JP4738974B2 - 表面被覆切削工具 - Google Patents
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本発明は、表面被覆切削工具に関し、特に、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の表面被覆切削工具に関する。
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、および加工能率を一層向上させるため切削速度がより高速になってきていることなどの理由から、表面被覆切削工具の刃先温度はますます高温になる傾向にある。その結果、表面被覆切削工具の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。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膜の安定性（被覆膜の耐酸化特性や密着性）は勿論のこと、被覆膜の耐摩耗性や潤滑性も重要となってくる。
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。
このような問題を解決するため、特許文献１には、ＴｉＡｌＮからなる層と、ＣｒＳｉＮまたはＣｒＳｉＢＮからなる層を交互に積層することで、耐摩耗性および潤滑性に優れた被覆膜を形成して、ドライ加工での長寿命化を図った表面被覆切削工具が開示されている。しかしながら、ＣｒＳｉＮからなる層およびＣｒＳｉＢＮからなる層は潤滑性は優れているものの低硬度であるため、高硬度を有する被削材の加工においては耐摩耗性が問題となっていた。また、この被覆膜を物理蒸着法によって製造する場合には、ＣｒとＳｉを混合したターゲットを使用するため、ターゲットのコストが高くなるという問題もあった。
また、特許文献２においては、ＴｉＡｌＮまたはＴｉＡｌＣＮからなる層とＣｒＮからなる層とを交互に積層することによって、耐摩耗性と靭性を両立させた表面被覆切削工具が開示されている。しかしながら、高速加工およびドライ加工においてさらなる長寿命化が望まれる。
特許第３３８８２６７号公報
特開２００２−２７５６１８号公報
本発明の目的は、高速加工およびドライ加工でさらなる長寿命化を達成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。
本発明は、基材と基材上に形成された被覆膜とを備え、被覆膜は、周期律表のＩＶＡ族元素、ＶＡ族元素、ＶＩＡ族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素の窒化物からなるＡ層と、Ｃｒの窒化物からなるＢ層と、が交互に積層されて構成されており、Ａ層およびＢ層の厚みはそれぞれ０．２ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、Ａ層の厚みをλａとし、Ｂ層の厚みをλｂとしたときに、互いに接しているＡ層およびＢ層の厚みの比であるλａ／λｂの値が、基材に最も近い位置においては１．５よりも大きく、基材側から前記被覆膜の最表面側に進むにしたがって連続的および／または段階的に減少していき、被覆膜の最表面に最も近い位置においては１未満となる、表面被覆切削工具である。
ここで、本発明の表面被覆切削工具において、被覆膜の全体の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
また、本発明の表面被覆切削工具において、被覆膜は、物理蒸着法により形成されたことが好ましい。
また、本発明の表面被覆切削工具において、基材は、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硼素焼結体、または酸化アルミニウムと炭化チタンとからなる基材のいずれかであることが好ましい。
また、本発明の表面被覆切削工具は、基材と被覆膜との間にＴｉ、Ｃｒ、Ｔｉの窒化物またはＣｒの窒化物からなる中間層を有していてもよく、中間層の厚みは、０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
また、本発明の表面被覆切削工具は、被覆膜の最表面上にＴｉ、Ａｌ、ＣｒおよびＳｉからなる群から選択された少なくとも１種を含む炭窒化物からなる表面保護層を有していてもよく、表面保護層の厚みは、０．１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。
本発明によれば、高速加工およびドライ加工でさらなる長寿命化を達成することができる表面被覆切削工具を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
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。ここで、表面被覆切削工具は、基材１と基材１上に形成された被覆膜２とを備え、被覆膜２は、周期律表のＩＶＡ族元素、ＶＡ族元素、ＶＩＡ族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素の窒化物からなるＡ層３と、Ｃｒの窒化物からなるＢ層４と、が交互に積層されて構成されている。そして、Ａ層３およびＢ層４の厚みはそれぞれ０．２ｎｍ以上３０ｎｍ以下であって、Ａ層３の厚みをλａとし、Ｂ層４の厚みをλｂとしたときに、互いに接しているＡ層３およびＢ層４の厚みの比であるλａ／λｂの値は、基材１に最も近い位置においては１．５よりも大きく、基材１側から被覆膜２の最表面側に進むにしたがって連続的および／または段階的に減少していき、被覆膜２の最表面に最も近い位置においては１未満となっている。
これは、本発明者が鋭意検討した結果、耐摩耗性に優れる周期律表のＩＶＡ族元素、ＶＡ族元素、ＶＩＡ族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素の窒化物からなるＡ層３と、潤滑性と強度に優れるＣｒの窒化物からなるＢ層４とを積層し、さらに、被覆膜２中の部位によって積層する層の厚みを制御した被覆膜２を基材１上に形成することによって優れた切削性能を有する表面被覆切削工具が得られることを見い出したことによるものである。特に、本発明者は、上記のＡ層３とＢ層４の厚みをそれぞれ０．２ｎｍ以上３０ｎｍ以下として、Ａ層３とＢ層４とを交互に積層し、Ａ層３の厚みをλａとし、Ｂ層４の厚みをλｂとしたときに、互いに接しているＡ層３およびＢ層４の厚みの比であるλａ／λｂの値を基材１に最も近い位置においては１．５よりも大きくし、基材１側から被覆膜２の最表面側に進むにしたがって連続的および／または段階的に減少させ、被覆膜２の最表面に最も近い位置においては１未満とすることによって、高速加工およびドライ加工でさらなる長寿命化を達成することができることを見い出し、本発明が完成するに至ったものである。
ここで、Ａ層は、周期律表のＩＶＡ族元素、ＶＡ族元素、ＶＩＡ族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素の窒化物からなることを特徴とする。Ａ層は、周期律表のＩＶＡ族元素、ＶＡ族元素、ＶＩＡ族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素の窒化物からなることにより耐摩耗性および耐熱性に優れるため、基材上にＡ層を形成した表面被覆切削工具は高速加工時の酸化摩耗に対して効果的である。しかしながら、Ａ層は高硬度であるものの低強度であるため、基材上にＡ層のみを形成した表面被覆切削工具は切削初期に欠損して寿命が短くなる傾向にある。また、Ａ層は、鋼系の被削材などとの摩擦係数が高く、潤滑性に乏しいため、基材上にＡ層のみを形成した表面被覆切削工具を用いて切削した場合には、被削材の加工品位が低下するとともに、高速加工時およびドライ加工時の刃先温度が上昇して、表面被覆切削工具の寿命が短くなる傾向にある。
なお、周期律表のＩＶＡ族元素としては、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）およびＨｆ（ハフニウム）が挙げられる。また、周期律表のＶＡ族元素としては、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）およびＴａ（タンタル）が挙げられる。さらに、周期律表のＶＩＡ族元素としては、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）およびＷ（タングステン）が挙げられる。
また、Ｂ層は、Ｃｒの窒化物からなることを特徴としている。Ｂ層は、Ｃｒの窒化物からなるため、鋼系の被削材などとの摩擦係数が低く、潤滑性が高い。したがって、基材上にＢ層のみを形成した表面被覆切削工具を用いて切削した場合には、被削材の加工品位が向上する傾向にあり、高速加工時およびドライ加工時の刃先温度の低下に対して効果的である。また、Ｃｒの窒化物はＴｉＡｌＮ系材料などの他の材料と比較して強度が高いため、Ｂ層を用いた場合には表面被覆切削工具の靭性向上に効果的である。さらに、Ｂ層を物理蒸着法により形成する場合には、Ｃｒの単一材料のターゲットを使用することができるため、製造コストが低くなる傾向にある。しかしながら、Ｂ層は硬度が低いため、耐摩耗性に乏しいという問題がある。
（１）そこで、耐摩耗性に優れるＡ層と、潤滑性および強度に優れるＢ層とを交互に積層することによってＡ層が有する特性とＢ層が有する特性とを相互補完させ、Ａ層またはＢ層を単独で形成した場合と比べて被覆膜の耐摩耗性、潤滑性および強度のそれぞれを優れたものにすることができる。また、Ａ層とＢ層とを交互に積層することにより、切削時の衝撃によって被覆膜に生じる亀裂の進行をＡ層とＢ層との層間で停止することができるため、表面被覆切削工具の寿命が長くなる傾向にある。
（２）そして、基材に近い側においてＢ層を厚く形成した場合には被覆膜の硬度の低下が生じて被覆膜の耐摩耗性が低下する傾向にあるため、基材に近い側ではＡ層の厚みを厚くすることで被覆膜の耐摩耗性を高くすることができる。ここで、被覆膜の耐摩耗性を高くするためには、基材に最も近い位置におけるλａ／λｂの値は１．５よりも大きくする必要がある。また、被覆膜の耐摩耗性を高くする観点からは、基材に最も近い位置におけるλａ／λｂの値は２よりも大きいことが好ましい。
（３）また、被覆膜の最表面に近い側においては、Ｂ層を厚く形成することで、Ｂ層の潤滑性の高さにより、表面被覆切削工具の切削時における刃先温度を低下するとともに被削材の加工品位を向上することができる。また、被覆膜の最表面に近い側においてＢ層を厚く形成することで、被覆膜の最表面側における強度が高くなり、被覆膜の内部への亀裂伝播が抑制されるため、被覆膜の強度を向上することができる。ここで、被覆膜の潤滑性および強度を高くするためには、被覆膜の最表面に最も近い位置におけるλａ／λｂの値は１よりも小さくする必要がある。また、被覆膜の潤滑性および強度を高くする観点からは、被覆膜の最表面に最も近い位置におけるλａ／λｂの値は０．８よりも小さいことが好ましい。
（４）したがって、上記の（２）および（３）を考慮すると、互いに接しているＡ層およびＢ層の厚みの比であるλａ／λｂの値は、基材側から被覆膜の最表面側に進むにしたがって連続的および／または段階的に減少させることが好ましい。
なお、本発明において、「連続的に減少」とは、たとえば図２に示すように、基材から被覆膜の最表面にかけて進むにしたがってλａ／λｂの値が直線状に減少する場合が挙げられるが、直線状に減少する場合に限定されず、指数関数状に減少する場合も含まれる。また、本発明において、「段階的に減少」とは、たとえば図３に示すように、基材から被覆膜の最表面にかけて進むにしたがってλａ／λｂの値が階段状に減少する場合が挙げられるが、図３に示す形態には限定されない。また、本発明においては、基材から被覆膜の最表面にかけて、λａ／λｂの値が連続的に減少する箇所と段階的に減少する箇所とが入り混じっていてもよい。
（５）さらに、交互に積層されるＡ層およびＢ層の１層当たりの厚みをそれぞれ０．２ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることによって、被覆膜全体の硬度が向上する。これは、格子定数の異なるＡ層およびＢ層が界面で結合するため結晶構造に歪みが生じ、この歪みが被覆膜全体の硬度の向上に寄与すると考えられる。また、Ａ層およびＢ層をそれぞれ０．２ｎｍ未満の厚みに形成することは困難であり、３０ｎｍよりも厚く形成するとＡ層およびＢ層が厚くなりすぎて結晶構造に生じる歪みがＡ層およびＢ層のぞれぞれの内部にまで発生せず、被覆膜全体の硬度が向上しないおそれがある。なお、Ａ層およびＢ層のそれぞれの厚みは透過型電子顕微鏡観察により可能である。
また、本発明において、被覆膜の全体の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。被覆膜の全体の厚みが０．５μｍ未満である場合には被覆膜の耐摩耗性が低下するおそれがあり、１０μｍを超える場合には被覆膜の靭性が低下するおそれがある。
また、結晶性の高い化合物を形成することができる成膜プロセスを用いて基材上に被覆膜を形成することが好ましい。そこで、種々の成膜プロセスを検討した結果、物理蒸着法を用いて被覆膜を形成することが好ましいことが判明した。物理蒸着法としては、たとえば、スパッタリング法またはイオンプレーティング法などが挙げられるが、特に、原料となる元素のイオン化率が高いカソードアークイオンプレーティング法が最も好ましい。基材の表面上に直接被覆膜を形成するための成膜プロセス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、被覆膜の形成前に基材表面に対して金属イオンおよび／またはガスイオンによるイオンボンバードメント処理が可能となるため、基材と被覆膜の密着性が格段に向上する傾向にある。
また、基材としては、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硼素焼結体、または酸化アルミニウムと炭化チタンとからなる基材のいずれかを用いることが好ましい。
また、基材と被覆膜の密着性を向上する観点からは、基材と被覆膜との間に、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔｉの窒化物またはＣｒの窒化物からなる中間層を設けることも望ましい。Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔｉの窒化物またはＣｒの窒化物からなる中間層は、上記の基材および被覆膜のそれぞれと密着性が高いため、基材と被覆膜との間に中間層を設けた場合には、基材と被覆膜の密着性が向上する傾向にある。
また、中間層の厚みは０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。中間層の厚みが０．１μｍ未満である場合には中間層が薄すぎて基材と被覆膜の密着性を向上することができないおそれがあり、１μｍを超えた場合には基材と被覆膜の密着性のさらなる向上が見られない傾向にある。
また、被覆膜の最表面上には、Ｔｉ、Ａｌ、ＣｒおよびＳｉからなる群から選択された少なくとも１種を含む炭窒化物からなる表面保護層を設けることも望ましい。Ｔｉ、Ａｌ、ＣｒおよびＳｉからなる群から選択された少なくとも１種を含む炭窒化物からなる表面保護層を被覆膜の最表面上に設けた場合には、表面保護層中のカーボンによって潤滑性を発現させるため、切削時の刃先温度の低下および加工品位の向上がさらに促進する傾向にある。
また、表面保護層の厚みは０．１μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。表面保護層の厚みが０．１μｍ未満である場合には表面保護層の厚みが薄すぎて、切削開始後すぐに表面保護層が摩耗してなくなってしまうおそれがあり、２μｍを超える場合には表面保護層が厚すぎて、被覆膜から表面保護層が剥離しやすくなる。
以下のようにして、実施例１〜実施例１０および比較例１〜比較例５のそれぞれの表面被覆切削工具について作製し、それぞれ表面被覆切削工具の寿命について評価した。なお、実施例１〜実施例１０および比較例１〜比較例５のそれぞれの表面被覆切削工具の中間層の構成を表１に示し、被覆膜の構成を表２に示し、表面保護層の構成を表３に示す。また、それぞれ表面被覆切削工具の寿命について評価結果を表４に示す。なお、表２においては、被覆膜を構成するＡ層およびＢ層のうち、基材に最も近い位置において互いに接しているＡ層およびＢ層並びに被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接しているＡ層およびＢ層のみを示している。
（実施例１）
図４にその概略を示した装置を用い、カソードアークイオンプレーティング法により基材上に被覆膜を形成して表面被覆切削工具を作製した。
図４にその概略を示した装置を用い、カソードアークイオンプレーティング法により基材上に被覆膜を形成して表面被覆切削工具を作製した。
図４に示す装置１０は、第１アーク蒸発源１３、第２アーク蒸発源１４および第３アーク蒸発源１５という３つのアーク蒸発源とともに、回転テーブル１１およびヒータ１２を有している。
まず、回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌＳｉターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、回転テーブル１１を３ｒｐｍの回転速度で回転させ、第１アーク蒸発源１３および第２アーク蒸発源１４にそれぞれアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上にＴｉＡｌＳｉＮからなるＡ層とＣｒＮからなるＢ層とを交互に積層して被覆膜を形成した。
ここで、基材１が第１アーク蒸発源１３の前を通るときにはＡ層が積層され、第２アーク蒸発源１４の前を通るときにはＢ層が積層された。被覆膜の形成開始直後は、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流を１５０Ａ、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流を７０Ａとして、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝２．１を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。そして、被覆膜の形成の進行に伴って、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流については連続的に減少させるとともに、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流については連続的に増加させることによって、λａ／λｂの値を連続的に減少させながら、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においては、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流を７０Ａ、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流を１５０Ａとして、λａ／λｂ＝０．５を満たすＡ層およびＢ層を形成した。
なお、被覆膜の形成は、基材上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜全体の厚みは３．２μｍであった。
また、基材として、６枚刃で外径１０ｍｍの超硬合金製エンドミル、外径８ｍｍの超硬合金製ドリルおよびＰ３０超硬合金製フライス用スローアウェイチップ（形状：ＳＤＫＮ４２）をそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、上記のようにして作製したエンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップのそれぞれについて、以下の切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（ｉ）エンドミル切削試験
被削材としてＳＫＤ６１（ＨＲＣ５３）を用い、被削材の側面切削をダウンカットで、切削速度が２００ｍ／ｍｉｎ、送り量が０．０２５ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、切り込み量Ａｄが１０ｍｍ、切り込み量Ｒｄが０．６ｍｍの条件で、エアブローをしながら切削を行なった。そして、切れ刃外周の摩耗幅が０．１ｍｍを超えた時点の切削距離を表面被覆切削工具の寿命として評価した。
被削材としてＳＫＤ６１（ＨＲＣ５３）を用い、被削材の側面切削をダウンカットで、切削速度が２００ｍ／ｍｉｎ、送り量が０．０２５ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、切り込み量Ａｄが１０ｍｍ、切り込み量Ｒｄが０．６ｍｍの条件で、エアブローをしながら切削を行なった。そして、切れ刃外周の摩耗幅が０．１ｍｍを超えた時点の切削距離を表面被覆切削工具の寿命として評価した。
（ｉｉ）ドリル切削試験
被削材としてＳ５０Ｃを用い、被削材の穴加工を、切削速度が７０ｍ／ｍｉｎ、送り量が０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、切削油なしの条件で、穴深さが３０ｍｍの貫通穴を形成することにより行なった。そして、表面被覆切削工具の先端マージン部の摩耗幅が０．２ｍｍを超えた時点の加工穴数を表面被覆切削工具の寿命として評価した。
被削材としてＳ５０Ｃを用い、被削材の穴加工を、切削速度が７０ｍ／ｍｉｎ、送り量が０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、切削油なしの条件で、穴深さが３０ｍｍの貫通穴を形成することにより行なった。そして、表面被覆切削工具の先端マージン部の摩耗幅が０．２ｍｍを超えた時点の加工穴数を表面被覆切削工具の寿命として評価した。
（ｉｉｉ）フライス切削試験
被削材としてＳＣＭ４３５を用い、その被削材について直径１６０ｍｍの正面フライス切削を、切削速度が２５０ｍ／ｍｉｎ、送り量が０．３ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、切り込み量が２ｍｍ、切削油なしの条件で行なった。そして、表面被覆切削工具の逃げ面の摩耗幅が０．２ｍｍを超えた時点の切削距離を表面被覆切削工具の寿命として評価した。
被削材としてＳＣＭ４３５を用い、その被削材について直径１６０ｍｍの正面フライス切削を、切削速度が２５０ｍ／ｍｉｎ、送り量が０．３ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、切り込み量が２ｍｍ、切削油なしの条件で行なった。そして、表面被覆切削工具の逃げ面の摩耗幅が０．２ｍｍを超えた時点の切削距離を表面被覆切削工具の寿命として評価した。
（実施例２）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットをセットした。その後は、実施例１と同様にして、基材上に被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットをセットした。その後は、実施例１と同様にして、基材上に被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
なお、実施例２においては、被覆膜の形成開始直後は、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝２．５を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。そして、被覆膜の形成の進行に伴って、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流については連続的に減少させるとともに、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流については連続的に増加させることによって、λａ／λｂの値を連続的に減少させながら、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においては、λａ／λｂ＝０．８を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。
また、被覆膜の形成は、基材上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜全体の厚みは４．０μｍであった。
（実施例３）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＳｉターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＳｉターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第２アーク蒸発源１４にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に０．３μｍの厚みのＣｒＮからなる中間層を形成した。
そして、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、回転テーブル１１を回転させ、第１アーク蒸発源１３および第２アーク蒸発源１４にそれぞれアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上にＴｉＳｉＮからなるＡ層とＣｒＮからなるＢ層とを交互に積層して被覆膜を形成した。
ここで、被覆膜の形成開始直後は、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝２．５を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。そして、被覆膜の形成の進行に伴って、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流については段階的に減少させるとともに、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流については段階的に増加させることによって、λａ／λｂの値を段階的に減少させながら、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においては、λａ／λｂ＝０．４を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。
なお、被覆膜の形成は、基材上に形成した中間層上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜の全体の厚みは３．５μｍであった。
また、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（実施例４）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌＣｒターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌＣｒターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第３アーク蒸発源１５にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に０．２μｍの厚みのＴｉＮからなる中間層を形成した。
そして、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、回転テーブル１１を回転させ、第１アーク蒸発源１３および第２アーク蒸発源１４にそれぞれアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上にＴｉＡｌＣｒＮからなるＡ層とＣｒＮからなるＢ層とを交互に積層して被覆膜を形成した。
ここで、被覆膜の形成開始直後は、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝３．０を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。そして、被覆膜の形成の進行に伴って、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流については段階的に減少させるとともに、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流については段階的に増加させることによって、λａ／λｂの値を段階的に減少させながら、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においては、λａ／λｂ＝０．３を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。
また、被覆膜の形成は、基材上に形成した中間層上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜の全体の厚みは４．２μｍであった。
そして、被覆膜の形成後は、装置１０から窒素を一旦排気した後に、装置１０内に窒素とメタンの混合ガスを導入し、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第３アーク蒸発源１５にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に０．５μｍの厚みのＴｉＣＮからなる表面保護層を形成した。
なお、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（実施例５）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＡｌＣｒターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＡｌＣｒターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第３アーク蒸発源１５にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に０．２μｍの厚みのＴｉからなる中間層を形成した。
そして、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、回転テーブル１１を回転させ、第１アーク蒸発源１３および第２アーク蒸発源１４にそれぞれアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上にＡｌＣｒＮからなるＡ層とＣｒＮからなるＢ層とを交互に積層して被覆膜を形成した。
ここで、被覆膜の形成開始直後は、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝３．０を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。そして、被覆膜の形成の進行に伴って、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流については連続的に減少させるとともに、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流については連続的に増加させることによって、λａ／λｂの値を連続的に減少させながら、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においては、λａ／λｂ＝０．７を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。
ここで、被覆膜の形成は、基材上に形成した中間層上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜の全体の厚みは３．８μｍであった。
そして、被覆膜の形成後は、装置１０から窒素を一旦排気した後に、装置１０内に窒素とメタンの混合ガスを導入し、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第３アーク蒸発源１５にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に１．０μｍの厚みのＴｉＣＮからなる表面保護層を形成した。
また、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（実施例６）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＺｒターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＺｒターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第２アーク蒸発源１４にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に０．３μｍの厚みのＣｒＮからなる中間層を形成した。
そして、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、回転テーブル１１を回転させ、第１アーク蒸発源１３および第２アーク蒸発源１４にそれぞれアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上にＴｉＺｒＮからなるＡ層とＣｒＮからなるＢ層とを交互に積層して被覆膜を形成した。
ここで、被覆膜の形成開始直後は、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝１．７を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。そして、被覆膜の形成の進行に伴って、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流については連続的に減少させるとともに、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流については連続的に増加させることによって、λａ／λｂの値を連続的に減少させながら、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においては、λａ／λｂ＝０．８を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。
ここで、被覆膜の形成は、基材上に形成した中間層上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜の全体の厚みは８．０μｍであった。
また、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（実施例７）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉＳｉターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉＳｉターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
そして、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、回転テーブル１１を回転させ、第１アーク蒸発源１３および第２アーク蒸発源１４にそれぞれアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上にＴｉＡｌＮからなるＡ層とＣｒＮからなるＢ層とを交互に積層して被覆膜を形成した。
ここで、被覆膜の形成開始直後は、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝１．７を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。そして、被覆膜の形成の進行に伴って、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流については段階的に減少させるとともに、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流については段階的に増加させることによって、λａ／λｂの値を段階的に減少させながら、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においては、λａ／λｂ＝０．８を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。
ここで、被覆膜の形成は、基材上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜の全体の厚みは５．５μｍであった。
そして、被覆膜の形成後は、装置１０から窒素を一旦排気した後に、装置１０内に窒素とメタンの混合ガスを導入し、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第３アーク蒸発源１５にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に１．５μｍの厚みのＴｉＳｉＣＮからなる表面保護層を形成した。
また、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（実施例８）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌＶターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉＡｌターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌＶターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉＡｌターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第２アーク蒸発源１４にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に０．２μｍの厚みのＣｒからなる中間層を形成した。
そして、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、回転テーブル１１を回転させ、第１アーク蒸発源１３および第２アーク蒸発源１４にそれぞれアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上にＴｉＡｌＶＮからなるＡ層とＣｒＮからなるＢ層とを交互に積層して被覆膜を形成した。
ここで、被覆膜の形成開始直後は、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝２．１を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。そして、被覆膜の形成の進行に伴って、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流については段階的に減少させるとともに、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流については段階的に増加させることによって、λａ／λｂの値を段階的に減少させながら、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においては、λａ／λｂ＝０．５を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。
ここで、被覆膜の形成は、基材上に形成した中間層上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜の全体の厚みは４．５μｍであった。
そして、被覆膜の形成後は、装置１０から窒素を一旦排気した後に、装置１０内に窒素とメタンの混合ガスを導入し、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第３アーク蒸発源１５にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に１．０μｍの厚みのＴｉＡｌＣＮからなる表面保護層を形成した。
また、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（実施例９）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＣｒターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＣｒターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第３アーク蒸発源１５にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に０．３μｍの厚みのＴｉＮからなる中間層を形成した。
そして、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、回転テーブル１１を回転させ、第１アーク蒸発源１３および第２アーク蒸発源１４にそれぞれアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上にＴｉＣｒＮからなるＡ層とＣｒＮからなるＢ層とを交互に積層して被覆膜を形成した。
ここで、被覆膜の形成開始直後は、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝２．５を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。そして、被覆膜の形成の進行に伴って、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流については連続的に減少させるとともに、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流については連続的に増加させることによって、λａ／λｂの値を連続的に減少させながら、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においては、λａ／λｂ＝０．４を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。
ここで、被覆膜の形成は、基材上に形成した中間層上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜の全体の厚みは３．５μｍであった。
そして、被覆膜の形成後は、装置１０から窒素を一旦排気した後に、装置１０内に窒素とメタンの混合ガスを導入し、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第１アーク蒸発源１３にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に０．８μｍの厚みのＴｉＣｒＣＮからなる表面保護層を形成した。
また、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（実施例１０）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、回転テーブル１１を回転させ、第１アーク蒸発源１３および第２アーク蒸発源１４にそれぞれアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上にＴｉＡｌＮからなるＡ層とＣｒＮからなるＢ層とを交互に積層して被覆膜を形成した。
ここで、被覆膜の形成開始直後は、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝２．０を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。そして、被覆膜の形成の進行に伴って、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流については連続的に減少させるとともに、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流については連続的に増加させることによって、λａ／λｂの値を連続的に減少させながら、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においては、λａ／λｂ＝０．８を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。
ここで、被覆膜の形成は、基材上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜の全体の厚みは５．０μｍであった。
そして、被覆膜の形成後は、装置１０から窒素を一旦排気した後に、装置１０内に窒素とメタンの混合ガスを導入し、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第３アーク蒸発源１５にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に０．５μｍの厚みのＴｉＣＮからなる表面保護層を形成した。
また、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（比較例１）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌＳｉターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌＳｉターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、回転テーブル１１を回転させ、第１アーク蒸発源１３および第２アーク蒸発源１４にそれぞれアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上にＴｉＡｌＳｉＮからなるＡ層とＣｒＮからなるＢ層とを交互に積層して被覆膜を形成した。
ここで、被覆膜の形成開始直後は、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝０．７を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。その後も、Ａ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝０．７を満たすように、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においても、λａ／λｂ＝０．７を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。
また、被覆膜の形成は、基材上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜の全体の厚みは４．０μｍであった。
また、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（比較例２）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、回転テーブル１１を回転させ、第１アーク蒸発源１３および第２アーク蒸発源１４にそれぞれアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上にＴｉＡｌＮからなるＡ層とＣｒＮからなるＢ層とを交互に積層して被覆膜を形成した。
ここで、被覆膜の形成開始直後は、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝１．７を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。そして、被覆膜の形成の進行に伴って、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流については段階的に減少させるとともに、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流については段階的に増加させることによって、λａ／λｂの値を段階的に減少させながら、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においては、λａ／λｂ＝１．３を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。
ここで、被覆膜の形成は、基材上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜の全体の厚みは５．２μｍであった。
また、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（比較例３）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌＣｒターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌＣｒターゲットを、第２アーク蒸発源１４としてＣｒターゲットを、第３アーク蒸発源１５としてＴｉターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第３アーク蒸発源１５にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に０．３μｍの厚みのＴｉＮからなる中間層を形成した。
そして、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、回転テーブル１１を回転させ、第１アーク蒸発源１３および第２アーク蒸発源１４にそれぞれアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上にＴｉＡｌＣｒＮからなるＡ層とＣｒＮからなるＢ層とを交互に積層して被覆膜を形成した。
ここで、被覆膜の形成開始直後は、基材に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の厚みの比がλａ／λｂ＝３．５を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。そして、被覆膜の形成の進行に伴って、第１アーク蒸発源１３に流れるアーク電流については連続的に減少させるとともに、第２アーク蒸発源１４に流れるアーク電流については連続的に増加させることによって、λａ／λｂの値を連続的に減少させながら、Ａ層およびＢ層をそれぞれ１層ずつ交互に順次積層していった。そして、被覆膜の最表面に最も近い位置において互いに接するＡ層およびＢ層の形成時においては、λａ／λｂ＝０．９を満たすようにＡ層およびＢ層を形成した。
ここで、被覆膜の形成は、基材上に形成した中間層上にまずＡ層を形成し、その後Ｂ層を形成して、Ａ層およびＢ層を順次交互に形成した後、被覆膜の最表面にＢ層が設置されるように行なった。また、被覆膜の形成後は、装置１０内のガスを排気した。また、被覆膜の全体の厚みは３．８μｍであった。
また、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（比較例４）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＴｉＡｌターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第１アーク蒸発源１３にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に４．０μｍの厚みのＴｉＡｌＮからなる被覆膜を形成した。
ここで、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
（比較例５）
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＣｒターゲットをセットした。
図４に示す回転テーブル１１に基材１をセットするとともに、第１アーク蒸発源１３としてＣｒターゲットをセットした。
次に、装置１０内を真空引きした後にアルゴンをガス導入口１６から導入し、その真空度を３Ｐａに維持しながら基材１を４５０℃まで加熱した。
次いで、基材１にバイアス電圧を徐々に印加しながらバイアス電圧を−１０００Ｖまで上げてアルゴン中でグロー放電を発生させることにより、アルゴンイオンによる基材１の表面のクリーニング処理を１５分間行なった。そして、上記クリーニング処理後に装置１０からアルゴンを排気した。
続いて、窒素をガス導入口１６から装置１０内に導入した後、基材１に−５０Ｖのバイアス電圧を印加した状態で、第１アーク蒸発源１３にアーク電流を流してアーク放電によりイオン化させ、基材１上に４．０μｍの厚みのＣｒＮからなる被覆膜を形成した。
ここで、基材としては、実施例１と同様のものをそれぞれ用いて、それぞれの基材上に上記の被覆膜を形成し、表面被覆切削工具として、エンドミル、ドリルおよびフライス用スローアウェイチップをそれぞれ作製した。
そして、これらの表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして、切削試験を行ない、表面被覆切削工具の寿命の評価を行なった。
表１〜表４に示すように、実施例１〜実施例１０の表面被覆切削工具は、比較例１〜比較例５の表面被覆切削工具と比べて、高速加工およびドライ加工である上記の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の切削試験においていずれも長寿命であることが確認された。この結果は、以下の（ａ）〜（ｅ）の理由によるものと考えられる。
（ａ）すなわち、実施例１〜実施例１０の表面被覆切削工具においては、基材上の被覆膜を構成する周期律表のＩＶＡ族元素、ＶＡ族元素、ＶＩＡ族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素の窒化物からなるＡ層およびＣｒの窒化物からなるＢ層の厚みがそれぞれ０．２ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、Ａ層の厚みをλａとし、Ｂ層の厚みをλｂとしたときに、互いに接しているＡ層およびＢ層の厚みの比であるλａ／λｂの値が基材に最も近い位置においては１．５よりも大きく、基材側から被覆膜の最表面側に進むにしたがって連続的および／または段階的に減少していき、被覆膜の最表面に最も近い位置においては１未満となっている。
（ｂ）一方、比較例１の表面被覆切削工具においては、互いに接しているＡ層およびＢ層の厚みの比であるλａ／λｂの値が基材に最も近い位置において１．５以下となっているだけでなく、λａ／λｂの値が基材側から被覆膜の最表面側に進むにしたがって一定となっている。
（ｃ）また、比較例２の表面被覆切削工具においては、λａ／λｂの値が基材側から被覆膜の最表面側に進むにしたがって減少しているものの、被覆膜の最表面に最も近い位置において１以上となっている。
（ｄ）また、比較例３の表面被覆切削工具においては、被覆膜を構成するＡ層の厚みがそれぞれ３０ｎｍよりも厚い３５ｎｍで一定であり、Ｂ層にも厚みが３０ｎｍを超えた層が含まれている。
（ｅ）また、比較例４および比較例５の表面被覆切削工具においては、被覆膜がＡ層およびＢ層が交互に積層された層から構成されていない。
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。
本発明によれば、高速加工およびドライ加工でさらなる長寿命化を達成することができる表面被覆切削工具を提供することができる。
１ 基材、２ 被覆膜、３ Ａ層、４ Ｂ層、１０ 装置、１１ 回転テーブル、１２ ヒータ、１３ 第１アーク蒸発源、１４ 第２アーク蒸発源、１５ 第３アーク蒸発源、１６ ガス導入口。
Claims (6)
- 基材と前記基材上に形成された被覆膜とを備え、
前記被覆膜は、周期律表のＩＶＡ族元素、ＶＡ族元素、ＶＩＡ族元素、ＡｌおよびＳｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素の窒化物からなるＡ層と、Ｃｒの窒化物からなるＢ層と、が交互に積層されて構成されており、
前記Ａ層および前記Ｂ層の厚みはそれぞれ０．２ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり、
前記Ａ層の厚みをλａとし、前記Ｂ層の厚みをλｂとしたときに、互いに接している前記Ａ層および前記Ｂ層の厚みの比であるλａ／λｂの値が、前記基材に最も近い位置においては１．５よりも大きく、前記基材側から前記被覆膜の最表面側に進むにしたがって連続的および／または段階的に減少していき、前記被覆膜の最表面に最も近い位置においては１未満となる、表面被覆切削工具。 - 前記被覆膜の全体の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ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。
- 前記被覆膜は、物理蒸着法により形成されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
- 前記基材は、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硼素焼結体、または酸化アルミニウムと炭化チタンとからなる基材のいずれかであることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
- 前記基材と前記被覆膜との間に中間層を有しており、
前記中間層は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔｉの窒化物またはＣｒの窒化物からなり、
前記中間層の厚みは、０．１μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。 - 前記被覆膜の最表面上に表面保護層を有しており、
前記表面保護層は、Ｔｉ、Ａｌ、ＣｒおよびＳｉからなる群から選択された少なくとも１種を含む炭窒化物からなり、
前記表面保護層の厚みは、０．１μｍ以上２μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
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