特許 7406079 被覆切削工具

(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】

(24)【登録日】2023-12-19

(45)【発行日】2023-12-27

(54)【発明の名称】被覆切削工具

(51)【国際特許分類】

   B23C 5/16 20060101AFI20231220BHJP

   B23B 27/14 20060101ALI20231220BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

B23C5/16

B23B27/14 A

C23C14/06 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019214083

(22)【出願日】2019-11-27

(65)【公開番号】P2021084161

(43)【公開日】2021-06-03

【審査請求日】2022-08-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000233066

【氏名又は名称】株式会社ＭＯＬＤＩＮＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(72)【発明者】

【氏名】伊坂 正和

【審査官】久保田 信也

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０３７９５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０９３０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８９４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－９３０８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｃ ５／１６

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

Ｃ２３Ｃ １４／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材の表面に、金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の直上に設けられるＢ層と、を有する被覆切削工具において、
前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であり、
前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きい
ことを特徴とする被覆切削工具。

【請求項2】

基材の表面に硬質皮膜を有する被覆切削工具において、
前記硬質皮膜は、金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の上に設けられるＢ層と、のみからなり、
前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であることを特徴とする被覆切削工具。

【請求項3】

基材の表面に硬質皮膜を有する被覆切削工具において、
前記硬質皮膜は、中間皮膜と、前記中間皮膜の上に設けられる金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の上に設けられるＢ層と、からなり、
前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であり、
前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きい
ことを特徴とする被覆切削工具。

【請求項4】

基材の表面に硬質皮膜を有する被覆切削工具において、
前記硬質皮膜は、中間皮膜と、前記中間皮膜の上に設けられる金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の上に設けられるＢ層と、前記Ｂ層の上に設けられる硬質皮膜の層と、からなり、
前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であり、
前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きい
ことを特徴とする被覆切削工具。

【請求項5】

基材の表面に硬質皮膜を有する被覆切削工具において、
前記硬質皮膜は、金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の上に設けられるＢ層と、前記Ｂ層の上に設けられる硬質皮膜の層と、からなり、
前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であり、
前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きい
ことを特徴とする被覆切削工具。

【請求項6】

基材の表面に、金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の上に設けられるＢ層と、前記Ａ層と前記Ｂ層の間に設けられ、前記Ａ層と前記Ｂ層の組成を含有する積層皮膜と、を有する被覆切削工具において、
前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であり、
前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きい
ことを特徴とする被覆切削工具。

【請求項7】

基材の表面に、金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の上に設けられるＢ層と、前記Ａ層と前記Ｂ層の間に設けられ、前記Ａ層および前記Ｂ層のいずれとも異なる組成を有する硬質皮膜と、を有する被覆切削工具において、
前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であり、
前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きい
ことを特徴とする被覆切削工具。

【請求項8】

前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の被覆切削工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンドミル等の被覆切削工具に関する。

【背景技術】

【0002】

ＡｌＣｒＳｉの窒化物又は炭窒化物は、耐熱性と耐摩耗性に優れる膜種であり、被覆切削工具に適用されている。本願出願人は、特許文献１～３において、Ｓｉの含有比率を高めて皮膜組織を微細化したＡｌＣｒＳｉの窒化物又は炭窒化物を提案している。特許文献１～３に開示されている被覆切削工具の中でも、上層にＴｉＳｉの窒化物又は炭窒化物を設けた被覆切削工具は、耐摩耗性が非常に優れており、高硬度鋼の切削加工において優れた耐久性を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１５／１４１７４３号

【文献】国際公開第２０１４／１５６６９９号

【文献】特開２０１６－０７８１３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明者は、Ｓｉ含有比率が高く皮膜組織を微細化したＡｌＣｒＳｉの窒化物又は炭窒化物の上にＴｉＳｉの窒化物又は炭窒化物を設けた被覆切削工具は、高硬度鋼の切削加工においてｃＢＮ工具と比べても同等以上の耐摩耗性を示す傾向にあることを確認した。但し、工具径が１ｍｍ未満、更には工具径が０．５ｍｍ未満の小径工具に適用した場合、耐久性に改善の余地があることを本発明者は確認した。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の１つの態様は、基材の表面に、金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の直上に設けられるＢ層と、を有する被覆切削工具である。
前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり、面心立方格子構造であり、前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きい。
本発明の一態様によれば、基材の表面に硬質皮膜を有する被覆切削工具において、前記硬質皮膜は、金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の上に設けられるＢ層と、のみからなり、前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であることを特徴とする被覆切削工具が提供される。
本発明の一態様によれば、基材の表面に硬質皮膜を有する被覆切削工具において、前記硬質皮膜は、中間皮膜と、前記中間皮膜の上に設けられる金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の上に設けられるＢ層と、からなり、前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であり、前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きいことを特徴とする被覆切削工具が提供される。
本発明の一態様によれば、基材の表面に硬質皮膜を有する被覆切削工具において、前記硬質皮膜は、中間皮膜と、前記中間皮膜の上に設けられる金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の上に設けられるＢ層と、前記Ｂ層の上に設けられる硬質皮膜の層と、からなり、前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であり、前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きいことを特徴とする被覆切削工具が提供される。
本発明の一態様によれば、基材の表面に硬質皮膜を有する被覆切削工具において、前記硬質皮膜は、金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の上に設けられるＢ層と、前記Ｂ層の上に設けられる硬質皮膜の層と、からなり、前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であり、前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きいことを特徴とする被覆切削工具。
基材の表面に、金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の上に設けられるＢ層と、前記Ａ層と前記Ｂ層の間に設けられ、前記Ａ層と前記Ｂ層の組成を含有する積層皮膜と、を有する被覆切削工具において、前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であり、前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きいことを特徴とする被覆切削工具が提供される。
本発明の一態様によれば、基材の表面に、金属（半金属を含む）元素の総量でアルミニウム（Ａｌ）の含有比率が５０原子％以上、クロム（Ｃｒ）の含有比率が２０原子％以上、アルミニウム（Ａｌ）とクロム（Ｃｒ）の合計の含有比率が８５原子％以上、ケイ素（Ｓｉ）の含有比率が４原子％以上１５原子％以下の窒化物又は炭窒化物である面心立方格子構造のＡ層と、前記Ａ層の上に設けられるＢ層と、前記Ａ層と前記Ｂ層の間に設けられ、前記Ａ層および前記Ｂ層のいずれとも異なる組成を有する硬質皮膜と、を有する被覆切削工具において、前記Ｂ層は、金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が７０原子％以上９０原子％以下、シリコン（Ｓｉ）の含有比率が５原子％以上２０原子％以下、ニオブ（Ｎｂ）の含有比率が１原子％以上１０原子％以下の窒化物又は炭窒化物であり面心立方格子構造であり、前記Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、前記Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きいことを特徴とする被覆切削工具が提供される。

【0006】

Ａ層の膜厚が１．０μｍよりも大きく、Ｂ層の膜厚が０．５μｍよりも大きいことが好ましい。

【発明の効果】

【0007】

本発明の１つの態様によれば、耐久性に優れる被覆切削工具が提供される。

【0008】

上記態様では、被覆切削工具の耐久性を改善することが可能となる。よって、例えば高硬度なプリハードン鋼の加工においても、金型製作のリードタイム短縮、金型の高精度化、調質による変寸の低減効果が期待され、産業上極めて有効である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明者は、皮膜組織を微細化したＡｌＣｒＳｉの窒化物又は炭窒化物をベースとした被覆切削工具について、上層に設けるＴｉＳｉの窒化物又は炭窒化物にＮｂを微量添加することで耐久性が一層向上することを見出し、発明に到達した。以下、本発明の詳細について説明する。

【0010】

本発明の実施形態に係る被覆切削工具は、基材と、基材の表面に配置されたＡ層と、Ａ層の上に設けられるＢ層とを有する。本実施形態の被覆切削工具には、必要に応じて、基材と硬質皮膜との間に配置される中間皮膜、Ａ層とＢ層の間に配置される中間皮膜、Ｂ層の上層に配置される保護皮膜等の他の膜が付与されていてもよい。

【0011】

Ａ層は、ＡｌとＣｒを主体とする窒化物又は炭窒化物である。ＡｌとＣｒを主体とする窒化物又は炭窒化物は優れた耐摩耗性と耐熱性を有する膜種であり、被覆切削工具に適用することで耐久性を高めることができる。Ａ層の構成材料は、より好ましくは耐熱性に優れる窒化物である。
Ａｌは耐熱性を付与する元素である。硬質皮膜に対して、より優れた耐熱性を付与するために、Ａ層は、金属（半金属を含む、以下同様。）元素の含有比率（原子％、以下同様。）でＡｌを５０％以上にする。更には、Ａ層のＡｌの含有比率を５５％以上とすることが好ましい。一方、Ａ層のＡｌの含有比率が大きくなり過ぎると、六方最密充填構造（ｈｃｐ構造、以下同様。）が主体となり、被覆切削工具の耐久性が低下する傾向にある。そのため、Ａ層のＡｌの含有比率を７０％以下とすることが好ましい。

【0012】

ＣｒはＡ層の結晶構造を面心立方格子構造（ｆｃｃ構造、以下同様。）とし、被覆切削工具としての耐摩耗性と耐熱性を向上させる元素である。Ａ層のＣｒの含有比率が少なくなり過ぎると、耐摩耗性と耐熱性が低下するとともに、ｈｃｐ構造が主体となり、被覆切削工具の耐久性が低下する傾向にある。そのため、Ａ層のＣｒの含有比率は２０％以上にする。更には、Ａ層のＣｒの含有比率は３０％以上であることが好ましい。一方、Ａ層のＣｒの含有比率が大きくなり過ぎると、耐熱性が低下する傾向になる。そのため、Ａ層のＣｒの含有比率を４５％以下とすることが好ましい。
Ａ層は、耐熱性および耐摩耗性を高いレベルで両立させるため、ＡｌとＣｒの合計の含有比率を８５％以上とする。更には、Ａ層のＡｌとＣｒの合計の含有比率を９０％以上とすることが好ましい。Ａ層のＡｌとＣｒの合計の含有比率は、９６％以下であることが好ましく、９５％以下であることがより好ましい。

【0013】

Ｓｉは、ＡｌとＣｒを主体とする窒化物又は炭窒化物の組織を微細化するために重要な元素である。Ｓｉを含有していないＡｌＣｒＮおよびＳｉ含有比率が小さいＡｌＣｒＳｉＮは柱状粒子が粗大となる。このような組織形態の硬質皮膜は皮膜破壊の起点となる結晶粒界が多くなるため、被覆切削工具の逃げ面摩耗が増大する傾向にある。一方、一定量のＳｉを含有したＡｌＣｒＳｉＮは組織が微細化し、例えば、電子顕微鏡による断面観察（２０，０００倍）において明確な柱状粒子が観察され難くなる。このような組織形態の硬質皮膜は、破壊の起点となる柱状粒界が少なくなり、被覆切削工具の逃げ面摩耗を抑制することができる。但し、Ａ層のＳｉの含有比率が大きくなると非晶質およびｈｃｐ構造が主体となり易くなり、被覆切削工具の耐久性が低下する。被覆切削工具の耐久性を低下させずに皮膜組織を十分に微細化するには、Ａ層は、Ｓｉの含有比率を４％以上１５％以下とすることが重要である。更には、Ａ層のＳｉの含有比率は５％以上であることが好ましい。更には、Ａ層のＳｉの含有比率は１０％以下であることが好ましい。

【0014】

Ａ層は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ以外の他の金属元素を含有してもよい。例えば、Ａ層は、周期律表の４ａ族、５ａ族、６ａ族の元素およびＢ、Ｃｕ、Ｙ、Ｙｂから選択される１種又は２種以上の元素を含有することができる。これらの元素は、硬質皮膜の特性を改善するために、ＡｌＴｉＮ系やＡｌＣｒＮ系の硬質皮膜に添加されている元素であり、含有比率が過多にならなければ被覆切削工具の耐久性を著しく低下させることはない。
但し、Ａ層がＡｌとＣｒとＳｉ以外の金属元素を多く含有すると、ＡｌとＣｒを主体とする窒化物又は炭窒化物の基礎特性が損なわれ被覆切削工具の耐久性が低下する恐れがある。そのため、Ａ層はＡｌとＣｒとＳｉ以外の金属元素を含有する場合でも、それらの合計の含有比率を１０％以下とすることが好ましい。更には、Ａ層はＡｌとＣｒとＳｉ以外の金属元素を含有する場合でも、それらの合計の含有比率を５％以下とすることが好ましい。

【0015】

本実施形態の被覆切削工具は、基材とＡ層との間に、金属、窒化物、炭窒化物、炭化物等の中間皮膜を設けてもよい。中間皮膜を設けることで、基材と硬質皮膜との間の密着性がより改善される場合がある。また、基材の表面をメタルボンバード処理してナノレベルの改質相を形成してもよい。中間皮膜は単層でもよいし、多層であってもよい。メタルボンバード処理した後に中間皮膜を設けてもよい。

【0016】

本実施形態におけるＡ層は、ｆｃｃ構造であることが重要である。本実施形態において、ｆｃｃ構造であるとは、Ｘ線回折パターン又は透過型電子顕微鏡の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、ｆｃｃ構造に起因するピーク強度が最大強度を示すものである。ｈｃｐ構造に起因する回折強度が最大強度を示す硬質皮膜は脆弱であるため、被覆切削工具として耐久性が乏しくなる。特に、湿式加工においては、耐久性が低下する傾向にある。Ａ層は、Ｘ線回折パターンにおいて、ｈｃｐ構造に起因する回折強度を有しないことが好ましい。Ａ層は、ｆｃｃ構造の中でも（２００）面又は（１１１）面のピーク強度が最大になる皮膜組織を有することで優れた耐久性を示す傾向にあり好ましい。

【0017】

Ａ層の内部には、Ｓｉの含有比率が高く、ｈｃｐ構造のＡｌＮがミクロ組織に存在し得る。硬質皮膜のミクロ組織に存在するｈｃｐ構造のＡｌＮ量の定量化には、硬質皮膜の加工断面を観察した際、透過型電子顕微鏡の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルを用いることができる。具体的には、透過型電子顕微鏡の制限視野回折パターンの強度プロファイルにおいて、Ｉｈ×１００／Ｉｓの関係を評価する。

【0018】

Ｉｈ＝ｈｃｐ構造のＡｌＮの（０１０）面に起因するピーク強度
Ｉｓ＝ｆｃｃ構造の、ＡｌＮの（１１１）面、ＣｒＮの（１１１）面、ＡｌＮの（２
００）面、ＣｒＮの（２００）面、ＡｌＮの（２２０）面、およびＣｒＮの（２２０）面
に起因するピーク強度と、ｈｃｐ構造の、ＡｌＮの（０１０）面、ＡｌＮの（０１１）面
、およびＡｌＮの（１１０）面に起因するピーク強度と、の合計

【0019】

上記の関係を評価することで、Ｘ線回折によりｈｃｐ構造のＡｌＮに起因するピーク強
度が確認されない硬質皮膜において、ミクロレベルで含まれるｈｃｐ構造のＡｌＮを定量
的に評価することができる。
Ａ層は、ミクロ組織に存在するｈｃｐ構造のＡｌＮをより少なくして、Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦２５の関係を満たしていることが好ましい。Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦２５の関係を満たすことで、被覆切削工具の耐久性がより優れたものとなる。更には、Ａ層は、Ｉｈ×１００／Ｉｓ≦２０の関係を満たしていることが好ましい。

【0020】

続いてＢ層について説明する。
Ｂ層はＡ層の上に配置される硬質皮膜である。Ｂ層は、耐摩耗性と耐熱性に優れる膜種であるＴｉＳｉの窒化物又は炭窒化物をベースとする。Ｂ層には、更に微量のＮｂが添加されている。本発明者はＴｉＳｉＮの耐摩耗性を更に高めるために、第三元素の添加を検討した。そして、Ｓｉ含有比率を抑制したＴｉＳｉＮに対して、微量のＮｂを添加することで硬度が高まり、被覆切削工具の耐摩耗性が向上することを確認した。耐摩耗性が向上したメカニズムの詳細は不明であるが、ＮｂがＴｉＮのＴｉの一部に置換することで、ＴｉとＮｂの原子半径差により格子に歪が生じて硬化したためと推察される。

【0021】

Ｂ層のＴｉの含有比率が少なすぎたり多すぎたりすると耐摩耗性と耐熱性が低下する。そのため、Ｂ層は金属（半金属を含む）元素の総量でＴｉ（チタン）の含有比率が６０％以上９０％以下とする。
Ｂ層のＳｉの含有比率が少なすぎると、皮膜組織の微細化が不十分となり硬質皮膜の耐摩耗性が低下する。また、Ｂ層のＳｉの含有比率が多すぎると、皮膜組織が微細になり過ぎて非晶質に近くなるために、硬質皮膜の耐摩耗性が低下する。そのため、Ｂ層は金属（半金属を含む）元素の総量でＳｉ（シリコン）の含有比率が５％以上２０％以下とする。

【0022】

Ｂ層のＮｂの含有比率が少なすぎると硬質皮膜の耐摩耗性の改善効果が十分でない。一方、Ｂ層のＮｂの含有比率が多すぎると脆弱なＮｂの濃化相が多く析出して硬質皮膜の耐摩耗性が低下する。そのため、Ｂ層は金属（半金属を含む）元素の総量でＮｂ（ニオブ）の含有比率が１％以上１０％以下とする。更には、Ｂ層のＮｂの含有比率は２％以上であることが好ましい。更には、Ｂ層のＮｂの含有比率は８％以下であることが好ましい。Ｂ層のＮｂの含有比率は６％以下であることがより好ましい。

【0023】

本実施形態におけるＢ層は、ｆｃｃ構造であることが重要である。本発明において、ｆｃｃ構造であるとは、Ｘ線回折パターン又は透過型電子顕微鏡の制限視野回折パターンから求められる強度プロファイルにおいて、ｆｃｃ構造に起因するピーク強度が最大強度を示すものである。ｈｃｐ構造に起因する回折強度が最大強度を示す硬質皮膜は脆弱であるため、被覆切削工具として耐久性が乏しくなる。特に、湿式加工においては、耐久性が低下する傾向にある。Ｂ層は、Ｘ線回折パターンにおいて、ｈｃｐ構造に起因する回折強度を有しないことが好ましい。Ｂ層は、ｆｃｃ構造の中でも（２００）面のピーク強度が最大になる皮膜組織を有することで優れた耐久性を示す傾向にあり好ましい。

【0024】

Ｂ層は、Ｂ層を構成する硬質皮膜の平均結晶粒径が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。硬質皮膜のミクロ組織が微細になり過ぎると、硬質皮膜の組織が非晶質に近くなるため、硬質皮膜の靭性及び硬度が低下する。硬質皮膜の結晶性を高めて脆弱な非晶質相を低減するには、硬質皮膜の平均結晶粒径を５ｎｍ以上とする。また、硬質皮膜のミクロ組織が粗大になり過ぎると、硬質皮膜の硬度が低下して被覆切削工具の耐久性が低下する傾向にある。硬質皮膜に高い硬度を付与して被覆切削工具の耐久性を高めるためには、硬質皮膜の平均結晶粒径を５０ｎｍ以下とする。更には、硬質皮膜の平均結晶粒径は３０ｎｍ以下であることが好ましい。
硬質皮膜の平均結晶粒径は、Ｘ線回折の半価幅から測定することができる。

【0025】

Ｂ層はＡ層の直上に設けても良い。密着性をより高めるために、Ａ層とＢ層の間には、Ａ層とＢ層の組成を含有する積層皮膜を設けても良い。また、Ａ層とＢ層の組成以外の硬質皮膜をＡ層とＢ層の間に設けても良い。Ｂ層の上には他の硬質皮膜を設けても良い。

【0026】

本発明の実施形態に係る被覆切削工具は、特に、工具径が２ｍｍ以下である小径エンドミルに適用されることで、耐久性の向上効果がより一層効果的に発揮される点で好ましい。更には、工具径が１ｍｍ以下の小径エンドミルに本実施形態の被覆切削工具の構成を適用することが好ましい。

【0027】

本発明の実施形態に係る被覆切削工具では、Ａ層がＢ層よりも厚い膜であることが好ましい。基材側に設けられるＡ層をＢ層よりも厚い膜とすることで被覆切削工具の耐久性が高まる。また、Ａ層の膜厚は１．０μｍよりも大きく、Ｂ層の膜厚は０．５μｍよりも大きいことが好ましい。
Ａ層およびＢ層のいずれについても、膜厚を大きくしすぎると剥離が生じやすくなり、被覆切削工具の耐久性が低下する。Ａ層およびＢ層の膜厚の上限は、中間層および表面層を含む硬質皮膜の構成によって異なる。一例を挙げるならば、Ａ層の膜厚の上限は４μｍ未満、Ｂ層の膜厚の上限は３．５μｍ未満、Ａ層とＢ層の合計膜厚の上限は５μｍ以下とすることが好ましい。

【実施例】

【0028】

（実施例１）
＜成膜装置＞
硬質皮膜の成膜には、アークイオンプレーティング方式の成膜装置を用いた。本装置は、複数のカソード（アーク蒸発源）、真空容器および基材回転機構を含む。
本装置は、３基のカソードＣ１、Ｃ２、Ｃ３を備える。Ｃ１は、ターゲット外周にコイル磁石を配備したカソードである。Ｃ２およびＣ３は、ターゲット背面および外周に永久磁石を配備したカソードである。Ｃ２およびＣ３は、ターゲットの垂直方向の磁束密度がターゲット中央付近で１４ｍＴ以上である。Ｃ２とＣ３に装着されるターゲットは、試料によって組成を変化させた。
真空容器内は、内部を真空ポンプにより排気される。成膜ガスは供給ポートより真空容器内に導入される。真空容器内に設置した各基材にはバイアス電源が接続される。バイアス電源は、各基材に負圧のＤＣバイアス電圧を印加する。
基材回転機構は、プラネタリーとプラネタリー上のプレート状治具、プレート状治具上のパイプ状治具を有する。プラネタリーは毎分３回転の速さで回転する。プレート状治具、パイプ状治具は夫々自公転する。

【0029】

＜基材＞
物性評価および切削試験用の基材として、組成がＷＣ（ｂａｌ．）－Ｃｏ（８質量％）－Ｃｒ（０．５質量％）－ＶＣ（０．３質量％）、ＷＣ平均粒度０．６μｍ、硬度９３．９ＨＲＡ、からなる超硬合金製の２枚刃ボールエンドミルを準備した。なお、ＷＣは炭化タングステンを、Ｃｏはコバルトを、Ｃｒはクロムを、ＶＣは炭化バナジウムを、それぞれ表す。

【0030】

＜加熱および真空排気工程＞
各基材をそれぞれ真空容器内のパイプ状冶具に固定し、成膜前プロセスを以下のように実施した。まず、真空容器内を８×１０^－３Ｐａ以下に真空排気した。その後、真空容器内に設置したヒーターにより、基材温度が５００℃になるまで加熱し、真空排気を行った。これにより、基材温度を５００℃、真空容器内の圧力を８×１０^－３Ｐａ以下とした。

【0031】

＜Ａｒボンバード工程＞
その後、真空容器内にＡｒガスを導入し、容器内圧を０．６７Ｐａとした。その後、フィラメント電極に３５Ａの電流を供給し、基材に－２００Ｖの負圧のバイアス電圧を印加し、Ａｒボンバードを４分間実施した。

【0032】

＜Ｔｉボンバード工程＞
その後、真空容器内の圧力が８×１０^－３Ｐａ以下になるように真空排気した。続いて、基材にバイアス電圧を印加して、Ｔｉターゲットが装着されたＣ１に１５０Ａのアーク電流を供給してＴｉボンバード処理を実施した。Ｔｉボンバード処理により、基材の表面に、ＷとＴｉを含有する炭化物を１ｎｍ以上１０ｎｍ以下で形成した。Ｔｉボンバード処理により形成される炭化物の組成は、金属元素の含有比率でＷが６０原子％以上９０原子％以下、Ｔｉが１０原子％以上４０原子％以下であった。

【0033】

＜成膜工程＞
Ｔｉボンバード後、直ちにＣ１への電力供給を中断した。そして、真空容器内のガスを窒素に置き換え、真空容器内の圧力を５Ｐａ、基材設定温度を５２０℃とした。ＡｌＣｒＳｉターゲットが装着されたＣ２に１５０Ａの電力を供給し、基材に印加する負圧のバイアス電圧を１２０Ｖ、カソード電圧を３０ＶとしてＡ層を被覆した。
Ａ層の被覆後、Ｂ層を被覆した。Ｂ層の被覆では、Ｃ３のターゲットして、ＴｉＳｉＮｂターゲット、ＴｉＳｉＷターゲット、ＴｉＳｉＴａターゲット、またはＴｉＳｉターゲットを試料に応じて用いた。上記ターゲットが装着されたＣ３に１５０Ａの電力を供給し、基材に印加する負圧のバイアス電圧を５０Ｖ、カソード電圧を２５ＶとしてＢ層を被覆した。その後、略２５０℃以下に基材を冷却して真空容器から取り出した。そして、被覆後の各試料はブラスト処理による刃先の研磨処理を行った。

【0034】

硬質皮膜の組成は、波長分散型電子線プローブ微小分析（ＷＤＳ－ＥＰＭＡ）により測定した。測定条件は、加速電圧１０ｋＶ、試料電流５×１０^－８Ａ、取り込み時間１０秒、分析領域直径１μｍ、分析深さが略１μｍで５点測定してその平均値から求めた。

【0035】

Ｘ線回折装置（スペクトリス株式会社製 ＥＭＰＹＲＥＡＮ 垂直型ゴニオメーター）を用いて結晶構造を確認した。測定条件は、管電圧４５ｋＶ、管電流４０ｍＡ、Ｘ線源Ｃｕｋα（λ＝０．１５４１８ｎｍ）、Ｘ線入射角３度、発散スリット１/２°、コリメーター０．２７ｍｍ、２θ＝２０～７０度とした。

【0036】

作製した各試料の被覆切削工具を用いて切削加工を行い、切削加工後の母材露出面積から被覆切削工具の耐久性を評価した。切削条件を以下に示す。
（条件）
・工具：２枚刃超硬ボールエンドミル
・型番：ＥＰＤＢＥＨ２００３－０．５－ＴＨ３ ボール半径０．１５ｍｍ
・切削方法：ポケット加工（１ｍｍ×３ｍｍ×深さ０．４ｍｍ）
・被削材：ＡＳＰ２３（６４ＨＲＣ）
・切り込み：軸方向、０．０１３ｍｍ、径方向、０．０１３ｍｍ
・切削速度：３７．７ｍ／ｍｉｎ
・一刃送り量：０．００４５ｍｍ／刃
・切削油：ミストブロー（油性）
・加工個数：７ポケット
・評価方法：母材露出面積は、切削加工後、走査型電子顕微鏡を用いて倍率６００倍で観察し、工具の超硬基材が露出した面積を算出した。母材露出面積の算出には市販の画像解析ソフトを用いた。評価結果を表１に纏める。

【0037】

【表1】

【0038】

本発明例および比較例の何れもＡ層とＢ層はＸＲＤ回折においてｆｃｃ構造の単相であった。また、Ａ層は、特許第６４１０７９７号と同様の方法で、Ａ層の制限視野回折パターンの強度プロファイルを評価した場合、Ａ層のＩｈ×１００／Ｉｓの値は２０以下であった。また、Ｂ層はｆｃｃ（２００）面のピーク強度が最大であり、平均結晶粒径は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であった。
Ｓｉを一定量含有して皮膜組織を微細化したＡ層の上層にＢ層に微量のＮｂを添加した本発明例１～３はいずれも母材の露出面積が小さく優れた耐久性を示した。特に、Ａ層とＢ層の総膜厚が厚い本発明例３は母材露出面積が小さくなり、より優れた耐久性を示した。
一方、比較例１のＢ層は微量のＮｂを添加しているがＳｉの含有量が多いため、本発明例に比べて母材露出面積が大きくなった。
比較例２、３はＮｂに変えてＷ（タングステン）とＴａ（タンタル）を微量添加したが、Ｂ層の硬化が十分でなく、本発明例に比べて母材露出面積が大きくなった。
比較例４は、Ｂ層にＮｂを微量添加していないため、本発明例に比べて母材露出面積が大きくなった。
比較例５は、Ａ層のＳｉ含有比率が小さいため皮膜組織の柱状粒子が大きく、本発明例１と同じＢ層を設けても母材露出面積が大きくなった。
比較例６は、Ｂ層のＮｂの含有比率が大きいためＮｂの濃化相が粗大となり、母材露出面積が大きくなった。