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(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】P2022150413
(43)【公開日】2022-10-07
(54)【発明の名称】表面被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20220929BHJP
C23C 16/06 20060101ALI20220929BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C16/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021052999
(22)【出願日】2021-03-26
(71)【出願人】
【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100208568
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 孔一
(74)【代理人】
【識別番号】100204526
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 靖
(74)【代理人】
【識別番号】100139240
【弁理士】
【氏名又は名称】影山 秀一
(72)【発明者】
【氏名】柳澤 光亮
(72)【発明者】
【氏名】石垣 卓也
(72)【発明者】
【氏名】中村 大樹
(72)【発明者】
【氏名】本間 尚志
【テーマコード（参考）】
3C046
4K030
【Ｆターム（参考）】
3C046FF03
3C046FF04
3C046FF05
3C046FF10
3C046FF13
3C046FF16
3C046FF17
3C046FF22
3C046FF23
3C046FF24
3C046FF25
3C046FF27
4K030AA03
4K030AA09
4K030AA13
4K030AA17
4K030AA18
4K030BA01
4K030BA02
4K030BA06
4K030BA10
4K030BA13
4K030BA18
4K030BA19
4K030BA22
4K030BA29
4K030BA38
4K030BA41
4K030BB13
4K030CA03
4K030JA09
4K030JA10
4K030JA11
4K030LA22
(57)【要約】
【課題】合金鋼等の高速断続切削加工に用いても、優れた切削性能を有する被覆工具の提供
【解決手段】被覆層は、工具基体の側のα層と工具表面の側のβ層を含む積層単位層とする積層体層を１以上有し、
α層は、平均層厚が１．０～２０．０μｍで、平均組成が（ＡｌｘαＴｉ1 -ｘα）（ＣyαＮ１－yα）、ｘα：０．６０～０．９５、ｙα：０．０００～０．０１５である層を含み、立方晶の結晶粒面積割合が７０％以上であり、
β層は、平均層厚０．５～５．０μｍで、平均組成がＡｌｘβＭｅｙβＣｚβＮ１－ｘβ－ｙβ－ｚβ（Ｍｅは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの１種以上）、ｘβ／（ｘβ＋ｙβ）：０．７０～０．９５、ｚβ／（ｘβ＋ｙβ）：０．１５～３．００、ｘβ＋ｙβ：０．１５～０．６０である層を含み、六方晶の結晶粒と立方晶の結晶粒の合計の面積割合が３０％未満である表面被覆切削工具
【選択図】図１
【解決手段】被覆層は、工具基体の側のα層と工具表面の側のβ層を含む積層単位層とする積層体層を１以上有し、
α層は、平均層厚が１．０～２０．０μｍで、平均組成が（ＡｌｘαＴｉ1 -ｘα）（ＣyαＮ１－yα）、ｘα：０．６０～０．９５、ｙα：０．０００～０．０１５である層を含み、立方晶の結晶粒面積割合が７０％以上であり、
β層は、平均層厚０．５～５．０μｍで、平均組成がＡｌｘβＭｅｙβＣｚβＮ１－ｘβ－ｙβ－ｚβ（Ｍｅは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの１種以上）、ｘβ／（ｘβ＋ｙβ）：０．７０～０．９５、ｚβ／（ｘβ＋ｙβ）：０．１５～３．００、ｘβ＋ｙβ：０．１５～０．６０である層を含み、六方晶の結晶粒と立方晶の結晶粒の合計の面積割合が３０％未満である表面被覆切削工具
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
工具基体と該工具基体の表面に被覆層を設けた表面被覆切削工具において、
１）前記被覆層は、前記工具基体の側のα層と、工具表面の側のβ層を含む層を積層単位層とする積層体層を１または２以上有し、
２）前記α層は、平均層厚が１．０～２０．０μｍであるＡｌとＴｉの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、その平均組成を組成式：（ＡｌｘαＴｉ1 -ｘα）（ＣyαＮ１－yα）で表したとき、ｘαは０．６０～０．９５、ｙαは０．０００～０．０１５であり、
３）前記α層に占めるＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒の面積割合が７０％以上であり、
４）前記β層は、平均層厚０．５～５．０μｍであるＡｌとＭｅ（Ｍｅは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる１種または２種以上の元素）の複合炭化物層もしくは複合炭窒化物層を含み、その平均組成を組成式：ＡｌｘβＭｅｙβＣｚβＮ１－ｘβ－ｙβ－ｚβで表したとき、ｘβ／（ｘβ＋ｙβ）は０．７０～０．９５、ｚβ／（ｘβ＋ｙβ）は０．１５～３．００、ｘβ＋ｙβは０．１５～０．６０であり、
４）前記β層に占めるウルツ鉱型の六方晶構造の結晶粒とＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒の合計の面積割合が３０％未満である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
１）前記被覆層は、前記工具基体の側のα層と、工具表面の側のβ層を含む層を積層単位層とする積層体層を１または２以上有し、
２）前記α層は、平均層厚が１．０～２０．０μｍであるＡｌとＴｉの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、その平均組成を組成式：（ＡｌｘαＴｉ1 -ｘα）（ＣyαＮ１－yα）で表したとき、ｘαは０．６０～０．９５、ｙαは０．０００～０．０１５であり、
３）前記α層に占めるＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒の面積割合が７０％以上であり、
４）前記β層は、平均層厚０．５～５．０μｍであるＡｌとＭｅ（Ｍｅは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる１種または２種以上の元素）の複合炭化物層もしくは複合炭窒化物層を含み、その平均組成を組成式：ＡｌｘβＭｅｙβＣｚβＮ１－ｘβ－ｙβ－ｚβで表したとき、ｘβ／（ｘβ＋ｙβ）は０．７０～０．９５、ｚβ／（ｘβ＋ｙβ）は０．１５～３．００、ｘβ＋ｙβは０．１５～０．６０であり、
４）前記β層に占めるウルツ鉱型の六方晶構造の結晶粒とＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒の合計の面積割合が３０％未満である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項2】
前記表面被覆切削工具のすくい面にはα層とβ層を含む被覆層、逃げ面の表面にはα層のみを含む被覆層を有することを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【請求項3】
前記α層は柱状結晶組織を有し、柱状結晶粒の平均粒子幅Ｗが０．１～１．２μｍ、平均アスペクト比Ａが２．０～１０．０であることを特徴とする請求項１または２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、表面被覆切削工具（以下、被覆工具ということがある）に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金等の工具基体の表面に、被覆層として、Ｔｉ－Ａｌ系の複合炭窒化物層を被覆形成した被覆工具があり、これらは、優れた耐摩耗性を発揮することが知られている。
そして、これらは、比較的耐摩耗性に優れるものの、高速断続切削条件等で用いた場合にチッピング等の異常損耗を発生しやすいことから、被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
そして、これらは、比較的耐摩耗性に優れるものの、高速断続切削条件等で用いた場合にチッピング等の異常損耗を発生しやすいことから、被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
【0003】
例えば、特許文献１には、Ｔｉ１－ｘＡｌｘＮからなる第１単位層と、Ｔｉ１－ｙＡｌｙＮからなる第２単位層とが交互に積層された多層構造を含み、前記第１単位層はｆｃｃ型結晶構造を有して、０＜ｘ＜０．６５であり、第２単位層はｈｃｐ型結晶構造を有して、０．６５≦ｙ＜１である皮膜を有し、前記第１単位層および前記第２単位層の各厚さは３～３０ｎｍである被覆工具が記載されて、該被覆工具は高い硬度と高い耐酸化性を有しているとされている。
【0004】
また、例えば、特許文献２には、複数の結晶粒と、前記結晶粒の間の非晶質相と、を含み、前記結晶粒は、それぞれ、ｆｃｃ構造を有するＴｉ１－ｘＡｌｘＮ層と、ｈｃｐ構造を有するＴｉ１－ｙＡｌｙＮ層とが交互に積層された構造を有しており、０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１、（ｙ－ｘ）≧０．１の関係を満たし、前記非晶質相は、ＴｉおよびＡｌの少なくとも一方の炭化物、窒化物または炭窒化物を含み、隣り合う前記Ｔｉ１－ｘＡｌｘＮ層の１層当たりの厚さと前記Ｔｉ１－ｙＡｌｙＮ層の１層当たりの厚さとの合計厚さは１～５０ｎｍである皮膜を有する被覆工具が記載され、該被覆工具は長寿命であるとされている。
【0005】
加えて、例えば、特許文献３には、膜厚２～１５μｍのｆｃｃ構造を主体とする窒化チタンアルミニウム皮膜からなる下層と、膜厚０．２～１０μｍのｈｃｐ構造の窒化アルミニウム皮膜からなる上層とを有する皮膜であって、前記上層は柱状結晶組織を有し、前記柱状結晶の平均横断面径が０．０５～０．６μｍであり、前記上層における（１００）面のＸ線回折ピーク値Ｉａ（１００）と（００２）面のＸ線回折ピーク値Ｉａ（００２）との比が、Ｉａ（００２）／Ｉａ（１００）≧６の関係を満たす皮膜からなり、前記上層が前記下層の上にエピタキシャル成長している被覆工具が記載され、該被覆工具は優れた耐チッピング性や皮膜密着性を有しているとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１５－１２４４０７号公報
【特許文献2】特開２０１６－３３６９号公報
【特許文献3】国際公開２０１８／００８５５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明者は、検討の結果、特許文献１～３に記載された被覆工具は、合金鋼の高速断続切削加工に供した場合は被覆工具のすくい面の皮膜（被覆層）における熱亀裂等の異常損傷が発生し、それを起点としたチッピングが発生しやすく、満足する切削性能を発揮するとはいえないものであることを認識した。
【0008】
そこで、本発明は、特に、合金鋼等の高速断続切削加工に用いても、被覆層が優れた耐チッピングを備えることにより、長期の使用にわたって優れた切削性能を発揮する被覆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】
【0009】
本発明者は、被覆層の組成と結晶構造について鋭意検討したところ、
工具基体の側に、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を所定割合で有するＡｌとＴｉを含む複合窒化物層または複合炭窒化物層（以下、この複合窒化物層または複合炭窒化物層をＡｌＴｉＣＮ層とも云う）の所定厚さの層と、
工具表面の側に、ウルツ鉱型六方晶構造（以下、六方晶構造と云うことがある）を有する結晶粒とＮａＣｌ型面心立方構造（以下、立方晶構造と云うことがある）を有する結晶粒の合計割合を所定の値以下としたＡｌとＭｅ（ただし、Ｍｅは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる一種以上の元素）を含む複合炭化物層または複合炭窒化物層（以下、この複合炭化物層または複合炭窒化物層をＡｌＭｅＣＮ層とも云う）の所定厚さの層を
積層単位層とし、この積層単位層を１または２以上積層した積層体を含む被覆層を設けると、
合金鋼の高速断続切削加工においても耐チッピング性が向上するという新規な知見を得た。
工具基体の側に、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒を所定割合で有するＡｌとＴｉを含む複合窒化物層または複合炭窒化物層（以下、この複合窒化物層または複合炭窒化物層をＡｌＴｉＣＮ層とも云う）の所定厚さの層と、
工具表面の側に、ウルツ鉱型六方晶構造（以下、六方晶構造と云うことがある）を有する結晶粒とＮａＣｌ型面心立方構造（以下、立方晶構造と云うことがある）を有する結晶粒の合計割合を所定の値以下としたＡｌとＭｅ（ただし、Ｍｅは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる一種以上の元素）を含む複合炭化物層または複合炭窒化物層（以下、この複合炭化物層または複合炭窒化物層をＡｌＭｅＣＮ層とも云う）の所定厚さの層を
積層単位層とし、この積層単位層を１または２以上積層した積層体を含む被覆層を設けると、
合金鋼の高速断続切削加工においても耐チッピング性が向上するという新規な知見を得た。
【0010】
本発明は、この知見に基づくものであって、
「（１）工具基体と該工具基体の表面に被覆層を設けた表面被覆切削工具において、
１）前記被覆層は、前記工具基体の側のα層と、工具表面の側のβ層を含む層を積層単位層とする積層体層を１または２以上有し、
２）前記α層は、平均層厚が１．０～２０．０μｍであるＡｌとＴｉの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、その平均組成を組成式：（ＡｌｘαＴｉ1 -ｘα）（ＣyαＮ１－yα）で表したとき、ｘαは０．６０～０．９５、ｙαは０．０００～０．０１５であり、
３）前記α層に占めるＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒の面積割合が７０％以上であり、
４）前記β層は、平均層厚０．５～５．０μｍであるＡｌとＭｅ（Ｍｅは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる１種または２種以上の元素）の複合炭化物層もしくは複合炭窒化物層を含み、その平均組成を組成式：ＡｌｘβＭｅｙβＣｚβＮ１－ｘβ－ｙβ－ｚβで表したとき、ｘβ／（ｘβ＋ｙβ）は０．７０～０．９５、ｚβ／（ｘβ＋ｙβ）は０．１５～３．００、ｘβ＋ｙβは０．１５～０．６０であり、
４）前記β層に占めるウルツ鉱型の六方晶構造の結晶粒とＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒の合計の面積割合が３０％未満である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記表面被覆切削工具のすくい面にはα層とβ層を含む被覆層、逃げ面の表面にはα層のみを含む被覆層を有することを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）前記α層は柱状結晶組織を有し、柱状結晶粒の平均粒子幅Ｗが０．１～１．２μｍ、平均アスペクト比Ａが２．０～１０．０であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。」
である。
「（１）工具基体と該工具基体の表面に被覆層を設けた表面被覆切削工具において、
１）前記被覆層は、前記工具基体の側のα層と、工具表面の側のβ層を含む層を積層単位層とする積層体層を１または２以上有し、
２）前記α層は、平均層厚が１．０～２０．０μｍであるＡｌとＴｉの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、その平均組成を組成式：（ＡｌｘαＴｉ1 -ｘα）（ＣyαＮ１－yα）で表したとき、ｘαは０．６０～０．９５、ｙαは０．０００～０．０１５であり、
３）前記α層に占めるＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒の面積割合が７０％以上であり、
４）前記β層は、平均層厚０．５～５．０μｍであるＡｌとＭｅ（Ｍｅは、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる１種または２種以上の元素）の複合炭化物層もしくは複合炭窒化物層を含み、その平均組成を組成式：ＡｌｘβＭｅｙβＣｚβＮ１－ｘβ－ｙβ－ｚβで表したとき、ｘβ／（ｘβ＋ｙβ）は０．７０～０．９５、ｚβ／（ｘβ＋ｙβ）は０．１５～３．００、ｘβ＋ｙβは０．１５～０．６０であり、
４）前記β層に占めるウルツ鉱型の六方晶構造の結晶粒とＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒の合計の面積割合が３０％未満である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記表面被覆切削工具のすくい面にはα層とβ層を含む被覆層、逃げ面の表面にはα層のみを含む被覆層を有することを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）前記α層は柱状結晶組織を有し、柱状結晶粒の平均粒子幅Ｗが０．１～１．２μｍ、平均アスペクト比Ａが２．０～１０．０であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。」
である。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る表面被覆切削工具は、合金鋼の高速断続切削に供しても長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態において、工具基体の側のα層と工具表面の側のβ層を含む層を積層単位層とする積層体層が１層のときの被覆層を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態に係る被覆工具について、より詳細に説明する。
なお、特許請求の範囲および本明細書において、数値範囲を「Ｌ～Ｍ」（Ｌ、Ｍは共に数値）を用いて表現する場合、その範囲は上限（Ｍ）および下限（Ｌ）の数値を含むものとし、下限と上限の単位は同じである。
なお、特許請求の範囲および本明細書において、数値範囲を「Ｌ～Ｍ」（Ｌ、Ｍは共に数値）を用いて表現する場合、その範囲は上限（Ｍ）および下限（Ｌ）の数値を含むものとし、下限と上限の単位は同じである。
【0014】
被覆層の構造（全体の構造）
本実施形態に係る被覆工具は、図１に示すように、工具基体（１）と、被覆層として、この工具基体の側にα層（ＡｌＴｉＣＮ層）（２）と工具表面の側にβ層（ＡｌＭｅＣＮ層）（３）を積層単位層とする積層体層を１層または２層以上有している。図１に示す実施形態は、積層多層が１層のものである。
本実施形態に係る被覆工具は、図１に示すように、工具基体（１）と、被覆層として、この工具基体の側にα層（ＡｌＴｉＣＮ層）（２）と工具表面の側にβ層（ＡｌＭｅＣＮ層）（３）を積層単位層とする積層体層を１層または２層以上有している。図１に示す実施形態は、積層多層が１層のものである。
【0015】
被覆層をこのような構造とすれば、合金鋼の高速断続切削加工においても長期にわたって優れた切削性能を発揮できる。その理由は定かではないが、α層（ＡｌＴｉＣＮ層）のβ層の有する耐摩耗性とβ層（ＡｌＭｅＣＮ層）の有する靱性によるものと推定している。
【0016】
また、被覆層は、前記α層とβ層との積層単位層を積層した積層体層を少なくとも一つ有していれば、これ以外の他の層を含んでいてもよい。他の層としては、この積層した層と工具基体との間において密着性を向上させるような下地層や、この積層体層の上でチッピングをする等の損耗を促進するものとはならない上部層などを含んでいてもよい。
【0017】
下地層としては、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、炭窒酸化物層の内の少なくとも１層を、上部層としては、Ｔｉの炭窒酸化物層、酸化アルミニウムの内の少なくとも１層を、それぞれ例示できる。それらの層の組成は、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く、従来公知のあらゆる原子比を含むものである。
【0018】
被覆層全体の平均層厚は、下地層と上部層を含み、１．５～２５．０μｍの範囲が好ましい。この範囲とする理由は、１．５μｍ未満であると、α層とβ層の特性によってもたらされる被覆層の特性は十分に発揮できないことがあり、一方、２５．０μｍを超えると、耐チッピング性が低下してしまうことがある。
なお、特許請求の範囲および本明細書において、平均層厚とは、すくい面で測定した平均厚さをいう。
なお、特許請求の範囲および本明細書において、平均層厚とは、すくい面で測定した平均厚さをいう。
【0019】
以下、α層、β層について詳述する。
【0020】
１．α層
α層は、次のようなものである。
α層は、次のようなものである。
【0021】
（１）平均層厚
α層の平均層厚Ｌαは、１．０～２０．０μｍが好ましい。その理由は、この範囲にあると耐摩耗性を十分に確保でき、優れた耐チッピング性を有するためである。そして、この平均層厚は３．０～２０．０μｍのとき、より一層前述の特性を発揮できる。
なお、α層とβ層の積層体層が複数あるとき、各α層の層厚は、前記範囲にあれば、同じであっても異なっていてもよい。
α層の平均層厚Ｌαは、１．０～２０．０μｍが好ましい。その理由は、この範囲にあると耐摩耗性を十分に確保でき、優れた耐チッピング性を有するためである。そして、この平均層厚は３．０～２０．０μｍのとき、より一層前述の特性を発揮できる。
なお、α層とβ層の積層体層が複数あるとき、各α層の層厚は、前記範囲にあれば、同じであっても異なっていてもよい。
【0022】
（２）組成
α層は、その平均組成を、組成式：（ＡｌｘαＴｉ1 -ｘα）（ＣyαＮ１－yα）で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘαおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙα（ただし、ｘα、ｙαはいずれも原子比）が、それぞれ、ｘαが０．６０～０．９５、ｙαが０．０００～０．０１５であることが好ましい。
α層は、その平均組成を、組成式：（ＡｌｘαＴｉ1 -ｘα）（ＣyαＮ１－yα）で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘαおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙα（ただし、ｘα、ｙαはいずれも原子比）が、それぞれ、ｘαが０．６０～０．９５、ｙαが０．０００～０．０１５であることが好ましい。
【0023】
Ａｌの平均含有割合をこの範囲とする理由は、０．６０未満であると、ＡｌＴｉＣＮ層は硬さに劣るため、耐摩耗性が十分でなく、一方、０．９５を超えると、Ｔｉの含有割合が低下し、六方晶構造の結晶粒を含有しやすくなり、耐摩耗性の低下を招くからである。
また、Ｃの平均含有割合をこの範囲とする理由は、この範囲であれば耐摩耗性を十分に確保できるためである。
また、Ｃの平均含有割合をこの範囲とする理由は、この範囲であれば耐摩耗性を十分に確保できるためである。
【0024】
（３）結晶構造
α層は、ＮａＣｌ型の面心立方構造（立方晶構造）を有するＡｌとＴｉとの複合窒化物または複合炭窒化物の結晶粒を含むものである。
ここで、α層が立方晶構造を有するとは、立方晶構造の結晶粒を縦断面（インサートでは、工具基体の表面の微小な凹凸を無視して平らな面として扱ったとき、この平らな面に対して垂直な断面。軸物工具では刃先に対して垂直な断面）に７０面積％以上有することである。そして、この面積割合を満足すると、α層の硬さが良好で耐摩耗性が優れるという特性をより確実に発揮することができる。また、立方晶構造の結晶粒は９０面積％以上含まれることがより好ましく、１００面積％であってもよい。
α層は、ＮａＣｌ型の面心立方構造（立方晶構造）を有するＡｌとＴｉとの複合窒化物または複合炭窒化物の結晶粒を含むものである。
ここで、α層が立方晶構造を有するとは、立方晶構造の結晶粒を縦断面（インサートでは、工具基体の表面の微小な凹凸を無視して平らな面として扱ったとき、この平らな面に対して垂直な断面。軸物工具では刃先に対して垂直な断面）に７０面積％以上有することである。そして、この面積割合を満足すると、α層の硬さが良好で耐摩耗性が優れるという特性をより確実に発揮することができる。また、立方晶構造の結晶粒は９０面積％以上含まれることがより好ましく、１００面積％であってもよい。
【0025】
（４）平均粒子幅とアスペクト比
柱状結晶組織を有し、柱状結晶粒の平均粒子幅Ｗが０．１～１．２μｍ、平均アスペクト比Ａが２．０～１０．０であることがより好ましい。
その理由は、この０．１～１．２μｍの平均粒子幅、２．０～１０．０の平均アスペクト比を有する柱状結晶組織が含まれていると、切削工具の切削時の異常損傷を抑制できるからである。
柱状結晶組織を有し、柱状結晶粒の平均粒子幅Ｗが０．１～１．２μｍ、平均アスペクト比Ａが２．０～１０．０であることがより好ましい。
その理由は、この０．１～１．２μｍの平均粒子幅、２．０～１０．０の平均アスペクト比を有する柱状結晶組織が含まれていると、切削工具の切削時の異常損傷を抑制できるからである。
【0026】
２．β層
β層は、次のようなものである。
β層は、次のようなものである。
【0027】
（１）平均層厚
β層の平均層厚Ｌβは、０．５～５．０μｍが好ましい。その理由は、この範囲にあるとすくい面における耐摩耗性を十分に確保でき、優れた耐熱亀裂性と耐チッピング性を有するためである。なお、α層とβ層の積層体層が複数あるとき、各β層の層厚は、前記範囲にあれば、同じであっても異なっていてもよい。
β層の平均層厚Ｌβは、０．５～５．０μｍが好ましい。その理由は、この範囲にあるとすくい面における耐摩耗性を十分に確保でき、優れた耐熱亀裂性と耐チッピング性を有するためである。なお、α層とβ層の積層体層が複数あるとき、各β層の層厚は、前記範囲にあれば、同じであっても異なっていてもよい。
【0028】
（２）組成
β層は、その平均組成を、組成式：（ＡｌｘβＭｅｙβＣｚβＮ１－ｘβ―yβ―ｚβ）で表した場合、ＡｌのＭｅとＡｌの合量に占める平均含有割合、ｘβ／（ｘβ＋ｙβ）が、０．７０～０．９５、かつ、ＣのＡｌとＭｅの合量に占める平均含有割合、ｚβ／（ｘβ＋ｙβ）が、０．１５～３．０、かつ、Ａｌの平均含有割合とＭｅの平均含有割合の和、ｘβ＋ｙβが、０．１５～０．６０（ただし、ｘβ、ｙβ、ｚβはいずれも原子比）を、それぞれ、満足することが好ましい。
β層は、その平均組成を、組成式：（ＡｌｘβＭｅｙβＣｚβＮ１－ｘβ―yβ―ｚβ）で表した場合、ＡｌのＭｅとＡｌの合量に占める平均含有割合、ｘβ／（ｘβ＋ｙβ）が、０．７０～０．９５、かつ、ＣのＡｌとＭｅの合量に占める平均含有割合、ｚβ／（ｘβ＋ｙβ）が、０．１５～３．０、かつ、Ａｌの平均含有割合とＭｅの平均含有割合の和、ｘβ＋ｙβが、０．１５～０．６０（ただし、ｘβ、ｙβ、ｚβはいずれも原子比）を、それぞれ、満足することが好ましい。
【0029】
Ａｌの前記平均含有割合ｘβ／（ｘβ＋ｙβ）を前記範囲とする理由は、０．７０未満であると、Ａｌの含有によってもたらされる耐熱亀裂性が低下し、一方、０．９５を超えると、耐摩耗性が低下するためである。
【0030】
また、Ｃの前記平均含有割合をｚβ／（ｘβ＋ｙβ）を前記範囲とすれば、潤滑性および耐摩耗性が向上する。
さらに、Ａｌの平均含有割合とＭｅの平均含有割合の和であるｘβ＋ｙβが、０．１５未満であると耐熱亀裂性が不十分であり、一方、０．６０を超えると耐摩耗性が低下する。
さらに、Ａｌの平均含有割合とＭｅの平均含有割合の和であるｘβ＋ｙβが、０．１５未満であると耐熱亀裂性が不十分であり、一方、０．６０を超えると耐摩耗性が低下する。
【0031】
（３）結晶構造
β層は、ウルツ鉱型六方晶構造の結晶粒およびＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒の合計の面積割合が３０％未満であるＡｌとＭｅとの複合炭化物または複合炭窒化物を含むものである。
ここで、β層における六方晶構造と立方晶構造の合計が３０面積％未満であるとは、これらの構造を有する結晶粒の合計面積が縦断面において３０面積％未満と云うことである。この面積割合を満足すると、非晶質相あるいは微細結晶粒が増えてβ層の耐熱亀裂性が良好であるという特性を確実に発揮することができる。
β層は、ウルツ鉱型六方晶構造の結晶粒およびＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒の合計の面積割合が３０％未満であるＡｌとＭｅとの複合炭化物または複合炭窒化物を含むものである。
ここで、β層における六方晶構造と立方晶構造の合計が３０面積％未満であるとは、これらの構造を有する結晶粒の合計面積が縦断面において３０面積％未満と云うことである。この面積割合を満足すると、非晶質相あるいは微細結晶粒が増えてβ層の耐熱亀裂性が良好であるという特性を確実に発揮することができる。
【0032】
３．すくい面にはα層とβ層を含む被覆層、逃げ面の表面にはα層のみを含む被覆層
逃げ面にはα層とβ層を含む積層構造の被覆層を設け、逃げ面の表面にはβ層を含まずα層を含む被覆層を設けることが好ましい。逃げ面にβ層が設けられていてもよいが、耐摩耗性が低いβ層が存在しない方が、β層と一緒にその下地のα層が脱落することを防止でき、工具寿命がより一層向上する。逃げ面の表面をα相のみとする手段は、成膜後の工具表面に対して、逃げ面方向からブラシ処理やブラスト処理等の公知の表面処理を行い、β層を除去することである。
逃げ面にはα層とβ層を含む積層構造の被覆層を設け、逃げ面の表面にはβ層を含まずα層を含む被覆層を設けることが好ましい。逃げ面にβ層が設けられていてもよいが、耐摩耗性が低いβ層が存在しない方が、β層と一緒にその下地のα層が脱落することを防止でき、工具寿命がより一層向上する。逃げ面の表面をα相のみとする手段は、成膜後の工具表面に対して、逃げ面方向からブラシ処理やブラスト処理等の公知の表面処理を行い、β層を除去することである。
【0033】
４．α層、β層の平均層厚、組成、結晶構造（面積率）の測定
まず、被覆層を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（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて、研磨した縦断面を作成する。そして、この縦断面において、工具基体の表面に垂直な方向（層厚方向）を被覆層の層厚、横方向を工具基体に平行な１００μｍである四角形を測定領域とし、電子線後方散乱解析装置（ＥＢＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を用いて、前記測定領域に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流にて、０．０１μｍの間隔で照射して得られる電子線後方散乱回折像に基づき、各測定点（以下、ピクセルということがある）の構造解析結果から、結晶構造の異なる領域の境界を画定する。
まず、被覆層を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（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて、研磨した縦断面を作成する。そして、この縦断面において、工具基体の表面に垂直な方向（層厚方向）を被覆層の層厚、横方向を工具基体に平行な１００μｍである四角形を測定領域とし、電子線後方散乱解析装置（ＥＢＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を用いて、前記測定領域に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流にて、０．０１μｍの間隔で照射して得られる電子線後方散乱回折像に基づき、各測定点（以下、ピクセルということがある）の構造解析結果から、結晶構造の異なる領域の境界を画定する。
【0034】
ここで、工具基体の表面に垂直な方向（層厚方向）とは、縦断面（の観察像において、工具基体と被覆層の界面において、その粗さ曲線の平均線を工具基体の表面としたとき、この平均線に対して垂直な方向である
【0035】
すなわち、工具基体がインサートのような平面の表面を有するときは、前記縦断面においてエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ：Ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いた元素マッピングを実施し、得られた元素マップに対して公知の画像処理を行うことで被覆層（後述する下部層が存在すれば、被覆層の代わりに下部層を用いる）と工具基体の界面を定め、こうして得られた被覆層と工具基体との界面の粗さ曲線について、平均線を算術的に求め、これを工具基体の表面とする。そして、縦断面の面内において、この平均線に対して垂直な方向を工具基体に垂直な方向（層厚方向）とする。
【0036】
また、工具基体がドリルのように曲面の表面を有する場合であっても、被覆層の層厚に対して工具径が十分に大きければ、測定領域における被覆層と工具基体との間の界面は略平面となることから、同様の手法により工具基体の表面を決定することができる。
【0037】
すなわち、例えばドリルであれば、軸方向に垂直な断面の被覆層の縦断面においてＥＤＳを用いた元素マッピングを実施し、得られた元素マップに対して公知の画像処理を行うことで被覆層と工具基体の界面を定め、こうして得られた被覆層と工具基体との界面の粗さ曲線について、平均線を算術的に求め、これを工具基体の表面とする。そして、縦断面の面内において、この平均線に対して垂直な方向を工具基体に垂直な方向と（層厚方向）する。
【0038】
なお、本発明で云う六方晶構造、立方晶構造ではない領域とは、例えば、結晶のような長周期構造をもたないことを表し、非晶質特有のハローパターンあるいはそれに準じた離散的な回折スポットが得られる領域を云う。
【0039】
さらに、前記結晶構造の異なる領域の境界を含むようにオージェ電子分光法（ＡＥＳ：Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｐｓｃｏｐｙ）と二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて層厚方向にライン分析を行って得られる組成分析結果を基にα層、β層の鑑別を行う。両層の境界は、前記結晶構造の異なる領域の境界でもある。
【0040】
そして、α層、β層のＣの平均含有割合（ｙα、ｙβ）は、ＳＩＭＳによって各層ごとに求める。すなわち、イオンビームによる面分析とスパッタイオンビームによるエッチングを交互に繰り返すことにより、深さ方向の含有割合測定を行う。具体的には、前記各層において、０．０５μｍ以上侵入した箇所から、層厚方向に０．０１μｍ以下のピッチで少なくとも０．０５μｍの長さで測定を行った平均値を求め、これを少なくとも５箇所行って算出した平均値を、各層のＣの平均含有割合として求める。
【0041】
電子線後方散乱解析装置（ＥＢＳＤ）の解析に当たり、隣接するピクセル同士の間で５度以上の方位差がある場合、または隣接する測定点の片方のみがウルツ鉱型の六方晶構造、ＮａＣｌ型の面心立方構造を示す場合は、これら測定点の中点を粒界とする。そして、この粒界とされた点により囲まれた領域を１つの結晶粒と定義する。
【0042】
ただし、隣接するピクセルすべてと５度以上の方位差がある単独に存在するピクセルは結晶粒とは扱わず、２ピクセル以上連結しているものを結晶粒と扱う。このようにして、各結晶粒を決定し、その結晶構造を鑑別することにより、層厚方向に六方晶構造または立方晶構造の結晶粒の面積率を求める。
【0043】
前記各層の境界が画定すれば、画定した各層の境界領域間で平均層厚を求めることができ、また、α層とβ層のＡｌの平均含有割合（ｘα、ｘβ）は、前記オージェ電子分光法（ＡＥＳ）を用いて電子線を照射して層厚方向に複数（例えば、５本以上）のライン分析を行って得られる解析結果を平均することにより求めることができる。
【0044】
ここで、平均幅と平均アスペクト比の算出方法について、説明する。
前述のとおりに結晶粒を特定した後、ある結晶粒ｉに対して工具基体の表面と垂直方向（層厚方向）の最大長さＨｉ、工具基体と水平方向の最大長さである粒子幅Ｗｉ、および面積Ｓｉを求める。平均粒子幅は、Ｗｉの平均値である。また、結晶粒ｉのアスペクト比ＡｉはＡｉ＝Ｈｉ／Ｗｉとして算出する。このようにして、観察視野内の少なくとも２０以上（ｉ＝１～２０以上）の結晶粒の前記結晶粒のアスペクト比Ａ１～Ａｎ（ｎ≧２０）を求め、［数１］により面積加重平均して、前記結晶粒の平均アスペクト比Ａとする。
前述のとおりに結晶粒を特定した後、ある結晶粒ｉに対して工具基体の表面と垂直方向（層厚方向）の最大長さＨｉ、工具基体と水平方向の最大長さである粒子幅Ｗｉ、および面積Ｓｉを求める。平均粒子幅は、Ｗｉの平均値である。また、結晶粒ｉのアスペクト比ＡｉはＡｉ＝Ｈｉ／Ｗｉとして算出する。このようにして、観察視野内の少なくとも２０以上（ｉ＝１～２０以上）の結晶粒の前記結晶粒のアスペクト比Ａ１～Ａｎ（ｎ≧２０）を求め、［数１］により面積加重平均して、前記結晶粒の平均アスペクト比Ａとする。
【0045】
【数1】
【0046】
５．工具基体
（１）材質
工具基体は、この種の工具基体として従来公知の基材であれば、前述の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。一例を挙げるならば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、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、酸化アルミニウムなど）、ｃＢＮ焼結体のいずれかであることが好ましい。
（１）材質
工具基体は、この種の工具基体として従来公知の基材であれば、前述の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。一例を挙げるならば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、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、酸化アルミニウムなど）、ｃＢＮ焼結体のいずれかであることが好ましい。
【0047】
（２）形状
工具基体の形状は、切削工具として用いられる形状であれば特段の制約はなく、インサートの形状、ドリルの形状が例示できる。
工具基体の形状は、切削工具として用いられる形状であれば特段の制約はなく、インサートの形状、ドリルの形状が例示できる。
【0048】
６．製造方法：
本発明の被覆層は、例えば、工具基体もしくは当該工具基体上にあるＴｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層の少なくとも一層以上の下地層の上に、例えば、次の組成のガス群Ａとガス群Ｂとからなる２種の反応ガス所定の位相差で供給することによって得ることができる。
本発明の被覆層は、例えば、工具基体もしくは当該工具基体上にあるＴｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層の少なくとも一層以上の下地層の上に、例えば、次の組成のガス群Ａとガス群Ｂとからなる２種の反応ガス所定の位相差で供給することによって得ることができる。
【0049】
反応ガスのガス組成の一例として、％は容量％（ガス群Ａとガス群Ｂの和を全体としている）として、次のとおりのものを示すことができる。
【0050】
（１）α層形成用の反応ガス
ガス群Ａ：ＮＨ３：２．０～３．０％、Ｈ２：５０～６０％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．６０～１．００％、ＴｉＣｌ４：０．０７～０．４０％、
Ｃ２Ｈ４：０．００～１．５０％、Ｎ２：０．０～１２．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．５～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～８５０℃
供給周期：１．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．２６～０．４０秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
ガス群Ａ：ＮＨ３：２．０～３．０％、Ｈ２：５０～６０％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．６０～１．００％、ＴｉＣｌ４：０．０７～０．４０％、
Ｃ２Ｈ４：０．００～１．５０％、Ｎ２：０．０～１２．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．５～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～８５０℃
供給周期：１．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．２６～０．４０秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
【0051】
（２）β層形成用の反応ガス
ガス群Ａ：ＮＨ３：０．５～１．５％、Ｎ２：０．０～５．０％、
ＣＨ４：０．５～５．０％、Ｃ２Ｈ４：１．０～１０．０％、
Ｈ２：２０～４０％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．１１～１．６０％、
Ａｌ（ＣＨ３）３：０．００～０．２４％
ＭｅＣｌｘ（Ｍｅの塩化物）：Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎのいずれか１種または２種以上の元素のＭｅＣｌｘが、それぞれ０．１０～０．２０％
Ｎ２：２．０～１０．０％、ＣＨ４：０．０～１．０％、
Ｃ２Ｈ４：０．０～１．５％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．５～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：６５０～８５０℃
供給周期：１．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．２６～０．４０秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
ガス群Ａ：ＮＨ３：０．５～１．５％、Ｎ２：０．０～５．０％、
ＣＨ４：０．５～５．０％、Ｃ２Ｈ４：１．０～１０．０％、
Ｈ２：２０～４０％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．１１～１．６０％、
Ａｌ（ＣＨ３）３：０．００～０．２４％
ＭｅＣｌｘ（Ｍｅの塩化物）：Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎのいずれか１種または２種以上の元素のＭｅＣｌｘが、それぞれ０．１０～０．２０％
Ｎ２：２．０～１０．０％、ＣＨ４：０．０～１．０％、
Ｃ２Ｈ４：０．０～１．５％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．５～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：６５０～８５０℃
供給周期：１．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．２６～０．４０秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
【実施例0052】
次に、実施例について説明する。
ここでは、本発明の被覆工具の実施例として、工具基体の材質としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、工具基体の材質として、前述のＴｉＣＮ基サーメット、ｃＢＮ基超高圧焼結体等を用いた場合であっても同様であるし、形状として、前述のドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
ここでは、本発明の被覆工具の実施例として、工具基体の材質としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、工具基体の材質として、前述のＴｉＣＮ基サーメット、ｃＢＮ基超高圧焼結体等を用いた場合であっても同様であるし、形状として、前述のドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
【0053】
原料粉末として、いずれも１～３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、このプレス成形体を５Ｐａの真空中、１３７０～１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＳＮのインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ～Ｃ、およびＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ｄ～Ｆをそれぞれ製造した。
【0054】
次に、これら工具基体Ａ～Ｆの表面に、ＣＶＤ装置を用いて、各層をＣＶＤにより形成し、表１０、表１１に示される本発明被覆工具１～２０を得た。
成膜条件は、表２～４に記載したとおりであるが、概ね、次のとおりである。ガス組成の％は容量％（ガス群Ａとガス群Ｂの和を全体としている）である。
成膜条件は、表２～４に記載したとおりであるが、概ね、次のとおりである。ガス組成の％は容量％（ガス群Ａとガス群Ｂの和を全体としている）である。
【0055】
（２）α層形成用の反応ガス
ガス群Ａ：ＮＨ３：２．０～３．０％、Ｈ２：５０～６０％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．６０～１．００％、
ＴｉＣｌ４：０．０７～０．４０％、
Ｃ２Ｈ４：０．００～１．５０％、Ｎ２：０．０～１２．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．５～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～８５０℃
供給周期：１．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．２６～０．４０秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
ガス群Ａ：ＮＨ３：２．０～３．０％、Ｈ２：５０～６０％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．６０～１．００％、
ＴｉＣｌ４：０．０７～０．４０％、
Ｃ２Ｈ４：０．００～１．５０％、Ｎ２：０．０～１２．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．５～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～８５０℃
供給周期：１．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．２６～０．４０秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
【0056】
（１）β層形成用の反応ガス
ガス群Ａ：ＮＨ３：０．５～１．５％、Ｎ２：０．０～５．０％、
ＣＨ４：０．５～５．０％、Ｃ２Ｈ４：１．０～１０．０％、
Ｈ２：４０～５０％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．１１～０．７０％、
Ａｌ（ＣＨ３）３：０．００～０．２５％
ＭｅＣｌｘ（Ｍｅの塩化物）：０．１０～０．２０％、
（ＭｅＣｌｘ（Ｍｅの塩化物）の具体名は表３に記載）
Ｎ２：２．０～１０．０％、ＣＨ４：０．０～１．０％、
Ｃ２Ｈ４：０．０～１．５％、Ｈ２：残
ＭｅＣｌｘは、Ｍｅ成分ごとに前記％を満足すればよい。
反応雰囲気圧力：４．５～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：６５０～８５０℃
供給周期：１．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．２６～０．４０秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
ガス群Ａ：ＮＨ３：０．５～１．５％、Ｎ２：０．０～５．０％、
ＣＨ４：０．５～５．０％、Ｃ２Ｈ４：１．０～１０．０％、
Ｈ２：４０～５０％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．１１～０．７０％、
Ａｌ（ＣＨ３）３：０．００～０．２５％
ＭｅＣｌｘ（Ｍｅの塩化物）：０．１０～０．２０％、
（ＭｅＣｌｘ（Ｍｅの塩化物）の具体名は表３に記載）
Ｎ２：２．０～１０．０％、ＣＨ４：０．０～１．０％、
Ｃ２Ｈ４：０．０～１．５％、Ｈ２：残
ＭｅＣｌｘは、Ｍｅ成分ごとに前記％を満足すればよい。
反応雰囲気圧力：４．５～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：６５０～８５０℃
供給周期：１．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．２６～０．４０秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
【0057】
また、本発明被覆工具１～２０は、表８に示された成膜条件により表９に示された下地層、上部層を形成した。
【0058】
比較の目的で、工具基体Ａ～Ｆ表面に、表５～７に示される条件によりＣＶＤ装置による成膜を行うことにより、表１０、１１に示される比較被覆工具１～１０を製造した。また、比較被覆工具１～６は、表８に示された成膜条件により表９に示された下地層、上部層を形成した。
【0059】
本発明被覆工具１～２０および比較被覆工具１～１０について、前述した方法により、各層の組成、平均層厚、立方晶構造および六方晶構造の結晶粒の面積率、ＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒の面積率を求め、結果を表１０、１１に示す。
【0060】
【表1】
【0061】
【表2】
【0062】
【表3】
【0063】
【表4】
【0064】
【表5】
【0065】
【表6】
【0066】
【表7】
【0067】
【表8】
【0068】
【表9】
【0069】
【表10】
【0070】
【表11】
【0071】
なお、表１０、表１１において、以下の注記がある。
注１：本発明被覆工具５、１５のα層・β層の形成についてはα層/β層の積層を2回繰り返し、計４層の膜を形成した。平均層厚LαおよびLβはそれぞれの合計値。
注２：六方晶の面積割合とは、六方晶結晶構造を有する結晶粒（％）
注３：立方晶の面積割合とは、ＮａＣｌ型の面心立方構造を有する結晶粒の面積割（％）
注４：「逃げ面のみ」とは、被覆層がα層のみであるときは○印、そうでないときは×印
注５：比較被覆工具３、４、８、９はα層を成膜せず、β層のみを成膜した（「－」は含有しない、または、該当するものがないことを示す）。
注６：組成の合計は、小数第３位の数値の四捨五入により、１に満たない場合、または１を超える場合がある。
注７：「＊」は、請求項１の規定を満足していない。
注１：本発明被覆工具５、１５のα層・β層の形成についてはα層/β層の積層を2回繰り返し、計４層の膜を形成した。平均層厚LαおよびLβはそれぞれの合計値。
注２：六方晶の面積割合とは、六方晶結晶構造を有する結晶粒（％）
注３：立方晶の面積割合とは、ＮａＣｌ型の面心立方構造を有する結晶粒の面積割（％）
注４：「逃げ面のみ」とは、被覆層がα層のみであるときは○印、そうでないときは×印
注５：比較被覆工具３、４、８、９はα層を成膜せず、β層のみを成膜した（「－」は含有しない、または、該当するものがないことを示す）。
注６：組成の合計は、小数第３位の数値の四捨五入により、１に満たない場合、または１を超える場合がある。
注７：「＊」は、請求項１の規定を満足していない。
【0072】
次に、前記本発明被覆工具１～２０および比較被覆工具１～１０について、次の切削試験１（本発明被覆工具１～１０、比較被覆工具１～５）および切削試験２（本発明被覆工具１１～２０、比較被覆工具６～１０）を行い、その結果を表１２、表１３にそれぞれ示す。
【0073】
１．切削試験１：乾式高速正面フライス、センターカット切削加工
カッタ径： １２５ｍｍ
被削材： ＪＩＳ ＳＣＭ４４０ 幅１００ｍｍ、長さ４００ｍｍブロック材
回転速度： ８９１／ｍｉｎ
切削速度： ３５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み： ２．０ｍｍ
一刃送り量： ０．２ｍｍ／刃
切削時間： ８分
（通常切削速度は、１５０～２５０ｍ／ｍｉｎ）
カッタ径： １２５ｍｍ
被削材： ＪＩＳ ＳＣＭ４４０ 幅１００ｍｍ、長さ４００ｍｍブロック材
回転速度： ８９１／ｍｉｎ
切削速度： ３５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み： ２．０ｍｍ
一刃送り量： ０．２ｍｍ／刃
切削時間： ８分
（通常切削速度は、１５０～２５０ｍ／ｍｉｎ）
【0074】
２．切削試験２：乾式高速断続切削加工
被削材： ＪＩＳ ＳＣＭ４４０ 長さ方向等間隔４本の縦溝入り丸棒
切削速度： ３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み： １．５ｍｍ
送り： ０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間： ５分
（通常切削速度は、１５０～２００ｍ／ｍｉｎ）
被削材： ＪＩＳ ＳＣＭ４４０ 長さ方向等間隔４本の縦溝入り丸棒
切削速度： ３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み： １．５ｍｍ
送り： ０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間： ５分
（通常切削速度は、１５０～２００ｍ／ｍｉｎ）
【0075】
【表12】
【0076】
【表13】
【0077】
表１２、表１３に示される結果から、本発明被覆工具１～２０は、いずれも被覆層が優れた耐チッピング性を有しているため、鋳鉄等の高速断続切削加工に用いた場合であっても熱亀裂およびチッピングの発生がなく、長期にわたって優れた耐摩耗性を発揮する。これに対して、本発明の被覆工具に規定される事項を一つでも満足していない比較被覆工具１～１０は、鋳鉄等の高速断続切削加工に用いた場合チッピングが発生し、短時間で使用寿命に至っている。
【産業上の利用可能性】
【0078】
前述のように、本発明の被覆工具は、合金鋼を含む高速断続切削加工の被覆工具として用いることができ、しかも、長期にわたって優れた耐摩耗性を発揮するものであるから、切削装置の高性能化並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらには低コスト化に十分に満足できる対応が可能である。
【符号の説明】
【0079】
１ 工具基体
２ α層（ＡｌＴｉＣＮ層）
３ β層（ＡｌＭｅＣＮ層）
２ α層（ＡｌＴｉＣＮ層）
３ β層（ＡｌＭｅＣＮ層）
【図1】