特許 6756987 被覆切削工具

(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】6756987

(24)【登録日】2020年9月1日

(45)【発行日】2020年9月16日

(54)【発明の名称】被覆切削工具

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20200907BHJP

   B23B 51/00 20060101ALI20200907BHJP

   B23C 5/16 20060101ALI20200907BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20200907BHJP

【ＦＩ】

   B23B27/14 A

   B23B51/00 J

   B23C5/16

   C23C14/06 H

   C23C14/06 P

【請求項の数】7

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2018-104237(P2018-104237)

(22)【出願日】2018年5月31日

(65)【公開番号】特開2019-38097(P2019-38097A)

(43)【公開日】2019年3月14日

【審査請求日】2018年5月31日

(31)【優先権主張番号】特願2017-160981(P2017-160981)

(32)【優先日】2017年8月24日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000221144

【氏名又は名称】株式会社タンガロイ

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】西澤 普賢

(72)【発明者】

【氏名】目時 賢二

【審査官】 久保田 信也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１５５２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２０１６／１０４５６３（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−１２３５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０８１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１１７８０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８７１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２６９６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０９０４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５５２８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｂ２３Ｂ ５１／００

Ｂ２３Ｃ ５／１６

Ｃ２３Ｃ １４／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と、該基材の上に形成された被覆層とを備える被覆切削工具において、
前記立方晶窒化硼素含有焼結体は、立方晶窒化硼素６５体積％以上８５体積％以下と、結合相１５体積％以上３５体積％以下とを含み、
前記立方晶窒化硼素が粒子であり、該粒子の平均粒径が、１．５μｍ以上４．０μｍ以下であり、
前記被覆層は、下層と、該下層の上に形成された上層とを有し、
前記下層は、下記式（１）で表される組成の粒子を含有し、
（Ｔｉ_1-xＡｌ_x）Ｎ （１）
［式（１）中、ｘはＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、０．５５≦ｘ≦０．８０を満足する。］
前記下層の平均厚さが０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、
前記下層を構成する粒子の平均粒径が０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下であり、
前記上層は、下記式（２）で表される組成の粒子を含有し、
（Ｔｉ_1-yＡｌ_y）（Ｃ_1-zＮ_z） （２）
［式（２）中、ｙはＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、０≦ｙ≦０．８０を満足し、ｚはＣ元素とＮ元素との合計に対するＮ元素の原子比を表し、０．６５≦ｚ＜１．００を満足する。］
前記上層の平均厚さが１．０μｍ以上５．０μｍ以下である、被覆切削工具。

【請求項2】

前記上層を構成する粒子の平均粒径が、０．１μｍ以上１．５μｍ以下である、請求項１に記載の被覆切削工具。

【請求項3】

前記上層が、下記式（３）で表される組成の粒子を含有する、請求項１または２に記載の被覆切削工具。
Ｔｉ（Ｃ_1-zＮ_z） （３）
［式（３）中、ｚはＣ元素とＮ元素との合計に対するＮ元素の原子比を表し、０．６５≦ｚ≦０．９０を満足する。］

【請求項4】

前記上層を構成する化合物が、立方晶であり、
Ｘ線回折分析における、前記上層の（１１１）面のピーク強度Ｉ（１１１）と、前記上層の（２００）面のピーク強度Ｉ（２００）との比Ｉ（１１１）／Ｉ（２００）が、１を超え１５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。

【請求項5】

前記被覆層の平均厚さは、１．５μｍ以上６．０μｍ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。

【請求項6】

前記上層の残留応力値が−３．０ＧＰａ以上−０．１ＧＰａ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。

【請求項7】

前記結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、およびＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、およびＢからなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなる化合物を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の被覆切削工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被覆切削工具に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、立方晶窒化硼素焼結体は、硬さが高く熱伝導性に優れていることから、焼入れ鋼や耐熱合金などを加工する切削工具として使用されている。近年、切削工具として、加工能率向上のため、立方晶窒化硼素焼結体からなる基材の表面に被覆層を被覆した被覆立方晶窒化硼素焼結体工具が用いられている。

【0003】

そこで、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、立方晶窒化硼素基焼結材料からなる基材の表面に、チタンとアルミニウムとの複合窒化物層からなる下部層と、チタンの窒化物層からなる第１中間層と、チタンの炭窒化物層からなる第２中間層と、チタンの窒化物層からなる上部層とからなる被覆層を蒸着形成した被覆立方晶窒化硼素基焼結材料製切削工具が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−２５５２８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年の切削加工では高速化、高送り化および深切り込み化がより顕著となり、従来よりも工具の耐欠損性を向上させることが求められている。特に、焼入れ鋼や耐熱合金等、被覆切削工具に負荷が作用するような切削加工が増えている。かかる過酷な切削条件下において、従来の被覆切削工具では被覆層の基材に対する密着性が不十分であるため、剥離を生じ、さらに、これが引き金となって、欠損が生じるため、工具寿命を長くできないという問題がある。

【0006】

この様な背景により上記特許文献１に記載の切削工具は、下部層の粒径が大きいため、密着性が不十分であるため、剥離を生じるという問題がある。また、これにより、特許文献１に記載の切削工具は、耐欠損性が不十分であるため、工具寿命が短いという問題がある。

【0007】

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、耐欠損性を向上させた工具寿命の長い被覆切削工具を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者ら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、被覆切削工具を以下の構成にすると、基材と被覆層との密着性が向上することにより、その耐欠損性を向上させることが可能となり、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。

【0009】

すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］
立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と、該基材の上に形成された被覆層とを備える被覆切削工具において、
前記立方晶窒化硼素含有焼結体は、立方晶窒化硼素６５体積％以上８５体積％以下と、結合相１５体積％以上３５体積％以下とを含み、
前記立方晶窒化硼素が粒子であり、該粒子の平均粒径が、１．５μｍ以上４．０μｍ以下であり、
前記被覆層は、下層と、該下層の上に形成された上層とを有し、
前記下層は、下記式（１）で表される組成の粒子を含有し、
（Ｔｉ_1-xＡｌ_x）Ｎ （１）
［式（１）中、ｘはＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、０．５５≦ｘ≦０．８０を満足する。］
前記下層の平均厚さが０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、
前記下層を構成する粒子の平均粒径が０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下であり、
前記上層は、下記式（２）で表される組成の粒子を含有し、
（Ｔｉ_1-yＡｌ_y）（Ｃ_1-zＮ_z） （２）
［式（２）中、ｙはＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、０≦ｙ≦０．８０を満足し、ｚはＣ元素とＮ元素との合計に対するＮ元素の原子比を表し、０．６５≦ｚ＜１．００を満足する。］
前記上層の平均厚さが１．０μｍ以上５．０μｍ以下である、被覆切削工具。
［２］
前記上層を構成する粒子の平均粒径が、０．１μｍ以上１．５μｍ以下である、［１］に記載の被覆切削工具。
［３］
前記上層が、下記式（３）で表される組成の粒子を含有する、［１］または［２］に記載の被覆切削工具。
Ｔｉ（Ｃ_1-zＮ_z） （３）
［式（３）中、ｚはＣ元素とＮ元素との合計に対するＮ元素の原子比を表し、０．６５≦ｚ≦０．９０を満足する。］
［４］
前記上層を構成する化合物が、立方晶であり、
Ｘ線回折分析における、前記上層の（１１１）面のピーク強度Ｉ（１１１）と、前記上層の（２００）面のピーク強度Ｉ（２００）との比Ｉ（１１１）／Ｉ（２００）が、１を超え１５以下である、［１］〜［３］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［５］
前記被覆層の平均厚さは、１．５μｍ以上６．０μｍ以下である、［１］〜［４］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［６］
前記上層の残留応力値が−３．０ＧＰａ以上−０．１ＧＰａ以下である、［１］〜［５］のいずれかに記載の被覆切削工具。
［７］
前記結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、およびＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏ、およびＢからなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなる化合物を含む、［１］〜［６］のいずれかに記載の被覆切削工具。

【発明の効果】

【0010】

本発明の被覆切削工具は、耐欠損性に優れるので、従来よりも工具寿命が長いという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の被覆切削工具の一例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、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。

【0013】

本実施形態の被覆切削工具は、立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材と、該基材の上に形成された被覆層とを備え、立方晶窒化硼素含有焼結体は、立方晶窒化硼素６５体積％以上８５体積％以下と、結合相１５体積％以上３５体積％以下とを含み、立方晶窒化硼素が粒子であり、該粒子の平均粒径が、１．５μｍ以上４．０μｍ以下であり、被覆層は、下層と、該下層の上に形成された上層とを有し、下層は、下記式（１）で表される組成の粒子を含有し、
（Ｔｉ_1-xＡｌ_x）Ｎ （１）
［式（１）中、ｘはＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、０．５５≦ｘ≦０．８０を満足する。］
下層の平均厚さが０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、下層を構成する粒子の平均粒径が０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下であり、上層は、下記式（２）で表される組成の粒子を含有し、
（Ｔｉ_1-yＡｌ_y）（Ｃ_1-zＮ_z） （２）
［式（２）中、ｙはＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、０≦ｙ≦０．８０を満足し、ｚはＣ元素とＮ元素との合計に対するＮ元素の原子比を表し、０．６５≦ｚ＜１．００を満足する。］
上層の平均厚さが１．０μｍ以上５．０μｍ以下である。

【0014】

本実施形態の被覆切削工具は、基材が、立方晶窒化硼素含有焼結体からなるため、例えば、焼入れ鋼や耐熱合金の加工において、耐摩耗性および耐欠損性に優れる。また、本実施形態の被覆切削工具は、立方晶窒化硼素含有焼結体が、立方晶窒化硼素６５体積％以上と、結合相３５体積％以下とを含むため、耐欠損性が向上し、立方晶窒化硼素８５体積％以下と、結合相１５体積％以上とを含むため、耐摩耗性が向上する。さらに、本実施形態の被覆切削工具は、立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径が、１．５μｍ以上であるため、熱伝導率が向上し、反応摩耗を抑制することができる。このため、本実施形態の被覆切削工具は、切れ刃の強度の低下を抑制することができるため、耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具において、立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径が、４．０μｍ以下であると、結合相の厚さが均一になるため、立方晶窒化硼含有素焼結体の強度が向上する。またさらに、本実施形態の被覆切削工具において、被覆層は、上記式（１）で表される組成の粒子を含有する下層を有するため、密着性に優れ、被覆層の剥離を抑制することができる。このため、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する。また、被覆層は、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘが、０．５５以上であると、基材との密着性が向上する効果が一層高まる。その結果、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する。また、被覆層は、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘが０．８０以下であると、六方晶のＡｌの窒化物が形成されるのを抑制することができるため、下層の強度が低下するのを抑制することができる。さらにまた、下層の平均厚さが０．１μｍ以上であると、基材の表面を均一に覆うことができるため、基材と被覆層との密着性が向上する。このため、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する。一方、下層の平均厚さが１．０μｍ以下であると、下層の強度が低下するのを抑制することができるため、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する。またさらに、本実施形態の被覆切削工具において、下層を構成する粒子の平均粒径が、０．０１μｍ以上であると下層の強度が低下するのを抑制することができるため、耐欠損性が向上し、０．０５μｍ以下であると基材と被覆層との密着性が向上するため、耐欠損性が向上する。また、下層の上に上記式（２）で表される組成の粒子を含有する上層を有するため、耐摩耗性が向上する。さらに、上記式（２）におけるＡｌ元素の原子比ｙは、０．８０以下であると、六方晶のＡｌの窒化物が形成されるのを抑制することができるため、上層の耐摩耗性が向上する。またさらに、本実施形態の被覆切削工具は、上記式（２）においてＮ元素の原子比ｚが、０．６５以上であると、上層の靭性が向上するため、耐欠損性が向上し、上記式（２）においてＮ元素の原子比ｚが１．００未満であると、上層の硬度が高くなるため、耐摩耗性が向上する。また、本実施形態の被覆切削工具において、上層の平均厚さが１．０μｍ以上であると耐摩耗性が向上し、上層の平均厚さが５．０μｍ以下であると密着性の低下を抑制することができるため、耐欠損性の低下を抑制できる。

【0015】

本実施形態の被覆切削工具は、立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材とその基材の表面に形成された被覆層とを備える。本実施形態の被覆切削工具は、基材が、立方晶窒化硼素含有焼結体からなるため、例えば、焼入れ鋼や耐熱合金の加工において、耐摩耗性および耐欠損性に優れる。

【0016】

本実施形態の被覆切削工具において、立方晶窒化硼素含有焼結体は、立方晶窒化硼素６５体積％以上８５体積％以下と、結合相１５体積％以上３５体積％以下とを含む。本実施形態の被覆切削工具は、立方晶窒化硼素含有焼結体が、立方晶窒化硼素６５体積％以上と、結合相３５体積％以下とを含むため、耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具は、立方晶窒化硼素含有焼結体が、立方晶窒化硼素８５体積％以下と、結合相１５体積％以上とを含むため、耐摩耗性が向上する。

【0017】

本実施形態の被覆切削工具において、立方晶窒化硼素は粒子であり、該粒子の平均粒径が、１．５μｍ以上４．０μｍ以下である。本実施形態の被覆切削工具は、立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径が、１．５μｍ以上であるため、熱伝導率が向上し、反応摩耗を抑制することができる。このため、本実施形態の被覆切削工具は、切れ刃の強度の低下を抑制することができるため、耐欠損性が向上する。一方、本実施形態の被覆切削工具において、立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径が、４．０μｍ以下であると、結合相の厚さが均一になるため、立方晶窒化硼含有素焼結体の強度が向上する。
なお、本実施形態において、立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径は後述の実施例に記載の方法により測定する。

【0018】

本実施形態の被覆切削工具において、結合相は、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）およびＣｏ（コバルト）からなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を含むことが好ましい。あるいは、結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素と、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）およびＢ（硼素）からなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、結合相がこのような化合物を含むと、耐摩耗性と耐欠損性とのバランスに優れる傾向にある。

【0019】

本実施形態の被覆切削工具において、被覆層の全体の平均厚さが１．５μｍ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、被覆層の全体の平均厚さが６．０μｍ以下であると、耐欠損性が更に向上する傾向がみられる。このため、本実施形態の被覆切削工具において、被覆層の全体の平均厚さは、１．５μｍ以上６．０μｍ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、本実施形態の被覆切削工具において、被覆層の全体の平均厚さは２．０μｍ以上４．９μｍ以下であるとより好ましい。

【0020】

本実施形態の被覆切削工具において、被覆層は、下層と、該下層の上に形成された上層とを有する。
下層は、下記式（１）で表される組成の粒子を含有する。
（Ｔｉ_1-xＡｌ_x）Ｎ （１）
本実施形態の被覆切削工具において、被覆層は、上記式（１）で表される組成の粒子を含有する下層を有すると、密着性に優れ、被覆層の剥離を抑制することができる。このため、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する。したがって、本実施形態の被覆切削工具において、下層は、基材の表面に形成されると好ましい。なお、上記式（１）において、ｘはＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、０．５５≦ｘ≦０．８０を満足する。被覆層は、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘが、０．５５以上であると、基材との密着性が向上する効果が一層高まるため、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する。また、被覆層は、上記式（１）におけるＡｌ元素の原子比ｘが０．８０以下であると、六方晶のＡｌの窒化物が形成されるのを抑制することができるため、下層の強度が低下するのを抑制することができる。その中でも、同様の観点からｘが０．６０以上０．７５以下であると、好ましい。

【0021】

本実施形態の被覆切削工具において、下層の平均厚さは、０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。下層の平均厚さが０．１μｍ以上であると、基材の表面を均一に覆うことができるため、基材と被覆層との密着性が向上する。このため、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する。一方、下層の平均厚さが１．０μｍ以下であると、下層の強度が低下するのを抑制することができるため、本実施形態の被覆切削工具は、耐欠損性が向上する。その中でも、上記と同様の観点から、下層の平均厚さは０．１μｍ以上０．７μｍ以下であると好ましい。

【0022】

本実施形態の被覆切削工具において、下層を構成する粒子の平均粒径が０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下である。本実施形態の被覆切削工具において、下層を構成する粒子の平均粒径が、０．０１μｍ以上であると下層の強度が低下するのを抑制することができるため、耐欠損性が向上し、０．０５μｍ以下であると基材と被覆層との密着性が向上するため、耐欠損性が向上する。

【0023】

本実施形態の被覆切削工具において、下層を構成する粒子の平均粒径は、市販の透過型顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて求めることができる。例えば、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工機を用いて、被覆層の断面を観察面とする薄膜の試料を作製し、走査透過電子像（ＳＴＥＭ像）の写真を撮影する。撮影した写真に、基材の表面と平行な方向に直線を引き、下層を構成する粒子の数を測定する。直線の長さを粒子の数で除し、得られた値を平均粒径とすることができる。このとき、直線の長さを１０μｍ以上とするのが好ましい。また、複数の視野における平均粒径をそれぞれ求め、求めた値を視野の数で除し、得られた値を下層を構成する粒子の平均粒径とすると、さらに好ましい。
なお、本実施形態において、下層を構成する粒子の平均粒径は後述の実施例に記載の方法により測定する。

【0024】

本実施形態の被覆切削工具において、上層は、下記式（２）で表される組成の粒子を含有する。
（Ｔｉ_1-yＡｌ_y）（Ｃ_1-zＮ_z） （２）
本実施形態の被覆切削工具において、被覆層は、下層の上に上記式（２）で表される組成の粒子を含有する上層を有すると、耐摩耗性が向上する。なお、上記式（２）において、ｙはＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比を表し、０≦ｙ≦０．８０を満足する。上記式（２）におけるＡｌ元素の原子比ｙは、０．８０以下であると、六方晶のＡｌの窒化物が形成されるのを抑制することができるため、上層の耐摩耗性が向上する。一方、上記式（２）におけるＡｌ元素の原子比ｙが、０を超える場合（すなわち、Ａｌを含有する場合）、耐酸化性が向上することにより、反応摩耗を抑制する。この結果、本実施形態の被覆切削工具は耐欠損性が向上する。この中でも、本実施形態の被覆切削工具は、焼入れ鋼の加工に用いる場合、上層が下記式（３）で表される組成の粒子を含有すると、耐摩耗性に優れるため好ましい。
Ｔｉ（Ｃ_1-zＮ_z） （３）
また、上記式（２）及び（３）において、ｚはＣ元素とＮ元素との合計に対するＮ元素の原子比を表し、０．６５≦ｚ＜１．００を満足する。本実施形態の被覆切削工具は、上記式（２）及び（３）においてＮ元素の原子比ｚが、０．６５以上であると、上層の靭性が向上するため、耐欠損性が向上し、上記式（２）及び（３）においてＮ元素の原子比ｚが１．００未満であると、上層の硬度がより高くなるため、耐摩耗性が向上する。その中でも、上記と同様の観点から、上記式（２）及び（３）においてＮ元素の原子比ｚは０．６５≦ｚ≦０．９０を満足すると好ましい。

【0025】

なお、本実施形態の被覆切削工具において、例えば、被覆層の組成を（Ｔｉ_0.35Ａｌ_0.65）Ｎと表記する場合は、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＴｉ元素の原子比が０．３５、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比が０．６５であることを表す。すなわち、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＴｉ元素の量が３５原子％、Ｔｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の量が６５原子％であることを意味する。

【0026】

本実施形態の被覆切削工具において、上層の平均厚さが１．０μｍ以上であると耐摩耗性が向上し、上層の平均厚さが５．０μｍ以下であると密着性の低下を抑制することができるため、耐欠損性の低下を抑制できる。このため、本実施形態の被覆切削工具において、上層の平均厚さは１．０μｍ以上５．０μｍ以下である。その中でも、上記と同様の観点から、上層の平均厚さは、１．５μｍ以上５．０μｍ以下であると好ましい。

【0027】

本実施形態の被覆切削工具において、上層を構成する粒子の平均粒径は、０．１μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具において、上層を構成する粒子の平均粒径が、０．１μｍ以上であると粒子の脱落を抑制することにより耐摩耗性が向上する傾向にあるため好ましい。また、本実施形態の被覆切削工具において、上層を構成する粒子の平均粒径が、１．５μｍ以下であると加工中に生じた亀裂が基材に向かって進展するのを抑制することにより、耐欠損性が向上するので好ましい。ここで、粒径とは、上層を構成する粒子の最も短い軸の値とする。上層を構成する各粒子の粒径を求め、その相加平均値を平均粒径とする。

【0028】

本実施形態の被覆切削工具において、上層を構成する粒子の平均粒径は、被覆切削工具の断面組織面を用意し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や電解放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）などに付属した電子後方散乱回折像装置（ＥＢＳＤ）を用いて測定することができる。被覆切削工具を基材の表面と垂直または略垂直な方向に鏡面研磨し、断面組織の面を得る。被覆切削工具の断面組織面を得る方法としては、例えば、ダイヤモンドペーストまたはコロイダルシリカを用いて研磨する方法やイオンミリングなどを挙げることができる。被覆切削工具の断面組織面とした試料をＦＥ−ＳＥＭにセットし、試料に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧および０．５ｎＡ照射電流で電子線を照射する。ＥＢＳＤにより被覆切削工具の逃げ面における断面組織を測定範囲が３００μｍ²の範囲を０．１μｍのステップサイズで測定するのが好ましい。このとき、方位差が５°以上の境界を結晶粒界とみなし、この結晶粒界によって囲まれる領域を粒子とする。上層について、特定した各粒子の粒径についても容易に求めることができる。したがって、本実施形態において、上層を構成する粒子の平均粒径は、ＥＢＳＤにより求めた値を採用し、具体的には、後述の実施例に記載の方法により測定する。

【0029】

本実施形態の被覆切削工具において、被覆層は、下層および上層のみから構成されてもよいが、上層の基材とは反対側（すなわち、上層よりも上の層）の表面、に最上層を有してもよい。最上層は、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好ましい。また、上記と同様の観点から、最上層は、Ｔｉ、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より好ましく、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、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およびＮ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さらに好ましい。また、最上層は単層であってもよく２層以上の多層（積層）であってもよい。

【0030】

本実施形態の被覆切削工具において、最上層の平均厚さが０．１μｍ以上３．５μｍ以下であると、耐摩耗性に優れる傾向を示すため好ましい。同様の観点から、最上層の平均厚さは、０．２μｍ以上２．０μｍ以下であるとより好ましく、０．３μｍ以上１．０μｍ以下であるとさらに好ましい。

【0031】

本実施形態の被覆切削工具において、上層を構成する化合物が、立方晶であり、Ｘ線回折分析における、上層の（１１１）面のピーク強度Ｉ（１１１）と、上層の（２００）面のピーク強度Ｉ（２００）との比Ｉ（１１１）／Ｉ（２００）が、１を超え１５以下であることが好ましい。
また、本実施形態の被覆切削工具において、上層は、立方晶の（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｃ，Ｎ）またはＴｉ（Ｃ，Ｎ）の結晶を含むことがより好ましい。さらに、本実施形態の被覆切削工具に用いる上層において、Ｘ線回折分析による立方晶（１１１）面の回折ピーク強度Ｉ（１１１）と、立方晶（２００）面の回折ピーク強度Ｉ（２００）との比［以下、Ｉ（１１１）／Ｉ（２００）とする。］が１を超えると、下層と上層との密着性が向上する傾向にあるこのため、被覆切削工具の耐欠損性が向上するため好ましい。一方、本実施形態の被覆切削工具は、比Ｉ（１１１）／Ｉ（２００）が１５以下であると、安定して製造することができるため、好ましい。なお、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）の回折ピークは、ＩＣＤＤカード番号００−０４２−１４８９によると、立方晶（１１１）面の回折ピーク２θが３６．１８°であり、立方晶（２００）面の回折ピーク２θが４２．０２°である。また、（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｃ，Ｎ）については、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）のＩＣＤＤカード番号００−０４２−１４８９と、（Ｔｉ，Ａｌ）ＮのＩＣＤＤカード番号ＩＣＤＤカードＮｏ．００−０７１−５８６４とから回折ピーク２θを特定することができる。（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎの立方晶（１１１）面は、２θが３７．１４°であり、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）の立方晶（１１１）面は、２θが３６．１８°である。したがって、（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｃ，Ｎ）の立方晶（１１１）面の回折ピークは、２θが３６．１８°から２θが３７．１４°の近傍に存在する。また、同様にして（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎの立方晶（２００）面は、２θが４３．１５°であり、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）の立方晶（２００）面は、２θが４２．０２°である。したがって、（Ｔｉ，Ａｌ）（Ｃ，Ｎ）の立方晶の（２００）面の回折ピークは、２θが４２．０２°から２θが４３．１５°の近傍に存在する。回折ピークは、残留応力や組成等の影響により、ピーク位置がシフトする。

【0032】

本実施形態の被覆切削工具において、上層における各面指数のピーク強度については、市販のＸ線回折装置を用いることにより、求めることができる。例えば、株式会社リガク製のＸ線回折装置ＲＩＮＴ ＴＴＲIII（製品名）を用いて、Ｃｕ−Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折を、下記条件で測定すると、上記の各面指数のピーク強度を測定することができる。ここで測定条件は、出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、入射側ソーラースリット：５°、発散縦スリット：２／３°、発散縦制限スリット：５ｍｍ、散乱スリット２／３°、受光側ソーラースリット：５°、受光スリット：０．３ｍｍ、ＢＥＮＴモノクロメータ、受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、サンプリング幅：０．０１°、スキャンスピード：４°／ｍｉｎ、２θ測定範囲：２５°〜７０°である。Ｘ線回折図形から上記の各面指数のピーク強度を求めるときに、Ｘ線回折装置に付属の解析ソフトウェアを用いてもよい。解析ソフトウェアでは、三次式近似を用いてバックグラウンド処理およびＫα２ピーク除去を行い、Ｐｅａｒｓｏｎ−VII関数を用いてプロファイルフィッティングを行い、各ピーク強度を求めることができる。
なお、本実施形態において、上層における各面指数のピーク強度は後述の実施例に記載の方法により測定する。

【0033】

なお、下層の影響を受ける場合には、薄膜Ｘ線回折法により、各ピーク強度を測定してもよい。

【0034】

本実施形態の被覆切削工具は、上層の残留応力が、圧縮であると耐欠損性が向上する傾向を有するので好ましい。特に、本実施形態の被覆切削工具は、上層の残留応力値が−３．０ＧＰａ以上−０．１ＧＰａ以下であることが好ましい。本実施形態の被覆切削工具は、上層において、残留応力の値が、−３．０ＧＰａ以上であると上層を形成した後、亀裂が生じるのを抑制できるので好ましく、−０．１ＧＰａ以下であると被覆切削工具の欠損を抑制する効果が一層高まるので好ましい。

【0035】

上記残留応力とは、上層中に残留する内部応力（固有ひずみ）であって、一般に「−」（マイナス）の数値で表される応力を圧縮応力といい、「＋」（プラス）の数値で表される応力を引張応力という。本実施形態においては、残留応力の大小を表現する場合、「＋」（プラス）の数値が大きくなる程、残留応力が大きいと表現し、また「−」（マイナス）の数値が大きくなる程、残留応力が小さいと表現するものとする。

【0036】

なお、上記残留応力は、Ｘ線回折装置を用いたｓｉｎ²ψ法により測定することができ、具体的には、後述の実施例に記載の方法により測定する。
そして、このような残留応力は、切削に関与する部位に含まれる任意の点３点（これらの各点は、当該部位の応力を代表できるように、互いに０．５ｍｍ以上の距離を離して選択することが好ましい。）の応力を前記ｓｉｎ²ψ法により測定し、その平均値を求めることにより測定することができる。

【0037】

本実施形態の被覆切削工具において、被覆層の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、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、おおびイオンミキシング法などの物理蒸着法が挙げられる。物理蒸着法を使用して、被覆層を形成すると、シャープエッジを形成することができるので好ましい。その中でも、アークイオンプレーティング法は、被覆層と基材との密着性に一層優れるので、より好ましい。

【0038】

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。

【0039】

本実施形態の被覆切削工具において、立方晶窒化硼素含有焼結体からなる基材は、特に限定されないが、例えば、以下の（Ａ）〜（Ｈ）の工程を含む方法によって製造することができる。

【0040】

工程（Ａ）：立方晶窒化硼素５０〜９０体積％と、結合相の粉末１０〜５０体積％とを混合する（ただし、これらの合計は、１００体積％である）。結合相の粉末は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を含むことが好ましい。あるいは、結合相の粉末は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＣｏからなる群より選択される少なくとも１種の金属元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。

【0041】

工程（Ｂ）：工程（Ａ）で得られた原料粉を、超硬合金製ボールにて５〜２４時間の湿式ボールミルにより混合する。

【0042】

工程（Ｃ）：工程（Ｂ）で得られた混合物を、所定の形状に成形して成形体を得る。

【0043】

工程（Ｄ）：工程（Ｃ）で得られた成形体を、超高圧発生装置の内部で、４．０〜７．０ＧＰａの圧力にて、１３００〜１５００℃の範囲の焼結温度で、所定の時間保持して焼結する。

【0044】

工程（Ｅ）：工程（Ｄ）で得られた焼結体を、放電加工機により、工具形状に合わせて切り出す。

【0045】

工程（Ｆ）：超硬合金からなる基体を用意する。

【0046】

工程（Ｇ）：工程（Ｅ）で切り出した焼結体を、工程（Ｆ）で用意した基体にろう付け等によって接合する。

【0047】

工程（Ｈ）：工程（Ｇ）によって得られた工具に、ホーニング加工を施す。

【0048】

本実施形態に用いる立方晶窒化硼素含有焼結体中の立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径を所望の値にするには、例えば、上述の基材を作製する過程（例えば、工程（Ｂ））において、原料の立方晶窒化硼素の粒子の平均粒径を適宜調整するとよい。

【0049】

本実施形態に用いる被覆層は、特に限定されないが、例えば、以下の方法によって製造することができる。

【0050】

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以下の真空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２００℃〜８００℃になるまで加熱する。加熱後、反応容器内にアルゴンガス（Ａｒ）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雰囲気にて、基材に−５００Ｖ〜−２００Ｖ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の電流を流して、基材の表面にＡｒ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以下の真空になるまで真空引きする。

【0051】

次いで、基材をその温度が３５０℃〜７００℃になるように制御し、窒素ガス（Ｎ₂）または、Ｎ₂およびＡｒを反応容器内に導入し、反応容器内の圧力を２．０〜５．０Ｐａにする。その後、基材に−１２０Ｖ〜−３０Ｖのバイアス電圧を印加し、各層の金属成分に応じた金属蒸発源を８０Ａ〜２００Ａとする電流のアーク放電により蒸発させて、基材の表面への下層の形成を開始する。

【0052】

下層を形成した後、基材をその温度が３５０℃〜７００℃になるように制御し、ＡｒとＮ₂とアセチレンガス（Ｃ₂Ｈ₂）とを反応容器内に導入し、反応容器内の圧力を２．０〜５．０Ｐａにする。その後、基材に−１５０Ｖ〜−３０Ｖのバイアス電圧を印加し、各層の金属成分に応じた金属蒸発源を８０Ａ〜２００Ａとする電流のアーク放電により蒸発させて、下層の表面への上層の形成を開始する。

【0053】

本実施形態に用いる下層を構成する粒子の平均粒径を所望の値にするには、例えば、上述の下層を形成する過程において、基材の温度を制御するとよい。基材の温度を高くするほど、下層を構成する粒子の平均粒径が小さくなる傾向がある。よって、基材の温度を調整することにより、平均粒径を制御することができる。また、下層におけるＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比が大きい金属蒸発源を使用すると、下層を構成する粒子の平均粒径が小さくなる傾向がある。よって、基材の温度と、金属蒸発源の組成とを調整することにより、下層を構成する粒子の平均粒径を制御することができる。

【0054】

本実施形態に用いる上層を構成する粒子の平均粒径を所望の値にするには、例えば、上述の上層を形成する過程において、基材の温度を制御するとよい。基材の温度を高くするほど、上層を構成する粒子の平均粒径が小さくなる傾向がある。よって、基材の温度を調整することにより、平均粒径を制御することができる。また、上層におけるＴｉ元素とＡｌ元素との合計に対するＡｌ元素の原子比が大きい金属蒸発源を使用すると、上層を構成する粒子の平均粒径が小さくなる傾向がある。よって、基材の温度と、金属蒸発源の組成とを調整することにより、上層を構成する粒子の平均粒径を制御することができる。

【0055】

本実施形態に用いる上層において、（Ｔｉ_1-yＡｌ_y）（Ｃ_1-zＮ_z）と表される組成のＣ元素とＮ元素との合計に対するＮ元素の原子比ｚを所望の値にするには、例えば、上述の上層を形成する過程において、反応容器内に導入するＡｒとＮ₂とＣ₂Ｈ₂とを体積比でＣ₂Ｈ₂の割合を大きくするほど、原子比ｚが小さくなる傾向がある。より具体的には、例えば、体積比でＡｒ：Ｎ₂：Ｃ₂Ｈ₂が４０：５０：１０の場合と４０：４０：２０の場合とを比較すると、４０：４０：２０の方がＣ₂Ｈ₂の割合が大きいため、原子比ｚが小さくなる。

【0056】

本実施形態に用いる上層を所定の残留応力の値にするには、例えば、上述の上層を形成する過程において、基材に印加するバイアス電圧の絶対値を制御するとよい。基材に印加するバイアス電圧の絶対値を大きくするほど、上層に付与される圧縮応力が大きくなる傾向がある。より具体的には、バイアス電圧が−５０Ｖの場合と−１００Ｖの場合とを比較すると、−１００Ｖの方がバイアス電圧の絶対値が大きく、上層に付与される圧縮応力が大きくなる。よって、バイアス電圧を調整することにより、残留応力を制御することができる。

【0057】

本実施形態に用いる上層を所定の比Ｉ（１１１）／Ｉ（２００）の値にするには、例えば、上述の上層を形成する過程において、電流を制御するとよい。電流を大きくするほど、比Ｉ（１１１）／Ｉ（２００）が大きくなる傾向がある。より具体的には、例えば、電流が５０Ａの場合と１００Ａの場合とを比較すると、電流は１００Ａの方が大きい。このため、上層の比Ｉ（１１１）／Ｉ（２００）が大きくなる。よって、電流を調整することにより、残留応力を制御することができる。

【0058】

本実施形態の被覆切削工具に用いる被覆層を構成する各層の厚さは、被覆切削工具の断面組織から、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などを用いて測定することができる。なお、本実施形態の被覆切削工具に用いる各層の平均厚さは、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箇所以上の断面から各層の厚さを測定して、その平均値（相加平均値）を計算することで求めることができ、具体的には、後述の実施例に記載の方法により求めることができる。

【0059】

また、本実施形態の被覆切削工具に用い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）などを用いて測定することができる。なお、本実施形態において、被覆層を構成する各層の組成は、後述の実施例に記載の方法により測定する。

【0060】

本実施形態の被覆切削工具は、耐摩耗性および耐欠損性に優れていることに起因して、従来よりも工具寿命を延長できるという効果を奏すると考えられる（ただし、工具寿命を延長できる要因は上記に限定されない）。本実施形態の被覆切削工具の種類として、特に限定されないが、具体的には、例えば、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、およびエンドミルなどを挙げることができる。

【実施例】

【0061】

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。

【0062】

（実施例および比較例）
基材として、表１および表２に示す組成の原料を用いて下記（１）〜（８）の工程を方法により表１および表２に示す組成を有する発明品１〜３０および比較品１〜１５の工具を作製した。このとき、工具は、ＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８形状に加工した。

【0063】

工程（１）：立方晶窒化硼素５５〜９０体積％と、結合相の粉末１０〜４５体積％とを混合した（ただし、これらの合計は、１００体積％とした）。

【0064】

工程（２）：工程（１）で得られた原料粉を、超硬合金製ボールにて１２時間の湿式ボールミルにより混合した。

【0065】

工程（３）：工程（２）で得られた混合物を、所定の形状に成形して成形体を得た。

【0066】

工程（４）：工程（３）で得られた成形体を、超高圧発生装置の内部で、６．０ＧＰａの圧力にて、１３００℃の焼結温度で、１時間保持して焼結した。

【0067】

工程（５）：工程（４）で得られた焼結体を、放電加工機により、上記工具形状に合わせて切り出した。

【0068】

工程（６）：超硬合金からなる基体を用意した。

【0069】

工程（７）：工程（５）で切り出した焼結体を、工程（６）で用意した基体にろう付けによって接合した。

【0070】

工程（８）：工程（７）によって得られた工具に、ホーニング加工を施した。

【0071】

【表1】

【0072】

【表2】

【0073】

上記作製した基材において、立方晶窒化硼素含有焼結体に含まれる結合相の組成を、Ｘ線回折装置によって同定した。

【0074】

アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表５および表６に示す各層の組成になるよう金属蒸発源を配置した。上記作製した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。

【0075】

その後、反応容器内をその圧力が５．０×１０^-3Ｐａ以下の真空になるまで真空引きした。真空引き後、反応容器内のヒーターにより、基材をその温度が４５０℃になるまで加熱した。加熱後、反応容器内にその圧力が２．７Ｐａになるようにアルゴンガス（Ａｒ）を導入した。

【0076】

圧力２．７ＰａのＡｒ雰囲気にて、基材に−４００Ｖ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４０Ａの電流を流して、基材の表面にＡｒ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以下の真空になるまで真空引きした。

【0077】

真空引き後、基材をその温度が表３および表４に示す温度（成膜開始時の温度）になるように調整し、Ｎ₂を反応容器内に導入し、反応容器内を表３および表４に示す圧力に調整した。

【0078】

その後、基材に表３および表４に示すバイアス電圧を印加して、表３および表４に示す電流のアーク放電により表５および表６に示す組成になるよう金属蒸発源を蒸発させて、基材の表面に下層または第１層を形成した。

【0079】

下層または第１層を形成した後、基材をその温度が表３および表４に示す温度（成膜開始時の温度）になるように調整し、Ａｒと窒素ガス（Ｎ₂）とアセチレンガス（Ｃ₂Ｈ₂）とを表３および表４に示す体積比率となるように反応容器内に導入し、反応容器内を表３および表４に示す圧力に調整した。

【0080】

次いで、基材に表３および表４に示すバイアス電圧を印加して、表３および表４に示す電流のアーク放電により表５および表６に示す組成になるよう金属蒸発源を蒸発させて、基材の表面に上層または第２層を形成した。

【0081】

基材の表面に表５および表６に示す所定の平均厚さまで各層を形成して被覆切削工具を作製した。その後、ヒーターの電源を切り、試料（被覆切削工具）温度が１００℃以下になった後で、反応容器内から試料（被覆切削工具）を取り出した。

【0082】

得られた試料（被覆切削工具）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ＳＥＭ観察し、各層の厚さを測定し、その平均値（相加平均値）を計算することで求めた。得られた試料（被覆切削工具）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の刃先稜線部から中心部に向かって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５および表６にあわせて示す。なお、表５および表６の各層の金属元素の組成比は、各層を構成する金属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。

【0083】

【表3】

【0084】

【表4】

【0085】

【表5】

【0086】

【表6】

【0087】

得られた試料（被覆切削工具）について、Ｃｕ−Ｋα線を用いた２θ／θ集中法光学系のＸ線回折を、出力：５０ｋＶ、２５０ｍＡ、入射側ソーラースリット：５°、発散縦スリット：２／３°、発散縦制限スリット：５ｍｍ、散乱スリット２／３°、受光側ソーラースリット：５°、受光スリット：０．３ｍｍ、ＢＥＮＴモノクロメータ、受光モノクロスリット：０．８ｍｍ、サンプリング幅：０．０１°、スキャンスピード：４°／ｍｉｎ、２θ測定範囲：２５°〜７０°とする条件で測定した。装置は、株式会社リガク製 Ｘ線回折装置ＲＩＮＴ ＴＴＲIII（製品名）を用いた。Ｘ線回折図形から上層および第２層の各面指数のピーク強度を求めた。得られた各面指数のピーク強度から、Ｉ（１１１）／Ｉ（２００）を求めた。その結果を、表７および表８に示した。

【0088】

【表7】

【0089】

【表8】

【0090】

得られた試料（被覆切削工具）について、Ｘ線回折装置を用いたｓｉｎ²ψ法により、上層および第２層の残留応力を測定した。残留応力は切削に関与する部位に含まれる任意の点３点の応力を測定し、その平均値（相加平均値）を上層または第２層の残留応力とした。その結果を、表９および表１０に示した。

【0091】

【表9】

【0092】

【表10】

【0093】

得られた試料（被覆切削工具）の下層および第１層を構成する粒子の平均粒径については、ＴＥＭを用いて測定した。具体的には、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工機を用いて、被覆層の断面を観察面とする薄膜の試料を作製し、ＳＴＥＭ像の写真を撮影した。撮影した写真に、基材の表面と平行な方向に直線を引き、下層を構成する粒子の数を測定した。直線の長さを粒子の数で除し、得られた値を平均粒径とした。このとき、直線の長さを１０μｍとした。下層および第１層を構成する粒子の平均粒径をそれぞれ求めた。それらの結果を、表１１および表１２に示す。
得られた試料（被覆切削工具）の上層および第２層を構成する粒子の平均粒径については、ＦＥ−ＳＥＭに付属したＥＢＳＤを用いて測定した。具体的には、ダイヤモンドペーストを用いて研磨した後、コロイダルシリカを用いて仕上げ研磨を行い、被覆切削工具の断面組織面を得た。被覆切削工具の断面組織面とした試料をＦＥ−ＳＥＭにセットし、試料に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧および０．５ｎＡ照射電流で電子線を照射した。ＥＢＳＤにより被覆切削工具の逃げ面における断面組織を測定範囲が３００μｍ²の範囲を０．１μｍのステップサイズで測定した。このとき、方位差が５°以上の境界を結晶粒界とみなし、この結晶粒界によって囲まれる領域を粒子とした。上層および第２層を構成する粒子の平均粒径をそれぞれ求めた。それらの結果を、表１１および表１２に示す。

【0094】

【表11】

【0095】

【表12】

【0096】

得られた試料（被覆切削工具）における立方晶窒化硼素含有焼結体の表面または任意の断面を鏡面研磨した。ＦＥ−ＳＥＭを用いて、立方晶窒化硼素含有焼結体の研磨面の反射電子像を観察した。また、ＦＥ−ＳＥＭを用いて、１０，０００倍に拡大した立方晶窒化硼素含有焼結体の組織写真を撮影した。
市販の画像解析ソフトを用いて、組織写真内の立方晶窒化硼素の面積と等しい面積の円の直径を、立方晶窒化硼素の粒径として求めた。
市販の画像解析ソフトを用いて、ＡＳＴＭ Ｅ １１２−９６に準拠して、焼結体組織内に存在する立方晶窒化硼素の粒径を測定した。
組織写真内に存在する複数の立方晶窒化硼素(ｃＢＮ)の粒径を測定した。測定した立方晶窒化硼素の粒径の平均値を、立方晶窒化硼素の平均粒径として求めた。その結果を、表１３および表１４に示した。

【0097】

【表13】

【0098】

【表14】

【0099】

得られた試料（被覆切削工具）を用いて、以下の切削試験を行った。その結果を、表１５および表１６に示した。

【0100】

［切削試験］
インサート形状：ＣＮＧＡ１２０４０８、
被削材：ＳＣＭ４１５Ｈ、
被削材形状：φ１５０ｍｍ×３００ｍｍの円柱、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み：０．１５ｍｍ、
クーラント：使用、
評価項目：試料（被覆切削工具）が欠損（試料の切れ刃部に欠けが生じる）したとき、またはコーナー切れ刃における摩耗幅が０．１５ｍｍ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さを測定した。

【0101】

【表15】

【0102】

【表16】

【0103】

切削試験については、発明品の加工長さは４．１ｍ以上であり、全ての比較品の加工長さよりも長かった。また、発明品の損傷形態は、コーナー切れ刃における摩耗幅が０．１５ｍｍに至るまでに、一部チッピングが生じたものがあったが、いずれも完全な欠損となるものはなかったのに対し、比較品の損傷形態は全て欠損であった。

【0104】

加工長さが０．７ｍであるときに損傷状態を確認したところ、発明品は全て正常摩耗であった。一方、比較品１、３、６、１０、１１、１４および１５については、チッピングが生じていた。これは、被覆層と基材との密着性が低いこと、または下層と上層との密着性が低いことに起因していると考えられた。また、比較品４、９および１２については、正常摩耗であったが、摩耗幅が大きいことから、耐摩耗性が低いと考えられた。なお、比較品２、５、７、８および１３については、正常摩耗であったが、発明品よりも短い加工長さにおいて、欠損が生じた。これは、基材または被覆層の強度が低いことに起因していると考えられた。

【0105】

以上の結果より、耐摩耗性および耐欠損性を向上させたことにより、発明品の工具寿命が長くなっていることが分かる。

【産業上の利用可能性】

【0106】

本発明の被覆切削工具は、従来よりも工具寿命を延長できるので、産業上の利用可能性が高い。

【符号の説明】

【0107】

１ 基材
２ 下層
３ 上層
４ 被覆層
５ 被覆切削工具

【図1】