(57)【要約】  高速領域での切削加工における耐摩耗性に優れ、工具寿命が長い表面被覆切削工具を提供する。  表面被覆切削工具は、ＷＣ結晶粒子と絶縁性粒子とを含む工具基体の表面に、ＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる被覆層を有する。複合窒化物は、組成式：ＴｉａＡｌｂＶｃＮで表した場合に、  ０．２５≦ａ≦０．３５  ０．６４≦ｂ≦０．７４  ０＜ｃ≦０．０６  ａ＋ｂ＋ｃ＝１  （但し、ａ、ｂ、ｃはいずれも原子比）を満足する。被覆層は、Ｘ線回折において、六方晶に由来するピークと立方晶に由来するピークとが観察されることを特徴とする。
2020137325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＷＣ結晶粒子と絶縁性粒子とを含む工具基体の表面に、ＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
前記複合窒化物は、
組成式：ＴｉａＡｌｂＶｃＮ
で表した場合に、
０．２５≦ａ≦０．３５
０．６４≦ｂ≦０．７４
０＜ｃ≦０．０６
ａ＋ｂ＋ｃ＝１
（但し、ａ、ｂ、ｃはいずれも原子比）を満足し、
前記被覆層は、Ｘ線回折において、六方晶に由来するピークと立方晶に由来するピークとが観察されることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記被覆層をＸ線回折で測定し、
前記六方晶の（１００）面のピーク強度をＩＡとし、
前記立方晶の（２００）面のピーク強度をＩＢとした際に、
ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が０．４３以上０．８６以下であ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】
前記被覆層のＸ線回折における最もピーク強度が高いピークは、立方晶の（２００）面のピークであることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
前記絶縁性粒子はＡｌ２Ｏ３、サイアロン、及び窒化珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面被覆切削工具。
【請求項５】
前記工具基体はロウ材を介して台座に接合され、前記台座は超硬合金で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項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】
本発明は表面被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１では、超硬合金の基体を、（ＴｉＡｌＶ）（ＣＮ）からなる硬質皮膜で被覆する技術が開示されている。Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｃ、Ｎの添加量を制御し、岩塩構造型の結晶構造を主体とすることにより高強度を確保することができる、と記載されている。
下記特許文献２では、超硬合金の基体を、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎ、Ｏを含有する硬質皮膜で被覆する技術が開示されている。硬質皮膜がＮａＣｌ型の結晶構造を有し、（２００）面回折強度が（１１１）面回折強度より強い場合、優れた耐酸化性、耐摩耗性を発揮する、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０３４８５８号公報
【特許文献２】特開２００３−１６５００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、高能率加工の観点から、高速領域での切削加工における耐摩耗性に優れた切削工具のニーズが高まっている。高速領域での切削加工においては、発生する切削熱によって、切削工具の刃先が高温になる傾向がある。【０００５】
特許文献１では、基体が超硬合金の場合には、硬質皮膜の六方晶の生成を抑制することで工具寿命を長くできるとされる。しかし、基体が超硬合金の場合、高温で軟化する成分（Ｃｏ等）を含むため、高速領域での切削熱により工具損傷を生じるおそれがある。
また、特許文献２のように、硬質皮膜が立方晶単一相の場合、硬質皮膜の耐熱性が十分ではなく、高速領域での切削熱により、硬質皮膜の酸化反応が進行するおそれがある。硬質皮膜が酸化すると、硬質皮膜の硬度が低下し、切削工具の摩耗が進行することが懸念される。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高速領域での切削加工における耐摩耗性に優れ、工具寿命が長い表面被覆切削工具を提供することを目的とし、以下の形態として実現することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔１〕ＷＣ結晶粒子と絶縁性粒子とを含む工具基体の表面に、ＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
前記複合窒化物は、
組成式：ＴｉａＡｌｂＶｃＮ
で表した場合に、
０．２５≦ａ≦０．３５
０．６４≦ｂ≦０．７４
０＜ｃ≦０．０６
ａ＋ｂ＋ｃ＝１
（但し、ａ、ｂ、ｃはいずれも原子比）を満足し、
前記被覆層は、Ｘ線回折において、六方晶に由来するピークと立方晶に由来するピークとが観察されることを特徴とする表面被覆切削工具。【０００７】
この構成の表面被覆切削工具では、工具基体を高温で軟化する成分（Ｃｏ等）を実質的に含まないものとすることで、高速領域での切削熱による工具損傷を抑制することができる。
さらに、ＷＣ結晶粒子と絶縁性粒子とを含む工具基体を、六方晶を含む被覆層で被覆するから、六方晶による熱伝導率向上の作用により、刃先の温度上昇が抑制される。このため、表面被覆切削工具の長寿命化を図ることができる。
また、被覆層に六方晶と立方晶が混在することで、被覆層の耐酸化温度（酸化開始温度）が立方晶単一相と比較して高くなる。このため、高速領域での切削熱による被覆層の酸化反応が抑制され、高速領域での切削加工における被覆層の耐摩耗性が向上する。
この構成の表面被覆切削工具では、ＷＣ結晶粒子と絶縁性粒子とを含む工具基体の表面に特定の組成式のＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる被覆層を有するから、六方晶と立方晶がバランスよく混在（分散）して、六方晶の特性による効果と、立方晶の特性による効果を両立させることができる。【０００８】
〔２〕前記被覆層をＸ線回折で測定し、
前記六方晶の（１００）面のピーク強度をＩＡとし、
前記立方晶の（２００）面のピーク強度をＩＢとした際に、
ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が０．４３以上０．８６以下であることを特徴とする〔１〕に記載の表面被覆切削工具。【０００９】
ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が０．４３以上０．８６以下の範囲であれば、六方晶と立方晶がバランスよく混在して、六方晶の特性による効果と、立方晶の特性による効果を両立させることができる。【００１０】
〔３〕前記被覆層のＸ線回折における最もピーク強度が高いピークは、立方晶の（２００）面のピークであることを特徴とする〔１〕又は〔２〕に記載の表面被覆切削工具。【００１１】
最もピーク強度が高いピークが立方晶の（２００）面のピークである場合には、高速領域での切削加工における被覆層の耐摩耗性が向上する。【００１２】
〔４〕前記絶縁性粒子はＡｌ２Ｏ３、サイアロン、及び窒化珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の表面被覆切削工具。【００１３】
基体がＡｌ２Ｏ３、窒化珪素、サイアロン等の絶縁性粒子を含む構成では、上述の構成において、高速領域での切削加工における耐摩耗性が向上する。【００１４】
〔５〕前記工具基体はロウ材を介して台座に接合され、前記台座は超硬合金で構成されていることを特徴とする〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の表面被覆切削工具。【００１５】
上記構成によれば、例えば、工具基体よりも材料費の低い台座に工具基体を接合することによって、上述の切削特性を確保しつつコスト低減を実現できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高速領域での切削加工における耐摩耗性に優れ、工具寿命が長い表面被覆切削工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】インサートの一例の斜視図である。
【図２】ホルダーにインサートを装着した外径加工用切削工具の一例の平面図である。
【図３】図３（Ａ）は、実施例１における、Ｘ線回折による被覆層の測定結果を示す説明図である。図３（Ｂ）は、比較例３における、Ｘ線回折による被覆層の測定結果を示す説明図である。
【図４】図４（Ａ）は、工具基体及び台座の構成を表す斜視図である。図４（Ｂ）は、インサートの構成を表す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．表面被覆切削工具の構成
表面被覆切削工具は、ＷＣ結晶粒子と絶縁性粒子とを含む工具基体の表面に、ＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる被覆層を有する。複合窒化物は、組成式：ＴｉａＡｌｂＶｃＮで表した場合に、
０．２５≦ａ≦０．３５
０．６４≦ｂ≦０．７４
０＜ｃ≦０．０６
ａ＋ｂ＋ｃ＝１
（但し、ａ、ｂ、ｃはいずれも原子比）を満足する。
被覆層は、Ｘ線回折において、六方晶に由来するピークと立方晶に由来するピークとが観察される。
【００１９】
（１）工具基体
工具基体は、ＷＣ（炭化タングステン）結晶粒子と絶縁性粒子とを含んでいる。工具基体は、ＷＣ結晶粒子と絶縁性粒子とから実質的になるセラミックス焼結体であり、高温で軟化する成分を実質的に含まない。ここでいう高温で軟化する成分とは、高速領域での切削加工を想定して、融点がおおむね１６００℃以下のＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属を例示することができる。なお、セラミックス焼結体には、製造上不可避的に不純物が混入することがある。実質的に含まないとは、全く含まなくてもよいし、工具基体の作用効果に影響を与えない程度の微量（例えば不可避的不純物に相当する量）を含んでいてもよい。
【００２０】
絶縁性粒子は、特に限定されないが、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、サイアロン、及び窒化珪素からなる群より選ばれる少なくとも１種とすることができる。本願発明者らは、これらの絶縁性粒子を含む工具基体を用いた場合、高速領域での切削加工における耐摩耗性が向上することを確認した。これは、上記絶縁性粒子を含む工具基体では、工具基体の表面に被覆層をコーティングする際に不均一な電圧分布を生じ、結果として被覆層にかかる圧縮応力に分布が生じたためと考えられる。この応力分布により、被覆層の結晶を六方晶と立方晶の混相とすることができたものと推測される。
【００２１】
ＷＣ結晶粒子と絶縁性粒子の含有量は特に限定されない。工具基体全体を１００ｖｏｌ％とした場合に、ＷＣの含有量が２０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％であり、その残部を絶縁性粒子を構成する化合物（Ａｌ２Ｏ３、サイアロン、窒化珪素等）とすることができる。ＷＣの含有量が２０ｖｏｌ％以上であると、工具基体の強度及び硬度が向上する。また、ＷＣの含有量が８０ｖｏｌ％以下であると、絶縁性粒子の含有量を十分に確保して、被覆層をコーティングする際の電圧分布の様子を好ましいものとすることができる。なお、本発明において、「ｖｏｌ％（体積％）」とは、工具基体に含まれる全物質の体積の総量を１００％としたときの、各物質の割合を意味する。
【００２２】
（２）被覆層
表面被覆切削工具における被覆層は、工具基体の表面に形成されている。被覆層は、ＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる。複合窒化物は、組成式：ＴｉａＡｌｂＶｃＮで表した場合に、下記の関係式を満たしている。
０．２５≦ａ≦０．３５
０．６４≦ｂ≦０．７４
０＜ｃ≦０．０６
ａ＋ｂ＋ｃ＝１
なお、被覆層は、実質、同一の元素により構成された単層の被覆層であり、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）による観察で、構成元素の違いを伴う界面が観察されない。
【００２３】
上記組成式におけるａは、０．２５≦ａ≦０．３５であり、０．２６≦ａ≦０．３５であることが好ましい。上記組成式におけるｂは、０．６４≦ｂ≦０．７４であり、０．６４≦ａ≦０．７０であることが好ましい。上記組成式におけるｃは、０＜ｃ≦０．０６であり、０＜ｃ≦０．０５であることが好ましく、０＜ｃ≦０．０４であることがより好ましい。
【００２４】
ａ、ｂ、ｃが上記の関係式を満たしている場合には、高速領域での切削加工における切削工具の耐摩耗性が向上する。
例えば、上記組成式においてｂの値が小さくなると被覆層における六方晶の比率が小さくなり（六方晶の生成が確認されない場合を含む）、ｂの値が大きくなると被覆層における六方晶の比率が大きくなる傾向にある。よって、ｂの値を上記範囲内とすることで、被覆層に立方晶及び六方晶を適度に混在させて、立方晶と六方晶双方の特性を兼ね備えた被覆層とすることができる。なお、立方晶と六方晶双方の特性の詳細は後述する。
【００２５】
また、被覆層では、「０＜ｃ」とされており、Ｖ成分は必須とされている。Ｖを添加することで被覆層と被削材の摺動性を向上させることができる。Ｖは酸化開始温度が低く、優先的に酸素を吸着しＶ２Ｏ５を形成する。Ｖ２Ｏ５には被覆層と被削材の滑りを良好に保つ効果が期待される。しかし、「０．０６＜ｃ」となると、Ｖ２Ｏ５の効果が支配的となり、被覆層の硬度、及び耐熱性の低下をもたらす傾向にある。よって、「０＜ｃ≦０．０６」とすることで、被覆層の硬度、及び耐熱性を維持した状態で、被削材の滑りを良好に保つことができる。
【００２６】
ＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる被覆層の厚みは、特に限定されない。被覆層の厚みは、十分な耐摩耗性を確保する点から、好ましくは０．５μｍ以上であり、より好ましくは０．８μｍ以上であり、特に好ましくは１．５μｍ以上である。なお、被覆層の厚みは、通常１０μｍ以下である。
被覆層の厚みは、表面被覆切削工具を切断し、その断面をＳＥＭにより観察して測定することができる。
【００２７】
被覆層には、六方晶と立方晶とが混在している。六方晶と立方晶とが混在していることについては、被覆層のＸ線回折により確認することができる。図３にＣｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折装置を用いて測定したＸ線回折の測定結果の一例を示す。図３の横軸は、ピーク位置の回折角２θである。縦軸は、回折強度であり、立方晶（２００）の強度を１００としている。立方晶の（１１１）面、立方晶の（２００）面、六方晶の（１００）面のピークは、それぞれ下記の位置に観察される。これらの位置でのピークの有無により、六方晶と立方晶の存在を確認することができる。図３（Ａ）に示す本発明の一例の被覆層では、六方晶及び立方晶が混在しており、六方晶及び立方晶のいずれのピークも観察される。他方、図３（Ｂ）に示す、本発明の範囲外の組成である被覆層では、六方晶が存在しておらず、３２．６°付近にピークが観察されない。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、「●（黒丸）」は、ＷＣ由来のピークを表す。
・立方晶の（１１１）面のピーク…３７．７°
・立方晶の（２００）面のピーク…４３．８°
・六方晶の（１００）面のピーク…３２．６°
【００２８】
本実施形態では、被覆層をＸ線回折で測定し、六方晶の（１００）面のピーク強度をＩＡとし、立方晶の（２００）面のピーク強度をＩＢとした際に、ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が以下の範囲であることが好ましい。すなわち、ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が０．４３以上０．８６以下であることが好ましく、０．４３以上０．６２以下であることがより好ましい。
ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値は、立方晶に対する六方晶の存在比率を表し、０．４３以上０．８６以下であることが好ましい。上述したＷＣ結晶粒子と絶縁性粒子とから実質的になる工具基材は、硬度に優れる一方で、超硬合金等に比較して工具基体自体の放熱性に劣り、刃先が高温となりやすい。そのため、被覆層の熱伝導率を高くすることが効果的である。ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が０．４３未満では立方晶の影響が支配的となり、被覆層の硬度は上昇するが、熱伝導率が十分に確保されないので、被覆層の耐酸化性が低下する。すると、高速領域での切削熱による被覆層の酸化反応が促進され、高速領域での切削加工における被覆層の耐摩耗性が低下するおそれがある。
他方、ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が０．８６より大きいと、六方晶の影響が支配的となり、被覆層の熱伝導率が向上するが、被覆層の硬度が低下して、被覆層の耐摩耗性が低下するおそれがある。
ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が上記の範囲内であれば、六方晶の特性による効果と、立方晶の特性による効果を効果的に両立させることができる。
【００２９】
本実施形態では、被覆層のＸ線回折における最もピーク強度が高いピークは、立方晶の（２００）面のピークであることが好ましい。最強ピークが立方晶の（２００）面のピークである場合には、高速領域での切削加工における被覆層の耐摩耗性が向上する。本願発明者らは、上記ａ、ｂ、ｃの関係式を満たす組成であり、かつ、六方晶と立方晶が混在する本実施形態の被覆層では、立方晶の（２００）面のピークが最強ピークとなり得ることを見出した。そして、本発明の範囲外の組成であり、立方晶の（１１１）面のピークが最も高い被覆層を有する工具と比較して、本実施形態の工具の耐摩耗性に優れることを確認した。また、本願発明者らは、Ａｌを含む被覆層を有する工具において、立方晶の（１１１）面よりも立方晶の（２００）面に優先配向すると、被膜密度が相対的に高くなるので、耐摩耗性が効果的に向上するとの知見を別に得た。これらの知見に基づき、本実施形態においては、最強ピークが立方晶の（２００）面のピークである場合に、高速領域での切削加工における被覆層の耐摩耗性が向上したものと推測される。なお、立方晶の（２００）面に優先配向させることは、被覆層成膜時の温度を比較的高くすることによって実現し得る。
【００３０】
（３）ＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる被覆層以外の被覆層
本実施形態の表面被覆切削工具には、ＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる単層の被覆層以外の被覆層（以下、「他の被覆層」という）を有していてもよい。
他の被覆層としては、特に限定されないが、例えば、ＣｒＡｌＮが好適に例示される。他の被覆層の厚みは、特に限定されない。他の被覆層は、ＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる単層の被覆層よりも、内側（工具基体側）に位置してもよいし、外側に位置してもよい。また、他の被覆層の数は特に限定されず、単層、複層のいずれであってもよい。また、他の被覆層が複層である場合には、同一組成の層が積層されていてもよいし、異なる組成の層が積層されていてもよい。
【００３１】
（４）表面被覆切削工具の種類
表面被覆切削工具は、切削加工に用いられる従来公知の様々な切削工具に適用することができる。表面被覆切削工具として、旋削加工用又はフライス加工用刃先交換型チップ（切削インサート、スローアウェイチップ）、ドリル、エンドミル、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップを好適に例示できる。なお、本発明の切削工具は、広義の切削工具であり、旋削加工、フライス加工などを行う工具全般を言う。
本実施形態の表面被覆切削工具は、例えば、合金鋼の高速加工に使用する切削工具として好適に用いることができる。
【００３２】
表面被覆切削工具の一例を図示して説明する。図１は、表面被覆切削工具の一例であるインサート１を示している。図２は、インサート１を装着した外径加工用切削工具Ａを示している。外径加工用切削工具Ａは、外径加工用ホルダー２と、これにセットされたインサート１と、インサート１を押さえる押さえ金３とを備えている。
【００３３】
表面被覆切削工具の他の例を図示して説明する。図４（Ｂ）は、表面被覆切削工具の一例であるインサート１０を示している。なお、図４（Ｂ）においては、説明の便宜のために、被覆層を省いてインサート１０を模式的に描いている。インサート１０は、工具基体１１が台座１３に接合された接合体である。上述の被覆層は、工具基体１１が台座１３に接合された状態で、工具基体１１，１１及び台座１３の表面に形成されている。インサート１０の形状は直方体形状であって、ＤＮＧＡ１５０４０８に該当する形状である。このインサート１０は、ホルダーに固定するための孔を台座１３に有していてもよく、それ以外の固定構造によってホルダーに固定されてもよい。
【００３４】
図４（Ａ）に示すように、工具基体１１は、三角柱形状であり、インサート１０における刃先部分を構成する。台座１３の基本的な形状は直方体であり、その２つの頂点１３Ａ，１３Ｂにおいて、工具基体１１の分だけ切り欠かれている。工具基体１１，１１は、２つの頂点１３Ａ，１３Ｂに、ロウ材を介して接合される。台座１３は超硬合金からなる。この超硬合金としてはＷＣ（炭化タングステン）とコバルトバインダーからなるものを例示できる。
【００３５】
（５）実施形態の表面被覆切削工具の効果
本実施形態の表面被覆切削工具では、工具基体を高温で軟化する成分を実質的に含まないものとすることで、高速領域での切削熱による工具損傷を抑制することができる。
さらに、ＷＣ結晶粒子と絶縁性粒子とを含む工具基体を、六方晶を含む被覆層で被覆するから、刃先の温度上昇が抑制され、表面被覆切削工具の長寿命化を図ることができる。一般的に熱伝導率が低い絶縁性粒子を含む工具基体では、超硬合金等に比較して工具基体自体の放熱性に劣り、刃先が高温となりやすい。本実施形態では、被覆層に六方晶と立方晶が混在するから、立方晶単一相の被覆層の場合と比較して、被覆層の熱伝導率が高くなり、被覆層からの放熱が促進される。このため、絶縁性粒子を含む工具基体を採用した場合であっても、六方晶を含む被覆層とすることで、刃先温度の上昇が抑制されたものと考えられる。そして、刃先温度の上昇が抑制されることで、工具基体の酸化が抑制され、高速領域での切削加工における耐摩耗性が向上したものと推測される。
また、被覆層に六方晶と立方晶が混在することで、立方晶単一相と比較して被覆層の耐酸化温度（酸化開始温度）が高くなる。このため、高速領域での切削熱による被覆層の酸化反応が抑制され、高速領域での切削加工における被覆層の耐摩耗性が向上する。
本実施形態では、ＷＣ結晶粒子と絶縁性粒子とを含む工具基体の表面に特定の組成式のＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる被覆層を有するから、六方晶と立方晶がバランスよく混在（分散）して、六方晶の特性による効果と、立方晶の特性による効果を両立させることができる。
これらの結果、本実施形態では、高速領域での切削加工における耐摩耗性に優れ、工具寿命が長い表面被覆切削工具を提供することができる。
工具基体が超硬合金で構成された台座に接合されている場合には、例えば、工具基体よりも材料費の低い台座に工具基体を接合することによって、上述の切削特性を確保しつつコスト低減を実現できる。
【００３６】
２．表面被覆切削工具の製造方法
表面被覆切削工具の製造方法は特に限定されない。例えば、アークイオンプレーティング蒸発法により、工具基体の表面に、ＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる単層の被覆層を形成することができる。この製造方法において、表面被覆の形成条件を制御することによって所望の表面被覆切削工具を得ることができる。本実施形態では、工具基体の表面に形成される、ＴｉとＡｌとＶの複合窒化物からなる被覆層が単層である場合には、この被覆層の形成には１種類のターゲット（蒸発源）が用いられる。ターゲットとしては、Ａｌ、Ｔｉ、及びＶを含有する合金製ターゲットを用い、反応ガスとして窒素ガスを用いる。
なお、合金製ターゲットのＡｌ、Ｔｉ、及びＶの含有割合を調整することにより、表面の被覆層の組成及び結晶相の存在比率を調整することができる。
【実施例】
【００３７】
実施例により本発明を更に具体的に説明する。【００３８】
１．表面被覆切削工具の作製
実施例１〜６及び比較例１〜４，６では、工具基体として表１の基体組成（ｖｏｌ％）のセラミックス焼結体を用いた。比較例５では、工具基体として表１の基体組成（ｖｏｌ％）の超硬合金を用いた。各実施例及び比較例において、チップ形状はＩＳＯ  ＳＮＧＮ１２０４０８  Ｚ０２０２５とした。工具基体を、カソードアークイオンプレーティング装置に設置した。
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工具基体を温度５５０℃に加熱し、チャンバー内の圧力が３．０×１０−３Ｐａ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１．０Ｐａに保持し、基体バイアス電源の電圧を徐々に上げながら、−２００Ｖとし、工具基体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。
次いで、上記装置にＡｌ、Ｔｉ、及びＶを含有する合金製ターゲットをセットし、反応ガスとして窒素ガスを導入しながら、基体温度５５０℃、反応ガス圧１．０Ｐａ、基体バイアス電圧を−１００Ｖ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、刃先に１．５μｍの被覆層を形成した。本発明には磁力線が被処理体まで伸び、被処理体近傍における成膜ガスのプラズマ密度が従来の蒸発源に比べ格段に高いことを特徴とする蒸発源を用いた。このような蒸発源を用いることで表面に「マクロパーティクル」と呼ばれる溶融したターゲット物質の付着が少なくなり、表面粗度が改善され、切削特性の向上につながる。従って、被覆層の成膜には本蒸発源を用いることが有効である。
このようにして、下記表１に示す、実施例１〜６、比較例１〜６の表面被覆切削工具を得た。得られた表面被覆切削工具の被覆層を、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折装置（リガク製のＲＩＮＴ−ＴＴＲ３）にて測定した。
なお、実施例１〜６、比較例１〜６では、合金製ターゲットのＡｌ、Ｔｉ、及びＶの含有割合を調整することにより、表面の被覆層の組成及び結晶相の存在比率が下記の表１のようになった。【００３９】
２．耐摩耗性試験
各表面被覆切削工具を用いて、以下の条件による突切り加工を行い、３０ｐａｓｓ加工後の刃先の摩耗幅を測定した。切削条件は、被削材をＳＣＭ４１５とし、切削速度２５０ｍ／ｍｉｎ、送り量０．０３ｍｍ／ｒｅｖ、切込み０．２ｍｍとした。この条件において、摩耗幅が６０μｍ以下のものを本発明の表面被覆切削工具とすることができる。【００４０】
３．試験結果
試験結果を表１に示す。表中、「六方晶なし」は、Ｘ線回折装置による測定で、六方晶に由来するピークが観察されないことを表している（比較例３の測定結果を示す図３（Ｂ）参照）。【００４１】
【表１】
2020137325.tif 000003
【００４２】
被覆層の組成式ＴｉａＡｌｂＶｃＮにて、「０．２５≦ａ≦０．３５」、「０．６４≦ｂ≦０．７４」、「０＜ｃ≦０．０６」の全てを満たし、六方晶に由来するピークと立方晶に由来するピークとが観察された実施例１〜６は、比較例１〜６と比べて、摩耗幅が小さい。このため、実施例１〜６では、高速領域での切削加工における耐摩耗性が向上したことが確認された。
比較例１は、被覆層のＡｌの含有量が多いため、六方晶の影響が強くなり、立方晶の特性を発揮できず、摩耗が進行したと考えられる。また、比較例１は、最強ピークが立方晶の（１１１）面のピークとなり、被覆層の耐摩耗性が低下し、摩耗が進行したと考えられる。
比較例２は、被覆層のＶの含有量が多いため、Ｖ２Ｏ５による被覆層の硬度及び耐熱性の低下の作用が支配的となり、摩耗が進行したと考えられる。
比較例３は、被覆層のＡｌの含有量が少ないため、六方晶が生成せず、立方晶単一相となった。このため、六方晶の特性を発揮できないことから摩耗が進行したと考えられる。
比較例４は、被覆層のＡｌの含有量が多く、かつ、Ｖの含有量が多いため、六方晶の影響が強く、かつ、Ｖ２Ｏ５の効果が支配的となり、摩耗が進行したと考えられる。
比較例５は、工具基体として超硬合金を用いたため、工具基体に含まれるＣｏが高温で軟化して摩耗が進行したと考えられる。また、比較例５では、工具基体として超硬合金を用いたため、六方晶が十分に生成されず、摩耗が進行したと考えられる。
比較例６は、被覆層にＶを含まないＴｉＡｌＮからなる被覆層の場合を示している。比較例６では、Ｖが含有されておらず、Ｖ２Ｏ５による被覆層と被削材の滑りを良好に保つ効果が発揮できないことから、摩耗が進行したと考えられる。【００４３】
次に、ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値について検討する。実施例１〜６は、いずれもピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が０．４３以上０．８６以下となっており、摩耗幅が小さいことが確認された。
他方、比較例１、４は、ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）が０．８６を超える。比較例２、５は、ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が０．４３未満となり、比較例３、６は、六方晶の生成が確認されない。いずれの比較例においても、実施例より摩耗幅が大きいことが確認された。
以上の結果から、ピーク強度比（ＩＡ／ＩＢ）の値が０．４３以上０．８６以下の場合には、高速領域での切削加工における耐摩耗性が向上することが確認された。【００４４】
次に、被覆層のＸ線回折における最強ピークと摩耗幅との関係について検討する。実施例１〜６は、いずれも最もピーク強度が高いピークが立方晶の（２００）面のピークとなっており、摩耗幅が小さい。
他方、比較例１は、最もピーク強度が高いピークが立方晶の（１１１）面のピークとなっており、実施例１〜６より摩耗幅が大きい。
以上の結果から、最もピーク強度が高いピークが立方晶の（２００）面のピークである場合には、高速領域での切削加工における耐摩耗性が向上することが確認された。【００４５】
４．実施例の効果
本実施例によれば、切削速度２５０ｍ／ｍｉｎという高速領域での切削加工における耐摩耗性を向上することができ、工具寿命の長い表面被覆切削工具を提供することができる。【００４６】
＜他の実施形態（変形例）＞
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。【００４７】
（１）上記実施形態では、旋削加工用を一例として説明したが、本発明は、切削加工に用いられる様々な切削工具に適用することができる。また、チップ形状は、上述したものに限られず、種々の形状とすることができる。【００４８】
（２）上記実施形態では、合金製ターゲットのＡｌ、Ｔｉ、及びＶの含有割合を調整することにより、表面の被覆層の結晶相の存在比率を調整した。これに代えて、基材の組成を調整することや、カソードアークイオンプレーティング装置を用いて被覆層を形成する際の各種条件（成膜条件）を調整することによって、表面の被覆層の結晶相の存在比率を調整してもよい。【００４９】
１，１０…インサート（表面被覆切削工具）
２…外径加工用ホルダー
３…押さえ金
１１…工具基体
１３…台座
１３Ａ…頂点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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