JP5744336B2

JP5744336B2 - 切削工具

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Publication number: JP5744336B2
Application number: JP2014531794A
Authority: JP
Inventors: ヨウセンシュ
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2034-02-20
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Description

本発明は基体の表面に被覆層が成膜されている切削工具に関する。

切削工具は、超硬合金やサーメット等の焼結合金、ダイヤモンドやｃＢＮ（立方晶窒化硼素）の高硬度焼結体、アルミナや窒化珪素等のセラミックスからなる基体の表面に被覆層を成膜して、耐摩耗性および耐欠損性を向上させる手法が使われている。

また、ＴｉＡｌＮ等の被覆層が盛んに研究されている。例えば、特許文献１では、２層積層したＴｉＡｌＮ系の被覆層の２層目の柱状結晶を、基体の表面に直交する方向に対して平均で１〜１５°の角度で斜めの方向に成長させた被覆膜（被覆層）が開示されている。

特開２００８−１０５１６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された２層目を基体の表面に直交する方向に対して平均で１〜１５°の角度で斜めの方向に成長させた被覆膜（被覆層）であっても、切削工具全体としての切削性能は不十分であり、さらなる改善が必要であった。

本発明は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、すくい面および逃げ面における被覆層の結晶状態を最適にして、すくい面におけるクレータ摩耗を抑制するとともに逃げ面における耐チッピング性を高めて、総合的に切削性能を向上させる切削工具を提供することにある。

本発明の切削工具は、基体と、該基体の表面を被覆する柱状結晶からなる被覆層とを具備し、すくい面と逃げ面との交差稜線を切刃とし、前記逃げ面における前記基体の表面に直交する方向に対する前記柱状結晶の長手方向の平均の傾斜角が、前記すくい面における前記基体の表面に直交する方向に対する前記柱状結晶の長手方向の平均の傾斜角よりも大きいものである。

本発明の他の切削工具は、基体と、該基体の表面を被覆する柱状結晶からなる被覆層とを具備し、すくい面と逃げ面との交差稜線を切刃とし、前記逃げ面において前記柱状結晶の長手方向の平均の向きが前記基体の表面に直交する方向に対して傾斜しているとともに、前記逃げ面における前記柱状結晶の平均アスペクト比が前記すくい面における前記柱状結晶の平均アスペクト比よりも大きいものである。

本発明の切削工具によれば、被覆層が柱状結晶からなり、逃げ面における基体の表面に直交する方向に対する柱状結晶の長手方向の平均の傾斜角が、すくい面における基体の表面に直交する方向に対する柱状結晶の長手方向の平均の傾斜角よりも大きい。すなわち、逃げ面ではすくい面よりも柱状結晶の長手方向の平均の向きが、基体の表面に直交する方向に対して、より斜めに傾斜している。これによって、逃げ面においては、被覆層のクラックの進展が抑制できて、耐チッピング性が向上し、境界損傷を抑制することができる。また、すくい面においては、逃げ面よりも柱状結晶の傾斜角が小さいために、被覆層の硬度が高く、クレータ摩耗を抑制できる。

本発明の他の切削工具によれば、逃げ面において柱状結晶の長手方向の平均の向きが基体の表面に直交する方向に対して傾斜しているとともに、逃げ面における柱状結晶の平均アスペクト比がすくい面における柱状結晶の平均アスペクト比よりも大きい。これによって、逃げ面においては、被覆層中にクラックが発生しにくく、かつクラックが発生したとしてもその進展を抑制することができる。その結果、逃げ面における被覆層の耐チッピング性が向上し、逃げ面において発生しやすい境界損傷を抑制することができる。また、すくい面においては、被覆層が高温になりやすく酸化されやすいが、被覆層を構成する結晶の粒界が多くなるため、この粒界を伝って進行しやすい被覆層の酸化を抑制することができる。その結果、すくい面における被覆層の耐酸化性が向上し、すくい面において進行しやすいクレータ摩耗を抑制できる。

つまり、いずれの場合においても、逃げ面においてクラックや境界損傷を抑制できるとともに、すくい面におけるクレータ摩耗の進行を抑制できる。その結果、工具寿命が延びる。

本発明の切削工具の一例についての概略斜視図である。図１の切削工具の（ａ）すくい面、（ｂ）逃げ面についての要部拡大図である。図１、２の切削工具の被覆層の成膜工程における成膜装置の模式図である。図３の成膜装置の試料の回転状態を示す模式図である。

本発明の切削工具についての好適な実施態様である図１、２によれば、切削工具１は、基体２と、基体２の表面を被覆する被覆層６とを具備している。被覆層６は細長い柱状結晶７からなる。本発明において柱状結晶７とは、結晶の長さが最も長い方向を結晶の長手方向とし、この長手方向に直交する方向のうちの最も長い長さを結晶の幅方向の長さとして、結晶の長手方向の長さ／幅方向の長さの比であるアスペクト比が１．５以上の結晶を指す。被覆層６が柱状結晶７からなることによって、逃げ面４およびすくい面３の耐摩耗性および耐欠損性が高い。すなわち、被覆層６を構成する結晶が柱状結晶でなく粒状結晶からなると、逃げ面４およびすくい面３の耐摩耗性および耐欠損性が低い。

また、切削工具１は、主面にすくい面３を、側面に逃げ面４を、すくい面３と逃げ面４との交差稜線に切刃５を有している。図１の切削工具１は、主面が多角形の概略平板状で両主面が使用可能な、いわゆるネガタイプの切削インサートであり、すくい面３の裏面は着座面８を構成する。使用時に裏返して再度使用する際には、すくい面３と着座面８とが逆転する。なお、本発明はネガタイプの切削インサートに限定されるものではなく、例えば、一方の主面のみをすくい面３とするポジタイプの切削インサートにも好適に使用可能である。さらに、主面が円形や、平面でない形状にも適用可能であり、回転工具に対しても適用可能である。

本実施態様によれば、切削工具１は、逃げ面４における基体２の表面に直交する方向（以下、膜厚方向という場合がある。）に対する柱状結晶７の長手方向の平均の傾斜角θ２が、すくい面３における膜厚方向に対する柱状結晶７の長手方向の平均の傾斜角θ１よりも大きい。これによって、逃げ面４においては、被覆層６のクラックの進展が抑制できて、耐チッピング性が向上し、境界損傷を抑制することができる。また、すくい面３においては、逃げ面４よりも柱状結晶７の傾斜角が小さい（θ１＜θ２）ために、被覆層６の硬度が高く、クレータ摩耗を抑制できる。その結果、切削工具１の寿命が延びる。

なお、柱状結晶７の傾斜角の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察において、電子後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）を用いて、幅１０μｍ×被覆層の厚みの視野にて測定する。切削工具１を逃げ面４側から逃げ面４に平行に０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ研磨した研磨面にて観察される被覆層６のうち、基体２の表面が直線状である部位にてすくい面３の傾斜角θ１を測定する。同様に、切削工具１をすくい面３側から着座面８に平行に０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ研磨した研磨面にて観察される被覆層６のうち、基体２の表面が直線状である部位にて逃げ面４の傾斜角θ２を測定する。具体的な測定方法としては、ＥＢＳＤ法による被覆層６の各結晶面の配向方向をカラーマップにて確認することによって各結晶の輪郭を特定する。そして、各柱状結晶７の輪郭から、最も長い方向を柱状結晶７の長手方向として、膜厚方向、すなわち、基体２の表面に対して垂直な方向からの傾きを傾斜角として測定し、各結晶の平均値を平均の傾斜角として算出する。このとき、被覆層６に含まれる柱状結晶７以外のアスペクト比が１．５よりも小さい粒状結晶の向きは、柱状結晶の傾斜角の計算には含めない。

ここで、本実施態様では、逃げ面４における柱状結晶７の傾斜角θ２が１０〜５０°であり、すくい面３における柱状結晶７の傾斜角θ１が０〜２０°である。これによって、逃げ面４においては、被覆層６のクラックの進展を抑制する効果が高く、耐チッピング性が向上し、境界損傷がより抑制される。また、すくい面３においては、被覆層６の硬度が高く、クレータ摩耗をより効果的に抑制できる。

また、本実施態様では、切刃５が曲線状のノーズ切刃５ａと直線状の直線切刃５ｂとを有し、ノーズ切刃５ａの直下の逃げ面４にノーズ部９が設けられるとともに、被覆層６は、ノーズ部９における柱状結晶７の長手方向の平均の傾斜角θ３（図示せず）が、逃げ面４における傾斜角θ２よりも大きい。これによって、微小チッピングが生じやすいノーズ部９における被覆層６の耐チッピング性を高めることができる。なお、ノーズ部９における柱状結晶７の傾斜角θ３は、切削工具１をすくい面３側から０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ研磨した研磨面におけるノーズ部９の被覆層６に対して、電子後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）を用いて、幅１０μｍ×被覆層の厚みの視野にて測定する。この視野であれば、ノーズ部９における基体２の表面はほぼ直線となる。この視野において、各結晶の輪郭から、最も長い直線が引ける方向を柱状結晶の長手方向として、この長手方向の膜厚方向からの傾きである傾斜角を測定し、各結晶の平均値を平均の傾斜角をとして算出する。また、本発明においては、直線切刃５ｂの直下の逃げ面４における傾斜角を、逃げ面４の傾斜角θ２とする。

さらに、本実施態様では、被覆層６の全体組成は、（Ａｌ_{１−ａ−ｂ}Ｔｉ_ａＭ_ｂ）Ｃ_１−ｄＮ_ｄ（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５および６族元素、Ｓｉおよび希土類金属元素より選ばれる一種以上の元素。０．２≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．２、０≦ｄ≦１）からなる。この範囲であれば、被覆層の硬度および耐酸化性が高くて、すくい面３におけるクレータ摩耗が抑制できるとともに、逃げ面における摩耗の進行も抑制できる。なお、被覆層６は全体が均一な組織であってもよいが、２層以上の多層であってもよく、中でも２種類以上の厚みがｎｍから数十ｎｍオーダーの単位層を周期的に繰り返し積層した構造であってもよい。このように、被覆層６が２層以上の多層の場合には、各層の組成が上記被覆層６の全体組成の範囲内にある場合に限定されず、ＴｉおよびＡｌの少なくとも一方を含まない層が含まれていてもよい。

なお、ＭとしてはＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｙから選ばれる１種以上が望ましいが、中でもＣｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、ＭｏおよびＷの１種以上を含有すると硬度に優れて、耐摩耗性に優れる。さらに、ＭがＮｂまたはＭｏであれば高温での耐酸化性に優れるために、例えば、高速切削におけるクレータ摩耗の進行を抑制できる。なお、ＴｉおよびＡｌは立方晶のＴｉＮ結晶構造を基本としてＡｌが置換した形態からなり、耐摩耗性および耐欠損性に優れる。

また、被覆層６の非金属成分であるＣ、Ｎは切削工具に必要な硬度および靭性に影響を及ぼすものであり、本実施態様では、ｄ（Ｎ含有比率）は０≦ｄ≦１、特に、０．８≦ｄ≦１である。ここで、本発明によれば、上記被覆層６の組成は、エネルギー分散型分光分析法（ＥＰＭＡ）またはＸ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）にて測定できる。さらに、被覆層６の構造が細かい場合には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察して詳細な構造を確認し、エネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ）にて詳細組成を確認することができる。

さらに、本実施態様では、逃げ面４における被覆層６の厚みｔｆとすくい面３における被覆層６の厚みｔｒとの比（ｔｆ／ｔｒ）が１．２〜３である。これによって、逃げ面４の耐摩耗性が向上し、逃げ面摩耗を小さくして工具寿命を延ばすことができる。また、本実施態様では、ノーズ部９における被覆層６の厚みｔｎと逃げ面４における被覆層６の厚みｔｆとの比ｔｎ／ｔｆは１．２〜２．０である。これによって、ノーズ部９の耐摩耗性も高めることができる。なお、本発明においては、被覆層６のすくい面３、逃げ面４、ノーズ部９における厚みｔｒ、ｔｆ、ｔｎは、被覆層６の各位置における厚みの平均値を指し、被覆層６の断面観察において任意５か所での厚みを測定してその平均値を取ることによって求めることができる。

なお、基体２としては、炭化タングステンや炭窒化チタンを主成分とする硬質相とコバルト、ニッケル等の鉄族金属を主成分とする結合相とからなる超硬合金やサーメットの硬質合金、窒化ケイ素や酸化アルミニウムを主成分とするセラミックス、多結晶ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素からなる硬質相とセラミックスや鉄族金属等の結合相とを超高圧下で焼成する超高圧焼結体等の硬質材料が好適に使用される。

また、本実施態様によれば、切削工具１は、図２に示すように、逃げ面４における柱状結晶７の平均アスペクト比がすくい面３における柱状結晶７の平均アスペクト比よりも大きい。これによって、逃げ面４においては、柱状結晶７の向きが基体２の表面に直交する方向である被覆層６の厚み方向に対して斜めに傾斜しているとともに柱状結晶７の平均アスペクト比が大きいので、被覆層６中にクラックが発生したとしても被覆層６の厚み方向に進展しにくくその進展を抑制することができる。その結果、逃げ面４における被覆層６の耐チッピング性が向上し、逃げ面４において発生しやすい境界損傷を抑制することができる。また、すくい面３においては、逃げ面４よりも柱状結晶７の平均アスペクト比が小さいために、被覆層６を構成する結晶の粒界を伝ってより深くまで進行する被覆層６の酸化を抑制することができる。その結果、すくい面３における被覆層６の耐酸化性が向上し、すくい面３において進行しやすいクレータ摩耗を抑制できる。

さらに、本実施態様では、ノーズ部９における柱状結晶７の平均アスペクト比は逃げ面４における柱状結晶７の平均アスペクト比よりも大きい。これによって、ノーズ部９における耐チッピング性がさらに向上する。

本発明において、柱状結晶７のアスペクト比は、上述した柱状結晶７の結晶の長さが最も長い方向を結晶の長手方向と、この長手方向に直交する方向のうちの最も長い長さを結晶の幅方向の長さとの比（長手方向の長さ／幅方向の長さ）を指し、平均アスペクト比は、幅１０μｍ×被覆層６の厚みの領域にて観察される任意１０個の柱状結晶７のアスペクト比の平均値を指す。

なお、被覆層６として、複数層が積層されかつ層間で結晶の成長を引き継ぐ場合には、１つの柱状結晶とみなして、上記と同様の方法で平均アスペクト比を算出する。また、被覆層６として、複数層が積層されかつ層間で結晶の成長を引き継ぐことなく上下層で異なる結晶を構成している場合には、各層を構成する結晶の形状および傾斜状態をそれぞれ確認し、各層の厚み比率を加味した平均値を被覆層６の全体の結晶の形状および傾斜状態とする。各層の厚み比率を加味した平均値とは、例えば、第１厚みの第１層と第２厚みの第２層とが積層された被覆層における被覆層６の傾斜角は、（第１層を構成する結晶の傾斜角×第１厚み＋第２層を構成する結晶の傾斜角×第２厚み）／（第１厚み＋第２厚み）で算出する。

ここで、本実施態様では、逃げ面４における柱状結晶７の平均アスペクト比が３〜１５、すくい面３における柱状結晶７の平均アスペクト比が１．５〜５である。この範囲では、すくい面３のクレータ摩耗の進行を抑制する効果が高く、かつ逃げ面４におけるチッピングを抑制する効果も高い。

また、本実施態様では、逃げ面４における柱状結晶７の平均結晶幅と、すくい面３における柱状結晶７の平均結晶幅との比が０．８〜１．２である。つまり、逃げ面４およびすくい面３のどちらも同等の結晶幅を有する柱状結晶であることによって、逃げ面４およびすくい面３の耐摩耗性および耐欠損性が高い。なお、本発明における柱状結晶７の平均結晶幅とは、柱状結晶７の基体２の表面と平行な方向についての平均幅を指す。具体的な測定法は、被覆層６の厚み方向の中間位置において基体２の表面方向に平行に直線を引き、この直線を横切る粒界の数を計測し、直線の長さを計測した粒界の数で割って求められる。このとき、被覆層６として、複数層が積層されかつ層間で結晶の成長を引き継ぐことなく上下層で異なる結晶を構成している場合には、各層の厚みの中間位置で平均結晶幅をそれぞれ測定する。そして、各層の厚み比率を加味した平均値を被覆層６の平均結晶幅とする。複数層が積層されかつ層間で結晶の成長を引き継いで、上下層で同じ結晶を構成している場合には、複数層に亘って１つの柱状結晶としてカウントする。

さらに、本実施態様では、逃げ面４において、被覆層６内には柱状結晶７の長手方向に平均２〜５個の柱状結晶７が存在し、すくい面３において、被覆層６内には柱状結晶７の長手方向に平均３〜１０個の柱状結晶７が存在する。これによって、すくい面３では被覆層６の厚み方向に存在する粒界の数が多く、すくい面３における耐酸化性が高い。そのために、すくい面３におけるクレータ摩耗の進行が抑制される。また、逃げ面４では衝撃がかかった際に、衝撃が粒界を伝って被覆層６の厚み方向から傾斜する方向に伝わるので、衝撃が吸収されやすくチッピングの発生を抑制できる。なお、本発明において、柱状結晶７の長手方向の平均存在数は、被覆層６の厚み方向に直線を引いて、この直線を横切る結晶の数を測定し、任意５か所における平均値として算出する。

（製造方法）
次に、本発明の切削工具の製造方法について説明する。まず、工具形状の基体を従来公知の方法を用いて作製する。次に、基体の表面に、被覆層を成膜する。被覆層の成膜方法として、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が好適に適応可能である。詳細な成膜方法の一例について、アークイオンプレーティング成膜装置（以下、ＡＩＰ装置と略す。）２０の模式図である図３、および成膜中の試料の回転状態を示す模式図である図４を参照して説明する。

図３のＡＩＰ装置２０は、真空チャンバ２１の中にＮ_２やＡｒ等のガスをガス導入口２２から導入し、カソード電極２３とアノード電極２４とを配置して、両者間に高電圧を印加してプラズマを発生させ、このプラズマによってターゲット２５から所望の金属あるいはセラミックスを蒸発させるとともにイオン化させて高エネルギー状態とし、このイオン化した金属を試料（基体２）の表面に付着させて図２のように基体２の表面に被覆層６を被覆する構造となっている。また、図３、４によれば、真空チャンバ２１内に回転テーブル２６が載置されている。回転テーブル２６の上には、サブ回転台２７とその上に載置された複数本の軸棒２８と、軸棒２８に串刺しにされた複数個の基体２とからなるタワー３５が複数（図３では２セット、図４では６セット図示されている。）配置された構成となっている。さらに、図３によれば、基体２を加熱するためのヒータ２９と、ガスを系外に排出するためのガス排出口３０と、基体２にバイアス電圧を印加するためのバイアス電源３１が配置されている。

ここで、本実施態様によれば、基体２を成膜チャンバ内にセットする際に、図３に示すように、ターゲット２５の表面に対して基体２の逃げ面（側面）が平行になるようにセットする。そして、ターゲット２５を用いて、アーク放電やグロー放電などにより金属源を蒸発させイオン化すると同時に、窒素源の窒素（Ｎ_２）ガスや炭素源のメタン（ＣＨ_４）／アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）ガスと反応させることにより、基体２の表面に被覆層６を堆積させる。

このとき、回転テーブル２６とサブ回転台２７と軸棒２８を、それぞれ回転させるが、本実施態様例としては、図４に示す方向に回転する。すなわち、回転テーブル２６とサブ回転台２７とは同じ向き（図４では時計回り）に回転する。そして、軸棒２８は回転テーブル２６およびサブ回転台２７の回転方向とは逆向き（図４では反時計回り）に回転させる。回転テーブル２６の回転数は１〜４ｒｐｍとし、サブ回転台２７の回転数は回転テーブル２６の回転数の３倍以上、特には５〜１０倍の回転数とする。また、軸棒２８の回転数は１〜５ｒｐｍ、特に１．５〜３ｒｐｍの回転数とする。これによって、すくい面における柱状結晶の傾斜角度と逃げ面における柱状結晶の傾斜角度とを所定の範囲内に制御することができる。なお、図４によれば、回転テーブル２６とサブ回転台２７とは同じ向き（図４では時計回り）に回転させているが、本発明はこれに限定されるものではなく、回転テーブル２６とサブ回転台２７とを逆回転とすることもできる。この場合には、例えば、サブ回転台２７の回転数を回転テーブル２６の回転数の５倍以上、特には７〜１２倍の回転数とすることによって、柱状結晶の傾斜角度を所定の範囲内に調整することができる。

本実施態様によれば、基体２を上記方向でセットしているため、逃げ面４はターゲット２５からの金属成分が直線的に飛来する位置となるのでターゲット２５からの金属成分が直線的に飛来する形態となって成膜速度が速くなりやすい。一方、すくい面３はターゲット２５の向きに対してターゲット２５からの金属成分が回り込んで飛来する形態となるので成膜速度が遅くなりやすい。

このとき、上下で隣り合う試料の間隔ｇを試料の厚みに対して０．５〜１倍とする。これによって、逃げ面４において柱状結晶７の長手方向の平均の向きが基体２の表面に直交する方向から傾斜している（図２の傾斜角θ２＞０）とともに、逃げ面４における柱状結晶７の平均アスペクト比がすくい面３における柱状結晶７の平均アスペクト比よりも大きい構成とすることができる。すなわち、上下で隣り合う試料の間隔ｇを試料の厚みに対して０．５〜１倍と狭いことによって、すくい面および着座面をなす主面と逃げ面をなす側面における被覆層の成膜状態が変化し、成膜される結晶の成長状態を異ならせることができる。さらに、上下で隣り合う試料の間隔ｇを試料の厚みに対して０．５〜１倍と狭いことによって、ノーズ部９における柱状結晶７の長手方向の平均の傾斜角を、より大きくすることができる。

また、ターゲット２５としては、例えば、金属チタン（Ｔｉ）、金属アルミニウム（Ａｌ）、金属Ｍ（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族元素、希土類元素およびＳｉから選ばれる１種以上）をそれぞれ独立に含有する金属ターゲット、これらを複合化した合金ターゲット、これらの化合物粉末または焼結体からなる混合物ターゲットを用いることができ、チャンバの側壁面位置にセットする。

成膜条件としては、これらのターゲットを用いて、アーク放電やグロー放電などにより金属源を蒸発させイオン化すると同時に、窒素源の窒素（Ｎ_２）ガスや炭素源のメタン（ＣＨ_４）／アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）ガスと反応させるイオンプレーティング法またはスパッタリング法によって被覆層を成膜する。なお、上記被覆層を成膜する際には、被覆層の結晶構造を考慮して高硬度な被覆層を作製できるとともに基体との密着性を高めるために、本実施態様では、３５〜２００Ｖ、特に７５〜１５０Ｖのバイアス電圧を印加する。

平均粒径０．９μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末を主成分として、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を１０質量％、平均粒径１．０μｍの炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）粉末を０．５質量％の割合で添加し混合して、プレス成形により京セラ製切削工具ＢＤＭＴ１１Ｔ３０８ＥＲ−ＪＴ形状のスローアウェイチップ形状に成形した後、脱バインダ処理を施し、０．０１Ｐａの真空中、１４５０℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。また、各試料のすくい面表面をブラスト加工、ブラシ加工等によって研磨加工した。さらに、作製した超硬合金にブラシ加工にて刃先処理（ホーニング）を施した。

このようにして作製した基体に対して、表１に示すバイアス電圧を印加し、アーク電流１５０Ａをそれぞれ流し、表１に示すセットされた試料のすくい面および着座面間の間隔ｇ（表中、試料の厚みに対する比率で表記）と、表１に示す回転テーブル、サブ回転台、軸棒の回転数で試料を回転しながら、成膜温度５４０℃として表２に示す組成の被覆層を成膜した。なお、被覆層の全体組成は、各試料の被覆層を含む断面について走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察を行い、エネルギー分散分光分析法（ＥＰＭＡ）にて測定した。また、各被覆層を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて観察し、エネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ）にて、被覆層の詳細な構成を確認した。

また、ＳＥＭ観察より、すくい面、逃げ面およびノーズ部の任意５か所における被覆層の厚みを測定し、その平均値を被覆層の厚みｔｒ、ｔｆ、ｔｎとして算出した。さらに、ＳＥＭ観察において電子後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）を用いて、カラーマップより各結晶の輪郭を特定し、すくい面、逃げ面およびノーズ部における被覆層の柱状結晶の形状および傾斜角を測定した。表中、平均アスペクト比についてはアスペクト比、平均結晶幅については結晶幅、柱状結晶の長手方向の平均存在個数については存在数、すくい面、逃げ面およびノーズ部における柱状結晶の平均の傾斜角についてはθ１、θ２、θ３、被覆層のすくい面、逃げ面およびノーズ部における厚みについては厚みｔｒ、ｔｆ、ｔｎと表記した。結果は表３、４に示した。

次に、得られたスローアウェイチップを用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表４に示した。
切削方法：ミリング加工
被削材：金型鋼（ＳＫＤ１１）
切削速度：１２０ｍ／分
送り：０．１２ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２．０ｍｍ×１２．５ｍｍ
切削状態：乾式
評価方法：２０分加工後の切削工具を観察して切刃状態を確認した。チッピングや欠けなど異常摩耗状態を確認した。また、工具寿命まで加工できた加工時間を確認した。

表１〜４に示す結果より、すくい面および逃げ面における被覆層の柱状結晶の傾斜角θ１、θ２の関係が本発明の範囲外である試料Ｎｏ．８〜１１では、切刃においてチッピングが発生しやすく、かつ、すくい面におけるクレータ摩耗が進行して早期に寿命となった。また、すくい面における柱状結晶の平均アスペクト比が逃げ面における被覆層の柱状結晶の平均アスペクト比よりも大きい試料Ｎｏ．８では、逃げ面においてチッピングが発生しやすく、境界欠損した。すくい面における柱状結晶の平均アスペクト比と逃げ面における被覆層の柱状結晶の平均アスペクト比が同じである試料Ｎｏ．９では、逃げ面のノーズ部におけるノーズ摩耗が進行し、試料Ｎｏ．１０では、すくい面におけるクレータ摩耗が進行し、いずれも早期に寿命となった。すくい面における結晶が柱状結晶ではなく平均アスペクト比が１．５未満の粒状結晶となった試料Ｎｏ．１１では、すくい面におけるクレータ摩耗が進行して早期に寿命となった。

これに対して、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．１〜７では、いずれも切刃におけるチッピングの発生が少なく、かつすくい面におけるクレータ摩耗の進行が遅くて良好な切削性能を発揮した。

１切削工具
２基体
３すくい面
４逃げ面
５切刃
５ａノーズ切刃
５ｂ直線切刃
６被覆層
７柱状結晶
８着座面
９ノーズ部

Claims

基体と、該基体の表面を被覆する柱状結晶からなる被覆層とを具備し、すくい面と逃げ面との交差稜線を切刃とし、前記逃げ面における前記基体の表面に直交する方向に対する前記柱状結晶の長手方向の平均の傾斜角（θ２）が、前記すくい面における前記基体の表面に直交する方向に対する前記柱状結晶の長手方向の平均の傾斜角（θ１）よりも大きく、前記逃げ面における前記柱状結晶の前記傾斜角（θ２）が１０〜５０°であり、前記すくい面における前記柱状結晶の前記傾斜角（θ１）が０〜２０°であるとともに、前記被覆層の全体組成が、（Ａｌ _{１−ａ−ｂ} Ｔｉ _ａＭ _ｂ）Ｃ _１−ｄＮ _ｄ（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５および６族元素、Ｓｉおよび希土類元素より選ばれる一種以上の元素。０．２≦ａ≦０．７、０≦ｂ≦０．２、０≦ｄ≦１）からなり、前記逃げ面における前記柱状結晶の平均アスペクト比が３〜１５、前記すくい面における前記柱状結晶の平均アスペクト比が１．５〜５で、前記逃げ面における前記柱状結晶の平均アスペクト比が前記すくい面における前記柱状結晶の平均アスペクト比よりも大きい切削工具。
前記逃げ面における前記被覆層の厚みｔｆと前記すくい面における前記被覆層の厚みｔｒとの比（ｔｆ／ｔｒ）が１．２〜３である請求項１記載の切削工具。
前記逃げ面の前記被覆層に、前記柱状結晶が該柱状結晶の長手方向に平均２〜５個存在し、前記すくい面の前記被覆層に、前記柱状結晶が該柱状結晶の長手方向に平均３〜１０個存在する請求項１または２記載の切削工具。
前記切刃が曲線状のノーズ切刃と直線状の直線切刃とを有し、前記ノーズ切刃の直下の前記逃げ面にノーズ部が設けられるとともに、前記被覆層は、前記ノーズ部における前記柱状結晶の長手方向の平均の傾斜角（θ３）が、前記逃げ面における前記柱状結晶の長手方向の平均の傾斜角（θ２）よりも大きい請求項１乃至３のいずれか記載の切削工具。