切削工具の表面処理方法
本発明の電子ビーム表面処理方法によれば、セラミックコーティング層の最外側コーティング層がκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の場合、電子ビーム照射によってκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層表面の数ミクロンが溶解、蒸発及び凝固してα−Ａｌ２Ｏ３に変換される現象が発生する。また、本発明による電子ビーム表面処理方法によれば、セラミックコーティング層の最外側コーティング層がα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の場合、前記電子ビーム照射によって少なくとも一部が溶融して、溶融状態で提供される表面張力によって表面が平滑に凝固するのでコーティング層の表面粗さが卓越して改善される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具の表面処理方法に関し、より詳細には電子ビームを用いてコーティング切削工具のセラミックコーティング層を表面処理するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックは、高温でも機械的性質が大きく劣化しないために超硬合金切削工具のコーティング材料として広く用いられる。特に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）は、熱的安定性、硬質性、耐摩耗性などの機械的性質に優れてセラミックコーティング材料の中でも脚光を浴びている。
【０００３】
アルミナの様々な相（ｐｈａｓｅ）の中でもα−Ａｌ２Ｏ３は、耐熱性及び耐摩耗性に優れた特性を有している。従って、切削工具の表面にα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を形成することが望ましい。しかし、切削工具表面にα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を形成することはκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を形成するのに比べて非常に難しい。α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層はＴｉＣＮＯなどの特殊物質層が切削工具の母材にまず形成された後、その上に形成される。切削工具の表面に成形されたκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層をα相に相変態させることが検討され得るが、このためにはまず切削工具の表面にκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を形成し、切削工具を２０００℃以上の温度で溶解及び急冷しなければならないので実際に適用するのは難しい。従って、従来、アルミナコーティング層は主にκ相のものが用いられてきた。
【０００４】
一方、切削工具は表面粗さが悪いほど切削抵抗が大きくて被削材と融着されやすいため、工具寿命が短くなる。α−Ａｌ２Ｏ３のようなセラミックコーティングは金属など他の切削工具のコーティング材料に比べて表面粗さが悪いため、表面粗さを改善させる表面処理をする必要がある。表面粗さを改善させるための表面処理方法としては、ブラスティング（ｂｌａｓｔｉｎｇ）、ポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、ブラッシング（ｂｒｕｓｈｉｎｇ）などの方法が知られている。
【０００５】
しかし、α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層は硬質なために従来の表面処理方法では時間がかなりかかって苦労し、表面粗さ改善に限界があるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記のような従来技術の問題を解決するために創案されたものであって、切削工具の表面にα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を形成する簡単で安定した方法を提供することにその目的がある。
【０００７】
また、本発明は切削工具上に形成されたα−Ａｌ２Ｏ３セラミックコーティング層の表面粗さを画期的に高める簡単で安定した方法を提供することにその目的がある。
【０００８】
本発明はまた、表面に改善されたα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を有する切削工具を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記のような目的を達成するために、本発明の表面処理方法は切削工具の表面に一つ以上のセラミックコーティング層を提供する段階と、前記セラミックコーティング層に電子ビームを照射してセラミックコーティング層の最外側コーティング層の少なくとも一部を瞬間的に溶融させる段階を備える。
【００１０】
前記一つ以上のセラミックコーティング層の最外側コーティング層はκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層またはκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層であってもよい。前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層は前記電子ビーム照射によって少なくとも一部が瞬間的に溶融した後、凝固しながらα−Ａｌ２Ｏ３に変換される。また、前記ＴｉＮコーティング層は前記電子ビーム照射によって蒸発し、その下のκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の少なくとも一部が瞬間的に溶融してα−Ａｌ２Ｏ３に変換される。
【００１１】
また、前記一つ以上のセラミックコーティング層の最外側コーティング層はα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層またはα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層であってもよい。前記α−Ａｌ２Ｏ３セラミックコーティング層は、前記電子ビーム照射によって少なくとも一部が溶融しながらこれに作用する表面張力によって表面が平滑になった状態で凝固するので、表面粗さが卓越して改善される。前記ＴｉＮコーティング層は前記電子ビーム照射によって蒸発し、その下のα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の少なくとも一部が溶融しながらこれに作用する表面張力によって表面が平滑になった状態で凝固するので、表面粗さが卓越して改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】切削インサートを有する通常のミーリングカッターの斜視図である。
【図２】本発明の一実施例による電子ビーム表面処理工程に用いられる装置の模式図である。
【図３】電子ビームを用いた表面処理後の切削インサートのセラミックコーティング層を示す断面図である。
【図４】κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層がコーティングされた切削インサートの拡大写真である。
【図５】図３の切削インサートに本発明によって電子ビームを用いた表面処理をした後に撮影した拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、添付した図面を参照して本発明による電子ビーム照射表面処理方法について説明する。
【００１４】
本発明の発明者は、切削工具のアルミナコーティング層の効率的な表面処理技術を研究してきた。また、切削工具の母材や他のコーティング層を損傷させずにκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層をα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層として簡単で安定した方法で相変態させる技術を研究してきた。
【００１５】
レーザのような熱エネルギーを金属材切削工具の表面または金属コーティング層の表面に照射して金属材をなす一部元素を表面に拡散させて剛性を高めようという試みはあったが、熱的に非常に安定したセラミックコーティング層の表面粗さを熱によって制御しようという試みはこれまでなかった。本発明の発明者はセラミックコーティング層の表面状態を熱によって制御することを研究してきた。
【００１６】
例えば、本発明の発明者はレーザビームを用いて切削工具のセラミックコーティング層の表面粗さを制御することを研究したが、結論としてこれは非常に不適切であるという事実を知るようになった。即ち、ＣＯまたはＹＡＧレーザビームをコーティング切削インサートの表面に照射する場合、レーザビームのエネルギーの大きさが大きくてその調節が難しく、セラミックコーティング層だけでなく母材にまで影響を及ぼし、切削工具を溶解、変形させる問題がある。また、レーザビームは照射面積が小さい線（ｂｅａｍ）形態でエネルギーを相対的に面積が大きい切削工具の表面に照射するので、被処理対象の表面を長時間に渡りスキャンしなければならない問題があった。そのような表面スキャンでは被処理対象の表面が均等に処理されないために屈曲などが残るようになって、切削工具に用いるには不適切であった。
【００１７】
これに対し、電子ビームはレーザビームのように狭い照射面積に制限されず、広い面積に照射することが可能である。従って、表面処理に要される時間を短縮することができ、被処理表面全体に渡って均一の表面処理効果を得ることができる。また、電子ビームは切削工具の母材や他のコーティング層を損傷させず、切削工具のコーティング層の最外側コーティング層の一部のみ変換させるように制御することができる。
【００１８】
図１は、切削インサートを有するミーリングカッターの斜視図である。前記切削インサートの表面にはセラミックコーティング層が形成されている。前記セラミックコーティング層は、化学蒸着法（ＣＶＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）等、公知となった方法で一定の厚さに切削インサート表面にコーティングされる。
【００１９】
図２は、本発明の電子ビーム表面処理工程を行う装置の一例を示す。電子ビーム表面処理に用いられる電子ビーム発生装置は、電子ビームの発生源になるコンデンサ、制御部と電子銃などを備える。電子ビーム表面処理のために、まず、電子ビーム発生装置の内部にセラミックコーティングされた切削インサートを位置させる。その後、前記電子ビーム発生装置の内部を真空雰囲気にし、適正量のアルゴンガスまたは窒素ガスを注入して０．０５Ｐａ水準の真空度を維持させる。その後、Ｃａｔｈｏｄｅ電圧２５〜３４ＫＶの範囲で直径約５０ｍｍ〜１００ｍｍの電子ビームを発生させる。この時、前記電子銃で照射される電子ビームは熱電子形態で加速されて切削工具のセラミックコーティング層に短い時間（理論上、約５０万分の１秒）照射される。この時、セラミックコーティング層の表面反応状態に応じて前記電子ビームを約１〜１０回繰り返し照射することができる。
【００２０】
前記電子ビームの照射によって切削工具表面に衝突した熱電子は、その加速された運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて瞬間的に高い熱を発生させる。この時セラミックコーティング層の最外側コーティング層の温度が約４０００℃まで上昇し、前記最外側コーティング層が表面から少なくとも数ミクロン（１〜５μｍ）の深さまで瞬間的に溶融する。前記セラミックコーティング層の最外側コーティング層がκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の場合、κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層表面の数ミクロンが溶融した後、凝固しながらα−Ａｌ２Ｏ３に変換される。また、前記最外側コーティング層が前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層の場合、前記電子ビーム照射によって最外側コーティング層のＴｉＮが蒸発し、その下のκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の少なくとも一部が瞬間的に溶融した後、凝固する過程でα−Ａｌ２Ｏ３に変換される。望ましくは、前記一つ以上のセラミックコーティング層は切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層または切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるκ−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層である。また、望ましくは、前記一つ以上のセラミックコーティング層の組成は切削工具の母材に近い順にＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮである。前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層厚は約２μｍ〜１２μｍであり、前記電子ビーム照射によって前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層厚の少なくとも１μｍ〜４μｍがα−Ａｌ２Ｏ３に変換される。また、前記セラミックコーティング層の最外側コーティング層がα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の場合、α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層表面の数ミクロンが溶融した後、溶融状態で提供される表面張力によって表面が平滑に凝固するので、コーティング層の表面粗さが卓越して改善される。また、前記最外側コーティング層が前記α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層の場合、前記電子ビーム照射によって最外側コーティング層であるＴｉＮが蒸発し、その下のα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の少なくとも一部が瞬間的に溶融した後、溶融状態で提供される表面張力によって表面が平滑に凝固するので、コーティング層の表面粗さが卓越して改善される。望ましくは、前記一つ以上のセラミックコーティング層は切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層または切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層である。また、望ましくは、前記一つ以上のセラミックコーティング層は切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層または切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層である。望ましくは、前記一つ以上のセラミックコーティング層の組成は切削工具の母材に近い順にＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮである。また、望ましくは、前記一つ以上のセラミックコーティング層の組成は切削工具の母材に近い順にＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮである。
【００２１】
図３は、切削インサートのセラミックコーティング層構成を示す断面図である。本発明によって電子ビームをセラミックコーティング層１〜４に照射すれば前記セラミックコーティング層の最外側層であるκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層（２）の少なくとも一部がα−Ａｌ２Ｏ３（１）に変換される。また、前記セラミックコーティング層の最外側層がＴｉＮの場合には前記ＴｉＮ層が熱によって蒸発しκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の中の外側に位置した部分の少なくとも一部がα−Ａｌ２Ｏ３（１）に変換される。この時電子ビームは非常に短い時間に照射されてコーティング層表面の数μｍにのみ反応するのでκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の下の他のコーティング層（３、４）や切削工具の本体（５）には影響を及ぼさない。
【００２２】
また、前記電子ビーム照射によって溶融したセラミックコーティング層は表面張力によって表面が平滑にされた状態で再び凝固するので、切削工具のコーティング層の表面粗さがＲａ ０．１５μｍ以下で卓越して改善される。図４と図５は、電子ビーム表面処理の前と後のκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層表面を有する切削インサートの表面を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて５００倍拡大撮影したものである。図４は電子ビーム照射の前にκ−Ａｌ２Ｏ３コーティングされた切削インサートのレーク上面（６）、切削刃エッジ部（７）と側面（８）の一部を撮影した写真である。前記図５には電子ビーム照射によって前記切削インサートのレーク上面（６）と切削刃エッジ部（７）に形成されたκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層がそれぞれα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層（６´）とα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層（７´）に変換された様子が見られる。図４と図５を比較してみれば、電子ビーム照射によってα−Ａｌ２Ｏ３に変換された部分（６´、７´）が変換されない部分（６、７）に比べて表面粗さが飛び抜けて向上したことを確認することができる。
【００２３】
以下、本発明によって電子ビーム表面処理した切削工具の実験例を説明する。
【００２４】
［実験１]
本発明者は、本発明によって電子ビーム表面処理された切削工具の切削性能試験を下記の通り実施した。
【００２５】
切削性能試験は、切削工具の切削刃の側面（ｆｌａｎｋ）摩耗量が０．２５ ｍｍに達するまでかかる時間を切削工具の寿命とする場合、各切削工具の寿命がどのくらい長いかを評価した。切削の途中に切削刃の欠損（ｂｒｅａｋａｇｅ）やチッピング（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）が発生した場合にはそのような欠損やチッピングが発生するまでの時間を切削工具の寿命と評価した。
【００２６】
前記切削性能試験には、ＩＳＯ規定のＣＮＭＧ１２０４１２規格のターニングインサートにＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層がＣＶＤコーティングされた切削インサートＡと、同一規格のターニングインサートにＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層がＣＶＤコーティングされた切削インサートＢが用いられた。本発明者は切削インサートＡ及びＢにそれぞれに対して、電子ビーム表面処理した場合と電子ビーム表面処理していない場合を分けて試験した。
【００２７】
前記電子ビーム表面処理されたターニングインサートは、前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の約１．５μｍがα相に変換される。また、前記最外側コーティング層がＴｉＮの場合、電子ビームの強い熱にＴｉＮコーティング層が蒸発し、その下のκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の約１．５μｍがα相に変換される。
【００２８】
切削条件は、切削速度（ｖ）＝４００ ｒｐｍ、移送量（ｆ）＝０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ、切削深さ（ｄ）＝２．０ｍｍである。また、それぞれの切削インサートは９０ × ９０ × ２００ ｍｍサイズの鋳鉄（ｇｒａｙ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ）を切削するように試験された。その結果を下の［表１］に表示した。
【００２９】
【表１】
【００３０】
上記の［表１］で確認されるように、それぞれ切削インサートＡ及びＢにおいて、電子ビーム表面処理をしていない切削インサートは切削刃の側面摩耗量が０．２５ ｍｍに達する前に既に切削刃が欠損したり切削刃にチッピングが発生し、工具寿命が終わってしまった。これに対し、電子ビーム表面処理をした切削インサートは切削刃の側面摩耗量が０．２５ ｍｍに達する前に切削刃欠損やチッピングが発生しなかっただけでなく、前記欠損及びチッピングが発生した時点を過ぎた時点まで工具寿命が持続していることが分かる。
【００３１】
［実験２］
本発明者は、ＣＮＭＧ１２０４１２規格のターニングインサートにＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層がＣＶＤコーティングされた切削インサートＡと、同一規格のターニングインサートにＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層がＣＶＤコーティングされた切削インサートＢを用いて切削性能試験を実施した。試験に用いられた被削材は炭素鋼（ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ）であり、その他の試験条件は前記［実験１］と同一であった。その結果を下記の［表２］に示した。
【００３２】
【表２】
【００３３】
上記［表２］で確認されるように、それぞれ切削インサートＡ及びＢにおいて、電子ビーム表面処理をしていない切削インサートが電子ビーム表面処理をした切削インサートに比べて工具寿命の長いことが分かる。
【００３４】
前記［表１］及び［表２］に示すように、本発明の電子ビームによると、表面処理されていない切削工具に比べて同一の条件でより優れた工具寿命を有することが分かる。これはコーティング層の表面が電子ビーム表面処理によって微細で平滑になり、切削抵抗が減って被削材との耐融着性が改善された結果である。
【００３５】
本発明が望ましい実施例を解して説明され例示されたが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項及び範疇を逸脱せず、様々な変形及び変更がなされることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の電子ビーム表面処理方法によれば、セラミックコーティング層の最外側コーティング層がκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の場合、電子ビーム照射によってκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層表面の数ミクロンが溶解、蒸発及び凝固してα−Ａｌ２Ｏ３に変換される現象が発生する。また、セラミックコーティング層の最外側コーティング層が順にＴｉＮ及びκ−Ａｌ２Ｏ３である場合、前記ＴｉＮ層は電子ビーム照射によって蒸発し、κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の最外側表面の少なくとも一部がα−Ａｌ２Ｏ３に変換する。この時、前記電子ビームはκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層下の他のコーティング層や切削工具の本体には影響を及ぼさない。従って、容易に安定した方法で切削工具の表面にα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を提供することができる。
【００３７】
また、本発明による電子ビーム表面処理方法によれば、セラミックコーティング層の最外側コーティング層がα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の場合、前記電子ビーム照射によって少なくとも一部が溶融し、溶融状態で提供される表面張力によって表面が平滑に凝固するので、コーティング層の表面粗さが卓越して改善される。また、セラミックコーティング層の最外側コーティング層が順にＴｉＮ及びα−Ａｌ２Ｏ３である場合、前記ＴｉＮ層は電子ビーム照射によって蒸発し、その下のα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の少なくとも一部が溶融し、溶融状態で提供される表面張力によって表面が平滑に凝固するので、コーティング層の表面粗さが卓越して改善される。従って、容易に安定した方法でコーティング層の表面粗さが卓越して改善された切削工具を提供することができる。また、前記表面粗さの改善によって切削工具の切削抵抗が減って耐融着性が改善されるので、工具寿命が卓越して改善された切削工具を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１〜４ セラミックスコーティング層
５ 切削工具の本体
６ インサートのレーク上面
７ 切削刃エッジ部
８ 切削刃側面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具の表面処理方法に関し、より詳細には電子ビームを用いてコーティング切削工具のセラミックコーティング層を表面処理するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックは、高温でも機械的性質が大きく劣化しないために超硬合金切削工具のコーティング材料として広く用いられる。特に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）は、熱的安定性、硬質性、耐摩耗性などの機械的性質に優れてセラミックコーティング材料の中でも脚光を浴びている。
【０００３】
アルミナの様々な相（ｐｈａｓｅ）の中でもα−Ａｌ２Ｏ３は、耐熱性及び耐摩耗性に優れた特性を有している。従って、切削工具の表面にα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を形成することが望ましい。しかし、切削工具表面にα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を形成することはκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を形成するのに比べて非常に難しい。α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層はＴｉＣＮＯなどの特殊物質層が切削工具の母材にまず形成された後、その上に形成される。切削工具の表面に成形されたκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層をα相に相変態させることが検討され得るが、このためにはまず切削工具の表面にκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を形成し、切削工具を２０００℃以上の温度で溶解及び急冷しなければならないので実際に適用するのは難しい。従って、従来、アルミナコーティング層は主にκ相のものが用いられてきた。
【０００４】
一方、切削工具は表面粗さが悪いほど切削抵抗が大きくて被削材と融着されやすいため、工具寿命が短くなる。α−Ａｌ２Ｏ３のようなセラミックコーティングは金属など他の切削工具のコーティング材料に比べて表面粗さが悪いため、表面粗さを改善させる表面処理をする必要がある。表面粗さを改善させるための表面処理方法としては、ブラスティング（ｂｌａｓｔｉｎｇ）、ポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、ブラッシング（ｂｒｕｓｈｉｎｇ）などの方法が知られている。
【０００５】
しかし、α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層は硬質なために従来の表面処理方法では時間がかなりかかって苦労し、表面粗さ改善に限界があるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記のような従来技術の問題を解決するために創案されたものであって、切削工具の表面にα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を形成する簡単で安定した方法を提供することにその目的がある。
【０００７】
また、本発明は切削工具上に形成されたα−Ａｌ２Ｏ３セラミックコーティング層の表面粗さを画期的に高める簡単で安定した方法を提供することにその目的がある。
【０００８】
本発明はまた、表面に改善されたα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を有する切削工具を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記のような目的を達成するために、本発明の表面処理方法は切削工具の表面に一つ以上のセラミックコーティング層を提供する段階と、前記セラミックコーティング層に電子ビームを照射してセラミックコーティング層の最外側コーティング層の少なくとも一部を瞬間的に溶融させる段階を備える。
【００１０】
前記一つ以上のセラミックコーティング層の最外側コーティング層はκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層またはκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層であってもよい。前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層は前記電子ビーム照射によって少なくとも一部が瞬間的に溶融した後、凝固しながらα−Ａｌ２Ｏ３に変換される。また、前記ＴｉＮコーティング層は前記電子ビーム照射によって蒸発し、その下のκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の少なくとも一部が瞬間的に溶融してα−Ａｌ２Ｏ３に変換される。
【００１１】
また、前記一つ以上のセラミックコーティング層の最外側コーティング層はα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層またはα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層であってもよい。前記α−Ａｌ２Ｏ３セラミックコーティング層は、前記電子ビーム照射によって少なくとも一部が溶融しながらこれに作用する表面張力によって表面が平滑になった状態で凝固するので、表面粗さが卓越して改善される。前記ＴｉＮコーティング層は前記電子ビーム照射によって蒸発し、その下のα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の少なくとも一部が溶融しながらこれに作用する表面張力によって表面が平滑になった状態で凝固するので、表面粗さが卓越して改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】切削インサートを有する通常のミーリングカッターの斜視図である。
【図２】本発明の一実施例による電子ビーム表面処理工程に用いられる装置の模式図である。
【図３】電子ビームを用いた表面処理後の切削インサートのセラミックコーティング層を示す断面図である。
【図４】κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層がコーティングされた切削インサートの拡大写真である。
【図５】図３の切削インサートに本発明によって電子ビームを用いた表面処理をした後に撮影した拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、添付した図面を参照して本発明による電子ビーム照射表面処理方法について説明する。
【００１４】
本発明の発明者は、切削工具のアルミナコーティング層の効率的な表面処理技術を研究してきた。また、切削工具の母材や他のコーティング層を損傷させずにκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層をα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層として簡単で安定した方法で相変態させる技術を研究してきた。
【００１５】
レーザのような熱エネルギーを金属材切削工具の表面または金属コーティング層の表面に照射して金属材をなす一部元素を表面に拡散させて剛性を高めようという試みはあったが、熱的に非常に安定したセラミックコーティング層の表面粗さを熱によって制御しようという試みはこれまでなかった。本発明の発明者はセラミックコーティング層の表面状態を熱によって制御することを研究してきた。
【００１６】
例えば、本発明の発明者はレーザビームを用いて切削工具のセラミックコーティング層の表面粗さを制御することを研究したが、結論としてこれは非常に不適切であるという事実を知るようになった。即ち、ＣＯまたはＹＡＧレーザビームをコーティング切削インサートの表面に照射する場合、レーザビームのエネルギーの大きさが大きくてその調節が難しく、セラミックコーティング層だけでなく母材にまで影響を及ぼし、切削工具を溶解、変形させる問題がある。また、レーザビームは照射面積が小さい線（ｂｅａｍ）形態でエネルギーを相対的に面積が大きい切削工具の表面に照射するので、被処理対象の表面を長時間に渡りスキャンしなければならない問題があった。そのような表面スキャンでは被処理対象の表面が均等に処理されないために屈曲などが残るようになって、切削工具に用いるには不適切であった。
【００１７】
これに対し、電子ビームはレーザビームのように狭い照射面積に制限されず、広い面積に照射することが可能である。従って、表面処理に要される時間を短縮することができ、被処理表面全体に渡って均一の表面処理効果を得ることができる。また、電子ビームは切削工具の母材や他のコーティング層を損傷させず、切削工具のコーティング層の最外側コーティング層の一部のみ変換させるように制御することができる。
【００１８】
図１は、切削インサートを有するミーリングカッターの斜視図である。前記切削インサートの表面にはセラミックコーティング層が形成されている。前記セラミックコーティング層は、化学蒸着法（ＣＶＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）等、公知となった方法で一定の厚さに切削インサート表面にコーティングされる。
【００１９】
図２は、本発明の電子ビーム表面処理工程を行う装置の一例を示す。電子ビーム表面処理に用いられる電子ビーム発生装置は、電子ビームの発生源になるコンデンサ、制御部と電子銃などを備える。電子ビーム表面処理のために、まず、電子ビーム発生装置の内部にセラミックコーティングされた切削インサートを位置させる。その後、前記電子ビーム発生装置の内部を真空雰囲気にし、適正量のアルゴンガスまたは窒素ガスを注入して０．０５Ｐａ水準の真空度を維持させる。その後、Ｃａｔｈｏｄｅ電圧２５〜３４ＫＶの範囲で直径約５０ｍｍ〜１００ｍｍの電子ビームを発生させる。この時、前記電子銃で照射される電子ビームは熱電子形態で加速されて切削工具のセラミックコーティング層に短い時間（理論上、約５０万分の１秒）照射される。この時、セラミックコーティング層の表面反応状態に応じて前記電子ビームを約１〜１０回繰り返し照射することができる。
【００２０】
前記電子ビームの照射によって切削工具表面に衝突した熱電子は、その加速された運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて瞬間的に高い熱を発生させる。この時セラミックコーティング層の最外側コーティング層の温度が約４０００℃まで上昇し、前記最外側コーティング層が表面から少なくとも数ミクロン（１〜５μｍ）の深さまで瞬間的に溶融する。前記セラミックコーティング層の最外側コーティング層がκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の場合、κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層表面の数ミクロンが溶融した後、凝固しながらα−Ａｌ２Ｏ３に変換される。また、前記最外側コーティング層が前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層の場合、前記電子ビーム照射によって最外側コーティング層のＴｉＮが蒸発し、その下のκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の少なくとも一部が瞬間的に溶融した後、凝固する過程でα−Ａｌ２Ｏ３に変換される。望ましくは、前記一つ以上のセラミックコーティング層は切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層または切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるκ−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層である。また、望ましくは、前記一つ以上のセラミックコーティング層の組成は切削工具の母材に近い順にＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮである。前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層厚は約２μｍ〜１２μｍであり、前記電子ビーム照射によって前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層厚の少なくとも１μｍ〜４μｍがα−Ａｌ２Ｏ３に変換される。また、前記セラミックコーティング層の最外側コーティング層がα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の場合、α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層表面の数ミクロンが溶融した後、溶融状態で提供される表面張力によって表面が平滑に凝固するので、コーティング層の表面粗さが卓越して改善される。また、前記最外側コーティング層が前記α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層の場合、前記電子ビーム照射によって最外側コーティング層であるＴｉＮが蒸発し、その下のα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の少なくとも一部が瞬間的に溶融した後、溶融状態で提供される表面張力によって表面が平滑に凝固するので、コーティング層の表面粗さが卓越して改善される。望ましくは、前記一つ以上のセラミックコーティング層は切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層または切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層である。また、望ましくは、前記一つ以上のセラミックコーティング層は切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層または切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層である。望ましくは、前記一つ以上のセラミックコーティング層の組成は切削工具の母材に近い順にＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮである。また、望ましくは、前記一つ以上のセラミックコーティング層の組成は切削工具の母材に近い順にＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮである。
【００２１】
図３は、切削インサートのセラミックコーティング層構成を示す断面図である。本発明によって電子ビームをセラミックコーティング層１〜４に照射すれば前記セラミックコーティング層の最外側層であるκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層（２）の少なくとも一部がα−Ａｌ２Ｏ３（１）に変換される。また、前記セラミックコーティング層の最外側層がＴｉＮの場合には前記ＴｉＮ層が熱によって蒸発しκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の中の外側に位置した部分の少なくとも一部がα−Ａｌ２Ｏ３（１）に変換される。この時電子ビームは非常に短い時間に照射されてコーティング層表面の数μｍにのみ反応するのでκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の下の他のコーティング層（３、４）や切削工具の本体（５）には影響を及ぼさない。
【００２２】
また、前記電子ビーム照射によって溶融したセラミックコーティング層は表面張力によって表面が平滑にされた状態で再び凝固するので、切削工具のコーティング層の表面粗さがＲａ ０．１５μｍ以下で卓越して改善される。図４と図５は、電子ビーム表面処理の前と後のκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層表面を有する切削インサートの表面を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて５００倍拡大撮影したものである。図４は電子ビーム照射の前にκ−Ａｌ２Ｏ３コーティングされた切削インサートのレーク上面（６）、切削刃エッジ部（７）と側面（８）の一部を撮影した写真である。前記図５には電子ビーム照射によって前記切削インサートのレーク上面（６）と切削刃エッジ部（７）に形成されたκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層がそれぞれα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層（６´）とα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層（７´）に変換された様子が見られる。図４と図５を比較してみれば、電子ビーム照射によってα−Ａｌ２Ｏ３に変換された部分（６´、７´）が変換されない部分（６、７）に比べて表面粗さが飛び抜けて向上したことを確認することができる。
【００２３】
以下、本発明によって電子ビーム表面処理した切削工具の実験例を説明する。
【００２４】
［実験１]
本発明者は、本発明によって電子ビーム表面処理された切削工具の切削性能試験を下記の通り実施した。
【００２５】
切削性能試験は、切削工具の切削刃の側面（ｆｌａｎｋ）摩耗量が０．２５ ｍｍに達するまでかかる時間を切削工具の寿命とする場合、各切削工具の寿命がどのくらい長いかを評価した。切削の途中に切削刃の欠損（ｂｒｅａｋａｇｅ）やチッピング（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）が発生した場合にはそのような欠損やチッピングが発生するまでの時間を切削工具の寿命と評価した。
【００２６】
前記切削性能試験には、ＩＳＯ規定のＣＮＭＧ１２０４１２規格のターニングインサートにＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層がＣＶＤコーティングされた切削インサートＡと、同一規格のターニングインサートにＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層がＣＶＤコーティングされた切削インサートＢが用いられた。本発明者は切削インサートＡ及びＢにそれぞれに対して、電子ビーム表面処理した場合と電子ビーム表面処理していない場合を分けて試験した。
【００２７】
前記電子ビーム表面処理されたターニングインサートは、前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の約１．５μｍがα相に変換される。また、前記最外側コーティング層がＴｉＮの場合、電子ビームの強い熱にＴｉＮコーティング層が蒸発し、その下のκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の約１．５μｍがα相に変換される。
【００２８】
切削条件は、切削速度（ｖ）＝４００ ｒｐｍ、移送量（ｆ）＝０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ、切削深さ（ｄ）＝２．０ｍｍである。また、それぞれの切削インサートは９０ × ９０ × ２００ ｍｍサイズの鋳鉄（ｇｒａｙ ｃａｓｔ ｉｒｏｎ）を切削するように試験された。その結果を下の［表１］に表示した。
【００２９】
【表１】
【００３０】
上記の［表１］で確認されるように、それぞれ切削インサートＡ及びＢにおいて、電子ビーム表面処理をしていない切削インサートは切削刃の側面摩耗量が０．２５ ｍｍに達する前に既に切削刃が欠損したり切削刃にチッピングが発生し、工具寿命が終わってしまった。これに対し、電子ビーム表面処理をした切削インサートは切削刃の側面摩耗量が０．２５ ｍｍに達する前に切削刃欠損やチッピングが発生しなかっただけでなく、前記欠損及びチッピングが発生した時点を過ぎた時点まで工具寿命が持続していることが分かる。
【００３１】
［実験２］
本発明者は、ＣＮＭＧ１２０４１２規格のターニングインサートにＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層がＣＶＤコーティングされた切削インサートＡと、同一規格のターニングインサートにＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層がＣＶＤコーティングされた切削インサートＢを用いて切削性能試験を実施した。試験に用いられた被削材は炭素鋼（ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ）であり、その他の試験条件は前記［実験１］と同一であった。その結果を下記の［表２］に示した。
【００３２】
【表２】
【００３３】
上記［表２］で確認されるように、それぞれ切削インサートＡ及びＢにおいて、電子ビーム表面処理をしていない切削インサートが電子ビーム表面処理をした切削インサートに比べて工具寿命の長いことが分かる。
【００３４】
前記［表１］及び［表２］に示すように、本発明の電子ビームによると、表面処理されていない切削工具に比べて同一の条件でより優れた工具寿命を有することが分かる。これはコーティング層の表面が電子ビーム表面処理によって微細で平滑になり、切削抵抗が減って被削材との耐融着性が改善された結果である。
【００３５】
本発明が望ましい実施例を解して説明され例示されたが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項及び範疇を逸脱せず、様々な変形及び変更がなされることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の電子ビーム表面処理方法によれば、セラミックコーティング層の最外側コーティング層がκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の場合、電子ビーム照射によってκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層表面の数ミクロンが溶解、蒸発及び凝固してα−Ａｌ２Ｏ３に変換される現象が発生する。また、セラミックコーティング層の最外側コーティング層が順にＴｉＮ及びκ−Ａｌ２Ｏ３である場合、前記ＴｉＮ層は電子ビーム照射によって蒸発し、κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の最外側表面の少なくとも一部がα−Ａｌ２Ｏ３に変換する。この時、前記電子ビームはκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層下の他のコーティング層や切削工具の本体には影響を及ぼさない。従って、容易に安定した方法で切削工具の表面にα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を提供することができる。
【００３７】
また、本発明による電子ビーム表面処理方法によれば、セラミックコーティング層の最外側コーティング層がα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の場合、前記電子ビーム照射によって少なくとも一部が溶融し、溶融状態で提供される表面張力によって表面が平滑に凝固するので、コーティング層の表面粗さが卓越して改善される。また、セラミックコーティング層の最外側コーティング層が順にＴｉＮ及びα−Ａｌ２Ｏ３である場合、前記ＴｉＮ層は電子ビーム照射によって蒸発し、その下のα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の少なくとも一部が溶融し、溶融状態で提供される表面張力によって表面が平滑に凝固するので、コーティング層の表面粗さが卓越して改善される。従って、容易に安定した方法でコーティング層の表面粗さが卓越して改善された切削工具を提供することができる。また、前記表面粗さの改善によって切削工具の切削抵抗が減って耐融着性が改善されるので、工具寿命が卓越して改善された切削工具を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１〜４ セラミックスコーティング層
５ 切削工具の本体
６ インサートのレーク上面
７ 切削刃エッジ部
８ 切削刃側面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具の表面に一つ以上のセラミックコーティング層を提供する段階と、
前記セラミックコーティング層に電子ビームを照射し、セラミックコーティング層の最外側コーティング層の少なくとも一部を瞬間的に溶融させる段階と
を備えることを特徴とする切削工具の表面処理方法。
【請求項２】
前記一つ以上のセラミックコーティング層の最外側コーティング層は、κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層またはκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項３】
前記一つ以上のセラミックコーティング層の最外側コーティング層は、α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層またはα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項４】
前記最外側コーティング層がκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の場合、前記電子ビーム照射によって前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の少なくとも一部をα−Ａｌ２Ｏ３に変換させることを特徴とする請求項２に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項５】
前記最外側コーティング層がκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層であり、前記電子ビーム照射によって前記ＴｉＮ層の少なくとも一部を蒸発させ、その下のκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層をα−Ａｌ２Ｏ３に変換させることを特徴とする請求項２に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項６】
前記セラミックコーティング層は、切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層または切削工具の母材で形成されるＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるκ−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項７】
前記セラミックコーティング層は、切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層または前記Ｔｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されたＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項８】
前記セラミックコーティング層は、切削工具の母材で形成されるＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層または切削工具の母材で形成されるＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項９】
前記セラミックコーティング層の組成は、切削工具の母材に近い順にＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮであることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１０】
前記セラミックコーティング層の組成は、切削工具の母材に近い順にＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮであることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１１】
前記セラミックコーティング層の組成は、切削工具の母材に近い順にＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮであることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１２】
前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層厚は、約２μｍ〜１５μｍあることを特徴とする請求項２に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１３】
前記電子ビーム照射によって前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層厚の少なくとも１μｍ〜４μｍがα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層に変換されることを特徴とする請求項２に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１４】
前記電子ビームの直径は５０ｍｍ〜１００ｍｍであり、Ｃａｔｈｏｄｅ出力２５ＫＶ〜４５ＫＶで照射される請求項１〜１３のうちのいずれか一項に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１５】
前記電子ビームはセラミックコーティング層表面の反応状態に応じて１回〜１０回繰り返し照射することができる請求項１〜１３のうちのいずれか一項に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１６】
前記電子ビームは少量のアルゴンガスまたは窒素ガスを注入した真空雰囲気の電子ビーム発生装置で照射される請求項１〜１３うちのいずれか一項に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１７】
κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層と前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の一部が変換されて形成されたα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を含み、前記α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層が最外側コーティング層である多層セラミックコーティング切削工具。
【請求項１８】
前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層厚は約２μｍ〜１２μｍであり、前記α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層厚は１μｍ〜４μｍである請求項１７に記載の多層セラミックコーティング切削工具。
【請求項１】
切削工具の表面に一つ以上のセラミックコーティング層を提供する段階と、
前記セラミックコーティング層に電子ビームを照射し、セラミックコーティング層の最外側コーティング層の少なくとも一部を瞬間的に溶融させる段階と
を備えることを特徴とする切削工具の表面処理方法。
【請求項２】
前記一つ以上のセラミックコーティング層の最外側コーティング層は、κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層またはκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項３】
前記一つ以上のセラミックコーティング層の最外側コーティング層は、α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層またはα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項４】
前記最外側コーティング層がκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の場合、前記電子ビーム照射によって前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の少なくとも一部をα−Ａｌ２Ｏ３に変換させることを特徴とする請求項２に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項５】
前記最外側コーティング層がκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層上に配置されるＴｉＮコーティング層であり、前記電子ビーム照射によって前記ＴｉＮ層の少なくとも一部を蒸発させ、その下のκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層をα−Ａｌ２Ｏ３に変換させることを特徴とする請求項２に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項６】
前記セラミックコーティング層は、切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるκ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層または切削工具の母材で形成されるＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるκ−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項７】
前記セラミックコーティング層は、切削工具の母材に形成されたＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層または前記Ｔｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されたＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項８】
前記セラミックコーティング層は、切削工具の母材で形成されるＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層または切削工具の母材で形成されるＴｉ−炭窒化物複層と前記Ｔｉ−炭窒化物複層上に形成されるＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮコーティング層であることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項９】
前記セラミックコーティング層の組成は、切削工具の母材に近い順にＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／κ−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮであることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１０】
前記セラミックコーティング層の組成は、切削工具の母材に近い順にＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＮＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮであることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１１】
前記セラミックコーティング層の組成は、切削工具の母材に近い順にＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３またはＴｉＮ／ＭＴＣＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＣＯ／α−Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮであることを特徴とする請求項１に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１２】
前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層厚は、約２μｍ〜１５μｍあることを特徴とする請求項２に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１３】
前記電子ビーム照射によって前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層厚の少なくとも１μｍ〜４μｍがα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層に変換されることを特徴とする請求項２に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１４】
前記電子ビームの直径は５０ｍｍ〜１００ｍｍであり、Ｃａｔｈｏｄｅ出力２５ＫＶ〜４５ＫＶで照射される請求項１〜１３のうちのいずれか一項に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１５】
前記電子ビームはセラミックコーティング層表面の反応状態に応じて１回〜１０回繰り返し照射することができる請求項１〜１３のうちのいずれか一項に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１６】
前記電子ビームは少量のアルゴンガスまたは窒素ガスを注入した真空雰囲気の電子ビーム発生装置で照射される請求項１〜１３うちのいずれか一項に記載の切削工具の表面処理方法。
【請求項１７】
κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層と前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層の一部が変換されて形成されたα−Ａｌ２Ｏ３コーティング層を含み、前記α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層が最外側コーティング層である多層セラミックコーティング切削工具。
【請求項１８】
前記κ−Ａｌ２Ｏ３コーティング層厚は約２μｍ〜１２μｍであり、前記α−Ａｌ２Ｏ３コーティング層厚は１μｍ〜４μｍである請求項１７に記載の多層セラミックコーティング切削工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１０−５１４５７７（Ｐ２０１０−５１４５７７Ａ）
【公表日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４３９１０（Ｐ２００９−５４３９１０）
【出願日】平成１９年１月２日（２００７．１．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００７／０００００７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０８２０２０
【国際公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【出願人】（５０８１５１７８１）デグテック エルティーディー (30)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月２日（２００７．１．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００７／０００００７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０８２０２０
【国際公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【出願人】（５０８１５１７８１）デグテック エルティーディー (30)
【Ｆターム（参考）】
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