JP7103568B1 - 切削工具 - Google Patents

Abstract

基材と、基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、被膜は、複数のα－Ａｌ２Ｏ３粒子からなるα－Ａｌ２Ｏ３層を含み、α－Ａｌ２Ｏ３層の第１領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ａは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、第２領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｂは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、第３領域におけるα－Ａｌ２Ｏ３粒子の平均粒径ｃは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である。

Description

本開示は、切削工具に関する。

従来から、基材上に被膜を形成した切削工具が用いられている。α型結晶構造を有する酸化アルミニウム（以下「α－Ａｌ_２Ｏ_３」とも記す。）は、機械的特性に優れるため、被膜材料として用いられている（特開平６－３１６７５８号公報（特許文献１）、特開２０１３－１１１７２０号公報（特許文献２））。

特開平６－３１６７５８号公報 特開２０１３－１１１７２０号公報

本開示の切削工具は、
基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
前記被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を含み、
前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、複数のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子からなり、
前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、第１領域、第２領域及び第３領域を含み、
前記第１領域は、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の前記基材側の界面Ｐ１と、前記界面Ｐ１から前記被膜の表面側への距離が０．５μｍである仮想面Ｓ１とに挟まれる領域であり、
前記第２領域は、前記仮想面Ｓ１と、前記仮想面Ｓ１から前記被膜の表面側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ２とに挟まれる領域であり、
前記第３領域は、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の表面Ｐ２、又は、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の前記被膜の表面側の界面Ｐ３と、前記表面Ｐ２又は前記界面Ｐ３から前記基材側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ３とに挟まれる領域であり、
前記第１領域における前記α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ａは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
前記第２領域における前記α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｂは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
前記第３領域における前記α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｃは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
前記ａと前記ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である、切削工具である。

図１は、実施形態１に係る切削工具の断面の一例を示す模式図である。 図２は、実施形態１に係る切削工具の断面の他の一例を示す模式図である。 図３は、実施形態１に係る切削工具の断面の他の一例を示す模式図である。 図４は、実施形態１に係る切削工具の断面の他の一例を示す模式図である。 図５は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の後方散乱電子像の一例を模式的に示す図である。 図６は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均粒径の測定方法を説明する図である。 図７は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均粒径の測定方法を説明する図である。

［本開示が解決しようとする課題］
α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、機械的特性に優れるが、他の層との密着性や耐欠損性の更なる向上が求められている。加えて、高硬度鋼では、更なる耐摩耗性の向上も求められている。

そこで、本開示は高硬度鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有する工具を提供することを目的とする。

［本開示の効果］
本開示の切削工具は、高硬度鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。

［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）本開示の切削工具は、
基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
前記被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を含み、
前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、複数のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子からなり、
前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、第１領域、第２領域及び第３領域を含み、
前記第１領域は、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の前記基材側の界面Ｐ１と、前記界面Ｐ１から前記被膜の表面側への距離が０．５μｍである仮想面Ｓ１とに挟まれる領域であり、
前記第２領域は、前記仮想面Ｓ１と、前記仮想面Ｓ１から前記被膜の表面側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ２とに挟まれる領域であり、
前記第３領域は、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の表面Ｐ２、又は、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の前記被膜の表面側の界面Ｐ３と、前記表面Ｐ２又は前記界面Ｐ３から前記基材側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ３とに挟まれる領域であり、
前記第１領域における前記α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ａは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
前記第２領域における前記α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｂは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
前記第３領域における前記α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｃは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
前記ａと前記ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である、切削工具である。

本開示の切削工具は、高硬度鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。

（２）前記平均粒径ｃは、０．１６μｍ以上０．２４μｍ以下であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。

（３）前記ｂ／ａは、１．５以上２．５以下であることが好ましい。これによると、第１領域と第２領域との密着力が向上し、耐欠損性が向上する。

（４）前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによると、優れた耐摩耗性と耐欠損性とを両立させることができる。

（５）前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（０ ０ １２）が３以上であることが好ましい。これによると、切削工具の耐摩耗性が向上する。

［本開示の実施形態の詳細］

本発明者等は、高硬度鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる工具の開発にあたり、特許文献１及び特許文献２に記載の従来の切削工具を用いて高硬度鋼の高能率加工を行い、加工後の工具の状態を観察した。

特許文献１では、摩耗量が大きかった。この理由は、特許文献１ではアルミナ層の粒径が０．５μｍ～３μｍと比較的大きいためと推察された。

特許文献２の工具では、欠損が生じやすい傾向があった。この理由は、特許文献２では、アルミナ層の下部側の粒径と、表面側の粒径との差が大きく、下部側と上部側との境界で結晶粒同士の界面が生じ、該界面が亀裂進展の起点となるためと推察された。

本発明者等は、上記の知見を基に鋭意検討の結果、優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有し、長い工具寿命を有する本開示の切削工具を完成させた。本開示の切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。

本明細書において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。

本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。たとえば「ＴｉＣＮ」と記載されている場合、ＴｉＣＮを構成する原子数の比は、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。

［実施形態１：切削工具］
本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）の切削工具は、
基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
前記被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を含み、
前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、複数のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子からなり、
前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、第１領域、第２領域及び第３領域を含み、
前記第１領域は、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の前記基材側の界面Ｐ１と、前記界面Ｐ１から前記被膜の表面側への距離が０．５μｍである仮想面Ｓ１とに挟まれる領域であり、
前記第２領域は、前記仮想面Ｓ１と、前記仮想面Ｓ１から前記被膜の表面側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ２とに挟まれる領域であり、
前記第３領域は、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の表面Ｐ２、又は、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の前記被膜の表面側の界面Ｐ３と、前記表面Ｐ２又は前記界面Ｐ３から前記基材側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ３とに挟まれる領域であり、
前記第１領域における前記α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ａは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
前記第２領域における前記α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｂは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
前記第３領域における前記α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｃは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
前記ａと前記ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である、切削工具である。

本実施形態の切削工具は、高硬度鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。その理由は明らかではないが、以下（ｉ）～（ｉｉｉ）の通りと推察される。

（ｉ）本実施形態の切削工具では、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の第１領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ａ（以下、「第１領域の平均粒径ａ」とも記す。）が０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下と小さい。このため、α－Ａｌ_２Ｏ_３層と、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層の基材側に接する層（以下、「下地層」とも記す。）、又は、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層に接する基材との密着力が大きい。このため、切削時において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層と、下地層又は基材との界面を起点とする亀裂進展が生じ難く、切削工具が優れた耐欠損性を有する。また、第１領域の平均粒径ａが上記の範囲であると、耐溶着剥離性が向上する。

（ｉｉ）本実施形態の切削工具では、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の第１領域の平均粒径ａと、第２領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｂ（以下、「第２領域の平均粒径ｂ」とも記す。）との差が小さく、かつ、第２領域の平均粒径ｂと、第３領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｃ（以下、「第３領域の平均粒径ｃ」とも記す。）との差が小さい。このため、第１領域と第２領域との間、及び、第２領域と第３領域との間に粒径差に起因する界面の発生が抑制される。該α－Ａｌ_２Ｏ_３層では、亀裂の起点となる界面の発生が抑制されているため、第１領域、第２領域及び第３領域間の密着力が大きく、切削工具は優れた耐欠損性を有する。

（ｉｉｉ）本実施形態の切削工具では、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の基材側領域で、基材側から工具表面側に向かって、α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒径が段階的に増加している。このため、工具表面からの亀裂伝搬距離が長く、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の基材側における亀裂の進展が抑制される。よって、切削工具は優れた耐欠損性を有する。

（ｉｖ）本実施形態の切削工具では、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の第３領域の平均粒径ｃが０．１０μｍ以上であるため、工具表面からの亀裂進展が抑制され、切削工具は優れた耐欠損性を有する。平均粒径ｃが０．３０μｍ以下であるため、切削工具は優れた耐摩耗性を有する。

（ｖ）本実施形態の切削工具では、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の第１領域の平均粒径ａと、第２領域の平均粒径ｂとの比ｂ／ａが１．５以上であり、平均粒径ａに対して平均粒径ｂが大きいため、第１領域及び第２領域において、被膜の厚み方向に対して亀裂が進展しにくく、切削工具は優れた耐欠損性を有する。また、ｂ／ａが５以下であり、平均粒径ａと平均粒径ｂとの差が小さいため、粒径差に起因する界面の発生が抑制される。該α－Ａｌ_２Ｏ_３層では、亀裂の起点となる界面の発生が抑制されているため、第１領域と第２領域との密着力が大きく、切削工具は優れた耐欠損性を有する。

（ｖｉ）本実施形態の切削工具は、上記（ｉ）～（ｖ）の通り、優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有し、高硬度鋼の高能率加工においても、長い工具寿命を有することができる。

＜切削工具の構成＞
図１に示されるように、本実施形態の切削工具１は、基材１０と、該基材１０上に配置された被膜１５とを備え、該被膜１５は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層１１を含む。被膜１５は、基材のすくい面の切削に関与する部分の少なくとも一部を被覆することが好ましく、基材の切削に関与する部分の少なくとも一部を被覆することが好ましく、基材の全面を被覆することが更に好ましい。基材の切削に関与する部分とは、基材表面において、刃先稜線からの距離が１．５ｍｍ以内の領域を意味する。基材の一部がこの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、本開示の範囲を逸脱するものではない。

＜切削工具の用途＞
本開示の切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル（例えば、ボールエンドミル）、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＞
基材１０は、すくい面と逃げ面とを含み、この種の基材として従来公知のものであればいずれも使用することができる。例えば、超硬合金（例えば、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金等のＷＣ基超硬合金、該超硬合金はＴｉ、Ｔａ、Ｎｂなどの炭窒化物を含むことができる）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮなどを主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、立方晶型窒化ホウ素焼結体またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。

これらの各種基材の中でも超硬合金（特にＷＣ基超硬合金）またはサーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。これらの基材は、高温における硬度と強度のバランスに優れ、上記用途の切削工具の基材として優れた特性を有している。基材としてＷＣ基超硬合金を用いる場合、その組織中に遊離炭素、ならびにη相またはε相と呼ばれる異常層などを含んでいてもよい。

さらに基材は、その表面が改質されていてもよい。例えば超硬合金の場合、その表面に脱β層が形成されていたり、サーメットの場合に表面硬化層が形成されていてもよい。基材は、その表面が改質されていても所望の効果が示される。

切削工具が刃先交換型切削チップなどである場合、基材は、チップブレーカーを有しても、有さなくてもよい。刃先稜線部の形状は、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）、又は、ホーニングとネガランドを組み合わせたもの等、いずれも採用できる。

＜被膜＞
被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を含む。たとえば被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を１層以上含み、さらに他の層を含んだ複数の層から構成することができる。

被膜１５は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層１１に加えて、他の層を含むことができる。例えば、図２の切削工具２１に示されるように、被膜２５は、基材１０とα－Ａｌ_２Ｏ_３層１１との間に配置される下地層１２を更に含むことができる。

図３の切削工具３１に示されるように、被膜３５は、下地層１２に加えて、α－Ａｌ_２Ｏ_３層１１上に配置される表面層１３を含むことができる。

図４の切削工具４１に示されるように、被膜４５は、下地層１２及び表面層１３に加えて、下地層１２とα－Ａｌ_２Ｏ_３層１１との間に配置される中間層１４を更に含むことができる。下地層、表面層及び中間層の詳細は後述する。

基材上に配置される被膜全体の平均厚さは、３μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。これによると、被膜は優れた耐摩耗性及び耐剥離性を有することが出来る。被膜の平均厚さは、５μｍ以上２５μｍ以下がより好ましく、８μｍ以上２０μｍ以下が更に好ましい。

上記被膜の厚さは、例えば基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルを得て、このサンプルを走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）で観察することにより測定される。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。

本明細書において「厚さ」といった場合、その厚さは平均厚さを意味する。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５０００倍とし、電子顕微鏡像中に（基材表面に平行な方向３０μｍ）×（被膜の厚さ全体を含む距離）の矩形の測定視野を設定し、該視野において１０箇所の厚み幅を測定し、その平均値を「厚さ」とする。下記に記載される下地層、中間層及び表面層の厚さ及び平均厚さについても、同様に測定し、算出される。

なお、同一の試料において、すくい面上の被膜又は逃げ面上の被膜を含む複数の測定視野を任意に選択し、該測定視野において上記の測定を行い、上記の平均厚さを算出しても、同様の結果が得られることが確認された。

＜α－Ａｌ_２Ｏ_３層＞
（α－Ａｌ_２Ｏ_３層の構成）
本実施形態において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、複数のα－Ａｌ_２Ｏ_３（結晶構造がα型である酸化アルミニウム）粒子からなる。すなわち、α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、多結晶のα－Ａｌ_２Ｏ_３から構成される。α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、本実施形態の効果を奏する限り、不可避不純物等を含むことができる。すなわち、本開示の効果を損なわない限りにおいて、α－Ａｌ_２Ｏ_３層に他の成分が含まれることが許容される。

本実施形態において、基材１０のすくい面上に配置されたα－Ａｌ_２Ｏ_３層１１は、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２及び第３領域Ａ３を含む。本明細書において、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２及び第３領域Ａ３は、以下の領域と定義される。

第１領域Ａ１は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層１１の基材１０側の界面Ｐ１と、該界面Ｐ１から被膜１５の表面Ｐ２側への距離が０．５μｍである仮想面Ｓ１とに挟まれる領域である。ここで、界面Ｐ１は第１領域Ａ１に含まれ、仮想面Ｓ１は第１領域Ａ１に含まれない。

第２領域Ａ２は、仮想面Ｓ１と、該仮想面Ｓ１から被膜１５の表面Ｐ２側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ２とに挟まれる領域である。ここで、仮想面Ｓ１及び仮想面Ｓ２は、第２領域Ａ２に含まれる。

α－Ａｌ_２Ｏ_３層１１が被膜の最表面に配置されている場合（例えば、図１及び図２）、第３領域Ａ３は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層１１の表面Ｐ２と、該表面Ｐ２から基材側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ３とに挟まれる領域である。ここで、表面Ｐ２及び仮想面Ｓ３は第３領域Ａ３に含まれる。

α－Ａｌ_２Ｏ_３層１１上に他の層（表面層）が配置されている場合（例えば、図３及び図４）、第３領域Ａ３は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層１１の被膜の表面側の界面Ｐ３と、該界面Ｐ３から基材１０側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ３とに挟まれる領域である。ここで、界面Ｐ３及び仮想面Ｓ３は第３領域Ａ３に含まれる。

第２領域と第３領域とは、接することができる。また、第２領域と第３領域との間に他の領域が配置されていてもよい。この場合、他の領域は、上記仮想面Ｓ２と上記仮想面Ｓ３とに挟まれる領域である。

（α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径）

本実施形態において、第１領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ａは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、第２領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｂは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、第３領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｃは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、ａとｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である。

第１領域のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ａが０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であると、α－Ａｌ_２Ｏ_３層と、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層の基材側に接する層、又は、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層に接する基材との密着力が大きい。このため、切削時において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層と、下地層又は基材との界面を起点とする亀裂進展が生じ難く、切削工具が優れた耐欠損性を有する。平均粒径ａは、密着力及び耐欠損性の向上の観点から、０．１２μｍ以上０．２８μｍ以下が好ましく、０．１４μｍ以上０．２６μｍ以下がより好ましく、０．１６μｍ以上０．２４μｍ以下が更に好ましい。

第２領域のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｂが０．３０μｍ以上であると、工具表面からの亀裂進展を抑制することができ、耐欠損性が向上する。一方、平均粒径ｂが０．５０μｍ以下であると、第１領域のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ａとの差が小さいため、第１領域と第２領域との粒径差に起因する界面の発生が抑制される。よって該界面を起点とする亀裂進展が生じ難く、第１領域と第２領域との密着力の低下が抑制され、切削工具は優れた耐欠損性を有することができる。更に、第２領域のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｂと、第３領域のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｃとの差が小さいため、第２領域と第３領域との粒径差に起因する界面の発生が抑制される。よって、該界面を起点とする亀裂進展が生じ難く、第２領域と第３領域との密着力の低下が抑制され、切削工具が優れた耐欠損性を有することができる。平均粒径ｂは、密着力及び耐欠損性の向上の観点から、０．３２μｍ以上０．４８μｍ以下が好ましく、０．３４μｍ以上０．４６μｍ以下がより好ましく、０．３６μｍ以上０．４４μｍ以下が更に好ましい。

第３領域のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｃが０．１０μｍ以上であるため、工具表面からの亀裂進展が抑制され、切削工具が優れた耐欠損性を有することができる。平均粒径ｃが０．３０μｍ以下であるため、切削工具は優れた耐摩耗性を有することができる。平均粒径ｃは、０．１２μｍ以上０．２８μｍ以下が好ましく、０．１４μｍ以上０．２６μｍ以下がより好ましく、０．１６μｍ以上０．２４μｍ以下が更に好ましい。

平均粒径ａと平均粒径ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である。比ｂ／ａが１．５以上であると、平均粒径ａに対して平均粒径ｂが大きいため、第１領域及び第２領域において厚み方向に対して亀裂が進展しにくく、切削工具は優れた耐欠損性を有する。また、ｂ／ａが５以下であると、平均粒径ａと平均粒径ｂとの差が小さいため、第１領域と第２領域との密着力が向上し、第１領域及び第２領域での亀裂の発生が抑制される。よって、切削工具は優れた耐摩耗性を有する。

本明細書において、平均粒径ａ、平均粒径ｂ、及び、平均粒径ｃは以下（Ａ１）～（Ａ８）の手順で測定される。

（Ａ１）基材のすくい面の法線に沿って切削工具をダイヤモンドワイヤーで切り出し、α―Ａｌ_２Ｏ_３層の断面を露出させる。露出された断面に対してＡｒイオンによるイオンミーリングを行い、断面を鏡面状態とする。該イオンミーリング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

（Ａ２）鏡面状態の断面を、電解放出型走査電子顕微鏡（ＥＦ－ＳＥＭ）で５０００倍で観察し、後方散乱電子像（ＥＢＳＤ）を得る。図５は、ＥＢＳＤの一例を模式的に示す図である。

（Ａ３）上記ＥＢＳＤ中で、α―Ａｌ_２Ｏ_３層の基材側の界面Ｐ１の凹凸の谷底Ｂ１と山頂Ｔ１とのすくい面の法線方向に沿う距離の差Ｄ１が０．５μｍ以下の領域を特定し、該領域を含むように測定範囲を設定する。該測定範囲は、（横方向（すくい面と平行な方向）：３０μｍ）×（縦方向（すくい面の法線方向）：被膜全体を含む長さ）の矩形とする。

（Ａ４）上記測定範囲内で、界面Ｐ１の谷底Ｂ１と山頂Ｔ１との中間の位置に基準線ＬＳ１を設定する。

（Ａ５）上記基準線ＬＳ１から切削工具の表面方向に０．２μｍ離れた線Ｌ１上で、α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の横方向の粒径を測定する。測定範囲中の全てのα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒径を測定し、これらの平均値を第１領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ａとする。

（Ａ６）上記基準線ＬＳ１から切削工具の表面方向に１．１μｍ離れた線Ｌ２上で、α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の横方向の粒径を測定する。測定範囲中の全てのα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒径を測定し、これらの平均値を第２領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｂとする。

（Ａ７）上記測定範囲内で、α－Ａｌ_２Ｏ_３層が被膜の最表面に配置されている場合はα－Ａｌ_２Ｏ_３層の表面Ｐ２、又は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の上に表面層が配置されている場合はα－Ａｌ_２Ｏ_３層の被膜の表面側の界面Ｐ３（α－Ａｌ_２Ｏ_３層と表面層との界面）から基材方向に０．６μｍ離れた線Ｌ３上で、α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の横方向の粒径を測定する。測定範囲中の全てのα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒径を測定し、これらの平均値を第３領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｃとする。なお、表面Ｐ２及び界面Ｐ３が凹凸を有する場合は、測定範囲内の最も基材側に位置する谷底を通過し、上記基準線ＬＳ１に平行な線から、基材方向に０．６μｍ離れた位置に上記線Ｌ３を設定する。

上記（Ａ５）において、界面の谷底Ｂ１と山頂Ｔ１との差が大きく（例えば０．５μｍ）、図６に示されるように、線Ｌ１が基材内部に存在する場合、基材内部（例えば図６のＸで示される領域）の線Ｌ１上ではα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒径の測定を行わず、α－Ａｌ_２Ｏ_３層内についてのみα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒径の測定を行い、平均粒径ａを算出する。

上記の線Ｌ１を設定するに当たり、本発明者らは、図７に示されるように、第１領域において、基準線ＬＳ１からのすくい面の法線方向に沿った距離が０．１μｍ以上０．５μｍ未満の範囲で、０．１μｍ間隔の位置を通る線Ｌａ１～線Ｌｄ１を設定し、それぞれの線上及び界面Ｓ１上で、測定範囲中の全てのα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒径を測定し、これらの平均値を算出した。この結果、線Ｌ１に相当する線Ｌｂ１上の平均粒径が０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下の場合、線Ｌａ１～線Ｌｄ１及び界面Ｓ１上の平均粒径も０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下となることが確認された。この理由は、核生成の初期の段階では下地の配向や凹凸の影響を大きく受けるため、Ａｌ_２Ｏ_３結晶は柱状(もしくは表面に向かって断面粒径が大きくなる状態)ではなく、粒状(界面に対し垂直・平行にある程度均等)に成長するためと推察される。

同一の切削工具において、異なる測定範囲を任意に選択し、該測定範囲において上記の測定を行っても同様の結果が得られることが確認された。更に、異なる切削工具において、異なる測定範囲を任意に選択し、該測定範囲において上記の測定を行っても同様の結果が得られることが確認された。従って、線Ｌ１上の平均粒径が０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であることは、第１領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ａが０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であることを意味する。

上記の線Ｌ２を設定するに当たり、本発明者らは、図７に示されるように、第２領域において、基準線ＬＳ１からのすくい面の法線方向に沿った距離が０．５μｍ以上１．５μｍ以下の範囲で、０．２μｍ間隔の位置を通る線Ｌａ２～線Ｌｆ２を設定し、それぞれの線上で、測定範囲中の全てのα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒径を測定し、これらの平均値を算出した。この結果、線Ｌ２に相当する線Ｌｄ２上の平均粒径が０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下の場合、線Ｌａ２～線Ｌｆ２上の平均粒径も０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下となることが確認された。この理由は、以下の通りと推察される。第２領域は核生成から結晶成長への遷移領域である。第１領域ではガス条件に加え、下地の配向、凹凸等の影響を受けて核生成が起きていたが、第２領域ではガス条件の影響が優位になり、第１領域とは異なった核(配向、形状等)が優位となる。核生成で生まれた結晶が淘汰される一方で、新たなガス条件で安定な核が生成されるため、全体の粒子数に大きな変化は起こらず粒径の変化は大きくないと推察される。また、本開示では、第１領域及び第２領域形成時のガス条件を調整して、結晶の淘汰と核生成を穏やかに遷移させることにより、第２領域を厚み方向に広げ、粒径を維持している。

同一の切削工具において、異なる測定範囲を任意に選択し、該測定範囲において上記の測定を行っても同様の結果が得られることが確認された。更に、異なる切削工具において、異なる測定範囲を任意に選択し、該測定範囲において上記の測定を行っても同様の結果が得られることが確認された。従って、線Ｌ２上の平均粒径が０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であることは、第２領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｂが０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であることを意味する。

上記の線Ｌ３を設定するに当たり、本発明者らは、図７に示されるように、第３領域において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の表面Ｐ２、又は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の被膜の表面側の界面Ｐ３からすくい面の法線方向に沿った距離が０μｍ以上１．０μｍ以下の範囲で、０．２μｍ間隔の位置を通る線Ｌａ３～線Ｌｆ３を設定し、それぞれの線上で、測定範囲中の全てのα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒径を測定し、これらの平均値を算出した。この結果、線Ｌ３に相当する線Ｌｄ３上の平均粒径が０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下の場合、線Ｌａ３～線Ｌｆ３上の平均粒径も０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下となることが確認された。この理由は、第３領域は完全に結晶成長領域であり、結晶の数の変化が少ないためと推察される。

同一の切削工具において、異なる測定範囲を任意に選択し、該測定範囲において上記の測定を行っても同様の結果が得られることが確認された。更に、異なる切削工具において、異なる測定範囲を任意に選択し、該測定範囲において上記の測定を行っても同様の結果が得られることが確認された。従って、線Ｌ３上の平均粒径が０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であることは、第３領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｃが０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であることを意味する。

切削工具において、第１領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ａが０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下、第２領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｂが０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下、第３領域におけるα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｃが０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下、かつ、ａとｂとの比ｂ／ａが１．５以上５．０以下である場合、線Ｌ２と線Ｌ３との距離が変化しても、効果への影響がないことが確認されている。

上記を踏まえると、本実施形態の切削工具について、以下の通り表現することもできる。
本開示の切削工具は、
基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
該被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を含み、
該α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、複数のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子からなり、
該被膜の表面の法線に沿う断面において、
該基材と該α－Ａｌ_２Ｏ_３層との界面に基づく基準線ＬＳ１から該α－Ａｌ_２Ｏ_３層側への距離が０．２μｍである線Ｌ１上での該α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径は、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
該基準線ＬＳ１から該α－Ａｌ_２Ｏ_３層側への距離が１．１μｍである線Ｌ２上での該α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径は、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
該α－Ａｌ_２Ｏ_３層の表面Ｐ２、又は、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層の該被膜の表面側の界面Ｐ３から該α－Ａｌ_２Ｏ_３層側への距離が０．６μｍである線Ｌ３上でのα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径は、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
該ａと該ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である、切削工具である。

（ｂ／ａ）
本実施形態の切削工具において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の第１領域の平均粒径ａと、第２領域の平均粒径ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である。ｂ／ａが１．５以上であり、平均粒径ａに対して平均粒径ｂが大きいため、第１領域及び第２領域において厚み方向に対して亀裂が進展しにくく、切削工具は優れた耐欠損性を有する。また、ｂ／ａが５以下であり、平均粒径ａと平均粒径ｂとの差異が小さいため、第１領域と第２領域との密着力が向上し、第１領域及び第２領域での亀裂の発生が抑制される。よって、切削工具は優れた耐摩耗性を有する。

ｂ／ａは、ｂ／ａは、第１領域と第２領域との密着力の向上、及び、耐欠損性向上の観点から、１．５以上２．５以下が好ましく、１．７以上２．３以下がより好ましく、１．９以上２．１以下が更に好ましい。

（配向性指数）
本開示において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、下記式（１）で示される配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（０ ０ １２）が３以上であることが好ましい。これによるとα－Ａｌ_２Ｏ_３層は、優れた耐摩耗性を有することができる。よって、切削工具は長い工具寿命を有することができる。

式（１）中、Ｉ（ｈｋｌ）は、（ｈｋｌ）反射面のＸ線回折強度を示し、Ｉ₀（ｈｋｌ）は、ＩＣＤＤのＰＤＦカード番号００－０１０－０１７３による標準強度を示す。また式（１）中のｎは、計算に用いた反射数を示し、本実施形態では８である。反射に用いた（ｈｋｌ）面は、（０１２）、（１０４）、（１１０）、（０ ０ １２）、（１１３）、（０２４）、（１１６）および（３００）である。

ＩＣＤＤ（登録商標）とは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｄａｔａ（国際回折データセンター）の略称である。また、ＰＤＦ（登録商標）とは、Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｆｉｌｅの略称である。

なお、本実施形態のα－Ａｌ_２Ｏ_３層のＴＣ（０ ０ １２）は、下記式（２）で示すことができる。

したがって、「配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（０ ０ １２）が３以上」とは、上記式（１）にＴＣ（０ ０ １２）を代入してなる上記式（２）により求まる数値が３以上であることを意味する。

上記ＴＣ（０ ０ １２）の値は、４以上がより好ましく、５以上が更に好ましい。ＴＣ（０ ０ １２）の値が大きいほど、耐摩耗性を効果的に向上させることができる。ＴＣ（０ ０ １２）の値の上限は制限されないが、計算に用いた反射面が８つであるから、８以下とすればよい。ＴＣ（０ ０ １２）の値は、３以上８以下、４以上８以下、５以上８以下とすることができる。

本開示において、α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、上記式（１）で示される配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（１１０）が２以上であることが好ましい。これによると、α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、優れた耐欠損性を有することができる。よって、切削工具は長い工具寿命を有することができる。

なお、本実施形態のα－Ａｌ_２Ｏ_３層のＴＣ（１１０）は、下記式（３）で示すことができる。

したがって、「配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（１１０）が２以上」とは、上記式（１）にＴＣ（１１０）を代入してなる上記式（３）により求まる数値が２以上であることを意味する。

上記ＴＣ（１１０）の値は、２.５上がより好ましく、３以上が更に好ましい。ＴＣ（（１１０）の値が大きいほど、耐欠損性を効果的に向上させることができる。ＴＣ（１１０）の値の上限は制限されないが、計算に用いた反射面が８つであるから、８以下とすればよい。ＴＣ（１１０）の値は、２以上８以下、２.５以上８以下、又は、３以上８以下とすることができる。

以上のようなＴＣ（ｈｋｌ）の測定は、Ｘ線回折装置を用いた分析により可能となる。ＴＣ（ｈｋｌ）は、たとえば、リガク株式会社製ＳｍａｒｔＬｂ／ａ（登録商標）（スキャンスピード：２１．７°／分、ステップ：０．０１°、スキャン範囲：１５～１４０°）を用いて以下のような条件で測定することができる。なお、本実施形態において、Ｘ線回折装置を用いたＴＣ（ｈｋｌ）の測定の結果を「ＸＲＤ結果」と称する。

特性Ｘ線： Ｃｕ－Ｋα
管電圧： ４５ｋＶ
管電流： ２００ｍＡ
フィルター： 多層ミラー
光学系： 集中法
Ｘ線回折法： θ－２θ法
Ｘ線回折装置を用いるに際して、切削工具の逃げ面にＸ線を照射する。通常、すくい面には凹凸が形成され、これに対して逃げ面は平坦になっていることから、外乱因子を排除するため、Ｘ線を逃げ面に照射することが好ましい。特に、刃先稜線部から２～４ｍｍ程度の範囲に広がる逃げ面上の箇所にＸ線を照射する。これによると、結果の再現性が高くなる。なお、本実施形態では、基材の逃げ面上のα－Ａｌ_２Ｏ_３層のＴＣ（ｈｋｌ）の値は、基材のすくい面上のα－Ａｌ_２Ｏ_３層のＴＣ（ｈｋｌ）の値と同一である。

なお、同一の試料において、複数の測定箇所を任意に選択し、各測定箇所について上記の測定を行っても、同様の結果が得られることが確認された。

（厚さ）
α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さは３μｍ以上１５μｍ以下が好ましい。これによると、優れた耐摩耗性と耐欠損性とを両立させることができる。該α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さの下限は、耐摩耗性向上の観点から、３μｍ以上が好ましく、４μｍ以上がより好ましく、５μｍ以上が更に好ましい。該α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さが３μｍ未満であると、厚さが不十分であるため、上記のα－Ａｌ_２Ｏ_３の平均粒径ａ、平均粒径ｂ、平均粒径ｃ並びにｂ／ａを規定することが不可能となる。該α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さの上限は、耐欠損性向上の観点から、１５μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下が好ましく、９μｍ以下がより好ましく、８μｍ以下が更に好ましい。該α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さは、３μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、４μｍ以上９μｍ以下がより好ましく、５μｍ以上８μｍ以下が更に好ましい。

α－Ａｌ_２Ｏ_３層の厚さは、上記の通り、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）等を用いて、切削工具の断面サンプルを観察することにより確認することができる。ここで、観察視野は、上記のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒径を測定する際に設定した測定範囲とする。

なお、同一の試料において、すくい面上の被膜又は逃げ面上の被膜を含む複数の測定範囲を任意に選択し、各測定範囲について上記の測定を行っても、同様の結果が得られることが確認された。

＜他の層＞
被膜は上述のとおり、α－Ａｌ_２Ｏ_３層以外に他の層を含むことができる。図２～図４に示されるように、他の層としては、下地層１２、表面層１３、中間層１４等が挙げられる。

（下地層）
下地層は、基材とα－Ａｌ_２Ｏ_３層との間に配置される。下地層としては、例えば、ＴｉＮ層を挙げることができる。ＴｉＮ層は、平均厚さが０．１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。これによると、被膜は優れた耐摩耗性及び耐欠損性を有することができる。

（表面層）
表面層としては、例えば、Ｔｉ（チタン）の炭化物、窒化物または硼化物のいずれかを主成分とすることが好ましい。表面層は、被膜において最も表面側に配置される層である。ただし、刃先稜線部においては形成されない場合もある。表面層は、例えば、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の直上に配置される。

「Ｔｉの炭化物、窒化物または硼化物のいずれかを主成分とする」とは、Ｔｉの炭化物、窒化物および硼化物のいずれかを９０質量％以上含むことを意味する。また、好ましくは不可避不純物を除きＴｉの炭化物、窒化物および硼化物のいずれかからなることを意味する。

Ｔｉの炭化物、窒化物および炭窒化物のいずれかのうち、特に好ましいのはＴｉの窒化物（すなわちＴｉＮで表される化合物）を主成分として表面層を構成することである。ＴｉＮはこれらの化合物のうち色彩が最も明瞭（金色を呈する）であるため、切削使用後の切削チップのコーナー識別（使用済み部位の識別）が容易であるという利点がある。表面層はＴｉＮ層からなることが好ましい。

表面層は、平均厚さが０．０５μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。これによると、表面層と、隣接する層との密着性が向上する。表面層の平均厚さの上限は０．８μｍ以下、０．６μｍ以下とすることができる。平均厚さの下限は０．１μｍ以上、０．２μｍ以上とすることができる。

＜中間層＞
中間層は、下地層とα－Ａｌ_２Ｏ_３層との間に配置される。中間層としては、例えば、ＴｉＣＮ層及びＴｉＣＮＯ層を挙げることができる。ＴｉＣＮ層及びＴｉＣＮＯ層は耐摩耗性に優れるため、被膜により好適な耐摩耗性を付与することができる。中間層は、平均厚さが１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。ここで、中間層の平均厚さとは、中間層が２層以上から形成される場合は、該２層以上の合計厚さの平均を意味する。

［実施形態２：切削工具の製造方法］
実施形態１の切削工具は、基材上に被膜を化学気相蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することによって製造することができる。被膜のうち、α－Ａｌ_２Ｏ_３層以外の他の層が形成される場合、他の層は化学気相蒸着装置を用いて従来公知の条件で形成することができる。一方、α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、例えば、以下のようにして形成することができる。なお、実施形態１の切削工具は、下記の製造方法で作製されたものに限定されず、他の製造方法で作製されてもよい。

α－Ａｌ_２Ｏ_３層の成膜条件は、例えば、温度９５０～１０５０℃、圧力１０～５０ｈＰａ、ガス流量（全ガス流量）５０～１００Ｌ／ｍｉｎとすることができる。「総ガス流量」とは、標準状態（０℃、１気圧）における気体を理想気体とし、単位時間当たりにＣＶＤ炉に導入された全容積流量を示す。

原料ガスとして、ＡｌＣｌ_３、ＨＣｌ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ及びＨ_２を用いる。成膜開始から、形成されたα－Ａｌ_２Ｏ_３層の厚さの変化に応じて、原料ガス中のＨＣｌ配合量を変化させる。具体的には、以下の通りとする。

成膜開始から、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の厚さが０．５μｍ未満までは、原料ガスの配合を、ＨＣｌ：７．５体積％以上９体積％以下、ＡｌＣｌ_３：２体積％以上５体積％以下、ＣＯ_２：０．１体積％以上６体積％以下、Ｈ_２Ｓ：０．１体積％以上１体積％以下及びＨ_２：原料ガス全体を１００体積％としたときの残りの体積％とする。これにより第１領域が形成される。

続いて、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の厚さが０．５μｍ以上１．５μｍ以下までは、原料ガスの配合を、ＨＣｌ：６体積％以上７．５体積％未満とし、第１領域形成時に比べて原料ガス中のＨＣｌの減少分だけＨ_２を増加させ、他のガスの配合は第１領域形成時と同一とする。これにより第２領域が形成される。

続いて、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の最終の厚さから１．０μｍ減じた厚さまで、上記の第２領域と同一の原料ガスを用いる。

続いて、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の最終の厚さから１．０μｍ減じた厚さからα－Ａｌ_２Ｏ_３層の表面までは、原料ガスの配合を、ＨＣｌ：７．５体積％以上９．０体積％未満とし、第２領域形成時に比べて、原料ガス中のＨＣｌの増加分だけＨ_２を減少させ、他のガスの配合は第２領域形成時と同一とする。これにより第３領域が形成される。

従来、ＨＣｌは、成膜中にα－Ａｌ_２Ｏ_３が過剰に生成し、気相中でα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子が形成されることを抑制するために用いられていた。気相中でα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子が形成されると、基材上にα－Ａｌ_２Ｏ_３層が形成されにくくなる。一方、原料ガス中のＨＣｌの配合量が多いと、成膜速度が落ちると考えられていた。従って、原料ガス中のＨＣｌの配合量を必要最小限とすることは技術常識であり、当業者は原料ガス中のＨＣｌの配合量を増加させるという技術的思想を有しなかった。

従来の技術常識に対して、本実施形態では上述の通り、α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒径の制御のためにＨＣｌ量を変化させている。更に、第１領域、第２領域及び第３領域形成時の原料ガス中のＨＣｌの配合量は、従来のα－Ａｌ_２Ｏ_３層の形成時に用いられていた原料ガス中のＨＣｌの配合量（例えば、２．８堆積％以上６体積％未満）よりも多い。これにより、第１領域、第２領域及び第３領域のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径が小さくなる。これは、本発明者らが、新たに見出した知見である。本発明者等は当該新規の知見に基づき、本実施形態の切削工具を完成させた。

［付記１］
本開示の切削工具は、
基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
該被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を含み、
該α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、複数のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子からなり、
該被膜の表面の法線に沿う断面において、
該基材と該α－Ａｌ_２Ｏ_３層との界面に基づく基準線ＬＳ１から該α－Ａｌ_２Ｏ_３層側への距離が０．２μｍである線Ｌ１上での該α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径は、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
該基準線ＬＳ１から該α－Ａｌ_２Ｏ_３層側への距離が１．１μｍである線Ｌ２上での該α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径は、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
該α－Ａｌ_２Ｏ_３層の表面Ｐ２、又は、該α－Ａｌ_２Ｏ_３層の該被膜の表面側の界面Ｐ３から該α－Ａｌ_２Ｏ_３層側への距離が０．６μｍである線Ｌ３上でのα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径は、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
該ａと該ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である、切削工具である。

本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。

［試料１～試料２８、試料１－１～試料１－９］
表１に記載の配合組成からなる原料粉末を均一に混合し、所定の形状に加圧成形した後、１３００～１５００℃で１～２時間焼結することにより、超硬合金製（形状：型番ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＵＸ（住友電工ハードメタル製））の基材を得た。表１中の「残り」とは、ＷＣが配合組成（質量％）の残部を占めることを示している。

＜被膜の形成＞
上記で得られた基材の表面に被膜を形成して切削工具を作製した。具体的には、基材を化学気相蒸着装置内にセットし、基材上に化学気相蒸着法により被膜を形成した。各試料の被膜の構成は表２の通りである。

基材上に、ＴｉＮ層（下地層）、ＴｉＣＮ層（中間層）、ＴｉＣＮＯ層（中間層）、α－Ａｌ_２Ｏ_３層、ＴｉＮ層（表面層）を前記の順で形成する。ＴｉＮ層（下地層）の厚さは０．４μｍであり、ＴｉＣＮ層（中間層）の厚さは６．５μｍであり、ＴｉＣＮＯ層（中間層）の厚さは０．７μｍであり、ＴｉＮ（表面層）の厚さは０．７μｍである。表１において「無し」とは、該試料においては、該層が形成されないことを示す。

ＴｉＮ層（下地層）、ＴｉＣＮ層（中間層）、ＴｉＣＮＯ層（中間層）及びＴｉＮ層（表面層）の成膜条件を表３に示す。

各試料のα－Ａｌ_２Ｏ_３層の成膜条件、原料ガス組成及びα－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さを表４に示す。表４中の「残り」とは、Ｈ_２ガスが原料ガス組成（体積％）の残部を占めることを示している。α－Ａｌ_２Ｏ_３層の形成条件は、温度１０００℃、圧力７０ｈＰａ、原料ガスの導入速度（全ガス流量）は６０Ｌ／ｍｉｎとし、基材を固定しつつ、原料ガスを噴出させるためのガス管を２ｒｐｍで回転させた。

例えば、試料１の成膜条件は次の通りである。α－Ａｌ_２Ｏ_３層の成膜開始からα－Ａｌ_２Ｏ_３層の厚さが０．５μｍとなるまでは、２．２体積％のＡｌＣｌ_３、８．３体積％のＨＣｌ、３．０体積％のＣＯ_２、０．６体積％のＨ_２Ｓ及び残部Ｈ_２からなる組成の原料ガスを用いた。これにより、第１領域が形成された。

次に、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の厚さが０．５μｍ超からα－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さ（８μｍ）から１μｍを引いた厚さ（７μｍ）までは、原料ガス中のＨＣｌ量を６．７体積％とし、これに合わせて残部Ｈ_２の量を変更した以外は、上記の第１領域形成時と同一の配合の原料ガスを用いた。これにより、第２領域が形成された。

次に、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の表面側１μｍでは、原料ガス中のＨＣｌ量を８．３体積％とし、これに合わせて残部Ｈ_２の量を変更した以外は、上記の第２領域成膜時と同一の配合の原料ガスを用いた。これにより、第３領域が形成された。

＜α－Ａｌ_２Ｏ_３層の評価＞
各試料のα－Ａｌ_２Ｏ_３層について、第１領域の平均粒径ａ、第２領域の平均粒径ｂ、第３領域の平均粒径ｃ、ＴＣ（０ ０ １２）及びＴＣ（１１０）を測定した。これらの測定方法は、実施形態１に示されるとおりであるため、その説明は繰り返さない。結果を表５の「粒径ａ」、「粒径ｂ」、「粒径ｃ」、「ＴＣ（０ ０ １２）」及び「ＴＣ（１１０）」欄に示す。

更に、平均粒径ａ及び平均粒径ｂとに基づき、ｂ／ａの値を算出した。結果を表５の「ｂ／ａ」欄に示す。

＜切削評価１＞
上記で得られた切削工具を用いて、下記の切削条件１で切削試験を行った。異なる２０の切れ刃を用いて、それぞれの切れ刃で２０秒間切削を行い、破損の有無を確認した。ここで「破損」とは、５００μｍ以上の欠けを意味する。２０の切れ刃のうち、破損の生じた切れ刃の割合を算出して破損率（％）を得た。すなわち、破損率（％）＝（破損した切れ刃の数／２０）×１００である。破損率が５５％以下の場合、切削工具は優れた耐欠損性を有し、工具寿命が長いと判断される。結果を表５の「切削評価１ 破損率（％）」欄に示す。

（切削条件１）
被削材：ＳＣＭ４４０（溝付き丸棒）
加工：溝付き丸棒外径断続旋削
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：２．０ｍｍ
切削液：なし
上記の切削条件は、高硬度鋼の高能率加工に該当する。

＜切削評価２＞
上記で得られた切削工具を用いて、下記の切削条件２で切削試験を行った。１５分間切削後の切削工具の逃げ面側の平均摩耗量Ｖｂ（ｍｍ）を測定した。ここで「平均摩耗量」とは、稜線から逃げ面摩耗の端までの距離を平均した長さを意味する。平均摩耗量Ｖｂが０．２１ｍｍ以下の場合、切削工具は優れた耐摩耗性を有し、工具寿命が長いと判断される。結果を表５の「切削評価２ Ｖｂ（ｍｍ）」欄に示す。

（切削条件２）
被削材：ＳＵＪ２
加工：丸棒外径旋削
切削速度：２８０ｍ／ｍｉｎ
送り量：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：２．０ｍｍ
切削液：水溶性切削油
上記の切削条件は、高硬度鋼の高能率加工に該当する。

＜考察＞
試料１～試料３、試料５、試料７、試料９、試料１２、試料１３、試料１５、試料１７、試料１９～試料２８の切削工具は実施例に該当する。これらの実施例の試料は、優れた耐欠損性及び耐摩耗性を有し、工具寿命が長いことが確認された。特に、逃げ面摩耗のような均一に摩耗する形態での摩耗に対して、耐摩耗性の向上効果が非常に優れていることが確認された。

上記実施例の試料では、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の基材側領域で、基材側から工具表面側に向かって、α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の粒径が段階的に増加している。このため、表面近傍のα－Ａｌ_２Ｏ_３層の粒径が従来よりも小さいが、工具表面からの亀裂伝搬距離が長く、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の基材側の領域での亀裂進展が抑制されるため、耐欠損性が良好であると推察される。

試料１と試料２とは、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の厚さが同一である。試料１の平均粒径ａ、平均粒径ｂ及び平均粒径ｃは、試料２の平均粒径ａ、平均粒径ｂ及び平均粒径ｃと同一である。試料１では、ＴＣ（０ ０ １２）がＴＣ（１１０）より大きい。試料２では、ＴＣ（１１０）がＴＣ（０ ０ １２）より大きい。試料１は、試料２よりも耐摩耗性が優れていることが確認された。一方、試料２は試料１よりも、耐欠損性が優れていることが確認された。上記より、α－Ａｌ_２Ｏ_３層の厚さ、並びに、第１領域の平均粒径ａ、第２領域の平均粒径ｂ及び第３領域の平均粒径ｃとが同一の場合、ＴＣ（０ ０ １２）が大きいほど耐摩耗性が向上し、ＴＣ（１１０）が大きいほど耐欠損性が向上することが確認された。この傾向は、試料１０と試料１１との比較からも確認される。

試料４、試料６、試料８、試料１０、試料１１、試料１４、試料１６、試料１８、試料１－１～試料１－９は比較例に該当する。これらの試料は、耐欠損性及び／又は耐摩耗性が不十分であり、工具寿命が短かった。

以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形す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およ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およ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。

１，２１，３１，４１ 切削工具、１０ 基材、１１ α－Ａｌ_２Ｏ_３層、１２ 下地層、１３ 表面層、１４ 中間層、１５，２５，３５，４５ 被膜、Ａ１ 第１領域、Ａ２ 第２領域、Ａ３ 第３領域、Ｐ１，Ｐ３ 界面、Ｐ２ 表面、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 仮想面、Ｂ１ Ｐ１の山頂、Ｔ１ Ｐ１の谷底、ＬＳ１ 基準線、Ｌ１，Ｌ２ 線

Claims (5)

1. 基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
   前記被膜は、α－Ａｌ_２Ｏ_３層を含み、
   前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、複数のα－Ａｌ_２Ｏ_３粒子からなり、
   前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、第１領域、第２領域及び第３領域を含み、
   前記第１領域は、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の前記基材側の界面Ｐ１と、前記界面Ｐ１から前記被膜の表面側への距離が０．５μｍである仮想面Ｓ１とに挟まれる領域であり、
   前記第２領域は、前記仮想面Ｓ１と、前記仮想面Ｓ１から前記被膜の表面側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ２とに挟まれる領域であり、
   前記第３領域は、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の表面Ｐ２、又は、前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の前記被膜の表面側の界面Ｐ３と、前記表面Ｐ２又は前記界面Ｐ３から前記基材側への距離が１．０μｍである仮想面Ｓ３とに挟まれる領域であり、
   前記第１領域における前記α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ａは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
   前記第２領域における前記α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｂは、０．３０μｍ以上０．５０μｍ以下であり、
   前記第３領域における前記α－Ａｌ_２Ｏ_３粒子の平均粒径ｃは、０．１０μｍ以上０．３０μｍ以下であり、
   前記ａと前記ｂとの比ｂ／ａは、１．５以上５．０以下である、切削工具。
2. 前記平均粒径ｃは、０．１６μｍ以上０．２４μｍ以下である、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記ｂ／ａは、１．５以上２．５以下である、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
4. 前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層の平均厚さは、３μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の切削工具。
5. 前記α－Ａｌ_２Ｏ_３層は、配向性指数ＴＣ（ｈｋｌ）においてＴＣ（０ ０ １２）が３以上である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の切削工具。

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