(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
（ａ）下部層は、少なくともＴｉの炭窒化物層を含み、かつ、３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層は、１〜２５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
上記（ａ）、（ｂ）からなる硬質被覆層を化学蒸着した表面被覆切削工具において、
上記（ａ）の下部層を構成する少なくとも１層のＴｉの炭窒化物層内部には、孔径２〜３０ｎｍの微小空孔が形成されており、上記（ａ）の下部層を構成する少なくとも１層のＴｉの炭窒化物層を、工具基体表面と平行に０．１μｍの厚み幅領域に区分し、該厚み幅領域に存在する微小空孔密度を測定した場合に、
微小空孔密度が２００〜５００個／μｍ２である厚み幅領域と、微小空孔密度が０〜２０個／μｍ２である厚み幅領域とが、下部層の層厚方向に沿って、交互に少なくとも複数領域形成されていることによって、下部層中の微小空孔密度が層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態を有することを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
上記（ａ）の下部層を構成する少なくとも１層のＴｉの炭窒化物層中の微小空孔密度が、周期０．５μｍ〜５μｍで層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態を有することを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高熱発生を伴うとともに、切れ刃に断続的・衝撃的負荷が作用する各種の鋼や鋳鉄の高速断続切削加工において、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐欠損性を備えることにより、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般に、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成された基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に、
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１層以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、化学蒸着形成された酸化アルミニウム（以下、Ａｌ２Ｏ３で示す）層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆工具が知られており、この被覆工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工に用いられていることが知られている。
【０００３】
ただ、前記被覆工具は、切れ刃に大きな負荷がかかる切削条件では、チッピング、欠損等を発生しやすく、工具寿命が短命であるという問題があるため、これを解消するために、従来からいくつかの提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、基体と接する第１層がＴｉＮ、第２層がＴｉＣＮからなる下部層において、第２層の膜厚を全膜厚に対して６０％以上で、かつ、その粒子の水平方向の平均粒径が０．３〜１．２μｍであり、垂直方向の平均粒径が水平方向の平均粒径の２．５倍以上とすることにより、被覆工具の耐剥離性、耐チッピング性、耐摩耗性を高めることが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、下部層のＴｉ化合物層として、少なくとも、柱状晶のＴｉＣＮ層を形成し、該ＴｉＣＮ層の上端から該ＴｉＣＮ層の厚さの１／５の距離の位置におけるＴｉＣＮ柱状結晶粒の水平方向の平均粒径ｄ１と、該ＴｉＣＮ層の下端から該ＴｉＣＮ層の厚さの２／５の距離の位置におけるＴｉＣＮ柱状結晶粒の水平方向の平均粒径ｄ２の比を１≦ｄ１／ｄ２≦１．３とし、さらに、ｄ１＝０．２〜１．５μｍとすることにより、耐摩耗性、耐欠損性の両方に優れ、断続切削を含む長時間の切削加工における耐欠損性と耐摩耗性の改善を図ることが提案されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、硬質被覆層として、少なくともＴｉＣＮ層とＡｌ２Ｏ３層を有する被覆工具において、該ＴｉＣＮ層は、下部ＴｉＣＮ層と上部ＴｉＣＮ層とからなり、下部ＴｉＣＮ層の膜厚ｔ１は１μｍ≦ｔ１≦１０μｍ、上部ＴｉＣＮ層の膜厚ｔ２は０．５μｍ≦ｔ２≦５μｍであって、かつ、１＜ｔ１／ｔ２≦５の関係を満足し、さらに、上部ＴｉＣＮ層のＴｉＣＮ粒子の平均結晶幅ｗ２は０．２〜１．５μｍであって、下部ＴｉＣＮ層のＴｉＣＮ粒子の平均結晶幅ｗ１はｗ２の０．７倍以下とすることによって、硬質被覆層の密着性を高め、層間剥離を防止し、断続切削加工等における耐欠損性、耐摩耗性の改善を図ることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１５７１１号公報
【特許文献２】特開平１０−１０９２０６号公報
【特許文献３】特開２００５−１８６２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年の切削加工における省力化および省エネ化の要求は強く、これに伴い、被覆工具は一段と過酷な条件下で使用されるようになってきているが、例えば、前記特許文献１〜３に示される被覆工具においても、高熱発生を伴うとともに、より一段と切れ刃に断続的・衝撃的負荷が作用する高速断続切削加工に用いられた場合には、下部層の耐機械的衝撃性、耐熱的衝撃性が十分ではないために、切削加工時の高負荷によって切れ刃にチッピング、欠損が発生しやすく、その結果、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明者らは、前述のような観点から、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に断続的・衝撃的負荷が作用する高速断続切削加工に用いられた場合でも、硬質被覆層がすぐれた衝撃吸収性を備え、その結果、長期の使用にわたってすぐれた耐チッピング性、耐欠損性を発揮する被覆工具について鋭意研究を行った結果、以下の知見を得たのである。
【００１０】
即ち、本発明者等は、被覆工具の硬質被覆層、特に、下部層を構成するＴｉ化合物のうちのＴｉの炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層の空孔分布形態について検討を進めたところ、ＴｉＣＮ層からなる硬質被覆層の下部層内に形成された微小空孔を、ＴｉＣＮ層内に均一に形成させるのではなく、規則性をもって不均質に分散させることによって、ＴｉＣＮ層の高温強度と高温硬さの低下を招くことなく、機械的、熱的な耐衝撃性を向上させることができることを見出したのである。
【００１１】
そして、前記空孔分布形態を備えるＴｉＣＮ層（以下、改質ＴｉＣＮ層という）は、例えば、以下の化学蒸着法によって成膜することができる。
【００１２】
例えば、工具基体表面に、下部層を構成するＴｉ化合物層の一つとして、ＴｉＮ層を蒸着形成した後、
（ａ）上記ＴｉＮ層の上に、ＴｉＣｌ４−ＣＨ３ＣＮ−Ｎ２−Ｈ２系反応ガスを用いてＴｉＣＮ層を蒸着形成し、
（ｂ）上記（ａ）の成膜過程で、上記反応ガスの導入を停止すると同時に、ＳＦ６系ガスを導入してＳＦ６エッチングを行い、
（ｃ）次いで、上記（ａ）の工程と上記（ｂ）の工程を繰り返し行ない、目標厚さのＴｉＣＮ層を形成する。
【００１３】
上記（ａ）〜（ｃ）によって、下部層を構成するＴｉ化合物層の一つの層として改質ＴｉＣＮ層が形成されるが、該改質ＴｉＣＮ層について走査型電子顕微鏡で表面組織観察を行うと、孔径２〜３０ｎｍの微小空孔が形成され、しかも、該微小空孔密度は、層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態を有することが確認される。
【００１４】
そして、硬質被覆層の下部層を構成するＴｉ化合物層の少なくとも一つの層として、前記空孔分布形態を有する改質ＴｉＣＮ層を蒸着形成した本発明の被覆工具は、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に断続的・衝撃的負荷が作用する鋼や鋳鉄の高速断続切削加工に用いた場合でも、硬質被覆層が耐チッピング性、耐欠損性にすぐれ、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮し得ることを見出したのである。
【００１５】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）  炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
（ａ）下部層は、少なくともＴｉの炭窒化物層を含み、かつ、３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層は、１〜２５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
上記（ａ）、（ｂ）からなる硬質被覆層を化学蒸着した表面被覆切削工具において、
上記（ａ）の下部層を構成する少なくとも１層のＴｉの炭窒化物層内部には、孔径２〜３０ｎｍの微小空孔が形成されており、上記（ａ）の下部層を構成する少なくとも１層のＴｉの炭窒化物層を、工具基体表面と平行に０．１μｍの厚み幅領域に区分し、該厚み幅領域に存在する微小空孔密度を測定した場合に、
微小空孔密度が２００〜５００個／μｍ２である厚み幅領域と、微小空孔密度が０〜２０個／μｍ２である厚み幅領域とが、下部層の層厚方向に沿って、交互に少なくとも複数領域形成されていることによって、下部層中の微小空孔密度が層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態を有することを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）  上記（ａ）の下部層を構成する少なくとも１層のＴｉの炭窒化物層中の微小空孔密度が、周期０．５μｍ〜５μｍで層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態を有することを特徴とする（１）に記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
【００１６】
本発明について、以下に詳細に説明する。  
下部層のＴｉ化合物層：
Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上のＴｉ化合物層からなる下部層は、通常の化学蒸着条件で形成することができ、それ自体が高温強度を有し、これの存在によって硬質被覆層が高温強度を具備するようになるほか、工具基体とＡｌ２Ｏ３からなる上部層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上に寄与する作用をもつことは既に良く知られているが、本発明の下部層を構成する少なくとも１層の改質ＴｉＣＮ層、すなわち、孔径２〜３０ｎｍの微小空孔が、改質ＴｉＣＮ層内で所定の分布形態で分散分布している下部層は、切れ刃が高温に曝され、しかも、機械的・熱的衝撃を受ける高速断続切削加工においても、すぐれた高温強度、高温硬さを備え、同時に、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性を発揮する。その合計平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方、その合計平均層厚が２０μｍを越えると、チッピングを発生しやすくなることから、その合計平均層厚を３〜２０μｍと定めた。
上部層のＡｌ２Ｏ３層：
上部層を構成するＡｌ２Ｏ３層が、高温硬さと耐熱性を備えることは既に良く知られているが、その平均層厚が１μｍ未満では、長期の使用に亘っての耐摩耗性を確保することができず、一方、その平均層厚が２５μｍを越えるとＡｌ２Ｏ３結晶粒が粗大化し易くなり、その結果、高温硬さ、高温強度の低下に加え、高速断続切削加工時の耐チッピング性、耐欠損性が低下するようになることから、その平均層厚を１〜２５μｍと定めた。
下部層に含まれる改質ＴｉＣＮ層の成膜：
本発明の改質ＴｉＣＮ層は、通常の化学蒸着条件で成膜するＴｉ化合物層からなる下部層の少なくとも一つの層として、成膜することができる。
例えば、通常の化学蒸着装置を用い、
反応ガス組成（容量％）：
ＴｉＣl４：４〜５％，
Ｎ２：３０〜４０％，
Ｈ２：残
反応雰囲気温度：８５０〜９５０℃、
反応雰囲気圧力：１０〜３０ｋＰａ、
の条件で所定膜厚のＴｉＮ層を蒸着形成した後、
（ａ）上記ＴｉＮ層の表面に、
反応ガス組成（容量％）：
ＴｉＣl４：１〜３％，
ＣＨ３ＣＮ：０．５〜１．５％，
Ｎ２：５〜１５％，
Ｈ２：残
反応雰囲気温度：８５０〜９３０℃、
反応雰囲気圧力：５〜２０ｋＰａ、
の条件で所定膜厚のＴｉＣＮ層を蒸着形成し
（ｂ）ついで、上記反応ガスの導入を停止し、その代わりに、５〜１０容量％のガス組成となるようにＳＦ６ガスを添加したＨ２ガスを導入し、このＳＦ６ガスにより以下の条件、即ち、
反応ガス組成（容量％）：
ＳＦ６：５〜１０％，
Ｈ２：残
反応雰囲気温度：８００〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：４〜２７ｋＰａ、
の条件で５〜３０分間ＳＦ６エッチングを行う。
（ｃ）ついで、上記ＳＦ６系ガスの導入を停止し、装置内に、上記（ａ）の反応ガスを導入し、上記（ａ）と同じ条件で、再度ＴｉＣＮ層を蒸着形成する。
【００１７】
上記（ｂ）と（ｃ）を繰り返し行ない、最終的に目標層厚の改質ＴｉＣＮ層を蒸着形成する。
【００１８】
この後、下部層として必要とするＴｉ化合物層の成膜を行い、目標層厚の下部層を形成し、この上に上部層であるＡｌ２Ｏ３層を目標膜厚となるように蒸着形成することによって、硬質被覆層を形成する。
下部層に含まれる改質ＴｉＣＮ層の空孔分布形態：
図１に、前記の化学蒸着条件で形成された本発明の下部層に含まれる改質ＴｉＣＮ層の空孔分布形態の概略模式図を示す。
【００１９】
図１に示されるように、本発明の下部層に含まれる改質ＴｉＣＮ層では、孔径２〜３０ｎｍの微小空孔が高密度で存在する領域と、微小空孔密度の低い領域とが複数領域形成され、しかも、該複数の微小空孔高密度領域と微小空孔低密度領域とは、層厚方向に沿って周期的に微小空孔密度が変化する空孔分布形態を有している。
【００２０】
図２により、更に詳細に説明する。
【００２１】
図２は、前記化学蒸着条件で形成された本発明の空孔分布形態を有する下部層に含まれる改質ＴｉＣＮ層における、層厚方向位置−微小空孔密度の相関を表す空孔分布形態図を示す。
【００２２】
この空孔分布形態図は、以下の方法で求めることができる。
【００２３】
まず、下部層を、工具基体表面と平行に０．１μｍの厚み幅領域に夫々区分し（図３において、工具基体表面に平行に引かれた複数の平行線で仕切られた区画が、０．１μｍの厚み幅領域に相当する。）、区分された各厚み幅領域に存在する孔径２〜３０ｎｍの微小空孔の数を長さ合計１０μｍにわたって測定し、走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）を用いて測定し、該０．１μｍの厚み幅領域に存在する微小空孔密度（個／μｍ２）を求め、各厚み幅領域で求められた微小空孔密度を層厚方向に沿ってグラフ化することにより、図２として示される層厚方向の空孔分布形態図を作成する。
【００２４】
そして、本発明の下部層に含まれる改質ＴｉＣＮ層の空孔分布形態によれば、該層厚方向空孔分布形態図において、微小空孔密度が極大値（２００〜５００個／μｍ２の範囲内）となる厚み幅領域と、微小空孔密度が極小値（０〜２０個／μｍ２の範囲内）となる厚み幅領域とが、下部層の層厚方向に沿って、周期的かつ交互に少なくとも複数領域形成される。
【００２５】
例えば、図２においては、微小空孔密度が極大値（２００〜５００μｍ個／μｍ２の範囲内）を示す厚み幅領域が、層厚方向に３箇所形成され、また、微小空孔密度が極小値（０〜２０個／μｍ２の範囲内）を示す厚み幅領域が、層厚方向に３箇所形成されている。
【００２６】
そして、この層厚方向の空孔分布形態図から、本発明の下部層に含まれる改質ＴｉＣＮ層では、改質ＴｉＣＮ層内部に形成された孔径２〜３０ｎｍの微小空孔の分布が、層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態が形成されていることがわかる。
【００２７】
本発明で、微小空孔密度の極大値を２００〜５００個／μｍ２の範囲内と定めたのは、微小空孔密度の極大値を２００個／μｍ２未満であると極小領域との差が小さくなりすぎて周期構造の有する特徴を十分に発揮しえなくなり、一方、５００個／μｍ２を超えると空隙率が高くなりすぎ、改質ＴｉＣＮ層の脆化とともに耐摩耗性の低下が生じるからである。
【００２８】
また、微小空孔密度の極小値を０〜２０個／μｍ２の範囲内と定めたのは、耐衝撃性に加えて改質ＴｉＣＮ層全体としての高温強度、高温硬さを維持するためには、改質ＴｉＣＮ層内に微小空孔密度が２０個／μｍ２以下の領域が必要とされるからであり、微小空孔密度の極小値が２０個／μｍ２を超えるような場合には、耐衝撃性にはすぐれたとしても、改質ＴｉＣＮ層の靭性、耐摩耗性が低下するという理由による。
【００２９】
また、本発明で、微小空孔の孔径を２〜３０ｎｍと定めたのは、改質ＴｉＣＮ層中に形成される空孔の孔径が２ｎｍ未満では、衝撃緩和効果が期待できず、一方、孔径が３０ｎｍを超えると、改質ＴｉＣＮ層の靭性低下が大きくなるためであり、改質ＴｉＣＮ層の高温強度、高温硬さを維持しつつ、断続的・衝撃的負荷に対する衝撃緩和効果を保持するためには、改質ＴｉＣＮ層内部に形成される微小空孔の孔径は２〜３０ｎｍでなければならない。
【００３０】
また、前記微小空孔の分布形態における層厚方向の周期は、０．５μｍ〜５μｍであることが望ましい。この周期が０．５μｍ未満であると改質ＴｉＣＮ層を含む下部層の靭性、耐摩耗性が低下傾向を示し、一方、前記周期が５μｍを超えると断続的・衝撃的負荷に対する改質ＴｉＣＮ層の耐衝撃性が低下してくる。
【００３１】
本発明では、硬質被覆層の下部層中の改質ＴｉＣＮ層の微小空孔密度が前記の極大値と極小値を示す厚み幅領域が周期的に交互に現出する空孔分布形態を備えていることから、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工においても、改質ＴｉＣＮ層が有する本来の高温硬さと耐熱性とを損なうことなく、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性を発揮するようになる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の被覆工具は、硬質被覆層として、少なくとも１層の改質ＴｉＣＮ層を含んだＴｉ化合物層からなる下部層とＡｌ２Ｏ３層からなる上部層を被覆形成し、かつ、下部層中の改質ＴｉＣＮ層の微小空孔密度が層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態を有していることにより、鋼や鋳鉄等の高熱発生を伴い、しかも、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工に用いた場合でも、耐チッピング性、耐欠損性にすぐれ、その結果、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮し、被覆工具の長寿命化が達成されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の空孔分布形態を有する本発明被覆工具の下部層（改質ＴｉＣＮ層）の概略模式図を示す。
【図２】本発明の空孔分布形態を有する下部層（改質ＴｉＣＮ層）についての層厚方向の微小空孔密度分布図を示す。
【図３】本発明の下部層（改質ＴｉＣＮ層）を、工具基体表面に平行に引かれた複数の（仮想）平行線で、０．１μｍの厚み幅領域に仕切り、区画した状態の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
つぎに、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００３５】
原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切刃部にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｅをそれぞれ製造した。
【００３６】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ2Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１．３ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｅを形成した。
【００３７】
つぎに、これらの工具基体Ａ〜Ｅおよび工具基体ａ〜ｅの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、
硬質被覆層の下部層として、表３に示される条件かつ表５に示される目標層厚でＴｉ化合物層を蒸着形成する。
【００３８】
ただ、Ｔｉ化合物層を形成するにあたり、そのうちの少なくとも一つの層は、表４に示す条件で、改質ＴｉＣＮ層を蒸着形成する。
【００３９】
改質ＴｉＣＮ層は、
（ａ）まず、表４に示す成膜条件でＴｉＣＮ層を形成し、
（ｂ）次いで、表４に示されるエッチング条件で、成膜したＴｉＣＮ層を所定時間ＳＦ６エッチングし、
（ｃ）上記（ａ）、（ｂ）を表６に示されるような所定膜厚の改質ＴｉＣＮ層が得られるまで繰り返し行なうことにより形成する。
所定膜厚の下部層を蒸着形成した後、硬質被覆層の上部層であるＡｌ２Ｏ３層を、表３に示される形成条件で表５に示される目標層厚で蒸着形成する。
【００４０】
上記蒸着によって、微小空孔密度が層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態を有する表６に示される改質ＴｉＣＮ層を含んだ表５に示される下部層、および、Ａｌ２Ｏ３層からなる同じく表５に示される上部層とからなる硬質被覆層を蒸着形成することにより本発明被覆工具１〜１５を製造した。
【００４１】
前記本発明被覆工具１〜１５の下部層に含まれる改質ＴｉＣＮ層について、走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）を用いて複数視野に渡って観察し、図１の概略模式図に示される空孔分布形態を観察した。
【００４２】
また、同じく走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）を用いて、前記本発明被覆工具１〜１５の下部層に含まれる改質ＴｉＣＮ層について、図３に示されるように層厚方向に０．１μｍの厚み幅領域に区分し、該厚み幅領域に存在する孔径２〜３０ｎｍの微小空孔の数を測定し、微小空孔密度（個／μｍ２）を求め、横軸を微小空孔密度（個／μｍ２）、縦軸を層厚方向深さとして、図２に示される空孔分布形態図を作成した。
【００４３】
図２において、微小空孔密度が２００〜５００個／μｍ２の間に存在する場合の微小空孔密度の最大の値を極大値Ｄｍａｘとし、一方、微小空孔密度が０〜２０個／μｍ２の間に存在する場合の微小空孔密度の最小の値を極小値Ｄｍｉｎとし、図２として作成した空孔分布形態図から、ＤｍａｘとＤｍｉｎを求め、さらに、層厚方向に沿って、周期的に現れるＤｍａｘ間の距離を微小空孔密度が変化する周期Ｃとして求めた。
【００４４】
表６に、前記極大値Ｄｍａｘ、極小値Ｄｍｉｎ及び周期Ｃの値を示す。
【００４５】
また、比較の目的で、工具基体Ａ〜Ｅおよび工具基体ａ〜ｅの表面に、表３に示される条件かつ表７に示される目標層厚で、硬質被覆層の下部層としてのＴｉ化合物層および上部層としてのＡｌ２Ｏ３層を蒸着形成することにより、表７に示すＴｉＣＮ層を有する比較被覆工具１〜１０を作製した。（比較被覆工具１〜１０では、改質ＴｉＣＮ層の形成を行っていない。）
また、表３に示される条件かつ表７に示される目標層厚で、硬質被覆層の下部層としてのＴｉ化合物層および上部層としてのＡｌ２Ｏ３層を蒸着形成するとともに、下部層の一部に、表４に示される条件でＴｉＣＮの微小空孔密度が変化する改質ＴｉＣＮ層を形成することにより、表８に示される改質ＴｉＣＮ層を含んだ表７に示す下部層およびＡｌ２Ｏ３層からなる上部層を有する比較被覆工具１１〜１５を作製した。
【００４６】
比較被覆工具１〜１０のＴｉＣＮ層及び比較被覆工具１１〜１５の改質ＴｉＣＮ層について、走査型電子顕微鏡（倍率５００００倍）を用いて、ＴｉＣＮ層の微小空孔密度を測定した。
【００４７】
比較被覆工具１〜１０については、ＴｉＣＮ層の空孔密度は層厚方向に有意な差は認められず、孔径４０〜１００ｎｍの空孔が、ほぼ０〜３個／μｍ２の密度で層内に均一に分布していた。
【００４８】
表８には、比較被覆工具１〜１０についての層厚方向全体にわたり均一に分布している微小空孔の空孔密度の値を示す。
【００４９】
比較被覆工具１１〜１５については、本発明被覆工具１〜１５の場合と同様に層厚方向にわたる空孔分布形態を求めた。
【００５０】
表８に、比較被覆工具１１〜１５について求めた極大値Ｄｍａｘ、極小値Ｄｍｉｎ及び周期Ｃの値を示す。
【００５１】
また、本発明被覆工具１〜１５及び比較被覆工具１〜１５の各構成層の層厚を、走査型電子顕微鏡を用いて測定したところ、いずれも表５〜表８に示される目標層厚と実質的に同じ平均層厚を示した。
【００５２】
【表１】
0005590335.tif 000002
【００５３】
【表２】
0005590335.tif 000003
【００５４】
【表３】
0005590335.tif 000004
【００５５】
【表４】
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【００５６】
【表５】
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【００５７】
【表６】
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【００５８】
【表７】
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【００５９】
【表８】
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つぎに、前記本発明被覆工具１〜１５及び比較被覆工具１〜１５について、表９に示す条件で切削加工試験を実施し、いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
【００６０】
表１０に、この測定結果を示した。
【００６１】
【表９】
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【００６２】
【表１０】
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表５〜１０に示される結果から、本発明の被覆工具は、硬質被覆層の下部層として、改質ＴｉＣＮ層内部に形成された微小空孔の微小空孔密度が層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態を有していることにより、鋼や鋳鉄等の高熱発生を伴い、しかも、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工に用いた場合でも、耐チッピング性、耐欠損性にすぐれ、その結果、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮することが明らかである。
【００６３】
これに対して、下部層のＴｉＣＮ層内の空孔分布がほぼ均一ある比較被覆工具１〜１０については、高熱発生を伴い、しかも、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工に用いた場合、チッピング、欠損等の発生により短時間で寿命にいたることが明らかであり、また、本発明範囲外の微小空孔密度が層厚方向に沿って周期的に変化する空孔分布形態を有する比較被覆工具１１〜１５について本発明の被覆工具に比べて、耐摩耗性の点で劣ることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
前述のように、本発明の被覆工具は、例えば、鋼や鋳鉄等の高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性を発揮し、使用寿命の延命化を可能とするものであるが、高速断続切削加工条件ばかりでなく、高速切削加工条件、高切込み，高送りの高速重切削加工条件等で使用することも勿論可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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