特許 5663815 表面被覆窒化硼素焼結体工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5663815

(24)【登録日】2014年12月19日

(45)【発行日】2015年2月4日

(54)【発明の名称】表面被覆窒化硼素焼結体工具

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20150115BHJP

   B23B 27/20 20060101ALI20150115BHJP

【ＦＩ】

   B23B27/14 A

   B23B27/14 B

   B23B27/20

【請求項の数】13

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2013-139798(P2013-139798)

(22)【出願日】2013年7月3日

(65)【公開番号】特開2015-13324(P2015-13324A)

(43)【公開日】2015年1月22日

【審査請求日】2014年2月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】503212652

【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】徂徠 義章

(72)【発明者】

【氏名】岡村 克己

(72)【発明者】

【氏名】月原 望

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸山 誠

【審査官】 村上 哲

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／００５２７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２５４１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１２９４２２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｂ２３Ｂ ２７／２０

Ｃ０４Ｂ ３５／５８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と該立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被膜とを備える表面被覆窒化硼素焼結体工具であって、
前記立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子を３０体積％以上８０体積％以下含み、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物ならびにこれらの固溶体からなる群の中から選択された少なくとも１種の化合物とアルミニウム化合物と不可避不純物とを含む結合相をさらに含み、
前記被膜はＡ層とＢ層とＣ層とを備え、
前記Ａ層は、ＭＬａ_za1（Ｍは周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬａはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚａ１は０．８５以上１．０以下である）を含み、
前記Ｂ層は、組成の異なる２種以上の化合物層が交互にそれぞれ１つ以上積層されてなり、
前記化合物層のそれぞれの厚さは、３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、
前記化合物層の１種であるＢ１化合物層は、（Ｔｉ_1-xb1-yb1Ｓｉ_xb1Ｍ１_yb1）（Ｃ_1-zb1Ｎ_zb1）（Ｍ１はＴｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＡｌの１種以上を表わし、ｘｂ１は０．０１以上０．２５以下であり、ｙｂ１は０以上０．７以下であり、ｚｂ１は０．４以上１以下である）を含み、
前記化合物層の１種であって前記Ｂ１化合物層とは異なるＢ２化合物層は、（Ａｌ_1-xb2Ｍ２_xb2）（Ｃ_1-zb2Ｎz_b2）（Ｍ２は周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＳｉの１種以上を表わし、ｘｂ２は０．２以上０．７以下であり、ｚｂ２は０．４以上１以下である）を含み、
前記Ｃ層は、前記Ａ層と前記Ｂ層との間に設けられ、ＭｃＬｃ_zc（Ｍｃは周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬｃはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚｃは０．０５以上０．８５以下である）を含み、
前記Ａ層の厚さは０．２μｍ以上１０μｍ以下であり、前記Ｂ層の厚さは０．０５μｍ以上５μｍ以下あり、前記Ｃ層の厚さは０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であり、かつ前記被膜全体の厚さは０．３μｍ以上１５μｍ以下である、表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【請求項2】

前記Ａ層は、（Ｔｉ_1-xaＭａ_xa）（Ｃ_1-za2Ｎ_za2）（ＭａはＴｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ｘａは０以上０．７以下であり、ｚａ２は０以上１以下である）を含む、請求項１に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【請求項3】

前記Ａ層では、Ｎの組成ｚａ２が、前記立方晶窒化硼素焼結体側から当該Ａ層の表面側へ向かってステップ状または傾斜状に変化する、請求項２に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【請求項4】

前記Ａ層は、当該Ａ層の表面側に、前記立方晶窒化硼素焼結体側よりもＣの組成の大きな領域を有する、請求項２または請求項３に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【請求項5】

前記Ｂ２化合物層において、前記Ｍ２はＴｉおよびＣｒの少なくとも１つを表わし、前記Ｍ２の組成ｘｂ２は０．２５以上０．５以下である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【請求項6】

前記Ａ層は前記Ｂ層よりも前記被膜の表面側に設けられている、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【請求項7】

前記Ｃ層において、前記Ｌｃの組成ｚｃは０．２よりも大きく０．７未満である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【請求項8】

前記Ｃ層は、前記Ａ層および前記Ｂ層を構成する元素の少なくとも１種以上を含む、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【請求項9】

前記被膜は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記Ｂ層との間に設けられたＤ層をさらに含み、
前記Ｄ層は、ＭｄＬｄ_zd（Ｍｄは周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬｄはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚｄは０．８５以上１．０以下である）を含む、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【請求項10】

前記立方晶窒化硼素焼結体は、前記立方晶窒化硼素粒子を５０体積％以上６５体積％以下含む、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【請求項11】

前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被膜との界面では、前記立方晶窒化硼素粒子が前記結合相よりも前記被膜側に突出した形状を有し、
前記立方晶窒化硼素粒子と前記結合相との段差が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下である、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【請求項12】

前記立方晶窒化硼素粒子の体積含有率は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被膜との界面から前記立方晶窒化硼素焼結体の内部に向かって高くなる、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【請求項13】

前記立方晶窒化硼素粒子の粒径は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被膜との界面から前記立方晶窒化硼素焼結体の内部に向かって大きくなる、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも切れ刃部分が、立方晶窒化硼素（以下、「ｃＢＮ」とも記す）焼結体と該ｃＢＮ焼結体上に形成された被膜とを含む表面被覆窒化硼素焼結体工具に関する。

【背景技術】

【0002】

ｃＢＮ焼結体を基材として、その表面にセラミックス等からなる被膜を形成した切削工具（以下、「被覆ｃＢＮ工具」とも記す）は、優れた耐摩耗性を発揮するため、焼入鋼の切削加工に用いられている。

【0003】

このような切削工具として、たとえば、国際公開第２０１０／１５０３３５号パンフレット（特許文献１）および国際公開第２０１２／００５２７５号パンフレット（特許文献２）は、ｃＢＮ焼結体の表面に、特定のセラミックス組成の多層からなる下部層と化合物層からなる上部層を含む被膜を形成した工具を開示している。

【0004】

また、被膜を有する工具の基材としては、ｃＢＮ焼結体ばかりではなく、たとえば超硬合金等も用いられている（特開２００８−１８８６８９号公報（特許文献３））および特表２００８−５３４２９７号公報（特許文献４））。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１０／１５０３３５号パンフレット

【特許文献2】国際公開第２０１２／００５２７５号パンフレット

【特許文献3】特開２００８−１８８６８９号公報

【特許文献4】特表２００８−５３４２９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

昨今、切削加工には極めて高い精度が要求されている。ここで要求される精度とは、切削加工後に研磨等の仕上げ加工が不要な程度に、加工後の被削材の面粗度が良好であることである。すなわち、従来とは異なり、切削加工がそれ自体で仕上げ加工を兼ねることが求められている。したがって昨今では、所定の面粗度を維持できる切削距離（以下「面粗度寿命」とも記す）が、工具性能を判断する上で重要な項目となっている。しかしながら、従来の切削工具では、現在のユーザーを十分に満足させる面粗度寿命を有するには至っていない。そのため現状では、面粗度寿命がそのまま工具寿命とみなされるケースが多く、面粗度寿命の向上が切望されている。

【0007】

被削材の面粗度に影響する因子としては種々のものが考えられるが、なかでも摩耗による刃先形状の変化は、とりわけ影響度の大きい因子であると考えられる。そのため、面粗度寿命の向上には耐摩耗性の向上が有効であると考えられる。

【0008】

これまでに、基材の表面に被膜を形成することにより、耐摩耗性を向上させた切削工具が開発されている。たとえば、超硬合金からなる基材の表面に被膜を形成した切削工具は、鋼加工において好適な耐摩耗性を示すことが知られている。

【0009】

しかしながら、鋼よりも高硬度である焼入鋼の高精度加工においては、ｃＢＮ焼結体からなる基材に、超硬合金と同様に被膜をその表面に形成しても、十分な面粗度寿命は得られなかった。そして、焼入鋼の高精度加工における長寿命を実現した切削工具は未だ開発されていないのが現状である。

【0010】

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、焼入鋼をはじめとする硬質材の加工において、高い寸法精度を実現するとともに、優れた工具寿命を有する被膜ｃＢＮ工具を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明者は、上記課題を解決するために、様々な組成および積層構造を有する被膜を形成した被覆ｃＢＮ工具で焼入鋼の加工を行ない、工具の損傷形態を詳細に分析した。その結果、通常のクレータ摩耗および逃げ面摩耗に加えて、摩耗部の一方端である前境界部において境界摩耗が発生していることが明らかになった。そして、この境界摩耗が面粗度寿命に最も大きな影響を与えているとの知見が得られた。

【0012】

本発明者は、上記知見に基づき検討を重ねた結果、特定の組成を有する多層が境界摩耗の抑制に有効であることを見出した。そして、この耐境界摩耗性を備えた層と、耐クレータ摩耗性を備えた層とを組み合わせることにより、両者の特性を兼ね備えた被膜を形成できるのではないかとの着想を得、該着想を実現する手段を鋭意研究したところ、耐境界摩耗性を備える層と耐クレータ摩耗性を備える層との間に、特殊なセラミックス層を配置した場合、両者の特性を兼備するのみならず、面粗度寿命が飛躍的に向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。

【0013】

すなわち、本発明の表面被覆窒化硼素焼結体工具は次に示す構成（１）〜（９）を有する
（１）少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と該立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被膜とを備える
（２）上記立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素粒子を３０体積％以上８０体積％以下含み、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物ならびにこれらの固溶体からなる群の中から選択された少なくとも１種の化合物とアルミニウム化合物と不可避不純物とを含む結合相をさらに含む
（３）上記被膜はＡ層とＢ層とＣ層とを備える
（４）上記Ａ層は、ＭＬａ_za1（Ｍは周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬａはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚａ１は０．８５以上１．０以下である）を含む
（５）上記Ｂ層は、組成の異なる２種以上の化合物層が交互にそれぞれ１つ以上積層されてなり、該化合物層のそれぞれの厚さは３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である
（６）上記化合物層の１種であるＢ１化合物層は、Ｔｉ_1-xb1-yb1Ｓｉ_xb1Ｍ１_yb1）（Ｃ_1-zb1Ｎ_zb1）（Ｍ１はＴｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＡｌの１種以上を表わし、ｘｂ１は０．０１以上０．２５以下であり、ｙｂ１は０以上０．７以下であり、ｚｂ１は０．４以上１以下である）を含む
（７）上記化合物層の１種であって上記Ｂ１化合物層とは異なるＢ２化合物層は、（Ａｌ_1-xb2Ｍ２_xb2）（Ｃ_1-zb2Ｎ_zb2）（Ｍ２は周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＳｉの１種以上を表わし、ｘｂ２は０．２以上０．７以下であり、ｚｂ２は０．４以上１以下である）を含む
（８）Ｃ層は、上記Ａ層と上記Ｂ層との間に設けられ、ＭｃＬｃ_zc（Ｍｃは周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬｃはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚｃは０よりも大きく０．８５以下である）を含む
（９）上記Ａ層の厚さは０．２μｍ以上１０μｍ以下であり、上記Ｂ層の厚さは０．０５μｍ以上５μｍ以下であり、上記Ｃ層の厚さは０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であり、かつ上記被覆層全体の厚さは０．３μｍ以上１５μｍ以下である。

【発明の効果】

【0014】

本発明の表面被覆窒化硼素焼結体工具は、焼入鋼をはじめとする硬質材の加工において、高い寸法精度を実現するとともに、優れた面粗度寿命を有する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施の形態に係る表面被覆窒化硼素焼結体工具の構成の一例を示す断面図である。

【図2】本実施の形態に係る表面被覆窒化硼素焼結体工具の要部の構成の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に係わる実施の形態についてさらに詳細に説明する。なお、以下では図面を用いて説明するが、本願の図面において同一の参照符号を付したものは同一部分または相当部分を示すものとする。

【0017】

＜＜表面被覆窒化硼素焼結体工具＞＞
本実施の形態の被覆ｃＢＮ工具は少なくとも切れ刃部分に、ｃＢＮ焼結体と、該ｃＢＮ焼結体の表面上に形成された被膜とを備えている。後述するように、該被膜が、耐クレータ摩耗性に優れるＡ層と、耐境界摩耗性に優れるＢ層と、Ａ層とＢ層とを強固に接合するＣ層とから構成されることにより、焼結合金、難削鋳鉄、焼入鋼などの加工において長期にわたって高い寸法精度を維持することができる、すなわち面粗度寿命が長いという効果を有する。そして、とりわけ切削液を用いた湿式切削において、従来の切削工具に比し、顕著に長い面粗度寿命を有することができる。

【0018】

湿式切削では、切削液（クーラントとも呼ばれる）が不連続に刃先にあたることにより、刃先の急冷却と急加熱とが繰り返される。そして被膜が、化学組成や厚みなどの性質が異なる複数の層を積層した構造を含む場合、熱膨張率の違いなどに起因して、層間に剥離が発生しやすいという問題があった。

【0019】

この層間剥離を抑制するために、層間に密着層として金属層を設ける方法が提案されている。しかしながら、かかる金属層は機械的な変形に対する耐剥離性を示すものの、境界摩耗を伴う損傷モードにおいては十分な効果を示すことができなかった。その理由は、境界摩耗部には空気が侵入しやすくなるため、刃先が高温に曝されると金属層が容易に酸化してしまい、耐剥離性を持続できないからであると推測される。これに対して本実施の形態では、密着層として金属的性質を残したセラミックス層（後述するＣ層）を採用したことより、密着層に耐熱性と耐酸化性を付与し、密着力を持続させることができ、以って優れた面粗度寿命を示すことができる。以下、本実施の形態の被覆ｃＢＮ工具を構成する各部について説明する。

【0020】

＜ｃＢＮ焼結体＞
本実施の形態のｃＢＮ焼結体は、被覆ｃＢＮ工具の切れ刃部分のうち当該工具の基材を構成するものであり、ｃＢＮ粒子を３０体積％以上８０体積％以下で含み、さらに残部として結合相を含む。

【0021】

ここで、結合相は、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素の窒化物、炭化物、硼化物、酸化物ならびにこれらの固溶体からなる群の中から選択された少なくとも１種の化合物とアルミニウム化合物と不可避不純物とを含むものである。該結合相は焼結体組織中においてｃＢＮ粒子同士を互いに結合している。ｃＢＮ粒子が３０体積％以上含まれることにより、工具の基材であるｃＢＮ焼結体の耐摩耗性の低下を防止することができる。また、ｃＢＮ粒子が８０体積％以下含まれることにより、焼結体組織中において、強度、靭性に優れるｃＢＮ粒子が骨格構造の役割を担い、ｃＢＮ焼結体の耐欠損性を確保することができる。

【0022】

なお、本明細書において、ｃＢＮ粒子の体積含有率は次に示す方法によって測定するものとする。すなわち、ｃＢＮ焼結体を鏡面研磨し、任意の領域のｃＢＮ焼結体組織の反射電子像を、電子顕微鏡を用いて２０００倍の倍率で観察する。このとき、ｃＢＮ粒子は黒色領域となり、結合相は灰色領域または白色領域となって観察される。観察視野画像において、ｃＢＮ粒子領域と結合相領域とを画像処理により２値化し、ｃＢＮ粒子領域の占有面積を計測する。そして、該占有面積を次の式に代入することによりｃＢＮ粒子の体積含有率を算出する。
（ｃＢＮ粒子の体積含有率）＝（ｃＢＮ粒子の占有面積）÷（視野画像におけるｃＢＮ焼結体組織の面積）×１００。

【0023】

かかるｃＢＮ粒子の体積含有率は５０体積％以上６５体積％以下であることが好ましい。ｃＢＮ粒子の体積含有率が５０体積％以上であることにより、被覆ｃＢＮ工具において耐摩耗性と耐欠損性とのバランスが優れる傾向にある。また、ｃＢＮ粒子の体積含有率が６５体積％以下であることにより、結合相が適度に分布することとなるため、結合相によるｃＢＮ粒子同士の接合強度が高まる傾向にある。

【0024】

また、ｃＢＮ焼結体と被膜との界面では、ｃＢＮ粒子が結合相よりも被膜側に突出した形状を有することが好ましい。これにより、ｃＢＮ焼結体と被膜との密着性を高めることができる。また、ｃＢＮ粒子と結合相との段差は０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であることが好ましい。該段差が０．０５μｍ以上であることによりアンカー効果を得ることができる。また、１．０μｍ以下であることにより焼結体からのｃＢＮ粒子の脱落を有効に防止することができる。ここで、該段差はより好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下であり、段差が当該範囲を占めることにより、上記のアンカー効果および脱落防止効果をより一層高めることができる。なお、本明細書において上記段差は後述する被膜全体の厚さ等の測定方法と同一の方法によって測定するものとする。

【0025】

また、ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮ粒子の体積含有率は、ｃＢＮ焼結体と被膜との界面からｃＢＮ焼結体の内側へ向かうにつれて高くなることが好ましい。このような態様とすることにより、ｃＢＮ焼結体と被膜との界面では、結合相の体積含有率がｃＢＮ粒子よりも高くなるため、ｃＢＮ焼結体と被膜との密着性を高めることができる。他方、ｃＢＮ焼結体の内部では、ｃＢＮ粒子の体積含有率が結合相の体積含有率よりも高いため、ｃＢＮ焼結体の耐欠損性を向上させることができる。たとえば、ｃＢＮ粒子の体積含有率を、被膜との界面側（すなわち、ｃＢＮ焼結体と被膜との界面からｃＢＮ焼結体側へ向かって０μｍ以上２０μｍ以下離れた領域）では４０体積％とし、ｃＢＮ焼結体の厚さ方向中央付近（すなわち、ｃＢＮ焼結体と被膜との界面からｃＢＮ焼結体の内側へ向かって２０μｍを超えて１００μｍ以下離れた領域）では６０体積％とすることができる。

【0026】

さらに、ｃＢＮ粒子の粒径は、ｃＢＮ焼結体と被膜との界面からｃＢＮ焼結体の内側へ向かうにつれて大きくなることが好ましい。このような態様とすることにより、ｃＢＮ焼結体と被膜との界面では、ｃＢＮ粒子の粒径が小さいため、ｃＢＮ焼結体と被膜との密着性を高めることができる。他方、ｃＢＮ焼結体の内部ではｃＢＮ粒子の粒径が大きいため靭性を高めることができる。たとえば、ｃＢＮ粒子の粒径は、ｃＢＮ焼結体と被膜との界面からｃＢＮ焼結体の内側へ向かって０μｍ以上２０μｍ以下離れた領域では０．１μｍ以上１μｍ以下とし、ｃＢＮ焼結体と被膜との界面からｃＢＮ焼結体の内側へ向かって２０μｍを超えて３００μｍ以下離れた領域では２μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。

【0027】

なお、本明細書において、ｃＢＮ粒子の粒径は次の方法によって測定するものとする。すなわち、ｃＢＮ粒子の体積含有率を求める際に得られたｃＢＮ焼結体組織の反射電子像において、ｃＢＮ粒子に外接する円の直径（すなわち外接円相当径）を測定し、該直径をｃＢＮ粒子の粒径とするものとする。

【0028】

また、本実施の形態において、ｃＢＮ焼結体は、被覆ｃＢＮ工具の切れ刃部分に設けられていればよい。すなわち、被覆ｃＢＮ工具の基材は、ｃＢＮ焼結体からなる切れ刃部分と、ｃＢＮ焼結体とは異なる材料（たとえば超硬合金）からなる基材本体とを含んでいてもよい。この場合、ｃＢＮ焼結体からなる切れ刃部分はロウ材等を介して基材本体に接着されていることが好ましい。ロウ材は接合強度や融点を考慮し適宜選択すればよい。なお、ｃＢＮ焼結体は、被覆ｃＢＮ工具の基材全体を構成していてもよい。

【0029】

＜被膜＞
本実施の形態の被膜はＡ層とＢ層とＣ層とを含むものである。本実施の形態において、被膜は上記のＡ層とＢ層とＣ層とを含む限り、これらの層以外に他の層を含むことができ、他の層を含んでいたとしても本発明の効果は示される。ここで、他の層としては、たとえば後述する最下層であるＤ層等を挙げることができる。ただし、他の層はこれらに限られるものではなく、これら以外の層を含んでいたとしても、本発明の範囲を逸脱するものではない。

【0030】

本実施の形態において被膜全体の厚さは０．３μｍ以上１５μｍ以下である。被膜の厚さが０．３μｍ以上であることにより、被膜の厚さが薄いことに起因する被覆ｃＢＮ工具の耐摩耗性の低下を防止することができる。また、被膜全体の厚さが１５μｍ以下であることにより、切削初期における被膜の耐チッピング性を高めることができる。被膜全体の厚さは、より好ましくは１．５μｍ以上１５μｍ以下である。

【0031】

なお、本明細書において、被膜および後述する各層の厚さ、ならびに積層数は、いずれも被覆ｃＢＮ工具を切断し、該断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）で観察することにより測定されたものである。また、被膜を構成する各層の組成は、ＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray spectroscopy）により測定されたものである。ここで、断面観察用のサンプルは、たとえば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Focused Ion Beam system）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ：Cross section Polisher）などを用いて作製することができる。

【0032】

また、本実施の形態において、被膜は被覆ｃＢＮ工具の切れ刃部分のみに設けられていればよく、切れ刃部分とは異なる部分の一部において設けられていなくてもよいし、被覆ｃＢＮ工具の基材の表面全面を被覆していてもよい。また、切れ刃とは異なる部分において、被膜の一部の積層構成が部分的に異なっていてもよい。

【0033】

＜Ａ層＞
本実施の形態においてＡ層は、ＭＬａ_za1（Ｍは周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬａはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚａ１は０．８５以上１．０以下である）を含む。これにより、Ａ層は切削加工時に滑らかに摩耗する。換言すれば、Ａ層は、剥離、割れまたはチッピング等を伴うことなく摩耗することができる。したがって、被覆ｃＢＮ工具の耐クレータ摩耗性または耐逃げ面摩耗性などを高めることができる。

【0034】

かかるＡ層は、（Ｔｉ_1-xaＭａ_xa）（Ｃ_1-za2Ｎ_za2）（ＭａはＴｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ｘａは０以上０．７以下であり、ｚａ２は０以上１以下である）を含むことがより好ましい。このように、Ａ層がＴｉを含むことにより、摩耗時におけるＡ層の剥離、割れまたはチッピング等をさらに効果的に防止することができる。ここで、上記ｘａは０以上０．３以下であることがより好ましい。ｘａが該範囲を占めることにより、上記の効果をより一層高めることができる。なお、Ａ層が、（Ｔｉ_{1-xa(1)-xa(2)}Ｍａ（１）_xa(1)Ｍａ（２）_xa(2)）（Ｃ_1-za2Ｎ_za2）を含む場合には、ｘａ（１）とｘａ（２）との和は、好ましくは０以上０．７以下であり、より好ましくは０以上０．３以下である。このことは、後述するＢ層、Ｃ層およびＤ層においても同様に適用されるものとする。

【0035】

本実施の形態において、Ａ層では、上記Ｎの組成（ｚａ２）がｃＢＮ焼結体側から当該Ａ層の表面側に向かってステップ状または傾斜状に変化することが好ましい。たとえば、Ａ層のｃＢＮ焼結体側においてＮの組成が大きい場合、耐欠損性および耐剥離性が高まる傾向にある。また、たとえば、Ａ層の表面側においてＮの組成が小さい場合は、摩耗時におけるＡ層の剥離、割れまたはチッピング等を防止することができる。ここで、「Ｎの組成がｃＢＮ焼結体側からＡ層の表面側へ向かってステップ状に変化する」とは、Ｎの組成がｃＢＮ焼結体側からＡ層の表面側に向かって不連続に減少または増加することを示し、たとえば、Ｎの組成が互いに異なる２以上の層を積層することにより得られる構成である。また、「Ｎの組成がｃＢＮ焼結体側からＡ層の表面側へ向かって傾斜状に変化する」とは、Ｎの組成がｃＢＮ焼結体側からＡ層の表面側へ向かって連続的に減少または増加することを示し、たとえば、アークイオンプレーティング法によってＡ層を成膜する際にＮの原料ガスとＣの原料ガスとの流量比を連続的に変化させることにより得られる構成である。

【0036】

さらに、Ａ層は、当該Ａ層の表面側にｃＢＮ焼結体側よりもＣの組成の大きな領域を有することが好ましい。これにより、Ａ層のｃＢＮ焼結体側では耐欠損性および耐剥離性が高まるとともに、Ａ層の表面側では摩耗時におけるＡ層の剥離、割れまたはチッピング等を効果的に防止することができる。ここで、Ａ層のｃＢＮ焼結体側とは、ｃＢＮ焼結体の最も近くに位置するＡ層の面からＡ層の内部に向かって０μｍ以上０．１μｍ以下離れた領域を示すものとする。また、Ａ層の表面側とは、Ａ層のｃＢＮ焼結体側とは異なる部分を示すものとする。

【0037】

本実施の形態のＡ層の厚さは０．２μｍ以上１０μｍ以下である。Ａ層の厚さが０．２μｍ以上であることにより、被覆ｃＢＮ工具の耐クレータ摩耗性または耐逃げ面摩耗性などが高まる傾向にある。Ａ層の厚さが１０μｍを超えると、耐クレータ摩耗性または耐逃げ面摩耗性などを高めることが難しい場合もある。したがって、Ａ層の厚さは１０μｍ以下であることを要する。なお、Ａ層の厚さはより好ましくは１μｍ以上３μｍ以下である。

【0038】

また、本実施の形態において、Ａ層は後述するＢ層よりも被覆ｃＢＮ工具の表面側に設けられていることが好ましい。これにより、Ａ層が滑らかに摩耗してクラックの発生を抑制することができる。また、クラックが発生した場合であっても、Ｂ層によって、発生したクラックが基材側に伝搬することを防止することができる。

【0039】

＜Ｂ層＞
本実施の形態において、Ｂ層は組成の異なる２種以上の化合物層が交互にそれぞれ１つ以上積層されてなる層である。以下では、Ｂ層として、Ｂ１化合物層とＢ２化合物層とが交互にそれぞれ１つ以上積層された構成を挙げるが、本実施の形態のＢ層は、Ｂ１化合物層とＢ２化合物層とを含む限り、Ｂ１化合物層およびＢ２化合物層以外に他の層を含んでいても何ら差し支えなく、本発明の効果は示される。なお、Ｂ層の厚さは０．０５μｍ以上５μｍ以下である。

【0040】

＜Ｂ１化合物層＞
Ｂ層を構成するＢ１化合物層は、（Ｔｉ_1-xb1-yb1Ｓｉ_xb1Ｍ１_yb1）（Ｃ_1-zb1Ｎ_zb1）（Ｍ１はＴｉを除く周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＡｌの１種以上を表わし、ｘｂ１は０．０１以上０．２５以下であり、ｙｂ１は０以上０．７以下であり、ｚｂ１は０．４以上１以下である）を含む。ここで、Ｂ１化合物層の厚さは３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、より好ましくは３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、特に好ましくは３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

【0041】

＜Ｂ２化合物層＞
Ｂ１化合物層とともに、Ｂ層を構成するＢ２化合物層は（Ａｌ_1-xb2Ｍ２_xb2）（Ｃ_1-zb2Ｎ_zb2）（Ｍ２は周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＳｉの１種以上を表わし、ｘｂ２は０．２以上０．７以下であり、ｚｂ２は０．４以上１以下である）を含む。ここで、Ｍ２は、ＴｉおよびＣｒの少なくとも１つを表わすことが好ましい。Ｂ２化合物層がＡｌとＴｉおよびＣｒの少なくとも１つとを含むことにより、Ｂ２化合物層に耐摩耗性と耐熱性とを兼ね備えた高靭性層としての機能が付与される。

【0042】

さらに、Ｍ２の組成ｘｂ２は、好ましくは０．２５以上０．５以下であり、より好ましくは０．２５以上０．４以下である。また、Ｂ２化合物層の厚さは、３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、より好ましくは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、特に好ましくは１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。

【0043】

なお、Ｂ層の最下層は、Ｂ１化合物層であってもよいし、Ｂ２化合物層であってもよい。また、Ｂ層の最上層は、Ｂ１化合物層であってもよいし、Ｂ２化合物層であってもよい。

【0044】

本実施の形態において、Ｂ１化合物層の平均厚さｔ１とＢ２化合物層の平均厚さｔ２との比であるｔ２／ｔ１が、０．５＜ｔ２／ｔ１≦１０．０となる関係を満たすことが好ましい。ここで、本明細書において、Ｂ１化合物層の平均厚さｔ１は、次の計算式を用いて求められたものである（なお、Ｂ２化合物層の平均厚さｔ２も同様である）。
（Ｂ１化合物層の平均厚さｔ１）＝（Ｂ１化合物層の厚さの合計）÷（Ｂ１化合物層の層数）。

【0045】

また、Ｂ１化合物層の厚さを測定することが困難である場合には、次の計算式を用いてＢ１化合物層の平均厚さｔ１を求めることもできる（Ｂ２化合物層の平均厚さｔ２についても同様である）。
（Ｂ１化合物層の平均厚さｔ１）＝（Ｂ１化合物層のみを積層して形成されたＢ層の厚さ）÷（Ｂ１化合物層の積層数）。

【0046】

上記ｔ２／ｔ１が０．５＜ｔ２／ｔ１≦１０．０となる関係を満たすことにより、被覆ｃＢＮ工具において耐境界摩耗性などが顕著に高まる。よって、たとえば断続切削のように、繰り返し衝撃や振動が加わる過酷な使用条件であっても、十分な面粗度寿命を示すことができる。ここで、ｔ２／ｔ１はより好ましくは１．６＜ｔ２／ｔ１≦５．０となる関係を満たし、さらに好ましくは３．０＜ｔ２／ｔ１≦４．０となる関係を満たす。

【0047】

＜Ｃ層＞
本実施の形態の被膜は、Ａ層とＢ層との間に設けられたＣ層を含む。かかるＣ層は、ＭｃＬｃ_zc（Ｍｃは周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬｃはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚｃは０よりも大きく０．８５以下である）を含む。このような組成を有する化合物は、Ａ層とＢ層とを接合するという金属的な性質と、耐熱性および耐酸化性に優れるというセラミックス的な性質を兼ね備えることができる。したがって、本実施の形態の被覆ｃＢＮ工具は、境界摩耗を伴う損傷モードにおいても優れた面粗度寿命を示す。

【0048】

また、Ｃ層の厚さは０．００５μｍ以上０．５μｍ以下である。Ｃ層の厚さが０．００５以上であることにより、Ａ層とＢ層との密着性を高めることができる。また、Ｃ層の厚さが０．５μｍ以下であることにより、Ｃ層によって被膜の厚さが過度に大きくなることがない。ここで、Ｃ層の厚さは、好ましくは０．０１μｍ以上０．２μｍ以下である。

【0049】

上記ＭｃＬｃ_zcにおいて、Ｌｃの組成ｚｃは０よりも大きく０．７未満であることが好ましい。ｚｃが０より大きいことにより、Ｃ層の耐熱性および化学的な耐摩耗性を高めることができ、Ａ層で発生したクラックが基材側へ伝搬することを遮ることができる。なお、ｚｃはより好ましくは０．２以上０．５以下である。

【0050】

また、Ｃ層は、Ａ層およびＢ層を構成する元素の少なくとも１種以上を含むことが好ましい。このようにＣ層がＡ層と共通する元素を含むことにより、Ｃ層とＡ層との密着性を高めることができる。また、Ｃ層がＢ層と共通する元素を含むことにより、Ｃ層とＢ層との密着性を高めることができる。そして、Ｃ層が、Ａ層およびＢ層のそれぞれのうちＣ層側に位置する部分を構成する元素の少なくとも１種以上を含む場合は、密着性がさらに高まる傾向にあり好適である。

【0051】

＜Ｄ層＞
本実施の形態の被膜は、基材とＢ層との間に設けられたＤ層をさらに含むことが好ましい。かかるＤ層はＭｄＬｄ_zd（Ｍｄは周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素、ＡｌならびにＳｉの１種以上を表わし、ＬｄはＢ、Ｃ、ＮおよびＯの１種以上を表わし、ｚｄは０．８５以上１．０以下である）を含むことが好ましい。このようなＤ層はｃＢＮ焼結体との密着性に優れる。したがって、被膜がＤ層を含むことにより、被膜とｃＢＮ焼結体との密着性を高めることができる。なお、より好ましくは、ＬｄはＮである。

【0052】

ここで、Ｄ層は（Ａｌ_1-xdＭｄ２_xd）Ｌｄ_zd（Ｍｄ２は、周期表の第４族元素、第５族元素および第６族元素ならびにＳｉの１種以上を表わし、ｘｄは０．２５以上０．４５以下である）を含むことがより好ましい。このようにＤ層がＡｌを含むことにより、被膜とｃＢＮ焼結体との密着性がより一層高まる傾向にあるため好適である。この理由は上記一般式のようにＡｌを含む化合物はｃＢＮ粒子だけでなく、ｃＢＮ焼結体中の結合相とも強く結合するためであると考えられる。なお、より好ましくは、Ｍｄ２はＴｉ、ＣｒおよびＶの少なくとも１種以上である。

【0053】

また、Ｄ層の厚さは０．０５μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。Ｄ層の厚さが０．０５μｍ以上であることにより、被膜とｃＢＮ焼結体との密着性を高めることができる。また、Ｄ層の厚さが１μｍ以下であることにより、Ｄ層によって被膜の厚さが過度に大きくなることがない。ここで、Ｄ層の厚さはより好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下である。

【0054】

＜＜被覆ｃＢＮ工具の製造方法＞＞
本実施の形態にかかる被覆ｃＢＮ工具の製造方法は、たとえば、少なくとも切れ刃部分にｃＢＮ焼結体を有する基材を準備する工程と、ｃＢＮ焼結体上に被膜を形成する工程とを含むものである。

【0055】

＜基材を準備する工程＞
本実施の形態の基材は、基材本体とｃＢＮ焼結体からなる基材とを接合することにより製造することができる。基材本体の材料としては、たとえば超硬合金を用いることができる。このような基材本体は、たとえば従来公知の焼結法および成形法により製造することができる。また、ｃＢＮ焼結体からなる基材は、たとえばｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とからなる混合物を高温高圧下で焼結させることにより製造することができる。そして、基材本体の適切な部位に、ｃＢＮ焼結体からなる基材を従来公知のロウ材で接合し、所定の形状に研削加工することにより、基材を製造することができる。なお、基材全体をｃＢＮ焼結体から構成することも当然可能である。

【0056】

＜被膜を形成する工程＞
上記のようにして得られた基材に被膜を形成することにより被覆ｃＢＮ工具を製造することができる。ここで、被膜を形成する工程は、アークイオンプレーティング法（真空アーク放電を利用して固体材料を蒸発させるイオンプレーティング法）またはスパッタリング法により被膜を形成する工程を含むことが好ましい。アークイオンプレーティング法では、被膜を構成することになる金属種を含む金属蒸発源とＣＨ₄、Ｎ₂またはＯ₂等の反応ガスとを用いて被膜を形成することができる。なお、被膜を形成する条件としては従来公知の条件を採用することができる。また、スパッタリング法では、被膜を構成することになる金属種を含む金属蒸発源と、ＣＨ₄、Ｎ₂またはＯ₂等の反応ガスと、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等のスパッタガスとを用いて被膜を形成することができる。なお、この場合も被膜を形成する条件としては従来公知の条件を採用することができる。

【実施例】

【0057】

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。

【0058】

＜＜被覆ｃＢＮ工具の製造＞＞
図１は、実施例における被覆ｃＢＮ工具の構成の一例を示す断面図である。また図２は、実施例における被覆ｃＢＮ工具の要部の構成の一例を示す断面図である。

【0059】

＜ｃＢＮ焼結体の製造＞
以下のようにして表１に示す組成を有するｃＢＮ焼結体Ａ〜Ｉを製造した。なお、表１中「Ｘ線検出化合物」の欄に示す化合物は、ｃＢＮ焼結体の断面または表面をＸ線回折（ＸＲＤ：X‐ray diffraction）装置によって定性分析した際に検出された化合物である。

【0060】

（ｃＢＮ焼結体Ａの製造）
まず、原子比でＴｉ：Ｎ＝１：０．６となるように平均粒径１μｍのＴｉＮ粉末と平均粒径が３μｍのＴｉ粉末とを混合することにより混合物を得た。該混合物を真空中１２００℃で３０分間熱処理してから粉砕した。これによりＴｉＮ_0.6からなる金属間化合物粉末を得た。

【0061】

次に、質量比でＴｉＮ_0.6：Ａｌ＝９０：１０となるように、ＴｉＮ_0.6からなる金属間化合物粉末と平均粒径が４μｍのＡｌ粉末とを混合することにより混合物を得た。該混合物を真空中１０００℃で３０分間熱処理した。熱処理により得られた化合物を、直径が６ｍｍの超硬合金製ボールメディアを用いて、ボールミル粉砕法により均一に粉砕した。これにより、結合相の原料粉末を得た。

【0062】

続いて、ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮ粒子の含有率が３０体積％となるように平均粒径が１．５μｍのｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合し、直径が３ｍｍの窒化硼素製ボールメディアを用いて、ボールミル混合法により均一に混合して粉末状の混合物を得た。そして、該混合物を超硬合金製支持基板に積層してからＭｏ製カプセルに充填した。次いで、超高圧装置を用いて、圧力５．５ＧＰａ、温度１３００℃で３０分間焼結した。これによりｃＢＮ焼結体Ａを得た。

【0063】

（ｃＢＮ焼結体Ｂ〜Ｇの製造）
表１に示すように、ｃＢＮ粒子の体積含有率および平均粒径を変更する以外は、ｃＢＮ焼結体Ａと同様にして、ｃＢＮ焼結体Ｂ〜Ｇを得た。

【0064】

（ｃＢＮ焼結体Ｈの製造）
まず、原子比でＴｉ：Ｃ：Ｎ＝１：０．３：０．３となるように平均粒径１μｍのＴｉＣＮ粉末と平均粒径が３μｍのＴｉ粉末とを混合することにより混合物を得た。該混合物を真空中１２００℃で３０分間熱処理してから粉砕した。これによりＴｉＣ_0.3Ｎ_0.３からなる金属間化合物粉末を得た。

【0065】

次に、質量比でＴｉＣ_0.3Ｎ_0.3：Ａｌ＝９０：１０となるように、ＴｉＣ_0.3Ｎ_0.3からなる金属間化合物粉末と平均粒径が４μｍのＡｌ粉末とを混合することにより混合物を得た。該混合物を真空中１０００℃で３０分間熱処理した。熱処理により得られた化合物を、直径が６ｍｍの超硬合金製ボールメディアを用いて、ボールミル粉砕法により均一に粉砕した。これにより、結合相の原料粉末を得た。そして、該結合相の原料粉末を用い、表１に示すように、ｃＢＮ粒子の体積含有率および平均粒径を変更する以外は、ｃＢＮ焼結体Ａと同様にして、ｃＢＮ焼結体Ｈを得た。

【0066】

（ｃＢＮ焼結体Ｉの製造）
まず、原子比でＴｉ：Ｃ＝１：０．６となるように平均粒径１μｍのＴｉＣ粉末と平均粒径が３μｍのＴｉ粉末とを混合することにより混合物を得た。該混合物を真空中１２００℃で３０分間熱処理してから粉砕した。これによりＴｉＣ_0.6からなる金属間化合物粉末を得た。

【0067】

次に、質量比でＴｉＣ_0.6：Ａｌ＝９０：１０となるように、ＴｉＣ_0.6からなる金属間化合物粉末と平均粒径が４μｍのＡｌ粉末とを混合することにより混合物を得た。該混合物を真空中１０００℃で３０分間熱処理した。熱処理により得られた化合物を、直径が６ｍｍの超硬合金製ボールメディアを用いて、ボールミル粉砕法により均一に粉砕した。これにより、結合相の原料粉末を得た。そして、該結合相の原料粉末を用い、表１に示すように、ｃＢＮ粒子の体積含有率および平均粒径を変更する以外は、ｃＢＮ焼結体Ａと同様にして、ｃＢＮ焼結体Ｉを得た。

【0068】

【表1】

【0069】

＜試料１の製造＞
以下のようにして試料１に係る被覆ｃＢＮ工具を製造した。

【0070】

＜基材の形成＞
形状がＩＳＯ規格のＤＮＧＡ１５０４０８であり、超硬合金材料（Ｋ１０相当）からなる基材本体を準備した。該基材本体の刃先（コーナ部分）に上記のｃＢＮ焼結体Ａ（形状：頂角が５５°であり当該頂角を挟む両辺がそれぞれ２ｍｍである二等辺三角形を底面とし、厚さが２ｍｍの三角柱状のもの）を接合した。なお接合には、Ｔｉ−Ｚｒ−Ｃｕからなるロウ材を用いた。次いで、接合体の外周面、上面および下面を研削し、刃先にネガランド形状（ネガランド幅が１５０μｍであり、ネガランド角が２５°）を形成した。このようにして、切れ刃部分がｃＢＮ焼結体Ａからなる基材３を得た。

【0071】

＜被膜の形成＞
（成膜装置）
ここで、以降の工程において、被膜の形成に用いる成膜装置について説明する。当該成膜装置には真空ポンプが接続されており、装置内部に真空引き可能な真空チャンバーを有している。真空チャンバー内には、回転テーブルが設置されており、該回転テーブルは治具を介して基材がセットできるように構成されている。真空チャンバー内にセットされた基材は、真空チャンバー内に設置されているヒーターにより加熱することができる。また、真空チャンバーにはエッチングおよび成膜用のガスを導入するためのガス配管が、流量制御用のマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controller）を介して、接続されている。さらに、真空チャンバー内には、エッチング用のＡｒイオンを発生させるためのタングステンフィラメント、必要な電源が接続された成膜用のアーク蒸発源もしくはスパッタ源が配置されている。そして、アーク蒸発源もしくはスパッタ源には、成膜に必要な蒸発源原料（ターゲット）がセットされている。

【0072】

（基材のエッチング）
上記のようにして得られた基材３を、成膜装置の真空チャンバー内にセットし、チャンバー内の真空引きを行なった。その後、回転テーブルを３ｒｐｍで回転させながら基材３を５５０℃に加熱した。次いで、真空チャンバー内にＡｒガスを導入し、タングステンフィラメントを放電させてＡｒイオンを発生させ、基材３にバイアス電圧を印加し、Ａｒイオンにより基材３のエッチングを行なった。なお、このときのエッチング条件は次のとおりである
Ａｒガスの圧力 ：１Ｐａ
基板バイアス電圧：−５００Ｖ。

【0073】

（Ｄ層の形成）
次に、上記の成膜装置内でＤ層２０を基材３上に形成した。具体的には次に示す条件で厚さ０．１μｍとなるように蒸着時間を調整してＤ層を形成した
ターゲット ：Ａｌ（５０原子％）、Ｔｉ（５０原子％）
導入ガス ：Ｎ₂
成膜圧力 ：４Ｐａ
アーク放電電流 ：１５０Ａ
基板バイアス電圧：−３５Ｖ
テーブル回転数 ：３ｒｐｍ。

【0074】

（Ｂ層の形成）
Ｄ層２０に続いて、上記の成膜装置内でＤ層２０の上にＢ層３０を形成した。具体的には、以下に示す条件で、Ｂ１化合物層３１とＢ２化合物層３２とをそれぞれ交互に１０回ずつ繰り返して形成することにより、合計層数が２０層であり、合計厚さ１．４μｍのＢ層３０を形成した。Ｂ層の形成においては、Ｂ１化合物層３１の厚さが４０ｎｍ、Ｂ２化合物層３２の厚さが１００ｎｍとなるように蒸着時間を調整した。なお、試料１において、Ｂ層の最下層はＢ１化合物層３１であり、最上層はＢ２化合物層３２である。

【0075】

（Ｂ１化合物層の形成）
Ｂ１化合物層は次に示す条件で形成した
ターゲット ：Ｔｉ（９２原子％）、Ｓｉ（８原子％）
導入ガス ：Ｎ₂
成膜圧力 ：４Ｐａ
アーク放電電流 ：１５０Ａ
基板バイアス電圧：−４０Ｖ
テーブル回転数 ：３ｒｐｍ。

【0076】

（Ｂ２化合物層の形成）
Ｂ２化合物層は次に示す条件で形成した
ターゲット ：Ａｌ（５０原子％）、Ｔｉ（５０原子％）
導入ガス ：Ｎ₂
成膜圧力 ：４Ｐａ
アーク放電電流 ：１５０Ａ
基板バイアス電圧：−４０Ｖ
テーブル回転数 ：３ｒｐｍ。

【0077】

（Ｃ層の形成）
続いて、次に示す条件でＣ層４０をＢ層３０の上に形成した。なお、Ｃ層４０の厚さは蒸着時間を調整することにより、０．０１μｍとした
ターゲット ：Ｔｉ
導入ガス ：Ｎ₂、Ａｒ（Ｎ₂とＡｒの流量比１：１）
成膜圧力 ：０．５Ｐａ
アーク放電電流 ：１６０Ａ
基板バイアス電圧：−２００Ｖ
テーブル回転数 ：３ｒｐｍ。

【0078】

（Ａ層の形成）
Ｃ層４０を形成した後、次に示す条件でＣ層４０の上にＡ層５０を形成した。このとき、導入ガス（Ｎ₂およびＣＨ₄）の流量はＡ層５０においてＣ：Ｎ＝１：４となるように調整した。Ａ層の厚さは蒸着時間を調整することにより、０．１μｍとした
ターゲット ：Ｔｉ
導入ガス ：Ｎ₂、ＣＨ₄
成膜圧力 ：２Ｐａ
アーク放電電流 ：１８０Ａ
基板バイアス電圧：−３５０Ｖ
テーブル回転数 ：３ｒｐｍ。

【0079】

以上のようにして、基材３の上に、Ｄ層２０とＢ層３０とＣ層４０とＡ層５０とがこの順で積層されてなる被膜１０を備えた、試料１に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

【0080】

＜試料２〜７の製造＞
Ａ層の形成において、蒸着時間を調整することにより、Ａ層の厚さを表２に示すように変化させる以外は、試料１と同様にして、試料２〜７に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

【0081】

＜試料８〜６３の製造＞
表２および３に示すように、ｃＢＮ焼結体Ａ〜Ｉを使用して、試料８〜６３に係る被覆ｃＢＮ工具を製造した。表２および３中、左端列に「＊」が付された試料が実施例に係る被覆ｃＢＮ工具である。これらの試料においては、表２および３に示す各層が得られるように、次に示す成膜条件の範囲内で適宜調整を行ない、被膜を形成した。

【0082】

（成膜条件）
ターゲット ：表２および３の各層の組成の欄に示す金属元素
導入ガス ：Ａｒ、Ｎ₂およびＣＨ₄から１種以上を適宜選択
成膜圧力 ：０．１〜７Ｐａ
アーク放電電流 ：６０〜３００Ａ
基板バイアス電圧：−７００〜−２５Ｖ
テーブル回転数 ：２〜１０ｒｐｍ。

【0083】

【表2】

【0084】

【表3】

【0085】

＜試料８〜１２の製造＞
ｃＢＮ焼結体Ｂを用い、試料１と同様にして基材を得、成膜条件を適宜調整して、表２および３に示す構成のＤ層、Ｂ層およびＣ層をこの順で該基材上に積層した。なお、試料８〜１２では、Ｃ層が表２に示す組成となるように、それぞれの試料で成膜条件を変更してＣ層を形成した。

【0086】

（Ａ層の形成：ＴｉＣＮ^*1）
さらに試料８〜１２では、厚さ方向（基材側から被膜表面へ向かう方向）にＣおよびＮの組成がステップ状に変化するＴｉＣＮ層を含むＡ層を、Ｂ層の上に積層した。表２中、当該Ａ層の組成を、便宜上「ＴｉＣＮ^*1」と記している。当該Ａ層の具体的な構成を表４に示す。また、当該Ａ層は次のようにして形成した。

【0087】

まず、導入ガスとしてＮ₂のみを使用しＴｉＮ層を０．２μｍ形成した（ステップ１）。次に、導入ガスにＣＨ₄を加えて、形成される層においてＣ：Ｎ＝１：９になるようにＮ₂とＣＨ₄の流量比を調整してＴｉＣ_0.1Ｎ_0.9層を０．２μｍ形成した（ステップ２）。以降同様にして、所定厚さ毎に段階的にＮ₂とＣＨ₄の流量比を変更して、ステップ１〜６の如く厚さ方向にＣおよびＮの組成がステップ状に変化する厚さ１．５μｍのＡ層を形成した。そして、これにより、試料８〜１２に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

【0088】

【表4】

【0089】

＜試料１３の製造＞
ｃＢＮ焼結体Ｄを用い、試料１と同様にして基材を得、成膜条件を適宜調整して、表２および３に示す構成のＤ層、Ｂ層をこの順で該基材上に積層した。そして、Ｃ層を形成せず、Ｂ層の上にＡ層を形成した。

【0090】

（Ａ層の形成：ＴｉＣＮ^*２）
試料１３では、厚さ方向（基材側から被膜表面へ向かう方向）にＣおよびＮの組成が傾斜状またはステップ状に変化するＴｉＣＮ層を含むＡ層を、Ｂ層の上に積層した。表２中、当該Ａ層の組成を、便宜上「ＴｉＣＮ^*2」と記している。当該Ａ層の具体的な構成を表４に示す。また、当該Ａ層は次のようにして形成した。

【0091】

まず、導入ガスとしてＮ₂のみを使用しＴｉＮ層を０．２μｍ形成した（ステップ１）。次に、導入ガスにＣＨ₄を加えて、導入ガス中のＣＨ₄の流量を徐々に増加させならが、Ｎ組成が傾斜状に減少するＴｉＣＮ層を０．５μｍ形成した（ステップ２）。当該ＴｉＣＮ層の組成は最終的にＴｉＣ_0.1Ｎ_0.9であった。その後、ＣＨ₄の流量比をさらに増加させ、Ｎ組成が傾斜状に減少するＴｉＣＮ層を０．５μｍ形成した（ステップ３）。当該ＴｉＣＮ層の組成は最終的にＴｉＣ_0.3Ｎ_0.7であった。さらに、Ｎ₂とＣＨ₄の流量比を固定してＴｉＣ_0.3Ｎ_0.7層を０．５μｍ形成した（ステップ４）。最後に、再びＮ₂のみを使用しＴｉＮ層を０．２μｍ形成した（ステップ５）。このようにして、Ｂ層の上に、厚さ方向にＣおよびＮの組成が傾斜状またステップ状に変化するＴｉＣＮ層を含むＡ層が積層された被膜を得た。そして、これにより、試料１３に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

【0092】

＜試料１４〜１９の製造＞
成膜条件を適宜調整して表２に示すように厚さを変化させたＣ層を形成する以外は、試料１３と同様にして、試料１４〜１９に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

【0093】

＜試料２０〜２５の製造＞
ｃＢＮ焼結体Ｃを用い、試料１と同様にして基材を得、成膜条件を適宜調整して、表２〜４に示す構成のＤ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層をこの順で該基材上に積層し、被膜を形成した。これにより、試料２０〜２５に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。なお、試料２０〜２５では、Ｂ層の層数およびＢ１化合物層の平均厚さｔ１が表３に示す数値となるように、それぞれの試料で成膜条件を変更してＢ層を形成した。

【0094】

＜試料２６〜３１の製造＞
ｃＢＮ焼結体Ｅを用い、試料１と同様にして基材を得、成膜条件を適宜調整して、表２および３に示す構成のＤ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層をこの順で該基材上に積層し、被膜を形成した。これにより、試料２６〜３１に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。なお、試料２６〜３１では、Ｂ層の層数およびＢ２化合物層の平均厚さｔ２が表３に示す数値となるように、それぞれの試料で成膜条件を変更してＢ層を形成した。

【0095】

＜試料３２〜３６の製造＞
ｃＢＮ焼結体Ｆを用い、試料１と同様にして基材を得、成膜条件を適宜調整して、表２および３に示す構成のＤ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層をこの順で該基材上に積層し、被膜を形成した。これにより、試料３２〜３６に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。なお、試料３２〜３６では、Ｂ１化合物層が表３に示す組成となるように、それぞれの試料で成膜条件を変更してＢ層を形成した。

【0096】

＜試料３７〜４１の製造＞
ｃＢＮ焼結体Ｇを用い、試料１と同様にして基材を得、成膜条件を適宜調整して、表２および３に示す構成のＤ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層をこの順で該基材上に積層し、被膜を形成した。これにより、試料３７〜４１に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。なお、試料３７〜４１では、Ｂ２化合物層が表３に示す組成となるように、それぞれの試料で成膜条件を変更してＢ層を形成した。

【0097】

＜試料４２〜４７の製造＞
ｃＢＮ焼結体Ｈを用い、試料１と同様にして基材を得、成膜条件を適宜調整して、表２および３に示す構成のＤ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層をこの順で該基材上に積層し、被膜を形成した。これにより、試料４２〜４７に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。なお、試料４２〜４７では、Ｂ層の層数、Ｂ１化合物層の平均厚さｔ１およびＢ２化合物層の平均厚さｔ２が表３に示す数値となるように、それぞれの試料で成膜条件を変更してＢ層を形成した。

【0098】

＜試料４８〜５３の製造＞
ｃＢＮ焼結体Ｉを用い、試料１と同様にして基材を得、成膜条件を適宜調整して、表２および３に示す構成のＤ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層をこの順で該基材上に積層し、被膜を形成した。これにより、試料４８〜５３に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。これらの試料では、各層の組成を固定し、それぞれの試料で層の厚さを変化させて被膜を形成した。

【0099】

＜試料５４〜６１の製造＞
ｃＢＮ焼結体Ａ〜Ｉを用い、Ｃ層の厚さを０．０７μｍとし、Ｄ層の厚さを０．２μｍとする以外は、試料１４〜１９と同様にして、試料５４〜６１に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

【0100】

＜試料６２の製造＞
Ｃ層およびＡ層を形成せず、Ｂ層の層数を３６層とし、Ｄ層の厚さを０．２０μｍとする以外は、試料１４〜１９と同様にして、試料６２に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

【0101】

＜試料６３の製造＞
ｃＢＮ焼結体Ｄを用い、試料１と同様にして基材を得、成膜条件を適宜調整して、表２に示す構成のＡ層を該基材上に積層し、被膜を形成した。これにより、試料６３に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

【0102】

＜＜評価＞＞
以上のようにして得られた試料１〜４９に係る被覆ｃＢＮ工具の切削性能および面粗度寿命を、焼入鋼の低速連続切削により評価した。

【0103】

＜逃げ面摩耗量ＶＢおよび面粗度Ｒｚの測定＞
各試料の工具を用い、次に示す切削条件に従って、切削距離４ｋｍの切削加工を行なった。そして、光学顕微鏡を使用して工具の逃げ面摩耗量ＶＢを測定した。また、「ＪＩＳ Ｂ ０６０１」に準拠して、加工後の被削材の「十点平均粗さ（μｍ）」（すなわち、Ｒｚｊｉｓ）を測定し、面粗度Ｒｚとした。結果を表５に示す。表５中、逃げ面摩耗量ＶＢが小さいほど、耐逃げ面摩耗性に優れる。また、Ｒｚが小さいほど耐境界摩耗性に優れ、高精度加工が可能であることを示している。

【0104】

（切削条件）
被削材 ：ＳＣＭ４１５Ｈ（ＨＲＣ６０）、外径φ３０、ワーク１個当たりの切削距離が６．２８ｍのもの
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り量 ：ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：ａｐ＝０．３ｍｍ
切削油 ：エマルジョン（商品名「システムカット９６」、製造元「（株）日本フルードシステム」）を２０倍希釈したもの（湿式切削）。

【0105】

＜面粗度寿命の測定＞
次に、寿命判定基準をＲｚ＝３．２μｍとして、高精度加工における面粗度寿命を測定した。すなわち、上記の切削条件で繰り返し加工を行ない、ワーク１個の加工（切削距離：６．２８ｍ）が終了する度に表面粗さ計を使用して加工後ワークの面粗度Ｒｚを測定し、Ｒｚが３．２μｍを超えた時点で試験終了とした。そして、６．２８ｍ×ワーク個数から総切削距離（ｋｍ）を算出した。さらに、Ｒｚを縦軸、切削距離を横軸とする散布図を作成し、該散布図上において終了点と終了直前の点との２点を結ぶ直線上で、Ｒｚが３．２μｍに達する切削距離を面粗度寿命と判定した。その結果を表５に示す。

【0106】

【表5】

【0107】

＜＜結果と考察＞＞
表５中、左端列に「＊」が付された試料が実施例に係る被覆ｃＢＮ工具である。表１〜５より明らかなように、上記構成（１）〜（９）を備える実施例の被覆ｃＢＮ工具は、かかる条件を満たさない工具に比し、耐逃げ面摩耗性および耐境界摩耗性に優れ、焼入鋼の高精度加工において優れた工具寿命を有することが確認された。

【0108】

さらに、各試料の構成と評価結果を詳細に分析することにより判明した事項を以下に記す。

【0109】

＜Ａ層の厚さ＞
試料２〜６の評価では、Ａ層の厚さが１μｍ以上３μｍ以下である試料４および５は、特に優れた面粗度寿命を示す傾向が確認された。したがって、Ａ層の厚さは１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。

【0110】

＜Ｃ層の組成＞
試料９〜１１の評価では、Ｃ層の組成ＭｃＬｃ_zcにおいて、０．２＜ｚｃ＜０．７である試料１０がその他の試料に比し優れた面粗度寿命を示した。したがって、ｚｃは０．２より大きく０．７未満であることが好ましい。

【0111】

＜Ｃ層の厚さ＞
試料１４〜１８の評価では、Ｃ層の厚さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下である試料１５〜１７は、特に優れた面粗度寿命を示す傾向が確認された。したがって、Ｃ層の厚さは０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であることが好ましい。

【0112】

＜Ｂ１化合物層の厚さ＞
試料２１〜２４では、Ｂ１化合物層の厚さが３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である試料は面粗度寿命が長い傾向にあり、Ｂ１化合物層の厚さが３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である試料２１および２２は特に優れた面粗度寿命を示す傾向が確認された。したがって、Ｂ１化合物層の厚さは３０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下がより好ましい。

【0113】

＜Ｂ２化合物層の厚さ＞
試料２７〜３０の評価では、化合物層の厚さが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である試料は面粗度寿命が長い傾向にあり、化合物層の厚さが１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である試料２９は特に優れた面粗度寿命を示す傾向が確認された。したがって、Ｂ２化合物層の厚さは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下がより好ましい。

【0114】

＜Ｂ１化合物層の組成＞
試料３３〜３５の評価結果では、Ｂ１化合物層に含まれる（Ｔｉ_1-xb1-yb1Ｓｉ_xb1Ｍ１_yb1）（Ｃ_1-zb1Ｎ_zb1）において、ｘｂ１が０．１０以上０．２０以下である試料３４は、その他の試料に比し、優れた面粗度寿命を示した。したがって、ｘｂ１は０．１０以上０．２０以下であることが好ましい。

【0115】

＜Ｂ２化合物層の組成＞
試料３８〜４０の評価では、Ｂ２化合物層に含まれる（Ａｌ_1-xb2Ｍ２_xb2）（Ｃ_1-zb2Ｎ_zb2）において、Ｍ２がＴｉおよびＣｒの少なくとも１つを表わし、Ｍ２の組成ｘｂ２が０．２５以上０．５以下である試料３９および４０は、かかる条件を満たさない試料３８に比し、優れた面粗度寿命を示した。したがって、Ｍ２の組成ｘｂ２は０．２５以上０．５以下であることが好ましい。

【0116】

＜Ｂ層の厚さ＞
試料４３〜４６の評価では、Ｂ層の厚さが０．５μｍ以上２．０μｍ以下である試料４４および４５は、特に優れた面粗度寿命を示す傾向が確認された。したがって、Ｂ層の厚さは０．５μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。

【0117】

＜被膜の厚さ＞
試料４９〜５２の評価では、被膜の厚さが２．０μｍ以上４．０μｍ以下である試料５０および５１は、特に優れた面粗度寿命を示す傾向が確認された。したがって、被膜の厚さは２．０μｍ以上４．０μｍ以下であることが好ましい。

【0118】

＜ｃＢＮ粒子の体積含有率＞
試料５４〜６１の評価結果から、ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮ粒子の体積含有率が５０体積％以上６５体積％以下である試料５６〜６１は特に面粗度寿命が長い傾向が確認された。したがってｃＢＮ粒子の体積含有率は５０体積％以上６５体積％以下であることが好ましい。

【0119】

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、上述した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。

【0120】

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。

【符号の説明】

【0121】

３ 基材、１０ 被覆層、２０ Ｄ層、３０ Ｂ層、３１ Ｂ１化合物層、３２ Ｂ２化合物層、４０ Ｃ層、５０ Ａ層、ｔ１ Ｂ１化合物層の平均厚さ、ｔ２ Ｂ２化合物層の平均厚さ。

【図1】

【図2】