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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-05
(45)【発行日】2024-11-13
(54)【発明の名称】切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/14 20060101AFI20241106BHJP
C23C 16/36 20060101ALI20241106BHJP
C23C 16/40 20060101ALI20241106BHJP
【ＦＩ】
B23B27/14 A
C23C16/36
C23C16/40
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2023562712
(86)(22)【出願日】2023-06-22
(86)【国際出願番号】 JP2023023096
【審査請求日】2024-07-02
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】503212652
【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】引地 将仁
(72)【発明者】
【氏名】山西 貴翔
(72)【発明者】
【氏名】山川 隆洋
【審査官】山本 忠博
(56)【参考文献】
【文献】特開平５－１７７４１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／１８１７８６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００８－１６８３６５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ ２７／１４， ５１／００；
Ｂ２３Ｃ ５／１６；
Ｂ２３Ｐ １５／２８；
Ｃ２３Ｃ １４／０６－１４／０８，１６／３０－１６／４２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、前記基材上に位置する第１層と、前記第１層上に位置する第２層と、前記第２層上に位置する第３層と、を含み、
前記第１層は、炭窒化チタンからなり、
前記第２層は、酸化アルミニウムからなり、
前記第３層は、炭窒化チタンからなり、
前記第１層の残留応力Ｘと、前記第２層の残留応力Ｙと、前記第３層の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たし、
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
前記第１層の前記残留応力Ｘは、－１．１ＧＰａ以上－０．２ＧＰａ以下であり、
前記第２層の前記残留応力Ｙは、－０．６ＧＰａ以上０．２ＧＰａ以下であり、
前記第３層の前記残留応力Ｚは、－０．４ＧＰａ以上０．５ＧＰａ以下であり、
Ｙ－Ｘは、０．１以上０．６以下であり、
Ｙ－Ｚは、－０．６以上－０．１以下である、切削工具。
【請求項2】
前記第１層の前記残留応力Ｘは、－１．０ＧＰａ以上－０．３ＧＰａ以下である、請求項１に記載の切削工具。
【請求項3】
前記第２層の前記残留応力Ｙは、－０．５ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
【請求項4】
前記第３層の前記残留応力Ｚは、－０．３ＧＰａ以上０．４ＧＰａ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
【請求項5】
前記第１層の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
【請求項6】
前記第２層の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
【請求項7】
前記第３層の厚みは、２μｍ以上４μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、切削工具に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える切削工具が、切削加工に用いられている（特許文献１～特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０２０－０３７１５０号公報
【文献】特開２０２０－１１６６４５号公報
【文献】国際公開第２００９／１１２１１６号
【文献】国際公開第２０２２／２４４２４１号
【文献】国際公開第２０２２／２４４２４２号
【文献】国際公開第２０２２／２４４２４３号
【発明の概要】
【0004】
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、該基材上に位置する第１層と、該第１層上に位置する第２層と、該第２層上に位置する第３層と、を含み、
該第１層は、炭窒化チタンからなり、
該第２層は、酸化アルミニウムからなり、
該第３層は、炭窒化チタンからなり、
該第１層の残留応力Ｘと、該第２層の残留応力Ｙと、該第３層の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たす。
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
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、該基材上に位置する第１層と、該第１層上に位置する第２層と、該第２層上に位置する第３層と、を含み、
該第１層は、炭窒化チタンからなり、
該第２層は、酸化アルミニウムからなり、
該第３層は、炭窒化チタンからなり、
該第１層の残留応力Ｘと、該第２層の残留応力Ｙと、該第３層の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たす。
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
【図面の簡単な説明】
【0005】
【発明を実施するための形態】
【0006】
［本開示が解決しようとする課題］
近年、工具寿命の向上への要求が益々高まっており、特に、黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工において、工具寿命の更なる向上が求められている。黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においての工具寿命の更なる向上に重要な要素として、「耐摩耗性」と「耐欠損性」とが挙げられる。また、耐摩耗性を向上する観点で、黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工において、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、該基材上に位置する第１層と、該第１層上に位置する第２層と、該第２層上に位置する第３層と、を含み、該第１層は、炭窒化チタンからなり、該第２層は、酸化アルミニウムからなり、該第３層は、炭窒化チタンからなる、切削工具が用いられている。しかしながら、この様な被膜においては、ブラスト処理によって第３層が破壊され易い関係で、第１層へ十分な残留応力を導入し難い為、「耐欠損性」が十分でない場合があった。また、「耐欠損性」が十分でないことに起因して生じる微小な損傷によって、摩耗が生じ易い場合あった（すなわち、「耐摩耗性」が十分でない場合があった）。その為、優れた「耐摩耗性」と優れた「耐欠損性」とを兼備させることにより、特に、黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、工具寿命を延長することが求められている。
近年、工具寿命の向上への要求が益々高まっており、特に、黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工において、工具寿命の更なる向上が求められている。黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においての工具寿命の更なる向上に重要な要素として、「耐摩耗性」と「耐欠損性」とが挙げられる。また、耐摩耗性を向上する観点で、黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工において、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、該基材上に位置する第１層と、該第１層上に位置する第２層と、該第２層上に位置する第３層と、を含み、該第１層は、炭窒化チタンからなり、該第２層は、酸化アルミニウムからなり、該第３層は、炭窒化チタンからなる、切削工具が用いられている。しかしながら、この様な被膜においては、ブラスト処理によって第３層が破壊され易い関係で、第１層へ十分な残留応力を導入し難い為、「耐欠損性」が十分でない場合があった。また、「耐欠損性」が十分でないことに起因して生じる微小な損傷によって、摩耗が生じ易い場合あった（すなわち、「耐摩耗性」が十分でない場合があった）。その為、優れた「耐摩耗性」と優れた「耐欠損性」とを兼備させることにより、特に、黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、工具寿命を延長することが求められている。
【0007】
そこで、本開示は、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することを目的とする。
【0008】
［本開示の効果］
本開示によれば、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、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。
本開示によれば、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、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。
【0009】
［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、前記基材上に位置する第１層と、前記第１層上に位置する第２層と、前記第２層上に位置する第３層と、を含み、
前記第１層は、炭窒化チタンからなり、
前記第２層は、酸化アルミニウムからなり、
前記第３層は、炭窒化チタンからなり、
前記第１層の残留応力Ｘと、前記第２層の残留応力Ｙと、前記第３層の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たす。
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
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、前記基材上に位置する第１層と、前記第１層上に位置する第２層と、前記第２層上に位置する第３層と、を含み、
前記第１層は、炭窒化チタンからなり、
前記第２層は、酸化アルミニウムからなり、
前記第３層は、炭窒化チタンからなり、
前記第１層の残留応力Ｘと、前記第２層の残留応力Ｙと、前記第３層の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たす。
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
【0010】
本開示によれば、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
【0011】
（２）上記（１）において、前記第１層の前記残留応力Ｘは、－１．０ＧＰａ以上－０．３ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
【0012】
（３）上記（１）または（２）において、前記第２層の前記残留応力Ｙは、－０．５ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
【0013】
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記第３層の前記残留応力Ｚは、－０．３ＧＰａ以上０．４ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
【0014】
（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記第１層の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによって、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
【0015】
（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記第２層の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによって、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
【0016】
（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、前記第３層の厚みは、２μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。これによって、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
【0017】
［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。
【0018】
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。
【0019】
［実施形態１：切削工具］
本開示の一実施形態に係る切削工具について、図１を用いて説明する。
本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）は、
基材１と、該基材１上に配置された被膜２と、を備える切削工具１０であって、
該被膜２は、該基材１上に位置する第１層３と、該第１層３上に位置する第２層４と、該第２層４上に位置する第３層５と、を含み、
該第１層３は、炭窒化チタンからなり、
該第２層４は、酸化アルミニウムからなり、
該第３層５は、炭窒化チタンからなり、
該第１層３の残留応力Ｘと、該第２層４の残留応力Ｙと、該第３層５の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たす。
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
本開示の一実施形態に係る切削工具について、図１を用いて説明する。
本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）は、
基材１と、該基材１上に配置された被膜２と、を備える切削工具１０であって、
該被膜２は、該基材１上に位置する第１層３と、該第１層３上に位置する第２層４と、該第２層４上に位置する第３層５と、を含み、
該第１層３は、炭窒化チタンからなり、
該第２層４は、酸化アルミニウムからなり、
該第３層５は、炭窒化チタンからなり、
該第１層３の残留応力Ｘと、該第２層４の残留応力Ｙと、該第３層５の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たす。
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
【0020】
本開示によれば、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、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。その理由は、以下の通りと推察される。
【0021】
第１層３の残留応力Ｘと、第２層４の残留応力Ｙと、第３層５の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たす。
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
これによって、被膜２の基材１側の残留応力が相対的に低くなる関係で、耐欠損性が向上し得る。また、被膜２の表面側の残留応力が相対的に高くなる関係で、応力導入による膜破壊が低減されることで、膜組織の脱落発生を抑制し易くなる為、耐摩耗性が向上し得る。
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
これによって、被膜２の基材１側の残留応力が相対的に低くなる関係で、耐欠損性が向上し得る。また、被膜２の表面側の残留応力が相対的に高くなる関係で、応力導入による膜破壊が低減されることで、膜組織の脱落発生を抑制し易くなる為、耐摩耗性が向上し得る。
【0022】
すなわち、本開示によれば、切削工具１０が優れた「耐摩耗性」と優れた「耐欠損性」とを兼備することができる為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能となる。
【0023】
≪切削工具≫
図１に示されるように、本開示の一実施の形態に係る切削工具１０は、基材１と、該基材１上に配置された被膜２と、を備える。被膜２は、基材１の全面を被覆することが好ましいが、基材１の一部が該被膜２で被覆されていなかったり、該被膜２の構成が部分的に異なっ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。基材１の一部が該被膜２で被覆されていない場合においては、該被膜２は、基材１の少なくとも切削に関与する部分の表面を覆う様に配置されていることが好ましい。本明細書において、基材１の切削に関与する部分とは、基材１の大きさや形状にもよるが、基材１において、その刃先稜線と、該刃先稜線から基材１側へ、該刃先稜線の接線の垂線に沿う距離が、例えば、５ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍのいずれかである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。
図１に示されるように、本開示の一実施の形態に係る切削工具１０は、基材１と、該基材１上に配置された被膜２と、を備える。被膜２は、基材１の全面を被覆することが好ましいが、基材１の一部が該被膜２で被覆されていなかったり、該被膜２の構成が部分的に異なっ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。基材１の一部が該被膜２で被覆されていない場合においては、該被膜２は、基材１の少なくとも切削に関与する部分の表面を覆う様に配置されていることが好ましい。本明細書において、基材１の切削に関与する部分とは、基材１の大きさや形状にもよるが、基材１において、その刃先稜線と、該刃先稜線から基材１側へ、該刃先稜線の接線の垂線に沿う距離が、例えば、５ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍのいずれかである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。
【0024】
本実施形態の切削工具１０は、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、タップ等の切削工具１０として好適に使用することができる。
【0025】
≪基材≫
基材１としては、この種の基材１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、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣおよびＣｏを含む超硬合金、更にＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金など）、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、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。
基材１としては、この種の基材１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、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣおよびＣｏを含む超硬合金、更にＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金など）、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、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。
【0026】
これらの各種基材１の中でも、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。これらの基材１は、特に高温における硬度と強度とのバランスに優れるため、切削工具１０の基材１として用いた場合に、該切削工具１０の長寿命化に寄与することができる。
【0027】
≪被膜≫
被膜２は、基材１上に位置する第１層３と、該第１層３上に位置する第２層４と、該第２層４上に位置する第３層５と、を含む。被膜２は、基材１を被覆することにより、切削工具１０の耐摩耗性や耐チッピング性等の諸特性を向上させ、切削工具１０の長寿命化をもたらす作用を有する。なお、被膜２は、本開示の効果を損なわない範囲で、第１層３、第２層４、および第３層５に加えて、後述する「他の層」を含むことができる。
被膜２は、基材１上に位置する第１層３と、該第１層３上に位置する第２層４と、該第２層４上に位置する第３層５と、を含む。被膜２は、基材１を被覆することにより、切削工具１０の耐摩耗性や耐チッピング性等の諸特性を向上させ、切削工具１０の長寿命化をもたらす作用を有する。なお、被膜２は、本開示の効果を損なわない範囲で、第１層３、第２層４、および第３層５に加えて、後述する「他の層」を含むことができる。
【0028】
被膜２の厚みは、６μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。被膜２の厚みが６μｍ未満であると、被膜２の厚みが薄すぎることに起因して、切削工具１０の寿命が短くなり易い傾向がある。一方、被膜２の厚みが３０μｍ超であると、切削初期において被膜２のチッピングが生じ易くなり、切削工具１０の寿命が短くなり易い傾向がある。被膜３の厚みは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて被膜２の断面を観察することにより測定することができる。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５，０００～１０，０００倍とし、観察面積を１００～５００μｍ２として、１視野において３箇所の厚み幅を測定し、その平均値を「厚み」とする。後述の各層の厚みについても、特に記載のない限り同様である。
【0029】
＜第１層＞
＜第１層の組成＞
第１層３は、炭窒化チタンからなる。ここで「炭窒化チタンからなる」とは、本開示の効果を示す限り、炭窒化チタンに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素原子（Ｃｌ）等が挙げられる。第１層３における不可避不純物全体の含有率は、０質量％より大きく、３質量％未満であることが好ましい。
＜第１層の組成＞
第１層３は、炭窒化チタンからなる。ここで「炭窒化チタンからなる」とは、本開示の効果を示す限り、炭窒化チタンに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素原子（Ｃｌ）等が挙げられる。第１層３における不可避不純物全体の含有率は、０質量％より大きく、３質量％未満であることが好ましい。
【0030】
第１層３が炭窒化チタンからなることは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により測定される。第１層３における不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される。なお、同一の切削工具１０で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
【0031】
＜第１層の構造＞
第１層３の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによって、より優れた耐摩耗性とより優れた耐欠損性とを両立することができる為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第１層３の厚みの下限は、３μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、７μｍ以上であることが更に好ましい。第１層３の厚みの上限は、１５μｍ以下であることが好ましく、１３μｍ以下であることがより好ましく、１１μｍ以下であることが更に好ましい。第１層３の厚みは、５μｍ以上１３μｍ以下であることがより好ましく、７μｍ以上１１μｍ以下であることが更に好ましい。
第１層３の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによって、より優れた耐摩耗性とより優れた耐欠損性とを両立することができる為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第１層３の厚みの下限は、３μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、７μｍ以上であることが更に好ましい。第１層３の厚みの上限は、１５μｍ以下であることが好ましく、１３μｍ以下であることがより好ましく、１１μｍ以下であることが更に好ましい。第１層３の厚みは、５μｍ以上１３μｍ以下であることがより好ましく、７μｍ以上１１μｍ以下であることが更に好ましい。
【0032】
＜第１層の残留応力＞
第１層３の残留応力Ｘは、－１．０ＧＰａ以上－０．３ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、微小な欠損が発生した際に損傷の拡大を抑制し易くなる為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第１層３の残留応力Ｘの下限は、－１．０ＧＰａ以上であることが好ましく、－０．９ＧＰａ以上であることがより好ましく、－０．８ＧＰａ以上であることが更に好ましい。第１層３の残留応力Ｘの上限は、－０．３ＧＰａ以下であることが好ましく、－０．４ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．５ＧＰａ以下であることが更に好ましい。第１層３の残留応力Ｘは、－０．９ＧＰａ以上－０．４ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．８ＧＰａ以上－０．５ＧＰａ以下であることが更に好ましい。
第１層３の残留応力Ｘは、－１．０ＧＰａ以上－０．３ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、微小な欠損が発生した際に損傷の拡大を抑制し易くなる為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第１層３の残留応力Ｘの下限は、－１．０ＧＰａ以上であることが好ましく、－０．９ＧＰａ以上であることがより好ましく、－０．８ＧＰａ以上であることが更に好ましい。第１層３の残留応力Ｘの上限は、－０．３ＧＰａ以下であることが好ましく、－０．４ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．５ＧＰａ以下であることが更に好ましい。第１層３の残留応力Ｘは、－０．９ＧＰａ以上－０．４ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．８ＧＰａ以上－０．５ＧＰａ以下であることが更に好ましい。
【0033】
第１層３の残留応力Ｘは、第１層３に対し、Ｘ線残留応力装置を用いてｓｉｎ２ψ法（「Ｘ線応力測定法」（日本材料学会、１９８１年株式会社養賢堂発行）の５４～６６頁参照）で測定を実行することにより特定できる。なお、該測定において、温度は室温（２０℃）である。また、同一の切削工具１０で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
【0034】
＜第２層＞
＜第２層の組成＞
第２層４は、酸化アルミニウムからなる。ここで「酸化アルミニウムからなる」とは、本開示の効果を示す限り、酸化アルミニウムに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素原子（Ｃｌ）等が挙げられる。第２層４における不可避不純物全体の含有率は、０質量％より大きく、３質量％未満であることが好ましい。
＜第２層の組成＞
第２層４は、酸化アルミニウムからなる。ここで「酸化アルミニウムからなる」とは、本開示の効果を示す限り、酸化アルミニウムに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素原子（Ｃｌ）等が挙げられる。第２層４における不可避不純物全体の含有率は、０質量％より大きく、３質量％未満であることが好ましい。
【0035】
第２層４が酸化アルミニウムからなることは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により測定される。第２層４において、不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される。なお、同一の切削工具１０で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
【0036】
＜第２層の構造＞
第２層４の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによって、より優れた耐摩耗性とより優れた耐欠損性とを両立することが可能である為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第２層４の厚みの下限は、３μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、７μｍ以上であることが更に好ましい。第２層４の厚みの上限は、１５μｍ以下であることが好ましく、１３μｍ以下であることがより好ましく、１１μｍ以下であることが更に好ましい。第２層４の厚みは、５μｍ以上１３μｍ以下であることがより好ましく、７μｍ以上１１μｍ以下であることが更に好ましい。
第２層４の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによって、より優れた耐摩耗性とより優れた耐欠損性とを両立することが可能である為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第２層４の厚みの下限は、３μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、７μｍ以上であることが更に好ましい。第２層４の厚みの上限は、１５μｍ以下であることが好ましく、１３μｍ以下であることがより好ましく、１１μｍ以下であることが更に好ましい。第２層４の厚みは、５μｍ以上１３μｍ以下であることがより好ましく、７μｍ以上１１μｍ以下であることが更に好ましい。
【0037】
＜第２層の残留応力＞
第２層４の残留応力Ｙは、－０．５ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、適度に残留応力が導入されることで、アルミナの組織が破壊され難い関係で、耐欠損性が向上され得る為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第２層４の残留応力Ｙの下限は、－０．５ＧＰａ以上であることが好ましく、－０．４ＧＰａ以上であることがより好ましく、－０．３ＧＰａ以上であることが更に好ましい。第２層４の残留応力Ｙの上限は、０．１ＧＰａ以下であることが好ましく、０ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．１ＧＰａ以下であることが更に好ましい。第２層４の残留応力Ｙは、－０．４ＧＰａ以上０ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．３ＧＰａ以上－０．１ＧＰａ以下であることが更に好ましい。
第２層４の残留応力Ｙは、－０．５ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、適度に残留応力が導入されることで、アルミナの組織が破壊され難い関係で、耐欠損性が向上され得る為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第２層４の残留応力Ｙの下限は、－０．５ＧＰａ以上であることが好ましく、－０．４ＧＰａ以上であることがより好ましく、－０．３ＧＰａ以上であることが更に好ましい。第２層４の残留応力Ｙの上限は、０．１ＧＰａ以下であることが好ましく、０ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．１ＧＰａ以下であることが更に好ましい。第２層４の残留応力Ｙは、－０．４ＧＰａ以上０ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．３ＧＰａ以上－０．１ＧＰａ以下であることが更に好ましい。
【0038】
第２層４の残留応力Ｙは、第２層４に対し測定が実行される点を除いては、第１層３の残留応力Ｘの測定方法と同様の方法により特定することができる。なお、同一の切削工具１０で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
【0039】
＜第３層＞
＜第３層の組成＞
第３層５は、炭窒化チタンからなる。ここで「炭窒化チタンからなる」とは、本開示の効果を示す限り、炭窒化チタンに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素原子（Ｃｌ）等が挙げられる。第３層５における不可避不純物全体の含有率は、０質量％より大きく、３質量％未満であることが好ましい。
＜第３層の組成＞
第３層５は、炭窒化チタンからなる。ここで「炭窒化チタンからなる」とは、本開示の効果を示す限り、炭窒化チタンに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素原子（Ｃｌ）等が挙げられる。第３層５における不可避不純物全体の含有率は、０質量％より大きく、３質量％未満であることが好ましい。
【0040】
第３層５が炭窒化チタンからなることは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により測定される。第３層５において、不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される。なお、同一の切削工具１０で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
【0041】
＜第３層の構造＞
第３層５の厚みは、２μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。これによって、より優れた耐欠損性とより優れた耐摩耗性との両立が可能である為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第３層５の厚みの下限は、２μｍ以上であることが好ましく、２．５μｍ以上であることがより好ましい。第３層５の厚みの上限は、４μｍ以下であることが好ましく、３．５μｍ以下であることがより好ましい。第３層５の厚みは、２．５μｍ以上３．５μｍ以下であることがより好ましい。
第３層５の厚みは、２μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。これによって、より優れた耐欠損性とより優れた耐摩耗性との両立が可能である為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第３層５の厚みの下限は、２μｍ以上であることが好ましく、２．５μｍ以上であることがより好ましい。第３層５の厚みの上限は、４μｍ以下であることが好ましく、３．５μｍ以下であることがより好ましい。第３層５の厚みは、２．５μｍ以上３．５μｍ以下であることがより好ましい。
【0042】
＜第３層の残留応力＞
第３層５の残留応力Ｚは、－０．３ＧＰａ以上０．４ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、加工初期の逃げ面摩耗を抑制し易くなる為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第３層５の残留応力Ｚの下限は、－０．３ＧＰａ以上であることが好ましく、－０．２ＧＰａ以上であることがより好ましく、－０．１ＧＰａ以上であることが更に好ましい。第３層５の残留応力Ｚの上限は、０．４ＧＰａ以下であることが好ましく、０．３ＧＰａ以下であることがより好ましく、０．２ＧＰａ以下であることが更に好ましい。第３層５の残留応力Ｚは、－０．２ＧＰａ以上０．３ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．１ＧＰａ以上０．２ＧＰａ以下であることが更に好ましい。
第３層５の残留応力Ｚは、－０．３ＧＰａ以上０．４ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、加工初期の逃げ面摩耗を抑制し易くなる為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第３層５の残留応力Ｚの下限は、－０．３ＧＰａ以上であることが好ましく、－０．２ＧＰａ以上であることがより好ましく、－０．１ＧＰａ以上であることが更に好ましい。第３層５の残留応力Ｚの上限は、０．４ＧＰａ以下であることが好ましく、０．３ＧＰａ以下であることがより好ましく、０．２ＧＰａ以下であることが更に好ましい。第３層５の残留応力Ｚは、－０．２ＧＰａ以上０．３ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．１ＧＰａ以上０．２ＧＰａ以下であることが更に好ましい。
【0043】
第３層５の残留応力Ｚは、第３層５に対し測定が実行される点を除いては、第１層３の残留応力Ｘの測定方法と同様の方法により特定することができる。なお、同一の切削工具１０で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
【0044】
＜第１層と第２層と第３層との関係＞
第１層３の残留応力Ｘと、第２層４の残留応力Ｙと、第３層５の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たす。
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
これによって、切削工具１０は、優れた耐摩耗性と優れた耐欠損性とを兼備することができる為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、長い工具寿命を発揮することが可能である。
第１層３の残留応力Ｘと、第２層４の残留応力Ｙと、第３層５の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たす。
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
これによって、切削工具１０は、優れた耐摩耗性と優れた耐欠損性とを兼備することができる為、特に黒皮材の合金鋼の軽断続旋削加工においても、長い工具寿命を発揮することが可能である。
【0045】
Ｙ－Ｘは、０．１以上０．６以下であることが好ましい。これによって、第１層３から第２層４にかけてチッピングがより生じ難くなる為、切削工具は、より優れた耐欠損性を備えることができる。Ｙ－Ｘは、０．１５以上０．５５以下であることがより好ましく、０．２以上０．５以下であることが更に好ましい。
【0046】
Ｙ－Ｚは、－０．６以上－０．１以下であることが好ましい。これによって、第２層４から第３層５にかけてチッピングがより生じ難くなる為、切削工具１０は、より優れた耐欠損性を備えることができる。Ｙ－Ｚは、－０．５５以上－０．１５以下であることがより好ましく、－０．５０以上－０．２０以下であることが更に好ましい。
【0047】
＜他の層＞
他の層としては、例えば、下地層（図示なし）、中間層（図示なし）、および表面層（図示なし）等を挙げることができる。下地層は、基材１と第１層３との間に配置される層である。表面層は、被膜２の表面に位置する層である。中間層は、第１層３と第２層４との間、第２層４と第３層５との間、またはその両方に配置される層である。なお、中間層は、ＴｉＣＮＯなどの薄い密着層である。その為、中間層は、応力分布に影響しない。
他の層としては、例えば、下地層（図示なし）、中間層（図示なし）、および表面層（図示なし）等を挙げることができる。下地層は、基材１と第１層３との間に配置される層である。表面層は、被膜２の表面に位置する層である。中間層は、第１層３と第２層４との間、第２層４と第３層５との間、またはその両方に配置される層である。なお、中間層は、ＴｉＣＮＯなどの薄い密着層である。その為、中間層は、応力分布に影響しない。
【0048】
【0049】
本実施形態の切削工具の製造方法は、実施形態１に記載の切削工具の製造方法であって、
基材を準備する第１工程と、
該基材上に被膜を形成する第２工程と、
該被膜に対しブラスト処理を行うことで切削工具を得る第３工程と、を備え、
該第２工程は、ＣＶＤ法により第１層を形成する第２Ａ工程と、ＣＶＤ法により第２層を形成する第２Ｂ工程と、ＣＶＤ法により第３層を形成する第２Ｃ工程と、をこの順で含む。各工程の詳細について、以下に説明する。
基材を準備する第１工程と、
該基材上に被膜を形成する第２工程と、
該被膜に対しブラスト処理を行うことで切削工具を得る第３工程と、を備え、
該第２工程は、ＣＶＤ法により第１層を形成する第２Ａ工程と、ＣＶＤ法により第２層を形成する第２Ｂ工程と、ＣＶＤ法により第３層を形成する第２Ｃ工程と、をこの順で含む。各工程の詳細について、以下に説明する。
【0050】
≪第１工程≫
第１工程では、基材を準備する。基材は、実施形態１に記載の基材を用いることができる。
第１工程では、基材を準備する。基材は、実施形態１に記載の基材を用いることができる。
【0051】
例えば、基材として超硬合金を用いる場合は、市販の基材を用いてもよく、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。次に、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。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ものであればいずれも準備可能である。
【0052】
≪第２工程≫
第２工程では、上記基材上に被膜を形成して切削工具を得る。被膜の形成は、例えば図２に示されるＣＶＤ装置を用いて行う。ＣＶＤ装置３０は、基材１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（貫通孔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、第１層、第２層、および第３層を形成することができる。
第２工程では、上記基材上に被膜を形成して切削工具を得る。被膜の形成は、例えば図２に示されるＣＶＤ装置を用いて行う。ＣＶＤ装置３０は、基材１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（貫通孔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、第１層、第２層、および第３層を形成することができる。
【0053】
第２工程は、ＣＶＤ法により第１層を形成する第２Ａ工程と、ＣＶＤ法により第２層を形成する第２Ｂ工程と、ＣＶＤ法により第３層を形成する第２Ｃ工程と、をこの順で含む。被膜が、実施形態１に記載の「他の層」を含む場合は、該「他の層」は従来公知の方法で形成することができる。
【0054】
＜第２Ａ工程：ＣＶＤ法により第１層を形成する工程＞
第２Ａ工程では、ＣＶＤ法により第１層を形成する。より具体的には、まず、基材１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、第１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。これにより、基材１上に第１層が形成される。
第２Ａ工程では、ＣＶＤ法により第１層を形成する。より具体的には、まず、基材１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、第１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。これにより、基材１上に第１層が形成される。
【0055】
第１層用の原料ガスとしては、ＴｉＣｌ４、ＣＨ３ＣＮ、ＣＯ、Ｎ２、ＨＣｌ、およびＨ２の混合ガスが用いられる。
【0056】
混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率は、８．０体積％以上９．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率は、０．２体積％以上１．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＣＯの含有率は、１．３体積％以上２．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＮ２の含有率は、８．０体積％以上１２．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＨＣｌの含有率は、１．０体積％以上３．０体積％以下であることが好ましい。
【0057】
反応容器３２内の温度は８００℃以上８５０℃以下に制御されることが好ましく、反応容器３２内の圧力は１００ｈＰａ以上１２０ｈＰａ以下に制御されることが好ましい。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。
【0058】
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、第１層の態様が変化する。例えば、成膜時間を調整することにより、第１層の厚みが制御される。
【0059】
＜第２Ｂ工程：ＣＶＤ法により第２層を形成する工程＞
第２Ｂ工程では、ＣＶＤ法により第２層を形成する。より具体的には、まず、基材上に第１層が形成された第１切削工具前駆体を、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、第２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。これにより、第１層上に第２層が形成される。
第２Ｂ工程では、ＣＶＤ法により第２層を形成する。より具体的には、まず、基材上に第１層が形成された第１切削工具前駆体を、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、第２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。これにより、第１層上に第２層が形成される。
【0060】
第２層用の原料ガスとしては、ＡｌＣｌ３、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ、およびＨ２の混合ガスが用いられる。
【0061】
混合ガスにおけるＡｌＣｌ３の含有率は、２．０体積％以上２．５体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＣＯ２の含有率は、２．５体積％以上３．５体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＨ２Ｓの含有率は、０．５体積％以上１．０体積％以下であることが好ましい。
【0062】
反応容器３２内の温度は９８０℃以上１０１５℃以下に制御されることが好ましく、反応容器３２内の圧力は６０ｈＰａ以上７５ｈＰａ以下に制御されることが好ましい。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。
【0063】
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、第２層の態様が変化する。例えば、成膜時間を調整することにより、第２層の厚みが制御される。
【0064】
＜第２Ｃ工程：ＣＶＤ法により第３層を形成する工程＞
第２Ｃ工程では、ＣＶＤ法により第３層を形成する。より具体的には、まず、基材上に第１層が形成され、且つ該第１層上に第２層が形成された第２切削工具前駆体を、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、第３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。これにより、第２層上に第３層が形成される。
第２Ｃ工程では、ＣＶＤ法により第３層を形成する。より具体的には、まず、基材上に第１層が形成され、且つ該第１層上に第２層が形成された第２切削工具前駆体を、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、第３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。これにより、第２層上に第３層が形成される。
【0065】
第３層用の原料ガスとしては、ＴｉＣｌ４、ＣＨ３ＣＮ、ＣＯ、Ｎ２、ＨＣｌ、およびＨ２の混合ガスが用いられる。
【0066】
混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率は、８．０体積％以上９．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率は、０．２体積％以上０．８体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＣＯの含有率は、１．３体積％以上２．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＮ２の含有率は、８．０体積％以上１２．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＨＣｌの含有率は、１．０体積％以上３．０体積％以下であることが好ましい。
【0067】
反応容器３２内の温度は９５０℃以上１０００℃以下に制御されることが好ましく、反応容器３２内の圧力は８０ｈＰａ以上１００ｈＰａ以下に制御されることが好ましい。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。
【0068】
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、第３層の態様が変化する。例えば、成膜時間を調整することにより、第３層の厚みが制御される。
【0069】
＜第３工程：被膜に対しブラスト処理を行うことで切削工具を得る工程＞
第３工程では、被膜に対しブラスト処理を行うことで切削工具を得る。ここで、「ブラスト処理」とは、鋼鉄または非鉄金属（例えば、セラミックス）等の多数の小さな球体（メディア）を高速で、すくい面等の被膜の表面に衝突させる（投射させる）ことで該表面の残留応力等の諸性質を変化させる処理を意味する。
第３工程では、被膜に対しブラスト処理を行うことで切削工具を得る。ここで、「ブラスト処理」とは、鋼鉄または非鉄金属（例えば、セラミックス）等の多数の小さな球体（メディア）を高速で、すくい面等の被膜の表面に衝突させる（投射させる）ことで該表面の残留応力等の諸性質を変化させる処理を意味する。
【0070】
メディアの種類としては、例えば、セラミックス、ジルコニア、アルミナ等が挙げられる。
【0071】
メディアの平均粒径は、１００μｍ以上２００μｍ以下である。
【0072】
投射されるメディアの濃度は、１００ｇ／分以上３５０ｇ／分以下である。投射されるメディアの濃度は、１５０ｇ／分以上２５０ｇ／分以下であることが好ましい。
【0073】
メディアを投射する投射部と被膜の表面との距離（以下、「投射距離」とも記す。）は、３５ｍｍ以上６０ｍｍ以下である。投射距離は、３５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。
【0074】
メディアの投射角度は、被膜の表面に対して７５°である。
【0075】
投射する際に上記メディアに加わる圧力（以下、「投射圧」とも記す。）は、０．１０ＭＰａ以上０．５０ＭＰａ以下であることが好ましく、０．１５ＭＰａ以上０．４５ＭＰａ以下であることがより好ましい。
【0076】
ブラストの処理時間は、２０秒以上３０秒以下であることが好ましい。
【0077】
上述したブラスト処理の各条件は、上記被膜の構成に合わせて適宜調整することが可能である。
【0078】
＜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。
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。
【0079】
＜本実施形態の切削工具の製造方法の特徴＞
上記の製造方法で得られた切削工具は、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、該基材上に位置する第１層と、該第１層上に位置する第２層と、該第２層上に位置する第３層と、を含み、該第１層は、炭窒化チタンからなり、該第２層は、酸化アルミニウムからなり、該第３層は、炭窒化チタンからなり、該第１層の残留応力Ｘと、該第２層の残留応力Ｙと、該第３層の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たす、切削工具を製造することができる。
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
その理由は以下の通りと推察される。
上記の製造方法で得られた切削工具は、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、該基材上に位置する第１層と、該第１層上に位置する第２層と、該第２層上に位置する第３層と、を含み、該第１層は、炭窒化チタンからなり、該第２層は、酸化アルミニウムからなり、該第３層は、炭窒化チタンからなり、該第１層の残留応力Ｘと、該第２層の残留応力Ｙと、該第３層の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たす、切削工具を製造することができる。
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ 式１
その理由は以下の通りと推察される。
【0080】
本実施形態の切削工具の製造方法は、特に、第２Ｃ工程で、第２層上に位置する第３層が形成された上で、第３工程で、平均粒径１００～２００μｍの粗大なメディアを用いて、メディアの濃度を１００ｇ／分以上３５０ｇ／分以下とし、且つメディアの投射角度を被膜の表面に対して７５°とし、且つ投射距離を３５ｍｍ以上６０ｍｍ以下とすることにより実行されることを特徴とする。粗大なメディアを投射角度７５°で投射することで被膜の基材側に応力が導入され易くなる。また、メディアの濃度が薄い為、メディアの投射速度を上げ易いことから、更に被膜の基材側に応力が導入され易くなる。また、投射距離が遠い為、第３層の応力と第２層の応力とに差をつけることが可能となる。以上により、第１層の残留応力Ｘと、第２層の残留応力Ｙと、第３層の残留応力Ｚとは、上記式１の関係を満たすことが可能となる。このことは、本発明者らが鋭意検討の結果、新たに見いだしたものである。
【実施例】
【0081】
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。
【0082】
≪切削工具の作製≫
以下の様にして、試料１～３１、１０１～１０４に係る切削工具を作製した。
以下の様にして、試料１～３１、１０１～１０４に係る切削工具を作製した。
【0083】
＜第１工程＞
基材として、ＴａＣ（２．０質量％）、Ｃｏ（１１．０質量％）およびＷＣ（残部）からなる組成（ただし不可避不純物を含む）の超硬合金製刃先交換型切削チップ（形状：住友電工ハードメタル株式会社製、ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ－Ｇ）を準備した。
基材として、ＴａＣ（２．０質量％）、Ｃｏ（１１．０質量％）およびＷＣ（残部）からなる組成（ただし不可避不純物を含む）の超硬合金製刃先交換型切削チップ（形状：住友電工ハードメタル株式会社製、ＳＥＥＴ１３Ｔ３ＡＧＳＮ－Ｇ）を準備した。
【0084】
＜第２工程＞
第１層の組成が表３および表４に記載の通りとなる様に、以下の条件で、ＣＶＤ法により、上記基材上に第１層を形成した（第２Ａ工程）。成膜時間は、第１層が表３および表４に記載の厚みとなる様に適宜調製した。
（第２Ａ工程の条件）
・混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率：８．０～９．０体積％
・混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率：０．２～１．０体積％
・混合ガスにおけるＣＯの含有率：１．３～２．０体積％
・混合ガスにおけるＮ２の含有率：８．０～１２．０体積％
・混合ガスにおけるＨＣｌの含有率：１．０～３．０体積％
・混合ガスにおけるＨ２の含有率：残り
・温度：８００～８５０℃
・圧力：１００～１２０ｈＰａ
第１層の組成が表３および表４に記載の通りとなる様に、以下の条件で、ＣＶＤ法により、上記基材上に第１層を形成した（第２Ａ工程）。成膜時間は、第１層が表３および表４に記載の厚みとなる様に適宜調製した。
（第２Ａ工程の条件）
・混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率：８．０～９．０体積％
・混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率：０．２～１．０体積％
・混合ガスにおけるＣＯの含有率：１．３～２．０体積％
・混合ガスにおけるＮ２の含有率：８．０～１２．０体積％
・混合ガスにおけるＨＣｌの含有率：１．０～３．０体積％
・混合ガスにおけるＨ２の含有率：残り
・温度：８００～８５０℃
・圧力：１００～１２０ｈＰａ
【0085】
次に、第２層の組成が表３および表４に記載の通りとなる様に、以下の条件で、ＣＶＤ法により、上記第１層上に第２層を形成した（第２Ｂ工程）。成膜時間は、第２層が表３および表４に記載の厚みとなる様に適宜調製した。
（第２Ｂ工程の条件）
・混合ガスにおけるＡｌＣｌ３の含有率：２．０～２．５体積％
・混合ガスにおけるＣＯ２の含有率：２．５～３．５体積％
・混合ガスにおけるＨ２Ｓの含有率：０．５～１．０体積％
・混合ガスにおけるＨ２の含有率：残り
・温度：９８０～１０１５℃
・圧力：６０～７５ｈＰａ
（第２Ｂ工程の条件）
・混合ガスにおけるＡｌＣｌ３の含有率：２．０～２．５体積％
・混合ガスにおけるＣＯ２の含有率：２．５～３．５体積％
・混合ガスにおけるＨ２Ｓの含有率：０．５～１．０体積％
・混合ガスにおけるＨ２の含有率：残り
・温度：９８０～１０１５℃
・圧力：６０～７５ｈＰａ
【0086】
次に、第３層の組成が表３および表４に記載の通りとなる様に、以下の条件で、ＣＶＤ法により、上記第２層上に第３層を形成した（第２Ｃ工程）。成膜時間は、第３層が表３および表４に記載の厚みとなる様に適宜調製した。
（第２Ｃ工程の条件）
・混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率：８．０～９．０体積％
・混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率：０．２～０．８体積％
・混合ガスにおけるＣＯの含有率：１．３～２．０体積％
・混合ガスにおけるＮ２の含有率：８．０～１２．０体積％
・混合ガスにおけるＨＣｌの含有率：１．０～３．０体積％
・混合ガスにおけるＨ２の含有率：残り
・温度：９５０～１０００℃
・圧力：８０～１００ｈＰａ
（第２Ｃ工程の条件）
・混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率：８．０～９．０体積％
・混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率：０．２～０．８体積％
・混合ガスにおけるＣＯの含有率：１．３～２．０体積％
・混合ガスにおけるＮ２の含有率：８．０～１２．０体積％
・混合ガスにおけるＨＣｌの含有率：１．０～３．０体積％
・混合ガスにおけるＨ２の含有率：残り
・温度：９５０～１０００℃
・圧力：８０～１００ｈＰａ
【0087】
＜第３工程＞
第１層、第２層、および第３層が形成された切削工具（言い換えれば、被膜が形成された切削工具）の表面に対し、表１および表２に記載の条件でブラスト処理を実行した。
第１層、第２層、および第３層が形成された切削工具（言い換えれば、被膜が形成された切削工具）の表面に対し、表１および表２に記載の条件でブラスト処理を実行した。
【0088】
以上の手順によって、試料１～３１、１０１～１０４に係る切削工具を作製した。
【0089】
【表1】
【0090】
【表2】
【0091】
【表3】
【0092】
【表4】
【0093】
≪切削工具の特性評価≫
＜第１層の組成＞
各試料に係る切削工具について、第１層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「第１層」の欄の「組成」の欄に記す。表３および表４の「第１層」の欄の「組成」の欄に、「ＴｉＣＮ」と記載されている場合、第１層は、炭窒化チタンからなることを意味する。
＜第１層の組成＞
各試料に係る切削工具について、第１層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「第１層」の欄の「組成」の欄に記す。表３および表４の「第１層」の欄の「組成」の欄に、「ＴｉＣＮ」と記載されている場合、第１層は、炭窒化チタンからなることを意味する。
【0094】
＜第１層の残留応力Ｘ＞
各試料に係る切削工具について、第１層の残留応力Ｘ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、表３および表４の「Ｘ［ＧＰａ］」の欄に記す。
各試料に係る切削工具について、第１層の残留応力Ｘ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、表３および表４の「Ｘ［ＧＰａ］」の欄に記す。
【0095】
＜第２層の組成＞
各試料に係る切削工具について、第２層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「第２層」の欄の「組成」の欄に記す。表３および表４の「第２層」の欄の「組成」の欄に、「Ａｌ２Ｏ３」と記載されている場合、第２層は、酸化アルミニウムからなることを意味する。
各試料に係る切削工具について、第２層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「第２層」の欄の「組成」の欄に記す。表３および表４の「第２層」の欄の「組成」の欄に、「Ａｌ２Ｏ３」と記載されている場合、第２層は、酸化アルミニウムからなることを意味する。
【0096】
＜第２層の残留応力Ｙ＞
各試料に係る切削工具について、第２層の残留応力Ｙ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、表３および表４の「Ｙ［ＧＰａ］」の欄に記す。
各試料に係る切削工具について、第２層の残留応力Ｙ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、表３および表４の「Ｙ［ＧＰａ］」の欄に記す。
【0097】
＜第３層の組成＞
各試料に係る切削工具について、第３層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「第３層」の欄の「組成」の欄に記す。表３および表４の「第３層」の欄の「組成」の欄に、「ＴｉＣＮ」と記載されている場合、第３層は、炭窒化チタンからなることを意味する。
各試料に係る切削工具について、第３層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「第３層」の欄の「組成」の欄に記す。表３および表４の「第３層」の欄の「組成」の欄に、「ＴｉＣＮ」と記載されている場合、第３層は、炭窒化チタンからなることを意味する。
【0098】
＜第３層の残留応力Ｚ＞
各試料に係る切削工具について、第３層の残留応力Ｚ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、表３および表４の「Ｚ［ＧＰａ］」の欄に記す。
各試料に係る切削工具について、第３層の残留応力Ｚ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、表３および表４の「Ｚ［ＧＰａ］」の欄に記す。
【0099】
＜被膜の厚み＞
各試料に係る切削工具について、被膜の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「被膜」の欄の「厚み［μｍ］」の欄に記す。
各試料に係る切削工具について、被膜の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「被膜」の欄の「厚み［μｍ］」の欄に記す。
【0100】
＜切削試験＞
各試料に係る切削工具を用いて、以下の切削条件により、切削試験を実行した。摩耗と軽微な欠損が複合して損傷が進行し、逃げ面摩耗量Ｖｂ［ｍｍ］が０．３ｍｍを超えた時間を工具寿命として測定した。得られた結果を、表３および表４の「工具寿命［分］」の欄に記す。
（切削条件）
被削材：ＳＣＭ４４０（溝付き丸棒）
加工：溝付き丸棒外径旋削
切削速度：２５０ｍ／分
送り量：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み量：２．０ｍｍ
切削液：水溶性切削油
上記の切削条件は、黒皮材の合金鋼の軽断続旋削の切削条件に該当する。
各試料に係る切削工具を用いて、以下の切削条件により、切削試験を実行した。摩耗と軽微な欠損が複合して損傷が進行し、逃げ面摩耗量Ｖｂ［ｍｍ］が０．３ｍｍを超えた時間を工具寿命として測定した。得られた結果を、表３および表４の「工具寿命［分］」の欄に記す。
（切削条件）
被削材：ＳＣＭ４４０（溝付き丸棒）
加工：溝付き丸棒外径旋削
切削速度：２５０ｍ／分
送り量：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み量：２．０ｍｍ
切削液：水溶性切削油
上記の切削条件は、黒皮材の合金鋼の軽断続旋削の切削条件に該当する。
【0101】
試料１～３１に係る切削工具は実施例に該当する。試料１０１～１０４に係る切削工具は比較例に該当する。表３および表４の結果から、試料１～３１に係る切削工具は、試料１０１～１０４に係る切削工具に比して、黒皮材の合金鋼の軽断続旋削においても、長い工具寿命を有することが分かった。
【0102】
以上により、試料１～３１に係る切削工具は、黒皮材の合金鋼の軽断続旋削においても、長い工具寿命を有することが分かった。
【0103】
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。
【0104】
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。
【符号の説明】
【0105】
１ 基材、２ 被膜、３ 第１層、４ 第２層、５ 第３層、１０ 切削工具、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 貫通孔
【要約】
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、前記基材上に位置する第１層と、前記第１層上に位置する第２層と、前記第２層上に位置する第３層と、を含み、前記第１層は、炭窒化チタンからなり、前記第２層は、酸化アルミニウムからなり、前記第３層は、炭窒化チタンからなり、前記第１層の残留応力Ｘと、前記第２層の残留応力Ｙと、前記第３層の残留応力Ｚとは、式１の関係を満たす、切削工具。
【図1】
【図2】