WO2007049785A1

WO2007049785A1 - 表面被覆部材およびその製造方法、並びに切削工具

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Publication number: WO2007049785A1
Application number: PCT/JP2006/321643
Authority: WO
Inventors: Tsuyoshi Fukano; Hirotoshi Itoh
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2008-04-28
Also published as: EP1953260A1; US20100135737A1

Abstract

　基体と、該基体表面に形成される被覆層とを備え、前記被覆層の表面は、周期律表４、５、６族金属、アルミニウムおよびシリコンから選ばれる少なくとも１種の元素と酸素とを含有する少なくとも１種の化合物からなる複数の第１の相と、周期律表４、５、６族金属、アルミニウムおよびシリコンから選ばれる少なくとも１種の元素の炭化物、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも１種の化合物からなる第２の相とが存在している表面被覆部材およびその製造方法である。前記表面被覆部材を含んでなり、上面に形成されたすくい面と、側面に形成された逃げ面と、前記すくい面と逃げ面との交差稜線部に形成された切刃とを備え、前記すくい面が少なくとも前記被覆層の表面で構成されている切削工具である。

Description

明細書

表面被覆部材およびその製造方法、並びに切削工具

技術分野

[0001] 本発明は、切削工具、摺動部材および金型等に使用され、優れた耐欠損性、耐溶着性及び耐摩耗性等の各特性を有する被覆層を基体表面に形成した表面被覆部材およびその製造方法、並びに切削工具に関する。

背景技術

[0002] 従来より、铸鉄、炭素鋼、ステンレス鋼等の金属の切削加工には、炭化タングステン基超硬合金、チタン基サーメットなどの硬質合金力もなる基体表面に、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン等のチタン系化合物力なる機械的硬度に優れた硬質被覆膜 (すなわち硬質被覆層であり、以下、被覆層と略す。）を被着形成してなる表面被覆切削工具 (以下、切削工具と略す。）が広く用いられている。

[0003] 近時、切削速度の高速化、難削材と呼ばれる被削材への対応及び環境等に配慮し、切削液を用いない乾式下での切削加工が要求されている。このため、切削工具の表面温度が著しく高くなり、切削工具表面の被覆層は高温に晒されて酸化され、酸ィ匕の進行に伴ってその耐摩耗性が徐々に低下する。また、切削工具の刃先近傍における被削材の切屑の溶着及び脱落が繰り返され、その際の衝撃によって刃先の一部が欠けるチッビングが発生したり、さらには刃先および刃先近傍がチッビングよりも大きく欠ける欠損が生じる。その結果、切削加工の寸法精度が低下し、加工面に傷などが発生してしまい、切削工具の寿命が短くなる。

[0004] したがって、切削工具には、耐摩耗性および耐溶着性の両特性を併せ持つことが求められている。このような要求に対し、例えば特許文献 1には、酸化物からなる被覆膜、特に Al Oカゝらなる被覆膜が、耐酸ィ匕性に優れ耐摩耗性が高いことが記載され

2 3

ている。また、特許文献 1には、 Al Oの優れた耐摩耗性に加えて、 Al O膜の面粗さ

2 3 2 3 をある規定値以下にすることで、 Al Oの

2 3 耐溶着性が改善された切削工具が記載されている。

し力しながら、特許文献 1に記載された切削工具では、切削速度の高速化にともなう焼き付きなどによる溶着性を十分に抑制することは出来な力つた。

[0005] また、特許文献 2には、窒化チタン膜が、鉄などの被削材との反応性が低ぐ耐溶着性に優れて、ることが記載されて、る。

し力しながら、特許文献 2に記載された切削工具では、高速切削による工具表面の高温ィ匕にともなう、すくい面のクレータ摩耗をはじめとする工具摩耗を充分に抑制することは出来なかった。

[0006] 特許文献 3には、酸化物、特に Al Oの耐焼き付き性、耐溶着性を改善するために

2 3

、窒化チタンなどを工具表面に露出させることが記載されて、る。

し力しながら、特許文献 3に記載された切削工具では、すくい面上の被削材との摩擦が生じる領域、特にブレーカ面のようにクレータ摩耗が生じやすい領域においては、耐摩耗性能が不十分であった。

[0007] 一方、被覆層の成膜方法の一つとして物理 (気相）蒸着法 (PVD法）がある。 PVD 法は、陰極に蒸発源となる金属物質を取り付け、アーク放電、グロ一放電や、スパッタリングイオンの照射等によって前記金属物質を蒸発およびイオンィ匕させ、この金属物質のイオンと、装置内に導入した窒素ガス、炭素含有ガス (メタンやアセチレンなど )、酸素ガスとを反応させることで、金属窒化物、金属炭化物、金属酸化物等の薄膜を基材表面に被覆する方法である。

[0008] ところが、 PVD法にて被覆した被覆層（例えばアークイオンプレーティング法にて成膜された被覆層）には、ドロップレットと呼ばれる金属元素の粗大粒子が存在することが知られている。この粗大粒子は、蒸発源表面の局部的にアーク放電やグロ一放電等が集中して粗大蒸発粒子が生成し、それが被覆層の表面に付着、堆積して残存したものである。このような金属元素の粗大粒子の大きさは、数/ z mから数十/ z mに達することがある。

[0009] 切削加工は、切削工具の表面形状を被削材に転写していく加工法であるため、粗大粒子の付着による切削工具表面の面粗度の悪ィ匕は、被削材の表面精度の低下につながる。また、切削中に前記粗大粒子が被覆層表面から脱粒することにより、被覆層表面に大きな凹凸が生成して切削抵抗が増大し、被削材の表面精度が低下してノリが発生したり、被覆層が基体表面から部分的に剥離しやすぐその結果、切削ェ具の耐摩耗性、耐欠損性が低下するという問題がある。

[0010] 例えば特許文献 4には、基体に所定の微細孔を有する硬質膜 (被覆層）を被覆した被覆工具が記載されており、該硬質膜の最外層は PVD法によって被覆されている。特許文献 5には、基体表面に所定のポアを有する被覆膜を PVD法にて被覆したコ一ティング工具が記載されている。特許文献 6には、基体に所定の凹部が点在する被覆層を被覆した耐摩耗性潤滑膜被覆部材が記載されている。

[0011] これらの文献に記載されている微細孔、ポアおよび凹部が被覆層表面に存在すると、前記微細孔等に切削液が保持されるので、切削抵抗が低減されると考えられる。し力しながら、これらの文献に記載されて、る被覆層は PVD法にて被覆されて、るので、上記粗大粒子の問題力微細孔のサイズが大きくて切削工具の耐摩耗性、耐欠損性は十分でな、おそれがある。

[0012] 一方、被覆層の成膜方法として化学 (気相)蒸着法 (CVD法)がある。 CVD法は、高温の基体上に反応性のガスを流し、基体表面上に固体層を析出させる方法である。例えば特許文献 7には、基体表面に所定の被覆層を被覆したコーティング工具が記載されており、該被覆層は CVD法にて被覆して、る。

[0013] 一般に、硬質被覆層を CVD法にて被覆した切削工具は、上記 PVD法の粗大粒子が発生することによる問題はない。

しカゝしながら、 CVD法による被覆層を備えた切削工具は、切削液を保持する力に劣るので、被削材に対する潤滑性が不十分であり、その結果、切屑が嚙み込んだり、切刃が高温となって酸ィ匕摩耗が進行しやすいという問題がある。このため、該切削ェ具の耐摩耗性、耐欠損性は必ずしも十分ではない。

[0014] 特許文献 8には、所定の多層セラミック膜で被覆された被覆硬質合金工具が記載されている。そして、該セラミック膜は PVD法または CVD法で被覆されている。

しカゝしながら、 PVD法の場合には上記粗大粒子に起因する耐摩耗性、耐欠損性の問題があり、 CVD法の場合には被削材の潤滑性が悪いという問題がある。

[0015] 特許文献 1 :特公平 8— 18163号公報

特許文献 2：特開 2004 - 50385号公報

特許文献 3：特開平 8 - 11005号公報特許文献 4：特開 2002— 146515号公報

特許文献 5 :特開 2005— 153072号公報

特許文献 6：特開 2002— 38255号公報

特許文献 7：特開平 5— 57507号公報

特許文献 8：特開平 8 - 11005号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0016] 本発明の主たる課題は、高速切削においても耐溶着性および耐摩耗性の両特性を充分に併せ持つことで、長寿命な表面被覆部材およびその製造方法、並びに切削工具を提供することである。

本発明の他の課題は、被削材に対する潤滑性が高ぐかつ耐摩耗性、耐欠損性に優れた切削工具を提供することである。

課題を解決するための手段

[0017] 本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、基体表面に形成される被覆層の表面に、耐酸化性に優れる複数の特定の第 1の相と、耐溶着性に優れる特定の第 2の相とが存在する場合には、被覆層が耐酸ィ匕性と耐溶着性との両特性を併せ持つことができるので、高速切削にお、ても耐溶着性および耐摩耗性の両特性を充分に併せ持つことができ、その結果、長寿命になるという新たな知見を見出し、本発明を完成するに至った。

[0018] すなわち、本発明の表面被覆部材は、基体と、該基体表面に形成される被覆層とを備えた表面被覆部材であり、前記被覆層の表面は、周期律表 4、 5、 6族金属、ァルミ-ゥムおよびシリコン力選ばれる少なくとも 1種の元素と酸素とを含有する少なくとも 1種の化合物力なる複数の第 1の相と、周期律表 4、 5、 6族金属、アルミニウムおよびシリコン力選ばれる少なくとも 1種の元素の炭化物、窒化物および炭窒化物力選ばれる少なくとも 1種の化合物力なる第 2の相とが存在していることを特徴とする。

[0019] この表面被覆部材を製造するには、基体表面に、被覆層を構成する 1つの層として、周期律表 4、 5、 6族金属、アルミニウムおよびシリコン力選ばれる少なくとも 1種の元素と酸素とを含有する少なくとも 1種の化合物力なる下部層を成膜する工程と、前記被覆層の表層として、周期律表 4、 5、 6族金属、アルミニウムおよびシリコンから選ばれる少なくとも 1種の元素の炭化物、窒化物および炭窒化物力選ばれる少なくとも 1種の化合物カゝらなる最外層を成膜する工程と、前記被覆層の表面において、前記最外層を構成する第 2の相中に、前記下部層を構成する第 1の相が複数露出するまで前記最外層を研磨する工程とを含むようにする。

[0020] 本発明の表面被覆部材を切削工具として用いるには、前記表面被覆部材を含んでなり、上面に形成されたすくい面と、側面に形成された逃げ面と、前記すくい面と逃げ面との交差稜線部に形成された切刃とを備え、前記すくい面を少なくとも前記被覆層の表面で構成する。

[0021] また、本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。すなわち、 CVD法により被覆された被覆層の表面を研磨加工すると、その表面は複数の窪み部を有するので、該窪み部に切削液が保持されることにより被削材に対する潤滑性が向上する。また、被覆層表面の窪み部を少なくすることにより、切削中に被削材が工具の切刃（ホーニング部）に衝突して、当該窪み部を起点にして切刃で生じる欠損を抑制することができ、耐欠損性が向上する。

[0022] さらに、被覆層表面の窪み部をより多くすることにより、被削材に対する潤滑性が向上し、切屑の嚙み込みを抑制できる。特に切屑が多く流れる切削工具のすくい面においては、切屑との摩擦によって高温となるため進行しやすい酸ィ匕摩耗を抑制することができ、耐摩耗性が向上する。

[0023] そこで、本発明者は、 CVD法により被覆さ; W磨加工された被覆層表面に複数存在する窪み部の存在比率を部分的に変えて、切刃よりすくい面に多く存在させる場合には、切刃に被削材が衝突することによる欠損を防止でき、かつすくい面の酸ィ匕摩耗を抑制でき、その結果、被削材に対する潤滑性が高ぐ耐摩耗性、耐欠損性に優れた切削工具が得られるのではないかと考え、さらに鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

[0024] すなわち、本発明の他の切削工具は、すくい面と逃げ面との交差稜線部に切刃（ホ一二ング部）が形成された基体の表面に、被覆層を CVD法にて少なくとも 1層被覆したものであり、前記被覆層の表面は複数の窪み部を有すると共に、該窪み部が占める面積比率が、前記切刃よりも前記すく！ヽ面にお!/ヽて大き!/ヽ。

発明の効果

[0025] 本発明の表面被覆部材によれば、被覆層の表面に特定の前記複数の第 1の相と、第 2の相とが存在して、るので、耐酸ィ匕性と耐溶着性にぉ、て高、特性を発揮することができる。すなわち、前記第 1の相は優れた耐酸化性を有し、前記第 2の相は優れた耐溶着性を有する。そして、これらの相が被覆層の表面に存在すると、被覆層の表面が第 1の相の耐酸ィ匕性と、第 2の相の耐溶着性との両特性を併せ持つようになる。このため、第 1の相の優れた耐酸ィ匕性によって、クレータ摩耗など工具摩耗の進行を抑制することができるとともに、第 2の相の優れた耐溶着性によって、焼き付き等による被削材の溶着、膜の剥離および工具の欠損などを抑制することができる。その結果、被削材に対する優れた耐溶着性による切屑排出性の向上、特に鋼等の被削材（すなわち難削材）に対する連続加工で優れた効果を発揮することができる。

[0026] したがって、本発明の表面被覆部材を切削工具として用いた場合には、すくい面を少なくとも前記被覆層の表面で構成するので、優れた耐摩耗性によりクレータ摩耗の進行を抑制することができる。さらに、優れた耐溶着性により切屑排出性を向上することができると共に、被削材の溶着による膜剥離や切刃のチッビングといった損傷を防ぐことができる。その結果、高速切削や、乾式切削での使用にも耐えうる工具寿命の長、優れた切削工具が得られる。

[0027] また、本発明の他の切削工具によれば、 CVD法により被覆さ; W磨加工された被覆層の表面に複数存在する窪み部を、切刃（ホーユング部）よりすくい面に多く存在させるので、切刃に存在する窪み部を起点とする欠損を防止でき、かつすくい面の酸化摩耗を抑制でき、その結果、被削材に対する潤滑性が高ぐ耐摩耗性、耐欠損性に優れた切削工具が得られるという効果がある。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1]第 1の実施形態に力かる切削工具を示す斜視図である。

[図 2]図 1の切削工具の A— A線拡大断面図である。

[図 3] (a)は、第 1の実施形態に力かるブレーカ面の被覆層表面を示す拡大説明図であり、（b)は、ランド面の被覆層表面を示す拡大説明図である。

[図 4]第 1の実施形態に力かる被覆層の表面付近を示す拡大断面図である。

[図 5]ブレーカ面およびランド面の他の例を示す拡大断面図である。

[図 6]ブレーカ面およびランド面の他の例を示す拡大断面図である。

[図 7]第 2の実施形態に力かる被覆層の表面付近を示す拡大断面図である。

[図 8]第 2の実施形態にかかる切刃の被覆層表面を示す走査型電子顕微鏡 (SEM) 写真 (倍率：3000倍)である。

[図 9]第 2の本実施形態に力かるランド面の被覆層表面を示す SEM写真 (倍率 : 300 0倍)である。

[図 10]本発明にかかる切削物の製造方法の一例を示す説明図である。

[図 11]本発明にかかる切削物の製造方法の他の例を示す斜視図である。

[図 12]試料 No. Π— 6のすく、面における被覆層表面 (表面を研磨カ卩ェして、なヽ被覆層の表面に相当）を示す SEM写真 (倍率： 3000倍)である。

発明を実施するための最良の形態

[0029] 以下、本発明にかかる表面被覆部材をスローァウェイチップ型の切削工具に用いた場合の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

<第 1の実施形態 >

図 1は、第 1の実施形態にかかる切削工具を示す斜視図である。図 2は、図 1の切削工具の A— A線拡大断面図である。図 3 (a)は、本実施形態にかかるブレーカ面の被覆層表面を示す拡大説明図であり、図 3 (b)は、ランド面の被覆層表面を示す拡大説明図である。図 4は、本実施形態に力かる被覆層の表面付近を示す拡大断面図である。

[0030] 図 1に示すように、本実施形態にかかる切削工具 1 (以下、工具 1と略す。 )は略平板状をなし、基体 2の主面（上面）にすくい面 3を、基体 2の側面に逃げ面 4を配し、すくい面 3と逃げ面 4との交差稜線部に切刃 5が設けられている。

[0031] 基体 2としては、例えば炭化タングステン (WC)、炭化チタン (TiC)または炭窒化チタン (TiCN)と、所望により周期律表第 4、 5、 6族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群力選ばれる少なくとも 1種力なる硬質相をコバルト（Co)および Zまたは-ッケル (Ni)の鉄族金属から成る結合相にて結合させた超硬合金やサーメット、または窒化珪素（Si N )や酸ィ匕アルミニウム (Al O )質セラミック焼結体、立方晶窒化ホウ

3 4 2 3

素 (cBN)、ダイヤモンドを主体とした超硬質焼結体等の硬質材料、または炭素鋼、高速度鋼、合金鋼等の金属等の高硬度材料を用いるとよ、。

[0032] 特に、本実施形態では、炭化タングステン (WC)を主成分とした硬質相と、コバルト

(Co)カゝらなる結合相とで構成される超硬合金にて基体 2が構成されているのが好ましい。基体 2が超硬合金からなる場合には、硬度および靭性のバランスが良ぐ高速湿式切削加工用として安定した切削加工をすることができる。

[0033] そして、基体 2の表面に被覆層 6を被覆している。この被覆層 6は、図 2に示すように、最外層 8として窒化チタン層を、該最外層 8に隣接する層として酸化アルミニウム層 7を有した構成となっている。さらに、酸ィ匕アルミニウム層 7に隣接し基体 2に向力つて順に、炭酸窒化チタン層 6a、炭窒化チタン層 6b、窒化チタン層 6cを有しており、これにより、炭窒化チタンの高いアスペクト比の微細柱状組織により、耐欠損性、耐摩耗性が向上し、また、結合力が強化され耐剥離性に優れる。

[0034] ここで、被覆層 6の表面 (すなわち最外層 8の表面）は、図 3 (a) , (b)に示すように、複数の第 1の相 8Aと第 2の相 8Bとが存在していることが重要であり、これにより被覆層 6は、耐酸ィ匕性と耐溶着性において高い特性を発揮することができる。具体的には、前記複数の第 1の相 8Aは、周期律表 4、 5、 6族金属、アルミニウムおよびシリコン力選ばれる少なくとも 1種の元素と酸素とを含有する少なくとも 1種の化合物からなる。前記周期律表第 4、 5、 6族金属としては、例えば Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W等が挙げられる。また、前記化合物としては、例えば酸ィ匕アルミニウム (Al O

2 3

)、酸ィ匕チタン (TiO )、炭酸ィ匕チタン (TiCO)、酸窒化チタン (TiNO)、炭窒酸化チ

2

タン (TiCNO)、酸ィ匕ジルコニウム（ZrO )等が挙げられる。例示したこれらの化合物

2

は、耐酸化性に優れており、特に、酸ィ匕アルミニウムが好ましい。該酸化アルミニウムの結晶構造としては、例えば OC型結晶構造、 κ型結晶構造、または α型と K型結晶構造の混晶構造等が挙げられ、特に、 _α型結晶構造が好ましい。これらの結晶構造は、高温硬度や耐酸化性に優れ、 α型結晶構造からなる酸化アルミニウムが最も耐酸化性に優れる。 [0035] 第 2の相 8Bは、周期律表 4、 5、 6族金属、アルミニウムおよびシリコン力選ばれる少なくとも 1種の元素の炭化物、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも 1種の化合物力なる。該化合物としては、例えば窒化チタン (TiN)、炭窒化チタン (TiC N)、炭化チタン (TiC)、チタンとアルミの複合窒化物（ (Ti, Al) N)、窒化クロム (Cr N)、窒化モリブデン (Mo N)、窒化ジルコニウム (ZrN)等が挙げられる。例示したこ

2

れらの化合物は、耐溶着性に優れており、特に、窒化チタンが好ましい。窒化チタンは金色の色調を有するので、装飾機能を有すると共に、使用によって変色し、工具の使用済みの箇所の識別を容易にするという効果を有する。

[0036] 特に、被覆層 6の表面において、第 2の相 8B中に、複数の第 1の相 8Aが存在しているのが好ましい。本実施形態では、上記で説明した第 1の相 8A,第 2の相 8Bが、図 3 (a) , (b)に示すように、被覆層 6の表面において第 2の相 8B中に、第 1の相 8A が存在するように複数露出している。すなわち、被覆層 6の表面において第 1の相 8 Aが散在し、かつ該第 1の相 8Aを囲むようにして第 2の相 8Bが存在している。これにより、工具 1は、耐酸ィ匕性と耐溶着性において高い特性を発揮することができる。具体的には、被覆層 6の表面が、第 1の相 8Aの耐酸ィ匕性と、第 2の相 8Bの耐溶着性との両特性を併せ持つようになるので、第 1の相 8Aの優れた耐酸ィ匕性によって、タレータ摩耗等の工具摩耗の進行を抑制することができると共に、第 2の相 8Bの優れた耐溶着性によって、焼き付き等による被削材の溶着、膜の剥離および工具の欠損等を抑制することができる。

なお、第 1の相 8Aおよび第 2の相 8Bは、上記化合物の他に、製造上避けられない不純物や基体成分などを含有する場合がある。このような場合であっても、第 1の相 8 Aの優れた耐酸化性と第 2の相 8Bの優れた耐溶着性が発揮され、工具摩耗や工具の欠損を抑制することができる。

[0037] 被覆層 6の表面に複数の第 1の相 8Aと、第 2の相 8Bとがそれぞれ存在（すなわち露出）している力否力、あるいは被覆層 6の表面において第 2の相中に、複数の第 1 の相 8Aが存在 (すなわち露出）している力否かの確認は、被覆層 6の表面 (すなわち最外層 8の表面)を、例えば金属顕微鏡、走査型電子顕微鏡等の顕微鏡を用いて、倍率 500〜 1500倍程度で観察することにより、確認することができる。 [0038] 特に、第 1の相 8Aは、 1個あたりの面積が 1〜10 μ m²程度であり、 50 μ m四方の面積あたりの個数が 10〜50個程度であるのが好ましい。これにより、被覆層 6の表面力第 1の相 8Aの耐酸ィ匕性と、第 2の相 8Bの耐溶着性との両特性を確実に併せ持つことができる。

[0039] また、複数の第 1の相 8Aは、図 4に示すように、被覆層 6の厚み方向において、基体 2表面側でつながつているのが好ましい。これにより、工具 1を使用することにより被覆層 6が摩耗して、その厚みが薄くなつても、被覆層 6の表面に第 1の相 8A,第 2の相 8Bがそれぞれ露出する表面構成を維持し続けることができるので、工具 1は、長期にわたり耐酸ィ匕性と耐溶着性にぉ、て高、特性を発揮することができる。複数の第 1の相 8Aを、前記所定の構成にする方法としては、例えば後述する第 1の相 8Aを構成する化合物粒子の平均粒径を、第 2の相 8Bを構成する化合物粒子の平均粒径よりも大きくする方法等が挙げられる。

[0040] ここで、本実施形態では、第 1の相 8Aが酸ィ匕アルミニウム力もなり、第 2の相 8Bが窒化チタン力もなる。すなわち、被覆層 6の表面において、酸ィ匕アルミニウムと窒化チタンが共に存在している。これにより、耐溶着性および耐酸ィ匕性がより効果的に発揮されるとともに、これら 2種の化合物の組み合わせにより、容易にかつ低コストで工具 1を製造することができる。なお、本発明にかかる第 1の相 8A,第 2の相 8Bの組み合わせは、前記 2種の化合物の組み合わせに限定されるものではなぐ前記で例示した第 1の相 8A,第 2の相 8Bを構成する他の化合物同士を組み合わせた場合であつても、同様の効果を奏することができる。

[0041] 被覆層 6は、該被覆層 6の表面 (すなわち最外層 8の表面）を、例えば金属顕微鏡、走査型電子顕微鏡等の顕微鏡を用いて観察した際に、図 3 (a) , (b)に示すように、酸ィ匕アルミニウム力なる第 1の相（酸ィ匕アルミニウム相） 8Aと、窒化チタン力なる第 2の相（窒化チタン相） 8Bとが明確に分離して、るのが好ま、。このような構成にすることで、第 1の相 8Aの優れた耐酸ィ匕性と、第 2の相 8Bの優れた耐溶着性とを十分に発揮させることができる。

[0042] 特に、すくい面 3は、耐酸化性および耐溶着性の両特性が要求されるので、すくい面 3は少なくとも被覆層 6の表面で構成されている必要がある。具体的には、被覆層 6の表面に酸ィ匕アルミニウム力もなる第 1の相 8Aと、窒化チタン力もなる第 2の相 8B とが局所的に存在するのではなぐ複数の第 1の相 8Aが第 2の相 8B中に存在していることで、すくい面 3の耐酸ィ匕性および耐溶着性の両特性が効果的に発揮される。すなわち、図 3 (a) , (b)に示すように、複数の第 1の相 8Aを囲むように、第 2の相 8Bが存在する表面状態をとることで、両特性が発揮される。

[0043] 被覆層 6の表面にぉ、て、窒化チタン力なる第 2の相 8Bの占める面積が、酸ィ匕ァルミ-ゥムカもなる第 1の相 8Aの占める面積よりも大きいのが好ましい。これにより、より一層効果的に前記した両特性が発揮される。すなわち、第 1の相 8Aの面積と、第 2 の相 8Bの面積とを前記のような特定の関係にすると、窒化チタン力なる第 2の相 8 Bが主要相として存在し、これにより被覆層 6の表面における耐酸ィ匕性と耐溶着性が最適化される。その結果、第 2の相 8Bの優れた耐溶着性により、被削材の溶着、膜の剥離および工具の欠損が充分に抑制された状態で、第 1の相 8Aの優れた耐酸ィ匕性、耐摩耗性が発揮される。さらに、窒化チタンが有する前記した効果、すなわち装飾機能と、工具の使用済みの箇所 (例えば、コーナー部等)の識別を容易にするという効果とが、効率よく発揮される。

[0044] また、図 3に示すように、被覆層 6の表面において、第 1の相 8Aと第 2の相 8Bとの境界部にさらに第 3の相 8Cが存在し、該第 3の相 8Cが炭窒化チタン力なるのが好ましい。これにより、被覆層 6の耐摩耗性をより向上することができる。これは、炭窒化チタンが有する硬くて靭性に優れるという特性 (高硬度および高靭性)が発揮され、ェ具摩耗の一要因であるこすれ摩耗が抑制されるためであると推察される。本実施形態では、図 3に示すように、炭窒化チタン力なる第 3の相 8Cは、窒化チタンからなる第 2の相 8Bと、酸ィ匕アルミニウム力なる第 1の相 8Aとの境界部に挟まれたように存在している。このような構成により、第 1の相 8Aのみが露出する領域に対し、より一層耐摩耗性に優れた被覆層 6にすることができる。

[0045] 被覆層 6の表面における最大高さ粗さ Rzが 1. 5 m以下であるのが好ましい。これにより、被覆層 6の平滑性を向上させることができるので、摺動性に優れ、切屑の流れをスムーズにすることができる。さらに、最大高さ粗さ Rzが 1. 5 m以下であることに加えて、算術平均粗さ Raが 0. 3 /z m以下の範囲内にあるのが好ましい。これにより、より一層表面の平滑性が優れ、切屑排出性の向上が効果的に発揮される。なお、最大高さ粗さ Rzの下限値としては、 0. 以上、算術平均粗さ Raの下限値としては、 0. 05 μ m以上であるのが好ましい。

[0046] 前記最大高さ粗さ Rzおよび算術平均粗さ Raは、例えば接触式表面粗さ測定器や、非接触式のレーザー顕微鏡等で、被覆層 6の表面 (例えば、後述するランド面 13) を 3箇所以上測定し、その平均値を最大高さ粗さ Rzおよび算術平均粗さ Raとすることができる。具体的な測定方法は、 JIS B0601 ' 01に準拠して触針式表面粗さ測定器を用いて測定すればよい。力かる測定が困難な場合には、非接触式のレーザー顕微鏡ゃ原子間力顕微鏡等の測定器を用い、被覆層 6の最外層 8の表面における凹凸形状を走査しながら見積もることによって測定することが可能である。この表面粗さ (Rz、 Ra)の測定において、触針式表面粗さ測定器を用いる場合には、カットオフ値 : 0. 25mm,基準長さ： 0. 8mm、走査速度： 0. ImmZ秒にて測定すればよい。

[0047] また、最外層 8の少なくとも一部は、研磨カ卩ェされているのが好ましい。すなわち、前記した通り、被覆層 6は、最外層 8として窒化チタン層を、該最外層 8に隣接する層として酸ィ匕アルミニウム層 7を有した構成となっている。このため、最外層 8の少なくとも一部を研磨加工すると、最外層 8中に酸ィ匕アルミニウム層 7が複数露出する。その結果、被覆層 6の表面 (すなわち最外層 8の表面）において、第 1の相 8A (酸ィ匕アルミニゥム）が複数露出し、かつ第 1の相 8Aを囲むようにして第 2の相 8B (窒化チタン）が露出するようになる。さらに、被覆層 6の表面における摺動性を向上させ、切屑の流れをスムーズにすることができるので、切屑排出性を向上することができる。

[0048] 最外層 8の研磨カ卩ェ方法としては、例えばブラスト処理、（弾性)砲石、ブラシ等が挙げられる。これらの研磨加工方法は生産性がよぐ確実に工具 1表面の全領域を研磨カ卩ェすることができるため望ましい。特に、ドットブラシ、ホイールブラシ等を用い、ダイヤモンド砥粒を用いたブラシカ卩ェにて研磨カ卩ェすると、後述するブレーカ面 12 の底部まで十分に研磨加工することも可能となり、最外層 8の平滑性をムラなく向上させることができる。

[0049] ここで、工具 1の製造過程において、酸ィ匕アルミニウム層 7および窒化チタン層（最外層 8)の成膜工程後に研磨工程を有する場合がある。その場合、酸ィ匕アルミニウム層 7の成膜に用いる酸ィ匕アルミニウムの平均粒径を、窒化チタン層の成膜に用いる窒化チタンの平均粒径よりも大きなものを使用することが好ましい。すなわち、第 1の相 8Aを構成する酸ィ匕アルミニウム粒子の平均粒径は、第 2の相 8Bを構成する窒化チタン粒子の平均粒径よりも大きいのが好ましい。これにより、成膜過程の酸ィ匕アルミ -ゥム層 7の表面に凹凸が適度に得られるので、その上に窒化チタン層（最外層 8) を成膜すると、酸ィ匕アルミニウム層 7の適度な凹凸の凹部に窒化チタンの粒子が進入しゃすくなる。この状態で、最外層 8を研磨加工すると、被覆層 6の表面 (すなわち最外層 8の表面）において、酸ィ匕アルミニウム力もなる第 1の相 8Aが複数露出し、かつ第 1の相 8Aを囲むようにして窒化チタン力なる第 2の相 8Bが露出する表面構成が容易に形成される。なお、酸化アルミニウム粒子の平均粒径が 1. 0〜3. O /z mの範囲に、窒化チタン粒子の平均粒径が 0. 01-1. O /z mの範囲にあれば、上述の作用が効果的に得られる。

前記平均粒径は、例えば透過型電子顕微鏡等を使用し、 20万〜 200万倍の倍率で観察した観察像より測定すればょ、。

[0050] ここで、図 2に示すように、工具 1には、切屑の流れを一定にして切屑排出性を向上させるため、すくい面 3上にブレーカ面 12が形成されている。具体的には、すくい面 3 は、切刃 5に隣接するランド面 13と、該ランド面 13に隣接するブレーカ面 12とを備えている。このようなブレーカ面を有する切削工具は、ブレーカ面 12において切屑との摩擦が特に大きくなり、摩耗しやすい。そのため、前記ブレーカ面 12は、耐酸化性、耐摩耗性が強く要求される。

[0051] 一方、ランド面 13は、すくい面 3上で発生する摩擦応力が大きいことから、被削材の溶着や、該溶着に起因する膜の剥離、切刃のチッビングや欠損等の損傷が発生しやすい。また、ランド面 13の欠損などにより生じる不具合は、ランド面 13に止まらず、隣接する切刃 5、さらには逃げ面 4にまで亀裂が到達し、その結果、逃げ面摩耗を引き起こす場合もある。このようなことから、ランド面 13は、耐溶着性、すなわち耐剥離性および耐欠損性が要求される。

[0052] そこで、本実施形態では、図 3 (a)、 (b)に示されるように、すくい面 3における酸ィ匕アルミニウム力もなる第 1の相 8Aの面積比率を、ランド面 13よりもブレーカ面 12において高く構成している。これにより、すくい面 3の上述した各領域で要求される特性を効果的に発揮することができる。具体的には、切屑との摩擦により表面温度が高く酸化反応が生じやすいブレーカ面 12では、酸ィ匕アルミニウム力もなる第 1の相 8Aがランド面 13よりも多く存在することで、耐酸ィ匕性に優れクレータ摩耗を抑制することができる。また、切削温度がすくい面 3ほど高温でなぐ被削材の溶着、それによる膜の剥離や焼き付き、欠損が生じやすいランド面 13では、窒化チタン力もなる第 2の相 8Bがブレーカ面 12よりも多く存在することで、耐溶着性に優れ被削材の溶着、膜の剥離、欠損が抑制される。その結果、優れた工具寿命を有した切削工具が得られる。

特に、ランド面 13における第 1の相 8Aの面積比率力 0. 1〜30であり、ブレーカ面 12における第 1の相 8Aの面積比率力 1〜50であるのが好ましい。これにより、前記した効果を確実に奏することができる。

[0053] なお、ブレーカ面 12とは、ブレーカ機能を有する面のことであり、工具表面において切屑との摩擦が大きくクレータ摩耗が発生しやすい領域のことである。具体的には、図 1および図 2に示すように、すくい面 3上にブレーカが凹部として形成される場合は、ブレーカ凹部の壁面をブレーカ面 12とする。

[0054] また、ランド面 13とは、いわゆるランド領域のことであり、刃先強度を維持するために、刃先の強化処理を施した領域 14 (ホーユング部）に隣接し、すくい面 3中央に向かつて略平坦に延びて形成された領域のことである。具体的には、例えば図 2に示すように、すくい面 3上にブレーカ面 12が凹部として形成される場合は、刃先の強化処理を施した領域 14 (ホーユング部）からブレーカ面 12までを連接するすくい面 3の領域を、ランド面 13とする。

[0055] 前記面積比率を算出するには、例えば金属顕微鏡を用いて 500〜1000倍の倍率で観察し、その観察像を市販の画像解析ソフトを用いて算出する方法等が挙げられる。具体例としては、例えば-レコ社製の画像解析装置である「ルーゼッタスシリーズ」等を使用することによって算出可能である。酸ィ匕アルミニウム力もなる第 1の相 8Aの面積比率は、各領域の任意の 10000 m²の面積中に存在する第 1の相 8Aの面積を算出して面積比率を算出する。

[0056] また、前記面積比率の測定において、ブレーカ面 12およびランド面 13としては、必ずしも上述した両領域と定義された面に限るものではなぐ両領域で求められる機能を有した平坦面で測定が容易な領域で行なえば良い。

[0057] なお、上記で説明した実施形態では、ブレーカ面 12,ランド面 13として、図 2に示すような構成のものについて説明したが、本発明にかかるブレーカ面，ランド面はこれに限定されるものではない。具体的には、例えば図 5および図 6に示すようなものであってもよい。図 5および図 6は、ブレーカ面およびランド面の他の例を示す拡大断面図であり、いずれもランド面とブレーカ面とがー体して形成された場合を示しており、図 5は、ホーユング処理を施した場合、図 6は、ホーユング処理を施していない場合を示している。

[0058] すなわち、ブレーカ面 12としては、図 5に示すブレーカ面 12'、図 6に示すブレーカ面 12"のような構成であってもよい。また、ランド面 13としては、図 5に示すランド面 13 '、図 6に示すランド面 13"のような構成であってもよい。より詳細には、図 5に示すように、切刃 5に隣接してランド面とブレーカ面が一体ィ匕して形成される場合には、刃先の強化処理を施した領域 14に隣接し、ブレーカ面までの略平坦な領域をランド面 13 'とする。さらに、図 6に示すような工具形状の場合のランド面は、切刃 5の近傍領域とする。具体的には、図 5の場合と同様、切れ刃 5に隣接し、ブレーカ面までの略平坦な領域をランド面 13"とする。

[0059] なお、ブレーカ面 12とは、切屑のカール作用を担う領域であれば良ぐ図 2と異なり、図 7に図示するように、ブレーカ面としてブレーカ底面を有した形状でも良ぐ上述の形状に限られるものではない。また、ランド面 13も、刃先強度を維持するために形成された領域のことであり、上述の形状に限られるものではない。例えば、前記効果が得られるような形状であれば、ランド面 13は曲面のように平坦な領域でなくとも良！、

[0060] 次に、上記で説明した第 1の実施形態に力かる工具 1の製造方法について説明する。まず、上述した硬質合金を焼成によって形成しうる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸ィ匕物等の無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末等を適宜添加して混合し、混合物を得る。ついで、この混合物を、プレス成形、铸込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定の工具形状に成形した後、真空中または非酸ィ匕性雰囲気中にて焼成することによって、上述した硬質材料からなる基体 2を作製する。さらに、該基体 2の切刃 5をなす部分にブラシや砥石を用いて、すくい面より刃先強化処理 (ホーユング処理)を施し、刃先の強化処理を施した領域 14 ( ホー-ング部）を形成する。

[0061] 次に、上記のようにして得た基体 2の表面に例えば CVD法によって被覆層 6を成膜する。ここで、本実施形態では、基体 2表面に、被覆層 6を構成する 1つの層として、周期律表 4、 5、 6族金属、アルミニウムおよびシリコン力選ばれる少なくとも 1種の元素と酸素とを含有する少なくとも 1種の化合物力なる下部層 7、すなわち酸化アルミ -ゥム層を成膜する工程と、被覆層 6の表層として、周期律表 4、 5、 6族金属、アルミ -ゥムおよびシリコン力選ばれる少なくとも 1種の元素の炭化物、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも 1種の化合物力なる最外層 8、すなわち窒化チタン層を成膜する工程とを含む。

[0062] 特に、酸ィ匕アルミニウム層 7を構成する酸ィ匕アルミニウム粒子の平均粒径は、窒化チタン層（すなわち最外層 8)を構成する窒化チタン粒子の平均粒径よりも大きいのが好ましい。これにより、前記した通り、酸ィ匕アルミニウム層 7の表面に凹凸が適度に得られ、該凹部に窒化チタン粒子が入り込み易くなるので、後述する研磨工程により、被覆層 6の表面において、酸ィ匕アルミニウム力なる第 1の相 8A力窒化チタンからなる第 2の相 8B中に、複数露出する表面構成、すなわち、酸ィ匕アルミニウム力もなる第 1の相 8Aが複数露出し、かつ第 1の相 8Aを囲むようにして窒化チタン力もなる第 2の相 8Bが露出する表面構成が容易に形成される。

[0063] このような酸ィ匕アルミニウム層 7,窒化チタン層（すなわち最外層 8)を成膜する条件としては、例えば以下に示すような条件が挙げられる。すなわち、酸化アルミニウム（ Al O )層 7を成膜するには、反応ガス組成として、例えば塩ィ匕アルミニウム (A1C1 )

2 3 3 ガスを 3〜20体積％、塩ィ匕水素（HC1)ガスを 0. 5〜3. 5体積％、二酸化炭素（CO

2

)ガスを 0. 01〜5. 0体積％、硫化水素（H S)ガスを 0〜0. 01体積％、残りが水素（

2

H )ガスからなる混合ガスを用いるのが好ましい。そして、混合ガス流量を 30〜50L

2

Z分、 1000〜： L 100°C、 5〜10kPaの条件で成膜するのが好ましい。これにより、粒径の大きい酸ィ匕アルミニウム層 7を成膜することができる。なお、酸ィ匕アルミニウム層は、その直前に成膜された下層の種類によって成膜される結晶形態が異なり、 a Al O層となったり、 κ -A1 0層となったり変化する。

2 3 2 3

[0064] その後、最外層 8として窒化チタン (TiN)層を成膜するには、反応ガス組成として、例えば塩ィ匕チタン (TiCl )ガスを 0. 1〜10体積⁰ /₀、窒素（N )ガスを 0〜60体積⁰ /₀、

4 2

残りが水素 (H )ガス力もなる混合ガスを用いるのが好ましい。そして、チャンバ内を

2

炉内温度 800〜1000°C、圧力 5〜85kPaとして窒化チタン層を成膜するのが好ましい。これにより、粒径の小さい窒化チタン層を成膜することができる。

[0065] ついで、本実施形態では、被覆層 6の表面において、最外層 8 (窒化チタン層）を構成する第 2の相 B中に、下部層（酸ィ匕アルミニウム層 7)を構成する第 1の相 8Aが複数露出するまで最外層 8を研磨する工程を含む。これにより、優れた耐溶着性と優れた耐摩耗性とを併せ持ち、部材表面の平滑ィ匕による優れた摺動性を発揮する工具 1を容易に製造することができる。

[0066] 研磨加工方法としては、上記で説明した最外層 8の研磨カ卩ェ方法において例示した研磨カ卩ェ方法と同じ研磨カ卩ェ方法が挙げられ、特に、最外層 8を # 100〜1600 のダイヤモンド砲粒を用いたブラシカ卩ェによって研磨カ卩ェするのが好まし、。さらには、 # 500または # 500よりも細力、ダイヤモンド砲粒を用いたブラシカ卩ェによって研磨加工するのがより好ましい。これにより、隣接する下部層である酸ィ匕アルミニウム層 7の粒子を、最外層 8である窒化チタン層の表面に露出させることができ、被覆層 6 の表面において、窒化チタン力もなる第 2の相 8B中に、酸ィ匕アルミニウム力もなる第 1の相 8Aが複数露出した表面構成、すなわち、酸ィ匕アルミニウム力なる第 1の相 8 Aが複数露出し、かつ第 1の相 8Aを囲むようにして窒化チタン力もなる第 2の相 8Bが露出する表面構成をとることができる。

[0067] ここで、ブラシ加工でのブラシ毛の突き出し量を l〜7cm、特に l〜5cmとすることが望ましい。これによつて、ブレーカ面 12を有するような凹凸のある形状の工具であつても、凹凸形状の隅に研磨されない部分が残存することなぐ最外層 8の表面全体のすみずみにわたって研磨カ卩ェすることができる。その結果、工具 1の表面を均一な面粗度にすることができ、かつ工具 1表面全体に酸ィ匕アルミニウム力もなる第 1の相 8 Aを適度に露出、散在させることができる。 [0068] また、本実施形態では、窒化チタン層（最外層 8)に隣接する内層として炭窒化チタン層を成膜する工程と、被覆層 6の表面において、前記炭窒化チタン層を構成する炭窒化チタン粒子力なる第 3の相 8Cの少なくとも一部が露出するまで研磨するェ程とを含むのが好ましい。これにより、被覆層 6の表面が平滑ィ匕して、優れた摺動性を発揮するとともに、炭窒化チタンの硬くて靭性に優れた特性 (高硬度および高靭性 )を生かし、工具摩耗の一要因であるこすれ摩耗を抑制することができる。

[0069] 前記炭窒化チタン層を成膜するには、反応ガス組成として、例えば例えば、四塩ィ匕チタン (TiCl )ガスを 0. 1〜3体積⁰ /₀、窒素（N )ガスを 0. 1〜60体積⁰ /₀、メタン（CH

4 2

)ガスを 0. 1〜10体積％、残りを水素 (H )ガスカゝらなる混合ガスを用いて、炉内温

4 2

度を 800〜： L 100°C、炉内圧力を 5〜85kPaの条件で成膜するのが好ましい。

[0070] さらに本実施形態では、酸ィ匕アルミニウム層 7に隣接し基体 2に向力つて順に、炭酸窒化チタン層 6a、炭窒化チタン層 6b、窒化チタン層 6cを有している力これらの各層を成膜する条件としては、例えば以下に示すような条件が挙げられる。

[0071] すなわち、炭酸窒化チタン層 6aを成膜するには、反応ガス組成として、例えば四塩化チタン (TiCl )ガスを 0. 1〜3体積⁰ /₀、窒素（N )ガスを 0. 1〜60体積⁰ /₀、メタン

4 2

H )ガスを 0. 1〜10体積％、二酸化炭素（CO )ガスを 0. 3〜1. 2体積％、残りを水

4 2

素（H )ガス力もなる混合ガスを用いて、炉内温度を 800〜： L 100°C、炉内圧力を 5〜

2

85kPaの条件で成膜するのが好まし!/、。

[0072] 炭窒化チタン層 6bを成膜するには、反応ガス組成として、例えば四塩ィ匕チタン (Ti C1 )ガスを 0. 1〜3体積％、窒素（N )ガスを 0. 1〜60体積％、メタン（CH )ガスを 0

4 2 4

. 1〜10体積％、二酸化炭素（CO )ガスを 0. 3〜1. 2体積％、残りを水素 (H )ガス

2 2 力もなる混合ガスを用いて、炉内温度を 800〜： L 100°C、炉内圧力を 5〜85kPaの条件で性膜するのが好まし、。

窒化チタン層 6cを成膜するには、前記最外層 8を構成する窒化チタン (TiN)層で例示したのと同じ条件を例示することができる。

[0073] なお、上記で説明した実施形態では、 CVD法にて被覆層 6の成膜を行なう方法について説明したが、本発明の工具 1の製造方法はこれに限定されるものではなぐ P VD法等のその他の成膜方法にて被覆層 6を成膜してもよい。この場合でも、成膜ガス流量や成膜温度を制御すること等によって、最外層 8の粒径を適正化することができるとともに、上記カ卩工法にて最外層 8を研磨カ卩ェして被覆層 6の表面において、窒化チタン力なる第 2の相 8B中に酸ィ匕アルミニウム力なる第 1の相 8Aを複数露出させることができる。すなわち、被覆層 6の表面において酸ィ匕アルミニウム力なる第 1 の相 8Aが複数露出し、かつ第 1の相 8Aを囲むようにして窒化チタン力もなる第 2の相 8Bが露出する表面構成を作製することができる。

[0074] また、被覆層 6の表面に酸ィ匕アルミニウムと窒化チタンを共存させる方法として、前記した製造方法以外に、酸化アルミニウム質と窒化チタン質を混合させた層などを成膜してちょい。

[0075] <第 2の実施形態 >

次に、第 2の実施形態に力かる切削工具について図面を参照して詳細に説明する。図 7は、本実施形態に力かる被覆層の表面付近を示す拡大断面図である。図 8は、本実施形態にかかる切刃（ホーニング部）の被覆層表面を示す走査型電子顕微鏡（ SEM)写真 (倍率： 3000倍)である。図 9は、本実施形態に力かるランド面の被覆層表面を示す SEM写真 (倍率： 3000倍)である。なお、図 7〜図 9においては、前述した図 1〜図 6の構成と同一または同等な部分には同一の符号を付して説明は省略する。

[0076] 本実施形態に力かる切削工具は、基体表面に被覆層を CVD法で被覆し、かつ被覆層表面に存在する複数の窪み部を、切刃（ホーユング部）よりすくい面に多く存在させている。具体的には、図 7に示すように、本実施形態の工具 21は、上記で説明した工具 1と同様に、すくい面 3と逃げ面 4との交差稜線部に切刃 5が形成されており、すくい面 3側から交差稜線部を含んで逃げ面 4側にわたる切刃 5領域を研磨加工して切刃 5の先端を除去したホーニング部（面取り部）、すなわち刃先強化処理を施した領域 14 (ホーユング部）が形成されている。そして、基体 2の表面に被覆層 26を被覆している。

[0077] すくい面 3は、ブレーカ面 22とランド面 23とを有している。これにより、第 1の実施形態で説明した通り、ブレーカ面 22を有することにより切屑の排出性が向上する。また、ランド面 23を有することにより、切り込みや送り等の切削条件が変わっても、切屑が該ランド面 23を通って排出されるので、切屑の滑りがよぐ安定した切屑の排出が可能となる。なお、図 7に図示する第 2の実施形態においては、ブレーカ面 22の底は平坦に構成されているが、第 1の実施形態で説明した通り、本発明はこれに限定されるものではなぐブレーカ面 22の底が平坦でなく曲面であってもよい。

[0078] 被覆層 26の膜構成は、上記で説明した第 1の実施形態にカゝかる被覆層 6と同様の膜構成力もなるが、本実施形態に力かる被覆層 26は、これに限定されるものではなく、 CVD法で成膜可能な膜構成であればよい。具体的には、例えば周期律表 4a, 5a , 6a族金属、アルミニウムおよびシリコン力選ばれる少なくとも 1種の金属元素の炭化物、窒化物、硼化物、酸化物またはこれらの複合化合物等からなる膜構成が挙げられる。前記複合ィ匕合物としては、例えば前記した 2種以上の金属を含む化合物や、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭酸窒化物等が挙げられる。具体例としては、例えば TiN、 TiC、 TiCN、 TiCNO、 TiAlN、 a— Al O、 κ— Al O等が挙げられる。

2 3 2 3

[0079] また、被覆層 26が第 1の実施形態に力かる被覆層 6以外の膜構成力もなる場合には、少なくとも 1層であればよぐ複数層で構成されていてもよい。具体的には 1〜10 層程度、好ましくは 3〜7層程度の範囲で用途に応じて任意に選定すればよい。

[0080] 被覆層 26は CVD法で成膜されており、その表面は、少なくともすくい面 3と切刃 5 ( ホー-ング部）における被覆層 26の表面が平滑ィ匕するように研磨加工され、かつ複数の窪み部 27を有している。すなわち、図 8および図 9に示すように、被覆層 26の表面には、窪み部 27が多数点在している。ここで、本発明における前記「窪み部」とは、 CVD法により成膜された被覆層の表面を研磨加工することにより、その表面に点在する微小な窪み部を意味する。この窪み部に切削液が保持されることにより、被削材に対する潤滑性が向上する。

[0081] 被覆層 26の表面を研磨加工する方法としては、例えば第 1の実施形態に力かる最外層 8の研磨加工方法において例示した研磨加工方法と同磨加工方法が挙げられる他、バレル研磨、電解研磨等が挙げられ、さらに研削加工による研磨、 PVD装置を用いたスパッタ処理やボンバード処理等も利用することができる。

[0082] ここで、図 8および図 9に示すように、窪み部 27は、切刃 5 (ホーユング部）よりランド面 23 (すくい面 3)に多く点在している。すなわち、複数の窪み部 27が占める面積比率は、切刃 5よりもすくい面 3において大きくなるように構成されている。これにより、切刃 5に点在する窪み部による欠損を防止でき、かつすく!、面 3の酸化摩耗を抑制することができる。

[0083] 本実施形態では、切刃 5のすくい面 3側の終端とブレーカ面 22の底との間の領域 L における窪み部 27が占める面積比率力切刃 5における窪み部 27が占める面積比 a

率よりも大きいのが好ましい。特に、切刃 5のすくい面 3側の終端とブレーカ面 22の底との間の領域 Lにおける窪み部 27が占める面積比率が、 10〜50%、好ましくは 25 a

〜45%であり、切刃 5における窪み部 27が占める面積比率が 2〜40%、好ましくは 2 〜15%であるのがよい。この割合で、窪み部 27が切刃 5よりすくい面 3に多く点在すると、耐摩耗性、耐欠損性により優れた工具 21となる。

[0084] 具体的には、切刃 5のすくい面 3側の終端とブレーカ面 22の底との間の領域 Lに a おける窪み部 27が占める面積比率が 10%以上であれば、すくい面 3の被削材に対する潤滑性が損なわれることなく酸ィ匕摩耗を抑制でき、 50%以下であると、被覆層 2 6の膜強度が低下して耐摩耗性が悪くなることを抑制できる。また、切刃 5における窪み部 27が占める面積比率が 2%以上であれば、切刃 5が著しく高温となって進む酸化摩耗の進行を抑制でき、 40%以下であれば、切削中の被削材の衝撃によって欠損が発生することを抑制できる。

[0085] ここで、切刃 5のすくい面 3側の終端とブレーカ面 22の底との間の領域 Lにおける a 窪み部 27が占める面積比率は、切刃 5のすくい面 3側の終端とブレーカ面 22の底との間の距離を Lとしたとき、切刃 5のすくい面 3側の終端から（1Z4) Lの距離までの

1 1

領域において測定することができる。また、切刃 5における窪み部 27は、切刃 5の中央領域にお、て測定することができる。

前記面積比率は、例えば後述するように、被覆層 26の表面を走査型電子顕微鏡（ SEM)や光学顕微鏡等により 1000〜3000倍〖こ拡大し、その画像データをデジタル化する。ついで、該画像データをコンピュータ画像処理することにより、その画像中の窪み部 27の総面積を得る。また、該画像より領域 La、切刃 5、 (1/4) Lの距離まで

1

の領域、および切刃 5の中央領域における各窪み部 27が占める面積を得、これらの面積が前記総面積に対して占める割合を算出して得ることができる。前記画像データのデジタルィ匕および該画像データのコンピュータ画像処理は、例えばプラネトロン社製の画像解析ソフト「イメージプログラフ」等を用いて行うことができる。

また、前記距離 Lは、例えば後述するように、金属顕微鏡等を用いて測定すること

1

ができる。

[0086] なお、本発明における「ブレーカ面の底」とは、ブレーカ面 22の底が平坦でな!、場合にはブレーカ面 22の最も低い位置 (ブレーカ面 22を含む断面形状にて測定する。なお、測定する断面は、すくい面から見てコーナー部に切刃がある場合にはコーナ一部の中央にて測定する。）を意味し、ブレーカ面 22の底が平坦な場合には、平坦部の中央位置を意味する。また、「切刃の中央領域」とは、図 7に示すように、すくい面 3を工具 21の厚み方向に対して直交する面と仮定したとき、該すくい面 3に対して、断面視で 45° をなす矢印 Iに示す方向から切刃 5を見た時の頂部 5aを意味する。

[0087] 切刃 5のすくい面 3側の終端とブレーカ面 22の底との間の領域 Lにおける窪み部 2 a

7の平均深さは 0. 1〜2 111、好ましくは0. 3〜1. O /z mであるのがよい。これにより、窪み部 27に切削液が効率よく保持されるので、すくい面 3の酸化摩耗を抑制することができる。すなわち、前記窪み部 27の平均深さが 0. 1 m以上であれば、すくい面 3 の酸ィ匕摩耗を抑制でき、窪み部 27の平均深さが 2 m以下であれば、被覆層 26が層剥離することを防止することができる。

[0088] 切刃 5における窪み部 27の平均深さは 0. 05〜1 μ m、好ましくは 0. 1〜0. δ μ η であるのがよい。これにより、該窪み部 27を起点とする欠損を確実に防止することができる。すなわち、前記窪み部 27の平均深さが 0. 05 m以上であれば、切屑の排出性が低下することを抑制でき、窪み部 27の平均深さが： L m以下であれば、被削材の衝撃によって欠損が発生することを抑制できる。

[0089] 窪み部 27の平均深さは、例えば後述するように、所定の被覆層 26の表面をカーボンナノチューブ等の感知レバーを使用した原子間力顕微鏡 (AFM)で 3〜6箇所測定し、その平均値を窪み部 27の平均深さとすることができる。

[0090] 被覆層 26の総膜厚は 3〜35 μ mであるのが好ましい。これにより、被覆層 26の剥離ゃチッビングの発生を抑制することができる。すなわち、前記総膜厚が 3 m以上であれば、工具 21の耐摩耗性が低下することを抑制でき、総膜厚が 35 m以内であれば、被覆層 26の耐欠損性が低下することを抑制できる。前記被覆層 26の総膜厚は、例えば後述するように、被覆層 26の断面 SEM写真力も測定することができる。なお、被覆層 26の総膜厚の望ましい範囲は 4〜20 μ mである。

[0091] すくい面 3におけるブレーカ面 22の底よりも内側の領域 Lにおける窪み部 27が占 b

める面積比率は 30〜95%、好ましくは 40〜70%であるのがよい。これにより、前記潤滑性がより向上し、すくい面 3の酸ィ匕摩耗を抑制することができる。すなわち、前記面積比率が 30%以上であれば、すくい面 3の酸ィ匕摩耗を抑制でき、前記面積比率力 95%以下であれば、被覆層 26の耐摩耗性の低下を抑制できる。

[0092] 切刃 5の中央領域における被覆層 26の表面の算術平均粗さ Raが 0. 05〜0. 4 μ m、好ましくは 0. 1〜0. 3 mであるのがよい。これにより、切屑が流れる部位が滑らかになるので、切屑の排出性が向上する。

[0093] 次に、上記で説明した第 2の実施形態に力かる工具 21の製造方法について説明する。まず、上記で説明した第 1の実施形態と同様にして、略平板状の基体 2を準備し、該基体 2の切刃 5をなす部分にブラシや砲石等を用いてホーニング処理を施し、刃先の強化処理を施した領域 14 (ホーユング部）を形成する。

[0094] 次に、ホーユング処理を施した基体 2の表面に、 CVD法にて第 1の実施形態と同様にして第 1の実施形態に力かる被覆層 6と同様の膜構成力もなる被覆層 26を被覆する。なお、被覆層 26の膜構成を、前記被覆層 6以外の膜構成とする場合には、例えば以下に示す成膜条件で各層を成膜すればよい。すなわち、例えば窒化チタン（ TiN)層を成膜するには、反応ガス組成として、塩ィ匕チタン (TiCl )ガスを 0. 1〜： LO

4

体積％、窒素 (N )ガスを 0. 1〜60体積％、残りが水素 (H )ガスカゝらなる混合ガスを

2 2

順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンノ内を 800〜： L 100°C、 5〜85kPaとすればよい。

[0095] 炭窒化チタン (TiCN)層を成膜するには、例えば反応ガス組成として、塩化チタン（ TiCl )ガスを 0. 1〜10体積⁰ /₀、窒素（N )ガスを 0. 1〜60体積⁰ /₀、メタン（CH )ガス

4 2 4 を 0〜0. 1体積⁰ /₀、ァセトニトリル (CH CN)ガスを 0. 1〜3体積⁰ /₀、残りが水素（H )

3 2 ガスカゝらなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を 800〜 110 0°C、 5〜85kPaとすれば、よ!/、。 [0096] 炭化チタン (TiC)を成膜するには、例えば反応ガス組成として、 TiClガスを 0. 1〜

4

30体積％、 CHガスを 0. 1〜20体積％、残りが Hガス力もなる混合ガスを順次調整

4 2

して反応チャンバ内に導入し、チャンノ内を 800〜： L 100°C、 5〜85kPaとすればよい。

[0097] 炭酸窒化チタン (TiCNO)層を成膜する際には、例えば反応ガス組成として、 TiCl ガスを 0. 1〜3体積⁰ /₀、 CHガスを 0. 1〜10体積⁰ /₀、 Nガスを 0. 1〜60体積⁰ /₀、 C

4 4 2

Oガスを 0. 3〜1. 2体積％、残りが Hガスカゝらなる混合ガスを順次調整して反応チ

2 2

ヤンバ内に導入し、チャンバ内を 800〜： L 100°C、 5〜85kPaとすればよい。

[0098] 酸ィ匕アルミニウム (Al O )層を成膜する際には、例えば反応ガス組成として、塩ィ匕

2 3

アルミニウム（A1C1 )ガスを 3〜20体積％、塩化水素（HC1)ガスを 0· 5〜3· 5体積％

3

、 COガスを 0· 01-5. 0体積⁰ /。、硫化水素（H S)ガスを 0〜0. 05体積⁰ /。、残りが Η

2 2

ガスカゝらなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を 900

2

〜： L 100°C、 5〜： LOkPaとすれば、よ!/、。

[0099] ついで、成膜された被覆層 26の表面を、切刃 5よりすくい面 3に窪み部 27が多く点在するように研磨加工する。すなわち、複数の窪み部 27が占める面積比率力切刃 5よりもすくい面 3において大きくなるように研磨加工する。該研磨加工は、窪み部 27 が所定の割合で点在するように研磨できる方法であればよぐ特に限定されるものではないが、本発明では、特に、下記で説明する第 1研磨加工および第 2研磨加工により行うのが好ましい。これにより、確実に窪み部 27が切刃 5よりすくい面 3に多く点在するようになる。

[0100] 具体的には、前記第 1研磨加工として、まず、少なくともすくい面 3と切刃 5における被覆層 26の表面を研磨カ卩ェし、該被覆層 26の表面に窪み部 27を点在させる。ここで、研磨加工時間は、被覆層 26の材質や工具の形状によっても異なるが、通常 10 〜500秒程度、好ましくは 30〜240秒程度で研磨するのがよい。

[0101] ついで、前記第 2研磨加工として、すくい面 3における被覆層 26にマスクをかけた状態で、切刃 5における被覆層 26のみをさらに研磨加工する。この際、切刃 5の研磨加工時間は、前記第 1研磨加工における研磨加工時間に対して 0. 1〜1. 5倍となる研磨カ卩ェ時間で研磨カ卩ェするのが好ま、。 [0102] 前記第 1および第 2研磨加工は、例えばダイヤモンド (ダイヤ）、酸ィ匕アルミニウム、炭化珪素（SiC)等の砲粒 ( # 100〜1600)を含有させたブラシを用いて研磨加工すればよい。また、前記ブラシとしては、例えばホイール型ブラシ、ドットブラシ等が挙げられる。

なお、上記した以外の構成は、上記で説明した第 1の実施形態と同様であるので、説明は省略する。

[0103] 次に、本発明の切削物の製造方法について図面を参照して詳細に説明する。図 1 0は、本発明にかかる切削物の製造方法の一例を示す説明図である。図 11は、本発明にかかる切削物の製造方法の他の例を示す斜視図である。なお、図 10,図 11においては、前述した図 1〜図 9の構成と同一または同等な部分には同一の符号を付して説明は省略する。

[0104] 本発明の切削物の製造方法は、上記で説明した工具 1 (21)の切刃 5を、被削材（切削加工される金属ワーク等）の表面に当接させる工程と、被削材および切刃を相対的に移動させ、被削材を切削して切削物を得る工程とを含むものである。具体的な加工方法としては、例えば被削材が回転する旋削加工、切削工具が回転する転削加工等が挙げられ、特に、旋削加工が好ましい。

[0105] すなわち旋削加工の場合には、図 10に示すように、工具 1 (21)は、ホルダ 30に取り付けられており、被削材 31は、該被削材 31の軸心 31aを中心に回転している。そして、工具 1 (21)の切刃 5を、被削材 31の表面に当接させながら、被削材 31および切刃 5を相対的に移動させて被削材 31を所望の形状に切削することにより、所望の切削物を得る。

[0106] また、転削加工の場合には、図 11に示すように、工具 1 (21)は、ホルダ 40に取り付けられており、該ホルダ 40の軸心 40aを中心に回転している。そして、工具 1 (21)の切刃 5を、被削材 41の表面に当接させながら、被削材 41および切刃 5を相対的に移動させて被削材 41を所望の形状に切削することにより、所望の切削物を得る。

[0107] ここで、いずれの加工方法においても、切削工具が工具 1からなる場合には、該ェ具 1が耐溶着性および耐摩耗性の両特性を充分に併せ持つので、高速切削や、乾式切削を行っても、安定して良好な加工面を有する切削物を得ることができる。また、切削工具が工具 21からなる場合には、該工具 21が被削材に対する潤滑性が高ぐかつ耐摩耗性、耐欠損性に優れているので、工具 1と同様に、安定して良好な加工面を有する切削物を得ることができる。

[0108] 以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな、。

[0109] [実施例 I]

<切削工具の作製 >

平均粒径 1. 5 mの炭化タングステン (WC)粉末 88. 5質量⁰ /₀、平均粒径 1. 2 μ mの金属コバルト (Co)粉末を 6質量％、平均粒径 2. 0 μ mの炭化チタン (TiC)粉末を 0. 5質量％、平均粒径 2. の TaC粉末を 5質量％の割合で添加して混合し、混合物を得た。

[0110] ついで、この混合物をプレス成形により切削工具形状（CNMG120408)に成形した後、脱バインダ処理を施し、 0. OlPaの真空中、 1500°Cで 1時間焼成して超硬合金を作製した。さらに、作製した超硬合金にブラシ加工にてすくい面より刃先強化処理 (ホーユング R)を施した。

[0111] 次に、上記超硬合金に対して CVD法により各種の被覆層を成膜した。具体的には、表 2に示す構成の多層膜からなる被覆層を、表 1に示す被覆条件で成膜した。そして、被覆層を被覆した後、表 2に示す研磨方法によって試料の表面を研磨して、最表面層（すなわち最外層）の層厚を表 2に記載の値に調整し、試料 No. I— 1〜9の切削工具を作製した。

[0112] 次に、上記で得た切削工具の被覆層の表面を、金属顕微鏡を用いて 1000倍の倍率で観察し、酸ィ匕アルミニウム力なる複数の第 1の相と、窒化チタン力なる第 2の相との存在を確認、すなわち被覆層（最外層）の表面において、酸ィ匕アルミニウムからなる第 1の相が複数露出し、かつ第 1の相を囲むようにして窒化チタン力もなる第 2 の相が露出した表面構成となっている力否かを確認した。ついで、その観察像を-レコネ土製の画像解析装置「ルーゼッタス FS型」にて解析し、酸ィ匕アルミニウム力もなる第 1の相の面積比率を測定した。なお、この酸ィ匕アルミニウム力もなる第 1の相の面積比率は、ブレーカ面 12およびランド面 13について各々測定した。結果は表 2に示した。

[0113] なお、表 2中の「表面構成」とは、被覆層の表面において、窒化チタン力もなる第 2 の相中に酸ィ匕アルミニウム力なる複数の第 1の相が存在する表面構成、すなわち、酸ィ匕アルミニウム力もなる第 1の相が複数散在して露出し、かつ第 1の相を囲むようにして窒化チタン力なる第 2の相が露出した表面構成のことを意味しており、「〇」は、前記表面構成となっていることを意味し、「X」は、前記表面構成になっていないことを意味している。

[0114] また、切削工具のランド面 13における最表面 (すなわち最外層の表面）の表面粗さ

(最大高さ粗さ Rz、算術平均粗さ Ra)を触針式の表面粗さ測定器にて、 JIS B0601 ' 01に準拠して触針式表面粗さ測定器を用い、カットオフ値 0. 25mm,基準長さ：0 . 8mm,走査速度： 0. ImmZ秒にて測定した。結果は表 2に示した。

[0115] さらに、得られた切削工具の被覆層を透過型電子顕微鏡 (TEM)にて 500, 000倍の倍率で観察し、 -レコ社製の画像解析装置「ルーゼッタス FS型」を用いて、最外層の表面の酸ィ匕アルミニウム粒子および窒化チタン粒子の粒径を各々測定した。具体的には、個々の粒子について面積を算出し、その平均値を同じ面積の円に換算した時の円の直径を平均粒径として算出した。結果は表 2に示した。

[0116] [表 1]

〔〕^0117

2) ( )は層厚み、〔〕は粒径を示す。単位は ji mである。

3) 最外層欄の（）の数字は、左の数字が成膜直後のすくい面の膜厚で、右の数字は研磨後のすくい面の膜厚を示す。

[0118] <耐摩耗性および耐欠損性の評価 >

上記で得られた各切削工具を用いて、下記の条件により連続切削試験を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。結果は表 3に示した。

[0119] (連続切削条件）

被削材： SCM440 円柱材

工具形状： CNMG 120408

切削速度： 350mZ分

送り速度： 0. 4mm/rev

切り込み： 2mm

切削時間：20分

切削状態:湿式切削

評価項目：金属顕微鏡にて切刃を観察し、逃げ面摩耗量'クレータ摩耗の深さを測定。また、切削時間 5分後における刃先の状態を観察した。

[0120] [表 3]

表 1〜3より、窒化チタン力もなる最外層の表面に酸ィ匕アルミニウム相が散在していなかった、すなわち窒化チタン力もなる第 2の相中に酸ィ匕アルミニウム力もなる複数の第 1の相が存在する表面構成となっていなかった試料 No. 1—7〜9では、工具摩耗の進行も早ぐ被削材の溶着や、切屑の嚙みこみによるチッビングにより、工具寿命が非常に短いものであった。そのうち、研磨力卩ェが充分でなぐ最外層の表面に、すなわち被覆層の表面にぉ、て、酸ィ匕アルミニウム力もなる相が露出して、なヽ試料 No. 1— 7および 1— 8では、酸ィ匕アルミニウムによる耐酸ィ匕性が得られないため、特に工具表面において高温となり酸ィ匕されやすいブレーカ面において摩耗が発生しやすぐその結果、これらの試料ではクレータ摩耗の値が大きなものとなった。また、最外層が全て研磨加工で除去され、被覆層の表面が酸ィ匕アルミニウムのみとなった試料 No. I— 9は、耐溶着性が不十分となり、その結果、ランド面における被削材の溶着に起因する逃げ面摩耗が、特に大きくなつた。

[0122] それに対し、最外層の表面において、窒化チタン相と酸ィ匕アルミニウム相が散在して、る、すなわち窒化チタン力もなる第 2の相中に酸ィ匕アルミニウム力もなる複数の第 1の相が存在する表面構成となっていた試料 No. I— 1〜6では、上記切削条件においてクレータ摩耗、逃げ面摩耗の耐摩耗性がともに優れ、切屑処理もよぐ切屑の嚙み込みや被削材の溶着による損傷もほとんどな力つた。

[0123] また、ランド面およびブレーカ面における酸ィ匕アルミニウム相（すなわち酸ィ匕アルミ -ゥムからなる第 1の相）の面積比率は、いずれの試料においても、ブレーカ面の方が高くなつていた。これは、各試料の製造工程に共通する、基体の作製後のブラシ加工によって施す刃先強化処理によるものと考えられる。すなわち、刃先強化処理によって、切刃近傍に存在するランド面もある程度研磨される。そのため、成膜後の研磨加工時には、ランド面とブレーカ面の表面粗さは異なり、全く研磨されていない表面の粗いブレーカ面は、成膜後の研磨加工で大きく研磨され、結果として、ブレーカ面は、ランド面よりも酸ィ匕アルミニウム相が多く露出する。すなわち、酸ィ匕アルミニウム相の表面における面積比率は、成膜前の刃先強化処理に依存するため、各試料の膜組成や表面粗さによらず、いずれの試料においてもランド面とブレーカ面での面積比率の差異は、ほぼ同等である。

[0124] また、上述した様々な研磨カ卩工手段のうち、表 2に示すようにブラシ力卩ェが好適であった。例えば、試料 No. 1— 9のバレルカ卩ェでは、最外層のほとんどを除去してしまうため、本発明の効果が得られない。そのため、研磨加工の際は、最外層の表面に、すなわち被覆層の表面において、窒化チタン相と酸ィ匕アルミニウム相が存在するように研磨加工手段および条件を選択しなければならない。また、上述の最外層の表面構成を形成することで耐摩耗性に優れるが、さらに研磨加工を施すことで被覆層表面の平滑性が向上するため、より一層耐摩耗性の向上が図れる。例えば、試料 No.

1— 7では、ブラシの突出長が 0. 3cmであるが、その結果、最大高さ粗さ Rzおよび算術平均粗さ Raはいずれも大きな値となり、表面の平滑性が乏しぐクレータ摩耗を引き起こしやすい。

[0125] [実施例 Π]

<切削工具の作製 >

平均粒径 1. 5 μ mの炭化タングステン (WC)粒子をコバルト（Co)にて結合した超硬合金力らなる CNMG120408 (ブレーカ面の底の深さは、コーナー部のノーズの中心位置にて切刃のすくい面側終端に対して 0. 5mm)形状の基体を準備した。ついで、該基体のすくい面側に、軟質榭脂部材内に砲粒を分散させたグレード 400番の砥石を載置し、 Rホーユングを施した。

[0126] 次に、 Rホーユングを施した基体の表面に、被覆層を表 4に示す被覆条件および表 5に示す組み合わせで CVD法にて被覆し、さら〖こ、該被覆層の表面を表 5に示す研磨加工条件で研磨して切削工具をそれぞれ作製した (表 5中の試料 No. II— 1〜8)

[0127] なお、前記基体は、切刃のすくい面側の終端とブレーカ面との間に表 5に示すランド面を有しており、前記ブレーカ面の底に平坦部はな力つた。被覆層の総膜厚は、被覆層の断面 SEM写真にて測定した。また、表 5中、「研磨加工」における「第 1研磨加工」とは、すくい面および切刃における被覆層表面をそれぞれ表 5に示す研磨カロェ時間で研磨加工したことを意味し、「第 2研磨加工」とは、第 1研磨加工後、すくい面における被覆層にマスクをかけた状態で、切刃における被覆層のみをさらに表 5に示す研磨加工時間で研磨加工したことを意味する。

[0128] 切刃の中央領域における被覆層表面の算術平均表面粗さ Ra、切刃の中央領域における窪み部の平均深さおよび面積比率、切刃のすくい面側の終端とブレーカ面の底との間の距離 L、切刃のすくい面側の終端から（1Z4) Lの距離までの領域にお

1 1

ける窪み部の平均深さおよび面積比率は、それぞれ下記に示す方法で測定した。

[0129] (算術平均粗さ Ra)

工具の切刃近くのランド等の平坦部における最表面 (すなわち最外層の表面）の表面粗さ（最大高さ Rz、算術平均粗さ Ra)を研磨加工前後の切刃の中央領域における被覆層表面を触針式の表面粗さ測定器にて、 JIS B0601 ' 01に準拠して触針式表面粗さ測定器を用い、カットオフ値: 0. 25mm,基準長さ： 0. 8mm,走査速度: 0 . ImmZ秒にて測定した。 3箇所測定し、その平均値で表した。その結果を、表 5に「切刃 Ra」として示した。

[0130] (切刃の窪み部の平均深さ）

切刃の中央領域における被覆層表面を、カーボンナノチューブの感知レバーを使用した原子間力顕微鏡 (AFM)で 3箇所測定し、その平均値を切刃の中央領域における窪み部の平均深さとした。その結果を、表 5の「切刃」における「窪み深さ」として示した。

[0131] (切刃の窪み部が占める面積比率）

切削工具における被覆層の表面を走査型電子顕微鏡 (SEM)により 3000倍に拡大し、その画像データをデジタルィ匕した。ついで、該画像データをブラネトロン社製の画像解析ソフト「イメージプログラフ」を用いてコンピュータ画像処理することにより、その画像中の窪み部の総面積および切刃の中央領域における窪み部の面積を得た。そして、この総面積に対して、切刃の中央領域における窪み部の面積が占める割合を算出した。その結果を、表 5の「切刃」における「窪み面積」として示した。

[0132] (距離 L )

1

金属顕微鏡を用いて、切削工具のコーナー Rの中央における断面力見たときの、切刃のすくい面側の終端とブレーカ面の底との間の距離 Lを測定した。その結果を

1

、表 5の「L Z4部」における「L」として示した。

1 1

[0133] ( (1Z4) Lにおける窪み部の平均深さ）

1

前記で測定した距離 Lより、切刃のすくい面側の終端力（1Z4) Lの距離を算出

1 1

した。ついで、該（1Z4) Lの領域における窪み部の平均深さを、前記切刃の窪み部

1

の平均深さと同様にして測定した。その結果を、表 5の「L Z4部」における「窪み深さ

1

」として示した。

[0134] ( (1/4) Lにおける窪み部が占める面積比率）

1

前記切刃の窪み部が占める面積比率と同様にして、（1Z4) Lの領域における窪

1

み部の面積を得、総面積に対して、 (1/4) Lの領域における窪み部の面積が占め

1

る割合を算出した。その結果を、表 5の「L Z4部」における「窪み面積」として示した。

1

[0135] [表 4] ^〔〕〔a

>»4ίΐι iEB7rw

( )は平均層厚みを示す。単位はである。

[0137] <耐摩耗性および耐欠損性の評価 >

上記で得た各切削工具 (表 5中の試料 No. II— 1〜8)について、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。評価方法を以下に示すと共に、その結果を表 6に示す。

[0138] (耐摩耗性の評価方法）

切削速度： 300mZ分

切込み： 2mm

送り：0. 3mmz rev

被削材： SCM440

切削状態：水溶性切削液使用

切削時間：10分

評価項目：切削加工後に金属顕微鏡にてクレータ摩耗の深さを観察した。具体的には、切削試験後の被覆層表面に発生したクレータ摩耗の深さを金属顕微鏡で測定した。なお、切削工具 3個で切削試験を行い、各工具における測定結果の平均値をクレータ摩耗深さとした。

[0139] (耐欠損性の評価方法）

切削速度： 150mZ分

切込み： 3mm

送り：0. 4mm/rev

被削材： SCM440 4本溝つき

切削状態：水溶性切削液使用

評価項目：欠損するまでの衝撃回数を測定した。具体的には、切削工具 10個で切削試験を行い、そのうち欠損が発生した数を式：（欠損した切削工具の数 Z10個） X 100に当てはめ、欠損率（％)を算出した。

[0140] [表 6]

[0141] 表 6から明らかなように、試料 No. Π— 1〜4の切削工具は、耐摩耗性おょび耐欠損性に優れているのがわかる。これに対し、試料 No. II— 5〜8の切削工具は、耐摩耗性または耐欠損性に劣る結果を示した。また、被覆層の表面について切刃のみを研磨カ卩ェした試料 No. II— 6では、研磨カ卩ェしていないすくい面における被覆層の表面が図 12に示すように全体的に凹凸のある形状となり、窪み部のある表面とはならなかった。

[0142] [実施例 III]

<切削工具の作製 >

実施例 Iと同様にして、試料 No.卜 1〜9の切削工具を作製した。これら切削工具のうち、試料 No. I— 1〜6については試料 No. II— 2の第 2研磨加工を、試料 No

. I— 7〜9については試料 No. II— 6の第 2研磨加工を、各々行った。それにより、試料 No. Ill— 1〜9の切削工具を得た。

[0143] 上記で得た切削工具について、上述の測定方法にて、各相の面積比率や窪み部の面積比率などを各々測定した。結果は、表 7に示した。

[0144] [表 7]

1 ) 「*」は、本発明の範囲外の試料を示す。

2) ( ：)は層厚み、〔：]は粒径を示す。単位は mである。

最外欄の（）の数字は、左の数字が成膜直後のすくい面の膜厚で、右の数字は研磨後のすくい面の膜厚を示す。

[0145] <耐摩耗性および耐欠損性の評価 >

[01

、すくい面および切刃における窪み部が所定の割合で点在するため、耐摩耗性および耐欠損性に非常に優れることが分かる。

[0148] 一方、試料 No. Ill— 7〜9の切削工具は、前記表面構成を有しておらず、かつ、すくい面および切刃にお、て窪み部が存在してヽな、ため、耐摩耗性おょび耐欠損性が悪ぐチッビングは膜剥離が生じてしまった。

[0149] 以上、本発明にかかるいくつかの実施形態について示した力本発明は上述した実施形態に限定されるものではなぐ本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更や改良したものにも適用できることは言うまでもな、。例えば上記で説明した実施形態では、本発明の表面被覆部材を切削工具に用いた場合について説明したが、本発明にか力る表面被覆部材の用途はこれに限定されるものではなぐ例えばフライス切削用ェ具、ドリルやエンドミルのような転削工具は勿論、パンチやダイス、スリツタのような切削用途以外の耐摩耗工具などでもその効果は大きい。すなわち、パンチ、スリツタは切削工具のランド面に相当するエッジに隣接する領域を有しており、ダイスは、被カロ工材が擦過する面を広く有して、るので、耐溶着性および耐摩耗性の両特性を併せ持つ本発明の表面被覆部材によれば、この種の工具にお!、ても優れた効果が得られる。

[0150] なお、本発明は、第 1の実施形態、第 2の実施形態に力かるそれぞれの切削工具に限定されるものではなぐ第 1の実施形態と第 2の実施形態とを組み合わせた実施形態に力かる切削工具であってもよい。該組合せの実施形態に力かる切削工具によれば、前記表面構成を有することで発揮される耐摩耗性および耐欠損性に加えて、前記窪み部を有することで切削油の保持に優れるため、潤滑性に優れ、より一層の耐欠損性の向上が図れる。したがって、湿式カ卩ェにおいて、特に優れた切削性能を発揮することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 基体と、該基体表面に形成される被覆層とを備えた表面被覆部材であり、

前記被覆層の表面は、

周期律表 4、 5、 6族金属、アルミニウムおよびシリコン力選ばれる少なくとも 1種の元素と酸素とを含有する少なくとも 1種の化合物力なる複数の第 1の相と、周期律表 4、 5、 6族金属、アルミニウムおよびシリコン力選ばれる少なくとも 1種の元素の炭化物、窒化物および炭窒化物から選ばれる少なくとも 1種の化合物力なる第

2の相とが存在していることを特徴とする表面被覆部材。

[2] 前記被覆層の表面において、前記第 2の相中に、前記複数の第 1の相が存在して

Vヽる請求項 1記載の表面被覆部材。

[3] 前記複数の第 1の相は、前記被覆層の厚み方向において、前記基体表面側でつながって!/ヽる請求項 2記載の表面被覆部材。

[4] 前記第 1の相が酸ィ匕アルミニウム力なり、前記第 2の相が窒化チタン力なる請求項 1〜3のいずれかに記載の表面被覆部材。

[5] 前記第 1の相を構成する酸ィ匕アルミニウム粒子の平均粒径は、前記第 2の相を構成する窒化チタン粒子の平均粒径よりも大きい請求項 4記載の表面被覆部材。

[6] 前記被覆層の表面において、前記第 2の相の占める面積力前記第 1の相の占める面積よりも大き、請求項 1〜5の、ずれかに記載の表面被覆部材。

[7] 前記被覆層の表面において、前記第 1の相と第 2の相との境界部にさらに第 3の相が存在し、該第 3の相が炭窒化チタン力なる請求項 4〜6の、ずれかに記載の表面被覆部材。

[8] 前記被覆層の表面における最大高さ粗さ Rzが 1. 5 μ m以下である請求項 1〜7の

V、ずれかに記載の表面被覆部材。

[9] 基体と、該基体表面に形成される被覆層とを備えた表面被覆部材の製造方法であり、

前記基体表面に、被覆層を構成する 1つの層として、周期律表 4、 5、 6族金属、アルミニゥムおよびシリコン力選ばれる少なくとも 1種の元素と酸素とを含有する少なくとも 1種の化合物力なる下部層を成膜する工程と、前記被覆層の表層として、周期律表 4、 5、 6族金属、アルミニウムおよびシリコンから選ばれる少なくとも 1種の元素の炭化物、窒化物および炭窒化物力選ばれる少なくとも 1種の化合物からなる最外層を成膜する工程と、

前記被覆層の表面において、前記最外層を構成する第 2の相中に、前記下部層を構成する第 1の相が複数露出するまで前記最外層を研磨する工程とを含むことを特徴とする表面被覆部材の製造方法。

[10] 前記下部層が酸ィヒアルミニウム層であり、前記最外層が窒化チタン層である請求項 9記載の表面被覆部材の製造方法。

[11] 前記酸ィ匕アルミニウム層を構成する酸ィ匕アルミニウム粒子の平均粒径は、前記窒化チタン層を構成する窒化チタン粒子の平均粒径よりも大きい請求項 10記載の表面被覆部材の製造方法。

[12] 前記窒化チタン層に隣接する内層として炭窒化チタン層を成膜する工程と、

前記被覆層の表面において、前記炭窒化チタン層を構成する炭窒化チタン粒子からなる第 3の相の少なくとも一部が露出するまで研磨する工程とを含む請求項 10または 11記載の表面被覆部材の製造方法。

[13] 請求項 1〜8のいずれかに記載の表面被覆部材を含んでなり、上面に形成されたすくい面と、側面に形成された逃げ面と、前記すくい面と逃げ面との交差稜線部に形成された切刃とを備え、前記すくい面が少なくとも前記被覆層の表面で構成されていることを特徴とする切削工具。

[14] 前記すくい面は、前記切刃に隣接するランド面と、該ランド面に隣接するブレーカ面とを備え、前記第 1の相の面積比率が、前記ランド面よりもブレーカ面において高い請求項 13記載の切削工具。

[15] 前記ランド面における前記第 1の相の面積比率力 0. 1〜30であり、前記ブレーカ面における前記第 1の相の面積比率が、 1〜50である請求項 13または 14記載の切削工具。

[16] 前記被覆層が化学蒸着法にて被覆され、前記被覆層の表面は複数の窪み部を有すると共に、該窪み部が占める面積比率が、前記切刃よりも前記すくい面において大き、請求項 13〜 15の、ずれかに記載の切削工具。

[17] 前記切刃のすくい面側の終端と前記ブレーカ面の底との間の領域における前記窪み部が占める面積比率力前記切刃における前記窪み部が占める面積比率よりも大きい請求項 13〜16のいずれかに記載の切削工具。

[18] 前記切刃のすくい面側の終端と前記ブレーカ面の底との間の領域における前記窪み部が占める面積比率は 10〜50%であり、前記切刃における前記窪み部が占める面積比率は 2〜40%である請求項 13〜17のいずれかに記載の切削工具。

[19] 前記切刃のすくい面側の終端と前記ブレーカ面の底との間の領域における前記窪み部の平均深さが 0. 1〜2 /ζ πιであり、前記切刃における前記窪み部の平均深さが 0. 05〜1 111でぁる請求項13〜18のぃずれかに記載の切削ェ具。

[20] 前記被覆層の総膜厚が 3〜35 μ mである請求項 13〜19のいずれかに記載の切削工具。

[21] 前記すくい面におけるブレーカ面の底よりも内側の領域における前記窪み部が占める面積比率は 30〜95%である請求項 13〜20のいずれかに記載の切削工具。

[22] すくい面と逃げ面との交差稜線部に切刃が形成された基体の表面に、被覆層をィ匕学蒸着法にて少なくとも 1層被覆した切削工具であり、前記被覆層の表面は複数の窪み部を有すると共に、該窪み部が占める面積比率は、前記切刃よりも前記すくい面において大きい切削工具。

[23] 前記すくい面はブレーカ面を有し、前記切刃のすくい面側の終端と前記ブレーカ面の底との間の領域における前記窪み部が占める面積比率力前記切刃における前記窪み部が占める面積比率よりも大きい請求項 22記載の切削工具。

[24] 前記切刃のすくい面側の終端と前記ブレーカ面の底との間の領域における前記窪み部が占める面積比率は 10〜50%であり、前記切刃における前記窪み部が占める面積比率は 2〜40%である請求項 22または 23記載の切削工具。

[25] 前記切刃のすくい面側の終端と前記ブレーカ面の底との間の領域における前記窪み部の平均深さが 0. 1〜2 /ζ πιであり、前記切刃における前記窪み部の平均深さが 0. 05〜1 111でぁる請求項22〜24のぃずれかに記載の切削ェ具。

[26] 前記すくい面におけるブレーカ面の底よりも内側の領域における前記窪み部が占める面積比率は 30〜95%である請求項 22〜25のいずれかに記載の切削工具。請求項 13〜26のいずれかに記載の切削工具の切刃を被削材の表面に当接させる工程と、前記被削材および前記切刃を相対的に移動させ、前記被削材を切削して切削物を得る工程とを含むことを特徴とする切削物の製造方法。