JP2002144110A - 表面被覆窒化硼素焼結体工具 - Google Patents
表面被覆窒化硼素焼結体工具Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｃＢＮ焼結体基材に対する硬質被覆膜の密着
力が著しく改善された被覆高圧相型窒化硼素焼結体工具
を提供すること。 【解決手段】 工具刃先の少なくとも切削に関与する部
分が、高圧相型窒化硼素焼結体を基材とし、その上に形
成された表面被覆層が存在し、表面被覆膜層が、前記高
圧相型窒化硼素焼結体基材に連続して存在する中間層
と、更にその上に形成された硬質被膜層からなり、中間
層が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ元素の元素群から選ば
れた少なくとも１つの元素からなり、平均厚さが０．０
０５μｍ以上０．０５μｍ以下であることを特徴とす
る、被覆高圧相型窒化硼素焼結体工具。
力が著しく改善された被覆高圧相型窒化硼素焼結体工具
を提供すること。 【解決手段】 工具刃先の少なくとも切削に関与する部
分が、高圧相型窒化硼素焼結体を基材とし、その上に形
成された表面被覆層が存在し、表面被覆膜層が、前記高
圧相型窒化硼素焼結体基材に連続して存在する中間層
と、更にその上に形成された硬質被膜層からなり、中間
層が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ元素の元素群から選ば
れた少なくとも１つの元素からなり、平均厚さが０．０
０５μｍ以上０．０５μｍ以下であることを特徴とす
る、被覆高圧相型窒化硼素焼結体工具。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、立方晶型窒化硼素
（ｃＢＮ）、ウルツ鉱型窒化硼素（ｗＢＮ）等の高圧相
型窒化硼素を含有する焼結体（以下、ｃＢＮ焼結体とい
う）を基材とする切削工具材料の改良に関するものであ
り、特に、密着力に優れ、かつ平滑性に優れる硬質被覆
膜を有する表面被覆高圧相型窒化硼素焼結体切削工具に
関する。
（ｃＢＮ）、ウルツ鉱型窒化硼素（ｗＢＮ）等の高圧相
型窒化硼素を含有する焼結体（以下、ｃＢＮ焼結体とい
う）を基材とする切削工具材料の改良に関するものであ
り、特に、密着力に優れ、かつ平滑性に優れる硬質被覆
膜を有する表面被覆高圧相型窒化硼素焼結体切削工具に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ｃＢＮ (cubic boron nitride)は、ダイ
ヤモンドに次ぐ硬度・熱伝導率を持ち、また、ダイヤモ
ンドと比較して、鉄系金属との反応性が低いという優れ
た特徴を有する。そのため、このｃＢＮを含有するｃＢ
Ｎ焼結体を用いた切削工具は、加工能率向上、及び設備
費低減などの利点から、鉄系難削材加工において、研削
加工用工具ないしは超硬合金やサーメット等の切削工具
に取って代わってきた。
ヤモンドに次ぐ硬度・熱伝導率を持ち、また、ダイヤモ
ンドと比較して、鉄系金属との反応性が低いという優れ
た特徴を有する。そのため、このｃＢＮを含有するｃＢ
Ｎ焼結体を用いた切削工具は、加工能率向上、及び設備
費低減などの利点から、鉄系難削材加工において、研削
加工用工具ないしは超硬合金やサーメット等の切削工具
に取って代わってきた。
【０００３】切削工具用のｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒子
と結合材からなる焼結体で、下記の２つのタイプに大別
することができる。 (1)体積で３０〜８０％のｃＢＮ粒子を含有し、ｃＢＮ
粒子がＴｉＮ，ＴｉＣ，ＴｉＣＮなどのＴｉ系セラミッ
クスを主成分とする結合材を介して結合されており、耐
摩耗性と強度のバランスに優れている焼結体で、主に焼
入鋼用途で使用されている。 (2)体積で８０〜９０％のｃＢＮ粒子を含有、ｃＢＮ粒
子同士が直接結合され、残部がＡｌ化合物又はＣｏ化合
物を主成分とする結合材からなり、熱伝導率と強度に優
れる焼結体で、主に鋳鉄用途で使用されている。
と結合材からなる焼結体で、下記の２つのタイプに大別
することができる。 (1)体積で３０〜８０％のｃＢＮ粒子を含有し、ｃＢＮ
粒子がＴｉＮ，ＴｉＣ，ＴｉＣＮなどのＴｉ系セラミッ
クスを主成分とする結合材を介して結合されており、耐
摩耗性と強度のバランスに優れている焼結体で、主に焼
入鋼用途で使用されている。 (2)体積で８０〜９０％のｃＢＮ粒子を含有、ｃＢＮ粒
子同士が直接結合され、残部がＡｌ化合物又はＣｏ化合
物を主成分とする結合材からなり、熱伝導率と強度に優
れる焼結体で、主に鋳鉄用途で使用されている。
【０００４】近年では研削スラッジなどの産業廃棄物の
削減、及び地球温暖化対策としての消費電力の低減など
地球環境問題に対する意識の高まりを背景に、切削用ｃ
ＢＮ焼結体工具は、地球環境問題に適合した工具として
ますます注目されている。しかしながら、ｃＢＮ粒子は
ビッカース硬度Ｈｖ＝５，０００前後と高硬度（結合材
の硬度は高々Ｈｖ＝２，０００〜２，８００程度）であ
るにもかかわらず、Ｆｅ系金属に対する親和性がＴｉ
Ｎ，ＴｉＣ，ＴｉＣＮ結合材よりも高いこと、及びへき
開性を有するという欠点を持ち合わせており、ｃＢＮ焼
結体工具も、最終的には工具刃先の熱的な摩耗、及び摩
耗の進行に起因する欠損により寿命に至るため、更なる
長寿命化が望まれていた。
削減、及び地球温暖化対策としての消費電力の低減など
地球環境問題に対する意識の高まりを背景に、切削用ｃ
ＢＮ焼結体工具は、地球環境問題に適合した工具として
ますます注目されている。しかしながら、ｃＢＮ粒子は
ビッカース硬度Ｈｖ＝５，０００前後と高硬度（結合材
の硬度は高々Ｈｖ＝２，０００〜２，８００程度）であ
るにもかかわらず、Ｆｅ系金属に対する親和性がＴｉ
Ｎ，ＴｉＣ，ＴｉＣＮ結合材よりも高いこと、及びへき
開性を有するという欠点を持ち合わせており、ｃＢＮ焼
結体工具も、最終的には工具刃先の熱的な摩耗、及び摩
耗の進行に起因する欠損により寿命に至るため、更なる
長寿命化が望まれていた。
【０００５】特に、最近では、焼入れ鋼部品の多様（変
種変量）化、及び高機能化の観点からも益々ｃＢＮ焼結
体工具に対する期待は高まっており、より高速・高能率
で、かつ加工面性状を高品位に加工できる工具の開発が
望まれていた。例えば、ｃＢＮ焼結体の耐摩耗性及び耐
欠損性を更に向上させるため、ｃＢＮ焼結体にＴｉＮ，
ＴｉＣＮ，ＴｉＡｌＮ被膜等を被覆する方法が提案され
ている。しかし、ｃＢＮ焼結体工具は過酷な条件下で使
用されるため、突発的な被覆膜の剥離がしばしば発生
し、寿命のばらつきが大きいという問題点があった。
種変量）化、及び高機能化の観点からも益々ｃＢＮ焼結
体工具に対する期待は高まっており、より高速・高能率
で、かつ加工面性状を高品位に加工できる工具の開発が
望まれていた。例えば、ｃＢＮ焼結体の耐摩耗性及び耐
欠損性を更に向上させるため、ｃＢＮ焼結体にＴｉＮ，
ＴｉＣＮ，ＴｉＡｌＮ被膜等を被覆する方法が提案され
ている。しかし、ｃＢＮ焼結体工具は過酷な条件下で使
用されるため、突発的な被覆膜の剥離がしばしば発生
し、寿命のばらつきが大きいという問題点があった。
【０００６】被覆膜の密着力向上を目的として、例えば
特開平７−１８４１５号公報、又は米国特許第５，７０
９，９０７号明細書で示されるように、あらかじめ基材
の表面に０．５〜１２．５μｍの凹凸を付け、粗面化し
た状態で成膜を行う工具も提案されている。しかしなが
ら、これらの工具で切削を行う場合、工具表面形状が被
削材に転写されるため、寸法精度や加工面の品位（面粗
度など）が従来のｃＢＮ焼結体工具よりも悪化する。ｃ
ＢＮ工具は、従来工具と比較し、μｍオーダーでの加工
精度が要求される用途での適用が特に多いことから、こ
れらの工具による実用切削は困難であった。
特開平７−１８４１５号公報、又は米国特許第５，７０
９，９０７号明細書で示されるように、あらかじめ基材
の表面に０．５〜１２．５μｍの凹凸を付け、粗面化し
た状態で成膜を行う工具も提案されている。しかしなが
ら、これらの工具で切削を行う場合、工具表面形状が被
削材に転写されるため、寸法精度や加工面の品位（面粗
度など）が従来のｃＢＮ焼結体工具よりも悪化する。ｃ
ＢＮ工具は、従来工具と比較し、μｍオーダーでの加工
精度が要求される用途での適用が特に多いことから、こ
れらの工具による実用切削は困難であった。
【０００７】一方、ｃＢＮ基材を粗面化せずに被覆膜の
密着強度を向上させる手段として、例えば特開平１−９
６０８３号公報、又は特開平１−９６０８４号公報で示
されるように、ｃＢＮ焼結体の表面に平均層厚０．０５
〜０．３μｍの金属Ｔｉ層を介して、窒化チタンからな
る硬質被覆膜を被覆した工具が提案されている。しかし
ながら、これらの方法では、比較的高硬度の鉄系難削材
の切削を行う際には、刃先が高圧・高温環境に曝される
ため、金属チタンが軟化し、硬質被覆膜が簡単に欠損、
剥離してしまうという問題があった。また、特開平８−
１１９７７４号公報のＴｉＡｌＮ被覆ｃＢＮ工具におい
ては、ｃＢＮ基材表面を粗面化することなく、ＴｉＡｌ
Ｎ膜を密着力良く付ける手法として、ｃＢＮ基材とＴｉ
ＡｌＮ被覆膜との間にＴｉＮ層を中間層として被覆する
技術が開示されているが、本手法では原理的にｃＢＮ基
材とＴｉＮ膜との密着力以上の向上が望めない上に、ｃ
ＢＮ焼結体中のＴｉＮやＴｉＣなどの結合材の小さい、
すなわちｃＢＮの含有率の高い焼結体に被覆する場合に
は、硬質被覆膜層の密着力の低下が不可避であった。
密着強度を向上させる手段として、例えば特開平１−９
６０８３号公報、又は特開平１−９６０８４号公報で示
されるように、ｃＢＮ焼結体の表面に平均層厚０．０５
〜０．３μｍの金属Ｔｉ層を介して、窒化チタンからな
る硬質被覆膜を被覆した工具が提案されている。しかし
ながら、これらの方法では、比較的高硬度の鉄系難削材
の切削を行う際には、刃先が高圧・高温環境に曝される
ため、金属チタンが軟化し、硬質被覆膜が簡単に欠損、
剥離してしまうという問題があった。また、特開平８−
１１９７７４号公報のＴｉＡｌＮ被覆ｃＢＮ工具におい
ては、ｃＢＮ基材表面を粗面化することなく、ＴｉＡｌ
Ｎ膜を密着力良く付ける手法として、ｃＢＮ基材とＴｉ
ＡｌＮ被覆膜との間にＴｉＮ層を中間層として被覆する
技術が開示されているが、本手法では原理的にｃＢＮ基
材とＴｉＮ膜との密着力以上の向上が望めない上に、ｃ
ＢＮ焼結体中のＴｉＮやＴｉＣなどの結合材の小さい、
すなわちｃＢＮの含有率の高い焼結体に被覆する場合に
は、硬質被覆膜層の密着力の低下が不可避であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
過酷な条件で切削を行っても、ｃＢＮ焼結体工具に被覆
した硬質被覆膜が剥離せずに、高品位な加工面を長時間
にわたって維持できる工具の開発を目的として、被覆ｃ
ＢＮ焼結体工具における硬質被覆膜の欠損、剥離のメカ
ニズムの研究を行った。
過酷な条件で切削を行っても、ｃＢＮ焼結体工具に被覆
した硬質被覆膜が剥離せずに、高品位な加工面を長時間
にわたって維持できる工具の開発を目的として、被覆ｃ
ＢＮ焼結体工具における硬質被覆膜の欠損、剥離のメカ
ニズムの研究を行った。
【０００９】その結果、（Ｉ）ｃＢＮ焼結体と、例えば
ＴｉＮ，ＴｉＣＮ又はＴｉＡｌＮといった硬質薄膜は、
基材と硬質被覆膜間の拡散や反応等によって接合される
のであるが、難焼結性のｃＢＮ粒子よりも、結合材部と
強固な結合を生じ、硬質被覆膜層が基材との密着力を維
持していること及び（ＩＩ）硬質被覆膜層内に過度の応
力が残留している場合や、例えば断続部を有する被削材
の加工など外部から硬質被覆膜層に衝撃が負荷されるよ
うな場合には、これらの応力により、硬質被覆膜とｃＢ
Ｎ焼結体との界面、或いは硬質被覆膜内での破壊に起因
する膜剥離が生じていること、を見出して本発明に到達
した。すなわち、本発明は上記した従来技術の問題点を
解消し、特に中間層の改良に着目することで基材に対す
る硬質被覆膜の密着力が著しく改善された被覆高圧相型
窒化硼素焼結体工具を提供することを目的とする。
ＴｉＮ，ＴｉＣＮ又はＴｉＡｌＮといった硬質薄膜は、
基材と硬質被覆膜間の拡散や反応等によって接合される
のであるが、難焼結性のｃＢＮ粒子よりも、結合材部と
強固な結合を生じ、硬質被覆膜層が基材との密着力を維
持していること及び（ＩＩ）硬質被覆膜層内に過度の応
力が残留している場合や、例えば断続部を有する被削材
の加工など外部から硬質被覆膜層に衝撃が負荷されるよ
うな場合には、これらの応力により、硬質被覆膜とｃＢ
Ｎ焼結体との界面、或いは硬質被覆膜内での破壊に起因
する膜剥離が生じていること、を見出して本発明に到達
した。すなわち、本発明は上記した従来技術の問題点を
解消し、特に中間層の改良に着目することで基材に対す
る硬質被覆膜の密着力が著しく改善された被覆高圧相型
窒化硼素焼結体工具を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的は以下に要約
した各発明及び態様によって有利に達成される。 （１）工具刃先の少なくとも切削に関与する部分が、高
圧相型窒化硼素焼結体を基材とし、その表面に形成され
た表面被覆層が存在し、該表面被覆膜層が、前記高圧相
型窒化硼素焼結体基材との界面に連続して存在する中間
層と、更にその上に形成された硬質被膜層からなり、該
中間層が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素の元素群か
ら選ばれた少なくとも１つの元素からなり、該中間層の
平均厚さが０．００５μｍ以上０．０５μｍ以下、好ま
しくは０．０２〜０．０４μｍであることを特徴とす
る、表面被覆窒化硼素焼結体工具。 （２）中間層が、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ元素の少なくとも１種
を含むことを特徴とする、上記（１）に記載の表面被覆
窒化硼素焼結体工具。
した各発明及び態様によって有利に達成される。 （１）工具刃先の少なくとも切削に関与する部分が、高
圧相型窒化硼素焼結体を基材とし、その表面に形成され
た表面被覆層が存在し、該表面被覆膜層が、前記高圧相
型窒化硼素焼結体基材との界面に連続して存在する中間
層と、更にその上に形成された硬質被膜層からなり、該
中間層が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素の元素群か
ら選ばれた少なくとも１つの元素からなり、該中間層の
平均厚さが０．００５μｍ以上０．０５μｍ以下、好ま
しくは０．０２〜０．０４μｍであることを特徴とす
る、表面被覆窒化硼素焼結体工具。 （２）中間層が、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ元素の少なくとも１種
を含むことを特徴とする、上記（１）に記載の表面被覆
窒化硼素焼結体工具。
【００１１】（３）硬質被膜層が、４ａ，５ａ，６ａ族
元素、Ａｌ，Ｂ，Ｓｉ及びＹの中から選択される１種以
上の元素と、Ｃ，Ｎ及びＯの中から選択される１種以上
の元素とからなる少なくとも１層以上でヌープ硬度Ｈｋ
＝２，０００以上の硬度を有する化合物による層を含
み、膜厚が０．５μｍ以上且つ１０μｍ以下であること
を特徴とする上記（１）又は（２）に記載の表面被覆窒
化硼素焼結体工具。 （４）表面被覆層がイオンプレーティング法、スパッタ
蒸着法、又は真空アーク蒸着法により形成されることを
特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の表
面被覆窒化硼素焼結体工具。
元素、Ａｌ，Ｂ，Ｓｉ及びＹの中から選択される１種以
上の元素と、Ｃ，Ｎ及びＯの中から選択される１種以上
の元素とからなる少なくとも１層以上でヌープ硬度Ｈｋ
＝２，０００以上の硬度を有する化合物による層を含
み、膜厚が０．５μｍ以上且つ１０μｍ以下であること
を特徴とする上記（１）又は（２）に記載の表面被覆窒
化硼素焼結体工具。 （４）表面被覆層がイオンプレーティング法、スパッタ
蒸着法、又は真空アーク蒸着法により形成されることを
特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の表
面被覆窒化硼素焼結体工具。
【００１２】（５）表面被覆層の最表面層が、Ｔｉ又は
Ｃｒから選択される１種以上の元素と、Ｃ，ＮおよびＯ
の中から選択される１種以上の元素とからなる化合物で
あることを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれか
に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。 （６）表面被覆層の最表面層が、ＣｒＮ層であることを
特徴とする、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の表
面被覆窒化硼素焼結体工具。
Ｃｒから選択される１種以上の元素と、Ｃ，ＮおよびＯ
の中から選択される１種以上の元素とからなる化合物で
あることを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれか
に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。 （６）表面被覆層の最表面層が、ＣｒＮ層であることを
特徴とする、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の表
面被覆窒化硼素焼結体工具。
【００１３】（７）少なくとも切削に関与する箇所に、
ＪＩＳ Ｂ０６０１（但し測定長０．８ｍｍ）に規定さ
れた中心線平均粗さＲａが０．２μｍ以下である表面被
覆層を有することを特徴とする上記（１）〜（６）のい
ずれかに記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。 （８）工具刃先の少なくとも切削に関与する部分が、立
方晶窒化硼素を３０体積％以上８０体積％以下含み、残
部結合材が周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素の窒化物、
硼化物、炭化物及びＡｌ化合物、ならびにこれらの固溶
体からなる群から選択される少なくとも１種と、不可避
不純物からなる立方晶窒化硼素焼結体を基材とする、上
記（１）〜（７）のいずれかに記載の表面被覆窒化硼素
焼結体工具。
ＪＩＳ Ｂ０６０１（但し測定長０．８ｍｍ）に規定さ
れた中心線平均粗さＲａが０．２μｍ以下である表面被
覆層を有することを特徴とする上記（１）〜（６）のい
ずれかに記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。 （８）工具刃先の少なくとも切削に関与する部分が、立
方晶窒化硼素を３０体積％以上８０体積％以下含み、残
部結合材が周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素の窒化物、
硼化物、炭化物及びＡｌ化合物、ならびにこれらの固溶
体からなる群から選択される少なくとも１種と、不可避
不純物からなる立方晶窒化硼素焼結体を基材とする、上
記（１）〜（７）のいずれかに記載の表面被覆窒化硼素
焼結体工具。
【００１４】（９）工具刃先の少なくとも切削に関与す
る部分が、立方晶窒化硼素を８０体積％以上９０体積％
以下含み、残部結合材がＣｏ化合物、Ａｌ化合物及びこ
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
と不可避不純物からなる立方晶窒化硼素焼結体を基材と
する、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の表面被覆
窒化硼素焼結体工具。 （１０）立方晶窒化硼素粒子の平均粒径が４μｍ以下で
ある、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の表面被覆
窒化硼素焼結体工具。
る部分が、立方晶窒化硼素を８０体積％以上９０体積％
以下含み、残部結合材がＣｏ化合物、Ａｌ化合物及びこ
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
と不可避不純物からなる立方晶窒化硼素焼結体を基材と
する、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の表面被覆
窒化硼素焼結体工具。 （１０）立方晶窒化硼素粒子の平均粒径が４μｍ以下で
ある、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の表面被覆
窒化硼素焼結体工具。
【００１５】上記（１）の発明は、表面被覆窒化硼素焼
結体工具において、本発明者らが、ｃＢＮ焼結体を粗面
化せずに密着力を向上させるためには、ｃＢＮ焼結体の
主成分であるｃＢＮ粒子との反応性のよい中間層を生成
することにより、ｃＢＮ焼結体基材に硬質被膜層を高い
密着力で被覆可能であると考え、種々検討した結果、中
間層が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素の元素群から
選ばれた少なくとも１つの元素からなる金属、及び金属
間化合物を特定の厚さで形成された場合に、ｃＢＮ焼結
体基材に硬質被膜層が高い密着強度で被覆され、過酷な
条件での切削においても硬質被膜が剥離しなくなること
を見出したことで達成されたものである。
結体工具において、本発明者らが、ｃＢＮ焼結体を粗面
化せずに密着力を向上させるためには、ｃＢＮ焼結体の
主成分であるｃＢＮ粒子との反応性のよい中間層を生成
することにより、ｃＢＮ焼結体基材に硬質被膜層を高い
密着力で被覆可能であると考え、種々検討した結果、中
間層が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素の元素群から
選ばれた少なくとも１つの元素からなる金属、及び金属
間化合物を特定の厚さで形成された場合に、ｃＢＮ焼結
体基材に硬質被膜層が高い密着強度で被覆され、過酷な
条件での切削においても硬質被膜が剥離しなくなること
を見出したことで達成されたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】上記中間層の成分としては、金属
Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｗが好ましい。これは、基材で
あるｃＢＮ焼結体の主成分であるｃＢＮなどの高圧相型
窒化硼素との反応性に富む金属Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，
Ｗが前記ｃＢＮ基材と前記中間層界面で前記金属の窒化
物及び硼化物を反応生成することにより、密着力が向上
し、更に中間層の上に被覆する硬質被膜層と中間層も反
応して、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ及びＷの窒化物、炭化
物、炭窒化物及び酸化物を生成しやすく、その結果、基
材であるｃＢＮ焼結体と硬質被膜が高い密着強度で接合
するからである。また、中間層を形成する際に、中間層
を構成する元素がｃＢＮ焼結体表面に入射する運動エネ
ルギーによって立方晶窒化硼素粒子および結合材部分に
おいて焼結体の内部へ拡散し、組成が連続的に変化する
傾斜組成材料を生成する。こうして形成された中間層を
構成する元素を含むｃＢＮ焼結体表面は、中間層との密
着力をさらに向上させる。中間層と硬質被膜層との界面
も上記と同様に硬質被膜層内部に、中間層を構成する元
素の傾斜組成部分が形成され、該界面の密着力を向上さ
せる。さらに、硬質被膜層を構成する化合物層（例えば
ＴｉＡｌＮ）に中間層を形成する元素が微量添加される
ことにより、硬質被膜層の耐摩耗性および耐酸化性が向
上し、切削工具としての性能がさらに向上する。
Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｗが好ましい。これは、基材で
あるｃＢＮ焼結体の主成分であるｃＢＮなどの高圧相型
窒化硼素との反応性に富む金属Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，
Ｗが前記ｃＢＮ基材と前記中間層界面で前記金属の窒化
物及び硼化物を反応生成することにより、密着力が向上
し、更に中間層の上に被覆する硬質被膜層と中間層も反
応して、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ及びＷの窒化物、炭化
物、炭窒化物及び酸化物を生成しやすく、その結果、基
材であるｃＢＮ焼結体と硬質被膜が高い密着強度で接合
するからである。また、中間層を形成する際に、中間層
を構成する元素がｃＢＮ焼結体表面に入射する運動エネ
ルギーによって立方晶窒化硼素粒子および結合材部分に
おいて焼結体の内部へ拡散し、組成が連続的に変化する
傾斜組成材料を生成する。こうして形成された中間層を
構成する元素を含むｃＢＮ焼結体表面は、中間層との密
着力をさらに向上させる。中間層と硬質被膜層との界面
も上記と同様に硬質被膜層内部に、中間層を構成する元
素の傾斜組成部分が形成され、該界面の密着力を向上さ
せる。さらに、硬質被膜層を構成する化合物層（例えば
ＴｉＡｌＮ）に中間層を形成する元素が微量添加される
ことにより、硬質被膜層の耐摩耗性および耐酸化性が向
上し、切削工具としての性能がさらに向上する。
【００１７】ｃＢＮ基材界面での密着強度を向上させて
も、硬質被覆膜層内に過度の応力が残留している場合に
は、この残留応力により膜内での破壊に起因した膜剥離
が生ずることがある。硬質被膜層よりも展延性に優れる
中間層を適正な厚さを以て連続的に配置することによ
り、硬質被膜層内での破壊に起因する膜剥離を抑制する
ことができる。この中間層の厚さは、平均厚さが、０．
００５μｍ以上０．０５μｍ以下、好ましくは０．０２
μｍ以上０．０４μｍ以下で高い密着力を得ることがで
きる（図１及び図２）。これは、中間層が０．００５μ
ｍ未満の場合、ｃＢＮ焼結体基材との間に充分な密着力
を得るだけの拡散層又は反応層を生成することができな
い、また中間層が０．０５μｍを超える場合は、拡散あ
るいは反応しきれない硬度の低い金属成分からなる層が
厚くなりすぎ切削時の高温高圧下で硬質被膜層が剥離す
るためである。本発明では、このように中間層の厚さを
薄くすることに特徴を有するが、薄くすることによって
ｃＢＮ焼結体と硬質被膜層との密着力はより増加し、中
間層の軟化による剥離・欠損を抑制するという効果が得
られる。
も、硬質被覆膜層内に過度の応力が残留している場合に
は、この残留応力により膜内での破壊に起因した膜剥離
が生ずることがある。硬質被膜層よりも展延性に優れる
中間層を適正な厚さを以て連続的に配置することによ
り、硬質被膜層内での破壊に起因する膜剥離を抑制する
ことができる。この中間層の厚さは、平均厚さが、０．
００５μｍ以上０．０５μｍ以下、好ましくは０．０２
μｍ以上０．０４μｍ以下で高い密着力を得ることがで
きる（図１及び図２）。これは、中間層が０．００５μ
ｍ未満の場合、ｃＢＮ焼結体基材との間に充分な密着力
を得るだけの拡散層又は反応層を生成することができな
い、また中間層が０．０５μｍを超える場合は、拡散あ
るいは反応しきれない硬度の低い金属成分からなる層が
厚くなりすぎ切削時の高温高圧下で硬質被膜層が剥離す
るためである。本発明では、このように中間層の厚さを
薄くすることに特徴を有するが、薄くすることによって
ｃＢＮ焼結体と硬質被膜層との密着力はより増加し、中
間層の軟化による剥離・欠損を抑制するという効果が得
られる。
【００１８】上記中間層の成分としては、Ｃｒ，Ｚｒ，
Ｖが特に好ましい。Ｃｒは、Ｔｉの融点が１６７５℃な
のに対し、１８９０℃と高融点であること、及びＣｒは
高融点金属でありながら、低融点金属のＡｌ並に蒸気圧
が高いことから、中間層の被覆の際に粗大粒子となりに
くく、均質で緻密な上に、面粗さの滑らかな中間層を得
ることができるからである。この結果、金属Ｃｒを中間
層に用いた場合には、表面被覆窒化硼素焼結体切削工具
の面粗さも滑らかとなり、金属Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｗからなる中間層を有する前記切削工具よりも、加工面
性状を高品位に加工できる。
Ｖが特に好ましい。Ｃｒは、Ｔｉの融点が１６７５℃な
のに対し、１８９０℃と高融点であること、及びＣｒは
高融点金属でありながら、低融点金属のＡｌ並に蒸気圧
が高いことから、中間層の被覆の際に粗大粒子となりに
くく、均質で緻密な上に、面粗さの滑らかな中間層を得
ることができるからである。この結果、金属Ｃｒを中間
層に用いた場合には、表面被覆窒化硼素焼結体切削工具
の面粗さも滑らかとなり、金属Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｗからなる中間層を有する前記切削工具よりも、加工面
性状を高品位に加工できる。
【００１９】Ｚｒは、中間層成膜時に高圧相窒化硼素と
反応し硼化物を生成するが、Ｔｉの硼化物がＦｅ系金属
と親和性が比較的高いのに対し、Ｚｒの硼化物は、Ｆｅ
系金属に対して極めて安定である。この結果、金属Ｚｒ
を中間層に用いた場合には、金属Ｔｉを中間層に用いた
場合より、切削時に金属中間層が受けるダメージが少な
く、刃先摩耗時の密着力の低下が少ない。Ｖ及びＶ化合
物は、切削時の高温下で、潤滑作用を有する酸化物を生
成するため切削抵抗を低減できる。中間層の形成方法と
しては、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、真空アーク蒸着
法、イオンプレーティング法などのＰＶＤ法や、各種Ｃ
ＶＤ法など、公知の手法を用いることができる。これら
の中でも、イオンプレーティング法、スパッタ蒸着法、
真空アーク蒸着法は原料のイオン化率が高く、イオンの
基材の打ち込み効果等により、基材との間で高い密着力
が得られるため、特に好ましい。中間層を形成する場合
に、厚さを０．００５μｍ以上０．０５μｍ以下にコン
トロールするには通常は成膜装置の操作に際し、ターゲ
ット種に応じて、ガス種、ガス圧、真空度、アーク電
流、バイアス電圧及び成膜時間を調整することにより行
う。
反応し硼化物を生成するが、Ｔｉの硼化物がＦｅ系金属
と親和性が比較的高いのに対し、Ｚｒの硼化物は、Ｆｅ
系金属に対して極めて安定である。この結果、金属Ｚｒ
を中間層に用いた場合には、金属Ｔｉを中間層に用いた
場合より、切削時に金属中間層が受けるダメージが少な
く、刃先摩耗時の密着力の低下が少ない。Ｖ及びＶ化合
物は、切削時の高温下で、潤滑作用を有する酸化物を生
成するため切削抵抗を低減できる。中間層の形成方法と
しては、真空蒸着法、スパッタ蒸着法、真空アーク蒸着
法、イオンプレーティング法などのＰＶＤ法や、各種Ｃ
ＶＤ法など、公知の手法を用いることができる。これら
の中でも、イオンプレーティング法、スパッタ蒸着法、
真空アーク蒸着法は原料のイオン化率が高く、イオンの
基材の打ち込み効果等により、基材との間で高い密着力
が得られるため、特に好ましい。中間層を形成する場合
に、厚さを０．００５μｍ以上０．０５μｍ以下にコン
トロールするには通常は成膜装置の操作に際し、ターゲ
ット種に応じて、ガス種、ガス圧、真空度、アーク電
流、バイアス電圧及び成膜時間を調整することにより行
う。
【００２０】前述したようにｃＢＮ焼結体のみでは、耐
摩耗性が不足する場合や、或いは切削中のｃＢＮ粒子の
へき開粒子、及び脱落粒子の工具刃先への巻き込みによ
り、工具逃げ面摩耗部に形成される筋状の擦過痕とな
り、これが、加工面に転写され、加工面の面粗度を低下
させる場合がある。そこで、硬質被膜層は、４ａ，５
ａ，６ａ族元素、Ａｌ，Ｂ，Ｓｉ及びＹの中から選択さ
れる１種以上の元素と、Ｃ，Ｎ及びＯの中から選択され
る１種以上の元素とからなる少なくとも１種以上の化合
物による層を含むことが好ましい。前記硬質被膜層をｃ
ＢＮ焼結体基材に密着力良く被覆し、ｃＢＮ粒子と鉄系
難削材との接触を抑制することにより、工具の耐摩耗
性、耐欠損性の向上、及び加工面を高品位で加工するこ
とができる等の効果があるからである。特に、Ｙを固溶
させる場合は、膜の硬度と耐酸化性が向上する。
摩耗性が不足する場合や、或いは切削中のｃＢＮ粒子の
へき開粒子、及び脱落粒子の工具刃先への巻き込みによ
り、工具逃げ面摩耗部に形成される筋状の擦過痕とな
り、これが、加工面に転写され、加工面の面粗度を低下
させる場合がある。そこで、硬質被膜層は、４ａ，５
ａ，６ａ族元素、Ａｌ，Ｂ，Ｓｉ及びＹの中から選択さ
れる１種以上の元素と、Ｃ，Ｎ及びＯの中から選択され
る１種以上の元素とからなる少なくとも１種以上の化合
物による層を含むことが好ましい。前記硬質被膜層をｃ
ＢＮ焼結体基材に密着力良く被覆し、ｃＢＮ粒子と鉄系
難削材との接触を抑制することにより、工具の耐摩耗
性、耐欠損性の向上、及び加工面を高品位で加工するこ
とができる等の効果があるからである。特に、Ｙを固溶
させる場合は、膜の硬度と耐酸化性が向上する。
【００２１】硬質被膜層は適宜に複数層とすることがで
きるが最表面層がＴｉＮ又はＣｒＮ層であることが、好
ましい。これは、ｃＢＮ焼結体工具は黒色であるのに対
し、ＴｉＮ、及びＣｒＮは、それぞれ鮮やかな金色、銀
色を有するので、本被覆ｃＢＮ焼結体工具をマスプロダ
クションで使用する際に、寿命に達した工具と未使用の
工具の区別が容易になり、工具管理が徹底できるからで
ある。硬質被膜層の最表面層がＣｒＮ層であることが、
特に好ましい。摩擦係数が極めて小さいＣｒＮ層を最表
面に被覆することにより、切削時の溶着を抑制できるた
め良好な仕上げ面を長時間にわたり維持できるからであ
る。従来ＣｒＮ膜は、前記の優れた耐溶着性を有するに
もかかわらず、ＴｉＮ膜のＨｋ＝２，０００に対しＨｋ
＝１，７００と硬度が低いことから、ｃＢＮ母材に単層
で被覆した場合や超硬合金母材を用いた場合には、膜表
面に大きな応力集中が生じるとＣｒＮ膜ないしは、超硬
合金母材が塑性変形を起こし、その変形量に追従できず
ＣｒＮ膜がヒビ割れ、剥離を生じてしまうという問題点
があった。本発明ではＣｒＮよりも硬度に優れるｃＢＮ
焼結体やＴｉＡｌＮ（Ｈｋ＝２，５００以上）を下地と
することにより、大きな応力集中が生じても変形量が抑
制されＣｒＮ膜の損傷を抑制し、耐久性を著しく向上さ
せることに成功した。
きるが最表面層がＴｉＮ又はＣｒＮ層であることが、好
ましい。これは、ｃＢＮ焼結体工具は黒色であるのに対
し、ＴｉＮ、及びＣｒＮは、それぞれ鮮やかな金色、銀
色を有するので、本被覆ｃＢＮ焼結体工具をマスプロダ
クションで使用する際に、寿命に達した工具と未使用の
工具の区別が容易になり、工具管理が徹底できるからで
ある。硬質被膜層の最表面層がＣｒＮ層であることが、
特に好ましい。摩擦係数が極めて小さいＣｒＮ層を最表
面に被覆することにより、切削時の溶着を抑制できるた
め良好な仕上げ面を長時間にわたり維持できるからであ
る。従来ＣｒＮ膜は、前記の優れた耐溶着性を有するに
もかかわらず、ＴｉＮ膜のＨｋ＝２，０００に対しＨｋ
＝１，７００と硬度が低いことから、ｃＢＮ母材に単層
で被覆した場合や超硬合金母材を用いた場合には、膜表
面に大きな応力集中が生じるとＣｒＮ膜ないしは、超硬
合金母材が塑性変形を起こし、その変形量に追従できず
ＣｒＮ膜がヒビ割れ、剥離を生じてしまうという問題点
があった。本発明ではＣｒＮよりも硬度に優れるｃＢＮ
焼結体やＴｉＡｌＮ（Ｈｋ＝２，５００以上）を下地と
することにより、大きな応力集中が生じても変形量が抑
制されＣｒＮ膜の損傷を抑制し、耐久性を著しく向上さ
せることに成功した。
【００２２】硬質被膜層の膜厚は、０．５μｍ以上且つ
１０μｍ以下であることが好ましい。これは、膜厚が
０．５μｍ未満であると、切削時に硬質被膜層が短時間
に摩耗するため硬質被膜層の効果が得られないし、また
膜厚が１０μｍを超えると硬質被膜層中の残留応力の影
響で基材との密着力の低下が生じるからである。表面被
覆層の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ蒸着
法、真空アーク蒸着法、イオンプレーティング法などの
ＰＶＤ法や、各種ＣＶＤ法など、公知の手法を用いるこ
とができる。これらの中でも、イオンプレーティング
法、スパッタ蒸着法、真空アーク蒸着法は原料のイオン
化率が高く、イオンの基材の打ち込み効果等により、中
間層と基材との間で高い密着力が得られるため、特に好
ましい。特に、イオンプレーティング等のＰＶＤ法によ
る薄膜形成ではイオン化した原料物質が、蒸発源と被コ
ーティング基材との間に印加されたバイアス電圧によっ
て基材に打ち込まれ、界面を清浄化し、また、界面に一
種のミキシング層を形成するので高い密着強度が得られ
る。尚、本発明では、中間層と硬質被膜層は同一装置で
連続して成膜するので、上記の効果は両方の膜の形成時
に作用する。
１０μｍ以下であることが好ましい。これは、膜厚が
０．５μｍ未満であると、切削時に硬質被膜層が短時間
に摩耗するため硬質被膜層の効果が得られないし、また
膜厚が１０μｍを超えると硬質被膜層中の残留応力の影
響で基材との密着力の低下が生じるからである。表面被
覆層の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ蒸着
法、真空アーク蒸着法、イオンプレーティング法などの
ＰＶＤ法や、各種ＣＶＤ法など、公知の手法を用いるこ
とができる。これらの中でも、イオンプレーティング
法、スパッタ蒸着法、真空アーク蒸着法は原料のイオン
化率が高く、イオンの基材の打ち込み効果等により、中
間層と基材との間で高い密着力が得られるため、特に好
ましい。特に、イオンプレーティング等のＰＶＤ法によ
る薄膜形成ではイオン化した原料物質が、蒸発源と被コ
ーティング基材との間に印加されたバイアス電圧によっ
て基材に打ち込まれ、界面を清浄化し、また、界面に一
種のミキシング層を形成するので高い密着強度が得られ
る。尚、本発明では、中間層と硬質被膜層は同一装置で
連続して成膜するので、上記の効果は両方の膜の形成時
に作用する。
【００２３】基材であるｃＢＮ焼結体は、好ましい組成
の例として下記の（１）及び（２）があげられる。 （１）ｃＢＮを３０体積％以上８０体積％以下含み、残
部が周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素の窒化物、硼化
物、炭化物及びアルミニウム化合物、ならびにこれらの
固溶体からなる群から選択される少なくとも１種からな
る結合材、及び不可避不純物からなるｃＢＮ焼結体。こ
のｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒子が主に、鉄との親和性の
低い前記結合材を介して強固に結合されたもので、耐摩
耗性と強度が向上している。本焼結体におけるｃＢＮ含
有率は体積で３０％以上８０％以下含むことが好まし
い。これは、ｃＢＮの含有率が３０体積％未満となる
と、ｃＢＮ焼結体の硬度が低下し、例えば焼入鋼のよう
な高い硬度の被削材を切削するための硬度が不足するか
らであり、逆にｃＢＮの含有率が８０体積％を超える場
合は、結合材を介したｃＢＮ粒子同士の結合が困難にな
り、ｃＢＮ焼結体の強度が低下するからである。
の例として下記の（１）及び（２）があげられる。 （１）ｃＢＮを３０体積％以上８０体積％以下含み、残
部が周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素の窒化物、硼化
物、炭化物及びアルミニウム化合物、ならびにこれらの
固溶体からなる群から選択される少なくとも１種からな
る結合材、及び不可避不純物からなるｃＢＮ焼結体。こ
のｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮ粒子が主に、鉄との親和性の
低い前記結合材を介して強固に結合されたもので、耐摩
耗性と強度が向上している。本焼結体におけるｃＢＮ含
有率は体積で３０％以上８０％以下含むことが好まし
い。これは、ｃＢＮの含有率が３０体積％未満となる
と、ｃＢＮ焼結体の硬度が低下し、例えば焼入鋼のよう
な高い硬度の被削材を切削するための硬度が不足するか
らであり、逆にｃＢＮの含有率が８０体積％を超える場
合は、結合材を介したｃＢＮ粒子同士の結合が困難にな
り、ｃＢＮ焼結体の強度が低下するからである。
【００２４】（２）ｃＢＮを８０体積％以上９０体積％
以下含み、ｃＢＮ粒子同士が結合しており、残部結合材
がＡｌ化合物、若しくはＣｏ化合物を主成分とするｃＢ
Ｎ焼結体。このｃＢＮ焼結体は、触媒作用を有するＡｌ
又はＣｏを含有する金属、或いは金属間化合物を出発原
料として液相焼結を行うことにより、ｃＢＮ粒子同士を
結合させ、かつｃＢＮ粒子の含有率を高めることができ
る。ｃＢＮ粒子の含有率が高いため耐摩耗性に劣るもの
の、ｃＢＮ粒子同士が強固な骨格構造を形成しているこ
とから耐欠損性に優れ、酷な条件での切削が可能とな
る。本焼結体におけるｃＢＮ含有率は体積で８０％以上
９０％以下含むことが好ましい。これは、ｃＢＮの含有
率が８０体積％未満となると、ｃＢＮ粒子同士の結合に
よる骨格構造を形成するのが難しくなり、逆にｃＢＮの
含有率が９０体積％を超える場合には、触媒作用を有す
る前記結合材が不足により、ｃＢＮ焼結体に未焼結部を
生ずるため、ｃＢＮ焼結体の強度が低下するからであ
る。
以下含み、ｃＢＮ粒子同士が結合しており、残部結合材
がＡｌ化合物、若しくはＣｏ化合物を主成分とするｃＢ
Ｎ焼結体。このｃＢＮ焼結体は、触媒作用を有するＡｌ
又はＣｏを含有する金属、或いは金属間化合物を出発原
料として液相焼結を行うことにより、ｃＢＮ粒子同士を
結合させ、かつｃＢＮ粒子の含有率を高めることができ
る。ｃＢＮ粒子の含有率が高いため耐摩耗性に劣るもの
の、ｃＢＮ粒子同士が強固な骨格構造を形成しているこ
とから耐欠損性に優れ、酷な条件での切削が可能とな
る。本焼結体におけるｃＢＮ含有率は体積で８０％以上
９０％以下含むことが好ましい。これは、ｃＢＮの含有
率が８０体積％未満となると、ｃＢＮ粒子同士の結合に
よる骨格構造を形成するのが難しくなり、逆にｃＢＮの
含有率が９０体積％を超える場合には、触媒作用を有す
る前記結合材が不足により、ｃＢＮ焼結体に未焼結部を
生ずるため、ｃＢＮ焼結体の強度が低下するからであ
る。
【００２５】また、基材であるｃＢＮ焼結体中のｃＢＮ
粒子の平均粒径が４μｍ以下であるものの場合、切削性
能の向上が著しい。これは、ｃＢＮ粒子が４μｍ以下に
なると、ｃＢＮ粒子の表面積が増加し、ｃＢＮ粒子と硬
質被膜層と密着力が向上するためである。ｃＢＮ粒子の
平均粒径の好ましい範囲は０．５〜３．５μｍである。
粒子の平均粒径が４μｍ以下であるものの場合、切削性
能の向上が著しい。これは、ｃＢＮ粒子が４μｍ以下に
なると、ｃＢＮ粒子の表面積が増加し、ｃＢＮ粒子と硬
質被膜層と密着力が向上するためである。ｃＢＮ粒子の
平均粒径の好ましい範囲は０．５〜３．５μｍである。
【００２６】
【実施例】以下、本発明を実施例について詳細に説明す
るが本発明の限定を意図するものではない。 （実施例１） （１）試料の作製 まず、超硬合金製ポット及びボールを用いて、質量で４
０％のＴｉＮと１０％のＡｌからなる結合材粉末と粒径
２μｍのｃＢＮ粉末５０％を混ぜ合わせ、超硬合金製容
器に充填し、圧力５Ｇｐａ、温度１４００℃で６０分焼
結し、焼入れ鋼連続切削用のｃＢＮ焼結体を得た。この
ｃＢＮ焼結体を加工し、ＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４０
８の形状の切削用チップを得た。そのチップに、以下の
方法を用いた硬質被膜層を成膜した。図３（Ａ）及び
（Ｂ）は、この発明で用いた成膜装置の模式図であり、
本装置は公知のアークイオンプレーティング法を用いて
いる。図３（Ａ）を参照すると、成膜装置１は、チャン
バー２と主テーブル３と支持棒４とアーク式蒸発源５ａ
及び５ｂと、陰極６ａ及び６ｂと、可変電源としての直
流電源７ａ，７ｂ及び８と、ガスを供給するためのガス
導入口９とを備えている。チャンバー２は真空ポンプと
連結されており、チャンバー２内の圧力を変化させるこ
とが可能である。チャンバー内に主テーブル３と支持棒
４とガス導入口９と陰極６ａ及び６ｂが設けられてい
る。
るが本発明の限定を意図するものではない。 （実施例１） （１）試料の作製 まず、超硬合金製ポット及びボールを用いて、質量で４
０％のＴｉＮと１０％のＡｌからなる結合材粉末と粒径
２μｍのｃＢＮ粉末５０％を混ぜ合わせ、超硬合金製容
器に充填し、圧力５Ｇｐａ、温度１４００℃で６０分焼
結し、焼入れ鋼連続切削用のｃＢＮ焼結体を得た。この
ｃＢＮ焼結体を加工し、ＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４０
８の形状の切削用チップを得た。そのチップに、以下の
方法を用いた硬質被膜層を成膜した。図３（Ａ）及び
（Ｂ）は、この発明で用いた成膜装置の模式図であり、
本装置は公知のアークイオンプレーティング法を用いて
いる。図３（Ａ）を参照すると、成膜装置１は、チャン
バー２と主テーブル３と支持棒４とアーク式蒸発源５ａ
及び５ｂと、陰極６ａ及び６ｂと、可変電源としての直
流電源７ａ，７ｂ及び８と、ガスを供給するためのガス
導入口９とを備えている。チャンバー２は真空ポンプと
連結されており、チャンバー２内の圧力を変化させるこ
とが可能である。チャンバー内に主テーブル３と支持棒
４とガス導入口９と陰極６ａ及び６ｂが設けられてい
る。
【００２７】チャンバー２内に設けられた支持棒４は、
主テーブル３を支持する。支持棒４内には回転軸が設け
られており、この回転軸が主テーブル３を回転させる。
主テーブル３に基材１０を保持するための治具１１が設
けられている。支持棒４、主テーブル３及び治具１１は
直流電源８の負極と電気的に接続されている。直流電源
８の正極はアースされている。チャンバー２の側壁に
は、アーク式蒸発源５ａとそのアーク式蒸発源５ａに接
続された陰極６ａと向かい合うように、チャンバー２の
側壁にアーク式蒸発源５ｂと陰極６ｂが取り付けられて
いる。アーク式蒸発源５ａ及び陰極６ａは、直流電源７
ａの負極と電気的に接続されている。直流電源７ａの正
極はアースされ、かつチャンバー２と電気的に接続され
ている。直流電源７ｂの正極はアースされ、かつチャン
バー２に電気的に接続されている。（また、図３（Ｂ）
に示されているように紙面垂直方向にも１対の蒸発源５
ｃ，５ｄが設置されている。）
主テーブル３を支持する。支持棒４内には回転軸が設け
られており、この回転軸が主テーブル３を回転させる。
主テーブル３に基材１０を保持するための治具１１が設
けられている。支持棒４、主テーブル３及び治具１１は
直流電源８の負極と電気的に接続されている。直流電源
８の正極はアースされている。チャンバー２の側壁に
は、アーク式蒸発源５ａとそのアーク式蒸発源５ａに接
続された陰極６ａと向かい合うように、チャンバー２の
側壁にアーク式蒸発源５ｂと陰極６ｂが取り付けられて
いる。アーク式蒸発源５ａ及び陰極６ａは、直流電源７
ａの負極と電気的に接続されている。直流電源７ａの正
極はアースされ、かつチャンバー２と電気的に接続され
ている。直流電源７ｂの正極はアースされ、かつチャン
バー２に電気的に接続されている。（また、図３（Ｂ）
に示されているように紙面垂直方向にも１対の蒸発源５
ｃ，５ｄが設置されている。）
【００２８】アーク式蒸発源５ａおよび５ｂは陰極６ａ
及び６ｂとチャンバー２との間のアーク放電によって、
陰極６ａ及び６ｂを部分的に溶解させて、陰極物質を矢
印１２ａ及び１２ｂに示す方向に蒸発させるものであ
る。陰極６ａ及び６ｂとチャンバー２との間には電圧が
印加される。陰極６ａは（Ｔｉ０．５、Ａｌ０．５）に
より構成される。陰極６ｂはＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒ或いはＶ
等の周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素の元素群から選
ばれた少なくとも１つの元素からなる金属、及び金属間
化合物より構成される。なお（Ｔｉ０．５、Ａｌ０．
５）とは、ＴｉとＡｌの原子数比が０．５：０．５の化
合物をいう。ガスを供給するガス導入口９には、矢印１
３で示す方向から様々なガスが導入される。このガスの
例として、アルゴン，窒素，水素，酸素ガスまたは例え
ばメタン，アセチレン，ベンゼンなどの炭化水素ガスな
どがある。
及び６ｂとチャンバー２との間のアーク放電によって、
陰極６ａ及び６ｂを部分的に溶解させて、陰極物質を矢
印１２ａ及び１２ｂに示す方向に蒸発させるものであ
る。陰極６ａ及び６ｂとチャンバー２との間には電圧が
印加される。陰極６ａは（Ｔｉ０．５、Ａｌ０．５）に
より構成される。陰極６ｂはＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒ或いはＶ
等の周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素の元素群から選
ばれた少なくとも１つの元素からなる金属、及び金属間
化合物より構成される。なお（Ｔｉ０．５、Ａｌ０．
５）とは、ＴｉとＡｌの原子数比が０．５：０．５の化
合物をいう。ガスを供給するガス導入口９には、矢印１
３で示す方向から様々なガスが導入される。このガスの
例として、アルゴン，窒素，水素，酸素ガスまたは例え
ばメタン，アセチレン，ベンゼンなどの炭化水素ガスな
どがある。
【００２９】まず、図３（Ａ）で示すような装置を用い
て、主テーブル３を回転させながら、真空ポンプにより
チャンバー２内を減圧し、ヒーター（図示せず）により
基材１０を温度４５０℃に加熱して、チャンバー２内の
圧力が１．５×１０-5Ｐａとなるまで真空引きを行っ
た。次に、ガス導入口９からアルゴンガスを導入してチ
ャンバー内の圧力を３．０Ｐａに保持し、直流電源８の
電圧を徐々に上げながら、−１０００Ｖとし、基材１０
の表面クリーニングを２０分間行った。その後、アルゴ
ンガスを排気した。次に、チャンバー２内の圧力が０．
５〜１０．０Ｐａになるようにガス導入口９からアルゴ
ンガスを導入した。直流電源７ｂから５０〜２００Ａの
アーク電流を供給し、陰極６ｂから金属イオンを発生さ
せた。直流電源８のバイアス電圧を−５０〜−３００Ｖ
とし、基材１０の表面において各種中間層の形成を行
い、所定の厚み（１０ｎｍ）に達するまでこの状態を維
持した。ターゲット種に応じて、前記ガス圧、アーク電
流、バイアス電圧、及び成膜時間を調整することによ
り、連続中間層を形成した。その後、直流電源７ｂ及び
８を切り、アルゴンガスを排気した。
て、主テーブル３を回転させながら、真空ポンプにより
チャンバー２内を減圧し、ヒーター（図示せず）により
基材１０を温度４５０℃に加熱して、チャンバー２内の
圧力が１．５×１０-5Ｐａとなるまで真空引きを行っ
た。次に、ガス導入口９からアルゴンガスを導入してチ
ャンバー内の圧力を３．０Ｐａに保持し、直流電源８の
電圧を徐々に上げながら、−１０００Ｖとし、基材１０
の表面クリーニングを２０分間行った。その後、アルゴ
ンガスを排気した。次に、チャンバー２内の圧力が０．
５〜１０．０Ｐａになるようにガス導入口９からアルゴ
ンガスを導入した。直流電源７ｂから５０〜２００Ａの
アーク電流を供給し、陰極６ｂから金属イオンを発生さ
せた。直流電源８のバイアス電圧を−５０〜−３００Ｖ
とし、基材１０の表面において各種中間層の形成を行
い、所定の厚み（１０ｎｍ）に達するまでこの状態を維
持した。ターゲット種に応じて、前記ガス圧、アーク電
流、バイアス電圧、及び成膜時間を調整することによ
り、連続中間層を形成した。その後、直流電源７ｂ及び
８を切り、アルゴンガスを排気した。
【００３０】前記中間層膜の形成が終了すると、チャン
バー２内の圧力が５Ｐａとなるように、ガス導入口９か
ら窒素ガスを導入し、直流電源７ａから１００Ａのアー
ク電流を供給し、陰極６ａを構成する（Ｔｉ０．５、Ａ
ｌ０．５）を蒸発させ、直流電源８に−１５０Ｖの電圧
をかけ、基材１０の表面に厚さが約３μｍの硬質被覆膜
である（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎを形成した。引き続き、直流電
源７ａを切り、直流電源７ｂに１００Ａのアーク電流を
供給し、陰極６ｂからＣｒイオンを発生させ、基材１０
の最表面に約０．５μｍのＣｒＮ膜を形成した。また、
陰極６ａ及び６ｂを変え、また成膜時間を変化させ、他
は上記と同じ方法で、本発明品（試料Ｎｏ．１〜４）の
チップを作製した。
バー２内の圧力が５Ｐａとなるように、ガス導入口９か
ら窒素ガスを導入し、直流電源７ａから１００Ａのアー
ク電流を供給し、陰極６ａを構成する（Ｔｉ０．５、Ａ
ｌ０．５）を蒸発させ、直流電源８に−１５０Ｖの電圧
をかけ、基材１０の表面に厚さが約３μｍの硬質被覆膜
である（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎを形成した。引き続き、直流電
源７ａを切り、直流電源７ｂに１００Ａのアーク電流を
供給し、陰極６ｂからＣｒイオンを発生させ、基材１０
の最表面に約０．５μｍのＣｒＮ膜を形成した。また、
陰極６ａ及び６ｂを変え、また成膜時間を変化させ、他
は上記と同じ方法で、本発明品（試料Ｎｏ．１〜４）の
チップを作製した。
【００３１】比較品として、中間層の形成なしに硬質被
膜層を形成した試料Ｎｏ．１３、中間層の材質が本発明
品の範囲に含まれない試料Ｎｏ．１４、中間層の膜厚が
本発明品の範囲に含まれない試料Ｎｏ．５及び１０、硬
質被膜層の膜厚が本発明の範囲に含まれない試料Ｎｏ．
２０、超硬合金基材（Ｐ３０）上に本発明の表面被覆層
を被覆した試料Ｎｏ．２１、及び表面被覆層を被覆して
いないｃＢＮ焼結体試料Ｎｏ．２２のチップについても
用意した。次に、前記各種これらの硬質被覆膜の硬度
（Ｈｋ）を測定するために＃１００００のラッピングペ
ーパーでラップした後、荷重２５ｇ、１０秒の条件で、
ヌープ圧子を押し込んだ際の圧痕サイズから測定した。
膜層を形成した試料Ｎｏ．１３、中間層の材質が本発明
品の範囲に含まれない試料Ｎｏ．１４、中間層の膜厚が
本発明品の範囲に含まれない試料Ｎｏ．５及び１０、硬
質被膜層の膜厚が本発明の範囲に含まれない試料Ｎｏ．
２０、超硬合金基材（Ｐ３０）上に本発明の表面被覆層
を被覆した試料Ｎｏ．２１、及び表面被覆層を被覆して
いないｃＢＮ焼結体試料Ｎｏ．２２のチップについても
用意した。次に、前記各種これらの硬質被覆膜の硬度
（Ｈｋ）を測定するために＃１００００のラッピングペ
ーパーでラップした後、荷重２５ｇ、１０秒の条件で、
ヌープ圧子を押し込んだ際の圧痕サイズから測定した。
【００３２】（２）切削試験 次に、これらの切削チップを用い、焼入鋼の１種である
ＳＵＪ２の丸棒（ＨＲＣ６３）の外周切削を行った。切
削速度１５０ｍ／ｍｉｎ、切り込み０．２ｍｍ、送り
０．１ｍｍ／ｒｅｖ．、乾式で２５分間の条件で切削を
行い、逃げ面摩耗量と硬質被覆膜の剥離状態を評価し
た。試料の詳細と切削試験を行った場合の評価結果を表
１に示す。
ＳＵＪ２の丸棒（ＨＲＣ６３）の外周切削を行った。切
削速度１５０ｍ／ｍｉｎ、切り込み０．２ｍｍ、送り
０．１ｍｍ／ｒｅｖ．、乾式で２５分間の条件で切削を
行い、逃げ面摩耗量と硬質被覆膜の剥離状態を評価し
た。試料の詳細と切削試験を行った場合の評価結果を表
１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】以上の結果より、中間層が周期律表４ａ，
５ａ及び６ａ族元素群から選ばれた少なくとも１つの元
素から形成されている本発明の試料Ｎｏ．１〜４、６〜
９、１１、１２、１６〜２０は、中間層がない試料Ｎ
ｏ．１３や中間層が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素
群以外である試料Ｎｏ．１５と比較して切削試験におい
て膜剥離が生じにくいことが分かる。また従来の焼入れ
鋼切削用ｃＢＮ焼結体である試料Ｎｏ．２２と比較し
て、摩耗が大幅に減少しているのが分かる。中間層の厚
さが本発明と比較して厚い試料Ｎｏ．５，１０や、硬質
被覆膜が本発明と比較して厚い試料Ｎｏ．２０は、切削
初期において膜剥離が生じ、短寿命である。また、超硬
合金基材に本発明の表面被覆層を被覆した試料Ｎｏ．２
１は、切削初期から基材の塑性変形に伴い、基材、表面
被覆層とも欠損を生じてしまい、本実施例の加工条件で
は使用できない。
５ａ及び６ａ族元素群から選ばれた少なくとも１つの元
素から形成されている本発明の試料Ｎｏ．１〜４、６〜
９、１１、１２、１６〜２０は、中間層がない試料Ｎ
ｏ．１３や中間層が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素
群以外である試料Ｎｏ．１５と比較して切削試験におい
て膜剥離が生じにくいことが分かる。また従来の焼入れ
鋼切削用ｃＢＮ焼結体である試料Ｎｏ．２２と比較し
て、摩耗が大幅に減少しているのが分かる。中間層の厚
さが本発明と比較して厚い試料Ｎｏ．５，１０や、硬質
被覆膜が本発明と比較して厚い試料Ｎｏ．２０は、切削
初期において膜剥離が生じ、短寿命である。また、超硬
合金基材に本発明の表面被覆層を被覆した試料Ｎｏ．２
１は、切削初期から基材の塑性変形に伴い、基材、表面
被覆層とも欠損を生じてしまい、本実施例の加工条件で
は使用できない。
【００３５】（実施例２） （１）試料の作製 超硬合金製ポット及びボールを用いて、質量で１５％の
Ｃｏと５％のＡｌからなる結合材粉末との３μｍのｃＢ
Ｎ粉末８０％を混ぜ合わせ、超硬合金製容器に充填し、
圧力５ＧＰａ、温度１４００℃で６０分焼結し、焼入れ
鋼断続切削用のｃＢＮ焼結体を得た。このｃＢＮ焼結体
を加工し、ＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４０８の形状の切
削用チップを得た。そのチップに、Ｙを質量％で３％含
有する（Ｔｉ０．５、Ａｌ０．５）により構成される陰
極６ａを用い、実施例１と同様の方法を用いて各種表面
被覆層を成膜、硬度を測定した。
Ｃｏと５％のＡｌからなる結合材粉末との３μｍのｃＢ
Ｎ粉末８０％を混ぜ合わせ、超硬合金製容器に充填し、
圧力５ＧＰａ、温度１４００℃で６０分焼結し、焼入れ
鋼断続切削用のｃＢＮ焼結体を得た。このｃＢＮ焼結体
を加工し、ＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４０８の形状の切
削用チップを得た。そのチップに、Ｙを質量％で３％含
有する（Ｔｉ０．５、Ａｌ０．５）により構成される陰
極６ａを用い、実施例１と同様の方法を用いて各種表面
被覆層を成膜、硬度を測定した。
【００３６】（２）切削試験 次に、これらの切削チップを用い、焼入鋼の１種である
ＳＣＭ４１５の丸棒で２本のＵ字状の溝を有する被削材
（ＨＲＣ５８）の外周切削を行った。切削速度２００ｍ
／ｍｉｎ、切り込み０．２ｍｍ、送り０．１ｍｍ／ｒｅ
ｖ．、乾式で１０分間の条件で切削を行い、逃げ面摩耗
量と、硬質被覆膜の剥離状態を評価した。試料の詳細と
切削試験を行った場合の評価結果を表２に示す。
ＳＣＭ４１５の丸棒で２本のＵ字状の溝を有する被削材
（ＨＲＣ５８）の外周切削を行った。切削速度２００ｍ
／ｍｉｎ、切り込み０．２ｍｍ、送り０．１ｍｍ／ｒｅ
ｖ．、乾式で１０分間の条件で切削を行い、逃げ面摩耗
量と、硬質被覆膜の剥離状態を評価した。試料の詳細と
切削試験を行った場合の評価結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】以上の結果より、中間層が周期律表４ａ，
５ａ及び６ａ族元素群から選ばれた少なくとも１つの元
素から形成されている試料Ｎｏ．２３，２５，２６〜２
７は、中間層がない試料Ｎｏ．２８や中間層が周期律表
４ａ，５ａ及び６ａ族元素群以外である試料Ｎｏ．２９
と比較して、切削試験において膜剥離が生じにくく、切
削時に長寿命となることが分かる。また従来のｃＢＮ焼
結体である試料Ｎｏ．３１と比較して長寿命となってい
る。中間層の厚さが本発明と比較して厚い試料Ｎｏ．２
４では、切削初期において膜剥離が生じ、逆に短寿命と
なっていることが分かる。また、超硬合金基材に本発明
の表面被覆層を被覆した試料Ｎｏ．３０は、切削初期か
ら基材の塑性変形に伴い、基材、表面被覆層とも欠損を
生じてしまい、本実施例の加工条件では使用できない。
５ａ及び６ａ族元素群から選ばれた少なくとも１つの元
素から形成されている試料Ｎｏ．２３，２５，２６〜２
７は、中間層がない試料Ｎｏ．２８や中間層が周期律表
４ａ，５ａ及び６ａ族元素群以外である試料Ｎｏ．２９
と比較して、切削試験において膜剥離が生じにくく、切
削時に長寿命となることが分かる。また従来のｃＢＮ焼
結体である試料Ｎｏ．３１と比較して長寿命となってい
る。中間層の厚さが本発明と比較して厚い試料Ｎｏ．２
４では、切削初期において膜剥離が生じ、逆に短寿命と
なっていることが分かる。また、超硬合金基材に本発明
の表面被覆層を被覆した試料Ｎｏ．３０は、切削初期か
ら基材の塑性変形に伴い、基材、表面被覆層とも欠損を
生じてしまい、本実施例の加工条件では使用できない。
【００３９】（実施例３） （１）試料の作製 まず、超硬合金製ポット及びボールを用いて、質量で５
０％のＴｉＮと５％のＡｌからなる結合材粉末と粒径１
μｍのｃＢＮ粉末４５％を混ぜ合わせ、超硬合金製容器
に充填し、圧力５ＧＰａ、温度１４００℃で４０分焼結
し、焼入れ鋼高精度切削用のｃＢＮ焼結体を得た。この
ｃＢＮ焼結体を加工し、ＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４０
８の形状の切削用チップを得た。そのチップに、（Ｔｉ
０．７、Ａｌ０．３）により構成される陰極６ａを用
い、実施例１と同様の方法を用いて各種表面被覆膜を成
膜、硬度を測定した。また、その際切削に関与する部分
の表面被覆層表面の中心線平均粗さＲａ〔ＪＩＳ Ｂ０
６０１（但し測定長０．８ｍｍ）に規定〕を評価した。
表面被覆層の表面粗さについては、成膜時の真空度を１
×１０-6〜１×１０-4Ｔｏｒｒの間で変化させ種々の粗
さの試料を作製した。
０％のＴｉＮと５％のＡｌからなる結合材粉末と粒径１
μｍのｃＢＮ粉末４５％を混ぜ合わせ、超硬合金製容器
に充填し、圧力５ＧＰａ、温度１４００℃で４０分焼結
し、焼入れ鋼高精度切削用のｃＢＮ焼結体を得た。この
ｃＢＮ焼結体を加工し、ＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４０
８の形状の切削用チップを得た。そのチップに、（Ｔｉ
０．７、Ａｌ０．３）により構成される陰極６ａを用
い、実施例１と同様の方法を用いて各種表面被覆膜を成
膜、硬度を測定した。また、その際切削に関与する部分
の表面被覆層表面の中心線平均粗さＲａ〔ＪＩＳ Ｂ０
６０１（但し測定長０．８ｍｍ）に規定〕を評価した。
表面被覆層の表面粗さについては、成膜時の真空度を１
×１０-6〜１×１０-4Ｔｏｒｒの間で変化させ種々の粗
さの試料を作製した。
【００４０】（２）切削試験 次に、これらの切削チップを用い、焼入鋼の１種である
ＳＣＭ４１５の丸棒で（ＨＲＣ６０）の外周切削を行っ
た。切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、切り込み０．１ｍｍ、
送り０．０８ｍｍ／ｒｅｖ．、乾式で４０分間の条件で
切削を行い、被削材の１０点平均面粗さＲｚ（ＪＩＳ
Ｂ０６０１に規定）と、硬質被覆膜の剥離状態を評価し
た。試料の詳細と切削試験を行った場合の評価結果を以
下の表３に示す。
ＳＣＭ４１５の丸棒で（ＨＲＣ６０）の外周切削を行っ
た。切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、切り込み０．１ｍｍ、
送り０．０８ｍｍ／ｒｅｖ．、乾式で４０分間の条件で
切削を行い、被削材の１０点平均面粗さＲｚ（ＪＩＳ
Ｂ０６０１に規定）と、硬質被覆膜の剥離状態を評価し
た。試料の詳細と切削試験を行った場合の評価結果を以
下の表３に示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】以上の結果より、中間層が周期律表４ａ，
５ａ及び６ａ族元素群から選ばれた少なくとも１つの元
素から形成されている試料Ｎｏ．３２〜３７は、中間層
が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素群以外である試料
Ｎｏ．３８と比較して、試料の面粗さが小さく、すなわ
ち滑らかで、切削試験において被削材の面粗さＲｚが小
さな加工、つまり高精度加工が可能であり、かつ膜剥離
が生じにくく、切削時に長寿命となることが分かる。従
来の焼入れ鋼高精度加工用ｃＢＮ焼結体（試料Ｎｏ．３
９）と比較しても、高精度な加工面が得られていること
が分かる。中間層が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素
群から選ばれた少なくとも１つの元素から形成されてい
る試料Ｎｏ．３２〜３７の中でも、特に中間層がＣｒの
場合、試料の面粗さＲａが小さく、また、同じ面粗さを
有する中間層がＴｉからなる本発明品よりも、被削材の
面粗さＲｚも小さく、切削時に長寿命となることが分か
る。
５ａ及び６ａ族元素群から選ばれた少なくとも１つの元
素から形成されている試料Ｎｏ．３２〜３７は、中間層
が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素群以外である試料
Ｎｏ．３８と比較して、試料の面粗さが小さく、すなわ
ち滑らかで、切削試験において被削材の面粗さＲｚが小
さな加工、つまり高精度加工が可能であり、かつ膜剥離
が生じにくく、切削時に長寿命となることが分かる。従
来の焼入れ鋼高精度加工用ｃＢＮ焼結体（試料Ｎｏ．３
９）と比較しても、高精度な加工面が得られていること
が分かる。中間層が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素
群から選ばれた少なくとも１つの元素から形成されてい
る試料Ｎｏ．３２〜３７の中でも、特に中間層がＣｒの
場合、試料の面粗さＲａが小さく、また、同じ面粗さを
有する中間層がＴｉからなる本発明品よりも、被削材の
面粗さＲｚも小さく、切削時に長寿命となることが分か
る。
【００４３】（実施例４） （１）試料の作製 まず、超硬合金製ポット及びボールを用いて、質量で４
０％のＴｉＮと１５％のＡｌからなる結合材粉末と粒径
３μｍのｃＢＮ粉末４５％を混ぜ合わせ、超硬合金製容
器に充填し、圧力５ＧＰａ、温度１４００℃で５０分焼
結し、焼入れ鋼汎用切削用のｃＢＮ焼結体を得た。この
ｃＢＮ焼結体を加工し、ＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４１
２の形状の切削用チップを得た。そのチップに、（Ｔｉ
０．６、Ａｌ０．４）により構成される陰極６ａを用
い、実施例１と同様の方法を用いて各種表面被覆膜を成
膜、硬度を測定した。
０％のＴｉＮと１５％のＡｌからなる結合材粉末と粒径
３μｍのｃＢＮ粉末４５％を混ぜ合わせ、超硬合金製容
器に充填し、圧力５ＧＰａ、温度１４００℃で５０分焼
結し、焼入れ鋼汎用切削用のｃＢＮ焼結体を得た。この
ｃＢＮ焼結体を加工し、ＩＳＯ規格ＳＮＧＡ１２０４１
２の形状の切削用チップを得た。そのチップに、（Ｔｉ
０．６、Ａｌ０．４）により構成される陰極６ａを用
い、実施例１と同様の方法を用いて各種表面被覆膜を成
膜、硬度を測定した。
【００４４】（２）切削試験 次に、これらの切削チップを用い、鋼の１種であるＳＣ
Ｍ４３５の丸棒（ＨＲＣ２０）の外周切削を行った。切
削速度６００ｍ／ｍｉｎ、切り込み０．５ｍｍ、送り
０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、乾式で３０分間の条件で切削を
行い、逃げ面摩耗量と、硬質被覆膜の剥離状態を評価し
た。試料の詳細と切削試験を行った場合の評価結果を表
４に示す。
Ｍ４３５の丸棒（ＨＲＣ２０）の外周切削を行った。切
削速度６００ｍ／ｍｉｎ、切り込み０．５ｍｍ、送り
０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、乾式で３０分間の条件で切削を
行い、逃げ面摩耗量と、硬質被覆膜の剥離状態を評価し
た。試料の詳細と切削試験を行った場合の評価結果を表
４に示す。
【００４５】
【表４】
【００４６】以上の結果より、中間層が周期律表４ａ，
５ａ及び６ａ族元素群から選ばれた少なくとも１つの元
素から形成されている試料Ｎｏ．４０〜４５は、中間層
がない試料Ｎｏ．４６や中間層が周期律表４ａ，５ａ及
び６ａ族元素群以外である試料Ｎｏ．４７と比較して、
切削試験において膜剥離が生じにくく、切削時に長寿命
となることが分かる。また従来のｃＢＮ焼結体である試
料Ｎｏ．４９と比較して摩耗が少なく長寿命となってい
る。特にＶを中間層とする本発明の試料Ｎｏ．４２〜４
４では、切削時の溶着もなく、良好な摩耗形態を呈す
る。また、超硬合金基材に本発明の表面被覆層を被覆し
た試料Ｎｏ．４８は、比較的切削初期から基材の塑性変
形に伴い、基材、表面被覆層とも欠損を生じてしまい、
本実施例の加工条件では使用できない。
５ａ及び６ａ族元素群から選ばれた少なくとも１つの元
素から形成されている試料Ｎｏ．４０〜４５は、中間層
がない試料Ｎｏ．４６や中間層が周期律表４ａ，５ａ及
び６ａ族元素群以外である試料Ｎｏ．４７と比較して、
切削試験において膜剥離が生じにくく、切削時に長寿命
となることが分かる。また従来のｃＢＮ焼結体である試
料Ｎｏ．４９と比較して摩耗が少なく長寿命となってい
る。特にＶを中間層とする本発明の試料Ｎｏ．４２〜４
４では、切削時の溶着もなく、良好な摩耗形態を呈す
る。また、超硬合金基材に本発明の表面被覆層を被覆し
た試料Ｎｏ．４８は、比較的切削初期から基材の塑性変
形に伴い、基材、表面被覆層とも欠損を生じてしまい、
本実施例の加工条件では使用できない。
【００４７】（実施例５） （１）試料の作製 高圧相窒化硼素焼結体（ｃＢＮ、或いはｗＢＮ）の作製
において、結合材及び高圧相窒化硼素粉末の混合比、又
は粉末の粒度を適宜変更させて、それ以外は実施例１の
方法と同様にして、試料を作製した。被覆膜はすべて、
Ｃｒ中間層（０．０３μｍ）、硬質被覆膜第１層がＴｉ
ＡｌＮ（３．０μｍ）、最表面がＣｒＮ（０．３μｍ）
とした。
において、結合材及び高圧相窒化硼素粉末の混合比、又
は粉末の粒度を適宜変更させて、それ以外は実施例１の
方法と同様にして、試料を作製した。被覆膜はすべて、
Ｃｒ中間層（０．０３μｍ）、硬質被覆膜第１層がＴｉ
ＡｌＮ（３．０μｍ）、最表面がＣｒＮ（０．３μｍ）
とした。
【００４８】（２）切削試験 次に、これらの切削チップを用い、ダイス鋼であるＳＫ
Ｄ１１の丸棒で６本のＶ字状の溝を有する被削材（ＨＲ
Ｃ５９）の外周切削を行った。切削速度１２０ｍ／ｍｉ
ｎ、切り込み０．２ｍｍ、送り０．１ｍｍ／ｒｅｖ．、
乾式で切削を行い、表面被膜が剥離、又はｃＢＮ基材ご
と欠損するまでの時間を評価した。試料の詳細と切削試
験を行った場合の評価結果を表５に示す。
Ｄ１１の丸棒で６本のＶ字状の溝を有する被削材（ＨＲ
Ｃ５９）の外周切削を行った。切削速度１２０ｍ／ｍｉ
ｎ、切り込み０．２ｍｍ、送り０．１ｍｍ／ｒｅｖ．、
乾式で切削を行い、表面被膜が剥離、又はｃＢＮ基材ご
と欠損するまでの時間を評価した。試料の詳細と切削試
験を行った場合の評価結果を表５に示す。
【００４９】
【表５】
【００５０】以上の結果より、基材ｃＢＮ焼結体の結合
材が、周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素の窒化物、硼
化物、炭化物なら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、Ａｌ化合物とからなる結合
材と、不可避不純物からなる結合材である試料Ｎｏ．５
０〜５７において、ｃＢＮの含有率が本発明外である試
料Ｎｏ．５０及び５７は基材ｃＢＮ焼結体の強度が弱
く、切削初期において欠損して寿命に致ることが分か
る。さらに、ｃＢＮの平均粒径が大きい試料Ｎｏ．５８
では、膜剥離しやすいことが分かる。また、基材ｃＢＮ
焼結体の結合材が、Ｃｏ化合物、Ａｌ化合物及びこれら
の固溶体からなる群から選択される少なくとも１種と不
可避不純物からなる結合材である試料Ｎｏ．５９〜６１
において、ｃＢＮの含有率が本発明外である試料Ｎｏ．
５９及び試料Ｎｏ．６１は基材ｃＢＮ焼結体の強度が弱
く、切削初期において欠損して寿命に至ることが分か
る。さらに、ｃＢＮの平均粒径が大きい試料Ｎｏ．６２
では、膜剥離しやすいことが分かる。
材が、周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素の窒化物、硼
化物、炭化物なら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、Ａｌ化合物とからなる結合
材と、不可避不純物からなる結合材である試料Ｎｏ．５
０〜５７において、ｃＢＮの含有率が本発明外である試
料Ｎｏ．５０及び５７は基材ｃＢＮ焼結体の強度が弱
く、切削初期において欠損して寿命に致ることが分か
る。さらに、ｃＢＮの平均粒径が大きい試料Ｎｏ．５８
では、膜剥離しやすいことが分かる。また、基材ｃＢＮ
焼結体の結合材が、Ｃｏ化合物、Ａｌ化合物及びこれら
の固溶体からなる群から選択される少なくとも１種と不
可避不純物からなる結合材である試料Ｎｏ．５９〜６１
において、ｃＢＮの含有率が本発明外である試料Ｎｏ．
５９及び試料Ｎｏ．６１は基材ｃＢＮ焼結体の強度が弱
く、切削初期において欠損して寿命に至ることが分か
る。さらに、ｃＢＮの平均粒径が大きい試料Ｎｏ．６２
では、膜剥離しやすいことが分かる。
【００５１】（実施例６） （１）試料の作成 実施例４と同様の方法を用いて、下記のように切削用チ
ップを作成した。まず、超硬合金製ポットおよびボール
を用いて、質量で４０％のＴｉＮと１５％のＡｌからな
る結合材粉末と粒径３μｍのｃＢＮ粉末４５％を混ぜ合
わせ、超硬製容器に充填し、圧力５ＧＰａ、温度１４０
０℃で５０分焼結し、焼入れ鋼汎用切削用のｃＢＮ焼結
体を得た。このｃＢＮ焼結体を加工し、ＩＳＯ規格ＳＮ
ＧＡ１２０４１２の形状の切削用チップを得た。得られ
たチップに（Ｔｉ０．６Ａ１０．４）により構成される
陰極６ａを用い、実施例１と同様の方法を用いて、実施
例４の試料Ｎｏ．４１と同じ構成の表面被覆層を成膜し
た。ただしバイアス電圧は−３００Ｖとした。
ップを作成した。まず、超硬合金製ポットおよびボール
を用いて、質量で４０％のＴｉＮと１５％のＡｌからな
る結合材粉末と粒径３μｍのｃＢＮ粉末４５％を混ぜ合
わせ、超硬製容器に充填し、圧力５ＧＰａ、温度１４０
０℃で５０分焼結し、焼入れ鋼汎用切削用のｃＢＮ焼結
体を得た。このｃＢＮ焼結体を加工し、ＩＳＯ規格ＳＮ
ＧＡ１２０４１２の形状の切削用チップを得た。得られ
たチップに（Ｔｉ０．６Ａ１０．４）により構成される
陰極６ａを用い、実施例１と同様の方法を用いて、実施
例４の試料Ｎｏ．４１と同じ構成の表面被覆層を成膜し
た。ただしバイアス電圧は−３００Ｖとした。
【００５２】（２）元素分布分析 次に、上記で得られた切削チップを表面被覆層に垂直な
方向に切断して薄片を作成し、得られた薄片をイオンシ
ニング法により透過型電子顕微鏡用の試料とした。同試
料を透過型電子顕微鏡で観測し、表面被覆層についてそ
の基材側の界面から膜厚方向に数箇所を選択してエネル
ギー分散型Ｘ線微小分析装置（ＥＤＸ）を用いて、各分
析地点の構成元素の組成を求めた。定量化については標
準試料から求めた検量線で校正した。尚、分析は、基材
のｃＢＮ結晶粒の上部にあたる部分と、結合材の上部に
あたる部分の２箇所について実施した。得られた結果を
表６に示す。
方向に切断して薄片を作成し、得られた薄片をイオンシ
ニング法により透過型電子顕微鏡用の試料とした。同試
料を透過型電子顕微鏡で観測し、表面被覆層についてそ
の基材側の界面から膜厚方向に数箇所を選択してエネル
ギー分散型Ｘ線微小分析装置（ＥＤＸ）を用いて、各分
析地点の構成元素の組成を求めた。定量化については標
準試料から求めた検量線で校正した。尚、分析は、基材
のｃＢＮ結晶粒の上部にあたる部分と、結合材の上部に
あたる部分の２箇所について実施した。得られた結果を
表６に示す。
【００５３】
【表６】 得られた結果について、Ｃｒの元素分布の界面からの距
離に対してプロットしたものを図４に示す。ｃＢＮ結晶
粒の上部、結合材の上部のいずれの場合も界面部から表
面被覆層の成長方向に向かってＣｒの分布が減少してお
り、傾斜組成材料が形成されていることが確認できた。
離に対してプロットしたものを図４に示す。ｃＢＮ結晶
粒の上部、結合材の上部のいずれの場合も界面部から表
面被覆層の成長方向に向かってＣｒの分布が減少してお
り、傾斜組成材料が形成されていることが確認できた。
【００５４】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の表面被覆
立方晶型窒化硼素焼結体工具は、従来のものと比較して
ｃＢＮ焼結体基材に対する硬質被覆膜の密着力を向上さ
せ、ｃＢＮ粒子と鉄系難削材との接触を抑制することに
より工具の耐摩耗性、耐欠損性の向上、加工面の高品質
化等優れた効果を奏することができ、それにより工具の
寿命も向上するという顕著な効果がある。
立方晶型窒化硼素焼結体工具は、従来のものと比較して
ｃＢＮ焼結体基材に対する硬質被覆膜の密着力を向上さ
せ、ｃＢＮ粒子と鉄系難削材との接触を抑制することに
より工具の耐摩耗性、耐欠損性の向上、加工面の高品質
化等優れた効果を奏することができ、それにより工具の
寿命も向上するという顕著な効果がある。
【図１】ｃＢＮ基材表面に本発明に係る中間層を被覆し
た状態を示す平面図。
た状態を示す平面図。
【図２】ｃＢＮ基材表面に本発明に係る中間層を被覆し
た状態を示す横断面図。
た状態を示す横断面図。
【図３】本発明の焼結体の製造に用いるアークイオンプ
レーティング法による成膜装置を示す模式図。（Ａ）は
断面図、（Ｂ）は平面図。
レーティング法による成膜装置を示す模式図。（Ａ）は
断面図、（Ｂ）は平面図。
【図４】本発明に係る表面被覆層内のＣｒの元素分布を
界面からの距離（ｎｍ）に対してプロットしたグラフ。
界面からの距離（ｎｍ）に対してプロットしたグラフ。
１：成膜装置 ２：チャンバー ３：主テーブル ４：支持棒 ５ａ，５ｂ：アーク式蒸発源 ６ａ，６ｂ：陰極 ７ａ，７ｂ：直流電源 ８：直流電源 ９：ガス導入口 １０：基材 １１：治具 １２ａ，１２ｂ：蒸発方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 FF04 FF11 FF16 FF27 4K029 AA04 BA02 BA07 BA17 BA43 BA55 BA58 BA60 BB02 BC00 BD05 CA04 CA06
Claims (10)
- 【請求項１】 工具刃先の少なくとも切削に関与する部
分が、高圧相型窒化硼素焼結体を基材とし、その表面に
形成された表面被覆層が存在し、該表面被覆層が、前記
高圧相型窒化硼素焼結体基材との界面に連続して存在す
る中間層と、更にその上に形成された硬質被膜層からな
り、該中間層が周期律表４ａ，５ａ及び６ａ族元素の元
素群から選ばれた少なくとも１つの元素からなり、該中
間層の平均厚さが０．００５μｍ以上０．０５μｍ以下
であることを特徴とする、表面被覆窒化硼素焼結体工
具。 - 【請求項２】 中間層が、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ元素の少なく
とも１種を含むことを特徴とする、請求項１に記載の表
面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 【請求項３】 硬質被膜層が、４ａ，５ａ，６ａ族元
素、Ａｌ，Ｂ，Ｓｉ及びＹの中から選択される１種以上
の元素と、Ｃ，Ｎ及びＯの中から選択される１種以上の
元素とからなる少なくとも１層以上でヌープ硬度Ｈｋ＝
２，０００以上の硬度を有する化合物による層を含み、
膜厚が０．５μｍ以上且つ１０μｍ以下であることを特
徴とする、請求項１又は２に記載の表面被覆窒化硼素焼
結体工具。 - 【請求項４】 表面被覆層がイオンプレーティング法、
スパッタ蒸着法、又は真空アーク蒸着法により形成され
ることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記
載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 【請求項５】 表面被覆層の最表面層が、Ｔｉ又はＣｒ
から選択される１種以上の元素と、Ｃ，Ｎ及びＯの中か
ら選択される１種以上の元素とからなる化合物からなる
ことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載
の表面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 【請求項６】 表面被覆層の最表面層が、ＣｒＮ層であ
ることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記
載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 【請求項７】 少なくとも切削に関与する箇所に、ＪＩ
Ｓ Ｂ０６０１（但し測定長０．８ｍｍ）に規定された
中心線平均粗さＲａが０．２μｍ以下である表面被覆層
を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか
に記載の表面被覆窒化硼素焼結体工具。 - 【請求項８】 工具刃先の少なくとも切削に関与する部
分が、立方晶窒化硼素を３０体積％以上８０体積％以下
含み、残部結合材が周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素の
窒化物、硼化物、炭化物及びＡｌ化合物、ならびにこれ
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
不可避不純物からなる立方晶窒化硼素焼結体を基材とす
る、請求項１ないし７のいずれかに記載の表面被覆窒化
硼素焼結体工具。 - 【請求項９】 工具刃先の少なくとも切削に関与する部
分が、立方晶窒化硼素を８０体積％以上９０体積％以下
含み、残部結合材がＣｏ化合物、Ａｌ化合物及びこれら
の固溶体からなる群から選択される少なくとも１種と不
可避不純物からなる立方晶窒化硼素焼結体を基材とす
る、請求項１ないし７のいずれかに記載の表面被覆窒化
硼素焼結体工具。 - 【請求項１０】 立方晶窒化硼素粒子の平均粒径が４μ
ｍ以下である、請求項１ないし９のいずれかに記載の表
面被覆窒化硼素焼結体工具。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001247813A JP3637882B2 (ja) | 2000-08-31 | 2001-08-17 | 表面被覆窒化硼素焼結体工具 |
| US09/943,840 US6623850B2 (en) | 2000-08-31 | 2001-08-27 | Tool of a surface-coated boron nitride sintered compact |
| CA002356039A CA2356039C (en) | 2000-08-31 | 2001-08-28 | A tool of a surface-coated boron nitride sintered compact |
| EP01307356.4A EP1195452B9 (en) | 2000-08-31 | 2001-08-30 | A tool of a surface-coated boron nitride sintered compact |
| DE60133705.0T DE60133705T3 (de) | 2000-08-31 | 2001-08-30 | Werkzeug aus einem gesinterten Bornitrid Körper mit beschichteter Oberfläche |
| KR1020010053153A KR100728513B1 (ko) | 2000-08-31 | 2001-08-31 | 표면 피복된 질화 붕소 소결 콤팩트 공구 |
| CN01142529A CN1347784A (zh) | 2000-08-31 | 2001-08-31 | 表面涂覆的氮化硼烧结密实体的刀具 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-262398 | 2000-08-31 | ||
| JP2000262398 | 2000-08-31 | ||
| JP2001247813A JP3637882B2 (ja) | 2000-08-31 | 2001-08-17 | 表面被覆窒化硼素焼結体工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002144110A true JP2002144110A (ja) | 2002-05-21 |
| JP3637882B2 JP3637882B2 (ja) | 2005-04-13 |
Family
ID=26598897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001247813A Expired - Lifetime JP3637882B2 (ja) | 2000-08-31 | 2001-08-17 | 表面被覆窒化硼素焼結体工具 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6623850B2 (ja) |
| EP (1) | EP1195452B9 (ja) |
| JP (1) | JP3637882B2 (ja) |
| KR (1) | KR100728513B1 (ja) |
| CN (1) | CN1347784A (ja) |
| CA (1) | CA2356039C (ja) |
| DE (1) | DE60133705T3 (ja) |
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| JP3637883B2 (ja) | 2000-08-31 | 2005-04-13 | 住友電気工業株式会社 | 表面被覆窒化硼素焼結体工具 |
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| CN100425721C (zh) † | 2004-01-08 | 2008-10-15 | 住友电工硬质合金株式会社 | 立方晶型氮化硼烧结体 |
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| SE529161C2 (sv) * | 2005-06-22 | 2007-05-22 | Seco Tools Ab | Skärverktyg med kompositbeläggning för finbearbetning av härdade stål |
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| JP5005262B2 (ja) * | 2006-05-26 | 2012-08-22 | 三菱マテリアル株式会社 | 高硬度鋼の高速切削加工できわめて優れた仕上げ面精度を長期にわたって発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 |
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| DE102015208743A1 (de) * | 2015-05-12 | 2016-11-17 | Gühring KG | Spanabhebendes Werkzeug |
| DE102015208742A1 (de) * | 2015-05-12 | 2016-11-17 | Gühring KG | Spanabhebendes Werkzeug |
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| US11414984B2 (en) | 2020-05-28 | 2022-08-16 | Saudi Arabian Oil Company | Measuring wellbore cross-sections using downhole caliper tools |
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