KR101035224B1 - 압축 응력의 강도 분포를 갖는 피막을 구비한 표면 피복절삭공구 - Google Patents

Abstract

본 발명의 표면 피복 절삭공구 (1) 는, 기재 (2) 와, 그 기재 (2) 상에 형성된 피막 (3) 을 구비하는 표면 피복 절삭공구 (1) 로서, 그 피막 (3) 은 그 기재 (2) 상의 최외층이 되고, 또한 압축 응력을 갖고 있으며, 그 압축 응력은 상기 피막 (3) 의 두께 방향으로 강도 분포를 갖도록 변화하고 있고, 그 강도 분포는, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

압축 응력의 강도 분포를 갖는 피막을 구비한 표면 피복 절삭공구{SURFACE-COATED CUTTING TOOL HAVING FILM WITH COMPRESSIVE STRESS INTENSITY DISTRIBUTION}

본 발명은, 드릴, 엔드밀, 드릴용 날끝 교환형 팁, 엔드밀용 날끝 교환형 팁, 밀링 가공용 날끝 교환형 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 팁, 메탈 톱, 기어 절삭기, 리머, 탭 등의 절삭공구에 관한 것으로, 특히 그 표면 (최외층) 에 내마모성 등의 특성을 향상시키는 피막을 형성한 표면 피복 절삭공구에 관한 것이다.

종래, 절삭용 공구로는 초경 합금 (WC-Co 합금 또는 여기에 Ti (티탄) 이나 Ta (탄탈), Nb (니오브) 등의 탄질화물을 첨가한 합금) 이 사용되어 왔다. 그러나, 최근의 절삭의 고속화에 수반하여 초경 합금, 도성 합금, 또는 알루미나계나 질화규소계의 세라믹스를 기재로 하여 그 표면에 CVD (Chemical Vapor Deposition) 법이나 PVD (Physical Vapor Deposition) 법에 의해 원소 주기율표의 IVa, Va, VIa 족 금속 또는 Al (알루미늄) 등의 탄화물, 질화물, 탄질화물, 붕질화물, 산화물로 이루어지는 피막을 3∼20㎛ 두께로 피복한 경질 합금 공구의 사용 비율이 증가하고 있다.

특히, PVD 법에 의한 피복은 기재 강도의 열화를 초래하지 않고서 내마모성 을 높일 수 있다는 점에서, 드릴, 엔드밀, 밀링 커터 또는 선삭 가공용 날끝 교환형 (throw away) 팁 등의 강도가 요구되는 절삭공구에 다용되고 있다.

최근, 절삭 가공 능률을 더욱 향상시키기 위해 절삭 속도가 한층 더 고속화되고 있으며, 그에 수반하여 공구에는 한층 더 향상된 내마모성이 요구되고 있다. 그러나, 높은 내마모성을 요구하면 인성이 저하된다는 점에서, 높은 내마모성 및 높은 인성의 쌍방을 양립시키는 것이 요구되고 있다.

이 요구에 부응하는 시도로서, 이러한 절삭공구의 기재 표면에 형성된 피막에 있어서 압축 응력 등의 내부 응력을 연속적 또는 단계적으로 변화시키는 수법이 제안되어 있다 (일본 공개특허공보 2001-315006호 (특허문헌 1)). 이러한 제안에 의해 내마모성 및 인성의 양립이라는 요구에 대해서는 어느 정도 효과를 올리고 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 제안과 관련된 절삭공구는, 그 피막의 압축 응력이 피막 표면측으로부터 기재 표면측을 향하여 일률적으로 증가 내지 감소하는 양태의 것이기 때문에, 인성을 현저히 향상시키기 위해서는 압축 응력을 기재 표면측에서 피막 표면측에 걸쳐서 증가시킬 필요가 있고, 내마모성을 현저히 향상시키기 위해서는 압축 응력을 피막 표면측으로부터 기재 표면측에 걸쳐서 증가시킬 필요가 있었다.

즉, 피막 표면에서 최대의 압축 응력을 갖는 양태에 있어서는 상기 인성이 우수하지만, 기재 표면측을 향하여 연속적 또는 단계적으로 압축 응력이 일률적으로 감소하기 때문에 내마모성은 떨어져 있었다. 반대로, 기재 표면측에서 최대 의 압축 응력을 갖는 양태에 있어서는 내마모성이 우수한 반면, 피막 표면측을 향하여 연속적 또는 단계적으로 압축 응력이 일률적으로 감소하기 때문에 인성은 떨어져 있었다.

특히 피막 표면에서 최대의 압축 응력을 갖는 양태의 절삭공구는, 그 큰 압축 응력으로 인해 피막 형성 후 (코팅 종료 후) 또는 충격 응력이 부하되었을 때에 피막이 자기 파괴되어 미소한 막 박리 (이하, 막 치핑이라고 한다) 가 생기기 쉬워, 절삭공구로서의 외관 품질이나 고정밀 가공시의 절삭 성능에 악영향을 주었다.

이러한 종류의 절삭공구에 있어서 인성과 내마모성의 양립은 가장 기본적인 특성의 하나이기 때문에 이들 양 특성을 더욱 고도하게 양립시킨 절삭공구의 제공이 요망되고 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2001-315006호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명은 상기한 바와 같은 현상을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 절삭공구의 인성과 내마모성을 고도하게 양립시킴과 함께 막 치핑을 억제한 표면 피복 절삭공구를 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 기재 상에 최외층으로서 형성되는 피막의 표면부에 있어서의 압축 응력을 높임과 함께, 그 피막의 내부에 있어서 압축 응력의 강도 분포에 극소점을 형성하면, 표면의 고도한 인성을 유지한 채로 그 극소점 근방에 있어서 충격 등의 응력을 완화시킬 수 있어 막 치핑에 대한 내성 및 내마모성도 동시에 향상될 수 있을 것이라는 지견을 얻었다. 본 발명은 이 지견에 기초하여 더욱 연구를 거듭해서 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 표면 피복 절삭공구는, 기재와, 그 기재 상에 형성된 피막을 구비하는 표면 피복 절삭공구로서, 상기 피막은 상기 기재 상의 최외층이 되고, 또한 압축 응력을 갖고 있으며, 상기 압축 응력은 상기 피막의 두께 방향으로 강도 분포를 갖도록 변화하고 있고, 상기 강도 분포는, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터, 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 상기 제 1 중간점에 있어서 극소점을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 여기서, 상기 제 1 중간점은, 이와 같이 극소점을 가짐으로써 이 점에 있어서 피막의 자기 파괴나 충격 등의 응력을 완화시켜서 피막의 저면 방향으로 균열이 진전되는 것을 억제하는 작용을 나타내는 것이기 때문에, 이 제 1 중간점이 피막의 저면에 위치하는 (겹치는) 경우없이, 상기한 바와 같이 피막의 표면과 피막의 저면 사이에 위치하게 된다.

그리고, 본 발명의 표면 피복 절삭공구는, 상기 강도 분포 (특히 제 1 중간점으로부터 피막 저면까지의 강도 분포) 의 양태에 있어서 다음과 같이 제 1 양태∼제 4 양태의 4가지 양태를 주로 포함하는 것이다.

즉, 본 발명의 제 1 양태의 강도 분포는, 상기 피막의 표면에 있어서 최대의 압축 응력을 가짐과 함께, 상기 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 압축 응력이 일정한 값으로 되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 압축 응력은 -15GPa 이상 0GPa 이하의 범위의 응력으로 할 수 있다. 또 상기 제 1 중간점은, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막 두께의 0.1% 이상 50% 이하의 거리를 두고 위치하는 것으로 할 수 있다.

또 상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점에 있어서 상기 피막 표면의 압축 응력의 20∼90% 의 값을 갖는 것으로 할 수 있다.

그리고 상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점에 있어서 상기 피막 표면의 압축 응력의 40∼80% 의 값을 갖는 것으로 할 수 있다.

또한 상기 압축 응력은, 상기 피막의 표면에 있어서 최대의 압축 응력을 가짐과 함께, 그 최대 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 제 1 중간점의 방향을 향하여 일정 거리간 유지된 후, 상기 압축 응력이 상기 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하는 것으로 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 2 양태의 강도 분포는, 상기 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 상기 압축 응력이 연속적으로 증가하는 것을 특징으로 하고 있다.

여기서, 상기 압축 응력은 -15GPa 이상 0GPa 이하의 범위의 응력으로 할 수 있다. 또 상기 제 1 중간점은, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막 두께의 0.1% 이상 50% 이하의 거리를 두고 위치하는 것으로 할 수 있다.

상기 압축 응력은 상기 피막의 표면에 있어서 최대가 될 수 있고, 또한 상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점에 있어서 상기 피막 표면의 압축 응력의 20∼90% 의 값을 갖는 것으로 할 수 있다.

상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점에 있어서 상기 피막 표면의 압축 응력의 40∼80% 의 값을 갖는 것으로 할 수 있다.

또한 상기 압축 응력은, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 제 1 중간점의 방향을 향하여 일정 거리간 유지된 후, 상기 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하는 것으로 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 3 양태의 강도 분포는, 상기 제 1 중간점으로부터 상기 제 1 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 2 중간점까지 상기 압축 응력이 연속적으로 증가하고, 그 제 2 중간점에 있어서 극대점을 갖는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 압축 응력은 -15GPa 이상 0GPa 이하의 범위의 응력으로 할 수 있다. 또 상기 제 1 중간점은, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막 두께의 0.1% 이상 50% 이하의 거리를 두고 위치하는 것으로 할 수 있다. 또 상기 제 2 중간점은, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막 두께의 0.2% 이상 95% 이하의 거리를 두고 위치하는 것으로 할 수 있다.

또한 상기 압축 응력은 상기 피막의 표면에 있어서 최대가 될 수 있고, 또 상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점에 있어서 상기 피막 표면의 압축 응력의 20∼90% 의 값을 갖는 것으로 할 수 있다.

그리고 상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점에 있어서 상기 피막 표면의 압축 응력의 40∼80% 의 값을 갖는 것으로 할 수 있다.

또한 상기 압축 응력은, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 제 1 중간점의 방향을 향하여 일정 거리간 유지된 후, 상기 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하는 것으로 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 4 양태의 강도 분포는, 상기 제 1 중간점으로부터 상기 제 1 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 2 중간점까지 상기 압축 응력이 연속적으로 증가하고, 상기 제 2 중간점에 있어서 극대점을 갖고, 또 상기 제 2 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 상기와 동일한 극소점을 1 이상 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 강도 분포는, 또한 상기 제 2 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 상기와 동일한 극대점을 1 이상 갖는 것으로 할 수 있다. 그리고 상기 강도 분포는, 또한 상기 제 2 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 있어서 상기와 동일한 극소점과 극대점을 각각 1 이상 이 순서대로 번갈아 반복하여 갖는 것으로 할 수 있다.

또한, 상기 극소점은 모두 실질적으로 동일 수치가 되는 압축 응력을 갖고, 또한 상기 극대점은 모두 실질적으로 동일 수치가 되는 압축 응력을 갖고 있어도 되고, 또는 상기 극소점, 극대점이 모두 상이한 압축 응력치를 갖고 있어도 된다.

여기서, 상기 압축 응력은 -15GPa 이상 0GPa 이하의 범위의 응력으로 할 수 있다. 또 상기 제 1 중간점은, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막 두께의 0.1% 이상 40% 이하의 거리를 두고 위치하는 것으로 할 수 있다. 또 상기 제 2 중간점은, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막 두께의 0.2% 이상 80% 이하의 거리를 두고 위치하는 것으로 할 수 있다.

그리고 상기 압축 응력은 상기 피막의 표면에 있어서 최대가 될 수 있고, 또 상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점에 있어서 상기 피막 표면의 압축 응력의 10∼80% 의 값을 갖는 것으로 할 수 있다.

상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점에 있어서 상기 피막 표면의 압축 응력의 20∼60% 의 값을 갖는 것으로 할 수 있다.

또한 상기 압축 응력은, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 제 1 중간점의 방향을 향하여 일정 거리간 유지된 후, 상기 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하는 것으로 할 수 있다.

발명의 효과

본 발명의 표면 피복 절삭공구는, 상기한 바와 같은 구성을 가짐으로써 인성과 내마모성을 고도하게 양립시킴과 함께 막 치핑에 대한 내성도 향상시킨 특성을 갖는 것이다.

특히, 상기 제 1 양태의 강도 분포와 같이 상기 피막의 표면에 있어서 최대의 압축 응력을 가짐으로써 절삭 초기에 발생하는 공구의 결손 등을 유효하게 방지하여 절삭공구로서의 인성이 향상됨과 함께, 피막 내부의 표면에 가까운 부분에 압축 응력의 강도 분포의 극소점을 형성시킴으로써 그 부분이 피막의 자기 파괴나 충격 등의 응력을 완화하는 작용을 나타내어, 막 치핑에 대한 내성이 비약적으로 향상되게 된다. 또한, 상기 극소점으로부터 피막의 저면에 걸쳐서 일정한 압축 응력을 가짐으로써 내마모성이 비약적으로 향상되게 된다.

또한, 상기 제 2 양태의 강도 분포와 같이 상기 피막의 표면에 있어서 피막 내부보다 큰 압축 응력을 가짐으로써 절삭 초기에 발생하는 공구의 결손 등을 유효하게 방지하여 절삭공구로서의 인성이 향상됨과 함께, 피막 내부의 표면에 가까운 부분에 압축 응력의 강도 분포의 극소점을 형성시킴으로써 그 부분이 피막의 자기 파괴나 충격 등의 응력을 완화하는 작용을 나타내어, 막 치핑에 대한 내성이 비약적으로 향상되게 되고, 내마모성도 동시에 향상되게 된다. 또한, 상기 극소점으로부터 피막의 저면에 걸쳐서 압축 응력이 증가함으로써 인성이 비약적으로 향상되게 된다.

또한, 상기 제 3 양태의 강도 분포와 같이 상기 피막의 표면에 있어서 피막 내부보다 큰 압축 응력을 가짐으로써 절삭 초기에 발생하는 공구의 결손 등을 유효하게 방지하여 절삭공구로서의 인성이 향상됨과 함께, 피막 내부의 표면에 가까운 부분에 압축 응력의 강도 분포의 극소점을 형성시킴으로써 그 부분이 피막의 자기 파괴나 충격 등의 응력을 완화하는 작용을 나타내어, 막 치핑에 대한 내성이 비약적으로 향상되고 또한 내마모성도 동시에 향상되게 된다. 또한, 상기 극소점과 함께 극대점을 형성함으로써, 그 극대점 근방에 있어서 한층 더 고도한 인성을 얻을 수 있게 되었다.

그리고, 상기 제 4 양태의 강도 분포와 같이 상기 피막의 표면에 있어서 피막 내부보다 큰 압축 응력을 가짐으로써 절삭 초기에 발생하는 공구의 결손 등을 유효하게 방지하여 절삭공구로서의 인성이 향상됨과 함께, 피막 내부의 표면에 가까운 부분에 압축 응력의 강도 분포의 극소점을 형성시킴으로써 그 부분이 피막의 자기 파괴나 충격 등의 응력을 완화하는 작용을 나타내어, 막 치핑에 대한 내성이 비약적으로 향상되고 또 내마모성도 동시에 향상된다. 또한, 상기 극소점과 함께 극대점을 형성함으로써, 그 극대점 근방에 있어서 한층 더 고도한 인성을 얻을 수 있게 되었다. 그리고 또한, 이러한 극소점 및 극대점을 복수 형성함으로써, 내마모성 및 인성이 더욱 향상되는 것과 함께 막 치핑에 대한 내성도 한층 더 향상되게 되었다.

이와 같이 본 발명은, 상기한 바와 같이 특징있는 압축 응력의 강도 분포를 가짐으로써 인성과 내마모성을 고도하게 양립시키는 것과 함께 막 치핑에 대한 내성을 향상시키는 것에 성공한 것이다.

도 1 은 본 발명의 표면 피복 절삭공구의 개략 단면도이다.

도 2 는 본 발명의 표면 피복 절삭공구의 피막 부분을 확대한 개략 단면도이다.

도 3 은 피막의 압축 응력의 강도 분포의 제 1 양태를 나타내는 그래프이다.

도 4 는 피막의 압축 응력의 강도 분포의 제 1 양태로, 피막 표면의 최대의 압축 응력이 일정 거리 유지되는 경우를 나타내는 그래프이다.

도 5 는 중간층을 형성한 본 발명의 표면 피복 절삭공구의 개략 단면도이다.

도 6 은 피막의 압축 응력의 강도 분포의 제 2 양태를 나타내는 그래프이다.

도 7 은 피막의 압축 응력의 강도 분포의 제 2 양태로, 피막 표면의 압축 응력이 일정 거리 유지되는 경우를 나타내는 그래프이다.

도 8 은 본 발명의 표면 피복 절삭공구의 피막 부분을 확대한 다른 개략 단 면도이다.

도 9 는 피막의 압축 응력의 강도 분포의 제 3 양태를 나타내는 그래프이다.

도 1O 은 피막의 압축 응력의 강도 분포의 제 3 양태로, 피막 표면의 압축 응력이 일정 거리 유지되는 경우를 나타내는 그래프이다.

도 11 은 본 발명의 표면 피복 절삭공구의 피막 부분을 확대한 또 다른 개략 단면도이다.

도 12 는 피막의 압축 응력의 강도 분포의 제 4 양태를 나타내는 그래프이다.

도 13 은 피막의 압축 응력의 강도 분포의 제 4 양태로, 피막 표면의 압축 응력이 일정 거리 유지되는 경우를 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 표면 피복 절삭공구

2: 기재

3: 피막

4: 피막의 표면

5: 제 1 중간점

6: 피막의 저면

7: 화살표

8: 중간층

9: 제 2 중간점

10: 제 3 중간점

11: 제 4 중간점

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 관해서 더욱 상세히 설명한다. 또, 이하의 실시형태의 설명에서는 도면을 사용하여 설명하고 있는데, 본원의 도면에 있어서 동일한 참조부호를 붙인 것은 동일 부분 또는 상당하는 부분을 나타내고 있다.

<표면 피복 절삭공구>

도 1 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 표면 피복 절삭공구 (1) 는, 기재 (2) 와, 그 기재 상에 형성된 피막 (3) 을 구비한 구성을 갖고 있다. 또, 도 1 에서는 피막 (3) 이 기재 (2) 표면에 직접 접하도록 형성되어 있지만, 피막 (3) 이 최외층으로 되는 한 피막 (3) 과 기재 (2) 사이에는 후술하는 바와 같이 임의의 중간층이 형성되어 있어도 상관없다. 본원에 있어서 기재 상에 형성된 피막이라고 하는 경우에는 이와 같이 임의의 중간층이 형성된 경우도 포함하는 것으로 한다.

이러한 본 발명의 표면 피복 절삭공구는, 드릴, 엔드밀, 드릴용 날끝 교환형 팁, 엔드밀용 날끝 교환형 팁, 밀링 가공용 날끝 교환형 팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 팁, 메탈 톱, 기어 절삭기, 리머, 탭 등의 절삭공구로서 바람직하게 사용할 수 있고, 특히 중(重)절삭용 또는 단속(斷續) 절삭용 용도에 적합함과 함께 밀링 가공용 용도에 특히 적합한 것으로 되어 있으며, 이들 용도에서 인성 및 내마모성이 우수한 것으로 된다. 그리고, 막 치핑에 대한 내성도 우수하기 때문에 피삭 재의 마감면 조도가 향상되고, 피삭재의 마감면 광택도 우수하기 때문에 조(粗)마감 동시 가공이 가능하다.

<기재>

본 발명의 표면 피복 절삭공구에 사용되는 기재는, 이 종류의 용도의 기재로서 종래 공지된 것이면 어느 것이나 사용할 수 있다. 예를 들어, 초경 합금 (예를 들어 WC 기 초경 합금, WC 외에 Co 를 함유하고, 또는 추가로 Ti, Ta, Nb 등의 탄질화물을 첨가한 것도 포함한다), 도성 합금 (TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도 강, 세라믹스 (탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 등), 입방정형 질화붕소 소결체, 또는 다이아몬드 소결체 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

이들 각종 기재 중에서도, 특히 WC 기 초경 합금, 도성 합금, 입방정형 질화붕소 소결체를 선택하는 것이 바람직하다. 이것은, 이들 기재가 특히 고온경도와 강도의 밸런스가 우수하고, 상기 용도의 표면 피복 절삭공구의 기재로서 우수한 특성을 갖기 때문이다.

<피막>

본 발명의 피막은, 상기 기재 상에 형성되는 것으로서 최외층이 되는 것이다. 이와 같이 형성되어 있는 한, 반드시 상기 기재를 전체면에 걸쳐서 피복하고 있을 필요는 없고, 상기 기재의 표면에 그 피막이 형성되어 있지 않은 부분이나 후술하는 압축 응력의 강도 분포를 만족하지 않는 부분이 포함되어 있어도 상관없다. 또, 피막을 일단 형성한 후에 있어서, 임의의 후가공에 의해 그 피막 표면 의 일부가 제거되는 경우, 그것이 제거된 후에 새롭게 최표면으로 노출된 층에 관해서도 본 발명의 압축 응력의 강도 분포를 만족하는 피막이 되는 경우에는 본 발명에 포함된다. 또한, 후술하는 것과 같이 기재와 피막 사이에 중간층이 형성되어 있는 경우에 있어서, 그 피막이 임의의 후가공에 의해 제거되어 중간층이 최외층으로서 노출되는 경우에도, 그 노출부분인 그 중간층이 본 발명의 압축 응력의 강도 분포를 만족하는 피막이 되는 경우에는 본 발명에 포함된다 (이 경우, 그 중간층이 복수의 층으로 형성되어 있는 경우에는, 그 복수의 층 중 최외층 (최표면이 되는 층) 이 본 발명의 대상 피막이 된다).

이러한 피막은, 공구의 내마모성, 내산화성, 인성, 사용이 끝난 날끝부를 식별하기 위한 컬러링성 등의 여러 특성을 향상시키는 작용을 부여하기 위해 형성되는 것으로, 그 조성은 특별히 한정되지 않고 종래 공지된 것을 채용할 수 있다. 예를 들어, 원소 주기율표의 IVa 족 원소 (Ti, Zr, Hf 등), Va 족 원소 (V, Nb, Ta 등), VIa 족 원소 (Cr, Mo, W 등), Al (알루미늄), B (붕소), Si (규소) 및 Ge (게르마늄) 으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소의 탄화물, 질화물, 산화물, 탄질화물, 탄산화물, 질산화물, 탄질산화물 또는 이들의 고용체에 의해 구성되는 것을 그 조성으로서 예시할 수 있다.

특히, Ti, Al, (Ti_{1 - x}Al_x), (Al_{1 - x}V_x), (Ti_{1 - x}Si_x), (Al_{1 - x}Cr_x), (Ti_{1 -x- y}Al_xSi_y) 또는 (Al_{1 -x- y}Cr_xV_y) 의 질화물, 탄질화물, 질산화물 또는 탄질산화물 (식 중 x, y 는 1 이하의 임의의 수) 등 (이들에 추가로 B, Cr 등을 함유하는 것도 포함한다) 을 그 바람직한 조성으로서 예시할 수 있다.

보다 바람직하게는, TiCN, TiN, TiSiN, TiSiCN, TiAlN, TiAlCrN, TiAlSiN, TiAlSiCrN, AlCrN, AlCrCN, AlCrVN, TiBN, TiAlBN, TiSiBN, TiBCN, TiAlBCN, TiSiBCN, AlN, AlCN, AlVN, AlVCN 등을 들 수 있다. 또, 이들 조성 중, 각 원자비는 상기 일반식의 예에 따르는 것으로 한다.

또한, 이러한 피막은 단층으로서 형성되는 것으로 한다. 여기서 단층이란, 그 적층수가 1층이어도 되고 복수층이어도 되지만, 각 층을 구성하는 구성원소의 종류가 동일한 구조를 가리키는 것으로 한다. 이 때문에, 구성원소의 종류가 동일한 것인 한, 원자비가 상이한 것이 복수 적층되어 있어도 여기서 말하는 단층에 포함되는 것으로 한다.

본 발명의 피막으로는, 특히 피막 전체를 통해서 구성원소의 종류가 동일하고, 그 원자비도 동일한 것으로 구성되어 있는 것이 바람직하지만, 한 층의 두께가 0.1㎛ 미만이고 각 층을 구성하는 구성원소의 종류가 동일하지 않은 초다층의 막구조인 경우에 대해서도 상기에서 말하는 단층에 포함되는 것으로 한다.

<피막의 두께>

본 발명의 피막의 두께는 특별히 한정되지는 않는데, 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하인 것이 바람직하다. 그 두께가 0.1㎛ 미만에서는 피막의 형성에 따른 여러 가지 특성의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않게 될 우려가 있고, 10㎛ 를 초과하면 피막 자체가 용이하게 박리되는 경우가 있기 때문이다.

<피막의 형성방법>

본 발명의 피막의 형성방법은 특별히 한정되지는 않는데, 물리적 증착법 (PVD 법) 에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 물리적 증착법을 채용함으로써 강도 분포가 형성되도록 피막의 압축 응력을 용이하게 변화시킬 수 있기 때문이다.

즉, 피막의 압축 응력은, 본 발명자의 연구에 따르면, 물리적 증착법에 의해 피막을 형성할 때의 온도, 반응 가스압, 기판 바이어스 전압 등의 영향을 받는 것이 판명되어 있고, 그 중에서도 특히 피막을 형성할 때의 기판 바이어스 전압의 영향이 가장 크다는 것이 판명되어 있다.

이것은, 예를 들어 기재에 대하여 큰 기판 바이어스 전압을 가하면, 피막을 구성하는 원소가 이온상태에서 기재에 대하여 고에너지로 공급되고, 이 때문에 이들 양자가 충돌할 때의 충격이 커져, 그 결과로서 형성되는 피막의 압축 응력이 커지는 것으로 생각된다. 또한, 반대로 기판 바이어스 전압이 작은 경우에는, 그와 같은 기재와 이온상태의 원소와의 충돌에 의한 충격도 작고, 따라서 압축 응력도 작아지는 것으로 추측된다.

따라서, 피막의 압축 응력이 피막의 두께 방향에 대하여 강도 분포를 갖도록 하기 위해서는, 기재 상에 피막을 형성할 때에 물리적 증착법을 채용하여 그 기판 바이어스 전압을 조절함으로써 실행할 수 있다. 또한, 후술하는 것과 같이 기계적 충격이나 열적 충격, 또는 열에 의한 어닐 현상을 이용하여 조정할 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 피막의 형성방법으로는 물리적 증착법을 채용하는 것이 바람직하지만, 다른 형성방법으로서 알려진 화학적 증착법을 제외하는 것은 아니다.

이러한 물리적 증착법으로는, 기판 바이어스 전압의 조절이 가능한 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등 종래 공지된 방법을 들 수 있다. 특히, 이들 각종 방법 중에서도 이온 플레이팅법 또는 마그네트론 스퍼터링법을 채용하는 것이 바람직하다.

여기서, 이온 플레이팅법이란, 금속을 음극으로 하고, 진공 챔버를 양극으로 하여 금속을 증발, 이온화시킴과 동시에 기재에 부(負)의 전압 (기판 바이어스 전압) 을 가함으로써 이온을 끌어 내어, 기재 표면에 금속 이온을 퇴적하는 방법을 말한다. 또, 이 방법에 있어서, 진공 중에서 질소를 넣어 금속과 반응시키면 그 금속의 질화 화합물이 형성되게 된다. 예를 들어 금속으로서 티탄을 사용하여 질소와 반응시키면 질화티탄 (TiN) 이 형성된다.

이러한 이온 플레이팅법에도 여러 종류의 방법이 있지만, 특히 원료 원소의 이온율이 높은 캐소드 아크 이온 플레이팅법을 채용하는 것이 특히 바람직하다.

이 캐소드 아크 이온 플레이팅법을 사용하면, 피막을 형성하기 전에 기재 표면에 대하여 금속의 이온 충격 처리가 가능해지기 때문에 피막의 밀착성이 비약적으로 향상되는 효과를 얻을 수도 있다. 이 때문에, 밀착성이라는 의미에서도 캐소드 아크 이온 플레이팅법은 바람직한 프로세스이다.

한편, 마그네트론 스퍼터링법이란, 진공 챔버 내를 고진공으로 한 후, Ar 가스를 도입하고 타겟에 고전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시켜서, 이 글로우 방 전에 의해 이온화된 Ar 을 타겟을 향하여 가속 조사시켜 타겟을 스퍼터함으로써, 튀어 나가서 이온화된 타겟 원자가 타겟-기판 사이의 기판 바이어스 전압에 의해 가속되어 기재 상에 퇴적됨으로써 막이 형성되는 방법을 말한다. 이러한 마그네트론 스퍼터링법에는, 밸런스드 마그네트론 스퍼터링법, 언밸런스드 마그네트론 스퍼터링법 등이 있다.

또, 상기에서는, 피막의 압축 응력의 강도 분포의 형성방법으로서 물리적 증착법에 의한 기판 바이어스 전압을 제어하는 방법을 들고 있지만, 본 발명에 있어서는 이러한 방법만으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 피막 형성 후에 블라스트 등 기계적 충격에 의해 압축 응력을 가하는 방법, 히터, 레이저 등의 열원을 사용하여 압축 응력을 완화시키는 방법, 이들 방법을 조합한 방법 등을 들 수 있다.

<피막의 압축 응력>

본 발명의 피막은 압축 응력을 갖고 있다. 그리고, 그 압축 응력은 -15GPa 이상 0GPa 이하의 범위의 응력인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 그 하한이 -10GPa, 더욱 바람직하게는 -8GPa 이다. 또한, 그 상한은, 보다 바람직하게는 -0.5GPa 이고, 더욱 바람직하게는 -1GPa 이다.

피막의 압축 응력이 -15GPa 미만이 되면, 절삭공구의 형상 (날끝이 매우 작은 예각인 것이나 복잡한 형상을 가진 것 등) 에 따라, 특히 날끝 능선부에서 피막이 박리되는 경우가 있다. 또한, 피막의 압축 응력이 0GPa 를 초과하면 피막의 응력은 인장상태가 되기 때문에, 피막에 균열을 일으키고, 이것이 원인이 되어 공 구 자체가 결손되는 경우가 있다.

여기서, 본 발명에서 말하는 압축 응력이란 피막에 존재하는 내부 응력 (고유 변형) 의 일종으로서, 「-」(마이너스) 의 수치 (단위: GPa) 로 표시되는 것이다. 이 때문에, 압축 응력 (내부 응력) 이 크다는 표현은 상기 수치의 절대값이 커지는 것을 나타내고, 또한, 압축 응력 (내부 응력) 이 작다는 표현은 상기 수치의 절대값이 작아지는 것을 나타낸다.

또, 이러한 본 발명의 압축 응력은, sin²φ 법이라는 방법에 의해 측정되는 것이다. X 선을 사용한 sin²φ 법은, 다결정 재료의 잔류 응력의 측정방법으로서 널리 사용되고 있다. 이 측정방법은 「X 선 응력 측정법」 (일본재료학회, 1981년 주식회사요켄도 (養賢堂) 발행) 의 54∼66페이지에 상세히 설명되어 있는데, 본 발명에서는 우선 병경법 (inclination method) 과 측경법 (side inclination method) 을 조합하여 X 선의 침입 깊이를 고정하고, 측정하는 응력 방향과 측정 위치에서 세운 시료 표면 법선을 포함하는 면 내에서 각종 φ 방향에 대한 회절 각도 (2θ) 를 측정하여 2θ-sin²φ 선도(線圖)를 작성해서, 그 구배로부터 그 깊이 (피막 표면으로부터의 거리) 까지의 평균 압축 응력을 구할 수 있다. 그리고, 동일한 방법으로 상이한 깊이까지의 평균 압축 응력을 순차 측정하고, 수학적 수법을 실시함으로써, 피막의 두께 방향의 압축 응력의 강도 분포를 구할 수 있다.

보다 구체적으로는, X 선원으로부터의 X 선을 시료에 소정 각도로 입사시키 고, 시료에서 회절된 X 선을 X 선 검출기로 검출하여, 그 검출값에 따라서 내부 응력을 측정하는 X 선 응력 측정방법에 있어서, 시료의 임의 지점의 시료 표면에 대하여 임의의 설정각도로 X 선원으로부터 X 선을 입사시키고, 시료 상의 X 선 조사점을 통과하여 시료 표면에서 입사 X 선과 직각인 ω 축과, 시료대와 평행하게 ω 축을 회전시켰을 때에 입사 X 선과 일치하는 χ 축을 중심으로 시료를 회전시킬 때에, 시료 표면과 입사 X 선이 형성하는 각이 일정해지도록 시료를 회전시키면서 회절면의 법선과 시료면의 법선이 형성하는 각도 φ 를 변화시켜 회절선을 측정함으로써, 시료 내부의 압축 응력을 구할 수 있다.

또, 이러한 피막의 두께 방향의 강도 분포를 구하는 X 선원으로는, X 선원의 질 (고휘도, 고평행성, 파장 가변성 등) 의 면에서 싱크로트론 방사광 (SR) 을 사용하는 것이 바람직하다.

또, 상기한 바와 같이 압축 응력을 2θ-sin²φ 선도로부터 구하기 위해서는, 피막의 영률과 푸아송비가 필요하게 된다. 그러나, 그 영률은 다이나믹 경도계 등을 사용하여 측정할 수 있고, 푸아송비는 재료에 따라서 크게 변화하지 않기 때문에 0.2 전후의 값을 사용하면 된다. 본 발명에서는 특히 정확한 압축 응력치가 특별하게 중요해지는 것은 아니고, 압축 응력의 강도 분포가 중요하다. 이 때문에, 2θ-sin²φ 선도로부터 압축 응력을 구함에 있어서, 영률을 사용하지 않고 격자상수 및 격자면 간격을 구함으로써 압축 응력의 강도 분포 대용으로 할 수도 있다.

<강도 분포>

본 발명의 피막의 상기 압축 응력은, 상기 피막의 두께 방향으로 강도 분포를 갖도록 변화하고 있다. 여기서 피막의 두께 방향이란, 피막의 표면으로부터 피막의 저면 (그 피막은 기재 상의 최외층이 되기 때문에 그 최외층의 가장 기재측의 면) 을 향하는 방향으로서, 피막의 표면에 대하여 수직인 방향이다. 도 1 의 피막 (3) 부분의 확대 단면도인 도 2 를 사용하여 보다 구체적으로 설명하면, 피막의 두께 방향이란, 피막의 표면 (4) 으로부터 피막의 저면 (6) 을 향하는 화살표 (7) 로 나타내는 방향이다. 또, 화살표 (7) 는 편의상 피막의 표면 (4) 으로부터 피막의 저면 (6) 을 향하는 방향으로 나타내고 있는데, 피막의 표면에 대하여 수직이 되는 방향인 한 이 상하 방향을 한정할 필요는 없고, 피막의 저면 (6) 으로부터 피막의 표면 (4) 을 향하는 것일 수도 있다.

또한, 상기 강도 분포란, 압축 응력의 크기가 상기 피막의 두께 방향을 향하여 분포를 형성해서 변화하는 것을 나타내는 것이다. 따라서, 그 압축 응력이 피막의 두께 방향으로 강도 분포를 갖는다는 것은, 다시 말하면 압축 응력의 크기가 피막의 표면과 평행 방향이 아니라 피막의 표면과 수직 방향으로 변화하는 것을 의미하는 것이다.

그리고 상기 강도 분포는, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 이하, 이 강도 분포에 대해서 제 1 양태 내지 제 4 양태로 나누어 상세 하게 설명한다.

<강도 분포-제 1 양태>

상기 강도 분포의 제 1 양태는, 상기 피막의 표면에 있어서 최대의 압축 응력 (바꾸어 말하면 절대값이 최대가 되는 압축 응력) 을 가짐과 함께, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 압축 응력이 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 가짐과 함께, 그 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 압축 응력이 일정한 값으로 되는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징을, 도 2 및 본 발명의 강도 분포의 제 1 양태를 나타내는 도 3 을 사용하여 보다 자세히 설명한다. 도 3 은, 피막의 두께 방향으로서, 피막 표면으로부터의 거리를 횡축으로 하고, 압축 응력을 종축으로 하여 강도 분포를 그래프화한 것이다.

우선, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 중간점 (5) 이란 상기 피막의 표면 (4) 과 상기 피막의 저면 (6) 사이에 위치하는 것인데, 상기 피막의 표면 (4) 으로부터의 수직 방향의 거리로 나타내면, 반드시 피막 두께 (피막 표면 (4) 으로부터 피막 저면 (6) 까지의 수직 방향 거리) 의 1/2 이 될 필요는 없다. 통상, 이러한 제 1 중간점 (5) 은, 피막의 저면 (6) 보다는 피막의 표면 (4) 에 가까운 곳에 위치하는 것이다.

바람직하게는 이러한 제 1 중간점 (5) 은, 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 피막의 두께 (상기 피막 표면 (4) 으로부터 상기 피막 저면 (6) 까지의 수직 방향 거리) 의 0.1% 이상 50% 이하의 거리를 두고 위치하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 그 하한을 0.3%, 더욱 바람직하게는 0.5%, 그 상한을 40%, 더욱 바람직하게는 35% 로 하는 것이 좋다. 0.1% 미만인 경우에는, 충격력이 높은 단속 절삭 등의 가혹한 중절삭에 사용한 경우, 압축 응력의 부여가 불완전해져 결손의 억제 효과가 나타나지 않게 되는 경우가 있다. 또한, 50% 를 초과하면, 피막 내부에 있어서 압축 응력을 저감한 효과가 저하되어, 막 치핑에 대한 내성의 향상 작용이 나타나지 않게 되는 경우도 있다.

또, 이러한 제 1 중간점에 있어서, 상기 압축 응력은 상기 피막의 표면에서의 압축 응력의 20∼90% 의 값을 갖고 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 그 상한이 85%, 더욱 바람직하게는 80%, 그 하한이 30%, 더욱 바람직하게는 40% 이다.

이 값이 20% 미만이 되는 경우, 충분한 인성이 얻어지지 않게 되는 경우가 있고, 또한 90% 를 초과하면 충격 흡수 (응력의 완화) 가 불완전해져 막 치핑의 억제 효과가 보이지 않게 되는 경우가 있다.

한편, 상기의 극소점이란, 위치적으로는 상기 제 1 중간점 (5) (도 3 에서는 피막 표면으로부터의 거리가 약 0.1㎛ 가 되는 지점) 에 있어서 관찰되는 것으로, 피막의 표면에 있어서 최대가 되는 압축 응력 (도 3 에서는 약 -5GPa 의 값을 갖는 압축 응력) 이 피막의 저면 (6) 을 향하여 연속적으로 감소해 가고, 이 극소점에 있어서 그 감소의 정도가 변화하는 것을 나타내는 것이다. 여기서, 감소의 정도가 변화한다는 것은, 도 3 에 나타낸 바와 같이 이 극소점을 경계로 압축 응력이 피막의 저면 방향을 향하여 일정한 값이 되는 것을 나타내고 있다. 따라서, 이 극소점이란, 수학의 함수 용어인 극소점과 동의 또는 그보다 광의의 의미를 갖는 것이다.

이러한 극소점은 상기의 강도 분포에 있어서 1점만 존재하는 것으로, 상기 특허문헌 1 에서의 단계적 변화 (계단상 변화) 와는 근본적으로 상이한 것이다.

또, 도 3 에 있어서는 피막의 표면 (즉 피막 표면으로부터의 거리가 0㎛ 인 지점) 에 있어서만 압축 응력이 최대로 되어 있지만, 본 발명의 양태로는, 이와 같이 피막 표면으로부터의 거리가 0㎛ 인 지점에 있어서만 최대의 압축 응력을 갖는 경우만으로 한정되지 않고, 도 4 에 나타낸 바와 같이 피막의 표면으로부터 이 최대 압축 응력이 피막의 저면 방향을 향하여 일정 거리 (바람직하게는 0.5㎛ 이하) 의 범위 내에서 유지되는 경우도 포함하는 것으로 한다. 즉, 상기 압축 응력은, 상기 피막의 표면에 있어서 최대의 압축 응력을 가짐과 함께, 그 최대 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 제 1 중간점의 방향을 향하여 일정 거리 (바람직하게는 0.5㎛ 이하) 간 유지된 후, 그 압축 응력이 상기 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하는 양태가 포함된다.

이와 같이 피막 표면의 최대의 압축 응력이 그 피막의 표면으로부터 피막의 저면 방향을 향하여 일정 거리의 범위 내에서 유지되면, 특히 우수한 인성을 가지게 되므로 바람직하다.

또한, 상기 피막의 표면으로부터 상기 제 1 중간점까지 압축 응력이 연속적으로 감소한다는 것은, 도 3 에 나타낸 바와 같이 밑으로 볼록한 상태로 감소하는 경우뿐만 아니라, 위로 볼록한 상태로 감소하는 경우나 직선적으로 감소하는 경우도 포함된다. 그리고, 일부분에 있어서 증가하거나, 감소의 정도 (기울기) 가 도중에서 변화하고 있는 경우 또는 단계적 (계단상으로 감소) 으로 되어 있는 경우라도, 전체적으로 상기 피막의 표면으로부터 상기 제 1 중간점을 향하여 감소하고 있으면, 여기서 말하는 연속적으로 감소하는 경우에 포함되는 것으로 한다.

또한, 상기 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 압축 응력이 일정한 값으로 된다는 것은, 압축 응력이 완전히 일정 수치를 갖는 경우뿐만 아니라, 실질적으로 일정하다고 간주되는 경우도 포함된다.

이와 같이 본 발명의 강도 분포의 제 1 양태에 있어서는, 그 강도 분포가 상기 피막의 표면에 있어서 최대의 압축 응력을 가짐과 함께, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 갖는 것으로 되어 있다. 이와 같이 피막의 표면에 있어서 최대의 압축 응력을 가짐으로써, 피막 표면에서 발생하는 크랙의 발생을 가능한 한 억제하고, 또한 그 극소점 근방에 있어서 피막 표면부의 큰 압축 응력으로 인한 피막의 자기 파괴를 방지하고, 피막 표면에 부하되는 충격 등의 응력을 완화시킴으로써, 인성과 막 치핑에 대한 내성이 우수하다는 탁월한 효과가 나타난다.

또 본 발명의 강도 분포의 제 1 양태에 있어서는, 상기 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 압축 응력이 일정한 값으로 됨으로써 피막의 자기 파괴를 억제할 수 있어 매우 우수한 내마모성이 제공된다. 이렇게 해서, 본 발명의 표면 피복 절삭공구는, 인성과 내마모성 및 막 치핑에 대한 내성을 양립시키는 것에 성공했다고 하는 매우 우수한 효과를 나타내는 것이다.

이러한 우수한 효과는, 상기한 바와 같은 극소점을 갖지 않고, 피막의 표면으로부터 피막의 저면을 향하여 압축 응력이 연속적 또는 단계적으로 일률적으로 감소 내지 증가하는 것을 특징으로 하는 종래의 표면 피복 절삭공구 (특허문헌 1) 에 있어서는 나타낼 수 없는 특별한 효과이다.

<강도 분포-제 2 양태>

상기 강도 분포의 제 2 양태는, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 가짐과 함께, 그 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 그 압축 응력이 연속적으로 증가하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징을, 도 2 및 본 발명의 강도 분포의 제 2 양태를 나타내는 도 6 을 사용하여 보다 자세히 설명한다. 도 6 은, 피막의 두께 방향으로서, 피막 표면으로부터의 거리를 횡축으로 하고, 압축 응력을 종축으로 하여 강도 분포를 그래프화한 것이다.

우선, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 중간점 (5) 이란 상기 피막의 표면 (4) 과 상기 피막의 저면 (6) 사이에 위치하는 것인데, 상기 피막의 표면 (4) 으로부터의 수직 방향의 거리로 나타내면, 반드시 피막 두께 (피막 표면 (4) 으로부터 피막 저면 (6) 까지의 수직 방향의 거리) 의 1/2 이 될 필요는 없다. 통 상적으로 이러한 제 1 중간점 (5) 은, 피막의 저면 (6) 보다는 피막의 표면 (4) 에 가까운 곳에 위치하는 것이다.

바람직하게는 이러한 제 1 중간점 (5) 은, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막 두께 (상기 피막 표면 (4) 으로부터 상기 피막 저면 (6) 까지의 수직 방향의 거리) 의 0.1% 이상 50% 이하의 거리를 두고 위치하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 그 하한을 0.3%, 더욱 바람직하게는 0.5%, 그 상한을 40%, 더욱 바람직하게는 35% 로 하는 것이 좋다. 0.1% 미만인 경우에는, 충격력이 높은 단속 절삭 등의 가혹한 중절삭에 사용한 경우, 압축 응력의 부여가 불완전하게 되어 결손의 억제 효과가 나타나지 않는 경우가 있다. 또한, 50% 를 초과하면, 피막 내부에 있어서 압축 응력을 저감한 효과가 저하되어, 막 치핑에 대한 내성의 향상 작용이 나타나지 않게 되는 경우가 있다.

이러한 강도 분포에 있어서, 상기 압축 응력은 상기 피막의 표면 (4) 에 있어서 최대가 되는 (바꾸어 말하면 그 절대값이 최대가 되는) 것으로 할 수 있다. 이것에 의해, 특히 우수한 인성을 얻을 수 있다. 한편, 상기 압축 응력은 상기 피막의 저면 (6) 에 있어서 최대가 되는 (바꾸어 말하면 그 절대값이 최대가 되는) 것으로 할 수도 있다. 이것에 의해서도 우수한 인성을 얻을 수 있다.

또, 상기한 바와 같은 제 1 중간점에 있어서, 상기 압축 응력은 상기 피막의 표면에서의 압축 응력의 20∼90% 의 값을 갖고 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 그 상한이 85%, 더욱 바람직하게는 80%, 그 하한이 30%, 더욱 바람직하게는 40% 이다. 이 값이 20% 미만이 되는 경우, 충분한 인성이 얻어지지 않 게 되는 경우가 있고, 또한 90% 를 초과하면 충격 흡수 (응력의 완화) 가 불완전하게 되어 막 치핑의 억제 효과가 보이지 않게 되는 경우가 있다.

한편, 상기의 극소점이란, 위치적으로는 상기 제 1 중간점 (도 6 에서는 피막 표면으로부터의 거리가 약 0.1㎛ 가 되는 지점) 에 있어서 관찰되는 것으로, 피막 표면의 압축 응력 (도 6 에서는 약 -5GPa 의 값을 갖는 압축 응력) 이 피막의 저면 (6) 을 향하여 연속적으로 감소해 가고, 이 극소점에 있어서 그 감소의 정도가 변화하는 것을 나타내는 것이다. 여기서, 감소의 정도가 변화한다는 것은, 도 6 에 나타낸 바와 같이 이 극소점을 경계로 압축 응력이 피막의 저면 방향을 향하여 연속적으로 증가하는 것을 나타내고 있다.

또, 도 6 에 있어서는, 상기의 극소점은 상기 제 1 중간점의 1 점에 있어서만 존재하는 양태로 되어 있는데, 본 발명의 양태로는 이러한 양태만으로 한정되지 않고, 피막의 두께 방향으로 극소점이 소정의 두께를 가지고 존재하는 경우도 포함하는 것으로 한다. 여기서, 극소점이 소정의 두께를 가지고 존재한다는 것은, 극소점의 압축 응력이 상기 제 1 중간점으로부터 그 두께 (바람직하게는 피막 두께의 1/2 이하) 의 사이에서 실질적으로 일정한 값을 갖는 것을 말한다. 이와 같이, 상기 극소점이 상기 제 1 중간점으로부터 소정의 두께를 가지고 존재함으로써 내마모성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

따라서, 본원에서 말하는 극소점이란, 수학의 함수 용어인 극소점과 동의 또는 그보다 광의의 의미를 갖는 것이다.

또, 도 6 에 있어서는, 피막의 표면 (즉 피막 표면으로부터의 거리가 0㎛ 인 지점) 으로부터 압축 응력이 연속적으로 감소하는 양태로 되어 있는데, 본 발명의 양태로는 이러한 양태만으로 한정되지 않고, 예를 들어 도 7 에 나타낸 바와 같이 피막 표면의 압축 응력이 피막의 저면 방향을 향하여 일정 거리 (바람직하게는 0.5㎛ 이하) 의 범위 내에서 유지되는 경우도 포함하는 것으로 한다. 즉, 상기 압축 응력은, 상기 피막의 표면에 있어서 내부보다도 큰 압축 응력 (바꾸어 말하면 절대값이 그 내부의 절대값보다 커지는 압축 응력) 을 가짐과 함께, 그 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 제 1 중간점 방향을 향하여 일정 거리 (바람직하게는 0.5㎛ 이하) 간 유지된 후, 그 압축 응력이 상기 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하는 양태가 포함된다.

이와 같이 피막 표면의 압축 응력이, 그 피막의 표면으로부터 피막의 저면 방향을 향하여 일정 거리의 범위 내에서 유지되면, 특히 우수한 인성을 갖게 되기 때문에 바람직하다.

또한, 상기 피막의 표면으로부터 상기 제 1 중간점까지 압축 응력이 연속적으로 감소한다는 것은, 도 6 에 나타낸 바와 같이 밑으로 볼록한 상태로 감소하는 경우뿐만 아니라, 위로 볼록한 상태로 감소하는 경우나 직선적으로 감소하는 경우도 포함된다. 그리고, 일부분에 있어서 증가하거나, 감소의 정도 (기울기) 가 도중에서 변화하고 있는 경우 또는 단계적 (계단상으로 감소) 으로 되어 있는 경우라도, 전체적으로 상기 피막의 표면으로부터 상기 제 1 중간점을 향하여 감소하고 있으면, 여기서 말하는 연속적으로 감소하는 경우에 포함되는 것으로 한다.

또한, 상기 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 압축 응력이 연속적 으로 증가한다는 것은, 도 6 에 나타낸 바와 같이 밑으로 볼록한 상태로 증가하는 경우뿐만 아니라, 위로 볼록한 상태로 증가하는 경우나 직선적으로 증가하는 경우도 포함된다. 그리고, 일부분에 있어서 감소하거나, 증가의 정도 (기울기) 가 도중에서 변화하고 있는 경우 또는 단계적 (계단상으로 증가) 으로 되어 있는 경우라도, 전체적으로 상기 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면을 향하여 증가하고 있으면, 여기서 말하는 연속적으로 증가하는 경우에 포함되는 것으로 한다.

이와 같이 본 발명의 강도 분포의 제 2 양태에 있어서는, 그 강도 분포가, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 갖는 것으로 되어 있다. 이와 같이 피막의 표면에 있어서 내부보다 큰 압축 응력을 가짐으로써, 피막 표면에서 발생하는 크랙의 발생을 가능한 한 억제하고, 또한 그 극소점 근방에 있어서 피막 표면부의 큰 압축 응력으로 인한 피막의 자기 파괴를 방지하고, 피막 표면에 부하되는 충격 등의 응력을 완화시킴으로써, 인성과 막 치핑에 대한 내성 및 내마모성이 우수하다는 탁월한 효과가 나타난다.

그리고 본 발명의 강도 분포의 제 2 양태에 있어서는, 상기 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 압축 응력이 연속적으로 증가함으로써, 피막의 자기 파괴를 억제할 수 있어 매우 우수한 인성이 제공된다. 이렇게 해서, 본 발명의 표면 피복 절삭공구는, 인성과 내마모성 및 막 치핑에 대한 내성을 양립시키는 것에 성공했다고 하는 매우 우수한 효과를 나타내는 것이다.

이러한 우수한 효과는, 상기한 바와 같은 극소점을 갖지 않고, 피막의 표면으로부터 피막의 저면을 향하여 압축 응력이 연속적 또는 단계적으로 일률적으로 감소 내지 증가하는 것을 특징으로 하는 종래의 표면 피복 절삭공구 (특허문헌 1) 에 있어서는 나타낼 수 없는 특별한 효과이다.

<강도 분포-제 3 양태>

상기 강도 분포의 제 3 양태는, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 가짐과 함께, 그 제 1 중간점으로부터 그 제 1 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 2 중간점까지 연속적으로 증가하고, 그 제 2 중간점에 있어서 극대점을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

이 특징을, 도 8 및 본 발명의 강도 분포의 제 3 양태를 나타내는 도 9 를 사용하여 보다 자세히 설명한다. 도 9 는, 피막의 두께 방향으로서, 피막 표면으로부터의 거리를 횡축으로 하고, 압축 응력을 종축으로 하여 강도 분포를 그래프화한 것이다.

우선, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 중간점 (5) 이란 상기 피막의 표면 (4) 과 상기 피막의 저면 (6) 사이에 위치하는 것인데, 상기 피막 표면 (4) 으로부터의 수직 방향의 거리로 나타내면, 반드시 피막 두께 (피막 표면 (4) 으로부터 피막 저면 (6) 까지의 수직 방향의 거리) 의 1/2 이 될 필요는 없다. 통상 이러한 제 1 중간점 (5) 은, 피막의 저면 (6) 보다는 피막의 표면 (4) 에 가까 운 곳에 위치하는 것이다.

바람직하게는 이러한 제 1 중간점 (5) 은, 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 피막 두께 (상기 피막 표면 (4) 으로부터 상기 피막 저면 (6) 까지의 수직 방향의 거리) 의 0.1% 이상 50% 이하의 거리를 두고 위치하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 그 하한을 0.3%, 더욱 바람직하게는 0.5%, 그 상한을 40%, 더욱 바람직하게는 35% 로 하는 것이 좋다. 0.1% 미만인 경우에는, 충격력이 높은 단속 절삭 등의 가혹한 중절삭에 사용한 경우, 압축 응력의 부여가 불완전하게 되어 결손의 억제 효과가 보이지 않게 되는 경우가 있다. 또한, 50% 를 초과하면, 피막 내부에 있어서 압축 응력을 저감한 효과가 저하되어, 막 치핑에 대한 내성의 향상 작용이 나타나지 않게 되는 경우가 있다.

이러한 강도 분포에 있어서, 상기 압축 응력은 상기 피막의 표면 (4) 에 있어서 최대가 되는 (바꾸어 말하면 그 절대값이 최대가 되는) 것으로 할 수 있다. 이것에 의해 특히 우수한 인성을 얻을 수 있다.

또, 상기한 바와 같은 제 1 중간점에 있어서, 상기 압축 응력은 상기 피막 표면에 있어서의 압축 응력의 20∼90% 의 값을 갖고 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 그 상한이 85%, 더욱 바람직하게는 80%, 그 하한이 30%, 더욱 바람직하게는 40% 이다.

이 값이 20% 미만이 되는 경우, 충분한 인성이 얻어지지 않게 되는 경우가 있고, 또한 90% 를 초과하면 충격 흡수 (응력의 완화) 가 불완전하게 되어 막 치핑의 억제 효과가 보이지 않게 되는 경우가 있다.

한편, 상기의 극소점이란, 위치적으로는 상기 제 1 중간점 (도 9 에서는 피막 표면으로부터의 거리가 약 0.1㎛ 가 되는 지점) 에 있어서 관찰되는 것으로, 피막 표면의 압축 응력 (도 9 에서는 약 -5GPa 의 값을 갖는 압축 응력) 이 피막의 저면 (6) 을 향하여 연속적으로 감소해 가고, 이 극소점에 있어서 그 감소의 정도가 변화하는 것을 나타내는 것이다. 여기서, 감소의 정도가 변화한다는 것은, 도 9 에 나타낸 바와 같이 이 극소점을 경계로 압축 응력이 제 2 중간점 방향을 향하여 연속적으로 증가하는 것을 나타내고 있다.

또, 도 9 에 있어서는, 상기의 극소점은, 상기 제 1 중간점의 1 점에 있어서만 존재하는 양태로 되어 있는데, 본 발명의 양태로는 이러한 양태만으로 한정되지 않고, 피막의 두께 방향으로 극소점이 소정의 두께를 가지고 존재하는 경우도 포함하는 것으로 한다. 여기서, 극소점이 소정의 두께를 가지고 존재한다는 것은, 극소점의 압축 응력이 상기 제 1 중간점으로부터 그 두께 (바람직하게는 피막 두께의 1/2 이하) 의 사이에서 실질적으로 일정한 값을 갖는 것을 말한다. 이와 같이, 상기 극소점이 상기 제 1 중간점으로부터 소정의 두께를 가지고 존재함으로써 내마모성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

따라서, 본원에서 말하는 극소점이란, 수학의 함수 용어인 극소점과 동의 또는 그보다 광의의 의미를 갖는 것이다.

한편, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 중간점 (9) 이란 상기 제 1 중간점 (5) 과 상기 피막의 저면 (6) 사이에 위치하는 것인데, 반드시 상기 제 1 중간점 (5) 으로부터 피막 저면 (6) 까지의 수직 방향 거리의 1/2 이 될 필요는 없 다.

바람직하게는 이러한 제 2 중간점 (9) 은, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막 두께 (상기 피막 표면 (4) 으로부터 상기 피막 저면 (6) 까지의 수직 방향의 거리) 의 0.2% 이상 95% 이하의 거리를 두고 위치하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 그 하한을 0.5%, 더욱 바람직하게는 1%, 그 상한을 90%, 더욱 바람직하게는 80% 로 하는 것이 좋다. 0.2% 미만인 경우에는, 압축 응력의 저감이 불충분해져, 막 치핑에 대한 내성과 내마모성의 향상 작용이 나타나지 않게 되는 경우가 있다. 또한, 95% 를 초과하면, 피막 내부에 있어 큰 압축 응력을 부여한 효과가 저하되어, 인성의 향상 작용이 나타나지 않게 되는 경우가 있다.

또, 상기한 바와 같은 제 2 중간점에 있어서, 상기 압축 응력은 상기 피막 표면에 있어서의 압축 응력의 50∼200% 의 값을 갖고 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 그 상한이 180%, 더욱 바람직하게는 150%, 그 하한이 60%, 더욱 바람직하게는 70% 이다.

이 값이 50% 미만이 되는 경우, 압축 응력의 부여가 불충분해져 충분한 인성이 얻어지지 않게 되는 경우가 있고, 또한 200% 를 초과하면 압축 응력의 부여가 지나치게 커져 막 치핑에 대한 내성이 저하되는 경우가 있다.

그리고 상기 극대점이란, 위치적으로는 상기 제 2 중간점 (도 9 에서는 피막 표면으로부터의 거리가 약 0.4㎛ 가 되는 지점) 에 있어서 관찰되는 것으로, 제 1 중간점 (5) 의 압축 응력 (도 9 에서는 약 -1.8GPa 의 값을 갖는 압축 응력) 이 피막의 저면 (6) 을 향하여 연속적으로 증가해 가고, 이 극대점에 있어서 그 증가의 정도가 변화하는 것을 나타내는 것이다. 여기서, 증가의 정도가 변화한다는 것은, 도 9 에 나타낸 바와 같이 이 극대점을 경계로 압축 응력이 피막의 저면 (6) 방향을 향하여 연속적으로 감소하는 것을 나타내고 있다.

또, 도 9 에 있어서는, 상기 극대점은, 상기 제 2 중간점의 1 점에 있어서만 존재하는 양태로 되어 있는데, 본 발명의 양태로는 이러한 양태만으로 한정되지 않고, 피막의 두께 방향으로 극대점이 소정의 두께를 가지고 존재하는 경우도 포함하는 것으로 한다. 여기서, 극대점이 소정의 두께를 가지고 존재한다는 것은, 극대점의 압축 응력이 상기 제 2 중간점으로부터 그 두께 (바람직하게는 피막 두께의 1/2 이하) 의 사이에서 실질적으로 일정한 값을 갖는 것을 말한다. 이와 같이, 상기 극대점이 상기 제 2 중간점으로부터 소정의 두께를 가지고 존재함으로써 인성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

따라서, 본원에서 말하는 극대점이란, 수학의 함수 용어인 극대점과 동의 또는 그보다 광의의 의미를 갖는 것이다.

또, 도 9 에 있어서는, 상기 제 2 중간점으로부터 피막의 저면 방향을 향하여 압축 응력이 연속적으로 감소하는 양태가 나타나 있는데, 본 발명의 양태로는 이러한 양태만으로 한정되지 않고, 상기 제 2 중간점으로부터 피막의 저면까지 압축 응력이 일정한 값 (실질적으로 일정한 값) 으로 되는 경우도 포함된다. 상기 제 2 중간점으로부터 피막의 저면까지 압축 응력이 연속적으로 감소하는 경우에는 내마모성이 우수한 것으로 되는 데 반하여, 이와 같이 제 2 중간점으로부터 피막의 저면까지 압축 응력이 일정한 값으로 되는 경우에는 인성이 한층 더 향상되는 효과가 나타난다.

또한, 도 9 에 있어서는, 피막의 표면 (즉 피막 표면으로부터의 거리가 0㎛ 인 지점) 으로부터 압축 응력이 연속적으로 감소하는 양태로 되어 있는데, 본 발명의 양태로는 이러한 양태만으로 한정되지 않고, 예를 들어 도 10 에 나타낸 바와 같이 피막 표면의 압축 응력이 피막의 저면 방향을 향하여 일정 거리 (바람직하게는 0.5㎛ 이하) 의 범위 내에서 유지되는 경우도 포함하는 것으로 한다. 즉, 상기 압축 응력은, 상기 피막의 표면에 있어서 내부보다도 큰 압축 응력 (다시 말하면 절대값이 그 내부의 절대값보다 커지는 압축 응력) 을 가짐과 함께, 그 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 제 1 중간점 방향을 향하여 일정 거리 (바람직하게는 0.5㎛ 이하) 간 유지된 후, 그 압축 응력이 상기 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하는 양태가 포함된다.

이와 같이 피막 표면의 압축 응력이 그 피막의 표면으로부터 피막의 저면 방향을 향하여 일정 거리의 범위 내에서 유지되면, 특히 우수한 인성을 갖게 되기 때문에 바람직하다.

또, 본원에 있어서 압축 응력이 연속적으로 감소한다는 것은, 도 9 에 나타낸 바와 같이 밑으로 볼록한 상태로 감소하거나 위로 볼록한 상태로 감소하는 경우뿐만 아니라, 직선적으로 감소하는 경우도 포함된다. 그리고, 일부분에 있어서 증가하거나, 감소의 정도 (기울기) 가 도중에서 변화하고 있는 경우 또는 단계적 (계단상으로 감소) 으로 되어 있는 경우라도, 전체적으로 감소하고 있으면 본원에서 말하는 연속적으로 감소하는 경우에 포함되는 것으로 한다.

또, 본원에 있어서 압축 응력이 연속적으로 증가한다는 것은, 도 9 에 나타낸 바와 같이 밑으로 볼록한 상태로 증가하는 경우뿐만 아니라, 위로 볼록한 상태로 증가하는 경우나 직선적으로 증가하는 경우도 포함된다. 그리고, 일부분에 있어서 감소하거나, 증가의 정도 (기울기) 가 도중에서 변화하고 있는 경우 또는 단계적 (계단상으로 증가) 으로 되어 있는 경우라도, 전체적으로 증가하고 있으면 본원에서 말하는 연속적으로 증가하는 경우에 포함되는 것으로 한다.

이와 같이 본 발명의 강도 분포의 제 3 양태에 있어서는, 그 강도 분포가, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 갖는 것으로 되어 있다. 이와 같이 피막의 표면에 있어서 내부보다 큰 압축 응력을 가짐으로써, 피막 표면에서 발생하는 크랙의 발생을 가능한 한 억제하고, 또한 그 극소점 근방에 있어서 피막 표면부의 큰 압축 응력으로 인한 피막의 자기 파괴를 방지하고, 피막 표면에 부하되는 충격 등의 응력을 완화시킴으로써, 인성과 막 치핑에 대한 내성이 우수함과 함께 내마모성도 우수하다는 탁월한 효과가 나타난다.

그리고 본 발명의 강도 분포의 제 3 양태에 있어서는, 상기 제 1 중간점으로부터 상기 제 2 중간점까지 압축 응력이 연속적으로 증가하고, 그 제 2 중간점에 있어서 극대점을 가짐으로써, 한층 더 고도한 인성이 제공된다. 이렇게 해서, 본 발명의 표면 피복 절삭공구는, 인성과 내마모성 및 막 치핑에 대한 내성을 양립시키는 것에 성공했다고 하는 매우 우수한 효과를 나타내는 것이다.

이러한 우수한 효과는, 상기한 바와 같은 극소점 및 극대점을 갖지 않고, 피막의 표면으로부터 피막의 저면을 향하여 압축 응력이 연속적 또는 단계적으로 일률적으로 감소 내지 증가하는 것을 특징으로 하는 종래의 표면 피복 절삭공구 (특허문헌 1) 에 있어서는 나타낼 수 없는 특별한 효과이다.

<강도 분포-제 4 양태>

상기 강도 분포의 제 4 양태는, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 가짐과 함께, 그 제 1 중간점으로부터 그 제 1 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 2 중간점까지 연속적으로 증가하고, 그 제 2 중간점에 있어서 극대점을 갖고, 또한 그 제 2 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 상기와 동일한 극소점을 1 이상 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

여기서, 동일한 극소점이란, 상기 제 1 중간점에서의 극소점과 동일한 강도 분포 상의 거동을 나타내는 점으로, 예를 들어 상기 제 2 중간점으로부터 상기 피막의 저면을 향하여 압축 응력이 연속적으로 감소하고, 이 점에 있어서 그 압축 응력의 감소의 정도가 변화하게 되는 점을 의미하고 있다. 이와 같이, 상기 제 2 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 극소점을 1 이상 가짐으로써, 피막 표면에서 발생한 균열이 피막 내부로 진전되는 것을 보다 효과적으로 억제할 수 있어, 막 치핑에 대한 내성이 한층 더 향상되는 것과 함께 보다 우수한 내마모성이 나타나게 된다.

한편, 상기 강도 분포는, 또한 상기 제 2 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 상기와 동일한 극대점을 1 이상 갖는 것으로 할 수 있다.

여기서, 동일한 극대점이란, 상기 제 2 중간점에서의 극대점과 동일한 강도 분포 상의 거동을 나타내는 점으로, 예를 들어 상기 제 2 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 극소점으로부터 다시 상기 피막의 저면을 향하여 압축 응력이 연속적으로 증가하고, 이 점에 있어서 그 압축 응력의 증가의 정도가 변화하게 되는 점을 의미하고 있다. 이와 같이, 상기 제 2 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 극대점을 1 이상 가짐으로써, 한층 더 우수한 인성을 나타냄과 함께 막 치핑에 대한 내성도 한층 더 향상되게 된다.

그리고 상기 강도 분포는, 또한 상기 제 2 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 있어서 상기와 동일한 극소점과 극대점을 각각 1 이상 이 순서대로 번갈아 반복하여 갖는 것으로 할 수 있다. 이 경우, 그 반복 회수 및 반복 간격은 특별히 한정되지는 않는데, 각 극소점 (제 1 중간점에서의 극소점을 포함한다) 및 각 극대점 (제 2 중간점에서의 극대점을 포함한다) 이 실질적으로 등간격으로 존재하는 경우에는, 상기 피막의 두께와의 관계에 있어서 각 극소점간 거리 및 각 극대점간 거리가 상기 피막 두께의 0.1% ∼70% 의 범위, 바람직하게는 그 상한이 60%, 더욱 바람직하게는 50%, 그 하한이 0.15%, 더욱 바람직하게는 0.2% 의 범위가 되도록 그 반복 회수를 결정할 수 있다.

상기 거리가 0.1% 미만이 되는 경우에는, 반복 간격이 지나치게 짧아져 피막의 응력상태가 불안정해져서 오히려 막 치핑을 일으키기 쉬워지는 경우가 있고, 또 한 70% 를 초과하면 극소점 또는 극대점을 복수개 형성한 효과가 작아지는 경우가 있다.

이와 같이 극소점과 극대점이 복수 존재하도록 이 순서대로 번갈아 반복하여 존재함으로써, 피막 표면에서 발생한 균열의 균열 진전 에너지가 흡수되는 장소가 증가하기 때문에, 균열이 피막 내부로 진전되는 것을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있어, 막 치핑에 대한 내성이 한층 더 향상되는 것과 함께 더 우수한 내마모성 및 인성이 나타나게 된다.

상기에서 말한 여러 가지 강도 분포의 특징을, 도 11 및 본 발명의 강도 분포의 제 4 양태를 나타내는 도 12 를 사용하여 보다 자세히 설명한다. 도 12 는, 피막의 두께 방향으로서, 피막 표면으로부터의 거리를 횡축으로 하고, 압축 응력을 종축으로 하여 강도 분포를 그래프화한 것이다.

우선, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 중간점 (5) 이란, 상기 피막의 표면 (4) 과 상기 피막의 저면 (6) 사이에 위치하는 것인데, 상기 피막의 표면 (4) 으로부터의 수직 방향의 거리로 나타내면, 반드시 피막 두께 (피막 표면 (4) 으로부터 피막 저면 (6) 까지의 수직 방향의 거리) 의 1/2 이 될 필요는 없다. 통상, 이러한 제 1 중간점 (5) 은, 피막의 저면 (6) 보다는 피막의 표면 (4) 에 가까운 곳에 위치하는 것이다.

바람직하게는 이러한 제 1 중간점 (5) 은, 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 피막의 두께 (상기 피막 표면 (4) 으로부터 상기 피막 저면 (6) 까지의 수직 방향의 거리) 의 0.1% 이상 40% 이하의 거리를 두고 위치하는 것이 바람직하고, 보 다 바람직하게는 그 하한을 0.3%, 더욱 바람직하게는 0.5%, 그 상한을 35%, 더욱 바람직하게는 30% 로 하는 것이 바람직하다. 0.1% 미만인 경우에는, 충격력이 높은 단속 절삭 등의 가혹한 중절삭에 사용한 경우, 압축 응력의 부여가 불완전해져 결손의 억제 효과가 나타나지 않게 되는 경우가 있다. 또한, 40% 를 초과하면, 피막 내부에 있어서 압축 응력을 저감한 효과가 저하되어, 막 치핑에 대한 내성의 향상 작용이 나타나지 않게 되는 경우도 있다.

이러한 강도 분포에 있어서, 상기 압축 응력은 상기 피막의 표면 (4) 에 있어서 최대가 되는 (바꾸어 말하면 그 절대값이 최대가 되는) 것으로 할 수 있다. 이것에 의해, 특히 우수한 인성을 얻을 수 있다.

또, 상기와 같은 제 1 중간점에 있어서, 상기 압축 응력은 상기 피막의 표면에서의 압축 응력의 10∼80% 의 값을 갖고 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 그 상한이 70%, 더욱 바람직하게는 60%, 그 하한이 15%, 더욱 바람직하게는 20% 이다. 피막의 표면 (4) 측으로부터 보아 2번째 이후의 극소점에 있어서도 상기 범위의 압축 응력을 갖는 것이 바람직하다.

이 값이 10% 미만이 되는 경우, 충분한 인성이 얻어지지 않게 되는 경우가 있고, 또한 80% 를 초과하면 충격 흡수 (응력의 완화) 가 불완전해져 막 치핑의 억제 효과가 보이지 않게 되는 경우가 있다.

한편, 상기의 극소점은 피막의 표면 (4) 으로부터 피막의 저면 (6) 을 향하여 복수 존재하고, 위치적으로는 피막의 표면 (4) 측에서 보아 그 첫번째 극소점이 상기 제 1 중간점에 나타난 후, 제 2 중간점 (9) 과 피막의 저면 (6) 사이에 있는 임의의 1 이상의 점 (예를 들어 도 11 에 있어서의 제 3 중간점 (10)) 에 있어서 관찰되는 것이다. 이러한 극소점은, 압축 응력이 피막의 저면 (6) 을 향하여 연속적으로 감소해 가고 이 점에 있어서 그 감소의 정도가 변화한다는 강도 분포 상의 거동을 나타내는 점이다. 여기서, 감소의 정도가 변화한다는 것은, 피막의 저면 (6) 을 향하여 감소경향에 있던 압축 응력이 이 극소점을 경계로 연속적으로 증가하는 것을 나타내고 있다.

또, 도 11 에 있어서는, 두번째 이후의 극소점이 나타나는 점으로서 제 3 중간점 (10) 이 1점만 기재되어 있는데, 이것은 편의적인 것으로서 이와 같이 1점으로만 한정되는 것은 아니다.

또한, 도 12 에 있어서는, 상기 극소점은 피막의 두께 방향으로 폭을 갖지 않는 점으로서 존재하는 양태로 되어 있는데, 본 발명의 양태로는 이러한 양태만으로 한정되지 않고, 피막의 두께 방향으로 두께 (폭) 를 갖고 존재하는 경우도 포함하는 것으로 한다. 여기서, 극소점이 소정의 두께를 가지고 존재한다는 것은, 극소점의 압축 응력이 그 두께 (바람직하게는 피막 두께의 1/2 이하) 에 있어서 실질적으로 일정한 값을 갖는 것을 말한다. 이와 같이, 극소점이 소정의 두께를 가지고 존재함으로써, 내마모성을 한층 더 향상시킬 수 있다.

따라서, 본원에서 말하는 극소점이란, 수학의 함수 용어인 극소점과 동의 또는 그보다 광의의 의미를 갖는 것이다.

한편, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 중간점 (9) 이란 상기 제 1 중간점 (5) 과 상기 피막의 저면 (6) 사이에 위치하는 것인데, 반드시 상기 제 1 중 간점 (5) 으로부터 피막의 저면 (6) 까지의 수직 방향 거리의 1/2 이 될 필요는 없다.

바람직하게는 이러한 제 2 중간점 (9) 은, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막 두께 (상기 피막 표면 (4) 으로부터 상기 피막 저면 (6) 까지의 수직 방향의 거리) 의 0.2% 이상 80% 이하의 거리를 두고 위치하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 그 하한을 0.5%, 더욱 바람직하게는 1%, 그 상한을 75%, 더욱 바람직하게는 70% 로 하는 것이 좋다. 0.2% 미만인 경우에는, 압축 응력의 저감이 불충분해져서 막 치핑에 대한 내성과 내마모성의 향상 작용이 나타나지 않게 되는 경우가 있다. 또한, 80% 를 초과하면, 피막 내부에 있어 큰 압축 응력을 부여한 효과가 저하되어, 인성의 향상 작용이 나타나지 않게 되는 경우가 있다.

또, 상기한 바와 같은 제 2 중간점에 있어서, 상기 압축 응력은 상기 피막 표면에 있어서의 압축 응력의 50∼200% 의 값을 갖고 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 그 상한이 180%, 더욱 바람직하게는 150%, 그 하한이 60%, 더욱 바람직하게는 70% 이다. 극대점이 2개 이상 있는 경우에 있어서도, 각 극대점은 상기 범위의 압축 응력을 갖는 것이 바람직하다.

이 값이 50% 미만이 되는 경우, 압축 응력의 부여가 불충분해져 충분한 인성이 얻어지지 않게 되는 경우가 있고, 또한 200% 를 초과하면 압축 응력의 부여가 지나치게 커져 막 치핑에 대한 내성이 저하되는 경우가 있다.

또 상기 극대점은 피막의 표면 (4) 으로부터 피막의 저면 (6) 을 향하여 1 이상 존재하고, 위치적으로는 피막의 표면 (4) 측에서 보아 그 첫번째 극대점이 상 기 제 2 중간점 (9) 에 나타난 후, 두번째 이후의 극대점이 있는 경우에는 제 2 중간점 (9) 과 피막의 저면 (6) 사이에 있는 임의의 1 이상의 점 (예를 들어 도 11 에서의 제 4 중간점 (11)) 에 있어서 관찰되는 것이다. 이러한 극대점은, 압축 응력이 피막의 저면 (6) 을 향하여 연속적으로 증가해 가 이 점에 있어서 그 증가의 정도가 변화한다는 강도 분포 상의 거동을 나타내는 점이다. 여기서, 증가의 정도가 변화한다는 것은, 피막의 저면 (6) 을 향하여 증가경향에 있던 압축 응력이 이 극대점을 경계로 연속적으로 감소하는 것을 나타내고 있다.

또, 도 11 에 있어서는, 두번째 이후의 극대점이 나타나는 점으로서 제 4 중간점 (11) 이 1점만 기재되어 있는데, 이것은 편의적인 것으로서 이와 같이 1점으로만 한정되는 것은 아니다.

또, 도 12 에 있어서는, 상기의 극대점은 피막의 두께 방향으로 폭을 갖지 않는 점으로 존재하는 양태로 되어 있는데, 본 발명의 양태로는 이러한 양태만으로 한정되지 않고, 피막의 두께 방향으로 두께 (폭) 를 갖고 존재하는 경우도 포함하는 것으로 한다. 여기서, 극대점이 소정의 두께를 가지고 존재한다는 것은, 극대점의 압축 응력이 그 두께 (바람직하게는 피막 두께의 1/2 이하) 에 있어서 실질적으로 일정한 값을 갖는 것을 말한다. 이와 같이, 극대점이 소정의 두께를 가지고 존재함으로써 인성을 더욱 향상시킬 수 있다.

따라서, 본원에서 말하는 극대점이란, 수학의 함수 용어인 극대점과 동의 또는 그보다 광의의 의미를 갖는 것이다.

그리고, 이러한 극소점과 극대점은, 도 12 에 나타내고 있는 바와 같이 상기 피막의 표면 (4) 과 상기 피막의 저면 (6) 사이에 있어서 각각 1 이상 이 순서대로 번갈아 반복하여 존재하는 것이 바람직하고, 또한 각 극소점과 극대점은 서로 등간격 또는 부등간격으로 존재하며, 각각의 압축 응력은 서로 각 극소점 사이/각 극대점 사이에서 실질적으로 동일한 수치를 갖는 것으로서 존재하는 것이 바람직하다.

또, 도 12 에 있어서는, 피막의 표면 (즉 피막 표면으로부터의 거리가 0㎛ 인 지점) 으로부터 압축 응력이 연속적으로 감소하는 양태로 되어 있는데, 본 발명의 양태로는 이러한 양태만으로 한정되지 않고, 예를 들어 도 13 에 나타낸 바와 같이 피막 표면의 압축 응력이 피막의 저면 방향을 향하여 일정 거리 (바람직하게는 0.5㎛ 이하) 의 범위 내에서 유지되는 경우도 포함하는 것으로 한다. 즉, 상기 압축 응력은, 상기 피막의 표면에 있어서 내부보다도 큰 압축 응력 (바꾸어 말하면 절대값이 그 내부의 절대값보다 커지는 압축 응력) 을 가짐과 함께, 그 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 제 1 중간점 방향을 향하여 일정 거리 (바람직하게는 0.5㎛ 이하) 간 유지된 후, 그 압축 응력이 상기 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하는 양태가 포함된다.

이와 같이 피막 표면의 압축 응력이 그 피막의 표면으로부터 피막의 저면 방향을 향하여 일정 거리의 범위 내에서 유지되면, 특히 우수한 인성을 갖게 되기 때문에 바람직하다.

또, 본원에 있어서 압축 응력이 연속적으로 감소한다는 것은, 도 12 에 나타낸 바와 같이 밑으로 볼록한 상태로 감소하거나 위로 볼록한 상태로 감소하는 경우뿐만 아니라, 직선적으로 감소하는 경우도 포함된다. 그리고, 일부분에 있어서 증가하거나, 감소의 정도 (기울기) 가 도중에서 변화하고 있는 경우 또는 단계적 (계단상으로 감소) 으로 되어 있는 경우라도, 전체적으로 감소하고 있으면, 본원에서 말하는 연속적으로 감소하는 경우에 포함되는 것으로 한다.

또, 본원에 있어서 압축 응력이 연속적으로 증가한다는 것은, 도 12 에 나타낸 바와 같이 밑으로 볼록한 상태로 증가하는 경우뿐만 아니라, 위로 볼록한 상태로 증가하는 경우나 직선적으로 증가하는 경우도 포함된다. 그리고, 일부분에 있어서 감소하거나, 증가의 정도 (기울기) 가 도중에서 변화하고 있는 경우 또는 단계적 (계단상으로 증가) 으로 되어 있는 경우라도, 전체적으로 증가하고 있으면, 본원에서 말하는 연속적으로 증가하는 경우에 포함되는 것으로 한다.

그리고, 상기 강도 분포에 있어서, 피막의 저면 (6) 측에 가장 근접하여 존재하는 점은 극소점이거나 극대점이거나 상관없다. 따라서, 피막 저면 (6) 에 있어서의 압축 응력의 증가/감소 상태는 증가 도중의 상태이거나 감소 도중의 상태이거나 상관없고, 또한 극소점 또는 극대점이 위치하게 되더라도 상관없다.

이와 같이 본 발명의 강도 분포의 제 4 양태에 있어서는, 그 강도 분포가, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 갖는 것으로 되어 있다. 이와 같이 피막의 표면에 있어서 내부보다 큰 압축 응력을 가짐으로써, 피막 표면에서 발생하는 크랙의 발생을 가능한 한 억제하고, 또한 그 극소점 근방에 있어서 피막 표면부의 큰 압축 응력으로 인한 피막의 자기 파괴를 방지하고, 피막 표면에 부하되는 충격 등의 응력을 완 화시킴으로써, 인성과 막 치핑에 대한 내성이 우수함과 함께 내마모성도 우수하다는 탁월한 효과가 나타난다.

또한 본 발명의 강도 분포의 제 4 양태에 있어서는, 상기 제 1 중간점으로부터 상기 제 2 중간점까지 압축 응력이 연속적으로 증가하고, 그 제 2 중간점에 있어서 극대점을 가짐으로써, 한층 더 고도한 인성이 제공된다. 그리고 또 본 발명의 강도 분포의 제 4 양태에서는, 상기 제 2 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 있어서 극소점과 극대점이 복수 존재하도록 이 순서대로 번갈아 반복하여 존재함으로써, 피막 표면에서 발생한 균열이 피막 내부로 진전하는 것을 한층 더 효과적으로 억제할 수 있어, 막 치핑에 대한 내성이 한층 더 향상되는 것과 함께 더 우수한 내마모성 및 인성이 나타나게 된다.

이렇게 해서, 본 발명의 표면 피복 절삭공구는, 인성과 내마모성 및 막 치핑에 대한 내성을 양립시키는 것에 성공했다고 하는 매우 우수한 효과를 나타내는 것이다.

이러한 우수한 효과는, 상기한 바와 같은 극소점 및 극대점을 갖지 않고, 피막의 표면으로부터 피막의 저면을 향하여 압축 응력이 연속적 또는 단계적으로 일률적으로 감소 내지 증가하는 것을 특징으로 하는 종래의 표면 피복 절삭공구 (특허문헌 1) 에 있어서는 나타낼 수 없는 특별한 효과이다.

<기타>

본 발명의 표면 피복 절삭공구에 있어서는, 도 5 에 나타내는 바와 같이 상기 기재 (2) 와 상기 피막 (3) 사이에 임의의 중간층 (8) 을 형성할 수 있다. 이러한 중간층 (8) 은 통상 내마모성을 향상시키거나, 기재와 피막의 밀착성을 향상시키는 특성을 갖는 것으로, 1층 또는 복수층으로 형성할 수 있다. 또, 이 경우, 상기 피막의 저면 (6) 은 피막 (3) 과 중간층 (8) 이 접하는 면이 된다.

이러한 중간층은, 예를 들어 TiN, TiCN, TiSiN, TiAlN, AlCrN, AlVN, TiAlCrN, TiAlSiN, TiAlSiCrN, AlCrVN 등에 의해 구성할 수 있다. 또, 이들 조성 중, 각 원자비는 상기 피막의 조성으로서 예시한 일반식의 예에 따르는 것으로 한다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 또, 실시예 중의 피막의 화합물 조성은 XPS (X 선 광전자 분광 분석장치) 에 의해 확인하였다. 또한 압축 응력 및 두께 (또는 피막 표면으로부터의 거리) 는, 상기 서술한 sin²φ 법에 의해 측정하였다.

sin²φ 법에 의한 측정에 있어서, 사용한 X 선의 에너지는 10keV 이고, 회절피크는 Ti_{0 .5}Al_{0 .5}N (실시예 1∼6, 실시예 11∼16, 실시예 21∼26, 실시예 31∼36), Al_{0 .7}Cr_{0 .3}N (실시예 7∼10), Al_{0 .6}Ti_{0 .35}Cr_{0 .05}N (실시예 17∼20), Al_0.6Ti_0.3Si_0.1N (실시예 27∼30) 및 Al_{0 .6}Ti_{0 .2}Si_{0 .1}Cr_{0 .1}N (실시예 37∼40) 의 (200)면으로 하였다. 그리고, 측정한 회절 피크 위치를 가우스 함수의 피팅에 의해 결정하여, 2θ-sin²φ 선도의 경사를 구하고, 영률로는 다이나믹 경도계 (MTS 사 제조 나노인덴터) 를 사 용하여 구한 값을 채용하며, 푸아송비에는 TiN (0.19) 의 값을 사용하여 응력치로 하였다.

또, 이하에서는 피막을 캐소드 아크 이온 플레이팅법에 의해 형성하고 있는데, 예를 들어 밸런스드 또는 언밸런스드 스퍼터링법에 의해서도 성막할 수 있다. 또한, 이하에서는 특정한 피막 조성을 갖는 것을 형성하고 있지만, 이것 이외의 조성을 갖는 것이라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

<실시예 1∼6>

<표면 피복 절삭공구의 제작>

우선, 표면 피복 절삭공구의 기재로서 이하의 표 1 에 나타내는 재질과 공구형상 (후술의 각 특성의 평가방법에 따라 상이하다) 을 갖는 절삭용 날끝 교환형 팁을 준비하고, 이것을 캐소드 아크 이온 플레이팅 장치에 장착하였다.

계속해서, 진공 펌프에 의해 그 장치의 챔버 내를 감압하는 것과 함께, 그 장치 내에 설치된 히터에 의해 상기 기재의 온도를 450℃ 로 가열하여, 챔버 내의 압력이 1.0×10^-4Pa 가 될 때까지 진공화하였다.

다음으로, 아르곤 가스를 도입하여 챔버 내의 압력을 3.0Pa 로 유지하고, 상기 기재의 기판 바이어스 전원의 전압을 서서히 올리면서 -1500V 로 하여, 기재의 표면을 15분간 클리닝하였다. 그 후, 아르곤 가스를 배기하였다.

이어서, 상기 기재 상에 직접 접하도록 형성되는 피막으로서 Ti_{0 .5}Al_{0 .5}N 이 3㎛ 의 두께로 형성되도록 금속 증발원인 합금제 타겟을 세팅하는 것과 함께, 반응 가스로서 질소가스를 도입시키면서, 기재 (기판) 온도 450℃, 반응 가스압 4.0Pa 로 하고, 기판 바이어스 전압을 이하의 표 2 와 같이 변화시킴으로써 캐소드 전극에 100A 의 아크 전류를 공급하고, 아크식 증발원으로부터 금속 이온을 발생시킴으로써, 이하의 표 3 에 나타내는 압축 응력의 강도 분포를 갖는 실시예 1∼6 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구를 제작하였다.

또, 상기 표 2 에 있어서 기재되어 있는 시간은, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터의 경과 시간을 나타내고 있다. 또한, 각 란에 기재되어 있는 전압의 수치는 상기의 경과 시간에 대응하는 기판의 바이어스 전압을 나타내고 있고, 예를 들어 「-50V」와 같이 단일 수치가 기재되어 있는 경우에는 그 경과 시간 동안 내내 기판 바이어스 전압이 일정했던 것을 나타내고 있다. 이 경우 피막에 있어서의 압축 응력도 일정한 값을 갖게 된다. 한편, 「-50V∼-150V」와 같이 범위를 갖고 기재되어 있는 경우에는, 그 경과 시간에 있어서 기판 바이어스 전압을 -50V 로부터 서서히 -150V 까지 일정 속도로 증대시킨 것을 나타내고 있고, 이 경우 피막의 압축 응력은 서서히 증대하게 되는데, 전압의 증대를 시작한 지점에 있어서 압축 응력의 극소점이 형성되게 된다.

이와 같이 기판 바이어스 전압을 경과 시간과의 관계에서 변화시키거나 일정 수치로 함으로써, 피막 중의 압축 응력의 강도 분포에 있어서 극소점이나 압축 응력이 일정한 값으로 되는 부분을 형성할 수 있다.

또, 상기 표 3 에 있어서 표면의 압축 응력란에 기재되어 있는 수치는, 피막의 표면에 있어서 나타나는 최대 압축 응력을 나타내고 있다. 또한, 제 1 중간점란에 기재되어 있는 수치는, 피막의 두께 방향의 거리로서 피막의 표면으로부터 제 1 중간점까지의 거리를 나타내고 있다 (「%」로 표시한 수치는 피막의 두께에 대한 것으로, 「㎛」 표시와 함께 양자에 의해 나타내고 있다). 또한, 극소점란에 기재되어 있는 수치는 그 극소점에 있어서의 압축 응력을 나타내고 있고, 이 압축 응력은 피막의 저면까지 일정한 값이 된다.

이렇게 해서, 실시예 1∼6 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 기재와, 그 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 그 피막은 그 기재 상의 최외층이 되는 것으로, 또한 압축 응력을 갖고 있고, 그 압축 응력은 상기 피막의 두께 방향으로 강도 분포를 갖도록 변화하고 있으며, 그 강도 분포는 상기 피막의 표면에 있어서 최대의 압축 응력을 가짐과 함께, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 그 압축 응력이 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 가짐과 함께, 그 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 압축 응력이 일정한 값이 되는 것이다. 즉, 이 강도 분포는 상기에서 설명한 제 1 양태의 강도 분포를 나타내는 것이다.

또, 비교를 위해, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터 60분간에 걸쳐 기판 바이어스 전압을 -20V∼-150V 까지 일률적으로 상승시키는 것을 제외하고, 상기와 동일하게 하여 표면 피복 절삭공구를 제작하였다 (비교예 1).

이 비교예 1 의 표면 피복 절삭공구는, 피막의 압축 응력의 강도 분포가 극소점을 갖지 않고, 피막의 저면으로부터 피막의 표면에 걸쳐서 일률적으로 증가하는 것이었다.

<실시예 7∼10>

<표면 피복 절삭공구의 제작>

우선, 표면 피복 절삭공구의 기재로는 실시예 1∼6 에 있어서 사용한 것과 동일한 것을 사용하였다. 그리고, 이 기재를 캐소드 아크 이온 플레이팅 장치에 장착하였다.

계속해서, 진공 펌프에 의해 그 장치의 챔버 내를 감압하는 것과 함께, 그 장치 내에 설치된 히터에 의해 상기 기재의 온도를 450℃ 로 가열하여, 챔버 내의 압력이 1.0×10^-4Pa 가 될 때까지 진공화하였다.

다음으로, 아르곤 가스를 도입하여 챔버 내의 압력을 3.0Pa 로 유지하고, 상기 기재의 기판 바이어스 전원의 전압을 서서히 올리면서 -1500V 로 하여, 기재의 표면을 15분간 클리닝하였다. 그 후, 아르곤 가스를 배기하였다.

이어서, 상기 기재 상에 직접 접하도록 형성되는 피막으로서 Al_{0 .7}Cr_{0 .3}N 이 3㎛ 의 두께로 형성되도록 금속 증발원인 합금제 타겟을 세팅하는 것과 함께, 반응 가스로서 질소를 도입시키면서, 기재 (기판) 온도 450℃, 반응 가스압 4.0Pa 로 하고, 기판 바이어스 전압을 이하의 표 4 와 같이 변화시킴으로써 캐소드 전극에 100A 의 아크 전류를 공급하고, 아크식 증발원으로부터 금속 이온을 발생시킴으로써, 이하의 표 5 에 나타내는 압축 응력의 강도 분포를 갖는 실시예 7∼10 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구를 제작하였다.

또, 상기 표 4 에 있어서 기재되어 있는 시간은, 표 2 의 경우와 마찬가지로, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터의 경과 시간을 나타내고 있다. 또한, 각 란에 기재되어 있는 전압의 수치도 표 2 의 경우와 마찬가지로, 상기의 경과 시간에 대응하는 기판의 바이어스 전압을 나타내고 있다.

또, 상기 표 5 에 있어서 표면의 압축 응력란에 기재되어 있는 수치는, 표 3 의 경우와 마찬가지로 피막의 표면에 있어서 나타나는 최대 압축 응력을 나타내고 있다. 또한, 제 1 중간점란에 기재되어 있는 수치도 표 3 의 경우와 마찬가지로 피막의 두께 방향의 거리로서 피막의 표면으로부터 제 1 중간점까지의 거리를 나타내고 있다 (「%」로 표시한 수치는 피막의 두께에 대한 것으로, 「㎛」 표시와 함께 양자에 의해 나타내고 있다). 극소점란에 기재되어 있는 수치도 표 3 의 경우와 마찬가지로 그 점에 있어서의 압축 응력을 나타내고 있고, 이 압축 응력은 피막의 저면까지 일정한 값이 된다.

이렇게 해서, 실시예 7∼10 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 기재와, 그 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 그 피막은 그 기재 상의 최외층이 되는 것으로, 또한 압축 응력을 갖고 있고, 그 압축 응력은 상기 피막의 두께 방향으로 강도 분포를 갖도록 변화하고 있으며, 그 강도 분포는 상기 피막의 표면에 있어서 최대의 압축 응력을 가짐과 함께, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 그 압축 응력이 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 가짐과 함께, 그 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 압축 응력이 일정한 값이 되는 것이다. 즉, 이 강도 분포는 상기에서 설명한 제 1 양태의 강도 분포를 나타내는 것이다.

또, 비교를 위해, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터 60분간에 걸쳐 기판 바이어스 전압을 -20V∼-200V 까지 일률적으로 상승시키는 것을 제외하고, 상기와 동일하게 하여 표면 피복 절삭공구를 제작하였다 (비교예 2).

이 비교예 2 의 표면 피복 절삭공구는, 피막의 압축 응력의 강도 분포가 극소점을 갖지 않고, 피막의 저면으로부터 피막의 표면에 걸쳐서 일률적으로 증가하는 것이었다.

<표면 피복 절삭공구의 내마모성 평가>

상기에서 제작한 실시예 1∼10 및 비교예 1∼2 의 표면 피복 절삭공구 각각에 대해, 상기 표 1 에 나타내는 조건에 의한 습식 (수용성 에멀전) 의 연속 절삭 시험 및 단속 절삭 시험을 실시하였다. 그리고, 날끝의 플랭크 마모폭이 0.2㎜ 를 초과하는 시간을 절삭 시간으로서 측정하였다.

표면 피복 절삭공구의 내마모성의 평가 결과로서 상기에서 측정한 절삭 시간을 하기 표 6 및 표 7 에 나타낸다. 절삭 시간이 긴 것일수록 내마모성이 우수하다는 것을 나타내고 있다. 또한, 연속 절삭 시험에 있어서는, 피삭재의 마감면의 광택 유무에 관해서도 관찰하여, 그 관찰 결과를 마찬가지로 표 6 및 표 7 에 나타낸다. 이 경우, 「광택있음」이란 피삭재의 마감면이 광택을 갖는 것을 나타내고, 「백탁」이란 피삭재의 마감면이 광택을 갖지 않고 백탁된 것을 나타낸다.

표 6 및 표 7 로부터 알 수 있듯이, 연속 절삭 시험에 있어서도 단속 절삭 시험에 있어서도 실시예 1∼10 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 비교예 1∼2 의 표면 피복 절삭공구에 비하여 한층 더 내마모성이 향상되는 것과 함께 마감면에 광택을 얻을 수 있고, 표면 피복 절삭공구의 수명이 더욱 향상되어 있음을 확인하였다.

<표면 피복 절삭공구의 인성 평가>

상기에서 제작한 실시예 1∼10 및 비교예 1∼2 의 표면 피복 절삭공구 각각에 대해, 이하에 나타내는 조건으로 인성의 평가 시험을 실시하였다.

즉, 절삭 조건은, 상기 표 1 에 나타낸 바와 같이 S50C 의 소재에 50 의 관통구멍을 형성한 블록 (길이 300㎜×폭 150㎜) 을 피삭재로서 사용하고, 절삭 속도 180m/min, 이송량 0.10㎜/날로부터 0.05㎜/날씩 증가시켜, 절삭깊이 2.0㎜, 절삭길이 300㎜ 마다 이송량을 올리는 조건으로, 건식 밀링 절삭을 실시하였다.

표면 피복 절삭공구의 인성의 평가 결과로서 상기에서 측정한 최대 이송을 하기 표 6 및 표 7 에 나타낸다. 최대 이송량이 커질수록 인성이 우수하다는 것을 나타내고 있다.

표 6 및 표 7 에서 알 수 있듯이, 실시예 1∼10 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 비교예 1∼2 의 표면 피복 절삭공구에 비하여 한층 인성이 향상되어 있음을 확인하였다.

<실시예 11∼16>

<표면 피복 절삭공구의 제작>

우선, 표면 피복 절삭공구의 기재로서 상기 표 1 에 나타내는 재질과 공구형상 (후술하는 각 특성의 평가방법에 따라 상이하다) 을 갖는 절삭용 날끝 교환형 팁을 준비하고, 이것을 캐소드 아크 이온 플레이팅 장치에 장착하였다.

계속해서, 진공 펌프에 의해 그 장치의 챔버 내를 감압하는 것과 함께, 그 장치 내에 설치된 히터에 의해 상기 기재의 온도를 450℃ 로 가열하여, 챔버 내의 압력이 1.0×10^-4Pa 가 될 때까지 진공화하였다.

다음으로, 아르곤 가스를 도입하여 챔버 내의 압력을 3.0Pa 로 유지하고, 상기 기재의 기판 바이어스 전원의 전압을 서서히 올리면서 -1500V 로 하여, 기재의 표면을 15분간 클리닝하였다. 그 후, 아르곤 가스를 배기하였다.

이어서, 상기 기재 상에 직접 접하도록 형성되는 피막으로서 Ti_{0 .5}Al_{0 .5}N 이 3㎛ 의 두께로 형성되도록 금속 증발원인 합금제 타겟을 세팅하는 것과 함께, 반응 가스로서 질소 가스를 도입시키면서, 기재 (기판) 온도 450℃, 반응 가스압 4.0Pa 로 하고, 기판 바이어스 전압을 이하의 표 8 과 같이 변화시킴으로써 캐소드 전극에 100A 의 아크 전류를 공급하고, 아크식 증발원으로부터 금속 이온을 발생시킴으로써, 이하의 표 9 에 나타내는 압축 응력의 강도 분포를 갖는 실시예 11∼16 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구를 제작하였다.

또, 상기 표 8 에 있어서 기재되어 있는 시간은, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터의 경과 시간을 나타내고 있다. 또한, 각 란에 기재되어 있는 전압의 수치는 상기의 경과 시간에 대응하는 기판의 바이어스 전압을 나타내고 있고, 예를 들어 「-130V∼-50V」와 같은 범위를 갖고 기재되어 있는 경우에는, 그 경과 시간에 있어서 기판 바이어스 전압을 -130V 로부터 서서히 -50V 까지 일정 속도로 감소시킨 것을 나타내고 있고, 이 경우 피막의 압축 응력은 서서히 감소하게 된다. 한편, 「-50V∼-160V」와 같은 범위를 갖고 기재되어 있는 경우에는, 그 경과 시간에 있어서 기판 바이어스 전압을 -50V 로부터 서서히 -160V 까지 일정 속도로 증대시킨 것을 나타내고 있고, 이 경우 피막의 압축 응력은 서서히 증대하게 되는데, 전압의 증대를 시작한 지점에 있어서 압축 응력의 극소점이 형성되게 된다.

이와 같이 기판 바이어스 전압을 경과 시간과의 관계에서 변화시킴으로써, 피막 중의 압축 응력의 강도 분포에 있어서 극소점이나 연속적으로 증가하거나 또는 감소하거나 하는 상태를 형성할 수 있다.

또, 상기 표 9 에 있어서 표면의 압축 응력 및 저면의 압축 응력란에 기재되어 있는 수치는, 각각 피막의 표면 및 피막의 저면에 있어서 나타나는 압축 응력을 나타내고 있다. 또한, 제 1 중간점란에 기재되어 있는 수치는, 피막의 두께 방향의 거리로서 피막의 표면으로부터 제 1 중간점까지의 거리를 나타내고 있다 (「%」로 표시한 수치는 피막의 두께에 대한 것으로, 「㎛」 표시와 함께 양자에 의해 나타내고 있다). 또한, 극소점란에 기재되어 있는 수치는 그 극소점에 있어서의 압축 응력을 나타내고 있다.

이렇게 해서, 실시예 11∼16 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 기재와, 그 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 그 피막은 그 기재 상의 최외층이 되는 것으로, 또한 압축 응력을 갖고 있고, 그 압축 응력은 상기 피막의 두께 방향으로 강도 분포를 갖도록 변화하고 있으며, 그 강도 분포는 상기 피막 표면의 압축 응력이, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 가짐과 함께, 그 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 압축 응력이 연속적으로 증가하는 것이다. 즉, 이 강도 분포는 상기에서 설명한 제 2 양태의 강도 분포를 나타내는 것이다.

또, 비교를 위해, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터 60분간에 걸쳐 기판 바이어스 전압을 -20V∼-150V 까지 일률적으로 상승시키는 것을 제외하고, 상기와 동일하게 하여 표면 피복 절삭공구를 제작하였다 (비교예 3).

이 비교예 3 의 표면 피복 절삭공구는, 피막의 압축 응력의 강도 분포가 극소점을 갖지 않고, 피막의 저면으로부터 피막의 표면에 걸쳐서 일률적으로 증가하는 것이었다.

<실시예 17∼20>

<표면 피복 절삭공구의 제작>

우선, 표면 피복 절삭공구의 기재로는 실시예 11∼16 에 있어서 사용한 것과 동일한 것을 사용하였다. 그리고, 이 기재를 캐소드 아크 이온 플레이팅 장치에 장착하였다.

계속해서, 진공 펌프에 의해 그 장치의 챔버 내를 감압하는 것과 함께, 그 장치 내에 설치된 히터에 의해 상기 기재의 온도를 450℃ 로 가열하여, 챔버 내의 압력이 1.0×10^-4Pa 가 될 때까지 진공화하였다.

다음으로, 아르곤 가스를 도입하여 챔버 내의 압력을 3.0Pa 로 유지하고, 상기 기재의 기판 바이어스 전원의 전압을 서서히 올리면서 -1500V 로 하여, 기재의 표면을 15분간 클리닝하였다. 그 후, 아르곤 가스를 배기하였다.

이어서, 상기 기재 상에 직접 접하도록 형성되는 피막으로서 Al_0.6Ti_0.35Cr_0.05N 이 3㎛ 의 두께로 형성되도록 금속 증발원인 합금제 타겟을 세팅하는 것과 함께, 반응 가스로서 질소를 도입시키면서, 기재 (기판) 온도 450℃, 반응 가스압 4.0Pa 로 하고, 기판 바이어스 전압을 이하의 표 10 과 같이 변화시킴으로써 캐소드 전극에 100A 의 아크 전류를 공급하고, 아크식 증발원으로부터 금속 이온을 발생시킴으로써, 이하의 표 11 에 나타내는 압축 응력의 강도 분포를 갖는 실시예 17∼20 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구를 제작하였다.

또, 상기 표 10 에 있어서 기재되어 있는 시간은, 표 8 의 경우와 마찬가지로, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터의 경과 시간을 나타내고 있다. 또한, 각 란에 기재되어 있는 전압의 수치도 표 8 의 경우와 마찬가지로, 상기의 경과 시간에 대응하는 기판의 바이어스 전압을 나타내고 있다.

또, 상기 표 11 에 있어서 표면의 압축 응력 및 저면의 압축 응력란에 기재되어 있는 수치는, 표 9 의 경우와 마찬가지로 각각의 피막의 표면 및 피막의 저면에 있어서 나타나는 압축 응력을 나타내고 있다. 또한, 제 1 중간점란에 기재되어 있는 수치도 표 9 의 경우와 마찬가지로 피막의 두께 방향의 거리로서 피막의 표면으로부터 제 1 중간점까지의 거리를 나타내고 있다 (「%」로 표시한 수치는 피막의 두께에 대한 것으로, 「㎛」 표시와 함께 양자에 의해 나타내고 있다). 극소점란에 기재되어 있는 수치도 표 9 의 경우와 마찬가지로 그 점에 있어서의 압축 응력을 나타내고 있다.

이렇게 해서, 실시예 17∼20 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 기재와, 그 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 그 피막은 그 기재 상의 최외층이 되는 것으로, 또한 압축 응력을 갖고 있고, 그 압축 응력은 상기 피막의 두께 방향으로 강도 분포를 갖도록 변화하고 있으며, 그 강도 분포는 상기 피막의 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 가짐과 함께, 그 제 1 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 그 압축 응력이 연속적으로 증가하는 것이다. 즉, 이 강도 분포는 상기에서 설명한 제 2 양태의 강도 분포를 나타내는 것이다.

또, 비교를 위해, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터 60분간에 걸쳐 기판 바이어스 전압을 -75V 로 유지하는 것을 제외하고, 상기와 동일하게 하여 표면 피복 절삭공구를 제작하였다 (비교예 4).

이 비교예 4 의 표면 피복 절삭공구는, 피막의 압축 응력의 강도 분포가 없고, 피막의 저면으로부터 피막의 표면에 걸쳐서 그 압축 응력이 일정하였다.

<표면 피복 절삭공구의 내마모성 평가>

상기에서 제작한 실시예 11∼20 및 비교예 3∼4 의 표면 피복 절삭공구 각각에 대해, 상기 표 1 에 나타내는 조건에 의한 습식 (수용성 에멀전) 의 연속 절삭 시험 및 단속 절삭 시험을 실시하였다. 그리고, 날끝의 플랭크 마모폭이 0.2㎜ 를 초과하는 시간을 절삭 시간으로서 측정하였다.

표면 피복 절삭공구의 내마모성의 평가 결과로서 상기에서 측정한 절삭 시간을 하기 표 12 및 표 13 에 나타낸다. 절삭 시간이 긴 것일수록 내마모성이 우수하다는 것을 나타내고 있다. 또한, 연속 절삭 시험에 있어서는, 피삭재의 마감면의 광택 유무에 관해서도 관찰하여, 그 관찰 결과를 마찬가지로 표 12 및 표 13 에 나타낸다. 이 경우, 「광택있음」이란 피삭재의 마감면이 광택을 갖는 것을 나타내고, 「백탁」이란 피삭재의 마감면이 광택을 갖지 않고 백탁된 것을 나타낸다.

표 12 및 표 13 으로부터 알 수 있듯이, 연속 절삭 시험에 있어서도 단속 절삭 시험에 있어서도 실시예 11∼20 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 비교예 3∼4 의 표면 피복 절삭공구에 비하여 한층 더 내마모성이 향상되는 것과 함께 마감면에 광택을 얻을 수 있기 때문에 막 치핑에 대한 내성도 우수하며, 또한 표면 피복 절삭공구의 수명이 더욱 향상되어 있음을 확인하였다.

<표면 피복 절삭공구의 인성 평가>

상기에서 제작한 실시예 11∼20 및 비교예 3∼4 의 표면 피복 절삭공구 각각에 대해, 이하에 나타내는 조건으로 인성의 평가 시험을 실시하였다.

즉, 절삭 조건은, 상기 표 1 에 나타낸 바와 같이 S50C 의 소재에 50 의 관통구멍을 형성한 블록 (길이 300㎜×폭 150㎜) 을 피삭재로서 사용하고, 절삭 속도 180m/min, 절삭깊이 2.0㎜, 절삭길이 300㎜ 마다 이송량을 0.10㎜/날로부터 0.05㎜/날씩 올리는 조건으로, 건식 밀링 절삭을 실시하였다.

표면 피복 절삭공구의 인성의 평가 결과로서 상기에서 측정한 최대 이송을 하기 표 12 및 표 13 에 나타낸다. 최대 이송량이 커질수록 인성이 우수하다는 것을 나타내고 있다.

표 12 및 표 13 에서 알 수 있듯이, 실시예 11∼20 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 비교예 3∼4 의 표면 피복 절삭공구에 비하여 한층 인성이 향상되어 있음을 확인하였다.

<실시예 21∼26>

<표면 피복 절삭공구의 제작>

우선, 표면 피복 절삭공구의 기재로서 상기 표 1 에 나타내는 재질과 공구형상 (후술하는 각 특성의 평가방법에 따라 상이하다) 을 갖는 절삭용 날끝 교환형 팁을 준비하고, 이것을 캐소드 아크 이온 플레이팅 장치에 장착하였다.

계속해서, 진공 펌프에 의해 그 장치의 챔버 내를 감압하는 것과 함께, 그 장치 내에 설치된 히터에 의해 상기 기재의 온도를 450℃ 로 가열하여, 챔버 내의 압력이 1.0×10^-4Pa 가 될 때까지 진공화하였다.

다음으로, 아르곤 가스를 도입하여 챔버 내의 압력을 3.0Pa 로 유지하고, 상기 기재의 기판 바이어스 전원의 전압을 서서히 올리면서 -1500V 로 하여, 기재의 표면을 15분간 클리닝하였다. 그 후, 아르곤 가스를 배기하였다.

이어서, 상기 기재 상에 직접 접하도록 형성되는 피막으로서 Ti_{0 .5}Al_{0 .5}N 이 3㎛ 의 두께로 형성되도록 금속 증발원인 합금제 타겟을 세팅하는 것과 함께, 반응 가스로서 질소 가스를 도입시키면서, 기재 (기판) 온도 450℃, 반응 가스압 4.0Pa 로 하고, 기판 바이어스 전압을 이하의 표 14 와 같이 변화시킴으로써 캐소드 전극에 100A 의 아크 전류를 공급하고, 아크식 증발원으로부터 금속 이온을 발생시킴으로써, 이하의 표 15 에 나타내는 압축 응력의 강도 분포를 갖는 실시예 21∼26 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구를 제작하였다.

또, 상기 표 14 에 있어서 기재되어 있는 시간은, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터의 경과 시간을 나타내고 있다. 또한, 각 란에 기재되어 있는 전압의 수치는 상기의 경과 시간에 대응하는 기판의 바이어스 전압을 나타내고 있고, 예를 들어 「-30V∼-130V」와 같은 범위를 갖고 기재되어 있는 경우에는, 그 경과 시간에 있어서 기판 바이어스 전압을 -30V 로부터 서서히 -130V 까지 일정 속도로 증대시킨 것을 나타내고 있고, 이 경우 피막의 압축 응력은 서서히 증가하게 된다. 한편, 「-130V∼-50V」와 같은 범위를 갖고 기재되어 있는 경우에는, 그 경과 시간에 있어서 기판 바이어스 전압을 -130V 로부터 서서히 -50V 까지 일정 속도로 감소시킨 것을 나타내고 있고, 이 경우 피막의 압축 응력은 서서히 감소하게 된다. 그리고, 전압의 변화가 증대에서 감소로 전환되는 점, 및 전압의 변화가 감소에서 증대로 전환되는 점에 있어서 각각 압축 응력의 극대점 및 극소점이 형성되게 된다.

이와 같이 기판 바이어스 전압을 경과 시간과의 관계에서 변화시킴으로써, 피막 중의 압축 응력의 강도 분포에 있어서 극대점 및 극소점이나, 연속적으로 증가하거나 또는 감소하거나 하는 상태를 형성할 수 있다.

또, 상기 표 15 에 있어서 표면의 압축 응력 및 저면의 압축 응력란에 기재되어 있는 수치는, 각각 피막의 표면 및 피막의 저면에 있어서 나타나는 압축 응력을 나타내고 있다. 또한, 제 1 중간점 및 제 2 중간점란에 기재되어 있는 수치는, 피막의 두께 방향의 거리로서 피막의 표면으로부터 그 제 1 중간점 및 그 제 2 중간점까지의 거리를 각각 나타내고 있다 (「%」로 표시한 수치는 피막의 두께에 대한 것으로, 「㎛」 표시와 함께 양자에 의해 나타내고 있다). 또한, 극소점 및 극대점란에 기재되어 있는 수치는 그 극소점 및 극대점에 있어서의 압축 응력을 각각 나타내고 있다.

이렇게 해서, 실시예 21∼26 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 기재와, 그 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 그 피막은 그 기재 상의 최외층이 되는 것으로, 또한 압축 응력을 갖고 있고, 그 압축 응력은 상기 피막의 두께 방향으로 강도 분포를 갖도록 변화하고 있으며, 그 강도 분포는 상기 피막 표면의 압축 응력이, 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 가짐과 함께, 그 제 1 중간점으로부터 그 제 1 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 2 중간점까지 연속적으로 증가하고, 그 제 2 중간점에 있어서 극대점을 가지며, 그리고 그 제 2 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 연속적으로 감소하는 것이다. 즉, 이 강도 분포는 상기에서 설명한 제 3 양태의 강도 분포를 나타내는 것이다.

또, 비교를 위해, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터 60분간에 걸쳐 기판 바이어스 전압을 -20V∼-150V 까지 일률적으로 상승시키는 것을 제외하고, 상기와 동일하게 하여 표면 피복 절삭공구를 제작하였다 (비교예 5).

이 비교예 5 의 표면 피복 절삭공구는, 피막의 압축 응력의 강도 분포가 극소점 및 극대점을 갖지 않고, 피막의 저면으로부터 피막의 표면에 걸쳐서 일률적으로 증가하는 것이었다.

<실시예 27∼30>

<표면 피복 절삭공구의 제작>

우선, 표면 피복 절삭공구의 기재로는 실시예 21∼26 에 있어서 사용한 것과 동일한 것을 사용하였다. 그리고, 이 기재를 캐소드 아크 이온 플레이팅 장치에 장착하였다.

계속해서, 진공 펌프에 의해 그 장치의 챔버 내를 감압하는 것과 함께, 그 장치 내에 설치된 히터에 의해 상기 기재의 온도를 450℃ 로 가열하여, 챔버 내의 압력이 1.0×10^-4Pa 가 될 때까지 진공화하였다.

다음으로, 아르곤 가스를 도입하여 챔버 내의 압력을 3.0Pa 로 유지하고, 상기 기재의 기판 바이어스 전원의 전압을 서서히 올리면서 -1500V 로 하여, 기재의 표면을 15분간 클리닝하였다. 그 후, 아르곤 가스를 배기하였다.

이어서, 상기 기재 상에 직접 접하도록 형성되는 피막으로서 Al_0.6Ti_0.3Si_0.1N 이 3㎛ 의 두께로 형성되도록 금속 증발원인 합금제 타겟을 세팅하는 것과 함께, 반응 가스로서 질소를 도입시키면서, 기재 (기판) 온도 450℃, 반응 가스압 4.0Pa 로 하고, 기판 바이어스 전압을 이하의 표 16 과 같이 변화시킴으로써 캐소드 전극에 100A 의 아크 전류를 공급하고, 아크식 증발원으로부터 금속 이온을 발생시킴으로써, 이하의 표 17 에 나타내는 압축 응력의 강도 분포를 갖는 실시예 27∼30 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구를 제작하였다.

또, 상기 표 16 에 있어서 기재되어 있는 시간은, 표 14 의 경우와 마찬가지로, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터의 경과 시간을 나타내고 있다. 또한, 각 란에 기재되어 있는 전압의 수치도 표 14 의 경우와 마찬가지로, 상기의 경과 시간에 대응하는 기판의 바이어스 전압을 나타내고 있다.

또, 상기 표 17 에 있어서 표면의 압축 응력 및 저면의 압축 응력란에 기재되어 있는 수치는, 표 15 의 경우와 마찬가지로 각각의 피막의 표면 및 피막의 저면에 있어서 나타나는 압축 응력을 나타내고 있다. 또한, 제 1 중간점 및 제 2 중간점란에 기재되어 있는 수치도 표 15 의 경우와 마찬가지로 피막의 두께 방향의 거리로서 피막의 표면으로부터 각 중간점까지의 거리를 각각 나타내고 있다 (「%」로 표시한 수치는 피막의 두께에 대한 것으로, 「㎛」 표시와 함께 양자에 의해 나타내고 있다). 극소점 및 극대점란에 기재되어 있는 수치도 표 15 의 경우와 마찬가지로 그 점에 있어서의 압축 응력을 각각 나타내고 있다.

이렇게 해서, 실시예 27∼30 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 기재와, 그 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 그 피막은 그 기재 상의 최외층이 되는 것으로, 또한 압축 응력을 갖고 있고, 그 압축 응력은 상기 피막의 두께 방향으로 강도 분포를 갖도록 변화하고 있으며, 그 강도 분포는 상기 피막의 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 가짐과 함께, 그 제 1 중간점으로부터 그 제 1 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 2 중간점까지 연속적으로 증가하고, 그 제 2 중간점에 있어서 극대점을 갖고, 그리고 그 제 2 중간점으로부터 상기 피막의 저면까지 연속적으로 감소하는 것이다. 즉, 이 강도 분포는 상기에서 설명한 제 3 양태의 강도 분포를 나타내는 것이다.

또, 비교를 위해, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터 60분간에 걸쳐 기판 바이어스 전압을 -75V 로 유지하는 것을 제외하고, 상기와 동일하게 하여 표면 피복 절삭공구를 제작하였다 (비교예 6).

이 비교예 6 의 표면 피복 절삭공구는, 피막의 압축 응력의 강도 분포가 없고, 피막의 저면으로부터 피막의 표면에 걸쳐서 그 압축 응력이 일정하였다.

<표면 피복 절삭공구의 내마모성 평가>

상기에서 제작한 실시예 21∼30 및 비교예 5∼6 의 표면 피복 절삭공구 각각에 대해, 상기 표 1 에 나타내는 조건에 의한 습식 (수용성 에멀전) 의 연속 절삭 시험 및 단속 절삭 시험을 실시하였다. 그리고, 날끝의 플랭크 마모폭이 0.2㎜ 를 초과하는 시간을 절삭 시간으로서 측정하였다.

표면 피복 절삭공구의 내마모성의 평가 결과로서 상기에서 측정한 절삭 시간을 하기 표 18 및 표 19 에 나타낸다. 절삭 시간이 긴 것일수록 내마모성이 우수하다는 것을 나타내고 있다. 또한, 연속 절삭 시험에 있어서는, 피삭재의 마감면의 광택 유무에 관해서도 관찰하여, 그 관찰 결과를 마찬가지로 표 18 및 표 19 에 나타낸다. 이 경우, 「광택있음」이란 피삭재의 마감면이 광택을 갖는 것을 나타내고, 「백탁」이란 피삭재의 마감면이 광택을 갖지 않고 백탁된 것을 나타낸다.

표 18 및 표 19 로부터 알 수 있듯이, 연속 절삭 시험에 있어서도 단속 절삭 시험에 있어서도 실시예 21∼30 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 비교예 5∼6 의 표면 피복 절삭공구에 비하여 한층 더 내마모성이 향상되는 것과 함께 마감면에 광택을 얻을 수 있기 때문에 막 치핑에 대한 내성도 우수하고, 또한 표면 피복 절삭공구의 수명이 더욱 향상되어 있음을 확인하였다.

<표면 피복 절삭공구의 인성 평가>

상기에서 제작한 실시예 21∼30 및 비교예 5∼6 의 표면 피복 절삭공구 각각에 대해, 이하에 나타내는 조건으로 인성의 평가 시험을 실시하였다.

즉, 절삭 조건은, 상기 표 1 에 나타낸 바와 같이 S50C 의 소재에 50 의 관통구멍을 형성한 블록 (길이 300㎜×폭 150㎜) 을 피삭재로서 사용하고, 절삭 속도 180m/min, 절삭깊이 2.0㎜, 절삭길이 300㎜ 마다 이송량을 0.10㎜/날로부터 0.05㎜/날씩 올리는 조건으로, 건식 밀링 절삭을 실시하였다.

표면 피복 절삭공구의 인성의 평가 결과로서 상기에서 측정한 최대 이송을 하기 표 18 및 표 19 에 나타낸다. 최대 이송량이 커질수록 인성이 우수하다는 것을 나타내고 있다.

표 18 및 표 19 에서 알 수 있듯이, 실시예 21∼30 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 비교예 5∼6 의 표면 피복 절삭공구에 비하여 한층 인성이 향상되어 있음을 확인하였다.

<실시예 31∼36>

<표면 피복 절삭공구의 제작>

우선, 표면 피복 절삭공구의 기재로서 상기 표 1 에 나타내는 재질과 공구형상 (후술하는 각 특성의 평가방법에 따라 상이하다) 을 갖는 절삭용 날끝 교환형 팁을 준비하고, 이것을 캐소드 아크 이온 플레이팅 장치에 장착하였다.

계속해서, 진공 펌프에 의해 그 장치의 챔버 내를 감압하는 것과 함께, 그 장치 내에 설치된 히터에 의해 상기 기재의 온도를 450℃ 로 가열하여, 챔버 내의 압력이 1.0×10^-4Pa 가 될 때까지 진공화하였다.

다음으로, 아르곤 가스를 도입하여 챔버 내의 압력을 3.0Pa 로 유지하고, 상기 기재의 기판 바이어스 전원의 전압을 서서히 올리면서 -1500V 로 하여, 기재의 표면을 15분간 클리닝하였다. 그 후, 아르곤 가스를 배기하였다.

이어서, 상기 기재 상에 직접 접하도록 형성되는 피막으로서 Ti_{0 .5}Al_{0 .5}N 이 3㎛ 의 두께로 형성되도록 금속 증발원인 합금제 타겟을 세팅하는 것과 함께, 반응 가스로서 질소 가스를 도입시키면서, 기재 (기판) 온도 450℃, 반응 가스압 4.0Pa 로 하고, 기판 바이어스 전압을 이하의 표 20 와 같이 변화시킴으로써 60분간 캐소드 전극에 100A 의 아크 전류를 공급하고, 아크식 증발원으로부터 금속 이온을 발생시킴으로써, 이하의 표 21 에 나타내는 압축 응력의 강도 분포를 갖는 실시예 31∼36 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구를 제작하였다.

또, 상기 표 20 에 있어서의 「제 1 사이클」 및 「제 2 사이클」은, 60분 동안 이들 각 사이클에 기재되어 있는 시간마다 이들 양 사이클을 번갈아 반복함으로써 (「제 1 사이클」부터 시작하지만, 반드시 「제 2 사이클」로 마칠 필요는 없다) 기판 바이어스 전압을 인가하는 것을 나타내고 있다. 즉, 각 사이클에 기재되어 있는 시간은, 합금제 타겟에 의해 금속 이온을 증발시키는 경과 시간을 나타내고 있다. 또한, 각 기재되어 있는 전압의 수치는 상기의 경과 시간에 대응하는 기판의 바이어스 전압을 나타내고 있고, 예를 들어 「-150V∼-50V」와 같은 범위를 갖고 기재되어 있는 것은, 그 경과 시간에 있어서 기판 바이어스 전압을 -150V 로부터 서서히 -50V 까지 일정 속도로 감소시킨 것을 나타내고 있고, 이 경우 피막의 압축 응력은 서서히 감소하게 된다. 한편, 「-50V∼-150V」와 같은 범위를 갖고 기재되어 있는 경우에는, 그 경과 시간에 있어서 기판 바이어스 전압을 -50V 로부터 서서히 -150V 까지 일정 속도로 증가시킨 것을 나타내고 있고, 이 경우 피막의 압축 응력은 서서히 증가하게 된다. 그리고, 전압의 변화가 감소에서 증가로 전환되는 점 (즉 「제 1 사이클」에서 「제 2 사이클」로 전환되는 점 등), 및 전압의 변화가 증가에서 감소로 전환되는 점 (즉 「제 2 사이클」에서 「제 1 사이클」로 전환되는 점 등) 에 있어서 각각 압축 응력의 극소점 및 극대점이 형성되게 된다.

이와 같이 기판 바이어스 전압을 경과 시간과의 관계에서 변화시킴으로써, 피막 중의 압축 응력의 강도 분포에 있어서 극대점 및 극소점이나, 연속적으로 증가하거나 또는 감소하거나 하는 상태를 형성할 수 있다.

또, 상기 표 21 에 있어서 표면의 압축 응력 및 저면의 압축 응력란에 기재되어 있는 수치는, 각각 피막의 표면 및 피막의 저면에 있어서 나타나는 압축 응력을 나타내고 있다. 또한, 제 1 중간점 및 제 2 중간점란에 기재되어 있는 수치는, 피막의 두께 방향의 거리로서 피막의 표면으로부터 그 제 1 중간점 및 그 제 2 중간점까지의 거리를 각각 나타내고 있다 (「%」로 표시한 수치는 피막의 두께에 대한 것으로, 「㎛」 표시와 함께 양자에 의해 나타내고 있다). 또한, 극소점 및 극대점란에 기재되어 있는 수치는 각 극소점 및 각 극대점에 있어서의 압축 응력을 각각 나타내고 있다 (또, 수치에 범위가 동반되어 있지만, 이 수치 범위 내에 있어서 실질적으로 동일 수치의 압축 응력을 갖고 있는 것으로 한다). 또한, 극소점의 수/거리 및 극대점의 수/거리는, 각각 피막의 표면으로부터 피막의 저면까지의 사이에 존재하는 극소점 및 극대점 각각의 개수와, 각 극소점간 및 각 극대점간 거리를 나타내고 있다.

이렇게 해서, 실시예 31∼36 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 기재와, 그 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 그 피막은 그 기재 상의 최외층이 되는 것으로, 또한 압축 응력을 갖고 있고, 그 압축 응력은 상기 피막의 두께 방향으로 강도 분포를 갖도록 변화하고 있으며, 그 강도 분포는, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 가짐과 함께, 그 제 1 중간점으로부터 그 제 1 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 2 중간점까지 연속적으로 증가하고, 그 제 2 중간점에 있어서 극대점을 가지며, 그리고 그 제 2 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 상기와 동일한 극소점 및 극대점을 각각 1 이상 가지고 있다. 그리고, 이들 극소점 및 극대점은, 각각 이 순서대로 번갈아 반복하여 존재하는 것으로 되어 있고, 각 실시예에 있어서의 극소점은 모두 실질적으로 동일한 수치가 되는 압축 응력을 갖고, 또한 각 실시예에 있어서의 극대점은 모두 실질적으로 동일한 수치가 되는 압축 응력을 가지며, 각 극소점과 각 극대점은 실질적으로 등간격으로 존재하고 있다. 즉, 이 강도 분포는 상기에서 설명한 제 4 양태의 강도 분포의 일례를 나타내는 것이다.

또, 비교를 위해, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터 60분간에 걸쳐 기판 바이어스 전압을 -20V∼-150V 까지 일률적으로 상승시키는 것을 제외하고, 상기와 동일하게 하여 표면 피복 절삭공구를 제작하였다 (비교예 7).

이 비교예 7 의 표면 피복 절삭공구는, 피막의 압축 응력의 강도 분포가 극소점 및 극대점을 갖지 않고, 피막의 저면으로부터 피막의 표면에 걸쳐서 일률적으로 증가하는 것이었다.

<실시예 37∼40>

<표면 피복 절삭공구의 제작>

우선, 표면 피복 절삭공구의 기재로는 실시예 31∼36 에 있어서 사용한 것과 동일한 것을 사용하였다. 그리고, 이 기재를 캐소드 아크 이온 플레이팅 장치에 장착하였다.

계속해서, 진공 펌프에 의해 그 장치의 챔버 내를 감압하는 것과 함께, 그 장치 내에 설치된 히터에 의해 상기 기재의 온도를 450℃ 로 가열하여, 챔버 내의 압력이 1.0×10^-4Pa 가 될 때까지 진공화하였다.

다음으로, 아르곤 가스를 도입하여 챔버 내의 압력을 3.0Pa 로 유지하고, 상기 기재의 기판 바이어스 전원의 전압을 서서히 올리면서 -1500V 로 하여, 기재의 표면을 15분간 클리닝하였다. 그 후, 아르곤 가스를 배기하였다.

이어서, 상기 기재 상에 직접 접하도록 형성되는 피막으로서 Al_0.6Ti_0.2Si_0.1Cr_0.1N 이 3㎛ 의 두께로 형성되도록 금속 증발원인 합금제 타겟을 세팅하는 것과 함께, 반응 가스로서 질소를 도입시키면서, 기재 (기판) 온도 450℃, 반응 가스압 4.0Pa 로 하고, 기판 바이어스 전압을 이하의 표 22 와 같이 변화시킴으로써 60분간 캐소드 전극에 100A 의 아크 전류를 공급하고, 아크식 증발원으로부터 금속 이온을 발생시킴으로써, 이하의 표 23 에 나타내는 압축 응력의 강도 분포를 갖는 실시예 37∼40 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구를 제작하였다.

또, 상기 표 22 에 있어서 기재되어 있는 「제 1 사이클」 및 「제 2 사이클」은 표 20 의 경우와 마찬가지로, 60분 동안 이들 양 사이클에 기재되어 있는 시간마다 이들 양 사이클을 번갈아 반복함으로써 (「제 1 사이클」로부터 시작한다) 기판 바이어스 전압을 인가하는 것을 나타내고 있다. 또한, 각 란에 기재되어 있는 시간 및 전압의 수치도, 표 20 의 경우와 마찬가지로 상기의 경과 시간에 대응하는 기판의 바이어스 전압을 나타내고 있다.

또, 상기 표 23 에 있어서 표면의 압축 응력 및 저면의 압축 응력란에 기재되어 있는 수치는, 표 21 의 경우와 마찬가지로 각각의 피막의 표면 및 피막의 저면에 있어서 나타나는 압축 응력을 나타내고 있다. 또한, 제 1 중간점 및 제 2 중간점란에 기재되어 있는 수치도 표 21 의 경우와 마찬가지로 피막의 두께 방향의 거리로서 피막의 표면으로부터 각 중간점까지의 거리를 각각 나타내고 있다 (「%」로 표시한 수치는 피막의 두께에 대한 것으로, 「㎛」 표시와 함께 양자에 의해 나타내고 있다). 극소점 및 극대점란에 기재되어 있는 수치도 표 21 의 경우와 마찬가지로 그 점에 있어서의 압축 응력을 각각 나타내고 있다 (또, 수치에 범위가 동반되어 있지만, 이 수치 범위 내에 있어서 실질적으로 동일 수치의 압축 응력을 갖고 있는 것으로 한다). 또한, 극소점의 수/거리 및 극대점의 수/거리는, 표 21 의 경우와 마찬가지로 각각 피막의 표면으로부터 피막의 저면까지의 사이에 존재하는 극소점 및 극대점 각각의 개수와, 각 극소점간 및 각 극대점간 거리를 나타내고 있다.

이렇게 해서, 실시예 37∼40 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 기재와, 그 기재 상에 형성된 피막을 구비하고, 그 피막은 그 기재 상의 최외층이 되는 것으로, 또한 압축 응력을 갖고 있고, 그 압축 응력은 상기 피막의 두께 방향으로 강도 분포를 갖도록 변화하고 있으며, 그 강도 분포는, 상기 피막 표면의 압축 응력이 상기 피막의 표면으로부터 상기 피막의 표면과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 1 중간점까지 연속적으로 감소하고, 그 제 1 중간점에 있어서 극소점을 가짐과 함께, 그 제 1 중간점으로부터 그 제 1 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 위치하는 제 2 중간점까지 연속적으로 증가하고, 그 제 2 중간점에 있어서 극대점을 가지며, 그리고 그 제 2 중간점과 상기 피막의 저면 사이에 상기와 동일한 극소점 및 극대점을 각각 1 이상 가지고 있다. 그리고, 이들 극소점 및 극대점은, 각각 이 순서대로 번갈아 반복하여 존재하는 것으로 되어 있고, 각 실시예에 있어서의 극소점은 모두 실질적으로 동일한 수치가 되는 압축 응력을 갖고, 또한 각 실시예에 있어서의 극대점은 모두 실질적으로 동일한 수치가 되는 압축 응력을 가지며, 각 극소점과 각 극대점은 실질적으로 등간격으로 존재하고 있다. 즉, 이 강도 분포는 상기에서 설명한 제 4 양태의 강도 분포의 일례를 나타내는 것이다.

또, 비교를 위해, 합금제 타겟에 의해 금속 이온의 증발을 시작하고 나서부터 60분간 기판 바이어스 전압을 -75V 로 유지하는 것을 제외하고, 상기와 동일하게 하여 표면 피복 절삭공구를 제작하였다 (비교예 8).

이 비교예 8 의 표면 피복 절삭공구는, 피막의 압축 응력의 강도 분포가 없고, 피막의 저면으로부터 피막의 표면에 걸쳐서 그 압축 응력이 일정하였다.

<표면 피복 절삭공구의 내마모성 평가>

상기에서 제작한 실시예 31∼40 및 비교예 7∼8 의 표면 피복 절삭공구 각각에 대해, 상기 표 1 에 나타내는 조건에 의한 습식 (수용성 에멀전) 의 연속 절삭 시험 및 단속 절삭 시험을 실시하였다. 그리고, 날끝의 플랭크 마모폭이 0.2㎜ 를 초과하는 시간을 절삭 시간으로서 측정하였다.

표면 피복 절삭공구의 내마모성의 평가 결과로서 상기에서 측정한 절삭 시간을 하기 표 24 및 표 25 에 나타낸다. 절삭 시간이 긴 것일수록 내마모성이 우수하다는 것을 나타내고 있다. 또한, 연속 절삭 시험에 있어서는, 피삭재의 마감면의 광택 유무에 관해서도 관찰하여, 그 관찰 결과를 마찬가지로 표 24 및 표 25 에 나타낸다. 이 경우, 「광택있음」이란 피삭재의 마감면이 광택을 갖는 것을 나타내고, 「백탁」이란 피삭재의 마감면이 광택을 갖지 않고 백탁된 것을 나타낸다.

표 24 및 표 25 로부터 알 수 있듯이, 연속 절삭 시험에 있어서도 단속 절삭 시험에 있어서도 실시예 31∼40 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 비교예 7∼8 의 표면 피복 절삭공구에 비하여 한층 더 내마모성이 향상되는 것과 함께 마감면에 광택을 얻을 수 있기 때문에 막 치핑에 대한 내성도 우수하고, 또한 표면 피복 절삭공구의 수명이 더욱 향상되어 있음을 확인하였다.

<표면 피복 절삭공구의 인성 평가>

상기에서 제작한 실시예 31∼40 및 비교예 7∼8 의 표면 피복 절삭공구 각각에 대해, 이하에 나타내는 조건으로 인성의 평가 시험을 실시하였다.

즉, 절삭 조건은, 상기 표 1 에 나타낸 바와 같이 S50C 의 소재에 50 의 관통구멍을 형성한 블록 (길이 300㎜×폭 150㎜) 을 피삭재로서 사용하고, 절삭 속도 180m/min, 절삭깊이 2.0㎜, 절삭길이 300㎜ 마다 이송량을 0.10㎜/날로부터 0.05㎜/날씩 올리는 조건으로, 건식 밀링 절삭을 실시하였다.

표면 피복 절삭공구의 인성의 평가 결과로서 상기에서 측정한 최대 이송을 하기 표 24 및 표 25 에 나타낸다. 최대 이송량이 커질수록 인성이 우수하다는 것을 나타내고 있다.

표 24 및 표 25 에서 알 수 있듯이, 실시예 31∼40 의 본 발명에 관련된 표면 피복 절삭공구는, 비교예 7∼8 의 표면 피복 절삭공구에 비하여 한층 인성이 향상되어 있음을 확인하였다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에 있어서 예시로서 제한적인 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타내고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함하는 것으로 한다.

Claims (32)

1. 기재 (2) 와, 그 기재 (2) 상에 형성된 피막 (3) 을 구비하는 표면 피복 절삭공구 (1) 로서,

   상기 피막 (3) 은 상기 기재 (2) 상의 최외층이 되는 것이고, 또한 압축 응력을 갖고 있으며,

   상기 압축 응력은 상기 피막 (3) 의 두께 방향으로 강도 분포를 갖도록 변화하고 있고,

   상기 강도 분포는, 상기 피막 표면 (4) 의 압축 응력이 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 피막의 표면 (4) 과 상기 피막의 저면 (6) 사이에 위치하는 제 1 중간점 (5) 까지 연속적으로 감소하고, 상기 제 1 중간점 (5) 에 있어서 극소점을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 강도 분포는, 상기 피막의 표면 (4) 에 있어서 최대의 압축 응력을 가짐과 함께, 상기 제 1 중간점 (5) 으로부터 상기 피막의 저면 (6) 까지 압축 응력이 일정한 값으로 되는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 압축 응력은 -15GPa 이상 0GPa 이하의 범위의 응력인 것을 특징으로 하 는 표면 피복 절삭공구 (1).
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 중간점 (5) 은, 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 피막 (3) 두께의 0.1% 이상 50% 이하의 거리를 두고 위치하는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점 (5) 에 있어서 상기 피막 표면 (4) 의 압축 응력의 20∼90% 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점 (5) 에 있어서 상기 피막 표면 (4) 의 압축 응력의 40∼80% 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 압축 응력은, 상기 피막의 표면 (4) 에 있어서 최대의 압축 응력을 가짐과 함께, 그 최대 압축 응력이 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 제 1 중간점 (5) 의 방향을 향하여 일정 거리간 유지된 후, 상기 압축 응력이 상기 제 1 중간점 (5) 까지 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 강도 분포는, 상기 제 1 중간점 (5) 으로부터 상기 피막의 저면 (6) 까지 상기 압축 응력이 연속적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 압축 응력은 -15GPa 이상 0GPa 이하의 범위의 응력인 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 제 1 중간점 (5) 은, 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 피막 (3) 두께의 0.1% 이상 50% 이하의 거리를 두고 위치하는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 압축 응력은 상기 피막의 표면 (4) 에 있어서 최대가 되는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
12. 제 8 항에 있어서,

    상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점 (5) 에 있어서 상기 피막 표면 (4) 의 압축 응력의 20∼90% 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점 (5) 에 있어서 상기 피막 표면 (4) 의 압축 응력의 40∼80% 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
14. 제 8 항에 있어서,

    상기 압축 응력은, 상기 피막 표면 (4) 의 압축 응력이 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 제 1 중간점 (5) 의 방향을 향하여 일정 거리간 유지된 후, 상기 제 1 중간점 (5) 까지 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 강도 분포는, 상기 제 1 중간점 (5) 으로부터 상기 제 1 중간점 (5) 과 상기 피막의 저면 (6) 사이에 위치하는 제 2 중간점 (9) 까지 상기 압축 응력이 연속적으로 증가하고, 상기 제 2 중간점 (9) 에 있어서 극대점을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 압축 응력은 -15GPa 이상 0GPa 이하의 범위의 응력인 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 제 1 중간점 (5) 은, 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 피막 (3) 두께의 0.1% 이상 50% 이하의 거리를 두고 위치하는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
18. 제 15 항에 있어서,

    상기 제 2 중간점 (9) 은, 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 피막 (3) 두께의 0.2% 이상 95% 이하의 거리를 두고 위치하는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
19. 제 15 항에 있어서,

    상기 압축 응력은 상기 피막의 표면 (4) 에 있어서 최대가 되는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
20. 제 15 항에 있어서,

    상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점 (5) 에 있어서 상기 피막 표면 (4) 의 압축 응력의 20∼90% 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점 (5) 에 있어서 상기 피막 표면 (4) 의 압축 응력의 40∼80% 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
22. 제 15 항에 있어서,

    상기 압축 응력은, 상기 피막 표면 (4) 의 압축 응력이 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 제 1 중간점 (5) 의 방향을 향하여 일정 거리간 유지된 후, 상기 제 1 중간점 (5) 까지 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
23. 제 1 항에 있어서,

    상기 강도 분포는, 상기 제 1 중간점 (5) 으로부터 상기 제 1 중간점 (5) 과 상기 피막의 저면 (6) 사이에 위치하는 제 2 중간점 (9) 까지 상기 압축 응력이 연속적으로 증가하고, 상기 제 2 중간점 (9) 에 있어서 극대점을 갖고, 또 상기 제 2 중간점 (9) 과 상기 피막의 저면 (6) 사이에 상기와 동일한 극소점을 1 이상 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 강도 분포는, 또한 상기 제 2 중간점 (9) 과 상기 피막의 저면 (6) 사 이에 상기와 동일한 극대점을 1 이상 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
25. 제 23 항에 있어서,

    상기 강도 분포는, 또한 상기 제 2 중간점 (9) 과 상기 피막의 저면 (6) 사이에 있어서 상기와 동일한 극소점과 극대점을 각각 1 이상 이 순서대로 번갈아 반복하여 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
26. 제 23 항에 있어서,

    상기 압축 응력은 -15GPa 이상 0GPa 이하의 범위의 응력인 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
27. 제 23 항에 있어서,

    상기 제 1 중간점 (5) 은, 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 피막 (3) 두께의 0.1% 이상 40% 이하의 거리를 두고 위치하는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
28. 제 23 항에 있어서,

    상기 제 2 중간점 (9) 은, 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 피막 (3) 두께의 0.2% 이상 80% 이하의 거리를 두고 위치하는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
29. 제 23 항에 있어서,

    상기 압축 응력은 상기 피막의 표면 (4) 에 있어서 최대가 되는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
30. 제 23 항에 있어서,

    상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점 (5) 에 있어서 상기 피막 표면 (4) 의 압축 응력의 10∼80% 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
31. 제 30 항에 있어서,

    상기 압축 응력은, 상기 제 1 중간점 (5) 에 있어서 상기 피막 표면 (4) 의 압축 응력의 20∼60% 의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).
32. 제 23 항에 있어서,

    상기 압축 응력은, 상기 피막 표면 (4) 의 압축 응력이 상기 피막의 표면 (4) 으로부터 상기 제 1 중간점 (5) 의 방향을 향하여 일정 거리간 유지된 후, 상기 제 1 중간점 (5) 까지 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 표면 피복 절삭공구 (1).

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