JP2001179506A

JP2001179506A - 複合高硬度工具

Info

Publication number: JP2001179506A
Application number: JP36581199A
Authority: JP
Inventors: Toshiyoshi Wakabayashi; 俊嘉若林; Tomohiro Fukaya; 朋弘深谷; Junichi Shiraishi; 順一白石; Tetsuo Nakai; 哲男中井; Hisanori Ohara; 久典大原; Haruyo Fukui; 治世福井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2001-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】切削油を使用できない過酷な切削条件下にお
いても、工具刃先の機械的な欠損や摩擦熱による熱的摩
耗等を抑え、高速、高能率、高精度の加工時条件下で、
充分な寿命を保証する複合高硬度工具を提供する。【解決手段】工具刃先の少なくとも切削に関与する部
分が、ＣＢＮを３０〜８０体積％含んだＣＢＮ焼結体１
１を基材とし、ＣＢＮ焼結体１１の結合材が周期律表４
ａ、５ａ、６ａ族元素の窒化物、酸化物、硼化物、炭化
物並びにこれらの固溶体からなる群から選択される少な
くとも１種と、アルミニウム化合物及び不可避的不純物
から構成される基材の表面に、Ｖ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、
Ａｌのいずれか１種と、窒化物、酸化物、炭化物から選
択される１種以上の元素とを主成分とする化合物層１３
を被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立方晶窒化硼素
（以下、ＣＢＮと言う）を主成分とした焼結体から成る
複合高硬度工具の改良に関するものである。詳しくは、
無潤滑切削における強度および耐摩耗性に優れた硬質耐
摩耗層から成る複合被膜を有する切削工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＢＮは、ダイヤモンドにつぐ高い硬度
を有する材料で、ＣＢＮ焼結体は主に金属の切削工具と
して使用されている。ＣＢＮ焼結体は、結合材を用いて
ＣＢＮ結晶粒子を高温高圧下で焼結させて作られる。そ
して主に切削工具に使用されているＣＢＮ焼結体は次の
２種類に大別できる。（１）ＣＢＮ粒子を２０〜８０体積％含有し、結合材と
してＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物及びＡｌの化合物
を用いるもので、主に焼入鋼の切削加工に利用されてい
る。（例特開昭５３−７７８１１号公報）（２）ＣＢＮ粒子を７０体積％以上含有し、結合材とし
てＡｌ、Ｃｏ金属を用いたもので、主に高硬度鋼や鋳鉄
の切削加工に利用されている。（例特公昭５２−４３
８４６号公報）

【０００３】これらのＣＢＮ焼結体の耐摩耗性を更に向
上させるため、特開平８−３２３５０６号公報には硬質
耐摩耗層を被覆する手段が開示されている。この従来技
術は、ＣＢＮ焼結体の結合材が周期律表４ａ、５ａ、６
ａ族元素の窒化物、酸化物、硼化物、炭化物並びにこれ
らの固溶体からなる群から選択される少なくとも１種
と、アルミニウム化合物及び不可避的不純物から構成さ
れる基材の表面に、中間層、第１および第２の硬質耐摩
耗層、さらに表面層の積層膜を被膜したものである。

【０００４】詳しくは中間層は、周期律表４ａ、５ａ、
６ａ族元素の窒化物、酸化物、炭化物およびこれらの固
溶体からなる群から選択される材料で、特に、ＴｉＣ、
ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯが好ましい。第１の硬質耐摩耗層
は、ＴｉＮ層とＡｌＮ層とを繰り返して積層し、第２の
硬質耐摩耗層は、Ａｌ₂Ｏ₃層またはＡｌ₂Ｏ₃とＴｉＣＮ
とを２層以上積層した多層膜である。表面層は、中間層
と同様のＴｉＮにより形成される。以上で構成される硬
質耐摩耗層でＣＢＮ焼結体を被覆することにより、被膜
の密着性が改善され、耐欠損性と耐摩耗性とを兼ね備
え、従来切削工具に比較して著しく長い寿命を有するこ
とができると説明されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、環境問題に対す
る企業の取り組みが活発化する中で、切削加工において
も廃液として処理される切削液を減らす動きが進んでい
る。又、コスト競争力強化、製品納期短縮、使用エネル
ギー削減のため、従来以上の高速高能率高精度加工が要
求されている。従来のＣＢＮ焼結体材料は、ダイヤモン
ドに匹敵する硬度と熱伝導率の良さから、切削液を使用
できない過酷な切削条件下において実用化されつつあ
る。しかしながら、工具刃先の機械的な欠損や摩擦熱に
よる熱的摩耗等により、高速、高能率、高精度加工の分
野では充分な寿命が達成できないのが現状である。又、
従来のＣＢＮ焼結体工具被膜であるＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔ
ｉＡｌＮは耐摩耗性を重視したものであり、加工初期に
被膜剥離が発生し易い高速、高能率、高精度加工の分野
では、ＣＢＮ焼結体の特性以上の耐摩耗性向上の効果は
得られていなかった。本発明は、無潤滑切削条件下でも
上記の問題点を解消し充分な寿命を保証する複合高硬度
工具を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】工具刃先の少なくとも切
削に関与する部分が、ＣＢＮを３０〜８０体積％含んだ
ＣＢＮ焼結体を基材とし、ＣＢＮ焼結体の結合材が周期
律表４ａ、５ａ、６ａ族元素の窒化物、酸化物、硼化
物、炭化物並びにこれらの固溶体からなる群から選択さ
れる少なくとも１種と、アルミニウム化合物及び不可避
的不純物から成り、基材の表面にＶ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚ
ｒ、Ａｌのいずれか１種と、窒化物、酸化物、炭化物か
ら選択される１種以上の元素とを主成分とする化合物層
を被覆する。

【０００７】化合物層で被覆されている少なくとも切削
に関与する部分、特に、被削材と接する主切刃からノー
ズコーナに伸びる切刃稜線部及びすくい面の面粗度を、
中心線平均粗さ（Ｒａ）で、０．２μｍ以下に制御す
る。そして、化合物層の膜厚は、中間層、表面層の有無
に関わらず０．００５〜１５μｍであることが好まし
い。

【０００８】化合物層と基材の間に配置される中間層
は、周期律表４ａ、５ａ、６ａ族元素及びＡｌ、Ｓｉの
いずれか１種と、窒化物、酸化物、炭化物から選択され
る１種以上の元素とから成り、化合物層と基材の密着性
を向上させる。又、中間層の膜厚は０．０２〜５μｍで
あることが好ましい。

【０００９】化合物層の最表面に配置される表面層は、
周期律表４ａ、５ａ、６ａ族元素及びＡｌ、Ｓｉのいず
れか１種と、窒化物、酸化物、炭化物から選択される１
種以上の元素とから成り、切削初期の耐摩耗性を向上さ
せる。又、表面層の膜厚は０．０５〜５μｍであること
が好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】従来の被膜は、耐摩耗性を重視し
た硬質耐摩耗層であった。これに対し本発明は、基材の
硬度に比較して柔らかい化合物層の被膜を表面上に形成
することにより、ＣＢＮ焼結体表面の滑り性を飛躍的に
改善し、無潤滑切削のように過酷な条件での工具摩耗を
減らし、耐摩耗性や高温強度を向上させて工具寿命を大
幅に向上させるものである。

【００１１】そして、無潤滑切削条件下で工具摩耗を抑
制するには、（１）高硬度と優れた熱伝導率を有する基
材を採用する。（２）基材と被削材との化学的親和性を
減らす。（３）基材表面が原子レベルで剥がれることに
よって自己潤滑性を持たせる。（４）基材表面の平滑度
を上げる、等である。

【００１２】（１）について、本発明の基材には、ＣＢ
Ｎを３０〜８０体積％含んだＣＢＮ焼結体を用いる。こ
のＣＢＮ焼結体はＣＢＮ粒子の結合材を周期律表４ａ、
５ａ、６ａ族元素の窒化物、酸化物、硼化物、炭化物並
びにこれらの固溶体からなる群から選択される少なくと
も１種と、アルミニウム化合物及び不可避的不純物から
構成する。これによりダイヤモンドに匹敵する硬度を有
し、基材の弾塑性変形に被膜が追従できないことに起因
する被膜層の剥離を抑制できる。さらに、無潤滑切削の
ように過酷な条件で刃先が赤熱する高温下でも、ＣＢＮ
焼結体の優れた熱伝導率によつて素早く工具ホルダー側
に放熱することができる。尚、ＣＢＮの含有量は、下限
未満であれば耐摩耗性が低下し、上限を超えると耐欠損
性が低下する。

【００１３】（２）については、基材の表面に比較的柔
らかいＺｒＮ、ＺｒＣ、ＺｒＣＮ、ＶＮ、ＶＣ、ＶＣ
Ｎ、ＣｒＮ、ＨｆＣ等の化合物層を被覆することによっ
て、構成刃先を形成する現象を削減させることができ
る。即ち、切削加工中の温度で軟化した被削材が工具の
切れ刃近傍に接触し、付着し、再び固化することによる
構成刃先は、被削材との化学的親和性の少ない化合物層
により、成長する前に脱落し切れ刃先端部の微少な欠損
を防ぐ。

【００１４】（３）については、従来の耐摩耗性を重視
したＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ等の硬質耐摩耗層に比
べて比較的柔らかい化合物層で代替することによって、
基材表面の滑り性が飛躍的に改善され、固体潤滑性、耐
溶着性などの特性が向上する。結果として、加工初期の
被膜剥離も排除され耐摩耗性も飛躍的に向上する。

【００１５】（４）については、工具刃先の少なくとも
切削に関与する部分の平滑度を面粗度Ｒａ０．２以下に
調整することで達成される。ＣＢＮ焼結体の刃付け方法
は、特に限定されない限り＃６００以上のダイヤモンド
砥石を用いた研削仕上げの後、回転運動を行うブラシ表
面に５〜８μｍの粒子径（＃２０００相当）のダイヤモ
ンド遊離砥粒を塗布したものを、工具すくい面側から押
し当てゝ切刃稜線部のホーニング加工を実施するのが好
ましい。このようにして基材の表面の面粗度を中心線平
均粗さ（Ｒａ）で、０．２μｍ以下に調整すれば、工具
刃先の化合物層の被覆されている被削材と接する切削に
関与する主切刃からノーズコーナに伸びる切刃稜線部及
びすくい面の面粗度は、成膜過程に不測の異常がなけれ
ば中心線平均粗さ（Ｒａ）で、０．２μｍ以下に自動的
に制御される。表面粗さが０．２μｍを超えると、切刃
稜線部における微少な凹凸が被削材の仕上げ面に転写さ
れるため高精度の寸法が保証されない。特に、特異なピ
ークが存在すると、そこを起点に被膜の剥離や摩耗の進
行を許すことになる。

【００１６】図１に、ＣＢＮ焼結体１１を用いた切削工
具（インサート４）の外観図を示す。ＣＢＮ焼結体１１
は、通常、超硬合金から成る台金３と一体の２層構造を
成しているが、ＣＢＮ焼結体１１単体のインサート４で
あってもよい。このインサート４は、超硬合金から成る
工具母材１の角部に鑞付けされる。図１における角部の
ＣＢＮ焼結体１１は、一方にしか示されていないが、切
削可能な各角部に配置される。この切削工具は、取付け
穴２を利用して工具ホルダー（図示せず）に装着され
る。

【００１７】次に、工具刃先周辺の工具用語を図２を参
照して説明する。図２（イ）は、図１の刃先を構成する
線２０を直角に横断して見た、ポジティブ型の刃先の断
面図である。１１はＣＢＮ焼結体を示し、１５は逃げ
面、１６はすくい面、１７は刃先稜線部である。この刃
先稜線部１７は、図１の刃先を構成する線２０に沿って
ホーニング加工され、５〜３０μｍの断面曲率半径Ｒを
有する曲線に形成されている。θ１はすくい角、θ２は
逃げ角を示す。

【００１８】図２（ロ）は、図１の刃先の先端を上面か
ら見た平面図である。被削材２１を切込み量ｔにて矢印
Ａ方向に切削するとき、１８は主切刃となり、１９はノ
ーズコーナと呼ばれる。刃先稜線部１７やノーズコーナ
１９にホーニング加工を施し鋭利な角部を丸めるのは、
切削初期の刃先の欠損を防ぐ有効な公知技術であると共
に被膜の剥離を防ぐのに有効な手段である。

【００１９】図３に、ＣＢＮ焼結体１１を被覆する本発
明の多層膜の構造断面図を示す。多層被膜の構造は、化
合物層１３は必須であって、中間層１２と化合物層１３
或いは化合物層１３と表面層１４、もしくは図３の如く
３層であることが最も好ましい。中間層１２は、周期律
表４ａ、５ａ、６ａ族元素及びＡｌ、Ｓｉのいずれか１
種と、窒化物、酸化物、炭化物から選択される１種以上
の元素とから成る。この中間層１２は、化合物層１３の
ＣＢＮ焼結体１１への密着性を向上させる。中間層１２
の膜厚は０．０２μｍ未満では密着性の向上が見られ
ず、５μｍを超えると効果は飽和する。１〜３μｍの膜
厚であれば更に好ましい。

【００２０】化合物層１３は、従来の耐摩耗性を重視し
た硬質耐摩耗層に比べ比較的柔らかい化合物から成り、
ＣＢＮ焼結体１１と被削材２１の化学的親和性を減ら
せ、ＣＢＮ焼結体１１の表面の滑り性を飛躍的に改善す
る。そして、固体潤滑性、耐溶着性などの特性が向上す
る結果、耐摩耗性も向上する。化合物層１３の膜厚は、
０．００５μｍ未満では滑り性の改善に寄与せず、１５
μｍを超えると化合物層中の残留応力の影響で割れを生
じたり、中間層１２との密着性が低下し剥離を起こし易
くなる。

【００２１】表面層１４は、、周期律表４ａ、５ａ、６
ａ族元素及びＡｌ、Ｓｉのいずれか１種と、窒化物、酸
化物、炭化物から選択される１種以上の元素とから成
る。この表面層１４は、切削初期の耐摩耗性を向上させ
るものであり、その膜厚は、０．０５μｍ未満では被膜
の耐久性に乏しく、５μｍを超えると化合物層１３との
密着性が低下する。

【００２２】(実施例)ＣＢＮ焼結体１１の焼結にあた
り、表１に示す４種類のＣＢＮ体積含有率と結合材の組
合わせからなる混合粉末を用意した。この混合粉末を
４．５Ｇｐａ、１３００℃の超高圧高温雰囲気で２０分
間焼結して、基材となるＣＢＮ焼結体１１を作った。そ
して図１に示す切削工具のインサート４を形成し、ダイ
ヤモンド砥石で刃付けした後、断面曲率半径Ｒ＝２０μ
ｍのホーニング処理を施し所定の表面粗さに仕上げた。

【００２３】

【表１】

【００２４】出来上がったインサート４は、公知のアー
ク式イオンプレーテイング法を用いて、図４に示す成膜
装置３１内に配置し、その表面にで多層膜を形成した。
中間層１２と表面層１４の生成には、周期律表４ａ、５
ａ、６ａ族元素及びＡｌ、Ｓｉのいずれか１種と、窒化
物、酸化物、炭化物から選択される１種以上の元素とか
らなる金属ターゲット３２を配置する。化合物層１３の
生成には、Ｖ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｌのいずれか１種
と、窒化物、酸化物、炭化物から選択される１種以上の
元素とからなる金属３３が配置される。

【００２５】これら合金ターゲット３２、３３、の中心
で回転するテーブル３５にインサート保持具３６が固定
されている。先ず、そのインサート保持具３６に複数の
インサート４をクランプし、真空アークの電源（図４で
は便宜的に３７、３８として示す）の放電電流によつて
ターゲツト材料の蒸発量を制御しながら、中間層１２、
化合物層１３、表面層１４を被膜した。

【００２６】次いで、成膜装置３１内の真空度を７×１
０^-3Ｐａの雰囲気とし、ついでアルゴンガスをガス導入
口３９より導入し、インサート４を加熱ヒータ４０を用
いて４００℃まで加熱した。次に、インサート保持具３
６にバイアス電源４１から−１０００Ｖの電圧をかけて
洗浄を行った後、アルゴンガスをガス排出口４２から排
気した。この後、成膜装置３１内に窒素ガス、水素ガ
ス、アルゴンガス、酸素ガス、メタンガス、アセチレン
ガスのいずれか１種類あるいは数種類をガス導入口３９
より導入し、成膜装置３１内の圧力を２Ｐａに保持し
た。真空アーク放電により金属ターゲット３２、３３、
を蒸発し、イオン化させることによつてインサート４の
表面に中間層１２、化合物層１３、表面層１４を被膜し
た。この工程では、インサート保持具３６にバイアス電
源４１から−５０〜−４００Ｖの電圧を印加した。

【００２７】工具摩耗を仔細に観察すると、切り屑排出
時に工具すくい面と切り屑が接触することによるクレー
ター摩耗と加工中の被削材と工具逃げ面が接触すること
による逃げ面摩耗の進展から工具寿命に至ることが判
る。図５で、インサートの刃先稜線部周辺に生ずる工具
摩耗の発生個所と態様を説明する。インサート４の刃先
稜線部１７を境に、すくい面１６に生ずるのがクレータ
摩耗である。主切刃側の逃げ面１５ａに生ずるのは逃げ
面摩耗であり、その大きさをＶｂで表わす。副切刃側の
逃げ面１５ｂに生ずるのは境界摩耗である。ノーズコー
ナー１９の直下に生ずるのはノーズ摩耗である。

【００２８】表２〜５に示す４０種類の試料に対し、次
の切削条件にて加工時間１０分、２０分、３０分後の面
摩耗Ｖｂ（ｍｍ）を対象に評価した結果について説明す
る。被側材焼入鋼ＳＵＪ２（焼入硬度ＨＲＣ６
０） φ５０×１５０丸棒外周切削工具形状ＩＳＯ規格ＣＮＭＡ１２０４０８
（ノーズコーナ１９のｒ＝０．８ｍｍ）切削速度１５０ｍｍ／ｍｉｎ切込み量０．２ｍｍ送り量０．１ｍｍ／ｒｅｖ

【００２９】先ず、表１のＡ種のＣＢＮ焼結体から成る
基材に中間層、化合物層、表面層を被覆した表２に示す
試料Ｎｏ１〜１９を対象に、逃げ面への耐摩耗性寄与度
を評価した。工具すくい面の面粗度は、試料１をＲａ
０．４、その他は全てＲａ０．１５に整えた。尚、☆を
付す試料は、本発明の構成範囲外の比較例である。

【００３０】

【表２】

【００３１】表２の結果を考察すると、ＺｒＮの化合物
層を２０μｍ被覆した単層の試料６が、加工時間３０分
後の逃げ面摩耗は最も大きく、次に、比較例である化合
物層の被膜されていない試料１も耐摩耗性に劣る。化合
物層の厚さは５μｍ近傍が好適である。中間層及び表面
層は、０．０５〜５μｍの範囲の被膜厚さが好適である
ことを示している。

【００３２】次に、表３に示す資料Ｎｏ２０〜２４によ
つて、工具すくい面の面粗度が逃げ面摩耗に及ぼす影響
について調べた。尚、表３中のＣＢＮ焼結体から成る基
材は、表１のＡ種のＣＢＮ焼結体に化合物相であるＺｒ
Ｎを５μｍ被覆したインサートを用いた。

【００３３】

【表３】

【００３４】表３の結果を考察すると、すくい面の面粗
度に関し、本発明の推奨値を超える比較例である試料２
０、２１であっても逃げ面摩耗に与える影響は鈍感であ
ることが判った。しかし、後述する表６の被削材の仕上
げ面粗さに与える影響は無視できない。

【００３５】さらに、基材のＣＢＮ焼結体に表１のＡ種
を用いた表４に示す試料Ｎｏ２５〜３４によって、従来
の化合物層であるＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣと本発明
の化合物層の耐摩耗性を比較した。尚、工具すくい面の
面粗度は、Ｒａ０．１５に揃えた。

【００３６】

【表４】

【００３７】表４の結果を考察すると、化合物層の組成
を本発明の推奨する範囲で変更しても逃げ面摩耗量は安
定していることが判る。又、本発明の化合物層より比較
的硬質の被膜である従来の化合物層が被膜される試料は
厚みが同等であっても、比較的早期に被膜の脱落が認め
られるが、本発明の化合物層のように比較的柔らかい被
膜である場合は、基材表面の滑り性が飛躍的に改善さ
れ、固体潤滑性、耐溶着性などの特性が向上することが
認められた。

【００３８】そして、表１に示すＣＢＮ体積含有率を
Ｂ、Ｃ、Ｄ種に変更した試料Ｎｏ３５〜４０について、
化合物層の有無による耐摩耗性への寄与度について調べ
た結果を表５に示す。

【００３９】

【表５】

【００４０】表５の結果を考察すると、いずれの種類の
ＣＢＮ焼結体の基材であっても、化合物層を被膜するこ
とによって、耐摩耗性が約２５％改善されることが判
る。又、ＣＢＮの含有量が３０〜８０体積％の範囲にあ
れば、いずれの基材であっても同等の耐摩耗性を有し、
充分な耐欠損性を有することが判る。

【００４１】以上は、インサート自身の刃先稜線部周辺
の摩耗について考察したが、次は、図５に示した副切刃
側の逃げ面１５ｂに生ずる境界摩耗の進行によって、被
削材の仕上げ面がどんなダメージを受けるか調べた。表
６の試料Ｎｏ４１〜４６に対し、次の切削条件にて理論
（幾何学的）面粗さ（Ｒａ）が０．１であるべき仕上げ
面が、境界摩耗によってＲａ０．４を超えるまでの切削
距離（Ｋｍ）を評価した。尚、表６の面粗度Ｒａの測定
は、すくい面の刃先近傍で行うため測定距離が取れず、
カットオフ値０．８ｍｍ、測定長さ０．８ｍｍで行っ
た。被削材浸炭材ＳＣＭ４２０（高周波焼入
硬度ＨＲＣ６０）φ５０×１５０丸棒外周切削工具形状ＩＳＯ規格ＣＮＭＡ１２０４０８
（ノーズコーナ１９のｒ＝０．８ｍｍ）切削速度１８０ｍ／ｍｉｎ切込み量０．１５ｍｍ送り量０．０５ｍｍ／ｒｅｖ

【００４２】ここで、理論面粗さの概念を図６によって
説明する。ノーズコーナｒのインサート４によって被削
材２１を切削するとき、１回転当たりの送り量をｆ、面
粗さの最大高さＲｍａｘ（μｍ）は、次の理論式で表わ
せる。Ｒｍａｘ＝（ｆ²／８×ｒ）×１０００上式に先の切削条件を代入すればＲｍａｘ＝０．３９μ
ｍとなる。これを中心線平均粗さＲａに換算するには、
Ｒａ＝Ｒｍａｘ×０．２５とすればよいから、Ｒａ≒
０．１μｍとなる。

【００４３】

【表６】

【００４４】表６の結果を考察すると、化合物層が被覆
されてなく、かつ工具すくい面の面粗度も本発明の構成
範囲外にある試料４６が最も早期に限界面粗度を超え、
中間層、化合物層、表面層が正しく被覆されていても、
工具すくい面の面粗度が本発明の推奨値を超える試料４
４、４５は、境界摩耗の進展が速く被削材の仕上げ面を
傷めることが判る。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、切削油を使用できない過酷な
切削条件下においても、工具刃先の機械的な欠損や摩擦
熱による熱的摩耗を抑えるために、工具刃先の少なくと
も切削に関与する部分に、ＣＢＮを３０〜８０体積％含
んだＣＢＮ焼結体の結合材が周期律表４ａ、５ａ、６ａ
族元素の窒化物、酸化物、硼化物、炭化物並びにこれら
の固溶体からなる群から選択される少なくとも１種と、
アルミニウム化合物及び不可避的不純物から構成される
基材を配置し、その表面に、Ｖ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａ
ｌのいずれか１種と、窒化物、酸化物、炭化物から選択
される１種以上の元素とを主成分とする比較的柔らかい
化合物層を被覆したから、加工初期に被膜剥離が発生し
易い高速、高精度加工においても、ＣＢＮ焼結体の特性
以上の耐摩耗性の向上された長寿命の複合高硬度工具を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＣＢＮ焼結体を用いた切削工具の外観
図である。

【図２】本発明において使用する工具用語の説明図であ
る。

【図３】本発明のＣＢＮ焼結体を被覆する多層膜の構造
断面図である。

【図４】本発明の成膜装置の構造断面図である。

【図５】本発明において使用する刃先稜線部周辺の工具
摩耗の発生個所と態様の説明図である。

【図６】本発明において使用する理論面粗さの概念の説
明図である。

【符号の説明】

１工具母材２取付け穴３台金４インサート１１ＣＢＮ焼結体１２中間層１３化合物層１４表面層１５逃げ面１６すくい面１７刃先稜線部１８主切刃１９ノーズコーナ２０刃先を構成する線２１被削材３１成膜装置３２、３３金属ターゲット３５テーブル３６インサート保持具３７、３８真空アークの電源３９ガス導入口４０加熱ヒータ４１バイアス電源４２ガス排出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 14/06 Ｃ２３Ｃ 14/32 Ｚ // Ｃ２３Ｃ 14/32 Ｃ０４Ｂ 35/58 １０３Ｈ (72)発明者白石順一兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者中井哲男兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者大原久典兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者福井治世兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内Ｆターム(参考） 3C046 FF11 FF13 FF17 FF25 FF32 FF35 FF42 FF43 FF50 FF51 HH06 HH08 4G001 BA34 BB34 BC72 BD12 BD13 4K029 AA04 BA31 BA35 BA54 BA56 BA60 BB02 BC02 BD05 CA03 DD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具刃先の少なくとも切削に関与する部分
が、ＣＢＮを３０〜８０体積％含んだＣＢＮ焼結体を基
材とし、前記ＣＢＮ焼結体のＣＢＮ粒子の結合材が周期
律表４ａ、５ａ、６ａ族元素の窒化物、酸化物、硼化
物、炭化物並びにこれらの固溶体からなる群から選択さ
れる少なくとも１種と、アルミニウム化合物及び不可避
的不純物から成り、前記基材の表面にＶ、Ｃｒ、Ｈｆ、
Ｚｒ、Ａｌのいずれか１種と、窒化物、酸化物、炭化物
から選択される１種以上の元素とを主成分とする化合物
層で被覆されていることを特徴とする複合高硬度工具。
【請求項２】前記化合物層で被覆されている少なくとも
切削に関与する部分の面粗度（Ｒａ）が、０．２μｍ以
下であることを特徴とする請求項１に記載の複合高硬度
工具。
【請求項３】前記化合物層の膜厚が、０．００５〜１５
μｍであることを特徴とする請求項１に記載の複合高硬
度工具。
【請求項４】前記化合物層と基材の間に、周期律表４
ａ、５ａ、６ａ族元素及びＡｌ、Ｓｉのいずれか１種
と、窒化物、酸化物、炭化物から選択される１種以上の
元素とからなる中間層を有することを特徴とする請求項
１に記載の複合高硬度工具。
【請求項５】前記中間層の膜厚が０．０２〜５μｍであ
ることを特徴とする請求項４に記載の複合高硬度工具。
【請求項６】前記化合物層の最表面に、周期律表４ａ、
５ａ、６ａ族元素及びＡｌ、Ｓｉのいずれか１種と、窒
化物、酸化物、炭化物から選択される１種以上の元素と
からなる表面層を有することを特徴とする請求項１に記
載の複合高硬度工具。
【請求項７】前記表面層の膜厚が０．０５〜５μｍであ
ることを特徴とする請求項６に記載の複合高硬度工具。