JP7600405B2

JP7600405B2 - 被覆工具および切削工具

Info

Publication number: JP7600405B2
Application number: JP2023538389A
Authority: JP
Inventors: 啓吉見
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2022-07-07
Publication date: 2024-12-16
Anticipated expiration: 2042-07-07
Also published as: CN117529380A; JPWO2023008133A1; WO2023008133A1; US20240181539A1; DE112022003752T5

Description

本開示は、被覆工具および切削工具に関する。

旋削加工や転削加工等の切削加工に用いられる工具として、超硬合金、サーメット、セラミックス等の基体の表面を被覆層でコーティングすることによって耐摩耗性等を向上させた被覆工具が知られている。

国際公開第２０１９／１４６７１０号国際公開第２０１１／０１６４８８号国際公開第２０１０／００７９５８号

本開示の一態様による被覆工具は、基体と、基体の上に位置する少なくとも１層の被覆層とを備える。被覆層は、周期表４ａ、５ａ、６ａ族元素、ＡｌおよびＳｉの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、ＣおよびＮの中から選ばれた少なくとも１種の元素とからなる立方晶の結晶を含有する。被覆層は、立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布におけるα軸の角度が０°以上９０°以下の測定範囲において、Ｘ線強度の最大値（Ｉ_１ｍａｘ）を有し、且つ、Ｉ_１ｍａｘの８５％以上のＸ線強度となる角度領域（θ_１Ｆ）が、３０°以上９０°以下の領域で９０％以上を占める。

図１は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す側断面図である。図３は、実施形態に係る被覆層の一例を示す断面図である。図４は、図３に示すＨ部の模式拡大図である。図５は、実施形態に係る被覆層に含まれる立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のＸ線強度分布を表すグラフである。図６は、実施形態に係る被覆層に含まれる立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のＸ線強度分布を表すグラフである。図７は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。図８は、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．８について、被覆層に含まれる立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のＸ線強度分布における各種数値をまとめた表である。図９は、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．６について、被覆層に含まれる立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のＸ線強度分布における各種数値をまとめた表である。図１０は、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．８について実施した切削試験の結果をまとめた表である。

以下に、本開示による被覆工具および切削工具を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示による被覆工具および切削工具が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、例えば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。

上述した従来技術には、耐衝撃性を向上させるという点で更なる改善の余地がある。

＜被覆工具＞
図１は、実施形態に係る被覆工具の一例を示す斜視図である。また、図２は、実施形態に係る被覆工具１の一例を示す側断面図である。図１に示すように、実施形態に係る被覆工具１は、チップ本体２を有する。

（チップ本体２）
チップ本体２は、たとえば、上面および下面（図１に示すＺ軸と交わる面）の形状が平行四辺形である六面体形状を有する。

チップ本体２の１つのコーナー部は、切刃部として機能する。切刃部は、第１面（たとえば上面）と、第１面に連接する第２面（たとえば側面）とを有する。実施形態において、第１面は切削により生じた切屑をすくい取る「すくい面」として機能し、第２面は「逃げ面」として機能する。第１面と第２面とが交わる稜線の少なくとも一部には、切刃が位置しており、被覆工具１は、かかる切刃を被削材に当てることによって被削材を切削する。

チップ本体２の中央部には、チップ本体２を上下に貫通する貫通孔５が位置する。貫通孔５には、後述するホルダ７０に被覆工具１を取り付けるためのネジ７５が挿入される（図７参照）。

図２に示すように、チップ本体２は、基体１０と、被覆層２０とを有する。

（基体１０）
基体１０は、たとえば超硬合金で形成される。超硬合金は、Ｗ（タングステン）、具体的には、ＷＣ（炭化タングステン）を含有する。また、超硬合金は、Ｎｉ（ニッケル）やＣｏ（コバルト）を含有していてもよい。たとえば、基体１０は、ＷＣからなる硬質粒子を硬質相成分とし、Ｃｏを結合相の主成分とするＷＣ基超硬合金からなる。

また、基体１０は、サーメットで形成されてもよい。サーメットは、たとえばＴｉ（チタン）、具体的には、ＴｉＣ（炭化チタン）またはＴｉＮ（窒化チタン）を含有する。また、サーメットは、ＮｉやＣｏを含有していてもよい。

また、基体１０は、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）粒子を含有する立方晶窒化硼素質焼結体で形成されてもよい。基体１０は、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）粒子に限らず、六方晶窒化硼素（ｈＢＮ）、菱面体晶窒化硼素（ｒＢＮ）、ウルツ鉱窒化硼素（ｗＢＮ）等の粒子を含有していてもよい。

（被覆層２０）
被覆層２０は、例えば、基体１０の耐摩耗性、耐熱性等を向上させることを目的として基体１０に被覆される。図２の例では、被覆層２０が基体１０を全体的に被覆している。被覆層２０は、少なくとも基体１０の上に位置していればよい。被覆層２０が基体１０の第１面（ここでは、上面）に位置する場合、第１面の耐摩耗性、耐熱性が高い。被覆層２０が基体１０の第２面（ここでは、側面）に位置する場合、第２面の耐摩耗性、耐熱性が高い。

ここで、被覆層２０の具体的な構成について図３を参照して説明する。図３は、実施形態に係る被覆層２０の一例を示す断面図である。

図３に示すように、被覆層２０は、後述する中間層２２と比較して耐摩耗性に優れた層である。被覆層２０は、１層以上の金属窒化物層を有する。また、被覆層２０は、複数の金属窒化物層が積層された第１被覆層２３と、第１被覆層２３の上に位置する第２被覆層２４とを有していてもよい。

被覆層２０は、周期表４ａ、５ａ、６ａ族元素、ＡｌおよびＳｉの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、ＣおよびＮの中から選ばれた少なくとも１種の元素とからなる立方晶の結晶を含有する。なお、４ａ族元素は、Ｔｉ，Ｚｒ，ＨｆおよびＲｆであり、５ａ族元素は、Ｖ，Ｎｂ，ＴａおよびＤｂであり、６ａ族元素は、Ｃｒ，Ｍｏ，ＷおよびＳｇである。被覆層２０の構成については後述する。

（中間層２２）
基体１０と被覆層２０との間には、中間層２２が位置していてもよい。具体的には、中間層２２は、一方の面（ここでは下面）において基体１０の上面に接し、且つ、他方の面（ここでは上面）において被覆層２０（第１被覆層２３）の下面に接する。

中間層２２は、基体１０との密着性が被覆層２０と比べて高い。このような特性を有する金属元素としては、たとえば、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙ、Ｔｉが挙げられる。中間層２２は、上記金属元素のうち少なくとも１種以上の金属元素を含有する。たとえば、中間層２２は、Ｔｉを含有していても良い。なお、Ｓｉは、半金属元素であるが、本明細書においては、半金属元素も金属元素に含まれるものとする。

中間層２２がＴｉを含有する場合、中間層２２におけるＴｉの含有量は、１．５原子％以上であってもよい。たとえば、中間層２２におけるＴｉの含有量は、２．０原子％以上であってもよい。

中間層２２は、上記金属元素（Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙ、Ｔｉ）以外の成分を含有していてもよい。ただし、基体１０との密着性の観点から、中間層２２は、上記金属元素を合量で少なくとも９５原子％以上含有していてもよい。より好ましくは、中間層２２は、上記金属元素を合量で９８原子％以上含有してもよい。なお、中間層２２における金属成分の割合は、たとえば、ＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）に付属しているＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）を用いた分析により特定可能である。

このように、実施形態に係る被覆工具１では、基体１０との濡れ性が被覆層２０と比べて高い中間層２２を基体１０と被覆層２０との間に設けることにより、基体１０と被覆層２０との密着性を向上させることができる。なお、中間層２２は、被覆層２０との密着性も高いため、被覆層２０が中間層２２から剥離するといったことも生じにくい。

中間層２２は、アークイオンプレーティング法（ＡＩＰ法）を用いて成膜されてもよい。ＡＩＰ法は、真空雰囲気でアーク放電を利用してターゲット金属を蒸発させ、Ｎ２ガスと結合することによって金属窒化物を成膜する方法である。このとき、被コーティング物である基体１０に印加されるバイアス電圧は、４００Ｖ以上であってもよい。なお、被覆層２０も、ＡＩＰ法により成膜されてもよい。

なお、中間層２２の厚みは、たとえば０．１ｎｍ以上、２０．０ｎｍ未満であってもよい。

（第１被覆層２３および第２被覆層２４）
次に、第１被覆層２３および第２被覆層２４の構成について図４を参照して説明する。図４は、図３に示すＨ部の模式拡大図である。

図４に示すように、被覆層２０は、中間層２２の上に位置する第１被覆層２３と、第１被覆層２３の上に位置する第２被覆層２４とを有する。

第１被覆層２３は、複数の第１層２３ａと複数の第２層２３ｂとを有する。第１被覆層２３は、第１層２３ａと第２層２３ｂとが厚み方向に交互に積層された縞状構成を有している。

第１層２３ａおよび第２層２３ｂの厚みは、それぞれ５０ｎｍ以下としてもよい。薄く形成された第１層２３ａおよび第２層２３ｂは、残留応力が小さく、剥離やクラック等が生じ難いため、被覆層２０の耐久性が高くなる。

第１層２３ａは、中間層２２に接する層であり、第２層２３ｂは、第１層２３ａ上に形成される。

第１被覆層２３、具体的には、第１層２３ａおよび第２層２３ｂは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｉ、第５族元素、第６族元素およびＴｉを除く第４族元素からなる群より選択される少なくとも１種の元素と、ＣおよびＮからなる群より選択される少なくとも１種の元素とからなっていてもよい。具体的には、第１層２３ａおよび第２層２３ｂは、Ａｌ、第５族元素、第６族元素およびＴｉを除く第４族元素からなる群より選択される少なくとも１種の元素と、ＣおよびＮからなる群より選択される少なくとも１種の元素と、Ｓｉおよび、Ｃｒとを有していてもよい。

さらに具体的には、第１層２３ａおよび第２層２３ｂは、Ａｌ、Ｃｒ、ＳｉおよびＮを有していてもよい。すなわち、第１層２３ａおよび第２層２３ｂは、Ａｌ、ＣｒおよびＳｉの窒化物であるＡｌＣｒＳｉＮを含有するＡｌＣｒＳｉＮ層であってもよい。なお、「ＡｌＣｒＳｉＮ」との表記は、ＡｌとＣｒとＳｉとＮとが任意の割合で存在することを意味しており、必ずしもＡｌとＣｒとＳｉとＮとが１対１対１対１で存在することを意味するものではない。

このように、中間層２２に含まれる金属（たとえば、Ｓｉ）を含有する第１層２３ａを中間層２２の上に位置させることで、中間層２２と被覆層２０との密着性が高い。これにより、被覆層２０が中間層２２から剥離し難くなるため、被覆層２０の耐久性が高い。

第１層２３ａおよび第２層２３ｂは、それぞれＡｌとＣｒとＳｉとＮとを含有していてもよい。ここで、第１層２３ａにおけるＡｌ含有量を第１Ａｌ含有量とし、第１層２３ａにおけるＣｒ含有量を第１Ｃｒ含有量とし、第１層２３ａにおけるＳｉ含有量を第１Ｓｉ含有量とする。また、第２層２３ｂにおけるＡｌ含有量を第２Ａｌ含有量とし、第２層２３ｂにおけるＣｒ含有量を第２Ｃｒ含有量とし、第２層２３ｂにおけるＳｉ含有量を第２Ｓｉ含有量とする。

この場合、第１Ａｌ含有量は、第２Ａｌ含有量より多く、第１Ｃｒ含有量は、第２Ｃｒ含有量より少なく、第１Ｓｉ含有量は、第２Ｓｉ含有量より多くてもよい。第１被覆層２３に含まれる金属元素に占めるＡｌとＣｒとＳｉとの合計は、９８原子％以上であってもよい。

第２被覆層２４は、Ｔｉ、ＳｉおよびＮを有していてもよい。すなわち、第２被覆層２４は、ＴｉおよびＳｉを含有する窒化物層（ＴｉＳｉＮ層）であってもよい。なお、「ＴｉＳｉＮ層」との表記は、ＴｉとＳｉとＮとが任意の割合で存在することを意味しており、必ずしもＴｉとＳｉとＮとが１対１対１で存在することを意味するものではない。

これにより、たとえば、第２被覆層２４の摩擦係数が低い場合には、被覆工具１の耐溶着性を向上させることができる。また、たとえば、第２被覆層２４の硬度が高い場合には、被覆工具１の耐摩耗性を向上させることができる。また、たとえば、第２被覆層２４の酸化開始温度が高い場合には、被覆工具１の耐酸化性を向上させることができる。

第２被覆層２４は、少なくとも２つの層が厚み方向に位置する縞状構造を有していてもよい。第２被覆層２４の縞状構造が有する各層は、たとえば、Ｔｉと、Ｓｉと、Ｎとを含有していてもよい。この場合、第２被覆層２４は、Ｔｉの含有量（以下、「Ｔｉ含有量」と記載する）、Ｓｉの含有量（以下、「Ｓｉ含有量」と記載する）およびＮの含有量（以下、「Ｎ含有量」と記載する）が、第２被覆層２４の厚み方向に沿ってそれぞれ増減を繰り返していてもよい。第２被覆層２４に含まれる金属元素のうち、ＴｉおよびＳｉの合計は、９８原子％以上であってもよい。また、第２被覆層２４は、厚み方向に交互に位置する第３層および第４層を有していてもよい。

＜（１１１）面に関する正極点図のＸ線強度分布について＞
図５は、実施形態に係る被覆層２０に含まれる立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のＸ線強度分布を表すグラフである。図５に示す正極点図の横軸はα軸（あおり軸）の角度を示しており、縦軸はあおり方向におけるＸ線強度を示している。

立方晶の結晶における（１１１）面の配向性は、（１１１）面に関する正極点図のＸ線強度分布により評価することができる。たとえば、（１１１）面に関する正極点図のＸ線強度分布において、４５°の位置にピークがあるとき、基体１０の表面に対して（１１１）面が４５°傾いている立方晶の結晶の数が多いことになる。

図５に示すように、実施形態に係る被覆層２０は、立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布におけるα軸の角度が０°以上９０°以下の測定範囲において、Ｘ線強度の最大値Ｉ_１ｍａｘを有する。

ここで、Ｉ_１ｍａｘの８５％以上の強度となるα軸の角度領域をθ_１Ｆとする。実施形態に係る被覆層２０において、θ_１Ｆはα軸の角度が３０°以上９０°以下の領域で９０％以上であってもよい。かかる構成によれば、結晶方位がある程度揃うことで、突発欠損が低減する。したがって、かかる構成の被覆層２０を有する被覆工具１、耐衝撃性が高い。

また、図５に示す（１１１）面に関する正極点図において、Ｉ_１ｍａｘを示すα軸の角度θ_１ｍａｘより高角度側の角度領域の第１領域とし、θ_１ｍａｘより低角度側の角度領域の第２領域とする。また、第１領域内のＸ線強度の最小値をＩ_{１１ｍｉｎ}とし、第２領域内のＸ線強度の最小値をＩ_{１２ｍｉｎ}とする。

この場合、被覆層２０は、Ｉ_１ｍａｘとＩ_{１１ｍｉｎ}の差（Ｉ_１ｍａｘ－Ｉ_{１１ｍｉｎ}）が、Ｉ_１ｍａｘとＩ_{１２ｍｉｎ}の差（Ｉ_１ｍａｘ－Ｉ_{１２ｍｉｎ}）より小さく、Ｉ_{１１ｍｉｎ}がＩ_１ｍａｘの８５％以上であってもよい。

被覆層２０の配向性をこのような構成とした場合、被覆層２０に結晶配向性が高い領域が存在することとなる。これにより、かかる被覆層２０を有する被覆工具１は、様々な方向からの衝撃に耐えることができる。したがって、実施形態に係る被覆工具１は、耐衝撃性が高い。

また、図５に示す（１１１）面に関する正極点図において、被覆層２０は、Ｉ_{１２ｍｉｎ}がＩ_１ｍａｘの５％以上２０％以下であってもよい。

被覆層２０の配向性をこのような構成とした場合、被覆層２０への衝撃が弱い方向の配向を小さくできる。これにより、多くの配向を、衝撃の強い方向へ揃えることができる。したがって、かかる構成の被覆層２０を有する被覆工具１は、耐衝撃性が高い。

また、図５に示す（１１１）面に関する正極点図において、被覆層２０は、θ_１ｍａｘが３５°以上５５°以下であってもよい。

θ_１ｍａｘがこの範囲に存在する場合、被覆層２０は、水平方向及び垂直方向の両方からの衝撃に強くなる。したがって、かかる構成の被覆層２０を有する被覆工具１は、耐衝撃性が高い。

また、図５に示す（１１１）面に関する正極点図において、被覆層２０は、第１領域に少なくとも１つの変曲点を有していてもよい。

被覆層２０の配向性をこのような構成とした場合、配向性が高くなる領域を大きくすることができる。したがって、かかる構成の被覆層２０を有する被覆工具１は、耐衝撃性が高い。

＜（２００）面に関する正極点図のＸ線強度分布について＞
図６は、実施形態に係る被覆層２０に含まれる立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のＸ線強度分布を表すグラフである。図６に示す正極点図の横軸はα軸（あおり軸）の角度を示しており、縦軸はあおり方向におけるＸ線強度を示している。

図６に示すように、実施形態に係る被覆層２０は、立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布におけるα軸の角度が０°以上９０°以下の測定範囲において、Ｘ線強度の最大値Ｉ_２ｍａｘを有する。ここで、Ｉ_２ｍａｘを示すα軸の角度をθ_２ｍａｘとし、θ_２ｍａｘより高角度側の角度領域を第３領域とし、θ_２ｍａｘより低角度側の角度領域を第４領域とする。また、第３領域内のＸ線強度の最小値をＩ_{２３ｍｉｎ}とし、第４領域内のＸ線強度の最小値をＩ_{２４ｍｉｎ}とする。

図６に示す（２００）面に関する正極点図において、被覆層２０は、Ｉ_２ｍａｘとＩ_{２３ｍｉｎ}の差（Ｉ_２ｍａｘ－Ｉ_{２３ｍｉｎ}）が、Ｉ_２ｍａｘとＩ_{２４ｍｉｎ}との差（Ｉ_２ｍａｘ－Ｉ_{２４ｍｉｎ}）より小さく、Ｉ_{２３ｍｉｎ}がＩ_２ｍａｘの９５％以上であってもよい。

被覆層２０をこのような構成とした場合、被覆層２０は、Ｉ_２ｍａｘと強度が近い領域を有することになり、様々な方向からの衝撃に対してチッピング及び欠損を防止することができる。したがって、かかる構成の被覆層２０を有する被覆工具１は、耐衝撃性が高い。

また、図６に示す（２００）面に関する正極点図において、被覆層２０は、Ｉ_{２４ｍｉｎ}がＩ_２ｍａｘの２％以上３５％以下であってもよい。

また、図６に示す（２００）面に関する正極点図において、実施形態に係る被覆層２０は、θ_２ｍａｘが７０°以上８５°以下であってもよい。

θ_２ｍａｘがこの範囲に存在する場合、被覆層２０は、水平方向及び垂直方向の両方からの衝撃に強くなる。したがって、かかる構成の被覆層２０を有する被覆工具１は、耐衝撃性が高い。

被覆層２０は、たとえば、物理蒸着（ＰＶＤ）法などを用いることによって、基体１０の上に位置させることが可能である。たとえば、貫通孔５の内周面で基体１０を保持した状態で上記の蒸着法を利用して被覆層２０を形成した場合、貫通孔５の内周面を除く基体１０の表面の全体を覆うように被覆層２０を位置させることができる。

＜切削工具＞
次に、上述した被覆工具１を備えた切削工具の構成について図７を参照して説明する。図７は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。

図７に示すように、実施形態に係る切削工具１００は、被覆工具１と、被覆工具１を固定するためのホルダ７０とを有する。

ホルダ７０は、第１端（図７における上端）から第２端（図７における下端）に向かって伸びる棒状の部材である。ホルダ７０は、たとえば、鋼、鋳鉄製である。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼が用いられることが好ましい。

ホルダ７０は、第１端側の端部にポケット７３を有する。ポケット７３は、被覆工具１が装着される部分であり、被削材の回転方向と交わる着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有する。着座面には、後述するネジ７５を螺合させるネジ孔が設けられている。

被覆工具１は、ホルダ７０のポケット７３に位置し、ネジ７５によってホルダ７０に装着される。すなわち、被覆工具１の貫通孔５にネジ７５を挿入し、このネジ７５の先端をポケット７３の着座面に形成されたネジ孔に挿入してネジ部同士を螺合させる。これにより、被覆工具１は、切刃部分がホルダ７０から外方に突出するようにホルダ７０に装着される。

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被覆工具１を用いてもよい。転削加工に用いられる切削工具としては、たとえば、平フライス、正面フライス、側フライス、溝切りフライスなどフライス、１枚刃エンドミル、複数刃エンドミル、テーパ刃エンドミル、ボールエンドミルなどのエンドミルなどが挙げられる。

（製造方法）
次に、本実施形態に係る被覆工具１の製造方法の一例について説明する。なお、本態様の被覆工具の製造方法は、下記の製造方法に限定されるものではない。

被覆層は、たとえば物理蒸着法により形成されてもよい。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被覆層を作製する場合には、下記の方法によって被覆層を作製することができる。

最初に、中間層の製造方法の一例を示す。８×１０^-３～１×１０^-４Ｐａの減圧環境下において基体を加熱して表面温度を５００～６００℃にする。次に、雰囲気ガスとしてアルゴンガスを導入し、圧力を３．０Ｐａに保持する。次に、バイアス電圧を－４００Ｖとして、アルゴンボンバード処理を１１分行う。次に、圧力を０．１Ｐａに減圧させ、Ｔｉ金属蒸発源に１３０～１６０Ａのアーク電流を印可し、０．３分間処理し、基体の表面に対して中間層としてのＴｉ含有中間層を形成する。所望の厚みの中間層を作製するために、アルゴンボンバード処理及びＴｉ含有中間層形成処理を繰り返してもよい。但し、２回目以降のアルゴンボンバード処理では、バイアス電圧を－２００Ｖとする。

次に、第１被覆層をイオンプレーティング法で作製する方法の一例を示す。まず、一例としてＣｒ、ＳｉおよびＡｌの各金属ターゲット、または複合化した合金ターゲット、または焼結体ターゲットを準備する。

次に、金属源である上記のターゲットをアーク放電またはグロー放電などによって蒸発させてイオン化する。イオン化した金属を、窒素源の窒素（Ｎ_２）ガス、などと反応させるとともに、基体の表面に蒸着させる。以上の手順によってＡｌＣｒＳｉＮ層を形成することが可能である。

上記の手順において、基体の温度を５００～６００℃とし、窒素ガス圧力を１．０～６．０Ｐａとし、基体に－５０～－２００Ｖの直流バイアス電圧を印可して、アーク放電電流を１００～２００Ａとしてもよい。

第１被覆層の組成は、アルミニウム金属ターゲット、クロム金属ターゲット、アルミニウム－シリコン複合化合金ターゲット、および、クロム－シリコン複合化合金ターゲットにかかるアーク放電・グロー放電時の電圧・電流値をそれぞれのターゲット毎に独立に制御することによって調整することができる。また、被覆層の組成は、被覆時間や雰囲気ガス圧の制御によっても調整することができる。実施形態の一例においてはアーク放電・グロー放電時の電圧・電流値を変化させることにより、ターゲット金属のイオン化量を変化させることができる。また、ターゲット毎にアーク放電・グロー放電時の電流値を周期的に変えることにより、ターゲット金属のイオン化量を周期的に変化させることができる。ターゲットのアーク放電・グロー放電時の電流値は、０．０１～０．５ｍｉｎの間隔で周期的に変えることにより、ターゲット金属のイオン化量を周期的に変化させることができる。これにより被覆層の厚み方向において、各金属元素の含有割合がそれぞれの周期で変化する構成とすることができる。

上記の手順を行う際に、Ａｌ、Ｓｉの量が少なくなるように、また、Ｃｒの量が多くなるよう、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒの組成を変化させ、その後、Ａｌ、Ｓｉの量が多くなるように、また、Ｃｒの量が少なくなるよう、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒの組成を変化させることによって、第１層および第２層を有する第１被覆層を作製することが可能である。

次に、ＴｉＳｉＮ層である第２被覆層の製造方法の一例について説明する。

第１被覆層と同様に、第２被覆層も物理蒸着法により形成されてもよい。一例として、まず、Ｔｉ金属ターゲット及びＴｉ－Ｓｉ複合化合金ターゲットを準備する。そして、用意した各ターゲットにかかるアーク放電・グロー放電時の電圧・電流値をターゲット毎に独立に制御することによって縞状構造を有する第２被覆層を作製することができる。

上記の手順において、基体の温度を５００～６００℃とし、窒素ガス圧力を１．０～６．０Ｐａとし、基体に－５０～－２００Ｖの直流バイアス電圧を印可して、アーク放電電流を１００～２００Ａ、アーク電流の変化周期を０．０１～０．５ｍｉｎ、としてもよい。

以下、本開示の実施例を具体的に説明する。なお、本開示は以下に示す実施例に限定されるものではない。

基体がＷＣからなり、中間層がＴｉ含有層からなり、第１被覆層がＡｌＣｒＳｉＮ層からなり、第２被覆層がＴｉＳｉＮ層からなる被覆工具を試料Ｎｏ．１とした。試料Ｎｏ．１は本開示の実施例に相当する。

１×１０^-３Ｐａの減圧環境下において基体を加熱して表面温度を５５０℃にした。次に、雰囲気ガスとしてアルゴンガスを導入し、圧力を３．０Ｐａに保持した。次に、バイアス電圧を－４００Ｖとして、アルゴンボンバード処理を１１分行った。次に、圧力を０．１Ｐａに減圧し、Ｔｉ金属蒸発源に１５０Ａのアーク電流を印可し、０．３分間処理し、基体の表面に対してＴｉ含有層を形成した。アルゴンボンバード処理及びＴｉ含有層形成処理を繰り返し、合計３回行うことで、層厚８ｎｍの中間層を形成した。但し、２回目及び３回目のアルゴンボンバード処理では、バイアス電圧を－２００Ｖとした。

＜アルゴンボンバード処理の処理条件＞
（１）バイアス電圧：－４００Ｖ
（２）圧力：３Ｐａ
（３）処理時間：１１分

＜Ｔｉ含有層の成膜条件＞
（１）アーク電流：１５０Ａ
（２）バイアス電圧：－４００Ｖ
（３）圧力：０．１Ｐａ
（４）処理時間：０．３分

＜２回目以降のアルゴンボンバード処理条件＞
（１）バイアス電圧：－２００Ｖ
（２）圧力：３Ｐａ
（３）処理時間：１分

中間層は、拡散による他の金属元素を含有していてもよい。例えば、中間層がＴｉを含有する場合、Ｔｉ以外の金属元素を５０～９８原子％含有していてもよい。

次に、第１被覆層を形成した。基体が収容されたチャンバの内部に雰囲気ガス及びＮ源としてＮ_２ガスを導入し、チャンバの内部の圧力を３Ｐａに保持した。次にＡｌ金属、Ｃｒ金属、及びＡｌ_５０Ｓｉ_５０合金蒸発源にそれぞれ、－１３０Ｖのバイアス電圧、及びアーク電流をそれぞれ、１３５～１５０Ａ、１２０～１５０Ａ、１１０～１２０Ａで１５ｍｉｎ間、各アーク電流を０．０４ｍｉｎの周期で繰り返し印加し、平均厚み１．８μｍの第１被覆層であるＡｌ_５０Ｃｒ_３９Ｓｉ_１１Ｎ層を形成した。

次に、第２被覆層を形成した。Ｔｉ金属、及びＴｉ_５０Ｓｉ_５０合金蒸発源にそれぞれ、－１００Ｖのバイアス電圧、及びアーク電流をそれぞれ、１００～２００Ａ、１００～２００Ａ、で各アーク電流を１０ｍｉｎ間、０．０４ｍｉｎ周期で繰り返し印加し、平均厚み１．２μｍの第２被覆層であるＴｉ_８６Ｓｉ_１４Ｎ層を形成した。

試料Ｎｏ．１に対する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°以上３６０°以下／２．５°ピッチ
（４）θ固定角度：Ｔｉ_８６Ｓｉ_１４Ｎ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。Ｔｉ_８６Ｓｉ_１４Ｎ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°以上９０°以下／２．５°ステップ
（６）ターゲット：ＣｕＫα、電圧：４５ｋＶ、電流：４０ｍＡ

被覆層を形成した２ＫＭＢＬ０２００－０８００－Ｓ４形状の被覆ボールエンドミルを用いて切削試験を行った。切削試験においては、切削長１ｍごとに刃先逃げ面を観察し、チッピングの有無を顕微鏡にて観察し、チッピングが発生した時点の切削長から計算される衝撃回数を求めた。下記に試験条件を示す。また、比較例として、従来からある製品（試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．８）についても同様の試験を行った。

＜切削試験条件＞
（１）被削材：ＳＫＤ１１Ｈ
（２）回転数：１６９００ｍｉｎ^－１
（３）テーブル送り：１３２０ｍｍ／ｍｉｎ
（４）切り込み量（ａｐ×ａｅ）：０．０８ｍｍ×０．２ｍｍ
（５）切削状態：湿式
（６）クーラント：オイルミスト

＜（１１１）面に関する正極点図のＸ線強度分布について＞
図８は、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．８について、被覆層に含まれる立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のＸ線強度分布における各種数値をまとめた表である。

図８に示すように、試料Ｎｏ．１において、Ｘ線強度の最大値であるＩ_１ｍａｘの８５％以上のＸ線強度となる角度領域（θ_１Ｆ）は、５６．８°であった。また、３０°以上９０°以下の角度領域においてθ_１Ｆが占める割合、すなわち、θ_１Ｆ／（９０°－３０°）は、９４．６％であった。

これに対し、試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．８におけるθ_１Ｆ／（９０°－３０°）は、それぞれ、５０．０％、４２．５％、５５．８％、６１．７％、４８．３％、３１．７％および２５．０％である。すなわち、試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．８はいずれも、３０°以上９０°以下の角度領域においてθ_１Ｆが占める割合は、９０％未満である。

また、試料Ｎｏ．１において、Ｘ線強度の最大値であるＩ_１ｍａｘと第１領域におけるＸ線強度の最小値であるＩ_{１１ｍｉｎ}との差（Ｉ_１ｍａｘ－Ｉ_{１１ｍｉｎ}）は３７５であり、Ｘ線強度の最大値であるＩ_１ｍａｘと第２領域におけるＸ線強度の最小値であるＩ_{１２ｍｉｎ}との差は、２６６３であった。また、試料Ｎｏ．１において、Ｉ_１ｍａｘに対するＩ_{１１ｍｉｎ}の比率、すなわち、Ｉ_{１１ｍｉｎ}／Ｉ_１ｍａｘは、８６．８％であった。

このように、試料Ｎｏ．１において、Ｉ_１ｍａｘとＩ_{１１ｍｉｎ}との差（Ｉ_１ｍａｘ－Ｉ_{１１ｍｉｎ}）は、Ｉ_１ｍａｘとＩ_{１２ｍｉｎ}との差よりも小さく、Ｉ_{１１ｍｉｎ}は、Ｉ_１ｍａｘの８５％以上であった。これに対し、試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．８はいずれも、Ｉ_{１１ｍｉｎ}がＩ_１ｍａｘの８５％未満である。

また、試料Ｎｏ．１において、Ｉ_１ｍａｘに対するＩ_{１２ｍｉｎ}の比率、すなわち、Ｉ_{１２ｍｉｎ}／Ｉ_１ｍａｘは、６．０％であった。このように、試料Ｎｏ．１において、Ｉ_{１２ｍｉｎ}は、Ｉ_１ｍａｘの５％以上２０％以下である。これに対し、試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．４，Ｎｏ．７，Ｎｏ．８は、Ｉ_{１２ｍｉｎ}がＩ_１ｍａｘの５％未満であり、試料Ｎｏ．５，Ｎｏ．６は、Ｉ_{１２ｍｉｎ}がＩ_１ｍａｘの２０％超であった。

また、試料Ｎｏ．１において、θ_１ｍａｘは、４５°であった。このように、試料Ｎｏ．１において、θ_１ｍａｘは、３５°以上５５°以下であった。これに対し、試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．８のθ_１ｍａｘは、それぞれ６０°、３２．５°、３２．５°、６０°、４０°、８０°、６０°であった。

また、試料Ｎｏ．１は、６０°の位置に変曲点を有する。すなわち、試料Ｎｏ．１は、第１領域に１つの変曲点を有する。これに対し、試料Ｎｏ．２は、第１領域における８５°の位置に変曲点を有し、試料Ｎｏ．３は、第１領域における４７．５°および８０°の位置にそれぞれ変曲点を有し、試料Ｎｏ．４は、第１領域における４７．５°、６０°、８２．５°の位置にそれぞれ変曲点を有する。また、試料Ｎｏ．５は、変曲点を有さず、試料Ｎｏ．６は、第１領域における８５°の位置に変曲点を有し、試料Ｎｏ．７は、変曲点を有さず、試料Ｎｏ．８は、第１領域における７５°の位置に変曲点を有する。

＜（２００）面に関する正極点図のＸ線強度分布について＞
図９は、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．６について、被覆層に含まれる立方晶の結晶の（２００）面に関する正極点図のＸ線強度分布における各種数値をまとめた表である。

図９に示すように、試料Ｎｏ．１において、Ｘ線強度の最大値であるＩ_２ｍａｘと第３領域におけるＸ線強度の最小値であるＩ_{２３ｍｉｎ}との差（Ｉ_２ｍａｘ－Ｉ_{２３ｍｉｎ}）は、６１であり、Ｉ_２ｍａｘと第４領域におけるＸ線強度の最小値であるＩ_{２４ｍｉｎ}との差（Ｉ_２ｍａｘ－Ｉ_{２４ｍｉｎ}）は、４９１２であった。また、試料Ｎｏ．１において、Ｉ_２ｍａｘに対するＩ_{２３ｍｉｎ}の比率、すなわち、Ｉ_{２３ｍｉｎ}／Ｉ_２ｍａｘは、９８．８％であった。このように、試料Ｎｏ．１は、Ｉ_２ｍａｘとＩ_{２３ｍｉｎ}との差（Ｉ_２ｍａｘ－Ｉ_{２３ｍｉｎ}）が、Ｉ_２ｍａｘとＩ_{２４ｍｉｎ}との差（Ｉ_２ｍａｘ－Ｉ_{２４ｍｉｎ}）より小さく、Ｉ_{２３ｍｉｎ}がＩ_２ｍａｘの９５％以上である。

これに対し、試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６は、Ｉ_２ｍａｘに対するＩ_{２３ｍｉｎ}の比率、すなわち、Ｉ_{２３ｍｉｎ}／Ｉ_２ｍａｘが、それぞれ５８．４％、４９．９％、３７．８％、９０．５％、５６．９％であり、いずれも９５％未満であった。

また、試料Ｎｏ．１において、Ｉ_２ｍａｘに対するＩ_{２４ｍｉｎ}の比率は、２．４％であった。このように、試料Ｎｏ．１において、Ｉ_{２４ｍｉｎ}はＩ_２ｍａｘの２％以上３５％以下である。これに対し、試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．４は、Ｉ_{２４ｍｉｎ}がＩ_２ｍａｘの２％未満であり、試料Ｎｏ．５，Ｎｏ．６は、Ｉ_{２４ｍｉｎ}はＩ_２ｍａｘの３５％超である。

また、試料Ｎｏ．１において、θ_２ｍａｘは、８２．５°であった。このように、試料Ｎｏ．１は、θ_２ｍａｘが７０°以上８５°以下である。これに対し、試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．６のθ_２ｍａｘは、それぞれ６７．５°、６５°、２０°、７０°、７０°、７５°であった。

＜切削試験結果＞
図１０は、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．８について実施した切削試験の結果をまとめた表である。図１０に示すように、本開示に実施例に相当する試料Ｎｏ．１は、衝撃回数１２８０００回でもチッピングが発生しなかった。これに対し、比較例である試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．８は、衝撃回数３００００～５００００回でチッピングが発生した。

このように、本開示の実施例に相当する試料Ｎｏ．１は、比較例である試料Ｎｏ．２～Ｎｏ．８と比較して、チッピングが生じるまでの衝撃回数が多かった。この結果から、本開示による被覆工具は、耐衝撃性が高いことがわかる。

上述してきたように、実施形態に係る被覆工具（一例として、被覆工具１）は、基体（一例として、基体１０）と、基体の上に位置する少なくとも１層の被覆層（一例として、被覆層２０）とを備える。被覆層は、周期表４ａ、５ａ、６ａ族元素、ＡｌおよびＳｉの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、ＣおよびＮの中から選ばれた少なくとも１種の元素とからなる立方晶の結晶を含有する。また、被覆層は、立方晶の結晶の（１１１）面に関する正極点図のα軸のＸ線強度分布におけるα軸の角度が０°以上９０°以下の測定範囲において、Ｘ線強度の最大値（Ｉ_１ｍａｘ）を有し、且つ、Ｉ_１ｍａｘの８５％以上のＸ線強度となる角度領域（θ_１Ｆ）が、３０°以上９０°以下の領域で９０％以上を占める。

したがって、実施形態に係る被覆工具によれば、耐衝撃性を向上させることができる。

なお、図１に示した被覆工具１の形状はあくまで一例であって、本開示による被覆工具の形状を限定するものではない。本開示による被覆工具は、たとえば、回転軸を有し、第１端から第２端にかけて延びる棒形状の本体と、本体の第１端に位置する切刃と、切刃から本体の第２端の側に向かって螺旋状に延びた溝とを有していてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１被覆工具
２チップ本体
５貫通孔
１０基体
２０被覆層
２２中間層
２３第１被覆層
２４第２被覆層
７０ホルダ
７３ポケット
７５ネジ
１００切削工具

Claims

基体と、該基体の上に位置する少なくとも１層の被覆層とを備え、
該被覆層は、周期表４ａ、５ａ、６ａ族元素、ＡｌおよびＳｉの中から選ばれた少なくとも１種の元素と、ＣおよびＮの中から選ばれた少なくとも１種の元素とからなる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線強度分布におけるα軸の角度が０°以上９０°以下の測定範囲において、Ｘ線強度の最大値（Ｉ_１ｍａｘ）を有し、且つ、前記Ｉ_１ｍａｘの８５％以上のＸ線強度となる角度領域（θ_１Ｆ）が、３０°以上９０°以下の領域の９０％以上を占める、被覆工具。
前記（１１１）面に関する正極点図において、前記被覆層は、前記Ｉ_１ｍａｘを示すα軸の角度（θ_１ｍａｘ）より高角度側の領域である第１領域におけるＸ線強度の最小値（Ｉ_{１１ｍｉｎ}）と前記Ｉ_１ｍａｘとの差（Ｉ_１ｍａｘ－Ｉ_{１１ｍｉｎ}）が、前記θ_１ｍａｘより低角度側の領域である第２領域におけるＸ線強度の最小値（Ｉ_{１２ｍｉｎ}）と前記Ｉ_１ｍａｘとの差（Ｉ_１ｍａｘ－Ｉ_{１２ｍｉｎ}）より小さく、前記Ｉ_{１１ｍｉｎ}が前記Ｉ_１ｍａｘの８５％以上である、請求項１に記載の被覆工具。
前記（１１１）面に関する正極点図において、前記被覆層は、前記第１領域に少なくとも１つの変曲点を有する、請求項２に記載の被覆工具。
前記（１１１）面に関する正極点図において、前記被覆層は、前記Ｉ_{１２ｍｉｎ}が前記Ｉ_１ｍａｘの５％以上２０％以下である、請求項２または３に記載の被覆工具。
前記（１１１）面に関する正極点図において、前記被覆層は、前記Ｉ_１ｍａｘを示すα軸の角度（θ_１ｍａｘ）が３５°以上５５°以下である、請求項１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線強度分布におけるα軸の角度が０°以上９０°以下の測定範囲において、Ｘ線強度の最大値（Ｉ _２ｍａｘ）を有し、
前記Ｉ _２ｍａｘを示すα軸の角度（θ _２ｍａｘ）より高角度側の領域である第３領域におけるＸ線強度の最小値（Ｉ _{２３ｍｉｎ} ）と前記Ｉ _２ｍａｘとの差（Ｉ _２ｍａｘ－Ｉ _{２３ｍｉｎ} ）が、前記θ _２ｍａｘより低角度側の領域である第４領域におけるＸ線強度の最小値（Ｉ _{２４ｍｉｎ} ）と前記Ｉ _２ｍａｘとの差（Ｉ _２ｍａｘ－Ｉ _{２４ｍｉｎ} ）より小さく、前記Ｉ _{２３ｍｉｎ} が前記Ｉ _２ｍａｘの９５％以上である、請求項１に記載の被覆工具。
前記（２００）面に関する正極点図において、前記被覆層は、前記Ｉ _{２４ｍｉｎ} が前記Ｉ _２ｍａｘの２％以上３５％以下である、請求項６に記載の被覆工具。
前記（２００）面に関する正極点図において、前記被覆層は、前記θ _２ｍａｘが７０°以上８５°以下である、請求項６に記載の被覆工具。
端部にポケットを有する棒状のホルダと、
前記ポケット内に位置する、請求項１に記載の被覆工具と
を有する、切削工具。