(57)【要約】      （修正有）【課題】金属を機械加工するため、複数の一様な層からなる被膜の耐摩耗性と多層被膜の耐久性の両方を備える工具の提供。【解決手段】厚さ2.0〜20μｍのPVD被膜を有する被覆された切削工具であって、(Meｃ１、Meｃ２)(C、N、O)からなる厚さ1.0〜4.5μｍの第１の層と、(Meｄ１、Meｄ２)(C、N)からなる厚さ0.5〜4.5μｍの第２の層と、第１の層と第２の層の間にある(Meｅ１、Meｅ２)(C、N、O)からなる厚さ0.1〜1.0μｍの層とを備え、且つ、層に挟まれたこの層の厚さが、第１の層と第２の層のうちの薄いほうの厚さの0.5倍未満であり、層に挟まれたこの層の組成が第１の層および第２の層とは異なっている被覆された切削工具及び製造方法に関する。【選択図】図１
2008162008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を機械加工するため、強化炭化物またはサーメットからなる本体と、その上に付着させたPVD被膜とを備える被覆された切削工具であって、前記被膜は、厚さが2.0〜20μm、好ましくは3.0〜8.0μmであり、
(Mec1, Mec2)(C, N, O)からなる厚さが1.0〜4.5μm、好ましくは2.0〜3.0μmである第1の層（c）であって、ただし元素C、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Mec1とMec2は異なる元素であり、且つMec1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSi、好ましくはAl、Zr、V、Nb、SiまたはTi、より好ましくはAlとSiの１つ以上、最も好ましくはAlであり且つMec2は、IV〜VI族の遷移金属及びY、好ましくはZr、V、Nb、YまたはTi、最も好ましくはZrまたはTiの１つ以上を含む第1の層（c）と、
(Med1, Med2)(C, N)からなる厚さが、0.5〜4.5μm、好ましくは1.0〜2.0μmの第2の層（d）であって、ただし元素CとNのうちの1つ以上が存在していて、Mec1とMec2は異なる元素であり、且つMec1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSi、好ましくはAl、Zr、V、Nb、SiまたはTi、より好ましくはAlとSiの１つ以上、最も好ましくはAlであり且つMec2は、IV〜VI族の遷移金属及びY、好ましくはZr、V、Nb、YまたはTi、より好ましくはZrまたはTiの１つ以上を含む第2の層（ｄ）と、
第1の層（c）と第2の層（d）の間にある(Mee1, Mee2)(C, N, O)からなる厚さが0.1〜1.0μm、好ましくは0.1〜0.7μmの層（e）であって、ただしMee1は存在していない場合があり、元素C、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Mee1とMee2は異なる元素であり、Mee2に対するMee1の原子比は0〜0.3、好ましくは0〜0.2、より好ましくは0〜0.05、最も好ましくは0であり即ち(Mee2)(C, N, O)からなる層であり、且つMee1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSi、好ましくはAl、Zr、V、Nb、Si及びTi、さらに好ましくはAlとSiのうちの1つ以上、最も好ましくはAlであり、Mee2はIV〜VI族の遷移金属及びY、好ましくはZr、V、Nb、YまたはTi、より好ましくはZr、V、NbまたはTi、最も好ましくはZrまたはTiである層（e）を備えていて、
前記層（e）の厚さが、第1の層（c）と第2の層（d）のうちの薄いほうの厚さの0.5倍未満であり、
前記層（e）の組成が第1の層（c）および第2の層（d）とは異なっている、
ことを特徴とする被覆された切削工具。
【請求項２】
第1の層（c）と第2の層（d）の間にある層（e）の厚さが、第1の層（c）と第2の層（d）のうちの薄いほうの厚さの0.3倍未満であることを特徴とする請求項1に記載の被覆された切削工具。
【請求項３】
第1の層（c）と第2の層（d）の間にある層（e）の厚さが、第1の層（c）と第2の層（d）のうちの薄いほうの厚さの0.2倍未満であることを特徴とする請求項1に記載の被覆された切削工具。
【請求項４】
Mec1に対するMee1の原子比とMed1に対するMee1の原子比が、0〜0.9、好ましくは0〜0.7、最も好ましくは0〜0.5であることを特徴とする請求項1に記載の被覆された切削工具。
【請求項５】
第1の層（c）が(Mec1, Mec2)Nからなる層であり、ただしMec1はAlであり且つMec2はTiであり、Mec2に対するMec1の原子比は0.8〜2.0、好ましくは1.0〜1.8、最も好ましくは1.3〜1.5であり、且つ、第2の層（d）が(Med1, Med2)Nからなる層であり、ただしMed1はAlであり且つMed2はTiであり、Med2に対するMed1の原子比は1.0〜2.0、好ましくは1.2〜1.8、最も好ましくは1.4〜1.6であり、且つ第1の層（c）と第2の層（d）の間にある層（e）が(Mee2)Nからなる層であり、ただしMee2はTiであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の被覆された切削工具。
【請求項６】
第1の層（c）が(Mec1, Mec2)Nからなる層であり、ただしMec1はSiであり且つMec2はTiであり、Mec2に対するMec1の原子比は0.02〜0.40好ましくは0.05〜0.20であり、且つ第2の層（d）が(Med1, Med2)Nからなる層であり、ただしMed1はSiであり且つMed2はTiであり、Med2に対するMed1の原子比は0.02〜0.50、好ましくは0.05〜0.30であり、且つ第1の層（c）と第2の層（d）の間にある層（e）が(Mee2)Nからなる層であり、ただしMee2はTiであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の被覆された切削工具。
【請求項７】
第1の層（c）が(Mec1, Mec2)Nからなる層であり、ただしMec1はAlSiであり且つMec2はTiであり、Mec2に対するMec1の原子比は0.8〜2.0、好ましくは1.0〜1.8、最も好ましくは1.2〜1.5であり、且つ第2の層（d）が(Med1, Med2)Nからなる層であり、ただしMed1はAlSiであり且つMed2はTiであり、Med2に対するMed1の原子比は1.0〜2.0、好ましくは1.2〜1.8、最も好ましくは1.4〜1.6であり、且つ第1の層（c）と第2の層（d）の間にある層（e）が(Mee2)Nからなる層であり、ただしMee2はTiであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の被覆された切削工具。
【請求項８】
第1の層（c）と第2の層（d）の間にある層（e）の残留応力すなわち圧縮応力または引張応力の絶対値が600MPa未満、好ましくは300MPa未満、より好ましくは120MPa未満であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の被覆された切削工具。
【請求項９】
第2の層（d）の残留応力が1000MPaよりも大きく、好ましくは1800〜3500MPaであることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の被覆された切削工具。
【請求項１０】
前記被膜が、第1の層および／または第2の層を含む追加の一連の層をさらに備えていて、その間には、第1の層と第2の層の間にあるのと同じタイプの層が存在しており、第1の層と第2の層の間にあるのと同じタイプの層は、第1の層または第2の層に隣接するようにされていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の被覆された切削工具。
【請求項１１】
被覆された切削工具の製造方法であって、強化炭化物またはサーメットからなる本体を用意し、その上に従来技術で知られているPVD法によって硬くて耐摩耗性のある厚さが、2.0〜20μm、好ましくは3.0〜8.0μmの被膜を堆積させる操作を含んでいて、前記被膜が、
(Mec1, Mec2)(C, N, O)からなる厚さが1.0〜4.5μm、好ましくは2.0〜3.0μmの第1の層（c）であり、ただし元素C、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Mec1とMec2は異なる元素であり、且つMec1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSi、好ましくはAl、Zr、V、Nb、SiまたはTi、より好ましくはAlとSiの１つ以上、最も好ましくはAlであり且つMec2はIV〜VI族の遷移金属及びY、好ましくはZr、V、Nb、YまたはTi、最も好ましくはZrまたはTiの１つ以上を含む第1の層（c）と、
(Med1, Med2)(C, N)からなる厚さ0.5〜4.5μm、好ましくは1.0〜2.0μmの第2の層（d）であって、ただし元素CとNのうちの1つ以上が存在していて、Med1とMed2は異なる元素であり、且つMec1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSi、好ましくはAl、Zr、V、Nb、SiまたはTi、より好ましくはAlとSiの１つ以上、最も好ましくはAlであり且つMec2は、IV〜VI族の遷移金属及びY、好ましくはZr、V、Nb、YまたはTi、より好ましくはZrまたはTiの１つ以上を含む第2の層（ｄ）と、
第1の層（c）と第2の層（d）の間にある(Mee1, Mee2)(C, N, O)からなる厚さ0.1〜1.0μm、好ましくは0.1〜0.7μmの層（e）であり、ただしMee1は存在していない場合があり、元素C、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Mee1とMee2は異なる元素であり、Mee2に対するMee1の原子比は0〜0.3、好ましくは0〜0.2、より好ましくは、0〜0.05、最も好ましくは0であり、すなわち(Mee2)(C, N, O)からなる層であり、Mee1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSi、好ましくはAl、Zr、V、Nb、Si及びTi、さらに好ましくはAlとSiのうちの1つ以上、最も好ましくはAlであり、Mee2はIV〜VI族の遷移金属及びY、好ましくはZr、V、Nb、YまたはTi、より好ましくはZr、V、NbまたはTi、最も好ましくはZrまたはTiである層（e）を備えていて、
この層（e）の厚さが、第1の層（c）と第2の層（d）のうちの薄いほうの厚さの0.5倍未満であり、
この層（e）の組成が第1の層（c）および第2の層（d）とは異なっている、
ことを特徴とする被覆された切削工具の製造方法。
【請求項１２】
Mec1+Mec2金属蒸着源と、Med1+Med2金属蒸着源と、Mee1+Mee2金属蒸着源とを備える反応性アーク蒸着タイプのPVD装置を利用し、
(Mec1,Mec2)(C,N,O)からなる上記第1の層（c）を、処理パラメータとして、使用する装置内のアーク電流を50〜200A好ましくは120〜160A、反応ガスの圧力を3〜50マイクロバール、好ましくは5〜32マイクロバール、堆積温度を400〜700℃、好ましくは550〜650℃、基板のバイアスを-150〜-300V、好ましくは-170〜-230Ｖにして堆積させ、
(Med1, Med2)(C, N)からなる上記第2の層（d）を、処理パラメータとして、使用する装置内のアーク電流を50〜200A、好ましくは120〜160A、反応ガスの圧力を3〜50マイクロバール好ましくは5〜32マイクロバール、堆積温度を400〜700℃、好ましくは550〜650℃、基板のバイアスを-50〜-140V、好ましくは-80〜-120Ｖにして堆積させ、
(Mee1, Mee2)(C, N, O)からなる上記の層（e）を、処理パラメータとして、使用する装置内のアーク電流を80〜210A、好ましくは140〜190A、反応ガスの圧力を5〜50マイクロバール、好ましくは15〜35マイクロバール、堆積温度を400〜700℃、好ましくは550〜650℃、基板のバイアスを-30〜-150V、好ましくは-70〜-120Ｖにして堆積させることを特徴とする請求項11に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属を機械加工するための被覆された切削工具、例えば旋削、フライス削りまたは穴あけのための把持システムで使用されるインサートや、強化炭化物またはサーメットからなる本体と耐熱性被膜を備えていて、耐摩耗性のほか、耐久性、エッジのチッピングに対する抵抗力が優れた完成バイト例えばドリル及びエンドミルに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属切削産業では、より大きな切削速度および送り速度とより長い工具の寿命という要求を受けて、生産性を向上させる努力が常に続けられている。こうした要求に応えるため、工具を構成する材料の開発は、主に工具の耐久性と耐摩耗性を改善することが中心になっている。
【０００３】
物理蒸着（PVD）法または化学蒸着（CVD）法によって耐摩耗性被膜を堆積させることにより、被覆されていない工具と比べて耐摩耗性を劇的に向上させることができる。
【０００４】
被覆された切削工具の顕著な改善は、最適化されたより厚い一様なPVD層を付着させることによって実現されてきた。しかし層が厚くなるにつれ、耐摩耗性へのプラスの効果よりも増大するマイナスの効果が大きくなり、被膜の層状剥離と耐久性低下の危険性増大という形で現われる。すると切削工具の信頼性が低下する。
【０００５】
工具は、一般に、少なくとも1つの切削エッジを備えていて、その位置で削り屑が工作物から離れる。切削エッジによって工具の2つの面、すなわちすくい面とクリアランス面が分離されている。この切削エッジではチッピングや破損の問題がしばしば生じる。これは、被膜にひびが存在している結果として生じる可能性があり、ひびは、被覆された工具の被膜に存在していたり、例えば間欠的な切削プロセスの結果として生じたりする可能性がある。
【０００６】
破損またはチッピングに対する抵抗力は、工具の耐久性として実感される。この耐久性は、被膜の選択と、その微細構造の制御状態の影響を受ける可能性がある。
【０００７】
制御された微細構造の例は、複数の成分からなる組成を持つ層状の超格子被膜は、例えばTiN+VN、TiN+NbN、TiN+AlNいずれかからなる周期的な薄層構造であり、例としてヨーロッパ特許第0 701 982号、第0 592 986号に開示されている。
【０００８】
ヨーロッパ特許第0 983 393号には、金属窒化物層または炭化物層が交互になった非周期的多層被膜が開示されている。この場合には、多層微細構造により、一様な被膜よりも丈夫な被膜になる。
【０００９】
被膜がより丈夫にはなるが、被覆された工具が破損する最も一般的な様式の1つは、切削エッジの破損とチッピングに関係する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の1つの目的は、被覆された切削工具として、複数の一様な層からなる被膜の耐摩耗性と多層被膜の耐久性の両方を備えるものを提供することである。本発明のさらに別の目的は、これまで実現可能であったよりも厚い被膜を持つ被覆された切削工具を提供することにより、工具の耐久性を低下させずに耐摩耗性をより大きくすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
驚くべきことに、切削工具が、金属窒化物、金属炭窒化物、金属酸化物、金属炭酸窒化物のいずれかからなる第1の層と、金属窒化物または金属炭窒化物からなる第2の層と、これら第1の層と第2の層の間に挟まれていて、その両方の層よりも薄く、その両方の層と組成が異なる、金属窒化物、金属炭窒化物、金属酸化物、金属炭酸窒化物のいずれかからなる層とを含むPVD被膜を備えていると、エッジのチッピングが抑制されることが見いだされた。したがって所定の金属切削作業において、全体の耐久性または切削エッジの安全性を低下させることなく、より硬く、そのおかげでより耐摩耗性のある本体と、より厚い被膜を使用することが可能になる。
【００１２】
本発明によれば、金属を機械加工するため、強化炭化物またはサーメットからなる本体aと、その上に付着させた接着性のある硬くて耐摩耗性のある厚さが2.0〜20μm、好ましくは3.0〜8.0μmのPVD被膜bとを備える被覆された切削工具であって、その被膜が、
(Mec1, Mec2)(C, N, O)からなる硬くて耐摩耗性で耐熱性のある厚さが1.0〜4.5μm、好ましくは2.0〜3.0μmの第1の層cであって、ただし元素C、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Mec1とMec2は異なる元素であり、Mec1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSi、好ましくはAl、Zr、V、Nb、SiまたはTi、より好ましくはAlとSiの１つ以上、最も好ましくはAlであり且つMec2は、IV〜VI族の遷移金属及びY、好ましくはZr、V、Nb、YまたはTi、最も好ましくはZrまたはTiの１つ以上を含む第1の層（c）と、
(Med1, Med2)(C, N)からなる硬くて耐摩耗性で耐熱性のある厚さ0.5〜4.5μm、好ましくは1.0〜2.0μmの第2の層dであって、ただし元素CとNのうちの1つ以上が存在していて、Med1とMed2は異なる元素であり、Mec1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSi、好ましくはAl、Zr、V、Nb、SiまたはTi、より好ましくはAlとSiの１つ以上、最も好ましくはAlであり且つMec2は、IV〜VI族の遷移金属及びY、好ましくはZr、V、Nb、YまたはTi、より好ましくはZrまたはTiの１つ以上を含む第2の層（ｄ）と、
第1の層と第2の層の間にある(Mee1, Mee2)(C, N, O)からなる厚さ0.1〜1.0μm、好ましくは0.1〜0.7μmの層eであって、ただしMee1は存在していない場合があり、元素C、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Mee1とMee2は異なる元素であり、Mee2に対するMee1の原子比は0〜0.3、好ましくは0〜0.2、より好ましくは0〜0.05、最も好ましくは0であり、且つMee1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSi、好ましくはAl、Zr、V、Nb、Si及びTi、さらに好ましくはAlとSiのうちの1つ以上、最も好ましくはAlであり、Mee2はIV〜VI族の遷移金属及びY、好ましくはZr、V、Nb、YまたはTi、より好ましくはZr、V、NbまたはTi、最も好ましくはZrまたはTiである層（e）を備えていて、
この層eの厚さが、第1の層cと第2の層dのうちの薄いほうの厚さが0.5倍未満、好ましくは0.3倍未満、最も好ましくは0.2倍未満であり、
この層eの組成が第1の層cおよび第2の層dとは異なっていて、Mec1に対するMee1の原子比とMed1に対するMee1の原子比が、それぞれ0〜0.9、好ましくは0〜0.7、最も好ましくは0〜0.5である被覆された切削工具が提供される。
【００１３】
好ましい一実施態様では、Mec1とMed1は同じ元素である。
【００１４】
好ましい別の一実施態様では、Mec2とMed2は同じ元素である。
【００１５】
好ましいさらに別の一実施態様では、Mec2とMed2とMee2は同じ元素である。
【００１６】
好ましい一実施態様では、第1の層cは(Mec1, Mec2)Nからなる層であり、ただしMec1はAlであり且つMec2はTiであり、Mec2に対するMec1の原子比は0.8〜2.0、好ましくは1.0〜1.8、最も好ましくは1.3〜1.5であり、第2の層dは(Med1, Med2)Nからなる層であり、ただしMed1はAlであり且つMed2はTiであり、Med2に対するMed1の原子比は1.0〜2.0、好ましくは1.2〜1.8、最も好ましくは1.4〜1.6であり、層eは(Mee2)Nからなる層であり、ただしMee2はTiである。
【００１７】
好ましい別の一実施態様では、第1の層cは(Mec1, Mec2)Nからなる層であり、ただしMec1はSiであり且つMec2はTiであり、Mec2に対するMec1の原子比は0.02〜0.40、好ましくは0.05〜0.20であり、且つ第2の層dは(Med1, Med2)Nからなる層であり、ただしMed1はSiであり且つMed2はTiであり、Med2に対するMed1の原子比は0.02〜0.50、好ましくは0.05〜0.30であり、層eは(Mee2)Nからなる層であり、ただしMee2はTiである。
【００１８】
好ましい別の一実施態様では、第1の層cは(Mec1, Mec2)Nからなる層であり、ただしMec1はAlSiであり且つMec2はTiであり、Mec2に対するMec1の原子比は0.8〜2.0、好ましくは1.0〜1.8、最も好ましくは1.2〜1.5であり、且つ第2の層dは(Med1, Med2)Nからなる層であり、ただしMed1はAlSiであり且つMed2はTiであり、Med2に対するMed1の原子比は1.0〜2.0、好ましくは1.2〜1.8、最も好ましくは1.4〜1.6であり、層eは(Mee2)Nからなる層であって、ただしMee2はTiである。この実施態様では、第1の層と第2の層の両方を(AlySizTi1-y-z)Nと書くことができ、ただし、0.45≦y+z≦0.67、z≦0.10である。
【００１９】
別の一実施態様では、被膜は、第1の層および／または第2の層を含む追加の一連の層をさらに備えていて、その間には、第1の層cと第2の層dの間にあるのと同じタイプの層eが存在しており、第1の層と第2の層の間にあるのと同じタイプの層（例えば図2のe'）は、第1の層または第2の層に隣接するようにされている。
【００２０】
別の一実施態様では、本体は、Me(C, N, O)層からなる厚さ0.05〜1.0μmの予備被膜層が好ましくはMeがTiである層をさらに備えている。
【００２１】
別の一実施態様では、本体は、耐摩耗性を向上させるため、または外見を美しくするため、または摩耗を検出するために複数の追加外側層を備えていて、厚さの合計が0.05〜1.0μmとなっている。追加外側層の一例は、Me(C, N, O)からなる最も外側の層であって、ただしC、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Me(C, N)であることが好ましく、MeはTiであることが好ましい。
【００２２】
別の一実施態様では、第1の層と第2の層の結晶構造はどちらもfcc立方構造の微結晶を含んでいる。この結晶構造は、粒径が50nm未満、好ましくは40nm未満の立方岩塩構造であることが好ましい。層eは、微結晶の粒径が、成長方向に対して垂直な方向では40nmよりも大きく、好ましくは50nmよりも大きく、成長方向に対して平行な方向では100nmよりも大きい。すなわちこの層eは柱状に成長し、最も好ましいのは厚さ全体にわたってその成長方向に延びていることであり、立方構造の微結晶を含む結晶構造になっている。
【００２３】
驚くべきことに、層の厚さと組成を特定の組み合わせにすると工具の性質が特に改善されることが見いだされた。そのような組み合わせでは、第1の層と第2の層に挟まれた層の残留応力の値が予想外に小さくなる。
【００２４】
一実施態様では、層eは残留応力すなわち圧縮応力または引張応力の絶対値が600MPa未満である。この値は300MPa未満であることが好ましく、120MPa未満であることがより好ましい。
【００２５】
別の一実施態様では、第2の層dの残留圧縮応力は1000MPaを超えており、1800〜3500MPaであることが好ましい。
【００２６】
別の一実施態様では、第1の層cと第2の層dの残留圧縮応力は1000MPaを超えており、1800〜3500MPaであることが好ましい。
【００２７】
別の一実施態様では、第2の層dの残留圧縮応力は1000MPaを超えており、1800〜3500MPaであることが好ましく、層eの残留応力すなわち圧縮応力または引張応力の絶対値は600MPa未満であり、300MPa未満であることが好ましく、120MPa未満であることがより好ましい。
【００２８】
さらに別の一実施態様では、第1の層cと第2の層dの残留圧縮応力は1000MPaを超えており、1800〜3500MPaであることが好ましく、層eの残留応力すなわち圧縮応力または引張応力の絶対値は600MPa未満であり、300MPa未満であることが好ましく、120MPa未満であることがより好ましい。
【００２９】
好ましい一実施態様では、切削工具は、旋削、フライス削り、穴あけのための切削工具・インサートである。
【００３０】
好ましい別の一実施態様では、切削工具は、固体強化炭化物製のドリルまたはエンドミルである。
【００３１】
本発明によれば、被覆された切削工具の製造方法も提供される。この方法は、強化炭化物またはサーメットからなる本体を用意し、その表面に従来技術で知られているPVD法によって硬くて耐摩耗性のある厚さ2.0〜20μm、好ましくは3.0〜8.0μmの被膜を堆積させる操作を含んでいる。この被膜は、
(Mec1, Mec2)(C, N, O)からなる硬くて耐摩耗性で耐熱性のある厚さ1.0〜4.5μm、好ましくは2.0〜3.0μmの第1の層cだって、ただし元素C、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Mec1とMec2は異なる元素であり、且つMec1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSi、好ましくはAl、Zr、V、Nb、SiまたはTi、より好ましくはAlとSiの１つ以上、最も好ましくはAlであり且つMec2はIV〜VI族の遷移金属及びY、好ましくはZr、V、Nb、YまたはTi、最も好ましくはZrまたはTiの１つ以上を含む第1の層（c）と、
(Med1, Med2)(C, N)からなる硬くて耐摩耗性で耐熱性のある厚さ0.5〜4.5μm、好ましくは1.0〜2.0μmの第2の層dであって、ただし元素CとNのうちの1つ以上が存在していて、Med1とMed2は異なる元素であり、且つMec1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSi、好ましくはAl、Zr、V、Nb、SiまたはTi、より好ましくはAlとSiの１つ以上、最も好ましくはAlであり且つMec2は、IV〜VI族の遷移金属及びY、好ましくはZr、V、Nb、YまたはTi、より好ましくはZrまたはTiの１つ以上を含む第2の層（ｄ）と、
第1の層と第2の層の間にある(Mee1, Mee2)(C, N, O)からなる厚さ0.1〜1.0μm、好ましくは0.1〜0.7μmの層eであって、ただしMee1は存在していない場合があり、元素C、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Mee1とMee2は異なる元素であり、Mee2に対するMee1の原子比は0〜0.3、好ましくは0〜0.2、より好ましくは0〜0.05、最も好ましくは0であり、すなわちこの層は(Mee2)(C, N, O)からなる層であり、Mee1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSi、好ましくはAl、Zr、V、Nb、Si及びTi、さらに好ましくはAlとSiのうちの1つ以上、最も好ましくはAlであり、Mee2はIV〜VI族の遷移金属及びY、好ましくはZr、V、Nb、YまたはTi、より好ましくはZr、V、NbまたはTi、最も好ましくはZrまたはTiである層（e）を備えていて、
この層eの厚さが、第1の層cと第2の層dのうちの薄いほうの厚さの0.5倍未満、好ましくは0.3倍未満で、最も好ましくは0.2倍未満であり、
この層eの組成が第1の層cおよび第2の層dとは異なっていて、Mec1に対するMee1の原子比とMed1に対するMee1の原子比が、それぞれ0〜0.9、好ましくは0〜0.7、最も好ましくは0〜0.5である。
【００３２】
好ましい一実施態様では、金属の原子比を望む値にするのに適した組成のMec1+Mec2金属蒸着源とMed1+Med2金属蒸着源とMee1+Mee2金属蒸着源とが、全装填物が一様に被覆されるような配置にされた反応性アーク蒸着タイプのPVD装置を利用した被覆装置の中で、本体にPVD被覆工程を行なう。蒸着源は、例えば3つの単一のターゲットにして、各ターゲットが全装填物を一様に被覆するように配置する。あるいは別の方法として、6つの蒸着源をペアにして配置し、各ペアが全装填物を一様に被覆するようにできる。被覆装置を排気した後、加熱ステップとプラズマ・エッチング・ステップを実施する。それは、工具をよりクリーンにするためと、本体の表面から過剰な結合剤相を除去することによって工具の表面の状態を整えるためである。被覆装置の中で、作動させる蒸着源と蒸着速度を適切に選択し、反応ガス（反応ガスは、窒化物層、炭窒化物層、酸化物層、炭酸窒化物層のいずれを堆積させるかに応じ、純粋な窒素、炭化水素、酸素、またはこれらの混合物の中から適切に選択する）の部分圧を維持しながら金属を蒸発させることにより、以下の層を堆積させる。すなわち、
(Mec1, Mec2)(C, N, O)からなる上記第1の層cを、処理パラメータとして、使用する装置内のアーク電流を50〜200A、好ましくは120〜160A、反応ガスの圧力を3〜50マイクロバール、好ましくは5〜32マイクロバール、堆積温度を400〜700℃、好ましくは550〜650℃、基板のバイアスを-150〜-300V、好ましくは-170〜-230Ｖにして堆積させ、
(Med1, Med2)(C, N)からなる上記第2の層dを、処理パラメータとして、使用する装置内のアーク電流を50〜200A、好ましくは120〜160A、反応ガスの圧力を3〜50マイクロバール好ましくは5〜32マイクロバール、堆積温度を400〜700℃、好ましくは550〜650℃、基板のバイアスを-50〜-140V、好ましくは-80〜-120Ｖにして堆積させ、
(Mee1, Mee2)(C, N, O)からなる上記の層eを、処理パラメータとして、使用する装置内のアーク電流を80〜210A、好ましくは140〜190A、反応ガスの圧力を5〜50マイクロバール好ましくは15〜35マイクロバール、堆積温度を400〜700℃、好ましくは550〜650℃、基板のバイアスを-30〜-150V、好ましくは-70〜-120Ｖにして堆積させる。
【００３３】
堆積される被膜がこのプロセスの途中で問題を起こす程度に電気的絶縁性である場合には、アーク源をパルス式の電力供給操作にするとよかろう。さらに、基板上に絶縁性被膜があるこのような場合には、基板のバイアスをパルス式の電力供給操作にするとよかろう。被膜は、他のPVD法（例えばマグネトロン・スパッタリング、二重マグネトロン・スパッタリング、パルス式マグネトロン・スパッタリング、高インパルス電力パルス式マグネトロン・スパッタリング、またはこれらの組み合わせ）で堆積させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
実施例１
被覆されていない切削工具として、ISOタイプのCNMG120408からなる旋削用のWC-10％Coインサートをクリーンにし、以下のようにしてPVD被覆工程を実施した。対にして配置した6つの金属蒸着源を備える反応性アーク蒸着タイプのPVD装置のチェンバーの中にインサートを入れた。インサートを一様に被覆するため、インサートを3回回転させた。1つのペアの蒸着源には金属Tiターゲットを、他の2つのペアには、Al/Tiの原子比が2であるAlTi合金ターゲットを収容した。チェンバーを排気した後、加熱ステップとプラズマ・エッチング・ステップを実施する。それは、工具をよりクリーンにするためと、本体の表面から過剰な結合剤相を除去することによって工具の表面の状態を整えるためである。被覆装置の中で、作動させる蒸着源と蒸着速度を適切に選択し、窒素の部分圧を維持しながら金属を蒸発させることにより、TiN合金層と(Ti, Al)N合金層を600℃の温度で堆積させた。このプロセスにおける堆積ステップ中の条件は以下の通りであった。
【００３５】
【表１】
2008162008.tif 000003
【００３６】
このようにして製造し、被覆したインサートを金属顕微鏡で分析した。インサートを切断した後、ダイヤモンド・グリットを用いて機械的に研磨することにより、断面を用意した。表２に示した被膜の厚さは、インサートのクリアランス側で、切削エッジから0.2mm以上かつ1.0mm以内の位置で測定した。
【００３７】
被膜と基板の断面を図1にSEM写真として示してある。
【００３８】
X線回折法、より詳細にはsin2ψ法（I.C. Noyan、J.B. Cohen、『回折による残留応力の測定と解釈』、シュプリンガー-フェアラーク社、ニューヨーク、1987年、117〜130ページ）を利用して3つの層における残留応力を調べた。結果を表2に示してある。
【００３９】
EDS質量分光計を取り付けた薄膜透過電子顕微鏡（オックスフォード・インスツルメンツ社、リンクISIS）を用い、4つの分析点の平均としてのAl/Ti原子比と、3つの層における粒径を調べた。表２を参照のこと。
【００４０】
【表２】
2008162008.tif 000004
【００４１】
実施例２
実施例１からのインサートに対し、表３のパラメータで被膜を実施し、挟まれる追加の層と第２のタイプの層を堆積させた。
【００４２】
【表３】
2008162008.tif 000005
【００４３】
被膜の断面を図２にSEM写真として示してある。
【００４４】
実施例１と同じ方法を利用してインサートを分析した。その結果を表４に示してある。
【００４５】
【表４】
2008162008.tif 000006
【００４６】
実施例３
実施例１に従い、直径10mmの固体炭化物製のボールエンドミルの表面に被膜を4.2μmの厚さに堆積させた。同じ組成の強化炭化物からなる同様のエンドミルを、Tiに対するAlの原子比が2.0で厚さが2.9μmの従来の(Ti, Al)N単相被膜で被覆した。乾式フライス削り機械加工試験において硬度がHRC58である1.2379鋼を倣い削りすることにより、これら２種類のエンドミルを評価した。切削速度は170m/分、送り速度は0.12mm/刃、噛み合わせはａｐ=ａｅ=0.2mmであった。摩耗の最大値が0.40mmになるまでの工具の寿命（切削した距離をmを単位として表わす）を表5に示してある。結果から、本発明の被膜は、極めて要求が厳しい非常に硬い鋼のフライス削りにおいて優れた性能を有することがわかる。
【００４７】
【表５】
2008162008.tif 000007
【００４８】
実施例４
実施例３のエンドミルに対してさらに別の試験を実施した。この試験は、ダイスと鋳型を用途とする同じ２つの工具の機械加工である。この用途では、エッジの安全性と耐久性が極めて重要である。経験によれば、従来の被膜をより厚くすると（例えば実施例３に記載したように3.0μmを超えると）、エッジの割れが起こり、その後に工具がバルク破断する可能性があるため、危険である。
【００４９】
試験の型式
鋳型用の仕上げ
直径6mmのボールエンドミル
工具に対する要求：    寿命が296分超、且つ１つの工作物を完成させる。
工作物：    ウッデホルム・オルヴァー・シュープリーム、HRC51
切削速度（ｒｐｍ）：    12500rpm
刃の送りｆｚ（mm／エッジ）：    0.08mm
噛み合わせａｐ／ａｅ（mm）：    0.07／0.1ｍｍ
冷却        ：乾式
【００５０】
この試験の結果によると、市販等級の工具は、切削エッジが脆いために工具に要求される寿命を満たすことができなかったのに対し、本発明の工具では、切削エッジの摩耗と損傷が非常に少ない状態で作業が終了した。この結果から、市販等級の工具と比べて本発明の工具では、耐摩耗性が優れていることと、完全な切削エッジをより長く保持する能力があることがはっきりとわかる。この試験結果はさらに、工具を交換せずに１つの完全な部品を機械加工できるという顧客にとって大きな価値を提示している。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による被覆された切削工具の実施例の断面に関する走査電子顕微鏡(SEM)写真を示している。
【図２】本発明による被覆された切削工具の実施例の断面に関する走査電子顕微鏡（SEM）写真を示している。
【符号の説明】
【００５２】
ａ    強化炭化物本体
ｂ    被膜
ｃ    第１の層
ｄ    第２の層
ｅ    層ｃと層ｄに挟まれた層
ｄ’    第２の層
ｅ’    層ｄと層ｄ’に挟まれた層
【図１】
2008162008.tif 000008
【図２】
2008162008.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月28日(2008.5.28)
【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】
金属を機械加工するため、強化炭化物またはサーメットからなる本体と、その上に付着させたPVD被膜とを備える被覆された切削工具であって、前記被膜は、厚さが2.0〜20μmであり、
(Mec1, Mec2)(C, N, O)からなる厚さが1.0〜4.5μmであって、ただし元素C、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Mec1とMec2は異なる元素であり、且つMec1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSiの１つ以上であり且つMec2は、IV〜VI族の遷移金属及びYの１つ以上を含む第1の層（c）と、
(Med1, Med2)(C, N)からなる厚さが、0.5〜4.5μmの第2の層（d）であって、ただし元素CとNのうちの1つ以上が存在していて、Mec1とMec2は異なる元素であり、且つMec1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSiの１つ以上であり且つMec2は、IV〜VI族の遷移金属及びYの１つ以上を含む第2の層（ｄ）と、
第1の層（c）と第2の層（d）の間にある(Mee1, Mee2)(C, N, O)からなる厚さが0.1〜1.0μmの層（e）であって、ただしMee1は存在していない場合があり、元素C、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Mee1とMee2は異なる元素であり、Mee2に対するMee1の原子比は0〜0.3であり、且つMee1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSiの１つ以上であり、Mee2はIV〜VI族の遷移金属及びYである層（e）を備えていて、
前記層（e）の厚さが、第1の層（c）と第2の層（d）のうちの薄いほうの厚さの0.5倍未満であり、
前記層（e）の組成が第1の層（c）および第2の層（d）とは異なっている、
ことを特徴とする被覆された切削工具。
【請求項２】
第1の層（c）と第2の層（d）の間にある層（e）の厚さが、第1の層（c）と第2の層（d）のうちの薄いほうの厚さの0.3倍未満であることを特徴とする請求項1に記載の被覆された切削工具。
【請求項３】
第1の層（c）と第2の層（d）の間にある層（e）の厚さが、第1の層（c）と第2の層（d）のうちの薄いほうの厚さの0.2倍未満であることを特徴とする請求項1に記載の被覆された切削工具。
【請求項４】
Mec1に対するMee1の原子比とMed1に対するMee1の原子比が、0〜0.9であることを特徴とする請求項1に記載の被覆された切削工具。
【請求項５】
第1の層（c）が(Mec1, Mec2)Nからなる層であり、ただしMec1はAlであり且つMec2はTiであり、Mec2に対するMec1の原子比は0.8〜2.0であり、且つ、第2の層（d）が(Med1, Med2)Nからなる層であり、ただしMed1はAlであり且つMed2はTiであり、Med2に対するMed1の原子比は1.0〜2.0であり、且つ第1の層（c）と第2の層（d）の間にある層（e）が(Mee2)Nからなる層であり、ただしMee2はTiであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の被覆された切削工具。
【請求項６】
第1の層（c）が(Mec1, Mec2)Nからなる層であり、ただしMec1はSiであり且つMec2はTiであり、Mec2に対するMec1の原子比は0.02〜0.40であり、且つ第2の層（d）が(Med1, Med2)Nからなる層であり、ただしMed1はSiであり且つMed2はTiであり、Med2に対するMed1の原子比は0.02〜0.50であり、且つ第1の層（c）と第2の層（d）の間にある層（e）が(Mee2)Nからなる層であり、ただしMee2はTiであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の被覆された切削工具。
【請求項７】
第1の層（c）が(Mec1, Mec2)Nからなる層であり、ただしMec1はAlSiであり且つMec2はTiであり、Mec2に対するMec1の原子比は0.8〜2.0であり、且つ第2の層（d）が(Med1, Med2)Nからなる層であり、ただしMed1はAlSiであり且つMed2はTiであり、Med2に対するMed1の原子比は1.0〜2.0であり、且つ第1の層（c）と第2の層（d）の間にある層（e）が(Mee2)Nからなる層であり、ただしMee2はTiであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の被覆された切削工具。
【請求項８】
第1の層（c）と第2の層（d）の間にある層（e）の残留応力すなわち圧縮応力または引張応力の絶対値が600MPa未満であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の被覆された切削工具。
【請求項９】
第2の層（d）の残留応力が1000MPaよりも大きいことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の被覆された切削工具。
【請求項１０】
前記被膜が、第1の層および／または第2の層を含む追加の一連の層をさらに備えていて、その間には、第1の層と第2の層の間にあるのと同じタイプの層が存在しており、第1の層と第2の層の間にあるのと同じタイプの層は、第1の層または第2の層に隣接するようにされていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の被覆された切削工具。
【請求項１１】
被覆された切削工具の製造方法であって、強化炭化物またはサーメットからなる本体を用意し、その上に従来技術で知られているPVD法によって硬くて耐摩耗性のある厚さが、2.0〜20μmの被膜を堆積させる操作を含んでいて、前記被膜が、
(Mec1, Mec2)(C, N, O)からなる厚さが1.0〜4.5μmの第1の層（c）であり、ただし元素C、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Mec1とMec2は異なる元素であり、且つMec1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSiの１つ以上であり且つMec2はIV〜VI族の遷移金属及びYの１つ以上を含む第1の層（c）と、
(Med1, Med2)(C, N)からなる厚さ0.5〜4.5μmの第2の層（d）であって、ただし元素CとNのうちの1つ以上が存在していて、Med1とMed2は異なる元素であり、且つMec1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSiの１つ以上であり且つMec2は、IV〜VI族の遷移金属及びYの１つ以上を含む第2の層（ｄ）と、
第1の層（c）と第2の層（d）の間にある(Mee1, Mee2)(C, N, O)からなる厚さ0.1〜1.0μmの層（e）であり、ただしMee1は存在していない場合があり、元素C、N、Oのうちの1つ以上が存在していて、Mee1とMee2は異なる元素であり、Mee2に対するMee1の原子比は0〜0.3であり、Mee1はIV〜VI族の遷移金属、Al及びSiの1つ以上であり、Mee2はIV〜VI族の遷移金属及びYである層（e）を備えていて、
この層（e）の厚さが、第1の層（c）と第2の層（d）のうちの薄いほうの厚さの0.5倍未満であり、
この層（e）の組成が第1の層（c）および第2の層（d）とは異なっている、
ことを特徴とする被覆された切削工具の製造方法。
【請求項１２】
Mec1+Mec2金属蒸着源と、Med1+Med2金属蒸着源と、Mee1+Mee2金属蒸着源とを備える反応性アーク蒸着タイプのPVD装置を利用し、
(Mec1,Mec2)(C,N,O)からなる上記第1の層（c）を、処理パラメータとして、使用する装置内のアーク電流を50〜200A、反応ガスの圧力を3〜50マイクロバール、堆積温度を400〜700℃、基板のバイアスを-150〜-300Vにして堆積させ、
(Med1, Med2)(C, N)からなる上記第2の層（d）を、処理パラメータとして、使用する装置内のアーク電流を50〜200A、反応ガスの圧力を3〜50マイクロバール、堆積温度を400〜700℃、基板のバイアスを-50〜-140Vにして堆積させ、
(Mee1, Mee2)(C, N, O)からなる上記の層（e）を、処理パラメータとして、使用する装置内のアーク電流を80〜210A、反応ガスの圧力を5〜50マイクロバール、堆積温度を400〜700℃、基板のバイアスを-30〜-150Vにして堆積させることを特徴とする請求項11に記載の方法。
【外国語明細書】
2008162008000001.pdf