(57)【要約】  【課題】  高速断続加工を含む切削加工において、長寿命な表面被覆切削工具を提供する。  【解決手段】  酸素を含むチタン化合物は、前記基体表面に平行な断面視でのアスペクト比が８〜１００の範囲にある針状の結晶粒子から構成されているとともに、前記酸素を含むチタン化合物相とその上層の非酸化物相との界面近傍領域では、該酸素を含むチタン化合物相と該非酸化物相との錯綜領域が存在させる。【選択図】  図３
2007229821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体の表面に複層からなる硬質被覆層を被着形成した表面被覆切削工具であって、
前記硬質被覆層は、酸素を含むチタン化合物相と、該酸素を含むチタン化合物相に隣接し且つ４族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも一つの化合物からなる非酸化物相とを含んでおり、
前記酸素を含むチタン化合物は、前記基体表面に平行な断面視でのアスペクト比が８〜１００の範囲にある針状の結晶粒子から構成されているとともに、
前記酸素を含むチタン化合物相と前記非酸化物相との界面近傍領域では、前記酸素を含むチタン化合物相と前記非酸化物相との錯綜領域が存在することを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記酸素を含むチタン化合物の結晶粒子は、前記基体表面に垂直な断面視での平均結晶高さが１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
前記酸素を含むチタン化合物はＴｉ２Ｏ３を含み、前記非酸化物相がＴｉＣＮおよびＴｉＮの少なくとも一方からなることを特徴とする請求項１または２記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
前記酸素を含むチタン化合物の結晶粒子が、前記基体表面に平行な断面視での平均長軸幅が１〜４μｍ、平均短軸幅が０．０３〜０．５μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の表面被覆切削工具。
【請求項５】
前記非酸化物相は前記硬質被覆層の表層として窒化チタン層からなり、前記基体の上面および側面の交差部上においては、前記酸素を含むチタン化合物が露出するとともに該酸素を含むチタン化合物と錯綜するように前記窒化チタン層がその一部を残存させて露出するように研磨加工されたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項６】
前記硬質被覆層の表面の最大高さＲｚが０．５〜１．５μｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか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、硬質被覆層を表面に被着形成した、優れた耐欠損性および耐摩耗性等の切削特性を有する表面被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の鋳造技術向上に伴って、被削材のニアネットシェイプ化の進行、さらに高強度素材の開発により薄肉化、複雑形状化が進んでいる。また、近年の切削加工の高能率化に従って、切削速度が速い高速切削加工が増えており、切削液を使用した切削条件下であっても刃先が非常に高温になる場合がある。さらに、複雑形状を加工するために、強断続加工や連続加工を含んだ複合加工部を高速切削加工する場合も多くなってきている。
【０００３】
従来より、超硬合金やサーメット、セラミックス等の硬質基体の表面に、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、Ａｌ２Ｏ３層およびＴｉＡｌＮ層等の単層または複層からなる硬質被覆層を被着形成した表面被覆切削工具が多用されている。
【０００４】
しかし、このような従来の表面被覆切削工具では、複合加工部を高速切削する際に、高温安定性に優れるが密着性に劣るＡｌ２Ｏ３の剥離や耐酸化性に劣るＴｉＣＮ膜の拡散摩耗が見られた。これが引き金となって硬質被覆層の剥離や境界損傷が発生し、切刃の欠損や異常摩耗の発生等の工具損傷により工具の長寿命化が困難であるという問題があった。
【０００５】
これに対し、特許文献１や特許文献２において、硬質被覆層として柱状結晶からなるＴｉＣＮ膜を用いることで、切削工具としての耐欠損性や耐チッピング性が向上することが開示されている。
【０００６】
また、特許文献３や特許文献４においては、ＴｉＣＮ膜とＡｌ２Ｏ３膜の間に針状のＴｉＣＮＯ膜を中間層として成膜しＡｌ２Ｏ３膜の付着力を向上させることが開示されている。
【特許文献１】特開平６−８００８号公報
【特許文献２】特開平６−８０１０号公報
【特許文献３】特開２００４−１４８５０３号公報
【特許文献４】特開２００４−７４３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１および特許文献２に記載されているように硬質被覆層に柱状晶ＴｉＣＮ膜を導入する場合、強度に優れた柱状晶ＴｉＣＮのために耐欠損性や耐チッピング性は向上するが、耐酸化性は改善されているとはいえないため、刃先の高温化による拡散摩耗現象は抑制されず、複合加工部の乾式加工や高速切削となると耐摩耗性が急激に低下して工具寿命が短くなるという問題点があった。
【０００８】
さらに、上記特許文献３および特許文献４に記載されているように結合相に針状粒子を持つ中間層を蒸着することで中間層表面に突起が多数生成され、Ａｌ２Ｏ３膜と中間層との接触面積が増加することで、密着性に優れたα型Ａｌ２Ｏ３を導入する場合、高温安定性に優れたα型Ａｌ２Ｏ３のよって、高温での耐摩耗性は向上するが、強断続加工時にはその衝撃力のために十分であるとはいえないため、複合加工部の乾式加工や高速切削となると耐欠損性や耐チッピング性が低下して工具寿命が短くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、複合加工部における乾式切削や高速切削においても優れた耐摩耗性、耐欠損性を発揮することができる、長寿命な表面被覆切削工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記課題に対し、表面被覆切削工具に高強度かつ耐酸化性に優れた被覆層を導入することで、高温条件下での耐衝撃性が高まり、その結果、高速切削かつ強断続切削による硬質被覆層の剥離や拡散摩耗を防ぐことができ、複合加工部における乾式切削や高速切削においても優れた耐摩耗性、耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具とすることができることを知見した。
【００１１】
すなわち、本発明の表面被覆切削工具は、基体の表面に複層からなる硬質被覆層を被着形成した表面被覆切削工具であって、前記硬質被覆層は、酸素を含むチタン化合物相と、該酸素を含むチタン化合物相に隣接し且つ４族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも一つの化合物からなる非酸化物相とを含んでおり、前記酸素を含むチタン化合物は、前記基体表面に平行な断面視でのアスペクト比が８〜１００の範囲にある針状の結晶粒子から構成されているとともに、前記酸素を含むチタン化合物相と前記非酸化物相との界面近傍領域では、前記酸素を含むチタン化合物相と前記非酸化物相との錯綜領域が存在することを特徴とする表面被覆切削工具である。
【００１２】
ここで、前記酸素を含むチタン化合物の結晶粒子は、前記基体表面に垂直な断面視での平均結晶高さが１〜１０μｍであることが、切削工具の耐摩耗性および耐欠損性をより高めることができるために望ましい。
【００１３】
さらに、前記酸素を含むチタン化合物はＴｉ２Ｏ３を含み、前記非酸化物相がＴｉＣＮおよびＴｉＮの少なくとも一方からなることで、耐酸化性を向上させることができるため望ましい。
【００１４】
また、前記酸素を含むチタン化合物の結晶粒子が、前記基体表面に平行な断面視での平均長軸幅が１〜４μｍ、平均短軸幅が０．０３〜０．５μｍであるで、結晶組織としての強度が向上し、チッピング、欠損を抑制する点で望ましい。
【００１５】
さらに、前記非酸化物相は前記硬質被覆層の表層として窒化チタン層からなり、前記基体の上面および側面の交差部上においては、前記酸素を含むチタン化合物が露出するとともに該酸素を含むチタン化合物と錯綜するように前記窒化チタン層がその一部を残存させて露出するように研磨加工されたものであることで、切刃が平滑になり、チッピングや突発欠損の原因となりうる粒子の突起やくぼみ等が減少してチッピングや突発欠損の発生をより効果的に抑制する点で望ましい。
【００１６】
なお、前記硬質被覆層の表面の最大高さＲｚが０．５〜１．５μｍであることで、刃先が安定になり、チッピングや欠損を抑制する点で望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の表面被覆切削工具は、基体の表面に２層以上の多層膜を積層した構造の硬質被覆層において、表層に隣接する内層として耐酸化性および衝撃に対する耐久性をより優れたものとすることができる高アスペクト比の針状結晶の酸素を含むチタン化合物を配し、さらに表層として前記針状結晶粒子間の隙間を埋め込むように非酸化物相を形成させることで、高温状態で強い衝撃がかかっても、前記高アスペクト比針状結晶は折れにくく、かつ酸化しにくいので、優れた耐摩耗性と耐欠損性が得られる。
【００１８】
したがって、耐酸化性と耐欠損性が求められる加工においても、拡散摩耗や被覆層の損傷が生じることなく、被覆層全体の摩耗や欠損を防止できる。
【００１９】
特に、ねずみ鋳鉄（ＦＣ材）やダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ材）のような高硬度黒鉛粒子が分散した鋳鉄等の金属の高速重断続切削等のような工具切刃に高温で強い衝撃がかかる過酷な切削条件下や、さらにはこれら断続切削と連続切削とを組み合わせた複合切削条件下において、例え突発的に大きな衝撃が硬質被覆層にかかったときであっても、高強度な針状結晶が存在することで硬質被覆層がチッピングしたり欠損したりすることなく衝撃に耐えることができる結果、硬質被覆層全体のチッピングや剥離を防止できるとともに、耐摩耗性が維持される優れた切削工具が得られる。もちろん、鋼の切削においても従来工具に対して耐欠損性および耐摩耗性に優れた工具となる。
【００２０】
前記酸素を含むチタン化合物は、前記基体表面に平行な断面視でのアスペクト比が８〜１００の範囲にある針状の結晶粒子に制御し、さらにその針状結晶粒子間を非酸化物が埋め込むように形成されることにより、高い強度を有する高アスペクト比結晶の隙間に切削加工時に被削材が侵入することなく、高温での耐チッピング性を備えることが可能である。さらに酸素を含むことから、耐酸化性にも優れることで、すくい面のクレータ摩耗も抑制することができる。
【００２１】
また、前記基体表面に垂直な断面視での平均結晶高さが１〜１０μｍであることで、耐チッピング性と耐摩耗性の両面を適正に備えることができる。
【００２２】
さらに、前記酸素を含むチタン化合物はＴｉ２Ｏ３を含むことで、Ｔｉ２Ｏ３は酸化物のため耐酸化性に非常に優れる。さらに前記非酸化物相がＴｉＣＮおよびＴｉＮの少なくとも一方からなることで、チタン原子が酸化物と非酸化物との結合力を向上させることで、膜剥離が原因となる耐チッピング性を向上させることが出来る。
【００２３】
また、前記酸素を含むチタン化合物の結晶粒子が、前記基体表面に平行な断面視での平均長軸幅が１〜４μｍ、平均短軸幅が０．０３〜０．５μｍであれば、基体表面に平行な断面視でも高アスペクト比の結晶粒子となり、この高アスペクト比結晶粒子がランダムに存在することによって、クラック進展を抑制して高靭性化するために優れた耐チッピング性が得られる。
【００２４】
さらに、前記硬質被覆層の最表面層として窒化チタン層からなり、前記酸素を含むチタン化合物が露出するとともに該酸素を含むチタン化合物と錯綜するように前記窒化チタン層がその一部を残存させて露出するように研磨加工された際に、切刃付近において低摩擦である窒化チタン層と耐酸化性に優れた酸素を含むチタン化合物が存在することで、低摩擦のために切屑排出がスムーズに行われ、さらに耐酸化性に優れるために拡散摩耗を抑制することから、すくい面における耐摩耗性が向上する。さらに、窒化チタンが表層に存在することで、使用済みコーナーの識別も容易に行うことができる。
【００２５】
なお、硬質被覆層の表面の最大高さＲｚが０．５〜１．５μｍの範囲内にある場合には、すくい面上での切屑のすべりが向上するので切屑排出がスムーズに行われるために、耐摩耗性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の表面被覆切削工具の実施の形態の一例について、スローアウェイチップ型切削工具（以下、本発明の表面被覆切削工具を単に工具と略すことがある。）１の要部拡大断面図（図面代用写真）である図１、基体表面に硬質被覆層として酸素を含むチタン化合物相までを製膜した状態の要部拡大断面図（図面代用写真）である図２、図２のＡ方向矢視図（図面代用写真）である図３を用いて説明する。
【００２７】
本発明の工具１は、基体２の表面に、硬質被覆層３を成膜してなる。
【００２８】
ここで、本発明によれば、硬質被覆層３が、酸素を含むチタン化合物相（以下、酸素含有相と称す）４と、該酸素を含むチタン化合物相に隣接し且つ４族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも一つの化合物からなる非酸化物相５を含んでおり、酸素含有相４は、基体２表面に略平行な断面視でのアスペクト比が８〜１００の範囲にある針状の結晶粒子（以下、針状粒子と称す）６から構成されているとともに、酸素含有相４と非酸化物相５との界面近傍領域では、酸素含有相４と非酸化物相５との錯綜領域７が存在することを特徴とするものである。
【００２９】
上記錯綜領域７を作製するには、例えば酸素を含むチタン化合物からなる針状粒子から構成された針状粒子層８と、酸素を含まない４族元素の化合物からなる上部層９とを順次続けて積層することによって可能である。
【００３０】
上記針状粒子層８は、酸素を含有し、微細な形状を有するため、高強度で耐酸化性に優れるが、図２に示されるように粒子間に隙間が多く存在する。その隙間を非酸化化合物からなる上部層９で埋めることで、切削加工時の被削材の溶着を防ぎ、針状粒子層８の優れた強度と耐酸化性を発揮させることができる。
【００３１】
つまり、上部層９で針状粒子層８の隙間を埋めないと、その隙間に被削材の溶解物や切り屑が入り込むことで被削材が溶着し、膜剥離や刃先のチッピングが発生してしまう。
【００３２】
また、針状粒子６を基体２表面に平行な断面視でのアスペクト比が８を下回ると、針状粒子層８の強度が不十分となり、突発欠損等の損傷が発生してしまう。
【００３３】
一方、アスペクト比が１００を越えると、針状粒子６の粒子間の隙間が大きくなりすぎてしまい、上部層９を成膜するだけでは隙間を埋めることができずに被削材が溶着して膜剥離や刃先のチッピングが発生してしまう。
【００３４】
なお、本発明において針状結晶からなる酸素を含むチタン化合物粒子１０の基体表面に平行な断面視平均結晶幅を測定する方法としては、膜厚方向に対し、結晶高さの中心まで膜除去加工を行った硬質被覆層３を含む断面についてＸ線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ）などによる元素マッピングにより、各針状結晶の長軸方向の中心である位置において測定した短軸幅を値ｗ１とし、各針状結晶の長軸幅をｗ２とし、ｗ２／ｗ１の式で求まる値をアスペクト比とする。なお、長軸は３０００倍〜５０００倍の観察視野で最も長く観察された結晶のものを任意箇所における３点平均値とし、短軸は５０００倍の観察視野での３点平均値とする。
【００３５】
ここで、上記方法にて酸素含有チタン化合物粒子１０を測定した際に、基体表面に垂直な断面視での平均結晶高さｈが１〜１０μｍ、特に、２〜７μｍの範囲内とすることが、切削工具の耐摩耗性および耐欠損性を高めるために望ましい。
【００３６】
なお、本発明において針状結晶からなる酸素を含むチタン化合物粒子１０の基体表面に垂直な断面視での平均結晶高さを測定する方法としては、硬質被覆層３を含む断面について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（図２）、Ｘ線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ）などによる元素マッピングより測定した高さを値ｈとする。なお、任意箇所における１０点測定した値の平均値とする。
【００３７】
また、上記方法にてチタン化合物粒子１０を測定した際に、前記基体表面に平行な断面視での平均長軸幅が１〜４μｍ、特に１．５〜３μｍ、平均短軸幅が０．０３〜０．５μｍ、特に０．０７〜０．３μｍの範囲内とすることが、結晶組織としての強度が向上し、チッピング、欠損を抑制する点で望ましい。
【００３８】
ここで、酸素含有相４はチタンと酸素を含有する化合物、例えば、酸化チタン（Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２）、炭酸化チタン（ＴｉＣＯ）、窒酸化チタン（ＴｉＮＯ）等を含むことで、酸化物の非常に優れた耐酸化性によって高温になりやすい乾式の高速切削において優れた耐摩耗性を発揮することができる。
【００３９】
さらに非酸化物相５がＴｉＣＮおよびＴｉＮの少なくとも一方からなることで、チタン原子が酸化物と非酸化物との結合力を向上させることで、膜剥離が原因となる耐チッピング性を向上させることが出来る。
【００４０】
さらに、非酸化物相５は硬質被覆層３の表層として窒化チタンからなり、基体２の上面および側面の交差部、すなわち切刃上においては、酸素含有相４が露出するとともに非酸化物相５と錯綜するように前記窒化チタン層がその一部を残存させて露出するように研磨加工されたものであることで、切刃が平滑になって、工具損傷の要因となりうる突起やくぼみを減少させることができ、、チッピングの発生をより効果的に抑制する点で望ましい。
【００４１】
さらに、硬質被覆層の表層として窒化チタン層からなり、前記酸素を含むチタン化合物が露出するとともに該酸素を含むチタン化合物と錯綜するように前記窒化チタン層がその一部を残存させて露出するように研磨加工された際に、切刃付近において摩擦係数の小さい窒化チタンと耐酸化性に優れた酸素含有チタン化合物が存在することで、低摩擦であるためにすくい面上での切屑のすべりがよくなって切屑排出がスムーズに行われ、さらに耐酸化性に優れるために拡散摩耗を抑制することから、すくい面における耐摩耗性が向上する点で望ましい。さらに、窒化チタンが表層に存在することで、使用済みコーナーの識別も容易に行われる点で望ましい。
【００４２】
なお、硬質被覆層の最表面の最大高さＲｚが０．５〜１．５μｍの範囲内にある場合には、上述したように被覆層表面での切屑のすべり性がさらに向上するので、切屑排出がよりスムーズとなるために、異常摩耗が発生しないため望ましい。とりわけ、硬質被覆層の最表面の最大高さＲｚに加えて、硬質被覆層の最表面の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．３μｍの範囲内にある場合には、切屑排出をさらに良好な状態に容易に調整することができる。
【００４３】
ここで、硬質被覆層３の表面の最大高さＲｚを測定する方法としては、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く、かかる測定が困難な場合には、レーザー顕微鏡や原子間力顕微鏡等の測定器を用い、硬質被覆層３の表面５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）の測定においては、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：０．１ｍｍ／秒にて測定する。
【００４４】
なお、本発明の工具１に使用する基体２としては、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、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種からなる硬質相をコバルト（Ｃｏ）および／またはニッケル（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（Ｓｉ３Ｎ４）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質セラミック焼結体、立方晶窒化ホウ素（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い。図１に示す例では、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）か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。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くて高速乾式切削加工や鋳鉄加工をする際にも安定した切削加工をすることができる。
【００４５】
（本発明の表面被覆切削工具の製造方法）
また、上述した本発明の表面被覆切削工具１を製造するには、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、酸化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、プレス成形、鋳込成形、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、真空中または非酸化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。そして、上記基体２の表面に所望によって研磨加工や切刃部のホーニング加工を施す。
【００４６】
次に、その表面に例えば化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって被覆層３を成膜する。
【００４７】
まず、反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを１．０〜４．０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５．０〜６０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスか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８００〜９００℃、１０〜３０ｋＰａの条件で下地層であるＴｉＮ層を成膜する。
【００４８】
次に、例えば、反応ガス組成として、体積％で塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを１．０〜４．０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを０〜６０体積％、アセトニトリル（ＣＨ３ＣＮ）ガスを０．１〜２．０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、成膜温度を７８０〜８８０℃、５〜２０ｋＰａにて炭窒化チタン層を成膜する。
【００４９】
次いで反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．１〜３体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５〜６０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスか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９５０〜１１００℃、５〜３０ｋＰａとして結合層を成膜する。
【００５０】
次に、酸素含有化合物層４を成膜する。この時、ＴｉＣＮＯ組成酸素含有化合物の反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを１．２〜２．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを１．０〜３．０体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを１．０〜１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５〜６０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスか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９５０〜１１００℃、５〜２０ｋＰａとする。または、ＴｉＣＯ組成酸素含有化合物の反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを１．２〜２．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを１．０〜３．０体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを１．０〜１０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスか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９５０〜１１００℃、５〜２０ｋＰａとする。
【００５１】
さらに、ＴｉＮＯ組成酸素含有化合物の反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを１．２〜２．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスを１．０〜３．０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５〜６０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスか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９５０〜１１００℃、５〜２０ｋＰａとする。
【００５２】
ここで、本実施態様によれば、酸素含有化合物層４形成時の反応ガスにおいて、塩化チタン（ＴｉＣｌ４）と二酸化炭素（ＣＯ２）の合計流量ＶＴｉＣｌ４+ＣＯ２（Ｌ/ｍｉｎ）をＣＶＤ炉有効体積Ｖａ（Ｌ）で割った比率ＶＴｉＣｌ４+ＣＯ２/Ｖａが０．０１５〜０．０３５であるとすくい面断面方向の酸素含有化合物のアスペクト比が８〜２０の範囲に制御ができる。ここでＶＴｉＣｌ４+ＣＯ２/Ｖａが０．０１５以下の場合、酸素含有化合物のアスペクト比が小さくなる。また、ＶＴｉＣｌ４+ＣＯ２/Ｖａが０．０３５以上の場合、酸素含有化合物のアスペクト比が大きくなる。
【００５３】
さらに、酸素含有化合物層４形成時の反応ガスにおいて、二酸化炭素（ＣＯ２）の流量を塩化チタン（ＴｉＣｌ４）の流量で割った比率ＣＯ２/ＴｉＣｌ４（流量比）が０．７〜２．０の範囲にあると酸化含有化合物の結晶高さを１．０〜１０μｍの範囲に容易に制御ができる。ＣＯ２/ＴｉＣｌ４（流量比）が０．７以下の場合、塩化チタンに対する酸素が十分に存在しないためと、酸素含有化合物の結晶高さが小さくなる傾向にある。また、ＣＯ２/ＴｉＣｌ４（流量比）が２．０以上の場合、酸素含有化合物の結晶高さが非常に大きくなる傾向にあった。さらに、上記比率ＶＴｉＣｌ４+ＣＯ２/Ｖａ（Ｌ/ｍｉｎ）が０．０１５〜０．０３５、ＣＯ２/ＴｉＣｌ４（流量比）が０．７〜２．０の範囲であり、ＶＴｉＣｌ４+ＣＯ２/Ｖａが０．０１５〜０．０３５の範囲である場合、三酸化二チタン（Ｔｉ２Ｏ３）の存在が確認された。なお、Ｔｉ２Ｏ３の存在は、Ｘ線回折法により、任意箇所を測定した後に同定を行い決定した。
【００５４】
次に、針状結晶である酸素含有化合物を埋め込む膜の反応ガスにおいて、ＴｉＣＮ組成酸素含有化合物の反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．５〜１．２体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを１．０〜１０体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５〜６０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスか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９５０〜１１００℃、６ｋＰａとする。
【００５５】
または、ＴｉＣ組成酸素含有化合物の反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．５〜１．２体積％、メタン（ＣＨ４）ガスを１．０〜１０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスか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９５０〜１１００℃、６ｋＰａとする。
【００５６】
さらに、ＴｉＮ組成酸素含有化合物の反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを０．５〜１．２体積％、窒素（Ｎ２）ガスを５〜６０体積％、残りが水素（Ｈ２）ガスか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９５０〜１１００℃、６ｋＰａとする。ここで、本実施態様によれば、針状結晶間の隙間を埋め込むために、気相から成膜面に吸着した原料ガスがすぐに表面で結晶化することなく、表面拡散が十分に可能な表面拡散時間を長くした。具体的には、極力減圧状態とし、さらに原料ガスの成分比率を減少させることで、表面に吸着した原料ガス成分が、他の原料ガスと衝突する頻度を低下させることで、表面を原料ガス成分が拡散し、針状結晶間の隙間や凹部に埋め込まれるように入り込むことが可能である。
【００５７】
さらに上層部は場合により、αアルミナ層、窒化チタン、窒化ジルコニウムなどを成膜することで、耐摩耗性の向上が可能である。そして、所望により、成膜した被覆層３表面の少なくとも切刃部を研磨加工する。この研磨加工により、被覆層３中に残存する残留応力が開放されてさらに耐欠損性に優れた工具となる。
【００５８】
なお、上記方法はＣＶＤ法について説明しているが、その他の成膜方法（物理蒸着法、プラズマＣＶＤ等）を用いた製造方法でも本発明の工具１は作製可能である。
【実施例】
【００５９】
平均粒径１．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を６質量％の割合で添加、混合して、プレス成形により切削工具形状（ＣＮＭＡ１２０４０８）に成形した後、脱バインダ処理を施し、０．０１Ｐａの真空中、１５００℃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処理（ホーニングＲ）加工を施した。
【００６０】
次に、上記超硬合金に対して、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により各種の硬質被覆層を製膜して試料Ｎｏ．１〜１２の表面被覆切削工具を作製した。各試料Ｎｏ．毎の膜構成を表２に示した。なお、表２の各層の成膜条件は表１に示した。
【００６１】
また、硬質被覆層を被覆した後、試料の表面を研磨して最表面層の層厚を表２に記載の値に調整し、表面粗さを表２の値に調整した。
【表１】
2007229821.tif 000003
【００６２】
得られた工具について、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて表２に記載する被覆層が観察できるように研磨加工して各層の断面方向からみたミクロな組織状態を観察し、針状結晶部の状態を観察して結晶高さを測定した。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた元素マッピングにより、研磨加工して針状部の基体と平行方向からみたミクロな元素分布状態を観察し、針状結晶部の長軸と短軸状態を観察した。また、Ｔｉ２Ｏ３結晶の存在は、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）により測定した。表面粗さは触針式表面粗さ計により、刃先近傍領域にて３箇所測定して平均値とした。結果は表２に示した。
【表２】
2007229821.tif 000004
【００６３】
そして、この工具を用いて下記の条件により、軽断続切削試験および強断続切削試験を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。
【００６４】
（軽断続切削条件）
被削材  ：ＦＣ３００  1本溝入円筒材
工具形状：ＣＮＭＡ１２０４０８
切削速度：３５０ｍ／分
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
切削時間：２０分
切削液  ：エマルジョン１５％＋水８５％混合液
評価項目：顕微鏡にて切刃を観察し、フランク摩耗量・先端摩耗量を測定
（強断続切削条件）
被削材  :ＦＣＤ７００  ４本溝入円筒材
工具形状：ＣＮＭＡ１２０４０８
切削速度：４５０ｍ／分
送り速度：０．４５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
切削液  ：エマルジョン１５％＋水８５％混合液
評価項目：欠損に至る衝撃回数
衝撃回数１０００回時点で顕微鏡にて切刃の状態を観察
結果は表３に示した。
【表３】
2007229821.tif 000005
【００６５】
表１〜３より、非酸化物相および針状のチタン化合物相のどちらかが存在しない、または針状結晶が適正ではない試料Ｎｏ．９〜１２ではチッピングが発生して耐欠損性に劣るものであった。
【００６６】
これに対して、本発明に従い、酸素を含む針状チタン化合物相に非酸化物チタン化合物相を埋め込んだ層が存在する試料１〜８では、連続切削においても断続切削においても長寿命であり、耐欠損性および耐チッピング性とも優れた切削性能を有するものであった。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の表面被覆切削工具の実施の形態の一例における硬質被覆層の層構成を示した要部拡大断面図（図面代用写真）である。
【図２】本発明の表面被覆切削工具における基体表面に硬質被覆層として酸素を含むチタン化合物相までを製膜した状態の要部拡大断面図（図面代用写真）である。
【図３】図２のＡ方向矢視図（図面代用写真）である。
【符号の説明】
【００６８】
１：工具（表面被覆切削工具）
２：基体
３：硬質被覆層
４：酸素を含むチタン化合物相
５：非酸化物相
６：針状の結晶粒子
７：酸素を含むチタン化合物相と非酸化物相との錯綜領域
８：針状粒子層
９：上部層
１０：酸素を含むチタン化合物の針状粒子
ｈ：断面方向からみた酸素を含むチタン化合物相の平均結晶高さ（μｍ）
ｗ１：基体に平行な断面視野での酸素を含むチタン化合物相の短軸幅（μm）
ｗ２：基体に平行な断面視野での酸素を含むチタン化合物相の長軸幅（μm）
【図１】
2007229821.tif 000006
【図２】
2007229821.tif 000007
【図３】
2007229821.tif 000008