【手続補正書】
【提出日】平成25年7月4日(2013.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
被覆工具の硬質被覆層のうち、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上から形成されるＴｉ化合物層からなる下部層は、それ自身の具備するすぐれた高温強度によって硬質被覆層の高温強度向上に寄与し、また、Ａｌ２Ｏ３層からなる上部層は、耐酸化性と熱的安定性にすぐれ、さらに高硬度を有するが、高熱発生を伴い、切刃に高負荷が断続的に作用する高速断続切削では、下部層−上部層間の密着強度が十分でないため、これが微小チッピング、層間剥離発生の要因となる。
そこで、下部層−上部層の界面密着強度を高めるため、両層の密着界面領域の改質について、数多くの実験を重ねた結果、工具領域を切れ刃部、逃げ面部およびすくい面部からなる３領域に分けた際に、その領域ごとに下部層と上部層とが隣接する界面の結晶粒構造を改善することにより、下部層と上部層の界面密着強度が高められることを見出したのである。
具体的には、切れ刃部においては、Ａｌ２Ｏ３層直下の下部層を構成するＴｉ化合物層の平均粒子径を０．１μｍ以下にすると共に、下部層と上部層とが隣接する界面に存在する下部層側の結晶粒（Ｔｉ化合物）の数ａ１と上部層側の結晶粒（Ａｌ２Ｏ３）の数ｂ１との比率ｂ１／ａ１が、０．８≦ｂ１／ａ１≦１．２を満足するように下部層および上部層を蒸着形成するとともに、逃げ面部およびすくい面部においては、Ａｌ２Ｏ３層直下の下部層を構成するＴｉ化合物層の平均粒子径を０．１〜０．５μｍにすると共に、下部層と上部層とが隣接する界面に存在する下部層側の結晶粒（Ｔｉ化合物）の数ａ２と上部層側の結晶粒（Ａｌ２Ｏ３）の数ｂ２との比率ｂ２／ａ２が、４≦ｂ２／ａ２≦２０を満足するように下部層および上部層を蒸着形成することによって、工具領域全体にわたって下部層と上部層との界面に発生する歪みが緩和されることにより、下部層−上部層界面の層間密着性が高められる。
そして、その結果として、高熱発生を伴い、切刃に高負荷が断続的に作用する高速断続切削加工においても、チッピング、剥離の発生なく、長期の使用に亘って優れた耐摩耗性を発揮することができることを見出したのである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「  炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、下部層と上部層とからなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、工具領域を切れ刃部、逃げ面部およびすくい面部からなる３領域に分けた際に、
（ａ）切れ刃部においては、
下部層は、Ｔｉの炭化物層、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、かつ、３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層からなり、
上部層は、化学蒸着した状態で１〜１５μｍの平均層厚を有するα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３層からなり、
上記下部層と上記上部層とが隣接する界面に存在する上記Ｔｉ化合物層側の結晶粒の数ａ１と上記Ａｌ２Ｏ３層側の結晶粒の数ｂ１との比率ｂ１／ａ１が０．８≦ｂ１／ａ１≦１．２を満足し、さらに、上記Ａｌ２Ｏ３層直下のＴｉ化合物層の結晶粒の平均粒子径が０．１μｍ以下であることを満足し、
（ｂ）逃げ面部およびすくい面部においては、
下部層は、Ｔｉの炭化物層、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、かつ、３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層からなり、
上部層は、化学蒸着した状態で１〜１５μｍの平均層厚を有するα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３層からなり、
上記下部層と上記上部層とが隣接する界面に存在する上記Ｔｉ化合物層側の結晶粒の数ａ２と上記Ａｌ２Ｏ３層側の結晶粒の数ｂ２との比率ｂ２／ａ２が４≦ｂ２／ａ２≦２０を満足し、さらに、上記Ａｌ２Ｏ３層直下のＴｉ化合物層の結晶粒の平均粒子径が０．１〜０．５μｍであることを満足する、
以上（ａ）および（ｂ）から構成された硬質被覆層を蒸着形成してなることを特徴とする表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
【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】
上記４段階のＡｌ２Ｏ３蒸着前処理を行った後、通常の成膜法でＡｌ２Ｏ３層を成膜することにより、本発明で規定する条件を満足するＡｌ２Ｏ３層を形成することができる。即ち、切れ刃部において、工具基体表面に垂直方向な断面における下部層（Ｔｉ化合物層）と上部層（Ａｌ２Ｏ３層）とが隣接する界面に存在する下部層側のＴｉ化合物結晶粒の数ａ１と上部層側のＡｌ２Ｏ３結晶粒の数ｂ１との比率ｂ１／ａ１を求めた場合に、ｂ１／ａ１が０．８以上で１．２以下となる界面形態を備えた上部層を蒸着形成することができる。
上記ａ１，ｂ１の比の値ｂ１／ａ１について、ｂ１／ａ１が０．８未満である場合には、切れ刃部の下部層−上部層界面におけるミスフィットを十分に緩和することができなくなり、一方、ｂ１／ａ１が１．２を超えると、Ａｌ２Ｏ３内の粒子間歪みが増大し、すぐれた層間密着性を発揮し得なくなるため、ｂ１／ａ１は、０．８≦ｂ１／ａ１≦１．２と定めた。
また、逃げ面部およびすくい面部において、工具基体表面に垂直方向な断面における下部層（Ｔｉ化合物層）と上部層（Ａｌ２Ｏ３層）とが隣接する界面に存在する下部層側のＴｉ化合物結晶粒の数ａ２と上部層側のＡｌ２Ｏ３結晶粒の数ｂ２との比率ｂ２／ａ２を求めた場合に、ｂ２／ａ２が４以上で２０以下となる界面形態を備えた上部層を蒸着形成することができる。
上記ａ２，ｂ２の比の値ｂ２／ａ２について、ｂ２／ａ２が４未満である場合には、逃げ面部およびすくい面部の下部層−上部層界面におけるミスフィットを十分に緩和することができなくなり、一方、ｂ２／ａ２が２０を超えると、Ａｌ２Ｏ３内の粒子間歪みが増大し、すぐれた層間密着性を発揮し得なくなるため、ｂ２／ａ２は、４≦ｂ２／ａ２≦２０と定めた。
ここで、下部層（Ｔｉ化合物層）と上部層（Ａｌ２Ｏ３層）とが隣接する界面に存在する下部層側のＴｉ化合物結晶粒の数ａ１、ａ２と上部層側のＡｌ２Ｏ３結晶粒の数ｂ１、ｂ２の測定は、下部層−上部層との界面１０箇所について、透過型電子顕微鏡を用い、５００００倍の暗視野観察による断面測定を行い、超硬基体表面に平行な直線距離を測定幅２５μｍとし、その範囲に存在するＡｌ２Ｏ３粒子と界面を有しているＴｉ化合物粒子の数およびＴｉ化合物粒子と界面を有しているＡｌ２Ｏ３粒子の数のそれぞれをカウントすることにより、求めることができる。
この様な界面形態を備えた上部層と下部層からなる本発明の硬質被覆層は、界面歪みが緩和されることによって、すぐれた層間密着性を有するようになり、高速断続切削加工における微小チッピングの発生、剥離の発生を抑制するようになる。
上部層の平均層厚が１μｍ未満では、長期の使用に亘って耐摩耗性を十分に発揮することができず、工具寿命の短命化を招き、一方、上部層の平均層厚が１５μｍを超えるようになると、切れ刃部にチッピング、欠損、剥離等が発生し易くなることから、上部層の平均層厚は、１〜１５μｍと定めた。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この発明の被覆工具は、硬質被覆層として、Ｔｉ化合物層からなる下部層とＡｌ２Ｏ３層からなる上部層を蒸着形成したものにおいて、切れ刃部においては、下部層と上部層との隣接界面に存在する下部層側のＴｉ化合物結晶粒の数ａ１と上部層側のＡｌ２Ｏ３結晶粒の数ｂ１との比率ｂ１／ａ１が０．８≦ｂ１／ａ１≦１．２を満足する界面構造を構成し、さらに、Ａｌ２Ｏ３層直下のＴｉ化合物層の結晶粒の平均粒子径を０．１μｍ以下とし、逃げ面部およびすくい面部においては、下部層と上部層との隣接界面に存在する下部層側のＴｉ化合物結晶粒の数ａ２と上部層側のＡｌ２Ｏ３結晶粒の数ｂ２との比率ｂ２／ａ２が４≦ｂ２／ａ２≦２０を満足する界面構造を構成し、さらに、Ａｌ２Ｏ３層直下のＴｉ化合物層の結晶粒の平均粒子径を０．１〜０．５μｍとしていることから、特に、下部層と上部層間の層間密着性が高められ、その結果、例えば鋼、鋳鉄などの、高熱発生を伴い、切れ刃部に高負荷が断続的に作用する高速断続切削加工に用いた場合でも、硬質被覆層がすぐれた層間密着強度を有するため、切れ刃部に微小チッピング、剥離等の発生なく、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
表５〜７に示される結果から、本発明被覆工具１〜１３は、切れ刃部において、下部層と上部層との隣接界面に存在する下部層側のＴｉ化合物結晶粒の数ａ１と上部層側のＡｌ２Ｏ３結晶粒の数ｂ１との比率ｂ１／ａ１が０．８≦ｂ１／ａ１≦１．２を満足する界面構造を構成し、さらに、Ａｌ２Ｏ３層直下のＴｉ化合物層の結晶粒の平均粒子径を０．１μｍ以下としているとともに、逃げ面部およびすくい面部において、下部層と上部層との隣接界面に存在する下部層側のＴｉ化合物結晶粒の数ａ２と上部層側のＡｌ２Ｏ３結晶粒の数ｂ２との比率ｂ２／ａ２が４≦ｂ２／ａ２≦２０を満足する界面構造を構成し、さらに、Ａｌ２Ｏ３層直下のＴｉ化合物層の結晶粒の平均粒子径を０．１〜０．５μｍとしていることから、特に、下部層と上部層間の層間密着性が高められ、その結果、鋼および鋳鉄の高熱発生を伴い、切刃に高負荷が断続的に作用する高速断続切削加工に用いた場合でも、硬質被覆層がすぐれた層間密着強度を有するため、切刃に微小チッピング、剥離等の発生なく、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮することができる。
しかるに、硬質被覆層の下部層と上部層との間に本発明のような界面構造が形成されていない従来被覆工具１〜１３においては、高速断続切削条件下では、硬質被覆層の層間密着強度が不十分であるために、硬質被覆層に微小チッピング、欠損、剥離等が発生し、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、下部層と上部層とからなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、工具領域を切れ刃部、逃げ面部およびすくい面部からなる３領域に分けた際に、
（ａ）切れ刃部においては、
下部層は、Ｔｉの炭化物層、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、かつ、３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層からなり、
上部層は、化学蒸着した状態で１〜１５μｍの平均層厚を有するα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３層からなり、
上記下部層と上記上部層とが隣接する界面に存在する上記Ｔｉ化合物層側の結晶粒の数ａ１と上記Ａｌ２Ｏ３層側の結晶粒の数ｂ１との比率ｂ１／ａ１が０．８≦ｂ１／ａ１≦１．２を満足し、さらに、上記Ａｌ２Ｏ３層直下のＴｉ化合物層の結晶粒の平均粒子径が０．１μｍ以下であることを満足し、
（ｂ）逃げ面部およびすくい面部においては、
下部層は、Ｔｉの炭化物層、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、かつ、３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層からなり、
上部層は、化学蒸着した状態で１〜１５μｍの平均層厚を有するα型の結晶構造を有するＡｌ２Ｏ３層からなり、
上記下部層と上記上部層とが隣接する界面に存在する上記Ｔｉ化合物層側の結晶粒の数ａ２と上記Ａｌ２Ｏ３層側の結晶粒の数ｂ２との比率ｂ２／ａ２が４≦ｂ２／ａ２≦２０を満足し、さらに、上記Ａｌ２Ｏ３層直下のＴｉ化合物層の結晶粒の平均粒子径が０．１〜０．５μｍであることを満足する、
以上（ａ）および（ｂ）から構成された硬質被覆層を蒸着形成してなることを特徴とする表面被覆切削工具。