(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
前記被覆層は、第一単位層と第二単位層とからなる多層構造層と、単独層とを含み、
前記第一単位層及び前記第二単位層は、それぞれが交互に積層されており、
前記多層構造層及び前記単独層は、それぞれが交互に２層以上積層されており、
前記第一単位層は、立方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮの結晶粒を含み、
前記第二単位層は、立方晶型のＡｌｙＴｉ１−ｙＮの結晶粒を含み、
前記単独層は、立方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮの結晶粒を含み、
前記ＡｌｘＴｉ１−ｘＮにおけるＡｌの原子比ｘは、０．８以上０．９５以下であり、
前記ＡｌｙＴｉ１−ｙＮにおけるＡｌの原子比ｙは、０．７以上０．８未満であり、
前記ＴｉｚＡｌ１−ｚＮにおけるＴｉの原子比ｚは、０．４以上０．５５未満であり、
前記第一単位層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、
前記第二単位層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、
前記多層構造層の厚みの平均値は、１０ｎｍ以上４５ｎｍ以下であり、
前記単独層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、
１層の前記多層構造層と１層の前記単独層とからなる繰り返し単位において、前記繰り返し単位の厚みの平均値が２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記繰り返し単位の厚みの最大値が４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、前記繰り返し単位の厚みの最小値が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、切削工具。
【請求項２】
前記単独層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記繰り返し単位の厚みの平均値は２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記繰り返し単位の厚みの最大値は４５ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、前記繰り返し単位の厚みの最小値は１４ｎｍ以上２９ｎｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記被覆層の厚みの平均値は、０．１μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の切削工具。
【請求項５】
前記基材と前記被覆層との間に設けられている下地層を更に含み、
前記下地層は、周期表４族元素、５族元素、６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなり、
前記下地層は、前記第一単位層、前記第二単位層及び前記単独層とは組成が異なる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の切削工具。
【請求項６】
前記被覆層上に設けられている表面層を更に含み、
前記表面層は、周期表４族元素、５族元素、６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなり、
前記表面層は、前記第一単位層、前記第二単位層及び前記単独層とは組成が異なる、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、切削工具に関する。本出願は、２０１９年１０月１０日に出願した日本特許出願である特願２０１９−１８６８２０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】
従来より、超硬合金又は立方晶型窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）からなる切削工具を用いて、鋼及び鋳物等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、その刃先が高温及び高応力等の過酷な環境に曝されるため、刃先の摩耗及び欠けが招来される。【０００３】
したがって、刃先の摩耗及び欠けを抑制することが、切削工具の切削性能を改善し、切削工具の寿命を向上させる上で重要である。【０００４】
切削工具の切削性能（例えば、耐欠損性、耐摩耗性、耐衝撃性及び耐酸化性）の改善を目的として、超硬合金、ｃＢＮ焼結体等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、アルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）と窒素（Ｎ）との化合物（以下、「ＡｌＴｉＮ」ともいう。）からなる層を含む被膜は、高い硬度を有することができるとともに、耐酸化性を高めることができる（例えば、特開２０１６−１３７５４９号公報（特許文献１）、特開２０１７−１８５６０９号公報（特許文献２）、特開２０１７−１８９８４８号公報（特許文献３）、特開２０１９−０６３９８２号公報（特許文献４））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１３７５４９号公報
【特許文献２】特開２０１７−１８５６０９号公報
【特許文献３】特開２０１７−１８９８４８号公報
【特許文献４】特開２０１９−０６３９８２号公報
【発明の概要】
【０００６】
本開示に係る切削工具は、
基材と、上記基材上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
上記被覆層は、第一単位層と第二単位層とからなる多層構造層と、単独層とを含み、
上記第一単位層及び上記第二単位層は、それぞれが交互に積層されており、
上記多層構造層及び上記単独層は、それぞれが交互に２層以上積層されており、
上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮの結晶粒を含み、
上記第二単位層は、立方晶型のＡｌｙＴｉ１−ｙＮの結晶粒を含み、
上記単独層は、立方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮの結晶粒を含み、
上記ＡｌｘＴｉ１−ｘＮにおけるＡｌの原子比ｘは、０．８以上０．９５以下であり、
上記ＡｌｙＴｉ１−ｙＮにおけるＡｌの原子比ｙは、０．７以上０．８未満であり、
上記ＴｉｚＡｌ１−ｚＮにおけるＴｉの原子比ｚは、０．４以上０．５５未満であり、
上記第一単位層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、
上記第二単位層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、
上記多層構造層の厚みの平均値は、１０ｎｍ以上４５ｎｍ以下であり、
上記単独層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、
１層の上記多層構造層と１層の上記単独層とからなる繰り返し単位において、上記繰り返し単位の厚みの平均値が２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最大値が４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最小値が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、切削工具の一態様を例示する斜視図である。
【図２】図２は、切削工具の一態様を例示する模式断面図である。
【図３】図３は、切削工具の他の態様を例示する模式断面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置の模式断面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置のガス導入管の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[本開示が解決しようとする課題]
特許文献１〜特許文献４では、被膜を構成するＡｌＴｉＮからなる層が超多層構造を形成することで、当該被膜が設けられている切削工具における切削性能の向上が図られている。しかしながら、近年はより高効率な（送り速度が大きい）切削加工が求められており、特にクロムモリブデン鋼（例えば、ＳＣＭ４４０）に対する高速加工に用いられる切削工具の更なる耐熱亀裂性の向上及び耐酸化性の向上が期待されている。
【０００９】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた耐熱亀裂性及び優れた耐酸化性を有する切削工具を提供することを目的とする。
【００１０】
[本開示の効果]
本開示によれば、優れた耐熱亀裂性及び優れた耐酸化性を有する切削工具を提供することが可能になる。
【００１１】
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
［１］本開示に係る表面被覆切削工具は、
基材と、上記基材上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
上記被覆層は、第一単位層と第二単位層とからなる多層構造層と、単独層とを含み、
上記第一単位層及び上記第二単位層は、それぞれが交互に積層されており、
上記多層構造層及び上記単独層は、それぞれが交互に２層以上積層されており、
上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮの結晶粒を含み、
上記第二単位層は、立方晶型のＡｌｙＴｉ１−ｙＮの結晶粒を含み、
上記単独層は、立方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮの結晶粒を含み、
上記ＡｌｘＴｉ１−ｘＮにおけるＡｌの原子比ｘは、０．８以上０．９５以下であり、
上記ＡｌｙＴｉ１−ｙＮにおけるＡｌの原子比ｙは、０．７以上０．８未満であり、
上記ＴｉｚＡｌ１−ｚＮにおけるＴｉの原子比ｚは、０．４以上０．５５未満であり、
上記第一単位層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、
上記第二単位層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、
上記多層構造層の厚みの平均値は、１０ｎｍ以上４５ｎｍ以下であり、
上記単独層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、
１層の上記多層構造層と１層の上記単独層とからなる繰り返し単位において、上記繰り返し単位の厚みの平均値が２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最大値が４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最小値が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【００１２】
上記切削工具は、上述のような構成を備えることによって、優れた耐熱亀裂性及び優れた耐酸化性を有する。ここで、「耐熱亀裂性」とは、刃先部が高温になる切削加工における刃先部の亀裂発生に対する耐性を意味する。「耐酸化性」とは、刃先部が高温になる切削加工における刃先部の酸化に起因する欠損発生に対する耐性を意味する。
【００１３】
［２］上記単独層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。このように規定することで、耐熱亀裂性に更に優れた切削工具を提供することが可能になる。
【００１４】
［３］上記繰り返し単位の厚みの平均値は２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最大値は４５ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最小値は１４ｎｍ以上２９ｎｍ以下であることが好ましい。このように規定することで、耐熱亀裂性に更に優れた切削工具を提供することが可能になる。
【００１５】
［４］上記被覆層の厚みの平均値は、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。このように規定することで、耐熱亀裂性、耐酸化性に加えて、耐摩耗性に優れた切削工具を提供することが可能になる。
【００１６】
［５］上記基材と上記被覆層との間に設けられている下地層を更に含み、
上記下地層は、周期表４族元素、５族元素、６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなり、
上記下地層は、上記第一単位層、上記第二単位層及び上記単独層とは組成が異なることが好ましい。このように規定することで、耐熱亀裂性、耐酸化性に加えて、上記被覆層の耐剥離性に優れた切削工具を提供することが可能になる。
【００１７】
［６］上記被覆層上に設けられている表面層を更に含み、
上記表面層は、周期表４族元素、５族元素、６族元素及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなり、
上記表面層は、上記第一単位層、上記第二単位層及び上記単独層とは組成が異なることが好ましい。このように規定することで、耐熱亀裂性、耐酸化性に加えて、耐摩耗性に更に優れた切削工具を提供することが可能になる。
【００１８】
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「Ａ〜Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｚ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｚにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＺの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「ＴｉＮ」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比（元素比）を含むものとする。このとき上記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「ＴｉＮ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ１Ｎ１」のみならず、例えば「Ｔｉ１Ｎ０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＮ」以外の化合物の記載についても同様である。
【００１９】
≪切削工具≫
本開示に係る切削工具は、
基材と、上記基材上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、
上記被覆層は、第一単位層と第二単位層とからなる多層構造層と、単独層とを含み、
上記第一単位層及び上記第二単位層は、それぞれが交互に積層されており、
上記多層構造層及び上記単独層は、それぞれが交互に２層以上積層されており、
上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮの結晶粒を含み、
上記第二単位層は、立方晶型のＡｌｙＴｉ１−ｙＮの結晶粒を含み、
上記単独層は、立方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮの結晶粒を含み、
上記ＡｌｘＴｉ１−ｘＮにおけるＡｌの原子比ｘは、０．８以上０．９５以下であり、
上記ＡｌｙＴｉ１−ｙＮにおけるＡｌの原子比ｙは、０．７以上０．８未満であり、
上記ＴｉｚＡｌ１−ｚＮにおけるＴｉの原子比ｚは、０．４以上０．５５未満であり、
上記第一単位層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、
上記第二単位層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、
上記多層構造層の厚みの平均値は、１０ｎｍ以上４５ｎｍ以下であり、
上記単独層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、
１層の上記多層構造層と１層の上記単独層とからなる繰り返し単位において、上記繰り返し単位の厚みの平均値が２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最大値が４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最小値が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。
【００２０】
本実施形態の切削工具１００は、基材１０と、上記基材１０上に設けられている被覆層２０とを備える（以下、単に「切削工具」という場合がある。）（図２）。上記切削工具１００は、上記被覆層２０の他にも、上記基材１０と上記被覆層２０との間に設けられている下地層１３を更に含んでいてもよい（図３）。上記切削工具１００は、上記被覆層２０上に設けられている表面層１４を更に含んでいてもよい（図３）。下地層１３、及び表面層１４等の他の層については、後述する。
なお、上記基材１０上に設けられている上述の各層をまとめて「被膜」と呼ぶ場合がある。すなわち、上記切削工具１００は上記基材１０上に設けられている被膜３０を備え、上記被膜３０は上記被覆層２０を含む。また、上記被膜３０は、上記下地層１３又は上記表面層１４を更に含んでいてもよい。
【００２１】
上記切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル（例えば、ボールエンドミル）、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、タップ等であり得る。
【００２２】
図１は、切削工具の一態様を例示する斜視図である。このような形状の切削工具は、例えば、刃先交換型切削チップとして用いられる。上記切削工具１００は、すくい面１と、逃げ面２と、すくい面１と逃げ面２とが交差する刃先稜線部３とを有する。すなわち、すくい面１と逃げ面２とは、刃先稜線部３を挟んで繋がる面である。刃先稜線部３は、切削工具１００の切刃先端部を構成する。このような切削工具１００の形状は、上記切削工具の基材の形状と把握することもできる。すなわち、上記基材は、すくい面と、逃げ面と、すくい面及び逃げ面を繋ぐ刃先稜線部とを有する。
【００２３】
＜基材＞
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれの基材も使用することができる。例えば、上記基材は、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を含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ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、炭化珪素、窒化珪素、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（ｃＢＮ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。
【００２４】
これらの各種基材の中でも、超硬合金（特にＷＣ基超硬合金）又はサーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。その理由は、これらの基材が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するためである。
【００２５】
基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素又はη相と呼ばれる異常相を含んでいても本実施形態の効果は示される。なお、本実施形態で用いる基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。たとえば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本実施形態の効果は示される。
【００２６】
＜被膜＞
本実施形態に係る被膜は、上記基材上に設けられた被覆層を含む。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、切削加工時に切り屑と接するすくい面、被削材と接する逃げ面等）を被覆することで、切削工具における耐欠損性、耐摩耗性、耐衝撃性、耐酸化性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記基材の一部に限らず上記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記被膜で被覆されていなかったり、被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
【００２７】
上記被膜の厚みは、０．１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上２０μｍ以下であることがより好ましい。本実施形態の一側面において、上記被膜の厚みは、０．１μｍ以上１０μｍ以下であってもよいし、２μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。ここで、被膜の厚みとは、被膜を構成する層それぞれの厚みの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、後述する被覆層（多層構造層、単独層）、下地層、及び表面層等が挙げられる。上記被膜の厚みは、例えば、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意に選択された１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めることが可能である。このとき、一見して異常値と思われる数値は採用しないものとする。本実施形態の一側面において、「被膜の厚み」は、被膜の厚みの平均値と把握することもできる。後述する被覆層（多層構造層、単独層）、下地層、及び表面層等のそれぞれの厚みを測定する場合も同様である。走査透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＭ−２１００Ｆ（商品名）が挙げられる。
【００２８】
（被覆層）
本実施形態における被覆層は、上記基材上に設けられている。ここで「基材上に設けられている」とは、基材の直上に設けられている態様に限られず、他の層を介して基材の上に設けられている態様も含まれる。すなわち、上記被覆層は、本開示の効果が奏する限りにおいて、上記基材の直上に設けられていてもよいし、後述する下地層等の他の層を介して上記基材の上に設けられていてもよい。上記被覆層は、その上に表面層等の他の層が設けられていてもよい。また、上記被覆層は、上記被膜の最表面であってもよい。
【００２９】
上記被覆層は、第一単位層と第二単位層とからなる多層構造層と、単独層とを含む。上記多層構造層及び上記単独層は、それぞれが交互に２層以上積層されている。本実施形態の一側面において、上記被覆層は最下層が上記多層構造層であってもよいし、上記単独層であってもよい。本実施形態の他の側面において、上記被覆層は最上層が上記多層構造層であってもよいし、上記単独層であってもよい。ここで「最下層」とは、上記被覆層を構成する層のうち、上記基材から最も近い層を意味する。「最上層」とは、上記被覆層を構成する層のうち、上記基材から最も離れた層を意味する。
【００３０】
上記被覆層の厚みの平均値は、０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましい。上記被覆層の厚みの平均値は、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。以下、被覆層を構成する多層構造層及び単独層について説明する。
【００３１】
（多層構造層）
上記多層構造層は、第一単位層と第二単位層とからなる。上記第一単位層及び上記第二単位層は、それぞれが交互に積層されている。本実施形態の一側面において、上記多層構造層は最下層が上記第一単位層であってもよいし、上記第二単位層であってもよい。本実施形態の他の側面において、上記多層構造層は最上層が上記第一単位層であってもよいし、上記第二単位層であってもよい。ここで「最下層」とは、上記多層構造層を構成する層のうち、上記基材から最も近い層を意味する。「最上層」とは、上記多層構造層を構成する層のうち、上記基材から最も離れた層を意味する。
【００３２】
上記多層構造層の厚みの平均値は、１０ｎｍ以上４５ｎｍ以下であり、１５ｎｍ以上４５ｎｍ以下であることが好ましい。上記多層構造層の厚みの平均値は、以下の様にして求める。まず、上述したのと同様の方法でＳＴＥＭを用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより各多層構造層の厚みを求める。次に各多層構造層から求められた厚みの平均値（すなわち、複数の多層構造層の平均値）を求め、この平均値を当該多層構造層の厚みの平均値とする。
【００３３】
（第一単位層）
上記第一単位層は、立方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮの結晶粒を含む。すなわち、上記第一単位層は、組成がＡｌｘＴｉ１−ｘＮである多結晶を含む層である。ここで、化学式「ＡｌｘＴｉ１−ｘＮ」における「ＡｌｘＴｉ１−ｘ」と「Ｎ」との組成比（元素比）は、化学量論組成（例えば、（ＡｌｘＴｉ１−ｘ）１Ｎ１）のみならず、非化学量論組成（例えば、（ＡｌｘＴｉ１−ｘ）１Ｎ０．８）も含まれる。後述する「ＡｌｙＴｉ１−ｙＮ」及び「ＴｉｚＡｌ１−ｚＮ」についても同様である。上記ＡｌｘＴｉ１−ｘＮにおけるＡｌ（アルミニウム）の原子比ｘは、０．８以上０．９５以下であり、０．８以上０．９以下であることが好ましい。上記原子比ｘは、上述の断面サンプルにあらわれた第一単位層における結晶粒に対して透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置を用いて分析することにより、求めることが可能である。このときに求められるＡｌの原子比ｘは、ＡｌｘＴｉ１−ｘＮの結晶粒全体の平均として求められる値である。具体的には、上記断面サンプルの第一単位層における任意に選択された１０点それぞれを測定してＡｌの原子比の値を求め、求められた１０点の値の平均値を上記ＡｌｘＴｉ１−ｘＮにおけるＡｌの原子比とする。このとき、一見して異常値と思われる数値は採用しないものとする。ここで当該「任意に選択された１０点」は、上記第一単位層の互いに異なる結晶粒から選択するものとする。
【００３４】
上記多層構造層が２層以上の第一単位層を含む場合、まず上述の方法で各第一単位層におけるＡｌの原子比を求め、各第一単位層から求められた当該Ａｌの原子比の平均値を当該第一単位層におけるＡｌの原子比とする。上記多層構造層に含まれる第一単位層が１０層を超える場合、任意に選択された１０層の第一単位層において、上述の方法でその１０層の第一単位層それぞれにおけるＡｌの原子比を求め、その各第一単位層から求められた当該Ａｌの原子比の平均値を当該第一単位層におけるＡｌの原子比とする。
【００３５】
本実施形態において、上記被覆層は２層以上の多層構造層を含む。そのため、まず上述の方法で各多層構造層における第一単位層のＡｌの原子比を求め、各多層構造層から求められた当該Ａｌの原子比の平均値を当該第一単位層におけるＡｌの原子比ｘとする。上記被覆層に含まれる多層構造層が１０層を超える場合、任意に選択された１０層の多層構造層において、上述の方法でその１０層の多層構造層それぞれにおける第一単位層のＡｌの原子比を求め、その各多層構造層から求められた当該Ａｌの原子比の平均値を当該第一単位層におけるＡｌの原子比ｘとする。
【００３６】
上記ＥＤＸ装置としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＤ−２３００（商品名）が挙げられる。なお、Ａｌに限らず、Ｔｉ、Ｎの原子比も上述の方法で算出することが可能である。後述する第二単位層及び単独層におけるＡｌ、Ｔｉ（チタン）、Ｎ（窒素）それぞれの原子比も上述の方法で算出することが可能である。
【００３７】
第一単位層は、立方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮの結晶粒を含む。上記第一単位層は、本開示の効果を奏する限りにおいて、六方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮの結晶粒を更に含んでいてもよい。立方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮの結晶粒と六方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮの結晶粒とは、例えば、以下に記載するＸ線回折により得られる回折ピークのパターンにより識別される。
【００３８】
立方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮ（ｃ）の結晶粒と六方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮ（ｈ）の結晶粒との総量を基準としたとき、上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮの結晶粒の含有割合（ｈ／（ｃ＋ｈ））は、０体積％以上１５体積％以下であってもよいし、０体積％以上１０体積％以下であってもよい。当該含有割合は、例えば、Ｘ線回折により得られる回折ピークのパターンを解析することによって求めることが可能である。具体的な方法は以下の通りである。
【００３９】
Ｘ線回折装置（Ｒｉｇａｋｕ社製「ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００」（商品名））を用いて上述の断面サンプルにおける第一単位層のＸ線スペクトルを得る。このときのＸ線回折装置の条件は例えば、下記の通りとする。
特性Ｘ線：  Ｃｕ−Ｋα（波長１．５４Å）
管電圧：  ４５ｋＶ
管電流：  ４０ｍＡ
フィルター：  多層ミラー
光学系：  集中法
Ｘ線回折法：  θ−２θ法。
【００４０】
得られたＸ線スペクトルにおいて、立方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮのピーク強度（Ｉｃ）と、六方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮのピーク強度（Ｉｈ）とを測定する。ここで、「ピーク強度」とは、Ｘ線スペクトルにおけるピークの高さ（ｃｐｓ）を意味する。立方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮのピークは、回折角２θ＝３８°付近及び４４°付近に確認することができる。六方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮのピークは、回折角２θ＝３３°付近に確認することができる。ピーク強度はバックグラウンドを除いた値とする。
【００４１】
上記立方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮと上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮとの総量を基準としたときの上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮの含有割合（体積％）は、下記の式により算出される。ここで、立方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮのピーク強度（Ｉｃ）は、２θ＝３８°付近におけるピーク強度と２θ＝４４°付近におけるピーク強度との和で求められる。
上記六方晶型のＡｌｘＴｉ１−ｘＮの含有割合（体積％）＝１００×｛Ｉｈ／（Ｉｈ＋Ｉｃ）｝
【００４２】
以上、第一単位層における結晶粒の結晶型の分析方法について説明したが、後述する第二単位層及び単独層それぞれにおける結晶粒の結晶型の分析についても同様の方法で行うことができる。
【００４３】
第一単位層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、３ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。上記第一単位層の厚みの平均値は、ＳＴＥＭを用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける同一層内の任意に選択された１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めることが可能である。このとき、一見して異常値と思われる数値は採用しないものとする。上記多層構造層が２層以上の第一単位層を含む場合、まず上述の方法で各第一単位層の厚みの平均値を求め、求められた値の平均値（すなわち、複数の第一単位層の平均値）を当該多層構造層における第一単位層の厚みの平均値とする。上記多層構造層に含まれる第一単位層が１０層を超える場合、任意に選択された１０層の第一単位層において、上述の方法でその１０層の第一単位層それぞれの厚みの平均値を求め、その各第一単位層から求められた値の平均値を当該多層構造層における第一単位層の厚みの平均値とする。
【００４４】
本実施形態において、上記被覆層は２層以上の多層構造層を含む。そのため、まず上述の方法で各多層構造層における第一単位層の厚みの平均値を求め、各多層構造層から求められた当該平均値の平均値を当該第一単位層の厚みの平均値とする。上記被覆層に含まれる多層構造層が１０層を超える場合、任意に選択された１０層の多層構造層において、上述の方法でその１０層の多層構造層それぞれにおける第一単位層の厚みの平均値を求め、その各多層構造層から求められた当該平均値の平均値を当該第一単位層の厚みの平均値とする。後述する第二単位層、及び単独層のそれぞれの厚みを測定する場合も同様である。
【００４５】
（第二単位層）
上記第二単位層は、立方晶型のＡｌｙＴｉ１−ｙＮの結晶粒を含む。すなわち、上記第二単位層は、組成がＡｌｙＴｉ１−ｙＮである多結晶を含む層である。上記ＡｌｙＴｉ１−ｙＮにおけるＡｌの原子比ｙは、０．７以上０．８未満であり、０．７５以上０．８未満であることが好ましい。上記原子比ｙは、上述したのと同様の方法で、断面サンプルにあらわれた第二単位層における結晶粒に対してＴＥＭに付帯のＥＤＸ装置を用いて分析することにより、求めることが可能である。
【００４６】
第二単位層は、立方晶型のＡｌｙＴｉ１−ｙＮの結晶粒を含む。上記第二単位層は、本開示の効果を奏する限りにおいて、六方晶型のＡｌｙＴｉ１−ｙＮの結晶粒を更に含んでいてもよい。立方晶型のＡｌｙＴｉ１−ｙＮの結晶粒と六方晶型のＡｌｙＴｉ１−ｙＮの結晶粒とは、上述したのと同様の方法でＸ線回折により得られる回折ピークのパターンにより識別される。
【００４７】
立方晶型のＡｌｙＴｉ１−ｙＮ（ｃ）の結晶粒と六方晶型のＡｌｙＴｉ１−ｙＮ（ｈ）の結晶粒との総量を基準としたとき、上記六方晶型のＡｌｙＴｉ１−ｙＮの結晶粒の含有割合（ｈ／（ｃ＋ｈ））は、０体積％以上１５体積％以下であってもよいし、０体積％以上１０体積％以下であってもよい。当該含有割合は、上述したのと同様の方法でＸ線回折により得られる回折ピークのパターンを解析することによって求めることが可能である。
【００４８】
第二単位層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であり、３ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。上記第二単位層の厚みの平均値は、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて求めることが可能である。
【００４９】
（単独層）
上記単独層は、立方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮの結晶粒を含む。すなわち、上記単独層は、組成がＴｉｚＡｌ１−ｚＮである多結晶を含む層である。上記ＴｉｚＡｌ１−ｚＮにおけるＴｉの原子比ｚは、０．４以上０．５５未満であり、０．４以上０．５以下であることが好ましい。上記単独層は、上記原子比ｚを上述の範囲とすることによって、多層構造層よりもチタンの原子比が高い構成をとっている。上記原子比ｚは、上述したのと同様の方法で、断面サンプルにあらわれた単独層における結晶粒に対してＴＥＭに付帯のＥＤＸ装置を用いて分析することにより、求めることが可能である。
【００５０】
単独層は、立方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮの結晶粒を含む。上記単独層は、本開示の効果を奏する限りにおいて、六方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮの結晶粒を更に含んでいてもよい。立方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮの結晶粒と六方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮの結晶粒とは、上述したのと同様の方法でＸ線回折により得られる回折ピークのパターンにより識別される。
【００５１】
立方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮ（ｃ）の結晶粒と六方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮ（ｈ）の結晶粒との総量を基準としたとき、上記六方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮの結晶粒の含有割合（ｈ／（ｃ＋ｈ））は、０体積％以上１５体積％以下であってもよいし、０体積％以上１０体積％以下であってもよい。当該含有割合は、上述したのと同様の方法でＸ線回折により得られる回折ピークのパターンを解析することによって求めることが可能である。
【００５２】
単独層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、２．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。上記単独層の厚みの平均値は、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて求めることが可能である。
【００５３】
（多層構造層と単独層との繰り返し単位）
１層の上記多層構造層と１層の上記単独層とからなる繰り返し単位において、上記繰り返し単位の厚みの平均値が２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最大値が４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最小値が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。上記繰り返し単位が上述の構成を備えることによって、上記被覆層は各単独層間にひずみ及び応力が導入されやすい傾向がある。その結果、上記被覆層は耐熱亀裂性が向上していると本発明者らは考えている。本実施形態に係る被覆層は、多層構造層と単独層とが交互に積層されることで形成されるが、隣り合っている１層の多層構造層と１層の単独層とを合わせて「１層の多層構造層と１層の単独層とからなる繰り返し単位」又は単に「繰り返し単位」と呼ぶこととする。このとき繰り返し単位中における積層の順序は、基材側から単独層、多層構造層の順とする。「繰り返し単位の厚み」とは、繰り返し単位を構成している多層構造層の厚みと単独層の厚みとの合計を意味する。なお、上記被覆層の最下層が多層構造層である場合、後述する繰り返し単位の厚みの平均値、最大値及び最小値を求めるときは、当該最下層の多層構造層は考慮しないものとする。
【００５４】
従来から被膜を構成する層を多層構造にすることで、切削工具の切削性能を向上させる試みが行われていた。しかし、切削加工の対象である被削材の材質によって、求められる最適な切削性能が異なっており、切削工具の更なる改善が求められていた。このような事情のもと、本発明者らは鋭意検討した結果、単独層の厚み、及び上述の繰り返し単位の厚みを変化させることで、切削工具の諸特性（例えば、耐衝撃性、耐酸化性、耐摩耗性及び耐熱亀裂性等）を調整できることを初めて見いだした。
本実施形態に係る切削工具は、上記繰り返し単位が上述のような構成を備えることによって、優れた耐熱亀裂性と優れた耐酸化性とを備えることが可能になる。上記切削工具は、特にクロムモリブデン鋼（例えば、ＳＣＭ４４０）に対する高速加工に用いられる切削工具として好適である。
【００５５】
上記繰り返し単位の厚みの平均値は、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。当該繰り返し単位の厚みの平均値は、上記多層構造層の厚みの平均値と上記単独層の厚みの平均値との和で求めることが可能である。ここで、被覆層に含まれる繰り返し単位の数が１０層を超える場合、上記被覆層において連続した１０層の上記繰り返し単位を選択して、選択した１０層の繰り返し単位における平均値を上記繰り返し単位の厚みの平均値とする。このとき、選択した１０層中の４層目と５層目との界面が上記被覆層の中央に最も近くなるように選択する。
【００５６】
上記繰り返し単位の厚みの最大値は、４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、４５ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることが好ましい。当該厚みの最大値は、以下の方法で求めることが可能である。まず、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて上記断面サンプルにおける各繰り返し単位の厚みをそれぞれ求める。次に求められた各繰り返し単位の厚みを比較して、その最大値を上記繰り返し単位の厚みの最大値とする。ここで、被覆層に含まれる繰り返し単位の数が１０層を超える場合、上記被覆層において連続した１０層の上記繰り返し単位を選択して、選択した１０層の繰り返し単位中の最大値を上記繰り返し単位の厚みの最大値とする。このとき、選択した１０層中の４層目と５層目との界面が上記被覆層の中央に最も近くなるように選択する。また、繰り返し単位の厚みの比較において、一見して異常値と思われる数値は採用しないものとする。
【００５７】
上記繰り返し単位の厚みの最小値は、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、１４ｎｍ以上２９ｎｍ以下であることが好ましい。当該厚みの最小値は、以下の方法で求めることが可能である。まず、上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて上記断面サンプルにおける各繰り返し単位の厚みをそれぞれ求める。次に求められた各繰り返し単位の厚みを比較して、その最小値を上記繰り返し単位の厚みの最小値とする。ここで、被覆層に含まれる繰り返し単位の数が１０層を超える場合、上記被覆層において連続した１０層の上記繰り返し単位を選択して、選択した１０層の繰り返し単位中の最小値を上記繰り返し単位の厚みの最小値とする。このとき、選択した１０層中の４層目と５層目との界面が上記被覆層の中央に最も近くなるように選択する。また、繰り返し単位の厚みの比較において、一見して異常値と思われる数値は採用しないものとする。
【００５８】
本実施形態の一側面において、上記繰り返し単位の厚みの平均値は２５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最大値は４５ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最小値は１４ｎｍ以上２９ｎｍ以下であることが好ましい。
【００５９】
（下地層）
上記被膜は、上記基材と上記被覆層との間に設けられている下地層を更に含み、上記下地層は、周期表４族元素、５族元素、６族元素及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなることが好ましい。また、上記下地層は、上記第一単位層、上記第二単位層及び上記単独層とは組成が異なる。周期表４族元素としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）等が挙げられる。周期表５族元素としては、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）等が挙げられる。周期表６族元素としては、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等が挙げられる。上記下地層は、ＴｉＮ又はＴｉＣＮで示される化合物からなることが好ましい。このような下地層は、上記被覆層と基材の両者に対して強い密着力を発揮する。その結果、被膜の耐剥離性が向上する。
【００６０】
上記下地層の厚みの平均値は、０．１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。このような厚みは、上述したのと同様の方法でＳＴＥＭを用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
【００６１】
（表面層）
上記被膜は、上記被覆層上に設けられている表面層を更に含み、上記表面層は、周期表４族元素、５族元素、６族元素及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、炭素、窒素、酸素及びホウ素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物からなることが好ましい。また、上記表面層は、上記第一単位層、上記第二単位層及び上記単独層とは組成が異なる。上記表面層に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３及びＡｌＮ等が挙げられる。
【００６２】
上記表面層の厚みの平均値は、０．１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍ以上２μｍ以下であることがより好ましい。このような厚みは、上述したのと同様の方法でＳＴＥＭを用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。
【００６３】
（他の層）
本実施形態に係る切削工具が上述の効果を奏する限りにおいて、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層は、上記被覆層、上記下地層、又は上記表面層とは組成が異なっていてもよいし、同じであってもよい。他の層に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ及びＡｌ２Ｏ３等を挙げることができる。なお、上記他の層は、その積層の順も特に限定されない。例えば、上記他の層は、上記下地層と上記被覆層との間に設けられていてもよい。上記他の層の厚みは、本実施形態の効果を奏する限りにおいて、特に制限はないが例えば、０．１μｍ以上２０μｍ以下が挙げられる。
【００６４】
≪切削工具の製造方法≫
本実施形態に係る切削工具の製造方法は、
上記基材を準備する工程（以下、単に「第１工程」という場合がある。）と、
化学気相蒸着法を用いて、上記基材上に上記被覆層を形成する工程（以下、単に「第２工程」という場合がある。）と、を含み、
上記基材上に上記被覆層を形成する工程は、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスを含む第一ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス及びアンモニアガスを含む第二ガスと、アンモニアガスを含む第三ガスとのそれぞれを、６５０℃以上９００℃以下且つ０．５ｋＰａ以上３０ｋＰａ以下の雰囲気において上記基材上に噴出することを含む。
【００６５】
＜第１工程：基材を準備する工程＞
第１工程では基材を準備する。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、市販品を用いてもよく、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（例えば、ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｇ等）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基材であればいずれも準備可能である。
【００６６】
＜第２工程：化学気相蒸着法を用いて、基材上に被覆層を形成する工程＞
第２工程では、化学気相蒸着法を用いて、上記基材上に上記被覆層を形成する。すなわち、第２工程では、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスを含む第一ガスと、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス及びアンモニアガスを含む第二ガスと、アンモニアガスを含む第三ガスとのそれぞれを、６５０℃以上９００℃以下且つ０．５ｋＰａ以上３０ｋＰａ以下の雰囲気において上記基材に噴出する。この工程は、例えば以下に説明するＣＶＤ装置を用いて行うことができる。
【００６７】
（ＣＶＤ装置）
図４に、本実施形態の切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置の一例の模式断面図を示す。図４に示すように、ＣＶＤ装置５０は、基材１０を設置するための基材セット治具５２の複数と、基材セット治具５２を内包する耐熱合金鋼製の反応容器５３とを備えている。また、反応容器５３の周囲には、反応容器５３内の温度を制御するための調温装置５４が設けられている。本実施形態において、基材１０は、基材セット治具５２に備えられているプレート上に設置することが好ましい。
【００６８】
反応容器５３には、互いに隣接して接合された第１ガス導入管５５と第２ガス導入管５６と第３ガス導入管５７とを有するガス導入管５８が反応容器５３の内部の空間を鉛直方向に延在し、当該鉛直方向を軸に回転可能に設けられている。ガス導入管５８においては、第１ガス導入管５５に導入された第一ガスと、第２ガス導入管５６に導入された第二ガスと第３ガス導入管５７に導入された第三ガスとがガス導入管５８の内部で混合しない構成とされている（図５）。また、第１ガス導入管５５、第２ガス導入管５６及び第３ガス導入管５７のそれぞれには、第１ガス導入管５５、第２ガス導入管５６及び第３ガス導入管５７のそれぞれの内部を流れるガスを基材セット治具５２に設置された基材１０上に噴出させるための複数の貫通孔が設けられている。本実施形態において、上述のガスを噴出させるための当該貫通孔の数は、１つの基材セット治具５２に対して、２つとなるように設定することが好ましい。当該貫通孔をこのように設定することで、所望の単独層の厚み、及び所望の繰り返し単位の厚みとなるように成膜することができる。
【００６９】
さらに、反応容器５３には、反応容器５３の内部のガスを外部に排気するためのガス排気管５９が設けられており、反応容器５３の内部のガスは、ガス排気管５９を通過して、ガス排気口６０から反応容器５３の外部に排出される。
【００７０】
より具体的には、上述した第一ガス、第二ガス及び第三ガスを、それぞれ第１ガス導入管５５、第２ガス導入管５６及び第３ガス導入管５７に導入する。このとき、各ガス導入管内における第一ガス、第二ガス及び第三ガスそれぞれの温度は、液化しない温度であれば特に制限はない。次に、６５０℃以上９００℃以下（好ましくは７００℃以上７８０℃以下）且つ０．５ｋＰａ以上３０ｋＰａ以下（好ましくは２ｋＰａ以上５ｋＰａ以下）の雰囲気とした反応容器５３内へ第一ガス、第二ガス、第三ガスをこの順で繰り返して噴出する。ガス導入管５８には複数の貫通孔が開いているため、導入された第一ガス、第二ガス及び第三ガスは、それぞれ異なる貫通孔から反応容器５３内に噴出される。このときガス導入管５８は、図４中の回転矢印が示すように上述の軸を中心として、例えば、２〜４ｒｐｍの回転速度で回転している。これによって、第一ガス、第二ガス、第三ガスをこの順で繰り返して基材１０に対して噴出することができる。
【００７１】
（第一ガス）
上記第一ガスは、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスを含む。
【００７２】
アルミニウムのハロゲン化物ガスとしては、例えば、塩化アルミニウムガス（ＡｌＣｌ３ガス、Ａｌ２Ｃｌ６ガス）等が挙げられる。好ましくは、ＡｌＣｌ３ガスが用いられる。アルミニウムのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、第一ガスの全体積を基準として、０．３体積％以上１．５体積％以下であることが好ましく、０．８体積％以上０．８７体積％以下であることがより好ましい。
【００７３】
チタンのハロゲン化物ガスとしては、例えば、塩化チタン（ＩＶ）ガス（ＴｉＣｌ４ガス）、塩化チタン（ＩＩＩ）ガス（ＴｉＣｌ３ガス）等が挙げられる。好ましくは、塩化チタン（ＩＶ）ガスが用いられる。チタンのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、第一ガスの全体積を基準として、０．１体積％以上１体積％以下であることが好ましく、０．１体積％以上０．２体積％以下であることがより好ましい。
【００７４】
上記第一ガスにおけるアルミニウムのハロゲン化物ガスのモル比は、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスの全モル数を基準として、０．５以上０．９以下であることが好ましく、０．８以上０．８７以下であることがより好ましい。
【００７５】
上記第一ガスは、水素ガスを含んでもよいし、アルゴンガス等の不活性ガスを含んでもよい。不活性ガスの濃度（体積％）は、第一ガスの全体積を基準として、５体積％以上７０体積％以下であることが好ましく、１５体積％以上６０体積％以下であることがより好ましく、１５体積％以上２０体積％以下であることが更に好ましい。水素ガスは、通常上記第一ガスの残部を占める。
【００７６】
上記基材に噴出するときの上記第一ガスの流量は、２０〜５０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましく、３０〜３５Ｌ／ｍｉｎであることがより好ましい。
【００７７】
（第二ガス）
上記第二ガスは、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス及びアンモニアガスを含む。アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスは、上記（第一ガス）の欄において例示されたガスを用いることができる。このとき、上記第一ガスに用いられたアルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスそれぞれと、第二ガスに用いられたアルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスそれぞれとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００７８】
アルミニウムのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、第二ガスの全体積を基準として、２体積％以上５体積％以下であることが好ましく、２体積％以上３．２５体積％以下であることがより好ましく、２．７５体積％以上３．２５体積％以下であることが更に好ましい。
【００７９】
チタンのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、第二ガスの全体積を基準として、０．１体積％以上３体積％以下であることが好ましく、１．７５体積％以上３体積％以下であることがより好ましく、１．７５体積％以上２．２５体積％以下であることが更に好ましい。
【００８０】
第二ガスにおけるアルミニウムのハロゲン化物ガスのモル比は、アルミニウムのハロゲン化物ガス及びチタンのハロゲン化物ガスの全モル数を基準として、０．３５を超えて０．７未満であることが好ましく、０．４以上０．６５以下であることがより好ましく、０．５５以上０．６５以下であることが更に好ましい。
【００８１】
アンモニアガスの濃度（体積％）は、第二ガスの全体積を基準として、５体積％以上１５体積％以下であることが好ましく、９体積％以上１１体積％以下であることがより好ましい。
【００８２】
上記第二ガスは、水素ガスを含んでもよいし、アルゴンガス等の不活性ガスを含んでもよい。不活性ガスの濃度（体積％）は、第二ガスの全体積を基準として、５体積％以上５０体積％以下であることが好ましく、１５体積％以上１７体積％以下であることがより好ましい。水素ガスは、通常上記第二ガスの残部を占める。
【００８３】
上記基材に噴出するときの上記第二ガスの流量は、２０〜４０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。
【００８４】
（第三ガス）
上記第三ガスは、アンモニアガスを含む。また上記第三ガスは、水素ガスを含んでもよいし、アルゴンガス等の不活性ガスを含んでもよい。
【００８５】
アンモニアガスの濃度（体積％）は、第三ガスの全体積を基準として、２体積％以上３０体積％以下であることが好ましく、２体積％以上１０体積％以下であることがより好ましい。水素ガスは、通常上記第三ガスの残部を占める。
【００８６】
上記基材に噴出するときの上記第三ガスの流量は、１０〜２０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。
【００８７】
＜その他の工程＞
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、本実施形態の効果を奏する限りにおいて追加工程を適宜行ってもよい。上記追加工程としては例えば、上記基材と上記被覆層との間に下地層を形成する工程、及び上記被覆層上に表面層を形成する工程、被膜にブラスト処理を行う工程等が挙げられる。下地層及び表面層を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、ＣＶＤ法等によって形成する方法が挙げられる。
【００８８】
本実施形態に係る表面被覆切削工具の製造方法では、ＣＶＤ法によって被覆層を形成している。そのため、ＰＶＤ法で被膜を形成したときと比較して、基材に対する被膜の密着力（膜密着力）が向上している。
【実施例】
【００８９】
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。【００９０】
≪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に示す超硬合金からなる基材（以下、単に「基材」という場合がある。）を準備した（第１工程）。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。【００９１】
【表１】
0006855671.tif 000002
【００９２】
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、上記基材（基材形状（ＪＩＳ規格）：ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｇ）を得た。なお、ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ−Ｇは転削加工用刃先交換型切削チップの形状である。【００９３】
＜被膜の作製＞
上記基材の表面上に、表８に示される下地層、被覆層及び表面層を形成することによって、上記基材の表面上に被膜を作製した。被膜の作製には、主にＣＶＤ法を用いた。以下、被膜を構成する各層の作製方法について説明する。【００９４】
（被覆層の作製）
表２に記載の成膜条件のもとで、表３〜５に記載の組成をそれぞれ有する第一ガス、第二ガス及び第三ガスをこの順で繰り返して上記基材の表面上に噴出して被覆層を作製した（第２工程）。このとき、上記基材は、基材セット治具に備えられているプレート上に設置した。また、上述のガスを噴出させるための貫通孔の数は、１つの基材セット治具に対して、２つとなるように設定した。なお、上記基材の表面に下地層を設けた場合は、当該下地層の表面上に被覆層を作製した。【００９５】
例えば、表６−１の識別記号［１］で示される被覆層は、温度７８０℃、圧力３ｋＰａ、ガス導入管の回転速度４ｒｐｍの成膜条件で（表２の識別記号２−ｂ）、表３の識別記号３−ｅで示される第一ガス（０．８５体積％のＡｌＣｌ３、０．１５体積％のＴｉＣｌ４、２０体積％のＡｒ、残部はＨ２、ガス流量３５Ｌ／ｍｉｎ）、表４の識別記号４−ｅで示される第二ガス（２．７５体積％のＡｌＣｌ３、２．２５体積％のＴｉＣｌ４、９体積％のＮＨ３、１５体積％のＡｒ、残部はＨ２、ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎ）及び表５の識別記号５−ａで示される第三ガス（３体積％のＮＨ３、残部はＨ２、ガス流量２０Ｌ／ｍｉｎ）をこの順で繰り返して基材の表面上に噴出して被覆層を作製した。なお、表６−２の識別記号［２０］で示される被覆層は、公知のＰＶＤ法で作製した。作製した被覆層の組成等を表６−１及び表６−２に示す。【００９６】
【表２】
0006855671.tif 000003
【００９７】
【表３】
0006855671.tif 000004
【００９８】
【表４】
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【００９９】
【表５】
0006855671.tif 000006
【０１００】
【表６−１】
0006855671.tif 000007
【０１０１】
【表６−２】
0006855671.tif 000008
【０１０２】
（下地層の作製、表面層の作製）
表７に記載の成膜条件のもとで、表７に記載の組成を有する反応ガスを基材の表面上に噴出して下地層を作製した。表７に記載の成膜条件のもとで、表７に記載の組成を有する反応ガスを被覆層の表面上に噴出して表面層を作製した。【０１０３】
【表７】
0006855671.tif 000009
【０１０４】
以上の工程によって、本実施例に係る切削工具を作製した。試料番号１−３及び２〜２０の切削工具は、基材と、上記基材上に設けられている被覆層と、上記基材と上記被覆層との間に設けられている下地層とを含む、切削工具である（表８）。試料番号１−１及び１−２の切削工具は、基材と、上記基材上に設けられている被覆層と、上記基材と上記被覆層との間に設けられている下地層と、上記被覆層上に設けられている表面層とを含む、切削工具である（表８）。【０１０５】
≪切削工具の特性評価≫
上述のようにして作製した試料の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。ここで、試料番号１−１〜１−３及び試料番号２〜９の切削工具は、実施例に相当する。試料番号１０〜２０の切削工具は、比較例に相当する。【０１０６】
＜被膜等の厚みの測定＞
被膜、及び当該被膜を構成する下地層、被覆層及び表面層の厚みは、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ−２１００Ｆ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意に選択された１０点を各層ごとに測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めた。結果を表８に示す。「表面層」の欄における「−」との表記は、当該表面層が被膜中に存在しないことを示す。また、「被覆層」の欄における「［１］（３．６）」等の表記は、被覆層が表６−１の識別記号［１］で示される構成を有し、厚みが３．６μｍであることを示す。表８中、「ＴｉＣＮ（０．５）」等の表記は、該当する層が厚み０．５μｍのＴｉＣＮの層であることを示す。また、１つの欄内に２つの化合物が記載されている場合（例えば、「Ａｌ２Ｏ３（０．２）−ＴｉＮ（０．１）」等の場合）は、左側の化合物（Ａｌ２Ｏ３（０．２））が基材の表面に近い側に位置する層であることを意味し、右側の化合物（ＴｉＮ（０．１））が基材の表面から遠い側に位置する層であることを意味している。さらに「［Ａｌ２Ｏ３（０．２）−ＴｉＮ（０．１）］ｘ３」等の表記は、「Ａｌ２Ｏ３（０．２）−ＴｉＮ（０．１）」で示される層が３回繰り返して積層されていることを意味している。【０１０７】
【表８】
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【０１０８】
＜多層構造層及び単独層の組成分析＞
多層構造層（第一単位層、第二単位層）及び単独層の組成は、上述した方法で、上記断面サンプルに現れた各層における結晶粒に対してＴＥＭに付帯のＥＤＸ装置（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＤ−２３００）を用いて分析することによって求めた。結果を表６−１及び表６−２に示す。【０１０９】
＜多層構造層及び単独層の結晶型分析＞
多層構造層（第一単位層、第二単位層）及び単独層の結晶型は、上述した方法で、Ｘ線回折により得られる回折ピークのパターンを解析することによって求めた。Ｘ線回折装置は、Ｒｉｇａｋｕ社製「ＭｉｎｉＦｌｅｘ６００」（商品名）を用いた。Ｘ線回折装置の条件は下記の通りとした。各層において求めた、立方晶型の結晶粒（ｃ）と六方晶型の結晶粒（ｈ）との総量を基準としたときの上記六方晶型の結晶粒の含有割合（ｈ／（ｃ＋ｈ））を表６−１及び表６−２に示す。
特性Ｘ線：  Ｃｕ−Ｋα（波長１．５４Å）
管電圧：  ４５ｋＶ
管電流：  ４０ｍＡ
フィルター：  多層ミラー
光学系：  集中法
Ｘ線回折法：  θ−２θ法。【０１１０】
＜多層構造層及び単独層の厚み＞
多層構造層（第一単位層、第二単位層）及び単独層の厚みは、以下の手順で求めた。まず、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ−２１００Ｆ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意に選択された１０点を各層ごとに測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで各層の厚みを求めた。【０１１１】
ここで、多層構造層が２層以上の第一単位層を含む場合、まず上述の方法で各第一単位層の厚みの平均値を求め、求められた値の平均値を多層構造層における第一単位層の厚みの平均値とした。上記多層構造層に含まれる第一単位層が１０層を超える場合、任意に選択された１０箇所の第一単位層において、上述の方法でその１０箇所の第一単位層それぞれの厚みの平均値を求め、求められた値の平均値を当該多層構造層における第一単位層の厚みの平均値とした。さらに、上記被覆層は２層以上の多層構造層を含むため、各多層構造層から求められた第一単位層の厚みの平均値を更に平均した値を当該第一単位層の厚みの平均値とした。上記被覆層に含まれる多層構造層が１０層を超える場合、任意に選択された１０層の多層構造層において、上述の方法でその１０層の多層構造層それぞれにおける第一単位層の厚みの平均値を求め、その各多層構造層から求められた当該平均値の平均値を当該第一単位層の厚みの平均値とした。上記第二単位層についても同様の方法で、厚みの平均値を求めた。【０１１２】
上記被覆層は２層以上の上記単独層を含む。そのため、各単独層から求められた厚みの平均値を更に平均した値を当該単独層の厚みの平均値とした。結果を表６−１及び表６−２に示す。【０１１３】
＜繰り返し単位の厚みの平均値、最大値及び最小値＞
１層の多層構造層と１層の単独層とからなる繰り返し単位（以下、「繰り返し単位」という。）について、その厚みの平均値、最大値及び最小値を以下の方法で求めた。このとき、繰り返し単位中における積層の順序は基材側から単独層、多層構造層の順として、各繰り返し単位を特定した。【０１１４】
上記繰り返し単位の厚みの平均値は、上記多層構造層の厚みの平均値と上記単独層の厚みの平均値との和で求めた。ここで、被覆層に含まれる繰り返し単位の数が１０層を超える場合、上記被覆層において連続した１０層の上記繰り返し単位を選択して、選択した１０層の繰り返し単位における平均値を上記繰り返し単位の厚みの平均値とした。このとき、選択した１０層中の４層目と５層目との界面が上記被覆層の中央に最も近くなるように選択した。また、被覆層の厚みの平均値を上記繰り返し単位の厚みの平均値で除することで、上記繰り返し単位の数を求めた。【０１１５】
上記繰り返し単位の厚みの最大値を求めるにあたり、まず上述したのと同様の方法で、ＳＴＥＭを用いて上記断面サンプルにおける各繰り返し単位の厚みをそれぞれ求めた。次に求められた各繰り返し単位の厚みを比較して、その最大値を上記繰り返し単位の厚みの最大値とした。ここで、被覆層に含まれる繰り返し単位の数が１０を超える場合、被覆層において連続した１０層の上記繰り返し単位を選択して、選択した１０層の繰り返し単位中の最大値を上記繰り返し単位の厚みの最大値とした。このとき、選択した１０層中の４層目と５層目との界面が上記被覆層の中央に最も近くなるように選択した。また、一見して異常値と思われる数値は採用しないものとした。同様の方法で、上記繰り返し単位の厚みの最小値も求めた。結果を表９に示す。表９中「−」で示されている箇所は、該当するパラメータが存在しないことを意味する。【０１１６】
【表９】
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【０１１７】
≪切削試験≫
（切削評価：連続加工試験）
上述のようにして作製した試料（試料番号１−１〜１−３及び２〜２０）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、逃げ面の摩耗量が０．２５ｍｍに達したとき又は刃先部に欠損が生じたときの切削距離（ｍ）を測定した。また、切削後の損傷形態（最終損傷形態）を観察した。その結果を表１０に示す。切削距離が長い程、耐熱亀裂性及び耐酸化性に優れる切削工具として評価することができる。また、下記切削条件は刃先部が高温になりやすいと考えられる。そのため、切削後の損傷形態で欠損が観察されなければ、耐熱亀裂性及び耐酸化性に優れる切削工具として評価することができる。
連続加工の試験条件
被削材  ：ＳＣＭ４４０（ブロック材、Ｗ３００×Ｌ５０）
カッタ径：φ１００
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
送り    ：０．３ｍｍ／ｔ
切込み量  ：２ｍｍ
切り込み幅：８０ｍｍ
切削油  ：湿式【０１１８】
【表１０】
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【０１１９】
表１０の結果から、試料番号１−１〜１−３及び試料番号２〜９の切削工具（実施例の切削工具）は、連続加工における切削距離が５．７ｍ以上の良好な結果が得られた。試料番号１−１〜１−３及び試料番号２〜９の切削工具は、刃先部の欠損がなく、正常に摩耗していた（正常摩耗）。一方試料番号１０〜２０の切削工具（比較例の切削工具）は、連続加工における切削距離が３ｍ以下であった。試料番号１０〜２０の切削工具は、最終損傷形態が異常摩耗であった。ここで、「異常摩耗」には、摩耗の進展が異常に大きい場合、チッピング又は欠損を起点として摩耗が進展した場合が含まれる。以上の結果から実施例の切削工具は、耐熱亀裂性及び耐酸化性に優れることが分かった。【０１２０】
以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及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。【０１２１】
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実施の形態及び実施例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、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】
【０１２２】
１  すくい面、  ２  逃げ面、  ３  刃先稜線部、  １０  基材、  １１  多層構造層、  １１ａ  第一単位層、  １１ｂ  第二単位層、  １２  単独層、  １３  下地層、  １４  表面層、  ２０  被覆層、  ３０  被膜、  ５０  ＣＶＤ装置、  ５２  基材セット治具、  ５３  反応容器、  ５４  調温装置、  ５５  第１ガス導入管、  ５６  第２ガス導入管、  ５７  第３ガス導入管、  ５８  ガス導入管、  ５９  ガス排気管、  ６０  ガス排気口、  １００  切削工具
【要約】
基材と、上記基材上に設けられている被覆層とを含む切削工具であって、上記被覆層は、第一単位層と第二単位層とからなる多層構造層と、単独層とを含み、上記単独層は、立方晶型のＴｉｚＡｌ１−ｚＮの結晶粒を含み、上記ＴｉｚＡｌ１−ｚＮにおけるＴｉの原子比ｚは、０．４以上０．５５未満であり、上記単独層の厚みの平均値は、２．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、上記多層構造層の厚みの平均値は、１０ｎｍ以上４５ｎｍ以下であり、１層の上記多層構造層と１層の上記単独層とからなる繰り返し単位において、上記繰り返し単位の厚みの平均値が２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最大値が４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であり、上記繰り返し単位の厚みの最小値が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、切削工具。【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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