JP2002192403A - 多層被覆工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】従来の被覆工具に比して膜の耐酸化性や耐クラ
ック性が優れており、格段に工具寿命の優れる炭窒化チ
タンジルコニウム膜を有する被覆工具を提供する。 【解決手段】工具基体表面上に、炭窒化チタンジルコニ
ウム層と炭窒化ジルコニウム層とから構成される複層構
造の単位層を少なくとも一単位層以上被覆していること
を特徴とする多層被覆工具である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切削工具、耐摩工
具等として用いる被覆工具に関するものであり、より詳
しくは、工具基体表面上に、周期律表の４ａ、５ａ、６
ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸
化物、炭窒酸化物、並びに酸化アルミニウム、酸化ジル
コニウムの層のうち、いずれか二種以上の層からなる多
層膜を有し、該多層膜の中に炭窒化チタンジルコニウム
膜及び炭窒化ジルコニウム膜を少なくともそれぞれ一層
以上有する多層被覆工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメット、高速
度鋼、特殊鋼等などからなる工具基体の表面に、単層ま
たは多層の硬質皮膜を施した被覆工具は、皮膜の耐摩耗
性と基体の強靭性とを兼ね備えているため、広く実用に
供されている。特に、高速で切削する場合や切削液を用
いずに旋削加工する場合には、切削工具の刃先温度が１
０００℃前後にまで達するため、高温環境下における被
削材との接触による摩耗や断続切削等の機械的衝撃に耐
える必要があり、耐摩耗性と靭性の両特性に優れた被覆
工具が常用されている。

【０００３】一般に、被覆工具の硬質皮膜としては、耐
摩耗性及び靭性に優れることが要求されるため、周期律
表４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物または炭窒
化物からなる膜が用いられており、また耐酸化性に優れ
る酸化アルミニウム膜なども用いられている。これら硬
質皮膜は、良く知られているように、ＣＶＤ法あるいは
ＰＶＤ法により成膜される。ＰＶＤ法は、多数の元素を
含有する膜を比較的容易に成膜できるという特徴を有す
るが、ＣＶＤ法により成膜した皮膜に比べて、基体と膜
の間、及び皮膜相互間の密着性が劣るという欠点があ
る。これに対して、ＣＶＤ法は、化学反応を用いて成膜
するために多数の元素を含有する膜を成膜することが困
難であるという欠点はあるが、６００〜１０５０℃の高
温で成膜するために、膜の密着性が高いこと、高い温度
で使用しても膜特性の劣化が少ないこと、などの特徴が
ある。

【０００４】このため、切削加工時に刃先が比較的高い
温度まで昇温する旋削工具等の皮膜としては、ＣＶＤ法
で成膜されたＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ａｌ_２Ｏ_３膜
などが実用化されているにすぎない。これら実用化され
ている皮膜のうち、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ膜は、常
温で測定したビッカース硬度ＨＶが約３２００、２１０
０、２７００と非常に硬く、耐摩耗性に優れているた
め、旋削用工具の皮膜として多用されている。しかし、
これらの膜、例えばＴｉＣＮ膜などは、刃先の温度が１
０００℃を越える高温域に達すると、硬度が落ちるとと
もに酸化しやすく、膜中にクラックが入って結晶粒が脱
落するなど、工具寿命が劣る欠点がある。

【０００５】これら皮膜の特性を改善したものとして、
例えば、ＴｉＣＮ層のＸ線回折における最高ピーク強度
を示す面を規定したもの（特開平６−１５８３２４号、
特開平６−１５８３２５号及び特開平７−６２５４２号
の各公報）や、膜中の塩素の含有量を規定したもの（特
開平７−１００７０１号公報）等が提案されており、本
願出願人も膜厚や組織等を特定したものを提案した（特
許第２６６０１８０号公報）。

【０００６】また、これらＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ膜
の特性を改善するために、（ＴｉＡｌ）Ｎ、（ＴｉＺ
ｒ）Ｎ、（ＴｉＺｒ）Ｃ等、二種類以上の金属成分を含
有した膜が検討されている。しかしながら、これら二種
類以上の金属成分を含有する公知の膜は、いずれもスパ
ッタ法やイオンプレーティング法等のＰＶＤ法またはプ
ラズマＣＶＤ法により成膜されたものであり、成膜温度
が低いために、膜の密着性に問題がある。また、膜の硬
度が低く、耐摩耗性にも問題がある。

【０００７】一方、熱ＣＶＤ法で成膜することにより、
引張残留応力を有するＺｒ含有膜を得て密着性を改善す
ることが、特開平１−２５２３０５号公報、特開平５−
１７７４１２号公報、特開平５−１７７４１３号公報等
に開示され提案されている。しかし、これら公報に開示
された発明における膜は、ＺｒＣ膜、ＺｒＮ膜、ＺｒＣ
Ｎ膜、ＺｒＣＯ膜、ＺｒＣＮＯ膜であり、いずれも金属
成分がＺｒのみからなるＣＶＤ膜である。ＺｒＣ膜等の
ように金属元素がＺｒ単独からなる膜の硬度は、室温に
おける膜硬度が低い。このため、湿式切削または低速切
削などのように、刃先温度が比較的低い温度で使用され
るような場合においては、耐摩耗性が劣る欠点がある。

【０００８】また、複数の金属成分、例えば、ＴｉとＺ
ｒの両者を含有する膜として、特開平３−２６７３６１
号公報により、プラズマＣＶＤ法により成膜した（Ｔｉ
Ｚｒ）Ｎ膜が開示されている。しかし、公知のプラズマ
ＣＶＤ法を用いた成膜方法では、前述したように成膜温
度が低いことに起因する問題があり、また、膜中に塩素
が残留し、膜の硬度が低くなって工具としての耐摩耗性
が劣るという欠点がある。また、この公報記載の発明に
おいては、基板にアルミナ板を用いており、基板自体の
靭性が低いために、工具として使用した時に欠落を生じ
易く、切削耐久特性に問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記従
来技術における被覆工具の欠点を解決するために、鋭意
研究した結果、金属成分としてチタン及びジルコニウム
を含有する硬質膜、例えば、（ＴｉＺｒ）ＣＮ膜等にお
いて、特定の条件を満たした場合には、高温においても
膜硬度が急激に低下せず、膜の密着性と耐摩耗性に優れ
た膜を実現できることを見いだし、先に特願平１１−１
８２６２２号及び特願平１１−３５５００４号として出
願し、当該技術を開示した。（以下、従来例と称す。）

【００１０】なお、被覆工具において旧来より用いられ
ている炭窒化チタン膜、炭窒化チタン膜等の耐摩耗性を
改善するために、炭窒化チタンジルコニウム等の膜を工
具基体上に被覆する方法が最近提案された（特表平１１
−５１０８５６号）。この方法は、少なくとも２種の金
属元素を含む炭窒化物膜を、ＣＮ化合物ガスを用いてＣ
ＶＤ法で被覆する方法である。しかし、本発明者等が当
該公報記載の技術に従い再現検討した結果では、得られ
た炭窒化チタンジルコニウム膜は結晶粒径が大きく、工
具としての耐摩耗性や耐チッピング性が必ずしも満足で
きるものではなかった。

【００１１】本発明は、上記本願発明者らが先に提案し
た発明、すなわち、金属成分としてチタン及びジルコニ
ウムを含有する硬質膜に係る発明を更に発展させ、耐摩
耗性、耐チッピング性、高温硬度等に優れ、工具寿命の
永い被覆工具を提供することを課題とするものである。
すなわち、これらの実状を踏まえ本発明が解決しようと
する課題は、従来に比して膜の耐酸化性や耐クラック性
が優れており、格段に工具寿命の優れる炭窒化チタンジ
ルコニウム膜を有する被覆工具を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述したような従来の発
明は、いずれも、チタンの炭窒化物層やチタンジルコニ
ウムの炭窒化物層自体にのみ着目し、それらを改善した
内容のものが多い。本願発明者らは、個々の膜の特性改
善を検討するとともに膜相互の関連性についても検討し
た結果、高温耐摩耗性が優れた炭窒化チタンジルコニウ
ム膜と、耐クラック性と耐酸化性に優れた炭窒化ジルコ
ニウム膜とを組み合わせることにより、両者の特徴を併
せ持つとともに耐クラック性をより一層高めることがで
きることを見出し、本発明を完成した。

【００１３】すなわち、本発明は、工具基体表面上に、
周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族金属の炭化物、窒化物、
炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物、並びに酸
化アルミニウム、酸化ジルコニウムの層のうち、いずれ
か二種以上の層からなる多層膜を有し、前記多層膜の中
に、炭窒化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム
層とから構成される複層構造の単位層を少なくとも一単
位層以上含有していることを特徴とする多層被覆工具で
ある。

【００１４】本発明によれば、超硬合金やＴｉＣＮ基サ
ーメット、高速度鋼、特殊鋼等からなる周知の工具基体
を用い、少なくとも一単位層、好ましくは二単位層以上
の複合構造の層を含むように多層膜を構成することによ
り、優れた工具寿命を持つ多層被覆工具が得られる。そ
の理由は明確ではないが、高温耐摩耗性が優れた炭窒化
チタンジルコニウム膜と、耐クラック性と耐酸化性に優
れた炭窒化ジルコニウム膜とを組み合わせる炭窒化チタ
ンジルコニウム層により優れた高温耐摩耗性が得られ、
炭窒化ジルコニウム層により優れた耐酸化性と耐クラッ
ク性とが得られ、更に、単位層における外側の膜中に存
在するクラックが両膜の境界領域で遮断されて膜厚方向
に伝搬し難くなることによって、より一層耐クラック性
が向上し、優れた工具寿命を持つ被覆層が得られるもの
と考えられる。

【００１５】本発明において、前記炭窒化チタンジルコ
ニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる複層構造の
単位層は、多層膜中に少なくとも一単位層以上存在する
必要があるが、二単位層以上を含有している多層被覆膜
であることが好ましい。こうすることにより、炭窒化チ
タンジルコニウムと炭窒化ジルコニウム層間でクラック
が膜厚方向には走りにくくなるため、耐クラック性が更
に向上して、更に良好な工具寿命を持つ被覆層が得られ
る効果があると考えられる。また、本発明において、単
位層における炭窒化ジルコニウム層は、炭窒化チタンジ
ルコニウム層の上に成膜されていることが好ましい。工
具摩耗が進行しても、耐酸化性に富む炭窒化ジルコニウ
ム層が外側に存在することにより、内層の酸化を防止す
るとともに耐クラック性も良好であるなど、両層の特徴
がより顕著に現れる効果がある。

【００１６】本発明において、上記単位層における炭窒
化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層は、そ
の膜厚比（炭窒化チタンジルコニウム層／炭窒化ジルコ
ニウム層）を０．５〜１００の範囲とするのが良く、好
ましくは０．５〜５０の範囲とする。膜厚比が、０．５
未満で複層構造の層とする効果が少なく、１００を越え
ると膜が柔らかくなりすぎ耐摩耗性が低くなる。好まし
い範囲では、耐クラック、耐酸化性、及び膜硬度のバラ
ンスが特に良くなり、優れた工具特性を得ることが出来
る。

【００１７】本発明において、複層構造の単位層を構成
する炭窒化チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム
層の間に、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、炭
化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、窒化アルミニウ
ム、窒化チタンアルミニウム等の薄層を挿入し、両層間
の密着性を更に高めることも有効である。

【００１８】また、本発明において、前記複層構造単位
層の中の少なくとも一つの炭窒化チタンジルコニウム層
は、（４２２）面または（３１１）面からの等価Ｘ線回
折強度比ＰＲが最大であることが好ましい。ＰＲを最大
とすることにより、前記炭窒化チタンジルコニウム層が
高い結晶性を持つとともに、耐摩耗性と靭性とが更に優
れることになり良好な工具寿命が得られる。このような
膜は、炭窒化チタンジルコニウム層の成膜条件を最適化
することによって成膜できる。例えば、炭窒化チタンジ
ルコニウム層の成膜温度が７００〜９５０℃の温度範囲
であるときは、（４２２）面及び（３１１）面の等価Ｘ
線回折強度比ＰＲが大きくなる。９５０℃を越えるよう
な高温では（２２０）面や（１１１）面の等価Ｘ線回折
強度比ＰＲが大きくなる傾向にある。

【００１９】また、本発明において、前記複層構造単位
層を構成する少なくとも一つの炭窒化チタンジルコニウ
ム層は、その膜厚方向に細長い柱状組織を持つことが好
ましい。炭窒化チタンジルコニウム層が膜厚方向に細長
く連続することで結晶粒の粗大化が防止でき良好な工具
寿命が得られる。このような炭窒化チタンジルコニウム
層を成膜するには、例えば、７００〜９５０℃で、ま
た、原料ガスとして、好ましくは有機ＣＮ化合物ガス、
チタンのハロゲン化ガス、ジルコニウムのハロゲン化ガ
スを用いて、熱ＣＶＤ法により成膜することにより製造
できる。

【００２０】また、本発明において、前記複層構造単位
層の中の少なくとも一単位の単位層がチタンの炭窒化物
層またはチタンの炭窒酸化物層の直上に形成されている
ことが好ましい。これにより、前記複層構造単位層の中
の炭窒化チタンジルコニウム層は（４２２）面または
（３１１）面からの等価Ｘ線回折強度比ＰＲが最大にな
り易くなるとともに、膜厚方向に細長い柱状組織を持ち
やすくなる。この結果、前記炭窒化チタンジルコニウム
層が高い結晶性を持つとともに、結晶粒の粗大化が防止
でき、耐摩耗性と靭性とが更に優れることになり更に良
好な工具寿命が得られる。

【００２１】炭窒化チタンジルコニウムのＸ線回折は、
炭窒化チタンジルコニウムの膜組成に近いＪＣＰＤＳフ
ァイル（Powder Diffraction File Published by JCPDS
International Center for Diffraction Data）を用い
て同様の方法で測定する。すなわち、後述する実施例等
においては、炭窒化チタンジルコニウムのＸ線回折はＪ
ＣＰＤＳファイルに記載がないため、ＴｉＣとＴｉＮの
Ｘ線回折データ（ＪＣＰＤＳファイルＮｏ．２９−１３
６１とＮｏ．３８−１４２０）及び本発明品を実測して
得たＸ線回折パターンから求めた表１の面指数と２θ値
を基準にして同定した。

【００２２】

【表１】

【００２３】ここでＸ線回折パターンはＸ線源にＣｕＫ
α_１線（λ＝０．１５４０５ｎｍ）を用い、試料の工具
表面平坦部の皮膜部分を測定面として、２θ−θ走査法
により２θ＝１０〜１４５°の範囲で測定する。バック
グランドは装置に内蔵されたソフトにより除去した。ま
た、炭窒化チタンジルコニウムの格子定数が０．４２〜
０．４４の範囲で変動するため、表１の２θ値を基準に
して測定したＸ線回折ピークに現れているＴｉＣ、Ｔｉ
Ｎ、ＷＣのピーク（ＪＣＰＤＳファイルＮｏ．２５−１
０４７）等のピークとの位置関係も考慮して炭窒化チタ
ンジルコニウムのＸ線回折ピークを決定した。

【００２４】等価Ｘ線回折強度比ＰＲ（ｈｌｋ）は、炭
窒化チタンジルコニウムの（ｈｌｋ）面からのＸ線回折
ピーク強度を定量的に評価するために次式より定義し
た。この値は表１に記載された等方粒子のＸ線回折ピー
ク強度Ｉ_０（ｈｋｌ）に対する実測した皮膜のＸ線回折
ピーク強度Ｉ（ｈｋｌ）の相対強度を示している。ＰＲ
（ｈｋｌ）値が大きい程（ｈｋｌ）面からのＸ線回折ピ
ーク強度が他のＸ線回折ピーク強度よりも強く、皮膜の
（ｈｋｌ）面が基体と平行方向に強く配向していること
を示している。

【００２５】

【式１】

【００２６】本発明の被覆工具において、上記炭窒化チ
タンジルコニウム層や炭窒化ジルコニウム層は（ＴｉＺ
ｒ）（ＣＮ）やＺｒＣＮに限るものではない。これらの
成分に、例えば、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍ
ｇ、Ｙ、Ｓｉ、Ｂを単独または複数組み合わせて各元素
を０．３〜１０質量％添加した層でも良い。０．３質量
％未満ではこれらを添加する効果が現れず、１０質量％
を超えると炭窒化チタンジルコニウム層や炭窒化ジルコ
ニウム層の特徴が低くなる欠点が現れる。また、上記層
には本発明の効果を消失しない範囲で、基体から拡散す
るＷ、Ｃｏ等を、例えば、数質量％程度まで含むことが
許容される。

【００２７】また、本発明の被覆工具において、上記複
層構造の単位層の下地膜はチタンの炭窒化物層やチタン
の炭窒酸化物層に限るものではなく、例えば、下地膜と
して炭化チタン膜や窒化アルミ膜、窒化ジルコニウム
膜、炭窒化ジルコニウム膜を用いることができる。

【００２８】更に、本発明の被覆工具において、前記複
層構造の単位層は、必ずしも最外層膜である必要はな
い。例えば、更にその上にα型酸化アルミニウム膜、κ
型酸化アルミニウム膜、酸化ジルコニウム膜、あるいは
これらの複合膜、更にその上にはチタン化合物（例え
ば、窒化チタン膜や炭窒化チタン膜及びその多層膜）や
ジルコニウムの化合物（例えば、炭化ジルコニウムや炭
窒化ジルコニウム及びその多層膜）等を被覆してもよ
い。

【００２９】また、本発明の多層被覆工具において、前
記複層構造の単位層は、熱ＣＶＤ法により成膜されたも
のであり、膜の残留応力が引張応力であることが好まし
いが、プラズマＣＶＤ法あるいはアークイオンプレーテ
ィング法等のＰＶＤ法によってもよい。ただし、プラズ
マＣＶＤ法で成膜すると膜中の塩素量が２質量％を越え
膜硬度と耐摩耗性が低下し、工具寿命が低下する欠点が
現れ易い。また、ＰＶＤ法で低下すると膜の残留応力が
圧縮応力になるとともに膜の下地に対する密着性が低下
し、膜剥離しやすくなり、工具寿命が低下する欠点が現
れやすい。

【００３０】

【発明の実施の態様】以下、本発明の多層被覆工具を、
実施例等によって具体的に説明するが、これら実施例に
より本発明が限定されるものではない。

【００３１】（実施例１）ＷＣ：７２質量％、ＴｉＣ：
８質量％、（Ｔａ、Ｎｂ）Ｃ：１１質量％、Ｃｏ：９質
量％の組成よりなる超硬合金製スローアウェイチップ上
に、熱ＣＶＤ法により成膜温度９００℃で厚さ０．４μ
ｍの窒化チタン膜をまず形成した。続いて、成膜温度８
５０℃、原料ガスをＴｉＣｌ_４ガス：１．５ｖｏｌ％、
ＣＨ_３ＣＮガス：１．０ｖｏｌ％、Ｎ_２ガス：４５ｖｏ
ｌ％、残りＨ_２キャリヤーガスで構成された原料ガスを
毎分６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力：
５．０ＫＰａで厚さ１μｍの炭窒化チタン膜を成膜し
た。次に、成膜温度７００〜９５０℃、原料ガスをＴｉ
Ｃｌ_４ガス：１．５ｖｏｌ％、ＺｒＣｌ_４ガス：１．５
ｖｏｌ％、ＣＨ_３ＣＮガス：１．０ｖｏｌ％、Ｎ_２ガ
ス：４５ｖｏｌ％、残りＨ_２キャリヤーガスで構成され
た原料ガスを毎分６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、
成膜圧力：５．０ｋＰａで炭窒化チタンジルコニウム層
を成膜した。続いて、成膜温度７００〜９５０℃、原料
ガスをＺｒＣｌ_４ガス：１．５ｖｏｌ％、ＣＨ_３ＣＮガ
ス：１．０ｖｏｌ％、Ｎ_２ガス：４５ｖｏｌ％、残りＨ
_２キャリヤーガスで構成された原料ガスを毎分６０００
ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力：５．０ｋＰａで
炭窒化ジルコニウム層を成膜した。この炭窒化チタンジ
ルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とを一組とする複
層構造を単位層として、１組〜２５組の複層構造単位層
を積層して、全厚が１１μｍの炭窒化チタンジルコニウ
ム層及び炭窒化ジルコニウム層からなる多層膜を成膜し
た。なお、全膜厚が１１μｍになるように、成膜する組
数が１組から２５組へと多くなるにつれて、炭窒化チタ
ンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層両者の成膜時
間を均等に短縮した。

【００３２】上記のようにして得られた本発明の多層被
覆工具を用いて、以下の条件で連続切削を行い、被覆工
具の工具寿命を評価した。 被削材：Ｓ５３Ｃ（ＨＳ３５） 切削速度：２４０ｍ／分 送り：０．４５ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み：２．５ｍｍ 乾式切削 ここで、切削状況を２分間隔で調べ、平均逃げ面摩耗量
が０．３５ｍｍ、クレーター摩耗が０．１ｍｍ、境界摩
耗が０．５ｍｍのどれかに達した時間を連続切削寿命と
判断し、これを工具寿命とした。また、比較のため、従
来例とし、炭窒化チタンジルコニウム単層、全厚１１μ
ｍのものを製作した。

【００３３】得られた多層被覆工具について、炭窒化チ
タンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる
複層構造単位層の単位数（組数）、炭窒化チタンジルコ
ニウム層の組織、炭窒化チタンジルコニウム層の等価Ｘ
線回折強度比ＰＲが最大である面、及び後述の連続切削
寿命等を表２にまとめて示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２より、本発明による多層被覆工具は、
いずれも連続切削寿命が１８分以上と長く優れているこ
とがわかる。また、炭窒化チタンジルコニウム層と炭窒
化ジルコニウム層とからなる複層構造の単位層が二単位
層以上の多層膜構造を形成しているもの（試料番号１〜
９）が、単位層が１組のもの（試料番号１０）より工具
寿命が優れていることがわかる。単位層が３組（試料番
号８）以上では連続切削寿命が３０分以上であり、単位
層が１０組以上であれば特に優れた工具寿命が得られる
ことが判る。従来例は、逃げ面摩耗が急激に進み、膜の
摩耗が進行し、連続切削寿命が５分と短く、本発明品よ
りも劣る。

【００３６】図１は、表２、試料番号４の炭窒化チタン
ジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とから成る単位
層を１５組被覆したものの皮膜部破断面を走査電子顕微
鏡により観察したものである。図１より、本発明例、試
料番号４は、膜厚方向に細長い柱状組織を持ち、炭窒化
チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層との結晶
粒界が膜厚とほぼ垂直方向に連続していることがわか
る。

【００３７】更に、図２は試料番号４の工具表面平坦部
における皮膜部分のＸ線回折パターン測定結果である。
図２のＸ線回折パターンから求めた本発明品の炭窒化チ
タンジルコニウム膜の各ピークの２θ値とＸ線回折強度
及び各２θ値から求めた格子定数を表３にまとめて示
す。図３は、図２より求めた試料番号４の炭窒化チタン
ジルコニウム膜の各（ｈｌｋ）面の等価Ｘ線回折強度比
ＰＲ（ｈｌｋ）をまとめて示したものである。

【００３８】

【表３】

【００３９】（実施例２）本発明品における炭窒化チタ
ンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる複
層構造の単位層が、炭窒酸化チタン層の直上に形成され
ているときの工具寿命への影響を明らかにするため、実
施例１と同じ切削工具用超硬合金基体に、厚さ０．４μ
ｍの窒化チタン膜を成膜した後、ＴｉＣｌ_４ガスを１．
５ｖｏｌ％、ＣＨ_３ＣＮガスを２．０ｖｏｌ％、ＣＯガ
スとＣＯ_２ガスの混合ガスを１．０ｖｏｌ％、Ｎ_２ガス
を４５ｖｏｌ％、残Ｈ_２キャリヤーガスで構成された原
料ガスを毎分５５００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、圧力
６．６ｋＰａ、成膜温度８５０℃の条件で、厚さ１μｍ
の炭窒酸化チタン膜を成膜した。次いでその直上に、実
施例１の試料番号４と同じ条件で炭窒化チタンジルコニ
ウム層と炭窒化ジルコニウム層とから成る単位層を１５
組、全膜厚が１１μｍの皮膜を成膜し、試料番号１１と
した。この試料番号１１のものについての単位層の組
数、組織、切削寿命等を表４に示す。

【００４０】

【表４】

【００４１】表４より、本発明例、試料番号１１は、連
続切削寿命が４４分と長く、試料番号４の寿命よりやや
優れ、工具寿命が優れていることがわかる。また、従来
例よりも格段に優れる。

【００４２】（実施例３）本発明品の炭窒化チタンジル
コニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる複層構造
の単位層における炭窒化チタンジルコニウム層が、膜厚
方向に細長い柱状組織と粒状組織である場合との工具寿
命への影響を明らかにするため、実施例１と同じ切削工
具用超硬合金基体に、厚さ０．４μｍの窒化チタン膜を
成膜した後、厚さ１μｍの炭窒化チタン膜を成膜した。
次ぎに、成膜温度１０５０℃、原料ガスをＴｉＣｌ_４ガ
ス：１．５ｖｏｌ％、ＺｒＣｌ_４ガス：１．５ｖｏｌ
％、ＣＨ_４ガス２．５ｖｏｌ％、Ｎ_２ガス：４５ｖｏｌ
％、残りＨ_２キャリヤーガスで構成された原料ガスを毎
分６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流し、成膜圧力：５．
０ｋＰａで炭窒化チタンジルコニウム層を成膜した。続
いて、成膜温度１０５０℃、原料ガスをＺｒＣｌ_４ガ
ス：１．５ｖｏｌ％、ＣＨ_４ガス：１．０ｖｏｌ％、Ｎ
_２ガス：４５ｖｏｌ％、残りＨ_２キャリヤーガスで構成
された原料ガスを毎分６０００ｍｌだけＣＶＤ炉内に流
し、成膜圧力：５．０ｋＰａで炭窒化ジルコニウム層を
成膜した。この炭窒化チタンジルコニウム層と炭窒化ジ
ルコニウム層とからなる複層構造の層を１組の単位層と
して、１５組の単位層からなり全厚が１１μｍの炭窒化
チタンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層からなる
皮膜を成膜し、試料番号１２とした。この試料の炭窒化
チタンジルコニウム層は、膜厚方向に細長くはなく、粒
状であった。この結果を、表４に併記する。

【００４３】表４より、本発明例、試料番号１２は、連
続切削寿命が２８分となり、柱状組織に比し、粒状組織
は寿命が短くなる傾向にあるが、従来例（５分）に比し
て遙かに優れることが確認された。

【００４４】（実施例４）本発明において、炭窒化チタ
ンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる複
層構造の単位層における炭窒化チタンジルコニウム層に
おける等価Ｘ線回折強度比ＰＲが最大を示す面の相違に
よる影響を調べるため、複層構造の単位層のうちの炭窒
化チタンジルコニウム層を成膜するときの成膜温度を、
９５０℃（試料番号１３）、１０００℃（試料番号１
４）、１０５０℃（試料番号１５）に変化させた以外
は、実施例１と同じ方法で、１５組の単位層を持つ本発
明被覆工具を作製した。得られた試料番号１３〜１５に
ついて、表４に併記する。

【００４５】表４より、等価Ｘ線回折強度比ＰＲが、試
料番号４−（４２２）面、試料番号１３−（３１１）
面、試料番号１４−（１１１）面、試料番号１５−（２
２０）面の順に工具寿命が優れている。また、従来例に
比して５倍以上の寿命が得られた。

【００４６】（実施例５）本発明品における炭窒化チタ
ンジルコニウム層と炭窒化ジルコニウム層とからなる複
層構造の単位層が炭窒化チタン層または炭窒酸化チタン
層の直上に形成されていないときの工具寿命への影響を
明らかにするため、実施例１、２と同じ条件で、切削工
具用超硬合金からなる基体上に厚さ０．４μｍの窒化チ
タン膜を成膜した後、炭窒化チタン膜や炭窒酸化チタン
膜を成膜せずに、実施例１の試料番号４と同じ成膜条件
で１５組の単位層からなる全厚が１１μｍの皮膜を成膜
し、試料番号１６とした。得られた試料番号１６につい
て、表４に併記する。

【００４７】表４より、本発明、試料番号１６は工具寿
命は２０分であり、従来例に比して４倍程度の寿命が向
上している。

【００４８】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、従来に
比して膜の耐酸化性や耐クラック性がバランス良く優
れ、格段に工具寿命の優れる炭窒化チタンジルコニウム
層と炭窒化ジルコニウム層とを有する多層被覆工具を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の多層被覆工具のセラミック材
料の組織を示す顕微鏡写真の一例を示す。

【図２】図２は、本発明の多層被覆工具のＸ線回折パタ
ーンの一例を示す。

【図３】図３は本発明の多層工具の炭窒化チタンジルコ
ニウム膜の等価Ｘ線回折強度比ＰＲの一例を示す図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C046 FF10 FF11 FF16 4K030 AA03 AA09 AA14 AA17 AA18 BA18 BA22 BA41 BB01 BB12 CA03 CA18 FA10 JA09 JA10 LA22

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炭窒化チタンジルコニウム層と炭窒化ジル
   コニウム層とからなる複層構造の層を単位層とし、前記
   単位層を工具基体上に少なくとも１単位層以上被覆して
   なることを特徴とする多層被覆工具。
2. 【請求項２】請求項１記載の多層被覆工具において、上
   記複層構造の少なくとも一つの単位層が、炭窒化チタン
   ジルコニウム層の上に炭窒化ジルコニウム層を形成して
   構成されていることを特徴とする多層被覆工具。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の多層被覆工具にお
   いて、上記単位層のなかの少なくとも一つの炭窒化チタ
   ンジルコニウム層は（４２２）面または（３１１）面か
   らの等価Ｘ線回折強度比ＰＲが、最大であることを特徴
   とする多層被覆工具。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の多層被
   覆工具において、上記単位層における少なくとも一つの
   炭窒化チタンジルコニウム層が、膜厚方向に細長い柱状
   組織を有することを特徴とする多層被覆工具。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の多層被
   覆工具において、少なくとも一つの上記単位層がチタン
   の炭窒化物層またはチタンの炭窒酸化物層の直上に形成
   されていることを特徴とする多層被覆工具。