JP2014195857A - 表面被覆窒化硼素焼結体工具 - Google Patents

Abstract

【課題】焼入鋼の加工等において、少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体からなる基材を含む工具の耐摩耗性を向上させること。【解決手段】表面被覆窒化硼素焼結体工具は、少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む。被覆層の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、化合物層のそれぞれの厚さは、０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満である。【選択図】図２

Description

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

立方晶窒化硼素焼結体の表面をセラミックス等の被覆膜で被覆した工具は、優れた耐摩耗性を発揮するため、焼入鋼の切削加工用の切削工具として用いられている。昨今、このような切削加工においては高精度が要求されており、被削材表面の面粗度を向上させることが求められている。

このような要求を満たすため、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、立方晶窒化硼素焼結体の表面を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とで構成される被覆膜で被覆した工具を提案している。

また、このような多層で被覆した工具の基材としては、立方晶窒化硼素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））。

国際公開第２０１０／１５０３３５号パンフレット 国際公開第２０１２／００５２７５号パンフレット 特開２００８−１８８６８９号公報 特表２００８−５３４２９７号公報

鋼加工を行なう切削工具として、超硬合金からなる基材の表面をセラミックス組成の多層により被覆した工具を用いると、耐摩耗性が向上することが知られている。しかしながら、焼入鋼の加工を行なう場合、この用途に用いられる立方晶窒化硼素焼結体を基材とする切削工具の表面を、セラミックス組成の多層により被覆しても耐摩耗性を向上させることはできなかった。また、被削材表面の面粗度のさらなる向上も要求されている。

本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、焼入鋼の加工等において、少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体からなる基材を含む工具の耐摩耗性を向上させることにある。

本発明者は、上記課題を解決するために、焼入鋼の加工を行なう場合に発生する工具の摩耗の状況を詳細に検討した。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切れ刃の境界部において境界摩耗が発生することが明らかとなり、この境界摩耗が工具寿命に最も大きな影響を与えていることが判明した。

本発明者は、この知見に基づき検討を重ねた結果、この境界摩耗を抑制するためには特定の組成の層を特定の積層態様で積層させることが最も効果的であるとのさらなる知見が得られ、この知見に基づきさらに検討を重ねることによって本発明を完成させた。

本発明にかかる表面被覆窒化硼素焼結体工具は、少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む。立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素を３０体積％以上８０体積％以下含み、元素の周期表の第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。被覆層は、Ａ層とＢ層とを含む。Ａ層は、ＭＬａ_za1（Ｍは元素の周期表の第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）からなる。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。化合物層のそれぞれの厚さは、０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満である。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を除く元素の周期表の第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）からなる。化合物層の１種であって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は元素の周期表の第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０．７７以下であり、ｚｂ２は０．４以上１以下である）からなる。Ａ層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下である。Ｂ層の厚さは、０．０５μｍ以上５μｍ以下である。被覆層全体の厚さは、０．２５μｍ以上１５μｍ以下である。

本発明では、焼入鋼の加工等において、少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体からなる基材を含む工具の耐摩耗性を向上させることができる。

本発明の実施例におけ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。 本発明の実施例におけ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。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明では、図面を用いて説明しているが、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している。

＜表面被覆窒化硼素焼結体工具の構成＞
本発明にかかる表面被覆窒化硼素焼結体工具の少なくとも切れ刃部分は、立方晶窒化硼素焼結体（以下では「ｃＢＮ焼結体」と記す。「ｃＢＮ」は「cubic Boron Nitride」の略語である。）と、ｃＢＮ焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む。このような基本的構成を有する表面被覆窒化硼素焼結体工具は、焼結合金や難削鋳鉄の機械加工（たとえば切削加工）または焼入鋼の加工において特に有効に用いることができる他、これら以外の一般的な金属の各種加工においても好適に用いることができる。

＜ｃＢＮ焼結体＞
ｃＢＮ焼結体は、表面被覆窒化硼素焼結体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、３０体積％以上８０体積％以下の立方晶窒化硼素（以下では「ｃＢＮ」と記す）を含み、結合相をさらに含む。ここで、結合相は、元素の周期表の第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み、ｃＢＮ同士を互いに結合する。ｃＢＮ焼結体が３０体積％以上のｃＢＮを含んでいれば、表面被覆窒化硼素焼結体工具の基材の耐摩耗性の低下を防止できる。また、ｃＢＮ焼結体が８０体積％以下のｃＢＮを含んでいれば、ｃＢＮ焼結体においてｃＢＮを分散させることができるので、結合相によるｃＢＮ同士の接合強度を確保することができる。本明細書では、ｃＢＮの含有体積率は次に示す方法にしたがって求められたものである。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にて２０００倍で写真撮影する。このとき、ｃＢＮからなる粒子（以下では「ｃＢＮ粒子」と記す。）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る。撮影されたｃＢＮ焼結体組織の写真からｃＢＮ焼結体領域と結合相領域とを画像処理により２値化し、ｃＢＮ粒子の占有面積を求める。求められたｃＢＮ粒子の占有面積を以下に示す式に代入すれば、ｃＢＮの含有体積率が求まる。
（ｃＢＮの含有体積率）＝（ｃＢＮ粒子の占有面積）÷（撮影されたｃＢＮ焼結体組織の面積）×１００。

好ましくは、ｃＢＮ焼結体が５０体積％以上６５体積％以下のｃＢＮを含むことである。ｃＢＮ焼結体が５０体積％以上のｃＢＮを含んでいれば、耐摩耗性と耐欠損性とのバランスに優れた表面被覆窒化硼素焼結体工具の基材を提供することができる。また、ｃＢＮ焼結体が６５体積％以下のｃＢＮを含んでいれば、結合相によるｃＢＮ同士の接合強度を高めることができる。

好ましくは、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面では、ｃＢＮ粒子が結合相よりも被覆層側に突出していることである。これにより、ｃＢＮ焼結体と被覆層との密着性を高めることができる。より好ましくは、ｃＢＮ粒子と結合相との段差が０．０５μｍ以上１．０μｍ以下であることである。この段差が０．０５μｍ以上であれば、アンカー効果を得ることができる。また、この段差が１．０μｍ以下であれば、ｃＢＮ粒子がｃＢＮ焼結体から脱落することを防止できる。さらに好ましくは、ｃＢＮ粒子と結合相との段差が０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることである。この段差が０．１μｍ以上であれば、アンカー効果を有効に得ることができる。また、この段差が０．５μｍ以下であれば、ｃＢＮ粒子がｃＢＮ焼結体から脱落することをさらに防止できる。本明細書では、上記段差は、後述する被覆層の全体の厚さ等の測定方法と同一の方法にしたがって測定されたものである。

好ましくは、ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮの体積含有率は、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面からｃＢＮ焼結体の内側へ向かうにつれて高くなることである。これにより、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面では、結合相の体積含有率がｃＢＮの体積含有率よりも高いので、ｃＢＮ焼結体と被覆層との密着性を高めることができる。一方、ｃＢＮ焼結体の内部では、ｃＢＮの体積含有率の方が結合相の体積含有率よりも高いので、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の体積含有率は、被覆層との界面側（ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面から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４０体積％であり、ｃＢＮ焼結体の厚さ方向中央付近（ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面から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％である。

好ましくは、ｃＢＮ焼結体に含まれるｃＢＮ粒子の粒径は、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面からｃＢＮ焼結体の内側へ向かうにつれて大きくなることである。これにより、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面では、ｃＢＮ粒子の粒径は小さいので、ｃＢＮ焼結体と被覆層との密着性を高めることができる。一方、ｃＢＮ焼結体の内部では、ｃＢＮ粒子の粒径は大きいので、靱性を高めることができる。たとえば、ｃＢＮ粒子の粒径は、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面から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以下であり、ｃＢＮ焼結体と被覆層との界面から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以下である。本明細書では、ｃＢＮ粒子の粒径は次に示す方法にしたがって求められたものである。ｃＢＮの含有体積率を求めるさいに得られたｃＢＮ焼結体組織の反射電子像におけるｃＢＮ粒子に外接する面の直径を測定し、測定された直径をｃＢＮ粒子の粒径としている。

なお、ｃＢＮ焼結体は、表面被覆窒化硼素焼結体工具の切れ刃部分に設けられていればよい。そのため、表面被覆窒化硼素焼結体工具の基材は、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く、ロウ材の材料としては、接合強度または融点を考慮して選定することができる。また、ｃＢＮ焼結体は、表面被覆窒化硼素焼結体工具の基材全体を構成していてもよい。

＜被覆層＞
被覆層は、Ａ層とＢ層とを含む。本発明の被覆層は、Ａ層とＢ層とを含む限り、Ａ層およびＢ層以外に他の層を含んでいても差し支えない。このような他の層としては、たとえば後述のようなＡ層とＢ層との間に設けられるＣ層または最下層であるＤ層等を挙げることができるが、これらのみに限られるものではない。

被覆層の厚さは、０．２５μｍ以上１５μｍ以下である。被覆層の厚さが０．２５μｍ以上であれば、被覆層の厚さが薄いことに起因する表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐摩耗性の低下を防止することができる。被覆層の厚さが１５μｍ以下であれば、切削初期における被覆層の耐チッピング性を高めることができる。好ましくは、被覆層の厚さが１．５μｍ以上４．５μｍ以下である。

本明細書では、被覆層の全体の厚さおよび後述の各層の厚さならびに積層数は、いずれも表面被覆窒化硼素焼結体工具を切断し、その断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）またはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて観察することにより求められたものである。また、被覆層を構成する後述のような各層の組成は、ＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のＥＤＸ分析器（エネルギー分散型Ｘ線分析器）を用いて測定されたものである。

被覆層は、表面被覆窒化硼素焼結体工具の切れ刃部分にのみ設けられていればよいが、表面被覆窒化硼素焼結体工具の基材の表面全面を被覆していてもよいし、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。また、切れ刃部分とは異なる部分では、被覆層の一部の積層構成が部分的に異なっていてもよい。

＜Ａ層＞
Ａ層は、ＭＬａ_za1（Ｍは元素の周期表の第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）からなる。これにより、Ａ層は、滑らかに摩耗する。別の言い方をすると、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。よって、表面被覆窒化硼素焼結体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。

好ましくは、Ａ層は、（Ｔｉ_1-xaＭａ_xa）（Ｃ_1-za2Ｎ_za2）（ＭａはＴｉを除く元素の周期表の第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）からなることである。Ａ層がＴｉを含んでいれば、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防止することができる。より好ましくは、Ｍａの組成ｘａが０以上０．３以下であることである。これにより、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防止することができる。なお、Ａ層が（Ｔｉ_{1-xa(1)-xa(2)}Ｍａ（１）_xa(1)Ｍａ（２）_xa(2)）（Ｃ_1-za2Ｎ_za2）からなる場合には、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、以下に示すＢ層、Ｃ層およびＤ層においても言える。

好ましくは、Ａ層では、Ｎの組成は、ｃＢＮ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ことである。たとえばＡ層のｃＢＮ焼結体側においてＮの組成が大きければ、耐欠損性および耐剥離性を高めることができる。また、Ａ層の表面側においてＮの組成が小さければ、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層の表面側へ向かって不連続に減少または増加することを意味し、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に減少または増加することを意味し、たとえば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て形成することにより得られる構成である。

好ましくは、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である。これによっても、Ａ層のｃＢＮ焼結体側では耐欠損性および耐剥離性を高めることができ、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、チッピング等をさら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層の内部へ向かって０μｍ以上０．１μｍ以下離れた領域を意味する。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意味する。

Ａ層の厚さは、０．２μｍ以上１０μｍ以下である。Ａ層の厚さが０．２μｍ以上であれば、耐クレータ摩耗性または耐逃げ面摩耗性などに優れた表面被覆窒化硼素焼結体工具を提供することができる。一方、Ａ層の厚さが１０μｍを超えると、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐クレータ摩耗性または耐逃げ面摩耗性などをさらに向上させることが難しいことがある。好ましくは、Ａ層の厚さが１μｍ以上３μｍ以下であることである。

好ましくは、Ａ層がＢ層よりも表面被覆窒化硼素焼結体工具の表面側に設けられていることである。これにより、Ａ層が滑らかに摩耗してクラックの発生を防止することができる。また、クラックが発生した場合であっても、Ｂ層が、発生したクラックの基材側への伝搬を防止することができる。

＜Ｂ層＞
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。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つ以上積層されて構成されたものを挙げるが、本発明の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差し支えない。Ｂ層の厚さは、０．０５μｍ以上５μｍ以下である。

好ましくは、Ｂ層全体におけるＳｉ組成の平均値が０．００５以上０．１以下であることである。これにより、Ｂ層の耐剥離性を高めることができるので、酸素がＢ層とＡ層または基材との界面に侵入することを防止することができる。Ｂ層全体におけるＳｉ組成の平均値は、より好ましくは０．０１以上０．０７以下であり、さらに好ましくは０．０２以上０．０５以下である。本明細書では、Ｂ層全体におけるＳｉ組成の平均値は、次の計算式を用いて求められたものである。
（Ｂ層全体におけるＳｉ組成の平均値）＝｛（Ｂ層を構成する各層のＳｉ組成）×（当該各層の厚さ）の総和｝÷（Ｂ層全体の厚さ）。

Ｂ１化合物層は、（Ｔｉ_1-xb1-yb1Ｓｉ_xb1Ｍ１_yb1）（Ｃ_1-zb1Ｎ_zb1）（Ｍ１はＴｉを除く元素の周期表の第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）からなる。Ｂ１化合物層の厚さは、０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満である。

Ｂ２化合物層は、（Ａｌ_1-xb2Ｍ２_xb2）（Ｃ_1-zb2Ｎ_zb2）（Ｍ２は元素の周期表の第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０．７７以下であり、ｚｂ２は０．４以上１以下である）からなる。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。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。Ｂ２化合物層の厚さは、０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満である。

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。

好ましくは、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を満たすことである。これにより、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐境界摩耗性などをより向上させることができる。本明細書では、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。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）。
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を求めることができる。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）。

より好ましくは、ｔ２／ｔ１が１＜ｔ２／ｔ１≦５．０を満たすことである。これにより、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐境界摩耗性などをさらに向上させることができる。よって、繰り返される衝撃または振動等に対して優れた耐摩耗性を有する表面被覆窒化硼素焼結体工具を提供することができる。また、小さな部品に対する繰り返しの加工または軽断続加工においても、表面被覆窒化硼素焼結体工具の長寿命化を図ることができる。さらに好ましくは、ｔ２／ｔ１が１．１＜ｔ２／ｔ１≦４．５を満たすことである。

さらに好ましくは、Ａ層がＢ層よりも表面側に設けられている場合には、ｔ２／ｔ１は、ｃＢＮ焼結体側では１＜ｔ２／ｔ１≦５．０を満たし、Ａ層側に向かうにつれて小さくなり、Ａ層側では０．５＜ｔ２／ｔ１＜２を満たすことである。これにより、Ｂ層のＡ層側では、クラックの発生を防止することができ、Ｂ層のｃＢＮ焼結体側では、クラックがｃＢＮ焼結体側へ伝搬することを防止することができる。ここで、Ｂ層のＡ層側とは、Ａ層の最も近くに位置するＢ層の面からＢ層の内部へ向かって０μｍ以上Ｂ層の厚さの１／２以下離れた領域、および、Ａ層の最も近くに位置するＢ層の面からＢ層の内部へ向かって０μｍ以上０．１μｍ以下離れた領域のうちの狭い方の領域を意味する。また、Ｂ層のｃＢＮ焼結体側とは、ｃＢＮ焼結体の最も近くに位置するＢ層の面からＢ層の内部へ向かって０μｍ以上Ｂ層の厚さの１／２以下離れた領域、および、ｃＢＮ焼結体の最も近くに位置するＢ層の面からＢ層の内部へ向かって０μｍ以上０．１μｍ以下離れた領域のうちの狭い方の領域を意味する。

＜Ｃ層＞
好ましくは、被覆層がＡ層とＢ層との間に設けられたＣ層をさらに含むことであり、Ｃ層がＭｃＬｃ_zc（Ｍｃは元素の周期表の第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以上０．８５以下である）からなることである。これにより、Ａ層とＢ層との密着性を高めることができる。また、Ａ層がＢ層よりも表面側に設けられている場合には、Ａ層で発生したクラックの基材側への伝搬をＣ層で止めることができる。

より好ましくは、Ｃ層の厚さが０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることである。Ｃ層の厚さが０．００５μｍ以上であれば、Ｃ層を設けたことにより得られる効果を十分に得ることができる。Ｃ層の厚さが０．５μｍ以下であれば、Ｃ層を設けたことにより被覆層の厚さが大きくなりすぎることを防止することができる。さらに好ましくは、Ｃ層の厚さが０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であることである。

より好ましくは、Ｌｃの組成ｚｃが０よりも大きく０．７未満であることである。Ｌｃの組成ｚｃが０よりも大きければ、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るので、Ａ層で発生したクラックの基材側への伝搬をＣ層で有効に止めることができる。さらに好ましくは、Ｌｃの組成ｚｃが０．２以上０．５以下であることである。

より好ましくは、Ｃ層は、Ａ層およびＢ層を構成する元素の少なくとも１種以上を含むことである。Ｃ層がＡ層を構成する元素の少なくとも１種以上を含むのであれば、Ａ層とＣ層との密着性を高めることができる。Ｃ層がＢ層を構成する元素の少なくとも１種以上を含むのであれば、Ｂ層とＣ層との密着性を高めることができる。より好ましくは、Ｃ層は、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種以上を含むことである。

＜Ｄ層＞
好ましくは、被覆層が基材とＢ層との間に設けられたＤ層をさらに含むことであり、Ｄ層がＭｄＬｄ_zd（Ｍｄは元素の周期表の第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）からなることである。このようなＤ層はｃＢＮ焼結体との密着性に優れる。よって、被覆層がＤ層をさらに含むのであれば、ｃＢＮ焼結体と被覆層との密着性を高めることができる。より好ましくは、ＬｄがＮであることである。

より好ましくは、Ｄ層が（Ａｌ_1-xdＭｄ２_xd）Ｌｄ_zd（Ｍｄ２は、元素の周期表の第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）からなることである。Ｄ層がＡｌを含んでいれば、ＢＮ焼結体と被覆層との密着性をより高めることができる。さらに好ましくは、Ｍｄ２がＴｉ、ＣｒおよびＶの少なくとも１種以上であることである。

より好ましくは、Ｄ層の厚さが０．０５μｍ以上１μｍ以下である。Ｄ層の厚さが０．０５μｍ以上であれば、Ｄ層を設けたことにより得られる効果を十分に得ることができる。Ｄ層の厚さが１μｍ以下であれば、Ｄ層を設けたことにより被覆層の厚さが大きくなりすぎることを防止することができる。さらに好ましくは、Ｄ層の厚さが０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることである。

＜表面被覆窒化硼素焼結体工具の製造方法＞
本発明にかかる表面被覆窒化硼素焼結体工具の製造方法は、たとえば、ｃＢＮ焼結体を少なくとも切れ刃部分に有する基材を準備する工程と、少なくともｃＢＮ焼結体上に被覆層を形成する工程とを含む。基材を準備する工程は、ｃＢＮ焼結体を形成する工程を含むことが好ましく、ｃＢＮ焼結体を形成する工程は、ｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末との混合物を高温高圧下で焼結させる工程を含むことが好ましい。基材を準備する方法は、所定の形状を有する基材本体にｃＢＮ焼結体を接合させる工程をさらに含むことがより好ましい。

被覆層を形成する工程は、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）またはスパッタ法により被覆層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、被覆層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、被覆層を形成することができる。被覆層を形成する条件としては、公知の条件を採用することができる。また、スパッタ法では、被覆層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またはＸｅ等のスバッタガスとを用いて、被覆層を形成することができる。被覆層を形成する条件としては、公知の条件を採用することができる。

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。

＜表面被覆窒化硼素焼結体工具の製造＞
図１は、実施例におけ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は、実施例におけ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。

＜試料１の製造＞
＜ｃＢＮ焼結体Ａの形成＞
まず、原子比でＴｉ：Ｎ＝１：０．６となるように、平均粒子径が１μｍのＴｉＮ粉末と平均粒子径が３μｍのＴｉ粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で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。

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子径が４μｍのＡｌ粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で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。

続いて、ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮ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た。得られた混合粉末を超硬合金製支持板に積層してからＭｏ製カプセルに充填した。そののち、超高圧装置を用いて、圧力５．５ＧＰａで温度１３００℃で３０分間焼結した。これにより、ｃＢＮ焼結体Ａを得た。

＜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。準備した基材本体の刃先（コーナ部分）に上記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。接合には、Ｔｉ−Ｚｒ−Ｃｕからなる口ウ材を用いた。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。

得られた基材３を成膜装置内に入れて真空引きを行ない、５００℃に加熱してからＡｒイオンによりエッチングを行なった。そののち、成膜装置内からＡｒガスを排気した。

＜被覆層の形成＞
＜Ｄ層の形成＞
上記成膜装置内でＤ層２０を基材３上に形成した。具体的には、以下に示す条件で、厚さが０．５μｍであるＤ層を蒸着により形成した。
ターゲット：Ａｌを７０原子％、Ｃｒを３０原子％含む
導入ガス：Ｎ₂
成膜圧力：４Ｐａ
アーク放電電流：１２０Ａ
基板バイアス電圧：−５０Ｖ
テーブル回転速度：５ｒｐｍ。

＜Ｂ層の形成＞
上記成膜装置内でＢ層３０をＤ層２０上に形成した。具体的には、以下に示す条件で、全体の厚さが０．０３μｍであるＢ層３０を蒸着により形成した。このとき、Ｂ１化合物層３１の厚さが７ｎｍとなるように、且つ、Ｂ２化合物層３２の厚さが１０ｎｍとなるように、ターゲットＢ１、Ｂ２のアーク電流と基材をセットした回転テーブルの回転速度とを調整した。
ターゲットＢ１：Ｔｉを７５原子％、Ｓｉを１５原子％、Ｃｒを１０原子％含む
ターゲットＢ２：Ａｌを６０原子％、Ｃｒを１０原子％、Ｔｉを３０原子％含む
導入ガス：Ｎ₂
成膜圧力：１Ｐａ
基板バイアス電圧：−５０Ｖ。

＜Ｃ層の形成＞
上記成膜装置内でＣ層４０をＢ層３０上に形成した。具体的には、以下に示す条件で、厚さが０．１μｍであるＣ層４０を蒸着により形成した。
ターゲット：Ｔｉを５０原子％、Ａｌを５０原子％含む
導入ガス：Ｎ₂
成膜圧力：０．１Ｐａ
アーク放電電流：１５０Ａ
基板バイアス電圧：−１００Ｖ
テーブル回転速度：５ｒｐｍ。

＜Ａ層の形成＞
上記成膜装置内でＡ層５０をＣ層４０上に形成した。具体的には、以下に示す条件で、厚さが２μｍであるＡ層を蒸着により形成した。
ターゲット：Ｔｉを５０原子％、Ａｌを５０原子％含む
導入ガス：Ｎ₂
成膜圧力：４Ｐａ
アーク放電電流：１２０Ａ
基板バイアス電圧：−６００Ｖ
テーブル回転速度：５ｒｐｍ。

このようにして、基材３の上には、Ｄ層２０とＢ層３０とＣ層４０とＡ層５０とが順に積層されてなる被覆層１０が形成され、よって、試料１が製造された。

＜試料２〜６の製造＞
Ｂ１化合物層およびＢ２化合物層の層数を表２に示す数値に変更してＢ層の全体の厚さを変更したことを除いては上記試料１の製造方法にしたがって、試料２〜６を製造した。なお、表２における層数には、Ｂ１化合物層の層数とＢ２化合物層の層数との合計を記している。

＜試料７の製造＞
ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮの含有率が表３に示す数値となるようにｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記ｃＢＮ焼結体Ａの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｄを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｄを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料７の基材を形成した。

次に、上記試料１の製造方法にしたがって、Ｄ層およびＢ層を順に形成した。そののち、成膜圧力を以下に示すように変更したことを除いては上記試料１のＣ層の形成方法にしたがって、Ｃ層を形成した。つまり、成膜圧力を、Ｃ層の形成開始時にはＮ₂を導入して３Ｐａとし、その後、徐々に下げ０．１Ｐａまで下げてから、再び３Ｐａまで徐々に上げた。

続いて、成膜圧力と導入ガスとを以下に示すように変更したことを除いては上記試料１のＡ層の形成方法にしたがって、Ａ層を形成した。つまり、Ａ層の形成開始時からＡ層の厚さが０．９μｍとなるまでの間は、Ｎ₂のみを導入して成膜圧力を３Ｐａとした。そののち、ＣＨ₄を徐々に増やしながらＮ₂を徐々に減らして、Ａ層をさらに０．３μｍ形成した。このとき、組成がＴｉＣ_0.5Ｎ_0.5となるまで、ＣＨ₄を徐々に増やしながらＮ₂を徐々に減らした。そののち、ＣＨ₄およびＮ₂のそれぞれの供給量を変更することなくＡ層をさらに０．３μｍ形成した。このようにして試料７を製造した。

なお、試料７を製造するさい、表１〜表２に示す組成からなる層が得られるように、ターゲットを調製し、導入ガスの種類およびその供給量を調整した。導入ガスとしては、Ａｒ、Ｎ₂またはＣＨ₄などを適宜用いた。成膜圧力を０．１Ｐａ〜７Ｐａの範囲内で適宜、調整し、アーク放電電流を６０Ａ〜２００Ａの範囲内で適宜、調整し、基板バイアス電圧を−２５Ｖ〜−７００Ｖの範囲内で適宜、調整した。以下に示す試料８〜５５においても同様とした。

＜試料８〜１３の製造＞
Ｂ１化合物層の厚さおよびＢ２化合物層の厚さがそれぞれ表２に示す数値であるＢ層を形成したことを除いては上記試料７の製造方法にしたがって、試料８〜１３を製造した。

＜試料１４の製造＞
ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮの含有率が表３に示す数値となるようにｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記ｃＢＮ焼結体Ａの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｂを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｂを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料１４の基材を形成した。

次に、上記試料１の製造方法にしたがってＤ層を形成した。そののち、表２に示すＢ１化合物層の厚さとＢ２化合物層の厚さとの比となるように、ターゲットＢ１のアーク電流とターゲットＢ２のアーク電流とを変化させてＢ層を形成した。具体的には、ターゲットＢ１のアーク電流を一定の割合で徐々に増加させ、ターゲットＢ２のアーク電流を一定の割合で徐々に減少させた。そののち、Ｃ層を形成することなくＢ層上にＡ層を形成した。具体的には、導入ガスとしてＮ₂だけでなくＣＨ₄も用いたことを除いては上記試料１のＡ層の形成方法にしたがって、Ａ層を形成した。このとき、ＣＨ₄およびＮ₂のそれぞれの供給量を調整して、ＴｉＣ_0.3Ｎ_0.7からなるＡ層を形成した。このようにして試料１４を製造した。

＜試料１５〜１９の製造＞
Ａ層の形成時の導入ガスを変更したことを除いては上記試料１４の製造方法にしたがって、試料１５〜１９を製造した。たとえば試料１５のＡ層は以下のようにして形成された。つまり、Ａ層の形成開始時からＡ層の厚さが１．６μｍとなるまでの間は、Ｎ₂のみを導入して成膜圧力を３Ｐａとした。そののち、ＣＨ₄を徐々に増やしながらＮ₂を徐々に減らして、Ａ層をさらに０．３μｍ形成した。このとき、組成がＴｉＣ_0.3Ｎ_0.7となるまで、ＣＨ₄を徐々に増やしながらＮ₂を徐々に減らした。そののち、ＣＨ₄およびＮ₂のそれぞれの供給量を変更することなくＡ層をさらに０．１μｍ形成した。そののち、ＣＨ₄の供給を停止し、Ｎ₂の供給量を増加して、Ａ層をさらに０．５μｍ形成した。

＜試料２０〜２５の製造＞
ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮの含有率が表３に示す数値となるようにｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記ｃＢＮ焼結体Ａの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｃを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｃを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料２０〜２５の基材を形成した。

次に、上記試料１、１４の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料２０〜２５を製造した。

＜試料２６の製造＞
ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮの含有率が表３に示す数値となるようにｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記ｃＢＮ焼結体Ａの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｅを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｅを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料２６の基材を形成した。

次に、上記試料１の製造方法にしたがって、Ｄ層およびＢ層を順に形成した。そののち、以下に示す条件でＣ層を蒸着により形成してから、上記試料１４の製造方法にしたがってＡ層を形成した。これにより、試料２６を製造した。
ターゲット：Ｔｉを８０原子％、Ｃｒを１０原子％、Ｗを１０原子％含む。
導入ガス：Ａｒ
成膜圧力：４Ｐａ
アーク放電電流：１５０Ａ
基板バイアス電圧：−３０Ｖ。

＜試料２７〜３２の製造＞
ＡｒとＮ₂とを導入して表１に示す組成からなるＣ層を形成したことを除いては上記試料２６の製造方法にしたがって、試料２７〜３２を製造した。

＜試料３３〜３８の製造＞
平均粒径が０．５μｍのｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記ｃＢＮ焼結体Ｄの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｆを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｆを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料３３〜３８の基材を形成した。

次に、上記試料１、７の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料３３〜３８を製造した。

＜試料３９〜４４の製造＞
平均粒径が３μｍのｃＢＮ粒子と結合相の原料粉末とを配合したことを除いては上記ｃＢＮ焼結体Ｄの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｇを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｇを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料３９〜４４の基材を形成した。

次に、上記試料１、７の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料３９〜４４を製造した。

＜試料４５〜５１の製造＞
表１に示すｃＢＮ焼結体を用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料４５〜５１の基材を形成した。次に、上記試料１、７の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料４５〜５１を製造した。

＜試料５２の製造＞
まず、原子比でＴｉ：Ｃ：Ｎ＝１：０．３：０．３となるように、平均粒子径が１μｍのＴｉＣＮ粉末と平均粒子径が３μｍのＴｉ粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で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。

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子径が４μｍのＡｌ粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で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。そののちは、上記ｃＢＮ焼結体Ｄの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｈを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｈを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料５２の基材を形成した。

続いて、試料４５〜５１の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料５２を製造した。

＜試料５３の製造＞
まず、原子比でＴｉ：Ｃ＝１：０．６となるように、平均粒子径が１μｍのＴｉＣ粉末と平均粒子径が３μｍのＴｉ粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で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。

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子径が４μｍのＡｌ粉末とを混合した。得られた混合物を真空中で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。そののちは、上記ｃＢＮ焼結体Ｄの形成方法にしたがって、ｃＢＮ焼結体Ｉを得た。得られたｃＢＮ焼結体Ｉを用いて、上記試料１の基材の製造方法にしたがって、試料５３の基材を形成した。

続いて、試料４５〜５１の製造方法にしたがって、Ｄ層、Ｂ層、Ｃ層およびＡ層を順に形成した。これにより、試料５３を製造した。

＜試料５４の製造＞
Ｂ層、Ｃ層およびＤ層を形成しなかったことを除いては上記試料１の製造方法にしたがって、試料５４を製造した。

＜試料５５の製造＞
Ａ層およびＣ層を形成しなかったことを除いては上記試料１の製造方法にしたがって、試料５５を製造した。

表１におけるＴｉＣＮ^*01〜ＴｉＣＮ^*08については、表４に示すとおりである。表１におけるＴｉＮ^*11については、表５に示すとおりである。

＜逃げ面摩耗量ＶＢおよび面粗度Ｒｚの測定＞
製造された試料１〜５５を用いて、以下に示す切削条件にしたがって切削加工（切削距離：４ｋｍ）を行った。そののち、光学顕微鏡を用いて逃げ面摩耗量ＶＢを測定し、ＪＩＳ規格にしたがって被削材表面の面粗度Ｒｚを測定した。逃げ面摩耗量ＶＢの測定結果を表６の「ＶＢ（ｍｍ）」の欄に示し、被削材表面の面粗度Ｒｚの測定結果を表６の「Ｒｚ（μｍ）」の欄に示す。ＶＢが小さいほど、表面被覆窒化硼素焼結体工具は耐逃げ面摩耗性に優れる。Ｒｚが小さいほど、表面被覆窒化硼素焼結体工具は耐境界摩耗性に優れる。本実施例では、Ｒｚが３μｍ以下であれば良好であるとしている。

（切削条件）
被削材：高硬度鋼（ＳＣＭ４１５Ｈ／ＨＲＣ６０）
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
送り：ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：ａｐ＝０．１ｍｍ
切削油：エマルジョン（日本フルードシステム学会製造の商品名「システムカット９６」）を２０倍希釈したもの（ｗｅｔ状態）。

＜工具寿命の測定＞
製造された試料１〜５５を用いて、上記切削条件にしたがって切削加工を行った。具体的には、一定の切削間隔だけ切削加工を行った後に表面粗さ計を用いて被削材の面粗度Ｒｚを測定するということを繰り返し行った。被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍを超えると、切削加工を停止し、そのときの切削距離｛（一定の切削間隔）×（被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍを超えたときの切削回数ｎ）｝を求めた。また、被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍを超える直前の切削距離｛（一定の切削間隔）×（ｎ−１）｝も求めた。そして、被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍを超えたときの被削材の面粗度Ｒｚの具体的な数値およびそのときの切削距離と、被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍを超える直前の被削材の面粗度Ｒｚの具体的な数値およびそのときの切削距離とを用い、切削距離と被削材の面粗度Ｒｚとの関係を直線で近似して、被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍとなった時点の切削距離を求めた。その結果を表６の「切削距離」の欄に示す。切削距離が長いほど、表面被覆窒化硼素焼結体工具は耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性に優れる。本実施例では、切削距離が８ｋｍ以上であれば良好であるとしている。

＜結果と考察＞

試料２〜５、８〜１２、１４〜１９、２１〜２４、２６〜３８、４０〜４３および４５〜５３では、ＶＢが小さく、Ｒｚが３μｍ以下であり、切削距離は８ｋｍ以上であった。よって、これらの試料は耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性に優れることが分かった。

一方、試料１、６、７、１３、２０、２５、３９、４４、５４および５５では、Ｒｚが３μｍよりも大きく、切削距離は３〜４ｋｍ程度であった。よって、これらの試料は耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性に優れないことが分かった。

＜試料３、１０、５４、５５＞
まず、試料１０と試料５５とについて考察する。Ｂ層の組成、Ｄ層の組成、Ｄ層の厚さおよび被覆層の厚さは、試料１０と試料５５とで互いに酷似しているが、Ａ層は、試料１０では設けられているのに対して試料５５では設けられていない。そして、試料１０では、Ｒｚは２．５μｍ以下であり切削距離は１２ｋｍ以上であったのに対して、試料５５では、ＶＢは試料１０の２倍程度でありＲｚは３μｍよりも大きく切削距離は４ｋｍ程度であった。

次に、試料３と試料５４とについて考察する。Ａ層の組成およびＡ層の厚さは、試料３と試料５４とで互いに酷似しているが、Ｂ層は、試料３では設けられているのに対して試料５４では設けられていない。そして、試料３では、Ｒｚは２．５μｍ程度であり切削距離は１０ｋｍ以上であったのに対して、試料５５では、Ｒｚは３μｍよりも大きく切削距離は４ｋｍ程度であった。

以上のことから、Ａ層およびＢ層のどちらか一方を備えていない表面被覆窒化硼素焼結体工具は、耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性に優れないことがわかった。しかしながら、Ａ層およびＢ層の両方を備える表面被覆窒化硼素焼結体工具は、驚くべきことに、耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性のすべてに優れることがわかった。これは、本発明者らによって初めて見出されたことである。

＜試料１〜６＞
試料１〜６では、Ｂ１化合物層およびＢ２化合物層のそれぞれの層数が互いに異なるので、Ｂ層の厚さが互いに異なる。試料１、６では、Ｒｚは３μｍよりも大きく、切削距離は４ｋｍ程度であった。一方、試料２〜５では、Ｒｚは２．５μｍ程度であり、切削距離は８ｋｍ以上であった。Ｂ層全体の厚さが０．０５μｍ以上５μｍ以下であれば、被削材の面粗度を表面被覆窒化硼素焼結体工具の寿命判定基準とする高精度加工において工具性能が高まることが分かった。

また、試料３、４では、Ｒｚは２．５μｍ程度であり、切削距離は９．５ｋｍ以上であった。よって、Ｂ層全体の厚さは、０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上２μｍ以下であることがより好ましいということも分かった。

＜試料７〜１３＞
試料７〜１３では、Ｂ１化合物層の厚さおよびＢ２化合物層の厚さのそれぞれが互いに異なる。試料７では、Ｒｚは３μｍよりも大きく、切削距離は３．５ｋｍ程度であった。試料８〜１２では、Ｂ１化合物層の厚さおよびＢ２化合物層の厚さのそれぞれが大きくなるにつれて、Ｒｚは小さくなり、切削距離は長くなった。しかし、Ｂ１化合物層の厚さおよびＢ２化合物層の厚さのそれぞれがさらに大きくなると、Ｒｚは徐々に大きくなり、切削距離は徐々に短くなった。具体的には、Ｒｚは試料１０において最低であり、切削距離は試料１０において最長であった。これらのことから、Ｂ１化合物層の厚さおよびＢ２化合物層の厚さには好ましい上限値があることが分かった。そして、試料１３では、Ｒｚは３μｍよりも大きく、切削距離は３．５ｋｍであった。以上より、Ｂ１化合物層の厚さおよびＢ２化合物層の厚さのそれぞれが０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満であれば、被削材の面粗度を表面被覆窒化硼素焼結体工具の寿命判定基準とする高精度加工において工具性能が高まることが分かった。

また、試料９〜１２では、Ｒｚは２．５μｍ以下であり、切削距離は１０ｋｍ以上であった。また、試料９〜１１では、Ｒｚはさらに小さく、切削距離は１１ｋｍ以上であった。これらのことから、Ｂ１化合物層の厚さおよびＢ２化合物層の厚さのそれぞれは、１ｎｍ以上２８ｎｍ以下であることが好ましく、１ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることがより好ましく、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることがさらに好ましいということも分かった。

＜試料１４〜１９＞
試料１４〜１９では、Ａ層の組成が互いに異なるが、Ｒｚは３μｍ以下であり、切削距離は９ｋｍ以上であった。これらのことから、試料１４〜１９は、耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性に優れていることが分かった。

＜試料２０〜２５＞
試料２０〜２５では、Ｂ１化合物層の組成が互いに異なる。試料２０、２５では、Ｒｚは３．５μｍ以上であり、切削距離は３ｋｍ程度であった。一方、試料２１〜２４では、Ｒｚは３μｍ以下であり、切削距離は８ｋｍ以上であった。これらのことから、Ｂ１化合物層のＳｉ組成が０．０１以上０．２５以下であれば、被削材の面粗度を表面被覆窒化硼素焼結体工具の寿命判定基準とする高精度加工において工具性能が高まることがわかった。

また、試料２１〜２３では、Ｒｚは２．５μｍ以下であり、切削距離は１０ｋｍ以上であった。試料２２、２３では、Ｒｚはさらに小さく、切削距離は１２ｋｍ以上であった。よって、Ｓｉ組成は、０．０１以上０．２以下であることが好ましく、０．０５以上０．１５以下であることがより好ましいことも分かった。

＜試料２６〜３２＞
試料２６〜３２では、Ｃ層のＮの組成が互いに異なるが、Ｒｚは３μｍ以下であり、切削距離は８ｋｍ以上であった。また、試料２８〜３１では、Ｒｚは２．５μｍ以下であり、切削距離は１０ｋｍ以上であった。これらのことから、Ｃ層のＮの組成は０以上０．８５以下であることが好ましく、０よりも大きく０．７よりも小さいことがより好ましく、０．２以上０．５以下であることがさらに好ましいということが分かった。

＜試料３３〜３８＞
試料３３〜３８では、Ｃ層の厚さが互いに異なるが、Ｒｚは３μｍ以下であり、切削距離は８ｋｍ以上であった。また、試料３４〜３６では、Ｒｚは２．５μｍ以下であり、切削距離は１１ｋｍ以上であった。これらのことから、Ｃ層の厚さは、０μｍ以上１μｍ以下であることが好ましく、０．００５μｍ以上０．５μｍ以下であることがより好ましく、０．０１μｍ以上０．２μｍ以下であることがさらに好ましいということが分かった。

＜試料３９〜４４＞
試料３９〜４４では、Ｂ２化合物層のＡｌ組成が互いに異なる。試料３９、４４では、Ｒｚは３μｍよりも大きく、切削距離は３〜４ｋｍ程度であった。一方、試料４０〜４３では、Ｒｚは２．６μｍ以下であり、切削距離は９ｋｍ以上であった。これらのことから、Ｂ２化合物層のＡｌ組成が０．２３以上０．８以下であれば、表面被覆窒化硼素焼結体工具の耐逃げ面摩耗性、耐クレータ摩耗性および耐境界摩耗性が高まるということが分かった。

また、試料４１〜４３では、Ｒｚは２．４μｍ以下であり、切削距離は１１ｋｍ以上であった。よって、Ｂ２化合物層のＡｌ組成は、０．５以上０．７５以下であることが好ましく、０．６以上０．７５以下であることがより好ましいことも分かった。

＜試料４５〜５３＞
試料４５〜５３では、ｃＢＮ焼結体の組成が互いに異なるが、ＶＢはそれほど大きくなく、Ｒｚは３μｍ以下であり、切削距離は８ｋｍ以上であった。また、試料４７〜５３では、Ｒｚは２．５μｍ以下であり、切削距離は１０ｋｍ以上であった。これらのことから、ｃＢＮ焼結体におけるｃＢＮの体積含有率は、３０体積％以上８５体積％以下であることが好ましく、５０体積％以上６５体積％以下であることがより好ましいことがわかった。

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。

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。

Claims (19)

1. 少なくとも切れ刃部分が立方晶窒化硼素焼結体と前記立方晶窒化硼素焼結体の表面上に形成された被覆層とを含む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、立方晶窒化硼素を３０体積％以上８０体積％以下含み、元素の周期表の第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、
   前記被覆層は、Ａ層とＢ層とを含み、
   前記Ａ層は、ＭＬａ_za1（Ｍは元素の周期表の第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）からなり、
   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、０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満であり、
   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を除く元素の周期表の第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）からなり、
   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-zb2Ｎ_zb2）（Ｍ２は元素の周期表の第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０．７７以下であり、ｚｂ２は０．４以上１以下である）からなり、
   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以下であり、
   前記被覆層全体の厚さは、０．２５μｍ以上１５μｍ以下である表面被覆窒化硼素焼結体工具。
2. 前記Ａ層は、（Ｔｉ_1-xaＭａ_xa）（Ｃ_1-za2Ｎ_za2）（ＭａはＴｉを除く元素の周期表の第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）からなる請求項１に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
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。
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３に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
5. 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１〜４のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
6. 前記Ｂ１化合物層の平均厚さｔ１と前記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を満たす請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
7. 前記ｔ２／ｔ１は、１＜ｔ２／ｔ１≦５．０を満たす請求項６に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
8. 前記Ｂ層は、前記Ａ層よりも前記立方晶窒化硼素焼結体側に設けられており、
   前記ｔ２／ｔ１は、前記立方晶窒化硼素焼結体側では１＜ｔ２／ｔ１≦５．０を満たし、前記Ａ層側に向かうにつれて小さくなり、前記Ａ層側では０．５＜ｔ２／ｔ１＜２を満たす請求項６または７に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
9. 前記Ｂ層全体におけるＳｉ組成の平均値は、０．００５以上０．１以下である請求項１〜８のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
10. 前記Ｂ層全体におけるＳｉ組成の平均値は、０．０１以上０．０７以下である請求項９に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
11. 前記Ａ層は、前記Ｂ層よりも前記表面被覆窒化硼素焼結体工具の表面側に設けられている請求項１〜１０のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
12. 前記被覆層は、前記Ａ層と前記Ｂ層との間に設けられたＣ層をさらに含み、
    前記Ｃ層は、ＭｃＬｃ_zc（Ｍｃは元素の周期表の第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以上０．８５以下である）からなり、
    前記Ｃ層の厚さは、０．００５μｍ以上０．５μｍ以下である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
13. 前記Ｌｃの組成ｚｃは０よりも大きく０．７未満である請求項１２に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
14. 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１２または１３に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
15. 前記被覆層は、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は元素の周期表の第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）からなる請求項１〜１４のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
16. 前記立方晶窒化硼素焼結体は、前記立方晶窒化硼素を５０体積％以上６５体積％以下含む請求項１〜１５のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
17. 前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層との界面では、
    前記立方晶窒化硼素からなる粒子が前記結合相よりも前記被覆層側に突出しており、
    前記立方晶窒化硼素からなる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１〜１６のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
18. 前記立方晶窒化硼素焼結体における前記立方晶窒化硼素の体積含有率は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層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１〜１７のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
19. 前記立方晶窒化硼素焼結体に含まれる前記立方晶窒化硼素の粒径は、前記立方晶窒化硼素焼結体と前記被覆層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１〜１８のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。

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