表面被覆切削工具
【課題】被削材に対する潤滑性が高く、かつ耐摩耗性、耐欠損性に優れた表面被覆切削工具を提供することである。
【解決手段】すくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング部８が形成された基体の表面に、硬質被覆層を化学蒸着法にて少なくとも１層被覆した表面被覆切削工具であって、少なくともすくい面とホーニング部８における前記硬質被覆層の表面は研磨加工され、かつ微小窪み部７が点在しているとともに、該微小窪み部７がホーニング部８よりすくい面に多く点在している表面被覆切削工具である。
【解決手段】すくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング部８が形成された基体の表面に、硬質被覆層を化学蒸着法にて少なくとも１層被覆した表面被覆切削工具であって、少なくともすくい面とホーニング部８における前記硬質被覆層の表面は研磨加工され、かつ微小窪み部７が点在しているとともに、該微小窪み部７がホーニング部８よりすくい面に多く点在している表面被覆切削工具である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体表面に硬質被覆層を化学蒸着法で被覆した表面被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、切削工具の耐摩耗性、耐欠損性等を改善するため、基体表面を硬質被覆層で被覆した表面被覆切削工具が知られている。硬質被覆層の成膜方法の一つとして物理蒸着法（ＰＶＤ法）がある。ＰＶＤ法は、陰極に蒸発源となる金属物質を取り付け、アーク放電、グロー放電や、スパッタリングイオンの照射等によって前記金属物質を蒸発およびイオン化させ、この金属物質のイオンと、装置内に導入した窒素ガス、炭素含有ガス（メタンやアセチレンなど）、酸素ガスとを反応させることで、金属窒化物、金属炭化物、金属酸化物等の薄膜を基材表面に被覆する方法である。
【０００３】
ところが、ＰＶＤ法にて被覆した硬質被覆層には、例えばアークイオンプレーティング法にて成膜された硬質被覆層にはドロップレットと呼ばれる金属元素の粗大粒子が存在することが知られている。この粗大粒子は、蒸発源表面の局部的にアーク放電やグロー放電等が集中して粗大蒸発粒子が生成し、それが被覆層の表面に付着、堆積して残存したものである。このような金属元素の粗大粒子の大きさは、数μｍから数十μｍに達することがある。
【０００４】
切削加工は、該切削工具の表面形状を被削材に転写していく加工法であるため、粗大粒子の付着による切削工具表面の面粗度の悪化は、被削材の表面精度の低下につながる。また、切削中に前記粗大粒子が被覆層表面から脱粒することにより、被覆層表面に大きな凹凸が生成して切削抵抗が増大し、被削材の表面精度が低下してバリが発生したり、硬質被覆層が基体表面から部分的に剥離しやすく、その結果、切削工具の耐摩耗性、耐欠損性が低下するという問題がある。
【０００５】
特許文献１には、基体に所定の微細孔を有する硬質膜（硬質被覆層）を被覆した被覆工具が記載されており、該硬質膜の最外層はＰＶＤ法によって被覆されている。特許文献２には、基体表面に所定のポアを有する被覆膜をＰＶＤ法にて被覆したコーティング工具が記載されている。特許文献３には、基体に所定の凹部が点在する硬質被覆層を被覆した耐摩耗性潤滑膜被覆部材が記載されている。
【０００６】
これらの文献に記載されている微細孔、ポアおよび凹部が被覆層表面に存在すると、前記微細孔等に切削液が保持されるので、切削抵抗が低減されると考えられる。
しかしながら、これらの文献に記載されている硬質被覆層はＰＶＤ法にて被覆されているので、上記粗大粒子の問題から微細孔のサイズが大きくて切削工具の耐摩耗性、耐欠損性は十分でないおそれがある。
【０００７】
一方、硬質被覆層の成膜方法として化学蒸着法（ＣＶＤ法）がある。ＣＶＤ法は、高温の基体上に反応性のガスを流し、基体表面上に固体層を析出させる方法である。例えば特許文献４には、基体表面に所定の硬質被覆層を被覆したコーティング工具が記載されており、該被覆層はＣＶＤ法にて被覆している。
【０００８】
一般に、硬質被覆層をＣＶＤ法にて被覆した表面被覆切削工具は、上記ＰＶＤ法の粗大粒子が発生することによる問題はない。
しかしながら、ＣＶＤ法による硬質被覆層を備えた表面被覆切削工具は、切削液を保持する力に劣るので、被削材に対する潤滑性が不十分であり、その結果、切屑が噛み込んだり、切刃が高温となって酸化摩耗が進行しやすいという問題がある。このため、該切削工具の耐摩耗性、耐欠損性は必ずしも十分ではない。
【０００９】
特許文献５には、所定の多層セラミック膜で被覆された被覆硬質合金工具が記載されている。そして、該セラミック膜はＰＶＤ法またはＣＶＤ法で被覆されている。
しかしながら、ＰＶＤ法の場合には上記粗大粒子に起因する耐摩耗性、耐欠損性の問題があり、ＣＶＤ法の場合には被削材の潤滑性が悪いという問題がある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１４６５１５号公報
【特許文献２】特開２００５−１５３０７２号公報
【特許文献３】特開２００２−３８２５５号公報
【特許文献４】特開平５−５７５０７号公報
【特許文献５】特開平８−１１００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、被削材に対する潤滑性が高く、かつ耐摩耗性、耐欠損性に優れた表面被覆切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。すなわち、ＣＶＤ法により被覆された硬質被覆層の表面を研磨加工すると、その表面には微小窪み部が多数点在し、該微小窪み部に切削液が保持されることにより被削材に対する潤滑性が向上する。
ところが、切削中に被削材が工具の切刃であるホーニング部に衝突してしまい、該微小窪み部を起点にホーニング部で欠損が発生して耐欠損性が低下する。
【００１３】
一方、被覆層表面に点在する微小窪み部の割合を研磨等により少なくすると、前記被削材に対する潤滑性が低下し、切屑が絡みついて噛み込んでしまったり、特に切屑が多く流れる切削工具のすくい面においては切屑との摩擦によって高温となり酸化摩耗が進行し、その結果、耐摩耗性が低下する。
【００１４】
そこで、本発明者は、ＣＶＤ法により被覆された硬質被覆層の表面を所定の条件で研磨加工することにより、硬質被覆層の表面に点在する微小窪み部の存在比率を部分的に変えて、ホーニング部よりすくい面に多く点在させる場合には、ホーニング部に被削材と衝突することによる欠損を防止でき、かつすくい面の酸化摩耗を抑制でき、その結果、被削材に対する潤滑性が高く、耐摩耗性、耐欠損性に優れた表面被覆切削工具が得られるのではないかと考え、さらに鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明の表面被覆切削工具は、以下の構成からなる。
（１）すくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング部が形成された基体の表面に、硬質被覆層を化学蒸着法にて少なくとも１層被覆した表面被覆切削工具であって、少なくともすくい面とホーニング部における前記硬質被覆層の表面は研磨加工され、かつ微小窪み部が点在しているとともに、該微小窪み部が前記ホーニング部よりすくい面に多く点在していることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記すくい面はブレーカ溝を有し、前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝の底との間の領域における前記微小窪み部が占める面積比率が、前記ホーニング部における前記微小窪み部が占める面積比率よりも大きい前記（１）記載の表面被覆切削工具。
（３）前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝の底との間の距離をＬ1としたとき、前記ホーニング部のすくい面側の終端から（１／４）Ｌ1の距離までの領域における前記微小窪み部が占める面積比率は１０〜５０％であり、前記ホーニング部の中央領域における前記微小窪み部が占める面積比率は２〜４０％である前記（１）または（２）記載の表面被覆切削工具。
（４）前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝の底との間の距離をＬ1としたとき、前記ホーニング部のすくい面側の終端から（１／４）Ｌ1の距離までの領域における前記微小窪み部の平均深さが０．１〜２μｍであり、前記ホーニング部の中央領域における前記微小窪み部の平均深さが０．０５〜１μｍである前記（１）〜（３）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（５）前記すくい面は、前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝との間にランド部を有する前記（１）〜（４）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（６）前記硬質被覆層の総膜厚が３〜３５μｍである前記（１）〜（５）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（７）前記すくい面におけるブレーカ溝の底よりも内側の領域における前記微小窪み部が占める面積比率は３０〜９５％である前記（１）〜（６）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（８）前記ホーニング部の中央領域における前記硬質被覆層の表面の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４μｍである前記（１）〜（７）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【００１６】
なお、本発明における上記「ブレーカ溝の底」とは、ブレーカ溝の底が平坦でない場合にはブレーカ溝の最も低い位置（ブレーカ溝を含む断面形状にて測定する。なお、測定する断面は、すくい面から見てコーナー部に切刃がある場合にはコーナー部の中央にて測定する。）を意味し、ブレーカ溝の底が平坦な場合には平坦部の中央位置を意味する。また、上記「ホーニング部の中央領域」とは、後述する図２に示すように、すくい面３を切削工具（チップ１）の厚み方向に対して直交する面と仮定したとき、該すくい面３に対して、断面視で４５°をなす矢印Ｉに示す方向からホーニング部８を見た時の頂部８ａを意味する。
【発明の効果】
【００１７】
上記（１）および（２）によれば、ＣＶＤ法により被覆された硬質被覆層の表面を研磨加工することによって点在する微小窪み部を、ホーニング部よりすくい面に多く点在させるので、ホーニング部に点在する微小窪み部を起点とする欠損を防止でき、かつすくい面の酸化摩耗を抑制でき、その結果、被削材に対する潤滑性が高く、耐摩耗性、耐欠損性に優れた表面被覆切削工具が得られるという効果がある。
上記（３）によれば、微小窪み部が所定の割合で、ホーニング部よりすくい面に多く点在するので、耐摩耗性、耐欠損性により優れた表面被覆切削工具となる。
上記（４）によれば、すくい面の所定領域における微小窪み部の平均深さが０．１〜２μｍであるので、該微小窪み部に切削液が効率よく保持されると共に、ホーニング部の中央領域における微小窪み部の平均深さが０．０５〜１μｍであるので、該微小窪み部を起点とする欠損を確実に防止することができる。
上記（５）によれば、切り込みや送り等の切削条件が変わっても、切屑がランド部を通って排出されるので、切屑の滑りがよく、安定した切屑の排出ができる。
上記（６）によれば、硬質被覆層の剥離やチッピングの発生を抑制することができる。
上記（７）によれば、前記潤滑性がより向上し、すくい面の酸化摩耗を確実に抑制することができる。
上記（８）によれば、切屑が流れる部位が滑らかになるので、切屑の排出性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜表面被覆切削工具＞
本発明の表面被覆切削工具の一例であるスローアウェイチップ（以下、単にチップと略す）について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、このチップを示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、このチップのホーニング部の硬質被覆層表面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（倍率：３０００倍）である。図４は、このチップのランド部の硬質被覆層表面を示すＳＥＭ写真（倍率：３０００倍）である。
【００１９】
図１および図２に示すように、このチップ１は、すくい面３と逃げ面４との交差稜部に切刃５が形成されており、すくい面３側から交差稜線部を含んで逃げ面４側にわたる切刃５領域を研磨加工して切刃５の先端を除去したホーニング部（面取り部）８が形成されている。そして、基体２の表面に硬質被覆層６を被覆している。
【００２０】
すくい面３は、ブレーカ溝３ａとランド部３ｂとを有している。ブレーカ溝３ａを有することにより切屑の排出性が向上する。また、ランド部３ｂを有することにより、切り込みや送り等の切削条件が変わっても、切屑が該ランド部３ｂを通って排出されるので、切屑の滑りがよく、安定した切屑の排出が可能となる。なお、チップ１のブレーカ溝３ａの底は平坦に構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、平坦でなくブレーカ溝３ａが曲面であってもよい。
【００２１】
基体２は略平板状であり、材料としては、例えば炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）または炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）と、所望により周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種からなる硬質相をコバルト（Ｃｏ）および／またはニッケル（Ｎｉ）の鉄属金属から成る結合相にて結合させた超硬合金やサーメット、または窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質セラミック焼結体、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、ダイヤモンドを主体とした超硬質焼結体等の硬質材料、または炭素鋼、高速度鋼、合金鋼等の金属等の高硬度材料が採用可能である。
【００２２】
硬質被覆層６は、周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属、ＡｌおよびＳｉから選ばれる少なくとも１種の金属元素の炭化物、窒化物、硼化物、酸化物またはこれらの複合化合物からなるのが好ましく、前記複合化合物としては、例えば前記した２種以上の金属を含む化合物や、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭酸窒化物等が挙げられる。具体例としては、例えばＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＡｌＮ、痾−Ａｌ2Ｏ3、黨−Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。
【００２３】
硬質被覆層６は、少なくとも１層であればよく、複数層で構成されていてもよい。具体的には１〜１０層程度、好ましくは３〜７層程度の範囲で用途に応じて任意に選定すればよい。
【００２４】
硬質被覆層６はＣＶＤ法で成膜されており、その表面は、少なくともすくい面３とホーニング部８における硬質被覆層６の表面が平滑化するように研磨加工され、かつ微小窪み部７が多数点在している。ここで、本発明における前記「微小窪み部」とは、ＣＶＤ法により成膜された硬質被覆層の表面を研磨加工することにより、その表面に点在する微小な窪み部を意味し、この微小窪み部に切削液が保持されることにより、被削材に対する潤滑性が向上する。
【００２５】
本発明において硬質被覆層６の表面を研磨加工する方法としては、例えば砥石研磨、ブラシ研磨、ブラスト研磨、バレル研磨、電解研磨等が好適に用いられ、他にも研削加工による研磨、物理蒸着（ＰＶＤ）装置を用いたスパッタ処理やボンバード処理等も利用することができる。
【００２６】
ここで、本発明では、図３および図４に示すように、微小窪み部７がホーニング部８より、ランド部３ｂ（すくい面３）に多く点在している。これにより、ホーニング部８に点在する微小窪み部による欠損を防止でき、かつすくい面３の酸化摩耗を抑制することができる。
【００２７】
本発明では、ホーニング部８のすくい面３側の終端とブレーカ溝３ａの底との間の領域Ｌaにおける微小窪み部７が占める面積比率が、ホーニング部８における微小窪み部７が占める面積比率よりも大きいのが大きな特徴であり、特に、ホーニング部８のすくい面３側の終端とブレーカ溝３ａの底との間の距離をＬ1としたとき、ホーニング部８のすくい面３側の終端から（１／４）Ｌ1の距離までの領域における微小窪み部７が占める面積比率が１０〜５０％、好ましくは２５〜４５％であり、ホーニング部８の中央領域における微小窪み部７が占める面積比率が２〜４０％、好ましくは２〜１５％であるのがよい。この割合で、微小窪み部７がホーニング部８よりすくい面３に多く点在すると、耐摩耗性、耐欠損性により優れたチップ１となる。
【００２８】
具体的には、前記（１／４）Ｌ1の微小窪み部７が占める面積比率が１０％以上であれば、すくい面３の被削材に対する潤滑性が損なわれることなく酸化摩耗を抑制でき、５０％以下であると、硬質被覆層６の膜強度が低下して耐摩耗性が悪くなることを抑制できる。また、ホーニング部８の中央領域における微小窪み部７が占める面積比率が２％以上であれば、ホーニング部８が著しく高温となって進む酸化摩耗の進行を抑制でき、４０％以下であれば、切削中の被削材の衝撃によって欠損が発生することを抑制できる。
【００２９】
前記面積比率は、例えば後述するように、硬質被覆層６の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や光学顕微鏡等により１０００〜３０００倍に拡大し、その画像データをデジタル化する。ついで、該画像データをコンピュータ画像処理することにより、その画像中の微小窪み部７の総面積を得る。また、該画像より領域Ｌａ、ホーニング部８、（１／４）Ｌ1の距離までの領域、およびホーニング部８の中央領域における各微小窪み部７が占める面積を得、これらの面積が前記総面積に対して占める割合を算出して得ることができる。前記画像データのデジタル化および該画像データのコンピュータ画像処理は、例えばプラネトロン社製の画像解析ソフト「イメージプログラフ」を用いて行うことができる。
また、前記距離Ｌ1は、例えば後述するように、金属顕微鏡等を用いて測定することができる。
【００３０】
前記（１／４）Ｌ1の距離までの領域における微小窪み部７の平均深さは０．１〜２μｍ、好ましくは０．３〜１．０μｍであるのがよい。これにより、微小窪み部７に切削液が効率よく保持されるので、すくい面３の酸化摩耗を抑制することができる。すなわち、前記微小窪み部７の平均深さが０．１μｍ以上であれば、すくい面３の酸化摩耗を抑制でき、微小窪み部７の平均深さが２μｍ以下であれば、硬質被覆層６が層剥離することを防止することができる。
【００３１】
ホーニング部８の中央領域における微小窪み部７の平均深さは０．０５〜１μｍ、好ましくは０．１〜０．５μｍであるのがよい。これにより、該微小窪み部７を起点とする欠損を確実に防止することができる。すなわち、前記微小窪み部７の平均深さが０．０５μｍ以上であれば、切屑の排出性が低下することを抑制でき、微小窪み部７の平均深さが１μｍ以下であれば、被削材の衝撃によって欠損が発生することを抑制できる。
【００３２】
微小窪み部７の平均深さは、例えば後述するように、所定の硬質被覆層６の表面をカーボンナノチューブ等の感知レバーを使用した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で３〜６箇所測定し、その平均値を微小窪み部７の平均深さとすることができる。
【００３３】
硬質被覆層６の総膜厚は３〜３５μｍであるのが好ましい。これにより、硬質被覆層６の剥離やチッピングの発生を抑制することができる。すなわち、前記総膜厚が３μｍ以上であれば、チップ１の耐摩耗性が低下することを抑制でき、総膜厚が３５μｍ以内であれば、硬質被覆層６の耐欠損性が低下することを抑制できる。前記硬質被覆層６の総膜厚は、例えば後述するように、硬質被覆層６の断面ＳＥＭ写真から測定することができる。なお、硬質被覆層６の総膜厚の望ましい範囲は４〜２０μｍである。
【００３４】
すくい面３におけるブレーカ溝３ａの底よりも内側の領域Ｌbにおける微小窪み部７が占める面積比率は３０〜９５％、好ましくは４０〜７０％であるのがよい。これにより、前記潤滑性がより向上し、すくい面３の酸化摩耗を抑制することができる。すなわち、前記面積比率が３０％以上であれば、すくい面３の酸化摩耗を抑制でき、前記面積比率が９５％以下であれば、硬質被覆層６の耐摩耗性の低下を抑制できる。
【００３５】
ホーニング部８の中央領域における硬質被覆層６の表面の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４μｍ、好ましくは０．１〜０．３μｍであるのがよい。これにより、切屑の排出性が向上する。前記算術平均粗さＲａは、例えば接触式の表面粗さ計や、後述するように、ホーニング部８の中央領域における硬質被覆層６の表面を非接触式のレーザー顕微鏡等で３箇所以上測定し、その平均値を前記算術平均粗さＲａとすることができる。具体的な測定方法は、ＪＩＳ Ｂ０６０１’０１に準拠して触針式表面粗さ測定器を用いて測定すればよく、かかる測定が困難な場合には、レーザー顕微鏡や原子間力顕微鏡等の測定器を用い、硬質被覆層６の表面における凹凸形状を走査しながら見積もることによって測定することが可能である。この表面粗さ（Ｒａ）の測定においては、触針式表面粗さ測定器を用いる場合には、カットオフ値：０．２５ｍｍ、基準長さ：０．８ｍｍ、走査速度：０．１ｍｍ／秒にて測定する。
【００３６】
＜製造方法＞
次に、チップ１の製造方法について説明する。まず、略平板状の基体２を準備し、該基体２の切刃５をなす部分にブラシや砥石等を用いてホーニングを施し、ホーニング部８を形成する。
【００３７】
次に、ホーニングを施した基体２の表面に、ＣＶＤ法にて硬質被覆層６を被覆する。前記ＣＶＤ法は、特に限定されるものではなく、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）層を成膜するには、反応ガス組成として、塩化チタン（ＴｉＣｌ4）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ2）ガスを０．１〜６０体積％、残りが水素（Ｈ2）ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとすればよい。
【００３８】
炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層を成膜するには、例えば反応ガス組成として、塩化チタン（ＴｉＣｌ4）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ2）ガスを０．１〜６０体積％、メタン（ＣＨ4）ガスを０〜０．１体積％、アセトニトリル（ＣＨ3ＣＮ）ガスを０．１〜３体積％、残りが水素（Ｈ2）ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとすればよい。
【００３９】
炭化チタン（ＴｉＣ）を成膜するには、例えば反応ガス組成として、ＴｉＣｌ4ガスを０．１〜３０体積％、ＣＨ4ガスを０．１〜２０体積％、残りがＨ2ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとすればよい。
【００４０】
炭酸窒化チタン（ＴｉＣＮＯ）層を成膜する際には、例えば反応ガス組成として、ＴｉＣｌ4ガスを０．１〜３体積％、ＣＨ4ガスを０．１〜１０体積％、Ｎ2ガスを０．１〜６０体積％、ＣＯ2ガスを０．３〜１．２体積％、残りがＨ2ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとすればよい。
【００４１】
酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）層を成膜する際には、例えば反応ガス組成として、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）ガスを３〜２０体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５〜３．５体積％、ＣＯ2ガスを０．０１〜５．０体積％、硫化水素（Ｈ2Ｓ）ガスを０〜０．０５体積％、残りがＨ2ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を９００〜１１００℃、５〜１０ｋＰａとすればよい。なお、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）層は、その直前に成膜された下層の種類によって成膜される結晶形態が異なり、α−Ａｌ2Ｏ3層となったり、κ−Ａｌ2Ｏ3層となったり変化する。
【００４２】
ついで、成膜された硬質被覆層６の表面を、ホーニング部８よりすくい面３に微小窪み部７が多く点在するように研磨加工する。該研磨加工は、微小窪み部７が所定の割合で点在するように研磨できる方法であればよく、特に限定されるものではないが、本発明では、特に、下記で説明する第１研磨加工および第２研磨加工により行うのが好ましい。これにより、確実に微小窪み部７がホーニング部８よりすくい面３に多く点在するようになる。
【００４３】
具体的には、前記第１研磨加工として、まず、少なくともすくい面３とホーニング部８における硬質被覆層６の表面を研磨加工し、該硬質被覆層６の表面に微小窪み部７を点在させる。ここで、研磨加工時間は、硬質被覆層６の材質や工具の形状によっても異なるが、通常１０〜５００秒程度、好ましくは３０〜２４０秒程度で研磨するのがよい。
【００４４】
ついで、前記第２研磨加工として、すくい面３における硬質被覆層６にマスクをかけた状態で、ホーニング部８における硬質被覆層６のみをさらに研磨加工する。この際、ホーニング部８の研磨加工時間は、前記第１研磨加工における研磨加工時間に対して０．１〜１．５倍となる研磨加工時間で研磨加工するのが好ましい。
【００４５】
前記第１および第２研磨加工は、例えばダイヤモンド（ダイヤ）、酸化アルミニウム、炭化珪素（ＳｉＣ）等の砥粒（♯１００〜１６００）を含有させたブラシを用いて研磨加工すればよい。また、前記ブラシとしては、例えばホイール型ブラシ、ドットブラシ等が挙げられる。
【００４６】
以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４７】
［実施例１〜４および比較例１〜３］
＜表面被覆切削工具の作製＞
平均粒径１．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粒子をコバルト（Ｃｏ）にて結合した超硬合金からなるＣＮＭＧ１２０４０８(ブレーカ底の深さは、コーナー部のノーズＲの中心位置にてホーニング部８のすくい面３側終端に対して０．５ｍｍ)形状の基体を準備した。ついで、該基体のすくい面側に、軟質樹脂部材内に砥粒を分散させたグレード４００番の砥石を載置し、Ｒホーニングを施した。
【００４８】
次に、Ｒホーニングを施した基体の表面に、硬質被覆層を表１に示す被覆条件および表２に示す組み合わせでＣＶＤ法にて被覆し、さらに、該硬質被覆層の表面を表２に示す研磨加工条件で研磨して表面被覆切削工具をそれぞれ作製した（表２中の実施例１〜４および比較例１〜３）。
【００４９】
なお、前記基体は、ホーニング部のすくい面側の終端とブレーカ溝との間に表２に示すランド部を有しており、前記ブレーカ溝の底に平坦部はなかった。硬質被覆層の総膜厚は、硬質被覆層の断面ＳＥＭ写真にて測定した。また、表２中、「研磨加工」における「第１研磨加工」とは、すくい面およびホーニング部における硬質被覆層表面をそれぞれ表２に示す研磨加工時間で研磨加工したことを意味し、「第２研磨加工」とは、第１研磨加工後、すくい面における硬質被覆層にマスクをかけた状態で、ホーニング部における硬質被覆層のみをさらに表２に示す研磨加工時間で研磨加工したことを意味する。
【００５０】
ホーニング部の中央領域における硬質被覆層表面の算術平均表面粗さＲａ、ホーニング部の中央領域における微小窪み部の平均深さおよび面積比率、ホーニング部のすくい面側の終端とブレーカ溝の底との間の距離Ｌ1、ホーニング部のすくい面側の終端から（１／４）Ｌ1の距離までの領域における微小窪み部の平均深さおよび面積比率は、それぞれ下記に示す方法で測定した。
【００５１】
（算術平均粗さＲａ）
工具の切刃近くのランド等の平坦部における最表面の表面粗さ（最大高さＲｚ、算術平均粗さＲａ）を 研磨加工前後のホーニング部の中央領域における硬質被覆層表面を触針式の表面粗さ測定器にて、ＪＩＳ Ｂ０６０１’０１に準拠して触針式表面粗さ測定器を用い、カットオフ値：０．２５ｍｍ、基準長さ：０．８ｍｍ、走査速度：０．１ｍｍ／秒にて測定した。３箇所測定し、その平均値で表した。その結果を、表２に「ホーニング部Ｒａ」として示した。
【００５２】
（ホーニング部の微小窪み部の平均深さ）
ホーニング部の中央領域における硬質被覆層表面を、カーボンナノチューブの感知レバーを使用した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で３箇所測定し、その平均値をホーニング部の中央領域における微小窪み部の平均深さとした。その結果を、表２の「ホーニング部」における「窪み深さ」として示した。
【００５３】
（ホーニング部の微小窪み部が占める面積比率）
切削工具における硬質被覆層の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により３０００倍に拡大し、その画像データをデジタル化した。ついで、該画像データをプラネトロン社製の画像解析ソフト「イメージプログラフ」を用いてコンピュータ画像処理することにより、その画像中の微小窪み部の総面積およびホーニング部の中央領域における微小窪み部の面積を得た。そして、この総面積に対して、ホーニング部の中央領域における微小窪み部の面積が占める割合を算出した。その結果を、表２の「ホーニング部」における「窪み面積」として示した。
【００５４】
（距離Ｌ1）
金属顕微鏡を用いて、切削工具のコーナーＲの中央における断面から見たときの、ホーニング部のすくい面側の終端とブレーカ溝の底との間の距離Ｌ1を測定した。その結果を、表２の「Ｌ1／４部」における「Ｌ1」として示した。
【００５５】
（（１／４）Ｌ1における微小窪み部の平均深さ）
前記で測定した距離Ｌ1より、ホーニング部のすくい面側の終端から（１／４）Ｌ1の距離を算出した。ついで、該（１／４）Ｌ1の領域における微小窪み部の平均深さを、前記ホーニング部の微小窪み部の平均深さと同様にして測定した。その結果を、表２の「Ｌ1／４部」における「窪み深さ」として示した。
【００５６】
（（１／４）Ｌ1における微小窪み部が占める面積比率）
前記ホーニング部の微小窪み部が占める面積比率と同様にして、（１／４）Ｌ1の領域における微小窪み部の面積を得、総面積に対して、（１／４）Ｌ1の領域における微小窪み部の面積が占める割合を算出した。その結果を、表２の「Ｌ1／４部」における「窪み面積」として示した。
【００５７】
【表１】
【００５８】
【表２】
【００５９】
＜耐摩耗性および耐欠損性の評価＞
上記で得られた各表面被覆切削工具（表２中の実施例１〜４および比較例１〜３）について、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。評価方法を以下に示すと共に、その結果を表３に示す。
【００６０】
（耐摩耗性の評価方法）
切削速度：３００ｍ／分
切込み ：２ｍｍ
送り ：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
被削材 ：ＳＣＭ４４０
切削状態：水溶性切削液使用
切削時間：１０分
評価項目：切削加工後に金属顕微鏡にてクレータ摩耗の深さを観察した。具体的には、切削試験後の硬質被覆層表面に発生したクレータ摩耗の深さを金属顕微鏡で測定した。なお、表面被覆切削工具３個で切削試験を行い、各工具における測定結果の平均値をクレータ摩耗深さとした。
【００６１】
（耐欠損性の評価方法）
切削速度：１５０ｍ／分
切込み ：３ｍｍ
送り ：０．４ｍｍ／ｒｅｖ
被削材 ：ＳＣＭ４４０ ４本溝つき
切削状態：水溶性切削液使用
評価項目：欠損するまでの衝撃回数を測定した。具体的には、表面被覆切削工具１０個で切削試験を行い、そのうち欠損が発生した数を式：（欠損した表面被覆切削工具の数／１０個）×１００に当てはめ、欠損率（％）を算出した。
【００６２】
【表３】
表３から明らかなように、実施例１〜４の表面被覆切削工具は、耐摩耗性および耐欠損性に優れているのがわかる。これに対し、比較例１〜４の表面被覆切削工具は、耐摩耗性または耐欠損性に劣る結果を示した。また、硬質被覆層の表面についてホーニング部のみを研磨加工した比較例２では、研磨加工していないすくい面における硬質被覆層の表面が図５に示すように全体的に凹凸のある形状となり、微小窪み部のある表面とはならなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の表面被覆切削工具の一例であるスローアウェイチップを示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のチップにかかるホーニング部の硬質被覆層表面を示すＳＥＭ写真である。
【図４】図１のチップにかかるランド部の硬質被覆層表面を示すＳＥＭ写真である。
【図５】比較例２のすくい面における硬質被覆層表面（表面を研磨加工していない硬質被覆層の表面に相当）を示すＳＥＭ写真（倍率：３０００倍）である。
【符号の説明】
【００６４】
１ スローアウェイチップ
２ 基体
３ すくい面
３ａ ブレーカ溝
３ｂ ランド部
４ 逃げ面
５ 切刃
６ 硬質被覆層
７ 微小窪み部
８ ホーニング部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基体表面に硬質被覆層を化学蒸着法で被覆した表面被覆切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、切削工具の耐摩耗性、耐欠損性等を改善するため、基体表面を硬質被覆層で被覆した表面被覆切削工具が知られている。硬質被覆層の成膜方法の一つとして物理蒸着法（ＰＶＤ法）がある。ＰＶＤ法は、陰極に蒸発源となる金属物質を取り付け、アーク放電、グロー放電や、スパッタリングイオンの照射等によって前記金属物質を蒸発およびイオン化させ、この金属物質のイオンと、装置内に導入した窒素ガス、炭素含有ガス（メタンやアセチレンなど）、酸素ガスとを反応させることで、金属窒化物、金属炭化物、金属酸化物等の薄膜を基材表面に被覆する方法である。
【０００３】
ところが、ＰＶＤ法にて被覆した硬質被覆層には、例えばアークイオンプレーティング法にて成膜された硬質被覆層にはドロップレットと呼ばれる金属元素の粗大粒子が存在することが知られている。この粗大粒子は、蒸発源表面の局部的にアーク放電やグロー放電等が集中して粗大蒸発粒子が生成し、それが被覆層の表面に付着、堆積して残存したものである。このような金属元素の粗大粒子の大きさは、数μｍから数十μｍに達することがある。
【０００４】
切削加工は、該切削工具の表面形状を被削材に転写していく加工法であるため、粗大粒子の付着による切削工具表面の面粗度の悪化は、被削材の表面精度の低下につながる。また、切削中に前記粗大粒子が被覆層表面から脱粒することにより、被覆層表面に大きな凹凸が生成して切削抵抗が増大し、被削材の表面精度が低下してバリが発生したり、硬質被覆層が基体表面から部分的に剥離しやすく、その結果、切削工具の耐摩耗性、耐欠損性が低下するという問題がある。
【０００５】
特許文献１には、基体に所定の微細孔を有する硬質膜（硬質被覆層）を被覆した被覆工具が記載されており、該硬質膜の最外層はＰＶＤ法によって被覆されている。特許文献２には、基体表面に所定のポアを有する被覆膜をＰＶＤ法にて被覆したコーティング工具が記載されている。特許文献３には、基体に所定の凹部が点在する硬質被覆層を被覆した耐摩耗性潤滑膜被覆部材が記載されている。
【０００６】
これらの文献に記載されている微細孔、ポアおよび凹部が被覆層表面に存在すると、前記微細孔等に切削液が保持されるので、切削抵抗が低減されると考えられる。
しかしながら、これらの文献に記載されている硬質被覆層はＰＶＤ法にて被覆されているので、上記粗大粒子の問題から微細孔のサイズが大きくて切削工具の耐摩耗性、耐欠損性は十分でないおそれがある。
【０００７】
一方、硬質被覆層の成膜方法として化学蒸着法（ＣＶＤ法）がある。ＣＶＤ法は、高温の基体上に反応性のガスを流し、基体表面上に固体層を析出させる方法である。例えば特許文献４には、基体表面に所定の硬質被覆層を被覆したコーティング工具が記載されており、該被覆層はＣＶＤ法にて被覆している。
【０００８】
一般に、硬質被覆層をＣＶＤ法にて被覆した表面被覆切削工具は、上記ＰＶＤ法の粗大粒子が発生することによる問題はない。
しかしながら、ＣＶＤ法による硬質被覆層を備えた表面被覆切削工具は、切削液を保持する力に劣るので、被削材に対する潤滑性が不十分であり、その結果、切屑が噛み込んだり、切刃が高温となって酸化摩耗が進行しやすいという問題がある。このため、該切削工具の耐摩耗性、耐欠損性は必ずしも十分ではない。
【０００９】
特許文献５には、所定の多層セラミック膜で被覆された被覆硬質合金工具が記載されている。そして、該セラミック膜はＰＶＤ法またはＣＶＤ法で被覆されている。
しかしながら、ＰＶＤ法の場合には上記粗大粒子に起因する耐摩耗性、耐欠損性の問題があり、ＣＶＤ法の場合には被削材の潤滑性が悪いという問題がある。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１４６５１５号公報
【特許文献２】特開２００５−１５３０７２号公報
【特許文献３】特開２００２−３８２５５号公報
【特許文献４】特開平５−５７５０７号公報
【特許文献５】特開平８−１１００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、被削材に対する潤滑性が高く、かつ耐摩耗性、耐欠損性に優れた表面被覆切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。すなわち、ＣＶＤ法により被覆された硬質被覆層の表面を研磨加工すると、その表面には微小窪み部が多数点在し、該微小窪み部に切削液が保持されることにより被削材に対する潤滑性が向上する。
ところが、切削中に被削材が工具の切刃であるホーニング部に衝突してしまい、該微小窪み部を起点にホーニング部で欠損が発生して耐欠損性が低下する。
【００１３】
一方、被覆層表面に点在する微小窪み部の割合を研磨等により少なくすると、前記被削材に対する潤滑性が低下し、切屑が絡みついて噛み込んでしまったり、特に切屑が多く流れる切削工具のすくい面においては切屑との摩擦によって高温となり酸化摩耗が進行し、その結果、耐摩耗性が低下する。
【００１４】
そこで、本発明者は、ＣＶＤ法により被覆された硬質被覆層の表面を所定の条件で研磨加工することにより、硬質被覆層の表面に点在する微小窪み部の存在比率を部分的に変えて、ホーニング部よりすくい面に多く点在させる場合には、ホーニング部に被削材と衝突することによる欠損を防止でき、かつすくい面の酸化摩耗を抑制でき、その結果、被削材に対する潤滑性が高く、耐摩耗性、耐欠損性に優れた表面被覆切削工具が得られるのではないかと考え、さらに鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明の表面被覆切削工具は、以下の構成からなる。
（１）すくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング部が形成された基体の表面に、硬質被覆層を化学蒸着法にて少なくとも１層被覆した表面被覆切削工具であって、少なくともすくい面とホーニング部における前記硬質被覆層の表面は研磨加工され、かつ微小窪み部が点在しているとともに、該微小窪み部が前記ホーニング部よりすくい面に多く点在していることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記すくい面はブレーカ溝を有し、前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝の底との間の領域における前記微小窪み部が占める面積比率が、前記ホーニング部における前記微小窪み部が占める面積比率よりも大きい前記（１）記載の表面被覆切削工具。
（３）前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝の底との間の距離をＬ1としたとき、前記ホーニング部のすくい面側の終端から（１／４）Ｌ1の距離までの領域における前記微小窪み部が占める面積比率は１０〜５０％であり、前記ホーニング部の中央領域における前記微小窪み部が占める面積比率は２〜４０％である前記（１）または（２）記載の表面被覆切削工具。
（４）前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝の底との間の距離をＬ1としたとき、前記ホーニング部のすくい面側の終端から（１／４）Ｌ1の距離までの領域における前記微小窪み部の平均深さが０．１〜２μｍであり、前記ホーニング部の中央領域における前記微小窪み部の平均深さが０．０５〜１μｍである前記（１）〜（３）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（５）前記すくい面は、前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝との間にランド部を有する前記（１）〜（４）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（６）前記硬質被覆層の総膜厚が３〜３５μｍである前記（１）〜（５）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（７）前記すくい面におけるブレーカ溝の底よりも内側の領域における前記微小窪み部が占める面積比率は３０〜９５％である前記（１）〜（６）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（８）前記ホーニング部の中央領域における前記硬質被覆層の表面の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４μｍである前記（１）〜（７）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【００１６】
なお、本発明における上記「ブレーカ溝の底」とは、ブレーカ溝の底が平坦でない場合にはブレーカ溝の最も低い位置（ブレーカ溝を含む断面形状にて測定する。なお、測定する断面は、すくい面から見てコーナー部に切刃がある場合にはコーナー部の中央にて測定する。）を意味し、ブレーカ溝の底が平坦な場合には平坦部の中央位置を意味する。また、上記「ホーニング部の中央領域」とは、後述する図２に示すように、すくい面３を切削工具（チップ１）の厚み方向に対して直交する面と仮定したとき、該すくい面３に対して、断面視で４５°をなす矢印Ｉに示す方向からホーニング部８を見た時の頂部８ａを意味する。
【発明の効果】
【００１７】
上記（１）および（２）によれば、ＣＶＤ法により被覆された硬質被覆層の表面を研磨加工することによって点在する微小窪み部を、ホーニング部よりすくい面に多く点在させるので、ホーニング部に点在する微小窪み部を起点とする欠損を防止でき、かつすくい面の酸化摩耗を抑制でき、その結果、被削材に対する潤滑性が高く、耐摩耗性、耐欠損性に優れた表面被覆切削工具が得られるという効果がある。
上記（３）によれば、微小窪み部が所定の割合で、ホーニング部よりすくい面に多く点在するので、耐摩耗性、耐欠損性により優れた表面被覆切削工具となる。
上記（４）によれば、すくい面の所定領域における微小窪み部の平均深さが０．１〜２μｍであるので、該微小窪み部に切削液が効率よく保持されると共に、ホーニング部の中央領域における微小窪み部の平均深さが０．０５〜１μｍであるので、該微小窪み部を起点とする欠損を確実に防止することができる。
上記（５）によれば、切り込みや送り等の切削条件が変わっても、切屑がランド部を通って排出されるので、切屑の滑りがよく、安定した切屑の排出ができる。
上記（６）によれば、硬質被覆層の剥離やチッピングの発生を抑制することができる。
上記（７）によれば、前記潤滑性がより向上し、すくい面の酸化摩耗を確実に抑制することができる。
上記（８）によれば、切屑が流れる部位が滑らかになるので、切屑の排出性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜表面被覆切削工具＞
本発明の表面被覆切削工具の一例であるスローアウェイチップ（以下、単にチップと略す）について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、このチップを示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、このチップのホーニング部の硬質被覆層表面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真（倍率：３０００倍）である。図４は、このチップのランド部の硬質被覆層表面を示すＳＥＭ写真（倍率：３０００倍）である。
【００１９】
図１および図２に示すように、このチップ１は、すくい面３と逃げ面４との交差稜部に切刃５が形成されており、すくい面３側から交差稜線部を含んで逃げ面４側にわたる切刃５領域を研磨加工して切刃５の先端を除去したホーニング部（面取り部）８が形成されている。そして、基体２の表面に硬質被覆層６を被覆している。
【００２０】
すくい面３は、ブレーカ溝３ａとランド部３ｂとを有している。ブレーカ溝３ａを有することにより切屑の排出性が向上する。また、ランド部３ｂを有することにより、切り込みや送り等の切削条件が変わっても、切屑が該ランド部３ｂを通って排出されるので、切屑の滑りがよく、安定した切屑の排出が可能となる。なお、チップ１のブレーカ溝３ａの底は平坦に構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、平坦でなくブレーカ溝３ａが曲面であってもよい。
【００２１】
基体２は略平板状であり、材料としては、例えば炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）または炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）と、所望により周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の群から選ばれる少なくとも１種からなる硬質相をコバルト（Ｃｏ）および／またはニッケル（Ｎｉ）の鉄属金属から成る結合相にて結合させた超硬合金やサーメット、または窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質セラミック焼結体、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、ダイヤモンドを主体とした超硬質焼結体等の硬質材料、または炭素鋼、高速度鋼、合金鋼等の金属等の高硬度材料が採用可能である。
【００２２】
硬質被覆層６は、周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属、ＡｌおよびＳｉから選ばれる少なくとも１種の金属元素の炭化物、窒化物、硼化物、酸化物またはこれらの複合化合物からなるのが好ましく、前記複合化合物としては、例えば前記した２種以上の金属を含む化合物や、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭酸窒化物等が挙げられる。具体例としては、例えばＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＡｌＮ、痾−Ａｌ2Ｏ3、黨−Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。
【００２３】
硬質被覆層６は、少なくとも１層であればよく、複数層で構成されていてもよい。具体的には１〜１０層程度、好ましくは３〜７層程度の範囲で用途に応じて任意に選定すればよい。
【００２４】
硬質被覆層６はＣＶＤ法で成膜されており、その表面は、少なくともすくい面３とホーニング部８における硬質被覆層６の表面が平滑化するように研磨加工され、かつ微小窪み部７が多数点在している。ここで、本発明における前記「微小窪み部」とは、ＣＶＤ法により成膜された硬質被覆層の表面を研磨加工することにより、その表面に点在する微小な窪み部を意味し、この微小窪み部に切削液が保持されることにより、被削材に対する潤滑性が向上する。
【００２５】
本発明において硬質被覆層６の表面を研磨加工する方法としては、例えば砥石研磨、ブラシ研磨、ブラスト研磨、バレル研磨、電解研磨等が好適に用いられ、他にも研削加工による研磨、物理蒸着（ＰＶＤ）装置を用いたスパッタ処理やボンバード処理等も利用することができる。
【００２６】
ここで、本発明では、図３および図４に示すように、微小窪み部７がホーニング部８より、ランド部３ｂ（すくい面３）に多く点在している。これにより、ホーニング部８に点在する微小窪み部による欠損を防止でき、かつすくい面３の酸化摩耗を抑制することができる。
【００２７】
本発明では、ホーニング部８のすくい面３側の終端とブレーカ溝３ａの底との間の領域Ｌaにおける微小窪み部７が占める面積比率が、ホーニング部８における微小窪み部７が占める面積比率よりも大きいのが大きな特徴であり、特に、ホーニング部８のすくい面３側の終端とブレーカ溝３ａの底との間の距離をＬ1としたとき、ホーニング部８のすくい面３側の終端から（１／４）Ｌ1の距離までの領域における微小窪み部７が占める面積比率が１０〜５０％、好ましくは２５〜４５％であり、ホーニング部８の中央領域における微小窪み部７が占める面積比率が２〜４０％、好ましくは２〜１５％であるのがよい。この割合で、微小窪み部７がホーニング部８よりすくい面３に多く点在すると、耐摩耗性、耐欠損性により優れたチップ１となる。
【００２８】
具体的には、前記（１／４）Ｌ1の微小窪み部７が占める面積比率が１０％以上であれば、すくい面３の被削材に対する潤滑性が損なわれることなく酸化摩耗を抑制でき、５０％以下であると、硬質被覆層６の膜強度が低下して耐摩耗性が悪くなることを抑制できる。また、ホーニング部８の中央領域における微小窪み部７が占める面積比率が２％以上であれば、ホーニング部８が著しく高温となって進む酸化摩耗の進行を抑制でき、４０％以下であれば、切削中の被削材の衝撃によって欠損が発生することを抑制できる。
【００２９】
前記面積比率は、例えば後述するように、硬質被覆層６の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や光学顕微鏡等により１０００〜３０００倍に拡大し、その画像データをデジタル化する。ついで、該画像データをコンピュータ画像処理することにより、その画像中の微小窪み部７の総面積を得る。また、該画像より領域Ｌａ、ホーニング部８、（１／４）Ｌ1の距離までの領域、およびホーニング部８の中央領域における各微小窪み部７が占める面積を得、これらの面積が前記総面積に対して占める割合を算出して得ることができる。前記画像データのデジタル化および該画像データのコンピュータ画像処理は、例えばプラネトロン社製の画像解析ソフト「イメージプログラフ」を用いて行うことができる。
また、前記距離Ｌ1は、例えば後述するように、金属顕微鏡等を用いて測定することができる。
【００３０】
前記（１／４）Ｌ1の距離までの領域における微小窪み部７の平均深さは０．１〜２μｍ、好ましくは０．３〜１．０μｍであるのがよい。これにより、微小窪み部７に切削液が効率よく保持されるので、すくい面３の酸化摩耗を抑制することができる。すなわち、前記微小窪み部７の平均深さが０．１μｍ以上であれば、すくい面３の酸化摩耗を抑制でき、微小窪み部７の平均深さが２μｍ以下であれば、硬質被覆層６が層剥離することを防止することができる。
【００３１】
ホーニング部８の中央領域における微小窪み部７の平均深さは０．０５〜１μｍ、好ましくは０．１〜０．５μｍであるのがよい。これにより、該微小窪み部７を起点とする欠損を確実に防止することができる。すなわち、前記微小窪み部７の平均深さが０．０５μｍ以上であれば、切屑の排出性が低下することを抑制でき、微小窪み部７の平均深さが１μｍ以下であれば、被削材の衝撃によって欠損が発生することを抑制できる。
【００３２】
微小窪み部７の平均深さは、例えば後述するように、所定の硬質被覆層６の表面をカーボンナノチューブ等の感知レバーを使用した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で３〜６箇所測定し、その平均値を微小窪み部７の平均深さとすることができる。
【００３３】
硬質被覆層６の総膜厚は３〜３５μｍであるのが好ましい。これにより、硬質被覆層６の剥離やチッピングの発生を抑制することができる。すなわち、前記総膜厚が３μｍ以上であれば、チップ１の耐摩耗性が低下することを抑制でき、総膜厚が３５μｍ以内であれば、硬質被覆層６の耐欠損性が低下することを抑制できる。前記硬質被覆層６の総膜厚は、例えば後述するように、硬質被覆層６の断面ＳＥＭ写真から測定することができる。なお、硬質被覆層６の総膜厚の望ましい範囲は４〜２０μｍである。
【００３４】
すくい面３におけるブレーカ溝３ａの底よりも内側の領域Ｌbにおける微小窪み部７が占める面積比率は３０〜９５％、好ましくは４０〜７０％であるのがよい。これにより、前記潤滑性がより向上し、すくい面３の酸化摩耗を抑制することができる。すなわち、前記面積比率が３０％以上であれば、すくい面３の酸化摩耗を抑制でき、前記面積比率が９５％以下であれば、硬質被覆層６の耐摩耗性の低下を抑制できる。
【００３５】
ホーニング部８の中央領域における硬質被覆層６の表面の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４μｍ、好ましくは０．１〜０．３μｍであるのがよい。これにより、切屑の排出性が向上する。前記算術平均粗さＲａは、例えば接触式の表面粗さ計や、後述するように、ホーニング部８の中央領域における硬質被覆層６の表面を非接触式のレーザー顕微鏡等で３箇所以上測定し、その平均値を前記算術平均粗さＲａとすることができる。具体的な測定方法は、ＪＩＳ Ｂ０６０１’０１に準拠して触針式表面粗さ測定器を用いて測定すればよく、かかる測定が困難な場合には、レーザー顕微鏡や原子間力顕微鏡等の測定器を用い、硬質被覆層６の表面における凹凸形状を走査しながら見積もることによって測定することが可能である。この表面粗さ（Ｒａ）の測定においては、触針式表面粗さ測定器を用いる場合には、カットオフ値：０．２５ｍｍ、基準長さ：０．８ｍｍ、走査速度：０．１ｍｍ／秒にて測定する。
【００３６】
＜製造方法＞
次に、チップ１の製造方法について説明する。まず、略平板状の基体２を準備し、該基体２の切刃５をなす部分にブラシや砥石等を用いてホーニングを施し、ホーニング部８を形成する。
【００３７】
次に、ホーニングを施した基体２の表面に、ＣＶＤ法にて硬質被覆層６を被覆する。前記ＣＶＤ法は、特に限定されるものではなく、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）層を成膜するには、反応ガス組成として、塩化チタン（ＴｉＣｌ4）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ2）ガスを０．１〜６０体積％、残りが水素（Ｈ2）ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとすればよい。
【００３８】
炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）層を成膜するには、例えば反応ガス組成として、塩化チタン（ＴｉＣｌ4）ガスを０．１〜１０体積％、窒素（Ｎ2）ガスを０．１〜６０体積％、メタン（ＣＨ4）ガスを０〜０．１体積％、アセトニトリル（ＣＨ3ＣＮ）ガスを０．１〜３体積％、残りが水素（Ｈ2）ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとすればよい。
【００３９】
炭化チタン（ＴｉＣ）を成膜するには、例えば反応ガス組成として、ＴｉＣｌ4ガスを０．１〜３０体積％、ＣＨ4ガスを０．１〜２０体積％、残りがＨ2ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとすればよい。
【００４０】
炭酸窒化チタン（ＴｉＣＮＯ）層を成膜する際には、例えば反応ガス組成として、ＴｉＣｌ4ガスを０．１〜３体積％、ＣＨ4ガスを０．１〜１０体積％、Ｎ2ガスを０．１〜６０体積％、ＣＯ2ガスを０．３〜１．２体積％、残りがＨ2ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を８００〜１１００℃、５〜８５ｋＰａとすればよい。
【００４１】
酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）層を成膜する際には、例えば反応ガス組成として、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ3）ガスを３〜２０体積％、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを０．５〜３．５体積％、ＣＯ2ガスを０．０１〜５．０体積％、硫化水素（Ｈ2Ｓ）ガスを０〜０．０５体積％、残りがＨ2ガスからなる混合ガスを順次調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を９００〜１１００℃、５〜１０ｋＰａとすればよい。なお、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）層は、その直前に成膜された下層の種類によって成膜される結晶形態が異なり、α−Ａｌ2Ｏ3層となったり、κ−Ａｌ2Ｏ3層となったり変化する。
【００４２】
ついで、成膜された硬質被覆層６の表面を、ホーニング部８よりすくい面３に微小窪み部７が多く点在するように研磨加工する。該研磨加工は、微小窪み部７が所定の割合で点在するように研磨できる方法であればよく、特に限定されるものではないが、本発明では、特に、下記で説明する第１研磨加工および第２研磨加工により行うのが好ましい。これにより、確実に微小窪み部７がホーニング部８よりすくい面３に多く点在するようになる。
【００４３】
具体的には、前記第１研磨加工として、まず、少なくともすくい面３とホーニング部８における硬質被覆層６の表面を研磨加工し、該硬質被覆層６の表面に微小窪み部７を点在させる。ここで、研磨加工時間は、硬質被覆層６の材質や工具の形状によっても異なるが、通常１０〜５００秒程度、好ましくは３０〜２４０秒程度で研磨するのがよい。
【００４４】
ついで、前記第２研磨加工として、すくい面３における硬質被覆層６にマスクをかけた状態で、ホーニング部８における硬質被覆層６のみをさらに研磨加工する。この際、ホーニング部８の研磨加工時間は、前記第１研磨加工における研磨加工時間に対して０．１〜１．５倍となる研磨加工時間で研磨加工するのが好ましい。
【００４５】
前記第１および第２研磨加工は、例えばダイヤモンド（ダイヤ）、酸化アルミニウム、炭化珪素（ＳｉＣ）等の砥粒（♯１００〜１６００）を含有させたブラシを用いて研磨加工すればよい。また、前記ブラシとしては、例えばホイール型ブラシ、ドットブラシ等が挙げられる。
【００４６】
以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４７】
［実施例１〜４および比較例１〜３］
＜表面被覆切削工具の作製＞
平均粒径１．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粒子をコバルト（Ｃｏ）にて結合した超硬合金からなるＣＮＭＧ１２０４０８(ブレーカ底の深さは、コーナー部のノーズＲの中心位置にてホーニング部８のすくい面３側終端に対して０．５ｍｍ)形状の基体を準備した。ついで、該基体のすくい面側に、軟質樹脂部材内に砥粒を分散させたグレード４００番の砥石を載置し、Ｒホーニングを施した。
【００４８】
次に、Ｒホーニングを施した基体の表面に、硬質被覆層を表１に示す被覆条件および表２に示す組み合わせでＣＶＤ法にて被覆し、さらに、該硬質被覆層の表面を表２に示す研磨加工条件で研磨して表面被覆切削工具をそれぞれ作製した（表２中の実施例１〜４および比較例１〜３）。
【００４９】
なお、前記基体は、ホーニング部のすくい面側の終端とブレーカ溝との間に表２に示すランド部を有しており、前記ブレーカ溝の底に平坦部はなかった。硬質被覆層の総膜厚は、硬質被覆層の断面ＳＥＭ写真にて測定した。また、表２中、「研磨加工」における「第１研磨加工」とは、すくい面およびホーニング部における硬質被覆層表面をそれぞれ表２に示す研磨加工時間で研磨加工したことを意味し、「第２研磨加工」とは、第１研磨加工後、すくい面における硬質被覆層にマスクをかけた状態で、ホーニング部における硬質被覆層のみをさらに表２に示す研磨加工時間で研磨加工したことを意味する。
【００５０】
ホーニング部の中央領域における硬質被覆層表面の算術平均表面粗さＲａ、ホーニング部の中央領域における微小窪み部の平均深さおよび面積比率、ホーニング部のすくい面側の終端とブレーカ溝の底との間の距離Ｌ1、ホーニング部のすくい面側の終端から（１／４）Ｌ1の距離までの領域における微小窪み部の平均深さおよび面積比率は、それぞれ下記に示す方法で測定した。
【００５１】
（算術平均粗さＲａ）
工具の切刃近くのランド等の平坦部における最表面の表面粗さ（最大高さＲｚ、算術平均粗さＲａ）を 研磨加工前後のホーニング部の中央領域における硬質被覆層表面を触針式の表面粗さ測定器にて、ＪＩＳ Ｂ０６０１’０１に準拠して触針式表面粗さ測定器を用い、カットオフ値：０．２５ｍｍ、基準長さ：０．８ｍｍ、走査速度：０．１ｍｍ／秒にて測定した。３箇所測定し、その平均値で表した。その結果を、表２に「ホーニング部Ｒａ」として示した。
【００５２】
（ホーニング部の微小窪み部の平均深さ）
ホーニング部の中央領域における硬質被覆層表面を、カーボンナノチューブの感知レバーを使用した原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で３箇所測定し、その平均値をホーニング部の中央領域における微小窪み部の平均深さとした。その結果を、表２の「ホーニング部」における「窪み深さ」として示した。
【００５３】
（ホーニング部の微小窪み部が占める面積比率）
切削工具における硬質被覆層の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により３０００倍に拡大し、その画像データをデジタル化した。ついで、該画像データをプラネトロン社製の画像解析ソフト「イメージプログラフ」を用いてコンピュータ画像処理することにより、その画像中の微小窪み部の総面積およびホーニング部の中央領域における微小窪み部の面積を得た。そして、この総面積に対して、ホーニング部の中央領域における微小窪み部の面積が占める割合を算出した。その結果を、表２の「ホーニング部」における「窪み面積」として示した。
【００５４】
（距離Ｌ1）
金属顕微鏡を用いて、切削工具のコーナーＲの中央における断面から見たときの、ホーニング部のすくい面側の終端とブレーカ溝の底との間の距離Ｌ1を測定した。その結果を、表２の「Ｌ1／４部」における「Ｌ1」として示した。
【００５５】
（（１／４）Ｌ1における微小窪み部の平均深さ）
前記で測定した距離Ｌ1より、ホーニング部のすくい面側の終端から（１／４）Ｌ1の距離を算出した。ついで、該（１／４）Ｌ1の領域における微小窪み部の平均深さを、前記ホーニング部の微小窪み部の平均深さと同様にして測定した。その結果を、表２の「Ｌ1／４部」における「窪み深さ」として示した。
【００５６】
（（１／４）Ｌ1における微小窪み部が占める面積比率）
前記ホーニング部の微小窪み部が占める面積比率と同様にして、（１／４）Ｌ1の領域における微小窪み部の面積を得、総面積に対して、（１／４）Ｌ1の領域における微小窪み部の面積が占める割合を算出した。その結果を、表２の「Ｌ1／４部」における「窪み面積」として示した。
【００５７】
【表１】
【００５８】
【表２】
【００５９】
＜耐摩耗性および耐欠損性の評価＞
上記で得られた各表面被覆切削工具（表２中の実施例１〜４および比較例１〜３）について、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。評価方法を以下に示すと共に、その結果を表３に示す。
【００６０】
（耐摩耗性の評価方法）
切削速度：３００ｍ／分
切込み ：２ｍｍ
送り ：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
被削材 ：ＳＣＭ４４０
切削状態：水溶性切削液使用
切削時間：１０分
評価項目：切削加工後に金属顕微鏡にてクレータ摩耗の深さを観察した。具体的には、切削試験後の硬質被覆層表面に発生したクレータ摩耗の深さを金属顕微鏡で測定した。なお、表面被覆切削工具３個で切削試験を行い、各工具における測定結果の平均値をクレータ摩耗深さとした。
【００６１】
（耐欠損性の評価方法）
切削速度：１５０ｍ／分
切込み ：３ｍｍ
送り ：０．４ｍｍ／ｒｅｖ
被削材 ：ＳＣＭ４４０ ４本溝つき
切削状態：水溶性切削液使用
評価項目：欠損するまでの衝撃回数を測定した。具体的には、表面被覆切削工具１０個で切削試験を行い、そのうち欠損が発生した数を式：（欠損した表面被覆切削工具の数／１０個）×１００に当てはめ、欠損率（％）を算出した。
【００６２】
【表３】
表３から明らかなように、実施例１〜４の表面被覆切削工具は、耐摩耗性および耐欠損性に優れているのがわかる。これに対し、比較例１〜４の表面被覆切削工具は、耐摩耗性または耐欠損性に劣る結果を示した。また、硬質被覆層の表面についてホーニング部のみを研磨加工した比較例２では、研磨加工していないすくい面における硬質被覆層の表面が図５に示すように全体的に凹凸のある形状となり、微小窪み部のある表面とはならなかった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の表面被覆切削工具の一例であるスローアウェイチップを示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のチップにかかるホーニング部の硬質被覆層表面を示すＳＥＭ写真である。
【図４】図１のチップにかかるランド部の硬質被覆層表面を示すＳＥＭ写真である。
【図５】比較例２のすくい面における硬質被覆層表面（表面を研磨加工していない硬質被覆層の表面に相当）を示すＳＥＭ写真（倍率：３０００倍）である。
【符号の説明】
【００６４】
１ スローアウェイチップ
２ 基体
３ すくい面
３ａ ブレーカ溝
３ｂ ランド部
４ 逃げ面
５ 切刃
６ 硬質被覆層
７ 微小窪み部
８ ホーニング部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
すくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング部が形成された基体の表面に、硬質被覆層を化学蒸着法にて少なくとも１層被覆した表面被覆切削工具であって、
少なくともすくい面とホーニング部における前記硬質被覆層の表面は研磨加工され、かつ微小窪み部が点在しているとともに、該微小窪み部が前記ホーニング部よりすくい面に多く点在していることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記すくい面はブレーカ溝を有し、前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝の底との間の領域における前記微小窪み部が占める面積比率が、前記ホーニング部における前記微小窪み部が占める面積比率よりも大きい請求項１記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝の底との間の距離をＬ1としたとき、前記ホーニング部のすくい面側の終端から（１／４）Ｌ1の距離までの領域における前記微小窪み部が占める面積比率は１０〜５０％であり、前記ホーニング部の中央領域における前記微小窪み部が占める面積比率は２〜４０％である請求項１または２記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝の底との間の距離をＬ1としたとき、前記ホーニング部のすくい面側の終端から（１／４）Ｌ1の距離までの領域における前記微小窪み部の平均深さが０．１〜２μｍであり、前記ホーニング部の中央領域における前記微小窪み部の平均深さが０．０５〜１μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項５】
前記すくい面は、前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝との間にランド部を有する請求項１〜４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項６】
前記硬質被覆層の総膜厚が３〜３５μｍである請求項１〜５のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項７】
前記すくい面におけるブレーカ溝の底よりも内側の領域における前記微小窪み部が占める面積比率は３０〜９５％である請求項１〜６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項８】
前記ホーニング部の中央領域における前記硬質被覆層の表面の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４μｍである請求項１〜７のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項１】
すくい面と逃げ面との交差稜線部にホーニング部が形成された基体の表面に、硬質被覆層を化学蒸着法にて少なくとも１層被覆した表面被覆切削工具であって、
少なくともすくい面とホーニング部における前記硬質被覆層の表面は研磨加工され、かつ微小窪み部が点在しているとともに、該微小窪み部が前記ホーニング部よりすくい面に多く点在していることを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】
前記すくい面はブレーカ溝を有し、前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝の底との間の領域における前記微小窪み部が占める面積比率が、前記ホーニング部における前記微小窪み部が占める面積比率よりも大きい請求項１記載の表面被覆切削工具。
【請求項３】
前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝の底との間の距離をＬ1としたとき、前記ホーニング部のすくい面側の終端から（１／４）Ｌ1の距離までの領域における前記微小窪み部が占める面積比率は１０〜５０％であり、前記ホーニング部の中央領域における前記微小窪み部が占める面積比率は２〜４０％である請求項１または２記載の表面被覆切削工具。
【請求項４】
前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝の底との間の距離をＬ1としたとき、前記ホーニング部のすくい面側の終端から（１／４）Ｌ1の距離までの領域における前記微小窪み部の平均深さが０．１〜２μｍであり、前記ホーニング部の中央領域における前記微小窪み部の平均深さが０．０５〜１μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項５】
前記すくい面は、前記ホーニング部のすくい面側の終端と前記ブレーカ溝との間にランド部を有する請求項１〜４のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項６】
前記硬質被覆層の総膜厚が３〜３５μｍである請求項１〜５のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項７】
前記すくい面におけるブレーカ溝の底よりも内側の領域における前記微小窪み部が占める面積比率は３０〜９５％である請求項１〜６のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【請求項８】
前記ホーニング部の中央領域における前記硬質被覆層の表面の算術平均粗さＲａが０．０５〜０．４μｍである請求項１〜７のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１１８１３９（Ｐ２００７−１１８１３９Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１４２７３（Ｐ２００５−３１４２７３）
【出願日】平成１７年１０月２８日（２００５．１０．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２８日（２００５．１０．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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