JPWO2019044714A1 - 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、基体の上に位置する被覆層とを備えている。被覆層は、アルミニウム及びチタンを含有するAlTi層と、アルミニウム及びクロムを含有するAlCr層とをそれぞれ複数有し、AlTi層及びAlCr層が交互に位置している。被覆層は、基体から離れるほどにAlTi層の厚みが厚い第1領域と、基体から離れるほどにAlTi層の厚みが薄い第2領域とをそれぞれ複数有し、被覆層の厚み方向において、第1領域及び第2領域が交互に存在している。【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、例えば特開2017−042906号公報(特許文献1)に記載の表面被覆切削工具(被覆工具)が知られている。特許文献1に記載の被覆工具は、工具基体と、(Ti1-zAlz)Nで表わされるA層及び(Cr1-x-yAlxMy)Nで表わされるB層が工具基体の表面において交互に積層されてなる硬質被覆層とを備えている。このとき、A層及びB層のそれぞれの厚みは、一定である。
また、他の被覆工具としては、例えば特表2001−521447号公報(特許文献2)に記載の多層被覆切削工具(被覆工具)が知られている。特許文献2に記載の被覆工具は、本体の上に多層構造を含む被膜が施されている。このとき、被膜において個々の層厚みの連続には繰り返し周期が含まれず、多層構造の全体に渡り非周期的である。
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ている。該被覆層は、アルミニウム及びチタンを含有するAlTi層と、アルミニウム及びクロムを含有するAlCr層とをそれぞれ複数有し、前記AlTi層及び前記AlCr層が交互に位置している。前記被覆層は、前記基体から離れるほどに前記AlTi層の厚みが厚い第1領域と、前記基体から離れるほどに前記AlTi層の厚みが薄い第2領域とをそれぞれ複数有し、前記被覆層の厚み方向において、前記第1領域及び前記第2領域が交互に存在している。
本開示の切削工具は、先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した本開示に係る被覆工具とを備えている。
<被覆工具>
以下、本開示の様々な実施形態に係る被覆工具について、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、本開示の様々な実施形態に係る被覆工具について、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。
(第1実施形態)
第1実施形態の被覆工具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、第1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。
第1実施形態の被覆工具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、第1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。
第1実施形態の被覆工具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く、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を有していてもよい。第1実施形態においては、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となっている。第2面5は、少なくとも一部に逃げ面領域5aを有していてもよい。第1実施形態においては、第2面5における切刃7に沿った領域が逃げ面領域5aとなっている。そのため、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及びそれ以外の領域の境界と、第2面5における逃げ面領域5a及びそれ以外の領域の境界と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である例が示されているため、第1面3において切刃7に沿った環状の一点鎖線が示されている。
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実施形態においては、第1面3の一辺の長さが3〜20mm程度に設定される。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程度に設定される。
第1実施形態の被覆工具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。
第1実施形態における被覆層11は、少なくとも、第1面3における切刃7に沿ったすくい面領域3a及び第2面5における切刃7に沿った逃げ面領域5aに存在している。図1においては、すくい面領域3aを含む第1面3の全体及び逃げ面領域5aを含む第2面5の全体に被覆層11が存在する例が示されている。被覆層11の厚みとしては、例えば、0.1〜10μm程度に設定できる。なお、被覆層11の全体として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。
被覆層11は、図3に示すように、アルミニウム(Al)及びチタン(Ti)を含有するAlTi層13と、アルミニウム及びクロム(Cr)を含有するAlCr層15とをそれぞれ複数有している。被覆層11において、複数のAlTi層13及び複数のAlCr層15が交互に位置している。言い換えれば、被覆層11は、複数のAlTi層13及び複数のAlCr層15が交互に積層された構成となっている。被覆層11の積層構造は、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscopy)又は透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscopy)などを用いた断面測定によって評価することが可能である。
AlTi層13は、アルミニウム及びチタンのみによって構成されていてもよいが、アルミニウム及びチタンに加えて、Si、Nb、Hf、V、Ta、Mo、Zr、Cr及びWなどの金属成分を含有していてもよい。但し、AlTi層13では、上記の金属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くなっている。すなわち、上記の金属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ことから、AlTi層13は、アルミニウム及びチタンを主成分として含有しているとみなすことができる。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。
複数のAlTi層13は、それぞれアルミニウム及びチタンを主成分として含有しているが、アルミニウムの含有比率は、例えば、40〜70%に設定できる。また、チタンの含有比率は、例えば、25〜50%に設定できる。複数のAlTi層13のそれぞれにおいて、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く、また、複数のAlTi層13のそれぞれにおいて、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、AlTi層13は、アルミニウム及びチタンを含む金属成分のみによって構成されていてもよいが、アルミニウム及びチタンを含む金属成分の窒化物、炭化物又は炭窒化物などによって構成されていてもよい。
AlCr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、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、AlCr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くなっている。すなわち、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ことから、AlCr層15は、アルミニウム及びクロムを主成分として含有しているとみなすことができる。
複数のAlCr層15は、それぞれアルミニウム及びクロムを主成分として含有しているが、アルミニウムの含有比率は、例えば、20〜60%に設定できる。また、クロムの含有比率は、例えば、40〜80%に設定できる。複数のAlCr層15のそれぞれにおいて、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AlCr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、AlCr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を含む金属成分の窒化物、炭化物又は炭窒化物などによって構成されていてもよい。
AlTi層13及びAlCr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。
被覆層11がAlTi層13を有していることから、被覆層11の耐摩耗性が高められている。また、被覆層11がAlCr層15を有していることから、被覆層11の耐欠損性が高められている。被覆層11は、複数のAlTi層13及び複数のAlCr層15が交互に位置する構成となっていることから、被覆層11の全体としての強度が高められている。このとき、複数のAlTi層13及び複数のAlCr層15の厚みが薄いほど強度が高められる。
AlTi層13及びAlCr層15の数は、特定の値に限定されるものではない。AlTi層13及びAlCr層15の数は、それぞれ6つ以上であればよいが、例えば、6〜500に設定できる。
AlTi層13及びAlCr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。
第1実施形態における被覆層11は、図4に示すように、基体9から離れるほどにAlTi層13の厚みが厚い第1領域13aと、基体9から離れるほどにAlTi層13の厚みが薄い第2領域13bとをそれぞれ複数有している。そして、被覆層11の厚み方向aにおいて、第1領域13a及び第2領域13bが交互に存在している。なお、被覆層11の厚み方向aは、被覆層11におけるAlTi層13及びAlCr層15の積層方向と言い換えてもよい。これらの構成によれば、被覆工具1が以下のように耐久性に優れたものとなる。
第1実施形態における被覆層11は、上記の通り、複数の第1領域13a及び複数の第2領域13bを有していることから、複数のAlTi層13のそれぞれの厚みが一定ではなく、相対的に厚みの厚いものと、相対的に厚みの薄いものとを有している。
被覆層11が、相対的に厚みの厚いAlTi層13を複数有していることから、これらにおいて被覆層11の硬度が高められ、耐摩耗性を高めることができる。また、被覆層11が、相対的に厚みの薄いAlTi層13を複数有していることから、これらにおいて、被覆層11の強度を高めることができる。上記のように、被覆層11の耐摩耗性が高められ、また、強度が高められていることから、被覆層11の耐久性を高めることができる。
さらに、第1領域13aでは、基体9から離れるほどにAlTi層13の厚みが厚く、また、第2領域13bでは、基体9から離れるほどにAlTi層13の厚みが薄い。そのため、被覆層11の内部にAlTi層13の厚みが極端に変化する領域が存在しにくい。
AlTi層13の厚みが極端に変化している場合には、例えば、使用時の負荷に伴う変形又は製造時の収縮差による内部応力などの負荷による、これらのAlTi層13の変形量が大きく変化する領域が生じる。そのため、この領域において亀裂(クラック)が生じる可能性がある。しかしながら、第1実施形態においては、被覆層11が、第1領域13a及び第2領域13bをそれぞれ複数有していることから、被覆層11の内部にAlTi層13の厚みが極端に変化する領域が存在しにくい。そのため、被覆層11にクラックが生じにくく、耐久性がさらに高められる。
加えて、第1実施形態においては、被覆層11の厚み方向aにおいて、第1領域13a及び第2領域13bが交互に存在していることから、相対的に厚みの厚いAlTi層13及び相対的に厚みの薄いAlTi層13を被覆層11における厚み方向aの広い範囲に存在させることができる。そのため、被覆層11における厚み方向aの広い範囲で上記の負荷を吸収することが可能であり、また、耐久性が高められることから、被覆層11全体の耐久性を高めることができる。
以上の理由から、第1実施形態の被覆工具1は、耐久性に非常に優れたものとなっている。したがって、第1実施形態の被覆工具1によれば、長期に渡り安定した切削加工を行うことができる。
第1領域13a及び第2領域13bにおけるAlTi層13の数は、それぞれ3つ以上であればよいが、例えば、3〜20に設定できる。複数の第1領域13aのそれぞれにおけるAlTi層13の数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、複数の第2領域13bのそれぞれにおけるAlTi層13の数も、同じであってもよいし、異なっていてもよい。第1領域13a及び第2領域13bの数は、それぞれ2つ以上であればよいが、例えば、2〜100に設定できる。
複数の第1領域13aのそれぞれにおける最も基体9から離れて位置するAlTi層13を第1AlTi層13a1としたとき、複数の第1AlTi層13a1の間にそれぞれ位置するAlTi層13の数は、概ね同じであってもよい。言い換えれば、被覆層11の厚み方向aにおいて、複数の第1AlTi層13a1が周期的に存在していてもよい。このような構成を満たすときは、複数の第1AlTi層13a1が被覆層11の内部に規則的に存在することから、被覆層11に加わる負荷をバランスよく受け止めることができ、耐久性を高めることができる。
複数の第1AlTi層13a1の間にそれぞれ位置するAlTi層13の数は、特定の値に限定されるものではないが、例えば、2〜40に設定できる。また、複数の第1AlTi層13a1の間にそれぞれ位置するAlTi層13の数が概ね同じであるとは、AlTi層13の数が厳密に同じである場合のみならず、AlTi層13の数が実質的に同じである場合をも含む概念である。
具体的には、複数の第1AlTi層13a1の間にそれぞれ位置するAlTi層13の数が11〜21である場合には、AlTi層13の数には、±1の差があってもよい。また、複数の第1AlTi層13a1の間にそれぞれ位置するAlTi層13の数が21〜40である場合には、AlTi層13の数には、±2の差があってもよい。
複数の第1AlTi層13a1は、互いに厚みが同じであってもよいが、隣り合う第1領域13aにおける第1AlTi層13a1において、厚みの値の大小関係が被覆層11の厚み方向aに繰り返されていてもよい。言い換えれば、複数の第1AlTi層13a1(被覆層11)は、被覆層11の厚み方向aにおいて、相対的に厚みの厚い層13a2及び相対的に厚みの薄い層13a3が交互に存在する部分をさらに有していてもよい。
複数の第1AlTi層13a1が、層13a2及び層13a3が交互に存在する部分を有している場合には、相対的に厚みが厚いことから被覆層11に加わる負荷を受け止め易い層13a2と、相対的に厚みが薄いことから接合性が低下しにくい層13a3とが厚み方向aに交互に存在する部分を複数のAlTi層13(被覆層11)が有する。そのため、被覆層11に加わる負荷をバランスよく受け止めつつ隣接する層間の接合性をバランスよく高めることができる。
複数の第1領域13aのそれぞれにおける最も基体9の近くに位置するAlTi層13を第2AlTi層13a4としたとき、複数の第2AlTi層13a4の間にそれぞれ位置するAlTi層13の数が概ね同じであってもよい。言い換えれば、被覆層11の厚み方向aにおいて、複数の第2AlTi層13a4が周期的に存在していてもよい。このような構成を満たすときは、複数の第2AlTi層13a4が被覆層11の内部に規則的に存在することから、隣接する層間の接合性をバランスよく高めることができる。
複数の第2AlTi層13a4の間にそれぞれ位置するAlTi層13の数は、特定の値に限定されるものではないが、例えば、2〜40に設定できる。また、複数の第2AlTi層13a4の間にそれぞれ位置するAlTi層13の数が概ね同じであるとは、複数の第1AlTi層13a1の間にそれぞれ位置するAlTi層13の数が概ね同じであることと同様に定義することができる。
複数の第2AlTi層13a4は、互いに厚みが同じであってもよいが、隣り合う第1領域13aにおける第2AlTi層13a4において、厚みの値の大小関係が被覆層11の厚み方向aに繰り返されていてもよい。言い換えれば、複数の第2AlTi層13a4(被覆層11)は、被覆層11の厚み方向aにおいて、相対的に厚みの薄い層13a5及び相対的に厚みの厚い層13a6が交互に存在する部分をさらに有していてもよい。
複数の第2AlTi層13a4が、層13a5及び層13a6が交互に存在する部分を有している場合には、相対的に厚みが薄いことから接合性を高め易い層13a5と、相対的に厚みが厚いことから層13a5よりも被覆層11に加わる負荷を受け止め易い層13a6とが厚み方向aに交互に存在する部分を複数のAlTi層13(被覆層11)が有する。そのため、被覆層11に加わる負荷をバランスよく受け止めつつ隣接する層間の接合性をバランスよく高めることができる。
被覆層11の厚み方向aにおいて、互いに隣り合う第1領域13a及び第2領域13bは、第1領域13aにおける最も基体9から離れて位置するAlTi層13と、第2領域13bにおける最も基体9の近くに位置するAlTi層13とが、共通していてもよい。また、被覆層11の厚み方向aにおいて、互いに隣り合う第1領域13a及び第2領域13bは、第1領域13aにおける最も基体9の近くに位置するAlTi層13と、第2領域13bにおける最も基体9から離れて位置するAlTi層13とが、共通していてもよい。少なくともこれらの構成のいずれか一方を満たすときは、被覆層11の構成が比較的簡単になることから、被覆工具1の製造を容易にすることができる。
第1実施形態の被覆工具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。
第1実施形態の被覆工具1は、図1に示すように、貫通孔17を有している。第1実施形態における貫通孔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AlTi層13を形成することが可能である。
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AlCr層15を形成することが可能である。
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AlTi層13及び複数のAlCr層15が交互に位置する構成の被覆層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の手順を行っても何ら問題ない。
ここで、第1の手順を繰り返す際に、第1領域13a及び第2領域13bが厚み方向aに交互に存在するようにAlTi層13の厚みを変化させることによって、複数の第1領域13a及び複数の第2領域13bを有する被覆層11を作製することが可能である。
(第2実施形態)
次に、本開示の第2実施形態に係る被覆工具について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、第1実施形態と相違する部分を中心として説明する。そのため、第1実施形態と同様の構成を有する部分については第1実施形態における説明を援用し、説明を省略する。
次に、本開示の第2実施形態に係る被覆工具について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、第1実施形態と相違する部分を中心として説明する。そのため、第1実施形態と同様の構成を有する部分については第1実施形態における説明を援用し、説明を省略する。
第2実施形態の被覆工具20においては、複数のAlCr層15が第1実施形態における複数のAlTi層13と同じ構成を有していてもよい。具体的に説明すると、被覆層11は、図5及び図6に示すように、基体9から離れるほどにAlCr層15の厚みが厚い第3領域15aと、基体9から離れるほどにAlCr層15の厚みが薄い第4領域15bとをそれぞれ複数有していてもよい。このとき、被覆層11の厚み方向aにおいて、第3領域15a及び第4領域15bが交互に存在していてもよい。これらの構成を満たすときは、被覆工具20が以下のように耐久性に優れたものとなる。
第2実施形態における被覆層11は、上記の通り、複数の第3領域15a及び複数の第4領域15bを有していることから、複数のAlCr層15のそれぞれの厚みが一定ではなく、相対的に厚みの厚いものと、相対的に厚みの薄いものとを有している。
被覆層11が、相対的に厚みの厚いAlCr層15を複数有していることから、使用時の負荷に伴う変形又は製造時の収縮差による内部応力などの負荷が被覆層11に加わった場合であっても、上記の相対的に厚みの厚いものにおいて上記の負荷を吸収しやすい。そのため、被覆層11にクラックが生じにくくなる。また、被覆層11が、相対的に厚みの薄いAlCr層15を複数有していることから、これらにおいて、被覆層11の強度を高めることができる。上記のように、被覆層11にクラックが生じにくく、また、強度が高められていることから、被覆層11の耐久性を高めることができる。
第3領域15aでは、第1領域13aと同様に、基体9から離れるほどにAlCr層15の厚みが厚く、また、第4領域15bでは、第2領域13bと同様に、基体9から離れるほどにAlCr層15の厚みが薄い。そのため、被覆層11の内部にAlCr層15の厚みが極端に変化する領域が存在しにくい。したがって、被覆層11にクラックが生じにくく、耐久性がさらに高められる。
加えて、第2実施形態においては、被覆層11の厚み方向aにおいて、第3領域15a及び第4領域15bが交互に存在していることから、相対的に厚みの厚いAlCr層15及び相対的に厚みの薄いAlCr層15を被覆層11における厚み方向aの広い範囲に存在させることができる。そのため、被覆層11における厚み方向aの広い範囲で上記の負荷を吸収することが可能であり、また、強度が高められることから、被覆層11全体の耐久性を高めることができる。
第3領域15a及び第4領域15bにおけるAlCr層15の数は、それぞれ3つ以上であればよいが、例えば、3〜20に設定できる。複数の第3領域15aのそれぞれにおけるAlCr層15の数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、複数の第4領域15bのそれぞれにおけるAlCr層15の数も、同じであってもよいし、異なっていてもよい。第3領域15a及び第4領域15bの数は、それぞれ2つ以上であればよいが、例えば、2〜100に設定できる。
上記のイオンプレーティング法における第2の手順を繰り返す際に、第3領域15a及び第4領域15bが厚み方向aに交互に存在するようにAlCr層15の厚みを変化させることによって、複数の第3領域15a及び複数の第4領域15bを有する被覆層11を作製することが可能である。
図7に示すように、複数の第3領域15aのそれぞれにおける最も基体9から離れて位置するAlCr層15を第1AlCr層15a1としたとき、複数の第1AlCr層15a1の間にそれぞれ位置するAlCr層15の数は、概ね同じであってもよい。言い換えれば、被覆層11の厚み方向aにおいて、複数の第1AlCr層15a1が周期的に存在していてもよい。このような構成を満たすときは、複数の第1AlCr層15a1が被覆層11の内部に規則的に存在することから、被覆層11に加わる負荷をバランスよく受け止めることができ、耐久性を高めることができる。
複数の第1AlCr層15a1の間にそれぞれ位置するAlCr層15の数は、特定の値に限定されるものではないが、例えば、2〜40に設定できる。また、複数の第1AlCr層15a1の間にそれぞれ位置するAlCr層15の数が概ね同じであるとは、複数の第1AlTi層13a1の間にそれぞれ位置するAlTi層13の数が概ね同じであることと同様に定義することができる。
複数の第1AlCr層15a1は、互いに厚みが同じであってもよいが、隣り合う第3領域15aにおける第1AlCr層15a1において、厚みの値の大小関係が被覆層11の厚み方向aに繰り返されていてもよい。言い換えれば、複数の第1AlCr層15a1(被覆層11)は、被覆層11の厚み方向aにおいて、相対的に厚みの厚い層15a2及び相対的に厚みの薄い層15a3が交互に存在する部分をさらに有していてもよい。
複数の第1AlCr層15a1が、層15a2及び層15a3が交互に存在する部分を有している場合には、相対的に厚みが厚いことから被覆層11に加わる負荷を受け止め易い層15a2と、相対的に厚みが薄いことから接合性が低下しにくい層15a3とが厚み方向aに交互に存在する部分を複数のAlCr層15(被覆層11)が有する。そのため、被覆層11に加わる負荷をバランスよく受け止めつつ隣接する層間の接合性をバランスよく高めることができる。
複数の第3領域15aのそれぞれにおける最も基体9の近くに位置するAlCr層15を第2AlCr層15a4としたとき、複数の第2AlCr層15a4の間にそれぞれ位置するAlCr層15の数が概ね同じであってもよい。言い換えれば、被覆層11の厚み方向aにおいて、複数の第2AlCr層15a4が周期的に存在していてもよい。このような構成を満たすときは、複数の第2AlCr層15a4が被覆層11の内部に規則的に存在することから、隣接する層間の接合性をバランスよく高めることができる。
複数の第2AlCr層15a4の間にそれぞれ位置するAlCr層15の数は、特定の値に限定されるものではないが、例えば、2〜40に設定できる。また、複数の第2AlCr層15a4の間にそれぞれ位置するAlCr層15の数が概ね同じであるとは、複数の第1AlTi層13a1の間にそれぞれ位置するAlTi層13の数が概ね同じであることと同様に定義することができる。
複数の第2AlCr層15a4は、互いに厚みが同じであってもよいが、隣り合う第3領域15aにおける第2AlCr層15a4において、厚みの値の大小関係が被覆層11の厚み方向aに繰り返されていてもよい。言い換えれば、複数の第2AlCr層15a4(被覆層11)は、被覆層11の厚み方向aにおいて、相対的に厚みの薄い層15a5及び相対的に厚みの厚い層15a6が交互に存在する部分をさらに有していてもよい。
複数の第2AlCr層15a4が、層15a5及び層15a6が交互に存在する部分を有している場合には、相対的に厚みが薄いことから接合性を高め易い層15a5と、相対的に厚みが厚いことから層15a5よりも被覆層11に加わる負荷を受け止め易い層15a6とが厚み方向aに交互に存在する部分を複数のAlCr層15(被覆層11)が有する。そのため、被覆層11に加わる負荷をバランスよく受け止めつつ隣接する層間の接合性をバランスよく高めることができる。
被覆層11の厚み方向aにおいて、互いに隣り合う第3領域15a及び第4領域15bは、第3領域15aにおける最も基体9から離れて位置するAlCr層15と、第4領域15bにおける最も基体9の近くに位置するAlCr層15とが、共通していてもよい。また、被覆層11の厚み方向aにおいて、互いに隣り合う第3領域15a及び第4領域15bは、第3領域15aにおける最も基体9の近くに位置するAlCr層15と、第4領域15bにおける最も基体9から離れて位置するAlCr層15とが、共通していてもよい。少なくともこれらの構成のいずれか一方を満たすときは、被覆層11の構成が比較的簡単になることから、被覆工具20の製造を容易にすることができる。
<切削工具>
次に、本開示の様々な実施形態に係る切削工具について図面を用いて説明する。
次に、本開示の様々な実施形態に係る切削工具について図面を用いて説明する。
実施形態の一例の切削工具101は、図8に示すように、第1端(図8における上端)から第2端(図8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9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に位置する上記の第1実施形態に係る被覆工具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。実施形態の一例においては、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。
実施形態の一例においては、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被覆工具1を用いてもよい。
なお、一例の切削工具101では、被覆工具1を用いる場合を例にとって説明したが、被覆工具1に代えて、第2実施形態に係る被覆工具20を用いてもよい。
また、本開示の全体において、単数形「a」、「an」及び「the」は、文脈から明らかにそうでないことが示されていなければ、複数のものを含むものとする。
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・・・AlTi層
13a・・・第1領域
13a1・・・第1AlTi層
13a4・・・第2AlTi層
13b・・・第2領域
15・・・AlCr層
15a・・・第3領域
15a1・・・第1AlCr層
15a4・・・第2AlCr層
15b・・・第4領域
17・・・貫通孔
20・・・被覆工具
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・・・AlTi層
13a・・・第1領域
13a1・・・第1AlTi層
13a4・・・第2AlTi層
13b・・・第2領域
15・・・AlCr層
15a・・・第3領域
15a1・・・第1AlCr層
15a4・・・第2AlCr層
15b・・・第4領域
17・・・貫通孔
20・・・被覆工具
101・・・切削工具
103・・・ポケット
105・・・ホルダ
107・・・固定ネジ
Claims (7)
- 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、アルミニウム及びチタンを含有するAlTi層と、アルミニウム及びクロムを含有するAlCr層とをそれぞれ複数有し、前記AlTi層及び前記AlCr層が交互に位置し、
前記被覆層は、前記基体から離れるほどに前記AlTi層の厚みが厚い第1領域と、前記基体から離れるほどに前記AlTi層の厚みが薄い第2領域とをそれぞれ複数有し、
前記被覆層の厚み方向において、前記第1領域及び前記第2領域が交互に存在していることを特徴とする被覆工具。 - 複数の前記第1領域のそれぞれにおける最も前記基体から離れて位置する前記AlTi層を第1AlTi層としたとき、
複数の前記第1AlTi層の間にそれぞれ位置する前記AlTi層の数が概ね同じであることを特徴とする請求項1に記載の被覆工具。 - 複数の前記第1領域のそれぞれにおける最も前記基体から離れて位置する前記AlTi層を第1AlTi層としたとき、
隣り合う前記第1領域における前記第1AlTi層において、厚みの値の大小関係が前記被覆層の厚み方向に繰り返されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の被覆工具。 - 複数の前記第1領域のそれぞれにおける最も前記基体の近くに位置する前記AlTi層を第2AlTi層としたとき、
複数の前記第2AlTi層の間にそれぞれ位置する前記AlTi層の数が概ね同じであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の被覆工具。 - 複数の前記第1領域のそれぞれにおける最も前記基体の近くに位置する前記AlTi層を第2AlTi層としたとき、
隣り合う前記第1領域における前記第2AlTi層において、厚みの値の大小関係が前記被覆層の厚み方向に繰り返されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の被覆工具。 - 前記被覆層は、前記基体から離れるほどに前記AlCr層の厚みが厚い第3領域と、前記基体から離れるほどに前記AlCr層の厚みが薄い第4領域とをそれぞれ複数有し、
前記被覆層の厚み方向において、前記第3領域及び前記第4領域が交互に存在していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の被覆工具。 - 先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1〜6のいずれか1つに記載の被覆工具とを備えた切削工具。
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