(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を用意し、該基材をカソードアーク蒸着被覆方法により被覆することを含み、２層の非金属機能層の間に１層以上の金属層を堆積することを含む被膜付き切削工具の製造方法において、該被覆方法が、
非金属の機能層または機能層システムを堆積する工程、
上記機能層または機能層システムの表面にイオンエッチングを施す工程、
上記イオンエッチングを施された機能層または機能層システムの上に、金属の中間層を少なくとも一層堆積する工程
を含む手順を少なくとも１回行うことを特徴とする被膜付き切削工具の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、上記イオンエッチングをアルゴンイオンによって行うことを特徴とする製造方法。
【請求項３】
請求項１において、上記イオンエッチングを金属イオンによって行うことを特徴とする製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、上記金属の中間層がＴｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒから選択された純金属またはこれらの混合物から成ることを特徴とする製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、上記金属の中間層が不足当量セラミックからなり、金属元素の分量が該不足当量セラミックの６０％以上であることを特徴とする製造方法。
【請求項６】
請求項５において、上記不足当量セラミックが窒化物ＭｅＮであって、ＭｅはＴｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒから選択された１種以上の金属またはこれらの混合物であることを特徴とする製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、上記堆積した非金属の層または層システムが、窒化物、酸化物、硼化物、炭化物、またはこれらの組み合わせであることを特徴とする製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、上記金属の層の厚さが５〜５００ｎｍであることを特徴とする製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、上記非金属の層または層システムの厚さが上記金属の層の３〜２００倍であることを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、上記被膜全体の合計厚さが０．５〜１５μｍであることを特徴とする製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかの方法により製造された切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２層の非金属機能層の間に１層以上の金属層を堆積することを含む被膜付き切削工具の製造方法に関する。各金属層の堆積の前に、非金属機能層のイオンエッチング工程を行う。本発明の方法によって製造した切削工具は、靭性が向上しているので、工具寿命が長く、負荷変動に対する耐性が優れている。更に、本発明は刃先ライン沿いのスポーリングを発生させずにＰＶＤ被膜を厚く堆積することができるので、逃げ面摩耗に対する耐性を高める厚い被膜を堆積できる。
【背景技術】
【０００２】
一般に、切削工具の寿命は、表面に被膜を堆積することによって長くなる。今日ほとんどの切削工具はＰＶＤまたはＣＶＤで被覆しており、被膜の種類はＴｉ（Ｃ，Ｎ）、ＴｉＮ、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｓｉ）Ｎ、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、Ａｌ２Ｏ３などである。ＰＶＤ被膜はＣＶＤ被膜と比べて幾つかの長所があり、例えば、堆積したままの状態で圧縮残留応力があり、冷却時に亀裂が発生せず、被膜の粒子が微細である。
【０００３】
しかし通常、ＰＶＤ被膜は非常に薄い。これは、厚くなるとスポーリング、フリッタリング、いわゆる刃先ラインのスポーリング、通常は刃先ラインで自然発生したり機械加工中に発生したりするフレーキングが発生するからである。多くの用途において、被膜を厚くすれば耐摩耗性が向上して工具寿命が延びるので、通常はＣＶＤ被膜が選択されている。
【０００４】
残念ながら、ＰＶＤ被膜は、特にアーク堆積した場合、いわゆるマクロあるいはドロップレット（液滴の固化物）が被膜の表面に、あるいは被膜内部に埋め込まれて、小球として存在するという問題がある。被膜の堆積中に、このドロップレットが金属イオンの入射ビームを遮るため、被膜中にはドロップレットの直近周囲にボイドが形成される。したがってドロップレットと被膜との密着性は低いので、堆積中や堆積直後あるいは機械加工中にドロップレットの脱落が起きる。その結果、ボイドやポア、更には基材にまで達するホールが形成され、被膜の品質が低下する。
【０００５】
被膜を厚くするもう１つの利点は、基材が到達する最高温度が低下することである。基材温度が低いと切れ刃が塑性変形する危険性が低下する。すなわち被膜を厚くすれば、基材の塑性変形を起こさずに、切削力を大きくすることができる。
【０００６】
切削工具の市場では、厚くした被膜の耐摩耗性の利点と、ＰＶＤ被膜の靭性とを兼備した厚いＰＶＤ被膜に対する要請が大きくなっている。
【０００７】
イオンエッチングは、全ての堆積方法の最初に行う共通の初期工程である。すなわち堆積を行う前に基材をイオンエッチングすることで、表面の汚染物質や元々存在する表面の酸化物・窒化物を除去する。しかし、イオンエッチングを中間工程として用いる試みは殆ど行われたことがない。
【０００８】
金属層をＰＶＤ法で堆積することは、ＰＶＤ法において確立した技術である。基材の表面に被膜を堆積する前に金属層を堆積することで、被膜の密着性を高めることがあることは良く知られている。
【０００９】
特許文献１には、パンチ加工用の材料変形工具にＰＶＤ被膜を形成する方法が記載されている。（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｙ）Ｎまたは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎあるいはこれらの多層構造から成るＰＶＤ層を堆積する。次いで、表面に機械的処理を施す。すなわち、サンドブラスト処理または金属イオンエッチングでドロップレットを除去して表面を平滑化する。次に、その上に、ＭｏＳ２から成る低摩擦の第２ＰＶＤ被膜を堆積する。
【００１０】
特許文献２には、２つの非金属中間層を相互に積層したインサートが記載されている。１つの層は、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、ＮｂＣから成る群から選択した微粒層から成る。他の層は、ＷＣ、ＭｏＣ、ＣｒＣから成る群から選択した微粒層から成る。これら２つの層間に、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅのいずれかから成る金属層が介在する場合と介在しない場合がある。この金属層は０．１〜２．０μｍである。
【００１１】
特許文献３には、硬質被膜内部に金属その他の軟質材料の小さいドロップレットが存在する自己潤滑性の被膜が記載されている。これにより低摩擦の被膜が形成される。この被膜を堆積する方法は、窒化物／炭化物の堆積工程およびＡｒ雰囲気中でのイオンエッチング工程から成る。イオンエッチング工程において、薄い金属箔にＡｒイオンを照射して、小さい金属ドロップレットを放出させる。このようにして形成された被膜は、窒化物または炭化物から成る硬質被膜の内部に、金属の小さいドロップレットが存在する構造となる。
【００１２】
特許文献４には、小径工具に硬質陽極酸化被膜を被覆することが記載されている。この被膜は、Ｔｉ内層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＡｌ中間金属層、最表面のＴｉＡｌＣＮ外層から成る。
【００１３】
特許文献５には、ＰＶＤ法によりαＡｌ２Ｏ３層を堆積する方法が記載されている。一実施形態においては、基材に、場合によっては初期被膜を堆積した後に、ガスイオンまたは金属イオンでイオン照射し、次いで照射表面を酸化し、最後にαＡｌ２Ｏ３層を堆積する。イオン照射に金属イオンを用いる場合、金属イオンは表面に注入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ヨーロッパ特許公開公報ＥＰ０７５６０１９
【特許文献２】アメリカ合衆国特許ＵＳ３７５５８６６
【特許文献３】ヨーロッパ特許公開公報ＥＰ１１３６５８５
【特許文献４】特許公開公報第２００２−１０３１２２号
【特許文献５】ヨーロッパ特許公開公報１５５３２１０Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、刃先靭性を高めたＰＶＤ被膜を備えた被膜付き切削工具を製造する方法を提供することである。
【００１６】
本発明のもう一つの目的は、スポーリング、フリッタリング、いわゆる刃先ラインスポーリング、フレーキングの危険性を高めることなく、厚くしたＰＶＤ被膜を備えた被膜付き切削工具を製造し、それにより工具寿命を延ばした工具を提供することである。
【００１７】
本発明のもう一つの目的は、逃げ面摩耗に対する耐性を高めた被膜付き切削工具の製造方法を提供することである。
【００１８】
本発明のもう一つの目的は、本発明の方法で製造され、上記の各利点を持つ被膜付き切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
金属中間層の堆積前に、非金属機能層にイオンエッチングを施すと、この非金属機能層の内部および表面のいわゆるドロップレットの量が低減し、上記金属層の堆積と組み合わせることで、本発明の目的が達成されることを見出した。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、研磨した断面のＳＥＭ像であり、内部に薄い金属中間層が存在する被膜を示している。この金属中間層は０．７〜１．５μｍ間隔で配置されており、被膜全体の合計厚さは１０μｍである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、被膜付き切削工具を製造する方法に関し、基材を用意し、該基材を被覆方法で被覆することを含み、該被覆方法は下記の各工程、
非金属の機能層または機能層システムを堆積する工程、
上記非金属の機能層または機能層システムをイオンエッチングする工程、および
次の手順の前に、金属中間層を少なくとも１層堆積する工程
を含む手順を少なくとも１回踏む。
【００２２】
上記３工程は以下において手順と呼び、被膜全体の合計厚さが所望の厚さになるまでこの手順を何回でも繰り返してよい。
【００２３】
手順の回数は、望ましくは１〜２０回、より望ましくは１〜１０回、更に望ましくは２〜１０回、最も望ましくは３〜１０回である。
【００２４】
本発明の一実施形態においては、被覆方法の最後の堆積工程は非金属の層または層システムの堆積である。
【００２５】
本発明の一実施形態においては、堆積手順は更に、イオンエッチング工程の後に、金属中間層の堆積の前に薄い非金属層の堆積を行う。
【００２６】
全ての層を同じ被覆方法で堆積することが望ましい。
【００２７】
イオンエッチング工程は、例えばアルゴンイオンまたは金属イオンでイオン照射することにより行う。
【００２８】
本発明の一実施形態においては、アルゴンイオンを用いる。アルゴンイオンは、アルゴンを満たした堆積チャンバ内でプラズマを発生させることにより生成させる。基材を、望ましくは５０〜３００Ｖ、より望ましくは１００〜３００Ｖの、負電位に保持しておき、この基材に向かってアルゴンイオンを加速する。エッチング工程中の圧力は望ましくは１〜１５μbar、より望ましくは１〜５μbarであり、温度は堆積工程中と同じであり、望ましくは３００〜８００℃、より望ましくは４５０〜７５０℃である。
【００２９】
本発明の他の実施形態においては、金属イオンを用いる。堆積チャンバにアルゴンを満たし、金属ターゲット上でアークを発生させると、金属イオンの濃密な蒸気が生成する。大きな負電位に保持した基材に向かって上記の金属イオンを加速する。金属イオンとしては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏの１種以上であることが望ましく、Ｃｒが最も望ましい。金属イオンエッチング時の基材バイアスは負電位であり、値は望ましくは３００〜２０００Ｖ、より望ましくは５００〜１３００Ｖである。エッチング工程中の圧力は望ましくは１〜１５μbar、より望ましくは１〜５μbarであり、温度は堆積工程中と同じであり、望ましくは３００〜８００℃、より望ましくは４５０〜７５０℃である。
【００３０】
イオンエッチング工程の後に、金属中間層を堆積する。これは、非金属層と同じ被覆方法を用いるが、雰囲気は不活性ガス例えばＨｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅまたはこれらの組み合わせである。
【００３１】
本発明において、金属中間層とは、金属元素を６０at％以上、望ましくは７０at％以上、より望ましくは８０at％以上、最も望ましくは９０at％含む層を意味し、該金属はＴｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種以上である。
【００３２】
堆積した金属中間層は、他の元素を少量含んでも良いが、その場合、不可避不純物レベルとし、金属中間層の延性に影響を及ぼさない量とする。
【００３３】
本発明の一実施形態においては、金属中間層は純金属層（＝金属のみから成る層）であり、この金属はＴｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒから選択され、望ましくはＴｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｖ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｃｒから選択され、最も望ましくはＴｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒから選択され、またはこれら金属の混合物であり、純金属層の５０at％以上を１種の金属が構成する。
【００３４】
本発明のもう一つの実施形態においては、金属中間層は不足当量（substoichiometric）のセラミックであり、望ましくは窒化物、酸化物、炭化物、硼化物であり、より望ましくは窒化物ＭｅＮであり、ここでＭｅは上記純金属中間層について記載した１種以上の金属である。金属元素の分量は、不足当量セラミックの６０at％以上、望ましくは７０at％以上、より望ましくは８０at％以上、最も望ましくは９０at％以上である。
【００３５】
金属中間層の平均厚さは望ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍ、より望ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍ、最も望ましくは２０ｎｍ〜７０ｎｍである。
【００３６】
本発明で言う厚さは全て、ターゲットから見て真っ直ぐの位置にある十分に平坦な表面について測定したものである。インサートの場合は、堆積中に支持棒に載置され、逃げ面側の中央で厚さを測定する。ドリルやエンドミルのような不規則な表面の場合は、十分に平坦な表面か、比較的大きい曲率があってエッジ部やコーナー部からある程度はなれている表面で厚さを測定する。例えば、ドリルの場合は周縁部で厚さ測定を行い、エンドミルの場合は逃げ面側で厚さ測定を行う。
【００３７】
非金属の機能層または機能層システムは、切削工具に適したどのような組成であってもよく、例えば窒化物、酸化物、硼化物、炭化物、またはこれらの組み合わせであってよい。望ましくは、被膜は、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、ＴｉＮ、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、ＣｒＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｔｉ（Ｂ，Ｎ）、ＴｉＢ２、（Ｚｒ，Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｘ）Ｎの１種以上、より望ましくは（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、Ｔｉ（Ｂ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｘ）Ｎの１種以上、ＸはＳｉ、Ｂ、Ｃ、Ｔａ、Ｖ、Ｙ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒであり、最も望ましくは（Ａｌ、Ｔｉ）Ｎから成る、１層以上から成る。
【００３８】
本発明において、非金属の機能層または機能層システムは、切削工具の被覆分野において周知の被膜構造であってよい。
【００３９】
各機能層または各機能層システムの間にイオンエッチングと金属の中間層の堆積との手順を行うが、各機能層または各機能層システムの構造および組成は相互に異なっていても良いし同じであっても良い。ここで層システムとは、間にイオンエッチングも金属の中間層の堆積も行わずに、２層以上を交互に積層した構造を意味する。その一例は、５層以上から成る多層構造である。ただし、多層構造は数千層の積層構造であってよい。
【００４０】
非金属の機能層または機能層システムの厚さは、０．２〜５μｍ、望ましくは０．３〜２μｍ、最も望ましくは０．５〜１．５μｍであってよい。
【００４１】
この非金属層または非金属層システムは、金属中間層よりもかなり厚く、望ましくは金属中間層の３〜２００倍、最も望ましくは５〜１５０倍、最も望ましくは１０〜１００倍の厚さである。
【００４２】
被膜の合計厚さは広い範囲であってよい。金属中間層の前に行うエッチングによって従来のＰＶＤ被膜より厚く堆積できるからである。金属層と非金属層と含む被膜全体の厚さは０．６〜１５μｍであってよく、望ましくは１〜１２μｍ、最も望ましくは２〜１０μｍであってよい。
【００４３】
本発明の一実施形態においては、ＰＶＤによる非金属の層または層システムを厚さ０．２〜２μｍに堆積し、次いでこれをエッチングした後、薄い（望ましくは２０〜７０ｎｍの）Ｔｉの金属中間層を堆積する。この手順を繰り返して、目標とする被膜厚さにする。
【００４４】
他の実施形態においては、金属層はＴｉとＡｌの合金である。
【００４５】
更に他の実施形態においては、金属層はＡｌとＣｒの合金である。
【００４６】
本発明の一実施形態においては、既に述べた堆積手順に加えて、非金属の層または層システム上にエッチングなしに直接に金属層を堆積する手順を行うことで、堆積時間を短縮することができる。
【００４７】
本発明の方法においては、切削工具の被覆に用いる周知のＰＶＤ法を用いることができる。望ましくはカソードアーク蒸着またはマグネトロン・スパッタリングを用いるが、新しい方法として例えばＨＩＰＩＭＳ（high power impulse magnetron sputtering：高出力インパルス・マグネトロン・スパッタリング）を用いてもよい。本発明の被膜は「ＰＶＤ被膜」と呼称するが、例えばＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition：プラズマ強化化学蒸着）で堆積してもよく、この方法による被膜は従来のＣＶＤ被膜よりもＰＶＤ被膜に近い性質を備えている。
【００４８】
本発明に適した基材は、望ましくは切削工具インサートであり、あるいはドリル、エンドミルなどの丸い工具である。基材は、望ましくは超硬合金、サーメット、セラミックス、立法晶炭化硼素、高速度鋼であり、より望ましくは超硬合金である。基材の密着性確保のために基材に直接に内層を堆積してもよい。この内層としては、純金属および／または窒化物、望ましくはＴｉおよび／またはＴｉＮを用い、厚さ０．００５〜０．５μｍ、望ましくは０．０２〜０．２μｍであり、他の層と同じ被覆プロセス中に堆積する。
【００４９】
本発明はまた、基材に１回以上の手順で、金属中間層と非金属層または非金属層システムとを含む被膜を上記の方法で被覆した被膜付き切削工具にも関する。金属中間層は２層の非金属機能層または機能層システムの間に配置されている。
【００５０】
ここで金属中間層とは、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒのうちの１種以上の金属元素を６０at％以上、望ましくは７０at％以上、より望ましくは８０at％以上、最も望ましくは９０at％以上含む層を意味する。
【００５１】
本発明の一実施形態においては、金属中間層は純金属層であり、この金属はＴｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｗ、Ｔａ、Ｚｒの１種以上またはこれらの混合物、望ましくはＴｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｖ、Ｔａ、Ｚｒの一種以上、最も望ましくはＴｉ、Ａｌ、Ｚｒまたはこれらの元素の混合物であってそのうちの一種が純金属層の５０at％以上を構成する。
【００５２】
他の実施形態においては、金属中間層は不足当量のセラミックであり、望ましくは窒化物、酸化物、炭化物、硼化物、より望ましくは窒化物ＭｅＮでＭｅは上記金属中間層が純金属層の場合の一種以上の金属またはその混合物であってよい。不足当量セラミック中の金属元素の含有量は６０at％以上、望ましくは７０at％以上、より望ましくは８０at％以上、最も望ましくは９０at％以上である。
【００５３】
金属中間層の平均厚さは、５ｎｍ〜５００ｎｍ、望ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍ、最も望ましくは２０ｎｍ〜７０ｎｍである。
【００５４】
非金属層と交互に配置される金属中間層の層数は、１〜２０層、望ましくは１〜１０層、より望ましくは２〜１０層、最も望ましくは３〜１０層である。
【００５５】
非金属層または非金属層システムは、切削工具に適したどのような組成であってもよく、例えば窒化物、酸化物、硼化物、炭化物、炭窒化物、炭酸窒化物、またはこれらの混合物であってよい。望ましくは、該層または層システムは、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、ＣｒＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｔｉ（Ｂ，Ｎ）、ＴｉＢ２、（Ｚｒ，Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ，Ｘ）Ｎ、より望ましくは（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、Ｔｉ（Ｂ，Ｎ）、（Ｔｉ，Ｘ）Ｎであって、ＸはＳｉ、Ｂ、Ｃ、Ｔａ、Ｖ、Ｙ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒであってよく、最も望ましくは（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎである。
【００５６】
その間に金属中間層が配置されている該非金属層同士または非金属層システム同士は、構造および組成が相互に同じでも異なっていてもよい。ここで層システムとは、２層以上が間に金属中間層を挟まずに交互に積層した構造を意味する。このような層システムの一例は、５層以上から成る多層構造である。ただし、多層構造は数千層に達する構造であってもよい。
【００５７】
金属中間層に挟まれた非金属機能層の厚さは、０．２〜５μｍ、望ましくは０．３〜２μｍ、最も望ましくは０．５〜１．５μｍであってよい。
【００５８】
非金属層は金属層よりも遥かに厚く、望ましくは３〜２００倍、より望ましくは５＝１５０倍、最も望ましくは１０〜１００倍である。
【００５９】
金属層と非金属層とを含む被膜全体の厚さは、０．６〜１５μｍ、望ましくは１〜１２μｍ、最も望ましくは２〜１０μｍであってよい。
【００６０】
本発明の一実施形態においては、非金属機能層の厚さは０．２〜２μｍであり、薄い金属中間層はＴｉで、望ましくは厚さ２０〜７０μｍである。
【００６１】
他の実施形態においては、金属中間層はＴｉとＡｌの合金である。
【００６２】
更に他の実施形態においては、金属中間層はＡｌとＣｒの合金である。
【００６３】
本発明に適した基材は、望ましくは切削工具インサートまたはドリル、エンドミルなどの丸い工具である。基材は、望ましくは超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素、高速度鋼、より望ましくは超硬合金である。
【実施例】
【００６４】
〔実施例１〕
形状の異なる３種類の超硬合金インサートＣＮＭＧ１２０４０８−ＭＭ、Ｒ２９０−１２Ｔ０３０８Ｍ−ＫＭ、Ｒ３９０−１１Ｔ３０８Ｍ−ＰＭを用いた。
【００６５】
インサートＡは、従来技術により、逃げ面中央部の厚さが６μｍのＴｉ０．３３Ａｌ０．６７Ｎ層を堆積させることにより被膜を形成した。この堆積は、Ｎ２雰囲気中でカソードアーク蒸着法により行い、インサートを３重回転式基材テーブルに載置して、２対のＴｉ０．３３Ａｌ０．６７ターゲットを用いた。
【００６６】
インサートＢは、本発明により被覆した。インサートＡと同じ堆積条件で行ったが、厚さ０．７〜０．８μｍに堆積した時点で、堆積を停止し、反応チャンバをＡｒで充填した。インサートに負のバイアスを印加し、プラズマを生起させ、インサートにＡｒイオンを照射してエッチングを行った。Ａｒイオン照射後に、堆積を再開した。反応チャンバをＡｒ充填状態に保ったまま、１対のＴｉターゲットに着火し、約３０ｎｍの薄い金属Ｔｉ層を堆積した。次いで、反応チャンバをＮ２ガスで充填し、新たなＴｉ０．３３Ａｌ０．６７Ｎ層を堆積した。この操作を８回行って総厚さ１０μｍの被膜を形成した。個々のＴｉ０．３３Ａｌ０．６７Ｎ層の厚さは、１．０〜１．５μｍであった。最終工程として表面処理のために上記のイオンエッチングを行って堆積工程を完了し、反応チャンバを開放した。
【００６７】
〔実施例２〕
形状ＣＮＭＧ１２０４０８−ＭＭの超硬合金インサートを被覆した。
【００６８】
インサートＣは、従来技術により、Ｎ２雰囲気中でカソードアーク蒸着法を用いて厚さ４μｍの非周期性多層構造（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ被膜を堆積した。非周期性構造を得るように配列した３重回転式基材テーブルにインサートを載置した。２対のＴｉ０．３３Ａｌ０．６７ターゲットと１対のＴｉ０．８４Ａｌ０．１６ターゲットを同時に用いて多層被膜を堆積した。
【００６９】
インサートＤは、本発明により被覆した。インサートＣと同じ堆積条件で行ったが、厚さ１．５μｍに達して時点で堆積を停止し、反応チャンバをＡｒで充填した。インサートをＡｒイオンでエッチングし、約３０ｎｍの薄いＴｉ０．８４Ａｌ０．１６金属層を堆積した。反応チャンバをＮ２ガスで充填し、新たなＴｉ０．３３Ａｌ０．６７Ｎ／Ｔｉ０．８４Ａｌ０．１６Ｎ多層被膜を堆積した。同じ手順を繰り返して、最終的に厚さ８μｍの被膜を形成した。堆積層の厚さ測定は、支持棒上で堆積したＣＮＭＧインサートの逃げ面側の中央部で全て行った。
【００７０】
＜実施例３〜５の説明＞
下記の表現または用語は金属の切削について一般に用いられている。
【００７１】
Ｖｃ（ｍ／ｍｉｎ）         切削速度
ｆｚ（ｍｍ／歯）           送り速度
ｚ（個）                   カッターの歯数
ａｅ（ｍｍ）               半径方向の切り込み深さ
ａｐ（ｍｍ）               軸方向の切り込み深さ
Ｄ（ｍｍ）                 カッターの直径
〔実施例３〕
実施例１のインサートＡ（従来技術）およびインサートＢ（本発明）と、実施例２のインサートＣ（従来技術）およびインサートＤ（本発明）とを、全て形状ＣＮＭＧ１２０４０８−ＭＭのものについて、旋削加工で試験した。切削条件は下記のとおりである。
【００７２】
ワークピースの材質         硬質鋼Ovako 825 B
Ｖｃ＝                     １６０ｍ／ｍｉｎ
ｆｚ＝                     ０．３ｍｍ／回転
ａ＝                       ２ｍｍ
冷却剤                     エマルジョン
工具寿命の判定基準は、逃げ面摩耗が０．３ｍｍを超えるか、または、インサートが破壊することとした。工具寿命の向上に決定的な摩耗形態の差異は、クレーター摩耗が少ないことであった。
【００７３】
上記加工条件での工具寿命は、インサートＡ（従来技術）は８分であったのに対して、インサートＢ（本発明）は１２分であった。
【００７４】
インサートＣ（従来技術）の工具寿命は１３分、インサートＤ（本発明）の工具寿命は２１分であった。
【００７５】
〔実施例４〕
実施例１のインサートＡ（従来技術）とインサートＢ（本発明）とを、形状Ｒ３９０−１１Ｔ０３０８Ｍ−ＰＭのものについて、フライス加工で試験した。切削条件は下記のとおおりである。
【００７６】
ワークピースの材質         焼入れDievar  ＨＲｃ＝４７
Ｖｃ＝                     １２０ｍ／ｍｉｎ
ｆｚ＝                     ０．１２ｍｍ／回転
ａｅ＝                     ２ｍｍ
ａｐ＝                     ４ｍｍ
ｚ＝                       １
Ｄ＝                       ３２ｍｍ
冷却剤                     エマルジョン
工具寿命の判定基準は、逃げ面摩耗が０．２ｍｍを超えるか、または、フリッティング（fritting）が０．３ｍｍを超えることとした。
【００７７】
上記加工条件での工具寿命は、インサートＡ（従来技術）が１３分に過ぎなかったのに対して、インサートＢ（本発明）は４８分であった。工具寿命の向上に対する決定的な摩耗形態の差異は、刃先ラインに沿った刃欠け（chipping）が少なく且つ逃げ面摩耗が少ないことであった。
【００７８】
〔実施例５〕
実施例１のインサートＡ（従来技術）とインサートＢ（本発明）とを、形状Ｒ２９０−１２Ｔ０３０８Ｍ−ＫＭのものについて、フライス加工で試験した。切削条件は下記のとおりである。
【００７９】
ワークピースの材質         ノジュラー鋳鉄SS0727
Ｖｃ＝                     ４００ｍ／ｍｉｎ
ｆｚ＝                     ０．１５ｍｍ／歯
ａｅ＝                     １１０ｍｍ
ａｐ＝                     ３ｍｍ
ｚ＝                       １
Ｄ＝                       １２５ｍｍ
工具寿命の判定基準は、逃げ面摩耗が０．３ｍｍを超えるか、または、フリッティング（fritting）が０．４ｍｍを超えることとした。
【００８０】
上記加工条件で乾式条件での工具寿命は、インサートＡ（従来技術）が１２分、インサートＢ（本発明）が２０分であった。
【００８１】
湿式条件では、インサートＡ（従来技術）が１９分、インサートＢ（本発明）が３５分であった。工具寿命を向上させる決定的な摩耗形態の差異は、刃先ラインの刃欠け（chipping）が少なく且つ逃げ面摩耗が少ないことであった。
【図１】
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