JPWO2019146710A1 - 被覆工具及びこれを備えた切削工具 - Google Patents
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Abstract
本開示の被覆工具は、基体と、該基体の上に位置する被覆層とを備える。該被覆層は、周期表４、５、６族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎのうちの少なくとも１種の元素と、Ｃ、ＮおよびＯのうちの少なくとも１種の元素とを含む立方晶の結晶を含有する。該被覆層は、前記立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、０°〜９０°の間に位置する第１ピークと、該第１ピークよりも高角度に位置する第２ピークを有する。さらに、前記被覆層は、前記第１ピークおよび前記第２ピークの間に前記第１ピークおよび前記第２ピークのＸ線強度よりもＸ線強度が低い谷部を有する。また、本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置する上述の被覆工具とを備える。【選択図】図４
Description
本開示は、切削加工において用いられる被覆工具及びこれを備えた切削工具に関する。
旋削加工及び転削加工のような切削加工に用いられる被覆工具としては、例えば特許文献１に記載されているような基材の表面に被膜を被覆した切削工具用被覆部材が知られている。特許文献１に記載の被覆工具においては、工具基体を被覆する硬質膜が立方晶の金属化合物からなっている。そして、この金属化合物の（１１１）面および（２００）面を、基体の表面に対して、それぞれ所定の角度で傾けることで、被覆工具の耐摩耗性が高くなることが記載されている。
本開示の被覆工具は、基体と、該基体の上に位置する被覆層とを備える。該被覆層は、周期表４、５、６族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎのうちの少なくとも１種の元素と、Ｃ、ＮおよびＯのうちの少なくとも１種の元素とを含む立方晶の結晶を含有する。該被覆層は、前記立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、０°〜９０°の間に位置する第１ピークと、該第１ピークよりも高角度に位置する第２ピークを有する。さらに、前記被覆層は、前記第１ピークおよび前記第２ピークの間に前記第１ピークおよび前記第２ピークのＸ線強度よりもＸ線強度が低い谷部を有する。また、本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置する上述の被覆工具とを備える。
＜被覆工具＞
以下、本開示の被覆工具について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本開示の被覆工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。これらの点は、後述する切削工具においても同様である。
以下、本開示の被覆工具について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本開示の被覆工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。これらの点は、後述する切削工具においても同様である。
本開示の被覆工具１は、四角板形状であって、四角形の第１面３（図１における上面）と、第２面５（図１における側面）と、第１面３及び第２面５が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃７とを有している。また、本実施形態の被覆工具１は、四角形の第３面８（図１における下面）をさらに有している。
本開示の被覆工具１においては、第１面３の外周の全体が切刃７となっていてもよいが、被覆工具１はこのような構成に限定されるものではない。例えば、四角形の第１面３における一辺のみ、若しくは、部分的に切刃７を有するものであってもよい。
第１面３は、少なくとも一部にすくい面領域３ａを有しており、第１面３における切刃７に沿った領域がすくい面領域３ａとなっていてもよい。第２面５は、少なくとも一部に逃げ面領域５ａを有しており、第２面５における切刃７に沿った領域が逃げ面領域５ａとなっていてもよい。このような構成によれば、すくい面領域３ａ及び逃げ面領域５ａが交わる部分に切刃７が位置していると言い換えてもよい。
図１では、第１面３におけるすくい面領域３ａと、それ以外の領域との境界を一点鎖線で示している。また、第２面５における逃げ面領域５ａと、それ以外の領域との境界を一点鎖線で示している。図１においては、第１面３及び第２面５が交わる稜線の全てが切刃７である例を示しているため、第１面３において上記境界を示す一点鎖線は環状となっている。
被覆工具１の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、第１面３の一辺の長さは、３〜２０ｍｍとしてもよい。また、第１面３から第１面３の反対側に位置する第３面８までの高さは、５〜２０ｍｍ程度としてもよい。
本開示の被覆工具１は、図１及び図２に示すように、四角板形状の基体９と、この基体９の表面を被覆する被覆層１１とを備えている。被覆層１１は、基体９の表面の全体を覆っていてもよく、また、一部のみを覆っていてもよい。被覆層１１が基体９の一部のみを被覆しているときには、被覆層１１は、基体９の上の少なくとも一部に位置しているとも言うことができる。
被覆層１１の厚みは、例えば、０．１〜１０μｍ程度としてもよい。なお、被覆層１１の厚みは一定であっても、場所によって異なっていてもよい。
本開示の被覆工具１は、図３（ａ）に示すように、基体９の表面に、被覆層１１を備える。被覆層１１は、周期表４、５、６族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎのうちの少なくとも１種の元素と、Ｃ、ＮおよびＯの中のうちの少なくとも１種の元素とを含む立方晶の結晶を含有する。立方晶の結晶は、例えば、ＡｌＴｉＮやＡｌＣｒＮ、ＴｉＮなどである。ＴｉＡｌＮ結晶は、ＴｉＮ結晶にＡｌが固溶した結晶である。
これらの立方晶の結晶は、高い硬度と優れた耐摩耗性を有することから、被覆工具１の被覆層１１に好適に用いられるものである。
本開示の被覆工具１は、被覆層１１における立方晶の結晶の配向を制御することで、被覆工具１の耐久性を向上させたものである。被覆層１１に含まれる立方晶の結晶は、（１１１）面を有している。基体９の表面に対する被覆層１１の立方晶の結晶における（１１１）面の傾き角度を、Ｘ線回折装置を用いて測定することで、立方晶の結晶の配向性を評価することができる。
立方晶の結晶における（１１１）面の配向性は、図４〜６に示すように正極点図のＸ線強度分布で評価することができる。
例えば、立方晶の結晶の（１１１）面の正極点図のＸ線強度分布において５０°の位置にピークがあるとき、基体９の表面に対して、（１１１）面が５０°傾いている立方晶の結晶の数が多いことになる。
本開示の被覆工具１における被覆層１１は、図４〜６に示すように、立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、０°〜９０°の間に位置する第１ピークと、第１ピークよりも高角度に位置する第２ピークとを有している。さらに、第１ピークおよび第２ピークの間に第１ピークおよび第２ピークのＸ線強度よりもＸ線強度が低い谷部を有している。
このように立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、複数のピークを有する場合、立方晶の結晶が２つ以上の配向をもって偏在している。
例えば、図４〜６において、第１ピークは、２５°〜４０°の間である、おおよそ３２．５°の位置に存在する。また、第２ピークは、５５°〜７０°の間である、おおよそ６０°に存在する。なお、本開示における第１ピークおよび第２ピークの大小関係は、α軸のＸ線強度分布におけるピーク強度で比較するものとする。
図４では、おおよそ６０°の第２ピークが最大となっており、３２．５°の第１ピークは第２ピークよりも小さくなっている。
つまり、図４〜６に示す被覆工具１においては、基体９の表面に対して、立方晶の結晶の（１１１）面が、おおよそ、３２．５°傾いている立方晶の結晶と基体９の表面に対して、立方晶の結晶の（１１１）面が、おおよそ、６０°傾いている立方晶の結晶が比較的多く存在している。
このように立方晶の結晶の（１１１）面の正極点図のＸ線強度分布において０°〜９０°の間に複数のピークを有する被覆層１１を有する被覆工具１は、立方晶の結晶の（１１１）面の正極点図のＸ線強度分布において０°〜９０°の間に１つのピークのみを有する場合に比べ、耐久性に優れており、長期に渡り安定した切削加工を行うことができる。
被覆工具１の特性は、例えば、硬度や、スクラッチ試験により測定する剥離荷重で評価することができる。被覆工具１の耐久性は、硬度と剥離荷重の影響を受ける。いずれか一方だけが高くとも被覆工具１は、高い耐久性を有するものとならない。本開示の被覆工具１は、硬度と剥離荷重のバランスがよく、耐久性に優れている。
本開示の被覆工具１において、第１ピークのＸ線強度は、図５に示すように、第２ピークのＸ線強度よりも１．０５倍以上大きくてもよい。第１ピークのＸ線強度が高いときには、被覆層１１の剥離荷重が大きくなる傾向にあり、被覆工具１の耐欠損性能が良くなる。
また、第１ピークのＸ線強度は、図４に示すように、第２ピークのＸ線強度の０．９５倍よりも小さくてもよい。このように相対的に第２ピークのＸ線強度が第１ピークのＸ線強度よりも高いときには、被覆層１１の硬度が高くなり、被覆工具１の耐摩耗性能が良くなる。
また、図６に示すように、第１ピークのＸ線強度と第２ピークのＸ線強度とを比較したとき、いずれか大きい方のピーク強度に対して小さい方のピーク強度が０．９５倍以上となっていてもよい。このような構成の被覆層１１は、硬度と剥離荷重の双方のバランスに優れ、使いやすいものである。
また、図４〜６に示すように、立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布は、２５°〜４０°の間に第１ピークを有し、５５°〜７０°の間に第２ピークを有していてもよい。
第１ピークが、２５°〜４０°の間にあると、剥離荷重の高い被覆層１１となる。第２ピークが、５５°〜７０°の間にあると、硬度に優れた被覆層１１となる。
また、図７〜９に示すように、立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布は、０°〜９０°の間に位置する第３ピークと、この第３ピークよりも高角度に位置する第４ピークを有し、さらに、第３ピークおよび第４ピークの間に第３ピークおよび第４ピークのＸ線強度よりもＸ線強度が低い谷部を有していてもよい。
このように、立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布が、０°〜９０°の間に第３ピークおよび第４ピークを有すると、耐久性に優れた被覆工具１となる。
また、第４ピークのＸ線強度は、図９に示すように、第３ピークのＸ線強度の０．９５倍以下であってもよい。このような構成を有すると、被覆層１１の剥離荷重が大きくなり、被覆工具１の耐欠損性が良くなる。
また、第４ピークのＸ線強度は、図８に示すように、第３ピークのＸ線強度の０．９５倍より大きく、１．１５倍より小さくてもよい。このような構成を有する場合、被覆層１１の硬度、剥離荷重のバランスのよい被覆工具１となる。
また、第４ピークのＸ線強度は、図７に示すように、第３ピークのＸ線強度の１．１５倍以上でもよい。このような構成を有する場合、相対的に第４ピークのＸ線強度が高くなり、被覆層１１の硬度が高くなり、被覆工具１の耐摩耗性能が良くなる。
また、図７〜９に示すように、ＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布は、１５°〜３０°の間に第３ピークを有し、６０°〜７５°の間に第４ピークを有していてもよい。このような構成を有する場合、被覆層１１の硬度、剥離荷重が大きくなる。
被覆層１１は、立方晶の結晶としてＡｌＴｉＮ結晶を含有するＡｌＴｉＮ層１３を備えていてもよい。ＡｌＴｉＮ層１３は、アルミニウムの含有比率がチタンの含有比率よりも高くてもよい。また、ＡｌＴｉＮ層１３は、チタンの含有比率がアルミニウムの含有比率よりも高くてもよい。また、ＡｌＴｉＮ層１３は、アルミニウム及びチタンに加えて、クロムをさらに含有していてもよい。但し、クロム成分と比較してアルミニウム及びチタンのそれぞれの含有比率の合計が高い。ＡｌＴｉＮ層１３におけるクロムの含有比率は、例えば、０．１〜２０％としてもよい。なお、上記における「含有比率」とは、原子比での含有比率を示している。
また、図３（ｂ）に示すように、本開示の被覆工具１は、ＡｌＴｉＮ層１３に加えて、立方晶の結晶であるＡｌＣｒＮ結晶を含有するＡｌＣｒＮ層１５を有していてもよい。また、ＡｌＴｉＮ層１３およびＡｌＣｒＮ層１５はそれぞれ複数積層されていてもよい。積層の順は、逆でもよく、相互に複数のＡｌＴｉＮ層１３とＡｌＣｒＮ層１５とを積層されていてもよい。
ＡｌＣｒＮ層１５は、アルミニウム及びクロムのみによって構成されていてもよいが、アルミニウム及びクロムに加えて、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔｉ及びＷなどの金属成分を含有していてもよい。但し、ＡｌＣｒＮ層１５では、上記の金属成分と比較してアルミニウム及びクロムのそれぞれの含有比率の合計が高い。アルミニウムの含有比率は、例えば、２０〜６０％としてもよい。また、クロムの含有比率は、例えば、４０〜８０％にしてもよい。
被覆工具１が、複数のＡｌＣｒＮ層１５を有する場合、それぞれのＡｌＣｒＮ層１５において、アルミニウムの含有比率がクロムの含有比率よりも高くてもよく、また、複数のＡｌＣｒＮ層１５のそれぞれにおいて、クロムの含有比率がアルミニウムの含有比率よりも高くてもよい。
また、ＡｌＣｒＮ層１５は、アルミニウム及びクロムを含む金属成分のみによって構成されていてもよいが、アルミニウム及びクロムは、単独またはいずれも含む、窒化物、炭化物又は炭窒化物であってもよい。
ＡｌＴｉＮ層１３及びＡｌＣｒＮ層１５の組成は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光分析法（ＥＤＳ）又はＸ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）などによって測定することが可能である。
ＡｌＴｉＮ層１３及びＡｌＣｒＮ層１５の積層数は、特定の値に限定されるものではない。ＡｌＴｉＮ層１３及びＡｌＣｒＮ層１５の数は、例えば、２〜５００としてもよい。
被覆層１１は、ＡｌＴｉＮ層１３を有すると耐欠損性が高くなる。また、被覆層１１は、ＡｌＣｒＮ層１５を有すると耐摩耗性が高くなる。被覆層１１は、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５が交互に位置する構成とすると、被覆層１１の全体としての強度が高くなる。
なお、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５のそれぞれの厚みが厚く、且つ、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５の数が少ない場合よりも、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５のそれぞれの厚みが薄く、且つ、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５の数が多い場合の方が、被覆層１１の全体としての強度が高い。
ＡｌＴｉＮ層１３及びＡｌＣｒＮ層１５の厚みは、特定の値に限定されるものではないが、例えば、それぞれ５ｎｍ〜１００ｎｍに設定できる。なお、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５の厚みは、一定であっても、互いに異なっていてもよい。
なお、本開示の被覆工具１は、図１に示すように四角板形状であるが、被覆工具１の形状としてはこのような形状に限定されるものではない。例えば、第１面３及び第３面８が四角形ではなく、三角形、六角形又は円形などであっても何ら問題ない。
本開示の被覆工具１は、図１に示すように、例えば、貫通孔１７を有していてもよい。貫通孔１７は、第１面３から第１面３の反対側に位置する第３面８にかけて形成されており、これらの面において開口している。貫通孔１７は、被覆工具１をホルダに保持する際に、ネジ又はクランプ部材などを取り付けるために用いることが可能である。なお、貫通孔１７は、第２面５における互いに反対側に位置する領域において開口する構成であっても何ら問題ない。
基体９の材質としては、例えば、超硬合金、サーメット及びセラミックスなどの無機材料が挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、ＷＣ（炭化タングステン）−Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ（炭化チタン）−Ｃｏ及びＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ（炭化タンタル）−Ｃｏなどが挙げられる。ここで、ＷＣ、ＴｉＣ及びＴａＣは硬質粒子であり、Ｃｏは結合相である。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料である。具体的には、サーメットとして、ＴｉＣ又はＴｉＮ（窒化チタン）を主成分とした化合物などが挙げられる。なお、基体９の材質としては、これらに限定されるものではない。
被覆層１１は、例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）法などを用いることによって、基体９の上に位置させることが可能である。例えば、貫通孔１７の内周面で基体９を保持した状態で上記の蒸着法を利用して被覆層１１を形成する場合には、貫通孔１７の内周面を除く基体９の表面の全体を覆うように被覆層１１を位置させることができる。
物理蒸着法としては、例えば、イオンプレーティング法及びスパッタリング法などが挙げられる。一例として、イオンプレーティング法で作製する場合には、下記の方法によって被覆層１１を作製することができる。
第１の手順として、アルミニウム、チタンをそれぞれ独立に含有する金属ターゲット、複合化した合金ターゲット又は焼結体ターゲットを準備する。金属源である上記のターゲットをアーク放電又はグロー放電などによって蒸発させてイオン化する。イオン化したターゲットを、窒素源の窒素（Ｎ2）ガス、炭素源のメタン（ＣＨ4）ガス又はアセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガスなどと反応させるとともに、基体９の表面に蒸着させる。以上の手順によってＡｌＴｉＮ層１３を形成することが可能である。
ＡｌＣｒＮ層１５を設ける場合には、第２の手順として、アルミニウム及びクロムをそれぞれ独立に含有する金属ターゲット、複合化した合金ターゲット又は焼結体ターゲットを準備する。金属源である上記のターゲットをアーク放電又はグロー放電などによって蒸発させてイオン化する。イオン化したターゲットを、窒素源の窒素（Ｎ2）ガス、炭素源のメタン（ＣＨ4）ガス又はアセチレン（Ｃ2Ｈ2）ガスなどと反応させるとともに、基体９の表面に蒸着させる。以上の手順によってＡｌＣｒＮ層１５を形成することが可能である。
上記の第１および第２の手順において、基体の温度を４００〜６００℃とし、圧力を２．０〜４．０Ｐａとし、基体に直流バイアス電圧を−５０〜−１００Ｖを印可して、アーク放電電流を１２０〜１８０Ａとするとよい。
上記の第１の手順及び第２の手順を交互に繰り返すことによって、複数のＡｌＴｉＮ層１３及び複数のＡｌＣｒＮ層１５が交互に積層された構成の被覆層１１を形成することが可能である。なお、まず第２の手順を行った後に第１の手順を行ってもよい。また、ＡｌＴｉＮ層１３のみを設けてもよい。
本開示の被覆工具１のように、ＡｌＴｉＮ層１３に含まれるＡｌＴｉＮ結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、０°〜９０°の間に第１ピークと第２ピークを有するＡｌＴｉＮ層１３を形成するには、上述した第１の手順において、アルミニウム及びチタンをそれぞれ独立に含有する金属ターゲット、複合化した合金ターゲット又は焼結体ターゲットの蒸発レートの調整を行うとよい。
蒸発レートを遅くすると、時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層１３の厚みが薄くなる。蒸発レートを早くすると、時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層１３の厚みが厚くなる。
１時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層１３の厚みを２μｍ以上、６０μｍ以下とすると、ＡｌＴｉＮ層に含まれるＡｌＴｉＮ結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布は、０°〜９０°の間に第１ピークと第１ピークよりも高角度に位置する第２ピークを有しており、第１ピークと第２ピークとはお互いの間に第１ピークおよび第２ピークのＸ線強度よりもＸ線強度が低い谷部を有するＡｌＴｉＮ層を形成することができる。
また、ＡｌＴｉＮ結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布は、２５°〜４０°の間に第１ピークを有し、５５°〜７０°の間に第２ピークを有するものとできる。
１時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを５μｍ以上、２０μｍ未満とすると、図５に示すように、第１ピークのＸ線強度を、第２ピークのＸ線強度よりも大きくすることができる。
また、１時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層１３の厚みを２０μｍ以上、６０μｍ未満とすると、図４に示すように、第１ピークのＸ線強度を、第２ピークのＸ線強度よりも小さくすることができる。
また、１時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層１３の厚みを２μｍ以上、５μｍ未満とすると、図６に示すように、第１ピークのＸ線強度と、第２ピークのＸ線強度をほぼ同等にすることができる。
また、ＡｌＴｉＮ層１３に含まれるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、０°〜９０°の間に第３ピークと第４ピークを有するＡｌＴｉＮ層１３を形成するには、上述した第１の手順においてアルミニウム及びチタンをそれぞれ独立に含有する金属ターゲット、複合化した合金ターゲット又は焼結体ターゲットの蒸発レートの調整を行い、１時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層１３の厚みを２μｍ以上、６０μｍ以下とするとよい。
１時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを２μｍ以上、５μｍ未満とすると、図９に示すように、第３ピークのＸ線強度の０．９５倍以下のＸ線強度を有する第４ピークを有するＡｌＴｉＮ層１３を形成することができる。
また、１時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを５μｍ以上、２０μｍ未満とすると、図８に示すように、第３ピークのＸ線強度の０．９５倍より大きく、１．１５倍より小さいＸ線強度を有する第４ピークを有するＡｌＴｉＮ層１３を形成することができる。
また、１時間当たりに基体９の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを２０μｍ以上、６０μｍ未満とすると、図７に示すように、第３ピークのＸ線強度の１．１５倍以上のＸ線強度を有する第４ピークを有するＡｌＴｉＮ層１３を形成することができる。
ＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において複数のピークを有する、これらの被覆工具１は、いずれも、１つのピークしか有さないＡｌＴｉＮ層を有する被覆工具よりも超寿命であり、高耐久性を有する。
＜切削工具＞
次に、本開示の切削工具について図面を用いて説明する。
次に、本開示の切削工具について図面を用いて説明する。
本開示の切削工具１０１は、図１０に示すように、例えば、第１端（図１０における上端）から第２端（図１０における下端）に向かって延びる棒状体である。切削工具１０１は、図１０に示すように、第１端側（先端側）にポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３に位置する上記の被覆工具１とを備えている。切削工具１０１は、被覆工具１を備えているため、長期に渡り安定した切削加工を行うことができる。
ポケット１０３は、被覆工具１が装着される部分であり、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット１０３は、ホルダ１０５の第１端側において開口している。
ポケット１０３には被覆工具１が位置している。このとき、被覆工具１の下面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、被覆工具１とポケット１０３との間にシート（不図示）が挟まれていてもよい。
被覆工具１は、第１面３及び第２面５が交わる稜線における切刃７として用いられる部分の少なくとも一部がホルダ１０５から外方に突出するようにホルダ１０５に装着される。本実施形態においては、被覆工具１は、固定ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、被覆工具１の貫通孔１７に固定ネジ１０７を挿入し、この固定ネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（不図示）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、被覆工具１がホルダ１０５に装着されている。
ホルダ１０５の材質としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いてもよい。
本実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工などが挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に上記の実施形態の被覆工具１を用いてもよい。
以下に、本開示の被覆工具について、説明する。
１時間当たりに基体の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを４μｍ、１０μｍ、２５μｍと変化させて試料Ｎｏ．１〜３を作製した。なお、１時間当たりに基体の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みとは、成膜速度と言い換えてもよい。
また、比較例として１時間当たりに基体の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを１μｍとした試料も作製した。
１時間当たりに基体の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを４μｍとした試料Ｎｏ．１のＡｌＴｉＮ層に含まれる立方晶の結晶であるＡｌＴｉＮ結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布を図４に示す。試料Ｎｏ．１のＡｌＴｉＮ層に含まれる立方晶の結晶であるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布を図７に示す。
１時間当たりに基体の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを１０μｍとした試料Ｎｏ．２のＡｌＴｉＮ層に含まれるＡｌＴｉＮ結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布を図５に示す。試料Ｎｏ．１のＡｌＴｉＮ層に含まれるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布を図８に示す。
１時間当たりに基体の表面に蒸着するＡｌＴｉＮ層の厚みを２５μｍとした試料Ｎｏ．３のＡｌＴｉＮ層に含まれるＡｌＴｉＮ結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布を図６に示す。試料Ｎｏ．１のＡｌＴｉＮ層に含まれるＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布を図９に示す。
なお、試料Ｎｏ．１〜３のＡｌＴｉＮ層の厚みは、いずれも１．５〜２．５μｍとした。また、比較例として作製した試料も同様である。
試料Ｎｏ．１〜３の第１ピークのピーク強度Ｐ１と第２ピークのピーク強度Ｐ２の比Ｐ２／Ｐ１、第３ピークのピーク強度Ｐ３と第４ピークのピーク強度Ｐ４の比Ｐ４／Ｐ３、硬度と、剥離荷重を表１に示す。
Ｘ線強度分布の測定条件は以下の通りとした。なお、試料面法線が入射線と回折線で決まる平面上にあるとき、α角を９０°とする。α角が９０°のとき、正極点図上では中心の点となる。
（１）平板コリメータ
（２）走査方法：同心円
（３）β走査範囲：０〜３６０°/２．５°ピッチ
（４）θ固定角度：ＡｌＴｉＮ結晶の（１１１）面の回折角度は３６．０°から３８．０°までの間で回折強度が最も高くなる角度とする。ＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面の回折角度は４２．０°から４４．０°までの間で回折強度が最も高くなる角度とする。
（５）α走査範囲：０〜９０°/２．５°ステップ
（６）ターゲット：ＣｕＫα、電圧：４５ｋＶ、電流：４０ｍＡ
また、剥離荷重は、スクラッチ試験機にて荷重範囲０〜１００Ｎとして、剥離が生じた荷重を測定した。
（１）平板コリメータ
（２）走査方法：同心円
（３）β走査範囲：０〜３６０°/２．５°ピッチ
（４）θ固定角度：ＡｌＴｉＮ結晶の（１１１）面の回折角度は３６．０°から３８．０°までの間で回折強度が最も高くなる角度とする。ＡｌＴｉＮ結晶の（２００）面の回折角度は４２．０°から４４．０°までの間で回折強度が最も高くなる角度とする。
（５）α走査範囲：０〜９０°/２．５°ステップ
（６）ターゲット：ＣｕＫα、電圧：４５ｋＶ、電流：４０ｍＡ
また、剥離荷重は、スクラッチ試験機にて荷重範囲０〜１００Ｎとして、剥離が生じた荷重を測定した。
表１に示すとおり、ＡｌＴｉＮ層に含まれるＡｌＴｉＮ結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布は、０°〜９０°の間に第１ピーク、第２ピークを有している試料Ｎｏ．１〜３は、優れた硬度と剥離荷重を有しており、第１ピークと第２ピークの関係を制御することで、硬度と剥離荷重を制御することができた。一方、比較例では、０°〜９０°の間に１つのピークだけが存在し、試料Ｎｏ．１〜３に比べ、剥離荷重が低かった。
１・・・被覆工具
３・・・第１面
３ａ・・・すくい面領域
５・・・第２面
５ａ・・・逃げ面領域
７・・・切刃
８・・・第３面
９・・・基体
１１・・・被覆層
１３・・・ＡｌＴｉＮ層
１５・・・ＡｌＣｒＮ層
１７・・・貫通孔
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ
３・・・第１面
３ａ・・・すくい面領域
５・・・第２面
５ａ・・・逃げ面領域
７・・・切刃
８・・・第３面
９・・・基体
１１・・・被覆層
１３・・・ＡｌＴｉＮ層
１５・・・ＡｌＣｒＮ層
１７・・・貫通孔
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ
Claims (14)
- 基体と、該基体の上に位置する被覆層とを備え、
該被覆層は、周期表４、５、６族元素、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ、ＹおよびＭｎの中のうちの少なくとも１種の元素と、Ｃ、ＮおよびＯのうちの少なくとも１種の元素とを含む立方晶の結晶を含有し、
前記被覆層は、前記立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、
０°〜９０°の間に位置する第１ピークと、
該第１ピークよりも高角度に位置する第２ピークと、を有し、
さらに、前記第１ピークおよび前記第２ピークの間に、前記第１ピークおよび前記第２ピークのＸ線強度よりもＸ線強度が低い谷部を有する、被覆工具。 - 前記被覆層は、前記立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、２５°〜４０°の間に第１ピークを有し、５５°〜７０°の間に第２ピークを有する、請求項１に記載の被覆工具。
- 前記第１ピークのＸ線強度は、前記第２ピークのＸ線強度よりも大きい、請求項１または２に記載の被覆工具。
- 前記第１ピークのＸ線強度は、前記第２ピークのＸ線強度よりも小さい、請求項１または２に記載の被覆工具。
- 前記被覆層は、前記立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、
０°〜９０°の間に位置する第３ピークと、
該第３ピークよりも高角度に位置する第４ピークとを有し、
さらに、前記第３ピークおよび前記第４ピークの間に、前記第３ピークおよび前記第４ピークのＸ線強度よりもＸ線強度が低い谷部を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の被覆工具。 - 前記被覆層は、前記立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布において、１５°〜３０°の間に第３ピークを有し、６０°〜７５°の間に第４ピークを有する、請求項５に記載の被覆工具。
- 前記第４ピークのＸ線強度は、前記第３ピークのＸ線強度の０．９５倍以下である、請求項５または６に記載の被覆工具。
- 前記第４ピークのＸ線強度は、前記第３ピークのＸ線強度の０．９５倍より大きく、１．１５倍より小さい、請求項５または６に記載の被覆工具。
- 前記第４ピークのＸ線強度は、前記第３ピークのＸ線強度の１．１５倍以上である、請求項５または６に記載の被覆工具。
- 前記被覆層は、前記立方晶の結晶としてＡｌＴｉＮ結晶を含有するＡｌＴｉＮ層を有する、請求項１〜９のいずれかに記載の被覆工具。
- 前記被覆層は、前記立方晶の結晶としてＡｌＣｒＮ結晶を含有するＡｌＣｒＮ層を有する、請求項１〜１０のいずれかに記載の被覆工具。
- 前記被覆層は、複数の前記ＡｌＴｉＮ層および複数の前記ＡｌＣｒＮ層を有する請求項１１に記載の被覆工具。
- 前記基体は、炭化タングステン及びコバルトを含有する請求項１〜１２のいずれかに記載の被覆工具。
- 第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、
前記ポケットに位置する請求項１〜１３のいずれかに記載の被覆工具と、を備えた切削工具。
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