層被膜20を表しており、図1の(b) は、硬質積層被膜20がコーティングされた刃部14の表面部分の断面図である。エンドミル10は回転切削工具で、工具母材12は硬質積層被膜20が設けられる所定の部材に相当する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view for explaining an end mill 10 which is an example of a hard laminated coating-coated tool according to the present invention. FIG. 1 (a) is a front view seen from a direction perpendicular to the axis, and is made of cemented carbide. The
図1(b) から明らかなように、硬質積層被膜20は第1被膜22および第2被膜24を、工具母材12の表面上に交互に多数積層したものである。第1被膜22は、MX(Ba Cb Oc N1-a-b-c )〔但し、MおよびXはそれぞれ元素の周期律表のIVa族、Va族、VIa族、Al、Si、およびYから選択される2種類の異なる金属元素、a、b、cはそれぞれ原子比で、0≦a≦0.2、0≦b≦0.3、0≦c≦0.1の範囲内〕にて構成されており、第2被膜24は、ZQ(Bd Ce Of N1-d-e-f )〔但し、ZおよびQは何れも前記M、Xと異なるとともにそれぞれ元素の周期律表のIVa族、Va族、VIa族、Al、Si、およびYから選択される2種類の異なる金属元素、d、e、fはそれぞれ原子比で、0≦d≦0.2、0≦e≦0.3、0≦f≦0.1の範囲内〕にて構成されている。また、第1被膜22の膜厚と第2被膜24の膜厚を合わせた積層周期tは0.2nm〜100nmの範囲内で、硬質積層被膜20の総膜厚Dは0.2μm〜10μmの範囲内である。なお、積層周期tを1層とする積層数は、積層周期tおよび総膜厚Dに応じて適宜定められるが、例えば10層〜1000層の範囲内が適当である。As is clear from FIG. 1 (b), the hard
上記第1被膜22におけるMXの原子比や第2被膜24におけるZQの原子比は、1:1でも3:1や1:3などでも良く、金属元素の種類や要求特性等に応じて適宜設定される。BCONは、全体を1として少なくともN(窒素)を0.6以上含み、B(硼素)については0.2以下、C(炭素)については0.3以下、O(酸素)については0.1以下で、それぞれ含有させることができ、N(窒素)だけでも良い。また、第1被膜22および第2被膜24におけるBCONの成分組成は同じ、すなわち原子比a=d、b=e、且つc=fであっても良いが、別々に設定することもできる。BCONの他に不可避的な不純物元素や性質に影響しない他の元素を含んでも差し支えない。
The atomic ratio of MX in the
図2は、上記硬質積層被膜20を形成する際に好適に用いられるアークイオンプレーティング装置30を説明する図で、(a) は概略構成図(模式図)で(b) におけるA−A断面に相当する図であり、(b) は平面図である。このアークイオンプレーティング装置30は、略水平な第1回転テーブル32、その第1回転テーブル32を略垂直な一中心線Oまわりに回転駆動する回転駆動装置33、第1回転テーブル32の外周部に複数(図2の(b) では4個)配設されるとともに多数のワークすなわち硬質積層被膜20を被覆する前の切れ刃16、18等が形成された工具母材12を保持する第2回転テーブル34、工具母材12に負のバイアス電圧を印加するバイアス電源36、工具母材12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。このアークイオンプレーティング装置30は被膜形成装置に相当する。なお、図2の(b) では、第2回転テーブル34に取り付けられる工具母材12が省略されている。
FIG. 2 is a diagram for explaining an arc
上記第2回転テーブル34は第1回転テーブル32と平行に配設されており、その第1回転テーブル32の一中心線Oと平行な自身の中心線(第2の中心線)まわりに回転させられるとともに、複数の工具母材12を、その軸心が第2の中心線と平行で刃部14が上向きとなる垂直な姿勢で保持するようになっている。したがって、複数の工具母材12は、第2回転テーブル34の中心線(第2の中心線)まわりに回転駆動されつつ、第1回転テーブル32により一中心線Oまわりに回転駆動されることになる。第1回転テーブル32の周囲には、一中心線Oまわりに第1ターゲット48および第2ターゲット52が90°間隔で交互に位置固定に配設されており、第1回転テーブル32の連続回転により、工具母材12は第2回転テーブル34と共にそれ等の第1ターゲット48および第2ターゲット52の前を交互に周期的に通過させられる。本実施例では、第1ターゲット48および第2ターゲット52は、それぞれ一中心線Oまわりに180°間隔で2個ずつ配設されていることになる。なお、複数の第2回転テーブル34は、例えば独自の回転駆動装置によって独立に回転駆動されるように構成されるが、歯車機構等により第1回転テーブル32の回転に連動して機械的に回転駆動されるようにすることもできる。
The
前記反応ガス供給装置40は、窒素ガス(N2 )や炭化水素ガス(CH4 、C2 H2 など)、酸素ガス(O2 )等のタンクを備えており、第1被膜22、第2被膜24の組成に応じて、例えば窒化物の場合は窒素ガスのみを供給し、炭窒化物の場合は窒素ガスおよび炭化水素ガスを前記原子比a〜fに応じて供給する。酸窒化物や硼窒化物など他の化合物を形成する場合も、同様にして所定の反応ガスを供給すれば良い。The reaction
前記一中心線Oを挟んで対称位置に配設された2個の第1ターゲット48は、何れも前記第1被膜22の構成物質であるMX合金にて構成されている一方、同じく一中心線Oを挟んで対称位置に配設された2個の第2ターゲット52は、何れも前記第2被膜24の構成物質であるZQ合金にて構成されている。そして、前記第1アーク電源44は、上記第1ターゲット48をカソードとしてアノード50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、第1ターゲット48からMX合金を蒸発させるもので、蒸発したMX合金は正(+)の金属イオンになって負(−)のバイアス電圧が印加されている工具母材12に付着する。その際、供給された反応ガスと反応して、前記MX(Ba Cb Oc N1-a-b-c )から成る第1被膜22が形成される。また、第2アーク電源46は、上記第2ターゲット52をカソードとしてアノード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、第2ターゲット52からZQ合金を蒸発させるもので、蒸発したZQ合金は正(+)の金属イオンになって負(−)のバイアス電圧が印加されている工具母材12に付着する。その際、供給された反応ガスと反応して、前記ZQ(Bd Ce Of N1-d-e-f )から成る第2被膜24が形成される。The two
このようなアークイオンプレーティング装置30を用いて工具母材12の刃部14の表面に硬質積層被膜20を形成する際には、予め排気装置42で排気しながらチャンバ38内が所定の圧力(例えば1.33Pa〜3.99Pa程度)に保持されるように反応ガス供給装置40から所定の反応ガスを供給するとともに、バイアス電源36により工具母材12に所定のバイアス電圧(例えば−50V〜−150V程度)を印加する。また、第2回転テーブル34を中心線まわりに回転駆動しつつ第1回転テーブル32を一中心線Oまわりに一方向へ一定速度で連続回転させることにより、工具母材12を第2回転テーブル34と共に第2の中心線まわりに回転させつつ、第1ターゲット48および第2ターゲット52の前を交互に周期的に通過させる。
When the hard
一方、例えば第1被膜22および第2被膜24におけるBCONの成分組成が互いに等しい場合、すなわち原子比a=d、b=e、且つc=fである場合には、その成分組成に応じて上記反応ガス供給装置40から所定の反応ガスを供給するとともに、第1アーク電源44によりアーク電流を通電して第1ターゲット48を蒸発させると同時に、第2アーク電源46によりアーク電流を通電して第2ターゲット52を蒸発させる。これにより、それ等のターゲット48、52の蒸発金属がそれぞれ反応ガスと反応して第1被膜22、第2被膜24が形成され、工具母材12の表面に付着させられる。具体的には、工具母材12が第1ターゲット48の前を通過する際には、MX(Ba Cb Oc N1-a-b-c )から成る第1被膜22が工具母材12の表面に付着させられ、第2ターゲット52の前を通過する際には、ZQ(Bd Ce Of N1-d-e-f )から成る第2被膜24が工具母材12の表面に付着させられるのである。これにより、工具母材12の表面に第1被膜22と第2被膜24とが交互に連続的に積層され、硬質積層被膜20が形成される。本実施例では、第1回転テーブル32の周囲に第1ターゲット48および第2ターゲット52が交互に2個ずつ配設されているため、第1回転テーブル32の1回転で第1被膜22および第2被膜24が2周期積層される。各アーク電源44、46のアーク電流の電流値は、第1被膜22、第2被膜24の膜厚に応じて定められ、第1回転テーブル32の回転速度は、第1被膜22および第2被膜24の膜厚を合わせた積層周期tに応じて定められる。このような硬質積層被膜20の形成は、コンピュータを含む制御装置によって自動的に行うことができる。On the other hand, for example, when the component compositions of BCON in the
なお、第1アーク電源44および第2アーク電源46を同時にONとした場合、第1ターゲット48の近傍で被膜形成処理が開始された工具母材12については第1被膜22から先に形成され、第2ターゲット52の近傍で被膜形成処理が開始された工具母材12については第2被膜24から先に形成されるが、第2アーク電源46のOFF→ON切換を遅らせることにより、総ての工具母材12に対して第1被膜22から先に形成されるようにすることもできる。逆に、第1アーク電源44のOFF→ON切換を遅らせることにより、総ての工具母材12に対して第2被膜24から先に形成されるようにすることもできる。
When the first
また、第1被膜22および第2被膜24のBCONの成分組成が異なる場合には、第1被膜22および第2被膜24を別々に形成する必要があり、反応ガス供給装置40から供給する反応ガスを切り換えたり、第1アーク電源44および第2アーク電源46をそれぞれON、OFFして第1ターゲット48と第2ターゲット52とを切り換えたりすることになる。
When the BCON component composition of the
次に、工具母材12が超硬合金製で直径が10mm、6枚刃のスクエアエンドミルに上記硬質積層被膜20が設けられた本発明品と、被膜形成時のターゲットや被膜組成、積層周期t、総膜厚D等が異なる比較品とを用意し、以下の加工条件で切削加工を行って25m切削後の外周刃16の逃げ面摩耗幅(mm)を調べた結果を説明する。逃げ面摩耗幅(mm)は、6枚の外周刃16の平均値である。また、許容摩耗幅は、0.15mmとする。なお、被膜硬さ(HV0.025)については必ずしも測定が容易でないため、一部の積層被膜についてのみ調べ、記載の無いものは測定を省略した。
(加工条件)
・被削材種:SKD11(60HRC)
・加工方法:側面切削(ダウンカット)
・切削速度:150m/min(4800min-1)
・送り速度:0.03mm/t(860mm/min)
・切り込み:aa=10mm、ar=0.5mm
・切削油剤:エアブロー
・使用機械:立型マシニングセンタNext, the present invention product in which the
(Processing conditions)
-Work material type: SKD11 (60HRC)
・ Processing method: Side cutting (down cut)
・ Cutting speed: 150 m / min (4800 min −1 )
・ Feeding speed: 0.03mm / t (860mm / min)
・ Incision: aa = 10 mm, ar = 0.5 mm
・ Cutting fluid: Air blow ・ Used machine: Vertical machining center
図3は、合金ターゲットを使用した場合、すなわちMX合金から成る第1ターゲット48、ZQ合金から成る第2ターゲット52を用いて硬質積層被膜20を形成した場合(本発明品)と、M、X、Z、Qの単体金属のターゲットを用いて第1被膜22、第2被膜24を形成して硬質積層被膜20を設けた場合とを比較したもので、第1被膜22、第2被膜24は何れもBCONのうち窒素(N)のみを有する窒化物である。
FIG. 3 shows the case where the hard multilayer coating 20 is formed using the alloy target, that is, the
この図3から明らかなように、合金ターゲットを使用した上段の4種類の硬質積層被膜の場合、被膜硬さ(HV0.025)は何れも3000以上で、逃げ面摩耗幅も許容摩耗幅(0.15mm以下)を満足している。これに対し、単体金属のターゲットを使用した下段の4種類の硬質積層被膜は、被膜硬さ(HV0.025)が2000前後で、逃げ面摩耗幅も0.3mmより大きく、許容摩耗幅(0.15mm以下)を大幅に上回っており、合金ターゲットを使用することにより優れた被膜硬さおよび耐摩耗性が得られることが分かる。 As apparent from FIG. 3, in the case of the upper four types of hard laminated coatings using the alloy target, the coating hardness (HV0.025) is 3000 or more and the flank wear width is also the allowable wear width (0 .15 mm or less). On the other hand, the lower four types of hard laminated coatings using a single metal target have a coating hardness (HV 0.025) of around 2000, a flank wear width of more than 0.3 mm, and an allowable wear width (0 .15 mm or less), and it can be seen that excellent film hardness and wear resistance can be obtained by using an alloy target.
図4は、第1被膜22および第2被膜24が同じ金属元素を有する場合と比較したもので、各試験品No1〜8の上段は本発明品、すなわち第1被膜22の金属元素M、Xと第2被膜24の金属元素Z、Qとが重複しない場合であり、各試験品No1〜8の下段は、同じ金属元素を含んでいる比較品である。図4から明らかなように、上段の本発明品は、何れも逃げ面摩耗幅が許容摩耗幅(0.15mm以下)を満足しているのに対し、同じ金属元素を含んでいる下段の比較品は、何れも逃げ面摩耗幅が0.2mmを超えていて許容摩耗幅(0.15mm以下)を満たしておらず、第1被膜22および第2被膜24の金属元素の重複を避けることにより優れた耐摩耗性が得られることが分かる。
FIG. 4 is a comparison with the case where the
図5は、第1被膜22および第2被膜24の合計膜厚である積層周期tが0.2nm〜100nmの範囲内であるか否かによる耐摩耗性の相違を比較したもので、各試験品No1〜11の上段は本発明品、すなわち積層周期tが0.2nm〜100nmの範囲内の場合であり、各試験品No1〜11の下段は、積層周期tが0.2nm〜100nmの範囲から外れている比較品である。図5から明らかなように、上段の本発明品は、何れも逃げ面摩耗幅が許容摩耗幅(0.15mm以下)を満足しているのに対し、積層周期tが0.2nm〜100nmの範囲から外れている下段の比較品は、何れも逃げ面摩耗幅が0.2mmを超えていて許容摩耗幅(0.15mm以下)を満たしておらず、積層周期tを0.2nm〜100nmの範囲内とすることにより優れた耐摩耗性が得られることが分かる。
FIG. 5 compares the difference in wear resistance depending on whether or not the lamination period t, which is the total film thickness of the
図6は、硬質積層被膜20の総膜厚Dが0.2μm〜10μmの範囲内であるか否かによる耐摩耗性の相違を比較したもので、各試験品No1〜8の上段は本発明品(請求項2)、すなわち総膜厚Dが0.2μm〜10μmの範囲内の場合であり、各試験品No1〜8の下段は、総膜厚Dが0.2μm〜10μmの範囲から外れている比較品である。図6から明らかなように、上段の本発明品は、何れも逃げ面摩耗幅が許容摩耗幅(0.15mm以下)を満足しているのに対し、総膜厚Dが0.2μm〜10μmの範囲から外れている下段の比較品は、何れも逃げ面摩耗幅が0.2mmを超えていて許容摩耗幅(0.15mm以下)を満たしておらず、総膜厚Dを0.2μm〜10μmの範囲内とすることにより優れた耐摩耗性が得られることが分かる。 FIG. 6 compares the difference in wear resistance depending on whether or not the total film thickness D of the hard multilayer coating 20 is in the range of 0.2 μm to 10 μm. Product (Claim 2), that is, the case where the total film thickness D is in the range of 0.2 μm to 10 μm. It is a comparative product. As is apparent from FIG. 6, the products of the present invention in the upper stage all satisfy the allowable wear width (0.15 mm or less) in the flank wear width, but the total film thickness D is 0.2 μm to 10 μm. In the lower comparative products that are out of the range, the flank wear width exceeds 0.2 mm, the allowable wear width (0.15 mm or less) is not satisfied, and the total film thickness D is 0.2 μm to It turns out that the outstanding abrasion resistance is acquired by setting it as the range of 10 micrometers.
図7は、第1被膜22および第2被膜24におけるBCONの前記原子比a〜c、d〜fの相違による耐摩耗性の影響を比較したもので、試験品No1〜10は本発明品、すなわち0≦a≦0.2、0≦b≦0.3、0≦c≦0.1、0≦d≦0.2、0≦e≦0.3、0≦f≦0.1を総て満たす場合であり、試験品No11〜20は、BCONの原子比a〜c、d〜fの少なくとも一つが0≦a≦0.2、0≦b≦0.3、0≦c≦0.1、0≦d≦0.2、0≦e≦0.3、0≦f≦0.1の範囲を外れている場合である。図7から明らかなように、試験品No1〜10の本発明品は、何れも逃げ面摩耗幅が許容摩耗幅(0.15mm以下)を満足しているのに対し、試験品No11〜20の比較品は、何れも逃げ面摩耗幅が0.2mmを超えていて許容摩耗幅(0.15mm以下)を満たしておらず、BCONの原子比a〜c、d〜fが0≦a≦0.2、0≦b≦0.3、0≦c≦0.1、0≦d≦0.2、0≦e≦0.3、0≦f≦0.1を総て満足するように成分組成を設定することにより優れた耐摩耗性が得られることが分かる。
FIG. 7 is a comparison of the influence of wear resistance due to the difference in the atomic ratios a to c and d to f of BCON in the
図8および図9は、本発明の更に別の実施例について、上記と同じ加工条件で切削加工を行って逃げ面摩耗幅を調べた結果で、何れも逃げ面摩耗幅が許容摩耗幅(0.15mm以下)を満たしている。 FIGS. 8 and 9 show the results of examining the flank wear width by performing cutting under the same processing conditions as described above for still another embodiment of the present invention. .15 mm or less).
このように、本実施例のエンドミル10の硬質積層被膜20は、MX(Ba Cb Oc N1-a-b-c )にて構成されている第1被膜22と、ZQ(Bd Ce Of N1-d-e-f )にて構成されている第2被膜24とが交互に積層されたもので、2種類の金属元素MXおよびZQは互いに相違しているため、同じ金属元素を含んでいる場合に比較して優れた耐摩耗性が得られる。また、MX合金を第1ターゲット48として第1被膜22を形成するとともにZQ合金を第2ターゲット52として第2被膜を形成するため、M、X、Z、Qの単体金属をターゲットとして第1被膜22、第2被膜24を形成する場合に比較して、一層高い耐摩耗性が得られる。更に、第1被膜22および第2被膜24の積層周期tが0.2nm〜100nmの範囲内であるため、両被膜22、24の特性を享受しつつ薄膜化による被膜硬さ(耐摩耗性)の向上効果が安定して得られる。すなわち、本実施例の硬質積層被膜20によれば、2種類の金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が一層好適に得られるようになり、総合的に耐摩耗性が一層向上するのである。Thus, hard multilayer coating 20 of the end mill 10 of this embodiment, MX and (B a C b O c N 1-abc)
また、本実施例では硬質積層被膜20の総膜厚Dが0.2μm〜10μmの範囲内とされているため、硬質積層被膜20の剥離を抑制しつつ優れた耐摩耗性が得られる。
Moreover, since the total film thickness D of the hard
また、図3〜図9における本発明品のうち図7の試験品No1〜9を除く他の発明品は、第1被膜22および第2被膜24のBCONの成分組成が互いに等しいため、被膜毎に反応ガスを切り換える必要がなく、図2のアークイオンプレーティング装置30を用いることにより短時間で効率良く硬質積層被膜20を形成することができる。
3 to FIG. 9, the other invention products excluding the test products No. 1 to 9 in FIG. 7 have the same BCON component composition in the
また、図2のアークイオンプレーティング装置30によれば、第1回転テーブル32を一方向へ一定速度で連続回転させながら、第1被膜22および第2被膜24を交互に連続的に積層できるため、短時間で効率良く硬質積層被膜20を形成することができる。特に、本実施例では、第1回転テーブル32の周囲に第1ターゲット48および第2ターゲット52が2個ずつ配設されており、第1回転テーブル32の1回転で第1被膜22および第2被膜24を2周期積層できるため、一層高い効率が得られるとともに、各被膜22、24の膜厚を薄くするために第1回転テーブル32の回転速度を速くする必要がなく、高速回転化による振動等で被膜が損なわれる恐れがない。
Further, according to the arc
また、第2回転テーブル34により工具母材12を軸心と平行な中心線まわりに回転駆動しつつ、第1回転テーブル32により第1ターゲット48および第2ターゲット52の前を通過させるため、工具母材12の外周表面に均質に硬質積層被膜20が形成されるようになり、優れた被膜性能が安定して得られる。
Further, since the
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。 As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail based on drawing, these are one Embodiment to the last, This invention is implemented in the aspect which added the various change and improvement based on the knowledge of those skilled in the art. be able to.
本発明の硬質積層被膜は、2種類の金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が好適に得られるようになり、耐摩耗性が一層向上するため、回転切削工具等の硬質被膜として好適に用いられる。 The hard laminated coating of the present invention can suitably obtain the effect of improving the coating hardness by alloying, thinning and multilayering of two kinds of metal elements, and the wear resistance is further improved. It is suitably used as a hard coating.
【0001】
技術分野
[0001]
本発明は硬質積層被膜に係り、特に、組成が異なる2種類の被膜を交互に多数積層した耐摩耗性に優れた硬質積層被膜の改良に関するものである。
背景技術
[0002]
高速度工具鋼や超硬合金等の工具母材などの所定の部材の表面に設ける耐摩耗性の硬質被膜として、組成が異なる2種類の第1被膜および第2被膜を交互に多数積層した種々の硬質積層被膜が提案されている。特許文献1、2に記載の硬質積層被膜はその一例で、元素の周期律表のIVa族、Va族、VIa族の金属元素、或いはAlなどの窒化物や炭化物等から成る2種類の被膜が数nm〜数百nm程度の積層周期で繰り返し積層されている。すなわち、第1被膜および第2被膜の薄膜化や多層化、金属元素の合金化等の種々の手段により、被膜硬さや耐摩耗性の向上が図られている。
特許文献1:特開平7−205361号公報
特許文献2:特開2005−256081号公報
発明の開示
発明が解決しようとする課題
[0003]
しかしながら、このような硬質積層被膜の第1被膜および第2被膜の積層周期(膜厚)が適当でなかったり、それ等の第1被膜および第2被膜が同じ金属元素を含んでいたりすると、被膜硬さの向上効果が十分に得られない場合があった。また、第1被膜や第2被膜が2種類の金属元素を含む場合に、それ等の金属元素を別々のターゲットから蒸発させると、2種類の金属元素の合金をターゲットとして蒸発させた場合に比較して硬さが低くなることがあり、未だ改善の余地があった。
[0004]
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、金属元素を含む2種類の被膜を交互に多数積層した硬質積層被膜において、金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が一層好適に得られるように[0001]
Technical field [0001]
The present invention relates to a hard laminated film, and more particularly to improvement of a hard laminated film having excellent wear resistance in which a large number of two kinds of films having different compositions are alternately laminated.
Background art [0002]
Various wear layers of first and second coatings having different compositions, which are laminated on the surface of a predetermined member such as a tool base material such as high-speed tool steel or cemented carbide. Hard laminate coatings have been proposed. The hard laminated film described in
Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 7-205361 Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 2005-256081 Problems to be Solved by the Invention [0003]
However, if the lamination period (film thickness) of the first and second hard film layers is not appropriate, or if the first film and the second film contain the same metal element, the film In some cases, the effect of improving the hardness could not be sufficiently obtained. In addition, when the first film and the second film contain two kinds of metal elements, if these metal elements are evaporated from different targets, it is compared with the case where the alloy of two kinds of metal elements is evaporated as a target. As a result, the hardness may be lowered, and there is still room for improvement.
[0004]
The present invention has been made in the background of the above circumstances, and its object is to form a metal element alloyed or thinned in a hard laminated film in which a large number of two kinds of films containing a metal element are alternately laminated. To improve the film hardness by multilayering more suitably
【0002】
して、耐摩耗性を一層向上させることにある。
課題を解決するための手段
[0005]
かかる目的を達成するために、第1発明は、組成が異なる2種類の第1被膜および第2被膜が所定の部材の表面上に交互に多数積層された耐摩耗性に優れた硬質積層被膜であって、(a)前記第1被膜は、MX(BaCbOcN1−a−b−c)〔但し、MおよびXはそれぞれ元素の周期律表のIVa族、Va族、VIa族、Al、Si、およびYから選択される2種類の異なる金属元素、a、b、cはそれぞれ原子比で、0≦a≦0.2、0≦b≦0.3、0≦c≦0.1の範囲内〕にて構成され、MX合金をターゲットとしてPVD法により形成されている一方、(b)前記第2被膜は、ZQ(BdCeOfN1−d−e−f)〔但し、ZおよびQは何れも前記M、Xと異なるとともにそれぞれ元素の周期律表のIVa族、Va族、VIa族、Al、Si、およびYから選択される2種類の異なる金属元素、d、e、fはそれぞれ原子比で、0≦d≦0.2、0≦e≦0.3、0≦f≦0.1の範囲内〕にて構成され、ZQ合金をターゲットとしてPVD法により形成されており、且つ、(c)その第1被膜の膜厚と第2被膜の膜厚を合わせた積層周期tは0.2nm〜100nmの範囲内であることを特徴とする。
[0006]
第2発明は、第1発明の硬質積層被膜において、前記第1被膜および前記第2被膜が前記積層周期tで繰り返し積層された前記硬質積層被膜の総膜厚Dは0.2μm〜10μmの範囲内であることを特徴とする。
[0007]
第3発明は、第1発明または第2発明の硬質積層被膜において、前記第1被膜および前記第2被膜における前記BCONの成分組成は互いに等しいことを特徴とする。
[0008]
第4発明は、硬質積層被膜被覆工具に関するもので、第1発明〜第3発明の何れかの硬質積層被膜で表面が被覆されていることを特徴とする。
[0009]
第5発明は、(a)MX(BaCbOcN1−a−b−c)〔但し、MおよびXはそれぞれ元素の周期律表のIVa族、Va族、VIa族、Al、Si、およびYから選択される2種類の異なる金属元素、a、b、cはそれぞれ原子比で、0≦a≦0.2、0≦b≦0.3、0≦c≦0.1の範囲内〕にて構成されている第1被膜と、(b)ZQ(BdCeOfN1−d−e−f)〔但し、ZおよびQは何れも前記M、Xと異なるとともにそれぞれ元素の周期律表のIVa族、Va族、VIa族、Al、Si、およびYから選択される2種類の異なる金属元素、d、e、fはそれぞれ原[0002]
Thus, the wear resistance is further improved.
Means for Solving the Problems [0005]
In order to achieve such an object, the first invention is a hard laminated film having excellent wear resistance in which a large number of two kinds of first and second films having different compositions are alternately laminated on the surface of a predetermined member. And (a) the first coating is MX (B a C b O c N 1-a-b-c ) (where M and X are IVa group, Va group, VIa in the periodic table of elements, respectively) Two different metal elements selected from the group, Al, Si, and Y, a, b, and c are atomic ratios of 0 ≦ a ≦ 0.2, 0 ≦ b ≦ 0.3, and 0 ≦ c ≦, respectively. is constituted by a range of 0.1], while being formed by a PVD method MX alloy as a target, (b) the second coating, ZQ (B d C e O f N 1-d-e- f ) [wherein Z and Q are both different from M and X, and each of groups IVa and V in the periodic table of elements, Two different metal elements selected from Group a, Group VIa, Al, Si, and Y, d, e, and f are atomic ratios of 0 ≦ d ≦ 0.2, 0 ≦ e ≦ 0.3, 0 ≦ f ≦ 0.1], formed by PVD method using ZQ alloy as a target, and (c) the thickness of the first coating and the thickness of the second coating are matched. The lamination period t is in the range of 0.2 nm to 100 nm.
[0006]
According to a second invention, in the hard laminated film of the first invention, the total film thickness D of the hard laminated film in which the first film and the second film are repeatedly laminated at the lamination period t is in the range of 0.2 μm to 10 μm. It is characterized by being within.
[0007]
A third invention is characterized in that in the hard laminated film of the first invention or the second invention, the component compositions of the BCON in the first film and the second film are equal to each other.
[0008]
4th invention is related with the hard laminated film coating tool, The surface is coat | covered with the hard laminated film in any one of 1st invention-3rd invention, It is characterized by the above-mentioned.
[0009]
The fifth invention relates to (a) MX (B a C b O c N 1-a-b-c ) [wherein M and X are groups IVa, Va, VIa, Al, Two different metal elements selected from Si and Y, a, b, and c are atomic ratios of 0 ≦ a ≦ 0.2, 0 ≦ b ≦ 0.3, and 0 ≦ c ≦ 0.1, respectively. a first coating are composed of in the range], (b) ZQ (B d C e O f N 1-d-e-f) was prepared in which both the Z and Q the M, with different and X Each of the two different metal elements d, e, and f selected from groups IVa, Va, VIa, Al, Si, and Y in the periodic table of the elements is the original
【0003】
子比で、0≦d≦0.2、0≦e≦0.3、0≦f≦0.1の範囲内〕にて構成されている第2被膜と、が交互に多数積層されており、且つ、(c)その第1被膜の膜厚と第2被膜の膜厚を合わせた積層周期tが0.2nm〜100nmの範囲内であるとともに、その第1被膜および第2被膜における前記BCONの成分組成が互いに等しい耐摩耗性に優れた硬質積層被膜をPVD法により所定の部材に形成する被膜形成方法であって、(d)所定の処理容器内において、外周部に前記部材を保持して一中心線まわりに回転駆動される回転テーブルと、(e)その回転テーブルの周囲に互いに周方向に離間して配設されたMX合金から成る第1ターゲットおよびZQ合金から成る第2ターゲットと、(f)前記BCONの成分組成に応じて定められた所定の反応ガスを前記処理容器内に供給する反応ガス供給装置と、を有する被膜形成装置を用いて、(g)前記回転テーブルを前記一中心線まわりに一方向へ連続回転させることにより、前記部材が前記第1ターゲットおよび前記第2ターゲットの前を交互に周期的に通過させられる一方、前記反応ガスを前記処理容器内に供給するとともに、前記第1ターゲットおよび前記第2ターゲットからそれぞれ前記MX合金およびZQ合金を同時に蒸発させることにより、それ等のMX合金およびZQ合金をそれぞれ前記反応ガスと反応させ、前記部材が第1ターゲット前を通過する際にはその部材の表面に前記第1被膜が形成され、第2ターゲット前を通過する際にはその部材の表面に前記第2被膜が形成されることにより、その部材の表面に第1被膜と第2被膜とを交互に連続的に積層することを特徴とする。
[0010]
第6発明は、第5発明の被膜形成方法において、前記第1ターゲットは、前記回転テーブルの周囲に等角度間隔で複数配設されているとともに、前記第2ターゲットは、その第1ターゲットと同じ数だけ前記回転テーブルの周囲に等角度間隔で配設されており、その回転テーブルの1回転で前記第1被膜および前記第2被膜を前記部材の表面に複数周期積層することを特徴とする。
発明の効果
[0011]
第1発明の硬質積層被膜は、MX(BaCbOcN1−a−b−c)にて構成されている第1被膜と、ZQ(BdCeOfN1−d−e−f)にて構成されている第2被膜とが交互に積層されたもので、2種類の金属元素MXおよびZQは互いに相違しているため、同じ金属元素を含んでいる場合に比較して優れた耐摩耗性が得られる。また、MX合金をターゲットとして第1被膜を形成するとともにZQ合金をターゲットとして第2被膜を形成するため、M、X、Z、Qの単体金属をターゲットとして第1被膜、第2被膜を形成する場合に比較して、一層高い耐摩耗性が得られる。更に、第1被膜および第2被膜の積層周期tが0.2nm〜100nmの範囲内であるため、両被膜の特性を享受しつつ薄膜化による被膜硬さ(耐摩耗性)の向上効果が安定して得られる。すなわち、この第1発明の硬質積層被膜によれば、2種類の金属元素の合金化や薄膜化、多層化による被膜硬さの向上効果が一層好適に得られるようになり、総合的に耐摩耗性が一層向上するのである。
[0012]
上記硬質積層被膜で被覆された第4発明の硬質積層被膜被覆工具や、BCONの成分組成が等しい硬質積層被膜を形成する第5発明、第6発明の被膜形成方法においても、実質的に上記と同様の作用効果が得られる。第5発明、第6発明では、回[0003]
And a plurality of second coatings that are configured in a range of 0 ≦ d ≦ 0.2, 0 ≦ e ≦ 0.3, and 0 ≦ f ≦ 0.1. And (c) the laminating period t of the thickness of the first coating and the thickness of the second coating is in the range of 0.2 nm to 100 nm, and the BCON in the first coating and the second coating. A film forming method for forming a hard laminated film having the same component composition and excellent wear resistance on a predetermined member by the PVD method, and (d) holding the member on the outer periphery in a predetermined processing container And (e) a first target made of MX alloy and a second target made of ZQ alloy, which are spaced apart from each other in the circumferential direction around the rotary table. (F) determined according to the component composition of the BCON (G) by continuously rotating the rotary table in one direction around the one center line using a film forming apparatus having a reaction gas supply apparatus that supplies the predetermined reaction gas to the processing container. The member is periodically passed in front of the first target and the second target, while the reaction gas is supplied into the processing container, and from the first target and the second target, respectively. By simultaneously evaporating the MX alloy and the ZQ alloy, the MX alloy and the ZQ alloy react with the reaction gas, respectively, and when the member passes in front of the first target, When one film is formed and passes in front of the second target, the second film is formed on the surface of the member. Characterized by continuously alternately stacked first and the film and a second coating on the surface.
[0010]
A sixth invention is the film forming method of the fifth invention, wherein a plurality of the first targets are arranged at equiangular intervals around the rotary table, and the second target is the same as the first target. It is characterized in that the first coating and the second coating are laminated on the surface of the member a plurality of periods by one rotation of the rotary table.
Effects of the Invention [0011]
Hard multilayer coating of the first invention comprises a first coat which is constituted by MX (B a C b O c N 1-a-b-c), ZQ (B d C e O f N 1-d- ef ) and the second coating layer composed of the two layers are alternately stacked. Since the two metal elements MX and ZQ are different from each other, compared with the case where the same metal element is included. Excellent wear resistance. In addition, since the first film is formed using the MX alloy as a target and the second film is formed using the ZQ alloy as a target, the first film and the second film are formed using a single metal of M, X, Z, and Q as a target. Compared to the case, higher wear resistance can be obtained. Furthermore, since the lamination period t of the first film and the second film is in the range of 0.2 nm to 100 nm, the effect of improving the film hardness (wear resistance) by thinning is stable while enjoying the characteristics of both films. Is obtained. That is, according to the hard laminated film of the first invention, the effect of improving the film hardness by alloying, thinning, and multilayering of two kinds of metal elements can be obtained more suitably, and comprehensively wear resistant. The property is further improved.
[0012]
In the hard laminated film-coated tool of the fourth invention coated with the hard laminated film, and in the fifth and sixth inventions for forming a hard laminated film having the same BCON component composition, the film forming method of the invention is substantially as described above. Similar effects can be obtained. In the fifth and sixth inventions,
【0005】
μmの範囲内であるか否かによる耐摩耗性の違いを比較して示した図である。
[図7]本発明の硬質積層被膜の具体例を説明する図で、第1被膜および第2被膜におけるBCONの原子比a〜c、d〜fがそれぞれ所定の範囲内か否かによる耐摩耗性の違いを比較して示した図である。
[図8]本発明の硬質積層被膜の更に別の具体例を説明する図で、所定の加工条件に従って切削加工を行った場合の逃げ面摩耗幅を併せて示した図である。
[図9]本発明の硬質積層被膜の更に別の具体例を説明する図で、所定の加工条件に従って切削加工を行った場合の逃げ面摩耗幅を併せて示した図である。
符号の説明
[0015]
10:エンドミル(硬質積層被膜被覆工具) 12:工具母材(所定の部材) 20:硬質積層被膜 22:第1被膜 24:第2被膜 30:アークイオンプレーティング装置(被膜形成装置) 32:第1回転テーブル(回転テーブル) 38:チャンバ(処理容器) 40:反応ガス供給装置 48:第1ターゲット 52:第2ターゲット O:一中心線
発明を実施するための最良の形態
[0016]
本発明は、エンドミルやタップ、ドリルなどの回転切削工具の他、バイト等の非回転式の切削工具、或いは転造工具など、種々の加工工具の表面に設けられる硬質積層被膜に好適に適用されるが、半導体装置等の表面保護膜など加工工具以外の部材の表面に設けられる硬質積層被膜にも適用できる。工具母材など硬質積層被膜が設けられる部材の材質としては、超硬合金や高速度工具鋼が好適に用いられるが、他の金属材料であっても良い。
[0017]
本発明の硬質積層被膜を形成するPVD法(物理蒸着法)としては、アークイオンプレーティング法やスパッタリング法が好適に用いられる。第1被膜および第2被膜の膜厚は、ターゲットに対する投入電力量や回転テーブルの回転速度等により適宜設定することができる。
[0018]
第1被膜におけるMXの原子比や第2被膜におけるZQの原子比は、1:1でも3:1や1:3などでも良く、金属元素の種類や要求特性等に応じて適宜設定できる。BCONは、全体を1として少なくともN(窒素)を0.4以上含み、B(硼素)については0.2[0005]
It is the figure which compared and showed the difference in abrasion resistance by whether it is in the range of micrometer.
FIG. 7 is a diagram for explaining a specific example of the hard laminated coating of the present invention, and wear resistance depending on whether or not the atomic ratios a to c and df of BCON in the first coating and the second coating are within predetermined ranges, respectively. It is the figure which showed the difference in sex.
FIG. 8 is a view for explaining still another specific example of the hard laminated film of the present invention, and also shows the flank wear width when cutting is performed in accordance with predetermined processing conditions.
FIG. 9 is a view for explaining still another specific example of the hard laminated film of the present invention, and also shows a flank wear width when cutting is performed according to predetermined processing conditions.
Explanation of symbols [0015]
10: End mill (hard laminated coating coated tool) 12: Tool base material (predetermined member) 20: Hard laminated coating 22: First coating 24: Second coating 30: Arc ion plating apparatus (film forming apparatus) 32:
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitably applied to hard multilayer coatings provided on the surface of various processing tools such as end mills, taps, and rotary cutting tools such as drills, non-rotating cutting tools such as cutting tools, and rolling tools. However, the present invention can also be applied to a hard laminated film provided on the surface of a member other than a processing tool such as a surface protective film of a semiconductor device or the like. As a material of a member provided with a hard laminated film such as a tool base material, cemented carbide or high-speed tool steel is preferably used, but other metal materials may be used.
[0017]
As the PVD method (physical vapor deposition method) for forming the hard laminated film of the present invention, an arc ion plating method or a sputtering method is preferably used. The film thicknesses of the first coating and the second coating can be appropriately set depending on the amount of input power to the target, the rotation speed of the rotary table, and the like.
[0018]
The atomic ratio of MX in the first coating and the atomic ratio of ZQ in the second coating may be 1: 1, 3: 1, 1: 3, etc., and can be set as appropriate according to the type of metal element, required characteristics, and the like. BCON contains at least N (nitrogen) of 0.4 or more with respect to 1 as a whole, and 0.2 for B (boron).
【0009】
[0029]
上記第1被膜22におけるMXの原子比や第2被膜24におけるZQの原子比は、1:1でも3:1や1:3などでも良く、金属元素の種類や要求特性等に応じて適宜設定される。BCONは、全体を1として少なくともN(窒素)を0.4以上含み、B(硼素)については0.2以下、C(炭素)については0.3以下、O(酸素)については0.1以下で、それぞれ含有させることができ、N(窒素)だけでも良い。また、第1被膜22および第2被膜24におけるBCONの成分組成は同じ、すなわち原子比a=d、b=e、且つc=fであっても良いが、別々に設定することもできる。BCONの他に不可避的な不純物元素や性質に影響しない他の元素を含んでも差し支えない。
[0030]
図2は、上記硬質積層被膜20を形成する際に好適に用いられるアークイオンプレーティング装置30を説明する図で、(a)は概略構成図(模式図)で(b)におけるA−A断面に相当する図であり、(b)は平面図である。このアークイオンプレーティング装置30は、略水平な第1回転テーブル32、その第1回転テーブル32を略垂直な一中心線Oまわりに回転駆動する回転駆動装置33、第1回転テーブル32の外周部に複数(図2の(b)では4個)配設されるとともに多数のワークすなわち硬質積層被膜20を被覆する前の切れ刃16、18等が形成された工具母材12を保持する第2回転テーブル34、工具母材12に負のバイアス電圧を印加するバイアス電源36、工具母材12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。このアークイオンプレーティング装置30は被膜形成装置に相当する。なお、図2の(b)では、第2回転テーブル34に取り付けられる工具母材12が省略されている。
[0031]
上記第2回転テーブル34は第1回転テーブル32と平行に配設されており、その第1回転テーブル32の一中心線Oと平行な自身の中心線(第2の中心線)まわりに回転させられるとともに、複数の工具母材12を、その軸心が第2の中心線と平行で刃部14が上向きとなる垂直な姿勢で保持するようになっている。したがって、複数の工具母材12は、第2回転テーブル34の中心線(第2の中心線)まわりに回転駆動されつつ、第1回転テーブル32により一中心線Oまわりに回転駆動されることになる。第1回転テーブル32の周囲には、一中心線Oまわりに第1ターゲット48および第2ターゲッ[0009]
[0029]
The atomic ratio of MX in the
[0030]
FIG. 2 is a view for explaining an arc
[0031]
The
Claims (6)
前記第1被膜は、MX(Ba Cb Oc N1-a-b-c )〔但し、MおよびXはそれぞれ元素の周期律表のIVa族、Va族、VIa族、Al、Si、およびYから選択される2種類の異なる金属元素、a、b、cはそれぞれ原子比で、0≦a≦0.2、0≦b≦0.3、0≦c≦0.1の範囲内〕にて構成され、MX合金をターゲットとしてPVD法により形成されている一方、
前記第2被膜は、ZQ(Bd Ce Of N1-d-e-f )〔但し、ZおよびQは何れも前記M、Xと異なるとともにそれぞれ元素の周期律表のIVa族、Va族、VIa族、Al、Si、およびYから選択される2種類の異なる金属元素、d、e、fはそれぞれ原子比で、0≦d≦0.2、0≦e≦0.3、0≦f≦0.1の範囲内〕にて構成され、ZQ合金をターゲットとしてPVD法により形成されており、
且つ、該第1被膜の膜厚と該第2被膜の膜厚を合わせた積層周期tは0.2nm〜100nmの範囲内である
ことを特徴とする硬質積層被膜。Two types of first and second coatings having different compositions are hard laminated coatings excellent in wear resistance, in which a number of layers are alternately laminated on the surface of a predetermined member,
Wherein the first coating is selected, MX (B a C b O c N 1-abc) [However, IVa of the periodic table of M and X, respectively the elements, Va group, VIa group, Al, Si, and from Y The two different metal elements, a, b, and c, are atomic ratios and are within the range of 0 ≦ a ≦ 0.2, 0 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ c ≦ 0.1] While being formed by PVD method using MX alloy as a target,
The second coating, ZQ (B d C e O f N 1-def) [However, IVa of the periodic table of Z and Q respectively the both M, with different and X elements, Va group, VIa group , Al, Si, and Y, two different metal elements, d, e, and f are atomic ratios of 0 ≦ d ≦ 0.2, 0 ≦ e ≦ 0.3, and 0 ≦ f ≦ 0, respectively. Within the range of .1] and formed by PVD method using ZQ alloy as a target,
In addition, a hard laminated film characterized in that a lamination period t in which the film thickness of the first film and the film thickness of the second film are combined is in the range of 0.2 nm to 100 nm.
ことを特徴とする請求項1に記載の硬質積層被膜。2. The total film thickness D of the hard laminated film in which the first film and the second film are repeatedly laminated at the lamination period t is in a range of 0.2 μm to 10 μm. Hard laminated film.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の硬質積層被膜。The hard laminated film according to claim 1 or 2, wherein the BCON component compositions in the first film and the second film are equal to each other.
前記処理容器内において、外周部に前記部材を保持して一中心線まわりに回転駆動される回転テーブルと、
該回転テーブルの周囲に互いに周方向に離間して配設された前記MX合金から成る第1ターゲットおよび前記ZQ合金から成る第2ターゲットと、
前記BCONの成分組成に応じて定められた所定の反応ガスを前記処理容器内に供給する反応ガス供給装置と、
を有する被膜形成装置を用いて、前記回転テーブルを前記一中心線まわりに一方向へ連続回転させることにより、前記部材が前記第1ターゲットおよび前記第2ターゲットの前を交互に周期的に通過させられる一方、前記反応ガスを前記処理容器内に供給するとともに、前記第1ターゲットおよび前記第2ターゲットからそれぞれ前記MX合金および前記ZQ合金を蒸発させることにより、該MX合金および該ZQ合金をそれぞれ前記反応ガスと反応させ、前記部材が該第1ターゲット前を通過する際には該部材の表面に前記第1被膜が形成され、該第2ターゲット前を通過する際には該部材の表面に前記第2被膜が形成されることにより、該部材の表面に該第1被膜と該第2被膜とを交互に連続的に積層する
ことを特徴とする被膜形成方法。A film forming method for forming the hard laminated film according to claim 3 on a predetermined member by a PVD method,
In the processing container, a rotary table that is driven to rotate around one center line while holding the member on the outer periphery,
A first target composed of the MX alloy and a second target composed of the ZQ alloy, which are arranged around the turntable and spaced apart from each other in the circumferential direction;
A reaction gas supply device for supplying a predetermined reaction gas determined according to the component composition of the BCON into the processing container;
And continuously rotating the rotary table in one direction around the one center line so that the member alternately and periodically passes in front of the first target and the second target. On the other hand, while supplying the reaction gas into the processing vessel and evaporating the MX alloy and the ZQ alloy from the first target and the second target, respectively, the MX alloy and the ZQ alloy are When the member passes through the front of the first target, the first film is formed on the surface of the member. When the member passes through the front of the second target, the first coating is formed on the surface of the member. By forming the second coating, the first coating and the second coating are alternately and continuously laminated on the surface of the member. .
ことを特徴とする請求項5に記載の被膜形成方法。A plurality of the first targets are arranged at equal angular intervals around the rotary table, and the same number of the second targets as the first target are arranged at equal angular intervals around the rotary table. The film forming method according to claim 5, wherein a plurality of periods of the first film and the second film are laminated on the surface of the member by one rotation of the turntable.
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Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08134629A (en) * | 1994-09-16 | 1996-05-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Hyperfine particle laminated film and laminated high hardness material for tool with same |
JP2002028804A (en) * | 2000-07-13 | 2002-01-29 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Multilayer film coated tool |
JP2002275618A (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-25 | Osg Corp | Hard laminated coating film, hard laminated coating film coated tool and formation of the hard laminated coating film |
JP2002331408A (en) * | 2001-05-11 | 2002-11-19 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Abrasion resistant coating film-covered tool |
JP2002337006A (en) * | 2001-05-11 | 2002-11-26 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Coated cutting tool |
JP2003089004A (en) * | 2001-07-13 | 2003-03-25 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Coated machining tool |
JP2006028600A (en) * | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Kobe Steel Ltd | Stacked film having excellent wear resistance and heat resistance |
JP2006137982A (en) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Hard film coated member, and its coating method |
JP2006225708A (en) * | 2005-02-17 | 2006-08-31 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Wear resistant film, wear resistant film-coated cutting tool, and method for producing wear resistant film |
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Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08134629A (en) * | 1994-09-16 | 1996-05-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Hyperfine particle laminated film and laminated high hardness material for tool with same |
JP2002028804A (en) * | 2000-07-13 | 2002-01-29 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Multilayer film coated tool |
JP2002275618A (en) * | 2001-03-13 | 2002-09-25 | Osg Corp | Hard laminated coating film, hard laminated coating film coated tool and formation of the hard laminated coating film |
JP2002331408A (en) * | 2001-05-11 | 2002-11-19 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Abrasion resistant coating film-covered tool |
JP2002337006A (en) * | 2001-05-11 | 2002-11-26 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Coated cutting tool |
JP2003089004A (en) * | 2001-07-13 | 2003-03-25 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Coated machining tool |
JP2006028600A (en) * | 2004-07-16 | 2006-02-02 | Kobe Steel Ltd | Stacked film having excellent wear resistance and heat resistance |
JP2006137982A (en) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Hard film coated member, and its coating method |
JP2006225708A (en) * | 2005-02-17 | 2006-08-31 | Hitachi Tool Engineering Ltd | Wear resistant film, wear resistant film-coated cutting tool, and method for producing wear resistant film |
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