(57)【要約】【課題】膜硬度が高く最外層が酸化アルミニウム膜との密着性が良く平滑であり、摺動性及び耐摩耗性の優れた被覆部材を提供することである。【解決手段】基体表面に周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の１種又は２種以上からなる酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物の何れか１種の単層皮膜又は２種以上の多層皮膜、並びに少なくとも１層の酸化アルミニウム膜を被覆してなる被覆部材であって、酸化アルミニウム膜の外層側に粒状又は扁平な炭化チタン膜を有し、更に炭酸化チタン膜及び／又は炭窒酸化チタン膜の少なくとも１種以上を有し、該炭化チタン膜、該炭酸化チタン膜、該炭窒酸化チタン膜の各膜厚の合計が１μｍ以上であることを特徴とする被覆部材である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体表面に周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の１種又は２種以上からなる酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物の何れか１種の単層皮膜又は２種以上の多層皮膜、並びに少なくとも１層の酸化アルミニウム膜を被覆してなる被覆部材であって、酸化アルミニウム膜の外層側に粒状又は扁平な炭化チタン膜を有し、更に炭酸化チタン膜及び／又は炭窒酸化チタン膜の少なくとも１種以上を有し、該炭化チタン膜、該炭酸化チタン膜、該炭窒酸化チタン膜の各膜厚の合計が１μｍ以上であることを特徴とする被覆部材。
【請求項２】
請求項１記載の被覆部材において、該炭化チタン膜の平均結晶粒径が０．２〜１μｍであることを特徴とする被覆部材。
【請求項３】
請求項１又は２記載の被覆部材において、該炭化チタン膜の組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）の最大値が２．５以下であることを特徴とする被覆部材。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の被覆部材において、最外層がジルコニウム化合物膜により構成されていることを特徴とする被覆部材。
【請求項５】
請求項４記載の被覆部材において、該被覆部材は刃先を有し、該刃先部周辺の１部又は全部に酸化アルミニウム膜が露出していることを特徴とする被覆部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜硬度が高く最外層が酸化アルミニウム膜との密着性が良く平滑であり、摺動性及び耐摩耗性の優れた被覆部材であり、特に切削工具等への適用した場合、耐溶着性にも優れた被覆部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
硬質皮膜を被覆した被覆部材は超硬合金、高速度鋼又は特殊鋼等よりなる基体表面に硬質皮膜を化学蒸着法又は物理蒸着法等により被覆して作製され、皮膜の耐摩耗性と基体の強靱性とを兼ね備えていることから重用されている。例えば、切削工具等に化学蒸着法により酸化アルミニウム膜を形成すると、酸化アルミニウム膜の結晶粒径が大きいために酸化アルミニウム膜表面の凹凸が大きくなる傾向にある。この酸化アルミニウム膜の外層側に窒化チタン膜や炭窒化チタン膜を形成すると、酸化アルミニウム膜の顕著な凹凸が反映されて、窒化チタン膜や炭窒化チタン膜の表面粗さＲａが大きくなり、工具刃先部における切削時の耐衝撃性が低下し、刃先に欠損を生じる等の問題や、窒化チタン膜や炭窒化チタン膜が被削材と反応し、溶着を起こしやすくなる欠点があった。これらの問題を解決するために、特許文献１〜４が開示されている。
特許文献１は、工具刃先部の最外層を酸化アルミニウム膜から構成され、刃先以外の部分の最外層をＴｉＮ、Ｔｉ（ＣＮ）の何れかにより構成したコーティング工具を開示している。特許文献２は、上記問題を解決するため、工具の刃先部の最外層を酸化アルミニウム膜で構成し、刃先部以外の最外層を耐溶着性と摺動性とが優れるジルコニウム化合物で構成する事を開示している。特許文献３は、酸化アルミニウム層の外層側に最外層を有し、該最外層の下地層として、ＴｉＯｘ層を０．１〜３μｍの膜厚で形成した後、ＴｉＣ（Ｏ）層を０．０５〜２μｍを形成することが開示されている。ここで、（Ｏ）は最外層を構成する下地層からの拡散酸素を表している。特許文献４は、酸化アルミニウム層や酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとの混合層の外層側に最外層を有し、該最外層の下地層として、ＴｉＯｘ層を形成した後、ＺｒＣ１−ｚ（Ｏ）ｚやＺｒＮ１−ｚ（Ｏ）ｚ、Ｚｒ（ＣＮ）１−ｚ（Ｏ）ｚ層を形成することが開示されている。しかしながら、特許文献１、３、４に開示されている従来技術では、酸化アルミニウム層等の外層側には、ＴｉＮ、Ｔｉ（ＣＮ）、ＴｉＯｘ層などの窒素や酸素が主に含有されている皮膜が構成されているため、膜硬度が低く、耐摩耗性が劣る欠点を有している。また、最表面層にＴｉＣ（Ｏ）、ＺｒＣ１−ｚ（Ｏ）ｚ、Ｚｒ（ＣＮ）１−ｚ（Ｏ）ｚを被覆している場合も、これらの皮膜は炭素を含有する皮膜ではあるものの、酸素を必須としているため硬度が低くなり、耐摩耗性が劣る欠点がある。特許文献２は、酸化アルミニウム層の外層側に摺動性の良いジルコニウム化合物膜を被覆する事を開示している。しかし、微結晶粒で硬度の高い炭化チタン皮膜を被覆し、耐摩耗性を改善する技術に関しては具体的に開示していない。
【０００３】
【特許文献１】特許第２８２５６９３号公報
【特許文献２】特開２００１−４７３０５号公報
【特許文献３】特開２００１−６２６０４号公報
【特許文献４】特開２００２−９６２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、膜硬度が高く最外層が酸化アルミニウム膜との密着性が良く平滑であり、摺動性及び耐摩耗性の優れた被覆部材を提供することである。特に切削工具等へ適用した場合、耐溶着性にも優れた被覆部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、基体表面に周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の１種又は２種以上からなる酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物の何れか１種の単層皮膜又は２種以上の多層皮膜、並びに少なくとも１層の酸化アルミニウム膜を被覆してなる被覆部材であって、酸化アルミニウム膜の外層側に粒状又は扁平な炭化チタン膜を有し、更に炭酸化チタン膜及び／又は炭窒酸化チタン膜の少なくとも１種以上を有し、該炭化チタン膜、該炭酸化チタン膜、該炭窒酸化チタン膜の各膜厚の合計が１μｍ以上であることを特徴とする被覆部材である。上記構成を採用することによって酸化アルミニウム膜との密着性が優れ、しかも膜硬度が高く膜表面が平滑である最外層を有し、摺動性及び耐摩耗性が格段に優れた被覆部材を得ることができる。特に切削工具等へ適用した場合、耐溶着性にも優れた被覆部材を得ることができる。
【０００６】
本発明は、該炭化チタン膜の平均結晶粒径が０．２〜１μｍであることが好ましい。組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）の最大値は２．５以下であることが好ましい。また、本発明の被覆部材は、最外層が実質的にジルコニウム化合物膜により構成されていることが好ましい。更に、本発明の被覆部材は刃先を有し、該刃先部周辺の１部又は全部に酸化アルミニウム膜が露出していることが好ましい。該ジルコニウム化合物膜は酸素を含有していることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の被覆部材は、酸化アルミニウム膜の外層側に、膜硬度が高く最外層が酸化アルミニウム膜との密着性が良く平滑であり、摺動性及び耐摩耗性の優れた被覆部材を提供することができる。特に切削工具等へ適用した場合、耐溶着性にも優れた被覆部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の酸化アルミニウム膜は結晶の異方性が大きいため、膜表面の凹凸が大きくなってしまう。そこで、酸化アルミニウム膜の外層側に、酸化アルミニウム膜との密着性が優れ高硬度を有し粒状又は扁平な炭化チタン膜を形成した後、粒状の炭酸化チタン及び／又は炭窒酸化チタン膜を被覆することにより、酸化アルミニウム膜との密着性が優れしかも膜硬度が高く平滑な最外層を有し、摺動性、耐摩耗性及び耐溶着性が格段に優れた被覆部材が実現できる。
本発明の炭化チタン膜の結晶粒は粒状又は扁平である。ここで、結晶粒が粒状又は扁平であることは、皮膜の破断側面を走査電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと記す。）で観察した時、該炭化チタン膜の膜表面側界面付近を構成する各結晶粒の膜厚方向の寸法Ｔと、各結晶粒中央部の膜厚方向と垂直な方向の寸法Ｄの比Ｄ／Ｔを各結晶粒別に求め、その平均値が０．５以上であることにより判別できる。炭化チタン膜の結晶粒が粒状又は扁平でない場合即ち、Ｄ／Ｔの値が０．５未満の時は、該炭化チタン膜の結晶異方性が強く酸化アルミニウム膜表面の凹凸がそのまま該炭化チタン膜の表面により強く反映され、このために皮膜の最外層の平滑性が大きく悪化し不都合である。そこで、炭化チタン膜の結晶粒が粒状又は扁平であることが必要であり、Ｄ／Ｔの値は０．５以上である。炭化チタン膜は主としてチタンと炭素とから成る皮膜であり、２０質量％以下の硼素やジルコニウムが含有されていても良い。
最外層を構成する炭化チタン膜、炭酸化チタン膜、炭窒酸化チタン膜の各膜厚の合計が１μｍ以上とする。より好ましくは、１〜２μｍである。この理由は、炭化チタン膜、炭酸化チタン膜、炭窒酸化チタン膜の各膜厚の合計が１μｍ未満の時は、酸化アルミニウム膜表面の凹凸を十分に平滑化する事が出来ず、平滑性が劣る欠点が現れるからである。また、２μｍを超えて大きいと膜剥離を起こすという欠点が現れ易くなるからである。
【０００９】
本発明の炭化チタン膜の平均結晶粒径に関する数値限定理由について述べる。本発明の被覆部材は酸化アルミニウム膜の外層側に平均結晶粒径が０．２〜１μｍの炭化チタン膜を有することが好ましい。該炭化チタン膜の平均結晶粒径が０．２μｍ未満の時は、結晶性が低下し硬度と耐摩耗性が低下する欠点が現れ、１μｍを超えて大きいと膜表面の面粗さが悪くなる欠点が現れ易くなる。例えば、本発明の被覆部材を切削工具に適用した場合、該炭化チタン膜の耐摩耗性低下や切削抵抗の上昇等により工具寿命が短くなる欠点が現れる。そこで、平均結晶粒径は０．２〜１μｍが好ましい。ここで、炭化チタン膜の平均結晶粒径は、皮膜の破断面をＳＥＭにより倍率２０ｋ倍で撮影し、炭化チタンの各結晶粒の中央部付近でのＤ値を求め、その平均値を求めることにより算出する。本発明の被覆部材は、炭化チタン膜の組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）の最大値が２．５以下であることが好ましい。ここで、炭化チタン膜の結晶配向の強さを定量的に評価するため、組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）を（数１）によって定義する。
【００１０】
【数１】
2005290504.tif 000002
【００１１】
炭化チタン粉末粒子のＸ線回折データはＪＣＰＤＳファイル番号３２−１３８３（Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｆｉｌｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｂｙ  ＪＣＰＤＳ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｄａｔａ）に記載されている。Ｉ０（ｈｋｌ）はＪＣＰＤＳファイルに記載された標準Ｘ線回折ピーク強度である。ＴＣ（ｈｋｌ）値が大きい程（ｈｋｌ）面からのＸ線回折ピーク強度比Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）が他の（ｈｋｌ）面からのＸ線回折ピーク強度比よりも強く、この事は（ｈｋｌ）面が膜厚方向に対して垂直な方向即ち基体接線方向により強く配向していることを示す。本発明の炭化チタン膜のＴＣ（ｈｋｌ）の最大値は２．５以下が好ましく、１以下であることが更に好ましい。この時、結晶粒が粒状又は扁平で、硬度が高く表面がより平滑な炭化チタン膜が得られる。炭酸化チタン膜や炭窒酸化チタン膜の酸素含有量や窒素含有量が少ない時は、Ｘ線回折ピークを炭化チタン膜、炭酸化チタン膜、炭窒酸化チタン膜間を明確に分離できない事があるが、この場合は、敢えて分離する必要はなく、そのまま、炭化チタン膜のピークとしてＴＣ（ｈｋｌ）を計算して良い。
【００１２】
本発明の被覆部材において、最外層がジルコニウム化合物膜により構成されていることにより、摺動性の優れた皮膜を得ることができる。また、本発明の被覆部材を切削工具に適用した場合、少なくとも刃先部周辺に酸化アルミニウム膜が露出していることにより刃先部の耐溶着性が高まる。その結果、摺動性と耐溶着性とが格段に優れる被覆工具が実現できる。そこで、本発明の被覆部材を切削工具に適用した場合は実質的に最外層がジルコニウム化合物膜により構成され、少なくとも刃先部周辺に酸化アルミニウム膜が露出していることが好ましい。また、本発明のジルコニウム化合物膜が酸素を含有している事により、被削材が皮膜に溶着し難くなり、しかも適度の膜硬度が得られ、耐溶着性と摺動性及び耐摩耗性が格段に優れ、工具寿命の長い切削工具を実現出来る。そこで、本発明のジルコニウム化合物膜は酸素を含有していることが好ましい。また、炭化チタン膜と炭酸化チタン膜や炭窒酸化チタン膜の間に炭窒化チタン膜が形成されていても良い。炭窒化チタン膜を挿入することにより炭化チタン膜表面の酸化が防止でき、炭化チタン膜の結晶性と硬度がより高まる利点が現れる。また、上記皮膜には本発明を構成できる範囲内で、ＷやＣｏ等の不可避の不純物を例えば数質量％まで含むことが許容される。
本発明の被覆部材は、例えば、通常の熱化学蒸着法（以下、熱ＣＶＤ法と記す。）やプラズマや電子ビームを付加した化学蒸着法等の成膜方法を用いて作製することができる。用途は切削工具に限るものではなく、ジルコニウム化合物膜及び酸化アルミニウム膜を被覆した耐摩耗部材、金型又は溶湯部品等でもよい。
【００１３】
本発明に用いる酸化アルミニウム膜は、κ型酸化アルミニウム単層膜又はα型酸化アルミニウム単層膜を用いることができる。また、κ型酸化アルミニウムとα型酸化アルミニウムとの混合膜でもよい。また、κ型酸化アルミニウム及び／又はα型酸化アルミニウムと、γ型酸化アルミニウム、θ型酸化アルミニウム、σ型酸化アルミニウム、χ型酸化アルミニウムの少なくとも１種とからなる混合膜でもよい。また、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウム等に代表される他の酸化物との混合膜でもよい。本発明において、基体としては周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の１種又は２種以上からなる炭化物、窒化物、炭窒化物の少なくとも１種からなる硬質相と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒの少なくとも１種からなる結合相とにより構成された超硬合金を用いることが実用的であり、本発明の被覆部材全体の靱性、硬度及び耐熱性がバランス良く高まり、良好な特性を有する被覆部材を実現することができる。
【実施例】
【００１４】
組成が質量％で、Ｃｏ：７％、Ｃｒ３Ｃ２：０．２％、ＺｒＣ：２％、Ｚｒ（ＣＮ）：１．５％、ＮｂＣ：３％、残ＷＣよりなる混合粉の成形体を、１４００〜１４５０度までは１．３ｋＰａの窒素雰囲気に保った後、１４５０度の保持時間の最後３０分間を真空に保って焼結し、ＪＩＳ規格ＣＮＭＧ１２０４０８の規定形状の切削工具用超硬合金基体を作製した。これらの基体をＣＶＤ装置内に設置し、水素キャリヤーガスと四塩化チタンガスと窒素ガスとを原料ガスに用いて０．５μｍ厚さの窒化チタン膜を９５０度で形成後、水素キャリヤーガスと四塩化チタンガス、窒素ガス、アセトニトリルガスを原料ガスに用いて７μｍ厚さの炭窒化チタン膜を７５０〜９８０度で形成した。そしてその表面に、炭化チタン膜を９５０〜１０２０度で体積比が１：６：１９０の四塩化チタンガス、メタンガス、水素キャリヤーガスを用いて１５分間成膜し、そのまま連続して本構成ガスに二酸化炭素ガスと一酸化炭素ガスとを追加し、炭酸化チタン膜を１５分間成膜した。そしてその表面に、α型酸化アルミニウム膜を、水素キャリヤーガスと三塩化アルミニウムガス、二酸化炭素ガスとを原料ガスに用い、１０１０〜１０２０度で２〜７μｍ厚さに形成した。次いで、α型酸化アルミニウム膜の外層側に炭化チタン膜を膜厚０．５μｍ形成した。ここで、平均結晶粒径が０．２〜１μｍで粒状又は扁平の炭化チタン膜を形成するためには、例えば、熱ＣＶＤ法により、反応ガスとしてＣＨ４／ＴｉＣｌ４ガス体積比を１〜４に調節したＴｉＣｌ４ガスとＣＨ４ガスとを用い、これらの反応ガス量をキャリヤーガスであるＨ２ガスに対してより高濃度に調整し、成膜温度９２０〜１０２０度で成膜することにより得た。また、これらのガスに更に二酸化炭素ガスと一酸化炭素ガスとを微少量加えて反応させることにより炭酸化チタン膜、又はこれらのガスに更に窒素ガスを加えて反応させることにより炭窒酸化チタン膜を成膜した。その後、水素キャリヤーガスと四塩化ジルコニウムガスと窒素ガス、及び一酸化炭素と二酸化炭素の混合ガスとを原料ガスに用いて０．５μｍ厚さの酸窒化ジルコニウム膜を１０２０度で形成し、室温まで冷却することにより、本発明例１〜２７を作製した。そのうち本発明例１〜２６は、ＳｉＣ砥粒付きブラシを用いて工具刃先部を研磨処理することにより、内層の酸化アルミニウム膜を露出させた。本発明例２７は未処理とし、露出させなかった。
比較の目的で、上記発明例と同じ膜構成ではあるものの、酸化アルミニウム膜の外層側に炭化チタン膜が形成されていない比較例２８、炭化チタン膜が粒状又は扁平のいずれでもない、即ちＤ／Ｔ値が０．３である比較例２９、炭化チタン膜の上層側に炭酸化チタン膜や炭窒酸化チタン膜のいずれもが成膜されていない比較例３０、炭化チタンと炭酸化チタン及び該炭窒酸化チタンの各膜厚の合計が１μｍ未満の比較例３１を作製した。
【００１５】
本発明例及び比較例の特性を評価するため切削工具に適用し、その工具寿命を以下の切削条件で評価した。評価方法は、各切削時間における摩耗量を倍率５０倍の工具顕微鏡で観察し、平均逃げ面摩耗量が０．４ｍｍ、クレーター摩耗が０．０５ｍｍのどちらかに達した時間を連続切削寿命時間とした。上記の条件で切削評価した結果を表１中に併記する。
【００１６】
【表１】
2005290504.tif 000003
【００１７】
（切削条件）
被削材：Ｓ５３Ｃ
切削速度：３２０ｍ／分
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２．０ｍｍ
切削油：使用せず（乾式切削）
表１において、本発明例１〜５と比較例２８、２９とを比較する。酸化アルミニウム膜の外層側に炭化チタン膜が形成されていない比較例２８は工具寿命が１２分であり、また、炭化チタン膜が被覆されているものの、そのＤ／Ｔ値が０．３であり結晶粒の形状が粒状、扁平のいずれでもなく膜厚方向に細長い比較例２９は工具寿命が１６分であった。これに対して、Ｄ／Ｔの値が０．５以上と結晶粒が粒状又は扁平である炭化チタン膜が酸化アルミニウム膜の外層側に形成されている本発明例１〜５の工具寿命は３６分以上と長く、比較例２８の３倍以上、比較例２９の２．２倍以上であった。酸化アルミニウム膜の外層側に炭化チタン膜が形成されていない比較例２８は最外層の密着性が悪く、炭化チタン膜が形成されているもののＤ／Ｔの値が０．３である比較例２９は皮膜表面の平滑性が悪く、それぞれ工具寿命が劣る結果となった。本発明例８、１４と比較例３０とを比較する。これらはいずれも炭化チタン膜のＤ／Ｔが１．０であり、表１中で炭化チタン膜、炭酸化チタン膜、炭窒酸化チタン膜の合計膜厚を示す総膜厚が１．０μｍである。炭化チタン膜、酸化アルミニウム膜の外層側に炭化チタン膜が形成されているものの、炭酸化チタン膜と炭窒酸化チタン膜のいずれもが形成されていない比較例３０は、工具寿命が１７分であるのに対して、炭化チタン膜の上に炭酸化チタン膜または炭窒酸化チタン膜が形成されている本発明例８、１４の工具寿命は４２分と４０分となり、本発明例８、１４は比較例３０の２．１倍以上である。本発明例８、１４は酸化アルミニウム膜の外層側に酸化アルミニウム膜との密着性が優れ、高硬度で結晶粒形が粒状又は扁平である炭化チタン膜を形成した後、更に炭酸化チタン及び／又は炭窒酸化チタン膜を形成したことにより、酸化アルミニウム膜との密着性が優れると同時に耐溶着性と摺動性、耐摩耗性も優れ、工具の長寿命化を図ることができた。本発明例６〜１４と比較例３１とを比較する。総膜厚が０．６μｍの比較例３１は、工具寿命が１４分であるのに対して、総膜厚が１μｍ以上である本発明例６〜１４の工具寿命は３２分以上となり、比較例３０の２．２倍以上であった。
【００１８】
これらの比較から、本発明例は酸化アルミニウム膜の外側に、粒状又は扁平の炭化チタン膜を形成した後、炭酸化チタン膜及び／又は炭窒酸化チタン膜の少なくとも１種以上を形成し、総膜厚が１μｍ以上であることにより、格段に優れた工具寿命を有していることを確認できた。
次に、本発明例１６〜２０と本発明例１５、２１とを比較する。炭化チタン膜の平均結晶粒径が０．１μｍと１．２μｍである本発明例１５と２１の工具寿命が３０分であるのに対して、本発明例１６〜２０は平均結晶粒径が０．２〜１μｍであり工具寿命が４４分以上と、本発明例１５、２１に対して更に１．４倍以上長い。従って、本発明は酸化アルミニウム膜の外側に形成されている炭化チタン膜の平均結晶粒径が０．２〜１μｍであることが工具の長寿命化にとって好ましい。本発明例１５の炭化チタン膜の平均結晶粒径が０．１μｍであったため、結晶性が悪く十分な硬度と耐摩耗性が得られなかった。本発明例２１は炭化チタン膜の平均結晶粒径が１．２μｍであったため膜表面の面粗さが悪く、切削抵抗が高くなり工具寿命が劣る結果となった。
【００１９】
本発明例２２と２３とを比較する。本発明例２３は炭化チタン膜の組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）値が２．７であり、その時の工具寿命は３２分であった。これに対して、ＴＣ（ｈｋｌ）値が２．５である本発明例２２の工具寿命は４２分となり、本発明例２３よりも１．３倍以上長い。従って、本発明は酸化アルミニウム膜の外側に形成されている炭化チタン膜の組織係数ＴＣ（ｈｋｌ）値が２．５以下であることが工具の長寿命化にとって好ましい。炭化チタン膜の平均結晶粒径と膜厚、ＴＣ（ｈｋｌ）および炭酸化チタン膜厚がほぼ同じである本発明例１８および２４〜２６を比較する。最外層にＴｉＮ膜を被覆した本発明例２６の工具寿命が３０分であるのに対して、Ｚｒ（ＣＮＯ）やＺｒ（ＣＮ）、ＺｒＮを被覆した本発明例１８、２４、２５の工具寿命は３８分以上であり、１．２倍以上長い。本発明は、実質的に最外層がジルコニウム化合物膜により構成されていることが好ましい。また、本発明例１８、２４、２５を比較すると、Ｚｒ（ＣＮＯ）を被覆した本発明例１８の工具寿命は、Ｚｒの非酸化膜を被覆した本発明例２４、２５の１．２倍以上長い。従って、最外層がＺｒの酸化膜で被覆されていることが更に好ましい。本発明例１８と２７とを比較する。最外層にＺｒ（ＣＮＯ）膜を被覆しているものの刃先部に酸化アルミニウム膜が露出していない本発明例２７の工具寿命は３２分であるのに対して、刃先部に酸化アルミニウム膜が露出している本発明例１８の工具寿命は４８分と１．５倍長い。従って本発明は、刃先部に酸化アルミニウム膜が露出していることが好ましい。