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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-07
(45)【発行日】2023-11-15
(54)【発明の名称】切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20231108BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2022564581
(86)(22)【出願日】2022-06-15
(86)【国際出願番号】 JP2022023997
【審査請求日】2023-06-19
【早期審査対象出願】
(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】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 優太
(72)【発明者】
【氏名】今村 晋也
【審査官】亀田 貴志
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－０３８３７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２２４７１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２２４６７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１８１１３６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ ２７／１４
Ｂ２３Ｂ ５１／００
Ｂ２３Ｃ ５／１６
Ｃ２３Ｃ １４／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を含む切削工具であって、前記被膜は、第１層を含み、
前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
前記第１単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第２単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第１層の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記第１単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮからなり、
前記第２単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮからなり、
ここで、
０．４９≦ａ≦０．７０、
０．１９≦ｂ≦０．４０、
０．１０＜ｃ≦０．２０、
ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、
０．３９≦ｄ≦０．６０、
０．２９≦ｅ≦０．５０、
０．１０＜ｆ≦０．２０、
ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．００、
０．０５≦ａ－ｄ≦０．２０、及び、
０．０５≦ｅ－ｂ≦０．２０を満たし、
前記第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率は、４５％以上である、切削工具。
【請求項2】
前記第１層の２５℃における炭素鋼Ｓ５０Ｃに対する摩擦係数は、０．５０以下である、請求項１に記載の切削工具。【請求項3】
前記第１層の２５℃におけるナノインデンテーション硬さＨは２５ＧＰａ以上である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、切削工具に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、切削工具の性能向上のため、超硬合金、立方晶窒化硼素焼結体等からなる基材の表面を被覆する被膜の開発が進められている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－１９３００４号公報
【文献】特開２０１１－２２４７１７号公報
【発明の概要】
【0004】
本開示の切削工具は、
基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を含む切削工具であって、
前記被膜は、第１層を含み、
前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
前記第１単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第２単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第１層の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記第１単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮからなり、
前記第２単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮからなり、
ここで、
０．４９≦ａ≦０．７０、
０．１９≦ｂ≦０．４０、
０．１０＜ｃ≦０．２０、
ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、
０．３９≦ｄ≦０．６０、
０．２９≦ｅ≦０．５０、
０．１０＜ｆ≦０．２０、
ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．００、
０．０５≦ａ－ｄ≦０．２０、及び、
０．０５≦ｅ－ｂ≦０．２０を満たし、
前記第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率は、４５％以上である、切削工具である。
基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を含む切削工具であって、
前記被膜は、第１層を含み、
前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
前記第１単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第２単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第１層の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記第１単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮからなり、
前記第２単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮからなり、
ここで、
０．４９≦ａ≦０．７０、
０．１９≦ｂ≦０．４０、
０．１０＜ｃ≦０．２０、
ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、
０．３９≦ｄ≦０．６０、
０．２９≦ｅ≦０．５０、
０．１０＜ｆ≦０．２０、
ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．００、
０．０５≦ａ－ｄ≦０．２０、及び、
０．０５≦ｅ－ｂ≦０．２０を満たし、
前記第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率は、４５％以上である、切削工具である。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【発明を実施するための形態】
【0006】
［本開示が解決しようとする課題］
近年、コスト低減の要求が益々高まっており、工具の長寿命化が求められている。例えば、ステンレス鋼の旋削加工においては、溶着に起因するクレータ摩耗が生じにくく、長い工具寿命を有する切削工具が求められている。
近年、コスト低減の要求が益々高まっており、工具の長寿命化が求められている。例えば、ステンレス鋼の旋削加工においては、溶着に起因するクレータ摩耗が生じにくく、長い工具寿命を有する切削工具が求められている。
【0007】
そこで、本開示は、長い工具寿命を有する切削工具を提供することを目的とする。
【0008】
［本開示の効果］
本開示の切削工具は、長い工具寿命を有することができる。
本開示の切削工具は、長い工具寿命を有することができる。
【0009】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の切削工具は、
基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を含む切削工具であって、
前記被膜は、第１層を含み、
前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
前記第１単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第２単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第１層の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記第１単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮからなり、
前記第２単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮからなり、
ここで、
０．４９≦ａ≦０．７０、
０．１９≦ｂ≦０．４０、
０．１０＜ｃ≦０．２０、
ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、
０．３９≦ｄ≦０．６０、
０．２９≦ｅ≦０．５０、
０．１０＜ｆ≦０．２０、
ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．００、
０．０５≦ａ－ｄ≦０．２０、及び、
０．０５≦ｅ－ｂ≦０．２０を満たし、
前記第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率は、４５％以上である、切削工具である。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示の切削工具は、
基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を含む切削工具であって、
前記被膜は、第１層を含み、
前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
前記第１単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第２単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第１層の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記第１単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮからなり、
前記第２単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮからなり、
ここで、
０．４９≦ａ≦０．７０、
０．１９≦ｂ≦０．４０、
０．１０＜ｃ≦０．２０、
ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、
０．３９≦ｄ≦０．６０、
０．２９≦ｅ≦０．５０、
０．１０＜ｆ≦０．２０、
ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．００、
０．０５≦ａ－ｄ≦０．２０、及び、
０．０５≦ｅ－ｂ≦０．２０を満たし、
前記第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率は、４５％以上である、切削工具である。
【0010】
本開示の切削工具は、長い工具寿命を有することができる。
【0011】
（２）上記（１）において、前記第１層の２５℃における炭素鋼Ｓ５０Ｃに対する摩擦係数は、０．５０以下であることが好ましい。
【0012】
これによると、第１層は表面潤滑性が優れる。よって、切削工具への被削材の溶着が抑制され、該溶着に起因する摩耗（クレータ摩耗）の発生が抑制され、工具寿命が向上する。
【0013】
（３）上記（１）または（２）において、前記第１層の２５℃におけるナノインデンテーション硬さＨは２５ＧＰａ以上であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。
【0014】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示の切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
本開示の切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
【0015】
本開示において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。
【0016】
本開示において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。たとえば「ＴｉＮ」と記載されている場合、ＴｉＮを構成する原子数の比は、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。
【0017】
本開示において、数値範囲下限及び上限として、それぞれ１つ以上の数値が記載されている場合は、下限に記載されている任意の１つの数値と、上限に記載されている任意の１つの数値との組み合わせも開示されているものとする。例えば、下限として、ａ１以上、ｂ１以上、ｃ１以上が記載され、上限としてａ２以下、ｂ２以下、ｃ２以下が記載されている場合は、ａ１以上ａ２以下、ａ１以上ｂ２以下、ａ１以上ｃ２以下、ｂ１以上ａ２以下、ｂ１以上ｂ２以下、ｂ１以上ｃ２以下、ｃ１以上ａ２以下、ｃ１以上ｂ２以下、ｃ１以上ｃ２以下が開示されているものとする。
【0018】
［実施形態１：切削工具］
本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）の切削工具は、
基材と、該基材上に設けられた被膜と、を含む切削工具であって、
該被膜は、第１層を含み、
該第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
該第１単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
該第２単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
該第１層の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、
該第１単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮからなり、
該第２単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮからなり、
ここで、
０．４９≦ａ≦０．７０、
０．１９≦ｂ≦０．４０、
０．１０＜ｃ≦０．２０、
ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、
０．３９≦ｄ≦０．６０、
０．２９≦ｅ≦０．５０、
０．１０＜ｆ≦０．２０、
ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．００、
０．０５≦ａ－ｄ≦０．２０、及び、
０．０５≦ｅ－ｂ≦０．２０を満たし、
該第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率は、４５％以上である、切削工具である。
本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）の切削工具は、
基材と、該基材上に設けられた被膜と、を含む切削工具であって、
該被膜は、第１層を含み、
該第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
該第１単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
該第２単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
該第１層の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、
該第１単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮからなり、
該第２単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮからなり、
ここで、
０．４９≦ａ≦０．７０、
０．１９≦ｂ≦０．４０、
０．１０＜ｃ≦０．２０、
ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、
０．３９≦ｄ≦０．６０、
０．２９≦ｅ≦０．５０、
０．１０＜ｆ≦０．２０、
ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．００、
０．０５≦ａ－ｄ≦０．２０、及び、
０．０５≦ｅ－ｂ≦０．２０を満たし、
該第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率は、４５％以上である、切削工具である。
【0019】
本開示の切削工具は、長い工具寿命を有することができる。その理由は、以下の通りと推察される。
【0020】
（ｉ）本開示の切削工具の被膜は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなる第１層を含む。第１単位層と第２単位層とは、互いに組成が異なる。このため、第１単位層と第２単位層との界面付近で、切削工具の使用時に生じる被膜の表面からの亀裂の進展を抑制することができる。また、第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚さが２ｎｍ以上５０ｎｍ以下と非常に薄いため、第１層における第１単位層と第２単位層の積層数が多く、亀裂の進展の抑制効果が更に向上する。よって、被膜の大規模な損傷を抑制することができ、切削工具の工具寿命が長くなる。
【0021】
（ｉｉ）上記第１層において、第１単位層及び第２単位層とは、上記（ｉ）の通り、亀裂の進展を抑制できる程度に組成が異なっていると同時に、結晶格子が連続できる程度に、組成が近似している。よって、第１単位層と第２単位層との間の層間剥離が抑制され、切削工具の工具寿命が長くなる。
【0022】
（ｉｉｉ）上記第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｂ）に対するチタンの原子数（Ｔｉ）の百分率｛Ｔｉ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｂ）｝×１００は、４５％以上である。これによると、第１層は優れた耐摩耗性を有することができる。
【0023】
（ｉｖ）上記第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｂ）に対する硼素の原子数（Ｂ）の百分率｛Ｂ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｂ）｝×１００は１０％超である。これによると、切削工具の使用時に、第１層の表面に六方晶窒化硼素が形成される。該六方晶窒化硼素は、固体潤滑剤としての機能を発揮し、第１層に表面潤滑性を付与する。よって、切削工具への被削材の溶着が抑制され、該溶着に起因する摩耗（クレータ摩耗）の発生が抑制され、工具寿命が向上する。
【0024】
なお、ＴｉＡｌＢＮ層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｂ）に対する硼素の原子数（Ｂ）の百分率｛Ｂ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｂ）｝×１００が大きいほど、硬度が低下する傾向がある。よって、従来は該百分率｛Ｂ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｂ）｝×１００が１０％超であるＴｉＡｌＢＮ層を切削工具の被膜として用いることはなかった。本発明者等は鋭意検討の結果、上記の組成を有する第１単位層と第２単位層とを、上記の厚みで交互に積層して第１層を形成することにより、第１層の硬度の低下を抑制しつつ、表面潤滑性が向上するため、特に溶着が生じやすいステンレス鋼の旋削加工において、硬度低下に伴う摩耗及び溶着に起因する摩耗（クレータ摩耗）の発生が抑制され、工具寿命が向上することを新たに見出した。
【0025】
＜切削工具＞
本実施形態の切削工具は、切削工具である限り、その形状および用途等は、特に限定されない。本実施形態の切削工具は、たとえば、ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削加工用刃先交換型チップ、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であり得る。
本実施形態の切削工具は、切削工具である限り、その形状および用途等は、特に限定されない。本実施形態の切削工具は、たとえば、ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削加工用刃先交換型チップ、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であり得る。
【0026】
図１は、本実施形態の切削工具の構成の一例を示す概略部分断面図である。切削工具１００は、基材１０と、基材１０上に設けられた被膜２０と、を備える。
【0027】
《基材》
基材１０は、特に限定されない。基材１０は、例えば、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、およびダイヤモンド焼結体等により構成され得る。基材１０は、好ましくは超硬合金製である。超硬合金は、耐摩耗性に優れるためである。
基材１０は、特に限定されない。基材１０は、例えば、超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、およびダイヤモンド焼結体等により構成され得る。基材１０は、好ましくは超硬合金製である。超硬合金は、耐摩耗性に優れるためである。
【0028】
超硬合金とは、ＷＣ（炭化タングステン）粒子を主成分とする焼結体である。超硬合金は、硬質相および結合相を含む。硬質相は、ＷＣ粒子を含有する。結合相は、ＷＣ粒子同士を互いに結合している。結合相は、たとえばＣｏ（コバルト）等を含有する。結合相は、たとえば、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＴａＣ（炭化タンタル）、ＮｂＣ（炭化ニオブ）等をさらに含有していてもよい。
【0029】
超硬合金は、その製造過程で不可避的に混入する不純物を含有していてもよい。超硬合金は、その組織中に遊離炭素または「η層」と称される異常層を含む場合もある。さらに超硬合金は、表面改質処理が施されたものでもよい。たとえば、超硬合金は、その表面に脱β層等を含んでいてもよい。
【0030】
超硬合金は、好ましくは、ＷＣ粒子を８７質量％以上９６質量％以下含有し、Ｃｏを４質量％以上１３質量％以下含有する。ＷＣ粒子は、好ましくは、平均粒径が０．２μｍ以上４μｍ以下である。
【0031】
Ｃｏは、ＷＣ粒子に比べて軟質である。後述のように、基材１０の表面にイオンボンバードメント処理を施すと、軟質なＣｏは除去され得る。超硬合金が上記の組成を有し、かつＷＣ粒子が上記の平均粒径を有することにより、Ｃｏが除去された後の表面には、適度な凹凸が形成されることになる。かかる表面に被膜２０を形成することにより、アンカー効果が発現し、被膜２０と基材１０との密着性が向上すると考えられる。
【0032】
ここで、ＷＣ粒子の粒径は、ＷＣ粒子の２次元投影像に外接する円の直径を示す。粒径は、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＳＥＭ）または透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＴＥＭ）を用いて測定する。すなわち、超硬合金を切断し、その切断面をＳＥＭまたはＴＥＭで観察する。観察像において、ＷＣ粒子に外接する円の直径を、ＷＣ粒子の粒径とみなす。観察像において、無作為に抽出した１０個以上（好ましくは５０個以上、より好ましくは１００個以上）のＷＣ粒子の粒径を測定し、その算術平均値をＷＣ粒子の平均粒径とする。観察にあたり、切断面は、クロスセクションポリッシャ（Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ；ＣＰ）または集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ；ＦＩＢ）等により、断面加工しておくことが望ましい。
【0033】
《被膜》
被膜２０は、基材１０上に設けられている。被膜２０は、基材１０の表面の一部に設けられていてもよいし、全面に設けられていてもよい。ただし、被膜２０は、基材１０の表面のうち、少なくとも切れ刃に相当する部分に設けられているものとする。
被膜２０は、基材１０上に設けられている。被膜２０は、基材１０の表面の一部に設けられていてもよいし、全面に設けられていてもよい。ただし、被膜２０は、基材１０の表面のうち、少なくとも切れ刃に相当する部分に設けられているものとする。
【0034】
被膜２０は、第１層２１を含む。被膜２０は、第１層２１を含む限り、その他の層を含んでいてもよい。例えば、被膜２０は、基材１０と第１層２１との間に設けられる第２層２２及び／又は被膜２０の最表面に設けられる第３層２３を含むことができる。第２層には、既知の下地層を適用することができる。該下地層としては、ＴｉＣＮ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮＯ層等が挙げられる。第３層には、既知の表面層を適用することができる。該表面層としては、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層等が挙げられる。
【0035】
被膜２０の積層構成は、被膜２０全体に亘って一様である必要はなく、部分的に積層構成が異なっていてもよい。
【0036】
被膜２０の厚さは、１．０μｍ以上２５μｍ以下が好ましい。被膜２０の厚さが１．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。被膜２０の厚さが２５μｍ以下であることにより、耐欠損性が向上する。被膜２０の厚さは、１．０μｍ以上２５μｍ以下が好ましく、２．０μｍ以上１６μｍ以下がより好ましく、３．０μｍ以上１２μｍ以下が更に好ましい。ここで、被膜の厚さとは、被膜を構成する層それぞれの厚みの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、第１層、第２層、第３層等が挙げられる。
【0037】
被膜を構成する各層の厚さは、切削工具の基材の表面の法線方向に平行な断面の薄片サンプル（以下、「断面サンプル」とも記す。）を得て、該断面サンプルを走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察することにより測定される。走査透過電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＭ－２１００Ｆ（商品名）が挙げられる。断面サンプルの観察倍率を５０００～１００００倍とし、各層の５箇所の厚さを測定し、その算術平均値を「各層の厚さ」とする。
【0038】
同一の切削工具で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
【0039】
本実施形態において、被膜２０を構成する結晶粒は、立方晶であることが望ましい。立方晶であることにより、硬度が高まり、工具寿命が長くなる。
【0040】
≪第１層≫
第１層２１は、第１単位層１と第２単位層２とが交互に積層された多層構造からなる。第１層２１が第１単位層１および第２単位層２をそれぞれ一層以上含む限り、積層数は、特に限定されない。積層数とは、第１層２１に含まれる第１単位層１および第２単位層２の合計数を示す。積層数は、１０超５０００以下が好ましく、２００以上５０００以下が好ましく、４００以上２０００以下がより好ましく、５００以上１０００以下が更に好ましい。第１層２１において、最も基材１０に近い層は、第１単位層１であってもよいし、第２単位層２であってもよい。また第１層２１において、最も基材１０から離れている層は、第１単位層１であってもよいし、第２単位層２であってもよい。
第１層２１は、第１単位層１と第２単位層２とが交互に積層された多層構造からなる。第１層２１が第１単位層１および第２単位層２をそれぞれ一層以上含む限り、積層数は、特に限定されない。積層数とは、第１層２１に含まれる第１単位層１および第２単位層２の合計数を示す。積層数は、１０超５０００以下が好ましく、２００以上５０００以下が好ましく、４００以上２０００以下がより好ましく、５００以上１０００以下が更に好ましい。第１層２１において、最も基材１０に近い層は、第１単位層１であってもよいし、第２単位層２であってもよい。また第１層２１において、最も基材１０から離れている層は、第１単位層１であってもよいし、第２単位層２であってもよい。
【0041】
第１層の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下である。第１層の厚さが１．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。第１層の厚さが２０μｍ以下であることにより、耐欠損性が向上する。第１層の厚さの下限は、１．０μｍ以上が好ましく、２．０μｍ以上がより好ましく、３．０μｍ以上が更に好ましい。第１層の厚さの上限は、２０μｍ以下が好ましく、１８μｍ以下が好ましく、１６μｍ以下がより好ましく、１２μｍ以下が更に好ましい。第１層の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、２．０μｍ以上１６μｍ以下が好ましく、３．０μｍ以上１２μｍ以下がより好ましい。
【0042】
≪第１単位層及び第２単位層の厚さ≫
第１単位層１及び第２単位層２は、それぞれ厚さが２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。このような薄層が交互に繰り返されることにより、亀裂の進展を抑制できる。第１単位層１および第２単位層２のそれぞれ厚さが２ｎｍ未満になると、第１単位層１および第２単位層２の組成が混ざり合って、亀裂進展の抑制効果が低減する可能性がある。また第１単位層１および第２単位層２のそれぞれ厚さが５０ｎｍを超えると、層間剥離の抑制効果が低減する可能性がある。
第１単位層１及び第２単位層２は、それぞれ厚さが２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。このような薄層が交互に繰り返されることにより、亀裂の進展を抑制できる。第１単位層１および第２単位層２のそれぞれ厚さが２ｎｍ未満になると、第１単位層１および第２単位層２の組成が混ざり合って、亀裂進展の抑制効果が低減する可能性がある。また第１単位層１および第２単位層２のそれぞれ厚さが５０ｎｍを超えると、層間剥離の抑制効果が低減する可能性がある。
【0043】
第１単位層の厚さの下限は、２ｎｍ以上であり、４ｎｍ以上が好ましく、６ｎｍ以上がより好ましく、８ｎｍ以上が更に好ましい。第１単位層の厚さの上限は、５０ｎｍ以下であり、４２ｎｍ以下が好ましく、４０ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下が更に好ましい。第１単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、４ｎｍ以上４０ｎｍ以下が好ましく、６ｎｍ以上３０ｎｍ以下がより好ましい。
【0044】
第２単位層の厚さの下限は、２ｎｍ以上であり、４ｎｍ以上が好ましく、６ｎｍ以上がより好ましく、８ｎｍ以上が更に好ましい。第２単位層の厚さの上限は、５０ｎｍ以下であり、４０ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下がより好ましい。第２単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、４ｎｍ以上４０ｎｍ以下が好ましく、６ｎｍ以上３０ｎｍ以下がより好ましい。
【0045】
第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚さの測定方法は以下の通りである。基材の表面の法線方向に平行な切削工具の断面の薄片サンプル（以下、「断面サンプル」とも記す。）を得る。該断面サンプルを走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察する。走査透過電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＭ－２１００Ｆ（商品名）が挙げられる。断面サンプルの観察倍率は、第１単位層１および第２単位層２の厚さに応じて適宜調整するものとする。例えば、観察倍率は約１００万倍とすることができる。１つの第１単位層において、５箇所の厚さを測定する。第１単位層の５箇所の厚さの算術平均値を算出し、該算術平均値を該第１単位層の厚さとする。１つの第２単位層において、５箇所の厚さを測定する。
【0046】
５つの異なる第１単位層のそれぞれについて、上記の手順で第１単位層の厚さを測定する。５つの第１単位層の厚さの算術平均値を求める。該算術平均値を、第１単位層の厚さとする。５つの異なる第２単位層のそれぞれについて、上記の手順で第２単位層の厚さを測定する。５つの第２単位層の厚さの算術平均値を求める。該算術平均値を、第２単位層の厚さとする。
【0047】
同一の切削工具で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
【0048】
≪第１単位層及び第２単位層の組成≫
第１単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮからなり、第２単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮからなり、ここで、０．４９≦ａ≦０．７０、０．１９≦ｂ≦０．４０、０．１０＜ｃ≦０．２０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、０．３９≦ｄ≦０．６０、０．２９≦ｅ≦０．５０、０．１０＜ｆ≦０．２０、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．００、０．０５≦ａ－ｄ≦０．２０、及び、０．０５≦ｅ－ｂ≦０．２０を満たす。
第１単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮからなり、第２単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮからなり、ここで、０．４９≦ａ≦０．７０、０．１９≦ｂ≦０．４０、０．１０＜ｃ≦０．２０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、０．３９≦ｄ≦０．６０、０．２９≦ｅ≦０．５０、０．１０＜ｆ≦０．２０、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．００、０．０５≦ａ－ｄ≦０．２０、及び、０．０５≦ｅ－ｂ≦０．２０を満たす。
【0049】
第１単位層及び第２単位層の組成が、０．０５≦ａ－ｄ、かつ、０．０５≦ｅ－ｂであることにより、第１単位層１と第２単位層２との間での亀裂進展を抑制できる程度に、第１単位層及び第２単位層の組成を乖離させることができる。また同時に、ａ－ｄ≦０．２０かつｅ－ｂ≦０．２０であることにより、第１単位層１と第２単位層２との間での層間剥離を抑制できる程度に、第１単位層及び第２単位層の組成を近似させることができる。第１単位層１及び第２単位層２の組成は、０．０５≦ａ－ｄ≦０．１５かつ０．０５≦ｅ－ｂ≦０．１５を満たすことが好ましく、０．０５≦ａ－ｄ≦０．１０かつ０．０５≦ｅ－ｂ≦０．１０を満たすことがより好ましい。これにより亀裂進展および層間剥離の抑制効果が更に向上する。
【0050】
第１単位層において、「ａ」の下限は、０．４９以上であり、０．５２以上が好ましく、０．５５以上がより好ましい。「ａ」の上限は、０．７０以下であり、０．６７以下が好ましく、０．６４以下がより好ましい。「ａ」は、０．５２≦ａ≦０．６７が好ましく、０．５５≦ａ≦０．６４がより好ましい。
【0051】
第１単位層において、「ｂ」の下限は、０．１９以上であり、０．２２以上が好ましく、０．２５以上がより好ましい。「ｂ」の上限は、０．４０以下であり、０．３７以下が好ましく、０．３４以下がより好ましい。「ｂ」は、０．２２≦ｂ≦０．３７が好ましく、０．２５≦ｂ≦０．３４がより好ましい。
【0052】
第２単位層において、「ｄ」の下限は、０．３９以上であり、０．４２以上が好ましく、０．４５以上がより好ましい。「ｄ」の上限は、０．６０以下であり、０．５７以下が好ましく、０．５４以下がより好ましい。「ｄ」は、０．４２≦ｄ≦０．５７が好ましく、０．４５≦ｄ≦０．５４がより好ましい。
【0053】
第２単位層において、「ｅ」の下限は、０．２９以上であり、０．３２以上が好ましく、０．３５以上がより好ましい。「ｅ」の上限は、０．５０以下であり、０．４７以下が好ましく、０．５４以下がより好ましい。「ｅ」は、０．３２≦ｅ≦０．４７が好ましく、０．３５≦ｅ≦０．５４がより好ましい。
【0054】
第１単位層において０．１０＜ｃ≦０．２０であり、かつ、第２単位層において０．１０＜ｆ≦０．２０であることにより、第１層の表面潤滑性が向上する。よって、切削工具への被削材の溶着が抑制され、該溶着に起因する摩耗（クレータ摩耗）の発生が抑制され、工具寿命が向上する。
【0055】
第１単位層において、「ｃ」の下限は、０．１０超であり、０．１１以上が好ましく、０．１２以上がより好ましい。「ｃ」の上限は、０．２０以下であり、０．１９以下が好ましく、０．１８以下がより好ましい。「ｃ」は、０．１１≦ｃ≦０．１９が好ましく、０．１２≦ｃ≦０．１８がより好ましい。
【0056】
第２単位層において、「ｆ」の下限は、０．１０超であり、０．１１以上が好ましく、０．１２以上がより好ましい。「ｆ」の上限は、０．２０以下であり、０．１９以下が好ましく、０．１８以下がより好ましい。「ｆ」は、０．１１≦ｆ≦０．１９が好ましく、０．１２≦ｆ≦０．１８がより好ましい。
【0057】
第１単位層のＴｉａＡｌｂＢｃＮにおけるａ、ｂ、ｃ及び第２単位層のＴｉｄＡｌｅＢｆＮにおけるｄ、ｅ、ｆは、エネルギー分散型Ｘ線分析（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；ＥＤＸ）を用いて、各層の組成を測定することにより特定される。組成分析にはＴＥＭ－ＥＤＸを用いる。ＥＤＸ装置としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＤ－２３００（商品名）が挙げられる。
【0058】
上記組成分析は以下の手順で行われる。切削工具の基材の表面の法線方向に平行な断面の薄片サンプル（以下、「断面サンプル」とも記す。）を得る。該断面サンプルをＴＥＭで観察しながら、１つの第１単位層１内又は１つの第２単位層２内において、任意に選択された５点で、ＥＤＸ分析を行う。第１単位層と第２単位層とは、コントラストの差で区別可能である。ここで「任意に選択された５点」は、互いに異なる結晶粒から選択するものとする。５点の測定で得られた各元素の組成比を算術平均することにより、第１単位層及び第２単位層のそれぞれの組成を特定する。
【0059】
第１単位層および第２単位層をそれぞれ５層ずつ組成分析し、第１単位層及び第２単位層のそれぞれについて、５層の平均組成を求める。５層の第１単位層の平均組成を、第１単位層の組成とする。５層の第２単位層の平均組成を、第２単位層の組成とする。該組成に基づき、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを特定する。
【0060】
同一の切削工具で測定する限り、測定点を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
【0061】
≪第１層の組成≫
第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率（以下、「第１層のチタン含有率」とも記す。）は、４５％以上である。これによると、第１層は優れた耐摩耗性を有することができる。第１層のチタン含有率の下限は、耐摩耗性向上の観点から、４５％以上であり、４８％以上が好ましく、５１％以上がより好ましい。第１層のチタン含有率の上限は、耐熱性向上の観点から、６５％以下が好ましく、６０％以下がより好ましい。第１層のチタン含有率は、４５％以上６５％以下が好ましく、４８％以上６５％以下がより好ましく、５１％以上６０％以下が更に好ましい。
第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率（以下、「第１層のチタン含有率」とも記す。）は、４５％以上である。これによると、第１層は優れた耐摩耗性を有することができる。第１層のチタン含有率の下限は、耐摩耗性向上の観点から、４５％以上であり、４８％以上が好ましく、５１％以上がより好ましい。第１層のチタン含有率の上限は、耐熱性向上の観点から、６５％以下が好ましく、６０％以下がより好ましい。第１層のチタン含有率は、４５％以上６５％以下が好ましく、４８％以上６５％以下がより好ましく、５１％以上６０％以下が更に好ましい。
【0062】
第１層のチタン含有率は、ＴＥＭ－ＥＤＸで測定される。ＥＤＸ装置としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＤ－２３００（商品名）が挙げられる。第１層のチタン含有率は以下の手順で測定される。
【0063】
切削工具の基材の表面の法線方向に平行な断面の薄片サンプル（以下、「断面サンプル」とも記す。）を得る。該断面サンプルをＴＥＭで観察しながら、第１層内において、任意に選択された５視野で、ＥＤＸ分析を行う。ここで「任意に選択された５視野」は、互いに重ならないように設定される。１つの視野の範囲は２００×２００ｎｍとする。５つの視野の測定で得られたチタン含有率の算術平均を第１層のチタン含有率とする。
【0064】
同一の切削工具で測定する限り、測定点を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
【0065】
≪第１層の炭素鋼Ｓ５０に対する摩擦係数≫
第１層の２５℃における炭素鋼Ｓ５０Ｃに対する摩擦係数は、０．５０以下であることが好ましい。これによると、第１層は表面潤滑性が優れる。よって、切削工具への被削材の溶着が抑制され、該溶着に起因する摩耗（クレータ摩耗）の発生が抑制され、工具寿命が向上する。
第１層の２５℃における炭素鋼Ｓ５０Ｃに対する摩擦係数は、０．５０以下であることが好ましい。これによると、第１層は表面潤滑性が優れる。よって、切削工具への被削材の溶着が抑制され、該溶着に起因する摩耗（クレータ摩耗）の発生が抑制され、工具寿命が向上する。
【0066】
上記摩擦係数の上限は、０．５０以下が好ましく、０．４５以下がより好ましく、０．４０以下が更に好ましい。上記摩擦係数の下限は特に制限されないが、例えば、０．１０以上とすることができる。上記摩擦係数は、０．１０以上０．５０以下が好ましく、０．１０以上０．４５以下がより好ましく、０．１０以上０．４０以下が更に好ましい。上記摩擦係数は、動摩擦係数を意味する。
【0067】
上記摩擦係数は以下の手順で測定される。まず、第１層の表面をアセトンで洗浄する。第１層の上に他の層が形成されている場合は、平行研磨およびラップ加工により他の層を除去して第１層を露出させ、該第１層の表面をアセトンで洗浄する。
【0068】
洗浄後の第１層の表面において、アントンパール（Ａｎｔｏｎ Ｐａａｒ）社製の高温トライボメータ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｔｒｉｂｏｍｅｔｅｒ）を用いてボールオンディスク法による摩擦係数試験を行い、摩擦係数を測定する。摩擦係数試験は、以下の条件で行われる。
【0069】
摩擦係数試験条件
板状試験片：上記で準備した第１層を含む試験片
球形試験片（相手材）：φ６ｍｍ 炭素鋼Ｓ５０Ｃボール
荷重：１Ｎ
摺動速度：５．２ｍ／ｍｉｎ
温度：２５℃
摺動時間：５分間
摩擦係数の測定値は、上記高温トライボメータ上に表示される。
板状試験片：上記で準備した第１層を含む試験片
球形試験片（相手材）：φ６ｍｍ 炭素鋼Ｓ５０Ｃボール
荷重：１Ｎ
摺動速度：５．２ｍ／ｍｉｎ
温度：２５℃
摺動時間：５分間
摩擦係数の測定値は、上記高温トライボメータ上に表示される。
【0070】
同一の切削工具で測定する限り、測定点を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。上記の摩擦係数試験は、相手材として炭素鋼Ｓ５０Ｃを用いているが、ステンレス鋼、ＳＳ４００等の炭素鋼Ｓ５０Ｃ以外の素材からなる球形試験片を用いて上記の摩擦係数試験を行った場合においても、本実施形態の第１層の摩擦係数は小さいことが確認されている。
【0071】
≪第１層のナノインデンテーション硬さ≫
第１層の２５℃におけるナノインデンテーション硬さＨは２５ＧＰａ以上が好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。該ナノインデンテーション硬さＨの下限は、２５ＧＰａ以上が好ましく、２８ＧＰａ以上がより好ましく、３０ＧＰａ以上が更に好ましい。該ナノインデンテーション硬さＨの上限は、特に制限されないが、製造上の観点から、５５ＧＰａ以下とすることができる。第１層の２５℃におけるナノインデンテーション硬さＨは２５ＧＰａ以上５５ＧＰａ以下が好ましく、２８ＧＰａ以上５５ＧＰａ以下がより好ましく、３０ＧＰａ以上５５ＧＰａ以下が更に好ましい。
第１層の２５℃におけるナノインデンテーション硬さＨは２５ＧＰａ以上が好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。該ナノインデンテーション硬さＨの下限は、２５ＧＰａ以上が好ましく、２８ＧＰａ以上がより好ましく、３０ＧＰａ以上が更に好ましい。該ナノインデンテーション硬さＨの上限は、特に制限されないが、製造上の観点から、５５ＧＰａ以下とすることができる。第１層の２５℃におけるナノインデンテーション硬さＨは２５ＧＰａ以上５５ＧＰａ以下が好ましく、２８ＧＰａ以上５５ＧＰａ以下がより好ましく、３０ＧＰａ以上５５ＧＰａ以下が更に好ましい。
【0072】
上記第１層の２５℃におけるナノインデンテーション硬さＨは、「ＩＳＯ １４５７７－１： ２０１５ Ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ－Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ－」に定められる標準手順に準拠して、ナノインデンテーション法によって測定される。測定機器には、エリオニクス（Ｅｌｉｏｎｉｘ）社製の「ＥＮＴ－１１００ａ」を用いる。圧子の押し込み荷重は１ｇとする。圧子の押し込みは、基材の表面の法線方向に平行な断面に露出した第１層に対して、断面の垂直方向（すなわち、基材の表面に対して平行な方向）に行われる。
【0073】
上記の測定を５個の測定サンプルについて行い、それぞれのサンプルで求められたナノインデンテーション硬さの平均値を、第１層のナノインデンテーション硬さとする。なお、一見して異常値と思われるデータについては、除外するものとする。
【0074】
同一の切削工具で測定する限り、測定点を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
【0075】
［実施形態２：切削工具の製造方法］
実施形態２では、実施形態１の切削工具の製造方法について説明する。該製造方法は、基材を準備する工程と、該基材上に被膜を形成する工程とを含むことができる。各工程の詳細について、以下に説明する。
実施形態２では、実施形態１の切削工具の製造方法について説明する。該製造方法は、基材を準備する工程と、該基材上に被膜を形成する工程とを含むことができる。各工程の詳細について、以下に説明する。
【0076】
《基材を準備する工程》
基材を準備する工程では、基材１０が準備される。基材１０は、実施形態１に記載の基材を用いることができる。
基材を準備する工程では、基材１０が準備される。基材１０は、実施形態１に記載の基材を用いることができる。
【0077】
《被膜を形成する工程》
被膜を形成する工程では、基材１０上に被膜２０を形成する。本実施形態では、物理蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＶＤ）法により、被膜２０を形成することができる。ＰＶＤ法の具体例としては、アークイオンプレーティング（Ａｒｃ Ｉｏｎ Ｐｌａｔｉｎｇ；ＡＩＰ）法、バランスドマグネトロンスパッタリング（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ＢＭＳ）法、およびアンバランスドマグネトロンスパッタリング（Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ＵＢＭＳ）法等が挙げられる。本実施形態では、アークイオンプレーティングを用いることが好ましい。
被膜を形成する工程では、基材１０上に被膜２０を形成する。本実施形態では、物理蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＶＤ）法により、被膜２０を形成することができる。ＰＶＤ法の具体例としては、アークイオンプレーティング（Ａｒｃ Ｉｏｎ Ｐｌａｔｉｎｇ；ＡＩＰ）法、バランスドマグネトロンスパッタリング（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ＢＭＳ）法、およびアンバランスドマグネトロンスパッタリング（Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ＵＢＭＳ）法等が挙げられる。本実施形態では、アークイオンプレーティングを用いることが好ましい。
【0078】
ＡＩＰ法では、ターゲット材を陰極（カソード）としてアーク放電を生起する。これにより、ターゲット材を蒸発、イオン化させる。そして負のバイアス電圧が印加された基材１０の表面にイオンを堆積させる。ＡＩＰ法は、ターゲット材のイオン化率において優れている。
【0079】
ＡＩＰ法で用いられる成膜装置について、図２及び図３を用いて説明する。図２に示されるように、成膜装置２００は、チャンバ２０１を備える。チャンバ２０１には、チャンバ２０１内に原料ガスを導入するためのガス導入口２０２、および、チャンバ２０１内から原料ガスを外部に排出するためのガス排気口２０３が設けられている。ガス排気口２０３は、図示しない真空ポンプに接続されている。チャンバ２０１内の圧力は、ガスの導入量および排出量により調整される。
【0080】
チャンバ２０１内には、回転テーブル２０４が配置されている。回転テーブル２０４には、基材１０を保持するための基材ホルダ２０５が取り付けられている。基材ホルダ２０５は、バイアス電源２０６の負極に接続されている。バイアス電源２０６の正極は、アースされている。
【0081】
図３に示されるように、チャンバ２０１の側壁には、複数のターゲット材２１１，２１２，２１３，２１４が取り付けられている。図２に示されるように各ターゲット材２１１，２１２は、それぞれ直流電源２２１，２２２の負極に接続されている。直流電源２２１，２２２は、可変電源であり、その正極はアースされている。なお図２では、図示されていないが、ターゲット材２１３，２１４についても同様である。以下、具体的な操作を説明する。
【0082】
基材ホルダ２０５に基材１０を保持させる。真空ポンプを用いて、チャンバ２０１内の圧力を、１．０×１０-4Ｐａに調整する。回転テーブル２０４を回転させながら、成膜装置２００に付帯するヒータ（図示せず）により、基材１０の温度を５００℃に調整する。
【0083】
ガス導入口２０２からＡｒガスを導入し、チャンバ２０１内の圧力を３．０Ｐａに調整する。同圧力を維持しながら、バイアス電源２０６の電圧を徐々に変化させ、最終的に－１０００Ｖに調整する。そして、Ａｒイオンによるイオンボンバードメント処理により、基材１０の表面を洗浄する。
【0084】
次に、被膜が第２層２２を含む場合は、基材１０の表面に第２層２２を形成する。例えば、基材１０の表面に、ＴｉＣＮ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮＯ層を形成する。
【0085】
次に、基材１０の表面、または第２層２２の表面に、第１層２１を形成する。ターゲット材としては、Ｔｉ、ＡｌおよびＢを含有する焼結合金を用いる。各ターゲット材を、所定の位置にセットし、ガス導入口２０２から窒素ガスを導入し、回転テーブル２０４を回転させながら、第１層２１を形成する。第１層２１の形成条件は以下の通りである。
【0086】
（第１層の形成条件）
基材温度 ：４００～６５０℃
バイアス電圧：－３０～－４００Ｖ
アーク電流 ：８０～２００Ａ
反応ガス圧 ：５～１０Ｐａ
基材温度 ：４００～６５０℃
バイアス電圧：－３０～－４００Ｖ
アーク電流 ：８０～２００Ａ
反応ガス圧 ：５～１０Ｐａ
【0087】
基材温度、バイアス電圧、アーク電流及び反応ガス圧は、上記の範囲内で一定値とするか、あるいは、上記の範囲内で連続的に値を変化させる。
【0088】
第１単位層及び第２単位層は、以下（Ａ）～（Ｅ）のいずれかの方法を用いて形成することができる。
第１単位層及び第２単位層は、以下（Ａ）～（Ｄ）の方法を適宜組み合わせることにより、形成することができる。
（Ａ）ＡＩＰ法において、組成が互いに異なる複数のターゲット材（焼結合金）を用いる。
（Ｂ）ＡＩＰ法において、成膜中、基材１０に印加されるバイアス電圧を上記の第１層の形成条件に記載のバイアス電圧内（－４００～－３０Ｖ）で変化させる。
（Ｃ）ＡＩＰ法において、ガス流量を変化させる。例えば、第１単位層の形成時のガス流量は５００ｓｃｃｍ～２０００ｓｃｃｍとし、第２単位層の形成時のガス流量は５００ｓｃｃｍ～２０００ｓｃｃｍとすることができる。
（Ｄ）ＡＩＰ法において、基材１０を回転させ、その回転周期を制御する。例えば、回転周期は１ｒｐｍ～５ｒｐｍとすることができる。
第１単位層及び第２単位層は、以下（Ａ）～（Ｄ）の方法を適宜組み合わせることにより、形成することができる。
（Ａ）ＡＩＰ法において、組成が互いに異なる複数のターゲット材（焼結合金）を用いる。
（Ｂ）ＡＩＰ法において、成膜中、基材１０に印加されるバイアス電圧を上記の第１層の形成条件に記載のバイアス電圧内（－４００～－３０Ｖ）で変化させる。
（Ｃ）ＡＩＰ法において、ガス流量を変化させる。例えば、第１単位層の形成時のガス流量は５００ｓｃｃｍ～２０００ｓｃｃｍとし、第２単位層の形成時のガス流量は５００ｓｃｃｍ～２０００ｓｃｃｍとすることができる。
（Ｄ）ＡＩＰ法において、基材１０を回転させ、その回転周期を制御する。例えば、回転周期は１ｒｐｍ～５ｒｐｍとすることができる。
【0089】
次に、被膜が第３層２３を含む場合は、例えば、第１層２１の表面に第３層２３を形成する。例えば、第１層２１の表面に、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層又はＴｉＣＮ層を形成する。
【0090】
以上より、基材１０と、該基材１０上に設けられた被膜２０とを備える切削工具１００を製造することができる。
【0091】
［付記１］
基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を含む切削工具であって、
前記被膜は、第１層を含み、
前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
前記第１単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第２単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第１層の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記第１単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮからなり、
前記第２単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮからなり、
ここで、
０．４９≦ａ≦０．７０、
０．１９≦ｂ≦０．４０、
０．１０＜ｃ≦０．２０、
ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、
０．３９≦ｄ≦０．６０、
０．２９≦ｅ≦０．５０、
０．１０＜ｆ≦０．２０、
ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．００、
０．０５≦ａ－ｄ≦０．２０、及び、
０．０５≦ｅ－ｂ≦０．２０を満たし、
前記第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率は、４５％以上である、切削工具。
基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を含む切削工具であって、
前記被膜は、第１層を含み、
前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
前記第１単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第２単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第１層の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記第１単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮからなり、
前記第２単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮからなり、
ここで、
０．４９≦ａ≦０．７０、
０．１９≦ｂ≦０．４０、
０．１０＜ｃ≦０．２０、
ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、
０．３９≦ｄ≦０．６０、
０．２９≦ｅ≦０．５０、
０．１０＜ｆ≦０．２０、
ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．００、
０．０５≦ａ－ｄ≦０．２０、及び、
０．０５≦ｅ－ｂ≦０．２０を満たし、
前記第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率は、４５％以上である、切削工具。
【0092】
［付記２］
前記第１層の２５℃における炭素鋼Ｓ５０Ｃに対する摩擦係数は、０．５０以下である、付記１に記載の切削工具。
前記第１層の２５℃における炭素鋼Ｓ５０Ｃに対する摩擦係数は、０．５０以下である、付記１に記載の切削工具。
【0093】
［付記３］
前記第１層の２５℃におけるナノインデンテーション硬さＨは２５ＧＰａ以上である、付記１または付記２に記載の切削工具。
前記第１層の２５℃におけるナノインデンテーション硬さＨは２５ＧＰａ以上である、付記１または付記２に記載の切削工具。
【実施例】
【0094】
本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
【0095】
＜切削工具の作製＞
以下のようにして、切削工具を作製し、工具寿命を評価した。
以下のようにして、切削工具を作製し、工具寿命を評価した。
【0096】
≪試料１～試料１６、試料１－１～試料１－１２≫
基材として、超硬合金からなる切削チップ（型番：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ（住友電工ハードメタル社製））を準備した。該超硬合金は、ＷＣ粒子（９０質量％）、およびＣｏ（１０質量％）を含む。ＷＣ粒子の平均粒径は２μｍである。
基材として、超硬合金からなる切削チップ（型番：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ（住友電工ハードメタル社製））を準備した。該超硬合金は、ＷＣ粒子（９０質量％）、およびＣｏ（１０質量％）を含む。ＷＣ粒子の平均粒径は２μｍである。
【0097】
上記基材上に、図２及び図３に示される構成を有する成膜装置２００を用いて被膜を形成した。まず、基材に対してＡｒイオンによるイオンボンバードメント処理により、基材１０の表面を洗浄した。イオンボンバーメント処理の具体的な条件は、実施形態２に記載の通りである。
【0098】
次に、ターゲット材として、表１及び表２の「ターゲット材組成」欄の「第１単位層」及び「第２単位層」欄に記載の組成を有する焼結合金を準備した。例えば、試料１では、第１単位層形成用のターゲット材として、原子数の比が「Ｔｉ：Ａｌ：Ｂ＝０．４５：０．４０：０．１５」である焼結合金、及び、第２単位層形成用のターゲット材として、原子数の比が「Ｔｉ：Ａｌ：Ｂ＝０．３５：０．５０：０．１５」である焼結合金を準備した。
【0099】
ターゲット材を、成膜装置の所定の位置にセットした。ガス導入口から窒素ガスを導入し、回転テーブルを回転させながら、第１層を形成した。各試料の第１層の形成条件（基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス圧）は表１及び表２に示される通りである。回転テーブルの回転数は、第１単位層及び第２単位層の膜厚に応じて調整した。
【0100】
【表1】
【0101】
【表2】
【0102】
＜評価＞
≪被膜の構成≫
各試料の被膜について、第１単位層及び第２単位層の組成、第１単位層の厚さ及び積層数、第２単位層の厚さ及び積層数、第１層の厚さ及び積層数、第１層におけるチタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率（表１において「Ｔｉ含有率」と示す。）、第１層の炭素鋼Ｓ５０に対する摩擦係数、第１層のナノインデンテーション硬さＨ（表１において「硬さＨ」と示す。）を測定した。各項目の測定方法は実施形態１に記載の通りである。結果を表３及び表４に示す。
≪被膜の構成≫
各試料の被膜について、第１単位層及び第２単位層の組成、第１単位層の厚さ及び積層数、第２単位層の厚さ及び積層数、第１層の厚さ及び積層数、第１層におけるチタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率（表１において「Ｔｉ含有率」と示す。）、第１層の炭素鋼Ｓ５０に対する摩擦係数、第１層のナノインデンテーション硬さＨ（表１において「硬さＨ」と示す。）を測定した。各項目の測定方法は実施形態１に記載の通りである。結果を表３及び表４に示す。
【0103】
【表3】
【0104】
【表4】
【0105】
≪切削試験≫
各試料の切削工具を用いて以下の条件で切削試験を行い、クレータ摩耗の幅が０．３ｍｍ以上となるまでの切削時間（分）を測定した。該切削時間が長いほど、切削工具はクレータ摩耗が生じ難く、工具寿命が長いと判断される。結果を表３及び表４の「切削試験」欄に示す。
各試料の切削工具を用いて以下の条件で切削試験を行い、クレータ摩耗の幅が０．３ｍｍ以上となるまでの切削時間（分）を測定した。該切削時間が長いほど、切削工具はクレータ摩耗が生じ難く、工具寿命が長いと判断される。結果を表３及び表４の「切削試験」欄に示す。
【0106】
（切削条件）
被削材：ステンレス鋼
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み量：１．０ｍｍ
湿式
上記の切削条件は、ステンレス鋼の旋削加工に該当する。
被削材：ステンレス鋼
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み量：１．０ｍｍ
湿式
上記の切削条件は、ステンレス鋼の旋削加工に該当する。
【0107】
＜考察＞
試料１～試料１６の切削工具は実施例に該当する。試料１－１～試料１－１２の切削工具は比較例に該当する。試料１～試料１６の切削工具（実施例）は、試料１－１～試料１－１２（比較例）の切削工具より、長い工具寿命を有することが確認された。
試料１～試料１６の切削工具は実施例に該当する。試料１－１～試料１－１２の切削工具は比較例に該当する。試料１～試料１６の切削工具（実施例）は、試料１－１～試料１－１２（比較例）の切削工具より、長い工具寿命を有することが確認された。
【0108】
以上のように本開示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たり、様々に変形したりすることも当初から予定している。
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。本開示の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく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。
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。本開示の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく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。
【符号の説明】
【0109】
１ 第１単位層、２ 第２単位層、１０ 基材、２０ 被膜、２１ 第１層、２２ 第２層、２３ 第３層、１００ 切削工具、２００ 成膜装置、２０１ チャンバ、２０２ ガス導入口、２０３ ガス排気口、２０４ 回転テーブル、２０５ 基材ホルダ、２０６ バイアス電源、２１１，２１２，２１３，２１４ ターゲット材、２２１，２２２ 直流電源
【要約】
基材と、前記基材上に設けられた被膜と、を含む切削工具であって、前記被膜は、第１層を含み、前記第１層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された多層構造からなり、前記第１単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記第２単位層の厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記第１層の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、前記第１単位層は、ＴｉａＡｌｂＢｃＮからなり、前記第２単位層は、ＴｉｄＡｌｅＢｆＮからなり、ここで、０．４９≦ａ≦０．７０、０．１９≦ｂ≦０．４０、０．１０＜ｃ≦０．２０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１．００、０．３９≦ｄ≦０．６０、０．２９≦ｅ≦０．５０、０．１０＜ｆ≦０．２０、ｄ＋ｅ＋ｆ＝１．００、０．０５≦ａ－ｄ≦０．２０、及び、０．０５≦ｅ－ｂ≦０．２０を満たし、前記第１層において、チタン、アルミニウム及び硼素の原子数の合計に対するチタンの原子数の百分率は、４５％以上である。
【図1】
【図2】
【図3】