(57)【要約】【課題】過酷な切削条件に耐え、優れた刃先品位を得る。【解決手段】表面被覆切削工具は、基材と、該基材の表面に形成された被膜とを備え、被膜は、第１交互層と、該第１交互層上に形成された第２交互層とを含み、第１交互層は、第１層と第２層とを含み、第２交互層は、第３層と第４層とを含み、第１層と第２層とは交互にそれぞれ１層以上積層され、第３層と第４層とは交互にそれぞれ１層以上積層され、第１層は、ＡｌaＣｒbＭ１1-a-bの窒化物または炭窒化物からなり、第２層は、ＡｌcＴｉdＭ２1-c-dの窒化物または炭窒化物からなり、第３層は、ＡｌeＴｉfＭ３1-e-fの窒化物または炭窒化物からなり、第４層は、ＡｌgＴｉhＭ４1-g-hの窒化物または炭窒化物からなり、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３およびＭ４は、Ｃｒ、Ｔｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、ＳｉおよびＢからなる群より選択される１種以上の元素である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材の表面に形成さ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、第１交互層と、該第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、第１層と第２層とを含み、
前記第２交互層は、第３層と第４層とを含み、
前記第１層と前記第２層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
前記第３層と前記第４層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
前記第１層は、ＡｌaＣｒbＭ１1-a-bの窒化物または炭窒化物からなり、前記第１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、および０≦１−ａ−ｂ≦０．１の関係を満たし、
前記第２層は、ＡｌcＴｉdＭ２1-c-dの窒化物または炭窒化物からなり、前記第２層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｃ≦０．７、０．３≦ｄ≦０．７、および０≦１−ｃ−ｄ≦０．１の関係を満たし、
前記第３層は、ＡｌeＴｉfＭ３1-e-fの窒化物または炭窒化物からなり、前記第３層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｅ≦０．７、０．３≦ｆ≦０．７、および０≦１−ｅ−ｆ≦０．１の関係を満たし、
前記第４層は、ＡｌgＴｉhＭ４1-g-hの窒化物または炭窒化物からなり、前記第４層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｇ≦０．７、０．３≦ｈ≦０．７、および０≦１−ｇ−ｈ≦０．１の関係を満たし、
前記第３層を構成するＡｌの原子数比ｅおよび前記第４層を構成するＡｌの原子数比ｇは、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係を満たし、
前記第３層を構成するＴｉの原子数比ｆおよび前記第４層を構成するＴｉの原子数比ｈは、０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たし、
前記Ｍ１、前記Ｍ２、前記Ｍ３および前記Ｍ４は、それぞれ独立してＣｒ、Ｔｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉおよび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】
前記第２層を構成するＡｌの原子数比ｃ、前記第３層を構成するＡｌの原子数比ｅおよび前記第４層を構成するＡｌの原子数比ｇは、ｅ≦ｃ≦ｇの関係を満たし、
前記第２層を構成するＴｉの原子数比ｄ、前記第３層を構成するＴｉの原子数比ｆおよび前記第４層を構成するＴｉの原子数比ｈは、ｈ≦ｄ≦ｆの関係を満たす、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、最上層が前記第２層である、請求項１または請求項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、最下層が前記第１層または前記第２層である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項５】
前記第１層の厚みλ１および前記第２層の厚みλ２は、それぞれ０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、
前記第１層と前記第２層との厚みの比であるλ１／λ２は、１≦λ１／λ２≦５の関係を満たす、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項６】
前記第３層の厚みλ３および前記第４層の厚みλ４は、それぞれ０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、
前記第３層と前記第４層との厚みの比であるλ３／λ４は、１≦λ３／λ４≦５の関係を満たす、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項７】
前記被膜は、全体の厚みが０．５μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項８】
前記被膜は、前記第１交互層よりも前記基材側に密着層を含み、
前記密着層は、厚みが０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、
前記密着層は、前記基材を構成する元素からなる群より選択される１種以上の元素と、第１元素と、第２元素とを含む炭化物、窒化物または炭窒化物であり、
前記第１元素は、Ｃｒ、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂを除く周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ａｌ、ＳｉおよびＢからなる群より選択される１種以上の元素であり、
前記第２元素は、Ｃｒ、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂからなる群より選択される１種以上の元素であり、
前記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、少なくともＷを含み、前記Ｗが前記密着層に拡散している、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項９】
前記基材は、ＷＣを含む硬質粒子と、該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およびＭ５を含む炭化物、窒化物または炭窒化物であり、
前記Ｍ５は、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉおよび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８に記載の表面被覆切削工具。
【請求項１０】
前記第１交互層および前記第２交互層は、結晶構造が立方晶である、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具の製造方法であって、
前記基材を準備する第１工程と、
前記第１層と前記第２層とを物理的蒸着法を用いて交互にそれぞれ１層以上積層することにより、前記第１交互層を形成する第２工程と、
前記第１交互層上に、前記第３層と前記第４層とを物理的蒸着法を用いて交互にそれぞれ１層以上積層することにより、前記第２交互層を形成する第３工程とを含む、表面被覆切削工具の製造方法。
【請求項１２】
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およ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１１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】
本発明は、表面被覆切削工具、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の切削工具の動向として、地球環境保全の観点から切削油剤を用いないドライ加工が求められていること、被削材が多様化していること、加工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いることなどから、工具刃先温度はますます高温になる傾向がある。その結果、工具寿命が短くなることからそのコスト負担が大きく、以って工具材料に要求される特性はますます厳しくなっている。
【０００３】
特開平０７−３１０１７４号公報（特許文献１）では、切削工具または耐摩耗工具として用いる場合に、耐摩耗性および表面保護機能を改善するため、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼などの硬質基材の表面に、硬質被覆層としてＡｌxＴｉ1-x-yＳｉyＣzＮ1-z（ただし、０．０５≦ｘ≦０．７５、０．０１≦ｙ≦０．１、０．６≦ｚ≦１）のようなＡｌＴｉＳｉ系の膜を被覆する例が開示されている。
【０００４】
特開２００５−３０５５７６号公報（特許文献２）では、基材表面に、Ｔｉ1-xＡｌx（ただし、０．２≦ｘ≦０．７）の炭化物または炭窒化物を主成分とする耐摩耗性被膜を形成し、この耐摩耗性被膜表面に、Ａｌ1-a-bＣｒaＶb（ただし、０．２≦ａ≦０．４、０≦ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４）の窒化物または炭窒化物を主成分とする耐チッピング性被膜を形成した切削工具が開示されている。この切削工具によれば、切削初期に起こる刃先のチッピングまたは欠損を抑制し、すなわち母材の露出を抑制することにより、工具寿命を向上できるとされている。
【０００５】
国際公開第２００６／０７０７３０号パンフレット（特許文献３）に開示された切削工具は、耐摩耗性および耐チッピング性を向上させることを目的とし、残留応力および硬度などの特性が異なるＡ層およびＢ層を交互にそれぞれ１層以上積層させた交互層を被覆層として含む。これにより、被覆層全体としての耐摩耗性および靱性を向上させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載される硬質被覆層を切削工具に用いた場合、高硬度で耐酸化性に優れる一方、脆さがあり、かつチッピングしやすいという難点があった。
【０００８】
特許文献２に記載される切削工具は、たとえばステンレス鋼など刃先に溶着が発生しやすい材料を切削した場合、切削初期において耐チッピング性被膜と耐摩耗性被膜との密着性が不十分であることなどにより、被膜が剥離し、被膜のチッピング抑制に改善の余地が残されていた。
【０００９】
特許文献３に記載される切削工具は、刃先に溶着が発生しやすい。したがって、溶着とともに被覆層が剥離するような難削材などの加工において、加工初期に被覆層と被削材とが反応し、Ａ層およびＢ層の間にクラックが発生することにより、層間剥離が発生して短寿命になる傾向があり、改善の余地が残されていた。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みなされ、優れた耐チッピング性および耐摩耗性を示す表面被覆切削工具、およびその製造方法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】
【００１１】
本発明の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、該基材の表面に形成さ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、第１交互層と、該第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、第１層と第２層とを含み、前記第２交互層は、第３層と第４層とを含み、前記第１層と前記第２層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、前記第３層と前記第４層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、前記第１層は、ＡｌaＣｒbＭ１1-a-bの窒化物または炭窒化物からなり、前記第１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、および０≦１−ａ−ｂ≦０．１の関係を満たし、前記第２層は、ＡｌcＴｉdＭ２1-c-dの窒化物または炭窒化物からなり、前記第２層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｃ≦０．７、０．３≦ｄ≦０．７、および０≦１−ｃ−ｄ≦０．１の関係を満たし、前記第３層は、ＡｌeＴｉfＭ３1-e-fの窒化物または炭窒化物からなり、前記第３層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｅ≦０．７、０．３≦ｆ≦０．７、および０≦１−ｅ−ｆ≦０．１の関係を満たし、前記第４層は、ＡｌgＴｉhＭ４1-g-hの窒化物または炭窒化物からなり、前記第４層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｇ≦０．７、０．３≦ｈ≦０．７、および０≦１−ｇ−ｈ≦０．１の関係を満たし、前記第３層を構成するＡｌの原子数比ｅおよび前記第４層を構成するＡｌの原子数比ｇは、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係を満たし、前記第３層を構成するＴｉの原子数比ｆおよび前記第４層を構成するＴｉの原子数比ｈは、０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たし、前記Ｍ１、前記Ｍ２、前記Ｍ３および前記Ｍ４は、それぞれ独立してＣｒ、Ｔｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、ＳｉおよびＢからなる群より選択される１種以上の元素である。
【００１２】
本発明の一態様に係る表面被覆切削工具の製造方法は、前記基材を準備する第１工程と、前記第１層と前記第２層とを物理的蒸着法を用いて交互にそれぞれ１層以上積層することにより、前記第１交互層を形成する第２工程と、前記第１交互層上に、前記第３層と前記第４層とを物理的蒸着法を用いて交互にそれぞれ１層以上積層することにより、前記第２交互層を形成する第３工程とを含む。
【発明の効果】
【００１３】
上記によれば、優れた耐チッピング性および耐摩耗性を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る表面被覆切削工具の断面を模式的に示して説明する断面説明図である。
【図２】本実施形態における被膜の下部層（第１交互層）を顕微鏡で撮影した図面代用写真である。
【図３】（ａ）は、本実施形態における被膜の上部層（第２交互層）を顕微鏡で撮影した図面代用写真であり、（ｂ）は、（ａ）を拡大して示す図面代用写真である。
【図４】（ａ）は、本実施形態における被膜の密着層を顕微鏡で撮影した図面代用写真であり、（ｂ）は、（ａ）を拡大して示す図面代用写真である。
【図５】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を、その断面において模式的に示して説明する説明図である。
【図６】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を、その平面において模式的に示して説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［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。
【００１６】
［１］本発明の一態様に係る表面被覆切削工具は、基材と、該基材の表面に形成さ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、第１交互層と、該第１交互層上に形成された第２交互層とを含み、上記第１交互層は、第１層と第２層とを含み、上記第２交互層は、第３層と第４層とを含み、上記第１層と上記第２層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、上記第３層と上記第４層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、上記第１層は、ＡｌaＣｒbＭ１1-a-bの窒化物または炭窒化物からなり、上記第１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、および０≦１−ａ−ｂ≦０．１の関係を満たし、上記第２層は、ＡｌcＴｉdＭ２1-c-dの窒化物または炭窒化物からなり、上記第２層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｃ≦０．７、０．３≦ｄ≦０．７、および０≦１−ｃ−ｄ≦０．１の関係を満たし、上記第３層は、ＡｌeＴｉfＭ３1-e-fの窒化物または炭窒化物からなり、上記第３層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｅ≦０．７、０．３≦ｆ≦０．７、および０≦１−ｅ−ｆ≦０．１の関係を満たし、上記第４層は、ＡｌgＴｉhＭ４1-g-hの窒化物または炭窒化物からなり、上記第４層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｇ≦０．７、０．３≦ｈ≦０．７、および０≦１−ｇ−ｈ≦０．１の関係を満たし、上記第３層を構成するＡｌの原子数比ｅおよび上記第４層を構成するＡｌの原子数比ｇは、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係を満たし、上記第３層を構成するＴｉの原子数比ｆおよび上記第４層を構成するＴｉの原子数比ｈは、０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たし、上記Ｍ１、上記Ｍ２、上記Ｍ３および上記Ｍ４は、それぞれ独立してＣｒ、Ｔｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉおよび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および耐摩耗性を示すことができ、以って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。
【００１７】
［２］上記第２層を構成するＡｌの原子数比ｃ、上記第３層を構成するＡｌの原子数比ｅおよび上記第４層を構成するＡｌの原子数比ｇは、ｅ≦ｃ≦ｇの関係を満たし、上記第２層を構成するＴｉの原子数比ｄ、上記第３層を構成するＴｉの原子数比ｆおよび上記第４層を構成するＴｉの原子数比ｈは、ｈ≦ｄ≦ｆの関係を満たす。これにより、より優れた耐チッピング性および耐摩耗性を示すことができる。
【００１８】
［３］上記第１交互層は、最上層が上記第２層である。これにより被膜の密着性をより強固にすることができる。
【００１９】
［４］上記第１交互層は、最下層が上記第１層または上記第２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。
【００２０】
［５］上記第１層の厚みλ１および上記第２層の厚みλ２は、それぞれ０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、上記第１層と上記第２層との厚みの比であるλ１／λ２は、１≦λ１／λ２≦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。
【００２１】
［６］上記第３層の厚みλ３および上記第４層の厚みλ４は、それぞれ０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、上記第３層と上記第４層との厚みの比であるλ３／λ４は、１≦λ３／λ４≦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。
【００２２】
［７］上記被膜は、全体の厚みが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。
【００２３】
［８］上記被膜は、上記第１交互層よりも上記基材側に密着層を含み、上記密着層は、厚みが０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、上記密着層は、上記基材を構成する元素からなる群より選択される１種以上の元素と、第１元素と、第２元素とを含む炭化物、窒化物または炭窒化物であり、上記第１元素は、Ｃｒ、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂを除く周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ａｌ、ＳｉおよびＢからなる群より選択される１種以上の元素であり、上記第２元素は、Ｃｒ、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂからなる群より選択される１種以上の元素であり、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、少なくともＷを含み、上記Ｗが密着層に拡散している。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。
【００２４】
［９］上記基材は、ＷＣを含む硬質粒子と、該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およびＭ５を含む炭化物、窒化物または炭窒化物であり、上記Ｍ５は、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉおよび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。
【００２５】
［１０］上記第１交互層および上記第２交互層は、結晶構造が立方晶である。これにより、被膜の硬度を向上させることができる。
【００２６】
［１１］本発明の一態様に係る表面被覆切削工具の製造方法は、上記基材を準備する第１工程と、上記第１層と上記第２層とを物理的蒸着法を用いて交互にそれぞれ１層以上積層することにより、上記第１交互層を形成する第２工程と、上記第１交互層上に、上記第３層と上記第４層とを物理的蒸着法を用いて交互にそれぞれ１層以上積層することにより、上記第２交互層を形成する第３工程とを含む。これにより、優れた耐チッピング性およ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。
【００２７】
［１２］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およ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。
【００２８】
［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、同一または相当部分を示す。
【００２９】
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。たとえば「ＴｉＡｌＮ」と記載されている場合、ＴｉＡｌＮを構成する原子数比の比はＴｉ：Ａｌ：Ｎ＝０．５：０．５：１に限られず、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。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）、クロム（Ｃｒ）などの金属元素と、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）または炭素（Ｃ）などの非金属元素とは、必ずしも化学量論的な組成を構成している必要がない。
【００３０】
＜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、たとえば図１に示すように、基材１２と、該基材１２の表面に形成された被膜１１とを備える。表面被覆切削工具１は、後述する構成を備えることにより、優れた耐チッピング性および耐摩耗性を示し、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。
【００３１】
したがって、本実施形態に係る表面被覆切削工具は、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、タップ、クランクシャフトのピンミーリング加工用チップなどとして極めて有用である。
【００３２】
＜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。たとえば、超硬合金［たとえば、ＷＣ（炭化タングステン）基超硬合金、ＷＣのほか、Ｃｏ（コバルト）を含み、あるいはＴｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）などの炭窒化物を添加したものも含む］、サーメット（炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタンなど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、酸化アルミニウムなど）、立方晶型窒化ホウ素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。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およびη相と呼ばれる異常層のいずれか一方または両方を含んでいてもよい。
【００３３】
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、またはサーメット（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、該硬質粒子同士を結合する結合相とを含み、結合相は、Ｃｏを含むものがより好ましい。
【００３４】
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、基材としてＷＣ基超硬合金を選択したときに、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。たとえば、超硬合金の表面に脱β層が形成されていても、本発明の範囲を逸脱するものではない。
【００３５】
なお、切削工具が刃先交換型切削チップなどである場合、基材はチップブレーカーを有するものも、有さないものも含まれる。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もの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドを組み合わせたものなど、いずれのものも含まれる。
【００３６】
＜被膜＞
被膜は、図１に示すように第１交互層１１２と、該第１交互層１１２上に形成された第２交互層１１３とを含む。この第１交互層１１２は、第１層と第２層とを含む。第２交互層１１３は、第３層と第４層とを含む。第１層と第２層とは、交互にそれぞれ１層以上積層されている。第３層と第４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に構成する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が形成されるため、本明細書において「下部層」と称する場合もある。
【００３７】
第２交互層１１３は、耐チッピング性を特に備えるために構成する２層以上からなる多層膜であり、本明細書において「耐チッピング層」と称する場合がある。また、第２交互層１１３は、第１交互層１１２上に形成されるため、本明細書において「上部層」と称する場合もある。
【００３８】
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ものの、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発明の範囲を逸脱するものではない。
【００３９】
被膜は、第１交互層、第２交互層、後述する密着層以外に、他の層を含むことができる。被膜は、たとえば基材との間に形成する層として、下地層を含むことができる。さらに被膜は、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。下地層として、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。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。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。
【００４０】
他の下地層として、ＴｉＣＮＯ層、ＴｉＢＮ層、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＳｉＮ層、ＡｌＣｒＮ層、ＴｉＡｌＳｉＮ層、ＴｉＡｌＮＯ層、ＡｌＣｒＳｉＣＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＳｉＣ層、ＣｒＳｉＮ層、ＡｌＴｉＳｉＣＯ層、ＴｉＳｉＣＮ層などを例示することができる。表面保護層として、α−Ａｌ2Ｏ3層およびκ−Ａｌ2Ｏ3層を例示することができる。
【００４１】
本実施形態において被膜は、耐摩耗性に優れる層と、耐チッピング性に優れる層とを積層させることにより、各層の本来の好適な特性を維持しつつ、脆性などの各層のデメリットを巧みに解消させることができる。さらに、各層において２種の層を交互にそれぞれ１層以上積層した多層とすることにより、各層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。各層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が、２種の層を交互にそれぞれ１層以上積層し、多層として単位層当たりの厚みを薄く制御することにより、これを抑えることが可能となる。
【００４２】
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」または「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。
【００４３】
被膜は、その全体の厚みが０．５μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは全体の厚みの上限は１０μｍ以下であり、さらに好ましくは６μｍ以下であり、その下限が０．５μｍである。被膜の全体の厚みが０．５μｍ未満である場合、被膜の厚み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、被膜の全体の厚みが１５μｍを超える場合、切削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。被膜の全体の厚みとは、第１交互層、第２交互層、後述する密着層、および他の層を含む場合は該他の層を含んだ全体の厚みを意味する。
【００４４】
被膜のうち第１交互層および第２交互層は、結晶構造が立方晶であることが好ましい。これにより被膜の硬度を向上させることができる。第１交互層および第２交互層の全体が非晶質あるい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。
【００４５】
被膜の全体の厚みは、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「被膜の厚み」といったとき、その厚みは平均厚みを意味する。被膜の厚みは、たとえば、被膜を任意の基材上に形成し、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）など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、たとえば、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）などを用いて作製することができる。そして、たとえば被膜の１０箇所において断面を得て、それぞれの断面における厚みを測定し、その測定値の平均値を「被膜の厚み」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あるいは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。後述する第１層〜第４層の厚みおよびその組成も、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。
【００４６】
≪第１交互層（下部層、耐摩耗層）≫
図１および図２に示すように、第１交互層１１２は、上述のとおり第１層と第２層とを含む。第１層と第２層とは、交互にそれぞれ１層以上積層されている。特に、第１層の厚みλ１および第２層の厚みλ２は、それぞれ０．００５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。第１層の厚みλ１および第２層の厚みλ２がそれぞれ０．００５μｍ未満である場合、各層が混ざり合って第１層と第２層とを交互に積層したことによる効果を得ることができない傾向がある。一方、第１層の厚みλ１および第２層の厚みλ２がそれぞれ２μｍを超える場合、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１交互層について耐摩耗性および耐酸化性を強化する観点から、第１層の厚みλ１および第２層の厚みλ２は、それぞれ０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。
【００４７】
さらに、第１層と第２層との厚みの比であるλ１／λ２は、１≦λ１／λ２≦５の関係を満たすことが好ましい。λ１／λ２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、λ１／λ２が５を超える場合、第１層と第２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および耐酸化性を強化する観点から、λ１／λ２は、１≦λ１／λ２≦４の関係を満たすことがより好ましい。
【００４８】
（第１層）
第１層は、ＡｌaＣｒbＭ１1-a-bの窒化物または炭窒化物からなり、第１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、および０≦１−ａ−ｂ≦０．１の関係を満たす。第１層は、窒化物また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などの効果がある。
【００４９】
第１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。さらに第１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。
【００５０】
特に、第１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第１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、第１層の硬度が低下する傾向がある。第１層の硬度およ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０．３４以下（０．２≦ｂ≦０．３４）であることが好ましい。
【００５１】
さらに、第１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。第１層の硬度およ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。
【００５２】
Ｍ１は、Ｃｒ、Ｔｉを除く周期表の第４族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなど）、第５族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａなど）、第６族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）、Ｓｉ（ケイ素）および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、第１層は、耐熱性、膜硬度および耐溶着性が向上する。Ｍ１は、具体的にはＢ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａのいずれかの元素であることが好ましい。
【００５３】
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の範囲に含むものとする。
【００５４】
（第２層）
第２層は、ＡｌcＴｉdＭ２1-c-dの窒化物または炭窒化物からなり、第２層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｃ≦０．７、０．３≦ｄ≦０．７、および０≦１−ｃ−ｄ≦０．１の関係を満たす。第２層は、窒化物また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などの効果がある。
【００５５】
第２層は、ＡｌとともにＴｉを含むため、耐摩耗性が向上している。さらに第２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。
【００５６】
特に、第２層を構成するＡｌの原子数比ｃは、０．３５以上０．７以下である。Ａｌの原子数比ｃは、０．３５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、第２層の硬度が低下し、摩耗が促進する傾向がある。第２層の耐摩耗性および耐酸化性をより高める観点からＡｌの原子数比ｃは、０．４以上０．６５以下（０．４≦ｃ≦０．６５）であることがより好ましい。
【００５７】
さらに、第２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。第２層の耐摩耗性およ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。
【００５８】
Ｍ２は、Ｃｒ、Ｔｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉおよび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、第２層は耐熱性、膜硬度および耐溶着性が向上する。Ｍ２は、具体的にはＢ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａのいずれかの元素であることが好ましい。Ｍ１とＭ２とは、同一または異種である。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。
【００５９】
第１交互層は、最下層が第１層または第２層であることが好ましい。最下層が第１層または第２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。最下層を第１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、最下層を第２層とした場合、第２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、エンドミル加工など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。
【００６０】
第１交互層は、最上層が第２層であることが好ましい。最上層が第２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。
【００６１】
さらに、第１交互層は、最下層および最上層の両方またはいずれか一方が、第１層を構成する化合物と第２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。混合層の組成としては、第１層と第２層とからなる元素で構成され、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＴｉＡｌＣｒＣＮ、ＴｉＡｌＣｒＣ、ＴｉＡｌＣｒＳｉＮ、ＴｉＡｌＣｒＳｉＣＮ、ＴｉＡｌＣｒＳｉＣなどを例示することができる。
【００６２】
≪第２交互層（上部層、耐チッピング層）≫
図１に示すように、第２交互層１１３は、第１交互層１１２上であって、第１交互層１１２の基材側とは反対側に形成されている。第２交互層１１３は、第３層と第４層とを含む。第３層と第４層とは、交互にそれぞれ１層以上積層されている。特に、第３層の厚みλ３および第４層の厚みλ４は、それぞれ０．００５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。第３層の厚みλ３および第４層の厚みλ４がそれぞれ０．００５μｍ未満である場合、各層が混ざり合い第３層と第４層とを交互に積層したことによる効果を得ることができない傾向がある。一方、第３層の厚みλ３および第４層の厚みλ４がそれぞれ２μｍを超える場合、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交互層について耐摩耗性および耐亀裂進展性を強化する観点から、第３層の厚みλ３および第４層の厚みλ４は、０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましい。
【００６３】
さらに、第３層と第４層との厚みの比であるλ３／λ４は、１≦λ３／λ４≦５の関係を満たすことが好ましい。λ３／λ４が１未満である場合、λ３／λ４が５を超える場合ともに、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、λ３／λ４は、１≦λ３／λ４≦４の関係を満たすことがより好ましい。
【００６４】
（第３層）
第３層は、ＡｌeＴｉfＭ３1-e-fの窒化物または炭窒化物からなり、第３層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｅ≦０．７、０．３≦ｆ≦０．７、および０≦１−ｅ−ｆ≦０．１の関係を満たす。第３層は、窒化物また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などの効果がある。
【００６５】
第３層は、ＡｌとともにＴｉを含むため、耐摩耗性が向上している。さらに第３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。
【００６６】
特に、第３層を構成するＡｌの原子数比ｅは、０．３５以上０．７以下である。Ａｌの原子数比ｅは、０．３５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ｅは、０．７を超える場合、第３層の硬度が低下し、摩耗が促進する傾向がある。第３層の耐摩耗性および耐酸化性をより高める観点からＡｌの原子数比ｅは、０．４以上０．６５以下（０．４≦ｅ≦０．６５）であることがより好ましい。
【００６７】
さらに、第３層を構成するＴｉの原子数比ｆは、０．３以上０．７以下である。Ｔｉの原子数比ｆ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ｆ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。第３層の耐摩耗性および耐酸化性をより高める観点からＴｉの原子数比ｆは、０．４以上０．６以下（０．４≦ｆ≦０．６）であることがより好ましい。
【００６８】
Ｍ３は、Ｃｒ、Ｔｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉおよび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、第３層は、耐熱性、膜硬度および耐溶着性が向上する。Ｍ３は、具体的にはＢ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａのいずれかの元素であることが好ましい。Ｍ１〜Ｍ３は、同一または異種である。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。
【００６９】
（第４層）
第４層は、ＡｌgＴｉhＭ４1-g-hの窒化物または炭窒化物からなり、第４層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｇ≦０．７、０．３≦ｈ≦０．７、および０≦１−ｇ−ｈ≦０．１の関係を満たす。第４層は、窒化物また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などの効果がある。
【００７０】
第４層は、ＡｌとともにＴｉを含むため、耐摩耗性が向上している。さらに第４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。
【００７１】
特に、第４層を構成するＡｌの原子数比ｇは、０．３５以上０．７以下である。Ａｌの原子数比ｇは、０．３５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ｇは、０．７を超える場合、第４層の硬度が低下し、摩耗が促進する傾向がある。第４層の耐摩耗性および耐酸化性をより高める観点からＡｌの原子数比ｇは、０．４以上０．６５以下（０．４≦ｇ≦０．６５）であることがより好ましい。
【００７２】
さらに、第４層を構成するＴｉの原子数比ｈは、０．３以上０．７以下である。Ｔｉの原子数比ｈ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ｈ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。第４層の耐摩耗性および耐酸化性をより高める観点からＴｉの原子数比ｈは、０．４以上０．６以下（０．４≦ｈ≦０．６）であることがより好ましい。
【００７３】
Ｍ４は、Ｃｒ、Ｔｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉおよび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、第４層は耐熱性、膜硬度および耐溶着性が向上する。Ｍ４は、具体的にはＢ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａのいずれかの元素であることが好ましい。Ｍ１〜Ｍ４は、同一または異種である。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。ただし、第３層と第４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。
【００７４】
第２交互層は、第１交互層の最上層を第２層とし、この最上層上に形成されることが好ましい。第１交互層における第２層は、第２交互層を構成する第３層および第４層と近い組成を有するため、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からである。このような観点から第２交互層の最上層および最下層については、第３層であっても第４層であっても、どちらでもよい。
【００７５】
さらに、第２層を構成するＡｌの原子数比ｃ、第３層を構成するＡｌの原子数比ｅおよび第４層を構成するＡｌの原子数比ｇは、ｅ≦ｃ≦ｇの関係を満たすことが好ましい。第２層を構成するＴｉの原子数比ｄ、第３層を構成するＴｉの原子数比ｆおよび第４層を構成するＴｉの原子数比ｈは、ｈ≦ｄ≦ｆの関係を満たすことが好ましい。これらにより、第１交互層と第２交互層との密着性を向上させつつ、被膜全体の硬度をさらに強固なものとすることができるので、優れた耐チッピング性および耐摩耗性を有することができる。
【００７６】
ここで本実施形態では、耐チッピング層である第３層および第４層を、その構成元素および組成比において、敢えて酷似する構成とした。これにより、耐チッピング層（第２交互層）は、図３（ａ）に示すように、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。
【００７７】
しかしながら、第３層を構成するＡｌの原子数比ｅおよび第４層を構成するＡｌの原子数比ｇは、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係を満たし、第３層を構成するＴｉの原子数比ｆおよび第４層を構成するＴｉの原子数比ｈは、０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たす。このため、第３層と第４層とは、その組成比が少なくとも一致することがない。これにより図３（ｂ）に示すように、微視的に２種の筋状部あるいは層状部が観察され、第３層と第４層とが区別し得るようになる。特に、図３（ｂ）に示す顕微鏡写真から第３層と第４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。
【００７８】
耐チッピング層は、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、第３層と第４層との間で亀裂の伝播を抑制することができる。さらに、第３層と第４層とは、その構成元素および組成比において酷似するため、第３層と第４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、第３層と第４層とは、強固な密着性を備えることができる。
【００７９】
≪密着層≫
図１および図４に示すように被膜１１は、第１交互層１１２よりも基材１２側に密着層１１１を含むことが好ましい。すなわち被膜１１は、第１交互層１１２と基材１２との間に密着層１１１を含むことが好ましい。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および基材１２と接する構成となる。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。
【００８０】
密着層は、その厚みが０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。密着層の厚みが０．５ｎｍ未満である場合、薄すぎて十分な密着力が得られない恐れがある。密着層の厚みが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恐れが生じる。密着層の厚みは、より好ましくは０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、特に好ましくは２ｎｍ以上６ｎｍ以下である。密着層の厚みも、ＴＥＭ、ＳＴＥＭなどで測定することができる。その測定方法は、被膜の厚みの測定と同様に、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、被膜の厚みの測定と同様の方法により得ることができる。密着層の厚みは平均厚みであり、測定値の平均値である。
【００８１】
密着層は、基材を構成する元素からなる群より選択される１種以上の元素と、第１元素と、第２元素とを含む炭化物、窒化物または炭窒化物であることが好ましい。第１元素は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ（ジルコニウム）およびＮｂを除き、上記第１交互層を形成する元素から選択される１種以上の元素であり、第２元素は、Ｃｒ、Ｔｉ、ＺｒおよびＮｂからなる群より選択される１種以上の元素である。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、少なくともＷを含み、このＷが密着層に拡散している。第１元素は、具体的にはＡｌ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ、Ｔａより選択される１種以上の元素であることが好ましい。密着層は、炭化物、窒化物また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、基材を構成する元素の１つであるＷを含み、このＷが密着層に拡散していることにより、基材と密着層との密着性をより高めることができる。
【００８２】
たとえば、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を含む構成であることが好ましい。密着層は、特にＷ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＡｌおよびＭ５を含む炭化物、窒化物または炭窒化物からなることが好ましい。上記Ｍ５は、Ｗ、Ｃｒ、Ｔｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ｓｉおよび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。
【００８３】
すなわち密着層は、基材および第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（たとえば、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など）とを含む炭化物、窒化物または炭窒化物とすることができる。特に、このような炭化物、窒化物または炭窒化物が、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒおよび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。密着層の厚み、構成元素および組成比についても、ＳＥＭあるいはＴＥＭ付帯のＥＤＸにより測定することができる。
【００８４】
以下、密着層を構成する炭化物、窒化物、もしくは炭窒化物の具体例として、下記（ａ）〜（ｊ）を挙げることができる。
（ａ）Ｔｉ、Ｗを含む炭化物、窒化物もしくは炭窒化物（たとえばＷＴｉＣ、ＷＴｉＮ、ＷＴｉＣＮなど）
（ｂ）Ｃｒ、Ｗを含む炭化物、窒化物もしくは炭窒化物（たとえばＷＣｒＣ、ＷＣｒＮ、ＷＣｒＣＮなど）
（ｃ）Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗを含む炭化物、窒化物もしくは炭窒化物（たとえば、ＷＣｒＴｉＣ、ＷＣｒＴｉＮ、ＷＣｒＴｉＣＮなど）
（ｄ）Ｔｉ、Ａｌ、Ｗを含む炭化物、窒化物もしくは炭窒化物（たとえばＷＴｉＡｌＣ、ＷＴｉＡｌＮ、ＷＴｉＡｌＣＮなど）
（ｅ）Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗを含む炭化物、窒化物もしくは炭窒化物（たとえばＷＴｉＳｉＣ、ＷＴｉＳｉＮ、ＷＴｉＳｉＣＮなど）
（ｆ）Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｗを含む炭化物、窒化物もしくは炭窒化物（たとえばＷＣｒＴｉＡｌＣ、ＷＣｒＴｉＡｌＮ、ＷＣｒＴｉＡｌＣＮなど）
（ｇ）Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｗを含む炭化物、窒化物もしくは炭窒化物（たとえばＷＣｒＴｉＳｉＣ、ＷＣｒＴｉＳｉＮ、ＷＣｒＴｉＳｉＣＮなど）
（ｈ）Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗを含む炭化物、窒化物もしくは炭窒化物（たとえばＷＴｉＡｌＳｉＣ、ＷＴｉＡｌＳｉＮ、ＷＴｉＡｌＳｉＣＮなど）
（ｉ）Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗを含む炭化物、窒化物もしくは炭窒化物（たとえばＷＣｒＴｉＡｌＳｉＣ、ＷＣｒＴｉＡｌＳｉＮ、ＷＣｒＴｉＡｌＳｉＣＮなど）
（ｊ）上記の（ａ）〜（ｉ）においてＣｒの全部または一部がＴｉ、ＺｒおよびＮｂから選択される１種以上の元素と置き換えられた炭化物、窒化物もしくは炭窒化物。
【００８５】
＜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、基材を準備する第１工程と、第１層と第２層とを物理的蒸着法を用いて交互にそれぞれ１層以上積層することにより、第１交互層を形成する第２工程と、第１交互層上に、第３層と第４層とを物理的蒸着法を用いて交互にそれぞれ１層以上積層することにより、第２交互層を形成する第３工程とを含む。
【００８６】
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およ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、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。
【００８７】
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。
【００８８】
さらに、たとえば、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。
【００８９】
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。
【００９０】
≪第１工程≫
第１工程では基材が準備される。たとえば、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、たとえば、ボールミルなどによってＷＣ粉末とＣｏ粉末など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、ホーニング処理など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。
【００９１】
（基材洗浄工程）
後述する第２工程の前に、基材を洗浄する基材洗浄工程を行なうことができる。たとえば、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被膜を形成する前に、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。これによりたとえば、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。
【００９２】
（密着層形成工程）
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およびＮｂから選択される１種以上の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。
【００９３】
たとえば第１工程およびその後の基材洗浄工程は、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。たとえば、図５に示す成膜装置を用いて説明すれば、基材１２を、チャンバ２内の中央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。
【００９４】
続いて、図６に示すように、チャンバ２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それぞれ対応する第１層形成用の蒸発源３１、第２層形成用の蒸発源３２、第３層形成用の蒸発源３３、第４層形成用の蒸発源３４およびイオンボンバーメント用蒸発源３０に取り付ける。第１層形成用の蒸発源３１にはアーク電源４１を取り付け、第２層形成用の蒸発源３２、第３層形成用の蒸発源３３、第４層形成用の蒸発源３４およびイオンボンバーメント用蒸発源３０にもそれぞれアーク電源（図示せず）を取り付ける。
【００９５】
チャンバ２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２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２内の雰囲気ガスを吸引することができる。
【００９６】
まず、真空ポンプによりチャンバ２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。
【００９７】
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２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。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。
【００９８】
イオンボンバーメント用蒸発源３０に１００〜２００Ａのアーク電流を印可し、基材の表面に対してイオンボンバーメント処理を１５〜９０分に亘り施すことにより、基材の表面をさらに洗浄するとともに、金属元素を表面に付着させる。
【００９９】
≪第２工程≫
第２工程では、第１層と第２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、形成しようとする第１層および第２層の組成に応じて、各種の方法が用いられる。たとえば、Ｔｉ、Ｃｒ、ＡｌおよびＳｉなど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、あるいは成膜時にガス流量を変化させる方法、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など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。
【０１００】
たとえば、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、またはそれぞれを徐々に変化させながら第１層形成用の蒸発源３１および第２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および蒸発源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第１層および第２層を、所定の厚み（λ１、λ２）および所定の層厚比（λ１／λ２）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交互層の厚みが所定範囲になるように調整する。
【０１０１】
特に、第１交互層の最上層および最下層は、各層を成膜する際に使用する蒸発源を限定（すなわち第１層形成用の蒸発源３１および第２層形成用の蒸発源３２のどちらかを指定）することにより第１層または第２層として作製することができる。たとえば、第１層を最下層とする場合、第２層形成用の蒸発源３２のアーク電流を０Ａとすることにより第１層のみを成膜することができる。さらに、第１交互層の最上層および最下層の両方また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の回転速度を早くすることにより、第１層と第２層とが混合した層として作製することができる。
【０１０２】
≪第３工程≫
第３工程では、第３層と第４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、形成しようとする第３層および第４層の組成に応じて、各種の方法が用いられる。たとえば、Ｔｉと、Ａｌと、Ｓｉまたは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か、あるいはガス流量を変化させる方法、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など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。
【０１０３】
たとえば、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、反応ガス圧およびバイアス電圧を維持したまま、第３層形成用の蒸発源３３および第４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および蒸発源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第３層および第４層を、所定の厚み（λ３、λ４）および所定の層厚比（λ３／λ４）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交互層の厚みが所定範囲になるように調整する。特に、第２交互層は、たとえば蒸発源３３および蒸発源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。
【０１０４】
第１交互層および第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、たとえばブラスト法、ブラシ法、バレル法、イオン注入法などによって付与することができる。
【実施例】
【０１０５】
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。
【０１０６】
＜表面被覆切削工具の作製＞
図５に、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）の模式的な側面透視説明図を示し、図６に、図５に示すカソードアークイオンプレーティング装置の模式的な平面透視説明図を示す。
【０１０７】
（基材の準備および洗浄）
この成膜装置のチャンバ２内に、基材１２を準備する。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。図５に示すように、基材１２は、チャンバ２内の中央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。
【０１０８】
図６に示すように、チャンバ２には、被膜の金属原料となる合金製ターゲットである第１層形成用の蒸発源（第１層を構成する組成の金属原料からなる合金製蒸発源）３１、第２層形成用の蒸発源（第２層を構成する組成の金属原料からなる合金製蒸発源）３２、第３層形成用の蒸発源（第３層を構成する組成の金属原料からなる合金製蒸発源）３３および第４層形成用の蒸発源（第４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。
【０１０９】
図５に示すように、第１層形成用の蒸発源３１にはアーク電源４１を取り付けた。さらに、第２層形成用の蒸発源３２、第３層形成用の蒸発源３３、第４層形成用の蒸発源３４およびイオンボンバーメント用蒸発源３０にもそれぞれアーク電源（図示せず）を取り付けた。
【０１１０】
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２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２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２内の雰囲気ガスを吸引して排気することができる。
【０１１１】
まず、図５および図６に示す成膜装置において、真空ポンプによりチャンバ２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２内の圧力が１．０×１０-4Ｐａとなるまで真空引きを行なった。
【０１１２】
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２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を行なった。その後、チャンバ２内からアルゴンガスを排気した。
【０１１３】
（被膜の形成）
実施例１〜１１、１３、１５〜２３においては、上記の基材１２の洗浄に引き続き、基材１２を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、またはそれぞれを徐々に変化させながら第１層形成用の蒸発源３１および第２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および蒸発源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に示す組成を有する第１層および第２層を、表１に示す厚みおよび層厚比（λ１／λ２）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。
【０１１４】
実施例１２、１４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、形成される第１層および第２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。
【０１１５】
特に、第１層および第２層の１層当たりの厚みの比率（層厚比）は、表１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。
【０１１６】
ここで、最上層および最下層については、表１に示すように、実施例１〜４において第１層および第２層の混合層とし、実施例５〜２３において第１層または第２層のいずれかとした。比較例１、２、７については第１交互層に相当する層としてＴｉＮ層を単一層として作製した。比較例３〜６、８、９については第１交互層に相当する層として表１のとおりの第１層を単一層として作製した。比較例６は、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９については、最下層および最上層を第２層とすること、層厚比（λ１／λ２）を５とすること、ならびに後述する第２交互層の組成比において０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係および０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係をいずれも満たさないこと以外、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。
【０１１７】
なお、実施例５〜２３において、第１交互層の最上層および最下層は、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１〜４における混合層は、回転テーブル２０の回転速度を早くし、第１層と第２層とが混合した層として作製した。
【０１１８】
【表１】
2017177239.tif 000003
【０１１９】
次に、実施例１〜１２、１５〜２３において、基材１２の温度、反応ガス圧およびバイアス電圧を上記で維持したまま、第３層形成用の蒸発源３３および第４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および蒸発源３４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交互層上に表２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２に示す組成を有する第３層および第４層を、表２に示す厚み（λ３、λ４）および層厚比（λ３／λ４）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。実施例１３、１４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、形成される第３層および第４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、第３層および第４層の１層当たりの厚みの比率（層厚比）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。これにより、第３工程を実施した。
【０１２０】
特に、第２交互層は、第３層と第４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、および０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たすようにして作製した。
【０１２１】
比較例１〜６については第２交互層を形成しなかった。比較例７、８については第２交互層を、層厚比（λ１／λ２）を５とすること以外、実施例２と同様として作製した。ただし比較例９は、第３層および第４層の組成が表２のとおりとなるようにしたため、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係を満たさず、かつ０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係も満たしていない。
【０１２２】
【表２】
2017177239.tif 000004
【０１２３】
【表３】
2017177239.tif 000005
【０１２４】
（密着層の形成）
ここで実施例１１〜２３においては、上記の「（基材の準備および洗浄）」に係る工程に引き続き、表４に示す組成および厚みの密着層を形成した。比較例２については、密着層に相当するものとしてＴｉＮを表４に示す厚みで形成した。
【０１２５】
密着層の形成は、上記の「（被膜の形成）」に係る工程の前に、基材１２の洗浄に引き続き、基材１２を中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素およびメタンガスの両方また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、また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（図示しない）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４に示す組成および厚みを有する密着層を形成した。
【０１２６】
【表４】
2017177239.tif 000006
【０１２７】
以上のようにして、実施例１〜２３および比較例１〜９の表面被覆切削工具を製造した。
【０１２８】
＜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および比較例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い、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４に示す。切削距離の値が大きいほど寿命がより長いことを示す。
【０１２９】
連続切削試験条件：
切削材                            ：  ＳＣＭ４３５
切削速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）          ：  ２５０
送り速度ｆ（ｍｍ／刃）            ：  ０．３
切り込み量ａｐ（ｍｍ）            ：  ２．０
半径方向の切り込み量ａｓ（ｍｍ）  ：  ５０。
【０１３０】
≪断続切削試験≫
さらに、実施例および比較例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４に示す。切削距離の値が大きいほど寿命がより長いことを示す。
【０１３１】
乾式の断続切削試験条件：
切削材                            ：  ＳＵＳ３１６
切削速度ｖ（ｍ／ｍｉｎ）          ：  ２００
送り速度ｆ（ｍｍ／刃）            ：  ０．２
切り込み量ａｐ（ｍｍ）            ：  ２
半径方向の切り込み量ａｓ（ｍｍ）  ：  ５０。
【０１３２】
≪評価結果≫
表４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、第１層および第２層からなる第１交互層により、耐摩耗性が向上し、第３層および第４層からなる第２交互層により、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および耐摩耗性を示し、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。
【０１３３】
特に、第２層〜第４層を構成するＡｌの原子数比が所定の関係にあること、第２層〜第４層を構成するＴｉの原子数比が所定の関係にあること、第１交互層の最下層が第１層または第２層であること、第１交互層の最上層が第２層であること、λ１／λ２、λ３／λ４が所定の範囲にあることなどにより、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。
【０１３４】
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、上述の実施の形態およ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。
【０１３５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく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】
【０１３６】
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、１２  基材、２  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  イオンボンバーメント用蒸発源、３１  蒸発源、３２  蒸発源、３３  蒸発源、３４  蒸発源、４１  アーク電源、４２  バイアス電源。
【図１】
2017177239.tif 000007
【図２】
2017177239.tif 000008
【図３】
2017177239.tif 000009
【図４】
2017177239.tif 000010
【図５】
2017177239.tif 000011
【図６】
2017177239.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月4日(2017.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材の表面に形成さ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、第１交互層と、該第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、第１層と第２層とを含み、
前記第２交互層は、第３層と第４層とを含み、
前記第１層と前記第２層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
前記第３層と前記第４層とは、交互にそれぞれ１層以上積層され、
前記第１層は、ＡｌaＣｒbＭ１1-a-bの窒化物または炭窒化物からなり、前記第１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、および０≦１−ａ−ｂ≦０．１の関係を満たし、
前記第２層は、ＡｌcＴｉdＭ２1-c-dの窒化物または炭窒化物からなり、前記第２層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｃ≦０．７、０．３≦ｄ≦０．７、および０≦１−ｃ−ｄ≦０．１の関係を満たし、
前記第３層は、ＡｌeＴｉfＭ３1-e-fの窒化物または炭窒化物からなり、前記第３層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｅ≦０．７、０．３≦ｆ≦０．７、および０≦１−ｅ−ｆ≦０．１の関係を満たし、
前記第４層は、ＡｌgＴｉhＭ４1-g-hの窒化物または炭窒化物からなり、前記第４層を構成する各金属原子の原子数比は、０．３５≦ｇ≦０．７、０．３≦ｈ≦０．７、および０≦１−ｇ−ｈ≦０．１の関係を満たし、
前記第３層を構成するＡｌの原子数比ｅおよび前記第４層を構成するＡｌの原子数比ｇは、０．０５≦｜ｇ−ｅ｜≦０．２の関係を満たし、
前記第３層を構成するＴｉの原子数比ｆおよび前記第４層を構成するＴｉの原子数比ｈは、０．０５≦｜ｈ−ｆ｜≦０．２の関係を満たし、
前記Ｍ１、前記Ｍ２、前記Ｍ３および前記Ｍ４は、それぞれ独立してＳｉおよび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】
前記第２層を構成するＡｌの原子数比ｃ、前記第３層を構成するＡｌの原子数比ｅおよび前記第４層を構成するＡｌの原子数比ｇは、ｅ≦ｃ≦ｇの関係を満たし、
前記第２層を構成するＴｉの原子数比ｄ、前記第３層を構成するＴｉの原子数比ｆおよび前記第４層を構成するＴｉの原子数比ｈは、ｈ≦ｄ≦ｆの関係を満たす、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、最上層が前記第２層である、請求項１または請求項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、最下層が前記第１層または前記第２層である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項５】
前記第１層の厚みλ１および前記第２層の厚みλ２は、それぞれ０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、
前記第１層と前記第２層との厚みの比であるλ１／λ２は、１≦λ１／λ２≦５の関係を満たす、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項６】
前記第３層の厚みλ３および前記第４層の厚みλ４は、それぞれ０．００５μｍ以上２μｍ以下であり、
前記第３層と前記第４層との厚みの比であるλ３／λ４は、１≦λ３／λ４≦５の関係を満たす、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項７】
前記被膜は、全体の厚みが０．５μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項８】
前記被膜は、前記第１交互層よりも前記基材側に密着層を含み、
前記密着層は、厚みが０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、
前記基材は、ＷＣを含む硬質粒子と、該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およびＭ５を含む炭化物、窒化物または炭窒化物であり、
前記Ｍ５は、Ｓｉおよび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１〜請求項７のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項９】
前記第１交互層および前記第２交互層は、結晶構造が立方晶である、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具の製造方法であって、
前記基材を準備する第１工程と、
前記第１層と前記第２層とを物理的蒸着法を用いて交互にそれぞれ１層以上積層することにより、前記第１交互層を形成する第２工程と、
前記第１交互層上に、前記第３層と前記第４層とを物理的蒸着法を用いて交互にそれぞれ１層以上積層することにより、前記第２交互層を形成する第３工程とを含む、表面被覆切削工具の製造方法。
【請求項１１】
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およ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１０に記載の表面被覆切削工具の製造方法。