(57)【要約】【課題】  高速やドライ加工といった過酷な条件での切削工具において、被膜の耐酸化性を向上させることができ、切削初期に起こる刃先のチッピング（または欠損）、すなわち母材の露出を抑制させ、工具寿命を向上させることができる、被覆切削工具を提供する。【解決手段】  基材の表面に、Ｔｉ１−ｘＡｌｘ（ただし、０．２≦ｘ≦０．７）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種以上の耐摩耗性被膜が被覆され、該耐摩耗性被膜の表面に、Ａｌ１−ａ−ｂＣｒａＶｂ（ただし、０≦ａ≦０．４、０≦ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種以上の耐チッピング性被膜が被覆された、被覆切削工具であって、前記耐摩耗性被膜の膜厚が、前記耐チッピング性被膜の膜厚よりも厚い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】
基材の表面に、Ｔｉ１−ｘＡｌｘ（ただし、０．２≦ｘ≦０．７）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種以上の耐摩耗性被膜が被覆され、該耐摩耗性被膜の表面に、Ａｌ１−ａ−ｂＣｒａＶｂ（ただし、０≦ａ≦０．４、０≦ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種以上の耐チッピング性被膜が被覆された、被覆切削工具であって、前記耐摩耗性被膜の膜厚が、前記耐チッピング性被膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする、被覆切削工具。
【請求項２】
前記耐チッピング性被膜は、Ａｌ１−ａ−ｂＣｒａＶｂ（ただし、０≦ａ≦０．４、０＜ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種以上であ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】
前記耐摩耗性被膜および／または耐チッピング性被膜に、Ｓｉおよび／またはＢが被膜全体に対して原子％で０．０１％以上１０％以下の範囲で含有されてい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】
前記耐摩耗性被膜の膜厚が、２μｍ以上１０μｍ以下の範囲であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の被覆切削工具。
【請求項５】
前記耐摩耗性被膜の膜厚が、前記耐チッピング性被膜の膜厚の１．５倍以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の被覆切削工具。
【請求項６】
耐酸化性被膜および耐チッピング性被膜の結晶構造は、立方晶であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の被覆切削工具。
【請求項７】
前記基材が、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、窒化硅素焼結体、または、酸化アルミニウムと炭化チタンとからなる混合体のいずれかであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の被覆切削工具。
【請求項８】
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、またはタップのいずれかに用いられることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の被覆切削工具。
【請求項９】
物理的蒸着法により被覆されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の被覆切削工具。
【請求項１０】
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ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか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、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、タップなどの切削工具に関し、特にその表面に耐チッピング性を向上させた被膜を形成した切削工具に関するものである。
【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切削油剤を用いないドライ加工が求められていること、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、その結果工具寿命は短くなるので、工具材料に要求される特性は厳しくなる一方である。
【０００３】
下記特許文献１には、耐摩耗性および表面保護機能改善のため、ＷＣ基超硬合金、サーメット、高速度鋼等の切削工具や耐摩耗工具等の硬質基材の表面には、硬質被覆層として、（ＡｌｘＴｉ１−ｘ−ｙＳｉｙ）（ＣｚＮ１−ｚ）ただし、０．０５≦ｘ≦０．７５、０．０１≦ｙ≦０．１、０．６≦ｚ≦１のようなＡｌＴｉＳｉ系の膜が被覆されている。
【０００４】
しかし、当該特許文献１に記載される切削工具は、高硬度で耐酸化性に優れるが、一方でもろさやチッピングしやすいという点で問題であった。
【０００５】
これに対し、例えば、下記特許文献２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、酸炭窒化物とＴｉとＡｌを主成分とする窒化物、炭窒化物、酸窒化物、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、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すると乾式の高速切削加工において、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。
【０００６】
この特許文献２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、該発明の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ないので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、被覆の順序も規定されている。
【０００７】
また、下記特許文献３によれば、ＴｉＡｌＮ膜よりも耐摩耗性に優れた被膜として、（Ａｌｂ［Ｃｒ１−αＶα］ｃ）（Ｃ１−ｄＮｄ）からなる被膜、または、（ＭａＡｌｂ［Ｃｒ１−αＶα］ｃ）（Ｃ１−ｄＮｄ）（ＭはＴｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏからなる）が開示されている。これらは、金属成分のうち、Ａｌを高含有にさせながら、ＣｒおよびＶを添加することで、常温常圧で準安定相である立方晶のＡｌＮを形成し、高硬度と耐酸化特性を向上させている。
【０００８】
しかし、切削過程において高速・高能率加工や完全に潤滑油剤を使わないドライ加工を行うためには、高硬度と上述の高温での被膜の安定性だけでは不十分である。すなわち、いかに特性の優れる膜を剥離や欠損を発生させずに密着性よく長時間にわたって基材表面に維持させるかが問題である。
【０００９】
一般的な切削工具の摩耗について理解を容易にするために、図１を用いてこれを説明する。図１（ａ）に切削工具の典型的刃先の断面模式図を示す。図１（ａ）において、当該切削工具の刃先は、基材の表面に被覆膜が形成された構成になっている。刃先はすくい面と逃げ面によって構成され、多くの場合、その角度は鋭角または直角である。このような工具刃先に被膜を形成すると、膜厚は図に示されるように、すくい面膜厚ａ、逃げ面膜厚ｂに比べ、刃先先端部ｃが最も厚くなる。
【００１０】
次に、刃先での理想的な摩耗進行を図１（ｂ）〜図１（ｄ）で説明する。工具としての理想的な摩耗は、まず、図１（ｂ）のように被膜が除々に摩耗し、やがて図１（ｃ）の様に基材に達したのち、ついには図１（ｄ）の様に膜と基材が共に露出して摩耗することである。
【００１１】
しかし、本発明者らが詳細に工具摩耗部を調査した結果、刃先先端の摩耗は上述のようには進行せず、切削初期に図１（ｅ）のように刃先先端部分が既に基材まで無くなっており（基材が完全に露出）、その形態からチッピング（または欠損）していることがわかった。また、その部分の基材表面はすでに酸化しており、上記特許文献のようにいくら膜の耐酸化性や高硬度で耐摩耗性が良くとも、切削初期に母材が露出してしまっては工具寿命を著しく向上させることは難しいと考えられる。
【特許文献１】特許第２７９３７７３号公報
【特許文献２】特許第３３４７６８７号公報
【特許文献３】特開２００３−３４８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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、高速やドライ加工といった過酷な条件での切削工具において、被膜の耐酸化性を向上させることができ、切削初期に起こる刃先のチッピング（または欠損）、すなわち母材の露出を抑制させ、工具寿命を向上させることができる、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】
【００１３】
本発明は、基材の表面に、Ｔｉ１−ｘＡｌｘ（ただし、０．２≦ｘ≦０．７）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種以上の耐摩耗性被膜が被覆され、該耐摩耗性被膜の表面に、Ａｌ１−ａ−ｂＣｒａＶｂ（ただし、０≦ａ≦０．４、０≦ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種以上の耐チッピング性被膜が被覆された、被覆切削工具であって、前記耐摩耗性被膜の膜厚が、前記耐チッピング性被膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする被覆切削工具を提供する。
【００１４】
好ましくは、前記耐チッピング性被膜は、Ａｌ１−ａ−ｂＣｒａＶｂ（ただし、０≦ａ≦０．４、０＜ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種以上である。
【００１５】
好ましくは、前記耐摩耗性被膜および／または耐チッピング性被膜に、Ｓｉおよび／またはＢが原子％で０．０１％以上１０％以下の範囲で含有されている。
【００１６】
好ましくは、前記耐摩耗性被膜の膜厚が、２μｍ以上１０μｍ以下の範囲である。
【００１７】
好ましくは、前記耐摩耗性被膜の膜厚が、前記耐チッピング性被膜の膜厚の１．５倍以上である。
【００１８】
好ましくは、耐酸化性被膜および耐チッピング性被膜の結晶構造は、立方晶である。
【００１９】
好ましくは、前記基材が、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、窒化硅素焼結体、または、酸化アルミニウムと炭化チタンとからなる混合体のいずれかである。
【００２０】
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、またはタップのいずれかに用いられる。
【００２１】
好ましくは、本発明の被覆切削工具は物理的蒸着法により被覆される。
【００２２】
好ましくは、本発明の被覆切削工具は、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る。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の被覆切削工具によれば、Ｔｉを被膜に含まないＡｌを主成分とする（Ａｌ１−ａ−ｂＣｒａＶｂ）（ここで、０≦ａ≦０．４、０≦ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種類以上の耐チッピング性被膜が工具最表面層に形成されているので、仮に最表面層がチッピングしても上述の図１（ｆ）のように、基材直上の耐摩耗層は欠損することなく膜が摩耗し、これまで問題となっていた耐摩耗性被膜のチッピングを抑制することができるので、長寿命化を図ることができる。また、耐摩耗性被膜の膜厚を前記耐チッピング性被膜の膜厚よりも厚くすることにより、耐摩耗層のチッピングを抑制することができたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の被覆切削工具は、基材の表面に、Ｔｉ１−ｘＡｌｘ（ただし、０．２≦ｘ≦０．７）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種以上の耐摩耗性被膜が被覆され、該耐摩耗性被膜の表面に、Ａｌ１−ａ−ｂＣｒａＶｂ（ただし、０≦ａ≦０．４、０≦ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種以上の耐チッピング性被膜が被覆され、前記耐摩耗性被膜の膜厚が、前記耐チッピング性被膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする。
【００２５】
特に、本発明の被覆切削工具は、（ｉ）耐摩耗性被膜としてＴｉを必須成分とする（Ｔｉ１−ｘＡｌｘ）（０．２≦ｘ≦０．７）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種類以上を、基材表面を直接的に覆うように形成し、さらに（ｉｉ）当該耐摩耗性被膜の表面を覆うように、Ｔｉを含まない（Ａｌ１−ａ−ｂＣｒａＶｂ）（ここで、０≦ａ≦０．４、０≦ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種類以上の耐チッピング性被膜を被覆し、かつ、（ｉｉｉ）前記耐摩耗性被膜の膜厚を前記耐チッピング性被膜の膜厚よりも厚くすること、の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の要件が相乗的に作用することで、耐チッピング性が良好になり、結果として被覆切削工具の寿命が向上されるものである。
【００２６】
本発明の被覆切削工具において、耐摩耗性被膜は、Ｔｉを含むことにより、基材との密着力が向上することから、基材に直接被覆する被膜としては構成元素としてＴｉは必要である。また、耐摩耗性被膜において、Ａｌを含有することで耐酸化特性が向上することから、Ａｌ量ｘを０．２≦ｘ≦０．７の範囲にしている。耐酸化性被膜中にＡｌが存在すると、被膜の耐酸化性が向上するので好ましいが、ｘが０．７を超えると結晶構造が六方晶となって被膜の硬度が低下するので逆に摩耗は促進される。一方、Ａｌ量が０．２未満では、耐酸化特性及び高硬度化が図れないという問題がある。より好ましくは、０．３≦ｘ≦０．６とすることができる。
【００２７】
この耐摩耗性被膜の上には、耐チッピング性被膜として（Ａｌ１−ａ−ｂＣｒａＶｂ）（ここで、０≦ａ≦０．４、０≦ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種類以上が被覆されている。ここで、金属成分としてＴｉを含まず、Ａｌを主成分とすることが特徴である。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逃がすことができるので好ましい。また、表面での潤滑性能に起因すると考えられるが、Ｔｉを含む被膜に比べて被削材に対する耐溶着性能が向上するので、溶着物ごと被膜が剥離することも抑制できるとともに、切削抵抗も減少し、切りくず排出性も向上できる。ここで、（Ａｌ１−ａ−ｂＣｒａＶｂ）において、Ａｌを除く、ＣｒとＶの量を、０≦ａ≦０．４、０≦ｂ≦０．４、０≠ａ＋ｂ≦０．４の範囲としている。ａおよびｂを０≦ａ≦０．４、０≦ｂ≦０．４（ただし０≠ａ＋ｂ≦０．４）と規定しているのは、ａおよびｂが０．４を超えると、耐チッピング性被膜の硬度が低下し、耐摩耗性に問題が出るためである。耐チッピング性膜中にＶがあると、切削時の高温環境で被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。また、当該耐チッピング性膜中にＣｒが含有すると、Ｃｒの酸化物が緻密であり、酸素の内向拡散を抑制するという効果を奏する。さらに好ましくは、０≦ａ≦０．４、０＜ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４である。ここで、０＜ｂとした理由は、Ｖを必須の成分として膜中に存在させることで、確実に被削材の凝着を抑えるようにするためである。
【００２８】
また、ＣｒとＶを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化合物が形成できる点で好ましい。例えば、窒化物であるＡｌＮを例にとると、通常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に対して、常温常圧で立方晶が安定相であるＣｒＮおよびＶＮの格子定数は４．１４Åであり、非常に立方晶のＡｌＮと近いため、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。被膜の結晶性についてはＸ線回折法により測定可能である。
【００２９】
本発明において、前記耐摩耗性被膜の膜厚が前記耐チッピング性被膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする。耐摩耗性被膜の膜厚が薄く、チッピング性被膜の膜厚が厚い場合には、切削初期に図１（ｆ）に示した刃先で膜にチッピングが発生した場合に下層の耐摩耗性被膜も同時にチッピングするので好ましくない。特に、チッピング抑制の観点では、前記耐摩耗性被膜の膜厚が前記耐チッピング性被膜の膜厚の１．５倍以上であることが好ましい。耐摩耗性被膜の膜厚が、耐チッピング性被膜の膜厚の１．５倍未満であると、上述のとおり、上層の耐チッピング性被膜においてチッピングが発生した場合に、下層の耐摩耗性被膜も同時にチッピングするからである。より好ましくは、２倍以上である。
【００３０】
本発明において、上述の耐摩耗性被膜および耐チッピング性被膜は、それぞれ複数の層により構成されていてもよい。すなわち、耐摩耗性被膜を構成する上述の成分（Ｔｉ１−ｘＡｌｘ）（０．２≦ｘ≦０．７）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種類以上において、この成分の範囲内で異なる配合を有する膜が複数層形成されて全体として耐摩耗性被膜とすることができる。また、耐チッピング性被膜においても、成分（Ａｌ１−ａ−ｂＣｒａＶｂ）（ここで、０≦ａ≦０．４、０≦ｂ≦０．４、ａ＋ｂ≦０．４）の窒化物または炭窒化物のいずれか１種類以上において、この成分の範囲内で異なる配合を有する膜が複数層形成されて全体として耐チッピング性被膜とすることができる。
【００３１】
また、本発明において、前記耐摩耗性被膜および／または耐チッピング性被膜にＳｉを含有させてもよい。Ｓｉを含有することで被膜硬度が向上するからである。具体的には、被膜中にＳｉが存在すると、被膜の組織が５００ｎｍ〜２５０ｎｍの柱状から１００ｎｍ以下の針状へ微細化するととともに、被膜の硬度が向上する。当該Ｓｉの含有量は、被膜全体に対して、原子％で０．０１％以上１０％以下の範囲内である。Ｓｉの含有量が０．０１％未満であると、被膜は硬くなるが、膜自身が脆くなり、膜内部で亀裂や剥離が生じて逆に摩耗は促進される虞がある。また、Ｓｉの含有量が１０％を超えると、ターゲットを焼成している最中に割れが生じてしまいコーティングに使用可能な材料強度が得られないという問題が生じる。より好ましくは、０．０３％以上６％以内である。
【００３２】
本発明において、前記耐摩耗性被膜および／または耐チッピング性被膜中にＢが原子％で１０％未満含まれていてもよい。Ｂが当該耐摩耗性被膜および／または耐チッピング性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膜が得られることから好ましい。また、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の酸化物は低融点であるので切削時の潤滑剤として作用し、刃先の凝着や構成刃先の生成を抑える効果を示す。
【００３３】
本発明において、前記耐摩耗性被膜の膜厚が、２μｍ以上１０μｍ以下であるであることを特徴とする。当該膜厚が２μｍ未満では耐摩耗性の向上が見られず、逆に１０μｍを越えると表面被腹膜中の残留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、耐摩耗性の観点から、前記耐摩耗性被膜の膜厚が、２．５μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。膜厚の測定法としては、工具を切断し、その断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察して求めることができる。
【００３４】
本発明において、前記耐摩耗性被膜の圧縮残留応力が−６ＧＰａ以上０ＧＰａ以下であることが好ましい。０ＧＰａを超えると、被膜には引っ張り応力が残留することとなり、膜に亀裂が入りやすくなるとともにチッピング性が低下するので問題である。また、−６ＧＰａ未満であると、当該被腹膜中の残留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。より好ましくは、−４ＧＰａ以上−２ＧＰａ以下である。圧縮残留応力については、同一組成の被膜に対して、成膜温度、成膜圧力、基板バイアス電圧の調整で制御することができ、たとえば一例を挙げるならば、基板バイアス電圧が高いほど圧縮残留応力が高くなる（バイアス電圧を２００Ｖまで）。このような圧縮残留応力は、Ｘ線を用いた２θ−ｓｉｎ２ψの方法により測定することができる。ここで、θは、回折角を表し、ψは、試料面法線と格子面法線が作る角を表し、２θ−ｓｉｎ２ψは線図の勾配から応力を求めることができる。詳細については、（社）表面技術協会編  ＰＶＤ・ＣＶＤ被膜の基礎と応用  第１５６〜１５８頁を参照のこと。
【００３５】
本発明における基材は、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を用いることができる。特に、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、タップなどであることが好ましい。
【００３６】
本発明における耐摩耗性被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、種々の成膜方法を検討した結果、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、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、イオンプレーティング法などがあるが、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、耐摩耗性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。
【実施例】
【００３７】
次に、実施例を用いて本発明の被覆切削工具についてより詳細に説明する。実施例中の組成は、Ｘ線光電子分光装置（ＸＰＳ）（ＰＨＩ  Ｑｕａｎｔｅｒａ  ＳＸＭ、アルバックファイ社製）よって確認し、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。
【００３８】
（実施例１〜２３、比較例１，２）
（１）被覆切削工具の作製
基材として、グレードがＪＩＳ規格Ｐ３０の超硬合金、チップ形状はＪＩＳ規格のＳＰＧＮ１２０３０８のものを用意し、カソードアークイオンプレーティング装置に装着した。
【００３９】
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、−１５００Ｖ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。
【００４０】
次いで、耐摩耗性被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、酸素のうち、本発明の被膜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、基板バイアス電圧を−７０Ｖに維持したまま、カソード電極に１００Ａ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せ被膜を形成した。そして、所定の膜厚となったところで蒸発源に供給する電流をストップさせた。
【００４１】
引き続き、連続して耐チッピング性被膜の成膜を行った。被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、酸素のうち、本発明の被膜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、基板バイアス電圧を−２００Ｖに維持したまま、カソード電極に１００Ａ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せ被膜を形成した。そして、所定の膜厚となったところで蒸発源に供給する電流をストップさせた。ここで、成膜条件は一定としているが、同一の組成の被膜であっても、基板温度、反応ガス圧、基板バイアス電圧を制御することで、被膜硬度、残留応力値を制御することが可能である。
【００４２】
また、通常はこのまま除冷するが、コーティング終了と同時にＨｅガスなどを導入し、チャンバー内に充満させて、基材の急冷を行ってもよい。完全にメカニズムを理解した訳ではないが、この急冷処理により被膜中の結晶粒が微細化され柱状組織から針状組織に微細になることで、膜の弾性回復量が大きくなり、さらに耐チッピング性が向上するためである。
【００４３】
（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１〜２３の被覆切削工具、比較例１，２の切削工具それぞれについて、実際に表３に示す条件による乾式の連続旋削試験および断続旋削試験を行い、刃先の逃げ面摩耗幅を測定した。寿命評価結果を表１と２に示す。ただし、表２の結果は、耐チッピング被膜中にＳｉまたはＢ原子を含むものとしている。
【００４４】
【表１】
2005305576.tif 000002
【００４５】
【表２】
2005305576.tif 000003
【００４６】
【表３】
2005305576.tif 000004
【００４７】
表１と２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。
【００４８】
（実施例２４〜２６、比較例３，４）
実施例１と全く同じ方法により、外径８ｍｍのドリル（ＪＩＳＫ１０超硬合金）にそれぞれにコーティングを行い、実施例１，６，２０、および比較例１，２と同じ被膜をコーティングし、それぞれ得られたサンプルを実施例２４〜２６、および比較例３，４の被覆切削工具とした。次に、これらのサンプルを用いて、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４に示す。
【００４９】
【表４】
2005305576.tif 000005
【００５０】
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。
【００５１】
（実施例２７〜２９、比較例５，６）
実施例１と全く同じ方法により、外径８ｍｍの６枚刃エンドミル（ＪＩＳＫ１０超硬合金）にそれぞれに、実施例１，６，２０および比較品１，２の被膜をコーティングして、それぞれに対応する実施例２７〜２９の被覆切削工具および比較例５，６の被覆切削工具を得た。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上述の表４に示す。
【００５２】
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。
【００５３】
（実施例３０〜３２、比較例７，８）
まず、超硬合金製ポットおよびボールを用いて、重量で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。
【００５４】
そのチップに、実施例１と全く同じ方法により、実施例１、６、２０および比較品１、２の被覆膜を被覆し、それぞれ実施例３０〜３２、および比較例７，８の被覆切削工具を得た。当該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３に示すが、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。
【００５５】
（実施例３３、比較例９，１０）
グレードがＪＩＳ規格Ｓ２０の超硬合金、チップ形状はＪＩＳ規格のＣＮＭＧ１２０４０８の基材を用意し、実施例１の工程と同一の工程で製造した切削工具である実施例２０において用いた被覆膜と比較例１，２において用いた被覆膜を上記基材にコーティングし、それぞれ対応する切削工具を実施例３３の被覆切削工具、および比較例９，１０の切削工具とした。当該それぞれの切削工具について、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３３の切削工具は３０分間の切削が可能であったのに対して、比較例９の切削工具は４分で、比較例１０の切削工具は１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。
【００５６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】一般的な切削工具の典型的刃先の断面模式図である。
【図１】
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