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(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】
(24)【登録日】2024-04-01
(45)【発行日】2024-04-09
(54)【発明の名称】切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20240402BHJP
C23C 16/36 20060101ALI20240402BHJP
B23B 51/00 20060101ALI20240402BHJP
B23C 5/16 20060101ALI20240402BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C16/36
B23B51/00 J
B23C5/16
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020043178
(22)【出願日】2020-03-12
(65)【公開番号】P2021142610
(43)【公開日】2021-09-24
【審査請求日】2023-02-22
(73)【特許権者】
【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】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100142424
【弁理士】
【氏名又は名称】細川 文広
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(72)【発明者】
【氏名】久保 拓矢
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼部 涼太
【審査官】増山 慎也
(56)【参考文献】
【文献】特開平０７－１８００３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０８３８６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０１１３３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６９４４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１９－５２０２２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１８６２２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７１５４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１５－０００４３０６（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ ２７／１４
Ｂ２３Ｂ ５１／００
Ｂ２３Ｃ ５／１６
Ｂ２３Ｐ １５／２８
Ｃ２３Ｃ １６／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
焼結合金製の工具基体と、前記工具基体の表面上に配置される硬質被膜と、
前記工具基体の稜線部に形成され、前記硬質被膜のうち前記稜線部に位置する部分を含む切れ刃と、
前記切れ刃に接続するすくい面と、を備え、
前記硬質被膜は、全体の膜厚が１μｍ以上３０μｍ以下であり、
前記硬質被膜は、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下の炭窒化チタン層を有し、
前記炭窒化チタン層は、前記炭窒化チタン層のうち少なくとも最表層の組成が、
組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）
で表した場合に、原子比であるＸ値が０．４以上０．６以下であり、
前記炭窒化チタン層のうち前記切れ刃部分および前記切れ刃と隣接する部分の前記最表層の残留応力が、－１．５ＧＰａ以下であり、
前記工具基体の表層のうち前記切れ刃部分および前記切れ刃と隣接する部分の残留応力が、－２．０ＧＰａ以下であり、
前記切れ刃と隣接する部分は、前記すくい面のうち前記切れ刃から少なくとも２００μｍの範囲である、
切削工具。
【請求項2】
前記炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、前記Ｘ値が０．４以上０．６以下を満足する第１炭窒化チタン層を有し、前記炭窒化チタン層は、前記第１炭窒化チタン層の単層により構成される、
請求項１に記載の切削工具。
【請求項3】
前記炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、前記Ｘ値が０．４以上０．６以下を満足する第１炭窒化チタン層と、
前記Ｘ値が０．６以上０．８以下を満足し、前記第１炭窒化チタン層と膜厚方向に重なる第２炭窒化チタン層と、を有し、
前記第１炭窒化チタン層は、前記炭窒化チタン層の前記最表層に位置し、膜厚が１μｍ以上であり、
前記炭窒化チタン層全体の膜厚に占める前記第１炭窒化チタン層の膜厚の割合が、２５％以上である、
請求項１に記載の切削工具。
【請求項4】
前記炭窒化チタン層は、少なくとも、前記切れ刃の一部および前記すくい面の前記一部に接続する部分に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項5】
前記切れ刃は、凸曲線状のコーナ刃部と、
前記コーナ刃部と接続される直線状の直線刃部と、を有し、
前記直線刃部は、切削境界位置に予定される境界予定部を有し、
前記炭窒化チタン層は、少なくとも、前記切れ刃の前記境界予定部および前記すくい面の前記境界予定部に接続する部分に配置される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項6】
前記炭窒化チタン層は、前記最表層の組成が、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）
で表した場合に、前記Ｘ値が０．５以上０．６以下であり、
前記炭窒化チタン層のうち前記切れ刃部分および前記切れ刃と隣接する部分の前記最表層の残留応力が、－２．０ＧＰａ以下であり、
前記工具基体の表層のうち前記切れ刃部分および前記切れ刃と隣接する部分の残留応力が、－２．５ＧＰａ以下である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項7】
前記炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、膜厚方向において前記最表層から前記工具基体へ向かうに従い前記Ｘ値が変化する、請求項１から６のいずれか１項に記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭窒化チタン層が形成された耐欠損性に優れる硬質被膜付き超硬工具等の切削工具に関する。
【背景技術】
【0002】
超硬合金製の工具基体上に硬質被膜をコーティングした切削工具において、刃先の耐欠損性を向上させるための手段の１つとして、切れ刃近傍の硬質被膜や工具基体の表面に圧縮残留応力を付与する方法が知られている。例えば、特許文献１では、ショットピーニングでサブミリメートルオーダーの鋼球等を工具表面に衝突させることにより発生する衝撃力によって、残留応力を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平６－１０８２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の方法では、メディアの投射圧を高めるなどにより、硬質被膜や工具基体表層の硬質相の圧縮残留応力を高めることができる。しかしながら、メディアが与える直接的な衝撃により、硬質被膜の剥離やクラックなどが生じ、安定して圧縮残留応力を付与出来ないという問題があった。特許文献１によると、ショットピーニングにより安定して圧縮残留応力を付与出来る最大値として、硬質被膜（ＴｉＣ）が－２００ＭＰａ程度、工具基体（ＷＣ）が－８００ＭＰａ程度と記載されている（マイナスが圧縮側）。
【0005】
金属に対して圧縮残留応力を付与するショットピーニング以外の方法として、レーザピーニングが知られている。レーザピーニングは、短パルスレーザをワークに照射し、表面元素をごく短時間で瞬間的に除去することで、微粒子やプラズマなどにて飛散する際の力学的反作用による衝撃を下部層に与える方法である。レーザピーニングでは、ワーク表面のダメージを抑えながら、ショットピーニング処理よりも大きな圧縮残留応力を付与できる。
【0006】
しかしながら、硬質被膜付き切削工具にレーザピーニングを実際に応用すると、レーザ衝撃で起こる工具基体の瞬間的な塑性変形に対して、硬質被膜が追随できないという間接的影響に起因して、被膜剥離や水平クラックが生じていた。これにより、硬質被膜が失われたり目減りしたり（薄くなったり）して、耐摩耗性が低下することや（なお垂直クラックではないので切削中の切れ刃欠損の起点にはならない）、クラックにより残留応力が解放されてしまうために、大きな圧縮残留応力を安定して付与できないことが課題であった。
なお水平クラックとは、工具基体の表面の面方向に沿う剥離状の亀裂であり、垂直クラックとは、硬質被膜や工具基体表層を分断する亀裂である。
なお水平クラックとは、工具基体の表面の面方向に沿う剥離状の亀裂であり、垂直クラックとは、硬質被膜や工具基体表層を分断する亀裂である。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑み、レーザピーニング処理時の硬質被膜の剥離や水平クラックを抑制でき、硬質被膜および工具基体に高い圧縮残留応力を付与することができ、これにより切れ刃の耐欠損性を向上できる切削工具を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の切削工具の一つの態様は、焼結合金製の工具基体と、前記工具基体の表面上に配置される硬質被膜と、前記工具基体の稜線部に形成され、前記硬質被膜のうち前記稜線部に位置する部分を含む切れ刃と、前記切れ刃に接続するすくい面と、を備え、前記硬質被膜は、全体の膜厚が１μｍ以上３０μｍ以下であり、前記硬質被膜は、膜厚が１μｍ以上１０μｍ以下の炭窒化チタン層を有し、前記炭窒化チタン層は、前記炭窒化チタン層のうち少なくとも最表層の組成が、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、原子比であるＸ値が０．４以上０．６以下であり、前記炭窒化チタン層のうち前記切れ刃部分および前記切れ刃と隣接する部分の前記最表層の残留応力が、－１．５ＧＰａ以下であり、前記工具基体の表層のうち前記切れ刃部分および前記切れ刃と隣接する部分の残留応力が、－２．０ＧＰａ以下であり、前記切れ刃と隣接する部分は、前記すくい面のうち前記切れ刃から少なくとも２００μｍの範囲である。
【0009】
本願の発明者は、硬質被膜とレーザピーニング技術の関連について鋭意研究した結果、炭窒化チタン層が、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合のＸ値が０．４～０．６を満足する最表層を有するとき、つまり従来品に比べて高窒素原子比の炭窒化チタン層が硬質被膜中に存在するときに、炭窒化チタン層がレーザピーニング時の塑性変形に追随できることを発見した。これにより、切れ刃近傍にレーザピーニング処理を施したときに、工具基体の表面に硬質被膜を残しながら、炭窒化チタン層に－１．５ＧＰａ以下、工具基体の表層に－２．０ＧＰａ以下の大きな圧縮残留応力を付与することが可能となった。
【0010】
具体的に、上記Ｘ値が０．４よりも小さいと、レーザ照射により炭窒化チタン層がアブレーション加工されやすくなり、炭窒化チタン層が消失したり、目減りする（薄くなる）ことで、硬質被膜の耐摩耗性が低下するおそれがある。
また上記Ｘ値が０．６を超えると、レーザ照射時に炭窒化チタン層が工具基体の瞬間的な塑性変形に追随できなくなり、硬質被膜の剥離や水平クラックが生じて、所期する圧縮残留応力を付与できないおそれがある。
また上記Ｘ値が０．６を超えると、レーザ照射時に炭窒化チタン層が工具基体の瞬間的な塑性変形に追随できなくなり、硬質被膜の剥離や水平クラックが生じて、所期する圧縮残留応力を付与できないおそれがある。
【0011】
本発明によれば、レーザピーニング処理時の硬質被膜の剥離や水平クラックを抑制でき、かつ、レーザ照射後においても炭窒化チタン層を安定して残存させて、炭窒化チタン層の膜厚を大きく確保できる。レーザピーニングによって硬質被膜および工具基体に安定して高い圧縮残留応力を付与することができ、これにより切れ刃の耐欠損性を向上できる。
【0012】
なお、炭窒化チタン層の膜厚が１μｍ以上であることにより、硬質被膜の耐摩耗性が安定して高められる。また、炭窒化チタン層の膜厚が１０μｍ以下であることにより、切れ刃の耐チッピング性が良好に維持される。
上記切削工具は、前記切れ刃に接続するすくい面を備え、前記切れ刃と隣接する部分は、前記すくい面のうち前記切れ刃から少なくとも２００μｍの範囲である。
本発明の上記構成によれば、工具寿命に至るまで、切れ刃近傍の耐欠損性を安定して高めることができる。
上記切削工具は、前記切れ刃に接続するすくい面を備え、前記切れ刃と隣接する部分は、前記すくい面のうち前記切れ刃から少なくとも２００μｍの範囲である。
本発明の上記構成によれば、工具寿命に至るまで、切れ刃近傍の耐欠損性を安定して高めることができる。
【0013】
上記切削工具において、前記炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、前記Ｘ値が０．４以上０．６以下を満足する第１炭窒化チタン層を有し、前記炭窒化チタン層は、前記第１炭窒化チタン層の単層により構成されることとしてもよい。
【0014】
この場合、炭窒化チタン層により上述した優れた作用効果が得られつつ、炭窒化チタン層の構成を簡素化でき、切削工具の製造が容易となる。
【0015】
上記切削工具において、前記炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、前記Ｘ値が０．４以上０．６以下を満足する第１炭窒化チタン層と、前記Ｘ値が０．６以上０．８以下を満足し、前記第１炭窒化チタン層と膜厚方向に重なる第２炭窒化チタン層と、を有し、前記第１炭窒化チタン層は、前記炭窒化チタン層の前記最表層に位置し、膜厚が１μｍ以上であり、前記炭窒化チタン層全体の膜厚に占める前記第１炭窒化チタン層の膜厚の割合が、２５％以上であることとしてもよい。
【0016】
レーザピーニング処理時の硬質被膜の剥離や水平クラックを抑制する目的においては、炭窒化チタン層が第１炭窒化チタン層（Ｎ－ｒｉｃｈ ＴｉＣＮ層）のみの単層であっても優れた効果が得られるが、本発明の上記構成のように、上層にレーザ衝撃耐性の高い第１炭窒化チタン層を配置し、下層に耐摩耗性の高い第２炭窒化チタン層（Ｎ－ｐｏｏｒ ＴｉＣＮ層）を配置した２層（複層）構造とすることにより、炭窒化チタン層全体としての耐摩耗性がより向上する。なお炭窒化チタン層は、３層以上の複層で構成されてもよい。
【0017】
また、第１炭窒化チタン層の膜厚を１μｍ以上とし、炭窒化チタン層全体の膜厚に占める第１炭窒化チタン層の膜厚の割合を２５％以上とすることで、レーザ照射による炭窒化チタン層の消失や目減りを安定して抑制できる。レーザ照射後においても炭窒化チタン層を安定して残存させることができ、炭窒化チタン層の膜厚を大きく確保することができる。また、上記割合を２５％以上とすることで、レーザ照射時に、炭窒化チタン層を工具基体の瞬間的な塑性変形に対してより追随させやすい。
【0020】
上記切削工具において、前記炭窒化チタン層は、少なくとも、前記切れ刃の一部および前記すくい面の前記一部に接続する部分に配置されることが好ましい。
【0021】
この場合、切れ刃近傍のうち特に耐欠損性を高めたい箇所に炭窒化チタン層を配置することで、レーザピーニング処理する範囲を小さく抑えて切削工具の生産性を高めつつ、上述の作用効果を得ることができる。
【0022】
上記切削工具において、前記切れ刃は、凸曲線状のコーナ刃部と、前記コーナ刃部と接続される直線状の直線刃部と、を有し、前記直線刃部は、切削境界位置に予定される境界予定部を有し、前記炭窒化チタン層は、少なくとも、前記切れ刃の前記境界予定部および前記すくい面の前記境界予定部に接続する部分に配置されることが好ましい。
【0023】
この場合、切れ刃近傍のうち特に耐欠損性を高める必要がある境界予定部近傍に炭窒化チタン層を配置することで、レーザピーニング処理する範囲を小さく抑えて切削工具の生産性を高めつつ、上述の作用効果を得ることができる。
【0024】
上記切削工具において、前記炭窒化チタン層は、前記最表層の組成が、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、前記Ｘ値が０．５以上０．６以下であり、前記炭窒化チタン層のうち前記切れ刃部分および前記切れ刃と隣接する部分の前記最表層の残留応力が、－２．０ＧＰａ以下であり、前記工具基体の表層のうち前記切れ刃部分および前記切れ刃と隣接する部分の残留応力が、－２．５ＧＰａ以下であることが好ましい。
【0025】
この場合、切れ刃近傍にレーザピーニング処理を施したときに、炭窒化チタン層のアブレーション加工、剥離および水平クラック等をより安定して抑制でき、工具基体の表面に硬質被膜を安定して残存させつつ、炭窒化チタン層に－２．０ＧＰａ以下、工具基体の表層に－２．５ＧＰａ以下とより大きな圧縮残留応力を付与できる。
【0026】
上記切削工具において、前記炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、膜厚方向において前記最表層から前記工具基体へ向かうに従い前記Ｘ値が変化することが好ましい。
【0027】
この場合、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）のＸ値の大きさが膜厚方向において変化することで、炭窒化チタン層を例えばグラデーション層とすることができる。グラデーション層とは、炭窒化チタン層のＣとＮの原子比の割合が、膜厚方向において徐々に変化する層である。上記構成によれば、炭窒化チタン層によって上述の作用効果が得られつつ、様々な切削工具への要望に柔軟に対応可能である。
【発明の効果】
【0028】
本発明の一つの態様の切削工具によれば、レーザピーニング処理時の硬質被膜の剥離や水平クラックを抑制でき、硬質被膜および工具基体に高い圧縮残留応力を付与することができ、これにより切れ刃の耐欠損性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【発明を実施するための形態】
【0030】
本発明の一実施形態の切削工具１０およびその製造方法について、図面を参照して説明する。本実施形態の切削工具１０は、切削インサートである。本実施形態の切削工具１０は、例えば、被削材に旋削加工を施す刃先交換式バイトに用いられる。
【0031】
図１に示すように、本実施形態の切削工具１０は、板状である。具体的に、切削工具１０は多角形板状であり、図示の例では四角形板状である。なお切削工具１０は、四角形板状以外の多角形板状や円板状等であってもよい。
【0032】
本実施形態では、切削工具１０の中心軸Ｃが延びる方向、つまり中心軸Ｃと平行な方向を、軸方向と呼ぶ。切削工具１０の平面視において、中心軸Ｃは、切削工具１０の中心に位置する。中心軸Ｃは、切削工具１０の厚さ方向に沿って延びる。
中心軸Ｃと直交する方向を径方向と呼ぶ。径方向のうち、中心軸Ｃに近づく向きを径方向内側と呼び、中心軸Ｃから離れる向きを径方向外側と呼ぶ。
中心軸Ｃ回りに周回する方向を周方向と呼ぶ。
中心軸Ｃと直交する方向を径方向と呼ぶ。径方向のうち、中心軸Ｃに近づく向きを径方向内側と呼び、中心軸Ｃから離れる向きを径方向外側と呼ぶ。
中心軸Ｃ回りに周回する方向を周方向と呼ぶ。
【0033】
図２に示すように、本実施形態の切削工具１０は、焼結合金製の工具基体１と、工具基体１の表面（外面）上に配置される硬質被膜２と、工具基体１の稜線部に形成され、硬質被膜２のうち稜線部に位置する部分を含む切れ刃３と、を備える。つまり本実施形態の切削工具１０は、工具基体１上に硬質被膜２をコーティングした切削インサートである。
図１に示すように、切削工具１０は、一対の板面１０ａ，１０ｂと、外周面１０ｃと、貫通孔１０ｄと、を備える。
図１に示すように、切削工具１０は、一対の板面１０ａ，１０ｂと、外周面１０ｃと、貫通孔１０ｄと、を備える。
【0034】
一対の板面１０ａ，１０ｂは、多角形状であり、中心軸Ｃの軸方向を向く。本実施形態では、一対の板面１０ａ，１０ｂがそれぞれ四角形状である。一対の板面１０ａ，１０ｂは、一方の板面１０ａと、他方の板面１０ｂと、を有する。一方の板面１０ａと他方の板面１０ｂとは、軸方向に互いに離れて配置され、軸方向において互いに反対側を向く。
【0035】
本実施形態では、軸方向のうち、他方の板面１０ｂから一方の板面１０ａへ向かう方向を軸方向一方側と呼び、一方の板面１０ａから他方の板面１０ｂへ向かう方向を軸方向他方側と呼ぶ。
一対の板面１０ａ，１０ｂのうち、少なくとも一方の板面１０ａは、板面１０ａの一部（コーナ部等）が切削加工時に図示しない被削材と対向する。
一対の板面１０ａ，１０ｂのうち、少なくとも一方の板面１０ａは、板面１０ａの一部（コーナ部等）が切削加工時に図示しない被削材と対向する。
【0036】
一対の板面１０ａ，１０ｂのうち、少なくとも一方の板面１０ａは、切れ刃３に接続するすくい面５を有する。つまり切削工具１０は、すくい面５を備える。すくい面５は、板面１０ａの少なくとも一部を構成する。本実施形態ではすくい面５が、板面１０ａの周縁部に位置する４つのコーナ部のうち、少なくとも２つのコーナ部にそれぞれ配置される。上記２つのコーナ部は、中心軸Ｃを中心として互いに１８０°回転対称となる位置に配置される。
【0037】
図２に示すように、すくい面５は、ランド部５ａと、傾斜部５ｂと、を有する。
ランド部５ａは、すくい面５のうち、切れ刃３と接続される部分である。ランド部５ａは、切れ刃３の径方向内側に配置される。本実施形態ではランド部５ａが、切れ刃３から径方向内側へ向かうに従い軸方向他方側へ向けて傾斜する傾斜面である。なおランド部５ａは、中心軸Ｃと垂直な方向に拡がる平面状でもよい。
ランド部５ａは、すくい面５のうち、切れ刃３と接続される部分である。ランド部５ａは、切れ刃３の径方向内側に配置される。本実施形態ではランド部５ａが、切れ刃３から径方向内側へ向かうに従い軸方向他方側へ向けて傾斜する傾斜面である。なおランド部５ａは、中心軸Ｃと垂直な方向に拡がる平面状でもよい。
【0038】
傾斜部５ｂは、すくい面５のうち、ランド部５ａの径方向内側に位置する部分である。傾斜部５ｂは、ランド部５ａの径方向内端部と接続される。傾斜部５ｂは、ランド部５ａから径方向内側へ向かうに従い軸方向他方側へ向けて傾斜する傾斜面である。傾斜部５ｂの径方向に沿う単位長さあたりの軸方向へ向けた変位量は、ランド部５ａの径方向に沿う単位長さあたりの軸方向へ向けた変位量よりも大きい。すなわち、中心軸Ｃと垂直な図示しない仮想平面に対する傾斜部５ｂの傾きは、前記仮想平面に対するランド部５ａの傾きよりも大きい。
【0039】
図１に示すように、外周面１０ｃは、一対の板面１０ａ，１０ｂと接続され、径方向外側を向く。外周面１０ｃは、軸方向の両端部が一対の板面１０ａ，１０ｂと接続される。具体的に、外周面１０ｃのうち軸方向一方側の端部は、一方の板面１０ａと接続される。外周面１０ｃのうち軸方向他方側の端部は、他方の板面１０ｂと接続される。外周面１０ｃは、切削工具１０の周方向全域にわたって延びる。
【0040】
外周面１０ｃは、切れ刃３に接続する逃げ面６を有する。つまり切削工具１０は、逃げ面６を備える。逃げ面６は、外周面１０ｃの少なくとも一部を構成する。逃げ面６は、外周面１０ｃのうち各すくい面５と隣接する部分にそれぞれ配置される。本実施形態では逃げ面６が、外周面１０ｃにおいて径方向外側に突出する４つのコーナ部のうち、少なくとも２つのコーナ部にそれぞれ配置される。上記２つのコーナ部は、中心軸Ｃを中心として互いに１８０°回転対称となる位置に配置される。
【0041】
貫通孔１０ｄは、切削工具１０を軸方向に貫通する。貫通孔１０ｄは、一対の板面１０ａ，１０ｂに開口し、軸方向に延びる。貫通孔１０ｄの中心軸は、中心軸Ｃと同軸に配置される。図示の例では、貫通孔１０ｄが円孔状である。貫通孔１０ｄには、例えば、図示しないクランプネジ等が挿入される。
【0042】
切れ刃３は、すくい面５と逃げ面６とが接続される稜線部、つまりすくい面５と逃げ面６との交差稜線部に形成される。本実施形態では切れ刃３が、板面１０ａの周縁部に位置する４つのコーナ部のうち、少なくとも２つのコーナ部にそれぞれ配置される。図２に示すように、本実施形態では切れ刃３が、丸ホーニングを有する。なお切れ刃３は、チャンファホーニングを有していてもよい。
【0043】
図１に示すように、切れ刃３は、コーナ刃部３ａと、直線刃部３ｂと、を有する。コーナ刃部３ａは、径方向外側に向けて突出する凸曲線状である。直線刃部３ｂは、直線状であり、コーナ刃部３ａと接続される。本実施形態では、コーナ刃部３ａの刃長方向の両端部に、一対の直線刃部３ｂが接続される。つまり直線刃部３ｂは、一対設けられる。コーナ刃部３ａおよび一対の直線刃部３ｂは、軸方向から見て、全体として略Ｖ字状である。なお上記刃長方向とは、切れ刃３が延びる方向であり、具体的には切れ刃３の各刃部３ａ，３ｂが延びる方向である。
【0044】
特に図示しないが、直線刃部３ｂは、被削材を切削する際の切削境界位置に予定される境界予定部を有する。切削工具１０で被削材を切削することにより、切削工具１０の表面（外面）のうち切れ刃３の境界予定部近傍には、境界予定部近傍以外の部分よりも優先的に境界摩耗（境界損傷）が発生する。
【0045】
図２に示すように、切れ刃３は、工具基体１の稜線部（交差稜線部）と、硬質被膜２のうち前記稜線部にコーティングされる部分と、により構成される。
【0046】
図１に示すように、工具基体１は、上述した切削工具１０の形状と同じ形状を有する。工具基体１は、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物、窒化物およびこれらの相互固溶体の中の少なくとも１種の硬質相と、Ｎｉ，ＣｏまたはＮｉ－Ｃｏ合金と、を有する焼結合金製である。工具基体１は、前記硬質相と、Ｎｉ，ＣｏまたはＮｉ－Ｃｏ合金と、を主成分として構成される。本実施形態では工具基体１が、ＷＣ基の超硬合金製である。なお工具基体１は、例えばＴｉＣ基またはＴｉ（Ｃ，Ｎ）基等のサーメット製でもよい。
【0047】
後述するレーザピーニング処理を施すことにより、工具基体１の表層のうち切れ刃３部分および切れ刃３と隣接する部分の残留応力は、－２．０ＧＰａ以下とされ、本実施形態では－２．５ＧＰａ以下とされる。具体的に、レーザ照射後の切削工具１０は、図１および図２において、工具基体１の表層のうち切れ刃３部分および切れ刃３と隣接する部分に相当する範囲Ａの残留応力が、－２．０ＧＰａ以下であり、本実施形態では－２．５ＧＰａ以下である。
なお、本実施形態でいう「工具基体１の表層」とは、工具基体１のうち、工具基体１の表面（外面）から少なくとも１μｍの表層部分を指す。
なお、本実施形態でいう「工具基体１の表層」とは、工具基体１のうち、工具基体１の表面（外面）から少なくとも１μｍの表層部分を指す。
【0048】
また、上記「切れ刃３部分および切れ刃３と隣接する部分に相当する範囲Ａ」は、後述するレーザピーニング工程において短パルスレーザが照射される部分であることから、「照射部」と言い換えてもよい。
また本実施形態において、上記「切れ刃３と隣接する部分」とは、すくい面５のうち切れ刃３から少なくとも２００μｍの範囲Ａである。なお上記「切れ刃３と隣接する部分」は、すくい面５のうち切れ刃３から５００μｍ以下の範囲Ａであることが好ましい。
また本実施形態において、上記「切れ刃３と隣接する部分」とは、すくい面５のうち切れ刃３から少なくとも２００μｍの範囲Ａである。なお上記「切れ刃３と隣接する部分」は、すくい面５のうち切れ刃３から５００μｍ以下の範囲Ａであることが好ましい。
【0049】
図２に示すように、硬質被膜２は、化学蒸着法または物理蒸着法により、工具基体１の表面（外面）のうち少なくとも一部に成膜される。硬質被膜２は、工具基体１の表面のうち、少なくとも切れ刃３を含む領域に配置される。本実施形態では硬質被膜２が、少なくとも切れ刃３、すくい面５および逃げ面６に配置される。なお硬質被膜２は、工具基体１の外面全体に成膜されていてもよい。
【0050】
硬質被膜２は、全体の膜厚が１μｍ以上３０μｍ以下である。硬質被膜２は、単層または複層で構成される。本実施形態では硬質被膜２が、工具基体１の表面に積層される複数の層により構成される。硬質被膜２は、工具基体１の表面上に位置する第１層２ａと、第１層２ａ上に位置する第２層２ｂと、を有する。なお硬質被膜２は、第２層２ｂ上に位置する図示しない第３層を有していてもよい。また硬質被膜２は、４つ以上の層により構成されてもよい。硬質被膜２が有する複数の層のうち、最も膜厚が厚い層は、第１層２ａである。硬質被膜２が単層の場合、硬質被膜２は、第１層２ａを有する。つまり硬質被膜２は、少なくとも第１層２ａを有する。
【0051】
第１層２ａは、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層である。炭窒化チタン層２ａの膜厚は、１μｍ以上１０μｍ以下である。炭窒化チタン層２ａは、工具基体１の表面上に、直接的にまたは図示しない中間層を挟んで間接的に、配置される。炭窒化チタン層２ａは、例えば化学気相成長法（ＣＶＤ法）によって成膜される。
【0052】
炭窒化チタン層２ａは、炭窒化チタン層２ａのうち少なくとも最表層つまり最表面を含む層の組成が、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、原子比であるＸ値が０．４以上０．６以下であり、本実施形態では、Ｘ値が０．５以上０．６以下である。
なお、本実施形態でいう「炭窒化チタン層２ａの最表層」とは、炭窒化チタン層２ａのうち、膜厚方向において炭窒化チタン層２ａの最表面から少なくとも１μｍの表層部分を指す。
なお、本実施形態でいう「炭窒化チタン層２ａの最表層」とは、炭窒化チタン層２ａのうち、膜厚方向において炭窒化チタン層２ａの最表面から少なくとも１μｍの表層部分を指す。
【0053】
炭窒化チタン層２ａは、第１炭窒化チタン層を有する。第１炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、Ｘ値が０．４以上０．６以下を満足する。第１炭窒化チタン層は、従来の切削工具に用いられる炭窒化チタン層に比べて、Ｎの割合が大きいことから、Ｎ－ｒｉｃｈ ＴｉＣＮ層と言い換えてもよい。本実施形態では炭窒化チタン層２ａが、第１炭窒化チタン層の単層により構成される。このため炭窒化チタン層２ａは、第１炭窒化チタン層２ａと言い換えてもよい。
【0054】
後述するレーザピーニング処理を施すことにより、炭窒化チタン層２ａのうち切れ刃３部分および切れ刃３と隣接する部分の最表層の残留応力は、－１．５ＧＰａ以下とされ、本実施形態では－２．０ＧＰａ以下とされる。具体的に、レーザ照射後の切削工具１０は、図１および図２において、炭窒化チタン層２ａのうち切れ刃３部分および切れ刃３と隣接する部分に相当する範囲Ａ（つまり照射部）の最表層の残留応力が、－１．５ＧＰａ以下であり、本実施形態では－２．０ＧＰａ以下である。
具体的には、炭窒化チタン層２ａのうち範囲Ａに位置する部分全体（最表層を含む膜厚方向における全域）の残留応力が、－１．５ＧＰａ以下であり、本実施形態では－２．０ＧＰａ以下である。
具体的には、炭窒化チタン層２ａのうち範囲Ａに位置する部分全体（最表層を含む膜厚方向における全域）の残留応力が、－１．５ＧＰａ以下であり、本実施形態では－２．０ＧＰａ以下である。
【0055】
炭窒化チタン層２ａは、少なくとも、切れ刃３の刃長方向の一部およびすくい面５の前記一部に接続する部分に配置される。詳しくは、炭窒化チタン層２ａは、少なくとも、切れ刃３（の直線刃部３ｂ）の境界予定部およびすくい面５の前記境界予定部に接続する部分に配置される。炭窒化チタン層２ａは、少なくとも、切れ刃３の刃長方向において１ｍｍ以上にわたって配置される。本実施形態では炭窒化チタン層２ａが、切れ刃３の刃長方向の全域（全長）およびすくい面５の切れ刃３全域に接続する部分に配置される。
【0056】
第２層２ｂは、第１層２ａつまり炭窒化チタン層２ａの表面（外面）上に、直接的にまたは図示しない中間層を挟んで間接的に、配置される。第２層２ｂは、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物、Ｓｉの炭化物、窒化物、Ａｌの酸化物、窒化物、およびこれらの相互固溶体、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素などにより構成される。第２層２ｂは、例えばＡｌ２Ｏ３層やＴｉＮ層等である。また、第２層２ｂがＡｌ２Ｏ３層であり、図示しない第３層がＴｉＮ層であってもよい。Ａｌ２Ｏ３層が設けられることによって、すくい面５および切れ刃３の耐熱性および耐摩耗性が向上する。ＴｉＮ層が設けられることによって、切削工具１０の外観上の美観が高められ、また、切削工具１０が使用に供されたか否か、つまり使用済みか未使用かの識別性を容易に付与することができる。
【0057】
図２に示す例では、第２層２ｂのうち後述するパルスレーザによるレーザピーニング処理が施された部分が消失している。パルスレーザは、傾斜部５ｂの径方向外端部、ランド部５ａおよび切れ刃３にわたって照射される。このため第２層２ｂは、傾斜部５ｂの径方向外端部、ランド部５ａおよび切れ刃３以外の部分に配置される。なお第２層２ｂは、パルスレーザ照射後において、傾斜部５ｂの径方向外端部、ランド部５ａおよび切れ刃３に残存していてもよい。
【0058】
次に、切削工具１０の製造方法について説明する。
特に図示しないが、本実施形態の切削工具１０の製造方法は、焼結工程と、成膜工程と、レーザピーニング工程と、を含む。
特に図示しないが、本実施形態の切削工具１０の製造方法は、焼結工程と、成膜工程と、レーザピーニング工程と、を含む。
【0059】
焼結工程では、工具基体１の形状とされた圧粉体、つまり工具基体１の製造過程において圧粉成形される中間成形体を、焼結する。本実施形態では、圧粉体は板状であり、具体的には多角形板状である。
【0060】
成膜工程では、焼結した工具基体１の表面（外面）上に、硬質被膜２を成膜する。つまり成膜工程では、工具基体１の表面上に、少なくとも炭窒化チタン層２ａを有する硬質被膜２を成膜する。本実施形態では、工具基体１の表面上に、直接的にまたは図示しない中間層を挟んで間接的に、炭窒化チタン層（第１層）２ａを成膜し、炭窒化チタン層２ａ上に、直接的にまたは図示しない中間層を挟んで間接的に、Ａｌ２Ｏ３層（第２層）２ｂを成膜し、Ａｌ２Ｏ３層上に、直接的にまたは中間層を挟んで間接的に、図示しないＴｉＮ層（第３層）を成膜する。なお工具基体１の表面上に、炭窒化チタン層２ａ、Ａｌ２Ｏ３層２ｂおよびＴｉＮ層を含む４つ以上の層で構成される硬質被膜２を成膜してもよい。
【0061】
レーザピーニング工程では、硬質被膜２上に、パルス幅が１０ｐｓ（ピコ秒）以下のパルスレーザを照射してレーザピーニング処理を施す。具体的に、レーザピーニング工程では、すくい面５および切れ刃３に対して、上記パルスレーザを照射する。図２に示すように、本実施形態では、傾斜部５ｂの径方向外端部、ランド部５ａおよび切れ刃３にわたる範囲Ａ（照射部）に、上記パルスレーザを照射する。パルスレーザのパルス幅を１０ｐｓ以下とする理由は、ワークへの熱影響をなくしつつレーザのピークパワー密度を高めて、強い衝撃により、硬質被膜２および工具基体１の表層に高い圧縮残留応力を付与するためである。
【0062】
詳しくは、上記範囲Ａに、図示しないガルバノスキャナとｆθレンズを用いてレーザビームをハッチング走査する。このときの処理雰囲気は、大気中または任意のガス中とする。任意のガスとは、例えば酸化を抑える不活性ガス等である。レーザビームは、パルス幅が１０ｐｓ以下の短パルスレーザであり、ピークパワー密度が５ＴＷ／ｃｍ２以上となるよう、パルス幅、パルスエネルギーを適宜変更することで調整したものを用いる。なお、ピークパワー密度は、パルスエネルギー／（パルス幅×スポット面積）で計算される値である。また、パルスレーザのワーク（切削工具１０）表面におけるスポット直径は、例えば３０μｍ以下である。なおパルスレーザのワーク表面におけるスポット同士は、互いにオーバーラップさせなくてもよいし、互いにオーバーラップさせてもよい。
【0063】
レーザピーニング処理によって、炭窒化チタン層２ａのうち切れ刃３部分および切れ刃３と隣接する部分（範囲Ａつまり照射部。以下同様）の最表層の残留応力が、－１．５ＧＰａ以下となり、工具基体１の表層のうち切れ刃３部分および切れ刃３と隣接する部分の残留応力が、－２．０ＧＰａ以下となる。本実施形態では、炭窒化チタン層２ａのうち照射部の最表層の残留応力が、－２．０ＧＰａ以下となり、工具基体１の表層のうち照射部の残留応力が、－２．５ＧＰａ以下となる。
【0064】
このレーザ照射により、照射部（範囲Ａ）のＡｌ２Ｏ３層（第２層）２ｂおよび図示しないＴｉＮ層（第３層）については、除去されてもよいし、除去されなくてもよい。なお除去される場合には、硬質被膜２の耐溶着性や耐摩耗性が低下する可能性があるため、レーザ照射は、図１に示すように切れ刃３近傍の範囲Ａのみとすることが好ましい。言い換えると、切れ刃３近傍の範囲ＡにおいてＡｌ２Ｏ３層２ｂおよびＴｉＮ層が除去されても、耐溶着性や耐摩耗性への影響は小さく抑えられる。
【0065】
以上説明した本実施形態の切削工具１０によれば、下記の作用効果を奏する。
すなわち、本願の発明者は、硬質被膜２とレーザピーニング技術の関連について鋭意研究した結果、炭窒化チタン層２ａが、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合のＸ値が０．４～０．６を満足する最表層を有するとき、つまり従来品に比べて高窒素原子比の炭窒化チタン層２ａが硬質被膜２中に存在するときに、炭窒化チタン層２ａがレーザピーニング時の塑性変形に追随できることを発見した。これにより、切れ刃３近傍にレーザピーニング処理を施したときに、工具基体１の表面に硬質被膜２を残しながら、炭窒化チタン層２ａに－１．５ＧＰａ以下、工具基体１の表層に－２．０ＧＰａ以下の大きな圧縮残留応力を付与することが可能となった。
すなわち、本願の発明者は、硬質被膜２とレーザピーニング技術の関連について鋭意研究した結果、炭窒化チタン層２ａが、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合のＸ値が０．４～０．６を満足する最表層を有するとき、つまり従来品に比べて高窒素原子比の炭窒化チタン層２ａが硬質被膜２中に存在するときに、炭窒化チタン層２ａがレーザピーニング時の塑性変形に追随できることを発見した。これにより、切れ刃３近傍にレーザピーニング処理を施したときに、工具基体１の表面に硬質被膜２を残しながら、炭窒化チタン層２ａに－１．５ＧＰａ以下、工具基体１の表層に－２．０ＧＰａ以下の大きな圧縮残留応力を付与することが可能となった。
【0066】
具体的に、上記Ｘ値が０．４よりも小さいと、レーザ照射により炭窒化チタン層２ａがアブレーション加工されやすくなり、炭窒化チタン層２ａが消失したり、目減りする（薄くなる）ことで、硬質被膜２の耐摩耗性が低下するおそれがある。
また上記Ｘ値が０．６を超えると、レーザ照射時に炭窒化チタン層２ａが工具基体１の瞬間的な塑性変形に追随できなくなり、硬質被膜２の剥離や水平クラックが生じて、所期する圧縮残留応力を付与できないおそれがある。
また上記Ｘ値が０．６を超えると、レーザ照射時に炭窒化チタン層２ａが工具基体１の瞬間的な塑性変形に追随できなくなり、硬質被膜２の剥離や水平クラックが生じて、所期する圧縮残留応力を付与できないおそれがある。
【0067】
本実施形態によれば、レーザピーニング処理時の硬質被膜２の剥離や水平クラックを抑制でき、かつ、レーザ照射後においても炭窒化チタン層２ａを安定して残存させて、炭窒化チタン層２ａの膜厚を大きく確保できる。レーザピーニングによって硬質被膜２および工具基体１に安定して高い圧縮残留応力を付与することができ、これにより切れ刃３の耐欠損性を向上できる。
【0068】
なお、炭窒化チタン層２ａの膜厚が１μｍ以上であることにより、硬質被膜２の耐摩耗性が安定して高められる。また、炭窒化チタン層２ａの膜厚が１０μｍ以下であることにより、切れ刃３の耐チッピング性が良好に維持される。
【0069】
また本実施形態では、炭窒化チタン層２ａが、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、Ｘ値が０．４以上０．６以下を満足する第１炭窒化チタン層のみの単層で構成される。
この場合、炭窒化チタン層２ａにより上述した優れた作用効果が得られつつ、炭窒化チタン層２ａの構成を簡素化でき、切削工具１０の製造が容易となる。
この場合、炭窒化チタン層２ａにより上述した優れた作用効果が得られつつ、炭窒化チタン層２ａの構成を簡素化でき、切削工具１０の製造が容易となる。
【0070】
また本実施形態では、すくい面５のうち切れ刃３から少なくとも２００μｍの範囲Ａにおいて、炭窒化チタン層２ａの最表層の残留応力が－１．５ＧＰａ以下であり、工具基体１の表層の残留応力が－２．０ＧＰａ以下である。
一般に切削工具は、切削により、すくい面のうち（未使用の初期位置の）切れ刃から２００μｍの範囲まで摩耗したときに、工具寿命に至ったと判断される場合が多い。本実施形態の上記構成によれば、工具寿命に至るまで、切れ刃３近傍の耐欠損性を安定して高めることができる。
一般に切削工具は、切削により、すくい面のうち（未使用の初期位置の）切れ刃から２００μｍの範囲まで摩耗したときに、工具寿命に至ったと判断される場合が多い。本実施形態の上記構成によれば、工具寿命に至るまで、切れ刃３近傍の耐欠損性を安定して高めることができる。
【0071】
また、上記範囲Ａ（つまり照射部）がすくい面５のうち切れ刃３から５００μｍ以下である場合には、レーザピーニング処理により、硬質被膜２のうち炭窒化チタン層（第１層）２ａ以外のＡｌ２Ｏ３層（第２層）２ｂやＴｉＮ層（第３層）が除去されたとしても、すくい面５の耐溶着性や耐摩耗性が良好に維持される。
【0072】
また本実施形態では、炭窒化チタン層２ａが、少なくとも、切れ刃３の一部およびすくい面５の前記一部に接続する部分に配置される。
この場合、切れ刃３近傍のうち特に耐欠損性を高めたい箇所に炭窒化チタン層２ａを配置することで、レーザピーニング処理する範囲を小さく抑えて切削工具１０の生産性を高めつつ、上述の作用効果を得ることができる。
この場合、切れ刃３近傍のうち特に耐欠損性を高めたい箇所に炭窒化チタン層２ａを配置することで、レーザピーニング処理する範囲を小さく抑えて切削工具１０の生産性を高めつつ、上述の作用効果を得ることができる。
【0073】
また本実施形態では、炭窒化チタン層２ａが、少なくとも、切れ刃３の境界予定部およびすくい面５の前記境界予定部に接続する部分に配置される。
この場合、切れ刃３近傍のうち特に耐欠損性を高める必要がある境界予定部近傍に炭窒化チタン層２ａを配置することで、レーザピーニング処理する範囲を小さく抑えて切削工具１０の生産性を高めつつ、上述の作用効果を得ることができる。
この場合、切れ刃３近傍のうち特に耐欠損性を高める必要がある境界予定部近傍に炭窒化チタン層２ａを配置することで、レーザピーニング処理する範囲を小さく抑えて切削工具１０の生産性を高めつつ、上述の作用効果を得ることができる。
【0074】
また本実施形態では、炭窒化チタン層２ａは、その最表層の組成が、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、Ｘ値が０．５以上０．６以下であり、炭窒化チタン層２ａのうち照射部（範囲Ａ）の最表層の残留応力が、－２．０ＧＰａ以下であり、工具基体１の表層のうち照射部（範囲Ａ）の残留応力が、－２．５ＧＰａ以下である。
この場合、切れ刃３近傍にレーザピーニング処理を施したときに、炭窒化チタン層２ａのアブレーション加工、剥離および水平クラック等をより安定して抑制でき、工具基体１の表面に硬質被膜２を安定して残存させつつ、炭窒化チタン層２ａに－２．０ＧＰａ以下、工具基体１の表層に－２．５ＧＰａ以下とより大きな圧縮残留応力を付与できる。
この場合、切れ刃３近傍にレーザピーニング処理を施したときに、炭窒化チタン層２ａのアブレーション加工、剥離および水平クラック等をより安定して抑制でき、工具基体１の表面に硬質被膜２を安定して残存させつつ、炭窒化チタン層２ａに－２．０ＧＰａ以下、工具基体１の表層に－２．５ＧＰａ以下とより大きな圧縮残留応力を付与できる。
【0075】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、例えば下記に説明するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の変更等が可能である。
【0076】
前述の実施形態では、炭窒化チタン層２ａが、第１炭窒化チタン層の単層により構成される例を挙げたが、これに限らない。
特に図示しないが、前述の実施形態の第１変形例として、炭窒化チタン層２ａは、第１炭窒化チタン層と、第１炭窒化チタン層と膜厚方向に重なる第２炭窒化チタン層と、を有していてもよい。第１炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、Ｘ値が０．４以上０．６以下を満足する。第２炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、Ｘ値が０．６以上０．８以下を満足する。第２炭窒化チタン層は、第１炭窒化チタン層に比べてＮの割合が小さいことから、Ｎ－ｐｏｏｒ ＴｉＣＮ層と言い換えてもよい。
第１変形例において、第１炭窒化チタン層は、炭窒化チタン層２ａの最表層に位置し、膜厚が１μｍ以上である。炭窒化チタン層２ａ全体の膜厚に占める第１炭窒化チタン層の膜厚の割合は、２５％以上である。
特に図示しないが、前述の実施形態の第１変形例として、炭窒化チタン層２ａは、第１炭窒化チタン層と、第１炭窒化チタン層と膜厚方向に重なる第２炭窒化チタン層と、を有していてもよい。第１炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、Ｘ値が０．４以上０．６以下を満足する。第２炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、Ｘ値が０．６以上０．８以下を満足する。第２炭窒化チタン層は、第１炭窒化チタン層に比べてＮの割合が小さいことから、Ｎ－ｐｏｏｒ ＴｉＣＮ層と言い換えてもよい。
第１変形例において、第１炭窒化チタン層は、炭窒化チタン層２ａの最表層に位置し、膜厚が１μｍ以上である。炭窒化チタン層２ａ全体の膜厚に占める第１炭窒化チタン層の膜厚の割合は、２５％以上である。
【0077】
レーザピーニング処理時の硬質被膜２の剥離や水平クラックを抑制する目的においては、炭窒化チタン層２ａが第１炭窒化チタン層（Ｎ－ｒｉｃｈ ＴｉＣＮ層）のみの単層であっても優れた効果が得られるが、上述した第１変形例のように、上層にレーザ衝撃耐性の高い第１炭窒化チタン層を配置し、下層に耐摩耗性の高い第２炭窒化チタン層（Ｎ－ｐｏｏｒ ＴｉＣＮ層）を配置した２層（複層）構造とすることにより、炭窒化チタン層２ａ全体としての耐摩耗性がより向上する。なお炭窒化チタン層２ａは、３層以上の複層で構成されてもよい。
【0078】
また第１変形例では、第１炭窒化チタン層の膜厚を１μｍ以上とし、炭窒化チタン層２ａ全体の膜厚に占める第１炭窒化チタン層の膜厚の割合を２５％以上とすることで、レーザ照射による炭窒化チタン層２ａの消失や目減りを安定して抑制できる。レーザ照射後においても炭窒化チタン層２ａを安定して残存させることができ、炭窒化チタン層２ａの膜厚を大きく確保することができる。また、上記割合を２５％以上とすることで、レーザ照射時に、炭窒化チタン層２ａを工具基体１の瞬間的な塑性変形に対してより追随させやすい。
【0079】
特に図示しないが、前述の実施形態の第２変形例として、炭窒化チタン層２ａは、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、膜厚方向において最表層から工具基体１へ向かうに従いＸ値が変化してもよい。例えば、炭窒化チタン層２ａは、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合に、膜厚方向において最表層から工具基体１へ向かうに従いＸ値が大きくなってもよい。
この場合、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）のＸ値の大きさが膜厚方向において変化することで、炭窒化チタン層２ａを例えばグラデーション層とすることができる。グラデーション層とは、炭窒化チタン層２ａのＣとＮの原子比の割合が、膜厚方向において徐々に変化する層である。上記構成によれば、炭窒化チタン層２ａによって上述の作用効果が得られつつ、様々な切削工具１０への要望に柔軟に対応可能である。
この場合、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）のＸ値の大きさが膜厚方向において変化することで、炭窒化チタン層２ａを例えばグラデーション層とすることができる。グラデーション層とは、炭窒化チタン層２ａのＣとＮの原子比の割合が、膜厚方向において徐々に変化する層である。上記構成によれば、炭窒化チタン層２ａによって上述の作用効果が得られつつ、様々な切削工具１０への要望に柔軟に対応可能である。
【0080】
前述の実施形態では、切削工具１０が刃先交換式バイトに用いられる例を挙げたが、これに限らない。切削工具１０は、例えば、被削材に転削加工を施す刃先交換式ドリルや刃先交換式エンドミル等に用いられてもよい。
また、切削工具１０が切削インサートである例を挙げたが、これに限らない。切削工具１０は、例えばソリッドタイプのドリル、エンドミル、リーマおよびそれ以外の切削工具であってもよい。
また、切削工具１０が切削インサートである例を挙げたが、これに限らない。切削工具１０は、例えばソリッドタイプのドリル、エンドミル、リーマおよびそれ以外の切削工具であってもよい。
【0081】
その他、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、前述の実施形態、変形例およびなお書き等で説明した各構成（構成要素）を組み合わせてもよく、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。また本発明は、前述した実施形態によって限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【実施例】
【0082】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されない。
【0083】
本発明の実施例および比較例の各切削工具として、ＪＩＳ規格のＣＮＭＧ１２０４０８形状を有する切削インサートを用意した。各切削工具の工具基体１は、Ｃｏ９．０質量％の組成を有するＷＣ超硬合金製である。硬質被膜２の炭窒化チタン層２ａは、各工具基体１の表面上にＣＶＤ法により膜厚（平均膜厚）５μｍで成膜した。各切削工具の炭窒化チタン層２ａは、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）で表した場合のＸ値を下記表１に示す通りとした。なお各切削工具の炭窒化チタン層２ａは、単層である。反応ガスにはＴｉＣｌ４，Ｎ２，ＣＨ４，ＣＨ３ＣＮ，Ｈ２等を用い、それぞれの流量比を制御することによりＸ値を変更した。その後、炭窒化チタン層２ａ上に、ＣＶＤ法によってα－Ａｌ２Ｏ３層を膜厚２μｍ、ＴｉＮ層を膜厚０．２μｍで成膜した。
【0084】
次に、硬質被膜２表面から短パルスレーザを照射し、レーザピーニング処理を施した。レーザ条件は、レーザ波長１０３０ｎｍ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ、パルス幅１ｐｓ、パルスエネルギー０．４ｍＪにし、ビームプロファイルはガウシアン、ワーク表面でのスポット直径はφ３０μｍとした。ワークに圧縮残留応力が等方的に付与されるよう、レーザ照射パターンは正三角格子状にし、スポット中心間の距離は１０μｍとした。なお、いずれのサンプル（切削工具）も、レーザ照射した照射部のα－Ａｌ２Ｏ３層およびＴｉＮ層は、剥離したりアブレーション加工されていた。
【0085】
レーザ照射後の炭窒化チタン層２ａおよび工具基体１の表層について残留応力を測定した後、レーザ照射部の炭窒化チタン層２ａの断面を観察し、レーザ照射後の膜厚とクラックの有無を記録した。なお、レーザ照射後の炭窒化チタン層２ａの膜厚が薄いサンプルに関しては、炭窒化チタン層２ａの残留応力を測定することができなかった。
【0086】
炭窒化チタン層２ａの膜厚および原子比Ｘ値の算出については、硬質被膜２および工具基体１表面に対する垂直断面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）を用いて測定した。
残留応力については、パルステック社製のＸ線残留応力測定装置を使用し、ｃｏｓα法を用いて測定した。Ｘ線源にはＣｕ管球を使用し、２θ＝１５４°付近にあるＷＣ（１１３）回折ピーク、および２θ＝１３３°付近にあるＴｉＣＮ（４３１）回折ピークを用いて、それぞれの残留応力を測定した。Ｘ線遮蔽板を用いて切れ刃３からすくい面５側に幅０．２ｍｍのみを露出させ、レーザピーニング処理部のみの応力値になるように測定を行った。
残留応力については、パルステック社製のＸ線残留応力測定装置を使用し、ｃｏｓα法を用いて測定した。Ｘ線源にはＣｕ管球を使用し、２θ＝１５４°付近にあるＷＣ（１１３）回折ピーク、および２θ＝１３３°付近にあるＴｉＣＮ（４３１）回折ピークを用いて、それぞれの残留応力を測定した。Ｘ線遮蔽板を用いて切れ刃３からすくい面５側に幅０．２ｍｍのみを露出させ、レーザピーニング処理部のみの応力値になるように測定を行った。
【0087】
【表1】
【0088】
なお表１の判定の基準は、下記の通りである。
Ａ：炭窒化チタン層２ａの残留応力（ＴｉＣＮ残留応力）が－２．０ＧＰａ以下、かつ工具基体１の表層の残留応力（ＷＣ残留応力）が－２．５ＧＰａ以下であるもの。
Ｂ：炭窒化チタン層２ａの残留応力（ＴｉＣＮ残留応力）が－１．５ＧＰａ以下、かつ工具基体１の表層の残留応力（ＷＣ残留応力）が－２．０ＧＰａ以下であるもの。
Ｃ：炭窒化チタン層２ａの残留応力（ＴｉＣＮ残留応力）が－１．５ＧＰａよりも大きいか、または、工具基体１の表層の残留応力（ＷＣ残留応力）が－２．０ＧＰａよりも大きいもの。
Ａ：炭窒化チタン層２ａの残留応力（ＴｉＣＮ残留応力）が－２．０ＧＰａ以下、かつ工具基体１の表層の残留応力（ＷＣ残留応力）が－２．５ＧＰａ以下であるもの。
Ｂ：炭窒化チタン層２ａの残留応力（ＴｉＣＮ残留応力）が－１．５ＧＰａ以下、かつ工具基体１の表層の残留応力（ＷＣ残留応力）が－２．０ＧＰａ以下であるもの。
Ｃ：炭窒化チタン層２ａの残留応力（ＴｉＣＮ残留応力）が－１．５ＧＰａよりも大きいか、または、工具基体１の表層の残留応力（ＷＣ残留応力）が－２．０ＧＰａよりも大きいもの。
【0089】
また図３は、表１に基づいて、炭窒化チタン層２ａの組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）のＸ値と、レーザピーニング処理後の炭窒化チタン層２ａおよび工具基体１の表層の各残留応力との関係を示すグラフである。
表１および図３に示すように、Ｘ値が０．４～０．６の範囲である実施例１～４は、Ａ判定またはＢ判定となり、圧縮残留応力が顕著に高められていた。その中でも、Ｘ値が０．５～０．６の範囲である実施例３、４はＡ判定であり、圧縮残留応力が特に顕著に高められることがわかった。
表１および図３に示すように、Ｘ値が０．４～０．６の範囲である実施例１～４は、Ａ判定またはＢ判定となり、圧縮残留応力が顕著に高められていた。その中でも、Ｘ値が０．５～０．６の範囲である実施例３、４はＡ判定であり、圧縮残留応力が特に顕著に高められることがわかった。
【0090】
図４は、表１に基づいて、炭窒化チタン層２ａの組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）のＸ値と、レーザピーニング処理後の炭窒化チタン層２ａの膜厚との関係を示すグラフである。
図４に示すように、Ｘ値が０．４～０．６の範囲（実施例１～４）では、レーザ照射後においても炭窒化チタン層２ａの膜厚が大きく確保され、つまり被膜の消失や目減りが抑制されることがわかった。
図４に示すように、Ｘ値が０．４～０．６の範囲（実施例１～４）では、レーザ照射後においても炭窒化チタン層２ａの膜厚が大きく確保され、つまり被膜の消失や目減りが抑制されることがわかった。
【0091】
図５は、実施例３の切削工具１０のレーザピーニング処理後の切れ刃３近傍の断面を拡大して示すＳＥＭ画像である。図５に示すように、実施例３では、レーザピーニング処理後においても炭窒化チタン層２ａの消失や目減りが小さく抑えられており、炭窒化チタン層２ａに剥離や水平クラックが生じていない。
【0092】
一方、表１および図３に示すように、Ｘ値が０．４～０．６の範囲外である比較例１～７は、すべてＣ判定となり、圧縮残留応力を所期する値まで高めることができなかった。具体的に、Ｘ値が０．４よりも小さい比較例１～３については、炭窒化チタン層２ａの金属結合性が高くなり、レーザ照射でアブレーション加工が起こりやすくなったため、被膜が加工除去されたものと考えられる。また、Ｘ値が０．６よりも大きい比較例４～７については、炭窒化チタン層２ａの共有結合性が高くなり、被膜の靭性が低下することで、レーザ照射時の工具基体１の塑性変形に追随できなくなったため、被膜に水平クラックが生じたと考えられる。
【0093】
図６は、比較例６の切削工具のレーザピーニング処理後の切れ刃３近傍の断面を拡大して示すＳＥＭ画像である。図６に示すように、比較例６では、レーザピーニング処理後において炭窒化チタン層２ａに水平クラックや剥離（界面クラック）が多数発生している。このようなクラックが生じると、被膜が目減りしたり被膜に圧縮残留応力が入りにくくなる。
【0094】
次に、切削工具１０の炭窒化チタン層２ａが２層構造の場合について、レーザピーニング処理による確認を行った。
本発明の実施例の各切削工具１０として、ＪＩＳ規格のＣＮＭＧ１２０４０８形状を有する切削インサートを用意した。各切削工具１０の工具基体１は、Ｃｏ９．０質量％の組成を有するＷＣ超硬合金製である。炭窒化チタン層２ａは２層構造であり、ＣＶＤ法により下記表２に示す各膜厚にて、工具基体１の表面上に、下層の第２炭窒化チタン層（Ｎ－ｐｏｏｒ ＴｉＣＮ層）と、上層の第１炭窒化チタン層（Ｎ－ｒｉｃｈ ＴｉＣＮ層）とを成膜した。なお、第１炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）のＸ値を０．５８とし、第２炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）のＸ値を０．７とした。その後、炭窒化チタン層２ａ上に、ＣＶＤ法によってＡｌ２Ｏ３層を膜厚２μｍ、ＴｉＮ層を膜厚０．２μｍで成膜した。
本発明の実施例の各切削工具１０として、ＪＩＳ規格のＣＮＭＧ１２０４０８形状を有する切削インサートを用意した。各切削工具１０の工具基体１は、Ｃｏ９．０質量％の組成を有するＷＣ超硬合金製である。炭窒化チタン層２ａは２層構造であり、ＣＶＤ法により下記表２に示す各膜厚にて、工具基体１の表面上に、下層の第２炭窒化チタン層（Ｎ－ｐｏｏｒ ＴｉＣＮ層）と、上層の第１炭窒化チタン層（Ｎ－ｒｉｃｈ ＴｉＣＮ層）とを成膜した。なお、第１炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）のＸ値を０．５８とし、第２炭窒化チタン層は、組成式Ｔｉ（ＣＸＮ１－Ｘ）のＸ値を０．７とした。その後、炭窒化チタン層２ａ上に、ＣＶＤ法によってＡｌ２Ｏ３層を膜厚２μｍ、ＴｉＮ層を膜厚０．２μｍで成膜した。
【0095】
次に、硬質被膜２表面に対して短パルスレーザを照射し、レーザピーニング処理を施した。レーザ条件については、本実施例の上述のレーザ条件と同様とした。炭窒化チタン層２ａの各膜厚の測定方法についても、上述と同様である。
【0096】
【表2】
【0097】
また図７は、表２に基づいて、第１炭窒化チタン層（Ｎ－ｒｉｃｈ ＴｉＣＮ層）の膜厚と、レーザピーニング処理後の炭窒化チタン層２ａ全体の膜残存率との関係を示すグラフである。図８は、表２に基づいて、炭窒化チタン層全体の膜厚に占める第１炭窒化チタン層（Ｎ－ｒｉｃｈ ＴｉＣＮ層）の膜厚の割合（Ｘ軸）と、レーザピーニング処理後の炭窒化チタン層全体の膜残存率（Ｙ軸）との関係を示すグラフである。
【0098】
表２、図７および図８に示すように、第１炭窒化チタン層の膜厚が１μｍ未満であり、炭窒化チタン層２ａ全体の膜厚に占める第１炭窒化チタン層の膜厚の割合が２５％未満である実施例５は、レーザ照射後に炭窒化チタン層２ａが残存しにくい傾向があった。実施例６、７のように、炭窒化チタン層２ａの最表層に位置する第１炭窒化チタン層の膜厚が１μｍ以上であり、炭窒化チタン層２ａ全体の膜厚に占める第１炭窒化チタン層の膜厚の割合が２５％以上であると、レーザ照射後に炭窒化チタン層２ａが安定して残存した。
【産業上の利用可能性】
【0099】
本発明の切削工具によれば、レーザピーニング処理時の硬質被膜の剥離や水平クラックを抑制でき、硬質被膜および工具基体に高い圧縮残留応力を付与することができ、これにより切れ刃の耐欠損性を向上できる。したがって、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【0100】
１…工具基体、２…硬質被膜、２ａ…炭窒化チタン層、３…切れ刃、３ａ…コーナ刃部、３ｂ…直線刃部、５…すくい面、１０…切削工具、Ａ…範囲
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】