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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】P2024138692
(43)【公開日】2024-10-09
(54)【発明の名称】表面被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20241002BHJP
B23C 5/16 20060101ALI20241002BHJP
C23C 16/36 20060101ALI20241002BHJP
C23C 16/40 20060101ALI20241002BHJP
C23C 16/34 20060101ALI20241002BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
B23C5/16
C23C16/36
C23C16/40
C23C16/34
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023049294
(22)【出願日】2023-03-27
(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
(72)【発明者】
【氏名】中村 大樹
(72)【発明者】
【氏名】浅利 翔太
【テーマコード（参考）】
3C046
4K030
【Ｆターム（参考）】
3C046FF03
3C046FF09
3C046FF10
3C046FF13
3C046FF16
3C046FF22
3C046FF23
3C046FF24
3C046FF25
4K030AA03
4K030AA09
4K030AA13
4K030AA14
4K030AA17
4K030AA18
4K030BA02
4K030BA18
4K030BA38
4K030BA41
4K030BA43
4K030BB03
4K030BB12
4K030CA03
4K030CA11
4K030FA10
4K030LA22
(57)【要約】 （修正有）
【課題】耐摩耗性、耐熱亀裂性を有する表面被覆切削工具の提供。
【解決手段】ａ）被覆層は上部層、中間層、下部層を有し、ｂ）上部層は１．０～１０．０μｍの平均厚さで、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、ｃ）α－Ａｌ２Ｏ３層の前記基体に平行な断面においてクラックが存在し、クラックの密度が０．４～６．５本／ｍｍであり、ｄ）中間層は、１．５～５．０μｍの平均厚さで、ＴｉＣＮ層を含み、ｅ）下部層は、３．０～１０．０μｍの平均厚さで、ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、ｆ）ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層は、被覆層の縦断面においてＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を８０～１００面積％含有し、その平均組成は（Ｔｉ１－ＸａｖｇＡｌＸａｖｇ）（ＣＹａｖｇＮ１－Ｙａｖｇ）（０．７０≦Ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦Ｙａｖｇ≦０．０５０）である表面被覆切削工具。
【選択図】図２
【解決手段】ａ）被覆層は上部層、中間層、下部層を有し、ｂ）上部層は１．０～１０．０μｍの平均厚さで、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、ｃ）α－Ａｌ２Ｏ３層の前記基体に平行な断面においてクラックが存在し、クラックの密度が０．４～６．５本／ｍｍであり、ｄ）中間層は、１．５～５．０μｍの平均厚さで、ＴｉＣＮ層を含み、ｅ）下部層は、３．０～１０．０μｍの平均厚さで、ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、ｆ）ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層は、被覆層の縦断面においてＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を８０～１００面積％含有し、その平均組成は（Ｔｉ１－ＸａｖｇＡｌＸａｖｇ）（ＣＹａｖｇＮ１－Ｙａｖｇ）（０．７０≦Ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦Ｙａｖｇ≦０．０５０）である表面被覆切削工具。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基体と該基体の表面に被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
（ａ）該被覆層は上部層、中間層、下部層の少なくとも３層を有し、
（ｂ）前記上部層は１．０～１０．０μｍの平均厚さであって、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
（ｃ）前記α－Ａｌ２Ｏ３層の前記基体に平行な断面においてクラックが存在し、該クラックの密度が０．４～６．５本／ｍｍであり、
（ｄ）前記中間層は、１．５～５．０μｍの平均厚さであって、ＴｉＣＮ層を含み、
（ｅ）前記下部層は、３．０～１０．０μｍの平均厚さであって、ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、
（ｆ）前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層は、前記被覆層の縦断面においてＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を８０～１００面積％含有し、その平均組成は（Ｔｉ１－ＸａｖｇＡｌＸａｖｇ）（ＣＹａｖｇＮ１－Ｙａｖｇ）（０．７０≦Ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦Ｙａｖｇ≦０．０５０）である
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（ａ）該被覆層は上部層、中間層、下部層の少なくとも３層を有し、
（ｂ）前記上部層は１．０～１０．０μｍの平均厚さであって、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
（ｃ）前記α－Ａｌ２Ｏ３層の前記基体に平行な断面においてクラックが存在し、該クラックの密度が０．４～６．５本／ｍｍであり、
（ｄ）前記中間層は、１．５～５．０μｍの平均厚さであって、ＴｉＣＮ層を含み、
（ｅ）前記下部層は、３．０～１０．０μｍの平均厚さであって、ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、
（ｆ）前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層は、前記被覆層の縦断面においてＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を８０～１００面積％含有し、その平均組成は（Ｔｉ１－ＸａｖｇＡｌＸａｖｇ）（ＣＹａｖｇＮ１－Ｙａｖｇ）（０．７０≦Ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦Ｙａｖｇ≦０．０５０）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α－Ａｌ２Ｏ３層の配向性指数ＴＣ（０ ０ １２）が、６．０以上であり、構成原子共有格子点グラフにおいて前記α－Ａｌ２Ｏ３層のΣＮ＋１全体に占めるΣ３の分布割合が４０％以上、１００％以下であること。
ここで、
ＴＣ（０ ０ １２）＝［Ｉ（０ ０ １２）／Ｉ０（０ ０ １２）］
×［（１／７）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（０ ０ １２）：（０ ０ １２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（０ ０ １２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４６８に記載のＡｌ２Ｏ３の結晶面の（０ ０ １２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（０ １ ２）、（１ ０ ４）、（１ １ ３）、（１ １ ６）、（３ ０ ０）、（２ １ ４）および（０ ０ １２）の７面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、Ａｌ２Ｏ３の標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
であ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。
ここで、
ＴＣ（０ ０ １２）＝［Ｉ（０ ０ １２）／Ｉ０（０ ０ １２）］
×［（１／７）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（０ ０ １２）：（０ ０ １２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（０ ０ １２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４６８に記載のＡｌ２Ｏ３の結晶面の（０ ０ １２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（０ １ ２）、（１ ０ ４）、（１ １ ３）、（１ １ ６）、（３ ０ ０）、（２ １ ４）および（０ ０ １２）の７面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、Ａｌ２Ｏ３の標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
であ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－Ａｌ２Ｏ３層は、残留応力が０～＋３００ＭＰａの結晶を有す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。
【請求項4】
前記α－Ａｌ２Ｏ３層において、ρα＝［Ｓ］／（［Ａｌ］＋［Ｏ］＋［Ｓ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００００１～０．０００５０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。
【請求項5】
前記ＴｉＣＮ層の配向性指数ＴＣ（４２２）が、２．０以上であること。
ここで、
ＴＣ（４２２）＝［Ｉ（４２２）／Ｉ０（４２２）］
×［（１／８）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（４２２）：（４２２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（４２２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４８９に記載のＴｉＣＮの結晶面の（４２２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（１１１）、（２００）、（４２０）および（４２２）の８面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、ＴｉＣＮの標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
であ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。
ここで、
ＴＣ（４２２）＝［Ｉ（４２２）／Ｉ０（４２２）］
×［（１／８）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（４２２）：（４２２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（４２２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４８９に記載のＴｉＣＮの結晶面の（４２２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（１１１）、（２００）、（４２０）および（４２２）の８面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、ＴｉＣＮの標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
であ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。
【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。
【背景技術】
【0002】
従来、切削工具を高寿命とすべく、炭化タングステン（以下、ＷＣということがある）基超硬合金等の基体の表面に、被覆層を被覆した被覆工具があり、この被覆工具は耐摩耗性等が向上している。
そして、被覆工具のより一層の切削性能を向上させるために、被覆層の組成や構造について、種々の提案がなされている。
そして、被覆工具のより一層の切削性能を向上させるために、被覆層の組成や構造について、種々の提案がなされている。
【0003】
例えば、特許文献１には、被覆層がＴｉ１－ｘＡｌｘＮ層および／またはＴｉ１－ｘＡｌｘＣ層および／またはＴｉ１－ｘＡｌｘＣＮ層（式中、ｘは０．６５～０．９５である）の上にＡｌ２Ｏ３層を有する被覆工具が記載され、該被覆工具は前記被覆層が断熱性を有するため耐久性に優れるとされている。
【0004】
また、例えば、特許文献２には、被覆層の平均厚さ４～１４μｍのＴｉ１－ｘＡｌｘＮの内層、同０．０５～１μｍのＴｉＣＮの中間層、および同１～９μｍのα－Ａｌ２Ｏ３の少なくとも１つの外層を含み、
前記α－Ａｌ２Ｏ３層のテクスチャー係数ＴＣ（ｈｋｌ）が、
ＴＣ（ｈｋｌ）＝［Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］
×［（１／ｎ）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
［式中、計算に使用される（ｈｋｌ）反射は（０ ２ ４）、（１ １ ６）、（３ ０ ０）、および（０ ０ １２）であり、
Ｉ（ｈｋｌ）＝（ｈｋｌ）反射の測定される強度（ピーク強度）、
Ｉ０（ｈｋｌ）＝ＩＣＤＤのＰＤＦカードＮｏ．００－０４２－１４６８による標準強度
ｎ＝反射の数］、
であって、３＜ＴＣ（０ ０ １２）＜４である被覆工具が記載され、該被覆工具は耐摩耗性及び耐櫛状クラック性が改善されているとされている。
前記α－Ａｌ２Ｏ３層のテクスチャー係数ＴＣ（ｈｋｌ）が、
ＴＣ（ｈｋｌ）＝［Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］
×［（１／ｎ）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
［式中、計算に使用される（ｈｋｌ）反射は（０ ２ ４）、（１ １ ６）、（３ ０ ０）、および（０ ０ １２）であり、
Ｉ（ｈｋｌ）＝（ｈｋｌ）反射の測定される強度（ピーク強度）、
Ｉ０（ｈｋｌ）＝ＩＣＤＤのＰＤＦカードＮｏ．００－０４２－１４６８による標準強度
ｎ＝反射の数］、
であって、３＜ＴＣ（０ ０ １２）＜４である被覆工具が記載され、該被覆工具は耐摩耗性及び耐櫛状クラック性が改善されているとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１１－５１６７２２号公報
【特許文献2】特開２０２０－５０６８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、前記事情や前記提案を鑑みてなされたもので、高速断続切削加工を含む切削加工において優れた耐チッピング性を有する表面被覆切削工具を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具は、
基体と該基体の表面に被覆層を有し、該被覆層は上部層、中間層、下部層の少なくとも３層を有し、
（ａ）前記上部層は１．０～１０．０μｍの平均厚さであって、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
（ｂ）前記α－Ａｌ２Ｏ３層の前記基体に平行な断面においてクラックが存在し、該クラックの密度が０．４～６．５本／ｍｍであり、
（ｃ）前記中間層は、１．５～５．０μｍの平均厚さであって、ＴｉＣＮ層を含み、
（ｄ）前記下部層は、３．０～１０．０μｍの平均厚さであって、ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、
（ｅ）前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層は、前記被覆層の縦断面においてＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を８０～１００面積％含有し、その平均組成は（Ｔｉ１－ＸａｖｇＡｌＸａｖｇ）（ＣＹａｖｇＮ１－Ｙａｖｇ）（０．７０≦Ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦Ｙａｖｇ≦０．０５０）である。
基体と該基体の表面に被覆層を有し、該被覆層は上部層、中間層、下部層の少なくとも３層を有し、
（ａ）前記上部層は１．０～１０．０μｍの平均厚さであって、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、
（ｂ）前記α－Ａｌ２Ｏ３層の前記基体に平行な断面においてクラックが存在し、該クラックの密度が０．４～６．５本／ｍｍであり、
（ｃ）前記中間層は、１．５～５．０μｍの平均厚さであって、ＴｉＣＮ層を含み、
（ｄ）前記下部層は、３．０～１０．０μｍの平均厚さであって、ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含み、
（ｅ）前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層は、前記被覆層の縦断面においてＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒を８０～１００面積％含有し、その平均組成は（Ｔｉ１－ＸａｖｇＡｌＸａｖｇ）（ＣＹａｖｇＮ１－Ｙａｖｇ）（０．７０≦Ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦Ｙａｖｇ≦０．０５０）である。
【0008】
さらに、前記実施形態に係る表面被覆切削工具は、次の（１）～（４）の少なくとも１つを満足してもよい。
【0009】
（１）前記α－Ａｌ２Ｏ３層の配向性指数ＴＣ（０ ０ １２）が、６．０以上、７．０以下であり、構成原子共有格子点分布グラフにおいて前記α－Ａｌ２Ｏ３層のΣＮ＋１全体に占めるΣ３の分布割合が４０％以上、１００％以下であること。
ここで、
ＴＣ（０ ０ １２）＝［Ｉ（０ ０ １２）／Ｉ０（０ ０ １２）］
×［（１／７）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（０ ０ １２）：（０ ０ １２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（０ ０ １２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４６８に記載のＡｌ２Ｏ３の結晶面の（０ ０ １２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（０ １ ２）、（１ ０ ４）、（１ １ ３）、（１ １ ６）、（３ ０ ０）、（２ １ ４）および（０ ０ １２）の７面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、Ａｌ２Ｏ３の標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
ここで、
ＴＣ（０ ０ １２）＝［Ｉ（０ ０ １２）／Ｉ０（０ ０ １２）］
×［（１／７）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（０ ０ １２）：（０ ０ １２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（０ ０ １２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４６８に記載のＡｌ２Ｏ３の結晶面の（０ ０ １２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（０ １ ２）、（１ ０ ４）、（１ １ ３）、（１ １ ６）、（３ ０ ０）、（２ １ ４）および（０ ０ １２）の７面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、Ａｌ２Ｏ３の標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
【0010】
（２）前記α－Ａｌ２Ｏ３層は、残留応力が０～＋３００ＭＰａの結晶を有すること。
（３）前記α－Ａｌ２Ｏ３層において、ρα＝［Ｓ］／（［Ａｌ］＋［Ｏ］＋［Ｓ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００００１～０．０００５０であること。
（３）前記α－Ａｌ２Ｏ３層において、ρα＝［Ｓ］／（［Ａｌ］＋［Ｏ］＋［Ｓ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００００１～０．０００５０であること。
【0011】
（４）前記ＴｉＣＮ層の配向性指数ＴＣ（４２２）が、２．０以上、４．０以下であること。
ここで、
ＴＣ（４２２）＝［Ｉ（４２２）／Ｉ０（４２２）］
×［（１／４）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（４２２）：（４２２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（４２２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４８９に記載のＴｉＣＮの結晶面の（４２２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（１１１）、（２００）、（４２０）および（４２２）の４面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、ＴｉＣＮの標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
である。
ここで、
ＴＣ（４２２）＝［Ｉ（４２２）／Ｉ０（４２２）］
×［（１／４）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（４２２）：（４２２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（４２２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４８９に記載のＴｉＣＮの結晶面の（４２２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（１１１）、（２００）、（４２０）および（４２２）の４面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、ＴｉＣＮの標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
である。
【発明の効果】
【0012】
前記実施形態に係る表面被覆切削工具は、優れた耐チッピング性を有する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明者は、前述の先行技術文献に記載されているような被覆層の上層にα－Ａｌ２Ｏ３層を有する被覆工具において、より優れた耐チッピング性を有するための方策について鋭意検討した。
その結果、特許文献１では存在しない方が好ましいとされているクラックについて、α－Ａｌ２Ｏ３層の基体表面に平行な断面において所定の密度で存在すれば、被覆工具が優れた耐チッピング性を発揮するとの知見を得た。
その結果、特許文献１では存在しない方が好ましいとされているクラックについて、α－Ａｌ２Ｏ３層の基体表面に平行な断面において所定の密度で存在すれば、被覆工具が優れた耐チッピング性を発揮するとの知見を得た。
【0015】
以下では、本発明の実施形態の被覆工具について詳細に説明する。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｌ～Ｍ」（Ｌ、Ｍは共に数値）で表現するときは、「Ｌ以上、Ｍ以下」と同義であって、その範囲は上限値（Ｍ）および下限値（Ｌ）を含んでおり、上限値のみに単位が記載されているときは、下限値の単位も同じである。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｌ～Ｍ」（Ｌ、Ｍは共に数値）で表現するときは、「Ｌ以上、Ｍ以下」と同義であって、その範囲は上限値（Ｍ）および下限値（Ｌ）を含んでおり、上限値のみに単位が記載されているときは、下限値の単位も同じである。
【0016】
図１に、本発明の一実施形態に係る被覆工具の縦断面（基体の表面の微小な凹凸をないものとして扱って基体の表面を水平面と扱いこの面に垂直方向の断面）を模式的に示す。この図１から明らかなように、この実施形態に係る被覆工具は、基体（１）の表面に下部層（２）が接し、該下部層（２）の工具表面側で該下部層（２）と接する中間層（３）と、さらに該中間層（３）の工具表面側で該中間層（３）と接する上部層（４）を有している。そして、下部層（２）、中間層（３）および上部層（４）は被覆層（５）を構成する。
以下、順に各層を説明する。
以下、順に各層を説明する。
【0017】
１．下部層
下部層は、ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物（（ＴｉＡｌ）（ＣＮ）ということがある）層を含んでいる。
下部層は、ＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物（（ＴｉＡｌ）（ＣＮ）ということがある）層を含んでいる。
【0018】
（１）平均厚さ
下部層の平均厚さは、３．０～１０．０μｍであることが好ましい。その理由は、平均厚さが３．０μｍ未満であると、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性を発揮することができず、一方、平均厚さが１０．０μｍを超えると、高速断続切削ではチッピング等の異常損傷を生じやすくなるためである。下部層の平均厚さは、５．０～８．０μｍがより好ましい。
下部層の平均厚さは、３．０～１０．０μｍであることが好ましい。その理由は、平均厚さが３．０μｍ未満であると、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性を発揮することができず、一方、平均厚さが１０．０μｍを超えると、高速断続切削ではチッピング等の異常損傷を生じやすくなるためである。下部層の平均厚さは、５．０～８．０μｍがより好ましい。
【0019】
（２）ＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒の含有割合
ＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒の含有割合は、縦断面において８０面積％以上が好ましい。その理由は８０面積％未満の場合には、下部層中に（ＴｉＡｌ）（ＣＮ）の本来の安定相であり軟質なウルツ鉱型の六方晶構造の割合が増加し、十分な被覆工具の耐久性を得られないためであり、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の割合は、９０面積％以上がより好ましく１００面積％であってもよい。
ＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒の含有割合は、縦断面において８０面積％以上が好ましい。その理由は８０面積％未満の場合には、下部層中に（ＴｉＡｌ）（ＣＮ）の本来の安定相であり軟質なウルツ鉱型の六方晶構造の割合が増加し、十分な被覆工具の耐久性を得られないためであり、ＮａＣｌ型面心立方構造を有する結晶粒の割合は、９０面積％以上がより好ましく１００面積％であってもよい。
【0020】
（３）平均組成
ＴｉとＡｌの複合窒化物層もしくは炭窒化物層の平均組成は、（Ｔｉ１－ＸａｖｇＡｌＸａｖｇ）（ＣＹａｖｇＮ１－Ｙａｖｇ）（０．７０≦Ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦Ｙａｖｇ≦０．０５０）であることが好ましい。その理由は、Ｘａｖｇが０．７０未満であると、（ＡｌＴｉ）ＣＮが有する高い耐酸化特性が十分に得られず、一方、０．９０を上回ると、十分な耐摩耗性が得られないためである。Ｘａｖｇは、０．７５～０．８５であることがより好ましい。
ＴｉとＡｌの複合窒化物層もしくは炭窒化物層の平均組成は、（Ｔｉ１－ＸａｖｇＡｌＸａｖｇ）（ＣＹａｖｇＮ１－Ｙａｖｇ）（０．７０≦Ｘａｖｇ≦０．９０、０．０００≦Ｙａｖｇ≦０．０５０）であることが好ましい。その理由は、Ｘａｖｇが０．７０未満であると、（ＡｌＴｉ）ＣＮが有する高い耐酸化特性が十分に得られず、一方、０．９０を上回ると、十分な耐摩耗性が得られないためである。Ｘａｖｇは、０．７５～０．８５であることがより好ましい。
【0021】
また、（ＡｌＴｉ）（ＣＮ）におけるＣ成分には、硬さを向上させる作用があるためＣを含有してもよい。しかし、Ｙａｖｇが０．０５０を超えると、耐チッピング性が低下するため、０．０００≦Ｙａｖｇ≦０．０５０とすることが好ましい。
【0022】
なお、（ＡｌＴｉ）と（ＣＮ）の原子比は、１：１となるように成膜されるが、１：０．８～１：１．２の範囲にあればよい。
【0023】
２．中間層
下部層の表面に接しその工具表面側に設ける中間層は、ＴｉＣＮ層を含み、下部層と上部層を密着させる層として働くものである。
下部層の表面に接しその工具表面側に設ける中間層は、ＴｉＣＮ層を含み、下部層と上部層を密着させる層として働くものである。
【0024】
（１）平均厚さ
中間層の平均厚さは、１．５～５．０μｍであることが好ましい。その理由は、平均厚さが１．５μｍ未満であると、下部層と上部層の密着性を十分に確保することができず、後述する上部層に含まれるα－Ａｌ２Ｏ３層に存在するクラックが中間層中へさらに進展して、中間層中のクラックを起点としたチッピングが発生しやすくなり、一方、５．０μｍを超えると、高速断続切削等の加工ではＴｉＣＮ層が破断しチッピングが生じやすくなるためである。中間層の平均厚さは、２．５～４．０μｍがより好ましい。
中間層の平均厚さは、１．５～５．０μｍであることが好ましい。その理由は、平均厚さが１．５μｍ未満であると、下部層と上部層の密着性を十分に確保することができず、後述する上部層に含まれるα－Ａｌ２Ｏ３層に存在するクラックが中間層中へさらに進展して、中間層中のクラックを起点としたチッピングが発生しやすくなり、一方、５．０μｍを超えると、高速断続切削等の加工ではＴｉＣＮ層が破断しチッピングが生じやすくなるためである。中間層の平均厚さは、２．５～４．０μｍがより好ましい。
【0025】
（２）組成
中間層に含まれるＴｉＣＮ層の組成は化学量論的組成に限定されない。
中間層に含まれるＴｉＣＮ層の組成は化学量論的組成に限定されない。
【0026】
（３）配向性指数
中間層に含まれるＴｉＣＮ層の配向性指数ＴＣ（４２２）が、２．０以上、４．０以下であることがより好ましい。
ここで、
ＴＣ（４２２）＝［Ｉ（４２２）／Ｉ０（４２２）］
×［（１／４）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（４２２）：（４２２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（４２２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４８９に記載のＴｉＣＮの結晶面の（４２２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（１１１）、（２００）、（４２０）および（４２２）の４面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、ＴｉＣＮの標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
である。
中間層に含まれるＴｉＣＮ層の配向性指数ＴＣ（４２２）が、２．０以上、４．０以下であることがより好ましい。
ここで、
ＴＣ（４２２）＝［Ｉ（４２２）／Ｉ０（４２２）］
×［（１／４）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（４２２）：（４２２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（４２２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４８９に記載のＴｉＣＮの結晶面の（４２２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（１１１）、（２００）、（４２０）および（４２２）の４面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、ＴｉＣＮの標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
である。
【0027】
ＴＣ（４２２）が２．０以上となることがより好ましい理由は、２．０未満であると、後述する上部層に含まれるα－Ａｌ２Ｏ３層に存在するクラックがＴｉＣＮ層中へさらに進展して、ＴｉＣＮ層中のクラックを起点としたチッピングが発生しやすくなることがあるためである。なお、ＴＣ（４２２）は、４．０が理論上の最大値である。
【0028】
３．上部層
中間層の表面に接し工具表面側に設ける上部層は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、優れた高温硬さと耐高温酸化性を発揮させる層として働くものである。
中間層の表面に接し工具表面側に設ける上部層は、α－Ａｌ２Ｏ３層を含み、優れた高温硬さと耐高温酸化性を発揮させる層として働くものである。
【0029】
（１）平均厚さ
上部層の平均厚さは、１．０～１０．０μｍであることが好ましい。その理由は、１．０μｍ未満では、長期にわたる優れた耐摩耗性を発揮することができず、さらに後述する上部層に含まれるα－Ａｌ２Ｏ３層中のクラック密度が低くなりやすく却って切削時にチッピングが発生しやすくなり、一方、１０．０μｍを超えると、切削時にチッピングを発生しやすくなるためである。上部層の平均厚さは、３．０～８．０μｍであることがより好ましい。
上部層の平均厚さは、１．０～１０．０μｍであることが好ましい。その理由は、１．０μｍ未満では、長期にわたる優れた耐摩耗性を発揮することができず、さらに後述する上部層に含まれるα－Ａｌ２Ｏ３層中のクラック密度が低くなりやすく却って切削時にチッピングが発生しやすくなり、一方、１０．０μｍを超えると、切削時にチッピングを発生しやすくなるためである。上部層の平均厚さは、３．０～８．０μｍであることがより好ましい。
【0030】
（２）組成
上部層に含まれるα－Ａｌ２Ｏ３層の組成は化学量論的組成に限定されない。
上部層に含まれるα－Ａｌ２Ｏ３層の組成は化学量論的組成に限定されない。
【0031】
（３）クラック密度
上部層に含まれるα－Ａｌ２Ｏ３層は、基体に平行な断面（工具基体表面の微小は凹凸をないものとして基体表面を平面と扱ったとき、この平面に平行な断面）においてクラックが存在し、該クラックの密度が０．４～６．５本／ｍｍであることが好ましい。この範囲のクラック密度が好ましい理由は、０．４本／ｍｍ未満であれば、クラック密度が小さいため切削時に上部層にかかる応力が局所に集中しチッピングが発生しやすくなり、一方、６．５本／ｍｍを超えると、クラックの密度が高いことにより、切削時にチッピングが発生しやすくなるためである。クラック密度はより好ましくは０．８～３．６本／ｍｍである。
上部層に含まれるα－Ａｌ２Ｏ３層は、基体に平行な断面（工具基体表面の微小は凹凸をないものとして基体表面を平面と扱ったとき、この平面に平行な断面）においてクラックが存在し、該クラックの密度が０．４～６．５本／ｍｍであることが好ましい。この範囲のクラック密度が好ましい理由は、０．４本／ｍｍ未満であれば、クラック密度が小さいため切削時に上部層にかかる応力が局所に集中しチッピングが発生しやすくなり、一方、６．５本／ｍｍを超えると、クラックの密度が高いことにより、切削時にチッピングが発生しやすくなるためである。クラック密度はより好ましくは０．８～３．６本／ｍｍである。
【0032】
クラック密度は、次のようにして測定する。
上部層をその厚さがほぼ半分になるまで研磨し、基体表面に平行な断面を得る。そして、この断面において一辺の長さが１ｍｍ正方形の視野を光学顕微鏡で観察する。
次に、図２に示すように、この正方形の観察領域に対し、縦方向を１１等分する間隔で横方向に観察領域を横切るように長さ１ｍｍ以上の線を計１０本引き、この線を分析線として、１０本の分析線のそれぞれに対して当該分析線と交差するクラックの数を数える。そして、それぞれのクラック数を平均した値をクラック密度とする。
上部層をその厚さがほぼ半分になるまで研磨し、基体表面に平行な断面を得る。そして、この断面において一辺の長さが１ｍｍ正方形の視野を光学顕微鏡で観察する。
次に、図２に示すように、この正方形の観察領域に対し、縦方向を１１等分する間隔で横方向に観察領域を横切るように長さ１ｍｍ以上の線を計１０本引き、この線を分析線として、１０本の分析線のそれぞれに対して当該分析線と交差するクラックの数を数える。そして、それぞれのクラック数を平均した値をクラック密度とする。
【0033】
（４）配向性指数ＴＣ（０ ０ １２）とΣＮ＋１全体に占めるΣ３の割合
上部層の配向性指数ＴＣ（０ ０ １２）が６．０以上、７．０以下であり、前記α－Ａｌ２Ｏ３層のΣＮ＋１全体に占めるΣ３の割合が４０％以上、１００％以下であることがより好ましい。
ここで、
ＴＣ（０ ０ １２）＝［Ｉ（０ ０ １２）／Ｉ０（０ ０ １２）］
×［（１／７）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（０ ０ １２）：（０ ０ １２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値、
Ｉ０（０ ０ １２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４６８に記載のα－Ａｌ２Ｏ３の結晶面の（０ ０ １２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値、
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（０ １ ２）、（１ ０ ４）、（１ １ ３）、（１ １ ６）、（３ ０ ０）、（２ １ ４）および（０ ０ １２）の７面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、Ａｌ２Ｏ３の標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値、
である。
上部層の配向性指数ＴＣ（０ ０ １２）が６．０以上、７．０以下であり、前記α－Ａｌ２Ｏ３層のΣＮ＋１全体に占めるΣ３の割合が４０％以上、１００％以下であることがより好ましい。
ここで、
ＴＣ（０ ０ １２）＝［Ｉ（０ ０ １２）／Ｉ０（０ ０ １２）］
×［（１／７）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（０ ０ １２）：（０ ０ １２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値、
Ｉ０（０ ０ １２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４６８に記載のα－Ａｌ２Ｏ３の結晶面の（０ ０ １２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値、
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：（０ １ ２）、（１ ０ ４）、（１ １ ３）、（１ １ ６）、（３ ０ ０）、（２ １ ４）および（０ ０ １２）の７面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、Ａｌ２Ｏ３の標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値、
である。
【0034】
ＴＣ（０ ０ １２）が６．０以上、７．０以下（７．０は理論上の上限値）であればより耐摩耗性が得られ、被削材の溶着が生じにくくなり、また、α－Ａｌ２Ｏ３層におけるΣＮ＋１全体に占めるΣ３の割合が４０％以上であればより耐摩耗性が得られ、α－Ａｌ２Ｏ３層の粒界強度が低下しなくなって、α－Ａｌ２Ｏ３層中のクラックを起点としたチッピングの発生がより確実に抑制されるためである。このΣ３の割合は１００％であってもよい。
【0035】
（５）残留応力
α－Ａｌ２Ｏ３層の残留応力が０～＋３００ＭＰａであることがより一層好ましい。この範囲の残留応力がより一層好ましい理由は、０ＭＰａ未満（圧縮残留応力が存在する）であれば、α－Ａｌ２Ｏ３層とＴｉＣＮ層の付着強度が低下しα－Ａｌ２Ｏ３層が剥離することによりチッピングが発生しやすくなり、一方、３００ＭＰａを超えると、α－Ａｌ２Ｏ３層中のクラックを起点としたチッピングが発生しやすくなるためである。
α－Ａｌ２Ｏ３層の残留応力が０～＋３００ＭＰａであることがより一層好ましい。この範囲の残留応力がより一層好ましい理由は、０ＭＰａ未満（圧縮残留応力が存在する）であれば、α－Ａｌ２Ｏ３層とＴｉＣＮ層の付着強度が低下しα－Ａｌ２Ｏ３層が剥離することによりチッピングが発生しやすくなり、一方、３００ＭＰａを超えると、α－Ａｌ２Ｏ３層中のクラックを起点としたチッピングが発生しやすくなるためである。
【0036】
（６）Ｓ（硫黄）の原子数割合
α－Ａｌ２Ｏ３層において、ρα＝［Ｓ］／（［Ａｌ］＋［Ｏ］＋［Ｓ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００００１～０．０００５０であることがより一層好ましい。その理由は、ραが０．００００１未満であると、基体の塑性変形に対しα－Ａｌ２Ｏ３層が追従できずチッピング等の異常損傷が発生しやすくなることがあり、一方、０．０００５０を超えると、α－Ａｌ２Ｏ３層の粒界強度が低下することによりα－Ａｌ２Ｏ３層中のクラックを起点としたチッピングが生じやすくなることがあるためである。
α－Ａｌ２Ｏ３層において、ρα＝［Ｓ］／（［Ａｌ］＋［Ｏ］＋［Ｓ］）（［Ｑ］は、元素Ｑの原子数を表す）が０．００００１～０．０００５０であることがより一層好ましい。その理由は、ραが０．００００１未満であると、基体の塑性変形に対しα－Ａｌ２Ｏ３層が追従できずチッピング等の異常損傷が発生しやすくなることがあり、一方、０．０００５０を超えると、α－Ａｌ２Ｏ３層の粒界強度が低下することによりα－Ａｌ２Ｏ３層中のクラックを起点としたチッピングが生じやすくなることがあるためである。
【0037】
４．その他の層
その他の層は、意図的に設ける層と意図的に設けない（意図しない）層の２種に大別される。以下、順に説明する。
その他の層は、意図的に設ける層と意図的に設けない（意図しない）層の２種に大別される。以下、順に説明する。
【0038】
４－１．意図的に設ける層
以下の層は、意図的に設ける層である。
以下の層は、意図的に設ける層である。
【0039】
（１）下地層
基体と下部層との間に下地層を設けてもよい。下地層は、下部層とは組成の異なるＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層、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うちから選ばれる１層または２層以上であってよい。これらの層の組成は化学量論的組成に限定されない。
基体と下部層との間に下地層を設けてもよい。下地層は、下部層とは組成の異なるＴｉとＡｌの複合窒化物層または複合炭窒化物層、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うちから選ばれる１層または２層以上であってよい。これらの層の組成は化学量論的組成に限定されない。
【0040】
（２）下部密着層
下部層と中間層の間に、下部密着層を設けてもよい。下部密着層は、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層のうちから選ばれる１層または２層以上であってよい。これらの層の組成は化学量論的組成に限定されない。
下部層と中間層の間に、下部密着層を設けてもよい。下部密着層は、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層のうちから選ばれる１層または２層以上であってよい。これらの層の組成は化学量論的組成に限定されない。
【0041】
（３）上部密着層
中間層と上部層との間に、上部密着層を設けてもよい。上部密着層は、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うちから選ばれる１層または２層以上であってよい。これらの層の組成は化学量論的組成に限定されない。
中間層と上部層との間に、上部密着層を設けてもよい。上部密着層は、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うちから選ばれる１層または２層以上であってよい。これらの層の組成は化学量論的組成に限定されない。
【0042】
４－２．意図しない層
成膜ガスの切り換え時に、意図せずに、下部層としてのＴｉとＡｌの複合窒化物層もしくは炭窒化物層、中間層のとしてＴｉＣＮ層、上部層としてのα－Ａｌ２Ｏ３層、下地層、下部密着層、上部密着層とは違う層がごくわずかであるが製造されることがある。
成膜ガスの切り換え時に、意図せずに、下部層としてのＴｉとＡｌの複合窒化物層もしくは炭窒化物層、中間層のとしてＴｉＣＮ層、上部層としてのα－Ａｌ２Ｏ３層、下地層、下部密着層、上部密着層とは違う層がごくわずかであるが製造されることがある。
【0043】
５．基体
（１）組成
本実施形態において、基体は、例えば、ＷＣ基超硬合金（ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭化物または炭窒化物を添加したものも含むもの）、サーメット（例えば、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、セラミックス（例えば、窒化珪素、サイアロン、酸化アルミニウム）、または、ｃＢＮ焼結体を用いることができるが、これらに限定されない。
（１）組成
本実施形態において、基体は、例えば、ＷＣ基超硬合金（ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭化物または炭窒化物を添加したものも含むもの）、サーメット（例えば、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、セラミックス（例えば、窒化珪素、サイアロン、酸化アルミニウム）、または、ｃＢＮ焼結体を用いることができるが、これらに限定されない。
【0044】
（２）形状
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。
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。
【0045】
６．平均厚さの測定
被覆層を構成する各層の平均厚さは、例えば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ ｓｙｓｔｅｍ）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて、被覆層を任意の位置の縦断面の観察用の試料を作製し、その縦断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）またはＴＥＭ、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、あるいはＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いて複数箇所（例えば、５箇所）で観察して、厚さを求めこれらを平均することにより得ることができる。
被覆層を構成する各層の平均厚さは、例えば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ ｓｙｓｔｅｍ）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて、被覆層を任意の位置の縦断面の観察用の試料を作製し、その縦断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）またはＴＥＭ、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、あるいはＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いて複数箇所（例えば、５箇所）で観察して、厚さを求めこれらを平均することにより得ることができる。
【0046】
７．組成の測定
各層に含まれる原子の含有量は、オージェ電子分光法（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＥＳ）を用い断面を研磨した試料において、電子線を縦断面に照射し、被覆層の厚さ方向に５本以上の線分析を行い、測定結果を平均したものである。
各層に含まれる原子の含有量は、オージェ電子分光法（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＥＳ）を用い断面を研磨した試料において、電子線を縦断面に照射し、被覆層の厚さ方向に５本以上の線分析を行い、測定結果を平均したものである。
【0047】
８．ＮａＣｌ型面心立方構造の結晶粒の割合の測定
次のようにして、（ＴｉＡｌ）ＣＮ層を構成する結晶粒の結晶粒界を求め、結晶粒を特定する。すなわち、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）に付属する結晶方位解析装置を用いて、研磨された縦断面において、表面研磨面の法線方向に対して、例えば、０．５～１．０度に傾けた電子線をＰｒｅｃｅｓｓｉｏｎ（歳差運動）照射しながら、電子線を任意のビーム径および間隔でスキャンし、連続的に電子回折パターンを取り込み、個々の測定点の結晶方位を解析する。観察視野としては、基体表面に平行な方向（横方向）に幅５０μｍ、縦方向は被覆層の厚さ（平均厚さ）分が例示できる。
次のようにして、（ＴｉＡｌ）ＣＮ層を構成する結晶粒の結晶粒界を求め、結晶粒を特定する。すなわち、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）に付属する結晶方位解析装置を用いて、研磨された縦断面において、表面研磨面の法線方向に対して、例えば、０．５～１．０度に傾けた電子線をＰｒｅｃｅｓｓｉｏｎ（歳差運動）照射しながら、電子線を任意のビーム径および間隔でスキャンし、連続的に電子回折パターンを取り込み、個々の測定点の結晶方位を解析する。観察視野としては、基体表面に平行な方向（横方向）に幅５０μｍ、縦方向は被覆層の厚さ（平均厚さ）分が例示できる。
【0048】
なお、本測定に用いた電子線回折パターンの取得条件は、例えば、加速電圧２００ｋＶ、カメラ長２０ｃｍ、ビームサイズ２．４ｎｍで、測定ステップは５．０ｎｍである。このとき、測定した結晶方位は測定面上を離散的に調べたものであり、隣接測定点間の中間までの領域をその測定結果で代表させることにより、測定面全体の方位分布として求めるものである。なお、これら測定点で代表させた領域（以下、ピクセルということがある）として、正六角形状のものを例示できる。
【0049】
このピクセルのうち隣接するもの同士の間で５度以上の結晶方位の角度差がある場合、または隣接するピクセルの片方のみがＮａＣｌ型の面心立方構造またはウルツ鉱型の六方晶構造を示す場合は、これらピクセルの接する前記領域の辺を粒界とする。そして、この粒界とされた辺により囲まれた部分を１つの結晶粒と定義する。ただし、隣接するピクセル全てと５度以上の方位差がある、あるいは、隣接するＮａＣｌ型の面心立方構造を有する測定点がないような、単独に存在するピクセルは結晶粒とせず、２ピクセル以上が連結しているものを結晶粒として取り扱う。このようにして、粒界判定を行い、結晶粒を特定する。
【0050】
さらに、結晶方位解析により前記α－Ａｌ２Ｏ３層について構成原子共有格子点分布グラフをそれぞれ作成し、ΣＮ＋１全体に占めるΣ３の分布割合を求める。
構成原子共有格子点分布グラフは、研磨された縦断面において、この研磨面の法線方向に対して、例えば、０．５～１．０度に傾けた電子線をＰｒｅｃｅｓｓｉｏｎ（歳差運動）照射しながら、電子線を任意のビーム径および間隔でスキャンし、研磨面の法線に対して、結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０-１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で現した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を求めることにより作成する。
構成原子共有格子点分布グラフは、研磨された縦断面において、この研磨面の法線方向に対して、例えば、０．５～１．０度に傾けた電子線をＰｒｅｃｅｓｓｉｏｎ（歳差運動）照射しながら、電子線を任意のビーム径および間隔でスキャンし、研磨面の法線に対して、結晶粒の結晶面である（０００１）面および（１０-１０）面の法線がなす傾斜角を測定し、得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ただし、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４、および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で現した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体に占める分布割合を求めることにより作成する。
【0051】
この結果得られる前記α－Ａｌ２Ｏ３層の構成原子共有格子点分布グラフにおいて、ΣＮ＋１全体（上記の結果からΣ３、Σ７、Σ１１、Σ１３、Σ１７、Σ１９、Σ２１、Σ２３、およびΣ２９のそれぞれの分布割合の合計）に占めるΣ３の分布割合を求める。
【0052】
１０．ＴＣ（ｈｋｌ）の測定
中間層のみ、上部層のみのＸ線回折結果を得ることはできず、下部層、中間層、上部層のＸ線回折結果が一体となって（総括されて）示される。すなわち、被覆層のＸ線回折結果が示される。
中間層のみ、上部層のみのＸ線回折結果を得ることはできず、下部層、中間層、上部層のＸ線回折結果が一体となって（総括されて）示される。すなわち、被覆層のＸ線回折結果が示される。
【0053】
α－Ａｌ２Ｏ３層の配向性指数ＴＣ（０ ０ １２）は次のとおり求められる。
ＴＣ（０ ０ １２）＝［Ｉ（０ ０ １２）／Ｉ０（０ ０ １２）］
×［（１／７）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（０ ０ １２）：α－Ａｌ２Ｏ３層の（０ ０ １２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値、
Ｉ０（０ ０ １２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４６８に記載のα－Ａｌ２Ｏ３の結晶面の（０ ０ １２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値、
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：α－Ａｌ２Ｏ３層における（０ １ ２）、（１ ０ ４）、（１ １ ３）、（１ １ ６）、（３ ０ ０）、（２ １ ４）および（０ ０ １２）の７面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、Ａｌ２Ｏ３の標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値、
である。
ＴＣ（０ ０ １２）＝［Ｉ（０ ０ １２）／Ｉ０（０ ０ １２）］
×［（１／７）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（０ ０ １２）：α－Ａｌ２Ｏ３層の（０ ０ １２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値、
Ｉ０（０ ０ １２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４６８に記載のα－Ａｌ２Ｏ３の結晶面の（０ ０ １２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値、
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：α－Ａｌ２Ｏ３層における（０ １ ２）、（１ ０ ４）、（１ １ ３）、（１ １ ６）、（３ ０ ０）、（２ １ ４）および（０ ０ １２）の７面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、Ａｌ２Ｏ３の標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値、
である。
【0054】
ＴｉＣＮ層の配向性指数ＴＣ（４２２）は次のとおり求められる。
ＴＣ（４２２）＝［Ｉ（４２２）／Ｉ０（４２２）］
×［（１／４）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（４２２）：ＴｉＣＮ層の（４２２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（４２２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４８９に記載のＴｉＣＮの結晶面の（４２２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：ＴｉＣＮ層における（１１１）、（２００）、（４２０）および（４２２）の４面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、ＴｉＣＮの標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
である。
ＴＣ（４２２）＝［Ｉ（４２２）／Ｉ０（４２２）］
×［（１／４）×Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）］?１
ただし、
Ｉ（４２２）：ＴｉＣＮ層の（４２２）面におけるＸ線回折ピーク強度の測定値
Ｉ０（４２２）：ＩＣＤＤカード００－０４２－１４８９に記載のＴｉＣＮの結晶面の（４２２）面における標準Ｘ線回折ピーク強度の平均値
Σ（Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ））：ＴｉＣＮ層における（１１１）、（２００）、（４２０）および（４２２）の４面のそれぞれの面の（［Ｘ線回折ピーク強度の測定値］／［ＩＣＤＤカードに掲載されている、ＴｉＣＮの標準回折ピーク強度の平均値］）の値の合計値
である。
【0055】
なお、ＴｉＣＮ層における（１１１）、（２００）、（４２０）および（４２２）の４面のそれぞれの面の回折線、およびα－Ａｌ２Ｏ３層における（０ １ ２）、（１ ０ ４）、（１ １ ３）、（１ １ ６）、（３ ０ ０）、（２ １ ４）および（０ ０ １２）の７面のそれぞれの面の回折線は、被覆層、すなわち、前記上部層、中間層および下部層に対してＸ線回折を行ったときに、上部層、中間層および下部層のそれぞれの層のピークに対して分離して観察される。
また、Ｘ線回折は、Ｃｕ－Ｋα線を線源として、測定範囲（２θ）：１５．０～１３５．０度、スキャンステップ：０．０１３度、１ステップ辺り測定時間：０．４８ｓｅｃ／ｓｔｅｐという条件で測定する。
また、Ｘ線回折は、Ｃｕ－Ｋα線を線源として、測定範囲（２θ）：１５．０～１３５．０度、スキャンステップ：０．０１３度、１ステップ辺り測定時間：０．４８ｓｅｃ／ｓｔｅｐという条件で測定する。
【0056】
α－Ａｌ２Ｏ３層の残留応力はｓｉｎ２Ψ法を用い、Ｃｕ－Ｋα線を用いたＸ線回折装置を用い、測定範囲（２θ）：１２５．７～１３０．１度、スキャンステップ：０．０１３度、１ステップ辺り測定時間：３５９．３ｓｅｃ／ｓｔｅｐという条件で測定する。測定は（１３＿１０）面の回折ピークを用い、ヤング率として３８６ＧＰａ、ポアソン比として０．２７（出典：Ｂ．Ｅｉｇｅｎｍａｎｎ，Ｂ．Ｓｃｈｏｌｔｅｓ，Ｅ．Ｍａｃｈｅｒａｕｃｈ，“Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎ ｕｎｄ Ａｎｗｅｎｄｕｎｇ ｄｅｒ ｒｏｎｔｇｅｎｏｇｒａｐｈｉｓｃｈｅｎ Ｓｐａｎｎｕｎｇｓｅｒｍｉｔｔｌｕｎｇ ａｎ Ｋｅｒａｍｉｋｅｎ ｕｎｄ Ｍｅｔａｌｌ－Ｋｅｒａｍｉｋ－Ｖｅｒｂｕｎｄｗｅｒｋｓｔｏｆｆｔｅｎ，Ｍａｔｅｒｉａｌｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔ ｕｎｄ Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｔｅｃｈｎｉｋ，ｖｏｌ．２０，ｐｐ．３１４－３２５，１９８９．）を使用して計算を実施する。
【0057】
１４．製造方法
本実施形態の被覆工具の被覆層は、化学蒸着法によって、例えば、以下のような製造条件によって製造することができる。
本実施形態の被覆工具の被覆層は、化学蒸着法によって、例えば、以下のような製造条件によって製造することができる。
【0058】
すなわち、上部層に含まれるα－Ａｌ２Ｏ３層の成膜ガスであるＨＣｌ量、Ｈ２Ｓ量の成膜ガスに占める割合を所定値とし、全ての層の成膜後の冷却過程における４００～８００℃の冷却速度を所定値とすることにより、α－Ａｌ２Ｏ３層中のクラック密度を制御することができる。
各層の成膜条件として、以下のものが例示できる。
各層の成膜条件として、以下のものが例示できる。
【0059】
（１）下部層（（ＴｉＡｌ）（ＣＮ）層）の成膜
反応ガス組成（容量％）：
ガス群Ａ：ＮＨ３：０．１～０．８％、Ｈ２：２５．０～３５．０％、
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．０２～０．０９％、ＴｉＣｌ４：０．０１～０．０３％、Ｎ２：０．０～１０．０％、Ｃ２Ｈ４：０．０～０．５％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～８５０℃
ガス群Ａとガス群Ｂの供給周期：１～５秒
１周期当たりのガス供給時間：０．１５～０．２５秒
ガス群Ａの供給とガス群Ｂの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
反応ガス組成（容量％）：
ガス群Ａ：ＮＨ３：０．１～０．８％、Ｈ２：２５．０～３５．０％、
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．０２～０．０９％、ＴｉＣｌ４：０．０１～０．０３％、Ｎ２：０．０～１０．０％、Ｃ２Ｈ４：０．０～０．５％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～８５０℃
ガス群Ａとガス群Ｂの供給周期：１～５秒
１周期当たりのガス供給時間：０．１５～０．２５秒
ガス群Ａの供給とガス群Ｂの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
【0060】
（２）中間層（ＴｉＣＮ層）の成膜
反応ガス組成（容量％）：ＣＨ３ＣＮ：０．５～１．０％、ＴｉＣｌ４：１．５～５．０％、
Ｎ２：８．０～２５．０％、Ｈ２：残、
反応雰囲気温度：８００～９００℃
反応雰囲気圧力：４．０～１０．０ｋＰａ
反応ガス組成（容量％）：ＣＨ３ＣＮ：０．５～１．０％、ＴｉＣｌ４：１．５～５．０％、
Ｎ２：８．０～２５．０％、Ｈ２：残、
反応雰囲気温度：８００～９００℃
反応雰囲気圧力：４．０～１０．０ｋＰａ
【0061】
（３）上部層（α－Ａｌ２Ｏ３層）の成膜
＜初期核生成条件＞
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３：１．０～５．０％、ＣＯ２：０．５～２．０％、ＨＣｌ：０．３～３．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～１０．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：８００～９００℃
＜初期核生成条件＞
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３：１．０～５．０％、ＣＯ２：０．５～２．０％、ＨＣｌ：０．３～３．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～１０．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：８００～９００℃
【0062】
＜核成長条件＞
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３：１．０～５．０％、ＣＯ２：３．０～７．０％、ＨＣｌ：０．３～３．０％、Ｈ２Ｓ：１．０～２．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～１０．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：８００～９００℃
反応ガス組成（容量％）：ＡｌＣｌ３：１．０～５．０％、ＣＯ２：３．０～７．０％、ＨＣｌ：０．３～３．０％、Ｈ２Ｓ：１．０～２．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．０～１０．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：８００～９００℃
【0063】
（４）冷却工程
４００～８００℃の温度範囲の冷却速度：０．９～１．６℃／分
４００～８００℃の温度範囲の冷却速度：０．９～１．６℃／分
【実施例0064】
次に、実施例について説明する。
ここでは、実施例として、基体として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、基体として、前記したものを用いた場合であっても同様であるし、ドリル、エンドミルに適用した場合も同様である。
ここでは、実施例として、基体として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、基体として、前記したものを用いた場合であっても同様であるし、ドリル、エンドミルに適用した場合も同様である。
【0065】
原料粉末として、ＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示されるとおりに配合した。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、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１４２０℃に１時間保持の条件で真空焼結し、ＩＳＯ規格のＳＥＥＮ１２０３ＡＦＳＮ形状をもったＷＣ基超硬合金製の基体Ａ～Ｃをそれぞれ製造した。なお、各原料粉末には微量の不可避不純物が含まれていた。
【0066】
次に、これら基体Ａ～Ｃの表面に、下部層、中間層および上部層を、それぞれ、表２～４に示す製造条件に従って順に成膜し、表５に示す実施例の被覆工具１～８（以下、実施例１～８）を得た。
【0067】
一方、比較のために、基体Ａ～Ｃの表面に、下部層、中間層および上部層を、それぞれ、表２～４に示す製造条件に従って順に成膜し、表５に示す比較例の被覆工具１～８（以下、比較例１～８）を得た。
【0068】
【表1】
【0069】
【表2】
【0070】
【表3】
【0071】
【表4】
【0072】
【表5】
【0073】
続いて、前記本発明被覆工具１～８および比較被覆工具１～８について、前記各種の工具基体Ａ～Ｃ（ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＳＮ形状）をいずれもカッタ径１２５ｍｍの合金鋼製カッタ先端部に固定治具にてクランプした状態で、以下に示す、ダクタイル鋳鉄の乾式高速正面フライス、センターカット切削試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。表７に、切削試験の結果を示す。なお、比較被覆工具１～８は、チッピング発生が原因で切削時間終了前に寿命に至ったため、寿命に至るまでの時間を示す。
【0074】
切削試験：乾式高速正面フライス、センターカット切削試験
カッタ径：１２５ｍｍ
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ７００のブロック材
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ｍｍ
送り：０．２ｍｍ／刃
切削時間：１２分
カッタ径：１２５ｍｍ
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ７００のブロック材
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ｍｍ
送り：０．２ｍｍ／刃
切削時間：１２分
【0075】
【表6】
【0076】
表６において、比較例の寿命に至る切削時間（分）とはチッピング発生が原因で寿命に至るまでの切削時間(分)を示している。
【0077】
表６から明らかなように、実施例はいずれも刃先が欠損に至るまでの加工時間である最大加工時間が長く、優れた耐久性を有していた。
【符号の説明】
【0078】
１ 基体
２ 下部層
３ 中間層
４ 上部層
５ 被覆層
２ 下部層
３ 中間層
４ 上部層
５ 被覆層
【図1】
【図2】