JP4884583B2 - Cutting tool formed with a colored film of chromium oxide or oxynitride exhibiting interference color - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＰＶＤ処理により硬質皮膜を施した切削工具において、干渉色を呈するクロムの酸化物または酸窒化物の呈色皮膜を該工具に形成することで、硬質被膜処理が施されている旨をユーザーに覚知させ得るようにした切削工具に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
木材や木質材料系の複合材料を切削加工するのに使用される丸鋸等の回転切削用工具その他プレーナ用平刃等の平削り用工具は、その刃部の母材として、例えば高速度工具鋼や高クロム合金工具鋼等の工具鋼、超硬合金その他サーメットを材料として選択的に採用している。そしてこれらの切削工具では、切れ味の更なる改善や切削寿命の持続と向上を目的として、その刃部に各種の硬質皮膜を施す処理が広く実施されている。
【０００３】
例えば、刃部に硬質皮膜を施す手段として、特願平１−７５８８９号(特公平６−６９６８１号)や、特願平２−２５７８６４号(特許第２６６５５６５号)に開示される技術が知られている。これらの発明では、高速度工具鋼や高クロム合金工具鋼その他超硬合金等を母材とする木材切削用の切削工具において、その刃部の逃げ面またはすくい面の何れか一方の面にクロム窒化物からなる硬質被覆層を形成することで刃先の経時的な摩耗を抑制するものであって、従来の被覆層を施してない切削工具に比較して、切れ味の持続性や耐久性の点で優れた効果が発揮される。
【０００４】
また特願平４−１８７０７７号(特許第２８１６５１１号)には、前記と同じく高速度工具鋼や高クロム合金工具鋼その他超硬合金等を母材とする木材切削用刃物において、該刃物の逃げ面またはすくい面の何れか一方または両方にクロム窒化物の中間層を設け、この中間層の上にクロム(Ｃｒ)の表面層を設けることで、切れ味が持続して寿命が向上することが開示されている。更に特願平５−２５９３２３号(特許第２６７３６５５号)には、逃げ面の粗さをＲｍａｘ１〜１０μｍに仕上げた側面刃における回転方向の逃げ角が１０゜以下である回転切削工具に関して、その逃げ面にクロムまたはクロムの窒化物、炭化物、炭窒化物のうち何れかを被覆することで、従来の切削工具に比べて１０倍以上の長寿命化が達成される旨が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように切削工具の刃部にクロムまたはクロムの窒化物、炭化物、炭窒化物の如きクロム系硬質皮膜(以下「クロム系皮膜」という)を形成することで、該刃部における切れ味の持続性および刃先の長寿命化を図ることが従来より行なわれている。勿論、この硬質皮膜処理が施された切削工具であっても、使用に伴ない経時的に切れ味は低下するので刃先を再研磨する必要があるが、その場合は硬質皮膜を施した個所を外して再研磨しなければならない。しかし前記刃部に施されたクロム系皮膜が呈する色(色合い、色調)は、一般に白色、灰白色、灰色或いはその中間色の単一色であって、切削工具における母材の金属光沢色と簡単に区別することが困難であり、従って硬質皮膜の処理がなされているか否かを識別し難いのが現状である。
【０００６】
一例として、木材の長さ方向の端面にフィンガ状の継ぎ手部を加工するフィンガカッタで前述の硬質皮膜処理を施したものでは、その加工形状の精度を維持するためにすくい面だけを再研磨する必要がある。しかるに硬質皮膜は先に述べたクロム系皮膜であるために、該被覆が施されているか否かを視覚で識別することは難く、誤って外周刃逃げ面を再研磨してしまう畏れがあった。このときは、フィンガカッタに要求される加工形状の精度は維持し得なくなってしまう。
【０００７】
また製材から木質系ボードの加工まで種々の切断加工を行なうチップソーの切れ味が低下したときは、刃部のすくい面と外周刃逃げ面の両方を再研磨するのが一般的である。しかし前記硬質皮膜処理の施されたチップソーに関しては、すくい面および外周刃逃げ面の両方を再研磨すると皮膜全体が除去されてしまい、切れ味の持続性および刃先の長寿命化が図られなくなってしまう。従って硬質皮膜の施されたチップソーでは、すくい面または外周刃逃げ面の何れか一面だけを再研磨することになっている。しかるに前記硬質皮膜はクロム系皮膜であるため、被覆処理の有無をユーザーが視覚により識別することが同じく困難で、再研磨してはならない部位(すくい面または外周刃逃げ面)を誤って研磨してしまい、刃部の耐久性を低下させる畏れがあった。
【０００８】
このように硬質皮膜が施された切削工具の再研磨に際して、該硬質皮膜が形成されている部位の有無を視覚で識別することが困難な事実に鑑み、刃部にクロム系皮膜を処理した後に、更なる別工程でクロム(Ｃｒ)以外の蒸発金属を用いて別の色調、例えば金色を呈する窒化チタン(ＴｉＮ)や黄緑色を呈する窒化バナジウム(ＶＮ)等の上層を被覆形成する技術が特開平２−２５２５０１号公報に記載されている。この技術によれば、硬質皮膜の上に金色や黄緑色を呈する窒化膜等が被覆されるために、該硬質皮膜の形成部位を視覚により容易に判別し得る利点がある。しかしＰＶＤ処理により前記硬質皮膜を形成する場合は、チャンバ中に存在させるべき蒸発金属を、クロムから例えば窒化チタンや窒化バナジウム等の他の金属物質に交換しなければならない。すなわちクロム系硬質皮膜を形成するためのＰＶＤ処理バッチとは別工程として、該硬質皮膜の上に色調判別用の窒化膜等を形成するＰＶＤ処理バッチが必要となり、製造コストおよび手間が大幅に嵩んでしまう難点がある。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、前述した課題を好適に解決するために提案されたものであって、ＰＶＤ処理により硬質皮膜を施した切削工具に関して、干渉色を呈するクロムの酸化物または酸窒化物の呈色皮膜を該工具に形成することで、硬質被膜処理が施されている旨をユーザーに覚知させ得るようにした切削工具を提供することにある。本発明の更に別の目的は、従来は別バッチのＰＶＤ処理によらざるを得なかったためにコスト高となっていたところを改善して、チャンバー中の蒸発金属を交換する必要をなくし、コストおよび手間が嵩む難点を解消させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため本発明に係る干渉色を呈するクロムの酸化物または酸窒化物の呈色皮膜を形成した切削工具は、刃部の母材が工具鋼、超硬合金その他サーメットの何れかよりなる切削工具であって、
前記刃部をＰＶＤ処理することで刃部表面に層状に形成され、クロムまたはクロムの窒化物、炭化物、炭窒化物の何れか１つ若しくは２つ以上からなる硬質皮膜層と、
前記ＰＶＤ処理に際し窒素と酸素の流量比を酸素のみを流す場合から４：１の範囲内で設定することで、前記硬質皮膜層上に０.０４μｍ〜１.３μｍの厚さで透明に形成され、自然光における分光色の一部または全部が縞状に分布する干渉色を呈するクロムの酸化物または酸窒化物の呈色皮膜とからなり、
前記クロムの酸化物または酸窒化物の呈色皮膜が呈する干渉色をもって、前記硬質被膜処理が施されている旨をユーザーに覚知させ得るようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に本発明について、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。本願の発明者は、ＰＶＤ処理により切削工具の刃部にクロム系硬質皮膜を施した後に、クロム以外の蒸発金属からなる呈色皮膜を更に施すことで該硬質皮膜の有無を判別させようとする場合に、従来は別バッチのＰＶＤ処理によらざるを得なかったためにコスト高となっている現状に鑑み、この難点を解消すべく様々な試験を行なった。
【００１３】
そして発明者は、ＰＶＤ処理による切削工具への硬質皮膜の形成に際し、蒸発金属をクロムに固定すると共に、チャンバー中に供給される反応ガスの組成を変化させる実験を繰り返した結果、▲１▼クロム系硬質皮膜の上層としてクロムの酸化物または酸窒化物の皮膜を施すと共に、▲２▼ＰＶＤ処理中における窒素と酸素の流量比を或る範囲に設定することで、▲３▼該皮膜は透明膜になって自然光の分光色の一部または全部が縞状に分布する干渉色を呈することを見い出したものである。そして得られたクロムの酸化物または酸窒化物の皮膜が呈する色調は金属光沢色と明らかに相違し、下地となっている硬質皮膜処理の有無を瞬時に識別し得るものである。このようにＰＶＤ処理によりクロム系硬質皮膜を施した後に、該皮膜の上層として呈色皮膜を形成する際に、この呈色皮膜の成分となる蒸発金属を前記クロム系皮膜の成分となる蒸発金属(クロム)と同じにすることで、チャンバー中の蒸発金属を交換する必要がなくなる。すなわち別バッチで呈色皮膜を形成する必要がないため、コストおよび手間が従来のＰＶＤ処理の単一バッチと殆ど変わることがなく、従ってコストが嵩む難点を解消し得るものである。
【００１４】
ここでクロムの酸化物または酸窒化物の皮膜をＰＶＤ処理により形成するに際して、該皮膜が呈する色調は皮膜中の窒素と酸素の流量比によって決定される。すなわち窒素と酸素の流量比が或る範囲に特定されると、前記皮膜が呈する色調は自然光の分光色(いわゆる虹色)の一部または全部が縞状に分布する干渉色になる。より具体的には、窒素と酸素の流量比を酸素のみを流す場合から４：１の範囲に特定することが好適であり、酸素流量が４：１より少ない場合は全体が窒化クロム(ＣｒＮ)が呈する色調である灰白色となる。また窒素と酸素の流量比の酸素の上限は、好ましくは１：９の範囲にあり、酸素流量がこれより多い場合は、前記の流量比以外の条件の如何によって３酸化２クロム(Ｃｒ₂Ｏ₃)が成膜されて黒色を呈してしまうことがある。
【００１５】
また、前述した処理条件の下で皮膜が干渉色を呈する場合であっても、被処理物品の形状やチャンバー内への装着方法の如何によっては、クロム金属から蒸発したクロムイオンが該物品の一部へ殆ど到達し得ない部分も出てくる。このようにクロムイオンが到達しなかったり、またはクロムイオンが僅かしか到達しなかったりした部分は成膜されず、その部分は表面が酸化されて黒黄色を呈する。特に酸素流量が１：９よりも多い場合は、より広い範囲で表面酸化が起き易く、商品価値の見地から好ましくない場合がある。
なお、装置の特性その他の事情により、例えばアーク放電を安定化させる目的でチャンバー内の圧力を上昇させる必要があるような場合等においては、窒素と酸素の流量比を前述した範囲内とし、アルゴン(Ａｒ)等の不活性ガスを同時に流すことができる。
【００１６】
なおクロムの酸化物または酸窒化物の膜厚は、極力薄くした方が自然光の分光が略完全に発色し、しかも透明度の高い鮮明な色を呈することになる。逆に前記膜厚が大きくなるに従って、色合いが濃くなると共に分光色の全てが識別され難くなる傾向を示す。そして該膜厚が更に大きくなると、赤色等が僅かに認められる程度となり、遂には全体の色調が濃灰色〜黒色を呈するようになってしまう。但し、本発明が企図している如く、クロムの酸化物または酸窒化物の皮膜が呈する干渉色をもって、切削工具に硬質被覆処理を施してあるか否かを判別する目印として利用する場合には、前記皮膜の厚みを大きくする必要はなく、例えば０.０４〜１.３μｍの範囲に納まっていればよい。このように硬質被覆処理の判別用途に限って考えると、本発明で得られるクロムの酸化物または酸窒化物の皮膜は非常に薄くてよいことになる。
【００１７】
この点につき本願では、次のような測定方法によって膜厚を推定した。先ず、後述する実験例１の試料１における干渉色の分布と膜厚を測定した結果は、図３に示す通りであった。一般に透明膜に対し略直角に光が照射される場合を想定すると、干渉色を呈する膜厚ｈは、ｈ＝λ(２ｍ−１)／４ｎで表される。ここにλ＝波長、ｍ＝正整数、ｎ＝屈折率である。
実験例１において、中心孔近傍に確認された青色部分(最も膜が薄い部分)の膜厚は実測で０.０５μｍであった。青色の波長λを４５０ｎｍとし、この青色がｍ＝１であるとするならば、屈折率ｎは２.２５となるが、同じようにｍ＝２であるとするならば、屈折率ｎは６.７５となって一般的な屈折率の値から大きくずれてしまうので、この青色はｍ＝１であると推測される。なお、実験例１では最も膜厚が薄い部分は青色であったが、膜厚分布がゆるやかである実験例２では、最も膜厚が薄い部分で紫色が確認された。ここで屈折率ｎ＝２.２５、紫色の波長λ＝３９０ｎｍとすれば、干渉色が最初に現れるこの紫色の部分の膜厚(すなわち最小膜厚)は約０.０４μｍであると推定される。すなわち最小膜厚は約０.０４μｍとなる。また実験２の試料１３において、干渉色を確認し得る限界での膜厚は、実測値で１.３μｍであった。何れにしても、クロムの酸化物または酸窒化物の膜厚が薄いほど鮮明な色調(明るい虹色)になり、厚みが大きくなるほど透明感のない混合色或いはくすんだ色調となるので、目的用途に応じて適宜の膜厚が選択される。
【００１８】
なお、膜厚が厚目である場合や膜厚に均一性が求められる場合は、皮膜に自然光の分光色全てが現れるとは限らず、被処理物品の形状やチャンバーに供給される反応ガスの分量等の制御パラメータの種類に依存して分光色の一部だけが発色し、これにより様々の色調を呈することになる。従って前記制御パラメータを可変とすることで、分光色の呈色度合いを目的に応じて微妙に変化させることができる。例えば、窒素と酸素の流量比により皮膜の透明度を種々に変化させることができ、その流量比を約３：１付近に設定することで最も透明度のある膜が得られる。また、被処理物品の形状程度の如何によっては、チャンバー中でのクロムイオンの到達度に相違を生じ、同一物品であっても細部において膜厚が異なるために色調分布が様々になることが判っている。
【００１９】
また、ＰＶＤ処理による硬質皮膜の形成に際しては、基板のクリーニングを目的としてボンバード処理が一般的に実施されるが、このボンバード処理を前述したクロムの酸化物または酸窒化物の皮膜処理後に行なうと、該皮膜はコントラストの弱い色調を呈することになる。更に、クロム酸窒化物皮膜を処理した後、クロム膜を極めて薄く被覆すると、クロムが呈する白色の下に前記クロム酸窒化物の皮膜が呈する色が透けて見える状態となって全体が白っぽくなる。
【００２０】
上層をなす前記クロムの酸化物または酸窒化物の皮膜処理に際して、例えば中間層をなすクロム窒化物皮膜の形成後に、チャンバー中を流れる窒素の流量を減らしていき、逆に酸素の流量を増やしていけば、所謂傾斜組成層とすることができる。すなわち中間層と上層の間の積層体接合界面における高い応力集中は、層間剥離を生じさせる原因になるが、この積層体接合界面を傾斜組成とすることで物性値が急変する界面が存在しなくなる。従って応力特異性がなくなり、応力緩和の発生により切削中や再研磨中に上層が剥離して消失することがなく、長期間に亘って硬質被覆処理の有無を識別可能になる。
【００２１】
【実験例１】
次に、実験例１により本発明の実施例を具体的に説明する。ここでは、アーク放電型イオンプレーティング装置を使用してＰＶＤ処理法を実施し、これによりクロムの酸化物または酸窒化物の被覆層を超硬合金の替刃に形成した。その際の処理条件は、以下の通りであった。
蒸発金属の種類 クロム(Ｃｒ)
アーク放電電流値 １５０Ａ
基板のバイアス電圧 −４０Ｖ
チャンバー内圧力 ２.６Ｐａ
導入ガスの流量(酸素、窒素共に) ３５０〜７００ｓｃｃｍ
処理時間 １０分
試料として、超硬合金を材質とする替刃式カッターの替刃を使用した。試料は矩形状板体であって、その寸法は幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚み１.５ｍｍであった。またチャンバー内で該試料は、その被覆面が蒸発金属板(ターゲット)の蒸発面と平行になるように取り付けた。なお、この場合に試料は、その中央部に位置する直径４.５ｍｍの通孔を介してＭ４皿ビスで治具に取り付けたので、その通孔周辺は前記皿ビスの頭の陰になる。
【００２２】
各被覆層の構成および結果を、表１に纏めて示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
試料に被覆されたクロムの酸化物または酸窒化物の皮膜を、Ｘ線回折により測定した。そのＸ線回折測定条件は、以下の通りであった。

【００２５】
表１において、試料１の色調は干渉色を呈したが、試料２の色調は替刃全体が黒色を呈するに至った。これらの試料をＸ線回折により測定したところ、図１に示すように、試料２の超硬合金替刃には３酸化２クロム(Ｃｒ₂Ｏ₃)の回折ピークが現れた。しかるに図２から判明する如く、試料１の超硬合金替刃には３酸化２クロムの回折ピークは現れなかった。すなわち、被覆面が蒸発金属板(ターゲット)の蒸発面と平行になるように試料を取り付けた実験例１において、試料２のように酸素だけを流した場合は、３酸化２クロムが成膜されて干渉色を呈しないことが判った。また同条件下において、試料１のように窒素と酸素を同時に流すことで皮膜がアモルファス化し、干渉色を呈することが判明した。図３は、試料１に係る超硬合金の替刃が干渉色を呈していることを示している。すなわち外側から内側にかけて、緑色、赤色、緑色、赤色、黄色、赤〜緑色、黄色、青色の干渉色となっていることが確認された。
【００２６】
【実験例２】
次に、実験例２により本発明の実施例を更に具体的に説明する。ここでは、アーク放電型イオンプレーティング装置を使用してＰＶＤ処理法を実施し、これによりクロムの酸化物または酸窒化物の被覆層を丸鋸状の円盤に形成した。その際の処理条件は、以下の通りであった。
蒸発金属の種類 クロム(Ｃｒ)
アーク放電電流値 １５０Ａ
基板のバイアス電圧 −４０Ｖ
チャンバー内圧力 ０.１３〜２.６Ｐａ
導入ガスの流量(酸素、窒素共に) ３０〜７００ｓｃｃｍ
処理時間 ３〜１０分
フランジと試料との間隔 ２０ｍｍ
フランジ直径 ３４０ｍｍ
マスキング直径 １００ｍｍ
【００２７】
試料として、合金工具鋼(ＳＫ−５)を材質とする丸鋸状の円盤を使用した。試料の寸法は外部直径４５０ｍｍ、厚み２.０ｍｍであった。図４に示すように、半径２２５ｍｍの円盤状試料１０を、半径５０ｍｍで厚み２０ｍｍの円形マスキング１２,１２で両側から挟み、更に該マスキング１２,１２の両側を半径１７０ｍｍのフランジ１４,１４により挟むことでリング状のマスキングを施した。このとき試料１０、マスキング１２,１２およびフランジ１４,１４は、何れも中心軸を整列させてある。この状態でＰＶＤ処理することで、試料１０の両側面には、前記マスキング１２,１２を外れた外周付近のみに被覆層が形成される。
【００２８】
夫々の処理条件および得られた結果を、表２に纏めて示す。
【００２９】
【表２】

【００３０】
チャンバー内の圧力を２.６Ｐａとして一定に保ち、窒素と酸素の流量を各々変化させて３分間処理した(試料３〜試料１１)。これによれば、窒素のみを流した場合(試料３)は、全体が窒化クロム(ＣｒＮ)の色調である灰白色を呈して、干渉色を呈するには至らなかった。また窒素と酸素の流量比を９：１に設定した場合(試料４)は、全体が窒化クロムの色調である灰白色を呈したものの、僅かに繰り返し回数１(ｍ＝１)の干渉色が見られた。但し、この干渉色は非常に暖昧な色調であった。また該干渉色が現れた外側の位置では、窒化クロムの色調である灰白色を呈していた。
【００３１】
更に窒素と酸素の流量比を酸素のみを流す場合から４：１の範囲に設定した場合(試料５〜試料１１)は、干渉色が数回の繰り返しにより明瞭に見られ、特に窒素の流量比が１：３の場合(試料８)が最も鮮明に現れた。この中で、窒素と酸素の流量比が１：２４および酸素のみを流す場合(試料１０および試料１１)は、干渉色が現れる外側の位置で該干渉色が重なり合って黒色を呈した。この黒色部をＸ線回折した結果、３酸化２クロムは認められず、これがアモルファスであることを確認した。すなわち被覆面が蒸発金属板と直角をなす面であると、酸素のみを流す場合であってもアモルファス化することが判明した。更に、クロムイオンが殆ど到達しない試料中央部のマスキング付近は殆ど成膜がなされず、該試料の表面が酸化して黒黄色となった。
【００３２】
次に、窒素と酸素の流量比は等分の１：１としつつも流量を少なくし、チャンバー内の圧力を０.１３Ｐａに保持して３分間処理した場合(試料１２)は、全体がクロムの色調である白色を呈して干渉色は見られなかった。また、窒素と酸素の流量比を１：３に設定し、チャンバー内の圧力を２.６Ｐａに保持して１０分間処理した場合(試料１３)、干渉色の繰り返しは６回(ｍ＝６)確認できた。この場合、干渉色の分布の範囲は狭く、その外側の位置は干渉色が重なり合って黒灰色となった。このように、窒素と酸素の流量比を酸素のみを流す場合から４：１の範囲内で夫々変化させることで、自然光の分光色の一部または全部が縞状に分布する干渉色となり、識別可能であることが判明した。この実験例２の結果によれば、窒素と酸素の流量比は好ましくは１：９〜４：１であった。
【００３３】
【実験例３】
次に、実験例３により本発明の実施例を更に具体的に説明する。ここでは、アーク放電型イオンプレーティング装置を使用してＰＶＤ処理法を実施し、これによりクロムの酸化物または酸窒化物の被覆層を超硬合金がろう付けされたチップソーに形成した。その際の処理条件は、以下の通りであった。
蒸発金属の種類 クロム(Ｃｒ)
アーク放電電流値 １５０Ａ
基板のバイアス電圧 −４０Ｖ
チャンバー内圧力 ０.６〜２.６Ｐａ
導入ガスの流量(酸素、窒素共に) ３５〜７００ｓｃｃｍ
処理時間 ３分
試料間隔 １０ｍｍ
マスキング直径 ２３０ｍｍ
試料として、超硬合金のチップを外周刃部にろう付けした刃数４０のチップソーを使用した。試料の寸法は外部直径３０５ｍｍ、刃厚３.０ｍｍであった。試料における台金の中央部にリング状のマスキングを施し、試料を１０ｍｍ間隔で複数枚積み重ね、該マスキング以外の部分(台金側面および刃部側面と外周面)に被覆層を形成する処理を行なった。前記のマスキングは、図４に示した方法に準じて施した。
【００３４】
各被覆層の構成および結果を、表３に纏めて示す。
【００３５】
【表３】

【００３６】
試料２１は、上層に窒化クロムを処理した場合の比較例であって、台金の外周部と共に刃先部の色調は灰白色を呈していた。また、同じく比較例としての試料２２はクロムを処理したものであって、その色調は白色を呈していた。
【００３７】
この実験例３において、試料１４〜試料１９に示す如く、窒素と酸素のガス流量を夫々変化させた。この場合は全ての試料に関して、自然光の分光色の一部または全部が縞状に分布する干渉色を良好に呈し、硬質被覆処理の有無が容易に識別可能であった。但し、酸素のみを流した場合(試料１９)は、試料の側面に干渉色が現れたものの、実験例１の被覆面と同じく蒸発金属板に対して平行な面となる刃部外周面は、３酸化２クロムの黒色を呈した。更にこの場合は、図５に示すように、クロムイオンが試料に殆ど到達せず、従って成膜が殆どなされないマスキング付近はかなり広い幅で表面が酸化され、黒黄色を呈した。このような事実から、酸素量が多過ぎると好ましくない場合があることが判る。なお、試料２０は窒素と酸素の流量比を９：１に設定した比較例であって、これが呈する色調は窒化クロムと略同色の灰白色となった。
【００３８】
以上の実験例３から、窒素と酸素の流量比を酸素のみを流す場合から４：１の範囲内で夫々変化させることで、クロムの酸化物または酸窒化物の皮膜が呈する色調は自然光の分光色の一部または全部が縞状に分布する干渉色となり、ユーザーが視覚により充分に識別可能であることが判った。すなわち、硬質被覆処理がなされた切削工具であることの目印を低廉なコストで付し得るものであり、これにより硬質膜の維持が必要な面を再研磨により除去してしまう可能性を確実に低減させ得るものである。なお上層は、複数層からなるクロムの酸化物または酸窒化物層の何れであってもよい。この実験例３では、刃先部と共に台金外周部にもクロムの酸化物または酸窒化物の皮膜を被覆したが、台金部分を全部マスキングすることで、刃先部だけを露出させて被覆処理するようにしてもよい。更に、刃部が本体にろう付けされておらず着脱自在な替刃である場合は、その替刃のみにクロムの酸化物または酸窒化物が被覆される。また本発明は、前述した実施例のみに限定されるものでなく、装飾その他に広く応用可能である。
【００３９】
【実験例４】
次に、実験例４により本発明の実施例を更に具体的に説明する。ここでは、アーク放電型イオンプレーティング装置を使用してＰＶＤ処理法を実施し、これによりクロムの酸化物または酸窒化物の被覆層を、超硬合金がろう付けされた成型面取りルータに形成した。その際の処理条件は、以下の通りであった。
蒸発金属の種類 クロム(Ｃｒ)
アーク放電電流値 １５０Ａ
基板のバイアス電圧 −４０Ｖ
チャンバー内圧力 ２.６Ｐａ
窒素ガスの流量 ３５０sccm
酸素ガスの流量 ３５０sccm
処理時間 ５分
試料として、外周刃部に刃先材料として超硬合金をろう付けした刃数２の成型面取りルータを使用した。試料の寸法は外径５４ｍｍ、シャンク径１６ｍｍ、全長６７ｍｍ、刃長２３ｍｍであった。
【００４０】
図６に示す如く、試料たる成型面取りルータの外周面は略均一の色調(緑色)を呈すると共に、細部が自然光の分光色の一部または全部が縞状に分布する干渉色を良好に呈していた。従って、該ルータの施したクロムの酸化物または酸窒化物の被覆の有無が容易に識別可能であった。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明した如く本発明によれば、ＰＶＤ処理により硬質皮膜を施した切削工具に関して、干渉色を呈するクロムの酸化物または酸窒化物の呈色皮膜を該工具に形成することで、硬質被膜処理が施されている旨をユーザーに覚知させることができる。しかもクロム系硬質皮膜を施した後に、クロム以外の蒸発金属からなる呈色皮膜を更に施すことで該硬質皮膜の有無を判別させようとする場合に、従来は別バッチのＰＶＤ処理によらざるを得なかったためにコスト高となっていたが、本発明によれば呈色皮膜の成分となる蒸発金属をクロム系皮膜の成分となる蒸発金属と同じにすることで、チャンバー中の蒸発金属を交換する必要がなくなり、コストおよび手間が嵩む難点を解消し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】表１の試料２に係る超硬合金の替刃をＸ線回折測定した際のＸ線回折強度を示すグラフ図であって、３酸化２クロムの回折ピークが現れている状態を示している。
【図２】表１の試料１に係る超硬合金の替刃をＸ線回折測定した際のＸ線回折強度を示すグラフ図であって、３酸化２クロムの回折ピークが現れていない状態を示している。
【図３】表１の試料１に係る超硬合金の替刃が、干渉色を呈していることを示す説明平面図である。
【図４】試料に係る丸鋸状の円盤にマスキングを施した状態を示す正面図であって、中心軸より上方だけを示してある。
【図５】試料としてのチップソーの部分側面図であって、干渉色が良好に現れている状態を示している。
【図６】試料としての成型面取りルータの概略斜視図であって、干渉色が良好に現れている状態を示している。
【符号の説明】
１０ 試料(丸鋸状円盤)
１２ マスキング
１４ フランジ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chromium oxide or oxynitride exhibiting an interference color in a cutting tool having a hard film formed by PVD treatment. Coloration The present invention relates to a cutting tool that allows a user to be aware that a hard coating treatment has been performed by forming a coating on the tool.
[0002]
[Prior art]
Rotary cutting tools such as circular saws used to cut wood and wood-based composite materials and other flat cutting tools such as planar flat blades are used as the base material of their blades, for example, high-speed tools. Tool steel such as steel and high chromium alloy tool steel, cemented carbide and other cermets are selectively adopted as materials. And in these cutting tools, the process which gives various hard films | membranes to the blade part is implemented widely for the purpose of the further improvement of sharpness, and the duration and improvement of cutting life.
[0003]
For example, as a means for applying a hard coating to the blade portion, techniques disclosed in Japanese Patent Application No. 1-75889 (Japanese Patent Publication No. 6-69681) and Japanese Patent Application No. 2-257864 (Japanese Patent No. 2665565) are known. ing. In these inventions, in a cutting tool for cutting wood using high-speed tool steel, high-chromium alloy tool steel, or other cemented carbide as a base material, either the flank face or the rake face of the blade portion is made of chromium. By forming a hard coating layer made of nitride, it suppresses the wear of the cutting edge over time, and in terms of sustainability and durability compared to conventional cutting tools that do not have a coating layer Excellent effect is exhibited.
[0004]
Also, Japanese Patent Application No. 4-187077 (Patent No. 2816511) discloses a cutting tool for cutting wood that uses high-speed tool steel, high-chromium alloy tool steel or other cemented carbide as a base material, as described above. It is disclosed that a chromium nitride intermediate layer is provided on one or both of the surface and the rake face, and a chromium (Cr) surface layer is provided on the intermediate layer, thereby maintaining the sharpness and improving the life. Has been. Further, Japanese Patent Application No. 5-259323 (Japanese Patent No. 2673655) discloses a clearance for a rotary cutting tool having a clearance angle in a rotational direction of 10 ° or less with a side blade finished with a flank roughness of Rmax 1 to 10 μm. It is disclosed that the life can be increased by 10 times or more as compared with a conventional cutting tool by coating the surface with any one of chromium, chromium nitride, carbide and carbonitride.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, by forming a chromium-based hard coating such as chromium or chromium nitride, carbide, carbonitride (hereinafter referred to as “chromium-based coating”) on the blade portion of the cutting tool, the sharpness of the blade portion is maintained. In addition, it has been conventionally attempted to extend the life of the cutting edge. Of course, even cutting tools with this hard coating treatment will need to be re-polished because the sharpness will decrease over time as they are used. Must be re-polished. However, the color (color shade, color tone) exhibited by the chrome-based film applied to the blade is generally a single color of white, grayish white, gray or an intermediate color thereof, and can be easily distinguished from the metallic luster color of the base material in the cutting tool. Therefore, it is difficult to identify whether or not the hard coating has been processed.
[0006]
As an example, in the case where the above-mentioned hard film processing is performed with a finger cutter that processes a finger-like joint on the end face in the longitudinal direction of the wood, only the rake face is re-polished in order to maintain the accuracy of the processed shape. There is a need. However, since the hard coating is the chromium-based coating described above, it is difficult to visually identify whether the coating is applied or not, and there is a possibility that the outer peripheral blade flank will be re-polished by mistake. . At this time, the accuracy of the machining shape required for the finger cutter cannot be maintained.
[0007]
In addition, when the sharpness of a chip saw that performs various cutting processes from lumbering to processing of a wooden board is lowered, it is common to re-polish both the rake face of the blade part and the peripheral blade flank face. However, with regard to the tip saw subjected to the hard film treatment, if both the rake face and the outer peripheral blade flank face are re-polished, the entire film is removed, and it becomes impossible to maintain the sharpness and extend the life of the blade edge. . Therefore, in a tip saw with a hard coating, only one of the rake face and the peripheral blade flank face is re-polished. However, since the hard coating is a chromium-based coating, it is also difficult for the user to visually identify the presence or absence of the coating treatment, and the portion that should not be re-polished (rake surface or peripheral blade flank surface) is mistakenly polished. As a result, there was a risk of lowering the durability of the blade portion.
[0008]
In view of the fact that it is difficult to visually identify the presence or absence of a portion where the hard coating is formed when re-grinding a cutting tool with a hard coating in this way, after processing the chromium-based coating on the blade part In addition, in another separate process, a technique for coating an upper layer of another color tone, such as titanium nitride (TiN) exhibiting a gold color or vanadium nitride (VN) exhibiting a yellowish green color, using an evaporated metal other than chromium (Cr) is a special feature. It is described in Kaihei 2-252501. According to this technique, since the hard film is coated with a nitride film or the like exhibiting a golden or yellowish green color, there is an advantage that the formation site of the hard film can be easily discriminated visually. However, when the hard coating is formed by PVD processing, the evaporated metal to be present in the chamber must be exchanged from chromium to another metal material such as titanium nitride or vanadium nitride. That is, as a separate process from the PVD processing batch for forming a chromium-based hard coating, a PVD processing batch for forming a nitride film for color tone discrimination on the hard coating is required, which greatly increases the manufacturing cost and labor. There is a difficult point.
[0009]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been proposed in order to suitably solve the above-described problem, and relates to a cutting tool having a hard film formed by PVD treatment, which is a chromium oxide or oxynitride exhibiting an interference color. Coloration It is an object of the present invention to provide a cutting tool that allows a user to be aware that a hard coating treatment has been performed by forming a coating on the tool. Yet another object of the present invention is to improve on the cost of the conventional batch of PVD treatment, eliminating the need to replace the evaporated metal in the chamber, and reducing costs and The purpose is to eliminate the troublesome task.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to overcome the above problems and achieve the intended purpose, the present invention Interfering color Of chromium oxide or oxynitride Coloration The cutting tool in which the film is formed is a cutting tool in which the base material of the blade portion is made of any of tool steel, cemented carbide and other cermets,
The blade The A hard coating layer that is formed into a layer on the surface of the blade portion by PVD treatment, and is composed of one or more of chromium, chromium nitride, carbide, carbonitride, and
By setting the flow rate ratio of nitrogen and oxygen within the range of 4: 1 from the case of flowing only oxygen during the PVD treatment, on the hard coating layer With a thickness of 0.04 μm to 1.3 μm A chromium oxide or oxynitride that is formed transparently and exhibits an interference color in which some or all of the spectral colors in natural light are distributed in stripes. Coloration Consisting of a film,
Of chromium oxide or oxynitride Coloration The present invention is characterized in that the user can be aware of the fact that the hard coating treatment has been performed with the interference color exhibited by the coating.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings by way of preferred embodiments. The inventor of the present application tries to determine the presence or absence of the hard coating by further applying a colored coating made of an evaporated metal other than chromium after applying a chromium-based hard coating to the blade portion of the cutting tool by PVD processing. In some cases, various tests have been conducted to eliminate this difficulty in view of the current situation in which the cost is high because it has been forced to use another batch of PVD processing.
[0013]
As a result of repeating the experiment of fixing the evaporated metal to the chromium and changing the composition of the reaction gas supplied into the chamber when the hard film is formed on the cutting tool by the PVD process, the inventor has as a result of (1) chromium. A chromium oxide or oxynitride film is applied as an upper layer of the system hard film, and (2) the flow ratio of nitrogen and oxygen during PVD treatment is set within a certain range, and (3) the film is transparent It has been found that a part of or the whole of the spectral color of natural light becomes a film and exhibits an interference color distributed in a striped pattern. The color tone of the obtained chromium oxide or oxynitride film is clearly different from the metallic luster color, and it is possible to instantly identify the presence or absence of the hard film treatment as the base. After forming a chromium-based hard film by PVD treatment in this way, when forming a colored film as an upper layer of the film, the evaporated metal that becomes a component of the colored film is changed to an evaporated metal that becomes a component of the chromium-based film. By making it the same as (Chromium), it is not necessary to replace the evaporated metal in the chamber. That is, since it is not necessary to form a color coating in a separate batch, the cost and labor are hardly different from those of a single batch of conventional PVD treatment, and therefore, the difficulty of increasing the cost can be solved.
[0014]
Here, when a chromium oxide or oxynitride film is formed by PVD treatment, the color tone of the film is determined by the flow ratio of nitrogen and oxygen in the film. That is, when the flow rate ratio of nitrogen and oxygen is specified in a certain range, the color tone of the film becomes an interference color in which part or all of the spectral color of natural light (so-called rainbow color) is distributed in a striped pattern. More specifically, the flow rate ratio of nitrogen and oxygen When only oxygen flows It is preferable to specify the range of 4: 1. When the oxygen flow rate is less than 4: 1, the whole is grayish white which is a color tone exhibited by chromium nitride (CrN). And the flow ratio of nitrogen and oxygen Oxygen The upper limit is preferably in the range of 1: 9, and when the oxygen flow rate is higher than this, depending on the conditions other than the flow rate ratio, chromium trioxide (Cr) ₂ O _Three ) May form a black color.
[0015]
Further, even when the film exhibits an interference color under the above-described processing conditions, chromium ions evaporated from chromium metal may become a part of the article depending on the shape of the article to be treated and the mounting method in the chamber. Some parts can hardly reach the part. In this way, the portion where chromium ions do not reach or only a small amount of chromium ions does not form a film, and the surface is oxidized and exhibits a black-yellow color. In particular, when the oxygen flow rate is higher than 1: 9, surface oxidation is likely to occur in a wider range, which is not preferable from the viewpoint of commercial value.
For example, when the pressure in the chamber needs to be increased for the purpose of stabilizing the arc discharge due to the characteristics of the apparatus or other circumstances, the flow rate ratio of nitrogen and oxygen should be within the above-mentioned range, and argon An inert gas such as (Ar) can be flowed simultaneously.
[0016]
When the film thickness of the chromium oxide or oxynitride is made as thin as possible, the spectrum of natural light is almost completely developed and a clear color with high transparency is exhibited. Conversely, as the film thickness increases, the hue becomes darker and all of the spectral colors tend to be difficult to identify. When the film thickness is further increased, the red color or the like is slightly recognized, and finally the entire color tone becomes dark gray to black. However, as intended by the present invention, the interference color exhibited by the chromium oxide or oxynitride film is used as a mark for determining whether or not the cutting tool has been hard-coated. It is not necessary to increase the thickness of the film, and it may be, for example, within the range of 0.04 to 1.3 μm. Thus, considering only the discriminating application of the hard coating treatment, the chromium oxide or oxynitride film obtained in the present invention may be very thin.
[0017]
In this application, the film thickness is estimated by the following measuring method. First, the results of measuring the interference color distribution and film thickness in Sample 1 of Experimental Example 1 described later were as shown in FIG. In general, assuming that light is irradiated at a substantially right angle to the transparent film, the film thickness h exhibiting an interference color is represented by h = λ (2m−1) / 4n. Here, λ = wavelength, m = positive integer, and n = refractive index.
In Experimental Example 1, the film thickness of the blue portion (the thinnest portion) confirmed in the vicinity of the center hole was measured to be 0.05 μm. If the wavelength λ of blue is 450 nm and this blue is m = 1, the refractive index n is 2.25. Similarly, if m = 2, the refractive index n is 6 It is estimated that m = 1 in this blue color because it is significantly different from the general refractive index value of .75. In Experimental Example 1, the thinnest part was blue, but in Experimental Example 2 where the film thickness distribution was gentle, purple was confirmed in the thinnest part. If the refractive index n = 2.25 and the purple wavelength λ = 390 nm, the film thickness (that is, the minimum film thickness) of this purple portion where the interference color appears first is estimated to be about 0.04 μm. . That is, the minimum film thickness is about 0.04 μm. Further, in the sample 13 of Experiment 2, the film thickness at the limit where the interference color could be confirmed was 1.3 μm in actual measurement. In any case, the thinner the chromium oxide or oxynitride film thickness, the clearer the color tone (bright rainbow), and the thicker the color, the more transparent the mixed color or the dull color tone. An appropriate film thickness is selected according to the above.
[0018]
When the film thickness is thick or when the film thickness is required to be uniform, not all the spectral colors of natural light appear in the film, and the shape of the article to be processed and the reaction gas supplied to the chamber Depending on the type of control parameter such as quantity, only a part of the spectral color develops color, thereby exhibiting various color tones. Therefore, by making the control parameter variable, the coloration degree of the spectral color can be slightly changed according to the purpose. For example, the transparency of the film can be changed variously depending on the flow ratio of nitrogen and oxygen, and the most transparent film can be obtained by setting the flow ratio to about 3: 1. In addition, depending on the shape of the article to be treated, the reach of chromium ions in the chamber varies, and even with the same article, the color distribution varies depending on the film thickness in detail. ing.
[0019]
In forming a hard film by PVD treatment, bombarding is generally performed for the purpose of cleaning the substrate. When this bombarding is performed after the above-described chromium oxide or oxynitride film treatment, The film exhibits a color tone with low contrast. Further, when the chrome oxynitride film is processed and then the chrome film is coated very thinly, the color of the chromic oxynitride film can be seen through under the white color of chromium, and the whole becomes whitish.
[0020]
When the chromium oxide or oxynitride film forming the upper layer is processed, for example, after the chromium nitride film forming the intermediate layer is formed, the flow rate of nitrogen flowing in the chamber is decreased, and conversely, the flow rate of oxygen is increased. If it goes, a so-called gradient composition layer can be obtained. That is, a high stress concentration at the laminate bonding interface between the intermediate layer and the upper layer causes delamination, but there is no interface where the physical property value changes suddenly by making the laminate bonding interface a gradient composition. . Accordingly, the stress specificity is lost, and the occurrence of stress relaxation prevents the upper layer from peeling off and disappearing during cutting or re-polishing, so that the presence or absence of the hard coating treatment can be identified over a long period of time.
[0021]
[Experiment 1]
Next, an example of the present invention will be described in detail by Experimental Example 1. Here, a PVD treatment method was performed using an arc discharge ion plating apparatus, whereby a chromium oxide or oxynitride coating layer was formed on a superalloy alloy blade. The processing conditions at that time were as follows.
Type of evaporated metal Chromium (Cr)
Arc discharge current value 150A
Substrate bias voltage -40V
Chamber pressure 2.6Pa
Introduction gas flow rate (both oxygen and nitrogen) 350-700sccm
Processing time 10 minutes
As a sample, a replaceable blade of a replaceable blade type cutter made of cemented carbide was used. The sample was a rectangular plate, and the dimensions were a width of 10 mm, a length of 20 mm, and a thickness of 1.5 mm. In addition, the sample was mounted in the chamber so that its coated surface was parallel to the evaporation surface of the evaporation metal plate (target). In this case, since the sample was attached to the jig with an M4 countersunk screw through a through hole with a diameter of 4.5 mm located in the center, the periphery of the through hole is behind the head of the countersunk screw.
[0022]
The configuration and results of each coating layer are summarized in Table 1.
[0023]
[Table 1]

[0024]
The chromium oxide or oxynitride film coated on the sample was measured by X-ray diffraction. The X-ray diffraction measurement conditions were as follows.

[0025]
In Table 1, although the color tone of the sample 1 exhibited an interference color, the color tone of the sample 2 led to the entire replacement blade exhibiting a black color. When these samples were measured by X-ray diffraction, as shown in FIG. ₂ O _Three ) Diffraction peak appeared. However, as can be seen from FIG. 2, the diffraction peak of 2 chromium trioxide did not appear on the cemented carbide spare blade of Sample 1. That is, in Experimental Example 1 in which the sample is attached so that the coating surface is parallel to the evaporation surface of the evaporation metal plate (target), when only oxygen is flowed as in Sample 2, a film of 2 chromium trioxide is formed. It was found that no interference color was exhibited. Under the same conditions, it was found that the film was made amorphous by flowing nitrogen and oxygen at the same time as in Sample 1 and exhibited an interference color. FIG. 3 shows that the spare blade of the cemented carbide according to Sample 1 exhibits an interference color. That is, it was confirmed that the interference colors were green, red, green, red, yellow, red to green, yellow, and blue from the outside to the inside.
[0026]
[Experimental example 2]
Next, an example of the present invention will be described in more detail by Experimental Example 2. Here, the PVD treatment method was performed using an arc discharge ion plating apparatus, whereby a chromium oxide or oxynitride coating layer was formed on a circular saw-shaped disk. The processing conditions at that time were as follows.
Type of evaporated metal Chromium (Cr)
Arc discharge current value 150A
Substrate bias voltage -40V
Chamber pressure 0.13-2.6 Pa
Introduction gas flow rate (both oxygen and nitrogen) 30 ~ 700sccm
Processing time 3-10 minutes
Distance between flange and sample 20mm
Flange diameter 340mm
Masking diameter 100mm
[0027]
As a sample, a circular saw disk made of alloy tool steel (SK-5) was used. The sample dimensions were an external diameter of 450 mm and a thickness of 2.0 mm. As shown in FIG. 4, a disk-shaped sample 10 having a radius of 225 mm is sandwiched from both sides by circular masking 12 and 12 having a radius of 50 mm and a thickness of 20 mm, and both sides of the masking 12 and 12 are sandwiched by flanges 14 and 14 having a radius of 170 mm. In this way, ring-shaped masking was applied. At this time, the sample 10, the masking 12 and 12, and the flanges 14 and 14 all have their center axes aligned. By performing the PVD process in this state, a coating layer is formed on both sides of the sample 10 only in the vicinity of the outer periphery where the masking 12, 12 is removed.
[0028]
The respective processing conditions and the obtained results are summarized in Table 2.
[0029]
[Table 2]

[0030]
The pressure in the chamber was kept constant at 2.6 Pa, and the treatment was performed for 3 minutes by changing the flow rates of nitrogen and oxygen, respectively (Sample 3 to Sample 11). According to this, Flushed with nitrogen only In the case (sample 3), the whole exhibited a grayish white color tone of chromium nitride (CrN) and did not exhibit an interference color. When the flow rate ratio of nitrogen and oxygen was set to 9: 1 (Sample 4), although the whole exhibited a grayish white color tone of chromium nitride, an interference color with a slight repetition number of 1 (m = 1) was observed. It was. However, this interference color was a very warm tone. Further, at the outer position where the interference color appeared, grayish white which is the color tone of chromium nitride was exhibited.
[0031]
Furthermore, the flow ratio of nitrogen and oxygen When only oxygen flows 4: 1's When the range was set (Sample 5 to Sample 11), the interference color was clearly seen by repeating several times, and the case where the flow rate ratio of nitrogen was 1: 3 (Sample 8) appeared most clearly. In this, the flow ratio of nitrogen and oxygen is 1:24 and Only oxygen flows In the case (sample 10 and sample 11), the interference colors overlapped with each other at the outer position where the interference colors appear, and black was exhibited. As a result of X-ray diffraction of this black part, 2 chromium trioxide was not recognized, and it was confirmed that this was amorphous. That is, if the coated surface is a surface perpendicular to the evaporated metal plate, When only oxygen flows Even so, it was found to be amorphous. Furthermore, almost no film was formed in the vicinity of the masking at the center of the sample where the chromium ions hardly reached, and the surface of the sample was oxidized to become blackish yellow.
[0032]
Next, when the flow rate ratio between nitrogen and oxygen is 1: 1 and the flow rate is reduced and the pressure in the chamber is kept at 0.13 Pa and the treatment is performed for 3 minutes (sample 12), the whole is chromium. An interference color was not seen with a white color that was the color tone. Further, when the flow rate ratio of nitrogen and oxygen is set to 1: 3 and the pressure in the chamber is maintained at 2.6 Pa and the treatment is performed for 10 minutes (sample 13), the interference color is repeated six times (m = 6). It could be confirmed. In this case, the range of the interference color distribution was narrow, and the outer positions became black gray because the interference colors overlapped. Thus, the flow ratio of nitrogen and oxygen is When only oxygen flows By changing each within the range of 4: 1, it became clear that a part or all of the spectral color of natural light becomes an interference color distributed in a striped manner and can be identified. According to the result of Experimental Example 2, the flow rate ratio of nitrogen and oxygen was preferably 1: 9 to 4: 1.
[0033]
[Experiment 3]
Next, an example of the present invention will be described in more detail by Experimental Example 3. Here, a PVD treatment method was performed using an arc discharge ion plating apparatus, whereby a chromium oxide or oxynitride coating layer was formed on a tip saw brazed with a cemented carbide. The processing conditions at that time were as follows.
Type of evaporated metal Chromium (Cr)
Arc discharge current value 150A
Substrate bias voltage -40V
Pressure in chamber 0.6-2.6Pa
Introduction gas flow rate (both oxygen and nitrogen) 35-700sccm
Processing time 3 minutes
Sample interval 10mm
Masking diameter 230mm
As a sample, a tip saw having 40 blades in which a cemented carbide chip was brazed to the outer peripheral blade portion was used. The dimensions of the sample were an external diameter of 305 mm and a blade thickness of 3.0 mm. Ring-shaped masking is applied to the central part of the base metal in the sample, a plurality of samples are stacked at an interval of 10 mm, and a coating layer is formed on portions other than the masking (base metal side surface, blade side surface and outer peripheral surface) It was. The masking was performed according to the method shown in FIG.
[0034]
The configuration and results of each coating layer are summarized in Table 3.
[0035]
[Table 3]

[0036]
Sample 21 was a comparative example in which chromium nitride was treated on the upper layer, and the color tone of the cutting edge portion as well as the outer peripheral portion of the base metal was grayish white. Similarly, the sample 22 as a comparative example was obtained by processing chromium, and the color tone thereof was white.
[0037]
In Experimental Example 3, as shown in Samples 14 to 19, the gas flow rates of nitrogen and oxygen were changed. In this case, with respect to all the samples, the interference color in which part or all of the spectral color of natural light was distributed in a stripe shape was excellent, and the presence or absence of the hard coating treatment could be easily identified. However, Only oxygen was flushed In the case (sample 19), although the interference color appeared on the side surface of the sample, the outer peripheral surface of the blade portion, which is a surface parallel to the evaporated metal plate as in the coating surface of Experimental Example 1, is black of 2 chromium trioxide Presented. Further, in this case, as shown in FIG. 5, the surface of the masking area where the chromium ions hardly reached the sample and therefore no film was formed was oxidized in a fairly wide width, resulting in a blackish yellow color. From these facts, it can be seen that if the amount of oxygen is too large, it may not be preferable. Sample 20 was a comparative example in which the flow rate ratio of nitrogen and oxygen was set to 9: 1. The color tone exhibited by the sample 20 was grayish white having substantially the same color as chromium nitride.
[0038]
From the above experimental example 3, the flow rate ratio of nitrogen and oxygen is When only oxygen flows By changing each within the range of 4: 1, the color tone of the chromium oxide or oxynitride film becomes an interference color in which a part or all of the spectral color of natural light is distributed in a striped pattern. It was found to be sufficiently distinguishable. In other words, it is possible to attach a mark indicating that the cutting tool has been hard coated at a low cost, and it is possible to reliably remove the surface that needs to maintain the hard film by re-polishing. It can be reduced. The upper layer may be a chromium oxide or oxynitride layer composed of a plurality of layers. In this Experimental Example 3, a chromium oxide or oxynitride film was coated on the outer periphery of the base metal as well as the blade edge part, but by covering the entire base metal part, only the blade edge part was exposed to be coated. You may do it. Further, in the case where the blade portion is a detachable replaceable blade that is not brazed to the main body, only the replaceable blade is coated with chromium oxide or oxynitride. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be widely applied to decoration and the like.
[0039]
[Experimental Example 4]
Next, the Example of this invention is demonstrated more concretely by Experimental example 4. FIG. Here, the PVD process was performed using an arc discharge ion plating apparatus, whereby a chromium oxide or oxynitride coating layer was formed on a molded chamfered router brazed with cemented carbide. . The processing conditions at that time were as follows.
Type of evaporated metal Chromium (Cr)
Arc discharge current value 150A
Substrate bias voltage -40V
Chamber pressure 2.6Pa
Nitrogen gas flow rate 350sccm
Oxygen gas flow rate 350sccm
Processing time 5 minutes
As a sample, a molding chamfering router having two blades in which cemented carbide was brazed as a cutting edge material to the outer peripheral blade portion was used. The sample had an outer diameter of 54 mm, a shank diameter of 16 mm, a total length of 67 mm, and a blade length of 23 mm.
[0040]
As shown in FIG. 6, the outer peripheral surface of the molded chamfering router, which is a sample, exhibits a substantially uniform color tone (green), and the details exhibit a good interference color in which part or all of the spectral color of natural light is distributed in a striped pattern. It was. Therefore, the presence or absence of the chromium oxide or oxynitride coating applied to the router could be easily identified.
[0041]
【Effect of the invention】
As described above, according to the present invention, a chromium oxide or oxynitride having an interference color is applied to a cutting tool having a hard coating by PVD treatment. Coloration By forming a film on the tool, the user can be notified that the hard film treatment has been performed. In addition, after applying a chromium-based hard film, when it is attempted to determine the presence or absence of the hard film by further applying a colored film made of an evaporated metal other than chromium, conventionally, it is necessary to use another batch of PVD treatment. However, according to the present invention, the evaporated metal that is a component of the color film is made the same as the evaporated metal that is a component of the chromium film, so that the evaporated metal in the chamber is replaced. Therefore, it is possible to eliminate the problems of increasing cost and labor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the X-ray diffraction intensity when X-ray diffraction measurement is performed on a cemented carbide spare blade according to Sample 2 in Table 1, where a diffraction peak of 2 chromium trioxide appears. Show.
FIG. 2 is a graph showing the X-ray diffraction intensity when X-ray diffraction measurement is performed with a cemented carbide spare blade according to Sample 1 in Table 1, in which no diffraction peak of 2 chromium trioxide appears. Show.
FIG. 3 is an explanatory plan view showing that the cemented carbide spare blade according to Sample 1 in Table 1 exhibits an interference color.
FIG. 4 is a front view showing a state in which a circular saw-like disk related to a sample is masked, and shows only a part above the central axis.
FIG. 5 is a partial side view of a tip saw as a sample, showing a state in which interference colors appear well.
FIG. 6 is a schematic perspective view of a molded chamfering router as a sample, showing a state in which interference colors appear well.
[Explanation of symbols]
10 samples (circular saw disk)
12 Masking
14 Flange

Claims (2)

刃部の母材が工具鋼、超硬合金その他サーメットの何れかよりなる切削工具であって、
前記刃部をＰＶＤ処理することで刃部表面に層状に形成され、クロムまたはクロムの窒化物、炭化物、炭窒化物の何れか１つ若しくは２つ以上からなる硬質皮膜層と、
前記ＰＶＤ処理に際し窒素と酸素の流量比を酸素のみを流す場合から４：１の範囲内で設定することで、前記硬質皮膜層上に０.０４μｍ〜１.３μｍの厚さで透明に形成され、自然光における分光色の一部または全部が縞状に分布する干渉色を呈するクロムの酸化物または酸窒化物の呈色皮膜とからなり、
前記クロムの酸化物または酸窒化物の呈色皮膜が呈する干渉色をもって、前記硬質被膜処理が施されている旨をユーザーに覚知させ得るようにした
ことを特徴とする干渉色を呈するクロムの酸化物または酸窒化物の呈色皮膜を形成した切削工具。The base material of the blade part is a cutting tool made of either tool steel, cemented carbide or other cermet,
The blade portion is formed into a layer on the blade portion surface by PVD treatment, and a hard coating layer composed of one or more of chromium or chromium nitride, carbide, carbonitride, and
By setting the flow ratio of nitrogen and oxygen in the PVD process within a range of 4: 1 from the case of flowing only oxygen , a transparent film having a thickness of 0.04 μm to 1.3 μm is formed on the hard coating layer. , Consisting of a chromium oxide or oxynitride colored film exhibiting interference colors in which part or all of the spectral color in natural light is distributed in a striped manner,
With an interference color exhibited by the coloration coating oxide or oxynitride of the chromium, chromium exhibiting an interference color, characterized in that the fact that the hard coating treatment is applied to such capable of SatoshiTomo users A cutting tool in which a colored film of oxide or oxynitride is formed. 硬質皮膜層およびクロムの酸化物または酸窒化物の呈色皮膜は、前記刃部における逃げ面またはすくい面の何れかに形成される請求項１記載の干渉色を呈するクロムの酸化物または酸窒化物の呈色皮膜を形成した切削工具。2. The chromium oxide or oxynitride exhibiting interference color according to claim 1, wherein the hard coating layer and the chromium oxide or oxynitride color coating are formed on either the flank face or the rake face of the blade portion. A cutting tool with a colored coating on objects.

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