KR101154611B1

KR101154611B1 - 절삭용 공구

Info

Publication number: KR101154611B1
Application number: KR1020100022773A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 노하라; 히토시 도키
Original assignee: 후다바 덴시 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2012-06-08
Also published as: JP2010214522A; KR20100105423A; CN101837478A; CN101837478B

Abstract

내마모성과 높은 미끄럼성을 겸비하고, 연속 절삭으로 마모되어도 성질이 변화되지 않는 절삭용 공구를 제공하는 것으로서,
절삭용 공구는 표면 거칠기가 500 Å 내지 2000 Å의 기재(11)의 표면에, 기재의 표면 거칠기의 1/20 이상 1/3 이하의 두께로, 경도가 큰 TiAlN층(12)과 미끄럼성이 우수한 CrN층(13)이 번갈아 적층되고, 전체적으로 두께 1~3 ㎛의 금속층이 구성된 것이며, 표면이 마모되면 표면에는 TiAlN층(12)과 CrN층(13)이 동시에 나타나므로 높은 내마모성과 미끄럼성이 동시에 수득되어, 마모가 진행되어도 초기와 동일한 상태?성능을 유지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

절삭용 공구{CUTTING TOOL}

본 발명은 기재(基材)의 표면에 금속층이 코팅된 절삭용 공구에 관한 것으로, 특히 기계적 성질이 다른 2 종류의 금속층이 번갈아 적층되도록 코팅되어 마모에 의해 절삭 성능이 변화되지 않도록 연구된 절삭용 공구에 관한 것이다.

일반적으로 공작 기계 등에 설치되는 절삭용 공구에는 절삭시의 마찰에 견디기 위한 경도나 피삭재(被削材)를 빠르게 배출할 수 있는 낮은 마찰 계수를 나타내는 미끄럼성 등이 요구된다. 따라서, 절삭용 공구에는 요구되는 성능에 따라서 여러 가지의 공구용 금속 재료 중에서 적당한 금속 재료가 기재로서 선택됨과 동시에, 상기 기재의 표면에는 특히 필요한 기계적 성질을 실현하기 위해 금속층이 코팅되는 경우가 있다.

일본 공개특허공보 소62-56565호에는 기재의 표면에 Ti와 Al의 탄화물, 질화물 및 탄질화물과 같은 내마모성을 갖는 금속을 1 층당 1~4 ㎛의 두께로 1 층 내지 3 층 적층시켜 경질 피막층을 형성한 금속 부재에 대한 발명이 기재되어 있다.

일본공개특허공보소62-56565호

상기 일본 공개특허공보 소62-56565호에 기재된 발명에 의하면 기재의 표면에 내마모성을 갖는 금속을 1 층 내지 3 층 적층시켜 경질 피막층을 형성했으므로, 절삭용 공구에 적용한 경우에는 연속 절삭에 대한 내마모성은 향상되지만, 그 밖의 성질, 예를 들어 미끄럼성 등은 충분하다고는 할 수 없고, 절삭시에 절삭 찌꺼기를 빠르게 배출할 수 없다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 절삭시의 마찰에 견딜 수 있는 경도와, 피삭재를 빠르게 배출하는 높은 미끄럼성을 겸비하고, 또한 연속 절삭에 의해 마모되어도 성질이 변화되지 않는 절삭용 공구를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

청구항 1에 기재된 절삭용 공구는,

소정의 표면 거칠기를 갖는 기재의 표면에 상기 기재와는 다른 금속으로 이루어진 금속층이 코팅된 절삭용 공구에 있어서,

서로 기계적 성질이 다르고 또한 상기 기재의 상기 표면 거칠기보다도 각각 작은 막두께로 된 제 1 금속층과 제 2 금속층의 쌍이 번갈아 복수층으로 적층된 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 2에 기재된 절삭용 공구는,

서로 기계적 성질이 다르고 또한 상기 기재의 상기 표면 거칠기 보다도 각각 작은 막두께로 된 제 1 금속층과 제 2 금속층의 쌍이 번갈아 복수층으로 적층되고, 적층된 금속층의 표면의 마모에 의해 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층이 표면에 동시에 노출되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 3에 기재된 절삭용 공구는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 절삭용 공구에 있어서,

상기 기재의 상기 표면 거칠기가 500~2000 Å의 범위 내에 있고, 상기 제 1 금속층의 막두께와, 상기 제 2 금속층의 막두께가 상기 기재의 상기 표면 거칠기의 1/20 이상 1/3 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4에 기재된 절삭용 공구는 청구항 3에 기재된 절삭용 공구에 있어서,

상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층의 각 막두께의 합계가 1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 5에 기재된 절삭용 공구는 청구항 4에 기재된 절삭용 공구에 있어서,

상기 제 1 금속층이 상기 제 2 금속층에 비교하여 상대적으로 경도가 큰 금속으로 이루어지고, 적어도 상기 기재의 표면에 접하여 형성되어 있고, 상기 제 2 금속층이 상기 제 1 금속층에 비교하여 상대적으로 미끄럼성이 높은 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 6에 기재된 절삭용 공구는 청구항 5에 기재된 절삭용 공구에 있어서,

상기 제 1 금속층이 TiAlN, AlCrN, TiSiN, CrSiN, TiCN으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속이고,

상기 제 2 금속층이 상기 제 1 금속층과 기계적 성질이 다르도록 CrN, CrSiN, TiN, TiCN으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속인 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 1에 기재된 절삭용 공구에 의하면 기재의 표면 거칠기보다도 막두께가 작은 종류의 금속층을 기재상에 번갈아 적층했으므로, 사용에 의해 마모되면 표면에 양쪽의 금속층이 동시에 나타나 서로 다른 각각의 기계적 성질이 동시에 발휘된다. 또한, 연속 절삭에 의해 마모가 더욱 진행되어도, 표면에 양쪽의 금속층이 동시에 나타나는 상태는 변화되지 않으므로, 각 금속층의 기계적 성질이 동시에 발휘되는 상태도 변화되지 않고 유지된다.

청구항 2에 기재된 절삭용 공구에 의하면 기재의 표면 거칠기보다도 막두께가 작은 종류의 금속층을 기재상에 번갈아 적층하고, 적층된 금속층의 표면의 마모에 의해 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층이 표면에 동시에 노출되어 있으므로, 사용에 의한 마모에 의해 표면에 양쪽의 금속층이 나타나는 것을 기다리지 않고, 사용 개시 직후부터 동시에 노출된 양쪽의 금속층이 서로 다른 각각의 기계적 성질을 동시에 발휘하게 되어, 바로 공구를 원하는 성능으로 사용할 수 있다.

청구항 3에 기재된 절삭용 공구에 의하면 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 절삭용 공구에 의한 효과에서 또한 각 금속층의 두께가 기재의 표면 거칠기의 1/20 이상 1/3 이하이므로, 사용 상태나 사용에 의한 마모의 상황 등에 좌우되지 않고 절삭용 공구의 표면에는 항상 양쪽의 금속층이 동시에 나타나고, 각각의 기계적 성질이 동시에 발휘되는 효과를 확실하게 얻을 수 있다.

청구항 4에 기재된 절삭용 공구에 의하면 청구항 3에 기재된 절삭용 공구에 의한 효과에서, 또한 전(全) 금속층의 합계 두께를 1 ㎛ 이상으로 했으므로 절삭에 의한 마모의 진행이 지나치게 빠른 경우가 없고, 또한 전 금속층의 합계 두께를 3 ㎛ 이하로 했으므로 금속층이 너무 두꺼워 마모되기 전에 기체로부터 벗겨질 우려가 없다.

청구항 5에 기재된 절삭용 공구에 의하면 청구항 4에 기재된 절삭용 공구에 의한 효과에서 또한 제 1 금속층이 제 2 금속층과 비교하여 상대적으로 경도가 큰 금속이고, 제 2 금속층이 제 1 금속층과 비교하여 상대적으로 미끄럼성이 높은 금속이므로, 경도에 의한 양호한 내마모성과, 미끄럼성에 의한 피삭재의 양호한 배출성을 모두 향상시킬 수 있다. 또한, 경도가 큰 제 1 금속층은 기재에 대한 피착성(被着性)이 높으므로, 적층된 금속층은 전체로서 기재에 대해서 안정적으로 피착(被着)된 상태를 유지할 수 있다.

청구항 6에 기재된 절삭용 공구에 의하면 청구항 5에 기재된 절삭용 공구에 의한 효과에서 제 1 금속층으로서는 TiAlN, AlCrN, TiSiN, CrSiN, TiCN의 군으로부터 선택할 수 있고, 제 2 금속층으로서는 제 1 금속층과 기계적 성질이 다른 한 CrN, CrSiN, TiN, TiCN의 군으로부터 선택할 수 있고, 두 군으로부터 높은 자유도로 선택한 각 금속의 다양한 조합을 목적에 따라서 임의로 설정할 수 있어 선택의 폭이 넓다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 절삭용 공구의 제조에 사용되는 아크 이온 플레이팅 장치의 구조를 도시한 모식도,
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 절삭용 공구에서 금속층을 적층하기 전의 기재의 표면 거칠기의 일례를 도시한 도면,
도 3 (a)는 본 발명의 실시 형태에 관한 절삭용 공구의 도 3 (b)의 a-a 절단선에서의 모식적 단면도이고, (b)는 본 발명의 실시 형태에 관한 절삭용 공구를 표면에 수직인 면으로 절단한 모식적 단면도,
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 절삭용 공구의 절삭 시험에서 비교예로 한 절삭용 공구의 금속층의 종류 및 그 막두께와, 달성한 절삭 길이를 나타낸 표,
도 5는 본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 절삭용 공구의 절삭 시험에서 상기 절삭용 공구의 금속층의 1 층당의 두께와, 달성한 절삭 길이 및 양호한 효과가 수득된 시료인 것을 나타내는 ○표를 표시한 표,
도 6 (a)는 본 발명의 제 1 또는 제 2 실시 형태에 관한 시험예에 제공된 절삭용 공구 중, 1 층의 두께가 500 Å의 절삭 공구를 표면에 수직인 면으로 절단한 단면도이고, (b)는 (a)의 부분 확대도, 및
도 7은 본 발명의 제 2 실시 형태에 관한 절삭용 공구의 절삭 시험에서 상기 절삭용 공구의 금속층의 1 층당의 두께와, 달성한 절삭 길이 및 양호한 효과가 수득된 시료인 것을 나타내는 ○표를 표시한 표이다.

본 발명의 실시 형태를 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한다.

1. 아크 이온 플레이팅 장치의 구조

본 발명의 절삭용 공구는 소정의 표면 거칠기를 갖는 기재의 표면에, 서로 기계적 성질이 다르고 또한 상기 기재의 표면 거칠기보다도 작은 막두께가 되도록, 제 1 금속층과 제 2 금속층을 번갈아 적층한 것이다. 기재의 표면에 2 종류의 금속층을 번갈아 적층시키기 위해, 본 예에서는 도 1에 도시한 바와 같은 아크 이온 플레이팅 장치(1)가 사용된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 아크 이온 플레이팅 장치(1)는 피(被)코팅물인 절삭용 공구의 기재를 수납하는 진공 챔버(2)를 구비하고 있다. 진공 챔버(2)는 고(高)기밀성의 상자형 용기이고, 내부의 기체를 도시하지 않은 배기 펌프에 의해 배기하기 위한 배기구(3)와, 코팅 공정에서 내부에 필요한 프로세스 가스를 도입하기 위한 공급구(4)가 설치되어 있다.

진공 챔버(2)내에는 외부에 설치된 도시하지 않은 구동원에 의해 회전하는 회전식 테이블(5)이 설치되어 있고, 상기 회전식 테이블(5)에는 바이어스 전원(6)에 의해 일정한 음의 바이어스 전압을 인가할 수 있게 되어 있다.

진공 챔버(2) 내에는 절삭용 공구의 기재에 코팅하고자 하는 금속 재료로 이루어진 제 1 및 제 2 타켓(7, 8)이 회전식 테이블(5)의 바로 위와 좌측방의 2 부분에 각각 설치되어 있다. 이들의 타켓(7, 8)은 각 아크 전원(9)의 음극에 접속된 캐소드이고, 각 아크 전원(9)의 양극(陽極)에는 각 타겟(7, 8)의 주위에 각각 설치된 거의 원통형의 애노드(10)가 접속되어 있다. 캐소드인 2개의 타겟(7, 8)은 진공 챔버(2)의 밖에서 회로적으로 접속되어 동(同) 전위가 되어 있다.

2. 아크 이온 플레이팅 장치(1)에 의한 금속층의 형성

회전식 테이블(5) 상에 절삭용 공구의 기재(11)를 배치한다. 기재(11)의 재질로서는 절삭용 공구로서의 용도?목적에 따라서 적절하게 선택하면 좋지만, 예를 들어 탄소 공구강 이외에, 탄소 공구강에 소량의 텅스텐, 크롬, 바나듐 등이 첨가된 합금 공구강(저합금 공구강)이나 강(鋼)에 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 바나듐이라는 금속 성분을 다량으로 첨가한 고속도 공구강(하이스강)을 채용할 수 있다.

공구의 종류에 따라 기재(11)의 표면 거칠기는 다른 것이 통상이지만, 본 예에서는 성막(成膜)전의 기재(11)의 표면 거칠기로서는 500 Å부터 2000 Å의 범위내를 대상으로 했다. 도 2에 도시한 예에서는 표면 거칠기가 2000 Å이 되어 있다.

진공 챔버(2) 내의 소정 위치에 금속 재료로 이루어진 제 1 및 제 2 타겟(7, 8)을 각각 장착하여 각각 아크 전원(9)에 접속한다. 본 예에서는 기재(11)에 2 종류의 금속층을 번갈아 피착한다. 제 1 금속층으로서는 기재(11) 및 제 2 금속층에 비해 상대적으로 경도가 큰 금속으로서 TiAlN을 채용하므로 진공 챔버(2)의 상방에 설치하는 제 1 타겟(7)은 TiAl로 한다. 또한, 제 2 금속층으로서는 기재(11) 및 제 1 금속층에 비해 상대적으로 미끄럼성이 높은 금속으로서 CrN을 채용하므로 진공 챔버(2)의 좌측면에 설치하는 제 2 타겟(8)은 Cr로 한다. 각 금속층에 포함되는 N은 프로세스 가스인 질소 가스로부터 공급된다.

기재(11)에 대한 금속층의 피착의 순서인데, 경도가 큰 금속 쪽이 일반적으로 금속에 대한 피착성이 양호하므로, 본 예에서 기재(11)에 최초로 피착되는 것은 TiAlN으로 한다. 또한, 금속의 피착 공정은 CrN의 피착으로 종료함으로써, 절삭용 공구의 최표면을 CrN층으로 피복하는 것으로 한다. 이는 기재(11)의 날부 이외의 부분도 미끄럼성이 높은 CrN 층으로 피복함으로써, 피삭재가 CrN층의 높은 미끄럼성으로 빠르게 배출할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 제 2 금속층과 비교하여 상대적으로 경도가 큰 제 1 금속층으로서는 TiAlN[비커스 경도(이하, HV라고 함): 2800] 이외에, AlCrN(HV: 3200), TiSiN(HV: 3200), CrSiN(HV: 2500), TiCN(HV: 2500) 등의 중에서 채용 가능하다. 또한, 제 1 금속층과 비교하여 상대적으로 미끄럼성이 양호한 제 2 금속층으로서는 제 1 금속층과 기계적 성질이 다르도록 다른 금속을 선택하는 한, CrN(HV: 1800), CrSiN, TiN(HV: 2300), TiCN 등의 중에서 채용 가능하다. 즉, CrSiN이나 TiCN은 절삭용 공구의 코팅에 사용되는 금속으로서 경도 및 미끄럼성의 양방에 대해서 채용할 수 있는 성능을 갖고 있으므로, 이들을 경도 또는 미끄럼성 때문에 선택하는 경우에는 타방의 금속에 대해서는 이보다도 미끄럼성 또는 경도가 양호한 별도의 금속을 채용하는 것으로 한다.

아크 이온 플레이팅 장치(1)를 사용한 금속층의 형성에 대해서 설명한다. 배기구(3)로부터 진공 챔버(2) 내의 공기를 빼어 진공도를 높이고, 공급구(4)로부터 프로세스 가스로서의 질소를 도입한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 회전식 테이블(5)을 회전시키면서 진공 챔버(2)의 상방에 설치된 타겟(7)과 애노드(10) 사이에 아크 전원(9)에 의해 아크 방전을 발생시키고, 타겟(7)의 금속인 TiAl을 증발시킨다. 증발된 TiAl과 분위기 가스인 질소로 구성된 이온이 음의 바이어스 전압이 인가된 기재(11)의 표면에 퇴적되어 제 1 금속층인 TiAlN을 형성한다.

다음에, 타겟(7)으로의 통전을 단절시키고 타겟(8)으로 통전을 전환한다. 즉, 회전식 테이블(5)의 회전을 계속하면서 진공 챔버(2)의 좌측면에 설치된 타겟(8)과 애노드(10) 사이에 아크 전원(9)에 의해 아크 방전을 발생시키고 타겟(8)의 금속인 Cr을 증발시킨다. 증발된 Cr과 분위기 가스인 질소로 구성된 이온이 음의 바이어스 전압이 인가된 기재(11)에 전(前)공정에서 피착되어 있는 TiAlN 상에 퇴적되어 제 2 금속층인 CrN을 형성한다.

이와 같이 기재(11)를 회전시키면서 제 1 및 제 2 타겟(7, 8)으로의 통전을 번갈아 전환하여 증착을 각각 필요 횟수만큼 반복함으로써, 기재(11)의 표면에 TiAlN 층과 CrN 층을 적층하여 형성할 수 있다.

각 금속층의 각각의 두께는 기재(11)의 표면 거칠기보다도 작은 것으로 하고, 기재(11)의 표면의 표면 거칠기에 의한 요철이 금속층을 피착해도 상기 금속층의 표면에 동일한 요철로서 나타나도록 하고 있다. 구체적으로는 하기의 「실시예」에서 설명하지만, 각 금속층의 막두께는 기재(11)의 표면 거칠기의 1/20 이상 1/3 이하인 것으로 하고, 또한 두 금속층의 각 막두께의 합계는 1 ㎛ 이상 3 ㎛이하인 것으로 하고 있다.

3. 수득된 금속층의 구성

도 3 (b)에 이상의 제조 공정으로 금속막을 형성한 절삭용 공구의 표면에 수직인 면으로 절단한 경우의 모식적 단면도를 나타낸다. 기재(11)의 표면에는 경도가 크고 금속에 대한 피착성이 양호한 TiAlN층(12)이 있고, CrN층(13)과 번갈아 적층된 금속층이 구성되어 있으며, 기재(11)의 최표면은 미끄럼성이 양호한 CrN층(13)으로 피복되어 있다.

도 3 (b)에 도시한 바와 같이 2 종류의 금속층(12, 13)이 번갈아 겹쳐진 금속층의 표면은 기재(11)의 표면과 거의 동일한 거칠기가 나타나고 있다. 이를 절삭용 공구로서 사용한 경우에는 도 3 (b) 중에 절단선 a-a로 나타낸 바와 같이 돌출된 부분이 마모되어 표면이 평탄에 가까운 상태가 되고, 도 3 (a)에 도시한 바와 같이 예를 들어 절삭용 공구의 표면에는 2 종류의 금속층(12, 13)이 번갈아 줄무늬 형상으로 나타난다.

이와 같은 상태가 되면 절삭용 공구로서는 경도가 큰 TiAlN층(12)에 의한 내마모성과, 미끄럼성이 양호한 CrN층(13)에 의한 절삭 찌꺼기의 배출성 양쪽의 성능을 높은 레벨로 발휘할 수 있게 된다. 그리고, 누적 총절삭 길이가 커져 절삭용 공구의 마모가 진행되어도 TiAlN층(12)과 CrN층(13)이 번갈아 줄무늬 형상으로 나타난 표면 상태는 여전히 유지되므로, 최종적으로 모든 금속층이 마모되어 기재(11)가 노출될 때까지 양호한 내마모성 및 미끄럼성이 계속적으로 유지되어 안정된 절삭을 장기간 계속할 수 있다.

또한, 기재(11)의 표면의 요철 형상의 상태나, 2 종류의 금속층(12, 13)의 기재(11)의 표면으로의 피착 상태에 따라서는 적층된 금속층의 표면의 마모에 의해, 표면에 동시에 노출되어 나타나는 2 종류의 금속층(12, 13)이 도 3 (a)에 도시한 줄무늬 형상 이외의 형상으로서 나타나는 일도 있다.

또한, 절삭용 공구의 기재(11)의 표면에 적층된 2 종류의 금속층(12, 13)이 적층된 금속층의 표면의 마모에 의해, 표면에 동시에 노출되어 있는 바와 같이 하면, 사용에 의한 마모에 의해 표면에 2 종류의 금속층(12, 13)이 나타나는 것을 기다리지 않고 사용 개시 직후부터 동시에 노출된 2 종류의 금속층(12, 13)이 서로 다른 각각의 기계적 성질을 동시에 발휘하게 되고 곧바로 공구를 원하는 성능으로 사용할 수 있다.

4. 실시예

다음에, 이상 설명한 본 예의 절삭용 공구를 실제로 여러 조건에서 제조하고 또한 단층의 금속막을 갖는 절삭용 공구를 비교예로서 제조하며, 이를 절삭 시험에 제공하여 서로 수명을 비교함으로써 본 예의 절삭용 공구의 구성에서 필요로 되는 막두께 등의 여러 조건에 대해서 검토한다.

(1) 절삭 조건 등

본 실시예의 절삭용 공구는 WC-Co로 이루어지고 외경 10 ㎜, 날 길이 22 ㎜, 전체 길이 80 ㎜, 생크 직경 10 ㎜의 엔드밀이고, 그 표면 거칠기 1500 Å의 기재(11)에, 상술한 바와 같이 TiAlN층(12)과 CrN층(13)이 번갈아 적층한 합계 두께 3 ㎛의 금속층을 형성했다. 상기 엔드밀을 실제로 절삭에 제공하여 수명 평가를 실시했다. 절삭 조건은 피삭재를 기계 구조용 탄소강(S55C)으로 하고, 절삭 속도 50 m/min, 1 날당의 이송량 0.44 ㎜/날, 절삭 깊이는 직경 방향 1 ㎜, 축방향 15 ㎜로 했다. 이상의 조건에서 절삭을 실시하고, 엔드밀의 절단날의 절삭 방향과 반대측의 면인 릴리프면의 마모량이 0.2 ㎜에 도달했을 때를 수명으로 하고, 그 때의 절삭 길이를 기록했다. 또한, 릴리프면의 마모량이 0.2 ㎜에 도달했는지의 여부는 절삭 길이 3~5 m마다로 수시로 절삭을 중단하여 확인하는 것으로 했다.

(2) 비교예

도 4는 비교예인 TiAlN을 단층에서 30000 Å(3 ㎛)의 두께로 형성한 비교예의 수명 평가 시험의 결과를 도시한 것이고, 수명에 도달한 시점에서의 누적 절삭 길이(이하, 간단히 절삭 길이라고 부름)는 50 m였다.

(3) 실시예 1

도 5는 제 1 실시예인 TiAlN층(12)과 CrN층(13)이 번갈아 적층된 다층막의 절삭용 공구이고, 1 층당의 두께를 10 Å부터 2000 Å까지 변화시켜 7 종류 제작하고, 각각 상술한 시험을 실시하여 수명으로서의 절삭 길이의 값을 수득했다. 동 도면 중, ○표를 한 것이 비교예와 비교한 경우에 양호한 결과라고 생각되는 것이고, 1 층당의 두께가 75 Å이고 절삭 길이가 80 m, 1 층당의 두께가 250 Å이고 절삭 길이가 90 m, 1 층당의 두께가 500 Å이고 절삭 길이가 95 m가 되어 있다. 상기 범위에 대해서 기재(11)의 표면 거칠기 1500 Å과 비교하면, 금속층의 1 층당의 두께는 도 5의 표 중의 「1 층당의 두께」의 란 중에 막두께의 수치에 나열하여 표기한 바와 같이, 기재(11)의 표면 거칠기의 1/20 이상 1/3 이하인 것이 조건이 된다.

또한, 도 5에서 절삭용 공구의 기재(11)의 표면 거칠기의 1/20 미만, 동(同) 1/3을 초과하는 범위에서는 효과가 수득되지 않는 것도 확인되었다.

또한, 총 막두께는 1 ㎛ 내지 3 ㎛가 양호하고, 이보다도 얇으면 마모가 빨라지고(절삭 길이가 짧아지고) 또한 이보다도 두꺼우면 막두께가 균일해지기 어려우며, 너무 두꺼운 곳의 금속층이 박리되어 기재(11)로부터 벗겨지는 원인이 된다. 제 1 실시예는 총막두께가 3 ㎛인 예이지만, 동일한 시험에 의해 총막두께로 1 ㎛ 내지 3 ㎛의 범위에서 효과가 수득되는 것이 확인되어 있다.

도 6은 본 실시예에서의 절삭용 공구의 금속막의 상태를 실시예의 실제 크기에 따라서 나타낸 도면으로, 도 6 (a)는 표면 거칠기 약 1500 Å의 기재(11)의 표면을 도시한 도면이고, 도 6 (b)는 상기 기재(11)의 표면에 1 층당 약 500 Å의 TiAlN층(12)과 CrN층(13)이 번갈아 적층되어 전체에서 약 30000 Å의 금속층이 구성되어 있는 상태를 확대하여 도시한 것이다. 따라서, 도 6 (b)에 도시한 구조에 의하면, 일부 생략하여 도시하고 있지만 각 층마다 30 층, 합계 60 층의 금속층이 적층된 상태가 되고, 최하층의 TiAlN층(12)은 기재(11)의 요철에 들어가 확실하게 피착되고, 최상층의 CrN층은 기재(11)와 동일한 요철을 보이고 있다.

따라서, 도 6 (b) 중에 하향의 화살표로 나타낸 바와 같이 절삭에 따라서 금속층이 마모되어 요철이 고르게 되고, 동(同) 도면 중에 절단선으로 도시한 바와 같이 표면이 거의 평탄해지면, 동 표면에는 TiAlN층(12)과 CrN층(13)이 번갈아 줄무늬 형상이 되어 나타나게 되고, 경도가 큰 TiAlN층(12)에 의한 내마모성과, 미끄럼성이 양호한 CrN층(13)에 의한 절삭 찌꺼기의 배출성 양쪽의 성능을 높은 레벨로 발휘할 수 있다. 절삭용 공구의 마모가 진행되어 금속층 전체로서의 두께가 감소되어도 TiAlN층(12)과 CrN층(13)이 줄무늬 형상이 되어 동일한 표면 내에 나타나는 상태는 유지되므로, 최종적으로 기재(11)가 노출될 때까지는 양호한 내마모성 및 미끄럼성이 계속적으로 유지되어 안정된 절삭을 장기간 계속할 수 있다.

(4) 실시예 2

도 7은 제 2 실시예인 TiAlN층과 CrSiN층(CrSi 중의 Si 함유율 3 %)이 번갈아 적층된 다층막의 절삭용 공구이다. 그 밖의 조건 등은 제 1 실시예와 동일하다. 본 예에서는 1 층 당의 두께가 75 Å으로 절삭 길이가 85 m, 1 층 당의 두께가 250 Å으로 절삭 길이가 95 m, 1 층당의 두께가 500 Å으로 절삭 길이가 100 m가 되어 있고, 제 1 실시예보다도 수명이 늘어나 있다. 이는 Si를 첨가함으로써 막의 경도가 보다 높아졌기 때문이라고 생각된다. 제 1 실시예와 동일하게, 본 예에서도 금속층의 1 층당의 두께는 기재(11)의 표면 거칠기의 1/20 이상 1/3 이하인 것이 조건이 된다. 그 밖의 사항에 대해서도 제 1 실시예와 동일한 결과가 수득되었다.

또한, 이상 설명한 각 실시예에서는 절삭용 공구의 기재(11)의 재질은 WC-Co였지만, 고속도 공구강에서도 동일한 결과가 수득되었다. 또한, 본 실시 형태 내지 실시예에서는 금속막의 형성에 아크 이온 플레이팅 장치(1)를 사용하는 것으로 했지만, 아크 방전이 아니라 전자빔 등을 사용하여 실시하는 이온 플레이팅 장치나, 그 밖의 증착 수단 내지 수법을 사용할 수도 있다. 또한, 본 실시 형태 내지 실시예에서는 절삭용 공구로서 엔드밀을 예로 설명했지만, 이 이외의 프라이스, 드릴, 칩 등의 절삭용 공구에도 본 발명을 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 실시 형태의 절삭용 공구에 의하면 단층막이나 내마모성을 갖는 복수 종류의 금속막을 기재에 적층하여 설치한 경우에 비해, 내마모성과 슬라이딩성의 양쪽이 우수하므로, 공구의 장수명화가 도모됨과 동시에 절삭성이 향상되며, 또한 장시간 사용하여 마모가 진행되어도 초기와 동일한 상태?성능을 유지할 수 있다는 효과가 있다.

1: 아크 이온 플레이팅 장치 7, 8: 타겟
11: 기재 12: 제 1 금속층으로서의 TiAlN층
13: 제 2 금속층으로서의 CrN층

Claims

소정의 표면 거칠기를 갖는 기재의 표면에 상기 기재와는 다른 금속으로 이루어진 금속층이 코팅된 절삭용 공구에 있어서,
서로 기계적 성질이 다르고 또한 상기 기재의 상기 표면 거칠기보다도 각각 작은 막두께로 된 제 1 금속층과 제 2 금속층의 쌍이 번갈아 복수층으로 적층된 것을 특징으로 하는 절삭용 공구.
소정의 표면 거칠기를 갖는 기재의 표면에 상기 기재와는 다른 금속으로 이루어진 금속층이 코팅된 절삭용 공구에 있어서,
서로 기계적 성질이 다르고 또한 상기 기재의 상기 표면 거칠기보다도 각각 작은 막두께로 된 제 1 금속층과 제 2 금속층의 쌍이 번갈아 복수층으로 적층되고, 적층된 금속층의 표면의 마모에 의해, 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층이 표면에 동시에 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 절삭용 공구.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 기재의 상기 표면 거칠기가 500 Å 내지 2000 Å의 범위내에 있고, 상기 제 1 금속층의 막두께와 상기 제 2 금속층의 막두께가 상기 기재의 상기 표면 거칠기의 1/20 이상 1/3 이하인 것을 특징으로 하는 절삭용 공구.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층의 각 막두께의 합계가 1 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 절삭용 공구.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 금속층이 상기 제 2 금속층에 비교하여 상대적으로 경도가 큰 금속으로 이루어지고 적어도 상기 기재의 표면에 접하여 형성되어 있고,
상기 제 2 금속층이 상기 제 1 금속층에 비교하여 상대적으로 미끄럼성이 높은 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 절삭용 공구.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 금속층이 TiAlN, AlCrN, TiSiN, CrSiN, TiCN으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속이고,
상기 제 2 금속층이 상기 제 1 금속층과 기계적 성질이 다르도록 CrN, CrSiN, TiN, TiCN으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속인 것을 특징으로 하는 절삭용 공구.