(57)【要約】【課題】耐溶着性、耐欠損性、耐摩耗性にすぐれ、かつ、接触式かつ導電体用のツールセッターを用いた刃先位置の検知・測定が可能であり、さらに、使用コーナーの識別性を備える表面被覆切削工具を提供する。【解決手段】工具基体の表面に、下部層と上部層を有する硬質被覆層が設けられた表面被覆切削工具において、上部層は、ＴｉとＡｌの複合炭酸化物相またはＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物相中にα―Ａｌ２Ｏ３相が分散した混合物層からなり、上部層の表面において、ＴｉとＡｌの複合炭酸化物相またはＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物相が占める面積率は、０．２〜０．８の範囲内であり、また、工具基体表面と平行な上部層断面におけるＴｉとＡｌの複合炭酸化物相またはＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物相が占める面積率は、上部層の層厚方向に沿って、工具基体表面側から上部層表面側へ向かうにしたがって増加する傾斜構造を備えることができ、さらに、下部層と上部層の間に、α―Ａｌ２Ｏ３層またはκ−Ａｌ２Ｏ３層が中間層として介在して設けられる。【選択図】  図３
2017047487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットからなる工具基体の表面に、下部層と上部層からなる硬質被覆層が設けられた表面被覆切削工具において、
（ａ）前記下部層は、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆの炭化物層、酸化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなり、
（ｂ）前記上部層は、０．５μｍ以上の平均層厚を有するＴｉとＡｌの複合炭酸化物相中にα―Ａｌ２Ｏ３相が分散した混合物層あるいはＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物相中にα―Ａｌ２Ｏ３相が分散した混合物層からなり、前記上部層の表面において、ＴｉとＡｌの複合炭酸化物相あるいはＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物相が占める面積率は、全表面の０．２〜０．８の範囲内であることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
請求項１に記載の表面被覆切削工具において、下部層と上部層の間に、α―Ａｌ２Ｏ３層またはκ−Ａｌ２Ｏ３層が中間層として介在して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
請求項１または２に記載の表面被覆切削工具において、工具基体表面と平行な上部層断面におけるＴｉとＡｌの複合炭酸化物相あるいはＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物相が占める面積率は、上部層の層厚方向に沿って、工具基体表面側から上部層表面側へ向かうにしたがって増加する傾斜構造を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の表面被覆切削工具において、刃先稜線部の上部層の表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、合金鋼やステンレス鋼等の溶着を発生しやすい被削材の、切込み量の小さい仕上げ切削加工をドライまたは高速条件で行った場合にも、すぐれた耐欠損性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という場合もある）に関し、さらに、接触式かつ導電体用のツールセッターを用いて刃先位置を検出することができるばかりか、コーナー識別を容易におこない得る被覆工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成された基体（以下、工具基体という）の表面に、下部層として、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層、また、上部層として、α型結晶構造を有するα型Ａｌ２Ｏ３層、さらに、コーナー部の識別（被覆工具の使用前後の識別）を可能とするために、最表面層としての黄金色の色調を有するＴｉＮ層からなる硬質被覆層を蒸着形成した被覆工具が知られており、この被覆工具は、すぐれた硬さを有するため、通常条件の切削加工においてすぐれた切削性能を発揮することが知られている。
しかし、切削加工の高能率化等に伴い、さらに切削性能にすぐれた被覆工具が求められてきており、この要請に応えるべく、切削性能を改善しようとするいくつかの提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、工具基体のすくい面と逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたインサート本体の表面に、下地層と中間層と最外層が被覆され、下地層と最外層は元素周期律表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属およびＡｌ、Ｓｉのうち１種の炭化物、窒化物、酸化物、硼化物、またはその複合化合物により単層または２層以上の多層に形成され、中間層はＡｌ２Ｏ３を主成分として形成され、インサート本体の表面のうち、少なくとも逃げ面と逃げ面側切刃部とでは最外層が除去されることにより中間層が主として露出させられ、少なくともすくい面のうち交差稜線部との境界よりも内側の一部には最外層が残されている被覆工具が提案され、これによって、光沢のある高品質な切削加工表面を形成し、確実に切刃の使用・未使用を識別可能とすることが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、基体の表面に硬質被覆層を形成した被覆工具において、硬質被覆層を形成する１つの層としてＡｌ２Ｏ３層を成膜し、硬質被覆層の最外層としてＴｉＮ層を成膜し、硬質被覆層の表面を研磨することによって、硬質被覆層の表面に、ＴｉＮからなる第２の相中にＡｌ２Ｏ３からなる第１の相が散在して露出するようにし、これによって、耐欠損性、耐溶着性及び耐摩耗性等を改善することが提案されている。
【０００５】
また、特許文献３には、工具基体表面に、Ａｌ，Ｔｉ，Ｏ（酸素）およびＣ（炭素）の元素を含有した中間層と、該中間層に隣接した外層とが被覆されており、該外層は酸化アルミニウムからなり、該中間層は、例えば、ＴｉとＡｌとを含む複合炭酸化物中に酸化アルミニウムが分散した混合層、または、ＴｉとＡｌとを含む複合炭窒酸化物中に酸化アルミニウムが分散した混合層で構成することにより、被覆工具の高靭性，耐摩耗性，耐熱衝撃性，耐欠損性，高硬度，耐酸化性および耐溶着性を顕著に向上させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５２４７８号公報
【特許文献２】特開２００７−１１９８５９号公報
【特許文献３】特開２０００−２１０８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年の加工において刃先位置確認のツールとして主流となっているのは非接触式または接触式かつ非導電体の測定が可能なツールセッターではあるが、機械的に使用しやすく非接触式に比べて高精度な測定が可能な接触式で導電体測定用のツールセッターのユーザーもおり、このツールセッターが使用可能な工具の要望が市場では上がっている。またネットシェープ化が進み、加工取り代が少なくなることで仕上げ加工の需要が増えており、仕上げ加工後のコーナー識別性の向上を求める声も上がっている。前記２つの要望に応えるため、接触式かつ導電体用のツールセッター（タッチセンサー）が使用可能であり、また、コーナー部の識別を容易にし得る被覆工具が求められている。
【０００８】
例えば、図１に示す前記特許文献１で提案されている被覆工具においては、刃先稜線の一部の最外層を除去し、すくい面側の一部にα型Ａｌ２Ｏ３層を露出することで、すくい面の拡散クレーター摩耗や溶着に対する抵抗を向上させる事ができるが、仕上げ切削加工等の切込み量が少ない切削条件では、加工後の痕が稜線部にしか残らないために、刃先稜線にもコーナー部の識別を容易におこない得るようにするための識別表示層を設ける必要がある。
また、最外層がα型Ａｌ２Ｏ３層で構成されているため、導電性がなくツールセッターが使用不可であり、刃先位置を導電式のツールセッターで測定することはできない。
【０００９】
また、前記特許文献２で提案されている被覆工具においては、ＴｉＮ相中にＡｌ２Ｏ３相を分散させることで、前記特許文献１において課題であったコーナー識別性の問題や導電式のツールセッターの使用不能問題を解消することができるが、近年の高能率化に伴う加工速度の高速化や高温になりやすいドライ加工においては、耐クレーター摩耗性が不十分であり、加えて、ＴｉＮとＡｌ２Ｏ３は熱膨張率が異なるうえに、結晶構造が異なるため、密着性が低く、それにより耐欠損性が低下するという問題があった。
そこで、合金鋼やステンレス鋼等の溶着を発生しやすい被削材を、切込み量の小さい仕上げ切削加工をドライまたは高速条件で行った場合にも、すぐれた耐欠損性、耐摩耗性、耐溶着性を発揮し、さらに、接触式かつ導電体用のツールセッターの使用が可能であり、また、コーナー識別を容易におこない得る被覆工具が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、耐欠損性、耐摩耗性、耐溶着性にすぐれるとともに、接触式かつ導電体用のツールセッターを利用でき、さらに、コーナー識別を容易に行い得る被覆工具を得るべく、特に、前記特許文献３に示される被覆工具の中間層の構造に着目し、鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得た。  
【００１１】
即ち、前記特許文献３に示される被覆工具においては、工具基体表面に、中間層として、ＴｉとＡｌとを含む複合炭酸化物（以下、ＴｉＡｌ（ＣＯ）で示す）中にＡｌ２Ｏ３が分散した混合物層、または、ＴｉとＡｌとを含む複合炭窒酸化物（以下、ＴｉＡｌ（ＣＮＯ）で示す）中にＡｌ２Ｏ３が分散した混合物層が形成されているが、成膜条件を適切にコントロールすることでＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相（以下、「ＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相」を、単に、「ＴｉＡｌＣＮＯ相」で示す場合がある。）を中にα型Ａｌ２Ｏ３（以下、「α−Ａｌ２Ｏ３」で示す）相が分散した混合物層を成膜することが可能であること、そして、この混合物層中に占めるＴｉＡｌＣＮＯ相の体積率と相関する断面積に占める当該層の面積率（＝ＴｉＡｌＣＮＯ相の面積／［ＴｉＡｌＣＮＯ相の面積＋α−Ａｌ２Ｏ３相の面積］）を成膜条件によって適切な範囲内にコントロールすることで、耐クレーター摩耗性と耐溶着性に優れる混合層を形成し得ること、また、ＴｉＮ層が呈する黄金色の色調ではないにせよ、前記混合物層はブロンズ色の色調を有しているため、コーナー識別性の問題が解消されることを見出したのである。
【００１２】
さらに、ＴｉＡｌＣＮＯは導電性を有するため、混合物層中のＴｉＡｌＣＮＯ相の面積率を適切な範囲に制御することで、接触式かつ導電体用のツールセッターの使用が可能となること、さらに、ＴｉＡｌＣＮＯ相とα−Ａｌ２Ｏ３相の密着力は高いため、耐欠損性が向上することを見出したのである。
【００１３】
したがって、合金鋼やステンレス鋼等の溶着を発生しやすい被削材を、切込み量の小さい仕上げ切削加工をドライ条件または高速条件で行う場合において、前記特許文献１に記載の被覆工具において生じやすい欠点、例えば、コーナー識別性が悪く、作業時に未使用のコーナーのままインサートを廃棄してしまう、または、使用済みコーナーにて再度切削を行うことによるワークの寸法精度の低下、さらに、刃先位置を接触式かつ導電体用のツールセッターで測定することができないといった問題、を解決することができる。
また、前記特許文献２に記載の被覆工具における問題点、即ち、耐クレーター摩耗性の低下による早期の工具寿命、ＴｉＮとＡｌ２Ｏ３の熱膨張率の違い、あるいは、結晶構造の違いによる層の密着性の低下によってもたらされる耐欠損性の低下、という問題を解消することができる。  
【００１４】
また、本発明では、図２に示すように、前記のＴｉＡｌＣＮＯ相とα−Ａｌ２Ｏ３相の混合物層を硬質被覆層の上部層とし、工具基体と上部層との間に、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆの炭化物、酸化物、窒化物、炭酸化物、炭窒化物、炭窒酸化物から選ばれる１層または２層以上の層からなる下部層を介在させて設けることによって、上部層と工具基体の密着強度を向上させることができる。
さらに、本発明では、図３に示すように、前記上部層と下部層との間に、α−Ａｌ２Ｏ３層あるいはκ−Ａｌ２Ｏ３層からなる中間層を介在させて設けることによって、さらに耐熱性および耐摩耗性を補うことが可能である。
【００１５】
また、本発明では、前記のＴｉＡｌＣＮＯ相とα−Ａｌ２Ｏ３相の混合物層に占めるＴｉＡｌＣＮＯ相の面積率が、該混合物層の層厚方向に沿って、工具基体表面側から上部層表面側へ向かうにしたがって増加する傾斜構造を備えることによって、耐クレーター摩耗性、耐溶着性、耐欠損性を低下させることなく上部層の導電性を高めることができ、その結果、接触式かつ導電体用のツールセッターによる刃先位置の検知・測定を、より確実なものとすることができる。
【００１６】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであって、
「（１）  ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットからなる工具基体の表面に、下部層と上部層からなる硬質被覆層が設けられた表面被覆切削工具において、
（ａ）前記下部層は、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆの炭化物層、酸化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなり、
（ｂ）前記上部層は、０．５μｍ以上の平均層厚を有するＴｉとＡｌの複合炭酸化物相（ＴｉＡｌ（ＣＯ）相）中にα―Ａｌ２Ｏ３相が分散した混合物層あるいはＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物相（ＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相）中にα―Ａｌ２Ｏ３相が分散した混合物層からなり、前記上部層の表面において、ＴｉとＡｌの複合炭酸化物相（ＴｉＡｌ（ＣＯ）相）あるいはＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物相（ＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相）が占める面積率は、全表面の０．２〜０．８の範囲内であることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）  前記（１）に記載の表面被覆切削工具において、下部層と上部層の間に、α―Ａｌ２Ｏ３層またはκ−Ａｌ２Ｏ３層が中間層として介在して設けられていることを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）  前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具において、工具基体表面と平行な上部層断面におけるＴｉとＡｌの複合炭酸化物相（ＴｉＡｌ（ＣＯ）相）あるいはＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物相（ＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相）が占める面積率は、上部層の層厚方向に沿って、工具基体表面側から上部層表面側へ向かうにしたがって増加する傾斜構造を備えることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。
（４）  前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の表面被覆切削工具において、刃先稜線部の上部層の表面粗さは、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下であることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
【００１７】
以下に、この発明の被覆工具について、詳細に説明する。
【００１８】
下部層：
下部層は、基本的には、ＴｉＡｌ（ＣＯ）相とα−Ａｌ２Ｏ３相の混合物層あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相とα−Ａｌ２Ｏ３相の混合物層からなる上部層の下部に設けられ、工具基体と上部層のいずれにも強固に密着し、硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上に寄与する作用を有するが、下部層自身の特性である高い硬度によって硬質被覆層に高い耐摩耗性、特に優れた耐逃げ面摩耗性を具備する。
このような下部層に好適な膜種としては、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆの炭化物層、酸化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層を挙げることができ、これらの層のうちの１層または２層以上により下部層を構成する。
また、下部層の平均層厚については特に限定するものではないが、その平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方、その平均層厚が２０μｍを越えると、耐欠損性に悪影響を及ぼすことから、下部層の平均層厚は３〜２０μｍとすることが望ましい。
【００１９】
上部層：
上部層は、ＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物相（ＴｉＡｌ（ＣＯ）相）中にα―Ａｌ２Ｏ３相が分散した混合物層、あるいは、ＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物相（ＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相）中にα―Ａｌ２Ｏ３相が分散した混合物層から構成される。
前記混合物層からなる上部層は、硬さが高く、耐熱性にすぐれるため、すぐれた耐溶着性と耐摩耗性を有するとともに、ＴｉＡｌ（ＣＯ）相とα―Ａｌ２Ｏ３相の密着性、また、ＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相とα―Ａｌ２Ｏ３相の密着性がいずれも高いため、耐欠損性にもすぐれる。
そして、前記上部層は、導電性を有するため、接触式かつ導電体用のツールセッターによる刃先位置の検知・測定が可能であり、また、上部層は、ブロンズ色の色調を呈するため、コーナー識別用の識別表示層を特に設けなくても、コーナーの使用不使用を容易に識別することができるコーナー識別性を有する。
ただ、上部層表面において、ＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相が占める面積率を、｛ＴｉＡｌ（ＣＯ）相の面積あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積｝／｛［ＴｉＡｌ（ＣＯ）相の面積あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積］＋［α―Ａｌ２Ｏ３相の面積］｝で表した場合、前記上部層表面におけるＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積率が０．２未満であると、上部層の導電性低下を招き、ツールセッターによる刃先位置の検知・測定が困難となり、また、上部層の色調も黒色に近付くため、コーナー識別性が低下する。
一方、ＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積率が０．８を超えるようになると、上部層の耐熱性、耐摩耗性が低下する。
したがって、上部層表面において、ＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相が占める面積率は、０．２〜０．８とするが、より好ましい範囲は、０．４〜０．６である。
【００２０】
前記上部層の平均層厚は、０．５μｍ未満であると、長期の使用にわたって満足できる特性を発揮することができないので、０．５μｍ以上とする。上部層の平均層厚の上限については特に制限はないが、２０μｍを超える平均層厚の場合には、欠損、チッピングを発生しやすくなるので、平均層厚を０．５〜２０μｍとすることが望ましい。
【００２１】
また、前記上部層の表面におけるＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積率は、前記のとおり０．２〜０．８（好ましくは、０．４〜０．６）であるが、上部層の層厚方向に沿って、工具基体表面側から上部層表面側へ向かうにしたがって、ＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積率が増加する傾斜構造を備えることができる。
このようなＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積率の傾斜構造を備えることにより、上部層の導電性を低下させることなく、また、使用コーナーの識別性を損なうことなく、上部層の耐熱性、耐摩耗性を維持することができる。
例えば、下部層との界面または後記する中間層との界面における上部層のＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積率を、０．２〜０．４とし、一方、上部層の表面におけるＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積率を、０，６〜０．８とすることができる。
なお、工具基体表面と平行な上部層断面におけるＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積率とは、上部層の厚さ方向（工具基体表面に垂直な方向）に０．１μｍ、また、工具基体表面と平行な方向に５０μｍの短冊状の上部層断面領域について、ＥＤＳ分析により測定した面積率をいう。
【００２２】
前記上部層は、例えば、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ３：３〜６％、ＴｉＣｌ４：１〜６％、ＣＯ：１〜３％、ＮＯ：０〜２％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９８０〜１０４０℃、
反応雰囲気圧力：２０〜５０ｋＰａ、
の化学蒸着条件で成膜することができる。
ここで、上部層として、ＴｉＡｌ（ＣＯ）相とα―Ａｌ２Ｏ３相の混合物層を形成する場合には、化学蒸着時の反応ガス成分として、ＮＯは含有させない。
また、反応ガス成分であるＡｌＣｌ３あるいはＴｉＣｌ４の組成を、蒸着の進行（蒸着膜の成長）に応じて調整することによって、前記したＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の占有面積率の傾斜構造を形成することができる。
例えば、蒸着開始時のＴｉＣｌ４の組成を２容量％とし、蒸着の進行に伴って、ＴｉＣｌ４の組成を５容量％に増加させることによって、下部層または中間層との界面近傍における上部層のＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の占有面積率を約０．２とし、一方、上部層の表面における占有面積率を、約０．８とすることができる（後記表１の形成記号「混５」参照）。
また、蒸着開始時のＡｌＣｌ３の組成を５容量％とし、蒸着の進行に伴って、ＡｌＣｌ３の組成を３容量％に減少させることによって、下部層または中間層との界面近傍における上部層のＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の占有面積率を０．４とし、一方、上部層の表面における占有面積率を、０．６とすることができる（後記表１の形成記号「混６」参照）。
【００２３】
中間層：
上部層の耐熱性を高め、かつ、硬質被覆層全体としての耐摩耗性を高めるために、α―Ａｌ２Ｏ３層からなる中間層またはκ―Ａｌ２Ｏ３層からなる中間層を、下部層と上部層との間に介在させて設けることができる。
中間層として、硬さと耐熱性にすぐれたα―Ａｌ２Ｏ３層を設けることによって、硬質被覆層全体としての耐摩耗性を向上させることができ、また、κ―Ａｌ２Ｏ３層を設けることによって、κ―Ａｌ２Ｏ３層が有するサーマルバリア効果によって、母材の塑性変形による摩耗の進行を抑制することができる。
ただ、中間層と上部層の合計平均層厚が２０μｍを超えると、欠損、チッピングが発生しやすくなるので、中間層と上部層の合計平均層厚は２０μｍ以下とすることが望ましい。
【００２４】
また、本発明では、溶着に起因する欠損の発生を抑制するために、被覆工具の刃先稜線部の上部層の表面平滑化を図ることが望ましい。
具体的には、例えば、ブラスト処理、弾性砥石、ブラシ等による研磨加工により、刃先稜線部における上部層の表面粗さを、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．３μｍ以下とすることによって、刃先稜線部の平滑性、摺動性を向上させることができ、これによって、溶着に起因する欠損、チッピングの発生を抑制することができる。
なお、算術平均粗さＲａは、例えば、ＪＩＳ  Ｂ０６０１’０１に準拠して触針式表面粗さ測定器を用いて測定することができ、この場合、カットオフ値：０．０８ｍｍ、基準長さ：０．８ｍｍ、走査速度：０．１ｍｍ／秒にて測定する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の被覆工具は、少なくとも、硬質被覆層の上部層として、ＴｉＡｌ（ＣＯ）相とα−Ａｌ２Ｏ３相の混合物層あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相とα−Ａｌ２Ｏ３相の混合物層が設けられ、しかも、上部層の表面に占めるＴｉＡｌ（ＣＯ）相あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積率が０．２〜０．８であることによって、合金鋼やステンレス鋼等の溶着を発生しやすい被削材を、切込み量の小さい仕上げ切削加工をドライまたは高速条件で行った場合にも、すぐれた耐欠損性および耐摩耗性を発揮することができる。
さらに、本発明の被覆工具は、前記上部層の構造によって、接触式かつ導電体用のツールセッターを用いて刃先位置を検知・測定することができるばかりか、コーナー部の使用・未使用の識別を容易におこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の被覆工具の、逃げ面、すくい面、刃先稜線部の概略模式図を示す。
【図２】本発明被覆工具の一つの態様についての、逃げ面、すくい面、刃先稜線部の概略模式図の一例を示す。
【図３】本発明被覆工具の他の態様についての、逃げ面、すくい面、刃先稜線部の概略模式図の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
つぎに、この発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
なお、ここでは、工具基体として、ＷＣ基超硬合金を使用し、硬質被覆層の下部層としてＴｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層の１層または２層以上からなるＴｉ化合物層を用いた例を示すが、工具基体として、ＴｉＣＮ基サーメットを使用した場合、下部層として、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物層、酸化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層を用いた場合も同様である。
【実施例】
【００２８】
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、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、質量％で、３．０％ＴｉＣ−０．５％ＺｒＣ−２．５％ＴａＣ−１．０％ＮｂＣ−８．０％Ｃｏ−残部ＷＣとなるように配合（なお、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂは、それぞれ、上記の炭化物換算による配合組成である）し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切刃部にＲ：０．０５ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０４に規定するインサート形状のＷＣ基超硬合金製の工具基体を製造した。
【００２９】
ついで、この工具基体を、通常の化学蒸着装置に装入し、
まず、表１（表１中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである）に示される条件にて、表２に示される目標層厚のＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成した。
【００３０】
ついで、前記下部層の表面に、表１に示される条件で目標層厚のＴｉＡｌ（ＣＯ）相とα−Ａｌ２Ｏ３相の混合物層（表２中、形成記号「混１」、「混４」で示す）あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相とα−Ａｌ２Ｏ３相の混合物層（表２中、形成記号「混２」、「混３」、「混５」、「混６」で示す）を蒸着形成することにより、表２に示す本発明被覆工具１〜６を作製した。
なお、表１の形成記号「混１」〜「混３」による蒸着では、上部層に傾斜構造は形成されず、「混４」〜「混６」の蒸着条件で傾斜構造が形成される。
例えば、表１の「混５」は、蒸着開始時のＴｉＣｌ４は２容量％であるが、蒸着時間の経過とともにＴｉＣｌ４の含有割合を高め、蒸着終了直前のＴｉＣｌ４の含有割合は５容量％であることを示す。
また、表１の「混６」は、蒸着開始時のＡｌＣｌ３は５容量％であるが、蒸着時間の経過とともにＡｌＣｌ３の含有割合を低減し、蒸着終了直前のＡｌＣｌ３の含有割合は３容量％で  あることを示す。
【００３１】
上記本発明被覆工具１〜６の下部層、上部層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（縦断面測定）したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。
【００３２】
また、上記本発明被覆工具１〜６の上部層について、まず、上部層の表面について、ＥＤＳ分析することにより、上部層表面の面積率、即ち、｛ＴｉＡｌ（ＣＯ）相の面積あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積｝／｛［ＴｉＡｌ（ＣＯ）相の面積あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相の面積］＋［α―Ａｌ２Ｏ３相の面積］｝の値を測定した。
次に、上部層を層厚方向に三つの領域に等分し、各領域の層厚方向中央部分について、それぞれ「面積率１」、「面積率２」、「面積率３」として、各領域の面積率を測定し、傾斜構造の有無を確認した。
なお、「面積率１」は上部層の工具基体側の層厚方向中央部分（「上部層の厚さ方向（工具基体表面に垂直な方向）に０．１μｍ」×「工具基体表面と平行な方向に５０μｍの短冊状の断面領域」）の面積率、「面積率２」は上部層の中間領域の層厚方向中央部分（「上部層の厚さ方向（工具基体表面に垂直な方向）に０．１μｍ」×「工具基体表面と平行な方向に５０μｍの短冊状の断面領域」）の面積率、「面積率３」は上部層の表面側の層厚方向中央部分（「上部層の厚さ方向（工具基体表面に垂直な方向）に０．１μｍ」×「工具基体表面と平行な方向に５０μｍの短冊状の断面領域」）の面積率である。
表２に、測定した表面の面積率、「面積率１」、「面積率２」、「面積率３」を示す。
【００３３】
さらに、上記で作製した本発明被覆工具１〜６のうちの、本発明被覆工具４〜６については、刃先稜線部に対して研磨処理を施して平滑化した。
なお、本発明被覆工具１〜６のすべてについて、ＪＩＳ  Ｂ０６０１’０１に準拠し、カットオフ値：０．０８ｍｍ、基準長さ：０．８ｍｍ、走査速度：０．１ｍｍ／秒にて触針式表面粗さ測定器を用いて表面粗さを測定した。
表２に、その結果を示す。
【００３４】
【表１】
2017047487.tif 000003
【００３５】
【表２】
2017047487.tif 000004
【００３６】
次に、前記で作製したＷＣ基超硬合金製の工具基体に対して、表１に示される条件で、表３に示される目標層厚のＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成した後、該下部層の表面に、表１に示す条件で、表３に示される目標層厚のα−Ａｌ２Ｏ３層またはκ−Ａｌ２Ｏ３層からなる中間層を蒸着形成し、ついで、該中間層の表面に、表１に示される条件で目標層厚のＴｉＡｌ（ＣＯ）相とα−Ａｌ２Ｏ３相の混合物層あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相とα−Ａｌ２Ｏ３相の混合物層を蒸着形成することにより、表３に示す本発明被覆工具１１〜１６を作製した。
【００３７】
上記本発明被覆工具１１〜１６の下部層、中間層、上部層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（縦断面測定）したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。
【００３８】
また、上記本発明被覆工具１１〜１６の上部層について、本発明被覆工具１〜６と同様にして、上部層表面の面積率、上部層を層厚方向に三つの領域に等分した各領域における「面積率１」、「面積率２」、「面積率３」として、各領域の面積率を測定し、また、傾斜構造の有無を確認した。
表３に、測定した表面の面積率、「面積率１」、「面積率２」、「面積率３」を示す。
【００３９】
さらに、上記で作製した本発明被覆工具１１〜１６のうちの、本発明被覆工具１４〜１６については、刃先稜線部に対して研磨処理を施して平滑化した。
なお、本発明被覆工具１１〜１６のすべてについて、本発明被覆工具１〜６と同様に、表面粗さを測定した。
表３に、その結果を示す。
【００４０】
【表３】
2017047487.tif 000005
【００４１】
比較の目的で、前記で作製したＷＣ基超硬合金製の工具基体に対して、表１に示される条件で、表４に示される目標層厚のＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成した後、該下部層の表面に、表１に示す条件で、表４に示される目標層厚のα−Ａｌ２Ｏ３層またはκ−Ａｌ２Ｏ３層からなる中間層を蒸着形成し、あるいは、形成することなく、表１に示す条件で、目標層厚のα−Ａｌ２Ｏ３層、κ−Ａｌ２Ｏ３層、ＴｉＡｌ（ＣＯ）層あるいはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）層を上部層として蒸着形成することにより、表４に示す比較被覆工具１〜７を作製した。
【００４２】
上記で作製した比較被覆工具１〜７について、本発明被覆工具１〜６、１１〜１６と同様にして、硬質被覆層を構成する各層の厚さ、表面の面積率、「面積率１」、「面積率２」、「面積率３」を測定した。
また、比較被覆工具１〜７のうちの比較被覆工具３〜５および７については、刃先稜線部に対して研磨処理を施して平滑化したが、比較被覆工具１〜７のすべてについて、表面粗さを測定した。
表４に、その結果を示す。
【００４３】
【表４】
2017047487.tif 000006
【００４４】
つぎに、上記の本発明被覆工具１〜６、１１〜１６および比較被覆工具１〜７について、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、
≪切削条件Ａ≫
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（合金鋼）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
切込み：１．５ｍｍ、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
最高切削時間：５分
水溶性切削油使用
の条件での合金鋼の湿式断続切削試験、
≪切削条件Ｂ≫
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、
切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ、
切込み：０．１５ｍｍ、
送り：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：１０分
の条件でのステンレス鋼の乾式低切込み切削試験、
を行った。
上記切削試験において、逃げ面摩耗幅を測定するとともに、切削条件Ａの切削試験においては、欠損発生の有無を観察し、また、切削条件Ｂの切削試験においては、耐溶着性（溶着発生を起因とする欠損発生の有無）を観察し、さらに、使用コーナーの識別性の有無を観察した。
なお、上記切削試験に先立って、接触式かつ導電体用のツールセッター（大昭和精機株式会社製のＴＣＨ−８０）を用いて刃先位置を検知・測定し得るかどうかを確認したところ、本発明被覆工具１〜６、１１〜１６については、いずれもツールセッターによる刃先位置の検知・測定が可能であったが、比較被覆工具６，７については、検知・測定することができなかった。
表５、表６に切削試験結果を示す。
【００４５】
【表５】
2017047487.tif 000007
【００４６】
【表６】
2017047487.tif 000008
【００４７】
表２〜５に示される結果から、本発明被覆工具は、硬質被覆層の上部層が、ＴｉとＡｌの複合炭酸化物（ＴｉＡｌ（ＣＯ））相中にα―Ａｌ２Ｏ３相が分散した混合物層、あるいは、ＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物（ＴｉＡｌ（ＣＮＯ））相中にα―Ａｌ２Ｏ３相が分散した混合物層から構成され、かつ、上部層表面において、ＴｉＡｌ（ＣＯ）相またはＴｉＡｌ（ＣＮＯ）相が占める面積率が０．２〜０．８であるため、耐溶着性、耐欠損性、耐摩耗性にすぐれ、かつ、接触式かつ導電体用のツールセッターを用いた刃先位置の検知・測定が可能であり、さらに、使用コーナーの識別性を備えるというすぐれた効果が奏される。
これに対して、比較被覆工具は、耐溶着性、耐欠損性、耐摩耗性が十分ではなく、短時間で使用寿命に至るか、ツールセッターの利用可能性と使用コーナーの識別性を満足させることができるものではなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
上述のように、この発明の被覆工具は、切削性能にすぐれるばかりか、接触式かつ導電体用ツールセッターを利用することができ、さらに、特別の識別層を設けなくても使用コーナーの識別が可能であることから、切削装置の高性能化並びに切削加工の省力化および省エネ化による低コスト化および高作業性を実現できるものである。
【図１】
2017047487.tif 000009
【図２】
2017047487.tif 000010
【図３】
2017047487.tif 000011