JP6253112B2 - 表面被覆窒化硼素焼結体工具 - Google Patents

Description

本発明は、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（以下「ｃＢＮ（cubic Boron Nitride）焼結体」とも記す）を
基材として、その表面に被膜を施した切削工具は、たとえば焼入鋼等の難削材の加工に用いられている。たとえば、国際公開第２０１０／１５０３３５号（特許文献１）および国際公開第２０１２／００５２７５号（特許文献２）には、ｃＢＮ焼結体の表面にセラミックスの多層からなる被覆層を形成した工具が開示されている。

国際公開第２０１０／１５０３３５号 国際公開第２０１２／００５２７５号

近年、切削工具には高い加工精度が求められている。たとえば、焼入鋼の切削加工において、研削加工と同等の加工精度が求められる場合もある。具体的には仕上げ面粗さが十点平均粗さ（Ｒｚｊｉｓ）で３．２Ｚである精密部品の加工も切削によって行なわれている。そして、このような用途に使用される切削工具は、所定の仕上げ面粗さを維持できなくなった時点で寿命に達したと判定される。

従来、たとえば特許文献１および特許文献２に開示されるように基材の表面に被膜を形成することにより、切削工具の耐摩耗性等の改善が図られている。しかしながら、これらの技術は被削材の仕上げ面粗さを向上させるものではない。そしてこれまでに、ｃＢＮ焼結体を用いた切削工具において被削材の仕上げ面粗さを向上させることができる被膜は開発されていない。

本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは優れた加工精度を有する表面被覆窒化硼素焼結体工具を提供することにある。

本発明の実施形態に係る表面被覆窒化硼素焼結体工具は、立方晶窒化硼素焼結体と、その上に形成された被膜とを備え、被膜はＡ層とＣ層とを含み、Ａ層はＴｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_ya（ただし、ＭａはＣｒ、ＮｂおよびＷの１種以上であり、ｘａは０≦ｘａ≦０．７であり、ｙａは０≦ｙａ≦１である）から構成され、Ｃ層はＡｌ_1-(xc+yc)Ｃｒ_xcＭｃ_yc
Ｎ（ただし、ＭｃはＴｉ、ＶおよびＳｉの１種以上であり、ｘｃは０．２≦ｘｃ≦０．８であり、ｙｃは０≦ｙｃ≦０．６であり、かつｘｃ＋ｙｃは０．２≦ｘｃ＋ｙｃ≦０．８である）から構成され、Ａ層は被膜の最表面または被膜の最表面とＣ層との間に形成され、被膜の最表面とＣ層の上面との距離は０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。

本発明の実施形態に係る表面被覆窒化硼素焼結体工具は優れた加工精度を有する。

本発明の一実施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模式的な断面図である。 本発明の一実施形態に係る表面被覆窒化硼素焼結体工具の構成の他の一例を示す模式的な断面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
まず、本願発明の実施形態（以下「本実施形態」とも記す）の概要を以下の（１）〜（１１）に列記して説明する。

本発明者が、高精度加工中に寿命と判定された工具の損傷形態を精細に調査したところ、このような工具の刃先では従来知られているクレータ摩耗や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達していることが明らかとなった。この境界摩耗は、クレータ摩耗や逃げ面摩耗のように広範囲に亘って窪んだ形状に発達する摩耗とは形態が異なり、局所的に長く鋭利に発達していた。そして、この境界摩耗の形状が被削材に転写され、仕上げ面粗さを悪化させているとの知見が得られた。

本発明者は上記知見に基づき、被削材の仕上げ面粗さを改善する方法を鋭意研究した結果、特定の組成のセラミックス層が境界摩耗の発達を抑制できることを見出し、さらに研究を重ねることによって本発明を完成させるに至った。すなわち、本実施形態の表面被覆窒化硼素焼結体工具は以下の構成を備える。

（１）本実施形態の表面被覆窒化硼素焼結体工具は、立方晶窒化硼素焼結体と、その上に形成された被膜とを備え、該被膜はＡ層とＣ層とを含む。ここでＡ層は、Ｔｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_ya（ただし、ＭａはＣｒ（クロム）、Ｎｂ（ニオブ）およびＷ（タングステン）の１種以上であり、ｘａは０≦ｘａ≦０．７であり、ｙａは０≦ｙａ≦１である）から構成され、Ａｌ_1-(xc+yc)Ｃｒ_xcＭｃ_ycＮ（ただし、ＭｃはＴｉ（チタン）、Ｖ（バナジ
ウム）およびＳｉ（シリコン）の１種以上であり、ｘｃは０．２≦ｘｃ≦０．８であり、ｙｃは０≦ｙｃ≦０．６であり、かつｘｃ＋ｙｃは０．２≦ｘｃ＋ｙｃ≦０．８である）から構成される。そしてＡ層は被膜の最表面または被膜の最表面とＣ層との間に形成され、被膜の最表面とＣ層の上面との距離は０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。

本発明者の研究によれば、上記Ａｌ_1-(xc+yc)Ｃｒ_xcＭｃ_ycＮから構成されるＣ層は、
境界摩耗の発達を抑制する作用を有する。そして本実施形態では被膜の最表面からＣ層の上面までの距離が０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。これにより切削初期における境界摩耗の最大長さを特定値以下に規制することができる。前述のように境界摩耗の形状は被削材の仕上げ面粗さに直接影響を及ぼすものである。したがって境界摩耗の最大長さを特定値以下に規制することは、すなわち被削材の仕上げ面粗さの大きさを特定値以下に規制できることを意味している。

さらに本実施形態の被膜はＣ層の上に、上記Ｔｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_yaから構成されるＡ層を含む。Ａ層は境界摩耗の抑制効果は小さいが、クレータ摩耗および逃げ面摩耗の発達を緩和し滑らかに摩耗する層である。Ｃ層の上にＡ層を配置することにより、クレータ摩耗および逃げ面摩耗の発達によるうねりの発生を抑え、仕上げ面粗さを向上させることができる。さらにＡ層とＣ層とが相乗的に作用し、最表面からＣ層までの間における耐摩耗性を向上させることもできる。

以上のようにして、本実施形態の表面被覆窒化硼素焼結体工具は優れた加工精度および耐摩耗性を有することができる。

（２）被膜の最表面とＣ層の上面との距離は０．３μｍ以上０．７μｍ以下であること
が好ましい。これにより仕上げ面粗さが更に向上する。

（３）Ｃ層は、０．１μｍ以上１．０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。Ｃ層がこのような厚さを有することにより、境界摩耗の発達を抑制する作用が高まる傾向にある。

（４）被膜は複数のＡ層と複数のＣ層とを含み、Ｃ層の上にＡ層を有する積層単位を２つ以上含むことが好ましい。

上記のように本実施形態の表面被覆窒化硼素焼結体工具は、Ａ層とＣ層とが特定の秩序で積層されることにより、クレータ摩耗および逃げ面摩耗の発達と境界摩耗の発達とを抑えることができ、以って加工精度を向上させるものである。したがって、被膜がこのような積層単位を繰り返し含むことにより、長期に亘って良好な加工精度を持続することができる。すなわち仕上がり面粗さを基準とする工具寿命（以下「面粗度寿命」と記す）を向上させることができる。

（５）被膜は、Ａ層とＣ層との間にＢ層をさらに含み、Ｂ層は、Ａｌ（アルミニウム）、ＣｒおよびＴｉからなる群より選ばれる１種以上の元素と、Ｎ（窒素）とから構成される１種以上の化合物を含むことが好ましい。

上記のようにＢ層を構成する化合物は、Ａ層およびＣ層に含まれる元素から構成される。そのためＢ層はＡ層およびＣ層のいずれとも親和性が高く、双方に強く密着することができる。したがってＢ層をＡ層とＣ層との間に形成することにより、Ａ層とＣ層との密着性が向上し、これらの間での剥離の発生を防止することができる。

（６）Ｂ層は、ＴｉＮから構成されるＢ１層と、ＡｌＣｒＮから構成されるＢ２層とが交互にそれぞれ１層以上積層されてなる多層構造を含むことが好ましい。これによりＡ層とＣ層との密着性を向上させることができる。

（７）Ｂ１層およびＢ２層の厚さは、それぞれ０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満であることが好ましい。Ｂ層を薄いＢ１層と薄いＢ２層とからなる超多層構造とすることにより、Ａ層とＣ層との密着性を向上させることができる。

（８）Ｂ層は、ＡｌＴｉＣｒＮから構成される化合物を含むことが好ましい。ＡｌＴｉＣｒＮは、Ａ層およびＣ層を構成する化合物のほぼ中間の組成を有する化合物である。したがって、Ａ層とＣ層との密着性を高めるＢ層を構成する化合物として特に好適である。

（９）Ａ層は、上記ｙａがＡ層の厚さ方向において傾斜状またはステップ状に変化する領域を含むことが好ましい。これにより被膜に耐欠損性等を付与することができる。

（１０）立方晶窒化硼素焼結体と接する層は、Ｃ層であることが好ましい。Ａｌ_1-(xc+yc)Ｃｒ_xcＭｃ_ycＮから構成されるＣ層は、基材を構成するｃＢＮ焼結体との親和性が高
い。したがって、ｃＢＮ焼結体と接する層をＣ層とすることにより、基材と被膜との密着性を向上させることができる。

（１１）被膜は、０．５μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。これにより工具寿命を向上させることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係る表面被覆窒化硼素焼結体工具についてより詳細に説明するが、
本実施形態はこれらに限定されるものではない。

［第１の実施形態］
＜表面被覆窒化硼素焼結体工具＞
図１は第１の実施形態に係る表面被覆窒化硼素焼結体工具（以下「被覆ｃＢＮ工具」と記す）の構成の一例を示す模式的な断面図である。図１に示すように被覆ｃＢＮ工具１０１は、ｃＢＮ焼結体から構成される基材１とその上に形成された被膜１００とを備えている。被膜１００はＡ層１０とＣ層３０とを含んでいる。被膜１００は最表面Ｓ１を有し、Ｃ層３０は上面Ｓ２を有する。

Ａ層１０はＴｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_ya（ただし、ＭａはＣｒ、ＮｂおよびＷの１種以上であり、ｘａは０≦ｘａ≦０．７であり、ｙａは０≦ｙａ≦１である）から構成され、クレータ摩耗および逃げ面摩耗の発達を緩和し滑らかに摩耗する作用（すなわち耐クレータ摩耗性および耐逃げ面摩耗性）を有する。

またＣ層３０はＡｌ_1-(xc+yc)Ｃｒ_xcＭｃ_ycＮ（ただし、ＭｃはＴｉ、ＶおよびＳｉの
１種以上であり、ｘｃは０．２≦ｘｃ≦０．８であり、ｙｃは０≦ｙｃ≦０．６であり、かつｘｃ＋ｙｃは０．２≦ｘｃ＋ｙｃ≦０．８である）から構成され、境界摩耗の進展を抑制する作用（すなわち耐境界摩耗性）を有する。

Ａ層１０は被膜１００の最表面Ｓ１に形成されている。ただし本実施形態においてＡ層１０はＣ層３０の上面Ｓ２よりも最表面Ｓ１側に形成されていればよく、Ａ層１０は最表面Ｓ１に形成されていなくてもよい。たとえば、Ａ層１０の上に他の層（ＴｉＮ等から構成される色付け層等）が形成されていてもよい。すなわち本実施形態におけるＡ層１０は、被膜の最表面Ｓ１または最表面Ｓ１とＣ層３０の上面Ｓ２との間に形成されるものである。

被膜１００の最表面Ｓ１とＣ層３０の上面Ｓ２との間の距離ｄは０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。これにより切削初期における境界摩耗の最大長さが一定値以下に規制される。さらにＣ層３０の上にＡ層１０を有することにより、クレータ摩耗および逃げ面摩耗の進行によるうねりの発生を抑え、被削材の仕上がり面粗さを良好に保つことができる。なお距離ｄは０．３μｍ以上０．７μｍ以下であることがより好ましい。

ここで最表面Ｓ１とＣ層３０の上面Ｓ２との距離ｄは次のようにして測定するものとする。すなわち被覆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するものとする。断面観察用サンプルは、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
ャ装置（ＣＰ：Cross section Polisher）等を用いて作製することができる。なお当該測定方法は被膜自体の厚さまたは被膜を構成する各層の厚さの測定にも適用されるものとする。

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）により測定するものとする。

以下、被覆ｃＢＮ工具１０１を構成する各部について説明する。
＜被膜＞
被膜１００は、Ａ層１０とＣ層３０とを含んでいる。被膜１００はＡ層１０とＣ層３０とを含む限り、他の層を含んでいてもよい。たとえば、図１に示すようにＡ層１０とＣ層３０との間に後述するＢ層２０（密着層）等を含んでいてもよいし、Ｃ層３０と基材１と
の間に後述するＤ層４０を含んでいてもよい。

被膜１００は、０．５μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。被膜の厚さが０．５μｍ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工具寿命の低下を防止することができる。また被膜の厚さが１０μｍ以下であることにより、切削初期における耐チッピング性を高めることができる。なお被膜の厚さはより好ましくは１．０μｍ以上５．０μｍ以下である。

＜Ａ層＞
Ａ層１０は、Ｔｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_ya（ただし、ＭａはＣｒ、ＮｂおよびＷの１種以上であり、ｘａは０≦ｘａ≦０．７であり、ｙａは０≦ｙａ≦１である）から構成される。これによりＡ層は耐クレータ摩耗性および耐逃げ面摩耗性を有し、クレータ摩耗および逃げ面摩耗の進行によるうねりの発生を抑え、被削材の仕上がり面粗さを良好に保つことができる。

ここでｘａは、好ましくは０≦ｘａ≦０．５であり、より好ましくは０≦ｘａ≦０．３であり、さらに好ましくは０≦ｘａ≦０．２である。ｘａが該範囲を占めることにより耐摩耗性が向上する傾向にあるからである。また同様に耐摩耗性の観点からｙａは、好ましくは０．１≦ｙａ≦０．９であり、より好ましくは０．２≦ｙａ≦０．８であり、さらに好ましくは０．３≦ｙａ≦０．７である。

Ａ層１０の厚さは、好ましくは０．１μｍ以上０．７μｍ以下であり、より好ましくは０．２μｍ以上０．６μｍ以下であり、さらに好ましくは０．３μｍ以上０．５μｍ以下である。Ａ層１０の厚さが該範囲を占めることにより、耐逃げ面摩耗性が向上する傾向にあるからである。

（傾斜状またはステップ状に変化する領域）
Ａ層１０（Ｔｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_ya）は、ｙａの値がＡ層の厚さ方向（たとえば図１等の縦方向）において傾斜状またはステップ状に変化する領域を含むことが好ましい。たとえば、Ａ層１０の基材１側においてｙａが大きい場合、耐欠損性および耐剥離性が向上する傾向にある。またたとえば、Ａ層の上面側においてｙａの値が小さい場合は、摩耗時におけるＡ層１０の剥離、割れ、チッピング等を防止することができる。

ここで「ｙａの値がＡ層の厚さ方向において傾斜状に変化する」とは、ｙａの値がＡ層１０の下面からＡ層１０の上面に向かって連続して減少または増加することを示す。このような構成は、たとえばアークイオンプレーティング（Arc Ion Plating、以下「ＡＩＰ
」と記す）法によってＡ層を成膜する際に、Ｎ（窒素）の原料ガスとＣ（炭素）の原料ガスとの流量比を連続して変化させることにより得られる。

また「ｙａの値がＡ層の厚さ方向においてステップ状に変化する」とは、ｙａの値がＡ層１０の下面からＡ層１０の上面に向かって不連続に減少または増加することを示す。このような構成は、たとえばｙａの値が互いに異なる２以上の層を積層することにより得られる。

＜Ｃ層＞
Ｃ層３０は、Ａｌ_1-(xc+yc)Ｃｒ_xcＭｃ_ycＮ（ただし、ＭｃはＴｉ、ＶおよびＳｉの１
種以上であり、ｘｃは０．２≦ｘｃ≦０．８であり、ｙｃは０≦ｙｃ≦０．６であり、かつｘｃ＋ｙｃは０．２≦ｘｃ＋ｙｃ≦０．８である）から構成される。これによりＣ層は耐境界摩耗性を有する。

ここでｙｃは、好ましくは０≦ｙｃ≦０．４であり、より好ましくは０≦ｙｃ≦０．３であり、さらに好ましくは０≦ｙｃ≦０．２である。本発明者の研究によれば、Ｃ層においてＴｉ、ＶおよびＳｉの含有量が少ない程、耐境界摩耗性に優れる結果が得られている。したがって最も好ましくはｙｃ＝０である。そして、ｘｃ＋ｙｃは好ましくは０．２≦ｘｃ＋ｙｃ≦０．６であり、より好ましくは０．２≦ｘｃ＋ｙｃ≦０．４である。

Ｃ層は、０．１μｍ以上１．０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。これにより、さらに確実に境界摩耗の発達を阻止することができる。なおＣ層の厚さは、より好ましくは０．１μｍ以上０．７μｍ以下であり、さらに好ましくは０．１μｍ以上０．５μｍ以下である。

＜Ｂ層＞
図１に示す被膜１００はＡ層１０とＣ層３０との間に密着層としてＢ層２０を有している。これによりＡ層１０とＣ層３０との間での剥離が防止される。Ｂ層２０は、Ａｌ、ＣｒおよびＴｉからなる群より選ばれる１種以上の元素と、Ｎとから構成される１種以上の化合物を含むことが好ましい。このような化合物はＡ層１０およびＣ層３０のいずれとも親和性が高く、双方に強く密着することができる。Ｂ層２０の厚さは、好ましくは０．００５μｍ以上０．７μｍ以下であり、より好ましくは０．１μｍ以上０．６μｍ以下であり、さらに好ましくは０．１μｍ以上０．４μｍ以下である。

Ｂ層２０の具体的な構成としては、たとえばＴｉＮから構成されるＢ１層（図示せず）と、ＡｌＣｒＮから構成されるＢ２層（図示せず）とが交互にそれぞれ１層以上積層されてなる多層構造とすることができる。これによりＢ層２０が全体としてＡ層１０およびＣ層２０のどちらとも親和性の高い層となることができる。またこれによりＢ層２０も耐クレータ摩耗および耐逃げ面摩耗性の向上に寄与することができる。

上記のような構成においてＢ１層およびＢ２層の厚さは、それぞれ０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満とすることができる。このように厚さの薄いＢ１層およびＢ２層が交互に積層されることにより、Ａ層１０とＣ層３０を更に強固に密着させることができる。なおＢ層２０が多層構造を有する場合、積層数（Ｂ１層とＢ２層の総数）は、たとえば４層以上５０層以下であり、好ましくは８層以上４０層以下であり、より好ましくは１０層以上２０層以下である。また密着性を更に高めるとの観点から、Ａ層１０と接する層がＢ１層（ＴｉＮ層）、Ｃ層と接する層がＢ２層（ＡｌＣｒＮ層）となるように、Ｂ１層とＢ２層とを交互に積層することが好ましい。

またＢ層２０は単層構造であってもよい。この場合、Ｂ層２０はＡｌＴｉＣｒＮから構成される化合物を含むことが好ましい。ＡｌＴｉＣｒＮは、Ａ層１０およびＣ層３０を構成する化合物のほぼ中間の組成を有する化合物であるため、単層であっても十分な密着性を示すことができる。

＜Ｄ層＞
図１に示すように被膜１００は、Ｃ層３０と基材１との間にＤ層４０を含んでいてもよい。Ｄ層４０は、たとえば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種以上であり、ＬｄはＢ（硼素）、Ｃ、ＮおよびＯ（酸素）の１種以上であり、ｚｄは０≦ｚｄ≦１．０である）から構成することができる。このようなＤ層４０を形成することにより被膜１００と基材１との密着性を向上させるとともに、被膜１００が薄いことに起因する工具寿命の低下を防止することができる。Ｄ層４０の厚さは、たとえば０．５μｍ以上３．０μｍ以下であり、好ましくは１．０μｍ以上２．０μｍ以下である。

＜ｃＢＮ焼結体＞
本実施形態のｃＢＮ焼結体は、被覆ｃＢＮ工具１０１の切れ刃部分のうち当該工具の基材１を構成するものである。ｃＢＮ焼結体は被覆ｃＢＮ工具１０１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ろう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。ろう材は接合強度や融点を考慮し適宜選択すればよい。ｃＢＮ焼結体は被覆ｃＢＮ工具１０１の基材全体を構成していてもよい。

ｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒子を３０体積％以上８０体積％以下の範囲で含有し、さらに残部として結合相を含有することが好ましい。

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ことが好ましい。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。焼結体組織中にｃＢＮ粒子が３０体積％以上含有されることにより、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％以下含有されることにより、焼結体組織中において強度と靭性に優れるｃＢＮ粒子が骨格構造の役割を担うことができ、ｃＢＮ焼結体の耐欠損性を確保することができる。

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ＳＥＭ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。そして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値化して、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ことができる。

（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。

ｃＢＮ粒子の体積含有率は、より好ましくは５０体積％以上７５体積％以下である。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７５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。なおｃＢＮ粒子の体積含有率は、特に好ましくは５０体積％以上６０体積％以下である。

［第２の実施形態］
以下、本実施形態のうち第２の実施形態について説明する。図２は第２の実施形態に係る被覆ｃＢＮ工具の構成の一例を示す模式的な断面図である。図２に示すように第２の実施形態に係る被覆ｃＢＮ工具２０１は、ｃＢＮ焼結体からなる基材１とその上に形成された被膜２００とを備えている、そして被膜２００は、複数のＡ層（第１のＡ層１１、第２のＡ層１２、第３のＡ層１３および第４のＡ層１４）と複数のＣ層（第１のＣ層３１、第２のＣ層３２、第３のＣ層３３および第４のＣ層３４）とを含んでいる。そして被膜２００はＣ層の上にＡ層を有する積層単位を４つ含んでいる。

なお被膜２００の厚さは、第１の実施形態と同様に、好ましくは０．５μｍ以上１０μｍ以下であり、より好ましくは１．０μｍ以上５．０μｍ以下である。また図２に示す構
成はあくまでも一例であり、本実施形態において被膜が有する積層単位の数は１つ（第１の実施形態）であってもよいし、２〜３つであってもよく、あるいは５つ以上であってもよい。

ここで第１のＡ層１１、第２のＡ層１２、第３のＡ層１３および第４のＡ層１４の構成は、第１の実施形態で説明したＡ層１０の構成と同様とすることができる。ただし、第１〜第４のＡ層はそれぞれ厚さや組成が異なっていてもよい。たとえば、第３のＡ層１３（最表面Ｓ１側から２番目のＡ層）は第４のＡ層１４（最も最表面Ｓ１に近いＡ層）よりも厚く形成されていてもよい。境界摩耗の進展は、一旦は第４の積層単位５４における第４のＣ層３４によって阻止されるため、第３の積層単位５３における境界摩耗の進行速度が第４の積層単位５４におけるものとは異なる場合もあるからである。

また第１のＣ層３１、第２のＣ層３２、第３のＣ層３３および第４のＣ層３４の構成も、第１の実施形態で説明したＣ層３０の構成と同様とすることができ、各Ｃ層の厚さや組成はそれぞれ異なっていてもよい。

第２の実施形態では、第４のＡ層１４が被膜の最表面Ｓ１を構成している。すなわち、第４のＡ層１４は被膜２００の最表面Ｓ１に形成されている。そして被膜２００の最表面Ｓ１と第４のＣ層３４の上面Ｓ２との距離ｄは０．１μｍ以上１．０μｍ以下である。これにより第１の実施形態と同様に被削材の仕上がり面粗さを向上させることができる。

なお、第２の実施形態のように被膜が複数のＣ層を含む場合、被膜の最表面Ｓ１とＣ層の上面Ｓ２との距離ｄは、複数のＣ層のうち最も最表面Ｓ１に近いＣ層の上面Ｓ２と最表面Ｓ１との距離を示すものとする。また第１の実施形態と同様に第４のＡ層１４の上に他の層が形成されていても構わない。

さらに被膜２００は、Ｃ層の上にＡ層を有する積層単位を４つ（第１の積層単位５１、第２の積層単位５２、第３の積層単位５３および第４の積層単位５４）含んでいる。これにより長期に亘って良好な仕上がり面粗さを維持し、優れた面粗度寿命を有することができる。すなわち第４の積層単位５４が摩耗によって消失しても、第３の積層単位５３〜第１の積層単位５１が同様の作用を有するため、再び境界摩耗の発達と逃げ面摩耗の発達とを抑えることができる。

被膜２００において各Ａ層と各Ｃ層との間には、それぞれＢ層（第１のＢ層２１、第２のＢ層２２、第３のＢ層２３および第４のＢ層２４）が形成されている。これにより各積層単位内での密着性が高まり面粗度寿命が向上する。

なお各積層単位の間には任意の層が含まれ得るが、たとえば第１の積層単位５１と第２の積層単位５２とが近接して形成されている場合、第１のＡ層１１と第２のＣ層３２との間にもＢ層（密着層）を設けることが好ましい。これにより積層単位同士の密着性が高まるため面粗度寿命を更に向上させることができる。

図２に示すように、基材１と接する層はＣ層（図２では第１のＣ層３１）であることが好ましい。前述の組成を有するＣ層はｃＢＮ焼結体との密着性に優れるため、基材１と接する層をＣ層とすることにより被膜２００全体の脱落や剥離を防止することができる。

＜表面被覆窒化硼素焼結体工具の製造方法＞
上記に説明した本実施形態の被覆ｃＢＮ工具は、以下のようにして製造することができる。

＜基材の作製＞
本実施形態の基材は、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ろう材で接合し、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。

＜被膜の形成＞
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。ここで被膜は、ＡＩＰ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形成されることが好ましい。ＡＩＰ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。

以下、実施例を用いて本実施形態をさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお以下の説明において、たとえば第１のＡ層１１および第２のＡ層１２等を総称して単にＡ層と記すことがある。

＜実施例１＞
（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〜Ｈを製造した。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。

（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１２０
０℃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。

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。

（ｃＢＮ焼結体Ｂ〜Ｆ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〜Ｆを得た。

（ｃＢＮ焼結体Ｇ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。

次に、質量比でＴｉＣ_0.6：Ａｌ＝９５：５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て、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Ｇを得た。

（ｃＢＮ焼結体Ｈの製造）
まず、原子比でＴｉ：Ｃ：Ｎ＝１：０．３：０．５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_0.5からなる金属間化合物粉末を得た。

次に、質量比でＴｉＣ_0.3Ｎ_0.5：Ａｌ＝９５：５となるように、ＴｉＣ_0.3Ｎ_0.5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。

（試料Ｎｏ．１の製造）
以下のようにして試料Ｎｏ．１に係る被覆ｃＢＮ工具を製造した。

（基材の作製）
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からなるろう材を用いた。次いで該接合体の外周面、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からなる基材を得た。

（被膜の形成）
（成膜装置）
まずここで、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。

（基材のエッチング）
上記のようにして得られた基材を、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を５００℃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、基材にバイアス電圧を印加し、Ａｒイオンにより基材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。

（Ａ層の形成）
次に上記の成膜装置内でＡ層を基材上に形成した。具体的には次に示す条件で厚さ１．７μｍのＡ層を形成した。このとき導入ガス（Ｎ₂およびＣＨ₄）の流量は、Ａ層においてＣ：Ｎ＝２：８となるように調整した
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。

（Ｂ層の形成）
Ａ層に続いて、上記の成膜装置内でＡ層の上にＢ層を形成した。具体的には、以下に示す条件で、ＴｉＮからなるＢ１層（図示せず）とＡｌＣｒＮからなるＢ２層（図示せず）とをそれぞれ交互に５層ずつ繰り返して形成することにより、合計層数が１０層であり、合計厚さ０．１μｍのＢ層を形成した。Ｂ層の形成においては、Ｂ１層の厚さを１０ｎｍ、Ｂ２層の厚さを１０ｎｍとなるように蒸着時間を調整した。なお試料Ｎｏ．１において
、Ｂ層の最上層（Ｃ層側）はＢ２層であり、最下層（Ａ層側）はＢ１層である。以下これと同様の構成を有するＢ層を「Ｂ₀層」とも記す。またＢ層がＢ１層（ＴｉＮ層）とＢ２
層（ＡｌＣｒＮ層）とからなる多層構造を有する場合は、Ａ層側をＢ１層、Ｃ層側をＢ２層として積層されるものとする。

（Ｂ１層の形成）
Ｂ１層は次に示す条件で形成した
ターゲット ：Ｔｉ
導入ガス ：Ｎ₂
成膜圧力 ：３Ｐａ
アーク放電電流 ：１５０Ａ
基板バイアス電圧：−４０Ｖ。

（Ｂ２層の形成）
Ｂ２層は次に示す条件で形成した
ターゲット ：Ａｌ（５０原子％）、Ｃｒ（５０原子％）
導入ガス ：Ｎ₂
成膜圧力 ：３Ｐａ
アーク放電電流 ：１５０Ａ
基板バイアス電圧：−５０Ｖ。

（Ｃ層の形成）
次にＢ層上にＣ層を形成した。具体的には次に示す条件で厚さ０．２μｍとなるように蒸着時間を調整してＣ層を形成した
ターゲット ：Ａｌ（７０原子％）、Ｃｒ（３０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。

以上のようにして試料Ｎｏ．１に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。なお試料Ｎｏ．１の被膜の最表面はＣ層により構成されている。

（試料Ｎｏ．２の製造）
試料Ｎｏ．１と同様にして基材上にＡ層、Ｂ層、Ｃ層をこの順で積層した。

（Ｂ層の形成）
続いてＣ層上に、上記と同様にして厚さ０．１μｍのＢ層を形成した。

（Ａ層の形成）
さらにＢ層上に、厚さを０．１μｍとすることを除いては上記と同様してＡ層を形成した。以上のようにして、試料Ｎｏ．２に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。試料Ｎｏ．２の構成を表２および表３に記す。試料Ｎｏ．２において被膜の最表面Ｓ１にはＡ層が形成されており、最表面Ｓ１とＣ層の上面Ｓ２との距離ｄは０．２μｍである。

（試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６の製造）
蒸着時間を調整して最表面Ｓ１に形成されたＡ層の厚さを表３に示すように変更する以外は、試料Ｎｏ．２と同様にして試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．６に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。表２および表３中「Ｎｏ．」に「＊」が付された試料が実施例に相当する（以下の実施例の説明についても同様とする。）。

＜評価＞
以上のようにして得られた試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６に係る被覆ｃＢＮ工具の切削性能と仕上げ面粗さを焼入鋼の連続切削により評価した。

（逃げ面摩耗量ＶＢおよび仕上げ面粗さＲｚの測定）
各試料の工具を用いて、次に示す切削条件に従って切削距離３ｋｍ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（Ｒｚｊｉｓ）」を測定した。結果を表３に示す。表３中、逃げ面摩耗量ＶＢが小さいほど耐摩耗性に優れる。またＲｚが小さいほど加工精度に優れることを示している。

（切削条件）
被削材 ：焼入鋼ＳＣＭ４１５Ｈ（ＨＲＣ６０）、φ３５ｍｍ×１０ｍｍ
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り量 ：ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：ａｐ＝０．１ｍｍ
切削油 ：エマルジョン（（株）日本フルードシステム製造の商品名「システムカット９６」）を２０倍に希釈したもの（ｗｅｔ状態）。

（結果と考察）
試料Ｎｏ．１は、Ｒｚは小さいもののＶＢが大きい結果となった。この理由は、試料Ｎｏ．１はＣ層の上にＡ層を有しておらず、距離ｄが０．１μｍ未満であったためであると考えられる。また試料Ｎｏ．６は、ＶＢは小さく良好であったがＲｚが大きい結果となった。これは距離ｄが１．０μｍを超過したため境界摩耗の発達が大きくなったためであると考えられる。

これに対して試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５では距離ｄが０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、摩耗量と仕上げ面粗さとが両立されていた。

すなわち立方晶窒化硼素焼結体とその上に形成された被膜とを備え、被膜はＡ層とＣ層とを含み、Ａ層はＴｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_ya（ただし、ＭａはＣｒ、ＮｂおよびＷの１種以上であり、ｘａは０≦ｘａ≦０．７であり、ｙａは０≦ｙａ≦１である）から構成され、Ｃ層はＡｌ_1-(xc+yc)Ｃｒ_xcＭｃ_ycＮ（ただし、ＭｃはＴｉ、ＶおよびＳｉの１種以上
であり、ｘｃは０．２≦ｘｃ≦０．８であり、ｙｃは０≦ｙｃ≦０．６であり、かつｘｃ＋ｙｃは０．２≦ｘｃ＋ｙｃ≦０．８である）から構成され、Ａ層は被膜の最表面または被膜の最表面とＣ層との間に形成され、被膜の最表面とＣ層の上面との距離は０．１μｍ以上１．０μｍ以下である、実施例に係る試料は、かかる条件を満たさない比較例の試料に比し優れた耐摩耗性と加工精度を有することが確認された。

＜実施例２：Ａ層の構成の検討＞
（試料Ｎｏ．７の製造）
以下のようにして試料Ｎｏ．７に係る被覆ｃＢＮ工具を製造した。

（基材の作製）
ｃＢＮ焼結体Ａの代わりにｃＢＮ焼結体Ｃを用いる以外は実施例１と同様にして基材１を得た。

（被膜の形成）
以下のように図１を参照して、基材１上に被膜１００を形成した。

（Ｄ層の形成）
実施例１と同様にして基材１のエッチングを行なった後、基材１上にＤ層４０を形成した。具体的には次に示す条件で厚さ２．０μｍとなるように蒸着時間を調整してＤ層４０を形成した
ターゲット ：Ｔｉ（３０原子％）、Ａｌ（７０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。

（Ｃ層の形成）
次にＤ層４０上にＣ層３０を形成した。具体的には次に示す条件で厚さ０．２μｍとなるように蒸着時間を調整してＣ層３０を形成した
ターゲット ：Ａｌ（７０原子％）、Ｃｒ（３０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。

（Ｂ層の形成）
Ｃ層３０を形成した後、実施例１におけるＢ層と同様にして、Ｂ１層とＢ２層とからなる多層構造を有し、厚さが０．１μｍであるＢ層２０を形成した。

（Ａ層の形成）
Ｂ層２０に続いてその上にＡ層１０を形成した。具体的には次に示す条件で厚さ０．５μｍのＡ層１０を形成した。このとき導入ガス（Ｎ₂およびＣＨ₄）の流量は、Ａ層１０においてＣ：Ｎ＝１：１となるように調整した
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。

以上のようにして、ｃＢＮ焼結体上にＡ層１０およびＣ層３０を含む被膜１００を備える被覆ｃＢＮ工具（試料Ｎｏ．７）を得た。なお試料Ｎｏ．７において被膜１００の最表面Ｓ１にはＡ層１０が形成されており、最表面Ｓ１とＣ層３０の上面Ｓ２との距離ｄは０．６μｍである。試料Ｎｏ．７の構成を表４に示す。

（試料Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１０およびＮｏ．１７の製造）
表４に示す組成のＡ層１０が形成されるようにターゲット材料ならびに導入ガスの組成および流量を変更する以外は、試料Ｎｏ．７と同様にして試料Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１０およびＮｏ．１７に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

（試料Ｎｏ．１１の製造）
試料Ｎｏ．１１では、上記と同様にして基材１上にＤ層４０、Ｃ層３０およびＢ層２０を形成した後、式Ｔｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_yaにおけるｙａが被膜の厚さ方向において傾斜状またはステップ状に変化する領域を含むＡ層１０を形成した。表４中、当該Ａ層１０の組成を便宜上「ＴｉＣＮ^*01」と記している。当該Ａ層は具体的には次のようにして形成
した。

（Ａ層の形成：ＴｉＣＮ^*01）
まず、導入ガスとしてＮ₂のみを使用し（すなわちｙａ＝１．０に固定し）、ＴｉＮ層
を０．０５μｍ形成した。次に、導入ガス中のＣＨ₄の流量を徐々に増加させながら、ｙ
ａ（Ｎ組成）が傾斜状に減少する（１−ｙａ（Ｃ組成）は傾斜状に増加する）ＴｉＣＮ層を０．２μｍ形成した。当該ＴｉＣＮ層の組成は最終的にＴｉＣ_0.5Ｎ_0.5であった（すなわちｙａ＝０．５）。その後、Ｎ₂とＣＨ₄の流量比を固定してＴｉＣ_0.5Ｎ_0.5層を０．０５μｍ形成した。このようにして、Ｂ層２０の上に、Ｔｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_yaにおけるｙａがＡ層１０の厚さ方向に傾斜状に変化するＡ層１０（ＴｉＣＮ^*01）を形成した。こ
れにより試料Ｎｏ．１１に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。当該Ａ層の構成を表５に示す。表５中、「Ｔｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_yaにおけるｙａの値」の欄において、たとえば「１→０．５」はｙａの値が１から０．５へと連続して減少することを示している。

（試料Ｎｏ．１２〜１６の製造）
表５に示す「ＴｉＣＮ^*02」〜「Ｔｉ_0.9Ｎｂ_0.1ＣＮ^*06」の組成および構成を有するＡ層１０を形成する以外は、試料Ｎｏ．１１と同様にして試料Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１６に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

＜評価＞
以上のようにして得られた試料Ｎｏ．７〜１７係る被覆ｃＢＮ工具の切削性能と仕上げ面粗さを実施例１と同様にして焼入鋼の連続切削により評価した。結果を表４に示す。なお表４に示すように試料Ｎｏ．７〜１７ではＡ層１０の構成がそれぞれ異なっている。

（結果と考察）
試料Ｎｏ．７とＮｏ．８を比較するとｙａの値が０．９、０．５と変化するにつれて耐摩耗性および加工精度が向上していることが分かる。したがって、ｙａは０≦ｙａ≦０．９が好ましく、０≦ｙａ≦０．５がより好ましいといえる。

試料Ｎｏ．９、１０、Ｎｏ．１６およびＮｏ．１７の結果から、Ａ層（Ｔｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_ya）におけるＭｃは、Ｃｒ、ＮｂおよびＷとすることができることが分かる。さらに試料Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１６の結果から、Ａ層はｙａがＡ層の厚さ方向において傾斜状またはステップ状に変化する領域を含むことが好ましいといえる。

＜実施例３：Ｃ層の組成の検討＞
（試料Ｎｏ．１８〜２２の製造）
ｃＢＮ焼結体Ａの代わりにｃＢＮ焼結体Ｄを用いる以外は実施例１と同様にして基材１を得、表６に示す組成および構成のＤ層４０、Ｃ層３０、Ｂ層２０およびＡ層１０をこの順に積層して被膜１００を形成する以外は、実施例２と同様にして試料Ｎｏ．１８〜２２に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

＜評価＞
以上のようにして得られた試料Ｎｏ．１８〜Ｎｏ．２２係る被覆ｃＢＮ工具の切削性能と仕上げ面粗さを実施例１と同様にして焼入鋼の連続切削により評価した。結果を表６に示す。表６に示すように、試料Ｎｏ．１８〜Ｎｏ．２２ではＣ層３０の組成がそれぞれ異なっている。

（結果と考察）
Ｎｏ．１８〜Ｎｏ．２２を比較するとＣ層３０の組成を除いてはいずれも同様の構成を有するにも関わらず、試料Ｎｏ．１９のみが加工精度において劣る結果となった。この理由は、試料Ｎｏ．１９におけるＣ層はＣｒを含んでいないため（すなわちｘｃが０．２未満）、Ｃ層が境界摩耗の発達を十分に阻止できなかったからであると考えられる。

＜実施例４：Ｃ層の厚さの検討＞
（試料Ｎｏ．２３の製造）
（基材の形成）
ｃＢＮ焼結体Ａの代わりにｃＢＮ焼結体Ｅを用いる以外は実施例１と同様にして基材１を得た。

（被膜の形成）
以下のように図２を参照して、基材１上にＣ層の上にＡ層を有する積層単位を２つ含む被膜２００を形成した。

基材１上に第１のＣ層３１として厚さ０．０５μｍのＡｌ_0.8Ｃｒ_0.2Ｎ層を形成した。続いてこの上に第１のＢ層２１として、厚さ０．１μｍのＡｌ_0.5Ｔｉ_0.3Ｃｒ_0.2Ｎ層を
形成した。さらにこの上に第１のＡ層１１として、厚さ０．３μｍであり、式Ｔｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_yaにおけるｙａが被膜の厚さ方向において傾斜状またはステップ状に変化する領域を含むＴｉＣＮ^*01層を形成した。これにより第１の積層単位５１を形成した。

次に第１の積層単位５１上に、前述の厚さ０．１μｍのＡｌ_0.5Ｔｉ_0.3Ｃｒ_0.2Ｎ層を
形成した後、この上に第１の積層単位５１と同様の構成を有する第２の積層単位５２を形成した。すなわちＣ層の上にＡ層を有する積層単位を２つ含む被膜を形成した。以上のようにして試料Ｎｏ．２３に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。試料Ｎｏ．２３の構成を表７に示す。なお表７中、第１の積層単位と第２の積層単位の間のＢ層（Ａｌ_0.5Ｔｉ_0.3Ｃｒ_0.2
Ｎ層）の記載は省略している。以下同様に各積層単位の間に形成されたＢ層については表中の記載を省略する。また表７中、「積層単位数」とはＣ層の上にＡ層を有する積層単位の数を示す（以下同様とする。）。

（試料Ｎｏ．２４〜２７の製造）
表７に示すように第１の積層単位５１および第２の積層単位５２においてＣ層の厚さを変更する以外は、試料Ｎｏ．２３と同様して試料Ｎｏ．２４〜２７に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

＜評価＞
以上のようにして得られた試料Ｎｏ．２３〜２７に係る被覆ｃＢＮ工具の切削性能と仕上げ面粗さを実施例１と同様にして焼入鋼の連続切削により評価した。結果を表７に示す。

（結果と考察）
試料Ｎｏ．２３は、Ｃ層の厚さ以外は同様の被膜構成を有する試料Ｎｏ．２４〜Ｎｏ．２６と比較して加工精度にやや劣る結果となった。この理由はＣ層の厚さがやや薄いため、境界摩耗の発達がその他に比して大きくなったと考えられる。また試料Ｎｏ．２７はその他と比較して摩耗量がやや多い結果となった。この理由はＣ層の厚さがやや厚いため、逃げ面摩耗の進行が早まったためと考えられる。したがってこれらの結果から、Ｃ層は０．１μｍ以上１．０μｍ以下の厚さを有することが好ましく、０．１１μｍ以上０．９μｍ以下の厚さを有することがより好ましいといえる。

＜実施例５：Ｂ層の構成の検討＞
（試料Ｎｏ．２９〜３３の製造）
ｃＢＮ焼結体Ａの代わりにｃＢＮ焼結体Ｈを用いる以外は実施例１と同様にして基材１を得、表８に示す組成および構成のＤ層４０、Ｃ層３０、Ｂ層２０およびＡ層１０をこの順に積層して被膜１００を形成する以外は、実施例２と同様にして試料Ｎｏ．２９〜Ｎｏ．３３に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。表８に示すように、試料Ｎｏ．２９〜Ｎｏ．３３ではＢ層２０において、Ｂ層の厚さ、Ｂ１層およびＢ２層の厚さならびに層数がそれぞれ異なっている。

（試料Ｎｏ．２８の製造）
Ｂ層２０を形成せず、Ｃ層３０上に直接Ａ層１０を形成する以外は、試料Ｎｏ．２９〜Ｎｏ．３３と同様にして、試料Ｎｏ．２８に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

＜評価＞
以上のようにして得られた試料Ｎｏ．２８〜３３に係る被覆ｃＢＮ工具の切削性能と仕上げ面粗さを実施例１と同様にして焼入鋼の連続切削により評価した。結果を表８に示す。

試料Ｎｏ．２８ではＡ層１０とＣ層３０との密着性が低く、Ａ層１０とＣ層３０との間で剥離が発生した。また試料Ｎｏ．２９では剥離は発生しなかったが、逃げ面摩耗量が大きい結果となった。Ｂ層２０の厚さが薄いためＡ層１０とＣ層３０との密着性の悪さに起因して摩耗の進行が早まったからであると考えられる。また試料Ｎｏ．３３も逃げ面摩耗量が大きい結果となった。この理由はＢ層２０の厚さが厚いためであると考えられる。

これらの結果から、被膜はＡ層とＣ層との間にＢ層を含むことが好ましく、Ｂ層は、ＴｉＮから構成されるＢ１層と、ＡｌＣｒＮから構成されるＢ２層とが交互にそれぞれ１層以上積層されてなる多層構造を含み、Ｂ１層およびＢ２層の厚さはそれぞれ０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満であることが好ましいといえる。

＜実施例６：積層単位の検討（１）＞
（試料Ｎｏ．３４の製造）
ｃＢＮ焼結体Ａの代わりにｃＢＮ焼結体Ｈを用いる以外は実施例１と同様にして基材１を得、基材１上に、表９に示す組成および構成の第１のＣ層３１、第１のＢ層２１および第１のＡ層１１をこの順に積層して被膜２００を形成することにより、試料Ｎｏ．３４に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。試料Ｎｏ．３４においてＣ層の上にＡ層を有する積層単位は１つである。

（試料Ｎｏ．３５の製造）
試料Ｎｏ．３４と同様にして第１のＡ層１１を形成した後、第１のＡ層１１上に、密着層としてＢ₀層（厚さ０．１μｍ）を形成し、さらにその上に表１０に示す第２の積層単
位５２を形成することにより、試料Ｎｏ．３５に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。試料Ｎｏ．３５においてＣ層の上にＡ層を有する積層単位は１つである。

（試料Ｎｏ．３６の製造）
表９〜表１１に示すように、基材１上に第１の積層単位５１、第２の積層単位５２および第３の積層単位５３をこの順に形成することにより、試料Ｎｏ．３６に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。なお各積層単位の間にはＢ₀層（厚さ０．１μｍ）を形成し、Ａ層とＣ層と
を密着させた。

＜評価＞
以上のようにして得られた試料Ｎｏ．３４〜３６に係る被覆ｃＢＮ工具の切削性能と仕上げ面粗さを実施例１と同様にして焼入鋼の連続切削により評価した。結果を表１１に示
す。

さらに実施例６では次のようにして各試料の面粗度寿命を評価した。
（面粗度寿命の測定）
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切削距離５００ｍの加工を１セットとして繰り返し加工を行ない、１セットの加工が終了する度に表面粗さ計を使用して被削材の面粗さＲｚｊｉｓを測定し、Ｒｚｊｉｓが３．２μｍを超えた時点で試験終了とした。そして５００ｍ×セット回数から総切削距離（ｋｍ）を算出した。さらに、Ｒｚｊｉｓ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した。その結果を表１１に示す。

（結果と考察）
表９〜表１１に示すように、試料Ｎｏ．３４〜Ｎｏ．３６において被膜の最表面から最も被膜の最表面側に位置するＣ層までの構成は同一である。そのため３ｋｍ切削した時点での耐摩耗性および加工精度はほぼ同等であった。

面粗度寿命の評価では各試料の有する積層単位の数に対応して面粗度寿命が長くなる傾向が確認された。特にＮｏ．３５とＮｏ．３６を比較するとＮｏ．３６は被膜の厚さが薄いにも関わらず、Ｎｏ．３５よりも面粗度寿命が長い結果となった。したがって面粗度寿命の観点から、被膜は複数のＡ層と複数のＣ層とを含み、Ｃ層の上にＡ層を有する積層単位を２つ以上含むことが好ましく、該積層単位を３つ以上含むことがより好ましいといえる。

＜実施例７：積層単位の検討（２）＞
（試料Ｎｏ．３７〜Ｎｏ．４０の製造）
ｃＢＮ焼結体Ａの代わりにｃＢＮ焼結体Ｃを用いる以外は実施例１と同様にして基材１を得、基材１上に表１２〜表１５に示す各積層単位をこの順で積層することにより、試料Ｎｏ．３７〜Ｎｏ．４０に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。なお各積層単位の間には密着層としてＢ₀層（厚さ０．１μｍ）を形成した。なおまた、表１５では試料Ｎｏ．３７の積層
単位数を１つとしている。これは、試料Ｎｏ．３７は第１の積層単位においてＣ層を有していないため（表１２）、Ｃ層の上にＡ層を有する積層単位としては１つであることを示している。

＜評価＞
以上のようにして得られた試料Ｎｏ．３７〜Ｎｏ．４０に係る被覆ｃＢＮ工具の切削性能、仕上げ面粗さおよび面粗度寿命を実施例６と同様にして焼入鋼の連続切削により評価した。結果を表１５に示す。

（結果と考察）
表１２〜表１５に示すように、試料Ｎｏ．３７〜Ｎｏ．４０はいずれも被膜の最表面から最も最表面側のＣ層までの構成は同じである。そのため３ｋｍ切削した時点での耐摩耗性および加工精度はほぼ同等であった。また実施例６と同様に積層単位が多くなる程、面粗度寿命が長くなる傾向が確認された。

またＮｏ．３７〜Ｎｏ．４０の結果から、同一の積層単位を繰り返すのではなく、各積層単位のそれぞれでＡ層の厚さや組成を変化させた場合であっても、各積層単位に含まれるＡ層がＴｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_ya（ただし、ＭａはＣｒ、ＮｂおよびＷの１種以上であり、ｘａは０≦ｘａ≦０．７であり、ｙａは０≦ｙａ≦１である）から構成され、Ｃ層がＡｌ_1-(xc+yc)Ｃｒ_xcＭｃ_ycＮ（ただし、ＭｃはＴｉ、ＶおよびＳｉの１種以上であり、
ｘｃは０．２≦ｘｃ≦０．８であり、ｙｃは０≦ｙｃ≦０．６であり、かつｘｃ＋ｙｃは０．２≦ｘｃ＋ｙｃ≦０．８である）から構成される限り、優れた加工精度と面粗度寿命が実現できることが確認できた。

＜実施例８：ｃＢＮ焼結体の検討＞
（試料Ｎｏ．４１〜Ｎｏ．４６の製造）
表１６〜表１８に示すように、ｃＢＮ焼結体Ａの代わりにｃＢＮ焼結体Ｂ〜Ｇ用いる以外は実施例１と同様にして基材１を得、基材１上に表１６〜表１８に示す各積層単位をこの順で積層した被膜２００を形成することにより、試料Ｎｏ．４１〜Ｎｏ．４６に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。なお各積層単位の間には密着層としてＢ₀層（厚さ０．１μｍ）を
形成した。

＜評価＞
以上のようにして得られた試料Ｎｏ．４１〜Ｎｏ．４６に係る被覆ｃＢＮ工具の切削性能、仕上げ面粗さおよび面粗度寿命を実施例６と同様にして焼入鋼の連続切削により評価した。結果を表１８に示す。

（結果と考察）
表１６〜表１８に示すように試料Ｎｏ．４１〜Ｎｏ．４６において被膜２００の構成は同一であるため、３ｋｍ切削した時点での耐摩耗性および加工精度はほぼ同等であった。一方、面粗度寿命については結果に差異が現れた。すなわち、ｃＢＮ粒子の体積含有率が５０体積％以上６０体積％以下である焼結体を用いた試料は、その他の試料に比して面粗度寿命が長い結果となった。この結果は基材を構成するｃＢＮ焼結体の耐摩耗性および耐欠損性が影響したものと考えることができる。

＜実施例９：積層単位におけるＢ層の検討＞
表１９〜２１に示すように各積層単位においてＡ層とＣ層との間にＢ層を形成せず、かつ各積層単位の間にＢ₀層を形成しないことを除いては上記試料Ｎｏ．３６と同様にして
試料Ｎｏ．４７に係る被覆ｃＢＮ工具を得た。

＜評価＞
以上のようにして得られた試料Ｎｏ．４７に係る被覆ｃＢＮ工具の切削性能、仕上げ面粗さおよび面粗度寿命を実施例６と同様にして焼入鋼の連続切削により評価した。結果を表２１に示す。

（結果と考察）
表１９〜表２１に示すように、試料Ｎｏ．４７では面粗度寿命の測定の際に剥離が発生した。この結果から各積層単位においてＡ層とＣ層との間にはＢ層を配置することが好ましいことが分かる。

以上の結果から、ｃＢＮ焼結体と、その上に形成された被膜とを備え、被膜はＡ層とＣ層とを含み、Ａ層はＴｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_ya（ただし、ＭａはＣｒ、ＮｂおよびＷの１種以上であり、ｘａは０≦ｘａ≦０．７であり、ｙａは０≦ｙａ≦１である）から構成され、Ｃ層はＡｌ_1-(xc+yc)Ｃｒ_xcＭｃ_ycＮ（ただし、ＭｃはＴｉ、ＶおよびＳｉの１種以
上であり、ｘｃは０．２≦ｘｃ≦０．８であり、ｙｃは０≦ｙｃ≦０．６であり、かつｘｃ＋ｙｃは０．２≦ｘｃ＋ｙｃ≦０．８である）から構成され、Ａ層は被膜の最表面または被膜の最表面とＣ層との間に形成され、被膜の最表面とＣ層の上面との距離は０．１μｍ以上１．０μｍ以下である、実施例に係る被覆ｃＢＮ工具は優れた加工精度と耐摩耗性を有することが確認できた。

以上のように本実施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。

今回開示された実施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。

１ 基材
１０ Ａ層
１１ 第１のＡ層
１２ 第２のＡ層
１３ 第３のＡ層
１４ 第４のＡ層
２０ Ｂ層
２１ 第１のＢ層
２２ 第２のＢ層
２３ 第３のＢ層
２４ 第４のＢ層
３０ Ｃ層
３１ 第１のＣ層
３２ 第２のＣ層
３３ 第３のＣ層
３４ 第４のＣ層
４０ Ｄ層
５１ 第１の積層単位
５２ 第２の積層単位
５３ 第３の積層単位
５４ 第４の積層単位
１００，２００ 被膜
１０１，２０１ 被覆ｃＢＮ工具
Ｓ１ 最表面
Ｓ２ 上面
ｄ 距離

Claims (10)

1. 立方晶窒化硼素焼結体と、その上に形成された被膜とを備え、
   前記被膜はＡ層とＣ層とを含み、
   前記Ａ層は、Ｔｉ_1-xaＭａ_xaＣ_1-yaＮ_ya（ただし、ＭａはＣｒ、ＮｂおよびＷの１種以上であり、ｘａは０≦ｘａ≦０．７であり、ｙａは０≦ｙａ≦１である）から構成され、
   前記Ｃ層は、Ａｌ_1-(xc+yc)Ｃｒ_xcＭｃ_ycＮ（ただし、ＭｃはＴｉ、ＶおよびＳｉの１種以上であり、ｘｃは０．２≦ｘｃ≦０．８であり、ｙｃは０≦ｙｃ≦０．６であり、かつｘｃ＋ｙｃは０．２≦ｘｃ＋ｙｃ≦０．８である）から構成され、
   前記Ｃ層は、０．１１μｍ以上１．０μｍ以下の厚さを有し、
   前記Ａ層は、前記被膜の最表面または前記被膜の前記最表面と前記Ｃ層との間に形成され、
   前記被膜の前記最表面と前記Ｃ層の上面との距離は、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、
   前記被膜は、前記Ａ層と前記Ｃ層との間にＢ層をさらに含み、
   前記Ｂ層は、Ａｌ、ＣｒおよびＴｉからなる群より選ばれる１種以上の元素と、Ｎとから構成される１種以上の化合物を含み、
   前記Ｂ層は、ＴｉＮから構成されるＢ１層と、ＡｌＣｒＮから構成されるＢ２層とが交互にそれぞれ１層以上積層されてなる多層構造を含み、
   前記Ｂ１層および前記Ｂ２層の厚さは、それぞれ０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満である、表面被覆窒化硼素焼結体工具。
2. 立方晶窒化硼素焼結体と、その上に形成された被膜とを備え、
   前記被膜はＡ層とＣ層とを含み、
   前記Ａ層は、Ｔｉ _1-xa Ｍａ _xa Ｃ _1-ya Ｎ _ya （ただし、ＭａはＣｒ、ＮｂおよびＷの１種以上であり、ｘａは０≦ｘａ≦０．７であり、ｙａは０≦ｙａ≦１である）から構成され、
   前記Ｃ層は、Ａｌ _1-(xc+yc) Ｃｒ _xc Ｍｃ _yc Ｎ（ただし、ＭｃはＴｉ、ＶおよびＳｉの１種以上であり、ｘｃは０．２≦ｘｃ≦０．８であり、ｙｃは０≦ｙｃ≦０．６であり、かつｘｃ＋ｙｃは０．２≦ｘｃ＋ｙｃ≦０．８である）から構成され、
   前記Ｃ層は、０．１１μｍ以上１．０μｍ以下の厚さを有し、
   前記Ａ層は、前記被膜の最表面または前記被膜の前記最表面と前記Ｃ層との間に形成され、
   前記被膜の前記最表面と前記Ｃ層の上面との距離は、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、
   前記Ａ層は、前記ｙａが前記Ａ層の厚さ方向において傾斜状またはステップ状に変化する領域を含む、表面被覆窒化硼素焼結体工具。
3. 前記被膜の前記最表面と前記Ｃ層の前記上面との距離は、０．３μｍ以上０．７μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
4. 前記被膜は、複数の前記Ａ層と、複数の前記Ｃ層とを含み、
   前記Ｃ層の上に前記Ａ層を有する積層単位を２つ以上含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
5. 前記被膜は、前記Ａ層と前記Ｃ層との間にＢ層をさらに含み、
   前記Ｂ層は、Ａｌ、ＣｒおよびＴｉからなる群より選ばれる１種以上の元素と、Ｎとから構成される１種以上の化合物を含む、請求項２に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
6. 前記Ｂ層は、ＴｉＮから構成されるＢ１層と、ＡｌＣｒＮから構成されるＢ２層とが交互にそれぞれ１層以上積層されてなる多層構造を含む、請求項５に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
7. 前記Ｂ１層および前記Ｂ２層の厚さは、それぞれ０．５ｎｍ以上３０ｎｍ未満である、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、ＡｌＴｉＣｒＮから構成される化合物を含む、請求項５に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。
9. 前記立方晶窒化硼素焼結体と接する層は、前記Ｃ層である、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。
10. 前記被膜は、０．５μｍ以上１０μｍ以下の厚さを有する、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。

Images