表面被覆切削工具
【課題】被削材の工具への溶着を抑えることで、耐摩耗性に優れるとともに、被削材の表面を高品位に仕上げ加工することができる表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】表面被覆切削工具は、基材１１０と該基材上に形成された被膜とを有し、該被膜は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣu（式中ｘは０＜ｘ≦０．２であり、ｙ、ｚ、ｕは０＜ｙ＋ｚ＋ｕ≦１．１である）で表わされる化合物からなる層をその一部に含む。
【解決手段】表面被覆切削工具は、基材１１０と該基材上に形成された被膜とを有し、該被膜は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣu（式中ｘは０＜ｘ≦０．２であり、ｙ、ｚ、ｕは０＜ｙ＋ｚ＋ｕ≦１．１である）で表わされる化合物からなる層をその一部に含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材と該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の被削材を切削加工するのに用いられる表面被覆切削工具は、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質の基材に対してその表面の耐摩耗性を改善したり表面保護機能を改善したりすることを目的として、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質被膜でその表面を被覆することが行なわれてきた。特にＴｉＡｌＮからなる被膜は優れた耐摩耗性を示すことから、チタンの窒化物、炭化物、炭窒化物等からなる被膜に代わってこのような表面被覆切削工具の被膜として広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、被削材が多様化していることおよび加工効率を向上させるために高速の切削加工が求められることなどの理由から、以前に比し切削工具の寿命は非常に短くなっている。さらに、最近の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乾式の加工（ドライ加工）が求められる傾向にある。
【０００４】
このため切削工具に要求される特性はますます高度なものとなっており、以って表面被覆切削工具の被膜に対しても種々の高度な特性が要求されている。そのため、たとえば、特許文献１のように少なくともＡｌとＣｒとを含む層を形成することが提案されている。このようなＡｌとＣｒとを含む層は、被膜硬度、耐酸化性等の特性に対する向上が図られており、その結晶構造はＮａＣｌ型の立方晶であるとされている。
【特許文献１】国際公開第２００６／０７０７３０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のＡｌとＣｒとを含む層は、耐溶着性に対する検討が十分にされておらず、耐溶着性をさらに向上させることが望まれていた。本発明は、こ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、被削材の工具への溶着を抑えることで、耐摩耗性に優れるとともに、被削材の表面を高品位に仕上げ加工することができる表面被覆切削工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを有し、該被膜は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣu（式中ｘは０＜ｘ≦０．２であり、ｙ、ｚ、ｕは０＜ｙ＋ｚ＋ｕ≦１．１である）で表わされる化合物からなる層をその一部に含むことを特徴としている。
【０００７】
ここで、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物は、閃亜鉛型結晶構造を少なくとも一部に有することが好ましく、該化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、１５ＧＰａ以上３２ＧＰａ以下の硬度を有することが好ましい。
【０００８】
また、上記被膜は、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層を少なくとも一層含み、その層のうち少なくとも一層は上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層よりも高い硬度を有することが好ましい。
【０００９】
また、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、上記被膜の最上層であることが好ましい。
【００１０】
また、上記被膜は、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層として、互いに組成の異なる２種以上の層が積層された積層物を含むことが好ましい。
【００１１】
また、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、０．０５μｍ以上４μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００１２】
また、上記被膜は、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層と上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層との積層物を含むことが好ましい。
【００１３】
また、上記積層物中の上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００１４】
また、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、物理的蒸着法により形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の表面被覆切削工具は、上記のような構成を有することにより、被削材の工具への溶着を抑えることで、耐摩耗性に優れるとともに、被削材の表面を高品位に仕上げ加工することができるという優れた効果を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
＜表面被覆切削工具＞
本発明の表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備えるものである。このような構成を有す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、フライス加工用または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。そして、本発明の表面被覆切削工具は、Ｔｉ合金加工用またはインコネル合金等の耐熱合金加工用のドリル、エンドミル、フライス加工用または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、等として特に有用に用いることができる。
【００１７】
＜基材＞
本発明の表面被覆切削工具の基材としては、このような切削工具の基材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このような基材の例として挙げることができる。このような基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、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。これらの基材の中でも特にサーメットにおいて、高い耐摩耗性を発揮できる。
【００１８】
なお、これらの基材は、その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、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本発明の効果は示される。
【００１９】
＜被膜＞
本発明の被膜は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣu（式中ｘは０＜ｘ≦０．２であり、ｙ、ｚ、ｕは０＜ｙ＋ｚ＋ｕ≦１．１である）で表わされる化合物からなる層をその一部に含むことを特徴としている。このため、本発明の被膜は、この化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を含む限り、さらに他の層を含んでいても差し支えない。なお、本発明の被膜は、基材上の全面を被覆するもののみに限られるものではなく、部分的に被膜が形成されていない態様をも含む。
【００２０】
このような被膜の合計厚み（２以上の層で形成される場合はその総膜厚）は、０．０５μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくはその上限が１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下、その下限が０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。その厚みが０．０５μｍ未満の場合、耐摩耗性等の諸特性の向上作用が十分に示されない場合があり、２０μｍを超えると残留応力が大きくなり基材との密着性が低下する場合がある。なお、膜厚の測定方法としては、切削工具を切断し、その断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察することにより求めることができる。以下、該被膜についてさらに詳細に説明する。
【００２１】
＜化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層＞
本発明の被膜は、その一部に化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を有する。ここで、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuにおいてｘ、ｙ、ｚ、ｕはそれぞれ元素比（原子比）を示し、ｘはＡｌとＣｒとの合計を１とした場合のＡｌとＣｒ間の元素比率を示すものである。これに対して、ｙ、ｚ、ｕはＮ、Ｏ、Ｃ間の元素比率を示しており、これら三元素の合計はＡｌとＣｒとの合計を１とした場合に最大１．１になることを示している。これらの金属（すなわちＡｌとＣｒ）の元素比率および化学式における組成量は、走査型二次電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付帯のＥＤＸ（エネルギー分散型ケイ光Ｘ線分析）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付帯のＥＤＸ、ＷＤＸ型ＥＰＭＡ（波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー）、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）等のよく知られた方法にて求めることができる。ただし、被膜の断面を分析することにより該層の組成分析が可能になるという理由からＳＥＭ付帯のＥＤＸやＴＥＭ付帯のＥＤＸを用いることが望ましい。
【００２２】
一方、上記のように窒素、酸素、炭素の元素比率は、全金属成分を１とした場合の元素比率で表わされ、ＷＤＸ型ＥＰＭＡ（波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー）、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）によって求めることができる。
【００２３】
ここで、ｘは０＜ｘ≦０．２であり、ｘをこの範囲で選択することにより耐溶着性の向上が図られる。このようなｘは、より望ましくは０＜ｘ≦０．１であり、この範囲とすることでさらに高い耐溶着性が得られ、被削材の仕上げ面粗さを向上させることができる。従来、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物としては、ｘが０．２を超える比率で用いられることが多く、これは、高含有量のＣｒにより結晶構造をＮａＣｌ型とすることで被膜硬度が高くなることを期待したものである。これに対して、本発明ではＣｒの含有量を下げることにより被膜硬度はある程度低下するものの、耐溶着性を飛躍的に向上させたものである。この点、ｘが０．２を超えると耐溶着性の向上効果はほとんど期待できない。また、たとえば、ｘが０である場合に相当するＡｌＯ1.5やＡｌＮといったＡｌＮＯＣ化合物は耐溶着性に優れていることが知られている。これに対して本発明では、このようなＡｌＮＯＣ化合物に対してさらにＣｒを含有させることにより耐溶着性を飛躍的に向上させ、被削材の仕上げ面粗さの向上を図ったものである。
【００２４】
また、本発明の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物は、ＡｌＮＯＣ化合物に対してＣｒを含有させたものであるため、ＡｌＮＯＣ化合物よりも低硬度となり、これにより摩擦係数の低減に成功したものである。このため、本発明の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、１５ＧＰａ以上３２ＧＰａ以下の硬度を有したものとすることが好ましい。より好ましくは、２０ＧＰａ以上２８ＧＰａ以下である。このような低硬度は、０＜ｘとすることによりもたらされるものである。なお、このような硬度の測定は、エリオニクス社製ＥＮＴ１０００を用い、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の上部から１ｇの荷重でベルコビッチ圧子を押し込んで、インデンテーション硬さといわれるＨＩＴを測定することにより行なうことができる。本発明では、このような測定を化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層に対して１０点の測定点で行ない、その平均値を硬度とした。
【００２５】
一方、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物の結晶構造としては、閃亜鉛型結晶構造、すなわち閃亜鉛型六方晶（Ｂ４構造）を少なくとも一部に含むことが望ましい。一般に、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物の結晶構造としては、ＮａＣｌ型立方晶（Ｂ１構造）とＢ４構造が知られており、Ｂ１構造はＢ４構造に比べてかなり硬度が高いことが知られている。しかしながら、本発明では、硬度の低いＢ４構造を採用したことにより、耐溶着性に優れ、摩擦係数を低減できることを見出した。また、これに伴い、本発明の被膜では、切削時の仕上げ面粗さを低減できるとともに優れた面光沢を実現することに成功したものである。なお、Ｂ４構造以外には、非晶質を含んでいてもよい。
【００２６】
なお、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuにおけるｙ、ｚ、ｕは、０＜ｙ＋ｚ＋ｕ≦１．１を満たし、好ましくは０．５≦ｙ≦１．１、０≦ｚ≦０．５、０≦ｕ≦０．０５であり、より好ましくは、０．７≦ｙ≦１．１、０≦ｚ≦０．３、０≦ｕ≦０．０１、さらに好ましくは０．９≦ｙ≦１．１、０≦ｚ≦０．１、０≦ｕ≦０．０１である。このように、ｙ、ｚ、ｕの全てが０になることはなく、特に耐溶着性を向上させるためには、窒素含有率すなわちｙを増加させることが好ましい。一方、「ｙ＋ｚ＋ｕ」が１．１を超えることは、生産上困難である。
【００２７】
このような本発明の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、後述のようなそれ自身が積層物の一部を構成する場合を除き、０．０５μｍ以上４μｍ以下の厚みを有することが好ましく、より好ましくは０．０５μｍ以上１．５μｍ以下の厚みを有することが望ましい。その厚みが０．０５μｍ未満の場合、耐溶着性の向上がみられない場合があり、また４μｍを超えると、大幅に耐摩耗性が低下し、実用に耐えることができない場合がある。
【００２８】
また、本発明の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、被膜の最上層、すなわち被膜の表面を構成する最表面層であることが好ましい。このように該層を被膜の最上層とすることで、被削材と直接的に接することになるため、被削材に対する耐溶着性の向上を最も効果的に発現できるからである。この場合（ただし後述のように該層自身が積層物の一部を構成する場合を除く）においても、該層の厚みとしては、上記のように０．０５μｍ以上４μｍ以下とすることが好ましい。
【００２９】
＜被膜の構造＞
本発明の被膜の構造は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層をその一部に含む限り特に限定されるものではないが、この化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層はそれ単独で被膜を構成するよりも、他の層とともに被膜を構成する構造とすることが好ましい。耐溶着性を、他の種々の特性とのバランスを保った状態で向上させることができるからである。
【００３０】
したがって、本発明の被膜としては、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層を少なくとも一層含むことが好ましく、そのような他の層のうち少なくとも一層は上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層よりも高い硬度を有することが好ましい。上記で説明したように本発明の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、耐溶着性を向上させることを主目的として被膜に用いられるものであるため、耐摩耗性の向上を担う高硬度を有する層とともに用いることにより、総合的に切削性能を向上させることができるからである。
【００３１】
このため、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層のうち少なくとも一層は、３０ＧＰａ以上８０ＧＰａ以下、好ましくは３２ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下の硬度を有していることが好適である。
【００３２】
ここで、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層（本発明では便宜的にこのような層をａ層と呼び、このようなａ層が複数含まれる場合は基材側から順にａ１層、ａ２層、ａ３層等と呼ぶものとする）としては、たとえばＴｉ0.3-0.4Ａｌ0.7-0.6Ｎ（式中０．３−０．４という数値は全金属を１とした場合のＴｉの元素比率が０．３〜０．４の範囲にあることを示す。他の同様の表記は同様の意味を示すものとする）、ＴｉＮ、Ｔｉ0.95-0.7Ｓｉ0.05-0.3Ｎ、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＣＮ等が挙げられる。これ以外にも公知の硬質被膜をこのようなａ層として含むことができる。なお、本発明において、化合物を化学式で表わす場合、Ｔｉ0.3-0.4Ａｌ0.7-0.6Ｎの「Ｎ」やＴｉＮの「Ｔｉ」、「Ｎ」のように原子比の明記がないものは、必ずしも「１」を示すものではなく、従来公知のあらゆる原子比を含み得るものとする。
【００３３】
本発明の被膜は、このようなａ層を１層のみ含むものであってもよいし、２層以上含むものであってもよい。このようなａ層として２層以上の層を含む場合は、互いに組成の異なる２種以上の層が積層された積層物として含むことができる。このような積層物においては、各層は繰り返して積層され（たとえば上下交互に繰り返して積層され）、各層の１層あたりの厚みは好ましくは１ｎｍ以上５００ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適であり、積層数としては１０層以上５０００層以下、より好ましくは１００層以上２０００層以下とすることが好適である。
【００３４】
このようなａ層は、主として上記のように耐摩耗性を向上させる目的で含まれるものであるが、その作用はこれのみに限られるものではなく、たとえば基材との密着性を向上させる目的で用いられるものも含まれる。
【００３５】
一方、本発明の被膜は、上記のように化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を最上層として含むことが好ましいものであるが、このような上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層と上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層（すなわちａ層）との積層物を含むものとすることも好ましい。ここでいう積層物とは、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層とａ層とが、たとえば上下交互に繰り返して積層されるなど複数層からなる積層体をいう。
【００３６】
このような積層物において、ａ層としては１層だけではなく互いに組成の異なる２種以上の層を含めることもできる。そして、このようにａ層として２種以上の層が含まれる場合は、これら２種以上の層が繰り返して積層された積層物と化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層とをさらに繰り返して積層させた積層物（すなわち複合積層物）とすることもできる。このような複合積層物は、耐溶着性に特に優れるという効果を示すため、本発明の好ましい実施態様といえる。
【００３７】
このように化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を積層物の一部とすることにより、被削材の切削途中において被膜の断面の露出部には常に化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が露出している状態となるため、耐溶着性を効果的に向上させることができる。
【００３８】
このような積層物（ａ層が１層の場合と２種以上の層となる場合の両者を含む）中の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、１層あたり、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚みを有することが好ましい。その厚みは、より好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。この厚みが１ｎｍ未満の場合、耐溶着性の効果が十分に発現されない場合があり、５００ｎｍを超える場合は、耐摩耗性が劣り実用に耐えることができない場合がある。
【００３９】
このような積層物を形成するａ層としては、特にＴｉ0.3-0.4Ａｌ0.7-0.6Ｎ、ＴｉＮ、Ｔｉ0.95-0.7Ｓｉ0.05-0.3Ｎ、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＣＮ等を挙げることができるが、これらのみに限られるものではなく従来公知の硬質被膜をいずれも採用することができる。なお、このような積層物中におけるａ層の厚みは、同積層物中の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の厚みよりも厚くなる厚みを採用することが好ましく、その厚みとしては１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００４０】
また、このような積層物の積層数としては、６層以上２０００層以下、より好ましくは８層以上１００層以下とすることが好適である。
【００４１】
＜製造方法＞
本発明の被膜は、物理的蒸着法（ＰＶＤ法）により形成されることが望ましく、特に化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は物理的蒸着法により形成されることが望ましい。このような物理的蒸着法としては、たとえばバランストマグネトロンスパッタリング法、アンバランストマグネトロンスパッタリング法、アークイオンプレーティング法、これらを各組み合せた方法等を挙げることができる。中でもスパッタリング法を用いることは、被膜の表面粗さを低減させ、以って被削材の仕上げ面品位を向上させるために特に好ましい。
【００４２】
以下、本発明の被膜の製造方法（形成方法）をさらに詳述する。まず、アークイオンプレーティング法を採用する場合を例にとると、所望の組成が得られるように適切な配合比で各対応する金属元素を含んだターゲットをアーク式蒸発源にセットする。図１は、用いるアークイオンプレーティング装置（すなわち成膜装置１００）の１例を示している。ターゲット１０１にａ層用の原料からなるターゲットをセットする。一方、ターゲット１０２にＡｌおよびＣｒを含んだ化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層用の原料からなるターゲットをセットし、反応ガスとして窒素ガスをガス導入口１０５から導入することにより基材上に窒化物膜が形成される。図１中、基材１１０は装置中央部の回転テーブル１０４にセットされて回転しており、ターゲット１０１と対面する付近でａ層が形成され、ターゲット１０２と対面する付近で化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層であるＡｌおよびＣｒからなる窒化物層が形成される。
【００４３】
すなわち、成膜装置１００に備えられているヒーター１０６により基材１１０の温度を４００〜７００℃に設定するとともに該装置内の反応ガス圧を２．０〜６．０Ｐａに設定し、反応ガスとして窒素ガスを導入する。そして、基材１１０に対し負の（基板）バイアス電圧を−３０Ｖ〜−１５０Ｖに維持したまま、カソード電極に５０〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源（ターゲット）から金属イオン等を発生させることにより被膜を形成することができる。
【００４４】
なお、炭窒化物を形成する場合は、基材温度を４００〜７００℃および該装置内の反応ガス圧を２．０〜６．０Ｐａに設定し、反応ガスとしての窒素ガスおよび炭化水素ガス（主にはメタン）を導入する。そして、基板（負）バイアス電圧を−３００Ｖ〜−５５０Ｖに維持したまま、カソード電極に４０〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源（ターゲット）から金属イオン等を発生させることにより基材上に炭窒化物膜が形成される。
【００４５】
また、該被膜が酸素を含む場合も反応ガスとして酸素ガスを適宜組み合わせて導入する以外は上記と同様の条件を採用することにより酸素を含んだ被膜（すなわち酸窒化物被膜など）を形成することができる。
【００４６】
また、被膜の最上層に化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を形成する場合は、基材１１０をセットした回転テーブル１０４を回転させながら、まずターゲット１０１にアーク電流を印加してターゲット１０１を原料とするａ層を形成し、それが所定の膜厚に到達した後、ターゲット１０１に供給するアーク電流を停止させ、引き続き、ターゲット１０２にアーク電流を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を所定の厚みに形成するようにすればよい。
【００４７】
一方、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層をその一部に含む積層物からなる被膜を形成する場合、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚を１ｎｍ以上１５ｎｍ以下とする場合は、ターゲット１０１および１０２の両方にアーク電流を印加し、基材１１０を回転テーブル１０４にセットさせて装置中央部で回転させることにより、ターゲット１０１に対面する付近ではａ層が形成され、ターゲット１０２に対面する付近では化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が形成されるという操作を繰り返すことによって所望の積層物からなる被膜を形成することができる。
【００４８】
また、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚が１５ｎｍより大きい場合は、基材１１０を回転テーブル１０４にセットさせて装置中央部で回転させることにより、まずターゲット１０１にアーク電流を印加してターゲット１０１を原料とするａ層を形成し所定の層厚に到達した後、ターゲット１０１に供給するアーク電流を停止させ、次に、ターゲット１０２にアーク電流を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を所定層厚になるまで形成する。以後、このような操作を繰り返すことによって所望の積層物からなる被膜を形成することができる。
【００４９】
なお、図１中のターゲット１０３に上記のターゲット１０１とは異なったターゲットをセットすることにより互いに組成の異なる２種以上のａ層を形成させることができる。また、ａ層を互いに組成の異なる２種以上の層の積層物とする場合は、ターゲット１０１とターゲット１０３との間で基材１１０を往復させるようにして移動させたり、ターゲット１０１とターゲット１０３のセット数を増加させることにより成膜することができる。
【００５０】
次に、アンバランストマグネトロンスパッタリング法を採用する場合の方法を述べる。同法を採用する場合の装置としては、図１の成膜装置１００において、ターゲット１０１および１０２をセットするアーク蒸発源の代わりにスパッタ蒸発源を用いた装置を用いればよい。まず、所望のａ層の組成が得られるように適切な配合比で各対応する金属元素を含んだターゲット１０１、および化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が所望の組成で得られるようにＡｌとＣｒからなる原料を含んだターゲット１０２を、それぞれスパッタ蒸発源としてセットする。
【００５１】
窒化物を形成する場合は、反応ガスとして窒素ガスをガス導入口１０５から導入することにより基材上に窒化物膜が形成される。すなわち、希ガスにてスパッタリングされた金属元素が、反応ガスとしての窒素ガスと反応して、基材上に窒化物膜が形成される。基板（基材）温度を４００〜６００℃に設定するとともに該装置内の反応ガス圧を３００ｍＰａ〜８００ｍＰａに設定し、反応ガスとして窒素ガスを導入する（なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの比を１〜５に設定することが好ましい）。そして、基板（負）バイアス電圧を０Ｖ〜−９０Ｖに維持したまま、ターゲットに０．１２〜０．３Ｗ／ｍｍ2の電力密度を発生させる。
【００５２】
炭窒化物や酸窒化物等を形成する場合は、反応ガスとしての窒素ガス、炭化水素ガス、酸素ガス等を適宜組み合わせて用いる。基板（基材）温度を４００〜６００℃に設定するとともに該装置内の反応ガス圧を３００ｍＰａ〜８００ｍＰａに設定し、反応ガスとして窒素ガス、炭化水素ガス（アセチレンが望ましい）、酸素ガスを適宜組み合わせて導入する（なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの比を１〜５に設定することが好ましい）。そして、基板（負）バイアス電圧を０Ｖ〜−９０Ｖに維持したまま、ターゲットに０．１２〜０．３Ｗ／ｍｍ2の電力密度を発生させる。
【００５３】
基材１１０は、上記と同様、回転テーブル１０４にセットされて装置中央部で回転しており、ターゲット１０１に対面する付近で、ａ層が形成される。次に、回転してターゲット１０２と対面する付近で、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が形成される。
【００５４】
ここで、被膜の最上層として化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を形成する場合は、基材１１０をセットした回転テーブル１０４を回転させながら、まずターゲット１０１にスパッタ電力を印加してターゲット１を原料とするａ層を形成し所定の膜厚に到達した後、ターゲット１０１に供給するスパッタ電力を停止させ、次に、ターゲット１０２にスパッタ電力を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を所定の厚みで形成するようにすればよい。
【００５５】
一方、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層をその一部に含む積層物からなる被膜を形成する場合、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚を１ｎｍ以上１５ｎｍ以下とする場合は、ターゲット１０１および１０２の両方にスパッタ電力を印加し、基材１１０を回転テーブル１０４にセットさせて装置中央部で回転させることにより、ターゲット１０１に対面する付近ではａ層が形成され、ターゲット１０２面に対面する付近では化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が形成されるという操作を繰り返すことによって所望の積層物からなる被膜を形成することができる。
【００５６】
また、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚が１５ｎｍより大きい場合は、基材１１０を回転テーブル１０４にセットさせて装置中央部で回転させることにより、まずターゲット１０１にスパッタ電力を印加してターゲット１０１を原料とするａ層を形成し所定の層厚に到達した後、ターゲット１０１に供給するスパッタ電力を停止させ、次に、ターゲット１０２にスパッタ電力を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を所定の層厚になるまで形成する。以後、このような操作を繰り返すことによって所望の積層物からなる被膜を形成することができる。
【００５７】
なお、上記のアークイオンプレーティング法の場合と同様に、図１中のターゲット１０３に上記のターゲット１０１とは異なったターゲットをセットすることにより互いに組成の異なる２種以上のａ層を形成させることができる。また、ａ層を互いに組成の異なる２種以上の層の積層物とする場合は、ターゲット１０１とターゲット１０３との間で基材１１０を往復させるようにして移動させたり、ターゲット１０１とターゲット１０３のセット数を増加させることにより成膜することができる。
【実施例】
【００５８】
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。なお、以下の各被膜を構成する各層の金属組成（化合物の組成）は二次電子顕微鏡に付帯のエネルギー分散型ケイ光Ｘ線分光計（ＳＥＭ−ＥＤＸ）により確認した。窒素、酸素、炭素の含有率は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）により金属の含有率と同時に求めた。被膜が積層物を含む場合、その積層物に含まれる各層の厚みは被膜の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察し、ＥＤＸで同定することで各層の構成元素を決定した後、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の積層周期に対応する層の厚みを任意の３層で測定し、その平均値を１層あたりの厚みとした。
【００５９】
なお、基材上に形成される被膜は、以下のように陰極式アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法またはスパッタリング（ＳＰ）法により形成し、表１および表３の「被膜形成方法」の欄において前者の方法で形成したものについては「ＡＩＰ」と表記し、後者の方法で形成したものについては「ＳＰ」と表記した。
【００６０】
＜陰極式アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法＞
図１に示すような成膜装置１００を使用した。まず、基材として、グレードがＰ２０（ＪＩＳ使用分類Ｐ２０グレード）のＷＣ−Ｃｏ超硬合金であり、形状がＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ（ＩＳＯ規格）である切削チップを準備し、これを洗浄した後、陰極式アークイオンプレーティング装置（成膜装置１００）内の基板取り付け位置（回転テーブル１０４）にセットした。ターゲット１０１にはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉの各元素を含むａ層用の被膜の原料を、ターゲット１０２には、ＡｌとＣｒとを含む化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層用の原料を用いて、２つの原料蒸発源（アーク式蒸発源）にそれぞれセットした。
【００６１】
そして、真空ポンプにより該装置内を１×１０-4Ｐａ以下に減圧するとともに、該装置内に設置されたヒーター１０６により上記基材１１０の温度を５５０℃に加熱し、１時間保持した。
【００６２】
次に、アルゴンガスを導入して該装置内の圧力を３．０Ｐａに保持し、基板（基材）バイアス電圧を徐々に上げながら−１５００Ｖ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、アルゴンガスを排気した。
【００６３】
次いで、基板（基材）温度を５５０〜６５０℃に設定するとともに該装置内の反応ガス圧を４．０Ｐａに設定し、反応ガスとして窒素ガスをガス導入口１０５から導入した。そして、基板バイアス電圧を−３０Ｖに維持したまま、まずターゲット１０１のカソード電極に１５０Ａのアーク電流を供給し、ターゲット１０１を有するアーク式蒸発源から金属イオン等を発生させ窒化物からなるａ層（厚み３μｍ）を形成した。
【００６４】
炭窒化物を形成する場合は、窒素ガスとメタンガスとの流量比率を、メタンガス／（窒素ガス＋メタンガス）が０．２〜０．５となるようにして、基板バイアス電圧を−４５０〜−６５０Ｖに維持したまま、ターゲット１０１のカソード電極に１５０Ａのアーク電流を供給し、炭窒化物からなるａ層を形成した。窒化物、炭窒化物とも膜厚が所定の膜厚になったところで、アーク電流を停止させた。
【００６５】
なお、ａ層としてａ１層およびａ２層の二層を形成する場合であって、表１のａ層の「構造」の欄に「二層」と表記されているものについては上記と同様の操作を各層ごとに行ない、独立したａ層を２層（すなわちａ１層とａ２層）を形成した。一方、同欄に「多層」と表記されているものについては、ターゲット１０３に組成の異なるａ層用の原料をさらにセットし、上記で説明した積層物の形成方法と同様の方法により積層物としてのａ層を形成した。この場合、ａ層の厚みは合計厚みとして４μｍであり、「積層物」の合計積層数は８００層であった（ａ１層とａ２層の厚みは略同）。
【００６６】
続いて、基板（基材）温度を５５０〜６５０℃に設定するとともに該装置内の反応ガス圧を４．０Ｐａに設定し、反応ガスとして窒素ガスを導入した。そして、基板バイアス電圧を−３０Ｖに維持したまま、まずターゲット１０２のカソード電極に１５０Ａのアーク電流を供給し、ターゲット１０２を有するアーク式蒸発源から金属イオン等を発生させ化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層としての窒化物層を形成した。
【００６７】
なお、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層として酸窒化物層を形成する場合は、反応ガスの比率を酸素ガス／（酸素ガス＋窒素ガス）で表わした場合に０．００２〜０．０２となるように調整したことを除き、他の条件は上記と同様とした。
【００６８】
一方、後述の表３のように被膜をａ層と化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層との積層物として形成する場合は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚が１ｎｍ以上１５ｎｍ以下の場合、ターゲット１０１に１５０Ａ、ターゲット１０２に１００Ａのアーク電流をそれぞれ印加し、基材１１０を回転テーブル１０４にセットして装置中央部で回転させることによりターゲット１０１と対面する場合はａ層を形成し、ターゲット１０２と対面する場合は化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を形成するという操作を繰り返すことで積層物である被膜を形成した。なおこの場合、ａ層の一層あたりの厚みは化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの厚みよりも厚くした。
【００６９】
他方、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚が１５ｎｍを超える場合は、基材１１０を回転テーブル１０４にセットして装置中央部で回転させることによりまずターゲット１０１に１５０Ａのアーク電流を印加してターゲット１０１を原料とするａ層を形成し所定の層厚に到達した後、ターゲット１０１に供給するアーク電流を停止させ、次にターゲット１０２に１００Ａのアーク電流を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が所定の層厚になるまで形成する。そして、この操作を繰り返すことにより積層物で構成される被膜を形成した。なおこの場合は、ａ層の一層あたりの厚みは化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの厚みよりも厚く設定した。
【００７０】
なお、表３のａ層の「構造」の欄に「多層」と表記されているものについては、ターゲット１０３に組成の異なるａ層用の原料をさらにセットし、上記で説明した積層物の形成方法と同様の方法により積層物としてのａ層を形成したことを除き、他は全て上記と同様にして化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層との積層物を形成した。なお、積層物を構成するａ層の１層あたりの厚みは２００ｎｍとし、ａ１層とａ２層の各１層あたりの厚みは５ｎｍとした。
【００７１】
＜スパッタリング（ＳＰ）法＞
図１に示すような成膜装置１００を使用した。まず、基材として、上記の陰極式アークイオンプレーティング法で用いたのと同じ基材を準備し、これを洗浄した後、スパッタリング装置（成膜装置）内の基板取り付け位置（回転テーブル１０４）にセットした。次いで、上記基材表面に形成される被膜の各層を形成する原料をターゲット１０１および１０２にそれぞれセットした。すなわち、ターゲット１０１にＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉの各元素を含むａ層用の被膜の原料からなるターゲットをセットし、ターゲット１０２にＡｌとＣｒとを含む化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層用の原料からなるターゲットをセットした。
【００７２】
なお、該ターゲットは、合金ターゲットや粉末焼結体ターゲットでもよいし、金属単体のターゲットを所望の化学組成となるように分割して用いることもできる。
【００７３】
そして、真空ポンプにより該装置内を１×１０-4Ｐａ以下に減圧するとともに、該装置内に設置されたヒーター１０６により上記基材の温度を５００℃以上に加熱し、１時間保持した。
【００７４】
次に、アルゴンガスを導入して該装置内の圧力を５００ｍＰａ〜６５０ｍＰａに保持し、基板（基材）バイアス電圧を徐々に上げながら−６００Ｖとし、基材の表面のクリーニングを３０分間行なった。続いて、基板バイアス電圧を−３５０Ｖとし、ホロカソード型ガス活性化源を用いて基材表面のクリーニングをさらに６０分間行なった。その後、アルゴンガスを排気した。
【００７５】
次いで、基板（基材）温度を４００〜５５０℃に設定するとともに該装置内の反応ガス圧を５００ｍＰａ〜６５０ｍＰａに設定し、表１および表３に示したａ層用の化学組成に対応する反応ガスとして窒素ガスを導入した。なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの比を１．５〜２．５に設定した。
【００７６】
そして、基板バイアス電圧を−５０〜−１３０Ｖに維持したまま、まず、ターゲット１０１に０．２１Ｗ／ｍｍ2の電力密度を印加させることにより、ａ層を形成した。なお、上記反応ガスには必ず希ガス（アルゴンが好ましいがこれのみに限定されない）を混在させた。ターゲット１０１にてａ層を所定の膜厚（２μｍ）まで形成した後、ターゲット１０１へ印加するスパッタ電力の供給を停止した。
【００７７】
なお、ａ層としてａ１層およびａ２層の二層を形成する場合であって、表１のａ層の「構造」の欄に「多層」と表記されているものについては、ターゲット１０３に組成の異なるａ層用の原料をさらにセットし、上記で説明した積層物の形成方法と同様の方法により積層物としてのａ層を形成した。この場合、ａ層の厚みは合計厚みとして６μｍであり、「積層物」の合計積層数は１２００層（ａ１層とａ２層の厚みは略同）であった。
【００７８】
続いて、上記ターゲット１０２にスパッタ電力を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を形成した。なお、諸条件は、上記ａ層の場合と同様とした。ただし、窒化物を形成する場合は、反応ガスを窒素ガスとすればよいが、炭窒化物を形成する場合は、アセチレンガス／（窒素ガス＋アセチレンガス）＝０．２５〜０．５とし、酸窒化物を形成する場合は、酸素ガス／（窒素ガス＋酸素ガス）＝０．０５〜０．１とした。
【００７９】
一方、後述の表３のように被膜をａ層と化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層との積層物として形成する場合は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚が１ｎｍ以上１５ｎｍ以下の場合、ターゲット１０１に０．２１Ｗ／ｍｍ2、ターゲット１０２に０．１５Ｗ／ｍｍ2の電力密度でそれぞれスパッタ電力を印加し、基材１１０を回転テーブル１０４にセットして装置中央部で回転させることによりターゲット１０１と対面する場合はａ層を形成し、ターゲット１０２と対面する場合は化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を形成するという操作を繰り返すことで積層物である被膜を形成した。なおこの場合、ａ層の一層あたりの厚みは化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの厚みよりも厚くした。
【００８０】
他方、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚が１５ｎｍを超える場合は、基材１１０を回転テーブル１０４にセットして装置中央部で回転させることにより、まずターゲット１０１に０．２１Ｗ／ｍｍ2の電力密度でスパッタ電力を印加してターゲット１０１を原料とするａ層を形成し所定の層厚に到達した後、ターゲット１０１に供給するスパッタ電力を停止させ、次にターゲット１０２に０．１５Ｗ／ｍｍ2の電力密度でスパッタ電力を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が所定の層厚になるまで形成する。そして、この操作を繰り返すことにより積層物で構成される被膜を形成した。なおこの場合、ａ層の一層あたりの厚みは化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの厚みよりも厚く設定した。
【００８１】
なお、表３のａ層の「構造」の欄に「多層」と表記されているものについては、ターゲット１０３に組成の異なるａ層用の原料をさらにセットし、上記で説明した積層物の形成方法と同様の方法により積層物としてのａ層を形成したことを除き、他は全て上記と同様にして化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層との積層物で構成される被膜を形成した。なお、積層物を構成するａ層の１層あたりの厚みは２００ｎｍとし、ａ１層とａ２層の各１層あたりの厚みは５ｎｍとした。
【００８２】
以上のようにして製造された実施例１−１〜１−６および実施例２−１〜２−５の表面被覆切削工具ならびに比較例１−１、１−２、２−１、２−２の表面被覆切削工具の詳細を以下の表１および表３に示す。
【００８３】
表１は、基材上にａ層を形成した後、最上層として化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を形成した被膜を示す（ただし、実施例１−１はａ層を形成せず化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層のみを被膜として形成した）。表１中、ａ層の「構造」の欄における「単層」とはａ層としてａ１層が単独で形成されたことを示し、「二層」とはａ１層とａ２層とがこの順で基材上に各々形成されたことを示し、「多層」とはａ１層とａ２層とが上下交互に積層された積層物であることを示す。また、「ＡｌＣｒＮＯＣ層」とは化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を示し、「Ａｌ」、「Ｃｒ」、「Ｎ」、「Ｏ」、「Ｃ」の各欄に記載されている数値は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣu中の「１−ｘ」、「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」、「ｕ」にそれぞれ対応する。また、「厚み」とは化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の厚みを示す。なお、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物について、比較例１−１および１−２の結晶構造はＢ１型であり、実施例１−１〜１−６においてはＢ４型の結晶構造であった。
【００８４】
なお、表１中の硬度は、上記のような方法により測定した硬度を示しており、ａ層の構造の欄に「二層」と記載されているものについては高い方の層の硬度を示した。
【００８５】
表３は、基材上に被膜としてａ層と化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層とを交互に積層させた積層物を形成させたことを示す。ａ層の「構造」の欄における「単層」とはａ層としてａ１層のみを積層させたことを示しており、「多層」とはａ層としてａ１層とａ２層とを交互に積層させた積層物をさらに化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層と積層させたことを示す。また、ＡｌＣｒＮＯＣ層の「厚み」とは積層物中の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の１層あたりの膜厚を示す。表３中のその他の表記に関しては表１と同内容を示す。
【００８６】
なお、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物について、比較例２−１の結晶構造はＢ１型であり、比較例２−２および実施例２−１〜２−５においてはＢ４型の結晶構造であった。
【００８７】
＜切削試験１＞
上記のようにして製造された実施例１−１〜１−６および実施例２−１〜２−５の表面被覆切削工具ならびに比較例１−１、１−２、２−１、２−２の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により連続旋削試験を実施した。すなわち、切削条件は、Ｖｃ＝２００ｍ／ｍｉｎ、ｆ＝０．２ｍｍ／ｒｅｖ、Ａｄ＝１．５ｍｍ、ｄｒｙで行なった。被削材はＪＩＳ−Ｓ１５ｃを用いた。４０分間の試験後に逃げ面摩耗量を測定した。逃げ面摩耗量（ｍｍ）が小さいもの程耐摩耗性に優れていることを示している。その結果を以下の表２および表４に示す。
【００８８】
＜切削試験２＞
上記のようにして製造された実施例１−１〜１−６および実施例２−１〜２−５の表面被覆切削工具および比較例１−１、１−２、２−１、２−２の表面被覆切削工具について、以下の条件で切削を所定時間行ない、最終の被削材表面の光沢を目視で３段階評価した。その結果を表２および表４に示す。評価は「３」を「優（優れた光沢を示す）」、「２」を「可（通常の光沢を示す）」、「１」を「不可（光沢がなく白濁した）」とした。また、仕上げ面のＲｚを測定した結果も示す。
【００８９】
なお、切削条件と評価の詳細は次の通りである。すなわち、被削材の仕上げ面光沢をＪＩＳ−ＳＣＭ４１５を用いて評価し、切削条件は、Ｖｃ＝８０ｍ／ｍｉｎ、ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ、Ａｄ＝１．５ｍｍ、ｄｒｙとした。
【００９０】
＜摩擦試験＞
上記のようにして製造した表面被覆切削工具と同じ方法にて、鏡面仕上げした超硬合金（ＪＩＳ使用分類Ｐ１０グレード）上に上記の各実施例および各比較例と同様の被膜を形成した。その後、ピンオンディスク試験機にてボール材質 ＪＩＳ−ＳＵＪ２、ボール半径 ３ｍｍ、荷重１０Ｎ、回転速度１ｍ／ｍｉｎ、大気中にて試験し、摩擦力を求め、最終的に摩擦係数（＝摩擦力／荷重）を求めた。
【００９１】
また、試験後に摺動溝を横切る形で触針式表面粗さ計にて摺動部への溶着量を求めた。溶着量（μｍ2）は被膜最表面よりも上に凸となった部分の面積とした。すなわち、摺動溝断面での上凸部面積を溶着量とした。これらの結果を表２および表４に示す。
【００９２】
【表１】
【００９３】
【表２】
【００９４】
【表３】
【００９５】
【表４】
【００９６】
表２および表４より明らかなように、本発明の実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、逃げ面摩耗量が低減しており耐摩耗性が向上していたとともに、被削材の仕上げ面粗さが低減し、被削材の光沢性にも優れていたことから高品位の表面加工を実現することができた。これは、本発明の実施例の表面被覆切削工具が比較例の表面被覆切削工具に比し耐溶着性に優れていることを示しており、摩擦試験（溶着量測定）の結果によってもそれを確認できた。したがって、本発明の表面被覆切削工具は優れた切削性能を有したものであることは明らかである。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】成膜装置の概略図である。
【符号の説明】
【０１００】
１００ 成膜装置、１０１，１０２，１０３ ターゲット、１０４ 回転テーブル、１０５ ガス導入口、１０６ ヒータ、１１０ 基材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材と該基材上に形成された被膜とを備える表面被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の被削材を切削加工するのに用いられる表面被覆切削工具は、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質の基材に対してその表面の耐摩耗性を改善したり表面保護機能を改善したりすることを目的として、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質被膜でその表面を被覆することが行なわれてきた。特にＴｉＡｌＮからなる被膜は優れた耐摩耗性を示すことから、チタンの窒化物、炭化物、炭窒化物等からなる被膜に代わってこのような表面被覆切削工具の被膜として広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、被削材が多様化していることおよび加工効率を向上させるために高速の切削加工が求められることなどの理由から、以前に比し切削工具の寿命は非常に短くなっている。さらに、最近の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乾式の加工（ドライ加工）が求められる傾向にある。
【０００４】
このため切削工具に要求される特性はますます高度なものとなっており、以って表面被覆切削工具の被膜に対しても種々の高度な特性が要求されている。そのため、たとえば、特許文献１のように少なくともＡｌとＣｒとを含む層を形成することが提案されている。このようなＡｌとＣｒとを含む層は、被膜硬度、耐酸化性等の特性に対する向上が図られており、その結晶構造はＮａＣｌ型の立方晶であるとされている。
【特許文献１】国際公開第２００６／０７０７３０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のＡｌとＣｒとを含む層は、耐溶着性に対する検討が十分にされておらず、耐溶着性をさらに向上させることが望まれていた。本発明は、こ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、被削材の工具への溶着を抑えることで、耐摩耗性に優れるとともに、被削材の表面を高品位に仕上げ加工することができる表面被覆切削工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被膜とを有し、該被膜は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣu（式中ｘは０＜ｘ≦０．２であり、ｙ、ｚ、ｕは０＜ｙ＋ｚ＋ｕ≦１．１である）で表わされる化合物からなる層をその一部に含むことを特徴としている。
【０００７】
ここで、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物は、閃亜鉛型結晶構造を少なくとも一部に有することが好ましく、該化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、１５ＧＰａ以上３２ＧＰａ以下の硬度を有することが好ましい。
【０００８】
また、上記被膜は、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層を少なくとも一層含み、その層のうち少なくとも一層は上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層よりも高い硬度を有することが好ましい。
【０００９】
また、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、上記被膜の最上層であることが好ましい。
【００１０】
また、上記被膜は、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層として、互いに組成の異なる２種以上の層が積層された積層物を含むことが好ましい。
【００１１】
また、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、０．０５μｍ以上４μｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００１２】
また、上記被膜は、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層と上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層との積層物を含むことが好ましい。
【００１３】
また、上記積層物中の上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚みを有することが好ましい。
【００１４】
また、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、物理的蒸着法により形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の表面被覆切削工具は、上記のような構成を有することにより、被削材の工具への溶着を抑えることで、耐摩耗性に優れるとともに、被削材の表面を高品位に仕上げ加工することができるという優れた効果を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
＜表面被覆切削工具＞
本発明の表面被覆切削工具は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備えるものである。このような構成を有す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、フライス加工用または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。そして、本発明の表面被覆切削工具は、Ｔｉ合金加工用またはインコネル合金等の耐熱合金加工用のドリル、エンドミル、フライス加工用または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、等として特に有用に用いることができる。
【００１７】
＜基材＞
本発明の表面被覆切削工具の基材としては、このような切削工具の基材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このような基材の例として挙げることができる。このような基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、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。これらの基材の中でも特にサーメットにおいて、高い耐摩耗性を発揮できる。
【００１８】
なお、これらの基材は、その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、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本発明の効果は示される。
【００１９】
＜被膜＞
本発明の被膜は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣu（式中ｘは０＜ｘ≦０．２であり、ｙ、ｚ、ｕは０＜ｙ＋ｚ＋ｕ≦１．１である）で表わされる化合物からなる層をその一部に含むことを特徴としている。このため、本発明の被膜は、この化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を含む限り、さらに他の層を含んでいても差し支えない。なお、本発明の被膜は、基材上の全面を被覆するもののみに限られるものではなく、部分的に被膜が形成されていない態様をも含む。
【００２０】
このような被膜の合計厚み（２以上の層で形成される場合はその総膜厚）は、０．０５μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくはその上限が１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下、その下限が０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。その厚みが０．０５μｍ未満の場合、耐摩耗性等の諸特性の向上作用が十分に示されない場合があり、２０μｍを超えると残留応力が大きくなり基材との密着性が低下する場合がある。なお、膜厚の測定方法としては、切削工具を切断し、その断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察することにより求めることができる。以下、該被膜についてさらに詳細に説明する。
【００２１】
＜化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層＞
本発明の被膜は、その一部に化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を有する。ここで、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuにおいてｘ、ｙ、ｚ、ｕはそれぞれ元素比（原子比）を示し、ｘはＡｌとＣｒとの合計を１とした場合のＡｌとＣｒ間の元素比率を示すものである。これに対して、ｙ、ｚ、ｕはＮ、Ｏ、Ｃ間の元素比率を示しており、これら三元素の合計はＡｌとＣｒとの合計を１とした場合に最大１．１になることを示している。これらの金属（すなわちＡｌとＣｒ）の元素比率および化学式における組成量は、走査型二次電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付帯のＥＤＸ（エネルギー分散型ケイ光Ｘ線分析）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）に付帯のＥＤＸ、ＷＤＸ型ＥＰＭＡ（波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー）、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）等のよく知られた方法にて求めることができる。ただし、被膜の断面を分析することにより該層の組成分析が可能になるという理由からＳＥＭ付帯のＥＤＸやＴＥＭ付帯のＥＤＸを用いることが望ましい。
【００２２】
一方、上記のように窒素、酸素、炭素の元素比率は、全金属成分を１とした場合の元素比率で表わされ、ＷＤＸ型ＥＰＭＡ（波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー）、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）によって求めることができる。
【００２３】
ここで、ｘは０＜ｘ≦０．２であり、ｘをこの範囲で選択することにより耐溶着性の向上が図られる。このようなｘは、より望ましくは０＜ｘ≦０．１であり、この範囲とすることでさらに高い耐溶着性が得られ、被削材の仕上げ面粗さを向上させることができる。従来、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物としては、ｘが０．２を超える比率で用いられることが多く、これは、高含有量のＣｒにより結晶構造をＮａＣｌ型とすることで被膜硬度が高くなることを期待したものである。これに対して、本発明ではＣｒの含有量を下げることにより被膜硬度はある程度低下するものの、耐溶着性を飛躍的に向上させたものである。この点、ｘが０．２を超えると耐溶着性の向上効果はほとんど期待できない。また、たとえば、ｘが０である場合に相当するＡｌＯ1.5やＡｌＮといったＡｌＮＯＣ化合物は耐溶着性に優れていることが知られている。これに対して本発明では、このようなＡｌＮＯＣ化合物に対してさらにＣｒを含有させることにより耐溶着性を飛躍的に向上させ、被削材の仕上げ面粗さの向上を図ったものである。
【００２４】
また、本発明の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物は、ＡｌＮＯＣ化合物に対してＣｒを含有させたものであるため、ＡｌＮＯＣ化合物よりも低硬度となり、これにより摩擦係数の低減に成功したものである。このため、本発明の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、１５ＧＰａ以上３２ＧＰａ以下の硬度を有したものとすることが好ましい。より好ましくは、２０ＧＰａ以上２８ＧＰａ以下である。このような低硬度は、０＜ｘとすることによりもたらされるものである。なお、このような硬度の測定は、エリオニクス社製ＥＮＴ１０００を用い、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の上部から１ｇの荷重でベルコビッチ圧子を押し込んで、インデンテーション硬さといわれるＨＩＴを測定することにより行なうことができる。本発明では、このような測定を化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層に対して１０点の測定点で行ない、その平均値を硬度とした。
【００２５】
一方、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物の結晶構造としては、閃亜鉛型結晶構造、すなわち閃亜鉛型六方晶（Ｂ４構造）を少なくとも一部に含むことが望ましい。一般に、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物の結晶構造としては、ＮａＣｌ型立方晶（Ｂ１構造）とＢ４構造が知られており、Ｂ１構造はＢ４構造に比べてかなり硬度が高いことが知られている。しかしながら、本発明では、硬度の低いＢ４構造を採用したことにより、耐溶着性に優れ、摩擦係数を低減できることを見出した。また、これに伴い、本発明の被膜では、切削時の仕上げ面粗さを低減できるとともに優れた面光沢を実現することに成功したものである。なお、Ｂ４構造以外には、非晶質を含んでいてもよい。
【００２６】
なお、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuにおけるｙ、ｚ、ｕは、０＜ｙ＋ｚ＋ｕ≦１．１を満たし、好ましくは０．５≦ｙ≦１．１、０≦ｚ≦０．５、０≦ｕ≦０．０５であり、より好ましくは、０．７≦ｙ≦１．１、０≦ｚ≦０．３、０≦ｕ≦０．０１、さらに好ましくは０．９≦ｙ≦１．１、０≦ｚ≦０．１、０≦ｕ≦０．０１である。このように、ｙ、ｚ、ｕの全てが０になることはなく、特に耐溶着性を向上させるためには、窒素含有率すなわちｙを増加させることが好ましい。一方、「ｙ＋ｚ＋ｕ」が１．１を超えることは、生産上困難である。
【００２７】
このような本発明の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、後述のようなそれ自身が積層物の一部を構成する場合を除き、０．０５μｍ以上４μｍ以下の厚みを有することが好ましく、より好ましくは０．０５μｍ以上１．５μｍ以下の厚みを有することが望ましい。その厚みが０．０５μｍ未満の場合、耐溶着性の向上がみられない場合があり、また４μｍを超えると、大幅に耐摩耗性が低下し、実用に耐えることができない場合がある。
【００２８】
また、本発明の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、被膜の最上層、すなわち被膜の表面を構成する最表面層であることが好ましい。このように該層を被膜の最上層とすることで、被削材と直接的に接することになるため、被削材に対する耐溶着性の向上を最も効果的に発現できるからである。この場合（ただし後述のように該層自身が積層物の一部を構成する場合を除く）においても、該層の厚みとしては、上記のように０．０５μｍ以上４μｍ以下とすることが好ましい。
【００２９】
＜被膜の構造＞
本発明の被膜の構造は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層をその一部に含む限り特に限定されるものではないが、この化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層はそれ単独で被膜を構成するよりも、他の層とともに被膜を構成する構造とすることが好ましい。耐溶着性を、他の種々の特性とのバランスを保った状態で向上させることができるからである。
【００３０】
したがって、本発明の被膜としては、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層を少なくとも一層含むことが好ましく、そのような他の層のうち少なくとも一層は上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層よりも高い硬度を有することが好ましい。上記で説明したように本発明の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、耐溶着性を向上させることを主目的として被膜に用いられるものであるため、耐摩耗性の向上を担う高硬度を有する層とともに用いることにより、総合的に切削性能を向上させることができるからである。
【００３１】
このため、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層のうち少なくとも一層は、３０ＧＰａ以上８０ＧＰａ以下、好ましくは３２ＧＰａ以上６０ＧＰａ以下の硬度を有していることが好適である。
【００３２】
ここで、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層（本発明では便宜的にこのような層をａ層と呼び、このようなａ層が複数含まれる場合は基材側から順にａ１層、ａ２層、ａ３層等と呼ぶものとする）としては、たとえばＴｉ0.3-0.4Ａｌ0.7-0.6Ｎ（式中０．３−０．４という数値は全金属を１とした場合のＴｉの元素比率が０．３〜０．４の範囲にあることを示す。他の同様の表記は同様の意味を示すものとする）、ＴｉＮ、Ｔｉ0.95-0.7Ｓｉ0.05-0.3Ｎ、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＣＮ等が挙げられる。これ以外にも公知の硬質被膜をこのようなａ層として含むことができる。なお、本発明において、化合物を化学式で表わす場合、Ｔｉ0.3-0.4Ａｌ0.7-0.6Ｎの「Ｎ」やＴｉＮの「Ｔｉ」、「Ｎ」のように原子比の明記がないものは、必ずしも「１」を示すものではなく、従来公知のあらゆる原子比を含み得るものとする。
【００３３】
本発明の被膜は、このようなａ層を１層のみ含むものであってもよいし、２層以上含むものであってもよい。このようなａ層として２層以上の層を含む場合は、互いに組成の異なる２種以上の層が積層された積層物として含むことができる。このような積層物においては、各層は繰り返して積層され（たとえば上下交互に繰り返して積層され）、各層の１層あたりの厚みは好ましくは１ｎｍ以上５００ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適であり、積層数としては１０層以上５０００層以下、より好ましくは１００層以上２０００層以下とすることが好適である。
【００３４】
このようなａ層は、主として上記のように耐摩耗性を向上させる目的で含まれるものであるが、その作用はこれのみに限られるものではなく、たとえば基材との密着性を向上させる目的で用いられるものも含まれる。
【００３５】
一方、本発明の被膜は、上記のように化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を最上層として含むことが好ましいものであるが、このような上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層と上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層（すなわちａ層）との積層物を含むものとすることも好ましい。ここでいう積層物とは、上記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層とａ層とが、たとえば上下交互に繰り返して積層されるなど複数層からなる積層体をいう。
【００３６】
このような積層物において、ａ層としては１層だけではなく互いに組成の異なる２種以上の層を含めることもできる。そして、このようにａ層として２種以上の層が含まれる場合は、これら２種以上の層が繰り返して積層された積層物と化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層とをさらに繰り返して積層させた積層物（すなわち複合積層物）とすることもできる。このような複合積層物は、耐溶着性に特に優れるという効果を示すため、本発明の好ましい実施態様といえる。
【００３７】
このように化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を積層物の一部とすることにより、被削材の切削途中において被膜の断面の露出部には常に化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が露出している状態となるため、耐溶着性を効果的に向上させることができる。
【００３８】
このような積層物（ａ層が１層の場合と２種以上の層となる場合の両者を含む）中の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、１層あたり、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚みを有することが好ましい。その厚みは、より好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。この厚みが１ｎｍ未満の場合、耐溶着性の効果が十分に発現されない場合があり、５００ｎｍを超える場合は、耐摩耗性が劣り実用に耐えることができない場合がある。
【００３９】
このような積層物を形成するａ層としては、特にＴｉ0.3-0.4Ａｌ0.7-0.6Ｎ、ＴｉＮ、Ｔｉ0.95-0.7Ｓｉ0.05-0.3Ｎ、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＣＮ等を挙げることができるが、これらのみに限られるものではなく従来公知の硬質被膜をいずれも採用することができる。なお、このような積層物中におけるａ層の厚みは、同積層物中の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の厚みよりも厚くなる厚みを採用することが好ましく、その厚みとしては１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下とすることが望ましい。
【００４０】
また、このような積層物の積層数としては、６層以上２０００層以下、より好ましくは８層以上１００層以下とすることが好適である。
【００４１】
＜製造方法＞
本発明の被膜は、物理的蒸着法（ＰＶＤ法）により形成されることが望ましく、特に化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は物理的蒸着法により形成されることが望ましい。このような物理的蒸着法としては、たとえばバランストマグネトロンスパッタリング法、アンバランストマグネトロンスパッタリング法、アークイオンプレーティング法、これらを各組み合せた方法等を挙げることができる。中でもスパッタリング法を用いることは、被膜の表面粗さを低減させ、以って被削材の仕上げ面品位を向上させるために特に好ましい。
【００４２】
以下、本発明の被膜の製造方法（形成方法）をさらに詳述する。まず、アークイオンプレーティング法を採用する場合を例にとると、所望の組成が得られるように適切な配合比で各対応する金属元素を含んだターゲットをアーク式蒸発源にセットする。図１は、用いるアークイオンプレーティング装置（すなわち成膜装置１００）の１例を示している。ターゲット１０１にａ層用の原料からなるターゲットをセットする。一方、ターゲット１０２にＡｌおよびＣｒを含んだ化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層用の原料からなるターゲットをセットし、反応ガスとして窒素ガスをガス導入口１０５から導入することにより基材上に窒化物膜が形成される。図１中、基材１１０は装置中央部の回転テーブル１０４にセットされて回転しており、ターゲット１０１と対面する付近でａ層が形成され、ターゲット１０２と対面する付近で化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層であるＡｌおよびＣｒからなる窒化物層が形成される。
【００４３】
すなわち、成膜装置１００に備えられているヒーター１０６により基材１１０の温度を４００〜７００℃に設定するとともに該装置内の反応ガス圧を２．０〜６．０Ｐａに設定し、反応ガスとして窒素ガスを導入する。そして、基材１１０に対し負の（基板）バイアス電圧を−３０Ｖ〜−１５０Ｖに維持したまま、カソード電極に５０〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源（ターゲット）から金属イオン等を発生させることにより被膜を形成することができる。
【００４４】
なお、炭窒化物を形成する場合は、基材温度を４００〜７００℃および該装置内の反応ガス圧を２．０〜６．０Ｐａに設定し、反応ガスとしての窒素ガスおよび炭化水素ガス（主にはメタン）を導入する。そして、基板（負）バイアス電圧を−３００Ｖ〜−５５０Ｖに維持したまま、カソード電極に４０〜１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源（ターゲット）から金属イオン等を発生させることにより基材上に炭窒化物膜が形成される。
【００４５】
また、該被膜が酸素を含む場合も反応ガスとして酸素ガスを適宜組み合わせて導入する以外は上記と同様の条件を採用することにより酸素を含んだ被膜（すなわち酸窒化物被膜など）を形成することができる。
【００４６】
また、被膜の最上層に化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を形成する場合は、基材１１０をセットした回転テーブル１０４を回転させながら、まずターゲット１０１にアーク電流を印加してターゲット１０１を原料とするａ層を形成し、それが所定の膜厚に到達した後、ターゲット１０１に供給するアーク電流を停止させ、引き続き、ターゲット１０２にアーク電流を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を所定の厚みに形成するようにすればよい。
【００４７】
一方、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層をその一部に含む積層物からなる被膜を形成する場合、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚を１ｎｍ以上１５ｎｍ以下とする場合は、ターゲット１０１および１０２の両方にアーク電流を印加し、基材１１０を回転テーブル１０４にセットさせて装置中央部で回転させることにより、ターゲット１０１に対面する付近ではａ層が形成され、ターゲット１０２に対面する付近では化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が形成されるという操作を繰り返すことによって所望の積層物からなる被膜を形成することができる。
【００４８】
また、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚が１５ｎｍより大きい場合は、基材１１０を回転テーブル１０４にセットさせて装置中央部で回転させることにより、まずターゲット１０１にアーク電流を印加してターゲット１０１を原料とするａ層を形成し所定の層厚に到達した後、ターゲット１０１に供給するアーク電流を停止させ、次に、ターゲット１０２にアーク電流を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を所定層厚になるまで形成する。以後、このような操作を繰り返すことによって所望の積層物からなる被膜を形成することができる。
【００４９】
なお、図１中のターゲット１０３に上記のターゲット１０１とは異なったターゲットをセットすることにより互いに組成の異なる２種以上のａ層を形成させることができる。また、ａ層を互いに組成の異なる２種以上の層の積層物とする場合は、ターゲット１０１とターゲット１０３との間で基材１１０を往復させるようにして移動させたり、ターゲット１０１とターゲット１０３のセット数を増加させることにより成膜することができる。
【００５０】
次に、アンバランストマグネトロンスパッタリング法を採用する場合の方法を述べる。同法を採用する場合の装置としては、図１の成膜装置１００において、ターゲット１０１および１０２をセットするアーク蒸発源の代わりにスパッタ蒸発源を用いた装置を用いればよい。まず、所望のａ層の組成が得られるように適切な配合比で各対応する金属元素を含んだターゲット１０１、および化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が所望の組成で得られるようにＡｌとＣｒからなる原料を含んだターゲット１０２を、それぞれスパッタ蒸発源としてセットする。
【００５１】
窒化物を形成する場合は、反応ガスとして窒素ガスをガス導入口１０５から導入することにより基材上に窒化物膜が形成される。すなわち、希ガスにてスパッタリングされた金属元素が、反応ガスとしての窒素ガスと反応して、基材上に窒化物膜が形成される。基板（基材）温度を４００〜６００℃に設定するとともに該装置内の反応ガス圧を３００ｍＰａ〜８００ｍＰａに設定し、反応ガスとして窒素ガスを導入する（なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの比を１〜５に設定することが好ましい）。そして、基板（負）バイアス電圧を０Ｖ〜−９０Ｖに維持したまま、ターゲットに０．１２〜０．３Ｗ／ｍｍ2の電力密度を発生させる。
【００５２】
炭窒化物や酸窒化物等を形成する場合は、反応ガスとしての窒素ガス、炭化水素ガス、酸素ガス等を適宜組み合わせて用いる。基板（基材）温度を４００〜６００℃に設定するとともに該装置内の反応ガス圧を３００ｍＰａ〜８００ｍＰａに設定し、反応ガスとして窒素ガス、炭化水素ガス（アセチレンが望ましい）、酸素ガスを適宜組み合わせて導入する（なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの比を１〜５に設定することが好ましい）。そして、基板（負）バイアス電圧を０Ｖ〜−９０Ｖに維持したまま、ターゲットに０．１２〜０．３Ｗ／ｍｍ2の電力密度を発生させる。
【００５３】
基材１１０は、上記と同様、回転テーブル１０４にセットされて装置中央部で回転しており、ターゲット１０１に対面する付近で、ａ層が形成される。次に、回転してターゲット１０２と対面する付近で、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が形成される。
【００５４】
ここで、被膜の最上層として化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を形成する場合は、基材１１０をセットした回転テーブル１０４を回転させながら、まずターゲット１０１にスパッタ電力を印加してターゲット１を原料とするａ層を形成し所定の膜厚に到達した後、ターゲット１０１に供給するスパッタ電力を停止させ、次に、ターゲット１０２にスパッタ電力を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を所定の厚みで形成するようにすればよい。
【００５５】
一方、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層をその一部に含む積層物からなる被膜を形成する場合、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚を１ｎｍ以上１５ｎｍ以下とする場合は、ターゲット１０１および１０２の両方にスパッタ電力を印加し、基材１１０を回転テーブル１０４にセットさせて装置中央部で回転させることにより、ターゲット１０１に対面する付近ではａ層が形成され、ターゲット１０２面に対面する付近では化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が形成されるという操作を繰り返すことによって所望の積層物からなる被膜を形成することができる。
【００５６】
また、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚が１５ｎｍより大きい場合は、基材１１０を回転テーブル１０４にセットさせて装置中央部で回転させることにより、まずターゲット１０１にスパッタ電力を印加してターゲット１０１を原料とするａ層を形成し所定の層厚に到達した後、ターゲット１０１に供給するスパッタ電力を停止させ、次に、ターゲット１０２にスパッタ電力を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を所定の層厚になるまで形成する。以後、このような操作を繰り返すことによって所望の積層物からなる被膜を形成することができる。
【００５７】
なお、上記のアークイオンプレーティング法の場合と同様に、図１中のターゲット１０３に上記のターゲット１０１とは異なったターゲットをセットすることにより互いに組成の異なる２種以上のａ層を形成させることができる。また、ａ層を互いに組成の異なる２種以上の層の積層物とする場合は、ターゲット１０１とターゲット１０３との間で基材１１０を往復させるようにして移動させたり、ターゲット１０１とターゲット１０３のセット数を増加させることにより成膜することができる。
【実施例】
【００５８】
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。なお、以下の各被膜を構成する各層の金属組成（化合物の組成）は二次電子顕微鏡に付帯のエネルギー分散型ケイ光Ｘ線分光計（ＳＥＭ−ＥＤＸ）により確認した。窒素、酸素、炭素の含有率は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）により金属の含有率と同時に求めた。被膜が積層物を含む場合、その積層物に含まれる各層の厚みは被膜の断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察し、ＥＤＸで同定することで各層の構成元素を決定した後、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の積層周期に対応する層の厚みを任意の３層で測定し、その平均値を１層あたりの厚みとした。
【００５９】
なお、基材上に形成される被膜は、以下のように陰極式アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法またはスパッタリング（ＳＰ）法により形成し、表１および表３の「被膜形成方法」の欄において前者の方法で形成したものについては「ＡＩＰ」と表記し、後者の方法で形成したものについては「ＳＰ」と表記した。
【００６０】
＜陰極式アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法＞
図１に示すような成膜装置１００を使用した。まず、基材として、グレードがＰ２０（ＪＩＳ使用分類Ｐ２０グレード）のＷＣ−Ｃｏ超硬合金であり、形状がＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ（ＩＳＯ規格）である切削チップを準備し、これを洗浄した後、陰極式アークイオンプレーティング装置（成膜装置１００）内の基板取り付け位置（回転テーブル１０４）にセットした。ターゲット１０１にはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉの各元素を含むａ層用の被膜の原料を、ターゲット１０２には、ＡｌとＣｒとを含む化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層用の原料を用いて、２つの原料蒸発源（アーク式蒸発源）にそれぞれセットした。
【００６１】
そして、真空ポンプにより該装置内を１×１０-4Ｐａ以下に減圧するとともに、該装置内に設置されたヒーター１０６により上記基材１１０の温度を５５０℃に加熱し、１時間保持した。
【００６２】
次に、アルゴンガスを導入して該装置内の圧力を３．０Ｐａに保持し、基板（基材）バイアス電圧を徐々に上げながら−１５００Ｖ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、アルゴンガスを排気した。
【００６３】
次いで、基板（基材）温度を５５０〜６５０℃に設定するとともに該装置内の反応ガス圧を４．０Ｐａに設定し、反応ガスとして窒素ガスをガス導入口１０５から導入した。そして、基板バイアス電圧を−３０Ｖに維持したまま、まずターゲット１０１のカソード電極に１５０Ａのアーク電流を供給し、ターゲット１０１を有するアーク式蒸発源から金属イオン等を発生させ窒化物からなるａ層（厚み３μｍ）を形成した。
【００６４】
炭窒化物を形成する場合は、窒素ガスとメタンガスとの流量比率を、メタンガス／（窒素ガス＋メタンガス）が０．２〜０．５となるようにして、基板バイアス電圧を−４５０〜−６５０Ｖに維持したまま、ターゲット１０１のカソード電極に１５０Ａのアーク電流を供給し、炭窒化物からなるａ層を形成した。窒化物、炭窒化物とも膜厚が所定の膜厚になったところで、アーク電流を停止させた。
【００６５】
なお、ａ層としてａ１層およびａ２層の二層を形成する場合であって、表１のａ層の「構造」の欄に「二層」と表記されているものについては上記と同様の操作を各層ごとに行ない、独立したａ層を２層（すなわちａ１層とａ２層）を形成した。一方、同欄に「多層」と表記されているものについては、ターゲット１０３に組成の異なるａ層用の原料をさらにセットし、上記で説明した積層物の形成方法と同様の方法により積層物としてのａ層を形成した。この場合、ａ層の厚みは合計厚みとして４μｍであり、「積層物」の合計積層数は８００層であった（ａ１層とａ２層の厚みは略同）。
【００６６】
続いて、基板（基材）温度を５５０〜６５０℃に設定するとともに該装置内の反応ガス圧を４．０Ｐａに設定し、反応ガスとして窒素ガスを導入した。そして、基板バイアス電圧を−３０Ｖに維持したまま、まずターゲット１０２のカソード電極に１５０Ａのアーク電流を供給し、ターゲット１０２を有するアーク式蒸発源から金属イオン等を発生させ化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層としての窒化物層を形成した。
【００６７】
なお、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層として酸窒化物層を形成する場合は、反応ガスの比率を酸素ガス／（酸素ガス＋窒素ガス）で表わした場合に０．００２〜０．０２となるように調整したことを除き、他の条件は上記と同様とした。
【００６８】
一方、後述の表３のように被膜をａ層と化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層との積層物として形成する場合は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚が１ｎｍ以上１５ｎｍ以下の場合、ターゲット１０１に１５０Ａ、ターゲット１０２に１００Ａのアーク電流をそれぞれ印加し、基材１１０を回転テーブル１０４にセットして装置中央部で回転させることによりターゲット１０１と対面する場合はａ層を形成し、ターゲット１０２と対面する場合は化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を形成するという操作を繰り返すことで積層物である被膜を形成した。なおこの場合、ａ層の一層あたりの厚みは化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの厚みよりも厚くした。
【００６９】
他方、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚が１５ｎｍを超える場合は、基材１１０を回転テーブル１０４にセットして装置中央部で回転させることによりまずターゲット１０１に１５０Ａのアーク電流を印加してターゲット１０１を原料とするａ層を形成し所定の層厚に到達した後、ターゲット１０１に供給するアーク電流を停止させ、次にターゲット１０２に１００Ａのアーク電流を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が所定の層厚になるまで形成する。そして、この操作を繰り返すことにより積層物で構成される被膜を形成した。なおこの場合は、ａ層の一層あたりの厚みは化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの厚みよりも厚く設定した。
【００７０】
なお、表３のａ層の「構造」の欄に「多層」と表記されているものについては、ターゲット１０３に組成の異なるａ層用の原料をさらにセットし、上記で説明した積層物の形成方法と同様の方法により積層物としてのａ層を形成したことを除き、他は全て上記と同様にして化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層との積層物を形成した。なお、積層物を構成するａ層の１層あたりの厚みは２００ｎｍとし、ａ１層とａ２層の各１層あたりの厚みは５ｎｍとした。
【００７１】
＜スパッタリング（ＳＰ）法＞
図１に示すような成膜装置１００を使用した。まず、基材として、上記の陰極式アークイオンプレーティング法で用いたのと同じ基材を準備し、これを洗浄した後、スパッタリング装置（成膜装置）内の基板取り付け位置（回転テーブル１０４）にセットした。次いで、上記基材表面に形成される被膜の各層を形成する原料をターゲット１０１および１０２にそれぞれセットした。すなわち、ターゲット１０１にＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉの各元素を含むａ層用の被膜の原料からなるターゲットをセットし、ターゲット１０２にＡｌとＣｒとを含む化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層用の原料からなるターゲットをセットした。
【００７２】
なお、該ターゲットは、合金ターゲットや粉末焼結体ターゲットでもよいし、金属単体のターゲットを所望の化学組成となるように分割して用いることもできる。
【００７３】
そして、真空ポンプにより該装置内を１×１０-4Ｐａ以下に減圧するとともに、該装置内に設置されたヒーター１０６により上記基材の温度を５００℃以上に加熱し、１時間保持した。
【００７４】
次に、アルゴンガスを導入して該装置内の圧力を５００ｍＰａ〜６５０ｍＰａに保持し、基板（基材）バイアス電圧を徐々に上げながら−６００Ｖとし、基材の表面のクリーニングを３０分間行なった。続いて、基板バイアス電圧を−３５０Ｖとし、ホロカソード型ガス活性化源を用いて基材表面のクリーニングをさらに６０分間行なった。その後、アルゴンガスを排気した。
【００７５】
次いで、基板（基材）温度を４００〜５５０℃に設定するとともに該装置内の反応ガス圧を５００ｍＰａ〜６５０ｍＰａに設定し、表１および表３に示したａ層用の化学組成に対応する反応ガスとして窒素ガスを導入した。なお、反応ガスの導入に際しては、希ガス／反応ガスの比を１．５〜２．５に設定した。
【００７６】
そして、基板バイアス電圧を−５０〜−１３０Ｖに維持したまま、まず、ターゲット１０１に０．２１Ｗ／ｍｍ2の電力密度を印加させることにより、ａ層を形成した。なお、上記反応ガスには必ず希ガス（アルゴンが好ましいがこれのみに限定されない）を混在させた。ターゲット１０１にてａ層を所定の膜厚（２μｍ）まで形成した後、ターゲット１０１へ印加するスパッタ電力の供給を停止した。
【００７７】
なお、ａ層としてａ１層およびａ２層の二層を形成する場合であって、表１のａ層の「構造」の欄に「多層」と表記されているものについては、ターゲット１０３に組成の異なるａ層用の原料をさらにセットし、上記で説明した積層物の形成方法と同様の方法により積層物としてのａ層を形成した。この場合、ａ層の厚みは合計厚みとして６μｍであり、「積層物」の合計積層数は１２００層（ａ１層とａ２層の厚みは略同）であった。
【００７８】
続いて、上記ターゲット１０２にスパッタ電力を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を形成した。なお、諸条件は、上記ａ層の場合と同様とした。ただし、窒化物を形成する場合は、反応ガスを窒素ガスとすればよいが、炭窒化物を形成する場合は、アセチレンガス／（窒素ガス＋アセチレンガス）＝０．２５〜０．５とし、酸窒化物を形成する場合は、酸素ガス／（窒素ガス＋酸素ガス）＝０．０５〜０．１とした。
【００７９】
一方、後述の表３のように被膜をａ層と化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層との積層物として形成する場合は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚が１ｎｍ以上１５ｎｍ以下の場合、ターゲット１０１に０．２１Ｗ／ｍｍ2、ターゲット１０２に０．１５Ｗ／ｍｍ2の電力密度でそれぞれスパッタ電力を印加し、基材１１０を回転テーブル１０４にセットして装置中央部で回転させることによりターゲット１０１と対面する場合はａ層を形成し、ターゲット１０２と対面する場合は化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を形成するという操作を繰り返すことで積層物である被膜を形成した。なおこの場合、ａ層の一層あたりの厚みは化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの厚みよりも厚くした。
【００８０】
他方、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの層厚が１５ｎｍを超える場合は、基材１１０を回転テーブル１０４にセットして装置中央部で回転させることにより、まずターゲット１０１に０．２１Ｗ／ｍｍ2の電力密度でスパッタ電力を印加してターゲット１０１を原料とするａ層を形成し所定の層厚に到達した後、ターゲット１０１に供給するスパッタ電力を停止させ、次にターゲット１０２に０．１５Ｗ／ｍｍ2の電力密度でスパッタ電力を印加し、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層が所定の層厚になるまで形成する。そして、この操作を繰り返すことにより積層物で構成される被膜を形成した。なおこの場合、ａ層の一層あたりの厚みは化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の一層あたりの厚みよりも厚く設定した。
【００８１】
なお、表３のａ層の「構造」の欄に「多層」と表記されているものについては、ターゲット１０３に組成の異なるａ層用の原料をさらにセットし、上記で説明した積層物の形成方法と同様の方法により積層物としてのａ層を形成したことを除き、他は全て上記と同様にして化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層との積層物で構成される被膜を形成した。なお、積層物を構成するａ層の１層あたりの厚みは２００ｎｍとし、ａ１層とａ２層の各１層あたりの厚みは５ｎｍとした。
【００８２】
以上のようにして製造された実施例１−１〜１−６および実施例２−１〜２−５の表面被覆切削工具ならびに比較例１−１、１−２、２−１、２−２の表面被覆切削工具の詳細を以下の表１および表３に示す。
【００８３】
表１は、基材上にａ層を形成した後、最上層として化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を形成した被膜を示す（ただし、実施例１−１はａ層を形成せず化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層のみを被膜として形成した）。表１中、ａ層の「構造」の欄における「単層」とはａ層としてａ１層が単独で形成されたことを示し、「二層」とはａ１層とａ２層とがこの順で基材上に各々形成されたことを示し、「多層」とはａ１層とａ２層とが上下交互に積層された積層物であることを示す。また、「ＡｌＣｒＮＯＣ層」とは化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層を示し、「Ａｌ」、「Ｃｒ」、「Ｎ」、「Ｏ」、「Ｃ」の各欄に記載されている数値は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣu中の「１−ｘ」、「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」、「ｕ」にそれぞれ対応する。また、「厚み」とは化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の厚みを示す。なお、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物について、比較例１−１および１−２の結晶構造はＢ１型であり、実施例１−１〜１−６においてはＢ４型の結晶構造であった。
【００８４】
なお、表１中の硬度は、上記のような方法により測定した硬度を示しており、ａ層の構造の欄に「二層」と記載されているものについては高い方の層の硬度を示した。
【００８５】
表３は、基材上に被膜としてａ層と化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層とを交互に積層させた積層物を形成させたことを示す。ａ層の「構造」の欄における「単層」とはａ層としてａ１層のみを積層させたことを示しており、「多層」とはａ層としてａ１層とａ２層とを交互に積層させた積層物をさらに化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層と積層させたことを示す。また、ＡｌＣｒＮＯＣ層の「厚み」とは積層物中の化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層の１層あたりの膜厚を示す。表３中のその他の表記に関しては表１と同内容を示す。
【００８６】
なお、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物について、比較例２−１の結晶構造はＢ１型であり、比較例２−２および実施例２−１〜２−５においてはＢ４型の結晶構造であった。
【００８７】
＜切削試験１＞
上記のようにして製造された実施例１−１〜１−６および実施例２−１〜２−５の表面被覆切削工具ならびに比較例１−１、１−２、２−１、２−２の表面被覆切削工具について、以下の切削条件により連続旋削試験を実施した。すなわち、切削条件は、Ｖｃ＝２００ｍ／ｍｉｎ、ｆ＝０．２ｍｍ／ｒｅｖ、Ａｄ＝１．５ｍｍ、ｄｒｙで行なった。被削材はＪＩＳ−Ｓ１５ｃを用いた。４０分間の試験後に逃げ面摩耗量を測定した。逃げ面摩耗量（ｍｍ）が小さいもの程耐摩耗性に優れていることを示している。その結果を以下の表２および表４に示す。
【００８８】
＜切削試験２＞
上記のようにして製造された実施例１−１〜１−６および実施例２−１〜２−５の表面被覆切削工具および比較例１−１、１−２、２−１、２−２の表面被覆切削工具について、以下の条件で切削を所定時間行ない、最終の被削材表面の光沢を目視で３段階評価した。その結果を表２および表４に示す。評価は「３」を「優（優れた光沢を示す）」、「２」を「可（通常の光沢を示す）」、「１」を「不可（光沢がなく白濁した）」とした。また、仕上げ面のＲｚを測定した結果も示す。
【００８９】
なお、切削条件と評価の詳細は次の通りである。すなわち、被削材の仕上げ面光沢をＪＩＳ−ＳＣＭ４１５を用いて評価し、切削条件は、Ｖｃ＝８０ｍ／ｍｉｎ、ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ、Ａｄ＝１．５ｍｍ、ｄｒｙとした。
【００９０】
＜摩擦試験＞
上記のようにして製造した表面被覆切削工具と同じ方法にて、鏡面仕上げした超硬合金（ＪＩＳ使用分類Ｐ１０グレード）上に上記の各実施例および各比較例と同様の被膜を形成した。その後、ピンオンディスク試験機にてボール材質 ＪＩＳ−ＳＵＪ２、ボール半径 ３ｍｍ、荷重１０Ｎ、回転速度１ｍ／ｍｉｎ、大気中にて試験し、摩擦力を求め、最終的に摩擦係数（＝摩擦力／荷重）を求めた。
【００９１】
また、試験後に摺動溝を横切る形で触針式表面粗さ計にて摺動部への溶着量を求めた。溶着量（μｍ2）は被膜最表面よりも上に凸となった部分の面積とした。すなわち、摺動溝断面での上凸部面積を溶着量とした。これらの結果を表２および表４に示す。
【００９２】
【表１】
【００９３】
【表２】
【００９４】
【表３】
【００９５】
【表４】
【００９６】
表２および表４より明らかなように、本発明の実施例の表面被覆切削工具は、比較例の表面被覆切削工具に比し、逃げ面摩耗量が低減しており耐摩耗性が向上していたとともに、被削材の仕上げ面粗さが低減し、被削材の光沢性にも優れていたことから高品位の表面加工を実現することができた。これは、本発明の実施例の表面被覆切削工具が比較例の表面被覆切削工具に比し耐溶着性に優れていることを示しており、摩擦試験（溶着量測定）の結果によってもそれを確認できた。したがって、本発明の表面被覆切削工具は優れた切削性能を有したものであることは明らかである。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】成膜装置の概略図である。
【符号の説明】
【０１００】
１００ 成膜装置、１０１，１０２，１０３ ターゲット、１０４ 回転テーブル、１０５ ガス導入口、１０６ ヒータ、１１０ 基材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と該基材上に形成された被膜とを有し、
前記被膜は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣu（式中ｘは０＜ｘ≦０．２であり、ｙ、ｚ、ｕは０＜ｙ＋ｚ＋ｕ≦１．１である）で表わされる化合物からなる層をその一部に含むことを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物は、閃亜鉛型結晶構造を少なくとも一部に有する請求項１記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、１５ＧＰａ以上３２ＧＰａ以下の硬度を有する請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
前記被膜は、前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層を少なくとも一層含み、その層のうち少なくとも一層は前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層よりも高い硬度を有する請求項１〜３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項５】
前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、前記被膜の最上層である請求項１〜４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項６】
前記被膜は、前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層として、互いに組成の異なる２種以上の層が積層された積層物を含む請求項１〜５のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項７】
前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、０．０５μｍ以上４μｍ以下の厚みを有する請求項１〜６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項８】
前記被膜は、前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層と前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層との積層物を含む請求項１〜６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項９】
前記積層物中の前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚みを有する請求項８記載の表面被覆切削工具。
【請求項１０】
前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、物理的蒸着法により形成される請求項１〜９のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項１】
基材と該基材上に形成された被膜とを有し、
前記被膜は、化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣu（式中ｘは０＜ｘ≦０．２であり、ｙ、ｚ、ｕは０＜ｙ＋ｚ＋ｕ≦１．１である）で表わされる化合物からなる層をその一部に含むことを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物は、閃亜鉛型結晶構造を少なくとも一部に有する請求項１記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、１５ＧＰａ以上３２ＧＰａ以下の硬度を有する請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
前記被膜は、前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層を少なくとも一層含み、その層のうち少なくとも一層は前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層よりも高い硬度を有する請求項１〜３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項５】
前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、前記被膜の最上層である請求項１〜４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項６】
前記被膜は、前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層として、互いに組成の異なる２種以上の層が積層された積層物を含む請求項１〜５のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項７】
前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、０．０５μｍ以上４μｍ以下の厚みを有する請求項１〜６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項８】
前記被膜は、前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層と前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層以外の層との積層物を含む請求項１〜６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項９】
前記積層物中の前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚みを有する請求項８記載の表面被覆切削工具。
【請求項１０】
前記化学式Ａｌ1-xＣｒxＮyＯzＣuで表わされる化合物からなる層は、物理的蒸着法により形成される請求項１〜９のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１０５１３７（Ｐ２０１０−１０５１３７Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８２０１９（Ｐ２００８−２８２０１９）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（５０３２１２６５２）住友電工ハードメタル株式会社 (390)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（５０３２１２６５２）住友電工ハードメタル株式会社 (390)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]