特開 2024-9041 切削工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024009041

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】切削工具

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20240112BHJP

   B23C 5/16 20060101ALI20240112BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

B23B27/14 A

B23C5/16

C23C14/06 A

C23C14/06 P

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023191092

(22)【出願日】2023-11-08

(62)【分割の表示】P 2019196576の分割

【原出願日】2019-10-29

(71)【出願人】

【識別番号】000152527

【氏名又は名称】日進工具株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】519387759

【氏名又は名称】株式会社日進エンジニアリング

(71)【出願人】

【識別番号】504237175

【氏名又は名称】ＳＥＡＶＡＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100139686

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 史朗

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 孝政

(72)【発明者】

【氏名】吉田 博紀

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 慎一郎

(57)【要約】

【課題】硬質被膜の第二層であるＳｉ含有被膜の結晶をより微細化して硬度と耐久性を向上できる。
【解決手段】切削工具は、基材１と、基材１を覆う硬質被膜２とを有し、硬質被膜２が、ＴｉＳｉＮからなる第一膜７とＴｉＡｌＣｒＮからなる第二膜８とが交互に複数層積層された第一層３と、第一膜７及び第二膜８より膜厚の大きいＴｉＳｉＮの第二層４と、を備え、第一層３、および第二層４がこの順に積層されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材と、前記基材を覆う硬質被膜とを有し、
前記硬質被膜が、ＴｉＳｉＮからなる第一膜とＴｉＡｌＣｒＮからなる第二膜とが交互に複数層積層された第一層と、
前記第一膜及び前記第二膜より膜厚の大きいＴｉＳｉＮの第二層と、を備え、
前記第一層、および前記第二層がこの順に積層されている、切削工具。

【請求項2】

前記硬質被膜は、その最表層がＡｌＣｒ含有窒化物の第三層である、
請求項１に記載された切削工具。

【請求項3】

前記第一膜と前記第二膜の交互積層により前記第二層の結晶単位サイズが前記第一膜の結晶単位サイズに倣って微細化され、前記第二層が前記第一層に対するエキピタキシャル成長膜である請求項１または２に記載された切削工具。

【請求項4】

前記第二層の膜厚が０．５～４．０μｍである、
請求項１から３のいずれか一項に記載された切削工具。

【請求項5】

前記第一膜と前記第二膜の平均膜厚がそれぞれ１０ｎｍ～６０ｎｍであり、
前記第一層の膜厚が０．３μｍ～４．０μｍである、
請求項１から４のいずれか１項に記載された切削工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属材料等からなる切削工具の刃部に被覆される硬質被膜を備えた切削工具に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、切削加工の高速化及び乾式化と被加工物の高硬度化に伴い、ＴｉＡｌＮ被膜で被覆されたボールエンドミル等の切削工具に代えて、より耐酸化性と長寿命性を備えた硬質被膜付き切削工具が採用されている。例えば、この種の硬質被膜を被覆した切削工具としてＴｉＮ等にＳｉを添加したＳｉ含有被膜を被覆した切削工具が採用されている。
このような切削工具として、特許文献１に記載されたものが知られている。この被覆切削工具は、図７に示すように、切削工具の超硬合金製の基材１００の表面にＴｉＡｌＣｒの窒化物（ＴｉＡｌＣｒＮ）であるＳｉ非含有被膜からなる第一層１０１が被覆され、その表面にＴｉＳｉの窒化物（ＴｉＳｉＮ）を主体とするＳｉ含有被膜の第二層１０２が被覆されている。更に第二層１０２の表面に、ＴｉＡｌＣｒＮからなる第三層１０３を被覆した三層構造の硬質被膜１０４を有している。

【0003】

この硬質被膜１０４は、ＴｉＡｌＣｒＮ系被膜とＴｉＳｉＮ系被膜を交互に積層することで結晶構造に整合性を持たせている。また、ＴｉＳｉＮの耐摩耗性、耐酸化性を維持したまま、密着性を向上させている。しかも、第一層１０１と第三層１０３をＳｉ非含有被膜で形成することで高い硬度と良好な耐酸化性が得られる。また、微細で緻密な柱状晶の結晶構造を形成するので、第二層１０２のＴｉＳｉＮ層はエピタキシャル成長が促進されて密着性と耐摩耗性が高いとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－２６４９７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述した特許文献１に記載された硬質被膜の構成から実現する第一層１０１のＴｉＡｌＣｒＮ系被膜の硬度と、ＴｉＡｌＣｒＮ系被膜の結晶サイズに倣ってエピタキシャル成長した第二層１０２のＳｉ含有被膜の硬度では、より高硬度な被削材の切削に際して硬度が十分でなく、結晶の微細化と耐久性が十分でないという欠点があった。

【0006】

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、硬質被膜の第二層であるＳｉ含有被膜の結晶をより微細化して硬度と耐久性を向上できる硬質被膜を備えた切削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】

【0007】

本発明による切削工具は、基材と、前記基材を覆う硬質被膜とを有し、前記硬質被膜が、ＴｉＳｉＮからなる第一膜とＴｉＡｌＣｒＮからなる第二膜とが交互に複数層積層された第一層と、前記第一膜及び前記第二膜より膜厚の大きいＴｉＳｉＮの第二層と、を備え、前記第一層、および前記第二層がこの順に積層されている。
また、前記硬質被膜は、その最表層がＡｌＣｒ含有窒化物の第三層であることが好ましい。
また、前記第一膜と前記第二膜の交互積層により前記第二層の結晶単位サイズが前記第一膜の結晶単位サイズに倣って微細化され、前記第二層が前記第一層に対するエキピタキシャル成長膜であることが好ましい。
また、前記第二層の膜厚が０．５～４．０μｍであることが好ましい。
また、前記第一膜と前記第二膜の平均膜厚がそれぞれ１０ｎｍ～６０ｎｍであり、前記第一層の膜厚が０．３μｍ～４．０μｍであることが好ましい。

【0008】

切削工具は、基材と、基材の表面に積層されていて薄層のＳｉ含有窒化物からなる第一膜とＡｌＣｒ含有窒化物からなる第二膜とを交互に複数層積層した多重積層層である第一層と、多重積層層の表面に積層されていて第一膜及び第二膜より膜厚の大きいＳｉ含有窒化物の第二層と、を備えていてもよい。
本発明によれば、基材の表面に積層した多重積層層として、薄層のＳｉ含有窒化物の第一膜とＡｌＣｒ含有窒化物の第二膜とを交互に複数回積層することで柱状結晶の成長が抑制され、結晶のサイズが小さくなる。第一膜の上側の第二膜はそもそも微細な結晶構造の第一膜に倣って結晶サイズが小さくなるうえ、表面方向に向かって進展する結晶の成長を第二膜の上側の第一膜によって抑制する。この繰り返しの結果として柱状結晶が微細化され、且つ高硬度な多重積層層を形成できる。しかも、多重積層層の上側に被覆されたＳｉ含有窒化物の第二層も多重積層層に倣ってエピタキシャル成長が促進され、結晶が微細化されて高硬度になる。第一層の多重積層層と第二層からなる硬質被膜の結晶が微細化されることで切削工具の切れ刃の切れ味が向上し且つ耐久性が向上する。

【0009】

また、Ｓｉ含有窒化物の第二層の表面にＴｉＡｌＣｒ含有窒化物の第三層が積層されていることが好ましい。
第二層のＳｉ含有窒化物の結晶が微細化されて高硬度化することでチッピングを生じ易くなるが、第三層のＴｉＡｌＣｒ含有窒化物は靭性が高いため第二層のチッピングを防いで耐欠損性と耐久性を向上させる。

【0010】

また、多重積層層を構成する第一膜及び第二膜は、それぞれの平均膜厚が１０～６０ｎｍの範囲とされ、全体で４．０μｍ以下の層厚に設定されていることが好ましい。
第一膜及び第二膜を交互に複数層積層させることで、これらの膜とその上の第二層について結晶の微細化と高硬度化を促進できる。

【0011】

また、多重積層層の第一膜はＴｉＳｉＮであり第二膜はＴｉＡｌＣｒＮであることが好ましい。
これにより、多重積層層の第一膜と第二膜の結晶の微細化と高硬度化を促進できる。
なお、多重積層層の膜厚をＴ１、第二層の膜厚をＴ２としたとき、第一層の膜厚と第二層の膜厚の比率Ｔ２／Ｔ１は、０．２≦Ｔ２／Ｔ１≦１０．０とし、かつ第一層と第二層の合計膜厚（Ｔ１＋Ｔ２）は６μｍ 以下であることが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明による硬質被膜を備えた切削工具によれば、基材の上に薄層のＳｉ含有窒化物の第一膜とＡｌＣｒ含有窒化物の第二膜とを交互に積層した多重積層層を設けたため、柱状結晶の成長が抑制されて微細で高硬度な薄層を積層できる。しかも、多重積層層の表面に被覆した第二層のＳｉ含有窒化物は多重積層層に倣ってエピタキシャル成長が促進されて結晶の微細化と高硬度化を促進できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態による切削工具の基材に被覆する硬質被膜を示す模式図である。

【図2】実施形態による硬質被膜の成膜装置を示す模式図である。

【図3】多重積層層の測定場所とその位置での各元素の濃度を示すＥＤＳラインの図であり、（ａ）は多重積層層の上部、（ｂ）は中央部、（ｃ）は下部を示す図である。

【図4】（ａ）は実施形態における多重積層層の被膜の図、（ｂ）は従来のＴｉＡｌＣｒＮ層の被膜の図である。

【図5】（ａ）は実施形態におけるＴｉＳｉＮ層の被膜の図、（ｂ）は従来のＴｉＳｉＮ層の被膜の図である。

【図6】実施形態によるエンドミルと従来例によるエンドミルで各ワークを所定時間加工した後の切刃部分の図である。

【図7】従来の基材に被覆した硬質被膜を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態による切削工具の切刃部に被複した硬質被膜について図１～図6により説明する。
本発明の実施形態において、図1に示すように、工具として例えばボールエンドミル等の切削工具を用いて切削工具の切刃部となる基材１の上に硬質被膜２を被覆したものである。切削工具の基材１の表面には硬質被膜２として、複数種類の薄層の第一膜７と第二膜８を交互に被覆した第一層としての多重積層層３と、第一膜７及び第二膜８より膜厚の大きい第二層４と第三層５とを積層して被覆形成している。

【0015】

基材１として例えば超硬合金、高速度鋼またはサーメットを用いる。多重積層層３は基材１上に被覆された第一膜７としてのＴｉＳｉの窒化物（ＴｉＳｉＮ）と第二膜８としてのＴｉＡｌＣｒの窒化物（ＴｉＡｌＣｒＮ）とが交互にそれぞれ複数積層されている。第一膜７のＴｉＳｉＮは細かい結晶を形成するものであり、この平均膜厚を例えば１０ｎｍ～６０ｎｍの薄層に成長させる。
第一膜７の上の第二膜８のＴｉＡＬＣｒＮは下側のＴｉＳｉＮの結晶サイズに倣うため、結晶が小さくなる。これも薄層の段階で次のＴｉＳｉＮの第一膜７を被覆させることで、第一膜７と第二膜８を薄い膜厚で順次積層させて多重積層層３を形成できる。

【0016】

なお、ＴｉＡｌＣｒＮはＳｉ非含有被膜であり、ＴｉＳｉＮはＳｉ含有被膜であるためその硬さはＴｉＡｌＣｒＮより大きい。これら第一膜７と第二膜８はそれぞれ平均膜厚が例えば１０ｎｍ～６０ｎｍの範囲からなる薄層であり、多重積層層３の上に被覆した第二層４としてＴｉＳｉＮが被覆され、その上の第三層５としてＴｉＡｌＣｒＮが被覆されている。第二層４と第三層５はそれぞれ単独の材質からなる単独層であり、第一膜７や第二膜８よりも膜厚が大きい。

【0017】

多重積層層３において、基材１上に薄層のＴｉＳｉＮを第一膜７として積層し、その表面に第二膜８としてＴｉＡｌＣｒＮを積層させる。しかもＴｉＡｌＣｒＮの第二膜８が薄層の状態で再度ＴｉＳｉＮを被覆することでＴｉＡｌＣｒＮも薄層として被覆される。こうして第一膜７と第二膜８を交互にそれぞれ複数層積層させることで多重積層層３を形成することができる。薄層の第一膜７と第二膜８を交互に積層することで多重積層層３の結晶が微細化されて高強度になる。
この場合、多重積層層３全体の膜厚は例えば０．３μｍ～４．０μｍの範囲、好ましくは０．５μｍ～３．０μｍの範囲とされている。なお、第一膜７と第二膜８は異なる厚さに形成したが、同一厚さでもよい。ＴｉＳｉＮは元来細かい結晶であるため、その結晶をＴｉＡｌＣｒＮとの間に交互に挟むことでＴｉＡｌＣｒＮが大きな結晶になることを抑制できる。

【0018】

多重積層層３の第一膜７と第二膜８の積層数は適宜設定でき、切削工具のサイズによっても相違する。なお、多重積層層３は基材１上に第一膜７が付着され、最上部にも第一膜７が付着されている。しかし、この構成に代えて、第一膜７と第二膜８の積層配列順序は逆でもよく、基材１上に第二膜８が付着され、最上部にも第二膜８が付着されてもよい。
なお、第一膜７及び第二膜８の一方のみを付着させると単独層になるため結晶のサイズは大きくなる。

【0019】

また、多重積層層３の上に被覆される第二層４としてのＴｉＳｉＮは本来、高硬度であるが、結晶サイズが微細化された多重積層層３の第一膜７及び第二膜８に倣ってエピタキシャル成長が促進されて、結晶サイズがより細かくなるので硬度がより高くなる。第二層４の膜厚は例えば０．５μｍ～４．０μｍの範囲に設定されている。
第二層４のＴｉＳｉＮの上に積層される第三層５としてのＴｉＡｌＣｒＮは例えば第二層４よりも膜厚が小さく形成され、靭性が高い。第二層４のＴｉＳｉＮが微細結晶化され硬度が上がることで切削加工時に欠損し易いという特性を生じるが、その上に被覆された第三層５のＴｉＡｌＣｒＮは靭性が高いため、切刃の欠損を抑制できる。

【0020】

上述した構成を備えた硬質被膜２付きの切削工具の被膜形成方法について図２により説明する。
実施形態による成膜装置は例えば物理蒸着法（ＰＶＤ）を用いるアーク放電装置１０によって行われる。アーク放電装置１０の容器１１内にはテーブル１２が回転可能に配設され、テーブル１２上の１８０°対向する位置に第一治具１３と第二治具１４を自転可能に配設している。第一治具１３と第二治具１４上にはそれぞれ基材１Ａ、１Ｂが設置されている。なお、一方の治具だけを設けて基材１を固定してもよい。
また、テーブル１２の外側で１８０°対向する位置の一方には第一ターゲット１５として蒸発させる金属ＴｉＳｉが設置され、他方の位置には第二ターゲット１６として蒸発させる金属ＴｉＡｌＣｒが設置され、各ターゲットと干渉しない位置に基材１Ａ 、基材１Ｂを加熱するためのヒーターが設置されている。しかも、容器１１は真空ポンプＰに接続されて容器１１内を真空引きする。また、容器１１内には複数のガスを供給できる。

【0021】

そして、アーク放電装置１０の減圧した容器１１内でテーブル１２に設置された基材１Ａ、１Ｂは第一治具１３と第二治具１４で自転しながらテーブル１２で公転する。テーブル１２と第一治具１３及び第二治具１４は同一方向に回転可能であるが、逆方向に回転してもよい。
容器１１が真空ポンプＰにより大気圧から真空引きされた後、ヒーターで基材１Ａ、基材１Ｂを加熱し、さらに、基材１Ａ、基材１Ｂにバイアス電圧を印加したうえでアルゴンイオンまたはターゲット由来の金属イオンによって基材１Ａ、基材１Ｂのクリーニングを行う。
そして、基材１Ａが例えば第一ターゲット１５の金属ＴｉＳｉの近傍に回動する位置で、蒸発源である第一ターゲット１５の金属ＴｉＳｉと基材１Ａの間で電圧をかけて蒸発した金属をイオン化し、バイアス電圧が印加された基材１Ａの表面に付着させて第一膜７を基材１Ａ上に形成する。

【0022】

また、基材１Ｂが例えば第二ターゲット１６の金属ＴｉＡｌＣｒの近傍に回動する位置で、蒸発源である第二ターゲット１６の金属ＴｉＡｌＣｒと基材１Ｂの間で電圧をかけて蒸発した金属をイオン化し、バイアス電圧が印加された基材１Ｂの表面に付着させて第二膜８を基材１Ｂ上に形成する。
この場合、第一治具１３及び第二治具１４と第一ターゲット１５及び第二ターゲット１６はそれぞれ１８０度対向する位置に設けられたため、第一ターゲット１５及び第二ターゲット１６に同時に放電して各金属イオンを蒸発させて基材１Ａ、１Ｂにそれぞれ付着させている。しかし、第一治具１３及び第二治具１４と第一ターゲット１５及び第二ターゲット１６を１８０度と異なる適宜角度に設置して、第一ターゲット１５及び第二ターゲット１６を別個のタイミングで個別に放電してもよい。

【0023】

次に、基材１Ａが第二ターゲット１６の金属ＴｉＡｌＣｒの近傍に位置すると、第二ターゲット１６の金属ＴｉＡｌＣｒと基材１Ａの間で電圧をかけて蒸発した金属イオンを第二膜８として基材１Ａの第一膜７の表面に付着させて被覆する。また、基材１Ｂが第一ターゲット１５の金属ＴｉＳｉの近傍に位置すると、第一ターゲット１５の金属ＴｉＳｉと基材１Ｂの間で電圧をかけて蒸発した金属イオンを第一膜７として基材１Ｂの第二膜８の表面に付着させて被覆する。
その際、第一膜７と第二膜８はそれぞれ平均膜厚１０～６０ｎｍ、好ましくは１０～３０ｎｍの薄層で積層されるため結晶サイズが小さくなり高硬度になる。この作業を繰り返すことで、テーブル１２の半回転毎に２種類の基材１Ａ、１Ｂの表面に複数の第一膜７と第二膜８が交互に複数回積層されて適宜の複数層の多重積層層３が形成される。

【0024】

次の工程において、第一ターゲット１５の金属ＴｉＳｉのみに電圧をかけて金属イオンを蒸発させ、回転するテーブル１２上の基材１Ａ、１Ｂにおける多重積層層３の上に第二層４のＴｉＳｉＮを被覆させる。第二層４としてのＴｉＳｉＮの膜厚は多重積層層３の第一膜７及び第二膜８の膜厚より大きい０．５μｍ～４．０μｍ程度のため、より長い時間に亘って金属イオンを蒸着させる。
次いで、第二ターゲット１６のＴｉＡｌＣｒのみに電圧をかけて金属イオンを蒸発させ、回転するテーブル１２上の基材１Ａ、１Ｂにおける第二層４の上に０．２μｍ～０．８μｍ程度の膜厚を有する第三層５のＴｉＡｌＣｒＮを被覆させる。こうして、基材１Ａ、１Ｂ上にそれぞれ三層の硬質被膜２を積層することができる。

【0025】

なお、第一層である多重積層層３の膜厚をＴ１とし、第二層４の膜厚をＴ２としたとき、多重積層層３の膜厚と第二層４の膜厚の比率Ｔ２／Ｔ１は、０．２≦Ｔ２／Ｔ１≦１０．０であることが好ましい。Ｔ２／Ｔ１が０．２を下回ると高硬度なＴｉＳｉＮの耐摩耗性が十分に発揮されず、高硬度な被削材に対する耐久性が劣る。一方、１０．０ を超えると早期にチッピングが生じ易くなり、異常摩耗の進行と共に加工面品位が低下する。
しかも、多重積層層３と第二層４の合計膜厚（Ｔ１＋Ｔ２）は６μｍ 以下であることが好ましい。（Ｔ１＋Ｔ２）が６μｍを超えると内部応力による自壊とともに早期の剥離が生じ耐久性が低下する。

【0026】

次に本実施形態によって形成された硬質被膜２付き切削工具の具体例を実施例として図３から図５により説明する。硬質被膜２として基材１上に最上層と最下層がＴｉＳｉＮの多重積層層３を被覆したもの(図１参照)を具体例としてその元素の測定結果について説明する。

【0027】

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は多重積層層３の上部、中央部、下部の各領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３についてＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）のＥＤＳ(エネルギー分散型Ｘ線分光器)で各元素の濃度を測定してそのラインを抽出した図である。この場合、ＴＥＭでの高倍率観察中に試料である多重積層層３の特定箇所をピンポイントで評価できるため、ｎｍオーダーの微小領域を分析した。
図３（ａ）は硬質被膜２における多重積層層３の上部と第二層４のＴｉＳｉＮの境界付近の元素を示す。図３（ｂ）は多重積層層３の中央部の元素を示し、図３（ｃ）は多重積層層３の下部と基材１との境界付近の元素を示す。

【0028】

次に図４及び図５は硬質被膜２の結晶構造を示す断面画像である。
図４（ａ）は実施例における多重積層層３の断面画像、同図（ｂ）は図７に示す従来の硬質被膜における第一層１０１のＴｉＡｌＣｒＮの断面画像である。
実施例における第一膜７及び第二層４のＴｉａＳｉｂＮの金属成分の成分比ａ，ｂは原子比（ａｔ％）で以下の通りであり、第二層４のＴｉｃＡｌｄＣｒｅ、第三層のＴｉｆＡｌｇＣｒｈは原子比（ａｔ％）で以下の通りである。
ａ＝０．７８、ｂ＝２２
ｃ＝０．１６、ｄ＝０．５７、ｅ＝０．２７
ｆ＝０．１６、ｇ＝０．５７、ｈ＝０．２７

【0029】

従来例における第一層１０１のＴｉｊＡｌｋＣｒｌ、第二層１０２のＴｉｍＳｉｎ、第三層１０３のＴｉｏＡｌｐＣｒｑは原子比（ａｔ％）で以下の通りである。
ｊ＝０．１６、ｋ＝０．５７、ｌ＝０．２７
ｍ＝０．７８、ｎ＝０．２２
ｏ＝０．１６、ｐ＝０．５７、ｑ＝０．２７

【0030】

図４（ａ）、（ｂ）の断面画像においてコントラストで示す白と黒の境界が結晶の１単位を示すものであり、実施例の結晶単位ｔ１が従来例の結晶単位ｔ２の１／３程度のサイズになっている。
また、図５（ａ）は実施例における第二層４のＴｉＳｉＮ層を示す断面画像であり、同図（ｂ）は図７に示す従来例における第二層１０２のＴｉＳｉＮ層を示す断面画像である。図５（ａ）、（ｂ）の断面画像においてコントラストで示す白と黒の境界が結晶の１単位を示すものであり、実施例の柱状結晶単位ｔ１が従来例の柱状結晶単位ｔ２の１／２程度のサイズになっていることを認識できる。
試験結果によれば、多重積層層３及び第二層４における各柱状結晶単位ｔ１の平均値は柱状結晶の長手成長方向に直交する幅方向において例えば３０ｎｍ等、１００ｎｍ以下に微細化できる。

【0031】

次に、実施例による硬質被膜２を設けたボールエンドミルと図７に示す従来例による硬質被膜１０４を設けたボールエンドミルとによる切削加工の結果を、図６により示す。試験結果は切削加工後の各ボールエンドミルの切刃の欠けや摩耗の程度を示すものである。
実施例と従来例のボールエンドミルは同一寸法であり、基材はいずれも超硬合金である。
第１のワークは、高性能粉末ハイス（日立金属工具鋼株式会社製 商品名ＨＡＲ４０）であり、その硬度はロックウェル硬さで６４ＨＲＣである。第２のワークは、ＳＫＤ１１系ダイス鋼（大同特殊鋼株式会社製 商品名ＤＣ５３）であり、その硬度はロックウェル硬さで６０ＨＲＣである。

【0032】

第１のワークの切削条件は、回転速度ｎ：２０，０００ｍｉｎ^－１，送り速度Ｖｆ：１，６００ｍｍ／ｍｉｎ，１刃送りｆｚ：０．０４ｍｍ／ｔｏｏｔｈ，軸方向の切り込み量ａｐ×半径方向の切り込み量ａｅ：０．１５ｍｍ×０．３ｍｍである。第２のワークの切削条件は、ｎ：２５，０００ｍｉｎ^－１，Ｖｆ：２，０００ｍｍ／ｍｉｎ，ｆｚ：０．０４ｍｍ／ｔｏｏｔｈ，ａｐ×ａｅ:０．２ｍｍ×０．３ｍｍである。

【0033】

図６に、第１のワークを実施形態のボールエンドミルと従来例のボールエンドミルで７０分加工した後の切刃の状態が示されている。図中、実施形態では切刃と逃げ面に小さな摩耗はあるものの欠損等は見られない。一方、従来例では切刃と逃げ面に欠損がみられる上に大きく摩耗している。
第２のワークを実施形態のボールエンドミルと従来例のボールエンドミルで５時間加工した後の切刃の状態が示されている。図中、実施形態では切刃と逃げ面に小さな摩耗がみられるにすぎず欠損は見受けられない。一方、従来例では切刃と逃げ面の摩耗が大きく一部に欠損がみられる。

【0034】

上述のように本実施形態による硬質被膜付き切削工具によれば、基材１の表面に薄層のＴｉＳｉＮの第一膜７とＴｉＡｌＣｒＮの第二膜８を交互に複数積層した多重積層層３を設け、その上にＴｉＳｉＮの第二層４とＴｉＡｌＣｒＮの第三層５を積層して被覆した。
そのため、薄層の第一膜７及び第二膜８の結晶サイズが小さく高硬度であり、しかも多重積層層３の上に被覆したＴｉＳｉＮの第二層４が多重積層層３の結晶微細化に倣ってエピタキシャル成長が促進されて結晶が微細化されて硬度が上がる。そのため、切れ刃の切れ味と耐摩耗性と耐欠損性を向上できる。
また、第二層４の上にＴｉＡｌＣｒＮの第三層５を被覆したため、硬度が高くなってチッピングを生じ易い第二層４に対して靭性の高い第三層５の結晶が結合されてチッピングを抑制できる。この点でも耐摩耗性と耐欠損性を向上できる。

【0035】

以上、本発明の実施形態による硬質被膜２を備えた切削工具について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の異なる形態や態様を採用できることはいうまでもない。これらはいずれも本発明の範囲に含まれる。
次に本発明の他の実施形態や変形例について説明するが、上述した実施形態の部分や部品と同一または同様なものについては同一の符号を用いて説明を行うものとする。

【0036】

上述した実施形態では、硬質被膜２について、多重積層層３をＴｉＳｉＮとＴｉＡｌＣｒＮを第一膜７と第二膜８として交互に積層し、第二層４をＴｉＳｉＮ、第三層５をＴｉＡｌＣｒＮとした。しかし、本発明はこのような構成に限定されることなく、多重積層層３と第二層４及び第三層５とで被膜の素材が異なるものを採用してもよい。
また、多重積層層３の第一膜７や第二層４についてＳｉ含有窒化物であればよく、Ｔｉに代えて、またはＴｉを含んで別の元素を用いてもよい。また、多重積層層３の第二膜８や第三層５についてＡｌＣｒ含有窒化物であってＳｉ非含有窒化物であればよく、この場合もＴｉを含まず、またはＴｉを含んで別の元素を用いてもよい。

【0037】

なお、上述の実施形態において、基材１上の第一層の多重積層層３と第二層４は複数回積層を繰り返して構成してもよい。
また、上述した実施形態では切削工具の実施例としてボールエンドミルを用いて切削加工したが、本発明における硬質被膜２を備えた切削工具はボールエンドミルに限られない。例えばドリル等のその他の転削工具やバイト等の旋削工具等にも適用できることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0038】

１、１Ａ、１Ｂ 基材
２ 硬質被膜
３ 多重積層層
４ 第二層
５ 第三層
７ 第一膜
８ 第二膜
１０ アーク放電装置
１２ テーブル
１５ 第一ターゲット
１６ 第二ターゲット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】