WO2017061325A1

WO2017061325A1 - 被覆切削工具

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Publication number: WO2017061325A1
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Inventors: 雄亮平野; 茂揮田中
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Filing date: 2016-09-29
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Abstract

基材と前記基材の表面に形成された被覆層とを含む被覆切削工具であって、前記被覆層は、組成の異なる２種又は３種以上の化合物層を交互に各２層以上積層した交互積層構造を有し、前記交互積層構造は、下記式（１）：　（Ｔｉ_ｘＭ_ｙＳｉ_ｚ）Ｎ　（１）［式中、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｘはＴｉとＭで表される元素とＳｉとの合計に対するＴｉの原子比を表し、ｙはＴｉと前記Ｍで表される元素とＳｉとの合計に対する前記Ｍで表される元素の原子比を表し、ｚはＴｉと前記Ｍで表される元素とＳｉとの合計に対するＳｉの原子比を表し、０．２０≦ｘ≦０．５０、０．２０≦ｙ≦０．５０、０．０３≦ｚ≦０．３０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満足する。］で表される組成を有する化合物を含む化合物層と、下記式（２）：　（Ｔｉ_ａＭ_ｂＳｉ_ｃ）Ｎ　（２）［式中、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａはＴｉとＭで表される元素とＳｉとの合計に対するＴｉの原子比を表し、ｂはＴｉと前記Ｍで表される元素とＳｉとの合計に対する前記Ｍで表される元素の原子比を表し、ｃはＴｉと前記Ｍで表される元素とＳｉとの合計に対するＳｉの原子比を表し、０．２０≦ａ≦０．４９、０．２１≦ｂ≦０．５０、０．０４≦ｃ≦０．３０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満足する。］で表される組成を有する化合物を含む化合物層とから構成され、前記交互積層構造を構成する化合物層に含まれる全金属元素の量に対する特定の金属元素の量と、当該化合物層に隣接した前記交互積層構造を構成する他の化合物層に含まれる全金属元素の量に対する前記特定の金属元素の量と、の差の絶対値が、０原子％を超えて大きく、かつ、５原子％未満であり、前記化合物層のそれぞれの平均厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記交互積層構造の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下である、被覆切削工具。

Description

被覆切削工具

　本発明は、被覆切削工具に関するものである。

　近年、切削加工の高能率化に伴い、従来よりも工具寿命の長い切削工具が求められている。このため、工具材料の要求性能として、工具寿命に直結する耐摩耗性および耐欠損性の向上が一段と重要になっている。そこで、これらの特性を向上させるため、超硬合金、サーメット、ｃＢＮなどからなる基材と、その表面に備えられるＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層などの被覆層を１層または２層以上含む被覆切削工具が広く用いられている。

　このような被覆層の特性を改善するための様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、Ｔｉ／Ａｌの比が２０／８０～６０／４０の範囲内のＴｉとＡｌの複合窒化物を基材の表面に形成した被覆切削工具が提案されている。

　また、特許文献２および特許文献３には、Ｔｉの窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒酸化物にＳｉを適量含有した層と、ＴｉおよびＡｌを主成分とする窒化物、炭窒化物、窒酸化物または炭窒酸化物からなる層とを交互に積層した被覆膜が提案されている。

特開平８－１６８９０４号公報特開２０００－３３４６０６号公報特開２０００－３３４６０７号公報

　加工能率を高めるために従来よりも切削条件が厳しくなる傾向の中で、これまでよりも工具寿命を延長することが求められている。しかしながら、上記特許文献１に記載のＡｌの含有量が多い単層膜は、耐摩耗性が十分ではないという問題がある。一方、Ｔｉの含有量が多い単層膜は、耐摩耗性に優れるものの、耐酸化性が不十分であるため、耐クレーター摩耗性が劣るという問題がある。

　特許文献２および特許文献３に記載のＴｉＳｉ系の層などを交互に積層した被覆膜は、残留圧縮応力が高いため、被覆膜を形成した後に剥離したり、切削加工において、チッピングを生じやすかったりするという問題がある。

　本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、特に高速かつ高送り加工において、耐摩耗性および耐欠損性に優れ、長期間にわたって良好に加工できる被覆切削工具を提供することである。

　本発明者は被覆切削工具の工具寿命の延長について研究を重ねたところ、以下の構成にすると、耐摩耗性および耐欠損性を向上させることが可能となることを見出した。そして、その結果、被覆切削工具の工具寿命を延長することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

　すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］基材と前記基材の表面に形成された被覆層とを含む被覆切削工具であって、前記被覆層は、組成の異なる２種又は３種以上の化合物層を交互に各２層以上積層した交互積層構造を有し、前記交互積層構造は、下記式（１）：
　（Ｔｉ_ｘＭ_ｙＳｉ_ｚ）Ｎ　　（１）
［式中、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｘはＴｉとＭで表される元素とＳｉとの合計に対するＴｉの原子比を表し、ｙはＴｉと前記Ｍで表される元素とＳｉとの合計に対する前記Ｍで表される元素の原子比を表し、ｚはＴｉと前記Ｍで表される元素とＳｉとの合計に対するＳｉの原子比を表し、０．２０≦ｘ≦０．５０、０．２０≦ｙ≦０．５０、０．０３≦ｚ≦０．３０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満足する。］
で表される組成を有する化合物を含む化合物層と、下記式（２）：
　（Ｔｉ_ａＭ_ｂＳｉ_ｃ）Ｎ　　（２）
［式中、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａはＴｉとＭで表される元素とＳｉとの合計に対するＴｉの原子比を表し、ｂはＴｉと前記Ｍで表される元素とＳｉとの合計に対する前記Ｍで表される元素の原子比を表し、ｃはＴｉと前記Ｍで表される元素とＳｉとの合計に対するＳｉの原子比を表し、０．２０≦ａ≦０．４９、０．２１≦ｂ≦０．５０、０．０４≦ｃ≦０．３０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満足する。］
で表される組成を有する化合物を含む化合物層とから構成され、前記交互積層構造を構成する化合物層に含まれる全金属元素の量に対する特定の金属元素の量と、当該化合物層に隣接した前記交互積層構造を構成する他の化合物層に含まれる全金属元素の量に対する前記特定の金属元素の量と、の差の絶対値が、０原子％を超えて大きく、かつ、５原子％未満であり、前記化合物層のそれぞれの平均厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記交互積層構造の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下である、被覆切削工具。
［２］前記交互積層構造を構成する前記化合物層に含まれる全金属元素の量に対する特定の金属元素の量と、当該化合物層に隣接した前記交互積層構造を構成する前記他の化合物層に含まれる全金属元素の量に対する前記特定の金属元素の量と、の差の絶対値が、１原子％以上４原子％以下である、請求項１に記載の被覆切削工具。
［３］前記被覆切削工具は、すくい面と逃げ面との交差稜線に切刃を有し、前記すくい面における前記交互積層構造中のＴｉの原子基準での含有比率をＴｉ_ｒとし、前記逃げ面における前記交互積層構造中のＴｉの原子基準での含有比率をＴｉ_ｆとしたとき、Ｔｉ_ｒに対するＴｉ_ｆの比［Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒ］が、１．０５以上１．２０以下である、［１］または［２］に記載の被覆切削工具。
［４］前記被覆層は、前記基材と前記交互積層構造との間に、下部層を有し、前記下部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の単層または積層であり、前記下部層の平均厚さは、０．１μｍ以上３．５μｍ以下である、［１］～［３］のいずれか１つに記載の被覆切削工具。
［５］前記被覆層は、前記交互積層構造の表面に、上部層を有し、前記上部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の単層または積層であり、前記上部層の平均厚さは、０．１μｍ以上３．５μｍ以下である、［１］～［４］のいずれか１つに記載の被覆切削工具。
［６］前記被覆層全体の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下である、［１］～［５］のいずれか１つに記載の被覆切削工具。
［７］前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックスまたは立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、［１］～［６］のいずれか１つに記載の被覆切削工具。

　本発明の被覆切削工具は、特に高速かつ高送り加工において、耐摩耗性および耐欠損性に優れるので、長期間にわたって良好に加工できるという効果を奏する。

本発明の被覆切削工具の一例を示す模式図である。

　以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。本実施形態の被覆切削工具は、基材とその基材の表面に形成された被覆層とを含む。本実施形態における基材は、被覆切削工具の基材として用いられ得るものであれば、特に限定はされない。基材の例として、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、および高速度鋼を挙げることができる。それらの中でも、基材が、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体のいずれかであると、耐摩耗性および耐欠損性に一層優れるので、さらに好ましい。

　本実施形態の被覆切削工具は、すくい面と逃げ面との交差稜線に切刃を有する。被覆切削工具の種類として、具体的には、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル、およびエンドミルを挙げることができる。

　本実施形態の被覆切削工具において、被覆層全体の平均厚さが、１．０μｍ以上であると耐摩耗性が更に向上する傾向がみられる。一方、被覆層全体の平均厚さが１５μｍ以下であると、耐欠損性が更に向上する傾向がみられる。そのため、被覆層の全体の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。その中でも、上記と同様の観点から、被覆層全体の平均厚さは１．５μｍ以上６．５μｍ以下であるとより好ましい。

　本実施形態の被覆層は、組成の異なる２種又は３種以上の化合物層を交互に各２層以上積層した交互積層構造を有する。このような交互積層構造を有すると、被覆層の硬さが高くなるため、耐摩耗性が向上する。本実施形態の交互積層構造は、組成の異なる２種の化合物層を周期的に各２層以上積層した構造であってもよく、３種以上の化合物層を周期的に各２層以上積層した構造であってもよい。本明細書において、「組成の異なる」とは、２つの化合物層の間で、化合物層に含まれる全金属元素の量に対する特定の金属元素の量（単位：原子％）と、他の化合物層に含まれる全金属元素の量に対するその特定の金属元素の量（単位：原子％）との差が０原子％を超えて大きいことをいう。上記「特定の元素」は、いずれかの化合物層に含まれる金属元素のいずれであってもよく、Ｓｉ元素は金属元素に包含される。

　本実施形態の交互積層構造を構成する化合物層の１種は、下記式（１）で表される組成を有する化合物を含む層であり、その化合物からなる層であると好ましい。
　（Ｔｉ_ｘＭ_ｙＳｉ_ｚ）Ｎ　　（１）
ここで、式（１）中、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｘはＴｉとＭで表される元素（以下、単に「Ｍ元素」ともいう。）とＳｉとの合計に対するＴｉの原子比を表し、ｙはＴｉとＭ元素とＳｉとの合計に対するＭ元素の原子比を表し、ｚはＴｉとＭ元素とＳｉとの合計に対するＳｉの原子比を表し、０．２０≦ｘ≦０．５０、０．２０≦ｙ≦０．５０、０．０３≦ｚ≦０．３０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満足する。本実施形態のこの化合物層における、Ｔｉの原子比（ｘ）が、０．２０以上であると、Ｔｉの含有量が多くなることにより、下記式（２）で表される組成を有する化合物層におけるＴｉの原子比（ａ）に基づく効果と相俟って、耐摩耗性の低下をさらに抑制できる。一方、Ｔｉの原子比（ｘ）が０．５０以下であると、相対的にＭ元素またはＳｉの含有量が増加するため、下記式（２）で表される組成を有する化合物層におけるＴｉの原子比（ａ）に基づく効果と相俟って、耐酸化性および耐熱性の低下をさらに抑制できる。Ｍ元素の原子比（ｙ）が、０．２０以上であると、Ｍ元素の含有量が多くなることにより、下記式（２）で表される組成を有する化合物層におけるＭ元素の原子比（ｂ）に基づく効果と相俟って、耐酸化性および耐熱性の低下をさらに抑制できる。一方、Ｍ元素の原子比（ｙ）が０．５０以下であると、相対的にＴｉの含有量が増加するため、下記式（２）で表される組成を有する化合物層におけるＭ元素の原子比（ｂ）に基づく効果と相俟って、耐摩擦性の低下をさらに抑制できる。Ｓｉの原子比（ｚ）が、０．０３以上であると、Ｓｉの含有量が多くなることにより、下記式（２）で表される組成を有する化合物層におけるＳｉの原子比（ｃ）に基づく効果と相俟って、耐酸化性および耐熱性の低下をさらに抑制できる。一方、Ｓｉの原子比（ｚ）が０．３０以下であると、相対的にＴｉの含有量が増加するため、下記式（２）で表される組成を有する化合物層におけるＳｉの原子比（ｃ）に基づく効果と相俟って、耐摩擦性の低下をさらに抑制できる。同様の観点から、０．２４≦ｘ≦０．５０、０．２５≦ｙ≦０．５０、０．１０≦ｚ≦０．２６であると好ましい。また、この化合物層を構成するＭ元素は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種であると、耐酸化性や耐摩耗性が向上する。

　また、本実施形態の交互積層構造を構成する化合物層の他の１種は、下記式（２）で表される組成を有する化合物を含む層であり、その化合物からなる層であると好ましい。
　（Ｔｉ_ａＭ_ｂＳｉ_ｃ）Ｎ　　（２）
ここで、式（２）中、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａはＴｉとＭ元素とＳｉとの合計に対するＴｉの原子比を表し、ｂはＴｉとＭ元素とＳｉとの合計に対するＭ元素の原子比を表し、ｃはＴｉとＭ元素とＳｉとの合計に対するＳｉの原子比を表し、０．２０≦ａ≦０．４９、０．２１≦ｂ≦０．５０、０．０４≦ｃ≦０．３０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満足する。
本実施形態のこの化合物層における、Ｔｉの原子比（ａ）が、０．２０以上であると、Ｔｉの含有量が多くなることにより、上記式（１）で表される組成を有する化合物層におけるＴｉの原子比（ｘ）に基づく効果と相俟って、耐摩耗性の低下をさらに抑制できる。一方、Ｔｉの原子比（ａ）が０．５０以下であると、相対的にＭ元素またはＳｉの含有量が増加するため、上記式（１）で表される組成を有する化合物層におけるＴｉの原子比（ｘ）に基づく効果と相俟って、耐酸化性および耐熱性の低下をさらに抑制できる。Ｍ元素の原子比（ｂ）が、０．２１以上であると、Ｍ元素の含有量が多くなることにより、上記式（１）で表される組成を有する化合物層におけるＭ元素の原子比（ｙ）に基づく効果と相俟って、耐酸化性および耐熱性の低下をさらに抑制できる。一方、Ｍ元素の原子比（ｂ）が０．５０以下であると、相対的にＴｉの含有量が増加するため、上記式（１）で表される組成を有する化合物層におけるＭ元素の原子比（ｙ）に基づく効果と相俟って、耐摩擦性の低下をさらに抑制できる。Ｓｉの原子比（ｃ）が、０．０４以上であると、Ｓｉの含有量が多くなることにより、上記式（１）で表される組成を有する化合物層におけるＳｉの原子比（ｚ）に基づく効果と相俟って、耐酸化性および耐熱性の低下をさらに抑制できる。一方、Ｓｉの原子比（ｃ）が０．３０以下であると、相対的にＴｉの含有量が増加するため、上記式（１）で表される組成を有する化合物層におけるＳｉの原子比（ｚ）に基づく効果と相俟って、耐摩擦性の低下をさらに抑制できる。同様の観点から、０．２０≦ａ≦０．４７、０．２５≦ｂ≦０．５０、０．０８≦ｃ≦０．３０であると好ましい。また、化合物層を構成する元素は、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種であると、耐酸化性や耐摩耗性が向上する。

　本実施形態の交互積層構造を構成する化合物層に含まれる金属元素の種類は、該交互積層構造を構成する他の化合物層に含まれる金属元素の種類と少なくとも一部が同一であると好ましく、全て同一であるとより好ましい。つまり、交互積層構造を構成する複数の化合物層は、互いに同一の種類の金属元素で構成されるとより好ましい。さらに、交互積層構造を構成する化合物層に含まれる全金属元素の量に対する特定の金属元素の量（単位：原子％）と、当該化合物層に隣接した交互積層構造を構成する他の化合物層に含まれる全金属元素の量に対する上記特定の金属元素の量（単位：原子％）との差の絶対値（以下、「組成差の絶対値」ともいう。）は、０原子％を超えて大きく、かつ、５原子％未満である。すなわち、交互積層構造を構成する化合物層に含まれる特定の金属元素の割合と、その化合物層に隣接した交互積層構造を構成する他の化合物層に含まれる上記特定の金属元素の割合との差の絶対値が、０原子％を超えて大きく、かつ、５原子％未満である。ここでいう「特定の金属元素の割合」とは、化合物層に含まれる金属元素全体の原子数に対する、その化合物層に含まれる特定の金属元素の原子数の割合（単位：原子％）を意味する。また、「特定の金属元素」は化合物層に含まれる金属元素のうち少なくとも１種であればよいが、化合物層に含まれる金属元素の各々について、上記絶対値が上述の関係にあると好ましい。

　交互積層構造がこのような構成であると、交互積層構造を構成するある化合物層と、その化合物層に隣接する他の化合物層との密着性が低下することなく、２種の化合物層の界面における結晶格子の不整合が小さくなる。そのため、交互積層構造の残留圧縮応力が高くなるのを抑制することができるので、特に高速で、かつ高送り加工において、交互積層構造の層と層の間における剥離を抑制することができる。その結果、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。その中でも、交互積層構造を構成する化合物層に含まれる特定の金属元素の割合と、その化合物層に隣接した交互積層構造を構成する他の化合物層に含まれる上記特定の金属元素の割合との差の絶対値が、１原子％以上４原子％以下であると、好ましい。なお、交互積層構造を構成する化合物層に含まれる特定の金属元素の割合と、その化合物層に隣接した交互積層構造を構成する他の化合物層に含まれる上記特定の金属元素の割合との差の絶対値が、０原子％であるということは、単層を意味する。単層は、交互積層構造よりも硬さが低いため、耐摩耗性に劣る。

　本実施形態において化合物層の組成を（Ｔｉ_０．４５Ａｌ_０．４０Ｓｉ_０．１５）Ｎと表記する場合は、ＴｉとＡｌとＳｉの全体に対するＴｉの原子比が０．４５、ＴｉとＡｌとＳｉの全体に対するＡｌの原子比が０．４０、ＴｉとＡｌとＳｉの全体に対するＳｉの原子比が０．１５であることを表す。すなわち、全金属元素、つまりＴｉとＡｌとＳｉ、の量に対する特定の金属元素であるＴｉの量が４５原子％、全金属元素、つまりＴｉとＡｌとＳｉ、の量に対する特定の金属元素であるＡｌの量が４０原子％、全金属元素、つまりＴｉとＡｌとＳｉの量に対する特定の金属元素であるＳｉの量が１５原子％であることを意味する。

　上記の「化合物層に含まれる特定の金属元素の割合と、その化合物層に隣接した他の化合物層に含まれる上記特定の金属元素の割合との差の絶対値が、０原子％を超えて大きく、かつ、５原子％未満である」について、さらに詳しく説明する。例えば、交互積層構造が、（Ｔｉ_０．４５Ａｌ_０．４５Ｓｉ_０．０５）Ｎ層と、（Ｔｉ_０．４３Ａｌ_０．４７Ｓｉ_０．０５）Ｎ層によって構成される場合、２つの化合物層に含まれる金属元素の種類は全て同一である。なぜなら、２つの化合物層は、ともにＴｉとＡｌとＳｉとを含むからである。この場合、２つの化合物層に含まれるＴｉの原子数の割合の差は、２原子％である。また、２つの化合物層に含まれるＡｌの原子数の割合の差は、２原子％である。これらの値は、それぞれ５原子％未満である。したがって、「差の絶対値が、０原子％を超えて大きく、かつ、５原子％未満」という上記の条件が満たされている。

　また、例えば、交互積層構造が、（Ｔｉ_０．３５Ａｌ_０．２５Ｃｒ_０．２５Ｓｉ_０．１５）Ｎ層と、（Ｔｉ_０．３７Ａｌ_０．２２Ｃｒ_０．２８Ｓｉ_０．１３）Ｎ層によって構成される場合、２つの化合物層に含まれる金属元素の種類は全て同一である。なぜなら、２つの化合物層は、ともに金属元素としてＴｉとＡｌとＣｒとＳｉとを含むからである。この場合、２つの化合物層に含まれるＴｉの原子数の割合の差は、３原子％である。また、２つの化合物層に含まれるＡｌの原子数の割合の差は、３原子％である。さらに、２つの化合物層に含まれるＣｒの原子数の割合の差は、３原子％である。そして、２つの層に含まれるＳｉの原子数の割合の差は、２原子％である。これらの値は、それぞれ５原子％未満である。したがって、「差の絶対値が、０原子％を超えて大きく、かつ、５原子％未満」という上記の条件が満たされている。

　本実施形態において組成の異なる２種の化合物層を１層ずつ形成した場合、「繰り返し数」は１回である。図１は本発明の被覆切削工具の断面組織の一例を示す模式図であるが、以下、これを利用して繰り返し数について説明する。この被覆切削工具８は、基材１と、基材１の表面に形成された被覆層７とを備える。被覆層７は、基材１側から順に、後述の下部層２と、交互積層構造６と、後述の上部層５とを積層してなる。交互積層構造６は、下部層２側から上部層５側に向かって順に、それぞれ化合物層であるＡ層３と、Ａ層３とは組成の異なるＢ層４とを交互に積層してなり、Ａ層３及びＢ層４をそれぞれ４層ずつ有する。この場合、繰り返し数は、４回となる。また、例えば、Ａ層３およびＢ層４を、下部層２側から上部層５側に向かって順に、Ａ層３、Ｂ層４、Ａ層３、Ｂ層４、Ａ層３、Ｂ層４、Ａ層３、Ｂ層４、Ａ層３、Ｂ層４と、Ａ層３を５層、Ｂ層４を５層それぞれ形成した場合、繰り返し数は、５回となる。ここで、Ａ層３が上記式（１）で表される組成を有する化合物を含む化合物層であって、Ｂ層４が上記式（２）で表される組成を有する化合物を含む化合物層であってもよい。あるいは、Ａ層３が上記式（２）で表される組成を有する化合物を含む化合物層であって、Ｂ層４が上記式（１）で表される組成を有する化合物を含む化合物層であってもよい。また、図１において、被覆層７は下部層２および上部層５の両方を備えるが、被覆層が下部層２および上部層５のいずれかのみを備えてもよく、両方備えていなくてもよい。

　また、本実施形態の別の一態様において、組成の異なる３種の化合物層から構成される交互積層構造を有する被覆切削工具について簡単に説明する。このような被覆切削工具において、交互積層構造は、上記のようなＡ層およびＢ層に加えて、それらの化合物層と組成の異なる化合物層であるＣ層を更に有する。Ａ層を上記式（１）で表される組成を有する化合物を含む化合物層とし、Ｂ層を上記式（２）で表される組成を有する化合物を含む化合物層とする。この場合、Ａ層、Ｂ層およびＣ層の積層順は特に限定されず、例えば、基材側から順に、Ａ層、Ｂ層、Ｃ層の順、Ｂ層、Ａ層、Ｃ層の順、Ａ層、Ｃ層、Ｂ層の順、Ｂ層、Ｃ層、Ａ層の順、Ｃ層、Ａ層、Ｂ層の順、あるいは、Ｃ層、Ｂ層、Ａ層の順、のいずれであってもよい。Ｃ層は、Ａ層とＢ層との間に位置するため、Ａ層とＢ層との密着性を向上させる観点から、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むと好ましい。特に、Ｃ層が、Ａ層およびＢ層のいずれかの化合物層と金属元素の種類の少なくとも一部が同一であると好ましく、全てが同一であるとより好ましい。また、Ｃ層が、Ａ層に含まれる特定の金属元素の割合とＢ層に含まれる上記特定の金属元素の割合の間になるような割合で、上記特定の金属元素を含むと好ましい。これらにより、互いに隣接する化合物層間の密着性が低下することなく、それらの化合物層の界面における結晶格子の不整合が小さくなる。そのため、交互積層構造の残留圧縮応力が高くなるのを抑制することができるので、特に高速かつ高送り加工において、耐欠損性が向上する。

　さらに、本実施形態のさらに別の一態様において、交互積層構造が、上記Ａ層、Ｂ層およびＣ層に加えて、それらの化合物層と組成の異なる他の１種又は２種以上の化合物層を有してもよい。ただし、そのような交互積層構造である場合は、Ａ層およびＢ層を隣接させるように、各化合物層を積層することが好ましい。上記Ａ層、Ｂ層およびＣ層と組成の異なる他の１種又は２種以上の化合物層は、互いに組成の異なる層であり、それらの層は、Ａ層、Ｂ層およびＣ層との密着性を向上させる観点から、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むと好ましい。この場合において、特に、Ａ層およびＢ層以外の化合物層が、Ａ層およびＢ層のいずれかの化合物層と金属元素の種類の少なくとも一部が同一であると好ましく、全てが同一であるとより好ましい。また、Ａ層およびＢ層以外の各化合物層は、その化合物層を挟む２種の化合物層のうち、一方に含まれる特定の金属元素の割合と他方に含まれる上記特定の金属元素の割合の間になるような割合で、上記特定の金属元素を含むと好ましい。これらにより、互いに隣接する化合物層間の密着性が低下することなく、それらの化合物層の界面における結晶格子の不整合が小さくなる。そのため、交互積層構造の残留圧縮応力が高くなるのを抑制することができるので、特に高速かつ高送り加工において、耐欠損性が向上する。

　本実施形態において、交互積層構造を構成する化合物層のそれぞれの平均厚さが１ｎｍ以上であると、均一な厚さの化合物層を形成することがより容易となる。一方、交互積層構造を構成する化合物層のそれぞれの平均厚さが５０ｎｍ以下であると、交互積層構造の硬さが更に高まる。そのため、交互積層構造を構成する化合物層の平均厚さは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であると好ましい。

　本実施形態において、交互積層構造の平均厚さは、１．０μｍ以上であると耐摩耗性が更に向上し、１５μｍ以下であると耐欠損性が更に高まる。そのため、交互積層構造の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下である。その中でも、交互積層構造の平均厚さは１．５μｍ以上６．０μｍ以下であると好ましい。

　本実施形態の交互積層構造において、すくい面における交互積層構造中のＴｉの原子基準での含有比率をＴｉ_ｒとし、逃げ面における交互積層構造中のＴｉの原子基準での含有比率をＴｉ_ｆとする。交互積層構造は、Ｔｉ_ｒに対するＴｉ_ｆの比［Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒ］が、１．０５以上１．２０以下であると、耐摩耗性と耐欠損性のバランスに一層優れるので好ましい。Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒが１．０５以上であると、逃げ面におけるＴｉの含有比率が大きくなるため、耐摩耗性の低下をより抑制することができる。また、すくい面における交互積層構造中の内部応力を低減する効果が大きくなる傾向にある。一方、Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒが１．２０以下である被覆切削工具は、その作製容易性の観点から好ましい。そのため、Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒは、１．０５以上１．２０以下であることが好ましく、１．０７以上１．１４以下であることがより好ましい。

　本実施形態の被覆層は、交互積層構造だけで構成されてもよいが、基材と交互積層構造との間（すなわち、交互積層構造の下層）に下部層を有すると、基材と交互積層構造との密着性が更に向上するため、好ましい。その中でも、下部層は、上記と同様の観点から、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むと好ましく、ＴｉおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むとより好ましく、ＴｉおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎ元素とからなる化合物を含むと更に好ましい。ただし、下部層は、交互積層構造における化合物層と組成が異なる。また、下部層は単層であってもよく２層以上の多層であってもよい。

　本実施形態において、下部層の平均厚さが０．１μｍ以上３．５μｍ以下であると、基材と被覆層との密着性が更に向上する傾向を示すため、好ましい。同様の観点から、下部層の平均厚さは、０．１μｍ以上３．０μｍ以下であるとより好ましく、０．１μｍ以上２．５μｍ以下であると更に好ましい。

　本実施形態の被覆層は、交互積層構造の基材とは反対側（すなわち、交互積層構造の表面）に上部層を有してもよい。上部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むと、耐摩耗性に一層優れるので、さらに好ましい。また、上記と同様の観点から、上部層は、Ｔｉ、Ｎｂ、ＣｒおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むとより好ましく、Ｔｉ、Ｎｂ、ＣｒおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎとからなる化合物を含むとさらに好ましい。ただし、上部層は、交互積層構造における化合物層と組成が異なる。また、上部層は単層であってもよく２層以上の多層であってもよい。

　本実施形態において、上部層の平均厚さが０．１μｍ以上３．５μｍ以下であると、耐摩耗性に更に優れる傾向を示すため好ましい。同様の観点から、上部層の平均厚さは、０．２μｍ以上３．０μｍ以下であるとより好ましい。

　本実施形態の被覆切削工具における被覆層の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、被覆層は、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法、およびイオンミキシング法などの物理蒸着法によって、上記で説明した交互積層構造における各化合物層を順に形成することで得られる。特に、アークイオンプレーティング法によって形成された被覆層は、基材との密着性が高い。したがって、これらの中では、アークイオンプレーティング法が好ましい。

　本実施形態の被覆切削工具の製造方法について、具体例を用いて説明する。なお、本実施形態の被覆切削工具の製造方法は、当該被覆切削工具の構成を達成し得る限り、特に制限されるものではない。

　まず、工具形状に加工した基材を物理蒸着装置の反応容器内に収容し、金属蒸発源を反応容器内に設置する。その後、反応容器内をその圧力が１．０×１０^－２Ｐａ以下になるまで真空引きし、反応容器内のヒーターにより基材をその温度が６００℃～７００℃になるまで加熱する。加熱後、反応容器内にアルゴン（Ａｒ）ガスを導入して、反応容器内の圧力を０．５Ｐａ～５．０Ｐａとする。圧力０．５Ｐａ～５．０ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に－３５０Ｖ～－５００Ｖのバイアス電圧を印加し、反応容器内のタングステンフィラメントに４０Ａ～５０Ａの電流を流す条件下で、基材の表面にＡｒガスによるイオンボンバードメント処理を施す。基材の表面にイオンボンバードメント処理を施した後、反応容器内をその圧力が１．０×１０^－２Ｐａ以下になるまで真空引きする。

　次いで、基材をその温度が２５０℃以上５００℃以下になるように、ヒーターの温度を調整して加熱した後、窒素（Ｎ_２）ガスとＡｒガスを反応容器内に導入する。その後、反応容器内の圧力を２．０～４．０Ｐａにして、基材に－４０～－１５０Ｖのバイアス電圧を印加する。そして、各層の金属成分に応じた金属蒸発源をアーク放電により蒸発させることによって、基材の表面に各層を形成することができる。この際、基材を固定したテーブルを回転させながら、離れた位置に置かれた２種類以上の金属蒸発源を同時にアーク放電により蒸発させることにより、交互積層構造を構成する各化合物層を形成することができる。この場合、反応容器内の基材を固定した回転テーブルの回転数を調整することによって、交互積層構造を構成する各化合物層の厚さを制御することができる。あるいは、２種類以上の金属蒸発源を交互にアーク放電により蒸発させることによって、交互積層構造を構成する化合物層を形成することもできる。この場合、金属蒸発源のアーク放電時間をそれぞれ調整することによって、交互積層構造を構成する各化合物層の厚さを制御することができる。

　本実施形態の交互積層構造におけるＴｉ_ｒに対するＴｉ_ｆの比［Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒ］を所定の値にするには、交互積層構造を形成する時に、バイアス電圧、並びに、反応容器内に導入するＮ_２ガスとＡｒガスの混合割合を調整するとよい。より具体的には、より高い負のバイアス電圧を印加するほど（例えば、－１５０Ｖの方が－４０Ｖよりも高い）、金属蒸発源に対向する面のＴｉの含有比率が高くなる。一方、金属蒸発源に対向していない面のＴｉの含有比率は、低くなる。また、反応容器内に導入するＮ_２ガスとＡｒガスの混合割合について、Ａｒガスの割合を高くし、交互積層構造を形成すると、金属蒸発源に対向する面のＴｉの含有比率が高くなる。金属蒸発源に対向する面が逃げ面となるように設置し、バイアス電圧、並びに、反応容器内に導入するＮ_２ガスとＡｒガスの混合割合を調整することにより、Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒを所定の値にすることができる。

　本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の厚さは、例えば、被覆切削工具の断面組織から、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて測定することができる。より具体的には、被覆切削工具において、金属蒸発源に対向する面の刃先稜線部から、当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における、３箇所以上の断面での各層の厚さを測定する。得られた各層の厚さの相加平均値を、被覆切削工具における各層の平均厚さと定義することができる。

　本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の組成は、本実施形態の被覆切削工具の断面組織から、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分析装置（ＷＤＳ）などを用いた測定により決定することができる。

　また、本実施形態の交互積層構造におけるＴｉ_ｒに対するＴｉ_ｆの比、［Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒ］は、本実施形態の被覆切削工具の断面組織から、ＴＥＭに付属したＥＤＳを用いた測定により、求めることができる。より具体的には、逃げ面の刃先稜線部から、当該逃げ面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における、交互積層構造を構成する各層（例えば上記Ａ層およびＢ層）のＴｉの含有比率をそれぞれ測定する。なお、Ｔｉの含有比率の測定は、各層について３箇所以上の断面で行う。被覆層がＡ層およびＢ層を有する場合、Ａ層およびＢ層におけるＴｉの含有比率を相加平均した値を交互積層構造中のＴｉの含有比率Ｔｉ_ｆとする。同様に、すくい面の刃先稜線部から、当該すくい面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍における交互積層構造のＴｉの含有比率Ｔｉ_ｒを求める。得られたＴｉ_ｆおよびＴｉ_ｒから、Ｔｉ_ｒに対するＴｉ_ｆの比［Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒ］を算出することができる。

　以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
　基材として、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＧＴＮ形状のインサートに加工し、９３．０ＷＣ－７．０Ｃｏ（以上質量％）の組成を有する超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表１および表２に示す各層の組成になるよう金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの治具に固定した。このとき、金属蒸発源に対向する面が逃げ面となるように基材を設置した。

　その後、反応容器内をその圧力が５．０×１０^－３Ｐａ以下になるまで真空引きした。真空引きした後、反応容器内のヒーターにより、基材をその温度が６００℃になるまで加熱した。加熱後、反応容器内にその圧力が５．０ＰａになるようにＡｒガスを導入した。

　圧力５．０ＰａのＡｒガス雰囲気にて、基材に－４５０Ｖのバイアス電圧を印加して、反応容器内のタングステンフィラメントに４５Ａの電流を流す条件下で、基材の表面にＡｒガスによるイオンボンバードメント処理を３０分間施した。イオンボンバードメント処理終了後、反応容器内をその圧力が５．０×１０^－３Ｐａ以下になるまで真空引きした。

　真空引き後、基材をその温度が４００℃になるまで加熱し、表３および表４に示す条件でＮ_２ガスおよびＡｒガスを反応容器内に導入し、その圧力が３．０Ｐａになるように調整した。

　次いで、発明品１～１７および比較品１～９について、表１および表２に示すＡ層およびＢ層を交互に形成して交互積層構造を得た。詳細には、表３および表４に示す条件で基材にバイアス電圧を印加して、Ａ層の金属蒸発源とＢ層の金属蒸発源とを同時にアーク電流１２０Ａのアーク放電により蒸発させて、Ａ層およびＢ層を交互に形成した。このとき、Ａ層の厚さおよびＢ層の厚さは、回転テーブルの回転数を１～５ｒｐｍの範囲で調整することで制御した。なお、表中の「組成差の絶対値」は、Ａ層とＢ層との間の「組成差の絶対値」である（以下同様。）。

　一方、比較品１０においては、基材に－５０Ｖのバイアス電圧を印加して、アーク電流１２０Ａのアーク放電により金属蒸発源を蒸発させて、表２に示す単層の化合物層を形成した。

　基材の表面に、表１および表２に示す所定の平均厚さになるよう各層を形成した後に、ヒーターの電源を切り、試料温度が１００℃以下になった後で、反応容器内から試料を取り出した。

　得られた試料の各層の平均厚さは、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面（逃げ面）の刃先稜線部から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、３箇所の断面をＴＥＭ観察し、各層の厚さを測定し、その相加平均値を計算することで求めた。得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面（逃げ面）の刃先稜線部から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した。それらの結果も、表１および表２に示した。なお、表１および表２の各層の金属元素の組成比は、各層を構成する化合物における金属元素全体に対する各金属元素の原子比を示す。また、このとき得られたＡ層におけるＴｉの含有比率とＢ層におけるＴｉの含有比率（いずれも原子基準）を相加平均した値を、逃げ面における交互積層構造中のＴｉの含有比率Ｔｉ_ｆとした。同様に、得られた被覆切削工具において、すくい面の刃先稜線部から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した値から、すくい面における交互積層構造中のＴｉの含有比率Ｔｉ_ｒを求めた。Ａ層におけるＴｉの含有比率とＢ層におけるＴｉの含有比率（いずれも原子基準）を相加平均した値をＴｉ_ｒとした。Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒの結果を、表５および表６に示す。

表中の「＊」は、（Ｔｉ_０．５０Ａｌ_０．５０）Ｎ単層における、Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒを求めた。

　得られた試料を用いて、以下の切削試験１および切削試験２を行い、耐欠損性および耐摩耗性を評価した。

［切削試験１　耐摩耗性試験］
被削材：ＳＫＤ６１、
被削材形状：１００ｍｍ×２５０ｍｍ×１００ｍｍの直方体、
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．２５ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切り込み：１．５ｍｍ、
クーラント：無し、
評価項目：逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工長を測定した。

［切削試験２　耐欠損性試験］
被削材：ＳＫＤ６１、
被削材形状：１００ｍｍ×２５０ｍｍ×１００ｍｍの直方体（但し、正面フライス加工を行う直方体の１００ｍｍ×２５０ｍｍの面に直径φ４０ｍｍの穴が６箇所明けられている。）、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．２０ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切り込み：２．０ｍｍ、
クーラント：有り、
評価項目：試料が欠損（試料の切れ刃部に欠けが生じる）したとき、または逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至ったときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工長を測定した。

　切削試験の結果を表７および表８に示す。

　表７および表８の結果から明らかなように、耐摩耗性試験において、発明品の加工長は全て８．５ｍ以上であるが、比較品の加工長は８．５ｍ以下であった。したがって、発明品の耐摩耗性は、比較品と比べ、同等以上であることが分かった。また、耐欠損性試験において、発明品の耐欠損性試験の加工長は４．０ｍ以上であるが、比較品の加工長は３．２ｍ以下であった。したがって、発明品の耐欠損性は、比較品よりも優れることが分かった。以上の結果より、発明品は、耐摩耗性および耐欠損性に優れるため、工具寿命が長くなっていることが分かった。

（実施例２）
　基材として、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＧＴＮ形状のインサートに加工し、９３．０ＷＣ－７．０Ｃｏ（以上質量％）の組成を有する超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表９に示す各層の組成になるよう金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの治具に固定した。

　真空引き後、基材をその温度が４００℃になるまで加熱し、Ｎ_２ガスを反応容器内に導入し、反応容器内を３．０Ｐａになるように調整した。

　次いで、発明品１８～２１の表９に示す下部層を形成した。詳細には、基材に－５０Ｖのバイアス電圧を印加して、アーク電流１２０Ａのアーク放電により金属蒸発源を蒸発させて下部層を形成した。下部層を形成した後、反応容器内をその圧力が５．０×１０^－３Ｐａ以下になるまで真空引きした。

　真空引き後、表１０に示す条件でＮ_２ガスとＡｒガスとを反応容器内に導入し、反応容器内を３．０Ｐａになるように調整した。次いで、発明品１８～２１の表９に示すＡ層とＢ層を形成した。詳細には、表１０に示す条件で基材にバイアス電圧を印加して、Ａ層の金属蒸発源とＢ層の金属蒸発源とを同時にアーク電流１２０Ａのアーク放電により蒸発させて、Ａ層とＢ層とを交互に形成した。このときＡ層の厚さおよびＢ層の厚さは、回転テーブルの回転数を１～５ｒｐｍの範囲で調整することで制御した。

　交互積層構造を形成した後、反応容器内をその圧力が５．０×１０^－３Ｐａ以下になるまで真空引きした。真空引き後、Ｎ_２ガスを反応容器内に導入し、反応容器内が３．０Ｐａになるように調整した。次いで、発明品１８～２１について、基材に－５０Ｖのバイアス電圧を印加して、アーク電流１２０Ａのアーク放電により金属蒸発源を蒸発させて、表９に示す上部層を形成した。

　基材の表面に、表９に示す所定の厚さまで各層を形成した後に、ヒーターの電源を切り、試料温度が１００℃以下になった後で、反応容器内から試料を取り出した。

　得られた試料の各層の平均厚さは、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面（逃げ面）の刃先稜線部から当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において、３箇所の断面をＴＥＭ観察し、各層の厚さを測定し、その相加平均値を計算することで求めた。得られた試料の各層の組成は、被覆切削工具の金属蒸発源に対向する面（逃げ面）の刃先稜線部から当該面の中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した。それらの結果も、表９に示した。なお、表９の各層の金属元素の組成比は、各層を構成する化合物における金属元素全体に対する各金属元素の原子比を示す。また、このとき得られた、Ａ層におけるＴｉの含有比率とＢ層におけるＴｉの含有比率（いずれも原子基準）を相加平均した値を、逃げ面における交互積層構造中のＴｉの含有比率Ｔｉ_ｆとした。同様に、得られた被覆切削工具において、すくい面の刃先稜線部から当該面の中心部に向かって５０μｍまでの位置の近傍の断面において、ＥＤＳを用いて測定した値から、すくい面における交互積層構造中のＴｉの含有比率Ｔｉ_ｒを求めた。Ａ層におけるＴｉの含有比率とＢ層におけるＴｉの含有比率（いずれも原子基準）を相加平均した値をＴｉ_ｒとした。Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒの結果を、表１１に示す。

　得られた試料を用いて、実施例１と同様の切削試験を行い、評価した。切削試験の結果を表１２に示す。

　表１２に示す結果より、耐摩耗性試験において、発明品の加工長は全て９．０ｍ以上であるが、実施例１における比較品の加工長は８．５ｍ以下であった。したがって、発明品の耐摩耗性は、比較品よりも優れることが分かった。また、耐欠損性試験において、発明品の耐欠損性試験の加工長は、５．７ｍ以上であるが、実施例１における比較品の加工長は３．２ｍ以下であった。したがって、発明品の耐欠損性は、比較品よりも優れることが分かった。これらのことから、発明品は、上部層および下部層を有したとしても、耐摩耗性および耐欠損性に優れ、工具寿命が長くなっていることが分かった。

　本発明の被覆切削工具は、特に高速で、かつ高送り加工において耐摩耗性および耐欠損性に優れることにより、従来よりも工具寿命を延長できるので、産業上の利用価値が高い。

　１…基材、２…下部層、３…Ａ層、４…Ｂ層、５…上部層、６…交互積層構造、７…被覆層、８…被覆切削工具。

Claims

　基材と前記基材の表面に形成された被覆層とを含む被覆切削工具であって、前記被覆層は、組成の異なる２種又は３種以上の化合物層を交互に各２層以上積層した交互積層構造を有し、
　前記交互積層構造は、下記式（１）：
　（Ｔｉ_ｘＭ_ｙＳｉ_ｚ）Ｎ　　（１）
［式中、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｘはＴｉとＭで表される元素とＳｉとの合計に対するＴｉの原子比を表し、ｙはＴｉと前記Ｍで表される元素とＳｉとの合計に対する前記Ｍで表される元素の原子比を表し、ｚはＴｉと前記Ｍで表される元素とＳｉとの合計に対するＳｉの原子比を表し、０．２０≦ｘ≦０．５０、０．２０≦ｙ≦０．５０、０．０３≦ｚ≦０．３０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満足する。］
で表される組成を有する化合物を含む化合物層と、下記式（２）：
　（Ｔｉ_ａＭ_ｂＳｉ_ｃ）Ｎ　　（２）
［式中、ＭはＺｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａはＴｉとＭで表される元素とＳｉとの合計に対するＴｉの原子比を表し、ｂはＴｉと前記Ｍで表される元素とＳｉとの合計に対する前記Ｍで表される元素の原子比を表し、ｃはＴｉと前記Ｍで表される元素とＳｉとの合計に対するＳｉの原子比を表し、０．２０≦ａ≦０．４９、０．２１≦ｂ≦０．５０、０．０４≦ｃ≦０．３０、ａ＋ｂ＋ｃ＝１を満足する。］
で表される組成を有する化合物を含む化合物層とから構成され、
　前記交互積層構造を構成する化合物層に含まれる全金属元素の量に対する特定の金属元素の量と、当該化合物層に隣接した前記交互積層構造を構成する他の化合物層に含まれる全金属元素の量に対する前記特定の金属元素の量と、の差の絶対値が、０原子％を超えて大きく、かつ、５原子％未満であり、
　前記化合物層のそれぞれの平均厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記交互積層構造の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下である、被覆切削工具。
　前記交互積層構造を構成する前記化合物層に含まれる全金属元素の量に対する特定の金属元素の量と、当該化合物層に隣接した前記交互積層構造を構成する前記他の化合物層に含まれる全金属元素の量に対する前記特定の金属元素の量と、の差の絶対値が、１原子％以上４原子％以下である、請求項１に記載の被覆切削工具。
　前記被覆切削工具は、すくい面と逃げ面との交差稜線に切刃を有し、
　前記すくい面における前記交互積層構造中のＴｉの原子基準での含有比率をＴｉ_ｒとし、
　前記逃げ面における前記交互積層構造中のＴｉの原子基準での含有比率をＴｉ_ｆとしたとき、
　Ｔｉ_ｒに対するＴｉ_ｆの比［Ｔｉ_ｆ／Ｔｉ_ｒ］が、１．０５以上１．２０以下である、請求項１または２に記載の被覆切削工具。
　前記被覆層は、前記基材と前記交互積層構造との間に、下部層を有し、
　前記下部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の単層または積層であり、
　前記下部層の平均厚さは、０．１μｍ以上３．５μｍ以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
　前記被覆層は、前記交互積層構造の表面に、上部層を有し、
　前記上部層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、ＳｉおよびＹからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物の単層または積層であり、
　前記上部層の平均厚さは、０．１μｍ以上３．５μｍ以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
　前記被覆層全体の平均厚さは、１．０μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載の被覆切削工具。
　前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックスまたは立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、請求項１～６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。