(57)【要約】  工具基体の表面に、平均層厚が０．５〜１０．０μｍの（Ｍｅ１−ｘ―ｙＡｌｘＭｙ）Ｎｚ（０．３５≦ｘ≦０．８０、０．００≦ｙ≦０．２０、０．２０≦（１−ｘ−ｙ）≦０．６５、０．９０≦ｚ≦１．１０（但し、ＭｅはＴｉまたはＣｒ、ｘ、ｙ、ｚは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４〜６族の原子、Ｙ、Ｓｉ、Ｌａ、Ｃｅの少なくとも一つ））の平均組成の硬質皮膜を含む硬質皮膜層を有し、工具基体の表面から工具表面に向かって平均厚さが５〜１００ｎｍの硬質皮膜層の界面領域において、ＴｉとＡｌとＭとＮの合量に対するＮの含有割合は、工具基体の表面側が１０〜３０原子％で、工具基体の表面から工具表面に向かって増加している表面被覆切削工具。
2020166466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具基体の表面に、少なくとも、平均層厚が０．５〜１０．０μｍの複合窒化物皮膜を含む硬質皮膜層を有する表面被覆切削工具であって、
前記複合窒化物皮膜は、組成式：（Ｔｉ１−ｘ―ｙＡｌｘＭｙ）Ｎｚで表した場合、０．３５≦ｘ≦０．８０、０．００≦ｙ≦０．２０、０．２０≦（１−ｘ−ｙ）≦０．６５、０．９０≦ｚ≦１．１０（但し、ｘ、ｙ、ｚは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４〜６族の原子、Ｙ、Ｓｉ、Ｌａ、Ｃｅの少なくとも一つ）を満足する平均組成を有し、
前記工具基体の表面から工具表面に向かって平均厚さが５〜１００ｎｍの範囲にある前記硬質皮膜層の界面領域において、ＴｉとＡｌとＭとＮの合量に対するＮの含有割合は、その前記工具基体の表面側が１０〜３０原子％であり、かつ、該界面領域において前記工具基体の表面から前記工具表面に向かって増加していること、
を特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
工具基体の表面に、少なくとも、平均層厚が０．５〜１０．０μｍの複合窒化物皮膜を含む硬質皮膜層を有する表面被覆切削工具であって、
前記複合窒化物皮膜は、組成式：（Ｃｒ１−ｘ―ｙＡｌｘＭｙ）Ｎｚで表した場合、０．３５≦ｘ≦０．８０、０．００≦ｙ≦０．２０、０．２０≦（１−ｘ−ｙ）≦０．６５、０．９０≦ｚ≦１．１０（但し、ｘ、ｙ、ｚは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４〜６族の原子、Ｙ、Ｓｉ、Ｌａ、Ｃｅの少なくとも一つ）を満足する平均組成を有し、
前記工具基体の表面から工具表面に向かって平均厚さが５〜１００ｎｍの範囲にある前記硬質皮膜層の界面領域において、ＣｒとＡｌとＭとＮの合量に対するＮの含有割合は、その前記工具基体の表面側が１０〜３０原子％であり、かつ、該界面領域において前記工具基体の表面から前記工具表面に向かって増加していること、
を特徴とする表面被覆切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面被覆切削工具（以下、被覆工具ということがある）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被覆工具には、各種の鋼（炭素鋼、合金鋼）や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工のためにバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるインサート、同被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、また、同被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、さらに、インサートを着脱自在に取り付けてソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うインサート式エンドミルなどが知られている。【０００３】
そして、従来から、被覆工具としては、例えば、ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメット、ｃＢＮ焼結体等を工具基体とし、これに硬質皮膜層を形成した被覆工具が知られており、切削性能の改善を目的として種々の提案がなされている。【０００４】
例えば、特許文献１には、工具基体上に下層、中間層および上層を形成した硬質皮膜被覆工具であって、
（ａ）前記下層は、ＩＶ、ＶおよびＶＩ族の元素、ＡｌおよびＳｉからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属元素と、Ｎ、ＣおよびＢからなる群から選ばれた少なくとも一種の非金属元素とを含有し、
（ｂ）前記上層は、（ＡｌｘＣｒｙ）ｃＯｄ（ｘ＝０．１〜０．４０、ｘ＋ｙ＝１、ｃ＝１．８６〜２．１４、ｄ＝２．７９〜３．２１）で、α型結晶構造を有し、等価Ｘ線回折強度比ＴＣ（１１０）が１．３以上であるとともにＴＣ（１１０）がＴＣ（１０４）より大きく、かつＴＣ（００６）が０である酸化物からなり、
（ｃ）前記中間層は、金属元素としてＡｌとＣｒを必須とする酸窒化物からなり、酸素濃度が前記下層側から前記上層側にかけて増加するとともに窒素濃度が前記下層側から前記上層側にかけて減少する傾斜組成を有し、その平均組成（ＡｌｓＣｒｔ）ａ（ＮｖＯｗ）ｂが、ｓ＝０．１〜０．６、ｓ＋ｔ＝１、ｖ＝０．１〜０．８、ｖ＋ｗ＝１、ａ＝０．３５〜０．６、ａ＋ｂ＝１を満たす、
ことを特徴とする硬質皮膜被覆工具
が記載されている。【０００５】
また、特許文献２には、工具基体の表面に順に、第１層目のＴｉＡｌ窒化物、第２層目のＴｉＡｌ窒化物の合計２層からなり、Ｔｉ：Ａｌ：Ｎ＝α：β：γとするとき、
（１）第１層目のＴｉＡｌ窒化物は、０＜α／β≦３、０．２≦（α＋β）／γ≦２を満たし、
（２）第２層目のＴｉＡｌ窒化物は、０＜α／β≦３を満たすとともに、Ｔ＝（α＋β）／γ、基体部側から表面部側に連続的または断続的にＴ1 Ｔ2 Ｔ3 Ｔ4 ・・・Ｔn （ｎは任意）とすると、２≧Ｔ1 ＞Ｔ2 ＞Ｔ3 ＞Ｔ4 ＞・・・＞Ｔn ≧０．１を満たす超多層の硬質膜である、
硬質皮膜を有する切削工具
が記載されている。【０００６】
さらに、特許文献３には、耐摩耗性基材上に、ＡｌａＭｂ（ＭはＴｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＭｎよりなる群から選ばれた少なくとも１種。６０ａｔ％≦ａ≦９８．５ａｔ％、１．５ａｔ％≦ｂ≦４０ａｔ％）の組成を有する蒸発源材料を用い、窒素、酸素又は炭素を含む反応ガスの供給量をその分圧が連続的または段階的に変化するように制御しながら、非晶質膜中の反応ガス成分の濃度が膜表面に向って増大する高い硬度を有する非晶質硬質膜が記載され、この硬質膜は電気電子材料、高強度材料、耐摩耗材料、耐高温材料などとして使用できることが示されている。【０００７】
加えて、特許文献４には、基板上に２のコーティング層を有し、該コーティング層の組成をＭｅＮｘとすると、内側のコーティング層では０．５＜ｘ＜０．９で、外側のコーティング層では０．９＜ｘ≦１．０であり、前記Ｍｅが周期表のＩＩＩ〜ＩＶ族に属する金属であることを特徴とする耐摩耗性表面層でコーティングされた複合体が記載され、この複合体は切削工具として使用できることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５６１７９３３号公報
【特許文献２】特開平１０−２３７６２９号公報
【特許文献３】特開平６−３２２５１７号公報
【特許文献４】特開昭５９−１５９９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１〜４に記載された硬質皮膜層（耐摩耗層）を有する被覆工具は、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、鋳鉄等の高速切削時には刃先が高温となるため、早期に硬質皮膜層の組成変化が進行して、硬質皮膜層がもろくなり、短時間で寿命に至ってしまい満足する切削性能を得ることは困難である。なお、本明細書では、高速切削とは、特に加工時に発熱の多いステンレス鋼では通常の切削速度よりも１５％以上、また、炭素鋼、合金鋼、鋳鉄では従来の切削速度よりも３０％以上の高速加工をいう。【００１０】
そこで、本発明は、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、鋳鉄等の高速切削加工に用いても、硬質皮膜層が優れた耐チッピングを備えることにより、長期の使用にわたって優れた切削性能を発揮する切削工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る表面被覆切削工具は、次の（１）および（２）である。
（１）工具基体と、該工具基体の表面に、少なくとも、平均層厚が０．５〜１０．０μｍの複合窒化物皮膜を含む硬質皮膜層を有し、
前記複合窒化物皮膜は、組成式：（Ｔｉ１−ｘ―ｙＡｌｘＭｙ）Ｎｚで表した場合、０．３５≦ｘ≦０．８０、０．００≦ｙ≦０．２０、０．２０≦（１−ｘ−ｙ）≦０．６５、０．９０≦ｚ≦１．１０（但し、ｘ、ｙ、ｚは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４〜６族の原子、Ｙ、Ｓｉ、Ｌａ、Ｃｅの少なくとも一つ）を満足する平均組成を有し、
前記工具基体の表面から工具表面に向かって平均厚さが５〜１００ｎｍの範囲にある前記硬質皮膜層の界面領域において、ＴｉとＡｌとＭとＮの合量に対するＮの含有割合は、その前記工具基体の表面側が１０〜３０原子％であり、かつ、該界面領域において前記工具基体の表面から前記工具表面に向かって増加している。【００１２】
（２）工具基体と、該工具基体の表面に、少なくとも、平均層厚が０．５〜１０．０μｍの複合窒化物皮膜を含む硬質皮膜層を有し、
前記複合窒化物皮膜は、組成式：（Ｃｒ１−ｘ―ｙＡｌｘＭｙ）Ｎｚで表した場合、０．３５≦ｘ≦０．８０、０．００≦ｙ≦０．２０、０．２０≦（１−ｘ−ｙ）≦０．６５、０．９０≦ｚ≦１．１０（但し、ｘ、ｙ、ｚは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４〜６族の原子、Ｙ、Ｓｉ、Ｌａ、Ｃｅの少なくとも一つ）を満足する平均組成を有し、
前記工具基体の表面から工具表面に向かって平均厚さが５〜１００ｎｍの範囲にある前記硬質皮膜層の界面領域において、ＣｒとＡｌとＭとＮの合量に対するＮの含有割合は、その前記工具基体の表面側が１０〜３０原子％であり、かつ、該界面領域において前記工具基体の表面から前記工具表面に向かって増加している。
【発明の効果】
【００１３】
硬質皮膜層にＡｌとＴｉとＭを含む複合窒化物皮膜を有する表面被覆切削工具は合金鋼、鋳鉄等の高速切削加工に、また、硬質皮膜層にＡｌとＣｒとＭを含む複合窒化物皮膜を有する表面被覆切削工具は炭素鋼、ステンレス鋼等の高速切削加工に、それぞれ、用いても、硬質皮膜層が優れた耐チッピングを備えることにより、長期の使用にわたって優れた切削性能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の表面被覆切削工具における硬質皮膜層の縦断面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明者は、ＡｌとＴｉとＭを含む複合窒化物皮膜、および、ＡｌとＣｒとＭを含む複合窒化物皮膜（ただし、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４〜６族の原子、Ｙ、Ｓｉ、Ｌａ、Ｃｅの少なくとも一つであり、以下、それぞれ、（ＴｉＡｌＭ）Ｎ皮膜、（ＣｒＡｌＭ）Ｎ皮膜ということがある）を有する硬質皮膜層の物性について鋭意検討した。その結果、次のような知見を得た。
【００１６】
（１）Ｎ量の少ない（ＴｉＡｌＭ）Ｎ皮膜および（ＣｒＡｌＭ）Ｎ皮膜を含む硬質皮膜層は、高速切削加工時にも優れた耐摩耗性を有する。その理由は、これら皮膜の熱安定性が高いためと推定される。
（２）工具基体と界面領域（工具基体の表面近傍にある前記硬質皮膜層の所定範囲）において、Ｎの含有量（含有割合）を工具基体の表面から工具表面に向かって増加させると、切削性能が向上する。その理由は、Ｎ含有割合を増加させることにより、前記硬質皮膜層の分解が生じにくくなるため、界面付近に発生するクラックを抑制することができ、前記硬質皮膜層の密着力が向上するためと推定している。
なお、前記特許文献１〜４には、Ｎ含有量が変化する膜についての記載があるが、いずれも前記（１）および（２）の知見を示唆すらしないものである。
【００１７】
以下、本発明の一実施形態の被覆工具について、より詳細に説明する。なお、本明細書、特許請求の範囲の記載において、数値範囲を「Ａ〜Ｂ」（Ａ、Ｂはともに数値）を用いて表現する場合、その範囲は上限（Ｂ）および下限（Ａ）の数値を含むものである。また、上限（Ｂ）と下限（Ａ）の単位は同じである。なお、数値は、すべて、測定上の公差を許容するものである。
【００１８】
硬質皮膜層：
図１に示すように、本実施形態の被覆工具における硬質皮膜層４は、工具基体１の上に設けられた硬質皮膜３に含まれる、（ＴｉＡｌＭ）Ｎ皮膜、または、（ＣｒＡｌＭ）Ｎ皮膜を有するものであり、その工具基体１の表面近傍に所定範囲の界面領域２を有している。
【００１９】
硬質皮膜層の平均層厚は、０．５〜１０．０μｍが好ましい。この範囲とした理由は、平均層厚が０．５μｍ未満であると、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性を発揮することができず、一方、平均層厚が１０．０μｍを超えると、結晶粒が粗大化しやすくなり、耐チッピング性の向上効果が得られなくなるからである。
【００２０】
（ＴｉＡｌＭ）Ｎ皮膜および（ＣｒＡｌＭ）Ｎ皮膜：
本実施形態の被覆工具における硬質皮膜層に含まれる（ＴｉＡｌＭ）Ｎ皮膜は、その平均組成を、組成式：（Ｔｉ１−ｘ−ｙＡｌｘＭｙ）Ｎｚで表した場合、また、同（ＣｒＡｌＭ）Ｎ皮膜は、その平均組成を、組成式：（Ｃｒ１−ｘ−ｙＡｌｘＭｙ）Ｎｚで表した場合、共に、０．３５≦ｘ≦０．８０、０．００≦ｙ≦０．２０、０．２０≦（１−ｘ−ｙ）≦０．６５、０．９０≦ｚ≦１．１０（但し、ｘ、ｙ、ｚは原子比、ＭはＩＵＰＡＣの周期表の４〜６族の原子、Ｙ、Ｓｉ、Ｌａ、Ｃｅの少なくとも一つ）を満足する平均組成を有している。
【００２１】
このように、ｘ、ｙ、１−ｘ−ｙ、ｚの範囲を決定した理由は、次のとおりである。
ｘの値が０．３５未満になると、高硬度が得られないばかりか結晶粒が粗大化しやすくなり、一方、０．８０を超えると、一部の結晶の結晶構造がＮａＣｌ型の面心立方構造から六方晶構造に変化し、硬さが低下する。より好ましい範囲としては０．４５≦ｘ≦０．７０である。
【００２２】
また、必要に応じて添加するＭの平均含有割合ｙが０．２０を超えると、靭性が低下し、チッピング、欠損を発生しやすくなる。
さらに、（１−ｘ−ｙ）の値が０．２０を未満になると、相対的なＴｉ、Ｃｒ含有割合の減少により、靭性が低下し、チッピング、欠損を発生しやすくなり、０．６５を超えると高硬度が得られない。
【００２３】
加えて、ｚの値を０．９０以上にすることにより、耐熱性がより向上し、優れた耐摩耗性を示す。また、ｚの値が１．１０を超えて大きくなると、硬質皮膜層の残留応力が大きくなり過ぎて、耐欠損性が低下してしまう。
【００２４】
なお、（ＴｉＡｌＭ）Ｎ皮膜および（ＣｒＡｌＭ）Ｎ皮膜の平均組成、平均層厚については、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＳ）を用いた断面（工具基体の表面に垂直な縦断面）の観察により求めることができる。
【００２５】
硬質皮膜層の界面領域：
本実施形態の被覆工具において、工具基体の表面から工具表面に向かって平均厚さが５〜１００ｎｍの範囲（厚さ）にある硬質皮膜層の界面領域において、ＴｉとＡｌとＭとＮの合量に対してＮの含有割合、および、ＣｒとＡｌとＭとＮの合量に対してＮの含有割合は、共に、その工具基体の表面側（該界面領域において工具基体の表面側から工具表面側に向かって、それぞれ、皮膜組成の（Ｔｉ、Ａｌ、Ｍ、Ｎ）、または、（Ｃｒ、Ａｌ、Ｍ、Ｎ）の皮膜に関する原子のみが検出され始めた点）の値が１０〜３０原子％であって、Ｎの含有割合（ＴｉとＡｌとＭとＮの合量に対するＮの含有割合、および、ＣｒとＡｌとＭとＮの合量に対するＮの含有割合）が工具基体の表面から工具表面に向かって増加していることが好ましい。
【００２６】
これにより、（ＴｉＡｌＭ）Ｎ皮膜および（ＣｒＡｌＭ）Ｎ皮膜の組成変化（分解）の生じやすい工具基体との界面領域において、（ＴｉＡｌＭ）Ｎ皮膜および（ＣｒＡｌＭ）Ｎ皮膜の分解が生じにくくなり、前記界面領域付近に発生するクラックを抑制することができ、その結果、工具基体と硬質皮膜層との密着力が向上し、切削性能が向上すると考えられる。界面領域の平均厚さは、より好ましくは、２０〜８０ｎｍの範囲である。なお、この界面領域におけるＮの含有割合は、ＴＥＭ−ＥＤＳによって求めることができる。
【００２７】
工具基体：
工具基体は、この種の工具基体として従来公知の基材であれば、本発明の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。一例を挙げるならば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、さらに、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、ｃＢＮ焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。
【００２８】
製造方法：
本実施形態の被覆工具における（ＴｉＡｌＭ）Ｎ皮膜および（ＣｒＡｌＭ）Ｎ皮膜は、ＰＶＤの一種であるアークイオンプレーティング（Ａｒｃ  Ｉｏｎ  Ｐｌａｔｉｎｇ：ＡＩＰ）装置を用いて製造することができる。工具基体の表面から工具表面に向かって５〜１００ｎｍの範囲の平均厚さとなる界面領域は、雰囲気ガスである窒素ガス分圧を成膜開始から徐々に増加（例えば線形に増加）させることにより形成することができる。
【実施例】
【００２９】
次に、実施例について説明する。本発明は、実施例に限定されるものではない。工具基体としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート切削工具に適用した実施例について述べるが、工具基体として、前述したＴｉＣＮ基サーメット等を用いた場合であっても、また、工具としてドリル、エンドミル等に適用した場合も同様である。【００３０】
まず、原料粉末として、Ｃｏ粉末、ＶＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＷＣ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力でプレス成形した。次に、これらの圧粉成形体を焼結し、所定寸法となるように加工して、ＩＳＯ規格ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＴＮ１のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体１〜３を作製した。【００３１】
次に、ＡＩＰ装置を用いて硬質皮膜層を形成すべく、工具基体１〜３をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥させ、ＡＩＰ装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着した。また、カソード電極（蒸発源）として、所定組成のＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金ターゲット、所定組成のＣｒ−Ａｌ−Ｍ合金ターゲットを配置した。所定組成のＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金ターゲットおよびＣｒ−Ａｌ−Ｍ合金ターゲットとは、それそれ、目標とする（ＴｉＡｌＭ）Ｎ皮膜、（ＣｒＡｌＭ）Ｎ皮膜の平均組成に対応した組成のターゲットである。【００３２】
続いて、ＡＩＰ装置内を排気して１０−２Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターを使ってＡＩＰ装置内を５００℃に加熱した。その後、０．５〜２．０Ｐａのアルゴンガス雰囲気に設定し、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−２００〜−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加した。これにより、工具基体の表面をアルゴンイオン、または、金属イオンによって、５〜１２０分間のボンバード処理をした。ここで、金属イオンとは、金属ターゲットからなるカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間に８０〜２４０Ａの範囲内の所定の電流を流してアーク放電させ、発生させたものである。【００３３】
ＡＩＰ装置内に反応ガスとして、表２、表３に示す分圧が０．１〜５．０Ｐａの範囲内の窒素ガスとＡｒガスを所定時間導入する。そして、同じく表２、表３に示す炉内温度に維持し、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に表２、表３に示す−３０〜−１５０Ｖの範囲内の所定の直流バイアス電圧を印加し、かつ、Ｔｉ−Ａｌ−Ｍ合金ターゲットまたはＣｒ−Ａｌ−Ｍ合金ターゲットからなるカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間に表２、表３に示す８０〜２４０Ａの範囲内の所定の電流を流してアーク放電を発生させて、表４、表５に示す本発明の被覆工具（以下、「実施例工具」という）１〜９および１１〜１９（１０は欠番である）を作製した。【００３４】
なお、表２、表３でいう「界面領域Ｎ２ガス供給時間（分）」とは、「界面領域形成時のＮ２ガス供給時間（分）」のことである。初期値の圧力、Ｎ２およびＡｒ体積％から「界面領域Ｎ２ガス供給時間（分）」の時間をかけて、終了値の圧力、Ｎ２およびＡｒ体積％に直線的に変化させ、その後、この終了値のままで成膜を完了させた。【００３５】
一方、比較のため、前記工具基体１〜３に対して、前記と同じＡＩＰ装置を用いて、表２に示す条件で（ＴｉＡｌＭ）Ｎ皮膜、表３に示す条件で（ＣｒＡｌＭ）Ｎ皮膜を蒸着形成し、表６、表７に示す比較例の皮膜工具（以下、「比較例工具」という）１〜３および１１〜１３（４〜１０は欠番である）を作製した。【００３６】
（ＴｉＡｌＭ）Ｎ皮膜、（ＣｒＡｌＭ）Ｎ皮膜を有する硬質被覆層の平均層厚、平均組成および界面領域のＮの含有割合は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＳ）を用いた断面観察により求めた。なお、観察断面は、工具基体の表面に垂直な硬質皮膜層の縦断面で、工具基体の表面に平行な方向の幅が１０μｍであり、硬質皮膜層の厚み領域が全て含まれるよう設定されたものであった。【００３７】
具体的には、平均層厚は観察断面を５０００倍に拡大して、５点の層厚を求めて平均層厚を算出した。平均組成、界面領域のＮ含有量については、層厚方向に等間隔で５本のＥＤＳ線分析を行って求めた。すなわち、工具基体側から工具表面側へＴＥＭ−ＥＤＳ線分析を１００μｍの等間隔で５本行った。【００３８】
そして、（Ｔｉ、Ａｌ、Ｍ、Ｎ）または（Ｃｒ、Ａｌ、Ｍ、Ｎ）の硬質皮膜層を構成する原子のみが検出され始め、Ｎ含有量が１０〜３０原子％である工具基体の表面に最も近い点から工具基体表面側へ０．５ｎｍの点を工具基体側の位置とし、また、Ｎの含有割合がこれ以上増加しない点よりも工具基体側へ０．５ｎｍの点を工具表面側の位置とした。なお、これらの点の位置は工具基体の表面から測定した。 表４〜表７では、この工具基体側の位置および工具表面側の位置におけるＮの含有量を、それぞれ前記５個の分析の平均値として記載している。なお、界面領域の平均層厚は、この工具基体側の位置および工具表面側の位置の距離に１ｎｍを加えたものである。【００３９】
【表１】
2020166466.tif 000003
【００４０】
【表２】
2020166466.tif 000004
【００４１】
【表３】
2020166466.tif 000005
【００４２】
【表４】
2020166466.tif 000006
【００４３】
【表５】
2020166466.tif 000007
【００４４】
【表６】
2020166466.tif 000008
【００４５】
【表７】
2020166466.tif 000009
【００４６】
次いで、実施例工具１〜９、１１〜１９および比較例工具１〜３、１１〜１３について、以下の条件で、合金鋼、鋳鉄、炭素鋼、および、ステンレス鋼、についての高速切削加工試験を実施した。【００４７】
切削試験Ａ：（本実施例工具１〜９、比較例工具１〜３）
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４３０（ＨＢ２５０）の丸棒
切削速度：  ２２０ｍ／ｍｉｎ．
切り込み：  ０．３ｍｍ
送り：      ０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．
切削時間：  ５分
の条件での合金鋼の高速削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１６５ｍ／ｍｉｎ．、０．２０ ｍｍ／ｒｅｖ．）
切削試験Ａの結果を表８に示す。【００４８】
切削試験Ｂ：（本実施例工具１〜９、比較例工具１〜３）
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ６００の丸棒
切削速度：  ２２０ｍ／ｍｉｎ．
切り込み：  ０．２５ｍｍ
送り：      ０．２１ｍｍ／ｒｅｖ．
切削時間：  ５分
の条件での鋳鉄の高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１４５ ｍ／ｍｉｎ．、０．２ ｍｍ／ｒｅｖ．）
切削試験Ｂの結果を表９に示す。【００４９】
切削試験Ｃ：（本実施例工具１１〜１９、比較例工具１１〜１３）
被削材：ＪＩＳ・Ｓ５５Ｃ（ＨＢ２５０）の丸棒
切削速度：  ２２０ ｍ／ｍｉｎ．
切り込み：  ０．２ ｍｍ
送り：      ０．２４ｍｍ／ｒｅｖ．
切削時間：  ５分、
の条件での炭素鋼の連続高速高送り切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１４５ ｍ／ｍｉｎ．、０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ．）
切削試験Ｃの結果を表１０に示す。【００５０】
切削試験Ｄ：（本実施例工具１１〜１９、比較例工具１１〜１３）
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１８０）の丸棒
切削速度：  １４０ｍ／ｍｉｎ．
切り込み：  ２．０ｍｍ
送り：      ０．３３ｍｍ／ｒｅｖ．
切削時間：    ９  分
の条件（切削条件Ｂ）でのステンレス鋼の湿式連続高送り切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１２０  ｍ／ｍｉｎ．、０．３  ｍｍ／ｒｅｖ．）
切削試験Ｄの結果を表１１に示す。【００５１】
【表８】
2020166466.tif 000010
【００５２】
【表９】
2020166466.tif 000011
【００５３】
【表１０】
2020166466.tif 000012
【００５４】
【表１１】
2020166466.tif 000013
【００５５】
表８〜１１の結果によれば、実施例工具１〜９については、切削試験Ａ、Ｂのいずれでも、実施例工具１１〜１９については、切削試験Ｃ、Ｄのいずれでもチッピング、剥離等の異常損傷の発生はなく、耐チッピング性、耐摩耗性のいずれにも優れていることがわかる。これに対して、比較例工具１〜３については、切削試験Ａ、Ｂのいずれでも、比較例工具１１〜１３については、切削試験Ｃ、Ｄのいずれでも、チッピングの発生、あるいは、逃げ面摩耗の進行により、短時間で寿命に至ることは明らかである。【００５６】
前記開示した実施の形態はすべての点で例示にすぎず、制限的なものではない。本発明の範囲は前記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、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。
【符号の説明】
【００５７】
１：工具基体
２：界面領域
３：硬質皮膜
４：硬質皮膜層
【図１】
2020166466.tif 000014
【国際調査報告】
2020166466.tif 000015
2020166466.tif 000016
2020166466.tif 000017
2020166466.tif 000018