(57)【要約】【課題】工具の耐用期間ないし工具の摩耗の低減を図る。【解決手段】切削工具の保護被覆において、工具の保護被覆硬度が最も重要である場合は、工具の作用縁部領域における保護被覆組成を、その他の工具表面における保護被覆組成に対し的確に変化させる一方、工具において保護被覆の付着強度が最も重要である場合は、作用縁部領域における保護被覆組成を、その他の工具表面とできるだけ同じにするよう、提案される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具の保護被覆方法であって、プラズマ真空被覆方法によって工具の基礎本体に硬質材層を布設し、かつ工具の負荷に応じて、工具基礎本体の作用縁部領域における硬質材層組成を、その他の被覆領域に対し、
（ａ）  できるだけ不変のままにするか、あるいは
（ｂ）  目的に応じて変化させるか、のいずれかであり、
第１の（ａ）は、工具が硬質材層の付着強度を最も重要とし、硬質材層の硬度は二の次である場合、第２の（ｂ）は、工具が硬質材層の硬度を最も重要とし、基礎本体における硬質材層の付着強度は二の次である場合である、方法。
【請求項２】
硬質材層の少なくとも一部として（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層が工具基礎本体に、好ましくは中間層と共に布設されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
硬質材層がアーク蒸化によって布設され、かつ好ましくは（ａ）基準電位、好ましくは質量電位に対する工具基礎本体の電圧ＵBIASと、反応ガスの分圧ｐreaktivとの比が以下の領域に維持されることによって、すなわち、電圧の単位は「ボルト」、圧力の単位は「ｍｂａｒ」として、
１×１０3  ≦  ＵBIAS／Ｐreaktiv  ≦  ４×１０3
であることによって、作用縁部領域における硬質材層組成が可能な限り不変のものとなる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
（ａ）作用縁部領域における硬質材層組成が可能な限り不変の、
（ａ1）穴あけ器、粗仕上げフライス、円周フライス、圧延フライス、回転刃の基礎本体が実現され、かつ
（ｂ）作用縁部領域における硬質材層組成を
（ｂ1）正面フライスおよびボールヘッドフライス、
の工具基礎本体の場合、変化させることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
（ａ）切削断面が比較的大きく、かつ切削速度が低速の加工用工具の基礎本体を被覆する際、作用縁部領域における硬質材層組成をできるだけ不変のままにし、一方（ｂ）切削断面は比較的小さいが、切削速度がかなり高速な工具の基礎本体は、作用縁部領域における硬質材層組成が変化するよう被覆される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
（ａ）硬度が最大４５ロックウェル（ＨＲＣ）まで、かつ引張強さが最大１５００Ｎｍｍ-2までの材料の加工、好ましくは焼き戻し鋼ならびに高度合金およびステンレス鋼、ならびに非鉄金属の加工には、作用縁部領域の硬質材層組成をできるだけ変化させずに工具基礎本体を被覆する、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
（ａ）特に、先端部では最小速度が、これに対し円周部ではより高い速度が求められる穴あけ器等のように、工具の作用縁部において同時に様々な切削速度が求められる場合、作用縁部領域の硬質材層組成をできるだけ変化させずに工具基礎本体を被覆する、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
硬度が４５ロックウェル（ＨＲＣ）より硬く、かつ引張強さが１５００Ｎｍｍ-2より強い材料の切削加工用、特に硬質切削用の工具について、作用縁部領域の硬質材層組成を変化させて基礎本体を被覆する、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
−  回転刃および加工材料  ＡＩＳＩ  ３０４ＳＳないしＤＩＮ  １．４３０６用、旋削プレート、
−  加工材料ＡＩＳＩ  ４１４０ないしＤＩＮ  １．７２２５用円周フライスのための、旋削プレート、
−  加工材料  ＳＫＤ  ６１（ＨＲＣ  ４５）用フライスのための、旋削プレート  ＳＥＥ  ４２ＴＮ、
−  加工材料  ＤＩＮ  １．２３４４を乾式加工するための、硬質合金粗仕上げシャフトフライス、
−  エマルジョン潤滑剤を使用する、加工材料  ＡＩＳＩ  Ｄ３  ないしＤＩＮ  １．２０８０ならびにＧＧ２５用、ＨＳＳ穴あけ器、
においては、作用縁部領域の硬質材層組成をできるだけ変化させずに工具基礎本体を被覆し、これに対し、
−  エマルジョン潤滑剤を使用する、加工材料ＤＩＮ  １．２３１１用、硬質合金粗仕上げシャフトフライス、
−  加工材料  ＡＩＳＩ  Ｄ２ないし  ＤＩＮ  １．２３７９用、硬質合金正面フライス、
−  ＤＩＮ  １．２３４３、４９，５  ＨＲＣを乾式加工するための、硬質合金ボールヘッドフライス  Ｊ９７（Ｊａｂｒｏ）
においては、作用縁部領域の組成を変化させて工具基礎本体を硬質材被覆する、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
硬質材被覆された少なくとも二つの工具を有する工具セットであって、硬質材層は好ましくは一つの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を含み、工具のうちの少なくとも一方は、硬質材層の強い付着強度が最も重要であり、硬質材層の硬度については二次である切削加工用であり、かつ少なくとも第２の工具は、硬質材層の高い硬度が最も重要であり、付着強度については二次である切削加工用であり、さらに、始めに述べられた少なくとも一つの工具の硬質材組成は、その作用縁部領域において基本的に一定であり、それに対し、少なくとも一つの第２の工具における作用縁部領域の被覆は、前記第２の工具のその他の領域と比べると、前記作用縁部領域において異なる組成を有する、工具セット。
【請求項１１】
硬質材層が（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を少なくとも含む、請求項１０に記載の工具セット。
【請求項１２】
一方の工具が穴あけ器、粗仕上げフライス、円周フライス、圧延フライスまたは回転刃であり、第２の工具が正面フライスまたはボールヘッドフライスであることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の工具セット。
【請求項１３】
第１の工具は、切削断面が比較的大きく、かつ切削速度が低い場合に使用され、第２の工具は、切削断面が比較的小さく、かつ切削速度がかなり速い場合に使用されることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれかに記載の工具セット。
【請求項１４】
第１の工具は、硬度が最大４５ロックウェル（ＨＲＣ）まで、引張強さが最大１５００Ｎ／ｍｍ2までの材料加工用であり、好ましくは焼き戻し鋼、高度合金鋼、ステンレス鋼ならびに非鉄金属の加工用であることを特徴とする、請求項１０から１３のいずれかに記載の工具セット。
【請求項１５】
第１の工具が、工具使用の際、異なる切削速度を同時に要求される作用縁部を備えて形成される、請求項１０から１４のいずれかに記載の工具セット。
【請求項１６】
第２の工具は、硬さが４５ロックウェル（ＨＲＣ）より硬く、引張強さが１５００Ｎ／ｍｍ2より強い材料の加工用であり、特に硬質切削工具であることを特徴とする、請求項１０から１５のいずれかに記載の工具セット。
【請求項１７】
第１の工具が、
−  回転刃用、かつ加工材料  ＡＩＳＩ  ３０４ＳＳないしＤＩＮ  １．４３０６用、旋削プレート、または
−  加工材料  ＡＩＳＩ  ４１４０  ないし  ＤＩＮ  １．７２２５のための円周フライス用、旋削プレート、または
−  加工材料  ＳＫＤ  ６１  （ＨＲＣ  ４５）のためのフライス用、旋削プレート  ＳＥＥ  ４２ＴＮ、
−  加工材料  ＤＩＮ  １．２３４４の乾式加工用、硬質合金粗仕上げシャフトフライス、
−  エマルジョン潤滑剤を使用する、加工材料  ＡＩＳＩ  Ｄ３ないし  ＤＩＮ  １．２０８０ならびにＧＧ２５用、ＨＳＳ穴あけ器、
を含むか、あるいは上記のものであることを特徴とする、請求項１０から１６のいずれかに記載の工具セット。
【請求項１８】
第２の工具が、エマルジョン潤滑剤を使用する加工材料  ＤＩＮ  １．２３１１用、硬質合金粗仕上げシャフトフライスであるか、またはＡＩＳＩ  Ｄ２  ないし  ＤＩＮ  １．２３７９の加工用、硬質合金正面フライス、あるいは
−  ＤＩＮ  １．２３４３、４９．５  ＨＲＣの乾式加工用、硬質合金ボールヘッドフライス
であることを特徴とする、請求項１０から１７のいずれかに記載の工具セット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
定義
・この明細書における硬質材とは、以下の金属元素のうちの少なくとも二つ、特にＴｉおよびＡｌの化合物、すなわち炭化物、酸化物、酸炭化物、特には窒化物、ニトロ炭化物、酸窒化物ないしニトロ酸炭化物のことである。金属元素とはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗｏ，ＷおよびＡｌのことである。
【０００２】
・この出願における、硬質材層材料の作用縁部領域における組成変化とは、工作物の作用縁部領域とその他の領域における硬質材層の金属成分の差が少なくとも２ａｔ％であることを意味する。
【０００３】
同様に、上記の差が２ａｔ％よりわずかであり、特に１ａｔ％より少ない場合、変化はない。
【０００４】
・切削加工断面ｆ  ａpとは、ＤＩＮ６５８０、章番号１１．１．１「切削工程の動きと形状」（ＤＩＮ６５８０、１９８５年１０月）による、「送り×切断深さ」の積を意味する。
【背景技術】
【０００５】
ＤＥ−３８  ２５  ３９９ならびにＥＰ−０  ３５２  ５４５から、真空方法によって硬質材層、特に（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ硬質材層で工具を被覆することが知られている。この場合、作用縁部領域、すなわち切削縁部の硬質材層が、工具のその他の領域と比較すると変化した材料組成を有するように、被覆される。ＤＥ−３８  ２５  ３９９ならびにＥＰ−０  ３５２  ５４５では、穴あけ器の作用縁部領域においてアルミニウムが希薄化されるが、これは工具のこれらの領域が赤色または黄色に変色することによってわかる。希薄比はＡｌの５ａｔ％ないし２質量％である。
【０００６】
この発明による方法、すなわち作用縁部領域における硬質材層の組成変化とは、基本的に被覆品質の実質的改善を目的とする処置である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明の課題は、硬質材層の作用縁部領域が基本的に測定可能な範囲において不変の材料組成を有する工具と、またこれらの工具とは反対に、作用縁部領域における硬質材層の組成が、その他の工具領域における硬質材層組成に比して、それぞれ変化する工具とを一般に前提としながら、それによって特定の加工特性が実質的に改善される切削工具、ならびに少なくとも二つの工具からなる工具セットの、保護被覆方法を提案することである。特に改善されるべき加工特性とは、工具の耐用期間ないし工具の摩耗の低減である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の方法によると、工具本体にはまず硬質材層が布設されるが、その際、工具の負荷にしたがって、工具基礎本体の作用縁部領域における硬質材層の組成は、それ以外の被覆領域における硬質材層の組成に対して、できるだけ不変のままとされるか、あるいは目的に応じて変えられる。第１の一定の組成は、工具において硬質材層の付着強度が最も重要であり、硬質材層の硬度は二の次である場合に適用されるのに対し、第２の組成は、工具において硬質材層の硬度が最重要とされ、硬質材層の付着強度は二の次である場合に適用される。
【０００９】
したがってこの発明によると、切削工具の作用縁部領域における硬質材層組成が変化する場合、ないし不変の場合についての効果を一般化し、あらかじめ規定することはできず、実際には、すなわち工具使用時には工具の加工目的により、組成が一定の硬質材被覆が決定的改善をもたらすこともあれば、組成が変化する硬質材被覆が決定的改善につながることもある、ということがわかった。すなわち所与の使用条件に対し、上述の被覆技術のうち誤った方で工具が被覆されると、その加工特性が劣化し、特に耐用期間が短くなることがままある。
【００１０】
したがって、ＥＰ−０  ３５２  ５４５による被覆層の希薄化によって、硬質材層の濃度差がより少ない、あるいは少なくとも測定可能なレベルでは全くない場合に比してより良好な、または少なくとも同程度の結果が得られるのは、切削加工のごくわずかな適用領域においてのみであることが示された。特に注目すべきは、ＥＰ−０  ５３２  ５４５で螺旋ドリルの耐用期間について述べられた例は、この発明による代表的な比較によると、上述の被覆の違い以外は全く同じで、同様に被覆された二つの穴あけ器に関する限り少なくとも誤っている、という事実である。ここで全く同様とはすなわち、同じ被覆法、特にアークまたはスパッタ法の同一の工具本体への適用を意味し、濃度差はそれが実現されるにせよ、されないにせよ、質量ないし基準電位に対し被覆中工具本体にかかる、以下ではバイアス電圧ＵBIASと呼ばれる電圧の調整、および／または真空被覆受容器内の反応ガスの分圧Ｐreaktivの調整によって専ら調整され、その他のプロセスパラメータは不変である。
【００１１】
既に周知の、作用縁部領域における希薄化は工具の使用に決定的短所をもたらし得ること、したがってこの発明では、どの方法がいつ使用されるか極めて慎重に考慮されねばならないことは、例えば作用縁部領域における硬質材層のアルミニウム希薄化によってまさしく、硬質材層に温度負荷がかかり摩耗にマイナス影響がもたらされことから認識され得る。これは、アルミニウムの希薄化によって、場合によってはわずかなアルミニウムしか拡散によって硬質材層表面に到達せず、したがってその表面には連続した断熱アルミニウム酸化物層は全く形成され得ないからである。表面のＡｌ2Ｏ3層は加工プロセスの間、磨損すると同時にＡｌ拡散によって補充形成される。しかしながらまさしくこの減少によって、アルミニウム成分を有する硬質材層の安定性が、特定の使用条件下において決定的影響を被り得る。
【００１２】
この発明によるとまた、以下の例について説明されるように、特に（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層の硬質材層を備え、作用縁部領域における硬質材層材料のごく小さな、または測定不可能な組成変化を少なくとも含む工具は、作用縁部領域における硬質材層が組成変化する以外は同じ工具よりも、多くの適用例において実質的により長い耐用期間を有し、さらに切削能力も向上することが示された。さらに、始めに述べられた例では、作用縁部領域における硬質材層の、ある金属成分の変化が２ａｔ％より少なく、好ましくは最大１ａｔ％ないし、もはや測定不可能である場合に、極めて優れた結果を得ることができる。
【００１３】
請求項３によると、硬質材層の布設にアーク蒸化が利用される場合、通常は質量電位である基準電位に対する工具基礎本体の電圧ＵBIASの、反応ガスの分圧ｐreaktivに対する比率が以下の領域に維持されることによって、作用縁部領域の硬質材層組成をできるだけ不変にすることができる。すなわち、
１×１０-3  ≦  ＵBIAS／ｐreaktiv  ≦  ４×１０3
であり、電圧の単位は「ボルト」、圧力単位は「ｍｂａｒ」である。
【００１４】
さらに、特に請求項４によると、穴あけ器、粗仕上げスライス盤、円周フライス盤および圧延フライスは作用縁部領域の硬質材層組成ができるだけ不変であるように実現される一方、正面フライスおよびボールヘッドフライスはその作用縁部領域における硬質材層組成を変化させて実現される。
【００１５】
特に、請求項５によると、切削断面が比較的大きく、かつ切断速度が低い加工用の工具であれば、工具の作用縁部領域における硬質材層の組成はできるだけ変化しないものとして実現されるべきであり、他方、切削断面は比較的小さいが、切断速度がかなり速い加工のための工具であれば、作用縁部領域における硬質材層組成は変化させるべきであることが、わかった。
【００１６】
請求項６によると、工具の作用縁部領域における硬質材被覆様態の、この発明によるさらなる選択基準は、最大４５ロックウェル（ＨＲＣ）の硬度と、最大１５００Ｎ／ｍｍ2までの引張強さを有する材料、特に好ましくは焼き戻し鋼、高度合金ステンレス鋼ならびに非鉄金属の加工用には、作用縁部領域における硬質材被覆をできるだけ組成変化させないで行う、というものである。これはまた請求項７によると、作用縁部が同時に様々な切削速度で使用される工具、先端で切削速度が最小となり、円周部でそれが最大となる、特に穴あけ器等にあてはまる。
【００１７】
請求項８によると、硬度が４５ロックウェル（ＨＲＣ）より大きく、かつ引張強さが１５００Ｎ／ｍｍ2より強い材料を切削加工するための、特に硬質切削操作のための工具基礎本体は、例えば研削法または浸食法の代わりに、その作用縁部領域が組成変化する硬質材層で被覆される。
【００１８】
請求項９によると、特に以下の認識が得られた。すなわち、
−  回転刃用、および加工材料  ＡＩＳＩ  ３０４ＳＳないしＤＩＮ  １．４３０６用、旋削プレート、
−  円周フライス用、および加工材料材料  ＡＩＳＩ  ４１４０ないしＤＩＮ  １．７２２５用、旋削プレート、
−  材料としてＳＫＤ  ６１（ＨＲＣ  ４５）を加工するためのフライス用、旋削プレート  ＳＥＥ  ４２ＴＮ、
−  材料として  ＤＩＮ  １．２３４４を乾式加工するための、硬質合金粗仕上げシャフトフライス、ならびに
−  エマルジョン潤滑剤を使用し、材料として  ＡＩＳＩ  Ｄ３  ないし  ＤＩ１．２０８０ならびにＧＧ２５を加工するための、ＨＳＳ穴あけ器
の作用縁部領域は、できるだけ組成が不変の硬質材層で実現されるべきであり、他方、
−  エマルジョン潤滑剤を使用し、材料として  ＤＩＮ  １．２３１１を加工するための、硬質合金粗仕上げシャフトフライス、
−  材料として  ＡＩＳＩ  Ｄ２  ないしＤＩＮ  １．２３７を加工するための、硬質合金正面フライス、
−  ＤＩＮ  １．２３４３、４９．５ＨＲＣを乾式加工するための、硬質合金ボールヘッドフライスＪ９７
の作用縁部領域における硬質材層組成は変化するのが好ましい。
【００１９】
この発明による工具セットがさらに、請求項１０に特定される。そこでは少なくとも２つの工具が想定されるが、その一方は、硬質材層の強い付着強度が第一に要求され、硬質材層の硬度は二の次である第１の特定の使用操作のためのものであり、もう一方の工具では、使用の際、硬質材層の高硬度が第一に求められ、この層の高い付着強度は二の次である。
【００２０】
この発明による工具セットでは、第１の工具の作用縁部領域は基本的に同じ組成の硬質材層で被覆されるのに対し、第２の工具の硬質材層の組成は変化する。
この発明による工具セットの好ましいさらなる実施形態は、請求項１１から１８に特定される。
【００２１】
ある工具が、作用縁部領域の組成が変化する硬質材で被覆されているか否かは、作用縁部領域における工具被覆の変色によってわかることが多く、Ａｌが乏しい（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層の場合、作用縁部領域における前記領域が黄色ないし赤色に変色するのが典型的である。
【００２２】
当業者は、この明細書および請求項を通して明らかに、どの作用縁部硬質材被覆技術がより優れた工具使用様態をもたらすか、検査するための基準となる指針を得る。この明細書および請求項に特定のタイプの工具ならびにその使用法、さらには加工さるべき材料が特定されていようとも、当業者がこれを最終的なものと理解することはなく、さらなる工具、さらなる使用分野および加工材料について適切な被覆法を査定するにあたっては、どの被覆技術を用いるべきかを類推によって認識し、あるいは両被覆技術のうちどちらがより優れた結果をもたらすか、とりあえずまず調べてみるヒントとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＳＮＧＡ  １２０４０８タイプの旋削プレートを例とし、その作用縁部の右角における、作用縁部領域について記録されたオージェ直線走査グラフである。作用縁部領域における硬質材層組成が不変であるのに応じ、チタン−アルミニウム分布が一定であるのがわかる。
【図２】図１と同じ対象について記録されたオージェ直線走査グラフであるが、作用縁部領域におけるチタン−アルミニウム分布は、硬質材層材料の組成変化を示している。
【図３】上述の実験に使用される装置の、簡略化された概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、この発明の実施例および、その関連で図面についての説明がなされる。
以下の実施例においては、それぞれ同一の工具基礎本体がアーク蒸化によって被覆された。例１から４では、以下にＡおよびＢとして特定された被覆された条件が選択された。この場合の層厚、特に作用縁部領域における層厚は約３．５μｍであった。
【００２５】
ここで、Ａの条件下で実現された被覆は、図１のオージェ直線走査グラフに記録された均一なチタンないしアルミニウム分布を示す。この走査グラフは、Ａの条件下で被覆された旋削プレート片、タイプＳＮＧＡ  １２０４０８の縁部において、作用縁部ないし研磨された切削表面の右角に始まり、約０．５ｍｍの長さについて記録されたが、これは一走査につき約６０測定点に相当する。Ａの条件下で実現された層の硬度は、約３０００ＨＶ0.05であった。
【００２６】
Ｂで示されたパラメータによると、図２のように、作用縁部領域においてアルミニウムが極めて希薄に、すなわち５０ａｔ％（縁部）から４０ａｔ％となり、あるいはチタンが濃縮され５０ａｔ％（縁部）から６０ａｔ％となる。例えばナイフエッジのように縁部が際立って鋭利な場合、硬質層材料組成のより大きな差異が一層明白に測定可能であった。Ｂの条件下で切削された層の硬度は約３５００ＨＶ0.05である。以下の表では、アーク蒸化被覆についての両パラメータグループＡおよびＢがまとめられた。
【００２７】
全ての実験は、装置ＢＡＪ  １２００において製造条件下で実施された。
図３には、上述のような装置の上面図が概略的に示される。円筒状処理室１内に、中央軸Ａ1に対し回転運動ω1で示されたように、カルーセルが回転載置される。カルーセル上には、それぞれ軸Ａ2の周りに複数の基板キャリヤ配置３が、回転運動ω2で示されるように、回転載置される。基板キャリヤ配置３上には、それぞれ軸Ａ2を中心にグループとなる、個々の基板キャリヤ内の基板５が載置され、これらの基板は好ましくは自ら、ω3で示されたように、それぞれの軸を中心に駆動されて回転運動する。
【００２８】
室１の内壁には、単数または複数のアーク蒸化ソース７がフランジを介して接合される。使用される装置の詳しい構造については例えば、同じ出願人によるＵＳ−Ａ−５  ７０９  ７８４を参照されたい。
【００２９】
実験においては、処理ガスにも反応ガスにも専らＮ2ガスが使用された。自明のことながら、さらにはまた希ガス、特にアルゴンが処理ガスとして使用され得る。タイプＡの被覆における全圧力、すなわちＮ2の圧力は約３×１０-2ｍｂａｒであり、実験Ｂでは、約１×１０-2ｍｂａｒであった。
【００３０】
Ｔ、Ａｌは、合金ターゲットからアーク蒸化された。
さらに、以下の表における表記の意は以下のとおりである。
ｐN2：  反応ガスＮ2の分圧
ＩTi：  チタン蒸化におけるアーク電流
ＩTiAl：  ＴｉＡｌ合金蒸化におけるアーク電流
被覆パラメータ  Ａ：
【００３１】
【表１】
2010179458.tif 000003
【００３２】
被覆パラメータ  Ｂ：
【００３３】
【表２】
2010179458.tif 000004
【００３４】
全てのケースにおいて、工具基礎本体と硬質材層との間にはＴｉＮ中間層が挿入された。
【００３５】
例  １：
工具：  旋削プレートＫ３１３／ＣＮＧＰ４３２を備える旋回刃
加工材料：  ＡＩＳＩ  ３０４ＳＳ  ≒  ＤＩＮ  １．４３０６
切削速度：  ｖc＝２４４  ｍ／ｍｉｎ
回転毎の送り：  ｆu＝０．２  ｍｍ／周
切削深さ：  ａp＝１．５２４  ｍｍ
潤滑剤：  エマルジョン
【００３６】
【表３】
2010179458.tif 000005
【００３７】
例  ２：
工具：  旋削プレートＫ９０３／ＳＥＨＷ４３Ａ６Ｔを備える円周フライス
加工材料：  ＡＩＳＩ  ４１４０  ≒  ＤＩＮ  １．７２２５
切削速度：  ｖc＝１１５２  ｍ／ｍｉｎ
回転毎の送り：  ｆt＝０．２５  ｍｍ／周
切削深さ：  ａp＝２．５４  ｍｍ
潤滑剤：  エマルジョン
【００３８】
【表４】
2010179458.tif 000006
【００３９】
例  ３：
工具：  ＨＳＳ穴あけ器、６ｍｍ
加工材料：  ＡＩＩ  Ｄ３  ≒  ＤＩＮ  １．２０８０
切削速度：  ｖc＝３５  ｍ／ｍｉｎ
回転毎の送り：  ｆu＝０．１２  ｍｍ／周
係合サイズ：  ａe＝３ｍｍ
穴の深さ：  ｈ＝１５  ｍｍ、袋状穴
潤滑剤：  ５％エマルジョン
【００４０】
【表５】
2010179458.tif 000007
【００４１】
例１、２および３によって、一定の工具および使用条件では作用縁部領域の硬質材組成が変化するほうが、特にＡｌが欠乏する方が、硬質材層組成が変化しない場合より、耐用期間が目立って劣る結果となることが示される。
【００４２】
例  ４ａ：
工具：  硬質合金粗仕上げシャフトフライス、直径＝１０ｍｍ、２５／６４
歯の数：  ｚ＝４
加工材料：  ＤＩＮ  １．２３４４、５５〜５６  ＨＲＣ
切削速度：  ｖc＝５０  ｍ／ｍｉｎ
回転毎の送り：  ｆt＝０．０２  ｍｍ／歯
係合サイズ：  ａe＝２  ｍｍ
切削深さ：  ａp＝１０ｍｍ
潤滑剤：  乾式、圧縮空気冷却
【００４３】
【表６】
2010179458.tif 000008
【００４４】
この例は、硬い材料が乾式加工されるので、極めて厳しい使用条件を示す。パラメータＡで被覆された工具、したがって作用縁部領域の硬質材層組成が変化しない工具はここでは、作用縁部領域の硬質材層組成が変化する工具よりも、際立って少ない摩耗幅を示す。
【００４５】
例  ４ｂ：
工具：  硬質合金粗仕上げシャフトフライス、直径＝１０ｍｍ、２５／６４
歯の数：  ｚ＝３
加工材料：  ＤＩＮ  １．２３１１、３３  ＨＲＣ、Ｒｍ＝１０５０  Ｎ／ｍｍ2
切削速度：  ｖc＝１００  ｍ／ｍｉｎ
回転毎の送り：  ｆt＝０．０３５  ｍｍ／歯
係合サイズ：  ａe＝３  ｍｍ
切削深さ：  ａp＝１６ｍｍ
潤滑剤：  ５％  エマルジョン
【００４６】
【表７】
2010179458.tif 000009
【００４７】
この例から、より高い切削速度でエマルジョン潤滑剤が添加され、さらに比較的軟らかい加工材料の場合、Ｂの被覆技術によってより長い平均路程が得られることがわかる。
【００４８】
例４ａおよび４ｂはしたがって、同様の操作で使用条件が異なる場合、作用縁部領域の被覆が異なる、同じ工具がそれぞれ有利であることを示す。
【００４９】
以下の例５から９では、ＡおよびＢと同様の、それぞれに有効な被覆パラメータによって、さらなる工具が特定される。作用縁部領域の硬質材層の組成が一定である工具はＡOで示され、同様に、作用縁部領域の硬質材層組成が変化する工具はＢOで示される。さらに、特定された被覆パラメータ以外は、同一の工具基礎本体は同一の被覆方法で被覆され、互いにその耐用期間が比較された。
【００５０】
例  ５：
工具：  旋削プレート  ＳＥＥ  ４２  ＴＮ（Ｇ９）を備えるフライス
歯の数：  ｚ＝６
層の厚さ（ＴｉxＡｌy）Ｎ：  それぞれ４．５μｍ
加工材料：  ＳＫＤ  ６１  （ＨＲＣ４５）
切削速度：  ｖc＝１００  ｍ／ｍｉｎ
歯毎の送り：  ｆz＝０．１  ｍｍ／歯
切削深さ：  ａp＝２ｍｍ
【００５１】
【表８】
2010179458.tif 000010
【００５２】
例  ６：
工具：  ＨＳＳ穴あけ器、直径６ｍｍ
層の厚さ（ＴｉxＡｌy）Ｎ：  それぞれ５μｍ
中間層ＴｉＮ：  それぞれ  ０．５μｍ
加工材料（エマルジョン使用）：  ＤＩＮ  １．２０８０  （ＡＩＳＩ  Ｄ３）
切削速度：  ｖc＝４０  ｍ／ｍｉｎ
送り：  ｆ＝０．１０  ｍｍ／回転
穴の深さ：  １５ｍｍ  （閉じ穴）
【００５３】
【表９】
2010179458.tif 000011
【００５４】
例  ７：
工具：  ＨＳＳ粗仕上げフライス、直径１２ｍｍ
歯の数：  ｚ＝４
層の厚さ（ＴｉxＡｌy）Ｎ：  それぞれ４．５μｍ
中間層  ＴｉＮ：  それぞれ  ０．３μｍ
乾式加工材料：  ＤＩＮ  １．２３４４  （ＡＩＳＩ  Ｈ１３）
切削速度：  ｖc＝１２０  ｍ／ｍｉｎ
歯毎の送り：  ｆz＝０．６  ｍｍ／歯
切削深さ：  ａp＝２０ｍｍ
係合サイズ：  ａe＝５ｍｍ
【００５５】
【表１０】
2010179458.tif 000012
【００５６】
例  ８：
工具：  硬質合金穴あけ器、直径１１．８ｍｍ
層の厚さ（ＴｉxＡｌy）Ｎ：  それぞれ  ５μｍ
中間層  ＴｉＮ：  それぞれ  ０．５μｍ
エマルジョン使用の加工材料：  ＧＧ  ２５（ねずみ鋳鉄）
切削速度：  ｖc＝１１０  ｍ／ｍｉｎ
送り：  ｆ＝０．４  ｍｍ／回転
穴の深さ：  ３５ｍｍ（閉じ穴）
【００５７】
【表１１】
2010179458.tif 000013
【００５８】
例  ９：
工具：  ＨＭ  旋削プレート、外円旋回
層の厚さ（ＴｉxＡｌy）Ｎ：  それぞれ  ５μｍ
中間層  ＴｉＮ：  それぞれ  ０．２μｍ
潤滑剤使用の加工材料：  ＤＩＮ  １．４３０６  （Ｘ２ＣｒＮｉ  １９１１）
切削速度：  ｖc＝２４０  ｍ／ｍｉｎ
回転毎の送り：  ｆ＝０．６ｍｍ
切削深さ：  ａp＝１．５ｍｍ
【００５９】
【表１２】
2010179458.tif 000014
【００６０】
例５から１０は、作用縁部領域の硬質剤層組成が変化しない工具が様々な特定の適用例において優れていることを示す。
【００６１】
例  １０：
工具：  硬質合金正面フライス、直径１０ｍｍ
歯の数：  ｚ＝６
層の厚さ（ＴｉxＡｌy）Ｎ：  それぞれ３．５μｍ
乾式加工材料：  ＡＩＳＩ  Ｄ２（ＤＩＮ  １．２３７９）、６０ＨＲＣ
切削速度：  ｖc＝２０  ｍ／ｍｉｎ
歯毎の送り：  ｆz＝０．０３５  ｍｍ／歯
切削深さ：  ａp＝１５ｍｍ
係合サイズ：  ａe＝１ｍｍ
【００６２】
【表１３】
2010179458.tif 000015
【００６３】
例  １１：
工具：  硬質合金正面フライス、直径１０ｍｍ
歯の数：  ｚ＝６
層の厚さ（ＴｉxＡｌy）Ｎ：  それぞれ３．５μｍ
中間層  ＴｉＮ：  それぞれ  ０．１μｍ
加工材料：  ＤＩＮ  １．２３７９  （ＡＩＳＩ  Ｄ２）、６０ＨＲＣ
切削速度：  ｖc＝２０  ｍ／ｍｉｎ
歯毎の送り：  ｆz＝０．０３  ｍｍ／歯
切削深さ：  ａp＝１５ｍｍ
係合サイズ：  ａe＝１ｍｍ
【００６４】
【表１４】
2010179458.tif 000016
【００６５】
例  １２：
工具：  硬質合金ボールヘッドフライス  Ｊ９７（Ｊａｂｒｏ）、Ｒ４（直径８×６５ｍｍ）
層の厚さ（ＴｉxＡｌy）Ｎ：  それぞれ３．５μｍ
中間層  ＴｉＮ：  それぞれ  ０．１μｍ
乾式加工材料：  ＤＩＮ  １．２３４３、４９．５  ＨＲＣ
切削速度：  ｖc＝２４０  ｍ／ｍｉｎ
切削深さ：  ａp＝０．５ｍｍ
【００６６】
【表１５】
2010179458.tif 000017
【００６７】
例１０から１２は、特定の使用条件および工具では、作用縁部領域における硬質合金層の組成が変化させれば耐用期間が長くなることを示す。
【図１】
2010179458.tif 000018
【図２】
2010179458.tif 000019
【図３】
2010179458.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月10日(2010.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を加工するための、穴あけ器、粗仕上げフライス、円周フライス、ホビング機械工具、および旋削工具からなる第１の工具群から選択される工具である第１の切削工具と、金属を加工するための、正面フライスおよびボールヘッドフライスからなる第２の工具群から選択される工具である第２の切削工具とを備えた工具群の製造方法であって、前記方法は、さらに
前記第１および前記第２の切削工具の工具本体の、少なくとも１つの刃を含む第１の領域上に、第１の硬質材料被膜をプラズマ真空被覆プロセスによって設けるステップと、
前記第１および前記第２の切削工具の工具本体の、前記第１の領域に隣接する第２の領域上に、第２の硬質材料被膜を前記プラズマ真空被覆プロセスによって設けるステップと、
前記第１および前記第２の切削工具の前記第１および第２の硬質材料被膜のための硬質材料として、金属元素Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、およびＡｌのうち少なくとも２つの金属元素の炭化物、酸化物、酸炭化物、窒化物、ニトロ炭化物、酸窒化物、およびニトロ酸炭化物からなる群から選択される材料を選択するステップと、
前記第１の切削工具について、前記第１の硬質材料被膜を、前記少なくとも２つの金属元素含有量が、前記第２の硬質材料被膜中の前記少なくとも２つの材料元素の含有量と２at％以下異なるように選択し、前記第２の切削工具について、前記第１の硬質材料被膜を、前記少なくとも２つの材料元素の含有量が、前記第２の硬質材料被膜中の前記少なくとも２つの金属元素含有量と２at％を越えて異なるように選択するステップとを備える、方法。
【請求項２】
前記硬質材料被膜の少なくとも一部として（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ被膜を前記第１および前記第２の切削工具の前記工具本体に付着させるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１および前記第２の切削工具の前記工具本体と前記硬質材料被膜との間に中間層を設けるステップをさらに備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記硬質材料被膜をアーク蒸化によって付着させるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記プラズマ真空被覆プロセスのプラズマ放電のための基準電位に対する、前記被覆プロセス中に前記第１の切削工具の前記工具本体に印加されるバイアス電圧と、前記プラズマ真空被覆プロセスのプロセス雰囲気中の反応ガスの部分圧力との比を、ＵBIASがボルトでの前記バイアス電圧を意味し、Ｐreaktiveがmbarでの前記部分圧力を意味するとして、
１×１０3  ≦  ＵBIAS／Ｐreaktive  ≦  ４×１０3
であるように設定することによって、
前記第１の硬質材料被膜を、前記少なくとも２つの金属元素の含有量が、前記第２の硬質材料被膜中の前記少なくとも２つの金属元素の前記含有量と２at％以下異なるように形成するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基準電位としてグランド電位を選択するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の硬質材料被膜を、前記少なくとも２つの金属元素の含有量が、前記第２の硬質材料被膜の前記少なくとも２つの金属元素の前記含有量に対して２at％以下異なるように、比較的大きな切削断面積かつ比較的低速の切削速度での切削のための第１の切削工具の前記工具本体に対して施すステップと、前記第１の硬質材料被膜を、前記少なくとも２つの金属元素の含有量が、前記第２の硬質材料被膜中の前記少なくとも２つの金属元素の含有量に対して２at％を越えて異なるように、第１の切削工具の前記工具本体についての面積および速度と比較して比較的小さい切削断面積かつ比較的高速の切断速度での切削のための第２の切削工具の前記工具本体に対して施すステップとをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第１の切削工具のための工具本体は、焼き戻し鋼、高度合金、ステンレス鋼、または非鉄金属を加工するためのものである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の硬質材料被膜を、前記少なくとも２つの金属元素の含有量が、前記第２の硬質材料被膜中の前記少なくとも２つの金属元素の前記含有量と２at％以下異なるように、加工される被加工物に対して同時に異なる切削速度がかけられる刃を有する第１の切削工具の前記工具本体に対して施すステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第１の切削工具は、穴あけ器であって、最低切削速度が前記穴あけ器の先端で起こり、より高速の切削速度が前記穴あけ器の円周で起こる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第２の切削工具の工具本体は、硬質チッピング工具である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の硬質材料被膜は、少なくとも１つの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の硬質材料被膜を、前記少なくとも２つの金属元素の含有量が、前記第２の硬質材料被膜中の前記少なくとも２つの金属元素の含有量と１at％以下異なるように、第1の切削工具に対して、第２の切削工具の第１の硬質材料被膜の接着強度および硬度と比較して比較的高い第１の硬質材料被膜の接着強度および比較的低い前記第１の硬質材料の硬度のために選択するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
第１の切削工具について、第１の硬質材料被膜の比較的高い接着強度および前記第１の硬質材料被膜の比較的低い硬度ために、前記第１の硬質材料被膜の材料組成中のＡｌの含有量は、前記第２の硬質材料被膜の前記Ａｌの含有量に対して１at％未満変化し、かつ第２の切削工具について、第１の切削工具の第１の硬質材料被膜についての接着強度および硬度と比較して比較的高い前記第１の硬質材料被膜の硬度および比較的低い前記第１の硬質材料被膜の接着強度のために、前記第１の硬質材料被膜の材料組成中のＡｌの含有量を、前記第２の硬質材料被膜の前記Ａｌの含有量と２at％を超えて異なるように選択するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１の切削工具で切削される金属は、硬度が４５ロックウェル（ＨＲＣ）以下、引張強さが１５００Ｎｍｍ-2以下であり、第２の切削工具で切削される金属は、硬度が４５ロックウェル（ＨＲＣ）を超え、引張強さが１５００Ｎｍｍ-2を超える、請求項１に記載の方法。