JP2002103122A - 耐摩耗性に優れた硬質皮膜被覆小径軸物工具及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基材表面に金属イオンボンバードメントを施
さなくても密着性良く（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｃ，Ｎ）皮膜を
形成して、その優れた耐酸化性および耐摩耗性を発揮さ
せる硬質皮膜被覆工具及びその製造方法を提供する。 【解決手投】 小径軸物工具を基材とし、基板表面に、
Ｔｉ金属層、Ｔｉ（Ｎ_wＣ_1-w）で示される化学組成から
なる硬質皮膜、Ａｌ_zＴｉ_1-zで示される化学組成からな
る金属層、（Ａｌ_xＴｉ_1-x）（Ｎ_yＣ_1-y）で示される化
学組成からなる硬質皮膜が、基板表面側から上記順序で
形成されるように操業する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は耐摩耗性に優れた硬
質皮膜被覆小径軸物工具及びその製造方法に関し、詳細
には高速度鋼製の小径ドリルや小径エンドミルなどの小
径軸物工具であって（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）膜が密着
性良く被覆された硬質皮膜被覆工具とその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から高速度鋼製工具においてＴｉＮ
やＴｉＣなどの硬質皮膜を形成することで耐摩耗性の向
上が図られている。上記硬質皮膜について比較すると、
ＴｉＮはＴｉＣに比べて耐熱性が良好であり、切削時の
加工熱や摩擦熱による工具すくい面のクレーター摩耗も
抑制される。一方ＴｉＣはＴｉＮより硬度が高く、被削
材と接するフランク摩耗に対しては高い耐久性を示す。
しかしながら、耐酸化性に優れたＴｉＮにおいても酸化
開始温度は約６００℃程度であり、また高い硬度を有す
るＴｉＣであってもそのビッカース硬さは２３００程度
である。

【０００３】そこで特公平５−６７７０５号公報には、
ＴｉＮやＴｉＣの耐酸化性や硬度の向上を目的としてＴ
ｉの一部をＡｌに置換した複合窒化物皮膜が開示されて
おり、酸化開始温度は約８００℃、ビッカース硬さは約
３０００という特性を示す硬質皮膜が開発されている。

【０００４】しかしながら、これらの皮膜はＴｉＮに比
べて内部応力が２倍ほど高く、耐摩耗性を改善する目的
で厚膜化するにつれて内部応力も増大し、その内部応力
がクラックの発生や皮膜剥離の原因となっている。この
問題を解決するために皮膜と基材との界面にＴｉの金属
層を０．５μｍ以下の厚みで形成する方法（特開平４−
１２８３６２号公報）やＡｌＴｉの金属層を５ｎｍ以上
５００ｎｍ以下の厚みで形成した工具（特開平７−３１
０１７３号公報）、ＴｉＮの層を形成した工具（特許第
２５４０９０５号，特許第２５８０３３０号，特許第２
５６０５４１号）が開発されている。

【０００５】ところで、基材表面に上記の硬質皮膜のコ
ーティングを行う場合、硬質皮膜の密着力を高めること
を目的として、コーティング炉内において蒸着前にＴｉ
やＡｌ金属などの真空アーク放電等を利用した金属イオ
ンのボンバードメントを行い、基材表面を清浄化するこ
とが一般的である。具体的には、図１に示す装置（１は
真空槽，２は排気口，３は反応ガス導入口，４は基体，
５はヒータ，６はＴｉカソード，７はトリガー，８はア
ーク直流電源，９はバイアス電源を夫々示す）等を使用
し、カソードでアーク放電を行い、発生させた金属イオ
ンにより蒸着前にスパッタクリーニングする方法等が知
られている。また特公平６−７４４９７号公報には、金
属イオンボンバードメントを施した後、溶融蒸着法によ
り硬質皮膜を形成する方法が示されている。

【０００６】上記金属イオンボンバードメントは、基材
表面の洗浄効果が大きいので硬質皮膜を密着性良く形成
することができる。但し、低いバイアス電圧で金属イオ
ンボンバードメントを行っても、十分なクリーニング効
果が得られず膜の密着力が不十分となることから、従来
方法では基板に印加するバイアス電圧が−１０００〜−
１３００Ｖに設定されていたり、また特公平６−７４４
９７号公報に示されている方法ではバイアス電圧を−６
００〜−１０００Ｖとして金属イオンボンバードメント
を行っている。即ち金属イオンボンバードメントのクリ
ーニング効果は、−６００〜−１３００Ｖの高電圧に設
定することで得られるものであるが、高電圧を印加する
ことによりイオン衝撃が起こり易く金属基材の温度が上
昇しやすい。この為、比較的大型の工具に適用する場合
には問題とならないが、高速度鋼製小径ドリルや小径エ
ンドミルなどの小径軸物工具に適用した場合には、工具
の熱容量が小さいため、特に先端部が短時間で焼戻し温
度（５５０℃前後）に加熱され、工具基材の硬度低下が
起こり、切削性能が低下するという問題を有していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、基材表面に金属イオンボ
ンバードメントを施さなくても密着性良く（Ａｌ，Ｔ
ｉ）（Ｃ，Ｎ）皮膜を形成して、その優れた耐酸化性お
よび耐摩耗性を発揮させる硬質皮膜被覆工具及びその製
造方法を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明に係る耐摩耗性に優れた硬質皮膜被覆小径軸物工具と
は、小径軸物工具を基材とし、第１層として基材表面に
Ｔｉ金属層が５〜５００ｎｍの厚みで形成され、該第１
層の上には第２層として、 Ｔｉ（Ｎ_wＣ_1-w） 但し、０．６≦ｗ≦１．０ で示される化学組成からなる硬質皮膜が０．５〜２０μ
ｍの厚みで形成され、上記第２層の上には第３層とし
て、 Ａｌ_zＴｉ_1-z 但し、０．０５≦ｚ≦０．７５ で示される化学組成からなる金属層が５〜５００ｎｍの
厚みで形成され、上記第３層の上には第４層として、 （Ａｌ_xＴｉ_1-x）（Ｎ_yＣ_1-y） 但し、０．０５≦ｘ≦０．７５ ０．６≦ｙ≦１ で示される化学組成からなる硬質皮膜が０．５〜２０μ
ｍの厚みで形成されてなることを要旨とするものであ
り、特に前記基材の外径が５ｍｍ以下である高速度鋼製
ドリルの皮膜とした場合に効果的である。

【０００９】また、本発明の硬質皮膜被覆小径軸物工具
を製造するにあたっては、金属イオンを用いるアークイ
オンプレーティングにより−２０〜−４００Ｖの印加電
圧で第１層及び／又は第３層を形成することが望まし
く、更には基材表面に第１層を形成する前に、アルゴン
ガス等の気体のグロー放電によるイオンボンバードを行
い基材表面を清浄化することが推奨される。

【００１０】

【発明の実施の形態】図２は種々の外径及び長さを有し
形状の異なる高速度鋼製ドリルを用いて、アークイオン
プレーティング装置内で下記の条件により金属イオンボ
ンバードメントを行ったときの、ドリル先端部の温度の
経時変化を測定した結果を示すグラフである。尚、測定
は２色式赤外放射型表面温度計を用い、３００〜８００
℃の温度範囲で行った。 ［金属イオンボンバード条件］ 到達真空度 ：４×１０^-3Ｐａ アーク蒸発源 ：φ６０ｍｍＡｌターゲット１個およびφ６０ｍｍＴｉター ゲット１個（対向させて同時使用） アーク電流 ：Ａｌターゲット １５０Ａ，Ｔｉターゲット １００Ａ バイアス電位 ：−６００Ｖ ターゲット〜ドリル間距離：１００ｍｍ ドリル自転速度：１ｒｐｍ

【００１１】図２のグラフから、外径５ｍｍ以下のドリ
ルを対象として金属イオンボンバードメントを行う場合
には、基材温度を５５０℃以下に制御することが困難な
ことが分かる。

【００１２】そこで本発明者らは、金属イオンボンバー
トメントにより密着力を高めることのできない小径工具
の基材表面に、耐酸化性および耐摩耗性に優れた（Ａ
ｌ，Ｔｉ）（Ｃ，Ｎ）皮膜を密着力よく形成する方法に
ついて鋭意研究を重ねた。その結果、基材と（Ａｌ，Ｔ
ｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜の間に、基材側からＴｉ金属層、Ｔ
ｉ（Ｎ，Ｃ）層、ＡｌＴｉ金属層を介在させれば、密着
力が大幅に向上することを見出し、本発明を完成させ
た。

【００１３】従来技術においても基材にＴｉ（Ｎ，Ｃ）
層を生成し、その上に（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）を形成
する方法は提案されているが、本発明では基材とＴｉ
（Ｎ，Ｃ）層間にＴｉ金属中間層を形成し、更にＴｉ
（Ｎ，Ｃ）層と（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）層の間にＡｌ
Ｔｉ金属中間層を形成することで皮膜の密着力を従来よ
りも大幅に向上させることに成功したものである。

【００１４】尚、Ｔｉ金属層を基材とＴｉ（Ｎ，Ｃ）層
間に形成することで、皮膜の密着力が向上した理由は、
Ｔｉ金属中間層が母材とＴｉ（Ｎ，Ｃ）間の界面に発
生する応力を緩和し、基材とＴｉ（Ｎ，Ｃ）膜に相互
拡散を起こし密着力を高め、さらにＴｉ金属層がＴｉ
（Ｎ，Ｃ）膜の生成核になるためであると考えられる。

【００１５】またＡｌＴｉ金属層の効果についても同様
に、Ｔｉ（Ｎ，Ｃ）層と（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）層
間の応力を緩和し、隣接する層同士の相互拡散による
密着力を向上させ、（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）膜の生
成核として働くからであると考えられる。

【００１６】これらの金属中間層を形成するにあたって
はアークイオンプレーティングを採用すればよいが、小
径工具に適用する場合には、印加電圧を−２０〜−４０
０Ｖとすることが必要である。熱容量の小さい小径工具
の場合には、印加電圧が−４００Ｖを超えるとイオン衝
撃により、先端部の温度が５００℃以上に上昇して高速
度鋼母材が硬度低下を起こすことがあり、また−２０Ｖ
未満のバイアス電位ではイオンプレーティング時の電気
的吸引効果が小さく、金属中間層自体の密着力が劣るか
らである。

【００１７】図３のグラフは、ＪＩＳ規格ＳＫＨ５１相
当の高速度鋼（ビッカース硬度８５０）であって表面を
鏡面研磨した外径３ｍｍ×長さ７０ｍｍの円柱状基材を
アークイオンプレーティング装置内に設置し、その基材
に種々のバイアス電圧を印加して、図２と同様の条件で
アーク放電により金属をイオン化した際の先端部の温度
変化を測定した結果である。バイアス電位が−５００Ｖ
および−１３００Ｖの場合には、基材先端の温度が急激
に上昇するのに対し、−４００Ｖ以下の印加電圧では、
基材先端部の温度上昇が緩やかで、高速度鋼の焼戻し温
度である５５０℃以下に制御できることが分かる。

【００１８】尚、小径工具であっても基材にＴｉ金属中
間層を形成する前に気体イオンのボンバードメントによ
るスパッタクリーニングを行えば基材表面の清浄度が増
し、さらに密着力を高めることができ望ましい。上記ボ
ンバードメントに用いる気体としアルゴン，ヘリウム，
窒素等の不活性ガスが好ましい。

【００１９】以下に各金属中間層、Ｔｉ（Ｎ，Ｃ）、
（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）の組成範囲の限定理由につい
て述べる。

【００２０】第２層であるＴｉ（Ｎ，Ｃ）層の組成はＴ
ｉ（Ｎ_wＣ_1-w)：（０．６≦ｗ≦１）とすることが必要
である。これは、ｗ＜０．６になると皮膜の靱性が低下
し、応力緩和層としての機能が低下するためである。な
お、ｗの下限値が０．８以上であると靱性が高まるので
好ましく、ｗを１としてＴｉＮとするのが最も望まし
い。

【００２１】第３層であるＡｌＴｉ金属層の組成はＡｌ
_zＴｉ_1-zにおいて０．０５≦ｚ≦０．７５とすることが
必要である。ｚの値を０．０５以上とするのは、ｚ＜
０．０５ではＡｌの含有量が少なすぎて、第４層の（Ａ
ｌ_xＴｉ_1-x）（Ｎ_yＣ_1-y）硬質皮膜との間で十分な密着
性が得られないからである。一方、ｚの値が０．７５を
超えると中間層と皮膜界面で一部ｘ＞０．７５である
（Ａｌ_xＴｉ_1-x）（Ｎ_yＣ_{1 -y}）が生成する。（Ａｌ_xＴ
ｉ_1-x）（Ｎ_yＣ_1-y）皮膜はｘの値が小さい場合には立
方晶の結晶構造をもち、大きい場合には六方晶となるの
であり、皮膜形成方法により立方晶が六方晶に変化する
ｘの値は異なるが、アークイオンプレーティング法を採
用することによりｘが比較的大きい値まで立方晶を維持
できるが、それでもｘ＞０．７５となると六方晶に変化
する。六方晶の（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）は皮膜硬さが
低下し十分な耐摩耗性が得られず、しかも異なる結晶構
造からなる炭・窒化物が界面に形成されることになり、
密着力は低下するのでｘは０．７５以下とすることが必
要である。

【００２２】なおｚの下限値としては０．２５が好まし
く、０．５６以上であることがより望ましい。またｚの
上限値としては０．７が好ましく、０．６５以下である
ことがより望ましい。

【００２３】表面に被覆する第４層の（Ａｌ_xＴｉ_1-x）
（Ｎ_yＣ_1-y）皮膜の金属組成は０．０５≦ｘ≦０．７５
の範囲とすることが必要である。これはｘ＜０．０５で
は皮膜の耐酸化性が十分でなく、またｘ＞０．７５では
結晶構造が六方晶となり皮膜硬度が低下するため、十分
な耐摩耗性が得られないからである。

【００２４】なお、耐酸化性と皮膜硬度を兼ね備える上
で、ｘの下限値としては０．５０が望ましく、０．５６
以上であることがより望ましい。またｘの上限値として
は０．７０が好ましく、０．６５以下であることがより
望ましい。

【００２５】また（Ａｌ_xＴｉ_1-x）（Ｎ_yＣ_1-y）のｙの
値は、０．６以上１以下とすることが必要である。これ
は、ｙ＜０．６になると皮膜の耐酸化性が低下するから
であり、ｙの値は０．８以上であると耐酸化性が一層向
上してより好ましい。

【００２６】次に各層の厚みの限定理由について述べ
る。

【００２７】本発明におけるＴｉおよびＡｌＴｉ金属中
間層の厚みは５ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが必
要である。これは５ｎｍ未満では金属中間層を形成した
効果が十分にあらわれず、一方５００ｎｍを超すと衝撃
力により金属中間層にクラックが入って硬質皮膜の剥離
を起こすことがあり望ましくないからである。

【００２８】なお、ＴｉまたはＡｌＴｉのいずれであっ
ても金属中間層の厚みの下限は１０ｎｍが好ましく、２
０ｎｍがより望ましい。金属中間層の厚みの上限は３０
０ｎｍが好ましく、１５０ｎｍ以下がより望ましい。

【００２９】第２層のＴｉ（Ｎ，Ｃ）膜の厚さに関して
は、０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが必要であ
る。これは、薄すぎる場合には耐摩耗性が不足し、かつ
応力緩和層として機能せず、一方厚すぎる場合には、衝
撃力によって皮膜にクラックが入り、皮膜本来の特性が
得られないためである。なお、工具基材本来の切れ刃の
特性を生かし且つ優れた耐摩耗性と応力緩和性を得るに
は、皮膜の厚さを０．８μｍ以上とすることが好まし
く、１μｍ以上がより望ましい。一方上限については１
２μｍが好ましく、８μｍ以下がより望ましい。

【００３０】第４層である（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）膜
の厚さに関しては、０．５μｍ以上２０μｍ以下である
ことが必要である。これは薄すぎる場合は耐摩耗性が不
足し、一方厚すぎる場合には衝撃力によって皮膜にクラ
ックが入り、皮膜本来の特性が得られないためである。
なお、工具基材本来の切れ刃の特性を生かし且つ優れた
耐摩耗性を得るには、硬質皮膜の厚さを０．８μｍ以上
とすることが好ましく、１μｍ以上がより望ましい。一
方、上限については１２μｍが好ましく、８μｍ以下が
より望ましい。

【００３１】本発明において第１層及び第３層の金属中
間層を形成する場合は、カソードを蒸発源とするアーク
放電によりイオン化させたＡｌおよびＴｉの金属成分を
真空中で被覆することによって得ることができ、この場
合、目的とする皮膜組成と同一金属組成のターゲットを
使用すれば、カソード物質の組成のずれを生じることが
ないので、安定した組成の皮膜が得られやすい。このと
き、基材にバイアス電位を印加すると、皮膜の密着性を
一段と高めることができるので好ましい。また、第２層
及び第４層の金属炭・窒化物を形成する場合は、カソー
ドを蒸発源とするアーク放電によりイオン化させたＡｌ
およびＴｉの金属成分をＮ₂雰囲気および／またはＣＨ₄
雰囲気等の窒化および／もしくは炭化雰囲気中でイオン
プレーティングすることによって得ることができ、この
場合、目的とする皮膜組成と同一金属組成のターゲット
を使用すれば、カソード物質の組成のずれを生じること
がないので、安定した組成の皮膜が得られやすい。また
基板にバイアス電位を印加すると、皮膜の密着性を一段
と高めることができるので好ましい。尚、金属炭・窒化
物を形成する場合のイオンプレーティング時のガス圧も
特に限定されないが、好ましいのは０．１〜１５０Ｐａ
程度であり、この条件では結晶性で緻密な耐摩耗性の一
段と優れた硬質皮膜が得られやすい。

【００３２】本発明は、図２に示す様に、金属イオンボ
ンバードメントによるスパッタクリーニングで温度上昇
を起こし易い、直径が５ｍｍ以下の軸物工具に好適であ
り、また直径が６ｍｍ以上であっても長いものは先端部
の温度が上昇し易いので、金属イオンボンバードに代え
て本発明に係る硬質皮膜を形成することが望ましい。

【００３３】次に本発明の実施例を示すが、本発明はも
とより下記実施例によって制限を受けるものではなく、
前後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実
施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれる。

【００３４】

【実施例】実施例１ 皮膜の密着性を調べることを目的として、ＪＩＳ規格Ｓ
ＫＨ５１相当の高速度鋼（ビッカース硬度８５０）を用
い、表面を鏡面研磨した外径３ｍｍ×長さ９０ｍｍの円
柱状の基材をアーク放電方式イオンプレーティング装置
に装入し、表１に示す種々の層構造を有する硬質皮膜Ｎ
ｏ．１〜２０を形成した。金属層は４００℃に加熱した
後、真空中でＴｉ単独またはＴｉ及びＡｌからなるカソ
ードを蒸発させると共に、且つその基材に０〜−６００
Ｖの種々の電位を印加して金属イオンによるイオンプレ
ーティングを行った。

【００３５】また第２層［Ｔｉ（Ｎ，Ｃ）層］及び第４
層［（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）層］は、カソードを蒸発
させると共に、反応ガスとしてＮ₂ガスまたはＮ₂／ＣＨ
₄混合ガスを導入し、０．９３Ｐａの雰囲気とし、且つ
その基材に−１５０Ｖの電位を印加して形成した。

【００３６】尚、Ｎｏ．２は、金属イオンによるイオン
プレーティングに先立ち、反応ガスとしてＡｒガスを導
入し、９．３Ｐａの雰囲気とし、且つその基材に−４０
０Ｖの電圧を印加してＡｒガスのグロー放電を起こし、
金属イオンボンバードメントによる基材のスパッタクリ
ーニングを行った。

【００３７】皮膜の組成は電子プルーブＸ線マイクロア
ナリシスおよびオージェ電子分光法により求め、金属中
間層の厚みは透過型電子顕微鏡による断面像並びに高分
解能走査型電子顕微鏡により求めた。また金属中間層の
組成は透過型電子顕微鏡内でのエネルギー分散Ｘ線分析
法並びに基材に金属中間層のみ形成した試作部材のオー
ジェ電子分光法により求めた。なお、本実施例で得られ
た皮膜の結晶構造をＸ線回折で調べたところ、すべてＴ
ｉＮと同じ回折パターンを示し、立方晶であった。これ
らの試作部材のコーティング被覆部先端から１０ｍｍの
位置を、先端径０．２ｍｍの円錐型ダイヤモンド圧子を
用い、加重速度１００Ｎ／ｍｉｎ、引掻速度１０ｍｍ／
ｍｉｎによりスクラッチ試験に供し、密着力を測定し
た。結果は表１に示す。

【００３８】また先端より１ｍｍの断面で外周より０．
５ｍｍの位置での硬さをビッカース硬さ計により１０ｋ
ｇの荷重を用いて測定した。得られた結果は表１に併記
する。

【００３９】

【表１】

【００４０】Ｎｏ．１，２は本発明例であり、スクラッ
チ試験による臨界荷重が高く、密着性に優れ、ビッカー
ス硬さも高い値を示している。

【００４１】Ｎｏ．３〜５は従来例であって、Ｎｏ．３
は基材に直接（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎを形成したもの、Ｎｏ．
４は中間層としてＴｉＮのみを形成したもの、Ｎｏ．５
は中間層としてＡｌＴｉ金属層を形成したものである。

【００４２】またＮｏ．６〜２０は比較例であって、Ｎ
ｏ．６，７はそれぞれＴｉ金属中間層生成時のバイアス
電圧が低い場合と高い場合の比較例、Ｎｏ．８，９はそ
れぞれＡｌＴｉ金属中間層生成時のバイアス電圧が低い
場合と高い場合の比較例、Ｎｏ．１０はＴｉ（Ｎ，Ｃ）
層の組成でＣが多い場合の比較例、Ｎｏ．１１，１２は
それぞれＡｌＴｉ金属中間層のＡｌ量が少ない場合と多
い場合の比較例、Ｎｏ．１３，１４はそれぞれ（Ａｌ，
Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）層のＡｌ量が少ない場合と多い場合の
比較例、Ｎｏ．１５，１６はＴｉ金属中間層が薄すぎる
場合の比較例、Ｎｏ．１７はＴｉ金属中間層が厚すぎる
場合の比較例、Ｎｏ．１８はＴｉ（Ｎ，Ｃ）層が薄すぎ
る場合の比較例、Ｎｏ．１９，２０はそれぞれＡｌＴｉ
金属中間層が薄すぎる場合と厚すぎる場合の比較例であ
る。

【００４３】従来例及び比較例のいずれもスクラッチ試
験において皮膜が基材から剥離する臨界荷重の値が乏し
く密着性が不十分であることが分かる。また比較例Ｎ
ｏ．７，９では金属中間層形成時のバイアス電圧が高す
ぎるため、高速度鋼基材が温度上昇し、大幅な高度低下
が見られている。

【００４４】これに対して、本発明例である実施例Ｎ
ｏ．１，２は高い臨界荷重値を示し、皮膜の密着性が非
常に優れており、基材硬さの低下は生じていない。

【００４５】実施例２ ＪＩＳ規格ＳＫＨ５１相当の高速度鋼を用いて、外径
１．５ｍｍ×長さ４８ｍｍのストレートドリルを作製
し、このドリルを基材とし、実施例１と同様にして表２
に示す層構造の硬質皮膜を形成した。得られた硬質皮膜
被覆ドリル各３本を用いて、下記条件の切削試験を行
い、寿命までの穴明け数を測定した。得られた結果の平
均値を表２に示す。 （切削条件） 被削材 ：Ｓ５０Ｃ 穴深さ ：５ｍｍ、貫通穴 切削速度：２８ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．０３ｍｍ／ｒｅｖ 切削油 ：エマルション

【００４６】

【表２】

【００４７】Ｎｏ．１，２は本発明例であり、（Ａｌ，
Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）膜が高い密着力で被覆されているの
で、優れた耐摩耗性を示している。

【００４８】Ｎｏ．３〜５は従来例であり、本発明例に
比べ膜の密着力が劣るため穴あけ個数が少ない。

【００４９】Ｎｏ．７，９は高いバイアス電圧にてＴｉ
あるいはＡｌＴｉ金属中間層が生成された比較例であ
り、基材が硬度低下を起こし、良好な耐摩耗性が得られ
ていない。またその他の比較例Ｎｏ．６，８，１０〜１
７は、（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）膜の密着力が乏しいた
め本発明例に対し耐摩耗性が劣っている。

【００５０】実施例３ ＪＩＳ規格ＳＫＨ５５相当の高速度鋼を用いて、外径２
ｍｍの２枚刃エンドミルを作製し、このエンドミルを基
材として実施例１と同じ方法で表３に示すような層構造
の硬質皮膜を形成した。得られた硬質皮膜被覆エンドミ
ルをそれぞれ３本用いて下記に示す切削条件にて切削試
験を行い、切損までの切削長を測定した。 （切削条件） 被削材 ：Ｓ５０Ｃ（硬さＨＢ２２０） 切削方法：溝加工、深さ０．５ｍｍ×幅２ｍｍ 切削速度：４２ｍ／ｍｉｎ 送り ：１２０ｍｍ／ｍｉｎ 切削油 ：エマルション 得られた結果を表３に示す。

【００５１】

【表３】

【００５２】Ｎｏ．１，２は本発明例であり、（Ａｌ，
Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）膜の高い密着力により優れた切削特性
が発揮されている。

【００５３】Ｎｏ．３〜５は従来例であり、本発明例Ｎ
ｏ．１，２に比べて切削長が短く、耐摩耗性に劣ってい
る。

【００５４】Ｎｏ．７，９は金属中間層形成時のバイア
ス電圧が高すぎる比較例であり、基材温度が高くなり過
ぎ、硬度が低下したため切削ができなかった。またその
他の比較例Ｎｏ．６，８，１０〜１７は本発明例と比べ
て膜の密着力が乏しいため本発明ほどの切削特性は得ら
れなかった。

【００５５】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、高印加電圧で金属イオンボンバートメントを施さな
くても、密着性良く（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）皮膜を形
成することができ、非常に優れた耐酸化性および耐摩耗
性を発揮する硬質皮膜被覆小径軸物工具及びその製造方
法を提供できることになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】金属イオンボンバートメントの装置構成を示す
概略説明図である。

【図２】種々の形状の工具に金属イオンボンバートメン
トを施した場合の温度変化を示すグラフである。

【図３】印加電圧を変化させて金属イオンボンバートメ
ント（または金属イオンプレーティング）を施した場合
の温度変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 真空槽 ２ 排気口 ３ 反応ガス導入口 ４ 基体 ５ ヒータ ６ Ｔｉカソード ７ トリガー ８ アーク直流電源 ９ バイアス電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 裕介 兵庫県明石市魚住町金ヶ崎西大池179番地 １ エムエムシーコベルコツール株式会社 内 (72)発明者 一宮 夏樹 兵庫県明石市魚住町金ヶ崎西大池179番地 １ エムエムシーコベルコツール株式会社 内 (72)発明者 早▲崎▼ 浩 兵庫県明石市魚住町金ヶ崎西大池179番地 １ エムエムシーコベルコツール株式会社 内 Ｆターム(参考） 3C037 CC02 CC04 CC08 3C046 FF10 FF13 FF16 FF18 FF21 FF25 4K029 AA02 AA21 BA17 BA21 BA23 BA54 BB02 BC02 BD05 CA06 DD06 EA01 FA04 FA05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 小径軸物工具を基材とし、 第１層として基材表面にＴｉ金属層が５〜５００ｎｍの
   厚みで形成され、 該第１層の上には第２層として、 Ｔｉ（Ｎ_wＣ_1-w） 但し、０．６≦ｗ≦１．０ で示される化学組成からなる硬質皮膜が０．５〜２０μ
   ｍの厚みで形成され、 上記第２層の上には第３層として、 Ａｌ_zＴｉ_1-z 但し、０．０５≦ｚ≦０．７５ で示される化学組成からなる金属層が５〜５００ｎｍの
   厚みで形成され、 上記第３層の上には第４層として、 （Ａｌ_xＴｉ_1-x）（Ｎ_yＣ_1-y） 但し、０．０５≦ｘ≦０．７５ ０．６≦ｙ≦１ で示される化学組成からなる硬質皮膜が０．５〜２０μ
   ｍの厚みで形成されてなることを特徴とする耐摩耗性に
   優れた硬質皮膜被覆小径軸物工具。
2. 【請求項２】 前記基材の外径が５ｍｍ以下である請求
   項１に記載の硬質皮膜被覆小径軸物工具。
3. 【請求項３】 前記基材が高速度鋼製ドリルである請求
   項１または２に記載の硬質皮膜被覆小径軸物工具。
4. 【請求項４】 金属イオンを用いるアークイオンプレー
   ティングにより−２０〜−４００Ｖの印加電圧で第１層
   及び／又は第３層を形成する請求項１〜３のいずれかに
   記載の硬質皮膜被覆小径軸物工具の製造方法。
5. 【請求項５】 基材表面に第１層を形成する前に、気体
   のグロー放電によるイオンボンバードを行い基材表面を
   清浄化することを特徴とする請求項４に記載の製造方
   法。
6. 【請求項６】 グロー放電に用いる前記気体がアルゴン
   ガスである請求項５に記載の製造方法。