(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも工具作用点に立方晶窒化硼素焼結体を用いた立方晶窒化硼素焼結体工具であって、
前記立方晶窒化硼素焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素の割合をＸ体積％とし、前記立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導率をＹ（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、以下の式（Ｉ）と、式（ＩＩ）または式（ＩＩＩ）のいずれか一方とを満たし、
２０≦Ｘ≦９８  ・・・（Ｉ）
Ｙ≦０．６×Ｘ＋３（ただし式中、２０≦Ｘ＜８８）  ・・・（ＩＩ）
Ｙ≦５．８×Ｘ−４５５（ただし式中、８８≦Ｘ≦９８）  ・・・（ＩＩＩ）
前記立方晶窒化硼素焼結体は、前記立方晶窒化硼素に加え、結合相を含有し、
前記結合相に用いられる組成は、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ、ＺｒおよびＣｒからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素の炭化物、硼化物、炭窒化物、酸化物またはこれらの相互固溶体の少なくとも１種とＡｌとの化合物である、立方晶窒化硼素焼結体工具。
【請求項２】
少なくとも工具作用点に立方晶窒化硼素焼結体を用いた立方晶窒化硼素焼結体工具であって、
前記立方晶窒化硼素焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素の割合をＸ体積％とし、前記立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導率をＹ（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、以下の式（ＩＩ’）を満たす、立方晶窒化硼素焼結体工具。
Ｙ≦０．５×Ｘ＋１（ただし式中、６０≦Ｘ＜８８）  ・・・（ＩＩ’）
【請求項３】
前記立方晶窒化硼素焼結体は、前記立方晶窒化硼素と前記結合相とに加え、断熱相を含有し、
前記断熱相は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、およびＣｒからなる群より選択される１種以上の元素と、Ｎ、Ｃ、Ｏ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素とからなる第１化合物を１種以上含み、
前記第１化合物は、前記立方晶窒化硼素焼結体中に１質量％以上２０質量％以下含まれ、かつ１００ｎｍ未満の平均粒子径を有する、請求項１に記載の立方晶窒化硼素焼結体工具。
【請求項４】
前記第１化合物は、５０ｎｍ未満の平均粒子径を有する、請求項３に記載の立方晶窒化硼素焼結体工具。
【請求項５】
前記断熱相は、その一部として未焼結の領域を０．０１体積％以上３体積％以下含む、請求項３に記載の立方晶窒化硼素焼結体工具。
【請求項６】
前記第１化合物は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、およびＣｒからなる群より選択される１種以上の元素の窒化物、炭化物、および炭窒化物に対し、酸素および硼素のいずれか一方もしくは両方が０．１質量％以上１０質量％以下固溶した化合物である、請求項３に記載の立方晶窒化硼素焼結体工具。
【請求項７】
前記断熱相は、前記第１化合物に加え、Ｗおよび／またはＲｅと、Ｎ、Ｃ、Ｏ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素とからなる第２化合物を１種以上含み、
前記第２化合物は、前記立方晶窒化硼素焼結体中に０．１質量％以上２質量％以下含まれる、請求項３に記載の立方晶窒化硼素焼結体工具。
【請求項８】
前記立方晶窒化硼素は、平均粒子径が１μｍ以下の立方晶窒化硼素粒子からなる、請求項１に記載の立方晶窒化硼素焼結体工具。
【請求項９】
前記立方晶窒化硼素粒子は、その表面が被覆層に覆われており、
前記被覆層は、その平均層厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、請求項１に記載の立方晶窒化硼素焼結体工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、立方晶窒化硼素焼結体工具に関し、特に耐摩耗性および耐欠損性に優れる立方晶窒化硼素焼結体工具に関する。
【背景技術】
【０００２】  材料の切削に際しては被削材料に適した切削工具および切削方法が選択される。切削加工において長寿命化を達成するためには、いかに切削時の刃先温度を抑制できるかが重要であり、熱伝導率に優れる工具材料が重用されている。一般に、熱伝導率に優れるダイヤモンド焼結体や立方晶窒化硼素（「ｃＢＮ」と記すこともある）焼結体などの超高圧焼結体工具を用いた切削加工においても、高速条件や、大切り込み、高送り条件での高能率条件では、刃先温度の上昇により、被削材の拡散や、酸化などの化学的な摩耗が発達する。このような摩耗を抑制する方策として、低速条件への変更、工具刃先の楔角の低減によって切削抵抗を抑制すること、またはクーラントの切削点への吐出によって切削点を冷却することなどが行なわれている。【０００３】  たとえば、難削材の切削加工におけるさらなる長寿命化の方策として、特開２００９−０４５７１５号公報（特許文献１）では、刃先の少なくとも切削に関与する部分に熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の放熱性が高い超高圧焼結体材料を適用した切削工具を用いる。そして、かかる切削工具の刃先を高圧クーラントで冷却しながら加工を行なうことにより、切削熱による刃先の温度上昇が抑える発明が開示されている。【０００４】  一方、たとえばガラスやセラミックス、超硬、鉄系焼結合金難削材料などの脆性難削材の切削加工では、高速条件で切削を行なうことや、レーザーアシストにより被削材の切削点の温度を上昇させることにより、被削材を軟化させるか、もしくは切り屑の生成メカニズムを脆性モードから延性モードへ変化させて、良好な加工面を達成させることが提案されている。【０００５】  しかしながら、原理的には工具刃先が高温に曝され、かつ急冷もされることから刃具が劣化しやすく、チッピングや突発的な欠損が生じやすくなる。また工作機械にも、主軸回転数の制約や、高価なレーザー装置の設置が必要などの問題が生ずる。【０００６】  ｃＢＮ焼結体は、主にＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｃｏ、およびＡｌを主成分とする結合相によりｃＢＮ粒子を結合させたものである。ｃＢＮ粒子は、ダイヤモンドに次ぐ硬度および熱伝導率を有し、かつセラミックス材料よりも靱性に優れた材料である。このため、ｃＢＮ粒子を８０体積％以上含有するような高ｃＢＮ含有率のｃＢＮ焼結体は、耐塑性変形性、耐欠損性等の特性が優れている。【０００７】  このような特性を有するｃＢＮ焼結体を用いたｃＢＮ焼結体工具は、従来の超硬工具等の工具材料に比し、化学的な安定性が優れていること、鉄との親和性が低いこと、長寿命であること、材料的に高硬度であるため加工の能率が高いこと等の点で優れており高く評価されている。このような高性能のｃＢＮ焼結体工具は、Ｎｉ基系および鉄系の高硬度難削材の切削加工の用途、冷間鍛造用のパンチ用工具の塑性加工の用途等において従来から用いられてきた工具を置換してきた。【０００８】  ここで、切削加工とは、被削材を局部的にせん断かつ破砕し、切屑を削り出しながら所望の寸法形状の品物を機械加工することをいう。一方、塑性加工とは、加工物に力を加えて変形させて、所定の形状および寸法の製品に成形加工することをいう。ちなみに、塑性加工は、切屑が発生しないとい���点で切削加工とは異なる。【０００９】  ｃＢＮ焼結体工具は、上述のように優れた特性を有することから、切削加工および塑性加工のいずれの用途でも、突発的な欠損が生じにくいというメリットがあり、極めて好適に用いられる。【００１０】  従来のｃＢＮ焼結体工具として、たとえば特開平０７−２９１７３２号公報（特許文献２）および特開平１０−１５８０６５号公報（特許文献３）では、ｃＢＮ焼結体に含まれるＡｌ等の金属、酸素等を不純物として捉えている。そして、当該不純物の混入を極力低減してｃＢＮ粒子の混合比率を高めることにより、ｃＢＮ焼結体の硬度および靭性を向上させるという技術が開示されている。【００１１】  また、ｃＢＮ焼結体工具は、高硬度、高靭性に加え、高熱伝導性を有することが高性能であると考えられ、通説とされてきた。この通説に倣い、特開２００５−１８７２６０号公報（特許文献４）および国際公開第２００５／０６６３８１号パンフレット（特許文献５）では、高純度のｃＢＮ粒子の熱伝導率が高いことを利用して、高純度のｃＢＮ粒子を高濃度に含むｃＢＮ焼結体を用いることが提案されている。これにより硬度および靭性に加え、熱伝導性をも向上させたｃＢＮ焼結体工具とすることができる。このようなｃＢＮ焼結体工具は、低延性の材料を塑性加工する場合にも、特に、鉄系焼結合金を切削加工する場合にも欠損が生じにくく、耐摩耗性にも優れるため、好適に使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−０４５７１５号公報
【特許文献２】特開平０７−２９１７３２号公報
【特許文献３】特開平１０−１５８０６５号公報
【特許文献４】特開２００５−１８７２６０号公報
【特許文献５】国際公開第２００５／０６６３８１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】  しかし、高ｃＢＮ含有率のｃＢＮ焼結体工具を、最近の低延性の特性を有する難削材料の切削加工に適用した場合、ｃＢＮ焼結体が高熱伝導性を有するため、切削加工時に加工部で生じる摩擦熱がｃＢＮ焼結体側に拡散する。このため、高温を維持したまま切削加工を進めることができず、切削効率が著しく劣るという問題があった。【００１４】  すなわち、ｃＢＮ焼結体成分が８０体積％以上の高ｃＢＮ含有率焼結体は耐欠損性に優れているが、同時に高い熱伝導率を有するため、加工により生じる摩擦熱がｃＢＮ焼結体から逃げてしまう。このため、加工で生じる熱が被削材に十分に伝導しないことにより被削材が軟化しなくなり、工具に負荷がかかり、耐欠損性の高いｃＢＮ焼結体工具といえども、欠損が生じる。【００１５】  特に、鉄系焼結合金の切削では、その低延性により、被削材の温度が不十分な切削環境においては、せん断がスムーズに進行せず、加工面にむしれが発生し、面粗度が悪化する問題がある。面粗度を向上させるために、切削速度を速める、すなわち被削材の温度を高めると、摩耗が急速に進展し満足のいく工具寿命が得られない。また、高温硬度に優れるＮｉ基に代表される超耐熱合金をせん断切削加工する場合、または被削材に相応の加工熱が流入した場合にも、高温硬度に優れる特性により、被削材が軟化しにくいため、ｃＢＮ焼結体に欠損が生じやすい。【００１６】  このようなｃＢＮ焼結体に生じる欠損は、ｃＢＮ粒子自身の強度不足による破砕や、ｃＢＮ粒子間の結合力不足によるｃＢＮ粒子の脱落の集積といった、機械的な損傷メカニズムを主要因とするものと推定される。【００１７】  ところで、ｃＢＮ焼結体工具は、塑性加工においてもさらなる高性能化が求められている。すなわち、塑性加工においては、加工物が高性能化していることに伴い、高硬度かつ低延性の特性を有する難加工材料を塑性加工する場合に冷間鍛造で加工すると、加工物に亀裂や割れ等の不良が発生しやすい。このことから、温間鍛造、熱間鍛造等のように加工物を４００℃以上１０００℃以下に加熱することにより、加工物の硬度を下げるとともに延性を高めた上で塑性加工する必要がある。しかし、温間鍛造、熱間鍛造等で塑性加工する場合、加工部で生じる摩擦熱により加工部の温度は冷間鋳造で加工するとき以上に高くなり、その高温による影響のため工具に負荷がかかり、結果として工具の寿命が極めて短いものとなっていた。【００１８】  また、０．５質量％以上の炭素量を含有する鋼材料の塑性加工は、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率が高いことにより、加工熱がｃＢＮ焼結体工具に急速に流出し、加工物が急冷されることとなり、マルテンサイト組織や残留オーステナイトを有する脆性層が生成される。これにより加工物の材料強度および疲労強度が劣化しやすいという問題もある。【００１９】  加工物の急冷を防ぐためにｃＢＮ含有率を８０体積％未満にすると、熱伝導率が比較的低くなることにより、加工熱がｃＢＮ焼結体工具に流出されにくくなる。このため、加工物の急冷を抑制することができる。しかし、ｃＢＮ粒子よりも強度および靭性に劣る結合相が相対的に多くなるため、ｃＢＮ焼結体工具が早期に欠損する問題がある。【００２０】  このようにｃＢＮ��子の含有率を増減させるというアプローチでは、工具の硬度を高めることと工具の熱伝導性を低下させることとがトレードオフの関係にあり、両者を満足させることは困難であった。【００２１】  本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導性を低く保つことと、工具の硬度を向上させることとを両立させることにより、立方晶窒化硼素焼結体の硬度を切削加工時の被削材の硬度よりも大幅に高く保ち、もって上記の切削加工および塑性加工のいずれの用途においても、安定して長寿命を実現することができる立方晶窒化硼素焼結体工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】  本発明者らは、上述の切削加工および塑性加工の用途における要求特性を解明した上で、材料開発を進めた。その結果、ｃＢＮ焼結体の作製時に２０体積％以上９８体積％以下のｃＢＮ成分を含んだ上で、結合相の成分にＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ等の超微粒の金属間化合物粉末を添加することにより、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、およびＣｒからなる群より選択される１種以上の元素と、Ｎ、Ｃ、Ｏ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素とからなる化合物であって、その平均粒子径が１００ｎｍ未満のものが熱伝導性を低下させる断熱相となることを見い出した。さらに、熱伝導率に優れるｃＢＮ粒子を、平均膜厚が１００ｎｍ未満の金属成分からなる被覆層によって被覆した上で、結合相成分と混合することにより、焼結時に被覆層がＮ、Ｃ、Ｏ、およびＢと金属間化合物を形成する。この金属間化合物が、熱伝導を妨げる役割をし、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率を効果的に低下させることを見い出した。【００２３】  加えて、上記の超微粒化合物の各成分は焼結性に劣るため、超高圧焼結時にｃＢＮ焼結体の一部に未焼結の領域が点在することになる。その結果、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率を低下させることができるとの知見が得られ、この知見に基づき、さらに鋭意検討を重ねた。これにより切削性能を飛躍的に高める熱伝導率とｃＢＮの割合との関係を見い出し、ついに本発明のｃＢＮ焼結体工具を完成した。【００２４】  すなわち、本発明の立方晶窒化硼素焼結体工具は、少なくとも工具作用点に立方晶窒化硼素焼結体を用いたものであって、該立方晶窒化硼素焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素の割合をＸ体積％とし、立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導率をＹ（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、以下の式（Ｉ）と、式（ＩＩ）または式（ＩＩＩ）のいずれか一方とを満たすことを特徴とする。【００２５】  ２０≦Ｘ≦９８  ・・・（Ｉ）  Ｙ≦０．６×Ｘ＋３（ただし式中、２０≦Ｘ＜８８）  ・・・（ＩＩ）  Ｙ≦５．８×Ｘ−４５５（ただし式中、８８≦Ｘ≦９８）  ・・・（ＩＩＩ）  本発明の立方晶窒化硼素焼結体工具は、少なくとも工具作用点に立方晶窒化硼素焼結体を用いたものであって、該立方晶窒化硼素焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素の割合をＸ体積％とし、立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導率をＹ（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、以下の式（ＩＩ’）とを満たすことを特徴とする。【００２６】  Ｙ≦０．５×Ｘ＋１（ただし式中、６０≦Ｘ＜８８）  ・・・（ＩＩ’）  また、立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素に加え、断熱相と、結合相とを含有し、該断熱相は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、およびＣｒからなる群より選択される１種以上の元素と、Ｎ、Ｃ、Ｏ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素とからなる第１化合物を１種以上含み、該第１化合物は、立方晶窒化硼素焼結体中に１質量％以上２０質量％以下含まれ、かつ１００ｎｍ未満の平均粒子径を有することが好ましい。上記の第１化合物は、５０ｎｍ未満の平均粒子径を有することが好ましい。また、断熱相は、その一部として未焼結の領域を０．０１体積％以上３体積％以下含むことが好ましい。【００２７】  第１化合物は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎ��、およびＣｒからなる群より選択される１種以上の元素の窒化物、炭化物、および炭窒化物に対し、酸素および硼素のいずれか一方もしくは両方が０．１質量％以上１０質量％以下固溶した化合物であることがより好ましい。【００２８】  断熱相は、第１化合物に加え、Ｗおよび／またはＲｅと、Ｎ、Ｃ、Ｏ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素とからなる第２化合物を１種以上含み、該第２化合物は、立方晶窒化硼素焼結体中に０．１質量％以上２質量％以下含まれることが好ましい。【００２９】  立方晶窒化硼素は、平均粒子径が１μｍ以下の立方晶窒化硼素粒子からなることが好ましく、立方晶窒化硼素粒子は、その表面が被覆層に覆われており、該被覆層は、その平均層厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】  本発明の立方晶窒化硼素焼結体工具は、上記の構成を有することにより、立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導性を低く保つことと、工具の硬度を向上させることとを両立することができる。これにより上記の切削加工および塑性加工のいずれの用途においても、安定して長寿命な立方晶窒化硼素焼結体工具を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００３１】  以下、本発明の立方晶窒化硼素焼結体工具の各構成についてさらに説明する。  ＜立方晶窒化硼素焼結体工具＞  本発明の立方晶窒化硼素焼結体工具は、少なくとも工具作用点にｃＢＮ焼結体を用いる構成を有する。具体的には、本発明のｃＢＮ焼結体工具は、工具シャンク部に防振耐熱板を介してｃＢＮ焼結体が固定されている構成を有していてもよいし、超硬合金からなる基材に接合層を介してｃＢＮ焼結体が固定されている構成を有していてもよい。このような構成を有する本発明のｃＢＮ焼結体工具は、鉄系焼結合金、難削鋳鉄、焼入鋼等の機械加工において特に有効に用いることができる他、これら以外の一般的な金属の各種加工においても好適に用いることができる。ここで、「工具作用点」とは、ｃＢＮ焼結体工具の表面のうちの加工物と接触する部分を意味する。なお、工具シャンク部および防振耐熱板については後述する。
【００３２】  本発明のｃＢＮ焼結体工具を切削加工の用途に用いる場合、たとえばドリル、エンドミル、フライス加工用または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、またはクランクシャフトのピンミーリング加工用チップ、ガラス基板切断用切り駒、光ファイバーカッター等として極めて有用に用いることができる。
【００３３】  一方、本発明のｃＢＮ焼結体工具を塑性加工の用途に用いる場合、たとえばパンチプレス金型、ダイス用金型、摩擦圧接、摩擦攪拌接合用工具等として極めて有用に用いることができる。そして、塑性加工では、たとえばエンジン部品、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）、ＨＤＤヘッド、キャプスタン、ウェハーチャック、半導体搬送用アーム、自動車駆動系部品、カメラ用ズームレンズシールリングの成型に用いられる。
【００３４】  ＜立方晶窒化硼素焼結体＞  本発明のｃＢＮ焼結体は、立方晶窒化硼素に加え、断熱相と結合相とを含有することが好ましい。熱伝導率の高い立方晶窒化硼素間に断熱相の成分を配置することにより、ｃＢＮ焼結体の熱伝導性を低下させることができ、以下の式（Ｉ）と、式（ＩＩ）または式（ＩＩＩ）のいずれか一方とを満たすようにすることができる。
【００３５】  すなわち、立方晶窒化硼素焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素の割合をＸ体積％とし、立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導率をＹ（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、  ２０≦Ｘ≦９８  ・・・（Ｉ）  Ｙ≦０．６×Ｘ＋３（ただし式中、２０≦Ｘ＜８８）  ・・・（ＩＩ）  Ｙ≦５．８×Ｘ−４５５（ただし式中、８８≦Ｘ≦９８）  ・・・（ＩＩＩ）  このようなｃＢＮ焼結体を用いたｃＢＮ焼結体工具を用いて切削加工または塑性加工すると、加工時に生じる摩擦熱およびせん断熱がｃＢＮ焼結体工具に伝導するよりも加工物に伝導する。これにより加工物が軟化しやすくなり、ｃＢＮ焼結体工具の刃先にかかる負荷を低減し、以ってｃＢＮ焼結体工具に摩耗および欠損を発生しにくくすることができる。
【００３６】  ｃＢＮ焼結体に含まれるｃＢＮの割合（Ｘ）を高めると、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率（Ｙ）の上限値は上昇する。そして、上記式（ＩＩ）および（ＩＩＩ）中のＸの係数は、いずれも実験的に定められた正の数値であり、ｃＢＮの割合を増やしたときの、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率の上限値の上昇率を示している。すなわち、ｃＢＮ焼結体に含まれるｃＢＮの含有量を高めるほど、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率が上昇し、切削時に発生する切削熱の刃先側に配分される割合が高まる。このため、刃先と接触する被削材の温度の上昇が抑制され、被削材の硬度の低下が抑制されるというデメリットがあるが、これと同時にｃＢＮ焼結体の硬度が高められるというメリットがある。このデメリットとメリットが相殺されるバランスに基づいて、ｃＢＮの割合（Ｘ）の係数が定められる。
【００３７】  ここで、ｃＢＮ粒子の含有率（Ｘ）が８８体積％前後において、Ｘの係数が０．６から５．８へと格段に大きくなるが、これは、ｃＢＮ粒子の含有率が８８体積％以上になると、ｃＢＮ粒子同士が接触し始めてｃＢＮ粒子同士が結合することにより、ｃＢＮ焼結体の強度を向上させる効果が顕著になることによるものである。
【００３８】  Ｘが２０体積％未満であると、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率を低くするというメリットを享受できるが、それよりもｃＢＮ粒子の含有量が低くなることによる硬度の低下のデメリットが大きくなる。一方、Ｘが９８体積％を超えると、ｃＢＮ粒子の含有量を高めたことによる硬度向上のメリットよりも、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率が高くなることによるデメリットが大きく、被削材に切削熱が流入されにくくなる。
【００３９】  Ｘが２０体積％以上８８体積％未満のときに、Ｙ＞０．６×Ｘ＋３となる場合、またはＸが８８体積％以上９８体積％以下のときに、Ｙ＞５．８×Ｘ−４５５となる場合、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率が向上することに伴い、加工物の温度上昇を抑えられる。このため、ｃＢＮ焼結体が高温となったときの硬度に対して、切削時の被削材の硬度の低下が不十分となり、刃先に欠損が生じたり、被削材の面粗度が悪化したりする。
【００４０】  このようにｃＢＮ焼結体の熱伝導率と、ｃＢＮ粒子の含有率とを上記の範囲に設定することにより、切削性能が向上するとともに、被削材の加工面の面粗度を改善することができる。これは、切削時の被削材の軟化による硬度低下に加え、ｃＢＮ焼結体を高温にしたときの硬度が十分高いことにより、工具作用点における被削材のせん断をスムーズに進行し、以って加工面にむしれ等が生成されにくく、優れた加工面を得ることができることによるものと推定される。
【００４１】  また、本発明の立方晶窒化硼素焼結体工具は、少なくとも工具作用点に立方晶窒化硼素焼結体を用いたものであって、該立方晶窒化硼素焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素の割合をＸ体積％とし、立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導率をＹ（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、以下の式（ＩＩ’）を満たすことを特徴とする。
【００４２】  Ｙ≦０．５×Ｘ＋１（ただし式中、６０≦Ｘ＜８８）  ・・・（ＩＩ’）  かかる式（ＩＩ’）を満たす立方晶窒化硼素焼結体は、ｃＢＮ粒子の含有量と断熱相の含有量とのバランスが極めて良好であり、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率が低く、かつ高温での硬度が高いものである。このようにｃＢＮ焼結体の熱伝導率が低いことにより被削材に切削熱が流入されて被削材の硬度を低下させるとともに、ｃＢＮ粒子の含有量が高いことによりｃＢＮ焼結体の硬度が高められる。これらの効果が相俟って極めて長寿命のｃＢＮ焼結体工具を作製することができる。
【００４３】  ここで、工具作用点におけるｃＢＮ焼結体の最低厚みは、２ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは３ｍｍ以上である。工具作用点におけるｃＢＮ焼結体の最低厚みが２ｍｍ未満の場合、その摩耗幅が２ｍｍを超えたときに工具シャンク部で加工することになり極端に寿命が低下する。ここで「最低厚み」とは、ｃＢＮ焼結体の最も薄い部分の厚みをいう。
【００４４】  工具作用点は、１μｍ以上２０μｍ以下の面粗さＲｚであることが好ましい。Ｒｚが１μｍ未満では、工具作用点における摩擦熱が発生しにくくなり、作用点での被削材の温度が十分に上がらないことにより、欠損が発生しやすくなる場合がある。一方、Ｒｚが２０μｍを超えると、加工時に加工物の成分が刃先に溶着しやすくなり、加工物の面粗さが悪化する場合がある。工具寿命を向上し、かつ加工物の面粗さを良好にするという観点から、Ｒｚは１．５μｍ以上１０μｍ以下であることがより好ましく、さらに好ましくは、２μｍ以上５μｍ以下である。なお、本発明において、面粗さＲｚは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１で定めされた１０点平均粗さであり、表面粗さ測定機（ＳＵＲＦＣＯＭ  ２８００Ｅ（株式会社東京精密製））を用いて得られた測定値を採用する。
【００４５】  ＜立方晶窒化硼素焼結体＞  本発明において、立方晶窒化硼素はｃＢＮ焼結体中に２０体積％以上９８体積％以下含まれることを特徴とする。ここで、ｃＢＮ焼結体中のｃＢＮが２０体積％未満の場合、耐摩耗性が不足し、９８体積％を超えると、相対的に結合相が少なくなり接合強度が低下する。耐摩耗性と接合強度のバランスから、ｃＢＮの含有率は６０体積％以上８８体積％未満とすることがより好ましい。
【００４６】  ここで、ｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒子と断熱相を構成する第１化合物の原料粉末と結合相を構成する原料粉末とを含んだ上で焼結することにより製造されることが好ましい。材料強度を高め、かつ熱伝導率を低下させる効果を強めるという観点から、ｃＢＮ粒子の平均粒子径は小さいことがより好ましく、ｃＢＮ粒子は、１μｍ以下の平均粒子径であることが好ましい。また、ｃＢＮ焼結体の靭性を損なわないようにするという観点から、ｃＢＮ粒子の平均粒子径は、０．１μｍ以上であることが好ましい。材料強度、熱伝導率、および靭性のバランスの観点からは、ｃＢＮ粒子の平均粒子径が０．２μｍ以上０．５μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４７】  また、ｃＢＮ粒子の表面を被覆層で被覆した被覆ｃＢＮ粒子を用いることが好ましい。被覆ｃＢＮ粒子は、被覆層により熱伝導率が高いｃＢＮ粒子同士が接触しにくくなり、もってｃＢＮ焼結体の熱伝導率の向上が抑制される。
【００４８】  ｃＢＮ粒子を被覆する被覆層は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、およびＣｒからなる群より選択される１種以上の元素と、Ｎ、Ｃ、Ｏ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素とからなる第３化合物を１種以上含み、断熱相としての効果を示すものである。ここで、第３化合物は、第１化合物で例示した組成と同一の組成のものを用いることができる。このような被覆層は、ＰＶＤスパッタリング法によりｃＢＮ粒子の表面上に形成されることが好ましく、その平均層厚は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。なお、被覆層の平均層厚は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：transmission  electron  microscope）、二次電子顕微鏡、または反射電子顕微鏡により得られた画像から１０箇所の被覆層の層厚を計測し、それにより得られた値を平均した値を採用する。
【００４９】  ＜結合相＞  本発明において、ｃＢＮ焼結体に含まれる結合相（結合材とも呼ばれる）は、ｃＢＮ粒子同士を結合する作用を示すものであって、ｃＢＮ焼結体の結合相として知られる従来公知の組成の結合相をいずれも採用することができる。結合相に用いられる組成としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｚｒ、およびＣｒからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素と、Ｎ、Ｃ、Ｏ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素と、Ａｌとの化合物であることが好ましく、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｚｒ、およびＣｒからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素の炭化物、硼化物、炭窒化物、酸化物、またはこれらの相互固溶体の少なくとも一種とＡｌとの化合物であることがより好ましい。これにより鉄系焼結合金、および鋳鉄の機械加工で、特に良好な耐摩耗性を得ることができる。
【００５０】  ＜断熱相＞  本発明において、断熱相はｃＢＮ焼結体中に点在することにより、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率を低下させることができ、以って加工時に生じる熱がｃＢＮ焼結体工具に伝導しにくく加工物への伝導が促進される。このような断熱相は、焼結性に劣る材料からなり、具体的には、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、およびＣｒからなる群より選択される１種以上の元素と、Ｎ、Ｃ、Ｏ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素とからなる第１化合物を１種以上含み、該第１化合物は、ｃＢＮ焼結体中に１質量％以上２０質量％以下含まれ、かつ１００ｎｍ未満の平均粒子径を有することが好ましい。第１化合物が１質量％未満であると、立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導率を低下させる効果が十分に得られず、加工物への熱の伝導が促進されない。また、第１化合物が２０質量％を超えると、焼結が不十分となり、立方晶窒化硼素焼結体の硬度が低下するという問題がある。また、第１化合物の平均粒子径が１００ｎｍ以上であると、立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導率を下げる効果が小さく、本発明の効果を得ることができない。立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導率を低下させるという観点からは、第１化合物の平均粒子径が５０ｎｍ未満であることが好ましい。
【００５１】  このような断熱相は、ｃＢＮ焼結体中に未焼結の領域として第１化合物を含むことが好ましい。本発明における「未焼結の領域」とは、断熱相とｃＢＮ粒子との界面に形成される焼結によって生じる粒状、または微細な層状の反応物が存在しない粒界・界面付近の領域、および該領域に接する粒子を含む領域をいう。このような未焼結の領域は、ｃＢＮ焼結体に対し０．０１体積％以上３体積％以下含まれることが好ましい。未焼結の領域が０．０１体積％未満であると、断熱相としての効果を十分に得ることができないため好ましくなく、３体積％を超えると、ｃＢＮ焼結体の強度が低下するため好ましくない。
【００５２】  なお、第１化合物が未焼結の領域となる詳細のメカニズムは明らかになっていないが、おそらくｃＢＮ粒子と、第１化合物の原料粉末と、結合相を構成する原料粉末とを混合して超高圧焼結する際に、第１化合物の原料粉末の平均粒子径が結合相を構成する原料粉末の平均粒子径よりも小さいことによるものと考えられる。すなわち、平均粒子径が小さい第１化合物の原料粉末への圧力が十分に伝達されずに、断熱相とその周囲の結合相およびｃＢＮ粒子との界面に微細な層状の未焼結の領域が形成されるものと推測される。
【００５３】  なおまた、本発明において、未焼結の領域は、エネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＸ：Energy  Dispersive  X-ray  spectroscopy）付のＴＥＭ、オージェ電子顕微鏡、または二次電子顕微鏡を用いて、断熱相とｃＢＮ成分との両方の元素を同時に検出する領域が本質的に存在しない粒界に接する粒子が占有する領域により確認することができる。また、ｃＢＮ焼結体に占める未焼結の領域の体積％は、ｃＢＮ焼結体を一の面で切断したときの切断面の面積に対し、未焼結の領域が占める面積の比率に基づいて算出する。
【００５４】  上記の第１化合物は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、およびＣｒからなる群より選択される１種以上の元素の窒化物、炭化物、および炭窒化物に対し、酸素および硼素のいずれか一方もしくは両方が０．１質量％以上１０質量％以下固溶した化合物であることが好ましく、０．２質量％以上７質量％以下固溶した化合物であることがより好ましく、さらに好ましくは１質量％以上３質量％以下固溶した化合物である。このような割合で酸素および硼素を含むことにより、ｃＢＮ焼結体中に断熱相としての効果を有する未焼結の領域が形成されやすくなることから、耐欠損性を損なうことなく、ｃＢＮ焼結体工具の断熱性を高めることができる。特に、第１化合物に硼素を含む場合、断熱相とｃＢＮ粒子との界面に形成される焼結によって生じる粒状、もしくは微細な層状の反応物とは、第１化合物より高い濃度で硼素が検出される粒界・界面付近の領域のことを意味する。
【００５５】  本発明のｃＢＮ焼結体は、上記の第１化合物の成分に加え、Ｗおよび／またはＲｅと、Ｎ、Ｃ、Ｏ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素とからなる第２化合物を１種以上含み、第２化合物は、ｃＢＮ焼結体中に０．１質量％以上２質量％以下含まれることが好ましい。ここで、第２化合物は、ｃＢＮ焼結体の組織中に不連続に配置されるものである。Ｗを含む原料としては、たとえばパラタングステン酸アンモニウム（５（ＮＨ4）2Ｏ・１２ＷＯ3・５Ｈ2Ｏ）を挙げることができ、Ｒｅを含む材料としては、過レニウム酸アンモニウム（ＮＨ4ＲｅＯ4）等を挙げることができる。
【００５６】  上記の第１化合物の原料粉末に加え、第２化合物の原料粉末（すなわちたとえば、５（ＮＨ4）2Ｏ・１２ＷＯ3・５Ｈ2Ｏからなる粉末またはＮＨ4ＲｅＯ4からなる粉末）と、結合相を構成する原料粉末と、ｃＢＮ粒子とを混合して超高圧焼結することにより、その超高圧焼結下で第２化合物の原料粉末に含まれるＮＨ4および／またはＨ2Ｏが触媒として機能する。そして、この触媒の機能によりｃＢＮ粒子同士を直接結合させることができ、以ってｃＢＮ焼結体の強度を高めることができる。
【００５７】  しかも、このような第２化合物の原料粉末とともにｃＢＮ粒子を超高圧焼結することにより、ｃＢＮ焼結体の組織中に、高温硬度および靭性に優れるＷ、Ｒｅ、またはＷとＲｅとの合金、およびこれらの酸化物が不連続に配置する。この結果、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率を低下させることができる。よって、このような第２化合物をｃＢＮ焼結体に含むことにより、ｃＢＮ焼結体工具の耐摩耗性および耐熱性を低下させることなく、耐欠損性を向上させることができる。
【００５８】  ＜工具シャンク部＞  本発明において、ｃＢＮ焼結体が固定される工具シャンク部は、この種の工具シャンク部として知られる従来公知のものであればいずれのものであっても採用することができ、特に限定されない。このような工具シャンク部としては、たとえば超硬合金製またはステンレス製のものを好適に用いることができる。
【００５９】  ここで、上記のｃＢＮ焼結体と工具シャンク部とは、ネジ止め方式および／またはセルフグリップ方式により固定されることが好ましい。このような方式でｃＢＮ焼結体を固定することにより、ｃＢＮ焼結体工具が摩耗して、その機能が損なわれた場合に、摩耗したｃＢＮ焼結体のみを交換することができる。これにより工具シャンク部を交換することなく繰り返し利用することができる。
【００６０】  ＜防振耐熱板＞  本発明において、ｃＢＮ焼結体と工具シャンク部との固定部分に防振耐熱板を介在させることが好ましい。防振耐熱板を介在させることにより、加工時にｃＢＮ焼結体に生じる振動が工具シャンク部に伝播するのを抑制することができる。すなわち、防振耐熱板を設けることにより、加工時に工具シャンク部にかかる振動の負荷を軽減することができる。
【００６１】  防振耐熱板は、４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率であることが好ましい。防振耐熱板が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導性を示すことにより、加工時に生じる摩擦熱が工具シャンク部に伝導しにくくなり、加工物（たとえば被削材を含む）に伝導させることができる。これにより加工物の軟化を促進することができ、以ってｃＢＮ焼結体工具の欠損を発生しにくくすることができる。このような防振耐熱板は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率であることがより好ましく、さらに好ましくは、５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の熱伝導率である。また、防振耐熱板は、酸化物からなるものを用いることにより、さらに熱伝導率を低下させることができる。
【００６２】  ＜ｃＢＮ焼結体の製造方法＞  本発明に用いられるｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒子と断熱相を構成する原料粉末と結合相を構成する原料粉末とを超高圧装置に導入した上で、これらの粉末を超高圧焼結することにより得ることができる。このように断熱相を構成する原料粉末を含めた上で、超高圧焼結することにより、ｃＢＮ焼結体の熱伝導率を低下させることができる。ここで、超高圧焼結の条件として、超高圧焼結時の圧力は、低圧力であることが好ましく、より具体的には２ＧＰａ以上７ＧＰａ以下であることが好ましい。超高圧焼結時の温度は、１１００℃以上１８００℃以下であることが好ましく、超高圧焼結の処理に要する時間は５分以上３０分以下であることが好ましい。
【００６３】  また、上記の超高圧焼結以外の焼結方法として、低圧焼結してもよい。これにより断熱相を構成する原料粉末の焼結が完全に進行しにくくなるため、断熱相の一部として、意図的に未焼結の領域を点在させることができ、熱伝導を妨げる効果を得ることができる。ここで、低圧焼結としては、たとえばホットプレス法や放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ：Spark  Plasma  Sintering）を適用することができる。
【００６４】  （実施例）  以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６５】  ＜実施例１＞  以下のようにして、ｃＢＮ焼結体工具を作製した。まず、平均粒子径０．８μｍのＷＣ粉末と、平均粒子径０．９μｍのＣｏ粉末と、平均粒子径２μｍのＡｌ粉末とを質量比で、ＷＣ：Ｃｏ：Ａｌ＝３５：５５：１０となるように混合した。そして、真空中で１１００℃、４０分間熱処理した化合物を、φ３ｍｍの超硬合金製ボールを用いて粉砕し結合相を構成する原料粉末を得た。
【００６６】  次に、断熱相を形成する第１化合物の成分として、平均粒子径０．７μｍのＳｉ粉末と平均粒子径０．６μｍのＺｒ粉末とを混ぜ合わせたものを窒素雰囲気中で１０００℃、３０分の間熱処理することにより化合物を作製した。その後、同化合物を粗粉砕した後に、φ０．５ｍｍのジルコニア製メディアを用いて、流速０．２Ｌ／ｍｉｎのエタノールの溶媒中で、メディアと化合物とを微粉砕した。そして、粉砕に用いたメディアを取り除くことにより、断熱相を構成する第１化合物の原料粉末（平均粒子径３５ｎｍ）を準備した。
【００６７】  また、平均粒子径０．５μｍのｃＢＮ粒子に対し、ＰＶＤスパッタリング法を用いて、Ｔｉを含む被覆層を平均層厚４０ｎｍで被覆することにより、被覆ｃＢＮ粒子を準備した。後述するが、被覆層の組成は、ＥＤＸによる各種元素の重なり状態から化合物を推定した。
【００６８】  そして、上記で得られた結合相を構成する原料粉末と、断熱相を構成する第１化合物の原料粉末と、被覆ｃＢＮ粒子とを焼結後のｃＢＮの割合が７５体積％になるように配合し、混合し乾燥させた。なお、第１化合物の原料粉末は、結合相を構成する原料粉末の１０質量％を配合した。さらに、これらの粉末を超硬合金製支持板に積層してＭｏ製カプセルに充填した。そして、超高圧装置によって、圧力６．５ＧＰａ、温度１３５０℃で３０分間焼結し、以下の表１に記した組成および熱伝導率を有するｃＢＮ焼結体を得た。なお、後述するが、Ｘ線回析により結合相を構成する化合物の組成を確認し、表１の「結合相」の欄中に示した。
【００６９】  上記で得られたｃＢＮ焼結体を所定の形状に切断し、防振耐熱板を介して工具シャンク部に固定することにより、ｃＢＮ焼結体工具を作製した。このようにして作製されたｃＢＮ焼結体工具に対し、所定の工具形状に研削加工を施した。ここで、工具シャンク部としては超鋼合金製のものを用い、防振耐熱板としてはＺｒの酸化物からなり、その厚みが１ｍｍ以上であり、その熱伝導率は３Ｗ／ｍ・Ｋであるものを用いた。
【００７０】  このようにして作製したｃＢＮ焼結体工具の工具作用点の表面粗さＲｚを表面粗さ測定機（ＳＵＲＦＣＯＭ  ２８００Ｅ（株式会社東京精密製））により測定したところ、ｃＢＮ焼結体工具の工具作用点のＲｚは２．５μｍであった。
【００７１】  ＜実施例２〜３＞  実施例１のｃＢＮ焼結体工具に対し、被覆層の有無および組成、ならびに断熱相の組成が表１のように異なる他は、実施例１と同様の方法により実施例２〜３のｃＢＮ焼結体工具を作製した。たとえば、実施例２では、断熱相を構成する成分として、平均粒子径０．８５μｍのＭｏ粉末と、平均粒子径０．７μｍのＮｉ粉末とを第１化合物の原料粉末に用い、ｃＢＮ粒子を被覆する被覆層の組成をＴｉＡｌとしたことを除いては実施例１と同様のものとした。
【００７２】  また、実施例３では、断熱相を構成する成分として、平均粒子径０．７５μｍのＭｏ粉末と、平均粒子径０．９μｍのＣｒ粉末とを第１化合物の原料成分に用いるとともに、平均粒子径０．６μｍのパラタングステン酸アンモニウム（５（ＮＨ4）2Ｏ・１２ＷＯ3・５Ｈ2Ｏ）粉末と、平均粒子径０．８μｍの過レニウム酸アンモニウム（ＮＨ4ＲｅＯ4）粉末とを第２化合物の原料粉末に用いた。さらに、ｃＢＮ粒子は、実施例１のように被覆層で被覆していないものを用いた。
【００７３】  ＜実施例４〜６＞  実施例１のｃＢＮ焼結体工具に対し、ｃＢＮの割合が表１のように異なる他は実施例１と同様の方法により実施例４〜６のｃＢＮ焼結体工具を作製した。
【００７４】  ＜実施例７＞  実施例１のｃＢＮ焼結体工具に対し、被覆層を有さないｃＢＮ原料粉末を用いたこと、ｃＢＮの割合を９８体積％としたこと、および結合相を構成する粉末の５０質量％の粉末量の第１化合物を使用したことを除いては、実施例１と同様の方法により、本実施例のｃＢＮ焼結体工具を作製した。
【００７５】  ＜実施例８＞  以下のようにして、ｃＢＮ焼結体工具を作製した。なお、実施例８〜１３のｃＢＮ焼結体工具は、ｃＢＮ焼結体のみからなる工具である。まず、平均粒子径１．２μｍのＴｉＣ粉末と平均粒子径３μｍのＡｌ粉末とを質量比で、ＴｉＣ：Ａｌ＝９０：１０となるように混合し、真空中で１２００℃、３０分間熱処理した化合物を、φ３ｍｍの超硬合金製ボールを用いて粉砕し結合相を構成する原料粉末を得た。
【００７６】  次に、断熱相を形成する第１化合物の成分として、平均粒子径０．７μｍのＳｉ粉末と平均粒子径０．６μｍのＴｉ粉末とを混ぜ合わせたものを窒素雰囲気中で１０００℃、３０分の間熱処理することにより化合物を作製した。その後、同化合物を粗粉砕した後に、φ０．３ｍｍの窒化珪素製メディアを用いて、流速０．２Ｌ／ｍｉｎのエタノールの溶媒中で、メディアと化合物とを微粉砕した。この粉砕に用いたメディアを取り除くことにより、断熱相を構成する平均粒径３０ｎｍの第１化合物の原料粉末を準備した。
【００７７】  また、平均粒子径０．３μｍのｃＢＮ粒子に対し、ＰＶＤスパッタリング法を用いて、ＴｉＡｌを含む被覆層を平均層厚３０ｎｍで被覆することにより、被覆ｃＢＮ粒子を準備した。
【００７８】  そして、上記で得られた結合相を構成する原料粉末と断熱相を構成する第１化合物の原料粉末と被覆ｃＢＮ粒子とを焼結後のｃＢＮの割合が５０体積％になるように配合し、混合し乾燥させた。ここで、第１化合物は、結合相を構成する原料粉末の７質量％を配合した。さらに、これらの粉末を超硬合金製支持板に積層してＭｏ製カプセルに充填後、超高圧装置によって、圧力５．８ＧＰａ、温度１２５０℃で３０分間焼結し、以下の表１に記した組成および熱伝導率を有するｃＢＮ焼結体を得た。
【００７９】  ＜実施例９＞  実施例８のｃＢＮ焼結体工具に対し、ｃＢＮの割合が表１のように異なる他は実施例８と同様の方法により本実施例のｃＢＮ焼結体工具を作製した。
【００８０】  ＜実施例１０＞  実施例８のｃＢＮ焼結体工具に対し、被覆層を有さないｃＢＮ原料粉末を用いたこと、ｃＢＮの割合を７５体積％としたこと、および焼結時の温度を１４５０℃に設定したことが異なる他は実施例８と同様の方法により本実施例のｃＢＮ焼結体工具を作製した。
【００８１】  ＜実施例１１＞  実施例１０のｃＢＮ焼結体工具に対し、焼結時の圧力を２．８ＧＰａに設定したことが異なる他は、実施例１０と同様の方法により本実施例のｃＢＮ焼結体工具を作製した。
【００８２】  このようにして得られたｃＢＮ焼結体を一の面で切断し、その断面に対しＴＥＭを用いて１００００倍で観察および分析をした。その結果、その断面の断面積の０．４％が未焼結であることを確認した。このことから、ｃＢＮ焼結体中に０．４体積％の未焼結の領域を含むことが明らかとなった。
【００８３】  ＜実施例１２＞  実施例１０のｃＢＮ焼結体工具に対し、超高圧焼結装置を用いる代わりに、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ：Spark  Plasma  Sintering）装置を用いることにより、ｃＢＮ焼結体工具を作製した。具体的には、ＳＰＳ装置内の温度を１４５０℃とし、焼結時の圧力を０．０６ＧＰａに調整した上で、ｃＢＮ粉末と結合相を構成する原料粉末と断熱相を構成する第１化合物の原料粉末とを焼結することによりｃＢＮ焼結体を得た。なお、ＳＰＳ装置を用いたｃＢＮ焼結体の作製方法を具体的に説明すると、ｃＢＮ粉末と結合相を構成する原料粉末と断熱相を構成する第１化合物の原料粉末とを混合したものをグラファイト製焼結型に充填した上で、０．０６ＧＰａに加圧し、真空加熱条件で装置内の温度を１４５０℃として、３０分以下の間、放電プラズマ焼結を行なうことにより行なった（たとえば特開２００８−１２１０４６号公報の段落［００１４］参照）。
【００８４】  このようにして得られたｃＢＮ焼結体を一の面で切断し、その断面に対しＳＥＭを用いて１００００倍で観察した。その結果、その断面の断面積の１．３％が未焼結であることを確認した。このことから、ｃＢＮ焼結体中に１．３体積％の未焼結の領域を含むことが明らかとなった。
【００８５】  また、本実施例で得られたｃＢＮ焼結体をＸ線回析すると、一部の領域で六方晶となっていることが確認された。このことから、本実施例の立方晶窒化硼素焼結体は、六方晶窒化硼素（ｈＢＮ：Hexagonal  Boron  Nitride）を一部含むことが明らかとなった。このようにｈＢＮが生じた理由は、おそらく焼結時の焼結圧力が低いことにより、ｃＢＮからｈＢＮに逆変換したことによるものと推定される。
【００８６】  ＜実施例１３＞  実施例１０のｃＢＮ焼結体工具に対し、超高圧焼結装置を用いる代わりに、ホットプレス装置を用いることにより、ｃＢＮ焼結体工具を作製した。具体的には、ホットプレス装置内の温度を１４５０℃とし、焼結時の圧力を０．０２ＧＰａに調整した上で、ｃＢＮ粉末と結合相を構成する原料粉末と断熱相を構成する第１化合物の原料粉末とを焼結することによりｃＢＮ焼結体を得た。
【００８７】  このようにして得られたｃＢＮ焼結体を一の面で切断し、その断面に対しＴＥＭを用いて１００００倍で観察および分析をした。その結果、その断面の断面積の３．５％が未焼結であることを確認した。このことから、ｃＢＮ焼結体中に３．５体積％の未焼結の領域を含むことが明らかとなった。
【００８８】  また、本実施例で得られたｃＢＮ焼結体をＸ線回析すると、実施例１２と同様にｈＢＮを一部含むことが確認された。
【００８９】  このようにして作製された各実施例のｃＢＮ焼結体工具は、少なくとも工具作用点に立方晶窒化硼素焼結体を用いた立方晶窒化硼素焼結体工具であって、立方晶窒化硼素焼結体中に含まれる立方晶窒化硼素の割合をＸ体積％とし、立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導率をＹ（Ｗ／ｍ・Ｋ）とすると、以下の式（Ｉ）と、式（ＩＩ）または式（ＩＩＩ）のいずれか一方とを満たすものである。
【００９０】  ２０≦Ｘ≦９８  ・・・（Ｉ）  Ｙ≦０．６×Ｘ＋３（ただし式中、２０≦Ｘ＜８８）  ・・・（ＩＩ）  Ｙ≦５．８×Ｘ−４５５（ただし式中、８８≦Ｘ≦９８）  ・・・（ＩＩＩ）  ＜比較例１〜２＞  比較例１〜２の立方晶窒化硼素焼結体工具は、実施例１の立方晶窒化硼素焼結体工具に対して、ｃＢＮの割合、および結合相の組成が表１のように異なり、かつ断熱相を含まないことを除いては実施例１と同様の方法により作製した。なお、このようにして作製された立方晶窒化硼素焼結体に対し、結合相を構成する成分の平均粒子径を測定したところ、いずれも１００ｎｍ以上であった。
【００９１】  ＜比較例３＞  市販されているｃＢＮ焼結体（製品名：ＭＢ８０２５（三菱マテリアル株式会社製））を用いた。
【００９２】  ＜比較例４＞  市販されているｃＢＮ焼結体（製品名：ＢＸ４８０（株式会社タンガロイ製））を用いた。
【００９３】
【表１】
0005610357.tif 000002
【００９４】  ここで、表１の「ｃＢＮ率」は、ｃＢＮ焼結体に含まれるｃＢＮの割合（Ｘ）を示すものであるが、以下のようにして算出した。まず、各実施例および各比較例で作製されたｃＢＮ焼結体を鏡面研磨し（ただし研磨する厚みは５０μｍ未満にとどめた）、任意の領域のｃＢＮ焼結体組織を電子顕微鏡にて１００００倍で写真撮影したところ、黒色領域と灰色領域と白色領域が観察された。付属のＥＤＸにより、黒色領域はｃＢＮ粒子、灰色領域と白色領域は結合相であることが確認された。さらに、灰色領域はＣｏ化合物、Ｔｉ化合物、およびＡｌ化合物であり、白色領域はＷ化合物であることも確認された。
【００９５】  次に、上記で撮影された１００００倍の写真に対し画像処理ソフトを用いて２値化処理を施し、同写真のｃＢＮ粒子が占める領域（黒色領域）の合計面積を算出し、その写真中のｃＢＮ焼結体に占める黒色領域の割合の百分率を、体積％として表１に記載した。
【００９６】  また、表１中の「熱伝導率」は、レーザーフラッシュ法により測定して得られたｃＢＮ焼結体の熱拡散率と、別の方法で算出されたｃＢＮ焼結体の比熱および密度とに基づいて算出した。
【００９７】  結合相は、上記のＸ線回折により化合物を同定することができるが、断熱相を構成する第１化合物、第２化合物、および被覆層は、その含有量が微量であるため、Ｘ線回折では明瞭な強度ピークを得ることができなかった。このため、ｃＢＮ焼結体を鏡面研磨した面の任意の領域を電子顕微鏡にて５００００倍で写真撮影し、付属のＥＤＸにより、各種元素の重なり状態から化合物を推定した。このようにして測定したＥＤＸの組成分析の結果を表１の「断熱層」および「被覆層」の欄に示す。
【００９８】  このようにして得られた各実施例および各比較例の立方晶窒化硼素焼結体を用いて、以下の工具形状を有するｃＢＮ焼結体工具を作製し、切削試験１、２および塑性試験１、２を実施した。その結果を表２〜５に示す。
【００９９】  ＜切削試験１＞  実施例１〜７、および比較例１〜４について、工具型番がＳＮＭＡ１２０４３０のｃＢＮ焼結体工具を作製し、以下の条件で切削試験を行なった。被削材  ：Ｎｉ基超耐熱合金インコネル７１８の外径加工被削材硬度：Ｈｖ４３０切削条件：切削速度    Ｖｃ＝１５０ｍ／ｍｉｎ．          送り量      ｆ＝０．１３ｍｍ／ｒｅｖ．          切り込み量  ａp＝０．２ｍｍ          クーラント  エマルジョン２０倍希釈
【０１００】
【表２】
0005610357.tif 000003
【０１０１】  表２の「工具寿命に到達するまでの切削距離」の欄において、摩耗幅が０．３ｍｍを超えるまでに欠損が生じなかった場合にはｃＢＮ焼結体の摩耗幅が０．３ｍｍを超えた時点の切削距離（ｋｍ）を示し、摩耗幅が０．３ｍｍを超えるまでに欠損が生じた場合には、その時点で切削試験を中断し、その時点までの切削距離（ｋｍ）を示した。なお、切削距離の長さが長いものほど、工具寿命が長いことを示している。
【０１０２】  また、表２中の「損傷形態」においては、切削試験後のｃＢＮ焼結体の摩耗幅が０．３ｍｍを超えた場合に「正常摩耗」と記し、それまでに欠損が生じた場合に「境界欠損」と記した。
【０１０３】  表２から明らかなように、実施例１〜７の本発明に係る立方晶窒化硼素焼結体工具は、比較例１〜４の立方晶窒化硼素焼結体工具に比し、工具寿命を長寿命化したものであることが明らかである。
【０１０４】  実施例１〜７の中でも実施例２の立方晶窒化硼素焼結体工具は、Ｘが６０以上８８未満であって、Ｙ≦０．５×Ｘ＋１を満たすため、その立方晶窒化硼素焼結体工具の寿命が最も長くなっていると考えられる。
【０１０５】  また、比較例の立方晶窒化硼素焼結体工具はいずれも、２０≦Ｘ＜８８のときには、Ｙ＞０．６×Ｘ＋３であるか、または８８≦Ｘ≦９８のときには、Ｙ＞５．８×Ｘ−４５５である。このため、ｃＢＮ焼結体の高温硬度に対し、被削材を十分に軟化することができず、境界欠損が早期に生じたものと推定される。
【０１０６】  ＜切削試験２＞  実施例８〜１３、比較例１および３において、工具型番がＣＮＧＡ１２０４０８のｃＢＮ焼結体工具を作製し、以下の条件で切削試験を行なった。被削材  ：０．８Ｃ−２．０Ｃｕ−残Ｆｅ（ＪＰＭＡ記号：ＳＭＦ４０４０）被削材硬度：７８ＨＲＢ切削条件：切削速度    Ｖｃ＝１００ｍ／ｍｉｎ．          送り量      ｆ＝０．０８ｍｍ／ｒｅｖ．          切り込み量  ａp＝０．２ｍｍ          切削液あり
【０１０７】
【表３】
0005610357.tif 000004
【０１０８】  表３中の「工具寿命に到達するまでの切削距離」には、被削材の面粗度Ｒｚが３．２μｍを超えた時点での切削距離（ｋｍ）を示した。なお、切削距離の長さが長いものほど、工具寿命が長いことを示している。また、表３中の「損傷形態」において、切削試験後のｃＢＮ焼結体の表面に目視で確認できる程度のチッピングが発生している場合に「微小チッピング」と記した。なお、その他の損傷形態は、切削試験１と同様の基準で判断した。
【０１０９】  表３から明らかなように、実施例８〜１３の本発明に係る立方晶窒化硼素焼結体工具は、比較例１および３の立方晶窒化硼素焼結体工具に比し、工具寿命を長寿命化したものであることが明らかである。
【０１１０】  比較例１および３の立方晶窒化硼素焼結体工具の工具寿命が短くなった理由はおそらく、Ｙ≦０．６×Ｘ＋３を満たさないために、加工熱が工具側に相対的に多く流入することとなり、その結果、被削材の軟化を十分に促進することができずに、工具作用点における被削材のせん断がスムーズに進行しなくなり、加工初期から加工面にむしれが発生し、加工面の面粗度が悪化したことによるものと推察される。
【０１１１】  ＜塑性試験１：パンチプレス＞  実施例１〜３、および比較例１〜２において、工具形状がφ１０の円筒形状のｃＢＮ焼結体工具を作製し、以下の条件で塑性試験を行なった。加工物  ：ＳＵＳ３０４加工物の硬度：Ｈｖ１７０加工物の厚み：２ｍｍ塑性条件：押しぬき荷重２．３ＧＰａ
【０１１２】
【表４】
0005610357.tif 000005
【０１１３】  表４の「パンチ回数」には、パンチ穴にバリが発生した時点までに加工物をパンチした回数を示した。なお、パンチ回数が多いほど、立方晶窒化硼素焼結体工具の被削材に対する相対硬度が向上しており、工具寿命が長くなっていることを示している。
【０１１４】  表４から明らかなように、実施例１〜３の本発明に係る立方晶窒化硼素焼結体工具は、比較例１〜２の立方晶窒化硼素焼結体工具に比し、工具寿命を長寿命化したものであることが明らかである。このことから、立方晶窒化硼素焼結体工具の寿命が向上していることを確認した。
【０１１５】  ＜塑性試験２：摩擦圧縮接合＞  実施例１〜３および比較例１〜２において、直径１２．７ｍｍの円柱の中央部に、ネジ高さが３ｍｍのＭ４の左ネジ形状の突起物を形成したｃＢＮ焼結体工具の底面に対し、厚み２ｍｍのジルコニア製の防振耐熱板をロウ付けした特殊工具を作製し、以下の条件で塑性試験を行なった。被接合材：高張力鋼を２枚重ねしたもの被接合材の引張強度：６００ＭＰａ被接合物の厚み：１ｍｍ接合条件：回転数    ２８００ｒｐｍ          加圧力    １１０００Ｎ
【０１１６】
【表５】
0005610357.tif 000006
【０１１７】  表５の「接合回数」には、ｃＢＮ焼結体工具のネジ部が欠損するまでに、被接合材を接合した回数を示した。なお、接合回数が多いほど、工具寿命が長いことを示している。
【０１１８】  表５から明らかなように、実施例１〜３の本発明に係る立方晶窒化硼素焼結体工具は、比較例１〜２の立方晶窒化硼素焼結体工具に比し、工具寿命を長寿命化したものであることが明らかである。
【０１１９】  以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施の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。
【０１２０】  今回開示された実施の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。