JP5061394B2 - 表面被覆切削工具 - Google Patents
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Description
本発明は、基材上に被覆層を形成した表面被覆切削工具に関し、特に高温での安定性に優れるとともに、刃先のチッピングを抑制することにより工具寿命を長期化させた表面被覆切削工具に関する。
表面被覆切削工具を構成する基材には、基材の表面保護を目的とするとともに耐摩耗性や靭性等の諸特性の更なる向上を目的として、基材の表面を各種の被覆層で被覆することが古くから行なわれてきた。最近の表面被覆切削工具の動向として、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、被削材が多様化していること、および加工効率を一層向上させるため切削速度や送り速度がより高速になってきていることなどの理由から、切削加工時の表面被覆切削工具の刃先温度はますます高温に曝される傾向にある。その結果、表面被覆切削工具の工具寿命が短くなるため、表面被覆切削工具を構成する材料に要求される特性は厳しくなる一方である。
そこで、表面被覆切削工具の長寿命化のために表面被覆切削工具を構成する材料に要求される特性としては、基材上に形成される被覆層の高温時の安定性（被覆層の耐酸化性や密着性）は勿論のこと、被覆層の耐摩耗性や潤滑性も重要となっている。
表面被覆切削工具の耐摩耗性の改善のため、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼などの基材上に、ＴｉＡｌＮからなる層を単層または複数層積層して、被覆膜を形成することはよく知られている。しかしながら、最近の高速加工およびドライ加工においては、ＴｉＡｌＮのみからなる被覆膜では長寿命の表面被覆切削工具を得ることができないのが現状である。
そこで、表面被覆切削工具のさらなる長寿命化を達成するため、特許文献１には従来より用いられてきたＴｉＡｌＮからなる被覆層に代えて、ＡｌとＣｒとＶとＮとを含む被覆層を形成することにより高温時の安定性に優れた表面被覆切削工具が開示されている。しかしながら、ＡｌとＣｒとＶとＮとを含む被覆層は、高温時の安定性を向上させる上での効果はあるものの、被覆層に大きな残留応力を有する傾向にあるため、基材と被覆層との密着性が劣るという課題を有しており、しかも耐摩耗性あるいは耐剥離性が不十分であるという問題もあった。
そこで、被覆層に含まれる残留応力をより低減すべく、たとえば特許文献２にはＡｌとＣｒとＮとを含むＡｌＣｒＮ層と、ＴｉとＡｌとＳｉとＮとを含むＴｉＡｌＳｉＮ層とを交互に積層させた構造の被覆層が開示されている。
特許文献２に開示されている表面被覆切削工具により、被覆層の残留応力の問題はほぼ解決されているが、次のような新たな問題点が存在した。すなわち、ＡｌＣｒＮ層と、ＴｉＡｌＳｉＮ層との交互層から構成される被覆層は、積層される各層が柱状組織の結晶構造を有するものであり、確かに特許文献１のように被覆層全体を単一の層で形成した場合に比べると被覆層の結晶構造は微細化される傾向を示すものの、未だ被覆層の結晶構造が十分に微細化されていないため、切削加工時に被覆層に発生するクラックの進展を十分に抑制することができず、刃先のチッピングを誘発し、結果として表面被覆切削工具の工具寿命を低下させるという問題があった。
そこで、被覆層に発生するクラックの進展の問題を解決するため、表面被覆切削工具にさらに高い負荷が適用されるような条件下では、被覆層を構成する各層の結晶構造をさらに微細化することが求められている。
本発明は、上記のような状況に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、高温での安定性に優れるとともに、刃先のチッピングを抑制することにより工具寿命を長期化させた表面被覆切削工具を提供することにある。
本発明の表面被覆切削工具は、基材と基材の表面上に形成された被覆層とを含むものであって、被覆層は、Ａ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層を含み、Ａ層は、Ａｌ（アルミニウム）とＣｒ（クロム）とを含み、Ｖを含まない窒化物からなり、Ａ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数比が０．０５よりも大きく０．４以下であり、Ｂ層は、Ａｌ（アルミニウム）とＶ（バナジウム）とを含み、Ｃｒを含まない窒化物からなり、Ｂ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＶの原子数比が０．０５以上０．４以下であることを特徴とする。
ここで、Ａ層の厚みおよびＢ層の厚みはそれぞれ１ｎｍよりも大きく２００ｎｍ以下であることが好ましい。
また、被覆層中のＣｒの原子数比とＶの原子数比とが実質的に同じであることが好ましい。
また、被覆層の最下層は、Ａ層であってもよく、またＢ層であっても差し支えない。
また、交互層においてＡ層とＢ層とは、中間遷移層を挟んで積層されており、中間遷移層の組成が中間遷移層に接する下層の組成から中間遷移層に接する上層の組成へと厚み方向に連続的に変化することが好ましい。
また、交互層においてＡ層とＢ層とは、中間遷移層を挟んで積層されており、中間遷移層の組成が中間遷移層に接する下層の組成から中間遷移層に接する上層の組成へと厚み方向に連続的に変化することが好ましい。
また、被覆層は、−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の平均残留応力を有していることが好ましい。
また、被覆層の残留応力は、被覆層の厚み方向において変化し、基材から遠ざかるにしたがって被覆層の残留応力の絶対値が大きくなることが好ましい。
また、被覆層の結晶構造は、立方晶であることが好ましい。
また、被覆層の最上層に、ＣｒおよびＶの少なくとも一方と、Ａｌと、を含むＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層を含む場合には、Ｃ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒとＶとを合計した原子数の比が０よりも大きく０．４以下であることが好ましい。なお、Ａｌを主成分とする酸化物からなるＣ層における「主成分」は、Ｃ層を構成する金属のうちＡｌが最も多く含まれることを意味する。
また、被覆層の最上層に、ＣｒおよびＶの少なくとも一方と、Ａｌと、を含むＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層を含む場合には、Ｃ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒとＶとを合計した原子数の比が０よりも大きく０．４以下であることが好ましい。なお、Ａｌを主成分とする酸化物からなるＣ層における「主成分」は、Ｃ層を構成する金属のうちＡｌが最も多く含まれることを意味する。
また、Ｃ層はＹをさらに含み、Ｃ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＹの原子数の比が０．０１よりも大きく０．１以下であることが好ましい。
本発明によれば、高温での安定性に優れるとともに刃先のチッピングを抑制することにより工具寿命が長期化した表面被覆切削工具を提供することができる。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明では、図面を用いて説明しているが、本願の図面において同一の参照符号を付したものは、同一部分または相当部分を示している。
＜表面被覆切削工具＞
図１に、本発明の表面被覆切削工具の一例の模式的な拡大断面図を示す。図１に示す構成の表面被覆切削工具１０は、基材５と、基材５の表面上にＡ層１２とＢ層１３とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層１４を含む被覆層１１とから構成されている。
図１に、本発明の表面被覆切削工具の一例の模式的な拡大断面図を示す。図１に示す構成の表面被覆切削工具１０は、基材５と、基材５の表面上にＡ層１２とＢ層１３とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層１４を含む被覆層１１とから構成されている。
図２に、本発明の表面被覆切削工具の他の一例の模式的な拡大断面図を示す。図２に示す構成の表面被覆切削工具１０は、基材５と、基材５の表面上にＢ層１３とＡ層１２とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層１４を含む被覆層１１とから構成されている。
ここで、基材５と被覆層１１とを基本的構成とする本発明の表面被覆切削工具１０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、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として極めて有用に用いることができる。
＜基材＞
本発明の表面被覆切削工具１０の基材５は、基材５の材料として知られる従来公知のものを特に限定なく使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはさらにＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物等を添加したものも含む）、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、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、およびこれらの混合体など）、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体等を基材５の例として挙げることができる。なお、基材５に超硬合金を使用する場合、組織中に遊離炭素やη相と呼ばれる異常相を含んでいても本発明の効果は示される。
本発明の表面被覆切削工具１０の基材５は、基材５の材料として知られる従来公知のものを特に限定なく使用することができる。たとえば、超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはさらにＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物等を添加したものも含む）、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、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、およびこれらの混合体など）、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体等を基材５の例として挙げることができる。なお、基材５に超硬合金を使用する場合、組織中に遊離炭素やη相と呼ばれる異常相を含んでいても本発明の効果は示される。
なお、基材５は表面が改質されたものであっても差し支えない。たとえば、基材５に超硬合金を用いる場合には、基材５の表面に脱β層が形成されていてもよく、基材５にサーメットを用いる場合には基材５の表面に硬化層が形成されていてもよく、基材５の表面が改質されていても本発明の効果は示される。
＜被覆層＞
本発明の表面被覆切削工具１０の基材５の表面上に形成される被覆層１１は、Ａ層１２とＢ層１３とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層１４を含むことを特徴とする。本発明の表面被覆切削工具１０を構成する被覆層１１は、Ａ層１２とＢ層１３とを交互に積層した交互層１４を含む限り、交互層１４以外に他の層を含んでいても差し支えない。ここで、他の層の積層配置は特に限定されず、基材５と交互層１４との間に形成することができるとともに交互層１４上に形成することもでき、基材５上に直接形成することも勿論可能である。
本発明の表面被覆切削工具１０の基材５の表面上に形成される被覆層１１は、Ａ層１２とＢ層１３とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層１４を含むことを特徴とする。本発明の表面被覆切削工具１０を構成する被覆層１１は、Ａ層１２とＢ層１３とを交互に積層した交互層１４を含む限り、交互層１４以外に他の層を含んでいても差し支えない。ここで、他の層の積層配置は特に限定されず、基材５と交互層１４との間に形成することができるとともに交互層１４上に形成することもでき、基材５上に直接形成することも勿論可能である。
本発明の表面被覆切削工具１０を構成する被覆層１１は、基材５の全面を被覆するもののみに限られるものではなく、部分的に被覆層１１が形成されていない態様も含み、さらに部分的に被覆層１１の一部の積層構成が異なっている態様をも含むものとする。
また、被覆層１１の厚み（被覆層１１全体の厚み）は、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。被覆層１１全体の厚みが０．５μｍ未満である場合には、被覆層１１の厚みが薄すぎて表面被覆切削工具１０の工具寿命が短くなる傾向にあり、被覆層１１の厚みが２０μｍを超えると切削初期の段階で被覆層１１がチッピングしやすくなって表面被覆切削工具１０の工具寿命が短くなる傾向にある。
また、表面被覆切削工具１０の工具寿命を向上させ、被覆層１１のチッピングを抑制する観点からは、被覆層１１全体の厚みの上限は１５μｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは８μｍ以下である。
また、同様に、表面被覆切削工具１０の工具寿命を向上させ、被覆層１１のチッピングを抑制する観点からは、被覆層１１全体の厚みの下限は１μｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは１．５μｍ以上である。
なお、本発明においては、被覆層１１全体の厚みおよび後述の各層の厚みならびに積層数は、いずれも本発明の表面被覆切削工具１０を切断し、表面被覆切削工具１０の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いて観察することにより求めることができる。また、被覆層１１を構成する各層の組成は、Ｘ線光電子分光分析装置（ＸＰＳ：X-ray photoelectron spectroscopy）を用いて測定することができる。
＜交互層＞
本発明において、被覆層１１に含まれる交互層１４は、Ａ層１２とＢ層１３とが交互にそれぞれ１層以上積層されたものであり、Ａ層１２は、ＡｌとＣｒとを含む窒化物からなり、Ａ層１２を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数の比が０．０５よりも大きく０．４以下であり、Ｂ層１３は、ＡｌとＶとを含む窒化物からなり、Ｂ層１３を構成する金属原子の総数を１としたときのＶの原子数の比が０．０５以上０．４以下であるという構成を有している。
本発明において、被覆層１１に含まれる交互層１４は、Ａ層１２とＢ層１３とが交互にそれぞれ１層以上積層されたものであり、Ａ層１２は、ＡｌとＣｒとを含む窒化物からなり、Ａ層１２を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数の比が０．０５よりも大きく０．４以下であり、Ｂ層１３は、ＡｌとＶとを含む窒化物からなり、Ｂ層１３を構成する金属原子の総数を１としたときのＶの原子数の比が０．０５以上０．４以下であるという構成を有している。
ここで、交互層１４は、応力緩和作用を有するＢ層１３とＡ層１２とを交互に積層して構成されることにより、Ａ層１２単独では比較的大きな残留応力を有するために基材５や他の層との密着性が劣るというデメリットを抑制しつつ、従来のＡｌＣｒＮに比し高温での安定性に優れるというＡ層１２の優れた作用効果を十分に発揮させることが可能となり、表面被覆切削工具１０の切削加工時の高温時の安定性を飛躍的に向上させることができる。
しかも、応力緩和作用を有するＢ層１３とＡ層１２とを交互に積層してなる交互層１４を含むことにより（特に２つのＢ層１３の間にＡ層１２を挟むことにより）、Ａ層１２の結晶成長の粗大化を効果的に防止することができ、Ａ層１２の結晶構造をより微細化することが可能となる。さらに、Ｂ層１３についても異なる組成のＡ層１２に隣接するようにして形成されるため、結果的にＢ層１３自体の結晶成長の粗大化も同時に防止することができるという効果もある。
また、Ａ層１２とＢ層１３とを交互に積層してなる交互層１４を含むことにより、高温で高い負荷が適用されるような切削条件下においても被覆層１１の表面に発生するクラックの基材５方向への進展を抑制し、刃先のチッピングを極めて有効に防止することができる。特に、この点は、先行技術である特許文献２の表面被覆切削工具が有していた問題点を解消したものであり、極めて大きな産業上の利用性を有するものである。
また、Ａ層１２とＢ層１３とを交互に積層してなる交互層１４を含むことにより、被覆層１１においてクラックの進展が抑制されるのは、おそらくＡ層１２の結晶構造の微細化により、被覆層１１の表面に発生したクラックが大規模な層剥離に発展することなく、Ａ層１２とＢ層１３との界面でクラックの進展が効果的に遮断されるためではないかと推測される。
本発明の表面被覆切削工具１０は、高温での安定性に優れるとともに刃先のチッピングを抑制することにより、高温でしかも高い負荷がかかるような切削条件下においても耐摩耗性と耐欠損性とを高度に両立させることができるため、表面被覆切削工具１０の工具寿命をより長期化させることができる。
なお、本発明において、交互層１４に含まれるＡ層１２の積層数およびＢ層１３の積層数は、交互層１４を構成しているＡ層１２およびＢ層１３のそれぞれの積層数のことを意味するものとする。たとえば、交互層１４が基材５側から順にＡ層１２、Ｂ層１３、Ａ層１２、Ｂ層１３およびＡ層１２の順序で積層されて構成されている場合には、交互層１４におけるＡ層１２の積層数は３層となり、Ｂ層１３の積層数は２層となる。Ａ層１２およびＢ層１３の最少積層数はＡ層１２およびＢ層１３とも１層ずつであるが、Ａ層１２およびＢ層１３の最大積層数は特に限定されない。Ａ層１２およびＢ層１３の各層の積層数はそれぞれ１０層以上５０００層以下とすることが好ましい。Ａ層１２およびＢ層１３の各層の積層数がそれぞれ１０層未満である場合には各層における結晶構造の微細化への寄与が小さくなる傾向にあり、Ａ層１２およびＢ層１３の各層の積層数がそれぞれ５０００層を超える場合には１層当りの厚みが薄くなり過ぎてＡ層１２とＢ層１３とが混合する傾向にある。
また、本発明における交互層１４において、Ａ層１２とＢ層１３との積層は、たとえば図１に示すようにＡ層１２から開始されていてもよく、たとえば図２に示すようにＢ層１３から開始されていてもよい。すなわち、交互層１４において、基材５側に最も近く位置する層はＡ層１２であってもよく、Ｂ層１３であってもよい。また、交互層１４における積層は、Ａ層１２で終了してもよいし、Ｂ層１３で終了してもよい。すなわち、交互層１４において、基材５側から最も遠く離れて位置する層はＡ層１２であってもよく、Ｂ層１３であってもよい。
また、交互層１４の厚みは、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。交互層１４の厚みが０．５μｍ未満である場合には、表面被覆切削工具１０の工具寿命が低下する場合があり、２０μｍを超える場合には大きな残留応力に起因して被覆層１１自体がチッピングしやすい傾向にある。
また、表面被覆切削工具１０の工具寿命を向上させ、被覆層１１のチッピングを抑制する観点からは、交互層１４の厚みの上限は１５μｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは１０μｍ以下である。
また、同様に、表面被覆切削工具１０の工具寿命を向上させ、被覆層１１のチッピングを抑制する観点からは、交互層１４の厚みの下限は１μｍ以上であることがより好ましく、さらに好ましくは１．５μｍ以上である。
＜Ａ層＞
交互層１４におけるＡ層１２は、ＡｌとＣｒとを含む窒化物からなるものであるが、Ａ層１２はＡｌを含んでいるために酸化を防止することが可能な温度が高くなる（高い耐酸化性を有する）。しかも、Ａ層１２はＡｌだけでなくＣｒも含むためにさらに酸化を防止することが可能な温度が高くなる（高い耐酸化性を有する）。なお、Ａ層１２は、ＡｌとＣｒとＮ（窒素）とを含む限り他の元素を含んでいても差し支えない。
交互層１４におけるＡ層１２は、ＡｌとＣｒとを含む窒化物からなるものであるが、Ａ層１２はＡｌを含んでいるために酸化を防止することが可能な温度が高くなる（高い耐酸化性を有する）。しかも、Ａ層１２はＡｌだけでなくＣｒも含むためにさらに酸化を防止することが可能な温度が高くなる（高い耐酸化性を有する）。なお、Ａ層１２は、ＡｌとＣｒとＮ（窒素）とを含む限り他の元素を含んでいても差し支えない。
また、Ａ層１２の結晶構造は、Ａ層１２の硬度を高めて被覆層１１の硬度を高めるという観点から立方晶であることが好ましい。ＡｌＮの結晶構造は通常六方晶であるが、ＡｌＮにＣｒを含有させることにより、ＡｌＮの結晶構造が立方晶化するため、Ａ層１２が高硬度化する傾向にある。なお、ＡｌＮが準安定相である立方晶となったときの推定格子定数は０．４１２ｎｍである。これに対して、常温常圧で立方晶が安定相であるＣｒＮの格子定数は０．４１４ｎｍであり、立方晶のＡｌＮの推定格子定数と非常に近く、Ｃｒによる引き込み効果によりＡｌＮが立方晶化することとなり、Ａ層１２を高硬度化させることができる。
そして、Ｂ層１３の間にＡ層１２を挟むことにより得られるＡ層１２の結晶構造の微細化の効果は、高温時においても発揮されるため、被覆層１１の十分な高温安定性を示すものとなる。
また、Ａ層１２を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数の比は、０．０５よりも大きく０．４以下である。ここで、Ａ層１２を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数の比が０．０５以下の場合にはＡ層１２におけるＣｒによるＡｌＮの結晶構造の立方晶化の効果が得られない傾向にあり、０．４よりも大きい場合にはＡ層１２の硬度が低下してしまう傾向にある。また、Ａ層１２の硬度をより高くする観点からは、Ａ層１２のＣｒの原子数の比は０．２以上０．３５以下であることが好ましく、０．２５以上０．３以下であることがより好ましい。なお、本発明において「金属原子」とは、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン、酸素、硫黄、セレン、テルル、窒素、リン、ヒ素、アンチモンおよび炭素以外の元素の原子のことをいう。
また、Ａ層１２におけるＡｌとＣｒとを含む金属原子の総数を１としたときの窒素の原子数の比は０．８以上１．５以下とすることが好ましい。Ａ層１２の窒素の原子数の比が０．８未満である場合にはＡ層１２の硬度が低下する傾向にあり、Ａ層１２の窒素の原子数の比が１．５を超える場合にも同様にＡ層１２の硬度が低下する傾向にある。
＜Ｂ層＞
交互層１４におけるＢ層１３は、ＡｌとＶとを含む窒化物からなり、ＡｌとＶとＮとを含む限り他の元素を含んでいても差し支えない。仮にＢ層１３がＶを含有しないＡｌＮからなる場合には、Ｂ層１３の最表面に強固な酸化層が形成されて、Ｂ層１３の耐酸化性が１２００℃以上となる点で優れているが、Ｂ層１３の硬度が２０〜２５ＧＰａと非常に低硬度となるため、耐摩耗性が低下してしまう傾向にある。
交互層１４におけるＢ層１３は、ＡｌとＶとを含む窒化物からなり、ＡｌとＶとＮとを含む限り他の元素を含んでいても差し支えない。仮にＢ層１３がＶを含有しないＡｌＮからなる場合には、Ｂ層１３の最表面に強固な酸化層が形成されて、Ｂ層１３の耐酸化性が１２００℃以上となる点で優れているが、Ｂ層１３の硬度が２０〜２５ＧＰａと非常に低硬度となるため、耐摩耗性が低下してしまう傾向にある。
そこで、Ｂ層１３をＡｌとＶとを含有する窒化物とすることにより、Ｂ層１３の結晶構造の組織が微細化して小さい残留応力値を示し応力緩和層としての作用を示しつつ、硬度が４０〜４５ＧＰａと高硬度化して高い耐摩耗性を有するものとなる。しかも、Ｂ層１３がＡｌを含有することによりＢ層１３の熱伝導率が高くなり、切削加工時の発熱を表面被覆切削工具１０の表面から大気中または工作機械を通して外へ逃がす放熱効果も得られる。
Ｂ層１３がＶを含むことにより、表面被覆切削工具１０の切削加工時に高温となって被覆層１１の表面が酸化される傾向にあるが、Ｖの酸化物は低融点であるため切削加工時には潤滑剤として作用することになり、被覆層１１への被削材の凝着を抑える効果を期待することができる。
また、被覆層１１の表面での潤滑性能に起因するものとも考えられるが、Ｂ層１３がＶを含むことにより被覆層１１の被削材への耐溶着性を向上させることができるため、切削抵抗を減少させることができ、切りくず排出性も向上させることができる。
ここで、Ｂ層１３を構成する金属原子の総数を１としたときのＶの原子数の比は、０．０５以上０．４以下である。Ｂ層１３を構成する金属原子の総数を１としたときのＶの原子数の比が０．０５未満である場合には残留応力を十分に小さくすることができなくなる傾向にあり、０．４よりも大きい場合にはＢ層１３の硬度が低下する傾向にある。また、Ｂ層１３の硬度をより高くする観点からは、Ｂ層１３を構成する金属原子の総数を１としたときのＶの原子数の比は０．２以上０．３５以下であることが好ましく、０．２５以上０．３以下であることがより好ましい。
また、Ｂ層１３の結晶構造は、Ｂ層１３の硬度を高めて被覆層１１の硬度を高めるという観点から立方晶であることが好ましい。Ｂ層１３を構成する金属原子の総数を１としたときのＶの原子数の比を０．０５以上０．４以下とすることにより、常温常圧で準安定相である立方晶のＡｌ化合物を形成し、Ｂ層１３の硬度をさらに向上させることができる傾向にある。なお、ＡｌＮが準安定相である立方晶となった場合の推定格子定数は０．４１２ｎｍである。これに対して、常温常圧で立方晶が安定相であるＶＮの格子定数は０．４１４ｎｍであり、非常に立方晶のＡｌＮの推定格子定数と近く、Ｖによる引き込み効果によりＡｌＮも立方晶化することとなり、Ｂ層１２をより高硬度化させることができる。
また、Ｂ層１３において、ＣｒとＶとを含む金属原子の総数を１としたときの窒素の原子数の比は０．８以上１．５以下であることが好ましい。Ｂ層１３の金属原子の総数を１としたときの窒素の原子数の比が０．８未満である場合にはＢ層１３の硬度が低下する傾向にあり、１．５を超える場合にも同様にＢ層１３の硬度が低下する傾向がある。
＜Ａ層またはＢ層に含まれる他の元素の例＞
本発明においては、Ａ層１２および／またはＢ層１３にホウ素が原子％で１０原子％未満含まれていてもよい。Ａ層１２および／またはＢ層１３にホウ素が含まれている場合には、Ａ層１２および／またはＢ層１３の硬度をさらに高くすることができる傾向にある。また、切削加工時に被覆層１１が高温となって表面が酸化されたときに、被覆層１１の表面に形成されるホウ素の酸化物がＡ層１２および／またはＢ層１３に含まれるＡｌの酸化物を緻密化する傾向にあることからも好ましい。さらに、ホウ素の酸化物の融点は、Ｖの酸化物と同じく低融点であるため高温での切削加工時においてホウ素の酸化物が潤滑剤として作用し、被覆層１１の被削材への溶着を抑えることができる傾向もある。
本発明においては、Ａ層１２および／またはＢ層１３にホウ素が原子％で１０原子％未満含まれていてもよい。Ａ層１２および／またはＢ層１３にホウ素が含まれている場合には、Ａ層１２および／またはＢ層１３の硬度をさらに高くすることができる傾向にある。また、切削加工時に被覆層１１が高温となって表面が酸化されたときに、被覆層１１の表面に形成されるホウ素の酸化物がＡ層１２および／またはＢ層１３に含まれるＡｌの酸化物を緻密化する傾向にあることからも好ましい。さらに、ホウ素の酸化物の融点は、Ｖの酸化物と同じく低融点であるため高温での切削加工時においてホウ素の酸化物が潤滑剤として作用し、被覆層１１の被削材への溶着を抑えることができる傾向もある。
また、本発明において、Ａ層１２および／またはＢ層１３は、Ｓｉを原子％で１０原子％未満含有していてもよい。Ａ層１２および／またはＢ層１３がＳｉを含有することにより、Ａ層１２および／またはＢ層１３の硬度が高くなる傾向にあるとともに、Ａ層１２の結晶構造が微細化してＡ層１２の硬度がさらに高められる傾向もある。
＜Ａ層およびＢ層のＡｌ以外の原子数比＞
被覆層１１中で隣り合うＡ層１２のＣｒの原子数比（Ａ層１２を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数比）とＢ層１３のＶの原子数比（Ｂ層１３を構成する金属原子の総数を１としたときのＶの原子数比）とが実質的に同じであることが好ましい。常温常圧で立方晶が安定相であるＣｒＮおよびＶＮの格子定数はいずれも０．４１４ｎｍであり、準安定な立方晶のＡｌＮの格子定数０．４１２ｎｍと非常に近いため、Ａ層１２のＣｒの原子数比とＢ層１３のＶの原子数比とが実質的に同じである場合には、Ａ層１２とＢ層１３との界面での結晶格子が連続となり、Ａ層１２とＢ層１３との界面での格子定数の違いによる歪みを低減することができ、被覆層１１の全体の応力が低下して、Ａ層１２とＢ層１３との間の密着性を向上させることができる。なお、「Ａ層１２のＣｒの原子数比とＢ層１３のＶの原子数比とが実質的に同じ」とは、いずれかの分析方法によってＡ層１２のＣｒの原子数比とＢ層１３のＶの原子数比とが全く同一である場合が含まれることは勿論、Ａ層１２のＣｒの原子数比とＢ層１３のＶの原子数比との間に多少の微差（Ａ層１２のＣｒの原子数比とＢ層１３のＶの原子数比との差の絶対値が３以下）がある場合も含まれるものとする。
被覆層１１中で隣り合うＡ層１２のＣｒの原子数比（Ａ層１２を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数比）とＢ層１３のＶの原子数比（Ｂ層１３を構成する金属原子の総数を１としたときのＶの原子数比）とが実質的に同じであることが好ましい。常温常圧で立方晶が安定相であるＣｒＮおよびＶＮの格子定数はいずれも０．４１４ｎｍであり、準安定な立方晶のＡｌＮの格子定数０．４１２ｎｍと非常に近いため、Ａ層１２のＣｒの原子数比とＢ層１３のＶの原子数比とが実質的に同じである場合には、Ａ層１２とＢ層１３との界面での結晶格子が連続となり、Ａ層１２とＢ層１３との界面での格子定数の違いによる歪みを低減することができ、被覆層１１の全体の応力が低下して、Ａ層１２とＢ層１３との間の密着性を向上させることができる。なお、「Ａ層１２のＣｒの原子数比とＢ層１３のＶの原子数比とが実質的に同じ」とは、いずれかの分析方法によってＡ層１２のＣｒの原子数比とＢ層１３のＶの原子数比とが全く同一である場合が含まれることは勿論、Ａ層１２のＣｒの原子数比とＢ層１３のＶの原子数比との間に多少の微差（Ａ層１２のＣｒの原子数比とＢ層１３のＶの原子数比との差の絶対値が３以下）がある場合も含まれるものとする。
＜Ａ層およびＢ層の厚み＞
Ａ層１２の厚みおよびＢ層１３の厚みはそれぞれ１ｎｍよりも大きく２００ｎｍ以下であることが好ましい。Ａ層１２およびＢ層１３をいずれも１ｎｍよりも大きく２００ｎｍ以下の厚みとすることにより、被覆層１１の表面で発生したクラックの進展（基材方向への進展）を最も効果的に抑制することができる傾向にある。また、Ａ層１２およびＢ層１３の厚みがそれぞれ１ｎｍ以下である場合には、Ａ層１２とＢ層１３とが混ざり合ってＡ層１２とＢ層１３とを交互に積層したことによる効果を得られにくい傾向にあり、２００ｎｍを超える場合にはクラックの基材５方向への進展を抑制する効果を得られにくい傾向にある。
Ａ層１２の厚みおよびＢ層１３の厚みはそれぞれ１ｎｍよりも大きく２００ｎｍ以下であることが好ましい。Ａ層１２およびＢ層１３をいずれも１ｎｍよりも大きく２００ｎｍ以下の厚みとすることにより、被覆層１１の表面で発生したクラックの進展（基材方向への進展）を最も効果的に抑制することができる傾向にある。また、Ａ層１２およびＢ層１３の厚みがそれぞれ１ｎｍ以下である場合には、Ａ層１２とＢ層１３とが混ざり合ってＡ層１２とＢ層１３とを交互に積層したことによる効果を得られにくい傾向にあり、２００ｎｍを超える場合にはクラックの基材５方向への進展を抑制する効果を得られにくい傾向にある。
また、Ａ層１２とＢ層１３とを交互に積層したことによる効果およびクラックの基材５方向への進展を抑制する効果を十分に得る観点からは、Ａ層１２の厚みおよびＢ層１３の厚みはそれぞれ、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましく、４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、Ａ層１２の厚みは、交互層１４中に含まれるそれぞれのＡ層１２において実質的に全てのＡ層１２が同じ厚みであってもよく、Ａ層１２の少なくとも１層が他のＡ層１２と異なる厚みであってもよい。また、Ｂ層１３についても交互層１４中に含まれるそれぞれのＢ層１３において実質的に全てのＢ層１３が同じ厚みであってもよいし、Ｂ層１３の少なくとも１層の厚みが他のＢ層１３と異なる厚みであってもよい。
＜中間遷移層＞
交互層１４において、Ａ層１２とＢ層１３とは、中間遷移層（図示せず）を挟んで積層されていてもよく、中間遷移層の組成は、中間遷移層に接する下層の組成から中間遷移層に接する上層の組成へと中間遷移層の厚み方向に連続的に変化していることが好ましい。たとえば、交互層１４において、基材５側から、Ａ層１２、中間遷移層およびＢ層１３の順に各層を形成する場合を例にとると、中間遷移層の組成は、中間遷移層の下側（すなわちＡ層１２と接する側）はＡ層１２の組成であって、中間遷移層の厚み方向（基材５から遠ざかる方向）にＡ層１２の組成からＢ層１３の組成に近づくように連続的に変化し、中間遷移層の上側（すなわちＢ層１３と接する側）はＢ層１３の組成であることが好ましい。
交互層１４において、Ａ層１２とＢ層１３とは、中間遷移層（図示せず）を挟んで積層されていてもよく、中間遷移層の組成は、中間遷移層に接する下層の組成から中間遷移層に接する上層の組成へと中間遷移層の厚み方向に連続的に変化していることが好ましい。たとえば、交互層１４において、基材５側から、Ａ層１２、中間遷移層およびＢ層１３の順に各層を形成する場合を例にとると、中間遷移層の組成は、中間遷移層の下側（すなわちＡ層１２と接する側）はＡ層１２の組成であって、中間遷移層の厚み方向（基材５から遠ざかる方向）にＡ層１２の組成からＢ層１３の組成に近づくように連続的に変化し、中間遷移層の上側（すなわちＢ層１３と接する側）はＢ層１３の組成であることが好ましい。
中間遷移層を含む交互層１４の態様としては、たとえばＡ層１２から積層が開始される場合には、まずＡ層１２上に中間遷移層を形成し、次に中間遷移層上にＢ層１３を形成し、Ｂ層１３上に中間遷移層を形成し、次いで中間遷移層上にＡ層１２を形成し、以後もＡ層１２とＢ層１３との間に中間遷移層が形成される積層態様を繰り返すことにより交互層１４を形成される場合が例示される。なお、本発明においては、Ａ層１２とＢ層１３との間に中間遷移層が形成される場合であっても、Ａ層１２とＢ層１３とは交互に積層されるという表現を用いるものとする。
中間遷移層は、Ａ層１２およびＢ層１３と独立して形成する必要はなく、被覆層１１の形成方法にもよるが、通常はＡ層１２上にＢ層１３を形成するとき、またはＢ層１３上にＡ層１２を形成するときに、Ａ層１２の形成とＢ層１３の形成との途中段階で不可避的に形成されてもよい。中間遷移層は、観察する条件により観察されたり観察されなかったりする程度の層であってもよく、通常ＴＥＭ等による観察倍率を２００万倍以上にする場合において観察される程度の層であってもよい。
なお、Ａ層１２とＢ層１３との境界部に中間遷移層が形成されることにより、Ａ層１２とＢ層１３との境界部を明確に定めることができない場合には、中間遷移層における厚み方向の中間点をＡ層１２およびＢ層１３の境界部とみなし、Ａ層１２およびＢ層１３の厚み等を測定するものとする。
＜被覆層の最下層＞
本発明の表面被覆切削工具１０においては、たとえば図１に示すように、被覆層１１の最下層をＡ層１２とすることができる。ここで、最下層とは基材５と直接に接触する被覆層１１中の層のことである。被覆層１１の最下層をＡ層１２とした場合には、切削初期に基材５が露出したとしても、基材５と被覆層１１との間の界面からの酸化を抑制することができる傾向にある。
本発明の表面被覆切削工具１０においては、たとえば図１に示すように、被覆層１１の最下層をＡ層１２とすることができる。ここで、最下層とは基材５と直接に接触する被覆層１１中の層のことである。被覆層１１の最下層をＡ層１２とした場合には、切削初期に基材５が露出したとしても、基材５と被覆層１１との間の界面からの酸化を抑制することができる傾向にある。
また、たとえば図２に示すように、被覆層１１の最下層をＢ層１３とすることもできる。被覆層１１の最下層をＢ層１３とした場合には、Ｂ層１３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などの断続加工の場合に被覆層１１の基材５からの耐剥離性が格段に向上する傾向にある。なお、被覆層１１の最下層としては、Ａ層１２およびＢ層１３以外の他の層を形成してもよい。
＜被覆層の最上層＞
本発明の表面被覆切削工具１０の被覆層１１の形成において、被覆層１１の最上層にＣ層を形成してもよい。被覆層１１の最上層にＣ層を含むことにより、被覆層１１の摩擦係数を低減することができるとともに、被覆層１１に耐酸化性を付与することもできる。ここで、Ｃ層はＡｌ、Ｂ（ホウ素）、ＣｒおよびＶからなる群より選択された少なくとも１種の金属を含む炭窒化物（炭素と窒素を含む化合物）からなり、Ｃ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＡｌの原子数の比および／またはＶの原子数の比が０．０５以上０．４以下であることが好ましい。なお、本発明の表面被覆切削工具１０において、被覆層１１の最上層は被覆層１１の最表面を構成する層であり、最上層は交互層１４上に形成することができる。
本発明の表面被覆切削工具１０の被覆層１１の形成において、被覆層１１の最上層にＣ層を形成してもよい。被覆層１１の最上層にＣ層を含むことにより、被覆層１１の摩擦係数を低減することができるとともに、被覆層１１に耐酸化性を付与することもできる。ここで、Ｃ層はＡｌ、Ｂ（ホウ素）、ＣｒおよびＶからなる群より選択された少なくとも１種の金属を含む炭窒化物（炭素と窒素を含む化合物）からなり、Ｃ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＡｌの原子数の比および／またはＶの原子数の比が０．０５以上０．４以下であることが好ましい。なお、本発明の表面被覆切削工具１０において、被覆層１１の最上層は被覆層１１の最表面を構成する層であり、最上層は交互層１４上に形成することができる。
被覆層１１の最上層は切削加工時において他の層の表面と比べて最も高温となるが、最上層がＣ層を含むことにより、被覆層１１が酸化することを極めて効果的に防止することができるとともに、被覆層１１の被削材に対する摩擦係数が低下することにより、表面被覆切削工具１０が長寿命化する傾向にある。一般に、炭素原子を含むことにより摩擦係数が低下する傾向にあり、金属の炭窒化物は金属の窒化物よりも被削材に対する被覆層１１の摩擦係数が低い傾向にあることから、Ｃ層はＡｌ、Ｂ、ＣｒおよびＶからなる群より選択された少なくとも１種を含む金属の炭窒化物で構成されることが好ましい。
また、Ｃ層の厚みは０．１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。Ｃ層の厚みが０．１μｍ未満である場合には被覆層１１の最表面の潤滑性の付与による表面被覆切削工具１０の長寿命化の効果が得られにくい傾向にあり、Ｃ層の厚みが２μｍを超える場合には表面被覆切削工具１０の長寿命化の効果をさらに向上することができない傾向にある。
また、Ｃ層に含まれる窒素の原子数比と炭素の原子数比とを調整することにより、表面被覆切削工具１０の表面に所定の色を付与することが可能である。これにより、表面被覆切削工具１０の外観に意匠性を付与することができるため、商業上有用となる。窒素の原子数比と炭素との原子数比は、特に限定されるものではないが、Ｃ層中の窒素の原子数と炭素の原子数との総数を１としたときの炭素の原子数比は０．０５以上０．６以下であることが好ましい。上記のＣ層中の炭素の原子数比が０．０５未満である場合には潤滑性の付与による効果が得られない傾向にあり、０．６を超える場合にはＣ層の硬度が高くなり過ぎて被覆層１１自体がチッピングしやすくなる傾向にもある。
また、被覆層１１の最上層のＣ層としては、ＣｒおよびＶの少なくとも一方と、Ａｌと、を含むＡｌを主成分とする酸化物からなり、Ｃ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒとＶとを合計した原子数の比が０よりも大きく０．４以下である層を用いることが好ましい。被覆層１１の最上層のＣ層としてＣｒおよびＶの少なくとも一方と、Ａｌと、を含むＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層を用いた場合には、Ａｌを主成分とする酸化物中に含まれるＣｒおよび／またはＶとＡｌとの置換の効果によって上記のＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層の結晶性が向上するとともに、上記のＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層中のＣｒの酸化物および／またはＶの酸化物によって表面被覆切削工具の切削時における被削材に対する被覆層１１の耐溶着性および被覆層１１の耐酸化性が向上することによって表面被覆切削工具１０が長寿命化する傾向にある。
Ａｌを主成分とする酸化物は、同じＡｌを主成分とする窒化物や炭窒化物に比べて高温での結晶構造および特性の安定性に優れ、被削材との反応が抑制されるため、被削材に対する被覆層１１の耐溶着性が向上するものと考えられる。また、表面被覆切削工具の切削時において上記のＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層の表面は、被覆層１１中の他の層と比較して酸化雰囲気中で最も高温となるが、Ａｌを主成分とする酸化物は、同じＡｌを主成分とする窒化物や炭窒化物に比べて高温での耐酸化性に優れるため、被覆層１１の耐酸化性が向上する。
また、上記のＣｒおよびＶの少なくとも一方とＡｌとを含むＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層の厚みは０．１μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。上記のＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層の厚みが０．１μｍ未満である場合には被覆層１１の最表面の潤滑性の付与による表面被覆切削工具１０の長寿命化の効果が得られにくい傾向にあり、上記のＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層の厚みが４μｍを超える場合には被覆層１１の基材５に対する密着力が低下して上記のＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層の形成による効果を十分に発揮できない傾向にある。
また、上記のＣｒおよびＶの少なくとも一方とＡｌとを含むＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層の結晶構造は、α−アルミナ型、γ−アルミナ型またはこれらが混在する構造のいずれかであることが好ましい。また、ＣｒおよびＶの少なくとも一方とＡｌとを含むＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層はその少なくとも一部が非晶質構造であってもよい。上記のＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層の高温中で最も安定な結晶構造はα−アルミナ型であるが、上記のＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層が仮にγ−アルミナ型の結晶構造および／または非晶質構造を有していた場合でも、同じＡｌを主成分とする窒化物や炭窒化物に比べて高温での切削性能が向上する。これは、表面被覆切削工具１０の切削時に被覆層１１が高温になった場合でも上記のＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層は元来酸化物であるため被覆層１１の表面からの酸化を抑制することができ、基材５および基材５と上記のＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層との間の層の酸化を抑制することができるためである。
また、上記のＣｒおよびＶの少なくとも一方とＡｌとを含むＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層はＹをさらに含み、上記のＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＹの原子数の比を０．０１よりも大きく０．１以下とすることがさらに切削性能を向上させる観点から好ましい。上記のＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層中にＹが含まれる場合には、Ｙの酸化物がＡｌを主成分とする酸化物の結晶粒界に析出して酸素の粒界拡散を抑制することができるため、基材５の酸化を著しく低減することができる傾向にある。これにより、刃先温度が高くなる連続旋削や比較的負荷の小さいフライス加工において表面被覆切削工具１０の寿命をさらに長くすることができる傾向にある。
本発明の表面被覆切削工具１０においては、たとえば図５に示すように、被覆層１１の最上層をＣ層１５とし、最下層をＡ層１２とすることができる。また、たとえば図６に示すように、被覆層１１の最上層をＣ層１５とし、被覆層１１の最下層をＢ層１３とすることもできる。ただし、本発明の表面被覆切削工具１０の被覆層１１の最上層がＣ層１５である場合の構造は図５および図６に示す構造に限定されるものではない。
＜被覆層の残留応力＞
本発明の表面被覆切削工具１０を構成する被覆層１１は、−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の平均残留応力を有していることが好ましい。すなわち、被覆層１１の残留応力を平均すると−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の平均残留応力となることが好ましく、便宜的に応力が解放されて被覆層１１に残留応力を有さない場合であってもよい。被覆層１１が−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の平均残留応力を有することにより、被覆層１１にチッピングが発生することを抑制することができるため、本発明の表面被覆切削工具１０の刃先の信頼性が向上し、表面被覆切削工具１０の工具寿命を長期化することができる。
本発明の表面被覆切削工具１０を構成する被覆層１１は、−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の平均残留応力を有していることが好ましい。すなわち、被覆層１１の残留応力を平均すると−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の平均残留応力となることが好ましく、便宜的に応力が解放されて被覆層１１に残留応力を有さない場合であってもよい。被覆層１１が−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の平均残留応力を有することにより、被覆層１１にチッピングが発生することを抑制することができるため、本発明の表面被覆切削工具１０の刃先の信頼性が向上し、表面被覆切削工具１０の工具寿命を長期化することができる。
また、表面被覆切削工具１０の工具寿命を長期化する観点からは、被覆層１１の平均残留応力は、−５ＧＰａ以上−０．５ＧＰａ以下であることが好ましく、−３ＧＰａ以上−０．５ＧＰａ以下であることがより好ましい。
被覆層１１の平均残留応力が０ＧＰａを超えて「正」の数値を有するようになると、引張残留応力となるため被覆層１１の表面で発生したクラックの基材５方向への進展を抑制しにくい傾向がある。一方、被覆層１１の平均残留応力が−８ＧＰａ未満になると圧縮残留応力が大きすぎて（すなわち、平均残留応力の絶対値が大きくなりすぎて）、切削開始前に表面被覆切削工具１０のエッジ部から被覆層１１が剥離して表面被覆切削工具１０の工具寿命が短くなる傾向がある。なお、本発明において被覆層１１の平均残留応力とは、被覆層１１全体の残留応力の平均値のことである。また、本明細書において、圧縮残留応力という記載と数値とを併記する場合には、数値にあえてマイナスの符号を付さないで表記するものとする。
また、被覆層１１の平均残留応力は、被覆層１１の表面に発生するクラックの基材５側への進展をより効果的に抑制するという観点から、被覆層１１の厚み方向において変化し、基材５から遠ざかるにしたがって平均残留応力の絶対値が大きくなること（すなわち圧縮残留応力が大きくなること）が好ましい。なお、本発明において被覆層１１の平均残留応力は、Ｘ線応力測定装置を用いたｓｉｎ2ψ法により測定することができる。
＜被覆層の結晶構造＞
本発明の表面被覆切削工具１０を構成する被覆層１１の結晶構造は立方晶であることが好ましい。被覆層１１の結晶構造が立方晶である場合には、被覆層１１の硬度が向上する傾向にある。たとえば、窒化物であるＡｌＮを例にとると、ＡｌＮは通常六方晶であるが、準安定相である立方晶となった場合の格子定数は０．４１２ｎｍであるのに対して、常温常圧で立方晶が安定相であるＣｒＮおよびＶＮの格子定数は０．４１４ｎｍであり、立方晶のＡｌＮと非常に格子定数が近いため、ＣｒまたはＶによる引き込み効果によりＡｌＮは立方晶化して高硬度化する。このため、上記のＡ層１２は、ＡｌとＣｒまたはＶとを含む窒化物とすることにより立方晶とすることが可能となる。
本発明の表面被覆切削工具１０を構成する被覆層１１の結晶構造は立方晶であることが好ましい。被覆層１１の結晶構造が立方晶である場合には、被覆層１１の硬度が向上する傾向にある。たとえば、窒化物であるＡｌＮを例にとると、ＡｌＮは通常六方晶であるが、準安定相である立方晶となった場合の格子定数は０．４１２ｎｍであるのに対して、常温常圧で立方晶が安定相であるＣｒＮおよびＶＮの格子定数は０．４１４ｎｍであり、立方晶のＡｌＮと非常に格子定数が近いため、ＣｒまたはＶによる引き込み効果によりＡｌＮは立方晶化して高硬度化する。このため、上記のＡ層１２は、ＡｌとＣｒまたはＶとを含む窒化物とすることにより立方晶とすることが可能となる。
このように、被覆層１１に含まれるＡ層１２および／またはＢ層１３のそれぞれの結晶構造を立方晶とすることにより、被覆層１１の硬度が向上して耐摩耗性に優れた表面被覆切削工具１０とすることができる。なお、被覆層１１および被覆層１１中のＡ層１２およびＢ層１３などの結晶構造はそれぞれ、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。
＜製造方法＞
本発明の表面被覆切削工具１０は、たとえば、基材５を準備する工程と、物理的蒸着法を用いて基材５上にＡ層１２とＢ層１３とを交互にそれぞれ１層以上積層して交互層１４を形成する工程と、を少なくとも含む方法により製造することができる。ここで、耐摩耗性を有する交互層１４を基材５の表面上に形成するためには、結晶性の高い化合物からなる層を形成することが好ましい。そこで、交互層１４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ことが好ましいことが明らかとなった。
本発明の表面被覆切削工具１０は、たとえば、基材５を準備する工程と、物理的蒸着法を用いて基材５上にＡ層１２とＢ層１３とを交互にそれぞれ１層以上積層して交互層１４を形成する工程と、を少なくとも含む方法により製造することができる。ここで、耐摩耗性を有する交互層１４を基材５の表面上に形成するためには、結晶性の高い化合物からなる層を形成することが好ましい。そこで、交互層１４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ことが好ましいことが明らかとなった。
物理的蒸着法としては、たとえば、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およびアンバランスドマグネトロンスパッタリング法からなる群から選択された少なくとも１種を用いることができる。なお、被覆層１１として交互層１４以外の層も、たとえば物理的蒸着法などにより形成することができる。
ここで、物理的蒸着法としては、カソードアークイオンプレーティング法を用いることが好ましい。物理的蒸着法として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、被覆層１１を形成する前に基材５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５と被覆層１１との密着性を格段に向上させることができる。また、カソードアークイオンプレーティング法は、原料元素のイオン化率が高いという利点もある。
ここで、カソードアークイオンプレーティング法は、たとえば、カソードアークイオンプレーティング装置内に基材５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、ターゲットに高電流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蒸発、イオン化させて、基材５上に物質を堆積させることにより積層を行なうことができる。
また、バランスドマグネトロンスパッタリング法は、たとえば、装置内に基材５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た後に、マグネトロン電極と基材５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イオン化させ基材５上に堆積させることにより行なうことができる。
また、アンバランストマグネトロンスパッタリング法は、たとえば、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。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下のようにして、実施例１〜１６および比較例１〜４のそれぞれの表面被覆切削工具を作製し、それぞれ表面被覆切削工具の工具寿命を評価した。
表１に実施例１〜１６および比較例１〜４のそれぞれの表面被覆切削工具の被覆層の構成を示し、表２に表面被覆切削工具の被覆層の特性（硬度および圧縮残留応力）および結晶構造を示す。また、表３に実施例１〜１６および比較例１〜４の表面被覆切削工具について断続切削試験および強断続切削試験を行なったときのそれぞれの工具寿命の評価結果を示す。また、表４に断続切削試験および強断続切削試験の切削条件（被削材、切削速度ｖｃ、送りｆｚおよび切り込みａｐ）を示す。
（実施例１）
図３に、カソードアークイオンプレーティング装置の模式的な側面図を示し、図４に、図３に示すカソードアークイオンプレーティング装置３０の模式的な上面図を示す。
図３に、カソードアークイオンプレーティング装置の模式的な側面図を示し、図４に、図３に示すカソードアークイオンプレーティング装置３０の模式的な上面図を示す。
図３に示すように、カソードアークイオンプレーティング装置３０には、チャンバ１内に被覆層の金属原料となる合金製ターゲットであるＡ層用カソード６と、Ｂ層用カソード７と、基材５を設置するための回転式基材ホルダ４とが取り付けられている。Ａ層用カソード６にはアーク電源８が取り付けられ、Ｂ層用カソード７にはアーク電源９が取り付けられている。また、回転式基材ホルダ４には、バイアス電源２０が取り付けられている。また、チャンバ１内にはガスが導入されるガス導入口２が設けられるとともにチャンバ１内の圧力を調節するためにガス排出口３が設けられており、ガス排出口３から真空ポンプによりチャンバ１内のガスを吸引し、チャンバ１内の圧力を調節できる構造となっている。
以下に、実施例１の表面被覆切削工具の製造方法について説明する。まず、図３に示すように、カソードアークイオンプレーティング装置３０の回転式基材ホルダ４に、グレードがＪＩＳ規格Ｐ２０の超硬合金であって、形状がＳＤＫＮ４２ＭＴである基材５を装着した。
そして、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。そして、真空ポンプによりチャンバ１内を減圧するとともに、基材５を回転させながらカソードアークイオンプレーティング装置３０のチャンバ１内に設置されたヒータにより温度を６００℃に加熱し、チャンバ１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２からＡｒガスを導入してチャンバ１内の圧力を３．０Ｐａに保持し、バイアス電源２０の電圧を徐々に上げながら−１０００Ｖとし、基材５の表面のクリーニングを３０分間行なった。その後、チャンバ１内からアルゴンガスを排気し、基材５の表面をスパッタすることによってクリーニングした。
次に、基材５を中央で回転させた状態で、ガス導入口２から反応ガスとして窒素を導入しながら、基材５の温度を６００℃に設定し、反応ガス圧を２．０Ｐａにした上で、バイアス電源２０の電圧を−５０Ｖ〜−４００Ｖの範囲のある一定値に維持したまま、または徐々に変化させながらＡ層用カソード６およびＢ層用カソード７にそれぞれ１００Ａのアーク電流を供給することによって、アーク放電によりＡ層用カソード６およびＢ層用カソード７から金属イオンを発生させて、基材５上に０．００６μｍ厚みのＡｌ0.65Ｃｒ0.35Ｎ層からなるＡ層をまず形成した後に０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層を形成し、その後、Ａ層とＢ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.65Ｃｒ0.35Ｎ層からなるＡ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ３００層になったところで（Ａ層の合計厚み：１．８μｍ、Ｂ層の合計厚み：１．８μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
以上により、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例１の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例１の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は３．６μｍであることが確認された。
（実施例２）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.75Ｃｒ0.25ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.8Ｖ0.2ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.75Ｃｒ0.25ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.8Ｖ0.2ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．００６μｍの厚みのＡｌ0.75Ｃｒ0.25Ｎ層からなるＡ層を形成し、次に０．００６μｍの厚みのＡｌ0.8Ｖ0.2Ｎ層からなるＢ層を形成し、その後、Ａ層とＢ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.75Ｃｒ0.25Ｎ層からなるＡ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ３００層になったところで（Ａ層の合計厚み：１．８μｍ、Ｂ層の合計厚み：１．８μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例２の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例２の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は３．６μｍであることが確認された。
（実施例３）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.9Ｃｒ0.1ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.85Ｖ0.15ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.9Ｃｒ0.1ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.85Ｖ0.15ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．００６μｍの厚みのＡｌ0.9Ｃｒ0.1Ｎ層からなるＡ層を形成し、次に０．００６μｍの厚みのＡｌ0.85Ｖ0.15Ｎ層からなるＢ層を形成し、その後、Ａ層とＢ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.9Ｃｒ0.1Ｎ層からなるＡ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ３００層になったところで（Ａ層の合計厚み：１．８μｍ、Ｂ層の合計厚み：１．８μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例３の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例３の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は３．６μｍであることが確認された。
（実施例４）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．００２μｍの厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層を形成し、次に０．００２μｍの厚みのＡｌ0.65Ｃｒ0.35Ｎ層からなるＡ層を形成し、その後、Ｂ層とＡ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ５００層になったところで（Ａ層の合計厚み：１．０μｍ、Ｂ層の合計厚み：１．０μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例４の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例４の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は２．０μｍであることが確認された。
（実施例５）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．０１５μｍの厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層を形成し、次に０．０１５μｍの厚みのＡｌ0.65Ｃｒ0.35Ｎ層からなるＡ層を形成し、その後、Ｂ層とＡ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ１５０層になったところで（Ａ層の合計厚み：２．３μｍ、Ｂ層の合計厚み：２．３μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例５の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例５の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は４．６μｍであることが確認された。
（実施例６）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．０５μｍの厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層を形成し、次に０．０５μｍの厚みのＡｌ0.65Ｃｒ0.35Ｎ層からなるＡ層を形成し、その後、Ｂ層とＡ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ５０層になったところで（Ａ層の合計厚み：２．５μｍ、Ｂ層の合計厚み：２．５μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例６の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例６の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は５．０μｍであることが確認された。
（実施例７）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．１５μｍの厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層を形成し、次に０．１５μｍの厚みのＡｌ0.65Ｃｒ0.35Ｎ層からなるＡ層を形成し、その後、Ｂ層とＡ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ１０層になったところで（Ａ層の合計厚み：１．５μｍ、Ｂ層の合計厚み：１．５μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例７の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例７の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は３．０μｍであることが確認された。
（実施例８）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．００６μｍの厚みのＡｌ0.65Ｃｒ0.35Ｎ層からなるＡ層を形成し、次に０．００６μｍの厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層を形成し、その後、Ａ層とＢ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.65Ｃｒ0.35Ｎ層からなるＡ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ８０層になったところで（Ａ層の合計厚み：０．５μｍ、Ｂ層の合計厚み：０．５μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例８の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例８の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は１．０μｍであることが確認された。
（実施例９）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．００６μｍの厚みのＡｌ0.65Ｃｒ0.35Ｎ層からなるＡ層を形成し、次に０．００６μｍの厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層を形成し、その後、Ａ層とＢ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.65Ｃｒ0.35Ｎ層からなるＡ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ６００層になったところで（Ａ層の合計厚み：３．６μｍ、Ｂ層の合計厚み：３．６μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例９の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例９の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は７．２μｍであることが確認された。
（実施例１０）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.35ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．００６μｍの厚みのＡｌ0.65Ｃｒ0.35Ｎ層からなるＡ層を形成し、次に０．００６μｍの厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層を形成し、その後、Ａ層とＢ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.65Ｃｒ0.35Ｎ層からなるＡ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ１５００層になったところで（Ａ層の合計厚み：９．０μｍ、Ｂ層の合計厚み：９．０μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例１０の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例１０の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は１８．０μｍであることが確認された。
（実施例１１）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.7Ｃｒ0.3ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.7Ｃｒ0.3ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．００６μｍの厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層を形成し、次に０．００６μｍの厚みのＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ層からなるＡ層を形成し、その後、Ｂ層とＡ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ３５０層になったところで（Ａ層の合計厚み：２．１μｍ、Ｂ層の合計厚み：２．１μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例１１の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例１１の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は４．２μｍであることが確認された。
（実施例１２）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.7Ｃｒ0.3ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.7Ｃｒ0.3ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．００６μｍの厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層を形成し、次に０．００６μｍの厚みのＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ層からなるＡ層を形成し、その後、Ｂ層とＡ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ３５０層になったところで（Ａ層の合計厚み：２．１μｍ、Ｂ層の合計厚み：２．１μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流を一旦ストップした。
その後、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを一旦排気した後に、チャンバ１内に反応ガスとして窒素とメタンとの混合ガスを導入しながら、基材５の温度を４００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源２０の電圧を−３５０Ｖに維持したまま、Ｂ層用カソード７に１００Ａのアーク電流を供給することにより、Ｂ層用カソード７から金属イオンを発生させて、０．５μｍの厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｃ0.4Ｎ0.6層からなる最上層を形成した。そして、最上層の形成後にバイアス電源２０に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層と上記の最上層とからなる被覆層を形成し、実施例１２の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。実施例１２の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は４．７μｍであることが確認された。
（実施例１３）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.3Ｓｉ0.05ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.65Ｖ0.3Ｓｉ0.05ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.3Ｓｉ0.05ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.65Ｖ0.3Ｓｉ0.05ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．００６μｍの厚みのＡｌ0.65Ｃｒ0.3Ｓｉ0.05Ｎ層からなるＡ層を形成し、次に０．００６μｍの厚みのＡｌ0.65Ｖ0.3Ｓｉ0.05Ｎ層からなるＢ層を形成し、その後、Ａ層とＢ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.65Ｃｒ0.3Ｓｉ0.05Ｎ層からなるＡ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ３００層になったところで（Ａ層の合計厚み：１．８μｍ、Ｂ層の合計厚み：１．８μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例１３の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例１３の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は３．６μｍであることが確認された。
（実施例１４）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.3Ｂ0.05ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.65Ｖ0.3Ｂ0.05ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.65Ｃｒ0.3Ｂ0.05ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.65Ｖ0.3Ｂ0.05ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．００６μｍの厚みのＡｌ0.65Ｃｒ0.3Ｂ0.05Ｎ層からなるＡ層を形成し、次に０．００６μｍの厚みのＡｌ0.65Ｖ0.3Ｂ0.05Ｎ層からなるＢ層を形成し、その後、Ａ層とＢ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.65Ｃｒ0.3Ｂ0.05Ｎ層からなるＡ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ３００層になったところで（Ａ層の合計厚み：１．８μｍ、Ｂ層の合計厚み：１．８μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流を一旦ストップした。
その後、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを一旦排気した後に、チャンバ１内に反応ガスとして窒素とメタンとの混合ガスを導入しながら、基材５の温度を４００℃、反応ガス圧を２．０Ｐａ、バイアス電源２０の電圧を−３５０Ｖに維持したまま、Ｂ層用カソード７に１００Ａのアーク電流を供給することにより、Ｂ層用カソード７から金属イオンを発生させて、０．５μｍの厚みのＡｌ0.65Ｖ0.3Ｂ0.05Ｃ0.4Ｎ0.6層からなる最上層を形成した。そして、最上層の形成後にバイアス電源２０に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層と上記の最上層とからなる被覆層を形成し、実施例１４の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。実施例１４の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は４．１μｍであることが確認された。
（実施例１５）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.7Ｃｒ0.3ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.7Ｃｒ0.3ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．００６μｍの厚みのＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ0.9層からなるＡ層を形成し、次に０．００６μｍの厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ0.9層からなるＢ層を形成し、その後、Ａ層とＢ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ0.9層からなるＡ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ３００層になったところで（Ａ層の合計厚み：１．８μｍ、Ｂ層の合計厚み：１．８μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例１５の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例１５の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は３．６μｍであることが確認された。
（実施例１６）
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.7Ｃｒ0.3ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
図３に示すカソードアークイオンプレーディング装置３０の回転式基材ホルダ４に基材５をセットするとともに、Ａ層用カソード６にＡｌ0.7Ｃｒ0.3ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.3ターゲットをセットした。
そして、基材上にまず０．００６μｍの厚みのＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ1.1層からなるＡ層を形成し、次に０．００６μｍの厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ1.1層からなるＢ層を形成し、その後、Ａ層とＢ層とをこの順序で１層ずつ交互に積層した（すなわち、最下層はＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ1.1層からなるＡ層となる）。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みについては基材５の回転速度の増減により調整した。
そして、Ａ層の積層数およびＢ層の積層数がそれぞれ３００層になったところで（Ａ層の合計厚み：１．８μｍ、Ｂ層の合計厚み：１．８μｍ）、Ａ層用カソード６およびＢ層用カソード７に供給する電流をストップした。
上記以外は実施例１と同様にして、Ａ層とＢ層との交互層からなる被覆層を形成し、実施例１６の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例１６の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は３．６μｍであることが確認された。
（比較例１〜４）
比較として、実施例１〜１６のそれぞれと同一の基材上に表１に示す組成の被覆層が形成された比較例１〜４の表面被覆切削工具を作製した。なお、比較例１〜３の表面被覆切削工具においては、実施例１〜１６の表面被覆切削工具のように交互層が形成されていないが、表１においては、比較例１〜３の表面被覆切削工具の被覆層（単一層）の組成は、便宜上、交互層のＡ層の欄に記載している。
比較として、実施例１〜１６のそれぞれと同一の基材上に表１に示す組成の被覆層が形成された比較例１〜４の表面被覆切削工具を作製した。なお、比較例１〜３の表面被覆切削工具においては、実施例１〜１６の表面被覆切削工具のように交互層が形成されていないが、表１においては、比較例１〜３の表面被覆切削工具の被覆層（単一層）の組成は、便宜上、交互層のＡ層の欄に記載している。
ここで、表１における「１層厚み」とは交互層を構成するＡ層およびＢ層のそれぞれの１層当たりの厚みのことを意味する。表１におけるＡ層およびＢ層の１層厚みの値および最上層の厚みの値はそれぞれＳＥＭまたはＴＥＭを用いて測定した値である。
また、表１における「積層数」とは、Ａ層およびＢ層が１層ずつ交互に積層されている交互層中におけるＡ層およびＢ層のそれぞれの総層数のことを意味する。
また、表１におけるＡ層、Ｂ層および最上層の組成はそれぞれＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析装置）を用いて測定されたものである。
なお、表１における交互層を構成するＡ層およびＢ層の各層の組成において、たとえば実施例１のＢ層「Ａｌ0.7Ｖ0.3Ｎ」はＡｌとＶとを含む窒化物のことを意味し、Ｂ層を構成する金属原子（すなわちＡｌとＶ）の総数を１としたときのＡｌの原子数の比が０．７であることを示し、Ｖの原子数の比が０．３であることを示し、上記の金属原子の総数を１としたときのＮの原子数の比が１であることを示す。
また、表１における最上層の組成において、たとえば実施例１２の最上層「Ａｌ0.7Ｖ0.3Ｃ0.4Ｎ0.6」はＡｌとＶとを含む炭窒化物のことを意味し、最上層を構成する金属原子（すなわちＡｌとＶ）の総数を１としたときのＡｌの原子数の比が０．７であることを示し、Ｖの原子数の比が０．３であることを示し、金属原子の総数を１としたときＣとＮの原子数の総数は１であり、ＣとＮとの総数を１としたときのＣの原子数の比が０．４であり、Ｎの原子数の比が０．６であることを示す。なお、組成に関する表記は、特に断りのない限り他の実施例および比較例においても同内容を示すものとする。
ここで、表２における被覆層の硬度（ＧＰａ）の値は、ナノインデンター（ＭＴＳ社製Ｎａｎｏ Ｉｎｄｅｎｔｅｒ ＸＰ）により確認された値である。また、表２における被覆層の圧縮残留応力（−ＧＰａ）の値は、Ｘ線残留応力測定装置を用いて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５４〜６７頁参照）により測定された値である。また、表２における被覆層全体の結晶構造はＸ線回折装置により解析されたものである。なお、これらの表記および測定方法は、特に断りがない限り同一とする。
＜表面被覆切削工具の寿命評価＞
上記の工程で作製した実施例１〜１６および比較例１〜４の表面被覆切削工具のそれぞれについて、実際に表３に示す条件で乾式の正面フライス切削試験（断続切削試験）、および穴が多数あいたブロックによる強断続加工切削試験（強断続切削試験）を行ない、バリや加工面が白濁して製品規格から外れるまでの時間、または刃先が欠損するまでの時間（ｍｉｎ）を測定した。これらの断続切削試験および強断続切削試験の工具寿命の評価結果を表４に示す。なお、表４において、断続切削試験および強断続切削試験の切削時間（ｍｉｎ）の値が大きい方が表面被覆切削工具の工具寿命が長いことを示している。
上記の工程で作製した実施例１〜１６および比較例１〜４の表面被覆切削工具のそれぞれについて、実際に表３に示す条件で乾式の正面フライス切削試験（断続切削試験）、および穴が多数あいたブロックによる強断続加工切削試験（強断続切削試験）を行ない、バリや加工面が白濁して製品規格から外れるまでの時間、または刃先が欠損するまでの時間（ｍｉｎ）を測定した。これらの断続切削試験および強断続切削試験の工具寿命の評価結果を表４に示す。なお、表４において、断続切削試験および強断続切削試験の切削時間（ｍｉｎ）の値が大きい方が表面被覆切削工具の工具寿命が長いことを示している。
表４より明らかなように、実施例１〜１６の表面被覆切削工具のように、被覆層がＡ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層を含み、Ａ層はＡｌとＣｒとを含む窒化物からなり、Ａ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数の比が０．０５よりも大きく０．４以下であり、Ｂ層はＡｌとＶとを含む窒化物からなり、Ｂ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＶの原子数の比が０．０５以上０．４以下を満たす場合には、比較例１〜４の表面被覆切削工具と比べて、断続切削試験および強断続切削試験における表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）の工具寿命が大幅に長くなることが確認された。
すなわち、本発明の実施例１〜１６の表面被覆切削工具は、高温での安定性に優れるとともに、刃先のチッピングを抑制し、表面被覆切削工具の工具寿命を長期化することに成功したものと考えられる。
＜表面被覆切削工具の作製＞
以下のようにして、実施例１７〜２２のそれぞれの表面被覆切削工具を作製し、実施例１１および実施例１７〜２２ならびに比較例４のそれぞれ表面被覆切削工具の工具寿命を評価した。
以下のようにして、実施例１７〜２２のそれぞれの表面被覆切削工具を作製し、実施例１１および実施例１７〜２２ならびに比較例４のそれぞれ表面被覆切削工具の工具寿命を評価した。
（実施例１７）
まず、実施例１１と同様にして、０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ層からなるＡ層と０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層とを１層ずつ交互にそれぞれ３５０層ずつ積層してなる交互層を形成した。
まず、実施例１１と同様にして、０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ層からなるＡ層と０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層とを１層ずつ交互にそれぞれ３５０層ずつ積層してなる交互層を形成した。
次に、チャンバ１内に反応ガスとして酸素とアルゴンガスとを導入しながら、基材５の温度を７００℃に設定し、反応ガス圧を２．０Ｐａにした上で、バイアス電源２０の電圧を−１００ＶのパルスＤＣ（パルス周波数２５０ｋＨｚ、ＯＮ時間およびＯＦＦ時間とも２μｓｅｃ）を維持したまま、Ａ層用カソード６に１００Ａのアーク電流を供給することによって、Ａ層用カソード６から金属イオンを発生させて、交互層の最上層となるＢ層上に１．５μｍ厚みの（Ａｌ0.7Ｃｒ0.3）2Ｏ3層からなるＣ層が被覆層の最上層となるように形成して、実施例１７の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。
そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例１７の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は５．７μｍであることが確認された。
（実施例１８）
チャンバ１内に反応ガスとして酸素とアルゴンガスとを導入しながら、基材５の温度を７００℃に設定し、反応ガス圧を２．０Ｐａにした上で、バイアス電源２０の電圧を−１００ＶのパルスＤＣ（パルス周波数２５０ｋＨｚ、ＯＮ時間およびＯＦＦ時間とも２μｓｅｃ）を維持したまま、Ｂ層用カソード７に１００Ａのアーク電流を供給することによって、Ｂ層用カソード７から金属イオンを発生させて、交互層の最上層のＢ層上に１μｍ厚みの（Ａｌ0.7Ｖ0.3）2Ｏ3層からなるＣ層を被覆層の最上層として形成したこと以外は実施例１７と同様にして、実施例１８の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例１８の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は５．２μｍであることが確認された。
チャンバ１内に反応ガスとして酸素とアルゴンガスとを導入しながら、基材５の温度を７００℃に設定し、反応ガス圧を２．０Ｐａにした上で、バイアス電源２０の電圧を−１００ＶのパルスＤＣ（パルス周波数２５０ｋＨｚ、ＯＮ時間およびＯＦＦ時間とも２μｓｅｃ）を維持したまま、Ｂ層用カソード７に１００Ａのアーク電流を供給することによって、Ｂ層用カソード７から金属イオンを発生させて、交互層の最上層のＢ層上に１μｍ厚みの（Ａｌ0.7Ｖ0.3）2Ｏ3層からなるＣ層を被覆層の最上層として形成したこと以外は実施例１７と同様にして、実施例１８の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例１８の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は５．２μｍであることが確認された。
（実施例１９）
チャンバ１内に反応ガスとして酸素とアルゴンガスとを導入しながら、基材５の温度を７００℃に設定し、反応ガス圧を２．０Ｐａにした上で、バイアス電源２０の電圧を−１００ＶのパルスＤＣ（パルス周波数２５０ｋＨｚ、ＯＮ時間およびＯＦＦ時間とも２μｓｅｃ）を維持したまま、Ａ層用カソード６またはＢ層用カソード７に１００Ａのアーク電流を供給することによって、Ａ層用カソード６とＢ層用カソード７とから交互に金属イオンを発生させて、交互層の最上層のＢ層上に（Ａｌ0.7Ｃｒ0.3）2Ｏ3層と（Ａｌ0.7Ｖ0.3）2Ｏ3層とが交互にそれぞれ多層に形成された１μｍ厚みの超多層膜からなるＣ層を被覆層の最上層として形成したこと以外は実施例１７と同様にして、実施例１９の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例１９の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は５．２μｍであることが確認された。
チャンバ１内に反応ガスとして酸素とアルゴンガスとを導入しながら、基材５の温度を７００℃に設定し、反応ガス圧を２．０Ｐａにした上で、バイアス電源２０の電圧を−１００ＶのパルスＤＣ（パルス周波数２５０ｋＨｚ、ＯＮ時間およびＯＦＦ時間とも２μｓｅｃ）を維持したまま、Ａ層用カソード６またはＢ層用カソード７に１００Ａのアーク電流を供給することによって、Ａ層用カソード６とＢ層用カソード７とから交互に金属イオンを発生させて、交互層の最上層のＢ層上に（Ａｌ0.7Ｃｒ0.3）2Ｏ3層と（Ａｌ0.7Ｖ0.3）2Ｏ3層とが交互にそれぞれ多層に形成された１μｍ厚みの超多層膜からなるＣ層を被覆層の最上層として形成したこと以外は実施例１７と同様にして、実施例１９の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例１９の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は５．２μｍであることが確認された。
（実施例２０）
まず、実施例１７と同様にして、０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ層からなるＡ層と０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層とを１層ずつ交互にそれぞれ３５０層ずつ積層してなる交互層を形成した。
まず、実施例１７と同様にして、０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ層からなるＡ層と０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層とを１層ずつ交互にそれぞれ３５０層ずつ積層してなる交互層を形成した。
次に、Ａ層用カソード６にＡｌ0.7Ｃｒ0.29Ｙ0.01ターゲットをセットし、Ｂ層用カソード７にＡｌ0.7Ｖ0.29Ｙ0.01ターゲットをセットした。
その後、チャンバ１内に反応ガスとして酸素とアルゴンガスとを導入しながら、基材５の温度を７００℃に設定し、反応ガス圧を２．０Ｐａにした上で、バイアス電源２０の電圧を−１００ＶのパルスＤＣ（パルス周波数２５０ｋＨｚ、ＯＮ時間およびＯＦＦ時間とも２μｓｅｃ）を維持したまま、Ａ層用カソード６またはＢ層用カソード７に１００Ａのアーク電流を供給することによって、Ａ層用カソード６とＢ層用カソード７とから交互に金属イオンを発生させて、交互層の最上層のＢ層上に（Ａｌ0.7Ｃｒ0.29Ｙ0.01）2Ｏ3層と（Ａｌ0.7Ｖ0.29Ｙ0.01）2Ｏ3層とが交互にそれぞれ多層に形成された２．５μｍ厚みの超多層膜からなるＣ層を被覆層の最上層として形成して、実施例２０の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング装置３０内のガスを排気した。実施例２０の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は６．７μｍであることが確認された。
（実施例２１）
図７に示すカソードアークイオンプレーティング−スパッタリング複合装置４０を用い、実施例１７と同様にして、０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ層からなるＡ層と０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層とを１層ずつ交互にそれぞれ３５０層ずつ積層してなる交互層を形成した。
図７に示すカソードアークイオンプレーティング−スパッタリング複合装置４０を用い、実施例１７と同様にして、０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ層からなるＡ層と０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層とを１層ずつ交互にそれぞれ３５０層ずつ積層してなる交互層を形成した。
次に、スパッタカソード１６にＡｌ0.7Ｃｒ0.29Ｙ0.01ターゲットをセットした。その後、チャンバ１内に反応ガスとして酸素とアルゴンガスとを導入しながら、基材５の温度を７００℃に設定し、反応ガス圧を２．０Ｐａにした上で、バイアス電源２０の電圧を−１００ＶのパルスＤＣ（パルス周波数２５０ｋＨｚ、ＯＮ時間およびＯＦＦ時間とも２μｓｅｃ）を維持したまま、スパッタカソードパルスＤＣ電源（パルス周波数１００ｋＨｚ、ＯＮ時間を８μｓｅｃとし、ＯＦＦ時間を２μｓｅｃとした。）を介してスパッタカソード１６に３ｋＷの電力を供給することによってスパッタカソード１６から金属イオンを発生させて、交互層の最上層のＢ層上に３μｍ厚みの（Ａｌ0.69Ｃｒ0.29Ｙ0.02）2Ｏ3層からなるＣ層を被覆層の最上層として形成して、実施例２１の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。
そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング−スパッタリング複合装置４０内のガスを排気した。実施例２１の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は７．２μｍであることが確認された。
（実施例２２）
図７に示すカソードアークイオンプレーティング−スパッタリング複合装置４０を用い、実施例１７と同様にして、０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ層からなるＡ層と０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層とを１層ずつ交互にそれぞれ３５０層ずつ積層してなる交互層を形成した。
図７に示すカソードアークイオンプレーティング−スパッタリング複合装置４０を用い、実施例１７と同様にして、０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｃｒ0.3Ｎ層からなるＡ層と０．００６μｍ厚みのＡｌ0.7Ｖ0.3Ｎ層からなるＢ層とを１層ずつ交互にそれぞれ３５０層ずつ積層してなる交互層を形成した。
次に、スパッタカソード１６にＡｌ0.69Ｃｒ0.2Ｖ0.09Ｙ0.02ターゲットをセットした。その後、チャンバ１内に反応ガスとして酸素とアルゴンガスとを導入しながら、基材５の温度を７００℃に設定し、反応ガス圧を２．０Ｐａにした上で、バイアス電源２０の電圧を−１００ＶのパルスＤＣ（パルス周波数２５０ｋＨｚ、ＯＮ時間およびＯＦＦ時間とも２μｓｅｃ）を維持したまま、スパッタカソードパルスＤＣ電源（パルス周波数１００ｋＨｚ、ＯＮ時間を８μｓｅｃとし、ＯＦＦ時間を２μｓｅｃとした。）を介してスパッタカソード１６に３ｋＷの電力を供給することによってスパッタカソード１６から金属イオンを発生させて、交互層の最上層のＢ層上に３μｍ厚みの（Ａｌ0.69Ｃｒ0.2Ｖ0.09Ｙ0.02）2Ｏ3層からなるＣ層を被覆層の最上層として形成して、実施例２２の表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）を作製した。
そして、被覆層の形成後は、カソードアークイオンプレーティング−スパッタリング複合装置４０内のガスを排気した。実施例２２の表面被覆切削工具の被覆層の断面をＳＥＭにより観察したところ被覆層全体の厚み（総合計厚み）は６．７μｍであることが確認された。
表５に実施例１１および実施例１７〜２２ならびに比較例４のそれぞれの表面被覆切削工具の被覆層の構成を示し、表６に表面被覆切削工具の被覆層の特性（硬度および圧縮残留応力）および被覆層の最上層であるＣ層の結晶構造を示す。
なお、表６における被覆層の最上層となるＣ層の結晶構造はＸ線回折装置により解析されたものである。また、表５および表６に示す上記以外の表記は上記と同様であるため、ここではその説明については省略する。
＜表面被覆切削工具の寿命評価＞
実施例１１および実施例１７〜２２ならびに比較例４の表面被覆切削工具のそれぞれについて、実際に表７に示す条件で乾式の正面フライス切削試験（断続切削試験）、穴が多数あいたブロックによる強断続加工切削試験（強断続切削試験）、および連続旋削試験を行ない、バリや加工面が白濁して製品規格から外れるまでの時間、または刃先が欠損するまでの時間（ｍｉｎ）を測定した。表７に実施例１１および実施例１７〜２２ならびに比較例４の表面被覆切削工具について断続切削試験、強断続切削試験および連続旋削試験を行なったときのそれぞれの切削条件（被削材、切削速度ｖｃ、送りｆｚおよび切り込みａｐ）を示す。また、表８に実施例１１および実施例１７〜２２ならびに比較例４の表面被覆切削工具について断続切削試験、強断続切削試験および連続旋削試験を行なったときのそれぞれの工具寿命の評価結果を示す。なお、表８において、断続切削試験、強断続切削試験および連続旋削試験の切削時間（ｍｉｎ）の値が大きい方が表面被覆切削工具の工具寿命が長いことを示している。
実施例１１および実施例１７〜２２ならびに比較例４の表面被覆切削工具のそれぞれについて、実際に表７に示す条件で乾式の正面フライス切削試験（断続切削試験）、穴が多数あいたブロックによる強断続加工切削試験（強断続切削試験）、および連続旋削試験を行ない、バリや加工面が白濁して製品規格から外れるまでの時間、または刃先が欠損するまでの時間（ｍｉｎ）を測定した。表７に実施例１１および実施例１７〜２２ならびに比較例４の表面被覆切削工具について断続切削試験、強断続切削試験および連続旋削試験を行なったときのそれぞれの切削条件（被削材、切削速度ｖｃ、送りｆｚおよび切り込みａｐ）を示す。また、表８に実施例１１および実施例１７〜２２ならびに比較例４の表面被覆切削工具について断続切削試験、強断続切削試験および連続旋削試験を行なったときのそれぞれの工具寿命の評価結果を示す。なお、表８において、断続切削試験、強断続切削試験および連続旋削試験の切削時間（ｍｉｎ）の値が大きい方が表面被覆切削工具の工具寿命が長いことを示している。
表８より明らかなように、実施例１１および実施例１７〜２２の表面被覆切削工具のように、被覆層がＡ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層を含み、Ａ層はＡｌとＣｒとを含む窒化物からなり、Ａ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＣｒの原子数の比が０．０５よりも大きく０．４以下であり、Ｂ層はＡｌとＶとを含む窒化物からなり、Ｂ層を構成する金属原子の総数を１としたときのＶの原子数の比が０．０５以上０．４以下を満たす場合には、比較例４の表面被覆切削工具と比べて、断続切削試験、強断続切削試験および連続旋削試験における表面被覆切削工具（刃先交換型切削チップ）の工具寿命が大幅に長くなることが確認された。
すなわち、本発明の実施例１１および実施例１７〜２２の表面被覆切削工具は、高温での安定性に優れるとともに、刃先のチッピングを抑制し、表面被覆切削工具の工具寿命を長期化することに成功したものと考えられる。
以上のように本発明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各実施例の構成を適宜組み合わせ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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。
本発明の表面被覆切削工具は、たとえば、ドリル、エンドミル、フライス加工用スローアウェイチップ、旋削用スローアウェイチップ、メタルソー、歯切工具、リーマまたはタップなどとして好適に用いることができる。
１ チャンバ、２ ガス導入口、３ ガス排出口、４ 回転式基材ホルダ、５ 基材、６ Ａ層用カソード、７ Ｂ層用カソード、８，９ アーク電源、１０ 表面被覆切削工具、１１ 被覆層、１２ Ａ層、１３ Ｂ層、１４ 交互層、１５ Ｃ層、１６ スパッタカソード、２０ バイアス電源、４０ カソードアークイオンプレーティング−スパッタリング複合装置。
Claims (11)
- 基材と、
前記基材の表面上に形成された被覆層とを含む表面被覆切削工具であって、
前記被覆層は、Ａ層とＢ層とが交互にそれぞれ１層以上積層された交互層を含み、
前記Ａ層は、ＡｌとＣｒとを含み、Ｖを含まない窒化物からなり、
前記Ａ層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記Ｃｒの原子数比が０．０５よりも大きく０．４以下であり、
前記Ｂ層は、ＡｌとＶとを含み、Ｃｒを含まない窒化物からなり、
前記Ｂ層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記Ｖの原子数比が０．０５以上０．４以下であることを特徴とする表面被覆切削工具。 - 前記Ａ層の厚みおよびＢ層の厚みはそれぞれ１ｎｍよりも大きく２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。
- 前記被覆層中で隣り合う前記Ａ層の前記Ｃｒの原子数比と前記Ｂ層の前記Ｖの原子数比とが実質的に同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
- 前記被覆層の最下層は、前記Ａ層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
- 前記被覆層の最下層は、前記Ｂ層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
- 前記交互層において前記Ａ層と前記Ｂ層とは、中間遷移層を挟んで積層されており、
前記中間遷移層の組成が、前記中間遷移層に接する下層の組成から前記中間遷移層に接する上層の組成へと厚み方向に連続的に変化することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表面被覆切削工具。 - 前記被覆層は、−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の平均残留応力を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
- 前記被覆層の残留応力は、前記被覆層の厚み方向において変化し、前記基材から遠ざかるにしたがって前記被覆層の残留応力の絶対値が大きくなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
- 前記被覆層の結晶構造は、立方晶であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
- 前記被覆層の最上層に、ＣｒおよびＶの少なくとも一方と、Ａｌと、を含むＡｌを主成分とする酸化物からなるＣ層を含み、前記Ｃ層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記Ｃｒと前記Ｖとを合計した原子数の比が０よりも大きく０．４以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
- 前記Ｃ層はＹをさらに含み、前記Ｃ層を構成する金属原子の総数を１としたときの前記Ｙの原子数の比が０．０１よりも大きく０．１以下であることを特徴とする請求項１０に記載の表面被覆切削工具。
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