JPWO2006011396A1 - 表面被覆切削工具 - Google Patents

Abstract

主面側にすくい面を、側面側に逃げ面を備えた基体の表面に、酸化アルミニウム層を少なくとも１層含む硬質被覆層を成膜してなる表面被覆切削工具において、以下の式（Ｉ）にて算出される値を前記酸化アルミニウム層の（ＨＫＬ）面についての配向係数ＴＣとしたとき、前記すくい面における配向係数ＴＣRと前記逃げ面における配向係数ＴＣFとの比ＴＣF／ＴＣRが０．３〜０．９５の範囲にある表面被覆切削工具であり、この表面被覆切削工具のすくい面と逃げ面との交差稜線部に形成された切刃を切削物に当てて切削加工を行う切削物の製造方法である。【数３】但し、Ｉ（ＨＫＬ） 、Ｉ0（ＨＫＬ）およびΣ［Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ0（ｈｋｌ）］は明細書中に記載した通りである。

Description

本発明は、硬質被覆層を表面に被着形成して優れた耐欠損性および耐摩耗性等の切削特性を有する切削工具に関する。

従来より、基体の表面に硬質被覆層を被着形成した表面被覆切削工具としては、超硬合金やサーメット、セラミックス等の硬質基体の表面に、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、Ａｌ₂Ｏ₃層およびＴｉＡｌＮ層等の硬質被覆層を単層または複数層被着形成した工具が多用されている。

近時、切削加工の高能率化に伴い、さらなる耐欠損性・耐摩耗性の向上が求められている。特に、金属の重断続切削等の大きな衝撃が切刃にかかるような切削が増えている。かかる過酷な切削条件においては、従来の工具では硬質被覆層が大きな衝撃に耐えきれず、チッピングや硬質被覆層の剥離が発生しやすく、これが引き金となって、切刃の欠損や異常摩耗の発生等の突発的な工具損傷により、工具寿命の長寿命化ができないという問題があった。

そこで、特許文献１には、酸化アルミニウム層の粒径と層厚を適正化するとともに、（０１２）面における組織化係数（Ｔｅｘｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：配向係数）を１．３以上とすることで、緻密で耐欠損性の高い酸化アルミニウム層とすることが記載されている。

また、特許文献２には、酸化アルミニウム層の（０１２）面における組織化係数（配向係数）を２．５以上とすることで、酸化アルミニウム層の残留応力が解放されやすくなるため、酸化アルミニウム層の耐欠損性が向上することが記載されている。

しかしながら、上記特許文献１および特許文献２に記載されている酸化アルミニウム層の耐欠損性を全体的に向上させる、すなわち酸化アルミニウム層の靭性を向上させる方法では、特に突発欠損やチッピング等が生じやすいすくい面における工具損傷は抑えられるが、逃げ面では逆に酸化アルミニウム層の硬度低下によって被削材との接触によるこすれ摩耗が進行しやすくなってしまい、結果的に工具寿命には限界があった。

一方、特許文献３には、酸化アルミニウム層の付着力を向上させるために、酸化アルミニウム層のＸ線回折分析のＸ線ピークにおいて、（１１０）面のピーク強度を最強とすることが記載されている。

また、特許文献４には、酸化アルミニウム層のＸ線回折分析のＸ線ピークにおいて、（０１２）面、（１０４）面、（１１０）面、（１１６）面のピーク強度を適正化することによって、酸化アルミニウム層の耐欠損性が向上することが記載されている。

しかしながら、上記特許文献３および特許文献４に記載されている酸化アルミニウム層の付着力を向上させる方法では、膜の剥離や摩耗の進行を抑制することはできるが、すくい面では酸化アルミニウム層の付着力が強すぎて、下層の硬質層が先に剥離してしまうことから、大きな衝撃がかかると突発的に大きな欠損が発生する可能性があった。一方、逃げ面では、逆に酸化アルミニウム層にクラックが発生すると、クラック内に溶解した被削材が進入して被削材が溶着しやすくなってしまい、結果的に工具寿命には限界があった。
特許第３３２５９８７号公報 特開２００３−０２５１１４号公報 特開平１０−１５６６０６号公報 特開２００２−３７０１０５号公報

本発明の主たる課題は、硬質被覆層の特性バランスを最適化することによって耐摩耗性および耐欠損性共に優れた表面被覆切削工具とし、長寿命な表面被覆切削工具を提供することである。
本発明の他の課題は、すくい面の耐衝撃性を高めて突発的に発生する大きな欠損を防止しつつ、逃げ面では被削材の溶着を防止して、長寿命な表面被覆切削工具を提供することである。
本発明のさらに他の課題は、安定して良好な加工面を有する切削物が得られる切削物の製造方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
（１）主面側にすくい面を、側面側に逃げ面を備えた基体の表面に、酸化アルミニウム層を少なくとも１層含む硬質被覆層を成膜してなる表面被覆切削工具において、以下の式（Ｉ）にて算出される値を前記酸化アルミニウム層の（ＨＫＬ）面についての配向係数ＴＣとしたとき、前記すくい面における配向係数ＴＣ_Rと前記逃げ面における配向係数ＴＣ_Fとの比ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．３〜０．９５の範囲にある表面被覆切削工具。

但し、
（ＨＫＬ）面：（０１２）、（１０４）、（１１０）、（１１３）、（０２４）、（１１６）面から選ばれる１種
Ｉ（ＨＫＬ） ：（ＨＫＬ）面におけるＸ線回折ピーク強度測定値
Ｉ₀（ＨＫＬ）：ＪＣＰＤＳカード番号１０−１７３の（ＨＫＬ）面における標準Ｘ線回折ピーク強度
Σ［Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ₀（ｈｋｌ）］：（０１２）、（１０４）、（１１０）、（１１３）、（０２４）、（１１６）面における［Ｘ線回折ピーク強度測定値］／［標準Ｘ線回折ピーク強度］の値の合計

（２）前記（ＨＫＬ）面が（０１２）面である前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）前記すくい面における配向係数ＴＣ_Rが１．２〜２．５、前記逃げ面における配向係数ＴＣ_Fが０．５〜１．１である前記（２）に記載の表面被覆切削工具。
（４）前記基体表面の面粗さが、前記すくい面において０．１μｍ以下、前記逃げ面において０．２〜１．０μｍである前記（２）に記載の表面被覆切削工具。
（５）前記酸化アルミニウム層の直下に少なくともチタンおよび酸素を含有する化合物からなる結合層を有する前記（２）に記載の表面被覆切削工具。
（６）前記結合層における酸素濃度が２〜１０原子％である前記（５）に記載の表面被覆切削工具。
（７）前記酸化アルミニウム層と前記結合層との界面における面粗さが、すくい面において０．０８μｍ以下、逃げ面において０．１〜０．８μｍである前記（５）に記載の表面被覆切削工具。
（８）前記酸化アルミニウム層のマイクロビッカース硬度計にて測定した膜硬度が、すくい面において２０ＧＰａ以上であり、かつ、前記逃げ面における前記酸化アルミニウム層の膜硬度が、すくい面における膜硬度よりも０．５ＧＰａ以上大きい前記（２）に記載の表面被覆切削工具。

（９）前記（ＨＫＬ）面が（１１０）面である前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（１０）前記すくい面における配向係数ＴＣ_Rが１．３〜５．０、前記逃げ面における配向係数ＴＣ_Fが０．５〜４．０である前記（９）に記載の表面被覆切削工具。
（１１）前記基体表面の面粗さが、前記すくい面において０．２〜１μｍ、前記逃げ面において０．６〜２μｍである前記（９）に記載の表面被覆切削工具。
（１２）前記酸化アルミニウム層の直下に少なくともチタンおよび酸素を含有する化合物からなる結合層を有する前記（９）に記載の表面被覆切削工具。
（１３）前記結合層における酸素濃度が１０〜２５原子％である前記（１２）に記載の表面被覆切削工具。
（１４）前記酸化アルミニウム層と前記結合層との界面における面粗さが、すくい面において０．２〜０．５μｍ、逃げ面において０．６〜２μｍである前記（１２）に記載の表面被覆切削工具。
（１５）ダイヤモンド圧子によるスクラッチ試験にて測定した前記酸化アルミニウム膜の付着力が、すくい面において４０Ｎ〜１２０Ｎの範囲内であり、かつ、前記逃げ面における前記酸化アルミニウム層の付着力が３０Ｎ〜１００Ｎの範囲内である前記（９）に記載の表面被覆切削工具。

（１６）前記（ＨＫＬ）面が（１１３）面である前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（１７）前記すくい面における配向係数ＴＣ_Rが０．４〜１．０、前記逃げ面における配向係数ＴＣ_Fが０．２〜０．７である前記（１６）に記載の表面被覆切削工具。
（１８）前記酸化アルミニウム層の直下に少なくともチタンおよび酸素を含有する化合物からなる結合層を有する前記（１６）に記載の表面被覆切削工具。
（１９）前記結合層における酸素濃度が２５〜４０原子％である前記（１８）に記載の表面被覆切削工具。

（２０）前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に形成された切刃における（ＨＫＬ）面についての配向係数ＴＣ_Eと前記逃げ面における配向係数ＴＣ_Fとの比ＴＣ_F／ＴＣ_Eが０．２〜０．８の範囲にある前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（２１）前記酸化アルミニウム層の層厚が１〜６μｍである前記（１）に記載の表面被覆切削工具。

（２２）前記（１）に記載の表面被覆切削工具の前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に形成された切刃を切削物に当てて切削加工を行う切削物の製造方法。
（２３）前記切削加工として連続切削加工工程と断続切削加工工程とを含む前記（２２）に記載の切削物の製造方法。
（２４）前記（２）に記載の表面被覆切削工具で切削加工を行う前記（２３）に記載の切削物の製造方法。
（２５）前記切削加工として断続切削加工工程を含む前記（２２）に記載の切削物の製造方法。
（２６）前記（９）に記載の表面被覆切削工具で切削加工を行う前記（２５）に記載の切削物の製造方法。
（２７）前記切削加工として高速連続切削加工工程を含む前記（２２）に記載の切削物の製造方法。
（２８）前記（１６）に記載の表面被覆切削工具で切削加工を行う前記（２７）に記載の切削物の製造方法。

前記（１），（２）では、基体の表面に成膜した酸化アルミニウム層の（０１２）面の配向係数を、すくい面における配向係数ＴＣ_Rと逃げ面における配向係数ＴＣ_Fとの比ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．３〜０．９５の範囲となるように調節する。これによって、切削中に被削材と衝突して衝撃を受けやすいすくい面における切削工具の耐衝撃性を高めてチッピングや突発欠損を抑制することができる。しかも、切削中に被削材とのこすれ摩耗による摩耗の量が大きい逃げ面において、酸化アルミニウム層の硬度を高めて逃げ面の耐摩耗性を向上することができる。その結果、耐摩耗性と耐欠損性の両方に優れた性能を発揮する表面被覆切削工具となる。
従って、特に、刃先に大きな衝撃がかかる断続加工と、耐摩耗性が重要になる連続加工が混在する加工においても、突発欠損の発生もなく優れた耐摩耗性を発揮することができるという効果がある。

前記（３）によれば、逃げ面において、前記酸化アルミニウム層の結晶間の結合力を高めて膜の硬度を十分に高くすることができ、逃げ面におけるこすれ摩耗を抑制することができる。さらに、前記すくい面において、前記酸化アルミニウム層の結晶間の結合力を弱めて酸化アルミニウム層の靭性を高め、すくい面におけるチッピングや突発欠損を抑制することができ、その結果、耐欠損性と耐摩耗性を共に向上することができる。
前記（４）によれば、すくい面と逃げ面の配向係数を所定の範囲に容易に調節することができ、表面被覆切削工具の耐摩耗性および耐欠損性を共に向上することができる。
前記（５）によれば、前記酸化アルミニウム層の付着力を高めて切削加工中の膜剥離を抑えると共に、前記酸化アルミニウム層の配向係数を所定の範囲に調節しやすくすることができる。
前記（６）によれば、前記酸化アルミニウム層の配向係数を容易に制御することができる。
前記（７）によれば、すくい面と逃げ面における酸化アルミニウム層の配向係数の比を所定の範囲に容易に調節することができ、性能にバラツキのない表面被覆切削工具とすることができる。
前記（８）によれば、逃げ面の酸化アルミニウム層の耐摩耗性が高まり、逃げ面摩耗を抑えることができると共に、すくい面の酸化アルミニウム層の靭性を保持することで耐衝撃性を高めることができる。

前記（９）では、基体の表面に成膜した酸化アルミニウム層の（１１０）面の配向係数を、すくい面における配向係数ＴＣ_Rと逃げ面における配向係数ＴＣ_Fとの比ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．３〜０．９５の範囲となるように調節する。これによって、切削中に被削材と衝突して大きな衝撃を受けやすいすくい面の靭性を高めて突発的に生じる大きな欠損を抑制することができるとともに、切削中に被削材とのこすれ摩耗による摩耗の量が大きい逃げ面において、酸化アルミニウム層の硬度を高めて逃げ面に発生する微小クラックを低減し、被削材の溶着を低減できる。その結果、長期間にわたって突発的な不具合が発生することのない、安定した切削性能を発揮する高信頼性の表面被覆切削工具となる。

前記（１０）によれば、逃げ面においては、前記酸化アルミニウム層にクラックが発生しにくくなるため、被削材がクラック内に侵入することを防ぎ、被削材の溶着を抑制することができる。しかも、切削による衝撃を受けやすい前記すくい面においては、前記酸化アルミニウム層に発生した微小クラックによって残留応力をより低減させて突発的に発生する大きな欠損を抑制できる。その上、すくい面においては前記酸化アルミニウム層の付着力を高めて膜剥離を抑えることで前記酸化アルミニウム層の靭性が高められてすくい面におけるチッピングや突発欠損を抑制することができる。その結果、耐欠損性と耐摩耗性を共に向上することができる。
前記（１１）によれば、すくい面と逃げ面の配向係数を所定の範囲に容易に調節することができ、表面被覆切削工具の耐摩耗性および耐欠損性を共に向上することができる。
前記（１２）によれば、前記酸化アルミニウム層の付着力を高めて切削加工中の膜剥離を抑えると共に、前記酸化アルミニウム層の配向係数を所定の範囲に調節しやすくすることができる。
前記（１３），（１４）によれば、すくい面と逃げ面における酸化アルミニウム層の配向係数の比を所定の範囲に容易に調節することができ、性能にバラツキのない表面被覆切削工具とすることができる。
前記（１５）によれば、耐摩耗性を必要とする連続切削中に膜剥離を発生させず、かつ、強い衝撃がかかる断続切削中に前記酸化アルミニウム層の下層を巻き込んで膜剥離を発生させることのない適正な付着力を保有することができる。

前記（１６）によれば、すくい面のほうが逃げ面よりも少し変質することによって、すくい面における酸化アルミニウム層の粒径を微細にすることができて硬度が向上する。これによってすくい面における耐摩耗性を向上させるとともに、酸化アルミニウム層の靭性をも向上させることで、大きな衝撃のかかるすくい面の耐欠損性を高め、大きなチッピングや欠損の発生を抑制できる。また、逃げ面の界面エネルギーを減少させることで、逃げ面の濡れ性を低減させ、逃げ面への被削材の溶着防ぐことができる結果、高速連続切削加工において問題となるすくい面におけるクレータ摩耗、逃げ面における被削材の溶着による加工面品位の低下を共に防止することができる。
前記（１７）によれば、すくい面におけるクレータ摩耗をより効果的に防止することができる。
前記（１８）によれば、酸化アルミニウム層の結晶構造をα型酸化アルミニウム構造に制御することができる。
前記（１９）によれば、酸化アルミニウム層の配向係数を容易に制御することができる。

前記（２０）によれば、前記切刃における酸化アルミニウム層の結晶間の結合力を最適化して前記切刃の耐衝撃性を高めることができるため、前記切刃からの突発欠損やチッピングを抑え、かつ高い耐摩耗性を得ることができる。
前記（２１）によれば、耐摩耗性を維持したまま膜剥離を抑えることができる。

前記（２２）によれば、安定して良好な加工面を有する切削物を得ることができる。
前記（２３），（２４）によれば、すくい面のほうが逃げ面より靭性が高い構成とすることによって、断続切削における、より大きな衝撃がかかりやすいすくい面での耐欠損性を防止できるとともに、連続切削において摩耗しやすい逃げ面における摩耗を抑制することができる。
前記（２５），（２６）によれば、すくい面のほうが逃げ面より微小クラックが多い構成とすることによって、断続切削における、より大きな衝撃がかかりやすい、すくい面での耐欠損性を防止できるとともに、逃げ面において溶着を防止することができる。
前記（２７），（２８）によれば、すくい面のほうが逃げ面より変質しやすい構成とすることによって、すくい面では酸化アルミニウム層の粒径が微細になるため、硬度および靭性が向上する。しかも、逃げ面においては酸化アルミニウム層の界面エネルギーが小さくなることで被削材の溶着を防止することができる。そのため、切削速度が２００ｍ以上の高速連続切削加工にて問題になりやすい、すくい面におけるクレータ摩耗と逃げ面への被削材の溶着を改善することができる。

本発明の表面被覆切削工具の外観を示す概略斜視図である。 本発明の表面被覆切削工具の膜構成の一例を示した概略断面図である。 図２におけるＡ部の拡大図、および本発明における面粗さの測定方法を説明するための模式図である。

符号の説明

１：表面被覆切削工具
２：すくい面
３：逃げ面
４：切刃
５：基体
６：硬質被覆層
７：酸化アルミニウム層
８：結合層
９：界面
９ｂ：基体と硬質被覆層との界面
９ｃ：結合相と酸化アルミニウム層との界面
１０：下層
１１：最表層

＜表面被覆切削工具＞
（第１の実施形態）
本発明の表面被覆切削工具（以下単に工具と略す）の第１の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態にかかる工具を示す概略斜視図であり、図２は、本実施形態にかかる工具を示す概略断面図である。

同図に示すように、工具１は、主面にすくい面２、側面に逃げ面３をそれぞれ有し、すくい面２と逃げ面３との交差稜線に切刃４を有する基体５の表面に、硬質被覆層６が被覆した構成となっている。

ここで、本実施形態は、基体５の表面に硬質被覆層６として酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）層７を少なくとも１層具備し、この酸化アルミニウム層７の（ＨＫＬ）面が（０１２）面のピーク強度が最強となり、すなわち、上記式（Ｉ）における（ＨＫＬ）面が（０１２）面であり、かつ酸化アルミニウム層７の（０１２）面におけるＸ線回折法（ＸＲＤ）にて測定されるＸ線回折強度値を上記式（Ｉ）に代入することで算定される配向係数について、すくい面２における配向係数ＴＣ_Rと逃げ面３における配向係数ＴＣ_Fとの比ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．３〜０．９５の範囲にあることを特徴とするものである。

ちなみに、上記式（Ｉ）において「ＪＣＰＤＳカード」とは、「Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ ｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ」から刊行されている化学物質の粉末Ｘ線回折データファイルのことである。

これによって、切削中に被削材と衝突して衝撃をうけやすいすくい面２における工具１の耐衝撃性を高めてチッピングや突発欠損を抑制することができるとともに、切削中に被削材とのこすれ摩耗による摩耗の量が大きい逃げ面３において、酸化アルミニウム層７の硬度を高めて逃げ面３の耐摩耗性を向上することができ、その結果、耐摩耗性と耐欠損性の両方に優れた性能を発揮することができる工具１となる。

すなわち、酸化アルミニウム層７の（０１２）結晶面における配向係数を大きくすると、酸化アルミニウム層７の結晶粒子間の結合強度が弱くなり、酸化アルミニウム層７の靭性が向上して、工具１のすくい面２において衝撃に対する強度が高まる効果がある。そのため、切削加工時の衝撃による膜の剥離、破壊に起因する突発欠損や、異常摩耗による工具寿命の低下を防ぐことができる。逆に、酸化アルミニウム層７の（０１２）結晶面における配向係数が小さくなると、酸化アルミニウム層７の結晶粒子間の結合強度が高まり、酸化アルミニウム層７の硬度が高くなる。そのため、工具１の逃げ面３における耐摩耗性が向上する。その結果、工具全体として切削加工において優れた工具寿命を発揮することができる。比ＴＣ_F／ＴＣ_Rの望ましい範囲は０．３〜０．８、より望ましい範囲は０．５〜０．８５、特に望ましい範囲は０．５〜０．８である。

ここで、本実施形態においては、酸化アルミニウム層７の結晶構造としては、耐酸化性、耐摩耗性が高く、被削材と反応しにくくなり、切削工具としての寿命が向上することができるため、α型結晶構造をなす酸化アルミニウムからなることが望ましい。

また、本実施形態における酸化アルミニウム層７の（０１２）面における配向係数の測定については、α型酸化アルミニウム層を用いる。

なお、酸化アルミニウム層７は、α型酸化アルミニウム層の結晶構造以外に、κ型、θ型、γ型等の別の結晶構造がα型酸化アルミニウム層のＸ線回折ピークの最強ピーク強度よりも低い強度比で混在する構成であってもよい。この場合であっても、酸化アルミニウム層７の配向係数ＴＣの測定においては、α型酸化アルミニウム層のピーク強度のみで（０１２）面の配向係数を算出する。

ここで、すくい面２における酸化アルミニウム層７の配向係数ＴＣ_Rが１．２〜２．５であることが、すくい面２側の酸化アルミニウム層７の耐衝撃性を高めて耐欠損性を向上させる点で望ましく、特に１．２〜２．０であることが望ましい。かつ、逃げ面３における酸化アルミニウム層７の配向係数ＴＣ_Fが０．５〜１．１であることが逃げ面３側の耐摩耗性をより高めることができる点で望ましく、特に、０．７５〜１．１となることが望ましい。

また、切刃４における（０１２）面の配向係数ＴＣ_EとＴＣ_Fとの比、ＴＣ_F／ＴＣ_Eが０．２〜０．８、特に０．４〜０．７の範囲にあることが、切刃４の耐衝撃性を高め、切刃４からの突発欠損やチッピングを抑え、かつ高い耐摩耗性をも同時に得ることができるため望ましい。

酸化アルミニウム層７の層厚を１〜６μｍ、特に２〜４μｍとすることで、耐摩耗性を維持したまま膜剥離を抑えることができるとともに、配向係数を本実施形態の設定範囲に調整することが容易になるため望ましい。

さらに、基体５と硬質被覆層６との界面９ｂの面粗さが、すくい面２において０．１μｍ以下、逃げ面３において０．２〜１．０μｍ、好ましくは０．２〜０．５μｍとすることが、すくい面２と逃げ面３における酸化アルミニウム層７の配向係数を規定の範囲に容易に調節することができるとともに、工具１の各部における配向係数のバラツキを抑制して性能のバラツキのない工具１を得ることができるため望ましい。

ここで、界面９（９ｂ）における面粗さの測定方法について図３を参照して詳細に説明する。図３は、図２におけるＡ部の拡大図、および本発明における面粗さの測定方法を説明するための模式図である。まず、工具１の切断面または破断面を５０００〜２００００倍の倍率の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察する。切断面または破断面において、基体５と硬質被覆層６の界面９での最高凸部Ｈを通り且つ基体５と略平行な直線をＡ、界面９での最深凹部Ｌを通り且つ基体５と略平行な直線をＢとし、これら２直線間の最短距離ｈの中点を通り且つ基体５に平行な直線を基準線Ｃする。ここで界面９の凹凸のうち、基準線Ｃよりも上に突き出しているものを凸部、基準線Ｃよりも下に凹んでいるものを凹部として、基準線Ｃから凸部、凹部それぞれの頂点までの最短距離を測定し、その平均距離を面粗さとして算出する。

酸化アルミニウム層７の直下に少なくともチタンと酸素を含有する化合物からなる結合層８を設けることが、結合層８の条件を調整することで酸化アルミニウム層７の配向係数を容易に調節することができるため望ましい。また、酸化アルミニウム層７の付着力を高めて膜剥離を抑えることができる。

結合層８における酸素濃度が２〜１０原子％であるのが好ましい。これにより、酸化アルミニウム層７の配向係数の比を所定の範囲に容易に調整することができ、性能のバラツキのない工具１とすることができる。

ここで、酸化アルミニウム層７と結合層８との界面９ｃにおける面粗さが、すくい面２では０．０８μｍ以下、逃げ面３では０．１μｍ〜０．８μｍ、特に０．２μｍ〜０．８μｍとすることが、酸化アルミニウム層７の配向係数の比を上記範囲に容易に調節することができ、性能のバラツキのない工具１とすることができるため望ましい。界面９ｃの面粗さは、前述した基体５と硬質被覆層６との界面９ｂの測定方法と同様の方法で測定する。

また、結合層８よりも下方に、下層１０として、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属、Ｓｉ、Ａｌの１種の金属または２種以上の金属間化合物の炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物から選ばれる少なくとも１種から構成される硬質膜を使用可能である。中でも、チタンの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物、炭酸窒化物から選ばれる化合物の単層または多層を成膜することが、より高い耐摩耗性および耐欠損性を得ることができるため望ましい。特に、膜硬度、強度に優れる炭窒化チタン層を成膜することにより、耐摩耗性、耐欠損性を共に向上することができるため望ましい。

さらに、工具１の最表層１１として、金色を呈する窒化チタンからなる層を０．１〜２μｍの層厚で成膜することにより、工具１を使用すると使用した切刃４が摩耗や膜剥離によって変色するため、切刃４の使用、未使用の判別が容易になる効果があるため望ましい。

本発明に使用する基体５としては、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）または炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）と、所望により周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種からなる硬質相をコバルト（Ｃｏ）および／またはニッケル（Ｎｉ）の鉄属金属から成る結合相にて結合させた超硬合金やサーメット、または窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）や酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）質セラミック焼結体、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、ダイヤモンドを主体とした超硬質焼結体等の硬質材料、または炭素鋼、高速度鋼、合金鋼等の金属等の高硬度材料を用いるが、図１では炭化タングステン（ＷＣ）を主成分とした硬質相とコバルト（Ｃｏ）からなる結合相で構成される超硬合金にて構成されている。

本実施形態では、すくい面２における酸化アルミニウム層７のマイクロビッカース硬度計によって測定される膜硬度が２０ＧＰａ以上であると共に、逃げ面３における酸化アルミニウム層７の膜硬度が、すくい面２における酸化アルミニウム層７の膜硬度よりも０．５ＧＰａ以上高いのが好ましい。これにより、逃げ面３の酸化アルミニウム層７の耐摩耗性を高めることができ、かつ、すくい面２における耐衝撃性を高めて、耐摩耗性を保持し、すくい面２の耐摩耗性の低下を防ぐことができるため望ましい。

次に、上述した本実施形態にかかる表面被覆切削工具の製造方法について説明する。まず、上述した硬質合金を焼成によって形成しうる金属炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物等の無機物粉末に、金属粉末、カーボン粉末等を適宜添加、混合し、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定の工具形状に成形した後、真空中または非酸化性雰囲気中にて焼成することによって上述した硬質合金からなる基体５を作製する。

次に、本実施形態によれば、酸化アルミニウム層７の（０１２）面における配向係数を調節するために酸化アルミニウム層７の直下の面粗さを調節する必要がある。その方法として、まず、上記基体５のすくい面２の表面を弾性砥石、ブラシ、ラップ、ブラスト加工等で研磨加工し、すくい面２の基体断面にて観察される面粗さを０．１μｍ以下に平滑にすると共に、逃げ面３を面粗さが０．２〜１μｍとなるように上記方法により別途研磨加工して制御する。

次に、基体５の表面に、例えば化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって硬質被覆層６を成膜する。まず、下層１０を成膜するが、下層１０として窒化チタン（ＴｉＮ）層を成膜するには、反応ガス組成として塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ₂）ガスを０〜６０体積％、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとすればよい。

さらに、下層１０として炭窒化チタン層を成膜するには、例えば反応ガス組成として、塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ₂）ガスを０〜６０体積％、メタン（ＣＨ₄）ガスを０〜０．１体積％、アセトニトリル（ＣＨ₃ＣＮ）ガスを０．１〜３体積％、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａにて成膜する。

また、下層１０として炭化チタン（ＴｉＣ）を成膜するには、反応ガス組成としてＴｉＣｌ₄ガスを０．１〜３０体積％、ＣＨ₄ガスを０．１〜２０体積％、残りがＨ₂ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａにて成膜する。

そして、下層１０の表面、すなわち、酸化アルミニウム層７の直下に、上述した結合層８を成膜する。例えば炭酸窒化チタン（ＴｉＣＮＯ）層を成膜する際には、塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）ガスを０．１〜３体積％、メタン（ＣＨ₄）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ₂）ガスを０〜６０体積％、ＣＯ₂ガス、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとする。ここで、本発明によれば、工具１のすくい面２と逃げ面３の配向係数ＴＣを所定の範囲に制御するために、上記結合層８成膜のための反応ガスのうちＣＯ₂のガス濃度を０．３〜１．２体積％とすることが特に有効である。

その後、結合層８の表面に酸化アルミニウム層７を成膜する。酸化アルミニウム層７の成膜方法としては、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）ガスを３〜２０体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５〜３．５体積％、二酸化炭素（ＣＯ₂）ガスを０．０１〜５．０体積％、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）ガスを０〜０．０１体積％、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを用い、９００〜１１００℃、５〜１０ｋＰａとすることが望ましい。
さらに、所望によって、刃先の使用、未使用を判別しやすくするために、最表面にＴｉＮ膜を上記の成膜条件を用いて成膜してもよい。

（第２の実施形態）
本発明にかかる表面被覆切削工具の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、前述した第１の実施形態の構成と同一または同等な部分には同一の符号を付して説明は省略する。

ここで、本実施形態は、基体５の表面に硬質被覆層６として酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）層７を少なくとも１層具備し、この酸化アルミニウム層７の（ＨＫＬ）面が（１１０）面のピーク強度が最強となり、すなわち、上記式（Ｉ）における（ＨＫＬ）面が（１１０）面であり、かつ酸化アルミニウム層７の（１１０）面におけるＸ線回折法（ＸＲＤ）にて測定されるＸ線回折強度値を上記式（Ｉ）に代入することで算定される配向係数について、すくい面２における配向係数ＴＣ_Rと逃げ面３における配向係数ＴＣ_Fとの比ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．３〜０．９５の範囲にあることを特徴とするものである。

これによって、すくい面２と逃げ面３における酸化アルミニウム層７の付着力と、微小クラックの発生しやすさを調節して最適な状態にすることができ、切削性能を高めることができる。

つまり、切削中に被削材と衝突して衝撃を受けやすいすくい面２では、（１１０）面ピークを高めに設定し、微小クラックを発生させやすくして残留応力を開放し、耐衝撃性を高めて大きな突発欠損が発生することを抑制することができる。一方、被削材との接触によって被削材が溶着しやすい逃げ面３では、酸化アルミニウム層７の（１１０）面ピークを低く設定し、酸化アルミニウム層７中に微小クラックが発生することを防ぎ、微小クラック内に被削材が進入して溶着することを抑制する。その結果、安定した切削加工が可能な信頼性に優れた性能を発揮することができる工具１となる。

つまり、酸化アルミニウム層７の（１１０）結晶面における配向係数を大きくすると、酸化アルミニウム層７の結晶粒子間の結合強度が弱くなり、酸化アルミニウム層７にクラックが発生しやすくなる傾向にある。

そこで、本実施形態によれば、すくい面２側における酸化アルミニウム層７を（１１０）結晶配向性の強い構成とすることで、酸化アルミニウム層７内に微小クラックを発生させ、酸化アルミニウム層７中の残留応力を開放させて膜の靭性を向上させ、工具１のすくい面２において衝撃に対する突発的に大きな欠損による工具寿命の低下を防ぐことができる。一方、逃げ面３においては、酸化アルミニウム層７の（１１０）結晶面における配向係数ＴＣ_Fを小さくして酸化アルミニウム層７の結晶粒子間の結合強度が高められ、酸化アルミニウム層７に微小クラックが発生するのを防止する。そのため、被削材が微小クラック内に進入して溶着することを抑制でき、溶着による摩耗の進行を防ぐことができる。その結果、工具全体として切削加工において優れた工具寿命を発揮することができる。配向係数の比ＴＣ_F／ＴＣ_Rの特に望ましい範囲は０．５〜０．８５である。

ここで、本実施形態においては、酸化アルミニウム層７の結晶構造としては、耐酸化性が高く、被削材と反応しにくく、化学的反応による摩耗に対して優れた耐摩耗性を発揮するために、α型酸化アルミニウムからなることが望ましい。
したがって、本実施形態における酸化アルミニウム層７の（１１０）面における配向係数の測定については、α型酸化アルミニウム層を用いる。

なお、酸化アルミニウム層７は、α型酸化アルミニウム層の結晶構造以外に、κ型、θ型、γ型等の別の結晶構造がα型酸化アルミニウム層のＸ線回折ピークの最強ピーク強度よりも低い強度比で混在する構成であってもよい。この場合であっても、酸化アルミニウム層７の配向係数ＴＣの測定においては、α型酸化アルミニウム層のピーク強度のみで（１１０）面の配向係数を算出する。

ここで、すくい面２における酸化アルミニウム層７の配向係数ＴＣ_Rが１．３〜５．０、好ましくは１．３〜４．０であり、かつ逃げ面３の配向係数ＴＣ_Fが０．５〜４．０、好ましくは０．７５〜３．０であることが望ましい。これによって、逃げ面３において酸化アルミニウム層７にクラックが発生しにくくなるために被削材がクラック内に侵入することを防ぎ、被削材の溶着を抑制することができる。しかも、切削による衝撃を受けやすいすくい面２において、酸化アルミニウム層に発生した微小クラックによって残留応力をより低減させて突発的に発生する大きな欠損を抑制できる。さらに、すくい面２における酸化アルミニウム層７の付着力を高めて膜剥離を抑えることで、酸化アルミニウム層７の靭性が高められて、すくい面２におけるチッピングや突発欠損を抑制することができる。その結果、耐欠損性と耐摩耗性を共に向上することができる。

また、切刃４における（１１０）面の配向係数ＴＣ_EとＴＣ_Fとの比、ＴＣ_F／ＴＣ_Eが０．２〜０．８、特に０．４〜０．７の範囲にあることが、切刃４の耐衝撃性を高め、切刃４からの突発欠損やチッピングを抑え、かつ耐摩耗性も高いため望ましい。

酸化アルミニウム層７の層厚を１〜６μｍ、特に２〜４μｍとすることで、耐摩耗性を維持したまま膜剥離を抑えることができるとともに、配向係数を本実施形態の設定範囲に調整することが容易になるため望ましい。

また、基体５と、硬質被覆層６との界面９ｂの面粗さが、前記すくい面２において０．２〜１μｍ、逃げ面３において０．６〜２μｍとすることが望ましい。これによって、すくい面２と逃げ面３における酸化アルミニウム層７の配向係数を所定の範囲に容易に調節することができるとともに、工具１の各部における配向係数のバラツキを抑制して性能のバラツキのない工具１を得ることができる。なお、界面９ｂにおける面粗さの測定方法は、上記実施形態で説明した測定方法と同様にして測定することができる。

酸化アルミニウム層７の直下に少なくともチタンと酸素を含有する化合物からなる結合層８を設けることが、結合層８の条件を調整することで酸化アルミニウム層７の配向係数を調節することが容易になるため望ましい。また、酸化アルミニウム層７の付着力を高めて膜剥離を抑えることができる。

ここで、結合層８中に存在する酸素濃度が１０〜２５原子％とすることが、酸化アルミニウム層７の配向係数の比を上記範囲に容易に調節することができ、性能のバラツキのない工具１とすることができるため望ましい。

ここで、酸化アルミニウム層７と結合層８との界面９ｃにおける面粗さが、すくい面２では０．２〜０．５μｍ、逃げ面３では０．６μｍ〜２μｍとすることが、酸化アルミニウム層７の配向係数の比を上記範囲に容易に調節することができ、性能のバラツキのない工具１とすることができるため望ましい。界面９ｃの面粗さは、前述した基体５と硬質被覆層６との界面９ｂの測定方法と同様の方法で測定する。

本実施形態では、結合層８よりも下方に、上記実施形態１と同様の下層１０が形成されているのが好ましく、工具１の最表面には、上記実施形態１と同様の最表層１１が形成されているのが好ましい。また、本実施形態の基体５としては、上記実施形態１で例示したものと同様のものが挙げられる。

本実施形態では、すくい面２における酸化アルミニウム層７の付着力が４０Ｎ〜１２０Ｎの範囲内であると共に、逃げ面３における酸化アルミニウム層７の付着力が、３０Ｎ〜１００Ｎの範囲内とすることで、連続切削の際には酸化アルミニウム層７の剥離が生じず、断続切削の際には酸化アルミニウム層７のみが剥離して酸化アルミニウム層７の下層は残るため、断続切削中でも十分な耐摩耗性を維持することができるため望ましい。

なお、酸化アルミニウム７の剥離荷重は、例えば、酸化アルミニウム層７のスクラッチ試験による付着力測定によって測定することができる。具体的には、上記スクラッチ試験は、工具１の酸化アルミニウム層７の表面をダイヤモンド圧子にて下記条件で引っ掻くことによって測定される。

［圧子］
円錐形ダイヤモンド圧子（ダイヤモンド接触子）
曲率半径：０．２ｍｍ
稜線角度：１２０°
［試験条件］
テーブルスピード：０．１７ｍｍ／秒
荷重スピード：１００Ｎ／分（連続荷重）
（ただし、初期荷重は剥離荷重に応じて調整）
引掻き距離：５ｍｍ
評価：上記引っ掻き痕を顕微鏡によって観察する。その際、（１）酸化アルミニウム層７が基体５、またはその下に存在する下層１０の表面から剥がれる、すなわち酸化アルミニウム層７が剥離し始めて基体５または下層１０が露出し始めた位置、（２）ダイヤモンド圧子の荷重が酸化アルミニウム層７自体の強度を上回って酸化アルミニウム層７が割れてその下に存在する基体５、または下層１０が露出する、すなわち、酸化アルミニウム層７が破壊し始めて基体５、または、下層１０が露出し始めた位置のいずれかを特定する。つまり、引っ掻き痕のうち酸化アルミニウム層７が露出した領域と、酸化アルミニウム層７とは異なる下層１０、または基体５が露出した領域との境界位置を特定し、この位置での荷重を算出することによって、酸化アルミニウム層７が剥離し始める剥離荷重（Ｆ_U）を求めることができる。

なお、組織観察のみでは特定が困難な場合には、表面に露出した元素成分をＸ線分光分析（ＥＰＭＡ）またはＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ）等にて確認することにより剥離し始める荷重の特定が可能となる。

次に、上述した本実施形態にかかる表面被覆切削工具の製造方法について説明する。まず、上記で説明した第１の実施形態と同様にして基体２を作製する。次に、本実施形態によれば、酸化アルミニウム層７の（１１０）面における配向係数を調節するために、酸化アルミニウム層７の直下の面粗さを調節する必要がある。その方法として、まず、上記基体５のすくい面２の表面を弾性砥石、ブラシ、ラップ、ブラスト、バレル加工等で研磨加工する。この時、すくい面２の基体５断面にて観察される面粗さを０．２〜１μｍの範囲内にすると共に、逃げ面３を面粗さが０．６〜２μｍとなるように上記方法により別途研磨加工して制御する。

次に、基体２の表面に、例えば化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって硬質被覆層６を成膜する。まず、下層１０を成膜するが、下層１０は上記で説明した第１の実施形態と同様にして成膜すればよい。

そして、下層１０の表面、すなわち、酸化アルミニウム層７の直下に、上述した結合層８を成膜する。例えば、炭酸窒化チタン（ＴｉＣＮＯ）層を成膜する際には、塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）ガスを０．１〜３体積％、メタン（ＣＨ₄）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ₂）ガスを０〜６０体積％、ＣＯ₂ガス、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとする。ここで、本実施形態によれば、工具１のすくい面２と逃げ面３の配向係数ＴＣを所定の範囲に制御するために、上記結合層８成膜のための反応ガスのうちＣＯ₂のガス濃度を２〜５体積％とすることが特に有効である。

その後、結合層８の表面に酸化アルミニウム層７を成膜する。酸化アルミニウム層７の成膜方法としては、上記で説明した第１の実施形態と同様にして成膜すればよい。すなわち、酸化アルミニウム層７の成膜条件は類似するものであっても、酸化アルミニウム層の直下の結合層の成膜条件や表面粗さ等の形成条件を変化させることによって成膜される酸化アルミニウム層７の性質を変化させることができる。
さらに、所望によって、刃先の使用、未使用を判別しやすくするために、最表面に窒化チタン（ＴｉＮ）膜を上記の成膜条件を用いて成膜してもよい。

（第３の実施形態）
本発明にかかる表面被覆切削工具の第３の実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、前述した第１および第２の実施形態の構成と同一または同等な部分には同一の符号を付して説明は省略する。

ここで、本実施形態は、基体５の表面に硬質被覆層６として酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）層７を少なくとも１層具備し、この酸化アルミニウム層７の（ＨＫＬ）面が（１１３）面のピーク強度が最強となり、すなわち、上記式（Ｉ）における（ＨＫＬ）面が（１１３）面であり、かつ酸化アルミニウム層７の（１１３）面におけるＸ線回折法（ＸＲＤ）にて測定されるＸ線回折強度値を上記式（Ｉ）に代入することで算定される配向係数について、すくい面２における配向係数ＴＣ_Rと逃げ面３における配向係数ＴＣ_Fとの比ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．３〜０．９５の範囲にあることを特徴とするものである。

すくい面のほうが逃げ面よりも少し変質することによって、すくい面における酸化アルミニウム層の粒径を微細にすることができ、硬度が向上し、すくい面における耐摩耗性を向上させるとともに、酸化アルミニウム層の靭性をも向上させることで、大きな衝撃のかかるすくい面の耐欠損性を高め、大きなチッピングや欠損の発生を抑制できる。また、逃げ面の界面エネルギーを減少させることで、逃げ面の濡れ性を低減させ、逃げ面への被削材の溶着防ぐことができる結果、高速連続切削加工において問題となるすくい面におけるクレータ摩耗、逃げ面における被削材の溶着による加工面品位の低下を共に防止することができる。前記比ＴＣ_F／ＴＣ_Rの特に望ましい範囲は０．５〜０．８５である。

ここで、すくい面２における酸化アルミニウム層７の（１１３）面の配向係数ＴＣ_Rが０．４〜１．０、好ましくは０．４〜０．７、逃げ面３の配向係数ＴＣ_Fが０．２〜０．７、好ましくは０．３〜０．６であるのがよい。これにより、すくい面２におけるクレータ摩耗と逃げ面３への被削材の溶着をより効果的に防止することができる。

また、切刃４における（１１３）面の配向係数ＴＣ_EとＴＣ_Fとの比、ＴＣ_F／ＴＣ_Eが０．２〜０．８、特に０．４〜０．７の範囲にあることが、切刃４の耐衝撃性を高め、切刃４からの突発欠損やチッピングを抑え、かつ高い耐摩耗性をも同時に得ることができるため望ましい。

酸化アルミニウム層７の層厚を１〜６μｍ、特に２〜４μｍとすることで、耐摩耗性を維持したまま膜剥離を抑えることができるとともに、配向係数を本実施形態の設定範囲に調整することが容易になるため望ましい。

酸化アルミニウム層７の直下に少なくともチタンと酸素を含有する化合物からなる結合層８を設けるのが好ましい。これにより、酸化アルミニウム層７の結晶構造をα型酸化アルミニウム構造に制御することができる。さらに、結合層８の条件を調整することで酸化アルミニウム層７の配向係数を調節することが容易になるため望ましい。また、酸化アルミニウム層７の付着力を高めて膜剥離を抑えることができる。

ここで、結合層８中に存在する酸素濃度が２５〜４０原子％とすることが、酸化アルミニウム層７の配向係数の比を上記範囲に容易に調節することができ、性能のバラツキのない工具１とすることができるため望ましい。

また、本実施形態では、結合層８よりも下方に、上記実施形態と同様の下層１０が形成されているのが好ましく、工具１の最表面には、上記実施形態と同様の最表層１１が形成されているのが好ましい。また、本実施形態の基体５としては、上記実施形態で例示したものと同様のものが挙げられる。

次に、上述した本実施形態にかかる表面被覆切削工具の製造方法について説明する。まず、上記で説明した第１の実施形態と同様にして基体２を作製する。次に、本実施形態によれば、酸化アルミニウム層７の（１１３）面における配向係数を調節するために、酸化アルミニウム層７の直下の面粗さを調節する必要がある。その方法として、まず、上記基体５のすくい面２の表面を弾性砥石、ブラシ、ラップ、ブラスト、バレル加工等で研磨加工し、すくい面２の基体５断面にて観察される面粗さを０．０５〜０．７μｍの範囲内にすると共に、逃げ面３を面粗さが０．４〜１．５μｍとなるように上記方法により別途研磨加工して制御する。

次に、基体２の表面に、例えば化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって硬質被覆層６を成膜する。まず、下層１０を成膜するが、下層１０は上記で説明した第１の実施形態と同様にして成膜すればよい。

そして、下層１０の表面、すなわち、酸化アルミニウム層７の直下に、上述した結合層８を成膜する。例えば、炭酸窒化チタン（ＴｉＣＮＯ）層を成膜する際には、塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）ガスを０．１〜３体積％、メタン（ＣＨ₄）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ₂）ガスを０〜６０体積％、ＣＯ₂ガス、残りが水素（Ｈ₂）ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとする。ここで、本実施形態によれば、工具１のすくい面２と逃げ面３の配向係数ＴＣを所定の範囲に制御するために、上記結合層８成膜のための反応ガスのうちＣＯ₂のガス濃度を５〜８体積％とすることが特に有効である。

その後、結合層８の表面に酸化アルミニウム層７を成膜する。酸化アルミニウム層７の成膜方法としては、上記で説明した第１の実施形態と同様にして成膜すればよい。さらに、所望によって、刃先の使用、未使用を判別しやすくするために、最表面に窒化チタン（ＴｉＮ）膜を上記の成膜条件を用いて成膜してもよい。

＜切削物の製造方法＞
次に、本発明の切削物の製造方法について説明する。本発明の切削物の製造方法は、上記で説明したような、本発明にかかる表面被覆切削工具のすくい面と逃げ面との交差稜線部に形成された切刃を切削物に当てて切削加工を行うものである。これにより、安定して良好な加工面を有する切削物を得ることができる。

ここで、前記切削加工として高速連続切削加工工程を含むのがよい。この工程を含む場合には、用いる工具は、酸化アルミニウム層の（ＨＫＬ）面が（１１３）面、すなわち、上記で説明した第３の実施形態にかかる工具を使用するのが好ましい。

一般に、（１１３）配向が強くなると、酸化アルミニウムを形成する粒子が細かくなるため、酸化アルミニウム層の硬度や靭性等の機械的特性が向上するため、耐摩耗性の向上や、微小チッピング等の損傷を抑えることができる。また、逃げ面においては、（１１３）配向をすくい面よりも弱くすることで、逃げ面における酸化アルミニウム層の界面エネルギーが低くなり、被削材との反応が起こりにくくなる結果、被削材の溶着を防ぎ、被削材の加工品位の低下を抑えることができる。つまり、第３の実施形態にかかる工具は、切削速度が２００ｍ以上の高速連続切削加工にて問題になりやすい、すくい面におけるクレータ摩耗および微小チッピング、さらには逃げ面への被削材の溶着を改善することができる。

また、前記切削加工として断続切削加工工程を含むのがよい。この工程を含む場合には、用いる工具は、酸化アルミニウム層の（ＨＫＬ）面が（１１０）面、すなわち、上記で説明した第２の実施形態にかかる工具を使用するのが好ましい。

一般に、（１１０）配向が強くなると、酸化アルミニウム層の表面に微小クラックが発生しやすくなる。すくい面の方が、逃げ面より微小クラックが多い構成とすることによって、断続切削における、より大きな衝撃がかかりやすい、すくい面での耐欠損性を防止できるとともに、逃げ面において溶着を防止することができる。

さらに、前記切削加工として連続切削加工工程と断続切削加工工程とを含むのがよい。この工程を含む場合には、用いる工具は、酸化アルミニウム層の（ＨＫＬ）面が（０１２）面、すなわち、上記で説明した第１の実施形態にかかる工具を使用するのが好ましい。

一般に、（０１２）配向が強くなると層の靭性が向上し、（０１２）配向が弱くなると層の硬度が向上する。すくい面の方が、逃げ面より靭性が高い構成とすることによって、断続切削における、より大きな衝撃がかかりやすい、すくい面での耐欠損性を防止できるとともに、連続切削において摩耗しやすい逃げ面における摩耗を抑制することができる。

上記で説明した実施形態では、酸化アルミニウム層の（ＨＫＬ）面が（０１２）面、（１１０）面および（１１３）面の場合について説明したが、本発明の酸化アルミニウム層の（ＨＫＬ）面はこれに限定されるものではなく、（０１２）、（１０４）、（１１０）、（１１３）、（０２４）、（１１６）面から選ばれる１種であればよい。

また、上記実施形態では化学気相蒸着（ＣＶＤ）法にて酸化アルミニウム層７を含む硬質被覆層６の成膜を行うことについて記載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、物理気相蒸着（ＰＶＤ）法等のその他の成膜方法にて硬質被覆層６を成膜したものであってもよい。

［実施例Ｉ］
＜表面被覆切削工具の作製＞
平均粒径１．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を６質量％、平均粒径２．０μｍの炭化チタン（ＴｉＣ）粉末を０．５質量％、ＴａＣ粉末を５質量％の割合でそれぞれ添加して混合し、プレス成形により切削工具形状（ＣＮＭＡ１２０４１２）に成形した後、脱バインダ処理を施し、０．０１Ｐａの真空中、１５００℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。さらに、作製した超硬合金にブラシ加工にて表２の基体面粗さとなるようにすくい面より刃先処理（ホーニングＲ）を施した。また、逃げ面３についても、工具の断面観察における面粗さが表２の範囲となるように制御した。

次に、上記超硬合金に対して、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により各種の被覆層を表２に示す構成の多層膜からなる被覆層を成膜し、表２に示す試料Ｎｏ．Ｉ−１〜９の表面被覆切削工具を作製した。なお、表２の各層の成膜条件は表１に示した。

得られた工具（表２中の試料Ｎｏ．Ｉ−１〜９）について、ＣｕＫα線によるＸ線回折分析（ＸＲＤ）によって、硬質被覆層のＸ線回折強度をすくい面と逃げ面の平坦面でそれぞれ任意３箇所について測定し、その測定結果における酸化アルミニウム層の格子面強度をそれぞれ上記式（Ｉ）に代入して、工具のすくい面における酸化アルミニウム層の（０１２）面の配向係数ＴＣ_Rと逃げ面における酸化アルミニウム層の（０１２）面の配向係数ＴＣ_Fを３箇所の平均値として算出し、その比率ＴＣ_F／ＴＣ_Rを求めた。結果は表２に示した。

さらに、工具のノーズＲの中央で、かつ着座面に対して４５°傾けた方向から切刃に向かってＸ線を照射して微小Ｘ線回折分析測定を行ない、切刃におけるＸ線ピーク強度を測定した。そして、切刃における酸化アルミニウム層の（０１２）面の配向係数ＴＣ_Eを算出し、ＴＣ_F／ＴＣ_Eを求めた。結果は表２に示した。

また、得られた工具の破断面の基体と硬質被覆層との界面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて１５０００倍で観察し、基体の面粗さを測定した。具体的には、図３に示すように、基体と硬質被覆層との界面において、最も基体が突出している最高凸部Ｈを通り且つ基体と略平行な直線をＡ、最も基体が凹んでいる最深凹部Ｌを通り且つ基体と略平行な直線をＢとした。その２直線Ａ、Ｂ間の最短距離ｈの中点を通り且つ基体と略平行な直線を基準線Ｃとした。次に、基体と硬質被覆層との界面の起伏の山の最高部および谷の最深部と基準線との最短距離をそれぞれの山と谷ごとに測定し、その距離の平均の値を基体の面粗さとした。上記方法にて基体の面粗さをすくい面と逃げ面でそれぞれ５箇所ずつ測定し、その平均を各試料について算出した。結果は表２に示した。

さらに、マイクロビッカース硬度計を用いて、２５ｇ荷重ですくい面および逃げ面での酸化アルミニウム層の膜硬度をそれぞれ５回ずつ測定し、それぞれの平均値を求めた。結果は表２に示した。

＜耐摩耗性および耐欠損性の評価＞
そして、この工具（表２中の試料Ｎｏ．Ｉ−１〜９）を用いて、下記の条件により、連続切削試験および断続切削試験を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。その結果を表３に示す。

（連続切削条件）
被削材 ：ダクタイル鋳鉄４本溝付スリーブ材（ＦＣＤ７００）
工具形状：ＣＮＭＡ１２０４１２
切削速度：２５０ｍ／分
送り速度：０．４ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
切削時間：２０分
その他 ：水溶性切削液使用
評価項目：顕微鏡にて切刃を観察し、フランク摩耗量・先端摩耗量を測定

（断続切削条件）
被削材 ：ダクタイル鋳鉄４本溝付スリーブ材（ＦＣＤ７００）
工具形状：ＣＮＭＡ１２０４１２
切削速度：２５０ｍ／分
送り速度：０．３〜０．５（送り量変動）ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他 ：水溶性切削液使用
評価項目：欠損に至る衝撃回数
衝撃回数１０００回時点で顕微鏡にて切刃の被覆層の剥離状態を観察

表１〜３より、ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．９５を超えた試料Ｎｏ．Ｉ−７、９では、耐摩耗性、耐欠損性が共に悪く、工具寿命の非常に短いものであった。また、ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．３よりも小さな試料Ｎｏ．Ｉ−８では、すくい面より異常摩耗が発生し、工具寿命の短いものであった。

それに対し、ＴＣ_F／ＴＣ_Rを０．３〜０．９５の範囲内とした試料Ｎｏ．Ｉ−１〜６では、耐摩耗性、耐欠損性共に優れ、刃先の損傷もほとんどなかった。

［実施例II］
＜表面被覆切削工具の作製＞
まず、実施例Ｉと同様にして超硬合金を作製し、ブラシ加工にて表５の基体面粗さとなるようにすくい面より刃先処理（ホーニングＲ）を施した。また、逃げ面３についても工具の断面観察における面粗さが表５の範囲となるように制御した。

次に、上記超硬合金に対して、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により各種の被覆層を表５に示す構成の多層膜からなる被覆層を成膜し、表５に示す試料Ｎｏ．II−１〜９の表面被覆切削工具を作製した。なお、表５の各層の成膜条件は表４に示した。

得られた工具（表５中の試料Ｎｏ．II−１〜９）について、ＣｕＫα線によるＸ線回折分析（ＸＲＤ）によって、硬質被覆層のＸ線回折強度をすくい面と逃げ面の平坦面でそれぞれ任意３箇所について測定し、その測定結果における酸化アルミニウム層の格子面強度をそれぞれ上記式（Ｉ）に代入して工具のすくい面における酸化アルミニウム層の（１１０）面の配向係数ＴＣ_Rと逃げ面における酸化アルミニウム層の（１１０）面の配向係数ＴＣ_Fを３箇所の平均値として算出し、その比率ＴＣ_F／ＴＣ_Rを求めた。結果は表５に示した。

また、得られた工具の破断面の基体と硬質被覆層との界面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて１５０００倍で観察し、基体の面粗さを実施例Ｉと同様にして測定した。結果は表５に示した。

さらに、酸化アルミニウム層の直下にチタンと酸素を含有する結合層を成膜した試料については、ＥＰＭＡ分析によって前記結合層中に含有する酸素濃度を測定した。結果は表５に示した。

また、得られた工具について、工具のすくい面および逃げ面において下記条件でスクラッチ試験を行い、引っ掻き痕を観察して層間剥離状態および被覆層が基体から剥離し始める荷重を確認して、酸化アルミニウム層の付着力を算出した。

装置：ナノテック社製ＣＳＥＭ−ＲＥＶＥＴＥＳＴ
測定条件
テーブルスピード：０．１７ｍｍ／秒
荷重スピード：１００Ｎ／分（連続荷重）
引掻き距離：５ｍｍ
圧子
円錐形ダイヤモンド圧子（東京ダイヤモンド工具製作所社製ダイヤモンド接触子：Ｎ２−１４８７）
曲率半径：０．２ｍｍ
稜線角度：１２０°

＜耐摩耗性および耐欠損性の評価＞
そして、この工具（表５中の試料Ｎｏ．II−１〜９）を用いて下記の条件により、連続切削試験および断続切削試験を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。その結果を表６に示す。

（連続切削条件）
被削材 ：ダクタイル鋳鉄スリーブ材（ＦＣＤ７００）
工具形状：ＣＮＭＡ１２０４１２
切削速度：３５０ｍ／分
送り速度：０．４ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２．５ｍｍ
切削時間：２０分
その他 ：水溶性切削液使用
評価項目：顕微鏡にて切刃を観察し、フランク摩耗量・先端摩耗量を測定

（断続切削条件）
被削材 ：ダクタイル鋳鉄４本溝付スリーブ材（ＦＣＤ７００）
工具形状：ＣＮＭＡ１２０４１２
切削速度：１５０ｍ／分
送り速度：０．３〜０．５（送り量変動）ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他 ：水溶性切削液使用
評価項目：欠損に至る衝撃回数
衝撃回数１０００回時点で顕微鏡にて切刃の被覆層の剥離状態を観察

表４〜６より、ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．９５を超えた試料Ｎｏ．II−７、９では、耐摩耗性、耐欠損性が共に悪く、工具寿命の非常に短いものであった。また、ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．３よりも小さな試料Ｎｏ．II−８では、すくい面より異常摩耗が発生し、工具寿命の短いものであった。

それに対し、ＴＣ_F／ＴＣ_Rを０．３〜０．９５の範囲内とした試料Ｎｏ．II−１〜６では、耐摩耗性、耐欠損性共に優れ、刃先の損傷もほとんどなかった。

［実施例III］
＜表面被覆切削工具の作製＞
まず、実施例Ｉと同様にして超硬合金を作製し、ブラシ加工にて表８の基体面粗さとなるようにすくい面より刃先処理（ホーニングＲ）を施した。また、逃げ面３についても工具の断面観察における面粗さが表８の範囲となるように制御した。

次に、上記超硬合金に対して、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により各種の被覆層を表８に示す構成の多層膜からなる被覆層を成膜し、表８に示す試料Ｎｏ．III−１〜９の表面被覆切削工具を作製した。なお、表８の各層の成膜条件は表７に示した。

得られた工具（表８中の試料Ｎｏ．III−１〜９）について、ＣｕＫα線によるＸ線回折分析（ＸＲＤ）によって、硬質被覆層のＸ線回折強度をすくい面と逃げ面の平坦面でそれぞれ任意３箇所について測定し、その測定結果における酸化アルミニウム層の格子面強度をそれぞれ上記式（Ｉ）に代入して工具のすくい面における酸化アルミニウム層の（１１３）面の配向係数ＴＣ_Rと逃げ面における酸化アルミニウム層の（１１３）面の配向係数ＴＣ_Fを３箇所の平均値として算出し、その比率ＴＣ_F／ＴＣ_Rを求めた。結果は表８に示した。

また、得られた工具の破断面の基体と硬質被覆層との界面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて１５０００倍で観察し、基体の面粗さを実施例Ｉと同様にして測定した。結果は表８に示した。

さらに、酸化アルミニウム層の直下にチタンと酸素を含有する結合層を成膜した試料については、ＥＰＭＡ分析によって前記結合層中に含有する酸素濃度を測定した。結果は表８に示した。

＜耐摩耗性および耐欠損性の評価＞
そして、この工具（表８中の試料Ｎｏ．III−１〜９）を用いて下記の条件により、連続切削試験および断続切削試験を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。その結果を表９に示す。

（連続切削条件）
被削材 ：炭素鋼丸棒材（Ｓ４５Ｃ）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切削速度：４００ｍ／分
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．５ｍｍ
切削時間：２０分
その他 ：乾式切削
評価項目：顕微鏡にて切刃を観察し、フランク摩耗量・先端摩耗量を測定

（断続切削条件）
被削材 ：炭素鋼４本溝入り丸棒材（Ｓ４５Ｃ）
工具形状：ＣＮＭＧ１２０４０８
切削速度：２５０ｍ／分
送り速度：０．３〜０．５（送り量変動）ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：２ｍｍ
その他 ：乾式切削
評価項目：欠損に至る衝撃回数
衝撃回数１０００回時点で顕微鏡にて切刃の被覆層の剥離状態を観察

表７〜９より、ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．９５を超えた試料Ｎｏ．III−７、９では、耐摩耗性、耐欠損性が共に悪く、工具寿命の非常に短いものであった。また、ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．３よりも小さな試料Ｎｏ．III−８では、すくい面より異常摩耗が発生し、工具寿命の短いものであった。

それに対し、ＴＣ_F／ＴＣ_Rを０．３〜０．９５の範囲内とした試料Ｎｏ．III−１〜６では、耐摩耗性、耐欠損性共に優れ、刃先の損傷もほとんどなかった。

Claims (28)

1. 主面側にすくい面を、側面側に逃げ面を備えた基体の表面に、酸化アルミニウム層を少なくとも１層含む硬質被覆層を成膜してなる表面被覆切削工具において、以下の式（Ｉ）にて算出される値を前記酸化アルミニウム層の（ＨＫＬ）面についての配向係数ＴＣとしたとき、前記すくい面における配向係数ＴＣ_Rと前記逃げ面における配向係数ＴＣ_Fとの比ＴＣ_F／ＴＣ_Rが０．３〜０．９５の範囲にある表面被覆切削工具。
   

   

   但し、
   （ＨＫＬ）面：（０１２）、（１０４）、（１１０）、（１１３）、（０２４）、（１１６）面から選ばれる１種
   Ｉ（ＨＫＬ） ：（ＨＫＬ）面におけるＸ線回折ピーク強度測定値
   Ｉ₀（ＨＫＬ）：ＪＣＰＤＳカード番号１０−１７３の（ＨＫＬ）面における標準Ｘ線回折ピーク強度
   Σ［Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ₀（ｈｋｌ）］：（０１２）、（１０４）、（１１０）、（１１３）、（０２４）、（１１６）面における［Ｘ線回折ピーク強度測定値］／［標準Ｘ線回折ピーク強度］の値の合計
2. 前記（ＨＫＬ）面が（０１２）面である請求項１に記載の表面被覆切削工具。
3. 前記すくい面における配向係数ＴＣ_Rが１．２〜２．５、前記逃げ面における配向係数ＴＣ_Fが０．５〜１．１である請求項２に記載の表面被覆切削工具。
4. 前記基体表面の面粗さが、前記すくい面において０．１μｍ以下、前記逃げ面において０．２〜１．０μｍである請求項２に記載の表面被覆切削工具。
5. 前記酸化アルミニウム層の直下に少なくともチタンおよび酸素を含有する化合物からなる結合層を有する請求項２に記載の表面被覆切削工具。
6. 前記結合層における酸素濃度が２〜１０原子％である請求項５に記載の表面被覆切削工具。
7. 前記酸化アルミニウム層と前記結合層との界面における面粗さが、すくい面において０．０８μｍ以下、逃げ面において０．１〜０．８μｍである請求項５に記載の表面被覆切削工具。
8. 前記酸化アルミニウム層のマイクロビッカース硬度計にて測定した膜硬度が、すくい面において２０ＧＰａ以上であり、かつ、前記逃げ面における前記酸化アルミニウム層の膜硬度が、すくい面における膜硬度よりも０．５ＧＰａ以上大きい請求項２に記載の表面被覆切削工具。
9. 前記（ＨＫＬ）面が（１１０）面である請求項１に記載の表面被覆切削工具。
10. 前記すくい面における配向係数ＴＣ_Rが１．３〜５．０、前記逃げ面における配向係数ＴＣ_Fが０．５〜４．０である請求項９に記載の表面被覆切削工具。
11. 前記基体表面の面粗さが、前記すくい面において０．２〜１μｍ、前記逃げ面において０．６〜２μｍである請求項９に記載の表面被覆切削工具。
12. 前記酸化アルミニウム層の直下に少なくともチタンおよび酸素を含有する化合物からなる結合層を有する請求項９に記載の表面被覆切削工具。
13. 前記結合層における酸素濃度が１０〜２５原子％である請求項１２に記載の表面被覆切削工具。
14. 前記酸化アルミニウム層と前記結合層との界面における面粗さが、すくい面において０．２〜０．５μｍ、逃げ面において０．６〜２μｍである請求項１２に記載の表面被覆切削工具。
15. ダイヤモンド圧子によるスクラッチ試験にて測定した前記酸化アルミニウム膜の付着力が、すくい面において４０Ｎ〜１２０Ｎの範囲内であり、かつ、前記逃げ面における前記酸化アルミニウム層の付着力が３０Ｎ〜１００Ｎの範囲内である請求項９に記載の表面被覆切削工具。
16. 前記（ＨＫＬ）面が（１１３）面である請求項１に記載の表面被覆切削工具。
17. 前記すくい面における配向係数ＴＣ_Rが０．４〜１．０、前記逃げ面における配向係数ＴＣ_Fが０．２〜０．７である請求項１６に記載の表面被覆切削工具。
18. 前記酸化アルミニウム層の直下に少なくともチタンおよび酸素を含有する化合物からなる結合層を有する請求項１６に記載の表面被覆切削工具。
19. 前記結合層における酸素濃度が２５〜４０原子％である請求項１８に記載の表面被覆切削工具。
20. 前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に形成された切刃における（ＨＫＬ）面についての配向係数ＴＣ_Eと前記逃げ面における配向係数ＴＣ_Fとの比ＴＣ_F／ＴＣ_Eが０．２〜０．８の範囲にある請求項１に記載の表面被覆切削工具。
21. 前記酸化アルミニウム層の層厚が１〜６μｍである請求項１に記載の表面被覆切削工具。
22. 請求項１に記載の表面被覆切削工具の前記すくい面と前記逃げ面との交差稜線部に形成された切刃を切削物に当てて切削加工を行う切削物の製造方法。
23. 前記切削加工として連続切削加工工程と断続切削加工工程とを含む請求項２２に記載の切削物の製造方法。
24. 請求項２に記載の表面被覆切削工具で切削加工を行う請求項２３に記載の切削物の製造方法。
25. 前記切削加工として断続切削加工工程を含む請求項２２に記載の切削物の製造方法。
26. 請求項９に記載の表面被覆切削工具で切削加工を行う請求項２５に記載の切削物の製造方法。
27. 前記切削加工として高速連続切削加工工程を含む請求項２２に記載の切削物の製造方法。
28. 請求項１６に記載の表面被覆切削工具で切削加工を行う請求項２７に記載の切削物の製造方法。

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