JP2014087850A - 耐酸化性と切屑排出性にすぐれた表面被覆切削工具および表面被覆ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】湿式高速の深穴用ドリル加工に用いられた場合にも長期間に亘りすぐれた耐酸化性と切り屑排出性を維持する表面被覆ドリルを提供する。
【解決手段】超硬合金焼結体からなる工具基体上に、（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎ｛ｘ＝０．３〜０．７｝の成分系からなる平均層厚０．５〜７．０μｍの硬質被覆層が存在する表面被覆工具において、前記硬質被覆層が、工具基体の切れ刃稜線部から０．５ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．６≦ｘ≦０．７であり、かつ、前記工具基体の切れ刃稜線部から２．０ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．３≦ｘ＜０．６であることにより、前記の課題を解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面被覆切削工具に関し、さらに詳しくは、ドリル本体の先端部外周に切屑排出溝が形成されるとともに、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く内周面の先端に切刃が設けられ、主として炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）よりなる加工物に断続切削加工またはドリル深穴加工をするのに用いられる長期間に亘りすぐれた耐酸化性と切屑排出性を維持する表面被覆ドリルに関するものである。

このようなドリルとしては、軸線を中心として該軸線回りにドリル回転方向に回転される概略円柱状のドリル本体の先端側が切刃部とされ、この切刃部の外周に一対の切屑排出溝が、軸線に関して互いに対称となるように、該切刃部の先端面、すなわちドリル本体の先端逃げ面から後端側に向かうに従い軸線回りにドリル回転方向の後方側に捩れる螺旋状に形成され、これらの切屑排出溝の内周面のうちドリル回転方向を向く部分の先端側の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成された、いわゆる２枚刃のソリッドドリルが知られている。従って、このようなソリッドドリルでは、切屑排出溝内周面のドリル回転方向を向く部分の先端側がこの切刃のすくい面となり、切刃によって生成された切屑は、このすくい面から切屑排出溝の内周面を摺接しつつ、切屑排出溝の捩れによって後端側に送り出されて排出されることとなる。このようなドリルでは、ドリル本体の耐酸化性および切り屑排出性の向上のために種々の方法が採用されている。

例えば、特許文献１においては、基体表面に、ＴｉとＡｌの複合窒化物層、ＴｉとＡｌの複合炭窒化物層、ＴｉとＡｌの複合炭化物層の内の１種の単層または２種以上の複数層からなるＴｉとＡｌの複合化合物層を被覆してなる表面被覆切削工具において、基体表面に被覆されたＴｉＡｌ複合化物層のＴｉ／Ａｌの比が基体表面方向に変化しておりかつエッジ部においてＴｉ／Ａｌの比が最も高くなっていることにより、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮することができる表面被覆切削工具が開示されている。

また、特許文献２においては、ＴｉＡｌ化合物膜形成工程中に真空容器と基体間に印加する基材電圧を−２０Ｖ〜−３００Ｖの範囲で連続的および／または段階的に降下させたのち上昇させることにより、成膜されたＴｉＡｌ化合物膜被覆部材の耐酸化性が向上し密着性が高くなるため、耐摩耗性および耐欠損性にすぐれた表面被覆切削工具が得られることが開示されている。

また、特許文献３においては、超硬基体の表面に、ＡｌとＣｒの複合酸窒化物層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着してなり、層厚方向に沿ってＡｌおよび酸素の最高含有点とＣｒおよび窒素の最高含有点とが所定間隔において交互に繰り返し存在し、前記両最高含有点間でＡｌと酸素およびＣｒと窒素の含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、さらに、前記Ａｌおよび酸素の最高含有点が特定組成式を有し、前記Ｃｒおよび窒素の最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである硬質被覆層を構成する表面被覆超硬合金製切削工具が開示されている。

特開平８−２６７３０６号公報 特開２００３−９４２０８号公報 特開２００４−３４４９９０号公報

近年の切削加工装置の自動化はめざましく、加えて切削加工に対する省力化、省エネ化、低コスト化さらに効率化の要求も強く、これに伴い、高送り、高切り込みなどより高効率の切削加工が要求される傾向にあるが、前記従来表面被覆切削工具においては、各種の鋼や鋳鉄を通常条件下で切削加工した場合に特段の問題は生じないが、耐酸化性と耐摩耗性が必要とされるとともに切屑がドリルの切屑排出溝に詰まり易い湿式高速の深穴用ドリル加工に用いた場合には、切屑排出溝に切屑が詰まり易く、これが原因で、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。

特に、前記特許文献１乃至３に開示された従来技術における硬質被覆層の蒸着形成中のバイアス制御による組成制御では、バイアス効果の大きいエッジ稜線の近傍部において、原子量の小さいＡｌが選択的に除去されてしまい、原子量の大きいＴｉやＣｒを集中分布させることは出来ても、Ａｌをエッジ部に集中分布させることは技術的に困難であった。

そこで、本発明者らは、前述のような観点から、耐酸化性にすぐれた表面被覆切削工具を提供すべく、さらには、湿式高速の深穴用ドリル加工に用いられた場合にも長期間に亘りすぐれた耐酸化性と切り屑排出性を維持する表面被覆ドリルを提供すべく、表面被覆切削工具の工具基体上に（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎの成分系からなる平均層厚０．５〜７．０μｍの硬質被覆層が存在する表面被覆切削工具において、エッジ部にＡｌを集中分布させることにより耐酸化性および切り屑排出性を向上させる点に着目し鋭意研究を行った結果、次のような知見を得た。

超硬合金焼結体からなる工具基体上に、硬質被覆層が存在する表面被覆工具において、
（ａ）組成が（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎ｛ｘ＝０．３〜０．７｝の成分系からなり、かつ、平均層厚が０．５〜７．０μｍであって、
（ｂ）硬質被覆層が、工具基体の切れ刃稜線部から０．５ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．６≦ｘ≦０．７であり、かつ、
（ｃ）工具基体の切れ刃稜線部から２．０ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．３≦ｘ＜０．６であることにより、
前記表面被覆切削工具の耐酸化性と切り屑排出性を著しく向上させることができることを見出した。

さらに、前述したような硬質被覆層を再現性よく形成すべく、その形成方法について鋭意研究したところ、図１の概略説明図に示される物理蒸着装置の１種である圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置にＷＣ基超硬合金からなる工具基体を装着し、
工具基体温度：４００〜４３０℃
プラズマガン放電電力：３ｋＷ、
放電ガス流量：アルゴン（Ａｒ）ガス ２５〜４０ｓｃｃｍ、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−４００Ｖ、
という条件でボンバード処理を行った後、蒸着ステップとして、
工具基体温度：４００〜４３０℃
蒸発源１：金属Ｃｒ、
蒸発源１に対するプラズマガン放電電力：８〜１１Ｗ、
蒸発源２：金属Ａｌ、
蒸発源２に対するプラズマガン放電電力：８〜１１ｋＷ、
反応ガス流量：窒素（Ｎ_２）ガス １００ｓｃｃｍ、
放電ガス流量：アルゴン（Ａｒ）ガス ３５ｓｃｃｍ、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−１０Ｖ、
蒸着時間：３０〜２４０ｍｉｎ、
という条件のもと特定の硬質被覆層の形成を行い、更に、ごく表層へのイオン照射処理ステップとして、
工具基体温度：４００〜４３０℃
蒸発源：金属Ａｌ、
プラズマガン放電電力：８ｋＷ、
放電ガス流量：アルゴン（Ａｒ）ガス ５０ｓｃｃｍ、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−０．８〜−２ｋＶ、
蒸着時間：２０〜４０ｍｉｎ、
という特定の条件下で、プラズマ中で高バイアスによりＡｌイオン表面処理を行う、いわゆるプラズマ浸漬イオン注入法を行うことにより、工具基体のエッジ部にＡｌを再現性よく集中分布させることが出来るということを見出した。

本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 超硬合金焼結体からなる工具基体上に、硬質被覆層が存在する表面被覆工具において、
（ａ）前記硬質被覆層が、組成式：（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎ｛ｘ＝０．３〜０．７｝の成分系からなり、かつ、平均層厚０．５〜７．０μｍであって、
（ｂ）前記硬質被覆層が、工具基体の切れ刃稜線部から０．５ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．６≦ｘ≦０．７であり、かつ、
（ｃ）前記工具基体の切れ刃稜線部から２．０ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．３≦ｘ＜０．６である、
ことを特徴とする表面被覆工具。
（２） 前記硬質被覆層の組成比ｘの値が、硬質被覆層の最表面から深さ方向に沿って減少していることを特徴とする（１）に記載の表面被覆工具。
（３） 前記工具基体がドリル基体であり、ドリル先端から１０ｍｍの位置において、フルート溝の断面の内周に沿って、前記硬質被覆層の組成比ｘの値を測定したとき、ｘが０．６未満となる線分領域が、マージンとフルート溝部との稜線部を除き、５０線分％以上の長さに亘って連続して存在することを特徴とする（１）または（２）に記載の表面被覆ドリル。
（４） 前記超硬合金焼結体からなる工具基体上に、（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎ｛ｘ＝０．３〜０．６｝の成分系からなる平均層厚０．５〜７．０μｍの硬質被覆層を蒸着形成した後、前記工具基体近傍に、電子密度が１０^１６〜１０^１8ｍ^−３であるＡｌイオン、Ａｒイオンおよび電子からなる高密度プラズマを形成した状態で、０．８ｋＶ以上の負バイアス電圧によりＡｌイオンにより前記硬質被覆層表面を処理することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の表面被覆工具または表面被覆ドリルの製造方法。」
に特徴を有するものである。

本発明について、以下に説明する。

本発明の表面被覆工具は、超硬合金焼結体からなる工具基体上に、（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎ｛ｘ＝０．３〜０．７｝の成分系からなる平均層厚０．５〜７．０μｍの硬質被覆層を形成する。ここで、硬質被膜層の平均層厚が０．５μｍ未満では、所望の耐摩耗性が維持できず、一方、７．０μｍを超えると硬質被覆層のチッピングなどが生じる。したがって、硬質被覆層の平均層厚は０．５〜７．０μｍと定めた。
また、硬質被覆層の組成（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎにおいて、Ａｌの含有割合ｘの値が、０．３未満ではＡｌの耐摩耗性が十分でなく、０．７を超えると六方晶組織へと変化するためＮａＣｌ型結晶が持つ強度を維持できない。したがって、Ａｌの含有割合ｘの値は０．３〜０．７と定めた。

また、硬質被覆層が、切れ刃近傍、すなわち、工具基体の切れ刃稜線部から０．５ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．６未満では耐酸化性が不足し、０．７を超えると脆性が高くなりすぎ、硬質被覆層のチッピングにより寿命の原因となる。そこで、工具基体の切れ刃稜線部から０．５ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値を、０．６≦ｘ≦０．７と定めた。

さらに、硬質被覆層が、切れ刃から離れた位置、すなわち、工具基体の切れ刃稜線部から２．０ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．３未満では耐酸化性が不足しすぎ、０．６を超えると脆性が高くなりすぎ、硬質被覆層のチッピングにより寿命の原因となる。そこで、工具基体の切れ刃稜線部から２．０ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値を、０．３≦ｘ＜０．６と定めた。

また、硬質被覆層の組成比ｘの値が、硬質被覆層の最表面から深さ方向に沿って減少させることによって、硬質被覆層の残留圧縮応力が最表面から工具基体表面に向けて連続的に高くなるため工具基体と硬質被覆層との間で剥離しにくくなる。また、最表面から工具基体表面に向けて残留圧縮応力が高くなるため、工具基体近傍の見かけ上の硬さが硬くなり、耐摩耗性が向上する。耐欠損性についても残留圧縮応力が高くなるため向上する。

さらに、前述の表面被覆工具において工具基体をドリル基体として、表面被覆ドリルとした場合に、フルート溝の断面の内周に沿って、硬質被覆層の組成比ｘの値を測定したとき、ｘが０．６以下となる線分領域が、切れ刃稜線部を除き、５０線分％以上の長さに亘って連続して存在することによって、ＣｒとＡｌが同量程度からＣｒリッチへと変化する硬質被覆層がフルート溝の断面内周に沿って連続して形成されることになるため、切削抵抗を小さく出来、フルート溝の内周面に切屑が衝突した際の衝撃を吸収して円滑に切屑をフルート溝の内周に沿って排出できるため、切り屑排出効果を高めることが出来る。

さらに、前述した表面被覆工具を再現性よく高効率で製造すべく、鋭意研究したところ、超硬合金焼結体からなる工具基体上に、（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎ｛ｘ＝０．３〜０．６｝の成分系からなる平均層厚０．５〜７．０μｍの硬質被覆層を蒸着形成した後、工具基体近傍に、電子密度が１０^１６〜１０^１8ｍ^−３であるＡｌイオン、Ａｒイオンおよび電子からなる高密度プラズマを形成した状態で、０．８ｋＶ以上の負バイアス電圧によりＡｌイオンを硬質被覆層に注入するという、いわゆる、プラズマ浸漬イオン注入法によるエッジ効果を利用することにより、再現性よく、しかも高効率的で製造することが出来ることを見出した。ここで、工具基体上に蒸着形成する（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎの成分系からなる硬質被覆層の組成比ｘを０．３〜０．６とする理由は、蒸着工程に続くイオン注入工程で注入されるＡｌの量を考慮して、最終的な組成比を０．３〜０．７とするために必要なＡｌの含有量を算出したところ蒸着工程で形成する硬質被覆層の組成比ｘを０．３〜０．６とすることにより、イオン注入後の最終的な硬質被覆層の組成比ｘを０．３〜０．７とすることが出来ることを見出した。

本発明の表面被覆工具は、超硬合金焼結体からなる工具基体上に、硬質被覆層が存在する表面被覆工具において、硬質被覆層が、組成式：（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎ｛ｘ＝０．３〜０．７｝の成分系からなり、かつ、平均層厚０．５〜７．０μｍであって、工具基体の切れ刃稜線部から０．５ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．６≦ｘ≦０．７であり、かつ、工具基体の切れ刃稜線部から２．０ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．３≦ｘ＜０．６であることにより、長期に亘ってすぐれた耐酸化性と切り屑排出性を発揮するものである。

本発明の表面被覆工具の硬質被覆層（組成制御層）を蒸着形成するための圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置の概略図を示す。 本発明の表面被覆工具の硬質被覆層（組成制御層）の断面の組成分布を示す。 比較表面被覆工具を蒸着形成するためのアークイオンプレーティング装置の概略図を表す。

つぎに、本発明の表面被覆ドリルおよび表面被覆エンドミルを実施例により具体的に説明する。

原料粉末として、平均粒径０．８μｍのＷＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ_３Ｃ_２粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さが１０ｍｍ×８０ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製のドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−４をそれぞれ製造した。同様に前記の丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さが６ｍｍ×８０ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度、先端Ｒ３ｍｍの２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製のエンドミル基体Ｅ−１〜Ｅ−４をそれぞれ製造した。

ついで、これらのドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−４の切刃にホーニングを施し、ドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−４、エンドミル基体Ｅ−１〜Ｅ−４（以下、工具基体という）をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１の概略図に示される物理蒸着装置の１種である圧力勾配型Ａｒプラズマガンを利用したイオンプレーティング装置に装着し、工具基体温度を４００〜４３０℃とした状態で、プラズマガン放電電力３ｋＷ、放電ガスとして、Ａｒガスを２５〜４０ｓｃｃｍの流量で装置内に流入し、工具基体に直流バイアス電圧を−４００Ｖ印加した状態で、工具基体にボンバード処理を施した。

ついで、
工具基体温度：４００〜４３０℃
蒸発源１：金属Ｃｒ、
蒸発源１に対するプラズマガン放電電力：８〜１１ｋＷ、
蒸発源２：金属Ａｌ、
蒸発源２に対するプラズマガン放電電力：８〜１１ｋＷ、
反応ガス流入口の反応ガス流量：窒素（Ｎ_２）ガス １００ｓｃｃｍ
プラズマガン用放電ガス：アルゴン（Ａｒ）ガス ３５ｓｃｃｍ、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−１０Ｖ、
蒸着時間：３０〜２４０ｍｉｎ
という表２に示される条件のもと硬質被覆層の形成を行い、更に、
工具基体温度：４００〜４３０℃
蒸発源：金属Ａｌ、
蒸発源に対するプラズマガン放電電力Ａｌ：８ｋＷ、
プラズマガン用放電ガス：アルゴン（Ａｒ）ガス ５０ｓｃｃｍ、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−０．８〜−１．２ｋＶ、
蒸着時間：２０〜４０ｍｉｎ
という表２に示される条件のもとプラズマ浸漬イオン注入処理を行うことにより、表３、４に示される組成分布を有する硬質被覆層（組成制御層）をドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−４、エンドミル基体Ｅ−１〜Ｅ−４の表面に蒸着形成して、本発明表面被覆ドリル１〜１５および本発明表面被覆エンドミル１〜１５を製造した。参考として、表２に各形成条件における基体近傍で計測した電子密度を示す。１０^１６ｍ^−３未満では、荷電粒子の数、ひいてはＡｌイオンの空間濃度が低すぎ、刃先に対して所望のＡｌ量を導入することが出来ず、１０^１８ｍ^−３を超えるとＡｌイオンの空間濃度が高すぎ、Ａｌ量の制御が出来なくなるため、基体近傍の電子密度は１０^１６〜１０^１８ｍ^−３とすることが好ましい。なお、電子密度の測定には、静電プローブを用いる方法やレーザー光のトムソン散乱を利用する方法などがあり、対象のプラズマに対して最適な手法を適応して電子密度の桁数を見積もることは、プラズマ成膜に従事する技術者であれば当然実施できるものである。

また、比較の目的で、前記ドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−４、エンドミル基体Ｅ−１〜Ｅ−４の表面に、ホーニングを施し、ドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−４、エンドミル基体Ｅ−１〜Ｅ−４をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図３に示される、Ａｌ−Ｃｒ合金をターゲットとして取り付けたアークイオンプレーティング装置内に装着し、工具基体温度を４００〜４３０℃とした状態で、ターゲットに対するアーク放電電流を１３０Ａ、放電ガスとして、Ａｒガスを２５〜４０ｓｃｃｍの流量で装置内に流入し、工具基体に直流バイアス電圧を−４００Ｖ印加した状態で、工具基体にボンバード処理を施した。
ついで、
工具基体温度：４１０〜４３０℃、
ターゲット：Ａｌ−Ｃｒ合金
ターゲットに対するアーク放電電流：１３０Ａ、
チャンバー内のガス圧力：６Ｐａ、
窒素（Ｎ_２）ガス割合：１００％、
工具基体に印加する直流バイアス電圧：−３００Ｖ、
という表５に示される条件のもと表６、７に示される組成を有する従来硬質被覆層をドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−４、エンドミル基体Ｅ−１〜Ｅ−４の表面に蒸着形成して、比較表面被覆ドリル１〜１５および比較表面被覆エンドミル１〜１５をそれぞれ製造した。

つぎに、前記本発明表面被覆ドリル１〜１５および比較表面被覆ドリル１〜１５について、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：８０ｍｍの、ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１８０）の板材、
切削速度： ８０ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．３０ｍｍ／ｒｅｖ．、
穴深さ： ５０ｍｍ、
の条件での炭素鋼の乾式高送り深穴あけ切削加工試験（通常の、加工穴深さ５Ｄの切削速度および送りは、０．２０ｍｍ／ｒｅｖ．）、
を行い、１０穴ごとに先端切刃面の逃げ面摩耗幅を測定し、その先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまで、若しくは工具の欠損等が原因で以降の切削ができなくなるまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表３、表６にそれぞれ示した。

つぎに、前記本発明表面被覆エンドミル１〜１５および比較表面被覆エンドミル１〜１５について、
被削材−平面寸法：２００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：１００ｍｍの、ＪＩＳ・Ｓ５５Ｃ（ＨＢ２５０）の板材、
工具回転数：２００００回転
テーブル送り： ０．３３ｍｍ／ｒｅｖ．、
送り切り込み量：１．０ｍｍ
深さ切り込み量：０．３ｍｍ
の条件での炭素鋼の乾式高送りエンドミル切削加工試験（通常の工具回転数およびテーブル送りは０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．）を行い、１面、すなわち５０ｍの切削長ごとに、先端切刃面の逃げ面摩耗幅を測定し、その先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに至るまで、若しくは工具の欠損等が原因でそれ以降の切削が出来なくなるまでの切削長を測定した。この測定結果を表４、表７にそれぞれ示した。

この結果得られた本発明表面被覆ドリル１〜１５、本発明表面被覆エンドミル１〜１５硬質被覆層を構成する平均層厚、さらに、比較表面被覆ドリル１〜１５、比較表面被覆エンドミル１〜１５の硬質被覆層を構成する従来層の平均層厚を、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値（５ヶ所の平均値）を示した。
さらに、本発明表面被覆ドリル１〜１５、比較表面被覆ドリル１〜１５、本発明表面被覆エンドミル１〜１５、比較表面被覆エンドミル１〜１５の、工具先端から１ｍｍの位置におけるフルート溝を構成する硬質被覆層のうち、切れ刃稜線から０．５ｍｍの位置における組成と、同じく切れ刃稜線部から２．０ｍｍの位置における組成を、オージェ電子分光分析により測定し、組成比ｘの値を決定した。さらに、各位置において深さ方向へのエッチング処理を行いながら、断続的に組成分析を行い、深さ方向に沿った組成ｘの値をそれぞれ決定し、表３、４、６、７に示した。さらに、本発明表面被覆ドリル１〜１５に対して、ドリル先端から１０ｍｍの位置に存在するフルート溝において、フルート溝の内周部のうち、フルート溝とマージン部の稜線からフルート溝側へ２ｍｍ離れた線領域の長さを２０点に分割し、各点において前記硬質被覆層の組成比ｘの値をそれぞれ測定し、それらの結果から、組成比ｘの値が０．６を下回る点の数を全測定点である２０点で除した値（線分％）を、「フルート溝の断面の内周に沿って、前記硬質被覆層の組成比ｘが０．６未満となる線分領域が連続して存在する割合（線分％）」とし、表３、６に示した。

表２、３、４に示される結果から、本発明表面被覆ドリルおよび本発明表面被覆エンドミルは、最表面に（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎの成分系からなる平均層厚が０．５〜７．０μｍの硬質被覆層が存在し、硬質被覆層が、工具基体の切れ刃稜線部から０．５ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．６≦ｘ≦０．７であり、かつ、工具基体の切れ刃稜線部から２．０ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．３≦ｘ＜０．６であることによって、すぐれた耐酸化性と切り屑排出性を発揮し、その結果、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すことが明らかである。さらに、本発明表面被覆ドリルのうち、フルート溝の断面の内周に沿って、前記硬質被覆層の組成比ｘの値が０．６以下となる線分領域が、切れ刃稜線部を除き、５０線分％以上の長さに亘って連続して存在する、本発明被覆ドリル１０〜１５は一段とすぐれた切り屑排出性と耐摩耗性を発揮しており長い工具寿命を示していることが明らかである。

これに対して、表５、６，７に示される結果から、比較表面被覆ドリルおよび比較表面被覆エンドミルは、硬質被覆層が、工具基体の切れ刃稜線部から０．５ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．６≦ｘ≦０．７でないか、および／または、工具基体の切れ刃稜線部から２．０ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．３≦ｘ＜０．６でないので、耐酸化性および切り屑排出性の点で十分でなく、摩耗進行や切り屑詰まり等の発生等により、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。

前述のように、本発明の表面被覆切削工具は、超硬合金焼結体からなる工具基体上に、（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎ｛ｘ＝０．３〜０．７｝の成分系からなる平均層厚０．５〜７．０μｍの硬質被覆層が存在し、前記硬質被覆層が、工具基体の切れ刃稜線部から０．５ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．６≦ｘ≦０．７であり、かつ、（ｂ）前記工具基体の切れ刃稜線部から２．０ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．３≦ｘ＜０．６であることにより、すぐれた耐酸化性と切り屑排出性を備えており、その結果、長期に亘ってすぐれた切削性能を維持するものである。

Claims (4)

1. 超硬合金焼結体からなる工具基体上に、硬質被覆層が存在する表面被覆工具において、
   （ａ）前記硬質被覆層が、組成式：（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎ｛ｘ＝０．３〜０．７｝の成分系からなり、かつ、平均層厚が０．５〜７．０μｍであって、
   （ｂ）前記硬質被覆層が、工具基体の切れ刃稜線部から０．５ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．６≦ｘ≦０．７であり、かつ、
   （ｃ）前記工具基体の切れ刃稜線部から２．０ｍｍの位置において測定した最表面の組成比ｘの値が、０．３≦ｘ＜０．６である、
   ことを特徴とする表面被覆工具。
2. 前記硬質被覆層の組成比ｘの値が、硬質被覆層の最表面から深さ方向に沿って減少していることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆工具。
3. 前記工具基体がドリル基体であり、ドリル先端から１０ｍｍの位置において、フルート溝の断面の内周に沿って、前記硬質被覆層の組成比ｘの値を測定したとき、ｘが０．６未満となる線分領域が、マージンとフルート溝部との稜線部を除き、５０線分％以上の長さに亘って連続して存在することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面被覆ドリル。
4. 前記超硬合金焼結体からなる工具基体の上に、（Ａｌ_ｘＣｒ_１−ｘ）Ｎ｛ｘ＝０．３〜０．６｝の成分系からなる平均層厚０．５〜７．０μｍの硬質被覆層を蒸着形成した後、前記工具基体近傍に、電子密度が１０^１６〜１０^１７ｍ^−３であるＡｌイオン、Ａｒイオンおよび電子からなる高密度プラズマを形成した状態で、０．８ｋＶ以上の負バイアス電圧を印加してＡｌイオンにより前記硬質被覆層の表面を処理することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の表面被覆工具または表面被覆ドリルの製造方法。