JP6041160B2 - 表面被覆切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、基材と該基材上に形成された被覆膜とを有する表面被覆切削工具に関する。

最近の切削加工の動向として、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、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が挙げられる。このため、切削加工に用いられる切削工具において、加工時の刃先温度は高温になる傾向にあり、工具材料に要求される特性は一段と厳しくなっている。

特に工具表面に形成される被覆膜（セラミックスコーティング膜や硬質層などとも呼ばれる）は、このような要求特性を満たすために非常に重要なファクターとなっている。このような被覆膜に要求される特性として、高硬度（耐摩耗性）および高温での安定性（耐酸化性）に加え、基材との強固な密着性が挙げられる。

基材に対する被覆膜の密着性を向上させるために、特開平０５−２３７７０７号公報（特許文献１）では、超硬合金からなる基材に対して複数の被覆膜が形成され、その第一層にＷおよびＣｏを拡散させることが提案されている。また特開２００２−３３１４０３号公報（特許文献２）では、基材表面に突起が形成され、その突起の粒界に被覆膜を偏析させることによりアンカー効果を持たせることが提案されている。

特開平０５−２３７７０７号公報 特開２００２−３３１４０３号公報

特許文献１では、第一層の被覆温度が７００〜８００℃と低温のため、基材と被覆膜との密着性を十分に向上させることはできなかった。また特許文献２では、被覆膜は基材表面の突起に沿って凹凸上に成長するが、均一に結晶成長しないため耐摩耗性や強度が低下する問題があった。

本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、基材と被覆膜との密着性に優れた表面被覆切削工具を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、基材との密着性に優れることが知られているＴｉＮ層を被覆膜の最下層、すなわち基材と接する位置に配置させ、かつ基材を構成する成分を該層中に拡散させることによりその密着性がさらに向上するのではないかという知見が得られ、この知見に基づきさらに検討を重ねることにより本発明を完成させたものである。

すなわち、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覆膜とを含み、該被覆膜は、１または２以上の層を含み、該層のうち該基材と接する層は、ＴｉＮ層であり、該ＴｉＮ層は、ＴｉＮとともに少なくとも一つの元素を含み、該元素は、該ＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、該濃度分布は、該元素の濃度が該基材側から該被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含むことを特徴とする。

本発明の表面被覆切削工具は、以下のように第１態様〜第２態様という２態様を主として含むものである。なお、第２態様は第１態様の下位概念であるとも考えられる。

すなわち、本発明の第１態様の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被覆膜とを含み、該被覆膜は、１または２以上の層を含み、該層のうち該基材と接する層は、ＴｉＮ層であり、該ＴｉＮ層は、ＴｉＮとともにＣを含み、該Ｃは、該ＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、該濃度分布は、該Ｃの濃度が該基材側から該被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含むことを特徴とする。

ここで、上記濃度分布において、該Ｃの最大濃度と最小濃度の差は、１０原子％以上であることが好ましく、該Ｃの最大濃度は、３０原子％以下であることが好ましい。

また、該濃度分布は、該Ｃの濃度が該基材側から減少した後、極小点に達し、その後該被覆膜の表面側にかけて増加するという分布を有することが好ましく、該ＴｉＮ層は、０．１〜０．５μｍの厚みを有することが好ましい。

また、該被覆膜は、該ＴｉＮ層の直上にＴｉＣＮ層を含み、該ＴｉＣＮ層は、ＴｉＣＮを含み、該ＴｉＣＮ層におけるＣは、最大濃度が２０原子％以上となることが好ましい。

また、該被覆膜は、さらに他の層を含み、該他の層は、周期律表の４族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなど）、５族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａなど）、６族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）、Ａｌ、およびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素と、硼素、炭素、窒素、および酸素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素とからなる化合物で構成される１以上の層であることが好ましい。

また、該被覆膜は、化学蒸着法により形成されることが好ましく、該基材は、超硬合金であることが好ましい。

本発明の第２態様の表面被覆切削工具は、基材と該基材上に形成された被覆膜とを含み、該基材は、超硬合金からなり、該被覆膜は、１または２以上の層を含み、該層のうち該基材と接する層は、ＴｉＮ層であり、該ＴｉＮ層は、ＴｉＮとともにＣとＣｏとを含み、該Ｃと該Ｃｏとは、それぞれ該ＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、該Ｃの濃度分布は、該Ｃの濃度が該基材側から該被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含み、該Ｃｏの濃度分布は、該Ｃｏの濃度が該基材側から該被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含むことを特徴とする。

ここで、上記ＴｉＮ層中における該Ｃと該Ｃｏとは、該Ｃｏに対して該Ｃが原子比で２倍以上存在することが好ましく、該Ｃの濃度分布において、該Ｃの最大濃度と最小濃度の差は、１０原子％以上であることが好ましい。

また、該Ｃの最大濃度は、３０原子％以下であり、該Ｃｏの最大濃度は、５原子％以下であることが好ましい。また、該Ｃの濃度分布は、該Ｃの濃度が該基材側から減少した後、極小点に達し、その後該被覆膜の表面側にかけて増加するという分布を有し、該Ｃｏの濃度分布は、該Ｃｏの濃度が該基材側から該被覆膜の表面側にかけて減少する分布を有することが好ましい。

また、該ＴｉＮ層は、０．１〜０．５μｍの厚みを有することが好ましい。また、該被覆膜は、該ＴｉＮ層の直上にＴｉＣＮ層を含み、該ＴｉＣＮ層は、ＴｉＣＮを含み、該ＴｉＣＮ層におけるＣは、最大濃度が２０原子％以上となることが好ましい。

また、該被覆膜は、さらに他の層を含み、該他の層は、周期律表の４族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなど）、５族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａなど）、６族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）、Ａｌ、およびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素と、硼素、炭素、窒素、および酸素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素とからなる化合物で構成される１以上の層であることが好ましく、該被覆膜は、化学蒸着法により形成されることが好ましい。

本発明の表面被覆切削工具は、上記の構成を有することにより、基材とその表面に形成される被覆膜との密着性に優れるという極めて優れた効果を有する。したがって、本発明の表面被覆切削工具は、切削加工において長寿命を達成したものとなる。

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覆膜とを含む構成を有する。このような被覆膜は、基材の全面を被覆することが好ましいが、基材の一部がこの被覆膜で被覆されていなかったり、被覆膜の構成が部分的に異なっていたとしても本発明の範囲を逸脱するものではない。

このような本発明の表面被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどの切削工具として好適に使用することができる。

以下、本発明の表面被覆切削工具について、第１態様と第２態様とに分けてさらに詳述する。

＜第１態様の表面被覆切削工具＞
＜基材＞
本発明の第１態様の表面被覆切削工具に用いられる基材は、この種の基材として従来公知のもののうち、炭素を含むものであればいずれのものも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Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物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、炭化珪素など）、ダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。

これらの各種基材の中でも、特に超硬合金が好ましい。ＴｉＮ層へのＣの拡散を容易に行なうことができるためである。

なお、表面被覆切削工具が刃先交換型切削チップ等である場合、このような基材は、チップブレーカを有するものも、有さないものも含まれ、また、刃先稜線部は、その形状がシャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドとを組み合せたもののいずれのものも含まれる。

＜被覆膜＞
本発明の第１態様の被覆膜は、１または２以上の層からなる。このような被覆膜は、一般的に切削工具としての耐摩耗性や耐欠損性等の諸特性を向上させたり、使用済刃先の識別性を付与するために形成されるものである。

このような被覆膜の厚みは特に限定されないが、たとえば３〜２０μｍ、より好ましくは４〜１５μｍとすることができる。また、このような被覆膜は、物理蒸着（ＰＶＤ）法や化学蒸着（ＣＶＤ）法など従来公知の形成方法（成膜方法）を特に限定することなく採用することができるが、とりわけ化学蒸着法により形成することが好ましい。化学蒸着法を採用すると成膜温度が８００〜１０５０℃と比較的高く、物理蒸着法などと比較しても基材との密着性に優れるためである。

＜ＴｉＮ層＞
本発明の第１態様の被覆膜は、上記のように１または２以上の層からなるものであるが、該層のうち該基材と接する層は、ＴｉＮ層である。ＴｉＮ層は、各種の基材との密着性に優れるという優れた作用を有する。

そして、本発明の第１態様においては、該ＴｉＮ層は、ＴｉＮとともにＣ（炭素）を含み、該Ｃは、該ＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、該濃度分布は、該Ｃの濃度が該基材側から該被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含むことを特徴とする。該ＴｉＮ層がこのような特徴を有することにより、基材と被覆膜との密着性が著しく向上したものとなる。

恐らく、これは、基材中のＣがＴｉＮ層との界面を介してＴｉＮ層中に拡散することにより基材とＴｉＮ層（被覆膜）との密着性が向上するものと考えられる。しかし、このようにＴｉＮ層中に拡散したＣは、密着性を向上させるという観点からは重要な因子となるものであるが、その反面被覆膜を脆化させるという作用が存するため、被覆膜の強度の観点からはその存在は好ましいものではない。そこで、本発明の第１態様は、この相反的な作用を調和させるために、ＣをＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有するような状態で存在させ、基材側のＣの濃度を高くし、被覆膜の表面側にかけてその濃度を低くさせたものである。

すなわち、本発明の第１態様のＴｉＮ層は、ＴｉＮとともにＣを含み、このＣは、ＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、この濃度分布は、Ｃの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含むことを特徴とする。

ここで、ＴｉＮ層中のＣ（炭素）の存在形態は、特に限定されず、原子状の炭素として存在したり、あるいはＴｉＮ中に固溶して存在するものと推測される。また、「Ｃの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含む」とは、ＴｉＮ層の厚み方向におけるＣの濃度分布において、Ｃの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する部分が含まれていればよいことを意味し、このような部分が含まれる限り、厚み方向においてＣの濃度が一定となる部分や被覆膜の表面側にかけてその濃度が増加する部分やＣが含まれていない部分などが存在してもよいことを意味するものである。

さらに、上記濃度分布において、Ｃの最大濃度と最小濃度の差は、１０原子％以上であることが好ましく、Ｃの最大濃度は、３０原子％以下であることが好ましい。これは、Ｃの最大濃度が３０原子％を超えると、密着性を向上させる作用よりも被覆膜を脆化させる作用が優位となり、結果として被覆膜の強度が低下するためである。また、最大濃度と最小濃度の差が１０原子％未満であると、十分な密着性の向上作用が示されない場合がある。なお、Ｃの最大濃度の下限は、特に限定されないが、十分な密着性の向上作用を得るという観点からは５原子％以上とすることが好ましい。また、Ｃの最大濃度は上記のように３０原子％以下とすることが好ましいことから、Ｃの最大濃度と最小濃度の差は、１５原子％以下とすることが好ましい。

なお、ここでいうＣの濃度（原子％）は、ＴｉＮ層を構成する全原子に対するものである。

またさらに、上記濃度分布は、Ｃの濃度が基材側から減少した後、極小点に達し、その後被覆膜の表面側にかけて増加するという分布を有することが好ましい。これは、濃度の極小点を存在させることでＣの濃度が低くなる領域を確保し、これによりＣに起因した被覆膜の脆化を抑制し、以って被覆膜の強度の低下を防止するとともに、被覆膜の表面側にかけてＣの濃度を増加させることにより被覆膜の硬度を高めることができるためである。すなわち、このような濃度分布とすることにより、被覆膜の強度と硬度とを高度に両立させることが可能となる。

なお、被覆膜の表面側にかけてＣの濃度を増加させる手段としては、種々の方法が考えられるが、当該ＴｉＮ層の直上に形成される層からＣを拡散させることが最も容易であり好ましいと考えられる。

このような本発明の第１態様のＴｉＮ層は、０．１〜０．５μｍ（０．１μｍ以上０．５μｍ以下）の厚みを有することが好ましい。ＴｉＮ層の厚みが０．１μｍ未満であると、密着性を向上させる作用が十分に示されない場合があり、０．５μｍを超えると、被覆膜全体の耐摩耗性が低下する場合がある。ＴｉＮ層の厚みは、より好ましくは０．２〜０．４μｍである。

なお、本発明の第１態様において、被覆膜の組成やＣの濃度は、被覆膜の断面を透過型電子顕微鏡のＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）分析により求めることができる。また、被覆膜の厚みは被覆膜の断面を走査型電子顕微鏡により観察することにより測定することができる。

＜ＴｉＣＮ層＞
本発明の第１態様の被覆膜は、上記のＴｉＮ層の直上にＴｉＣＮ層を含むことが好ましい。そして、このようなＴｉＣＮ層は、ＴｉＣＮを含み、この層におけるＣ（炭素）は、最大濃度が２０原子％以上となることが好ましい。このようにＴｉＮ層の直上にＴｉＣＮ層を配置させることにより、ＴｉＣＮ層からＴｉＮ層にＣが拡散し、これら両層間の密着性が向上する。

なお、ＴｉＣＮ層におけるＣの最大濃度は、２０原子％以上となることが好ましいが、これはＴｉＣＮ層の耐摩耗性向上に必要なためである。Ｃの最大濃度は、３０原子％以上とすることがより好ましく、またその上限は６０原子％以下とすることが好ましい。その上限が６０原子％を超えると脆化により脆くなるためである。

なお、本発明の第１態様において、「ＴｉＮ」や「ＴｉＣＮ」等の化学式において特に原子比を特定していないものは、各元素の原子比が「１」のみであることを示すものではなく、従来公知の原子比が全て含まれるものとする。特に、このＴｉＣＮ層のＴｉＣＮについては、Ｃが化学量論比を超えて存在する場合が含まれる。

＜他の層＞
本発明の第１態様の被覆膜は、上記のＴｉＮ層およびＴｉＣＮ層以外にさらに他の層を含むことができる。このような他の層は、ＴｉＣＮ層（ＴｉＣＮ層が形成されない場合はＴｉＮ層）上に形成される。

このような他の層は、周期律表の４族元素、５族元素、６族元素、Ａｌ、およびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素と、硼素、炭素、窒素、および酸素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素とからなる化合物で構成される１以上の層であることが好ましい。このような他の層を形成させることにより、切削工具としての耐摩耗性や耐欠損性等の諸特性を向上させたり、使用済刃先の識別性を付与させたりすることができる。

ここで、このような他の層を構成する化合物の具体例としては、たとえばＴｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＢＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＺｒＣＮ、ＡｌＺｒＯ、ＨｆＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＺｒＯ₂、ＴｉＢ₂、ＴｉＡｌＣＮ、ＴｉＣＮＯ、Ｔｉ₂Ｏ₃等を挙げることができる。

なお、上記の化合物の具体例として、ＴｉＮやＴｉＣＮが挙げられているが、これはＴｉＮ層を基材の直上以外の箇所にも配置できることおよびＴｉＣＮ層をＴｉＮ層の直上以外の箇所にも配置できることを示している。

＜製造方法＞
本発明の第１態様の表面被覆切削工具は、たとえば次のようにして製造することができる。

まず、基材を準備する。基材が超硬合金である場合は、その作製時において、高圧昇温工程と低圧昇温工程とからなる複合工程を、一回以上行なうことにより基材を作製することが好ましい。

ここで、高圧昇温工程とは、基材前駆体（原料粉末を所望の形状に成型したもの）をＣＶＤ炉等の加熱装置内にセットし、圧力８００ｈＰａ〜大気圧（１０１３ｈＰａ）という高圧状態で、Ｈ₂ガスおよびＡｒガスを合計０．５〜５Ｌ／ｍｉｎの低流量で導入しながら９００〜１０００℃で６０〜１８０分間保持する工程をいう。この工程により、基材の表面近傍のＣ濃度が上昇する。

また、低圧昇温工程とは、上記の高圧昇温工程を経た基材前駆体を引続き同装置内にセットし、圧力１０〜５０ｈＰａという低圧状態で、Ｈ₂ガスおよびＮ₂ガスを合計１０〜５０Ｌ／ｍｉｎの流量で導入しながら９００〜１０００℃で１５〜３０分間保持する工程をいう。この工程により、基材の表面近傍のＣ濃度の上昇がさらに助長される。すなわち、このような高圧昇温工程と低圧昇温工程とを１回以上繰り返すことにより、基材表面のＣ濃度が上昇しその後に行なわれる被覆膜形成工程（ＴｉＮ層形成工程）において、ＴｉＮ層中に基材中のＣが容易に拡散することになり、本発明の第１態様の構成のＴｉＮ層が形成されることになる。

なお、上記の高圧昇温工程において、圧力が高くなればなるほど、またガスの流量が少なくなればなるほど、あるいは温度が高くなればなるほど、基材の表面近傍のＣ濃度の上昇が助長される。また同様に、上記の低圧昇温工程において、圧力が低くなればなるほど、またガスの流量が少なくなればなるほど、あるいは温度が高くなればなるほど、基材の表面近傍のＣ濃度の上昇が助長される。このように、基材の表面近傍のＣ濃度の上昇が助長されると、結果的にＴｉＮ層中に拡散するＣの濃度が高まる。

一方、基材がセラミックスの場合は、たとえばＳｉＣのようにＣを含有する組成のものを選択し、その作製時において上記の超硬合金と同様の処理を施すことにより基材の表面近傍のＣ濃度の上昇を助長することができる。

また、基材が立方晶窒化硼素の場合は、たとえば結合材としてＴｉＣやＷＣ−ＣｏのようにＣを含有する組成のものを選択し、その作製時において上記の超硬合金と同様の処理を施すことにより基材の表面近傍のＣ濃度の上昇を助長することができる。

次いで、上記のように準備された基材の表面上にＴｉＮ層を形成する。ＴｉＮ層は、ＣＶＤ法で形成することが好ましく、たとえば４０〜１００ｈＰａの圧力の下、反応ガスとしてＨ₂ガスを１５〜４０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガスを１０〜３０Ｌ／ｍｉｎ、およびＴｉＣｌ₄ガスを１〜５Ｌ／ｍｉｎの流量でＣＶＤ炉内に投入し、温度を９００〜１０００℃として成膜を開始する。その後、成膜温度を徐々に低下させ最終的に８４０〜８６０℃とする。このような成膜時間は２０〜６０分間とすることが好ましい。このように、ＴｉＮ層の形成中（成膜中）において温度を徐々に低下させることにより、ＴｉＮ層の厚み方向において、Ｃの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含む濃度分布を形成することができる。

この場合、上記圧力が低くなればなるほど、またガスの流量が少なくなればなるほど、あるいは温度の低下が大きくなればなるほど、濃度分布において最大濃度と最小濃度の差を大きくすることができる。

なお、ＴｉＮ層をＰＶＤ法で形成する場合は、Ｎ₂ガス雰囲気下において温度７００℃以上、圧力０．５〜２Ｐａ、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧３０Ｖという条件で成膜を開始し、徐々に温度を低下させ最終的に４００〜５００℃とし、成膜時間を２０〜３０分間とする条件を採用することにより、上記と同様のＴｉＮ層中におけるＣの濃度分布を形成することができる。

この場合、上記温度が高くなればなるほど、濃度分布において最大濃度と最小濃度の差を大きくすることができる。

続いて、上記のＴｉＮ層上にＴｉＣＮ層を形成する場合は、ＴｉＣＮ層もＣＶＤ法で形成することが好ましい。すなわち、たとえば４０〜１００ｈＰａの圧力の下、反応ガスとしてＨ₂ガスを５０〜１００Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガスを１０〜４０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガスを１〜６Ｌ／ｍｉｎ、およびＣＨ₃ＣＮガスを０．２〜１．０Ｌ／ｍｉｎの流量でＣＶＤ炉内に投入し、温度を８００〜８７０℃として成膜を行なう。このような成膜時間は１００〜２００分間とすることが好ましい。このように、ＴｉＣＮ層の形成（成膜）を１００ｈＰａ以下、より好ましくは５０ｈＰａ以下という低圧条件で行なうことにより、ＴｉＣＮ層の成膜速度が低くなり、すでに形成されているＴｉＮ層へＴｉＣＮ層中のＣが拡散することが助長される。これにより、ＴｉＮ層中のＣの濃度分布において極小点が形成されることになる。

この場合、上記圧力が低くなればなるほど、またガスの流量が少なくなればなるほど、あるいは温度が高くなればなるほど、上記極小点の位置がＴｉＣＮ層側から遠ざかる傾向を示す。

なお、ＴｉＣＮ層をＰＶＤ法で形成する場合は、ＣＨ₄およびＮ₂からなるガス雰囲気下において、流量比をＣＨ₄／Ｎ₂＝１／６〜１／１とし、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧１００〜２５０Ｖ、温度４００〜５００℃、圧力０．５〜３Ｐａという条件を採用することにより、上記と同様にＴｉＮ層中のＣの濃度分布において極小点を形成することができる。

この場合、上記温度が高くなればなるほど、極小点の位置がＴｉＣＮ層側から遠ざかる傾向を示す。

引続き、被覆膜として他の層をＴｉＣＮ層（ＴｉＣＮ層が形成されない場合はＴｉＮ層）上に形成する場合は、従来公知のＣＶＤ法またはＰＶＤ法により他の層を形成することができる。この場合、ＴｉＮ層およびＴｉＣＮ層をＣＶＤ法で形成する場合は、他の層もＣＶＤ法で形成することが好ましい。

このようにして、本発明の第１態様の構成を有する表面被覆切削工具を製造することができる。

＜第２態様の表面被覆切削工具＞
＜基材＞
本発明の第２態様の表面被覆切削工具に用いられる基材は、超硬合金からなる。たとえば、ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したもの、等を挙げることができるが、ＣとＣｏとを含む限り従来公知の組成の超硬合金を特に限定することなく用いることができる。

なお、表面被覆切削工具が刃先交換型切削チップ等である場合、このような基材は、チップブレーカを有するものも、有さないものも含まれ、また、刃先稜線部は、その形状がシャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドとを組み合せたもののいずれのものも含まれる。

＜被覆膜＞
本発明の第２態様の被覆膜は、１または２以上の層からなる。このような被覆膜は、一般的に切削工具としての耐摩耗性や耐欠損性等の諸特性を向上させたり、使用済刃先の識別性を付与するために形成されるものである。

このような被覆膜の厚みは特に限定されないが、たとえば３〜２０μｍ、より好ましくは４〜１５μｍとすることができる。また、このような被覆膜は、物理蒸着（ＰＶＤ）法や化学蒸着（ＣＶＤ）法など従来公知の形成方法（成膜方法）を特に限定することなく採用することができるが、とりわけ化学蒸着法により形成することが好ましい。化学蒸着法を採用すると成膜温度が８００〜１０５０℃と比較的高く、物理蒸着法などと比較しても基材との密着性に優れるためである。

＜ＴｉＮ層＞
本発明の第２態様の被覆膜は、上記のように１または２以上の層からなるものであるが、該層のうち該基材と接する層は、ＴｉＮ層である。ＴｉＮ層は、超硬合金との密着性に優れるという優れた作用を有する。

そして、本発明の第２態様においては、該ＴｉＮ層は、ＴｉＮとともにＣ（炭素）とＣｏ（コバルト）とを含み、該Ｃと該Ｃｏとは、それぞれ該ＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、該Ｃの濃度分布は、該Ｃの濃度が該基材側から該被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含み、該Ｃｏの濃度分布は、該Ｃｏの濃度が該基材側から該被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含むことを特徴とする。該ＴｉＮ層がこのような特徴を有することにより、基材と被覆膜との密着性が著しく向上したものとなる。

恐らく、これは、基材中のＣとＣｏとがＴｉＮ層との界面を介してＴｉＮ層中に拡散することにより基材とＴｉＮ層（被覆膜）との密着性が向上するものと考えられる。しかし、このようにＴｉＮ層中に拡散したＣは、密着性を向上させるという観点からは重要な因子となるものであるが、その反面被覆膜を脆化させるという作用が存するため、被覆膜の強度の観点からはその存在は好ましいものではない。また、Ｃｏは、上記Ｃと同様に密着性を向上させるという観点からは重要な因子となるものであるが、その反面被覆膜の硬度を低下させるという作用が存するため、被覆膜の硬度の観点からはその存在は好ましいものではない。

そこで、本発明の第２態様は、この相反的な作用を調和させるために、ＣとＣｏとをそれぞれＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有するような状態で存在させ、基材側のＣの濃度およびＣｏの濃度を高くし、被覆膜の表面側にかけてそれらの濃度を低くさせたものである。

すなわち、本発明の第２態様のＴｉＮ層は、ＴｉＮとともにＣとＣｏとを含み、このＣとＣｏとは、それぞれＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、Ｃの濃度分布は、Ｃの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含み、Ｃｏの濃度分布は、Ｃｏの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含むことを特徴とする。

ここで、ＴｉＮ層中のＣ（炭素）とＣｏ（コバルト）の存在形態は、特に限定されず、原子状に存在したり、あるいはＴｉＮ中に固溶して存在するものと推測される。また、「Ｃの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含」むとは、ＴｉＮ層の厚み方向におけるＣの濃度分布において、Ｃの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する部分が含まれていればよいことを意味し、このような部分が含まれる限り、厚み方向においてＣの濃度が一定となる部分や被覆膜の表面側にかけてその濃度が増加する部分やＣが含まれていない部分などが存在してもよいことを意味するものである。同様に、「Ｃｏの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含む」とは、ＴｉＮ層の厚み方向におけるＣｏの濃度分布において、Ｃｏの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する部分が含まれていればよいことを意味し、このような部分が含まれる限り、厚み方向においてＣｏの濃度が一定となる部分や被覆膜の表面側にかけてその濃度が増加する部分やＣｏが含まれていない部分などが存在してもよいことを意味するものである。

なお、「Ｃの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する領域」と「Ｃｏの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する領域」とは、一致または重複していてもよいし、異なっていてもよい。

また、上記ＴｉＮ層中における該Ｃと該Ｃｏとは、該Ｃｏに対して該Ｃが原子比で２倍以上存在することが好ましい。これは、上述のように、ＣとＣｏのＴｉＮ層中への拡散は、基材とＴｉＮ層との密着性を向上させるものであるが、Ｃｏの拡散量が過度になるとＴｉＮ層の硬度低下が顕著となるためである。該Ｃｏに対して該Ｃは、より好ましくは原子比で３倍以上存在することが好適である。なお、これら両者はともにＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有するため、これら両者の濃度比較は、ＴｉＮ層中の同じ地点で行なう必要がある。

さらに、上記濃度分布において、Ｃの最大濃度と最小濃度の差は、１０原子％以上であることが好ましく、Ｃの最大濃度は、３０原子％以下であることが好ましい。これは、Ｃの最大濃度が３０原子％を超えると、密着性を向上させる作用よりも被覆膜を脆化させる作用が優位となり、結果として被覆膜の強度が低下するためである。また、Ｃの最大濃度と最小濃度の差が１０原子％未満であると、十分な密着性の向上作用が示されない場合がある。なお、Ｃの最大濃度の下限は、特に限定されないが、十分な密着性の向上作用を得るという観点からは５原子％以上とすることが好ましい。また、Ｃの最大濃度は上記のように３０原子％以下とすることが好ましいことから、Ｃの最大濃度と最小濃度の差は、１５原子％以下とすることが好ましい。

また、上記濃度分布において、Ｃｏの最大濃度は、５原子％以下であることが好ましい。これは、Ｃの最大濃度が５原子％を超えると、密着性を向上させる作用よりも被覆膜の硬度を低下させる作用が優位となるためである。なお、Ｃｏの最大濃度の下限は、特に限定されないが、十分な密着性の向上作用を得るという観点からは１原子％以上とすることが好ましい。

なお、ここでいうＣおよびＣｏの濃度（原子％）は、ＴｉＮ層を構成する全原子に対するものである。

またさらに、上記Ｃの濃度分布は、Ｃの濃度が基材側から減少した後、極小点に達し、その後被覆膜の表面側にかけて増加するという分布を有することが好ましい。これは、濃度の極小点を存在させることでＣの濃度が低くなる領域を確保し、これによりＣに起因した被覆膜の脆化を抑制し、以って被覆膜の強度の低下を防止するとともに、被覆膜の表面側にかけてＣの濃度を増加させることにより被覆膜の硬度を高めることができるためである。

なお、被覆膜の表面側にかけてＣの濃度を増加させる手段としては、種々の方法が考えられるが、当該ＴｉＮ層の直上に形成される層からＣを拡散させることが最も容易であり好ましいと考えられる。

一方、該Ｃｏの濃度分布は、該Ｃｏの濃度が該基材側から該被覆膜の表面側にかけて減少する分布を有することが好ましい。これは、基材近傍においてはＣｏの濃度を高くし、基材との密着性の向上を図る一方において、基材から遠ざかるに従ってその濃度を順次低くすることにより、硬度の低下を防止したものである。

このように、ＣとＣｏとの濃度分布を上記のような構成とすることにより、被覆膜の強度と硬度とを高度に両立させることが可能となる。

このような本発明の第２態様のＴｉＮ層は、０．１〜０．５μｍ（０．１μｍ以上０．５μｍ以下）の厚みを有することが好ましい。ＴｉＮ層の厚みが０．１μｍ未満であると、密着性を向上させる作用が十分に示されない場合があり、０．５μｍを超えると、被覆膜全体の耐摩耗性が低下する場合がある。ＴｉＮ層の厚みは、より好ましくは０．２〜０．４μｍである。

なお、本発明の第２態様において、被覆膜の組成やＣやＣｏの濃度は、被覆膜の断面を透過型電子顕微鏡のＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分析装置）分析により求めることができる。また、被覆膜の厚みは被覆膜の断面を走査型電子顕微鏡により観察することにより測定することができる。

＜ＴｉＣＮ層＞
本発明の第２態様の被覆膜は、上記のＴｉＮ層の直上にＴｉＣＮ層を含むことが好ましい。そして、このようなＴｉＣＮ層は、ＴｉＣＮを含み、この層におけるＣ（炭素）は、最大濃度が２０原子％以上となることが好ましい。このようにＴｉＮ層の直上にＴｉＣＮ層を配置させることにより、ＴｉＣＮ層からＴｉＮ層にＣが拡散し、これら両層間の密着性が向上する。

なお、ＴｉＣＮ層におけるＣの最大濃度は、２０原子％以上となることが好ましいが、これはＴｉＣＮ層の耐摩耗性向上に必要なためである。Ｃの最大濃度は、３０原子％以上とすることがより好ましく、またその上限は６０原子％以下とすることが好ましい。その上限が６０原子％を超えると脆化して強度が低下するためである。

なお、本発明の第２態様において、「ＴｉＮ」や「ＴｉＣＮ」等の化学式において特に原子比を特定していないものは、各元素の原子比が「１」のみであることを示すものではなく、従来公知の原子比が全て含まれるものとする。特に、このＴｉＣＮ層のＴｉＣＮについては、Ｃが化学量論比を超えて存在する場合が含まれる。

＜他の層＞
本発明の第２態様の被覆膜は、上記のＴｉＮ層およびＴｉＣＮ層以外にさらに他の層を含むことができる。このような他の層は、ＴｉＣＮ層（ＴｉＣＮ層が形成されない場合はＴｉＮ層）上に形成される。

このような他の層は、周期律表の４族元素、５族元素、６族元素、Ａｌ、およびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素と、硼素、炭素、窒素、および酸素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素とからなる化合物で構成される１以上の層であることが好ましい。このような他の層を形成させることにより、切削工具としての耐摩耗性や耐欠損性等の諸特性を向上させたり、使用済刃先の識別性を付与させたりすることができる。

ここで、このような他の層を構成する化合物の具体例としては、たとえばＴｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＢＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＺｒＣＮ、ＺｒＯ₂、ＡｌＺｒＯ、ＨｆＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＴｉＢ₂、ＴｉＡｌＣＮ、ＴｉＣＮＯ、Ｔｉ₂Ｏ₃等を挙げることができる。

なお、上記の化合物の具体例として、ＴｉＮやＴｉＣＮが挙げられているが、これはＴｉＮ層を基材の直上以外の箇所にも配置できることおよびＴｉＣＮ層をＴｉＮ層の直上以外の箇所にも配置できることを示している。

＜製造方法＞
本発明の第２態様の表面被覆切削工具は、たとえば次のようにして製造することができる。

まず、基材を準備する。基材の作製時において、高圧昇温工程と低圧昇温工程とからなる複合工程を、一回以上行なうことにより基材を作製することが好ましい。

ここで、高圧昇温工程とは、基材前駆体（原料粉末を所望の形状に成型したもの）をＣＶＤ炉等の加熱装置内にセットし、圧力８００ｈＰａ〜大気圧（１０１３ｈＰａ）という高圧状態で、Ｈ₂ガスおよびＡｒガスを合計０．５〜５Ｌ／ｍｉｎの低流量で導入しながら９００〜１０００℃で６０〜１８０分間保持する工程をいう。この工程により、基材の表面近傍のＣ濃度およびＣｏ濃度が上昇する。

また、低圧昇温工程とは、上記の高圧昇温工程を経た基材前駆体を引続き同装置内にセットし、圧力１０〜５０ｈＰａという低圧状態で、Ｈ₂ガスおよびＮ₂ガスを合計１０〜５０Ｌ／ｍｉｎの流量で導入しながら９００〜１０００℃で１５〜３０分間保持する工程をいう。この工程により、基材の表面近傍のＣ濃度およびＣｏ濃度の上昇がさらに助長される。すなわち、このような高圧昇温工程と低圧昇温工程とを１回以上繰り返すことにより、基材表面のＣ濃度およびＣｏ濃度が上昇しその後に行なわれる被覆膜形成工程（ＴｉＮ層形成工程）において、ＴｉＮ層中に基材中のＣおよびＣｏが容易に拡散することになり、本発明の第２態様の構成のＴｉＮ層が形成されることになる。

なお、上記の高圧昇温工程において、圧力が高くなればなるほど、またガスの流量が少なくなればなるほど、あるいは温度が高くなればなるほど、基材の表面近傍のＣ濃度およびＣｏ濃度の上昇が助長される。また同様に、上記の低圧昇温工程において、圧力が低くなればなるほど、またガスの流量が少なくなればなるほど、あるいは温度が高くなればなるほど、基材の表面近傍のＣ濃度およびＣｏ濃度の上昇が助長される。このように、基材の表面近傍のＣ濃度およびＣｏ濃度の上昇が助長されると、結果的にＴｉＮ層中に拡散するＣの濃度およびＣｏ濃度が高まる。

次いで、上記のように準備された基材の表面上にＴｉＮ層を形成する。ＴｉＮ層は、ＣＶＤ法で形成することが好ましく、たとえば４０〜１００ｈＰａの圧力の下、反応ガスとしてＨ₂ガスを１５〜４０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガスを１０〜３０Ｌ／ｍｉｎ、およびＴｉＣｌ₄ガスを１〜５Ｌ／ｍｉｎの流量でＣＶＤ炉内に投入し、温度を９００〜１０００℃として成膜を開始する。その後、成膜温度を徐々に低下させ最終的に８４０〜８６０℃とする。このような成膜時間は２０〜６０分間とすることが好ましい。このように、ＴｉＮ層の形成中（成膜中）において温度を徐々に低下させることにより、ＴｉＮ層の厚み方向において、Ｃの濃度およびＣｏの濃度がそれぞれ基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含む濃度分布を形成することができる。

この場合、上記圧力が低くなればなるほど、またガスの流量が少なくなればなるほど、あるいは温度の低下が大きくなればなるほど、ＣおよびＣｏの濃度分布において最大濃度と最小濃度の差を大きくすることができる。

なお、ＴｉＮ層をＰＶＤ法で形成する場合は、Ｎ₂ガス雰囲気下において温度７００℃以上、圧力０．２〜２Ｐａ、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧３０Ｖという条件で成膜を開始し、徐々に温度を低下させ最終的に４００〜５００℃とし、成膜時間を２０〜３０分間とする条件を採用することにより、上記と同様のＴｉＮ層中におけるＣおよびＣｏの濃度分布を形成することができる。

この場合、上記温度が高くなればなるほど、ＣおよびＣｏの濃度分布において最大濃度と最小濃度の差を大きくすることができる。

続いて、上記のＴｉＮ層上にＴｉＣＮ層を形成する場合は、ＴｉＣＮ層もＣＶＤ法で形成することが好ましい。すなわち、たとえば４０〜１００ｈＰａの圧力の下、反応ガスとしてＨ₂ガスを５０〜１００Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガスを１０〜４０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガスを１〜６Ｌ／ｍｉｎ、およびＣＨ₃ＣＮガスを０．２〜１．０Ｌ／ｍｉｎの流量でＣＶＤ炉内に投入し、温度を８００〜８７０℃として成膜を行なう。このような成膜時間は１００〜２００分間とすることが好ましい。このように、ＴｉＣＮ層の形成（成膜）を１００ｈＰａ以下、より好ましくは５０ｈＰａ以下という低圧条件で行なうことにより、ＴｉＣＮ層の成膜速度が低くなり、すでに形成されているＴｉＮ層へＴｉＣＮ層中のＣが拡散することが助長される。これにより、ＴｉＮ層中のＣの濃度分布において極小点が形成されることになる。

この場合、上記圧力が低くなればなるほど、またガスの流量が少なくなればなるほど、あるいは温度が高くなればなるほど、上記極小点の位置がＴｉＣＮ層側から遠ざかる傾向を示す。

なお、ＴｉＣＮ層をＰＶＤ法で形成する場合は、ＣＨ₄およびＮ₂からなるガス雰囲気下において、流量比をＣＨ₄／Ｎ₂＝１／６〜１／１とし、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧１００〜２５０Ｖ、温度４００〜５００℃、圧力０．５〜３Ｐａという条件を採用することにより、上記と同様にＴｉＮ層中のＣの濃度分布において極小点を形成することができる。

この場合、上記温度が高くなればなるほど、極小点の位置がＴｉＣＮ層側から遠ざかる傾向を示す。

引続き、被覆膜として他の層をＴｉＣＮ層（ＴｉＣＮ層が形成されない場合はＴｉＮ層）上に形成する場合は、従来公知のＣＶＤ法またはＰＶＤ法により他の層を形成することができる。この場合、ＴｉＮ層およびＴｉＣＮ層をＣＶＤ法で形成する場合は、他の層もＣＶＤ法で形成することが好ましい。

このようにして、本発明の第２態様の構成を有する表面被覆切削工具を製造することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
２．０質量％のＴａＣ、１０．０質量％のＣｏ、および残部ＷＣからなる組成（ただし不可避不純物を含む）の原料粉末を、十分に混合した後所望の形状となるようにプレス成型し焼結した。形状は、フライス加工用刃先交換型切削チップとして「ＳＤＫＮ４２ＭＴ」（住友電工ハードメタル（株）製）の形状を有するものと、旋削加工用刃先交換型切削チップとして「ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ−ＧＵ」（住友電工ハードメタル（株）製）の形状を有するものとの２種を作製した。

次いで、上記のようにプレス成型された基材前駆体をＣＶＤ炉内にセットし、大気圧（１０１３ｈＰａ）、Ｈ₂ガス流量２Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒガス流量２Ｌ／ｍｉｎ、９１０℃の条件下で１００分間保持した（高圧昇温工程）。

続いて、上記の高圧昇温工程を経た基材前駆体を引続きＣＶＤ炉内にセットしたまま、圧力４８ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量１８Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量９Ｌ／ｍｉｎ、温度９１０℃の条件下で２０分間保持した（低圧昇温工程）。

このようにして超硬合金からなる切削工具用の基材（形状の異なるもの２種）を作製した。続いて、各基材を引続きＣＶＤ炉内にセットしたまま、各基材上にＴｉＮ層をＣＶＤ法により形成した。すなわち、圧力４８ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量３５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１８Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量２Ｌ／ｍｉｎ、温度９００℃の条件で成膜を開始し、その後温度を徐々に下げ、最終的には８６０℃とした。この成膜時間は、３０分間とした。これにより、各基材上に０．３μｍのＴｉＮ層を形成した。

引続き、上記のようにして形成されたＴｉＮ層上にＴｉＣＮ層をＣＶＤ法により形成した。すなわち、圧力４８ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量９０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量５Ｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₃ＣＮガス流量０．８Ｌ／ｍｉｎ、温度８６０℃という条件で、２００分間成膜することにより、ＴｉＮ層上に５．２μｍのＴｉＣＮ層を形成した。

その後、上記のＴｉＣＮ層上に他の層として３．５μｍのＡｌ₂Ｏ₃層と０．５μｍのＴｉＮ層とをこの順にＣＶＤ法で形成した。Ａｌ₂Ｏ₃層は、圧力６７ｈＰａ、温度９８０℃、Ｈ₂ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎ、ＣＯ₂ガス流量２Ｌ／ｍｉｎ、ＨＣｌガス流量２Ｌ／ｍｉｎとして、Ａｌを気化させることにより形成し（成膜時間は２６０分間）、ＴｉＮ層は圧力６７ｈＰａ、温度９８０℃、Ｈ₂ガス流量５０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量３５Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量４Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間３０分間という条件で形成した。

このようにして、本発明の第１態様の表面被覆切削工具を作製した。そして、各表面被覆切削工具について、すくい面側の被覆膜表面の法線と逃げ面側の被覆膜表面の法線とを含む任意の平面で切断し、その切断面を透過型電子顕微鏡のＥＤＳ分析（装置名：「ＪＥＭ−２１００Ｆ」、日本電子社製）を用いて、加速電圧２００ｋＶという条件で測定したところ、０．３μｍのＴｉＮ層、５．２μｍのＴｉＣＮ層、３．５μｍのＡｌ₂Ｏ₃層、および０．５μｍのＴｉＮ層が基材上にこの順で形成され、基材直上のＴｉＮ層が表１記載のＣの濃度分布を有していることおよびＴｉＣＮ層中のＣの最大濃度を確認した。なお、各層の厚みは、上記の切断面を走査型電子顕微鏡（装置名：「Ｓ−３４００」、日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて観察することにより確認した。

＜実施例２〜１６＞
実施例１の表面被覆切削工具と同様にして実施例２〜１６の表面被覆切削工具を作製した。

ただし、実施例１に対して、基材作製時の高圧昇温工程の条件、低圧昇温工程の条件、ＴｉＮ層の形成条件、およびＴｉＣＮ層の形成条件を以下の範囲内でそれぞれ調整した。

すなわち、高圧昇温工程の条件は、圧力を８００ｈＰａ〜大気圧（１０１３ｈＰａ）、Ｈ₂ガス流量を０．５〜５Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒガス流量を０．５〜５Ｌ／ｍｉｎ（ただしＨ₂ガスとＡｒガスとは合計で０．５〜５Ｌ／ｍｉｎ）、温度を９００〜１０００℃、保持時間を６０〜１８０分間の範囲で調整した。

低圧昇温工程の条件は、圧力を１０〜５０ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量を１０〜５０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量を１０〜５０Ｌ／ｍｉｎ（ただしＨ₂ガスとＮ₂ガスとは合計で１０〜５０Ｌ／ｍｉｎ）、温度を９００〜１０００℃、保持時間を１５〜３０分間の範囲で調整した。

ＴｉＮ層の形成条件は、圧力を４０〜１００ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量を１５〜４０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量を１０〜３０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量を１〜５Ｌ／ｍｉｎ、温度を９００〜１０００℃の条件で成膜を開始し、その後温度を徐々に下げ、最終的には８４０〜８６０℃とし、成膜時間は、２０〜６０分間という範囲で調整した。

ＴｉＣＮ層の形成条件は、圧力を４０〜１００ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量を５０〜１００Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量を１０〜４０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量を１〜６Ｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₃ＣＮガス流量を０．２〜１．０Ｌ／ｍｉｎ、温度を８００〜８７０℃、成膜時間を１００〜２００分間という範囲で調整した。

なお、実施例１１については、上記の条件のうち圧力を１１０ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量を７０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量を５０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量を６Ｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₃ＣＮガス流量を１．５Ｌ／ｍｉｎ、温度を８８０℃、成膜時間を８０分とすることにより、極小点を形成しなかった。

また、実施例１２については、上記の条件のうち圧力を１００ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量を６０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量を６０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量を６Ｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₃ＣＮガス流量を２．０Ｌ／ｍｉｎ、温度を８８０℃、成膜時間を６０分とすることにより、極小点を形成しなかった。

なお、他の層は、実施例１と同じ条件により作製した。このようにして作製した表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして基材直上のＴｉＮ層が表１記載のＣの濃度分布を有していることおよびＴｉＣＮ層中のＣの最大濃度を確認した。

＜実施例１７〜１８＞
ＴｉＮ層を形成するところまでは実施例１と同様の条件とした。その後、ＴｉＣＮ層を形成することなく、他の層を形成した。

他の層は、実施例１７では３．５μｍのＺｒＮ層と２．５μｍのＴｉＮ層とをこの順でＣＶＤ法で形成し、実施例１８では、３．５μｍのＴｉＡｌＮ層と２．５μｍのＴｉＳｉＣＮ層とをこの順でＣＶＤ法で形成した。

上記において、ＺｒＮ層は、圧力１６０ｈＰａ、温度１０００℃、ＺｒＣl₄ガス流量５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量２０Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量５５Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間３００分間という条件で形成し、ＴｉＮ層は圧力１３３ｈＰａ、温度９００℃、ＴｉＣl₄ガス流量５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１８Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間２１０分間という条件で形成し、ＴｉＡｌＮ層は、圧力１３ｈＰａ、温度８００℃、ＴｉＣl₄ガス流量１Ｌ／ｍｉｎ、ＡｌＣｌ₃ガス流量１．５Ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ₃ガス流量４Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１２Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量１２Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間１２０分間という条件で形成し、ＴｉＳｉＣＮ層は圧力４０ｈＰａ、温度８３０℃、ＴｉＣl₄ガス流量２．５Ｌ／ｍｉｎ、ＳｉＣｌ₄ガス流量０．５Ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ₃ガス流量５Ｌ／ｍｉｎ、Ｃ₂Ｈ₂ガス流量５．５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量２Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量５０Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間６０分間という条件で形成した。

このようにして作製した表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして基材直上のＴｉＮ層が表１記載のＣの濃度分布を有していることを確認した。なお、実施例１７および１８は、ＴｉＮ層上にＴｉＣＮ層を形成していないため、表１において該当部分は空欄とした。

＜実施例１９〜２０＞
実施例１と同様にして基材を準備し、その基材上にＰＶＤ法により被覆膜を形成した。

実施例１９では、基材上に０．３μｍのＴｉＮ層を形成し、その上に３．５μｍのＴｉＣＮ層を形成した。ＴｉＮ層は、Ｎ₂ガス雰囲気下において、温度７００℃、圧力１Ｐａ、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧３０Ｖで成膜を開始し、その後徐々に温度を下げ最終的に４５０℃として形成した（成膜時間２５分間）。ＴｉＣＮ層は、ＣＨ₄およびＮ₂からなるガス雰囲気下において、ガス流量比ＣＨ₄／Ｎ₂＝１／４、温度４５０℃、圧力２Ｐａ、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧１５０Ｖで成膜した（成膜時間１８０分間）。

実施例２０では、基材上に０．３μｍのＴｉＮ層を形成し、その上に２．５μｍのＴｉＣＮ層を形成し、その上に他の層として２．５μｍのＴｉＮ層を形成した。基材直上のＴｉＮ層は、Ｎ₂ガス雰囲気下において、温度７００℃、圧力１Ｐａ、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧３０Ｖで成膜を開始し、その後徐々に温度を下げ最終的に４５０℃として形成した（成膜時間２５分間）。ＴｉＣＮ層は、ＣＨ₄およびＮ₂からなるガス雰囲気下において、ガス流量比ＣＨ₄／Ｎ₂＝１／４、温度４５０℃、圧力２Ｐａ、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧１５０Ｖで成膜した（成膜時間１２０分間）。他の層としてのＴｉＮ層は、Ｎ₂ガス雰囲気下において、温度４５０℃、圧力２Ｐａ、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧５０Ｖで成膜した（成膜時間４０分間）。

このようにして作製した表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして基材直上のＴｉＮ層が表１記載のＣの濃度分布を有していることおよびＴｉＣＮ層中のＣの最大濃度を確認した。

＜実施例２１〜２２＞
実施例２１は、基材の組成としてセラミックスを採用し、形状は実施例１と同様のものとした。当該基材は、ＳｉＣを用い、その作製条件は、実施例１の超硬合金と同じ条件で作製した。

実施例２２は、基材の組成として立方晶窒化硼素を採用し、形状は実施例１と同様のものとした。当該基材は、結合材としてＴｉＣを用いた立方晶窒化硼素を用い、その作製条件は、実施例１の超硬合金と同じ条件で作製した。

そして、上記の各基材上に、実施例１９と同様にして物理蒸着法により被覆膜を形成した。

このようにして作製した表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして基材直上のＴｉＮ層が表１記載のＣの濃度分布を有していることおよびＴｉＣＮ層中のＣの最大濃度を確認した。

＜比較例１〜２＞
実施例１と同様にして基材を準備し、その基材上にＣＶＤ法により以下のような被覆膜を形成した（ただし、この被覆膜は、基材直上にＴｉＮ層を形成しない構成を有する）。

比較例１では、基材上に３．５μｍのＴｉＡｌＮ層を形成し、その上に２．５μｍのＴｉＣＮ層を形成した。ＴｉＡｌＮ層は、圧力１３ｈＰａ、温度８００℃、ＴｉＣl₄ガス流量１Ｌ／ｍｉｎ、ＡｌＣｌ₃ガス流量１．５Ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ₃ガス流量４Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１２Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量１２Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間１２０分間という条件で形成した。ＴｉＣＮ層は、圧力６０ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量７０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量５０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₃ＣＮガス流量１．５Ｌ／ｍｉｎ、温度８４０℃という条件で、１８０分間成膜することにより形成した。

比較例２では、基材上に３．５μｍのＴｉＢＮ層を形成した。ＴｉＢＮ層は、圧力６７ｈＰａ、温度９８０℃、ＴｉＣl₄ガス流量１Ｌ／ｍｉｎ、ＢＣｌ₃ガス流量０．５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間３００分間という条件で形成した。

このようにして作製した表面被覆切削工具について、実施例１と同様にして被覆膜の構成を確認したところ、基材直上にＴｉＮ層が形成されていないことを確認した（表２参照）。

＜比較例３〜６＞
実施例１の表面被覆切削工具と同様にして比較例３〜６の表面被覆切削工具を作製した。

ただし、実施例１に対して、各条件を以下のように変更した。
すなわち、比較例３および４は、基材作製時において高圧昇温工程および低圧昇温工程を採用せず、従来と同様の昇温工程（圧力８００ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ、温度８５０℃、昇温時間６０分間）により基材を準備した。ＴｉＮ層の形成条件は、温度を８５０℃で一定とすることを除き実施例１と同様にして形成した。ＴｉＣＮ層は、実施例１と同様にして形成した（ただし比較例３の成膜時間は１５０分間とした）。

比較例５は、実施例１と同様にして基材を準備した。ＴｉＮ層は、圧力７０ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量６０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量６０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ、温度８６０℃で一定とする条件で、３０分間成膜することにより形成した。ＴｉＣＮ層は、圧力６０ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量６０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量５０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₃ＣＮガス流量２Ｌ／ｍｉｎ、温度８６０℃という条件で、１２０分間成膜することにより形成した。

比較例６は、ＴｉＮ層を形成させる際に、成膜開始温度を９００℃とし最終温度を８８０℃とすることを除き、他は実施例１と同様にして作製した。

表１中、「ａｔ％」とは原子％を示す。また、ＴｉＮ層中のＣの濃度分布の「差」とは、該濃度分布におけるＣの最大濃度と最小濃度の差を示し、「最大濃度」とは該濃度分布におけるＣの最大濃度を示し、「極小点」の欄における「有」とは、Ｃの濃度が基材側から減少した後、極小点に達し、その後被覆膜の表面側にかけて増加するという分布を示すこと（すなわちこのような極小点を有すること）を示し、「無」とは、上記のような極小点を有さず、Ｃの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて連続的に減少したことを示す。なお、「極小点」の欄が「有」のものも「無」のものも、いずれもＴｉＮ層は厚み方向においてＣの濃度分布を有しており、そのＣの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含んでいることに変わりはない。

また、表２中の各表記も、基本的には表１中の表記と同様の内容を示す。ただし、比較例３および比較例４は、基材直上にＴｉＮ層は形成されているが該層はＣを含んでいないことを示し、比較例５は、基材直上にＴｉＮ層が形成され該層はＣを含むが、そのＣは濃度分布を有さないこと（すなわち厚み方向においてＣの濃度は一定であること）を示し、比較例６は、基材直上にＴｉＮ層が形成され該層はＣの濃度分布を有するが、該濃度分布においてＣの濃度は基材側から被覆膜の表面側にかけて連続的に増加することを示している。

＜評価＞
上記のようにして作製した各実施例および各比較例の表面被覆切削工具（フライス加工用刃先交換型切削チップおよび旋削加工用刃先交換型切削チップ）について、以下に示す２種の切削試験を行なうことにより評価を行なった。その結果を以下の表３に示す。

＜切削試験１：フライス耐摩耗性評価＞
表面被覆切削工具としてフライス加工用刃先交換型切削チップを用い、被削材＝ＳＣＭ４３５（長さ３００ｍｍ×幅２００ｍｍのブロック材）、切削速度＝３００ｍ／ｍｉｎ、送り量＝０．２５ｍｍ／ｔ、切込み量＝１．５ｍｍ、切削油なし、という切削条件で切削を行ないフライス耐摩耗性評価を行なった。切削時間が１５分間となった時点での逃げ面の平均摩耗幅Ｖｂ（ｍｍ）を測定した。平均摩耗幅Ｖｂが小さいものほど、耐摩耗性に優れていることを示している。

＜切削試験２：旋削耐摩耗性評価＞
表面被覆切削工具として旋削加工用刃先交換型切削チップを用い、被削材＝ＳＣＭ４１５（直径３５０ｍｍ×長さ５００ｍｍ）、切削速度＝２００ｍ／ｍｉｎ、送り量＝０．３ｍｍ／ｔ、切込み量＝１．５ｍｍ、切削油＝水溶性切削液、という切削条件で切削を行ない旋削耐摩耗性評価を行なった。切削時間が３０分間となった時点での逃げ面の平均摩耗幅Ｖｂ（ｍｍ）を測定した。平均摩耗幅Ｖｂが小さいものほど、耐摩耗性に優れていることを示している。

表３より明らかなように、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較して耐摩耗性が向上しており、工具寿命が著しく向上していることが確認できた。これにより、本発明の表面被覆切削工具が高速加工において十分対応できることが確認できた。これは、本発明の表面被覆切削工具が本発明の構成を有することにより、基材と被覆膜との密着性が向上したことに起因したものであることは明らかである。

＜実施例１０１＞
２．０質量％のＴａＣ、１０．０質量％のＣｏ、および残部ＷＣからなる組成（ただし不可避不純物を含む）の原料粉末を、十分に混合した後所望の形状となるようにプレス成型し焼結した。形状は、フライス加工用刃先交換型切削チップとして「ＳＤＫＮ４２ＭＴ」（住友電工ハードメタル（株）製）の形状を有するものと、旋削加工用刃先交換型切削チップとして「ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ−ＧＵ」（住友電工ハードメタル（株）製）の形状を有するものとの２種を作製した。

次いで、上記のようにプレス成型された基材前駆体をＣＶＤ炉内にセットし、大気圧（１０１３ｈＰａ）、Ｈ₂ガス流量２Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒガス流量２Ｌ／ｍｉｎ、９１０℃の条件下で１００分間保持した（高圧昇温工程）。

続いて、上記の高圧昇温工程を経た基材前駆体を引続きＣＶＤ炉内にセットしたまま、圧力４８ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量２５Ｌ／ｍｉｎ、温度９１０℃の条件下で２０分間保持した（低圧昇温工程）。

このようにして超硬合金からなる切削工具用の基材（形状の異なるもの２種）を作製した。続いて、各基材を引続きＣＶＤ炉内にセットしたまま、各基材上にＴｉＮ層をＣＶＤ法により形成した。すなわち、圧力４８ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量３５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１８Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量２Ｌ／ｍｉｎ、温度９００℃の条件で成膜を開始し、その後温度を徐々に下げ、最終的には８６０℃とした。この成膜時間は、３０分間とした。これにより、各基材上に０．３μｍのＴｉＮ層を形成した（表４参照）。

引続き、上記のようにして形成されたＴｉＮ層上にＴｉＣＮ層をＣＶＤ法により形成した。すなわち、圧力４８ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量９０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量５Ｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₃ＣＮガス流量０．８Ｌ／ｍｉｎ、温度８６０℃という条件で、１７３分間成膜することにより、ＴｉＮ層上に４．５μｍのＴｉＣＮ層を形成した（表４参照）。

その後、上記のＴｉＣＮ層上に他の層として３．０μｍのＡｌ₂Ｏ₃層と０．５μｍのＴｉＮ層とをこの順にＣＶＤ法で形成した。Ａｌ₂Ｏ₃層は、圧力６７ｈＰａ、温度９８０℃、Ｈ₂ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎ、ＣＯ₂ガス流量２Ｌ／ｍｉｎ、ＨＣｌガス流量２Ｌ／ｍｉｎとして、Ａｌを気化させることにより形成し（成膜時間は２２０分間）、ＴｉＮ層は圧力６７ｈＰａ、温度９８０℃、Ｈ₂ガス流量５０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量３５Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量４Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間３０分間という条件で形成した。

このようにして、本発明の第２態様の表面被覆切削工具を作製した。そして、各表面被覆切削工具について、すくい面側の被覆膜表面の法線と逃げ面側の被覆膜表面の法線とを含む任意の平面で切断し、その切断面を透過型電子顕微鏡のＥＤＳ分析（装置名：「ＪＥＭ−２１００Ｆ」、日本電子社製）を用いて、加速電圧２００ｋＶという条件で測定したところ、０．３μｍのＴｉＮ層、４．５μｍのＴｉＣＮ層、３．０μｍのＡｌ₂Ｏ₃層、および０．５μｍのＴｉＮ層が基材上にこの順で形成され、基材直上のＴｉＮ層が表４記載のＣの濃度分布およびＣｏの濃度分布を有していることおよびＴｉＣＮ層中のＣの最大濃度を確認した。なお、各層の厚みは、上記の切断面を走査型電子顕微鏡（装置名：「Ｓ−３４００」、日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて観察することにより確認した。

＜実施例１０２〜１１７＞
実施例１０１の表面被覆切削工具と同様にして実施例１０２〜１１７の表面被覆切削工具を作製した。

ただし、実施例１０１に対して、基材作製時の高圧昇温工程の条件、低圧昇温工程の条件、ＴｉＮ層の形成条件、およびＴｉＣＮ層の形成条件を以下の範囲内でそれぞれ調整した。

すなわち、高圧昇温工程の条件は、圧力を８００ｈＰａ〜大気圧（１０１３ｈＰａ）、Ｈ₂ガス流量を０．５〜５Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒガス流量を０．５〜５Ｌ／ｍｉｎ（ただしＨ₂ガスとＡｒガスとは合計で０．５〜５Ｌ／ｍｉｎ）、温度を９００〜１０００℃、保持時間を６０〜１８０分間の範囲で調整した。

低圧昇温工程の条件は、圧力を１０〜５０ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量を１０〜５０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量を１０〜５０Ｌ／ｍｉｎ（ただしＨ₂ガスとＮ₂ガスとは合計で１０〜５０Ｌ／ｍｉｎ）、温度を９００〜１０００℃、保持時間を１５〜３０分間の範囲で調整した。

ＴｉＮ層の形成条件は、圧力を４０〜１００ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量を１５〜４０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量を１０〜３０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量を１〜５Ｌ／ｍｉｎ、温度を９００〜１０００℃の条件で成膜を開始し、その後温度を徐々に下げ、最終的には８４０〜８６０℃とし、成膜時間は、２０〜６０分間という範囲で調整した。

ＴｉＣＮ層の形成条件は、圧力を４０〜１００ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量を５０〜１００Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量を１０〜４０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量を１〜６Ｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₃ＣＮガス流量を０．２〜１．０Ｌ／ｍｉｎ、温度を８００〜８７０℃、成膜時間を１００〜２００分間という範囲で調整した。

なお、実施例１１３については、上記の条件のうち圧力を５０ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量を６０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量を６０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量を８Ｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₃ＣＮガス流量を１．２Ｌ／ｍｉｎ、温度を８７０℃、成膜時間を１８０分とすることにより、極小点を形成しなかった。

なお、他の層は、実施例１０１と同じ条件により作製した。このようにして作製した表面被覆切削工具について、実施例１０１と同様にして基材直上のＴｉＮ層が表４記載のＣの濃度分布およびＣｏの濃度分布を有していることおよびＴｉＣＮ層中のＣの最大濃度を確認した。

＜実施例１１８〜１１９＞
ＴｉＮ層を形成するところまでは実施例１０１と同様の条件とした。その後、ＴｉＣＮ層を形成することなく、他の層を形成した。

他の層は、実施例１１８では３．５μｍのＺｒＮ層と２．５μｍのＴｉＮ層とをこの順でＣＶＤ法で形成し、実施例１１９では、３．５μｍのＴｉＡｌＮ層と２．５μｍのＴｉＳｉＣＮ層とをこの順でＣＶＤ法で形成した。

上記において、ＺｒＮ層は、圧力１６０ｈＰａ、温度１０００℃、ＺｒＣl₄ガス流量５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量２０Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量５５Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間３００分間という条件で形成し、ＴｉＮ層は圧力１３３ｈＰａ、温度９００℃、ＴｉＣl₄ガス流量５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１８Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間２１０分間という条件で形成し、ＴｉＡｌＮ層は、圧力１３ｈＰａ、温度８００℃、ＴｉＣl₄ガス流量１Ｌ／ｍｉｎ、ＡｌＣｌ₃ガス流量１．５Ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ₃ガス流量４Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１２Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量１２Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間１２０分間という条件で形成し、ＴｉＳｉＣＮ層は圧力４０ｈＰａ、温度８３０℃、ＴｉＣl₄ガス流量２．５Ｌ／ｍｉｎ、ＳｉＣｌ₄ガス流量０．５Ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ₃ガス流量５Ｌ／ｍｉｎ、Ｃ₂Ｈ₄ガス流量５．５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量２Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量５０Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間６０分間という条件で形成した。

このようにして作製した表面被覆切削工具について、実施例１０１と同様にして基材直上のＴｉＮ層が表４記載のＣの濃度分布およびＣｏの濃度分布を有していることを確認した。なお、実施例１１８および１１９は、ＴｉＮ層上にＴｉＣＮ層を形成していないため、表４において該当部分は空欄とした。

＜実施例１２０〜１２１＞
実施例１０１と同様にして基材を準備し、その基材上にＰＶＤ法により被覆膜を形成した。

実施例１２０では、基材上に０．３μｍのＴｉＮ層を形成し、その上に３．５μｍのＴｉＣＮ層を形成した。ＴｉＮ層は、Ｎ₂ガス雰囲気下において、温度７００℃、圧力１Ｐａ、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧５０Ｖで成膜を開始し、その後徐々に温度を下げ最終的に４５０℃として形成した（成膜時間２５分間）。ＴｉＣＮ層は、ＣＨ₄およびＮ₂からなるガス雰囲気下において、ガス流量比ＣＨ₄／Ｎ₂＝１／４、温度４５０℃、圧力２Ｐａ、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧１５０Ｖで成膜した（成膜時間１８０分間）。

実施例１２１では、基材上に０．３μｍのＴｉＮ層を形成し、その上に２．５μｍのＴｉＣＮ層を形成し、その上に他の層として２．５μｍのＴｉＮ層を形成した。基材直上のＴｉＮ層は、Ｎ₂ガス雰囲気下において、温度７００℃、圧力１Ｐａ、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧３０Ｖで成膜を開始し、その後徐々に温度を下げ最終的に４５０℃として形成した（成膜時間２５分間）。ＴｉＣＮ層は、ＣＨ₄およびＮ₂からなるガス雰囲気下において、ガス流量比ＣＨ₄／Ｎ₂＝１／４、温度４５０℃、圧力２Ｐａ、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧１５０Ｖで成膜した（成膜時間１２０分間）。他の層としてのＴｉＮ層は、Ｎ₂ガス雰囲気下において、温度４５０℃、圧力２Ｐａ、アーク電流１５０Ａ、バイアス電圧５０Ｖで成膜した（成膜時間４０分間）。

このようにして作製した表面被覆切削工具について、実施例１０１と同様にして基材直上のＴｉＮ層が表４記載のＣの濃度分布およびＣｏの濃度分布を有していることおよびＴｉＣＮ層中のＣの最大濃度を確認した。

＜比較例１０１〜１０２＞
実施例１０１と同様にして基材を準備し、その基材上にＣＶＤ法により以下のような被覆膜を形成した（ただし、この被覆膜は、基材直上にＴｉＮ層を形成しない構成を有する）。

比較例１０１では、基材上に３．５μｍのＴｉＡｌＮ層を形成し、その上に２．５μｍのＴｉＣＮＯ層と０．５μｍのＴｉＮ層とをこの順で形成した。ＴｉＡｌＮ層は、圧力１３ｈＰａ、温度８００℃、ＴｉＣl₄ガス流量１Ｌ／ｍｉｎ、ＡｌＣｌ₃ガス流量１．５Ｌ／ｍｉｎ、ＮＨ₃ガス流量４Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１２Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量１２Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間１２０分間という条件で形成した。ＴｉＣＮＯ層は、圧力９０ｈＰａ、温度９００℃、ＴｉＣｌ₄ガス流量０．５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ、ＣＯガス流量０．５Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量２０Ｌ／ｍｉｎという条件で、２４０分間成膜することにより形成した。ＴｉＮ層は、圧力１３３ｈＰａ、温度９００℃、ＴｉＣl₄ガス流量５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１８Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間４０分間という条件で形成した。

比較例１０２では、基材上に３．５μｍのＴｉＢＮ層を形成し、その上に１．５μｍのＴｉＢ₂層と０．３μｍのＴｉＮ層とをこの順で形成した。ＴｉＢＮ層は、圧力６７ｈＰａ、温度９８０℃、ＴｉＣl₄ガス流量１Ｌ／ｍｉｎ、ＢＣｌ₃ガス流量０．５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量４０Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間３００分間という条件で形成した。ＴｉＢ₂層は、圧力８００ｈＰａ、温度９００℃、ＴｉＣl₄ガス流量３Ｌ／ｍｉｎ、ＢＣｌ₃ガス流量８Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量３５Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間６０分間という条件で形成した。ＴｉＮ層は、圧力１３３ｈＰａ、温度９００℃、ＴｉＣl₄ガス流量５Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量１８Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ₂ガス流量３０Ｌ／ｍｉｎ、成膜時間２５分間という条件で形成した。

このようにして作製した表面被覆切削工具について、実施例１０１と同様にして被覆膜の構成を確認したところ、基材直上にＴｉＮ層が形成されていないことを確認した（表５参照）。

＜比較例１０３〜１０７＞
実施例１０１の表面被覆切削工具と同様にして比較例１０３〜１０７の表面被覆切削工具を作製した（表５参照）。

ただし、実施例１０１に対して、各条件を以下のように変更した。
すなわち、比較例１０３および１０４は、基材作製時において高圧昇温工程および低圧昇温工程を採用せず、従来と同様の昇温工程（圧力８００ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ、温度８５０℃、昇温時間６０分間）により基材を準備した。ＴｉＮ層の形成条件は、温度を８５０℃で一定とすることを除き実施例１０１と同様にして形成した。ＴｉＣＮ層は、実施例１０１と同様にして形成した（ただし比較例１０４の成膜時間は２００分間とした）。

比較例１０５は、実施例１０１と同様にして基材を準備した。ＴｉＮ層は、圧力７０ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量６０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量６０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ、温度８００℃で一定とする条件で、３０分間成膜することにより形成した。ＴｉＣＮ層は、圧力６０ｈＰａ、Ｈ₂ガス流量６０Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ₂ガス流量５０Ｌ／ｍｉｎ、ＴｉＣｌ₄ガス流量１０Ｌ／ｍｉｎ、ＣＨ₃ＣＮガス流量２Ｌ／ｍｉｎ、温度８６０℃という条件で、１２０分間成膜することにより形成した。

比較例１０６は、ＴｉＮ層を形成させる際に、成膜開始温度を９００℃とし最終温度を８８０℃とすることを除き、他は実施例１０１と同様にして作製した。

比較例１０７は、ＴｉＮ層を形成させる際に、成膜温度を９５０℃の一定温度とすることを除き、他は実施例１０１と同様にして作製した。

なお、他の層は、実施例１０１と同じ条件により作製した。このようにして作製した表面被覆切削工具について、実施例１０１と同様にして基材直上のＴｉＮ層が表５記載のＣの濃度分布およびＣｏの濃度分布を有していることおよびＴｉＣＮ層中のＣの最大濃度を確認した。

表４中、「ａｔ％」とは原子％を示す。また、ＴｉＮ層中のＣの濃度分布の「差」とは、該濃度分布におけるＣの最大濃度と最小濃度の差を示し、「最大濃度」とは該濃度分布におけるＣの最大濃度を示し、「極小点」の欄における「有」とは、Ｃの濃度が基材側から減少した後、極小点に達し、その後被覆膜の表面側にかけて増加するという分布を示すこと（すなわちこのような極小点を有すること）を示し、「無」とは、上記のような極小点を有さず、Ｃの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて連続的に減少したことを示す。なお、「極小点」の欄が「有」のものも「無」のものも、いずれもＴｉＮ層は厚み方向においてＣの濃度分布を有しており、そのＣの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含んでいることに変わりはない。

また、表４中、ＴｉＮ層中のＣｏの濃度分布の「最大濃度」とは該濃度分布におけるＣｏの最大濃度を示し、「分布」の欄における「減少」とは、Ｃｏの濃度分布においてＣｏの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて連続的に減少することを示し、「一定」とはＣｏの濃度が基材側から被覆膜の表面側にかけて一定であることを示す。また「Ｃ／Ｃｏ」とは、ＴｉＮ層においてＣｏに対してＣが原子比で何倍存在するかを示すものであるが、該数値はその倍数のうち各ＴｉＮ層ごとの最小値を示している。

また、表５中の各表記も、基本的には表４中の表記と同様の内容を示す。ただし、比較例１０３および比較例１０４は、基材直上にＴｉＮ層は形成されているが該層はＣおよびＣｏを含んでいないことを示し、比較例１０５は、基材直上にＴｉＮ層が形成され該層はＣとＣｏを含むが、そのＣは濃度分布を有さないこと（すなわち厚み方向においてＣの濃度は一定であること）を示し（Ｃｏの濃度は基材側から被覆膜の表面側にかけて減少することを示し）、比較例１０６は、基材直上にＴｉＮ層が形成され該層はＣとＣｏの濃度分布を有するが、該濃度分布においてＣの濃度は基材側から被覆膜の表面側にかけて連続的に増加することを示し（Ｃｏの濃度は基材側から被覆膜の表面側にかけて減少することを示し）、比較例１０７は、基材直上にＴｉＮ層が形成され該層はＣとＣｏとを含むが、そのＣおよびＣｏは濃度分布を有さないこと（すなわち厚み方向においてＣおよびＣｏの濃度は一定であること）を示す。

＜評価＞
上記のようにして作製した各実施例および各比較例の表面被覆切削工具（フライス加工用刃先交換型切削チップおよび旋削加工用刃先交換型切削チップ）について、以下に示す２種の切削試験を行なうことにより評価を行なった。その結果を以下の表６および表７に示す。

＜切削試験１０１：フライス耐摩耗性評価＞
表面被覆切削工具としてフライス加工用刃先交換型切削チップを用い、被削材＝ＳＣＭ４３５（長さ３００ｍｍ×幅２００ｍｍのブロック材）、切削速度＝３００ｍ／ｍｉｎ、送り量＝０．２５ｍｍ／ｔ、切込み量＝１．５ｍｍ、切削油なし、という切削条件で切削を行ないフライス耐摩耗性評価を行なった。切削時間が１５分間となった時点での逃げ面の平均摩耗幅Ｖｂ（ｍｍ）を測定した。平均摩耗幅Ｖｂが小さいものほど、耐摩耗性に優れていることを示している。

＜切削試験１０２：旋削耐摩耗性評価＞
表面被覆切削工具として旋削加工用刃先交換型切削チップを用い、被削材＝ＳＣＭ４１５（直径３５０ｍｍ×長さ５００ｍｍ）、切削速度＝２００ｍ／ｍｉｎ、送り量＝０．３ｍｍ／ｔ、切込み量＝１．５ｍｍ、切削油＝水溶性切削液、という切削条件で切削を行ない旋削耐摩耗性評価を行なった。切削時間が３０分間となった時点での逃げ面の平均摩耗幅Ｖｂ（ｍｍ）を測定した。平均摩耗幅Ｖｂが小さいものほど、耐摩耗性に優れていることを示している。

表６および表７より明らかなように、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較して耐摩耗性が向上しており、工具寿命が著しく向上していることが確認できた。これにより、本発明の表面被覆切削工具が高速加工において十分対応できることが確認できた。これは、本発明の表面被覆切削工具が本発明の構成を有することにより、基材と被覆膜との密着性が向上したことに起因したものであることは明らかである。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims (17)

1. 基材と該基材上に形成された被覆膜とを含み、
   前記被覆膜は、１または２以上の層を含み、
   前記層のうち前記基材と接する層は、ＴｉＮ層であり、
   前記ＴｉＮ層は、ＴｉＮとともにＣを含み、
   前記Ｃは、前記ＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、
   前記濃度分布は、前記Ｃの濃度が前記基材側から前記被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含み、
   前記濃度分布において、前記Ｃの最大濃度と最小濃度の差は、１０原子％以上である、表面被覆切削工具。
2. 前記Ｃの最大濃度は、３０原子％以下である、請求項１に記載の表面被覆切削工具。
3. 前記濃度分布は、前記Ｃの濃度が前記基材側から減少した後、極小点に達し、その後前記被覆膜の表面側にかけて増加するという分布を有する、請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
4. 前記ＴｉＮ層は、０．１〜０．５μｍの厚みを有する、請求項１〜３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
5. 前記被覆膜は、前記ＴｉＮ層の直上にＴｉＣＮ層を含み、
   前記ＴｉＣＮ層は、ＴｉＣＮを含み、
   前記ＴｉＣＮ層におけるＣは、最大濃度が２０原子％以上となる、請求項１〜４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
6. 前記被覆膜は、さらに他の層を含み、
   前記他の層は、周期律表の４族元素、５族元素、６族元素、Ａｌ、およびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素と、硼素、炭素、窒素、および酸素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素とからなる化合物で構成される１以上の層である、請求項１〜５のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
7. 前記基材は、超硬合金である、請求項１〜６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
8. 基材と該基材上に形成された被覆膜とを含み、
   前記被覆膜は、１または２以上の層を含み、
   前記層のうち前記基材と接する層は、ＴｉＮ層であり、
   前記ＴｉＮ層は、ＴｉＮとともにＣを含み、
   前記Ｃは、前記ＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、
   前記濃度分布は、前記Ｃの濃度が前記基材側から減少した後、極小点に達し、その後前記被覆膜の表面側にかけて増加するという分布を有する、表面被覆切削工具。
9. 基材と該基材上に形成された被覆膜とを含み、
   前記被覆膜は、１または２以上の層を含み、
   前記層のうち前記基材と接する層は、ＴｉＮ層であり、
   前記基材は、超硬合金からなり、
   前記ＴｉＮ層は、ＴｉＮとともにＣとＣｏとを含み、
   前記Ｃと前記Ｃｏとは、それぞれ前記ＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、
   前記Ｃの濃度分布は、前記Ｃの濃度が前記基材側から前記被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含み、
   前記Ｃｏの濃度分布は、前記Ｃｏの濃度が前記基材側から前記被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含み、
   前記ＴｉＮ層中における前記Ｃと前記Ｃｏとは、前記Ｃｏに対して前記Ｃが原子比で２倍以上存在する、表面被覆切削工具。
10. 前記Ｃの濃度分布において、前記Ｃの最大濃度と最小濃度の差は、１０原子％以上である、請求項９に記載の表面被覆切削工具。
11. 前記Ｃの最大濃度は、３０原子％以下であり、
    前記Ｃｏの最大濃度は、５原子％以下である、請求項９または１０に記載の表面被覆切削工具。
12. 前記Ｃの濃度分布は、前記Ｃの濃度が前記基材側から減少した後、極小点に達し、その後前記被覆膜の表面側にかけて増加するという分布を有し、
    前記Ｃｏの濃度分布は、前記Ｃｏの濃度が前記基材側から前記被覆膜の表面側にかけて減少する分布を有する、請求項９〜１１のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
13. 前記ＴｉＮ層は、０．１〜０．５μｍの厚みを有する、請求項９〜１２のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
14. 前記被覆膜は、前記ＴｉＮ層の直上にＴｉＣＮ層を含み、
    前記ＴｉＣＮ層は、ＴｉＣＮを含み、
    前記ＴｉＣＮ層におけるＣは、最大濃度が２０原子％以上となる、請求項９〜１３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
15. 前記被覆膜は、さらに他の層を含み、
    前記他の層は、周期律表の４族元素、５族元素、６族元素、Ａｌ、およびＳｉからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素と、硼素、炭素、窒素、および酸素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素とからなる化合物で構成される１以上の層である、請求項９〜１４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
16. 基材と該基材上に形成された被覆膜とを含み、
    前記被覆膜は、１または２以上の層を含み、
    前記層のうち前記基材と接する層は、ＴｉＮ層であり、
    前記基材は、超硬合金からなり、
    前記ＴｉＮ層は、ＴｉＮとともにＣとＣｏとを含み、
    前記Ｃと前記Ｃｏとは、それぞれ前記ＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、
    前記Ｃの濃度分布は、前記Ｃの濃度が前記基材側から前記被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含み、
    前記Ｃｏの濃度分布は、前記Ｃｏの濃度が前記基材側から前記被覆膜の表面側にかけて減少する領域を含み、
    前記Ｃの濃度分布において、前記Ｃの最大濃度と最小濃度の差は、１０原子％以上である、表面被覆切削工具。
17. 基材と該基材上に形成された被覆膜とを含み、
    前記被覆膜は、１または２以上の層を含み、
    前記層のうち前記基材と接する層は、ＴｉＮ層であり、
    前記基材は、超硬合金からなり、
    前記ＴｉＮ層は、ＴｉＮとともにＣとＣｏとを含み、
    前記Ｃと前記Ｃｏとは、それぞれ前記ＴｉＮ層の厚み方向に濃度分布を有しており、
    前記Ｃの濃度分布は、前記Ｃの濃度が前記基材側から減少した後、極小点に達し、その後前記被覆膜の表面側にかけて増加するという分布を有し、
    前記Ｃｏの濃度分布は、前記Ｃｏの濃度が前記基材側から前記被覆膜の表面側にかけて減少する分布を有する、表面被覆切削工具。