特許 6973069 回転工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6973069

(24)【登録日】2021年11月8日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】回転工具

(51)【国際特許分類】

   B23C 5/16 20060101AFI20211111BHJP

   B23B 51/00 20060101ALI20211111BHJP

   B23B 27/14 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   B23C5/16

   B23B51/00 J

   B23B27/14 A

【請求項の数】5

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-502080(P2017-502080)

(86)(22)【出願日】2016年2月15日

(86)【国際出願番号】JP2016054295

(87)【国際公開番号】WO2016136520

(87)【国際公開日】20160901

【審査請求日】2018年8月21日

(31)【優先権主張番号】特願2015-33136(P2015-33136)

(32)【優先日】2015年2月23日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アルムスコーグ パール クリストッファー

(72)【発明者】

【氏名】内海 慶春

【審査官】 山本 忠博

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−２１０３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０２２０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２８３９５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｃ ５／１０，５／１６，

Ｂ２３Ｂ ２７／１４，５１／００，

Ｂ２３Ｐ １５／２８，

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

切れ刃部と、溝部とを含む基材と、
前記基材の表面を被覆する被膜と、を備え、
前記切れ刃部の表面を被覆する前記被膜の膜厚Ａに対する、前記溝部の表面を被覆する前記被膜の膜厚Ｂの比Ｂ／Ａが、１．０超４．１５以下であり、
前記膜厚Ａは２．０μｍ以上１０μｍ以下であり、
前記被膜の材料は、周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、アルミニウムおよびケイ素からなる群より選択される少なくとも１種の元素と、ホウ素、炭素、窒素および酸素からなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなる１種以上の化合物である、回転工具。

【請求項2】

前記回転工具はエンドミルである、請求項１に記載の回転工具。

【請求項3】

前記回転工具はドリルである、請求項１に記載の回転工具。

【請求項4】

前記比Ｂ／Ａは１．０１以上４．１５以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転工具。

【請求項5】

前記膜厚Ａは２．０μｍ以上６．０μｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基材と、該基材上に形成された被膜とを備える回転工具に関するものである。

【背景技術】

【0002】

工具として、ＷＣ基超硬合金等の硬質の基材の表面に、ＴｉＡｌＮ等の硬質な被膜が設けられたものが知られている。基材の表面にこのような被膜を設けることにより、基材の耐摩耗性を向上させることができ、これによって工具の寿命を長くすることが可能となる。

【0003】

たとえば、特開２０１２−３６５０６号公報（特許文献１）および砥粒加工学会誌、Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．８（２０１３），５３６−５４１（非特許文献１）には、アークイオンプレーティング（ＡＩＰ）法によって基材の表面に被膜が設けられた工具が開示されている。また、被膜の他の製造方法としては、マグネトロンスパッタリング（ＭＳ）法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−３６５０６号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】ＰＶＤコーティング工具による難削材切削、嶋村ら、砥粒加工学会誌Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．８（２０１３），５３６−５４１

【非特許文献2】An introduction to thin film processing using high-power impulse magnetron sputtering, J. Mater. Res., vol.27, No.5(2012), 780-792

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記のような従来の技術によって形成された被膜を備える回転工具に関し、被膜を備えることによる耐摩耗性の向上の程度が不十分である場合があった。

【0007】

上記のような課題に鑑み、本開示は、優れた耐摩耗性を有する回転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】

【0008】

本発明の一態様に係る回転工具は、切れ刃部と、溝部とを含む基材と、基材の表面を被覆する被膜と、を備え、切れ刃部の表面を被覆する被膜の膜厚Ａに対する、溝部の表面を被覆する被膜の膜厚Ｂの比Ｂ／Ａが、０．８以上である。

【発明の効果】

【0009】

上記によれば、優れた耐摩耗性を有する回転工具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態の一態様に係る回転工具の一例を示す概略平面図である。

【図2】図１に示すＸ−Ｘ線に関する矢視断面図である。

【図3】外周刃部および溝部の各領域を説明するための模式図である。

【図4】被膜の成膜時におけるチャンバ内での基材の配置状態を示す模式図である。

【図5】膜厚の測定方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

【0012】

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねたところ、従来の回転工具においては、切れ刃部の表面に形成された被膜の膜厚に対し、溝部の表面に形成された被膜の膜厚が著しく小さく、これが回転工具の耐摩耗性の低下に起因していることを知見した。この知見に基づき、本発明者らは、ＡＩＰ法、ＭＳ法といった従来の被膜の形成方法に問題があると考え、これに代わる形成方法として、J. Mater. Res., vol.27, No.5（2012), 780-792（非特許文献２）に記載されるHigh Power Impulse Magnetron Sputtering（ＨｉＰＩＭＳ）法に着目して鋭意検討を重ねた。この結果、耐摩耗性に優れる回転工具を完成させた。

【0013】

[１]本発明の一態様に係る回転工具は、切れ刃部と、溝部とを含む基材と、基材の表面を被覆する被膜と、を備え、切れ刃部の表面を被覆する被膜の膜厚Ａに対する、溝部の表面を被覆する被膜の膜厚Ｂの比Ｂ／Ａが、０．８以上である。

【0014】

上記回転工具によれば、溝部の表面を被覆する被膜の摩耗を抑制することができるため、優れた耐摩耗性を有することができる。

【0015】

[２]上記回転工具はエンドミルである。従来、エンドミルにおいて、上記比は特に小さい傾向にあったが、上記回転工具によれば従来と比して大きい上記比を有することができるため、もって、優れた耐摩耗性を有することができる。

【0016】

[３]上記回転工具はドリルである。従来、ドリルにおいて、上記比は特に小さい傾向にあったが、上記回転工具によれば従来と比して大きい上記比を有することができるため、もって、優れた耐摩耗性を有することができる。

【0017】

[４]上記回転工具において、上記比Ｂ／Ａは１以上である。これにより、さらに耐摩耗性に優れることができる。

【0018】

[５]上記回転工具において、膜厚Ａは０．１μｍ以上１０μｍ以下である。これにより、さらに耐摩耗性に優れることができる。

【0019】

[６]上記回転工具において、膜厚Ａは２．０μｍ以上６．０μｍ以下である。これにより、さらに耐摩耗性に優れることができる。

【0020】

[７]上記回転工具において、被膜の材料は、周期表の第４族元素、第５族元素、第６族元素、アルミニウムおよびケイ素からなる群より選択される少なくとも１種の元素と、ホウ素、炭素、窒素および酸素からなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなる１種以上の化合物である。これにより、上記回転工具は高い硬度を有する被膜を備えることができる。

【0021】

[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の一実施形態（以下「本実施形態」と記す）について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。

【0022】

＜回転工具＞
図１は本実施形態に係る回転工具の一例を示す概略平面図であり、図２は図１に示すＸ−Ｘ線に関する矢視断面図である。本実施形態では４枚刃のエンドミルが例示される。

【0023】

図１および図２を参照し、回転工具１０は、回転工具１０の本体となる基材１１と、基材１１の表面を被覆する被膜１２と、を備える。回転工具１０を構成する基材１１の表面全体が被膜１２によって被覆されていてもよく、基材１１の一部が被覆されていてもよい。たとえば、シャンク２を構成する基材１１の表面は被覆されずに刃先１を構成する基材の表面のみが被膜１２によって被覆されていてもよい。

【0024】

本実施形態においては、回転工具１０としてエンドミルを例示するが、エンドミルの他、ドリルを挙げることができる。また、回転工具１０は、少なくとも被削材と接触して被削材を切り出すための切れ刃部と、切り屑を外に流し出すための溝部とを有する基材１１と、被膜１２とを備えるものであればよく、上記以外にも、ルータ、リーマなどを挙げることができる。特に、本実施形態の回転工具１０は、高精度加工用の回転工具として好適に利用できる。

【0025】

（基材）
基材１１は、回転工具１０の形状の本体となるものである。基材１１は、刃先１と、シャンク２とを備える。刃先１は、外周刃部３と、溝部４と、底刃部５とを備える。外周刃部３および底刃部５は、被削材を切り出すための部位であり、溝部４は、切削により生じた切り屑を外に流し出すための部位である。特に、外周刃部３は、被削材に対する逃げ角のない部分となる切れ刃部（不図示）を含む。切れ刃部は、切削時において被削材と接触する部位である。

【0026】

ここで、本明細書において、外周刃部３および溝部４の各領域は、次のようにして決定される。図３を参照し、円Ｓは、刃先１の断面を内部に含み、かつ刃先先端３ａを繋ぐことにより描かれる仮想の円であり、その直径をＤとする。なお刃先先端３ａとは、被削材を切り出すための起点となる部分である。

【0027】

外周刃部３；円Ｓ１は、刃先先端３ａと円Ｓとの接点を中心点とし、かつその半径Ｄ１が２／１０Ｄとなる仮想の円である。基材１１の外周うち、仮想の円Ｓ１内（円Ｓ１上も含む）に位置する領域を外周刃部３とする。

【0028】

溝部４；線Ｌ１および線Ｌ２は、向かい合う刃先先端３ａと円Ｓの中心点Ｐとを繋ぐ仮想の線である。線Ｌ３は、線Ｌ１と線Ｌ２との成す角２αを等分する仮想の線である。円Ｓ２は、線Ｌ３と基材１１の外周との接点を中心点とし、かつその半径Ｄ２が１／１０Ｄとなる仮想の円である。基材１１の外周のうち、仮想の円Ｓ２内（円Ｓ２上も含む）に位置する領域を溝部４とする。

【0029】

基材１１の材料としては、回転工具の基材１１として知られる従来公知のものを特に限定なく使用することができる。たとえば、炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化ホウ素焼結体、およびダイヤモンド焼結体などが挙げられる。なお、基材１１は一体形成されていてもよく、複数の部品が組み合されたものであってもよい。

【0030】

（被膜）
被膜１２は、基材１１の全ての表面または一部の表面を被覆するものである。また被膜１２は、１つの層からなる単層であってもよく、２つ以上の層からなる複層であってもよい。本実施形態において、切れ刃部６の表面を被覆する被膜１２の膜厚Ａに対する、溝部４の表面を被覆する被膜１２の膜厚Ｂの比Ｂ／Ａは０．８以上である。これにより、回転工具１０は耐摩耗性に優れることができる。

【0031】

本実施形態の回転工具１０が耐摩耗性に優れる理由を、従来の回転工具と比較しながら説明する。回転工具においては、基材の物性はもちろん、その表面に備える被膜の物性から設計上期待される耐摩耗性が導かれる。しかし、従来の回転工具では、設計上期待される程度の耐摩耗性を発揮できていない傾向にあった。これについて、本発明者らは、従来の回転工具において、切れ刃部の表面に形成された被膜の膜厚Ａに対する溝部の表面に形成された被膜の膜厚Ｂの比Ｂ／Ａが０．５以下程度と小さ過ぎること、これによって溝部の耐摩耗性が設計上期待される程度よりも低いために、結果的に回転工具の耐摩耗性が不十分となっていることを知見した。

【0032】

上記比が小さ過ぎることは、従来の回転工具の被膜がＭＳ法やＡＩＰ法により製造されていることが関係している。具体的には、ＭＳ法ではプラズマ中のターゲットとなる原子のイオン化率が低過ぎるために、基板バイアスによる溝部へのイオンの十分な引き込みができない。ＡＩＰ法ではイオン化率は十分であるものの、ターゲットから発生する金属液滴の数を減らすためにチャンバ内の圧力を高くする必要がある。これにより、チャンバ内の圧力が高くなり過ぎるために、イオンの平均自由行程が短すぎる傾向となる。イオンの平均自由行程が短いと、イオンが散乱し易いため、溝部へのイオンの引き込みが難しくなる。このため、これらの方法では、他の工具と比して複雑な形状を有する回転工具用の基材の表面に対し、膜厚の均一な被膜を形成することができず、故に、基材の入り組んだ部分に位置する溝部での膜厚Ｂが小さくなる。

【0033】

膜厚Ｂが小さいと、溝部の摩耗が期待されるよりも早く進んでしまう。これにより、溝部の平滑性が低下して切り屑の排出性が低下するため、切削抵抗が増加してしまう。切削抵抗が増加すると、切れ刃部での摩耗も期待されるよりも早く進んでしまうことになり、結果的に、回転工具の耐摩耗性が不十分となる。また溝部の膜厚Ｂが十分に大きくなるように被膜を形成すると、これに付随して切れ刃部の膜厚Ａが大きくなり過ぎるために、被膜と基材の密着性が低下し、これによる耐摩耗性の低下が引き起こされてしまう。

【0034】

これに対し、本実施形態の回転工具１０は、ＭＳ法、ＡＩＰ法にかえてＨｉＰＩＭＳ法を用いて形成された被膜１２を備える。ＨｉＰＩＭＳ法とは、大電力を短パルスでターゲットに印加させるため、高いイオン化率を達成することができると共に、当該法はスパッタ法の１種であるため、チャンバ内の圧力を低くすることが可能である。

【0035】

上記ＨｉＰＩＭＳ法を利用することにより、基材１１の表面に均一な膜厚の被膜１２が形成され、これによって上記比Ｂ／Ａは０．８以上という高い値を示すことができる。したがって、本実施形態の回転工具１０は、従来の回転工具が抱えていた上述の問題を解消することができるため、本実施形態の回転工具１０は、従来と比して高い耐摩耗性を有することができる。さらに、高い耐摩耗性を有することによって長い寿命を有することができることはもちろん、切削精度も向上するため、被削材における面粗度などの面状態を良好にすることができる。

【0036】

また、高精度加工用の回転工具のように、被膜の膜厚を小さく設定する必要がある場合、従来の回転工具では溝部における膜厚Ｂが小さくなり過ぎるために、工具寿命が極めて短くなる傾向にあったが、本実施形態の回転工具１０によればこれを解消することができる。したがって、本実施形態の回転工具１０は高精度加工用の回転工具として好適である。

【0037】

被膜１２の膜厚Ａおよび膜厚Ｂは、回転工具１０を長手方向（図１中横方向）に切断し、その断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより測定することができる。本明細書では、各切れ刃の任意の点（本実施形態では合計４か所）の膜厚Ａを測定し、各溝部の任意の点（本実施形態では合計４か所）の膜厚Ｂを測定し、測定された膜厚Ｂの全ての値の合計値を測定された膜厚Ａの全ての値の合計値で除したものを比Ｂ／Ａとする。なお図３を参照し、たとえば回転工具１０が４枚刃であり、刃先の直径（図３における円Ｓの直径）が１０ｍｍ程度の場合、切れ刃の任意の点は、円Ｓ１の中心（刃先先端３ａ）からのずれが１００μｍ以内であることが好ましく、溝部の任意の点は、円Ｓ２の中心からのずれが１００μｍ以内であることが好ましい。

【0038】

被膜１２において上記比Ｂ／Ａは好ましくは１以上である。この場合、回転工具１０はより耐摩耗性に優れることができる。また、後述する実施例の結果（表１参照）から、上記比Ｂ／Ａが１．０超、具体的には１．０１以上の場合にさらに耐摩耗性に優れることが確認されている。また、上記比Ｂ／Ａが好ましくは４．１５以下であることも確認されている。さらに、上記比Ｂ／Ａが１．０５〜３．９０の場合に、特に耐摩耗性に優れること、上記比Ｂ／Ａが１．２２〜３．９０の場合に、より顕著に耐摩耗性に優れることも確認されている。

【0039】

また被膜１２において、膜厚Ａは０．１μｍ以上１０μｍ以下（以下この表記を単に「０．１〜１０μｍ」のようにも表す）であることが好ましい。膜厚Ａが０．１μｍ未満であると、被膜１２を有することに起因する機能的特性（耐摩耗性の向上を含む）を十分に発揮し難い場合があり、１０μｍを超えると、基材１１と被膜１２の密着性が低下する傾向がある。膜厚Ａは、より好ましくは２．０〜６．０μｍである。

【0040】

被膜１２の材料としては、回転工具の被膜１２として知られる従来公知のものを特に限定なく使用することができる。特に、周期表の第４族元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなど）、第５族元素（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａなど）、第６族元素（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）、アルミニウム（Ａｌ）およびケイ素（Ｓｉ）からなる群より選択される少なくとも１種の元素と、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）および酸素（Ｏ）からなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなる１種以上の化合物であることが好ましい。

【0041】

なかでも、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＯＮ、ＴｉＡｌＢＮＯが好ましく、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＣＮがより好ましい。この場合、より回転工具１０に適した高硬度の被膜１２を有することができる。

【0042】

なお、本明細書において化合物をＴｉＡｌＮ等の化学式で表す場合、原子比を特に限定しない場合は従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるものではない。

【0043】

＜製造方法＞
本実施形態の回転工具１０は、基材１１の表面に対し、ＨｉＰＩＭＳ法を用いて被膜１２を形成させることによって製造することができる。以下、図４を用いて被膜１２の一例として、ＴｉＡｌＮからなる被膜を形成する場合について説明する。

【0044】

図４は被膜の成膜時におけるチャンバ内での基材の配置状態を示す。図４を参照し、チャンバ（不図示）の側壁には、被膜１２の原料となるターゲット２０が配置されている。なお、図４では２つのターゲット２０を示すが、ターゲット２０の数は特に制限されず、たとえばＴｉＡｌＮからなる被膜１２を形成する場合には、複数のＴｉターゲットと、複数のＡｌターゲットとをチャンバ内に配置することができる。

【0045】

チャンバ内に配置される複数のターゲットの中心には、回転台２１が配置されており、回転台２１上には、２つの回転軸２２によって複数の載置台（基板）２３が配置されている。この載置台２３には、それぞれ複数の基材１１が載置される。なお回転軸２２の数は図４に示すものに限られず、２つ以上の複数とすることができる。この場合、回転軸の増加に伴い回転台２１および載置台２３も増加させることができる。

【0046】

載置台２３はバイアス電源の負極に電気的に接続されており、バイアス電源の正極はアースされ、かつチャンバと電気的に接続されている（不図示）。またターゲットには短パルス電源の負極が接続されており、短パルス電源の正極はアースされている（不図示）。

【0047】

被膜１２の形成時には、真空のチャンバ内に不活性ガスと窒素ガスとを導入し、大電力を短いパルスでターゲット２０に印加させる。これにより、チャンバ内にプラズマ３０が発生する。そして、ターゲット２０にイオンが衝突することにより、ターゲット２０から金属原子および金属イオンが飛び出し、窒素原子と共に基材１１の表面に付着する。なお、回転台２１および回転軸２２とは、それぞれ図に示す矢印方向に回転している。このときの成膜条件を以下の条件に設定することにより、比Ｂ／Ａが０．８以上である被膜１２を形成することができる。

【0048】

成膜条件；
パルス幅（パルス時間）：１００μｓ〜１０ｍｓ
パルス電力密度：１．５ｋＷ／ｃｍ²以上
パルス平均電力：４ｋＷ以上
バイアス電圧：８０Ｖ以下
チャンバ内圧力：１Ｐａ以下
成膜時間：４〜６５０分。

【0049】

上記成膜条件に関し、パルス幅は１００μｓ〜１ｍｓがより好ましく、バイアスは６０Ｖ以下が好ましい。また、成膜条件のモードを遷移モードとすることがより好ましく、反応ガス（本実施形態では窒素ガス）の分圧は、ヒステリシス損失を考慮することが好ましい。

【実施例】

【0050】

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。試料Ｎｏ．１〜４４およびＡ〜ＧではＨｉＰＩＭＳ法にて基材上に被膜を形成し、試料Ｎｏ．４５〜６１ではＡＩＰ法にて基材上に被膜を形成した。

【0051】

＜試料Ｎｏ．１〜１３およびＡ〜Ｆ＞
（成膜処理）
まず基材を準備した。試料Ｎｏ．１〜８、１０〜１３、およびＡ〜Ｆの基材は、材質が住友電気工業製超硬合金であり、形状が「ＳＳＥＨＶＬ４１６０−Ｒ１０」（直径１６ｍｍ、４枚刃）であった。試料Ｎｏ．９の基材は、材質が住友電気工業製超硬合金であり、形状が「ＳＳＥＨＶＬ４１００−Ｒ１０」（直径１０ｍｍ、４枚刃）であった。

【0052】

準備した基材を、ＨｉＰＩＭＳ装置のチャンバ内の載置台（基板）上（図４参照）に設置した。チャンバ内には、ターゲットとしてチタン（５０原子％）およびアルミニウム（５０原子％）の合金ターゲットを配置した。そして、アルゴン（Ａｒ）ガスおよび窒素（Ｎ₂）ガスを導入しながら、以下の成膜条件下で成膜処理を行った。各試料に関し、パルス幅以外の成膜条件は同じとした。各試料のパルス幅を表１に示す。なお成膜時間は、被膜を狙いの膜厚とするための適切な時間とした。

【0053】

成膜条件；
パルス幅（パルス時間）：２５μｓ〜５０ｍｓ（各試料毎に変更、表１参照）
パルス電力密度：１．５ｋＷ／ｃｍ²
パルス平均電力：６ｋＷ
バイアス電圧：３０〜６０Ｖ（各試料毎に変更、表１参照）
チャンバ内圧力：０．６０〜０．７０Ｐａ
アルゴンガス分圧：０．４Ｐａ
モード：遷移モード
なお、「パルス電力密度」は、「パルス内の平均電力」を「ターゲット表面にあるレーストラックの面積」で割った値である。

【0054】

【表1】

【0055】

（被膜の膜厚の測定）
上記成膜処理により得られた試料Ｎｏ．１〜１３、およびＡ〜Ｆの回転工具（エンドミル）について、それぞれの被膜のうち、切れ刃部の表面を被覆する被膜の膜厚Ａと、溝部の表面を被覆する被膜の膜厚Ｂとを測定し、比Ｂ／Ａを算出した。

【0056】

具体的には、まず、ダイヤモンド回転刃を備えた切断機を用いて回転工具の切れ刃部を一部切断して切片５０を得た。次に、図５に示すように、得られた切片５０を樹脂５１中に埋め込み、ＳＥＭにより切片５０の断面（図５において観察される切片５０の表面）を観察し、切れ刃部Ａ₁〜Ａ₄の表面を被覆する被膜の膜厚Ａをそれぞれ測定し、かつ溝部Ｂ₁〜Ｂ₄の表面を被覆する被膜の膜厚Ｂのそれぞれを測定し、それぞれの平均値から比を算出した。

【0057】

具体的には、切れ刃部Ａ₁〜Ａ₄の表面を被覆する被膜について、それぞれ刃先の外周のうち刃先先端からのずれが１００μｍ以内に位置する任意の１点の被膜の膜厚を測定し、溝部Ｂ₁〜Ｂ₄の表面を被覆する被膜について、それぞれ線Ｌ４と刃先１の外周とが接する位置からのずれが１００μｍ以内（図３参照）に位置する任意の１点の被膜の膜厚を測定した。そして、溝部において測定された４つの膜厚の合計の値を、切れ刃部において測定された４つの膜厚の合計の値で除したものを比Ｂ／Ａとした。その結果を表１に示す。

【0058】

（切削試験１）
作製した各試料Ｎｏ．１〜７、１０、１１、およびＡ〜Ｆに対して切削試験（溝加工寿命試験）１を行い、工具寿命を評価した。切削条件は以下のとおりとし、工具寿命に至るまで、具体的には、切れ刃部の最大摩耗が０．１ｍｍになるまでの切削距離を測定した。結果を表１に示す。表１中、切削距離が長いほど工具寿命が長いことを示している。

【0059】

切削条件；
被削材：ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）
切り込み量ａｐ：４．８ｍｍ
回転速度：１２００回／ｍｉｎ
送り速度：１３０ｍｍ／ｍｉｎ
エアブロー：有
ここで「切り込み量ａｐ」は回転工具の軸方向の切り込み量を示している。

【0060】

（切削試験２）
作製した試料Ｎｏ．８に対して切削試験（側面工面品位試験）２を行い、工具性能を評価した。切削条件は以下のとおりとし、切削試験後の被削材の表面粗さ（Ｒａ）および切削時の送り分力（Ｎ）を測定した。結果を表１に示す。表１中、Ｒａが小さいほど被削材の表面が平滑であることを示し、送り分力（Ｎ）が小さいほど被削材と回転工具との抵抗が小さいことを示す。

【0061】

切削条件；
被削材：ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）
切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ
送り速度（ｆｚ）：０．０８３ｍｍ／刃
切り込み量ａｐ：１６．０ｍｍ
切り込み量ａｅ：１．６ｍｍ
エアブロー：有
ここで「切り込み量ａｐ」は回転工具の軸方向の切り込み量を示しており、「切り込み量ａｅ」は半径方向の切り込み量を示している。

【0062】

（切削試験３）
作製した試料Ｎｏ．９に対して切削試験（側面工面品位試験）３を行い、工具性能を評価した。切削条件は以下のとおりとし、切削試験後の被削材の表面粗さ（Ｒａ）および切削時の送り分力（Ｎ）を測定した。結果を表１に示す。表１中、Ｒａが小さいほど被削材の表面が平滑であることを示し、送り分力（Ｎ）が小さいほど被削材と回転工具との抵抗が小さいことを示す。

【0063】

切削条件；
被削材：ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）
切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度（ｆｚ）：０．０５０ｍｍ／刃
切り込み量ａｐ：１０．０ｍｍ
切り込み量ａｅ：１．０ｍｍ
エアブロー：有
ここで「切り込み量ａｐ」は回転工具の軸方向の切り込み量を示しており、「切り込み量ａｅ」は半径方向の切り込み量を示している。

【0064】

表１に示されるように、切削試験１に関し、比Ｂ／Ａが０．８以上の試料Ｎｏ．３〜７、１０、１１、およびＡ〜Ｆにおいて、高い工具寿命が確認された。また切削試験２および３に関し、比Ｂ／Ａが０．８以上の試料Ｎｏ．８および９において、切削処理後の被削材の表面が十分に平滑であり、また切削抵抗も十分に低いことが確認された。このことから、試料Ｎｏ．３〜１１、およびＡ〜Ｆの回転工具が耐摩耗性に優れていることが分かった。この耐摩耗性の高さは、後述する試料Ｎｏ．４５〜６１（従来の成膜処理による被膜を備える回転工具）の結果と比較しても明らかである。

【0065】

＜試料Ｎｏ．１４〜２４＞
試料Ｎｏ．１４〜１６に関し、パルス電力密度を表２に示すように変更した以外は、試料Ｎｏ．７と同様の方法により回転工具（エンドミル）を得た。試料Ｎｏ．１７〜２０に関し、パルス平均電力を表２に示すように変更した以外は、試料Ｎｏ．７と同様の方法により回転工具（エンドミル）を得た。試料Ｎｏ．２１〜２４に関し、バイアス電圧を表２に示すように変更した以外は、試料Ｎｏ．７と同様の方法により回転工具（エンドミル）を得た。得られた試料Ｎｏ．１４〜２４の各回転工具に対し、上記と同様の方法により被膜の膜厚を測定し、比Ｂ／Ａを算出した。その結果を表２に示す。

【0066】

【表2】

【0067】

表２に示されるように、被膜の上記比Ｂ／Ａを０．８以上とするためには、パルス電力密度は１．５ｋＷ／ｃｍ²以上、パルス平均電力は４ｋＷ以上、およびバイアス電圧は８０Ｖ以下に設定することが好ましいことが分かった。

【0068】

＜試料Ｎｏ．２５〜３１＞
試料Ｎｏ．２５〜３１に関し、成膜時間を表３に示すように変更した以外は、試料Ｎｏ．７と同様の方法により回転工具（エンドミル）を得た。得られた試料Ｎｏ．２５〜３１の各回転工具に対し、上記と同様の方法により被膜の膜厚を測定し、比Ｂ／Ａを算出した。また、試料Ｎｏ．２５〜３１の各回転工具を用いて上記切削試験１を行い、工具寿命に至るまでの切削距離を測定した。これらの結果を表３に示す。

【0069】

【表3】

【0070】

表３に示されるように、被膜の膜厚Ａが０．０７μｍ以上の場合に、比Ｂ／Ａが０．８以上となることが確認された。すなわち、被膜の膜厚Ａが０．０７μｍ以上であれば、比Ｂ／Ａが０．８以上となるように容易に制御できることが分かった。被膜の膜厚Ａが１０．８μｍ以下の場合にも同様のことが言える。また、試料Ｎｏ．７、２８およびＮｏ．２９の切削距離が特に長いことが確認された。このことから、被膜の膜厚Ａが２．０８〜５．７１μｍの場合に、特に耐摩耗性に優れることが分かった。

【0071】

＜試料Ｎｏ．３２〜４１およびＧ＞
試料Ｎｏ．３２〜４１およびＧに関し、被膜の組成を表４に示すように変更した以外は、試料Ｎｏ．７と同様の方法により回転工具（エンドミル）を得た。なお、被膜の組成を表４に示すように変更すべく、チャンバ内のターゲットの種類および導入ガスの種類を適宜変更した。得られた試料Ｎｏ．３２〜４１およびＧの各回転工具に対し、上記と同様の方法により被膜の膜厚を測定し、上記比Ｂ／Ａを算出した。その結果を表４に示す。

【0072】

【表4】

【0073】

表４に示されるように、試料Ｎｏ．３２〜４１およびＧのいずれにおいても、上記比Ｂ／Ａが０．８以上となることが確認された。

【0074】

＜試料Ｎｏ．４２〜４４＞
試料Ｎｏ．４２〜４４に関し、材質が住友電気工業製超硬合金であり、形状が「ＭＤＷ０８００ＨＧＳ５」（直径８ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝５）の基材を用い、成膜条件（パルス時間、パルス電力密度）を表５に示すように変更した以外は、試料Ｎｏ．７と同様の方法により回転工具（ドリル）を得た。得られた試料Ｎｏ．４２〜４４の各回転工具に対し、上記と同様の方法により被膜の膜厚を測定し、比Ｂ／Ａを算出した。その結果を表５に示す。

【0075】

（切削試験４）
作製した各試料Ｎｏ．４２〜４４に対して切削試験（穴あけ試験）４を行い、工具寿命を評価した。切削条件は以下のとおりとし、切削時のスラスト（Ｎ）およびトルク（Ｎ）を測定した。結果を表５に示す。表５中、スラスト（Ｎ）およびトルク（Ｎ）が大きいほど切削抵抗が大きいことを示している。

【0076】

切削条件；
被削材：炭素鋼（Ｓ５０Ｃ）
切削速度（回転速度）：９０ｍ／ｍｉｎ
送り量：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み量：４０ｍｍ
湿式切削。

【0077】

【表5】

【0078】

表５に示されるように、エンドミル（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４１およびＡ〜Ｇ）の場合と同様に、所定の成膜条件を満たす場合に、ドリルが備える被膜の上記比Ｂ／Ａが０．８以上となることが確認された。また、上記比Ｂ／Ａが０．８以上の試料Ｎｏ．４２は、試料Ｎｏ．４３およびＮｏ．４４と比較して切削抵抗が小さく、もって耐摩耗性に優れることが確認された。

【0079】

＜試料Ｎｏ．４５〜６１＞
まず基材を準備した。試料Ｎｏ．４５〜４９、５１〜５３、５５〜６１の基材は、材質が住友電気工業製超硬合金であり、形状が「ＳＳＥＨＶＬ４１６０−Ｒ１０」（直径１６ｍｍ、４枚刃）であった。試料Ｎｏ．５０の基材は、材質が住友電気工業製超硬合金であり、形状が「ＳＳＥＨＶＬ４１００−Ｒ１０」（直径１０ｍｍ、４枚刃）であった。試料Ｎｏ．５４の基材は、材質が住友電気工業製超硬合金であり、形状が「ＭＤＷ０８００ＨＧＳ５」（直径８ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝５）であった。

【0080】

試料Ｎｏ．４５に関し、準備した基材を、ＡＩＰ装置のチャンバ内の載置台（基板）上に設置した。チャンバ内には、ターゲットとしてチタン（５０原子％）およびアルミニウム（５０原子％）の合金ターゲットを配置した。そして、アルゴン（Ａｒ）ガスおよび窒素（Ｎ₂）ガスを導入しながら、以下の成膜条件下で成膜処理を行った。なお成膜時間は、被膜を狙いの膜厚とするための適切な時間とした。

【0081】

成膜条件；
アーク電流：１５０Ａ
バイアス電圧：４０Ｖ
チャンバ内圧力：４．５Ｐａ。

【0082】

得られた試料Ｎｏ．４５の回転工具（エンドミル）について、上記と同様の方法により、被膜の膜厚を測定し、比Ｂ／Ａを算出した。また、試料Ｎｏ．４５の回転工具を用いて上記切削試験１を行い、工具寿命に至るまでの切削距離を測定した。これらの結果を表６に示す。

【0083】

【表6】

【0084】

試料Ｎｏ．４６〜５４に関し、アーク電流および／またはバイアス電圧を表６に示すように変更した以外は、試料Ｎｏ．４５と同様の方法により回転工具（エンドミルまたはドリル）を得た。試料Ｎｏ．５５〜６１に関し、被膜の組成およびバイアス電圧を表６に示すように変更した以外は、試料Ｎｏ．４５と同様の方法により回転工具（エンドミル）を得た。得られた試料Ｎｏ．４６〜６１の各回転工具に対し、上記と同様の方法により被膜の膜厚を測定し、上記比Ｂ／Ａを算出した。その結果を表６に示す。

【0085】

表６に示されるように、ＡＩＰ法により形成された被膜に関し、上記比Ｂ／Ａは０．８に満たず、０．７以下であることが確認された。また、試料Ｎｏ．４７〜５１およびＮｏ．５４については、それぞれ切削試験１〜４のいずれかを行ったが、この結果は上記比Ｂ／Ａが０．８以上である回転工具と比して耐摩耗性に劣る結果であった。

【0086】

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上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】

【0087】

１ 刃先、２ シャンク、３ 外周刃部、４ 溝部、５ 底刃部、１０ 回転工具、１１ 基材、１２ 被膜、２０ ターゲット、２１ 回転台、２２ 回転軸、２３ 載置台、３０ プラズマ、５０ 切片、５１ 樹脂。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】