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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】2024-09-09
(45)【発行日】2024-09-18
(54)【発明の名称】切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20240910BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20240910BHJP
C23C 14/34 20060101ALI20240910BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C14/06 N
C23C14/34 P
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2023540771
(86)(22)【出願日】2023-04-28
(86)【国際出願番号】 JP2023016837
【審査請求日】2024-04-30
【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】金岡 秀明
(72)【発明者】
【氏名】今村 晋也
【審査官】増山 慎也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－２０２５０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２２４７１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／００２９４８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ２７／１４
Ｂ２３Ｂ５１／００
Ｂ２３Ｃ ５／１６
Ｂ２３Ｐ１５／２８
Ｃ２３Ｃ１４／００－１４／５８
Ｃ２３Ｃ１６／００－１６／５６
(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、を備える切削工具であって、前記被膜は、第１層および第２層を含み、
前記第２層は、前記第１層よりも前記基材に近い位置に設けられ、
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単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、
ここで、
０．３０≦ａ≦０．５０、
０＜ｂ≦０．１０、を満たし、
前記第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、
ここで、
０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、
前記第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、
前記第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
前記第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、
前記第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、
ここで、
０．２５≦ｄ＜０．４５、
０＜ｅ≦０．１０、
０．３５≦ｆ＜０．５５、
０＜ｇ≦０．１０、
０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、
前記第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、六方晶の（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、立方晶の（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、前記六方晶の（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、切削工具。
【請求項2】
２５℃における前記第１層のナノインデンテーション硬さは、３０ＧＰａ以上である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項3】
前記第１層の平均厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下である、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層の平均厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下である、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０２２／１７６０５７号
【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、を備える切削工具であって、
前記被膜は、第１層および第２層を含み、
前記第２層は、前記第１層よりも前記基材に近い位置に設けられ、
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単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、
ここで、
０．３０≦ａ≦０．５０、
０＜ｂ≦０．１０、を満たし、
前記第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、
ここで、
０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、
前記第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、
前記第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
前記第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、
前記第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、
ここで、
０．２５≦ｄ＜０．４５、
０＜ｅ≦０．１０、
０．３５≦ｆ＜０．５５、
０＜ｇ≦０．１０、
０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、
前記第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、前記（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、切削工具である。
前記被膜は、第１層および第２層を含み、
前記第２層は、前記第１層よりも前記基材に近い位置に設けられ、
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単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、
ここで、
０．３０≦ａ≦０．５０、
０＜ｂ≦０．１０、を満たし、
前記第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、
ここで、
０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、
前記第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、
前記第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
前記第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、
前記第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、
ここで、
０．２５≦ｄ＜０．４５、
０＜ｅ≦０．１０、
０．３５≦ｆ＜０．５５、
０＜ｇ≦０．１０、
０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、
前記第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、前記（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、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も、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も、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、を備える切削工具であって、
前記被膜は、第１層および第２層を含み、
前記第２層は、前記第１層よりも前記基材に近い位置に設けられ、
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単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、
ここで、
０．３０≦ａ≦０．５０、
０＜ｂ≦０．１０、を満たし、
前記第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、
ここで、
０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、
前記第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、
前記第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
前記第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、
前記第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、
ここで、
０．２５≦ｄ＜０．４５、
０＜ｅ≦０．１０、
０．３５≦ｆ＜０．５５、
０＜ｇ≦０．１０、
０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、
前記第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、前記（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、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、を備える切削工具であって、
前記被膜は、第１層および第２層を含み、
前記第２層は、前記第１層よりも前記基材に近い位置に設けられ、
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単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、
ここで、
０．３０≦ａ≦０．５０、
０＜ｂ≦０．１０、を満たし、
前記第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、
ここで、
０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、
前記第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、
前記第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
前記第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
前記第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、
前記第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、
ここで、
０．２５≦ｄ＜０．４５、
０＜ｅ≦０．１０、
０．３５≦ｆ＜０．５５、
０＜ｇ≦０．１０、
０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、
前記第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、前記（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、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、２５℃における前記第１層のナノインデンテーション硬さは、３０ＧＰａ以上であってもよい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。
【0012】
（３）上記（１）または（２）において、前記第１層の平均厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。これによると、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。
【0013】
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記第２層の平均厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。これによると、第２層における第３単位層と第４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。
【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。
【0017】
本開示において、数値範囲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。
【0018】
［実施形態１：切削工具］
本開示の一実施形態（以下、「実施形態１」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、を備える切削工具であって、
該被膜は、第１層および第２層を含み、
該第２層は、該第１層よりも該基材に近い位置に設けられ、
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単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
該第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
該第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、
ここで、
０．３０≦ａ≦０．５０、
０＜ｂ≦０．１０、を満たし、
該第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、
ここで、
０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、
該第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、
該第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
該第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
該第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
該第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、
該第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、
ここで、
０．２５≦ｄ＜０．４５、
０＜ｅ≦０．１０、
０．３５≦ｆ＜０．５５、
０＜ｇ≦０．１０、
０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、
該第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、該（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、切削工具である。
本開示の一実施形態（以下、「実施形態１」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、を備える切削工具であって、
該被膜は、第１層および第２層を含み、
該第２層は、該第１層よりも該基材に近い位置に設けられ、
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単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
該第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
該第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、
ここで、
０．３０≦ａ≦０．５０、
０＜ｂ≦０．１０、を満たし、
該第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、
ここで、
０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、
該第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、
該第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、
該第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
該第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、
該第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、
該第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、
ここで、
０．２５≦ｄ＜０．４５、
０＜ｅ≦０．１０、
０．３５≦ｆ＜０．５５、
０＜ｇ≦０．１０、
０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、
該第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、該（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、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。
【0021】
（ｉｉ）第１単位層はＴｉａＡｌ１－a－ｂＢｂＮ（ここで、０．３０≦ａ≦０．５０、０＜ｂ≦０．１０を満たす。）からなる。第１単位層は、ＴｉＡｌＮに少量の硼素（Ｂ）が添加されていることにより、硬度が向上している。第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮ（ここで、０．７０≦ｃ≦１．００を満たす。）からなる。第２単位層は、チタン（Ｔｉ）含有率が高く、優れた高温安定性を有する。本開示において、第１層は、高硬度な第１単位層と、高温安定性に優れる第２単位層とが交互に積層された多層構造からなるため、高温下でも安定した硬度が得られ、耐クレータ摩耗性が向上している。クレータ摩耗とは、切削工具と切り屑との摩擦熱に起因する、切削工具の主にすくい面に生じる摩耗である。更に、第１層は、高硬度な第１単位層と、第１単位層に比べて低硬度な第２単位層とが交互に積層された多層構造からなるため、耐欠損性も向上している。よって、被膜の耐クレータ摩耗性と耐欠損性とがバランスよく向上し、切削工具の工具寿命が長くなる。
【0022】
（ｉｉｉ）第１単位層と第２単位層とは、Ｔｉ含有率およびＡｌ含有率が異なる。このため、第１単位層と第２単位層とは結晶格子が異なり、第１層に結晶格子の歪みが生じ、第１層は高い硬度を有することができる。よって第１層を含む被膜は、優れた耐摩耗性を有することができる。
【0023】
（ｉｖ）第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上である。これによると、第１層は優れた耐クレータ摩耗性を有することができ、切削工具の工具寿命が長くなる。
【0024】
（ｖ）本開示の切削工具の被膜は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなる第２層を含む。第３単位層と第４単位層とは、互いに組成が異なる。このため、第３単位層と第４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。
【0025】
（ｖｉ）第２層は、第１層に比べて、アルミニウム（Ａｌ）の含有率が高く、靭性が高い。よって、第２層を有する被膜は、優れた耐欠損性を有することができる。
【0026】
（ｖｉｉ）第３単位層と第４単位層とは、Ｔｉ含有率が異なる。このため、第３単位層と第４単位層とは結晶格子が異なり、第２層に結晶格子の歪みが生じ、第２層は高い硬度を有することができる。よって第２層を含む被膜は、優れた耐摩耗性を有することができる。
【0027】
＜切削工具＞
実施形態１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。実施形態１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。
実施形態１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。実施形態１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。
【0028】
図１は、実施形態１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。被膜２０は、第１層２１および第２層２２を含む。第２層２２は第１層２１よりも基材１０に近い位置に設けられる。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２層２２は、第３単位層３と第４単位層４とが交互に積層された多層構造からなる。
【0029】
≪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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
超硬合金は、ＷＣ粒子を８５質量％以上９８質量％以下含有し、Ｃｏを２質量％以上１５質量％以下含有してもよい。ＷＣ粒子は、平均粒径が０．２μｍ以上４μｍ以下であってもよい。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
≪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。本開示において、基材１０の表面の切れ刃に相当する部分とは、基材１０の表面において、刃先稜線からの距離が０．５ｍｍ以内、または、２ｍｍ以内の領域を意味する。本開示の効果を損なわない限り、切れ刃に相当する部分の少なくとも一部に被膜が形成されていなくても、本開示の範囲を逸脱するものではない。
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。本開示において、基材１０の表面の切れ刃に相当する部分とは、基材１０の表面において、刃先稜線からの距離が０．５ｍｍ以内、または、２ｍｍ以内の領域を意味する。本開示の効果を損なわない限り、切れ刃に相当する部分の少なくとも一部に被膜が形成されていなくても、本開示の範囲を逸脱するものではない。
【0036】
被膜２０は、第１層２１および第２層２２を含む。第２層２２は基材１０の直上に設けられていてもよい。第１層２１は被膜２０の最表面の層であってもよい。被膜２０は、基材１０の直上に設けられた第２層２２と、第２層２２の直上に設けられた第１層２１とからなることができる。被膜２０は、本開示の効果を損なわない限り、第１層２１および第２層２２とともに、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２層２２との間に設けられる下地層、および、被膜２０の最表面に設けられる表面層の一方または両方を含むことができる。下地層は、ＴｉＣＮ層、ＴｉＮ層およびＴｉＣＮＯ層からなる群より選ばれる少なくとも１層を含むことができる。表面層は、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層およびＴｉＣＮ層からなる群より選ばれる少なくとも１層を含むことができる。
【0037】
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。
【0038】
被膜２０の厚さは、１．５μｍ以上３０μｍ以下でもよい。被膜２０の厚さが１．５μｍ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３０μｍ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、２．０μｍ以上２５μｍ以下でもよく、３．０μｍ以上２０μｍ以下でもよい。ここで、被膜の厚さとは、被膜を構成する層それぞれの厚さの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、第１層、第２層、下地層、表面層等が挙げられる。
【0039】
被膜を構成する各層の厚さは、切削工具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。
【0040】
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。
【0041】
≪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単位層１および第２単位層２のそれぞれの平均厚さが２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である限り、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のそれぞれの数を示す。積層数は、１０以上５０００以下でもよく、２００以上５０００以下でもよく、４００以上２０００以下でもよく、５００以上１０００以下でもよい。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単位層１および第２単位層２のそれぞれの平均厚さが２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である限り、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のそれぞれの数を示す。積層数は、１０以上５０００以下でもよく、２００以上５０００以下でもよく、４００以上２０００以下でもよく、５００以上１０００以下でもよい。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。
【0042】
第１層の平均厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下とすることができる。第１層の平均厚さが１．０μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。第１層の平均厚さが２０μｍ以下であることにより、耐欠損性が向上する。第１層の平均厚さの下限は、１．０μｍ以上でもよく、２．０μｍ以上でもよく、３．０μｍ以上でもよい。第１層の平均厚さの上限は、２０μｍ以下でもよく、１８μｍ以下でもよく、１６μｍ以下でもよく、１２μｍ以下でもよい。第１層の平均厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下でもよく、２．０μｍ以上１６μｍ以下でもよく、３．０μｍ以上１２μｍ以下でもよい。
【0043】
≪第１単位層および第２単位層の平均厚さ≫
第１単位層１の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、第２単位層２の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。第１層において、このような薄層が交互に積層されることにより、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の一方または両方の平均厚さが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。第１単位層１および第２単位層２の一方または両方の平均厚さが５０ｎｍ超であると、層間剥離の抑制効果が低減する可能性がある。第１単位層の平均厚さと、第２単位層の平均厚さとは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
第１単位層１の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、第２単位層２の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。第１層において、このような薄層が交互に積層されることにより、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の一方または両方の平均厚さが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。第１単位層１および第２単位層２の一方または両方の平均厚さが５０ｎｍ超であると、層間剥離の抑制効果が低減する可能性がある。第１単位層の平均厚さと、第２単位層の平均厚さとは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【0044】
第１単位層の平均厚さの下限は、２ｎｍ以上であり、４ｎｍ以上でもよく、６ｎｍ以上でもよく、８ｎｍ以上でもよい。第１単位層の平均厚さの上限は、５０ｎｍ以下であり、４６ｎｍ以下でもよく、４０ｎｍ以下でもよく、３０ｎｍ以下でもよい。第１単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、４ｎｍ以上４０ｎｍ以下でもよく、６ｎｍ以上３０ｎｍ以下でもよい。
【0045】
第２単位層の平均厚さの下限は、２ｎｍ以上であり、４ｎｍ以上でもよく、６ｎｍ以上でもよく、８ｎｍ以上でもよい。第２単位層の平均厚さの上限は、５０ｎｍ以下であり、４６ｎｍ以下でもよく、４０ｎｍ以下でもよく、３０ｎｍ以下でもよい。第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、４ｎｍ以上４０ｎｍ以下でもよく、６ｎｍ以上３０ｎｍ以下でもよい。
【0046】
第１単位層および第２単位層のそれぞれの平均厚さの測定方法は以下の通りである。切削工具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単位層の平均厚さとする。１つの第２単位層において、５箇所の厚さを測定する。
【0047】
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単位層の平均厚さを測定する。５つの第１単位層の平均厚さの算術平均値を求める。本開示において、該算術平均値を、第１単位層の平均厚さとする。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単位層の平均厚さを測定する。５つの第２単位層の平均厚さの算術平均値を求める。本開示において、該算術平均値を、第２単位層の平均厚さとする。後述の第３単位層および第４単位層のそれぞれの平均厚さも、上記と同様の方法で測定される。
【0048】
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。
【0049】
≪第１単位層および第２単位層の組成≫
本開示の切削工具において、第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、ここで、０．３０≦ａ≦０．５０、０＜ｂ≦０．１０、を満たし、第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、ここで、０．７０≦ｃ≦１．００、を満たす。本開示の効果を損なわない限り、第１単位層はＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮとともに不純物を含むことができる。第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮと不純物とからなることができる。本開示の効果を損なわない限り、第２単位層はＴｉｃＡｌ１－ｃＮとともに不純物を含むことができる。第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮと不純物とからなることができる。不純物としては、例えば、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）が挙げられる。
本開示の切削工具において、第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、ここで、０．３０≦ａ≦０．５０、０＜ｂ≦０．１０、を満たし、第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、ここで、０．７０≦ｃ≦１．００、を満たす。本開示の効果を損なわない限り、第１単位層はＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮとともに不純物を含むことができる。第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮと不純物とからなることができる。本開示の効果を損なわない限り、第２単位層はＴｉｃＡｌ１－ｃＮとともに不純物を含むことができる。第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮと不純物とからなることができる。不純物としては、例えば、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）が挙げられる。
【0050】
第１単位層において、ａの下限は、０．３０以上であり、０．３６以上でもよく、０．３７以上でもよく、０．３９以上でもよい。ａの上限は、０．５０以下であり、０．４８以下でもよく、０．４５以下でもよい。ａは、０．３６≦ａ≦０．４８でもよく、０．３７≦ａ≦０．４５でもよい。
【0051】
第１単位層において、ｂの下限は、０超であり、０．０１以上でもよく、０．０２以上でもよく、０．０５以上でもよい。ｂの上限は、０．１０以下であり、０．０８以下でもよく、０．０７以下でもよい。ｂは、０．０１≦ｂ≦０．０８でもよく、０．０２≦ｂ≦０．０７でもよい。
【0052】
第２単位層において、ｃの下限は、０．７０以上であり、０．７５以上でもよく、０．８０以上でもよく、０．８７以上でもよい。ｃの上限は、１．００以下であり、０．９５以下でもよく、０．９２以下でもよい。ｃは、０．７５≦ｄ≦０．９５でもよく、０．８０≦ｄ≦０．９２でもよい。
【0053】
第１単位層のＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮにおけるａ、ｂおよび第２単位層のＴｉｃＡｌ１－ｃＮにおけるｃは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（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。組成分析には透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）に付属のＥＤＸ（ＴＥＭ－ＤＥＸ）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（商標）が挙げられる。
【0054】
上記組成分析は以下の手順で行われる。切削工具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単位層内または１つの第２単位層内において、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単位層および第２単位層のそれぞれの組成を特定する。
【0055】
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単位層の組成を特定する。本開示において、５つの第１単位層の組成の平均を、第１単位層の組成とし、これに基づき、ａおよびｂを特定する。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単位層の組成を特定する。本開示において、５つの第２単位層の組成の平均を、第２単位層の組成とし、これに基づき、ｃを特定する。後述の第３単位層および第４単位層のそれぞれの組成、ならびに、第３単位層のＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮにおけるｄおよびｅ、第４単位層のＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮにおけるｆおよびｇも、上記と同様の方法で測定される。
【0056】
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。
【0057】
≪第１層の組成≫
第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００（以下、「百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００」とも記す。）は、６０％以上である。これによると、第１層は優れた耐クレータ摩耗性を有することができる。百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００の下限は、耐クレータ摩耗性向上の観点から、６０％以上であり、６０．０％以上でもよく、６２．２％以上でもよく、６２．５％以上でもよく、６３％以上でもよく、６３．５％以上でもよく、６６％以上でもよい。百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００の上限は、耐酸化性向上の観点から、８０％以下でもよく、７７％以下でもよく、７６．９％以下でもよく、７５％以下でもよい。百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上８０％以下でもよく、６３％以上７７％以下でもよく、６６％以上７５％以下でもよい。
第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００（以下、「百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００」とも記す。）は、６０％以上である。これによると、第１層は優れた耐クレータ摩耗性を有することができる。百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００の下限は、耐クレータ摩耗性向上の観点から、６０％以上であり、６０．０％以上でもよく、６２．２％以上でもよく、６２．５％以上でもよく、６３％以上でもよく、６３．５％以上でもよく、６６％以上でもよい。百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００の上限は、耐酸化性向上の観点から、８０％以下でもよく、７７％以下でもよく、７６．９％以下でもよく、７５％以下でもよい。百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上８０％以下でもよく、６３％以上７７％以下でもよく、６６％以上７５％以下でもよい。
【0058】
第１層における百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００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。百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は以下の手順で測定される。
【0059】
切削工具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分析を行い、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００を測定する。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。本開示において、５つの視野の測定で得られた百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００の算術平均を第１層における百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００とする。
【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層のナノインデンテーション硬さ≫
２５℃における第１層のナノインデンテーション硬さは、３０ＧＰａ以上でもよい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。ナノインデンテーション硬さの下限は、３２ＧＰａ以上でもよく、３４ＧＰａ以上でもよい。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、６０ＧＰａ以下でもよく、４０ＧＰａ以下でもよく、３６ＧＰａ以下でもよい。ナノインデンテーション硬さＨは３０ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下でもよく、３２ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下でもよく、３４ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下でもよい。
２５℃における第１層のナノインデンテーション硬さは、３０ＧＰａ以上でもよい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。ナノインデンテーション硬さの下限は、３２ＧＰａ以上でもよく、３４ＧＰａ以上でもよい。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、６０ＧＰａ以下でもよく、４０ＧＰａ以下でもよく、３６ＧＰａ以下でもよい。ナノインデンテーション硬さＨは３０ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下でもよく、３２ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下でもよく、３４ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下でもよい。
【0062】
２５℃における第１層のナノインデンテーション硬さは、「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。切削工具の表面の法線方向に平行な断面において、第１層に対して、断面の垂直方向（すなわち、切削工具の表面に対して平行な方向）に圧子の押し込みを行う。
【0063】
上記の測定を１つの測定サンプルにおいて５箇所で行う。５箇所の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。
【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層の結晶粒の最大内接円の直径≫
第１層は複数の結晶粒からなり、該結晶粒の最大内接円の直径は５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。これによると、切削工具の耐クレータ摩耗性が向上する。本開示の第１層は、本開示の効果を損なわない範囲において、複数の結晶粒とともに、結晶粒を構成しない領域（原子配列がランダムな領域）を含んでいてもよい。
第１層は複数の結晶粒からなり、該結晶粒の最大内接円の直径は５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。これによると、切削工具の耐クレータ摩耗性が向上する。本開示の第１層は、本開示の効果を損なわない範囲において、複数の結晶粒とともに、結晶粒を構成しない領域（原子配列がランダムな領域）を含んでいてもよい。
【0066】
上記結晶粒の最大内接円の直径の上限は、耐摩耗性および耐欠損性の向上の観点から、５００ｎｍ以下でもよく、４５０ｎｍ以下でもよく、４００ｎｍ以下でもよい。該結晶粒の最大内接円の直径の下限は、過度な結晶粒微細化による膜硬度低下の抑制の観点から、５ｎｍ以上でもよく、７ｎｍ以上でもよく、１０ｎｍ以上でもよい。該結晶粒の最大内接円の直径は、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下でもよく、７ｎｍ以上４５０ｎｍ以下でもよく、１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下でもよい。
【0067】
上記結晶粒の最大内接円の直径の測定方法は以下の通りである。切削工具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（厚さ：約１０～１００ｎｍ、以下、「断面サンプル」とも記す。）を得る。該断面サンプルを透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、明視野像を得る。観察倍率は１００万倍～５００万倍とする。該明視野像は、図４に示されるように、第１層の平均厚さ方向の中心を示す線Ｌ１から基材側への距離が０．２μｍの線Ｌ２と、前記線Ｌ１から被膜の表面側への距離が０．２μｍの線Ｌ３とに挟まれる領域Ａを含むように取得する。該領域Ａ中に、１５０ｎｍ×１５０ｎｍの矩形の測定視野を任意に設定する。
【0068】
上記測定視野において、原子配列が±０．５°以下の領域を特定し、該領域を結晶粒と定義する。原子配列が±０．５°以下の領域、および、結晶粒の特定方法について、図５を用いて説明する。
【0069】
図５は、上記測定視野の明視野像の一例を示す模式図である。図５において、原子は符号５０の黒点で示される。なお、図５では、原子の一部が示されている。該明視野像において、規則的に配置されている原子５０を最も原子間距離が近くなるような線分で結ぶ。図５において、該線分はＬ１０～Ｌ１４、Ｌ２０～Ｌ２２、および、Ｌ３０～Ｌ３４で示される。線分同士の角度が±０．５°以下（すなわち、－０．５°以上０．５°以下）の領域を結晶粒と定義する。
【0070】
図５では、線分Ｌ１０～Ｌ１４同士の角度は±０．５°以下であり、これらの線分が含まれる領域が結晶粒２４ａに該当する。線分Ｌ２０～Ｌ２２同士の角度は±０．５°以下であり、これらの線分が含まれる領域が結晶粒２４ｂに該当する。線分Ｌ３０～Ｌ３４同士の角度は±０．５°以下であり、これらの線分が含まれる領域が結晶粒２４ｃに該当する。
【0071】
上記測定視野中の各結晶粒の最大内接円の直径を求める。最大内接円の直径とは、結晶粒の内部に描くことのできる、該結晶粒の外縁の少なくとも一部に接触する最大の内接円の直径を意味する。
【0072】
図５において、結晶粒２４ａの最大内接円２５ａの直径はＤ１である。結晶粒２４ｂの最大内接円２５ｂの直径はＤ２である。結晶粒２４ｃの最大内接円２５ｃの直径はＤ３である。Ｄ１、Ｄ２およびＤ３の全てが５０ｎｍ以下の場合、図５に示される第１層は複数の結晶粒からなり、該結晶粒の最大内接円の直径は５０ｎｍ以下であることが確認される。
【0073】
同一の切削工具で測定する限り、上記測定視野を任意に設定しても、結晶粒の最大内接円の直径の測定結果にばらつきがないことが確認されている。
【0074】
図５では、結晶粒２４ａ、結晶粒２４ｂおよび結晶粒２４ｃの間に空間が存在しているが、実際は空間に結晶粒が存在している。ＴＥＭ用の断面サンプルの厚みが約１０～１００ｎｍであるため、明視野像には奥行き方向の情報も反映される。サンプルの厚み方向に複数の結晶粒が重なっている領域では、明視野像上で規則的な原子配列を確認できない。よって、該複数の結晶粒が重なっている領域は、上記の特定方法においては結晶粒と判別されない。
【0075】
≪結晶粒と第１単位層および第２単位層との位置関係≫
結晶粒と第１単位層および第２単位層との位置関係について、図６を用いて説明する。図６は、実施形態１の第１層の膜厚方向に沿う断面を模式的に示す図である。図６に示される通り、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。図６には、複数の結晶粒２４が示されており、結晶粒２４間の境界は、結晶粒界２５として示される。各結晶粒２４は、第１単位層または第２単位層のみからなることができる。また、各結晶粒２４は、１層以上の第１単位層および１層以上の第２単位層にまたがって存在することができる。すなわち、各結晶粒２４は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層されたラメラ構造を有することができる。
結晶粒と第１単位層および第２単位層との位置関係について、図６を用いて説明する。図６は、実施形態１の第１層の膜厚方向に沿う断面を模式的に示す図である。図６に示される通り、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。図６には、複数の結晶粒２４が示されており、結晶粒２４間の境界は、結晶粒界２５として示される。各結晶粒２４は、第１単位層または第２単位層のみからなることができる。また、各結晶粒２４は、１層以上の第１単位層および１層以上の第２単位層にまたがって存在することができる。すなわち、各結晶粒２４は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層されたラメラ構造を有することができる。
【0076】
≪第２層≫
第２層２２は、第３単位層３と第４単位層４とが交互に積層された多層構造からなる。第３単位層３および第４単位層４のそれぞれの平均厚さが２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である限り、積層数は、特に限定されない。積層数とは、第２層２２に含まれる第３単位層３および第４単位層４のそれぞれの数を示す。積層数は、１０以上５０００以下でもよく、２００以上５０００以下でもよく、４００以上２０００以下でもよく、５００以上１０００以下でもよい。第２層２２において、最も基材１０に近い層は、第３単位層３であってもよいし、第４単位層４であってもよい。また第２層２２において、最も基材１０から離れている層は、第３単位層３であってもよいし、第４単位層４であってもよい。
第２層２２は、第３単位層３と第４単位層４とが交互に積層された多層構造からなる。第３単位層３および第４単位層４のそれぞれの平均厚さが２ｎｍ以上５０ｎｍ以下である限り、積層数は、特に限定されない。積層数とは、第２層２２に含まれる第３単位層３および第４単位層４のそれぞれの数を示す。積層数は、１０以上５０００以下でもよく、２００以上５０００以下でもよく、４００以上２０００以下でもよく、５００以上１０００以下でもよい。第２層２２において、最も基材１０に近い層は、第３単位層３であってもよいし、第４単位層４であってもよい。また第２層２２において、最も基材１０から離れている層は、第３単位層３であってもよいし、第４単位層４であってもよい。
【0077】
第２層の平均厚さは、０．５μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。第２層の平均厚さが０．５μｍ以上であることにより、耐摩耗性が向上する。第２層の平均厚さが１０μｍ以下であることにより、耐欠損性が向上する。第２層の平均厚さの下限は、１．０μｍ以上でもよく、２．０μｍ以上でもよく、３．０μｍ以上でもよい。第２層の平均厚さの上限は、１０μｍ以下でもよく、９μｍ以下でもよく、８μｍ以下でもよく、７μｍ以下でもよい。第２層の平均厚さは、１．０μｍ以上９μｍ以下でもよく、２．０μｍ以上８μｍ以下でもよく、３．０μｍ以上７μｍ以下でもよい。
【0078】
≪第３単位層および第４単位層の平均厚さ≫
第３単位層３の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、第４単位層４の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第２層において、このような薄層が交互に積層されることにより、亀裂の進展を抑制できる。第３単位層３および第４単位層４の一方または両方の平均厚さが２ｎｍ未満になると、第３単位層３および第４単位層４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。第３単位層３および第４単位層４の一方または両方の平均厚さが１００ｎｍ超であると、層間剥離の抑制効果が低減する可能性がある。第３単位層の平均厚さと、第４単位層の平均厚さとは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
第３単位層３の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、第４単位層４の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第２層において、このような薄層が交互に積層されることにより、亀裂の進展を抑制できる。第３単位層３および第４単位層４の一方または両方の平均厚さが２ｎｍ未満になると、第３単位層３および第４単位層４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。第３単位層３および第４単位層４の一方または両方の平均厚さが１００ｎｍ超であると、層間剥離の抑制効果が低減する可能性がある。第３単位層の平均厚さと、第４単位層の平均厚さとは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【0079】
第３単位層の平均厚さの下限は、２ｎｍ以上であり、５ｎｍ以上でもよく、１０ｎｍ以上でもよく、１５ｎｍ以上でもよく、２０ｎｍ以上でもよい。第３単位層の平均厚さの上限は、１００ｎｍ以下であり、８０ｎｍ以下でもよく、７５ｎｍ以下でもよく、６５ｎｍ以下でもよく、６４ｎｍ以下でもよい。第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、５ｎｍ以上７５ｎｍ以下でもよく、１０ｎｍ以上６５ｎｍ以下でもよい。
【0080】
第４単位層の平均厚さの下限は、２ｎｍ以上であり、５ｎｍ以上でもよく、１０ｎｍ以上でもよく、１５ｎｍ以上でもよく、２０ｎｍ以上でもよい。第４単位層の平均厚さの上限は、１００ｎｍ以下であり、８０ｎｍ以下でもよく、７５ｎｍ以下でもよく、６５ｎｍ以下でもよく、５２ｎｍ以下でもよく、５０ｎｍ以下でもよい。第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、５ｎｍ以上７５ｎｍ以下でもよく、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下でもよい。
【0081】
第３単位層および第４単位層のそれぞれの平均厚さは、上述の第１単位層および第２単位層のそれぞれの平均厚さの測定方法と同様の方法で測定される。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。
【0082】
≪第３単位層および第４単位層の組成≫
本開示の切削工具において、第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、ここで、０．２５≦ｄ＜０．４５、０＜ｅ≦０．１０を満たし、第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、ここで、０．３５≦ｆ＜０．５５、０＜ｇ≦０．１０、０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２を満たす。本開示の効果を損なわない限り、第３単位層はＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮとともに不純物を含むことができる。第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮと不純物とからなることができる。本開示の効果を損なわない限り、第４単位層はＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮとともに不純物を含むことができる。第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮと不純物とからなることができる。該不純物としては、例えば、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）が挙げられる。
本開示の切削工具において、第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、ここで、０．２５≦ｄ＜０．４５、０＜ｅ≦０．１０を満たし、第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、ここで、０．３５≦ｆ＜０．５５、０＜ｇ≦０．１０、０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２を満たす。本開示の効果を損なわない限り、第３単位層はＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮとともに不純物を含むことができる。第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮと不純物とからなることができる。本開示の効果を損なわない限り、第４単位層はＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮとともに不純物を含むことができる。第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮと不純物とからなることができる。該不純物としては、例えば、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）が挙げられる。
【0083】
第３単位層において、ｄの下限は、０．２５以上であり、０．３０以上でもよく、０．３１以上でもよく、０．３２以上でもよく、０．３３以上でもよく、０．３４以上でもよい。ｄの上限は、０．４５未満であり、０．４０以下でもよく、０．３７以下でもよく、０．３５以下でもよい。ｄは、０．３０≦ｄ≦０．４０でもよく、０．３１≦ｄ≦０．３７でもよい。
【0084】
第３単位層において、ｅの下限は、０超であり、０．０１以上でもよく、０．０２以上でもよく、０．０４以上でもよく、０．０５以上でもよい。ｅの上限は、０．１０以下であり、０．０８以下でもよく、０．０７以下でもよく、０．０６以下でもよい。ｅは、０．０１≦ｅ≦０．０８でもよく、０．０２≦ｅ≦０．０７でもよい。
【0085】
第４単位層において、ｆの下限は、０．３５以上であり、０．４０以上でもよく、０．４１以上でもよく、０．４２以上でもよく、０．４３以上でもよく、０．４５以上でもよい。ｆの上限は、０．５５未満であり、０．５０以下でもよい。ｆは、０．４０≦ｆ＜０．５５でもよく、０．４５≦ｆ≦０．５０でもよい。
【0086】
第４単位層において、ｇの下限は、０超であり、０．０１以上でもよく、０．０２以上でもよく、０．０４以上でもよい。ｇの上限は、０．１０以下であり、０．０８以下でもよく、０．０６以下でもよい。ｇは、０．０１≦ｇ≦０．１０でもよく、０．０２≦ｇ≦０．０６でもよい。
【0087】
第２層において、ｆ－ｄの下限は、０．０５以上であり、０．０８以上でもよく、０．１０以上でもよく、０．１１以上でもよい。ｆ－ｄの上限は、０．２０以下であり、０．１８以下でもよい。ｆ－ｄは、０．０８≦ｆ－ｄ≦０．１８でもよく、０．１０≦ｆ－ｄ≦０．１８でもよい。
【0088】
第３単位層のＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮにおけるｄおよびｅ、第４単位層のＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮにおけるｆおよびｇは、上述の第１単位層のＴｉａＡｌ１－a－ｂＢｂＮにおけるａ、ｂおよび第２単位層のＴｉｃＡｌ１－ｃＮにおけるｃと同様の方法で測定される。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。
【0089】
≪第２層におけるＸ線回折分析≫
第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である。これによると、第２層の硬度および靭性が向上し、優れた耐摩耗性および耐欠損性を得ることができる。「（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）」とは、六方晶の（００２）面に由来するＸ線回折ピークのうち、最も高いピークにおける回折強度（ピークの高さ）を意味する。「（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）」とは、立方晶の（２００）面に由来するＸ線回折ピークのうち、最も高いピークにおける回折強度（ピークの高さ）を意味する。第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、六方晶の（００２）面に由来するピークが存在する場合、第２層は六方晶型の結晶構造を含むことが確認される。第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、立方晶の（２００）面に由来するピークが存在する場合、第２層は立方晶型の結晶構造を含むことが確認される。比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）が２以上であることは、第２層において立方晶と六方晶との混晶が形成されていることを意味する。
第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である。これによると、第２層の硬度および靭性が向上し、優れた耐摩耗性および耐欠損性を得ることができる。「（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）」とは、六方晶の（００２）面に由来するＸ線回折ピークのうち、最も高いピークにおける回折強度（ピークの高さ）を意味する。「（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）」とは、立方晶の（２００）面に由来するＸ線回折ピークのうち、最も高いピークにおける回折強度（ピークの高さ）を意味する。第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、六方晶の（００２）面に由来するピークが存在する場合、第２層は六方晶型の結晶構造を含むことが確認される。第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、立方晶の（２００）面に由来するピークが存在する場合、第２層は立方晶型の結晶構造を含むことが確認される。比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）が２以上であることは、第２層において立方晶と六方晶との混晶が形成されていることを意味する。
【0090】
ピーク強度Ｉ（００２）およびピーク強度Ｉ（２００）を測定する際のＸ線回折分析の条件は以下の通りである。
走査軸：２θ－θ
Ｘ線源：Ｃｕ－Ｋα線（１．５４１８６２Å）
検出器：０次元検出器（シンチレーションカウンタ）
管電圧：４５ｋＶ
管電流：４０ｍＡ
入射光学系：ミラーの利用
受光光学系：アナライザ結晶（ＰＷ３０９８／２７）の利用
ステップ：０．０３°
積算時間：２秒
スキャン範囲（２θ）：２０°～８０°
走査軸：２θ－θ
Ｘ線源：Ｃｕ－Ｋα線（１．５４１８６２Å）
検出器：０次元検出器（シンチレーションカウンタ）
管電圧：４５ｋＶ
管電流：４０ｍＡ
入射光学系：ミラーの利用
受光光学系：アナライザ結晶（ＰＷ３０９８／２７）の利用
ステップ：０．０３°
積算時間：２秒
スキャン範囲（２θ）：２０°～８０°
【0091】
第２層における任意の３箇所のそれぞれにおいて、θ／２θ法によるＸ線回折測定（ＸＲＤ測定）を行い、所定の結晶面のＸ線回折強度を求め、求められた３箇所のＸ線回折強度の平均値を当該所定の結晶面のＸ線回折強度とする。（２００）面のＸ線回折強度は、２θ＝４３～４４°付近におけるＸ線回折強度に対応し、（００２）面のＸ線回折強度は、２θ＝３０～４０°付近におけるＸ線回折強度に対応する。Ｘ線回折測定に用いる装置としては、たとえば、株式会社リガク製の「ＳｍａｒｔＬａｂ」（商品名）、パナリティカル製の「Ｘ’ｐｅｒｔ」（商品名）等が挙げられる。
【0092】
比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）の下限は、２以上であり、２．０以上でもよく、２．２以上でもよく、２．３以上でもよい。比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）の上限は、例えば１０以下でもよく、１０未満でもよく、５以下でもよく、３以下でもよい。比Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は２以上１０以下でもよく、２以上５以下でもよい。
【0093】
（００２）面に由来するピークの半値幅が２度以上であることは、第２層において六方晶が微細に分散しており、硬度および靭性を向上させていることを意味する。（００２）面に由来するピークの半値幅の下限は、２度以上であり、２．０度以上でもよく、２．２度以上でもよい。（００２）面に由来するピークの半値幅の上限は、４度以下でもよく、３度以下でもよい。（００２）面に由来するピークの半値幅の下限は、２度以上でもよく、２．２度以上でもよく、２．４度以上でもよい。（００２）面に由来するピークの半値幅は、２度以上４度以下でもよく、２度以上３度以下でもよい。
【0094】
［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。実施形態２の製造方法は、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。実施形態２の製造方法は、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。
【0095】
≪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。
【0096】
≪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。実施形態２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。実施形態２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。実施形態２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。実施形態２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。
【0097】
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。
【0098】
ＡＩＰ法で用いられる成膜装置について、図２および図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。
【0099】
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。
【0100】
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。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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
次に、被膜が下地層を含む場合は、基材１０の表面に下地層を形成する。例えば、基材１０の表面に、ＴｉＣＮ層、ＴｉＮ層またはＴｉＣＮＯ層を形成する。
【0104】
次に、基材１０の表面、または下地層の表面に、第２層を形成する。各ターゲット材の組成は、第３単位層および第４単位層の組成を得られるように選択される。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２層を形成する。第２層の形成の際は、基材を温度４００～８００℃に、反応ガス圧を１～１０Ｐａ（窒素ガスの分圧は５～１０Ｐａ）に維持し、バイアス電源の電圧を３０～２００Ｖ（直流電源）の範囲で徐々に変化させながら、第３単位層形成用の蒸発源及び第４単位層形成用の蒸発源に８０～２００Ａのアーク電流を交互に供給する。これにより、第３単位層形成用の蒸発源及び第４単位層形成用の蒸発源から金属イオンを発生させ、上記基材が第３単位層形成用の蒸発源に対向しているときは第３単位層が形成され、上記基材が第４単位層形成用の蒸発源に対向しているときは第４単位層が形成される。また、バイアス電源の電圧を上述のように変化させながら成膜することによって、第２層の高い硬度と刃先品位との両立が可能になる。所定の時間が経過したところでアーク電流の供給を止める。第２層の形成の際に、基材の回転速度を調節することにより、第３単位層及び第４単位層それぞれの厚さを調整する。また、成膜時間を調節することにより、第２層の厚さが所定範囲になるように調整する。切削加工に関与する部分（例えば、切れ刃付近のすくい面）に加えて、切削加工に関与する部分以外の上記基材の表面上に第２層が形成されていてもよい。
【0105】
本実施形態の一側面において、基材を温度５００～６００℃に、反応ガス圧を５～１０Ｐａ（窒素ガスの分圧は５～８Ｐａ）に維持し、バイアス電源の電圧を３０～２００Ｖ（直流電源）の範囲で徐々に変化させながら、第３単位層形成用の蒸発源及び第４単位層形成用の蒸発源に８０～１２０Ａのアーク電流を交互に供給してもよい。このようにすることで、第２層中に、立方晶と六方晶との混晶組織を形成することが可能になる。このような混晶組織とすることで、立方晶及び六方晶それぞれの結晶粒の粗大化が抑制され、ひいては第２層における靱性及び耐熱性が向上する。
【0106】
次に、第２層の上に第１層を形成する。各ターゲット材の組成は、第１単位層および第２単位層の組成を得られるように選択される。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層を形成する。第１層の形成条件は以下の通りである。
【0107】
＜第１層の形成条件＞
基材温度 ：４００～８００℃
バイアス電圧：－４００～－２０Ｖ
アーク電流 ：８０～２００Ａ
反応ガス圧 ：２～１０Ｐａ
基材温度 ：４００～８００℃
バイアス電圧：－４００～－２０Ｖ
アーク電流 ：８０～２００Ａ
反応ガス圧 ：２～１０Ｐａ
【0108】
基材温度、反応ガス圧、バイアス電圧およびアーク電流は、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。
【0109】
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で変化させる。
（Ｃ）ＡＩＰ法において、ガス流量を変化させる。
（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。
（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で変化させる。
（Ｃ）ＡＩＰ法において、ガス流量を変化させる。
（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。
【0110】
次に、被膜が表面層を含む場合は、例えば、第１層の表面に表面層を形成する。
【0111】
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。
【実施例】
【0112】
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。
【0113】
［実施例１］
＜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。
＜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。
【0114】
基材として、超硬合金からなる切削チップ（型番：ＣＮＭＧ１２０４０８（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。該ＷＣ粒子の平均粒径は１～２μｍである。
【0115】
上記基材上に、図２および図３に示される構成を有する成膜装置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。
【0116】
次に、ターゲット材を、成膜装置の所定の位置にセットした。各ターゲット材の組成は、表１に記載の第１単位層および第２単位層の組成、および、表２に記載の第３単位層および第４単位層の組成が得られるように調整してある。
【0117】
基材上に第２層を形成した。具体的には、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３単位層と第４単位層とを交互に形成することにより、第２層を形成した。基材を温度５５０℃に、反応ガス圧を８Ｐａ（窒素ガスの分圧：８Ｐａ）に維持し、バイアス電源の電圧を３５～１８０Ｖの範囲で徐々に変化させながら第３単位層形成用の蒸発源及び第４単位層形成用の蒸発源にそれぞれ９０Ａのアーク電流を交互に供給した。第３単位層および第４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。
【0118】
次に、第２層上に第１層を形成した。具体的には、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単位層と第２単位層とを交互に形成することにより、第２層上に第１層を形成した。各試料の第１層の形成条件は、基材温度４００～８００℃、バイアス電圧－４００～－２０Ｖ、アーク電流８０～２００Ａ、反応ガス圧２～１０Ｐａとした。基材温度、反応ガス圧、バイアス電圧およびアーク電流は、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た。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。上記の工程により、各試料の切削工具を得た。
【0119】
＜評価＞
≪被膜の構成≫
各試料の被膜について、第１単位層、第２単位層、第３単位層および第４単位層の組成、平均厚さ、積層数、第１層および第２層の平均厚さ、第１層におけるチタンおよびアルミニウム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「（Ｔ２／Ｔ１）×１００」と示す。）、第１層のナノインデンテーション硬さ（表１において「硬さ」と示す。）、第２層の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）、（００２）面に由来するピークの半値幅（表２において「（００２）ピーク半値幅」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１および表２に示す。表１において、「積層数」が「１」との表記は、第１単位層または第２単位層を１層のみ形成したことを示す。表１において「－」との表記は、該当する層を形成しなかったことを示す。
≪被膜の構成≫
各試料の被膜について、第１単位層、第２単位層、第３単位層および第４単位層の組成、平均厚さ、積層数、第１層および第２層の平均厚さ、第１層におけるチタンおよびアルミニウム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「（Ｔ２／Ｔ１）×１００」と示す。）、第１層のナノインデンテーション硬さ（表１において「硬さ」と示す。）、第２層の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）、（００２）面に由来するピークの半値幅（表２において「（００２）ピーク半値幅」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１および表２に示す。表１において、「積層数」が「１」との表記は、第１単位層または第２単位層を１層のみ形成したことを示す。表１において「－」との表記は、該当する層を形成しなかったことを示す。
【0120】
【表1】
【0121】
【表2】
【0122】
≪切削試験≫
各試料の切削工具を用いて以下の条件で旋削加工を行い、逃げ面から測定した欠損の幅が０．５ｍｍ以上となるまでの切削距離を測定した。切削距離が長いほど、耐クレータ摩耗性および耐欠損性に優れ、工具寿命が長いことを示す。結果を表３の「切削試験」の「切削距離」欄に示す。
各試料の切削工具を用いて以下の条件で旋削加工を行い、逃げ面から測定した欠損の幅が０．５ｍｍ以上となるまでの切削距離を測定した。切削距離が長いほど、耐クレータ摩耗性および耐欠損性に優れ、工具寿命が長いことを示す。結果を表３の「切削試験」の「切削距離」欄に示す。
【0123】
（切削条件）
被削材：ＳＵＳ３１６ 丸材
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み量：１．５ｍｍ
湿式
上記の切削条件は、ステンレス鋼の旋削加工（高速加工）に該当する。
被削材：ＳＵＳ３１６ 丸材
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み量：１．５ｍｍ
湿式
上記の切削条件は、ステンレス鋼の旋削加工（高速加工）に該当する。
【0124】
【表3】
【0125】
＜評価＞
試料１～試料１５は実施例に該当する。試料２１～試料２８は比較例に該当する。試料１～試料１５は試料２１～試料２８よりも、工具寿命が長いことが確認された。
試料１～試料１５は実施例に該当する。試料２１～試料２８は比較例に該当する。試料１～試料１５は試料２１～試料２８よりも、工具寿命が長いことが確認された。
【0126】
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】
【0127】
１ 第１単位層、２ 第２単位層、３ 第３単位層、４ 第４単位層、１０ 基材、２０ 被膜、２１ 第１層、２２ 第２層、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 結晶粒、２５ 結晶粒界、５０ 原子、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、を備える切削工具であって、前記被膜は、第１層および第２層を含み、前記第２層は、前記第１層よりも前記基材に近い位置に設けられ、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単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記第２単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記第１単位層は、ＴｉａＡｌ１－ａ－ｂＢｂＮからなり、ここで、０．３０≦ａ≦０．５０、０＜ｂ≦０．１０、を満たし、前記第２単位層は、ＴｉｃＡｌ１－ｃＮからなり、ここで、０．７０≦ｃ≦１．００、を満たし、前記第１層において、チタンおよびアルミニウムの原子数の合計Ｔ１に対する、チタンの原子数Ｔ２の百分率（Ｔ２／Ｔ１）×１００は、６０％以上であり、前記第２層は、第３単位層と第４単位層とが交互に積層された多層構造からなり、前記第３単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記第４単位層の平均厚さは、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記第３単位層は、ＴｉｄＡｌ１－ｄ－ｅＢｅＮからなり、前記第４単位層は、ＴｉｆＡｌ１－ｆ－ｇＢｇＮからなり、ここで、０．２５≦ｄ＜０．４５、０＜ｅ≦０．１０、０．３５≦ｆ＜０．５５、０＜ｇ≦０．１０、０．０５≦ｆ－ｄ≦０．２０、を満たし、前記第２層のＸ線回折スペクトルにおいて、（００２）面に由来するピーク強度Ｉ（００２）に対する、（２００）面に由来するピーク強度Ｉ（２００）の割合Ｉ（２００）／Ｉ（００２）は、２以上であり、かつ、前記（００２）面に由来するピークの半値幅は２度以上である、切削工具である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】