耐熱性および耐摩耗性にすぐれた表面被覆切削工具
【課題】一般鋼、高硬度鋼等の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐熱性および耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、前記硬質被覆層が、０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、組成式：（Ａｌ１−α−βＣｒαＲｅβ）Ｎ（但し、αはＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦α≦０．５５、βはＲｅの含有割合を示し、原子比で、０．００１≦β≦０．１０である）を満足するＡｌとＣｒとＲｅの複合窒化物層からなる表面被覆切削工具。
【解決手段】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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、前記硬質被覆層が、０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、組成式：（Ａｌ１−α−βＣｒαＲｅβ）Ｎ（但し、αはＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦α≦０．５５、βはＲｅの含有割合を示し、原子比で、０．００１≦β≦０．１０である）を満足するＡｌとＣｒとＲｅの複合窒化物層からな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）に関し、さらに詳しくは、例えば、一般鋼、高硬度鋼等を、高熱発生を伴うとともに切刃部に対して大きな機械的負荷がかかる高速条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐熱性と耐摩耗性を発揮する被覆工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、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、さらに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、またスローアウエイチップ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スローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
また、被覆工具としては、例えば、工具基体表面に、ＡｌとＣｒの複合窒化物（（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ）層、あるいは、これにさらに、Ｓｉ、Ｂ、Ｙ、Ｚｒ、Ｖ等（Ｍ成分で示す）を微量添加含有させたＡｌとＣｒを主成分とする複合窒化物（以下、これらを総称して、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｍ）Ｎで示す）層を設けた被覆工具も知られており、特に、構成成分であるＡｌによって高温強度、同Ｃｒによって高温硬さと耐熱性を具備することから、前記（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層あるいは（Ａｌ，Ｃｒ，Ｍ）Ｎ層がすぐれた高温強度、高温硬さ、耐熱性を示すことも知られている。
【０００４】
さらに、前記従来被覆工具が、例えば、図２に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に工具基体を装入し、装置内を、例えば、５００℃の温度に加熱した状態で、硬質被覆層の組成に対応した合金がセットされたカソード電極、例えば、Ａｌ−Ｃｒ−Ｍ合金と、アノード電極との間に、例えば、電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば、２Ｐａの反応雰囲気とし、一方、前記工具基体には、例えば、−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、工具基体表面に、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｍ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０６１８３号公報
【特許文献２】特開２００４−２６９９８５号公報
【特許文献３】特開２００５−３３０５３９号公報
【特許文献４】特開２００６−８２２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削工具には被削材の材種にできるだけ影響を受けない汎用性、すなわち、できるだけ多くの材種の切削加工が可能な切削工具が求められる傾向にあるが、前記従来被覆工具においては、これを、一般鋼、高硬度鋼の通常切削速度での切削加工に用いた場合には問題ないが、これらの被削材を、高い発熱をともなうとともに、切刃部に局部的に高負荷がかかる高速条件で切削した場合には、特に硬質被覆層の高温強度不足、高温硬さ不足が原因で切刃部にチッピング（微小欠け）の発生が急激に増加し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、高熱発生を伴う高速条件で切削した場合においてもすぐれた耐熱性および耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者らは、前述のような観点から、特に一般鋼、高硬度鋼等の切削加工を、高速切削条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐熱性とすぐれた耐摩耗性を併せ持つ被覆工具を開発すべく、前記従来被覆工具に着目し、鋭意研究を行った結果、従来被覆超硬工具の硬質被覆層である（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層中にＲｅを０．１〜１０ａｔ％添加することにより、高温硬さ・強度が上昇し、また酸化開始温度も向上する。その結果、一般鋼・高硬度鋼等を高速切削した時に、従来皮膜よりも寿命延長が可能であるという新規な知見を得て、係る知見に基づき、本発明を完成するに至ったものである。
【０００９】
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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−α−βＣｒαＲｅβ）Ｎ（但し、αはＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦α≦０．５５、βはＲｅの含有割合を示し、原子比で、０．００１≦β≦０．１０である）を満足するＡｌとＣｒとＲｅの複合窒化物層からなることを特徴とする表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。
【００１０】
つぎに、本発明の被覆工具の硬質被覆層の構成層に関し、前記の通りに数値限定した理由を説明する。
【００１１】
硬質被膜層の組成および平均層厚
硬質被膜層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層の構成成分であるＡｌ成分には高温強度を向上させ、同Ｃｒ成分には高温硬さを向上させる作用があり、さらに、Ｒｅには酸素の内部拡散を抑制し、高温酸化時にＡｌ，Ｃｒの酸化を抑制するとともに、Ａｌ酸化皮膜等の保護膜が緻密化する作用があるが、Ｃｒの割合を示すα値がＡｌとＲｅの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．２５未満になると、所定の高温硬さを確保することができず、これが耐摩耗性低下の原因となり、一方、Ｃｒの割合を示すα値が同０．５５を越えると、相対的にＡｌの含有割合が減少し、高速切削加工で必要とされる高温強度を確保することができず、チッピングの発生を防止することが困難になり、さらに、Ｒｅ成分の含有割合を示すβ値がＡｌとＣｒの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．００１未満では、Ｒｅ成分を含有させたことによる高温硬さ、強度等の特性向上が期待できず、一方同β値が０．１０を超えると、六方晶の生成や高温強度・酸化開始温度に低下傾向が現れるようになることから、α値を０．２５〜０．５５、β値を０．００１〜０．１０と定めた。
【００１２】
また、その平均層厚が０．５μｍ未満では、自身のもつすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方、その平均層厚が５μｍを越えると、前記高速切削では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜５μｍと定めた。
【００１３】
そして、前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層は、例えば、図１に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に基体を装入し、ヒーターで装置内を、例えば、５００℃の温度に加熱した状態で、装置内に所定組成のＡｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金からなるカソード電極（蒸発源）を配置し、アノード電極とＡｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金からなるカソード電極（蒸発源）との間に、例えば、電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば、２Ｐａの反応雰囲気とし、一方、前記基体には、例えば、−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で蒸着することにより、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）層を蒸着形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の被覆工具によれば、硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層が、すぐれた高温強度、耐酸化性、高硬度を有し、あるいは、さらにすぐれた耐摩耗性、耐熱性を有していることから、特に一般鋼、高硬度鋼等の、大きな発熱を伴い、かつ、高負荷のかかる高速切削加工であっても、すぐれた耐熱性を示し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明被覆工具および比較被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
つぎに、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例１】
【００１７】
原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ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、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ−１〜Ａ−１０を形成した。
【００１８】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比で、ＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｂ−１〜Ｂ−６を形成した。
【００１９】
（ａ）ついで、前記工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング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、前記回転テーブルを挟んで相対向する両側にカソード電極（蒸発源）として所定組成の硬質被覆層形成用のＡｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金を配置し、
（ｂ）まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、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−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ、カソード電極の前記硬質被覆層形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させることにより、工具基体表面を前記Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金によってボンバード洗浄し、
（ｃ）次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して４Ｐａの反応雰囲気とすると共に、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−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ、カソード電極の前記Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金とアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表３に示される目標組成、目標層厚の硬質被覆層としての（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層を０．５〜５μｍの平均層厚で蒸着形成する。
前記（ａ）〜（ｃ）により硬質被覆層を蒸着形成し、本発明被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ（以下、本発明被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００２０】
（ｄ）また、比較の目的で、これら工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング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、前記回転テーブルを挟んで相対向する両側にカソード電極（蒸発源）として所定組成の硬質被覆層形成用のＡｌ−Ｃｒ合金、Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金を配置し、
（ｅ）まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、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−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ、カソード電極の前記硬質被覆層形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させることにより、工具基体表面を前記Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金によってボンバード洗浄し、
（ｆ）次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して４Ｐａの反応雰囲気とすると共に、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−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ、カソード電極の前記Ａｌ−Ｃｒ合金、Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金とアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表４に示される目標組成、目標層厚の硬質被覆層としての（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層を０．５〜５μｍの平均層厚で蒸着形成する。
前記（ｄ）〜（ｆ）により硬質被覆層を蒸着形成し、比較被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ（以下、比較被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００２１】
つぎに、前記各種の被覆チップを、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明被覆チップ１〜１６および比較被覆チップ１〜１６について、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの丸棒、
切削速度： ２３０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２．５ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： １５ 分、
の条件（切削条件Ａ）での炭素鋼の乾式連続高速・高送り切削加工試験（通常の切削速度は、１９０ｍ／ｍｉｎ．、０．３５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４２０の丸棒、
切削速度： ２５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３．５ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： １０ 分、
の条件（切削条件Ｂ）での合金鋼の乾式連続高速・高送り・高切り込み切削加工試験（通常の切削速度、送りおよび切り込みは、それぞれ、１９０ｍ／ｍｉｎ．、０．３５ｍｍ／ｒｅｖ．、２．５ ｍｍ．）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ６１（焼入れ）の丸棒、
切削速度： １３０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ０．３ ｍｍ、
送り： ０．２ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｃ）での乾式連続高速切削加工試験（通常の切削速度は、１００ｍ／ｍｉｎ．）、
を行い、いずれの高速切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表５に示した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【実施例２】
【００２７】
実施例１と同様、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末からなる原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、直径が１３ｍｍの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造した。
【００２８】
ついで、これらの工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例１と同一の条件で、表６に示される目標組成および目標層厚の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製エンドミル（以下、本発明被覆エンドミルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
【００２９】
また、比較の目的で、前記工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例１と同一の条件で、表７に示される目標組成および目標層厚の（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製エンドミル（以下、比較被覆エンドミルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
【００３０】
つぎに、本発明被覆エンドミル１〜１０および比較被覆エンドミル１〜１０について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの板材、
切削速度： ２００ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： ８ ｍｍ、
テーブル送り： ４５０ ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｄ）での炭素鋼の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、１００ｍ／ｍｉｎ．、３００ｍｍ／分）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４２０の板材、
切削速度： １５０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： １５ ｍｍ、
テーブル送り： ４００ ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｅ）での合金鋼の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、１００ｍ／ｍｉｎ．、３００ｍｍ／分）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（焼入れ）の板材、
切削速度： １３０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： ５ ｍｍ、
テーブル送り： １００ ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｆ）での高硬度鋼の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度は、８０ｍ／ｍｉｎ．）、
をそれぞれ行い、いずれの高速溝切削加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表６、表７にそれぞれ示した。
【００３１】
【表６】
【００３２】
【表７】
【実施例３】
【００３３】
実施例２で製造した直径が１３ｍｍの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ８ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−８をそれぞれ製造した。
【００３４】
ついで、これらの工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−８の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例１と同一の条件で、表８に示される目標組成および目標層厚の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製ドリル（以下、本発明被覆ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３５】
また、比較の目的で、前記工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−８の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、実施例１と同一の条件で、表９に示される目標組成および目標層厚を有する（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製ドリル（以下、比較被覆ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３６】
つぎに、本発明被覆ドリル１〜８および比較被覆ドリル１〜８について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの板材、
切削速度： １００ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．３５ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ８ ｍｍ、
の条件（切削条件Ｇ）での炭素鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、７０ｍ／ｍｉｎ．、０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４２０の板材、
切削速度： １００ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．３ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： １０ ｍｍ、
の条件（切削条件Ｈ）での合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、６０ｍ／ｍｉｎ．、０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（焼入れ）の板材、
切削速度： ７０ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．２ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ８ ｍｍ、
の条件（切削条件Ｉ）での高硬度鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、５０ｍ／ｍｉｎ．、０．１ｍｍ／ｒｅｖ．）、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表８、表９にそれぞれ示した。
【００３７】
【表８】
【００３８】
【表９】
【００３９】
この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆チップ１〜１６、本発明被覆エンドミル１〜１０、および本発明被覆ドリル１〜８の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層の組成、並びに、比較被覆工具としての比較被覆チップ１〜１６、比較被覆エンドミル１〜１０、および比較被覆ドリル１〜８の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
【００４０】
また、前記硬質被覆層を構成する各層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値（５ヶ所の平均値）を示した。
【００４１】
表５〜９に示される結果から、本発明被覆工具は、いずれも特に一般鋼、高硬度鋼等の高速切削加工でも、硬質被覆層である（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層が工具基体表面に強固に密着接合した状態で、すぐれた高温強度、耐酸化性、高硬度、あるいは、これに加えてさらにすぐれた耐摩耗性、耐熱性を有することによって、チッピングの発生なく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層が、本発明で規定した成分組成を有しない（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層で構成された比較被覆工具においては、特に硬質被覆層の高温強度不足、高温硬さ不足が原因で切刃部にチッピングが発生するようになり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【００４２】
前述のように、本発明の被覆工具は、一般的な被削材の切削加工は勿論のこと、一般鋼、高硬度鋼等の高速切削加工でもすぐれた耐摩耗性と耐熱性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置のＦＡ化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【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）に関し、さらに詳しくは、例えば、一般鋼、高硬度鋼等を、高熱発生を伴うとともに切刃部に対して大きな機械的負荷がかかる高速条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐熱性と耐摩耗性を発揮する被覆工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、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、さらに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、またスローアウエイチップ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スローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
また、被覆工具としては、例えば、工具基体表面に、ＡｌとＣｒの複合窒化物（（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ）層、あるいは、これにさらに、Ｓｉ、Ｂ、Ｙ、Ｚｒ、Ｖ等（Ｍ成分で示す）を微量添加含有させたＡｌとＣｒを主成分とする複合窒化物（以下、これらを総称して、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｍ）Ｎで示す）層を設けた被覆工具も知られており、特に、構成成分であるＡｌによって高温強度、同Ｃｒによって高温硬さと耐熱性を具備することから、前記（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層あるいは（Ａｌ，Ｃｒ，Ｍ）Ｎ層がすぐれた高温強度、高温硬さ、耐熱性を示すことも知られている。
【０００４】
さらに、前記従来被覆工具が、例えば、図２に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に工具基体を装入し、装置内を、例えば、５００℃の温度に加熱した状態で、硬質被覆層の組成に対応した合金がセットされたカソード電極、例えば、Ａｌ−Ｃｒ−Ｍ合金と、アノード電極との間に、例えば、電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば、２Ｐａの反応雰囲気とし、一方、前記工具基体には、例えば、−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、工具基体表面に、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｍ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０６１８３号公報
【特許文献２】特開２００４−２６９９８５号公報
【特許文献３】特開２００５−３３０５３９号公報
【特許文献４】特開２００６−８２２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削工具には被削材の材種にできるだけ影響を受けない汎用性、すなわち、できるだけ多くの材種の切削加工が可能な切削工具が求められる傾向にあるが、前記従来被覆工具においては、これを、一般鋼、高硬度鋼の通常切削速度での切削加工に用いた場合には問題ないが、これらの被削材を、高い発熱をともなうとともに、切刃部に局部的に高負荷がかかる高速条件で切削した場合には、特に硬質被覆層の高温強度不足、高温硬さ不足が原因で切刃部にチッピング（微小欠け）の発生が急激に増加し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、高熱発生を伴う高速条件で切削した場合においてもすぐれた耐熱性および耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者らは、前述のような観点から、特に一般鋼、高硬度鋼等の切削加工を、高速切削条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐熱性とすぐれた耐摩耗性を併せ持つ被覆工具を開発すべく、前記従来被覆工具に着目し、鋭意研究を行った結果、従来被覆超硬工具の硬質被覆層である（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層中にＲｅを０．１〜１０ａｔ％添加することにより、高温硬さ・強度が上昇し、また酸化開始温度も向上する。その結果、一般鋼・高硬度鋼等を高速切削した時に、従来皮膜よりも寿命延長が可能であるという新規な知見を得て、係る知見に基づき、本発明を完成するに至ったものである。
【０００９】
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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−α−βＣｒαＲｅβ）Ｎ（但し、αはＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦α≦０．５５、βはＲｅの含有割合を示し、原子比で、０．００１≦β≦０．１０である）を満足するＡｌとＣｒとＲｅの複合窒化物層からなることを特徴とする表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。
【００１０】
つぎに、本発明の被覆工具の硬質被覆層の構成層に関し、前記の通りに数値限定した理由を説明する。
【００１１】
硬質被膜層の組成および平均層厚
硬質被膜層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層の構成成分であるＡｌ成分には高温強度を向上させ、同Ｃｒ成分には高温硬さを向上させる作用があり、さらに、Ｒｅには酸素の内部拡散を抑制し、高温酸化時にＡｌ，Ｃｒの酸化を抑制するとともに、Ａｌ酸化皮膜等の保護膜が緻密化する作用があるが、Ｃｒの割合を示すα値がＡｌとＲｅの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．２５未満になると、所定の高温硬さを確保することができず、これが耐摩耗性低下の原因となり、一方、Ｃｒの割合を示すα値が同０．５５を越えると、相対的にＡｌの含有割合が減少し、高速切削加工で必要とされる高温強度を確保することができず、チッピングの発生を防止することが困難になり、さらに、Ｒｅ成分の含有割合を示すβ値がＡｌとＣｒの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．００１未満では、Ｒｅ成分を含有させたことによる高温硬さ、強度等の特性向上が期待できず、一方同β値が０．１０を超えると、六方晶の生成や高温強度・酸化開始温度に低下傾向が現れるようになることから、α値を０．２５〜０．５５、β値を０．００１〜０．１０と定めた。
【００１２】
また、その平均層厚が０．５μｍ未満では、自身のもつすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方、その平均層厚が５μｍを越えると、前記高速切削では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜５μｍと定めた。
【００１３】
そして、前記（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層は、例えば、図１に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に基体を装入し、ヒーターで装置内を、例えば、５００℃の温度に加熱した状態で、装置内に所定組成のＡｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金からなるカソード電極（蒸発源）を配置し、アノード電極とＡｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金からなるカソード電極（蒸発源）との間に、例えば、電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば、２Ｐａの反応雰囲気とし、一方、前記基体には、例えば、−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で蒸着することにより、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）層を蒸着形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の被覆工具によれば、硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層が、すぐれた高温強度、耐酸化性、高硬度を有し、あるいは、さらにすぐれた耐摩耗性、耐熱性を有していることから、特に一般鋼、高硬度鋼等の、大きな発熱を伴い、かつ、高負荷のかかる高速切削加工であっても、すぐれた耐熱性を示し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明被覆工具および比較被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
つぎに、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例１】
【００１７】
原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ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、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ−１〜Ａ−１０を形成した。
【００１８】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比で、ＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｂ−１〜Ｂ−６を形成した。
【００１９】
（ａ）ついで、前記工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング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、前記回転テーブルを挟んで相対向する両側にカソード電極（蒸発源）として所定組成の硬質被覆層形成用のＡｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金を配置し、
（ｂ）まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、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−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ、カソード電極の前記硬質被覆層形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させることにより、工具基体表面を前記Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金によってボンバード洗浄し、
（ｃ）次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して４Ｐａの反応雰囲気とすると共に、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−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ、カソード電極の前記Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金とアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表３に示される目標組成、目標層厚の硬質被覆層としての（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層を０．５〜５μｍの平均層厚で蒸着形成する。
前記（ａ）〜（ｃ）により硬質被覆層を蒸着形成し、本発明被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ（以下、本発明被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００２０】
（ｄ）また、比較の目的で、これら工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング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、前記回転テーブルを挟んで相対向する両側にカソード電極（蒸発源）として所定組成の硬質被覆層形成用のＡｌ−Ｃｒ合金、Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金を配置し、
（ｅ）まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、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−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ、カソード電極の前記硬質被覆層形成用Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させることにより、工具基体表面を前記Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金によってボンバード洗浄し、
（ｆ）次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して４Ｐａの反応雰囲気とすると共に、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−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ、カソード電極の前記Ａｌ−Ｃｒ合金、Ａｌ−Ｃｒ−Ｒｅ合金とアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表４に示される目標組成、目標層厚の硬質被覆層としての（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層を０．５〜５μｍの平均層厚で蒸着形成する。
前記（ｄ）〜（ｆ）により硬質被覆層を蒸着形成し、比較被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ（以下、比較被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００２１】
つぎに、前記各種の被覆チップを、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明被覆チップ１〜１６および比較被覆チップ１〜１６について、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの丸棒、
切削速度： ２３０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２．５ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： １５ 分、
の条件（切削条件Ａ）での炭素鋼の乾式連続高速・高送り切削加工試験（通常の切削速度は、１９０ｍ／ｍｉｎ．、０．３５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４２０の丸棒、
切削速度： ２５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３．５ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： １０ 分、
の条件（切削条件Ｂ）での合金鋼の乾式連続高速・高送り・高切り込み切削加工試験（通常の切削速度、送りおよび切り込みは、それぞれ、１９０ｍ／ｍｉｎ．、０．３５ｍｍ／ｒｅｖ．、２．５ ｍｍ．）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ６１（焼入れ）の丸棒、
切削速度： １３０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ０．３ ｍｍ、
送り： ０．２ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｃ）での乾式連続高速切削加工試験（通常の切削速度は、１００ｍ／ｍｉｎ．）、
を行い、いずれの高速切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表５に示した。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】
【表５】
【実施例２】
【００２７】
実施例１と同様、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末からなる原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、直径が１３ｍｍの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造した。
【００２８】
ついで、これらの工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例１と同一の条件で、表６に示される目標組成および目標層厚の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製エンドミル（以下、本発明被覆エンドミルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
【００２９】
また、比較の目的で、前記工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例１と同一の条件で、表７に示される目標組成および目標層厚の（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製エンドミル（以下、比較被覆エンドミルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
【００３０】
つぎに、本発明被覆エンドミル１〜１０および比較被覆エンドミル１〜１０について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの板材、
切削速度： ２００ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： ８ ｍｍ、
テーブル送り： ４５０ ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｄ）での炭素鋼の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、１００ｍ／ｍｉｎ．、３００ｍｍ／分）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４２０の板材、
切削速度： １５０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： １５ ｍｍ、
テーブル送り： ４００ ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｅ）での合金鋼の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、１００ｍ／ｍｉｎ．、３００ｍｍ／分）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（焼入れ）の板材、
切削速度： １３０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： ５ ｍｍ、
テーブル送り： １００ ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｆ）での高硬度鋼の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度は、８０ｍ／ｍｉｎ．）、
をそれぞれ行い、いずれの高速溝切削加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表６、表７にそれぞれ示した。
【００３１】
【表６】
【００３２】
【表７】
【実施例３】
【００３３】
実施例２で製造した直径が１３ｍｍの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ８ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−８をそれぞれ製造した。
【００３４】
ついで、これらの工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−８の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例１と同一の条件で、表８に示される目標組成および目標層厚の（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製ドリル（以下、本発明被覆ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３５】
また、比較の目的で、前記工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−８の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、実施例１と同一の条件で、表９に示される目標組成および目標層厚を有する（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製ドリル（以下、比較被覆ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３６】
つぎに、本発明被覆ドリル１〜８および比較被覆ドリル１〜８について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの板材、
切削速度： １００ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．３５ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ８ ｍｍ、
の条件（切削条件Ｇ）での炭素鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、７０ｍ／ｍｉｎ．、０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４２０の板材、
切削速度： １００ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．３ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： １０ ｍｍ、
の条件（切削条件Ｈ）での合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、６０ｍ／ｍｉｎ．、０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（焼入れ）の板材、
切削速度： ７０ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．２ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ８ ｍｍ、
の条件（切削条件Ｉ）での高硬度鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、５０ｍ／ｍｉｎ．、０．１ｍｍ／ｒｅｖ．）、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表８、表９にそれぞれ示した。
【００３７】
【表８】
【００３８】
【表９】
【００３９】
この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆チップ１〜１６、本発明被覆エンドミル１〜１０、および本発明被覆ドリル１〜８の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層の組成、並びに、比較被覆工具としての比較被覆チップ１〜１６、比較被覆エンドミル１〜１０、および比較被覆ドリル１〜８の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
【００４０】
また、前記硬質被覆層を構成する各層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値（５ヶ所の平均値）を示した。
【００４１】
表５〜９に示される結果から、本発明被覆工具は、いずれも特に一般鋼、高硬度鋼等の高速切削加工でも、硬質被覆層である（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層が工具基体表面に強固に密着接合した状態で、すぐれた高温強度、耐酸化性、高硬度、あるいは、これに加えてさらにすぐれた耐摩耗性、耐熱性を有することによって、チッピングの発生なく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層が、本発明で規定した成分組成を有しない（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｒｅ）Ｎ層で構成された比較被覆工具においては、特に硬質被覆層の高温強度不足、高温硬さ不足が原因で切刃部にチッピングが発生するようになり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【００４２】
前述のように、本発明の被覆工具は、一般的な被削材の切削加工は勿論のこと、一般鋼、高硬度鋼等の高速切削加工でもすぐれた耐摩耗性と耐熱性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置のＦＡ化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−α−βＣｒαＲｅβ）Ｎ（但し、αはＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦α≦０．５５、βはＲｅの含有割合を示し、原子比で、０．００１≦β≦０．１０である）を満足するＡｌとＣｒとＲｅの複合窒化物層からなることを特徴とする表面被覆切削工具。
【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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ａｌ１−α−βＣｒαＲｅβ）Ｎ（但し、αはＣｒの含有割合を示し、原子比で、０．２５≦α≦０．５５、βはＲｅの含有割合を示し、原子比で、０．００１≦β≦０．１０である）を満足するＡｌとＣｒとＲｅの複合窒化物層からなることを特徴とする表面被覆切削工具。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−２２６５８（Ｐ２０１３−２２６５８Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５７６０４（Ｐ２０１１−１５７６０４）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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