JP6992232B2

JP6992232B2 - 切削工具

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Publication number: JP6992232B2
Application number: JP2020571862A
Authority: JP
Inventors: 誠瀬戸山; 桃子飯田; 治世福井
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2040-07-16
Also published as: JPWO2021024736A1; US20220226907A1; WO2021024736A1; CN113874144A; EP3960341A1; EP3960341A4

Description

本開示は、切削工具に関する。本出願は、２０１９年８月６日に出願した日本特許出願である特願２０１９－１４４６１１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。

立方晶窒化ホウ素（以下「ｃＢＮ」とも記す。）はダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、熱的安定性および化学的安定性にも優れる。また、鉄系材料に対しては、ダイヤモンドよりも安定なため、鉄系材料を加工するための切削工具としてｃＢＮ焼結体が用いられてきた。

また、ｃＢＮ焼結体からなる切削工具の耐摩耗性等を向上させるために、ｃＢＮ焼結体の基材の上に被膜を設けることが検討されている。

特開平０８－１１９７７４号公報

本開示に係る切削工具は、
すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
上記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、
上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
上記被膜は、ＭＡｌＮ層を含み、
上記ＭＡｌＮ層におけるＭは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
上記ＭＡｌＮ層は、立方晶型のＭ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒を含み、
上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮにおける金属元素Ｍの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、
上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、
上記逃げ面の法線を含む平面で、上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいたカラーマップを作成した場合に、上記カラーマップにおいて、
上記逃げ面の上記ＭＡｌＮ層における、（１１１）面の法線方向が上記逃げ面の法線方向に対して２５°以内となる上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒の占める面積の割合が４５％以上７５％未満であり、
上記ＭＡｌＮ層の残留応力は、－２ＧＰａ以上－０．１ＧＰａ以下である。

図１は、切削工具の一態様を例示する斜視図である。図２は、本実施形態の一態様における切削工具の模式断面図である。図３は、本実施形態の他の態様における切削工具の模式断面図である。図４は、本実施形態の別の他の態様における切削工具の模式断面図である。図５は、本実施形態の別の他の態様における切削工具の模式断面図である。図６は、本実施形態に係る切削工具の断面を拡大したＳＥＭ画像の模式図である。図７は、比較例の切削工具における断面を拡大したＳＥＭ画像である。図８は、本実施形態に係る切削工具のＴｉＡｌＮ層（ＭＡｌＮ層）における結晶粒の配向性の分布を示すグラフである。図９は、比較例の切削工具のＴｉＡｌＮ層（ＭＡｌＮ層）における結晶粒の配向性の分布を示すグラフである。

[本開示が解決しようとする課題]
例えば、特開平０８－１１９７７４号公報（特許文献１）では、立方晶型窒化硼素を２０体積％以上含むＣＢＮ焼結体からなる基材またはダイヤモンドを４０％以上含むダイヤモンド焼結体からなる基材を有する工具用の複合高硬度材料において、Ｃ、ＮおよびＯの中から選択される少なくとも１種の元素と、Ｔｉと、Ａｌとを主成分とした少なくとも１層の硬質耐熱被膜を少なくとも切削に関与する箇所に有することを特徴とする工具用複合高硬度材料が開示されている。

しかし、特許文献１に記載の工具用複合高硬度材料における硬質耐熱被膜は、構成する結晶粒の結晶方位にばらつきが見られ、硬度の点において改善の余地がある。そのため、高効率な切削加工（送り速度が大きい切削加工等）へ適用する際には更なる性能（例えば、耐摩耗性、耐チッピング性等）の向上が求められる。

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる切削工具を提供することを目的とする。

[本開示の効果]
本開示によれば、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる切削工具を提供することが可能になる。

[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。
［１］本開示に係る切削工具は、
すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
上記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、
上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
上記被膜は、ＭＡｌＮ層を含み、
上記ＭＡｌＮ層におけるＭは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
上記ＭＡｌＮ層は、立方晶型のＭ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒を含み、
上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮにおける金属元素Ｍの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、
上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、
上記逃げ面の法線を含む平面で、上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいたカラーマップを作成した場合に、上記カラーマップにおいて、
上記逃げ面の上記ＭＡｌＮ層における、（１１１）面の法線方向が上記逃げ面の法線方向に対して２５°以内となる上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒の占める面積の割合が４５％以上７５％未満であり、
上記ＭＡｌＮ層の残留応力は、－２ＧＰａ以上－０．１ＧＰａ以下である。

上記切削工具の逃げ面における上記ＭＡｌＮ層（例えば、ＴｉＡｌＮ層）は、上述のカラーマップにおいて（１１１）面の法線方向が上記逃げ面の法線方向に対して２５°以内となる上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒の占める粒子数が所定の割合で存在している。そのため、上記逃げ面において上記ＭＡｌＮ層は、硬度に優れている。更に、上記ＭＡｌＮ層の圧縮残留応力が低いため、チッピングが抑制されている。すなわち、上記切削工具は、上述のような構成を備えることによって、優れた耐摩耗性及び優れた耐チッピング性を有することが可能になる。ここで、「耐チッピング性」とは、被膜に微小な欠けが発生することに対する耐性を意味する。

［２］上記金属元素Ｍは、ホウ素、ケイ素、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を更に含むことが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐摩耗性、並びに、優れた耐熱性及び優れた潤滑性を有するようになる。

［３］上記逃げ面の上記ＭＡｌＮ層における、（１１１）面の法線方向が上記逃げ面の法線方向に対して２５°以内となる上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒の占める面積の割合が５５％以上７５％未満であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐摩耗性及び優れた耐チッピング性を有するようになる。

［４］上記被膜の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ未満であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐摩耗性及び優れた耐チッピング性を有するようになる。

［５］上記ＭＡｌＮ層は、Ａｒを更に含み、上記Ａｒの含有割合は、上記ＭＡｌＮ層に対して０．１ａｔ％以上５ａｔ％以下であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は更に優れた耐チッピング性を有するようになる。

［６］上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記ＭＡｌＮ層の５０μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎ_Ｄが２以下であることが好ましい。このように規定することで、上記切削工具は、さらに優れた耐摩耗性及びさらに優れた耐チッピング性を有するようになる。

[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す。）について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「Ａ～Ｚ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｚ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｚにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＺの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「ＴｉＮ」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比（元素比）を含むものとする。このとき上記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「ＴｉＮ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ_１Ｎ_１」のみならず、例えば「Ｔｉ_１Ｎ_０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＮ」以外の化合物の記載についても同様である。

≪表面被覆切削工具≫
本開示に係る切削工具は、
すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
上記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、上記基材上に設けられている被膜とからなり、
上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
上記被膜は、ＭＡｌＮ層を含み、
上記ＭＡｌＮ層におけるＭは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
上記ＭＡｌＮ層は、立方晶型のＭ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒を含み、
上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮにおける金属元素Ｍの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、
上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、
上記逃げ面の法線を含む平面で、上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいたカラーマップを作成した場合に、上記カラーマップにおいて、
上記逃げ面の上記ＭＡｌＮ層における、（１１１）面の法線方向が上記逃げ面の法線方向に対して２５°以内となる上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒の占める面積の割合が４５％以上７５％未満であり、
上記ＭＡｌＮ層の残留応力は、－２ＧＰａ以上－０．１ＧＰａ以下である。

本実施形態に係る表面被覆切削工具（以下、単に「切削工具」という場合がある。）は、例えば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、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、タップ等であり得る。

図１は切削工具の一態様を例示する斜視図である。このような形状の切削工具１０は、旋削加工用刃先交換型切削チップとして用いられる。

図１に示される切削工具１０は、上面、下面及び４つの側面を含む表面を有しており、全体として、上下方向にやや薄い四角柱形状である。また、切削工具１０には上下面を貫通する貫通孔が形成されており、４つの側面の境界部分においては、隣り合う側面同士が円弧面で繋がれている。

上記切削工具１０では、通常、上面及び下面がすくい面１ａを成し、４つの側面（及びこれらを相互に繋ぐ円弧面）が逃げ面１ｂを成し、すくい面１ａと逃げ面１ｂとを繋ぐ面が刃先面１ｃを成す。「すくい面」とは、被削材から削り取った切りくずをすくい出す面を意味する。「逃げ面」とは、その一部が被削材と接する面を意味する。刃先面は、切削工具の切れ刃を構成する部分に含まれる。

上記切削工具が刃先交換型切削チップである場合、上記切削工具１０は、チップブレーカーを有する形状も、有さない形状も含まれる。図１において切削工具の切れ刃の形状は、平面（刃先面１ｃ）で表されているが、切れ刃の形状はこれに限られない。すなわち、切れ刃の形状は、シャープエッジ（すくい面と逃げ面とが交差する稜）（例えば、図３）、及びネガランド（面取りをした形状）（例えば、図２）の形状が含まれる。

以上、切削工具１０の形状及び各部の名称を、図１～図３を用いて説明したが、本実施形態に係る切削工具の基材において、上記切削工具１０に対応する形状及び各部の名称については、上記と同様の用語を用いることとする。すなわち、上記切削工具の基材は、すくい面と、逃げ面とを有する。また、上記基材は、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先面を有してもよい。

上記切削工具１０は、基材１１と、上記基材１１上に設けられているＭＡｌＮ層１２とを含む（図４）。上記切削工具１０は、上記ＭＡｌＮ層１２の他にも、上記基材１１と上記ＭＡｌＮ層１２との間に設けられている下地層１３を更に備えていてもよい（図５）。上記切削工具１０は、上記ＭＡｌＮ層１２上に設けられている表面層１４を更に備えていてもよい（図５）。下地層１３及び表面層１４等の他の層については、後述する。
なお、上記基材上に設けられている上述の各層をまとめて「被膜」と呼ぶ場合がある。すなわち、上記切削工具１０は上記基材１１を被覆する被膜２０を備える（図２、図３）。上記被膜２０は上記ＭＡｌＮ層１２を含む（図４）。また、上記被膜２０は、上記下地層１３、又は上記表面層１４を更に含んでいてもよい（図５）。

＜基材＞
（立方晶窒化ホウ素焼結体）
本実施形態の基材は、立方晶窒化ホウ素焼結体（ｃＢＮ焼結体）からなる。上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含む。本実施形態の一側面において、上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、バインダーを更に含むことが好ましい。

（立方晶窒化ホウ素）
本実施形態において「立方晶窒化ホウ素」とは、立方晶型の窒化ホウ素の結晶粒を意味する。すなわち、上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含む。

上記立方晶窒化ホウ素の平均粒径Ｒは、０．８μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上４μｍ以下であることがより好ましい。

上記平均粒径Ｒは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた切断法により求めることができる。具体的には、まず立方晶窒化ホウ素焼結体の任意の表面又は断面を鏡面加工する。次に、上記立方晶窒化ホウ素焼結体における加工面をＳＥＭで１０００～１００００倍の倍率で観察し、ＳＥＭ画像を得る。

次にそのＳＥＭ画像に円を描き、その円の中心から８本の直線を放射状（各直線間の交差角度がほぼ等しくなるよう）に円の外周まで引く。この場合、上記の観察倍率および円の直径は、上記の直線１本あたりに載る立方晶窒化ホウ素（結晶粒）の個数が１０～５０個程度になるように設定することが好ましい。

引続き、上記の各直線毎に立方晶窒化ホウ素の結晶粒界を横切る数を数え、直線の長さをその横切る数で割ることにより平均切片長さを求める。最後に、求めた平均切片長さに１．１２８を乗じて得られる数値を立方晶窒化ホウ素の平均粒径とする（この方法は、ＡＳＴＭ規格の公称粒径を算出する方法に準じたものである）。なお、このような平均粒径は、より好ましくは数枚のＳＥＭ画像を用いて、各画像毎に上記のような方法で平均粒径を求め、その平均粒径の平均値を平均粒径とすることが好適である。また、上記のような方法による測定では、立方晶窒化ホウ素以外の粒子（たとえばウルツ鉱型窒化ホウ素の結晶粒）の粒径を含む可能性があるが、このように他の粒子の粒径を含む場合であっても、立方晶窒化ホウ素の平均粒径とみなすものとする。

上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、２０体積％以上９７体積％以下であることが好ましく、２０体積％以上８０体積％以下であることがより好ましい。上記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上述した立方晶窒化ホウ素焼結体の断面サンプルをＳＥＭで撮影し、その撮影画像を画像解析することによって求められる。すなわち、所定の視野中の立方晶窒化ホウ素の結晶粒を特定し、画像処理により特定された当該結晶粒の面積の和を算出し、これを視野の面積で除することにより算出することが可能である。また、同一の立方晶窒化ホウ素焼結体において、複数の視野（例えば、５視野以上）で上記画像解析を行い、その平均値を立方晶窒化ホウ素の含有割合とすることが好ましい。上記画像処理には、画像解析式粒度分布ソフトウェア（株式会社マウンテック社製「Ｍａｃ－Ｖｉｅｗ」）を好適に用いることができる。なお、上記「所定の視野」は、上述した立方晶窒化ホウ素の結晶粒の平均粒径を求めるときの視野と同じであってもよい。

上述の方法で求められる比率は視野中の立方晶窒化ホウ素の面積比率であるが、本実施形態では当該比率を体積比率と見なして扱うものとする。すなわち、上述の方法で求められた立方晶窒化ホウ素の面積比率が２０％であった場合、立方晶窒化ホウ素の含有割合は、立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％と見なすこととする。

（バインダー）
本実施形態において「バインダー」とは、上記立方晶窒化ホウ素の結晶粒同士を結合させる物質を意味する。上記バインダーは、元素の周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ａｌ（アルミニウム）及びＳｉ（ケイ素）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素と、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｂ（ホウ素）及びＯ（酸素）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とからなる化合物を含むことが好ましい。

上記第４族元素としては、例えばＴｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）が挙げられる。第５族元素としては、例えばＶ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）が挙げられる。上記第６族元素としては、例えばＣｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）が挙げられる。上記バインダーに含まれる各成分は、上述の切削工具の切断面を含む試料をＳＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ－ＥＤＸ）で、バインダーに対応する領域を分析することによって求めることが可能である。このときの観察倍率は、例えば、１００００倍である。

元素の周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、Ａｌ及びＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素と、Ｃ、Ｎ、Ｂ及びＯからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素とからなる化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＡｌＮなどの窒化物、ＴｉＣ、ＷＣなどの炭化物、ＴｉＢ_２、ＡｌＢ_２などのホウ化物、Ａｌ_２Ｏ_３などの酸化物など、或いは、ＴｉＣＮ、ＡｌＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ、ＳｉＴｉＡｌＯＮなどが挙げられる。

（不可避不純物）
上記立方晶窒化ホウ素焼結体は、本開示が奏する効果を損なわない範囲において、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物とは、立方晶窒化ホウ素焼結体の原料中に、又はその製造上において微量に含まれる可能性がある元素および化合物の総称をいう。不可避不純物として含まれる各元素及び化合物の含有量（体積％）は、それぞれ０体積％以上５体積％以下であり、これらの総和（すなわち微量不純物の合計含有量）は０体積％以上５体積％以下である。したがって、不可避不純物は、上記立方晶窒化ホウ素焼結体に含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。不可避不純物としては、例えば、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｌａ、Ｆｅ、Ｃｕなどが挙げられる。

＜被膜＞
本実施形態に係る被膜は、ＭＡｌＮ層を含む。上記ＭＡｌＮ層におけるＭは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示す。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、すくい面の一部及び逃げ面の一部）を被覆することで、切削工具における耐チッピング性、耐摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記基材の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材の一部が上記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。

上記被膜の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ未満であることが好ましく、１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましい。ここで、被膜の厚みとは、被膜を構成する層それぞれの厚みの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、上記ＭＡｌＮ層、後述する中間層、上述した下地層及び表面層等の他の層が挙げられる。上記被膜の厚みは、例えば、ＳＥＭを用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めることが可能である。このときの測定倍率は、例えば１００００倍である。上記ＭＡｌＮ層、上記中間層、上述した下地層及び表面層等のそれぞれの厚みを測定する場合も同様である。ＳＥＭとしては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＭ－２１００Ｆ（商品名）が挙げられる。

（ＭＡｌＮ層）
上記ＭＡｌＮ層は、立方晶型のＭ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒を含む。すなわち、上記ＭＡｌＮ層は、多結晶のＭ_ｘＡｌ_１－ｘＮを含む層である。立方晶型のＭ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒は、例えば、Ｘ線回折により得られる回折ピークのパターンにより識別される。

上記ＭＡｌＮ層におけるＭは、金属元素を示す。上記金属元素Ｍは、チタン、クロム又はその両方を含む。本実施形態の一側面において、上記金属元素Ｍは、ホウ素、ケイ素、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素（以下、「第三元素」という場合がある。）を更に含むことが好ましい。なお、ホウ素は通常、金属元素と非金属元素との中間の性質を示す半金属として捉えられるが、本実施形態のＭＡｌＮ層においては、自由電子を有する元素を金属であるとみなしてホウ素を金属元素の範囲に含むものとする。

本実施形態の一側面において、上記金属元素Ｍはチタンであることが好ましい。すなわち、上記被膜は上記ＭＡｌＮ層としてＴｉＡｌＮ層を含み、上記ＴｉＡｌＮ層は立方晶型のＴｉ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒を含むことが好ましい。ここで、上記ＴｉＡｌＮ層は、多結晶のＴｉ_ｘＡｌ_１－ｘＮを含む層である。立方晶型のＴｉ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒は、例えば、Ｘ線回折により得られる回折ピークのパターンにより識別される。

上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮにおける金属元素Ｍの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、０．３２以上０．５５以下であることが好ましい。上記ｘは、上述の断面サンプルをＳＥＭに付帯のエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ－ＥＤＸ）で、ＭＡｌＮ層の全体を元素分析することによって求めることが可能である。このときの観察倍率は、例えば、２００００倍である。具体的には、上記断面サンプルのＭＡｌＮ層における任意の１０点それぞれを測定して上記ｘの値を求め、求められた１０点の値の平均値を上記ＭＡｌＮ層におけるｘとする。ここで、上記金属元素Ｍが複数の金属元素を含む場合、各金属元素の原子比の総和が、上記金属元素Ｍの原子比ｘとなる。また、当該「任意の１０点」は、上記ＭＡｌＮ層中の互いに異なる結晶粒から選択するものとする。後述するＭＡｌＮ層におけるＡｒの含有割合の同定の場合も同様である。上記ＥＤＸ装置としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＤ－２３００（商品名）が挙げられる。

上記金属元素Ｍがチタンを含む場合、上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮにおけるチタンの原子比ｗは、０を超えて０．７以下であることが好ましく、０．２以上０．６以下であることがより好ましい。なお、上記金属原子Ｍがチタンのみである場合、金属元素Ｍの原子比ｘとチタンの原子比ｗとが一致することは言うまでもない。

上記金属元素Ｍがクロムを含む場合、上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮにおけるクロムの原子比ｙは、０を超えて０．７以下であることが好ましく、０．２以上０．６以下であることがより好ましい。なお、上記金属原子Ｍがクロムのみである場合、金属元素Ｍの原子比ｘとクロムの原子比ｙとが一致することは言うまでもない。

上記金属元素Ｍが第三元素を含む場合、上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮにおける第三元素の原子比ｚは、０を超えて０．７以下であることが好ましく、０．０１以上０．３以下であることがより好ましい。ここで、上記第三元素として複数の金属元素が含まれる場合、各金属元素の原子比の総和が、上記第三元素の原子比ｚとなる。

上記ＭＡｌＮ層の厚みは、０．０５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍ以上４μｍ以下であることがより好ましい。上記ＭＡｌＮ層が被膜中に複数層含まれている場合、上記ＭＡｌＮ層の厚みは、１層あたりの厚みを意味する。当該厚みは、例えば、上述したような上記切削工具の断面を、ＳＥＭを用いて倍率１００００倍で観察することで測定可能である。

上記ＭＡｌＮ層は、被膜中に１層含まれていてもよいし、複数層（例えば、２～１０層）含まれていてもよい。上記ＭＡｌＮ層は、後述する中間層等の他の層と共に交互に積層された多層構造を形成していてもよい。本実施形態の一側面において、上記ＭＡｌＮ層それ自体が多層構造を形成していてもよい。

（逃げ面のＭＡｌＮ層における結晶方位）
本実施形態において、上記逃げ面の法線を含む平面で、上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいたカラーマップを作成した場合に、上記カラーマップにおいて、
上記逃げ面の上記ＭＡｌＮ層における、（１１１）面の法線方向が上記逃げ面の法線方向に対して２５°以内となる上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒（以下「（１１１）面配向性結晶粒」という場合がある。）の占める面積の割合が４５％以上７５％未満であり、５５％以上７５％未満であることが好ましい。

ここで、図６を用いながら、上記のカラーマップの具体的な作成方法について説明する。まずＭＡｌＮ層を後述の製造方法に基づき基材上に形成する。そして、形成されたＭＡｌＮ層を、基材なども含めＭＡｌＮ層に垂直な断面が得られるように切断する。すなわち、上記逃げ面の法線を含む平面でＭＡｌＮ層を切断した切断面が露出するように切断する。その後、その切断面を耐水研磨紙（研磨剤としてＳｉＣ砥粒研磨剤を含むもの）で研磨する。

なお、上述の切断は、たとえばＭＡｌＮ層１２の表面（ＭＡｌＮ層１２上に他の層が形成されている場合は被膜の表面）を十分に大きな保持用の平板上にワックス等を用いて密着固定した後、回転刃の切断機にてその平板に対して垂直方向に切断する（当該回転刃と当該平板とが可能な限り垂直となるように切断する）ものとする。この切断は、このような垂直方向に対して行なわれる限り、ＭＡｌＮ層１２の任意の部位で行なうことができるが、切削に関与する部分の近傍を切断することが好ましい。

また、上記の研磨は、上記耐水研磨紙を用いて行う（＃４００、＃８００、＃１５００を順に用いて行なう）ものとする。耐水研磨紙の番号（＃）は、研磨剤の粒径の違いを意味し、番号が大きくなるほど研磨剤の粒径は小さくなる。

引続き、上記の研磨面をＡｒイオンによるイオンミーリング処理によりさらに平滑化する。イオンミーリング処理の条件は以下の通りである。
加速電圧：６ｋＶ
照射角度：ＭＡｌＮ層の法線方向（すなわち切断面におけるＭＡｌＮ層の厚み方向に平行となる直線方向）から０°
照射時間：８時間。

次に、上記の平滑化処理された断面（鏡面）を、電子線後方散乱回折装置（ＥＢＳＤ装置）を備えた電界放出型走査型電子顕微鏡（ＦＥ－ＳＥＭ）（製品名：「ＳＵ６６００」、日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて観察し、得られた観察像に対してＥＢＳＤ解析を行う。上記平滑化処理された断面を観察する位置は、特に限定されないが、刃先部分の近傍を観察することが好ましい。なお、ＦＥ－ＳＥＭの観察倍率は５０００倍とする。

またＥＢＳＤ解析に関し、データは、集束電子ビームを各ピクセル上へ個別に位置させることによって順に収集する。サンプル面（平滑化処理されたＭＡｌＮ層の断面）の法線は、入射ビームに対して７０°傾斜させ、解析は、１５ｋＶにて行なう。開口径６０μｍまたは１２０μｍと合わせて高電流モードを用いる。データ収集は、断面上、６μｍ（ＭＡｌＮ層の厚み方向）×５０μｍ（ＭＡｌＮ層の界面に平行な方向）の面領域（観察領域）に相当する６０×５００ポイントについて、０．１μｍ／ステップのステップにて行なう。このときの測定視野数は、３以上とする。

上記ＥＢＳＤ解析の結果を、市販のソフトウェア（商品名：「Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ
ＩｍａｇｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙＶｅｒ６．２」、ＥＤＡＸ社製）を用いて分析し、上記カラーマップを作成する。具体的には、まずＭＡｌＮ層１２の断面に含まれる各結晶粒の結晶方位を特定する。そして、得られた各結晶粒の結晶方位に基づいて、ＭＡｌＮ層１２の表面の法線方向における各結晶粒の結晶方位を特定する。そして、特定された結晶方位に基づいてカラーマップを作成する。該カラーマップの作成には、上記ソフトウェアに含まれる「ＣｒｉｓｔａｌＤｉｒｅｃｔｉｏｎＭＡＰ」の手法を用いることができる。なお、カラーマップは切断面に観察されるＭＡｌＮ層１２の厚み方向の全域に亘って作成される。また、一部が測定視野の外に出ている結晶粒も１つとしてカウントする。

図６においては、実線で囲まれかつ斜線のハッチングを有する各領域が、各（１１１）面配向性結晶粒１２ａである。また、実線で囲まれかつハッチングを有さない各領域が、（１１１）面配向性結晶粒に該当しない結晶粒である。すなわち、図６では、ＭＡｌＮ層１２の表面の法線方向に対して、（１１１）面の法線方向が２５°以内となる結晶粒１２ａが斜線でハッチングされている。なお、図６において黒色で示される領域があるが、これは、上記方法において結晶方位が特定されなかった結晶粒の領域とみなす。

次に各視野の上記カラーマップにおいて、上記逃げ面の上記ＭＡｌＮ層における（１１１）面配向性結晶粒の面積と、上記逃げ面の上記ＭＡｌＮ層における全ての結晶粒の面積とを求めて、以下の式に基づいて（１１１）面配向性結晶粒の占める面積の割合を求める。ここで「全ての結晶粒の面積」とは、「測定視野全体の面積」を意味する。
（１１１）面配向性結晶粒の占める面積の割合＝｛（１１１）面配向性結晶粒の面積／測定視野全体の面積｝×１００（％）
各視野において求められた（１１１）面配向性結晶粒の占める面積の割合を平均することで当該（１１１）面配向性結晶粒の占める面積の割合を算出する。ここで、上記ＭＡｌＮ層が被膜中に複数含まれる場合、複数のＭＡｌＮ層のうち少なくとも１層が、上述の（１１１）面配向性結晶粒の占める面積の割合を満たしていればよい。

（ＭＡｌＮ層の残留応力）
上記ＭＡｌＮ層の残留応力は、－２ＧＰａ以上－０．１ＧＰａ以下であり、－１．５ＧＰａ以上－０．３ＧＰａ以下であることが好ましい。上記ＭＡｌＮ層が被膜中に複数含まれる場合、複数のＭＡｌＮ層のうち少なくとも１層が、上述の残留応力の値を満たしていればよい。

ＭＡｌＮ層の残留応力とは、ＭＡｌＮ層に存在する内部応力（固有ひずみ）を意味する。上記ＭＡｌＮ層の残留応力のうち、負の値（マイナスの数値）（単位：本実施形態では「ＧＰａ」を使う）で表される残留応力を圧縮残留応力という。なお、上記ＭＡｌＮ層の残留応力のうち、正の値（プラスの数値）（単位：本実施形態では「ＧＰａ」を使う）で表される残留応力を引張残留応力という。

上記残留応力は、Ｘ線を用いた２θ－ｓｉｎ^２ψ法（側傾法）によって求めることが可能である。具体的には、ＭＡｌＮ層における任意の３点について、Ｘ線を用いた２θ－ｓｉｎ^２ψ法（側傾法）によってＭＡｌＮ層の解析を行い、これら３点で求められた残留応力の平均値を当該ＭＡｌＮ層における上記残留応力とする。任意の３点について、どの３点を選択してもよいが、逃げ面上の３点を選択してもよい。

上述のＸ線を用いた２θ－ｓｉｎ^２ψ法（側傾法）における測定条件は以下の通りである。ここで、測定に用いるサンプルの厚さは、５μｍである。
（測定の条件）
Ｘ線出力１０ｋｅＶ
Ｘ線源放射光
測定面逃げ面
Ｘ線照射の深さ位置２μｍ
検出器フラットパネル
集光サイズ１４０ｎｍ×２３０ｎｍ
スキャン軸２θ／θ
スキャンモードＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ

（ＭＡｌＮ層におけるＡｒの含有割合）
上記ＭＡｌＮ層は、Ａｒを更に含んでいてもよい。上記Ａｒの含有割合（原子パーセント）は、上記ＭＡｌＮ層に対して０．１ａｔ％以上５ａｔ％以下であることが好ましく、０．１ａｔ％以上１ａｔ％以下であることがより好ましい。上記ＭＡｌＮ層中におけるＡｒの含有割合は、上述の断面サンプルをＳＥＭ－ＥＤＸで、ＭＡｌＮ層の全体を分析することによって求めることが可能である。上記ＭＡｌＮ層が被膜中に複数含まれる場合、複数のＭＡｌＮ層のうち少なくとも１層が、上述のＡｒの含有割合を満たしていればよい。

（逃げ面におけるＭＡｌＮ層のドロップレットの数）
本実施形態において、上記逃げ面の法線を含む平面で上記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、上記逃げ面における上記ＭＡｌＮ層の５０μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎ_Ｄが２以下であることが好ましく、０以上２以下であることがより好ましい。

本実施形態において「ドロップレット」とは、被膜を構成する層（例えば、ＴｉＡｌＮ層等のＭＡｌＮ層）に存在する金属の粒子であって、後述する所定のサイズを有する粒子を意味する。
上記ドロップレットの数は、以下の手順で計数する。まず、上記切削工具の断面を、ＳＥＭを用いて倍率５０００倍で観察し、ＳＥＭ画像を得る。このとき上記ＭＡｌＮ層が連続して５０μｍの長さ（ＭＡｌＮ層の厚み方向に対して垂直な方向における長さ）の範囲で含まれるようにＳＥＭ画像を取得する。取得するＳＥＭ画像の数は、上記ＭＡｌＮ層が上述の５０μｍの長さの範囲で含まれれば特に制限はなく、１視野であってもよいし、複数の視野であってもよい。複数の視野でＳＥＭ画像を取得した場合、当該ＳＥＭ画像をつなぎ合わせてから、ドロップレットの数を計数してもよい。１視野のサイズは、例えば２５μｍ×２０μｍであってもよい。
得られたＳＥＭ画像を目視で確認し、ＭＡｌＮ層中（例えば、図７における薄い灰色で示される層中）に存在する白くて略円形の部分に着目する。次に、この略円形の部分に外接する長方形の長辺の長さＬ_ａ（μｍ）と短辺の長さＬ_ｂ（μｍ）とを求める。ここで、上記長方形は、上記長辺又は上記短辺が上記基材の主面に対して平行となるように設定される。本実施形態において「平行」とは、幾何学的な平行に限られず、略平行も含む概念である。求めたＬ_ａとＬ_ｂとが以下の条件を満たす場合、当該略円形の部分をドロップレットとして計数する。
１≦Ｌ_ａ／Ｌ_ｂ＜１．３、かつ０．１＜Ｌ_ａ
このような当該ドロップレットの数の計数を、少なくとも３箇所の「連続して５０μｍの長さの範囲」で行い、これらの平均値を当該ドロップレットの数とする。

上記ＭＡｌＮ層が被膜中に複数含まれる場合、複数のＭＡｌＮ層のうち少なくとも１層が、上述のドロップレットの数に関する条件を満たしていればよい。

（他の層）
本実施形態の効果を損なわない限り、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層としては、例えば、上記基材と上記ＭＡｌＮ層との間に設けられている下地層及び上記ＭＡｌＮ層上に設けられている表面層、上記下地層と上記ＭＡｌＮ層との間、又は上記ＭＡｌＮ層と上記表面層との間に設けられている中間層等が挙げられる。上記下地層、上記表面層及び上記中間層それぞれの組成は、上記ＭＡｌＮ層と区別が可能であれば、同じであってもよいし、異なっていてもよい。上記下地層は、例えば、ＴｉＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記表面層は、例えば、ＴｉＣＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記中間層は、例えば、ＡｌＣｒＮで表される化合物からなる層であってもよい。上記他の層の組成は、上述の断面サンプルをＳＥＭ－ＥＤＸで、当該他の層の全体を分析することによって求めることが可能である。上記他の層の厚みは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、０．１μｍ以上２μｍ以下が挙げられる。

≪表面被覆切削工具の製造方法≫
本実施形態に係る切削工具の製造方法は、
上記基材を準備する工程（以下、「第１工程」という場合がある。）と、
大電力パルススパッタリング法を用いて、上記基材上に上記ＭＡｌＮ層を形成する工程（以下、「第２工程」という場合がある。）と、を含む。

大電力パルススパッタリング法（ＨｉＰＩＭＳ法）とは、スパッタリング法の一種である。ＨｉＰＩＭＳ法は、通常のスパッタリング法よりも大電力をパルス状に印加し、放電によってはじき出されたターゲット（原料）の原子を基材等の上に付着させる成膜方法である。

ＨｉＰＩＭＳ法は、装置内に基材を設置するとともにカソードとしてターゲットを設置した後、このターゲットにマイナスの電圧を印加して放電を発生させる。このとき装置内は減圧下で不活性ガス（例えば、Ａｒガス）が満たされている。グロー放電により装置内の不活性ガスがイオン化し、高速でターゲットの表面に不活性ガスのイオンが衝突する。この衝突によりターゲットの原子がはじき出され、基材上に堆積されて被膜を形成する。
ＨｉＰＩＭＳ法は、上述したような原理で成膜されるため、アークカソードイオンプレーティング法に比べて、ドロップレットが生成されにくい。また、ＨｉＰＩＭＳ法を用いて、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材上にＴｉＡｌＮ層等のＭＡｌＮ層を成膜することで、ＨｉＰＩＭＳ法の大電力によって生成された大量のターゲット材料の元素のイオン、不活性ガスのイオン、及び反応性ガスのイオンがパルス状に短時間でｃＢＮ粒子上に入射されていると考えられる。そのため、上記ＭＡｌＮ層における上記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの（１１１）面配向性結晶粒が生成されやすくなると本発明者らは考えている。

＜第１工程：基材を準備する工程＞
第１工程では基材を準備する。上記基材としては、上述の立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材が準備される。当該基材は、市販の基材を用いてもよい。また、当該基材は、後述する実施例に記載の方法によって製造してもよい。次いで当該立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、面取り処理等の所定の刃先加工を施すことにより、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材を製造することができる。

＜第２工程：ＭＡｌＮ層を形成する工程＞
第２工程では、大電力パルススパッタリング法を用いて、上記基材上に上記ＭＡｌＮ層を形成する。その方法としては、形成しようとするＭＡｌＮ層の組成に応じて、金属元素Ｍ（例えば、Ｔｉ）と、Ａｌとの量を調整したターゲットを使用する方法が挙げられる。

例えば、第２工程は、次のようにして行なうことができる。まず、成膜装置のチャンバ内に、基材として任意の形状のチップを装着する。このとき基材の逃げ面が上記ターゲットに対向するように配置する。例えば、基材を、成膜装置のチャンバ内において中央に回転可能に備え付けられた回転テーブル上の基材ホルダに取り付ける。基材ホルダには、バイアス電源が接続されている。上記回転テーブルをチャンバ内の中央で回転させた状態で、Ａｒガスと窒素ガスとを導入する。さらに、基材を温度４００～６００℃に、反応ガス圧を３００ｍＰａ～３０００ｍＰａに、バイアス電源の電圧を－２００～２０Ｖの範囲にそれぞれ維持しながら、ＭＡｌＮ層形成用のターゲットにスパッタ電力（例えば、平均電力１０ｋＷ、周波数２０００Ｈｚ、パルス幅１００μｓ）を印加する。これにより、ＭＡｌＮ層形成用のターゲットから金属原子がはじき出され、所定の時間が経過したところでスパッタ電力の印加を止めて、基材の表面上にＭＡｌＮ層を形成する。このとき、成膜時間を調節することにより、ＭＡｌＮ層の厚みが所定範囲になるように調整する。上記第２工程は、切削加工に関与する部分（例えば、切れ刃付近のすくい面及び逃げ面）に加えて、切削加工に関与する部分以外の上記基材の表面上にＭＡｌＮ層が形成されていてもよい。

（ＭＡｌＮ層の原料）
上記第２工程において、ＭＡｌＮ層の原料は、金属元素Ｍ及びＡｌを含む。ＭＡｌＮ層がＴｉＡｌＮ層である場合、ＴｉＡｌＮ層の原料は、Ｔｉ及びＡｌを含む。ＴｉＡｌＮ層の原料は、例えばＴｉとＡｌとの粉末焼結合金が挙げられる。

本実施形態において、上述した反応ガスは、上記ＭＡｌＮ層の組成に応じて適宜設定される。上記反応ガスとしては、例えば、窒素ガスと不活性ガスとの混合ガス等が挙げられる。

本実施形態の一態様において、ＭＡｌＮ層の成膜を行う前に、上記基材の表面をエッチング処理してもよい。エッチング処理の条件としては例えば以下の条件が挙げられる。エッチング処理の条件
不活性ガス：Ａｒガス
温度：５５０℃
圧力：１０００ｍＰａ
電圧：パルスＤＣ電圧（８００Ｖ、周波数５０ｋＨｚ、パルス幅１０μｓ）
処理時間：２０～３０分間

＜その他の工程＞
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、基材の上に下地層を形成する工程、上記下地層又は上記ＭＡｌＮ層の上に中間層を形成する工程、上記ＭＡｌＮ層の上に表面層を形成する工程及び、表面処理する工程等を適宜行ってもよい。上述の下地層、中間層及び表面層等の他の層を形成する場合、従来の方法によって他の層を形成してもよい。具体的には、例えば、ＨｉＰＩＭＳ法とは異なる物理蒸着法（ＰＶＤ法）によって上記他の層を形成することが挙げられる。表面処理をする工程としては、例えば、弾性材にダイヤモンド粉末を担持させたメディアを用いた表面処理等が挙げられる。

以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
（付記１）
すくい面と逃げ面とを含む表面被覆切削工具であって、
前記表面被覆切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、前記基材上に設けられている被膜とからなり、
前記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
前記被膜は、ＴｉＡｌＮ層を含み、
前記ＴｉＡｌＮ層は、立方晶型のＴｉ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒を含み、
前記Ｔｉ_ｘＡｌ_１－ｘＮにおけるＴｉの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、
前記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、前記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、
前記逃げ面の法線を含む平面で、前記ＴｉＡｌＮ層を切断したときの断面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって前記Ｔｉ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいたカラーマップを作成した場合に、前記カラーマップにおいて、
前記逃げ面の前記ＴｉＡｌＮ層における、（１１１）面の法線方向が前記逃げ面の法線方向に対して２５°以内となる前記Ｔｉ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒の占める面積の割合が４５％以上７５％未満であり、
前記ＴｉＡｌＮ層の残留応力は、－２ＧＰａ以上－０．１ＧＰａ以下である、表面被覆切削工具。
（付記２）
前記逃げ面の前記ＴｉＡｌＮ層における、（１１１）面の法線方向が前記逃げ面の法線方向に対して２５°以内となる前記Ｔｉ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒の占める面積の割合が５５％以上７５％未満である、付記１に記載の表面被覆切削工具。
（付記３）
前記被膜の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ未満である、付記１又は付記２に記載の表面被覆切削工具。
（付記４）
前記ＴｉＡｌＮ層は、Ａｒを更に含み、前記Ａｒの含有割合は、前記ＴｉＡｌＮ層に対して０．１ａｔ％以上５ａｔ％以下である、付記１から付記３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（付記５）
前記逃げ面の法線を含む平面で前記ＴｉＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記ＴｉＡｌＮ層の５０μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎ_Ｄが２以下である、付記１から付記４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実験１］
≪切削工具の作製≫
＜第１工程：基材の準備＞
まず、バインダーであるＴｉＮ、Ｔｉ及びＡｌを混合し、バインダーの原料粉末を得た。次に、バインダーの原料粉末と、立方晶窒化ホウ素粉末（ｃＢＮ粉末）を混ぜ合わせ混合粉末を得た。得られた混合粉末を容器に充填した。圧力５ＧＰａ、温度１４００℃の条件下で、容器に充填された混合粉末を２０分間焼結し、立方晶窒化ホウ素焼結体を得た。得られた立方晶窒化ホウ素焼結体を、ＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８の形状に加工し、立方晶窒化ホウ素焼結体の基材を得た。

＜被膜の作製＞
（第２工程：ＴｉＡｌＮ層の作製）
第１工程で得られた立方晶窒化ホウ素焼結体の基材上に、ＨｉＰＩＭＳ法でＭＡｌＮ層であるＴｉＡｌＮ層を形成した。すなわち、製膜装置内に複数個のターゲットを配置し、これらのターゲットの中心に設けた回転式基材保持具に上記基材を装着して、以下の手順で成膜した。

まず、製膜装置の内部を２０ｍＰａまで減圧した後、５５０℃付近まで加熱した。その後Ａｒガスを導入した。その後、１０００ｍＰａの雰囲気中で上記基材に８００ＶのパルスＤＣ電圧（周波数５０ｋＨｚ、パルス幅１０μｓ）を印加してＡｒのプラズマを発生させ、上記基材の表面をエッチングした（３０分間）。

次にＡｒガス及びＮ_２ガスを製膜装置の内部に加えて全圧が３００ｍＰａ（分圧：Ａｒが２００ｍＰａ、Ｎ_２が１００ｍＰａ）となるように調整した。その後、上記基材に－８０Ｖのバイアス電圧を加えて、カソード（ターゲット金属であるＴｉＡｌ焼結合金）にスパッタ電力（平均電力１０ｋＷ、周波数２０００Ｈｚ、パルス幅１００μｓ）を印加し、ターゲット金属をスパッタすることでＴｉＡｌＮ層を形成した。また、ＴｉＡｌＮ層におけるＴｉの原子比とＡｌの原子比とはターゲット金属中のＴｉ及びＡｌそれぞれの割合を変えることで調整した。ＴｉＡｌＮ層の厚みは、成膜時間で調整した。以上のようにして試料番号１～試料番号２０の切削工具を作製した。

試料番号１４については、上述したＨｉＰＩＭＳ法の代わりに、従来から用いられているアークカソードイオンプレーティング法でＴｉＡｌＮ層を上記基材上に形成した。

（下地層、表面層の作製）
試料番号１～６及び１５～２０については、ＨｉＰＩＭＳ法で上記立方晶窒化ホウ素焼結体の基材と上記ＴｉＡｌＮ層との間に下地層を形成した。上記下地層の組成及び厚みを表１に示す。
また、試料番号１２～１４については、冷陰極アーク法で上記ＴｉＡｌＮ層上に表面層を形成した。上記表面層の組成及び厚みを表１に示す。表１及び後述する表２において、複数の試料にまたがって記載されている項目の事項は、当該複数の試料において同一であることを意味する。例えば、表１における下地層の組成について、試料番号１～６は、共にＡｌ_０．７Ｃｒ_０．３Ｎであることを示している。

≪切削工具の特性評価≫
上述のようにして作製した試料番号１～２０の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。

＜立方晶窒化ホウ素の平均粒径＞
立方晶窒化ホウ素焼結体中の立方晶窒化ホウ素の平均粒径Ｒは、上述の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた切断法により求めた。結果を表１に示す。

＜立方晶窒化ホウ素の含有割合＞
立方晶窒化ホウ素焼結体中の立方晶窒化ホウ素の含有割合は、上述した方法によって求めた。すなわち、上記立方晶窒化ホウ素焼結体の断面サンプルをＳＥＭで撮影し、その撮影画像を画像解析することによって求めた。結果を表１に示す。

＜被膜を構成する各層の厚みの測定＞
被膜を構成する各層の厚み（すなわち、下地層、ＴｉＡｌＮ層及び表面層それぞれの厚み）は、ＳＥＭ（日本電子株式会社製、商品名：ＪＥＭ－２１００Ｆ）を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の１０点を測定し、測定された１０点の厚みの平均値をとることで求めた。このときの観察倍率は、１００００倍であった。結果を表１に示す。

＜Ｔｉ_ｘＡｌ_１－ｘＮにおけるＴｉの原子比ｘの測定＞
Ｔｉ_ｘＡｌ_１－ｘＮにおけるＴｉの原子比ｘは、上述した方法によって求めた。すなわち、上述の断面サンプルのＴｉＡｌＮ層における任意の１０点それぞれをＳＥＭ－ＥＤＸ装置で測定して上記ｘの値を求め、求められた１０点の値の平均値をＴｉ_ｘＡｌ_１－ｘＮにおけるｘとした。結果を表１に示す。

＜下地層、表面層の組成の測定＞
下地層及び表面層の組成は、上述の断面サンプルをＳＥＭ－ＥＤＸ装置で、分析の対象となる層の全体を分析することによって求めた。結果を表１に示す。

＜逃げ面のＴｉＡｌＮ層における結晶方位の測定＞
まず、上述のように被膜におけるＴｉＡｌＮ層の表面（又は界面）に垂直な断面が得られるように上記切削工具を切断した。その後、その切断面を耐水研磨紙（株式会社ノリタケコーテッドアブレーシブ（ＮＣＡ）製、商品名：ＷＡＴＥＲＰＲＯＯＦＰＡＰＥＲ、＃４００、＃８００、＃１５００）で研磨を実施し、ＴｉＡｌＮ層の加工面を作製した。引き続き、上記加工面をＡｒイオンによるイオンミーリング処理によりさらに平滑化を行った。イオンミーリング処理の条件は以下の通りである。
加速電圧：６ｋＶ
照射角度：ＴｉＡｌＮ層の法線方向（すなわち切断面におけるＴｉＡｌＮ層の厚み方向に平行となる直線方向）から０°
照射時間：８時間

作製された上記加工面をＥＢＳＤを備えたＦＥ－ＳＥＭ（日立ハイテクノロジーズ社製、商品名：「ＳＵ６６００」）を用いて５０００倍の倍率で観察することにより、加工面における６μｍ（ＴｉＡｌＮ層の厚み方向）×５０μｍ（ＴｉＡｌＮ層の界面に平行な方向）の観察領域に関して上述のカラーマップを作成した。また、作成したカラーマップの数（測定視野の数）は、３とした。具体的には、まずＴｉＡｌＮ層の断面に含まれる各結晶粒の結晶方位を特定した。そして、得られた各結晶粒の結晶方位に基づいて、ＴｉＡｌＮ層の表面の法線方向における各結晶粒の結晶方位を特定した。そして、特定された結晶方位に基づいてカラーマップを作成した（例えば、図６）。各カラーマップについて、市販のソフトウェア（商品名：「ＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＩｍａｇｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙＶｅｒ６．２」、ＥＤＡＸ社製）を用いて、逃げ面のＴｉＡｌＮ層における（１１１）面配向性結晶粒の占める面積の割合を求めた。その結果を表２に示す。また、上記カラーマップの結果に基づいて、ＴｉＡｌＮ層における結晶粒の配向性の分布を示すグラフを作成した（図８及び図９）。

＜ＴｉＡｌＮ層の残留応力の測定＞
ＴｉＡｌＮ層の残留応力は、上述した方法によって求めた。すなわち、ＴｉＡｌＮ層における任意の３点について、Ｘ線を用いた２θ－ｓｉｎ^２ψ法（側傾法）によってＴｉＡｌＮ層の解析を行い、これら３点で求められた残留応力の平均値を当該ＴｉＡｌＮ層における上記残留応力とした。結果を表２に示す。

＜ＴｉＡｌＮ層におけるＡｒの含有割合の測定＞
ＴｉＡｌＮ層におけるＡｒの含有割合は、上述した方法によって求めた。すなわち、上述の断面サンプルのＴｉＡｌＮ層における任意の１０点それぞれをＳＥＭ－ＥＤＸ装置で測定してＡｒの含有割合を求め、求められた１０点の値の平均値を当該Ａｒの含有割合とした。結果を表１に示す。

＜逃げ面におけるＴｉＡｌＮ層のドロップレットの数の測定＞
ＴｉＡｌＮ層の５０μｍ長さあたりのドロップレットの数は、上述した方法により求めた。すなわち、上述の断面サンプルをＳＥＭを用いて倍率５０００倍で観察し、ＳＥＭ画像を得た。このとき上記ＴｉＡｌＮ層が連続して５０μｍの長さの範囲で含まれるようにＳＥＭ画像を取得した。得られたＳＥＭ画像を目視で確認し、連続して５０μｍの長さの範囲におけるドロップレットの数を計数した。結果を表２に示す。

≪切削試験≫
（切削試験１：外周旋削加工）
上述のようにして作製した試料（試料番号１～６及び試料番号１５～２０）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、逃げ面の摩耗量が０．２ｍｍに達したとき又は刃先部にチッピングが生じたときの切削時間（分）を測定した。その結果を表２に示す。切削時間が長い程、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる切削工具として評価することができる。本切削試験において、試料番号２～５及び１６～１９が実施例に相当する。試料番号１、６、１５及び２０が比較例に相当する。
切削試験１の条件
切削工具の形状：ＣＮＧＡ１２０４０８
被削材：ＳＣＭ４１５Ｈ（ＨＲＣ６０）、（直径１００ｍｍ、長さ２５０ｍｍの円筒形状の部材）
切削速度：１８０ｍ／分
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．２ｍｍ
切削油：乾式

表２の結果から、試料番号２～５の切削工具は、切削時間が２１分以上の良好な結果が得られた。一方試料番号１及び６の切削工具は、切削時間が９分以下であった。以上の結果から実施例の切削工具は、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れることが分かった。

表２の結果から、試料番号１６～１９の切削工具は、切削時間が１０分以上の良好な結果が得られた。一方試料番号１５及び２０の切削工具は、切削時間が５分以下であった。以上の結果から実施例の切削工具は、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れることが分かった。

（切削試験２：外周旋削加工）
上述のようにして作製した試料（試料番号７～１１）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、逃げ面の摩耗量が０．２ｍｍに達したとき又は刃先部にチッピングが生じたときにおけるそれまでに加工した被削材の個数（以下、単に「被削材の個数」という場合がある。）を計数した。その結果を表２に示す。被削材の個数が多い程、耐チッピング性に優れる切削工具として評価することができる。本切削試験において、試料番号８～１０が実施例に相当する。試料番号７及び１１が比較例に相当する。
切削試験２の条件
切削工具の形状：ＣＮＧＡ１２０４０８
被削材：ＳＣＭ４１５Ｈ（ＨＲＣ６０）、（直径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの円筒形状の外周に９０度おきに４つの溝（幅５ｍｍ、深さ５ｍｍ）のついた部材。一端から長さ方向に４０ｍｍ外周加工）
切削速度：１２０ｍ／分
送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．２ｍｍ
切削油：乾式

表２の結果から、試料番号８～１０の切削工具は、被削材の個数が４個以上の良好な結果が得られた。一方試料番号７及び１１の切削工具は、被削材の個数が１個以下であった。以上の結果から実施例の切削工具は、耐チッピング性に優れることが分かった。

（切削試験３：外周旋削加工）
上述のようにして作製した試料（試料番号１２～１４）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、逃げ面の摩耗量が０．２ｍｍに達したときの切削時間（分）を測定した。その結果を表２に示す。切削時間が長い程、耐摩耗性に優れる切削工具として評価することができる。本切削試験において、試料番号１２が実施例に相当する。試料番号１３及び１４が比較例に相当する。
切削試験３の条件
切削工具の形状：ＣＮＧＡ１２０４０８
被削材：ＳＵＪ２（ＨＲＣ６２）、（直径１４０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒形状の部材）
切削速度：１２０ｍ／分
送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．１ｍｍ
切削油：湿式

表２の結果から、試料番号１２の切削工具は、切削時間が１４分であり良好な結果が得られた。一方試料番号１３及び１４の切削工具は、切削時間が６分以下であった。以上の結果から実施例の切削工具は、耐摩耗性に優れることが分かった。

［実験２］
≪切削工具の作製≫
＜第１工程：基材の準備＞
実験１と同様の方法によって、ＩＳＯ規格ＣＮＧＡ１２０４０８の形状を有する立方晶窒化ホウ素焼結体の基材を得た。

＜被膜の作製＞
（第２工程：ＭＡｌＮ層の作製）
ＭＡｌＮ層が表３に示す組成となるようにターゲットを変えたこと以外は、実験１と同様の方法によって、基材上にＭＡｌＮ層を形成した。以上のようにして試料番号２１～３８の切削工具を作製した。なお、試料番号２１～３８の切削工具は、いずれも被膜中に下地層及び表面層を含まない構成とした。

≪切削工具の特性評価≫
上述のようにして作製した試料番号２１～３８の切削工具を用いて、実験１と同様に、切削工具の各特性を評価した。結果を表３及び表４に示す。

≪切削試験≫
（切削試験４：外周旋削加工）
上述のようにして作製した試料（試料番号２１～２９）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、逃げ面の摩耗量が０．２ｍｍに達したとき又は刃先部にチッピングが生じたときの切削時間（分）を測定した。上記逃げ面の摩耗量は、切削開始から５分毎に計測した。結果を表４に示す。切削時間が長い程、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる切削工具として評価することができる。本切削試験において、試料番号２１～２８が実施例に相当する。試料番号２９が比較例に相当する。
切削試験４の条件
切削工具の形状：ＣＮＧＡ１２０４０８
被削材：ＳＣＭ４１５Ｈ（ＨＲＣ６０）、（直径１００ｍｍ、長さ２５０ｍｍの円筒形状の部材）
切削速度：２２０ｍ／分
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．２ｍｍ
切削油：乾式

（切削試験５：外周旋削加工）
上述のようにして作製した試料（試料番号３０～３３）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、逃げ面の摩耗量が０．２ｍｍに達したとき又は刃先部にチッピングが生じたときにおけるそれまでに加工した被削材の個数（以下、単に「被削材の個数」という場合がある。）を計数した。その結果を表４に示す。被削材の個数が多い程（例えば、５個以上）、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる切削工具として評価することができる。本切削試験において、試料番号３０～３３が実施例に相当する。
切削試験５の条件
切削工具の形状：ＣＮＧＡ１２０４０８
被削材：ＳＣＭ４１５Ｈ（ＨＲＣ６０）、（直径５０ｍｍ、長さ１００ｍｍの円筒形状の外周に１つの溝（幅２ｍｍ、深さ５ｍｍ）のついた部材。一端から長さ方向に４０ｍｍ外周加工）
切削速度：１００ｍ／分
送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．１ｍｍ
切削油：乾式

（切削試験６：外周旋削加工）
上述のようにして作製した試料（試料番号３４～３８）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、逃げ面の摩耗量が０．２ｍｍに達したときの切削時間（分）を測定した。上記逃げ面の摩耗量は、切削開始から５分毎に計測した。結果を表４に示す。切削時間が長い程、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる切削工具として評価することができる。本切削試験において、試料番号３４及び３５が実施例に相当する。試料番号３６～３８が比較例に相当する。
切削試験６の条件
切削工具の形状：ＣＮＧＡ１２０４０８
被削材：ＳＵＪ２（ＨＲＣ６２）、（直径１４０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒形状の部材）
切削速度：１５０ｍ／分
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
切込み：０．１ｍｍ
切削油：湿式

表４の結果から、実施例の切削工具は、優れた耐摩耗性及び優れた耐チッピング性を有することが示された。

以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及び各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。

今回開示された実施の形態及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及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。

１ａすくい面、１ｂ逃げ面、１ｃ刃先面、１０切削工具、１１基材、１２ＭＡｌＮ層、１２ａ（１１１）面配向性結晶粒、１３下地層、１４
表面層、２０被膜

Claims

すくい面と逃げ面とを含む切削工具であって、
前記切削工具は、立方晶窒化ホウ素焼結体からなる基材と、前記基材上に設けられている被膜とからなり、
前記立方晶窒化ホウ素焼結体は、立方晶窒化ホウ素を含み、
前記被膜は、ＭＡｌＮ層を含み、
前記ＭＡｌＮ層におけるＭは、チタン、クロム又はその両方を含む金属元素を示し、
前記ＭＡｌＮ層は、立方晶型のＭ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒を含み、
前記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮにおける金属元素Ｍの原子比ｘは０．３以上０．７以下であり、
前記立方晶窒化ホウ素の含有割合は、前記立方晶窒化ホウ素焼結体に対して、２０体積％以上であり、
前記逃げ面の法線を含む平面で、前記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面に対し、電界放射型走査顕微鏡を用いた電子後方散乱回折像解析によって前記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいたカラーマップを作成した場合に、前記カラーマップにおいて、
前記逃げ面の前記ＭＡｌＮ層における、（１１１）面の法線方向が前記逃げ面の法線方向に対して２５°以内となる前記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒の占める面積の割合が４５％以上７５％未満であり、
前記ＭＡｌＮ層の残留応力は、－２ＧＰａ以上－０．１ＧＰａ以下であり、
前記逃げ面の法線を含む平面で前記ＭＡｌＮ層を切断したときの断面において、前記逃げ面における前記ＭＡｌＮ層の５０μｍ長さあたりのドロップレットの数ｎ_Ｄが２以下であり、
前記ドロップレットは、前記ＭＡｌＮ層に存在する金属の粒子であって、前記断面において、前記金属の粒子に対し仮想の長方形を外接させた場合、前記長方形の長辺の長さＬ_ａμｍと短辺の長さＬ_ｂμｍとは以下の条件、
１≦Ｌ_ａ／Ｌ_ｂ＜１．３、かつ０．１＜Ｌ_ａ
を満たすサイズを有する粒子を意味し、
前記長辺又は前記短辺は、前記基材の主面に対して平行である、切削工具。
前記金属元素Ｍは、ホウ素、ケイ素、バナジウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ハフニウム、タンタル、及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を更に含む、請求項１に記載の切削工具。
前記逃げ面の前記ＭＡｌＮ層における、（１１１）面の法線方向が前記逃げ面の法線方向に対して２５°以内となる前記Ｍ_ｘＡｌ_１－ｘＮの結晶粒の占める面積の割合が５５％以上７５％未満である、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
前記被膜の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ未満である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の切削工具。
前記ＭＡｌＮ層は、Ａｒを更に含み、前記Ａｒの含有割合は、前記ＭＡｌＮ層に対して０．１ａｔ％以上５ａｔ％以下である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の切削工具。