JP2002254207A - 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】 【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】 炭化タングステン基超硬合金または炭窒
化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
０．１〜１０μｍの平均層厚を有するＴｉの炭化物層、
窒化物層、および炭窒化物層のうちの１種の単層または
２種の複層からなる密着性下地被覆層を介して、Ｔｉと
Ａｌの複合窒化物層および複合炭窒化物層のうちの１種
の単層または２種の複層からなる強靭性被覆層を０．５
〜１５μｍの平均層厚で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、さらにこれの表面に、０．１
〜１０μｍの平均層厚を有するＴｉとＡｌの複合炭酸化
物層および複合炭窒酸化物層のうちの１種の単層または
２種の複層からなる密着性中間被覆層を介して、酸化ジ
ルコニウム層からなる潤滑性被覆層を０．５〜１５μｍ
の平均層厚で物理蒸着してなる。

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を、特に高切込みや高送り
などの重切削条件で用いた場合にも、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１．３×１０^-3Ｐａ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、密着性下地被覆層形
成にはＴｉ、強靭性被覆層形成には所定組成を有するＴ
ｉ−Ａｌ合金がセットされたカソード電極（蒸発源）と
の間にアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガス
としてメタンガスおよび／または窒素ガスを導入し、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
トからなり、かつ前記アノード電極およびカソード電極
と所定間隔をもって対向配置された工具基体（以下、こ
れらを総称して超硬基体と云う）には、例えば−１２０
Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記超硬基体の表
面に、例えば特開昭６２−５６５６５号公報に記載され
るように、０．１〜１０μｍの平均層厚を有するＴｉの
炭化物層、窒化物層、および炭窒化物層（以下、それぞ
れＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層で示す）のう
ちの１種の単層または２種の複層からなる密着性下地被
覆層を介して、ＴｉとＡｌの複合窒化物［以下、（Ｔ
ｉ，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１種の単層また
は２種の複層からなる強靭性被覆層を０．５〜１５μｍ
の平均層厚で物理蒸着することにより製造された被覆超
硬切削工具が知られている。

【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、被覆
層を構成する（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、酸化ジルコニ
ウム（以下、ＺｒＯ₂で示す）層を物理蒸着すると、こ
の結果のＺｒＯ₂層が上記の通常の被覆層の表面に最表
面層として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ＺｒＯ₂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ＺｒＯ₂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）上記の物理蒸着法により形成された
ＺｒＯ₂層は、被覆層を構成する強靭性被覆層である
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層との密
着性が十分でないので、上記の従来被覆超硬切削工具の
表面に前記ＺｒＯ₂層を直接形成してなる被覆超硬切削
工具においては、特に工具切刃に高い負荷のかかるステ
ンレス鋼や軟鋼などの高速切削を高切込みや高送りなど
の重切削条件で行った場合に前記ＺｒＯ₂層に剥離が発
生し易いこと。

【０００７】（ｃ）上記の従来被覆超硬切削工具を構成
する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層か
らなる強靭性被覆層の表面に、まず、ＴｉとＡｌの複合
炭酸化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯで示す］層および
／またはＴｉとＡｌの複合炭窒酸化物［以下、（Ｔｉ，
Ａｌ）ＣＮＯで示す］層を物理蒸着し、この上にＺｒＯ
₂層を物理蒸着させると、この結果のＺｒＯ₂層は上記
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層に
著しく強固に密着し、かつ前記（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層お
よび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層は前記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層
および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる強靭性被覆層に対
する密着性にもすぐれたものであるから、ＴｉＣ層、Ｔ
ｉＮ層、およびＴｉＣＮ層からなる密着性下地被覆層の
超硬基体および前記強靭性被覆層に対するすぐれた密着
性と相俟って、超硬基体に前記密着性下地被覆層を介し
て物理蒸着された前記強靭性被覆層に、さらに前記（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層を介し
て前記ＺｒＯ₂層を物理蒸着してなる被覆超硬切削工具
は、ステンレス鋼や軟鋼などの高速切削を、特に工具切
刃に高い負荷のかかる高切込みや高送りなどの重切削条
件で行っても前記ＺｒＯ₂層に剥離の発生なく、長期に
亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。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、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、超硬基体の表面に、０．１〜１
０μｍの平均層厚を有するＴｉＣ層、ＴｉＮ層、および
ＴｉＣＮ層のうちの１種の単層または２種の複層からな
る密着性下地被覆層を介して、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層およ
び（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちの１種の単層または２種
の複層からなる強靭性被覆層を０．５〜１５μｍの平均
層厚で物理蒸着してなる被覆超硬切削工具において、上
記強靭性被覆層の表面に、さらに０．１〜１０μｍの平
均層厚を有する（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａ
ｌ）ＣＮＯ層のうちの１種の単層または２種の複層から
なる密着性中間被覆層を介して、ＺｒＯ₂層からなる潤
滑性被覆層を０．５〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着し
てなる、切粉に対する表面潤滑性にすぐれた被覆超硬切
削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切削工具におい
て、これを構成する密着性下地被覆層、強靭性被覆層、
密着性中間被覆層、および潤滑性被覆層の平均層厚を上
記の通りに限定した理由を説明する。 （ａ）密着性下地被覆層 その平均層厚が０．１μｍ未満では、上記の超硬基体と
強靭性被覆層との間に所定の強固な密着性を確保するこ
とができず、一方その平均層厚が１０μｍを越えると、
切削時に発生する高熱によって熱塑性変形を起し、切刃
に偏摩耗が発生し、これが原因で摩耗進行が急激に促進
されるようになることから、その平均層厚を０．１〜１
０μｍと定めた。 （ｂ）強靭性被覆層 その平均層厚が０．５μｍ未満では所望のすぐれた強靭
性を確保することができず、この結果切刃に欠けやチッ
ピング（微小欠け）が発生し易くなり、一方その層厚が
１５μｍを越えると、上記の密着性下地被覆層の層厚と
相俟って、切削時の熱塑性変形が一段と起り易くなり、
これが原因の切刃偏摩耗によって使用寿命が短縮化する
ようになることから、その平均層厚を０．５〜１５μｍ
と定めた。 （ｃ）密着性中間被覆層 その平均層厚が０．１μｍ未満では、上記の強靭性被覆
層と潤滑性被覆層との間に強固な密着性を確保すること
ができず、一方その平均層厚が１０μｍを越えると、物
理蒸着被覆層全体の脆化を促進し、切刃に欠けやチッピ
ングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．１
〜１０μｍと定めた。 （ｄ）潤滑性被覆層 その平均層厚が０．５μｍ未満では所望のすぐれた潤滑
性を確保することができず、一方その平均層厚が１５μ
ｍを越えると切刃に偏摩耗が発生し易くなり、これが摩
耗進行を促進するようになることから、その平均層厚を
０．５〜１５μｍと定めた。なお、上記の潤滑性被覆層
の上に、必要に応じてＴｉＮ層を０．１〜２μｍの平均
層厚で形成してもよく、これはＴｉＮ層が黄金色の色調
を有し、この色調によって切削工具の使用前と使用後の
識別が容易になるという理由からで、この場合その層厚
が０．１μｍ未満では前記色調の付与が不十分であり、
一方前記色調の付与は２μｍまでの平均層厚で十分であ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】ついで、この発明の被覆超硬切削
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。

【００１１】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。

【００１２】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、それぞれ金属Ｔｉ、並びに種々の成分組成
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１
０ＰａのＡｒ雰囲気とし、この状態で超硬基体に−８０
０Ｖ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、メ
タンガスおよび／または窒素ガスを導入して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密着
性下地被覆層および強靭性被覆層を蒸着することによ
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）１〜２２をそれぞれ製造し
た。

【００１３】ついで、これら従来被覆超硬チップ１〜２
２のそれぞれの表面に、同じく図１のアークイオンプレ
ーティング装置にて、カソード電極（蒸発源）として、
密着性中間被覆層形成には種々の成分組成をもったＴｉ
−Ａｌ合金、また潤滑性被覆層形成には金属Ｚｒを装着
し、装置内を排気して１．３×１０^-3Ｐａの真空に保持
しながら、ヒーターで装置内を６２０〜７２０℃の範囲
内の所定の温度に加熱した状態で、超硬基体に印加する
パルスバイアス電圧を−３５０Ｖとし、ついで装置内に
反応ガスとして、密着性中間被覆層形成にはメタンガス
と酸素ガス、あるいはメタンガスと窒素ガスと酸素ガ
ス、また潤滑性被覆層形成には酸素ガスを導入しなが
ら、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、もって表５、６に示される目標組成およ
び目標層厚の密着性中間被覆層および潤滑性被覆層を形
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）１〜２２をそれぞれ製造した。

【００１４】なお、この結果得られた各種の被覆超硬チ
ップについて、これを構成する各種被覆層の組成および
層厚を、オージェ分光分析装置および走査型電子顕微鏡
を用いて測定したところ、表３〜６の目標組成および目
標層厚と実質的に同じ組成および平均層厚（任意５ヶ所
測定の平均値）を示した。

【００１５】ついで、この結果得られた各種の被覆超硬
チップのうち、本発明被覆超硬チップ１〜１６および従
来被覆超硬切削工具１〜１６について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、 切削速度：２３０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２．５ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、の条件でのステンレス鋼の乾式高速
連続高切込み旋削加工試験、 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：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：３分、の条件でのステンレス鋼の乾式高速断
続高送り旋削加工試験、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：１．８ｍｍ、 送り：０．４０ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、の条件での軟鋼の乾式高速断続高送り
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。

【００１６】また、本発明被覆超硬チップ１７〜２２お
よび従来被覆超硬チップ１７〜２２については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、 切削速度：２３０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２．８ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、の条件でのステンレス鋼の乾式高速
連続高切込み旋削加工試験、 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：２２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：３分、の条件でのステンレス鋼の乾式高速断
続高送り旋削加工試験、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：２８０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２．０ｍｍ、 送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、の条件での軟鋼の乾式高速断続高送り
旋削加工試験を行い、いずれの旋削加工試験でも切刃部
の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表７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】（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８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１３
７０〜１４７０℃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８
ｍｍ、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８に示される組合せで、切刃部
の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ、１０ｍｍ×
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。

【００２５】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と同一の条件で、表９に示される目標組成および
目標層厚の密着性下地被覆層および強靭性被覆層を蒸着
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。

【００２６】さらに、上記の従来被覆超硬エンドミル１
〜８の表面に、同じくアークイオンプレーティング装置
にて、上記実施例１と同一の条件で、表１０に示される
目標組成および目標層厚の密着性中間被覆層および潤滑
性被覆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。

【００２７】また、この結果得られた各種の被覆超硬エ
ンドミルについて、これを構成する各種被覆層の組成お
よび層厚を、オージェ分光分析装置および走査型電子顕
微鏡を用いて測定したところ、表９、１０の目標組成お
よび目標層厚と実質的に同じ組成および平均層厚（任意
５ヶ所測定の平均値との比較）を示した。

【００２８】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：８０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：４．３ｍｍ、 テーブル送り：２００ｍｍ／分、の条件でのステンレス
鋼の湿式高速高切込み溝切削加工試験（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：７０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：６ｍｍ、 テーブル送り：４００ｍｍ／分、の条件での軟鋼の乾式
高速高切込み溝切削加工試験、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：８０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：２００ｍｍ／分、の条件でのステンレス
鋼の湿式高速高切込み溝切削加工試験（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外
周刃の逃げ面摩耗量が使用寿命の目安とされる０．１ｍ
ｍに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表
９、１０にそれぞれ示した。

【００２９】

【表８】

【００３０】

【表９】

【００３１】

【表１０】

【００３２】（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。

【００３３】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と同一の条件で、表１１に示される目標組成お
よび目標層厚の密着性下地被覆層および強靭性被覆層を
蒸着することにより、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。

【００３４】さらに、上記の従来被覆超硬ドリル１〜８
の表面に、同じくアークイオンプレーティング装置に
て、上記実施例１と同一の条件で、表１２に示される目
標組成および目標層厚の密着性中間被覆層および潤滑性
被覆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。

【００３５】さらに、この結果得られた各種の被覆超硬
ドリルについて、これを構成する各種被覆層の組成およ
び層厚を、オージェ分光分析装置および走査型電子顕微
鏡を用いて測定したところ、表１１、１２の目標組成お
よび目標層厚と実質的に同じ組成および平均層厚（任意
５ヶ所測定の平均値との比較）を示した。

【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：０．２３ｍｍ／ｒｅｖ、の条件でのステンレス鋼
の湿式高速高送り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：３５ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３２ｍｍ／ｒｅｖ、の条件でのステンレス鋼
の湿式高速高送り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：０．５０ｍｍ／ｒｅｖ、の条件での軟鋼の湿式高
速高送り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０．３ｍｍ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１１、１２
にそれぞれ示した。

【００３７】

【表１１】

【００３８】

【表１２】

【００３９】

【発明の効果】表３〜１２に示される結果から、本発明
被覆超硬切削工具は、いずれも潤滑性被覆層としてのＺ
ｒＯ₂層によって切刃表面にすぐれた潤滑性が確保さ
れ、これが密着性中間被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）
ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層と強固に密着し、
一方前記密着性中間被覆層は上記の強靭性被覆層を構成
する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に
対しも強固に密着するようになるので、上記の密着性下
地被覆層の超硬基体および前記強靭性被覆層に対する強
固な密着性と相俟って、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、かつ高切込みや高送りなどの
重切削条件で行っても、高温に加熱された切粉が前記Ｚ
ｒＯ₂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ＺｒＯ₂層の形成の
ない従来被覆超硬工具においては、切粉が強靭性被覆層
である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層
に溶着し易く、これが原因で前記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を高切込みや高送りなどの重切削条
件で行って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 Ｆターム(参考） 3C037 AA02 CC01 CC02 CC04 3C046 FF03 FF05 FF10 FF11 FF13 FF16 FF19 FF25 4K029 AA04 BA43 BA54 BA55 BA60 BD05 CA04 DD06 EA01 FA04

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または炭窒
   化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
   ０．１〜１０μｍの平均層厚を有するＴｉの炭化物層、
   窒化物層、および炭窒化物層のうちの１種の単層または
   ２種の複層からなる密着性下地被覆層を介して、Ｔｉと
   Ａｌの複合窒化物層および複合炭窒化物層のうちの１種
   の単層または２種の複層からなる強靭性被覆層を０．５
   〜１５μｍの平均層厚で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、 上記強靭性被覆層の表面に、さらに０．１〜１０μｍの
   平均層厚を有するＴｉとＡｌの複合炭酸化物層および複
   合炭窒酸化物層のうちの１種の単層または２種の複層か
   らなる密着性中間被覆層を介して、 酸化ジルコニウム層からなる潤滑性被覆層を０．５〜１
   ５μｍの平均層厚で物理蒸着したことを特徴とする切粉
   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。