JP2742049B2 - コーティングされた切削工具 - Google Patents

コーティングされた切削工具

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    • Y10T407/00—Cutters, for shaping
    • Y10T407/27—Cutters, for shaping comprising tool of specific chemical composition

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コーティングされ
た切削工具に関する。より詳細には、本発明はコーティ
ングされた切削工具に関し、この切削工具のためのコー
ティング構成は、物理蒸着法（ＰＶＤ）によって付着さ
れるＩＶＢ族の金属−アルミニウムの合金層と、ＰＶＤ
によってＩＶＢ族−アルミニウムの合金層に付着される
アルミナの層とを含む。
【０００２】
【従来の技術】バルク材料としてのアルミナは、高い耐
酸化性、高い化学安定性、高い硬度及び優れた耐摩耗性
を示す。従って、アルミナは材料除去、例えば金属除去
などの用途における使用に望ましい特性を有する。これ
らの望ましい特性にもかかわらず、アルミナ切削工具の
使用は、アルミナの低い靱性及び貧弱な成形性のために
いくつかの欠点を有する。切削性能を向上させるため
に、ある製造者はクロミウムオキサイド（chromium oxi
de) 、マグネシウムオキサイド（magnesium oxide)、チ
タニウムオキサイド（titanium oxide) 、ニッケルオキ
サイド（nickel oxide) 及び耐熱金属カーバイド（refr
actory metal carbides)などの添加剤をアルミナベース
の切削工具に含んでいる。これらの添加剤の存在によ
り、性能特性が向上したアルミナ切削工具が得られてい
る。
【０００３】アルミナの不利な点を克服し、なおその有
益な特性を得る別の方法は、物理蒸着法（ＰＶＤ）技術
によって、より強靱で成形がより容易である切削工具の
基体をアルミナコーティングすることである。このプロ
セスの結果として、アルミナコーティングの切削工具が
得られる。
【０００４】アルミナコーティングの切削工具は一定の
性能レベルを達成するが、これらの工具には欠点があ
る。これに関して、以下の文献は非晶質アルミナコーテ
ィングの基体への付着に関する。
【０００５】クノテックら(Knotek et al.) による "Sp
uttered hard materials based ontitanium and alumin
um for wear protection"（International Pulvermet.
Tagung.、DDR 、Dresden (1985)、pp. 181-196)という
タイトルの論説は、アルミナ、ＴｉＮ及びＴｉＡｌＮの
個別のコーティングのＰＶＤ（マグネトロンスパッタ
ー）付着を言及している。この論説は、これらのコーテ
ィングがＣＶＤコーティングと同等の性能を、またＴｉ
ＡｌＮの場合ではそれより優れた性能を有することを述
べている。
【０００６】スモモギら(Sumomogi et al)の "Adhesion
Evaluation of RF-Sputtered Aluminum Oxide and Tit
anium Carbide Thick Films Grown on Carbide Tools"
(ThinSolid Films 、79 (1981) 、pp. 91-100）という
タイトルの論説は、超硬工具（ISO P20)へのアルミナコ
ーティングのＰＶＤ付着を述べている。
【０００７】シンザトら(Shinzato et al.）の "Intern
al Stress in Sputter-Deposited Al2O3 Films"(Thin S
olid Films、97(1982)、pp. 333-337)というタイトルの
論説は、従来の高周波装置又は平面マグネトロン高周波
装置のいずれかによる超硬合金（ISO P20)、高速スチー
ル及びコーニングパイレックス(Corning Pyrex) ガラス
へのアルミナコーティングの付着を述べている。
【０００８】カザマら(Kazama et al.) の "Alumina Fi
lms Prepared by Ion Plating"［alumina on a WC cutt
ing tool］というタイトルの論説は、イオンめっきによ
ってＷＣ基体にアルミナコーティングを付着し、アルフ
ァ−アルミナコーティングを形成することを言及してい
る。
【０００９】ムラヤマら(Murayama et al.) の日本特許
出願番号Ｓ５４−２９８２は、イオンめっき法を使用し
てアルミナ（又はアルミナ及びＴｉＣ）を基体に付着す
ることに関する。実施例ＩＩは、切削工具（ISO P30 合
金）上のアルミナコーティングに関する。
【００１０】アルミナコーティングの切削工具の１つの
欠点は、基体とアルミナコーティング又は層との間に適
切な付着が不足していることに関する。アルミナコーテ
ィングの付着を向上させる１つの方法は、中間層を提供
することである。以下の文献は、中間層の使用を述べて
いる。
【００１１】ラモスら(Ramos et al.)の "Adhesion imp
rovement of RF-sputtered aluminacoatings as determ
ined by the scratch test" (Jour. Adhesion Sci. Tec
hnol. 、Vol. 7、No. 8 、pp. 801-811 (1993)）におい
て、著者は高速スチール基体(AISI M2) とＲＦ−スパッ
ターによって付着されるアルミナコーティングとの間に
チタン又はチタニウムニトライド（titanium nitride)
中間層を使用した。全体的な結論は、チタン又はチタニ
ウムニトライドの中間層はアルミナコーティングの高速
スチール基体への付着を向上させるということであっ
た。
【００１２】ドイら（Doi et al.) の日本特許公告番号
Ｓ５７−１２０６６７は、切削工具に関連して、ＴｉＣ
のベース層の上にアルミナの中間層をＰＶＤ付着するこ
とを言及している。外層はＴｉＮである。この特許は６
層コーティング構成の言及もしており、これはプラズマ
ＣＶＤデバイスを使用し、外層としてアルミナを、中間
層としてＴｉＣ、アルミナ及びＴｉＣＯを含む。該特許
の実施例３は８層構成を含み、ここで外層はアルミナで
あり、中間層はＴｉＣ、アルミナ、ＴｉＣＯ及びＴｉＣ
Ｎを含む。
【００１３】マツダら(Matsuda et al.)の日本特許出願
番号Ｈ４−３０８０７５は、イオンめっきによるアルミ
ナコーティングの基体への付着を述べている。アルミナ
は、基体の表面に直接付着が可能である。アルミナは、
基体上に先に形成された中間層に付着されることも可能
である。中間層はチタン、チタニウムカーバイド（tita
nium carbide）又はチタニウムニトライドとすることが
できる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は改良さ
れたコーティング切削工具を提供することであり、ここ
でコーティング構成は、ＰＶＤによって付着されるＩＶ
Ｂ族−アルミニウムの合金層と、ＰＶＤによってＩＶＢ
族−アルミニウムの合金層に付着されるアルミナの層と
を含む。
【００１５】本発明の目的は改良されたコーティング切
削工具を提供することであり、ここでコーティング構成
は、化学蒸着法（ＣＶＤ）又はＰＶＤのいずれかによっ
て基体に付着されるチタンベース組成物の少なくとも１
つの中間層と、ＰＶＤによってチタンベース組成物の最
上中間層に付着されるＩＶＢ族−アルミニウムの合金層
と、ＰＶＤによってＩＶＢ族−アルミニウムの合金層に
付着されるアルミナの層とを含む。
【００１６】本発明の目的は改良されたコーティング切
削工具を提供することであり、ここでコーティング構成
は、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかによって基体に付着さ
れるチタンベース組成物の少なくとも１つの層と、ＰＶ
Ｄによってチタンベース組成物の最上中間層に付着され
るＩＶＢ族−アルミニウムの合金層と、ＰＶＤによって
ＩＶＢ族−アルミニウムの合金層に付着されるアルミナ
の層と、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかによってアルミナ
層に付着されるチタンベース組成物の少なくとも１つの
層とを含む。
【００１７】本発明の目的は改良されたコーティング切
削工具を提供することであり、ここでコーティング構成
は、ＰＶＤによって基体に付着されるＩＶＢ族−アルミ
ニウムの合金のベース層と、ＰＶＤによってＩＶＢ族−
アルミニウムの合金層に付着されるアルミナの外層とを
含む。
【００１８】本発明の目的は改良されたコーティング切
削工具を提供することであり、ここでコーティング構成
は、ＰＶＤによって基体に付着されるＩＶＢ族−アルミ
ニウムの合金のベース層と、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれ
かによってアルミナ層に付着されるチタンベース組成物
の少なくとも１つの層とを含む。
【００１９】本発明の目的は改良されたコーティング切
削工具を提供することであり、ここでコーティング構成
は、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかによって基体に付着さ
れるチタンベース組成物の少なくとも１つの中間層と、
ＰＶＤによってチタンベース組成物の最上中間層に付着
されるＩＶＢ族−アルミニウムの合金層と、ＰＶＤによ
ってＩＶＢ族−アルミニウムの合金層に付着されるアル
ミナの外層とを含む。
【００２０】本発明の目的は改良されたコーティング切
削工具を提供することであり、ここでコーティング構成
は、ＰＶＤによって付着されるＩＶＢ族−アルミニウム
の合金層と、ＰＶＤによってＩＶＢ族−アルミニウムの
合金層に付着されるアルミナの層とを含み、ここでＩＶ
Ｂ族−アルミニウム合金はチタン、ジルコニウム及びハ
フニウムのうちの１つ又はそれより多くを含む。
【００２１】本発明の目的は改良されたコーティング切
削工具を提供することであり、ここでコーティング構成
は、ＰＶＤによって付着されるＩＶＢ族−アルミニウム
の合金層と、ＰＶＤによってＩＶＢ族−アルミニウムの
合金層に付着されるアルミナの層とを含み、ここでＩＶ
Ｂ族−アルミニウム合金は必要に応じてＶＢ族元素、即
ちバナジウム、タンタル及びニオブのうちの１つ又はそ
れより多くを含む。
【００２２】本発明の目的は改良されたコーティング切
削工具を提供することであり、ここでコーティング構成
は、ＰＶＤによって付着されるＩＶＢ族−アルミニウム
の合金層と、ＰＶＤによってＩＶＢ族−アルミニウムの
合金層に付着されるアルミナの層とを含み、ここでＩＶ
Ｂ族−アルミニウムの合金層は組成濃度勾配を有する。
【００２３】
【課題を解決するための手段】１つの形態において、本
発明はすくい面及び逃げ面を含み、切削エッジがすくい
面及び逃げ面の接合部にあるコーティングされた切削工
具である。切削工具は、基体と、基体に接合されるコー
ティングとを更に含む。コーティングは、物理蒸着法に
よって付着されるチタン−アルミニウムの第１の層と、
物理蒸着法によってチタン−アルミニウムの第１の層に
直接付着されるアルミナの層とを有するコーティング構
成を有する。
【００２４】別の形態において、本発明はすくい面及び
逃げ面を含み、切削エッジがすくい面及び逃げ面の接合
部にあるコーティングされた切削工具である。切削工具
は、基体と、基体に接合されるコーティングとを更に含
む。コーティングは第１の層を含むコーティング構成を
有し、ここで第１の層はＰＶＤによって付着され、次の
関係に従った組成を有する： （Ｔｉa Ｚｒb Ｈｆc Ｖd Ｔａe Ｎｂf Ａｌ
1-(a+b+c+d+e+f) )(Ｎx Ｏ1-X ） ここで、０≦ａ＜１；０≦ｂ＜１；０≦ｃ＜１；０≦ｄ
＜１；０≦ｅ＜１；０≦ｆ＜１；０≦ｘ≦１；及び０＜
（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ）＜１である。このコーティ
ング構成は、第１の層に接合されるアルミナ層を更に含
む。
【００２５】更に別の形態において、本発明はすくい面
及び逃げ面を含み、切削エッジがすくい面及び逃げ面の
接合部にあるコーティングされた切削工具である。切削
工具は、基体と、基体に接合されるコーティングとを更
に含む。コーティングは、物理蒸着法によって付着され
るＩＶＢ族金属−アルミニウム合金の第１の層と、物理
蒸着法によってＩＶＢ族金属−アルミニウム合金の第１
の層に直接付着されるアルミナの層とを含むコーティン
グ構成を有する。
【００２６】
【発明の実施の形態】図面を参照すると、図１は１０で
共通に示される本発明の切削工具の第１の特定の実施の
形態を示している。切削工具１０は、すくい面１２及び
逃げ面１４を有する。切削エッジ１６は、すくい面１２
及び逃げ面１４の接合部にある。
【００２７】切削工具はマルチ層コーティング構成を有
する基体を表しており、選択された実施の形態において
いくつかの又は全てのコーティング層は物理蒸着法によ
って付着される。多種のＰＶＤ技術が存在し、これらの
技術によって基体にコーティングを付着してコーティン
グされた切削工具を得ることができる。これらの技術
は、例えばイオンめっき、マグネトロンスパッター及び
アーク蒸着などのあらゆる高イオン濃度プロセスを含
む。
【００２８】選択された他の実施の形態において、いく
つかのコーティング層は化学蒸着法（ＣＶＤ）によって
付着されることが可能である。満足のゆくＣＶＤ層を得
る多種のＣＶＤプロセスが存在する。
【００２９】図２を参照すると、切削工具１０は基体１
８と、２層コーティング構成とを有する。
【００３０】ベース層２０は、物理蒸着法技術によって
付着されるチタニウムアルミニウムニトライド (titani
um aluminum nitride)である。ＴｉＡｌＮベース層２０
の厚さは１〜６μｍの間である。ＴｉＡｌＮ層を使用す
ることにより、タングステンカーバイド−コバルト基体
とＴｉＡｌＮベースコーティングとの間に優れた金属接
合が存在する。
【００３１】なお図２を参照すると、切削工具１０はま
た、物理蒸着法技術によって付着されるアルミナの外層
２２を有する。外層２２の厚さは１〜６μｍの間であ
る。ＴｉＡｌＮにおけるアルミニウムの存在は、チタニ
ウムアルミニウムニトライド層の表面上のアルミナ外部
コーティングにおけるアルミナ粒子の核生成の促進もす
る。
【００３２】特定の実施の形態として示されていない
が、本発明は第１の特定の実施の形態のチタニウムアル
ミニウムニトライドの代わりに０．５μｍ未満の厚さを
有するチタン、アルミニウム又はチタン−アルミニウム
を含むことを出願人は考慮している。このような変更に
よって、基体と、ＰＶＤによって付着されるチタンアル
ミニウムのベースコーティングと、ＰＶＤによって付着
されるアルミナの外部コーティングとを有する切削工具
が作られる。
【００３３】図３を参照すると、切削工具３０はすくい
面３２及び逃げ面３４を有する。切削エッジ３６は、す
くい面３２及び逃げ面３４の接合部にある。
【００３４】切削工具３０は更に、基体４０を含む。切
削工具３０は、物理蒸着法技術によって基体４０の表面
に付着されるチタニウムアルミニウムニトライドのベー
ス層４２を更に含む。ベース層４２の厚さは１〜６μｍ
の間である。前述のように、このベース層は基体と金属
接合を形成する。
【００３５】切削工具３０は、ＰＶＤによってチタニウ
ムアルミニウムニトライド層４２に付着されるチタン、
アルミニウム又はチタン−アルミニウムの仲介層４４を
更に含む。仲介層４４は、０．５μｍ未満の厚さを有す
る。
【００３６】切削工具は、物理蒸着法によってチタンア
ルミニウム仲介層４４の表面に付着されるアルミナの外
層４６を最後に含む。外層４６の厚さは１〜６μｍの間
である。仲介層におけるアルミニウムの存在は、チタン
アルミニウム層４４の表面上のアルミナ外層におけるア
ルミナ粒子の核生成の促進を助長する。
【００３７】５０で共通に示され、図４に示される切削
工具の別の実施の形態を参照すると、切削工具５０はす
くい面５２と、逃げ面５４と、すくい面及び逃げ面（５
２、５４）の接合部にある切削エッジ５６とを含む。
【００３８】このコーティング構成を参照すると、チタ
ンベース組成物の２つの中間層６０、６２があり、中間
層６０（例えば、チタニウムニトライド）は基体の表面
に付着される。中間層６０、６２は、化学蒸着法（ＣＶ
Ｄ）又はＰＶＤのいずれかによって付着可能である。中
間層６０は、１〜４μｍの間の厚さを有する。中間層６
２（例えば、チタニウムカーボニトライド (titanium c
arbonitride)）は、１〜４μｍの間の厚さを有する。
【００３９】チタン−アルミニウム合金（例えば、チタ
ニウムアルミニウムニトライド）の層６４は、ＰＶＤに
よって中間層６２の表面に付着される。層６４は、１〜
６μｍの間の厚さを有する。
【００４０】アルミナの層６６は、ＰＶＤによってチタ
ン−アルミニウム合金層６４の表面に付着される。層６
６は、１〜６μｍの間の厚さを有する。
【００４１】７０で共通に示され、図５に示される切削
工具の更に別の実施の形態を参照すると、切削工具７０
はすくい面７２と、逃げ面７４と、すくい面及び逃げ面
（７２、７４）の接合部にある切削エッジ７６とを含
む。切削工具７０は基体７８を更に含む。
【００４２】このコーティング構成を参照すると、チタ
ンベース組成物の２つの中間層８０、８２があり、中間
層８０（例えば、チタニウムニトライド）は基体の表面
に付着される。中間層８０、８２は、化学蒸着法（ＣＶ
Ｄ）又はＰＶＤのいずれかによって付着可能である。中
間層８０は、１〜４μｍの間の厚さを有する。中間層８
２（例えば、チタニウムカーボニトライド）は、１〜４
μｍの間の厚さを有する。
【００４３】チタン−アルミニウム合金（例えば、チタ
ニウムアルミニウムニトライド）の層８４は、ＰＶＤに
よって中間層８２の表面に付着される。層８４は、１〜
６μｍの間の厚さを有する。
【００４４】アルミナの層８６は、ＰＶＤによってチタ
ン−アルミニウム合金層８４に付着される。層８６は、
１〜６μｍの間の厚さを有する。
【００４５】チタンベース組成物の一対の外層８８、９
０は、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかによってアルミナ層
８６に付着される。外層８８（例えば、チタン）は０．
５μｍ未満の厚さを有する。外層９０（例えば、チタニ
ウムニトライド）は１〜４μｍの間の厚さを有する。外
層８８は、アルミナ層８６の表面に直接付着される。
【００４６】１００で共通に示され、図６に示される切
削工具の更なる実施の形態を参照すると、切削工具１０
０はすくい面１０２と、逃げ面１０４と、すくい面及び
逃げ面（１０２、１０４）の接合部にある切削エッジ１
０６とを含む。切削工具１００は基体１０８を更に含
む。
【００４７】このコーティング構成を参照すると、チタ
ンベース組成物の２つの中間層１１０、１１２があり、
中間層１１０（例えば、チタニウムニトライド）は基体
の表面に付着される。中間層１１０、１１２は、ＣＶＤ
又はＰＶＤのいずれかによって付着可能である。中間層
１１０は、１〜４μｍの間の厚さを有する。中間層１１
２（例えば、チタニウムカーボニトライド）は、１〜４
μｍの間の厚さを有する。
【００４８】第１のチタン−アルミニウム合金（例え
ば、チタニウムアルミニウムニトライド）の層１１４
は、ＰＶＤによって中間層１１２に付着される。層１１
４は、１〜４μｍの間の厚さを有する。第２のチタン−
アルミニウム合金（例えば、チタニウムアルミニウムニ
トライド）の層１１６は、ＰＶＤによってチタン−アル
ミニウム合金層１１４に付着される。層１１６は、１〜
４μｍの間の厚さを有する。好ましくは、第２のチタン
−アルミニウム合金層は第１のチタン−アルミニウム合
金層よりも高いアルミニウム含量を有する。
【００４９】アルミナの層１１８は、ＰＶＤによってチ
タン−アルミニウム合金層１１６に付着される。層１１
８は、１〜６μｍの間の厚さを有する。
【００５０】１２０で共通に示され、図７に示される切
削工具の更なる実施の形態を参照すると、切削工具１２
０はすくい面１２２と、逃げ面１２４と、すくい面及び
逃げ面（１２２、１２４）の接合部にある切削エッジ１
２６とを含む。切削工具１２０は基体１２８を更に含
む。
【００５１】このコーティング構成を参照すると、チタ
ンベース組成物の２つの中間層１３０、１３２があり、
中間層１３０は基体の表面に付着される。中間層１３
０、１３２は、ＣＶＤ又はＰＶＤのいずれかによって付
着可能である。中間層１３０（例えばチタニウムニトラ
イド）は、１〜４μｍの間の厚さを有する。中間層１３
２（例えばチタニウムカーボニトライド）は、１〜４μ
ｍの間の厚さを有する。
【００５２】第１のチタン−アルミニウム合金（例え
ば、チタニウムアルミニウムニトライド）の第１の層
は、ＰＶＤによって中間層１３２（例えばチタニウムカ
ーボニトライド）に付着される。層１３４は、１〜４μ
ｍの間の厚さを有する。第２のチタン−アルミニウム合
金（例えば、チタニウムアルミニウムニトライド）の第
２の層１３６は、ＰＶＤによって第１のチタン−アルミ
ニウム合金層１３４に付着される。層１３６は、１〜４
μｍの間の厚さを有する。好ましくは、第２のチタン−
アルミニウム合金層は第１のチタン−アルミニウム合金
層よりも高いアルミニウム含量を有する。
【００５３】アルミナの層１３８は、ＰＶＤによって第
２のチタン−アルミニウム合金層１３６の表面に付着さ
れる。層１３８は、１〜６μｍの間の厚さを有する。チ
タンベース組成物の一対の外層１４０、１４２は、ＣＶ
Ｄ又はＰＶＤのいずれかによってアルミナ層１３８に付
着される。ＰＶＤによって付着される場合、外層１４０
（例えば、チタン）はアルミナ層１３８の表面に直接付
着される。外層１４０は０．５μｍ未満の厚さを有す
る。外層１４２（例えば、チタニウムニトライド）は１
〜４μｍの間の厚さを有する。ＣＶＤによって付着され
る場合、外層１４０はチタニウムカーボニトライドとす
ることができ、１〜４μｍの間の厚さを有しうる。
【００５４】前述の実施の形態を参照すると、これらの
実施の形態のための基体はタングステンカーバイド−コ
バルトベースの超硬合金である。しかし、基体は種々の
超硬合金、サーメット、セラミック、工具スチール、等
軸晶系ボロンニトライド (cubic boron nitride)ベース
のサーメット及びセラミック、ダイヤモンドベースの組
成物、これらの組み合わせ及び複合材料からなる群から
選択可能である。
【００５５】前述の実施の形態をなお参照すると、最も
好ましいアルミナ層は、任意の既知の結晶相のアルミナ
から成る実質的に結晶質のアルミナを含む。これらの結
晶相は、アルファ（α）アルミナ、ガンマ（γ）アルミ
ナ、デルタ（δ）アルミナ、シータ（θ）アルミナ、カ
ッパ（κ）アルミナ又はイータ（η）アルミナ及びカイ
（χ）アルミナを含む。マッサルスキ(Massalski)(編集
者) の Binary alloyphase diagrams、American Societ
y for Metals 、Metals Park 、Ohio (1990)、p. 185を
参照のこと。しかし、非晶質アルミナのみの層又は結晶
質アルミナと組み合わせた層は本発明の範囲内であるこ
とを、出願人は考慮する。
【００５６】上の実施の形態を参照すると、チタン−ア
ルミニウム合金は、最も好ましくはチタン−アルミニウ
ム又はチタニウムアルミニウムニトライドのいずれかを
含む。
【００５７】前述の実施の形態を更に参照すると、中間
層又は外層のチタンベース組成物のために最も好適な組
成は、チタニウムカーバイド、チタニウムニトライド、
チタニウムカーボニトライド及びこれらの固溶体のうち
の１つ又はそれより多くを含む。
【００５８】前述の実施の形態のチタン−アルミニウム
合金に関しては、あらゆる１つ又はそれより多くのこれ
らの層が濃度勾配を有することができ、出願人はこれを
代わりの実施の形態として考察している。例えば、ベー
ス層２０がチタン−アルミニウム合金（例えば、チタニ
ウムアルミニウムニトライド）である図２の実施の形態
において、このチタン−アルミニウム合金の組成は以下
の関係によって表されることができる： （Ｔｉa Ａｌ1-a Ｎ） ここで、０＜ａ＜１であり、組成は層の厚さに沿って変
化する。この関係は、上の実施の形態と関連して前述し
たチタン−アルミニウム合金の他の層にも適用できる。
好ましくは、チタン−アルミニウム合金のアルミニウム
含量はアルミナ層に向かって増加する。
【００５９】濃度勾配を生成するプロセスに関しては、
ホフマンら(Hofmann et al.)の米国特許第５，３３０，
８５３号（"Multilayer Ti-Al-N Coating for Tools")
、オモリら(Omori et al.)のヨーロッパ特許出願番号
０ ４４８ ７２０ Ａ１("Surface-Coated Hard Memb
er for Cutting and Abrasion-Resistant Tools") 及び
イケダら(Ikeda et al.)の日本特許出願番号１−１５１
９５３("Abrasion Resistant Film") は種々のコーティ
ング構成を述べており、ここでコーティング層は濃度勾
配を有している。これらの文献に開示される技術は、濃
度勾配を有するチタン−アルミニウム合金の層の用途に
適切であると出願人は考察している。
【００６０】出願人はまた、チタン−アルミニウム合金
層の組み合わせは１つの連続層とすることが可能である
と考察している。基体の表面からの距離に従って組成が
変わる適切な連続層を提供できるように、種々の元素の
含量が変えられる。この１つの連続層の組成は、以下の
関係によって表される： （Ｔｉx Ａｌ1-x )(Ｎy Ｏ1-y ) ここで、０＜ｘ＜１及び０≦ｙ≦１であり、チタン−ア
ルミニウム合金層のアルミニウム及び酸素の含量はアル
ミナ層に向かって増加する。
【００６１】チタン−アルミニウム合金が必要に応じて
ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、タンタル及び
ニオブの元素のうち１つ又はそれより多くを含むコーテ
ィング構成を有する切削工具を本発明が含むことを、出
願人は更に考察する。これに関して、チタン−アルミニ
ウム合金層の組成は以下の関係によって表される： （Ｔｉa Ｚｒb Ｈｆc Ｖd Ｔａe Ｎｂf Ａｌ
1-(a+b+c+d+e+f) )(Ｎ） ここで、０＜ａ＜１；０≦ｂ＜１；０≦ｃ＜１；０≦ｄ
＜１；０≦ｅ＜１；０≦ｆ＜１；０≦ｘ≦１；及び０＜
（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ）＜１である。組成は、層の
厚さに沿って変わりうる。
【００６２】（金属を添加した）チタン−アルミニウム
合金のコーティング構成が１つの連続層を含む実施の形
態において、この組成は以下の関係によって表される： （Ｔｉa Ｚｒb Ｈｆc Ｖd Ｔａe Ｎｂf Ａｌ
1-(a+b+c+d+e+f) )(Ｎx Ｏ1-X ） ここで、０≦ａ＜１；０≦ｂ＜１；０≦ｃ＜１；０≦ｄ
＜１；０≦ｅ＜１；０≦ｆ＜１；０≦ｘ≦１；及び０＜
（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ）＜１である。組成は、層の
厚さに沿って変わりうる。
【００６３】更に出願人は、チタン合金の層において、
チタンの全て又は一部分をジルコニウム及び／又はハフ
ニウムに代えられることが可能である切削工具を含むこ
とを考察しており、例えばこれらの層の組成を以下の関
係によって表すことができる： （Ｔｉa Ｚｒb Ｈｆc )(Ｎ） ここで、０≦ａ＜１；０≦ｂ＜１；０≦ｃ＜１；及びａ
＋ｂ＋ｃ＜１である。組成は、層の厚さに沿って変わり
うる。
【００６４】チタン合金層のコーティング構成が１つの
連続層を含む状況において、組成は以下の関係によって
表される： （Ｔｉa ，Ｚｒb ，Ｈｆc )(Ｎx ，Ｏ1-X ） ここで、０＜ａ≦１；０＜ｂ≦１；０＜ｃ≦１；ａ＋ｂ
＋ｃ＝１及び０≦ｘ≦１である。
【００６５】本文中に確認される特許及び他の文献は、
ここに援用される。
【００６６】本発明の他の実施の形態は、本明細書に開
示される本発明の仕様又は実施を考慮して当業者に明ら
かであろう。仕様及び実施例は例示のみであると考慮さ
れ、本発明の範囲及び趣旨は請求の範囲によって示され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベース層及び外層を有する本発明の切削工具の
特定の実施の形態の等角図である。
【図２】断面線２−２に沿って切断された図１の切削工
具の断面図であり、基体、ベース層及び外層を示してい
る。
【図３】本発明の切削工具の別の実施の形態の断面図で
あり、基体、ベース層、中間層及び外層を示している。
【図４】本発明の切削工具の更に別の実施の形態の断面
図であり、基体、２つの中間層、ＩＶＢ族−アルミニウ
ムの合金層及びアルミナの外層を示している。
【図５】本発明の切削工具の別の実施の形態の断面図で
あり、基体、２つの中間層、ＩＶＢ族−アルミニウムの
合金層、アルミナ層及び２つの外層を示している。
【図６】本発明の切削工具の別の実施の形態の断面図で
あり、基体、２つの中間層、ＩＶＢ族−アルミニウムの
合金層、ＩＶＢ族−アルミニウムの合金のもう１つの層
及びアルミナの外層を示している。
【図７】本発明の切削工具の別の実施の形態の断面図で
あり、基体、２つの中間層、ＩＶＢ族−アルミニウムの
合金層、ＩＶＢ族−アルミニウムの合金のもう１つの
層、アルミナ層及び２つの外層を示している。
【符号の説明】
１０、３０、５０、７０、１００、１２０ 切削工具 １２、３２、５２、７２、１０２、１２２ すくい面 １４、３４、５４、７４、１０４、１２４ 逃げ面 １６、３６、５６、７６、１０６、１２６ 切削エッ
ジ １８、４０、５８、７８、１０８、１２８ 基体 ２０、４２ ベース層 ２２、４６、６６、８６、１１８、１３８ アルミナ
層 ６０、６２、８０、８２、１１０、１１２、１３０、１
３２ 中間層 ４４、６４、８４ チタン−アルミニウム合金層 ８８、９０、１４０、１４２ 外層 １１４、１３４ 第１のチタン−アルミニウム合金層 １１６、１３６ 第２のチタン−アルミニウム合金層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バーナード ノース アメリカ合衆国 15601 ペンシルバニ ア州 グリーンスバーグ リムロック ロード 1034 (72)発明者 ウイリアム エー．ブライアント アメリカ合衆国 15135−2141 ペンシ ルバニア州 マックキースポート オー ルド ヒルズ ロード 927 (56)参考文献 特開 昭63−76877（ＪＰ，Ａ)

Claims (33)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コーティングされた切削工具であって、 すくい面と、逃げ面と、前記すくい面及び逃げ面の接合
    部にある切削エッジと、基体と、前記基体に接合される
    コーティングとを含み、 前記コーティングは、物理蒸着法によって付着されるチ
    タン−アルミニウム合金の第１の層と、物理蒸着法によ
    って前記チタン−アルミニウム合金の第１の層に直接付
    着されるアルミナの層とを含むコーティング構成を有す
    る、 コーティングされた切削工具。
  2. 【請求項２】 前記チタン−アルミニウム合金の第１の
    層の組成が以下の関係によって表され、ここで０＜ａ＜
    １である、請求項１に記載のコーティングされた切削工
    具。 （Ｔｉa Ａｌ1-a Ｎ）
  3. 【請求項３】 前記アルミニウムの含量が前記アルミナ
    層に向かって増加する、請求項２に記載のコーティング
    された切削工具。
  4. 【請求項４】 前記チタン−アルミニウム合金の第１の
    層がチタニウムアルミニウムニトライドを含む、請求項
    １に記載のコーティングされた切削工具。
  5. 【請求項５】 前記チタン−アルミニウム合金の第１の
    層がチタンアルミニウムを含む、請求項１に記載のコー
    ティングされた切削工具。
  6. 【請求項６】 物理蒸着法によって付着されるチタン−
    アルミニウムの第２の層を更に含み、前記チタン−アル
    ミニウム合金の第１の層が前記チタン−アルミニウムの
    第２の層に直接付着される、請求項５に記載のコーティ
    ングされた切削工具。
  7. 【請求項７】 前記チタン−アルミニウム合金の第２の
    層の組成が以下の関係によって表され、ここで０＜ａ＜
    １である、請求項６に記載のコーティングされた切削工
    具。 （Ｔｉa Ａｌ1-a Ｎ）
  8. 【請求項８】 前記チタン−アルミニウム合金の第２の
    層がチタニウムアルミニウムニトライドである、請求項
    ６に記載のコーティングされた切削工具。
  9. 【請求項９】 前記チタン−アルミニウム合金の第２の
    層が、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、タンタ
    ル及びニオブの元素のうち１つ又はそれより多くを更に
    含む、請求項６に記載のコーティングされた切削工具。
  10. 【請求項１０】 前記チタン−アルミニウム合金の第１
    の層が、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、タン
    タル及びニオブの元素のうち１つ又はそれより多くを更
    に含む、請求項１に記載のコーティングされた切削工
    具。
  11. 【請求項１１】 前記基体が、超硬合金、サーメット、
    セラミック、工具スチール、等軸晶系ボロンニトライド
    ベースのサーメット及びセラミック及びダイヤモンドベ
    ースの組成物からなる群から選択される、請求項１に記
    載のコーティングされた切削工具。
  12. 【請求項１２】 前記基体が、タングステンカーバイド
    −コバルトベースの超硬合金である、請求項１に記載の
    コーティングされた切削工具。
  13. 【請求項１３】 前記チタン−アルミニウム合金の第１
    の層が前記基体に直接付着される、請求項１に記載のコ
    ーティングされた切削工具。
  14. 【請求項１４】 前記基体と前記チタン−アルミニウム
    合金の第１の層との間にチタンベース合金の少なくとも
    １つの中間層を更に含む、請求項１に記載のコーティン
    グされた切削工具。
  15. 【請求項１５】 前記チタンベース合金が、チタニウム
    ニトライド、チタニウムカーバイド、チタニウムカーボ
    ニトライド及びこれらの固溶体のうち１つ又はそれより
    多くを含む、請求項１４に記載のコーティングされた切
    削工具。
  16. 【請求項１６】 前記アルミナ層に付着されるチタンベ
    ース合金の少なくとも１つの外層を更に含む、請求項１
    ４に記載のコーティングされた切削工具。
  17. 【請求項１７】 前記アルミナ層に付着されるチタンベ
    ース合金の少なくとも１つの外層を更に含む、請求項１
    に記載のコーティングされた切削工具。
  18. 【請求項１８】 前記チタンベース合金が、チタニウム
    ニトライド、チタニウムカーバイド、チタニウムカーボ
    ニトライド及びこれらの固溶体のうち１つ又はそれより
    多くを含む、請求項１７に記載のコーティングされた切
    削工具。
  19. 【請求項１９】 前記チタン−アルミニウム合金の第１
    の層の前記組成が前記層の厚さに沿って変わる、請求項
    １に記載のコーティングされた切削工具。
  20. 【請求項２０】 物理蒸着法によって付着されるチタン
    −アルミニウム合金の第２の層を更に含み、前記チタン
    −アルミニウム合金の第１の層は前記チタン−アルミニ
    ウム合金の第２の層に直接付着され、前記チタン−アル
    ミニウム合金の第２の層の前記組成は前記層の厚さに沿
    って変わる、請求項１９に記載のコーティングされた切
    削工具。
  21. 【請求項２１】 前記チタン−アルミニウムの前記第１
    の層と前記第２の層との接合部において、前記チタン−
    アルミニウム合金の第１の層の前記組成は前記チタン−
    アルミニウム合金の第２の層の前記組成と実質的に同一
    である、請求項２０に記載のコーティングされた切削工
    具。
  22. 【請求項２２】 前記アルミナは実質的に結晶質のアル
    ミナを含み、前記結晶質アルミナは、アルファ（α）ア
    ルミナ、ガンマ（γ）アルミナ、デルタ（δ）アルミ
    ナ、シータ（θ）アルミナ、カッパ（κ）又はイータ
    （η）アルミナ及びカイ（χ）アルミナであるアルミナ
    の結晶相のうち１つ又はそれより多くを含む、請求項１
    に記載のコーティングされた切削工具。
  23. 【請求項２３】 コーティングされた切削工具であっ
    て、 すくい面と、逃げ面と、前記すくい面及び逃げ面の接合
    部にある切削エッジと、基体と、前記基体に接合される
    コーティングとを含み、 前記コーティングは第１の層を含むコーティング構成を
    有し、ここで前記第１の層はＰＶＤによって付着され、
    ここで０≦ａ＜１；０≦ｂ＜１；０≦ｃ＜１；０≦ｄ＜
    １；０≦ｅ＜１；０≦ｆ＜１；０≦ｘ≦１；及び０＜
    （ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ）＜１である以下の関係によ
    る組成と、前記第１の層に接合されるアルミナ層とを含
    む、 コーティングされた切削工具。 （Ｔｉa Ｚｒb Ｈｆc Ｖd Ｔａe Ｎｂf Ａｌ
    1-(a+b+c+d+e+f) )(Ｎx Ｏ1-X ）
  24. 【請求項２４】 前記範囲が、ｄ＝０、ｅ＝０、ｆ＝０
    及びｘ＝１である組成を有しＰＶＤによって付着される
    第１の層を含む、請求項２３に記載のコーティングされ
    た切削工具。
  25. 【請求項２５】 前記第１の層がｂ＝０及びｃ＝０であ
    る組成を有する、請求項２４に記載のコーティングされ
    た切削工具。
  26. 【請求項２６】 前記アルミニウム及び酸素の含量が前
    記アルミナ層に向かって増加する、請求項２３に記載の
    コーティングされた切削工具。
  27. 【請求項２７】 コーティングされた切削工具であっ
    て、 すくい面と、逃げ面と、前記すくい面及び逃げ面の接合
    部にある切削エッジと、基体と、前記基体に接合される
    コーティングとを含み、 前記コーティングは、物理蒸着法によって付着されるＩ
    ＶＢ族−アルミニウム合金の第１の層と、物理蒸着法に
    よって前記ＩＶＢ族−アルミニウム合金の第１の層に直
    接付着されるアルミナの層とを含むコーティング構成を
    有する、 コーティングされた切削工具。
  28. 【請求項２８】 前記ＩＶＢ族−アルミニウム合金の第
    １の層の組成は以下の関係によって表され、ここで０≦
    ａ＜１；０≦ｂ＜１；０≦ｃ＜１；及びａ＋ｂ＋ｃ＜１
    である、請求項２７に記載のコーティングされた切削工
    具。 （Ｔｉa Ｚｒb Ｈｆc Ａｌ1-(a+b+c) )(Ｎ）
  29. 【請求項２９】 物理蒸着法によって付着されるＩＶＢ
    族金属−アルミニウム合金の第２の層を更に含み、前記
    ＩＶＢ族金属−アルミニウム合金の第１の層は前記ＩＶ
    Ｂ族金属−アルミニウム合金の第２の層に直接付着され
    る、請求項２８に記載のコーティングされた切削工具。
  30. 【請求項３０】 前記ＩＶＢ族金属−アルミニウム合金
    の第２の層の組成は以下の関係によって表され、ここで
    ０≦ａ＜１；０≦ｂ＜１；０≦ｃ＜１；及びａ＋ｂ＋ｃ
    ＜１である、請求項２９に記載のコーティングされた切
    削工具。 （Ｔｉa Ｚｒb Ｈｆc Ａｌ1-(a+b+c) )(Ｎ）
  31. 【請求項３１】 前記ＩＶＢ族金属−アルミニウム合金
    の第２の層が、バナジウム、タンタル及びニオブの元素
    のうち１つ又はそれより多くを更に含む、請求項２９に
    記載のコーティングされた切削工具。
  32. 【請求項３２】 前記ＩＶＢ族金属−アルミニウム合金
    の第１の層が、バナジウム、タンタル及びニオブの元素
    のうち１つ又はそれより多くを更に含む、請求項２７に
    記載のコーティングされた切削工具。
  33. 【請求項３３】 前記基体が、超硬合金、サーメット、
    セラミック、工具スチール、等軸晶系ボロンニトライド
    ベースのサーメット及びセラミック及びダイヤモンドベ
    ースの組成物からなる群から選択される、請求項２７に
    記載のコーティングされた切削工具。
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