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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】2023-12-25
(45)【発行日】2024-01-09
(54)【発明の名称】切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20231226BHJP
B23C 5/16 20060101ALI20231226BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20231226BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
B23C5/16
C23C14/06 A
C23C14/06 P
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2023521142
(86)(22)【出願日】2022-10-14
(86)【国際出願番号】 JP2022038391
【審査請求日】2023-10-23
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(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】福井 治世
(72)【発明者】
【氏名】月原 望
(72)【発明者】
【氏名】パサート アノンサック
(72)【発明者】
【氏名】田畑 敏広
【審査官】山本 忠博
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－２６９９８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０２２０２３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ ２７／１４，５１／００；
Ｂ２３Ｃ ５／１６；
Ｂ２３Ｐ １５／２８；
Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８，１６／００－１６／５６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、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交互層からなり、
前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
前記第２単位層は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、
前記ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、
前記ａおよび前記ｃは、ａ＞ｃの関係を満たし、
前記第１単位層と、前記第１単位層に隣接する前記第２単位層とにおいて、前記第２単位層の厚みλ２に対する、前記第１単位層の厚みλ１の比λ１／λ２は、１．１以上５．０以下である、切削工具。
【請求項2】
前記第１単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、前記第２単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項3】
前記被膜は、前記基材と、前記第１層との間に配置される第２層を更に含み、前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成または前記第２単位層の組成と同一である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
【請求項4】
前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成と同一であり、前記第２層の厚みは、前記第１単位層の厚みより厚い、請求項３に記載の切削工具。
【請求項5】
前記第２層の組成は、前記第２単位層の組成と同一であり、前記第２層の厚みは、前記第２単位層の厚みより厚い、請求項３に記載の切削工具。
【請求項6】
前記被膜は、前記第１層の前記基材と反対側に設けられる第３層を更に含み、前記第３層は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなる、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
【請求項7】
基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、前記被膜は、第１Ａ層を含み、
前記第１Ａ層は、第１単位層と第３単位層とが交互に積層された交互層からなり、
前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
前記第３単位層は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなり、
前記Ｍは、珪素または硼素であり、
前記ｄは、０．３０以上０．７５以下であり、
前記ｅは、０超０．０５以下であり、
前記ａおよび前記ｄは、ａ＞ｄの関係を満たす、切削工具。
【請求項8】
前記第１単位層と、前記第１単位層に隣接する前記第３単位層とにおいて、前記第３単位層の厚みλ３に対する、前記第１単位層の厚みλ１の比λ１／λ３は、１．０以上５．０以下である、請求項７に記載の切削工具。
【請求項9】
前記Ｍは、珪素である、請求項７または請求項８に記載の切削工具。
【請求項10】
前記Ｍは、硼素である、請求項７または請求項８に記載の切削工具。
【請求項11】
前記第１単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、前記第３単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下である、請求項７または請求項８に記載の切削工具。
【請求項12】
前記被膜は、前記基材と、前記第１Ａ層との間に配置される第２層を更に含み、前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成または前記第３単位層の組成と同一である、請求項７または請求項８に記載の切削工具。
【請求項13】
前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成と同一であり、前記第２層の厚みは、前記第１単位層の厚みより厚い、請求項１２に記載の切削工具。
【請求項14】
前記第２層の組成は、前記第３単位層の組成と同一であり、前記第２層の厚みは、前記第３単位層の厚みより厚い、請求項１２に記載の切削工具。
【請求項15】
前記被膜は、前記第１Ａ層の前記基材と反対側に設けられる第３層を更に含み、前記第３層は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなる、請求項７または請求項８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】
従来から、基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える切削工具が、切削加工に用いられている（特許文献１および特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－６４８４５号公報
【文献】特開平９－３００１０５号公報
【発明の概要】
【0004】
本開示の一態様に係る切削工具は、
基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
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交互層からなり、
前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
前記第２単位層は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、
前記ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、
前記ａおよび前記ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす、切削工具である。
基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
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交互層からなり、
前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
前記第２単位層は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、
前記ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、
前記ａおよび前記ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす、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］
切削加工は、ものづくり技術の中でも中心的な役割を担っており、常に技術の進化と、さらなる高度化が求められ続けている。切削加工技術においては、基本的に高速・高能率化および高精度化が求められてきている。最近の動向として被削材の難削化があり、その対応も求められている。加えて、切削加工の現場において、２０３０年までに持続可能でより良い世界を実現するため、ＳＤＧｓ（Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｇｏａｌｓ：持続可能な開発目標）への注目度が近年ますます高まっている。持続可能な開発とは、将来の世代が必要とする資源を損なわず、自然の脅威にも耐えられるような社会基盤の構築を意味する。切削加工技術の向上により、工程の削減による製品製造時の省電力化、および、切削加工に伴う廃棄物の削減等、環境負荷低減が期待される。切削工具においては、工具の長寿命化のために、高温硬度が高く、硬度と靭性とを兼ね備えたコーティング工具材種の開発が指向されてきた。
切削加工は、ものづくり技術の中でも中心的な役割を担っており、常に技術の進化と、さらなる高度化が求められ続けている。切削加工技術においては、基本的に高速・高能率化および高精度化が求められてきている。最近の動向として被削材の難削化があり、その対応も求められている。加えて、切削加工の現場において、２０３０年までに持続可能でより良い世界を実現するため、ＳＤＧｓ（Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｇｏａｌｓ：持続可能な開発目標）への注目度が近年ますます高まっている。持続可能な開発とは、将来の世代が必要とする資源を損なわず、自然の脅威にも耐えられるような社会基盤の構築を意味する。切削加工技術の向上により、工程の削減による製品製造時の省電力化、および、切削加工に伴う廃棄物の削減等、環境負荷低減が期待される。切削工具においては、工具の長寿命化のために、高温硬度が高く、硬度と靭性とを兼ね備えたコーティング工具材種の開発が指向されてきた。
【0007】
従来、コーティング工具材種として、ＴｉおよびＡｌを主成分とした窒化物や炭窒化物被膜が基材表面上に被覆されてきた（特許文献１および特許文献２）。しかしながら、ＳＤＧｓおよび地球環境保全の観点から、切削油剤を用いないドライ加工が求められていること、加工能率の向上のために切削速度がより高速になってきていること、および、被削材が多様化しており特に航空機や医療の分野では難削材と呼ばれる耐熱合金やチタン合金等の切削が増えていること、等の理由から、切削時の切削工具の刃先温度が高温になる傾向にある。刃先温度が高温になると、切削工具の寿命が極端に短くなってしまう。従って、このような過酷な切削条件下においても、優れた工具寿命を示すことのできる切削工具が求められている。
【0008】
［本開示の効果］
本開示によれば、特に刃先温度が高い条件下で実行される切削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能となる。
本開示によれば、特に刃先温度が高い条件下で実行される切削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能となる。
【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）本開示の一態様に係る切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
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交互層からなり、
前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
前記第２単位層は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、
前記ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、
前記ａおよび前記ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす、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）本開示の一態様に係る切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
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交互層からなり、
前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
前記第２単位層は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、
前記ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、
前記ａおよび前記ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす、切削工具である。
【0010】
本開示によれば、特に刃先温度が高い条件下で実行される切削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能となる。
【0011】
（２）上記（１）において、前記第１単位層と、前記第１単位層に隣接する前記第２単位層とにおいて、前記第２単位層の厚みλ２に対する、前記第１単位層の厚みλ１の比λ１／λ２は、１．０以上５．０以下であってもよい。これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0012】
（３）上記（１）または（２）において、前記第１単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、
前記第２単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
前記第２単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0013】
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記被膜は、前記基材と、前記第１層との間に配置される第２層を更に含み、
前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成または前記第２単位層の組成と同一であってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成または前記第２単位層の組成と同一であってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0014】
（５）上記（４）において、前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成と同一であり、
前記第２層の厚みは、前記第１単位層の厚みより厚くてもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
前記第２層の厚みは、前記第１単位層の厚みより厚くてもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0015】
（６）上記（４）において、前記第２層の組成は、前記第２単位層の組成と同一であり、
前記第２層の厚みは、前記第２単位層の厚みより厚くてもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
前記第２層の厚みは、前記第２単位層の厚みより厚くてもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0016】
（７）上記（１）から（６）において、前記被膜は、前記第１層の前記基材と反対側に設けられる第３層を更に含み、
前記第３層は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
前記第３層は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0017】
（８）本開示の他の一態様に係る切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
前記被膜は、第１Ａ層を含み、
前記第１Ａ層は、第１単位層と第３単位層とが交互に積層された交互層からなり、
前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
前記第３単位層は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなり、
前記Ｍは、珪素または硼素であり、
前記ｄは、０．３０以上０．７５以下であり、
前記ｅは、０超０．０５以下であり、
前記ａおよび前記ｄは、ａ＞ｄの関係を満たす、切削工具である。
前記被膜は、第１Ａ層を含み、
前記第１Ａ層は、第１単位層と第３単位層とが交互に積層された交互層からなり、
前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
前記第３単位層は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなり、
前記Ｍは、珪素または硼素であり、
前記ｄは、０．３０以上０．７５以下であり、
前記ｅは、０超０．０５以下であり、
前記ａおよび前記ｄは、ａ＞ｄの関係を満たす、切削工具である。
【0018】
本開示によれば、特に刃先温度が高い条件下で実行される切削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能となる。
【0019】
（９）上記（８）において、前記第１単位層と、前記第１単位層に隣接する前記第３単位層とにおいて、前記第３単位層の厚みλ３に対する、前記第１単位層の厚みλ１の比λ１／λ３は、１．０以上５．０以下であってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0020】
（１０）上記（８）または（９）において、前記Ｍは、珪素であってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0021】
（１１）上記（８）または（９）において、前記Ｍは、硼素であってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0022】
（１２）上記（８）から（１１）のいずれかにおいて、前記第１単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、
前記第３単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
前記第３単位層の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0023】
（１３）上記（８）から（１２）のいずれかにおいて、前記被膜は、前記基材と、前記第１Ａ層との間に配置される第２層を更に含み、
前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成または前記第３単位層の組成と同一であってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成または前記第３単位層の組成と同一であってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0024】
（１４）上記（１３）において、前記第２層の組成は、前記第１単位層の組成と同一であり、
前記第２層の厚みは、前記第１単位層の厚みより厚くてもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
前記第２層の厚みは、前記第１単位層の厚みより厚くてもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0025】
（１５）上記（１３）において、前記第２層の組成は、前記第３単位層の組成と同一であり、
前記第２層の厚みは、前記第３単位層の厚みより厚くてもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
前記第２層の厚みは、前記第３単位層の厚みより厚くてもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0026】
（１６）上記（８）から（１５）のいずれかにおいて、前記被膜は、前記第１Ａ層の前記基材と反対側に設けられる第３層を更に含み、
前記第３層は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
前記第３層は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなってもよい。
これによると、切削工具はより長い工具寿命を有することができる。
【0027】
［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、深さ等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、深さ等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。
【0028】
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。
【0029】
本開示において化合物等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「ＡｌＣｒＣｅＮ」と記載されている場合、ＡｌＣｒＣｅＮを構成する原子数の比には、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。
【0030】
本開示において、数値範囲の下限および上限として、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。
【0031】
［実施形態１：切削工具（１）］
本開示の一実施形態に係る切削工具について、図１～図５を用いて説明する。
本開示の一実施形態（以下、「実施形態１」とも記す。）に係る切削工具１は、
基材２と、該基材２上に配置された被膜３と、を備える切削工具１であって、
該被膜３は、第１層１３を含み、
該第１層１３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなり、
該第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
該ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
該ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
該第２単位層１５は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、
該ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、
該ａおよび該ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす、切削工具１である。
本開示の一実施形態に係る切削工具について、図１～図５を用いて説明する。
本開示の一実施形態（以下、「実施形態１」とも記す。）に係る切削工具１は、
基材２と、該基材２上に配置された被膜３と、を備える切削工具１であって、
該被膜３は、第１層１３を含み、
該第１層１３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなり、
該第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
該ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
該ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
該第２単位層１５は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、
該ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、
該ａおよび該ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす、切削工具１である。
【0032】
実施形態１の切削工具１は、特に刃先温度が高い条件下で実行される切削加工においても、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。
【0033】
（ａ１）第１単位層１２はＡｌ、ＣｒおよびＣｅを含む窒化物からなる。Ａｌは酸化されやすいため、第１単位層１２の被膜３の表面側にＡｌ２Ｏ３からなる緻密な酸化物層が形成されやすい。さらに、ＣｅはＡｌより酸化物の標準生成エネルギーが小さいため、Ａｌよりも酸化されやすく、第１単位層１２の被膜３の表面側にＣｅＯ２からなる緻密な酸化物層が形成されやすい。これらの酸化物層により、被膜３の耐酸化性が向上し、被削材との反応性が抑制でき、被削材との摩擦係数が低減できる。よって、該被膜３を含む切削工具１は、ドライ加工や難削材の加工といった刃先温度が上がりやすい過酷な加工条件下において、長寿命を達成することができる。
【0034】
（ｂ１）ＣｅＮの格子定数は５．０１Åであり、ＣｒＮの格子定数４．１５ÅおよびＡｌＮの格子定数４．１２Åに比べて大きい。このため、Ｃｅが添加され立方晶化したＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなる第１単位層１２にはひずみが導入され、第１単位層１２の硬度および耐摩耗性が向上し、第１単位層１２を含む切削工具１の寿命がより長くなる。
【0035】
（ｃ１）Ａｌ、ＣｒおよびＣｅを含む窒化物からなる層（以下、「ＡｌＣｒＣｅＮ層」とも記す。）と、ＡｌおよびＴｉを含む窒化物からなる層（以下、「ＡｌＴｉＮ層」とも記す。）とを比べた場合、ＡｌＣｒＣｅＮ層は高温でスピノーダル分解が生じにくい。スピノーダル分解が起こると、軟質の六方晶ＡｌＮが析出し硬度低下が生じる。ＡｌＣｒＣｅＮ層は高温でも硬度低下が抑制され、圧縮残留応力が大きく、耐チッピング性に優れる特性を有する。ＡｌＴｉＮ層は圧縮残留応力が小さく、熱遮断性が高い特性を有する。第１層１３は、ＡｌＣｒＣｅＮ層からなる第１単位層１２と、ＡｌＴｉＮ層からなる第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなるため、第１単位層１２の硬度が高い特性と第２単位層１５の高い熱遮断性の特性とを有することができる。第２単位層１５の圧縮残留応力が小さいという特性は、第１単位層１２の大きな圧縮残留応力によって補完される。従って、第１層１３全体としては、硬度、熱遮断性および圧縮残留応力がバランス良く向上し、該第１層１３を含む切削工具１の寿命がより長くなる。
【0036】
（ｄ１）第１層１３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなる。第１単位層１２と第２単位層１５との界面では組成および結晶格子が不連続となっている。よって、切削時に被膜３の表面からクラックが発生した場合、該界面においてクラックの進展を抑制することができる。従って、チッピングや欠損が抑制され、切削工具１の寿命がより長くなる。
【0037】
（ｅ１）第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、第２単位層１５は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、ａおよびｃは、ａ＞ｃの関係を満たす。第１単位層１２は、第２単位層１５に比してＡｌの含有量を高くし易い傾向がある。第１単位層１２におけるＡｌの含有量を高くすることで、第１層１３全体に含まれるＡｌの含有量を多くすることができる。その結果として、第１層１３の熱遮断性および耐酸化性を向上することができ、該第１層１３を含む切削工具１の寿命がより長くなる。
【0038】
＜切削工具＞
図１および図２に示されるように、本発明の一実施の形態に係る切削工具１は、基材２と、基材２上に配置された被膜３と、を備える。被膜３は、基材２の全面を被覆してもよい。また、基材２の一部が被膜３で被覆されていなかったり、被膜３の構成が部分的に異なっていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。被膜３は、基材２の少なくとも切削に関与する部分を被覆してもよい。本明細書において、基材２の切削に関与する部分とは、基材２の大きさや形状にもよるが、基材２において、その刃先稜線と、該刃先稜線から基材２側へ、該刃先稜線の接線の垂線に沿う距離が、例えば、５ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍのいずれかである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。
図１および図２に示されるように、本発明の一実施の形態に係る切削工具１は、基材２と、基材２上に配置された被膜３と、を備える。被膜３は、基材２の全面を被覆してもよい。また、基材２の一部が被膜３で被覆されていなかったり、被膜３の構成が部分的に異なっていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。被膜３は、基材２の少なくとも切削に関与する部分を被覆してもよい。本明細書において、基材２の切削に関与する部分とは、基材２の大きさや形状にもよるが、基材２において、その刃先稜線と、該刃先稜線から基材２側へ、該刃先稜線の接線の垂線に沿う距離が、例えば、５ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍのいずれかである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。
【0039】
本実施形態の切削工具１は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等の切削工具１として好適に使用することができる。
【0040】
＜基材＞
基材２としては、従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、基材２は、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣおよびＣｏを含む超硬合金、ＷＣおよびＣｏにＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかからなってもよい。
基材２としては、従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、基材２は、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣおよびＣｏを含む超硬合金、ＷＣおよびＣｏにＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかからなってもよい。
【0041】
基材２は、特にＷＣ基超硬合金またはサーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）であってもよい。ＷＣ基超硬合金またはサーメットは、特に高温における硬度と強度とのバランスに優れるため、切削工具１の基材２として用いた場合に、切削工具１の長寿命化に寄与することができる。
【0042】
＜被膜＞
実施形態１の被膜３は、第１層１３を含む。被膜３は、基材２を被覆することにより、切削工具１の耐摩耗性や耐チッピング性等の諸特性を向上させ、切削工具１の長寿命化をもたらす作用を有する。なお、被膜３は、第１層１３に加えて、他の層を含むことができる。他の層としては、図３および図４に示されるように、基材２と、第１層１３との間に配置される第２層１６、および、第１層１３の基材２と反対側に設けられる第３層１４等が挙げられる。
実施形態１の被膜３は、第１層１３を含む。被膜３は、基材２を被覆することにより、切削工具１の耐摩耗性や耐チッピング性等の諸特性を向上させ、切削工具１の長寿命化をもたらす作用を有する。なお、被膜３は、第１層１３に加えて、他の層を含むことができる。他の層としては、図３および図４に示されるように、基材２と、第１層１３との間に配置される第２層１６、および、第１層１３の基材２と反対側に設けられる第３層１４等が挙げられる。
【0043】
被膜３は、全体の厚みが０．５μｍ以上１５μｍ以下であってもよい。被膜３の全体の厚みが０．５μｍ以上であると、被膜３を設けることによる切削工具１の寿命を長くするという効果を得やすくなる。一方、被膜３の全体の厚みが１５μｍ以下であると、切削初期において被膜３でのチッピングが生じにくく、切削工具１の寿命を長くすることができる。被膜３の全体の厚みは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて被膜３の断面を観察することにより測定することができる。具体的な測定方法は以下の通りである。切削工具１を被膜３の法線に沿う方向に切断し、断面サンプルを準備する。断面サンプルをＳＥＭで観察する。観察倍率は５０００～１００００倍とし、測定視野を１００～５００μｍ２とする。１視野において、被膜３の３箇所の厚み幅を測定し、３箇所の厚み幅の平均値を算出する。該平均値が、被膜３の厚みに該当する。後述の各層の厚みについても、特に記載のない限り同様の方法で測定される。
【0044】
被膜３の圧縮残留応力は、絶対値が６ＧＰａ以下であってもよい。被膜３の圧縮残留応力とは、被膜３全体に存する内部応力（固有ひずみ）の一種であって、「－」（マイナス）の数値（単位：本実施形態では「ＧＰａ」を使う）で表される応力をいう。このため、圧縮残留応力が大きいという概念は、数値の絶対値が大きくなることを示し、また、圧縮残留応力が小さいという概念は、数値の絶対値が小さくなることを示す。すなわち、圧縮残留応力の絶対値が６ＧＰａ以下であるとは、被膜３の圧縮残留応力が－６ＧＰａ以上０ＧＰａ以下であることを意味する。
【0045】
被膜３の圧縮残留応力が０ＧＰａ以下であると、被膜３の最表面から発生したクラックの進展を抑制しやすい。一方、圧縮残留応力の絶対値が６ＧＰａ以下であると、応力の大きさが適度であり、切削開始前に、切削工具１のエッジ部から被膜３が剥離することを抑制しやすい。
【0046】
被膜３の圧縮残留応力は、Ｘ線残留応力装置を用いてｓｉｎ２ψ法（「Ｘ線応力測定法」（日本材料学会、１９８１年株式会社養賢堂発行）の５４～６６頁参照）によって測定される。
【0047】
被膜３の結晶構造は、立方晶型であってもよい。被膜３の結晶構造が立方晶型であると、被膜３の硬度が向上する。被膜３中の各層のそれぞれの結晶構造が立方晶型であってもよい。被膜３および被膜３中の各層の結晶構造は、当該分野で公知のＸ線回折装置により解析することができる。
【0048】
被膜３の硬度は、３０ＧＰａ以上５５ＧＰａ以下で効果が高く、３５ＧＰａ以上５０ＧＰａ以下であってもよい。これによると、被膜３は十分な硬度を有する。被膜３全体の硬度の測定は、ナノインデンター法（ＭＴＳ社製Ｎａｎｏ Ｉｎｄｅｎｔｅｒ ＸＰ）により測定される。具体的には、ＩＳＯ１４５７７に準拠した方法で行い、測定荷重は１０ｍＮ（１ｇｆ）とし、被膜３の表面において３箇所の硬度を測定し、３箇所の硬度の平均値を算出する。該平均値が被膜３の硬度に該当する。
【0049】
＜第１層＞
本実施形態の第１層１３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなる。第１層１３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなることは、被膜３の断面を含む薄片サンプルをＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察し、コントラストの差によって確認することができる。
本実施形態の第１層１３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなる。第１層１３は、第１単位層１２と第２単位層１５とが交互に積層された交互層からなることは、被膜３の断面を含む薄片サンプルをＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察し、コントラストの差によって確認することができる。
【0050】
第１単位層１２および第２単位層１５は、いずれが基材２側に最も近い位置に配置されていてもよい。図１では、基材２に最も近い位置である基材２の直上に第１単位層１２が配置されている。図２では、基材２に最も近い位置である基材２の直上に第２単位層１５が配置されている。第１単位層１２および第２単位層１５は、いずれが被膜３の表面側に配置されていてもよい。図１では、被膜３の表面側に第２単位層１５が配置されている。図２では、被膜３の表面側に第１単位層１２が配置されている。
【0051】
第１層１３の厚みは、０．５μｍ以上１５μｍ以下であってもよい。第１層１３の厚みが０．５μｍ以上であると、連続加工において優れた耐摩耗性を発揮することができる。第１層１３の厚みが１５μｍ以下であると、断続切削において優れた耐チッピング性を有することができる。
【0052】
第１層１３の厚みは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、被膜３の断面を観察し、測定することにより測定される。具体的な測定方法は以下の通りである。切削工具１を被膜３の法線に沿う方向に切断し、被膜３の断面を含む薄片サンプルを準備する。薄片サンプルをＴＥＭで観察する。観察倍率は２万～５００倍とし、測定視野を０．００１６～８０μｍ２とする。１視野において、第１層１３の３箇所の厚み幅を測定し、３箇所の厚み幅の平均値を算出する。該平均値が、第１層１３の厚みに該当する。
【0053】
＜第１単位層の組成および第２単位層の組成＞
第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、ａは、０．４００以上０．８００以下であり、ｂは、０．００１以上０．１００以下である。第１単位層１２は、被膜３の耐酸化性および耐摩耗性を向上することができる。ａの下限は、０．４５０以上が効果が高く、０．５００以上がより効果が高く、０．５５０以上が更に効果が高い。ａの上限は、０．７７０以下が効果が高く、０．７５０以下がより効果が高く、０．７００以下が更に効果が高い。ａは、０．４５０以上０．７７０以下が効果が高く、０．５００以上０．７５０以下がより効果が高く、０．５５０以上０．７００以下が更に効果が高い。ｂの下限は、０．００５以上が効果が高く、０．０１０以上がより効果が高く、０．０１５以上が更に効果が高い。ｂの上限は、０．０７０以下が効果が高く、０．０５０以下がより効果が高く、０．０３０以下が更に効果が高い。ｂは、０．００５以上０．０７０以下が効果が高く、０．０１０以上０．０５０以下がより効果が高く、０．０１５以上０．０３０以下が更に効果が高い。
第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、ａは、０．４００以上０．８００以下であり、ｂは、０．００１以上０．１００以下である。第１単位層１２は、被膜３の耐酸化性および耐摩耗性を向上することができる。ａの下限は、０．４５０以上が効果が高く、０．５００以上がより効果が高く、０．５５０以上が更に効果が高い。ａの上限は、０．７７０以下が効果が高く、０．７５０以下がより効果が高く、０．７００以下が更に効果が高い。ａは、０．４５０以上０．７７０以下が効果が高く、０．５００以上０．７５０以下がより効果が高く、０．５５０以上０．７００以下が更に効果が高い。ｂの下限は、０．００５以上が効果が高く、０．０１０以上がより効果が高く、０．０１５以上が更に効果が高い。ｂの上限は、０．０７０以下が効果が高く、０．０５０以下がより効果が高く、０．０３０以下が更に効果が高い。ｂは、０．００５以上０．０７０以下が効果が高く、０．０１０以上０．０５０以下がより効果が高く、０．０１５以上０．０３０以下が更に効果が高い。
【0054】
本開示において、「第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなる」とは、本開示の効果を損なわない限り、第１単位層１２はＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。不可避的不純物としては、例えば、酸素および炭素が挙げられる。第１単位層１２における不可避不純物全体の含有率は、０原子％より大きく、１原子％未満であってもよい。本開示において「原子％」とは、層を構成する原子の総原子数に対する原子数の割合（％）のことを意味する。
【0055】
第２単位層１５は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、ｃは、０．３０以上０．７５以下である。第２単位層１５は、被膜３の耐熱性、耐酸化性および靭性を向上することができる。ｃの下限は、０．４０以上が効果が高く、０．４５以上がより効果が高く、０．５０以上が更に効果が高い。ｃの上限は、０．７０以下が効果が高く、０．６５以下がより効果が高く、０．６０以下が更に効果が高い。ｃは、０．４０以上０．７０以下が効果が高く、０．４５以上０．６５以下がより効果が高く、０．５０以上０．６０以下が更に効果が高い。
【0056】
本開示において、「第２単位層は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなる」とは、本開示の効果を損なわない限り、第２単位層１５はＡｌｃＴｉ１－ｃＮに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。不可避的不純物としては、例えば、酸素および炭素が挙げられる。第２単位層１５における不可避不純物全体の含有率は、０原子％より大きく、１原子％未満であってもよい。
【0057】
上記ａ、上記ｂ、上記ｃおよび第１単位層１２の不可避不純物の含有率および第２単位層１５の不可避不純物の含有率は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、被膜３の断面を元素分析することにより測定される。具体的な測定方法は以下の通りである。切削工具１を被膜３の法線に沿う方向に切断し、被膜３の断面を含む薄片サンプルを準備する。ＴＥＭに付属のＥＤＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて、薄片サンプルに対して電子線を照射し、その際に発生する特性Ｘ線のエネルギーと発生回数を計測し、第１単位層１２および第２単位層１５の元素分析を行う。第１単位層１２および第２単位層１５をそれぞれ５層ずつ任意に選択し、元素分析を行う。５層の第１単位層１２の平均組成を求める。該平均組成が第１単位層１２の組成に該当する。５層の第２単位層１５の平均組成を求める。該平均組成が第２単位層１５の組成に該当する。同一の切削工具１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。
【0058】
上記ａおよび上記ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす。これにより、被膜３の熱遮断性および耐酸化性を向上することができる。
【0059】
本開示では、第１単位層の組成ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮにおいて、Ａｌ、ＣｒおよびＣｅの原子数の合計ＡＭ１に対するＮの原子数ＡＮ１の比ＡＮ１／ＡＭ１は、製造上必然的に０．８～１．２の範囲である。本開示では、第２単位層の組成ＡｌｃＴｉ１－ｃＮにおいて、ＡｌおよびＴｉの原子数の合計ＡＭ２に対するＮの原子数ＡＮ２の比ＡＮ２／ＡＭ２は、製造上必然的に０．８～１．２の範囲である。比ＡＮ１／ＡＭ１および比ＡＮ２／ＡＭ２は、ラザフォード後方散乱（ＲＢＳ）法により測定できる。上記比ＡＮ１／ＡＭ１および比ＡＮ２／ＡＭ２が前記の範囲であれば、本開示の効果が損なわれないことが確認されている。
【0060】
＜第１単位層の平均厚みおよび第２単位層の平均厚み＞
第１単位層１２の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、かつ第２単位層１５の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。これによると、被膜３の表面で発生したクラックの進展を更に抑制することができる。第１単位層１２の平均厚みの下限は、０．００２μｍ以上で効果が高く、０．００５μｍ以上がより効果が高く、０．０１μｍ以上が更に効果が高い。第１単位層１２の平均厚みの上限は、０．２０μｍ以下で効果が高く、０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．１０μｍ以下が更に効果が高い。第１単位層１２の平均厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下が更に効果が高い。第２単位層１５の平均厚みの下限は、０．００２μｍ以上で効果が高く、０．００５μｍ以上がより効果が高く、０．０１μｍ以上が更に効果が高い。第２単位層１５の平均厚みの上限は、０．２０μｍ以下で効果が高く、０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．１０μｍ以下が更に効果が高い。第２単位層１５の平均厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．０１μｍ以上０．１０μｍ以下が更に効果が高い。
第１単位層１２の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、かつ第２単位層１５の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。これによると、被膜３の表面で発生したクラックの進展を更に抑制することができる。第１単位層１２の平均厚みの下限は、０．００２μｍ以上で効果が高く、０．００５μｍ以上がより効果が高く、０．０１μｍ以上が更に効果が高い。第１単位層１２の平均厚みの上限は、０．２０μｍ以下で効果が高く、０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．１０μｍ以下が更に効果が高い。第１単位層１２の平均厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下が更に効果が高い。第２単位層１５の平均厚みの下限は、０．００２μｍ以上で効果が高く、０．００５μｍ以上がより効果が高く、０．０１μｍ以上が更に効果が高い。第２単位層１５の平均厚みの上限は、０．２０μｍ以下で効果が高く、０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．１０μｍ以下が更に効果が高い。第２単位層１５の平均厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．０１μｍ以上０．１０μｍ以下が更に効果が高い。
【0061】
第１単位層１２の平均厚みおよび第２単位層１５の平均厚みは、上記第１層１３の厚みの測定方法と同様の方法により測定することができる。
【0062】
図５に示されるように、第１単位層１２と、該第１単位層１２に隣接する第２単位層１５とにおいて、該第２単位層１５の厚みλ２に対する、該第１単位層１２の厚みλ１の比λ１／λ２は、１．０以上５．０以下であってもよい。第１単位層１２は高い耐酸化性を有していることに加えて、熱伝導率が低く、切削時に発生した熱を基材２に伝えにくい性質を持つ。比λ１／λ２が１．０以上であると、被膜３中の第１単位層１２の割合が相対的に増え、被膜３中のＡｌ量が増えることで切削工具１全体としての熱遮断性が向上する。該被膜３を有する切削工具１は、特に、連続切削時の耐摩耗性が向上する。λ１／λ２が１．０以上であると、被膜３の靱性が向上する傾向にある。一方、λ１／λ２が５．０以下であると、第１単位層１２と第２単位層１５とを積層したことによるクラックの進展の抑制効果が得られやすい傾向にある。λ１／λ２は、１．０以上で効果が高く、１．５以上がより効果が高く、２．０以上が更に効果が高い。λ１／λ２は、５．０以下で効果が高く、４．０以下がより効果が高く、３．０以下が更に効果が高い。λ１／λ２は、１．０以上５．０以下で効果が高く、１．５以上４．０以下がより効果が高く、１．０以上３．０以下が効果が高く、２．０以上３．０以下が更に効果が高い。図５では説明のために、３つの第１単位層１２の厚さをすべてλ１と示し、３つの第２単位層１５の厚さをすべてλ２と示しているが、互いに隣接する第１単位層と第２単位層との間で、上記λ１／λ２の関係を満たす限り、３つの第１単位層１２の厚さλ１が同一である必要はなく、また、３つの第２単位層１５の厚さλ２が同一である必要はない。
【0063】
第１層１３において、第１単位層１２および第２単位層１５のそれぞれの積層数は、１０以上５００以下であってもよい。これによると、第１単位層１２と第２単位層１５とを積層することにより、硬度と圧縮残留応力とをバランス良く向上させるという効果を十分に得ることができる。第１層１３において、第１単位層１２および第２単位層１５のそれぞれの積層数は、１００以上４００以下であることがより効果が高く、２００以上３５０以下であることが更に効果が高い。
【0064】
第１層１３において、第１単位層１２および第２単位層１５のそれぞれの積層数は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて、被膜３の断面の薄片サンプルを、ＴＥＭで観察倍率２万～５００万倍で観察することにより求めることができる。
【0065】
＜第２層＞
図３および図４に示されるように、被膜３は、基材２と、第１層１３との間に配置される第２層１６を更に含み、第２層１６の組成は、第１単位層１２の組成または第２単位層１５の組成と同一であってもよい。これによって、基材２と被膜３との密着性を高めることができる。
図３および図４に示されるように、被膜３は、基材２と、第１層１３との間に配置される第２層１６を更に含み、第２層１６の組成は、第１単位層１２の組成または第２単位層１５の組成と同一であってもよい。これによって、基材２と被膜３との密着性を高めることができる。
【0066】
第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合は、切削初期に基材２が露出したとしても、基材２と被膜３との界面からの酸化を抑制することができる。
【0067】
第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みより厚くてもよい。これによって、基材２と被膜３との密着性をより高めることができる。また、切削初期に基材２が露出したとしても、基材２と被膜３との界面からの酸化を更に抑制することができる。「第２層の厚みは、第１単位層の厚みより厚い」とは、「第２層の厚みは、第１単位層の厚みの１．０倍超である」と言い換えることができる。第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みの２．０倍以上で効果が高く、４．０倍以上がより効果が高く、１０．０倍以上が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みの５００倍以下で効果が高く、１２０倍以下がより効果が高く、５０倍以下が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みの２．０倍以上５００倍以下で効果が高く、４．０倍以上１２０倍以下がより効果が高く、１０．０倍以上５０倍以下が更に効果が高い。
【0068】
第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．１μｍ以上であってもよい。第２層１６の厚みが０．１μｍ未満であると、第２層１６を第１単位層１２と同一の組成とすることによる基材２と被膜３との界面からの酸化の抑制効果を得難い傾向にある。第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．３μｍ以上であることがより効果が高く、０．４μｍ以上であることが更に効果が高い。第２層１６の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、結晶粒が肥大化して粒界が発生することにより、上述の酸化の抑制効果を更に向上し難い傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、第２層１６の厚みは２μｍ以下とすることができる。
【0069】
第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、図３に示されるように、第２層１６の直上に、第１単位層１２が積層されてもよい。また、図４に示されるように、第２層１６の直上に、第２単位層１５が積層されてもよい。第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一であり、かつ該第２層１６の直上に第１単位層１２が積層された場合、第２層１６と第１単位層１２とは連続した結晶構造を有する。
【0070】
第２層１６の組成が第２単位層１５の組成と同一である場合、第２単位層１５は応力が小さい傾向にあることから、特に、負荷が刃先に繰り返しかかるようなフライス加工やエンドミル加工等の断続加工において、被膜３の耐剥離性を向上することができる。
【0071】
第２層１６の組成が第２単位層１５の組成と同一である場合、該第２層１６の厚みは、該第２単位層１５の厚みより厚くてもよい。これによって、特に、負荷が刃先に繰り返しかかるようなフライス加工やエンドミル加工等の断続加工において、被膜３の耐剥離性を更に向上することができる。「第２層の厚みは、第２単位層の厚みより厚い」とは、「第２層の厚みは、第２単位層の厚みの１．０倍超である」と言い換えることができる。第２層１６の厚みは、第２単位層１５の厚みの２．０倍以上で効果が高く、４．０倍以上がより効果が高く、１０．０倍以上が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第２単位層１５の厚みの５００倍以下で効果が高く、１２０倍以下がより効果が高く、５０倍以下が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第２単位層１５の厚みの２．０倍以上５００倍以下で効果が高く、４．０倍以上１２０倍以下がより効果が高く、１０．０倍以上５０倍以下が更に効果が高い。
【0072】
第２層１６の組成が第２単位層１５の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．１μｍ以上で効果が高い。第２層１６の厚みが０．１μｍ未満であると、第２層１６を第２単位層１５と同一の組成とすることによる耐剥離性の向上効果を得難い傾向にある。第２層１６の組成が第２単位層１５の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．３μｍ以上であることがより効果が高く、０．４μｍ以上であることが更に効果が高い。第２層１６の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、上述の耐剥離性の更なる向上が認められない傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、第２層１６の厚みは２μｍ以下で効果が高い。
【0073】
第２層１６の組成が第２単位層１５の組成と同一である場合、図３に示されるように、第２層１６の直上に第１単位層１２が積層されてもよい。また、図４に示されるように、第２層１６の直上に第２単位層１５が積層されてもよい。第２層１６の組成が第２単位層１５の組成と同一である場合で、かつ該第２層１６の直上に第２単位層１５が積層された場合、第２層１６と第２単位層１５とは連続した結晶構造を有する。
【0074】
＜第３層＞
図１～図４に示されるように、被膜３は、第１層１３の基材２と反対側に設けられる第３層１４を更に含み、第３層１４は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなってもよい。これによって、該被膜３の摩擦係数を低下させ、切削工具１の長寿命化を図ることができる。
図１～図４に示されるように、被膜３は、第１層１３の基材２と反対側に設けられる第３層１４を更に含み、第３層１４は、ＡｌＣｒＣｅＣＮからなってもよい。これによって、該被膜３の摩擦係数を低下させ、切削工具１の長寿命化を図ることができる。
【0075】
一般的に、炭窒化物は窒化物よりも被削材に対する摩擦係数が低い傾向にある。このような摩擦係数の低下は、炭素原子の寄与によるものと考えられる。被膜３が第３層１４を含むと、被削材に対する被膜３の摩擦係数が低下して、切削工具１が長寿命化する。
【0076】
第３層１４において、ＮとＣの組成比を調整することにより、所定の色を付与することが可能である。これにより、切削工具１の外観に意匠性および識別性を付与でき、商業上有用となる。
【0077】
第３層１４において、アルミニウム、クロムおよびセリウムの原子数の合計Ｎ１に対する、アルミニウムの原子数Ｎ２の比Ｎ２／Ｎ１は、０．４超０．８以下であってもよい。これによると、切削工具１の工具寿命が更に向上する。
【0078】
第３層１４の厚みは、０．１μｍ以上で効果が高く。第３層１４の厚みが０．１μｍ以上であると、第３層１４による潤滑性の付与効果が得られやすい。一方、第３層１４の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、上述の潤滑性の付与効果を更に向上することができない傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、第３層１４の厚みは２μｍ以下であってもよい。
【0079】
＜中間層＞
被膜３は、第２層１６と第１層１３との間、または第１層１３と第３層１４との間に配置される中間層を含むことができる。中間層としては、例えばＴｉＡｌＣｅＮ、ＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＢＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ等が挙げられる。中間層の厚みは、０．１μｍ以上２μｍ以下、０．３μｍ以上１．５μｍ以下、０．４μｍ以上１．０μｍ以下とすることができる。
被膜３は、第２層１６と第１層１３との間、または第１層１３と第３層１４との間に配置される中間層を含むことができる。中間層としては、例えばＴｉＡｌＣｅＮ、ＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＢＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ等が挙げられる。中間層の厚みは、０．１μｍ以上２μｍ以下、０．３μｍ以上１．５μｍ以下、０．４μｍ以上１．０μｍ以下とすることができる。
【0080】
［実施形態２：切削工具（２）］
本開示の他の一実施形態に係る切削工具について、図６～図１０を用いて説明する。
本開示の他の一実施形態（以下、「実施形態２」とも記す。）に係る切削工具１は、
基材２と、該基材２上に配置された被膜３と、を備える切削工具１であって、
該被膜３は、第１Ａ層１３Ａを含み、
該第１Ａ層１３Ａは、第１単位層１２と第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなり、
該第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
該ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
該ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
該第３単位層１７は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなり、
該Ｍは、珪素または硼素であり、
該ｄは、０．３０以上０．７５以下であり、
該ｅは、０超０．０５以下であり、
該ａおよび該ｄは、ａ＞ｄの関係を満たす、切削工具１である。
本開示の他の一実施形態に係る切削工具について、図６～図１０を用いて説明する。
本開示の他の一実施形態（以下、「実施形態２」とも記す。）に係る切削工具１は、
基材２と、該基材２上に配置された被膜３と、を備える切削工具１であって、
該被膜３は、第１Ａ層１３Ａを含み、
該第１Ａ層１３Ａは、第１単位層１２と第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなり、
該第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、
該ａは、０．４００以上０．８００以下であり、
該ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、
該第３単位層１７は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなり、
該Ｍは、珪素または硼素であり、
該ｄは、０．３０以上０．７５以下であり、
該ｅは、０超０．０５以下であり、
該ａおよび該ｄは、ａ＞ｄの関係を満たす、切削工具１である。
【0081】
実施形態１の切削工具１は、特に刃先温度が高い条件下で実行される切削加工においても、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。
【0082】
（ａ２）第１単位層１２はＡｌ、ＣｒおよびＣｅを含む窒化物からなる。Ａｌは酸化されやすいため、第１単位層１２の被膜３の表面側にＡｌ２Ｏ３からなる緻密な酸化物層が形成されやすい。さらに、ＣｅはＡｌより酸化物の標準生成エネルギーが小さいため、Ａｌよりも酸化されやすく、第１単位層１２の被膜３の表面側にＣｅＯ２からなる緻密な酸化物層が形成されやすい。これらの酸化物層により、被膜３の耐酸化性が向上し、被削材との反応性が抑制でき、被削材との摩擦係数が低減できる。よって、該被膜３を含む切削工具１は、ドライ加工や難削材の加工といった刃先温度が上がりやすい過酷な加工条件下において、長寿命を達成することができる。
【0083】
（ｂ２）ＣｅＮの格子定数は５．０１Åであり、ＣｒＮの格子定数４．１５ÅおよびＡｌＮの格子定数４．１２Åに比べて大きい。このため、Ｃｅが添加され立方晶化したＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなる第１単位層１２にはひずみが導入され、第１単位層１２の硬度および耐摩耗性が向上し、第１単位層１２を含む切削工具１の寿命がより長くなる。
【0084】
（ｃ２）Ａｌ、ＣｒおよびＣｅを含む窒化物からなる層（以下、「ＡｌＣｒＣｅＮ層」とも記す。）と、Ａｌ、ＴｉおよびＭ（Ｍは珪素または硼素）を含む窒化物からなる層（以下、「ＡｌＴｉＭＮ層」とも記す。）とを比べた場合、ＡｌＣｒＣｅＮ層は高温でスピノーダル分解が生じにくい。スピノーダル分解が起こると、軟質の六方晶ＡｌＮが析出し硬度低下が生じる。ＡｌＣｒＣｅＮ層は高温でも硬度低下が抑制され、圧縮残留応力が大きく、耐チッピング性に優れる特性を有する。ＡｌＴｉＭＮ層は圧縮残留応力が小さく、熱遮断性が高い特性を有する。第１Ａ層１３Ａは、ＡｌＣｒＣｅＮ層からなる第１単位層１２と、ＡｌＴｉＭＮ層からなる第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなるため、第１単位層１２の硬度が高い特性と第３単位層１７の高い熱遮断性の特性とを有することができる。第３単位層１７の圧縮残留応力が小さいという特性は、第１単位層１２の大きな圧縮残留応力によって補完される。従って、第１Ａ層１３Ａ全体としては、硬度、熱遮断性および圧縮残留応力がバランス良く向上し、該第１Ａ層１３Ａを含む切削工具１の寿命がより長くなる。
【0085】
（ｄ２）第１Ａ層１３Ａは、第１単位層１２と第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなる。第１単位層１２と第３単位層１７との界面では組成および結晶格子が不連続となっている。よって、切削時に被膜３の表面からクラックが発生した場合、該界面においてクラックの進展を抑制することができる。従って、チッピングや欠損が抑制され、切削工具１の寿命がより長くなる。
【0086】
（ｅ２）第１単位層１２は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、第３単位層１７は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなり、ａおよびｄは、ａ＞ｄの関係を満たす。第１単位層１２は、第３単位層１７に比してＡｌの含有量を高くし易い傾向がある。第１単位層１２におけるＡｌの含有量を高くすることで、第１Ａ層１３Ａ全体に含まれるＡｌの含有量を多くすることができる。その結果として、第１Ａ層１３Ａの熱遮断性および耐酸化性を向上することができ、該第１Ａ層１３Ａを含む切削工具１の寿命がより長くなる。
【0087】
実施形態２の切削工具１は、第１Ａ層１３Ａおよび第２層１６の構成以外は、基本的に実施形態１の切削工具１と同一の構成とすることができる。以下では、「第１Ａ層」と、「第２層」とについて説明する。
【0088】
＜第１Ａ層＞
本実施形態の第１Ａ層１３Ａは、第１単位層１２と第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなる。第１Ａ層１３Ａは、第１単位層１２と第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなることは、被膜３の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察し、コントラストの差によって確認することができる。第１Ａ層１３Ａの厚みは、実施形態１に記載の第１層１３の厚みと同一の構成とすることができる。
本実施形態の第１Ａ層１３Ａは、第１単位層１２と第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなる。第１Ａ層１３Ａは、第１単位層１２と第３単位層１７とが交互に積層された交互層からなることは、被膜３の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察し、コントラストの差によって確認することができる。第１Ａ層１３Ａの厚みは、実施形態１に記載の第１層１３の厚みと同一の構成とすることができる。
【0089】
＜第１単位層の組成および第３単位層の組成＞
実施形態２の第１単位層１２の組成ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮは、実施形態１の第１単位層１２の組成ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮと同一とすることができる。
実施形態２の第１単位層１２の組成ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮは、実施形態１の第１単位層１２の組成ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮと同一とすることができる。
【0090】
第３単位層１７は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなり、該Ｍは、珪素または硼素であり、ｄは、０．３０以上０．７５以下であり、ｅは、０超０．０５以下である。第３単位層１７は優れた硬度と、優れた耐酸化性とを兼備することができる。その理由は以下の通りと推察される。
【0091】
Ｍが硼素である場合、硼素によって第３単位層１７の硬度が高くなり、被膜３全体の硬度が高くなる。また、切削に伴う切削工具１表面の酸化によって形成される硼素の酸化物が、第３単位層１７中のＡｌの酸化物を緻密化し、第３単位層１７の耐酸化性が向上する。さらに、硼素の酸化物は低融点であるため切削時の潤滑剤として作用し、被削材の凝着を抑制できる。
【0092】
Ｍが珪素である場合、第３単位層１７の組織が微細化することによって、第３単位層１７の硬度と、耐酸化性とが向上し、被膜３全体の硬度と、耐酸化性とが向上する。
【0093】
上記ｄは、０．３０以上０．７５以下である。これによって、第３単位層１７の結晶構造が立方晶型となり、第３単位層１７が高硬度化し第３単位層１７の耐摩耗性が向上する。ｄの下限は、０．３５以上で効果が高く、０．４０以上がより効果が高く、０．４５以上が更に効果が高い。ｄの上限は、０．７５以下で効果が高く、０．７０以下がより効果が高く、０．６５以下が更に効果が高い。ｄは、０．３５以上０．７５以下で効果が高く、０．４０以上０．７０以下がより効果が高く、０．４５以上０．６５以下が更に効果が高い。
【0094】
上記ｅは、０超０．０５以下である。これによって、第１層１３の硬度と、第１層１３の耐酸化性とを向上することができる。ｅの下限は、０．００２以上で効果が高く、０．００５以上がより効果が高く、０．０１以上が更に効果が高い。該ｅは、０．０４以下で効果が高く、０．０３以下がより効果が高く、０．０２以下が更に効果が高い。ｅは、０．００２以上０．０５以下で効果が高く、０．００５以上０．０３以下がより効果が高く、０．０１以上０．０２以下が更に効果が高い。
【0095】
本開示において、「第３単位層は、ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮからなる」とは、本開示の効果を損なわない限り、第３単位層１７はＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避的不純物としては、例えば、酸素および炭素等が挙げられる。第３単位層１７における不可避不純物全体の含有量は、０原子％より大きく、１原子％未満であってもよい。
【0096】
上記ｄ、上記ｅおよび第３単位層１７の不可避不純物の含有率は、上記ａの測定方法と同様の方法で求められる。なお、同一の切削工具１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。
【0097】
上記ａおよび上記ｄは、ａ＞ｄの関係を満たす。これによって、被膜３の熱遮断性および耐酸化性を向上することができる。
【0098】
本開示では、第１単位層の組成ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮにおいて、Ａｌ、ＣｒおよびＣｅの原子数の合計ＡＭ１に対するＮの原子数ＡＮ１の比ＡＮ１／ＡＭ１は、製造上必然的に０．８～１．２の範囲である。本開示では、第３単位層の組成ＡｌｄＴｉ１－ｄ－ｅＭｅＮにおいて、Ａｌ、ＴｉおよびＭの原子数の合計ＡＭ３に対するＮの原子数ＡＮ３の比ＡＮ３／ＡＭ３は、製造上必然的に０．８～１．２の範囲である。比ＡＮ１／ＡＭ１および比ＡＮ３／ＡＭ３は、ラザフォード後方散乱（ＲＢＳ）法により測定できる。上記比ＡＮ１／ＡＭ１および比ＡＮ３／ＡＭ３が前記の範囲であれば、本開示の効果が損なわれないことが確認されている。
【0099】
＜第１単位層の平均厚みおよび第３単位層の平均厚み＞
第１単位層１２の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、かつ第３単位層１７の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。これによると、被膜３の表面で発生したクラックの進展を更に抑制することができる。第１単位層１２の平均厚みの下限は、０．００２μｍ以上で効果が高く、０．００５μｍ以上がより効果が高く、０．０１μｍ以上が更に効果が高い。第１単位層１２の平均厚みの上限は、０．２０μｍ以下で効果が高く、０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．１０μｍ以下が更に効果が高い。第１単位層１２の平均厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下が更に効果が高い。第３単位層１７の平均厚みの下限は、０．００２μｍ以上で効果が高く、０．００５μｍ以上がより効果が高く、０．０１μｍ以上が更に効果が高い。第３単位層１７の平均厚みの上限は、０．２０μｍ以下で効果が高く、０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．１０μｍ以下が更に効果が高い。第３単位層１７の平均厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．０１μｍ以上０．１０μｍ以下が更に効果が高い。
第１単位層１２の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であり、かつ第３単位層１７の平均厚みは、０．００２μｍ以上０．２μｍ以下であってもよい。これによると、被膜３の表面で発生したクラックの進展を更に抑制することができる。第１単位層１２の平均厚みの下限は、０．００２μｍ以上で効果が高く、０．００５μｍ以上がより効果が高く、０．０１μｍ以上が更に効果が高い。第１単位層１２の平均厚みの上限は、０．２０μｍ以下で効果が高く、０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．１０μｍ以下が更に効果が高い。第１単位層１２の平均厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．０１μｍ以上０．１μｍ以下が更に効果が高い。第３単位層１７の平均厚みの下限は、０．００２μｍ以上で効果が高く、０．００５μｍ以上がより効果が高く、０．０１μｍ以上が更に効果が高い。第３単位層１７の平均厚みの上限は、０．２０μｍ以下で効果が高く、０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．１０μｍ以下が更に効果が高い。第３単位層１７の平均厚みは、０．００５μｍ以上０．１５μｍ以下がより効果が高く、０．０１μｍ以上０．１０μｍ以下が更に効果が高い。
【0100】
第１単位層１２の平均厚みおよび第３単位層１７の平均厚みは、上記第１層１３の厚みの測定方法と同様の方法により求めることができる。
【0101】
図１０に示されるように、第１単位層１２と、該第１単位層１２に隣接する第３単位層１７とにおいて、第３単位層１７の厚みλ３に対する、第１単位層１２の厚みλ１の比λ１／λ３は、１．０以上５．０以下であってもよい。第１単位層１２は高い耐酸化性を有していることに加えて、熱伝導率が低く、切削時に発生した熱を基材２に伝えにくい性質を持つ。比λ１／λ３が１．０以上であると、被膜３中の第１単位層１２の割合が相対的に増え、被膜３中のＡｌ量が増えることで切削工具１全体としての熱遮断性が向上する。該被膜３を有する切削工具１は、特に、連続切削時の耐摩耗性が向上する。λ１／λ３が１．０以上であると、被膜３の靱性が向上する傾向にある。一方、λ１／λ３が５．０以下であると、第１単位層１２と第３単位層１７とを積層したことによるクラックの進展の抑制効果が得られやすい傾向にある。λ１／λ３は、１．０以上で効果が高く、１．５以上がより効果が高く、２．０以上が更に効果が高い。λ１／λ３は、５．０以下で効果が高く、４．０以下がより効果が高く、３．０以下が更に効果が高い。λ１／λ３は、１．０以上５．０以下で効果が高く、１．５以上４．０以下がより効果が高く、１．０以上３．０以下で効果が高く、２．０以上３．０以下が更に効果が高い。図１０では説明のために、３つの第１単位層１２の厚さをすべてλ１と示し、３つの第３単位層１７の厚さをすべてλ３と示しているが、互いに隣接する第１単位層と第３単位層との間で、上記λ１／λ３の関係を満たす限り、３つの第１単位層１２の厚さλ１が同一である必要はなく、また、３つの第３単位層１７の厚さλ３が同一である必要はない。
【0102】
第１Ａ層１３Ａにおいて、第１単位層１２および第３単位層１７のそれぞれの積層数は、１０以上５００以下であってもよい。これによると、第１単位層１２と第３単位層１７とを積層することにより、硬度と圧縮残留応力とをバランス良く向上させるという効果を得易い傾向がある。第１Ａ層１３Ａにおいて、第１単位層１２および第３単位層１７のそれぞれの積層数は、１００以上４００以下であることがより効果が高く、２００以上３５０以下であることが更に効果が高い。
【0103】
第１Ａ層１３Ａにおいて、第１単位層１２および第３単位層１７のそれぞれの積層数は、実施形態１に記載の第１単位層１２および第２単位層１５のそれぞれの積層数の測定方法と同様の方法により求めることができる。
【0104】
＜第２層＞
図８および図９に示されるように、被膜３は、基材２と、第１Ａ層１３Ａとの間に配置される第２層１６を更に含み、第２層１６の組成は、第１単位層１２の組成または第３単位層１７の組成と同一であってもよい。これによって、基材２と被膜３との密着性を高めることができる。
図８および図９に示されるように、被膜３は、基材２と、第１Ａ層１３Ａとの間に配置される第２層１６を更に含み、第２層１６の組成は、第１単位層１２の組成または第３単位層１７の組成と同一であってもよい。これによって、基材２と被膜３との密着性を高めることができる。
【0105】
第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合は、切削初期に基材２が露出したとしても、基材２と被膜３との界面からの酸化を抑制することができる。
【0106】
第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みより厚くてもよい。これによって、該基材２と該被膜３との密着性をより高めることができる。また、切削初期に基材２が露出したとしても、基材２と被膜３との界面からの酸化を更に抑制することができる。「第２層の厚みは、第１単位層の厚みより厚い」とは、「第２層の厚みは、第１単位層の厚みの１．０倍超である」と言い換えることができる。第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みの２．０倍以上が効果が高く、４．０倍以上がより効果が高く、１０．０倍以上が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みの５００倍以下効果が高く、１２０倍以下がより効果が高く、５０倍以下が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第１単位層１２の厚みの２．０倍以上５００倍以下が効果が高く、４．０倍以上１２０倍以下がより効果が高く、１０．０倍以上５０倍以下が更に効果が高い。
【0107】
第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．１μｍ以上であってもよい。第２層１６の厚みが０．１μｍ未満であると、第２層１６を第１単位層１２と同一の組成とすることによる基材２と被膜３との界面からの酸化の抑制効果を得難い傾向にある。第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．３μｍ以上であることがより効果が高く、０．４μｍ以上であることが更に効果が高い。第２層１６の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、結晶粒が肥大化して粒界が発生することにより、上述の酸化の抑制効果を更に向上し難い傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、第２層１６の厚みは２μｍ以下が効果が高い。
【0108】
第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一である場合、図８に示されるように、第２層１６の直上に、第１単位層１２が積層されてもよい。また、図９に示されるように、第２層１６の直上に、第２単位層１５が積層されてもよい。第２層１６の組成が第１単位層１２の組成と同一であり、かつ該第２層１６の直上に第１単位層１２が積層された場合、第２層１６と第１単位層１２とは連続した結晶構造を有する。
【0109】
第２層１６の組成が第３単位層１７の組成と同一である場合、第３単位層１７は応力が小さい傾向にあることから、特に、負荷が刃先に繰り返しかかるようなフライス加工やエンドミル加工等の断続加工において、被膜３の耐剥離性を向上することができる。
【0110】
第２層１６の組成が第３単位層１７の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは、第３単位層１７の厚みより厚くてもよい。これによって、特に、負荷が刃先に繰り返しかかるようなフライス加工やエンドミル加工等の断続加工において、被膜３の耐剥離性を更に向上することができる。「第２層の厚みは、第３単位層の厚みより厚い」とは、「第２層の厚みは、第３単位層の厚みの１．０倍超である」と言い換えることができる。第２層１６の厚みは、第３単位層１７の厚みの２．０倍以上で効果が高く、４．０倍以上がより効果が高く、１０．０倍以上が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第３単位層１７の厚みの５００倍以下で効果が高く、１２０倍以下がより効果が高く、５０倍以下が更に効果が高い。第２層１６の厚みは、第３単位層１７の厚みの２．０倍以上５００倍以下で効果が高く、４．０倍以上１２０倍以下がより効果が高く、１０．０倍以上５０倍以下が更に効果が高い。
【0111】
第２層１６の組成が第３単位層１７の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．１μｍ以上で効果が高い。第２層１６の厚みが０．１μｍ未満であると、第２層１６を第３単位層１７と同一の組成とすることによる耐剥離性の向上効果を得難い傾向にある。第２層１６の組成は、第３単位層１７の組成と同一である場合、第２層１６の厚みは０．３μｍ以上であることがより効果が高く、０．４μｍ以上であることが更に効果が高い。第２層１６の厚みの上限値は特に限定されないが、２μｍを超えると、上述の耐剥離性の更なる向上が認められない傾向にある。よって、コスト面を考慮すると、第２層１６の厚みは２μｍ以下で効果が高い。
【0112】
第２層１６の組成が第３単位層１７の組成と同一である場合、図８に示されるように、第２層１６の直上に第１単位層１２が積層されてもよい。また、図９に示されるように、第２層１６の直上に第３単位層１７が積層されてもよい。第２層１６の組成は、第３単位層１７の組成と同一である場合で、かつ該第２層１６の直上に第３単位層１７が積層された場合、第２層１６と第３単位層１７とは連続した結晶構造を有する。
【0113】
［実施形態３：切削工具の製造方法］
実施形態３では、実施形態１または実施形態２の切削工具１の製造方法について説明する。該製造方法は、基材２を準備する第１工程と、該基材２上に被膜３を形成する第２工程とを備える。第２工程は、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを形成する工程を含む。各工程の詳細について、以下に説明する。
実施形態３では、実施形態１または実施形態２の切削工具１の製造方法について説明する。該製造方法は、基材２を準備する第１工程と、該基材２上に被膜３を形成する第２工程とを備える。第２工程は、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを形成する工程を含む。各工程の詳細について、以下に説明する。
【0114】
＜第１工程＞
第１工程では、基材２を準備する。基材２は、実施形態１に記載の基材２を用いることができる。
第１工程では、基材２を準備する。基材２は、実施形態１に記載の基材２を用いることができる。
【0115】
基材２として超硬合金を用いる場合は、市販の基材を用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知のものであればいずれも準備可能である。
【0116】
＜第２工程＞
第２工程では、基材２上に被膜３を形成する。第２工程は、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを形成する工程を含む。
第２工程では、基材２上に被膜３を形成する。第２工程は、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを形成する工程を含む。
【0117】
「第１層を形成する工程」では、物理蒸着（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＰＶＤ）法を用いて、第１単位層１２と、第２単位層１５とを交互に積層することにより第１層１３を形成する。また、「第１Ａ層を形成する工程」では、ＰＶＤ法を用いて、第１単位層１２と、第３単位層１７とを交互に積層することにより第１Ａ層１３Ａを形成する。第１層１３または第１Ａ層１３Ａを含む被膜３の耐摩耗性を向上させるためには、結晶性の高い化合物からなる層を形成することで効果が高い。本発明者らは、第１層１３および第１Ａ層１３Ａの形成方法として種々の方法を検討した結果、物理的蒸着法を用いると効果が高いことを見出した。
【0118】
ＰＶＤ法としては、カソードアークイオンプレーティング法、バランスドマグネトロンスパッタリング法、アンバランスドマグネトロンスパッタリング法、および、ＨｉＰＩＭＳ法からなる群より選択される少なくとも１種を用いることができる。特に、原料元素のイオン化率の高いカソードアークイオンプレーティング法を用いてもよい。カソードアークイオンプレーティング法を用いた場合には、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを形成する前に、基材２の表面に対して金属のイオンボンバードメント処理が可能となるため、基材２と、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを含む被膜３との密着性が格段に向上する。
【0119】
カソードアークイオンプレーティング法は、例えば、装置内に基材２を設置するとともにカソードとしてターゲットを設置した後に、ターゲットに高電圧を印加してアーク放電を生じさせることによってターゲットを構成する原子をイオン化して蒸発させて、基材２上に物質を堆積させることにより行なうことができる。
【0120】
バランスドマグネトロンスパッタリング法は、例えば、装置内に基材２を設置するとともに、平衡な磁場を形成する磁石を備えたマグネトロン電極上にターゲットを設置し、マグネトロン電極と基材２との間に高周波電力を印加してガスプラズマを発生させ、このガスプラズマの発生により生じたガスのイオンをターゲットに衝突させてターゲットから放出された原子を基材２上に堆積させることにより行うことができる。
【0121】
アンバランストマグネトロンスパッタリング法は、例えば、上記のバランスドマグネトロンスパッタリング法におけるマグネトロン電極により発生する磁場を非平衡にして行なうことができる。さらに高電圧を印可でき緻密な膜が得られるＨｉＰＩＭＳ法を用いることもできる。
【0122】
＜その他の工程＞
第２工程は、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを形成する工程に加えて、表面研削、ショットブラストなどの表面処理工程を含むことができる。また、第２工程は、第２層１６、第３層１４および中間層等の他の層を形成する工程を含むことができる。他の層は、従来公知の化学気相蒸着法や物理的蒸着法により形成することができる。一つの物理的蒸着装置内において、他の層を、第１単位層１２と、第２単位層１５または第３単位層１７と連続的に形成できるという観点から、他の層は物理的蒸着法により形成することが効果が高い。
第２工程は、第１層１３または第１Ａ層１３Ａを形成する工程に加えて、表面研削、ショットブラストなどの表面処理工程を含むことができる。また、第２工程は、第２層１６、第３層１４および中間層等の他の層を形成する工程を含むことができる。他の層は、従来公知の化学気相蒸着法や物理的蒸着法により形成することができる。一つの物理的蒸着装置内において、他の層を、第１単位層１２と、第２単位層１５または第３単位層１７と連続的に形成できるという観点から、他の層は物理的蒸着法により形成することが効果が高い。
【実施例】
【0123】
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。
【0124】
［実施例１］
＜試料１－１～試料１－２４、試料１－１０１～試料１－１０９＞
≪切削工具の作製≫
図１１は、本実施例で用いたカソードアークイオンプレーティング装置の模式的な断面図であり、図１２は、図１１の装置の概略上面図である。
＜試料１－１～試料１－２４、試料１－１０１～試料１－１０９＞
≪切削工具の作製≫
図１１は、本実施例で用いたカソードアークイオンプレーティング装置の模式的な断面図であり、図１２は、図１１の装置の概略上面図である。
【0125】
図１１および図１２の装置において、チャンバ１０１内に、被膜３の金属原料となる合金製ターゲットである第１単位層用のカソード１０６、第２単位層用のカソード１０７および第３層用のカソード１２０と、基材を設置するための回転式の基材ホルダ１０４とが取り付けられている。試料１－２２～試料１－２４で用いる装置では、チャンバ１０１内に、さらに、第２層用のカソード（図示せず）も取り付けられている。第２層用のカソードの組成は、表１および表２の第２層の組成が得られるように調整してある。カソード１０６にはアーク電源１０８が取り付けられ、カソード１０７にはアーク電源１０９が取り付けられている。また、基材ホルダ１０４には、バイアス電源１１０が取り付けられている。また、チャンバ１０１内には、ガス１０５が導入されるガス導入口が設けられるとともにチャンバ１０１内の圧力を調節するためにガス排出口１０３が設けられており、ガス排出口１０３から真空ポンプによりチャンバ１０１内のガスを吸引できる構造となっている。
【0126】
基材ホルダ１０４に、基材としてグレードがＪＩＳ規格Ｐ３０の超硬合金であって、形状がＪＩＳ規格のＣＮＭＧ１２０４０８のチップと住友電工ハードメタル株式会社製ＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮのチップとを装着した。
【0127】
次に、真空ポンプによりチャンバ１０１内を減圧するとともに、基材を回転させながら装置内に設置されたヒータにより温度を５００℃に加熱し、チャンバ１０１内の圧力が１．０×１０－４Ｐａとなるまで真空引きを行なった。次に、ガス導入口からアルゴンガスを導入してチャンバ１０１内の圧力を２．０Ｐａに保持し、バイアス電源１１０の電圧を徐々に上げながら－１０００Ｖとし、基材の表面のクリーニングを１５分間行なった。その後、チャンバ１０１内からアルゴンガスを排気することによって基材を洗浄した（アルゴンボンバード処理）。以上によって、各試料の切削工具の基材を準備した。
【0128】
次に、基材を中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素を導入しながら、基材の温度を５００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を－５０Ｖ～－２００Ｖの範囲のある一定値に維持したまま、カソード１０６、１０７にそれぞれ１２０Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１０６、１０７から金属イオンを発生させて、基材上に表１および表２に示される組成を有する第２層および第１層を形成した。なお、カソード１０６の組成は、表１および表２の第１単位層の組成が得られるように調整してある。また、カソード１０７の組成は、表１および表２の第２単位層の組成が得られるように調整してある。
【0129】
第２層が形成されている場合、第１層は、該第２層上に第１単位層と第２単位層とを１層ずつ交互に、表１および表２に示される積層数をそれぞれ積層することにより形成した。第２層が形成されていない場合、第１層は、基材上に第１単位層と第２単位層とを１層ずつ交互に、表１および表２に示される積層数をそれぞれ積層することにより形成した。また、第２層の厚み、第１層中における第１単位層および第２単位層のそれぞれの厚みおよび積層数は、基材の回転速度で調整した。そして、第２層および第１層の厚みがそれぞれ表１および表２に示される厚みとなったところで蒸発源に供給する電流をストップした。
【0130】
次に、チャンバ１０１内に反応ガスとして窒素とメタンガスとを導入しながら、基材の温度を４００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を－３００Ｖに維持したまま、カソード１２０に１００Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１２０から金属イオンを発生させて、第１層上に第３層を形成した。第３層の厚みが表１および表２に示される厚みとなったところで蒸発源に供給する電流をストップした。なお、カソード１２０の組成は、表１および表２の第３層の組成が得られるように調整してある。窒素の導入量とメタンガスの導入量は、表１および表２の第３層の組成が得られるように調整した。以上により、各試料の切削工具が作製された。
【0131】
【表1】
【0132】
【表2】
【0133】
≪評価≫
各試料に係る切削工具について、第１単位層の組成、第２単位層の組成、第２層の組成、第３層の組成、積層数、第１単位層の平均厚み、第２単位層の平均厚み、第１層の厚み、第２層の厚み、第３層の厚み、およびλ１／λ２を測定した。
各試料に係る切削工具について、第１単位層の組成、第２単位層の組成、第２層の組成、第３層の組成、積層数、第１単位層の平均厚み、第２単位層の平均厚み、第１層の厚み、第２層の厚み、第３層の厚み、およびλ１／λ２を測定した。
【0134】
＜第１単位層の組成の測定＞
各試料の切削工具について、第１単位層の組成を実施形態１に記載の方法により測定し、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮにおけるａおよびｂの値を得た。結果を表１および表２の「第１単位層」の「ａ」および「ｂ」欄に記す。表１および表２において、「ａ」の欄および「ｂ」の欄に「－」と記載されている場合は、第１単位層が存在しないことを意味する。
各試料の切削工具について、第１単位層の組成を実施形態１に記載の方法により測定し、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮにおけるａおよびｂの値を得た。結果を表１および表２の「第１単位層」の「ａ」および「ｂ」欄に記す。表１および表２において、「ａ」の欄および「ｂ」の欄に「－」と記載されている場合は、第１単位層が存在しないことを意味する。
【0135】
＜第２単位層の組成の測定＞
各試料の切削工具について、第２単位層の組成を実施形態１に記載の方法により測定し、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮにおけるｃの値を得た。結果を表１および表２の「第２単位層」の「ｃ」の欄に記す。表１および表２において、「ｃ」の欄に「－」と記載されている場合は、第２単位層が存在しないことを意味する。
各試料の切削工具について、第２単位層の組成を実施形態１に記載の方法により測定し、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮにおけるｃの値を得た。結果を表１および表２の「第２単位層」の「ｃ」の欄に記す。表１および表２において、「ｃ」の欄に「－」と記載されている場合は、第２単位層が存在しないことを意味する。
【0136】
＜第２層の組成および第３層の組成の測定＞
各試料の切削工具について、第２層および第３層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。結果を表１および表２の「第２層」の「組成」欄、「第３層」の「組成」欄に記す。表１および表２の「第２層」の「組成」欄に「－」と記載されている場合は、第２層が存在しないことを意味し、「第３層」の「組成」欄に「－」と記載されている場合は、第３層が存在しないことを意味する。
各試料の切削工具について、第２層および第３層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。結果を表１および表２の「第２層」の「組成」欄、「第３層」の「組成」欄に記す。表１および表２の「第２層」の「組成」欄に「－」と記載されている場合は、第２層が存在しないことを意味し、「第３層」の「組成」欄に「－」と記載されている場合は、第３層が存在しないことを意味する。
【0137】
＜積層数の測定＞
各試料の切削工具について、第１単位層および第２単位層のそれぞれの積層数を実施形態１に記載の方法により求めた。例えば、積層数が１０とは、第１単位層が１０層および第２単位層が１０層積層されていることを示す。得られた結果をそれぞれ表１および表２の「第１層」の「積層数」の欄に記す。
各試料の切削工具について、第１単位層および第２単位層のそれぞれの積層数を実施形態１に記載の方法により求めた。例えば、積層数が１０とは、第１単位層が１０層および第２単位層が１０層積層されていることを示す。得られた結果をそれぞれ表１および表２の「第１層」の「積層数」の欄に記す。
【0138】
＜第１単位層の平均厚み、第２単位層の平均厚み、第１層の厚み、第２層の厚み、および第３層の厚みの測定＞
各試料の切削工具について、第１単位層の平均厚み、第２単位層の平均厚み、第１層の厚み、第２層の厚み、および第３層の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を表１および表２の「第１単位層」の「平均厚み［μｍ］」、「第２単位層」の「平均厚み［μｍ］」、「第１層」の「厚み［μｍ］」、「第２層」の「厚み［μｍ］」欄に記す。表１および表２の「第２層」の「厚み［μｍ］」欄に「－」と記載されている場合は、第２層が存在しないことを意味する。表１および表２の「第３層」の「厚み［μｍ］」欄に「－」と記載されている場合は、第３層が存在しないことを意味する。
各試料の切削工具について、第１単位層の平均厚み、第２単位層の平均厚み、第１層の厚み、第２層の厚み、および第３層の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を表１および表２の「第１単位層」の「平均厚み［μｍ］」、「第２単位層」の「平均厚み［μｍ］」、「第１層」の「厚み［μｍ］」、「第２層」の「厚み［μｍ］」欄に記す。表１および表２の「第２層」の「厚み［μｍ］」欄に「－」と記載されている場合は、第２層が存在しないことを意味する。表１および表２の「第３層」の「厚み［μｍ］」欄に「－」と記載されている場合は、第３層が存在しないことを意味する。
【0139】
＜λ１／λ２の測定＞
各試料の切削工具について、λ１／λ２を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果をそれぞれ表１および表２の「λ１／λ２」の欄に記す。なお、表１および表２の「λ１／λ２」欄「－」と記載されている場合は、第１単位層および第２単位層のうち少なくとも何れかが存在しないことを意味する。
各試料の切削工具について、λ１／λ２を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果をそれぞれ表１および表２の「λ１／λ２」の欄に記す。なお、表１および表２の「λ１／λ２」欄「－」と記載されている場合は、第１単位層および第２単位層のうち少なくとも何れかが存在しないことを意味する。
【0140】
＜切削試験１：連続旋削試験＞
各試料のＣＮＭＧ１２０４０８形状の切削工具について、以下の切削条件で乾式の連続旋削試験を実行し、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの時間を測定した。結果を表１および表２の「切削試験１」の「切削時間［分］」の欄に記す。切削時間が長いことは、工具寿命が長いことを示す。
≪切削条件≫
・被削材：ＳＣＭ４４０（ＨＢ＝３００）
・切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
・切り込み：２．０ｍｍ
・クーラント：ドライ
上記切削条件で実行される切削加工は、難削材の高速高能率加工であり、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工に該当する。
各試料のＣＮＭＧ１２０４０８形状の切削工具について、以下の切削条件で乾式の連続旋削試験を実行し、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの時間を測定した。結果を表１および表２の「切削試験１」の「切削時間［分］」の欄に記す。切削時間が長いことは、工具寿命が長いことを示す。
≪切削条件≫
・被削材：ＳＣＭ４４０（ＨＢ＝３００）
・切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
・切り込み：２．０ｍｍ
・クーラント：ドライ
上記切削条件で実行される切削加工は、難削材の高速高能率加工であり、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工に該当する。
【0141】
試料１－１～試料１－２４の切削工具は実施例に該当し、試料１－１０１～試料１－１０９の切削工具は比較例に該当する。試料１－１～試料１－２４の切削工具は、試料１－１０１～試料１－１０９の切削工具に比べて、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工において、長い工具寿命を有することが確認された。
【0142】
＜切削試験２：フライス試験＞
各試料のＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ形状の切削工具について、難削材からなる幅１５０ｍｍの板の中心線と、それより幅の広いφ１６０ｍｍのカッターの中心を合わせて、以下の切削条件で表面フライス削りを実行し、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの切削長を測定した。結果を表１および表２の「切削試験２」の「切削長［ｋｍ］」の欄に記す。切削長が長いことは、工具寿命が長いことを示す。
≪切削条件≫
・被削材：ＳＫＤ１１（ＨＢ＝２３５）
・切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：０．１５ｍｍ／ｔ
・軸方向切り込みａｐ：１．５ｍｍ
・径方向切り込みａｅ：１５０ｍｍ
・クーラント：ドライ
上記切削条件で実行される切削加工は、難削材の高速高能率およびドライ条件下のフライス加工であり、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工に該当する。
各試料のＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ形状の切削工具について、難削材からなる幅１５０ｍｍの板の中心線と、それより幅の広いφ１６０ｍｍのカッターの中心を合わせて、以下の切削条件で表面フライス削りを実行し、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの切削長を測定した。結果を表１および表２の「切削試験２」の「切削長［ｋｍ］」の欄に記す。切削長が長いことは、工具寿命が長いことを示す。
≪切削条件≫
・被削材：ＳＫＤ１１（ＨＢ＝２３５）
・切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：０．１５ｍｍ／ｔ
・軸方向切り込みａｐ：１．５ｍｍ
・径方向切り込みａｅ：１５０ｍｍ
・クーラント：ドライ
上記切削条件で実行される切削加工は、難削材の高速高能率およびドライ条件下のフライス加工であり、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工に該当する。
【0143】
試料１－１～試料１－２４の切削工具は実施例に該当し、試料１－１０１～試料１－１０９の切削工具は比較例に該当する。試料１－１～試料１－２４の切削工具は、試料１－１０１～試料１－１０９の切削工具に比べて、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工において、長い工具寿命を有することが確認された。
【0144】
［実施例２］
＜試料２－１～試料２－１９、試料２－１０１～試料２－１１１＞
≪切削工具の作製≫
実施例１と同様の方法で、各試料の基材を準備した。基材を中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素を導入しながら、基材の温度を５００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を－５０Ｖ～－２００Ｖの範囲のある一定値に維持したまま、カソード１０６、１０７にそれぞれ１２０Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１０６、１０７から金属イオンを発生させて、基材上に表３および表４に示される組成を有する第２層および第１Ａ層を形成した。なお、カソード１０６の組成は、表３および表４の第１単位層の組成が得られるように調整してある。また、カソード１０７の組成は、表３および表４の第３単位層の組成が得られるように調整してある。
＜試料２－１～試料２－１９、試料２－１０１～試料２－１１１＞
≪切削工具の作製≫
実施例１と同様の方法で、各試料の基材を準備した。基材を中央で回転させた状態で、反応ガスとして窒素を導入しながら、基材の温度を５００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を－５０Ｖ～－２００Ｖの範囲のある一定値に維持したまま、カソード１０６、１０７にそれぞれ１２０Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１０６、１０７から金属イオンを発生させて、基材上に表３および表４に示される組成を有する第２層および第１Ａ層を形成した。なお、カソード１０６の組成は、表３および表４の第１単位層の組成が得られるように調整してある。また、カソード１０７の組成は、表３および表４の第３単位層の組成が得られるように調整してある。
【0145】
第２層が形成されている場合、第１Ａ層は、該第２層上に第１単位層と第３単位層とを１層ずつ交互に、表３および表４に示される積層数をそれぞれ積層することにより形成した。第２層が形成されていない場合、第１Ａ層は、基材上に第１単位層と第３単位層とを１層ずつ交互に、表３および表４に示される積層数をそれぞれ積層することにより形成した。また、第２層の厚み、第１Ａ層中における第１単位層および第３単位層のそれぞれの厚みおよび積層数は、基材の回転速度で調整した。そして、第２層および第１Ａ層の厚みがそれぞれ表３および表４に示される厚みとなったところで蒸発源に供給する電流をストップした。
【0146】
次に、チャンバ１０１内に反応ガスとして窒素とメタンガスとを導入しながら、基材の温度を４００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源１１０の電圧を－３００Ｖに維持したまま、カソード１２０に１００Ａのアーク電流を供給することによって、カソード１２０から金属イオンを発生させて、第１Ａ層上に第３層を形成した。第３層の厚みが表３および表４に示される厚みとなったところで蒸発源に供給する電流をストップした。なお、カソード１２０の組成は、表３および表４の第３層の組成が得られるように調整してある。窒素の導入量とメタンガスの導入量は、表３および表４の第３層の組成が得られるように調整した。以上により、各試料の切削工具が作製された。
【0147】
【表3】
【0148】
【表4】
【0149】
≪評価≫
各試料に係る切削工具について、第１単位層の組成、第３単位層の組成、第２層の組成、第３層の組成、積層数、第１単位層の平均厚み、第３単位層の平均厚み、第１Ａ層の厚み、第２層の厚み、第３層の厚み、およびλ１／λ３を測定した。それぞれの項目の測定方法は実施例１に記載の通りである。結果を表３および表４に示す。
各試料に係る切削工具について、第１単位層の組成、第３単位層の組成、第２層の組成、第３層の組成、積層数、第１単位層の平均厚み、第３単位層の平均厚み、第１Ａ層の厚み、第２層の厚み、第３層の厚み、およびλ１／λ３を測定した。それぞれの項目の測定方法は実施例１に記載の通りである。結果を表３および表４に示す。
【0150】
＜切削試験３：連続旋削試験＞
各試料のＣＮＭＧ１２０４０８形状の切削工具について、以下の切削条件で乾式の連続旋削試験を実行し、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの時間を測定した。結果を表３および表４の「切削試験３」の「切削時間［分］」の欄に記す。なお、表３および表４において、切削時間が長いことは、工具寿命が長いことを示す。
（切削条件）
・被削材：インコネル７１８（時効材：ＨＢ＝４００）
・切削速度：６５ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
・切り込み：１．０ｍｍ
・クーラント：ドライ
上記切削条件で実行される切削加工は、難削材の高速高能率加工であり、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工に該当する。
各試料のＣＮＭＧ１２０４０８形状の切削工具について、以下の切削条件で乾式の連続旋削試験を実行し、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの時間を測定した。結果を表３および表４の「切削試験３」の「切削時間［分］」の欄に記す。なお、表３および表４において、切削時間が長いことは、工具寿命が長いことを示す。
（切削条件）
・被削材：インコネル７１８（時効材：ＨＢ＝４００）
・切削速度：６５ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
・切り込み：１．０ｍｍ
・クーラント：ドライ
上記切削条件で実行される切削加工は、難削材の高速高能率加工であり、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工に該当する。
【0151】
試料２－１～試料２－１９の切削工具は実施例に該当し、試料２－１０１～試料２－１１１の切削工具は比較例に該当する。試料２－１～試料２－１９の切削工具は、試料２－１０１～試料２－１１１の切削工具に比べて、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工において、長い工具寿命を有することが確認された。
【0152】
＜切削試験４：フライス試験＞
各試料のＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ形状の切削工具について、難削材からなる幅１５０ｍｍの板の中心線と、それより幅の広いφ１６０ｍｍのカッターの中心を合わせて、以下の切削条件で表面フライス削りを実行し、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの切削長を測定した。結果を表３および表４の「切削試験４」の「切削長［ｋｍ］」の欄に記す。なお、表３および表４において、切削長が長いことは、工具寿命が長いことを示す。
≪切削条件≫
・被削材：ＦＣＤ７００（ＨＢ＝２５０）
・切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：０．２ｍｍ／ｔ
・軸方向切り込みａｐ：２．０ｍｍ
・径方向切り込みａｅ：１５０ｍｍ
・クーラント：ドライ
上記切削条件で実行される切削加工は、難削材の高速高能率およびドライ条件下のフライス加工であり、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工に該当する。
各試料のＳＥＭＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ形状の切削工具について、難削材からなる幅１５０ｍｍの板の中心線と、それより幅の広いφ１６０ｍｍのカッターの中心を合わせて、以下の切削条件で表面フライス削りを実行し、刃先の逃げ面摩耗量が０．２ｍｍになるまでの切削長を測定した。結果を表３および表４の「切削試験４」の「切削長［ｋｍ］」の欄に記す。なお、表３および表４において、切削長が長いことは、工具寿命が長いことを示す。
≪切削条件≫
・被削材：ＦＣＤ７００（ＨＢ＝２５０）
・切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：０．２ｍｍ／ｔ
・軸方向切り込みａｐ：２．０ｍｍ
・径方向切り込みａｅ：１５０ｍｍ
・クーラント：ドライ
上記切削条件で実行される切削加工は、難削材の高速高能率およびドライ条件下のフライス加工であり、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工に該当する。
【0153】
試料２－１～試料２－１９の切削工具は実施例に該当し、試料２－１０１～試料２－１１１の切削工具は比較例に該当する。試料２－１～試料２－１９の切削工具は、試料２－１０１～試料２－１１１の切削工具に比べて、刃先温度が高い条件下で実行される切削加工において、長い工具寿命を有することが確認された。
【0154】
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。本発明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。本発明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】
【0155】
１ 切削工具、２ 基材、３ 被膜、１２ 第１単位層、１３ 第１層、１３Ａ 第１Ａ層、１４ 第３層、１５ 第２単位層、１６ 第２層、１７ 第３単位層、１０１ チャンバ、１０３ ガス排出口、１０４ 基材ホルダ、１０５ ガス、１０６，１０７，１２０ カソード、１０８，１０９ アーク電源、１１０ バイアス電源。
【要約】
基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、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交互層からなり、前記第１単位層は、ＡｌａＣｒ１－ａ－ｂＣｅｂＮからなり、前記ａは、０．４００以上０．８００以下であり、前記ｂは、０．００１以上０．１００以下であり、前記第２単位層は、ＡｌｃＴｉ１－ｃＮからなり、前記ｃは、０．３０以上０．７５以下であり、前記ａおよび前記ｃは、ａ＞ｃの関係を満たす、切削工具である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】