(57)【要約】【課題】  切削の際に、Ｔｉが被覆膜中に含有することによるポーラスなＴｉ酸化物層の形成を防止し、刃先の欠けやチッピングを防止し、また、被覆膜の剥離を防止し、良好な湿潤性を有する被覆切削工具を提供すること。【解決手段】  基材と、該基材の表面上に形成された被覆膜とを備える被覆切削工具において、前記被覆膜は（Ａｌ１−ｘＶｘ）の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物のいずれか（ただし、ｘは０．２４以上０．４５以下）であることを特徴とする被覆切削工具。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材の表面上に形成された被覆膜とを備える被覆切削工具において、前記被覆膜は（Ａｌｘ−１Ｖｘ）の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物のいずれかであり、ただし、ｘは０．２４以上０．４５以下であることを特徴とする、被覆切削工具。
【請求項２】
前記被覆膜の残留圧縮応力または硬度の少なくともいずれか一方は、前記基材から前記被腹膜の表面へかけて連続的または段階的に変化していることを特徴とする、請求項１に記載の被覆切削工具。
【請求項３】
前記被覆膜の内部圧縮応力は−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の範囲で前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に増加しているか、あるいは、前記被腹膜のナノインデンターによる硬度は１８ＧＰａ以上５５ＧＰａ以下の範囲で前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に増加することを特徴とする、請求項１または２に記載の被覆切削工具。
【請求項４】
前記被覆膜の内部圧縮応力は−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の範囲で前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に低下するか、あるいは、前記被覆膜のナノインデンターによる硬度が１８ＧＰａ以上５５ＧＰａ以下の範囲で前記基材側から前記被腹膜の表面側へかけて連続的または段階的に低下していることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項５】
前記被腹膜の厚みは、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項６】
前記基材と前記被覆膜との間に、０．００５μｍ以上５．０μｍ以下の厚みを有する、ＴｉまたはＣｒ、Ｔｉの窒化物、ＴｉＡｌの窒化物、あるいはＣｒの窒化物を付着強化層として備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項７】
前記被腹膜の結晶構造が立方晶であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項８】
前記基材は、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硼素焼結体、酸化アルミニウムと炭化チタンからなる基材のいずれかである請求項１〜７のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項９】
ドリル、エンドミル、フライス加工用および旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、およびタップとして用いられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項１０】
前記被覆膜は、物理的蒸着法により被覆されたことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【請求項１１】
前記被覆膜はアーク式イオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタ法により被覆されたことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆切削工具に関し、具体的には、耐摩耗性を有する被覆膜を備えた被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の切削工具の動向として、地球環境保全の観点からゼロエミッション加工となるドライ加工が志向されていること、耐熱合金やＰｂレス合金など被削材が多様化していること、加工能率を一層向上させるため切削速度や送り速度がより高速になってきていること、などから、工具刃先温度はますます高温になる傾向であり、工具材料に要求される特性は厳しくなる一方である。
【０００３】
特に工具材料の要求特性として、高温での被膜の安定性（耐酸化特性や被膜の密着性）はもちろんのこと、切削工具寿命に関係する耐摩耗性、すなわち被膜の高温における硬度の向上や潤滑油剤に変わる被膜の潤滑特性が一段と重要となっている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１によれば、Ｓｉを適量含有したＴｉを主成分とする窒化物、炭窒化物、酸窒化物および酸炭窒化物、ならびに、ＴｉとＡｌとを主成分とする窒化物、炭窒化物、酸窒化物および酸炭窒化物を、ＴｉＳｉ系化合物等の微細組織構造がＴｉを主成分とする窒化物、炭窒化物、酸窒化物および酸炭窒化物中に、Ｓｉ３Ｎ４およびＳｉが独立相として存在するようにそれぞれ一層以上交互に被覆した切削工具を用いて乾式の高速切削加工を行うと、切削工具の性能が極めて良好となることが開示されている。この特許文献１によれば、従来のＴｉＡｌＮ膜では切削加工において起こる表面酸化で形成されるアルミナ層は、酸素の内向拡散に対し酸化保護膜として機能するものの、動的な切削加工においては、最表面のアルミナ層は、その直下のポーラスなＴｉ酸化物層より容易に剥離してしまい酸化の進行に対して十分でないが、下記特許文献１のＴｉＳｉ系被膜は膜自体の耐酸化性が極めて高いだけではなく、最表面にＳｉを含む非常に緻密なＴｉとＳｉとの複合酸化物が形成されるので、従来問題となっていたポーラスなＴｉ酸化物層が形成されず、結果として性能が向上すると示されている。さらに、ＴｉＡｌ系膜の直上にＴｉＳｉ系被膜を被覆することが重要であるとの被覆の順序の示唆もある。
【０００５】
しかしながら、上記被膜を検討した結果、特に断続切削に用いた場合、刃先が欠けやすいという問題があった。また、被膜の硬度が高いために内部に蓄積する圧縮の内部圧縮応力が高くなり、特に鋭利な刃先で膜が剥離してしまう問題もあった。加えて、ドライ加工時に問題となる被膜の潤滑性に関しては示唆も開示もない。
【０００６】
潤滑性、すなわち溶着防止の観点から、表面に１０００℃以下の融点をもった酸化物で覆われた被膜、具体的には、チタンとバナジウムと窒素の化合物であって、最表面には少なくとも酸化バナジウムを含む切削工具が、下記特許文献２に開示されている。また、同じような効果を得るために、下記特許文献３には、表面層に、（ＶｕＴｉ１−ｕ）（ＮｖＣ１−ｖ）ただし、０．２５≦ｕ≦０．７５、０．６≦ｖ≦１を被覆することを開示している。ここでも、Ｖが添加されたＶＴｉＮが潤滑性と耐溶着性に寄与することが示されている。
【０００７】
ところが、下記特許文献２と下記特許文献３に開示の被膜は、常にＴｉを含むことから、上述の特許文献１において記載したとおり、高温で被膜が酸化した場合にポーラスなＴｉ酸化物層ができてしまうので、容易に被膜が剥離してしまい、酸化の進行に対して不十分であった。
【０００８】
そこで、本発明者らは被膜の剥離性や欠損性を維持させたまま耐摩耗性および潤滑性に優れる膜を得るためには、Ｔｉを膜中に含まず、被覆膜は（Ａｌｘ−１Ｖｘ）の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物（ただし、ｘは０．２４以上０．４５以下）であり、また、高硬度な被膜中の内部圧縮応力や硬度を変化させることが有効であるという知見を得て、本発明に至った。
【特許文献１】特許第３３４７６８７号公報
【特許文献２】特許第３２５０９６６号公報
【特許文献３】特開２０００−１９９０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来の技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、切削の際に、Ｔｉが被覆膜中に含有することによるポーラスなＴｉ酸化物層の形成を防止し、刃先の欠けやチッピングを防止し、また、被覆膜の剥離を防止し、良好な湿潤性を有する被覆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】
【００１０】
本発明は、基材と、該基材の表面上に形成された被覆膜とを備える被覆切削工具において、前記被覆膜は（Ａｌｘ−１Ｖｘ）の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物のいずれか（ただし、ｘは０．２４以上０．４５以下）であることを特徴とする被覆切削工具を提供する。
【００１１】
好ましくは、前記被覆膜の内部圧縮応力または硬度の少なくともいずれか一方は、前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に変化している。
【００１２】
好ましくは、前記被覆膜の内部圧縮応力は−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の範囲で前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に増加しているか、あるいは、前記被覆膜のナノインデンターによる硬度は１８ＧＰａ以上５５ＧＰａ以下の範囲で前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に増加する。
【００１３】
好ましくは、前記被覆膜の内部圧縮応力は−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の範囲で前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に低下するか、あるいは、前記被覆膜のナノインデンターによる硬度が１８ＧＰａ以上５５ＧＰａ以下の範囲で前記基材側から前記被覆膜の表面側へかけて連続的または段階的に低下している。
【００１４】
好ましくは、前記被覆膜の厚みは、０．５μｍ以上１５．０μｍ以下である。
【００１５】
好ましくは、前記基材と前記被覆膜との間に、０．００５μｍ以上５．０μｍ以下の厚みを有する、ＴｉまたはＣｒ、Ｔｉの窒化物、ＴｉＡｌの窒化物、あるいはＣｒの窒化物を付着強化層として備える。
【００１６】
好ましくは、前記被覆膜の結晶構造が立方晶である。
【００１７】
好ましくは、前記基材は、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硼素焼結体、酸化アルミニウムと炭化チタンからなる基材のいずれかである。
【００１８】
好ましくは、本発明の被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、フライス加工用および旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、およびタップとして用いられる。
【００１９】
好ましくは、前記被覆膜は、物理的蒸着法により被覆されている。
【００２０】
好ましくは、前記被覆膜はアーク式イオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタ法により被覆されている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に従えば、ドリル、エンドミル、フライス加工用および旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどにおける耐剥離性、耐摩耗性の向上が図れるため、寿命の長い被覆切削工具を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の被覆切削工具は、基材と、該基材の表面上に形成された被覆膜とを備え、前記被覆膜は（Ａｌｘ−１Ｖｘ）の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物のいずれかであることを特徴とする。ただし、ｘは、０．２４以上０．４５以下である。
【００２３】
特に、本発明の被覆切削工具における被覆膜において、金属成分としてＴｉを含まず、Ａｌを主成分としていることに特徴を有する。このようにＡｌを主成分とし、Ｔｉを含まないことで、切削加工時に被覆膜表面が酸化してもポーラスなＴｉの酸化物は形成されることがない。また、Ａｌを含有することで耐酸化特性が向上するとともに、熱伝導率が高くなり、切削加工時の発熱を工具表面から大気中または工作機械を通して逃がすことができるので好ましい。また、Ａｌを含有することにより、表面での好ましい潤滑性能を得ることができるので、耐溶着性能が向上し、結果として、切削抵抗の減少および切りくず排出性を向上することができる。
【００２４】
本発明の切削被覆工具において、被覆膜を構成する成分である（Ａｌｘ−１Ｖｘ）において、ｘは０．２４以上０．４５以下である。すなわち、上記ＡｌとＶとの二成分系において、Ｖの量が０．２４以上０．４５以下である。Ｘが０．４５を超えるか０．２４を下回ると、被覆膜の硬度が低下し、耐摩耗性に問題が出るためである。さらに好ましくは、ｘは０．３以上０．４以下である。被覆膜中にＶがあると、切削時の高温環境で被覆膜表面が酸化されるが、その際、Ｖの酸化物は低融点であるので切削時の潤滑剤として作用し被削材の凝着を抑える効果が期待できることから好ましい。
【００２５】
また、本発明の被覆切削工具における被覆膜において、Ｖを上記範囲で添加することにより、常温常圧で準安定相である立方晶のＡｌ化合物を形成することができる点でも好ましい。例えば、窒化物であるＡｌＮを例にとると、通常はＡｌＮの結晶構造は六方晶であるが準安定相である立方晶となった場合の推定格子定数は４．１２Åであるのに対して、常温常圧で立方晶が安定相であるＶＮの格子定数は４．１４Åであり、立方晶のＡｌＮと非常に近いため、その引き込み効果によりＡｌＮは立方晶化して、高硬度化する。従って、被膜の結晶構造は立方晶であることが好ましい。
【００２６】
また、本発明における被覆膜にはＴｉが含まれないので、切削加工のなかでも、難削材と呼ばれるＴｉ合金の加工に対して、特に耐凝着性の効果を発揮する。
【００２７】
また、本発明において、被覆膜中にシリコン（Ｓｉ）やホウ素（Ｂ）を原子％で１０％未満の範囲で含まれていてもよい。被覆膜中にＳｉが存在すると、被膜の組織が柱状から針状へ微細化するととともに、被覆膜の硬度が向上するので好ましい。また、Ｂが被膜中に含まれると、メカニズムはわかっていないがさらに高硬度な被覆膜が得られることから好ましい。また、Ｂが被覆膜中に含まれると切削中の表面酸化によって形成されるＢの酸化物が特にＡｌの酸化物を緻密化することからも好ましい。さらに、Ｂの酸化物はＶの酸化物の場合と同様に、低融点であるので切削時の潤滑剤として作用し、被削材の凝着を抑える効果を示す。被覆膜中にＳｉまたはＢの原子を原子％で１０％以上含むと、合金ターゲットを熱間静水圧処理で作製する場合、焼成中に割れやすくなるという問題が生じるから好ましくない。さらに好ましくは、被覆膜中にＳｉ原子またはＢ原子を原子％で３％以上６％以下の範囲で含むことである。
【００２８】
また、本発明の被覆切削工具において、被覆膜中の内部圧縮応力または硬度が当該被覆膜中においてその膜厚方向において連続的または段階的に変化することを特徴としている。特に、被覆膜中の内部圧縮応力または硬度が基材の表面から被覆膜の表面にかけて連続的または段階的に変化し、被覆膜の表面において最大となる場合には耐摩耗性が向上する。しかし、従来法のように、単に高硬度膜をその膜厚方向にわたって内部圧縮応力または硬度を一様に基材表面から被覆した場合には、鋭利な刃先において内部圧縮応力の影響で被覆膜が剥離してしまうので耐摩耗性被覆膜としては不十分である。
【００２９】
また、本発明において、被覆膜中の内部圧縮応力または硬度が基材表面から被覆膜表面へ向けて被覆膜厚方向において連続的または段階的に変化し、基材表面側で最大となるように被覆することもできる。この場合、被覆膜表面での硬度が被覆膜の基材側の硬度に比べ低くなるものの、逆に被覆膜の靱性は向上するので、例えばミリング加工など断続切削用途のように刃先に衝撃のかかる場合に発生する刃先の膜剥離や欠けを抑制することができるので好ましい。
【００３０】
本発明において、連続的に変化するとは、膜厚中の位置を横軸とし、硬度を縦軸としたグラフの関係において一次回帰曲線で表せるものであり、段階的とは、膜厚中の位置を横軸とし、硬度を縦軸としたグラフの関係において、階段関数の関係を有することをいう。具体的には、図１〜４を用いて説明する。図１〜４は、被覆膜中の内部圧縮応力および硬度の変化のさせ方について、縦軸を硬度または内部圧縮応力とし、横軸を膜厚中の厚さ方向の位置において基材表面側から被覆膜表面まで変化させたものであって、図１は連続的に内部圧縮応力および硬度が増加する場合を示し、図２は段階的に内部圧縮応力および硬度が増加する場合を示し、図３は連続的に内部圧縮応力および硬度が減少する場合を示し、図４は段階的に内部圧縮応力および硬度が減少する場合を示す。図１〜４において、（Ａ）は硬度と膜厚中の位置との関係を示し、（Ｂ）は内部応力と膜厚中の位置との関係を示す。
【００３１】
図１〜４からわかるように、連続的に増加または低下とは、図１または図３の場合であり、段階的に増加または低下とは、図２または図４の場合である。
【００３２】
本発明において、内部圧縮応力は、−８ＧＰａ以上０ＧＰａ以下の範囲で、被覆膜の膜厚方向において連続的または段階的に変化させることが好ましい。−８Ｇｐａ未満となると、特に鋭利な切削工具の刃先で膜が剥離するので好ましくない。また０Ｇｐａを超えると、膜の応力は引っ張りとなって、膜に亀裂が入って切削時にその亀裂が基材に進展して欠損性が損なわれるため好ましくない。この内部圧縮応力については、Ｘ線を用いた方法（侵入深さ一定法）により測定可能である。なお、上記範囲での連続的または段階的に変化させるやり方は、上述のとおりであり、膜厚方向において増加または低下の２種が挙げられる。
【００３３】
また、本発明において、ナノインデンターによる被覆膜の厚さ方向の硬度が１８ＧＰａ以上５５Ｇｐａ以下の範囲で変化させることが好ましい。１８Ｇｐａ未満であると耐摩耗性に問題があり、５５Ｇｐａを超えると、特に鋭利な切削工具の刃先で膜が剥離するので好ましくない。なお、上記範囲での連続的または段階的に変化させるやり方は、上述のとおりであり、膜厚方向において増加または低下の２種が挙げられる。ここで、硬度変化の測定であるが、ナノインデンターを用い、測定加重を変えながら（最大押し込み深さを変えて）硬度を測定して求めることができる。ナノインデンテーション法は文献「トライボロジスト，第４７巻，第３号，（２００２）ｐ１７７〜１８３」に詳しく説明されているように、硬さ試験の一種であるが、従来のヌープ硬度測定やビッカース硬度測定といった押し込み後の圧痕形状から硬度を求める手法は異なり、圧子の押し込み時の荷重と深さの関係から硬さやヤング率を求める方法である。
【００３４】
本発明の被覆切削工具において、被覆膜の厚みが０．５〜１５．０μｍの範囲内であることが好ましい。厚みが０．５μｍ未満では耐摩耗性の向上が見られず、逆に１５．０μｍを越えると表面被覆膜中の蓄積される内部圧縮応力が大きくなり基材との密着強度が低下するので好ましくない。さらに好ましくは、２〜６μｍの範囲内である。このような被覆膜の厚さは、被覆切削工具を切断し、その断面をＳＥＭを用いて観察して測定することができる。
【００３５】
本発明の被覆切削工具は、基材と被覆膜との間に中間層がさらに形成されていてもよい。当該中間層としては、Ｔｉ、ＣｒまたはＴｉの窒化物、ＴｉＡｌの窒化物およびＣｒの窒化物などを用いることができる。このような材料を用いた中間層は基材表面と前記被覆膜との両方に密着性が良好であり、基材と被覆膜の密着性を一層向上させることができる。そのため、被覆膜が基材から剥がれることなく切削工具寿命をさらに向上させることができる。本発明において中間層を含む場合、当該中間層の厚みは０．００５〜５．０μｍの範囲内であることが好ましい。０．００５μｍ未満では密着強度の向上が見られず、逆に５．０μｍを超えても密着強度の更なる向上は見られない。さらに好ましくは、０．００５〜０．５μｍである。
【００３６】
本発明において、基材としては、当分野において従来より広く用いられてきたものを適宜用いることができ、特に制限されるものではないが、被削材に比べて高硬度であるという理由から、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス（炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、酸化アルミニウムと炭化チタンからなる基材のいずれかであることが好ましい。中でも特に、ＷＣ基超硬合金、サーメット、立方晶型窒化ホウ素焼結体を基材として用いるのが好適である。
【００３７】
本発明の被覆切削工具は、切削加工に用いられる従来公知の様々な切削工具に適用することができる。特に、本発明の被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、フライス加工用および旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップであることが好ましい。
【００３８】
本発明の被覆膜を基材表面に被覆するためには結晶性の高い化合物を形成することができる成膜プロセスで作製されることが不可欠である。そこで種々の成膜方法の中で、物理的蒸着法を用いることが好ましいことを本発明者らは見出した。物理的蒸着法には、スパッタリング法、イオンプレーティング法、などが挙げられるが、本発明の被覆切削工具を製造するに際しては、イオンプレーティング法を採用する場合には、アーク式イオンプレーティング法を用いるのが高密着性、高速成膜（生産性）という理由により好ましい。
【００３９】
特に原料元素のイオン率が高いカソードアークイオンプレーティングが一番適している。このカソードアークイオンプレーティングを用いると表面被膜を形成する前に基材表面に対して金属のイオンボンバードメント処理が可能となるため、被膜の密着性が格段によくなるので密着性という意味からも好ましいプロセスである。カソードアークイオンプレーティング法にて被覆切削工具を製造する場合には、というような条件にて被覆膜を形成することができる。
【００４０】
また、被膜の平滑性の観点からはスパッタリング法であってもよく、スパッタリング法を採用する場合には、マグネトロンスパッタリング法（バランスドおよびアンバランスドマグネトロンスパッタリング法）を用いるのが高速成膜（生産性）という理由により好ましい。さらに好ましくはイオン化率の高いアンバランスドマグネトロンスパッタ法がよい。
【００４１】
次に、実施例を用いて被覆切削工具の耐摩耗性がいかに改善されるかを具体的に説明する。実施例中の組成はＸＰＳ（ＰＨＩ  Ｑｕａｎｔｅｒａ  ＳＸＭ（製品名）、アルバックファイ社製）よって、結晶構造および内部圧縮応力はＸ線によって、硬度はナノインデンター（ＭＴＳ社製Ｎａｎｏ  Ｉｎｄｅｎｔｅｒ  ＸＰ）により確認した。なお、被腹膜の形成は以下のカソードアークイオンプレーティング法以外の、例えばバランスドまたはアンバランスドスパッタリング法によっても成膜することは可能である。
【実施例】
【００４２】
（実施例１〜１３、比較例１〜３）
（１）サンプルの作製
ｉ）実施例１〜１３の被覆切削工具の作製
基材としてＳＰＧＮ１２０３０８形状のＩＳＯ  Ｐ３０超硬合金を用意した。まず、真空ポンプによりチャンバー内を減圧するとともに、装置内に設置されたヒーターにより基材を温度６５０℃に加熱し、チャンバー内の圧力が１．０×１０−４Ｐａとなるまで真空引きを行った。次に、アルゴンガスを導入してチャンバー内の圧力を３．０Ｐａに保持し、基板バイアス電源の電圧を徐々に上げながら、−１０００Ｖとし、基材の表面のクリーニングを１５分間行った。その後、アルゴンガスを排気した。
【００４３】
次に、被覆膜成分の金属蒸発源である合金製ターゲット、および反応ガスとして窒素、メタン、酸素、一酸化炭素のうち、実施例１〜１３における被覆膜に対応する成分が得られるガスを導入させながら、基板温度６５０℃、反応ガス圧２．０Ｐａ、カソード電極に１２０Ａのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオンを発生さて表１に示す実施例１〜１３の被覆膜を形成した。このとき、例えば、基板バイアス電源の電圧のかけ方としては、電圧を６０分間かけながら１０Ｖから連続的の２００Ｖまで変化させると図１のように被膜中で内部圧縮応力または硬度が連続的に増加し膜最表面で最大となる被膜が得られる。また、図３のような被膜を得るためには上記の電圧印加の仕方を逆転させればよい。また図２や図４のように内部圧縮応力または硬度を段階的に変化させるには基板バイアス電圧を例えば１０Ｖ⇔４０Ｖ⇔６０Ｖ⇔１２０Ｖ⇔２００Ｖ（５段階）のように時間経過に対して段階的に上げればよい。その他の制御方法としては、今回は固定しているが、成膜圧力や成膜温度を変化させても内部圧縮応力や硬度を制御することができる。
【００４４】
また、本発明品の比較のために、比較例１〜３として、基板バイアスを成膜中に固定して成膜したものも用意した。
【００４５】
（２）被覆切削工具寿命評価
上述の工程で製造したサンプルである実施例１〜１３の被覆切削工具および比較例１〜３の従来品のそれぞれについて、表２の条件による乾式の連続切削試験および断続切削試験を行い、刃先の逃げ面摩耗幅を測定した。寿命評価結果を実施例１〜１３については表１に比較例１〜３については表２示す。
【００４６】
【表１】
2005271106.tif 000002
【００４７】
【表２】
2005271106.tif 000003
【００４８】
表１から明らかなように本発明において切削工具寿命が大きく向上したことが確認された。また表面で内部圧縮応力または硬度が低下させた実施例５〜７の被覆切削工具は断続切削での結果がよく、耐衝撃性に対して効果が見られた。
【００４９】
（実施例１４〜１６、比較例４〜６）
基材としてＪＩＳＫ１０超硬合金を用いた以外は、実施例１〜１３と全く同じ方法により、外径８ｍｍのドリルにそれぞれにコーティングを行い、実施例１、７および８ならびに比較例１〜３に記載の被覆切削工具の被覆膜と同じ被膜をコーティングしたサンプルを得、それぞれ実施例１４〜１６および比較例４〜６の被覆切削工具とした。次に、これらの被覆切削工具を用いて、実際にＳＣＭ４４０（ＨＲＣ３０）の穴開け加工を行いその寿命評価を行なった。切削条件は、切削速度９０ｍ／ｍｉｎ、送り量０．２ｍｍ／ｒｅｖ、切削油剤は用いず（エアーブローを使用）、深さ２４ｍｍの止まり穴加工を行った。なお、寿命の判定は、被加工材の寸法精度が規定の範囲をはずれた時点とした。その寿命評価結果を表３に示す。
【００５０】
【表３】
2005271106.tif 000004
【００５１】
その結果、本発明のドリルの寿命が大きく向上していることが確認された。
【００５２】
（実施例１７〜１９および比較例７〜９）
基材として、外径８ｍｍの６枚刃エンドミル（ＪＩＳＫ１０超硬合金）を用いた以外は、実施例１と全く同じ方法によりコーティングを行った。用いた被覆膜は、実施例１、７および８および比較例１、２および３の被覆膜であり、それぞれ実施例１７〜１９および比較例７〜９の被覆切削工具とした。次に、これらの被覆切削工具を用いて、実際にＳＫＤ１１（ＨＲＣ６０）のエンドミル側面削り加工を行いその寿命評価を行なった。切削条件は、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、送り０．０３ｍｍ／刃、切り込み量Ａｄ＝１２ｍｍ、Ｒｄ＝０．２ｍｍ、切削油剤は用いず（エアーブローを使用）側面切削を行った。なお、寿命の判定は、被加工材の寸法精度が規定の範囲をはずれた時点とした。その寿命評価結果を表４に示す。
【００５３】
【表４】
2005271106.tif 000005
【００５４】
その結果、本発明のエンドミルの寿命が大きく向上していることが確認された。
【００５５】
（実施例２０〜２２および比較例１０〜１２）
まず、超硬合金製ポットおよびボールを用いて、質量で４０％のＴｉＮと１０％のＡｌからなる結合材粉末と５０％の平均粒径２．５μｍのｃＢＮ粉末を混ぜ合わせ、超硬製容器に充填し、圧力５Ｇｐａ、温度１４００℃で６０分焼結した。このｃＢＮ焼結体を加工し、ＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４０８の形状の切削用チップを得た。
【００５６】
当該チップに、実施例１と全く同じ方法により、実施例１、７および８ならびに比較例１、２および３の被覆膜を被覆してそれぞれ実施例２０〜２２および比較例１０〜１２の被覆切削工具を得た。この被覆切削工具を用い、焼入鋼の１種であるＳＵＪ２の丸棒（ＨＲＣ６２）の外周切削を行った。切削速度１２０ｍ／ｍｉｎ、切り込み０．２ｍｍ、送り０．１ｍｍ／ｒｅｖ、乾式で４０分間の条件で切削を行い、逃げ面摩耗量を調べた。その結果を表５に示すが、実施例２０〜２２の切削チップの寿命が大きく向上していることが確認された。
【００５７】
【表５】
2005271106.tif 000006
【００５８】
（実施例２３および比較例１３，１４）
グレードがＪＩＳ規格Ｓ２０の超硬合金であり、かつチップ形状はＪＩＳ規格のＣＮＭＧ１２０４０８を基材として用いた以外は、実施例１と同様の手順により、被覆切削工具を作製した。なお、被覆膜として実施例９のものを用いたものを実施例２３とし、比較例１および２の被覆膜を用いたものをそれぞれ比較例１３および１４の切削被覆工具とした。これらの切削被覆工具について、実際に以下に示す条件による湿式（水溶性エマルジョン）の連続旋削試験を行い、刃先の逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍを超える時間を測定した。切削条件は、被削材とＴｉ合金Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ（ＨＢ＝３１０）とし、切削速度８０ｍ／ｍｉｎ、送り量０．２ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み１ｍｍとした。その結果、実施例２３の被覆切削工具は３０分間の切削が可能であったのに対して、比較例１３の切削工具は１分で、比較例１４の工具は２分で刃先がチッピングしたため加工を中断した。このことから、本発明の切削チップの寿命が大きく向上していることが確認された。これは、従来品には膜中にＴｉを含むが、本発明品では全くＴｉを含まないことから、膜の耐凝着性能が向上できたことに起因していると考えられる。
【００５９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、フライス加工用および旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどの切削に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の被覆切削工具における被覆膜中の内部応力または硬度が連続的に増加する場合について、被覆膜中の位置に対してグラフを用いて表す図である。
【図２】本発明の被覆切削工具における被覆膜中の内部応力または硬度が段階的に増加する場合について、被覆膜中の位置に対してグラフを用いて表す図である。
【図３】本発明の被覆切削工具における被覆膜中の内部応力または硬度が連続的に減少する場合について、被覆膜中の位置に対してグラフを用いて表す図である。
【図４】本発明の被覆切削工具における被覆膜中の内部応力または硬度が段階的に減少する場合について、被覆膜中の位置に対してグラフを用いて表す図である。
【図１】
2005271106.tif 000007
【図２】
2005271106.tif 000008
【図３】
2005271106.tif 000009
【図４】
2005271106.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年5月19日(2004.5.19)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
基材と、該基材の表面上に形成された被覆膜とを備える被覆切削工具において、前記被覆膜は（Ａｌ１−ｘＶｘ）の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物のいずれかであり、ただし、ｘは０．２４以上０．４５以下であることを特徴とする、被覆切削工具。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
そこで、本発明者らは被膜の剥離性や欠損性を維持させたまま耐摩耗性および潤滑性に優れる膜を得るためには、Ｔｉを膜中に含まず、被覆膜は（Ａｌ１−ｘＶｘ）の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物（ただし、ｘは０．２４以上０．４５以下）であり、また、高硬度な被膜中の内部圧縮応力や硬度を変化させることが有効であるという知見を得て、本発明に至った。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、基材と、該基材の表面上に形成された被覆膜とを備える被覆切削工具において、前記被覆膜は（Ａｌ１−ｘＶｘ）の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物のいずれか（ただし、ｘは０．２４以上０．４５以下）であることを特徴とする被覆切削工具を提供する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明の被覆切削工具は、基材と、該基材の表面上に形成された被覆膜とを備え、前記被覆膜は（Ａｌ１−ｘＶｘ）の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物のいずれかであることを特徴とする。ただし、ｘは、０．２４以上０．４５以下である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明の切削被覆工具において、被覆膜を構成する成分である（Ａｌ１−ｘＶｘ）において、ｘは０．２４以上０．４５以下である。すなわち、上記ＡｌとＶとの二成分系において、Ｖの量が０．２４以上０．４５以下である。Ｘが０．４５を超えるか０．２４を下回ると、被覆膜の硬度が低下し、耐摩耗性に問題が出るためである。さらに好ましくは、ｘは０．３以上０．４以下である。被覆膜中にＶがあると、切削時の高温環境で被覆膜表面が酸化されるが、その際、Ｖの酸化物は低融点であるので切削時の潤滑剤として作用し被削材の凝着を抑える効果が期待できることから好ましい。