JP7124236B1 - 切削工具 - Google Patents

Abstract

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、第１の層を含み、前記第１の層は、複数の結晶粒を含み、前記結晶粒は、ＡｌｘＴｉ１－ｘＣｙＮ１－ｙからなり、前記ｘは、０．６５超０．９５未満であり、前記ｙは、０以上０．１未満であり、前記第１の層の表面Ｓ１、又は、前記第１の層の表面側の界面Ｓ２と、第１仮想平面ＶＳ１と、に挟まれた領域からなる第１領域において、前記結晶粒の平均アスペクト比は、３．０以下であり、前記第１仮想平面ＶＳ１と、前記第１の層の基材側の界面Ｓ３と、に挟まれた領域からなる第２領域において、前記結晶粒の平均アスペクト比は、３．０超１０．０以下であり、前記第１仮想平面ＶＳ１は、前記表面Ｓ１、又は、前記界面Ｓ２から基材側に１μｍ離れた地点を通り、且つ、前記表面Ｓ１、又は、前記界面Ｓ２に対して平行であり、前記結晶粒は、立方晶系構造を有する結晶粒を含み、前記第１の層において、立方晶系構造を有する結晶粒が占める面積比率は、９０％以上であり、前記平均アスペクト比および前記面積比率は、前記基材と前記被膜との界面の法線に沿った断面で測定され、前記第１の層の厚みは、２μｍ以上２０μｍ以下である、切削工具。

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、鋼及び鋳物等の切削加工に用いられている（特開２０１６－３０３１９号公報（特許文献１））。特許文献１は、所定の層厚を有する被覆層がＡｌＴｉＣＮ層を含み、且つ、当該ＡｌＴｉＣＮ層が膜厚方向に柱状構造をなして形成された切削工具を開示する。このような構成を有することにより、切削工具の耐摩耗性が向上することが期待される。

特開２０１６－３０３１９号公報

本開示の切削工具は、基材と、該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、第１の層を含み、
該第１の層は、複数の結晶粒を含み、
該結晶粒は、Ａｌ_ｘＴｉ_１－ｘＣ_ｙＮ_１－ｙからなり、
該ｘは、０．６５超０．９５未満であり、
該ｙは、０以上０．１未満であり、
該第１の層の表面Ｓ１、又は、該第１の層の表面側の界面Ｓ２と、第１仮想平面ＶＳ１と、に挟まれた領域からなる第１領域において、該結晶粒の平均アスペクト比は、３．０以下であり、
該第１仮想平面ＶＳ１と、該第１の層の基材側の界面Ｓ３と、に挟まれた領域からなる第２領域において、該結晶粒の平均アスペクト比は、３．０超１０．０以下であり、
該第１仮想平面ＶＳ１は、該表面Ｓ１、又は、該界面Ｓ２から基材側に１μｍ離れた地点を通り、且つ、該表面Ｓ１、又は、該界面Ｓ２に対して平行であり、
該結晶粒は、立方晶系構造を有する結晶粒を含み、
該第１の層において、立方晶系構造を有する結晶粒が占める面積比率は、９０％以上であり、
該平均アスペクト比および該面積比率は、該基材と該被膜との界面の法線に沿った断面で測定され、
該第１の層の厚みは、２μｍ以上２０μｍ以下である。

図１は、本開示の切削工具の一態様を例示する斜視図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 図３は、本開示の切削工具の一態様を例示する模式断面図である。 図４は、本開示の切削工具の他の態様を例示する模式断面図である。 図５は、本開示の切削工具の他の態様を更に例示する模式断面図である。 図６は、本開示の切削工具の一態様において作成されたＩＰＦマップの一例である。 図７は、本開示の切削工具の一態様において作成された結晶相マップの一例である。 図８は、本開示の切削工具の模式断面図の一例である。 図９は、本開示の切削工具における第１の層の一態様を例示する模式断面図である。 図１０は、本開示の切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置の模式的な断面図である。

［本開示が解決しようとする課題］
従来から、ねずみ鋳鉄を加工する際に、加工により排出された切り屑の粉塵対策として、切削油を用いた湿式条件下での切削加工が行われる場合がある。ＡｌＴｉＣＮ層を有する切削工具を用いてねずみ鋳鉄の湿式加工を行った場合、すくい面での摩耗進展はほとんど生じないが、すくい面での熱亀裂と、逃げ面での摩耗とが生じやすいため、切削工具の工具寿命が短縮される傾向にある。よって、ねずみ鋳鉄の湿式加工においても、長い工具寿命を有する切削工具が求められている。

［本開示の効果］
本開示によれば、特にねずみ鋳鉄の湿式加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能である。

［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、該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、第１の層を含み、
該第１の層は、複数の結晶粒を含み、
該結晶粒は、Ａｌ_ｘＴｉ_１－ｘＣ_ｙＮ_１－ｙからなり、
該ｘは、０．６５超０．９５未満であり、
該ｙは、０以上０．１未満であり、
該第１の層の表面Ｓ１、又は、該第１の層の表面側の界面Ｓ２と、第１仮想平面ＶＳ１と、に挟まれた領域からなる第１領域において、該結晶粒の平均アスペクト比は、３．０以下であり、
該第１仮想平面ＶＳ１と、該第１の層の基材側の界面Ｓ３と、に挟まれた領域からなる第２領域において、該結晶粒の平均アスペクト比は、３．０超１０．０以下であり、
該第１仮想平面ＶＳ１は、該表面Ｓ１、又は、該界面Ｓ２から基材側に１μｍ離れた地点を通り、且つ、該表面Ｓ１、又は、該界面Ｓ２に対して平行であり、
該結晶粒は、立方晶系構造を有する結晶粒を含み、
該第１の層において、立方晶系構造を有する結晶粒が占める面積比率は、９０％以上であり、
該平均アスペクト比および該面積比率は、該基材と該被膜との界面の法線に沿った断面で測定され、
該第１の層の厚みは、２μｍ以上２０μｍ以下である。

本開示の切削工具は、ねずみ鋳鉄の湿式加工においても、長い工具寿命を有することができる。

（２）該第１の層の圧縮残留応力は、１．０ＧＰａ以上４．５ＧＰａ未満であることが好ましい。これによって、切削工具の耐熱亀裂性が更に向上する。

（３）該第１の層の硬度は、３０ＧＰａ以上４０ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、切削工具の耐摩耗性が更に向上する。

［本開示の実施形態の詳細］
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「ＡｌＴｉＣＮ」と記載されている場合、ＡｌＴｉＣＮを構成する原子数の比には、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。

本明細書中の結晶学的記載においては、個別面を（）で示している。

［実施形態１：切削工具］
図８に示される様に、本実施形態に係る切削工具１は、
基材１０と、該基材１０上に配置された被膜１４と、を備える切削工具１であって、
該被膜１４は、第１の層１１を含み、
該第１の層１１は、複数の結晶粒を含み、
該結晶粒は、Ａｌ_ｘＴｉ_１－ｘＣ_ｙＮ_１－ｙからなり、
該ｘは、０．６５超０．９５未満であり、
該ｙは、０以上０．１未満であり、
該第１の層１１の表面Ｓ１、又は、該第１の層１１の表面側の界面Ｓ２と、第１仮想平面ＶＳ１と、に挟まれた領域からなる第１領域Ｒ１において、該結晶粒の平均アスペクト比は、３．０以下であり、
該第１仮想平面ＶＳ１と、該第１の層１１の基材側の界面Ｓ３と、に挟まれた領域からなる第２領域Ｒ２において、該結晶粒の平均アスペクト比は、３．０超１０．０以下であり、
該第１仮想平面ＶＳ１は、該表面Ｓ１、又は、該界面Ｓ２から基材側に１μｍ離れた地点を通り、且つ、該表面Ｓ１、又は、該界面Ｓ２に対して平行であり、
該結晶粒は、立方晶系構造を有する結晶粒を含み、
該第１の層１１において、立方晶系構造を有する結晶粒が占める面積比率は、９０％以上であり、
該平均アスペクト比および該面積比率は、該基材１０と該被膜１４との界面の法線に沿った断面で測定され、
該第１の層１１の厚みは、２μｍ以上２０μｍ以下である。

本開示の切削工具は、ねずみ鋳鉄の湿式加工においても、長い工具寿命を有することが可能である。その理由は、以下の通りと推察される。

（ａ）上記結晶粒は、立方晶系構造を有する結晶粒を含み、上記第１の層において、立方晶系構造を有する結晶粒が占める面積比率は、９０％以上であるため、第１の層は高い硬度を有し、切削工具は優れた耐摩耗性を有することができる。なお、ここで、「耐摩耗性」とは、切削加工に用いた場合被膜が摩耗することに対する耐性を意味する。

（ｂ）上記（ａ）の通り、Ａｌ_ｘＴｉ_１－ｘＣ_ｙＮ_１－ｙからなる結晶粒のうち、立方晶系構造を有する結晶粒の割合が９０％以上である場合、このような切削工具は、耐摩耗性に優れる。しかしながら、このような工具は、一般的に結晶粒が膜厚方向に柱状構造をなして形成されやすい。このため、このような切削工具では、上記結晶粒の粒界が膜厚方向に延伸するため、該切削工具をねずみ鋳鉄の湿式加工に用いた場合、膜厚方向に対する亀裂に弱く、すくい面での熱亀裂が生じやすい傾向にある。

しかし、本実施形態の切削工具では、上記第１の層の表面Ｓ１、又は、上記第１の層の表面側の界面Ｓ２と、上記第１仮想平面ＶＳ１と、に挟まれた領域からなる第１領域において、結晶粒の平均アスペクト比が３．０以下であることによって、上記第１の層において、上記結晶粒の粒界が膜厚方向に延伸することを抑制できる。そのため、上記第１の層において、膜厚方向の亀裂が直線的に進展することを抑制できることから、本実施形態の切削工具は、ねずみ鋳鉄の湿式加工に用いた場合においても、すくい面における優れた耐熱亀裂性を有することができる。なお、ここで、「耐熱亀裂性」とは、刃先部が高温になる切削加工における刃先部の亀裂発生に対する耐性を意味する。

（ｃ）本実施形態の切削工具では、上記第１仮想平面ＶＳ１と、上記第１の層の基材側の界面Ｓ３と、に挟まれた領域からなる第２領域において、上記結晶粒の平均アスペクト比は、３．０超１０．０以下であることによって、結晶粒は膜厚方向に柱状構造をなして形成され易いため、上記第１の層が切削工具の剪断方向の変形に強くなる。よって、本実施形態の切削工具は、ねずみ鋳鉄の湿式加工に用いた場合においても、すくい面に加えて逃げ面においても優れた耐摩耗性を有することができる。

すなわち、本実施形態に係る切削工具は、優れた耐摩耗性とともに、優れた耐熱亀裂性を有することにより、長い工具寿命を有することができる。

本実施形態に係る切削工具は、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。

図１は、本開示の切削工具１の一態様を例示する斜視図である。図２は図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。このような形状の切削工具１は、旋削加工用刃先交換型切削チップ等の刃先交換型切削チップとして用いられる。上記切削工具１は、すくい面１ａと、逃げ面１ｂと、すくい面１ａと逃げ面１ｂとを繋ぐ刃先部１ｃとを含む。

＜基材＞
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金（例えば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、ＷＣの他にＣｏを含む超硬合金、ＷＣの他にＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（ＴｉＣ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３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から選ばれる１種を含むことが好ましい。

これらの各種基材の中でも、特に超硬合金（特にＷＣ基超硬合金）、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。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。

上記切削工具が、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、フライス加工用刃先交換型切削チップ等）である場合、基材は、チップブレーカーを有するものも、有さないものも含まれる。刃先部の形状は、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。

＜被膜＞
図３は、本開示の切削工具の一態様を例示する模式断面図である。図４は、本開示の切削工具の他の態様を例示する模式断面図である。図５は、本開示の切削工具の他の態様を更に例示する模式断面図である。本実施形態に係る被膜１４は、第１の層１１を含む（図３～図５）。「被膜」は、上記基材の少なくとも一部（例えば、すくい面の一部）を被覆することで、切削工具における耐剥離性、耐欠損性、耐摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜１４は、上記基材１０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１０の一部が上記被膜１４で被覆されていなかったり被膜１４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。なお、ここで「耐剥離性」とは、上記基材１０から上記被膜１４が剥離することに対する耐性を意味する。

上記被膜の厚みは、２μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以上１８μｍ以下であることがより好ましく、３μｍ以上１２μｍ以下であることが更に好ましい。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、上記第１の層と、上記第１の層以外の層として後述する他の層とが挙げられる。上記被膜の厚みは、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）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。上記断面サンプルとしては、例えば、イオンスライサ装置で上記切削工具の断面を薄片化したサンプルが挙げられる。上記第１の層、上記他の層のそれぞれの厚みを測定する場合も同様である。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。

上記被膜は、第１の層を含む。また、本実施形態の一側面において、上記切削工具が奏する効果を維持する限り、上記第１の層は複数設けられていてもよい。例えば、上記被膜が上記第１の層を２層含む場合、上記被膜は両第１の層の間に設けられている中間層（他の層）を更に備えていてもよい。

（第１の層）
本実施形態に係る第１の層は、複数の結晶粒を含む。上記第１の層は、上記結晶粒のみで構成されていてもよく、他の成分を含んでいても良い。上記他の成分として、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＢＮなどが挙げられる。

（結晶粒）
本実施形態に係る結晶粒は、Ａｌ_ｘＴｉ_１－ｘＣ_ｙＮ_１－ｙからなる。ここで、「結晶粒は、Ａｌ_ｘＴｉ_１－ｘＣ_ｙＮ_１－ｙからなる」とは、Ａｌ_ｘＴｉ_１－ｘＣ_ｙＮ_１－ｙのみからなる態様に限られず、本開示の効果が奏される限りにおいて、Ａｌ_ｘＴｉ_１－ｘＣ_ｙＮ_１－ｙとともにＡｌ_ｘＴｉ_１－ｘＣ_ｙＮ_１－ｙ以外の成分を含む態様をも包含する概念である。

上記ｘは、０．６５超０．９５未満である。これによって、切削工具が優れた耐熱性を有することができる。また、上記ｘは、０．７超０．９５未満であることが好ましく０．７５超０．９５未満であることがより好ましく、０．８０超０．９０未満であることが更に好ましい。

上記ｙは、０以上０．１未満である。上記結晶粒における炭素の含有量が０≦ｙ＜０．１の範囲で微量であるとき、潤滑性が向上することで耐摩耗性が向上する。一方、ｙが上記の範囲を逸脱すると、耐欠損性および耐チッピング性が逆に低下するため好ましくない。また、上記ｙは、０以上０．０８未満であることが好ましく、０以上０．０６未満であることがより好ましく、０以上０．０５未満であることがあることが更に好ましい。また、製造上の観点から、上記ｙの下限は、０．０１以上、０．０２以上とすることができる。

上記結晶粒が、Ａｌ_ｘＴｉ_１－ｘＣ_ｙＮ_１－ｙからなり、上記ｘが、０．６５超０．９５未満であり、上記ｙが、０以上０．１未満であることは、ＳＥＭまたはＴＥＭ付帯のＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置を用いることにより、確認することができる。具体的には、まず、切削工具の任意の位置を膜厚方向に切断し、被膜の断面を含む試料を作製する。次に、被膜における第１の層に関し、２μｍ×２μｍの矩形の測定視野を任意に５箇所選択し、この領域を分析する。ここで、当該矩形における対角線の中点が、第１の層の厚み方向の中点（後述するＳ１又は後述するＳ２と、後述するＳ３との間における厚み方向の中点）を通り、且つ、当該矩形の相対する１組の２辺は、後述するＳ３に平行である。これによって、任意の測定領域に含まれる各元素の原子比を示すｘおよびｙを特定し、当該ｘおよび当該ｙのそれぞれの平均値を求めることにより、上記結晶粒の組成を決定することができる。

（第１領域における結晶粒の平均アスペクト比）
上記第１の層の表面Ｓ１、又は、上記第１の層の表面側の界面Ｓ２と、上記第１仮想平面ＶＳ１と、に挟まれた領域からなる第１領域において、上記結晶粒の平均アスペクト比は、３．０以下である。該第１仮想平面ＶＳ１は、表面Ｓ１、又は、界面Ｓ２から基材側に１μｍ離れた地点を通り、且つ、表面Ｓ１、又は、界面Ｓ２に対して平行である。これによって、上記第１の層において、上記結晶粒の粒界が膜厚方向に延伸することを抑制できる。そのため、上記第１の層において、膜厚方向の亀裂が直線的に進展することを抑制できる。よって本実施形態の切削工具はねずみ鋳鉄の湿式加工に用いた場合においても、すくい面における優れた耐熱亀裂性を有することができる。上記平均アスペクト比の下限は、１．０以上であることが好ましい。また、製造上の観点から、上記平均アスペクト比の下限は、１．２以上、１．４以上とすることができる。また、上記平均アスペクト比の上限は、２．５以下であることが好ましく、２．０以下であることがより好ましく、１．８以下であることが更に好ましい。また、上記平均アスペクト比は、１．０以上３．０以下であることが好ましく、１．０以上２．５以下であることがより好ましく、１．０以上２．０以下であることが更に好ましい。

（第２領域における結晶粒の平均アスペクト比）
上記第１仮想平面ＶＳ１と、上記第１の層の基材側の界面Ｓ３と、に挟まれた領域からなる第２領域において、上記結晶粒の平均アスペクト比は、３．０超１０．０以下である。これによって、これによって、結晶粒は膜厚方向に柱状構造をなして形成され易いため、上記第１の層が切削工具の剪断方向の変形に強くなる。よって、本実施形態の切削工具は、ねずみ鋳鉄の湿式加工に用いた場合においても、すくい面及び逃げ面における優れた耐摩耗性を有することができる。上記平均アスペクト比の下限は、４．０以上であることが好ましく、５．０以上であることがより好ましく、６．０以上であることが更に好ましい。また、上記平均アスペクト比の上限は、９．０以下であることが好ましく、８．０以下であることがより好ましく、７．０以下であることが更に好ましい。また、上記平均アスペクト比は、３．０超９．０以下であることが好ましく、４．０以上９．０以下であることがより好ましく、４．０以上８．０以下であることが更に好ましい。

＜第１領域および第２領域のそれぞれにおける結晶粒の平均アスペクト比の測定方法＞
上記第１領域における結晶粒の平均アスペクト比および上記第２領域における結晶粒の平均アスペクト比は、上記基材と上記被膜との界面の法線に沿った断面で測定される。具体的な測定方法は、以下（Ａ１）～（Ａ７）の通りである。

（Ａ１）切削工具サンプルをエポキシ樹脂に埋込んだ後、研磨する。研磨された切削工具を、クロスセクションポリッシャ装置（ＪＥＯＬ社製）を用い、６ｋＶ、６時間の条件で切断した後、１．５ｋＶ、１時間の条件で仕上げ加工する。切断は、切削工具の表面の法線に沿う方向で行う。切削工具の表面の法線と、基材と被膜との界面の法線とは、略平行である。よって、上記の切断により、上記第１の層の基材と被膜との界面の法線に沿った断面が得られる。

上述の切断は、刃先部から切削工具表面に平行な方向に０．１ｍｍ以上離れた位置で実行される限り、すくい面、逃げ面を問わず、切削工具の任意の部位で行なうことができる。

（Ａ２）上記断面に対して、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：「ＳＵＰＲＡ３５ＶＰ」、Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ社製）を用いて、以下の測定条件でＥＢＳＤ解析を行う。
（測定条件）
加速電圧：１５ｋＶ
電流値：１．８ｎＡ
照射電流：６０μｍ（ＨＣ有り）
Ｅｘｐ：Ｌｏｎｇ ０．０３ｓ
Ｂｉｎｎｉｎｇ：８×８
ＷＤ：１５ｍｍ
Ｔｉｌｔ：７０°
Ｓｔｅｐ ｓｉｚｅ：０．０２μｍ
ＢＫＤ：Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ、
Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ、
Ｎｏｒｍａｌｉｚｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｈｉｓｔｏｇｒａｍ
撮影倍率：２００００倍
粒界定義：１５°以上

またＥＢＳＤ解析に関し、データ収集は、上記断面上であって、少なくとも、第１の層の表面Ｓ１、又は、第１の層の表面側の界面Ｓ２から、基材側の界面Ｓ３までの全てを含む長さ（第１の層の厚み全体を含む長さ）×１０μｍ（第１の層の基材側の界面Ｓ３に平行な方向の長さ）の面領域（観察領域）について行なう。

なお、ＥＢＳＤ解析により収集されたデータについて、ＣＩ Ｄｉｌａｔｉｏｎ法（ｓｉｎｇｌｅ ｉｔｅｒａｔｉｏｎ）とＧｒａｉｎ ＣＩ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎとで、ＣＩ＞０．１を満たすデータのみを認識することにより、クリーンアップ処理を実行する。ＣＩ値は、Ｖｏｔｉｎｇ法により算出する。具体的には、ＣＩ＝（Ｖ１－Ｖ２）／Ｖｉｄｅａｌ（Ｖ１、２：１、２番目の解、Ｖｉｄｅａｌ：理想解）により求められる。

（Ａ３）上記ＥＢＳＤ解析結果を、市販のソフトウェア（商品名：「ＯＩＭ７．１」、株式会社ＴＳＬソリューションズ製）を用いて分析し、ＩＰＦマップ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｐｏｌｅ Ｆｉｇｕｒｅ ｍａｐ：逆極点図方位マップ）を作成する。該ＩＰＦマップの作成においては、隣接する測定点の方位差角が１５°以上の場合を結晶粒界と定義する。該ＩＰＦマップには、各結晶粒の形状が示され、及び各結晶粒の配向が色分けして示される。本実施形態の切削工具において作成された上記ＩＰＦマップの一例を図６に示す。なお、図６において黒色で示される領域は、上記ＣＩ≦０．１であることを示す。すなわち、図６において黒色で示される領域は、上記クリーンアップ処理を実行することにより、各結晶粒の形状が認識されない領域を意味する。また、図６において、紙面に向かって左側が切削工具の表面側であり、紙面に向かって右側が切削工具の基材側である。

（Ａ４）図８の模式断面図は、本開示の切削工具の一態様を例示する模式断面図である。以下、図８を用いて説明する。上記ＩＰＦマップ上で、先ず、第１の層１１の表面Ｓ１、又は、第１の層１１の表面側の界面Ｓ２（図８では、第１の層１１の上に他の層が形成されていないため、界面Ｓ２は符号（Ｓ２）と示す。）と、第１仮想平面ＶＳ１とを後述の設定方法により設定する。次に、上記Ｓ１又は上記Ｓ２から、上記ＶＳ１までの全てを含む長さ（第１の層１１の膜厚方向の長さ）×１０μｍ（第１の層１１の基材側の界面Ｓ３に平行な方向の長さ）の測定領域（第１領域Ｒ１）を設定する。なお、上記ＩＰＦマップにおいて、上記Ｓ１、上記Ｓ２、及び上記ＶＳ１の設定方法は以下の通りである。
（Ｓ１、Ｓ２、及びＶＳ１の設定方法）
Ｓ１：第１の層の表面が平滑面である場合は、当該平滑面をＳ１として設定する。また、第１の層の表面が凸凹形状を有する場合は、先ず、上記ＩＰＦマップ上で、第１の層の表面の少なくとも一点を通過し、且つ、被膜と基材との界面に平行であり、且つ、被膜と基材との界面からの距離が最も長い仮想線ＶＬ１（図示せず）と、第１の層の表面の少なくとも一点を通過し、且つ、被膜と基材との界面に平行であり、且つ、被膜と基材との界面からの距離が最も短い仮想線ＶＬ２（図示せず）とを設定する。次いで、上記ＶＬ１からの距離と上記ＶＬ２からの距離とが等しく、且つ、被膜と基材との界面に平行な直線を、上記ＩＰＦマップ上におけるＳ１の位置として設定する。なお、上記ＩＰＦマップにおいて上記平滑面および上記凹凸形状は、上記ＩＰＦマップと同じ視野のＳＥＭ画像上で上記平滑面または上記凹凸形状を認識した後、上記平滑面または上記凹凸形状が認識された上記ＳＥＭ画像と上記ＩＰＦマップとを重ね合わせることにより認識することができる。上記ＳＥＭ画像は、上記ＦＥ－ＳＥＭを用いることにより得られる。
Ｓ２：被膜表面の任意の１点を基点として、被膜の厚み方向にライン分析を行う。上記ライン分析は、ＳＥＭ付帯のＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により実行される。また、上記ライン分析において、ビーム径は０．９ｎｍとし、スキャン間隔は０．１μｍとし、加速電圧は１５ｋＶとする。これにより、第１の層における第１の層特有の金属元素（例えば、第１の層に接する上側の層がＡｌ_２Ｏ_３である場合、Ｔｉ元素）の原子数割合の極大値を示す点を特定する。次いで、当該極大値の半値を示す点のうち、当該極大値を示す点を基点として表面側に位置し、且つ、当該極大値を示す点に最も近い点Ｐ１（図示せず）を特定する。次いで、被膜表面の任意の他の１点を選択し、同様にして、第１の層における第１の層特有の金属元素（例えば、第１の層に接する上側の層がＡｌ_２Ｏ_３である場合、Ｔｉ元素）の原子数の割合の極大値の半値を示す点のうち、当該極大値を示す点を基点として表面側に位置し、且つ、当該極大値を示す点に最も近い点Ｐ２（図示せず）を特定する。次いで、当該Ｐ１と当該Ｐ２とを結ぶ直線を、上記ＩＰＦマップ上におけるＳ２の位置として設定する。
ＶＳ１：上記Ｓ１、又は、上記Ｓ２から基材側に１μｍ離れた地点を通り、且つ、上記Ｓ１、又は、上記Ｓ２に対して平行である平面を第１仮想平面ＶＳ１として設定する。

（Ａ５）図８を参照して、上記ＩＰＦマップ上で、上記第１の層の基材側の界面Ｓ３を後述の設定方法により設定する。次に、Ｓ３からＳ１又はＳ２側に０．３μｍ離れた地点を通り、且つ、Ｓ３に対して平行な第１仮想線Ｌ１を設定する。次に、上記ＶＳ１から、上記Ｌ１までの全てを含む長さ（第１の層１１の膜厚方向の長さ）×１０μｍ（第１の層１１の基材１０側の界面Ｓ３に平行な方向の長さ）の測定領域（第２領域Ｒ２）を設定する。なお、上記ＩＰＦマップにおいて、Ｓ３の設定方法は以下の通りである。
（Ｓ３の設定方法）
Ｓ３：被膜表面の任意の１点を基点として、被膜の厚み方向にライン分析を行う。上記ライン分析は、ＳＥＭ付帯のＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により実行される。また、上記ライン分析において、ビーム径は０．９ｎｍとし、スキャン間隔は０．１μｍとし、加速電圧は１５ｋＶとする。これにより、第１の層における第１の層特有の金属元素（例えば、第１の層に接する下側の層がＴｉＮ層である場合、Ａｌ元素）の原子数の割合の極大値を示す点を特定する。次いで、当該極大値の半値を示す点のうち、当該極大値を示す点を基点として基材側に位置し、且つ、当該極大値を示す点に最も近い点Ｐ３（図示せず）を特定する。次いで、被膜表面の任意の他の１点を選択し、同様にして、第１の層における第１の層特有の金属元素（例えば、第１の層に接する下側の層がＴｉＮ層である場合、Ａｌ元素）の原子数の割合の極大値の半値を示す点のうち、当該極大値を示す点を基点として基材側に位置し、且つ、当該極大値を示す点に最も近い点Ｐ４（図示せず）を特定する。次いで、当該Ｐ３と当該Ｐ４とを結ぶ直線を、上記ＩＰＦマップ上におけるＳ３の位置として設定する。

（Ａ６）図９は、本開示の切削工具における第１の層の一態様を例示する模式断面図である。以下、図９を用いて説明する。第１領域Ｒ１の全面積と、測定領域（第１領域Ｒ１）に含まれる結晶粒２０ａの面積の合計とを求める。次に、第１領域Ｒ１の全面積（図６において黒色で示される領域を含む）に対する、測定領域（第１領域Ｒ１）に含まれる結晶粒２０ａの面積の合計の占める割合を求める。

上記割合が２５％以上であることを確認した上で、後述の（Ａ７）を実行する。上記割合が２５％未満である場合は、図９で示すＶＳ１を跨ぐ結晶粒２１ｂが多い、すなわち第１の層全体が柱状晶を形成しているため、必然的に第１の層の膜厚方向の全領域において、結晶粒が柱状構造をなして形成される結果、第１領域Ｒ１において、結晶粒の平均アスペクト比が３．０を超過すると考えられるからである。

ここで、第１領域Ｒ１の全面積は、Ｓ１又はＳ２から、ＶＳ１までの全てを含む長さ（第１の層１１の膜厚方向の長さ）×１０μｍ（第１の層１１の基材１０側の界面Ｓ３に平行な方向の長さ）により求められる。また、ここで、測定領域（第１領域Ｒ１）に含まれる結晶粒２０ａの面積の合計は、上記ＥＢＳＤの測定条件で抽出された結晶粒について、市販のソフトウェア（商品名：「ＯＩＭ７．１」、株式会社ＴＳＬソリューションズ製）を用いて分析することにより求められる。また、ここで、測定領域（第１領域Ｒ１）に含まれる結晶粒２０ａとは、該結晶粒の全体が測定領域（第１領域Ｒ１）内にのみ存在する結晶粒を意味する。すなわち、図９に示される様に、Ｓ１又はＳ２を跨ぐ結晶粒２１ａと、およびＶＳ１を跨ぐ結晶粒２１ｂは、測定領域（第１領域Ｒ１）に含まれる結晶粒２０ａと区別される。

（Ａ７）測定領域（第１領域Ｒ１）に含まれる結晶粒２０ａの全てについてそれぞれアスペクト比を測定し、これらの平均値を算出する。該アスペクト比の平均値が、「第１領域Ｒ１における結晶粒の平均アスペクト比」に該当する。測定領域（第２領域Ｒ２）に含まれる結晶粒２０ｂの全てについてそれぞれアスペクト比を測定し、これらの平均値を算出する。該アスペクト比の平均値が、「第２領域Ｒ２における結晶粒の平均アスペクト比」に該当する。本明細書において、アスペクト比とは、結晶粒の最大径ａを結晶粒の短径ｂで除した値と定義する。結晶粒の最大径ａは、結晶粒の最外周のピクセルの座標位置を（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）及び（ｘ_ｊ，ｙ_ｊ）として、計算式「ｄ^２＝（ｘ_ｉ－ｘ_ｊ）^２＋（ｙ_ｉ－ｙ_ｊ）^２」で表されるｄの値のうち、一の結晶粒における（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）及び（ｘ_ｊ，ｙ_ｊ）の全ての組み合わせにより求められるｄの最大値と定義する。結晶粒の短径ｂは、計算式「ｂ＝Ａ（結晶粒の粒子面積）／πａ」により算出される数値である。ここで、図９に示される様に、測定領域（第２領域Ｒ２）に含まれる結晶粒２０ｂとは、測定領域（第２領域Ｒ２）にのみ存在する結晶粒を意味する。すなわち、図９に示される様に、ＶＳ１を跨ぐ結晶粒２１ｂ、およびＬ１を跨ぐ結晶粒２１ｃは、測定領域（第２領域Ｒ２）に含まれる結晶粒２０ｂと区別される。

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ている。

（立方晶系構造を有する結晶粒が占める面積比率）
上記結晶粒は、立方晶系構造を有する結晶粒を含む。また、上記第１の層において、立方晶系構造を有する結晶粒が占める面積比率は、９０％以上である。これによって、第１の層は高い硬度を有し、切削工具は優れた耐摩耗性を有することができる。上記面積比率の下限は、９２％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましく、９８％以上であることが更に好ましい。また、上記面積比率の上限は、１００％以下であることが好ましい。また、製造上の観点から、上記面積比率の上限は、９９％以下とすることができる。また、上記面積比率は、９０％以上１００％以下であることが好ましく、９５％以上１００％以下であることがより好ましく９８％以上１００％以下であることが更に好ましい。

＜立方晶系構造を有する結晶粒が占める面積比率の測定方法＞
第１の層において、立方晶系構造を有する結晶粒が占める面積比率は、上記基材と上記被膜との界面の法線に沿った断面で測定される。具体的な測定方法は、以下（Ｂ１）～（Ｂ４）の通りである。

（Ｂ１）上記「第１領域および第２領域における結晶粒の平均アスペクト比の測定方法」に記載の（Ａ１）及び（Ａ２）と同一の手順で、切削工具の断面に対してＥＢＳＤ解析を行う。

（Ｂ２）上記ＥＢＳＤ解析結果を、市販のソフトウェア（商品名：「ＯＩＭ７．１」、株式会社ＴＳＬソリューションズ製）を用いて分析し、結晶相（Ｐｈａｓｅ）マップを作成する。該結晶相マップには、図７で示される様に、各結晶粒の結晶系が色分けして示される。本実施形態では、主に立方晶系及び六方晶系が示される。なお、図７において黒色で示される領域は、上記ＣＩ≦０．１であることを示す。すなわち、図７において黒色で示される領域は、上記クリーンアップ処理を実行することにより、各結晶粒の結晶系が認識されない領域を意味する。また、図７において、紙面に向かって左側が切削工具の表面側であり、紙面に向かって右側が切削工具の基材側である。

（Ｂ３）図８に示される様に、上記結晶相（Ｐｈａｓｅ）マップ上で、先ず、第１の層１１の表面Ｓ１、又は、第１の層１１の表面側の界面Ｓ２と、第１の層の基材側の界面Ｓ３とを上記と同様の設定方法により設定する。次に、Ｓ３からＳ１又はＳ２側に０．３μｍ離れた地点を通り、且つ、Ｓ３に対して平行な第１仮想線Ｌ１を設定する。次に、Ｓ１又はＳ２から、Ｌ１までの全てを含む長さ（第１の層１１の膜厚方向の長さ）×１０μｍ（第１の層１１の基材１０側の界面Ｓ３に平行な方向の長さ）の測定領域を設定する。

（Ｂ４）上記の測定領域において、結晶系の示される全領域の面積に対する立方晶系の結晶粒の面積の百分率を算出する。該百分率が、「第１の層において、立方晶系構造を有する結晶粒が占める面積比率」に該当する。ここで、「結晶系の示される全領域」とは、「測定領域から結晶系を判定不能な領域を除外した領域」を意味する。

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ている。

（第１の層の圧縮残留応力）
第１の層の圧縮残留応力は、１．０ＧＰａ以上４．５ＧＰａ未満であることが好ましい。これによって、加工時に発生した亀裂の進展を抑制できるため、切削工具の耐熱亀裂性を更に向上することができる。上記圧縮残留応力の下限は、１．０ＧＰａ以上であることが好ましく、２．０ＧＰａ以上であることがより好ましく、２．５ＧＰａ以上であることが更に好ましい。また、上記圧縮残留応力の上限は、４．５ＧＰａ未満であることが好ましい。また、製造上の観点から、上記圧縮残留応力の上限は、４．０ＧＰａ未満、３．５ＧＰａ未満とすることができる。また、上記圧縮残留応力は、２．０ＧＰａ以上４．５ＧＰａ未満であることがより好ましく、２．５ＧＰａ以上４．５ＧＰａ未満であることが更に好ましい。

＜第１の層の圧縮残留応力の測定方法＞
上記圧縮残留応力は、例えば、Ｘ線を用いた２θ－ｓｉｎ２ ψ法（側傾法）によって求めることができる。測定条件は下記のとおりである。なお、例えば、切削工具のすくい面のホーニング位置から工具の中心位置に向かって５ｍｍ以内の任意の３点以上の位置における圧縮残留応力の平均値を求める。
（測定条件）
Ｘ線出力：８．０４ｋｅＶ
Ｘ線源：放射光
測定面：（２００）面
検出器：フラットパネル
集光サイズ：１．５ｍｍ×０．５ｍｍ
スキャン軸：２θ／θ
スキャンモード：ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ

（第１の層の硬度）
第１の層の硬度は、３０ＧＰａ以上４０ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、切削工具の耐摩耗性を更に向上することができる。上記硬度の下限は、３０ＧＰａ以上であることが好ましく、３１ＧＰａ以上であることがより好ましく、３２ＧＰａ以上であることが更に好ましい。また、上記硬度の上限は、４０ＧＰａ以下であることが好ましく、３９ＧＰａ以下であることがより好ましく、３８ＧＰａ以下であることが更に好ましい。また、上記硬度は、３１ＧＰａ以上４０ＧＰａ以下であることがより好ましく、３２ＧＰａ以上３９ＧＰａ以下であることが更に好ましい。

＜第１の層の硬度の測定方法＞
上記硬度の測定は、ＩＳＯ１４５７７に準拠した方法で行い、測定荷重は１０ｍＮ（１ｇ）とする。

（第１の層の厚み）
本実施形態に係る第１の層の厚みは、２μｍ以上２０μｍ以下である。これによって、耐摩耗性を高めることができる。また、上記第１の層の厚みの下限は、３μｍ以上であることが好ましく、４μｍ以上であることがより好ましく、５μｍ以上であることが更に好ましい。また、上記第１の層の厚みの上限は、１２μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましく、８μｍ以下であることが更に好ましい。また、上記第１の層の厚みは、２μｍ以上１２μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以上１０μｍ以下であることが更に好ましい。

（他の層）
本実施形態の効果を損なわない限り、上記被膜は、上記他の層を更に含んでいてもよい。図４および図５に示されるように、上記他の層としては、例えば、下地層１２、表面層１３等が挙げられる。

（下地層）
下地層１２は、基材１０と第１の層１１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。下地層の平均厚みは、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。また、下地層の平均厚みは、０．２μｍ以上８μｍ以下であることがより好ましく、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが更に好ましい。

（表面層）
表面層１３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１３は、被膜１４において最も表面側に配置される層である。ただし、刃先部においては形成されない場合もある。表面層は、例えば、第１の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、平均厚みが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。表面層の平均厚みは、０．１μｍ以上０．８μｍ以下であることがより好ましく、０．２μｍ以上０．６μｍ以下であることが更に好ましい。

［実施形態２：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（ＣＶＤ）法を用いて、上記基材上に上記被膜を形成する第２工程（以下、単に「第２工程」という場合がある。）と、を含む。
上記第２工程は、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス、アンモニアガスおよび水素ガスを、６５０℃以上９００℃以下、且つ、０．１ｋＰａ以上３０ｋＰａ以下の雰囲気において、上記基材上に噴出することを含む。該製造方法は、更に、第２工程により得られた被膜に対してブラスト処理を行う第３工程（以下、単に「第３工程」という場合がある。）を含むことができる。

＜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（例えば、ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ－Ｇ等）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：基材上に被膜を形成する工程＞
第２工程では、ＣＶＤ法を用いて、基材上に第１の層を含む被膜を形成する。具体的には、アルミニウムのハロゲン化物ガス、チタンのハロゲン化物ガス、アンモニアガス（以下、これらのガスをまとめて「原料ガス」とも記す。）およびキャリアガスを、６５０℃以上９００℃以下且つ０．１ｋＰａ以上３０ｋＰａ以下の雰囲気において上記基材に噴出することにより第１の層を含む被膜が形成される。これにより、本実施形態の切削工具が得られる。この工程は、例えば以下に説明するＣＶＤ装置を用いて行うことができる。

（ＣＶＤ装置）
図１０に、本実施形態の切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置５０の一例の模式的な断面図を示す。図１０に示すように、ＣＶＤ装置５０は、基材１０を設置するための基材セット治具５２と、基材セット治具５２を内包する耐熱合金鋼製の反応容器５３とを備えている。また、反応容器５３の周囲には、反応容器５３内の温度を制御するための調温装置５４が設けられている。本実施形態において、基材１０は、基材セット治具５２に備えられている突起物の上に設置することが好ましい。このように設置することで、すくい面、逃げ面及び刃先部それぞれに均一に成膜することができる。

反応容器５３には、ガス導入管５５が反応容器５３の内部の空間を鉛直方向に延在し、当該鉛直方向を軸に回転可能に設けられている。ガス導入管５５にはガスを工具基材へ噴出させるための複数の貫通孔が設けられている。本実施形態において、上述のガスを噴出させるための当該貫通孔と基材１０との間隔は十分にとることが好ましい。このようにすることで、乱流が発生することを防ぐことができる。

さらに、反応容器５３には内部のガスを外部に排気するためのガス排気管５６が設けられており、反応容器５３の内部のガスは、ガス排気管５６を通過して、ガス排気口５７から反応容器５３の外部に排出される。

反応容器５３内は、６５０℃以上９００℃以下（好ましくは７００℃以上７７０℃以下）且つ０．１ｋＰａ以上３０ｋＰａ以下（好ましくは０．２ｋＰａ以上５．０ｋＰａ以下）の雰囲気とする。ガス導入管５５には複数の貫通孔が開いているため、導入されたガスは、それぞれ異なる貫通孔から反応容器５３内に噴出される。このときガス導入管５５は、中の回転矢印が示すように上述の軸を中心として、例えば、２～４ｒｐｍの回転速度で回転している。これによって、基材に対して均等に噴出することができる。

アルミニウムのハロゲン化物ガスとしては、例えば、塩化アルミニウムガス（ＡｌＣｌ_３ガス、Ａｌ_２Ｃｌ_６ガス）等が挙げられる。好ましくは、ＡｌＣｌ_３ガスが用いられる。アルミニウムのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、反応容器内に導入される全てのガスの合計体積（以下、「導入ガスの全体積」とも記す）を基準として、０．１体積％以上１．０体積％以下であることが好ましく、０．２体積％以上０．８体積％以下であることがより好ましい。

チタンのハロゲン化物ガスとしては、例えば、塩化チタン（ＩＶ）ガス（ＴｉＣｌ_４ガス）、塩化チタン（ＩＩＩ）ガス（ＴｉＣｌ_３ガス）等が挙げられる。好ましくは、塩化チタン（ＩＶ）ガスが用いられる。チタンのハロゲン化物ガスの濃度（体積％）は、導入ガスの全体積を基準として、０．０５体積％以上０．３体積％以下であることが好ましく、０．１体積％以上０．２体積％以下であることがより好ましい。

アンモニアガスの濃度（体積％）は、導入ガスの全体積を基準として、０．２体積％以上３．０体積％以下であることが好ましく、０．５体積％以上２．０体積％以下であることがより好ましい。

上記原料ガスに加えて、エチレンガス（Ｃ_２Ｈ_４）を用いることができる。エチレンガスの濃度（体積％）は、導入ガスの全体積を基準として、０体積％以上０．３体積％以下であることが好ましい。

キャリアガスとしては、例えばアルゴンガス、水素ガスなどが挙げられる。好ましくは、水素ガスが用いられる。キャリアガスのガス濃度（体積％）は導入ガスの全体積を基準として、９０体積％以上９９体積％以下であることが好ましく、９５％以上９９％以下であることがより好ましい。

第２工程において、先ず原料ガス及びキャリアガスの流量を一定にすることにより、導入ガスの総ガス流量を一定に保ちながら、上記第２領域を形成する（以下、「第２Ａ工程」とも記す。）。これによると、上記第２領域において、結晶粒の平均アスペクト比を３．０超１０．０以下とすることができる。この理由は以下の通りと推察される。

ＣＶＤ法によるＡｌＴｉＣＮ膜の成膜では、ガス流速が一定であると、特定の結晶面に吸着する確率が高いため、結晶粒が柱状に成長しやすくなる。これにより、結晶粒のアスペクト比が大きくなると推察される。

第２領域の厚みは、成膜時間により調整する。第２Ａ工程における総ガス流量は、例えば、８０～１２０Ｌ／分の範囲内における一点とすることができる。

第２Ａ工程の次に、後述する条件で、キャリアガスの流量を変化させることにより、導入ガスの総ガス流量を変化させながら、上記第１領域を形成する（以下、「第２Ｂ工程」とも記す。）。これによると、上記第１領域において、結晶粒の平均アスペクト比を３．０以下とすることができる。この理由は以下の通りと推察される。

ＣＶＤ法によるＡｌＴｉＣＮ膜の成膜では、上記の通り、ガス流速が一定であると、特定の結晶面に吸着する確率が高いため、結晶粒が柱状に成長しやすくなる。一方、成膜中にキャリアガスの流量を変化させることにより、導入ガス全体の流速を変化させると、原料ガスが特定の結晶面に吸着する確率が低くなり、結晶粒が柱状に成長しにくくなるため、結晶粒のアスペクト比が小さくなると推察される。導入ガスの総ガス流量を変化させることにより、結晶粒の平均アスペクト比を３．０以下にできることは、本発明者らが新たに見出したものである。

なお、従来は、ＡｌＴｉＣＮ膜を高真空下で成膜するため、圧力制御するのが困難であった。そのため、ガス流速を一定にすることが一般的であった。仮に、ＡｌＴｉＣＮ膜の成膜中にガス流速を変化させ圧力変動が大きい場合には、ＡｌＴｉＣＮ膜中に欠陥が生成しやすいなど不都合が生じると考えられていた。従って、ＡｌＴｉＣＮ膜の成膜中にガス流速を変化させるという本実施形態に特有の方法は、当業者が採用しないものであった。

第２Ｂ工程において、反応容器内に導入される総ガス流量は、例えば、以下の条件で変化させることができる。ここで「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炉に導入されたガスの全容積流量を示す。流量（平均）：１００Ｌ／分
流量（変化の範囲）：８０～１２０Ｌ／分
周期：５～１５分（１５分を超えると、第１領域においてアスペクト比が大きくなる傾向がある。）
総ガス流量を上記の範囲とする場合、導入ガス中のキャリアガスの流量は、例えば、以下の通りとすることができる。
流量（平均）：９８体積％
流量（変化の範囲）：９７～９９体積％
周期：５～１５分

上記第２工程は、第１の層を形成する工程である第２Ａ工程及び第２Ｂ工程に加えて、下地層及び表面層などの他の層を形成する工程を含むことができる。他の層は、従来の方法によって形成することができる。

＜第３工程：ブラスト処理をする工程＞
本工程では、上記被膜にブラスト処理を実施する。上記ブラスト処理の条件としては例えば、以下の条件が挙げられる。ブラスト処理を実施することで上記被膜に、所望の圧縮残留応力を付与することができる。
（ブラスト処理の条件）
メディア：アルミナ粒子、５００ｇ
投射角度：４５°
投射距離：３０～１００ｍｍ
投射時間：２～８秒
投射圧 ：０．１～０．３ＭＰａ
回転速度：６０ｒｐｍ

＜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、表面処理する工程等を適宜行ってもよい。

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。

≪切削工具の作製≫
試料Ｎｏ．１～２０の切削工具を作製するため、配合組成が２．０ｗｔ％のＴａＣ、１．０ｗｔ％のＮｂＣ、１０．０ｗｔ％のＣｏおよび残部のＷＣからなり（但し、不可避不純物を含む）、且つ、形状がＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ－Ｇである超硬合金製切削チップ（住友電工ハードメタル株式会社製）を基材として準備した（第１工程）。

次に、上記基材に対して、その表面に被膜を形成した（第２工程）。具体的には、試料Ｎｏ．１～試料Ｎｏ．１９では、先ず基材の全面に対し、表１に記載した下地層の形成条件により、ＣＶＤ法を実行した。次いで、試料Ｎｏ．１～試料Ｎｏ．１９では、形成された上記下地層の全面に対し、表２に記載した第１の層の形成条件によりＣＶＤ法を実行した後（第２Ａ工程）、表３に記載した第１の層の形成条件により、ＣＶＤ法を実行した（第２Ｂ工程）。また、試料Ｎｏ．２０では、上記基材の全面に対し、表２に記載した第１の層の形成条件によりＣＶＤ法を実行した後（第２Ａ工程）、表３に記載した第１の層の形成条件により、ＣＶＤ法を実行した（第２Ｂ工程）。第２Ａ工程及び第２Ｂ工程の成膜時間は、第１の層全体の厚みが表６、７の「第１の層の厚み（μｍ）」欄に記載される通りとなるように調整した。次いで、試料Ｎｏ．１９では、表４に記載した表面層の形成条件により、ＣＶＤ法を実行した。以上により、第２工程を実行した。

さらに上記のように被膜を形成後、表５に記載したブラスト処理の条件により、第３工程を実行した。

以上の工程を実行することにより、表６および表７に示した構成を有する試料Ｎｏ．１～２０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Ｎｏ．１～２０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。なお、試料Ｎｏ．１～９、１７～２０の切削工具は実施例に対応し、試料Ｎｏ．１０～１６の切削工具は比較例に対応する。

＜被膜等の厚みの測定＞
試料Ｎｏ．１～試料Ｎｏ．２０の切削工具について、被膜、当該被膜を構成する層である第１の層、及び下地層のそれぞれの厚みを、実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果をそれぞれ表６及び表７の「第１の層の厚み（μｍ）」の項、表６の「下地層の厚み（μｍ）」の項、表６の「表面層の厚み（μｍ）」の項に記す。

＜ｘ（平均値）及びｙ（平均値）の測定＞
試料Ｎｏ．１～試料Ｎｏ．２０の切削工具について、ｘ（平均値）及びｙ（平均値）を、実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果をそれぞれ表６及び表７の「Ａｌ_ｘＴｉ_１－ｘＣ_ｙＮ_１－ｙ」の「ｘ（平均値）」及び「ｙ（平均値）」の項に記す。

＜第１領域および第２領域における結晶粒の平均アスペクト比の測定＞
試料Ｎｏ．１～試料Ｎｏ．２０の切削工具について、第１領域における結晶粒の平均アスペクト比と第２領域における結晶粒の平均アスペクト比とを、実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果をそれぞれ表７の「第１領域の結晶粒の平均アスペクト比」の項、および、表７の「第２領域の結晶粒の平均アスペクト比」の項に記す。

＜面積比率の測定＞
試料Ｎｏ．１～試料Ｎｏ．２０の切削工具について、第１の層において立方晶系構造を有する結晶粒が占める面積比率を、実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果をそれぞれ表７の「面積比率（％）」の項に記す。

＜圧縮残留応力の測定＞
試料Ｎｏ．１～試料Ｎｏ．２０の切削工具について、第１の層の圧縮残留応力を、実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果をそれぞれ表７の「圧縮残留応力（ＧＰａ）」の項に記す。

＜硬度の測定＞
試料Ｎｏ．１～試料Ｎｏ．２０の切削工具について、第１の層の硬度を、実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果をそれぞれ表７の「硬度（ＧＰａ）」の項に記す。

≪切削試験≫
得られた切削工具を用いて、以下に示す切削条件にて切削加工を行った。切削距離３００ｍｍを１パスとし、１パスごとに損傷を確認し、熱亀裂および逃げ面摩耗により工具が欠損に達するまでのパス数を評価した。ここで「欠損」とは、最大逃げ面摩耗量が０．４ｍｍを超えることを意味する。その結果を、表７の「切削試験（パス）」の項に記す。ここで、工具が欠損に達するまでのパス数が２５パス以上であることは、耐熱亀裂性と耐摩耗性とが良好であることを意味する。すなわち、当該パス数が２５パス以上であることは、長い工具寿命を有することを意味する。
（切削条件）
被削材 ：ＦＣ２５０ブロック材（１００ｍｍ×８０ｍｍ）
切削速度 ：２５０ｍ／ｍｉｎ
送り量 ：０．２ｍｍ／ｔ
切込み量 ：２．０ｍｍ
湿式／乾式：湿式
当該切削条件は、ねずみ鋳鉄の湿式加工に該当する。

＜結果＞
表７の結果から、実施例に係る試料Ｎｏ．１～９、１７～２０の切削工具は、ねずみ鋳鉄の湿式加工において、比較例に係る試料Ｎｏ．１０～１６の切削工具に比して優れた耐熱亀裂性と優れた耐摩耗性とを有することが分かった。よって、実施例に係る試料Ｎｏ．１～９、１７～２０の切削工具は、ねずみ鋳鉄の湿式加工においても、長い工具寿命を有することが分かった。

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 切削工具、１ａ すくい面、１ｂ 逃げ面、１ｃ 刃先部、１０ 基材、１１ 第１の層、１２ 下地層、１３ 表面層、１４ 被膜、２０ａ 第１領域に含まれる結晶粒、２０ｂ 第２領域に含まれる結晶粒、２１ａ Ｓ１又はＳ２を跨ぐ結晶粒、２１ｂ ＶＳ１を跨ぐ結晶粒、２１ｃ Ｌ１を跨ぐ結晶粒、５０ ＣＶＤ装置、５２ 基材セット治具、５３ 反応容器、５４ 調温装置、５５ ガス導入管、５６ ガス排気管、５７ ガス排気口、Ｓ１ 第１の層の表面、Ｓ２ 第１の層の表面側の界面、Ｓ３ 第１の層の基材側の界面、Ｌ１ 第１仮想線、Ｒ１ 第１領域、Ｒ２ 第２領域

Claims (3)

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、第１の層を含み、
   前記第１の層は、複数の結晶粒を含み、
   前記結晶粒は、Ａｌ_ｘＴｉ_１－ｘＣ_ｙＮ_１－ｙからなり、
   前記ｘは、０．６５超０．９５未満であり、
   前記ｙは、０以上０．１未満であり、
   前記第１の層の表面Ｓ１、又は、前記第１の層の表面側の界面Ｓ２と、第１仮想平面ＶＳ１と、に挟まれた領域からなる第１領域において、前記結晶粒の平均アスペクト比は、３．０以下であり、
   前記第１仮想平面ＶＳ１と、前記第１の層の基材側の界面Ｓ３と、に挟まれた領域からなる第２領域において、前記結晶粒の平均アスペクト比は、３．０超１０．０以下であり、
   前記第１仮想平面ＶＳ１は、前記表面Ｓ１、又は、前記界面Ｓ２から基材側に１μｍ離れた地点を通り、且つ、前記表面Ｓ１、又は、前記界面Ｓ２に対して平行であり、
   前記結晶粒は、立方晶系構造を有する結晶粒を含み、
   前記第１の層において、立方晶系構造を有する結晶粒が占める面積比率は、９０％以上であり、
   前記平均アスペクト比および前記面積比率は、前記基材と前記被膜との界面の法線に沿った断面で測定され、
   前記第１の層の厚みは、２μｍ以上２０μｍ以下である、切削工具。
2. 前記第１の層の圧縮残留応力は、１．０ＧＰａ以上４．５ＧＰａ未満である、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記第１の層の硬度は、３０ＧＰａ以上４０ＧＰａ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。

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