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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】P2024144847
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】表面被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20241004BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20241004BHJP
B23B 51/00 20060101ALN20241004BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C14/06 P
C23C14/06 A
B23B51/00 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023056991
(22)【出願日】2023-03-31
(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】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100142424
【弁理士】
【氏名又は名称】細川 文広
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(72)【発明者】
【氏名】増田 行矩
(72)【発明者】
【氏名】菅原 雄斗
【テーマコード（参考）】
3C037
3C046
4K029
【Ｆターム（参考）】
3C037CC02
3C037CC04
3C037CC09
3C046FF03
3C046FF11
3C046FF13
3C046FF16
3C046FF17
3C046FF20
3C046FF25
3C046FF27
4K029AA04
4K029BA58
4K029BB02
4K029BB07
4K029BC02
4K029BD05
4K029CA06
4K029CA13
4K029DA08
4K029DC04
4K029DC16
4K029EA01
4K029FA05
(57)【要約】
【課題】優れた耐チッピング性を有する硬質皮膜を備え、切削加工を高能率化できる表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】基体と、基体の表面に形成される硬質皮膜とを備える表面被覆切削工具。硬質皮膜は、基体上に形成されたＡ層とＢ層との交互積層膜からなる下層と、下層上に形成されＣ層とＤ層との交互積層膜からなる中間層と、中間層上に形成される上層と、を有する。下層は、面心立方構造の（１１１）面に優先的に配向した結晶組織を有し、上層は、面心立方構造の（２００）面に優先的に配向した結晶組織を有しており、中間層のＣ層およびＤ層の窒素含有量の算術平均値は、下層のＡ層およびＢ層の窒素含有量の算術平均値よりも小さく、中間層の結晶粒の基体表面に平行な方向における平均長さは、下層の結晶粒の基体表面に平行な方向における平均長さよりも小さい。
【選択図】図１
【解決手段】基体と、基体の表面に形成される硬質皮膜とを備える表面被覆切削工具。硬質皮膜は、基体上に形成されたＡ層とＢ層との交互積層膜からなる下層と、下層上に形成されＣ層とＤ層との交互積層膜からなる中間層と、中間層上に形成される上層と、を有する。下層は、面心立方構造の（１１１）面に優先的に配向した結晶組織を有し、上層は、面心立方構造の（２００）面に優先的に配向した結晶組織を有しており、中間層のＣ層およびＤ層の窒素含有量の算術平均値は、下層のＡ層およびＢ層の窒素含有量の算術平均値よりも小さく、中間層の結晶粒の基体表面に平行な方向における平均長さは、下層の結晶粒の基体表面に平行な方向における平均長さよりも小さい。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基体と、前記基体の表面に形成される硬質皮膜とを備える表面被覆切削工具であって、
前記硬質皮膜は、前記基体上に形成されＡ層とＢ層との交互積層膜からなる下層と、前記下層上に形成されＣ層とＤ層との交互積層膜からなる中間層と、前記中間層上に形成される上層と、を有し、
前記下層のＡ層は、組成式：（ＡｌａＣｒ１－ａ）ｖＮ１－ｖで表した場合に、０．５０≦ａ≦０．７５、０．４０≦ｖ≦０．５５を満足する平均組成を有する複合窒化物層であり、
前記下層のＢ層は、組成式：［ＡｌｂＣｒｃＸ’１－ｂ－ｃ］ｗＮ１－ｗ（Ｘ’は周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ，Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素）で表した場合に、０．４０≦ｂ＜０．７、０．２≦ｃ＜０．６、０＜１－ｂ－ｃ≦０．１、０．４０≦ｗ≦０．５５を満足する平均組成を有する複合窒化物層であり、
前記下層は、面心立方構造の（１１１）面に優先的に配向した結晶組織を有し、前記上層は、面心立方構造の（２００）面に優先的に配向した結晶組織を有しており、
前記中間層のＣ層およびＤ層の窒素含有量の算術平均値は、前記下層のＡ層およびＢ層の窒素含有量の算術平均値よりも小さく、
前記中間層のＣ層は、組成式：（ＡｌｄＣｒ１－ｄ）ｘＮ１－ｘで表した場合に、０．５≦ｄ≦０．７、０．４０≦ｘ≦０．５５を満足する平均組成を有する複合窒化物層であり、
前記中間層のＤ層は、組成式：［ＡｌｅＣｒｆＸ１－ｅ－ｆ］ｙＮ１－ｙ（Ｘは周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ，Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素）で表した場合に、０．５≦ｅ＜０．７、０．２≦ｆ＜０．５、０＜１－ｅ－ｆ≦０．１、０．４０≦ｙ≦０．５５を満足する平均組成を有する複合窒化物層であり、
前記上層は、組成式：（ＴｉｇＳｉ１－ｇ）ｚＮ１－ｚで表した場合に、０．６０≦ｇ≦０．９５、０．３５≦ｚ≦０．５０を満足する平均組成を有する複合窒化物層である、
表面被覆切削工具。
前記硬質皮膜は、前記基体上に形成されＡ層とＢ層との交互積層膜からなる下層と、前記下層上に形成されＣ層とＤ層との交互積層膜からなる中間層と、前記中間層上に形成される上層と、を有し、
前記下層のＡ層は、組成式：（ＡｌａＣｒ１－ａ）ｖＮ１－ｖで表した場合に、０．５０≦ａ≦０．７５、０．４０≦ｖ≦０．５５を満足する平均組成を有する複合窒化物層であり、
前記下層のＢ層は、組成式：［ＡｌｂＣｒｃＸ’１－ｂ－ｃ］ｗＮ１－ｗ（Ｘ’は周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ，Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素）で表した場合に、０．４０≦ｂ＜０．７、０．２≦ｃ＜０．６、０＜１－ｂ－ｃ≦０．１、０．４０≦ｗ≦０．５５を満足する平均組成を有する複合窒化物層であり、
前記下層は、面心立方構造の（１１１）面に優先的に配向した結晶組織を有し、前記上層は、面心立方構造の（２００）面に優先的に配向した結晶組織を有しており、
前記中間層のＣ層およびＤ層の窒素含有量の算術平均値は、前記下層のＡ層およびＢ層の窒素含有量の算術平均値よりも小さく、
前記中間層のＣ層は、組成式：（ＡｌｄＣｒ１－ｄ）ｘＮ１－ｘで表した場合に、０．５≦ｄ≦０．７、０．４０≦ｘ≦０．５５を満足する平均組成を有する複合窒化物層であり、
前記中間層のＤ層は、組成式：［ＡｌｅＣｒｆＸ１－ｅ－ｆ］ｙＮ１－ｙ（Ｘは周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ，Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素）で表した場合に、０．５≦ｅ＜０．７、０．２≦ｆ＜０．５、０＜１－ｅ－ｆ≦０．１、０．４０≦ｙ≦０．５５を満足する平均組成を有する複合窒化物層であり、
前記上層は、組成式：（ＴｉｇＳｉ１－ｇ）ｚＮ１－ｚで表した場合に、０．６０≦ｇ≦０．９５、０．３５≦ｚ≦０．５０を満足する平均組成を有する複合窒化物層である、
表面被覆切削工具。
【請求項2】
前記中間層の基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さＬＬ１と、前記下層の基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さＬＬ２とが、
ＬＬ１≦１０ｎｍ、１０ｎｍ≦ＬＬ２≦２００ｎｍ、ＬＬ１＜ＬＬ２を満足する、
請求項１に記載の表面被覆切削工具。
ＬＬ１≦１０ｎｍ、１０ｎｍ≦ＬＬ２≦２００ｎｍ、ＬＬ１＜ＬＬ２を満足する、
請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【請求項3】
前記下層の全体膜厚が０．７μｍ以上３．０μｍ以下であり、
前記下層のＡ層の膜厚が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記下層のＢ層の膜厚が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記中間層の全体膜厚が０．１μｍ以上４．０μｍ以下であり、
前記中間層のＣ層の膜厚が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記中間層のＤ層の膜厚が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記上層の膜厚が０．１μｍ以上２．０μｍ以下であり、
前記硬質皮膜の全体膜厚が１．０μｍ以上１０．０μｍ以下である、
請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
前記下層のＡ層の膜厚が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記下層のＢ層の膜厚が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記中間層の全体膜厚が０．１μｍ以上４．０μｍ以下であり、
前記中間層のＣ層の膜厚が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記中間層のＤ層の膜厚が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記上層の膜厚が０．１μｍ以上２．０μｍ以下であり、
前記硬質皮膜の全体膜厚が１．０μｍ以上１０．０μｍ以下である、
請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項4】
前記下層と前記中間層とを総括した（２００）面、（１１１）面のＸ線回折ピーク強度の比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が０．０１以上０．５０以下であり、
前記上層の（２００）面、（１１１）面のＸ線回折ピーク強度の比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が１以上１００以下である、
請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
前記上層の（２００）面、（１１１）面のＸ線回折ピーク強度の比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が１以上１００以下である、
請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項5】
前記中間層における基体表面に垂直な方向の結晶粒の平均長さをＬＶ１、基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さをＬＬ１、比ＬＶ１／ＬＬ１をｍとし、
前記下層における基体表面に垂直な方向の結晶粒の平均長さをＬＶ２、基体表面に平行な基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さをＬＬ２、比ＬＶ２／ＬＬ２をｎとするとき、
０．０１≦ｍ／ｎ≦０．５０を満足する、
請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
前記下層における基体表面に垂直な方向の結晶粒の平均長さをＬＶ２、基体表面に平行な基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さをＬＬ２、比ＬＶ２／ＬＬ２をｎとするとき、
０．０１≦ｍ／ｎ≦０．５０を満足する、
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、表面被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、切削工具の硬質皮膜として、ＡｌＣｒＮ系の硬質皮膜が知られる。
特許文献１に開示される切削工具は、基材表面の少なくとも一部に耐摩耗性硬質被覆構成を有し、組成（Ａｌ１－ａ－ｂ－ｃＣｒａＢｂＺｃ）Ｘの少なくとも１つの層を含む。ＸはＮ、Ｃ、ＣＮ、ＮＯ、ＣＯ、ＣＮＯのうち少なくとも１つである。ＺはＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂのうち少なくとも１つである。ここで、各組成は原子比で０．２＜ａ≦０．５、０．０１＜ｂ≦０．２、０．００１≦ｃ≦０．０４である。
特許文献２に開示の硬質皮膜被覆切削工具は、超硬合金基材側の硬質皮膜層１および表面側の硬質皮膜層２を有する。硬質皮膜層１の組成は（ＡｌａＣｒ１－ａ）１－ｘＮｘ（元素の含有量は原子比で０．５≦ａ＜０．７、０．４８≦ｘ≦０．５２）で表され、Ｘ線回折における（１１１）面のピーク強度Ｉｒ、（２００）面のピーク強度Ｉｓとしたとき、０．３≦Ｉｓ／Ｉｒ＜１である。硬質皮膜層２の組成は、（Ｔｉ１－ｂＳｉｂ）１－ｙＮｙ（元素の含有量は原子比で０．０１≦ｂ≦０．１５、０．４８≦ｙ≦０．５２）で表され、Ｘ線回折における（１１１）面のピーク強度Ｉｕ、（２００）面のピーク強度Ｉｖとしたとき、０．３≦Ｉｖ／Ｉｕ＜１である。
特許文献１に開示される切削工具は、基材表面の少なくとも一部に耐摩耗性硬質被覆構成を有し、組成（Ａｌ１－ａ－ｂ－ｃＣｒａＢｂＺｃ）Ｘの少なくとも１つの層を含む。ＸはＮ、Ｃ、ＣＮ、ＮＯ、ＣＯ、ＣＮＯのうち少なくとも１つである。ＺはＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂのうち少なくとも１つである。ここで、各組成は原子比で０．２＜ａ≦０．５、０．０１＜ｂ≦０．２、０．００１≦ｃ≦０．０４である。
特許文献２に開示の硬質皮膜被覆切削工具は、超硬合金基材側の硬質皮膜層１および表面側の硬質皮膜層２を有する。硬質皮膜層１の組成は（ＡｌａＣｒ１－ａ）１－ｘＮｘ（元素の含有量は原子比で０．５≦ａ＜０．７、０．４８≦ｘ≦０．５２）で表され、Ｘ線回折における（１１１）面のピーク強度Ｉｒ、（２００）面のピーク強度Ｉｓとしたとき、０．３≦Ｉｓ／Ｉｒ＜１である。硬質皮膜層２の組成は、（Ｔｉ１－ｂＳｉｂ）１－ｙＮｙ（元素の含有量は原子比で０．０１≦ｂ≦０．１５、０．４８≦ｙ≦０．５２）で表され、Ｘ線回折における（１１１）面のピーク強度Ｉｕ、（２００）面のピーク強度Ｉｖとしたとき、０．３≦Ｉｖ／Ｉｕ＜１である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２００８／０３７５５６号
【特許文献2】特開２０１２－０４５６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載されている被覆構成は、強い（１１１）配向により耐摩耗性を発揮するが、特許文献２に記載のように、硬さに優れるＴｉＳｉＮ層を表面層として成膜することでさらに耐摩耗性を強化できる。しかし、特許文献２に記載の皮膜は、ＴｉＳｉＮ層における強い（１１１）配向が圧縮残留応力を増加させるため、皮膜の自己破壊が生じやすい課題があった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
（１）本開示によれば、基体と、前記基体の表面に形成される硬質皮膜とを備える表面被覆切削工具であって、前記硬質皮膜は、前記基体上に形成されＡ層とＢ層との交互積層膜からなる下層と、前記下層上に形成されＣ層とＤ層との交互積層膜からなる中間層と、前記中間層上に形成される上層と、を有し、前記下層のＡ層は、組成式：（ＡｌａＣｒ１－ａ）ｖＮ１－ｖで表した場合に、０．５０≦ａ≦０．７５、０．４０≦ｖ≦０．５５を満足する平均組成を有する複合窒化物層であり、前記下層のＢ層は、組成式：［ＡｌｂＣｒｃＸ１－ｂ－ｃ］ｗＮ１－ｗ（Ｘは周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ，Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素）で表した場合に、０．４０≦ｂ＜０．７５、０．２５≦ｃ＜０．６、０＜１－ｂ－ｃ≦０．１、０．４０≦ｗ≦０．５５を満足する平均組成を有する複合窒化物層であり、前記下層は、面心立方構造の（１１１）面に優先的に配向した結晶組織を有し、前記上層は、面心立方構造の（２００）面に優先的に配向した結晶組織を有しており、前記中間層のＣ層およびＤ層の窒素含有量の算術平均値は、前記下層のＡ層およびＢ層の窒素含有量の算術平均値よりも小さく、前記中間層のＣ層は、組成式：（ＡｌｄＣｒ１－ｄ）ｘＮ１－ｘで表した場合に、０．５≦ｄ≦０．７、０．４０≦ｘ≦０．５５を満足する平均組成を有する複合窒化物層であり、前記中間層のＤ層は、組成式：［ＡｌｅＣｒｆＸ１－ｅ－ｆ］ｙＮ１－ｙ（Ｘは周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ，Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素）で表した場合に、０．５≦ｅ＜０．７、０．３≦ｆ＜０．５、０＜１－ｅ－ｆ≦０．１、０．４０≦ｙ≦０．５５を満足する平均組成を有する複合窒化物層であり、前記上層は、組成式：（ＴｉｇＳｉ１－ｇ）ｚＮ１－ｚで表した場合に、０．６０≦ｇ≦０．９５、０．３５≦ｚ≦０．５０を満足する平均組成を有する複合窒化物層である、表面被覆切削工具が提供される。
【0006】
（２）（１）において、前記中間層の基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さＬＬ１と、前記下層の基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さＬＬ２とが、ＬＬ１≦１０ｎｍ、１０ｎｍ≦ＬＬ２≦２００ｎｍ、ＬＬ１＜ＬＬ２を満足する構成としてもよい。
【0007】
（３）（１）または（２）において、前記下層の全体膜厚が０．７μｍ以上３．０μｍ以下であり、前記下層のＡ層の膜厚が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記下層のＢ層の膜厚が３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記中間層の全体膜厚が０．１μｍ以上４．０μｍ以下であり、前記中間層のＣ層の膜厚が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記中間層のＤ層の膜厚が２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記上層の膜厚が０．１μｍ以上２．０μｍ以下であり、前記硬質皮膜の全体膜厚が１．０μｍ以上１０．０μｍ以下である構成としてもよい。
【0008】
（４）（１）から（３）のいずれか１つにおいて、前記下層と前記中間層を総括した（２００）面、（１１１）面のＸ線回折ピーク強度の比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が０．０１以上０．５０以下であり、前記上層の（２００）面、（１１１）面のＸ線回折ピーク強度の比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が１以上１００以下である構成としてもよい。
【0009】
（５）（１）から（４）のいずれか１つにおいて、前記中間層における基体表面に垂直な方向の結晶粒の平均長さをＬＶ１、基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さをＬＬ１、比ＬＶ１／ＬＬ１をｍとし、前記下層における基体表面に垂直な方向の結晶粒の平均長さをＬＶ２、基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さをＬＬ２、比ＬＶ２／ＬＬ２をｎとするとき、０．０１≦ｍ／ｎ≦０．５０を満足する構成としてもよい。
【発明の効果】
【0010】
本発明の一態様によれば、優れた耐チッピング性を有する硬質皮膜を備え、切削加工を高能率化できる表面被覆切削工具が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、実施形態の表面被覆切削工具について詳細に説明する。
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、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（Ｍ）と下限値（Ｌ）の単位は同じである。
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、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（Ｍ）と下限値（Ｌ）の単位は同じである。
【0013】
図１は、実施形態の表面被覆切削工具の断面構造を示す模式図である。
本実施形態の表面被覆切削工具１は、基体１０と、基体１０の表面に形成される硬質皮膜２０とを有する。硬質皮膜２０は、基体１０側から順に、下層２１、中間層２２、および上層２３が積層された構成である。
本実施形態の表面被覆切削工具１は、基体１０と、基体１０の表面に形成される硬質皮膜２０とを有する。硬質皮膜２０は、基体１０側から順に、下層２１、中間層２２、および上層２３が積層された構成である。
【0014】
下層２１は、ＡｌＣｒＮ膜からなるＡ層とＡｌＣｒＸＮ膜（Ｘは周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ（ボロン），Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素）からなるＢ層との交互積層膜からなる。
中間層２２は、ＡｌＣｒＮ膜からなるＣ層とＡｌＣｒＸ’Ｎ膜（Ｘ’は周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ（ボロン），Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素）からなるＤ層との交互積層膜からなる。
上層２３は、ＴｉＳｉＮ膜からなる。
中間層２２は、ＡｌＣｒＮ膜からなるＣ層とＡｌＣｒＸ’Ｎ膜（Ｘ’は周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ（ボロン），Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素）からなるＤ層との交互積層膜からなる。
上層２３は、ＴｉＳｉＮ膜からなる。
【0015】
基体１０は、従来公知の種々の工具用基体を用いることができる。例えば、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焼結体などを用いることができる。
【0016】
硬質皮膜２０は、下層２１、中間層２２および上層２３以外の層を含んでいてもよい。例えば、下層２１と基体１０との間に、下層２１と基体１０との密着性を向上させる層、あるいは下層２１の結晶性を向上させる層が形成されていてもよい。例えば、基体１０と下層２１との間に、下地層として、ＡｌＣｒＮ膜が形成されていてもよい。また例えば、上層２３上に、さらに別の窒化物または炭窒化物からなる層が形成されていてもよい。
【0017】
硬質皮膜２０の全体膜厚は１．０μｍ以上１０．０μｍ以下であることが好ましい。硬質皮膜２０の全体膜厚が１．０μｍ未満では、長期にわたる十分な耐摩耗性が得られにくくなる。硬質皮膜２０の全体膜厚が１０．０μｍを超えると、チッピング、剥離などの異常損傷を発生しやすくなる。
【0018】
下層２１のＡ層は、組成式：（ＡｌａＣｒ１－ａ）ｖＮ１－ｖで表した場合に、０．５０≦ａ≦０．７５、０．３≦ｖ≦０．６（但し、ａは原子比によるＡｌの含有割合、ｖは原子比による金属および半金属の合計含有割合を示す）を満足する平均組成を有するＡｌとＣｒの複合窒化物層である。Ａｌの含有割合を示すａ値（原子比）が０．５０未満では、Ａｌ含有割合の減少により、耐摩耗性が低下する。一方、ａ値（原子比）が０．７５を超えると、相対的なＡｌ含有割合の増加により、六方晶構造の結晶粒が出現することによって硬さが低下し、耐摩耗性も低下する。
ａ値は、０．６０以上とすることが好ましい。ａ値は、０．７０以下とすることが好ましい。
ｖ値は、下層２１における金属および半金属元素と窒素との比率を示す。ｖ値が０．４０未満では、下層２１の残留応力が大きくなり、耐欠損性が低下しやすくなる。ｖ値が０．５５を超えると、耐摩耗性が低下しやすくなる。
ａ値は、０．６０以上とすることが好ましい。ａ値は、０．７０以下とすることが好ましい。
ｖ値は、下層２１における金属および半金属元素と窒素との比率を示す。ｖ値が０．４０未満では、下層２１の残留応力が大きくなり、耐欠損性が低下しやすくなる。ｖ値が０．５５を超えると、耐摩耗性が低下しやすくなる。
【0019】
下層２１のＢ層は、組成式：［ＡｌｂＣｒｃＸ１－ｂ－ｃ］ｗＮ１－ｗ（Ｘは周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ，Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素）で表した場合に、０．４０≦ｂ＜０．７、０．２≦ｃ＜０．６、０＜１－ｂ－ｃ≦０．１、０．３≦ｗ≦０．６（但し、ｂは原子比によるＡｌの含有割合、ｃは原子比によるＣｒの含有割合、ｗは原子比による金属および半金属元素の合計含有割合を示す）を満足する平均組成を有する。Ｂ層は、ＡｌとＣｒの複合窒化物を主体とし、元素Ｘが添加された層である。
【0020】
ｂ値およびｃ値を上記範囲とする理由は、上記したｂ値の設定理由と同様である。ｂ値は、０．５０以上とすることが好ましい。ｂ値は、０．６０以下とすることが好ましい。ｃ値は、０．３５以上とすることが好ましい。ｃ値は、０．５０以下とすることが好ましい。
ｗ値は、Ｂ層における金属および半金属元素と窒素との比率を示す。ｗ値が０．４０未満では、Ｂ層の残留応力が大きくなり、耐欠損性が低下しやすくなる。ｗ値が０．５５を超えると、耐摩耗性が低下しやすくなる。
ｗ値は、Ｂ層における金属および半金属元素と窒素との比率を示す。ｗ値が０．４０未満では、Ｂ層の残留応力が大きくなり、耐欠損性が低下しやすくなる。ｗ値が０．５５を超えると、耐摩耗性が低下しやすくなる。
【0021】
元素Ｘは、周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ，Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素であり、例えば、Ｂ（ボロン）、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ等である。元素Ｘの含有割合を上記範囲とすることで、Ｂ層を（１１１）面に優先配向させやすくなる。これにより、Ａ層とＢ層がナノレベルで交互に積層される下層２１全体を（１１１）面に優先配向させやすくなる。元素Ｘの含有割合（１－ｂ－ｃ）は原子比で０を超える値である。
【0022】
元素Ｘの含有割合（１－ｂ－ｃ）は、０．００４≦１－ｂ－ｃ≦０．１０を満たすことが好ましい。元素Ｘの含有割合が原子比で０．００４未満では、元素Ｘを添加する効果が得られにくくなる。元素Ｘの含有割合が原子比で０．１０を超えると、硬質皮膜の靱性または硬さが低下しやすくなる。
【0023】
下層２１は、ＡｌＣｒＮ膜からなるＡ層と、ＡｌＣｒＸＮ膜からなるＢ層とが交互に積層された交互積層膜である。Ａ層の一層当りの膜厚は３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。Ｂ層の一層当りの膜厚は３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。このような膜厚範囲とすることで、Ａ層とＢ層の格子不整合を緩和することができ、交互積層膜全体としての靱性を向上させることができる。
Ａ層およびＢ層の一層当りの膜厚は、３ｎｍ以上であることが好ましい。Ａ層およびＢ層の一層当りの膜厚は、１０ｎｍ以下であることが好ましい。
Ａ層およびＢ層の一層当りの膜厚は、３ｎｍ以上であることが好ましい。Ａ層およびＢ層の一層当りの膜厚は、１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【0024】
下層２１の全体膜厚は、０．７μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましい。下層２１の全体膜厚が０．７μｍ未満では、長期にわたる十分な耐摩耗性が得られにくくなる。下層２１の全体膜厚が３．０μｍを超えると、チッピング、剥離などの異常損傷を発生しやすくなる。下層２１の全体膜厚は、０．８μｍ以上であることが好ましい。下層２１の全体膜厚は、１．５μｍ以下であることが好ましい。
【0025】
中間層２２のＣ層は、組成式：（ＡｌｄＣｒ１－ｄ）ｘＮ１－ｘで表した場合に、０．５≦ｄ≦０．７、０．４０≦ｘ≦０．５５（但し、ｂは原子比によるＡｌの含有割合、ｘは原子比による金属および半金属の合計含有割合を示す）を満足する平均組成を有するＡｌとＣｒの複合窒化物層である。Ａｌの含有割合を示すｄ値（原子比）が０．５未満では、Ａｌ含有割合の減少により、耐摩耗性が低下する。一方、ｄ値（原子比）が０．７を超えると、相対的なＡｌ含有割合の増加により、六方晶構造の結晶粒が出現することによって硬さが低下し、耐摩耗性も低下する。
ｄ値は、０．６０以上とすることが好ましい。ｄ値は、０．７０以下とすることが好ましい。
ｘ値は、Ｃ層における金属および半金属元素と窒素との比率を示す。ｘ値が０．４０未満では、Ｃ層の残留応力が大きくなり、耐欠損性が低下しやすくなる。ｘ値が０．５５を超えると、耐摩耗性が低下しやすくなる。
ｄ値は、０．６０以上とすることが好ましい。ｄ値は、０．７０以下とすることが好ましい。
ｘ値は、Ｃ層における金属および半金属元素と窒素との比率を示す。ｘ値が０．４０未満では、Ｃ層の残留応力が大きくなり、耐欠損性が低下しやすくなる。ｘ値が０．５５を超えると、耐摩耗性が低下しやすくなる。
【0026】
中間層２２のＤ層は、組成式：［ＡｌｅＣｒｆＸ’１－ｅ－ｆ］ｙＮ１－ｙ（Ｘ’は周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ，Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素）で表した場合に、０．５≦ｅ＜０．７、０．２≦ｆ＜０．５、０＜１－ｅ－ｆ≦０．１、０．４０≦ｙ≦０．５５（但し、ｅは原子比によるＡｌの含有割合、ｆは原子比によるＣｒの含有割合、ｙは原子比金属および半金属元素の合計含有割合を示す）を満足する平均組成を有する。Ｄ層は、ＡｌとＣｒの複合窒化物を主体とし、元素Ｘ’が添加された層である。
【0027】
ｅ値およびｆ値を上記範囲とする理由は、上記したｄ値の設定理由と同様である。ｅ値は、０．５５以上とすることが好ましい。ｅ値は、０．６以下とすることが好ましい。ｆ値は、０．２５以上とすることが好ましい。ｆ値は、０．４５以下とすることが好ましい。
ｙ値は、Ｄ層における金属および半金属元素と窒素との比率を示す。ｙ値が０．４０未満では、Ｄ層の残留応力が大きくなり、耐欠損性が低下しやすくなる。ｙ値が０．５５を超えると、耐摩耗性が低下しやすくなる。
ｙ値は、Ｄ層における金属および半金属元素と窒素との比率を示す。ｙ値が０．４０未満では、Ｄ層の残留応力が大きくなり、耐欠損性が低下しやすくなる。ｙ値が０．５５を超えると、耐摩耗性が低下しやすくなる。
【0028】
元素Ｘ’は、周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ，Ｓｉから選択される１種または２種以上の元素であり、例えば、Ｂ（ボロン）、Ｓｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｎｂ等である。元素Ｘ’の含有割合を上記範囲とすることで、Ｄ層を（１１１）面に優先配向させやすくなる。これにより、Ｃ層とＤ層がナノレベルで交互に積層される中間層２２全体を（１１１）面に優先配向させやすくなる。元素Ｘ’の含有割合（１－ｅ－ｆ）は原子比で０を超える値である。
【0029】
元素Ｘ’の含有割合（１－ｅ－ｆ）は、０．００５≦１－ｅ－ｆ≦０．１０を満たすことが好ましい。元素Ｘ’の含有割合が原子比で０．００５未満では、元素Ｘを添加する効果が得られにくくなる。元素Ｘ’の含有割合が原子比で０．１０を超えると、硬質皮膜の靱性または硬さが低下しやすい。
【0030】
中間層２２は、ＡｌＣｒＮ膜からなるＣ層と、ＡｌＣｒＸ’Ｎ膜からなるＤ層とが交互に積層された交互積層膜である。Ｃ層の一層当りの膜厚は２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。Ｄ層の一層当りの膜厚は２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。このような膜厚範囲とすることで、Ｃ層とＤ層の格子不整合を緩和することができ、交互積層膜全体としての靱性を向上させることができる。
Ｃ層およびＤ層の一層当りの膜厚は、３ｎｍ以上であることが好ましい。Ｃ層およびＤ層の一層当りの膜厚は、４０ｎｍ以下であることが好ましい。
Ｃ層およびＤ層の一層当りの膜厚は、３ｎｍ以上であることが好ましい。Ｃ層およびＤ層の一層当りの膜厚は、４０ｎｍ以下であることが好ましい。
【0031】
中間層２２の全体膜厚は、０．１μｍ以上４．０μｍ以下であることが好ましい。中間層２２の全体膜厚が０．１μｍ未満では、長期にわたる十分な耐チッピング性が得られにくくなる。中間層２２の全体膜厚が４．０μｍを超えると、摩耗しやすくなる。中間層２２の全体膜厚は、０．１５μｍ以上であることが好ましい。中間層２２の全体膜厚は、３．０μｍ以下であることが好ましい。
【0032】
上層２３は、組成式：（ＴｉｇＳｉ１－ｇ）ｚＮ１－ｚで表した場合に、０．６０≦ｇ≦０．９５、０．３５≦ｚ≦０．５０（但し、ｇは原子比によるＴｉの含有割合、ｚは原子比による金属および半金属の合計含有割合を示す）を満足する平均組成を有するＴｉとＳｉの複合窒化物層である。ＴｉとＳｉを含む窒化物からなる上層２３を形成することで、硬質皮膜２０の耐チッピング性が向上する。ｇ値が０．６０未満では、耐チッピング性の向上効果が少なくなる。ｇ値が０．９５を超えると、格子歪みが大きくなって上層２３が剥離しやすくなる。ｇ値は、０．８５以上とすることが好ましい。ｇ値は、０．９５以下とすることが好ましい。
ｚ値は、上層２３における金属および半金属元素と窒素との比率を示す。ｚ値が０．３５未満では、上層２３の残留応力が大きくなり、耐欠損性が低下しやすくなる。ｚ値が０．５０を超えると、耐摩耗性が低下しやすくなる。
ｚ値は、上層２３における金属および半金属元素と窒素との比率を示す。ｚ値が０．３５未満では、上層２３の残留応力が大きくなり、耐欠損性が低下しやすくなる。ｚ値が０．５０を超えると、耐摩耗性が低下しやすくなる。
【0033】
上層２３の膜厚は、０．１μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。上層２３の膜厚が０．１μｍ未満では、長期にわたる十分な耐摩耗性が得られにくくなる。上層２３の膜厚が２．０μｍを超えると、チッピング、剥離などの異常損傷を発生しやすくなる。上層２３の膜厚は、０．１２μｍ以上であることが好ましい。上層２３の膜厚は、１．８μｍ以下であることが好ましい。
【0034】
硬質皮膜２０において、下層２１は、Ｘ線回折で特定される結晶組織が面心立方構造であり、（１１１）面に優先的に配向した結晶組織である。また、上層２３は、Ｘ線回折で特定される結晶組織が面心立方構造であり、（２００）面に優先的に配向した結晶組織である。
通常、（１１１）面に優先的に配向したＡｌＣｒＮ膜上にＴｉＳｉＮ膜を形成すると、ＴｉＳｉＮ膜は（１１１）面に優先的に配向する。本実施形態では、ＴｉＳｉＮ膜からなる上層２３を成膜する際の成膜装置および成膜条件を制御することによって、（１１１）面に優先配向したＡｌＣｒＮ膜上に、（２００）面に優先配向したＴｉＳｉＮ膜（上層２３）を形成する。これにより、上層２３を、変形性に優れる（２００）配向のＴｉＳｉＮ膜により構成することができ、すぐ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ができる。
通常、（１１１）面に優先的に配向したＡｌＣｒＮ膜上にＴｉＳｉＮ膜を形成すると、ＴｉＳｉＮ膜は（１１１）面に優先的に配向する。本実施形態では、ＴｉＳｉＮ膜からなる上層２３を成膜する際の成膜装置および成膜条件を制御することによって、（１１１）面に優先配向したＡｌＣｒＮ膜上に、（２００）面に優先配向したＴｉＳｉＮ膜（上層２３）を形成する。これにより、上層２３を、変形性に優れる（２００）配向のＴｉＳｉＮ膜により構成することができ、すぐ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ができる。
【0035】
上層２３のＴｉＳｉＮ膜を（２００）配向とすることで、上層２３の残留応力に起因する自己破壊は抑制できるが、（１１１）配向のＡｌＣｒＮ膜と（２００）配向のＴｉＳｉＮ膜とは格子不整合が比較的大きいため、下層２１と上層２３との組み合わせだけでは、格子不整合に起因する上層２３の自己破壊が生じるおそれがある。そこで本実施形態では、下層２１と上層２３との間に、中間層２２を形成している。これにより、下層２１と上層２３との格子不整合を緩和でき、格子不整合に起因する上層２３の自己破壊を抑制することができる。
【0036】
本実施形態において、中間層２２の窒素含有量は、下層２１の窒素含有量よりも小さい。また、中間層２２の基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さが、下層２１の基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さよりも小さい。
中間層２２の窒素含有量が少ないことで、中間層２２が金属成分に富む層となるので、下層２１と比較して変形しやすくなる。これにより、中間層２２によって上層２３の変形を緩和することができ、上層２３の自己破壊を抑制できる。
中間層２２が、下層２１と比較して微細な結晶粒からなる層であることにより、中間層２２において結晶の粒界すべりが生じやすくなる。これによっても、上層２３の変形を緩和することができ、上層２３の自己破壊を抑制できる。
以上説明したように、本実施形態によれば、優れた耐チッピング性と耐摩耗性を有する表面被覆切削工具を得ることができる。
中間層２２の窒素含有量が少ないことで、中間層２２が金属成分に富む層となるので、下層２１と比較して変形しやすくなる。これにより、中間層２２によって上層２３の変形を緩和することができ、上層２３の自己破壊を抑制できる。
中間層２２が、下層２１と比較して微細な結晶粒からなる層であることにより、中間層２２において結晶の粒界すべりが生じやすくなる。これによっても、上層２３の変形を緩和することができ、上層２３の自己破壊を抑制できる。
以上説明したように、本実施形態によれば、優れた耐チッピング性と耐摩耗性を有する表面被覆切削工具を得ることができる。
【0037】
本実施形態の表面被覆切削工具では、中間層２２の基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さＬＬ１と、下層２１の基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さＬＬ２とが、ＬＬ１≦１０ｎｍ、１０ｎｍ≦ＬＬ２≦２００ｎｍ、ＬＬ１＜ＬＬ２を満足することが好ましい。
中間層２２の基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さＬＬ１は、硬質皮膜の断面画像を走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy:ＳＥＭ）または透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope:ＴＥＭ）により取得し、画像解析ソフト（例えば、米国国立衛生研究所製imageJなど）を用いて、画像に付属して出力されるスケールバーが示す長さと、画面上におけるピクセル数を対応させる。その後、画像解析ソフト上で、基体表面に平行な方向に沿って結晶粒の端点どうしを線で結び、その線のピクセル数から換算される線の長さを結晶粒の平均長さとして算出する。結晶粒の平均長さは上記で求めた結晶粒の長さの算術平均値である。
下層２１における基体表面に平行な方向の結晶粒の平均長さＬＬ２は、結晶粒の横幅に相当する。平均長さＬＬ２も、画像解析ソフトを用いた上記と同様の手法により算出できる。ただし、平均長さＬＬ２の算出に際しては、結晶粒の幅を測定するための線を、基体表面と平行な方向に引いて結晶粒の長さを求める。
中間層２２の基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さＬＬ１は、硬質皮膜の断面画像を走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscopy:ＳＥＭ）または透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope:ＴＥＭ）により取得し、画像解析ソフト（例えば、米国国立衛生研究所製imageJなど）を用いて、画像に付属して出力されるスケールバーが示す長さと、画面上におけるピクセル数を対応させる。その後、画像解析ソフト上で、基体表面に平行な方向に沿って結晶粒の端点どうしを線で結び、その線のピクセル数から換算される線の長さを結晶粒の平均長さとして算出する。結晶粒の平均長さは上記で求めた結晶粒の長さの算術平均値である。
下層２１における基体表面に平行な方向の結晶粒の平均長さＬＬ２は、結晶粒の横幅に相当する。平均長さＬＬ２も、画像解析ソフトを用いた上記と同様の手法により算出できる。ただし、平均長さＬＬ２の算出に際しては、結晶粒の幅を測定するための線を、基体表面と平行な方向に引いて結晶粒の長さを求める。
【0038】
中間層２２における基体表面に垂直な方向の結晶粒の平均長さをＬＶ１、基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さをＬＬ１、比ＬＶ１／ＬＬ１をｍとし、下層２１における基体表面に垂直な方向の結晶粒の平均長さをＬＶ２、基体表面に平行な基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さをＬＬ２、比ＬＶ２／ＬＬ２をｎとするとき、０．０１≦ｍ／ｎ≦０．５０を満足することが好ましい。
基体表面に垂直な方向の結晶粒の平均長さＬＶ１、ＬＶ２は、中間層の基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さＬＬ１の算出と同様の手法により算出できる。ただし、平均長さＬＶ１、ＬＶ２の算出に際しては、結晶粒の幅を測定するための線を、基体表面と垂直な方向に引いて結晶粒の長さを求める。
基体表面に垂直な方向の結晶粒の平均長さＬＶ１、ＬＶ２は、中間層の基体表面に平行な方向における結晶粒の平均長さＬＬ１の算出と同様の手法により算出できる。ただし、平均長さＬＶ１、ＬＶ２の算出に際しては、結晶粒の幅を測定するための線を、基体表面と垂直な方向に引いて結晶粒の長さを求める。
【0039】
本実施形態の表面被覆切削工具では、下層２１と中間層２２を総括した（２００）面のＸ線回折ピーク強度Ｉ（２００）と、（１１１）面のＸ線回折ピーク強度Ｉ（１１１）との比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が０．０１以上０．５０以下であることが好ましい。
上層２３において、（２００）面のＸ線回折ピーク強度Ｉ（２００）、（１１１）面のＸ線回折ピーク強度Ｉ（１１１）との比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が１以上１００以下であることが好ましい。
上層２３において、（２００）面のＸ線回折ピーク強度Ｉ（２００）、（１１１）面のＸ線回折ピーク強度Ｉ（１１１）との比Ｉ（２００）／Ｉ（１１１）の値が１以上１００以下であることが好ましい。
【0040】
硬質皮膜２０を構成する各層の組成、膜厚、交互積層膜の一層ごとの膜厚および合計膜厚は、基体表面に垂直な硬質皮膜の縦断面について、走査型電子顕微鏡（SEM）、透過型電子顕微鏡（TEM）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（Energy Dispersive Xray Spectroscopy:EDS）を用いた断面測定により、測定することができる。
ここで、基体表面とは、前記断面の観察像における、基体１０（工具基体）と硬質被覆層の界面粗さの基準線とする。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下層２１と工具基体との界面を定める。こうして得られた下層２１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、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する。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、硬質皮膜の層厚に対して工具径が十分に大きければ、測定領域における硬質皮膜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。すなわち、例えばドリルであれば、軸方向に垂直な断面の硬質皮膜の縦断面において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下層２１と工具基体の界面を定め、こうして得られた下層２１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、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する。
なお、縦断面における測定領域については硬質皮膜の厚さ方向の領域がすべて含まれるよう設定する。硬質皮膜の総層厚、層厚の測定精度等を鑑みると、１０μｍ×１０μｍ程度の視野で複数視野（例えば３視野）、観察および測定を行うことが好ましい。
ここで、基体表面とは、前記断面の観察像における、基体１０（工具基体）と硬質被覆層の界面粗さの基準線とする。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下層２１と工具基体との界面を定める。こうして得られた下層２１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、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する。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、硬質皮膜の層厚に対して工具径が十分に大きければ、測定領域における硬質皮膜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。すなわち、例えばドリルであれば、軸方向に垂直な断面の硬質皮膜の縦断面において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下層２１と工具基体の界面を定め、こうして得られた下層２１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、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する。
なお、縦断面における測定領域については硬質皮膜の厚さ方向の領域がすべて含まれるよう設定する。硬質皮膜の総層厚、層厚の測定精度等を鑑みると、１０μｍ×１０μｍ程度の視野で複数視野（例えば３視野）、観察および測定を行うことが好ましい。
【0041】
硬質皮膜２０を構成する各層の結晶組織は、Ｘ線回折（X-ray Diffraction:XRD）、および電子後方散乱回折（Electron Back Scattered Diffraction Pattern:EBSD）を用いて測定することができる。
例えば、硬質皮膜２０を構成する各層の結晶組織は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による電子線回折により、下層２１、中間層２２および上層２３のそれぞれの結晶構造を同定し、ＮａＣｌ型面心立方構造であることを確認する。Ｘ線回折はＣｕ－Ｋα線を用い、２θ／θ集中法にて測定を行う。図２に、本実施形態の硬質皮膜２０のＸ線回折プロファイルの一例を示す。３７．５度付近に下層２１と中間層２２を総括した（１１１）回折線、３６．５度付近に上層２３の（１１１）回折線、４３．５度付近に下層２１と中間層２２を総括した（２００）回折線、４２度付近に上層２３の（２００）回折線を確認することができる。なお、３６度および４８度付近のピークは六方晶ＷＣに起因するものである。
例えば、硬質皮膜２０を構成する各層の結晶組織は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による電子線回折により、下層２１、中間層２２および上層２３のそれぞれの結晶構造を同定し、ＮａＣｌ型面心立方構造であることを確認する。Ｘ線回折はＣｕ－Ｋα線を用い、２θ／θ集中法にて測定を行う。図２に、本実施形態の硬質皮膜２０のＸ線回折プロファイルの一例を示す。３７．５度付近に下層２１と中間層２２を総括した（１１１）回折線、３６．５度付近に上層２３の（１１１）回折線、４３．５度付近に下層２１と中間層２２を総括した（２００）回折線、４２度付近に上層２３の（２００）回折線を確認することができる。なお、３６度および４８度付近のピークは六方晶ＷＣに起因するものである。
【実施例0042】
基体として、工具径φ０．８ｍｍのＷＣ超硬合金製のドリル形状の工具基体を用意した。
上記工具基体に対して、下記表１～表３に示す構成の硬質皮膜を形成した。表１は下層の構成、表２は中間層の構成、表３は上層の構成を示している。
上記工具基体に対して、下記表１～表３に示す構成の硬質皮膜を形成した。表１は下層の構成、表２は中間層の構成、表３は上層の構成を示している。
【0043】
（実施例の硬質皮膜）
本実施例では、スパッタ蒸発源を１２機搭載できるスパッタリング装置を使用した。ＡｌＣｒ合金ターゲット、ＡｌＣｒＢＷ合金ターゲット、ＴｉＳｉ合金ターゲットを蒸着源として装置内に設置した。なお、寸法がΦ１６ｃｍ、厚み１２ｍｍのターゲットを用いた。工具基体をスパッタリング装置内のサンプルホルダーに固定し、工具基体にバイアス電源を接続した。なお、バイアス電源は、ターゲットとは独立して工具基体に負のバイアス電圧を印加する構造となっている。工具基体は、毎分２回転で自転しかつ、固定治具とサンプルホルダーを介して公転する。導入ガスは、Ａｒ、及びＮ２を用い、スパッタリング装置に設けられたガス供給ポートから導入した。
本実施例では、スパッタ蒸発源を１２機搭載できるスパッタリング装置を使用した。ＡｌＣｒ合金ターゲット、ＡｌＣｒＢＷ合金ターゲット、ＴｉＳｉ合金ターゲットを蒸着源として装置内に設置した。なお、寸法がΦ１６ｃｍ、厚み１２ｍｍのターゲットを用いた。工具基体をスパッタリング装置内のサンプルホルダーに固定し、工具基体にバイアス電源を接続した。なお、バイアス電源は、ターゲットとは独立して工具基体に負のバイアス電圧を印加する構造となっている。工具基体は、毎分２回転で自転しかつ、固定治具とサンプルホルダーを介して公転する。導入ガスは、Ａｒ、及びＮ２を用い、スパッタリング装置に設けられたガス供給ポートから導入した。
【0044】
＜ボンバード処理＞
まず工具基体に硬質皮膜を被覆する前に、以下の手順で工具基体にボンバード処理を行った。スパッタリング装置内のヒーターにより炉内温度が４３０℃になった状態で３０分間の加熱を行った。その後、スパッタリング装置の炉内を真空排気し、炉内圧力を０．０５Ｐａ以下とした。そして、Ａｒガスをスパッタリング装置の炉内に導入し、炉内圧力を０．５５Ｐａに調整した。そして、工具に－２００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、Ａｒイオンによる工具のクリーニング（ボンバード処理）を実施した。
まず工具基体に硬質皮膜を被覆する前に、以下の手順で工具基体にボンバード処理を行った。スパッタリング装置内のヒーターにより炉内温度が４３０℃になった状態で３０分間の加熱を行った。その後、スパッタリング装置の炉内を真空排気し、炉内圧力を０．０５Ｐａ以下とした。そして、Ａｒガスをスパッタリング装置の炉内に導入し、炉内圧力を０．５５Ｐａに調整した。そして、工具に－２００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、Ａｒイオンによる工具のクリーニング（ボンバード処理）を実施した。
【0045】
＜下層および中間層の成膜＞
次いで、以下の手順で交互積層膜からなる下層および中間層を工具基体上に被覆した。
炉内温度を４３０℃に保持したまま、スパッタリング装置の炉内にＡｒガスを３６０ｓｃｃｍで導入し、その後、Ｎ２ガスを３８０ｓｃｃｍで導入して炉内圧力を０．７０Ｐａとした。工具に－５０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、ＡｌとＣｒを含有する合金ターゲットとＡｌとＣｒとＢとＷを含有する合金ターゲットに印加される電力の１周期当りの放電時間を０．２ミリ秒として、３個のＡｌＣｒ系合金ターゲットと３個のＡｌＣｒＢＷ系合金ターゲットを切り替えながら連続的に電力を印加して、下地層の上に厚さ０．９μｍの交互積層膜からなる下層を被覆した。
その後、Ｎ２ガス流量を２５０ｓｃｃｍに変更して炉内圧力を０．５５Ｐａとした。この条件で成膜を続行し、ＡｌＣｒＮとＡｌＣｒＢＷＮの交互積層膜からなる下層の上に、厚さ０．１μｍの交互積層膜からなる中間層を形成した。
次いで、以下の手順で交互積層膜からなる下層および中間層を工具基体上に被覆した。
炉内温度を４３０℃に保持したまま、スパッタリング装置の炉内にＡｒガスを３６０ｓｃｃｍで導入し、その後、Ｎ２ガスを３８０ｓｃｃｍで導入して炉内圧力を０．７０Ｐａとした。工具に－５０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、ＡｌとＣｒを含有する合金ターゲットとＡｌとＣｒとＢとＷを含有する合金ターゲットに印加される電力の１周期当りの放電時間を０．２ミリ秒として、３個のＡｌＣｒ系合金ターゲットと３個のＡｌＣｒＢＷ系合金ターゲットを切り替えながら連続的に電力を印加して、下地層の上に厚さ０．９μｍの交互積層膜からなる下層を被覆した。
その後、Ｎ２ガス流量を２５０ｓｃｃｍに変更して炉内圧力を０．５５Ｐａとした。この条件で成膜を続行し、ＡｌＣｒＮとＡｌＣｒＢＷＮの交互積層膜からなる下層の上に、厚さ０．１μｍの交互積層膜からなる中間層を形成した。
【0046】
＜上層の成膜＞
次いで、以下の手順で硬質皮膜を中間層の上に被覆した。
炉内温度を４３０℃に保持したまま、スパッタリング装置の炉内にＡｒガスを３６０ｓｃｃｍで導入し、その後、Ｎ２ガスを１７０ｓｃｃｍで導入して炉内圧力を０．５Ｐａとした。工具に－７０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、ＴｉとＳｉを含有する合金ターゲットに印加される電力の１周期当りの放電時間を４．５ミリ秒として、６個のＴｉＳｉ系合金ターゲットを切り替えながら連続的に電力を印加して、中間層２２の上に厚さ約０．１μｍの硬質皮膜を被覆した。
次いで、以下の手順で硬質皮膜を中間層の上に被覆した。
炉内温度を４３０℃に保持したまま、スパッタリング装置の炉内にＡｒガスを３６０ｓｃｃｍで導入し、その後、Ｎ２ガスを１７０ｓｃｃｍで導入して炉内圧力を０．５Ｐａとした。工具に－７０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、ＴｉとＳｉを含有する合金ターゲットに印加される電力の１周期当りの放電時間を４．５ミリ秒として、６個のＴｉＳｉ系合金ターゲットを切り替えながら連続的に電力を印加して、中間層２２の上に厚さ約０．１μｍの硬質皮膜を被覆した。
【0047】
（比較例の硬質皮膜）
比較例の硬質皮膜は、実施例１～実施例３と共通の装置で、下地層の形成までは実施例と同一の工程で成膜した。比較例１および比較例２については、一部の層を形成させないような成膜条件で成膜した。比較例３については、ＡｌとＣｒとＢとＷを含有する合金ターゲットを使用せずに成膜した。比較例４～比較例８については、使用する合金ターゲットの組成を変更して成膜した。
比較例の硬質皮膜は、実施例１～実施例３と共通の装置で、下地層の形成までは実施例と同一の工程で成膜した。比較例１および比較例２については、一部の層を形成させないような成膜条件で成膜した。比較例３については、ＡｌとＣｒとＢとＷを含有する合金ターゲットを使用せずに成膜した。比較例４～比較例８については、使用する合金ターゲットの組成を変更して成膜した。
【0048】
【表1】
【0049】
【表2】
【0050】
【表3】
【0051】
【表4】
【0052】
【表5】
【0053】
（評価）
作製した各サンプルの表面被覆切削工具を用いて、下記表６に示す条件で穴あけ加工を行った。表７に、対照サンプルである比較例１の表面被覆切削工具の寿命を１００としたときの各サンプルの工具寿命を示す。同形状のドリル基体に従来コーティングを被覆したサンプルに対して、本実施例のサンプルは、いずれも優れた工具寿命となった。本実施例の表面被覆切削工具は、同形状の基体を用いて作製された比較例の表面被覆切削工具に対して、最大で１５０％の寿命となった。一方、一部の層を省略した比較例１および比較例２、中間層をＡｌＣｒＮの単層とした比較例３、および組成範囲が本発明の範囲外である比較例４～比較例８は、いずれも本発明例のサンプルに劣る結果となった。
作製した各サンプルの表面被覆切削工具を用いて、下記表６に示す条件で穴あけ加工を行った。表７に、対照サンプルである比較例１の表面被覆切削工具の寿命を１００としたときの各サンプルの工具寿命を示す。同形状のドリル基体に従来コーティングを被覆したサンプルに対して、本実施例のサンプルは、いずれも優れた工具寿命となった。本実施例の表面被覆切削工具は、同形状の基体を用いて作製された比較例の表面被覆切削工具に対して、最大で１５０％の寿命となった。一方、一部の層を省略した比較例１および比較例２、中間層をＡｌＣｒＮの単層とした比較例３、および組成範囲が本発明の範囲外である比較例４～比較例８は、いずれも本発明例のサンプルに劣る結果となった。
【0054】
【表6】
【0055】
【表7】
【符号の説明】
【0056】
１…表面被覆切削工具、１０…基体、２０…硬質皮膜、２１…下層、２２…中間層、２３…上層
【図1】
【図2】