JP2011200953A - 硬質被覆層がすぐれた耐剥離性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】硬質被覆層が高速重断続切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】工具基体の逃げ面及びすくい面の表面に、（ａ）Ｔｉ化合物層、（ｂ）α型Ａｌ２Ｏ３層、（ｃ）平板多角形状かつたて長形状の結晶粒組織構造を有するＺｒ含有α型Ａｌ２Ｏ３層をそれぞれ順次に蒸着形成し、一方、切刃部には、上記（ａ）のＴｉ化合物層及び上記（ｂ）のα型Ａｌ２Ｏ３層を順次蒸着形成した表面被覆切削工具において、上記（ｂ）は、（０００１）面配向率の高いα型Ａｌ２Ｏ３層からなり、また、逃げ面およびすくい面の上記（ｃ）は、（０００１）面配向率が高く、かつ、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上のΣ３で表される構成原子共有格子点形態からなる結晶格子界面により分断されている。
【選択図】図３
【解決手段】工具基体の逃げ面及びすくい面の表面に、（ａ）Ｔｉ化合物層、（ｂ）α型Ａｌ２Ｏ３層、（ｃ）平板多角形状かつたて長形状の結晶粒組織構造を有するＺｒ含有α型Ａｌ２Ｏ３層をそれぞれ順次に蒸着形成し、一方、切刃部には、上記（ａ）のＴｉ化合物層及び上記（ｂ）のα型Ａｌ２Ｏ３層を順次蒸着形成した表面被覆切削工具において、上記（ｂ）は、（０００１）面配向率の高いα型Ａｌ２Ｏ３層からなり、また、逃げ面およびすくい面の上記（ｃ）は、（０００１）面配向率が高く、かつ、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上のΣ３で表される構成原子共有格子点形態からなる結晶格子界面により分断されている。
【選択図】図３
Description
この発明は、例えば、合金工具鋼や軸受鋼の焼入れ材などの高硬度鋼の切削加工を、高熱発生を伴い、かつ、切刃部に衝撃的負荷が作用する高速重断続切削条件で行った場合でも、硬質被覆層が剥離、チッピングを発生することなく、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。
特許文献１に示すように、従来、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成された基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に、
（ａ）下部層は、Ｔｉ化合物層、
（ｂ）上部層は、化学蒸着形成した状態でα型の結晶構造を有し、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すα型Ａｌ2Ｏ3層、
で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆工具（従来被覆工具１という）が知られており、この従来被覆工具１は、上部層の高温強度が優れることから、合金鋼、炭素鋼、鋳鉄等の高速断続切削ですぐれた耐チッピング性を示すことが知られている。
また、特許文献２に示すように、工具基体の表面に、
（ａ）下部層は、Ｔｉ化合物層、
（ｂ）上部層は、平板多角形（平坦六角形状を含む）状かつたて長形状の結晶粒組織構造を有し、かつ、上部層の結晶粒の内、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上のΣ３で表される構成原子共有格子点形態からなる結晶格子界面により分断されているＺｒ含有α型Ａｌ２Ｏ３層（以下、従来ＡｌＺｒＯ層という）、
で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆工具（従来被覆工具２という）が知られており、この従来被覆工具２は、硬質被覆層の上部層が、すぐれた高温硬さ、高温強度、表面性状を備えることから、合金鋼、炭素鋼、鋳鉄等の高速重切削加工において、すぐれたチッピング性を発揮することが知られている。
（ａ）下部層は、Ｔｉ化合物層、
（ｂ）上部層は、化学蒸着形成した状態でα型の結晶構造を有し、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すα型Ａｌ2Ｏ3層、
で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆工具（従来被覆工具１という）が知られており、この従来被覆工具１は、上部層の高温強度が優れることから、合金鋼、炭素鋼、鋳鉄等の高速断続切削ですぐれた耐チッピング性を示すことが知られている。
また、特許文献２に示すように、工具基体の表面に、
（ａ）下部層は、Ｔｉ化合物層、
（ｂ）上部層は、平板多角形（平坦六角形状を含む）状かつたて長形状の結晶粒組織構造を有し、かつ、上部層の結晶粒の内、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上のΣ３で表される構成原子共有格子点形態からなる結晶格子界面により分断されているＺｒ含有α型Ａｌ２Ｏ３層（以下、従来ＡｌＺｒＯ層という）、
で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆工具（従来被覆工具２という）が知られており、この従来被覆工具２は、硬質被覆層の上部層が、すぐれた高温硬さ、高温強度、表面性状を備えることから、合金鋼、炭素鋼、鋳鉄等の高速重切削加工において、すぐれたチッピング性を発揮することが知られている。
ただ、上記従来被覆工具１、従来被覆工具２の何れにおいても、硬質被覆層全体としての特性の向上を目指しているが、被覆工具は、すくい面と逃げ面によって求められる特性が異なるという点から、それぞれの面に応じた特性を付与することも知られている。
例えば、特許文献３に示すように、硬質被覆層の下部層を構成するＴｉＣＮ層について、すくい面におけるＴｉＣＮ層の（４２２）面配向係数を、逃げ面におけるそれより大きくすることによって、すくい面における耐衝撃性を高めると同時に、逃げ面における耐摩耗性を高めた被覆工具（以下、従来被覆工具３という）も知られている。
例えば、特許文献３に示すように、硬質被覆層の下部層を構成するＴｉＣＮ層について、すくい面におけるＴｉＣＮ層の（４２２）面配向係数を、逃げ面におけるそれより大きくすることによって、すくい面における耐衝撃性を高めると同時に、逃げ面における耐摩耗性を高めた被覆工具（以下、従来被覆工具３という）も知られている。
近年の切削装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は一段と高速化、高能率化し、切削工具の汎用化も求められているが、上記従来被覆工具においては、これを通常の鋼、鋳鉄等の被削材を、高送り、高切込み等の高速重切削加工に用いた場合には特に問題はないが、特にこれを、合金工具鋼や軸受鋼の焼入れ材などの高硬度鋼の、刃先に高熱発生及び断続的・衝撃的な高負荷が作用する高速重断続切削条件加工に用いた場合には、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、切削工具の刃先に高熱発生及び断続的・衝撃的な高負荷が作用する高硬度鋼の高速重断続切削加工に用いた場合にも、長期の使用に亘ってすぐれた耐チッピング、耐摩耗性を発揮する被覆工具を開発すべく、鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。
上記の従来被覆工具においては、Ｔｉ化合物からなる下部層を形成した後、これに引き続いて、上部層（例えば、上記従来被覆工具１におけるα型Ａｌ２Ｏ３層、また、上記従来被覆工具２における従来ＡｌＺｒＯ層）が成膜されるが、被覆工具の切削性能を高めるために、中間層を介して上部層を成膜することも行われていることから、本発明者らは、従来被覆工具１におけるα型Ａｌ２Ｏ３層を中間層とし、その上に、従来被覆工具２における従来ＡｌＺｒＯ層をさらに上部層として形成することにより、被覆工具の切削性能を高めることを試みたところ、合金工具鋼や軸受鋼の焼入れ材などの高硬度鋼の高速重断続切削加工に用いた場合には、硬質被覆層の切刃部の耐剥離性および耐チッピング性が依然として不十分であるとの結論に至った。
そこで、本発明者らは切刃部の硬質被覆層の層構造についてさらに研究を進めたところ、工具基体表面全体にＴｉ化合物からなる下部層を形成し、（０００１面の配向性の高いα型Ａｌ２Ｏ３層を中間層として形成し、さらに、上部層としてΣ３の分布割合が６０％以上のＺｒ含有Ａｌ２Ｏ３層を成膜することにより、切削工具の切刃部の全体に、上記（０００１）面の配向性の高いα型Ａｌ２Ｏ３層を露出させる。
このように、切刃部表面のみに前記中間層を露出形成した場合には、高硬度鋼の高速重断続切削において、切刃部に対して作用する断続的・衝撃的な負荷を低減し得るとともに、切刃部におけるチッピング、剥離の発生を抑制することができ、よって、長期の使用にわたり、切削性能の低下を招くことなく工具寿命の延命化を図り得ることを見出したのである。
なお、この発明でいうところのすくい面、逃げ面および切刃部とは、図５に示される概略模式図のとおりであるが、被覆工具のすくい面と逃げ面に接し、曲率を持った曲線で囲われる部分が切刃部である。ただ、すくい面と逃げ面とが直線的に交差し、曲線で囲われる部分が形成されない場合には、直線の交点から膜深さ方向で囲まれる部分（図５中の斜線領域）が切刃部となる。
このように、切刃部表面のみに前記中間層を露出形成した場合には、高硬度鋼の高速重断続切削において、切刃部に対して作用する断続的・衝撃的な負荷を低減し得るとともに、切刃部におけるチッピング、剥離の発生を抑制することができ、よって、長期の使用にわたり、切削性能の低下を招くことなく工具寿命の延命化を図り得ることを見出したのである。
なお、この発明でいうところのすくい面、逃げ面および切刃部とは、図５に示される概略模式図のとおりであるが、被覆工具のすくい面と逃げ面に接し、曲率を持った曲線で囲われる部分が切刃部である。ただ、すくい面と逃げ面とが直線的に交差し、曲線で囲われる部分が形成されない場合には、直線の交点から膜深さ方向で囲まれる部分（図５中の斜線領域）が切刃部となる。
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の逃げ面およびすくい面には、
下部層として、
（ａ）いずれも化学蒸着形成された、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなり、かつ、２〜１５μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
中間層として、
（ｂ）１〜５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム層、
上部層として、
（ｃ）２〜１５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＺｒ含有酸化アルミニウム層、
上記（ａ）〜（ｃ）からなる硬質被覆層が蒸着形成され、
一方、上記工具基体の切刃部には、上記（ａ）のＴｉ化合物層および上記（ｂ）の酸化アルミニウム層が蒸着形成された表面被覆切削工具において、
（ｄ）上記逃げ面、すくい面および切刃部の上記（ｂ）の酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表わした場合、２〜８度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記２〜８度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、
（ｅ）また、上記逃げ面、すくい面に形成された上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表わした場合、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の６０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、
（ｆ）さらに、上記逃げ面、すくい面に形成された上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡で組織観察した場合に、層厚方向に垂直な面内で平板多角形状、また、層厚方向に平行な面内で層厚方向にたて長形状を有する結晶粒からなる組織構造を有するＺｒ含有酸化アルミニウム層であり、
（ｇ）さらに、上記逃げ面、すくい面に形成された上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、六方晶結晶格子からなる結晶格子面のそれぞれの法線が基体表面の法線と交わる角度を測定し、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（但し、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合に、逃げ面およびすくい面における上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層を構成する結晶粒の内、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上のΣ３で表される構成原子共有格子点形態からなる結晶格子界面により分断されているＺｒ含有酸化アルミニウム層である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（２） 逃げ面およびすくい面における上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層を電界放出型走査電子顕微鏡で組織観察した場合に、層厚方向に垂直な面内で平坦六角形状、また、層厚方向に平行な面内で層厚方向にたて長形状を有する結晶粒が、層厚方向に垂直な面内において全体の３５％以上の面積割合を占める
前記（１）に記載の表面被覆切削工具。」
（３） 上記（ｂ）の酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表わした場合、１２〜１８度の範囲内の傾斜角区分にピークが存在し、その範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の１５％以上４０％未満の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
「（１） 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の逃げ面およびすくい面には、
下部層として、
（ａ）いずれも化学蒸着形成された、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなり、かつ、２〜１５μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
中間層として、
（ｂ）１〜５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム層、
上部層として、
（ｃ）２〜１５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＺｒ含有酸化アルミニウム層、
上記（ａ）〜（ｃ）からなる硬質被覆層が蒸着形成され、
一方、上記工具基体の切刃部には、上記（ａ）のＴｉ化合物層および上記（ｂ）の酸化アルミニウム層が蒸着形成された表面被覆切削工具において、
（ｄ）上記逃げ面、すくい面および切刃部の上記（ｂ）の酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表わした場合、２〜８度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記２〜８度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、
（ｅ）また、上記逃げ面、すくい面に形成された上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表わした場合、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の６０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、
（ｆ）さらに、上記逃げ面、すくい面に形成された上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡で組織観察した場合に、層厚方向に垂直な面内で平板多角形状、また、層厚方向に平行な面内で層厚方向にたて長形状を有する結晶粒からなる組織構造を有するＺｒ含有酸化アルミニウム層であり、
（ｇ）さらに、上記逃げ面、すくい面に形成された上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、六方晶結晶格子からなる結晶格子面のそれぞれの法線が基体表面の法線と交わる角度を測定し、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（但し、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合に、逃げ面およびすくい面における上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層を構成する結晶粒の内、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上のΣ３で表される構成原子共有格子点形態からなる結晶格子界面により分断されているＺｒ含有酸化アルミニウム層である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（２） 逃げ面およびすくい面における上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層を電界放出型走査電子顕微鏡で組織観察した場合に、層厚方向に垂直な面内で平坦六角形状、また、層厚方向に平行な面内で層厚方向にたて長形状を有する結晶粒が、層厚方向に垂直な面内において全体の３５％以上の面積割合を占める
前記（１）に記載の表面被覆切削工具。」
（３） 上記（ｂ）の酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表わした場合、１２〜１８度の範囲内の傾斜角区分にピークが存在し、その範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の１５％以上４０％未満の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
以下に、この発明の被覆工具の硬質被覆層の構成層について、より詳細に説明する。
（ａ）Ｔｉ化合物層（下部層）
Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層は、化学蒸着によって形成することができ、基本的には中間層である改質α型Ａｌ2Ｏ3層の下部層として存在し、自身の具備するすぐれた靭性及び耐摩耗性によって硬質被覆層の高温強度向上に寄与するほか、工具基体と改質α型Ａｌ2Ｏ3層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上にも寄与する作用を有するが、その合計平均層厚が２μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その合計平均層厚が１５μｍを越えると、特に断続的・衝撃的な高負荷が繰り返し作用する高速重断続切削条件では熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その合計平均層厚を２〜１５μｍと定めた。
（ａ）Ｔｉ化合物層（下部層）
Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層は、化学蒸着によって形成することができ、基本的には中間層である改質α型Ａｌ2Ｏ3層の下部層として存在し、自身の具備するすぐれた靭性及び耐摩耗性によって硬質被覆層の高温強度向上に寄与するほか、工具基体と改質α型Ａｌ2Ｏ3層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上にも寄与する作用を有するが、その合計平均層厚が２μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その合計平均層厚が１５μｍを越えると、特に断続的・衝撃的な高負荷が繰り返し作用する高速重断続切削条件では熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その合計平均層厚を２〜１５μｍと定めた。
（ｃ）α型Ａｌ2Ｏ3層（中間層）
α型Ａｌ2Ｏ3層からなる中間層は、Ｔｉ化合物層からなる下部層上に、例えば、前記特許文献１に記載される化学蒸着条件、すなわち、
通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ3：３〜１０％、ＣＯ2：０．５〜３％、Ｃ2Ｈ4：０．０１〜０．３％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：７５０〜９００℃、
反応雰囲気圧力：３〜１３ｋＰａ、
の条件で、下部層であるＴｉ化合物層の表面にＡｌ2Ｏ3核を形成し、この場合Ａｌ2Ｏ3核は２０〜２００ｎｍの平均層厚を有するＡｌ2Ｏ3核薄膜であるのが望ましく、核形成後、引き続いて、反応雰囲気を圧力：３〜１３ｋＰａの水素雰囲気に変え、反応雰囲気温度を１１００〜１２００℃に昇温した条件でＡｌ2Ｏ3核薄膜に加熱処理を施した状態で、α型Ａｌ2Ｏ3層を蒸着することによって形成することができる。
そして、下部層の上に化学蒸着されたα型Ａｌ２Ｏ３層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、図１ａ), (ｂに示される通り、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５
度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、図２ａに例示される通り、傾斜角区分２〜８度の範囲内にシャープな最高ピークが現れる。
そして、α型Ａｌ２Ｏ３の傾斜角度度数分布グラフにおける測定傾斜角の最高ピーク位置は、所定層厚のＡｌ２Ｏ３核（薄膜）形成後に加熱処理を施すことによって変化させることができ、それと同時に、傾斜角区分２〜８度の範囲内に存在する度数の合計が４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す（（０００１）面配向率）が高い）ようになるものであり、したがって、上記Ａｌ２Ｏ３核（薄膜）の層厚が小さい方に外れても、また大きい方に外れても、測定傾斜角の最高ピークは２〜８度の範囲から外れてしまうと共に、これに対応して傾斜角度数分布グラフにおける前記２〜８度の範囲内に存在する度数も度数全体の割合の４５％未満となってしまい、すぐれた高温強度を確保することができない。
α型Ａｌ2Ｏ3層は、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度を有するが、α型Ａｌ2Ｏ3層を、（０００１）面配向率の高い中間層として構成しておくことにより、逃げ面およびすくい面において、この上に蒸着形成されるＺｒ含有酸化アルミニウム（以下、Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3という）層の（０００１）面配向率を高めることができ、その結果として、逃げ面およびすくい面におけるＺｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層の表面性状の改善を図るとともに高温強度の向上を図ることができる。
ただ、α型Ａｌ2Ｏ3層からなる中間層の平均層厚が１μｍ未満ではα型Ａｌ2Ｏ3層の有する前記の特性を硬質被覆層に十分に具備せしめることができず、一方、その平均層厚が５μｍを越えると、切削時に発生する高熱と切刃に作用する断続的かつ衝撃的高負荷によって、偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生し易くなり、摩耗が加速するようになることから、その平均層厚は１〜５μｍと定めた。
α型Ａｌ2Ｏ3層からなる中間層は、Ｔｉ化合物層からなる下部層上に、例えば、前記特許文献１に記載される化学蒸着条件、すなわち、
通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ3：３〜１０％、ＣＯ2：０．５〜３％、Ｃ2Ｈ4：０．０１〜０．３％、Ｈ2：残り、
反応雰囲気温度：７５０〜９００℃、
反応雰囲気圧力：３〜１３ｋＰａ、
の条件で、下部層であるＴｉ化合物層の表面にＡｌ2Ｏ3核を形成し、この場合Ａｌ2Ｏ3核は２０〜２００ｎｍの平均層厚を有するＡｌ2Ｏ3核薄膜であるのが望ましく、核形成後、引き続いて、反応雰囲気を圧力：３〜１３ｋＰａの水素雰囲気に変え、反応雰囲気温度を１１００〜１２００℃に昇温した条件でＡｌ2Ｏ3核薄膜に加熱処理を施した状態で、α型Ａｌ2Ｏ3層を蒸着することによって形成することができる。
そして、下部層の上に化学蒸着されたα型Ａｌ２Ｏ３層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、図１ａ), (ｂに示される通り、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５
度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表した場合、図２ａに例示される通り、傾斜角区分２〜８度の範囲内にシャープな最高ピークが現れる。
そして、α型Ａｌ２Ｏ３の傾斜角度度数分布グラフにおける測定傾斜角の最高ピーク位置は、所定層厚のＡｌ２Ｏ３核（薄膜）形成後に加熱処理を施すことによって変化させることができ、それと同時に、傾斜角区分２〜８度の範囲内に存在する度数の合計が４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す（（０００１）面配向率）が高い）ようになるものであり、したがって、上記Ａｌ２Ｏ３核（薄膜）の層厚が小さい方に外れても、また大きい方に外れても、測定傾斜角の最高ピークは２〜８度の範囲から外れてしまうと共に、これに対応して傾斜角度数分布グラフにおける前記２〜８度の範囲内に存在する度数も度数全体の割合の４５％未満となってしまい、すぐれた高温強度を確保することができない。
α型Ａｌ2Ｏ3層は、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度を有するが、α型Ａｌ2Ｏ3層を、（０００１）面配向率の高い中間層として構成しておくことにより、逃げ面およびすくい面において、この上に蒸着形成されるＺｒ含有酸化アルミニウム（以下、Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3という）層の（０００１）面配向率を高めることができ、その結果として、逃げ面およびすくい面におけるＺｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層の表面性状の改善を図るとともに高温強度の向上を図ることができる。
ただ、α型Ａｌ2Ｏ3層からなる中間層の平均層厚が１μｍ未満ではα型Ａｌ2Ｏ3層の有する前記の特性を硬質被覆層に十分に具備せしめることができず、一方、その平均層厚が５μｍを越えると、切削時に発生する高熱と切刃に作用する断続的かつ衝撃的高負荷によって、偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生し易くなり、摩耗が加速するようになることから、その平均層厚は１〜５μｍと定めた。
また、上記の中間層の蒸着において、Ａl２Ｏ３核（薄膜）形成後、成膜を一時中断し、逃げ面、すくい面、切刃部にレーザー処理を施すと、図２（ｂ）が示すように、α型Ａｌ２Ｏ３の傾斜角度度数分布において、１２〜１８度の範囲内の傾斜角区分にピークが存在し、その範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の１５％以上４０％未満の割合を占め、かつ、（０００１）面配向率の高いα型Ａｌ２Ｏ３層が形成される。なお、レーザー処理条件は、核薄膜にレーザーを照射し、各走査線間隔が一定となるように線状にレーザーを走査・照射する。その際、レーザービームの断面強度は、ガウシアン分布して波長１９０〜３６０ｎｍとし、ビームの断面形状を走査方向に対して扁平させた楕円にする。即ち、この形状は、走査方向を短軸、走査方向と直交する方向を長軸とした楕円形状である。そして、楕円の長軸／短軸比を１．５以上とし、走査線の重なりを長軸径の１／４〜１／３とする。また、走査するレーザービームのピークパワー密度は、０．８〜１．５ＭＷ／ｃｍ２とする。
この際、走査速度はレーザーの繰り返し周波数と走査方向（短軸長さ）の１／４〜１／３に対し、次の関係が成り立つ速度にて走査する。
走査速度[ｍｍ／ｓｅｃ]
＝（１／３＞走査方向径＞１／４[μｍ]）／（１／繰り返し周波数[Ｈｚ]）
例えば、本発明被覆工具１4では、レーザービームの断面強度は、ガウシアン分布して波長３５５ｎｍとし、走査するレーザービームのピークパワー密度は、１．０ＭＷ／ｃｍ２とし、走査速度は１．２５ｍｍ／ｓｅｃという条件でレーザー処理を行った。
この際、走査速度はレーザーの繰り返し周波数と走査方向（短軸長さ）の１／４〜１／３に対し、次の関係が成り立つ速度にて走査する。
走査速度[ｍｍ／ｓｅｃ]
＝（１／３＞走査方向径＞１／４[μｍ]）／（１／繰り返し周波数[Ｈｚ]）
例えば、本発明被覆工具１4では、レーザービームの断面強度は、ガウシアン分布して波長３５５ｎｍとし、走査するレーザービームのピークパワー密度は、１．０ＭＷ／ｃｍ２とし、走査速度は１．２５ｍｍ／ｓｅｃという条件でレーザー処理を行った。
（ｃ）Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層（上部層）
中間層の上に化学蒸着されたＺｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層は、その構成成分であるＡｌ成分が、層の高温硬さおよび耐熱性を向上させ、また、層中に微量（Ａｌとの合量に占める割合で、Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）が０．００２〜０．０１（但し、原子比））含有されたＺｒ成分が、改質ＡｌＺｒＯ層の結晶粒界面強度を向上させ、高温強度の向上に寄与するが、Ｚｒ成分の含有割合が０．００２未満では、上記作用を期待することはできず、一方、Ｚｒ成分の含有割合が０．０１を超えた場合には、層中にＺｒＯ２粒子が析出することによって粒界面強度が低下するため、Ａｌ成分との合量に占めるＺｒ成分の含有割合（Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）の比の値）は０．００２〜０．０１（但し、原子比）であることが望ましい。
中間層の上に化学蒸着されたＺｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層は、その構成成分であるＡｌ成分が、層の高温硬さおよび耐熱性を向上させ、また、層中に微量（Ａｌとの合量に占める割合で、Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）が０．００２〜０．０１（但し、原子比））含有されたＺｒ成分が、改質ＡｌＺｒＯ層の結晶粒界面強度を向上させ、高温強度の向上に寄与するが、Ｚｒ成分の含有割合が０．００２未満では、上記作用を期待することはできず、一方、Ｚｒ成分の含有割合が０．０１を超えた場合には、層中にＺｒＯ２粒子が析出することによって粒界面強度が低下するため、Ａｌ成分との合量に占めるＺｒ成分の含有割合（Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）の比の値）は０．００２〜０．０１（但し、原子比）であることが望ましい。
上記Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層は、蒸着時の反応ガス組成、反応雰囲気温度および反応雰囲気圧力の各化学蒸着条件を、例えば、以下のとおり調整することによって蒸着形成することができる。
即ち、まず、
（イ）反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ３： １〜５ ％、
ＺｒＣｌ４： ０．０５〜０．１ ％、
ＣＯ2： ２〜６ ％、
ＨＣｌ： １〜５ ％、
Ｈ２Ｓ： ０．２５〜０．７５ ％、
Ｈ2：残り、
（ロ）反応雰囲気温度； １０２０〜１０５０ ℃、
（ハ）反応雰囲気圧力； ３〜５ ｋＰａ、
の条件で第1段階の蒸着を約１時間行った後、
次に、
（イ）反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ３： ６〜１０ ％、
ＺｒＣｌ４： ０．６〜１．２ ％、
ＣＯ2： ４〜８ ％、
ＨＣｌ： ３〜５ ％、
Ｈ２Ｓ： ０．２５〜０．６ ％、
Ｈ2：残り、
（ロ）反応雰囲気温度； ９２０〜１０００ ℃、
（ハ）反応雰囲気圧力； ６〜１０ ｋＰａ、
の条件で第2段階の蒸着を行うことによって、１〜１５μｍの平均層厚の蒸着層を成膜すると、Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）の比の値が原子比で０．００２〜０．０１である改質ＡｌＺｒＯ層を形成することができる。
即ち、まず、
（イ）反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ３： １〜５ ％、
ＺｒＣｌ４： ０．０５〜０．１ ％、
ＣＯ2： ２〜６ ％、
ＨＣｌ： １〜５ ％、
Ｈ２Ｓ： ０．２５〜０．７５ ％、
Ｈ2：残り、
（ロ）反応雰囲気温度； １０２０〜１０５０ ℃、
（ハ）反応雰囲気圧力； ３〜５ ｋＰａ、
の条件で第1段階の蒸着を約１時間行った後、
次に、
（イ）反応ガス組成（容量％）：
ＡｌＣｌ３： ６〜１０ ％、
ＺｒＣｌ４： ０．６〜１．２ ％、
ＣＯ2： ４〜８ ％、
ＨＣｌ： ３〜５ ％、
Ｈ２Ｓ： ０．２５〜０．６ ％、
Ｈ2：残り、
（ロ）反応雰囲気温度； ９２０〜１０００ ℃、
（ハ）反応雰囲気圧力； ６〜１０ ｋＰａ、
の条件で第2段階の蒸着を行うことによって、１〜１５μｍの平均層厚の蒸着層を成膜すると、Ｚｒ／（Ａｌ＋Ｚｒ）の比の値が原子比で０．００２〜０．０１である改質ＡｌＺｒＯ層を形成することができる。
そして、上記Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡で組織観察すると、図３（ａ）に示されるように、層厚方向に垂直な面内で見た場合に、結晶粒径の大きい平板多角形状であり、また、図３（ｂ）に示されるように、層厚方向に平行な面内で見た場合に、層表面はほぼ平坦であって、しかも、層厚方向にたて長形状を有する結晶粒（平板多角形たて長形状結晶粒）からなる組織構造が形成される。
上記Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層について、中間層を構成するα型Ａｌ2Ｏ3層の場合と同様に、その表面研磨面の法線に対して、（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定することにより傾斜角度数分布グラフを作成すると、傾斜角区分０〜１０度の範囲内にピーク存在するとともに、０〜１０度の範囲内の度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の６０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、上部層を構成するＺｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面配向率が高いことがわかる。
即ち、Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層は、中間層であるα型Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面配向率が４５％以上のものとして形成されていることから、Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層も（０００１）面配向率の高い層（（０００１）面配向率は６０％以上）として形成される。
そして、上記上部層を層厚方向に平行な面内で見た場合、層表面はほぼ平坦な平板状に形成され、すぐれた表面性状を呈し、その結果として、すぐれた耐チッピング性を示す。
即ち、Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層は、中間層であるα型Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面配向率が４５％以上のものとして形成されていることから、Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層も（０００１）面配向率の高い層（（０００１）面配向率は６０％以上）として形成される。
そして、上記上部層を層厚方向に平行な面内で見た場合、層表面はほぼ平坦な平板状に形成され、すぐれた表面性状を呈し、その結果として、すぐれた耐チッピング性を示す。
また、上記Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の蒸着において、より限定した条件（例えば、第1段階における反応ガス中のＨ２Ｓを０．５０〜０．７５容量％、反応雰囲気温度を１０２０〜１０３０℃とし、さらに、第2段階における反応ガス中のＺｒＣｌ４を０．６〜０．９容量％、Ｈ２Ｓを０．２５〜０．４容量％、反応雰囲気温度を９６０〜９８０℃とした条件）で蒸着を行うと、図３（ｃ）に示されるように、層厚方向に垂直な面内で見た場合に、大粒径の平坦六角形状であり、かつ、層厚方向に平行な面内で見た場合に、図３（ｂ）に示されるのと同様、層表面はほぼ平坦であり、層厚方向にたて長形状を有する結晶粒が、層厚方向に垂直な面内において全体の３５％以上の面積割合を占める組織構造が形成される。
さらに、上記Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、六方晶結晶格子からなる結晶格子面のそれぞれの法線が前記表面研磨面の法線と交わる角度を測定し、
この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（但し、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表すと、
図４に示すように、電界放出型走査電子顕微鏡で観察されるＺｒ含有Ａｌ2Ｏ3層を構成する平板多角形たて長形状の結晶粒の内、上記平板多角形（平坦六角形を含む）たて長形状結晶粒の内、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上の、Σ３対応界面で分断されていることがわかる。
そして、Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の平板多角形（平坦六角形を含む）たて長形状結晶粒の内部に、上記のΣ３対応界面が存在することによって、結晶粒内強度の向上が図られ、その結果として、高負荷が作用する高硬度鋼の高速重断続切削加工時に、逃げ面及びすくい面のＺｒ含有Ａｌ2Ｏ3層中にクラックが発生することが抑えられ、また、仮にクラックが発生したとしても、クラックの成長・伝播が妨げられ、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性の向上が図られる。
この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（但し、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表すと、
図４に示すように、電界放出型走査電子顕微鏡で観察されるＺｒ含有Ａｌ2Ｏ3層を構成する平板多角形たて長形状の結晶粒の内、上記平板多角形（平坦六角形を含む）たて長形状結晶粒の内、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上の、Σ３対応界面で分断されていることがわかる。
そして、Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層の平板多角形（平坦六角形を含む）たて長形状結晶粒の内部に、上記のΣ３対応界面が存在することによって、結晶粒内強度の向上が図られ、その結果として、高負荷が作用する高硬度鋼の高速重断続切削加工時に、逃げ面及びすくい面のＺｒ含有Ａｌ2Ｏ3層中にクラックが発生することが抑えられ、また、仮にクラックが発生したとしても、クラックの成長・伝播が妨げられ、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性の向上が図られる。
したがって、（０００１）面配向率が高く表面平坦な表面性状を備え、かつ、平板多角形（平坦六角形を含む）たて長形状の結晶粒の内部にΣ３対応界面が存在するＺｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる本発明の逃げ面およびすくい面の硬質被覆層の上部層は、高熱発生を伴うとともに、断続的かつ衝撃的高負荷が切刃に対して作用する高硬度鋼の高速重断続切削加工においても、チッピング、欠損、剥離等を発生することなく、また、熱塑性変形、偏摩耗等の発生もなく、すぐれた耐チッピング性及び耐摩耗性を長期に亘って発揮する。
ただ、Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層の層厚が２μｍ未満では、上記上部層のすぐれた特性を十分に発揮することができず、一方、上部層の層厚が１５μｍを超えると偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生しやすくなり、また、チッピングも発生しやすくなることから、上部層の平均層厚を２〜１５μｍと定めた。
ただ、Ｚｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層の層厚が２μｍ未満では、上記上部層のすぐれた特性を十分に発揮することができず、一方、上部層の層厚が１５μｍを超えると偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生しやすくなり、また、チッピングも発生しやすくなることから、上部層の平均層厚を２〜１５μｍと定めた。
上述のごとき下部層、中間層および上部層からなる硬質被覆層を切削工具の逃げ面、すくい面および切刃部に形成した後、本発明では、切刃部のＺｒ含有Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層を、例えば、集束イオンビーム加工により除去し、切刃部最表面には、逃げ面、すくい面において中間層として形成したα型Ａｌ2Ｏ3層を露出形成し、切刃部表面のみをα型Ａｌ2Ｏ3層で構成することにより、切刃部のα型Ａｌ2Ｏ3層がすぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度、表面性状を備えることから、高熱発生を伴う高硬度鋼の高速重断続切削加工で、切刃に作用する断続的・衝撃的負荷を緩和し、もって、切刃部におけるチッピング、剥離の発生を抑制することができる。
尚、集束イオンビーム加工は、走査イオン顕微鏡を用いて、集束イオンビームを切刃部に対して照射し、切刃の上部層をエッチング加工である。その際、イオンビーム種にはGaイオンを用い、加速電圧2ｋＶ〜４０kV、ビーム電流５ｎＡ〜５０ｎＡ、ビーム径７５０ｎｍ〜２．６μｍの条件にて行った。
例えば、本発明被覆工具２では、加速電圧３０ｋＶ、ビーム電流７ｎＡ、ビーム径７５０ｎｍの条件にて集束イオンビーム加工を行った。
尚、集束イオンビーム加工は、走査イオン顕微鏡を用いて、集束イオンビームを切刃部に対して照射し、切刃の上部層をエッチング加工である。その際、イオンビーム種にはGaイオンを用い、加速電圧2ｋＶ〜４０kV、ビーム電流５ｎＡ〜５０ｎＡ、ビーム径７５０ｎｍ〜２．６μｍの条件にて行った。
例えば、本発明被覆工具２では、加速電圧３０ｋＶ、ビーム電流７ｎＡ、ビーム径７５０ｎｍの条件にて集束イオンビーム加工を行った。
この発明の被覆工具は、切刃部の最表面に露出形成されたα型Ａｌ2Ｏ3層において、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度、表面性状を備えることから、高硬度鋼の高速重断続切削加工に際し、切刃に作用する断続的・衝撃的負荷が緩和され、その結果、切刃部におけるチッピング、剥離の発生が抑制され、また、逃げ面、すくい面においても、上部層としてＺｒ含有Ａｌ2Ｏ3層が形成されていることによって、特に高温強度が向上し、その結果、硬質被覆層の熱塑性変形、偏摩耗等の発生もなく、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性が維持され、使用寿命の一層の延命化が可能となる。
つぎに、この発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、いずれも２〜４μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切刃部にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｅをそれぞれ製造した。
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ2Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１．３ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｅを形成した。
ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｅおよび工具基体ａ〜ｅのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、
（ａ）まず、表３（表３中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである）に示される条件にて、表６に示される目標層厚のＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、
（ｂ）ついで、表４に示される条件でＴｉ化合物層（下部層）上にＡｌ2Ｏ3核薄膜を形成し、その後成膜を一時中断し、レーザー処理を施した後、加熱処理を施した状態で、表３に示される条件にて、表７、表８に示される目標層厚のα型Ａｌ2Ｏ3層からなる中間層を、切刃部、すくい面、逃げ面に蒸着形成し、
（ｃ）次に、表５に示される蒸着条件により、同じく表７、表８に示される目標層厚のＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層を硬質被覆層の上部層として蒸着形成し、集束イオンビーム加工によって、切刃部の上部層をエッチングすることにより、切刃部最表面には逃げ面、すくい面において中間層として形成したα型Ａｌ２Ｏ３層を露出形成することにより本発明被覆工具１〜１５をそれぞれ製造した。
（ａ）まず、表３（表３中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである）に示される条件にて、表６に示される目標層厚のＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、
（ｂ）ついで、表４に示される条件でＴｉ化合物層（下部層）上にＡｌ2Ｏ3核薄膜を形成し、その後成膜を一時中断し、レーザー処理を施した後、加熱処理を施した状態で、表３に示される条件にて、表７、表８に示される目標層厚のα型Ａｌ2Ｏ3層からなる中間層を、切刃部、すくい面、逃げ面に蒸着形成し、
（ｃ）次に、表５に示される蒸着条件により、同じく表７、表８に示される目標層厚のＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層を硬質被覆層の上部層として蒸着形成し、集束イオンビーム加工によって、切刃部の上部層をエッチングすることにより、切刃部最表面には逃げ面、すくい面において中間層として形成したα型Ａｌ２Ｏ３層を露出形成することにより本発明被覆工具１〜１５をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、硬質被覆層の下部層を表３に示される条件にて形成し、表４に示される条件でＴｉ化合物層（下部層）上にＡｌ2Ｏ3核薄膜を形成し、その後加熱処理を施した状態で、表３に示される条件にて、表９に示される目標層厚のα型Ａｌ2Ｏ3層からなる中間層を、切刃部、すくい面、逃げ面に蒸着形成し、ついで、表５に示される蒸着条件により、表９に示される目標層厚のＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層を硬質被覆層の上部層として蒸着形成することにより、表９に示される目標層厚のＴｉ化合物層とα型Ａｌ2Ｏ3層とＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層とからなる硬質被覆層を設けた比較被覆工具１〜１５をそれぞれ製造した。
なお、比較被覆工具１〜１５の工具基体種別、下部層種別、下部層厚、中間層厚および上部層厚は、それぞれ、本発明被覆工具１〜１５のそれと同じである。
なお、比較被覆工具１〜１５の工具基体種別、下部層種別、下部層厚、中間層厚および上部層厚は、それぞれ、本発明被覆工具１〜１５のそれと同じである。
ついで、上記の本発明被覆工具１〜１５および比較被覆工具１〜１５の硬質被覆層の中間層を構成するα型Ａｌ2Ｏ3層、同上部層を構成するＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、傾斜角度数分布グラフをそれぞれ作成した。
すなわち、上記傾斜角度数分布グラフは、上記の本発明被覆工具１〜１５、比較被覆工具１〜１５の各層について、それぞれの表面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、それぞれの前記表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、この測定結果に基づいて、前記測定傾斜角のうちの０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計することにより、傾斜角度数分布グラフ作成した。
傾斜角度数分布グラフの一例として、図２（ａ）に、本発明被覆工具３の切刃部の中間層を構成するα型Ａｌ2Ｏ3層の傾斜角度数分布グラフ、図２（ｂ）に、本発明被覆工具１５の切刃部の中間層を構成するα型Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面の傾斜角度数分布グラフを示す。
なお、この発明でいう“表面”とは、基体表面に平行な面ばかりでなく、基体表面に対して傾斜する面、例えば、層の切断面、をも含む。
すなわち、上記傾斜角度数分布グラフは、上記の本発明被覆工具１〜１５、比較被覆工具１〜１５の各層について、それぞれの表面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、それぞれの前記表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、この測定結果に基づいて、前記測定傾斜角のうちの０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計することにより、傾斜角度数分布グラフ作成した。
傾斜角度数分布グラフの一例として、図２（ａ）に、本発明被覆工具３の切刃部の中間層を構成するα型Ａｌ2Ｏ3層の傾斜角度数分布グラフ、図２（ｂ）に、本発明被覆工具１５の切刃部の中間層を構成するα型Ａｌ2Ｏ3層の（０００１）面の傾斜角度数分布グラフを示す。
なお、この発明でいう“表面”とは、基体表面に平行な面ばかりでなく、基体表面に対して傾斜する面、例えば、層の切断面、をも含む。
表７〜表９には、本発明被覆工具１〜１５および比較被覆工具１〜１５のα型Ａｌ2Ｏ3層、Ｚｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層の傾斜角度数分布グラフにおいて、２〜８度と１２〜１８度の範囲内の傾斜角区分に存在する度数の、それぞれ傾斜角度数分布グラフ全体に占める割合を示した。
表７、表８から明らかなように、本発明被覆工具１〜１５のすくい面および逃げ面においては、傾斜角度数分布グラフにおける０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に存在する度数割合は、α型Ａｌ2Ｏ3層では４５％以上、また、Ｚｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層では６０％以上であるのに対して、本発明被覆工具１〜１５の切刃部においては、傾斜角度数分布グラフにおける２〜８度と１２〜１８度の範囲内の傾斜角区分に存在する度数割合は、α型Ａｌ2Ｏ3層では、それぞれ４５％以上、１５％以上〜４０％未満であった。
なお、表９に示すように、比較被覆工具１〜１５では、切刃部、すくい面および逃げ面のいずれの面についても、傾斜角度数分布グラフにおける２〜８度の範囲内の傾斜角区分に存在する度数割合は、α型Ａｌ2Ｏ3層では４５％以上、また、Ｚｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層では６０％以上であった。
表７、表８から明らかなように、本発明被覆工具１〜１５のすくい面および逃げ面においては、傾斜角度数分布グラフにおける０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に存在する度数割合は、α型Ａｌ2Ｏ3層では４５％以上、また、Ｚｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層では６０％以上であるのに対して、本発明被覆工具１〜１５の切刃部においては、傾斜角度数分布グラフにおける２〜８度と１２〜１８度の範囲内の傾斜角区分に存在する度数割合は、α型Ａｌ2Ｏ3層では、それぞれ４５％以上、１５％以上〜４０％未満であった。
なお、表９に示すように、比較被覆工具１〜１５では、切刃部、すくい面および逃げ面のいずれの面についても、傾斜角度数分布グラフにおける２〜８度の範囲内の傾斜角区分に存在する度数割合は、α型Ａｌ2Ｏ3層では４５％以上、また、Ｚｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層では６０％以上であった。
ついで、上記の本発明被覆工具１〜１５および比較被覆工具１〜１５の上部層を構成するＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡、電子後方散乱回折像装置を用いて、結晶粒組織構造および構成原子共有格子点形態を調査した。
すなわち、まず、上記の本発明被覆工具１〜１５および比較被覆工具１〜１５の逃げ面のＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて観察したところ、本発明被覆工具１〜１５では、図３（ａ）、（ｂ）で代表的に示される平板多角形（平坦六角形を含む）状かつたて長形状の大きな粒径の結晶粒組織構造が観察された（なお、図３（ａ）は、層厚方向に垂直な面内で見た本発明被覆工具２の組織構造模式図、また、図３（ｃ）は、層厚方向に垂直な面内で見た本発明被覆工具１１の、平坦六角形状かつたて長形状の大きな粒径の結晶粒からなる組織構造模式図）。
また、比較被覆工具１〜１５の切刃部についても、本発明の場合と同様な結晶粒組織構造が観察された。
すなわち、まず、上記の本発明被覆工具１〜１５および比較被覆工具１〜１５の逃げ面のＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて観察したところ、本発明被覆工具１〜１５では、図３（ａ）、（ｂ）で代表的に示される平板多角形（平坦六角形を含む）状かつたて長形状の大きな粒径の結晶粒組織構造が観察された（なお、図３（ａ）は、層厚方向に垂直な面内で見た本発明被覆工具２の組織構造模式図、また、図３（ｃ）は、層厚方向に垂直な面内で見た本発明被覆工具１１の、平坦六角形状かつたて長形状の大きな粒径の結晶粒からなる組織構造模式図）。
また、比較被覆工具１〜１５の切刃部についても、本発明の場合と同様な結晶粒組織構造が観察された。
つぎに、上記の本発明被覆工具１〜１５および比較被覆工具１〜１５のすくい面、逃げ面のＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層を構成する結晶粒の内部にΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積割合を測定した。
まず、本発明被覆工具１〜１５のすくい面、逃げ面の各面のＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層について、その表面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記表面研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、それぞれの前記表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記結晶粒の各結晶格子面のそれぞれの法線が基体表面の法線と交わる角度を測定し、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（但し、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合に、Ｚｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層の測定範囲内に存在する全結晶粒のうちで、結晶粒の内部に、少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率を求め、その値を、Σ３対応界面割合（％）として表７、表８に示した。
また、比較被覆工具１〜１５についても、本発明被覆工具の場合と同様な方法により、Ｚｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層の測定範囲内に存在する全結晶粒のうちで、結晶粒の内部に、少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率を求め、その値を、Σ３対応界面割合（％）として表９に示した。
Σ３対応界面割合は、測定範囲内（３０×５０μｍに存在する各々の結晶粒を色彩識別することで、各々の結晶粒の面積を算出し、その中で、結晶粒の内部に、少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積を全結晶粒の面積各結晶粒の総和で除することで算出し、前記算出法によって求めた５箇所の測定範囲の平均値をΣ３対応界面割合（％）として定義した。
まず、本発明被覆工具１〜１５のすくい面、逃げ面の各面のＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層について、その表面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記表面研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、それぞれの前記表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記結晶粒の各結晶格子面のそれぞれの法線が基体表面の法線と交わる角度を測定し、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（但し、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合に、Ｚｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層の測定範囲内に存在する全結晶粒のうちで、結晶粒の内部に、少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率を求め、その値を、Σ３対応界面割合（％）として表７、表８に示した。
また、比較被覆工具１〜１５についても、本発明被覆工具の場合と同様な方法により、Ｚｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層の測定範囲内に存在する全結晶粒のうちで、結晶粒の内部に、少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率を求め、その値を、Σ３対応界面割合（％）として表９に示した。
Σ３対応界面割合は、測定範囲内（３０×５０μｍに存在する各々の結晶粒を色彩識別することで、各々の結晶粒の面積を算出し、その中で、結晶粒の内部に、少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積を全結晶粒の面積各結晶粒の総和で除することで算出し、前記算出法によって求めた５箇所の測定範囲の平均値をΣ３対応界面割合（％）として定義した。
表７、表８に示される通り、本発明被覆工具１〜１５のすくい面および逃げ面のＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層については、結晶粒の内部に少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率は６０％以上であることがわかる。
また、比較被覆工具１〜１５については、表９に示される通り、切刃部、すくい面および逃げ面のいずれの面についても、結晶粒の内部に少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率は６０％以上であった。
また、比較被覆工具１〜１５については、表９に示される通り、切刃部、すくい面および逃げ面のいずれの面についても、結晶粒の内部に少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率は６０％以上であった。
また、本発明被覆工具１〜１５のすくい面および逃げ面のＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層および比較被覆工具１〜１５のすくい面、逃げ面および切刃部のＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、層厚方向に垂直な面内に存在する、大粒径の平坦六角形状の結晶粒の面積割合を求めた。この値を表７〜表９に示す。
なお、ここで言う「大粒径の平坦六角形状」の結晶粒とは、
「電界放出型走査電子顕微鏡により観察される層厚方向に垂直な面内に存在する粒子の直径を計測し、１０粒子の平均値が３〜８μｍであり、頂点の角度が１００〜１４０°である頂角を６個有する多角形状である。」
と定義する。
なお、ここで言う「大粒径の平坦六角形状」の結晶粒とは、
「電界放出型走査電子顕微鏡により観察される層厚方向に垂直な面内に存在する粒子の直径を計測し、１０粒子の平均値が３〜８μｍであり、頂点の角度が１００〜１４０°である頂角を６個有する多角形状である。」
と定義する。
ついで、本発明被覆工具１〜１５、比較被覆工具１〜１５の硬質被覆層の各構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（縦断面測定）したが、いずれもの場合も、目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。
つぎに、上記の本発明被覆工具１〜１５、比較被覆工具１〜１５について、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＪ２（ＨＲＣ６２）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３．５ ｍｍ、
送り： ０．１７ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ａという）での軸受鋼の湿式高速高切り込み断続切削試験（通常の重断続切削における切削速度及び切込みは、それぞれ、１５０ｍ／ｍｉｎ、２．５ｍｍ）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ１１（ＨＲＣ５８）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ３００ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３．５ ｍｍ、
送り： ０．１７ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｂという）での合金工具鋼の湿式高速高切り込み断続切削試験（通常の重断続切削における切削速度及び切込みは、それぞれ、２００ｍ／ｍｉｎ、２．５ｍｍ）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＫ３（ＨＲＣ６１）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： １．５ ｍｍ、
送り： ０．３５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｃという）での炭素工具鋼の湿式高速高送り断続切削試験（通常の重断続切削における切削速度及び送りは、１５０ｍ／ｍｉｎ．、送りは０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
を行い、いずれの切削試験でも逃げ面の硬質被覆層の摩耗量、剥離の有無を測定・観察した。
この測定結果を表１０に示した。
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＪ２（ＨＲＣ６２）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３．５ ｍｍ、
送り： ０．１７ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ａという）での軸受鋼の湿式高速高切り込み断続切削試験（通常の重断続切削における切削速度及び切込みは、それぞれ、１５０ｍ／ｍｉｎ、２．５ｍｍ）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ１１（ＨＲＣ５８）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ３００ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３．５ ｍｍ、
送り： ０．１７ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｂという）での合金工具鋼の湿式高速高切り込み断続切削試験（通常の重断続切削における切削速度及び切込みは、それぞれ、２００ｍ／ｍｉｎ、２．５ｍｍ）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＫ３（ＨＲＣ６１）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： １．５ ｍｍ、
送り： ０．３５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｃという）での炭素工具鋼の湿式高速高送り断続切削試験（通常の重断続切削における切削速度及び送りは、１５０ｍ／ｍｉｎ．、送りは０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
を行い、いずれの切削試験でも逃げ面の硬質被覆層の摩耗量、剥離の有無を測定・観察した。
この測定結果を表１０に示した。
表７〜１０に示される結果から、本発明被覆工具１〜１５は、すくい面、逃げ面の中間層として、（０００１）面配向率が４５％以上の高い比率を示すα型Ａｌ2Ｏ3層が形成され、さらに、この上にＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層からなる上部層が構成され、該上部層が、平板多角形（平坦六角形）たて長形状の結晶粒の組織構造を有し、（０００１）面配向率が６０％以上の高い比率を示し、また、結晶粒の内部に少なくとも一つ以上のΣ３対応界面が存在する結晶粒の面積比率が６０％以上と高いことによって、Ｚｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層が一段とすぐれた高温強度と結晶粒内強度を有し、また、一段とすぐれた表面平坦性とを兼備し、その一方、切刃部についてはＺｒ含有α型Ａｌ2Ｏ3層を除去し、α型Ａｌ2Ｏ3層を露出形成したことにより、高熱発生および断続的・衝撃的高負荷が切刃に作用する合金工具鋼や軸受鋼の焼入れ材などの高硬度鋼の高速重断続切削加工で、逃げ面及びすくい面の硬質被覆層はすぐれた高温強度、耐摩耗性および耐チッピング性を発揮するとともに、切刃部の硬質被覆層の耐チッピング性、耐欠損性が一段と改善されることによって、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を示し、使用寿命の一層の延命化を可能とするものである。
これに対して、切刃部、すくい面および逃げ面のいずれの面も同様な硬質被覆層が形成された比較被覆工具１〜１５については、合金工具鋼や軸受鋼の焼入れ材などの高硬度鋼の高速重断続切削加工では、特に、切刃部の硬質被覆層のチッピング発生、欠損発生により、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
これに対して、切刃部、すくい面および逃げ面のいずれの面も同様な硬質被覆層が形成された比較被覆工具１〜１５については、合金工具鋼や軸受鋼の焼入れ材などの高硬度鋼の高速重断続切削加工では、特に、切刃部の硬質被覆層のチッピング発生、欠損発生により、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆工具は、各種の鋼や鋳鉄などの通常条件の切削加工は勿論のこと、高熱発生および断続的・衝撃的高負荷を伴う高硬度鋼の高速重断続切削加工でも、チッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するものであるから、切削装置の高性能化並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
Claims (3)
- 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の逃げ面およびすくい面には、
下部層として、
（ａ）いずれも化学蒸着形成された、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなり、かつ、２〜１５μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
中間層として、
（ｂ）１〜５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム層、
上部層として、
（ｃ）２〜１５μｍの平均層厚を有し、化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有するＺｒ含有酸化アルミニウム層、
上記（ａ）〜（ｃ）からなる硬質被覆層が蒸着形成され、
一方、上記工具基体の切刃部には、上記（ａ）のＴｉ化合物層および上記（ｂ）の酸化アルミニウム層が蒸着形成された表面被覆切削工具において、
（ｄ）上記逃げ面、すくい面および切刃部の上記（ｂ）の酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表わした場合、２〜８度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記２〜８度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の４５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、
（ｅ）また、上記逃げ面、すくい面に形成された上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表わした場合、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の６０％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示し、を占める傾斜角度数分布グラフを示し、
（ｆ）さらに、上記逃げ面、すくい面に形成された上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡で組織観察した場合に、層厚方向に垂直な面内で平板多角形状、また、層厚方向に平行な面内で層厚方向にたて長形状を有する結晶粒からなる組織構造を有するＺｒ含有酸化アルミニウム層であり、
（ｇ）さらに、上記逃げ面、すくい面に形成された上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡と電子後方散乱回折像装置を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射して、六方晶結晶格子からなる結晶格子面のそれぞれの法線が基体表面の法線と交わる角度を測定し、この測定結果から、隣接する結晶格子相互の結晶方位関係を算出し、結晶格子界面を構成する構成原子のそれぞれが前記結晶格子相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（但し、Ｎはコランダム型六方最密晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮの上限を２８とした場合、４、８、１４、２４および２６の偶数は存在せず）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で表した場合に、逃げ面およびすくい面における上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層を構成する結晶粒の内、面積比率で６０％以上の結晶粒の内部は、少なくとも一つ以上のΣ３で表される構成原子共有格子点形態からなる結晶格子界面により分断されているＺｒ含有酸化アルミニウム層である、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。 - 逃げ面およびすくい面における上記（ｃ）のＺｒ含有酸化アルミニウム層を電界放出型走査電子顕微鏡で組織観察した場合に、層厚方向に垂直な面内で平坦六角形状、また、層厚方向に平行な面内で層厚方向にたて長形状を有する結晶粒が、層厚方向に垂直な面内において全体の３５％以上の面積割合を占める請求項１に記載の表面被覆切削工具。
- 切刃部における上記（ｂ）の酸化アルミニウム層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具基体の表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうちの０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフで表わした場合、１２〜１８度の範囲内の傾斜角区分にピークが存在し、その範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の１５％以上４０％未満の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す請求項1または２に記載の表面被覆切削工具。
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