JP6926387B2 - 切削工具 - Google Patents

Description

本開示は、切削工具に関する。本出願は、２０１９年２月１９日に出願した日本特許出願である特願２０１９−０２７２５６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。

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−Ａｌ_２Ｏ_３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。

また、特開２０１３−０６３５０４号公報（特許文献２）は、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からなる工具基体と、上記工具基体の表面に蒸着形成された硬質被覆層とを備える表面被覆切削工具において、上記硬質被覆層は、上記工具基体の表面に形成された下部層と、上記下部層上に形成された上部層とを有し、上記上部層は、２から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Ａｌ_２Ｏ_３層からなり、上部層全体のＡｌ_２Ｏ_３結晶粒について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、上記工具断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、上記工具基体の表面の法線に対して、上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た場合、その傾斜角が０から１０度であるＡｌ_２Ｏ_３結晶粒の占める面積割合は、上記測定範囲の面積の４５面積％以上であることを特徴とする表面被覆切削工具を開示している。

特開２００４−２８４００３号公報 特開２０１３−０６３５０４号公報

本開示に係る切削工具は、
基材と、上記基材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−アルミナ層を含み、
上記α−アルミナ層は、α−アルミナの結晶粒を含み、
上記α−アルミナ層は、下側部と上側部とを含み、
上記下側部は、上記基材の側の第一界面から厚み方向に０．２μｍ離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Ａと、上記仮想平面Ａから更に厚み方向に１．３μｍ離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Ｂとに挟まれた領域であり、
上記上側部は、上記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に０．５μｍ離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Ｃと、上記仮想平面Ｃから更に厚み方向に１μｍ離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Ｄとに挟まれた領域であり、
上記第一界面は、上記第二界面に平行であり、
上記第二界面の法線を含む平面で上記α−アルミナ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α−アルミナ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、
上記上側部は、（００６）面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる上記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、
上記下側部は、（００６）面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる上記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、
上記α−アルミナ層の厚みが３μｍ以上２０μｍ以下である。

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、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の第二界面の法線を含む平面で被膜を切断したときのα−Ａｌ_２Ｏ_３層の断面に基づいて作成されたカラーマップの一部である。 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は、切削試験において、切削工具の逃げ面が正常摩耗した様子を示す写真である。 図７は、切削試験において、切削工具の逃げ面が塑性変形した様子を示す写真である。

[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−Ａｌ_２Ｏ_３層を含む被膜を有することにより、切削工具の耐摩耗性、耐欠損性、耐塑性変形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。

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。

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐塑性変形性が向上した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、耐塑性変形性が向上した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、
基材と、上記基材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−アルミナ層を含み、
上記α−アルミナ層は、α−アルミナの結晶粒を含み、
上記α−アルミナ層は、下側部と上側部とを含み、
上記下側部は、上記基材の側の第一界面から厚み方向に０．２μｍ離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Ａと、上記仮想平面Ａから更に厚み方向に１．３μｍ離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Ｂとに挟まれた領域であり、
上記上側部は、上記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に０．５μｍ離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Ｃと、上記仮想平面Ｃから更に厚み方向に１μｍ離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Ｄとに挟まれた領域であり、
上記第一界面は、上記第二界面に平行であり、
上記第二界面の法線を含む平面で上記α−アルミナ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α−アルミナ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、
上記上側部は、（００６）面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる上記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、
上記下側部は、（００６）面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる上記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、
上記α−アルミナ層の厚みが３μｍ以上２０μｍ以下である。

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、耐塑性変形性が向上する。ここで、「耐塑性変形性」とは、切削加工によって切削工具が塑性変形することに対する耐性を意味する。

［２］上記被膜は、上記基材と上記α−アルミナ層との間に設けられている内部層を更に含み、
上記内部層は、ＴｉＣＮを含む。このように規定することで、耐塑性変形性に加えて耐摩耗性が向上する。

［３］上記被膜は、上記内部層と上記α−アルミナ層との間に設けられている中間層を更に含み、
上記中間層は、チタン元素と、炭素、窒素、ホウ素及び酸素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み、
上記中間層は、上記内部層とは組成が異なる。このように規定することで、耐塑性変形性に加えて基材と被膜との密着力が向上する。

［４］上記被膜は、上記α−アルミナ層上に設けられている最外層を更に含み、
上記最外層は、チタン元素と、炭素、窒素及びホウ素からなる群より選ばれる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、耐塑性変形性に加えて、被膜の識別性に優れた切削工具を提供することが可能になる。

［５］上記被膜の厚みが３μｍ以上３０μｍ以下である。このように規定することで、耐塑性変形性に加えて、耐摩耗性に優れた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「Ｔｉ_１Ｃ_１」のみならず、例えば「Ｔｉ_１Ｃ_０．８」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。

≪表面被覆切削工具≫
本開示に係る切削工具は、
基材と、上記基材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−Ａｌ_２Ｏ_３層（α−アルミナ層）を含み、
上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層は、α−Ａｌ_２Ｏ_３（α−アルミナ）の結晶粒を含み、
上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層は、下側部と上側部とを含み、
上記下側部は、上記基材の側の第一界面から厚み方向に０．２μｍ離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Ａと、上記仮想平面Ａから更に厚み方向に１．３μｍ離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Ｂとに挟まれた領域であり、
上記上側部は、上記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に０．５μｍ離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Ｃと、上記仮想平面Ｃから更に厚み方向に１μｍ離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Ｄとに挟まれた領域であり、
上記第一界面は、上記第二界面に平行であり、
上記第二界面の法線を含む平面で上記α−Ａｌ_２Ｏ_３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α−Ａｌ_２Ｏ_３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、
上記上側部は、（００６）面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる上記α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、
上記下側部は、（００６）面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる上記α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、
上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層の厚みが３μｍ以上２０μｍ以下である。

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。）５０は、基材１０と、上記基材１０を被覆する被膜４０とを備える（図２参照）。本実施形態の一側面において、上記被膜は、上記基材におけるすくい面を被覆していてもよいし、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。

＜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基材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く、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。

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。

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。

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。

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形状も、有さない形状も含まれる。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形状）、ネガランド（面取りをした形状）、ホーニングとネガランドを組み合わせた形状の中で、いずれの形状も含まれる。

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、上記切削工具は、すくい面と、逃げ面と、上記すくい面及び上記逃げ面を繋ぐ刃先稜線部とを有する。

＜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−Ａｌ_２Ｏ_３層２０を含む（図２参照）。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、切削加工時に被削材と接するすくい面等）を被覆することで、切削工具における耐欠損性、耐摩耗性、耐塑性変形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、上記基材の一部に限らず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。

上記被膜は、その厚みが３μｍ以上３０μｍ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、後述するα−Ａｌ_２Ｏ_３層、中間層、内部層及び最外層等が挙げられる。上記被膜の厚みは、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点の厚み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−Ａｌ_２Ｏ_３層、中間層、内部層、最外層等のそれぞれの厚み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。

（α−Ａｌ_２Ｏ_３層）
本実施形態のα−Ａｌ_２Ｏ_３層は、α−Ａｌ_２Ｏ_３（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−Ａｌ_２Ｏ_３層は、多結晶のα−Ａｌ_２Ｏ_３を含む層である。

上記α−Ａｌ_２Ｏ_３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、後述する内部層、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−Ａｌ_２Ｏ_３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−Ａｌ_２Ｏ_３層は、上記被膜の最外層（最表面層）であってもよい。

上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層は、以下の特徴を有する。すなわち、上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層は、下側部と上側部とを含み、
上記下側部は、上記基材の側の第一界面から厚み方向に０．２μｍ離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Ａと、上記仮想平面Ａから更に厚み方向に１．３μｍ離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Ｂとに挟まれた領域であり、
上記上側部は、上記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に０．５μｍ離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Ｃと、上記仮想平面Ｃから更に厚み方向に１μｍ離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Ｄとに挟まれた領域であり、
上記第一界面は、上記第二界面に平行であり、
上記第二界面の法線を含む平面で上記α−Ａｌ_２Ｏ_３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α−Ａｌ_２Ｏ_３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、
上記上側部は、（００６）面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる上記α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒（以下、「（００６）面配向性結晶粒」とも記す。）の占める面積比率が５０％以上であり、
上記下側部は、（００６）面の法線方向が上記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる上記α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒の占める面積比率が５０％以上である。

ここで、図４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。図４は、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の第二界面の法線を含む平面で被膜を切断したときのα−Ａｌ_２Ｏ_３層の断面に基づいて作成されたカラーマップの一部である。なお、図４に示されるα−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の第一界面２０ａは、基材１０の側に位置する界面であり、第二界面２０ｂは、基材１０の側と反対に位置する界面である。第一界面２０ａは、第二界面２０ｂに平行である。なお、α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０が被膜の最外層である場合、上記第二界面２０ｂは、α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の表面となる。上記第一界面２０ａは、上記カラーマップにおける上記基材の主面の法線方向において、基材側における上記基材に最も遠い点を通り且つ上記基材の主面に平行な直線Ｌ１と、当該基材側における上記基材に最も近い点を通り且つ上記基材の主面に平行な直線Ｌ２との中心を通る直線である。上記第二界面２０ｂは、上記カラーマップにおける上記基材の主面の法線方向において、上記基材とは反対側における上記基材に最も遠い点を通り且つ上記基材の主面に平行な直線Ｍ１と、上記基材とは反対側における上記基材に最も近い点を通り且つ上記基材の主面に平行な直線Ｍ２との中心を通る直線である。ただし、上述の「基材に最も近い点」及び「基材に最も遠い点」を選択するにあたり、一見して異常点と思われる点は除外する。

まずα−Ａｌ_２Ｏ_３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α−Ａｌ_２Ｏ_３層を、基材なども含めα−Ａｌ_２Ｏ_３層に垂直な断面が得られるように切断する。すなわち、上記第二界面２０ｂの法線を含む平面でα−Ａｌ_２Ｏ_３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、上記の切断は、たとえばα−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の表面（α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０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、α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の任意の部位で行なうことができるが、後述のように、刃先稜線部３の近傍を切断することが好ましく、刃先稜線部３の近傍であって基材１０が比較的平坦な箇所を切断することがより好ましい。

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：α−Ａｌ_２Ｏ_３層の第二界面の法線方向（すなわち切断面におけるα−Ａｌ_２Ｏ_３層の厚み方向に平行となる直線方向）から０°
照射時間：６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、切削特性との関係を考慮すると、刃先稜線部３の近傍を観察することが好ましく、刃先稜線部３の近傍であって基材１０が比較的平坦な箇所を観察することがより好ましい。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α−Ａｌ_２Ｏ_３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。帯電効果を避けるために、１０Ｐａの圧力を印加する。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、２０μｍ（α−Ａｌ_２Ｏ_３層の厚み方向）×３０μｍ（α−Ａｌ_２Ｏ_３層の界面に平行な方向）の面領域（観察領域）に相当する２００×３００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解析結果を、市販のソフトウェア（商品名：「ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ Ｖｅｒ ６．２」、ＥＤＡＸ社製）を用いて分析し、上記カラーマップを作成する。具体的には、まずα−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の断面に含まれる各結晶粒の結晶方位を特定する。ここで特定される各結晶粒の結晶方位は、α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の断面に現れる各結晶粒を、当該断面の法線方向（図４において紙面を貫く方向）から平面視したときに観察される結晶方位である。そして、得られた各結晶粒の結晶方位に基づいて、α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の表面（すなわち、第二界面２０ｂ）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「Ｃｒｉｓｔａｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ＭＡＰ」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α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０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４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（００６）面配向性結晶粒である。また、実線で囲まれかつハッチングを有さない各領域が、（００６）面配向性結晶粒に該当しない結晶粒である。すなわち、図４では、α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の第二界面２０ｂの法線方向に対して、（００６）面の法線方向が±１５°以内となる結晶粒が斜線でハッチングされている。また、α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の第二界面２０ｂの法線方向に対して、（００６）面の法線方向が±１５°以内となる結晶粒以外の結晶粒がハッチングされていないこととなる。なお、図４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。

また、図４に示されているようにα−Ａｌ_２Ｏ_３層２０は、下側部２０Ａと上側部２０Ｂとを含む。
下側部２０Ａは、上記基材の側の第一界面２０ａから厚み方向に０．２μｍ離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Ａと、上記仮想平面Ａから更に厚み方向に１．３μｍ離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Ｂとに挟まれた領域である。すなわち、仮想平面Ａと仮想平面Ｂとの直線距離（最短距離）は、１．３μｍであり、これが下側部２０Ａの厚みとなる。ここで、上記仮想平面Ａ及び仮想平面Ｂは、作成したカラーマップ上で、第一界面からの距離に基づいて設定することができる。
上側部２０Ｂは、上記基材の側と反対の第二界面２０ｂから厚み方向に０．５μｍ離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Ｃと、上記仮想平面Ｃから更に厚み方向に１μｍ離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Ｄとに挟まれた領域である。すなわち、仮想平面Ｃと仮想平面Ｄとの直線距離（最短距離）は、１μｍであり、これが上側部２０Ｂの厚みとなる。ここで、上記仮想平面Ｃ及び仮想平面Ｄは、作成したカラーマップ上で、第二界面からの距離に基づいて設定することができる。

上記カラーマップにおいて、上記上側部２０Ｂは、（００６）面の法線方向が上記第二界面２０ｂの法線方向に対して±１５°以内となる上記α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、５０％以上９０％以下であることが好ましく、６０％以上８５％以下であることがより好ましい。ここで、上記面積比率は、上記カラーマップにおける上記上側部２０Ｂの面積全体を基準とした面積比率である。

上記カラーマップにおいて、上記下側部２０Ａは、（００６）面の法線方向が上記第二界面２０ｂの法線方向に対して±１５°以内となる上記α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、５０％以上９０％以下であることが好ましく、６０％以上８５％以下であることがより好ましい。ここで、上記面積比率は、上記カラーマップにおける上記下側部２０Ａの面積全体を基準とした面積比率である。

上記要件を満たすα−Ａｌ_２Ｏ_３層２０を備える切削工具１０は、耐塑性変形性が向上している。これについて、従来技術と比較しながら説明する。

従来、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の機械特性を向上させるべくとられていたアプローチは、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の表面における各結晶の態様を制御することによってα−Ａｌ_２Ｏ_３層の特性を向上させ、もってα−Ａｌ_２Ｏ_３層を有する被膜の特性を向上させるというものであった。このような従来のアプローチは、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の表面が切削加工による負荷を大きく受ける部分であり、この部分の特性の制御によって、α−Ａｌ_２Ｏ_３層全体の特性が制御されるとの考えに基づいていた。このため、Ａｌ_２Ｏ_３層の厚み方向の構成については、これまで着目されることはなかった。例えば、従来の製造方法によって形成されたα−Ａｌ_２Ｏ_３層では、その下側部は主に（２１４）配向性を示す結晶粒が多いことが知られていたが、上記下側部における結晶粒の配向性を制御することは着目されていなかった。

このような背景のもと、例えば、上述の特許文献１及び特許文献２に記載の切削工具では、Ａｌ_２Ｏ_３層における基材とは反対側の部分が（００６）配向性を示す一方で、Ａｌ_２Ｏ_３層における基材側の部分は結晶粒のヤング率が低い傾向があった。そのため、特許文献１及び特許文献２に記載の切削工具では、高硬度鋼の高送り加工において発生しやすい塑性変形による切削工具の損傷に弱いという課題があった。そこで、本発明者らは、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の厚み方向における各結晶の態様に着眼して種々の検討を行い、これによって、α−Ａｌ_２Ｏ_３層を構成する結晶のうち、基材側に位置する結晶の態様がα−Ａｌ_２Ｏ_３層の耐塑性変形性に大きく寄与することを知見した。

上記知見に基づいてさらに検討を重ねることにより、本発明者らは以下の点を見いだした。
（１）α−Ａｌ_２Ｏ_３層の全体において、（００６）面配向性結晶粒の占める面積比率が増加するにつれて、層自体の硬度が高くなる傾向があること
（２）さらに、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の下側部において、（００６）面配向性結晶粒の占める面積比率が増加するにつれて、耐塑性変形性が高くなる傾向があること

本実施形態に係る切削工具５０は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、厚み方向において結晶の配向性を制御したα−Ａｌ_２Ｏ_３層２０を有する被膜４０を含む。具体的にはα−Ａｌ_２Ｏ_３層２０は、（００６）面配向性結晶粒の占める面積比率が５０％以上の上側部２０Ｂと、（００６）面配向性結晶粒の占める面積比率が５０％以上の下側部２０Ａとを含む。

このようなα−Ａｌ_２Ｏ_３層２０によれば、上側部２０Ｂにおいて切削工具の硬度を大幅に向上させることができ、もって高い耐摩耗性を有することができる。さらに、下側部２０Ａにおける結晶粒では高いヤング率を有することから、耐塑性変形性に優れていると本発明者らは考えている。以上のことから、本実施形態の被膜４０は、耐摩耗性とともに耐塑性変形性に優れるため、切削工具５０の機械特性が従来と比して向上したものとなる。

（α−Ａｌ_２Ｏ_３層の厚み）
本実施形態において、α−Ａｌ_２Ｏ_３層は、その厚みが３〜２０μｍである。α−Ａｌ_２Ｏ_３層はの厚みは、４〜２０μｍであることが好ましく、５〜１５μｍであることがより好ましい。これにより、上記のような優れた効果を発揮することができる。ここで、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の厚みとは、上記第一界面から上記第二界面までの最短距離を意味する。

α−Ａｌ_２Ｏ_３層の厚みが３μｍ未満の場合、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の存在に起因する耐摩耗性の向上の程度が低い傾向がある。２０μｍを超えると、α−Ａｌ_２Ｏ_３層と他の層との線膨張係数の差に起因する界面応力が大きくなり、α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒が脱落する場合がある。したがって、α−Ａｌ_２Ｏ_３層が、上側部および下側部の間に中側部を有する場合、当該中側部の厚みは０〜１７μｍであることが好ましいこととなる。このような厚みは、上述したのと同様に走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。

（α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒の平均粒径）
本実施形態において、上記α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒は、その平均粒径が０．１〜３μｍであることが好ましく、０．２〜２μｍであることがより好ましい。本実施形態の一側面において、上記α−Ａｌ_２Ｏ_３の下側部における結晶粒は、その平均粒径が０．１〜２μｍであることが好ましく、０．１〜１μｍ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（すなわち結晶方位が一致し）、かつ周囲が他の色彩（すなわち他の結晶方位）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、各結晶粒の面積を求め、それと同じ面積を有する円の直径を各結晶粒の粒径とする。

（内部層）
上記被膜４０は、上記基材１０と上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０との間に設けられている内部層２１を更に含み（図３参照）、上記内部層２１は、ＴｉＣＮを含むことが好ましい。上記ＴｉＣＮは、立方晶であることが好ましい。

上記内部層は、その厚みが３〜２０μｍであることが好ましく、５〜１５μｍであることがより好ましい。このような厚みは、上述したのと同様に走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。

（中間層）
上記被膜４０は、上記内部層２１と上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０との間に設けられている中間層２２を更に含み（図３参照）、上記中間層２２は、チタン元素と、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種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。ここで、上記中間層は、上記内部層とは組成が異なる。

上記中間層に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＢＮ及びＴｉＢ_２等が挙げられる。

上記中間層は、その厚みが０．３〜２．５μｍであることが好ましく、０．５〜１μｍであることがより好ましい。このような厚みは、上述したのと同様に走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。

（最外層）
上記被膜４０は、上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０上に設けられている最外層２３を更に含み（図３参照）、上記最外層２３は、チタン元素と、Ｃ、Ｎ及びＢからなる群より選ばれる１種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。

上記最外層に含まれる化合物としては、例えば、ＴｉＣ、ＴｉＮ及びＴｉＢ_２等が挙げられる。

上記最外層は、その厚みが０．１〜１μｍであることが好ましく、０．３〜０．８μｍであることがより好ましい。このような厚みは、上述したのと同様に走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を用いて基材と被膜の垂直断面を観察することにより確認することができる。

（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−Ａｌ_２Ｏ_３層、上記内部層、上記中間層又は上記最外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及びＡｌ_２Ｏ_３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。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２０μｍ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第１工程（以下、単に「第１工程」という場合がある。）と、
化学気相蒸着法を用いて、二酸化炭素ガス及び硫化水素ガスを含む原料ガスを用いて、上記基材上に上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層における下側部を形成する第２工程（以下、単に「第２工程」という場合がある。）と、
化学気相蒸着法を用いて、二酸化炭素ガス及び硫化水素ガスを含む原料ガスを用いて、上記下側部上に上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層における上側部を形成する第３工程（以下、単に「第３工程」という場合がある。）と、
を含み、
上記第２工程における上記硫化水素ガスに対する上記二酸化炭素ガスの体積比（ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ）をＲ１とし、上記第３工程における上記硫化水素ガスに対する上記二酸化炭素ガスの体積比（ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ）をＲ２とした場合、（Ｒ１／Ｒ２）＜１を満たす。
なお、上述の中側部は第２工程から第３工程へ移る過程で形成される「遷移部」と把握することができる。

＜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。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、市販品を用いてもよく、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基材であればいずれも準備可能である。

＜第２工程：α−Ａｌ_２Ｏ_３層における下側部を形成する工程＞
第２工程では、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）を用いて、二酸化炭素ガス及び硫化水素ガスを含む原料ガスを用いて、上記基材上に上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層における下側部が形成される。

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−Ａｌ_２Ｏ_３層の下側部等を形成することができる。

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−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の下側部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上にα−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の下側部２０Ａが形成される。ここで、α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の下側部２０Ａを形成する前に（すなわち、第２工程の前に）、内部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の表面に内部層（ＴｉＣＮを含む層、図示せず。）を形成することが好ましい。以下、基材１０の表面に内部層を形成した後に、上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の下側部２０Ａを形成する方法について説明する。

上記内部層用の原料ガスとしては、特に制限はないが例えば、ＴｉＣｌ_４、Ｎ_２及びＣＨ_３ＣＮの混合ガスが挙げられる。

上記内部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い。上記内部層を形成する際の反応容器３２内の圧力は０．１〜１０１３ｈＰａに制御されることが好ましい。なお、キャリアガスとしては、Ｈ_２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。

さらに、上記内部層を、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、上記内部層がＴｉＣＮ層である場合、ＭＴ−ＣＶＤ法で形成することが好ましい。

次に、上記内部層上にα−Ａｌ_２Ｏ_３層２０の下側部２０Ａを形成する。原料ガスとしては、例えば、ＡｌＣｌ_３、ＨＣｌ、ＣＯ、ＣＯ_２及びＨ_２Ｓの混合ガスを用いる。

原料ガス中におけるＣＯ_２の含有割合は、０．１〜６体積％であることが好ましく、０．５〜３体積％であることがより好ましく、０．６〜２．５体積％であることが更に好ましい。ＣＯ_２の好ましい流量は、０．１〜４Ｌ／ｍｉｎである。

原料ガス中におけるＨ_２Ｓの含有割合は、０．１〜１体積％であることが好ましく、０．５〜１体積％であることがより好ましく、０．５〜０．８体積％であることが更に好ましい。Ｈ_２Ｓの好ましい流量は、０．１〜０．５Ｌ／ｍｉｎである。

このとき、Ｈ_２Ｓに対するＣＯ_２の体積比（ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ）は、０．５〜４であることが好ましく、０．５〜２であることがより好ましい。

原料ガス中におけるＡｌＣｌ_３の含有割合は、２〜５体積％であることが好ましく、３〜４体積％であることがより好ましい。ＡｌＣｌ_３の好ましい流量は、例えば２．１Ｌ／ｍｉｎである。

原料ガス中におけるＨＣｌの含有割合は、１〜４体積％であることが好ましく、２〜３．５体積％であることがより好ましい。ＨＣｌの好ましい流量は、例えば２Ｌ／ｍｉｎである。

原料ガス中におけるＣＯの含有割合は、０．１〜４体積％であることが好ましい。ＣＯの好ましい流量は、０．１Ｌ／ｍｉｎ〜２Ｌ／ｍｉｎである。

反応容器３２内の温度は９５０〜１０００℃に制御されることが好ましい。反応容器３２内の圧力は５０〜１００ｈＰａに制御されることが好ましい。温度を上述の範囲で制御することにより、α−Ａｌ_２Ｏ_３の微粒組織が形成され易くなる。また、キャリアガスとしてはＨ_２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。

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る。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−Ａｌ_２Ｏ_３層２０における粗粒の割合を低下させたり、後述する第３工程において（００６）面配向性を高めるためには、原料ガスのうち、ＣＯ_２ガスとＨ_２Ｓガスとの流量比（ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ）の制御が重要である。

＜第３工程：α−Ａｌ_２Ｏ_３層における上側部を形成する工程＞
第３工程では、化学気相蒸着法を用いて、二酸化炭素ガス及び硫化水素ガスを含む原料ガスから、上記下側部上に上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層における上側部が形成される。

原料ガスとしては、例えば、ＡｌＣｌ_３、ＨＣｌ、ＣＯ_２及びＨ_２Ｓの混合ガスを用いる。

原料ガス中におけるＣＯ_２の含有割合は、０．１５〜８体積％であることが好ましく、０．５〜３体積％であることがより好ましく、０．６〜２．５体積％であることが更に好ましい。ＣＯ_２の好ましい流量は、０．１〜４Ｌ／ｍｉｎである。

原料ガス中におけるＨ_２Ｓの含有割合は、０．１５〜１体積％であることが好ましく、０．５〜１体積％であることがより好ましく、０．５〜０．８体積％であることが更に好ましい。Ｈ_２Ｓの好ましい流量は、０．１〜０．５Ｌ／ｍｉｎである。

このとき、Ｈ_２Ｓに対するＣＯ_２の体積比（ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ）は、０．５を超えて４以下であることが好ましく、０．５を超えて２以下であることがより好ましい。

さらに、上記第２工程における上記Ｈ_２Ｓに対する上記ＣＯ_２の体積比（ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ）をＲ１とし、上記第３工程における上記Ｈ_２Ｓに対する上記ＣＯ_２の体積比（ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ）をＲ２とした場合、（Ｒ１／Ｒ２）＜１を満たすことが好ましく、０．０１≦（Ｒ１／Ｒ２）＜１を満たすことがより好ましい。

原料ガス中におけるＡｌＣｌ_３の含有割合は、６〜１２体積％であることが好ましく、８〜１０体積％であることがより好ましい。ＡｌＣｌ_３の好ましい流量は、例えば４．５Ｌ／ｍｉｎである。

原料ガス中におけるＨＣｌの含有割合は、１〜４体積％であることが好ましく、１．５〜３体積％であることがより好ましい。ＨＣｌの好ましい流量は、例えば１Ｌ／ｍｉｎである。

反応容器３２内の温度は９５０〜１０００℃に制御されることが好ましい。反応容器３２内の圧力は５０〜１００ｈＰａに制御されることが好ましい。温度を上述の範囲で制御することにより、α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒の成長が促進される。また、キャリアガスとしてはＨ_２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。

＜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、本実施形態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。上記追加工程としては例えば、上記内部層と上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層との間に中間層を形成する工程、上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層上に最外層を形成する工程、及び被膜にブラスト処理を行う工程等が挙げられる。中間層及び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。

以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
（付記１）
基材と、前記基材を被覆する被膜とを備える表面被覆切削工具であって、
前記被膜は、前記基材上に設けられたα−Ａｌ_２Ｏ_３層を含み、
前記α−Ａｌ_２Ｏ_３層は、α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒を含み、
前記α−Ａｌ_２Ｏ_３層は、下側部と上側部とを含み、
前記下側部は、前記基材の側の第一界面から厚み方向に０．２μｍ離れた地点を通る前記第一界面に平行な仮想平面Ａと、前記仮想平面Ａから更に厚み方向に１．３μｍ離れた地点を通る前記第一界面に平行な仮想平面Ｂとに挟まれた領域であり、
前記上側部は、前記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に０．５μｍ離れた地点を通る前記第二界面に平行な仮想平面Ｃと、前記仮想平面Ｃから更に厚み方向に１μｍ離れた地点を通る前記第二界面に平行な仮想平面Ｄとに挟まれた領域であり、
前記第一界面は、前記第二界面に平行であり、
前記第二界面の法線を含む平面で前記α−Ａｌ_２Ｏ_３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α−Ａｌ_２Ｏ_３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、
前記上側部は、（００６）面の法線方向が前記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる前記α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、
前記下側部は、（００６）面の法線方向が前記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる前記α−Ａｌ_２Ｏ_３の結晶粒の占める面積比率が５０％以上である、表面被覆切削工具。
（付記２）
前記α−Ａｌ_２Ｏ_３層は、その厚みが３μｍ以上２０μｍ以下である、付記１に記載の表面被覆切削工具。
（付記３）
前記被膜は、前記基材と前記α−Ａｌ_２Ｏ_３層との間に設けられている内部層を更に含み、
前記内部層は、ＴｉＣＮを含む、付記１又は付記２に記載の表面被覆切削工具。
（付記４）
前記被膜は、前記内部層と前記α−Ａｌ_２Ｏ_３層との間に設けられている中間層を更に含み、
前記中間層は、チタン元素と、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み、
前記中間層は、前記内部層とは組成が異なる、付記１〜付記３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（付記５）
前記被膜は、前記α−Ａｌ_２Ｏ_３層上に設けられている最外層を更に含み、
前記最外層は、チタン元素と、Ｃ、Ｎ及びＢからなる群より選ばれる１種の元素とからなる化合物を含む、付記１〜付記４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（付記６）
前記被膜は、その厚みが３μｍ以上３０μｍ以下である、付記１〜付記５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。

≪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。

＜内部層、中間層を形成する工程＞
後述の第２工程の前に、準備した基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、内部層及び中間層をこの順に形成させた。各層の形成条件を以下に示す。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、内部層及び中間層の厚み、並びに、中間層の組成を表１に示す。

（内部層：ＴｉＣＮ）
原料ガス：ＴｉＣｌ_４（１５Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ_３ＣＮ（１．５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ_２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ_２（８０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：９５ｈＰａ
温度 ：８６０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した

（中間層：ＴｉＣＮＯ、ＴｉＣＮ又はＴｉＢＮ）
（ＴｉＣＮＯの場合）
原料ガス：ＴｉＣｌ_４（０．５Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ_４（３．２Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ（０．５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ_２（３０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ_２（５０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：１５０ｈＰａ
温度 ：９８０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した

（ＴｉＣＮの場合）
原料ガス：ＴｉＣｌ_４（４．５Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ_３ＣＮ（２．５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ_２（３５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ_２（６５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：７５ｈＰａ
温度 ：９７５℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した

（ＴｉＢＮの場合）
原料ガス：ＴｉＣｌ_４（４Ｌ／ｍｉｎ）、ＢＣｌ_３（０．４Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ_２（２５Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ_２（５５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：７０ｈＰａ
温度 ：１０００℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した

＜第２工程：α−Ａｌ_２Ｏ_３層における下側部を形成する工程＞
内部層及び中間層が形成された基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、α−Ａｌ_２Ｏ_３層における下側部を形成させて、後工程の第３工程に移った。α−Ａｌ_２Ｏ_３層における下側部の形成条件を以下に示す。また、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の厚みを表１に示す。

（α−Ａｌ_２Ｏ_３層の下側部）
原料ガス：ＡｌＣｌ_３（２．１Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ_２（０．１〜４Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ（０．１〜２．０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ_２Ｓ（０．１〜０．５Ｌ／ｍｉｎ）、ＨＣｌ（２．０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ_２（６０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：５０〜１００ｈＰａ
温度 ：９５０〜１０００℃
成膜時間：下側部の厚みが２μｍとなるように適宜調製した

＜第３工程：α−Ａｌ_２Ｏ_３層における上側部を形成する工程＞
次に、α−Ａｌ_２Ｏ_３層における下側部が形成された基材に対し、ＣＶＤ装置を用いて、α−Ａｌ_２Ｏ_３層における上側部を形成させることで、α−Ａｌ_２Ｏ_３層を形成した。α−Ａｌ_２Ｏ_３層における上側部の形成条件を以下に示す。ここで、上記第２工程における上記Ｈ_２Ｓに対する上記ＣＯ_２の体積比（ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ）をＲ１とし、上記第３工程における上記Ｈ_２Ｓに対する上記ＣＯ_２の体積比（ＣＯ_２／Ｈ_２Ｓ）をＲ２とした場合における比率Ｒ１／Ｒ２を表１に示す。

（α−Ａｌ_２Ｏ_３層の上側部）
原料ガス：ＡｌＣｌ_３（４．５Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ_２（０．１〜４Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ_２Ｓ（０．１〜０．５Ｌ／ｍｉｎ）、ＨＣｌ（１．０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ_２（５０Ｌ／ｍｉｎ）圧力 ： ５０〜１００ｈＰａ
温度 ： ９５０〜１０００℃
成膜時間：下側部と上側部との合計の厚みが表１に示される厚みとなるように適宜調製した

＜最外層を形成する工程＞
最後に、上記α−Ａｌ_２Ｏ_３層が形成された基材（ただし、試料７、８及びｃを除く。）に対し、ＣＶＤ装置を用いて、最外層を形成させた。最外層の形成条件を以下に示す。また、最外層の厚み及び組成を表１に示す。

（最外層：ＴｉＮ、ＴｉＣ又はＴｉＢ_２）
（ＴｉＮの場合）
原料ガス：ＴｉＣｌ_４（４Ｌ／ｍｉｎ）、Ｎ_２（２０Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ_２（７０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：１４０ｈＰａ
温度 ：９９０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した

（ＴｉＣの場合）
原料ガス：ＴｉＣｌ_４（２Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＨ_４（３Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ_２（７５Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：３００ｈＰａ
温度 ：９８０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した

（ＴｉＢ_２の場合）
原料ガス：ＴｉＣｌ_４（１５Ｌ／ｍｉｎ）、ＢＣｌ_３（０．３Ｌ／ｍｉｎ）、Ｈ_２（７０Ｌ／ｍｉｎ）
圧力 ：３５０ｈＰａ
温度 ：９９０℃
成膜時間：表１に示される厚みとなるように適宜調製した

以上の手順によって、試料１〜１２及び試料ａ〜ｅの切削工具を作製した。

≪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。ここで、試料１〜１２は実施例に相当し、試料ａ〜ｅは比較例に相当する。

＜カラーマップの作成＞
まず、被膜におけるα−Ａｌ_２Ｏ_３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ＷＡＴＥＲＰＲＯＯＦ ＰＡＰＥＲ、＃４００、＃８００、＃１５００）で研磨を実施し、α−Ａｌ_２Ｏ_３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：α−Ａｌ_２Ｏ_３層の第二界面の法線方向（すなわち切断面におけるα−Ａｌ_２Ｏ_３層の厚み方向に平行となる直線方向）から０°
照射時間：６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２０μｍ（α−Ａｌ_２Ｏ_３層の厚み方向）×３０μｍ（α−Ａｌ_２Ｏ_３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。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。具体的には、まずα−Ａｌ_２Ｏ_３層の断面に含まれる各結晶粒の結晶方位を特定した。ここで特定される各結晶粒の結晶方位は、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の断面に現れる各結晶粒を、当該断面の法線方向（図４において紙面を貫く方向）から平面視したときに観察される結晶方位である。そして、得られた各結晶粒の結晶方位に基づいて、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の第二界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４）。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、α−Ａｌ_２Ｏ_３層の下側部における（００６）面配向性結晶粒の占める面積比率、及びα−Ａｌ_２Ｏ_３層の上側部における（００６）面配向性結晶粒の占める面積比率を求めた。その結果を表２に示す。ここで、上記下側部は、上記基材の側の第一界面から厚み方向に０．２μｍ離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Ａと、上記仮想平面Ａから更に厚み方向に１．３μｍ離れた地点を通る上記第一界面に平行な仮想平面Ｂとに挟まれた領域である（例えば、図４）。上記上側部は、上記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に０．５μｍ離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Ｃと、上記仮想平面Ｃから更に厚み方向に１μｍ離れた地点を通る上記第二界面に平行な仮想平面Ｄとに挟まれた領域である（例えば、図４）。

≪切削試験≫
（切削評価（１）：連続加工試験）
上述のようにして作製した試料（試料１〜１２及び試料ａ〜ｅ）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、１５分切削を行った後の、切削工具の先端部における塑性変形量を測定した。その結果を表２に示す。塑性変形量が小さいほど耐組成変形性に優れる切削工具として評価することができる。上記塑性変形量は、以下の手順で測定した。まず、工具顕微鏡を用いて切削工具をにげ面側から観察した。次に、観察した画像を元に、切削試験前における切削工具のノーズR先端部が存在した位置から、切削加工によって垂れ下がって変形した量（ｍｍ）をコンパレータ―を用いて測定した。
断続加工の試験条件
被削材 ：ＳＫ５
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り ：０．５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２ｍｍ
切削油 ：湿式

（切削評価（２）：連続加工試験）
上述のようにして作製した試料（試料１〜１２及び試料ａ〜ｅ）の切削工具を用いて、以下の切削条件により、１０分間切削を行った後の、逃げ面における平均摩耗量を測定した。その結果を表２に示す。平均摩耗量が小さいほど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。
連続加工の試験条件
被削材 ：ＳＣｒ４４０Ｈ
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
送り ：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２ｍｍ
切削油 ：湿式

表２の結果から試料１〜１２の切削工具（実施例の切削工具）は、連続加工における塑性変形量が０．１８ｍｍ以下の良好な結果が得られた（例えば、図６）。一方試料ａ〜ｅの切削工具（比較例の切削工具）は、連続加工における塑性変形量が０．３５ｍｍ以上であった（例えば、図７）。以上の結果から、実施例の切削工具は、比較例の切削工具に比べて耐塑性変形性に優れることが分かった。

表２の結果から、試料１〜１２の切削工具（実施例の切削工具）は、連続加工における逃げ面の平均摩耗量が０．１４ｍｍ以下の良好な結果が得られた。一方試料ａ〜ｅの切削工具（比較例の切削工具）は、連続加工における逃げ面の平均摩耗量が０．２７ｍｍ以上であった。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。

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。

１ すくい面、 ２ 逃げ面、 ３ 刃先稜線部、 １０ 基材、 ２０ α−Ａｌ_２Ｏ_３層、 ２０ａ 第一界面、 ２０ｂ 第二界面、 ２０Ａ 下側部、 ２０Ｂ 上側部、 ２１ 内部層、 ２２ 中間層、 ２３ 最外層、 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 噴出孔、 ４０ 被膜、 ５０ 切削工具、 Ａ 仮想平面Ａ、 Ｂ 仮想平面Ｂ、 Ｃ 仮想平面Ｃ、 Ｄ 仮想平面Ｄ

Claims (6)

1. 基材と、前記基材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−アルミナ層を含み、
   前記α−アルミナ層は、α−アルミナの結晶粒を含み、
   前記α−アルミナ層は、下側部と上側部とを含み、
   前記下側部は、前記基材の側の第一界面から厚み方向に０．２μｍ離れた地点を通る前記第一界面に平行な仮想平面Ａと、前記仮想平面Ａから更に厚み方向に１．３μｍ離れた地点を通る前記第一界面に平行な仮想平面Ｂとに挟まれた領域であり、
   前記上側部は、前記基材の側と反対の第二界面から厚み方向に０．５μｍ離れた地点を通る前記第二界面に平行な仮想平面Ｃと、前記仮想平面Ｃから更に厚み方向に１μｍ離れた地点を通る前記第二界面に平行な仮想平面Ｄとに挟まれた領域であり、
   前記第一界面は、前記第二界面に平行であり、
   前記第二界面の法線を含む平面で前記α−アルミナ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α−アルミナ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、
   前記上側部は、（００６）面の法線方向が前記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる前記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、
   前記下側部は、（００６）面の法線方向が前記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる前記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、
   前記下側部は、（２１４）面の法線方向が前記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる前記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が１８％以下であり、
   前記α−アルミナ層の厚みが３μｍ以上２０μｍ以下であり、
   前記α−アルミナ層は、前記第一界面及び前記第二界面以外の界面を有さない、切削工具。
2. 前記カラーマップにおいて、
   前記下側部は、（２１４）面の法線方向が前記第二界面の法線方向に対して±１５°以内となる前記α−アルミナの結晶粒の占める面積比率が４％以上である、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記被膜は、前記基材と前記α−アルミナ層との間に設けられている内部層を更に含み、
   前記内部層は、ＴｉＣＮを含む、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
4. 前記被膜は、前記内部層と前記α−アルミナ層との間に設けられている中間層を更に含み、
   前記中間層は、チタン元素と、炭素、窒素、ホウ素及び酸素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み、
   前記中間層は、前記内部層とは組成が異なる、請求項３に記載の切削工具。
5. 前記被膜は、前記α−アルミナ層上に設けられている最外層を更に含み、
   前記最外層は、チタン元素と、炭素、窒素及びホウ素からなる群より選ばれる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。
6. 前記被膜の厚みが３μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の切削工具。

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