KR20200047602A - 피복 공구 및 이것을 구비한 절삭 공구 - Google Patents

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Abstract

본 개시의 피복 공구는 기체와, 기체 상에 위치하는 피복층을 구비하고 있다. 피복층은 기체 상에 위치하는 제 1 부위와, 제 1 부위 상에 위치하는 제 2 부위를 갖고 있다. 제 1 부위는 알루미늄 및 티탄을 함유하는 AlTi부와, 알루미늄 및 크롬을 함유하는 AlCr부를 갖고, AlTi부 및 AlCr부 각각이 기체에 접하고 있다. 제 2 부위는 알루미늄 및 티탄을 함유하는 AlTi층과, 알루미늄 및 크롬을 함유하는 AlCr층을 각각 복수 갖고, AlTi층 및 AlCr층이 번갈아 위치하고 있다.

Description

피복 공구 및 이것을 구비한 절삭 공구
본 개시는 절삭 가공에 있어서 사용되는 피복 공구 및 이것을 구비한 절삭 공구에 관한 것이다.
선삭 가공 및 로테이팅 가공과 같은 절삭 가공에 사용되는 피복 공구로서는, 예를 들면 일본 특허공개 2017-042906호 공보(특허문헌 1)에 기재된 표면 피복 절삭 공구(피복 공구)가 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 피복 공구는 공구 기체와, (Ti1-zAlz)N으로 나타내어지는 A층 및 (Cr1-x-yAlxMy)N으로 나타내어지는 B층이 공구 기체의 표면에 있어서 번갈아 적층되어 이루어지는 경질 피복층을 구비하고 있다. 이때 A층 또는 B층 중 어느 한쪽만이 공구 기체의 표면에 접하고 있다.
본 개시의 피복 공구는 기체와, 상기 기체 상에 위치하는 피복층을 구비하고 있다. 상기 피복층은 상기 기체 상에 위치하는 제 1 부위와, 상기 제 1 부위 상에 위치하는 제 2 부위를 갖고 있다. 상기 제 1 부위는 알루미늄 및 티탄을 함유하는 AlTi부와, 알루미늄 및 크롬을 함유하는 AlCr부를 갖고, 상기 AlTi부 및 상기 AlCr부 각각이 상기 기체에 접하고 있다. 상기 제 2 부위는 알루미늄 및 티탄을 함유하는 AlTi층과, 알루미늄 및 크롬을 함유하는 AlCr층을 각각 복수 갖고, 상기 AlTi층 및 상기 AlCr층이 번갈아 위치하고 있다.
본 개시의 절삭 공구는 선단측에 포켓을 갖는 홀더와, 상기 포켓에 위치하는 상술한 본 개시에 의한 피복 공구를 구비하고 있다.
도 1은 본 개시의 제 1 실시형태에 의한 피복 공구를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 피복 공구에 있어서의 A-A단면의 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 영역(B1)에 있어서의 확대도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 영역(B2)에 있어서의 확대도이다.
도 5는 본 개시의 제 2 실시형태에 의한 피복 공구를 나타내는 도면이며, 제 1 실시형태의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 6은 본 개시의 실시형태에 의한 절삭 공구를 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6에 나타내는 영역(B3)에 있어서의 확대도이다.
<피복 공구>
이하, 본 개시의 다양한 실시형태에 의한 피복 공구에 대해서 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 단, 이하에서 참조하는 각 도면은 설명의 편의상 실시형태를 설명하는 데에 있어서 필요한 주요 부재만을 간략화해서 나타낸 것이다. 따라서, 본 개시의 피복 공구는 참조하는 각 도면에 나타내어져 있지 않은 임의의 구성 부재를 구비할 수 있다. 또한, 각 도면 중의 부재의 치수는 실제의 구성 부재의 치수 및 각 부재의 치수 비율 등을 충실하게 나타낸 것은 아니다. 이들의 점은 후술하는 절삭 공구에 있어서도 마찬가지이다.
(제 1 실시형태)
제 1 실시형태의 피복 공구(1)는 사각판형상이며, 사각형의 제 1 면(3)(도 1에 있어서의 상면)과, 제 2 면(5)(도 1에 있어서의 측면)과, 제 1 면(3) 및 제 2 면(5)이 교차하는 능선 중 적어도 일부에 위치하는 절삭 날(7)을 갖고 있다. 또한, 제 1 실시형태의 피복 공구(1)는 사각형의 제 3 면(8)(도 1에 있어서의 하면)을 더 갖고 있다.
제 1 실시형태의 피복 공구(1)에 있어서는 제 1 면(3)의 외주의 전체가 절삭 날(7)로 되어 있어도 좋지만 피복 공구(1)는 이와 같은 구성에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 사각형의 제 1 면(3)에 있어서의 1변만 또는 부분적으로 절삭 날(7)을 갖는 것이어도 좋다.
제 1 면(3)은 적어도 일부에 레이크면 영역(3a)을 갖고 있어도 좋다. 제 1 실시형태에 있어서는 제 1 면(3)에 있어서의 절삭 날(7)을 따른 영역이 레이크면 영역(3a)으로 되어 있다. 제 2 면(5)은 적어도 일부에 플랭크면 영역(5a)을 갖고 있어도 좋다. 제 1 실시형태에 있어서는 제 2 면(5)에 있어서의 절삭 날(7)을 따른 영역이 플랭크면 영역(5a)으로 되어 있다. 그 때문에 레이크면 영역(3a) 및 플랭크면 영역(5a)이 교차하는 부분에 절삭 날(7)이 위치하고 있다고 환언해도 좋다.
도 1에서는 제 1 면(3)에 있어서의 레이크면 영역(3a)과, 그 이외의 영역의 경계를 일점 쇄선으로 나타내고 있다. 또한, 제 2 면(5)에 있어서의 플랭크면 영역(5a)과, 그 이외의 영역의 경계를 일점 쇄선으로 나타내고 있다. 도 1에 있어서는 레이크면 영역(3a)을 포함하는 제 1 면(3)의 전체 및 플랭크면 영역(5a)을 포함하는 제 2 면(5)의 전체에 피복층(11)이 존재하고 있으며, 적어도 제 1 면(3) 및 제 2 면(5)이 교차하는 능선을 따라 피복층(11)이 위치하고 있는 예를 나타내고 있다. 그 때문에 제 1 면(3)에 있어서 경계를 나타내는 일점 쇄선은 환형상으로 되어 있다.
피복 공구(1)의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 제 1 실시형태에 있어서는 제 1 면(3)의 1변의 길이가 3~20㎜ 정도로 설정된다. 또한, 제 1 면(3)으로부터 제 1 면(3)의 반대측에 위치하는 제 3 면(8)까지의 높이는 5~20㎜ 정도로 설정된다.
제 1 실시형태의 피복 공구(1)는 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 사각판형상의 기체(9)와, 이 기체(9)의 표면을 피복하는 피복층(11)을 구비하고 있다. 피복층(11)은 기체(9)의 표면의 전체를 덮고 있어도 좋고, 또한 일부만을 덮고 있어도 좋다. 피복층(11)이 기체(9)의 일부만을 피복하고 있을 때에는 피복층(11)은 기체(9) 상의 적어도 일부에 위치하고 있다고도 말할 수 있다.
피복층(11)의 두께로서는, 예를 들면 0.1~10㎛ 정도로 설정할 수 있다. 또한, 피복층(11)의 두께는 일정해도, 장소에 따라 상이해져 있어도 좋다.
피복층(11)은 도 3에 나타내는 바와 같이 기체(9) 상에 위치하는 제 1 부위(13)와, 제 1 부위(13) 상에 위치하는 제 2 부위(15)를 갖고 있다. 제 1 부위(13)는 알루미늄(Al) 및 티탄(Ti)을 함유하는 AlTi부(13a)와, 알루미늄 및 크롬(Cr)을 함유하는 AlCr부(13b)를 갖고 있다.
또한, 제 2 부위(15)는 알루미늄 및 티탄을 함유하는 AlTi층(15a)과, 알루미늄 및 크롬을 함유하는 AlCr층(15b)을 각각 복수 갖고 있다. 제 2 부위(15)에 있어서 복수의 AlTi층(15a) 및 복수의 AlCr층(15b)이 번갈아 위치하고 있다. 환언하면 제 2 부위(15)는 복수의 AlTi층(15a) 및 복수의 AlCr층(15b)이 번갈아 적층된 구성으로 되어 있다. 피복층(11)의 적층 구조는 주사형 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscopy) 또는 투과형 전자 현미경(TEM: Transmission Electron Microscopy) 등을 사용한 단면 측정에 의해 평가하는 것이 가능하다.
AlTi부(13a) 및 AlTi층(15a)은 각각 알루미늄 및 티탄에 의해서만 구성되어 있어도 좋지만 알루미늄 및 티탄에 추가하여 Si, Nb, Hf, V, Ta, Mo, Zr, Cr, W, 및 Co 등의 금속 성분을 함유하고 있어도 좋다. 단, AlTi부(13a) 및 AlTi층(15a)에서는 상기 금속 성분과 비교해서 알루미늄 및 티탄의 함유 비율의 합계가 높다. 알루미늄의 함유 비율은, 예를 들면 40~70%로 설정할 수 있다. 또한, 티탄의 함유 비율은, 예를 들면 25~55%로 설정할 수 있다. 또한, 상기에 있어서의 「함유 비율」이란 원자비에서의 함유 비율을 나타내고 있다.
AlTi부(13a) 및 복수의 AlTi층(15a) 각각에 있어서 알루미늄의 함유 비율이 티탄의 함유 비율보다 높아도 좋고, 또한 AlTi부(13a) 및 복수의 AlTi층(15a) 각각에 있어서 티탄의 함유 비율이 알루미늄의 함유 비율보다 높아도 좋다.
또한, AlTi부(13a) 및 AlTi층(15a)은 알루미늄 및 티탄을 포함하는 금속 성분에 의해서만 구성되어 있어도 좋지만 알루미늄 및 티탄은 단독 또는 이들을 복수 포함하는 질화물, 탄화물 또는 탄질화물이어도 좋다.
AlCr부(13b) 및 AlCr층(15b)은 알루미늄 및 크롬에 의해서만 구성되어 있어도 좋지만 알루미늄 및 크롬에 추가하여 Si, Nb, Hf, V, Ta, Mo, Zr, Ti, W, 및 Co 등의 금속 성분을 함유하고 있어도 좋다. 단, AlCr부(13b) 및 AlCr층(15b)에서는 상기 금속 성분과 비교해서 알루미늄 및 크롬의 함유 비율의 합계가 높다. 알루미늄의 함유 비율은, 예를 들면 20~60%로 설정할 수 있다. 또한, 크롬의 함유 비율은, 예를 들면 40~80%로 설정할 수 있다.
AlCr부(13b) 및 복수의 AlCr층(15b) 각각에 있어서 알루미늄의 함유 비율이 크롬의 함유 비율보다 높아도 좋고, 또한 AlCr부(13b) 및 복수의 AlCr층(15b) 각각에 있어서 크롬의 함유 비율이 알루미늄의 함유 비율보다 높아도 좋다.
또한, AlCr부(13b) 및 AlCr층(15b)은 알루미늄 및 크롬을 포함하는 금속 성분에 의해서만 구성되어 있어도 좋지만 알루미늄 및 크롬은 단독 또는 모두를 포함하는 질화물, 탄화물 또는 탄질화물이어도 좋다.
AlTi부(13a), AlCr부(13b), AlTi층(15a), 및 AlCr층(15b)의 조성은, 예를 들면 에너지 분산형 X선 분광 분석법(EDS) 또는 X선 광전자 분광 분석법(XPS) 등에 의해 측정하는 것이 가능하다.
AlTi층(15a) 및 AlCr층(15b)의 수는 특정값에 한정되는 것은 아니다. AlTi층(15a) 및 AlCr층(15b)의 수는 각각 2개 이상이면 좋지만, 예를 들면 2~500으로 설정할 수 있다.
피복층(11)은 AlTi부(13a) 및 AlTi층(15a)을 갖고 있는 점에서 내결손성이 높다. 또한, 피복층(11)은 AlCr부(13b) 및 AlCr층(15b)을 갖고 있는 점에서 내마모성이 높다. 제 2 부위(15)는 복수의 AlTi층(15a) 및 복수의 AlCr층(15b)이 번갈아 위치하는 구성으로 되어 있는 점에서 피복층(11)의 전체로서의 강도가 높다.
또한, 복수의 AlTi층(15a) 및 복수의 AlCr층(15b) 각각의 두께가 두껍거나, 또한 복수의 AlTi층(15a) 및 복수의 AlCr층(15b)의 수가 적은 경우보다 복수의 AlTi층(15a) 및 복수의 AlCr층(15b) 각각의 두께가 얇거나, 또한 복수의 AlTi층(15a) 및 복수의 AlCr층(15b)의 수가 많은 경우의 편이 피복층(11)의 전체로서의 강도가 높다.
AlTi부(13a), AlCr부(13b), AlTi층(15a), 및 AlCr층(15b)의 두께는 특정값에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 각각 5㎚~100㎚로 설정할 수 있다. 또한, 복수의 AlTi층(15a) 및 복수의 AlCr층(15b)의 두께는 일정해도, 서로 상이해져 있어도 좋다.
제 1 실시형태에 있어서의 제 1 부위(13)는 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이 제 1 AlTi부(13aa)를 갖고 있다. 또한, 제 1 실시형태에 있어서의 제 1 부위(13)는 제 1 AlCr부(13ba)를 갖고 있다. 그리고 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba) 각각이 기체(9)에 접하고 있다. 이들의 구성을 충족하는 피복 공구(1)는 내구성이 우수하다.
AlTi부(13a) 또는 AlCr부(13b) 중 어느 한쪽만이 기체(9)에 접하고 있을 경우에는, 예를 들면 기체(9)와 피복층(11)의 계면(S)에 큰 잔류 응력이 존재하고, 계면(S)의 외주단(S1)(도 2 참조)에 있어서 균열(크랙)이 발생한 경우에 크랙이 진전되기 쉬워 피복층(11)이 기체(9)로부터 박리될 우려가 있다.
제 1 실시형태에 있어서는 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba) 각각이 기체(9)에 접하고 있다. 그 때문에 기체(9)와 피복층(11)의 계면(S)의 외주단(S1)에 있어서 크랙이 발생했다고 해도 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba)의 경계가 위치하는 부분(P1)에 있어서 크랙의 진전을 억제하기 쉽다.
이에 따라 기체(9)와 피복층(11)의 접합성(밀착성)이 높고, 피복층(11)이 기체(9)로부터 박리될 가능성을 저감할 수 있다. 그러므로 제 1 실시형태의 피복 공구(1)는 내구성이 우수하다. 따라서, 제 1 실시형태의 피복 공구(1)에 의하면 장기에 걸쳐 안정된 절삭 가공을 행할 수 있다.
제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba) 각각이 기체(9)에 접하고 있다란 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba) 각각이 실질적으로 기체(9)에 접하고 있는 것을 의미하고 있다. 구체적으로는 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba) 각각이 기체(9)에 접하고 있다란 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba) 각각에 있어서의 기체(9)와 대향하는 면 중 적어도 5% 이상의 영역이 기체(9)에 접하고 있으면 좋다.
제 1 AlTi부(13aa)는 서로 떨어진 복수의 영역(13aa1)에 있어서 기체(9)에 접하고 있어도 좋다. 이와 같은 구성을 충족할 때에는 부분(P1)의 수를 증가시킬 수 있으므로 크랙의 진전을 억제하는 효과가 높다. 영역(13aa1)의 수는 2개 이상이면 좋지만, 예를 들면 2~20000으로 설정할 수 있다.
특히, 1㎛2당 영역(13aa1)의 수가 10~50인 경우에는 크랙의 진전을 억제하는 효과를 더 높일 수 있다. 또한, 피복층(11)의 표면에 직교하는 단면에 있어서 피복층(11)의 두께 방향으로 직교하는 방향에서의 1㎛당 영역(13aa1)의 수가 3~7인 경우에도 크랙의 진전을 억제하는 효과를 더 높일 수 있다.
특히, 제 1 부위(13)가 서로 떨어져 위치하는 복수의 제 1 AlTi부(13aa)를 갖고 있으며, 각 제 1 AlTi부(13aa) 각각이 기체(9)에 접하고 있을 경우에는 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba)의 경계가 위치하는 부분(P1)에 있어서 크랙의 진전을 한층 억제하기 쉽다. 이것은 복수의 제 1 AlTi부(13aa)가 서로 떨어져 위치하고 있는 점에서 제 1 AlTi부(13aa)가 변형되기 쉽기 때문에 잔류 응력을 작게 할 수 있기 때문이다. 이에 따라 크랙이 발생하기 어려운 점에서 크랙의 진전을 한층 억제하기 쉬워져 있다.
제 1 AlCr부(13ba)는 서로 떨어진 복수의 영역(13ba1)에 있어서 기체(9)에 접하고 있어도 좋다. 이와 같은 구성을 충족할 때에는 부분(P1)의 수를 증가시킬 수 있으므로 크랙의 진전을 억제하는 효과가 높다. 영역(13ba1)의 수는 2개 이상이면 좋지만, 예를 들면 2~20000으로 설정할 수 있다.
특히, 1㎛2당 영역(13ba1)의 수가 10~50인 경우에는 크랙의 진전을 억제하는 효과를 더 높일 수 있다. 또한, 피복층(11)의 표면에 직교하는 단면에 있어서 피복층(11)의 두께 방향으로 직교하는 방향에서의 1㎛당 영역(13ba1)의 수가 3~7인 경우에도 크랙의 진전을 억제하는 효과를 더 높일 수 있다.
특히, 제 1 부위(13)가 서로 떨어져 위치하는 복수의 제 1 AlCr부(13ba)를 갖고 있으며, 각 제 1 AlCr부(13ba) 각각이 기체(9)에 접하고 있을 경우에는 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba)의 경계가 위치하는 부분(P1)에 있어서 크랙의 진전을 한층 억제하기 쉽다. 이것은 복수의 제 1 AlCr부(13ba)가 서로 떨어져 위치하고 있는 점에서 제 1 AlCr부(13ba)가 변형되기 쉽기 때문에 잔류 응력을 작게 할 수 있기 때문이다. 이에 따라 크랙이 발생하기 어려운 점에서 크랙의 진전을 한층 억제하기 쉬워져 있다.
기체(9)는 탄화텅스텐(WC)을 주성분으로서 함유하는 제 1 상과, 코발트(Co)를 주성분으로서 함유하는 제 2 상을 구비하고 있어도 좋다. 탄화텅스텐을 주성분으로서 함유하는 제 1 상은 일반적으로 경질상이라고도 불린다. 또한, 코발트를 주성분으로서 함유하는 제 2 상은 코발트가 복수의 제 1 상을 결합하는 기능을 갖고 있는 점에서 일반적으로 결합상이라고도 불린다.
제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba)는 기체(9)에 있어서의 제 1 상 및 제 2 상 중 어느 한쪽에만 접하고 있어도 좋고, 또한 제 1 상 및 제 2 상의 양쪽에 접하고 있어도 좋다. 특히, 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba)가 결합상이라고도 불리는 제 2 상에 접하고 있을 경우에는 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba)와 기체(9)의 접합성이 높다.
제 1 상이 탄화텅스텐을 주성분으로서 함유한다란 제 1 상이 탄화텅스텐 이외의 다른 성분보다 높은 비율로 탄화텅스텐을 함유하고 있는 것을 의미하고 있다. 마찬가지로 제 2 상이 코발트를 주성분으로서 함유한다란 제 2 상이 코발트 이외의 다른 성분보다 높은 비율로 코발트를 함유하고 있는 것을 의미하고 있다. 또한, 기체(9)의 구체적인 재질에 대해서는 후술에 있어서 상세하게 설명한다.
제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba)는 코발트를 함유하고 있어도 좋다. 이와 같은 구성을 충족할 때에는 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba)와 기체(9)의 접합성이 높다. 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba)의 코발트의 함유 비율은 특정값에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 각각 0.1~20%로 설정할 수 있다.
제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba)에 있어서의 코발트의 함유 비율은 복수의 AlTi층(15a) 및 AlCr층(15b)에 있어서의 코발트의 함유 비율보다 높아도 좋다.
제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba)가 상기 구성을 충족할 때에는 제 1 부위(13)와 기체(9)의 접합성을 높이면서 제 2 부위(15)에 있어서의 AlTi층(15a)의 내결손성 및 AlCr층(15b)의 내마모성으로의 영향을 작게 할 수 있다. 복수의 AlTi층(15a) 및 AlCr층(15b)의 코발트의 함유 비율은 특정값에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 각각 0.1~15%로 설정할 수 있다.
제 1 AlTi부(13aa) 및 기체(9)의 접촉 면적과, 제 1 AlCr부(13ba) 및 기체(9)의 접촉 면적은 어느 하나가 커도 문제없다. 제 1 AlTi부(13aa) 및 기체(9)의 접촉 면적이 제 1 AlCr부(13ba) 및 기체(9)의 접촉 면적보다 클 경우에는 기체(9)와 피복층(11)의 접합성이 높다.
제 1 AlCr부(13ba)는 도 4에 나타내는 바와 같이 기체(9)의 측에 위치하는 내측면(13b1)과, 내측면(13b1)과 반대측에 위치하는 외측면(13b2)과, 외측면(13b2)에 위치하는 함몰부(13b3)를 갖고 있어도 좋다. 이때 함몰부(13b3)는 내측면(13b1)에 있어서의 기체(9)에 접하고 있는 부분의 상방에 위치하고 있어도 좋다. 이들의 구성을 충족할 때에는 제 1 AlCr부(13ba)의 두께의 불균일을 억제할 수 있다. 그 때문에 제 1 AlCr부(13ba)의 강도의 불균일이 억제되는 점에서 제 1 AlCr부(13ba)에 있어서의 잔류 응력의 변형이 작아져 제 1 AlCr부(13ba)의 내구성이 높아진다.
함몰부(13b3)의 수는 특정값에 한정되는 것은 아니다. 함몰부(13b3)의 수는, 예를 들면 1㎛2당 10~50으로 설정할 수 있다.
제 1 실시형태의 피복 공구(1)는 도 1에 나타내는 바와 같이 사각판형상이지만 피복 공구(1)의 형상으로서는 이와 같은 형상에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제 1 면(3) 및 제 3 면(8)이 사각형이 아니라 삼각형, 육각형 또는 원형 등이어도 아무런 문제없다.
제 1 실시형태의 피복 공구(1)는 도 1에 나타내는 바와 같이 관통 구멍(17)을 갖고 있다. 제 1 실시형태에 있어서의 관통 구멍(17)은 제 1 면(3)으로부터 제 1 면(3)의 반대측에 위치하는 제 3 면(8)에 걸쳐서 형성되어 있으며, 이들 면에 있어서 개구하고 있다. 관통 구멍(17)은 피복 공구(1)를 홀더로 유지할 때에 나사 또는 클램프 부재 등을 부착하기 위해서 사용하는 것이 가능하다. 또한, 관통 구멍(17)은 제 2 면(5)에 있어서의 서로 반대측에 위치하는 영역에 있어서 개구하는 구성이어도 아무런 문제없다.
기체(9)의 재질로서는, 예를 들면 초경합금, 서멧, 및 세라믹스 등의 무기 재료를 들 수 있다. 초경합금의 조성으로서는, 예를 들면 WC(탄화텅스텐)-Co, WC-TiC(탄화티탄)-Co, 및 WC-TiC-TaC(탄화탄탈)-Co 등을 들 수 있다. 여기에서 WC, TiC, 및 TaC은 경질 입자이며, Co는 결합상이다. 또한, 서멧은 세라믹 성분에 금속을 복합시킨 소결 복합 재료이다. 구체적으로는 서멧으로서 TiC 또는 TiN(질화티탄)을 주성분으로 한 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 기체(9)의 재질로서는 이들에 한정되는 것은 아니다.
피복층(11)은, 예를 들면 물리 증착(PVD)법 등을 사용함으로써 기체(9) 상에 위치시키는 것이 가능하다. 예를 들면, 관통 구멍(17)의 내주면에서 기체(9)를 유지한 상태로 상기 증착법을 이용하여 피복층(11)을 형성할 경우에는 관통 구멍(17)의 내주면을 제외하는 기체(9)의 표면의 전체를 덮도록 피복층(11)을 위치시킬 수 있다.
물리 증착법으로서는, 예를 들면 이온 플레이팅법 및 스퍼터링법 등을 들 수 있다. 일례로서 이온 플레이팅법으로 제작할 경우에는 하기 방법에 의해 피복층(11)을 제작할 수 있다.
제 1 순서로서 알루미늄 및 티탄을 각각 독립적으로 함유하는 금속 타깃, 복합화한 합금 타깃 또는 소결체 타깃을 준비한다. 금속원인 상기 타깃을 아크 방전 또는 글로우 방전 등에 의해 증발시켜서 이온화한다. 이온화한 타깃을 질소원의 질소(N2) 가스, 탄소원의 메탄(CH4) 가스 또는 아세틸렌(C2H2) 가스 등과 반응시킴과 아울러, 기체(9)의 표면에 증착시킨다. 이상의 순서에 의해 AlTi부(13a) 및 AlTi층(15a)을 형성하는 것이 가능하다.
제 2 순서로서 알루미늄 및 크롬을 각각 독립적으로 함유하는 금속 타깃, 복합화한 합금 타깃 또는 소결체 타깃을 준비한다. 금속원인 상기 타깃을 아크 방전 또는 글로우 방전 등에 의해 증발시켜서 이온화한다. 이온화한 타깃을 질소원의 질소(N2) 가스, 탄소원의 메탄(CH4) 가스 또는 아세틸렌(C2H2) 가스 등과 반응시킴과 아울러, 기체(9)의 표면에 증착시킨다. 이상의 순서에 의해 AlCr부(13b) 및 AlCr층(15b)을 형성하는 것이 가능하다.
상기 제 1 순서 및 제 2 순서를 번갈아 반복함으로써 AlTi부(13a) 및 AlCr부(13b)를 갖는 제 1 부위(13)와, 복수의 AlTi층(15a) 및 복수의 AlCr층(15b)을 갖는 제 2 부위(15)를 갖는 피복층(11)을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 우선 제 2 순서를 행한 후에 제 1 순서를 행해도 아무런 문제없다.
여기에서 제 1 순서 및 제 2 순서를 번갈아 반복할 때에 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba) 각각이 기체(9)에 접하도록 제 1 순서 및 제 2 순서에 있어서 각각의 조건을 적당히 조정함으로써 AlTi부(13a) 및 AlCr부(13b)를 갖는 제 1 부위(13)를 제작하는 것이 가능하다.
또한, 예를 들면 기체(9)의 표면의 일부를 덮도록 마스킹을 행한 후에 최초에 제 1 순서를 행하고, 그 후 마스킹을 제거한 후에 최초에 제 2 순서를 행해도 좋다. 이와 같은 순서에 의해서도 AlTi부(13a) 및 AlCr부(13b)를 갖는 제 1 부위(13)를 제작하는 것이 가능하다.
(제 2 실시형태)
이어서, 본 개시의 제 2 실시형태에 의한 피복 공구에 대해서 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는 제 1 실시형태와 상위하는 부분을 중심으로 해서 설명한다. 그 때문에 제 1 실시형태와 마찬가지의 구성을 갖는 부분에 대해서는 제 1 실시형태에 있어서의 설명을 원용하고, 설명을 생략한다.
제 1 실시형태의 피복 공구(1)에 있어서는 제 1 부위(13)의 AlTi부(13a) 및 AlCr부(13b)가 제 2 부위(15)에 있어서의 AlTi층(15a) 및 AlCr층(15b)의 적층 방향으로 직교하는 방향(도 3에 있어서의 좌우 방향)을 따라서 각각 기체(9)에 접하고 있다. 한편, 제 2 실시형태의 피복 공구(20)에 있어서는 제 1 부위(13)의 AlTi부(13a) 및 AlCr부(13b)가 제 2 부위(15)에 있어서의 AlTi층(15a) 및 AlCr층(15b)의 적층 방향(도 3에 있어서의 상하 방향)을 따라서 각각 기체(9)에 접하고 있다.
또한, 도 5에 나타내는 일례에 있어서는 제 1 부위(13)가 제 1 AlTi부(13aa)에 추가하여 이 제 1 AlTi부(13aa)에 대해서 제 2 부위(15)의 적층 방향에 있어서의 상방에 위치하는 제 2 AlTi부(13ab)를 더 갖고 있다. 또한, 제 1 부위(13)가 제 1 AlCr부(13ba)에 추가하여 이 제 1 AlCr부(13ba)에 대해서 제 2 부위(15)의 적층 방향에 있어서의 상방에 위치하는 제 2 AlCr부(13bb)를 더 갖고 있다. 이때 제 2 AlTi부(13ab) 및 제 2 AlCr부(13bb) 각각이 기체(9)에 접하고 있다. 이들의 구성을 충족할 때에는 피복 공구(20)가 이하와 같이 내구성이 우수한 것이 된다.
제 2 실시형태에 있어서는 제 2 AlTi부(13ab) 및 제 2 AlCr부(13bb) 각각이 기체(9)에 접하고 있다. 그 때문에 기체(9)와 피복층(11)의 계면(S)의 외주단(S1)(도 2 참조)에 있어서 크랙이 발생했다고 해도 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba)의 경계가 위치하는 부분(P1)에 추가하여 제 1 AlCr부(13ba) 및 제 2 AlTi부(13ab)의 경계가 위치하는 부분(P2), 제 2 AlTi부(13ab) 및 제 2 AlCr부(13bb)의 경계가 위치하는 부분(P3)에 있어서도 크랙의 진전을 억제할 수 있다. 그 때문에 기체(9)와 피복층(11)의 접합성을 높일 수 있고, 피복층(11)이 기체(9)로부터 박리될 가능성을 저감할 수 있다. 그러므로 제 2 실시형태의 피복 공구(20)는 내구성이 우수한 것으로 되어 있다.
제 2 AlTi부(13ab) 및 제 2 AlCr부(13bb) 각각이 기체(9)에 접하고 있는 것은 제 1 AlTi부(13aa) 및 제 1 AlCr부(13ba) 각각이 기체(9)에 접하고 있는 것과 마찬가지로 정의할 수 있다. 또한, 상기 이온 플레이팅법에 있어서의 제 1 순서 및 제 2 순서를 번갈아 반복할 때에 제 2 AlTi부(13ab) 및 제 2 AlCr부(13bb) 각각이 기체(9)에 접하도록 제 1 순서 및 제 2 순서에 있어서 각각의 조건을 적당히 조정함으로써 제 2 AlTi부(13ab)를 더 갖는 복수의 AlTi부(13a) 및 제 2 AlCr부(13bb)를 더 갖는 복수의 AlCr부(13b)를 제작하는 것이 가능하다.
제 2 AlTi부(13ab)는 서로 떨어진 복수의 영역(13ab1)에 있어서 기체(9)에 접하고 있어도 좋다. 이와 같은 구성을 충족할 때에는 부분(P2) 및 부분(P3)의 수를 증가시킬 수 있으므로 크랙의 진전을 억제하는 효과를 높일 수 있다. 영역(13ab1)의 수는 2개 이상이면 좋지만, 예를 들면 2~10000으로 설정할 수 있다.
특히, 1㎛2당 영역(13ab1)의 수가 2~20인 경우에는 크랙의 진전을 억제하는 효과를 더 높일 수 있다. 또한, 피복층(11)의 표면에 직교하는 단면에 있어서 피복층(11)의 두께 방향으로 직교하는 방향에서의 1㎛당 영역(13ab1)의 수가 2~5인 경우에도 크랙의 진전을 억제하는 효과를 더 높일 수 있다.
<절삭 공구>
이어서, 본 개시의 다양한 실시형태에 의한 절삭 공구에 대해서 도면을 사용하여 설명한다.
실시형태의 일례의 절삭 공구(101)는 도 6에 나타내는 바와 같이 제 1 단(도 6에 있어서의 상단)으로부터 제 2 단(도 6에 있어서의 하단)을 향해서 연장되는 막대형상체이다. 절삭 공구(101)는 도 7에 나타내는 바와 같이 제 1 단측(선단측)에 포켓(103)을 갖는 홀더(105)와, 포켓(103)에 위치하는 상기 제 1 실시형태에 의한 피복 공구(1)를 구비하고 있다. 절삭 공구(101)는 피복 공구(1)를 구비하고 있기 때문에 장기에 걸쳐 안정된 절삭 가공을 행할 수 있다.
포켓(103)은 피복 공구(1)가 장착되는 부분이며, 홀더(105)의 하면에 대해서 평행인 착좌면과, 착좌면에 대해서 경사지는 구속측면을 갖고 있다. 또한, 포켓(103)은 홀더(105)의 제 1 단측에 있어서 개구하고 있다.
포켓(103)에는 피복 공구(1)가 위치하고 있다. 이때 피복 공구(1)의 하면이 포켓(103)에 직접적으로 접하고 있어도 좋고, 또한 피복 공구(1)와 포켓(103) 사이에 시트(도시하지 않음)가 끼워져있어도 좋다.
피복 공구(1)는 제 1 면(3) 및 제 2 면(5)이 교차하는 능선에 있어서의 절삭 날(7)로서 사용되는 부분 중 적어도 일부가 홀더(105)로부터 외방으로 돌출되도록 홀더(105)에 장착된다. 실시형태의 일례에 있어서는 피복 공구(1)는 고정 나사(107)에 의해 홀더(105)에 장착되어 있다. 즉, 피복 공구(1)의 관통 구멍(17)에 고정 나사(107)를 삽입하고, 이 고정 나사(107)의 선단을 포켓(103)에 형성된 나사 구멍(도시하지 않음)에 삽입해서 나사부끼리를 나사 결합시킴으로써 피복 공구(1)가 홀더(105)에 장착되어 있다.
홀더(105)의 재질로서는 강, 주철 등을 사용할 수 있다. 이들 부재 중에서 인성이 높은 강을 사용해도 좋다.
실시형태의 일례에 있어서는 소위 선삭 가공에 사용되는 절삭 공구를 예시하고 있다. 선삭 가공으로서는, 예를 들면 내경 가공, 외경 가공, 및 그루빙 가공 등 을 들 수 있다. 또한, 절삭 공구로서는 선삭 가공에 사용되는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 로테이팅 가공에 사용되는 절삭 공구에 피복 공구(1)를 사용해도 좋다.
또한, 일례의 절삭 공구(101)에서는 피복 공구(1)를 사용할 경우를 예로 들어서 설명했지만 피복 공구(1) 대신에 제 2 실시형태에 의한 피복 공구(20)를 사용해도 좋다.
또한, 본 개시의 전체에 있어서 단수형 「a」, 「an」, 및 「the」는 문맥으로부터 명백하게 그렇지 않은 것이 나타내어져 있지 않으면 복수의 것을 포함하는 것으로 한다.
1: 피복 공구 3: 제 1 면
3a: 레이크면 영역 5: 제 2 면
5a: 플랭크면 영역 7: 절삭 날
8: 제 3 면 9: 기체
11: 피복층 13: 제 1 부위
13a: AlTi부 13aa: 제 1 AlTi부
13aa1: 영역 13ab: 제 2 AlTi부
13ab1: 영역 13b: AlCr부
13ba: 제 1 AlCr부 13ba1: 영역
13b1: 내측면 13b2: 외측면
13b3: 함몰부 13bb: 제 2 AlCr부
15: 제 2 부위 15a: AlTi층
15b: AlCr층 17: 관통 구멍
20: 피복 공구 101: 절삭 공구
103: 포켓 105: 홀더
107: 고정 나사

Claims (9)

  1. 기체와, 상기 기체 상에 위치하는 피복층을 구비하고,
    상기 피복층은 상기 기체 상에 위치하는 제 1 부위와, 상기 제 1 부위 상에 위치하는 제 2 부위를 갖고,
    상기 제 1 부위는 알루미늄 및 티탄을 함유하는 AlTi부와, 알루미늄 및 크롬을 함유하는 AlCr부를 갖고, 상기 AlTi부 및 상기 AlCr부 각각이 상기 기체에 접하고 있으며,
    상기 제 2 부위는 알루미늄 및 티탄을 함유하는 AlTi층과, 알루미늄 및 크롬을 함유하는 AlCr층을 각각 복수 갖고, 상기 AlTi층 및 상기 AlCr층이 번갈아 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 피복 공구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 AlTi부는 서로 떨어진 복수의 영역에 있어서 상기 기체에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 피복 공구.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 부위는 서로 떨어져 위치하는 복수의 상기 AlTi부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 피복 공구.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 AlCr부는 서로 떨어진 복수의 영역에 있어서 상기 기체에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 피복 공구.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 부위는 서로 떨어져 위치하는 복수의 상기 AlCr부를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 피복 공구.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체는 탄화텅스텐을 주성분으로서 함유하는 제 1 상과, 코발트를 주성분으로서 함유하는 제 2 상을 구비하고,
    상기 AlTi부 및 상기 AlCr부 각각이 상기 제 2 상에 접하고 있는 것을 특징으로 하는 피복 공구.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 AlTi부 및 상기 AlCr부 각각이 코발트를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 피복 공구.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 AlTi부 및 상기 AlCr부에 있어서의 코발트의 함유 비율이 복수의 상기 AlTi층 및 복수의 상기 AlCr층에 있어서의 코발트의 함유 비율보다 높은 것을 특징으로 하는 피복 공구.
  9. 선단측에 포켓을 갖는 홀더와,
    상기 포켓에 위치하는 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 피복 공구를 구비한 절삭 공구.
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