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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023144687
(43)【公開日】2023-10-11
(54)【発明の名称】表面被覆切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20231003BHJP
C23C 14/06 20060101ALI20231003BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C14/06 P
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022051789
(22)【出願日】2022-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100208568
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 孔一
(74)【代理人】
【識別番号】100204526
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 靖
(74)【代理人】
【識別番号】100139240
【弁理士】
【氏名又は名称】影山 秀一
(72)【発明者】
【氏名】向田 展章
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 峻
(72)【発明者】
【氏名】土橋 正卓
【テーマコード（参考）】
3C046
4K029
【Ｆターム（参考）】
3C046FF02
3C046FF10
3C046FF16
3C046FF19
3C046FF25
4K029AA04
4K029BA58
4K029BB02
4K029BB07
4K029BC02
4K029BD05
4K029CA04
4K029CA13
4K029DA03
4K029DA08
4K029DB04
4K029DB14
4K029DD06
4K029FA04
4K029FA05
4K029JA03
(57)【要約】 （修正有）
【課題】断続切削加工でも優れた耐摩耗性や耐欠損性を有する表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】被覆層は、Ｉ層と該Ｉ層上のＩＩ層を含み、Ｉ層は、（Ａｌ１－ｘＴｉｘ）Ｎ（０．３５≦ｘ≦０．６０）であり、ＩＩ層は、ＩＩａ層とＩＩｂ層との交互積層を有し、ＩＩａ層は、（Ａｌ1-ｙ-ｚＴｉｙＢｚ）Ｎ（０．３０≦ｙ≦０．７０、０．０１≦ｚ≦０．１０）、ＩＩｂ層は、（Ａｌ1-ｐ-ｑＴｉｐＳｉｑ）Ｎ（０．３０≦ｐ≦０．６０、０．０１≦ｑ≦０．１０）であり、Ｉ層の平均厚さｔＩと前記ＩＩ層の平均厚さｔＩＩは、ｔＩ＋ｔＩＩが１．０μｍ以上、４．０μｍ以下であって、２≦ｔＩＩ／ｔＩ≦１０であり、ＩＩａ層の平均厚さ、ＩＩｂ層の平均厚さは、共に、１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であり、被覆層の＜１００＞優先方位に由来する回折線強度の半値全幅が、０．２°以上、１．０°以下ある表面被覆切削工具。
【選択図】図１
【解決手段】被覆層は、Ｉ層と該Ｉ層上のＩＩ層を含み、Ｉ層は、（Ａｌ１－ｘＴｉｘ）Ｎ（０．３５≦ｘ≦０．６０）であり、ＩＩ層は、ＩＩａ層とＩＩｂ層との交互積層を有し、ＩＩａ層は、（Ａｌ1-ｙ-ｚＴｉｙＢｚ）Ｎ（０．３０≦ｙ≦０．７０、０．０１≦ｚ≦０．１０）、ＩＩｂ層は、（Ａｌ1-ｐ-ｑＴｉｐＳｉｑ）Ｎ（０．３０≦ｐ≦０．６０、０．０１≦ｑ≦０．１０）であり、Ｉ層の平均厚さｔＩと前記ＩＩ層の平均厚さｔＩＩは、ｔＩ＋ｔＩＩが１．０μｍ以上、４．０μｍ以下であって、２≦ｔＩＩ／ｔＩ≦１０であり、ＩＩａ層の平均厚さ、ＩＩｂ層の平均厚さは、共に、１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であり、被覆層の＜１００＞優先方位に由来する回折線強度の半値全幅が、０．２°以上、１．０°以下ある表面被覆切削工具。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基体と該基体の表面に被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
１）前記被覆層は、Ｉ層と該Ｉ層上のＩＩ層を含み、
２）前記Ｉ層は、（Ａｌ１－ｘＴｉｘ）Ｎ（０．３５≦ｘ≦０．６０）であり、
３）前記ＩＩ層は、ＩＩａ層とＩＩｂ層との交互積層を有し、
前記ＩＩａ層は、（Ａｌ1-ｙ-ｚＴｉｙＢｚ）Ｎ（０．３０≦ｙ≦０．７０、０．０１≦ｚ≦０．１０）であり、
前記ＩＩｂ層は、（Ａｌ1-ｐ-ｑＴｉｐＳｉｑ）Ｎ（０．３０≦ｐ≦０．６０、０．０１≦ｑ≦０．１０）であり、
４）前記Ｉ層の平均厚さｔＩと前記ＩＩ層の平均厚さｔＩＩは、ｔＩ＋ｔＩＩが１．０μｍ以上、４．０μｍ以下であって、２≦ｔＩＩ／ｔＩ≦１０であり、
５）前記ＩＩａ層の平均厚さ、前記ＩＩｂ層の平均厚さは、共に、１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であり、
６）前記被覆層の＜１００＞優先方位に由来する回折線強度の半値全幅が、０．２°以上、１．０°以下、
であることを特徴とする表面被覆切削工具。
１）前記被覆層は、Ｉ層と該Ｉ層上のＩＩ層を含み、
２）前記Ｉ層は、（Ａｌ１－ｘＴｉｘ）Ｎ（０．３５≦ｘ≦０．６０）であり、
３）前記ＩＩ層は、ＩＩａ層とＩＩｂ層との交互積層を有し、
前記ＩＩａ層は、（Ａｌ1-ｙ-ｚＴｉｙＢｚ）Ｎ（０．３０≦ｙ≦０．７０、０．０１≦ｚ≦０．１０）であり、
前記ＩＩｂ層は、（Ａｌ1-ｐ-ｑＴｉｐＳｉｑ）Ｎ（０．３０≦ｐ≦０．６０、０．０１≦ｑ≦０．１０）であり、
４）前記Ｉ層の平均厚さｔＩと前記ＩＩ層の平均厚さｔＩＩは、ｔＩ＋ｔＩＩが１．０μｍ以上、４．０μｍ以下であって、２≦ｔＩＩ／ｔＩ≦１０であり、
５）前記ＩＩａ層の平均厚さ、前記ＩＩｂ層の平均厚さは、共に、１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であり、
６）前記被覆層の＜１００＞優先方位に由来する回折線強度の半値全幅が、０．２°以上、１．０°以下、
であることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項2】
前記被覆層の＜１１１＞優先方位に由来する回折線強度Ｉ（１１１）と、＜１００＞優先方位に由来する回折線強度Ｉ（１００）において、２≦Ｉ（１００）／Ｉ（１１１）≦２０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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は表面被覆切削工具（以下、被覆工具ということがある）に関する。
【背景技術】
【0002】
切削工具の寿命を向上させるために、炭化タングステン（以下、ＷＣという）基超硬合金やｃＢＮ焼結体等の基体の表面に、被覆層を形成した被覆工具があり、この被覆工具は耐摩耗性が向上している。
そして、被覆工具のより一層の切削性能を向上させるために、被覆層の組成や構造について、種々の提案がなされている。
そして、被覆工具のより一層の切削性能を向上させるために、被覆層の組成や構造について、種々の提案がなされている。
【0003】
例えば、特許文献１には、被覆層が（ＡｌｘＴｉ１－ｘ）（ＢｙＮ１－ｙ）（０．０５≦ｘ≦０．７５、０．０２≦ｙ≦０．１２）を含み、厚さが０．５～８μｍである被覆工具が記載され、該被覆工具は硬さ、耐摩耗性が向上しているとされている。
【0004】
また、例えば、特許文献２には、
（ＡｌｘＭ１－ｘ）Ｎ［ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉの１種以上、０．５８≦ｘ≦０．８０］を含む層と、
（ＡｌｙＭ１－ｙ）Ｎ［ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉの１種以上、０．５７≦ｙ≦０．７９］を含む層との交互積層構造を有し、
前記層に含まれる全金属元素の量に対する特定の金属元素の量と、当該層に隣接した他の層に含まれる全金属元素の量に対する前記特定の金属元素の量と、の差の絶対値が、０原子％を超え、５原子％未満であり、
前記層のそれぞれの平均厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記交互積層構造の平均厚さは、１．５μｍ以上１５．０μｍ以下である被覆層を有する被覆工具が記載され、該被覆工具は熱伝導率が低い材料の切削加工において耐欠損性があり、耐久性があるとされている。
（ＡｌｘＭ１－ｘ）Ｎ［ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉの１種以上、０．５８≦ｘ≦０．８０］を含む層と、
（ＡｌｙＭ１－ｙ）Ｎ［ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｉの１種以上、０．５７≦ｙ≦０．７９］を含む層との交互積層構造を有し、
前記層に含まれる全金属元素の量に対する特定の金属元素の量と、当該層に隣接した他の層に含まれる全金属元素の量に対する前記特定の金属元素の量と、の差の絶対値が、０原子％を超え、５原子％未満であり、
前記層のそれぞれの平均厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、前記交互積層構造の平均厚さは、１．５μｍ以上１５．０μｍ以下である被覆層を有する被覆工具が記載され、該被覆工具は熱伝導率が低い材料の切削加工において耐欠損性があり、耐久性があるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平４－２６７５６号公報
【特許文献2】特許第６００４３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、前記事情や、前記提案を鑑みてなされたもので、特に、断続切削加工において、優れた耐摩耗性や耐欠損性を有する表面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】
【0007】
本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具は、
１）基体と該基体の表面に被覆層を有し、
２）該被覆層は、Ｉ層と該Ｉ層上のＩＩ層を含み、
３）前記Ｉ層は、（Ａｌ１－ｘＴｉｘ）Ｎ（０．３５≦ｘ≦０．６０）であり、
４）前記ＩＩ層は、ＩＩａ層とＩＩｂ層との交互積層を有し、
前記ＩＩａ層は、（Ａｌ1-ｙ-ｚＴｉｙＢｚ）Ｎ（０．３０≦ｙ≦０．７０、０．０１≦ｚ≦０．１０）であり、
前記ＩＩｂ層は、（Ａｌ1-ｐ-ｑＴｉｐＳｉｑ）Ｎ（０．３０≦ｐ≦０．６０、０．０１≦ｑ≦０．１０）であり、
５）前記Ｉ層の平均厚さｔＩと前記ＩＩ層の平均厚さｔＩＩは、ｔＩ＋ｔＩＩが１．０μｍ以上、４．０μｍ以下であって、２≦ｔＩＩ／ｔＩ≦１０であり、
６）前記ＩＩａ層の平均厚さ、前記ＩＩｂ層の平均厚さは、共に、１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であり、
７）前記被覆層の＜１００＞優先方位に由来する回折線強度の半値全幅が、０．２°以上、１．０°以下、
である。
１）基体と該基体の表面に被覆層を有し、
２）該被覆層は、Ｉ層と該Ｉ層上のＩＩ層を含み、
３）前記Ｉ層は、（Ａｌ１－ｘＴｉｘ）Ｎ（０．３５≦ｘ≦０．６０）であり、
４）前記ＩＩ層は、ＩＩａ層とＩＩｂ層との交互積層を有し、
前記ＩＩａ層は、（Ａｌ1-ｙ-ｚＴｉｙＢｚ）Ｎ（０．３０≦ｙ≦０．７０、０．０１≦ｚ≦０．１０）であり、
前記ＩＩｂ層は、（Ａｌ1-ｐ-ｑＴｉｐＳｉｑ）Ｎ（０．３０≦ｐ≦０．６０、０．０１≦ｑ≦０．１０）であり、
５）前記Ｉ層の平均厚さｔＩと前記ＩＩ層の平均厚さｔＩＩは、ｔＩ＋ｔＩＩが１．０μｍ以上、４．０μｍ以下であって、２≦ｔＩＩ／ｔＩ≦１０であり、
６）前記ＩＩａ層の平均厚さ、前記ＩＩｂ層の平均厚さは、共に、１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であり、
７）前記被覆層の＜１００＞優先方位に由来する回折線強度の半値全幅が、０．２°以上、１．０°以下、
である。
【0008】
さらに、前記実施形態に係る表面被覆切削工具は、次の事項を満足してもよい。
【0009】
前記被覆層の＜１１１＞優先方位に由来する回折線強度Ｉ（１１１）と、＜１００＞優先方位に由来する回折線強度Ｉ（１００）において、２≦Ｉ（１００）／Ｉ（１１１）≦２０であること。
【発明の効果】
【0010】
前記表面被覆切削工具は、断続切削加工においても、優れた耐摩耗性や耐欠損性を有する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の一実施形態に係る表面被覆切削工具の被覆層の縦断面を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明者は、特に、断続切削加工において、優れた耐摩耗性や耐欠損性を有する被覆工具を得るべく、鋭意検討した。
その結果、
１）基材と被覆層との密着強度を高める必要があること
２）単一被覆層では、高硬度、耐溶着性、耐酸化性の全てを満足することは困難であるため、高硬度で耐溶着性の優れた層と高硬度で耐酸化性が優れた層を交互に積層することが好ましいこと
３）交互に積層する層の格子定数の差を小さくすると、耐摩耗性と靱性が向上し、その結果断、続切削加工においてチッピング、欠損の抑制と耐摩耗性の両立ができること
を知見した。
その結果、
１）基材と被覆層との密着強度を高める必要があること
２）単一被覆層では、高硬度、耐溶着性、耐酸化性の全てを満足することは困難であるため、高硬度で耐溶着性の優れた層と高硬度で耐酸化性が優れた層を交互に積層することが好ましいこと
３）交互に積層する層の格子定数の差を小さくすると、耐摩耗性と靱性が向上し、その結果断、続切削加工においてチッピング、欠損の抑制と耐摩耗性の両立ができること
を知見した。
【0013】
以下では、本発明の実施形態の被覆工具について詳細に説明する。
ここで、本明細書および特許請求の範囲において、断続切削加工とは、被削材と被覆工具が切削と空転を繰り返す加工をいう。
ここで、本明細書および特許請求の範囲において、断続切削加工とは、被削材と被覆工具が切削と空転を繰り返す加工をいう。
【0014】
また、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｌ～Ｍ」（Ｌ、Ｍは共に数値）で表現するときは、その範囲は、「Ｌ以上、Ｍ以下」と同義であって、上限値（Ｍ）および下限値（Ｌ）を含んでおり、上限値（Ｍ）のみに単位が記載されているときは、上限値（Ｍ）と下限値（Ｌ）の単位は同じである。
【0015】
１．被覆層
図１は、本発明の一実施形態に係る被覆工具の縦断面（インサートのときは基体表面の微小な凹凸を無視したこの表面に垂直な断面。エンドミル、ドリルのような軸物工具のときは、この中心軸に垂直な断面）を模式的に示した図である。
この実施形態では、基体（１）から被覆工具の表面、すなわち、被覆層（２）の表面に向かって、順にＩ層（３）、ＩＩ層（４）を有している。そして、ＩＩ層（４）は、ＩＩａ層（５）とＩＩｂ層（６）の交互積層を有している。なお、図１において、、ＩＩ層の白地部分にもＩＩａ層（５）とＩＩｂ層（６）が交互に積層されている。
以下、順に、各層を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る被覆工具の縦断面（インサートのときは基体表面の微小な凹凸を無視したこの表面に垂直な断面。エンドミル、ドリルのような軸物工具のときは、この中心軸に垂直な断面）を模式的に示した図である。
この実施形態では、基体（１）から被覆工具の表面、すなわち、被覆層（２）の表面に向かって、順にＩ層（３）、ＩＩ層（４）を有している。そして、ＩＩ層（４）は、ＩＩａ層（５）とＩＩｂ層（６）の交互積層を有している。なお、図１において、、ＩＩ層の白地部分にもＩＩａ層（５）とＩＩｂ層（６）が交互に積層されている。
以下、順に、各層を説明する。
【0016】
（１）Ｉ層
Ｉ層は、平均組成が（Ａｌ１－ｘＴｉｘ）Ｎ（０．３５≦ｘ≦０．６０）である。
Ｉ層は、基体と被覆層との密着性を高めるために設けるものであり、ｘをこの範囲とすると、この密着性の向上が確実に達成される。ｘのより好ましい範囲は０．３５以上、０．５０以下である。
そして、このＩ層は、被覆層との密着性の確保が難しいとされる基体であるｃＢＮ焼結体においても、基体と被覆層の密着性を確保することができる。
Ｉ層は、平均組成が（Ａｌ１－ｘＴｉｘ）Ｎ（０．３５≦ｘ≦０．６０）である。
Ｉ層は、基体と被覆層との密着性を高めるために設けるものであり、ｘをこの範囲とすると、この密着性の向上が確実に達成される。ｘのより好ましい範囲は０．３５以上、０．５０以下である。
そして、このＩ層は、被覆層との密着性の確保が難しいとされる基体であるｃＢＮ焼結体においても、基体と被覆層の密着性を確保することができる。
【0017】
なお、後述する製造法の一例に従えば、（ＡｌＴｉ）とＮとの比は、１：１となるように成膜されるが、不可避的に（意図せずに）１：１とならないものが存在することがある。このことは、以下で述べる他の複合窒化物、窒化物についても同様である。
【0018】
（２）ＩＩ層
ＩＩ層は、ＩＩａ層とＩＩｂ層との交互積層を有し、
前記ＩＩａ層は、平均組成が、（Ａｌ1-ｙ-ｚＴｉｙＢｚ）Ｎ（０．４０≦ｙ≦０．７０、０．０１≦ｚ≦０．１０）であり、
前記ＩＩｂ層は、平均組成が、（Ａｌ1-ｐ－ｑＴｉｐＳｉｑ）Ｎ（０．４０≦ｐ≦０．６０、０．０１≦ｑ≦０．１０）である。
ＩＩ層は、ＩＩａ層とＩＩｂ層との交互積層を有し、
前記ＩＩａ層は、平均組成が、（Ａｌ1-ｙ-ｚＴｉｙＢｚ）Ｎ（０．４０≦ｙ≦０．７０、０．０１≦ｚ≦０．１０）であり、
前記ＩＩｂ層は、平均組成が、（Ａｌ1-ｐ－ｑＴｉｐＳｉｑ）Ｎ（０．４０≦ｐ≦０．６０、０．０１≦ｑ≦０．１０）である。
【0019】
ＩＩａ層は、Ｂを含有するため、高硬度と優れた耐溶着性を有し、一方、ＩＩｂ層は、Ｓｉを含有するため、高硬度と優れた耐酸化性を有する。そのため、このＩＩａ層とＩＩｂ層を交互に積層することにより、耐摩耗性と耐チッピングが共に優れた被覆層を得ることができる。
【0020】
そして、この優れた耐摩耗性と耐チッピング性を確実に得るためには、Ｔｉの平均含有量ｙ、Ｂの平均含有量ｚ、Ｔｉの平均含有量ｐ、および、Ｓｉの平均含有量ｑが前記範囲にあることが好ましい。ｙ、ｚ、ｐ、および、ｑのより好ましい範囲は、０．３５≦ｙ≦０．５５、０．０２≦ｚ≦０．０８、０．３５≦ｐ≦０．５５、および０．０２≦ｑ≦０．０８がより好ましい。
【0021】
（３）被覆層の平均厚さ
被覆層の平均厚さ、すなわち、Ｉ層の平均厚さｔＩとＩＩ層の平均厚さｔＩＩの和（ｔＩ＋ｔＩＩ）は、１．０μｍ以上、４．０μｍ以下であることが好ましい。その理由は、１．０μｍ未満であると耐久性が十分でなく、一方、４．０μｍを超えると欠損が発生しやすくなる。被覆層の平均厚さは１．５μｍ以上、３．５μｍ以下がより好ましい。
被覆層の平均厚さ、すなわち、Ｉ層の平均厚さｔＩとＩＩ層の平均厚さｔＩＩの和（ｔＩ＋ｔＩＩ）は、１．０μｍ以上、４．０μｍ以下であることが好ましい。その理由は、１．０μｍ未満であると耐久性が十分でなく、一方、４．０μｍを超えると欠損が発生しやすくなる。被覆層の平均厚さは１．５μｍ以上、３．５μｍ以下がより好ましい。
【0022】
また、ｔＩとＩＩは、２≦ｔＩＩ／ｔＩ≦１０であることが好ましい。ｔＩＩ／ｔＩがこの範囲を満足すると、Ｉ層のもたらす基体との密着性を高める働きと、ＩＩ層のもたらす耐摩耗性と耐チッピング性を共に優れたものとする働きが、確実にもたらされる。ｔＩＩ／ｔＩは、４≦ｔＩＩ／ｔＩ≦６がより好ましい。
【0023】
（４）ＩＩａ層およびＩＩｂ層の平均厚さ
ＩＩ層において、交互積層を構成するＩＩａ層の平均厚さ（ｔａ）およびＩＩｂ層の平均厚さ（ｔｂ）は、共に、１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましい。ＩＩａ層の平均厚さ（ｔａ）およびＩＩｂ層の平均厚さ（ｔｂ）は、同じであっても、異なっていてもよい。
ＩＩ層において、交互積層を構成するＩＩａ層の平均厚さ（ｔａ）およびＩＩｂ層の平均厚さ（ｔｂ）は、共に、１ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましい。ＩＩａ層の平均厚さ（ｔａ）およびＩＩｂ層の平均厚さ（ｔｂ）は、同じであっても、異なっていてもよい。
【0024】
（５）ＩＩａ層とＩＩｂ層の交互積層
ＩＩａ層とＩＩｂ層は交互積層されており、この交互積層は、ＩＩａ層とＩＩｂ層とが交互に積層されていればよく、最もＩ層に近い側の層、最も工具表面側の層のいずれもが、ＩＩａ層、ＩＩｂ層のどちらでもかまわない。
ＩＩａ層とＩＩｂ層は交互積層されており、この交互積層は、ＩＩａ層とＩＩｂ層とが交互に積層されていればよく、最もＩ層に近い側の層、最も工具表面側の層のいずれもが、ＩＩａ層、ＩＩｂ層のどちらでもかまわない。
【0025】
交互積層を構成するＩＩａ層とＩＩｂ層の積層数は、制約がない。しかし、ＩＩａ層とＩＩｂ層がそれぞれ、２０～１００層であることがより好ましい。この積層数を満足すると、より一層確実に、ＩＩ層の耐摩耗性と耐チッピング性が向上する。
【0026】
（６）＜１００＞優先方位に由来する回折線の半値全幅
被覆層の１００＞優先方位に由来する回折線強度の半値全幅が、０．２°以上、１．０°以下であることが好ましい。半値全幅がこの範囲にあると、ＩＩａ層とＩＩｂ層の格子定数の差が小さくなり、前記目的が確実に達成される。
被覆層の１００＞優先方位に由来する回折線強度の半値全幅が、０．２°以上、１．０°以下であることが好ましい。半値全幅がこの範囲にあると、ＩＩａ層とＩＩｂ層の格子定数の差が小さくなり、前記目的が確実に達成される。
【0027】
（７）＜１１１＞優先方位に由来する回折線強度と＜１００＞優先方位に由来する回折線強度
被覆層の＜１１１＞優先方位に由来する回折線強度Ｉ（１１１）と、＜１００＞優先方位に由来する回折線強度Ｉ（１００）において、２≦Ｉ（１００）／Ｉ（１１１）≦２０であることがより一層好ましい。Ｉ（１００）／Ｉ（１１１）がこの範囲にあれば、前記目的がより確実に達成される。
被覆層の＜１１１＞優先方位に由来する回折線強度Ｉ（１１１）と、＜１００＞優先方位に由来する回折線強度Ｉ（１００）において、２≦Ｉ（１００）／Ｉ（１１１）≦２０であることがより一層好ましい。Ｉ（１００）／Ｉ（１１１）がこの範囲にあれば、前記目的がより確実に達成される。
【0028】
２．その他の層
（１）最外層
被覆層（Ｉ層およびＩＩ層）だけでも、前述の目的は達成できるが、被覆工具としてより好ましいものとするために最外層を設けてもよい。
最外層は、ＴｉＮ層（ＴｉＮは化学量論的な組成に限定されない）を例示できる。ＴｉＮは、黄金色の色調を有することから、例えば、被覆工具が未使用か使用されているかを被覆工具表面の色調変化によって判別する識別層として活用することができる。
ここで、識別層としてのＴｉＮ層の平均厚みは、例えば、０．０１～１．０μｍでよい。
（１）最外層
被覆層（Ｉ層およびＩＩ層）だけでも、前述の目的は達成できるが、被覆工具としてより好ましいものとするために最外層を設けてもよい。
最外層は、ＴｉＮ層（ＴｉＮは化学量論的な組成に限定されない）を例示できる。ＴｉＮは、黄金色の色調を有することから、例えば、被覆工具が未使用か使用されているかを被覆工具表面の色調変化によって判別する識別層として活用することができる。
ここで、識別層としてのＴｉＮ層の平均厚みは、例えば、０．０１～１．０μｍでよい。
【0029】
（２）不可避的に生じる可能性のある層
本実施形態では、Ｉ層、ＩＩ層、最外層以外は存在しないように成膜される。しかし、成膜すべき層を変更する際に、成膜装置内の圧力の変化が不可避的に発生し、これらの層とは組成の異なった意図しない層が形成されることがある。
本実施形態では、Ｉ層、ＩＩ層、最外層以外は存在しないように成膜される。しかし、成膜すべき層を変更する際に、成膜装置内の圧力の変化が不可避的に発生し、これらの層とは組成の異なった意図しない層が形成されることがある。
【0030】
３．基体
（１）材質
基体の材質は、従来公知の基材の材質であれば、前述の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。一例をあげるならば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、ｃＢＮ焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。
（１）材質
基体の材質は、従来公知の基材の材質であれば、前述の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。一例をあげるならば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、ｃＢＮ焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。
【0031】
（２）形状
基体の形状は、切削工具として用いられる形状であれば特段の制約はなく、インサートの形状、ドリルの形状が例示できる。
基体の形状は、切削工具として用いられる形状であれば特段の制約はなく、インサートの形状、ドリルの形状が例示できる。
【0032】
４．各層の平均厚さの測定
本実施形態において、被覆層を構成する各層の平均厚さについては、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）に付属するエネルギー分散型Ｘ線分光器（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ：ＥＤＳ）を用いた縦断面の観察により求めることができる。
本実施形態において、被覆層を構成する各層の平均厚さについては、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）に付属するエネルギー分散型Ｘ線分光器（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ：ＥＤＳ）を用いた縦断面の観察により求めることができる。
【0033】
ＩＩ層の交互積層部ＩＩａとＩＩｂの平均厚さについては、被覆層の厚さ方向に５本のＴＥＭ－ＥＤＳ線分析を行うことで求めることができる。被覆層の厚さ方向にＴＥＭ－ＥＤＳ線分析を行うと、ＩＩ層はＩＩａ層とＩＩｂ層が交互積層されているため、ＢとＳｉの含有量が繰り返しに増減する。被覆層断面のＴＥＭ－ＥＤＳ線分析の結果、Ｂの含有量の極大点と隣接する含有量の極小点の平均間隔を（Ａｌ1-ｙ-ｚＴｉｙＢｚ）Ｎの平均厚さ、Ｓｉの含有量の極大点と隣接する含有量の極小点の平均間隔を（Ａｌ1-ｐ－ｑＴｉｐＳｉｑ）Ｎ平均厚さとした。
【0034】
５．各層の組成の測定
各層の各成分平均含有割合については、被覆層の厚さ方向に５本のＴＥＭ－ＥＤＳ線分析を行うことで求めることができる。
各層の各成分平均含有割合については、被覆層の厚さ方向に５本のＴＥＭ－ＥＤＳ線分析を行うことで求めることができる。
【0035】
６．回折線強度の測定
回折線強度の測定はＸ線回折（Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）装置を用いた回折線の分析を行うことで求めることができる。基体表面に垂直な方向（被覆層の厚さ方向）から、Ｉ層、ＩＩa層およびＩＩｂ層の（２００）面配向に由来する、総括したＸ線回折強度（Ｉ層、ＩＩa層およびＩＩｂ層の重なったＸ線回折強度）を測定し、その半値全幅を算出した。またＸ線回折によって得られる＜１００＞優先方位に由来するＸ線回折強度をＩ（２００）、＜１１１＞優先方位に由来するＸ線回折強度をＩ（１１１）として算出した。なお、回折線強度の測定は、例えば、測定条件:Ｃｕ管球、測定範囲（２θ）：３０～７０度、スキャンステップ：０．０１５度、スキャンスピード：２度／ｍｉｎという条件で測定することができる。
回折線強度の測定はＸ線回折（Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）装置を用いた回折線の分析を行うことで求めることができる。基体表面に垂直な方向（被覆層の厚さ方向）から、Ｉ層、ＩＩa層およびＩＩｂ層の（２００）面配向に由来する、総括したＸ線回折強度（Ｉ層、ＩＩa層およびＩＩｂ層の重なったＸ線回折強度）を測定し、その半値全幅を算出した。またＸ線回折によって得られる＜１００＞優先方位に由来するＸ線回折強度をＩ（２００）、＜１１１＞優先方位に由来するＸ線回折強度をＩ（１１１）として算出した。なお、回折線強度の測定は、例えば、測定条件:Ｃｕ管球、測定範囲（２θ）：３０～７０度、スキャンステップ：０．０１５度、スキャンスピード：２度／ｍｉｎという条件で測定することができる。
【0036】
６．製造方法
本実施形態の被覆工具の被覆層は、例えば、ＡＩＰ装置（アークイオンプレーティング装置）を用いて製造することができる。また、そのターゲットとして、Ｉ層成膜用としてＩ層の組成に対応した組成のＡｌＴｉターゲットを、ＩＩ層成膜用として、ＩＩａ層の組成に対応した組成のＡｌＴｉＢターゲットを、ＩＩｂ層の組成に対応した組成のＡｌＴｉＳｉターゲットを、それぞれ用いることにより成膜することができる。
本実施形態の被覆工具の被覆層は、例えば、ＡＩＰ装置（アークイオンプレーティング装置）を用いて製造することができる。また、そのターゲットとして、Ｉ層成膜用としてＩ層の組成に対応した組成のＡｌＴｉターゲットを、ＩＩ層成膜用として、ＩＩａ層の組成に対応した組成のＡｌＴｉＢターゲットを、ＩＩｂ層の組成に対応した組成のＡｌＴｉＳｉターゲットを、それぞれ用いることにより成膜することができる。
【実施例0037】
次に、実施例について説明する。
ここでは、本発明の被覆工具の実施例として、基体としてｃＢＮ焼結体を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、基体は前述の材質のものが使用でき、また、前述のとおり形状としてドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
ここでは、本発明の被覆工具の実施例として、基体としてｃＢＮ焼結体を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、基体は前述の材質のものが使用でき、また、前述のとおり形状としてドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。
【0038】
１．ｃＢＮ製の基体の作製
基体を作製するにあたってｃＢＮ粉末と、バインダーとして ＴｉＮ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴｉＣＮ粉末、Ａｌ粉末、ＡｌＮ粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末を用意する。バインダー粉末のいずれか１種以上とｃＢＮ粉末を表１に記載された配合比で混合し、超高圧高温発生装置により焼結（焼結温度：１３００℃、焼結圧力４．０ＧＰａ、焼結時間：３０分）して、ＩＳＯ規格におけるＣＮＧＡ１２０４０８相当形状のｃＢＮ製の基体１～３を作製した。
基体を作製するにあたってｃＢＮ粉末と、バインダーとして ＴｉＮ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴｉＣＮ粉末、Ａｌ粉末、ＡｌＮ粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末を用意する。バインダー粉末のいずれか１種以上とｃＢＮ粉末を表１に記載された配合比で混合し、超高圧高温発生装置により焼結（焼結温度：１３００℃、焼結圧力４．０ＧＰａ、焼結時間：３０分）して、ＩＳＯ規格におけるＣＮＧＡ１２０４０８相当形状のｃＢＮ製の基体１～３を作製した。
【0039】
【表1】
【0040】
２．被覆層の成膜
（１）基体１～３をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、ＡＩＰ装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着する。また、カソード電極（蒸発源）として、所定組成の合金ターゲットを配置した。
（１）基体１～３をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、ＡＩＰ装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着する。また、カソード電極（蒸発源）として、所定組成の合金ターゲットを配置した。
【0041】
（２）次に、前記回転テーブル上で自転するｃＢＮ基体をＡｒイオンによってボンバード洗浄した。
【0042】
（３）ＡＩＰ装置内に反応ガスとして、表２に示す分圧が２～６Ｐａの窒素雰囲気とし、同じく表２に示す炉内温度に維持した。そして、前記回転テーブル上で自転する基体に、表２に示す－３０～－１００Ｖの直流電圧を印加し、Ｉ層形成用のＡｌＴｉ合金電極とアノード電極との間に７０～１８０Ａの電流を流してアーク放電を発生させて所定厚さのＩ層を形成した。
【0043】
（４）続いて、表２に示す－３０～－１００Ｖの直流電圧を印加し、ＩＩ層のＩＩａ層形成用のＡｌＴｉＢ合金電極とアノード電極との間に７０～２００Ａの電流を流してアーク放電を発生させて所定厚さのＩＩａ層を形成した。
【0044】
（５）さらに、表２に示す－３０～－１００Ｖの直流電圧を印加し、ＩＩ層のＩＩｂ層形成用のＡｌＴｉＳｉ合金電極とアノード電極との間に７０～２００Ａの電流を流してアーク放電を発生させて所定厚さのＩＩｂ層を形成した。
【0045】
（６）前記（４）と前記（５）の操作を繰り返して、ＩＩａ層とＩＩｂ層を積層させた。
【0046】
（７）更に、いくつかの実施例では、（６）の操作後に－２０～－１５０Ｖの直流電圧を印加し、ＴｉＮ層形成用のＴｉ電極とアノード電極との間に５０～２５０Ａの電流を流してアーク電流を発生させて最外層であるＴｉＮ層を成膜し、表４に示す実施例の被覆工具実施例１～９を得た。
【0047】
一方、比較のため、前記基体１～５に対して、前記と同じ成膜装置を用いて、表３に示す条件で被覆層を蒸着形成し、表４に示す比較例の被覆工具（以下、「比較例」という）１～８を作製した。いくつかの比較例では、実施例と同様にして最外層であるＴｉＮ層を成膜した。
【0048】
被覆層の平均厚さ、被覆層の平均組成は、前記で作製した実施例１～９および比較例１～８の基体の表面に垂直な被覆層の縦断面について、基体の表面に平行な方向の幅が１０μｍであり、被覆層の厚み領域が全て含まれるよう設定された視野について、前述の方法により求めた。観察倍率は５０００倍であり、５点の膜厚を求めて平均層厚を算出した。各層の各成分平均含有量については、被覆層の厚さ方向に５本のＴＥＭ－ＥＤＳ線分析を行って求めた。
【0049】
【表2】
【0050】
【表3】
【0051】
【表4】
【0052】
次に、前記実施例１～９および比較例１～９について、下記の切削試験を行い、逃げ面の摩耗幅を測定した。切削試験の結果を表５に示す。
【0053】
＜切削試験＞
被削材：焼入れ鋼ＳＣｒ４２０（形状は、φ３８×Ｌ１２０丸棒にスリット幅２３ｍｍのスリット２本を有するもの）
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
切込み：ｆｒ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖ、 ａｐ＝０．１ｍｍ
３０秒ごとに刃先を観察し、最大３６０秒まで加工を実施した。刃先先端にチッピングが生じたとき、または、最大の逃げ面摩耗幅が２００μｍを超えたときを寿命とした。
被削材：焼入れ鋼ＳＣｒ４２０（形状は、φ３８×Ｌ１２０丸棒にスリット幅２３ｍｍのスリット２本を有するもの）
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
切込み：ｆｒ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖ、 ａｐ＝０．１ｍｍ
３０秒ごとに刃先を観察し、最大３６０秒まで加工を実施した。刃先先端にチッピングが生じたとき、または、最大の逃げ面摩耗幅が２００μｍを超えたときを寿命とした。
【0054】
【表5】
【0055】
表５において、「※」は、最大切削長に到達する前に使用寿命に至ったため、切削寿命（秒）を示している。
【0056】
表５に示される結果から明らかなように、実施例１～９は断続切削加工においても、優れた耐摩耗性や耐欠損性を有していることがわかる。
これに対して、比較例１～８はいずれも被覆層の摩耗やチッピングが発生し、短い寿命であった。
これに対して、比較例１～８はいずれも被覆層の摩耗やチッピングが発生し、短い寿命であった。
【符号の説明】
【0057】
１ 基体
２ 被覆層
３ Ｉ層
４ ＩＩ層
５ ＩＩａ層
６ ＩＩｂ層
２ 被覆層
３ Ｉ層
４ ＩＩ層
５ ＩＩａ層
６ ＩＩｂ層
【図1】