(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端から第２端にかけて延びた棒形状の本体を有する回転工具であって、
前記本体は、前記第１端の側に切刃部、前記第２端の側にシャンク部を備え、
前記切刃部は、複数の稜部を有する基体と、少なくとも前記稜部上に位置する被覆層とを備え、
前記被覆層は、ＳｉｘＭ１−ｘＣ１-ｙＮｙ（ただし、Ｍは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、
Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ｘ≦０．５５、０≦ｙ≦１）を含有する層であり、
前記被覆層において、前記第１端に近い領域を第１領域、該第１領域よりも前記第１端から遠い領域を第２領域としたとき、
前記第１領域に含まれるＳｉの含有比率が、前記第２領域に含まれるＳｉの含有比率と異なっており、
前記第１領域及び前記第２領域の表面にドロップレットが存在し、
前記第１領域における前記ドロップレットの存在比率が、前記第２領域における前記ドロップレットの存在比率よりも少ない回転工具。
【請求項２】
前記被覆層は、Ｔｉを含有しており、
前記第１領域に含まれるＴｉの含有比率が、前記第２領域に含まれるＴｉの含有比率よりも多い請求項１に記載の回転工具。
【請求項３】
前記被覆層は、Ａｌを含有しており、
前記第１領域に含まれるＡｌの含有比率が、前記第２領域に含まれるＡｌの含有比率よりも多い請求項１又は２に記載の回転工具。
【請求項４】
前記被覆層は、Ｎｂを含有しており、
前記第１領域に含まれるＮｂの含有比率が、前記第２領域に含まれるＮｂの含有比率よりも少ない請求項１〜３のいずれか１つに記載の回転工具。
【請求項５】
前記切刃部は、前記稜部の間において前記第１端の側から前記第２端の側に向かい、前記被覆層上に位置する切屑排出溝をさらに備え、
該切屑排出溝に位置する前記被覆層を第３領域、前記切刃部における外周面に位置する前記被覆層を第４領域としたとき、前記第３領域の少なくとも一部におけるＳｉの含有比率が、前記第４領域に含まれるＳｉの含有比率よりも少ない請求項１〜４のいずれか１つに記載の回転工具。
【請求項６】
前記被覆層は、Ｔｉを含有しており、
前記第３領域の少なくとも一部におけるＴｉの含有比率が、前記第４領域に含まれるＴｉの含有比率よりも多い請求項５に記載の回転工具。
【請求項７】
前記被覆層は、Ａｌを含有しており、
前記第３領域の少なくとも一部におけるＡｌの含有比率が、前記第４領域に含まれるＡｌの含有比率よりも多い請求項５又は６に記載の回転工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基体の表面に被覆層が成膜されている回転工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドリル、エンドミル及びリーマなどの回転工具の一例として、回転軸を有する長尺形状であって、基体と、基体の表面を被覆した被覆層とを有する回転工具が知られている。例えば、特開２００３−４８１０７号公報（特許文献１）及び特開２００３−１７０３０３号公報（特許文献２）では、被覆層としてＴｉＡｌＳｉＮ層が開示されている。【０００３】
回転工具を用いて切削加工を行う際に、回転工具には、高い耐久性及び高い加工精度が望まれている。
【発明の概要】
【０００４】
一態様の回転工具は、第１端から第２端にかけて延びた棒形状の本体を有し、前記本体は、前記第１端の側に切刃部、前記第２端の側にシャンク部を備えている。前記切刃部は、複数の稜部を有する基体と、少なくとも前記稜部上に位置する被覆層とを備えている。前記被覆層は、ＳｉｘＭ１−ｘＣ１-ｙＮｙ（ただし、Ｍは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ｘ≦０．５５、０≦ｙ≦１）を含有する層である。また、前記被覆層において、前記第１端に近い領域を第１領域、該第１領域よりも前記第１端から遠い領域を第２領域としたとき、前記第１領域に含まれるＳｉの含有比率が、前記第２領域に含まれるＳｉの含有比率と異なっている。前記第１領域及び前記第２領域の表面にドロップレットが存在する。前記第１領域における前記ドロップレットの存在比率が、前記第２領域における前記ドロップレットの存在比率よりも少ない。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本実施形態の回転工具の一例であるドリルを示す斜視図である。
【図２】図１のドリルにおける切刃部のみの正面図である。
【図３】図１におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図４】本実施形態の回転工具の他の一例であるエンドミルを示す側面図である。
【図５】図４のエンドミルの正面図である。
【図６】基体の表面に被覆層を成膜する際のセット方法の一例を説明するための模式図である。
【図７】基体の表面に被覆層を成膜する際のセット方法の他の例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、複数の実施形態の回転工具について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で参照する各図は、説明の便宜上、各実施形態を構成する部材のうち主要な部材を簡略化して示したものである。従って、回転工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【０００７】
まず、第１実施形態の回転工具１０１について説明する。回転工具としては、例えばドリル、エンドミル及びリーマなどが挙げられるが、図１〜３においては、回転工具としてドリル１０１を例示している。
【０００８】
図１に示すドリル１０１は、ソリッドタイプのドリルであり、本体２を有している。本体２は、第１端Ｐから第２端Ｑにかけて延びた棒形状であって、回転軸Ｏの周りで回転可能である。第１端Ｐは切削加工時において被削材に最も早く接する部分であり、第２端Ｑは長手方向において第１端Ｐから最も遠い部分である。一般的に、第１端Ｐがドリルの先端と呼ばれ、第２端Ｑがドリルの後端と呼ばれる。
【０００９】
図１に示す本体２は、第１端Ｐの側に位置する切刃部３（フルート部）と、第２端Ｑの側に位置するシャンク部４とを備えている。本実施形態においては、第１端Ｐは切刃部３に位置しており、第２端Ｑはシャンク部４に位置している。ここで、切刃部３及びシャンク部４は、別体で形成されていても一体で形成されていてもよい。また、本実施形態における本体２は、切刃部３及びシャンク部４に加えて、切刃部３及びシャンク部４との間に位置するテーパ部５をさらに有している例を示している。
【００１０】
切刃部３は、図３に示すように、複数の稜部を有する基体６と、この稜部を覆う被覆層７とを備えている。また、本実施形態における切刃部３は、第１端Ｐの側に位置する切刃８と、稜部の間において第１端Ｐの側から第２端Ｑの側に向かい、被覆層７上に位置する切屑排出溝（以下、溝と略す。）９を有している。
【００１１】
また、図２に示すように切刃部３を第１端Ｐに向かって見た正面図において、切刃部３は、２つの切刃８と、これらの切刃８にそれぞれ隣接する逃げ面１０とを有する。溝９は、切刃８に隣接するとともに、切刃８を挟んで逃げ面１０とは反対側に位置する。本実施形態においては、溝９と逃げ面１０とが交差する稜線の少なくとも一部に切刃８が位置していると言い換えることもできる。なお、図２に示すＲは、ドリル１０１の回転方向を示す。図２においては、回転軸Ｏ及び第１端Ｐが重なり合っている。
【００１２】
図３は、図１におけるＸ−Ｘ断面の断面図を示している。切刃部３は、図３に示すように、基体６と、基体６の表面を覆う被覆層７とを有している。基体６は、超硬合金、サーメット、ｃＢＮ、高速度鋼等の硬質材料からなる。また、本実施形態においては、切刃部３が基体６を覆う被覆層７を有しているが、シャンク部４の表面が、被覆層７によって被覆されていても被覆されていなくてもよい。
【００１３】
本実施形態における被覆層７は、ＳｉｘＭ１−ｘ（Ｃ１−ｙＮｙ）（ただし、Ｍは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ｘ≦０．５５、０≦ｙ≦１）を含有する層である。Ｍとして、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ及びＮｂの少なくとも１種を含有することにより、被覆層７の硬度及び耐摩耗性を優れる。Ｍが、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｏ及びＮｂの少なくとも１種を含有する場合には、被覆層７の高温での耐酸化性を優れたものにできるため、例えば、高速切削におけるクレータ摩耗の進行を抑制できる。
【００１４】
より具体的な被覆層７の組成を例示すると、ＳｉｘＴｉｂＡｌｃＮｂｄＷｅ（Ｃ１−ｙＮｙ）（０．０１≦ｘ≦０．５５、０．１３≦ｂ≦０．８、０≦ｃ≦０．６５、０≦ｄ≦０．２５、０≦ｅ≦０．３、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１、０≦ｙ≦１）である。このとき、被覆層７が、１原子％未満の微量のＣｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ及びＹから選ばれる少なくとも１種を含有していてもよい。
【００１５】
被覆層７が上に例示した組成である場合には、被覆層７における酸化開始温度が高まるため、被覆層７の耐酸化性が高くなる。また、被覆層７は、内在する内部応力が適正な範囲内となるため耐欠損性が高まる。
【００１６】
また、被覆層７が上に例示した組成である場合には、被覆層７の硬度が高いため、基体６との密着性が高まる。そのため、難削材の加工、乾式切削、高速切削などの厳しい切削条件においても被覆層７の優れた耐摩耗性及び耐欠損性を発揮することができる。
【００１７】
また、被覆層７が上に例示した組成である場合において、ｂ（Ｔｉ含有比率）が０．１３以上であるときには、被覆層７の結晶構造が立方晶から六方晶に変化することによる硬度の低下が少ないため、被覆層７は高い耐摩耗性を有する。一方、ｂ（Ｔｉ含有比率）が０．８以下であるときには、被覆層７の耐酸化性及び耐熱性が高まる。ｂの特に望ましい範囲は０．２≦ｂ≦０．５である。
【００１８】
また、被覆層７が上に例示した組成である場合において、ｃ（Ａｌ組成比）が０．６５以下であるときには、被覆層７の結晶構造が立方晶から六方晶に変化することによる硬度の低下が少ない。ｃの望ましい範囲は０．４５≦ｃ≦０．６５であり、特に望ましい範囲は、０．５≦ｃ≦０．６３である。
【００１９】
また、被覆層７が上に例示した組成である場合において、ｄ（Ｎｂ含有比率)が０．２５以下であるときには、被覆層７の耐酸化性及び硬度の低下が少ないため、被覆層７は高い耐摩耗性を有する。ｄの特に望ましい範囲は０．０２≦ｄ≦０．２２である。
【００２０】
また、被覆層７が上に例示した組成である場合において、ｅ（Ｗ含有比率)が０．３以下であるときには、被覆層７の耐酸化性及び硬度の低下が少ないため、被覆層７は高い耐摩耗性を有する。ｅの特に望ましい範囲は０．０２≦ｅ≦０．２２である。
【００２１】
また、被覆層７に含まれる成分のうち非金属成分であるＣ、Ｎは、回転工具に必要な硬度及び靭性の観点から、ｙ（Ｎ含有比率）は０≦ｙ≦１、特に、０．８≦ｙ≦１である。ここで、本実施形態によれば、上記の被覆層７の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分光分析法（ＥＤＸ）又はＸ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）にて測定できる。
【００２２】
逃げ面１０における被覆層７の厚みｔｆは特定の値に限定されないが、例えば０．５〜３μｍに設定できる。ｔｆが上記の値である場合には、切刃８における耐摩耗性とドリル１０１の剛性の向上とのバランスを保って、工具寿命を長くすることができる。
【００２３】
また、被覆層７は、必ずしも上記の組成の層のみによって構成されていなくてもよく、上記の組成の層とは異なる組成からなる別の層が積層された構造であってもよい。被覆層７が複数の層からなる場合において、一部の層がＳｉを含まないものであってもよく、また、Ｓｉの含有比率が互いに異なっていてもよい。また、被覆層７が、異なる組成の２層が交互に積層された構成であってもよい。
【００２４】
組成の異なる２種類以上の多層構成からなる被覆層７は、例えば、成膜装置のチャンバの内壁側面に、組成の異なるターゲットを一定の間隔をあけて配置した状態で、成膜する試料を回転させながら成膜することによって作製することができる。なお、本実施形態では、下記に示す方法で被覆層７の表面から、被覆層７の全体の組成を分析したものを被覆層７の組成とする。
【００２５】
具体的には、被覆層７の組成は、例えば、切刃８に隣接する逃げ面１０を測定面としたとき、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）によって、逃げ面１０における表面を測定し、ここで得られた組成を被覆層７の組成とする。なお、被覆層７が多層構造であっても、ＥＰＭＡによる表面の測定によって得られた組成を被覆層７の組成とする。
【００２６】
第１実施形態のドリル１０１では、被覆層７において、第１端Ｐに近い領域を第１領域７ａ、第１領域７ａよりも第１端Ｐから遠い領域を第２領域７ｂとしたとき、第１領域７ａに含まれるＳｉの含有比率が、第２領域７ｂに含まれるＳｉの含有比率と異なる。具体的には、第１領域７ａに含まれるＳｉの含有比率が、第２領域７ｂに含まれるＳｉの含有比率よりも少ない。
【００２７】
第１実施形態のドリル１０１において、第１領域７ａに含まれるＳｉの含有比率が、第２領域７ｂｂに含まれるＳｉの含有比率よりも少ないことから、ドリル１０１の耐久性を高めることができるともに、切削加工時の加工精度を高めることができる。
【００２８】
具体的には、例えば、欠損しやすいＣＦＲＰ材における炭素繊維及び樹脂などのように互いに硬度が異なる材質が混在した被削材を加工する場合、互いに硬度の異なる複数の材質を積層した積層材のような被削材を加工する場合、及び、肩加工のような断続的な衝撃がかかる切削によって加工する場合のそれぞれにおいて、回転軸Ｏ付近で被覆層７が剥離することが抑制されるため、第１端Ｐの側に位置する切刃８の耐欠損性を高めることができる。
【００２９】
また、第２領域７ｂに含まれるＳｉ含有比率が多い。これにより、切刃部３における第２端Ｑの側では、第２領域７ｂによって基体６に圧縮応力を付与することができるため、基体６の剛性が向上する。基体６の剛性が向上することから、切削加工時におけるドリル１０１の振動が抑制され、加工精度が向上する。
【００３０】
また、被覆層７に含まれるＳｉの含有比率が、第１端Ｐの側から第２端Ｑの側に向かって漸次増加する形態となっているときには、基体６の剛性がより適正となり、ドリル１０１の加工精度がより向上する。なお、ここで漸次増加とは、被覆層７における第１端Ｐの側の端部及び第２端Ｑの側の端部を含み、等間隔で設定された５点におけるＳｉの含有比率をそれぞれ測定した場合に、第１端Ｐの側の端部から第２端Ｑの側の端部にかけて単調に増加している構成を意味する。
【００３１】
また、被覆層７がＴｉを含有しており、第１領域７ａに含まれるＴｉの含有比率が、第２領域７ｂに含まれるＴｉの含有比率よりも多い場合には、ドリル１０１の耐久性をさらに高めることができるともに、切削加工時の加工精度をより高めることができる。
【００３２】
また、被覆層７がＡｌを含有しており、第１領域７ａに含まれるＡｌの含有比率が、第２領域７ｂに含まれるＡｌの含有比率よりも多い場合においても、ドリル１０１の耐久性をさらに高めることができるともに、切削加工時の加工精度をより高めることができる。
【００３３】
また、被覆層７がＮｂを含有しており、第１領域７ａに含まれるＮｂの含有比率が、第２領域７ｂに含まれるＮｂの含有比率よりも少ない場合においても、ドリル１０１の耐久性をさらに高めることができるともに、切削加工時の加工精度をより高めることができる。
【００３４】
また、切削部３における第１領域７ａ及び第２領域７ｂの表面に被覆層７とは組成が異なる複数のドロップレットと呼ばれる粒状物質が存在していてもよい。このとき、第１領域７ａにおけるドロップレットの存在比率が、第２領域７ｂにおけるドロップレットの存在比率よりも少ない場合には、切刃８に溶着が生じることを抑制できるとともに、切削液を用いた加工において切刃部３で保持できる切削液の量を増加できる。
【００３５】
なお、第１領域７ａにおけるドロップレットの存在比率が、第２領域７ｂにおけるドロップレットの存在比率よりも少ないとは、第１領域７ａにおけるドロップレットの密度が、第２領域７ｂにおけるドロップレットの密度よりも低いと言い換えることができる。
【００３６】
また、第２領域７ｂにおけるドロップレットの大きさが、第１領域７ａにおけるドロップレットの大きさよりも大きい場合においても、切刃８に溶着が生じることを抑制できるとともに、切削液を用いた加工において切刃部３で保持できる切削液の量を増加できる。
【００３７】
ドロップレットの存在比率が、第２端Ｑから第１端Ｐに向かって減少している場合、具体的には、第２端Ｑから第１端Ｐに向かう３箇所以上でドロップレットの存在比率が単調に減少している場合には、切刃８に溶着が生じることを一層抑制できる。
【００３８】
なお、ドロップレットの存在比率は、被覆層７の表面のＳＥＭ写真からドロップレットを特定し、例えば１０μｍ×１０μｍの領域におけるドロップレットの個数を数えればよい。このとき、直径０．２μｍ以上の粒子をドロップレットとして特定する。なお、ＳＥＭ写真の撮影箇所は、溝９の外周部分とするなど、第１端Ｐの側と第２端Ｑの側とで合わせるものとする。
【００３９】
また、ドロップレットにおけるＭの含有比率が、被覆層７におけるＭの含有比率よりも多い場合には、ドロップレットにおけるＳｉの含有比率を相対的に少なくできるため、切刃８に溶着が生じることを一層抑制できる。
【００４０】
また、溝９に位置する被覆層７を第３領域７ｃ、切刃部３における外周面に位置する被覆層７を第４領域７ｄとしたとき、第３領域７ｃの少なくとも一部におけるＳｉの含有比率が、第４領域７ｄに含まれるＳｉの含有比率よりも少ない場合には、外周刃２３における耐熱性を高めることができるとともに、溝９における摺動性を高めることができる。なお、第３領域７ｃ及び第４領域７ｄに含まれるＳｉの含有比率は、切刃部３における回転軸Ｏに沿った方向での同じ位置においてそれぞれ測定すればよい。
【００４１】
また、被覆層７がＴｉを含有しており、第３領域７ｃの少なくとも一部におけるＴｉの含有比率が、第４領域７ｄに含まれるＴｉの含有比率よりも多い際には、外周刃２３における耐熱性をさらに高めることができるとともに、溝９における摺動性をさらに高めることができる。なお、第３領域７ｃ及び第４領域７ｄに含まれるＴｉの含有比率は、Ｓｉの含有比率と同様に、切刃部３における回転軸Ｏに沿った方向での同じ位置においてそれぞれ測定すればよい。
【００４２】
また、被覆層７がＡｌを含有しており、第３領域７ｃの少なくとも一部におけるＡｌの含有比率が、第４領域７ｄに含まれるＡｌの含有比率よりも多い場合には、外周刃２５における耐熱性をさらに高めることができるとともに、溝９における摺動性をさらに高めることができる。なお、第３領域７ｃ及び第４領域７ｄに含まれるＡｌの含有比率は、Ｓｉの含有比率と同様に、切刃部３における回転軸Ｏに沿った方向での同じ位置においてそれぞれ測定すればよい。
【００４３】
基体６を構成する材質としては、例えば、金属、超硬合金、サーメット及びセラミックスなどが挙げられる。金属としては、例えば、ステンレス及びチタンが挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、ＷＣ（炭化タングステン）−Ｃｏ（コバルト）、ＷＣ−ＴｉＣ（炭化チタン）−Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ（炭化タンタル）−Ｃｏ及びＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｒ３Ｃ２（炭化クロム）−Ｃｏが挙げられる。ここで、ＷＣ、ＴｉＣ、ＴａＣ及びＣｒ３Ｃ２は硬質粒子であり、Ｃｏは結合相である。
【００４４】
また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料である。具体的には、サーメットとして、ＴｉＣ及びＴｉＮ（窒化チタン）などのチタン化合物を主成分としたものが一例として挙げられる。セラミックスとしては、例えば、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）やＳｉ３Ｎ４（窒化珪素）、ｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素：Cubic Boron Nitride）が挙げられる。
【００４５】
次に、第２実施形態の回転工具２０１について説明する。第１実施形態においては回転工具としてドリル１０１を例示していたが、本実施形態における回転工具は、図４、５に示すようにエンドミル２０１である。なお、本実施形態のエンドミル２０１において、第１実施形態のドリル１０１と同様の構成である事項については、図４、５において同じ符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図４のエンドミル２０１はソリッドタイプのエンドミルであり、回転軸Ｏの周りで回転可能な本体２を有している。図４に示す本体２は、第１実施形態のドリル１０１と同様に切刃部３及びシャンク部４を有しているが、第１実施形態におけるテーパ部５に相当する構成を有していない。
【００４７】
切刃部３は、基体６と、被覆層７と、第１端Ｐの側に位置する底刃２１とを備えている。また、本実施形態における切刃部３は、切刃部３の外周面に位置して、第１端Ｐの側から第２端Ｑの側に向かう外周刃２３と、外周刃２３に沿って第１端Ｐの側から第２端Ｑの側に向かう切屑排出溝（溝）９と、第１端Ｐの側において底刃２１に沿って延びており、底刃２１及び溝９の間に位置するギャッシュ２５とを備えている。なお、外周刃２３は、第１端Ｐの側において底刃２１に接続されていてもよい。この場合には、溝９は、第１端Ｐの側において底刃２１に接してもよい。
【００４８】
本実施形態においては、複数の稜部が外周刃２３として機能する。そのため、溝９は、外周刃２３の間において第１端Ｐの側から第２端Ｑの側に向かい、被覆層７上に位置している、と言い換えてもよい。
【００４９】
図５に示すエンドミル２０１の正面図（第１端Ｐに向かって見た図）によれば、エンドミル２０１は、各底刃２１に対してエンドミル２０１の回転方向の前方にそれぞれ溝９の一部が位置している。また、各底刃２１に対して回転方向の後方には底逃げ面２７が隣接している。図５のＤは底刃２１の外周端が回転したときに描かれる円の直径であり、エンドミル２０１の加工径である。
【００５０】
本実施形態のエンドミル２０１においては、第１実施形態におけるドリル１０１と同様に、被覆層７が、ＳｉｘＭ１−ｘ（Ｃ１−ｙＮｙ）（ただし、Ｍは、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＹから選ばれる少なくとも１種、０．０１≦ｘ≦０．５５、０≦ｙ≦１）を含有する層である。
【００５１】
このとき、第１領域７ａに含まれるＳｉの含有比率が、第２領域７ｂに含まれるＳｉの含有比率と異なっている。具体的には、第１領域７ａに含まれるＳｉの含有比率が、第２領域７ｂに含まれるＳｉの含有比率よりも少なくなっている。
【００５２】
第２実施形態のエンドミル２０１は、底刃２１に大きな衝撃がかかる切削加工に用いることが可能である。このような用途に用いられるエンドミル２０１において、被覆層７に含まれるＳｉの含有比率が上記の構成となっていることから、第１実施形態と同様に、被覆層７が剥離することが抑制されることによってエンドミル２０１の耐久性を高めることができるともに、切削加工時の加工精度を高めることができる。また、エンドミル２０１においては、端面加工の際に、外周刃２３が被削材と接触する終端において生じる境界摩耗の進行も抑制することができる。
【００５３】
また、本実施形態における切刃部３は、第１実施形態と同様に、複数のドロップレットを有していてもよい。このとき、第１領域７ａにおけるドロップレットの存在比率が、第２領域７ｂにおけるドロップレットの存在比率よりも低い場合には、底刃２１に切屑の溶着が生じることを抑制できるとともに、切削液を用いた加工において切刃部３で保持できる切削液の量を増加できる。
【００５４】
（製造方法）
次に、一態様の回転工具の製造方法について説明する。本態様では、回転工具として第２実施形態に示すエンドミル２０１を対象としている。
【００５５】
まず、金属、超硬合金、サーメット又はセラミックスなどからなる円柱状体を準備し、加工機を用いて所望形状に加工することにより、基体６を得る。次に、基体６の表面に、被覆層７を成膜する。被覆層７の成膜方法として、イオンプレーティング法及びスパッタリング法などの物理蒸着（ＰＶＤ）法が好適に適応可能である。
【００５６】
成膜方法の一例について、図６のアークイオンプレーティング成膜装置（以下、ＡＩＰ装置４０と略す。）を用いた成膜方法について説明する。
【００５７】
まず、基体６を配置し、真空チャンバ（以下、チャンバと略す。）４１の中にＮ２やＡｒ等のガスをガス導入口４２から導入する。次に、チャンバ４１に配置されているカソード電極４３及びアノード電極４４の間に高電圧を印加してプラズマを発生させる。
【００５８】
そして、このプラズマによってメインターゲット４５（４５ａ、４５ｂ）から所望の金属あるいはセラミックスを蒸発させるとともにイオン化させて高エネルギー状態とする。このイオン化した金属を試料（基体６）の表面に付着させることによって、基体６の表面に被覆層７を被覆することができる。
【００５９】
また、図６によれば、基体６が試料支持台４６にセットされることによってタワー４７が構成され、複数のタワー４７がテーブル４８に載置された構成となっている。さらに、図６によれば、基体６を加熱するためのヒータ４９と、ガスを系外に排出するためのガス排出口５０と、基体６にバイアス電圧を印加するためのバイアス電源５１とがチャンバ４１に配置されている。なお、図６の基体６は、図４−５に記載されたエンドミル２０１の形状からなる基体である。
【００６０】
チャンバ４１の側壁面には、Ｓｉの含有比率が異なる少なくとも２つのターゲット（４５ａ、４５ｂ）がセットされている。このとき、Ｓｉ含有比率が多い第１ターゲット４５ａをチャンバ４１の側壁面の下側にセットし、Ｓｉを含有しないか、又はＳｉの含有比率が少ない第２ターゲット４５ｂをチャンバ４１の側壁面の上側にセットする。
【００６１】
第１ターゲット４５ａは、金属シリコン（Ｓｉ）、及び所定の金属Ｍ（ただし、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＹから選ばれる少なくとも１種以上）を含有する。第２ターゲット４５ｂは、所定の金属Ｍ（ただし、ＭはＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＹから選ばれる少なくとも１種以上）を含有しており、金属シリコン（Ｓｉ）に関しては、含有しないか、又は第１ターゲット４５ａよりも少ない含有比率とする。
【００６２】
本態様によれば、チャンバ内に基体６をセットする際、図６に示すように、第１端Ｐが上、第２端Ｑが下を向くようにセットする。そして、チャンバ４１の側壁面における、相対的に上側に第２ターゲット４５ｂを載置し、相対的に下側に第１ターゲット４５ａを載置する。これによって、基体６の表面に成膜される被覆層７中の各金属の比率、及びドロップレットの存在状態を変化させることができる。
【００６３】
なお、本態様において、第１ターゲット４５ａをチャンバ４１の側壁面における相対的に上側に、第２ターゲット４５ｂをチャンバ４１の側壁面における相対的に下側にそれぞれセットするとともに、基体６の第１端Ｐが下、第２端Ｑが上を向くようにセットしてもよい。
【００６４】
また、回転工具として第１実施形態に示すドリル１０１を対象とする場合においても、第１ターゲット４５ａ及び第２ターゲット４５ｂについて上記の位置関係とすればよい。一方、回転工具として第３実施形態に示すドリル１０１を対象とする場合においては、第１ターゲット４５ａをチャンバ４１の側壁面における相対的に下側に、第２ターゲット４５ｂをチャンバ４１の側壁面における相対的に上側にそれぞれセットして、基体６の第１端Ｐが上、第２端Ｑが下を向くようにセットすればよい。
【００６５】
また、第３実施形態に示すドリル１０１と同様に、第１領域７ａに含まれるＳｉの含有比率が、第２領域７ｂに含まれるＳｉの含有比率よりも多いエンドミルを製造する場合においては、例えば図７に示すように、基体６、第１ターゲット４５ａ及び第２ターゲット４５ｂをそれぞれセットすればよい。
【００６６】
上記のターゲットを用いて、アーク放電やグロー放電などにより金属源を蒸発させイオン化すると同時に、窒素源の窒素（Ｎ２）ガス及び／又は炭素源のメタン（ＣＨ４）／アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスと反応させるイオンプレーティング法又はスパッタリング法によって被覆層７を成膜する。なお、被覆層７の硬度を高めるとともに基体６との密着性を高めるため、上記の被覆層７を成膜する際には３５〜３００Ｖのバイアス電圧を印加すればよい。
【実施例１】
【００６７】
平均粒径０．８μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末を主成分として、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を１０質量％、平均粒径１μｍの炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を０．１質量％、平均粒径１μｍの炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末を０．３質量％の割合で添加し混合し、成形、焼成して超硬合金からなる基体を作製した。また、基体に刃付け加工によって、図４及び図５に示すエンドミルの形状に加工した。【００６８】
このようにして作製した基体及び表１に示すターゲットをチャンバにそれぞれセットした。このとき、第１端が上、第２端が下を向くように基体をチャンバにセットした。さらに、成膜温度５４０℃として、表１に示すバイアス電圧を印加するとともにアーク電流１５０Ａをそれぞれ流すことによって、表２〜３に示す組成の被覆層を成膜した。【００６９】
得られた試料に対して、被覆層の表面から、底刃の底逃げ面（表中、第１端側と記載）、底刃から２０ｍｍ後方の位置における外周面（表中、第２端側と記載）、底刃から１０ｍｍ後方の位置における外周面（表中、第２領域と記載）及び底刃から１０ｍｍ後方の位置における溝底（表中、第１領域と記載）の各位置の任意３箇所、及び各位置の表面上に形成されたドロップレットを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、各位置での組成を分析した。３か所の平均組成を被覆層の組成として表記した。また、１視野における１０μｍ×１０μｍの任意領域における直径０．２μｍ以上のドロップレットの個数を測定し、測定箇所５箇所における平均個数を算出した。結果は表１〜２に示した。【００７０】
さらに、各試料の被覆層を含む断面についてＳＥＭ観察を行い、底刃から１０ｍｍ後方の位置について、回転軸Ｏに対して垂直な断面を取り、第４領域における被覆層の厚みを測定したところ、２μｍであった。【００７１】
【表１】
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【００７２】
【表２】
0006646137.tif 000003
【００７３】
次に、得られたエンドミルを用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表３に示した。
（切削条件）
切削方法：側面切削
被削材  ：チタン合金(Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ)
切削速度（送り）：７９ｍ／分
送り    ：０．０６ｍｍ／刃
切り込み：深さ２０ｍｍ、幅１ｍｍ、加工径φ１０ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：まず、切削加工を２０ｍ行い、ワークの加工面の倒れ量をダイヤルゲージにより測定した。その後、切削加工を再開して、エンドミルが寿命に至った切削長を評価した。また、寿命に至ったエンドミルの刃先状態を確認した。なお、倒れ量とは、被削材の壁面の上端と下端の位置について、被削材の底面に垂直な方向のずれ幅の意味である。【００７４】
【表３】
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【００７５】
表１〜３に示す結果より、第１層における第１端の側に位置する部分に含まれるＳｉの含有比率が第１層における第２端の側に位置する部分に含まれるＳｉの含有比率よりも少ない試料Ｎｏ．Ｉ−１〜７では、いずれも切刃におけるチッピングの発生が少なく、かつ加工面の倒れ量が小さくて高い加工精度の切削性能を発揮した。
【実施例２】
【００７６】
実施例１の試料Ｎｏ．１に対して、被覆層の下層として、第１端の側における組成が、Ｓｉ０．０１Ｔｉ０．５３Ａｌ０．４３Ｗ０．０１Ｎｂ０．０２Ｎからなる層を１μｍ、上層として、底逃げ面における組成が、Ｓｉ０．０１Ｔｉ０．３３Ａｌ０．５６Ｎｂ０．１Ｎからなる層を１μｍの２層が積層された被覆層とする以外は、実施例１と同様にエンドミルを作製した。【００７７】
被覆層の全体組成は、第１端の側における組成が、Ｓｉ０．０１Ｔｉ０．４３Ａｌ０．４９Ｗ０．０１Ｎｂ０．０６Ｎ、第２端の側における組成が、Ｓｉ０．０３Ｔｉ０．４Ａｌ０．５６Ｗ０．０１Ｎｂ０．１Ｎ、第２領域における組成が、Ｓｉ０．０２Ｔｉ０．３６Ａｌ０．５３Ｗ０．０１Ｎｂ０．０８Ｎ、第１領域における組成が、Ｓｉ０．０１Ｔｉ０．３２Ａｌ０．５５Ｗ０．０１Ｎｂ０．１１Ｎであった。【００７８】
実施例１と同様に切削評価をした結果、加工長８０ｍ、倒れ量２５μｍであり、加工終了時の切刃の状態は定常摩耗していた。
【実施例３】
【００７９】
実施例１と同様に図４及び図５に示すエンドミルの形状に加工した基体を用いた。実施例１と同様に作製された基体及び表４に示すターゲットをチャンバにそれぞれセットした。このとき、実施例１と同様に、第１端が上、第２端が下を向くように基体をチャンバにセットした。さらに、成膜温度５４０℃として、表４に示すバイアス電圧を印加するとともにアーク電流１５０Ａをそれぞれ流すことによって、表５〜６に示す組成の被覆層を成膜した。【００８０】
得られた試料に対して、実施例１と同様にエンドミルの特性を分析した。結果は表５〜６に示した。さらに、第４領域における被覆層の厚みを測定したところ、２μｍであった。【００８１】
【表４】
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【００８２】
【表５】
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【００８３】
次に、得られたエンドミルを用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表３に示した。
（切削条件）
切削方法：溝切削
被削材  ：ＳＣＭ４４０
切削速度（送り）：７８ｍ／分
送り    ：０．０３５ｍｍ／刃
切り込み：深さ１５ｍｍ、幅１０ｍｍ、加工径φ１０ｍｍ
切削状態：乾式
評価方法：切削距離５０ｍにおける摩耗量を確認した。工具寿命までの切削距離を比較するとともに、寿命に至ったエンドミルの刃先状態を確認した。【００８４】
【表６】
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【００８５】
表４〜６に示す結果より、第１領域に含まれるＳｉの含有比率が第２領域に含まれるＳｉの含有比率よりも多い試料Ｎｏ．ＩＩ−１〜７では、いずれも切刃における摩耗の進行が遅くて耐摩耗性に優れる良好な切削性能を発揮した。
【符号の説明】
【００８６】
１０１  回転工具（ドリル）
２０１  回転工具（エンドミル）
２  本体
３    切刃部
４    シャンク部
５    テーパ部
６    基体
７    被覆層
８    切刃
９    切屑排出溝（溝）
１０  逃げ面
１１  第１層
２１  底刃
２３  外周刃
２５  ギャッシュ
２７  底逃げ面
４０  ＡＩＰ装置
４１  チャンバ
４２  ガス導入口
４３  カソード電極
４４  アノード電極
４５  メインターゲット
４５ａ  第１ターゲット
４５ｂ  第２ターゲット
４６  試料支持台
４７  タワー
４８  テーブル
４９  ヒータ
５０  ガス排出口
５１  バイアス電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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