(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材と、
前記母材上の最表面に形成されたＴｉＣＮからなる被覆膜とを備え、
前記被覆膜の色調において、色度ａ*が０以上１０以下、色度ｂ*が０以上２０以下、明度Ｌ*が０以上１００以下である、被覆硬質工具。
【請求項２】
前記被覆膜の色調において、色度ａ*が０以上５以下、色度ｂ*が０以上１０以下、明度Ｌ*が１０以上５０以下である、請求項１に記載の被覆硬質工具。
【請求項３】
前記被覆膜の厚みが０．５μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１または２に記載の被覆硬質工具。
【請求項４】
前記母材と前記被覆膜との間に、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮ、ＺｒＣ、ＣｒＮおよびＣｒＣよりなる群から選ばれる１種以上からなる付着強化層をさらに備えた、請求項１〜３のいずれかに記載の被覆硬質工具。
【請求項５】
前記母材の材質は、Ｃｏを８質量％以上１２質量％以下有している、請求項１〜４のいずれかに記載の被覆硬質工具。
【請求項６】
前記母材の材質は、Ｃｒを０．０５質量％以上１質量％以下有している、請求項５に記載の被覆硬質工具。
【請求項７】
前記母材の材質は、Ｖを０．０５質量％以上０．５質量％以下有している、請求項５または６に記載の被覆硬質工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被覆硬質工具に関し、具体的には、耐摩耗性の要求される切削工具やその他の耐摩工具として利用される被覆硬質合金工具の中で耐摩耗性、耐溶着性に優れる被覆硬質合金工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、切削用の工具としては、超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ合金にＴｉ（チタン）やＴａ（タンタル）、Ｎｂ（ニオブ）の炭窒化物を添加した合金）が用いられてきた。しかし、近年の切削の高速化に伴い、超硬合金、サーメット、あるいはアルミナ系や窒化珪素系のセラミックを母材として、その表面にＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法で元素周期律表のＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属やＡｌ（アルミニウム）などの炭化物、窒化物、炭窒化物、ホウ窒化物、酸化物からなる膜を３〜２０μｍの厚さに被覆した硬質合金工具の使用割合が増大している。
【０００３】
特にＰＶＤ法による被覆は、母材強度の劣化を招かずに耐摩耗性を高め得るということから、ドリル、エンドミル、フライス用スローアウェイチップなどの強度の要求される切削工具に多用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、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おり、そのことに伴い工具には一層の耐摩耗性、耐酸化性が要求されるようになってきている。特に高速切削においては高温になることから母材の耐摩耗性があまり期待できなくなるため、被覆膜の耐摩耗性が非常に重要になってきている。
【０００５】
それゆえ本発明の目的は、高速切削においても良好な耐摩耗性を有する被覆硬質工具を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、被覆膜の耐摩耗性の向上を達成するため、応力歪について研究した。一般に格子欠陥や転位が多く入った材料は転位の動きが制約されるため硬くなる。そこで、被覆膜に欠陥を導入すれば耐摩耗性が向上するのではないかと考えた。
【０００７】
そして、超硬合金に種々のＴｉＣＮ（炭窒化チタン）を被覆し、その被覆膜に転位や格子欠陥を導入して耐摩耗性を調べた。その結果、転位や格子欠陥が導入されると、耐摩耗性が向上することが判明した。また非常に興味深いことであるが、転位や格子欠陥が増えると被覆膜の色調も変ることが判明した。
【０００８】
ＴｉＣＮでは、一般にＣ（炭素）とＮ（窒素）との含有比が変ると色調が変化することが知られているが、本願発明者らは、切削性能の向上が見られるほど転位や格子欠陥が十分に入った場合のみ、色度ａ*（赤方向）が０以上１０以下、色度ｂ*（黄方向）が０以上２０以下、明度Ｌ*が０以上１００以下となることを見出した。そのうち、特に色度ａ*（赤方向）が０以上５以下、色度ｂ*（黄方向）が０以上１０以下、明度Ｌ*が１０以上５０以下のものは性能が著しく良くなることがわかった。
【０００９】
それゆえ本発明の被覆硬質工具は、母材と、母材上の最表面に形成されたＴｉＣＮからなる被覆膜とを備え、被覆膜の色調において、色度ａ*が０以上１０以下、色度ｂ*が０以上２０以下、明度Ｌ*が０以上１００以下である。
【００１０】
これにより、被覆膜に十分に転位や格子欠陥が導入され、高速切削においても良好な耐摩耗性が得られる。
【００１１】
なお、色度ａ*、色度ｂ*および明度Ｌ*による色の表示方法は、ＪＩＳ  Ｚ  ８７３０に準拠するものであり、分光測色方法により測定する場合には、ＪＩＳＺ  ８７２２の４．（分光測色方法）の規定により、刺激値直読方法により測定する場合には、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２２の５．（刺激値直読方法）の規定による。ただし、測定に用いる光電色彩計は、計器の指示から直接Ｌ*ａ*ｂ*を求めるものでもよい。
【００１２】
上記の被覆硬質工具において好ましくは、被覆膜の色調において、色度ａ*が０以上５以下、色度ｂ*が０以上１０以下、明度Ｌ*が１０以上５０以下である。
【００１３】
これにより、高速切削においてより良好な耐摩耗性を得ることができる。
上記の被覆硬質工具において好ましくは、被覆膜の厚みは０．５μｍ以上１０μｍ以下である。
【００１４】
これは被覆膜の厚みが５μｍ未満では被覆の効果が少なく、１０μｍを超えると被覆膜が剥離しやすくなるからである。
【００１５】
上記の被覆硬質工具において好ましくは、母材と被覆膜との間に、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＺｒＮ（窒化ジルコニウム）、ＺｒＣ（炭化ジルコニウム）、ＣｒＮ（窒化クロム）およびＣｒＣ（炭化クロム）よりなる群から選ばれる１種以上からなる付着強化層がさらに備えられている。
【００１６】
これにより、被覆膜と母材との付着強度が向上するため、より高性能が期待される。
【００１７】
上記の被覆硬質工具において好ましくは、母材の材質は、Ｃｏ（コバルト）を８質量％以上１２質量％以下有している。
【００１８】
このように超硬合金として母材のＣｏ含有量を適切に選択することにより、耐摩耗性が著しく向上する。Ｃｏの含有量が８質量％未満であると、超硬合金自体の耐摩耗性が良いため、被覆の効果があまり発揮されない。一方、Ｃｏの含有量が１２質量％を超えると、母材自体が軟らかくなりすぎ、本発明のような硬い被覆膜とのヤング率が違いすぎることから膜剥離が発生し、被覆の効果が発揮されない。
【００１９】
上記の被覆硬質工具において好ましくは、母材の材質は、０．０５質量％以上１質量％以下のＣｒ（クロム）および／または０．０５質量％以上０．５質量％以下のＶ（バナジウム）を有している。
【００２０】
このように母材としての超硬合金にさらにＣｒやＶを加えることにより、性能改善の効果が顕著となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施の形態における被覆硬質工具の部分断面図である。図１を参照して、ＴｉＣＮよりなる被覆膜１は、超硬合金よりなる母材２の表面上に形成されている。この母材２には、たとえばＷＣ−Ｃｏ合金や、この合金にＣｒやＶを添加した合金が用いられる。被覆膜１の色調において、色度ａ*（赤方向）が０以上１０以下、色度ｂ*（黄方向）が０以上２０以下、明度Ｌ*が０以上１００以下である。特に色度ａ*（赤方向）が０以上５以下、色度ｂ*（黄方向）が０以上１０以下、明度Ｌ*が１０以上５０以下であることが好ましい。
【００２３】
また被覆膜１の厚みは、被覆の効果および剥離防止を考慮すると、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２４】
また被覆膜１と母材２との間には、図２に示すように付着強化層３が形成されていることが好ましく、この付着強化層３は、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮ、ＺｒＣ、ＣｒＮおよびＣｒＣのいずれかの材質よりなっていてもよく、またこれらの任意の組合せの材質よりなっていてもよい。
【００２５】
母材２の材質は、８質量％以上１２質量％以下のＣｏを有していることが好ましく、さらに０．０５質量％以上１質量％以下のＣｒおよび／または０．０５質量％以上０．５質量％以下のＶを有していることが好ましい。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細に述べる。
【００２７】
（実験例１）
型番ＳＤＫＮ４２の形状のＩＳＯ  Ｐ３０超硬合金母材（Ｃｏを１１質量％含み、残部がＷＣである）に表２に示す各種のＴｉＣＮの被覆を施した。また、その被覆を施した各サンプルを使って合金鋼のブロックを表１の条件で切削し、切削後の各サンプルの摩耗量を測定した。その摩耗量の結果を表２に併せて示す。
【００２８】
【表１】
0004331384.tif 000002
【００２９】
【表２】
0004331384.tif 000003
【００３０】
表２の結果から、色度ａ*（赤方向）が０以上１０以下、色度ｂ*（黄方向）が０以上２０以下、明度Ｌ*が０以上１００以下の範囲内の色調を有する本発明品のサンプル１〜５では、その範囲外の色調を有するサンプル６〜８よりも逃げ面摩耗量が少なく、耐摩耗性が高いことがわかる。さらに、色度ａ*（赤方向）が０以上５以下、色度ｂ*（黄方向）が０以上１０以下、明度Ｌ*が１０以上５０以下の範囲内の色調を有するサンプル１、２および５では、その範囲外の色調を有するサンプル３および４よりもさらに高い耐摩耗性の得られることがわかる。
【００３１】
（実験例２）
次に母材と被覆膜の界面に付着強化層としてＴｉＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮ、ＺｒＣ、ＣｒＮ、ＣｒＣ薄膜を配したことの効果を確かめる実験を行なった。その実験として、実験例１のサンプル２と同じ被覆膜と母材との界面の間に上記各付着強化層を形成したサンプル１１〜１６を作製し、実験例１と同じ条件で切削し耐摩耗性を評価した。その結果を表３に示す。
【００３２】
【表３】
0004331384.tif 000004
【００３３】
表３の結果より、付着強化層を配置することにより、さらに逃げ面摩耗量が少なくなり、耐摩耗性が向上していることがわかる。
【００３４】
（実験例３）
次に母材の組成が違う場合の効果を確かめる実験として実験例１と同じ方法で作成したサンプルを準備し、実験例１と同じ条件で切削し耐摩耗性を評価した。その結果を表４に示す。
【００３５】
【表４】
0004331384.tif 000005
【００３６】
なお、表４の結果には明示していないが、サンプル２２および２３は、摩耗が少ないものの、チッピングが発生しワークに傷をつけてしまうため工具として使用不能であった。
【００３７】
この結果より、母材に含有されるＣｏ量が８質量％以上１２質量％以下であれば、色調が本発明範囲内になるとともに優れた切削性能の得られることがわかる。
【００３８】
また、母材にＣｏ以外に０．０５質量％以上１質量％以下のＣｒおよび／または０．０５質量％以上０．５質量％以下のＶを添加することにより、さらに切削性能が向上することがわかる。
【００３９】
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。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の被覆硬質工具では、被覆膜の色調において、色度ａ*が０以上１０以下、色度ｂ*が０以上２０以下、明度Ｌ*が０以上１００以下であるため、被覆膜に十分に転位や格子欠陥が導入され、高速切削においても良好な耐摩耗性が得られる。これにより、本発明の被覆硬質工具は、ドリル、エンドミル、フライス用スローアウェイチップ、切削用刃先交換型チップ、メタルソー、刃切り工具、リーマー、タップなどの切削工具、その表面に耐摩耗性被覆膜を形成した金属プレス加工用、金属鍛造用、ダイキャスト用、プラスチック成形用金型などに良好に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態における被覆硬質工具の部分断面図を示す図である。
【図２】  本発明の一実施の形態における被覆硬質工具において被覆膜と母材との間に付着強化層を備えた構成を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１  被覆膜、２  母材、３  付着強化層。
【図１】
0004331384.tif 000006
【図２】
0004331384.tif 000007