(57)【要約】  基材と、上記基材の表面に設けられた被膜とを備える表面被覆切削工具であって、上記被膜は、上記基材上に設けられた第１交互層と、上記第１交互層上に設けられた第２交互層とを含み、上記第１交互層は、Ａ層とＢ層とを含み、上記第２交互層は、Ｃ層とＤ層とを含み、上記Ａ層と上記Ｂ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、上記Ｃ層と上記Ｄ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、上記Ａ層は、ＡｌａＣｒｂＭ１（１−ａ−ｂ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ｂ層は、ＡｌｃＴｉｄＭ２（１−ｃ−ｄ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ｃ層は、ＴｉｅＳｉｆＭ３（１−ｅ−ｆ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ｄ層は、ＴｉｇＳｉｈＭ４（１−ｇ−ｈ）の窒化物又は炭窒化物からなる、表面被覆切削工具。
2019239654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材の表面に設けられた被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、前記基材上に設けられた第１交互層と、前記第１交互層上に設けられた第２交互層とを含み、
前記第１交互層は、Ａ層とＢ層とを含み、
前記第２交互層は、Ｃ層とＤ層とを含み、
前記Ａ層と前記Ｂ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
前記Ｃ層と前記Ｄ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
前記Ａ層は、ＡｌａＣｒｂＭ１（１−ａ−ｂ）の窒化物又は炭窒化物からなり、前記Ａ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．５≦ａ≦０．９、０＜ｂ≦０．４、及び０≦（１−ａ−ｂ）≦０．１の関係を満たし、
前記Ｂ層は、ＡｌｃＴｉｄＭ２（１−ｃ−ｄ）の窒化物又は炭窒化物からなり、前記Ｂ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３≦ｃ≦０．７、０．３≦ｄ≦０．７、及び０≦（１−ｃ−ｄ）≦０．１の関係を満たし、
前記Ｃ層は、ＴｉｅＳｉｆＭ３（１−ｅ−ｆ）の窒化物又は炭窒化物からなり、前記Ｃ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．７５≦ｅ≦０．９９、０．０１≦ｆ≦０．２、及び０≦（１−ｅ−ｆ）≦０．１の関係を満たし、
前記Ｄ層は、ＴｉｇＳｉｈＭ４（１−ｇ−ｈ）の窒化物又は炭窒化物からなり、前記Ｄ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．８≦ｇ≦０．９９、０．０１≦ｈ≦０．２、及び０≦（１−ｇ−ｈ）≦０．１の関係を満たし、
前記Ｃ層を構成するＴｉの原子数比ｅ及び前記Ｄ層を構成するＴｉの原子数比ｇは、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係を満たし、
前記Ｃ層を構成するＳｉの原子数比ｆ及び前記Ｄ層を構成するＳｉの原子数比ｈは、０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たし、
前記Ｍ１及び前記Ｍ２は、それぞれ独立してＳｉ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素であり、
前記Ｍ３及び前記Ｍ４は、それぞれ独立してＴａ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である、表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記被膜は、前記第１交互層と前記第２交互層との間に中間層を更に有し、
前記中間層は、前記Ａ層と前記Ｃ層との交互層、前記Ａ層と前記Ｄ層との交互層、前記Ｂ層と前記Ｃ層との交互層、又は前記Ｂ層と前記Ｄ層との交互層である、請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
前記第１交互層は、最上層が前記Ｂ層である、請求項１又は請求項２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
前記第１交互層は、最下層が前記Ａ層又は前記Ｂ層である、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項５】
前記第１交互層における前記Ａ層は、その厚さλａが０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、且つ、
前記第１交互層における前記Ｂ層は、その厚さλｂが０．００２μｍ以上２μｍ以下であり、
前記第１交互層における前記Ａ層と前記第１交互層における前記Ｂ層との厚さの比λａ／λｂは、１≦λａ／λｂ≦５の関係を満たす、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項６】
前記第２交互層における前記Ｃ層は、その厚さλｃが０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、且つ、
前記第２交互層における前記Ｄ層は、その厚さλｄが０．００１μｍ以上２μｍ以下であり、
前記第２交互層における前記Ｃ層と前記第２交互層における前記Ｄ層との厚さの比λｃ／λｄは、１≦λｃ／λｄ≦５の関係を満たす、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項７】
前記被膜は、その全体の厚さが０．５μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項８】
前記被膜は、前記基材と前記第１交互層との間に密着層を更に有し、
前記密着層は、その厚さが０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、
前記密着層は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂからなる群より選択される１種以上の第１元素と、前記基材を構成する元素から選択される１種以上の第２元素と、前記第１交互層又は前記第２交互層を構成する元素から選択される１種以上の第３元素とを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物を含む、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項９】
前記第２元素は、少なくともＷを含む、請求項８に記載の表面被覆切削工具。
【請求項１０】
前記基材は、ＷＣを含有する硬質粒子と、前記硬質粒子同士を結合する結合相とを含み、
前記結合相は、Ｃｏを含み、
前記密着層は、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ及びＭ５を含む炭化物、窒化物又は炭窒化物を含み、
前記Ｍ５は、Ｗ、Ｃｒ及びＴｉを除く周期表第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である、請求項９に記載の表面被覆切削工具。
【請求項１１】
前記第１交互層は、立方晶の結晶構造を含み、且つ前記第２交互層は、立方晶の結晶構造を含む、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具を製造する方法であって、
前記基材を準備する工程と、
物理的蒸着法を用いて前記基材の上に前記Ａ層と前記Ｂ層とを交互にそれぞれ１層以上積層することによって前記第１交互層を形成する工程と、
物理的蒸着法を用いて前記第１交互層の上に前記Ｃ層と前記Ｄ層とを交互にそれぞれ１層以上積層することによって前記第２交互層を形成する工程と、
を含む、表面被覆切削工具の製造方法。
【請求項１３】
前記物理的蒸着法は、カソードアークイオンプレーティング法、バランスドマグネトロンスパッタリング法及びアンバランスドマグネトロンスパッタリング法からなる群より選択される少なくとも１種である、請求項１２に記載の表面被覆切削工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、表面被覆切削工具、及びその製造方法に関する。本出願は、２０１８年６月１５日に出願した日本特許出願である特願２０１８−１１４２６７号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
最近の切削工具の動向として、以下の点が挙げられる。（１）地球環境保全の観点から切削油剤を用いないドライ加工が求められていること、（２）被削材が多様化していること、（３）切削加工の能率を一層向上させるため切削速度がより高速になってきていること。このような状況下、切削加工時の切削工具の刃先の温度はますます高温になる傾向である。その結果、切削工具の寿命は短くなるので、切削工具の材料に要求される特性は厳しくなる一方である。また、仕上げ加工等、被削材の仕上げ面品位及び寸法を重要視する加工では、切削工具の基材を被覆する被膜のチッピング又は被膜の剥離等、切削工具の刃先品位の悪化が切削性能に影響することから、被膜のチッピング及び被膜の剥離を抑制するために様々な取り組みが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−３１０１７４号公報
【特許文献２】特開２００５−３０５５７６号公報
【特許文献３】国際公開第２００６／０７０７３０号
【特許文献４】特開２０１７−１７７２３９号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、上記基材の表面に設けられた被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
上記被膜は、上記基材上に設けられた第１交互層と、上記第１交互層上に設けられた第２交互層とを含み、
上記第１交互層は、Ａ層とＢ層とを含み、
上記第２交互層は、Ｃ層とＤ層とを含み、
上記Ａ層と上記Ｂ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
上記Ｃ層と上記Ｄ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
上記Ａ層は、ＡｌａＣｒｂＭ１（１−ａ−ｂ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ａ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．５≦ａ≦０．９、０＜ｂ≦０．４、及び０≦（１−ａ−ｂ）≦０．１の関係を満たし、
上記Ｂ層は、ＡｌｃＴｉｄＭ２（１−ｃ−ｄ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ｂ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３≦ｃ≦０．７、０．３≦ｄ≦０．７、及び０≦（１−ｃ−ｄ）≦０．１の関係を満たし、
上記Ｃ層は、ＴｉｅＳｉｆＭ３（１−ｅ−ｆ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ｃ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．７５≦ｅ≦０．９９、０．０１≦ｆ≦０．２、及び０≦（１−ｅ−ｆ）≦０．１の関係を満たし、
上記Ｄ層は、ＴｉｇＳｉｈＭ４（１−ｇ−ｈ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ｄ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．８≦ｇ≦０．９９、０．０１≦ｈ≦０．２、及び０≦（１−ｇ−ｈ）≦０．１の関係を満たし、
上記Ｃ層を構成するＴｉの原子数比ｅ及び上記Ｄ層を構成するＴｉの原子数比ｇは、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係を満たし、
上記Ｃ層を構成するＳｉの原子数比ｆ及び上記Ｄ層を構成するＳｉの原子数比ｈは、０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たし、
上記Ｍ１及び上記Ｍ２は、それぞれ独立してＳｉ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素であり、
上記Ｍ３及び上記Ｍ４は、それぞれ独立してＴａ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である。
【０００５】
本開示の一態様に係る表面被覆切削工具の製造方法は、上記表面被覆切削工具を製造する方法であって、
上記基材を準備する工程と、
物理的蒸着法を用いて上記基材の上に上記Ａ層と上記Ｂ層とを交互にそれぞれ１層以上積層することによって上記第１交互層を形成する工程と、
物理的蒸着法を用いて上記第１交互層の上に上記Ｃ層と上記Ｄ層とを交互にそれぞれ１層以上積層することによって上記第２交互層を形成する工程と、
を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本実施形態の一態様における表面被覆切削工具の模式断面図である。
【図２】図２は、本実施形態の他の態様における表面被覆切削工具の模式断面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る表面被覆切削工具の製造方法で用いる成膜装置の模式断面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る表面被覆切削工具の製造方法で用いる成膜装置の模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[本開示が解決しようとする課題]
特開平０７−３１０１７４号公報（特許文献１）には、耐摩耗性及び表面の保護機能の改善のため、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の切削工具及び耐摩耗工具等の硬質基材の表面に、硬質被覆層として、（ＡｌｘＴｉ１−ｘ−ｙＳｉｙ）（ＣｚＮ１−ｚ）（ただし、０．０５≦ｘ≦０．７５、０．０１≦ｙ≦０．１、０．６≦ｚ≦１）のようなＡｌＴｉＳｉ系の膜が被覆されている切削工具が開示されている。
【０００８】
上記特許文献１に記載される切削工具は、高硬度で耐酸化性に優れる一方で、もろく、チッピングしやすい傾向があった。
【０００９】
これに対し、例えば、特開２００５−３０５５７６号公報（特許文献２）に開示されている切削工具では、基材表面に、Ｔｉ１−ｘＡｌｘ（ただし、０．２≦ｘ≦０．７）の炭化物又は炭窒化物を主成分とする耐摩耗性の被膜を被覆し、さらに上記耐摩耗性の被膜の表面に、Ａｌ１−ａ−ｂＣｒａＶｂ（ただし、０≦ａ≦０．４、０≦ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４）の窒化物又は炭窒化物のいずれか１種以上の耐チッピング性の被膜を被覆している。このようにすることで、切削加工の初期に起こる刃先のチッピング（又は欠損）、すなわち基材の露出を抑制し、工具寿命を向上させている。
【００１０】
しかし、例えばステンレス鋼等、刃先に溶着が発生しやすい材料を切削した場合、特許文献２に記載の切削工具では、切削加工の初期において表層の耐チッピング層と下層の耐摩耗層との密着性が低く、被膜が剥離する傾向がある。そのため、被膜のチッピングの抑制に改善の余地が残されている。
【００１１】
また、国際公開第２００６／０７０７３０号（特許文献３）に記載の切削工具では、耐摩耗性と耐チッピング性とを向上させることを目的として、圧縮残留応力、硬度等の特性が異なるＡ層及びＢ層を交互にそれぞれ１層以上積層した交互層を被膜に含めることによって、被膜全体としての耐摩耗性及び靭性を向上させている。
【００１２】
しかし、特許文献３に記載の切削工具では、例えば難削材の加工等、切削工具の刃先に溶着が発生しやすく、溶着とともに被膜が剥離するような加工において、切削加工の初期に被膜と被削材とが反応を起こし、組成が互いに異なるＡ層とＢ層と間にクラックが発生する傾向があった。そのため、被膜にチッピングによる層間剥離が発生し、切削工具が短寿命となる傾向があった。
【００１３】
特開２０１７−１７７２３９号公報（特許文献４）に記載の切削工具では、耐摩耗性及び耐チッピング性を向上させることを目的として、耐摩耗性に優れる交互層Ａと上記交互層の上部に設けられた耐チッピング性に優れる交互層Ｂとを積層した被覆層を被膜に含めることにより被膜全体の耐摩耗性及びチッピング性を向上している。
【００１４】
しかし、特許文献４に記載の切削工具では、ステンレス鋼又は難削材の加工等、刃先が高温になる加工条件において、上部層として用いている交互層Ｂの耐熱性が低い傾向があった。そのため、被膜の酸化摩耗が進展しており、切削工具が短寿命となる傾向があった。
【００１５】
本開示は、上記事情に鑑みなされたものであって、優れた耐チッピング性と優れた耐摩耗性とを有する表面被覆切削工具を提供することを目的とする。
【００１６】
[本開示の効果]
本開示によれば、優れた耐チッピング性と優れた耐摩耗性とを有する表面被覆切削工具を提供することが可能になる。
【００１７】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１８】
［１］本開示の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、上記基材の表面に設けられた被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
上記被膜は、上記基材上に設けられた第１交互層と、上記第１交互層上に設けられた第２交互層とを含み、
上記第１交互層は、Ａ層とＢ層とを含み、
上記第２交互層は、Ｃ層とＤ層とを含み、
上記Ａ層と上記Ｂ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
上記Ｃ層と上記Ｄ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
上記Ａ層は、ＡｌａＣｒｂＭ１（１−ａ−ｂ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ａ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．５≦ａ≦０．９、０＜ｂ≦０．４、及び０≦（１−ａ−ｂ）≦０．１の関係を満たし、
上記Ｂ層は、ＡｌｃＴｉｄＭ２（１−ｃ−ｄ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ｂ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３≦ｃ≦０．７、０．３≦ｄ≦０．７、及び０≦（１−ｃ−ｄ）≦０．１の関係を満たし、
上記Ｃ層は、ＴｉｅＳｉｆＭ３（１−ｅ−ｆ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ｃ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．７５≦ｅ≦０．９９、０．０１≦ｆ≦０．２、及び０≦（１−ｅ−ｆ）≦０．１の関係を満たし、
上記Ｄ層は、ＴｉｇＳｉｈＭ４（１−ｇ−ｈ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ｄ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．８≦ｇ≦０．９９、０．０１≦ｈ≦０．２、及び０≦（１−ｇ−ｈ）≦０．１の関係を満たし、
上記Ｃ層を構成するＴｉの原子数比ｅ及び上記Ｄ層を構成するＴｉの原子数比ｇは、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係を満たし、
上記Ｃ層を構成するＳｉの原子数比ｆ及び上記Ｄ層を構成するＳｉの原子数比ｈは、０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たし、
上記Ｍ１及び上記Ｍ２は、それぞれ独立してＳｉ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素であり、
上記Ｍ３及び上記Ｍ４は、それぞれ独立してＴａ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である。このような構成の表面被覆切削工具は、優れた耐チッピング性及び耐摩耗性を示すことができる。
【００１９】
［２］上記被膜は、上記第１交互層と上記第２交互層との間に中間層を更に有し、
上記中間層は、上記Ａ層と上記Ｃ層との交互層、上記Ａ層と上記Ｄ層との交互層、上記Ｂ層と上記Ｃ層との交互層、又は上記Ｂ層と上記Ｄ層との交互層である。これにより、より優れた耐チッピング性及び耐摩耗性を示すことができる。
【００２０】
［３］上記第１交互層は、最上層が上記Ｂ層である。これにより第１交互層と、第２交互層又は中間層との密着性をより強固にすることができる。
【００２１】
［４］上記第１交互層は、最下層が上記Ａ層又は上記Ｂ層である。これにより被膜の剥離をより抑制することができる。
【００２２】
［５］上記第１交互層における上記Ａ層は、その厚さλａが０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、且つ、
上記第１交互層における上記Ｂ層は、その厚さλｂが０．００２μｍ以上２μｍ以下であり、
上記第１交互層における上記Ａ層と上記第１交互層における上記Ｂ層との厚さの比λａ／λｂは、１≦λａ／λｂ≦５の関係を満たす。これにより、被膜の耐酸化性を向上させ、かつ被膜を高硬度化することができる。
【００２３】
［６］上記第２交互層における上記Ｃ層は、その厚さλｃが０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、且つ、
上記第２交互層における上記Ｄ層は、その厚さλｄが０．００１μｍ以上２μｍ以下であり、
上記第２交互層における上記Ｃ層と上記第２交互層における上記Ｄ層との厚さの比λｃ／λｄは、１≦λｃ／λｄ≦５の関係を満たす。これにより、被膜におけるクラックの進展をより強く抑制することができる。
【００２４】
［７］上記被膜は、その全体の厚さが０．５μｍ以上１５μｍ以下である。これにより、被膜が耐チッピング性に優れ、工具寿命を向上させることができる。
【００２５】
［８］上記被膜は、上記基材と上記第１交互層との間に密着層を更に有し、
上記密着層は、その厚さが０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、
上記密着層は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂからなる群より選択される１種以上の第１元素と、上記基材を構成する元素から選択される１種以上の第２元素と、上記第１交互層又は上記第２交互層を構成する元素から選択される１種以上の第３元素とを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物を含む。これにより、被膜と基材との密着性を向上させることができる。
【００２６】
［９］上記第２元素は、少なくともＷを含む。これにより、被膜と基材との密着性を向上させることができる。
【００２７】
［１０］上記基材は、ＷＣを含有する硬質粒子と、上記硬質粒子同士を結合する結合相とを含み、
上記結合相は、Ｃｏを含み、
上記密着層は、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ及びＭ５を含む炭化物、窒化物又は炭窒化物を含み、
上記Ｍ５は、Ｗ、Ｃｒ及びＴｉを除く周期表第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である。これにより、被膜と基材との密着性をより向上させることができる。
【００２８】
［１１］上記第１交互層は、立方晶の結晶構造を含み、且つ上記第２交互層は、立方晶の結晶構造を含む。これにより、被膜の硬度を向上させることができる。
【００２９】
［１２］本開示の一態様に係る表面被覆切削工具の製造方法は、上記表面被覆切削工具を製造する方法であって、
上記基材を準備する工程と、
物理的蒸着法を用いて上記基材の上に上記Ａ層と上記Ｂ層とを交互にそれぞれ１層以上積層することによって上記第１交互層を形成する工程と、
物理的蒸着法を用いて上記第１交互層の上に上記Ｃ層と上記Ｄ層とを交互にそれぞれ１層以上積層することによって上記第２交互層を形成する工程と、
を含む。これにより、優れた耐チッピング性及び耐摩耗性を示す表面被覆切削工具を製造することができる。
【００３０】
［１３］上記物理的蒸着法は、カソードアークイオンプレーティング法、バランスドマグネトロンスパッタリング法及びアンバランスドマグネトロンスパッタリング法からなる群より選択される少なくとも１種である。これにより、上述の性能を有する表面被覆切削工具を歩留まりよく製造することができる。
【００３１】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態（以下「本実施形態」とも記す。）についてさらに詳細に説明する。以下の実施形態の説明では、図面を用いて説明しているが、その図面において同一の参照符号を付したものは、同一又は相当部分を示す。
【００３２】
ここで、本明細書において「Ｘ〜Ｙ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＸ以上Ｙ以下）を意味しており、Ｘにおいて単位の記載がなく、Ｙにおいてのみ単位が記載されている場合、Ｘの単位とＹの単位とは同じである。また、本明細書において化合物を化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるものではない。例えば「ＴｉＡｌＮ」と記載されている場合、ＴｉＡｌＮを構成する原子数の比はＴｉ：Ａｌ：Ｎ＝０．５：０．５：１のような化学量論組成に限られず、Ｔｉ：Ａｌ：Ｎ＝０．６：０．５：１のような非化学量論組成等、従来公知のあらゆる原子数の比が含まれる。このことは、「ＴｉＡｌＮ」以外の化合物の記載についても同様である。本実施形態において、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、タンタル（Ｔａ）、及びクロム（Ｃｒ）等の金属元素と、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）及び炭素（Ｃ）等の非金属元素とは、必ずしも化学量論的な組成を構成している必要はない。
【００３３】
本実施形態に係る表面被覆切削工具は、
基材と、上記基材の表面に設けられた被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
上記被膜は、上記基材上に設けられた第１交互層と、上記第１交互層上に設けられた第２交互層とを含み、
上記第１交互層は、Ａ層とＢ層とを含み、
上記第２交互層は、Ｃ層とＤ層とを含み、
上記Ａ層と上記Ｂ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
上記Ｃ層と上記Ｄ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
上記Ａ層は、ＡｌａＣｒｂＭ１（１−ａ−ｂ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ａ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．５≦ａ≦０．９、０＜ｂ≦０．４、及び０≦（１−ａ−ｂ）≦０．１の関係を満たし、
上記Ｂ層は、ＡｌｃＴｉｄＭ２（１−ｃ−ｄ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ｂ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３≦ｃ≦０．７、０．３≦ｄ≦０．７、及び０≦（１−ｃ−ｄ）≦０．１の関係を満たし、
上記Ｃ層は、ＴｉｅＳｉｆＭ３（１−ｅ−ｆ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ｃ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．７５≦ｅ≦０．９９、０．０１≦ｆ≦０．２、及び０≦（１−ｅ−ｆ）≦０．１の関係を満たし、
上記Ｄ層は、ＴｉｇＳｉｈＭ４（１−ｇ−ｈ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ｄ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．８≦ｇ≦０．９９、０．０１≦ｈ≦０．２、及び０≦（１−ｇ−ｈ）≦０．１の関係を満たし、
上記Ｃ層を構成するＴｉの原子数比ｅ及び上記Ｄ層を構成するＴｉの原子数比ｇは、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係を満たし、
上記Ｃ層を構成するＳｉの原子数比ｆ及び上記Ｄ層を構成するＳｉの原子数比ｈは、０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たし、
上記Ｍ１及び上記Ｍ２は、それぞれ独立してＳｉ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素であり、
上記Ｍ３及び上記Ｍ４は、それぞれ独立してＴａ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である。
本実施形態に係る表面被覆切削工具は、上述の構成を備えることにより、優れた耐チッピング性及び耐摩耗性を示す。そのため、上記表面被覆切削工具は、過酷な切削条件に耐え、優れた刃先品位を得ることができる。
【００３４】
＜表面被覆切削工具＞
本実施形態に係る表面被覆切削工具は、（以下、単に「切削工具」という場合がある。）基材と、上記基材の表面に設けられた被膜とを備える。このような基本的構成を有する表面被覆切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用又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、又はクランクシャフトのピンミーリング加工用チップ等が挙げられる。
【００３５】
図１は、本実施形態の一態様における表面被覆切削工具の模式断面図である。本実施形態の一態様における表面被覆切削工具１は、例えば図１に示すように、基材１２と、上記基材１２の表面に設けられた被膜１１とを備える。
【００３６】
＜基材＞
基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれも使用することができる。例えば、超硬合金［例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏ（コバルト）を含む超硬合金、ＷＣの他にＴｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）等の炭窒化物を添加した超硬合金等］、サーメット（炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン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、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化ホウ素焼結体、及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。基材としてＷＣ基超硬合金を用いる場合、その組織中に遊離炭素及びη相と呼ばれる異常層のいずれか一方又は両方を含んでいてもよい。
【００３７】
これらの各種基材の中でも超硬合金、特にＷＣ基超硬合金を選択すること、又はサーメット（特に炭窒化チタン基サーメット）を選択することが好ましい。これらの基材は、特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の切削工具の基材として優れた特性を有している。特にＷＣ基超硬合金を選択した場合、基材は、ＷＣを含む硬質粒子と、上記硬質粒子同士を結合する結合相とを含み、上記結合相は、Ｃｏを含むことがより好ましい。
【００３８】
さらに、表面被覆切削工具が後述する密着層を含む場合、基材と被膜との密着性の観点から、上記基材がＷＣ基超硬合金を含むとき、上記基材の表面における上記密着層と接する面積のうち８０％以上がＷＣであることがより好ましい。これらの基材は、その表面が改質されていても差し支えない。例えば、超硬合金の表面に脱β層が形成されていても、本開示の範囲を逸脱するものではない。
【００３９】
なお、切削工具が刃先交換型切削チップ等である場合、基材はチップブレーカーを有する形状も、有さない形状も含まれる。刃先稜線部は、その形状がシャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与した形状）、ネガランド（面取りをした形状）、ホーニングとネガランドを組み合わせた形状等、いずれの形状も含まれる。
【００４０】
＜被膜＞
本実施形態に係る被膜１１は、図１に示すように上記基材１２上に設けられた第１交互層１１２と、上記第１交互層１１２上に設けられた第２交互層１１３とを含む。ここで、上記第１交互層１１２は、上記基材１２の表面に直接接して設けられていてもよいし、後述する密着層を介して上記基材１２上に設けられていてもよい。また、上記第２交互層１１３は、上記第１交互層１１２の表面に直接接して設けられていてもよいし、後述する中間層を介して上記第１交互層上に設けられていてもよい。上記第１交互層１１２は、Ａ層とＢ層とを含む。上記第２交互層１１３は、Ｃ層とＤ層とを含む。上記Ａ層と上記Ｂ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層されている。上記Ｃ層と上記Ｄ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層されている。第１交互層１１２は、耐摩耗性を特に備えるための２層以上からなる多層膜であり、本明細書において「耐摩耗層」と称する場合がある。また、第１交互層１１２は、その上に第２交互層１１３が設けられるため、本明細書において「下部層」と称する場合もある。
【００４１】
第２交互層１１３は、耐熱性を特に備えるための２層以上からなる多層膜であり、本明細書において「耐熱層」と称する場合がある。また、第２交互層１１３は、第１交互層１１２上に設けられるため、本明細書において「上部層」と称する場合もある。
【００４２】
本実施形態において被膜１１は、基材１２を被覆している。被膜１１は、基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、基材１２が部分的に被膜１１で被覆されていなかったり被膜１１を構成する各層の積層構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本開示の範囲を逸脱するものではない。
【００４３】
被膜は、第１交互層、第２交互層、並びに、後述する中間層及び密着層以外に、他の層を含むことができる。被膜は、例えば、基材との間に設けられる層として、下地層を含むことができる。下地層としては、被膜を構成する元素を含む固溶体層を例示することができる。当該固溶体層を有することにより、被膜の均一性がより担保できるようになる。さらに被膜は、例えば、表面を保護する層として、表面保護層を含むこともできる。なお、これらの層の形成方法は、公知の方法を用いることができる。
【００４４】
表面保護層として、α−Ａｌ２Ｏ３層及びκ−Ａｌ２Ｏ３層を例示することができる。
【００４５】
本実施形態において被膜は、耐摩耗性に優れる第１交互層と、耐熱性に優れる第２交互層とを積層させることにより、第１交互層及び第２交互層それぞれの本来の好適な特性を維持しつつ、第１交互層及び第２交互層それぞれのデメリット（例えば、脆性等）を巧みに解消させることができる。さらに、第１交互層及び第２交互層それぞれにおいて２種の単位層を交互にそれぞれ１層以上積層した多層構造とすることにより、当該単位層のいずれかを単独で形成した場合に比べ被膜の強度を飛躍的に向上させることができる。当該単位層のいずれかを単独で形成した場合、層厚が厚くなるのにしたがって脆性が増大する傾向がある。しかし、２種の単位層を交互にそれぞれ１層以上積層し、多層構造として単位層当たりの厚さを薄く制御することにより、脆性を抑えることが可能となる。
【００４６】
本明細書において被膜を構成する構成単位に対し、便宜的に「膜」又は「層」という名称を用いているが、「膜」と「層」との両者を明確に区別することを意図しているものではない。
【００４７】
被膜は、その全体の厚さが０．５μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは上記全体の厚さの上限は１０μｍ以下であり、さらに好ましくは６μｍ以下であり、さらにより好ましくは５μｍ以下である。上記全体の厚さの下限は、例えば０．５μｍ以上であってもよい。被膜の全体の厚さが０．５μｍ未満である場合、被膜の厚さが薄すぎて表面被覆切削工具の寿命が短くなる傾向がある。一方、被膜の全体の厚さが１５μｍを超える場合、切削加工の初期において被膜がチッピングしやすくなるため、表面被覆切削工具の寿命が短くなる傾向がある。被膜の全体の厚さとは、第１交互層、第２交互層、後述する中間層及び密着層、並びに、他の層を含む場合は上記他の層を含んだ全体の厚さを意味する。
【００４８】
上記被膜において、第１交互層は、立方晶の結晶構造を含み、且つ第２交互層は、立方晶の結晶構造を含むことが好ましい。本実施形態の他の側面において、第１交互層は立方晶の結晶構造からなり、且つ第２交互層は立方晶の結晶構造からなっていてもよい。これにより被膜の硬度を向上させることができる。第１交互層及び第２交互層の全体が非晶質又は一部が非晶質である場合、硬度が低下し、表面被覆切削工具の寿命が短くなる傾向がある。第１交互層及び第２交互層それぞれが、立方晶型の結晶構造を含むことは、例えば、上記第１交互層又は上記第２交互層における任意の３点に対してＸ線回折測定（ＸＲＤ測定）を行い分析することで確認できる。上記Ｘ線回折測定に用いる装置としては、例えば、株式会社リガク製のＳｍａｒｔ  Ｌａｂ（商品名）等が挙げられる。
【００４９】
被膜の全体の厚さは、成膜時間を適宜調節することにより調整することができる。また、本明細書において「被膜の厚さ」といったとき、その厚さは平均厚さを意味する。被膜の厚さは、例えば、被膜を基材上に形成し、これを任意の位置で切断し、その断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）等で観察することにより測定することができる。断面観察用のサンプルは、例えば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  ｓｙｓｔｅｍ）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ  ｓｅｃｔｉｏｎ  Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて作製することができる。そして、例えば被膜の１０箇所において断面を得て、それぞれの断面における厚さを測定し、その測定値の平均値を「被膜の厚さ」とすることができる。さらに、被膜を構成する元素の組成は、ＳＥＭ又はＴＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置により測定することができる。後述するＡ層〜Ｄ層の厚さ及びその組成も、上述した方法と同様な方法により測定することが可能である。
【００５０】
≪第１交互層（下部層、耐摩耗層）≫
図１に示すように、第１交互層１１２は、上述のとおりＡ層とＢ層とを含む。上記Ａ層と上記Ｂ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層されている。上記Ａ層と上記Ｂ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層されている限りその積層数（Ａ層及びＢ層の総数）は特に制限されない。上記積層数は、例えば１０〜１００００層であることが好ましく、１０〜５０００層であることがより好ましく、２０〜５００層であることが更に好ましい。すなわち、上記Ａ層と上記Ｂ層とを一つの繰り返し単位とした場合、第１交互層における繰り返し単位の数は、５〜５０００であることが好ましく、５〜２５００であることがより好ましく、１０〜２５０であることが更に好ましい。
【００５１】
第１交互層における上記Ａ層は、その厚さλａが０．００５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。第１交互層における上記Ｂ層は、その厚さλｂが０．００２μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。特に、第１交互層における上記Ａ層は、その厚さλａが０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、且つ、第１交互層における上記Ｂ層は、その厚さλｂが０．００２μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。なお、上記Ａ層と上記Ｂ層とが２層以上積層されている場合、Ａ層の厚さλａ及びＢ層の厚さλｂは、例えば、ＴＥＭによる断面観察によって求めることができる。Ａ層の厚さλａ及びＢ層の厚さλｂがそれぞれ０．００５μｍ未満及び０．００２μｍ未満である場合、各層が混ざり合ってＡ層とＢ層とを交互に積層したことによる効果が得られにくい傾向がある。一方、Ａ層の厚さλａ及びＢ層の厚さλｂがそれぞれ２μｍを超える場合、第１交互層におけるクラックの進展を抑制する効果が得られにくい傾向がある。
【００５２】
第１交互層について耐摩耗性及び耐酸化性を強化する観点から、第１交互層における上記Ａ層は、その厚さλａが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。同様の観点から第１交互層における上記Ｂ層は、その厚さλｂが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。特に、第１交互層における上記Ａ層は、その厚さλａが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であり、且つ、第１交互層における上記Ｂ層は、その厚さλｂが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。
【００５３】
さらに、第１交互層におけるＡ層と第１交互層におけるＢ層との厚さの比であるλａ／λｂは、１≦λａ／λｂ≦５の関係を満たすことが好ましい。λａ／λｂが１未満である場合、被膜の耐酸化性が低下する傾向がある。一方、λａ／λｂが５を超える場合、Ａ層とＢ層とを交互に積層したことによるクラックの進展を抑制する効果が得られにくくなる傾向がある。第１交互層について耐摩耗性及び耐酸化性を強化する観点から、λａ／λｂは、１≦λａ／λｂ≦４の関係を満たすことがより好ましい。
【００５４】
本実施形態の一態様において、第１交互層における上記Ａ層は、その厚さλａが０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、且つ、第１交互層における上記Ｂ層は、その厚さλｂが０．００２μｍ以上２μｍ以下であり、第１交互層における上記Ａ層と第１交互層における上記Ｂ層との厚さの比λａ／λｂは、１≦λａ／λｂ≦５の関係を満たすことが好ましい。また、第１交互層における上記Ａ層は、その厚さλａが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であり、且つ、第１交互層における上記Ｂ層は、その厚さλｂが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であり、第１交互層における上記Ａ層と第１交互層における上記Ｂ層との厚さの比λａ／λｂは、１≦λａ／λｂ≦４の関係を満たすことがより好ましい。
【００５５】
（Ａ層）
Ａ層は、ＡｌａＣｒｂＭ１（１−ａ−ｂ）の窒化物又は炭窒化物からなり、上記Ａ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．５≦ａ≦０．９、０＜ｂ≦０．４、及び０≦（１−ａ−ｂ）≦０．１の関係を満たす。上記Ａ層は、Ａｌを含むことによって、耐酸化性が向上する。上記Ａ層は、窒化物又は炭窒化物であることにより、膜の硬度が高くなり耐摩耗性が向上する、被削材に対する摩擦係数が小さくなることにより耐溶着性が向上する等の効果がある。
【００５６】
Ａ層は、Ａｌ（アルミニウム）とともにＣｒ（クロム）を含むため、耐酸化性が向上している。さらにＡ層は、ＡｌとＣｒとが組み合わされることにより、その結晶構造が立方晶となることによって高硬度化することができる。
【００５７】
特に、Ａ層を構成するＣｒの原子数比ｂは、０よりも大きく０．４以下である。Ｃｒの原子数比ｂは、ＡｌとＣｒとを組み合わせることによりＡ層を高硬度化するため、０よりも大きくする必要がある。一方でＣｒの原子数比ｂは、０．４を超える場合、Ａ層の硬度が低下する傾向がある。Ａ層の硬度及び耐酸化性をより高める観点からＣｒの原子数比ｂは、０．２以上０．３５以下（０．２≦ｂ≦０．３５）であることが好ましい。
【００５８】
さらに、Ａ層を構成するＡｌの原子数比ａは、０．５以上０．９以下である。Ａｌの原子数比ａは、０．５未満である場合、被膜の耐酸化性が低下する傾向がある。一方でＡｌの原子数比ａは、０．９を超える場合、硬度が低下して摩耗が促進する傾向がある。Ａ層の硬度及び耐酸化性をより高める観点からＡｌの原子数比ａは、０．５６以上０．７以下（０．５６≦ａ≦０．７）であることがより好ましい。
【００５９】
Ｍ１は、Ｓｉ（ケイ素）及びＢ（ホウ素）からなる群より選択される１種以上の元素である。このような元素であることにより、Ａ層は、耐熱性、膜硬度及び耐溶着性が向上する。なお、Ｍ１がＳｉ及びＢである場合、Ａ層におけるＳｉ及びＢの合計の原子数比がＭ１の原子数比（１−ａ−ｂ）となる。
【００６０】
なお、Ｂ（ホウ素）は通常、金属元素と非金属元素との中間の性質を示す半金属として捉えられるが、本実施形態においては、自由電子を有する元素を金属であるとみなしてホウ素を金属元素の範囲に含むものとする。
【００６１】
（Ｂ層）
Ｂ層は、ＡｌｃＴｉｄＭ２（１−ｃ−ｄ）の窒化物又は炭窒化物からなり、Ｂ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３≦ｃ≦０．７、０．３≦ｄ≦０．７、及び０≦（１−ｃ−ｄ）≦０．１の関係を満たす。Ｂ層は、窒化物又は炭窒化物であることにより、膜の硬度が高くなり耐摩耗性が向上する、被削材に対する摩擦係数が小さくなることにより耐溶着性が向上する等の効果がある。
【００６２】
Ｂ層は、ＡｌとともにＴｉを含むため、耐摩耗性が向上している。さらにＢ層は、ＡｌとＴｉとが組み合わされているために、Ａｌの添加量が多くなるほど耐酸化性が向上するという効果がある。
【００６３】
特に、Ｂ層を構成するＡｌの原子数比ｃは、０．３以上０．７以下である。Ａｌの原子数比ｃは、０．３未満である場合、被膜の耐酸化性が低下する傾向がある。一方でＡｌの原子数比ｃは、０．７を超える場合、Ｂ層の硬度が低下し、摩耗が促進する傾向がある。Ｂ層の耐摩耗性及び耐酸化性をより高める観点からＡｌの原子数比ｃは、０．３５以上０．７以下（０．３５≦ｃ≦０．７）であることがより好ましく、０．４以上０．６５以下（０．４≦ｃ≦０．６５）であることが更に好ましい。
【００６４】
さらに、Ｂ層を構成するＴｉの原子数比ｄは、０．３以上０．７以下である。Ｔｉの原子数比ｄは、０．３未満である場合、硬度が低下し摩耗が促進する傾向がある。一方でＴｉの原子数比ｄは、０．７を超える場合、被膜のＡｌの添加量が相対的に少なくなり、耐酸化性が低下する傾向がある。Ｂ層の耐摩耗性及び耐酸化性をより高める観点からＴｉの原子数比ｄは、０．４以上０．６以下（０．４≦ｄ≦０．６）であることがより好ましい。
【００６５】
Ｍ２は、Ｓｉ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である。このような元素であることにより、Ｂ層は耐熱性、膜硬度及び耐溶着性が向上する。なお、Ｍ２がＳｉ及びＢである場合、Ｂ層におけるＳｉ及びＢの合計の原子数比がＭ２の原子数比（１−ｃ−ｄ）となる。Ｍ１とＭ２とは、同一又は異種である。すなわちＭ１とＭ２とは、同一の元素であってもよく、異種の元素であってもよい。言い換えると、上記Ｍ１及び上記Ｍ２は、それぞれ独立してＳｉ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である。
【００６６】
第１交互層は、最下層がＡ層又はＢ層であることが好ましい。最下層がＡ層又はＢ層であることにより、膜全体の密着性が均一となるので被膜と基材との界面での剥離を抑制することができる。最下層をＡ層とした場合、摩耗の進展により基材が露出したとしても、基材と被膜との間の界面からの酸化を抑制することができる。さらに、最下層をＢ層とした場合、Ｂ層は応力が小さい傾向にあることから、特に刃先に繰り返し負荷のかかるようなフライス加工、エンドミル加工等の断続加工の場合に、被膜の耐剥離性が格段に向上する傾向にある。
【００６７】
第１交互層は、最上層がＢ層であることが好ましい。最上層がＢ層であることにより、後述するように、第１交互層と第２交互層との密着性をより強固にすることができる。
【００６８】
さらに、第１交互層は、最下層及び最上層の両方又はこれらのいずれか一方が、Ａ層を構成する化合物とＢ層を構成する化合物との組成が混合した化合物からなる混合層であってもよい。すなわち、第１交互層は、最下層が混合層であってもよい。また、第１交互層は、最上層が混合層であってもよい。なお、第１交互層が上記混合層を含む場合、上述した積層数は、Ａ層、Ｂ層及び上記混合層の総数を意味する。混合層の組成としては、Ａ層とＢ層とからなる元素で構成され、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＴｉＡｌＣｒＣＮ、ＴｉＡｌＣｒＣ、ＴｉＡｌＣｒＳｉＮ、ＴｉＡｌＣｒＳｉＣＮ、ＴｉＡｌＣｒＳｉＣ、ＴｉＡｌＣｒＢＳｉＮ、ＴｉＡｌＣｒＢＳｉＣＮ、ＴｉＡｌＣｒＢＳｉＣ等を例示することができる。
【００６９】
上記混合層は、その厚さが０．００２μｍ以上２μｍ以下であることが好ましく、０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。
【００７０】
≪第２交互層（上部層、耐熱層）≫
図１に示すように、第２交互層１１３は、第１交互層１１２上に設けられている。言い換えると、上記第２交互層１１３は、第１交互層１１２における基材側とは反対側に設けられている。切削加工時に発生する熱は、通常被膜の表面から切削工具に伝わる。そのため、第１交互層１１２の上に耐熱層である第２交互層を形成することで、切削加工時における被膜全体への熱の伝導が抑制される。第２交互層１１３は、Ｃ層とＤ層とを含む。上記Ｃ層と上記Ｄ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層されている。上記Ｃ層と上記Ｄ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層されている限りその積層数（Ｃ層及びＤ層の総数）は特に制限されない。上記積層数は、例えば１０〜１００００層であることが好ましく、１０〜５０００層であることがより好ましく、２０〜５００層であることが更に好ましい。すなわち、上記Ｃ層と上記Ｄ層とを一つの繰り返し単位とした場合、第２交互層における繰り返し単位の数は、５〜５０００であることが好ましく、５〜２５００であることがより好ましく、１０〜２５０であることが更に好ましい。第２交互層はこのような積層構造（好ましくは、超多層構造）を有することで、切削加工時に第２交互層が大きく欠損することを抑制することができる。すなわち、第２交互層はこのような積層構造（好ましくは、超多層構造）を有することで、耐チッピング性を向上させることができ、ひいては切削寿命を向上させることができる。
【００７１】
第２交互層における上記Ｃ層は、その厚さλｃが０．００５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。第２交互層における上記Ｄ層は、その厚さλｄが０．００１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。特に、第２交互層における上記Ｃ層は、その厚さλｃが０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、且つ、第２交互層における上記Ｄ層は、その厚さλｄが０．００１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。なお、上記Ｃ層と上記Ｄ層とが２層以上積層されている場合、Ｃ層の厚さλｃ及びＤ層の厚さλｄは、上述したＡ層の厚さλａ及びＢ層の厚さλｂを求める場合と同様の方法によって求めることができる。Ｃ層の厚さλｃ及びＤ層の厚さλｄがそれぞれ０．００５μｍ未満及び０．００１μｍ未満である場合、各層が混ざり合いＣ層とＤ層とを交互に積層したことによる効果が得られにくい傾向がある。一方、Ｃ層の厚さλｃ及びＤ層の厚さλｄがそれぞれ２μｍを超える場合、第２交互層におけるクラックの進展を抑制する効果が得られにくい傾向がある。
【００７２】
第２交互層について耐摩耗性及び耐亀裂進展性を強化する観点から、第２交互層における上記Ｃ層は、その厚さλｃが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。同様の観点から第２交互層における上記Ｄ層は、その厚さλｄが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。特に、第２交互層における上記Ｃ層は、その厚さλｃが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であり、且つ、第２交互層における上記Ｄ層は、その厚さλｄが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。
【００７３】
さらに、第２交互層におけるＣ層と第２交互層におけるＤ層との厚さの比であるλｃ／λｄは、１≦λｃ／λｄ≦５の関係を満たすことが好ましい。λｃ／λｄが１未満である場合、λｃ／λｄが５を超える場合の両場合において、第２交互層におけるクラックの進展を抑制する効果が得られにくい傾向がある。第２交互層について耐亀裂進展性を強化する観点から、λｃ／λｄは、１≦λｃ／λｄ≦４の関係を満たすことがより好ましい。
【００７４】
本実施形態の一態様において、第２交互層における上記Ｃ層は、その厚さλｃが０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、且つ、第２交互層における上記Ｄ層は、その厚さλｄが０．００１μｍ以上２μｍ以下であり、第２交互層における上記Ｃ層と第２交互層における上記Ｄ層との厚さの比λｃ／λｄは、１≦λｃ／λｄ≦５の関係を満たすことが好ましい。また、第２交互層における上記Ｃ層は、その厚さλｃが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であり、且つ、第２交互層における上記Ｄ層は、その厚さλｄが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であり、第２交互層における上記Ｃ層と第２交互層における上記Ｄ層との厚さの比λｃ／λｄは、１≦λｃ／λｄ≦４の関係を満たすことがより好ましい。
【００７５】
（Ｃ層）
Ｃ層は、ＴｉｅＳｉｆＭ３（１−ｅ−ｆ）の窒化物又は炭窒化物からなり、Ｃ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．７５≦ｅ≦０．９９、０．０１≦ｆ≦０．２、及び０≦（１−ｅ−ｆ）≦０．１の関係を満たす。Ｃ層は、窒化物又は炭窒化物であることにより、膜の硬度が高くなり耐摩耗性が向上すること、被削材に対する摩擦係数が小さくなることにより耐溶着性が向上すること等の効果がある。
【００７６】
Ｃ層は、ＴｉとともにＳｉを含むため、耐摩耗性及び耐熱性が向上している。さらにＣ層は、ＴｉとＳｉとが組み合わされているために、Ｔｉの添加量が多くなるほど耐摩耗性が向上するという効果がある。
【００７７】
特に、Ｃ層を構成するＴｉの原子数比ｅは、０．７５以上０．９９以下である。Ｔｉの原子数比ｅは、０．７５未満である場合、被膜の耐摩耗性が低下する傾向がある。一方でＴｉの原子数比ｅは、０．９９を超える場合、Ｃ層の硬度が低下し、摩耗が促進する傾向がある。Ｃ層の耐摩耗性及び耐熱性をより高める観点からＴｉの原子数比ｅは、０．８以上０．９５以下（０．８≦ｅ≦０．９５）であることがより好ましく、０．８５以上０．９５以下（０．８５≦ｅ≦０．９５）であることが更に好ましい。
【００７８】
さらに、Ｃ層を構成するＳｉの原子数比ｆは、０．０１以上０．２以下である。Ｓｉの原子数比ｆは、０．０１未満である場合、耐熱性が低下する傾向がある。一方でＳｉの原子数比ｆは、０．２を超える場合、被膜のＴｉの添加量が相対的に少なくなり、耐摩耗性が低下する傾向がある。Ｃ層の耐摩耗性及び耐熱性をより高める観点からＳｉの原子数比ｆは、０．０５以上０．１５以下（０．０５≦ｆ≦０．１５）であることがより好ましい。
【００７９】
Ｍ３は、Ｔａ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である。このような元素であることにより、Ｃ層は、耐熱性、膜硬度及び耐溶着性が向上する。なお、Ｍ３がＴａ及びＢである場合、Ｃ層におけるＴａ及びＢの合計の原子数比がＭ３の原子数比（１−ｅ−ｆ）となる。Ｍ１〜Ｍ３は、同一又は異種である。すなわちＭ１とＭ２とＭ３とは、同一の元素であってもよく、異種の元素であってもよい。ただし、第１交互層と第２交互層との密着性をより強固にする観点から、Ｍ２とＭ３とは、同一であることが好ましい。
【００８０】
（Ｄ層）
Ｄ層は、ＴｉｇＳｉｈＭ４（１−ｇ−ｈ）の窒化物又は炭窒化物からなり、Ｄ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．８≦ｇ≦０．９９、０．０１≦ｈ≦０．２、及び０≦（１−ｇ−ｈ）≦０．１の関係を満たす。Ｄ層は、窒化物又は炭窒化物であることにより、膜の硬度が高くなり耐摩耗性が向上すること、被削材に対する摩擦係数が小さくなることにより耐溶着性が向上すること等の効果がある。
【００８１】
Ｄ層は、ＴｉとともにＳｉを含むため、耐摩耗性及び耐熱性が向上している。さらにＤ層は、ＴｉとＳｉとが組み合わされているためにＴｉの添加量が多くなるほど耐摩耗性が向上するという効果がある。
【００８２】
特に、Ｄ層を構成するＴｉの原子数比ｇは、０．８以上０．９９以下である。Ｔｉの原子数比ｇは、０．８未満である場合、被膜の耐摩耗性が低下する傾向がある。一方でＴｉの原子数比ｇは、０．９９を超える場合、Ｄ層の硬度が低下し、摩耗が促進する傾向がある。Ｄ層の耐摩耗性及び耐熱性をより高める観点からＴｉの原子数比ｇは、０．８以上０．９５以下（０．８≦ｅ≦０．９５）であることがより好ましく、０．８５以上０．９５以下（０．８５≦ｅ≦０．９５）であることが更に好ましい。
【００８３】
さらに、Ｄ層を構成するＳｉの原子数比ｈは、０．０１以上０．２以下である。Ｓｉの原子数比ｈは、０．０１未満である場合、耐熱性が低下する傾向がある。一方でＳｉの原子数比ｈは、０．２を超える場合、被膜のＴｉの添加量が相対的に少なくなり、耐摩耗性が低下する傾向がある。Ｄ層の耐摩耗性及び耐熱性をより高める観点からＳｉの原子数比ｈは、０．０５以上０．１５以下（０．０５≦ｆ≦０．１５）であることがより好ましい。
【００８４】
Ｍ４は、Ｔａ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である。このような元素であることにより、Ｄ層は耐熱性、膜硬度及び耐溶着性が向上する。なお、Ｍ４がＴａ及びＢである場合、Ｄ層におけるＴａ及びＢの合計の原子数比がＭ４の原子数比（１−ｇ−ｈ）となる。Ｍ１〜Ｍ４は、同一又は異種である。すなわちＭ１とＭ２とＭ３とＭ４とは、同一の元素であってもよく、異種の元素であってもよい。本実施形態の一側面において、上記Ｍ３及び上記Ｍ４は、それぞれ独立してＴａ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である。ただし、Ｃ層とＤ層との密着性をより強固にする観点から、Ｍ３とＭ４とは、同一であることが好ましい。
【００８５】
ここで本実施形態では、耐熱層の単位層であるＣ層及びＤ層を、その構成元素及び組成比において、敢えて酷似する構成とした。これにより、耐熱層（第２交互層）は、巨視的にはあたかも単一組成を有するように観察される。
【００８６】
しかしながら、Ｃ層を構成するＴｉの原子数比ｅ及びＤ層を構成するＴｉの原子数比ｇは、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係を満たし、Ｃ層を構成するＳｉの原子数比ｆ及びＤ層を構成するＳｉの原子数比ｈは、０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たす。このため、Ｃ層とＤ層とは、その組成比が少なくとも一致することがない。これにより微視的に２種の筋状部又は層状部が観察され（図示せず）、Ｃ層とＤ層とが区別し得るようになる。特に、顕微鏡写真からＣ層とＤ層との間には、これらを区別し得る界面（転位に至らないまでのわずかな歪みを有する面）が存在していることが理解される。
【００８７】
第２交互層（耐熱層）は、この界面を有することにより、被膜中で亀裂が発生した場合に、Ｃ層とＤ層との間で亀裂の伝播を抑制することができる。さらに、Ｃ層とＤ層とは、その構成元素及び組成比において酷似するため、Ｃ層とＤ層との間で結晶格子を連続させることができる。これにより、Ｃ層とＤ層とは、強固な密着性を備えることができる。
【００８８】
本実施形態において、上記被膜は上記第１交互層と上記第２交互層との間に中間層を更に有していてもよい。また、上記被膜は、上記基材と上記第１交互層との間に密着層を更に有していてもよい。図２は、本実施形態の他の態様における表面被覆切削工具の模式断面図である。図２における被膜１１は、上記基材１２と上記第１交互層１１２との間に密着層１１１を有している。また、上記被膜１１は、上記第１交互層１１２と上記第２交互層１１３との間に中間層１１４を有している。本実施形態の一側面において、上記中間層１１４は他の層と共に上記第１交互層１１２と上記第２交互層１１３との間に設けられていることを排除するものではない。本実施形態の他の側面において、上記中間層１１４は上記第１交互層１１２及び上記第２交互層１１３に接して設けられていることが好ましい。以下、中間層１１４及び密着層１１１について説明する。
【００８９】
≪中間層≫
上記中間層は、上記Ａ層と上記Ｃ層との交互層、上記Ａ層と上記Ｄ層との交互層、上記Ｂ層と上記Ｃ層との交互層、又は上記Ｂ層と上記Ｄ層との交互層であることが好ましい。上記被膜が中間層を含むことで、上記第１交互層と上記第２交互層との密着性が向上し、断続加工等における上記被膜の剥離を抑制することができる。ここで、例えば「上記Ａ層と上記Ｃ層との交互層」とは、上記Ａ層と上記Ｃ層とが、交互にそれぞれ１層以上積層された多層構造を有する層を意味する。「上記Ａ層と上記Ｄ層との交互層」、「上記Ｂ層と上記Ｃ層との交互層」、「上記Ｂ層と上記Ｄ層との交互層」についても同様である。
【００９０】
中間層における、上記Ａ層、上記Ｂ層、上記Ｃ層、上記Ｄ層それぞれの厚さは、上述したλａ、λｂ、λｃ及びλｄで示される範囲であり、且つこれらの厚さの合計が後述する中間層の厚さの範囲であれば特に制限されない。
中間層は、その厚さが６ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。中間層の厚さが６ｎｍ未満である場合、所望の密着作用が得られにくい傾向がある。中間層の厚さが１０００ｎｍを超える場合、中間層内の残留応力が大きくなって、かえって剥離しやすくなる傾向がある。中間層の厚さは、上述したＳＥＭ、ＴＥＭ等を用いた方法によって測定することが可能である。
【００９１】
≪密着層≫
上記被膜１１は、上記基材１２と上記第１交互層１１２との間に密着層１１１を更に有していてもよい。より好ましくは、被膜１１において密着層１１１は、第１交互層１１２及び基材１２と接する。被膜１１が密着層１１１を含むことにより、被膜１１の基材１２からの剥離が防止され、表面被覆切削工具１の寿命を安定化させることができる。
【００９２】
密着層は、その厚さが０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。密着層の厚さが０．５ｎｍ未満である場合、薄すぎて十分な密着力が得られにくい傾向がある。密着層の厚さが２０ｎｍを超える場合、密着層内の残留応力が大きくなって、むしろ剥離しやすくなる傾向がある。密着層の厚さは、より好ましくは０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、更に好ましくは２ｎｍ以上６ｎｍ以下である。密着層の厚さも、ＴＥＭ、ＳＴＥＭ等で測定することができる。その測定方法は、被膜の厚さの測定と同様に、密着層の断面サンプルを得て測定すればよい。断面観察用のサンプルも、被膜の厚さの測定と同様の方法により得ることができる。密着層の厚さは平均厚さであり、測定値の平均値である。
【００９３】
密着層は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂからなる群より選択される１種以上の第１元素と、上記基材を構成する元素から選択される１種以上の第２元素と、上記第１交互層又は上記第２交互層を構成する元素から選択される１種以上の第３元素とを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物を含むことが好ましい。ここで、「第１元素」は、１種の元素に限られず、複数種の元素を含む概念である。「第２元素」、「第３元素」も同様である。また、上記第１元素、上記第２元素、上記第３元素それぞれは、互いに構成元素が異なる。
【００９４】
第１元素は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂからなる群より選択される１種以上の元素が含まれることが好ましい。
【００９５】
第２元素は、上記基材を構成する元素から選択される１種以上の元素が含まれることが好ましい。基材を構成する元素からなる群より選択される１種以上の元素は、例えば、Ｗ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ及びＮｂからなる群より選択される１種以上の元素が挙げられる。第２元素は、少なくともＷを含むことが好ましい。なお、上記第２元素に含まれるＷは、上記基材から拡散によって上記密着層に移動したものと本発明者らは考えている。
【００９６】
第３元素は、上記第１交互層又は上記第２交互層を構成する元素から選択される１種以上の元素が含まれることが好ましい。上記第１交互層又は上記第２交互層を構成する元素は、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｂ及びＴａからなる群より選択される１種以上の元素が挙げられる。
【００９７】
密着層は、炭化物、窒化物又は炭窒化物であることにより、密着性が顕著に向上する。さらに、上記密着層が基材を構成する元素の１つであるＷを含む場合（すなわち、上記基材に含まれるＷが、上記密着層に拡散している場合）は、基材と密着層との密着性をより高めることができる。
【００９８】
例えば、本実施形態に係る表面被覆切削工具において、基材は、ＷＣを含む硬質粒子と、硬質粒子同士を結合する結合相とを含み、結合相は、Ｃｏを含むことが好ましい。密着層は、特にＷ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ及びＭ５を含む炭化物、窒化物又は炭窒化物を含むことが好ましい。また、密着層は、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ及びＭ５を含む炭化物、窒化物又は炭窒化物からなることがより好ましい。上記Ｍ５は、Ｗ、Ｃｒ及びＴｉを除く周期表の第４族元素（ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）等）、第５族元素（バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）等）、第６族元素（モリブデン（Ｍｏ）等）、Ｓｉ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素であることが好ましい。Ｍ５は、具体的にはＳｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａのいずれかの元素であることがより好ましい。
【００９９】
すなわち密着層は、基材及び第１交互層の双方と化学的親和性を有する元素を含有する化合物からなることが望ましく、基材を構成する元素（例えば、超硬合金の場合、Ｗ、Ｃ）と、第１交互層を構成する元素（Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｎ等）とを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物とすることができる。特に、このような炭化物、窒化物又は炭窒化物が、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂからなる群より選択される１種以上の元素を含むことにより、密着性を顕著に向上させることができ、表面被覆切削工具の寿命がより安定化する。密着層の厚さ、構成元素及び組成比についても、ＳＥＭ又はＴＥＭ付帯のＥＤＸにより測定することができる。こうした組成を有する密着層を形成した場合、第１交互層と密着層との界面、及び密着層と基材との界面のそれぞれにおいて結晶格子が連続しており、それにより密着性が向上していることが示唆されている。
【０１００】
以下、密着層を構成する炭化物、窒化物、又は炭窒化物の具体例として、下記
〔ａ〕〜〔ｌ〕を挙げることができる。密着層はこれらの化合物のうち１種以上を含むことができる。
〔ａ〕Ｔｉ、Ｗを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物（例えば、ＷＴｉＣ、ＷＴｉＮ、ＷＴｉＣＮ等）
〔ｂ〕Ｃｒ、Ｗを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物（例えば、ＷＣｒＣ、ＷＣｒＮ、ＷＣｒＣＮ等）
〔ｃ〕Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物（例えば、ＷＣｒＴｉＣ、ＷＣｒＴｉＮ、ＷＣｒＴｉＣＮ等）
〔ｄ〕Ｔｉ、Ａｌ、Ｗを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物（例えば、ＷＴｉＡｌＣ、ＷＴｉＡｌＮ、ＷＴｉＡｌＣＮ等）
〔ｅ〕Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物（例えば、ＷＴｉＳｉＣ、ＷＴｉＳｉＮ、ＷＴｉＳｉＣＮ等）
〔ｆ〕Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物（例えば、ＷＣｒＴｉＡｌＣ、ＷＣｒＴｉＡｌＮ、ＷＣｒＴｉＡｌＣＮ等）
〔ｇ〕Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｗを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物（例えば、ＷＣｒＴｉＳｉＣ、ＷＣｒＴｉＳｉＮ、ＷＣｒＴｉＳｉＣＮ等）
〔ｈ〕Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物（例えば、ＷＴｉＡｌＳｉＣ、ＷＴｉＡｌＳｉＮ、ＷＴｉＡｌＳｉＣＮ等）
〔ｉ〕Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物（例えば、ＷＣｒＴｉＡｌＳｉＣ、ＷＣｒＴｉＡｌＳｉＮ、ＷＣｒＴｉＡｌＳｉＣＮ等）
〔ｊ〕Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｂ、Ｗを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物（例えば、ＷＣｒＴｉＡｌＢＣ、ＷＣｒＴｉＡｌＢＮ、ＷＣｒＴｉＡｌＢＣＮ等）
〔ｋ〕Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｗを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物（例えば、ＷＣｒＴｉＡｌＢＳｉＣ、ＷＣｒＴｉＡｌＢＳｉＮ、ＷＣｒＴｉＡｌＢＳｉＣＮ等）
〔ｌ〕上記の〔ａ〕〜〔ｋ〕においてＣｒの全部又は一部をＴｉ、Ｚｒ及びＮｂから選択される１種以上の元素と置き換えた化合物。
【０１０１】
＜表面被覆切削工具の製造方法＞
本実施形態に係る表面被覆切削工具の製造方法は、上記表面被覆切削工具を製造する方法であって、
上記基材を準備する工程（以下、「第１工程」という場合がある。）と、
物理的蒸着法を用いて上記基材の上に上記Ａ層と上記Ｂ層とを交互にそれぞれ１層以上積層することによって上記第１交互層を形成する工程（以下、「第２工程」という場合がある。）と、
物理的蒸着法を用いて上記第１交互層の上に上記Ｃ層と上記Ｄ層とを交互にそれぞれ１層以上積層することによって上記第２交互層を形成する工程（以下、「第３工程」という場合がある。）と、
を含む。
【０１０２】
上記表面被覆切削工具の製造方法では、耐摩耗性を有する被膜を基材の表面上に形成することを目的とするため、結晶性の高い化合物からなる層を形成することが望ましい。本発明者がそのような被膜を開発すべく、各種成膜技術を検討したところ、その手段としては物理的蒸着法を用いることが適切であった。物理蒸着法とは、物理的な作用を利用して原料（蒸発源、ターゲットともいう。）を気化し、気化した原料を基材上に付着させる蒸着方法である。特に、本実施形態で用いる物理的蒸着法は、カソードアークイオンプレーティング法、バランスドマグネトロンスパッタリング法及びアンバランスドマグネトロンスパッタリング法からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましい。なかでも、本実施形態で用いる物理的蒸着法は、原料となる元素のイオン化率の高いカソードアークイオンプレーティング法がより好ましい。カソードアークイオンプレーティング法を用いる場合、被膜を形成する前に、基材の表面に対して金属のイオンボンバード洗浄処理が可能であるので、洗浄時間を短縮することもできる。
【０１０３】
カソードアークイオンプレーティング法は、装置内に基材を設置するとともにカソードとしてターゲットを設置した後、このターゲットに高電流を印加してアーク放電を生じさせる。これにより、ターゲットを構成する原子を蒸発させイオン化させて、負のバイアス電圧を印可した基材上に堆積させて被膜を形成する。
【０１０４】
さらに、例えば、バランスドマグネトロンスパッタリング法は、装置内に基材を設置するとともに平衡な磁場を形成する磁石を備えたマグネトロン電極上にターゲットを設置し、マグネトロン電極と基材との間に高周波電力を印加してガスプラズマを発生させる。このガスプラズマの発生により生じたガスのイオンをターゲットに衝突させてターゲットから放出された原子をイオン化させ、基材上に堆積させることにより被膜を形成する。
【０１０５】
アンバランスドマグネトロンスパッタリング法は、上記バランスドマグネトロンスパッタリング法におけるマグネトロン電極により発生する磁場を非平衡にすることにより、被膜を形成する。
【０１０６】
≪第１工程：基材を準備する工程≫
第１工程では基材が準備される。例えば、基材として超硬合金基材が準備される。超硬合金基材は、市販のものを用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、例えば、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。第１工程では、上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知のものであればいずれも準備可能である。
【０１０７】
（基材を洗浄する工程）
後述する第２工程の前に、基材を洗浄する工程を行なうことができる。例えば、第２工程においてカソードアークイオンプレーティング法を用いて第１交互層を形成する前に、基材の表面に対してイオンボンバードメント処理を施すことができる。これにより例えば、基材として超硬合金基材を用いた場合、基材の表面から軟質な結合相を除去することができる。その後、基材上に密着層を形成することにより、密着層と基材とが接する部分における硬質粒子の占有率を高めることができる。このとき基材における密着層と接する面積のうち８０％以上がＷＣであることがより好ましい。
【０１０８】
（密着層を形成する工程）
さらにイオンボンバードメント処理自体により、密着層の前駆体を形成することができる。すなわちイオンボンバードメント処理においてＣｒ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂから選択される１種以上の元素（第１元素）を含むターゲットを使用することにより、基材の表面を洗浄しながら、これらの元素を密着層の前駆体として基材の表面に付着させることができる。そして、これらの元素が付着した表面上に、後述する第２工程である第１交互層を形成する工程を行なうことにより、密着力に優れる密着層を、第１交互層と併せて形成することができる。イオンボンバードメント処理に使用され、かつ密着層に含まれる元素としては、Ｃｒであることがより望ましい。Ｃｒは昇華性の元素であるため、イオンボンバードメント処理の際に溶融粒子（ドロップレット）の発生が少なく、基材の表面荒れを防止できるからである。
【０１０９】
例えば第１工程及びその後の基材を洗浄する工程は、次のようにして行なうことができる。成膜装置のチャンバ内に、基材として任意の形状のチップを装着する。例えば、図３に示す成膜装置２を用いて説明すれば、基材１２を、チャンバ３内の中央に回転可能に備え付けられた回転テーブル２０上の基材ホルダ２１の外表面に取り付ける。基材ホルダ２１には、バイアス電源４２を取り付ける。
【０１１０】
続いて、図４に示すように、チャンバ３内の所定位置に、被膜の金属原料である合金製ターゲットを対応するＡ層形成用の蒸発源３１、Ｂ層形成用の蒸発源３２、Ｃ層形成用の蒸発源３３、Ｄ層形成用の蒸発源３４及びイオンボンバードメント用蒸発源３０にそれぞれ取り付ける。イオンボンバードメント用蒸発源３０にはアーク電源４１を取り付け、Ａ層形成用の蒸発源３１、Ｂ層形成用の蒸発源３２、Ｃ層形成用の蒸発源３３及びＤ層形成用の蒸発源３４にもそれぞれアーク電源（図示せず）を取り付ける。
【０１１１】
チャンバ３内には、雰囲気ガスを導入するためのガス導入口２２が設けられ、チャンバ３から雰囲気ガスを排出するためのガス排出口２３が設けられている。このガス排出口２３から真空ポンプによってチャンバ３内の雰囲気ガスを吸引することができる。
【０１１２】
まず、真空ポンプによりチャンバ３内を１．０×１０−５〜１．０×１０−３Ｐａまで減圧するとともに、回転テーブル２０を回転させることにより基材ホルダ２１の基材１２を回転させながら、装置内に設置されたヒータ（図示せず）により基材１２の表面温度を４００〜７００℃に加熱する。
【０１１３】
次に、ガス導入口２２から雰囲気ガスとしてアルゴンガスを導入し、チャンバ３内の圧力を１．０〜４．０Ｐａに保持し、バイアス電源４２の電圧を徐々に上げながら−１０００〜−４００Ｖとし、基材１２の表面を１５〜９０分に亘り洗浄する（アルゴンイオンによるイオンボンバードメント処理）。これにより、基材１２が超硬合金基材である場合、その表面から結合相を除去することができる。
【０１１４】
イオンボンバードメント用蒸発源３０に１００〜２００Ａのアーク電流を印可し、基材１２の表面に対してイオンボンバードメント処理を１５〜９０分に亘り施すことにより、基材１２の表面をさらに洗浄するとともに、金属元素（第１元素）を表面に付着させる（密着層を形成する工程）。
【０１１５】
≪第２工程：第１交互層を形成する工程≫
第２工程では、Ａ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された第１交互層が形成される。その方法としては、形成しようとするＡ層及びＢ層の組成に応じて、各種の方法が用いられる。例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びＳｉ等の粒径をそれぞれ変化させた合金製ターゲットを使用する方法、それぞれ組成の異なる複数のターゲットを使用する方法、成膜時に印可するバイアス電圧をパルス電圧とする方法、成膜時にガス流量を変化させる方法、又は、成膜装置において基材を保持する基材ホルダの回転速度を調整する方法等を挙げることができる。これらの方法を組み合わせて第１交互層を形成することもできる。
【０１１６】
例えば、第２工程は、次のようにして行なうことができる。すなわち、上記の基材１２の洗浄に引き続き、基材１２をチャンバ３内の中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素を導入する。さらに、基材１２を温度４００〜７００℃に、反応ガス圧を１．０〜５．０Ｐａに、バイアス電源４２の電圧を−３０〜−８００Ｖの範囲にそれぞれ維持し、又はそれぞれを徐々に変化させながらＡ層形成用の蒸発源３１及びＢ層形成用の蒸発源３２にそれぞれ１００〜２００Ａのアーク電流を供給する。これにより、蒸発源３１及び蒸発源３２からそれぞれ金属イオンを発生させ、所定の時間が経過したところでアーク電流の供給を止めて、基材１２の表面上に第１交互層を形成する。このとき第１交互層は、上述した組成を有するＡ層及びＢ層を、所定の厚さ（λａ、λｂ）及び所定の層厚比（λａ／λｂ）を有するように基材１２の回転速度を制御しながら、それぞれ１層ずつ交互に積層することによって作製する。さらに、成膜時間を調節することにより、第１交互層の厚さが所定範囲になるように調整する。
【０１１７】
特に、第１交互層の最上層及び最下層は、各層を成膜する際に使用する蒸発源を限定（すなわちＡ層形成用の蒸発源３１及びＢ層形成用の蒸発源３２のどちらかを指定）することによりＡ層又はＢ層として作製することができる。例えば、Ａ層を最下層とする場合、Ｂ層形成用の蒸発源３２のアーク電流を０ＡとすることによりＡ層を成膜することができる。さらに、第１交互層の最上層及び最下層の両方又はいずれか一方を混合層とする場合、混合層は、回転テーブル２０の回転速度を速くすることにより、Ａ層とＢ層とが混合した層として作製することができる。
【０１１８】
（中間層を形成する工程）
後述する第３工程の前に、中間層を形成する工程を行なうことができる。例えば、中間層を形成する工程は以下のようにして行われる。すなわち、第１交互層を形成する工程に引き続き、第１交互層が形成された基材１２をチャンバ３内の中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素及びメタンガスの両方又はいずれか一方を導入する。さらに、当該基材１２を温度４００〜７００℃に、反応ガス圧を１．０〜５．０Ｐａに、バイアス電源４２の電圧を−３０〜−８００Ｖの範囲にそれぞれ維持し、又はそれぞれを徐々に変化させながらＡ層形成用の蒸発源３１（又はＢ層形成用の蒸発源３２）及びＣ層形成用の蒸発源３３（又はＤ層形成用の蒸発源３４）にそれぞれ１００〜２００Ａのアーク電流を供給する。これにより、各蒸発源からそれぞれ金属イオンを発生させ、所定の時間が経過したところでアーク電流の供給を止めて、第１交互層の表面上に中間層を形成する。
【０１１９】
≪第３工程：第２交互層を形成する工程≫
第３工程では、Ｃ層とＤ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された第２交互層が形成される。その方法としても第２工程と同様に、形成しようとするＣ層及びＤ層の組成に応じて、各種の方法が用いられる。例えば、Ｔｉと、Ｔａと、Ｓｉ又はＢとの粒径をそれぞれ変化させた合金製ターゲットを使用する方法、それぞれ組成の異なる複数のターゲットを使用する方法、成膜時に印可するバイアス電圧をパルス電圧とする方法、ガス流量を変化させる方法、又は、成膜装置において基材を保持する基材ホルダの回転速度を調整する方法等を挙げることができる。これらの方法を組み合わせて第２交互層を形成することもできる。
【０１２０】
例えば、第３工程は、次のようにして行なうことができる。すなわち、上記第２工程を行なう例で示した基材１２の温度、反応ガス圧及びバイアス電圧を維持したまま、Ｃ層形成用の蒸発源３３及びＤ層形成用の蒸発源３４にそれぞれ１００〜２００Ａのアーク電流を供給することによって、蒸発源３３及び蒸発源３４からそれぞれ金属イオンを発生させる。その後、所定の時間が経過したところでアーク電流の供給を止めて、第１交互層上に第２交互層を形成する。このとき第２交互層は、上述した組成を有するＣ層及びＤ層を、所定の厚さ（λｃ、λｄ）及び所定の層厚比（λｃ／λｄ）を有するように基材１２の回転速度を調整しながら、それぞれ１層ずつ交互に積層することによって作製する。さらに、成膜時間を調節することにより、第２交互層の厚さが所定範囲になるように調整する。特に、第２交互層は、例えば蒸発源３３及び蒸発源３４に使用する金属原料の組成を適宜調整することにより、上述した０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係、０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たすように制御することができる。
【０１２１】
第１交互層及び第２交互層を形成した後、被膜に圧縮残留応力を付与してもよい。靭性が向上するからである。圧縮残留応力は、例えばブラスト法、ブラシ法、バレル法、イオン注入法等によって付与することができる。
【０１２２】
＜付記＞
以上の説明は、以下に付記する実施態様を含む。
（付記１）
基材と、前記基材の表面を被覆する被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、前記基材上に形成された第１交互層と、前記第１交互層上に形成された第２交互層とを含み、
前記第１交互層は、Ａ層とＢ層とを含み、
前記第２交互層は、Ｃ層とＤ層とを含み、
前記Ａ層と前記Ｂ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
前記Ｃ層と前記Ｄ層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
前記Ａ層は、ＡｌａＣｒｂＭ１（１−ａ−ｂ）の窒化物又は炭窒化物からなり、前記Ａ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．５≦ａ≦０．９、０＜ｂ≦０．４、及び０≦（１−ａ−ｂ）≦０．１の関係を満たし、
前記Ｂ層は、ＡｌｃＴｉｄＭ２（１−ｃ−ｄ）の窒化物又は炭窒化物からなり、前記Ｂ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３≦ｃ≦０．７、０．３≦ｄ≦０．７、及び０≦（１−ｃ−ｄ）≦０．１の関係を満たし、
前記Ｃ層は、ＴｉｅＳｉｆＭ３（１−ｅ−ｆ）の窒化物又は炭窒化物からなり、前記Ｃ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．７５≦ｅ≦０．９９、０．０１≦ｆ≦０．２、及び０≦（１−ｅ−ｆ）≦０．１の関係を満たし、
前記Ｄ層は、ＴｉｇＳｉｈＭ４（１−ｇ−ｈ）の窒化物又は炭窒化物からなり、前記Ｄ層を構成する各金属原子の原子数比は、０．８≦ｇ≦０．９９、０．０１≦ｈ≦０．２、及び０≦（１−ｇ−ｈ）≦０．１の関係を満たし、
前記Ｃ層を構成するＴｉの原子数比ｅ及び前記Ｄ層を構成するＴｉの原子数比ｇは、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係を満たし、
前記Ｃ層を構成するＳｉの原子数比ｆ及び前記Ｄ層を構成するＳｉの原子数比ｈは、０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たし、
前記Ｍ１及び前記Ｍ２は、それぞれ独立してＳｉ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素であり、
前記Ｍ３及び前記Ｍ４は、それぞれ独立してＴａ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である、表面被覆切削工具。
（付記２）
前記被膜は、前記第１交互層と前記第２交互層との間に中間層を更に有し、
前記中間層は、前記Ａ層と前記Ｃ層との交互層、前記Ａ層と前記Ｄ層との交互層、前記Ｂ層と前記Ｃ層との交互層、又は前記Ｂ層と前記Ｄ層との交互層である、付記１に記載の表面被覆切削工具。
（付記３）
前記第１交互層は、最上層が前記Ｂ層である、付記１又は付記２に記載の表面被覆切削工具。
（付記４）
前記第１交互層は、最下層が前記Ａ層又は前記Ｂ層である、付記１〜付記３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（付記５）
前記Ａ層は、その厚さλａが０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、且つ、
前記Ｂ層は、その厚さλｂが０．００２μｍ以上２μｍ以下であり、
前記Ａ層と前記Ｂ層との厚さの比λａ／λｂは、１≦λａ／λｂ≦５の関係を満たす、付記１〜付記４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（付記６）
前記Ｃ層は、その厚さλｃが０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、且つ、
前記Ｄ層は、その厚さλｄが０．００１μｍ以上２μｍ以下であり、
前記Ｃ層と前記Ｄ層との厚さの比λｃ／λｄは、１≦λｃ／λｄ≦５の関係を満たす、付記１〜付記５のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（付記７）
前記被膜は、その全体の厚さが０．５μｍ以上１５μｍ以下である、付記１〜付記６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（付記８）
前記被膜は、前記基材と前記第１交互層との間に密着層を更に有し、
前記密着層は、その厚さが０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、
前記密着層は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＮｂからなる群より選択される１種以上の第１元素と、前記基材を構成する元素から選択される１種以上の第２元素と、前記第１交互層又は前記第２交互層を構成する元素から選択される１種以上の第３元素とを含む炭化物、窒化物又は炭窒化物を含む、付記１〜付記７のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（付記９）
前記第２元素は、少なくともＷを含む、付記８に記載の表面被覆工具。
（付記１０）
前記基材は、ＷＣを含有する硬質粒子と、前記硬質粒子同士を結合する結合相とを含み、
前記結合相は、Ｃｏを含み、
前記密着層は、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ及びＭ５を含む炭化物、窒化物又は炭窒化物を含み、
前記Ｍ５は、Ｗ、Ｃｒ及びＴｉを除く周期表第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉ及びＢからなる群より選択される１種以上の元素である、付記９に記載の表面被覆工具。
（付記１１）
前記第１交互層は、立方晶の結晶構造を含み、且つ前記第２交互層は、立方晶の結晶構造を含む、付記１〜付記１０のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【実施例】
【０１２３】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。ここで、後述する被膜、Ａ層、Ｂ層、Ｃ層、Ｄ層、第１交互層、第２交互層及び密着層それぞれの厚さは、以下の方法で求めた値である。すなわち、作製した表面被覆切削工具を切断することで得られた断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で１０か所観察し、それぞれの断面において測定した厚さを平均することで求めた値である。【０１２４】
＜表面被覆切削工具の作製＞
図３は、本実施例で用いた成膜装置（カソードアークイオンプレーティング装置）の模式断面図である。図４は、本実施例で用いた成膜装置の模式平面図である。【０１２５】
（基材を準備する工程及び基材を洗浄する工程）
この成膜装置のチャンバ３内に、基材１２を準備した（基材を準備する工程）。本実施例では、基材１２としてグレードがＩＳＯ規格Ｐ３０の超硬合金であって形状がＪＩＳ規格のＳＦＫＮ１２Ｔ３ＡＺＴＮであるチップを用いた。基材１２を構成する超硬合金は、硬質粒子としてＷＣを含み、上記硬質粒子をＣｏからなる結合相によって結合している超硬合金である。図３に示すように、基材１２は、チャンバ３内の中央に回転可能に備え付けられた回転テーブル２０上の基材ホルダ２１の外表面に取り付けた。【０１２６】
図４に示すように、チャンバ３には、被膜の金属原料となる合金製ターゲットであるＡ層形成用の蒸発源（Ａ層を構成する組成の金属原料からなる合金製蒸発源）３１、Ｂ層形成用の蒸発源（Ｂ層を構成する組成の金属原料からなる合金製蒸発源）３２、Ｃ層形成用の蒸発源（Ｃ層を構成する組成の金属原料からなる合金製蒸発源）３３及びＤ層形成用の蒸発源（Ｄ層を構成する組成の金属原料からなる合金製蒸発源）３４を取り付けた。【０１２７】
図３に示すように、イオンボンバードメント用蒸発源３０にはアーク電源４１を取り付けた。さらに、Ａ層形成用の蒸発源３１、Ｂ層形成用の蒸発源３２、Ｃ層形成用の蒸発源３３及びＤ層形成用の蒸発源３４にもそれぞれアーク電源（図示せず）を取り付けた。【０１２８】
基材ホルダ２１には、バイアス電源４２を取り付けた。チャンバ３内には、雰囲気ガスを導入するためのガス導入口２２が設けられ、チャンバ３から雰囲気ガスを排出するためのガス排出口２３が設けられているので、このガス排出口２３から真空ポンプによってチャンバ３内の雰囲気ガスを吸引して排気することができる。【０１２９】
まず、図３及び図４に示す成膜装置において、真空ポンプによりチャンバ３内を減圧するとともに、回転テーブル２０を回転させることにより基材ホルダ２１の基材１２を回転させた。続いて、装置内に設置されたヒータ（図示せず）により基材１２の表面温度を５００℃に加熱し、チャンバ３内の圧力が１．０×１０−４Ｐａとなるまで真空引きを行なった。【０１３０】
次に、ガス導入口２２から雰囲気ガスとしてアルゴンガスを導入し、チャンバ３内の圧力を３．０Ｐａに保持し、バイアス電源４２の電圧を徐々に上げながら−１０００Ｖとし、基材１２の表面のクリーニングに加え、基材１２の表面から結合相を除去する処理（アルゴンイオンによるイオンボンバードメント処理）を行なった。その後、チャンバ３内からアルゴンガスを排気した（基材を洗浄する工程）。【０１３１】
（第１交互層を形成する工程）
実施例１〜１２、１４、１６〜２０においては、上記の基材１２の洗浄に引き続き、基材１２をチャンバ３内の中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素を導入した。さらに、基材１２を温度５００℃に、反応ガス圧を２．０Ｐａに、バイアス電源４２の電圧を−３０Ｖ〜−８００Ｖの範囲の一定値にそれぞれ維持し、又はそれぞれを徐々に変化させながらＡ層形成用の蒸発源３１及びＢ層形成用の蒸発源３２にそれぞれ１００Ａのアーク電流を供給した。これにより、蒸発源３１及び蒸発源３２からそれぞれ金属イオンを発生させ、所定の時間が経過したところでアーク電流の供給を止めて、基材１２の表面上に表１又は表２に示す組成の第１交互層を形成した。このとき第１交互層は、表１又は表２に示す組成を有するＡ層及びＢ層を、表１又は表２に示す厚さ（λａ、λｂ）及び層厚比（λａ／λｂ）を有するように基材１２の回転速度を調整しながら、それぞれ１層ずつ交互に積層することによって作製した。このとき、積層数（Ａ層及びＢ層の総数）は６９〜５１１層であった（表１及び表２）。また、上記Ａ層と上記Ｂ層とを一つの繰り返し単位とした場合、形成された第１交互層における繰り返し単位の数は、３４〜２５５であった。なお、上記Ａ層及び上記Ｂ層それぞれの厚さと積層数とに基づいて算出される第１交互層の全体の厚さと、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって求められた第１交互層の全体の厚さとが一致しないのは、実験誤差によるものであると考えられる。【０１３２】
実施例１３、１５においては、反応ガスとして窒素に加えメタンガスを導入し、形成されるＡ層及びＢ層が炭窒化物となるようにし、その他は上記と同様にして第１交互層を作製した。【０１３３】
特に、Ａ層及びＢ層の１層当たりの厚さの比率（層厚比）は、表１又は表２のとおりとなるように回転テーブル２０の回転速度を制御することにより調整した。【０１３４】
ここで、最上層及び最下層については、表１又は表２に示すように、実施例１〜５においてＡ層及びＢ層の混合層とし、実施例６〜２０においてＡ層又はＢ層とした。【０１３５】
比較例１及び２については第１交互層に相当する層としてＴｉＮ層を作製した。比較例３については第１交互層に相当する層として表１のとおりのＡ層を作製した。比較例４及び５については、第１交互層に相当する層として表２のとおりのＢ層を作製した。比較例７については、第１交互層に相当する層として表２のとおりのＴｉＳｉＮ層（第２交互層に相当する組成）を作製した。比較例１〜８は、いずれも後述するように第２交互層を形成しない例である。比較例６については、最下層及び最上層をＢ層とすること、Ｂ層を表２のとおりを組成とすること、層厚比（λａ／λｂ）を５とすること、並びに、後述する第２交互層を形成しないこと以外、実施例１と同様にして作製した。比較例８については、最下層及び最上層をＢ層とすること、Ｂ層を表２のとおりを組成とすること、層厚比（λａ／λｂ）を４とすること、並びに、後述する第２交互層に対応する層として、単一のＣ層を形成したこと以外、実施例１と同様にして作製した。これにより、第２工程を実施した。【０１３６】
なお、実施例６〜２０において、第１交互層の最上層及び最下層は、第１交互層を形成する蒸発源２面のうち片側１面だけを使用し成膜することにより作製した。実施例１〜５における混合層は、回転テーブル２０の回転速度を速くし、Ａ層を構成する化合物とＢ層を構成する化合物との組成が混合した化合物からなる層となるようにして作製した。【０１３７】
【表１】
2019239654.tif 000003
【０１３８】
【表２】
2019239654.tif 000004
【０１３９】
（第２交互層を形成する工程）
次に、実施例１〜１３及び１８〜２０において、基材１２の温度、反応ガス圧及びバイアス電圧を上記のまま維持し、Ｃ層形成用の蒸発源３３及びＤ層形成用の蒸発源３４にそれぞれ１００Ａのアーク電流を供給することによって、蒸発源３３及び蒸発源３４からそれぞれ金属イオンを発生させた。このとき反応ガスは窒素を用いた。所定の時間が経過したところでアーク電流の供給を止めて、第１交互層上に表３又は表４に示す組成の第２交互層を形成した。このとき第２交互層は、表３又は表４に示す組成を有するＣ層及びＤ層を、表３又は表４に示す厚さ（λｃ、λｄ）及び層厚比（λｃ／λｄ）を有するように基材１２の回転速度を調整しながら、それぞれ１層ずつ交互に積層することによって作製した。このとき、積層数（Ｃ層及びＤ層の総数）は９１〜５４９層であった（表３及び表４）。また、上記Ｃ層と上記Ｄ層とを一つの繰り返し単位とした場合、形成された第２交互層における繰り返し単位の数は、４５〜２７４であった。なお、上記Ｃ層及び上記Ｄ層それぞれの厚さと積層数とに基づいて算出される第２交互層の全体の厚さと、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって求められた第２交互層の全体の厚さとが一致しないのは、実験誤差によるものであると考えられる。実施例１４〜１７においては、反応ガスとして窒素に加えメタンガスを導入し、形成されるＣ層及びＤ層が炭窒化物となるようにし、その他は上記と同様にして第２交互層を作製した。なお、Ｃ層及びＤ層の１層当たりの厚さの比率（層厚比）は、表３又は表４のとおりとなるように回転テーブル２０の回転速度を制御することにより調整した。【０１４０】
特に、第２交互層は、Ｃ層とＤ層とに使用する金属原料を異なる組成の組み合わせとすることにより、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係、及び０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たすようにして作製した。【０１４１】
比較例１〜８については第２交互層を形成しなかった。なお、比較例８については、第２交互層に対応する層として、単一のＣ層を形成した（表４）。【０１４２】
【表３】
2019239654.tif 000005
【０１４３】
【表４】
2019239654.tif 000006
【０１４４】
（密着層を形成する工程）
ここで実施例１２〜２０においては、上記の基材を洗浄する工程に引き続き、表５又は表６に示す組成及び厚さの密着層を形成した。比較例２については、密着層に相当する層としてＴｉＮの層を表６に示す厚さで形成した。【０１４５】
密着層の形成は、上記第１交互層を形成する工程の前に、基材１２の洗浄に引き続き、基材１２をチャンバ３の中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素及びメタンガスの両方又はいずれか一方を導入して行なった。さらに、基材１２を温度５００℃に、反応ガス圧を２．０Ｐａに、バイアス電源４２の電圧を−３０Ｖ〜−８００Ｖの範囲の一定値にそれぞれ維持し、又はそれぞれを徐々に変化させながら密着層の組成で構成される合金製ターゲット（図示せず）に１００Ａのアーク電流を供給した。これにより、合金製ターゲットからそれぞれ金属イオンを発生させ、所定の時間が経過したところでアーク電流の供給を止めて、基材１２の表面上に表５又は表６に示す組成及び厚さを有する密着層を形成した。【０１４６】
（中間層を形成する工程）
ここで実施例５〜２０においては、上記第１交互層を形成する工程に引き続き、表５又は表６に示す組成及び厚さを有する中間層を形成した。具体的には、第１交互層を形成した基材１２をチャンバ３の中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素及びメタンガスの両方又はいずれか一方を導入して行なった。さらに、基材１２を温度５００℃に、反応ガス圧を２．０Ｐａに、バイアス電源４２の電圧を−３０Ｖ〜−８００Ｖの範囲の一定値にそれぞれ維持し、又はそれぞれを徐々に変化させながらＡ層形成用の蒸発源３１（又はＢ層形成用の蒸発源３２）及びＣ層形成用の蒸発源３３（又はＤ層形成用の蒸発源３４）にそれぞれ１００Ａのアーク電流を供給した。これにより、各蒸発源からそれぞれ金属イオンを発生させ、所定の時間が経過したところでアーク電流の供給を止めて、第１交互層１１２の表面上に中間層１１４を形成した。中間層１１４は、Ａ層（又はＢ層）とＣ層（又はＤ層）との交互層からなる多層構造であった。【０１４７】
【表５】
2019239654.tif 000007
【０１４８】
【表６】
2019239654.tif 000008
【０１４９】
以上のようにして、実施例１〜２０及び比較例１〜８の表面被覆切削工具を製造した。なお、表５及び表６における被膜全体の厚さには、中間層及び密着層の厚さも含まれる。しかし、上記中間層及び上記密着層は、それぞれ被膜全体に比べて極めて薄い層であるため、被膜全体の厚さと、第１交互層全体の厚さ及び第２交互層全体の厚さの合計の厚さとが、見かけ上一致しているように表記されている場合がある。【０１５０】
＜表面被覆切削工具の寿命評価＞
≪連続切削試験≫
上述のようにして得た実施例１〜２０及び比較例１〜８の表面被覆切削工具に対し、以下の条件で連続切削試験を行なった。逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍを超えるまでに切削した距離（単位は、ｍ）を測定することにより、工具寿命を評価した。その結果を表５及び表６に示す。切削距離の値が大きいほど耐摩耗性に優れ、寿命がより長いことを示す。【０１５１】
連続切削試験条件：
切削材                            ：  合金鋼
切削速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）          ：  ２５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度ｆ（ｍｍ／刃）            ：  ０．２ｍｍ／刃
切り込み量ａｐ（ｍｍ）            ：  ２．０ｍｍ
半径方向の切り込み量ａｓ（ｍｍ）  ：  ５０ｍｍ。【０１５２】
≪断続切削試験≫
さらに、実施例１〜２０及び比較例１〜８の表面被覆切削工具に対し、以下の条件で乾式の断続切削試験を行ない、刃先が欠損するまでに切削した距離（単位は、ｍ）を測定することにより、工具寿命を評価した。その結果を表５及び表６に示す。切削距離の値が大きいほど耐チッピング性に優れ、寿命がより長いことを示す。【０１５３】
乾式の断続切削試験条件：
切削材                            ：  ＳＵＳ３１６
切削速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）          ：  ２５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度ｆ（ｍｍ／刃）            ：  ０．２３ｍｍ／刃
切り込み量ａｐ（ｍｍ）            ：  ２．０ｍｍ
半径方向の切り込み量ａｅ（ｍｍ）  ：  ５０ｍｍ。【０１５４】
≪評価結果≫
表５及び表６に示すように、各実施例に係る表面被覆切削工具は、各比較例の表面被覆切削工具に比べ、工具寿命が向上していることが明らかである。その理由は、Ａ層及びＢ層からなる第１交互層により、耐摩耗性が向上し、Ｃ層及びＤ層からなる第２交互層により、耐熱性及び耐チッピング性が向上したことによるものと考えられる。したがって、実施例に係る表面被覆切削工具はそれぞれ、優れた耐チッピング性及び耐摩耗性を示す。そのため、実施例に係る表面被覆切削工具は過酷な切削条件に耐え、優れた刃先品位を得ることができる。【０１５５】
特に、第１交互層の最下層がＡ層又はＢ層であること、第１交互層の最上層がＢ層であること、λａ／λｂ、λｃ／λｄが所定の範囲にあること等により、工具寿命が向上する傾向は、より強く認められた。さらに、所定の組成の密着層を備えることにより、さらに工具寿命は向上した。【０１５６】
以上のように本発明の実施の形態及び実施例について説明を行なったが、上述の実施の形態及び実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形したりすることも当初から予定している。【０１５７】
今回開示された実施の形態及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請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、及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。
【符号の説明】
【０１５８】
１  表面被覆切削工具、１１  被膜、１１１  密着層、１１２  第１交互層、１１３  第２交互層、１１４  中間層、１２  基材、２  成膜装置、３  チャンバ、２０  回転テーブル、２１  基材ホルダ、２２  ガス導入口、２３  ガス排出口、３０  イオンボンバードメント用蒸発源、３１  Ａ層形成用の蒸発源、３２  Ｂ層形成用の蒸発源、３３  Ｃ層形成用の蒸発源、３４  Ｄ層形成用の蒸発源、４１  アーク電源、４２  バイアス電源。
【図１】
2019239654.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2019239654.tif 000014
2019239654.tif 000015
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