(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金、サーメット等の金属−セラミック複合材料又は高速度工具鋼等の金属にて構成された工具基体と、その工具基体の表面を覆う複数層に形成されたセラミック被覆層とを備え、そのセラミック被覆層が、前記工具基体の表面に積層形成されるとともに、窒化Ｔｉ又は炭窒化Ｔｉを主体に構成される第一セラミック層と、その第一セラミック層上に積層形成されるとともに、Ｔｉ−Ａｌ系複合炭窒化物を主体に構成され、そのＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物中のＴｉ成分、Ａｌ成分、Ｃ成分及びＮ成分の組成比を、組成式ＴｉｘＡｌ１−ｘＣｙＮ１−ｙで表したときに、０．６０≦ｘ≦０．７０及び０．０５≦ｙ≦０．４５を満たす第二セラミック層とを含み、
前記第一セラミック層の構成セラミック粒子の平均粒径が０．０７μｍ以上０．５μｍ以下とされ、
前記第二セラミック層の構成セラミック粒子が、その層面内にて観察される平均粒径が１．０μｍ以下であって前記第一セラミック層の構成セラミック粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする表面被覆工具。
【請求項２】
前記第二セラミック層は、前記セラミック被覆層の最表層部を形成している請求項１記載の表面被覆工具。
【請求項３】
前記第一セラミック層の平均膜厚が０．１〜０．５μｍの範囲で調整されている請求項１または２に記載の表面被覆工具。
【請求項４】
前記第二セラミック層の平均膜厚が１〜５μｍの範囲で調整されている請求項１ないし３のいずれかに記載の表面被覆工具。
【請求項５】
前記工具は、すくい面と逃げ面との間に切削エッジとなる稜線部が形成される切削用工具であり、その稜線部には、断面が平面状、外向きの曲面状あるいは両者の組み合わせからなる形状をなす面取部が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の表面被覆工具。
【請求項６】
前記面取部は平面状部分を含んで形成され、その平面状部分の前記すくい面とのなす角度が２０〜３５°の範囲で調整されている請求項５記載の表面被覆工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面被覆工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、超硬合金やサーメットあるいは高速度工具鋼等からなる工具基体の表面に、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）法や物理蒸着（ＰＶＤ）法によりセラミック被覆を形成し、基体と被覆のそれぞれの特長を有効に活かすことで長寿命化を図った表面被覆工具が多数提案されている。
【０００３】
例えば工具の耐摩耗性を向上させるために、基体の表面にセラミック被覆として、窒化Ｔｉ、炭化Ｔｉあるいは炭窒化Ｔｉの被膜を形成した工具が知られている。しかしながら、近年では加工効率向上等のために高速あるいは高負荷の切削が行われるなど、工具の使用条件はますます厳しくなる傾向にあり、さらに耐摩耗性に優れた工具が求められるようになってきている。
【０００４】
このような中にあって、工具基体への被覆材料として近年、Ｔｉ−Ａｌ系複合炭窒化物が耐摩耗性に優れていることから注目が集められている。しかしながら、Ｔｉ−Ａｌ系複合炭窒化物の被膜は、膜強度及び基体との密着性の確保が比較的難しく、被膜剥離等の不具合を生じやすい欠点がある。この問題を解決するため、例えば特開平９−２４１８２５号公報には、工具基体とＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物層との間にアモルファスＴｉ又はＴｉ含有アモルファスを含有する中間層を形成し、被膜の密着性を改善した工具が開示されている。他方、特許第２６３８４０６号公報には、基体上に窒化Ｔｉあるいは炭窒化Ｔｉの層とＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物層とを交互に４層以上の多層に形成し、クラック伝播の抑制により耐摩耗性の向上を図った工具も提案がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−２４１８２５号公報に開示された工具では、中間層として使用しているアモルファス層が、結晶質の層と比較して強度や硬度に劣るため、性能的に必ずしも満足できない欠点があった。
【０００６】
また、特許第２６３８４０６号公報に開示された工具では、多層被膜に含まれるＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物層として、Ｔｉ成分、Ａｌ成分、Ｃ成分及びＮ成分のの組成比を、組成式Ｔｉ1-xＡｌxＣyＮ1-yで表したときに、０．５６≦ｘ≦０．７５（ＴｉxＡｌ1-xＣyＮ1-yで表したときは、０．２５≦ｘ≦０．４４）と、かなりＡｌリッチの組成を有するものが採用されている。しかしながら、本発明者らが鋭意検討した結果によれば、このようにＡｌリッチなＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物層は、層自体の耐摩耗性は優れるものの、これと積層される窒化Ｔｉあるいは炭窒化Ｔｉの層との親和性が悪いため密着強度が不十分となり、切削衝撃等により層界面で剥離が生じて摩耗が急速に進行する恐れのあることがわかった。また、各層厚が０．３μｍ程度の薄層であるため、Ｔｉ−Ａｌ系複合炭窒化物層の耐摩耗性が必ずしも十分に活かされていなかった欠点がある。さらに、被膜中に上記層を最低４層、具体的には１０〜数１０層も形成しなければならないことから、製膜工程が複雑化する問題もある。
【０００７】
本発明の課題は、Ｔｉ−Ａｌ系複合炭窒化物層を含んだセラミック被覆層を有するとともに、被覆層と工具基体との間の密着力が良好で、ひいては耐摩耗性や耐欠損性に優れた表面被覆工具を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項に記載した表面被覆工具は以下の通りである。
（請求項１）  超硬合金、サーメット等の金属−セラミック複合材料又は高速度工具鋼等の金属にて構成された工具基体と、
その工具基体の表面を覆う複数層に形成されたセラミック被覆層とを備え、
そのセラミック被覆層が、
前記工具基体の表面に積層形成されるとともに、窒化Ｔｉ又は炭窒化Ｔｉを主体に構成される第一セラミック層と、
その第一セラミック層上に積層形成されるとともに、Ｔｉ−Ａｌ系複合炭窒化物を主体に構成され、そのＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物中のＴｉ成分、Ａｌ成分、Ｃ成分及びＮ成分の組成比を、組成式ＴｉｘＡｌ１−ｘＣｙＮ１−ｙで表したときに、０．６０≦ｘ≦０．７０及び０．０５≦ｙ≦０．４５を満たす第二セラミック層と、を含み、
前記第一セラミック層は、構成セラミック粒子の平均粒径が０．０７μｍ以上０．５μｍ以下となっていることを特徴とする表面被覆工具。
（請求項２）  前記第二セラミック層は、前記セラミック被覆層の最表層部を形成している請求項１記載の表面被覆工具。
（請求項３）  前記第一セラミック層の平均膜厚が０．１〜０．５μｍの範囲で調整されている請求項１または２に記載の表面被覆工具。
（請求項４）  前記第二セラミック層の平均膜厚が１〜５μｍの範囲で調整されている請求項１ないし３のいずれかに記載の表面被覆工具。
（請求項５）  前記工具は、すくい面と逃げ面との間に切削エッジとなる稜線部が形成される切削用工具であり、その稜線部には、断面が平面状、外向きの曲面状あるいは両者の組み合わせからなる形状をなす面取部が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の表面被覆工具。
（請求項６）  前記面取部は平面状部分を含んで形成され、その平面状部分の前記すくい面とのなす角度が２０〜３５°の範囲で調整されている請求項５記載の表面被覆工具。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
上記請求項１の工具の構成においては、工具基体を窒化Ｔｉあるいは炭窒化Ｔｉを主体とする第一セラミック層で被覆し、さらにその上に表記組成を有するＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物を主体とする第二セラミック層を積層形成する構成とすることで、それらセラミック層からなるセラミック被覆層と工具基体との間に良好な密着状態が確保され、耐摩耗性及び耐欠損性に優れた表面被覆工具が実現される。
【００１０】
窒化Ｔｉあるいは炭窒化Ｔｉを主体とする被膜層とＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物を主体とする被膜層とを積層形成した被覆工具としては、前述の特許第２６３８４０６号公報に開示された工具があるが、既に説明した通りこのような多層被膜は層間の密着力が弱く、全体としての耐摩耗性が必ずしも十分はいえなかった。また、被膜層を４層以上の多層膜とする理由は、クラック伝播の抑制と記されているが、実際には層間の密着力不足を多層化によりカバーする目的もあるものと推察される。
【００１１】
そして、本発明者らが鋭意検討した結果、Ｔｉ−Ａｌ系複合炭窒化物の組成を、上記公報技術のもの（ＴｉxＡｌ1-xＣyＮ1-yにおいて、０．２５≦ｘ≦０．４４）と比べてＴｉリッチ側（すなわち、ＴｉxＡｌ1-xＣyＮ1-yにおいて、０．５５≦ｘ≦０．７５）に選定することで、窒化Ｔｉあるいは炭窒化Ｔｉを主体とする第一セラミック層と、Ｔｉ−Ａｌ系複合炭窒化物を主体とする第二セラミック層との密着力が大幅に向上することが判明したのである。その結果、第一セラミック層を構成する窒化Ｔｉの優れた潤滑性、耐衝撃性及び強度（炭窒化Ｔｉの場合は、さらに耐摩耗性）と、第二セラミック層を構成するＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物の優れた耐摩耗性及び耐熱衝撃性とがそれぞれ有効に引き出され、それらの相乗効果により耐摩耗性及び耐欠損性とが向上したものと考えられる。
【００１２】
第二セラミック層を構成するＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物の組成を組成式ＴｉxＡｌ1-xＣyＮ1-yで表したときに、ｘの値が０．５５未満になると、第一セラミック層と第二セラミック層との親和性が低下し、層間の密着力が不足して十分な耐摩耗性を確保できなくなる。また、ｘの値が０．７５を超えると、Ｔｉ−Ａｌ系複合炭窒化物の耐酸化性が損なわれ、加工中に第二セラミック層が高温酸化して、同様に工具の耐摩耗性が損なわれる。なお、より望ましくは、０．６０≦ｘ≦０．７０とするのがよい。
【００１３】
また、ｙの値については、これが０．０５未満になると第二セラミック層の耐摩耗性が低下し、０．４５を超えると第一セラミック層との間の密着力が損なわれて、いずれも工具の耐摩耗性が損なわれる結果につながる。なお、より望ましくは、０．１０≦ｙ≦０．４０とするのがよい。
【００１４】
なお、各層中のＴｉ成分、Ａｌ成分、Ｃ成分及びＮ成分の含有比率は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）法、あるいはオージェ電子分光（ＡＥＳ）法等の公知の分析手法により特定できる。
【００１５】
また、第一セラミック層中の窒化Ｔｉあるいは炭窒化Ｔｉの組成を組成式ＴｉＣzＮ1-zで表したとき、０≦Ｚ≦０．６となっているのがよい。Ｚが０．６を超えると、第一セラミック層の耐摩耗性不足や工具基体との密着性不足を招く場合がある。
【００１６】
セラミック被覆層の各層は、その構成成分となるべき１又は複数種類のイオンを、該イオンとは逆極性に帯電させた工具基体の表面に対し気相を介して付着させることにより形成することができる。そして、このような被膜を形成するための代表的な気相成膜法として、イオンプレーティング法を例示することができる。イオンプレーティング法で各層を形成する場合には、例えば、その構成金属成分源となる金属を抵抗加熱、電子ビーム加熱、スッパタリング、あるいはアーク蒸発等の公知の方法により蒸発させて気相化し、これに窒素ないし炭素成分源となる窒素ガス、メタンガス等を導入・混合し、さらに、グロー放電、コロナ放電、高周波放電、マイクロ波放電等の公知の方法によりイオン化して、帯電させた工具基体の表面にそれらイオンを付着させる方法を採用することができる。
【００１７】
次に、上記本発明の工具の構成では、第一セラミック層と第二セラミック層との密着力が著しく改善される結果、特許第２６３８４０６号公報に開示された工具のように、これらセラミック層の組を複数積層せずとも、請求項２のように第二セラミック層がセラミック被覆層の最表層部を形成する構成、すなわち第一セラミック層と第二セラミック層との２層構造とする構成でも耐摩耗性向上効果が十分に達成できる。これにより、セラミック被覆層中の層数が減るので、被覆工程を簡略化することが可能となる。
【００１８】
次に、第一セラミック層は、請求項３のように、構成セラミック粒子の平均粒径（膜断面にて観察されるもの）を０．５μｍ以下（望ましくは０．３μｍ以下）とすることで、一層優れた耐摩耗性を実現することができる。これは、第一セラミック層の構成セラミック粒子が微細化することで、その上に形成される第二セラミック層のセラミック粒子も微細化し、膜強度が向上するためであると推測される。
【００１９】
この場合、第二セラミック層の構成セラミック粒子は、その層面内にて観察される平均粒径が１．０μｍ以下（望ましくは０．８μｍ以下）となっていることが、耐摩耗性向上効果を高める上で一層望ましい。また、該構成セラミック粒子は、層厚方向に延びる柱状晶形態を呈していることが、同様に耐摩耗性向上の観点において望ましい。
【００２０】
なお、各層の構成セラミック粒子の粒径は、図５に示すように、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で観察される組織上の粒子の外形線に対し、その外形線と接し、かつ空隙ないし粒子内を横切らないように２本の平行線Ａ，Ｂを、その粒子との位置関係を変えながら各種引いたときの、上記平行線Ａ，Ｂ間の距離の最大値ｄとして定義する。そして、平均粒径は、こうして測定した多数の粒子の粒径の平均値として算出することができる。
【００２１】
次に、第一セラミック層の平均膜厚が０．１〜０．５μｍの範囲で調整されているのがよい（請求項４）。該膜厚が０．１μｍ未満になると、第二セラミック層との間の密着力を十分に確保できなくなる場合がある。他方、０．５μｍを超えた場合、層中の構成セラミック粒子の平均粒径が０．５μｍを超える場合が生じ、第二セラミック層の組織が粗粒化して工具の耐摩耗性向上効果を十分に達成できなくなる場合がある。該第一セラミック層の平均膜厚は、望ましくは０．１〜０．４μｍの範囲で調整するのがよい。
【００２２】
また、第二セラミック層の平均膜厚は１〜５μｍの範囲で調整されているのがよい（請求項５）。該膜厚が１μｍ未満になると、工具の耐摩耗性向上効果を十分に達成できなくなる場合がある（特に、セラミック被覆層が２層構造の場合）。他方、第二セラミック層の平均膜厚が５μｍを超えると、層中の内部応力が高くなって亀裂等を生じやすくなり、切削時の衝撃等により層剥離を生じやすくなる場合がある。該第二セラミック層の平均膜厚は、望ましくは２〜４μｍの範囲で調整するのがよい。
【００２３】
次に、工具基体を構成するセラミックとしては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷの炭化物、窒化物及び炭窒化物の１種又は２種以上からなる硬質セラミック相粒子を、ＮｉあるいはＣｏを主体とする結合金属相で結合した金属−セラミック複合材料（例えば超硬合金あるいはサーメット）で構成することができる。また、これ以外にも高速度工具鋼等を工具基体の構成材質として採用できる。
【００２４】
本発明の表面被覆工具は、切削用チップやドリルなどの切削工具に適用した場合に、耐摩耗性向上による長寿命化の効果を特に顕著に期待できる。この場合、該工具は、すくい面と逃げ面との間に切削エッジとなる稜線部が形成される切削用工具とすることができる。また、その稜線部には断面が平面状、外向きの曲面状あるいは両者の組み合わせからなる形状をなす面取部を形成することができる（請求項６）。これにより、切削エッジにチッピングを生じにくくなる。上記面取部が平面状部分を含んで形成される場合、その平面状部分のすくい面とのなす角度を２０〜３５°の範囲で調整するのがよい（請求項７）。該角度が２０°未満になると、逃げ面側で切削エッジにチッピングが生じやすくなる場合がある。また、角度が３５°を超えるとすくい面側で切削エッジにチッピングが生じやすくなる場合がある。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例により説明する。
図１は、本発明の表面被覆工具の一実施例としての旋削用工具チップ１（以下、単にチップともいう）を示している。該チップ１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、偏平な略四角柱形状に形成された工具基体３の外面全体をセラミック被覆層２で覆った構造を有しており、例えばその主面１ｃがすくい面を、側面１ｅが逃げ面を形成する。図１（ｃ）に示すように、チップ１は、その各コーナー部１ａにアールが施され、同図（ｄ）に示すように各エッジ部１ｂには面取部１ｋが形成されている。また、（ａ）に示すように、その主面１ｃの中央には、図示しないチップホルダにチップ１を装着するためのねじ挿通孔１ｄが厚さ方向に貫通して形成されている。図１（ｄ）に示すように、面取部１ｋは断面が平面状とされ、すくい面をなす主面１ｃとのなす角度θが２０〜３５°の範囲で調整されている。なお、面取部１ｋの断面形状を、図１（ｅ）に示すように外向きの曲面（アール面）としたり、あるいは図１（ｆ）のように平面と曲面との組み合わせとすることも可能である。
【００２６】
工具基体３は、超硬合金やサーメット等の金属−セラミック複合材料、あるいは高速度工具鋼等の焼結体として構成される。一方、セラミック被覆層２は、窒化Ｔｉ又は炭窒化Ｔｉを主体に構成される第一セラミック層２ａと、その第一セラミック層２ａ上に積層形成されるとともに、Ｔｉ−Ａｌ系複合炭窒化物を主体に構成され、そのＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物中のＴｉ成分、Ａｌ成分、Ｃ成分及びＮ成分の組成比を、組成式ＴｉxＡｌ1-xＣyＮ1-yで表したときに、０．５５≦ｘ≦０．７５（望ましくは０．６≦ｘ≦０．７０）及び０．０５≦ｙ≦０．４５（望ましくは０．１０≦ｘ≦０．４０）を満たす第二セラミック層２ｂとからなる。
【００２７】
第一セラミック層２ａは、構成セラミック粒子の平均粒径（例えば、ＳＥＭにより膜厚方向に沿う断面にて観察されるもの）が０．５μｍ以下であり、その平均膜厚は０．１〜０．５μｍ（望ましくは０．２〜０．４μｍ）とされている。また、第二セラミック層２ｂは、構成セラミック粒子の平均粒径（例えば、ＳＥＭにより膜面組織内にて観察されるもの）が例えば０．８μｍ以下であり、その平均膜厚は１〜５μｍ（望ましくは２〜４μｍ）とされている。
【００２８】
なお、図４に示すように、工具チップ１の主面１ｃ、すなわちすくい面には、その切削刃先となるエッジ部１ｂに近接する位置に、切削により発生する切り屑を乗り上げさせてこれを分断するためのチップブレーカ１ｇを形成することができる。図に示す例では、チップブレーカ１ｇは、エッジ部１ｂから所定距離内側に離れた位置において、該エッジ部１ｂに沿うリブ状に形成されている。
【００２９】
以下、上記工具チップ１の製造方法の一例について説明する。
例えば超硬合金製の工具基体の場合、炭化Ｗ粉末及びＣｏ粉末等の原料粉末を所定量配合し、これに必要に応じてバインダを添加・混合してプレス成形（冷間静水圧プレス法を含む）あるいは射出成形等の公知の方法で成形することによりグリーン成形体を作製し、さらに該成形体を所定の炉内で焼成することにより工具基体３を得る。
【００３０】
次に、この工具基体３の表面にイオンプレーティング法によりセラミック被覆層２の第一セラミック層２ａ及び第二セラミック層２ｂを順次形成する。図２（ａ）は、アーク蒸発式イオンプレーティング装置の一例を概念的に示しており、チャンバー１０内にターンテーブル式基板ホルダ３１が配置されてこれに工具基体３が固定される一方、これと対向して１ないし複数の蒸発源としての金属ターゲット３３が設けられ、各々直流電源３２に接続されている。チャンバー１０内は、排気口１０ａから減圧排気され、ガス導入口１３から反応ガスが導入される。そして、その状態で工具基体３及び金属ターゲット３３は、各直流電源３２により各々負に帯電するように電圧が印加されるが、その各印加電圧のレベルは金属ターゲット３３側が相対的に正、工具基体３側が相対的に負となるように調整される。これにより、金属ターゲット３３と工具基体３との間にはアーク放電が生じ、その発熱により金属ターゲット３３を構成する金属原料が蒸発する一方、金属ターゲット３３と工具基体３との間の電位勾配により蒸発した金属原料及び反応ガスがイオン化し、これを工具基体３の表面に付着・堆積させることにより、金属ターゲットの材質及び反応ガスの種類に応じたセラミック層が形成される。
【００３１】
例えば窒化Ｔｉからなる第一セラミック層２ａを形成するときは、金属ターゲット３３の材質をＴｉとし、反応ガスを窒素ガスとする。また、Ｔｉ−Ａｌ系複合炭窒化物からなる第二セラミック層２ｂを形成するときは、金属ターゲット３３の材質をＴｉ−Ａｌ合金とし、反応ガスを窒素と炭化水素（例えばメタン）の混合ガスとする。なお、Ｔｉ−Ａｌ系複合炭窒化物のＴｉ成分とＡｌ成分との含有比率は、金属ターゲット３３に使用するＴｉ−Ａｌ合金の組成に基づいて調整することができる。また、同じくＣ成分とＮ成分との含有比率は、反応ガス中の窒素と炭化水素との混合比率に基づいて調整することができる。
【００３２】
一方、図２（ｂ）は、抵抗加熱蒸発式のイオンプレーティング装置の一例を概念的に示しており、チャンバー１０内に配置された図示しない基板ホルダを介して工具基体３が固定され、これとほぼ対向する位置に例えばボート状の抵抗加熱フィラメント１１が設けられて、ここに形成すべきセラミック被覆層の金属成分源としての金属原料Ｍが配置されるようになっている。そして、チャンバー１０内を排気口１０ａから減圧排気しつつ、加熱電源１２により抵抗加熱フィラメント１１に通電して金属原料Ｍを加熱・蒸発させるとともに、ガス導入口１３から反応ガスを導入する。そして、その状態で抵抗加熱フィラメント１１側が正、工具基体３側が負となるように直流電源装置１４によりバイアス電圧を印加して、蒸発した金属原料及び反応ガスをイオン化し、これを工具基体３の表面に付着・堆積させることにより、セラミック被覆層が形成される。
【００３３】
なお、図３に示すように、チャンバー内に金属網あるいは穴あき金属板等で構成された円筒状の容器体１８内に工具基体３を収容し、これをモータ１９ａを含む回転機構１９により周方向に回転させながら、該容器体１８を介して工具基体３を帯電させることにより、セラミック被覆層２（図１）を形成することもできる。これにより、工具基体３の外面全体に均一かつ能率的にセラミック被覆層２を形成することができる。
【００３４】
上記旋削用工具チップ１の構成においては、工具基体３を窒化Ｔｉあるいは炭窒化Ｔｉを主体とする第一セラミック層２ａで被覆し、さらにその上に表記組成を有するＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物を主体とする第二セラミック層２ｂを積層形成する構成とすることで、それらセラミック層２ａ，２ｂからなる多層のセラミック被覆層２と工具基体３との間に良好な密着状態が確保される。その結果、第一セラミック層２ａを構成する窒化Ｔｉの優れた潤滑性、耐衝撃性及び強度（炭窒化Ｔｉの場合は、さらに耐摩耗性）と、第二セラミック層２ｂを構成するＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物の優れた耐摩耗性及び耐熱衝撃性とがそれぞれ有効に引き出され、それらの相乗効果により、旋削用工具チップ１の耐摩耗性及び耐欠損性を大幅に向上させることができる。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
まず、ＷＣ粉末（平均粒径１．６μm）に対してＣｏ粉末（平均粒径１．２μm）を、ＷＣ＋Ｃｏの合計量に対する比率で６重量％配合し、これに適量のバインダを配合して混合することにより原料粉末を得た。そして、この原料粉末を、図１に示す工具外形に対応する形状に金型プレス成形することにより成形体とし、この成形体を温度１３６０℃で焼成した後、得られた焼成体を図１に示す形状（ただしコーナー部１ａにはアールを施していない）に研削加工して工具基体３とした。なお、工具基体３の寸法は、ＩＳＯ規格でＳＮＧＡ４３２−ＴＮＢとして規定されているものを採用した。具体的には、厚さ約４．７６ｍｍ、一辺が約１２．７０ｍｍの略正方形断面の偏平角柱形状を有するものである。また、エッジ部１ｂに施された面取部（チャンファ）は、図１（ｄ）において、主面１ｃ側の幅ｔが約０．０５mm、主面１ｃに対する傾斜角度θが約２５°となるように形成した。
【００３６】
こうして得られた工具基体３の表面に、既存のアークイオンプレーティング装置により、第一セラミック層２ａと第二セラミック層２ｂとを、各種組成及び厚さにて形成して工具チップ試料を得た。該アークイオンプレーティング装置には、金属ターゲット３３としてＴｉターゲット及び各種組成のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットが取り付けられ、工具基体３はヒータにより加熱できるようになっている。そして、工具基体３は回転しながら各ターゲットの前を通過することによりセラミック層が形成されることとなる。
【００３７】
具体的なイオンプレーティングの条件であるが、まずチャンバー内を８×１０-5ｔｏｒｒまで減圧した後、ヒータを使用して工具基体３を５５０℃まで昇温する。次いで、工具基体３に８００Ｖ、１００Ａの直流電流を３０〜８０秒通じて、基体表面をＴｉイオンによりボンバードクリーニングする。そして、Ｔｉターゲットに５０〜１００Ａの直流電流を印加してアーク放電させ、続いて工具基体３に対するバイアス電圧を１００Ｖに調整し、その状態で高純度窒素ガス及び／又は高純度メタンガスを各種流量で導入して、窒化Ｔｉあるいは炭窒化Ｔｉからなる第一セラミック層２ａを形成した。その後、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットを用いることにより、同様にしてＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物からなる第二セラミック層２ｂを形成する。なお、各層の形成厚さは、工具基体３のアークイオン流に対する照射時間により調整できる。
【００３８】
なお、得られた各工具チップ試料は、公知のＸＰＳ法により、膜厚方向のエッチングを行いながら各深さ位置でのＴｉ、Ａｌ、Ｎ及びＣの所定の電子軌道に係る結合エネルギーのピーク高さを測定し、それらピーク高さの比に基づいて、第一セラミック層２ａと第二セラミック層２ｂとの各組成を同定した。なお、同定に使用したピークは、Ｔｉの２ｐ3/2、Ａｌの２ｐ、Ｎの１ｓ、及びＣの１ｓである。また、各層２ａ及び２ｂの平均膜厚は層断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像に基づいて測定した。さらに、各層の構成セラミック粒子の平均粒径は、第一セラミック層２ａについては層断面のＳＥＭ観察像（倍率３００００倍）を、また、第二セラミック層２ｂについては層表面のＳＥＭ観察像（倍率１００００倍）を用いて、それぞれ公知の画像解析手段により、図５に示す方法に基づいて測定した。
【００３９】
さらに、各試料（工具）の切削性能の評価は、下記の条件にて行なった。すなわち、図６（ａ）に示す形状の棒状の被削材Ｗを軸線周りに回転させ、その外周面に対し工具チップ１を、図６（ｂ）に示すように当接させ、主面１ｃの一方をすくい面（以下、すくい面を１ｃ’で表す）、側面１ｅを逃げ面として用いることにより、以下の切削１〜３の３条件にて被削材Ｗの外周面を湿式で連続切削した。
被削材 ：はだ焼鋼（ＳＮＣＭ４１５）、形状：丸棒（外径φ２４０ｍｍ、長さ２００ｍｍ）；
切削速度Ｖ：以下の３通りの条件についてそれぞれ試験した；８０ｍ／分（切削１）、１００ｍ／分（切削２）、１５０ｍ／分（切削３）；
送り量  ｆ：０．１ｍｍ／１回転；
切り込みｄ：０．１５ｍｍ；
切削油    ：水溶性切削油Ｗ１種１号Ｚ（ＪＩＳＫ２２４１（１９８６）に規定されているもの；エマルジョン化された不揮発分を９０％以上含有し、そのｐＨは８．５〜１０．５であり、不揮発分は、０〜３０重量％の脂肪酸と、５０〜８０重量％の鉱物油と、１５〜３５％の界面活性を含有する）；
切削時間  ：５分。
【００４０】
なお、試験片１と被削材とのより詳細な位置関係は、図７に示す通りである。なお同図において、１ｇは横逃げ面、１ｆは前逃げ面をそれぞれ示す。他の符号の意味は図面中に示している。切削終了後、工具の刃先の逃げ面摩耗量 Ｖｎ（横逃げ面１ｇ側の旋削方向の摩耗高さ：図６（ｃ）参照）を測定した。以上の結果を表１及び表２に示す。
【００４１】
【表１】
0003827443.tif 000002
【００４２】
【表２】
0003827443.tif 000003
【００４３】
表１の結果から明らかなように、第二セラミック層の組成をＴｉxＡｌ1-xＣyＮ1-yで表したときに、ｘ，ｙを０．５５≦ｘ≦０．７５及び０．０５≦ｙ≦０．４５に選定することで、少なくとも切削速度１００ｍ／分程度までの比較的厳しい条件で切削を行っても、良好な耐摩耗性が確保されていることがわかる。また、表２に示すように、第一セラミック層の平均膜厚を０．１〜０．５μｍとし、第二セラミック層の平均膜厚を１〜５μｍとすることで、切削速度が１５０ｍ／分程度までのさらに苛酷な条件においても層剥離等を生じず、工具の耐摩耗性がさらに向上していることがわかる。
【００４４】
なお、図８は、Ｎｏ．１８の試験片の破断面のＳＥＭ写真である（（ａ）は倍率１００００倍、（ｂ）は３００００倍）。該断面に対し電子プローブ微小分析（ＥＰＭＡ）を行って得られるＡｌ特性Ｘ線の強度分布から、Ａｌ成分を含有しない第一セラミック層と、Ａｌ成分を含有する第二セラミック層とを図示の通りに識別することができた。なお、第一セラミック層の平均膜厚は０．４μｍであり、第二セラミック層の平均膜厚は２．０μｍである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面被覆工具の一実施例としての工具チップを示す斜視図、側面部分断面模式図及び部分拡大斜視図。
【図２】イオンプレーティング装置の一例を示す概念図。
【図３】同じくその変形例を示す概念図。
【図４】チップブレーカを設けた表面被覆工具の一例を示す斜視図及びＡ−Ａ断面図。
【図５】構成セラミック粒子の粒径の定義を示す説明図。
【図６】切削試験の概要を示す説明図。
【図７】切削試験における試験片と被削材との位置関係を示す説明図。
【図８】Ｎｏ．１８の試験片の破断面のＳＥＭ写真。
【符号の説明】
１  旋削用工具チップ（表面被覆工具）
２  セラミック被覆層
２ａ  第一セラミック層
２ｂ  第二セラミック層
３  工具基体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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