JP6863649B1 - 切削工具 - Google Patents

Abstract

すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、上記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、上記被膜は、ＭＡｌＮ層を含み、上記ＭＡｌＮ層におけるＭは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、上記ＭＡｌＮ層は、立方晶型のＭｘＡｌ１−ｘＮの結晶粒を含み、上記ＭｘＡｌ１−ｘＮにおける金属元素Ｍの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎＦとし、上記すくい面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記すくい面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎＲとした場合、ｎＦ＜ｎＲを満たし、上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎＤが３以下である、切削工具。

Description

本開示は、切削工具に関する。本出願は、２０１９年８月６日に出願した日本特許出願である特願２０１９−１４４６１２号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

立方晶窒化ホウ素（以下「ｃＢＮ」とも記す。）はダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、熱的安定性および化学的安定性にも優れる。また、鉄系材料に対しては、ダイヤモンドよりも安定なため、鉄系材料を加工するための切削工具としてｃＢＮ焼結体が用いられてきた。

また、ｃＢＮ焼結体からなる切削工具の耐摩耗性等を向上させるために、ｃＢＮ焼結体の基材の上に被膜を設けることが検討されている。

特開平０８−１１９７７４号公報

本開示に係る切削工具は、
すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
上記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、
上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
上記被膜は、ＭＡｌＮ層を含み、
上記ＭＡｌＮ層におけるＭは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
上記ＭＡｌＮ層は、立方晶型のＭ_ｘＡｌ_１−ｘＮの結晶粒を含み、
上記Ｍ_ｘＡｌ_１−ｘＮにおける金属元素Ｍの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、
上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、
上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｆとし、
上記すくい面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記すくい面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｒとした場合、
ｎ_Ｆ＜ｎ_Ｒを満たし、
上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎ_Ｄが３以下である。

図１は、切削工具の一態様を例示する斜視図である。 図２は、本実施形態の一態様における切削工具の模式断面図である。 図３は、本実施形態の他の態様における切削工具の模式断面図である。 図４は、本実施形態の別の他の態様における切削工具の模式断面図である。 図５は、本実施形態の別の他の態様における切削工具の模式断面図である。 図６は、本実施形態に係る切削工具の断面を拡大したＳＥＭ画像である。 図７は、本実施形態に係る切削工具の断面を拡大したＳＥＭ画像である。 図８は、比較例の切削工具における断面を拡大したＳＥＭ画像である。

[本開示が解決しようとする課題]
例えば、特開平０８−１１９７７４号公報（特許文献１）では、立方晶型窒化硼素を２０体積％以上含むＣＢＮ焼結体からなる基材またはダイヤモンドを４０％以上含むダイヤモンド焼結体からなる基材を有する工具用の複合高硬度材料において、Ｃ、ＮおよびＯの中から選択される少なくとも１種の元素と、Ｔｉと、Ａｌとを主成分とした少なくとも１層の硬質耐熱被膜を少なくとも切削に関与する箇所に有することを特徴とする工具用複合高硬度材料が開示されている。更に特許文献１では、上記硬質耐熱被膜をイオンプレーティング法等の既存のＰＶＤ法（物理蒸着法）で形成したことが開示されている。

しかし、特許文献１に記載の工具用複合高硬度材料における硬質耐熱被膜は、ドロップレットを含んでおり、切削加工時に上記ドロップレットに起因して硬質耐熱被膜が剥離することがある。そのため、高効率な切削加工（送り速度が大きい切削加工等）へ適用する際には更なる性能（例えば、耐摩耗性、耐剥離性等）の向上が求められる。

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具を提供することを目的とする。

[本開示の効果]
本開示によれば、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具を提供することが可能になる。

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
［１］本開示に係る切削工具は、
すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
上記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、
上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
上記被膜は、ＭＡｌＮ層を含み、
上記ＭＡｌＮ層におけるＭは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
上記ＭＡｌＮ層は、立方晶型のＭ_ｘＡｌ_１−ｘＮの結晶粒を含み、
上記Ｍ_ｘＡｌ_１−ｘＮにおける金属元素Ｍの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、
上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、
上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｆとし、上記すくい面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記すくい面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｒとした場合、
ｎ_Ｆ＜ｎ_Ｒを満たし、
上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎ_Ｄが３以下である。

上記切削工具における上記ＭＡｌＮ層は、逃げ面における空隙の数ｎ_Ｆがすくい面における空隙の数ｎ_Ｒより少ない。
逃げ面及びすくい面における被膜の剥離及び被膜のチッピングは、逃げ面のアブレイシブ摩耗と共に、逃げ面における被膜の摩耗（逃げ面摩耗）として現れる。すくい面に存在する空隙は、切り屑から加わる膜表面に対して略平行な力（衝撃）を吸収するため、逃げ面摩耗に現れる被膜の剥離及び被膜のチッピングを抑える効果がある。逃げ面におけるアブレイシブ摩耗は、すくい面における衝撃と比べて繰り返しはない上、逃げ面においては切り屑からの衝撃よりもアブレイシブ摩耗による衝撃が大きい。そのため逃げ面においては、アブレイシブ摩耗による逃げ面摩耗を抑制する空隙の少ない膜構造が要求される。これらの物性に関して研究を重ねた結果、ＭＡｌＮ層において、ｎ_Ｆ＜ｎ_Ｒを満たすことで最も良好な耐逃げ面摩耗性（耐剥離性、耐チッピング性、耐摩耗性）を得られることが判明した。すなわち、上記切削工具は、上述のような構成を備えることによって、優れた耐摩耗性及び優れた耐剥離性を有することが可能になる。ここで、「耐剥離性」とは、上記基材から上記ＭＡｌＮ層が剥離することに対する耐性を意味する。

［２］上記金属元素Ｍは、ホウ素、ケイ素、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を更に含むことが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐摩耗性、並びに、優れた耐熱性及び優れた潤滑性を有するようになる。

［３］上記ｎ_Ｒは、３０以下であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐剥離性を有するようになる。

［４］上記すくい面と上記逃げ面とを繋ぐ刃先面を更に含み、
上記刃先面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記刃先面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｃとした場合、
ｎ_Ｆ＜ｎ_Ｃ＜ｎ_Ｒを満たすことが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐剥離性を有するようになる。

［５］上記ｎ_Ｆは１０未満であり、上記ｎ_Ｒは３０未満であり、上記ｎ_Ｃは２０未満であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は切削の際に逃げ面でのアブレイシブ摩耗に耐えつつ、被削材又は切り屑から加わる過負荷な衝撃を吸収することができる。

［６］上記ｎ_Ｆは４未満であり、上記ｎ_Ｃは５未満であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐摩耗性及び更に優れた耐剥離性を有するようになる。

［７］上記立方晶窒化ホウ素の平均粒径をＲμｍとした場合、
ｎ_Ｆ＜１００／Ｒを満たすことが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐剥離性を有するようになる。

［８］上記ＭＡｌＮ層の厚みは、０．０５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐摩耗性及び更に優れた耐剥離性を有するようになる。

［９］上記被膜の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐摩耗性を有するようになる。

[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「Ａ〜Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｚ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｚにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＺの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「ＴｉＮ」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比（元素比）を含むものとする。このとき上記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「ＴｉＮ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ_１Ｎ_１」のみならず、例えば「Ｔｉ_１Ｎ_０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＮ」以外の化合物の記載についても同様である。

≪表面被覆切削工具≫
本開示に係る切削工具は、
すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
上記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、
上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
上記被膜は、ＭＡｌＮ層を含み、
上記ＭＡｌＮ層におけるＭは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
上記ＭＡｌＮ層は、立方晶型のＭ_ｘＡｌ_１−ｘＮの結晶粒を含み、
上記Ｍ_ｘＡｌ_１−ｘＮにおける金属元素Ｍの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、
上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、
上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｆとし、上記すくい面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記すくい面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｒとした場合、
ｎ_Ｆ＜ｎ_Ｒを満たし、
上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎ_Ｄが３以下である。

本実施形態に係る表面被覆切削工具（以下、単に「切削工具」という場合がある。）は、例えば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等であり得る。

図１は切削工具の一態様を例示する斜視図である。このような形状の切削工具１０は、旋削加工用刃先交換型切削チップとして用いられる。

図１に示される切削工具１０は、上面、下面及び４つの側面を含む表面を有しており、全体として、上下方向にやや薄い四角柱形状である。また、切削工具１０には上下面を貫通する貫通孔が形成されており、４つの側面の境界部分においては、隣り合う側面同士が円弧面で繋がれている。

上記切削工具１０では、通常、上面及び下面がすくい面１ａを成し、４つの側面（及びこれらを相互に繋ぐ円弧面）が逃げ面１ｂを成し、すくい面１ａと逃げ面１ｂとを繋ぐ面が刃先面１ｃを成す。「すくい面」とは、被削材から削り取った切りくずをすくい出す面を意味する。「逃げ面」とは、その一部が被削材と接する面を意味する。刃先面は、切削工具の切れ刃を構成する部分に含まれる。

上記切削工具が刃先交換型切削チップである場合、上記切削工具１０は、チップブレーカーを有する形状も、有さない形状も含まれる。図１において切削工具の切れ刃の形状は、平面（刃先面１ｃ）で表されているが、切れ刃の形状はこれに限られない。すなわち、切れ刃の形状は、シャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）（例えば、図３）、及びネガランド（面取りをした形状）（例えば、図２）の形状が含まれる。

以上、切削工具１０の形状及び各部の名称を、図１を用いて説明したが、本実施形態に係る切削工具の基材において、上記切削工具１０に対応する形状及び各部の名称については、上記と同様の用語を用いることとする。すなわち、上記切削工具の基材は、すくい面と、逃げ面とを有する。また、上記基材は、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先面を有してもよい。

上記切削工具１０は、基材１１と、上記基材１１上に設けられているＭＡｌＮ層１２とを含む（図４）。上記切削工具１０は、上記ＭＡｌＮ層１２の他にも、上記基材１１と上記ＭＡｌＮ層１２との間に設けられている下地層１３を更に備えていてもよい（図５）。上記切削工具１０は、上記ＭＡｌＮ層１２上に設けられている表面層１４を更に備えていてもよい（図５）。下地層１３及び表面層１４等の他の層については、後述する。
なお、上記基材上に設けられている上述の各層をまとめて「被膜」と呼ぶ場合がある。すなわち、上記切削工具１０は上記基材１１を被覆する被膜２０を備える（図２、図３）。上記被膜２０は上記ＭＡｌＮ層１２を含む（図４）。また、上記被膜２０は、上記下地層１３、又は上記表面層１４を更に含んでいてもよい（図５）。

＜基材＞
（立方晶窒化ホウ素焼結体）
本実施形態の基材は、立方晶窒化ホウ素焼結体（ｃＢＮ焼結体）からなる。上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含む。本実施形態の一側面において、上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、バインダーを更に含むことが好ましい。

（立方晶窒化ホウ素）
本実施形態において「立方晶窒化ホウ素」とは、立方晶型の窒化ホウ素の結晶粒を意味する。すなわち、上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、多結晶の立方晶窒化ホウ素を含む。

上記立方晶窒化ホウ素の平均粒径Ｒは、０．５μｍ以上８μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。

上記平均粒径Ｒは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた切断法により求めることができる。具体的には、まず立方晶窒化ホウ素焼結体の任意の表面又は断面を鏡面加工する。次に、上記立方晶窒化ホウ素焼結体における加工面をＳＥＭで５０００〜１０００００倍の倍率で観察し、ＳＥＭ画像を得る。

次にそのＳＥＭ画像に円を描き、その円の中心から８本の直線を放射状（各直線間の交差角度がほぼ等しくなるよう）に円の外周まで引く。この場合、上記の観察倍率および円の直径は、上記の直線１本あたりに載る立方晶窒化ホウ素（結晶粒）の個数が１０〜５０個程度になるように設定することが好ましい。

引続き、上記の各直線毎に立方晶窒化ホウ素の結晶粒界を横切る数を数え、直線の長さをその横切る数で割ることにより平均切片長さを求める。最後に、求めた平均切片長さに１．１２８を乗じて得られる数値を立方晶窒化ホウ素の平均粒径とする（この方法は、ＡＳＴＭ規格の公称粒径を算出する方法に準じたものである）。なお、このような平均粒径は、より好ましくは数枚のＳＥＭ画像を用いて、各画像毎に上記のような方法で平均粒径を求め、その平均粒径の平均値を平均粒径とすることが好適である。また、上記のような方法による測定では、立方晶窒化ホウ素以外の粒子（たとえばウルツ鉱型窒化ホウ素の結晶粒）の粒径を含む可能性があるが、このように他の粒子の粒径を含む場合であっても、立方晶窒化ホウ素の平均粒径とみなすものとする。

上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、２０体積％以上９７体積％以下であることが好ましく、２０体積％以上８０体積％以下であることがより好ましい。上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上述した立方晶窒化ホウ素焼結体の断面サンプルをＳＥＭで撮影し、その撮影画像を画像解析することによって求められる。すなわち、所定の視野中の立方晶窒化ホウ素の結晶粒を特定し、画像処理により特定された当該結晶粒の面積の和を算出し、これを視野の面積で除することにより算出することが可能である。また、同一の立方晶窒化ホウ素焼結体において、複数の視野（例えば、５視野以上）で上記画像解析を行い、その平均値を立方晶窒化ホウ素の含有割合とすることが好ましい。上記画像処理には、画像解析式粒度分布ソフトウェア（株式会社マウンテック社製「Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ」）を好適に用いることができる。なお、上記「所定の視野」は、上述した立方晶窒化ホウ素の結晶粒の平均粒径を求めるときの視野と同じであってもよい。

上述の方法で求められる比率は、視野中の立方晶窒化ホウ素の面積比率であるが、本実施形態では当該比率を体積比率と見なして扱うものとする。すなわち、上述の方法で求められた立方晶窒化ホウ素の面積比率が２０％であった場合、立方晶窒化ホウ素の含有割合は、立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％と見なすこととする。

（バインダー）
本実施形態において「バインダー」とは、上記立方晶窒化ホウ素の結晶粒同士を結合させる物質を意味する。上記バインダーは、元素の周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ａｌ（アルミニウム）及びＳｉ（ケイ素）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素と、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｂ（ホウ素）及びＯ（酸素）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とからなる化合物を含むことが好ましい。

上記第４族元素としては、例えばＴｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）が挙げられる。第５族元素としては、例えばＶ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）が挙げられる。上記第６族元素としては、例えばＣｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）が挙げられる。上記バインダーに含まれる各成分は、上述の切削工具の切断面を含む試料をＳＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ−ＥＤＸ）で、バインダーに対応する領域を分析することによって求めることが可能である。このときの観察倍率は、例えば、１００００倍である。

元素の周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ａｌ及びＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素と、Ｃ、Ｎ、Ｂ及びＯからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とからなる化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＡｌＮなどの窒化物、ＴｉＣ、ＷＣなどの炭化物、ＴｉＢ_２、ＡｌＢ_２などのホウ化物、Ａｌ_２Ｏ_３などの酸化物など、或いは、ＴｉＣＮ、ＡｌＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ、ＳｉＴｉＡｌＯＮなどが挙げられる。

（不可避不純物）
上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、本開示が奏する効果を損なわない範囲において、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物とは、立方晶窒化ホウ素焼結体の原料中に、又はその製造上において微量に含まれる可能性がある元素および化合物の総称をいう。不可避不純物として含まれる各元素及び化合物の含有量（体積％）は、それぞれ０体積％以上５体積％以下であり、これらの総和（すなわち微量不純物の合計含有量）は０体積％以上５体積％以下である。したがって、不可避不純物は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。不可避不純物としては、例えば、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｌａ、Ｆｅ、Ｃｕなどが挙げられる。

＜被膜＞
本実施形態に係る被膜は、ＭＡｌＮ層を含む。上記ＭＡｌＮ層におけるＭは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示す。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、すくい面の一部及び逃げ面の一部）を被覆することで、切削工具における耐欠損性、耐摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。

上記被膜の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。ここで、被膜の厚みとは、被膜を構成する層それぞれの厚みの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、上記ＭＡｌＮ層、後述する中間層、上述した下地層及び表面層等の他の層が挙げられる。上記被膜の厚みは、例えば、ＳＥＭを用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めることが可能である。このときの測定倍率は、例えば１００００倍である。上記ＭＡｌＮ層、上記中間層、上述した下地層及び表面層等のそれぞれの厚みを測定する場合も同様である。ＳＥＭとしては、例えば、日本電子株式会社製のＪＳＭ−７６００Ｆ（商品名）、ＪＳＭ−７８００（商品名）が挙げられる。

（ＭＡｌＮ層）
上記ＭＡｌＮ層は、立方晶型のＭ_ｘＡｌ_１−ｘＮの結晶粒を含む。すなわち、上記ＭＡｌＮ層は、多結晶のＭ_ｘＡｌ_１−ｘＮを含む層である。立方晶型のＭ_ｘＡｌ_１−ｘＮの結晶粒は、例えば、Ｘ線回折により得られる回折ピークのパターンにより識別される。

上記ＭＡｌＮ層におけるＭは、金属元素を示す。上記金属元素Ｍは、チタン、クロム又はその両方を含む。本実施形態の一側面において、上記金属元素Ｍは、ホウ素、ケイ素、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素（以下、「第三元素」という場合がある。）を更に含むことが好ましい。なお、ホウ素は通常、金属元素と非金属元素との中間の性質を示す半金属として捉えられるが、本実施形態のＭＡｌＮ層においては、自由電子を有する元素を金属であるとみなしてホウ素を金属元素の範囲に含むものとする。

本実施形態の一側面において、上記金属元素Ｍはチタンであることが好ましい。すなわち、上記被膜は上記ＭＡｌＮ層としてＴｉＡｌＮ層を含み、上記ＴｉＡｌＮ層は、立方晶型のＴｉ_ｘＡｌ_１−ｘＮの結晶粒を含むことが好ましい。ここで、上記ＴｉＡｌＮ層は、多結晶のＴｉ_ｘＡｌ_１−ｘＮを含む層である。立方晶型のＴｉ_ｘＡｌ_１−ｘＮの結晶粒は、例えば、Ｘ線回折により得られる回折ピークのパターンにより識別される。

上記Ｍ_ｘＡｌ_１−ｘＮにおける金属元素Ｍの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、０．３２以上０．５５以下であることが好ましい。上記ｘは、上述の断面サンプルをＳＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ−ＥＤＸ）で、ＭＡｌＮ層の全体を元素分析することによって求めることが可能である。このときの観察倍率は、例えば、５０００倍である。具体的には、上記断面サンプルのＭＡｌＮ層における任意の１０点それぞれを測定して上記ｘの値を求め、求められた１０点の値の平均値を上記ＭＡｌＮ層におけるｘとする。ここで、上記金属元素Ｍが複数の金属元素を含む場合、各金属元素の原子比の総和が、上記金属元素Ｍの原子比ｘとなる。また、当該「任意の１０点」は、上記ＭＡｌＮ層中の互いに異なる結晶粒から選択するものとする。上記ＥＤＸ装置としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＤ−２３００（商品名）が挙げられる。

上記金属元素Ｍがチタンを含む場合、上記Ｍ_ｘＡｌ_１−ｘＮにおけるチタンの原子比ｗは、０を超えて０．７以下であることが好ましく、０．３２以上０．５５以下であることがより好ましい。なお、上記金属原子Ｍがチタンのみである場合、金属元素Ｍの原子比ｘとチタンの原子比ｗとが一致することは言うまでもない。

上記金属元素Ｍがクロムを含む場合、上記Ｍ_ｘＡｌ_１−ｘＮにおけるクロムの原子比ｙは、０を超えて０．７以下であることが好ましく、０．０５以上０．３以下であることがより好ましい。なお、上記金属原子Ｍがクロムのみである場合、金属元素Ｍの原子比ｘとクロムの原子比ｙとが一致することは言うまでもない。

上記金属元素Ｍが第三元素を含む場合、上記Ｍ_ｘＡｌ_１−ｘＮにおける第三元素の原子比ｚは、０を超えて０．７以下であることが好ましく、０．０１以上０．４以下であることがより好ましい。ここで、上記第三元素として複数の金属元素が含まれる場合、各金属元素の原子比の総和が、上記第三元素の原子比ｚとなる。

上記ＭＡｌＮ層の厚みは、０．０５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。上記ＭＡｌＮ層が後述する多層構造を形成している場合、上記ＭＡｌＮ層の厚みは、１層あたりの厚みを意味する。当該厚みは、例えば、上述したような上記切削工具の断面を、ＳＥＭを用いて倍率１００００倍で観察することで測定可能である。

上記ＭＡｌＮ層は、被膜中に１層含まれていてもよいし、複数層（例えば、２〜５０層）含まれていてもよい。上記ＭＡｌＮ層は、後述する中間層等の他の層と共に交互に積層された多層構造を形成していてもよい。本実施形態の一側面において、上記ＭＡｌＮ層それ自体が多層構造を形成していてもよい。

（ＭＡｌＮ層における空隙の数）
本実施形態において、上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｆとし、上記すくい面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記すくい面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｒとした場合、ｎ_Ｆ＜ｎ_Ｒを満たす。

本実施形態において「空隙」とは、長さが０．５μｍ以上の線状の隙間を意味する。上記空隙は被膜の厚み方向に伸張していることが好ましい。

上記空隙の数は、以下の手順で計数する。まず、上述したような上記切削工具の断面を、ＳＥＭを用いて倍率５０００倍で観察し、ＳＥＭ画像を得る。このとき上記ＭＡｌＮ層が連続して１００μｍの長さ（ＭＡｌＮ層の厚み方向に対して垂直な方向における長さ）の範囲で含まれるようにＳＥＭ画像を取得する。取得するＳＥＭ画像の数は、上記ＭＡｌＮ層が上述の１００μｍの長さの範囲で含まれれば特に制限はなく、１視野であってもよいし、複数の視野であってもよい。複数の視野でＳＥＭ画像を取得した場合、当該ＳＥＭ画像をつなぎ合わせてから（例えば、図６）、後述する空隙の数を計数してもよい。１視野のサイズは、例えば２５μｍ×２０μｍであってもよい。

得られたＳＥＭ画像を目視で確認し、連続して１００μｍの長さの範囲における空隙の数を計数する。上記空隙の数は、当該ＭＡｌＮ層全体の性質を反映するパラメータであると本発明者らは考えている。本実施形態において、長さが０．５μｍ未満の隙間は、形状が線状であったとしても空隙としてカウントしない。また、隙間の形状が円形等、線状ではないものも空隙としてカウントしない。なお上記空隙は、対象となるＭＡｌＮ層を貫通していても、貫通していなくても１つとしてカウントされる。例えば、図７に示すＳＥＭ画像の場合、薄い灰色の層がＭＡｌＮ層であり、その層内にある黒い線状の亀裂が空隙である。図７の場合、空隙の数は９と計数される。

なお、後述するように上記空隙は、基材の表面を起点として生成されていると考えられるが、断面サンプルのＳＥＭ画像でＭＡｌＮ層の途中から生成されているように観察される空隙は、基材の表面から生成されている空隙の途中部分を観察していると本発明者らは考えている。
このような当該空隙の数の計数を、少なくとも３箇所の「連続して１００μｍの長さの範囲」で行い、これらの平均値を当該空隙の数とする。

上述した空隙の計数方法は、原則として、逃げ面、すくい面及び刃先面の全てにおいて適用するものとする（例えば、図２、図３）。ただし、刃先面等において、「連続して１００μｍの長さの範囲」が確保できない場合、確保できる最大の長さの範囲において空隙の数を計数し、１００μｍ長さあたりの空隙の数に換算して、上記空隙の数を求める。例えば、確保できる最大の長さの範囲が２０μｍである場合、２０μｍの長さの範囲において空隙の数を計数し、計数した空隙の数を５倍することで１００μｍ長さあたりの空隙の数を算出する。

上記立方晶窒化ホウ素の結晶粒の平均粒径をＲμｍとした場合、ｎ_Ｆ＜１００／Ｒを満たすことが好ましい。

本実施形態に係る切削工具において、上記すくい面と、上記逃げ面とを繋ぐ刃先面を更に含む場合、
上記刃先面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記刃先面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｃとした場合、ｎ_Ｆ＜ｎ_Ｃ＜ｎ_Ｒを満たすことが好ましい。

上記ｎ_Ｆは、１０以下であることが好ましく、１０未満であることがより好ましく、４未満であることが更に好ましい。逃げ面における上記ＭＡｌＮ層が所定の数の空隙を有することで、切削加工時に被削材との接触に起因する応力が緩和され、ＭＡｌＮ層の剪断剥離が抑制される。一方で逃げ面において空隙が存在することで切削加工時に加わるアブレイシブ摩耗に対する耐摩耗性が低下し、逃げ面摩耗が進行することも考えられる。すなわち、逃げ面における上記ＭＡｌＮ層が所定の数の空隙を有することで、耐剥離性、耐摩耗性が向上する。

上記ｎ_Ｒは、３０以下であることが好ましく、３０未満であることがより好ましく、１以上３０未満であることが更に好ましい。すくい面における上記ＭＡｌＮ層が所定の数の空隙を有することで、切削加工時に切りくずとの接触に起因する応力が緩和され、ＭＡｌＮ層の剪断剥離が抑制される。すなわち、すくい面における上記ＭＡｌＮ層が所定の数の空隙を有することで、耐剥離性が向上する。

上記ｎ_Ｃは、２０以下であることが好ましく、２０未満であることがより好ましく、５未満であることが更に好ましく、１以上５未満であることが更により好ましい。刃先面における上記ＭＡｌＮ層が所定の数の空隙を有することで、切削加工時に被削材との接触に起因する応力が緩和され、ＭＡｌＮ層の剪断剥離が抑制される。すなわち、刃先面における上記ＭＡｌＮ層が所定の数の空隙を有することで、耐剥離性が向上する。

本実施形態の一側面において、上記ｎ_Ｆは１０未満であり、上記ｎ_Ｒは３０未満であり、上記ｎ_Ｃは２０未満であることが好ましい。

本実施形態の他の側面において、上記ｎ_Ｆは４未満であり、上記ｎ_Ｃは５未満であることが好ましい。

上記ＭＡｌＮ層が被膜中に複数含まれる場合、複数のＭＡｌＮ層のうち少なくとも１層が、上述の空隙の数に関する条件を満たしていればよい。当該ＭＡｌＮ層において本開示の効果が奏されると考えられるためである。

（ＭＡｌＮ層におけるドロップレットの数）
本実施形態において、上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎ_Ｄが３以下であり、０以上２以下であることが好ましい。

本実施形態において「ドロップレット」とは、被膜を構成する層（例えば、ＴｉＡｌＮ層等のＭＡｌＮ層）に存在する金属の粒子であって、後述する所定のサイズを有する粒子を意味する。上記ドロップレットの数は、上述した空隙の数の計数方法を同様の方法で行う。すなわち、上記切削工具の断面を、ＳＥＭを用いて倍率５０００倍で観察し、ＳＥＭ画像を得る。このとき上記ＭＡｌＮ層が連続して１００μｍの長さの範囲で含まれるようにＳＥＭ画像を取得する。得られたＳＥＭ画像を目視で確認し、ＭＡｌＮ層中（例えば、図８における薄い灰色で示される層中）に存在する白くて略円形の部分に着目する。次に、この略円形の部分に外接する長方形の長辺の長さＬ_ａ（μｍ）と短辺の長さＬ_ｂ（μｍ）とを求める。ここで、上記長方形は、上記長辺又は上記短辺が上記基材の主面に対して平行となるように設定される。本実施形態において「平行」とは、幾何学的な平行に限られず、略平行も含む概念である。求めたＬ_ａとＬ_ｂとが以下の条件を満たす場合、当該略円形の部分をドロップレットとして計数する。
０．７５＜Ｌ_ｂ／Ｌ_ａ≦１、かつ０．１＜Ｌ_ａ
このような当該ドロップレットの数の計数を、少なくとも３箇所の「連続して１００μｍの長さの範囲」で行い、これらの平均値を当該ドロップレットの数とする。

（他の層）
本実施形態の効果を損なわない限り、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層としては、例えば、上記基材と上記ＭＡｌＮ層との間に設けられている下地層及び上記ＭＡｌＮ層上に設けられている表面層、上記下地層と上記ＭＡｌＮ層との間、又は上記ＭＡｌＮ層と上記表面層との間に設けられている中間層等が挙げられる。上記下地層、上記表面層及び上記中間層それぞれの組成は、上記ＭＡｌＮ層と区別が可能であれば、同じであってもよいし、異なっていてもよい。上記下地層は、例えば、ＴｉＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記表面層は、例えば、ＣｒＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記中間層は、例えば、ＡｌＣｒＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記他の層の厚みは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、０．１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。

≪表面被覆切削工具の製造方法≫
本実施形態に係る切削工具の製造方法は、
上記基材を準備する工程（以下、「第１工程」という場合がある。）と、
大電力パルススパッタリング法を用いて、上記基材上に上記ＭＡｌＮ層を形成する工程（以下、「第２工程」という場合がある。）と、を含む。

大電力パルススパッタリング法（ＨｉＰＩＭＳ法）とは、スパッタリング法の一種である。ＨｉＰＩＭＳ法は、通常のスパッタリング法とは異なり、パルス状に電力を印加し、放電によってはじき出されたターゲット（原料）の原子を基材等の上に付着させる成膜方法である。

ＨｉＰＩＭＳ法は、装置内に基材を設置するとともにカソードとしてターゲットを設置した後、このターゲットにマイナスの電圧を印加して放電を発生させる。このとき装置内は減圧下で不活性ガス（例えば、Ａｒガス）が満たされている。放電により装置内の不活性ガスがイオン化し、高速でターゲットの表面に不活性ガスのイオンが衝突する。この衝突によりターゲットの原子がはじき出され、基材上に堆積されて被膜を形成する。
ＨｉＰＩＭＳ法は、上述したような原理で成膜されるため、アークカソードイオンプレーティング法に比べて、ドロップレットが生成されにくい。また、ＨｉＰＩＭＳ法を用いて、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材上にＴｉＡｌＮ層等のＭＡｌＮ層を成膜することで、上記空隙は上記基材の表面から形成されていると本発明者らは考えている。このように、上記空隙は基材の種類及び成膜手法に起因すると考えられるため、上記ＭＡｌＮ層以外の層（例えば、下地層、中間層等）を形成するときも上記空隙が生成されると本発明者らは考えている。

＜第１工程：基材を準備する工程＞
第１工程では基材を準備する。上記基材としては、上述の立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材が準備される。当該基材は、市販の基材を用いてもよい。また、当該基材は、後述する実施例に記載の方法によって製造してもよい。次いで当該立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、面取り処理等の所定の刃先加工を施すことにより、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材を製造することができる。

＜第２工程：ＭＡｌＮ層を形成する工程＞
第２工程では、大電力パルススパッタリング法を用いて、上記基材上に上記ＭＡｌＮ層を形成する。その方法としては、形成しようとするＭＡｌＮ層の組成に応じて、金属元素Ｍ（例えば、Ｔｉ）と、Ａｌとの量を調整したターゲットを使用する方法が挙げられる。

例えば、第２工程は、次のようにして行なうことができる。まず、成膜装置のチャンバ内に、基材として任意の形状のチップを装着する。このとき基材の逃げ面が上記ターゲットに対向するように配置する。例えば、基材を、成膜装置のチャンバ内において中央に回転可能に備え付けられた回転テーブル上の基材ホルダに取り付ける。基材ホルダには、バイアス電源が接続されている。上記回転テーブルをチャンバ内の中央で回転させた状態で、Ａｒガスと窒素ガスとを導入する。さらに、基材を温度５００〜８００℃に、反応ガス圧を５００ｍＰａ〜１０００ｍＰａに、バイアス電源の電圧を−２００〜２０Ｖの範囲にそれぞれ維持しながら、ＭＡｌＮ層形成用のターゲットにスパッタ電力（例えば、平均電力１０ｋＷ、周波数２０００Ｈｚ、パルス幅１００μｓ）を印加する。これにより、ＭＡｌＮ層形成用のターゲットから金属原子がはじき出され、所定の時間が経過したところでスパッタ電力の印加を止めて、基材の表面上にＭＡｌＮ層を形成する。このとき、成膜時間を調節することにより、ＭＡｌＮ層の厚みが所定範囲になるように調整する。上記第２工程は、切削加工に関与する部分（例えば、切れ刃付近のすくい面及び逃げ面）に加えて、切削加工に関与する部分以外の上記基材の表面上にＭＡｌＮ層が形成されていてもよい。

（ＭＡｌＮ層の原料）
上記第２工程において、ＭＡｌＮ層の原料は、金属元素Ｍ及びＡｌを含む。ＭＡｌＮ層がＴｉＡｌＮ層である場合、ＴｉＡｌＮ層の原料は、Ｔｉ及びＡｌを含む。ＴｉＡｌＮ層の原料は、例えばＴｉとＡｌとの粉末焼結合金が挙げられる。

本実施形態において、上述した反応ガスは、上記ＭＡｌＮ層の組成に応じて適宜設定される。上記反応ガスとしては、例えば、窒素ガスと不活性ガスが挙げられる。

本実施形態の一態様において、ＭＡｌＮ層の成膜を行う前に、上記基材の表面をエッチング処理してもよい。エッチング処理の条件としては例えば以下の条件が挙げられる。エッチング処理の条件
不活性ガス：Ａｒガス
温度 ：５００℃
圧力 ：３５０ｍＰａ
電圧 ：パルスＤＣ電圧（５００Ｖ、周波数２００ｋＨｚ）
処理時間 ：１０分間

＜その他の工程＞
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、基材の上に下地層を形成する工程、上記下地層又は上記ＭＡｌＮ層の上に中間層を形成する工程、上記ＭＡｌＮ層の上に表面層を形成する工程及び、表面処理する工程等を適宜行ってもよい。上述の下地層、中間層及び表面層等の他の層を形成する場合、従来の方法によって他の層を形成してもよい。具体的には、例えば、ＨｉＰＩＭＳ法とは異なる物理蒸着法（ＰＶＤ法）によって上記他の層を形成することが挙げられる。表面処理をする工程としては、例えば、弾性材にダイヤモンド粉末を担持させたメディアを用いた表面処理等が挙げられる。

以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
（付記１）
すくい面と逃げ面とを含む表面被覆切削工具であって、
前記表面被覆切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、前記基材上に設けられている被膜とからなり、
前記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
前記被膜は、ＴｉＡｌＮ層を含み、
前記ＴｉＡｌＮ層は、立方晶型のＴｉ_ｘＡｌ_１−ｘＮの結晶粒を含み、
前記Ｔｉ_ｘＡｌ_１−ｘＮにおけるＴｉの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、
前記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、前記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、
前記逃げ面の法線を含む平面で前記ＴｉＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記ＴｉＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｆとし、前記すくい面の法線を含む平面で前記ＴｉＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記すくい面における前記ＴｉＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｒとした場合、
ｎ_Ｆ＜ｎ_Ｒを満たし、
前記逃げ面の法線を含む平面で前記ＴｉＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記ＴｉＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎ_Ｄが３以下である、表面被覆切削工具。
（付記２）
前記ｎ_Ｒは、３０以下である、付記１に記載の表面被覆切削工具。
（付記３）
前記すくい面と前記逃げ面とを繋ぐ刃先面を更に含み、
前記刃先面の法線を含む平面で前記ＴｉＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記刃先面における前記ＴｉＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｃとした場合、
ｎ_Ｆ＜ｎ_Ｃ＜ｎ_Ｒを満たす、付記１又は付記２に記載の表面被覆切削工具。
（付記４）
前記ｎ_Ｆは１０未満であり、前記ｎ_Ｒは３０未満であり、前記ｎ_Ｃは２０未満である、付記３に記載の表面被覆切削工具。
（付記５）
前記ｎ_Ｆは４未満であり、前記ｎ_Ｃは５未満である、付記３又は付記４に記載の表面被覆切削工具。
（付記６）
前記立方晶窒化ホウ素の平均粒径をＲμｍとした場合、
ｎ_Ｆ＜１００／Ｒを満たす、付記１から付記５のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（付記７）
前記ＴｉＡｌＮ層の厚みは、０．０５μｍ以上１０μｍ以下である、付記１から付記６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（付記８）
前記被膜の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下である、付記１から付記７のいずれかに記載の表面被覆切削工具。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実験１］
≪切削工具の作製≫
＜第１工程：基材の準備＞
まず、超硬合金製ポット及び、超硬合金製ボールを用いて、バインダーであるＴｉＮ、Ｔｉ及びＡｌを混合し、バインダーの原料粉末を得た。次に、バインダーの原料粉末と、立方晶窒化ホウ素粉末（ｃＢＮ粉末）を混ぜ合わせ混合粉末を得た。得られた混合粉末を容器に充填した。圧力５ＧＰａ、温度１４００℃の条件下で、容器に充填された混合粉末を２０分間焼結し、立方晶窒化ホウ素焼結体を得た。得られた立方晶窒化ホウ素焼結体を、ＩＳＯ規格ＤＮＧＡ１５０４０８の形状に加工し、立方晶窒化ホウ素焼結体の基材を得た。

＜被膜の作製＞
（第２工程：ＴｉＡｌＮ層の作製）
第１工程で得られた立方晶窒化ホウ素焼結体の基材上に、ＨｉＰＩＭＳ法でＭＡｌＮ層であるＴｉＡｌＮ層を形成した。すなわち、製膜装置内に複数個のターゲットを配置し、これらのターゲットの中心に設けた回転式基材補治具に上記基材を装着して、以下の手順で成膜した。

まず、製膜装置の内部を３ｍＰａまで減圧した後、５００℃付近まで加熱した。その後Ａｒガスを導入した。その後、３５０ｍＰａの雰囲気中で上記基材に５００ＶのパルスＤＣ電圧（周波数２００ｋＨｚ）を印加してＡｒのプラズマを発生させ、上記基材の表面をエッチングした（１０分間）。

次にＡｒガス及びＮ_２ガスを製膜装置の内部に加えて全圧が５００ｍＰａ（分圧：Ａｒが３５０ｍＰａ、Ｎ_２が１５０ｍＰａ）となるように調整した。その後、上記基材に−５０Ｖのバイアス電圧を加えて、カソード（ＴｉとＡｌとからなる焼結合金であるターゲット金属）にスパッタ電力（平均電力１２ｋＷ、周波数３０００Ｈｚ、パルス幅１００μｓ）を印加し、ターゲット金属をスパッタすることでＴｉＡｌＮ層を形成した。また、ＴｉＡｌＮ層におけるＴｉの原子比とＡｌの原子比とはターゲット金属中のＴｉ及びＡｌそれぞれの割合を変えることで調整した。ＴｉＡｌＮ層の厚みは、成膜時間で調整した。以上のようにして試料番号１〜試料番号３１の切削工具を作製した。

試料番号１４については、上述したＨｉＰＩＭＳ法の代わりに、従来から用いられているアークカソードイオンプレーティング法でＴｉＡｌＮ層を上記基材上に形成した。

（下地層、表面層の作製）
試料番号２６〜３１については、ＨｉＰＩＭＳ法で上記立方晶窒化ホウ素焼結体の基材と上記ＴｉＡｌＮ層との間に下地層を形成した。上記下地層の組成及び厚みを表２に示す。
また、試料番号２６〜３１については、従来のスパッタ法で上記ＴｉＡｌＮ層上に表面層を形成した。上記表面層の組成及び厚みを表２に示す。表２、並びに後述する表１、表３及び表４において、複数の試料にまたがって記載されている項目の事項は、当該複数の試料において同一であることを意味する。例えば、表２における下地層の組成について、試料番号２６〜３１は、共にＴｉＮであることを示している。

≪切削工具の特性評価≫
上述のようにして作製した試料番号１〜３１の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。

＜立方晶窒化ホウ素の平均粒径＞
立方晶窒化ホウ素焼結体中の立方晶窒化ホウ素の平均粒径Ｒは、上述の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた切断法により求めた。結果を表１及び表２に示す。

＜立方晶窒化ホウ素の含有割合＞
立方晶窒化ホウ素焼結体中の立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上述した方法によって求めた。すなわち、上記立方晶窒化ホウ素焼結体の断面サンプルをＳＥＭで撮影し、その撮影画像を画像解析することによって求めた。結果を表１及び表２に示す。

＜被膜を構成する各層の厚みの測定＞
被膜を構成する各層の厚み（すなわち、下地層、ＴｉＡｌＮ層及び表面層それぞれの厚み）は、ＳＥＭ（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ−２１００Ｆ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めた。このときの観察倍率は、１００００倍であった。結果を表１及び表２に示す。

＜Ｔｉ_ｘＡｌ_１−ｘＮにおけるＴｉの原子比ｘの測定＞
Ｔｉ_ｘＡｌ_１−ｘＮにおけるＴｉの原子比ｘは、上述した方法によって求めた。すなわち、上述の断面サンプルのＴｉＡｌＮ層における任意の１０点それぞれをＳＥＭ−ＥＤＸ装置で測定して上記ｘの値を求め、求められた１０点の値の平均値をＴｉ_ｘＡｌ_１−ｘＮにおけるｘとした。結果を表１及び表２に示す。

＜下地層、表面層の組成の測定＞
下地層及び表面層の組成は、上述の断面サンプルをＳＥＭ−ＥＤＸ装置で、分析の対象となる層の全体を分析することによって求めた。結果を表２に示す。

＜空隙の数の測定＞
ＴｉＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数は、上述した方法により求めた。すなわち、上述の断面サンプルをＳＥＭを用いて倍率５０００倍で観察し、ＳＥＭ画像を得た。このとき上記ＴｉＡｌＮ層が連続して１００μｍの長さの範囲で含まれるようにＳＥＭ画像を取得した。得られたＳＥＭ画像を目視で確認し、連続して１００μｍの長さの範囲における空隙の数を計数した。上記空隙の数は、逃げ面、すくい面及び刃先面それぞれにおいて計数した。結果を表３及び表４に示す。

＜ドロップレットの数の測定＞
ＴｉＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数は、上述した方法により求めた。すなわち、上述の断面サンプルをＳＥＭを用いて倍率５０００倍で観察し、ＳＥＭ画像を得た。このとき上記ＴｉＡｌＮ層が連続して１００μｍの長さの範囲で含まれるようにＳＥＭ画像を取得した。得られたＳＥＭ画像を目視で確認し、連続して１００μｍの長さの範囲におけるドロップレットの数を計数した。結果を表３及び表４に示す。

≪切削試験≫
（切削試験１：外周旋削加工）
上述のようにして作製した試料（試料番号１〜６及び試料番号２２〜２５）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、６５０個の被削材をそれぞれ１．５ｍ削り加工した。ｃＢＮ−ＴＡ（ｃＢＮ焼結体のスローアウェイ式旋削工具）による焼入鋼切削加工において逃げ面摩耗は、剥離、チッピング及びアブレイシブ摩耗が複合することで現れるものであることから逃げ面の摩耗幅（逃げ面摩耗幅）を計測した。上記逃げ面摩耗幅を、すくい面及び逃げ面の耐剥離性、並びに逃げ面の耐摩耗性の指標とした。その結果を表３及び表４に示す。逃げ面摩耗幅が１００μｍ以下のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。本切削試験において、試料番号１〜３、６及び２２〜２５が実施例に相当する。試料番号４及び５が比較例に相当する。
切削試験１の条件
被削材 ：ＳＣＭ４１５丸棒（ＨＲＣ６１）
切削速度 ：１５０ｍ／分
送り量 ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み ：０．２ｍｍ
切削油 ：湿式

表３の結果から、試料番号１〜３及び６の切削工具は、逃げ面摩耗幅が７５μｍ以下の良好な結果が得られた。一方試料番号４及び５の切削工具は、逃げ面摩耗幅が１０６μｍ以上であった。以上の結果から実施例の切削工具は、耐摩耗性及び耐剥離性に優れることが分かった。なお、すくい面における空隙の数ｎ_Ｒが少ない程、逃げ面摩耗幅が小さくなる傾向があった。
また、表４の結果から、試料番号２２〜２５の切削工具は、逃げ面摩耗幅が９０μｍ以下の良好な結果が得られた。これらのなかでも、ｎ_Ｆが１０未満であり、ｎ_Ｒが３０未満であり、ｎ_Ｃが２０未満である試料番号２２の切削工具は、逃げ面摩耗幅が２９μｍ以下で特に優れていることが確認された。

（切削試験２：外周旋削加工）
上述のようにして作製した試料（試料番号７〜１４）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、被削材を連続して４ｋｍ削り加工した。その後、逃げ面摩耗幅を計測した。その結果を表３に示す。逃げ面摩耗幅が９０μｍ未満のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。逃げ面摩耗幅が小さい程、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価することができる。本切削試験において、試料番号８〜１０、１２及び１３が実施例に相当する。試料番号７、１１及び１４が比較例に相当する。
切削試験２の条件
被削材 ：ＳＣＭ４１５丸棒（ＨＲＣ６１）
切削速度 ：１２０ｍ／分
送り量 ：０．１２ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み ：０．２ｍｍ
切削油 ：湿式

表３の結果から試料番号８〜１０、１２及び１３の切削工具は、逃げ面摩耗幅が４５μｍ以下の良好な結果が得られた。一方試料番号７、１１及び１４の切削工具は、逃げ面摩耗幅が９０μｍ以上であった。以上の結果から実施例の切削工具は、耐摩耗性及び耐剥離性に優れることが分かった。

（切削試験３：外周旋削加工）
上述のようにして作製した試料（試料番号１５〜２１）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、被削材を連続して５ｋｍ削り加工した。その後、逃げ面摩耗幅を計測した。その結果を表３に示す。逃げ面摩耗幅が１１０μｍ以下のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。本切削試験において、試料番号１５〜２１が実施例に相当する。
切削試験３の条件
被削材 ：ＳＣＭ４１５丸棒（ＨＲＣ６１）
切削速度 ：１５０ｍ／分
送り量 ：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み ：０．３ｍｍ
切削油 ：乾式

表３の結果から試料番号１５〜２１の切削工具は、逃げ面摩耗幅が１１０μｍ以下の良好な結果が得られた。以上の結果から実施例の切削工具は、耐摩耗性及び耐剥離性に優れることが分かった。これらの中でも、ｎ_Ｆ＜ｎ_Ｃ＜ｎ_Ｒを満たす試料番号１５〜２０の切削工具は、特に耐摩耗性及び耐剥離性に優れることが分かった。

（切削試験４：外周旋削加工）
上述のようにして作製した試料（試料番号２６〜３１）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、被削材を連続して４ｋｍ削り加工した。その後、逃げ面摩耗幅を計測した。その結果を表４に示す。逃げ面摩耗幅が１４５μｍ以下のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。本切削試験において、試料番号２６〜３１が実施例に相当する。
切削試験４の条件
被削材 ：ＳＣＭ４１５丸棒（ＨＲＣ６１）
切削速度 ：２００ｍ／分
送り量 ：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み ：０．３ｍｍ
切削油 ：湿式

表４の結果から試料番号２６〜３１の切削工具は、逃げ面摩耗幅が１４２μｍ以下の良好な結果が得られた。以上の結果から実施例の切削工具は、耐摩耗性及び耐剥離性に優れることが分かった。これらの中でも、ＴｉＡｌＮ層の厚みが０．０５μｍ以上１０μｍ以下である試料番号２７〜３０の切削工具は、特に耐摩耗性及び耐剥離性に優れることが分かった（表２及び表４）。

［実験２］
≪切削工具の作製≫
＜第１工程：基材の準備＞
実験１と同様の方法によって、ＩＳＯ規格ＤＮＧＡ１５０４０８の形状を有する立方晶窒化ホウ素焼結体の基材を得た。

＜被膜の作製＞
（第２工程：ＭＡｌＮ層の作製）
ＭＡｌＮ層が表５に示す組成となるようにターゲットを変えたこと以外は、実験１と同様の方法によって、基材上にＭＡｌＮ層を形成した。以上のようにして試料番号３２〜５３の切削工具を作製した。なお、試料番号３２〜５２の切削工具は、いずれも被膜中に下地層及び表面層を含まない構成とした。試料番号５３の切削工具は、被膜中にＴｉＮの下地層（０．１μｍ）とＣｒＮの表面層（０．３μｍ）とを含む構成とした。

≪切削工具の特性評価≫
上述のようにして作製した試料番号３２〜５３の切削工具を用いて、実験１と同様に、切削工具の各特性を評価した。結果を表５及び表６に示す。

≪切削試験≫
上述のようにして作製した試料番号３２〜５３の切削工具を用いて、実験１と同様の切削条件で、切削試験１〜４を行った。なお、実験２では各切削試験における評価基準を以下のようにした。切削試験１では、逃げ面摩耗幅が７５μｍ以下のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。切削試験２では、逃げ面摩耗幅が９０μｍ未満のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。切削試験３では、逃げ面摩耗幅が１０５μｍ以下のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。切削試験４では、逃げ面摩耗幅が１４５μｍ以下のものを、耐摩耗性及び耐剥離性に優れる切削工具として評価した。本切削試験において、試料番号３２、３４〜３９、４１、４３〜４６、５０、５１及び５３が実施例に相当する。試料番号３３、４０、４２、４７〜４９及び５２が比較例に相当する。結果を表６に示す。

表６の結果から、実施例の切削工具は、耐摩耗性及び耐剥離性に優れることが示された。

以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及び各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の形態及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実施の形態及び実施例ではなく請求の範囲によって示され、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。

１ａ すくい面、 １ｂ 逃げ面、 １ｃ 刃先面、 １０ 切削工具、 １１ 基材、 １２ ＭＡｌＮ層、 １３ 下地層、 １４ 表面層、 ２０ 被膜

Claims (9)

1. すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
   前記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、前記基材上に設けられている被膜とからなり、
   前記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
   前記被膜は、ＭＡｌＮ層を含み、
   前記ＭＡｌＮ層におけるＭは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
   前記ＭＡｌＮ層は、立方晶型のＭ_ｘＡｌ_１−ｘＮの結晶粒を含み、
   前記Ｍ_ｘＡｌ_１−ｘＮにおける金属元素Ｍの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、
   前記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、前記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、
   前記逃げ面の法線を含む平面で前記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｆとし、前記すくい面の法線を含む平面で前記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記すくい面における前記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｒとした場合、
   ｎ_Ｆ＜ｎ_Ｒを満たし、
   前記ｎ _Ｒ は、３０以下であり、
   前記逃げ面の法線を含む平面で前記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎ_Ｄが３以下である、切削工具。
2. 前記すくい面と前記逃げ面とを繋ぐ刃先面を更に含み、
   前記刃先面の法線を含む平面で前記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記刃先面における前記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ_Ｃとした場合、
   ｎ_Ｆ＜ｎ_Ｃ＜ｎ_Ｒを満たす、請求項１に記載の切削工具。
3. すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
   前記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、前記基材上に設けられている被膜とからなり、
   前記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
   前記被膜は、ＭＡｌＮ層を含み、
   前記ＭＡｌＮ層におけるＭは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
   前記ＭＡｌＮ層は、立方晶型のＭ _ｘ Ａｌ _１−ｘ Ｎの結晶粒を含み、
   前記Ｍ _ｘ Ａｌ _１−ｘ Ｎにおける金属元素Ｍの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、
   前記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、前記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、
   前記逃げ面の法線を含む平面で前記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ _Ｆ とし、前記すくい面の法線を含む平面で前記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記すくい面における前記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ _Ｒ とした場合、
   ｎ _Ｆ ＜ｎ _Ｒ を満たし、
   前記逃げ面の法線を含む平面で前記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎ _Ｄ が３以下であり、
   前記すくい面と前記逃げ面とを繋ぐ刃先面を更に含み、
   前記刃先面の法線を含む平面で前記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記刃先面における前記ＭＡｌＮ層の１００μｍ長さあたりの空隙の数をｎ _Ｃ とした場合、
   ｎ _Ｆ ＜ｎ _Ｃ ＜ｎ _Ｒ を満たす、切削工具。
4. 前記金属元素Ｍは、ホウ素、ケイ素、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を更に含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の切削工具。
5. 前記ｎ_Ｆは１０未満であり、前記ｎ_Ｒは３０未満であり、前記ｎ_Ｃは２０未満である、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の切削工具。
6. 前記ｎ_Ｆは４未満であり、前記ｎ_Ｃは５未満である、請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の切削工具。
7. 前記立方晶窒化ホウ素の平均粒径をＲμｍとした場合、
   ｎ_Ｆ＜１００／Ｒを満たす、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の切削工具。
8. 前記ＭＡｌＮ層の厚みは、０．０５μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の切削工具。
9. 前記被膜の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の切削工具。

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