(57)【要約】本発明の切削工具は母材と、その上に形成された多層コーティングを含む。多層コーティングは、母材から多層コーティングの外側表面に向かう方向にＡ層、Ｃ層、Ｂ層の順に繰り返し積層されるＡ層、Ｂ層およびＣ層を含む。Ａ層はａ１層とａ２層とからなり、１００ｎｍ当りａ１層とａ２層を合わせて８〜２０の層が非周期的に積層される。一単位のＡ層は０.５〜２.０μmの厚さを有し、一単位のＢ層は０.１μm〜０.５μmの厚さを有し、一単位のＣ層は５５〜９５nmの厚さを有する。【選択図】図１
2013518734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材と前記母材の表面に形成された多層コーティングと、を含み、
前記多層コーティングは母材から多層コーティングの外側表面に向かう方向にＡ層、Ｃ層、Ｂ層の順に繰り返し積層されるＡ層、Ｃ層およびＢ層を含み、
前記Ａ層は、Ｔｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４Ｎを含み４nm〜３０nmの厚さを有するａ１層と、Ｔｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎを含み２nm〜２５nmの厚さを有するａ２層とが、１００nm当り８〜２０の層が非周期的に積層され、０.５〜２.０μmの厚さを有し、
前記Ｂ層はＴｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎを含み０．１μm〜０.５μmの厚さを有し、
前記Ｃ層はＴｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４Ｎを含み５５〜９５nmの厚さを有し、
前記多層コーティングにおけるＡ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）が０.３より小さい、
切削工具。
【請求項２】
母材と前記母材の表面に形成された多層コーティングと、を含み、
前記多層コーティングは母材から多層コーティングの外側表面に向かう方向にＡ層、Ｃ層、Ｂ層の順に繰り返し積層されるＡ層、Ｃ層およびＢ層を含み、
前記Ａ層は、Ｔｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４Ｎを含み４nm〜３０nmの厚さを有するａ１層と、Ｔｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎを含み２nm〜２５nmの厚さを有するａ２層とが、１００nm当り８〜２０の層が非周期的に積層され、0.５〜２.０μmの厚さを有し、
前記Ｂ層はＴｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４Ｎを含み０．１μm〜0.５μmの厚さを有し、
前記Ｃ層はＴｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎを含み５５〜９５nmの厚さを有し、
前記多層コーティングにおけるＡ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）が０．３より小さい、
切削工具。
【請求項３】
前記Ａ層におけるａ１層の総厚さに対するａ２層の総厚さの比率（ａ１層の総厚さ／ａ２層の総厚さ）が１．１〜２．１である、請求項１または２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記Ａ層は２７〜３２ＧＰａに調節された硬度を有し、前記Ｂ層は２２〜２４ＧＰａに調節された硬度を有し、前記Ｃ層は２６〜３０ＧＰａに調節された硬度を有する、請求項１または２に記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は切削工具に関し、より詳細には切削工具の表面に多層コーティングが形成された切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切削工具の切削性能を改善し寿命を延ばすために多様な種類のコーティングが用いられてきた。コーティングの性能を改善するために、数ナノメートルの厚さを有する層を複数層積層させた多層コーティングが用いられてきた。このような多層コーティングにおいては、隣接する層の組成を異なるようにして互いに異なる格子定数を持たせて、層間の相互作用により多層コーティングの硬度および耐摩耗性を向上させた。しかし、単に数ナノメートルの厚さを有する層を複数層積層させた場合、積層構造に捩り応力が累積して耐衝撃性が低下し、脆性破壊が起きるという問題があった。
【０００３】
他の従来技術では、数ナノメートルの厚さを有する層を複数層積層させた構造に、数百ナノメートルないし数マイクロメートルの範囲の厚さを有する厚い層を介入させた構造を採用して多層コーティングの靭性および耐衝撃性を向上させた。厚い層は、数ナノメートル厚さの層が積層され発生する高い捩り応力を緩和させて、多層コーティングの靭性および耐衝撃性を向上させる。しかし、これを達成するためには中間に介入する層の厚さを厚くする必要があったため、結果的に、数ナノメートルの厚さを有する層の層間相互作用によって予想される硬度向上の効果が低下し、これにより多層コーティングの硬度および耐摩耗性が低下するという問題があった。
【０００４】
このように、従来技術の多層コーティングは硬度または靭性のうちいずれか一つの機械的特性のみを向上させることしかできなかったため、従来技術の多層コーティングを有する切削工具は高い耐摩耗性または高い耐衝撃性のうちいずれか一つの目的を達成することに限定された。また、耐摩耗性または耐衝撃性のうちのいずれかの機械的性質が他の性質に比べて相対的に低いため、従来の多層コーティングは切削工具の寿命を延ばすのに限界があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は耐摩耗性と耐衝撃性の機械的性質をいずれも向上させることによって、高い耐摩耗性を要求する工程や高い耐衝撃性を要求する工程のいずれにも広範囲に用いることができる切削工具を提供することを目的とする。また、本発明は切削速度の高速化にもかかわらず切削工具の寿命を顕著に向上させることができる多層コーティングを有する切削工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記のような目的を達成するために、本発明の切削工具は母材と、母材の表面に形成された多層コーティングとを含む。多層コーティングはＡ層、Ｂ層およびＣ層を含み、これらの層は母材から多層コーティングの外側表面に向かう方向にＡ層、Ｃ層およびＢ層の順に繰り返し積層される。Ａ層は、Ｔｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４Ｎを含み４nm〜３０nmの厚さを有するａ１層と、Ｔｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎを含み２nm〜２５nmの厚さを有するａ２層とからなる。ａ１層とａ２層とが非周期的に積層され、１００nm当りａ１層とａ２層とを合わせて８〜２０の層が積層される。ａ１層とａ２層とからなる積層された層を含む一単位のＡ層は０．５〜２．０μmの厚さを有する。Ｂ層はＴｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎを含み、一単位のＢ層は０．１μm〜０．５μmの厚さを有する。Ｃ層はＴｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４Ｎを含み、５５〜９５nmの厚さを有する。
本発明の多層コーティングにおけるＡ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）は０．３より小さい。
また、Ａ層におけるａ１層の総厚さに対するａ２層の総厚さの比率（ａ１層の総厚さ／ａ２層の総厚さ）は１．１〜２．１である。
本発明の多層コーティングにおけるＡ層は２７〜３２ＧＰａに調節された硬度を有し、Ｂ層は２２〜２４ＧＰａに調節された硬度を有し、Ｃ層は２６〜３０ＧＰａに調節された硬度を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、多層コーティングにより切削工具の耐摩耗性と耐衝撃性の機械的性質がいずれも向上し、切削工具を高い耐摩耗性が要求される工程や高い耐衝撃性が要求される工程に広範囲に用いることができる。また、耐摩耗性と耐衝撃性がいずれも向上することによって、切削作業時の切削刃の安定度が向上するため、切削速度の高速化にもかかわらず切削工具の寿命を顕著に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による多層コーティングを含む切削工具の模式図である。
【図２】本発明による多層コーティングを有する切削工具を形成するのに用いられるスパッタリング装置の一例の概略図である。
【図３】母材１（Ｍｉｃｒｏ ＷＣ−９〜１１ｗｔ％ Ｃｏ）に対して多様な組成のＡ層を形成させたときの切削工具の寿命を比較したグラフである。
【図４】母材２（Ｇｅｎｅｒａｌ ＷＣ−１０〜１３ｗｔ％ Ｃｏ−１〜２ｗｔ％ ｍｉｎｏｒ ｍｅｔａｌ ｃａｒｂｉｄｅ）に対して多様な組成のＡ層を形成させたときの切削工具の寿命を比較したグラフである。
【図５】（ａ）は非周期的に積層した場合のａ１層とａ２層の厚さを示したグラフであり、（ｂ）はａ１層とａ２層を非周期的に積層した場合のＡ層の一部を顕微鏡で撮影した写真である。
【図６】（ａ）はほぼ周期的に積層した場合のａ１層とａ２層の厚さを示したグラフであり、（ｂ）はａ１層とａ２層をほぼ周期的に積層した場合のＡ層の一部を顕微鏡で撮影した写真である。
【図７】（ａ）はａ１層とａ２層を非周期的に積層した場合とほぼ周期的に積層した場合の靭性を測定する方法を示した図面であり、（ｂ）はａ１層とａ２層を非周期的に積層した場合とほぼ周期的に積層した場合の靭性を比較したグラフである。
【図８】（ａ）はＡ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）が１の場合の多層コーティングの模式図であり、（ｂ）はＡ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）が０.２の場合の多層コーティングの模式図である。
【図９】Ａ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）が１の場合と０.２の場合の耐摩耗性と耐衝撃性を対比したグラフである。
【図１０】（ａ）はＣ層を有する多層コーティングを含む切削工具でＳＣＭ４を被削材とした切削試験を行った後に切削刃を撮影した写真であり、（ｂ）はＣ層を有さない多層コーティングを含む切削工具でＳＣＭ４を被削材とした切削試験を行った後に切削刃を撮影した写真である。
【図１１】（ａ）はＣ層を有する多層コーティングを含む切削工具でＳＵＳ３０４を被削材とした切削試験を行った後に切削刃を撮影した写真であり、（ｂ）はＣ層を有さない多層コーティングを含む切削工具でＳＵＳ３０４を被削材とした切削試験を行った後に切削刃を撮影した写真である。
【図１２】（ａ）は母材（Ｍｉｃｒｏ ＷＣ−５．５〜６.５ｗｔ％ Ｃｏ）に対して、本発明による多層コーティングのＢ層がＴｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４Ｎを含みＣ層がＴｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎを含むように形成した実験例と、多層コーティングがＢ層とＣ層を有さずにＡ層のみを含む比較例とをもって、ＳＵＳ３０４を被削材とする切削工程を行ったときの切削工具の寿命を比較したグラフであり、（ｂ）は母材（Ｍｉｃｒｏ ＷＣ−５.５〜６.５ｗｔ％ Ｃｏ）に対して、本発明による多層コーティングのＢ層がＴｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４Ｎを含みＣ層がＴｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎを含むように形成した実験例と、Ｂ層とＣ層を有さずにＡ層のみを含む比較例とをもって、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８を被削材とする切削工程を行ったときの切削工具の寿命を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の具体的な実施形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態による多層コーティングを含む切削工具の模式図である。本発明による切削工具は母材と、母材の表面に形成された多層コーティングとを含む。母材はタングステンカーバイドのような材料からなる。母材の表面に形成された多層コーティングは、母材から多層コーティングの外側表面に向かう方向にＡ層、Ｃ層およびＢ層の順に繰り返し積層されるＡ層、Ｂ層およびＣ層を含む。
【００１１】
Ａ層は、多層コーティングの硬度を顕著に向上させることができる組成を有し多層コーティングの靭性を向上させる積層構造を形成するａ１層およびａ２層を含む。また、本発明の多層コーティングは所定の厚さを有するＢ層を通じて、Ａ層におけるａ１層およびａ２層の積層による捩り応力を緩和させることによって、多層コーティングの靭性を向上させる。また、本発明の多層コーティングは所定の組成と所定の厚さを有するＣ層をＡ層の上に積層させた後に、Ｃ層の上にＢ層を積層することによって、Ｂ層が均一に形成されＢ層による靭性向上の効果が最大化する。このように、本発明による多層コーティングは、ａ１層およびａ２層を非周期的に積層させて靭性を向上させることができ、Ｃ層を通じてＢ層の靭性向上の効果を最大化させることによって、十分な靭性を確保するためのＢ層の厚さを薄く形成できるようにする。Ｂ層の厚さが薄くなることによって、Ａ層の厚さ比率は高くなり、全体的な多層コーティングの硬度が向上する。また、Ｂ層の厚さが薄くなることによって多層コーティング全体の靭性が低下するとの予想に反し、Ａ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）が０.３未満に制御されれば多層コーティングの靭性までも向上する。以下では本発明による多層コーティングをなす各層の機能および特性について詳細に説明する。
【００１２】
Ａ層は互いに異なる組成を有するａ１層とａ２層とが交互に積層され形成される。ａ１層はＴｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４Ｎを含み、ａ２層はＴｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎを含むことにより、ａ１層とａ２層との層間相互作用による硬度向上の効果が最大化し、多層コーティングの耐摩耗性が顕著に向上して切削工具の寿命が大幅に向上する。本発明者はａ１層およびａ２層の組成と関連して以下のとおり切削性能試験を実施した。
［実験１］
【００１３】
この実験において、コーティングは母材１（Ｍｉｃｒｏ ＷＣ−９〜１１ｗｔ％ Ｃｏ）と母材２（Ｇｅｎｅｒａｌ ＷＣ−１０〜１３ｗｔ％ Ｃｏ−１〜２ ｗｔ％ ｍｉｎｏｒ ｍｅｔａｌ ｃａｒｂｉｄｅ）の表面に形成された。２つの母材の表面に形成されたコーティングは、図２に示すように２種類のＡｒｃターゲットを用いて形成された。それぞれの母材に対して５種類のコーティングが積層され、各実験例においてＱ位置のターゲットとＲ位置のターゲットには表１の組成を有するターゲットが用いられた。実験例１〜４では、異なる組成を有するターゲットがＱ位置とＲ位置に配置され多層コーティングが形成され、実験例５ではＴｉ５０Ａｌ５０の組成を有する同一種類のターゲットがＱ位置とＲ位置に配置され単層コーティングが形成された。
【００１４】
【表１】
2013518734.tif 000003
【００１５】
切削性能試験は、ＳＫＴ４被削材およびＳＫＤ１１被削材に対して切削工程を行って切削工具の寿命を測定する方法で行われた。切削性能試験は、８角形のミリングインサートを用いて、ＳＫＴ４被削材においては切削速度１５０ｍ／ｍｉn、送り０.１ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、切削深さ２.０ｍｍの乾式切削（ｄｒｙ−ｃｕｔｔｉｎｇ）を、ＳＫＤ１１被削材においては切削速度１５０ｍ／ｍｉn、送り０.１２ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、切削深さ２.０ｍｍの乾式切削を行い、切削工具の寿命は側面摩耗量が０.４５ｍｍに到達するまでの切削距離を測定して比較評価した。図３には各実験例のターゲットを用いて母材１の表面に形成されたコーティングを含む切削工具の寿命が示されており、図４には各実験例のターゲットを用いて母材２の表面に形成されたコーティングを含む切削工具の寿命が示されている。図３および図４を参照すると、Ｔｉ５０Ａｌ５０の組成を有するＱターゲットとＴｉ３３Ａｌ６７の組成を有するＲターゲットとを用いて形成された多層コーティングを含む切削工具が、他の実験例と比較して著しく優れた寿命を持つことが確認できる。実験例４のターゲットにより形成された多層コーティングの２種類の層はそれぞれＴｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４ＮとＴｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎの組成を有することが確認できる。これから、Ｔｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４ＮとＴｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎの組成を有する層を交互に積層する場合、格子定数の差による層間相互作用により硬度向上の効果が最大化し、多層コーティングの耐摩耗性が顕著に向上して、最終的に切削工具の寿命が延びることがわかる。
【００１６】
また、Ａ層においてａ１層の総厚さに対するａ２層の総厚さの比率（ａ１層の総厚さ／ａ２層の総厚さ）は１．１〜２．１に調節される。Ａ層におけるａ１層の総厚さに対するａ２層の総厚さの比率（ａ１層の総厚さ／ａ２層の総厚さ）が１.１未満になると耐摩耗性は向上するが耐衝撃性が低下し、２．１を超過すると反対に耐衝撃性は向上するが耐摩耗性が低下するため、耐摩耗性と耐衝撃性を両立させるためにａ１層の総厚さに対するａ２層の総厚さの比率（ａ１層の総厚さ／ａ２層の総厚さ）は１．１〜２．１に限定した。
【００１７】
一方、Ａ層をなすａ１層とａ２層はそれぞれ４nm〜３０nmと２nm〜２５nmの範囲の厚さを有し非周期的に積層される。即ち、ａ１層とａ２層はそれぞれ上記範囲内の厚さを有し、１００nm当りａ１層とａ２層を合わせて８〜２０の層が積層される。このようにａ１層とａ２層が積層されている一単位のＡ層は０.５〜２.０μmの厚さを有する。このような非周期的な積層を通じてＡ層の靭性が顕著に向上する。従って、本発明による多層コーティングでは、上記のような組成を有するａ１層とａ２層を用いて層間相互作用による硬度向上の効果を最大化できるだけでなく、ａ１層とａ２層を非周期的な厚さを有するように積層してＡ層の靭性まで向上させることができる。本発明者はａ１層とａ２層の厚さと関連して以下のとおり切削性能試験を実施した。
［実験２］
【００１８】
この実験の実験例１では、図５の（ａ）に示すように６nm〜２１nmの厚さを有するａ１層（Ｔｉ４７Ａｌ５３Ｎ）と、３nm〜１５nmの厚さを有するａ２層（Ｔｉ３７Ａｌ６３Ｎ）が非周期的に積層された。図５の（ｂ）は実験例１の多層コーティングを顕微鏡で撮影した写真である。この実験の実験例２では、図６の（ａ）に示すように３〜７nmの厚さを有するａ１層（Ｔｉ４７Ａｌ５３Ｎ）と３〜６nmの厚さを有するａ２層（Ｔｉ３７Ａｌ６３Ｎ）が周期的に積層された。図６の（ｂ）は実験例２の多層コーティングの構造を顕微鏡で撮影した写真である。
【００１９】
この実験においては、上記の２種類のコーティングを有する切削工具に対して切削性能試験を行い、図７の（ｂ）には切削性能試験結果で得られた２つの実験例および２つの比較例の実験結果が示されている。切削性能試験は図７の（ａ）に示すように、ミリング切削方法で実施され、ＳＰＫＮ１２０３タイプのミリングインサートを用いてＳＫＴ４被削材においてＶ＝５０ｍ／ｍｉｎ、ｄ＝２ｍｍ、ｄｒｙ、初期送り０.１５ｍｍ／ｔｏｏｔｈの条件で試験を始め、インサートの破損なしに被削材を２００ｍｍ加工した場合を１ｐａｓｓとした。その後、インサートの破損が起こるまで送りを０.０７ｍｍ／ｔｏｏｔｈの間隔で増加させて試験を行い（例えば、０.１５ − ０.２２ − ０.２９ − ０.３６ − ０.４３...）、何ｐａｓｓまで破損なく切削を行ったかによって各インサートの靭性を相対的に評価した。
【００２０】
この実験の結果を参照すると、ａ１層とａ２層が非周期的に積層された実験例が、ほぼ周期的に積層された比較例と比較して靭性が２倍以上高いことが分かる。
【００２１】
本発明による多層コーティングにおけるＢ層はＴｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎの組成を有し、一単位のＢ層は０.１μm〜０.５μmの厚さを有する。Ｂ層は０.１μm以上の厚さを有することによって、Ａ層に累積している捩り応力を緩和させる。また、Ｂ層は０.５μmより薄い厚さを有することによって多層コーティングの耐摩耗性が低下するのを防ぐ。
【００２２】
本発明による多層コーティングではＡ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）を０.３未満に制御することによって多層コーティングの耐摩耗性が顕著に向上する効果を提供する。本発明者はＡ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）と関連して以下のとおり切削性能試験を実施した。
［実験３］
【００２３】
この実験の実験例１では図８の（ａ）に示すようにＡ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）が１である多層コーティングを形成して切削性能を試験した。この実験の実験例２では図８の（ｂ）に示すようにＡ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）が０.３である多層コーティングを形成して、切削工具の耐摩耗性と耐衝撃性に関する切削性能を試験した。耐摩耗性試験は、ＳＣＭ４を被削材としてＶ＝２５０、ｆｚ＝０．１、ａｐ＝３．０の条件およびＳＵＳ３０４を被削材としてＶ＝１５０、ｆｚ＝０．１、ａｐ＝２.０の条件の２種類の条件で行われ、耐衝撃性試験はＳＣＭ４４０を被削材としてＮ＝１００、（Ｓｔａｒｔ）ｆｚ＝０.２８、ａｐ＝２.０の条件で行われた。実験例１および２の切削性能試験結果を対比したグラフを図９に示した。図９のＡｖｅｒａｇｅ％はＢ層のないコーティングを含む切削工具の平均的な工具寿命比を示す。
【００２４】
図９の実験結果を参照すると、Ａ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）が１でありＳＵＳ３０４を被削材とする実験例１は、Ｂ層のないコーティングに比べて耐摩耗性がむしろ低下することを示している。これに対し、Ａ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）を０.３に制御した実験例２は耐摩耗性だけでなく耐衝撃性まで向上したことを示している。これから、靭性を主に制御するＢ層の厚さ比率が減少するにもかかわらず耐衝撃性が向上するということが確認できる。これは、Ａ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率（Ｂ層の総厚さ／Ａ層の総厚さ）が０.３未満となることによって、Ａ層とＢ層との間により多くの数の界面が形成され、界面におけるクラックの分離、クラックの偏向などによってクラックの伝搬が抑制されて靭性が増加するためである。
【００２５】
本発明による多層コーティングの一部であるＣ層は、Ｔｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４Ｎを含み、５５〜９５ｎｍの厚さを有する。Ｃ層は常にＡ層の上に形成され、Ａ層とＢ層との間の転移層として機能する。Ｃ層の組成と厚さが前述した範囲内に維持されることによって、Ｃ層はＢ層が均一に形成されるようにし、Ｂ層の靭性向上の効果を最大化させる。Ｃ層の厚さが５０ｎｍ未満の場合はＣ層がインサート全体を均一にカバーするのが難しいため、Ｃ層の上にＢ層を均一に形成することが難しく、Ｃ層の厚さが９５ｎｍを超える場合は、耐衝撃性が低下する可能性がある。本発明者はＣ層の効果と関連して以下の条件で切削を行った。切削後の切削刃を図１０および図１１に示す。
［実験４］
【００２６】
この実験の比較例１〜４はＣ層を含まない実験３の実験例２と同じコーティングを用い、この実験の実験例１〜４は実験３の実験例２と同じコーティングにＣ層を含ませたコーティングを用いた。実験例１、２および比較例１、２はＳＣＭ４を被削材として、Ｖ＝２５０ｍ／ｍｉｎ、ｆ＝０．１ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、ｄ−ｃ＝３．０ｍｍ、Ｄｒｙ、０．８Ｍ切削長さの条件で実験を行った後に切削刃を観察し、実験例３、４および比較例３、４はＳＵＳ３０４を被削材としてＶ＝１５０ｍ／ｍｉｎ、ｆ＝０．１ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、ｄ−ｃ＝２．０ｍｍ、Ｄｒｙ、０．８Ｍ切削長さの条件で実験を行った後に切削刃を観察した。
【００２７】
実験例１、２を示す図１０の（ａ）および比較例１、２を示す図１０の（ｂ）を参照すると、実験例１、２が比較例１、２に比べて微小チッピングおよび側面摩耗の側面で顕著に優れた性質を有することが確認できる。また、実験例３、４を示す図１１の（ａ）および比較例３、４を示す図１１の（ｂ）を参照すると、実験例３、４が比較例３、４に比べて微小チッピングおよび側面摩耗の側面で顕著に優れた性質を有し、その偏差も比較例３、４よりも実験例３、４においてより小さいということが確認できる。
【００２８】
このような結果から、Ｃ層の追加がＢ層の靭性向上の効果を最大化させ、全体的なコーティングの耐摩耗性および耐衝撃性の向上に寄与していることが明白である。
【００２９】
一方、本発明者はＢ層の組成とＣ層の組成を互いに交換したときのコーティングの性能を確認するために次の実験を行った。
［実験５］
【００３０】
本実験は旋削においてＢ層の組成とＣ層の組成を互いに交換して比較を実施した。図１２の（ａ）と（ｂ）は平行四辺形型のインサート（母材：Ｍｉｃｒｏ ＷＣ−５.５％〜６.５ｗｔ％ Ｃｏ）を用いてそれぞれＳＵＳ３０４およびＩｎｃｏｎｅｌ７１８を被削材とした多層コーティングの性能試験結果を示す。本実験において、実験例の多層コーティングは本発明品と同じくＡ層、Ｃ層、Ｂ層を含むが、Ｂ層の組成とＣ層の組成が互いに交換（即ち、Ｂ層はＴｉ４６〜４９Ａｌ５１〜５４Ｎを含み、Ｃ層はＴｉ３４〜３８Ａｌ６２〜６６Ｎを含む）されており、比較例の多層コーティングはＡ層のみを含む。
【００３１】
この実験から、Ｂ層の組成とＣ層の組成を互いに交換して積層しても、本発明品の性能が、Ｂ層とＣ層を含んでいない比較例に比べて顕著に優れていることが確認できる。
【００３２】
上記の実験結果から確認できるように、本発明はＡ層をなす下位層の組成比の差を調節して層間の相互作用による硬度向上を成功的に最大化するとともに、Ａ層の下位層を非周期的に積層してＡ層の靭性までも向上させた。Ａ層の総厚さに対するＢ層の総厚さの比率を０.３よりも小さく制御することによって、全体的なコーティングの耐摩耗性が維持されるだけでなく、耐衝撃性までも向上する。また、Ｂ層を均一に形成できるようにするＣ層を追加することによって、Ｂ層の均一性を向上させＢ層の靭性向上の効果を最大化することができる。これを通じて、本発明は耐摩耗性と耐衝撃性とをいずれも成功的に両立させることによって、多様な用途に広範囲に用いることができ工具寿命が顕著に向上した切削工具を提供する。
【００３３】
以上、本発明を望ましい実施形態を挙げて説明したが、これは例示的なものであって本発明がこれに限定されるわけではない。本技術分野の通常の知識を有する者であれば本発明の範囲を逸脱せずに多様な変形実施が可能であることを理解できるはずである。
【図２】
2013518734.tif 000004
【図３】
2013518734.tif 000005
【図４】
2013518734.tif 000006
【図７】
2013518734.tif 000007
【図９】
2013518734.tif 000008
【図１２】
2013518734.tif 000009
【図１】
2013518734.tif 000010
【図５】
2013518734.tif 000011
【図６】
2013518734.tif 000012
【図８】
2013518734.tif 000013
【図１０】
2013518734.tif 000014
【図１１】
2013518734.tif 000015
【国際調査報告】
2013518734.tif 000016
2013518734.tif 000017