JPWO2020026389A1 - 硬質被膜および硬質被膜被覆部材 - Google Patents

Abstract

Ａ組成（ＡｌＣｒαの窒化物）、Ｂ組成（ＡｌＣｒＳｉβの窒化物）、およびＣ組成（ＡｌＣｒ（ＳｉＣ）γの窒化物）の中の２種類の単一組成層であるＡ層３２およびＢ層３４と、Ａ組成、Ｂ組成、およびＣ組成の中の２つの組成から成る２種類のナノレイヤー層（ナノレイヤーＡ層３２ｎ、ナノレイヤーＢ層３４ｎ）を交互に積層したナノレイヤー交互層３６とが、それぞれ所定の膜厚で交互に積層されることにより、優れた耐摩耗性、靱性、潤滑性、および耐溶着性が得られるようになる。これにより、例えば炭素鋼、鋳鉄、合金鋼、ステンレス鋼等の各種被削材に対する切削加工において、或いは高速加工やドライ加工等の過酷な加工条件において、工具の長寿命化を実現することができた。

Description

本発明は硬質被膜および硬質被膜被覆部材に係り、特に、耐摩耗性および耐溶着性に優れた硬質被膜に関するものである。

エンドミルやフライス、ドリル、バイト、チップ等の切削工具、盛上げタップ、転造工具等の非切削工具などの種々の加工工具、或いは耐摩耗性が要求される摩擦部品などの各種の部材において、超硬合金や高速度工具鋼等の母材の表面に硬質被膜をコーティングすることが行われている。例えば、特許文献１ではＡｌＣｒＮ系／ＡｌＴｉＳｉＮ系の多層構造の硬質被膜が提案されており、特許文献２ではＡｌＣｒＮ系／ＣｒＮ系の多層構造の硬質被膜が提案されており、特許文献３ではＡｌＣｒ系／ＴｉＳｉ系の多層構造の硬質被膜が提案されている。

特開２０１２−３５３７８号公報 特開２０１４−７９８３４号公報 特表２００８−５３４２９７号公報

しかしながら、このような従来の硬質被膜においても、被削材の種類や切削速度などの加工条件、使用条件等により必ずしも十分に満足できる耐摩耗性、耐溶着性が得られない場合があり、未だ改良の余地があった。例えば、ＡｌＣｒＮ系／ＣｒＮ系の多層構造の硬質被膜を施した切削工具の場合、炭素鋼や鋳鉄等の切削加工に用いられると、耐摩耗性が十分でない場合があった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、耐摩耗性および耐溶着性が優れた新たな構成の硬質被膜および硬質被膜被覆部材を提供することにある。

本発明者等は以上の事情を背景として種々実験、研究を重ねるうち、ＡｌＣｒα〔但し、αは任意添加成分で、Ｂ、Ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷより選ばれる１種以上の元素〕の窒化物から成るＡ組成、ＡｌＣｒＳｉβ〔但し、βは任意添加成分で、Ｂ、Ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷより選ばれる１種以上の元素〕の窒化物から成るＢ組成、およびＡｌＣｒ（ＳｉＣ）γ〔但し、γは任意添加成分で、Ｂ、Ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷより選ばれる１種以上の元素〕の窒化物から成るＣ組成を用いて、それ等を所定の膜厚で積層することにより、優れた耐摩耗性、耐溶着性が得られることを見い出した。本発明は、かかる知見に基づいて為されたものである。

第１発明は、母材の表面を被覆するようにその表面に付着される硬質被膜であって、(a) 前記硬質被膜は、Ａ組成、Ｂ組成、およびＣ組成の中の何れか２つの組成から成る２種類の単一組成層と、前記Ａ組成、前記Ｂ組成、および前記Ｃ組成の中の何れか２つの組成から成る２種類のナノレイヤー層を交互に積層したナノレイヤー交互層との、計３種類の層が交互に積層されて、総膜厚が０．５〜２０μｍの範囲内となるように構成されており、(b) 前記Ａ組成は、組成式がＡｌ_a Ｃｒ_b α_c 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３０≦ａ≦０．８５、０．１５≦ｂ≦０．７０、０≦ｃ≦０．１０、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１であり、任意添加成分αはＢ、Ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷより選ばれる１種以上の元素である〕の窒化物で、(c) 前記Ｂ組成は、組成式がＡｌ_d Ｃｒ_e Ｓｉ_f β_g 〔但し、ｄ、ｅ、ｆ、ｇはそれぞれ原子比で、０．２０≦ｄ≦０．８５、０．１０≦ｅ≦０．５０、０．０３≦ｆ≦０．４５、０≦ｇ≦０．１０、且つｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＝１であり、任意添加成分βはＢ、Ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷより選ばれる１種以上の元素である〕の窒化物で、(d) 前記Ｃ組成は、組成式がＡｌ_h Ｃｒ_i （ＳｉＣ）_j γ_k 〔但し、ｈ、ｉ、ｊ、ｋはそれぞれ原子比で、０．２０≦ｈ≦０．８５、０．１０≦ｉ≦０．５０、０．０３≦ｊ≦０．４５、０≦ｋ≦０．１０、且つｈ＋ｉ＋ｊ＋ｋ＝１であり、任意添加成分γはＢ、Ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷより選ばれる１種以上の元素である〕の窒化物であり、(e) 前記２種類の単一組成層の膜厚は、何れも０．５〜１０００ｎｍの範囲内であり、(f) 前記ナノレイヤー交互層を構成している前記２種類のナノレイヤー層の各膜厚は、何れも０．５〜５００ｎｍの範囲内で、前記ナノレイヤー交互層の膜厚は１〜１０００ｎｍの範囲内であることを特徴とする。

なお、上記Ｃ組成の（ＳｉＣ）は、炭化ケイ素という化合物の形で存在していることを意味する。また、各層の膜厚を全域に亘って正確にコントロールすることは困難で、本明細書における膜厚は平均値であり、平均膜厚が上記数値範囲を満たせば良く、部分的に数値範囲から外れる領域があっても良い。

第２発明は、第１発明の硬質被膜において、前記２種類の単一組成層の各膜厚Ｔ１、Ｔ２と、前記ナノレイヤー交互層の膜厚Ｔ３との比Ｔ１／Ｔ３、Ｔ２／Ｔ３は、何れも０．２〜１０の範囲内であることを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明の硬質被膜において、交互に積層された前記２種類の単一組成層および前記ナノレイヤー交互層の最下部の層が前記母材の表面に直接設けられていることを特徴とする。

第４発明は、第１発明または第２発明の硬質被膜において、(a) 前記硬質被膜は、前記母材との間に界面層を備えており、(b) 前記界面層は、(b-1) 前記Ａ組成、前記Ｂ組成、および前記Ｃ組成の中の何れか１つの組成から成る単一組成層、(b-2) 前記Ａ組成、前記Ｂ組成、および前記Ｃ組成の中の何れか２つの組成から成り、それぞれ膜厚が０．５〜５００ｎｍの範囲内の２種類のナノレイヤー層を交互に積層したナノレイヤー交互層、および(b-3) Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、およびＷの中の１種類以上の元素から成る金属の窒化物、炭窒化物、または炭化物の層、の計３種類の層の中の何れか１つの層にて構成されており、(c) 前記界面層の膜厚は１０〜１０００ｎｍの範囲内であることを特徴とする。

第５発明は、第１発明〜第４発明の何れかの硬質被膜において、(a) 前記硬質被膜は、最表面に表面層を備えており、(b) 前記表面層は、前記Ａ組成、前記Ｂ組成、および前記Ｃ組成の中の何れか１つの組成から成る単一組成層、または前記Ａ組成、前記Ｂ組成、および前記Ｃ組成の中の何れか２つの組成から成り、それぞれ膜厚が０．５〜５００ｎｍの範囲内の２種類のナノレイヤー層を交互に積層したナノレイヤー交互層にて構成されており、(c) 前記表面層の膜厚は５〜１０００ｎｍの範囲内であることを特徴とする。

第６発明は、母材の表面の一部または全部が硬質被膜によって被覆されている硬質被膜被覆部材であって、前記硬質被膜は第１発明〜第５発明の何れかの硬質被膜であることを特徴とする。

第７発明は、第６発明の硬質被膜被覆部材において、前記硬質被膜被覆部材は、軸心まわりに回転させられるとともに、その回転に伴って切れ刃が断続的に切削加工を行う断続切削工具であることを特徴とする。

なお、上記各発明における数値範囲は、それぞれ四捨五入した値が数値範囲に入れば良い。

このような本発明の硬質被膜において、Ａ組成から成る単一組成層は高硬度で耐摩耗性に優れ、Ｂ組成から成る単一組成層は高硬度で耐摩耗性、耐酸化性に優れる。Ｃ組成から成る単一組成層は、ＳｉがＳｉＣ（炭化ケイ素）という化合物の形で存在しているため、酸素との結合性が低く、且つＳｉＣが共有結合であるため、高硬度で１０００℃以上においても機械的強度の低下が小さく、耐熱性、耐摩耗性、耐酸化性に優れる。ナノレイヤー交互層は、高硬度で耐摩耗性、靱性、および耐酸化性に優れる。また、Ａ組成〜Ｃ組成に任意に添加される成分α、β、γは、１０ａｔ％（原子％）以下の割合で添加されることにより、被膜の結晶粒子を微細化し、添加量によって被膜の粒子径を制御することが可能で、各被膜の硬度や靱性、潤滑性を調整できる。このような特性を有する任意の２種類の単一組成層およびナノレイヤー交互層が、それぞれ所定の膜厚で交互に積層されることにより、耐摩耗性、靱性、潤滑性、および耐溶着性に優れた硬質被膜が得られた。これにより、例えば切削工具の場合、炭素鋼、鋳鉄、合金鋼、ステンレス鋼等の各種被削材に対する切削加工において、或いは高速加工やドライ加工等の過酷な加工条件において、工具の長寿命化を実現することができた。

第２発明では、２種類の単一組成層の各膜厚Ｔ１、Ｔ２と、ナノレイヤー交互層の膜厚Ｔ３との比Ｔ１／Ｔ３、Ｔ２／Ｔ３が、何れも０．２〜１０の範囲内であるため、２種類の単一組成層およびナノレイヤー交互層がそれぞれ所定の特性を有する適切な膜厚で設けられ、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られる。

第３発明は、交互に積層された２種類の単一組成層および１種類のナノレイヤー交互層の計３種類の層の最下部の層が母材の表面に直接設けられている場合で、母材との境界に界面層等を設ける場合に比較して成膜コストが低減される。

第４発明は、所定の組成、膜厚の界面層が母材との境界に設けられている場合で、母材に対する硬質被膜の付着強度を高くすることができる。

第５発明は、所定の組成、膜厚の表面層が硬質被膜の最表面に設けられている場合で、その表面層の組成や膜厚を適当に定めることにより、耐摩耗性や耐溶着性等の所定の被膜性能を更に向上させることができる。

第６発明は硬質被膜被覆部材に関するもので、第１発明〜第５発明の硬質被膜が設けられることにより、実質的にそれ等の発明と同様の作用効果が得られる。

第７発明は、硬質被膜被覆部材がエンドミルやフライス等の断続切削工具の場合で、切れ刃が断続的に切削加工を行うことにより繰り返し衝撃荷重が加えられるとともに発熱し易い。このため、高い耐摩耗性や靱性、耐溶着性が得られる本発明の硬質被膜が好適に用いられる。

本発明が適用されたボールエンドミルの一例を示す正面図である。 図１のボールエンドミルを先端側から見た拡大底面図である。 図１のボールエンドミルに設けられた硬質被膜の被膜構造を説明する模式図である。 図１のボールエンドミルに設けられる硬質被膜の被膜構造の別の例を説明する模式図である。 図１のボールエンドミルに設けられる硬質被膜の被膜構造の更に別の例を説明する模式図である。 図１のボールエンドミルに設けられる硬質被膜の被膜構造の更に別の例を説明する模式図である。 図１のボールエンドミルに設けられる硬質被膜の被膜構造の更に別の例を説明する模式図である。 図１のボールエンドミルに設けられる硬質被膜の被膜構造の更に別の例を説明する模式図である。 図３〜図８の硬質被膜を工具母材上に成膜する物理的蒸着装置の一例であるアークイオンプレーティング装置を説明する概略図である。 切削加工試験に用いた試験品１〜試験品５０の硬質被膜を構成するＡ組成の構成元素の種類および含有割合を示した図である。 試験品１〜試験品５０の硬質被膜を構成するＢ組成の構成元素の種類および含有割合を示した図である。 試験品１〜試験品５０の硬質被膜を構成するＣ組成の構成元素の種類および含有割合を示した図である。 試験品１〜試験品５０の硬質被膜の被膜構造を示した図である。 試験品１〜試験品５０の硬質被膜の被膜硬さ、切削加工試験を行って測定した摩耗幅、切削距離、および判定結果を示した図である。

本発明は、エンドミルやフライス、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、或いは盛上げタップ、転造工具、プレス金型等の非切削工具など、種々の加工工具の表面に設けられる硬質被膜に好適に適用されるが、軸受部材や半導体装置等の表面保護膜など耐摩耗性や耐酸化性が要求される加工工具以外の部材の表面に設けられる硬質被膜にも適用できる。各種の加工工具に取り付けられて使用される切れ刃チップなどにも適用される。硬質被膜被覆工具の工具母材としては、超硬合金や高速度工具鋼、サーメット、セラミックス、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、単結晶ダイヤモンド、多結晶ＣＢＮ、単結晶ＣＢＮが好適に用いられるが、他の工具材料を採用することもできる。硬質被膜の形成手段としては、アークイオンプレーティング法やスパッタリング法、ＰＬＤ（Pulse LASER Deposition）法等のＰＶＤ法（物理蒸着法）が好適に用いられる。

硬質被膜は、Ａ組成、Ｂ組成、およびＣ組成の中の何れか２つの組成から成る２種類の単一組成層と、Ａ組成、Ｂ組成、およびＣ組成の中の何れか２つの組成から成る２種類のナノレイヤー層を交互に積層したナノレイヤー交互層との、計３種類の層が交互に積層されたものである。したがって、例えばＡ組成およびＢ組成から成る２種類の単一組成層と、Ａ組成およびＢ組成の２つの組成から成る２種類のナノレイヤー層を交互に積層したナノレイヤー交互層と、を交互に積層した場合には、Ｃ組成は必要ないなど、Ａ組成、Ｂ組成、およびＣ組成のうちの２種類の組成のみで構成することもできる。また、上記２種類の単一組成層およびナノレイヤー交互層の積層順序は適宜定められる。２種類の単一組成層およびナノレイヤー交互層の計３種類の層は、予め定められた順番で１周期以上積層され、１周期を単位として積層することが望ましいが、例えば最下部の層と最上部の層とが同じになるなど、最上部が１周期の途中で終了しても良い。２種類のナノレイヤー層を交互に積層したナノレイヤー交互層についても、同様である。硬質被膜の総膜厚は、界面層や表面層を有する場合、それ等の界面層や表面層を含んだ膜厚である。

２種類の単一組成層の各膜厚Ｔ１、Ｔ２と、ナノレイヤー交互層の膜厚Ｔ３との比Ｔ１／Ｔ３、Ｔ２／Ｔ３は、何れも０．２〜１０の範囲内であることが望ましいが、その数値範囲から外れた比で各膜厚Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を設定することもできる。硬質被膜には、必要に応じて母材との間に界面層が設けられる。界面層は、例えばＡ組成、Ｂ組成、およびＣ組成の中の何れか１つの組成から成る単一組成層、またはＡ組成、Ｂ組成、およびＣ組成の中の何れか２つの組成から成る２種類のナノレイヤー層を交互に積層したナノレイヤー交互層が適当であるが、Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、およびＷの中の１種類以上の元素から成る金属の窒化物、炭窒化物、または炭化物の層を界面層として設けることもできるし、その他の組成の界面層を設けることも可能である。界面層の膜厚は１０〜１０００ｎｍの範囲内が適当であるが、その数値範囲外の膜厚としても良い。

硬質被膜には、必要に応じて表面層が設けられる。表面層は、Ａ組成、Ｂ組成、およびＣ組成の中の何れか１つの組成から成る単一組成層、またはＡ組成、Ｂ組成、およびＣ組成の中の何れか２つの組成から成る２種類のナノレイヤー層を交互に積層したナノレイヤー交互層が適当であるが、その他の組成の表面層を設けることも可能である。表面層の膜厚は５〜１０００ｎｍの範囲内が適当であるが、その数値範囲外の膜厚としても良い。

本発明者等の知見によれば、本発明の硬質被膜は、２種類の単一組成層と１種類のナノレイヤー交互層との計３種類の層が交互に積層されることにより、ＡｌＣｒＮベースの多層コーティングよりも良好な耐酸化性、硬さ、耐摩耗性、およびせん断強さが得られる。また、異なる弾性特性（弾性率および硬度）を有する各層のインタフェースによる格子転位の妨げに起因して高い硬度を達成できる。このインタフェースは、エネルギー散逸および亀裂拡大を妨げる作用によって、被膜硬さだけでなく靱性の向上に寄与する。一方、インタフェースは多層被膜の特性に大きく影響し、ナノレイヤー層の周期がナノメートルの範囲であるナノレイヤー交互層を設けたので、各ナノレイヤー層の厚さによって結晶粒子のサイズおよび膜密度を適当に調整することにより、被膜の機械特性やトライボロジー向上効果が得られる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明が適用された硬質被膜被覆部材の一例であるボールエンドミル１０を説明する正面図で、図２は先端側から見た拡大底面図である。このボールエンドミル１０は、超硬合金にて構成されている工具母材１２（図３〜図８参照）を備えており、工具母材１２には、シャンク１４および刃部１６が一体に設けられている。刃部１６には、外周刃１８およびボール刃２０から成る切れ刃が軸心に対して対称的に一対設けられており、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１８およびボール刃２０によって断続的に切削加工が行われる。外周刃１８およびボール刃２０は滑らかに連続するように設けられているとともに、それ等の外周刃１８およびボール刃２０を挟んで両側にすくい面２２および逃げ面（二番面）２４が設けられている。言い換えれば、すくい面２２および逃げ面２４が交差する稜線部分に外周刃１８およびボール刃２０が設けられている。ボールエンドミル１０は硬質被膜被覆工具で、断続切削工具に相当する。

刃部１６における工具母材１２の表面には、図３に示すように硬質被膜３０がコーティングされている。図３は、硬質被膜３０がコーティングされた刃部１６の表面近傍の断面を拡大して示した模式図で、図１の斜線部は硬質被膜３０がコーティングされた領域を表している。シャンク１４を含めてボールエンドミル１０全体を硬質被膜３０で被覆することも可能である。

硬質被膜３０は、表面側からＡ層３２、Ｂ層３４、およびナノレイヤー交互層３６が少なくとも１周期以上積層された多層構造を成しており、工具母材１２との境界部分には界面層３８が設けられている。すなわち、工具母材１２の表面上に先ず界面層３８が設けられ、その界面層３８の上に、ナノレイヤー交互層３６、Ｂ層３４、およびＡ層３２が、その順番で繰り返し積層され、最上部にＡ層３２が設けられている。界面層３８を含む硬質被膜３０の総膜厚Ｔtotal は０．５〜２０μｍの範囲内で適当に定められ、Ａ層３２の膜厚Ｔ１は０．５〜１０００ｎｍの範囲内で適当に定められ、Ｂ層３４の膜厚Ｔ２は０．５〜１０００ｎｍの範囲内で適当に定められ、ナノレイヤー交互層３６の膜厚Ｔ３は１〜１０００ｎｍの範囲内で適当に定められる。また、膜厚Ｔ１、Ｔ２と膜厚Ｔ３との比Ｔ１／Ｔ３、Ｔ２／Ｔ３が、何れも０．２〜１０の範囲内になるように、各膜厚Ｔ１〜Ｔ３は定められる。

Ａ層３２は、Ａ組成のみで構成されている単一組成層である。Ａ組成は、組成式がＡｌ_a Ｃｒ_b α_c 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３０≦ａ≦０．８５、０．１５≦ｂ≦０．７０、０≦ｃ≦０．１０、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１であり、任意添加成分αはＢ、Ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷより選ばれる１種以上の元素である〕の窒化物である。図１０は、Ａ組成の各元素の含有量（ａｔ％）の具体例を示した図で、空欄は含有量（ａｔ％）＝０であり、散点を付した欄（グレー部分）は含有量に対応する原子比が上記組成式の数値範囲から外れている。すなわち、試験品７〜試験品５０が、Ａ組成の要件を満たしている。このような組成のＡ層３２は、高硬度で耐摩耗性に優れる特徴を有する。また、任意添加成分αは、１０ａｔ％以下の割合で添加されることにより、結晶粒子を微細化し、添加量によって粒子径を制御することが可能で、被膜の硬度や靱性、潤滑性を調整できる。

Ｂ層３４は、Ｂ組成のみで構成されている単一組成層である。Ｂ組成は、組成式がＡｌ_d Ｃｒ_e Ｓｉ_f β_g 〔但し、ｄ、ｅ、ｆ、ｇはそれぞれ原子比で、０．２０≦ｄ≦０．８５、０．１０≦ｅ≦０．５０、０．０３≦ｆ≦０．４５、０≦ｇ≦０．１０、且つｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＝１であり、任意添加成分βはＢ、Ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷより選ばれる１種以上の元素である〕の窒化物である。図１１は、Ｂ組成の各元素の含有量（ａｔ％）の具体例を示した図で、空欄は含有量（ａｔ％）＝０であり、散点を付した欄（グレー部分）は含有量に対応する原子比が上記組成式の数値範囲から外れている。すなわち、試験品７〜試験品５０が、Ｂ組成の要件を満たしている。このような組成のＢ層３４は、高硬度で耐摩耗性、耐酸化性に優れる特徴を有する。また、任意添加成分βは、前記成分αと同じであり、１０ａｔ％以下の割合で添加されることにより、結晶粒子を微細化し、添加量によって粒子径を制御することが可能で、被膜の硬度や靱性、潤滑性を調整できる。

ナノレイヤー交互層３６は、Ａ層３２と同じＡ組成から成るナノレイヤーＡ層３２ｎ、およびＢ層３４と同じＢ組成から成るナノレイヤーＢ層３４ｎが、交互に１周期以上積層された多層構造を成している。この実施例では、Ａ層３２に接する最下部がナノレイヤーＡ層３２ｎで、Ｂ層３４に接する最上部がナノレイヤーＢ層３４ｎであるが、最下部がナノレイヤーＢ層３４ｎで最上部がナノレイヤーＡ層３２ｎであっても良い。ナノレイヤーＡ層３２ｎおよびナノレイヤーＢ層３４ｎの各膜厚は、何れも０．５〜５００ｎｍの範囲内で適当に定められる。このようなナノレイヤー交互層３６は、高硬度で耐摩耗性、靱性、および耐酸化性に優れる特徴を有する。すなわち、ナノレイヤー層３２ｎ、３４ｎのインタフェースは、格子転位の妨げに起因して高い硬度を達成できるとともに、エネルギー散逸および亀裂拡大を妨ぐ作用によって靱性の向上に寄与する。また、ナノレイヤー層３２ｎ、３４ｎの周期がナノメートルの範囲であるため、各ナノレイヤー層３２ｎ、３４ｎの厚さによって結晶粒子のサイズおよび膜密度を適当に調整することにより、被膜の機械特性やトライボロジー向上効果が得られる。

前記界面層３８は、本実施例ではＡ層３２と同じＡ組成のみから成る単一組成層である。界面層３８の膜厚は１０〜１０００ｎｍの範囲内で適当に定められる。このような界面層３８が工具母材１２との境界に設けられることにより、工具母材１２に対する硬質被膜３０の付着強度を高くすることができる。

図４〜図８は、ボールエンドミル１０の刃部１６の表面に設けられる硬質被膜の別の例を説明する図で、何れも図３に対応する断面模式図であり、各硬質被膜の総膜厚Ｔtotal は何れも０．５〜２０μｍの範囲内である。図４の硬質被膜４０は、前記硬質被膜３０に比較してＡ層３２およびＢ層３４の積層順が逆の場合で、Ｂ層３４とナノレイヤー交互層３６との間にＡ層３２が設けられているとともに、Ｂ層３４が最表面に設けられている。また、Ａ組成の界面層３８の代わりにＣ組成の界面層４２が設けられている。Ｃ組成は、組成式がＡｌ_h Ｃｒ_i （ＳｉＣ）_j γ_k 〔但し、ｈ、ｉ、ｊ、ｋはそれぞれ原子比で、０．２０≦ｈ≦０．８５、０．１０≦ｉ≦０．５０、０．０３≦ｊ≦０．４５、０≦ｋ≦０．１０、且つｈ＋ｉ＋ｊ＋ｋ＝１であり、任意添加成分γはＢ、Ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷより選ばれる１種以上の元素である〕の窒化物である。図１２は、Ｃ組成の各元素の含有量（ａｔ％）の具体例を示した図で、空欄は含有量（ａｔ％）＝０であり、散点を付した欄（グレー部分）は含有量に対応する原子比が上記組成式の数値範囲から外れている。すなわち、試験品７〜試験品５０が、Ｃ組成の要件を満たしている。界面層４２は、Ｃ組成のみから成る単一組成層で、界面層４２の膜厚は１０〜１０００ｎｍの範囲内で適当に定められる。このような界面層４２が工具母材１２との境界に設けられることにより、工具母材１２に対する硬質被膜４０の付着強度を高くすることができる。

図５の硬質被膜５０は、前記Ｂ層３４の代わりに、前記Ｃ組成のみから成るＣ層５２が設けられているとともに、前記ナノレイヤー交互層３６の代わりに、Ａ組成から成るナノレイヤーＡ層３２ｎおよびＣ組成から成るナノレイヤーＣ層５２ｎを交互に１周期以上積層したナノレイヤー交互層５４が設けられている。Ｃ層５２およびナノレイヤーＣ層５２ｎは、ＳｉがＳｉＣ（炭化ケイ素）という化合物の形で存在しているため、酸素との結合性が低く、且つＳｉＣが共有結合であるため、高硬度で１０００℃以上においても機械的強度の低下が小さく、耐熱性、耐摩耗性、耐酸化性に優れる特徴を有する。また、任意添加成分γは、前記成分αと同じであり、１０ａｔ％以下の割合で添加されることにより、結晶粒子を微細化し、添加量によって粒子径を制御することが可能で、被膜の硬度や靱性、潤滑性を調整できる。Ｃ層５２は、Ｃ組成のみから構成されている単一組成層で、Ｃ層５２の膜厚は０．５〜１０００ｎｍの範囲内で、且つナノレイヤー交互層５４に対する膜厚比が０．２〜１０の範囲内となるように適当に定められる。ナノレイヤー交互層５４は、例えばＣ層５２に接する最下部がナノレイヤーＣ層５２ｎで、Ａ層３２に接する最上部がナノレイヤーＡ層３２ｎであるが、最下部がナノレイヤーＡ層３２ｎで最上部がナノレイヤーＣ層５２ｎであっても良い。ナノレイヤー交互層５４の膜厚は１〜１０００ｎｍの範囲内で適当に定められ、ナノレイヤーＡ層３２ｎおよびナノレイヤーＣ層５２ｎの各膜厚は、何れも０．５〜５００ｎｍの範囲内で適当に定められる。このようなナノレイヤー交互層５４も、前記ナノレイヤー交互層３６と同様に高硬度で耐摩耗性、靱性、および耐酸化性に優れる特徴を有する。また、硬質被膜５０は、界面層５６として前記Ｂ組成のみから成る単一組成層が設けられている。

図６の硬質被膜６０は、前記図３の硬質被膜３０に比較して、Ａ層３２〜ナノレイヤー交互層３６の積層順が相違しており、最表面側からナノレイヤー交互層３６、Ａ層３２、Ｂ層３４の順番で積層されている。また、一番下のＢ層３４と工具母材１２との間には、ナノレイヤーＡ層３２ｎ、ナノレイヤーＢ層３４ｎ、およびナノレイヤーＣ層５２ｎの中の何れか２種類を交互に積層したナノレイヤー交互層から成る界面層６２が設けられている。界面層６２の膜厚は１０〜１０００ｎｍの範囲内で適当に定められ、ナノレイヤーＡ層３２ｎ、ナノレイヤーＢ層３４ｎ、およびナノレイヤーＣ層５２ｎの中の２種類のナノレイヤー層の膜厚は何れも０．５〜５００ｎｍの範囲内で適当に定められる。

図７の硬質被膜７０は、前記図３の硬質被膜３０に比較して、界面層３８を省略した場合である。

図８の硬質被膜８０は、前記図３の硬質被膜３０に比較して、最表面に表面層８２が設けられるとともに、Ａ組成、Ｂ組成、Ｃ組成とは異なる界面層８４が設けられている。表面層８２としては、例えばナノレイヤー交互層３６と同様にナノレイヤーＡ層３２ｎおよびナノレイヤーＢ層３４ｎを交互に積層したナノレイヤー交互層が設けられる。表面層８２の膜厚は５〜１０００ｎｍの範囲内で適当に定められ、ナノレイヤーＡ層３２ｎおよびナノレイヤーＢ層３４ｎの膜厚は何れも０．５〜５００ｎｍの範囲内で適当に定められる。界面層８４は、Ｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、およびＷの中の１種類以上の元素から成る金属の窒化物、炭窒化物、または炭化物にて構成されており、界面層８４の膜厚は１０〜１０００ｎｍの範囲内で適当に定められる。

また、図示は省略するが、更に別の態様で硬質被膜を構成することもできる。例えば、前記硬質被膜３０のナノレイヤー交互層３６は、ナノレイヤーＡ層３２ｎおよびナノレイヤーＢ層３４ｎを交互に積層したものであるが、ナノレイヤーＣ層５２ｎを含んでナノレイヤー交互層３６を構成することもできる。すなわち、単一組成層としてＡ層３２およびＢ層３４が設けられる場合に、ナノレイヤーＡ層３２ｎおよびナノレイヤーＣ層５２ｎを交互に積層したナノレイヤー交互層３６を設けたり、ナノレイヤーＢ層３４ｎおよびナノレイヤーＣ層５２ｎを交互に積層したナノレイヤー交互層３６を設けたりしても良い。

また、硬質被膜３０は単一組成層としてＡ層３２およびＢ層３４が設けられ、硬質被膜５０は単一組成層としてＡ層３２およびＣ層５２が設けられているが、２種類の単一組成層としてＢ層３４およびＣ層５２を設けることもできる。

また、硬質被膜８０の表面層８２は、ナノレイヤーＡ層３２ｎおよびナノレイヤーＢ層３４ｎを交互に積層したナノレイヤー交互層であるが、ナノレイヤーＣ層５２ｎを含んで表面層８２のナノレイヤー交互層を構成することもできる。表面層８２として、Ａ組成、Ｂ組成、或いはＣ組成から成る単一組成層を設けることもできる。

また、前記硬質被膜３０、４０、５０、６０、７０、８０は、何れも２種類の単一組成層（Ａ層３２、Ｂ層３４、Ｃ層５２の何れか２層）および１種類のナノレイヤー交互層３６、５４の何れか、の計３種類の層が予め定められた順番で１周期を単位として積層されているが、例えば硬質被膜３０において最上部のＡ層３２を省略するなど、最上部が１周期の途中で終了しても良い。言い換えれば、表面層が無い硬質被膜３０、４０、５０、６０、７０においても、その最上部の最表面の層を、交互に積層された３種類の層とは別の表面層と見做すことができる。２種類のナノレイヤー層（ナノレイヤーＡ層３２ｎ、ナノレイヤーＢ層３４ｎ、ナノレイヤーＣ層５２ｎの何れか２層）を交互に積層したナノレイヤー交互層３６、５４についても、例えばナノレイヤー交互層３６がナノレイヤーＡ層３２ｎから始まってナノレイヤーＡ層３２ｎで終わるなど、合計の層数が奇数であっても良い。

図１３は、ボールエンドミルに関する試験品１〜試験品５０の硬質被膜の被膜構造を具体的に示した図で、単一組成層の欄のＡ層、Ｂ層、Ｃ層は、前記Ａ層３２、Ｂ層３４、Ｃ層５２に相当する。また、ナノレイヤー交互層の欄のＡ層、Ｂ層、Ｃ層は、前記ナノレイヤーＡ層３２ｎ、ナノレイヤーＢ層３４ｎ、ナノレイヤーＣ層５２ｎに相当する。界面層は、前記界面層３８、４２、５６、６２、８４に相当する。Ａ層〜Ｃ層、ナノレイヤーＡ層〜ナノレイヤーＣ層、界面層の空欄は、それ等の層を備えていないことを意味している。その場合、界面層が無い試験品２７の単一組成層はＡ層およびＣ層で、ナノレイヤー交互層はナノレイヤーＡ層およびナノレイヤーＣ層の交互層であるため、図１１に記載のＢ組成の成分は実質的に含まれない。また、界面層が無い試験品４５の単一組成層はＢ層およびＣ層で、ナノレイヤー交互層はナノレイヤーＢ層およびナノレイヤーＣ層の交互層であるため、図１０に記載のＡ組成の成分は実質的に含まれない。他の試験品についても、必ずしも図１０〜図１２に記載のＡ組成、Ｂ組成、およびＣ組成の成分を総て含む必要はなく、その中の２種類の組成のみで硬質被膜が構成されても良い。また、図１３の各試験品１〜試験品５０は、何れも表面層を備えていない。図１３において散点を付した欄（グレー部分）は、本実施例（本発明の請求項１）の膜厚要件を満たしていないことを意味しており、試験品１〜試験品６は比較品で、試験品７〜試験品５０が本発明品である。

図９は、工具母材１２に対して上記硬質被膜３０、４０、５０、６０、７０、８０、或いは図１３に記載の試験品１〜５０の硬質被膜（以下、特に区別しない場合は単に硬質被膜３０等という）をコーティングする際に用いられるアークイオンプレーティング装置１００を説明する概略構成図（模式図）である。アークイオンプレーティング装置１００は、ＰＶＤ法の一種であるアークイオンプレーティング法により、工具母材１２の表面に前記硬質被膜３０等をコーティングするもので、蒸発源（ターゲット）や反応ガスを切り換えることにより、組成が異なる複数種類の層を所定の膜厚で連続的に形成することができる。例えば硬質被膜３０の場合、工具母材１２の表面に界面層３８を設けた後、ナノレイヤー交互層３６、Ｂ層３４、およびＡ層３２を交互に繰り返し積層すれば良い。図９は、アークイオンプレーティング装置１００を上から見た平面図に相当する。

アークイオンプレーティング装置１００は、複数のワークすなわち硬質被膜３０等をコーティングすべき工具母材１２を保持し、略垂直な回転中心Ｓまわりに回転駆動される回転テーブル１５４、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１５６、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１５８、チャンバ１５８内に所定の反応ガスを供給する反応ガス供給装置１６０、チャンバ１５８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１６２、第１アーク電源１６４、第２アーク電源１６６、第３アーク電源１６８、第４アーク電源１７０等を備えている。回転テーブル１５４は、上記回転中心Ｓを中心とする円盤形状を成しており、工具母材１２は、その回転テーブル１５４の外周部分に回転中心Ｓと略平行になる姿勢で複数配置される。工具母材１２を軸心まわりに自転させつつ、回転テーブル１５４によって回転中心Ｓまわりに公転させることもできる。反応ガス供給装置１６０は、Ａ層３２、Ｂ層３４、Ｃ層５２等の窒化物をコーティングする際に、窒素ガスをチャンバ１５８内に供給する。チャンバ１５８内は、排気装置１６２により例えば２〜１０Ｐａ程度の真空状態とされるとともに、図示しないヒータ等によって、例えば３００〜６００℃程度の蒸着処理温度に加熱される。

第１アーク電源１６４、第２アーク電源１６６、第３アーク電源１６８、第４アーク電源１７０は、何れも蒸着材料から成る第１蒸発源１７２、第２蒸発源１７６、第３蒸発源１８０、第４蒸発源１８４をカソードとして、アノード１７４、１７８、１８２、１８６との間に所定のアーク電流を選択的に通電してアーク放電させることにより、それ等の第１蒸発源１７２、第２蒸発源１７６、第３蒸発源１８０、第４蒸発源１８４から蒸発材料を選択的に蒸発させるもので、蒸発した蒸発材料は正イオンになって負（−）のバイアス電圧が印加されている工具母材１２に蒸着される。すなわち、蒸発源１７２、１７６、１８０、１８４は、それぞれ前記Ａ組成、Ｂ組成、Ｃ組成の何れかの合金にて構成されており、一つ余った蒸発源は、例えば膜厚が比較的厚い組成の合金とすることで、効率良くコーティングすることができる。硬質被膜３０等を構成している組成の数に合わせて蒸発源を３つにしても良い。また、硬質被膜３０等の組成が、Ａ組成、Ｂ組成、Ｃ組成の中の２種類の組成のみで構成されている場合、４つの蒸発源１７２、１７６、１８０、１８４を２つずつに分けて、２種類の組成の合金をそれぞれ２箇所に配置しても良い。

そして、上記アーク電源１６４、１６６、１６８、１７０を適宜切り換えて所定の組成の層を順次コーティングすることにより、所定の被膜構造の前記硬質被膜３０等が得られる。各層の膜厚は、回転テーブル１５４の回転速度やアーク電源１６４、１６６、１６８、１７０の通電時間等によって調整できる。組成が異なる複数の層の境界部分には、２種類の組成が混ざった混合層が形成されても良い。

次に、前記ボールエンドミル１０と同様に工具母材１２が超硬合金で２枚刃、直径が６ｍｍ（先端Ｒ＝３）のボールエンドミルについて、図１０〜図１３に示す被膜構造の硬質被膜を設けた試験品１〜試験品５０を用意し、その硬質被膜の性能試験を行った結果を説明する。図１４は試験結果を示した図で、被膜硬さは、ビッカース硬さ試験法（ＪＩＳ Ｇ０２０２、Ｚ２２４４）に従って、硬さ記号ＨＶ０．０２５で示される条件下で硬質被膜のＨＶ値（ビッカース硬さ）を測定した値である。また、以下の切削試験条件に従って試験品１〜試験品５０を用いてそれぞれ切削加工を行った場合の、ボール刃２０の二番面摩耗幅（逃げ面摩耗幅）および切削距離を測定し、被膜性能（耐摩耗性）を判定した。被膜性能は、基本的には切削距離が５００ｍ以上の適当な段階で加工を中止して、二番面摩耗幅および切削距離を測定したもので、二番面摩耗幅が大きくなった場合（０．３ｍｍ以上）には切削距離が５００ｍ以下でも加工を中止して、その時の二番面摩耗幅および切削距離を測定した。二番面摩耗幅は二番面摩耗の最大幅で、所定の切削距離毎に切削加工を中断し、株式会社ニコン製の測定顕微鏡（ＭＭ−４００／ＬＭ）を用いて二番面摩耗幅を目視により測定した。
《切削試験条件》
・被削材：Ｓ５０Ｃ（ＪＩＳの規定による機械構造用炭素鋼）
・切削速度：２５４ｍ／ｍｉｎ
・回転速度：１３５００ｍｉｎ^-1
・送り速度：ｆ＝０．１２ｍｍ／ｔ、Ｆ＝３２４０ｍｍ／ｍｉｎ
・切込み：ａｐ（軸方向）＝０．３ｍｍ、ａｅ（径方向）＝０．６ｍｍ

図１４から明らかなように、表面の被膜硬さ（ＨＶ０．０２５）については、本発明品である試験品７〜試験品５０は何れも３０００以上の高硬度で、優れた耐摩耗性が期待できるのに対し、比較品である試験品１〜試験品６は２０００〜２７００程度であった。二番面摩耗幅および切削距離については、本発明品である試験品７〜試験品５０は、何れも二番面摩耗幅が０．２ｍｍに達する前に５００ｍ以上切削加工を行うことが可能で、優れた耐摩耗性および耐溶着性が得られた。これに対し、比較品である試験品１〜試験品６は、何れも５００ｍ切削加工する前に二番面摩耗幅が０．３ｍｍを超えた。判定は、二番面摩耗幅が０．２ｍｍに達する前に５００ｍ以上切削加工できた場合を「○」、切削距離が５００ｍに達する前に二番面摩耗幅が０．２ｍｍを超えた場合、すなわち十分な工具寿命が得られない場合を「×」とした。本発明品である試験品７〜試験品５０は、何れも判定結果が「○」で、優れた工具寿命が得られた。摩耗幅および切削距離で散点を付した欄（グレー部分）は、切削距離が５００ｍに達する前に二番面摩耗幅が０．２ｍｍを超えた部分である。

このように、本実施例のボールエンドミル１０の硬質被膜３０等によれば、Ａ組成、Ｂ組成、およびＣ組成の中の２種類の単一組成層（Ａ層３２、Ｂ層３４、およびＣ層５２の中の２つ）と、Ａ組成、Ｂ組成、およびＣ組成の中の２つの組成から成る２種類のナノレイヤー層（ナノレイヤーＡ層３２ｎ、ナノレイヤーＢ層３４ｎ、およびナノレイヤーＣ層５２ｎの中の２つ）を交互に積層した１種類のナノレイヤー交互層（ナノレイヤー交互層３６、５４等）とが、それぞれ所定の膜厚で交互に積層されることにより、優れた耐摩耗性、靱性、潤滑性、および耐溶着性が得られるようになる。これにより、例えば炭素鋼、鋳鉄、合金鋼、ステンレス鋼等の各種被削材に対する切削加工において、或いは高速加工やドライ加工等の過酷な加工条件において、工具の長寿命化を実現することができた。

また、上記２種類の単一組成層の各膜厚Ｔ１、Ｔ２と、ナノレイヤー交互層の膜厚Ｔ３との比Ｔ１／Ｔ３、Ｔ２／Ｔ３が、何れも０．２〜１０の範囲内であるため、２種類の単一組成層および１種類のナノレイヤー交互層がそれぞれ所定の特性を有する適切な膜厚で設けられ、耐摩耗性、耐溶着性等の性能が適切に得られる。

また、図７の硬質被膜７０および試験品２７、４５は界面層を備えていないため、成膜コストが低減され、硬質被膜７０等を有するボールエンドミル１０を安価に製造できる。一方、硬質被膜３０、４０、５０、６０、８０、および試験品７〜試験品２６、試験品２８〜試験品４４、試験品４６〜試験品５０は、所定の組成、膜厚の界面層３８等を備えているため、工具母材１２に対する硬質被膜３０等の付着強度を高くすることができる。

また、図８の硬質被膜８０は、所定の組成、膜厚の表面層８２を備えているため、その表面層８２の組成や膜厚を適当に定めることにより、耐摩耗性や耐溶着性等の所定の被膜性能を更に向上させることができる。

また、ボールエンドミル１０は、外周刃１８およびボール刃２０が断続的に切削加工を行う断続切削工具であり、それ等の外周刃１８およびボール刃２０には繰り返し衝撃荷重が加えられるとともに発熱し易いが、高い耐摩耗性や靱性、耐溶着性を有する硬質被膜３０等が設けられることにより、工具の長寿命化を図ることができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。

１０：ボールエンドミル（硬質被膜被覆部材、断続切削工具） １２：工具母材（母材） １８：外周刃（切れ刃） ２０：ボール刃（切れ刃） ３０、４０、５０、６０、７０、８０：硬質被膜 ３２：Ａ層（単一組成層） ３２ｎ：ナノレイヤーＡ層（ナノレイヤー層） ３４：Ｂ層（単一組成層） ３４ｎ：ナノレイヤーＢ層（ナノレイヤー層） ３６、５４：ナノレイヤー交互層 ３８、４２、５６、６２、８４：界面層 ５２：Ｃ層（単一組成層） ５２ｎ：ナノレイヤーＣ層（ナノレイヤー層） ８２：表面層 Ｔtotal ：総膜厚 Ｔ１：Ａ層の膜厚（単一組成層の膜厚） Ｔ２：Ｂ層の膜厚（単一組成層の膜厚） Ｔ３：ナノレイヤー交互層の膜厚

Claims (7)

1. 母材の表面を被覆するように該表面に付着される硬質被膜であって、
   前記硬質被膜は、Ａ組成、Ｂ組成、およびＣ組成の中の何れか２つの組成から成る２種類の単一組成層と、前記Ａ組成、前記Ｂ組成、および前記Ｃ組成の中の何れか２つの組成から成る２種類のナノレイヤー層を交互に積層したナノレイヤー交互層との、計３種類の層が交互に積層されて、総膜厚が０．５〜２０μｍの範囲内となるように構成されており、
   前記Ａ組成は、組成式がＡｌ_a Ｃｒ_b α_c 〔但し、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ原子比で、０．３０≦ａ≦０．８５、０．１５≦ｂ≦０．７０、０≦ｃ≦０．１０、且つａ＋ｂ＋ｃ＝１であり、任意添加成分αはＢ、Ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷより選ばれる１種以上の元素である〕の窒化物で、
   前記Ｂ組成は、組成式がＡｌ_d Ｃｒ_e Ｓｉ_f β_g 〔但し、ｄ、ｅ、ｆ、ｇはそれぞれ原子比で、０．２０≦ｄ≦０．８５、０．１０≦ｅ≦０．５０、０．０３≦ｆ≦０．４５、０≦ｇ≦０．１０、且つｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＝１であり、任意添加成分βはＢ、Ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷより選ばれる１種以上の元素である〕の窒化物で、
   前記Ｃ組成は、組成式がＡｌ_h Ｃｒ_i （ＳｉＣ）_j γ_k 〔但し、ｈ、ｉ、ｊ、ｋはそれぞれ原子比で、０．２０≦ｈ≦０．８５、０．１０≦ｉ≦０．５０、０．０３≦ｊ≦０．４５、０≦ｋ≦０．１０、且つｈ＋ｉ＋ｊ＋ｋ＝１であり、任意添加成分γはＢ、Ｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、およびＷより選ばれる１種以上の元素である〕の窒化物であり、
   前記２種類の単一組成層の膜厚は、何れも０．５〜１０００ｎｍの範囲内であり、
   前記ナノレイヤー交互層を構成している前記２種類のナノレイヤー層の各膜厚は、何れも０．５〜５００ｎｍの範囲内で、前記ナノレイヤー交互層の膜厚は１〜１０００ｎｍの範囲内である
   ことを特徴とする硬質被膜。
2. 前記２種類の単一組成層の各膜厚Ｔ１、Ｔ２と、前記ナノレイヤー交互層の膜厚Ｔ３との比Ｔ１／Ｔ３、Ｔ２／Ｔ３は、何れも０．２〜１０の範囲内である
   ことを特徴とする請求項１に記載の硬質被膜。
3. 交互に積層された前記２種類の単一組成層および前記ナノレイヤー交互層の最下部の層が前記母材の表面に直接設けられている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の硬質被膜。
4. 前記硬質被膜は、前記母材との間に界面層を備えており、
   前記界面層は、
   前記Ａ組成、前記Ｂ組成、および前記Ｃ組成の中の何れか１つの組成から成る単一組成層、
   前記Ａ組成、前記Ｂ組成、および前記Ｃ組成の中の何れか２つの組成から成り、それぞれ膜厚が０．５〜５００ｎｍの範囲内の２種類のナノレイヤー層を交互に積層したナノレイヤー交互層、
   およびＢ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、およびＷの中の１種類以上の元素から成る金属の窒化物、炭窒化物、または炭化物の層、
   の計３種類の層の中の何れか１つの層にて構成されており、
   前記界面層の膜厚は１０〜１０００ｎｍの範囲内である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の硬質被膜。
5. 前記硬質被膜は、最表面に表面層を備えており、
   前記表面層は、前記Ａ組成、前記Ｂ組成、および前記Ｃ組成の中の何れか１つの組成から成る単一組成層、または前記Ａ組成、前記Ｂ組成、および前記Ｃ組成の中の何れか２つの組成から成り、それぞれ膜厚が０．５〜５００ｎｍの範囲内の２種類のナノレイヤー層を交互に積層したナノレイヤー交互層にて構成されており、
   前記表面層の膜厚は５〜１０００ｎｍの範囲内である
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の硬質被膜。
6. 母材の表面の一部または全部が硬質被膜によって被覆されている硬質被膜被覆部材であって、
   前記硬質被膜は請求項１〜５の何れか１項に記載の硬質被膜である
   ことを特徴とする硬質被膜被覆部材。
7. 前記硬質被膜被覆部材は、軸心まわりに回転させられるとともに、該回転に伴って切れ刃が断続的に切削加工を行う断続切削工具である
   ことを特徴とする請求項６に記載の硬質被膜被覆部材。

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