(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材の表面に形成された被覆層とを含み、
前記被覆層は、第１積層構造と、第２積層構造とを含み、
前記第１積層構造と、前記第２積層構造は、交互に２回以上連続して積層されており、
前記第１積層構造は、組成が異なる２種類の層のみを含み、前記２種類の層は、交互に２回以上積層されており、
前記第１積層構造に含まれる層の平均の厚みは、６０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であり、
前記第２積層構造は、組成が異なる２種類の層のみを含み、前記２種類の層は、交互に２回以上積層されており、
前記第２積層構造に含まれる層の平均の厚みは、２ｎｍ以上５５ｎｍ以下であり、
前記第１積層構造に含まれる層および前記第２積層構造に含まれる層は、（ＭａＬｂ）Ｎと表記される化合物（ここで、ＭはＡｌであり、ＬはＴｉであり、ａは０．３３以上０．６７以下であり、ｂは０．３３以上０．６７以下であり、ａ＋ｂ＝１．００である。）のみを含み、
前記第１積層構造に含まれる前記２種類の層と、前記第２積層構造に含まれる前記２種類の層は、組成が同一であり、
前記第１積層構造および前記第２積層構造の平均厚さは、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、連続的に減少しており、
前記第１積層構造の平均厚さは、０．２μｍ以上６μｍ以下であり、
前記第２積層構造の平均厚さは、０．０２μｍ以上６μｍ以下であり、
前記被覆層全体の平均の厚みは、０．２２μｍ以上１２μｍ以下であり、
前記被覆層の表面に最も近い前記第１積層構造の平均厚さをＴＡ１、前記基材に最も近い前記第１積層構造の平均厚さをＴＢ１としたとき、ＴＢ１に対するＴＡ１の割合は、５％以上５０％以下であり、
前記被覆層の表面に最も近い前記第２積層構造の平均厚さをＴＡ２、前記基材に最も近い前記第２積層構造の平均厚さをＴＢ２としたとき、ＴＢ２に対するＴＡ２の割合は、５％以上５０％以下である、被覆工具。
【請求項２】
前記被覆層の表面に最も近い前記第１積層構造に含まれる層の平均厚さをＴＣ１、前記基材に最も近い前記第１積層構造に含まれる層の平均厚さをＴＤ１としたとき、ＴＤ１に対するＴＣ１の割合は、１２％以上７０％以下である、請求項１に記載の被覆工具。
【請求項３】
前記被覆層の表面に最も近い前記第２積層構造に含まれる層の平均厚さをＴＣ２、前記基材に最も近い前記第２積層構造に含まれる層の平均厚さをＴＤ２としたとき、ＴＤ２に対するＴＣ２の割合は、５％以上７０％以下である、請求項１または請求項２に記載の被覆工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、切削加工の高能率化の要求が高まっている。この要求の高まりに伴い、従来よりも工具寿命の長い切削工具が求められている。このため、工具材料に要求される特性として、切削工具の寿命に関係する特性を向上させることが重要となっている。例えば、切削工具の耐摩耗性および耐欠損性を向上させることが一段と重要になっている。これらの特性を向上させるため、被膜を交互に積層した交互積層膜を基材上に形成した被覆工具が用いられている。【０００３】
このような交互積層膜の特性を改善するために、様々な技術が提案されている。たとえば、特許文献１には、特定の金属元素あるいはその化合物と、特定の合金化合物とを積層周期０．４ｎｍ〜５０ｎｍで母材表面に積層した切削工具が提案されている。この切削工具は、優れた耐摩耗性を示すことが記載されている。【０００４】
特許文献２には、基体の表面に、第１層と第２層とを交互に４層以上になるように積層した切削工具が提案されている。第１層は、（Ｔｉ１−ＸＡｌＸ）Ｎ（原子比で、Ｘ：０．３０〜０．７０）の組成式で示される複合窒化物を含む。第２層は、酸化アルミニウム相と窒化チタン相を含む。第２層における酸化アルミニウム相の割合は、酸化アルミニウム相と窒化チタン相との合計に対して、３５〜６５質量％である。第１層および第２層の平均厚さは、それぞれ、０．２〜１μｍである。第１層および第２層の全体の平均厚さは、２〜１０μｍである。この切削工具は、優れた耐摩耗性を示すことが記載されている。【０００５】
特許文献３には、第１積層構造と第２積層構造とを含む被覆工具が提案されている。第１積層構造は、組成が異なる２以上の層を周期的に積層した構造を有している。第１積層構造に含まれる各層の平均厚さは、６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。第２積層構造は、組成が異なる２以上の層を周期的に積層した構造を有している。第２積層構造に含まれる各層の平均厚さは、２ｎｍ以上６０ｎｍ未満である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２０５３６１号公報
【特許文献２】特開２００３−２００３０６号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２０１４／０２５０５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、切削加工の高速化、高送り化、および深切り込み化がより顕著になっている。このため、工具の欠損が発生することが多くなった。例えば、加工中に刃先にかかる負荷により、工具表面にクラックが発生する。このクラックが基材へ進展することによって、工具の欠損が発生する。また、刃先の温度が急激に増加あるいは減少することによって、基材にクラックが発生する。このクラックが被覆層に進展することによって、工具の欠損が発生する。【０００８】
この様な背景により、上記特許文献１に記載された切削工具は、高い耐摩耗性を示すものの、工具の欠損が生じやすいという問題がある。特許文献２に記載された切削工具は、被膜の硬度が不十分なため、耐摩耗性が劣るという問題がある。特許文献３に記載された切削工具は、耐欠損性が不十分なため、要求された性能を満たすことができない。【０００９】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものである。本発明は、被覆工具の耐摩耗性を低下させずに、耐欠損性を向上させることを目的とする。また、本発明は、工具寿命の長い被覆工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、被覆工具の工具寿命の延長について研究を重ねた。本発明者らは、被覆層の構成を改良することによって、被覆工具の耐摩耗性を低下させずに、耐欠損性を向上させることができた。その結果、被覆工具の工具寿命を延長することができた。【００１１】
すなわち、本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）基材と、
前記基材の表面に形成された被覆層とを含み、
前記被覆層は、第１積層構造と、第２積層構造とを含み、
前記第１積層構造と、前記第２積層構造は、交互に２回以上連続して積層されており、
前記第１積層構造は、組成が異なる少なくとも２種類の層を含み、前記２種類の層は、交互に２回以上積層されており、
前記第１の積層構造に含まれる層の平均の厚みは、６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
前記第２積層構造は、組成が異なる少なくとも２種類の層を含み、前記２種類の層は、交互に２回以上積層されており、
前記第２の積層構造に含まれる層の平均の厚みは、２ｎｍ以上６０ｎｍ未満であり、
前記第１積層構造および前記第２積層構造に含まれる層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｙ、ＳｎおよびＢｉからなる群から選択される少なくとも１種の金属元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群から選択される少なくとも１種の非金属元素とを含む化合物を含み、
前記第１積層構造および／または前記第２積層構造の平均厚さは、前記基材側から前記被覆層の表面側に向かって、連続的または段階的に減少している、被覆工具。
（２）前記第１積層構造の平均厚さは、０．２μｍ以上６μｍ以下である、（１）の被覆工具。
（３）前記第２積層構造の平均厚さは、０．０２μｍ以上６μｍ以下である、（１）または（２）の被覆工具。
（４）前記被覆層全体の平均の厚みは、０．２２μｍ以上１２μｍ以下である、（１）から（３）のいずれかの被覆工具。
（５）前記被覆層の表面に最も近い前記第１積層構造の平均厚さをＴＡ１、前記基材に最も近い前記第１積層構造の平均厚さをＴＢ１としたとき、ＴＢ１に対するＴＡ１の割合は、５％以上５０％以下である、（１）から（４）のいずれかの被覆工具。
（６）前記被覆層の表面に最も近い前記第２積層構造の平均厚さをＴＡ２、前記基材に最も近い前記第２積層構造の平均厚さをＴＢ２としたとき、ＴＢ２に対するＴＡ２の割合は、５％以上５０％以下である、（１）から（５）のいずれかの被覆工具。
（７）前記被覆層の表面に最も近い前記第１積層構造に含まれる層の平均厚さをＴＣ１、前記基材に最も近い前記第１積層構造に含まれる層の平均厚さをＴＤ１としたとき、ＴＤ１に対するＴＣ１の割合は、１２％以上７０％以下である、（１）から（６）のいずれかの被覆工具。
（８）前記被覆層の表面に最も近い前記第２積層構造に含まれる層の平均厚さをＴＣ２、前記基材に最も近い前記第２積層構造に含まれる層の平均厚さをＴＤ２としたとき、ＴＤ２に対するＴＣ２の割合は、５％以上７０％以下である、（１）から（７）のいずれかの被覆工具。
（９）前記第１積層構造に含まれる層および前記第２積層構造に含まれる層は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、ＳｒおよびＹからなる群から選択される少なくとも２種の金属元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群から選択される少なくとも１種の非金属元素とを含む化合物を含む、（１）から（８）のいずれかの被覆工具。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の被覆工具は、耐摩耗性および耐欠損性に優れるので、従来よりも工具寿命を延長できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の被覆工具の断面組織の模式図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の被覆工具は、基材と、基材の表面に形成された被覆層とを含む。本発明における基材は、被覆工具の基材として用いられるものであればよい。本発明における基材は、特に限定はされないが、例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、高速度鋼である。これらの中では、超硬合金が好ましい。超硬合金は、耐摩耗性および耐欠損性に優れるからである。
【００１５】
本発明の被覆工具において、被覆層全体の平均厚さは、０．２２〜１２μｍであることが好ましい。被覆層の平均厚さが０．２２μｍ未満であると、被覆工具の耐摩耗性が低下する傾向がある。被覆層の平均厚さが１２μｍを超えると、被覆工具の耐欠損性が低下する傾向がある。被覆層全体の平均厚さは、１．０〜８．０μｍであるとさらに好ましい。
【００１６】
本発明の被覆工具において、被覆層は、特定の第１積層構造および第２積層構造を含む。第１積層構造および第２積層構造に含まれる各層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｙ、ＳｎおよびＢｉからなる群から選択される少なくとも１種の金属元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群から選択される少なくとも１種の非金属元素を含む化合物を含む。本発明の被覆工具は、耐摩耗性に優れる。
【００１７】
第１積層構造および第２積層構造に含まれる層は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、ＳｒおよびＹからなる群から選択される少なくとも２種の金属元素と、炭素、窒素、酸素および硼素から選択される少なくとも１種の非金属元素を含む化合物を含むことが、さらに好ましい。このような化合物は、硬い性質を有しているからである。第１積層構造を構成する層に含まれる化合物として、具体的には、（Ａｌ０．５０Ｔｉ０．５０）Ｎ、（Ａｌ０．６０Ｔｉ０．４０）Ｎ、（Ａｌ０．６７Ｔｉ０．３３）Ｎ、（Ａｌ０．６７Ｔｉ０．３３）ＣＮ、（Ａｌ０．４５Ｔｉ０．４５Ｓｉ０．１０）Ｎ、（Ａｌ０．４５Ｔｉ０．４５Ｙ０．１０）Ｎ、（Ａｌ０．５０Ｔｉ０．３０Ｃｒ０．２０）Ｎ、（Ａｌ０．５０Ｔｉ０．４５Ｎｂ０．０５）Ｎ、（Ａｌ０．５０Ｔｉ０．４５Ｔａ０．０５）Ｎ、（Ａｌ０．５０Ｔｉ０．４５Ｗ０．０５）Ｎ、（Ｔｉ０．９０Ｓｉ０．１０）Ｎ、（Ａｌ０．５０Ｃｒ０．５０）Ｎなどを挙げることができる。
【００１８】
第１積層構造を構成する層に含まれる金属元素は、該第１積層構造を構成する他の層に含まれる金属元素と同一であることが好ましい。つまり、第１積層構造を構成する複数の層は、同一種類の金属元素で構成されることが好ましい。さらに、第１積層構造を構成する層に含まれる特定の金属元素の割合と、その層に隣接した第１積層構造を構成する他の層に含まれる特定の金属元素の割合との差の絶対値が、５原子％以上であることが好ましい。ここでいう「特定の金属元素の割合」とは、層に含まれる金属元素全体の原子数に対する、その層に含まれる特定の金属元素の原子数の割合（原子％）を意味する。
【００１９】
第１積層構造がこのような構成であると、第１積層構造を構成するある層と、その層に隣接する層との密着性が低下することなく、層と層の界面において結晶格子が不整合になる。そのため、第１積層構造を構成する層と層の界面と平行な方向にクラックが進展しやすくなり、クラックが基材まで進展することを効果的に抑制することができる。
【００２０】
上記の「ある層に含まれる特定の金属元素の割合と、その層に隣接した他の層に含まれる特定の金属元素の割合との差の絶対値が、５原子％以上である」について、さらに詳しく説明する。
例えば、第１積層構造が、（Ａｌ０．５５Ｔｉ０．４５）Ｎ層と、（Ａｌ０．６７Ｔｉ０．３３）Ｎ層によって構成される場合、２つの層に含まれる金属元素の種類は同一である。なぜなら、２つの層は、ともにＡｌとＴｉを含むからである。この場合、（Ａｌ０．５５Ｔｉ０．４５）Ｎ層に含まれるＡｌの原子数は、金属元素全体の原子数に対して、５５原子％である。（Ａｌ０．６７Ｔｉ０．３３）Ｎ層に含まれるＡｌの原子数は、金属元素全体の原子数に対して、６７原子％である。これら二つの層におけるＡｌの原子数の割合の差は、１２原子％である。したがって、この場合、「差の絶対値が５原子％以上」という上記の条件が満たされている。
例えば、第１積層構造が、（Ａｌ０．４９Ｔｉ０．３９Ｃｒ０．１２）Ｎ層と、（Ａｌ０．５６Ｔｉ０．３６Ｃｒ０．０８）Ｎ層によって構成される場合、２つの層に含まれる金属元素の種類は同一である。なぜなら、２つの層は、ともにＡｌとＴｉとＣｒを含むからである。この場合、２つの層に含まれるＴｉの原子数の割合の差は、３原子％である。２つの層に含まれるＣｒの原子数の割合の差は、４原子％である。これらの値は、それぞれ５原子％未満である。しかし、この場合であっても、２つの層に含まれるＡｌの原子数の割合の差は、７原子％であるので、「差の絶対値が５原子％以上」という上記の条件が満たされている。
【００２１】
本明細書において、窒化物を（ＭａＬｂ）Ｎと表記する場合は、金属元素全体に対するＭ元素の原子比がａ、Ｌ元素の原子比がｂであることを意味する。例えば、（Ａｌ０．５５Ｔｉ０．４５）Ｎは、金属元素全体に対するＡｌ元素の原子比が０．５５であり、金属元素全体に対するＴｉ元素の原子比が０．４５であることを示す。すなわち、（Ａｌ０．５５Ｔｉ０．４５）Ｎは、金属元素全体に対するＡｌ元素の量が５５原子％であり、金属元素全体に対するＴｉ元素の量が４５原子％であることを示す。
【００２２】
第２積層構造を構成する層に含まれる金属元素は、該第２積層構造を構成する他の層に含まれる金属元素と同一であることが好ましい。つまり、第２積層構造を構成する複数の層は、同一種類の金属元素で構成されることが好ましい。さらに、第２積層構造を構成する層に含まれる特定の金属元素の割合と、その層に隣接した第２積層構造を構成する他の層に含まれる特定の金属元素の割合との差の絶対値が、５原子％以上であることが好ましい。ここでいう「特定の金属元素の割合」とは、層に含まれる金属元素全体の原子数に対する、その層に含まれる特定の金属元素の原子数の割合（原子％）を意味する。
【００２３】
第２積層構造がこのような構成であると、第２積層構造を構成するある層と、その層に隣接する層との密着性が低下することなく、層と層の界面において結晶格子が不整合になる。そのため、第２積層構造を構成する層と層の界面と平行な方向にクラックが進展しやすくなり、クラックが基材まで進展することを効果的に抑制することができる。上記の「ある層に含まれる特定の金属元素の割合と、その層に隣接した他の層に含まれる特定の金属元素の割合との差の絶対値が、５原子％以上である」の意味は、上記の第１積層構造について説明したのと同様である。
【００２４】
本発明の被覆工具の別の態様として、第１積層構造を構成する層に含まれる金属元素と、その層に隣接した第１積層構造を構成する他の層に含まれる金属元素が、１種以上異なることが好ましい。金属元素が１種以上異なると、層と層の界面で結晶格子が不整合となり、層と層の界面に平行な方向にクラックが進展しやすくなるため、クラックが基材まで進展することを効果的に抑制することができるためである。
例えば、第１積層構造が、（Ａｌ０．５０Ｔｉ０．５０）Ｎ層と、（Ａｌ０．５０Ｔｉ０．３０Ｃｒ０．２０）Ｎ層によって構成される場合、２つの層に含まれる金属元素を比較すると、この条件が満たされている。なぜなら、２つの層は、ＡｌとＴｉを含むが、Ｃｒは一方の層のみに含まれているからである。
例えば、第１積層構造が、（Ａｌ０．５０Ｃｒ０．５０）Ｎ層と、（Ａｌ０．６７Ｔｉ０．３３）Ｎ層によって構成される場合も、２つの層に含まれる金属元素を比較すると、この条件が満たされている。なぜなら、２つの層は、Ａｌを含むが、ＣｒおよびＴｉは、一方の層のみに含まれているからである。
【００２５】
同様に、本発明の被覆工具において、第２積層構造を構成する層に含まれる金属元素と、その層に隣接した第２積層構造を構成する他の層に含まれる金属元素が、１種以上異なることが好ましい。金属元素が１種以上異なると、層と層の界面で結晶格子が不整合となり、層と層の界面に平行な方向にクラックが進展しやすくなるため、クラックが基材まで進展することを効果的に抑制することができるためである。
【００２６】
本発明の被覆工具は、被覆層を含む。被覆層は、第１積層構造を含む。第１積層構造は、上記の化合物からなる２以上の層を含む。第１積層構造に含まれる各層の平均厚さは、６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。第１積層構造に含まれる２以上の層は、周期的に積層されている。この周期的な積層構造は、組成が異なる少なくとも２種類の層を含む。これらの２種類の層は、交互に２回以上積層されていることが好ましい。組成が異なる２種類の層が交互に２回以上積層されると、クラックの進展が抑制されるため、被覆工具の耐欠損性がさらに向上する。
【００２７】
本発明において、層の積層が繰り返される最小単位の厚さを「積層周期」という。
図１は、本発明の被覆工具の断面組織の模式図の一例である。以下、図１を参照して、積層周期について説明する。
例えば、組成が異なるＡ１層、Ｂ１層、Ｃ１層、およびＤ１層を、基材（１）から被覆層（２）の表面に向かって繰り返し積層する。具体的には、これらの層を、Ａ１層→Ｂ１層→Ｃ１層→Ｄ１層→Ａ１層→Ｂ１層→Ｃ１層→Ｄ１層→…の順で積層する。この場合、Ａ１層からＤ１層までの厚みの合計が、「積層周期」である。
例えば、組成が異なるＡ１層とＢ１層を、基材（１）から被覆層（２）の表面に向かって繰り返し積層する。具体的には、これらの層を、Ａ１層→Ｂ１層→Ａ１層→Ｂ１層→Ａ１層→Ｂ１層→…の順で積層する。この場合、Ａ１層の厚みとＢ１層の厚みの合計が、「積層周期」である。
【００２８】
第１積層構造を形成するために、組成が異なる少なくとも２種類の層を、周期的に積層させる。各層の平均厚さは、６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。第１積層構造がこのように形成されることにより、以下の効果が得られる。
被覆工具の使用中に被覆層の表面に発生したクラックは、第１積層構造に到達する。第１積層構造に到達したクラックは、組成の異なる層と層との界面に平行な方向に進展する。これにより、クラックが基材まで進展することを防止する効果が得られる。このような効果は、組成が異なる２つの層を交互に２回以上積層することによって、さらに高くなる。具体的には、組成が異なるＡ１層とＢ１層を、基材から被覆層の表面に向かって、交互に２回以上積層することが好ましい。つまり、第１積層構造は、Ａ１層→Ｂ１層→Ａ１層→Ｂ１層→…のような交互積層構造を含むことが好ましい。
【００２９】
第１積層構造に含まれる各層の平均厚さが６０ｎｍ未満である場合、クラックが基材まで進展することを十分に防止することができない。一方、各層の平均厚さが５００ｎｍを超える場合、被覆工具の耐欠損性が低下する。したがって、第１積層構造に含まれる各層の平均厚さは、６０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。第１積層構造に含まれる各層の平均厚さは、６０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であると好ましい。
【００３０】
第１積層構造の平均厚さが０．２μｍ未満である場合、組成の異なる層を周期的に積層させる回数（繰り返し数）が少なくなる。この場合、基材までクラックが進展することを抑制する効果が低下する。一方、第１積層構造の平均厚さが６μｍを超える場合、被覆層全体の残留圧縮応力が高くなる。その結果、被覆層の剥離や欠損が生じやすくなるため、被覆工具の耐欠損性が低下する。したがって、第１積層構造の平均厚さは、０．２〜６μｍであることが好ましい。
【００３１】
本発明の被覆工具は、被覆層を含む。被覆層は、第２積層構造を含む。第２積層構造は、上記の化合物からなる２つ以上の層を含む。第２積層構造に含まれる各層の平均厚さは、２ｎｍ以上６０ｎｍ未満である。第２積層構造に含まれる２つ以上の層は、周期的に積層されている。この周期的な積層構造は、組成が異なる少なくとも２種類の層を含む。これらの２種類の層は、交互に２回以上積層されていることが好ましい。組成が異なる２種類の層が交互に２回以上積層されると、第２積層構造の硬度が高くなるため、被覆工具の耐摩耗性がさらに向上する。
【００３２】
第２積層構造においても、層の積層が繰り返される最小単位の厚さを「積層周期」という。
例えば、図１において、組成が異なるＡ２層、Ｂ２層、Ｃ２層、Ｄ２層を、基材（１）から被覆層（２）の表面に向かって繰り返し積層する。具体的には、これらの層を、Ａ２層→Ｂ２層→Ｃ２層→Ｄ２層→Ａ２層→Ｂ２層→Ｃ２層→Ｄ２層→…の順で積層する。この場合、Ａ２層からＤ２層までの厚みの合計が、「積層周期」である。
例えば、組成が異なるＡ２層とＢ２層を、基材（１）から被覆層（２）の表面に向かって繰り返し積層する。具体的には、これらの層を、Ａ２層→Ｂ２層→Ａ２層→Ｂ２層→Ａ２層→Ｂ２層→…の順で積層する。この場合、Ａ２層の厚みとＢ２層の厚みの合計が、「積層周期」である。
【００３３】
第２積層構造を形成するために、組成が異なる少なくとも２種類の層を、周期的に積層させる。各層の平均厚さは、２ｎｍ以上６０ｎｍ未満である。第２積層構造がこのように形成されることにより、第２積層構造の硬度が高くなり、被覆工具の耐摩耗性が向上する効果が得られる。このような効果は、組成が異なる２つの層を交互に２回以上積層することによって、さらに高くなる。具体的には、組成が異なるＡ２層とＢ２層を、基材から被覆層の表面に向かって、交互に２回以上積層することが好ましい。つまり、第２積層構造は、Ａ２層→Ｂ２層→Ａ２層→Ｂ２層→…のような交互積層構造を含むことが好ましい。
【００３４】
第２積層構造に含まれる各層の平均厚さが２ｎｍ未満である場合、均一な厚さの層を形成することが困難である。第２積層構造に含まれる各層の平均厚さが６０ｎｍ以上である場合、第２積層構造の硬度が低下するため、被覆工具の耐摩耗性が低下する。さらに、この場合、第２積層構造の厚みと第１積層構造の厚みとの差が小さくなる。その結果、第１積層構造と第２積層構造の界面に平行な方向にクラックが進展することで基材までクラックが進展することを抑制する効果が十分に得られない。そのため、第２積層構造に含まれる各層の平均厚さは、２ｎｍ以上６０ｎｍ未満である。第２積層構造に含まれる各層の平均厚さは、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であると好ましい。
【００３５】
第２積層構造の平均厚さが０．０２μｍ未満である場合、組成の異なる層を周期的に積層させる回数（繰り返し数）が少なくなる。この場合、第２積層構造の硬度が向上するという効果が得られない。一方、第２積層構造の平均厚さが６μｍを超える場合、第２積層構造の残留圧縮応力が高くなる。その結果、被覆層の剥離や欠損が生じやすくなるため、被覆工具の耐欠損性が低下する。したがって、第２積層構造の平均厚さは、０．０２〜６μｍであることが好ましい。
【００３６】
本発明の被覆工具は、被覆層を含む。被覆層は、耐欠損性に優れる第１積層構造と、耐摩耗性に優れる第２積層構造とを含む。これにより、本発明の被覆工具は、耐欠損性および耐摩耗性に優れる。被覆層は、上部層を含んでもよい。上部層は、第１積層構造および第２積層構造よりも被覆層の表面側に位置する層である。被覆層の表面側とは、被覆層の基材と反対側を意味する。また、被覆層は、下部層を含んでもよい。下部層は、第１積層構造および第２積層構造よりも基材側に位置する層である。
【００３７】
上部層および下部層の構成は、特に限定はされない。上部層および下部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｙ、ＳｎおよびＢｉからなる群から選択される少なくとも１種の金属元素を含むことが好ましい。また、上部層および下部層は、これら金属元素から選択される少なくとも１種の金属元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群から選択される少なくとも１種の非金属元素を含む化合物を含むことが好ましい。上部層および下部層の構成は、単層、または、非周期の多層であることが好ましい。上部層および下部層がこのような構成を有する場合、上部層および下部層の耐摩耗性が向上する。
【００３８】
第１積層構造と第２積層構造は、交互に２つ以上連続して積層されていることが好ましい。第１積層構造と第２積層構造が交互に積層されると、クラックが第１積層構造と第２積層構造との界面と平行な方向に進展しやすくなる。その結果、クラックが基材まで進展することが抑制されるため、被覆工具の耐欠損性が向上する。
第１積層構造と第２積層構造の位置関係は、特に限定されない。第１積層構造と第２積層構造の位置関係は、例えば、以下の（１）〜（４）のいずれかである。
（１）第１積層構造が基材に最も近く、第２積層構造が被覆層の表面に最も近い。
（２）第２積層構造が基材に最も近く、第１積層構造が被覆層の表面に最も近い。
（３）第１積層構造が、基材に最も近く、かつ、被覆層の表面に最も近い。
（４）第２積層構造が、基材に最も近く、かつ、被覆層の表面に最も近い。
上記（１）〜（４）において、「被覆層の表面」とは、被覆層の基材と反対側の表面のことを意味する。
上記の位置関係の中では、（１）が好ましい。第１積層構造と第２積層構造の位置関係が上記（１）である場合、第２積層構造の残留圧縮応力よりも第１積層構造の残留圧縮応力の方が低くなるため、被覆層の耐剥離性が向上する傾向があるからである。
【００３９】
第１積層構造および／または第２積層構造の平均厚さは、基材側から被覆層の表面側に向かって、連続的または段階的に減少している。被覆層の耐摩耗性を低下させずに耐欠損性を向上させることができるからである。
被覆層の表面側において、第１積層構造および／または第２積層構造の平均厚さが減少することにより、第１積層構造と第２積層構造との界面の間隔が短くなる。第１積層構造と第２積層構造との界面の間隔が短くなると、クラックが第１積層構造と第２積層構造との界面と平行な方向に進展しやすくなる。その結果、クラックが基材まで進展することを抑制する効果が得られるとともに、耐欠損性が向上する。そのため、第１積層構造および第２積層構造のいずれか一方の平均厚さを薄くすると、耐欠損性が向上する。第１積層構造および第２積層構造の両方の平均厚さを薄くすると、さらに耐欠損性が向上する。
【００４０】
本発明において、「連続的に減少」とは、例えば、基材側から表面側に向かって第１積層構造および／または第２積層構造の厚さが比例関係のようなある規則性に従って減少することを意味する。しかし、「連続的に減少」は、第１積層構造および／または第２積層構造の厚さが比例関係に従って減少する場合に限定されない。例えば、「連続的に減少」は、第１積層構造および／または第２積層構造の厚さが反比例の関係や指数関係に従って減少する場合も含む。また、「連続的に減少」は、基材側から表面側に向かって厚さが減少する傾向がある場合も含む。この場合でも、本発明の効果が得られるからである。例えば、被覆層の一部の厚さが基材側から表面側に向かってわずかに増加する場合も、本発明の権利範囲に含まれる。
【００４１】
本発明において、「段階的に減少」とは、例えば、基材側から表面側に向かって第１積層構造および／または第２積層構造の厚さが不規則に減少することを意味する。例えば、「段階的に減少」は、最表面の第１積層構造および／または第２積層構造のみの厚さが減少している場合も含む。また、「段階的に減少」は、基材側から表面側に向かって厚さが減少する傾向がある場合も含む。この場合でも、本発明の効果が得られるからである。例えば、被覆層の一部の厚さが基材側から表面側に向かってわずかに増加する場合も、本発明の権利範囲に含まれる。
【００４２】
被覆層の表面に最も近い第１積層構造の平均厚さをＴＡ１、基材に最も近い第１積層構造の平均厚さをＴＢ１としたとき、ＴＢ１に対するＴＡ１の割合（（ＴＡ１／ＴＢ１）×１００）は、５％以上５０％以下が好ましく、５％以上３０％以下がさらに好ましい。ＴＢ１に対するＴＡ１の割合が５％未満であると、クラックが基材まで進展することを抑制する効果が低下することがある。一方、ＴＢ１に対するＴＡ１の割合が５０％を超えると、クラックが基材まで進展することを抑制する効果が低下することがある。
【００４３】
被覆層の表面に最も近い第２積層構造の平均厚さをＴＡ２、基材に最も近い第２積層構造の平均厚さをＴＢ２としたとき、ＴＢ２に対するＴＡ２の割合（（ＴＡ２／ＴＢ２）×１００）は、５％以上５０％以下が好ましく、５％以上３０％以下がさらに好ましい。ＴＢ２に対するＴＡ２の割合が５％未満であると、クラックが基材まで進展することを抑制する効果が低下することがある。さらに、耐摩耗性も低下することがある。一方、ＴＢ２に対するＴＡ２の割合が５０％を超えると、クラックが基材まで進展することを抑制する効果が低下することがある。
【００４４】
第１積層構造および第２積層構造を構成する各層の平均厚さは、基材側から被覆層の表面側に向かって連続的または断続的に減少していることが好ましい。耐摩耗性の低下が抑制され、耐欠損性が向上するからである。
【００４５】
本発明において、「連続的に減少」とは、例えば、基材側から表面側に向かって、第１積層構造および／または第２積層構造を構成する各層の平均厚さが比例関係のようなある規則性に従って減少することを意味する。しかし、「連続的に減少」は、第１積層構造および／または第２積層構造を構成する各層の平均厚さが比例関係に従って減少する場合に限定されない。例えば、「連続的に減少」は、各層の厚さが反比例の関係や指数関係に従って減少する場合も含む。また、「連続的に減少」は、基材側から表面側に向かって厚さが減少する傾向がある場合も含む。この場合でも、本発明の効果が得られるからである。例えば、被覆層の一部の厚さが基材側から表面側に向かってわずかに増加する場合も、本発明の権利範囲に含まれる。
【００４６】
本発明において、「段階的に減少」とは、例えば、基材側から表面側に向かって第１積層構造および／または第２積層構造を構成する各層の平均厚さが不規則に減少することを意味する。例えば、「段階的に減少」は、最表面の第１積層構造および／または第２積層構造を構成する各層のみの平均厚さが減少している場合も含む。また、「段階的に減少」は、基材側から表面側に向かって厚さが減少する傾向がある場合も含む。この場合でも、本発明の効果が得られからである。例えば、被覆層の一部の厚さが基材側から表面側に向かってわずかに増加する場合も、本発明の権利範囲に含まれる。
【００４７】
被覆層の表面に最も近い第１積層構造に含まれる層の平均厚さをＴＣ１、基材に最も近い第１積層構造に含まれる層の平均厚さをＴＤ１としたとき、ＴＤ１に対するＴＣ１の割合（（ＴＣ１／ＴＤ１）×１００）は、１２％以上７０％以下が好ましく、３０％以上６０％以下がさらに好ましい。ＴＤ１に対するＴＣ１の割合が１２％未満であると、被覆層の表面側の硬度が高くなり、耐欠損性が低下する傾向がある。一方、ＴＤ１に対するＴＣ１の割合が７０％を超えると、被覆層の表面側の耐摩耗性が低下する傾向がある。
なお、「第１積層構造に含まれる層の平均厚さ」は、以下のように求められる値である。
例えば、Ａ１層→Ｂ１層→Ａ１層→Ｂ１層→Ａ１層→Ｂ１層→…のように、Ａ１層およびＢ１層をこの順番で１００回繰り返し積層した場合、１００回繰り返される積層周期の合計を求める。つぎに、積層周期の合計を、繰り返した回数である１００で割った値を求める。この値が、「第１積層構造に含まれる層の平均厚さ」である。つまり、第１積層構造が「Ａ１層→Ｂ１層→Ａ１層→Ｂ１層→Ａ１層→Ｂ１層→…」である場合、「Ａ１層→Ｂ１層」の平均厚さが、「第１積層構造に含まれる層の平均厚さ」である。
【００４８】
被覆層の表面に最も近い第２積層構造に含まれる層の平均厚さをＴＣ２、基材に最も近い第２積層構造に含まれる層の平均厚さをＴＤ２としたとき、ＴＤ２に対するＴＣ２の割合（（ＴＣ２／ＴＤ２）×１００）は、５％以上７０％以下が好ましく、３０％以上６０％以下がさらに好ましい。ＴＤ２に対するＴＣ２の割合が５％未満であると、被覆層の表面側の硬度が高くなり、耐欠損性が低下する傾向がある。一方、ＴＤ２に対するＴＣ２の割合が７０％を超えると、被覆層の表面側の耐摩耗性が低下する傾向がある。
なお、「第２積層構造に含まれる層の平均厚さ」は、以下のように求められる値である。
例えば、Ａ２層→Ｂ２層→Ａ２層→Ｂ２層→Ａ２層→Ｂ２層→…のように、Ａ２層およびＢ２層をこの順番で１００回繰り返し積層した場合、１００回繰り返される積層周期の合計を求める。つぎに、積層周期の合計を、繰り返した回数である１００で割った値を求める。この値が、「第２積層構造に含まれる層の平均厚さ」である。つまり、第２積層構造が「Ａ２層→Ｂ２層→Ａ２層→Ｂ２層→Ａ２層→Ｂ２層→…」である場合、「Ａ２層→Ｂ２層」の平均厚さが、「第２積層構造に含まれる層の平均厚さ」である。
【００４９】
本発明の被覆工具における被覆層の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、被覆層は、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法、イオンミキシング法などの物理蒸着法によって製造することができる。例えば、物理蒸着法によって、基材上に、上記で説明した第１積層構造および第２積層構造を形成することができる。特に、アークイオンプレーティング法によって形成された被覆層は、基材との密着性が高い。したがって、これらの中では、アークイオンプレーティング法が好ましい。
【００５０】
従来の被覆方法によって、基材の表面に、各層を形成することができる。これにより、本発明の被覆工具を製造することができる。
本発明の被覆工具の製造方法は、例えば、以下の通りである。
【００５１】
工具形状に加工した基材を、物理蒸着装置の反応容器内に入れる。つぎに、反応容器内を、圧力１×１０−２Ｐａ以下になるまで真空引きする。真空引きした後、反応容器内のヒーターで、基材を２００〜８００℃に加熱する。加熱後、反応容器内に、Ａｒガスを導入して、圧力を０．５〜５．０Ｐａとする。圧力０．５〜５．０ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に−２００〜−１０００Ｖのバイアス電圧を印加する。反応容器内のタングステンフィラメントに、５〜２０Ａの電流を流す。基材の表面を、Ａｒガスによるイオンボンバードメント処理する。基材の表面をイオンボンバードメント処理した後、反応容器内を、圧力１×１０−２Ｐａ以下になるまで真空引きする。
【００５２】
次いで、窒素ガスなどの反応ガスを反応容器内に導入する。反応容器内の圧力を０．５〜５．０Ｐａにして、基材に−１０〜−１５０Ｖのバイアス電圧を印加する。各層の金属成分に応じた金属蒸発源をアーク放電により蒸発させることによって、基材の表面に各層を形成することができる。なお、離れた位置に置かれた２種類以上の金属蒸発源を同時にアーク放電により蒸発させ、基材を固定したテーブルを回転させて第１積層構造もしくは第２積層構造を構成する層を形成することができる。この場合、反応容器内の基材を固定したテーブルの回転数を調整することによって、第１積層構造もしくは第２積層構造を構成する各層の厚みを制御することができる。２種類以上の金属蒸発源を交互にアーク放電により蒸発させることによって、第１積層構造もしくは第２積層構造を構成する層を形成することもできる。この場合、金属蒸発源のアーク放電時間をそれぞれ調整することによって、第１積層構造もしくは第２積層構造を構成する各層の厚みを制御することができる。
【００５３】
被覆層を構成する各層の厚さおよび各積層構造の厚さは、被覆工具の断面組織を観察することで測定することができる。例えば、被覆層を構成する各層の厚さおよび各積層構造の厚さは、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などを用いて測定することができる。
被覆層を構成する各層の平均厚さおよび各積層構造の平均厚さは、次のように求めることができる。
金属蒸発源に対向する面の刃先から、当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、被覆工具の断面を、３箇所以上で観察する。この観察した断面から、各層の厚さおよび各積層構造の厚さを測定する。測定した厚さの平均値を計算することによって、平均厚さを求めることができる。
【００５４】
本発明の被覆工具の各層の組成は、被覆工具の断面組織から、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分析装置（ＷＤＳ）などを用いて測定することができる。
【００５５】
本発明の被覆工具の種類として、具体的には、フライス加工用または旋削加工用の工具を挙げることができる。このような工具の例として、刃先交換型切削インサート、ドリル、エンドミルを挙げることができる。
【実施例１】
【００５６】
基材として、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＧＴＮインサート形状のＰ１０相当の超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表１および表２に示す各層の組成になる金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。【００５７】
その後、反応容器内を、圧力が５．０×１０−３Ｐａ以下になるまで真空引きした。真空引き後、反応容器内のヒーターで、基材をその温度が５００℃になるまで加熱した。加熱後、反応容器内の圧力が５．０Ｐａになるように、反応容器内にＡｒガスを導入した。【００５８】
圧力５．０ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に−１０００Ｖのバイアス電圧を印加した。反応容器内のタングステンフィラメントに、１０Ａの電流を流した。このような条件で、基材の表面に、Ａｒガスによるイオンボンバードメント処理を３０分間行った。イオンボンバードメント処理終了後、反応容器内の圧力が５．０×１０−３Ｐａ以下になるまで、反応容器内を真空引きした。【００５９】
真空引き後、窒素ガスを反応容器内に導入し、反応容器内を圧力２．７Ｐａの窒素ガス雰囲気にした。基材には、−５０Ｖのバイアス電圧を印加した。アーク電流２００Ａのアーク放電により金属蒸発源を蒸発させることで各層を形成した。【００６０】
発明品１〜９および比較品１、２のＡ１層とＢ１層を形成するときは、Ａ１層の金属蒸発源と、Ｂ１層の金属蒸発源を、交互にアーク放電により蒸発させてＡ１層とＢ１層を形成した。このとき、Ａ１層とＢ１層が表３に示す厚みとなるように、それぞれのアーク放電時間を調整した。層の厚みが大きい比較品３においても、同様に、Ｘ層の金属蒸発源と、Ｙ層の金属蒸発源を、交互にアーク放電により蒸発させてＸ層とＹ層を形成した。このとき、Ｘ層の厚みと、Ｙ層の厚みは、それぞれの層を形成するときのアーク放電時間を調整して制御した。【００６１】
発明品１〜９および比較品１、２のＡ２層とＢ２層を形成するときは、Ａ２層の金属蒸発源と、Ｂ２層の金属蒸発源を、同時にアーク放電により蒸発させてＡ２層とＢ２層を形成した。このとき、Ａ２層とＢ２層が表３に示す厚みとなるように、テーブルの回転数を０．２〜１０ｍｉｎ−１の範囲で調整した。層の厚みが小さい比較品４においても、同様に、Ｘ層の金属蒸発源と、Ｙ層の金属蒸発源を、同時にアーク放電により蒸発させてＸ層とＹ層を形成した。このとき、Ｘ層の厚みと、Ｙ層の厚みは、テーブルの回転数を０．２〜１０ｍｉｎ−１の範囲で調整することで制御した。【００６２】
比較品５は、交互に積層された厚みの小さい層と厚みの大きい層によって構成されている。比較品５を構成する層の厚みは、アーク放電時間と、テーブルの回転数を調整することで制御した。テーブルの回転数は、０．２〜１０ｍｉｎ−１の範囲で調整した。
比較品６の単層は、基材に−５０Ｖのバイアス電圧を印加して、アーク電流２００Ａのアーク放電により金属蒸発源を蒸発させて形成した。【００６３】
基材の表面に、表３および表４に示す所定の厚みになるまで各層を形成した。その後、ヒーターの電源を切り、試料温度が１００℃以下になった後で、反応容器内から試料を取り出した。【００６４】
【表１】
0006507376.tif 000002
【００６５】
【表２】
0006507376.tif 000003
【００６６】
【表３】
0006507376.tif 000004
【００６７】
【表４】
0006507376.tif 000005
【００６８】
【表５】
0006507376.tif 000006
【００６９】
得られた試料の各層の平均厚さおよび各積層構造の平均厚さは、次のように求めた。
被覆工具の金属蒸発源に対向する面の刃先から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、３箇所の断面をＴＥＭで観察した。各層の厚さ、および、各積層構造の厚さを測定し、測定した厚さの平均値を計算した。
得られた試料の各層の組成は、次のように求めた。
被覆工具の金属蒸発源に対向する面の刃先から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の断面において、ＥＤＳを用いて組成を測定した。
これらの測定結果も、表１〜４に示す。
なお、表１〜４の各層の金属元素の組成比は、各層を構成する金属化合物における金属元素全体に対する各金属元素の原子比を示す。【００７０】
表４に示した第１積層構造の平均厚さから、基材に最も近い第１積層構造の平均厚さに対する、被覆層の表面に最も近い第１積層構造の平均厚さの割合を求めた。同様に、表４に示した第２積層構造の平均厚さから、基材に最も近い第２積層構造の平均厚さに対する、被覆層の表面に最も近い第２積層構造の平均厚さの割合を求めた。それらの結果を、表５に示す。【００７１】
得られた試料を用いて、以下の切削試験１および切削試験２を行い、耐欠損性および耐摩耗性を評価した。その評価結果を表６に示す。【００７２】
［切削試験１  耐欠損性評価］
被削材：ＳＣＭ４４０、
被削材形状：１０５ｍｍ×２２０ｍｍ×６０ｍｍの直方体（但し、正面フライス加工を行う直方体の１０５ｍｍ×２２０ｍｍの面に、直径φ４０ｍｍの穴が６箇所開けられている。）
切削速度：２６０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．４ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切り込み：２．０ｍｍ、
切削幅：１０５ｍｍ、
クーラント：無し、
カッター有効径:φ１２５ｍｍ、
評価項目：試料が欠損（試料の切れ刃部に欠けが生じる）するまでを工具寿命とした。試料が欠損するまでの加工長を測定した。【００７３】
［切削試験２  耐摩耗性評価］
被削材：ＳＣＭ４４０、
被削材形状：１０５ｍｍ×２２０ｍｍ×６０ｍｍの直方体、
切削速度：２６０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１２ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切り込み：２．０ｍｍ、
切削幅：５０ｍｍ、
クーラント：無し、
カッター有効径:φ１００ｍｍ、
評価項目：最大逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに至るまでを工具寿命とした。最大逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに至るまでの加工長を測定した。【００７４】
切削試験１の工具寿命に至るまでの加工長の評価基準は、次の通りである。
１１ｍ以上  ◎
１０．５ｍ以上１１未満  ○
１０ｍ以上１０．５ｍ未満  △
１０ｍ未満  ×
切削試験２の工具寿命に至るまでの加工長の評価基準は、次の通りである。
５ｍ以上  ◎
４．５ｍ以上５ｍ未満  ○
４ｍ以上４．５ｍ未満  △
４ｍ未満  ×
この評価の順位は、（優）◎＞○＞△＞×（劣）である。◎または○の評価は、切削性能が優れることを意味する。得られた総合評価の結果を表６に示す。【００７５】
【表６】
0006507376.tif 000007
【００７６】
表６の結果より、発明品の耐摩耗性試験の結果は、△以上であった。発明品の耐摩耗性試験の結果は、×を有さない点で、比較品と同等以上であった。また、すべての発明品の耐欠損性試験の結果は、◎または○であった。比較品の耐欠損性試験の結果は、△または×であった。この結果より、発明品は、比較品よりも、耐欠損性に優れることが分かる。この結果より、発明品の工具寿命が長くなっていることが分かる。この結果から分かるように、本発明によれば、被覆工具の耐摩耗性を低下させずに、耐欠損性を向上させることができた。
【実施例２】
【００７７】
基材として、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＧＴＮインサート形状のＰ１０相当の超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表７に示す各層の組成になる金属蒸発源を配置した。実施例１と同様な製造方法により、表８および９に示す層構成の試料を作製した。【００７８】
発明品１０と比較品１０を、次のように作製した。
アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表７に示す各層の組成になる金属蒸発源を配置した。反応容器内に、Ｎ２ガスとＣＨ４ガスの混合ガスを導入した。混合ガス中のＮ２ガスとＣＨ４ガスの分圧比は、Ｎ２：ＣＨ４＝１：１である。反応容器内の圧力は、２．７Ｐａである。反応容器内の雰囲気をこのように設定した以外は、実施例１と同様に、各層を形成し、表８および９に示す層構成の試料を作製した。【００７９】
発明品１８を、次のように作製した。
アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表７に示す各層の組成になる金属蒸発源を配置した。酸化物層を形成するときには、反応容器内にＯ２ガスを導入し、反応容器内の圧力を２．７Ｐａに制御した。その後、窒化物層を形成するときには、反応容器内からＯ２ガスを排気し、反応容器内にＮ２ガスを導入し、反応容器内の圧力を２．７Ｐａに制御した。反応容器内の雰囲気をこのように設定した以外は、実施例１と同様に、表８および９に示す層構成の試料を作製した。【００８０】
【表７】
0006507376.tif 000008
【００８１】
【表８】
0006507376.tif 000009
【００８２】
【表９】
0006507376.tif 000010
【００８３】
【表１０】
0006507376.tif 000011
【００８４】
得られた試料の各層の平均厚さ、および、各層の組成を、実施例１と同様に測定した。それらの結果を、表８〜１０に示す。また、得られた試料を用いて、実施例１と同じ切削試験１および切削試験２を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。その評価結果を、表１１に示す。【００８５】
切削試験１の工具寿命に至るまでの加工長の評価基準は、次の通りである。
１１ｍ以上  ◎
１０．５ｍ以上１１未満  ○
１０ｍ以上１０．５ｍ未満  △
１０ｍ未満  ×
切削試験２の工具寿命に至るまでの加工長の評価基準は、次の通りである。
５ｍ以上  ◎
４．５ｍ以上５ｍ未満  ○
４ｍ以上４．５ｍ未満  △
４ｍ未満  ×
この評価の順位は、（優）◎＞○＞△＞×（劣）である。◎または○の評価は、切削性能が優れることを意味する。得られた総合評価の結果を表１１に示す。【００８６】
【表１１】
0006507376.tif 000012
【００８７】
表１１の結果より、発明品の耐摩耗性試験の結果は、△以上であった。発明品の耐摩耗性試験の結果は、×を有さない点で、比較品と同等以上であった。また、すべての発明品の耐欠損性試験の結果は、◎または○であった。比較品の耐欠損性試験の結果は、△または×であった。この結果より、発明品は、比較品よりも、耐欠損性に優れることが分かる。この結果より、発明品の工具寿命が長くなっていることが分かる。この結果から分かるように、本発明によれば、被覆工具の耐摩耗性を低下させずに、耐欠損性を向上させることができた。
【実施例３】
【００８８】
発明品２１〜２７および比較品１１〜１３を、次のように作製した。
基材として、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＧＴＮインサート形状のＰ１０相当の超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表１２および表１３に示す各層の組成になる金属蒸発源を配置した。実施例１と同様な製造方法により、表１３、１４および１６に示す層構成の試料を作製した。【００８９】
【表１２】
0006507376.tif 000013
【００９０】
【表１３】
0006507376.tif 000014
【００９１】
【表１４】
0006507376.tif 000015
【００９２】
【表１５】
0006507376.tif 000016
【００９３】
【表１６】
0006507376.tif 000017
【００９４】
【表１７】
0006507376.tif 000018
【００９５】
得られた試料の各層の平均厚さ、および、各層の組成を、実施例１と同様に測定した。それらの結果を、表１２〜１７に示す。また、得られた試料を用いて、実施例１と同じ切削試験１および切削試験２を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。その評価結果を、表１８に示す。【００９６】
切削試験１の工具寿命に至るまでの加工長の評価基準は、次の通りである。
１１ｍ以上  ◎
１０．５ｍ以上１１未満  ○
１０ｍ以上１０．５ｍ未満  △
１０ｍ未満  ×
切削試験２の工具寿命に至るまでの加工長の評価基準は、次の通りである。
５ｍ以上  ◎
４．５ｍ以上５ｍ未満  ○
４ｍ以上４．５ｍ未満  △
４ｍ未満  ×
この評価の順位は、（優）◎＞○＞△＞×（劣）である。◎または○の評価は、切削性能が優れることを意味する。得られた総合評価の結果を表１８に示す。【００９７】
【表１８】
0006507376.tif 000019
【００９８】
表１８の結果より、発明品の耐摩耗性試験の結果は、△であった。発明品の耐摩耗性試験の結果は、×を有さない点で、比較品と同等以上であった。また、すべての発明品の耐欠損性試験の結果は、◎であった。比較品の耐欠損性試験の結果は、△であった。この結果より、発明品は、比較品よりも、耐欠損性に優れることが分かる。この結果より、発明品の工具寿命が長くなっていることが分かる。この結果から分かるように、本発明によれば、被覆工具の耐摩耗性を低下させずに、耐欠損性を向上させることができた。
【実施例４】
【００９９】
発明品２８〜３０を、次のように作製した。
基材として、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＧＴＮインサート形状のＰ１０相当の超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表１９に示す各層の組成になる金属蒸発源を配置した。実施例１と同様な製造方法により、表２０および表２１に示す層構成の試料を作製した。【０１００】
【表１９】
0006507376.tif 000020
【０１０１】
【表２０】
0006507376.tif 000021
【０１０２】
【表２１】
0006507376.tif 000022
【０１０３】
【表２２】
0006507376.tif 000023
【０１０４】
得られた試料の各層の平均厚さ、および、各層の組成を、実施例１と同様に測定した。それらの結果を、表１９〜２２に示す。また、得られた試料を用いて、実施例１と同じ切削試験１および切削試験２を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。その評価結果を、表２３に示す。【０１０５】
切削試験１の工具寿命に至るまでの加工長の評価基準は、次の通りである。
１１ｍ以上  ◎
１０．５ｍ以上１１未満  ○
１０ｍ以上１０．５ｍ未満  △
１０ｍ未満  ×
切削試験２の工具寿命に至るまでの加工長の評価基準は、次の通りである。
５ｍ以上  ◎
４．５ｍ以上５ｍ未満  ○
４ｍ以上４．５ｍ未満  △
４ｍ未満  ×
この評価の順位は、（優）◎＞○＞△＞×（劣）である。◎または○の評価は、切削性能が優れることを意味する。得られた総合評価の結果を表２３に示す。【０１０６】
【表２３】
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【０１０７】
表２３の結果より、発明品の耐摩耗性試験の結果は、△であった。発明品の耐摩耗性試験の結果は、×を有していなかった。また、すべての発明品の耐欠損性試験の結果は、◎であった。この結果より、発明品は、耐欠損性に優れることが分かる。この結果より、発明品は、下部層および／または上部層を有するにもかかわらず、工具寿命が長くなっていることが分かる。この結果から分かるように、本発明によれば、被覆工具の耐摩耗性を低下させずに、耐欠損性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明によれば、被覆工具の耐摩耗性を低下させずに、耐欠損性を向上させることができる。本発明によれば、従来よりも工具寿命を延長できる。したがって、本発明の産業上の利用可能性は高い。【０１０９】
［符号の説明］
１    基材
２    被覆層
３ａ  基材側の、厚さが大きい第１積層構造
３ｂ  表面側の、厚さが小さい第１積層構造
４ａ  基材側の、厚さが大きい第２積層構造
４ｂ  表面側の、厚さが小さい第２積層構造
５ａ  基材側の、厚さが大きいＡ１層
５ｂ  表面側の、厚さが小さいＡ１層
６ａ  基材側の、厚さが大きいＢ１層
６ｂ  表面側の、厚さが小さいＢ１層
７ａ  基材側の、厚さが大きいＡ２層
７ｂ  表面側の、厚さが小さいＡ２層
８ａ  基材側の、厚さが大きいＢ２層
８ｂ  表面側の、厚さが小さいＢ２層
【図１】
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