(57)【要約】【課題】高度な耐摩耗性を付与することができ、かつ熱亀裂による影響を低減する被膜を備えた表面被覆切削工具を提供することにある。【解決手段】本発明の表面被覆切削工具は、基材上の少なくとも一部に形成された被膜が、Ａ層とＢ層とを含み、Ａ層は、化学式Ｔｉ1-X（Ｍ１）XＮY（Ｍ１はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、ＸおよびＹは原子比であり、０≦Ｘ≦０．８、０．９＜Ｙ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるａ１層を含み、Ｂ層は、化学式Ｔｉ1-p（Ｍ３）pＣrＮs（Ｍ３はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、ｐ、ｒおよびｓは原子比であり、０≦ｐ≦０．３、０．９＜ｒ+ｓ≦１．１、０．１＜ｒ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるｂ１層を含み、Ａ層とＢ層との積層数の合計は３層以上であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と該基材上に形成された被膜とを備えた表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、Ａ層とＢ層とを含み、前記基材上の少なくとも一部に形成され、
前記Ａ層は、化学式Ｔｉ1-X（Ｍ１）XＮY（Ｍ１はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、ＸおよびＹは原子比であり、０≦Ｘ≦０．８、０．９＜Ｙ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるａ１層を含み、
前記Ｂ層は、化学式Ｔｉ1-p（Ｍ３）pＣrＮs（Ｍ３はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、ｐ、ｒおよびｓは原子比であり、０≦ｐ≦０．３、０．９＜ｒ+ｓ≦１．１、０．１＜ｒ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるｂ１層を含み、
前記Ａ層と前記Ｂ層との積層数の合計は３層以上であることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記Ａ層と前記Ｂ層との積層数の合計は３層以上５０層以下である、請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
前記Ａ層は、前記ａ１層と化学式Ｔｉ1-m（Ｍ２）mＮn（Ｍ２はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、前記Ｍ１と前記Ｍ２の少なくとも１つは異なる元素であり、ｍおよびｎは原子比であり、０≦ｍ≦０．６、０．９＜ｎ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるａ２層とを含み、
前記ａ１層と前記ａ２層とを合計２層以上積層してなる、請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
前記Ｂ層は、前記ｂ１層と化学式Ｔｉ1-e（Ｍ４）eＣgＮh（Ｍ４はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、前記Ｍ３と前記Ｍ４の少なくとも１つは異なる元素であり、ｅ、ｇおよびｈは原子比であり、０≦ｅ≦０．３、０．９＜ｇ+ｈ≦１．１、０．１＜ｇ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるｂ２層とを含み、
前記ｂ１層と前記ｂ２層とを合計２層以上積層してなる、請求項１から３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項５】
前記Ａ層における積層周期は１ｎｍ〜３０ｎｍである、請求項３または４に記載の表面被覆切削工具。
【請求項６】
前記Ｂ層における積層周期は１ｎｍ〜３０ｎｍである、請求項４または５に記載の表面被覆切削工具。
【請求項７】
前記Ａ層中に存在する全金属におけるＡｌ含有率が、３原子％以上６０原子％以下である、請求項１から６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項８】
前記Ｂ層中に存在する全金属におけるＡｌ含有率が、１原子％以上２０原子％以下である、請求項１から７のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項９】
前記Ａ層中に存在する全金属におけるＡｌ含有率が、前記Ｂ層中に存在する全金属におけるＡｌ含有率よりも高い、請求項１から８のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項１０】
前記原子比ｒまたはｇは、０．３以上０．５５以下である、請求項１から９のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項１１】
前記被膜が形成される前記基材はサーメットからなる、請求項１から１０のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材と該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の被削材を切削加工するのに用いられる表面被覆切削工具は、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質の基材に対してその表面の耐摩耗性を改善したり表面保護機能を改善したりすることを目的として、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質被膜でその表面を被覆することが行なわれてきた。特にＴｉＡｌＮからなる被膜は優れた耐摩耗性を示すことから、チタンの窒化物、炭化物、炭窒化物等からなる被膜に代わってこのような表面被覆切削工具の被膜として広く用いられている。
【０００３】
近年、被削材が多様化していることおよび加工効率を向上させるために高速の切削加工が求められることなどの理由から、以前に比し切削工具の寿命は非常に短くなっている。さらに、最近の切削工具の動向として、地球環境保全の観点から切削油剤を用いない、乾式の加工（ドライ加工）が求められる傾向にある。
【０００４】
このため切削工具に要求される特性はますます高度なものとなっており、以って表面被覆切削工具の被膜に対しても種々の高度な特性が要求されている。
【０００５】
このような要求に応える試みとして、たとえばＴｉＡｌの炭化物、炭窒化物、複合窒化物において、Ａｌの一部をＣｒ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｎｂに置き換えたものが提案されている（特許文献１）。
【０００６】
一方、組成式（ＴｉxＭ1-x）ＣyＮ1-y（ただし、原子比で、０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１．０を満たす）を満足する被膜を、ＴｉＣＮ−Ｃｏ−Ｎｉ合金であるサーメット上へ形成することが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−３００１０５号公報
【特許文献２】特開２００４−９０２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された切削工具においては、被膜にＡｌを必須の構成成分として含むものであるため、Ａｌに起因するクレーター摩耗（すくい面の摩耗現象）を防止することは困難であった。
【０００９】
特許文献２に開示された被膜においては、添加元素の濃度範囲も不明であり、十分な耐酸化性を有する被膜を達成できておらず、結果として耐摩耗性の更なる改善が求められた。また、（ＴｉxＭ1-x）ＣyＮ1-yで示される金属炭窒化物は、硬度は高いが、靭性が低いため、熱履歴による基材の亀裂発生の影響を受けやすく大きく摩耗する傾向がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、クレーター摩耗を低減するとともに高度な耐摩耗性を付与することができ、かつ熱亀裂による影響を低減する被膜を備えた表面被覆切削工具を提供することにある。
【００１１】
すなわち本発明の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを備えた表面被覆切削工具であって、被膜は、Ａ層とＢ層とを含み、基材上の少なくとも一部に形成され、Ａ層は、化学式Ｔｉ1-X（Ｍ１）XＮY（Ｍ１はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、ＸおよびＹは原子比であり、０≦Ｘ≦０．８、０．９＜Ｙ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるａ１層を含み、Ｂ層は、化学式Ｔｉ1-p（Ｍ３）pＣrＮs（Ｍ３はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、ｐ、ｒおよびｓは原子比であり、０≦ｐ≦０．３、０．９＜ｒ+ｓ≦１．１、０．１＜ｒ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるｂ１層を含み、Ａ層とＢ層との積層数の合計は３層以上であることを特徴とする。
【００１２】
上記Ａ層と上記Ｂ層との積層数の合計は３層以上５０層以下であることが好ましい。
上記Ａ層は、上記ａ１層と化学式Ｔｉ1-m（Ｍ２）mＮn（Ｍ２はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、Ｍ１とＭ２の少なくとも１つは異なる元素であり、ｍおよびｎは原子比であり、０≦ｍ≦０．６、０．９＜ｎ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるａ２層とを含み、上記ａ１層とａ２層とを合計２層以上積層してなることが好ましい。
【００１３】
上記Ｂ層は、上記ｂ１層と化学式Ｔｉ1-e（Ｍ４）eＣgＮh（Ｍ４はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、Ｍ３とＭ４の少なくとも１つは異なる元素であり、ｅ、ｇおよびｈは原子比であり、０≦ｅ≦０．３、０．９＜ｇ+ｈ≦１．１、０．１＜ｇ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるｂ２層とを含み、上記ｂ１層とｂ２層とを合計２層以上積層してなることが好ましい。
【００１４】
上記Ａ層における積層周期は１ｎｍ〜３０ｎｍであることが好ましい。また、上記Ｂ層における積層周期は１ｎｍ〜３０ｎｍである場合も好ましい。
【００１５】
上記Ａ層中に存在する全金属におけるＡｌ含有率が、３原子％以上６０原子％以下であることが好ましい。また、上記Ｂ層中に存在する全金属におけるＡｌ含有率が、１原子％以上２０原子％以下であることが好ましい。
【００１６】
上記Ａ層中に存在する全金属におけるＡｌ含有率が、上記Ｂ層中に存在する全金属におけるＡｌ含有率よりも高いことが好ましい。
【００１７】
上記原子比ｒまたはｇは、０．３以上０．５５以下であることが好ましい。
また、本発明において上記被膜が形成される基材はサーメットからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の表面被覆切削工具によれば、切削工具の基材の少なくとも一部に形成される被膜が、特定の組成を有する化合物の積層体により構成されるので、切削工具全体に優れた耐摩耗性を付与することができる。また、基材の熱履歴からの影響を低減することができる被膜を備えた表面被覆切削工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（ａ）は基材上に被膜としてＡ層とＢ層を合計４層積層する場合の一例を示す模式図であり、図１（ｂ）は基材上に被膜として積層構造を有するＡ層と単層からなるＢ層とを合計４層積層する場合の一例を示す模式図であり、図１（ｃ）は基材上に被膜として積層構造を有するＡ層およびＢ層とを合計４層積層する場合の一例を示す模式図である。
【図２】本発明に用いるターゲット配置部分の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
＜表面被覆切削工具＞
本発明の表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備えるものである。このような構成を有する本発明の表面被覆切削工具は、たとえばドリル、エンドミル、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ、またはクランクシャフトのピンミーリング加工用チップ等として極めて有用に用いることができる。そして、本発明の表面被覆切削工具は、Ｔｉ合金加工用またはインコネル合金等の耐熱合金加工用のドリル、エンドミル、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ、等として特に有用に用いることができる。これらの中でも本発明の表面被覆切削工具は特に旋削加工用途において、高い性能を発揮できる。
【００２１】
＜基材＞
本発明の表面被覆切削工具の基材としては、このような切削工具の基材として知られる従来公知のものを特に限定なく使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはさらにＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物等を添加したものも含む）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、およびこれらの混合体など）、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体等をこのような基材の例として挙げることができる。このような基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素やη相と呼ばれる異常相を含んでいても本発明の効果は示される。
【００２２】
これらの中でも特にサーメットにおいて、高い耐摩耗性を発揮できる。すなわち、その基材をサーメットとする場合は、一般に、熱亀裂の発生頻度が他の材質より高く、被膜がその影響を受けやすいのであるが、本発明における被膜を用いることで、基材の熱亀裂の影響を少なくすることができるので、高い耐摩耗性を発揮することができる。
【００２３】
なお、これらの基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。たとえば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合には表面硬化層が形成されていても良く、このように表面が改質されていても本発明の効果は示される。
【００２４】
＜被膜＞
本発明の被膜は、Ａ層とＢ層とを含み、かつ、Ａ層とＢ層との層数の合計が３層以上積層された構造を含む限り、さらに他の層を含んでいても差し支えない。なお、本発明の被膜は、基材上の全面を被覆するもののみに限られるものではなく、基材上の少なくとも一部に被膜が形成された態様をも含む。上記層数が３層以上とは、Ａ層が少なくとも２層でＢ層が少なくとも１層の場合、Ａ層が少なくとも１層でＢ層が少なくとも２層の場合がある。
【００２５】
このような被膜の合計厚み（複数の層の総膜厚）は、０．３μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくはその上限が１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下、その下限が０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。その厚みが０．３μｍ未満の場合、耐摩耗性等の諸特性の向上作用が十分に示されない場合があり、２０μｍを超えると残留応力が大きくなり、基材との密着性が低下する場合がある。なお、膜厚の測定方法としては、切削工具を切断し、その刃先断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察することにより求めることができる。
【００２６】
＜Ａ層とＢ層の組合せ積層構造＞
本発明は、上記Ａ層および上記Ｂ層を用いて、これらを合計で３層以上重ね合わせた積層構造を形成することが望ましい。Ａ層は窒化物であるため、炭窒化物または炭化物であるＢ層に比して耐酸化性が高い。一方、Ｂ層はＡ層に比して硬度が高い。これらを３層以上重ね合わせることで両方の特性を有する被膜として機能し、耐摩耗性が高くなる。また、Ｂ層の欠点である低靭性をＡ層にて補強することにも優れ、熱疲労により基材に亀裂が進展してもその影響を受けにくい。これらの積層構造による効果をより効率よく発揮するには、Ａ層とＢ層の積層の合計層数は５０層以下であることが望ましい。
【００２７】
また、耐酸化性が高いＡ層をＢ層よりも被膜上部に配置する場合は、被膜全体の耐酸化性が高くなり、耐摩耗性が向上する点から望ましい。
【００２８】
上記Ａ層と上記Ｂ層の層数の合計が３層とは、例えば、基材側から順に、Ａ層、Ｂ層、Ａ層のように３つの層を重ね合わせた構造であり、Ａ層とＢ層を合わせて１層としてはいない。つまり合計層数が５０層とは、たとえばＡ層が２５層、Ｂ層が２５層それぞれ存在していることを意味する。
【００２９】
本発明の被膜は、Ａ層とＢ層のそれぞれが、単層もしくは積層構造を有しているため、例えば図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）のような構造を有している。図１（ａ）は基材１０上に被膜としてＡ層１１とＢ層１２を合計４層積層する場合の一例を示す模式図であり、図１（ｂ）は基材１０上に被膜としてａ１層１１Ａとａ２層１１Ｂとの積層構造を有するＡ層１１と単層からなるＢ層１２とを合計４層積層する場合の一例を示す模式図であり、図１（ｃ）は基材１０上に被膜としてａ１層１１Ａとａ２層１１Ｂとの積層構造を有するＡ層１１およびｂ１層１２Ａとｂ２層１２Ｂとの積層構造を有するＢ層１２とを合計４層積層する場合の一例を示す模式図である。
【００３０】
Ａ層とＢ層とは、どちらが被腹膜の最上層に形成されていてもよいが、Ｂ層、すなわち炭窒化物または炭化物からなる層が最上層である方が、クレーター摩耗抑制の面で望ましい。このような態様をとるものであれば、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３およびＭ４を含まない場合であっても、基材の亀裂進展の影響を受けにくく、耐摩耗性を向上させることができる。以下、該被膜についてさらに詳細に説明する。
【００３１】
＜Ａ層＞
Ａ層は、化学式Ｔｉ1-X（Ｍ１）XＮY（Ｍ１はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、ＸおよびＹは原子比であり、０≦Ｘ≦０．８、０．９＜Ｙ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるａ１層を含む。上記において１−ＸとＸの和は１であり、Ｙは（１−Ｘ）＋Ｘに対するＮの原子比である。
【００３２】
また、Ａ層は、上記ａ１層と化学式Ｔｉ1-m（Ｍ２）mＮn（Ｍ２はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、Ｍ１とＭ２の少なくとも１つは異なる元素であり、ｍおよびｎは原子比であり、０≦ｍ≦０．６、０．９＜ｎ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるａ２層とを含み、これらａ１層とａ２層とを合計２層以上積層した積層構造からなる層でもよい。上記において１−ｍとｍの和は１であり、ｎは（１−ｍ）＋ｍに対するＮの原子比である。
【００３３】
ここで、上記Ｍ１およびＭ２として用いられる元素は、切削における逃げ面摩耗を抑制するのに効果を発揮する。従来、チタンにこれらの元素を添加して耐摩耗性の向上を図る試みは種々行われているが、今回、本発明者は、その添加量が０≦Ｘ≦０．８、０≦ｍ≦０．６の範囲にて、後述するＢ層との組合せにおいて特段に逃げ面摩耗を抑制する効果を発揮することを見出した。
【００３４】
特に、Ｍ１およびＭ２として、ＣｒまたはＴａまたはＨｆまたはＮｂまたはＶを単独で用いる場合、Ｘおよびｍの上限としては０．１５以下となるチタンに対するＭ１またはＭ２の添加量が望ましく、更に０．１以下の添加量がより望ましい。Ｘおよびｍの下限としては０．０１以上となるチタンに対するＭ１またはＭ２の添加量が望ましく、０．０３以上の添加量が更に望ましい。また、Ｓｉを単独で用いる場合は、Ｘおよびｍの上限としては０．２２以下の添加量が望ましく、更に０．１以下の添加量が望ましい。Ｘおよびｍの下限としては０．０１以上の添加量が望ましく、０．０３以上の添加量が更に望ましい。
【００３５】
これらの元素の少なくとも二種類以上を組み合わせてＡ層中の一層（ａ１層またはａ２層）としてもよい。この場合、二種以上の元素の合計である原子比Ｘおよびｍが０を超えて０．３以下であることが好ましい。更に０．２５以下であり、０．０３以上であることが望ましい。
【００３６】
これらの元素をチタンに添加することにより逃げ面摩耗を低減することができる理由として、ＴｉＮにＨｆ、Ｎｂ、Ｓｉを添加した組成とすることで、化合物の構造上、耐酸化性をＴｉＡｌＮに匹敵する程度に向上させることが考えられる。また、Ｖを含む場合は、被加工体に含まれる鉄の被膜への溶着を抑制できるので、耐逃げ面摩耗性を向上させることができる。
【００３７】
特に、Ｍ１およびＭ２の少なくとも１つとしてＨｆ、Ｔａを用いる場合は、Ｓｉ、ＮｂまたはＶを用いる場合よりもクレーター摩耗の抑制において、さらに効果を発揮できるので望ましい。
【００３８】
また、Ｍ１およびＭ２の少なくとも一方にＡｌを選択する場合、Ｘの上限としては０．８以下、ｍの上限としては０．６以下であり、Ｘとｍの上限は０．４以下であることがより望ましい。Ｘおよびｍの下限としては０．０１以上が望ましく、０．０３以上が更に望ましい。ＴｉＡｌＮは、高い耐酸化性と高い膜強度を有する材料であるが、単独で旋削に用いた場合に特に耐クレーター摩耗性が低いことが欠点である。したがって、旋削に用いる場合、ＴｉＡｌＮの高い耐酸化性と高い膜強度を発揮する含有量でありながら、Ａ層中のＡｌ含有率を少なくすることが望ましい。したがって、Ａ層中に存在する全金属におけるＡｌ含有率が、３原子％以上６０原子％以下であることが望ましい。より望ましくは、上記Ａｌ含有率が５原子％以上、また３５原子％以下である。一方、Ａｌ含有率が３０原子％を超えて８０原子％以下である場合であっても、膜厚を０．０１μｍ以上１μｍ以下とすることで、全膜厚におけるＡｌ含有率が１０原子％以下となるので本発明の効果を良好なものとすることができる。
【００３９】
本発明において全金属におけるＡｌ含有率とは、Ａ層中に含まれる金属全部を考えた場合のＡｌの元素比率のことである。例えば、Ａ層中に含まれる全金属がＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｈｆであり、それぞれがｄ、ｆ、ｕ、ｖの元素比率（ｄ＋ｆ＋ｕ＋ｖ＝１）であったとすると、Ａｌ含有率は（ｆ／（ｄ＋ｆ＋ｕ＋ｖ）×１００）原子％となる。
【００４０】
これらの元素比率、および化学式における組成比率は、走査型二次電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付帯のエネルギー分散型ケイ光X線分析（ＥＤＸ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付帯のＥＤＸ、波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＸ型ＥＰＭＡ）、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）などよく知られた方法にて求めることができる。ただし、膜断面より膜組成分析が広い範囲可能との理由でＳＥＭ付帯のＥＤＸや、ＴＥＭ付帯のＥＤＸを用いることが望ましい。
【００４１】
Ａ層中のＡｌ含有率を低減する手法としては、被膜の積層構造におけるＴｉＡｌＮの１層あたりの厚さを減少させる方法が挙げられる。例えば、Ｔｉ0.4Ａｌ0.6ＮとＴｉ0.9Ｈｆ0.1Ｎとの積層構造を含む場合、１層あたりの層厚比をＴｉ0.4Ａｌ0.6Ｎ：Ｔｉ0.9Ｈｆ0.1Ｎ＝１：１とすると、Ａ層中のＡｌ含有率は０．６／（０．４＋０．６＋０．９＋０．１）＝０．３となり、３０原子％となる。また、１層あたりの層厚比をＴｉ0.4Ａｌ0.6Ｎ：Ｔｉ0.9Ｈｆ0.1Ｎ＝１：２とすると、Ａ層中のＡｌ含有率は０．６／（０．４＋０．６＋２×（０．９＋０．１））＝０．２となり、２０原子％となり、このように層厚比を調整することで本発明の望ましい範囲、より望ましい範囲を達成することができる。
【００４２】
従来、窒化物同士の組合せにおいて多層構造を有することは耐摩耗性、靭性向上の観点から望ましい形態であることが知られている。本発明においては、化学式Ｔｉ1-X（Ｍ１）XＮYで表わされる化合物により構成される層と、化学式Ｔｉ1-m（Ｍ２）mＮnで表わされる化合物により構成される層とを積層することで、後述する炭窒化物または炭化物により構成されるＢ層との組合せにおいて、窒化物層（Ａ層）に多層構造を有することにより、すなわち、Ａ層が少なくとも２層の積層構造を有することにより、従来の多層構造を有しない場合に比較して、成膜時の膜剥離を抑制することができる。後述する炭窒化物層または炭化物層により構成されるＢ層は、単層の窒化物層と接する場合には、その成長当初は窒化物層の柱状構造を引き継いで成長するため、柱状組織は５００ｎｍ〜１μｍと大きな組織となる。その後、自身（Ｂ層を構成する化合物）の成長形態に則って、柱状晶が小さくなりながら成長していく。このとき、炭窒化物または炭化物の組織の変化に伴い、膜中で破壊がおこり、成膜中に膜が剥離しやすい傾向がある。一方、窒化物層（Ａ層）が多層構造となっている場合、窒化物層の柱状組織は、およそ１０ｎｍ〜４００ｎｍと小さな組織であるため、炭窒化物または炭化物の柱状晶も初めからこの組織を受け継ぎ、炭窒化物または炭化物自身の成長形態に則っても柱状晶構造は大きく変化せず、成膜中の膜剥離は起こりにくいと考えられる。
【００４３】
Ａ層が少なくとも２層以上の層を含む場合、Ａ層における積層周期は、１ｎｍ以上、３０ｎｍ以下が望ましいが、下限は特に２ｎｍ以上が望ましく、より望ましくは４ｎｍ以上である。Ａ層における積層周期の上限は特に２０ｎｍ以下が望ましく、より望ましくは１５ｎｍ以下である。本発明における被膜において、膜厚方向に対して積層周期が一定である必要はなく、また、上記本発明の好ましい範囲（Ａ層中の積層周期が１ｎｍ〜３０ｎｍ）を一部分に有していればよい。上記積層周期とは化学式Ｔｉ1-X（Ｍ１）XＮYで示される化合物により構成されるａ１層の１層の厚さと化学式Ｔｉ1-m（Ｍ２）mＮｎで示される化合物により構成されるａ２層の１層の厚さとを足し合わせた値（以下において、ａ１層１層とａ２層１層との合計２層の積層構造を積層単位ということがある）であり、化学式Ｔｉ1-X（Ｍ１）XＮYで示される化合物により構成されるａ１層の１層の厚さが１０ｎｍであり、化学式Ｔｉ1-m（Ｍ２）mＮｎで示される化合物により構成されるａ２層の１層の厚さが５ｎｍの場合、これらの合計１５ｎｍが積層周期となり、これを複数回繰り返すことで所定の膜厚とする。また、たとえば、上述のようにＡ層において積層周期が１５ｎｍの部分と５０ｎｍの部分があっても本発明の好ましい態様を満たすことになる。このような積層周期を満たす場合は、柱状晶粒径が２００ｎｍ以下となることで、靭性が向上できるので好ましい。
【００４４】
＜Ｂ層＞
本発明においてＢ層は、基板上に形成されたＡ層よりも表面側に形成される層である。このようなＢ層は、化学式Ｔｉ1-p（Ｍ３）pＣrＮs（Ｍ３はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、ｐ、ｒおよびｓは原子比であり、０≦ｐ≦０．３、０．９＜ｒ+ｓ≦１．１、０．１＜ｒ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるｂ１層を含む。上記において１−ｐとｐの和は１であり、ｒとｓとはそれぞれ（１−ｐ）＋ｐに対するＣ、Ｎの原子比である。
【００４５】
また、上記Ｂ層は、上記ｂ１層と化学式Ｔｉ1-e（Ｍ４）eＣgＮh（Ｍ４はＡｌ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、ＶおよびＳｉからなる群より選択されるいずれか１の元素であり、Ｍ３とＭ４の少なくとも１つは異なる元素であり、ｅ、ｇおよびｈは原子比であり、０≦ｅ≦０．３、０．９＜ｇ+ｈ≦１．１、０．１＜ｇ≦１．１）で表わされる化合物により構成されるｂ２層とを含み、上記ｂ１層とｂ２層とを合計２層以上積層してなる層でもよい。上記において１−ｅとｅの和は１であり、ｇとｈとはそれぞれ（１−ｅ）＋ｅに対するＣ、Ｎの原子比である。
【００４６】
ここで、Ｍ３およびＭ４として用いられる金属元素は、切削における逃げ面摩耗を抑制するのに効果を発揮する。従来、これらの元素をチタンに添加して耐摩耗性の向上を図る試みは種々行われているが、本発明者は、上記のように０≦ｐまたはｅ≦０．３の範囲にて、上記Ａ層との組合せにおいて特段に逃げ面摩耗を抑制する効果を発揮できることを見出した。
【００４７】
上記Ｍ３またはＭ４としてＣｒまたはＴａまたはＨｆまたはＮｂまたはＶを単独で添加する場合、ｐおよびｅの上限としては０．１５以下が望ましく、更に０．１以下がより望ましい。ｐおよびｅの下限としては０．０１以上が望ましく、０．０３以上が更に望ましい。また、Ｓｉを単独で用いる場合は、ｐおよびｅの上限としては０．２２以下が望ましく、更に０．１以下が望ましい。ｐおよびｅの下限としては０．０１以上が望ましく、０．０３以上が更に望ましい。
【００４８】
一方、これらの元素の少なくとも二種類以上を組み合わせてＢ層中の１層としてもよい。この場合、二種類以上の金属元素の原子比の合計がｐおよびｅに相当し、ｐおよびｅが０．３以下であり０以上であることが好ましい。これらの原子比は、０．２５以下であり、０．０３以上であることが望ましい。
【００４９】
Ｂ層において上記原子比ｒまたはｇは、０．３以上０．５５以下であることが好ましい。ｒとｇのいずれか一方が上記範囲を満たしてもよいし、ｒおよびｇが上記範囲を満たす場合も好ましい。ｂ１層およびｂ２層に含まれる炭素の原子比を上記範囲とする場合は、クレーター摩耗と逃げ面摩耗の両方をより改善することができる。
【００５０】
これらの元素をチタンに添加した組成を有する化合物により逃げ面摩耗を低減することができる理由として、ＴｉＣＮまたはＴｉＣにＨｆ、Ｎｂ、Ｓｉを添加した組成とすることで、耐酸化性が向上することが考えられる。また、Ｖを含む場合は、被加工体に含まれる鉄の被膜への溶着を抑制できるので、逃げ面摩耗を低減することができる。
【００５１】
特に、Ｍ３およびＭ４の少なくとも１つにＨｆ、Ｔａを用いる場合は、Ｓｉ、Ｎｂ、またはＶを用いる場合よりもクレーター摩耗の抑制に効果があり、望ましい。
【００５２】
Ｍ３およびＭ４の少なくとも１つとしてＡｌを用いる場合は、このような組成を有する化合物単層からなる被膜を備えた切削工具を旋削に用いた場合に特に耐クレーター摩耗性が低いことが欠点である。したがって、旋削に用いる場合、Ｂ層中のＡｌ含有率を少なくすることが望ましい。したがって、Ｂ層中に存在する全金属におけるＡｌ含有率が、３原子％以上、２０原子％以下であることが望ましい。より望ましくは、Ａｌ含有率が５原子％以上、１５原子％以下である。このとき、本発明者らの検討により、窒化物からなるＡ層よりも炭窒化物または炭化物からなるＢ層におけるＡｌ含有率を低減する方がクレーター摩耗を低減するのにより効果的であることがわかったことから、Ａ層中のＡｌ含有率よりもＢ層中のＡｌ含有率の方を少なくすることが望ましい。
【００５３】
Ｂ層中のＡｌ含有率を低減する手法としては、前述したＡ層中におけるＡｌ含有率を低減すると手法と同様に、積層構造内のＴｉＡｌＣＮの１層あたりの厚さを減少させる方法をとることができる。先に述べた様にＡｌは、耐クレーター性の面で、劣化する材料であるが、切削時の被削材の仕上げ面を良好にする効果があり、この用途において得に有用である。
【００５４】
Ｂ層において、上記化学式Ｔｉ1-p（Ｍ３）pＣrＮsで示される化合物により構成されるｂ１層と化学式Ｔｉ1-e（Ｍ４）eＣgＮhで示される化合物により構成されるｂ２層との積層構造を含むことで、ｂ１層単層を用いるよりも、さらにクレーター、逃げ面耐摩耗性を向上させることができる。異種材料の積層によって、基材におけるミクロ亀裂の進展が抑制できていると考えている。さらに、成膜時の膜剥離を抑制することができる。炭窒化物または炭化物は、硬度が高いので、靭性が低い傾向がある。また、窒化物に比較して、成膜時の残留応力により膜破壊を起こしやすい。しかしながら、上記のようにＡ層との組合せ、かつＢ層を多層構造とすることで、ミクロ亀裂の進展がより抑制できることにより、同じ残留応力がかかっても、成膜中に膜が剥離しにくくなる。
【００５５】
積層構造を有する場合、Ｂ層中の積層周期が１ｎｍ〜３０ｎｍであることが望ましい。積層周期とは、前述したＡ層中と同じ定義であり、ｂ１層１層の厚さｂ２層１層の厚さとの和である。積層周期は、１ｎｍ以上、３０ｎｍ以下が望ましいが、下限は特に２ｎｍ以上が望ましく、より望ましくは４ｎｍである。上限は特に２０ｎｍ以下が望ましく、より望ましくは１５ｎｍ以下である。このような積層周期とする場合は、靭性を高め、膜剥離を抑制できるので望ましい。積層周期膜厚方向に対して積層周期が一定である必要はなく、本発明の望ましい範囲を被膜の一部分に有していればよい。
【００５６】
＜製造方法＞
本発明における被膜は、特に物理蒸着法（ＰＶＤ法）により形成されることが望ましい。このような物理蒸着法としては、たとえばバランストマグネトロンスパッタリング法、アンバランストマグネトロンスパッタリング法、アークイオンプレーティング法、これらを各組み合せた方法等を挙げることができる。
【００５７】
そして、特に上記のようなＡ層を好適に形成する具体的な条件を挙げると以下の通りとなる。以下において基板上にＡ層を形成しその上にＢ層を形成する場合であって、Ａ層がａ１層とａ２層を含み、Ｂ層がｂ１層とｂ２層を含む場合について説明するが、本発明はこの例に限られるものではない。アークイオンプレーティング法を採用する場合、所望の組成が得られるように適切な配合比で各対応する金属元素を含んだターゲットをアーク式蒸発源にセットする。用いるアークイオンプレーティング装置のターゲット配置部分の一例を図２に示す。ターゲットはＴｉとＡｌ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、ＶおよびＳｉからなる群の少なくとも１種の元素とからなっており、反応ガスとして導入する窒素と反応して、基材上に窒化物膜が形成される。Ａ層中のａ１層を形成するためにターゲット１にＴｉ、Ｍ１からなるターゲットをセットする。一方、ａ２層を形成するためにターゲット２にＴｉおよびＭ２からなるターゲットをセットする。基材は図２に示すように、装置中央部で回転しており、ターゲット１面の前面にある場合は、ａ１層である化学式Ｔｉ1-X（Ｍ１）XＮYが形成される。次に、回転してターゲット２面の前面にある場合は、ａ２層である化学式Ｔｉ1-m（Ｍ２）mＮnが形成される。基材温度を４００℃〜７００℃および該装置内の反応ガス圧を２．０Ｐａ〜６．０Ｐａに設定し、反応ガスとして窒素ガスを導入する。そして、基板（負）バイアス電圧を−３０Ｖ〜−１５０Ｖに維持したまま、カソード電極に５０Ａ〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることによりＡ層を形成することができる。
【００５８】
つぎに、Ｂ層を形成する。まず、所望の組成が得られるように適切な配合比で各対応する金属元素を含んだターゲットをアーク式蒸発源にセットする。ターゲットはＴｉとＡｌ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、ＶおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなっており、反応ガスとして導入する窒素および炭化水素ガス（主にはメタンを用いる）、または炭化水素ガスと反応して、基材上に炭窒化物膜または炭化物膜が形成される。Ｂ層を構成するｂ１層を形成するためにＴｉおよびＭ３からなるターゲットをターゲット３にセットする。一方、ｂ２層を形成するためにターゲット４にＴｉとＭ４からなるターゲットをセットする。
【００５９】
基材は図２に示すように、装置中央部で回転しており、ターゲット３面の前面にある場合は、化学式Ｔｉ1-p（Ｍ３）pＣrＮsが形成される。次に、回転してターゲット４面の前面にある場合は、化学式Ｔｉ1-e（Ｍ４）eＣgＮhが形成される。基材温度を４００℃〜７００℃および該装置内の反応ガス圧を２．０Ｐａ〜６．０Ｐａに設定し、反応ガスとして窒素ガス、メタンガスを導入する。そして、基板（負）バイアス電圧を−３００Ｖ〜−５５０Ｖに維持したまま、カソード電極に４０Ａ〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることによりＢ層を形成することができる。
【００６０】
Ａ層とＢ層の形成においては、Ａ層を形成した後、基材を装置から取り出さずにＢ層を形成することが望ましい。上記のようなＡ層形成とＢ層形成を繰り返すことにより、窒化物と炭窒化物または炭化物との多層構造が形成される。
【００６１】
また、アンバランストマグネトロンスパッタリング法を採用する場合の方法を述べる。同法を採用するにあたり用いた装置のターゲット配置部分の一例を図２に示す。以下において基板上にＡ層を形成しその上にＢ層を形成する場合であって、Ａ層がａ１層とａ２層を含み、Ｂ層がｂ１層とｂ２層を含む場合について説明するが、本発明はこの例に限られるものではない。まず、Ａ層を形成する場合を述べる。所望の組成が得られるように適切な配合比で各対応する金属元素を含んだターゲット１、ターゲット２をスパッタ蒸発源１およびスパッタ蒸発源２に各々セットする。ターゲットはＴｉとＡｌ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、ＶおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなっており、希ガスにてスパッタリングされた金属元素が、反応ガスとして導入する窒素と反応して、基材上に窒化物膜が形成される。基板（基材）温度を４００℃〜６００℃および該装置内の反応ガス圧を３００ｍＰａ〜８００ｍＰａに設定し、Ａ層を形成するために反応ガスとして窒素を導入する（なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの体積比を１〜５に設定することが好ましい）。そして、基板（負）バイアス電圧を０Ｖ〜−９０Ｖに維持したまま、ターゲットに０．１２Ｗ／ｍｍ2〜０．３Ｗ／ｍｍ2の電力密度を発生させる。
【００６２】
基材は図２に示すように、装置中央部で回転しており、ターゲット１面の前面にある場合は、ａ１層である化学式Ｔｉ1-X（Ｍ１）XＮYが形成される。次に、回転してターゲット２面の前面にある場合は、ａ２層である化学式Ｔｉ1-m（Ｍ２）mＮnが形成される。
【００６３】
次にＢ層を形成する場合を述べる。まず、所望の組成が得られるように適切な配合比で各対応する金属元素を含んだターゲット３、ターゲット４を各々スパッタ蒸発源３、スパッタ蒸発源４にセットする。ターゲットはＴｉと、Ａｌ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、ＶおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなっており、希ガスにてスパッタリングされた金属元素が、反応ガスとして導入される窒素および炭化水素ガス、または炭化水素ガスと反応して、基材上に窒化物膜または炭化物膜が形成される。具体的には、基板（基材）温度を４００℃〜６００℃および該装置内の反応ガス圧を３００ｍＰａ〜８００ｍＰａに設定し、Ｂ層を形成するために反応ガスとして窒素および炭化水素ガス（アセチレンが望ましい）、または炭化水素ガスを導入する（なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの体積比を１〜５に設定することが好ましい）。そして、基板（負）バイアス電圧を０Ｖ〜−９０Ｖに維持したまま、ターゲットに０．１２Ｗ／ｍｍ2〜０．３Ｗ／ｍｍ2の電力密度を発生させる。
【００６４】
基材は図のように、装置中央部で回転しており、ターゲット３面の前面にある場合は、化学式Ｔｉ1-p（Ｍ３）pＣrＮsが形成される。次に、回転してターゲット4面の前面にある場合は、化学式Ｔｉ1-e（Ｍ４）eＣgＮhが形成される。Ａ層形成とＢ層形成を繰り返すことにより、窒化物と炭窒化物または炭化物との多層構造が形成される。
【００６５】
上記のような製造方法により形成された被膜は、クレーター摩耗を低減するとともに高度な耐摩耗性を付与することができ、かつ熱亀裂による影響を低減することができるので、該被膜を備えた表面被覆切削工具は、その切削性能が向上したものとなる。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の各被膜を構成する各層の金属組成（化合物の組成）は二次電子顕微鏡に付帯のエネルギー分散型ケイ光Ｘ線分光計（ＳＥＭ−ＥＤＸ）により確認した。炭素、窒素含有率は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）により金属の含有率と同時に求めることができる。積層周期は被膜の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察し、ＥＤＸで同定することで各層の構成元素を決定した後、積層周期１０層分の距離を求めて、１層あたりの平均積層周期を求めた。積層周期１０層分から算出した平均積層周期は５回求め、更に５回の平均値を求めることで積層周期とした。
【００６７】
本実施例において基材上に形成される被膜は、以下のように陰極式アークイオンプレーティング法またはスパッタリング法により形成した。
【００６８】
＜陰極式アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法＞：実施例１〜２６
まず、基材として、グレードがＰ３０（ＪＩＳ  Ｂ  ４０５３−１９９８）のサーメットであり、形状がＳＮＧＮ１２０４０８（ＪＩＳ  Ｂ  ４１２１−１９９８）である切削チップを準備し、これを洗浄した後、陰極式アークイオンプレーティング装置（成膜装置１００）内の回転テーブル７上の基板取り付け位置（図示していない）にセットした。なお、このような成膜装置としては従来公知の構成のものを特に制限なく使用することができる。
【００６９】
そして、真空ポンプにより該装置内を１×１０-4Ｐａ以下に減圧するとともに、該装置内に設置されたヒータ６により上記基材１０の温度を５５０℃に加熱し、１時間保持した。
【００７０】
次に、ガス導入口５からアルゴンガスを導入して該装置内の圧力を３．０Ｐａに保持し、基板（基材）バイアス電圧を徐々に上げながら−１５００Ｖとし、基材の表面のクリーニングを１５分間行なった。その後、アルゴンガスを排気した。
【００７１】
次いで、上記基材表面に形成されるＡ層として、その化学組成が以下の表１に示したものとなるように各対応する元素を含んだ各ターゲットを２つの原料蒸発源（アーク式蒸発源）にそれぞれセットした。ターゲット１、ターゲット２は、それぞれ表１に示すａ１層、ａ２層の被膜組成となるように調整した組成とする。表１において、各組成は、原子比で記載しており、金属全体を１とした場合の含有率を示した。基板（基材）温度を５５０℃〜６５０℃および該装置内の反応ガス圧を４．０Ｐａに設定し、反応ガスとして、窒素を導入した。そして、基板バイアス電圧を−３０Ｖに維持したまま、カソード電極に４０Ａ〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオン等を発生させＡ層を形成した。
【００７２】
すなわち、アーク式蒸発源から発生した金属イオン、金属元素、またはクラスター等がプラズマ雰囲気中で上記反応ガスと反応することにより、基材上に窒化物が形成（析出）されることになる。前述のとおり、中央で回転している基材が２つの蒸発源のそれぞれ正面に来たときに、それぞれの窒化物が形成されることで積層構造が形成される。
【００７３】
このときの基板の回転数、および、アーク電流を表１に示す。アーク電流は、ターゲットから発生する金属イオンの量を決定するもので、アーク電流が高くなればなるほど金属イオンの量は多くなる。アーク電流を調整することで、ＴｉＡｌＮ系の材質を選択した場合のＡｌ含有率の調整を行なうことができる。また、基板の回転数は、ａ１層およびａ２層の層厚に影響を与える。回転速度が遅い場合（回転数が少ない場合）は、各ターゲット正面を通過する時間が長くなるため、得られる層厚が厚くなる。なお、表１における回転数はその単位をｒｐｍとして表す。
【００７４】
表１に示す組成は形成されるａ１層および、ａ２層の化学組成に相当する。表１に各層の層厚を示す。それぞれの金属全体量を１として、すなわち、ＴｉとＭ１、またはＴｉとＭ２の原子量を１として、各元素の原子比を示している。ａ１層とａ２層の層厚を足し合わせることで積層周期となる。アーク電流を減少させることで層厚が薄くなる。ａ１層のみ記載の場合は、ａ２層との積層構造でなくＡ層としてａ１層単層であることを示す。
【００７５】
つづいてＢ層を形成する。Ａ層が所定の合計厚さとなったところでアーク式蒸発源に供給する電流を停止し、基板（基材）温度を４５０℃〜６００℃および該装置内の反応ガス圧を２．５Ｐａに設定し、表２に示した化学組成に対応する反応ガスとして、窒素ガスおよびメタンガス、またはメタンガスを導入した。雰囲気ガスとしてＡｒを導入した。窒素ガスとメタンガスの体積流量比は、メタンガス/（窒素ガス＋メタンガス）が０．２〜０．５となるようにして、基板バイアス電圧を−４５０Ｖ〜−６５０Ｖに維持したまま、カソード電極に４０Ａ〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源３、アーク式蒸発源４から金属イオン等を発生させＢ層を形成した。ターゲット３、ターゲット４としては、それぞれ表２に示すｂ１層、ｂ２層の組成を与えるように調整したものを用いた。表２の記載方法は表１の組成の記載と同様である。
【００７６】
すなわち、アーク式蒸発源から発生した金属イオン、金属元素、またはクラスター等がプラズマ雰囲気中で上記反応ガスと反応することにより、基材上に窒化物が形成（析出）されることになる。Ａ層の場合と同様に、すなわち、中央で回転している基材が２つの蒸発源のそれぞれ正面に来たときに、それぞれの炭窒化物または炭化物が形成されることで積層構造が形成される。回転数を増加させ、アーク電流を減少させることで層厚が薄くなる。アーク電流を調整することで、ＴｉＡｌＣＮ系の材質を選択した場合のＡｌ含有率の調整を行なうことができる。
【００７７】
Ａ層形成とＢ層形成を繰り返すことにより、窒化物と炭窒化物または炭化物との多層構造が形成される。
【００７８】
実施例１〜７、実施例９〜２６は、Ｂ層を被膜の最上層に形成した。実施例８は、Ａ層を被膜の最上層に形成した。
【００７９】
冷却後装置内を大気に開放した後、被膜が基材上に形成された表面被覆切削工具を装置から取り出して、本発明の表面被覆切削工具を得た。
【００８０】
表１および表２に、Ａ層およびＢ層の積層構造、形成時のアーク電流を示し、表３にＡ層とＢ層の組合せの多層構造における合計層数（図１（ａ）〜図１（ｃ）と同様に数えた場合のＡ層とＢ層の合計数）を記載した。また、ａ１層とａ２層、またはｂ１層とｂ２層の層厚を足し合わせることで積層周期となる。表２にｂ１層およびｂ２層の化学組成、および層厚を示す。それぞれの金属全体量、すなわちＴｉおよびＭ３、ＴｉおよびＭ４の原子量の和を１として、各元素の原子比を示している。ｂ１層のみ記載の場合は、ｂ２層との積層構造でなくＢ層としてｂ１層単層を用いた。Ｂ層の膜厚（Ｂ層の合計膜厚）は３μｍとした。なお、Ａ層の膜厚（Ａ層の合計膜厚）は２μｍとした。
【００８１】
比較例１〜２２についても同様に切削工具を製造した。表４および表５に各被膜の組成、製造条件等を示す。記載方法は、実施例と同様である。
【００８２】
＜スパッタリング（ＳＰ）法＞：実施例２７〜４１
まず、基材として、上記の陰極式アークイオンプレーティング法で用いたのと同じ基材を準備し、これを洗浄した後、スパッタリング装置（成膜装置）内の基板取り付け位置にセットした。次いで、装置内の２つのターゲットに、上記基材表面に形成される各層を形成する原料として、その化学組成が以下の表７に示したものとなるように各対応する元素を含んだターゲットをそれぞれセットした。該ターゲットは、合金ターゲット、粉末焼結体ターゲットでもよいし、金属単体のターゲットを上記化学組成となるように分割して用いることもできる。なお、このような成膜装置としては従来公知の構成のものを特に制限なく使用することができる。
【００８３】
そして、真空ポンプにより該装置内を１×１０-4Ｐａ以下に減圧するとともに、該装置内に設置されたヒータ６により上記基材の温度を５００℃以上に加熱し、１時間保持した。
【００８４】
次に、アルゴンガスを導入して該装置内の圧力を５００ｍＰａ〜６５０ｍＰａに保持し、基板（基材）バイアス電圧を徐々に上げながら−６００Ｖとし、基材の表面のクリーニングを３０分間行なった。続いて、基板バイアス電圧を−３５０Ｖとし、ホロカソード型ガス活性化源を用いて基材表面のクリーニングをさらに６０分間行なった。その後、アルゴンガスを排気した。
【００８５】
次いで、基板（基材）温度を４００℃〜５５０℃および該装置内の反応ガス圧を５００ｍＰａ〜６５０ｍＰａに設定し、表７に示した化学組成に対応する反応ガスとして、窒素を導入した。なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの体積比を１〜５に設定した。
【００８６】
そして、基板バイアス電圧を−５０Ｖ〜−１３０Ｖに維持したまま、ターゲットに０．１２Ｗ／ｍｍ2〜０．３Ｗ／ｍｍ2の電力密度を発生させることにより、Ａ層を形成した。ターゲット１、ターゲット２は、それぞれ表７に示すａ１層、ａ２層の被膜組成となるように調整した組成とする。表７の各組成は得られる被膜における各層の組成に相当する。記載方法は表１と同様であるのでその説明は省略する。なお、ターゲットに供給するスパッタ電力密度、基板の回転数も表７に示す。スパッタ電力密度が上がると金属蒸発量増加し、ａ１層、ａ２層の膜厚を厚くできる。また、基板の回転数を減少させると、ａ１層、ａ２層の膜厚を厚くできる。Ａ層の厚さが３μｍとなったところで供給する電力を停止した。
【００８７】
なお、上記反応ガスには必ず希ガス（アルゴンが好ましいがこれのみに限定されない）を混在させた。陰極式アークイオンプレーティング法と同様に中央で回転している基材が２つの蒸発源のそれぞれ正面に来たときに、それぞれの窒化物が形成されることで積層構造が形成される。Ａ層が所定の膜厚になったときに、ターゲットへの電力の供給を停止させた。
【００８８】
つづいて、Ｂ層を形成する。電力の供給を停止させた状態で、基板（基材）温度を４００℃〜５５０℃および該装置内の反応ガス圧を５００ｍＰａ〜６５０ｍＰａに設定し、窒素、アセチレンを導入した。なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの体積比を１〜５に設定した。反応ガスである窒素とアセチレンのガス体積流量比は、アセチレン／（窒素＋アセチレン）＝０．２５〜０．５とした。
【００８９】
そして、基板バイアス電圧を−５０Ｖ〜−１３０Ｖに維持したまま、ターゲットに０．１２Ｗ／ｍｍ2〜０．３Ｗ／ｍｍ2の電力密度を発生させることにより、Ｂ層を形成した。ターゲット３、ターゲット４としては、それぞれ表８に示すｂ１層、ｂ２層の組成を与えるように調整したものを用いた。記載方法は表２と同様である。なお、ターゲットに供給するスパッタ電力密度、基板の回転数も表８に示す。スパッタ電力密度が上がると金属蒸発量増加し、ｂ１層、ｂ２層の膜厚を厚くできる。また、基板の回転数を減少させると、ｂ１層、ｂ２層の膜厚を厚くできる。
【００９０】
上記のようなＡ層形成とＢ層形成を繰り返すことにより、窒化物と炭窒化物または炭化物との多層構造が形成される。このようにして本発明の表面被覆切削工具を製造した。表７および表８に被膜組成、厚み等の詳細を記載した。また、Ａ層とＢ層との合計総数を表９に示す。
【００９１】
比較例２３〜３８についても同様に切削工具を製造した。表１０および表１１に各被膜の組成、製造条件等を示す。記載方法は、実施例と同様である。
【００９２】
＜切削試験１＞
上記のようにして製造された実施例１〜４１の表面被覆切削工具および比較例１〜３８の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により連続旋削試験を３０分実施した。逃げ面摩耗量とクレーター摩耗幅とを測定した。逃げ面摩耗量が小さいもの程耐摩耗性に優れていることを示し、クレーター摩耗量が小さいもの程クレーター摩耗が低減されていることを示す。その結果を以下の表３、表６、表９および表１２に示す。切削条件は、Ｖｃ＝２００ｍ/ｍｉｎ、ｆ＝０．２ｍｍ/ｒｅｖ、Ａｄ＝１．５ｍｍ、ｄｒｙで行なった。被削材はＪＩＳ−ＳＣＭ４３５を用いた。Ｖｃは切削速度、ｆは送り、Ａｄは切込み量をそれぞれ示し、ｄｒｙは切削試験に於いて切削油を用いない乾式切削としたことを示す。
【００９３】
＜切削試験２＞
上記のようにして製造された実施例１〜４１の表面被覆切削工具および比較例１〜３８の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により連続旋削試験を１００分実施した。逃げ面摩耗量を測定した。逃げ面摩耗量が小さいもの程耐摩耗性に優れていることを示す。その結果を以下の表３、表６、表９および表１２に示す。切削条件は、Ｖｃ＝２８０ｍ/ｍｉｎ、ｆ＝０．２ｍｍ/ｒｅｖ、Ａｄ＝１．５ｍｍ、ｗｅｔで行なった。被削材はＪＩＳ−ＳＣＭ４３５を用いた。なお、ｗｅｔは切削試験に於いて切削油を用いる湿式切削としたことを示す。サーメット基材を用いてｗｅｔ加工を行なうことで熱疲労により基材に亀裂（熱亀裂という）が発生する。この熱亀裂の影響を受けやすい被膜は、逃げ面の耐摩量が増加する。
【００９４】
【表１】
2010188461.tif 000002
【００９５】
【表２】
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【００９６】
【表３】
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【００９７】
【表４】
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【００９８】
【表５】
2010188461.tif 000006
【００９９】
【表６】
2010188461.tif 000007
【０１００】
【表７】
2010188461.tif 000008
【０１０１】
【表８】
2010188461.tif 000009
【０１０２】
【表９】
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【０１０３】
【表１０】
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【０１０４】
【表１１】
2010188461.tif 000012
【０１０５】
【表１２】
2010188461.tif 000013
【０１０６】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【０１０７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明における被膜は、切削工具に限らず、基材との密着性や被膜強度を向上させる目的で、種々の基材の被膜として用いることができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１００  成膜装置、１，２，３，４  ターゲット、５  ガス導入口、６  ヒータ、７  回転テーブル、１０  基材。
【図１】
2010188461.tif 000014
【図２】
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