(57)【要約】  基材と、基材上に設けられたダイヤモンド層と、を備えるダイヤモンド被覆工具であって、ダイヤモンド層は、ダイヤモンド層の表面と、表面からの厚さ方向の距離が１μｍである第１仮想面と、に囲まれる第１領域において、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材上に設けられたダイヤモンド層と、を備えるダイヤモンド被覆工具であって、
前記ダイヤモンド層は、前記ダイヤモンド層の表面と、前記表面からの厚さ方向の距離が１μｍである第１仮想面と、に囲まれる第１領域において、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下である、ダイヤモンド被覆工具。
【請求項２】
前記ダイヤモンド層は、前記基材と前記ダイヤモンド層との界面と、前記界面からの厚さ方向の距離が１μｍである第２仮想面と、に囲まれる第２領域において、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以下である、請求項１に記載のダイヤモンド被覆工具。
【請求項３】
前記ダイヤモンド層は、前記基材と前記ダイヤモンド層との界面と、前記界面からの厚さ方向の距離が１μｍである第２仮想面と、に囲まれる第２領域において、硼素の含有量が５×１０２ｐｐｍａ以下である、請求項１に記載のダイヤモンド被覆工具。
【請求項４】
前記ダイヤモンド層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された交互層からなり、
前記交互層において、最表面側に前記第１単位層が配置され、前記基材と接する側に前記第２単位層が配置され、
前記第１単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下であり、
前記第２単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以下であり、
前記第１単位層の厚みは、１μｍ以上であり、
前記第２単位層の厚みは、１μｍ以上である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のダイヤモンド被覆工具。
【請求項５】
前記第１領域は、硼素酸化物を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のダイヤモンド被覆工具。
【請求項６】
前記第１領域のＸＰＳスペクトルにおいて、硼素の全結合エネルギー由来の面積強度Ｉｂに対する硼素と酸素との結合エネルギー由来の面積強度Ｉｂｏの比率であるＩｂｏ／Ｉｂが０．１以上０．８以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のダイヤモンド被覆工具。
【請求項７】
前記第１領域のラマンスペクトルにおいて、ダイヤモンド由来のピーク面積強度Ａｄｉａに対する前記硼素酸化物由来のピーク面積強度Ａｂｏの比率であるＡｂｏ／Ａｄｉａが０．１以上１０以下である、請求項５又は請求項６に記載のダイヤモンド被覆工具。
【請求項８】
基材と、前記基材上に設けられたダイヤモンド層と、を備えるダイヤモンド被覆工具であって、
前記ダイヤモンド層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された交互層からなり、
前記交互層において、最表面側は前記第１単位層であり、前記基材と接する側は前記第２単位層であり、
前記第１単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下であり、
前記第２単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以下である、ダイヤモンド被覆工具。
【請求項９】
前記第１単位層の厚みは０．２μｍ以上であり、
前記第２単位層の厚みは、０．２μｍ以上である、請求項８に記載のダイヤモンド被覆工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ダイヤモンド被覆工具に関する。本出願は、２０１９年１０月１８日に出願した日本特許出願である特願２０１９−１９１０８０号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドは現存する物質中最高の硬度を持ち、古くから天然ダイヤモンドや、超高圧ダイヤモンド焼結体等は、切削、研削、研磨等の工具への応用が図られてきた。１９８０年代に化学気相成長法（以下、「ＣＶＤ法」ともいう。）による、ダイヤモンド薄膜製造技術が確立されてからは、超硬合金等からなる基材を、ダイヤモンドからなる薄膜（以下、「ダイヤモンド被膜」ともいう。）で被覆することにより、工具の長寿命化を図る技術開発が進んできた。【０００３】
ダイヤモンド被膜に対して硼素をドーピングすることにより、ダイヤモンド被膜の耐酸化性及び潤滑性を向上させる技術が知られている。【０００４】
特許文献１（特開２００６−１５２４２３号公報）には、ボロンがドーピングされているダイヤモンド被膜であって、該ボロンのドーピング量が厚さ方向において変化しており、被膜表面では多くされているダイヤモンド被膜が開示されている。【０００５】
特許文献２（国際公開第２０１８／１３１１６６号）には、１０００ｐｐｍ未満のホウ素を含有する表面側の第１層と、１０００ｐｐｍ以上のホウ素を含有する母材側の第２単位層とを備えるダイヤモンド被膜が開示されている。【０００６】
特許文献３（国際公開第２０１３／１０５３４８号）には、ダイヤモンドと１．０×１０１８〜１．０×１０２２ａｔｍｓ／ｃｍ３のホウ素と１．０×１０１７〜１．０×１０２１ａｔｍｓ／ｃｍ３の窒素とを含むダイヤモンド層が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１５２４２３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１８／１３１１６６号
【特許文献３】国際公開第２０１３／１０５３４８号
【発明の概要】
【０００８】
本開示のダイヤモンド被覆工具は、
基材と、前記基材上に設けられたダイヤモンド層と、を備えるダイヤモンド被覆工具であって、
前記ダイヤモンド層は、前記ダイヤモンド層の表面と、前記表面からの厚さ方向の距離が１μｍである第１仮想面と、に囲まれる第１領域において、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下である、ダイヤモンド被覆工具である。
【０００９】
本開示のダイヤモンド被覆工具は、
基材と、前記基材上に設けられたダイヤモンド層と、を備えるダイヤモンド被覆工具であって、
前記ダイヤモンド層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された交互層からなり、
前記交互層において、最表面側は前記第１単位層であり、前記基材と接する側は前記第２単位層であり、
前記第１単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下であり、
前記第２単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以下である、ダイヤモンド被覆工具である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１に係るダイヤモンド被覆工具の代表的な構成例を説明する模式的断面図である。
【図２】図２は、実施の形態２に係るダイヤモンド被覆工具の代表的な構成例を説明する模式的断面図である。
【図３】図３は、本開示のダイヤモンド被覆工具の第１領域のＸＳＰスペクトルの一例を示す図である。
【図４】図４は、本開示のダイヤモンド被覆工具の第１領域のラマンスペクトルの一例を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態３に係るダイヤモンド被覆工具の代表的な構成例を説明する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［本開示が解決しようとする課題］
基材をダイヤモンド被膜で被覆したダイヤモンド被覆工具を用いて加工を行った場合、被膜の摩耗により工具寿命が低下する場合がある。従って、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有するダイヤモンド被覆工具が求められている。
【００１２】
そこで、本目的は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有するダイヤモンド被覆工具を提供することを目的とする。
【００１３】
［本開示の効果］
本開示のダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有する。
【００１４】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
【００１５】
（１）本開示のダイヤモンド被覆工具は、
基材と、前記基材上に設けられたダイヤモンド層と、を備えるダイヤモンド被覆工具であって、
前記ダイヤモンド層は、前記ダイヤモンド層の表面と、前記表面からの厚さ方向の距離が１μｍである第１仮想面と、に囲まれる第１領域において、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下である、ダイヤモンド被覆工具である。
【００１６】
本開示のダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有する。
【００１７】
（２）前記ダイヤモンド層は、前記基材と前記ダイヤモンド層との界面と、前記界面からの厚さ方向の距離が１μｍである第２仮想面と、に囲まれる第２領域において、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以下であることが好ましい。これによると、基材とダイヤモンド層との密着性が優れたダイヤモンド被覆工具を得ることができる。
【００１８】
（３）前記ダイヤモンド層は、前記基材と前記ダイヤモンド層との界面と、前記界面からの厚さ方向の距離が１μｍである第２仮想面と、に囲まれる第２領域において、硼素の含有量が５×１０２ｐｐｍａ以下であることが好ましい。これによると、基材とダイヤモンド層との密着性が更に優れたダイヤモンド被覆工具を得ることができる。
【００１９】
（４）前記ダイヤモンド層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された交互層からなり、
前記交互層において、最表面側に前記第１単位層が配置され、前記基材と接する側に前記第２単位層が配置され、
前記第１単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下であり、
前記第２単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以下であり、
前記第１単位層の厚みは、１μｍ以上であり、
前記第２単位層の厚みは、１μｍ以上であることが好ましい。
【００２０】
これによると、ダイヤモンド被覆工具の耐摩耗性が向上するとともに、基材とダイヤモンド層との密着性が向上する。
【００２１】
（５）前記第１領域は、硼素酸化物を含むことが好ましい。これによると、工具の使用時のダイヤモンド層の潤滑性が向上するため切削抵抗が低減し、ダイヤモンド被覆工具の耐摩耗性が向上する。
【００２２】
（６）前記第１領域のＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）スペクトルにおいて、硼素の全結合エネルギー由来の面積強度Ｉｂに対する硼素と酸素との結合エネルギー由来の面積強度Ｉｂｏの比率であるＩｂｏ／Ｉｂが０．１以上０．８以下であることが好ましい。
【００２３】
これによると、工具の使用時のダイヤモンド層の潤滑性が向上するため切削抵抗が低減し、ダイヤモンド被覆工具の耐摩耗性が向上する。
【００２４】
（７）前記第１領域のラマンスペクトルにおいて、ダイヤモンド由来のピーク面積強度Ａｄｉａに対する前記硼素酸化物由来のピーク面積強度Ａｂｏの比率であるＡｂｏ／Ａｄｉａが０．１以上１０以下であることが好ましい。
【００２５】
これによると、工具の使用時のダイヤモンド層の潤滑性が向上するため切削抵抗が低減し、ダイヤモンド被覆工具の耐摩耗性が向上する。
【００２６】
（８）本開示のダイヤモンド被覆工具は、
基材と、前記基材上に設けられたダイヤモンド層と、を備えるダイヤモンド被覆工具であって、
前記ダイヤモンド層は、第１単位層と第２単位層とが交互に積層された交互層からなり、
前記交互層において、最表面側は前記第１単位層であり、前記基材と接する側は前記第２単位層であり、
前記第１単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下であり、
前記第２単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以下である、ダイヤモンド被覆工具である。
【００２７】
本開示のダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有する。
【００２８】
（９）前記第１単位層の厚みは、０．２μｍ以上であり、
前記第２単位層の厚みは、０．２μｍ以上であることが好ましい。
【００２９】
これによると、ダイヤモンド被覆工具の耐摩耗性が向上する。
【００３０】
［本開示の実施形態の詳細］
本開示のダイヤモンド被覆工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
【００３１】
本明細書において「Ａ〜Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。
【００３２】
本明細書において、硼素及び酸素は、それぞれ同位体を全て含む。したがって、硼素の含有量及び酸素の含有量は、それぞれの同位体を全て含んだ値とする。
【００３３】
［実施の形態１：ダイヤモンド被覆工具（１）］
実施の形態１のダイヤモンド被覆工具について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係るダイヤモンド被覆工具の代表的な構成例を説明する模式的断面図である。図１に示されるように、ダイヤモンド被覆工具１０は、基材１と、基材１上に設けられたダイヤモンド層２と、を備えるダイヤモンド被覆工具１０であって、ダイヤモンド層２は、ダイヤモンド層２の表面Ｓと、表面Ｓからの厚さ方向の距離が１μｍである第１仮想面Ｑ１と、に囲まれる第１領域Ａ１において、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下である。
【００３４】
実施の形態１のダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有する。この理由は明らかではないが、下記（ｉ）及び（ｉｉ）の通りと推察される。
【００３５】
（ｉ）実施の形態１のダイヤモンド被覆工具は、ダイヤモンド層の表面と、表面からの厚さ方向の距離が１μｍである第１仮想面と、に囲まれる第１領域において、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下である。ダイヤモンド層の第１領域における硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下であると、ダイヤモンド層は優れた耐酸化性及び潤滑性を有することができる。したがって、ダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有することができる。
【００３６】
（ｉｉ）実施の形態１のダイヤモンド被覆工具は、ダイヤモンド層の表面と、表面からの厚さ方向の距離が１μｍである第１仮想面と、に囲まれる第１領域において、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下である。ダイヤモンド層の第１領域が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下の濃度の硼素とともに、１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下の濃度の酸素を含む場合、第１領域中に硼素酸化物が存在すると考えられる。ダイヤモンド層の第１領域中に硼素酸化物が存在すると、工具の使用時に、ダイヤモンド層と被削材との摩擦界面において、硼素酸化物からなる環状構造物質がせん断破壊を受けることにより固体潤滑性を示す。このため、工具と被削材との摩擦係数が減少することにより切削抵抗が減少する。したがって、ダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有することができる。
【００３７】
実施の形態１のダイヤモンド被覆工具１０は、基材１と、基材１上に設けられたダイヤモンド層２とを含む。ダイヤモンド被覆工具は、これらの構成を有する限り、他の任意の構成を含んでいてもよい。なお、本開示において基材の表面は、ダイヤモンド層により被覆されるものであり、その表面の全面がダイヤモンド層で被覆されていてもよいし、その表面の一部がダイヤモンド層により被覆されていてもよい。
【００３８】
実施の形態１のダイヤモンド被覆工具は、たとえば、刃先交換型切削チップ、バイト、カッタ、ドリル、エンドミル等の切削工具、および、ダイス、曲げダイ、絞りダイス、ボンディングツール等の耐磨工具として有用に用いることができる。
【００３９】
＜ダイヤモンド層＞
実施の形態１のダイヤモンド層は、ダイヤモンド層の表面と、表面からの厚さ方向の距離が１μｍである第１仮想面と、に囲まれる第１領域において、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下である。
【００４０】
実施の形態１のダイヤモンド層は、上記の構成を有し本開示の効果を奏する限り、他の任意の成分を含んでいても差し支えない。
【００４１】
実施の形態１のダイヤモンド層において、第１領域における硼素の含有量は、耐摩耗性向上の観点から、１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下であり、１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下がより好ましく、１×１０３ｐｐｍａ以上５×１０４ｐｐｍａ以下が更に好ましい。
【００４２】
実施の形態１のダイヤモンド層を構成するダイヤモンドは、多結晶の形態をとる。ダイヤモンド層中の硼素は、結晶内において炭素に置換して存在してもよいし、結晶内に結晶格子を置換せずに存在してもよく、結晶粒界に存在してもよいし、他の元素と結合して化合物として存在してもよい。すなわち、本開示における硼素含有量は、硼素の含有形態に係わらず、ダイヤモンド層の第１領域全体に含まれる含有量を意味する。
【００４３】
実施の形態１のダイヤモンド層において、第１領域における酸素の含有量は、耐摩耗性向上の観点から、１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下であり、１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０４ｐｐｍａ以下がより好ましく、１×１０２ｐｐｍａ以上５×１０３ｐｐｍａ以下が更に好ましい。
【００４４】
ダイヤモンド層中の酸素は、硼素酸化物として存在すると考えられるが、酸素の存在形態はこれに限定されない。例えば、結晶内において炭素に置換して存在してもよいし、結晶内に結晶格子を置換せずに存在してもよく、結晶粒界に存在してもよい。すなわち、本開示における酸素含有量は、酸素の含有形態に係わらず、ダイヤモンド層の第１領域全体に含まれる含有量を意味する。
【００４５】
図１に示されるように、実施の形態１のダイヤモンド層２は、基材１とダイヤモンド層２との界面Ｐと、界面Ｐからの厚さ方向の距離が１μｍである第２仮想面Ｑ２と、に囲まれる第２領域Ａ２において、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ未満であることが好ましい。これによると、基材とダイヤモンド層との密着性が優れたダイヤモンド被覆工具を得ることができる。なお、この形態は、ダイヤモンド層が１層からなるが、最表面側と基材側とでは、硼素の含有量が異なることを示す。
【００４６】
実施の形態１のダイヤモンド層において、第２領域における硼素の含有量は、基材とダイヤモンド層の密着性向上の観点から、５×１０２ｐｐｍａ以下が好ましく、１×１０２ｐｐｍａ以下がさらに好ましい。第２領域における硼素の含有量の下限は特に限定されず、０ｐｐｍａとすることができる。第２領域における硼素の含有量は、０ｐｐｍａ以上１×１０３ｐｐｍａ以下が好ましく、０ｐｐｍａ以上５×１０２ｐｐｍａ以下がより好ましく、０ｐｐｍａ以上１×１０２ｐｐｍａ以下が更に好ましい。
【００４７】
本明細書において、第１領域における硼素含有量及び酸素含有量、並びに、第２領域における硼素含有量は、電子線マイクロプローブアナライザー（ＥＰＭＡ）（測定機器：日本電子社製「ＪＸＡ−８６２１」）を用いて測定される。具体的には下記の（１−１）〜（１−３）の手順で測定される。
【００４８】
（１−１）ダイヤモンド被覆工具をダイヤモンド層の表面に対して垂直な方向に、ワイヤー放電加工機を用いて切り出し、露出した断面を、平均粒径３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて鏡面研磨する。本実施形態では基材の表面が極力平滑となるように基材を作製し、かつ、その上に形成されるダイヤモンド層の厚さも均一となるように形成しているため、基材の表面（ダイヤモンド層との界面）に多少凹凸があったとしても、ダイヤモンド層の表面Ｓと界面Ｐとは実質的には平行となり、後述する硼素含有量及び酸素含有量の測定精度への影響はない。
【００４９】
上記の露出断面において、ダイヤモンド層２の表面Ｓと、表面Ｓからダイヤモンド層側への厚さ方向の距離が１μｍであり、表面Ｓと平行な第１仮想面Ｑ１と、に囲まれる第１領域Ａ１内で、ダイヤモンド層の表面Ｓに沿う長さ１０μｍ×表面Ｓからダイヤモンド層の厚み方向の長さ１μｍの矩形の測定視野（以下、「第１領域内測定視野」ともいう。）を無作為に３箇所設定する。
【００５０】
また、上記の断面において、基材１とダイヤモンド層２との界面Ｐと、界面Ｐからダイヤモンド層側への厚さ方向の距離が１μｍであり、表面Ｓと平行な第２仮想面Ｑ２と、に囲まれる第２領域Ａ２内で、基材１とダイヤモンド層２との界面Ｐに沿う長さ１０μｍ×界面Ｐからダイヤモンド層の厚み方向の長さ１μｍの矩形の測定視野（以下、「第２領域内測定視野」ともいう。）を無作為に３箇所設定する。
【００５１】
なお、ダイヤモンド層２の表面Ｓが凹凸を有する場合は、表面Ｓの平均高さの平面を表面と見做して、第１領域を設定する。基材１とダイヤモンド層２との界面Ｐが凹凸を有する場合は、界面Ｐの平均高さの平面を界面と見做して、第２領域を設定する。なお、上記の断面において、「平均高さの平面から最表面側に張り出しているダイヤモンド層の面積」と「平均高さの平面から基材側に張り出しているダイヤモンド層の面積」とは同一となる。
【００５２】
（１−２）上記の第１領域内測定視野及び第２領域内測定視野のそれぞれについて、電子線マイクロプローブアナライザー（ＥＰＭＡ）分析（測定機器：日本電子社製「ＪＸＡ−８６２１」）を行う。ＥＰＭＡ分析では、電子線を加速電圧２５ｋＶにて照射、検出領域１０μｍΦとして、試料表面から得られる特性Ｘ線を分光し、得られるピーク強度から硼素濃度及び酸素濃度を求める。
【００５３】
濃度定量は、別途用意した標準試料（イオン注入により作製した硼素濃度及び酸素濃度が既知であるダイヤモンド単結晶）との比較により行う。
【００５４】
（１−３）上記のＥＰＭＡ分析を、３箇所の第１領域内測定視野で行い、３箇所の測定視野における硼素濃度及び酸素濃度のそれぞれの平均値を算出する。該平均値の値を、第１領域における硼素含有量及び酸素含有量とする。
【００５５】
上記のＥＰＭＡ分析を、３箇所の第２領域内測定視野で行い、３箇所の測定視野における硼素濃度の平均値を算出する。該平均値の値を、第２領域における硼素含有量とする。
【００５６】
ダイヤモンド層の第１領域は、硼素酸化物を含むことが好ましい。硼素酸化物としては、例えば、Ｂ２Ｏ３が挙げられる。Ｂ２Ｏ３は環状構造（例えば、六員環構造）を有し、ダイヤモンド層中で環状構造からなるシートが複数積層された層状の形態で存在すると考えられる。ダイヤモンド層の第１領域に、特に、環状構造を有する硼素酸化物が存在すると、工具の使用時に、ダイヤモンド層と被削材との摩擦界面において、硼素酸化物の環状構造物質がせん断破壊を受けることにより固体潤滑性を示す。このため、工具と被削材との摩擦係数が減少することにより切削抵抗が減少する。したがって、ダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有することができる。
【００５７】
ダイヤモンド層の第１領域が硼素酸化物を含むことは、ラマン分光分析により確認することができる。具体的には、下記の（２−１）〜（２−４）の手順で確認することができる。
【００５８】
（２−１）ダイヤモンド被覆工具をダイヤモンド層の表面に対して垂直な方向に、ワイヤー放電加工機を用いて切り出し、露出した断面を、平均粒径３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて鏡面研磨する。
【００５９】
上記の露出断面において、ダイヤモンド層２の表面Ｓと、表面Ｓからダイヤモンド層側への厚さ方向の距離が１μｍである第１仮想面Ｑ１と、に囲まれる第１領域Ａ１内で、ダイヤモンド層の表面Ｓに沿う長さ２０μｍ×表面Ｓからダイヤモンド層の厚み方向の長さ１μｍの矩形の測定視野（以下、「ラマン分光用測定視野」ともいう。）を無作為に設定する。
【００６０】
（２−２）上記のラマン分光用測定視野について、ＪＩＳ−Ｋ０１３７（２０１０）に準拠したレーザーラマン測定法により、５００〜２０００ｃｍ−１の範囲のラマンスペクトルを得る。ラマン分光装置は、ナノフォトン社製の「Ｒａｍａｎｔｏｕｃｈ」（商標）を用いる。
【００６１】
（２−３）上記で得られたラマンスペクトルに対して、画像処理ソフト（ナノフォトン社製の「Ｒａｍａｎｉｍａｇｅｒ」（商標））を用いて、多重散乱除去処理を行い、ピーク分離処理を行う。実施の形態１のダイヤモンド被覆工具におけるピーク分離後のラマンスペクトルの一例を図４に示す。
【００６２】
（２−４）ピーク分離後に観察されるラマンシフト８００ｃｍ−１付近のピークは、Ｂ−Ｏ環構造（硼素と酸素との結合を含む環構造）の存在を示す。すなわち、ラマンシフト８００ｃｍ−１付近のピークは、硼素酸化物の存在を示す。従って、上記のピーク分離処理後に、ラマンシフト８００ｃｍ−１付近にピークが観察されるか否かを確認することにより、ダイヤモンド層の第１領域が硼素酸化物を含むか否かを確認することができる。
【００６３】
＜ＸＰＳスペクトル＞
実施の形態１のダイヤモンド被覆工具は、第１領域のＸＰＳスペクトルにおいて、硼素の全結合エネルギー由来の面積強度Ｉｂに対する硼素と酸素との結合エネルギー由来の面積強度Ｉｂｏの比率であるＩｂｏ／Ｉｂが０．１以上０．８以下であることが好ましい。
【００６４】
Ｉｂｏ／Ｉｂが０．１以上０．８以下であると、第１領域中に硼素酸化物が存在すると考えられる。特に、環状構造を有する硼素酸化物が存在すると、工具の使用時に、ダイヤモンド層と被削材との摩擦界面において、硼素酸化物の環状構造物質がせん断破壊を受けることにより固体潤滑性を示す。このため、工具と被削材との摩擦係数が減少することにより切削抵抗が減少する。したがって、ダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有することができる。
【００６５】
Ｉｂｏ／Ｉｂは、ダイヤモンド層の潤滑性向上の観点から、０．２以上０．８以下がより好ましく、０．３以上０．８以下が更に好ましい。
【００６６】
本明細書において、Ｉｂｏ／Ｉｂは下記の（３−１）〜（３−５）の手順で算出される。
【００６７】
（３−１）ダイヤモンド被覆工具をダイヤモンド層の表面に対して垂直な方向に、ワイヤー放電加工機を用いて切り出し、露出した断面を、平均粒径３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて鏡面研磨する。
【００６８】
上記の露出断面において、ダイヤモンド層２の表面Ｓと、表面Ｓからダイヤモンド層側への厚さ方向の距離が１μｍである第１仮想面Ｑ１と、に囲まれる第１領域Ａ１内で、ダイヤモンド層の表面Ｓに沿う長さ２０μｍ×表面Ｓからダイヤモンド層の厚み方向の長さ１μｍの矩形の測定視野（以下、「ＸＰＳ用測定視野」ともいう。）を無作為に設定する。
【００６９】
（３−２）上記のＸＰＳ用測定視野について、Ｘ線光電子分光測定法により、結合エネルギー１９０ｅＶ付近に現れる硼素のＢ１ｓスペクトルを得る。Ｘ線光電子分光装置は、ＵＬＶＡＣ  ＰＨＩ社製の「ＱｕａｎｔｅｒａＳＸＭ」（商標）を用いる。
【００７０】
（３−３）上記で得られたＢ１ｓスペクトルを関数フィッティングによるピーク分離を行うことにより、Ｂ−Ｂ結合（硼素間結合）を示すスペクトル（以下、「Ｂ−Ｂ結合スペクトル」ともいう。）及びＢ−Ｏ結合（硼素酸素間結合）を示すスペクトル（以下、「Ｂ−Ｏ結合スペクトル」ともいう。）を得る。ピークのフィッティング関数はＧａｕｓｓ関数とＬｏｒｅｎｚ関数の畳み込み積分であるＶｏｉｇｔ関数を用いる。本明細書において、硼素が関与する全結合エネルギーとは、Ｂ−Ｂ結合エネルギー及びＢ−Ｏ結合エネルギーの合計を意味する。
【００７１】
実施の形態１のダイヤモンド被覆工具における上記のＢ１ｓスペクトル、Ｂ−Ｂ結合スペクトル及びＢ−Ｏ結合スペクトルの一例を図３に示す。
【００７２】
（３−４）上記で得られたＢ１ｓスペクトル、Ｂ−Ｂ結合スペクトル及びＢ−Ｏ結合スペクトルのそれぞれについて、画像処理ソフト（ＵＬＶＡＣ  ＰＨＩ社製の「ＰＨＩ  ＭｕｌｔｉＰａｋ」（商標））を用いて、ピーク面積強度を測定する。Ｂ１ｓスペクトルのピーク面積強度は、硼素が関与する全結合エネルギー由来の面積強度Ｉｂに該当する。Ｂ−Ｂ結合スペクトルのピーク面積強度は、硼素間結合エネルギー由来の面積強度Ｉｂｂに該当する。Ｂ−Ｏ結合スペクトルのピーク面積強度は、硼素と酸素との結合エネルギー由来の面積強度Ｉｂｏに該当する。
【００７３】
（３−５）上記で得られたＩｂ及びＩｂｏから、Ｉｂｏ／Ｉｂを算出する。
【００７４】
＜ラマンスペクトル＞
実施の形態１のダイヤモンド被覆工具は、第１領域のラマンスペクトルにおいて、ダイヤモンド由来のピーク面積強度Ａｄｉａに対する前記硼素酸化物由来のピーク面積強度Ａｂｏの比率であるＡｂｏ／Ａｄｉａが０．１以上１０以下であることが好ましい。
【００７５】
Ａｂｏ／Ａｄｉａが０．１以上１０以下であると、第１領域中に環状構造を有する硼素酸化物が存在すると考えられる。第１領域中に環状構造を有する硼素酸化物が存在すると、工具の使用時に、ダイヤモンド層と被削材との摩擦界面において、硼素酸化物の環状構造物質がせん断破壊を受けることにより固体潤滑性を示す。このため、工具と被削材との摩擦係数が減少することにより切削抵抗が減少する。したがって、ダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有することができる。
【００７６】
Ａｂｏ／Ａｄｉａは、ダイヤモンド層の潤滑性向上と耐摩耗性維持の観点から、０．２以上８以下がより好ましく、０．３以上７以下が更に好ましい。
【００７７】
本明細書において、Ａｂｏ／Ａｄｉａは下記の（４−１）〜（４−４）の手順で算出される。
【００７８】
（４−１）ダイヤモンド被覆工具をダイヤモンド層の表面に対して垂直な方向に、ワイヤー放電加工機を用いて切り出し、露出した断面を、平均粒径３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて鏡面研磨する。
【００７９】
上記の露出断面において、ダイヤモンド層２の表面Ｓと、表面Ｓからダイヤモンド層側への厚さ方向の距離が１μｍである第１仮想面Ｑ１と、に囲まれる第１領域Ａ１内で、ダイヤモンド層の表面Ｓに沿う長さ２０μｍ×表面Ｓからダイヤモンド層の厚み方向の長さ１μｍの矩形の測定視野（以下、「ラマン分光用測定視野」ともいう。）を無作為に設定する。
【００８０】
（４−２）上記のラマン分光用測定視野について、ＪＩＳ−Ｋ０１３７（２０１０）に準拠したレーザーラマン測定法により、５００〜２０００ｃｍ−１の範囲のラマンスペクトルを得る。ラマン分光装置は、ナノフォトン社製の「Ｒａｍａｎｔｏｕｃｈ」（商標）を用いる。
【００８１】
（４−３）上記で得られたラマンスペクトルに対して、画像処理ソフト（ナノフォトン社製の「Ｒａｍａｎｉｍａｇｅｒ」（商標））を用いて、多重散乱除去処理を行い、ピーク分離処理を行う。実施の形態１のダイヤモンド被覆工具におけるピーク分離後のラマンスペクトルの一例を図４に示す。
【００８２】
（４−４）ピーク分離後に観察されるラマンシフト８００ｃｍ−１付近のピークは、Ｂ−Ｏ環構造（硼素と酸素との結合を含む環構造）に由来する。すなわち、ラマンシフト８００ｃｍ−１付近のピークは硼素酸化物に由来すると考えられる。以下、ラマンシフト８００ｃｍ−１付近のピークを「硼素酸化物由来ピーク」ともいう。
【００８３】
ピーク分離後に観察されるラマンシフト１３３０ｃｍ−１付近のピークはダイヤモンドに由来する。以下、ラマンシフト１３３０ｃｍ−１付近のピークを「ダイヤモンド由来ピーク」ともいう。
【００８４】
上記で得られた硼素酸化物由来ピーク及びダイヤモンド由来ピークのそれぞれについて、画像処理ソフト（ナノフォトン社製の「Ｒａｍａｎｉｍａｇｅｒ」（商標））を用いて、ピーク面積強度を測定する。
【００８５】
上記で得られた硼素酸化物由来ピークのピーク面積強度Ａｂｏ及びダイヤモンド由来のピークのピーク面積強度Ａｄｉａから、Ａｂｏ／Ａｄｉａを算出する。
【００８６】
＜平均粒子径＞
ダイヤモンド層に含まれるダイヤモンド粒子の平均粒子径は、例えば、０．０５〜３μｍとすることができる。ダイヤモンド粒子の平均粒子径が前記の範囲であると、ダイヤモンド層は優れた耐摩耗性及び対欠損性を有することができる。ダイヤモンド粒子の平均粒子径は、０．２〜１．５μｍがより好ましい。
【００８７】
本明細書において、「平均粒子径」とは、体積基準の粒度分布（体積分布）におけるメジアン径（ｄ５０）を意味する。
【００８８】
ダイヤモンド粒子の平均粒子径を算出するための各粒子の粒子径は、次の方法によって測定することができる。まず、ダイヤモンド層の断面を鏡面研磨し、任意の領域（測定視野２μｍ×２μｍ）のダイヤモンド層の反射電子像を、電子顕微鏡を用いて５０００倍の倍率で観察する。次に、この反射電子像において、ダイヤモンド粒子に外接する円の直径（すなわち外接円相当径）を測定し、該直径をダイヤモンド粒子の粒径とする。
【００８９】
＜厚み＞
ダイヤモンド層は、全体厚み３μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。膜厚がこの範囲であると、ダイヤモンド被覆工具の耐摩耗性と耐欠損性とのバランスが良好となる。ダイヤモンド層の厚みは、５μｍ以上２５μｍ以下がより好ましく、７μｍ以上２０μｍ以下が更に好ましい。
【００９０】
ダイヤモンド層の厚みは、ダイヤモンド層の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、日立ハイテクノロジーズ社製「Ｓ４８００−ａｔ」）を用いて観察することにより測定することができる。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５０００〜１００００倍とし、観察面積を１００〜５００μｍ２として、１視野において３箇所の厚み幅を測定し、その平均値を「厚み」とする。後述の各層の厚みについても、特に記載のない限り同様である。
【００９１】
＜基材＞
実施の形態１のダイヤモンド被覆工具１０の基材１としては、従来公知のものを特に限定なく使用することができる。例えば、超硬合金（たとえばＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはさらにＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物等を添加したものも含む）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、工具鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、およびこれらの混合体など）、立方晶型窒化硼素焼結体等をこのような基材の例として挙げることができる。
【００９２】
これらの基材の中でも、特にＷＣ基超硬合金、サーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。これは、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、ダイヤモンド被覆切削工具の基材として優れた特性を有するためである。
【００９３】
［実施の形態２：ダイヤモンド被覆工具（２）］
実施の形態２のダイヤモンド被覆工具について、図２を用いて説明する。図２は、実施の形態２に係るダイヤモンド被覆工具の代表的な構成例を説明する模式的断面図である。図２に示されるように、ダイヤモンド被覆工具２１０は、基材１と、基材１上に設けられたダイヤモンド層２２０と、を備え、ダイヤモンド層２２０は、ダイヤモンド層の表面Ｓと、表面Ｓからの厚さ方向の距離が１μｍである第１仮想面Ｑ１と、に囲まれる第１領域Ａ１において、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下であり、ダイヤモンド層２２０は、第１単位層２１と第２単位層２２とが交互に積層された交互層からなり、交互層において、最表面側に第１単位層２１が配置され、基材１と接する側に第２単位層２２が配置され、第１単位層２１は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下であり、第２単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ未満であり、第１単位層２１の厚みは１μｍ以上であり、第２単位層の厚みは１μｍ以上である。
【００９４】
実施の形態２のダイヤモンド被覆工具は、実施の形態１のダイヤモンド被覆工具と、ダイヤモンド層の構成以外は同様の構成とすることができる。従って、本実施形態では、ダイヤモンド層について説明する。
【００９５】
＜ダイヤモンド層＞
実施の形態２のダイヤモンド層２２０は、第１単位層２１と第２単位層２２とが交互に積層された交互層からなる。交互層において、最表面側に第１単位層２１が配置され、基材１と接する側に第２単位層２２が配置される。第１単位層２１は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下である。第２単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以下である。
【００９６】
実施の形態２のダイヤモンド層では、被削材と接する表面側が第１単位層からなる。該第１単位層は硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下であり、優れた耐酸化性及び潤滑性を有することができる。したがって、ダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有することができる。
【００９７】
実施の形態２のダイヤモンド層では、基材と接する側が第２単位層からなる。該第２単位層は硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以下であり、基材との密着性が優れている。従って、ダイヤモンド被覆工具は、基材とダイヤモンド層との密着性が優れ、長い工具寿命を有することができる。
【００９８】
第１単位層の厚みの下限は、１μｍ以上である。これによると、ダイヤモンド層の表面で発生したクラックの進展を抑制することができる。第１単位層の厚みの下限は、１．５μｍ以上、２μｍ以上とすることができる。第１単位層の厚みの上限は、２９μｍ以下、２８．５μｍ以下、２８μｍ以下とすることができる。第１単位層の厚みは、１μｍ以上２９μｍ以下、１．５μｍ以上２８．５μｍ以下、２μｍ以上２８μｍ以下とすることができる。
【００９９】
第２単位層の厚みの下限は、１μｍ以上である。これによると、基材との界面強度を保ち、剥離を抑制することができる。第２単位層の厚みの上限は、２９μｍ以下、２８．５μｍ以下、２８μｍ以下とすることができる。第２単位層の厚みは、１μｍ以上２９μｍ以下、１．５μｍ以上２８．５μｍ以下、２μｍ以上２８μｍ以下とすることができる。
【０１００】
第１単位層及び第２単位層のそれぞれの積層数は、１以上１５以下が好ましい。これによると、耐欠損性と耐摩耗性をバランス良く向上させることができる。
【０１０１】
ダイヤモンド層全体の厚みは、２μｍ以上３０μｍ以下、３μｍ以上２５μｍ以下、４μｍ以上２０μｍ以下とすることができる。
【０１０２】
交互層において、第１単位層と第２単位層とが交互に積層して多層構造を形成していることは、ダイヤモンド層の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡、日本電子社製「ＪＥＭ−２１００Ｆ／Ｃｓ」（商標））で観察し、コントラストの差を多層構造を示すものとして確認することができる。
【０１０３】
第１単位層及び第２単位層の積層数は、ダイヤモンド層の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて観察することにより測定することができる。具体的には、薄片化した試料に電子線を照射し、試料を透過した電子や散乱した電子を結像し、高倍率で観察することにより測定することができる。
【０１０４】
［実施の形態３：ダイヤモンド被覆工具（３）］
実施の形態３のダイヤモンド被覆工具について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態３に係るダイヤモンド被覆工具の代表的な構成例を説明する模式的断面図である。図５に示されるように、ダイヤモンド被覆工具３１０は、基材１と、基材１上に設けられたダイヤモンド層３２０と、を備え、ダイヤモンド層３２０は、第１単位層３１と第２単位層３２とが交互に積層された交互層からなり、交互層において、最表面側に第１単位層３１が配置され、基材１と接する側に第２単位層３２が配置され、第１単位層３１は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下であり、第２単位層３２は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ未満である。
【０１０５】
実施の形態３のダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有する。この理由は明らかではないが、下記（Ｉ）〜（ＩＩＩ）の通りと推察される。
【０１０６】
（Ｉ）実施の形態３のダイヤモンド被覆工具では、ダイヤモンド層の最表面側に配置される第１単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下である。第１単位層の硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下であると、第１単位層は優れた耐酸化性及び潤滑性を有することができる。したがって、ダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有することができる。
（ＩＩ）更に、第１単位層が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下の濃度の硼素とともに、１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下の濃度の酸素を含む場合、第１単位層中に硼素酸化物が存在すると考えられる。ダイヤモンド層の第１単位層中に硼素酸化物が存在すると、工具の使用時に、ダイヤモンド層と被削材との摩擦界面において、硼素酸化物からなる環状構造物質がせん断破壊を受けることにより固体潤滑性を示す。このため、工具と被削材との摩擦係数が減少することにより切削抵抗が減少する。したがって、ダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有することができる。
【０１０７】
（ＩＩＩ）実施の形態３のダイヤモンド被覆工具では、ダイヤモンド層の基材に接する側に配置される第２単位層は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ未満である。これによると、基材とダイヤモンド層との密着性が良好である。よって、ダイヤモンド被覆工具は、使用時に被膜の剥離が生じ難く、長い工具寿命を有することができる。
【０１０８】
実施の形態３のダイヤモンド被覆工具は、実施の形態１のダイヤモンド被覆工具と、ダイヤモンド層の構成以外は同様の構成とすることができる。従って、本実施形態では、ダイヤモンド層について説明する。
【０１０９】
＜ダイヤモンド層＞
実施の形態３のダイヤモンド層３２０は、第１単位層３１と第２単位層３２とが交互に積層された交互層からなる。交互層において、最表面側に第１単位層３１が配置され、基材１と接する側に第２単位層３２が配置される。第１単位層３１は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下である。第２単位層３２は、硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以下である。
【０１１０】
実施の形態３のダイヤモンド層では、被削材と接する表面側が第１単位層からなる。該第１単位層は硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量が１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下であり、優れた耐酸化性及び潤滑性を有することができる。したがって、ダイヤモンド被覆工具は、耐摩耗性に優れ、長い工具寿命を有することができる。
【０１１１】
実施の形態３のダイヤモンド層では、基材と接する側が第２単位層からなる。該第２単位層は硼素の含有量が１×１０３ｐｐｍａ以下であり、基材との密着性が優れている。従って、ダイヤモンド被覆工具は、基材とダイヤモンド層との密着性が優れ、長い工具寿命を有することができる。
【０１１２】
第１単位層における硼素含有量及び酸素含有量、並びに、第２単位層における硼素含有量は、電子線マイクロプローブアナライザー（ＥＰＭＡ）（測定機器：日本電子社製「ＪＸＡ−８６２１」）を用いて測定される。具体的には下記の（５−１）〜（５−３）の手順で測定される。
【０１１３】
（５−１）実施の形態１に記載の上記（１−１）と同様の方法で、ダイヤモンド被覆工具をダイヤモンド層の表面に対して垂直な方向に、ワイヤー放電加工機を用いて切り出し、露出した断面を、平均粒径３μｍのダイヤモンドスラリーを用いて鏡面研磨する。
【０１１４】
上記の露出断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡、日本電子社製「ＪＥＭ−２１００Ｆ／Ｃｓ」（商標））で観察し、最表面側の第１単位層と、基材１と接する側の第２単位層とを特定する。該第１単位層において、ダイヤモンド層の表面Ｓに沿う長さ１０μｍ×第１単位層の厚み方向に沿う、該厚みと同一の長さの矩形の測定視野（以下、「第１単位層内測定視野」ともいう。）を無作為に３箇所設定する。
【０１１５】
該第２単位層において、ダイヤモンド層の表面Ｓに沿う長さ１０μｍ×第２単位層の厚み方向に沿う、該厚みと同一の長さの矩形の測定視野（以下、「第２単位層内測定視野」ともいう。）を無作為に３箇所設定する。
（５−２）上記の第１単位層内測定視野及び第２単位層内測定視野のそれぞれについて、電子線マイクロプローブアナライザー（ＥＰＭＡ）分析（測定機器：日本電子社製「ＪＸＡ−８６２１」）を行う。ＥＰＭＡ分析では、電子線を加速電圧２５ｋＶにて照射、検出領域１０μｍΦとして、試料表面から得られる特性Ｘ線を分光し、得られるピーク強度から硼素濃度及び酸素濃度を求める。
【０１１６】
濃度定量は、別途用意した標準試料（イオン注入により作製した硼素濃度及び酸素濃度が既知であるダイヤモンド単結晶）との比較により行う。
【０１１７】
（５−３）上記のＥＰＭＡ分析を、３箇所の第１単位層内測定視野で行い、３箇所の測定視野における硼素濃度及び酸素濃度のそれぞれの平均値を算出する。該平均値の値を、第１単位層における硼素含有量及び酸素含有量とする。
【０１１８】
上記のＥＰＭＡ分析を、３箇所の第２単位層内測定視野で行い、３箇所の測定視野における硼素濃度の平均値を算出する。該平均値の値を、第２単位層における硼素含有量とする。
【０１１９】
第１単位層の厚みは、０．２μｍ以上が好ましい。これによると、ダイヤモンド層の表面で発生したクラックの進展を抑制することができる。第１単位層の厚みの下限は、０．３μｍ以上とすることができる。第１単位層の厚みの上限は、１μｍ以下、０．８μｍ以下とすることができる。第１単位層の厚みは、０．２μｍ以上１μｍ以下、０．３μｍ以上０．８μｍ以下とすることができる。
【０１２０】
第２単位層の厚みは、０．２μｍ以上が好ましい。これによると、基材との界面強度を保ち、剥離を抑制することができる。第２単位層の厚みの下限は、０．３μｍ以上とすることができる。第２単位層の厚みの上限は、１μｍ以下、０．８μｍ以下とすることができる。第２単位層の厚みは、０．２μｍ以上１μｍ以下、０．３μｍ以上０．８μｍ以下とすることができる。
【０１２１】
第１単位層及び第２単位層のそれぞれの積層数は、５以上７５以下が好ましい。これによると、耐欠損性と耐摩耗性をバランス良く向上させることができる。
【０１２２】
ダイヤモンド層全体の厚みは、３μｍ以上２５μｍ以下が好ましく、４μｍ以上２０μｍ以下が更に好ましい。
【０１２３】
交互層において、第１単位層と第２単位層とが交互に積層して多層構造を形成していることは、ダイヤモンド層の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡、日本電子社製「ＪＥＭ−２１００Ｆ／Ｃｓ」（商標））で観察し、コントラストの差を多層構造を示すものとして確認することができる。
【０１２４】
第１単位層及び第２単位層の積層数は、ダイヤモンド層の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて観察することにより測定することができる。具体的には、薄片化した試料に電子線を照射し、試料を透過した電子や散乱した電子を結像し、高倍率で観察することにより測定することができる。
【０１２５】
［実施の形態４：ダイヤモンド被覆工具の製造方法（１）］
実施の形態１のダイヤモンド被覆工具の製造方法は、基材の表面にダイヤモンド粉末を塗布して、種付け処理を行った後、ダイヤモンド層を化学気相成長法により形成する工程を含むことができる。化学気相成長法としては、熱フィラメントＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、プラズマジェットＣＶＤ法等の従来公知のＣＶＤ法を用いることができる。
【０１２６】
ダイヤモンドを気相成長させる際に、気相中に硼素源及び酸素源を所定の濃度で導入することにより、ダイヤモンド層が所定の濃度の硼素及び酸素を含むことができる。具体的には、気相中の硼素源及び酸素源の濃度を調整することにより、ダイヤモンド層の第１領域における硼素の含有量を１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量を１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下とする。
【０１２７】
硼素源としては、Ｂ２Ｈ６（ジボラン、気体）、Ｂ（ＣＨ３）３（トリメチルボロン：ＴＭＢ、液体）等を用いることができる。酸素源としては、Ｏ２（酸素、気体）、Ｂ（ＯＣＨ３）３（ホウ酸トリメチル、液体）等を用いることができる。
【０１２８】
硼素源及び酸素源が気体の場合は、該気体を直接気相中に導入することができる。硼素源及び酸素源が液体の場合は、該液体を任意のキャリアガスでバブリングすることにより混合ガスとして導入することができる。
【０１２９】
［実施の形態５：ダイヤモンド被覆工具の製造方法（２）］
実施の形態２及び実施の形態３のダイヤモンド被覆工具の製造方法は、基本的に、実施の形態４のダイヤモンド被覆工具の製造方法と同様である。異なる点は、ダイヤモンドを気相成長させる際に、気相中の硼素源及び酸素源の濃度を一定時間毎に変化させることにより、ダイヤモンド層中の硼素及び酸素の濃度が異なる第１単位層及び第２単位層を交互に形成することである。
【０１３０】
具体的には、気相中の硼素源及び酸素源の濃度を調整することにより、第１単位層の硼素の含有量を１×１０３ｐｐｍａ以上１×１０６ｐｐｍａ以下、かつ、酸素の含有量を１×１０２ｐｐｍａ以上１×１０５ｐｐｍａ以下、かつ、第２単位層の硼素の含有量を１×１０３ｐｐｍａ以下とする。
【実施例】
【０１３１】
本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。【０１３２】
［試料１］
基材として、材質が超硬合金であって、形状が旋削用の刃先交換型チップを準備した。【０１３３】
続いて、基材の表面にダイヤモンド粉末を塗布して、種付け処理を行なった。種付け処理は平均粒径０．１μｍのダイヤモンド粉末を基材表面に擦りつけた後、基材をエタノール中で洗浄し乾燥させることにより行なった。次に、上記種付け処理が行なわれた基材を公知の熱フィラメントＣＶＤ装置にセットした。【０１３４】
試料１のダイヤモンド層は下記の条件で成膜した。工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。硼素源と酸素源は流量をゼロとした。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。これにより、試料１のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１３５】
［試料２］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１３６】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の流量をゼロとし、第１単位層の形成時は酸素源の濃度を硼素源に対し６０％になるよう制御しながら、硼素、酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．５％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料２のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１３７】
［試料３］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１３８】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．０１％となるよう流量を制御した。第１単位層の形成時は酸素源の濃度を硼素源に対し３５％になるよう制御しながら、硼素、酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．２％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料３のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１３９】
［試料４］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１４０】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．０２％となるよう流量を制御した。第１単位層の形成時は酸素源の流量をゼロにし、硼素源の濃度を全体の原料ガスに対し０，２％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料４のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１４１】
［試料５］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１４２】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．０５％となるよう流量を制御した。第１単位層の形成時は酸素源の濃度を硼素源に対し２０％になるよう制御しながら、硼素、酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．５％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料５のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１４３】
［試料６］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１４４】
試料６のダイヤモンド層は下記の条件で成膜した。工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．１％となるよう流量を制御した。第１単位層の形成時は酸素源の濃度を硼素源に対し７０％になるよう制御しながら、硼素、酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．３％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料６のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１４５】
［試料７］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１４６】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．３％となるよう流量を制御した。第１単位層の形成時は硼素源と酸素源は流量をゼロとした。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料７のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１４７】
［試料８］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１４８】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．５％となるよう流量を制御した。第１単位層の形成時は酸素源の濃度を硼素源に対し４０％になるよう制御しながら、硼素、酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．５％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料８のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１４９】
［試料９］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１５０】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．２％となるよう流量を制御した。第１単位層の形成時は酸素源の濃度を硼素源に対し５０％になるよう制御しながら、硼素、酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し５％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料９のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１５１】
［試料１０］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１５２】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．１％となるよう流量を制御した。第１単位層の形成時は酸素源の濃度を硼素源に対し３０％になるよう制御しながら、硼素、酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し１０％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料１０のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１５３】
［試料１１］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１５４】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．２％となるよう流量を制御した。第１単位層の形成時は酸素源の濃度を硼素源に対し６０％になるよう制御しながら、硼素、酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．１％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料１１のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１５５】
［試料１２］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１５６】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し３％となるよう流量を制御した。第１単位層の形成時は酸素源の濃度を硼素源に対し１２％になるよう制御しながら、硼素、酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し７％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料１２のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１５７】
［試料１３］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１５８】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．１％となるよう流量を制御した。第１単位層の形成時は酸素源の濃度を硼素源に対し１０％になるよう制御しながら、硼素、酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し５０％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料１３のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１５９】
［試料１４］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１６０】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとした。まず第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対しゼロとした。続いて、第１単位層の形成時は酸素源の濃度を硼素源に対し２０％になるよう制御しながら、硼素、酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．５％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料１４のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１６１】
［試料１５］
基材として、試料１と同一の基材を準備した。基材上に下記の条件でダイヤモンド層を成膜した。【０１６２】
工具表面温度が平均８００℃になるよう、フィラメント電流を制御した。メタンと水素をメタン濃度１％となるように流量を制御し、成膜時の圧力は５００ｍＰａとしたまず、第２単位層の形成時は硼素源と酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し０．１％となるよう流量を制御した。続いて、第１単位層の形成時は酸素源の濃度を硼素源に対し１５％になるよう制御しながら、硼素、酸素源の濃度を全体の原料ガスに対し４０％となるよう流量を制御した。第１単位層及び第２単位層のそれぞれの厚み及び層数は、表１に示す通りである。ダイヤモンド層の合計厚みは１０μｍとした。該ダイヤモンド層は交互層からなり、基材と接する側は第２単位層であり、最表面側が第１単位層である。これにより、試料１２のダイヤモンド被覆工具を得た。【０１６３】
＜評価＞
（硼素含有量、酸素含有量、Ｉｂｏ／Ｉｂ、Ａｂｏ／Ａｄｉａ）
試料１〜試料１５のダイヤモンド被覆工具について、第１領域における硼素含有量、酸素含有量、第２領域における硼素含有量、Ｉｂｏ／Ｉｂ、Ａｂｏ／Ａｄｉａを測定した。具体的な測定方法は実施の形態１に記載されているため、その説明は繰り返さない。結果を表１に示す。【０１６４】
（切削試験）
試料１〜試料１５のダイヤモンド被覆工具を用いて、下記の条件で切削試験を行った。被削材：アルミニウム合金（Ａ３９０）
切削速度：８００ｍ／ｍｉｎ．
送り速度：２５０ｍ／ｍｉｎ．
切込み：０．１ｍｍ
クーラント：水溶性切削油
切削方法：旋削
工具寿命は、逃げ面摩耗幅が０．０３ｍｍに達した時点、もしくは膜剥離が生じた時点とした。また、１５ｍ加工時の逃げ面摩耗量（表１において「摩耗量」と示す。）も測定した。結果を表１に示す。【０１６５】
【表１】
2021075358.tif 000003
【０１６６】
＜考察＞
試料２、試料３、試料５、試料６、試料８〜試料１５の表面被覆切削工具は実施例に該当する。これらの試料は、摩耗量が小さく、耐摩耗性に優れ、工具寿命が長いことが確認された。【０１６７】
試料１、試料４、試料７の表面被覆切削工具は、第１領域が硼素及び／又は酸素を含まず、比較例に該当する。これらの試料は、実施例に比べて摩耗量が大きく、工具寿命が短かった。【０１６８】
以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。【０１６９】
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実施の形態および実施例ではなく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。
【符号の説明】
【０１７０】
１  基材、２，２２０，３２０  ダイヤモンド層、１０，２１０，３１０  ダイヤモンド被覆工具、２１，３１  第１単位層、２２，３２  第２単位層、Ａ１  第１領域、Ａ２  第２領域、Ｓ  最表面、Ｐ  界面
【図１】
2021075358.tif 000004
【図２】
2021075358.tif 000005
【図３】
2021075358.tif 000006
【図４】
2021075358.tif 000007
【図５】
2021075358.tif 000008
【国際調査報告】
2021075358.tif 000009
2021075358.tif 000010
2021075358.tif 000011
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