(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
すくい面を有する基材と前記すくい面を被覆する被膜とを備える切削工具であって、
前記被膜は、前記基材上に設けられたα−Ａｌ２Ｏ３層を含み、
前記α−Ａｌ２Ｏ３層は、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を含み、
前記α−Ａｌ２Ｏ３層は、前記すくい面において、(００１)配向した前記結晶粒の面積比率が５０％以上９０％以下であり、
Ｘ線を用いた２θ−ｓｉｎ２ψ法による残留応力測定において、
前記すくい面における前記α−Ａｌ２Ｏ３層の(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＡＡは、−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満であり、
前記すくい面における前記α−Ａｌ２Ｏ３層の(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＢＡは、−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満であり、
｜ＡＡ｜≦｜ＢＡ｜の関係式を満たす、切削工具。
【請求項２】
前記α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さが１μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記α−Ａｌ２Ｏ３層における前記基材とは反対側の表面から、前記基材側に向けて前記α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さの１０％の距離ｄ１０に位置する仮想平面Ｄ１と、
前記α−Ａｌ２Ｏ３層における前記基材とは反対側の表面から、前記基材側に向けて前記α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さの４０％の距離ｄ４０に位置する仮想平面Ｄ２と、
に挟まれた領域ｒ１における、Ｘ線を用いた侵入深さ一定法による残留応力測定において、
前記すくい面における前記α−Ａｌ２Ｏ３層の(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Ａは、−８００ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下であり、
前記すくい面における前記α−Ａｌ２Ｏ３層の(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Ｂは、−１３００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下であり、
Ａ＞Ｂの関係式を満たす、請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記残留応力Ａの応力分布は、
前記α−Ａｌ２Ｏ３層の前記基材とは反対側の表面から前記基材側に向けて、前記残留応力Ａが連続的に減少する第１ａ領域と、
前記第１ａ領域よりも前記基材側に位置し、かつ前記基材とは反対側の表面から前記基材側に向けて、前記残留応力Ａが連続的に増加する第２ａ領域と、を有し、
前記第１ａ領域と前記第２ａ領域とは、前記残留応力Ａの極小点を介して連続する、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記残留応力Ｂの応力分布は、
前記α−Ａｌ２Ｏ３層の前記基材とは反対側の表面から前記基材側に向けて、前記残留応力Ｂが連続的に減少する第１ｂ領域と、
前記第１ｂ領域よりも前記基材側に位置し、かつ前記基材とは反対側の表面から前記基材側に向けて、前記残留応力Ｂが連続的に増加する第２ｂ領域と、を有し、
前記第１ｂ領域と前記第２ｂ領域とは、前記残留応力Ｂの極小点を介して連続する、請求項２又は請求項３に記載の切削工具。
【請求項５】
前記被膜は、前記基材と前記α−Ａｌ２Ｏ３層との間に設けられた１層以上の中間層を更に含み、
前記中間層は、周期表４族元素、５族元素、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種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｂ及びＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含む、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、切削工具に関する。本出願は、２０１８年１０月１５日に出願した日本特許出願である特願２０１８−１９４１３３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】
従来より、基材上に被膜を被覆した切削工具が用いられている。たとえば、特開２００４−２８４００３号公報（特許文献１）は、層の表面の法線方向から平面視した場合に、（０００１）面の結晶方位を示す結晶粒の総面積が７０％以上のα−Ａｌ２Ｏ３層を含む被膜を有する表面被覆切削工具を開示している。【０００３】
また、特開２００９−０２８８９４号公報（特許文献２）は、超硬合金体とコーティングとを有する被覆切削工具であって、コーティングは、少なくとも最も上の層が７〜１２μｍの厚さの（００６）方向に配向されたα−Ａｌ２Ｏ３層であり、その配向係数ＴＣ（００６）は２より大きくて、かつ６未満であり、同時に配向係数ＴＣ（０１２）、ＴＣ（１１０）、ＴＣ（１１３）、ＴＣ（２０２）、ＴＣ（０２４）及びＴＣ（１１６）がすべて１未満であり、配向係数ＴＣ（１０４）が二番目に大きい配向係数である、被覆切削工具を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８４００３号公報
【特許文献２】特開２００９−０２８８９４号公報
【発明の概要】
【０００５】
本開示に係る切削工具は、
すくい面を有する基材と上記すくい面を被覆する被膜とを備える切削工具であって、
上記被膜は、上記基材上に設けられたα−Ａｌ２Ｏ３層を含み、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を含み、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、上記すくい面において、(００１)配向した上記結晶粒の面積比率が５０％以上９０％以下であり、
Ｘ線を用いた２θ−ｓｉｎ２ψ法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＡＡは、−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満であり、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＢＡは、−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満であり、
｜ＡＡ｜≦｜ＢＡ｜の関係式を満たす。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、切削工具の基材の一態様を例示する斜視図である。
【図２】図２は、α−Ａｌ２Ｏ３層の加工面におけるカラーマップの一例である。
【図３】図３は、α−Ａｌ２Ｏ３層の厚み方向における領域を示す模式断面図である。
【図４】図４は、α−Ａｌ２Ｏ３層の厚み方向の応力分布を概略的に示すグラフである。
【図５】図５は、被膜の製造に用いられる化学気相蒸着装置の一例を示す模式断面図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る切削工具の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[本開示が解決しようとする課題]
特許文献１及び特許文献２では、上記のような構成のα−Ａｌ２Ｏ３層を含む被膜を有することにより、表面被覆切削工具の耐摩耗性（例えば、耐クレータ摩耗性等）、耐欠損性といった機械特性が向上し、以って切削工具の寿命が長くなることが期待されている。
【０００８】
しかしながら、近年の切削加工においては、高速化及び高能率化が進行し、切削工具にかかる負荷が増大し、切削工具の寿命が短期化する傾向があった。このため、切削工具の被膜の機械特性を更に向上させることが求められている。
【０００９】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐欠損性及び耐クレータ摩耗性に優れる切削工具を提供することを目的とする。
【００１０】
[本開示の効果]
本開示によれば、耐欠損性及び耐クレータ摩耗性に優れる切削工具を提供することが可能になる。
【００１１】
[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。
【００１２】
［１］本開示に係る切削工具は、
すくい面を有する基材と上記すくい面を被覆する被膜とを備える切削工具であって、
上記被膜は、上記基材上に設けられたα−Ａｌ２Ｏ３層を含み、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を含み、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、上記すくい面において、(００１)配向した上記結晶粒の面積比率が５０％以上９０％以下であり、
Ｘ線を用いた２θ−ｓｉｎ２ψ法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＡＡは、−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満であり、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＢＡは、−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満であり、
｜ＡＡ｜≦｜ＢＡ｜の関係式を満たす。
【００１３】
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、優れた耐欠損性及び優れた耐クレータ摩耗性を有することが可能になる。ここで、「耐欠損性」とは、基材からの、被膜の破壊又は脱落を抑制する性質を意味する。
【００１４】
［２］上記α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さが１μｍ以上２０μｍ以下であり、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層における上記基材とは反対側の表面から、上記基材側に向けて上記α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さの１０％の距離ｄ１０に位置する仮想平面Ｄ１と、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層における上記基材とは反対側の表面から、上記基材側に向けて上記α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さの４０％の距離ｄ４０に位置する仮想平面Ｄ２と、
に挟まれた領域ｒ１における、Ｘ線を用いた侵入深さ一定法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Ａは、−８００ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下であり、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Ｂは、−１３００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下であり、
Ａ＞Ｂの関係式を満たす。このように規定することで、耐欠損性が更に優れる切削工具を提供することが可能になる。
【００１５】
［３］上記残留応力Ａの応力分布は、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層の上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Ａが連続的に減少する第１ａ領域と、
上記第１ａ領域よりも上記基材側に位置し、かつ上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Ａが連続的に増加する第２ａ領域と、を有し、
上記第１ａ領域と上記第２ａ領域とは、上記残留応力Ａの極小点を介して連続する。このように規定することで、耐クレータ摩耗性が更に優れる切削工具を提供することが可能になる。
【００１６】
［４］上記残留応力Ｂの応力分布は、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層の上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Ｂが連続的に減少する第１ｂ領域と、
上記第１ｂ領域よりも上記基材側に位置し、かつ上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Ｂが連続的に増加する第２ｂ領域と、を有し、
上記第１ｂ領域と上記第２ｂ領域とは、上記残留応力Ｂの極小点を介して連続する。このように規定することで、耐クレータ摩耗性が更に優れる切削工具を提供することが可能になる。
【００１７】
［５］上記被膜は、上記基材と上記α−Ａｌ２Ｏ３層との間に設けられた１層以上の中間層を更に含み、
上記中間層は、周期表４族元素、５族元素、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種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｂ及びＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含む。このように規定することで、耐欠損性及び耐クレータ摩耗性が更に優れた切削工具を提供することが可能になる。
【００１８】
[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「Ｘ〜Ｙ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＸ以上Ｙ以下）を意味し、Ｘにおいて単位の記載がなく、Ｙにおいてのみ単位が記載されている場合、Ｘの単位とＹの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「ＴｉＣ」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「ＴｉＣ」の化学式には、化学量論組成「Ｔｉ１Ｃ１」のみならず、例えば「Ｔｉ１Ｃ０．８」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「ＴｉＣ」以外の化合物の記載についても同様である。
【００１９】
≪切削工具≫
本開示に係る切削工具は、
すくい面を有する基材と上記すくい面を被覆する被膜とを備える切削工具であって、
上記被膜は、上記基材上に設けられたα−Ａｌ２Ｏ３層を含み、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を含み、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、上記すくい面において、(００１)配向した上記結晶粒の面積比率が５０％以上９０％以下であり、
Ｘ線を用いた２θ−ｓｉｎ２ψ法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＡＡは、−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満であり、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＢＡは、−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満であり、
｜ＡＡ｜≦｜ＢＡ｜の関係式を満たす。
【００２０】
本実施形態の表面被覆切削工具（以下、単に「切削工具」という場合がある。）は、すくい面を有する基材と、上記すくい面を被覆する被膜とを備える。本実施形態の他の側面において、上記被膜は、上記基材における上記すくい面以外の部分（例えば、逃げ面）を被覆していてもよい。上記切削工具は、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。
【００２１】
＜基材＞
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体（ｃＢＮ焼結体）及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。上記基材は、超硬合金、サーメット及びｃＢＮ焼結体からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことがより好ましい。
【００２２】
これらの各種基材の中でも、特にＷＣ基超硬合金又はｃＢＮ焼結体を選択することが好ましい。その理由は、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、上記用途の切削工具の基材として優れた特性を有するためである。
【００２３】
基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素又はη相と呼ばれる異常相を含んでいても本実施形態の効果は示される。なお、本実施形態で用いる基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、ｃＢＮ焼結体の場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本実施形態の効果は示される。
【００２４】
図１は、切削工具の基材の一態様を例示する斜視図である。このような形状の基材は、例えば、旋削加工用刃先交換型切削チップの基材として用いられる。上記基材１０は、すくい面１と、逃げ面２と、上記すくい面１と逃げ面２とが交差する刃先稜線部３とを有する。すなわち、すくい面１と逃げ面２とは、刃先稜線部３を挟んで繋がる面である。刃先稜線部３は、基材１０の切刃先端部を構成する。このような基材１０の形状は、上記切削工具の形状と把握することもできる。
【００２５】
上記切削工具が刃先交換型切削チップである場合、上記基材１０は、チップブレーカーを有するものも、有さないものも含まれる。刃先稜線部３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）、ホーニング（シャープエッジに対してアールを付与したもの）、ネガランド（面取りをしたもの）、ホーニングとネガランドを組み合わせたものの中で、いずれのものも含まれる。
【００２６】
以上、基材１０の形状及び各部の名称を、図１を用いて説明したが、本実施形態に係る切削工具において、上記基材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５０は、すくい面１と、逃げ面２と、上記すくい面１及び上記逃げ面２を繋ぐ刃先稜線部３とを有する（図６参照）。
【００２７】
＜被膜＞
本実施形態に係る被膜４０は、上記基材１０上に設けられたα−Ａｌ２Ｏ３層２０を含む（図６参照）。「被膜」は、上記すくい面の少なくとも一部（例えば、切削加工時に被削材と接する部分）を被覆することで、切削工具における耐欠損性、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、上記すくい面の一部に限らず上記すくい面の全面を被覆することが好ましい。また、上記被膜は、上記基材の全面を被覆していてもよい。しかしながら、上記すくい面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。
【００２８】
上記被膜の厚さは、３μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上２５μｍ以下であることがより好ましい。ここで、被膜の厚さとは、被膜を構成する層それぞれの厚さの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、後述するα−Ａｌ２Ｏ３層、中間層、下地層及び最外層等が挙げられる。上記被膜の厚さは、例えば、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）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点の厚さの平均値をとることで求めることが可能である。後述するα−Ａｌ２Ｏ３層、中間層、下地層、最外層等のそれぞれの厚さを測定する場合も同様である。走査透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製のＪＥＭ−２１００Ｆ（商品名）が挙げられる。
【００２９】
（α−Ａｌ２Ｏ３層）
本実施形態のα−Ａｌ２Ｏ３層は、α−Ａｌ２Ｏ３（結晶構造がα型である酸化アルミニウム）の結晶粒（以下、単に「結晶粒」という場合がある。）を含む。すなわち、上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、多結晶のα−Ａｌ２Ｏ３を含む層である。
【００３０】
上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、上記基材の直上に設けられていてもよいし、後述する中間層等の他の層を介して上記基材の上に設けられていてもよい。上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、その上に最外層等の他の層が設けられていてもよい。また、上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、上記被膜の最外層（最表面層）であってもよい。
【００３１】
上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、以下の特徴を有する。すなわち、上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、上記すくい面において、(００１)配向した上記結晶粒の面積比率が５０％以上９０％以下である。本実施形態の他の側面において、上記すくい面における(００１)配向した結晶粒以外の結晶粒の面積比率が１０％以上５０％以下である。また、(００１)配向した上記結晶粒の面積比率と(００１)配向した結晶粒以外の結晶粒の面積比率との和は、１００％である。
【００３２】
本実施形態の別の他の側面において、上記α−Ａｌ２Ｏ３層は、上記すくい面において上記基材の表面と平行となる鏡面研磨された上記α−Ａｌ２Ｏ３層の加工面に対し、電解放出型走査電子顕微鏡を用いた後方散乱電子回折像解析から上記結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいて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、(００１)配向した上記結晶粒の面積比率が５０％以上９０％以下であってもよい。
【００３３】
本実施形態の切削工具は、上記すくい面におけるα−Ａｌ２Ｏ３層で（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒の面積比率が５０％以上９０％以下となることにより、α−Ａｌ２Ｏ３層が特定の配向性（（００１）配向）を有して被膜の強度が向上する効果を十分に得ることができる。また、上記被膜が上記基材の全面を被覆している場合、本実施形態の切削工具は、上記基材のすくい面以外の面におけるα−Ａｌ２Ｏ３層で(００１)配向した結晶粒の面積比率が５０％以上９０％以下であってもよく、５０％以上９０％以下から外れた値であってもよい。
【００３４】
ここで、「（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒」又は「（００１）配向した結晶粒」とは、基材表面（被膜に面している側の表面とする。）の法線に対し、（００１）面の傾斜角（基材表面の法線と（００１）面の法線とがなす角度）が０〜２０°となるα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒をいう。α−Ａｌ２Ｏ３層において、任意のα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒が（００１）配向しているか否かは、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）を用いて確認することができる。電子線後方散乱回折像解析（ＥＢＳＤ像解析）とは、後方散乱電子によって発生する菊池回折パターンの自動分析に基づく解析方法である。ちなみに、「（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒以外の結晶粒」又は「（００１）配向した結晶粒以外の結晶粒」とは、基材表面の法線に対し、（００１）面の傾斜角が２０°を超えるα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を意味する。
【００３５】
たとえば、ＥＢＳＤ装置を備えたＦＥ−ＳＥＭを用い、上記すくい面において上記基材の表面と平行となる鏡面研磨された上記α−Ａｌ２Ｏ３層の加工面を撮影する。次に、撮影画像の各ピクセルの（００１）面の法線方向と、基材表面の法線方向（すなわち加工面におけるα−Ａｌ２Ｏ３層の厚み方向に平行となる直線方向）とのなす角度を算出する。そして、その角度が０〜２０°となるピクセルを選択する。この選択されたピクセルが、基材表面に対して（００１）面の傾斜角が０〜２０°となるα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒、すなわち「（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒」に対応する。
【００３６】
そして、α−Ａｌ２Ｏ３層の上記加工面の所定領域（すなわち、カラーマップ）における（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒の面積比率は、結晶方位マッピングとして、α−Ａｌ２Ｏ３層の上記加工面に対し、上記選択されたピクセルを色分けすることで作成されるカラーマップに基づいて算出される。結晶方位マッピングでは、上記選択されたピクセルに予め定められた色が付与されているため、所定領域における（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒の面積比率を、その付与された色を指標にして算出することができる。上記なす角度の算出、該角度が０〜２０°であるピクセルの選択、及び上記面積比率の算出は、例えば、市販のソフトウェア（商品名：「Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｖｅｒ  ６．２」、ＥＤＡＸ社製）を用いて行なうことができる。
【００３７】
図２は、α−Ａｌ２Ｏ３層２０の上記加工面に関するカラーマップの一例である。図２において、実線で囲まれかつ左斜線のハッチングで示される領域が（００１）配向した結晶粒２１であり、実線で囲まれかつ白色で示される各領域が、（００１）配向した結晶粒以外の結晶粒２２である。すなわち、図２に例示されるカラーマップでは、α−Ａｌ２Ｏ３層２０の表面の法線方向に対する（００１）面の法線方向の角度が０〜２０°の結晶粒が左斜線のハッチングで示されている。また、α−Ａｌ２Ｏ３層２０の表面の法線方向に対する（００１）面の法線方向の角度が２０°超の結晶粒が白色で示されている。
【００３８】
上記結晶方位マッピング（カラーマップ）から、本実施形態においてα−Ａｌ２Ｏ３層は、その加工面において、（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒の面積比率が５０％以上９０％以下である部分を含むことが特定される。上記（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒の面積比率は、５０％以上９０％以下であることが好ましく、５５％以上８５％以下であることがより好ましい。
【００３９】
なお、（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒の面積比率を算出するにあたり、ＦＥ−ＳＥＭの観察倍率は５０００倍とする。また観察面積は、４５０μｍ２（３０μｍ×１５μｍ）とする。測定視野数は、３以上とする。
【００４０】
上記α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さが１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。
【００４１】
（α−Ａｌ２Ｏ３層の残留応力）
（２θ−ｓｉｎ２ψ法による膜中残留応力）
本実施形態におけるα−Ａｌ２Ｏ３層は、Ｘ線を用いた２θ−ｓｉｎ２ψ法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＡＡは、−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満であり、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＢＡは、−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満であり、
｜ＡＡ｜≦｜ＢＡ｜（式１）の関係式を満たす。
【００４２】
ここで、「残留応力」とは、層内に存する内部応力（固有ひずみ）の一種である。上記残留応力としては、圧縮残留応力と引張残留応力とに大別される。圧縮残留応力は、「−」（マイナス）の数値（本明細書においてその単位は「ＭＰａ」で表す。）で表される残留応力をいう。例えば、「１００ＭＰａの圧縮残留応力」は、−１００ＭＰａの残留応力と把握することができる。このため、圧縮残留応力が大きいという概念は、上記数値の絶対値が大きくなることを示し、圧縮残留応力が小さいという概念は、上記数値の絶対値が小さくなることを示す。ちなみに引張残留応力は、「＋」（プラス）の数値（本明細書においてその単位は「ＭＰａ」で表す。）で表される残留応力をいう。例えば、「１００ＭＰａの引張残留応力」は、１００ＭＰａの残留応力と把握することができる。このため、引張残留応力が大きいという概念は、上記数値が大きくなることを示し、引張残留応力が小さいという概念は、上記数値が小さくなることを示す。
【００４３】
本実施形態において「すくい面における(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＡＡ」とは、上記すくい面における所定の測定視野全体を反映した残留応力であって、上記所定の測定視野全体における(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力を意味する。上記膜中残留応力ＡＡは、Ｘ線を用いた２θ−ｓｉｎ２ψ法による残留応力測定によって求められる。具体的な方法としては、まず測定視野全体について２θ−ｓｉｎ２ψ法により、(００１)面の結晶面間隔を測定する。ここで、測定時の回折角度は測定対象の結晶面に応じた回折角度を指定する。上述した測定視野とは「α−Ａｌ２Ｏ３層の表面における測定視野」を意味する。つぎに、測定された(００１)面の結晶面間隔に基づいて上記測定視野全体の残留応力を算出する。このような測定を複数の測定視野において行い、それぞれの測定視野において求められた残留応力の平均値を「膜中残留応力ＡＡ」とする。
（００１）配向した結晶粒の面積比率が５０％以上であるとき、上記膜中残留応力ＡＡは、（００１）配向した結晶粒が有する残留応力の寄与が大きいと考えられる。このような事情から、上記膜中残留応力ＡＡは（００１）配向した結晶粒が有する残留応力と把握することもできると本発明者らは考えている。
【００４４】
本実施形態において、２θ−ｓｉｎ２ψ法による残留応力測定は以下の条件で行われる。
装置    ：ＳｍａｒｔＬａｂ（株式会社リガク製）
Ｘ線    ：Ｃｕ／Ｋα／４５ｋＶ／２００ｍＡ
カウンタ：Ｄ／ｔｅＸ  Ｕｌｔｒａ２５０（株式会社リガク製）
走査範囲：膜中残留応力ＡＡの場合  ８９．９°〜９１．４°（傾斜法）
膜中残留応力ＢＡの場合  ３７．０°〜３８．４°（傾斜法）
【００４５】
本実施形態において「すくい面における(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＢＡ」とは、上記すくい面における所定の測定視野全体を反映した残留応力であって、上記所定の測定視野全体における(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力を意味する。上記膜中残留応力ＢＡは、Ｘ線を用いた２θ−ｓｉｎ２ψ法による残留応力測定によって求められる。具体的な方法としては、まず測定視野全体について２θ−ｓｉｎ２ψ法により、(１１０)面の結晶面間隔を測定する。ここで、上述した測定視野とは「α−Ａｌ２Ｏ３層の表面における測定視野」を意味する。つぎに、測定された(１１０)面の結晶面間隔に基づいて上記測定視野全体の残留応力を算出する。このような測定を複数の測定視野において行い、それぞれの測定視野において求められた残留応力の平均値を「膜中残留応力ＢＡ」とする。
上記膜中残留応力ＢＡは、上記膜中残留応力ＡＡと比較して高い圧縮残留応力値を示す傾向がある。このような事情から上記膜中残留応力ＢＡは、上記膜中残留応力ＡＡと比較して（００１）配向した結晶粒以外の結晶粒が有する残留応力の寄与が大きいと本発明者らは考えている。
【００４６】
（深さ方向におけるα−Ａｌ２Ｏ３層の残留応力）
（侵入深さ一定法による残留応力）
本実施形態では、上記α−Ａｌ２Ｏ３層における上記基材とは反対側の表面から、上記基材側に向けて上記α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さの１０％の距離ｄ１０に位置する仮想平面Ｄ１と、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層における上記基材とは反対側の表面から、上記基材側に向けて上記α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さの４０％の距離ｄ４０に位置する仮想平面Ｄ２と、
に挟まれた領域ｒ１における、Ｘ線を用いた侵入深さ一定法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Ａは、−８００ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下であり、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Ｂは、−１３００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下であり、
Ａ＞Ｂの関係式（式２）を満たすことが好ましい（例えば、図３）。
本実施形態の他の側面において、上記α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さが１μｍ以上２０μｍ以下であり、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層における上記基材とは反対側の表面から、上記基材側に向けて上記α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さの１０％の距離ｄ１０に位置する仮想平面Ｄ１と、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層における上記基材とは反対側の表面から、上記基材側に向けて上記α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さの４０％の距離ｄ４０に位置する仮想平面Ｄ２と、
に挟まれた領域ｒ１における、Ｘ線を用いた侵入深さ一定法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Ａは、−８００ＭＰａ以上６００ＭＰａ以下であり、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Ｂは、−１３００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下であり、
Ａ＞Ｂの関係式を満たすことが好ましい。
【００４７】
本実施形態において「すくい面における(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Ａ」とは、上記すくい面の所定の深さ位置における残留応力であって、(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力を意味する。上記残留応力Ａは、Ｘ線を用いた侵入深さ一定法によって求められる。具体的な方法としては、まず測定視野全体について侵入深さ一定法により、所定の深さ位置における(００１)面の結晶面間隔を測定する。ここで、上述した測定視野とは「α−Ａｌ２Ｏ３層の表面に平行な仮想平面であって所定の深さ位置を通る仮想平面における測定視野」を意味する。つぎに、測定された(００１)面の結晶面間隔に基づいて上記測定視野全体の残留応力を算出する。このような測定を複数の測定視野において行い、それぞれの測定視野において求められた残留応力の平均値を「残留応力Ａ」とする。
【００４８】
本実施形態において、侵入深さ一定法による残留応力測定は以下の条件で行われる。
装置          ：Ｓｐｒｉｎｇ−８  ＢＬ１６ＸＵ
Ｘ線エネルギー：１０ｋｅＶ（λ＝０．１２４ｎｍ）
Ｘ線ビーム径  ：０．４〜１．８ｍｍ（侵入深さにより変更）
使用回折面    ：残留応力Ａの場合＿（００１）面
残留応力Ｂの場合＿（１１０）面
【００４９】
本実施形態において「すくい面における(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Ｂ」とは、上記すくい面の所定の深さ位置における残留応力であって、(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力を意味する。上記残留応力Ｂは、Ｘ線を用いた侵入深さ一定法によって求められる。
【００５０】
上記領域ｒ１において、上記残留応力Ａ及び上記残留応力Ｂがそれぞれ所定の数値範囲の残留応力であり、かつ上記式２の関係式を満たすか否かは、例えば、Ｘ線を用いた侵入深さ一定法によって上記α−Ａｌ２Ｏ３層の所定の距離ｄ１０の深さ位置及び所定の距離ｄ４０の深さ位置における上記残留応力Ａ（それぞれ、Ａｄ１０、Ａｄ４０）及び上記残留応力Ｂ（それぞれ、Ｂｄ１０、Ｂｄ４０）を測定することで判断することが可能である。すなわち、（１）まず上記仮想平面Ｄ１上のある測定視野中の残留応力Ａｄ１０及び上記残留応力Ｂｄ１０を、侵入深さ一定法で測定する。（２）つぎに当該仮想平面Ｄ１上のある測定視野と同じ領域であって、当該測定視野の真下に位置する仮想平面Ｄ２上の視野中の残留応力Ａｄ４０及び上記残留応力Ｂｄ４０を、同じく侵入深さ一定法で測定する。（３）測定された残留応力Ａｄ１０及びＡｄ４０、並びに、上記残留応力Ｂｄ１０及びＢｄ４０それぞれが上述した数値範囲にあり、かつＡｄ１０＞Ｂｄ１０及びＡｄ４０＞Ｂｄ４０である場合、「領域ｒ１において、上記残留応力Ａ及び上記残留応力Ｂが上述した数値範囲にあり、かつ上記式２の関係式を満たす」と判断する。
【００５１】
（α−Ａｌ２Ｏ３層の残留応力分布）
本実施形態に係るα−Ａｌ２Ｏ３層２０において、上記残留応力Ａの応力分布は、上記α−Ａｌ２Ｏ３層の上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Ａが連続的に減少する第１ａ領域と、
上記第１ａ領域よりも上記基材側に位置し、かつ上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Ａが連続的に増加する第２ａ領域と、を有し、
上記第１ａ領域と上記第２ａ領域とは、上記残留応力Ａの極小点を介して連続することが好ましい。
【００５２】
上記応力分布の一例を図４に示す。図４のグラフにおいて、縦軸は残留応力を示しており、横軸はα−Ａｌ２Ｏ３層２０の厚み方向における位置を示している。縦軸に関し、その値が「−」の場合、α−Ａｌ２Ｏ３層２０内に圧縮残留応力が存在することを意味し、その値が「＋」の場合、α−Ａｌ２Ｏ３層２０内に引張残留応力が存在することを意味し、その値が「０」の場合、α−Ａｌ２Ｏ３層２０内に応力が存在しないことを意味する。
【００５３】
図４を参照し、α−Ａｌ２Ｏ３層２０における厚み方向の残留応力Ａの応力分布（図４の曲線ａ）は、例えば、上面側（表面側、又は基材とは反対側の表面側）から下面側（基材側）に向けて、残留応力の値が連続的に減少する第１ａ領域Ｐ１ａと、第１ａ領域よりも下面側に位置し、かつ上面側から下面側に向けて、残留応力の値が連続的に大きくなる第２ａ領域Ｐ２ａと、を有する。ここで、上記第２ａ領域には、圧縮残留応力から引張残留応力に転じる地点が存在する。上記第１ａ領域と上記第２ａ領域とは、残留応力の値が最も小さくなる極小点Ｐ３ａを介して連続することが好ましい。この極小点Ｐ３ａは、下面よりも、上面に近いところに位置するものである。
【００５４】
α−Ａｌ２Ｏ３層２０が上述のような応力分布を有することにより、断続切削時において、α−Ａｌ２Ｏ３層２０の耐クレータ摩耗性と耐欠損性とのバランスがより優れることとなる。これは、α−Ａｌ２Ｏ３層２０の上面側からα−Ａｌ２Ｏ３層２０に加えられる衝撃が、上面側から極小点Ｐ３ａの間において十分に吸収されるとともに、極小点Ｐ３ａよりも下面側においては高い密着性が発揮されるためである。
【００５５】
上記残留応力Ａの応力分布において、残留応力の値は−１０００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下であることが好ましい。言い換えると、上記残留応力Ａの応力分布において、圧縮残留応力の絶対値は１０００ＭＰａ以下（すなわち、−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満）であり、引張残留応力の絶対値は２０００ＭＰａ以下（すなわち、０ＭＰａ超２０００ＭＰａ以下）であることが好ましい。この場合、耐クレータ摩耗性と耐欠損性との両特性が適切に発揮される傾向がある。
【００５６】
また、上記極小点Ｐ３ａは、基材とは反対側の表面（上面）からα−Ａｌ２Ｏ３層２０の厚さの０．１〜４０％の距離を有して位置することが好ましい。この場合、α−Ａｌ２Ｏ３層２０の損傷形態が安定し、たとえば突発的な欠損を抑制することができ、もって工具の寿命のばらつきを低減することができる。たとえば、α−Ａｌ２Ｏ３層２０の厚さが１〜２０μｍである場合、極小点Ｐ３ａの位置は、基材とは反対側の表面から０．１〜８μｍであることが好ましい。また極小点Ｐ３ａにおける圧縮残留応力の絶対値は、好ましくは、１００〜９００ＭＰａであり、より好ましくは２００〜８９０ＭＰａであり、さらに好ましくは３５０〜８９０ＭＰａである。言い換えると、極小点Ｐ３ａにおける残留応力の値は、好ましくは、−９００〜−１００ＭＰａであり、より好ましくは−８９０〜−２００ＭＰａであり、さらに好ましくは−８９０〜−３５０ＭＰａである。
【００５７】
本実施形態において、上記残留応力Ｂの応力分布は、上記α−Ａｌ２Ｏ３層の上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Ｂが連続的に減少する第１ｂ領域と、
上記第１ｂ領域よりも上記基材側に位置し、かつ上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Ｂが連続的に増加する第２ｂ領域と、を有し、
上記第１ｂ領域と上記第２ｂ領域とは、上記残留応力Ｂの極小点を介して連続することが好ましい。
【００５８】
上記残留応力Ｂの応力分布において、残留応力の値は−１３００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下であることが好ましい。言い換えると、上記残留応力Ｂの応力分布において、圧縮残留応力の絶対値は１３００ＭＰａ以下（すなわち、−１３００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満）であり、引張残留応力の絶対値は２０００ＭＰａ以下（すなわち、０ＭＰａ超２０００ＭＰａ以下）であることが好ましい。この場合、耐クレータ摩耗性と耐欠損性との両特性が適切に発揮される傾向がある。
【００５９】
また、上記極小点Ｐ３ｂは、基材とは反対側の表面（上面）からα−Ａｌ２Ｏ３層２０の厚さの０．１〜４０％の距離を有して位置することが好ましい。この場合、α−Ａｌ２Ｏ３層２０の損傷形態が安定し、たとえば突発的な欠損を抑制することができ、もって工具の寿命のばらつきを低減することができる。たとえば、α−Ａｌ２Ｏ３層２０の厚さが１〜２０μｍである場合、極小点Ｐ３ｂの位置は、基材とは反対側の表面から０．１〜８μｍであることが好ましい。また極小点Ｐ３ｂにおける圧縮残留応力の絶対値は、好ましくは、１５０〜１２５０ＭＰａであり、より好ましくは２５０〜１１００ＭＰａであり、さらに好ましくは４００〜１０００ＭＰａである。言い換えると、極小点Ｐ３ｂにおける残留応力の値は、好ましくは、−１２５０〜−１５０ＭＰａであり、より好ましくは−１１００〜−２５０ＭＰａであり、さらに好ましくは−１０００〜−４００ＭＰａである。
【００６０】
（α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒の平均粒径）
本実施形態において、上記α−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒は、その平均粒径が０．１μｍ〜３μｍであることが好ましく、０．２μｍ〜２μｍであることがより好ましい。上記結晶粒の平均粒径は、例えば、上記カラーマップを用いて求めることが可能である。具体的には、まず、上記カラーマップにおいて、色彩が一致し（すなわち面方位が一致し）、かつ周囲が他の色彩（すなわち他の面方位）で囲まれている領域を、各結晶粒の個別の領域とみなす。次に、各結晶粒の外周における２点間の距離を測り、最も長い２点間の距離を各結晶粒の粒径とする。
【００６１】
（中間層）
上記被膜は、上記基材と上記α−Ａｌ２Ｏ３層との間に設けられた１層以上の中間層を更に含むことが好ましい。上記中間層は、周期表４族元素、５族元素、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種の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｂ及びＯからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。周期表４族元素としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）等が挙げられる。周期表５族元素としては、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）等が挙げられる。周期表６族元素としては、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等が挙げられる。上記中間層は、Ｔｉ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種の元素とからなるＴｉ化合物を含むことがより好ましい。
【００６２】
上記中間層に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＣｒＳｉＮ、ＴｉＡｌＣｒＳｉＮ、ＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＯ、ＡｌＣｒＳｉＮ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＡｌＭｏＮ、ＴｉＡｌＮｂＮ、ＴｉＳｉＮ、ＡｌＣｒＴａＮ、ＡｌＴｉＶＮ、ＴｉＢ２、ＴｉＣｒＨｆＮ、ＣｒＳｉＷＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＡｌＺｒＯＮ、ＡｌＣｒＣＮ、ＡｌＨｆＮ、ＣｒＳｉＢＯＮ、ＴｉＡｌＷＮ、ＡｌＣｒＭｏＣＮ、ＴｉＡｌＢＮ、ＴｉＡｌＣｒＳｉＢＣＮＯ、ＺｒＮ及びＺｒＣＮ等が挙げられる。
【００６３】
上記中間層の厚さが０．１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以上１．５μｍ以下であることがより好ましい。
【００６４】
（他の層）
本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層は、上記α−Ａｌ２Ｏ３層又は上記中間層とは組成が異なっていてもよいし、同じであってもよい。他の層に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ、Ａｌ２Ｏ３等を挙げることができる。なお、上記他の層は、その積層の順も特に限定されない。例えば、上記他の層としては、上記基材と上記α−Ａｌ２Ｏ３層との間に設けられている下地層、上記α−Ａｌ２Ｏ３層の上に設けられている最外層等が挙げられる。上記他の層の厚さは、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２０μｍ以下が挙げられる。
【００６５】
≪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、
すくい面を有する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、
化学気相蒸着法を用いて上記基材のすくい面上に上記α−Ａｌ２Ｏ３層を含む被膜を形成する工程（以下、「第２工程」という場合がある。）と、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層をブラスト処理する工程（以下、「第３工程」という場合がある。）と、
を含む。
【００６６】
＜第１工程：基材を準備する工程＞
第１工程ではすくい面を有する基材を準備する。例えば、基材として超硬合金基材が準備される。超硬合金基材は、市販のものを用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、例えば、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ−Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。第１工程では、上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知のものであればいずれも準備可能である。
【００６７】
＜第２工程：被膜を形成する工程＞
第２工程では、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）を用いて上記基材のすくい面上に上記α−Ａｌ２Ｏ３層を含む被膜が形成される。
【００６８】
図５は、被膜の製造に用いられる化学気相蒸着装置（ＣＶＤ装置）の一例を示す模式断面図である。以下図５を用いて第２工程について説明する。ＣＶＤ装置３０は、基材１０を保持するための基材セット治具３１の複数と、基材セット治具３１を覆う耐熱合金鋼製の反応容器３２とを備えている。また、反応容器３２の周囲には、反応容器３２内の温度を制御するための調温装置３３が設けられている。反応容器３２にはガス導入口３４を有するガス導入管３５が設けられている。ガス導入管３５は、基材セット治具３１が配置される反応容器３２の内部空間において、鉛直方向に延在し当該鉛直方向を軸に回転可能に配置されており、またガスを反応容器３２内に噴出するための複数の噴出孔３６が設けられている。このＣＶＤ装置３０を用いて、次のようにして上記被膜を構成するα−Ａｌ２Ｏ３層を含む各層を形成することができる。
【００６９】
まず、基材１０を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、α−Ａｌ２Ｏ３層２０用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、基材１０の上記すくい面上にα−Ａｌ２Ｏ３層２０が形成される。ここで、α−Ａｌ２Ｏ３層２０を形成する前に、中間層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させることにより、基材１０の表面に中間層を形成することが好ましい。以下、基材１０の表面に中間層を形成した後に、上記α−Ａｌ２Ｏ３層２０を形成する方法について説明する。
【００７０】
上記中間層用の原料ガスとしては、特に制限はないが例えば、ＴｉＣｌ４及びＮ２の混合ガス、ＴｉＣｌ４、Ｎ２及びＣＨ３ＣＮの混合ガス、並びに、ＴｉＣｌ４、Ｎ２、ＣＯ及びＣＨ４の混合ガスが挙げられる。
【００７１】
上記中間層を形成する際の反応容器３２内の温度は、１０００〜１１００℃に制御されることが好ましく、反応容器３２内の圧力は０．１〜１０１３ｈＰａに制御されることが好ましい。また、上記の原料ガスとともにＨＣｌガスを導入してもよい。ＨＣｌガスの導入により、各層の厚みの均一性を向上させることができる。なお、キャリアガスとしては、Ｈ２を用いることが好ましい。また、ガス導入時、不図示の駆動部によりガス導入管３５を回転させることが好ましい。これにより、反応容器３２内において各ガスを均一に分散させることができる。
【００７２】
さらに、上記中間層を、ＭＴ（Ｍｅｄｉｕｍ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）−ＣＶＤ法で形成してもよい。ＭＴ−ＣＶＤ法は、１０００〜１１００℃の温度で実施されるＣＶＤ法（以下、「ＨＴ−ＣＶＤ法」ともいう。）とは異なり、反応容器３２内の温度を８５０〜９５０℃といった比較的低い温度に維持して層を形成する方法である。ＭＴ−ＣＶＤ法は、ＨＴ−ＣＶＤ法と比して比較的低温で実施されるため、加熱による基材１０へのダメージを低減することができる。特に、上記中間層がＴｉＣＮ層である場合、当該中間層をＭＴ−ＣＶＤ法で形成することが好ましい。
【００７３】
次に、上記中間層上にα−Ａｌ２Ｏ３層２０を形成する。原料ガスとしては、ＡｌＣｌ３、Ｎ２、ＣＯ２及びＨ２Ｓの混合ガスを用いる。このとき、ＣＯ２とＨ２Ｓとの流量（Ｌ／ｍｉｎ）に関し、ＣＯ２／Ｈ２Ｓ≧２を満たすような流量比とする。これにより、α−Ａｌ２Ｏ３層が形成される。なおＣＯ２／Ｈ２Ｓの上限値は特に制限されないが、層の厚みの均一性の観点から、５以下が好ましい。また、本発明者らは、ＣＯ２及びＨ２Ｓの好ましい各流量は、０．４〜２．０Ｌ／ｍｉｎ及び０．１〜０．８Ｌ／ｍｉｎであり、最も好ましくは１Ｌ／ｍｉｎ及び０．５Ｌ／ｍｉｎであることを確認した。
【００７４】
反応容器３２内の温度は１０００〜１１００℃に制御されることが好ましく、反応容器３２内の圧力は０．１〜１００ｈＰａに制御されることが好ましい。また、上記に列挙の原料ガスとともにＨＣｌガスを導入してもよく、キャリアガスとしてはＨ２を用いることができる。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させることが好ましいことは、上記と同様である。
【００７５】
本開示の効果をより向上させる観点から、α−Ａｌ２Ｏ３層を形成する工程の終盤９０分以上１８０分以下の時間（以下、「降温時間」という場合がある。）、好ましくは１２０分以上１８０分以下の時間、反応容器内の温度を０．３〜０．５℃／分の速度（以下、「降温速度」という場合がある。）で連続的に降下させることが好ましい。このことにより被膜中に発生する引張の残留応力が小さくなり、後のブラスト処理を行う工程でより効果的に圧縮応力を導入することが可能となる。
【００７６】
なお、本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、α−Ａｌ２Ｏ３層２０上に最外層を形成してもよい。最外層を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、ＣＶＤ法等によって形成する方法が挙げられる。
【００７７】
上記製造方法に関し、ＣＶＤ法の各条件を制御することによって、各層の態様が変化する。たとえば、反応容器３２内に導入する原料ガスの組成によって、各層の組成が決定され、実施時間（成膜時間）により、各層の厚みが制御される。なかでも、α−Ａｌ２Ｏ３層２０における粗粒の割合を低下させたり、（００１）面配向性を高めるためには、原料ガスのうち、ＣＯ２ガスとＨ２Ｓガスとの流量比（ＣＯ２／Ｈ２Ｓ）の制御が重要である。
【００７８】
＜第３工程：ブラスト処理する工程＞
ブラスト処理する工程では、上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層をブラスト処理する。「ブラスト処理」とは、鋼鉄又は非鉄金属（例えば、セラミックス）等の多数の小さな球体（メディア）を高速で、すくい面等の表面に衝突させる（投射させる）ことで当該表面の配向性、圧縮応力等の諸性質を変化させる処理を意味する。本実施形態ではすくい面にブラスト処理を行うことによって、すくい面のα−Ａｌ２Ｏ３層において残留応力が付与され、膜中残留応力ＡＡと膜中残留応力ＢＡとの間に差が生まれる。その結果、当該α−Ａｌ２Ｏ３層の亀裂進展性が抑制され、耐欠損性に優れることになる。上記メディアの投射は、α−Ａｌ２Ｏ３層における膜中残留応力ＡＡ及び膜中残留応力ＢＡが上記式１の関係式を満たすように付与されれば特に制限はなく、α−Ａｌ２Ｏ３層に対して直接行ってもよいし、α−Ａｌ２Ｏ３層上に設けられた他の層（例えば、最外層）に対して行ってもよい。上記メディアの投射は、少なくとも上記すくい面に対して行われていれば特に制限はなく、例えば、上記切削工具の全面にわたって上記メディアの投射が行われていてもよい。
【００７９】
従来は、主に被膜における対象となる層に残留する引張応力を圧縮応力に変えるためにブラスト処理が実施されていた。しかし、（００１）配向した結晶粒が有する膜中残留応力（膜中残留応力ＡＡ）と、（００１）配向した結晶粒以外の結晶粒が有する膜中残留応力（膜中残留応力ＢＡ）とが上記式１の関係式を満たすためにブラスト処理を実施することはこれまで知られておらず、本発明者らが初めて見出した。
また、従来のブラスト処理では、投射圧が高く同時に被膜が研磨されていた。そのため、従来のブラスト処理を行うと、被膜の研磨に伴い対象となる層の破壊も起こる傾向があった。本実施形態では、第２工程において上記α−Ａｌ２Ｏ３層に発生する引張残留応力が、従来の製法で形成したα−Ａｌ２Ｏ３層の引張残留応力よりも小さい。そのため、α−Ａｌ２Ｏ３層の破壊が起こらずに、応力がα−Ａｌ２Ｏ３層に導入されやすく、結果として膜中残留応力ＡＡと膜中残留応力ＢＡとが上記式１の関係式を満たすことが可能になる。
【００８０】
α−Ａｌ２Ｏ３層に対してブラスト処理を行うことで膜中残留応力ＡＡと膜中残留応力ＢＡとが上記式１の関係式を満たすメカニズムは明らかではないが、本発明者らは以下のように考えている。（００１）配向した結晶粒は、同じ結晶方位を向いた結晶粒同士で互いに支持しあうため、外力からの変形に対して耐性を有すると考えられる。一方、（００１）配向した結晶粒以外の結晶粒は、結晶方位がそろっていないため、外力からの変形に対する耐性が低減されると考えられる。このように、（００１）配向した結晶粒と、それ以外の結晶粒とでは外力からの変形の起きやすさに相違があるため、ブラスト処理によって付与される残留応力に差が生まれ、結果として膜中残留応力ＡＡと膜中残留応力ＢＡとが上記式１の関係式を満たすと考えられる。
【００８１】
上記メディアの材質は、例えば、鋼鉄、セラミックス、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等が挙げられる。
【００８２】
上記メディアの平均粒径は、例えば、１〜３００μｍであることが好ましく、５〜２００μｍであることがより好ましい。
【００８３】
上記メディアは、市販品を使用してもよく、例えば、粒径９０〜１２５μｍ（平均粒径１００μｍ）のセラミックス砥粒（株式会社ニッチュー製、商品名ＷＡＦ１２０）が挙げられる。
【００８４】
上記メディアを投射する投射部と上記すくい面等の表面との距離（以下、「投射距離」という場合がある。）は、８０ｍｍ〜１２０ｍｍであることが好ましく、８０ｍｍ〜１００ｍｍであることがより好ましい。
【００８５】
投射する際に上記メディアに加わる圧力（以下、「投射圧」という場合がある。）は、０．０５ＭＰａ〜０．５ＭＰａであることが好ましく、０．０５ＭＰａ〜０．３ＭＰａであることがより好ましい。
【００８６】
ブラストの処理時間は、５秒〜６０秒であることが好ましく、１０秒〜３０秒であることがより好ましい。
【００８７】
上述したブラスト処理の各条件は、上記被膜の構成に合わせて適宜調整することが可能である。
【００８８】
＜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、ブラスト処理の効果を損なわない範囲で追加工程を適宜行ってもよい。
【実施例】
【００８９】
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。【００９０】
≪切削工具の作製≫
＜第１工程：基材を準備する工程＞
基材として、ＴａＣ（２．０質量％）、ＮｂＣ（１．０質量％）、Ｃｏ（１０．０質量％）及びＷＣ（残部）からなる組成（ただし不可避不純物を含む。）の超硬合金製切削チップ（形状：ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ−ＵＸ、住友電工ハードメタル株式会社製、ＪＩＳ  Ｂ４１２０（２０１３））を準備した。【００９１】
＜第２工程：被膜を形成する工程＞
準備した基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、中間層及びα−Ａｌ２Ｏ３層をこの順に形成させて、すくい面を含む基材の表面に被膜を形成した。また、一部の試料において、中間層を形成することなく、上記基材に直接α−Ａｌ２Ｏ３層を形成した（試料番号８及び１３）。各層の形成条件を以下に示す。α−Ａｌ２Ｏ３層の形成では、終盤において表２に示される降温時間の間、表２に示される降温速度で温度を降下させた。表２中「−」で表されているものは、該当する処理を行わなかったことを意味する。なお、各ガス組成に続く括弧内の値は、各ガスの流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示す。また、α−Ａｌ２Ｏ３層の厚さ、並びに、中間層の厚さ及び組成を表１に示す。【００９２】
（中間層）
原料ガス：ＴｉＣｌ４（０．００２Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ４（２．０Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ（０．３Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ２（６．５Ｌ／ｍｉｎ）、ＨＣｌ（１．８Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（５０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力    ：１６０ｈＰａ
温度    ：１０００℃
成膜時間：４５分【００９３】
（α−Ａｌ２Ｏ３層）
原料ガス：ＡｌＣｌ３（２．４Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ２（１．０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２Ｓ（１．５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ２（３５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力    ：７０ｈＰａ
温度    ：９５０〜１０００℃
降温速度：表２に記載の通り
降温時間：表２に記載の通り
成膜時間：３６０分【００９４】
【表１】
0006641661.tif 000002
【００９５】
【表２】
0006641661.tif 000003
【００９６】
＜第３工程：ブラスト処理する工程＞
次に、上記被膜が形成された切削チップ（切削工具）に対し、以下の条件によって、すくい面を含む切削チップの表面にブラスト処理を行った。表２中「−」で表されているものは、該当する処理を行わなかったことを意味する。
（ブラスト条件）
砥粒濃度  ：５〜２０ｗｔ％
投射圧力  ：表２に記載の通り
投射時間  ：５〜１５秒間【００９７】
以上の手順によって、試料番号１〜８（実施例）及び試料番号１１〜１３（比較例）の切削工具を作製した。【００９８】
≪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１〜８及び試料番号１１〜１３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。【００９９】
＜カラーマップの作成＞
被膜が設けられた切削工具のすくい面において上記基材の表面と平行となるように鏡面研磨を実施し、α−Ａｌ２Ｏ３層の加工面を作製した。作製された加工面をＥＢＳＤを備えたＦＥ−ＳＥＭを用いて５０００倍の倍率で観察することにより、３０μｍ×１５μｍの加工面に関して上述のカラーマップを作成した。このとき作成したカラーマップの数（測定視野の数）は、３とした。そして、各カラーマップについて、市販のソフトウェア（商品名：「Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ  Ｖｅｒ  ６．２」、ＥＤＡＸ社製）を用いて、（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒、及び（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒以外の結晶粒それぞれの占める面積比率を求めた。その結果を表１に示す。また、表１から明らかなように、各カラーマップにおいて、カラーマップ全体の面積に対する、（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒の面積比率、及び（００１）配向したα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒以外の結晶粒の面積比率の合計は１００％であった。【０１００】
＜２θ−ｓｉｎ２ψ法による膜中残留応力の測定＞
上述の２θ−ｓｉｎ２ψ法により、以下の条件でα−Ａｌ２Ｏ３層における膜中残留応力ＡＡ及び膜中残留応力ＢＡを測定した。測定した膜中残留応力ＡＡ及び膜中残留応力ＢＡを表４に示す。表４中、マイナスの数値で表される残留応力は圧縮残留応力を意味し、プラスの数値で表される残留応力は引張残留応力を意味する。
装置    ：ＳｍａｒｔＬａｂ（株式会社リガク製）
Ｘ線    ：Ｃｕ／Ｋα／４５ｋＶ／２００ｍＡ
カウンタ：Ｄ／ｔｅＸ  Ｕｌｔｒａ２５０（株式会社リガク製）
走査範囲：膜中残留応力ＡＡの場合  ８９．９°〜９１．４°（傾斜法）
膜中残留応力ＢＡの場合  ３７．０°〜３８．４°（傾斜法）【０１０１】
＜侵入深さ一定法による残留応力の測定＞
さらに、侵入深さ一定法によって、以下の条件でα−Ａｌ２Ｏ３層における所定の深さ位置での残留応力Ａ及び残留応力Ｂを測定した。代表的な深さ位置における残留応力Ａ（Ａｄ１０、Ａｄ４０）及び残留応力Ｂ（Ｂｄ１０、Ｂｄ４０）を表３に示す。各試料に第１ａ領域Ｐ１ａおよび第２ａ領域Ｐ２ａ（第１ｂ領域Ｐ１ｂおよび第２ｂ領域Ｐ２ｂ）が存在するか否かを確認した。また、第１ｂ領域Ｐ１ｂ及び第２ｂ領域Ｐ２ｂが確認された試料については、極小点Ｐ３ｂが存在すると判断した（表３）。
装置          ：Ｓｐｒｉｎｇ−８  ＢＬ１６ＸＵ
Ｘ線エネルギー：１０ｋｅＶ（λ＝０．１２４ｎｍ）
Ｘ線ビーム径  ：０．４〜１．８ｍｍ（侵入深さにより変更）
使用回折面    ：残留応力Ａの場合＿（００１）面
残留応力Ｂの場合＿（１１０）面【０１０２】
【表３】
0006641661.tif 000004
【０１０３】
≪切削試験≫
（断続加工試験）
上述のようにして作製した試料番号１〜８及び試料番号１１〜１３の切削工具を用いて、以下の切削条件により、切れ刃に欠損が発生するまでの切削時間を測定した。その結果を表４に示す。切削時間が長いほど耐欠損性に優れる切削工具として評価することができる。
断続加工の試験条件
被削材  ：ＳＣＭ４１５溝材
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り    ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み  ：２ｍｍ
切削油  ：湿式【０１０４】
（連続加工試験）
上述のようにして作製した試料番号１〜８及び試料番号１１〜１３の切削工具を用いて、以下の切削条件により、クレータ摩耗の深さが０．１ｍｍになるまでの切削時間を測定した。その結果を表４に示す。切削時間が長いほど耐クレータ摩耗性に優れる切削工具として評価することができる。
連続加工の試験条件
被削材  ：ＳＣＭ４３５丸棒
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
送り    ：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み  ：２ｍｍ
切削油  ：湿式【０１０５】
【表４】
0006641661.tif 000005
【０１０６】
表４の結果から試料番号１〜８の切削工具（実施例）は、断続加工における切削時間が５分以上の良好な結果が得られた。一方試料番号１１〜１３の切削工具（比較例）は、断続加工における切削時間が５分未満であった。以上の結果から、実施例の切削工具（試料番号１〜８）は、耐欠損性に優れることが分かった。【０１０７】
表４の結果から、試料番号１〜８の切削工具（実施例）は、連続加工における切削時間が２０分以上の良好な結果が得られた。一方試料番号１１〜１３の切削工具（比較例）は、連続加工における切削時間が２０分未満であった。以上の結果から実施例の切削工具（試料番号１〜８）は、耐クレータ摩耗性に優れることが分かった。【０１０８】
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。【０１０９】
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、及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。【０１１０】
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
（付記１）
上記切削工具の製造方法であって、
上記すくい面を有する上記基材を準備する第１工程と、
化学気相蒸着法を用いて上記基材のすくい面上に上記α−Ａｌ２Ｏ３層を含む被膜を形成する第２工程と、
上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層をブラスト処理する第３工程と、
を含む、切削工具の製造方法。
（付記２）
上記第２工程において、１０００℃以上１１００℃以下の温度及び０．１ｈＰａ以上１００ｈＰａ以下の圧力で、上記α−Ａｌ２Ｏ３層を形成し、
上記α−Ａｌ２Ｏ３層を形成する際の終盤９０分以上１８０分未満の時間において、上記温度を０．３℃／分以上０．５℃／分以下の速度で連続的に降下させることを含む、付記１に記載の切削工具の製造方法。
【符号の説明】
【０１１１】
１  すくい面、  ２  逃げ面、  ３  刃先稜線部、  １０  基材、  ２０  α−Ａｌ２Ｏ３層、  ２１  （００１）配向した結晶粒、  ２２  （００１）配向した結晶粒以外の結晶粒、  ３０  ＣＶＤ装置、  ３１  基材セット治具、  ３２  反応容器、  ３３  調温装置、  ３４  ガス導入口、  ３５  ガス導入管、  ３６  貫通孔、４０  被膜、  ５０  切削工具、  Ｄ１  仮想平面Ｄ１、  Ｄ２  仮想平面Ｄ２、  Ｐ１ａ  第１ａ領域、  Ｐ２ａ  第２ａ領域、  Ｐ３ａ  極小点、  Ｐ１ｂ  第１ｂ領域、  Ｐ２ｂ  第２ｂ領域、  Ｐ３ｂ  極小点、  ｒ１  領域ｒ１。
【要約】
すくい面を有する基材とすくい面を被覆する被膜とを備える切削工具であって、被膜は基材上に設けられたα−Ａｌ２Ｏ３層を含み、α−Ａｌ２Ｏ３層はα−Ａｌ２Ｏ３の結晶粒を含み、α−Ａｌ２Ｏ３層はすくい面において(００１)配向した結晶粒の面積比率が５０％〜９０％であり、Ｘ線を用いた２θ−ｓｉｎ２ψ法による残留応力測定において、上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(００１)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＡＡは−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満であり、上記すくい面における上記α−Ａｌ２Ｏ３層の(１１０)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力ＢＡは−１０００ＭＰａ以上０ＭＰａ未満であり、｜ＡＡ｜≦｜ＢＡ｜の関係式を満たす、切削工具。【図１】
0006641661.tif 000006
【図２】
0006641661.tif 000007
【図３】
0006641661.tif 000008
【図４】
0006641661.tif 000009
【図５】
0006641661.tif 000010
【図６】
0006641661.tif 000011