特許 5662680 表面被覆切削工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5662680

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年2月4日

(54)【発明の名称】表面被覆切削工具

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20150115BHJP

   B23B 51/00 20060101ALI20150115BHJP

   B23C 5/16 20060101ALI20150115BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20150115BHJP

【ＦＩ】

   B23B27/14 A

   B23B51/00 J

   B23C5/16

   C23C14/06 P

【請求項の数】12

【全頁数】47

(21)【出願番号】特願2009-528966(P2009-528966)

(86)(22)【出願日】2008年5月26日

(86)【国際出願番号】JP2008059655

(87)【国際公開番号】WO2009025112

(87)【国際公開日】20090226

【審査請求日】2011年1月11日

【審判番号】不服2013-16619(P2013-16619/J1)

【審判請求日】2013年8月28日

(31)【優先権主張番号】特願2007-215656(P2007-215656)

(32)【優先日】2007年8月22日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2007-247407(P2007-247407)

(32)【優先日】2007年9月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】503212652

【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮永 美紀

(72)【発明者】

【氏名】田林 大二

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸山 誠

(72)【発明者】

【氏名】森口 秀樹

【合議体】

【審判長】 石川 好文

【審判官】 栗田 雅弘

【審判官】 長屋 陽二郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平７−１７３６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−７１６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０２８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７１１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３００１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１００００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０７３２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２２６１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−５０９４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

B23B27/14

B23B51/00

B23C5/16

B23P15/28

C23C14/06

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と該基材上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、１以上の層を含み、
前記層のうち少なくとも１の層は、化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_Y（ただし、Ｘ、Ｙはそれぞれ原子比を示し、Ｘは０＜Ｘ≦０．３であり、Ｙは０．１≦Ｙ≦１である。また、Ｚは硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を示す。Ｍは、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、ＴａまたはＷであり、Ａｌ、ＳｉおよびＺｒを含まない。）で示される第１化合物を含むチタン化合物層であり、
前記第１化合物は、Ｘ線回折における（１１１）面のピーク強度Ａと（２００）面のピーク強度Ｂとの比Ｂ／Ａが０≦Ｂ／Ａ≦１となる結晶構造を有し、かつその結晶粒径が０．１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である表面被覆切削工具。

【請求項2】

前記化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_Yにおける前記ＭはＨｆであり、
前記Ｘは０＜Ｘ≦０．２であり、
前記第１化合物は、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．４０Å以上２．５５Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．０９Å以上２．２５Å以下である結晶構造を有する請求項１に記載の表面被覆切削工具。

【請求項3】

前記化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_Yにおける前記ＭはＴａであり、
前記Ｘは０＜Ｘ≦０．１５であり、
前記第１化合物は、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．３０Å以上２．７５Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．００Å以上２．３０Å以下である結晶構造を有する請求項１に記載の表面被覆切削工具。

【請求項4】

前記化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_Yにおける前記ＭはＣｒであり、
前記Ｘは０＜Ｘ≦０．１５であり、
前記第１化合物は、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．４６Å以上２．６３
Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．０９Å以上２．１５Å以下である結晶構造を有する請求項１に記載の表面被覆切削工具。

【請求項5】

前記化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_Yにおける前記ＭはＷであり、
前記Ｘは０＜Ｘ≦０．２であり、
前記第１化合物は、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．３０Å以上２．６５Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．０４Å以上２．２０Å以下である結晶構造を有する請求項１に記載の表面被覆切削工具。

【請求項6】

前記化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_Yにおける前記ＭはＭｏであり、
前記Ｘは０＜Ｘ≦０．１５である請求項１に記載の表面被覆切削工具。

【請求項7】

前記第１化合物は、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｗ、およびＮｂからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含み、
前記Ｍｏ、Ｈｆ、Ｗ、およびＮｂからなる群より選択される少なくとも１種の元素は、Ｔｉに対して原子比で０．００５以上０．３以下の割合で含まれる請求項１に記載の表面被覆切削工具。

【請求項8】

前記チタン化合物層は、前記第１化合物を含む第１層と、第２化合物を含む第２層とが各々１層以上積層された積層構造を有し、
前記第２化合物は、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、およびＶからなる群より選択される少なくとも１種の元素と、硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素とを含む請求項１に記載の表面被覆切削工具。

【請求項9】

前記第２化合物は、Ｃｒ、ＡｌおよびＴｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素と、硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなる化合物である請求項８に記載の表面被覆切削工具。

【請求項10】

前記第１層は、その厚みが０．５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記第２層は、その厚みが０．５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である請求項８に記載の表面被覆切削工具。

【請求項11】

前記表面被覆切削工具は、前記被膜として下地層が前記基材上に形成され、その下地層上に前記チタン化合物層が形成されており、
前記下地層は、Ｔｉと、硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素とを含む第３化合物を含む請求項１に記載の表面被覆切削工具。

【請求項12】

前記チタン化合物層は、０．３μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有する請求項１に記載の表面被覆切削工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基材と該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具に関する。

【背景技術】

【0002】

種々の被削材を切削加工するのに用いられる表面被覆切削工具は、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質の基材に対してその表面の耐摩耗性を改善したり表面保護機能を改善したりすることを目的として、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質被膜でその表面を被覆することが行なわれてきた。特にＴｉＡｌＮからなる被膜は優れた耐摩耗性を示すことから、チタンの窒化物、炭化物、炭窒化物等からなる被膜に代わってこのような表面被覆切削工具の被膜として広く用いられている。

【0003】

しかしながら、被削材が多様化していることおよび加工効率を向上させるために高速の切削加工が求められることなどの理由から、以前に比し切削工具の寿命は非常に短くなっている。さらに、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乾式の加工（ドライ加工）が求められる傾向にある。

【0004】

このため切削工具に要求される特性はますます高度なものとなっており、以って表面被覆切削工具の被膜に対しても種々の高度な特性が要求されている。

【0005】

このような要求に応える試みとして、ＴｉＡｌの炭化物、炭窒化物、複合窒化物のおいて、Ａｌの一部をＣｒ、Ｃｅ、Ｍｏ、Ｎｂ等に置き換えた被膜が提案されている。たとえば、難削材の重切削加工における耐チッピング性を改善するものとして、硬質被覆層として、層厚方向にそってＡｌ成分最高含有点とＡｌ成分不含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつＡｌ成分最高含有点からＡｌ成分不含有点へ、およびＡｌ成分不含有点からＡｌ成分最高含有点へＡｌ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有する被膜を設けることが検討されている。この被膜においては、上記Ａｌ成分最高含有点は組成式［Ｔｉ_1-(X+Z)Ａｌ_XＶ_Z］Ｎ（ただし、ＸおよびＺは原子比であり、Ｘは０．４０〜０．６５、Ｚは０．０５〜０．２０）を満足し、上記Ａｌ成分不含有点は組成式（Ｔｉ_1-ZＶ_Z）Ｎ（ただし、Ｚは原子比であり、Ｚは０．０５〜０．２０）を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ成分最高含有点とＡｌ成分不含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする（特開２００３−３００１０５号公報（特許文献１））。また、特開平１２−０６１７０８号公報（特許文献２）において、ＴｉもしくはＴｉとＡｌを主成分とする窒化物、炭窒化物、窒硼化物、もしくは炭窒硼化物を被覆した被覆硬質合金において、該ＴｉもしくはＴｉとＡｌの化合物皮膜のいずれか一種以上と、（Ｔｉ_xＶ_1-x）で表わされ、かつｘは０．９以下である窒化物、炭窒化物、窒酸化物もしくは炭窒酸化物の皮膜のいずれか一種とを、少なくとも３層被覆したことを特徴とする被覆硬質工具が提案されている。しかしながら、これらの被膜は、上述のような高度な特性の要求を満たすものではなく、さらなる耐チッピング性等の向上が求められている。

【0006】

また、ＴｉＡｌ系被膜において、Ａｌの一部をＣｒに置き換えたものとして（Ｔｉ_aＡｌ_bＣｒ_c）（Ｃ_1-dＮ_d）からなる硬質被膜が提案されている（式中、０．０２≦ａ≦０．３０、０．５５≦ｂ≦０．７６５、０．０６≦ｃ、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０．５≦ｄ≦１（ａ、ｂ、ｃはそれぞれＴｉ、Ａｌ、Ｃｒの原子比を示し、ｄはＮの原子比を示す。）、または０．０２≦ａ≦０．１７５、０．７６５≦ｂ、４（ｂ−０．７５）≦ｃ、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０．５≦ｄ≦１）（（特開２００３−０７１６１０号公報）特許文献３）。この提案においては、被膜の成分としてＴｉとＡｌに対してＣｒを混在させたことにより、高硬度である岩塩型のＡｌＮの結晶構造を従来のＴｉＡｌＮ被膜に対してさらに高い含有率で含むことができるとされており、以って硬度が向上することからより高度な耐摩耗性を付与することができるとされている。また、耐酸化性に優れるＣｒとＡｌの含有率も同時に向上させられるため、より硬度な耐酸化性も付与することができるとされている。しかしながら、Ａｌを必須の構成成分として含むものであるため、Ａｌに起因するクレーター摩耗（すくい面の摩耗現象）を防止することは困難であった。一方、０．０５〜０．５μｍの平均層厚を有し、組成式（Ｔｉ_1-XＣｒ_X）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．２０を示す）を満足し、さらに、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折装置による測定で、（２００）面に最高ピークが現われ、かつ前記最高ピークの半価幅が２θで０．９度以下であるＸ線回折パターンを示すＴｉ−Ｃｒ複合窒化物層からなる結晶配向履歴層を有する硬質被膜が提案されている（（特開２００３−１３６３０５号公報）特許文献４）。かかる被膜は、Ａｌを含まないことからクレーター摩耗の発生はある程度防止されるものと考えられるが、（２００）面に最高ピークが現われるという結晶構造を有することから十分な硬度を有することができず、耐摩耗性をさらに改善することが求められていた。

【0007】

ＴｉＡｌ系被膜において、Ａｌの一部をＮｂに置き換えたものとしては、炭化タングステン基超硬合金基体または炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、ＴｉとＮｂの複合窒化物からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具が検討されている（特開２００３−３４０６０９号公報（特許文献５））。この切削工具においては、被膜厚さ方向にそって、Ｎｂ最高含有点とＮｂ最低含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつＮｂ最高含有点からＮｂ最低含有点へ、およびＮｂ最低含有点からＮｂ最高含有点へＮｂ含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有している。また、上記Ｎｂ最高含有点は組成式（Ｔｉ_1-XＮｂ_X）Ｎ（ただし、Ｘは原子比であり、Ｘは０．３０〜０．５０）を満たし、上記Ｎｂ最低含有点は組成式（Ｔｉ_1-YＮｂ_Y）Ｎ（ただし、Ｙは原子比であり、Ｙは０．０５〜０．２５）を満たし、かつ隣り合う上記Ｎｂ最高含有点とＮｂ最低含有点との間隔が、０．０１〜０．１μｍとすることが提案されている。これは、高温硬度に優れるが低靭性および低強度である上記組成（Ｔｉ_1-XＮｂ_X）Ｎの特性を、（Ｔｉ_1-YＮｂ_Y）Ｎにより補完させるものである。しかしながら、原料を複数組成準備する必要があり、また２つの層の層間隔を最適化する必要があるなど、煩雑な面があり、被膜全体が単一組成で上記要求を満足する表面被覆切削工具が望まれていた。また、特開平１２−２１８４０７号公報（特許文献６）においては、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｎｂの１種もしくは２種以上が被膜の金属成分のみの原子％で１０％以上６０％以下であり、残部がＴｉで構成される窒化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭窒化物のいずれかであるａ層と、Ａｌが被膜の金属成分のみの原子％で４０％より多く７５％以下であり、残部がＴｉで構成される窒化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭窒化物のいずれかであるｂ層とが、それぞれ一層以上交互に積層され、かつｂ層が母材表面直上にあることを特徴とする硬質皮膜被覆工具が提案されているが、耐欠損性の向上が十分とはいえなかった。

【0008】

ＴｉＡｌ系被膜において、Ａｌの一部をＭｏに置き換えた被膜が特開平９−３００１０５号公報（特許文献７）に開示されているが、被膜としてＡｌを必須の構成成分として含むものであるため、Ａｌに起因するクレーター摩耗（すくい面の摩耗現象）を防止することは困難であった。一方、組成式（Ｔｉ_xＭ_1-x）Ｃ_yＮ_1-y（ただし、原子比で、０．４≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１．０を示す）を満足する被膜がＴｉＣＮ−Ｃｏ−Ｎｉ合金であるサーメット上への形成ということで提案されている（特開２００４−０９０２８９号公報（特許文献８））。この被膜においては、配向性の規定がなされておらず、また、添加元素の濃度範囲も不明であり、十分な耐酸化性を有する被膜を達成できておらず、結果として耐摩耗性の更なる改善が求められるものであった。

【0009】

また、切削工具の特性を向上させる被膜として、特公昭６１−０５７９０４号公報（特許文献９）にはＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の金属の窒化物からなる被膜が提案されている。しかし、単にこれらの元素を組合わせて用いただけでは、上記のような効果が得られない場合も多く、特性を向上させる効果的な被膜を得るために、上記金属およびその組成については種々の検討がなされている。たとえば特開平２−０５０９４８号公報（特許文献１０）には、化学式［Ｔｉ_xＺｒ_yＨｆ_z］Ｎ_v（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０．４≦ｘ≦０．９５、０．０５≦ｙ≦０．５、０．０５≦ｚ≦０．５、０．８≦ｖ≦１．０）で示される複合化合物からなる層をイオンビームミキシング法を用いて切削工具表面に設ける被膜の製造方法が提案されている。しかしながら、該方法で得られる複合化合物からなる層はＺｒが必須成分として含まれており、Ｚｒの存在による刃先の耐欠損性を十分に改善できたものではなかった。また、一般に切削工具等の表面硬化に用いられているＴｉＡｌＮからなる被膜の特性を向上させる技術として、特開２０００−３３４６０７号公報（特許文献１１）には、ＴｉＡｌ系化合物とＢ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗを一部含むＴｉＳｉ系化合物との積層構造を有する被膜が提案されており、特開２００２−３３７００７号公報（特許文献１２）には、金属成分として相対的にＳｉに富むＣｒ、ＡｌおよびＳｉを含む層と、相対的にＳｉに乏しいＣｒ、ＡｌおよびＳｉを含む層とから構成され、ＣｒおよびＡｌとＣ、Ｎ、Ｏ、およびＢの少なくとも一種との化合物からなる硬質層であって、Ｃｒの一部をＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＩａ族の金属およびＹのうち一種以上の元素で置き換えてなる硬質層が開示されている。しかしながら、これらの文献に開示された被膜は、Ｓｉを必須成分として含むため、Ｓｉの存在による刃先の耐欠損性の低下を防止することは困難であった。また、Ａｌを必須成分とするために、切削時のクレーター摩耗の進行の抑制が不可能であった。さらに、特開２０００−１２９４２０号公報（特許文献１３）には、高温摺動部材の表面特性を向上させる被膜が開示されている。この被膜は、表面特性として特にＴｉＮ膜の課題である耐高温腐食性の改善を図ることを目的とするものであり、その被膜の形成方法としてダイナミックミキシング法を適用することが記載されている。しかしながら、当該方法により形成された被膜の構造では、表面被覆切削工具に必要とされる耐摩耗性、低摩擦係数および刃先の耐欠損性などを十分に向上させることができるものではなかった。

【0010】

ＴｉＡｌ系被膜において、Ａｌの一部を他原子に置き換えたものとして、特開２０００−３３４６０７号公報（特許文献１１）において、被膜金属成分の原子％で、Ｓｉが１０％以上６０％以下、Ｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、ＴａおよびＷの１種または２種以上の原子が１０％未満、残りがＴｉから構成される窒化物、炭窒化物、酸窒化物、酸炭窒化物のいずれかであり、ＮａＣｌ型結晶構造を有し、かつ格子定数が０．４１７ｎｍ以上０．４２３ｎｍ以下である被膜が提案されている。しかしながら、この提案においては、被膜としてＳｉを必須の構成成分として含むものであるため、Ｓｉの存在による刃先の耐欠損性低下を防止することは困難であった。

【0011】

特開平９−２９５２０４号公報（特許文献１４）では、ＴｉとＡｌの複合窒化物、炭窒化物または炭化物を被覆したスローアウェイインサートにおいて、Ｔｉの一部が、Ｔｉに対して０．０５原子％以上６０原子％以下の範囲でＺｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｓｉ、Ｗ、Ｃｒのうち１種もしくは２種以上の元素に置換された組成を有する化合物からなる被膜層が提案されている。また、たとえば、ＴｉおよびＡｌに、ＴｉとＡｌに対し０．１原子％〜５０原子％のＺｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｗ、Ｙ、Ｓｉ、Ｃｅ、Ｎｂから選択される１種もしくは２種以上の元素である第３成分を含む化合物からなる層と、Ｔｉの窒化物もしくは炭窒化物からなる層を、各々少なくとも２層以上被覆した多層被覆が提案されている（特開平９−３２３２０４号公報（特許文献１５））。しかしながら、これらの被膜はＡｌを必須成分として含むため、上記提案されているＴｉとＡｌにさらなる成分を含有する層のＸ線回折における（１１１）面の回折強度（Ｉ（１１１））に対する（２００）面の回折強度（Ｉ（２００））の値（Ｉ（２００）／Ｉ（１１１））は１以上であり、また、Ａｌを必須の構成成分として含むものであるため、Ａｌに起因するクレーター摩耗（すくい面の摩耗現象）を防止することは困難であった。他方、Ａｌを含まない組成の化合物からなる被膜が提案されている（特開２００６−００９０５９号公報（特許文献１６））。しかしながら、該提案されている被膜は、基板上に直接形成するものであり、基材との密着力を向上させるためにタングステンの配合割合が比較的高いものであった。このため、耐酸化性が低く、高度な性能が要求される切削工具に用いた場合、所望の性能を発揮するものではなかった。

【特許文献1】特開２００３−３００１０５号公報

【特許文献2】特開平１２−０６１７０８号公報

【特許文献3】特開２００３−０７１６１０号公報

【特許文献4】特開２００３−１３６３０５号公報

【特許文献5】特開２００３−３４０６０９号公報

【特許文献6】特開平１２−２１８４０７号公報

【特許文献7】特開平９−３００１０５号公報

【特許文献8】特開２００４−０９０２８９号公報

【特許文献9】特公昭６１−０５７９０４号公報

【特許文献10】特開平２−０５０９４８号公報

【特許文献11】特開２０００−３３４６０７号公報

【特許文献12】特開２００２−３３７００７号公報

【特許文献13】特開２０００−１２９４２０号公報

【特許文献14】特開平９−２９５２０４号公報

【特許文献15】特開平９−３２３２０４号公報

【特許文献16】特開２００６−００９０５９号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、クレーター摩耗を低減するとともに高度な耐摩耗性を付与することができる被膜を備えた表面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】

【0013】

本発明の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを備え、該被膜は、１以上の層を含み、この層のうち少なくとも１の層は、化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_Y（ただし、Ｘ、Ｙはそれぞれ原子比を示し、Ｘは０＜Ｘ≦０．３であり、Ｙは０．１≦Ｙ≦１である。また、Ｚは硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を示す。Ｍは、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、ＴａまたはＷであり、Ａｌ、ＳｉおよびＺｒを含まない。）で示される第１化合物を含むチタン化合物層であることを特徴とする。

【0014】

上記化合物は、Ｘ線回折における（１１１）面のピーク強度Ａと（２００）面のピーク強度Ｂとの比Ｂ／Ａが０≦Ｂ／Ａ≦１となる結晶構造を有する。

【0015】

上記第１化合物は、その結晶粒径が０．１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。

【0017】

また、上記化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_YにおけるＭがＣｒの場合、Ｘは０＜Ｘ≦０．１５であることが好ましく、ＭがＮｂの場合、Ｘは０＜Ｘ≦０．１５であることが好ましい。また、ＭがＣｒの場合、上記第１化合物は、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．４６Å以上２．６３Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．０９Å以上２．１５Å以下である結晶構造を有することが好ましい。

【0018】

化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_YにおけるＭがＭｏの場合は、上記Ｘは０＜Ｘ≦０．１５であることが好ましく、上記ＭがＨｆの場合は、Ｘは０＜Ｘ≦０．２であることが好ましい。また、ＭがＨｆの場合は、上記第１化合物は、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．４０Å以上２．５５Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．０９Å以上２．２５Å以下である結晶構造を有することが好ましい。

【0019】

また、化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_YにおけるＭがＴａの場合、Ｘは０＜Ｘ≦０．１５であることが好ましく、この場合、上記第１化合物は、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．４０Å以上２．６５Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．００Å以上２．３０Å以下である結晶構造を有することが好ましい。上記、化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_YにおけるＭがＷであり、Ｘが０＜Ｘ≦０．２である場合も好ましい。

【0020】

また、上記第１化合物は、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．４０Å以上２．５３Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．０４Å以上２．２０Å以下である結晶構造を有する場合も好ましい。

【0021】

本発明における上記チタン化合物層または上記第１化合物には、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｗ、およびＮｂからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むことが好ましい。この場合、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｗ、およびＮｂからなる群より選択される少なくとも１種の元素は、Ｔｉに対して原子比で０．００５以上０．３以下の割合で含まれることが好ましい。

【0022】

また、チタン化合物層は、第１化合物を含む第１層と、第２化合物を含む第２層とが各々１層以上積層された積層構造を有し、第２化合物は、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、およびＶからなる群より選択される少なくとも１種の元素と、硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素とを含むことが好ましく、上記第２化合物は、Ｃｒ、ＡｌおよびＴｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素と、硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなる化合物であることがより好ましい。

【0023】

上記のように本発明におけるチタン化合物層が積層構造を有する場合は、第１層は、その厚みが０．５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、第２層は、その厚みが０．５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。

【0024】

また、本発明の表面被覆切削工具は、被膜として下地層が前記基材上に形成され、その下地層上にチタン化合物層が形成された構造とすることができ、この場合、下地層は、Ｔｉと、硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素とを含む第３化合物を含むことが好ましい。

【0025】

本発明におけるチタン化合物層は、０．３μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有することが好ましい。

【発明の効果】

【0026】

本発明は上記のような構成とすることによって、クレーター摩耗を低減するとともに高度な耐摩耗性を付与することができる被膜を備えた表面被覆切削工具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】成膜装置の構成を示す概略図である。

【符号の説明】

【0028】

１，２ 金属原料蒸発源、３ 回転テーブル、４ 基板ホルダ、５ 基板、６ 成膜装置。

【発明を実施するための最良の形態】

【0029】

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
＜表面被覆切削工具＞
本発明の表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備えるものである。このような構成を有する本発明の表面被覆切削工具は、たとえばドリル、エンドミル、フライス加工用または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、タップまたはクランクシャフトのピンミーリング加工用チップ等として極めて有用に用いることができる。そして、本発明の表面被覆切削工具は、Ｔｉ合金加工用またはインコネル合金等の耐熱合金加工用のドリル、エンドミル、フライス加工用または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、タップ等として特に有用に用いることができる。

【0030】

＜基材＞
本発明の表面被覆切削工具の基材としては、このような切削工具の基材として知られる従来公知のものを特に限定なく使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはさらにＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物等を添加したものも含む）、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、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、およびこれらの混合体など）、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体等をこのような基材の例として挙げることができる。このような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、組織中に遊離炭素やη相と呼ばれる異常相を含んでいても本発明の効果は示される。

【0031】

なお、これらの基材は、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発明の効果は示される。

【0032】

＜被膜＞
本発明の表面被覆切削工具の上記基材上に形成される被膜は、１以上の層を含むものである。そして、それらの層のうち少なくとも１の層は、以下で詳述する第１化合物を含むチタン化合物層である。本発明の被膜は、このチタン化合物層を含む限り、さらに他の層を含んでいても差し支えない。なお、本発明の被膜は、基材上の全面を被覆するもののみに限られるものではなく、部分的に被膜が形成される態様をも含む。

【0033】

このような被膜の合計厚み（２以上の層が形成される場合はその総膜厚）は、０．３μｍ以上１５μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくはその上限が１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下、その下限が０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。その厚みが０．３μｍ未満の場合、耐摩耗性等の諸特性の向上作用が十分に示されない場合があり、１５μｍを超えると残留応力が大きくなり基材との密着性が低下する場合がある。なお、膜厚の測定方法としては、切削工具を切断し、その断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察することにより求めることができる。以下、該被膜についてさらに詳細に説明する。

【0034】

＜チタン化合物層＞
本発明のチタン化合物層は、化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_Y（ただし、Ｘ、Ｙはそれぞれ原子比を示し、Ｘは０＜Ｘ≦０．３であり、Ｙは０．１≦Ｙ≦２である。また、Ｚは硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を示す。ＭはＶ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、ＴａまたはＷである。）で示される第１化合物を含むものである。このような第１化合物は、上記Ｍに該当する金属を含まない構造の化合物に比し高い硬度を示す。これは恐らく、第１化合物の結晶格子中において、上記金属が特定部位のＴｉに対して侵入型または置換型として混在することにより結晶格子が歪むとともに、結晶粒自体が微細化するためではないかと推測される。

【0035】

本発明のチタン化合物層は、不可避不純物を除き第１化合物のみによって構成することができる。しかし、後述のような他の成分（元素）を含むことができ、また、後述のような第１化合物を含む層と他の化合物を含む層とが積層されて形成されたものであってもよい。

【0036】

なお、このようなチタン化合物層は、第１化合物とともに、その第１化合物に起因する（第１化合物の形成時に同時に形成されたり、その形成後に経時的に形成される）副次的化合物を含んでいても差し支えない。そのような副次的化合物は第１化合物に対し少量含まれるものであり、たとえばＴｉと上記化学式中のＺとからなる化合物や、上記化学式中のＭとＺとからなる化合物が挙げられる他、Ｔｉ単体や上記第１化合物に含まれるＭの単体も挙げることができる。

【0037】

＜第１化合物＞
上記チタン化合物層に含まれる第１化合物は、化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_Y（ただし、Ｘ、Ｙはそれぞれ原子比を示し、Ｘは０＜Ｘ≦０．３であり、Ｙは０．１≦Ｙ≦２である。また、Ｚは硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を示す。ＭはＶ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、ＴａまたはＷである。）で示される化合物である。上記化学式中、原子比ＸおよびＹが上記範囲を満たす場合は、耐摩耗性を改善する効果が奏される。

【0038】

なお、この第１化合物は、上記化学式においてＴｉまたはＣｒの一部が他の元素（たとえば後述のようなＺｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ等）に置換されているものも含み得るものとし、このような場合であっても本発明の範囲を逸脱するものではない。

【0039】

本発明の第１化合物は、上記のような化学式で示されることから明らかなように、構成元素として原則的にＡｌを含むものではないため、クレーター摩耗を極めて有効に低減することができる。また、上記のような金属元素Ｍを特定の原子比で含むことにより、適度に残留応力（圧縮応力）が調節され、これらが相乗的に作用することによりクレーター摩耗を飛躍的に低減することができるようになったものと考えられる。

【0040】

なお、上記の化学式中、Ｚは硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を示す。すなわち、Ｚは、これらの元素が各単独で構成されていてもよいし、２以上の元素が組み合わされて構成されていてもよい。２以上の元素が組み合わされて構成される場合、各元素の原子比は特に限定されるものではないが、窒素が含まれる場合はこれらの構成元素に占める（すなわち上記化学式中のＹに対する）窒素の原子比を５０％以上とすることが好適である。

【0041】

また、原子比Ｙは、０．１≦Ｙ≦２である限り特に限定されないが、より好ましくは０．４≦Ｙ≦１．８である。Ｙが０．１未満の場合、耐摩耗性が低下するため好ましくない。またＹが２を超えると、やはり耐摩耗性が低下するため好ましくない。なお、上記のようにＺが２種以上の元素で構成される場合は、原子比Ｙはそれらの元素の合計量を示すものとする。

【0042】

上記化学式においてＭは、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、ＴａまたはＷである。
上記化学式におけるＭがＶ（バナジウム）の場合、すなわち第１化合物がＴｉ_1-XＶ_XＺ_Yで示される場合、耐摩耗性に加えて、切削ワークの仕上げ面粗さを良好にすることができる。この場合、上記化学式中、原子比Ｘは、好ましくは０＜Ｘ≦０．２であり、その上限がより好ましくは０．１５であり、その下限が０．００５、さらに好ましくは０．０５である。上記ＭがＶの場合は、Ｘがこれらの値になることで、より耐酸化性が向上し、その結果耐摩耗性が向上する。

【0043】

上記化学式におけるＭがＣｒ（クロム）の場合、すなわち第１化合物がＴｉ_1-XＣｒ_XＺ_Yで示される場合、上記化学式中、原子比Ｘは、好ましくは０＜Ｘ≦０．１５であり、その上限がより好ましくは０．１２、さらに好ましくは０．１であり、その下限が０．００５、さらに好ましくは０．０１である。

【0044】

上記化学式におけるＭがＮｂ（ニオブ）の場合、すなわち第１化合物がＴｉ_1-XＮｂ_XＺ_Yで示される場合、原子比Ｘは、好ましくは０＜Ｘ≦０．１５であり、その上限がより好ましくは０．１２、さらに好ましくは０．１、特に好ましくは０．０８であり、その下限が０．００５、さらに好ましくは０．０１である。Ｘがこれらの値になることで、より耐酸化性が向上し、その結果耐摩耗性が向上する。

【0045】

上記化学式におけるＭがＭｏ（モリブデン）の場合、すなわち第１化合物がＴｉ_1-XＭｏ_XＺ_Yで示される場合、上記化学式中、原子比Ｘは、好ましくは０＜Ｘ≦０．１５であり、その上限がより好ましくは０．１２、さらに好ましくは０．１である。また、その下限が０．００５であることが好ましく、さらに好ましくは０．０１である。この原子比Ｘが０．３を超えるとクレーター摩耗の低減効果が劣るとともに優れた耐摩耗性が示されなくなる。

【0046】

上記化学式におけるＭがＨｆ（ハフニウム）の場合、すなわち第１化合物がＴｉ_1-XＨｆ_XＺ_Yで示される場合、上記化学式中、原子比Ｘは、好ましくは０＜Ｘ≦０．２であり、その上限がより好ましくは０．１２、さらに好ましくは０．１であり、その下限が０．００５、さらに好ましくは０．０１である。原子比Ｘが上記範囲を満足する場合に、耐酸化性をより向上させることができ、それにより耐摩耗性を改善することができる。一方、原子比Ｘが０．３を超えると、クレーター摩耗の低減効果が劣るとともに優れた耐摩耗性が示されなくなる。

【0047】

上記化学式におけるＭがＴａ（タンタル）の場合、すなわち第１化合物がＴｉ_1-XＴａ_XＺ_Yで示される場合、上記化学式中、原子比Ｘは、好ましくは０＜Ｘ≦０．１５であり、その上限がより好ましくは０．１２、さらに好ましくは０．１であり、その下限が０．００５、さらに好ましくは０．０１である。Ｘがこれらの値になることで、より耐酸化性が向上することで耐摩耗性が向上する。この原子比Ｘが０．３を超えるとクレーター摩耗の低減効果が劣るとともに優れた耐摩耗性が示されなくなる。

【0048】

上記化学式におけるＭがＷ（タングステン）の場合、すなわち第１化合物がＴｉ_1-XＷ_XＺ_Yで示される場合、上記化学式中の原子比Ｘは、好ましくは０＜Ｘ≦０．１５であり、その上限がより好ましくは０．１２、さらに好ましくは０．１であり、その下限が０．００５、さらに好ましくは０．０１である。この原子比Ｘが０．２を超えるとクレーター摩耗の低減効果が劣るとともに優れた耐摩耗性が示されなくなる。

【0049】

本発明における第１化合物は、上記のような化学式で示されることから明らかなように、構成元素として原則的にＡｌを含むものではないため、クレーター摩耗を極めて有効に低減することができる。しかも、Ｖを上記のような原子比で含んだことにより、膜硬度が増加するために、クレーター摩耗を飛躍的に低減することができるようになったものと考えられる。また、Ｍｏ、Ｎｂ、ＨｆまたはＷを含んだことにより、耐酸化性をＴｉＡｌＮの有する耐酸化性程度に向上させることができる。他方、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、ＶまたはＨｆを含んだことにより、膜硬度を増加させることができる。このことによりクレーター摩耗を極めて有効に低減することができる。

【0050】

また、構成元素として原則的にＳｉ、Ｚｒを含むものではないため、適度に残留応力（圧縮応力）が調節され、刃先の耐欠損性を向上させることができる。

【0051】

＜第１化合物の結晶構造＞
上記第１化合物は、Ｘ線回折における（１１１）面のピーク強度Ａと（２００）面のピーク強度Ｂとの比Ｂ／Ａが０≦Ｂ／Ａ≦１となる結晶構造を有することが望ましい。すなわち、このように規定される結晶構造は、本発明の第１化合物の配向性が（２００）優先配向（たとえば前述の特許文献４のように（２００）面に最高ピークが現われ、かつその最高ピークの半価幅が２θで０．９度以下であるＸ線回折パターンを示すような結晶構造）ではなく（１１１）優先配向であることを示している。この事実は、無配向であるＴｉＮ粉末の上記比Ｂ／Ａが１．３となることから、本発明の第１化合物がもし無配向ならば当然上記比Ｂ／Ａは１．２５〜１．３の範囲内の数値を示すことが予想されるからである。

【0052】

上記比Ｂ／Ａは、より好ましくはその上限が０．８、さらに好ましくは０．５であり、その下限は０となるのが理想である。

【0053】

このように第１化合物の結晶構造が（１１１）優先配向を示すことにより、極めて高い耐摩耗性が示される。本発明では、（１１１）優先配向が（２００）優先配向の場合に比し極めて高い潤滑性を有していることを見い出しており、それによって切削時の耐摩耗性が向上していると考えられる。また、切削ワークの仕上げ面の粗さを低減することができる。

【0054】

＜面間隔＞
本発明において、上記第１化合物はそのＸ線回折における面間隔が特定の範囲である場合は後述のように被膜強度をさらに向上させることができる。このようなＸ線回折は、θ−２θ法により決定される。

【0055】

第１化合物がＴｉ_1-XＶ_XＺ_Yで示される場合、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．２８Å以上２．６５Å以下であることが望ましい。また、より望ましくは、（１１１）面の面間隔が２．４０Å以上２．５１Å以下であることが望ましい。

【0056】

第１化合物がＴｉ_1-XＣｒ_XＺ_Yで示される場合、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．４６Å以上２．６３Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．０９Å以上２．１５Å以下である結晶構造を有することが好ましい。さらに好ましくは（１１１）面の面間隔が２．４９Å以上２．５８Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．１０Å以上２．１３Å以下であることがより好ましい。

【0057】

第１化合物がＴｉ_1-XＨｆ_XＺ_Yで示される場合、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．４０Å以上２．５５Å以下であることが好ましく、（２００）面の面間隔が２．０９Å以上２．２５Å以下である結晶構造を有することが好ましい。前記（１１１）面の面間隔は、２．４３Å以上がより好ましく、さらに好ましくは２．４７Å以上である。また、（１１１）面の面間隔は、２．５２Å以下がより好ましく、２．５０Å以下がさらに好ましい。前記（２００）面の面間隔としては、２．１０Å以上がより好ましく、さらに好ましくは２．１１Å以上である。また、（２００）面の面間隔は、２．１６Å以下がより好ましく、２．１４Å以下がさらに好ましい。前記（１１１）面、（２００）面の面間隔が上記範囲を満たす場合は、耐摩耗性がさらに向上する傾向がある。

【0058】

第１化合物がＴｉ_1-XＴａ_XＺ_Yで示される場合、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．３０Å以上２．７５Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．００Å以上２．３０Å以下である結晶構造であることが望ましい。また、より望ましくは、（１１１）面の面間隔が２．４０Å以上２．５５Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．１Å以上２．２Å以下である結晶構造であることが望ましい。

【0059】

また、本発明の被膜において、第１化合物がＴｉ_1-XＷ_XＺ_Yで示される場合、Ｘ線回折における（１１１）面の面間隔が２．３０Å以上２．６５Å以下であり、（２００）面の面間隔が２．０４Å以上２．２０Å以下である結晶構造を有することが好ましい。

【0060】

ＴｉＮの（１１１）の面間隔は一般的に２．４５Åであることが知られており、（２００）の面間隔は一般的に２．１２Åであることが知られている。したがって、上記のような面間隔で規定される本発明の第１化合物の結晶構造は、（１１１）面において面間隔が明らかに大きくな数値を示すことを表わしている。これは、恐らく第１化合物の結晶格子中において、特定部位のＴｉに対して上記Ｖ、Ｃｒ、ＨｆまたはＴａが侵入型または置換型として存在しているためではないかと推測される。

【0061】

このように第１化合物の結晶構造において、（１１１）面の面間隔のみが大きな数値を示すことから、この（１１１）面において大きな歪が存在しているものと考えられる。そして、この（１１１）面が大きく歪むことによって、被膜の硬度および靭性という機械的特性が向上し、これらの相乗作用により切削性能が飛躍的に向上するものと考えられる。

【0062】

＜結晶粒径＞
さらに、本発明の第１化合物は、その結晶粒径が０．１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくはその上限が１００ｎｍ、さらに好ましくは６０ｎｍである。上記結晶粒径が０．１ｎｍ未満になるとアモルファス状態のものと区別できなくなり、２００ｎｍを超えると切削性能が低下することがある。

【0063】

このように本発明の第１化合物の結晶粒径は、上記に示した範囲のように微小であることが好ましく、小さくなればなる程緻密化が促進され靭性が向上したものとなり切削性能が向上したものとなる。したがって、その結晶粒径は小さくなればなる程好ましいが、上記のように０．１ｎｍ未満になると結晶状態を維持できなくなりアモルファス状態となってしまうため、却って切削性能が低下することになる。

【0064】

なお、このような結晶粒径は、Ｘ線回折における（１１１）面に起因するピークの半価幅から求めることができる平均値をいう。

【0065】

＜チタン化合物層に含まれる他の成分＞
本発明のチタン化合物層は、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｗ、Ｎｂ、およびＶからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含むことができる。Ｚｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂを含有することにより硬度がさらに高くなり、耐摩耗性が向上する。また、Ｍｏを含有することにより耐酸化性が向上し、クレーター摩耗をさらに低減することができる。また、Ｈｆ、Ｗ、Ｖを含有することにより硬度と耐酸化性の両者が向上し、耐摩耗性の向上およびクレーター摩耗の低減を達成することができる。

【0066】

本発明のチタン化合物層がＺｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｗ、Ｎｂ、およびＶからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む態様は特に限定されず、上記第１化合物がＺｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｗ、Ｎｂ、およびＶからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含んでいてもよいし、あるいはこのような第１化合物とは独立して含まれるものであってもよい。なお、上記第１化合物がＺｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｗ、Ｎｂ、およびＶからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む場合、それらの元素は該第１化合物中に侵入型または置換型として含有されることが好ましいが、これにより上記の第１化合物の結晶構造の特徴が変化することはない。

【0067】

また、上記のように優れた効果を示すＺｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ａｌ、Ｗ、Ｎｂ、およびＶからなる群より選択される少なくとも１種の元素は、原子比でＴｉに対して０．００５以上０．３以下の割合で含まれることが好ましい。特にＡｌ、ＳｉやＺｒは、前述の通りクレーター摩耗を促進するという欠点を有するため、これを多量に含むことは好ましくなく、悪影響を及ぼさない範囲で含むことが必要である。

【0068】

ここで、上記「Ｔｉに対して」のＴｉとはチタン化合物層（他の成分が第１化合物に含まれる場合は第１化合物）に含まれる全Ｔｉを示す。上記原子比はＺｒ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、およびＶの場合、より好ましくはその上限が０．２、さらに好ましくは０．１５であり、その下限が０．０１、さらに好ましくは０．０２である。また、ＨｆおよびＡｌの場合、より好ましくはその上限が０．２８、さらに好ましくは０．２であり、その下限が０．０５、さらに好ましくは０．０８である。

【0069】

上記原子比が、０．００５未満の場合や０．３を超える場合、上記のような優れた効果が示されなくなる場合がある。なお、上記元素が２種以上含まれる場合、その合計量が上記範囲の原子比に含まれる限り各元素間の原子比は特に限定されない。

【0070】

＜チタン化合物層の積層構造＞
本発明の上記チタン化合物層は、上記第１化合物を含む第１層と、第２化合物を含む第２層とが各々１層以上積層されて形成されているものとすることができ、この第２化合物は、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、およびＶからなる群より選択される少なくとも１種の元素と、硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素とを含むものとすることができる。この場合、第１層における第１化合物のＭは、第２層に含まれる第２化合物には含まないことが好ましい。このような構成と摺ることにより、第１層と第２層とにより被膜に付与される特性が良好なものとなる。

【0071】

ここで、この第２化合物は、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、およびＶからなる群より選択される少なくとも１種の元素に対して、硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素を原子比で０．１以上２以下含むことが好ましい。原子比をこの範囲のものとすることにより、以下のような優れた効果が示される。なお、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂ、およびＶのうち異なった元素が２種以上含まれる場合、その合計量が上記範囲の原子比を満たす限り、各元素間の原子比は特に制限されない。同様にして、硼素、酸素、炭素、および窒素のうち異なった元素が２種以上含まれる場合も、各元素間の原子比は特に制限されない。

【0072】

上記のような積層構造を採用することにより、次のような優れた効果が示される。すなわち、上記第２化合物は耐酸化性に優れているため、クレーター摩耗の低減作用および耐摩耗性の向上作用に加え、チタン化合物層全体として優れた耐酸化性が示される。また、このように組成の異なる２層を積層させたことにより、被膜の厚み方向に亀裂が進展することを極めて有効に抑制することができ、この亀裂の進展による被膜破壊に起因した摩耗現象を効果的に低減することができることから結果的に耐摩耗性をさらに向上させることができる。

【0073】

チタン化合物層が上記のような積層構造を有する場合において、特に、第２層がＴｉおよびＡｌを含む層やＡｌおよびＣｒを含む層である場合の積層構造は、耐摩耗性が向上する上で望ましい。先に述べたように第１化合物を含む第１層においてＡｌの存在比が増加する場合は、耐クレーター摩耗性を低減させる傾向があるので望ましくない。しかし、第２層としてＴｉおよびＡｌを含む層やＡｌおよびＣｒを含む層を第１層と多層化（または超多層化）させた場合に、第１層にＡｌを含む場合のように耐クレーター摩耗性を低下させることはなく、むしろ耐クレーター摩耗性を向上させることが本発明者らの検討によりわかった。これは、上記のような積層構造をとる場合は、この積層構造による被膜全体の靭性の向上が著しいものであることを示唆していると考えられる。上記ＴｉおよびＡｌを含む層やＡｌおよびＣｒを含む層とは、例えば、ＴｉＡｌＮを含む層やＡｌＣｒＮを含む層などであり、これらの層においてＴｉとＡｌの原子比はＴｉ：Ａｌ＝５０：５０〜８０：２０であることが望ましく、ＡｌとＣｒの原子比はＡｌ：Ｃｒ＝８０：２０〜６０：４０であることが望ましい。

【0074】

第１化合物がＴｉ_1-XＶ_XＺ_Yであって上記のような積層構造を有する場合は、第２層を構成する原子にバナジウムを含まないことが耐チッピング性の面から望ましい。この理由としては、例えば第２層がＴｉＡｌＶＮにより構成される場合は、バナジウムを含まないＴｉＡｌＮにより構成される場合と比較して、第２層の格子定数が第１層のＴｉＶＮと近くなり、その結果積層構造を構成する各層間の格子歪みが少ない構造となっていることが挙げられる。すなわち、格子歪みが少ないことから被膜内の圧縮応力が少ないと考えられ、そのため破壊抵抗が小さく、被膜がチッピングしやすくなると考察される。同様の理由により、上記積層構造において、第１化合物と第２層に含まれる第２化合物とはその格子定数が相異なるものであることが好ましい。

【0075】

チタン化合物層が上記積層構造を有する場合、第１層は、その厚みが０．５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、また同じく第２層も、その厚みが０．５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。この範囲の厚みを有することにより切削時において特に優れた耐摩耗性が示されるからである。そして、上記第１層および第２層の各厚みは、より好ましくはその上限が８０ｎｍ、さらに好ましくは２０ｎｍであり、その下限はより好ましくは１ｎｍである。０．５ｎｍ未満の厚みで各層を形成することは困難であり、その厚みが２００ｎｍを超えると上記のような優れた効果が示されない場合がある。そして、特に好ましくは上記第１層のみの加算合計厚みが０．３μｍ以上１０μｍ以下となる場合であり、より好ましくは０．７μｍ以上５μｍ以下となる場合である。第１層のみの合計厚みをこれらの範囲とすることにより、上記の効果が最も効果的に発現する。なお、第１層のみの合計厚みがこのような範囲となる限り、第２層のみの合計厚みは特に限定されないが、１μｍ以上１０μｍ以下の厚みとすれば通常は十分である。このように積層される第１層と第２層との各厚みは、概ね等しいものであってもよいし、異なるものであってもよい。

【0076】

なお、本発明において積層構造とは、上記第１層と第２層とが各々１層以上積層されて形成されていることを示すものであるが、より好ましくは上記第１層と第２層とが各々上下交互に複数積層されることが好適である。なお、このような積層構造において最下層および最上層は第１層または第２層のいずれの層によって形成されていても差し支えない。また、積層数は特に限定されるものではないが、各層それぞれ１層以上８０００層以下、より好ましくは２０層以上５０００層以下とすることができる。

【0077】

＜チタン化合物層の厚み＞
本発明のチタン化合物層は、０．３μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有することが好ましい。より好ましくは、その上限が８μｍ、さらに好ましくは６μｍであり、その下限が０．７μｍ、さらに好ましくは１μｍである。

【0078】

上記厚みが０．３μｍ未満の場合、クレーター摩耗を低減するとともに高度な耐摩耗性を付与するという本発明の効果が示されない場合があるとともに、１０μｍを超えると、該効果が低減される場合がある。上記厚みが、１μｍ以上６μｍ以下の場合に特に優れた上記効果が示される。

【0079】

＜下地層＞
本発明の表面被覆切削工具は、被膜として下地層が基材上に形成され、その下地層上に上記チタン化合物層が形成されたものとすることができ、この下地層は、Ｔｉと、硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素とを含む第３化合物を含むことができる。この第３化合物は基材との密着性に優れるので、基材上に基材と接するようにしてこの下地層を形成し、この下地層上に上記チタン化合物層を形成すれば、これらの被膜が全体として密着力高く基材上に形成されることになる。

【0080】

このような第３化合物としては、たとえばＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ、ＴｉＮＯ等、あるいはこれらの化合物にＳｉ、Ｗ、またはＭｏ等を添加したもの等を挙げることができる。なお、これらの化学式において特に原子比が規定されない場合は、各元素の原子比は必ずしも等比となるものではなく、従来公知の原子比が全て含まれるものとする。たとえばＴｉＮと記す場合、ＴｉとＮとの原子比は１：１が含まれる他、２：１、１：０．９５、１：０．９等が含まれる（特に断りのない限り、他の化学式の記載において同じ）。すなわち、Ｔｉと、硼素、酸素、炭素、および窒素からなる群より選択される少なくとも１種の元素との原子比（Ｔｉ以外に他の（金属）元素を含む場合はその元素の原子比を含み、硼素、酸素、炭素、または窒素を２種以上含む場合はそれらの各元素間の原子比も含む）は特に限定されず、従来公知の原子比がすべて含まれる。

【0081】

上記のような下地層は、０．０５μｍ以上２μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上１μｍ以下の厚みを有していることが好ましい。なお、このような下地層は１の層により構成することができる他、２以上の層により構成することもできる（２以上の層により構成する場合はその合計厚みを上記の範囲のものとする）。

【0082】

＜その他の層など＞
本発明の被膜は、上記のようなチタン化合物層や下地層以外の他の層をさらに１以上含むことができる。たとえばそのような他の層は、下地層とチタン化合物層との間に形成したり、チタン化合物層の上に形成したりすることができる。このような他の層を形成することにより、クレーター摩耗を低減するとともに高度な耐摩耗性を付与するという本発明の効果がさらに向上したり、あるいは潤滑性を付与したり、被削材との溶着を抑制したりすることができるという効果を達成することもできる。

【0083】

このような他の層を構成する化合物としては、たとえばＡｌ₂Ｏ₃等の酸化物、ＴｉＳｉＮ等のケイ窒化物、ＴｉＣＮ等の炭窒化物等を挙げることができる。なお、このような他の層は、０．０５μｍ以上５μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上２μｍ以下の厚みを有していることが好ましい。

【0084】

＜製造方法＞
本発明の被膜とりわけチタン化合物層は、上記の通り結晶性の高い化合物で構成されている必要があるため、本発明の被膜はそのような結晶性の高い化合物で構成されるような成膜プロセスにより形成されていることが好ましい。したがって、本発明の被膜は特に物理蒸着法（ＰＶＤ法）により形成されることが望ましい。このような物理蒸着法としては、たとえばバランストマグネトロンスパッタリング法、アンバランストマグネトロンスパッタリング法、アークイオンプレーティング法、これらを各組み合わせた方法等を挙げることができる。なお、チタン化合物層が上記のような積層構造で形成されている場合であっても、これらの物理蒸着法の下、従来公知の手法により形成することができる。

【0085】

そして、特に上記のようなチタン化合物層を好適に形成する具体的な条件を挙げると以下の通りとなる。すなわち、アークイオンプレーティング法を採用する場合、所望の構造の第１化合物が得られるように適切な配合比で各対応する元素を含んだターゲットをアーク式蒸発源にセットし、基板（基材）温度を４００〜７００℃および該装置内の反応ガス圧を２．０〜６．０Ｐａに設定し、反応ガスとしてたとえば窒素、メタン、酸素等のうちから１以上のガスを選択することによりこれを導入する。そして、基板（負）バイアス電圧を−６０Ｖ〜−２００Ｖに維持したまま、カソード電極に５０〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオン等を発生させることによりチタン化合物層を形成することができる。なお、上記基板（負）バイアス電圧を負側に高く（すなわち、その絶対値を大きく）する程、第１化合物の結晶構造の（１１１）優先配向性が高くなる傾向を示す。

【0086】

また、アンバランストマグネトロンスパッタリング法を採用する場合、基板（基材）温度を４００〜６００℃および該装置内の反応ガス圧を３００ｍＰａ〜８００ｍＰａに設定し、所望の第１化合物に対応する反応ガスとしてたとえば窒素、アセチレン、酸素のうちから１以上のガスを選択することによりこれを導入する（なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの比を１〜５に設定することが好ましい）。そして、基板（負）バイアス電圧を０Ｖ〜−９０Ｖに維持したまま（この基板（負）バイアス電圧は負側に低く（すなわち、その絶対値を小さく）する程第１化合物の結晶構造の（１１１）優先配向性は高くなる傾向を示す）、ターゲットに０．１２〜０．３Ｗ／ｍｍ²の電力密度を発生させることによりチタン化合物層を形成することができる。

【0087】

＜実施例＞
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の各被膜を構成する各層の化学組成（化合物の組成）は二次電子顕微鏡に付帯のエネルギー分散型ケイ光Ｘ線分光計（ＳＥＭ−ＥＤＸ）により確認し、各層の厚みは被膜の断面を二次電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察することにより確認した。また、Ｘ線としてＣｕＫα線を用いたθ−２θ法によるＸ線回折を行なうことにより、第１化合物の結晶構造について、（１１１）面のピーク強度Ａと（２００）面のピーク強度Ｂとの比Ｂ／Ａ（下記において、単にＢ／Ａと表記する場合がある）と、結晶粒径と、（１１１）面の面間隔（ｄ₍₁₁₁₎）と、（２００）面の面間隔（ｄ₍₂₀₀₎）とを求めた。上記第１化合物の結晶粒径は（１１１）面の半価幅より算出し、面間隔はピーク強度が最大になる点の２θ角度から算出した。

【0088】

本実施例において基材上に形成される被膜は、以下のように陰極式アークイオンプレーティング法により形成した。なお、実施例および比較例においては、切削用刃先交換型チップ（超硬合金（Ｐ２０）製、形状がＣＮＭＧ１２０４０８（ＩＳＯ規格））を用いて成膜し、表面被覆切削工具を得た。

【0089】

＜陰極式アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法＞
まず、基材として、グレードがＰ３０（ＪＩＳ Ｂ ４０５３−１９９８）の超硬合金であり、形状がＳＮＧＮ１２０４０８（ＪＩＳ Ｂ ４１２１−１９９８）である切削チップを準備し、これを洗浄した後、陰極式アークイオンプレーティング装置（成膜装置）内の基板取り付け位置にセットした。なお、このような成膜装置としては従来公知の構成のものを特に制限なく使用することができる。

【0090】

そして、真空ポンプにより該装置内を１×１０^-4Ｐａ以下に減圧するとともに、該装置内に設置されたヒーターにより上記基材の温度を６５０℃に加熱し、１時間保持した。

【0091】

次に、アルゴンガスを導入して該装置内の圧力を３．０Ｐａに保持し、基板（基材）バイアス電圧を徐々に上げながら−１５００Ｖとし、基材の表面のクリーニングを１５分間行なった。その後、アルゴンガスを排気した。

【0092】

次いで、上記基材表面に形成される被膜（すなわち第１化合物からなるチタン化合物層）として、その化学組成が以下の表１に示したものになるように各対応する金属元素を含んだ各ターゲットを原料蒸発源（アーク式蒸発源）にセットした。基板（基材）温度を５５０〜６５０℃および該装置内の反応ガス圧を４．０Ｐａに設定し、表１に示した化学組成の窒素、酸素、硼素、炭素などの軽元素成分に対応する反応ガスとして、窒素、メタン、酸素のうちから１以上のガスを選択することによりこれを導入した。そして、チタン化合物層を構成する第１化合物としてＴｉＶＺ、ＴｉＣｒＺ、ＴｉＮｂＺ、ＴｉＭｏＺ、ＴｉＨｆＺ、ＴｉＴａＺ、ＴｉＷＺを用いる場合は、基板バイアス電圧を−５０Ｖ〜−４００Ｖに維持したまま、カソード電極に５０Ａ〜２００Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオン等を発生させチタン化合物層を形成した。

【0093】

すなわち、アーク式蒸発源から発生した金属イオン、金属元素、またはクラスター等がプラズマ雰囲気中で上記反応ガスと反応することにより、基材上にチタン化合物層（すなわち第１化合物）が形成（析出）されることになる。なお、反応ガスとしては、最終生成物（第１化合物）が窒化物の場合は窒素を選択し、炭化物の場合はメタン（メタンのみに限られずアセチレン等の炭化水素ガスを特に限定なく使用することができる）と雰囲気ガス（反応ガス分圧制御用）としてアルゴンガスを選択し、酸化物の場合は酸素と雰囲気ガス（反応ガス分圧制御用）としてアルゴンガスを選択することができる。また、その他の炭窒化物や窒酸化物等の場合は、上記の例に基づき２種以上の反応ガスを選択して用いた。化学組成に硼素が含まれる場合はターゲットに予め硼素元素を所望量含有させたものを用いた。

【0094】

第１化合物と第２化合物との積層構造を作製するには、例えば、図１の成膜装置６の構成を示す概略図のように、金属原料蒸発源１，２と、基板用の回転テーブル３と、基板ホルダ４とを少なくとも備えた成膜装置を用いればよい。本実施例等においては、このような成膜装置６を用いてたとえば第１化合物の金属成分からなる原料をターゲット金属原料蒸発源１にセットし、該金属原料蒸発源１に対向する位置または所定の角度を持たせた位置に、第２化合物の金属成分からなる原料をターゲットとして金属原料蒸発源２にセットして、基板ホルダ４に切削チップとなる基板５を保持させる。基材５が各ターゲット側を向くように通過させるために、基材５を回転テーブル３でたとえば図１中の矢印方向に回転させ、第１化合物および第２化合物からなる層をそれぞれ所望数形成させて、積層構造を得た。

【0095】

窒化物の場合、バイアス電圧を０〜−５０Ｖに設定することで、上記比Ｂ／Ａが１．０を超えるものとなる。またバイアス電圧を−５０Ｖよりも負側に大きくすることで、配向性についての上記比Ｂ／Ａを１．０以下とすることができる。なお、耐摩耗性の観点から、バイアス電圧は成膜中に−５０Ｖから−１５０Ｖまで連続的に負側に増加させることが望ましく、実施例においては、バイアス電圧を上記範囲において連続的に増加させた。このような製法で作製したチタン化合物層は、上記Ｂ／Ａが１以下であった。

【0096】

そして、表１〜１８に記載した厚みとなったところでアーク式蒸発源に供給する電流を停止し、冷却後該装置内を大気に開放した後、被膜が基材上に形成された表面被覆切削工具を装置から取り出すことにより、本発明の表面被覆切削工具を製造した。なお、表１〜１８の「製法」の項において、この陰極式アークイオンプレーティング法により製造された表面被覆切削工具は「ＡＩＰ」と表記した。

【0097】

（参考例１〜２７）：ＴｉＶＺ
表１〜２に示す第１化合物の組成、表３に示す第１化合物および第２化合物の組成となるように上記陰極式アークイオンプレーティング法により被膜を形成し、表面被覆切削工具を製造した。

【0098】

（比較例１〜６）
比較例１として、第１化合物においてバナジウムを含まない化合物（すなわち具体的にはＴｉＮ）による被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例２として、ＴｉＡｌＮからなる被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例３は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は参考例２と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例４は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが０．１未満となることを除き他は参考例２と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例５は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが２を超えることを除き他は参考例２と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例６は、ターゲットとしてＴｉ単独の代わりに、Ｔｉに１０原子％（第１化合物の欄の金属組成に対する割合）のＳｉを混合したものを使用した以外は、参考例２と同様の上記成膜条件にしたがい成膜したＳｉ含有窒化物被膜である。これらの比較例の表面被覆切削工具の物性等を表１に示す。

【0099】

（比較例７〜１２）
比較例７として、第１化合物においてバナジウムを含まない炭窒化物（すなわち具体的にはＴｉＣＮ）による被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例８として、ＴｉＡｌＣＮからなる被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例９は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は参考例９と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例１０は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが０．１未満となることを除き他は参考例９と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例１１は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが２を超えることを除き他は参考例９と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例１２は、ターゲットとしてＴｉに、Ｔｉ単独の代わりに、Ｔｉに１０原子％（第１化合物の欄の金属組成に対する割合）のＳｉを混合したものを使用した以外は、参考例９と同様にして得られるＳｉ含有炭窒化物被膜である。これらの比較例の表面被覆切削工具の物性等を表２に示す。

【0100】

（比較例１３、１４）
比較例１３は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は参考例１２と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例１４は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は参考例１８と同様にして得られる表面被覆切削工具である。これらの比較例でえられた表面被覆切削工具の物性等を表３に示す。

【0101】

＜切削試験１＞
上記のようにして製造された実施例１〜２７の表面被覆切削工具および比較例１〜１４の表面被覆切削工具について、以下の表１９に示す切削条件により連続旋削試験を実施して、逃げ面摩耗量（ＶＢ）とクレーター摩耗量（ＫＴ）とを測定した。逃げ面摩耗量が小さいもの程耐摩耗性に優れていることを示し、クレーター摩耗量が小さいもの程クレーター摩耗が低減されていることを示す。その結果を以下の表１〜３に示す。

【0102】

＜切削試験２＞
上記のようにして製造された実施例１〜２７の表面被覆切削工具および比較例１〜１４の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により断続切削試験を実施することにより、逃げ面摩耗量とクレーター摩耗量とを測定した。

【0103】

被削材はサイズが、幅１００ｍｍ×長さ３００ｍｍ×高さ１００ｍｍであり、長さ３００ｍｍの辺に垂直で、幅１００ｍｍの辺に平行な溝を等間隔で多数あける。溝間は、溝の中心同士の距離とした。切削試験として、カッターＦＰＧ４１６０Ｒに、チップ１つだけ取り付け、以下の条件で切削を開始する。チップが破損して、切削が不可になったときの時間を切削時間として表に記載した。この時間が長いほど、被膜の耐欠損性が高いと判断できる。切削試験２の条件を表２０に示す。

【0104】

この結果、多層の積層構造にすることで、被膜の耐欠損性が向上し、特に積層周期が１０ｎｍ程度の被膜を形成した表面被覆切削工具が最も耐欠損性に優れていた。

【0105】

＜切削試験３＞
上記のようにして製造された表面被覆切削工具について、以下の切削条件により連続切削試験を実施して、逃げ面摩耗量とクレーター摩耗量とを測定した。表２１に示す条件で所定時間切削を行い、最終の被削材表面の光沢を、目視で５段階評価した。５の面光沢が最も優れており、１の面光沢が最も劣っている。「５」は切削面全面が金属光沢を有しており、「４」は剥れなどにより金属光沢不良の部分の合計面積が切削面全面積の１／４程度あり、「３」は上記金属光沢不良の部分の合計面積が切削面全面積の１／２程度あり、「２」は上記金属光沢不良の部分の合計面積が切削面全面積の３／４程度あり、「１」はほとんど光沢が観測されなかったことを示す。

【0106】

【表1】

【0107】

【表2】

【0108】

【表3】

【0109】

上記表１〜３中、「Ｘ」、「Ｙ」、「Ｚ」とは第１化合物である化学式Ｔｉ_1-XＭ_XＺ_Y中のＸ、Ｙ、Ｚをそれぞれ示す。「混合元素」とは第１化合物に含まれるＴｉ、Ｍおよび上記化学式のＺ以外の元素を示す。なお、「Ｚ」の項に記載されている数値は原子比を示す（それらの数値の合計は「Ｙ」に記載された数値となる）。「混合元素の原子比」は前述の通り第１化合物に含まれるＴｉに対する原子比を示す。「ｄ」とはチタン化合物層またはそれに相当する比較例における層の厚みを示す。また、上記表３中、「第２化合物」の項に記載されている数値は原子比を示す。

【0110】

なお、表１〜３の「積層構造」の項において、チタン化合物層が前述の第１層と第２層とが積層されて形成されている場合は「有」と表記し、そのような積層構造を含まない場合（すなわち単層の場合）は「無」と表記した。

【0111】

（実施例２８〜４２）：ＴｉＣｒＺ
表４に示す第１化合物の組成、または表５に示す第１化合物および第２化合物の組成となるように上記陰極式アークイオンプレーティング法により被膜を形成し、表面被覆切削工具を製造した。

【0112】

（比較例１５〜２１）
比較例１５として、第１化合物においてクロムを含まない炭窒化物（すなわち具体的にはＴｉＣＮ）による被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例１６として、ＴｉＡｌＣＮからなる被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例１７は、実施例２４の第１化合物と同じ組成の化合物からなる被膜を形成したものであるが、成膜時のバイアス電圧を５０Ｖに変更することにより（１１１）面のピーク強度Ａと（２００）面のピーク強度Ｂとの比Ｂ／Ａが１以上となる点において実施例２とは異なる表面被覆切削工具である。

【0113】

また、比較例１８は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例２４と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例１９は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが０．１未満となることを除き他は実施例２４と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例２０は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが２を超えることを除き他は実施例２４と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例２１は、ターゲットとしてＴｉ単独の代わりに、Ｔｉに１０原子％（第１化合物の欄の金属組成に対する割合）のＳｉを混合したものを使用した以外は、実施例２４と同様にして得られる表面被覆切削工具である。これらの比較例の表面被覆切削工具の物性等を表４に記載した。

【0114】

（比較例２２〜２５）
比較例２２は実施例３２の第１化合物と同じ組成の化合物からなる被膜を形成したものであるが、成膜時のバイアス電圧を２０Ｖに変更することにより（１１１）面のピーク強度Ａと（２００）面のピーク強度Ｂとの比Ｂ／Ａが１以上となる点において実施例３２とは異なる表面被覆切削工具である。比較例２３は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例２８と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例２４は、実施例３８の第１化合物と同じ組成の化合物からなる被膜を形成したものであるが、成膜時のバイアス電圧を２０Ｖに変更することにより（１１１）面のピーク強度Ａと（２００）面のピーク強度Ｂとの比Ｂ／Ａが１以上となる点において実施例３８とは異なる表面被覆切削工具である。比較例２５は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例３４と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0115】

上記実施例２８〜４２および比較例１５〜２５で得られた表面被覆切削工具について、上記切削試験１〜３を行なった。その結果を表４〜５に示す。

【0116】

【表4】

【0117】

【表5】

【0118】

表４および５における各項目は表１〜３における各項目と同様の内容を示す。
（実施例４３〜４９、５１〜５５および５７〜６８、ならびに参考例５０および５６）：ＴｉＮｂＺ
表６〜７に示す第１化合物の組成、または表８に示す第１化合物および第２化合物の組成となるように上記陰極式アークイオンプレーティング法により被膜を形成し、表面被覆切削工具を製造した。なお、表中、最左列に「参」と記載されるものは参考例である。

【0119】

（比較例２６〜３１）
比較例２６として、第１化合物においてニオブを含まない化合物（すなわち具体的にはＴｉＮ）による被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例２７として、ＴｉＡｌＮからなる被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例２８は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例４４と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例２９は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが０．１未満となることを除き他は実施例４４と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0120】

比較例３０は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが２を超えることを除き他は実施例４４と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例３１は、ターゲットとしてＴｉに、Ｔｉ単独の代わりに、Ｔｉに１０原子％（第１化合物の欄の金属組成に対する割合）のＳｉを混合したものを使用した以外は、実施例４４と同様の上記成膜条件により成膜したＳｉ含有窒化物被膜である。これらの比較例の表面被覆切削工具の物性等を表６に示す。

【0121】

（比較例３２〜３７）
比較例３２として、第１化合物においてニオブを含まない炭窒化物（すなわち具体的にはＴｉＣＮ）による被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例３３として、ＴｉＡｌＣＮからなる被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例３４は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例５１と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例３５は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが０．１未満となることを除き他は実施例５１と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0122】

比較例３６は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが２を超えることを除き他は実施例５１と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例３７は、ターゲットとしてＴｉに、Ｔｉ単独の代わりに、Ｔｉに１０原子％（第１化合物の欄の金属組成に対する割合）のＳｉを混合したものを使用した以外は、実施例５１と同様にして得られるＳｉ含有炭窒化物被膜である。これらの比較例の表面被覆切削工具の物性等を表７に示す。

【0123】

（比較例３８、３９）
比較例３８は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例５４と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例３９は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例６８と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0124】

【表6】

【0125】

【表7】

【0126】

【表8】

【0127】

表６〜８における各項目は表１〜３における各項目と同様の内容を示す。
（実施例６９〜７４、７７〜８４および８６〜９０、ならびに参考例７５、７６、８５および９１）：ＴｉＭｏＺ
表９〜１０に示す第１化合物の組成、または表１１に示す第１化合物および第２化合物の組成となるように上記陰極式アークイオンプレーティング法により被膜を形成し、表面被覆切削工具を製造した。なお、表中、最左列に「参」と記載されるものは参考例である。

【0128】

（比較例４０〜４５）
比較例４０として、第１化合物においてモリブデンを含まない化合物（すなわち具体的にはＴｉＮ）による被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例４１として、ＴｉＡｌＮからなる被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例４２は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例７０と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例４３は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが０．１未満となることを除き他は実施例７０と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0129】

比較例４４は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが２を超えることを除き他は実施例７０と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例４５は、ターゲットとしてＴｉに、Ｔｉ単独の代わりに、Ｔｉに１０原子％（第１化合物の欄の金属組成に対する割合）のＳｉを混合したものを使用した以外は、実施例７０と同様の上記成膜条件により成膜したＳｉ含有窒化物被膜である。これらの比較例の表面被覆切削工具の物性等を表９に示す。

【0130】

（比較例４６〜５１）
比較例４６として、第１化合物においてモリブデンを含まない炭窒化物（すなわち具体的にはＴｉＣＮ）による被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例４７として、ＴｉＡｌＣＮからなる被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例４８は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例７７と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例４９は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが０．１未満となることを除き他は実施例７７と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0131】

比較例５０は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが２を超えることを除き他は実施例７７と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例５１は、ターゲットとしてＴｉに、Ｔｉ単独の代わりに、Ｔｉに１０原子％（第１化合物の欄の金属組成に対する割合）のＳｉを混合したものを使用した以外は、実施例７７と同様にして得られるＳｉ含有炭窒化物被膜である。これらの比較例の表面被覆切削工具の物性等を表１０に示す。

【0132】

（比較例５２、５３）
比較例５２は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例８０と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例５３は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例８７と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0133】

【表9】

【0134】

【表10】

【0135】

【表11】

【0136】

表９〜１１における各項目は表１〜３における各項目と同様の内容を示す。
（実施例９２〜９７、および９９〜１１０、ならびに参考例９８）：（ＴｉＨｆＺ）
表１２に示す第１化合物の組成、または表１３に示す第１化合物および第２化合物の組成となるように上記陰極式アークイオンプレーティング法により被膜を形成し、表面被覆切削工具を製造した。なお、表中、最左列に「参」と記載されるものは参考例である。

【0137】

（比較例５４〜５９）
比較例５４として、第１化合物においてハフニウムを含まない炭窒化物（すなわち具体的にはＴｉＣＮ）による被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例５５として、ＴｉＡｌＣＮからなる被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例５６は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は参考例９８と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例５７は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが０．１未満となることを除き他は参考例９８と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0138】

比較例５８は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが２を超えることを除き他は参考例９８と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例５９は、ターゲットとしてＴｉに、Ｔｉ単独の代わりに、Ｔｉに１０原子％（第１化合物の欄の金属組成に対する割合）のＳｉを混合したものを使用した以外は、参考例９８と同様にして得られる表面被覆切削工具である。これらの比較例の表面被覆切削工具の物性等を表１２に示す。

【0139】

（比較例６０、６１）
比較例６０は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例１００と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例６１は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例１０６と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0140】

【表12】

【0141】

【表13】

【0142】

表１２〜１３における各項目は表１〜３における各項目と同様の内容を示す。
（実施例１１１〜１１６、１１９〜１２６および１２８〜１３２、ならびに参考例１１７、１１８、１２７および１３３）：ＴｉＴａＺ
表１４〜１５に示す第１化合物の組成、または表１６に示す第１化合物および第２化合物の組成となるように上記陰極式アークイオンプレーティング法により被膜を形成し、表面被覆切削工具を製造した。なお、表中、最左列に「参」と記載されるものは参考例である。

【0143】

（比較例６２〜６７）
比較例６２として、第１化合物においてタンタルを含まない化合物（すなわち具体的にはＴｉＮ）による被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例６３として、ＴｉＡｌＮからなる被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例６４は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例１１２と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例６５は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが０．１未満となることを除き他は実施例１１２と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0144】

比較例６６は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが２を超えることを除き他は実施例１１２と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例６７は、ターゲットとしてＴｉに、Ｔｉ単独の代わりに、Ｔｉに１０原子％（第１化合物の欄の金属組成に対する割合）のＳｉを混合したものを使用した以外は、実施例１１２と同様の上記成膜条件により成膜したＳｉ含有窒化物被膜である。これらの比較例の表面被覆切削工具の物性等を表１４に示す。

【0145】

（比較例６８〜７３）
比較例６８として、第１化合物においてタンタルを含まない炭窒化物（すなわち具体的にはＴｉＣＮ）による被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例６９として、ＴｉＡｌＣＮからなる被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例７０は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例１１９と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例７１は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが０．１未満となることを除き他は実施例１１９と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0146】

比較例７２は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが２を超えることを除き他は実施例１１９と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例７３は、ターゲットとしてＴｉに、Ｔｉ単独の代わりに、Ｔｉに１０原子％（第１化合物の欄の金属組成に対する割合）のＳｉを混合したものを使用した以外は、実施例１１９と同様にして得られるＳｉ含有炭窒化物被膜である。これらの比較例の表面被覆切削工具の物性等を表１５に記載した。

【0147】

（比較例７４、７５）
比較例７４は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例１２３と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例７５は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例１２９と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0148】

【表14】

【0149】

【表15】

【0150】

【表16】

【0151】

表１４〜１６における各項目は表１〜３における各項目と同様の内容を示す。
（実施例１３４〜１５０）：ＴｉＷＺ
表１７に示す第１化合物の組成、または表１８に示す第１化合物および第２化合物の組成となるように上記陰極式アークイオンプレーティング法により被膜を形成し、表面被覆切削工具を製造した。

【0152】

（比較例７６〜８２）
比較例７６として、第１化合物においてタングステンを含まない炭窒化物（すなわち具体的にはＴｉＣＮ）による被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例７７として、ＴｉＡｌＣＮからなる被膜を基材上に形成した表面被覆切削工具を製造した。また、比較例７８は、実施例１３５の第１化合物と同じ組成の化合物からなる被膜を形成したものであるが、成膜時のバイアス電圧を５０Ｖに変更することにより（１１１）面のピーク強度Ａと（２００）面のピーク強度Ｂとの比Ｂ／Ａが１以上となる点において実施例１３５とは異なる表面被覆切削工具である。また、比較例７９は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例１３５と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例８０は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが０．１未満となることを除き他は実施例１３５と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0153】

比較例８１は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｙが２を超えることを除き他は実施例１３５と同様にして得られる表面被覆切削工具である。比較例８２は、ターゲットとしてＴｉに、Ｔｉ単独の代わりに、Ｔｉに１０原子％（第１化合物の欄の金属組成に対する割合）のＳｉを混合したものを使用した以外は、実施例１３５と同様にして得られる表面被覆切削工具である。これらの比較例の表面被覆切削工具の物性等を表１７に記載した。

【0154】

（比較例８３〜８６）
比較例８３は実施例１４４の第１化合物と同じ組成の化合物からなる被膜を形成したものであるが、成膜時のバイアス電圧を２０Ｖに変更することにより（１１１）面のピーク強度Ａと（２００）面のピーク強度Ｂとの比Ｂ／Ａが１以上となる点において実施例１４４とは異なる表面被覆切削工具である。比較例８４は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例１４０と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0155】

比較例８５は、実施例１５０の第１化合物と同じ組成の化合物からなる被膜を形成したものであるが、成膜時のバイアス電圧を２０Ｖに変更することにより（１１１）面のピーク強度Ａと（２００）面のピーク強度Ｂとの比Ｂ／Ａが１以上となる点において実施例１５０とは異なる表面被覆切削工具である。比較例８６は、第１化合物において上記化学式における原子比Ｘが０．３を超えることを除き他は実施例１４６と同様にして得られる表面被覆切削工具である。

【0156】

【表17】

【0157】

【表18】

【0158】

表１７〜１８における各項目は表１〜３における各項目と同様の内容を示す。

【0159】

【表19】

【0160】

【表20】

【0161】

【表21】

【0162】

表１〜１８より明らかなように、本発明の実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、クレーター摩耗の低減化および耐摩耗性の向上の両者において優れた結果を示していることは明らかである。このように、本発明の表面被覆切削工具は優れた切削性能を有したものであることがわかる。また、表１〜１８の結果から、特に、多層の積層構造にすることで被膜の耐欠損性を向上させることができ、なかでも積層周期が１０ｎｍ程度とした場合に、最も耐欠損性に優れることがわかった。また、第２層にＴｉ_0.35Ａｌ_0.5Ｖ_0.15Ｎ₁を使用することで耐欠損性の向上がみられなかった。

【0163】

なお、上記した実施例においては、基材上に被膜としてチタン化合物層のみを形成した構造であるが、基材上に前述のような下地層を形成し、その下地層上にチタン化合物層を形成することもでき、そのような場合には基材と被膜との密着性をさらに向上させることができる。

【0164】

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。

【0165】

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て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。

【図1】