(57)【要約】【課題】高熱発生を伴う高速切削条件で切削した場合においてもすぐれた耐溶着性、耐欠損性および耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供する。【解決手段】炭化タングステン基超硬合金等で構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、硬質被覆層が、０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、組成式：（Ａｌ１−ａ―ｂ，Ｃｒａ，Ｒｕｂ）Ｎ（ここで、ａはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦ａ≦０．５０である。ｂはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＲｕの含有割合で、原子比で０．００１≦ｂ≦０．１である。）を満足するＡｌとＣｒとＲｕの複合窒化物層から構成されていることにより上記課題を解決する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−ａ―ｂ，Ｃｒａ，Ｒｕｂ）Ｎ（ここで、ａはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦ａ≦０．５０である。ｂはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＲｕの含有割合で、原子比で０．００１≦ｂ≦０．１である。）を満足するＡｌとＣｒとＲｕの複合窒化物層から構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、
（ａ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−ｘＴｉｘ）Ｎ（ここで、ｘはＡｌとＴｉの合量に占めるＴｉの含有割合を示し、原子比で、０．３０≦ｘ≦０．７５である）を満足するＡｌとＴｉとの複合窒化物層からなる下部層と、
（ｂ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−ａ―ｂ，Ｃｒａ，Ｒｕｂ）Ｎ（ここで、ａはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦ａ≦０．５０である。ｂはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＲｕの含有割合で、原子比で０．００１≦ｂ≦０．１である。）を満足するＡｌとＣｒとＲｕの複合窒化物層からなる上部層とから構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項３】
炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、
（ａ）０．０１〜０．１μｍの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−ｘＴｉｘ）Ｎ（ここで、ｘはＡｌとＴｉの合量に占めるＴｉの含有割合を示し、原子比で、０．３０≦ｘ≦０．７５である）を満足するＡｌとＴｉとの複合窒化物層からなる（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、
（ｂ）０．０１〜０．１μｍの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−ａ―ｂ，Ｃｒａ，Ｒｕｂ）Ｎ（ここで、ａはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦ａ≦０．５０である。ｂはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＲｕの含有割合で、原子比で０．００１≦ｂ≦０．１である。）を満足するＡｌとＣｒとＲｕの複合窒化物層からなる（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層、
前記（ａ）、（ｂ）の交互積層からなり、１〜５μｍの合計平均層厚を有することを特徴とする表面被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関し、さらに詳しくは、例えば、ステンレス鋼、チタン合金、炭素鋼などの難削材を、高熱発生を伴うとともに切刃部への溶着性が著しい高速切削条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐欠損性と耐摩耗性を発揮する被覆工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるインサート、被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、またインサートを着脱自在に取り付けてソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うインサート式エンドミルなどが知られている。
【０００３】
特許文献１には、ＡｌとＴｉとを含有する、窒化物又は炭窒化物の単層又は多層の硬質材料被膜であって、少なくとも１つの被膜層が組成（ＡｌｘＴｉｙＲｕｚＭｅｖ）（ＮａＣ１−ａ）を有し、式中、０．４５≦ｘ≦０．７５、０．２０≦ｙ≦０．５５、０．００１≦ｚ≦０．１０、０≦ｖ≦０．２０、そして、０．８≦ａ≦１．１であり、ＭｅがＳｉ、Ｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ及びＺｒからなる元素群から選択されているものが開示されており、Ｒｕ含有硬質材料被膜は、硬度低下温度がより高い温度へずらされ、すなわち、高温強度が強化され、刃先の発熱が激しい加工において、すぐれた耐摩耗性を示すことを記載されている。
【０００４】
特許文献２には、被覆工具としては、工具基体表面に、ＡｌとＣｒの複合窒化物（（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ）層、あるいは、これにさらに、Ｓｉ、Ｂ、Ｙ、Ｚｒ、Ｖ等（Ｍ成分で示す）を微量添加含有させたＡｌとＣｒを主成分とする複合窒化物（以下、これらを総称して、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｍ）Ｎで示す）層を設けた被覆工具が知られており、特に、構成成分であるＡｌによって高温強度、同Ｃｒによって高温硬さと耐熱性を具備することから、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層あるいは（Ａｌ，Ｃｒ，Ｍ）Ｎ層が、すぐれた高温強度、高温硬さ、耐熱性を示すことも知られている。
【０００５】
さらに、別の被覆工具として、例えば、図２に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に工具基体を装入し、ヒーターで工具基体を、４５０℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と所定組成を有するＡｌ−Ｃｒ合金がセットされたカソード電極（蒸発源）との間に、電流：１００Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して窒素雰囲気とし、一方、前記工具基体には、例えば、−２００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、工具基体の表面に蒸発した粒子を蒸着させることにより（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層からなる硬質被覆層が形成されることも知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１０−５３１９２８号公報
【特許文献２】特開２００５−３３０５３９号公報
【特許文献３】特表２００９−５１３７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、近年の切削加工装置の自動化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削工具には被削材の材種にできるだけ影響を受けない汎用性、すなわち、できるだけ多くの材種の切削加工が可能な切削工具が求められる傾向にあるが、前述した従来の被覆工具においては、これを、ステンレス鋼、チタン合金、炭素鋼などの被削材の通常切削速度での切削加工に用いた場合には問題ないが、これらの被削材を、高い発熱をともなうとともに、切刃部への溶着性が著しい高速切削条件で切削した場合には、切削時の発熱によって被削材および切粉は高温に加熱されて粘性が増大し、これに伴って硬質被覆層表面に対する溶着性が一段と増すようになり、この結果、切刃部におけるチッピング（微少欠け）の発生が急激に増加し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００８】
特許文献１に開示された硬質材料被膜によれば、Ｒｕの添加により高温硬度が強化され、刃先の発熱が激しい加工においてある程度、耐摩耗性を向上させることは可能であるが、このようなＡｌＴｉＲｕ（ＮＣ）系硬質材料被膜は、脆性を示すことから切削時の衝撃等により被膜自体が破壊したり剥離したりするという課題があった。
また、特許文献２による（Ａｌ，Ｃｒ，Ｍ）Ｎ層系硬質被覆層によっても、過酷な切削条件下においては、硬質被覆層自体の溶着や欠損を十分に防止することができず、結果として十分な耐摩耗性を得ることができないという課題があった。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、高熱発生を伴う高速切削条件で切削した場合においてもすぐれた耐溶着性、耐欠損性および耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明者らは、前述のような観点から、特にステンレス鋼、チタン合金、炭素鋼などの難削材の切削加工を、高速切削条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐欠損および耐摩耗性を併せ持つ被覆工具を開発すべく、鋭意研究を行った結果、工具基体の表面に、従来被覆工具の硬質被覆層である（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎに所定量のＲｕを含有させることにより、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎが持つ高硬度という特性を維持したまま、靭性を向上させることが可能となり、その結果、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎの欠点であった脆いという特性を克服することができるということを見出した。
【００１１】
すなわち、「高硬度であれば、脆い」というのが、硬質被覆層における技術的常識であったが、本発明者らは、このトレードオフの関係にある「硬度」と「脆さ」に着目し、「硬度」を維持しつつ「脆さ」を克服すべく、鋭意研究を行った。その結果、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎに所定量のＲｕを添加することによって、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎの硬さを維持したまま、靭性が向上し、脆さが克服されることを見出した。この原因は、次のように考えられる。
【００１２】
純粋な（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎでは、ＮａＣｌ（Ｂ１）結晶構造をしており、陰イオン窒素原子ならびにアルミニウム原子およびクロム原子からなる。ここに、少量の異なる遷移金属であるＲｕを添加すると、格子構造は、原子サイズおよび電気陰性度の差によってわずかに歪む。その結果、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ結晶構造内に生じた歪みが衝撃を吸収し、靭性が向上する。すなわち、脆さが克服される。この時、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎの結晶構造そのものは維持されているため、硬さはほとんど低下しない。
【００１３】
さらに（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を下部層として０．５〜５μｍの平均層厚で形成し、これの上に、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎに金属元素全体に対して、原子比で０．００１≦Ｒｕ≦０．１のＲｕ成分を含有させた（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層を上部層として０．５〜５μｍの平均層厚で形成すると、下部層である（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層が、すぐれた耐摩耗性を示し、また、上部層の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層中に含有されるＣｒ成分が高硬度、耐溶着性を示し、Ａｌ成分が耐酸化性、耐熱性を示し、Ｒｕ成分が結晶内に歪みを生んで靭性を向上させることから、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層は、すぐれた耐酸化性、耐溶着性、耐熱性、耐欠損性を示し、その結果、高い発熱を伴い、かつ被削材の溶着チッピングが著しい高速切削に用いても切刃の摩耗進行が抑制され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するようになる。したがって、難削材の高速切削加工において、切刃部が高温になったとしても耐熱性、耐酸化性にすぐれ、その結果、切刃部におけるチッピング（微少欠け）の発生が抑制され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性が発揮されるという新規な知見を得て、かかる知見に基づき、本発明を完成するに至った。
【００１４】
さらに、工具基体の表面に、Ａ層として、一層平均層厚０．０１〜０．１μｍの（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を蒸着形成し、この上に、Ｂ層として、金属元素全体に対して原子比で０．００１≦Ｒｕ≦０．１のＲｕ成分を含有させた一層平均層厚０．０１〜０．１μｍの（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層を蒸着形成し、さらに、前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と、前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層を交互に形成し、１〜５μｍの合計平均層厚で交互積層構造からなる硬質被覆層を構成すると、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層はすぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性、耐摩耗性を示し、また、これと交互に積層形成される（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層はすぐれた耐酸化性、耐溶着性、耐熱性を示し、特に、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層中に含有されるＲｕ成分によって、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層の靭性が向上することから、高熱発生を伴う切削加工においても、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層のすぐれた耐チッピング性、耐欠損性は維持されることを見出した。
【００１５】
したがって、ステンレス鋼、チタン合金、炭素鋼などの難削材の高速切削加工において、切刃部が高温になったとしても、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層に不足する靭性を、これに微量添加したＲｕが補完し、さらに、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層との２層積層あるいは交互積層構造とすることにより、硬質被覆層全体としての被削材との耐摩耗性も改善され、その結果、切刃部におけるチッピング（微少欠け）の発生が防止され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性が発揮されるという新規な知見を得て、かかる知見に基づき、本発明に至ったものである。
【００１６】
本発明は、前記研究結果に基づいてなされたものであって、
「（１）  炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−ａ―ｂ，Ｃｒａ，Ｒｕｂ）Ｎ（ここで、ａはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦ａ≦０．５０である。ｂはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＲｕの含有割合で、原子比で０．００１≦ｂ≦０．１である。）を満足するＡｌとＣｒとＲｕの複合窒化物層から構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）  炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、
（ａ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−ｘＴｉｘ）Ｎ（ここで、ｘはＡｌとＴｉの合量に占めるＴｉの含有割合を示し、原子比で、０．３０≦ｘ≦０．７５である）を満足するＡｌとＴｉとの複合窒化物層からなる下部層と、
（ｂ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−ａ―ｂ，Ｃｒａ，Ｒｕｂ）Ｎ（ここで、ａはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦ａ≦０．５０である。ｂはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＲｕの含有割合で、原子比で０．００１≦ｂ≦０．１である。）を満足するＡｌとＣｒとＲｕの複合窒化物層からなる上部層とから構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。
（３）  炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、
（ａ）０．０１〜０．１μｍの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−ｘＴｉｘ）Ｎ（ここで、ｘはＡｌとＴｉの合量に占めるＴｉの含有割合を示し、原子比で、０．３０≦ｘ≦０．７５である）を満足するＡｌとＴｉとの複合窒化物層からなる（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、
（ｂ）０．０１〜０．１μｍの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−ａ―ｂ，Ｃｒａ，Ｒｕｂ）Ｎ（ここで、ａはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦ａ≦０．５０である。ｂはＡｌとＣｒとＲｕの合量に占めるＲｕの含有割合で、原子比で０．００１≦ｂ≦０．１である。）を満足するＡｌとＣｒとＲｕの複合窒化物層からなる（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層、
前記（ａ）、（ｂ）の交互積層からなり、１〜５μｍの合計平均層厚を有することを特徴とする表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。
【００１７】
つぎに、本発明の被覆工具の硬質被覆層の構成層に関し、前記の通りに数値限定した理由を説明する。
【００１８】
（ａ）前記（２）に記載の発明における下部層ならびに前記（３）に記載の発明における交互積層の一方の層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の組成および平均層厚または一層平均膜厚：
下部層または交互積層の一方の層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の構成成分であるＡｌ成分には硬質被覆層における高温硬さを向上させ、同Ｔｉ成分には高温強度を向上させる作用があるが、Ｔｉの含有割合を示すｘ値がＡｌとの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．３０未満になると、所定の高温強度を確保することができず、これが耐摩耗性低下の原因となり、一方、Ｔｉの含有割合を示すｘ値が同０．７５を越えると、相対的にＡｌの含有割合が減少し、高速切削加工で必要とされる耐熱性を確保することができず、チッピングの発生を防止することが困難になることからｘ値を０．３０〜０．７５と定めた。
【００１９】
また、前記（２）に記載の発明における下部層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の平均層厚が０．５μｍ未満では、自身の持つすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方、その平均層厚が５μｍを越えると、前記の高速切削では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜５μｍと定めた。
また、前記（３）に記載の発明における交互積層の一方の層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の一層平均層厚が０．０１μｍ未満では、自身の持つすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方、その一層平均層厚が０．１μｍを越えると、前記高速切削では、耐溶着性の不足が顕在化し、切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その一層平均層厚を０．０１〜０．１μｍと定めた。
【００２０】
（ｂ）前記（１）に記載の発明における硬質被覆層および前記（２）に記載の発明における上部層ならびに前記（３）に記載の発明における交互積層の一方の層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層の組成および平均層厚または一層平均層厚：
前記（１）に記載の発明における硬質被覆層および前記（２）に記載の発明における上部層ならびに前記（３）に記載の発明における交互積層の一方の層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層は、Ａｌによって耐酸化性、耐熱性、Ｃｒによって高温硬さと耐溶着性を発揮するとともに、Ｒｕを含有することにより所定の高硬度を維持したまま靱性の高い被膜となりすぐれた耐摩耗性と耐欠損性を発揮する。
しかしながら、Ｃｒの含有割合を示すａ値がＡｌとＣｒとＲｕの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．２５未満になると、高温硬さと耐溶着性を確保することができず、一方、Ｃｒの含有割合を示すａ値がＡｌとＣｒとＲｕの合量に占める割合で同０．５０を越えると、相対的にＡｌの含有割合が減少し、難削材の高速切削加工で必要とされる耐熱性、耐酸化性を確保することができないばかりか、耐摩耗性も低下し、チッピング発生を防止することが困難になることから、ａ値を０．２５〜０．５０と定めた。
また、Ｒｕの含有割合を示すｂ値がＡｌとＣｒとＲｕの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．００１未満になると、靭性を確保することができず、一方、Ｒｕの含有割合を示すｂ値がＡｌとＣｒとＲｕの合量に占める割合で同０．１を越えると、コスト的に不経済になるばかりか、耐摩耗性も低下し、チッピング発生を防止することが困難になることから、ｂ値を０．００１〜０．１と定めた。
【００２１】
また、上部層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層の平均層厚が０．５μｍ未満では、自身のもつすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方、その平均層厚が５μｍを越えると、前記の高速切削では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜５μｍと定めた。
また、交互積層の一方の層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層の一層平均層厚が０．０１μｍ未満では、自身の持つすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方、その一層平均層厚が０．１μｍを越えると、前記高速切削では、耐摩耗性の不足が顕在化し、切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その一層平均層厚を０．０１〜０．１μｍと定めた。
【００２２】
そして、前記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層は、例えば、図１に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に基体を装入し、ヒーターで装置内を、例えば、５００℃の温度に加熱した状態で、装置内に所定組成のＡｌ−Ｃｒ−Ｒｕ合金からなるカソード電極（蒸発源）と所定組成のＡｌ−Ｔｉ合金からなるカソード電極（蒸発源）を配置し、アノード電極とカソード電極（蒸発源）との間に、２つのカソード電極を適宜切換ながら、例えば、電流：１１０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば、３Ｐａの反応雰囲気とし、一方、前記基体には、例えば、−７０Ｖのバイアス電圧を印加した条件で蒸着することにより、本発明の被覆工具における（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層からなる硬質被覆層、または、（Ａｌ，Ｔｉ）層からなる下部層と（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層からなる上部層の２層からなる硬質被覆層、あるいは、（Ａｌ，Ｔｉ）層と（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層との交互積層構造を有する硬質被覆層を蒸着形成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の被覆工具の一態様によれば、硬質被覆層が所定の組成を有する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層からなることにより、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層が本来有する高硬度という特性とＲｕ成分が奏する高硬度を維持したまま靱性を向上させるという効果が相俟って、すぐれた耐摩耗性、耐欠損性を発揮するという予想の域を超えた効果を奏するものである。
前述の本発明の被覆工具の一態様を発展的に改良した、本発明の被覆工具の別の一態様によれば、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる下部層と（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層からなる上部層の２層構造の硬質被覆層は、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度、耐摩耗性、潤滑性、耐衝撃性を有することから、硬質被覆層は全体として、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度等に加え、すぐれた耐溶着性を備えたものとなり、その結果、特に、ステンレス鋼、チタン合金、炭素鋼などの難削材の大きな発熱を伴い、かつ、高負荷のかかる高速切削加工であっても、すぐれた純潔性、耐衝撃性を示し、長期に亘ってすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮するものである。
さらに、前述の本発明の被覆工具の別の一態様を発展的に改良した、本発明の被覆工具の別の態様によれば、硬質被覆層を交互積層構造から構成し、片方の層を（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層から構成すると、すぐれた高温硬さ、高温強度を有し、あるいは、さらにすぐれた耐摩耗性を有し、また、他方の層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層が、すぐれた高温硬さ、耐熱性、耐溶着性、耐欠損性を兼ね備えていることから、硬質被覆層は全体として、すぐれた高温硬さ、高温強度等に加え、すぐれた耐摩耗性を備えたものとなり、その結果、特に、チタン合金、耐熱合金、ステンレス鋼等の難削材の、大きな発熱を伴い、かつ、切刃への溶着性が著しい高速切削加工であっても、すぐれた耐チッピング性を示し、切刃の摩耗進行が抑制され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図２】比較被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた従来のアークイオンプレーティング装置の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
つぎに、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例１】
【００２６】
原料粉末として、いずれも１〜３ μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ−１〜Ａ−１０を形成した。
【００２７】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２ μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比で、ＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｂ−１〜Ｂ−６を形成した。
【００２８】
（ａ）ついで、前記工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部に沿って装着し、前記回転テーブルを挟んで相対向する両側にカソード電極（蒸発源）を配置し、その一方には、カソード電極（蒸発源）として所定組成の上部層形成用のＡｌ−Ｃｒ−Ｒｕ合金を配置し、その他方には、カソード電極（蒸発源）として所定組成の下部層形成用のＡｌ−Ｔｉ合金を配置し、
（ｂ）まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させることによって工具基体表面をボンバード洗浄し、
（ｃ）次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−７０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ａｌ−Ｔｉ合金電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表３に示される目標組成、目標層厚の下部層としての（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を０．５〜５μｍの平均層厚で蒸着形成した後、前記カソード電極（蒸発源）とアノード電極との間のアーク放電を停止し、
（ｄ）引き続いて装置内雰囲気を２Ｐａの窒素雰囲気に保持したままで、カソード電極（蒸発源）であるＡｌ−Ｃｒ−Ｒｕ合金電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させて、表３に示される目標組成、目標層厚の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層からなる上部層を蒸着形成し、
前記（ａ）〜（ｄ）により硬質被覆層を蒸着形成し、本発明被覆工具としての表面被覆インサート（以下、本発明被覆インサートと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
なお、本発明被覆インサート１〜８については、前記（ｃ）の工程を行わず、硬質被覆層を（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層のみからなる単層とした。
【００２９】
また、比較の目的で、
（ａ）工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として所定組成のＡｌ−Ｔｉ合金とＡｌ−Ｃｒ−Ｒｕ合金を装着し、
（ｂ）まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極Ａｌ−Ｔｉ合金とアノード電極との間に１５０Ａの電流を流してアーク放電を発生させることによって工具基体表面を前記Ａｌ−Ｔｉ合金でボンバード洗浄し、
（ｃ）次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記工具基体に印加するバイアス電圧を−９０Ｖに下げて、カソード電極であるＡｌ−Ｔｉ合金とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれの表面に、表４に示される目標組成および目標層厚で構成された（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる下部層を蒸着形成した後、前記カソード電極（蒸発源）とアノード電極との間のアーク放電を停止し、
（ｄ）引き続いて装置内雰囲気を２Ｐａの窒素雰囲気に保持したままで、カソード電極（蒸発源）であるＡｌ−Ｃｒ−Ｒｕ合金電極とアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させて、表４に示される目標組成および目標層厚の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層からなる上部層で構成された比較硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆インサート（以下、比較被覆インサートと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
なお、比較被覆インサート１〜４については、前記（ｃ）の工程を行わず、硬質被覆層を（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層のみからなる単層とした。
【００３０】
つぎに、前記各種の被覆インサートを、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明被覆インサート１〜１６および比較被覆インサート１〜８について、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１６０）の丸棒、
切削速度：  １８０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：  ３ｍｍ、
送り：    ０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：    ５分、
の条件（切削条件Ａ）でのステンレス鋼の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１６０ｍ／ｍｉｎ．、０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２４０）の丸棒、
切削速度：  ６５ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：  ２ ｍｍ、
送り：      ０．１８ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：  ５分、
の条件（切削条件Ｂ）でのＴｉ合金の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、４０ｍ／ｍｉｎ．、０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ（ＨＢ２００）の丸棒、
切削速度：  １９０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：  ２ｍｍ、
送り：      ０．３５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：  ５分、
の条件（切削条件Ｃ）での炭素鋼の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１６０ｍ／ｍｉｎ．、０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ．）、
を行い、いずれの高速切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表５、表６に示した。
【００３１】
【表１】
2015058503.tif 000002
【００３２】
【表２】
2015058503.tif 000003
【００３３】
【表３】
2015058503.tif 000004
【００３４】
【表４】
2015058503.tif 000005
【００３５】
【表５】
2015058503.tif 000006
【００３６】
【表６】
2015058503.tif 000007
【実施例２】
【００３７】
実施例１と同様、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末からなる原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、直径が１３ｍｍの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造した。
【００３８】
ついで、これらの工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、実施例１と同一の条件で、表７に示される目標組成および目標層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層および／または（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製エンドミル（以下、本発明被覆エンドミルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
【００３９】
また、比較の目的で、前記工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、実施例１と同一の条件で、表８に示される目標組成および目標層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層および／または（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層で構成された比較硬質被覆層を蒸着することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製エンドミル（以下、比較被覆エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００４０】
つぎに、本発明被覆エンドミル１〜１０および比較被覆エンドミル１〜５について、
被削材−平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１６０）の板材、
切削速度：        １７０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、
テーブル送り：    ３３０ｍｍ／ｍｉｎ．、
の条件（切削条件Ｄ）でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、１１０ｍ／ｍｉｎ．、３００ｍｍ／ｍｉｎ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２５０）の板材、
切削速度：        ６５ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、
テーブル送り：    １１０ｍｍ／ｍｉｎ．、
の条件（切削条件Ｅ）でのＴｉ合金の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、４０ｍ／ｍｉｎ．、９０ｍｍ／ｍｉｎ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ（ＨＢ２００）の板材、
切削速度：        ２４０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、
テーブル送り：    ７２０ｍｍ／ｍｉｎ．、
の条件（切削条件Ｆ）での炭素鋼の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、２００ｍ／ｍｉｎ．、６００ｍｍ／ｍｉｎ．）、
をそれぞれ行い、いずれの高速溝切削加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を同じく表７、表８にそれぞれ示した。
【００４１】
【表７】
2015058503.tif 000008
【００４２】
【表８】
2015058503.tif 000009
【実施例３】
【００４３】
実施例２で製造した直径が１３ｍｍの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ８ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造した。
【００４４】
ついで、これらの工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、実施例１と同一の条件で、表９に示される目標組成および目標層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層および／または（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製ドリル（以下、本発明被覆ドリルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
【００４５】
また、比較の目的で、前記工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例１と同一の条件で、表１０に示される目標組成および目標層厚を有する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層および／または（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層で構成された比較硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製ドリル（以下、比較被覆ドリルと云う）１〜５をそれぞれ製造した。
【００４６】
つぎに、本発明被覆ドリル１〜１０および比較被覆ドリル１〜５について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１６０）の板材、
切削速度：  １２０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：      ０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
穴深さ：    ５ｍｍ、
の条件（切削条件Ｇ）でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、９５ｍ／ｍｉｎ．、０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２５０）の板材、
切削速度：  ５５ｍ／ｍｉｎ．、
送り：      ０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
穴深さ：    ５ｍｍ、
の条件（切削条件Ｈ）でのＴｉ合金の湿式高速穴あけ切削加工試験（（通常の切削速度および送りは、それぞれ、４０ｍ／ｍｉｎ．、０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ（ＨＢ２００）の板材、
切削速度：  １６０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：      ０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
穴深さ：    ５ｍｍ、
の条件（切削条件Ｉ）での炭素鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１１０ｍ／ｍｉｎ．、０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を同じく表９、表１０にそれぞれ示した。
【００４７】
【表９】
2015058503.tif 000010
【００４８】
【表１０】
2015058503.tif 000011
【００４９】
この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆インサート１〜１６、本発明被覆エンドミル１〜１０、および本発明被覆ドリル１〜１０の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層および（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層の組成、並びに、比較被覆工具としての比較被覆インサート１〜８、比較被覆エンドミル１〜５、および比較被覆ドリル１〜５の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層および（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層からなる硬質被覆層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
【００５０】
また、前記硬質被覆層を構成する各層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値（５ヶ所の平均値）を示した。
【００５１】
表３〜１０に示される結果から、本発明被覆工具は、硬質被覆層に所定の組成の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層を備えることにより、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層が本来有する高硬度という特性とＲｕ成分が奏する高硬度を維持したまま靱性を向上させるという効果が相俟って、すぐれた耐摩耗性、耐欠損性を発揮するという予想の域を超えた効果を奏するものである。一方、硬質被覆層に（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層を備えないか、その組成が所望の範囲を逸脱している比較被覆工具においては、いずれも前記難削材の高速切削加工では、被削材（難削材）および切粉と前記硬質被覆層との粘着性および反応性が一段と高くなるために、切刃部にチッピングが発生するようになり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【実施例４】
【００５２】
原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｖ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ−１〜Ａ−１０を形成した。
【００５３】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比で、ＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｂ−１〜Ｂ−６を形成した。
【００５４】
（ａ）ついで、前記工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着し、前記回転テーブルを挟んで相対向する両側にカソード電極（蒸発源）を配置し、その一方にはカソード電極（蒸発源）として所定組成のＡｌ−Ｔｉ合金を配置し、また、その他方にはカソード電極（蒸発源）として所定組成のＡｌ−Ｃｒ−Ｒｕ合金を配置し、
（ｂ）まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ａｌ−Ｔｉ合金とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面を前記Ａｌ−Ｔｉ合金によってボンバード洗浄し、
（ｃ）次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−７０Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ａｌ−Ｔｉ合金とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表１１に示される目標組成、一層目標層厚のＡ層としての（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を蒸着形成した後、前記Ａｌ−Ｔｉ合金のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間のアーク放電を停止し、
（ｄ）引き続いて装置内雰囲気を３Ｐａの窒素雰囲気に保持したままで、カソード電極（蒸発源）であるＡｌ−Ｃｒ−Ｒｕ合金電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させて、表１１に示される目標組成、一層目標層厚のＢ層としての（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層を蒸着形成し、
前記（ｃ）、（ｄ）の操作を、所定の合計平均層厚になるまで繰り返し行って硬質被覆層を蒸着形成し、本発明被覆工具としての本発明表面被覆インサート（以下、本発明被覆インサートと云う）１７〜３２をそれぞれ製造した。
【００５５】
また、比較の目的で、これら工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として所定組成のＡｌ−Ｔｉ合金、Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｕ合金を装着し、まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極のＡｌ−Ｔｉ合金とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面を前記Ａｌ−Ｔｉ合金でボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記工具基体に印加するバイアス電圧を−７０Ｖに下げて、前記所定組成の各カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、前記工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれの表面に、表１２に示される目標組成および一層目標層厚のＡ層としての（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、目標組成および一層目標層厚のＢ層としての（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆インサート（以下、比較被覆インサートと云う）９〜１６をそれぞれ製造した。
【００５６】
つぎに、前記各種の被覆インサートを、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明被覆インサート１７〜３２および比較被覆インサート９〜１６について、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ２００）の丸棒、
切削速度：  １５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：  ２．５ｍｍ、
送り：      ０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：  ５分、
の条件（切削条件ａ）でのステンレス鋼の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１３０ｍ／ｍｉｎ．、０．２ ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２８０）の丸棒、
切削速度：    ５５ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：    ２．５ｍｍ、
送り：      ０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：    ５分、
の条件（切削条件ｂ）でのＴｉ合金の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、３５ｍ／ｍｉｎ．、０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ（ＨＢ２４０）の丸棒、
切削速度：  １７０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：  ２.５ｍｍ、
送り：    ０．３ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：    ５分、
の条件（切削条件ｃ）での炭素鋼の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１４５ｍ／ｍｉｎ．、０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
を行い、いずれの高速切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表１３、表１４に示した。
【００５７】
【表１１】
2015058503.tif 000012
【００５８】
【表１２】
2015058503.tif 000013
【００５９】
【表１３】
2015058503.tif 000014
【００６０】
【表１４】
2015058503.tif 000015
【実施例５】
【００６１】
実施例４と同様、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｖ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末からなる原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、直径が１３ｍｍの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造した。
【００６２】
ついで、これらの工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例１と同一の条件で、表１５に示される目標組成および一層目標層厚のＡ層としての（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、および同じく表１５に示される目標組成および一層目標層厚のＢ層としての（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層の交互積層構造からなる硬質被覆層を蒸着形成するとにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製エンドミル（以下、本発明被覆エンドミルと云う）１１〜２０をそれぞれ製造した。
【００６３】
また、比較の目的で、前記工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例１と同一の条件で、表１６に示される目標組成および一層目標層厚のＡ層としての（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と、目標組成および一層目標層厚のＢ層としての（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層で構成された硬質被覆層を蒸着することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製エンドミル（以下、比較被覆エンドミルと云う）６〜１０をそれぞれ製造した。
【００６４】
つぎに、前記本発明被覆エンドミル１１〜２０および比較被覆エンドミル６〜１０について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ２００）の板材、
切削速度：      １３０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：  １５ｍｍ、
テーブル送り：  ３２０ｍｍ／ｍｉｎ．、
の条件（切削条件ｄ）でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、９０ｍ／ｍｉｎ．、３００ｍｍ／ｍｉｎ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（ＨＢ２９０）の板材、
切削速度：  ６０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：  １５ｍｍ、
テーブル送り：  １００ｍｍ／ｍｉｎ．、
の条件（切削条件ｅ）でのＴｉ合金の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、３０ｍ／ｍｉｎ．、８０ｍｍ／ｍｉｎ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ（ＨＢ２４０）の板材、
切削速度：  ２２５ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：  １５ｍｍ、
テーブル送り：  ６００ｍｍ／ｍｉｎ．、
の条件（切削条件ｆ）での炭素鋼の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、１９０ｍ／ｍｉｎ．、５００ｍｍ／ｍｉｎ．）、
をそれぞれ行い、いずれの高速溝切削加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を同じく表１５、表１６にそれぞれ示した。
【００６５】
【表１５】
2015058503.tif 000016
【００６６】
【表１６】
2015058503.tif 000017
【実施例６】
【００６７】
前記実施例５で製造した直径が１３ｍｍの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ８ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造した。
【００６８】
ついで、これらの工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例４と同一の条件で、表１７に示される目標組成および一層目標層厚のＡ層としての（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、および同じく表１７に示される目標組成および一層目標層厚のＢ層としての（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層の交互積層構造からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製ドリル（以下、本発明被覆ドリルと云う）１１〜２０をそれぞれ製造した。
【００６９】
また、比較の目的で、前記工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例４と同一の条件で、表１８に示される目標組成および一層目標層厚を有するＡ層としての（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と、目標組成および一層目標層厚のＢ層としての（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製ドリル（以下、比較被覆ドリルと云う）６〜１０をそれぞれ製造した。
【００７０】
つぎに、前記本発明被覆ドリル１６〜３０および比較被覆ドリル９〜１６について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ２１０）の板材、
切削速度：  １２０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：      ０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
穴深さ：        ５ｍｍ、
の条件（切削条件ｇ）でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、７０ｍ／ｍｉｎ．、０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２９０）の板材、
切削速度：    ６０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：    ０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
穴深さ：        ５ｍｍ、
の条件（切削条件ｈ）でのＴｉ合金の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、３０ｍ／ｍｉｎ．、０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ（ＨＢ２４０）の板材、
切削速度：  １６０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：    ０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
穴深さ：        ５ｍｍ、
の条件（切削条件ｉ）での炭素鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１００ｍ／ｍｉｎ．、０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を同じく表１７、表１８にそれぞれ示した。
【００７１】
【表１７】
2015058503.tif 000018
【００７２】
【表１８】
2015058503.tif 000019
【００７３】
この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆インサート１７〜３２、本発明被覆エンドミル１１〜２０、および本発明被覆ドリル１１〜２０の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層および（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層の組成、並びに、比較被覆工具としての比較被覆インサート９〜１６、比較被覆エンドミル６〜１０、および比較被覆ドリル６〜１０の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層および（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層からなる硬質被覆層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
【００７４】
また、前記硬質被覆層を構成する各層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値（５ヶ所の平均値）を示した。
【００７５】
表１１〜１８に示される結果から、本発明被覆工具は、いずれも特にステンレス鋼、チタン合金、炭素鋼などの難削材の、高熱発生を伴うとともに切刃部への欠損および溶着性が著しい高速切削加工でも、硬質被覆層の交互積層構造を構成する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層が、すぐれた高温硬さ、高温強度、あるいは、これに加えてさらにすぐれた耐摩耗性、高温耐酸化性を有し、同じく交互積層構造を構成する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層がすぐれた高温硬さ、耐熱性、耐溶着性、耐欠損性にすぐれ、高温条件下でも被削材および切粉との間のすぐれた耐溶着性を保持し、その結果、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層に不足する耐溶着性が、これに交互に積層される（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層により補完されることによって、硬質被覆層全体として、チッピングの発生なく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層が本発明で規定するような（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｕ）Ｎ層を備えていない比較被覆工具においては、いずれも前記被削材の高速切削加工では被削材（難削材）および切粉と前記硬質被覆層との粘着性および反応性が一段と高くなるために、切刃部にチッピングが発生するようになり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
前述のように、本発明の被覆工具は、一般的な被削材の切削加工は勿論のこと、特に、ステンレス鋼、チタン合金、炭素鋼などの難削材の高速切削加工でもすぐれた耐欠損性、耐摩耗性および耐溶着性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置の自動化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図１】
2015058503.tif 000020
【図２】
2015058503.tif 000021