(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の結晶粒と、
前記複数の結晶粒の間に配置され、前記複数の結晶粒のそれぞれを囲む非晶質相と、を含み、
前記結晶粒は、それぞれ、ｆｃｃ構造を有するＴｉ1-xＡｌxＮ層と、ｆｃｃ構造を有するＴｉ1-yＡｌyＮ層とが交互に積層された構造を有しており、
前記Ｔｉ1-xＡｌxＮ層のＡｌ組成比ｘは、０≦ｘ＜１の関係を満たし、
前記Ｔｉ1-yＡｌyＮ層のＡｌ組成比ｙは、０＜ｙ≦１の関係を満たし、
前記Ａｌ組成比ｘと前記Ａｌ組成比ｙとは、（ｙ−ｘ）≧０．２の関係を満たし、
前記非晶質相は、ＴｉおよびＡｌの少なくとも一方の炭化物、窒化物または炭窒化物を含む、硬質被膜。
【請求項２】
隣り合う前記Ｔｉ1-xＡｌxＮ層の１層当たりの厚さと前記Ｔｉ1-yＡｌyＮ層の１層当たりの厚さとの合計厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、請求項１に記載の硬質被膜。
【請求項３】
前記結晶粒の粒径が０．０１μｍ以上１μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の硬質被膜。
【請求項４】
前記非晶質相の厚さが１００ｎｍ以下である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の硬質被膜。
【請求項５】
前記硬質被膜のナノインデンテーション法による押し込み硬さが３０ＧＰａ以上である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の硬質被膜。
【請求項６】
基材と、
前記基材上に設けられた請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の硬質被膜とを備えた、切削工具。
【請求項７】
チタンのハロゲン化物ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガスと、テトラキスネオペンチルチタンガスと、アンモニアガスとを基材の表面に噴出する工程と、
前記基材を冷却する工程とを含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の硬質被膜の製造方法。
【請求項８】
前記基材を冷却する工程は、前記基材を７℃／分以上の速度で４００℃以下に冷却する工程を含み、
前記硬質被膜の製造方法は、前記４００℃以下に冷却する工程の後に、アンモニアガスの気流中またはアンモニアガスと水素ガスとの混合ガスの気流中で前記基材を６００℃以上８００℃以下の温度で３０分以上３００分以下加熱する工程をさらに含む、請求項７に記載の硬質被膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬質被膜、切削工具および硬質被膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、超硬合金からなる切削工具を用いて、鋼および鋳物などの切削加工が行われている。このような切削工具は、切削加工時において、その刃先が高温および高圧などの過酷な環境に曝されるため、刃先が摩耗したり、欠けたりするといった問題が生じる場合が多く、その切削性能には課題がある。
【０００３】
そこで、切削工具の切削性能の改善を目的として、超硬合金などの基材の表面を被覆する被膜の開発が進められている。なかでも、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）と窒素（Ｎ）との化合物（以下、「ＴｉＡｌＮ」ともいう。）からなる被膜は、高い硬度を有することができるとともに、Ａｌの含有割合を高めることによって耐酸化性を高めることができる。このような被膜によって切削工具を被覆することにより、切削工具の性能の改善が可能であることから、当該被膜のさらなる開発が期待されている。
【０００４】
たとえば、特許文献１には、プラズマ励起を行わずにＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により作成されたＴｉ1-xＡｌxＮ硬質被膜を少なくとも１つ有する硬質被膜が開示されている。Ｔｉ1-xＡｌxＮ硬質被膜は、ｘ＞０．７５〜ｘ＝０．９３の化学量論係数および０．４１２ｎｍ〜０．４０５ｎｍの格子定数ａfccを有する立方晶ＮａＣｌ構造の単相の層として存在しているか、またはＴｉ1-xＡｌxＮ硬質被膜は、その主要な相がｘ＞０．７５〜ｘ＝０．９３の化学量論係数および０．４１２ｎｍ〜０．４０５ｎｍの格子定数ａfccを有する立方晶ＮａＣｌ構造を有するＴｉ1-xＡｌxＮからなっている。また、別の相として、Ｔｉ1-xＡｌxＮがウルツ鉱構造および／またはＮａＣｌ構造のＴｉＮxとして含有されている多相の層であり、Ｔｉ1-xＡｌxＮ硬質被膜の塩素含有率が０．０５〜０．９原子％の範囲となっている。非特許文献１にも同様の技術が開示されている。
【０００５】
また、たとえば、特許文献２には、少なくとも１の硬質材料複合層が開示されている。硬質材料複合層は、主相として立方晶ＴｉＡｌＣＮ及び六方晶ＡｌＮを含有し、立方晶ＴｉＡｌＣＮが、≧０．１μｍの結晶子サイズを有する微晶質ｆｃｃ−Ｔｉ1-xＡｌxＣyＮz（ここで、ｘ＞０．７５、ｙ＝０〜０．２５であり、かつｚ＝０．７５〜１である）となっている。また、硬質材料複合層は、さらに粒界領域内に非晶質炭素を０．０１％〜２０％の質量割合で含有している。非特許文献２にも同様の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５４５０６３号公報
【特許文献２】特表２０１３−５１０９４６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｉ．  Ｅｎｄｌｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｎｏｖｅｌ  ａｌｕｍｉｎｕｍ−ｒｉｃｈ  Ｔｉ１−ｘＡｌｘＮ  ｃｏａｔｉｎｇｓ  ｂｙ  ＬＰＣＶＤ”，  Ｓｕｒｆａｃｅ  ＆  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ２０３  （２００８）  ５３０−５３３
【非特許文献２】Ｉ．  Ｅｎｄｌｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ａｌｕｍｉｎｕｍ−ｒｉｃｈ  ＴｉＡｌＣＮ  ｃｏａｔｉｎｇｓ  ｂｙ  Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ＣＶＤ”，  Ｓｕｒｆａｃｅ  ＆  Ｃｏａｔｉｎｇｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ２０５  （２０１０）  １３０７−１３１２
【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および非特許文献１に記載のＴｉ1-xＡｌxＮ硬質被膜は、Ｔｉ1-xＡｌxＮ硬質被膜中のｘが０．７よりも大きいため、立方晶としては不安定であり、切削加工時に発生する擦過熱により高温に加熱されるとウルツ鉱型構造に相変態し、硬度が低下するという問題があった。Ｔｉ1-xＡｌxＮ硬質被膜中のｘが０．７よりも大きい場合には、結晶構造に大きな歪が生じるため、より安定なウルツ鉱型に相転移することによって被膜全体の内部エネルギーを安定化させるためである。
【０００９】
また、特許文献１および非特許文献１に記載のＴｉ1-xＡｌxＮ硬質被膜においては、高温に加熱された後の冷却過程における熱落差によって、硬度の低い六方晶ＡｌＮが析出する。このように析出した六方晶ＡｌＮがＴｉ1-xＡｌxＮ硬質被膜中の欠陥となり、被膜の耐摩耗性の向上を妨げ、切削工具の耐チッピング性および耐欠損性を低下させるため、十分な切削性能を得ることができない。
【００１０】
このような課題を解決するため、特許文献２および非特許文献２においては、非晶質炭素を添加して、結晶粒界に非晶質炭素を析出させることによって、立方晶ＴｉＡｌＣＮからウルツ鉱型への相転移を抑制している。
【００１１】
しかしながら、非晶質炭素は切削加工時に酸化されるため、立方晶ＴｉＡｌＣＮのウルツ鉱型への相転移が突発的に発生する。そのため、切削工具の被膜の硬度が突然低下し、突発的な欠損が発生する。
【００１２】
したがって、未だ、長寿命の切削工具の実現には至っておらず、その開発が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様に係る硬質被膜は、複数の結晶粒と、前記複数の結晶粒の間に配置され、前記複数の結晶粒のそれぞれを囲む非晶質相とを含み、前記結晶粒は、それぞれ、ｆｃｃ構造を有するＴｉ1-xＡｌxＮ層と、ｆｃｃ構造を有するＴｉ1-yＡｌyＮ層とが交互に積層された構造を有しており、前記Ｔｉ1-xＡｌxＮ層のＡｌ組成比ｘは０≦ｘ＜１の関係を満たし、前記Ｔｉ1-yＡｌyＮ層のＡｌ組成比ｙは０＜ｙ≦１の関係を満たし、前記Ａｌ組成比ｘと前記Ａｌ組成比ｙとは（ｙ−ｘ）≧０．２の関係を満たし、前記非晶質相は、ＴｉおよびＡｌの少なくとも一方の炭化物、窒化物または炭窒化物を含んでいる。
【００１４】
本発明の他の一態様に係る切削工具は、基材と、前記基材上に設けられた上記の硬質被膜とを備えている。
【００１５】
本発明のさらに他の一態様に係る硬質被膜の製造方法は、チタンのハロゲン化物ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガスと、テトラキスネオペンチルチタンガスと、アンモニアガスとを基材の表面に噴出する工程と、前記基材を冷却する工程とを含んでいる。
【発明の効果】
【００１６】
上記によれば、長寿命の切削工具を作製することが可能な硬質被膜、切削工具および硬質被膜の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の切削工具の模式的な断面図である。
【図２】硬質被膜の模式的な拡大断面図である。
【図３】結晶粒の１個の模式的な拡大断面図である。
【図４】実施形態の硬質被膜の作製に用いられるＣＶＤ装置の一例の模式的な断面図である。
【図５】図４に示すガス導入管の模式的な断面図である。
【図６】第１ガス〜第４ガスの噴出方向を示す模式的な平面図である。
【図７】結晶粒の粒径の算出方法を図解する模式的な拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１９】
（１）本発明の一態様に係る硬質被膜は、複数の結晶粒と、前記結晶粒の間の非晶質相とを含み、前記結晶粒は、それぞれ、ｆｃｃ構造を有するＴｉ1-xＡｌxＮ層と、ｆｃｃ構造を有するＴｉ1-yＡｌyＮ層とが交互に積層された構造を有しており、前記Ｔｉ1-xＡｌxＮ層のＡｌ組成比ｘは０≦ｘ＜１の関係を満たし、前記Ｔｉ1-yＡｌyＮ層のＡｌ組成比ｙは０＜ｙ≦１の関係を満たし、前記Ａｌ組成比ｘと前記Ａｌ組成比ｙとは（ｙ−ｘ）≧０．２の関係を満たし、前記非晶質相は、ＴｉおよびＡｌの少なくとも一方の炭化物、窒化物または炭窒化物を含んでいる。これにより、硬質被膜の耐摩耗性が向上するため、当該硬質被膜を備えた切削工具の耐チッピング性および耐欠損性が向上し、ひいては長寿命の切削工具を実現することができる。
【００２０】
（２）本発明の一態様に係る硬質被膜において、隣り合う前記Ｔｉ1-xＡｌxＮ層の１層当たりの厚さと前記Ｔｉ1-yＡｌyＮ層の１層当たりの厚さとの合計厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。隣り合う前記Ｔｉ1-xＡｌxＮ層の１層当たりの厚さと前記Ｔｉ1-yＡｌyＮ層の１層当たりの厚さとの合計厚さが１ｎｍ以上である場合には、硬質被膜の作製が容易となる。また、隣り合う隣り合う前記Ｔｉ1-xＡｌxＮ層の１層当たりの厚さと前記Ｔｉ1-yＡｌyＮ層の１層当たりの厚さとの合計厚さが５０ｎｍ以下である場合には、前記Ｔｉ1-xＡｌxＮ層と前記Ｔｉ1-yＡｌyＮ層との界面の歪の緩和、およびＡｌ組成比の高い前記Ｔｉ1-yＡｌyＮ層の相転移に起因する硬質被膜の耐摩耗性の低下を抑制することができる。また、この場合には、高硬度のｆｃｃ構造を有する結晶粒ではなく低硬度のｈｃｐ構造を有するＴｉＡｌＮ結晶粒の出現を抑制することができる。
【００２１】
（３）本発明の一態様に係る硬質被膜においては、前記結晶粒の粒径が０．０１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。この場合には、結晶粒を高硬度にすることができるとともに、非晶質相を高潤滑性にすることができる。これにより、硬質被膜の耐摩耗性が向上するため、硬質被膜を備えた切削工具の耐チッピング性および耐欠損性が向上し、切削工具のさらなる長寿命化も図ることができる。
【００２２】
（４）本発明の一態様に係る硬質被膜においては、前記非晶質相の厚さが１００ｎｍ以下であることが好ましい。この場合には、硬質被膜が硬脆くなるのを抑制することができるとともに、硬質被膜に好適な潤滑性を付与することができるため、硬質被膜の耐摩耗性を向上することができる。これにより、硬質被膜を備えた切削工具の耐チッピング性および耐欠損性をさらに向上することができる。
【００２３】
（５）本発明の一態様に係る硬質被膜においては、前記硬質被膜のナノインデンテーション法による押し込み硬さが３０ＧＰａ以上であることが好ましい。この場合には、硬質被膜を備えた切削工具を用いて、耐熱合金などの難削材の切削加工を行う際に優れた性能を発揮することができる。
【００２４】
（６）本発明の一態様に係る切削工具は、基材と、前記基材上に設けられた上記のいずれかに記載の硬質被膜とを備えている。これにより、硬質被膜の耐摩耗性が向上するため、硬質被膜を備えた切削工具の耐チッピング性および耐欠損性が向上し、ひいては長寿命の切削工具を実現することができる。
【００２５】
（７）本発明の一態様に係る硬質被膜の製造方法は、チタンのハロゲン化物ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガスと、テトラキスネオペンチルチタンガスと、アンモニアガスとを基材の表面に噴出する工程と、前記基材を冷却する工程とを含んでいる。これにより、Ｔｉ炭化物、Ｔｉ窒化物またはＴｉ炭窒化物からなる非晶質相を形成することができ、非晶質相は、切削加工時の擦化熱による酸化をさらに防止することができる。そのため、結晶粒のウルツ鉱型への突発的な相転移への抑制効果を高めることができるため、Ｔｉ［ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）3］4ガスを用いて非晶質相を形成した場合には、切削工具をさらに長寿命にすることができる。
【００２６】
（８）本発明の一態様に係る硬質被膜の製造方法において、前記基材を冷却する工程は、前記基材を７℃／分以上の速度で４００℃以下に冷却する工程を含み、前記硬質被膜の製造方法は、前記４００℃以下に冷却する工程の後に、アンモニアガスの気流中またはアンモニアガスと水素ガスとの混合ガスの気流中で前記基材を６００℃以上８００℃以下の温度で３０分以上３００分以下加熱する工程をさらに含むことが好ましい。基材を７℃／分以上の速度で４００℃以下に冷却した場合には、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層とＴｉ1-yＡｌyＮ層とが交互に積層された結晶粒をより安定して作製することができる。また、この場合には、結晶粒間の非晶質相に含まれる未反応物および欠陥を除去することができるため、硬質被膜の潤滑性が向上し、切削工具の耐チッピング性および耐欠損性をさらに向上することができる。
【００２７】
[本発明の実施形態の詳細]
以下、実施形態について説明する。なお、実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、本明細書において、ｆｃｃ構造は、面心立方構造の結晶構造を意味するものとする。また、ｈｃｐ構造は、六方細密充填構造の結晶構造を意味するものとする。
【００２８】
＜被膜＞
図１に、実施形態の切削工具の模式的な断面図を示す。図１に示すように、実施形態の切削工具は、基材１１と、基材１１上に設けられた被膜５０とを備えている。被膜５０は、下地膜２０と、下地膜２０上に設けられた硬質被膜３０とを備えている。
【００２９】
図２に、硬質被膜３０の模式的な拡大断面図を示す。図２に示すように、硬質被膜３０は、複数の結晶粒２１と、複数の結晶粒２１の間の非晶質相２２とを含んでいる。
【００３０】
＜結晶粒＞
図３に、結晶粒２１の１個の模式的な拡大断面図を示す。図３に示すように、結晶粒２１は、ｆｃｃ構造を有するＴｉ1-xＡｌxＮ層２１ａと、ｆｃｃ構造を有するＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂとが交互に積層された構造を有している。ここで、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層２１ａのＡｌ組成比ｘは、０≦ｘ＜１の関係を満たしている。また、Ｔｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂのＡｌ組成比ｙは、０＜ｙ≦１の関係を満たしている。さらに、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層２１ａのＡｌ組成比ｘとＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂのＡｌ組成比ｙとは、（ｙ−ｘ）≧０．２の関係を満たしている。
【００３１】
なお、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層２１ａのＡｌ組成比ｘは、上記の関係を満たす限り、結晶粒２１を構成する他の少なくとも１層のＴｉ1-xＡｌxＮ層２１ａのＡｌ組成比ｘと異なっていてもよく、同じであってもよい。また、Ｔｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂのＡｌ組成比ｙも、上記の関係を満たす限り、結晶粒２１を構成する他の少なくとも１層のＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂのＡｌ組成比ｙと異なっていてもよく、同じであってもよい。
【００３２】
また、結晶粒２１のＴｉ1-xＡｌxＮ層２１ａおよびＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂがそれぞれｆｃｃ構造を有していることについては、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた観察により確認することができる。
【００３３】
また、結晶粒２１のＴｉ1-xＡｌxＮ層２１ａおよびＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂの組成（構成元素の種類および構成元素の構成比率）については、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）または３次元アトムプローブ電界イオン顕微鏡分析により求めることができる。
【００３４】
＜非晶質相＞
非晶質相２２は、ＴｉおよびＡｌの少なくとも一方の炭化物、窒化物または炭窒化物を含んでいる。
【００３５】
すなわち、非晶質相２２は、Ｔｉの炭化物（ＴｉＣ）、Ｔｉの窒化物（ＴｉＮ）、Ｔｉの炭窒化物（ＴｉＣＮ）、Ａｌの炭化物（ＡｌＣ）、Ａｌの窒化物（ＡｌＮ）、Ａｌの炭窒化物（ＡｌＣＮ）、ＴｉおよびＡｌの炭化物（ＴｉＡｌＣ）、ＴｉおよびＡｌの窒化物（ＴｉＡｌＮ）およびＴｉおよびＡｌの炭窒化物（ＴｉＡｌＣＮ）からなる群から選択された少なくとも１つの金属化合物を含んでいる。
【００３６】
なお、非晶質相２２の存在は、それぞれ、ＴＥＭを用いた観察により確認することができる。
【００３７】
＜基材＞
基材１１としては、たとえば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化ホウ素焼結体またはダイヤモンド焼結体などを用いることができるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００３８】
＜下地膜＞
下地膜２０としては、基材１１と硬質被膜３０との接合強度を高くすることが可能な膜を用いることができ、たとえば、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）膜またはＴｉＮ膜とＴｉＣＮ膜との積層膜などを用いることができる。
【００３９】
＜切削工具＞
実施形態の切削工具としては、たとえば、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、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマまたはタップなどを挙げることができる。
【００４０】
＜ＣＶＤ装置＞
図４に、実施形態の硬質被膜３０の作製に用いられるＣＶＤ装置の一例の模式的な断面図を示す。図４に示すように、ＣＶＤ装置１０は、基材１１を保持するための基材セット治具１２の複数と、基材セット治具１２を被覆する耐熱合金鋼製の反応容器１３とを備えている。また、反応容器１３の周囲には、反応容器１３内の温度を制御するための調温装置１４が設けられている。反応容器１３にはガス導入口１５を有するガス導入管１６が設けられている。ガス導入管１６は、基材セット治具１２が配置される反応容器１３の内部の空間を鉛直方向に延在するように設けられている。また、ガス導入管１６の内部を流れるガスを基材セット治具１２に保持された基材１１の表面に噴出するための複数の貫通孔１７がガス導入管１６に形成されている。さらに、反応容器１３には、反応容器１３の内部のガスを外部に排気するためのガス排気管１８が設けられており、反応容器１３の内部のガスは、ガス排気管１８の内部を通過して、ガス排気口１９から反応容器１３の外部に排出される。
【００４１】
図５に、図４に示すガス導入管１６の模式的な断面図を示す。なお、図５は、ガス導入管１６の軸方向に垂直な断面であって、貫通孔１７が位置する部分の断面を示している。図５に示すように、ガス導入管１６の軸方向に沿って４つの管路１６ａ〜１６ｄが設けられており、それぞれの管路１６ａ〜１６ｄの外周の一部を構成するように貫通孔１７が設けられている。
【００４２】
図４に示すＣＶＤ装置１０においては、ガス導入管１６のガス導入口１５側から導入された異なる種類の複数のガスは、４つの管路１６ａ〜１６ｄのそれぞれ異なる管路を通って、鉛直上方に流れるとともに、各貫通孔１７から反応容器１３の内部の基材セット治具１２に保持された基材１１の表面に噴出される。
【００４３】
図６に、ガス導入管１６のガス導入口１５側から導入される異なる種類の複数のガス（第１ガス〜第４ガス）の噴出方向を示す模式的な平面図を示す。第１ガスは貫通孔１７から矢印Ｐ１の方向に噴出し、第２ガスは貫通孔１７から矢印Ｐ２の方向に噴出し、第３ガスは貫通孔１７から矢印Ｐ３の方向に噴出し、第４ガスは貫通孔１７から矢印Ｐ４の方向に噴出している。本実施形態においては、第１ガスと第２ガス、第２ガスと第４ガス、第４ガスと第３ガス、第３ガスと第１ガスはそれぞれ軸Ｗに関して互いに９０°の位相を有している状態で貫通孔１７から噴出される。また、ガス導入管１６は、ガス導入管１６の軸を中心軸として回転しながらガスを貫通孔１７から噴出するため、異なる種類の複数のガスのすべてが各基材１１の表面に到達することになる。
【００４４】
＜製造方法＞
以下、図４〜図６に示すＣＶＤ装置を用いて、実施形態の硬質被膜３０の製造方法の一例について説明する。実施形態の硬質被膜３０の製造方法の一例は、噴出工程と冷却工程とを含み、硬質被膜３０をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により製造している。
【００４５】
＜噴出工程＞
まず、本工程を実施するに先立って、ＣＶＤ装置１０の反応容器１３の内部の基材セット治具１２には、硬質被膜３０の形成部位となる基材１１の表面が反応容器１３の内部に露出するように基材１１が配置される。
【００４６】
反応容器１３の内部は、高温減圧環境に維持される。ここで、反応容器１３の内部の温度は７００℃以上９００℃以下に維持されることが好ましい。また、反応容器１３の内部の圧力は、０．１ｋＰａ以上１３ｋＰａ以下に維持されることが好ましい。
【００４７】
次に、ガス導入管１６に、チタンのハロゲン化物ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガスと、チタンのアルキル化合物（テトラキスネオペンチルチタン（Ｔｉ［ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）3］4））ガスと、アンモニア（ＮＨ3）ガスとを導入して、ガス導入管１６に設けられた複数の貫通孔１７から基材１１の表面に噴出させる。
【００４８】
ここで、チタンのハロゲン化物ガスとしては、たとえば四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）ガスなどを用いることができる。また、アルミニウムのハロゲン化物ガスとしては、たとえば三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）ガスなどを用いることができる。
【００４９】
たとえば、第１ガスをＴｉＣｌ4ガスとし、第２ガスをＡｌＣｌ3ガスとし、第３ガスをＴｉ［ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）3］4ガスとし、第４ガスをＮＨ3ガスとする。そして、本実施形態において、第１ガスを管路１６ａ内に導入し、第２ガスを管路１６ｂ内に導入し、第３ガスを管路１６ｃ内に導入し、第４ガスを管路１６ｄ内に導入する。そして、ガス導入管１６が不図示の駆動部によって回転することによって、第１ガス〜第４ガスの各ガスが反応容器１３の内部に同時に噴出され、第１ガス〜第４ガスが順番に基材１１の表面に到達し、基材１１の表面上に膜がＣＶＤ法により形成されることになる。なお、第１ガス〜第４ガスの各ガスとともに、たとえば水素（Ｈ2）ガスおよびアルゴン（Ａｒ）ガスなどのキャリアガスを導入してもよい。
【００５０】
第１ガス〜第４ガスの噴出速度は、各管路１６ａ〜１６ｄ内に導入する各ガスの導入速度（Ｌ／分）、各管路１６ａ〜１６ｄに通じる貫通孔１７の数、大きさ等を制御することにより容易に制御することができる。
【００５１】
＜冷却工程＞
次に、基材１１を冷却する。ここで、基材１１は、７℃／分以上の速度で４００℃以下に冷却することが好ましい。この場合には、ｆｃｃ構造を有するＴｉ1-xＡｌxＮ層２１ａとｆｃｃ構造を有するＴｉ1-yＡｌyＮ層２２ａとが交互に積層された構造を有する結晶粒２１を安定して作製することができる。
【００５２】
また、基材１１を７℃／分以上の速度で４００℃以下に冷却した後に、ＮＨ3ガスの気流中またはＮＨ3ガスとＨ2ガスとの混合ガスの気流中で基材１１を６００℃以上８００℃以下の温度で３０分以上３００分以下加熱することが好ましい。この場合には、非晶質相２２に含まれる未反応物および欠陥を除去することができるため硬質被膜３０の潤滑性が向上し、実施形態の切削工具の耐チッピング性および耐欠損性をさらに向上することができる。
【００５３】
＜作用効果＞
実施形態の硬質被膜３０は、複数の結晶粒２１と、複数の結晶粒２１の間の非晶質相２２とを含み、結晶粒２１は、それぞれ、ｆｃｃ構造を有するＴｉ1-xＡｌxＮ層２１ａと、ｆｃｃ構造を有するＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂとが交互に積層された構造を有しており、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層２１ａのＡｌ組成比ｘとＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂのＡｌ組成比ｙとは、０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１、および（ｙ−ｘ）≧０．２の関係を満たしており、非晶質相２２は、ＴｉおよびＡｌの少なくとも一方の炭化物、窒化物または炭窒化物を含んでいる。
【００５４】
このような構成を有する硬質被膜３０においては、同一結晶構造（ｆｃｃ構造）で異なる組成のＴｉＡｌＮ結晶からなるＴｉ1-xＡｌxＮ層２１ａとＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂとの界面に組成の違いに起因する格子間隔の不整合歪が蓄積される。Ｔｉ1-xＡｌxＮ層２１ａとＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂとの界面に生じたナノレベルの不整合の蓄積を形成することによって、硬質被膜３０の硬度が著しく向上し、結果として耐摩耗性が向上する。
【００５５】
また、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層２１ａのＡｌ組成比ｘと、Ｔｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂのＡｌ組成比ｙとが（ｙ−ｘ）≧０．２の関係を満たすことによって、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層２１ａとＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂとの界面に形成される歪を大きくすることができるため、硬質被膜３０の硬度をさらに高めることができる。これにより、硬質被膜３０の耐摩耗性がさらに向上する。
【００５６】
さらに、結晶粒２１の間には、ＴｉおよびＡｌの少なくとも一方の炭化物、窒化物または炭窒化物を含む非晶質相２２が設けられている。非晶質相２２は、硬質被膜３０の潤滑性を向上させることにより、硬質被膜３０の耐摩耗性を向上させることができる。また、非晶質相２２は、従来の非晶質炭素よりも酸化されにくいため、結晶粒２１のＡｌ組成比の大きいＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂのウルツ鉱型への突発的な相転移に起因する切削工具の突発的な欠損の発生を抑制することができる。
【００５７】
以上の理由により、本実施形態においては、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層２１ａとＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂとが交互に積層されてなる結晶粒２１および非晶質相２２によって、高硬度かつ高潤滑性の硬質被膜３０の耐摩耗性を向上することができる。これにより、硬質被膜３０の耐摩耗性が向上するため、硬質被膜３０を備えた切削工具の耐チッピング性および耐欠損性が向上し、ひいては長寿命の切削工具を実現することができる。また、従来の非晶質炭素よりも酸化されにくい非晶質相２２によって、結晶粒２１のＡｌ組成比の大きいＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂのウルツ鉱型への突発的な相転移に起因する突発的な欠損の発生を抑制することができるため、この作用も切削工具の長寿命化に寄与している。
【００５８】
また、硬質被膜３０の形成時に、チタンのハロゲン化物ガス、アルミニウムのハロゲン化物ガスおよびＮＨ3ガスとともに、Ｔｉ［ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）3］4ガスを導入することによって、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＣ、ＴｉＡｌＮおよびＴｉＡｌＣＮからなる群から選択された少なくとも１つの金属化合物を含むを非晶質相２２を形成することができる。これらのＴｉ炭化物、Ｔｉ窒化物およびＴｉ炭窒化物は切削加工時の擦化熱による酸化をさらに防止することができるため、Ａｌ組成比の大きいＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂのウルツ鉱型への突発的な相転移への抑制効果を高めることができる。そのため、Ｔｉ［ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）3］4ガスを用いて非晶質相２２を形成した場合には、切削工具をさらに長寿命にすることができる。
【００５９】
＜その他の好ましい形態＞
≪Ｔｉ1-xＡｌxＮ層とＴｉ1-yＡｌyＮ層との合計厚さ≫
結晶粒２１において、隣り合うＴｉ1-xＡｌxＮ層２１ａの１層当たりの厚さｔ１とＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂの１層当たりの厚さｔ２との合計厚さｔ３は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。隣り合うＴｉ1-xＡｌxＮ層２１ａの１層当たりの厚さｔ１とＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂの１層当たりの厚さｔ２との合計厚さｔ３が１ｎｍ以上である場合には、硬質被膜３０の作製が容易となる。また、隣り合うＴｉ1-xＡｌxＮ層２１ａの１層当たりの厚さｔ１とＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂの１層当たりの厚さｔ２との合計厚さｔ３が５０ｎｍ以下である場合には、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層２１ａとＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂとの界面の歪の緩和、およびＡｌ組成比の高いＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂの相転移に起因する被膜３０の耐摩耗性の低下を抑制することができる。また、この場合には、高硬度のｆｃｃ構造を有する結晶粒ではなく低硬度のｈｃｐ構造を有するＴｉＡｌＮ結晶粒の出現を抑制することができる。
【００６０】
なお、結晶粒２１において、隣り合うＴｉ1-xＡｌxＮ層２１ａとＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂとの少なくとも１組の合計厚さが１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であればよいが、隣り合うＴｉ1-xＡｌxＮ層２１ａとＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂとのすべての組の合計厚さが１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが耐摩耗性に優れた硬質被膜３０を安定して作製する観点からは好ましい。
【００６１】
また、Ｔｉ1-xＡｌxＮ層２１ａの１層当たりの厚さｔ１およびＴｉ1-yＡｌyＮ層２１ｂの１層当たりの厚さｔ２とは、それぞれ、基材１１の表面上に硬質被膜３０を形成し、基材１１の表面上に形成された硬質被膜３０の断面をＳＴＥＭを用いたＳＴＥＭ高角度散乱暗視野法（ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ：High-Angle  Annular  Dark-field  Scanning  Transmission  Electron  Microscopy）で観察することにより測定することができる。
【００６２】
≪結晶粒の粒径≫
結晶粒２１の粒径は、０．０１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。結晶粒２１の粒径が０．０１μｍ以上１μｍ以下である場合には、結晶粒２１を高硬度にすることができるとともに、非晶質相２２を高潤滑性にすることができる。これにより、硬質被膜３０の耐摩耗性が向上するため、硬質被膜３０を備えた実施形態の切削工具の耐チッピング性および耐欠損性が向上し、切削工具のさらなる長寿命化も図ることができる。
【００６３】
結晶粒２１の粒径は、以下の方法（以下、この方法を「線分法」という）で算出される。まず、たとえば、図７の模式的拡大平面図に示すように、硬質被膜３０を光学顕微鏡を用いて観察して得られた組織を紙面に印刷し、任意の線４０を引き、線４０全体の長さ（Ｌ）を調べる。次に、線４０が横切る結晶粒２１のそれぞれの長さ（ＬＣ１、ＬＣ２、ＬＣ３）を調べる。最後に、上記のように調べた長さ（Ｌ、ＬＣ１、ＬＣ２およびＬＣ３）をそれぞれ実際の長さに換算し、線４０が横切る結晶粒２１のそれぞれの換算後の長さの合計（ＬＣ１＋ＬＣ２＋ＬＣ３）を線４０が横切る結晶粒２１の数（３個）で割ることによって、結晶粒２１の粒径を算出することができる。
【００６４】
≪非晶質相の厚さ≫
非晶質相２２の厚さは、１００ｎｍ以下であることが好ましい。非晶質相２２の厚さが１００ｎｍ以下である場合、硬質被膜３０が硬脆くなるのを抑制することができるとともに、硬質被膜３０に好適な潤滑性を付与することができるため硬質被膜３０の耐摩耗性を向上することができる。これにより、硬質被膜３０を備えた実施形態の切削工具の耐チッピング性および耐欠損性をさらに向上することができる。
【００６５】
非晶質相２２の厚さも線分法で算出される。たとえば、まず、図７の模式的拡大平面図に示すように、硬質被膜３０を光学顕微鏡を用いて観察して得られた組織を紙面に印刷し、任意の線４０を引き、線４０全体の長さ（Ｌ）を調べる。次に、線４０が横切る非晶質相２２のそれぞれの長さ（ＬＡ１、ＬＡ２）を調べる。最後に、上記のように調べた長さ（Ｌ、ＬＡ１およびＬＡ２）をそれぞれ実際の長さに換算し、線４０が横切る非晶質相２２の数（２個）で割ることによって、非晶質相２２の厚さを算出することができる。
【００６６】
≪押し込み硬さ≫
硬質被膜３０のナノインデンテーション法による押し込み硬さは３０ＧＰａ以上であることが好ましい。硬質被膜３０のナノインデンテーション法による押し込み硬さが３０ＧＰａ以上である場合には、硬質被膜３０を備えた切削工具を用いて、耐熱合金などの難削材の切削加工を行う際に優れた性能を発揮することができる。
【００６７】
硬質被膜３０のナノインデンテーション法による押し込み硬さは、ナノインデンテーション法が利用可能な超微小押し込み硬さ試験機（たとえば、（株）エリオニクス社製）を用いて硬質被膜３０の厚さ方向に垂直に所定の荷重（たとえば２５ｍＮ）で圧子を押し込んだときの圧子と硬質被膜３０との接触面積で除することによって算出される。
【００６８】
＜その他の構成＞
硬質被膜３０は、塩素（Ｃｌ）、酸素（Ｏ）および炭素（Ｃ）からなる群から選択された少なくとも１種の不純物を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。
【００６９】
実施形態の切削工具の被膜５０は、下地膜２０および硬質被膜３０以外の膜を含んでいてもよい。下地膜２０および硬質被膜３０以外の膜としては、たとえば、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆからなる群から選択された少なくとも１つと、Ｎ、Ｏ、Ｃ、Ｂ、ＣＮ、ＢＮ、ＣＯおよびＮＯからなる群から選択された少なくとも１つとの化合物からなる膜を含んでいてもよい。また、被膜５０は、耐酸化膜として、α−Ａｌ2Ｏ3膜およびκ−Ａｌ2Ｏ3膜の少なくとも一方を含んでいてもよい。たとえば、被膜５０は、最表面の最外膜として、硬質被膜３０以外の他の膜を含んでいてもよい。また、被膜５０は、下地膜２０を含んでいなくてもよい。
【００７０】
硬質被膜３０の総厚Ｔ１は、１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。硬質被膜３０の総厚Ｔ１が１μｍ以上である場合には、硬質被膜３０の特性が顕著に向上する傾向にある。硬質被膜３０の総厚Ｔ１が２０μｍ以下である場合には、硬質被膜３０の特性の向上に大きな変化が見られる傾向にある。硬質被膜３０の特性を向上させる観点からは、硬質被膜３０の総厚Ｔ１は、２μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましく、３μｍ以上１０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００７１】
被膜５０の総厚Ｔ２は、３μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。被膜５０の総厚Ｔ２が３μｍ以上である場合には、被膜５０特性が好適に発揮される傾向にある。被膜５０の総厚Ｔ２が３０μｍ以下である場合には、切削加工時の被膜５０の剥離を抑制することができる傾向にある。被膜５０の特性を好適に発揮するとともに、切削中の被膜５０の剥離を抑制する観点からは、被膜５０の総厚Ｔ２は、５μｍ以上２０μｍ以下であることがより好ましく、７μｍ以上１５μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００７２】
被膜５０の圧縮残留応力の絶対値は、Ｘ線回折法による残留応力測定において、０．２ＧＰａ以下であることが好ましい。被膜５０の圧縮残留応力の絶対値が０．２ＧＰａ以下である場合には、被膜５０に適切な大きさの歪が維持されるため、被膜５０が高硬度になる傾向にある。被膜５０を高硬度にする観点からは、被膜５０の圧縮残留応力の絶対値は、０．２ＧＰａ以上２ＧＰａ以下であることがより好ましく、０．２ＧＰａ以上２ＧＰａ以下であることがさらに好ましい。なお、被膜５０の圧縮残留応力は、たとえば付加的な物理処理（ピーニング処理）等によって発現し得る。
【００７３】
ここで、「圧縮残留応力」とは、被膜５０に存する内部応力（固有ひずみ）の一種であって、「−」（マイナス）の数値（単位：実施形態では「ＧＰａ」を使う）で表される応力をいう。このため、圧縮残留応力が大きいという概念は、上記数値の絶対値が大きくなることを示し、また、圧縮残留応力が小さいという概念は、上記数値の絶対値が小さくなることを示す。すなわち、圧縮残留応力の絶対値が２ＧＰａ以下であるとは、被膜５０に関する好ましい圧縮残留応力が−２ＧＰａ以上０ＧＰａ未満であることを意味する。
【００７４】
被膜５０の圧縮残留応力は、Ｘ線応力測定装置を用いたｓｉｎ2ψ法により測定することができる。このようなＸ線を用いたｓｉｎ2ψ法は、多結晶材料の残留応力の測定方法として広く用いられているものであり、たとえば、「Ｘ線応力測定法」（日本材料学会、１９８１年株式会社養賢堂発行）の５４〜６７頁に詳細に説明されている方法を用いることができる。
【実施例】
【００７５】
以下の各試料における被膜の各膜の厚さは、ＳＴＥＭを用いたＳＴＥＭ高角度散乱暗視野法で被膜の断面を観察することにより測定したものである。また、以下の各試料における被膜の各膜の組成は、３次元アトムプローブ電界イオン顕微鏡分析により求めた。また、以下の各試料における被膜の各膜の結晶粒の結晶構造および非晶質相の存在は、ＴＥＭを用いた観察により確認した。以下の各試料における被膜の各膜の結晶粒の粒径および非晶質相の厚さはそれぞれ線分法で算出した。また、以下の各試料における被膜のナノインデンテーション法による押し込み硬さ（Ｈｖ）は、（株）エリオニクス社製の超微小押し込み硬さ試験機を用いて算出した。さらに、以下の各試料の被膜の圧縮残留応力の絶対値は、Ｘ線応力測定装置を用いたｓｉｎ2ψ法により算出した。
【００７６】
＜切削工具の作製＞
≪基材の準備≫
まず、被膜を形成させる対象となる基材として、以下の表１に示す基材Ｋおよび基材Ｌを準備した。具体的には、まず、表１に記載の配合組成（質量％）からなる原料粉末を均一に混合した。表１中の「残り」とは、ＷＣが配合組成（質量％）の残部を占めることを示している。次に、この混合粉末を所定の形状に加圧成形した後に、１３００〜１５００℃で１〜２時間焼結することにより、超硬合金からなる基材Ｋおよび基材Ｌを得た。
【００７７】
【表１】
0006344601.tif 000002
【００７８】
≪被膜の作製：試料Ｎｏ．１〜２３≫
基材Ｋまたは基材Ｌの表面上に、表２の被膜の構成の欄に示される下地膜、硬質被膜および最外膜を形成することによって、基材Ｋまたは基材Ｌの表面上に被膜が形成された切削工具（試料Ｎｏ．１〜２３）を作製した。なお、試料Ｎｏ．１〜８および１０〜１８の切削工具が実施例であり、試料Ｎｏ．９および１９〜２３の切削工具が比較例である。
【００７９】
【表２】
0006344601.tif 000003
【００８０】
表２において、下地膜は基材の表面と直接接する膜であり、硬質被膜は下地膜上に形成された膜であり、最外膜は硬質被膜上に形成された膜であって外部に露出する膜である。また、表２の化合物の記載は、表２の下地膜、硬質被膜および最外膜を構成する化合物であり、化合物の右の括弧は膜の厚さを意味している。また、表２の１つの欄内に２つの化合物（たとえば、「ＴｉＮ（０．５）−ＴｉＣＮ（２．５）」）が記載されている場合には、左側（「ＴｉＮ（０．５）」）の化合物が基材の表面に近い側に位置する膜であることを意味し、右側（「ＴｉＣＮ（２．５）」）の化合物が基材の表面から遠い側に位置する膜であることを意味しており、括弧の中の数値はそれぞれの膜の厚さを意味している。また、表２の「−」で示される欄は、膜が存在しないことを意味する。
【００８１】
たとえば、表２の試料Ｎｏ．１の切削工具は、基材Ｋの表面上に０．５μｍの厚さのＴｉＮ膜および２．５μｍの厚さのＴｉＣＮ膜がこの順序に積層されて下地膜が形成され、その上に後述する形成条件ａで形成された５．０μｍの厚さの硬質被膜が形成され、硬質被膜上には最外膜が形成されていない被膜を有しているとともに、被膜の厚さが８．０μｍである切削工具を意味している。
【００８２】
表２に示す下地膜および最外膜は、従来公知のＣＶＤ法によって形成された膜であり、その形成条件は表３に示す通りである。たとえば、表３の「ＴｉＮ（下地膜）」の行には、下地膜としてのＴｉＮ膜の形成条件が示されている。表３のＴｉＮ膜（下地膜）の記載は、ＣＶＤ装置の反応容器内（容器内の環境は６．７ｋＰａ、９１５℃）に基材を配置し、反応容器内に２体積％のＴｉＣｌ4ガス、３９．７体積％のＮ2ガスおよび残り５８．３体積％のＨ2ガスからなる混合ガスを６３．８Ｌ／分の流量で噴出することにより形成されたことを意味している。なお、各形成条件によって形成される各膜の厚さは、各反応ガスを噴出する時間によって制御している。
【００８３】
【表３】
0006344601.tif 000004
【００８４】
また、表２に示される硬質被膜は、図４〜図６に示されるＣＶＤ装置１０を用いて、表４に示す形成条件ａ〜ｊまたはｍのいずれかの条件で作製された。たとえば、表４の形成条件ａ（１−Ａ−Ｉ）の記載は、硬質被膜が、表５のＮｏ．１の成膜温度（７８０℃）、炉内圧力（３ｋＰａ）、反応ガス組成（Ｎ2：１０体積％、Ａｒ：５体積％、ＡｌＣｌ3：１．５体積％、ＴｉＣｌ4：０．５体積％、Ｔｉ［ＣＨ2Ｃ（ＣＨ3）3］4：０．０１体積％、ＮＨ3：４体積％、Ｈ2：残り）および全ガス量（５５Ｌ／分）の条件で形成され、その後、表６のＮｏ．Ａの冷却速度で基材が冷却され、最後に、表７のＩの加熱温度（８００℃）、加熱時間（３０分）および気流組成の条件で基材が加熱されることによって、表４に示す特性（Ｔｉ1-xＡｌxＮ層のＡｌ組成比ｘ（０．５０）、Ｔｉ1-yＡｌyＮ層のＡｌ組成比ｙ（０．８０）、ｙ−ｘ（０．３）、隣り合うＴｉ1-xＡｌxＮ層の１層とＴｉ1-yＡｌyＮ層の１層との合計厚さ（１５ｎｍ）、結晶粒の粒径（１００ｎｍ未満）、非晶質相の厚さ（２０μｍ未満）、硬質被膜のＨｖ（３０．７ＧＰａ）および硬質被膜の相転移温度（９７０℃）を有する硬質被膜を作製した。
【００８５】
以上のようにして、表２に示す試料Ｎｏ．１〜１８においては、複数の結晶粒と、結晶粒の間の非晶質相とを含み、それぞれの結晶粒は、表４に示す組成のｆｃｃ構造を有するＴｉ1-xＡｌxＮ層と、ｆｃｃ構造を有するＴｉ1-yＡｌyＮ層とが交互に１層ずつ積層された構造を有しており、結晶粒間にＴｉＣＮからなる非晶質相が形成された硬質被膜が形成された。
【００８６】
なお、表４の形成条件ｊは、複数のＡｌ0.87Ｔｉ0.13Ｎ結晶粒とその間の非晶質炭素（ａ−Ｃ）とを含む単層を表５のＮｏ．６に示す条件のＣＶＤ法により形成した後に、表６のＮｏ．Ｃの冷却速度で基材が冷却され、表７のＮｏ．ＩＩＩに示すように冷却後に加熱されずに形成された膜であることを意味している。
【００８７】
また、表４の形成条件ｍも、Ａｌ0.5Ｔｉ0.5Ｎの多結晶膜の単層を表５のＮｏ．７に示す条件のＰＶＤ法で形成した後に、表６のＮｏ．Ｃの冷却速度で基材が冷却され、表７のＮｏ．ＩＩＩに示すように冷却後に加熱されずに形成された膜であることを意味している。
【００８８】
また、表２の硬質被膜の欄のａ〜ｊおよびｍの記載は、それぞれ、表４の形成条件の欄のａ〜ｊおよびｍの条件で形成された膜であることを意味しており、表２の硬質被膜の欄のａ〜ｊおよびｍの右側の括弧の中の数値は硬質被膜の総厚を意味している。
【００８９】
また、表４の結晶粒の粒径は、硬質被膜の結晶粒の粒径を意味し、表４の非晶質相の厚さは、硬質被膜の非晶質相の厚さを意味している。
【００９０】
また、表４に示す相転移温度は、被膜を加熱して結晶粒がウルツ鉱型に相転移したときの温度を意味している。なお、ウルツ鉱型への相転移は、ＴＥＭを用いて硬質被膜を観察することにより行った。
【００９１】
【表４】
0006344601.tif 000005
【００９２】
【表５】
0006344601.tif 000006
【００９３】
【表６】
0006344601.tif 000007
【００９４】
【表７】
0006344601.tif 000008
【００９５】
＜切削性能＞
上記のようにして作製した試料Ｎｏ．１〜２３の切削工具を用いて、以下の切削試験１〜５を行い、各切削工具の切削性能を評価した。
【００９６】
＜切削試験１：丸棒外周切削試験＞
試料Ｎｏ．１〜４、９、１９および２３の切削工具について、以下の切削試験１の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２０ｍｍとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表８に示す。表８の切削時間の欄の数値が大きいほど、被膜の耐摩耗性に優れ、切削工具が長寿命であることを示している。また、表８に示す最終損傷形態の記載が、正常摩耗、チッピングおよび欠損の順に耐摩耗性が優れていることを示す。なお、表８の最終損傷形態において、「正常摩耗」とはチッピングおよび欠けを生じず、摩耗のみで構成される損傷形態（平滑な摩耗面を有する）を意味し、「欠損」は切れ刃部に生じた大きな欠けを意味する。
【００９７】
＜切削試験１の切削条件＞
被削材：ＳＵＳ３１６丸棒外周切削
周速：２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：１．０ｍｍ
切削液：有り
【００９８】
【表８】
0006344601.tif 000009
【００９９】
表８に示すように、試料Ｎｏ．１〜４の切削工具は、それぞれ、試料Ｎｏ．９、１９および２３の切削工具と比べて、耐摩耗性に優れ、切削工具の長寿命を達成できることが確認された。これは、試料Ｎｏ．１〜４の被膜は、試料Ｎｏ．９、１９および２３の被膜と比べて耐摩耗性に優れていることを示している。
【０１００】
＜切削試験２：丸棒外周切削試験＞
試料Ｎｏ．１、３、６、７、９、１９、２１および２３の切削工具について、以下の切削試験２の切削条件により逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２０ｍｍとなるまでの切削時間を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表９に示す。表９の切削時間の欄の数値が大きいほど、被膜の耐摩耗性が優れ、切削工具が長寿命であることを示している。なお、表９の最終損傷形態において、「チッピング」は、仕上げ面を生成する切れ刃部に生じた微小な欠けを意味している。表９のその他の表記は、表８と同様である。
【０１０１】
＜切削試験２の切削条件＞
被削材：ＦＣＤ７００丸棒外周切削
周速：２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：１．０ｍｍ
切削液：有り
【０１０２】
【表９】
0006344601.tif 000010
【０１０３】
表９に示すように、試料Ｎｏ．１、３、６および７の切削工具は、それぞれ、試料Ｎｏ．９、１９、２１および２３の切削工具と比べて、耐摩耗性に優れ、切削工具の長寿命を達成できることが確認された。これは、試料Ｎｏ．１、３、６および７の被膜は、試料Ｎｏ．９、１９、２１および２３の被膜と比べて耐摩耗性に優れていることを示している。
【０１０４】
＜切削試験３：溝材耐チッピング性試験＞
試料Ｎｏ．１、２、３、５、６、９、１９、２１および２３の切削工具について、以下の切削試験３の切削条件により工具刃先部において欠損またはチッピングが発生するまでの切削時間（分）を測定した。その結果を表１０に示す。表１０に示す切削時間が長いものほど、耐疲労靭性に優れていることを示している。
【０１０５】
＜切削試験３の切削条件＞
被削材：ＳＣＭ４３５溝材
周速：２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｓ
切込み量：１．０ｍｍ
切削液：有り
【０１０６】
【表１０】
0006344601.tif 000011
【０１０７】
表１０に示すように、試料Ｎｏ．１、２、３、５および６の切削工具は、試料Ｎｏ．９、１９、２１および２３の切削工具と比べて、耐疲労靱性に優れることが確認された。試料Ｎｏ．１、２、３、５および６の切削工具が高い耐疲労靱性を有するのは、これらの切削工具が有するＴｉ1-xＡｌxＮ層とＴｉ1-yＡｌyＮ層との交互積層構造を有する結晶粒と結晶粒間の非晶質相とからなる硬質被膜が高い弾性回復率を有するためと考えられる。
【０１０８】
＜切削試験４：ブロック材耐チッピング性試験＞
表１１に示す試料Ｎｏ．１０、１１、１４、１５、１６、２０および２２の切削工具について、以下の切削試験４の切削条件により欠損または逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２０ｍｍになるまでの切削距離を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表１１に示す。表１１に示す切削距離の欄の数値が大きいほど、耐摩耗性に優れていることを示す。なお、表１１の最終損傷形態の欄の表記は表８および表９と同様である。
【０１０９】
＜切削試験４の切削条件＞
被削材：ＦＤ４５０ブロック材
周速：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．３ｍｍ／ｓ
切込み量：２．０ｍｍ
切削液：有り
カッタ：ＷＧＣ４１６０Ｒ（住友電工ハードメタル社製）
チップ：ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｇ１枚刃（住友電工ハードメタル社製）
【０１１０】
【表１１】
0006344601.tif 000012
【０１１１】
表１１に示すように、試料Ｎｏ．１０、１１、１４、１５、１６、２０および２２の切削工具の最終損傷形態はすべて欠損であったが、試料Ｎｏ．１０、１１、１４、１５および１６の切削工具は、試料Ｎｏ．２０および２２の切削工具と比べて、切削距離が長く、耐摩耗性に優れていることが確認された。これは、試料Ｎｏ．１０、１１、１４、１５および１６の被膜は、試料Ｎｏ．２０および２２の被膜と比べて、耐摩耗性に優れていることを示している。
【０１１２】
＜切削試験５：ブロック材耐チッピング性試験＞
表１２に示す試料Ｎｏ．１２、１３、１６、１７、１８、２０および２２の切削工具について、以下の切削試験５の切削条件により欠損または逃げ面摩耗量（Ｖｂ）が０．２０ｍｍになるまでの切削距離を測定するとともに刃先の最終損傷形態を観察した。その結果を表１２に示す。表１２に示す切削距離の欄の数値が大きいほど、耐摩耗性に優れていることを示す。なお、表１２の最終損傷形態の欄の表記は表８および表９と同様である。
【０１１３】
＜切削試験５の切削条件＞
被削材：ＳＵＳ３０４ブロック材
周速：２００ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｓ
切込み量：１．５ｍｍ
切削液：なし
カッタ：ＷＧＣ４１６０Ｒ（住友電工ハードメタル社製）
チップ：ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｇ１枚刃（住友電工ハードメタル社製）
【０１１４】
【表１２】
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【０１１５】
表１２に示すように、試料Ｎｏ．１２、１３、１６、１７、１８、２０および２２の切削工具の最終損傷形態はすべて欠損であったが、試料Ｎｏ．１２、１３、１６、１７および１８の切削工具は、試料Ｎｏ．２０および２２の切削工具と比べて、切削距離が長く被膜の耐摩耗性に優れていることが確認された。これは、試料Ｎｏ．１２、１３、１６、１７、１８、２０および２２の被膜は、試料Ｎｏ．２０および２２の被膜と比べて耐摩耗性に優れていることを示している。
【０１１６】
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各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。
【０１１７】
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実施の形態および実施例ではなく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。
【符号の説明】
【０１１８】
１０  ＣＶＤ装置
１１  基材
１２  基材セット治具
１３  反応容器
１４  調温装置
１５  ガス導入口
１６  ガス導入管
１７  貫通孔
１８  ガス排気管
１９  ガス排気口
２０  下地膜
２１ａ  Ｔｉ1-xＡｌxＮ層
２１ｂ  Ｔｉ1-yＡｌyＮ層
２２  非晶質相
３０  硬質被膜
４０  線
５０  被膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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