特開 2015-174194 被覆切削工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-174194(P2015-174194A)

(43)【公開日】2015年10月5日

(54)【発明の名称】被覆切削工具

(51)【国際特許分類】

   B23C 5/16 20060101AFI20150908BHJP

   B23C 5/10 20060101ALI20150908BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20150908BHJP

   B23B 27/14 20060101ALI20150908BHJP

【ＦＩ】

   B23C5/16

   B23C5/10 B

   C23C14/06 H

   B23B27/14 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-53416(P2014-53416)

(22)【出願日】2014年3月17日

(71)【出願人】

【識別番号】000233066

【氏名又は名称】三菱日立ツール株式会社

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 智也

(72)【発明者】

【氏名】井上 謙一

【テーマコード（参考）】

3C022

3C046

4K029

【Ｆターム（参考）】

3C022KK02

3C046FF10

3C046FF13

3C046FF16

3C046FF25

4K029AA04

4K029BA54

4K029BA58

4K029BB02

4K029BB07

4K029BD05

4K029CA04

4K029CA13

4K029DA08

4K029DD06

4K029EA01

4K029FA04

4K029FA05

(57)【要約】

【課題】耐久性に優れる刃径が４ｍｍ以下の被覆切削工具を提供する。
【解決手段】基材の表面に硬質皮膜が被覆された刃径が４ｍｍ以下の被覆切削工具であって、前記基材の上にはＷおよびＴｉを含む炭化物からなるａ層が配置されており、前記ａ層の上には金属（半金属を含む）元素のうちＡｌの含有比率（原子％）が最も多く、Ｓｉの含有比率（原子％）が５％〜２０％であるＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物からなるｂ層が配置されており、前記ｂ層はＮａＣｌ型の結晶構造であり、前記ｂ層の上にはＴｉの含有比率（原子％）が５０％以上であり、Ｓｉの含有比率（原子％）が１％〜３０％である窒化物又は炭窒化物からなるｃ層が配置されており、
前記ａ層の膜厚は２ｎｍ〜１０ｎｍであり、前記ｂ層の膜厚は前記ｃ層の膜厚よりも大きく、前記ｂ層と前記ｃ層の合計の膜厚は２．５μｍ〜５μｍである被覆切削工具。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材の表面に硬質皮膜が被覆された刃径が４ｍｍ以下の被覆切削工具であって、前記基材の上にはＷおよびＴｉを含む炭化物からなるａ層が配置されており、前記ａ層の上には金属（半金属を含む）元素のうちＡｌの含有比率（原子％）が最も多く、Ｓｉの含有比率（原子％）が４％〜２０％であるＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物からなるｂ層が配置されており、前記ｂ層はＮａＣｌ型の結晶構造であり、前記ｂ層の上にはＴｉの含有比率（原子％）が５０％以上であり、Ｓｉの含有比率（原子％）が１％〜３０％である窒化物又は炭窒化物からなるｃ層が配置されており、
前記ａ層の膜厚は２ｎｍ〜１０ｎｍであり、前記ｂ層の膜厚は前記ｃ層の膜厚よりも大きく、前記ｂ層と前記ｃ層の合計の膜厚は２．５μｍ〜５μｍであることを特徴とする被覆切削工具。

【請求項2】

前記ｂ層と前記ｃ層の合計の膜厚は３．０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の被覆切削工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基材の表面に硬質皮膜が被覆された刃径が４ｍｍ以下の被覆切削工具に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、室温での板材の曲げ、絞り、抜きなどのプレス成形に用いられる金型材の切削加工には、高硬度なプリハードン鋼の加工および高能率加工が求められている。切削工具にはより優れた耐久性が要求されており、切削工具の表面に耐熱性や耐摩耗性が優れる各種セラミックスからなる硬質皮膜を被覆した被覆切削工具が適用されている。
例えば、耐熱性が優れる膜種であるＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物と、耐摩耗性が優れる膜種であるＴｉとＳｉの窒化物又は炭窒化物を組合わせた被覆切削工具が知られている（引用文献１、２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−２３９７９２号公報

【特許文献2】特開２００９−２２０２６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年では被削材の高硬度化および更なる高速加工化により、被覆切削工具には更なる耐久性が求められている。特に刃径が小さな小径工具の場合、工具負荷が大きな切削環境下においては突発的な皮膜破壊が発生する場合が多くあった。本発明者の検討によると、ＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物とＴｉとＳｉの窒化物又は炭窒化物を組合わせた被覆切削工具について、刃径が４ｍｍ以下の小径工具において耐久性を改善する余地があることを確認した。
本発明は上記の課題に鑑み、耐久性に優れる刃径が４ｍｍ以下の被覆切削工具を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

すなわち本発明は、基材の表面に硬質皮膜が被覆された刃径が４ｍｍ以下の被覆切削工具であって、前記基材の上にはＷおよびＴｉを含む炭化物からなるａ層が配置されており、前記ａ層の上には金属（半金属を含む）元素のうちＡｌの含有比率（原子％）が最も多く、Ｓｉの含有比率（原子％）が４％〜２０％であるＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物からなるｂ層が配置されており、前記ｂ層はＮａＣｌ型の結晶構造であり、前記ｂ層の上にはＴｉの含有比率（原子％）が５０％以上であり、Ｓｉの含有比率（原子％）が１％〜３０％である窒化物又は炭窒化物からなるｃ層が配置されており、
前記ａ層の膜厚は２ｎｍ〜１０ｎｍであり、前記ｂ層の膜厚は前記ｃ層の膜厚よりも大きく、前記ｂ層と前記ｃ層の合計の膜厚は２．５μｍ〜５μｍである被覆切削工具である。前記ｂ層と前記ｃ層の合計の膜厚は３．０μｍ以上であることが好ましい。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、刃径が４ｍｍ以下の小径工具において優れた耐久性を示す被覆切削工具を得ることができる。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本発明者は、高硬度材の高能率加工における被覆切削工具の損傷要因について検討し、硬質皮膜を形成する柱状粒界を起点に皮膜破壊が発生し易いことを確認した。一方で、柱状粒界を低減するために硬質皮膜の組織を微細化すると基材との密着性が低下するため被覆切削工具の耐久性が低下する。本発明者は、高硬度材を高能率加工するためには、耐熱性と耐摩耗性を兼ね備えた皮膜種を適用した被覆切削工具が有効であることを確認し、耐熱性と耐摩耗性が優れる皮膜種であるＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物をベースに皮膜組織を微細化して破壊の起点となる結晶粒界を低減することを検討した。そして、ＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物が一定量のＳｉ元素を含有することで皮膜組織が微細化して結晶粒界が低減することを確認し、硬質皮膜の組織が微細化することに起因する密着性の低下を補完するには特定の中間皮膜を設けることが有効であることを確認した。更に、高硬度材の切削加工においては、ＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物の上層にＴｉとＳｉを一定量含有する窒化物又は炭窒化物を配置することが有効であることを確認した。
そして、刃径が４ｍｍ以下のような小径工具においては、個々の膜厚を適切に調整した特定の皮膜構造を適用することで高負荷の切削環境下でもより優れた耐久性を発揮できることを確認して本発明に到達した。以下、本発明の詳細について説明する。

【0008】

まず、ｂ層について説明する。ｂ層は、ＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物で構成される。ＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物は、被覆切削工具として優れた耐摩耗性と耐熱性が発揮できる膜種であり、より好ましくは窒化物である。そして、優れた耐熱性を確保するために、金属（半金属を含む）元素のうち原子％でＡｌの含有量を最も多くすることが重要である。Ａｌは、耐熱性を付与する元素であり、金属（半金属を含む）元素の含有比率（原子％）でＡｌ以外の元素が最も多くなると耐熱性が十分でない。
ｂ層は、金属（半金属を含む）元素のうちＡｌの含有比率（原子％）が５０％以上とすることで、耐熱性に優れて好ましい。より好ましくは、Ａｌの含有比率（原子％）は５５％以上である。より優れた耐久性を発揮するためには、ｂ層は、金属（半金属を含む）元素のうちＡｌの含有比率（原子％）を６８％以下とすることが好ましい。なお、本発明における半金属とは、Ｓｉ、Ｂである。

【0009】

ｂ層は、結晶構造をＮａＣｌ型の結晶構造とし、被覆切削工具としての耐摩耗性を向上させるために、Ｃｒを含有することが必要である。ｂ層は、金属（半金属を含む）元素のうちＣｒの含有比率（原子％）が２０％以上であることで、耐摩耗性および耐熱性が高いレベルで両立されて好ましい。ｂ層は、Ｃｒの含有比率（原子％）を２０％以上とすることで、ＺｎＳ型の結晶構造が少なくなり、被覆切削工具の耐久性が向上する傾向にある。
本発明において、ＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物は、金属（半金属を含む）元素のうちＡｌとＣｒの合計の含有比率（原子％）が８５％以上であることが、耐熱性および耐摩耗性の観点から好ましい。更には、ＡｌとＣｒの合計の含有比率（原子％）は９０％以上であることが好ましい。

【0010】

Ｓｉは、ＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物の組織を微細化するために重要な元素である。Ｓｉの含有量が少ないとＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物は、皮膜の柱状粒子が粗大となり明確となる。柱状粒子が明確な組織形態では、皮膜破壊の起点となる結晶粒界が多くなるため逃げ面摩耗が増大する傾向にある。一方、一定量のＳｉを含有したＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物は、組織が微細化しており断面観察において明確な柱状粒子が観察されない。このような組織形態の硬質皮膜は、破壊の起点となる柱状粒界が少なくなり逃げ面摩耗を抑制することができる。但し、Ｓｉ含有量が多くなると非晶質およびＺｎＳ型の結晶構造が主体となり易くなり、被覆切削工具の耐久性が低下する。
よって、金属（半金属を含む）元素のうちＳｉの含有比率（原子％）を４％〜２０％とすることが重要である。Ｓｉの含有比率（原子％）が４％未満であると、柱状粒子が粗大になり、耐久性が低下する場合がある。Ｓｉの含有比率（原子％）が２０％を超えると、皮膜構造が非晶質となり易くなるため、ＮａＣｌ型の結晶構造とすることが困難となり耐久性が低下する場合がある。Ｓｉの含有比率（原子％）としては、より好ましくは５％以上であり、更に好ましくは６％以上である。また、Ｓｉの含有比率（原子％）は、より好ましくは１５％以下であり、更に好ましくは１０％以下である。

【0011】

ｂ層は、ＮａＣｌ型の結晶構造であることが重要である。本発明においてＮａＣｌ型の結晶構造であるとは、例えば、Ｘ線回折においてＮａＣｌ型の結晶構造に起因する回折強度が最大強度を示すものである。ＺｎＳ型の結晶構造に起因する回折強度が最大強度を示すものは脆弱であるため被覆切削工具として耐久性が乏しくなる。特に湿式加工においては、耐久性が低下する傾向にある。
ｂ層は、Ｘ線回折においてＺｎＳ型の結晶構造に起因する回折強度が確認されないことが好ましい。しかし、ＮａＣｌ型の結晶構造に起因する回折強度が最大強度を示すのであれば、一部にＺｎＳ型の結晶構造および非晶質相を含有してもよい。

【0012】

但し、皮膜の被験面積が小さい場合には、上記Ｘ線回折によるＮａＣｌ型の結晶構造の同定が困難な場合がある。このような場合であっても、例えば透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた制限視野回折法による結晶構造の同定を行うことができる。

【0013】

ｂ層のミクロ組織は、全体的なＳｉ量に対して相対的にＳｉ含有量の多い結晶相に、全体的なＳｉ量に対して相対的にＳｉ含有量が少ない結晶相が分散する組織形態である。ｂ層がこのような組織形態になることで、皮膜により高い残留圧縮応力が付与されるとともに、クラックの進展がミクロレベルでも抑制される。これにより、優れた耐久性が発揮できると考えられる。一般的に、Ｓｉ含有量が多くなると、ＡｌＣｒＳｉ系の窒化物又は炭窒化物は、非晶質相が主体の組織形態となり易く、靱性が低下する傾向にある。本発明では、ｂ層の結晶性を高めるため、基材付近の磁束密度を高めて被覆をしている。具体的には、ターゲット中心付近の平均磁束密度が１４ｍＴ以上である。また、ターゲット背面および外周に永久磁石を配備し、基材付近まで磁力線が到達するよう調整したカソードを用いて、ｂ層を被覆している。
また、後述するＴｉボンバード処理によって形成されるａ層の直上に、ｂ層を被覆していることも、ｂ層のミクロ組織がＳｉ含有量の異なる結晶相を含む組織形態になることに影響していると考えられる。

【0014】

ｂ層は、ＮａＣｌ型の結晶構造に起因する回折強度が最大強度を示す範囲であれば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉの含有量を考慮して、周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族（Ｃｒを除く）の金属元素およびＢから選択される１種または２種以上の元素の合計を金属（半金属を含む）元素のうち原子比率で０〜１０％含有することができる。これ以上の添加はｂ層の耐摩耗性及び耐熱性を低下させる傾向にある。

【0015】

前記ｂ層の上にはＴｉの含有比率（原子％）が５０％以上であり、Ｓｉの含有比率（原子％）が１％〜３０％である窒化物又は炭窒化物からなるｃ層が配置する。より好ましくは窒化物である。Ｔｉが主体でＳｉを一定量含有した窒化物又は炭窒化物は高い残留圧縮応力を有するため、耐摩耗性及び耐熱衝撃性に優れる傾向にある。特に湿式加工においては加熱冷却のサイクルにより硬質皮膜が剥離し易くなることから、高い残留圧縮応力を有するｃ層を設けることが有効である。ｃ層のＴｉの含有比率（原子％）が５０％未満であると耐摩耗性が低下する場合がある。また、ｃ層のＳｉの含有比率（原子％）が１％未満であれば皮膜の残留圧縮応力が低くなり耐摩耗性及び耐熱衝撃性が低下する場合がある。また、ｃ層のＳｉの含有比率（原子％）が３０％よりも多くなれば皮膜の残留圧縮応力が高くなり過ぎて皮膜破壊が発生する場合がある。ｃ層のＴｉの含有比率（原子％）は７０％以上であることが好ましい。また、ｃ層のＳｉの含有比率（原子％）は１０％以上であることが好ましい。

【0016】

突発的な皮膜破壊や欠損が発生し易い刃径が４ｍｍ以下のような小径工具においては、ｂ層とｃ層の膜厚の制御が重要となる。本発明者の検討によれば、残留圧縮応力が高いｃ層の膜厚が厚くなると皮膜剥離や欠損が発生する場合があることを確認した。そして、皮膜組織を微細化したｂ層の膜厚を厚くすることで、皮膜破壊が抑制されて優れた耐久性を発揮し易くなることを確認した。そのため、本発明では、ｂ層の膜厚はｃ層の膜厚よりも厚膜とする。また、本発明ではｂ層とｃ層の合計の膜厚は２．５μｍ〜５μｍとする。ｂ層の膜厚をｃ層よりも厚膜としても、ｂ層とｃ層の合計の膜厚が２．５μｍ未満であると耐摩耗性が十分でない場合がある。また、ｂ層とｃ層の合計の膜厚が５μｍよりも厚膜になると皮膜剥離や欠損が発生する場合がある。ｂ層とｃ層の合計の膜厚の下限値は３．０μｍ以上であることが好ましい。

【0017】

続いてａ層について説明する。ｂ層は微細な組織形態であるため基材との密着性が乏しく、従来の窒化物からなる中間皮膜を介しては密着性を改善するには十分でなかった。また、特許文献２に記載のＷ改質相は、脱炭相が形成され易くなるだけでなく、工具基材の形状によっては形成され難い場合があり、エンドミルの場合、機能部である刃先にはＷ改質相は形成され難いことを確認した。
本発明者は様々な条件で切削試験を行い、ＷおよびＴｉを含む炭化物からなるａ層を基材の上に設けることで、微細な組織形態であるｂ層との密着性が改善されて被覆切削工具の耐久性が向上することを確認した。つまり、基材とｂ層との間にａ層を形成することにより、微細な組織形態であるｂ層の基材との密着性を改善したものである。
基材の上にあるａ層がＷを含んだ炭化物とすれば基材である超硬合金との親和性が強くなり密着性が優れると考えられる。また、ａ層がＴｉを含むことで、ａ層の上にある微細組織であるｂ層がＮａＣｌ型の結晶構造を維持し易くなる。そして、ａ層の近傍にあるｂ層の結晶性がより高まり、基材とｂ層の密着性がより高まると考えられる。そして、刃径が４ｍｍ以下のような小径工具の耐久性を高めるためには、a層の膜厚の制御が重要となる。つまり、刃径４ｍｍ以下の小径工具である本発明においては、ａ層の膜厚は２ｎｍ〜１０ｎｍとする。ａ層の膜厚が薄くなり過ぎれば基材との密着性が低下する場合がある。また、ａ層の膜厚が厚膜になり過ぎると皮膜剥離が発生する場合がある。より好ましくは、ａ層の膜厚は３ｎｍ以上である。また、より好ましくはａ層の膜厚は７ｎｍ以下である。
ａ層は、ＷおよびＴｉ以外に皮膜成分および母材成分を含有しても良い。ａ層の実測定においては、基材側のＣｏや硬質皮膜側のＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎが含まれ得るが、ＷおよびＴｉを含む炭化物とすることで本発明の効果は発揮される。
ａ層は、透過型電子顕微鏡観察による断面観察、組成分析、ナノビーム回折パターンより確認することができる。

【0018】

基材の上にＷおよびＴｉを含む炭化物を形成するためには、ターゲットの外周にコイル磁石を配備してアークスポットをターゲット内部に閉じ込めるような磁場構成としたカソード用いてＴｉボンバードを実施することが好ましい。このようなカソードを用いて炭化物を形成し易い元素種であるＴｉでボンバード処理することで、基材表面の酸化物が除去されて清浄化されるだけでなく、ボンバードされたＴｉイオンが基材表面のＷＣに拡散してＷおよびＴｉを含む炭化物が形成され易くなる。本発明において、ＷおよびＴｉを含む炭化物であるa層は、機能部である刃先に形成されることで、刃先における基材と硬質皮膜の密着性が高まり被覆切削工具の耐久性を高める効果を得ることができる。
Ｔｉボンバードの際に基材に印加する負圧のバイアス電圧およびターゲットへ投入する電流が低いとＷおよびＴｉを含む炭化物が形成され難い。そのため、基材に印加するバイアス電圧は−１０００Ｖ〜−７００Ｖとすることが好ましい。また、ターゲットへ投入する電流は８０Ａ〜１５０Ａとすることが好ましい。
ボンバードはアルゴンガス、窒素ガス、水素ガス、炭化水素系ガス等を導入しながら実施してもよいが、炉内雰囲気を１．０×１０^−２Ｐａ以下の真空下で実施することで基材表面が清浄化されるだけでなく、拡散層が形成され易くなり好ましい。

【0019】

工具の外周刃で被加工材を加工するスクエアエンドミルと違って、ボールエンドミルのチゼル部では、被加工材と常に接触しながら加工を行っているため、より優れた耐熱性と耐摩耗性が要求される。本発明の被覆切削工具は、ボールエンドミルに適用することで、特に優れた耐久性を示すため好ましい。特に４０ＨＲＣ以上の金型材の切削加工において、被覆切削工具の耐久性を向上させることができるので好ましい。更には、５０ＨＲＣ以上の金型材の切削加工に適用しても、優れた耐久性を発揮できるので好ましい。
本発明の被覆切削工具は、皮膜構造を最適化しているため刃径が４ｍｍ以下の小径工具において優れた耐久性を発揮することができる。本発明の被覆切削工具は、ボール半径が３ｍｍ以下のボールエンドミルに適用することで優れた耐久性を発揮できるので好ましい。更には、ボール半径２ｍｍ以下のような小径のボールエンドミルに適用することが好ましい。

【0020】

本発明の基材に適用する超硬合金の硬度は９３．０ＨＲＡ以上９５．０ＨＲＡ以下であることが好ましい。基材の硬度が低くなり過ぎれば耐摩耗性を改善するのに十分でない場合がある。また、基材の硬度が高くなり過ぎれば靱性が低下するためチッピングが発生する場合がある。優れた耐久性をより安定して発揮には、基材の硬度は９３．５ＨＲＡ以上であることがより好ましい。また、基材の硬度は、９４．５ＨＲＡ以下であることがより好ましい。

【実施例1】

【0021】

＜成膜装置＞
成膜には、アークイオンプレーティング方式の成膜装置を用いた。本装置は、複数のカソード（アーク蒸発源）、真空容器および基材回転機構を含む。
カソードは、ターゲット外周にコイル磁石を配備したカソードを１基（以下「Ｃ１」という。）と、ターゲット背面および外周に永久磁石を配備し、ターゲット表面に垂直方向の磁束密度がターゲット中央付近で１４ｍＴ以上であるカソードを２基（以下「Ｃ２」、「Ｃ３」という。）搭載している。
Ｃ１には金属Ｔｉのターゲットを設置した。Ｃ２にはＡｌＣｒＳｉ合金のターゲットを設置した。Ｃ３にはＴｉＳｉ合金のターゲットを設置した。
真空容器内は、内部を真空ポンプにより排気され、ガスは供給ポートより導入される。真空容器内に設置した各基材にはバイアス電源が接続され、独立して各基材に負圧のＤＣバイアス電圧を印加する。
基材回転機構は、プラネタリーとプラネタリー上のプレート状治具、プレート状治具上のパイプ状治具が取り付けられ、プラネタリーが毎分３回転の速さで回転し、プレート状治具、パイプ状治具は夫々自公転する。

【0022】

＜基材＞
物性評価および切削試験用に、基材として、組成がＷＣ（ｂａｌ．）−Ｃｏ（８質量％）−Ｃｒ（０．５質量％）−ＶＣ（０．３質量％）、ＷＣ平均粒度０．６μｍ、硬度９３．９ＨＲＡ、からなる超硬合金製の２枚刃ボールエンドミル（日立ツール株式会社製）を準備した。

【0023】

＜加熱および真空排気工程＞
各基材をそれぞれ真空容器内のパイプ状冶具に固定し、成膜前プロセスを以下にように実施した。まず、真空容器内を８×１０^−３Ｐａ以下に真空排気した。その後、真空容器内に設置したヒーターにより、基材温度を６００℃まで加熱して、真空排気を行った。そして、基材温度を６００℃、真空容器内の圧力を８×１０^−３Ｐａ以下とした。

【0024】

＜Ａｒボンバード工程＞
その後、真空容器内にＡｒガスを導入し、０．６７Ｐａとした。その後、フィラメント電極に２０Ａの電流を供給、基材に−１５０Ｖのバイアス電圧を印加して、Ａｒボンバードを４分間実施した。

【0025】

＜Ｔｉボンバード工程＞
その後、真空容器内の圧力が８×１０^−３Ｐａ以下になるように真空排気した。続いて、基材に−７５０Vのバイアス電圧を印加して、Ｃ１に８０Ａのアーク電流を供給してＴｉボンバード処理を３分間実施した。

【0026】

＜成膜工程＞
Ｔｉボンバード後、直ちにＣ１への電流供給を中断した。そして、真空容器内のガスを窒素に置き換え、真空容器内の圧力を５Ｐａ、基材の設定温度を６００℃とし、Ｃ２に１００Ａの電流を供給して、基材に印加するバイアス電圧を−１５０Ｖとして硬質皮膜を被覆した。その後、Ｃ３に１００Ａの電流を供給し、基材に印加するバイアス電圧を−５０Vとして硬質皮膜を被覆した。その後、略２５０℃以下に基材を冷却して真空容器から取り出した。本発明例１〜３と比較例１０〜１３は成膜時間を調整して膜厚を変化させた。
比較例１４は、Ａｒボンバード工程の後にＴｉボンバードを実施せずに、Ｃ２及びＣ３に電流を供給して硬質皮膜を被覆した。
比較例１５は、Ａｒボンバード工程の後に基材に印加するバイアス電圧を−１０００VとしてＴｉボンバードを４分間実施して、Ｃ２及びＣ３に電流を供給して硬質皮膜を被覆した。
比較例１６は、Ａｒボンバード工程の後に基材に印加するバイアス電圧を−８００VとしてＴｉボンバードを１分間実施して、Ｃ２及びＣ３に電流を供給して硬質皮膜を被覆した。
比較例１７は、Ｔｉボンバードをせずに、Ａｒボンバード工程の後にチタン窒化物を被覆した後に、Ｃ２及びＣ３に電流を供給して硬質皮膜を被覆した。

【0027】

株式会社日本電子製の電子プローブマイクロアナライザー装置（型番：ＪＸＡ−８５００Ｆ）を用いて、付属の波長分散型電子プローブ微小分析（ＷＤＳ−ＥＰＭＡ）でｂ層とｃ層の皮膜組成を測定した。この皮膜組成の分析は、分析用の被覆切削工具を断面観察して、各層を加速電圧１０ｋＶ、照射電流５×１０^−８Ａ、取り込み時間１０秒、分析領域直径１μｍ、分析深さが略１μｍで５点測定してその平均から組成を求めることにより行った。

【0028】

分析用の被覆切削工具を用いて透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による断面解析を行った。装置は、日本電子株式会社製の電界放出型透過電子顕微鏡（型番：ＪＥＭ−２０１０Ｆ型）を用いた。組成分析は付属のＵＴＷ型Ｓｉ（Ｌｉ）半導体検出器を用いてビーム径１ｎｍで分析した。ナノビーム回折は、カメラ長５０ｃｍとし、２ｎｍ以下のビーム径で分析した。

【0029】

ＴＥＭ観察により、基材と硬質皮膜の間には別層（ａ層）が形成されていることを確認した。ＥＤＳスペクトル分析結果から、基材の直上のａ層には、ＷとＴｉが含まれていることを確認した。また、ナノビーム回折パターンからａ層はＷＣの結晶構造に指数付けが可能であった。ＥＤＳスペクトル分析およびナノビーム回折パターンから、基材の直上にあるａ層は、ＷＣの一部にＴｉを含有した炭化物であることを確認した。また、ａ層は金属（半金属を含む）部分の原子比率でＷを最も多く含有していた。なお、ＷおよびＴｉ以外には硬質皮膜の成分であるＡｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎを含有していた。また、基材成分であるＣｏも僅かに含有していた。ａ層の直上は、ＥＤＳスペクトル分析結果およびナノビーム回折パターンから、立方晶構造の窒化物からなる硬質皮膜であることを確認した。
Ｔｉボンバード処理の条件を変えた比較例１５は、本発明例よりも厚膜のa層が形成されていた。基材のクリーニングを目的とした短時間のＴｉボンバード処理を行った比較例１６は、明確なa層は形成されていなかった。

【0030】

また、ＴＥＭを用いた制限視野回折法によってｂ層の結晶構造の同定を行った。本発明例のｂ層はＮａＣｌ型の結晶構造を有していることを確認した。

【0031】

作製した被覆切削工具を用いて切削試験を行った。表１に分析結果および切削試験結果を示す。切削条件は以下の通りである。
（条件）湿式加工
・工具：２枚刃超硬ボールエンドミル
・型番：ＥＰＤＢＥ２０１０−６、ボール半径０．５ｍｍ、首下長さ６ｍｍ
・切削方法：底面切削
・被削材：ＨＰＭ３８（５２ＨＲＣ）（日立金属株式会社製）
・切り込み：軸方向、０．０４ｍｍ、径方向、０．０４ｍｍ
・切削速度：７８．５ｍ／ｍｉｎ
・一刃送り量：０．０１８９ｍｍ／刃
・切削油：水溶性エマルション加圧供給
・切削距離：６０ｍ
・評価方法：切削加工後、走査型電子顕微鏡を用いて倍率１５０倍で観察し、工具と被削材が擦過した幅を実測し、そのうちの擦過幅が最も大きかった部分を最大摩耗幅とした。

【0032】

【表1】

【0033】

本発明例は摩耗幅が小さくなり、早期欠損も発生せずに優れた耐久性を示した。
比較例１０はｃ層の膜厚がｂ層よりも厚膜であるため、本発明例に比べて摩耗幅が大きくなった。比較例１１はｂ層とｃ層の膜厚が同じであるため、本発明例に比べて摩耗幅が大きくなった。比較例１２はｂ層に含有するＳｉが少ないため皮膜組織が粗大であり、本発明例に比べて摩耗幅が大きくなった。比較例１３はｂ層とｃ層の合計の膜厚が薄いため、本発明例に比べて摩耗幅が大きくなった。比較例１４はＴｉボンバードを実施していないためa層が形成されておらず、基材とｂ層の密着性が弱く早期欠損した。比較例１５はa層の膜厚が厚すぎるため本発明例に比べて摩耗幅が大きくなった。比較例１６は基材のクリーニングを目的としたＴｉボンバードであるため、明確なa層が形成されておらず早期欠損した。比較例１７は本発明例のa層の代わりに窒化チタンを形成したものであるが、窒化チタンでは基材と組織を微細化したｂ層との密着性を高める効果が不十分であり早期欠損した。