JP7467860B2 - 被覆工具 - Google Patents

Description

本発明は、被覆工具に関する。

立方晶窒化硼素は、ダイヤモンドに次ぐ硬さと優れた熱伝導性を持つ。また、立方晶窒化硼素は、鉄との親和性が低いという特徴を持つ。立方晶窒化硼素と、金属やセラミックスの結合相とからなる立方晶窒化硼素焼結体は、切削工具や耐摩耗工具などに応用されてきた。

立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具は、例えば、高硬度鋼の高速加工に用いられている。立方晶窒化硼素焼結体を用いた工具が高硬度鋼の高速加工に用いられた場合、工具の表面は高い摩擦熱に曝されるため、熱分解や被削材との反応摩耗が生じやすい。そこで、反応摩耗の進行を抑制するために、工具の表面に被覆層を備えた被覆工具が使用されている。

例えば、特許文献１には、少なくとも刃先が、立方晶窒化硼素焼結体基材の表面に被覆層を被覆した被覆立方晶窒化硼素焼結体からなる、被覆立方晶窒化硼素焼結体工具であって、被覆層が基材側の下部層と上部層とを含み、上部層が、組成式Ｍα（ＭはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ＡｌおよびＳｉから選択される少なくとも１種の元素を表し、αはＣ、Ｎ、ＢおよびＯから選択される少なくとも１種の元素を表す。）で表される平均層厚０．５～３．０μｍの化合物層であり、下部層が、組成式（Ｔｉ_{（１－ｘ）}Ｌ_ｘ）β（ＬはＡｌ、ＢおよびＳｉから選択される少なくとも１種の元素を表し、ｘはＴｉとＬの合計に対するＬの原子比を示し、０．０１≦ｘ≦０．７を満足し、βはＣおよびＮから選択される少なくとも１種の元素を表す。）で表される化合物からなる平均層厚６０～２００ｎｍの第１薄層と、組成式（Ａｌ_{（１－ｙ）}Ｊ_ｙ）γ（ＪはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、ＮｂおよびＭｏから選択される少なくとも１種の元素を表し、ｙはＡｌとＪの合計に対するＪの原子比を示し、０．１≦ｙ≦０．５を満足し、γはＣおよびＮから選択される少なくとも１種の元素を表す。）で表される化合物からなる平均層厚６０～２００ｎｍの第２薄層と、を交互に積層した交互積層体であり、交互積層体の平均層厚が０．５～３．０μｍである、被覆立方晶窒化硼素焼結体工具が開示されている。

特許文献２には、基材と、基材に堆積されており、かつ基材の少なくとも一部を被覆している表面被膜とを備えており、表面被膜は、厚さＴ_ｃを有しており、基材は、基材の被覆された部分のパターン化された表面領域に、基材の内部への複数の凹部を有する、被覆された切削工具において、凹部のそれぞれが、深さＤと、凹部の深さの半分（Ｄ／２）の位置における幅Ｗ_ｉとを有し、２μｍ＜Ｄ＜１００μｍ、Ｗ_ｉ≦２Ｔ_ｃ、かつ、Ｔ_ｃは２μｍ～３０μｍであり、凹部は、表面被膜で少なくとも部分的に満たされていることを特徴とする被覆された切削工具が開示されている。

国際公開第２０１０／１５０３３５号 特表２０１６－５０００２８号公報

近年、加工能率を上げるために、従来よりも切削条件が厳しくなる傾向がある。このような傾向の中で、これまでよりも工具寿命を長くすることが求められている。しかしながら、特許文献１および２に開示された被覆立方晶窒化硼素焼結体からなる工具を用いて切削加工を行った場合、衝撃により刃先の被覆層にチッピングや剥離が生じることがあった。特に、厳しい条件で断続的に切削加工を行った場合、刃先の被覆層にチッピングや剥離が多く生じていた。被覆層が剥離する際には、立方晶窒化硼素焼結体にも部分的に脱落が生じる場合がある。この場合、脱落した箇所を起点として、立方晶窒化硼素焼結体からなる工具に欠損が生じることがあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、耐チッピング性、耐剥離性、及び耐欠損性が高く、工具寿命を長くすることのできる被覆工具を提供することを目的とする。

本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）基材と、前記基材の表面に形成された被覆層とを有する被覆工具であって、
前記基材は、４０体積％以上８５体積％以下の立方晶窒化硼素と、１５体積％以上６０体積％以下の結合相とを含む焼結体からなり、
前記被覆層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素との化合物を含み、
前記被覆層の平均厚さが、１．０μｍ以上５．０μｍ以下であり、
前記被覆層の表面に、溝または凹部が形成されており、
前記溝または凹部の深さの割合が、前記被覆層の平均厚さの２０％以上１００％以下である、被覆工具。
（２）前記溝または凹部の幅が、１．０μｍ以上１００μｍ以下である、（１）に記載の被覆工具。
（３）前記溝または凹部の深さの割合が、前記被覆層の平均厚さの２０％以上９０％以下である、（１）または（２）に記載の被覆工具
（４）前記被覆工具が、すくい面と、逃げ面と、前記すくい面と前記逃げ面との間に形成された切れ刃稜線部とを有し、
前記すくい面に形成された前記溝または凹部の少なくとも一部が、前記切れ刃稜線部と平行または略平行である、（１）～（３）のいずれかに記載の被覆工具。
（５）前記切れ刃稜線部と、前記溝または凹部との最短距離が、１．０μｍ以上２００μｍ以下である、（４）に記載の被覆工具。
（６）前記溝または凹部が、格子状に形成されている、（１）～（５）のいずれかに記載の被覆工具。
（７）前記被覆層が、単層、または、２層以上の積層である、（１）～（６）のいずれかに記載の被覆工具。

本発明によれば、耐チッピング性、耐剥離性、及び耐欠損性が高く、工具寿命を長くすることのできる被覆工具を提供することが可能となる。

被覆工具の断面模式図である。 被覆工具の上面図である。 被覆工具の上面図であり、被覆層の表面に形成された溝または凹部の別の例を示している。 被覆工具の上面図であり、被覆層の表面に形成された溝または凹部のさらに別の例を示している。 被覆工具の上面図であり、被覆層の表面に形成された溝または凹部のさらに別の例を示している。 図２に示す被覆工具の切れ刃稜線部を含まない箇所での断面模式図である。 図４に示す被覆工具の切れ刃稜線部を含まない箇所での断面模式図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の被覆工具１０の断面模式図である。図１に示すように、被覆工具１０は、基材１２と、基材１２の表面に形成された被覆層１４とを有する。基材１２は、４０体積％以上８５体積％以下の立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）と、１５体積％以上６０体積％以下の結合相とを含む立方晶窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）からなる。

ｃＢＮ焼結体（以下、単に「焼結体」と呼ぶことがある）に含まれる立方晶窒化硼素の含有量が４０体積％以上であると、相対的に結合相の割合が低くなるため、焼結体の機械的強度が向上する。その結果、ｃＢＮ焼結体からなる被覆工具の耐欠損性が向上する。

ｃＢＮ焼結体に含まれる立方晶窒化硼素の含有量が８５体積％以下であると、被削材との耐反応性に劣る立方晶窒化硼素の割合が低くなるため、被覆工具の耐摩耗性が向上するとともに、クレータ摩耗の進行を抑制することができる。

なお、ｃＢＮ焼結体に含まれる立方晶窒化硼素および結合相の含有量（体積％）は、例えば、ｃＢＮ焼結体の任意の断面をＳＥＭで撮影し、撮影したＳＥＭ写真を市販の画像解析ソフトで解析することで求めることができる。

結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｏ、ＮｉおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の金属を含むことが好ましい。あるいは、結合相は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｏ、ＮｉおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の金属と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる群から選択される少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。結合相に含まれる好ましい化合物の例として、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＢ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、及び、ＡｌＮなどを挙げることができる。

ｃＢＮ焼結体は、上述の立方晶窒化硼素及び結合相以外の他の成分を含有してもよい。例えば、ｃＢＮ焼結体は、原料に不可避的に含まれる不純物を含有してもよい。このような不純物の例としては、原料粉末に含まれるリチウムなどが挙げられる。通常、不可避的不純物の含有量は、焼結体全体に対して１質量％以下である。したがって、不可避的不純物が、焼結体の特性に影響を及ぼすことはほとんどない。

本実施形態の被覆工具において、ｃＢＮ焼結体からなる基材１２の表面には被覆層１４が形成されている。基材１２の表面に被覆層１４が形成されることによって、本実施形態の被覆工具１０の耐摩耗性が格段に向上する。

被覆層１４は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素との化合物を含む。被覆層１４は、単層でもよく、２層以上を含む積層構造を有してもよい。被覆層１４がこのような構造を有することによって、本実施形態の被覆工具１０の耐摩耗性が向上する。

被覆層１４に含まれる化合物の例として、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、及び、ＣｒＡｌＮなどを挙げることができる。被覆層１４は、組成が異なる複数の層を交互に積層した構造を有してもよい。この場合、各層の平均の厚みは、例えば５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。

被覆層１４の平均厚さは、１．０μｍ以上５．０μｍ以下である。被覆層１４の平均厚さが１．０μｍ未満である場合、被覆工具１０の耐摩耗性が低下することがある。一方、被覆層１４の平均厚さが５．０μｍを超える場合、被覆工具１０の耐欠損性が低下することがある。被覆層１４の平均厚さは、好ましくは１．５μｍ以上４．５μｍ以下であり、より好ましくは２．０μｍ以上４．０μｍ以下である。

被覆層１４の平均厚さは、例えば、以下のように測定することができる。
被覆層１４の断面組織を、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察する。観察された被覆層１４の断面組織の３箇所以上で、被覆層１４の厚さを測定する。測定した被覆層１４の厚さの平均値を算出する。被覆層１４の厚さは、例えば、被覆工具１０の金属蒸発源に対向する面の刃先の稜線部から、当該面の中心部に向かって５０μｍの位置の近傍において測定することができる。

本実施形態の被覆工具１０において、基材１２の表面に被覆層１４を形成する方法は、特に限定されない。被覆層１４を形成する方法の例として、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法、イオンミキシング法などの物理蒸着法を挙げることができる。これらの中でもアークイオンプレーティング法が好ましい。この方法で被覆層１４を形成すると、被覆層１４と基材１２との密着性が向上するからである。

被覆層１４に含まれる化合物の組成は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）や波長分散型Ｘ線分析装置（ＷＤＳ）などを用いて測定することができる。

図２は、本実施形態の被覆工具１０の上面図である。図２に示すように、被覆工具１０は、すくい面１６と、すくい面１６に対してほぼ垂直な逃げ面１８と、すくい面１６と逃げ面１８との間に形成された切れ刃稜線部２０を有する。すくい面１６は、被覆工具１０による加工の際に、被削材に主に接する側の面である。逃げ面１８は、被覆工具１０による加工の際に、被削材と接触しない側の面である。切れ刃稜線部２０は、被削材を加工するための刃が形成された部分である。被覆層１４は、すくい面１６、逃げ面１８、及び切れ刃稜線部２０を覆うように形成されている。

図２に示すように、すくい面１６に形成された被覆層１４の表面には、溝または凹部２２が四角格子状に形成されている。溝または凹部２２は、例えば、被覆層１４の表面にレーザー加工機を用いて形成することができるが、これに限定されるものではない。

図３は、被覆層１４の表面に形成された溝または凹部２２の別の例を示している。図３に示すように、溝または凹部２２は、被覆層１４の表面に三角格子状に形成することもできる。

図４は、被覆層１４の表面に形成された溝または凹部２２のさらに別の例を示している。図４に示すように、溝または凹部２２は、被覆層１４の表面に、ほぼ等間隔に整列した円形のディンプル状（くぼみ状）に形成することもできる。このようなディンプル状の溝または凹部２２は、レーザー加工機によって形成することができるが、これに限定されるものではない。

図５は、被覆層１４の表面に形成された溝または凹部２２のさらに別の例を示している。図５に示すように、溝または凹部２２は、被覆工具１０の切れ刃稜線部２０に隣接して形成されたチャンファーホーニング面１９に形成されてもよい。また、図示しないが、溝または凹部２２は、切れ刃稜線部２０に隣接して形成された丸ホーニング面に形成されてもよい。

溝または凹部２２の形状は、上記の四角格子状、三角格子状、ディンプル状以外の形状であってもよく、これらの形状に限定されるものではない。

本実施形態の被覆工具１０において、溝または凹部２２の断面形状は、どのような形状であってもよい。例えば、溝または凹部２２の断面形状は、略Ｖ字型、略Ｕ字型、あるいは略半円型であってもよい。被覆層１４の表面よりも基材１２側に向かって凹んでいる形状であれば、どのような形状であっても本発明の「溝または凹部」に含まれうる。

本実施形態の被覆工具１０によれば、切削加工中に被覆層１４が剥離した場合でも、被覆層１４の表面に形成された溝または凹部２２に沿って剥離が進展する。このため、被覆層１４の剥離面積を、溝または凹部２２で囲まれた範囲内の大きさに抑制することができる。あるいは、整列したディンプル状の溝または凹部２２に沿って剥離が進展するため、被覆層１４の剥離面積を最小限に抑制することができる。

本実施形態の被覆工具１０によれば、被覆層１４に小規模な剥離が発生した場合でも、被覆層の剥離が大きく広がることを防止することができる。したがって、高負荷の条件で断続的な加工を行った場合でも、耐チッピング性、耐剥離性、及び耐欠損性に優れる被覆工具１０が得られる。

溝または凹部２２の形状は、特に制限されるものではないが、四角格子状あるいは三角格子状であることが好ましい。溝または凹部２２が格子状に形成された場合、被覆層１４の剥離を格子に囲まれた領域内に抑制することができるため、被覆工具１０の耐剥離性をより高めることが可能となる。

溝または凹部２２は、切れ刃稜線部２０、すくい面１６、及び逃げ面１８のいずれに形成してもよいが、切れ刃稜線部２０及びすくい面１６のうち少なくとも一方に形成することが好ましい。被覆層１４の剥離は、切れ刃稜線部２０及びすくい面１６に発生することが多いため、これらのうち少なくとも一方に溝または凹部２２を形成した場合、被覆層１４の剥離の拡大をより効果的に防止することが可能となるからである。溝または凹部２２は、すくい面１６に形成することがより好ましい。

図６は、図２に示す被覆工具１０の切れ刃稜線部２０を含まない箇所での断面模式図である。図６に示すように、四角格子状の溝または凹部２２の断面形状は、略Ｕ字型となっている。

図７は、図４に示す被覆工具１０の切れ刃稜線部２０を含まない箇所での断面模式図である。図７に示すように、ディンプル状の溝または凹部２２の断面形状は、略半円型となっている。

図６、図７に示すように、被覆層１４の表面に形成された溝または凹部２２の深さＤは、基材１２の表面１２ａにまで到達していないことが好ましい。すなわち、溝または凹部２２の深さＤは、被覆層１４の厚さＴよりも小さいことが好ましい。溝または凹部２２が基材１２の表面１２ａに到達した場合、基材１２の表面１２ａが露出するとともに、基材１２の表面１２ａにも溝又は凹部２２が形成されるため、負荷の高い条件で断続的に加工を行った場合に、被覆層１４と基材１２が脱落するチッピングが生じる可能性が高くなるためである。

本実施形態の被覆工具１０において、被覆層１４の表面に形成された溝または凹部２２の深さＤの割合は、被覆層１４の平均厚さの２０％以上である。溝または凹部２２の深さＤの割合が被覆層１４の平均厚さの２０％以上である場合、被覆層１４の剥離が広がることを抑制する効果が高くなる。溝または凹部２２の深さＤの割合は、好ましくは被覆層１４の平均厚さの３０％以上であり、より好ましくは被覆層１４の平均厚さの４０％以上である。

被覆層１４の表面に形成された溝または凹部２２の深さＤの割合は、被覆層１４の平均厚さの１００％以下である。溝または凹部２２の深さＤの割合が被覆層１４の平均厚さの１００％以下である場合、基材１２の表面１２ａが露出するほどの被覆層１４の剥離の発生を抑制することができるため、被覆工具１０の耐摩耗性がさらに向上する。溝または凹部２２の深さＤの割合は、被覆層１４の平均厚さの９０％以下であることが好ましく、被覆層１４の平均厚さの８０％以下であることがより好ましい。

被覆層１４の表面に形成された溝または凹部２２の幅Ｗは、１．０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。溝または凹部２２の幅Ｗが１．０μｍ以上であると、被覆層１４の剥離が広がることを抑制する効果が高くなる。一方、溝または凹部２２の幅Ｗが１００μｍ以下であると、相対的に被覆層１４の薄い領域または被覆層１４が存在しない領域が小さくなるため、被覆工具１０の耐摩耗性が向上する。溝または凹部２２の幅Ｗは、１．０μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましく、１．０μｍ以上６０μｍ以下であることがより好ましい。

図２、図３に示すように、すくい面１６に形成された溝または凹部２２の少なくとも一部は、切れ刃稜線部２０と平行または略平行であることが好ましい。ここでいう「略平行」とは、完全な平行から例えば±１０°の範囲内で傾いている場合を含むことを意味する。溝または凹部２２の少なくとも一部が切れ刃稜線部２０と平行または略平行であると、すくい面１６で発生した剥離が切れ刃稜線部２０に到達することを効果的に防止できるため、切れ刃稜線部２０の耐欠損性が向上する。特に、すくい面１６において、切れ刃稜線部２０に最も近い溝または凹部２２ａが切れ刃稜線部２０と平行または略平行であると、すくい面１６で発生した剥離が切れ刃稜線部２０に到達することをより効果的に防止できるため、切れ刃稜線部２０の耐欠損性がさらに向上する。

切れ刃稜線部２０と、溝または凹部２２との最短距離ＳＤは、１．０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。ここでいう「最短距離」とは、切れ刃稜線部２０上の点と、溝または凹部２２上の点とを結ぶ線分のうち、最短の線分の長さを意味する。切れ刃稜線部２０と溝または凹部２２との最短距離ＳＤが１．０μｍ以上であると、すくい面１６で発生した剥離が切れ刃稜線部２０に到達することを防止する効果が高くなる。一方、切れ刃稜線部２０と溝または凹部２２との最短距離ＳＤが２００μｍ以下であると、切れ刃稜線部２０の近傍において、被覆層１４の剥離が広がることを抑制する効果が高くなる。切れ刃稜線部２０と、溝または凹部２２との最短距離ＳＤは、５．０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。

本実施形態の被覆工具１０は、耐摩耗性及び耐欠損性に優れるため、切削工具や耐摩耗工具として使用されると好ましく、その中でも切削工具として使用されると好ましい。本実施形態の被覆工具１０は、焼結金属用切削工具や鋳鉄用切削工具として使用されるとさらに好ましい。本実施形態の被覆工具１０を切削工具や耐摩耗工具として用いた場合、従来よりも工具寿命を延長することができる。

以下、本実施形態の被覆工具１０の製造方法の一例を説明する。

（原料粉末調製工程）
立方晶窒化硼素の粉末Ａを準備する。粉末Ａの平均粒径は、０．２～５．０μｍである。

Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｏ、ＮｉおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素、または、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｃｏ、ＮｉおよびＳｉからなる群より選択される少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選択される少なくとも１種の元素との化合物を含む粉末Ｂを準備する。粉末Ｂの平均粒径は、０．０５～８．０μｍである。

粉末Ａを４０～８５体積％と、粉末Ｂを１５～６０体積％とを混合して原料粉末を調製する（ただし、これらの合計は１００体積％である）。

（混合工程）
上記の工程で調製した原料粉末を、超硬合金製ボールとともに、５～２４時間、湿式ボールミルによって混合する。

（成形工程）
混合した原料粉末を所定の形状に成形して成形体を得る。

（焼結工程）
得られた成形体を超高圧発生装置に収容し、４．０～７．０ＧＰａの圧力にて、１２００～１５００℃の範囲の温度で、所定時間保持して焼結体を得る。

（切り出し工程）
得られた焼結体を、放電加工機により工具形状に合わせて切り出す。

（ろう付け工程）
切り出した焼結体を、ろう付けにより台金と接合してホーニング加工前の工具を得る。

（ホーニング加工工程）
得られた工具にホーニング加工を施し、ホーニング加工後の工具を得る。

（被覆工程）
得られた工具の表面に、物理蒸着法で被覆層を形成することで被覆工具を得る。

（溝または凹部形成工程）
得られた被覆工具の被覆層に、レーザー加工機を用いて溝または凹部を形成する。
溝または凹部を形成するためのレーザー加工機としては、例えば、ＹＡＧレーザー、ピコ秒レーザー、あるいはフェムト秒レーザーを用いることができる。この中では、被覆層に変質相が形成されることを抑制できるため、ピコ秒レーザーあるいはフェムト秒レーザーを用いることが好ましい。

ピコ秒レーザーを用いる場合、以下の条件で溝または凹部を形成することが好ましい。
レーザー出力：４Ｗ～１２Ｗ
パルス幅：８ｐｓ～２７ｐｓ
周波数：８００ｋＨｚ～１５００ｋＨｚ
ピコ秒レーザーを移動させる速さ：８００ｍｍ／ｓ～１５００ｍｍ／ｓ

溝または凹部の深さＤの割合を大きくするためには、レーザー加工機の出力を高くする、あるいは、レーザーを移動させる速さを遅くするとよい。また、レーザー加工機で同じ箇所を繰り返し処理してもよい。

溝または凹部の幅Ｗを大きくするためには、レーザー加工機のパルス幅を大きくする、あるいは、レーザーで処理する面積を広げるとよい。また、溝または凹部を形成した後、その周囲をさらにレーザー加工機で処理してもよい。

以下、本発明のさらに具体的な実施例について説明する。
［基材の作製］
立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）粉末、ＴｉＮ粉末、ＴｉＣ粉末、及びＡｌ粉末を、以下の表１に示す比率で混合した後、超硬合金製ボールとヘキサン溶媒とパラフィンとともにボールミル用のシリンダーに入れて混合した。ボールミルで混合した原料粉末を、Ｚｒ製の高融点金属カプセル内に充填し、粉末の表面に吸着している水分及び酸素を除去するため、カプセルを開放したまま真空熱処理を行った。その後、カプセルを密封し、カプセルに充填されている原料粉末を、温度１３００℃、圧力５ＧＰａで、３０分保持して焼結させることで立方晶窒化硼素焼結体からなる基材を得た。得られた基材におけるｃＢＮの割合（体積％）、結合相の組成、及び結合相の割合（体積％）を以下の表１に示す。なお、結合相の組成は、ＸＲＤによって同定した。

［被覆層の形成］
上記で得られたｃＢＮ焼結体からなる基材をインサート形状に加工した後、基材の表面に、アークイオンプレーティング法により、１層または２層からなる被覆層を形成した。被覆層の組成及び平均厚さを、以下の表２に示す。

被覆層を形成した際の条件は、以下の通りである。
（イオンボンバードメント処理の条件）
基材の温度：５００℃
圧力：２．７ＰａのＡｒガス雰囲気
電圧：－４００Ｖ
電流：４０Ａ
時間：３０分
（被覆層形成条件）
基材の温度：５００℃
圧力：３．０Ｐａの窒素（Ｎ_２）ガス雰囲気（窒化物層）、または３．０Ｐａの窒素（Ｎ_２）ガスとアセチレンガス（Ｃ_２Ｈ_２）ガスとの混合ガス雰囲気（炭窒化物層）
電圧：－６０Ｖ
電流：１２０Ａ

［溝または凹部の形成］
基材に被覆層を形成した後、被覆層の表面に、ピコ秒レーザーを用いて溝または凹部を形成した。溝または凹部の形成条件は、以下の通りである。
レーザー出力：４Ｗ～１２Ｗ
パルス幅：８ｐｓ～２７ｐｓ
周波数：８００ｋＨｚ～１５００ｋＨｚ
ピコ秒レーザーを移動させる速さ：８００ｍｍ／ｓ～１５００ｍｍ／ｓ

以下の表３及び表４に、溝または凹部の深さ（μｍ）、被覆層の平均厚さに対する溝または凹部の深さの割合（％）、溝または凹部の幅（μｍ）、溝または凹部の形状、被覆工具における溝または凹部を形成した場所、切れ刃稜線部に最も近い溝または凹部の方向（切れ刃稜線部に対して平行か否か）、及び、切れ刃稜線部と溝または凹部との最短距離（μｍ）を示す。表３及び表４において、基材の試料番号は、表１に示す基材の試料番号に対応する。被覆層の試料番号は、表２に示す試料番号に対応する。

［切削試験］
得られた試料（発明品１～１７および比較品１～７）を用いて、以下の条件で切削試験を行い、試料の耐欠損性および耐摩耗性を評価した。試験結果を以下の表５に示す。
（試験条件）
被削材：ＳＣＭ４１５焼入れ鋼、
被削材形状：２本Ｕ溝入り丸棒、
加工方法：外径旋削、
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切り込み深さ：０．１５ｍｍ、
切削油：なし、
評価項目：試料が欠損（試料の切れ刃部に欠けが生じる）したときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工時間を測定した。また、加工時間が３０分のときの損傷形態をＳＥＭで観察した。

表５に示す結果から分かる通り、発明品１～１７の被覆工具は、比較例１～７の被覆工具よりも耐摩耗性及び耐欠損性に優れており、工具寿命が長かった。なお、比較品７の被覆工具は、損傷形態は正常摩耗であったが、溝または凹部の深さが基材に到達しており、欠損に至るまでの加工時間（工具寿命）が短かった。

１０ 被覆工具
１２ 基材
１４ 被覆層
１６ すくい面
１８ 逃げ面
１９ チャンファーホーニング面
２０ 切れ刃稜線部
２２、２２ａ 溝または凹部

Claims (11)

1. 基材（ただし、前記基材は、前記基材の被覆された部分のパターン化された表面領域に、前記基材の内部への複数の凹部を有する前記基材を除く。）と、前記基材の表面に形成された被覆層とを有する被覆工具であって、
   前記基材は、４０体積％以上８５体積％以下の立方晶窒化硼素と、１５体積％以上６０体積％以下の結合相とを含む焼結体からなり、
   前記被覆層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素との化合物を含み、
   前記被覆層の平均厚さが、１．０μｍ以上６．０μｍ以下であり、
   前記被覆層の表面に、凹部が形成されており、
   前記凹部の深さの割合が、前記被覆層の平均厚さの２０％以上１００％以下であり、
   前記被覆層の表面の前記凹部が、整列したディンプル状の構成であり、
   前記凹部が、格子状に配置されている、被覆工具。
2. 前記被覆工具が、すくい面と、逃げ面と、前記すくい面と前記逃げ面との間に形成された切れ刃稜線部とを有し、
   前記すくい面に形成された前記凹部の少なくとも一部が、整列したディンプル状の構成であり、ディンプル状の構成の整列の方向が、前記切れ刃稜線部と平行または略平行である、請求項１に記載の被覆工具。
3. 前記切れ刃稜線部と、前記凹部との最短距離が、１．０μｍ以上２００μｍ以下である、請求項２に記載の被覆工具。
4. 前記凹部の幅が、１．０μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の被覆工具。
5. 前記凹部の深さの割合が、前記被覆層の平均厚さの２０％以上９０％以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載の被覆工具。
6. 基材（ただし、前記基材は、前記基材の被覆された部分のパターン化された表面領域に、前記基材の内部への複数の凹部を有する前記基材を除く。）と、前記基材の表面に形成された被覆層とを有する被覆工具であって、
   前記基材は、４０体積％以上８５体積％以下の立方晶窒化硼素と、１５体積％以上６０体積％以下の結合相とを含む焼結体からなり、
   前記被覆層は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＡｌおよびＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｃ、Ｎ、ＯおよびＢからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素との化合物を含み、
   前記被覆層の平均厚さが、１．０μｍ以上６．０μｍ以下であり、
   前記被覆層の表面に、溝が形成されており、
   前記溝の深さの割合が、前記被覆層の平均厚さの２０％以上１００％以下であり、
   前記被覆層の表面の前記溝が、前記被覆層の表面の領域を囲う構成であり、
   前記被覆工具が、すくい面と、逃げ面と、前記すくい面と前記逃げ面との間に形成された切れ刃稜線部とを有し、
   前記切れ刃稜線部と、前記溝との最短距離が、１．０μｍ以上２００μｍ以下である、被覆工具。
7. 前記被覆工具が、すくい面と、逃げ面と、前記すくい面と前記逃げ面との間に形成された切れ刃稜線部とを有し、
   前記すくい面に形成された前記溝の少なくとも一部が、前記被覆層の表面の領域を囲う構成であり、かつ前記切れ刃稜線部と平行または略平行である、請求項６に記載の被覆工具。
8. 前記溝の幅が、１．０μｍ以上１００μｍ以下である、請求項６又は７に記載の被覆工具。
9. 前記溝の深さの割合が、前記被覆層の平均厚さの２０％以上９０％以下である、請求項６～８のいずれか１項に記載の被覆工具。
10. 前記溝が、格子状に形成されている、請求項６～９のいずれか１項に記載の被覆工具。
11. 前記被覆層が、単層、または、２層以上の積層である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の被覆工具。