JP2002126911A - 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆
超硬合金製切削工具を提供する。 【解決手段】 超硬合金基体またはサーメット基体の表
面に、内側層が１〜１０μｍの平均層厚を有し、かつ組
成式：（Ｔｉ _1-XＡｌ_X）Ｎおよび同（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｃ
_1-YＮ_Y（ただし、原子比で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは
０．５〜０．９９を示す）を有するＴｉとＡｌの複合窒
化物層および／または複合炭窒化物層で構成され、外側
層が０．５〜１０μｍの平均層厚を有する酸化アルミニ
ウム層、および／または酸化アルミニウムの素地に酸化
ジルコニウム相が分散分布してなる酸化アルミニウム−
酸化ジルコニウム混合層で構成された超硬合金製切削工
具において、硬質被覆層の表面に、さらに最表面層とし
て、０．１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、組成式：
ＴｉＯ_Z、で表わした場合、ＺがＴｉに対する原子比で
１．２〜１．９、を満足するＴｉ酸化物層を蒸着してな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、切粉に対する表
面潤滑性にすぐれ、したがって特にステンレス鋼や軟鋼
などのきわめて粘性が高く、かつ切粉が切刃表面に溶着
し易い難削材の高速切削加工に用いた場合にも、切刃に
欠けやチッピング（微小欠け）などの発生なく、すぐれ
た切削性能を長期に亘って発揮する表面被覆超硬合金製
切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、切削工具には、各種の鋼や鋳鉄
などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部
に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチッ
プ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリ
ルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や
溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエン
ドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着
脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと
同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具な
どが知られている。

【０００３】また、一般に、例えば特開平９−１２５２
４９号公報に記載されるように、例えば図１に概略説明
図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプ
レーティング装置を用い、ヒータで装置内を、例えば雰
囲気を２０ｍｔｏｒｒの真空として、５００℃の温度に
加熱した状態で、アノード電極と所定組成を有するＴｉ
−Ａｌ合金がセットされたカソード電極（蒸発源）との
間に、例えば電圧：３５Ｖ、電流：９０Ａの条件でアー
ク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素
ガス、または窒素ガスとメタンガスを導入し、一方炭化
タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭
窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットから
なる基体（以下、これらを総称して超硬基体と云う）に
は、例えばー２００Ｖのバイアス電圧を印加した条件
で、前記超硬合金基体の表面に、硬質被覆層の内側層と
して、組成式：（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｎおよび同（Ｔｉ_1-X
Ａｌ_X）Ｃ_1-YＮ_Y（ただし、原子比で、Ｘは０．１〜
０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有するＴｉと
Ａｌの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層
および複合炭窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮで示
す］層のうちのいずれか、または両方で構成された硬質
被覆層を１〜１０μｍの平均層厚で形成し、さらに前記
内側層の表面に、同じく硬質被覆層の外側層として、通
常の化学蒸着装置を用い、酸化アルミニウム（以下、Ａ
ｌ₂Ｏ₃で示す）層、および例えば特開昭５７−３９１６
８号公報や特開昭６１−２０１７７８号公報に記載され
るＡｌ₂Ｏ₃の素地に酸化ジルコニウム（以下、ＺｒＯ₂
で示す）相が分散分布してなるＡｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混合
層（以下、Ａｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混合層と云う）のいずれ
か、または両方で構成された硬質被覆層を０．５〜１０
μｍの平均層厚で形成することにより被覆超硬工具を製
造することが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年の切削加工装置の
ＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化お
よび省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに
伴い、切削工具には１種類の工具できるだけ多くの材種
の被削材を切削加工できる汎用性が求められると共に、
切削加工も高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆超硬
工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での
切削加工に用いた場合には問題はないが、これをきわめ
て粘性の高いステンレス鋼や軟鋼などの被削材の高速切
削に用いた場合には、これら被削材の切粉は、硬質被覆
層を構成するＡｌ₂Ｏ₃層やＡｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混合層、
さらに（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層や（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に対
する親和性が高いために、切刃表面に溶着し易く、この
溶着現象は切削加工が高速化すればするほど顕著に現れ
るようになり、この溶着現象が原因で切刃に欠けやチッ
ピングが発生し、この結果比較的短時間で使用寿命に至
るのが現状である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、特にステンレス鋼や軟鋼などの
高速切削加工に用いた場合にも、切刃表面に切粉の溶着
し難い被覆超硬工具を開発すべく研究を行った結果、
（ａ）上記の従来被覆超硬工具の表面に、例えば通常の
化学蒸着装置による場合、反応ガス組成を、体積％で、 ＴｉＣｌ₄：０．２〜１０％、 ＣＯ₂：０．１〜１０％、 Ａｒ：５〜６０％、 Ｈ2：残り、 とし、かつ、 反応雰囲気温度：８００〜１１００℃、 反応雰囲気圧力：４〜７０ｋＰａ（３０〜５２５ｔｏｒ
ｒ）、 とした条件で、０．１〜５μｍの平均層厚を有し、か
つ、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定し
て、Ｔｉに対する酸素の割合が原子比で１．２〜１．
９、即ち、 組成式：ＴｉＯ_Z、 で表わした場合、 Ｚ：Ｔｉに対する原子比で１．２〜１．９、 を満足するＴｉ酸化物層を、最表面層として化学蒸着ま
たは物理蒸着すると、この結果の上記Ｔｉ酸化物層が上
記の従来被覆超硬工具の表面に最表面層として化学蒸着
または物理蒸着された被覆超硬工具においては、前記最
表面層を構成するＴｉ酸化物層の被削材、特にステンレ
ス鋼や軟鋼などの粘性の高い難削材に対する親和性がき
わめて低く、これは高い発熱を伴う高速切削加工でも変
わらず、この結果切刃に切粉が溶着することがない、す
なわち前記Ｔｉ酸化物層がすぐれた表面潤滑性を発揮す
ることから、切刃に欠けやチッピングの発生がなくな
り、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するようにな
ること。

【０００６】（ｂ）上記（ａ）の被覆超硬工具の硬質被
覆層の最表面層を構成するＴｉ酸化物層をＸ線回折によ
り観察したところ、組成式：ＴｉＯ_ZのＺ値に対応し
て、Ｔｉ₂Ｏ₃、Ｔｉ₃Ｏ₅、Ｔｉ₄Ｏ₇、およびＴｉ₅Ｏ₉な
どのうちの少なくともいずれかに主要ピークが現れる回
折パターンを示し、これらの回折結果から前記Ｔｉ酸化
物層はＭａｇｎｅｌｉ相と呼ばれるものからなり、一般
的にＴｉ_nＯ_2n-1で表わされるものであること。

【０００７】（ｃ）上記（ａ）において、上記の従来被
覆超硬工具を構成する硬質被覆層の表面に、上記Ｔｉ酸
化物層を最表面層として形成した場合で、そのＺ値が
１．２〜１．９の範囲内の低い側、例えば１．２〜１．
４の範囲内にある条件や、その平均層厚が０．１〜５μ
ｍの範囲内の薄い側、例えば０．１〜１μｍの範囲内に
ある条件で形成した場合には、特にＡｌ₂Ｏ₃層およびＡ
ｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混合層との間に十分な層間密着性が得
られない場合がある（勿論、Ｔｉ酸化物層の形成条件に
よってはこの場合でも十分な層間密着性が得られるもの
である）ので、この場合には、上記Ｔｉ酸化物層形成後
に、下記の雰囲気、即ち、雰囲気ガス組成を、体積％
で、 ＴｉＣｌ₄：０．０５〜１０％、 不活性ガス：残り、 とし、かつ、 雰囲気温度：８００〜１１００℃、 雰囲気圧力：４〜９０ｋＰａ、（３０〜６７５ｔｏｒ
ｒ） とした雰囲気中に所定時間、例えば５分〜５時間程度保
持して、上記Ｔｉ酸化物層と上記Ａｌ₂Ｏ₃層またはＡｌ
₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混合層との界面部に、望ましくは０．０
５〜２μｍの平均層厚で相互拡散層を形成し、これによ
って層間密着性を向上させるのが望ましく、さらにこの
層間密着性向上処理は、上記Ｔｉ酸化物層のＺ値および
平均層厚が上記の低い側および薄い側の値以外の値であ
る場合であっても層間密着性のより一層の向上を図る目
的で行ってもよいこと。以上（ａ）〜（ｃ）に示される
研究結果を得たのである。

【０００８】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、超硬基体の表面に、内側層が１〜
１０μｍの平均層厚を有し、かつ組成式：（Ｔｉ_1-XＡ
ｌ_X）Ｎおよび同（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｃ_1-YＮ_Y（ただし、
原子比で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９
を示す）を有する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａ
ｌ）ＣＮ層のうちのいずれか、あるいは両方で構成さ
れ、外側層が０．５〜１０μｍの平均層厚を有するＡｌ
₂Ｏ₃層およびＡｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混合層のうちのいずれ
か、あるいは両方で構成された硬質被覆層を化学蒸着お
よび／または物理蒸着してなる被覆超硬工具において、
上記硬質被覆層の表面に、さらに最表面層として、０．
１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、 組成式：ＴｉＯ_Z、 で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装
置で測定して、 Ｚ：Ｔｉに対する原子比で１．２〜１．９、 を満足するＴｉ酸化物層、を化学蒸着または物理蒸着し
てなる、切粉に対する表面潤滑性にすぐれた被覆超硬工
具に特徴を有するものである。

【０００９】なお、この発明の被覆超硬工具において、
最表面層を構成するＴｉ酸化物層における酸素（Ｏ）の
Ｔｉに対する原子比（Ｚ値）を１．２〜１．９としたの
は、その値が１．２未満では所望のすぐれた表面潤滑性
を確保することができず、一方その値が１．９を越える
と、層中に気孔が形成され易くなり、健全な最表面層の
安定的形成が難しくなるという理由によるものである。
また、上記の最表面層の平均層厚を、０．１〜５μｍと
したのは、その平均層厚が０．１μｍ未満では、所望の
表面潤滑性を確保することができず、一方この表面潤滑
性付与作用は５μｍの平均層厚で十分満足に行うことが
できるという理由にもとづくものである。

【００１０】さらに、この発明の被覆超硬工具におい
て、硬質被覆層の内側層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層
および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層におけるＡｌは靭性の高い
ＴｉＮおよびＴｉＣＮに対して硬さを高め、もって耐摩
耗性を向上させるために固溶するものであり、したがっ
て組成式：（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｎおよび同（Ｔｉ_1-XＡ
ｌ_X）Ｃ_1-YＮ_YのＸ値が０．１未満では所望の耐摩耗性
向上効果が得られず、一方その値が０．７を越えると、
具備する靭性が急激に低下し、切刃に欠けやチッピング
が発生し易くなると云う理由によりＸ値を０．１〜０．
７（原子比）と定めたものであり、また、（Ｔｉ，Ａ
ｌ）ＣＮ層におけるＣ成分には、硬さを向上させる作用
があるので、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層は上記（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎ層に比して相対的に高い硬さをもつが、この場合
Ｃ成分の割合が０．０１未満、すなわちＹ値が０．９９
を越えると所定の硬さ向上効果が得られず、一方Ｃ成分
の割合が０．５を越える、すなわちＹ値が０．５未満に
なると靭性が急激に低下するようになることから、Ｙ値
を０．５〜０．９９、望ましくは０．５５〜０．９と定
めたのである。また、上記内側層の平均層厚を、１〜１
０μｍとしたのは、その平均層厚が１μｍ未満では、硬
質被覆層に所望の靭性を付与することができず、この結
果切刃に欠けやチッピングが発生し易くなり、一方その
層厚が１０μｍを越えると、切刃における摩耗進行が局
部的になり、これが原因で切刃に欠けが発生し易くなる
という理由からである。

【００１１】また、硬質被覆層の外側層を構成するＡｌ
₂Ｏ₃層および／またはＡｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混合層の平均
層厚を０．５〜１０μｍとしたのは、その層厚が０．５
μｍでは所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができ
ず、一方その層厚が１０μｍを越えると、切刃に欠けや
チッピングが発生し易くなるという理由によるものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
を実施例により具体的に説明する。 （実施例１）原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平
均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、Ｖ
Ｃ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、Ｔ
ｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これ
ら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボー
ルミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰ
ａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐ
ａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼
結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０５のホーニング加
工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ
形状をもったＷＣ基超硬合金製の超硬基体Ａ１〜Ａ１０
を形成した。

【００１３】また、原料粉末として、いずれも０．５〜
２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／
ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ2 Ｃ粉末、ＺｒＣ粉
末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、お
よびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示さ
れる配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合
し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス
成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：
１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃
部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規
格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣ
Ｎ系サーメット製の超硬基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。

【００１４】ついで、これら超硬基体Ａ１〜Ａ１０およ
びＢ１〜Ｂ６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した
状態で、それぞれ図１に例示される通常のアークイオン
プレーティング装置に装入し、一方カソード電極（蒸発
源）として種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金を装
着し、装置内を排気して０．５Ｐａの真空に保持しなが
ら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、Ａｒガ
スを装置内に導入して１０ＰａのＡｒ雰囲気とし、この
状態で超硬基体に−８００ｖのバイアス電圧を印加して
超硬基体表面をＡｒガスボンバート洗浄し、ついで装置
内に反応ガスとして窒素ガス、または窒素ガスとメタン
ガスを導入して６Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記
超硬基体に印加するバイアス電圧を−２００ｖに下げ
て、前記カソード電極とアノード電極との間にアーク放
電を発生させ、もって前記超硬基体Ａ１〜Ａ１０および
Ｂ１〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表３、４に示される目
標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちのいずれか、あるいは両方で構
成され硬質被覆層を内側層として形成し、さらに前記内
側層の表面に、通常の化学蒸着装置を用い、表５に示さ
れる条件で同じく表３、４に示される目標層厚のα型ま
たはκ型結晶構造のＡｌ₂Ｏ₃層、またはＡｌ₂Ｏ₃−Ｚｒ
Ｏ₂混合層を硬質被覆層の外側層として形成することに
より、図２（ａ）に概略斜視図で、同（ｂ）に概略縦断
面図で示される形状を有する従来被覆超硬工具としての
従来表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、
従来被覆超硬チップと云う）１〜２４をそれぞれ製造し
た。

【００１５】さらに、上記の従来被覆超硬チップ１〜２
４の表面に、通常の化学蒸着装置を用い、表６に示され
る条件で表７に示される目標組成および目標層厚のＴｉ
酸化物層からなる最表面層を形成することにより同じく
図２に示される形状をもった本発明被覆超硬工具として
の本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以
下、本発明被覆超硬チップと云う）１〜２４をそれぞれ
製造した。なお、上記の本発明被覆超硬チップ１〜２４
のうちの本発明被覆超硬チップ５および本発明被覆超硬
チップ２０については、前者では、雰囲気ガス組成をＴ
ｉＣｌ４：１体積％、Ａｒ：残りとし、雰囲気温度を１
０２０℃、雰囲気圧力を７ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）とし
た雰囲気中に１時間保持の条件で、また後者では、雰囲
気ガス組成をＴｉＣｌ４：０．２体積％、Ａｒ：残りと
し、雰囲気温度を１０００℃、雰囲気圧力を２０ｋＰａ
（１５０Ｔｏｒｒ）とした雰囲気中に２時間保持の条件
で、硬質被覆層とＴｉ酸化物層の界面部に相互拡散層を
形成する層間密着性向上処理を施した。この結果の上記
本発明被覆超硬チップ５および本発明被覆超硬チップ２
０について、その界面部における相互拡散層の厚さを走
査型電子顕微鏡およびオージェ分光分析装置を用いて測
定したところ、５点測定の平均値で、前者では１．１μ
ｍ、後者では０．７μｍの平均層厚をそれぞれ示した。

【００１６】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜２
４および従来被覆超硬チップ１〜２４について、これを
いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止
めした状態で、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、 切削速度：２２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件でのステンレス鋼の乾式高速連続旋削加工試験、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：３分、 の条件でのステンレス鋼の乾式高速断続旋削加工試験、
さらに、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２．５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での軟鋼の乾式高速断続旋削加工試験を行い、い
ずれの旋削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定し
た。この測定結果を表８、９に示した。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】

【表５】

【００２２】

【表６】

【００２３】

【表７】

【００２４】

【表８】

【００２５】

【表９】

【００２６】（実施例２）原料粉末として、平均粒径：
５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微
粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍ
のＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μ
ｍのＣｒ3Ｃ2粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０
μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、同１．８μｍのＣｏ粉末、
および同１．２μｍの炭素（Ｃ）粉末を用意し、これら
原料粉末をそれぞれ表１０に示される配合組成に配合
し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボー
ルミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で
所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉
体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１
３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、こ
の温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が
８ｍｍ、１３ｍｍ、および２６ｍｍの３種の超硬基体形
成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の３種の丸棒焼結
体から、研削加工にて、表１０に示される組合せで、切
刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ、１０ｍ
ｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの寸法をもっ
た超硬基体（エンドミル）ａ〜ｈをそれぞれ製造した。

【００２７】ついで、これらの超硬基体（エンドミル）
ａ〜ｈの表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音
波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に例示される通
常のアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実
施例１と同じ条件で、表１１に示される目標組成および
目標層厚をもった（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａ
ｌ）ＣＮ層のうちのいずれか、あるいは両方で構成され
た硬質被覆層を内側層として形成し、さらに前記内側層
の表面に、通常の化学蒸着装置を用い、表５に示される
条件で同じく表１１に示される目標層厚のα型またはκ
型結晶構造のＡｌ₂Ｏ₃層およびＡｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混合
層のうちのいずれか、あるいは両方で構成された硬質被
覆層を外側層として形成することにより、図３（ａ）に
概略正面図で、同（ｂ）に切刃部の概略横断面図で示さ
れる形状を有する従来被覆超硬工具としての従来表面被
覆超硬合金製エンドミル（以下、従来被覆超硬エンドミ
ルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。

【００２８】さらに、上記の従来被覆超硬エンドミル１
〜８の表面に、通常の化学蒸着装置を用い、表６に示さ
れる条件で表１２に示される目標組成および目標層厚を
有するＴｉ酸化物層からなる最表面層を形成することに
より同じく図３に示される形状をもった本発明被覆超硬
工具としての本発明表面被覆超硬合金製エンドミル（以
下、本発明被覆超硬エンドミルと云う）１〜８をそれぞ
れ製造した。

【００２９】つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル１
〜８および従来被覆超硬エンドミル１〜８のうち、本発
明被覆超硬エンドミル１〜３および従来被覆超硬エンド
ミル１〜３については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、 切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、 テーブル送り：２００ｍｍ／分、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（水
溶性切削油使用）、本発明被覆超硬エンドミル４〜６お
よび従来被覆超硬エンドミル４〜６については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１５Ｃ板材、 切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：６ｍｍ、 テーブル送り：４００ｍｍ／分、 の条件での軟鋼の乾式高速溝切削加工試験、本発明被覆
超硬エンドミル７，８および従来被覆超硬エンドミル
７，８については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、 切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、 テーブル送り：２００ｍｍ／分、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（水
溶性切削油使用）、をそれぞれ行い、いずれの溝切削加
工試験でも切刃部先端面の直径が使用寿命の目安とされ
る０．２ｍｍ減少するまでの切削溝長を測定した。この
測定結果を表１５にそれぞれ示した。

【００３０】

【表１０】

【００３１】

【表１１】

【００３２】

【表１２】

【００３３】（実施例３）上記の実施例２で製造した直
径が８ｍｍ（超硬基体ａ〜ｃ形成用）、１３ｍｍ（超硬
基体ｄ〜ｆ形成用）、および２６ｍｍ（超硬基体ｇ、ｈ
形成用）の３種の丸棒焼結体を用い、この３種の丸棒焼
結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれ
ぞれ４ｍｍ×１３ｍｍ（超硬基体ａ‘〜ｃ’）、８ｍｍ
×２２ｍｍ（超硬基体ｄ‘〜ｆ’）、および１６ｍｍ×
４５ｍｍ（超硬基体ｇ‘、ｈ’）の寸法をもった超硬基
体（ドリル）ａ‘〜ｈ’をそれぞれ製造した。

【００３４】ついで、これらの超硬基体（ドリル）ａ
‘〜ｈ’の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超
音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に例示される
通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、上記
実施例１と同じ条件で、表１３に示される目標組成およ
び目標層厚をもった（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，
Ａｌ）ＣＮ層のうちのいずれか、あるいは両方で構成さ
れた硬質被覆層を内側層として形成し、さらに前記内側
層の表面に、通常の化学蒸着装置を用い、表５に示され
る条件で同じく表１３に示される目標層厚のα型または
κ型結晶構造のＡｌ₂Ｏ₃層およびＡｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混
合層のうちのいずれか、あるいは両方で構成された硬質
被覆層を外側層として形成することにより、図４（ａ）
に概略正面図で、同（ｂ）に溝形成部の概略横断面図で
示される形状を有する従来被覆超硬工具としての従来表
面被覆超硬合金製ドリル（以下、従来被覆超硬ドリルと
云う）１〜８をそれぞれ製造した。

【００３５】さらに、上記の従来被覆超硬ドリル１〜８
の表面に、通常の化学蒸着装置を用い、同じく表６に示
される条件で表１４に示される目標組成および目標層厚
を有するＴｉ酸化物層からなる最表面層を形成すること
により同じく図４に示される形状をもった本発明被覆超
硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製ドリル（以
下、本発明被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製
造した。

【００３６】つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜８
および従来被覆超硬ドリル１〜８のうち、本発明被覆超
硬ドリル１〜３および従来被覆超硬ドリル１〜３につい
ては、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０厚さ：５０ｍｍ
のＪＩＳ・ＳＵＳ３０４板材、 切削速度：２５ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１０ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試
験、本発明被覆超硬ドリル４〜６および従来被覆超硬ド
リル４〜６については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、 切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試
験、本発明被覆超硬ドリル７，８および従来被覆超硬ド
リル７，８については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの板材、 切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での軟鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験、をそれ
ぞれ行い、いずれの湿式（水溶性切削油使用）高速穴あ
け切削加工試験でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３
ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結
果を表１５にそれぞれ示した。

【００３７】

【表１３】

【００３８】

【表１４】

【００３９】

【表１５】

【００４０】なお、この結果得られた本発明被覆超硬工
具としての本発明被覆超硬チップ１〜２４、本発明被覆
超硬エンドミル１〜８、および本発明被覆超硬ドリル１
〜８の最表面層の酸素含有割合（Ｚ値）について、その
厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置を用いて測定し
たところ、それぞれ表６に示される目標値と実質的に同
じ値を示した。また、これらの本発明被覆超硬工具、並
びに従来被覆超硬工具としての従来被覆超硬チップ１〜
２４、従来被覆超硬エンドミル１〜８、および従来被覆
超硬ドリル１〜８の硬質被覆層について、その構成層の
それぞれの厚さ方向中央部の組成をオージェ分光分析装
置を用いて測定すると共に、前記硬質被覆層およびＴｉ
酸化物層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定
したところ、いずれも目標組成および目標層厚と実質的
に同じ値を示した。

【００４１】

【発明の効果】表３〜１５に示される結果から、最表面
層としてＴｉ酸化物層を形成した本発明被覆超硬工具
は、いずれもステンレス鋼や軟鋼の切削加工を高い発熱
を伴う高速で行っても、前記Ｔｉ酸化物層が高温加熱の
切粉との親和性がきわめて低く、切粉が前記Ｔｉ酸化物
層に溶着することがなく、切刃は常にすぐれた表面潤滑
性を維持することから、切刃への切粉溶着が原因のチッ
ピングが切刃に発生することがなく、すぐれた耐摩耗性
を発揮するのに対して、前記Ｔｉ酸化物層の形成のない
従来被覆超硬工具においては、切粉が硬質被覆層に溶着
し易く、これが原因で硬質被覆層が局部的に剥がし取ら
れることから、切刃にチッピングが発生し、比較的短時
間で使用寿命に至ることが明らかである。上述のよう
に、この発明の被覆超硬工具は、各種の鋼や鋳鉄などの
通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に粘性が高
く、切粉が切刃表面に溶着し易いステンレス鋼や軟鋼な
どの高速切削加工でも切粉に対してすぐれた表面潤滑性
を発揮し、汎用性のある切削性能を示すものであるか
ら、切削加工装置のＦＡ化並びに切削加工の省力化およ
び省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】アークイオンプレーティング装置の概略説明図
である。

【図２】（ａ）は被覆超硬チップの概略斜視図、（ｂ）
は被覆超硬チップの概略縦断面図である。

【図３】（ａ）は被覆超硬エンドミル概略正面図、
（ｂ）は同切刃部の概略横断面図である。

【図４】（ａ）は被覆超硬ドリルの概略正面図、（ｂ）
は同溝形成部の概略横断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大鹿 高歳 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 3C037 CC02 CC04 CC09 CC11 3C046 FF03 FF05 FF10 FF13 FF16 FF19 FF22 FF25 4K029 AA04 AA22 BA44 BA48 BA50 BA54 BA58 BB02 BC00 BD05 EA01 4K030 BA02 BA18 BA22 BA38 BA41 BA42 BA43 BA46 BB12 CA03 CA18 JA01 LA01 LA22

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体または
   炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、内側層が１〜
   １０μｍの平均層厚を有し、かつ組成式：（Ｔｉ_1-XＡ
   ｌ_X）Ｎおよび同（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｃ_1-YＮ_Y（ただし、
   原子比で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９
   を示す）を有するＴｉとＡｌの複合窒化物層およびＴｉ
   とＡｌの複合炭窒化物層のうちのいずれか、または両方
   で構成され、外側層が０．５〜１０μｍの平均層厚を有
   する酸化アルミニウム層、および酸化アルミニウムの素
   地に酸化ジルコニウム相が分散分布してなる酸化アルミ
   ニウム−酸化ジルコニウム混合層のうちのいずれか、ま
   たは両方で構成された硬質被覆層を化学蒸着および／ま
   たは物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具にお
   いて、 上記硬質被覆層の表面に、さらに最表面層として、０．
   １〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、 組成式：ＴｉＯ_Z 、で表わした場合、厚さ方向中央部を
   オージェ分光分析装置で測定して、 Ｚ：Ｔｉに対する原子比で１．２〜１．９、 を満足するＴｉ酸化物層、を化学蒸着または物理蒸着し
   てなる、切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超
   硬合金製切削工具。