JP2002254228A - 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製ドリル - Google Patents
高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製ドリルInfo
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- JP2002254228A JP2002254228A JP2001051308A JP2001051308A JP2002254228A JP 2002254228 A JP2002254228 A JP 2002254228A JP 2001051308 A JP2001051308 A JP 2001051308A JP 2001051308 A JP2001051308 A JP 2001051308A JP 2002254228 A JP2002254228 A JP 2002254228A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面
被覆超硬合金製ドリルを提供する。 【解決手段】 表面被覆超硬合金製ドリルが、炭化タン
グステン基超硬合金基体の表面に、個々の平均層厚が
０．０１〜０．１μｍの第１薄層と第２薄層の交互積層
からなり、かつ０．８〜１０μｍの全体平均層厚を有す
る硬質被覆層を物理蒸着してなり、上記第１薄層を、組
成式：［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｎおよび同［Ｔｉ1- XＡｌX］Ｃ
1-mＮmで表わした場合、厚さ方向中央部のオージェ分光
分析装置による測定で、原子比で、Ｘ：０．３０〜０．
７０、ｍ：０．６〜０．９９を満足する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、または両方で構成し、上記第２薄層を、酸化
アルミニウム層で構成する。
被覆超硬合金製ドリルを提供する。 【解決手段】 表面被覆超硬合金製ドリルが、炭化タン
グステン基超硬合金基体の表面に、個々の平均層厚が
０．０１〜０．１μｍの第１薄層と第２薄層の交互積層
からなり、かつ０．８〜１０μｍの全体平均層厚を有す
る硬質被覆層を物理蒸着してなり、上記第１薄層を、組
成式：［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｎおよび同［Ｔｉ1- XＡｌX］Ｃ
1-mＮmで表わした場合、厚さ方向中央部のオージェ分光
分析装置による測定で、原子比で、Ｘ：０．３０〜０．
７０、ｍ：０．６〜０．９９を満足する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、または両方で構成し、上記第２薄層を、酸化
アルミニウム層で構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高熱発生を伴な
う鋼などの高速切削に用いた場合に、すぐれた耐摩耗性
を発揮する表面被覆超硬合金製ドリル（以下、被覆超硬
ドリルという）に関するものである。
う鋼などの高速切削に用いた場合に、すぐれた耐摩耗性
を発揮する表面被覆超硬合金製ドリル（以下、被覆超硬
ドリルという）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、鋼や鋳鉄などの被削材の
穴あけ切削加工などに、例えば図１（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
を有するドリルや、さらにミニチュアドリルなどとして
各種の被覆超硬ドリルが用いられており、また前記被覆
超硬ドリルとして、炭化タングステン基超硬合金基体
（以下、超硬基体という）の表面に、ＴｉとＡｌの複合
窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層およびＴｉ
とＡｌの複合炭窒化物［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０．８〜１０μｍの平均層厚で形成してなる被
覆超硬ドリルが知られている。
穴あけ切削加工などに、例えば図１（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
を有するドリルや、さらにミニチュアドリルなどとして
各種の被覆超硬ドリルが用いられており、また前記被覆
超硬ドリルとして、炭化タングステン基超硬合金基体
（以下、超硬基体という）の表面に、ＴｉとＡｌの複合
窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層およびＴｉ
とＡｌの複合炭窒化物［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０．８〜１０μｍの平均層厚で形成してなる被
覆超硬ドリルが知られている。
【０００３】さらに、上記の被覆超硬ドリルの硬質被覆
層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層または（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ
層が、例えば図２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３Ｐａの真空とし
て、７００℃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、一方超硬基体には、例えばー２００Ｖの
バイアス電圧を印加する条件で形成されることも良く知
られるところである。
層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層または（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ
層が、例えば図２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３Ｐａの真空とし
て、７００℃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、一方超硬基体には、例えばー２００Ｖの
バイアス電圧を印加する条件で形成されることも良く知
られるところである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の穴あけ切
削加工などの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、切削加工
は切削機械の高性能化とも相俟って高速化の傾向にある
が、上記の従来被覆超硬ドリルにおいては、これを鋼や
鋳鉄などの通常の条件での穴あけ切削加工に用いた場合
には問題はないが、これを高速切削条件で用いると、穴
あけ切削加工時に発生する高熱によって、特に切刃面を
含む先端部および溝形成部の薄肉部に偏摩耗の原因とな
る熱塑性変形が発生し、この結果切刃面の摩耗進行が促
進し、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
削加工などの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、切削加工
は切削機械の高性能化とも相俟って高速化の傾向にある
が、上記の従来被覆超硬ドリルにおいては、これを鋼や
鋳鉄などの通常の条件での穴あけ切削加工に用いた場合
には問題はないが、これを高速切削条件で用いると、穴
あけ切削加工時に発生する高熱によって、特に切刃面を
含む先端部および溝形成部の薄肉部に偏摩耗の原因とな
る熱塑性変形が発生し、この結果切刃面の摩耗進行が促
進し、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、上記の従来被覆超硬ドリルに着
目し、これの耐熱塑性変形性の向上を図るべく研究を行
った結果、上記従来被覆超硬ドリルの硬質被覆層の構成
層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ
層を、組成式：［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｎおよび同［Ｔｉ1-X
ＡｌX］Ｃ1-mＮmで表わした場合、厚さ方向中央部のオ
ージェ分光分析装置による測定で、原子比で、Ｘ：０．
３０〜０．７０、ｍ：０．６〜０．９９を満足する（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に特定した
上で、これと酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示
す）層との交互積層とすると共に、これらの個々の層厚
を平均層厚で０．０１〜０．１μｍのきわめて薄い薄層
とした状態で、０．８〜１０μｍの全体平均層厚の硬質
被覆層を構成すると、この硬質被覆層は前記両薄層によ
る薄膜化交互積層構造によってそれぞれの薄層のもつ特
性、すなわち（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）
ＣＮ層（以下、第１薄層という）によるすぐれた靭性
（耐欠損性）、Ａｌ2Ｏ3層（以下、第２薄層という）に
よる高硬度とすぐれた耐熱性（耐熱塑性変形性）を具備
するようになることから、この結果の被覆超硬ドリル
は、これを特に鋼や鋳鉄などの高熱発生を伴なう高速切
削加工に用いても、切刃面を含む先端部および溝形成部
の薄肉部に欠けやチッピングの発生がなく、かつこれら
に偏摩耗の原因となる熱塑性変形の発生が著しく抑制さ
れるようになることから、すぐれた耐摩耗性を長期に亘
って発揮するようになる、という研究結果を得たのであ
る。
上述のような観点から、上記の従来被覆超硬ドリルに着
目し、これの耐熱塑性変形性の向上を図るべく研究を行
った結果、上記従来被覆超硬ドリルの硬質被覆層の構成
層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ
層を、組成式：［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｎおよび同［Ｔｉ1-X
ＡｌX］Ｃ1-mＮmで表わした場合、厚さ方向中央部のオ
ージェ分光分析装置による測定で、原子比で、Ｘ：０．
３０〜０．７０、ｍ：０．６〜０．９９を満足する（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に特定した
上で、これと酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示
す）層との交互積層とすると共に、これらの個々の層厚
を平均層厚で０．０１〜０．１μｍのきわめて薄い薄層
とした状態で、０．８〜１０μｍの全体平均層厚の硬質
被覆層を構成すると、この硬質被覆層は前記両薄層によ
る薄膜化交互積層構造によってそれぞれの薄層のもつ特
性、すなわち（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）
ＣＮ層（以下、第１薄層という）によるすぐれた靭性
（耐欠損性）、Ａｌ2Ｏ3層（以下、第２薄層という）に
よる高硬度とすぐれた耐熱性（耐熱塑性変形性）を具備
するようになることから、この結果の被覆超硬ドリル
は、これを特に鋼や鋳鉄などの高熱発生を伴なう高速切
削加工に用いても、切刃面を含む先端部および溝形成部
の薄肉部に欠けやチッピングの発生がなく、かつこれら
に偏摩耗の原因となる熱塑性変形の発生が著しく抑制さ
れるようになることから、すぐれた耐摩耗性を長期に亘
って発揮するようになる、という研究結果を得たのであ
る。
【０００６】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、０．８〜１０
μｍの全体平均層厚で物理蒸着した硬質被覆層が、個々
の平均層厚が０．０１〜０．１μｍの第１薄層と第２薄
層の交互積層からなり、上記第１薄層を、組成式：［Ｔ
ｉ1-XＡｌX］Ｎおよび同［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｃ1- mＮmで表
わした場合、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置に
よる測定で、原子比で、Ｘ：０．３０〜０．７０、ｍ：
０．６〜０．９９を満足する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちのいずれか、または両方で
構成し、上記第２薄層を、Ａｌ2Ｏ3層で構成してなる、
高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬ドリル
に特徴を有するものである。
されたものであって、超硬基体の表面に、０．８〜１０
μｍの全体平均層厚で物理蒸着した硬質被覆層が、個々
の平均層厚が０．０１〜０．１μｍの第１薄層と第２薄
層の交互積層からなり、上記第１薄層を、組成式：［Ｔ
ｉ1-XＡｌX］Ｎおよび同［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｃ1- mＮmで表
わした場合、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置に
よる測定で、原子比で、Ｘ：０．３０〜０．７０、ｍ：
０．６〜０．９９を満足する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちのいずれか、または両方で
構成し、上記第２薄層を、Ａｌ2Ｏ3層で構成してなる、
高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬ドリル
に特徴を有するものである。
【０００７】なお、この発明の被覆超硬ドリルにおい
て、硬質被覆層の交互積層を構成する第１薄層および第
２薄層の個々の平均層厚をそれぞれ０．０１〜０．１μ
ｍとしたのは、いずれの薄層においても、その平均層厚
が０．０１μｍ未満になると、それぞれの薄層のもつ特
性、すなわち第１薄層によるすぐれた靭性、第２薄層に
よる高硬度とすぐれた耐熱性を硬質被覆層に十分に具備
せしめることができず、一方その平均層厚がそれぞれ
０．１μｍを越えると、それぞれの薄層のもつ問題点、
すなわち第１薄層による熱塑性変形および第２薄層によ
る耐欠損性低下が硬質被覆層に現われるようになるとい
う理由によるものである。
て、硬質被覆層の交互積層を構成する第１薄層および第
２薄層の個々の平均層厚をそれぞれ０．０１〜０．１μ
ｍとしたのは、いずれの薄層においても、その平均層厚
が０．０１μｍ未満になると、それぞれの薄層のもつ特
性、すなわち第１薄層によるすぐれた靭性、第２薄層に
よる高硬度とすぐれた耐熱性を硬質被覆層に十分に具備
せしめることができず、一方その平均層厚がそれぞれ
０．１μｍを越えると、それぞれの薄層のもつ問題点、
すなわち第１薄層による熱塑性変形および第２薄層によ
る耐欠損性低下が硬質被覆層に現われるようになるとい
う理由によるものである。
【０００８】また、この発明の被覆超硬ドリルにおい
て、硬質被覆層の第１薄層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ
層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層におけるＡｌは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：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎおよび同（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｃ
1-mＮm、のＸ値が原子比（以下同じ）で、０．３未満で
は所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その値
が０．７を越えると、切刃面を含む先端部や溝形成部の
薄肉部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０．３〜０．７と定めた。望ましくはＸ値
を０．３５〜０．６５とするのがよい。
て、硬質被覆層の第１薄層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ
層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層におけるＡｌは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：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎおよび同（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｃ
1-mＮm、のＸ値が原子比（以下同じ）で、０．３未満で
は所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その値
が０．７を越えると、切刃面を含む先端部や溝形成部の
薄肉部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０．３〜０．７と定めた。望ましくはＸ値
を０．３５〜０．６５とするのがよい。
【０００９】また、上記の（Ｔｉ，Ａｌ）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、（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層は上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層に比して相
対的に高い硬さをもつが、この場合上記の組成式におけ
るＣ成分の割合が０．０１未満、すなわちｍ値が０．９
９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０．４を越える、すなわちｍ値が０．６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、ｍ
値を０．６〜０．９９と定めた。望ましくはｍ値を０．
８〜０．９とするのがよい。
るＣ成分には、硬さを向上させる作用があるので、（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層は上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層に比して相
対的に高い硬さをもつが、この場合上記の組成式におけ
るＣ成分の割合が０．０１未満、すなわちｍ値が０．９
９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０．４を越える、すなわちｍ値が０．６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、ｍ
値を０．６〜０．９９と定めた。望ましくはｍ値を０．
８〜０．９とするのがよい。
【００１０】また、硬質被覆層の全体平均層厚を０．８
〜１０μｍとしたのは、その層厚が０．８μｍ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、切刃面を含む先端部や溝形
成部の薄肉部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。
〜１０μｍとしたのは、その層厚が０．８μｍ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、切刃面を含む先端部や溝形
成部の薄肉部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。
【００１１】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬ドリ
ルを実施例により具体的に説明する。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２．３μｍのＣｒ3Ｃ2粉末、同１．５μｍのＶＣ粉
末、同１．０μｍ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１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１３７０〜１４７０℃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１に示される組合
せで、溝形成部の直径×長さがそれぞれ４ｍｍ×１３ｍ
ｍ、８ｍｍ×２２ｍｍ、および１６ｍｍ×４５ｍｍの寸
法をもった超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造し
た。
ルを実施例により具体的に説明する。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２．３μｍのＣｒ3Ｃ2粉末、同１．５μｍのＶＣ粉
末、同１．０μｍ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１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１３７０〜１４７０℃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１に示される組合
せで、溝形成部の直径×長さがそれぞれ４ｍｍ×１３ｍ
ｍ、８ｍｍ×２２ｍｍ、および１６ｍｍ×４５ｍｍの寸
法をもった超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造し
た。
【００１２】ついで、これらの超硬基体Ａ−１〜Ａ−１
０のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した
状態で、同じく図２に例示される通常のアークイオンプ
レーティング装置内の回転テーブル上に装着し、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
第１薄層形成用Ｔｉ−Ａｌ合金と第２薄層形成用金属Ａ
ｌを装置内の所定位置に装着し、またボンバート洗浄用
金属Ｔｉも装着し、まず装置内を排気して０．５Ｐａの
真空に保持しながら、ヒーターで装置内を７００℃に加
熱した後、前記回転テーブル上で回転する超硬基体に−
１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、カソード電
極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間にアーク放電を
発生させ、もって超硬基体表面をＴｉボンバート洗浄
し、ついで第１薄層の形成は、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５Ｐ
ａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で回
転する超硬基体に−２００Ｖの直流バイアス電圧を印加
する条件で行い、また第２薄層の形成は、装置内に反応
ガスとして酸素ガスを導入して６Ｐａの反応雰囲気とす
ると共に、同じく前記回転テーブル上で回転する超硬基
体に−３００Ｖのパルスバイアス電圧を印加する条件で
行い、かつ前記第１薄層形成と第２薄層形成の間には反
応ガス排出のための真空引きを１０秒間行う条件で、前
記カソード電極(前記第１薄層形成用Ｔｉ−Ａｌ合金ま
たは第２薄層形成用金属Ａｌ)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の表面に、
表２に示される目標組成および目標層厚の第１薄層と第
２薄層とを表３に示される組み合わせで、かつ同じく表
３に示される交互積層数からなる硬質被覆層を蒸着する
ことにより、図１（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本発明被
覆超硬ドリル１〜１３をそれぞれ製造した。
０のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した
状態で、同じく図２に例示される通常のアークイオンプ
レーティング装置内の回転テーブル上に装着し、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
第１薄層形成用Ｔｉ−Ａｌ合金と第２薄層形成用金属Ａ
ｌを装置内の所定位置に装着し、またボンバート洗浄用
金属Ｔｉも装着し、まず装置内を排気して０．５Ｐａの
真空に保持しながら、ヒーターで装置内を７００℃に加
熱した後、前記回転テーブル上で回転する超硬基体に−
１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、カソード電
極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間にアーク放電を
発生させ、もって超硬基体表面をＴｉボンバート洗浄
し、ついで第１薄層の形成は、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５Ｐ
ａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で回
転する超硬基体に−２００Ｖの直流バイアス電圧を印加
する条件で行い、また第２薄層の形成は、装置内に反応
ガスとして酸素ガスを導入して６Ｐａの反応雰囲気とす
ると共に、同じく前記回転テーブル上で回転する超硬基
体に−３００Ｖのパルスバイアス電圧を印加する条件で
行い、かつ前記第１薄層形成と第２薄層形成の間には反
応ガス排出のための真空引きを１０秒間行う条件で、前
記カソード電極(前記第１薄層形成用Ｔｉ−Ａｌ合金ま
たは第２薄層形成用金属Ａｌ)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の表面に、
表２に示される目標組成および目標層厚の第１薄層と第
２薄層とを表３に示される組み合わせで、かつ同じく表
３に示される交互積層数からなる硬質被覆層を蒸着する
ことにより、図１（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本発明被
覆超硬ドリル１〜１３をそれぞれ製造した。
【００１３】また、比較の目的で、同じく上記のアーク
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、種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金を
装着する以外は同一の条件で、上記超硬基体の表面に表
４に示される通りの目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，
Ａｌ）Ｎ層または（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層で構成された硬
質被覆層を蒸着することにより、従来被覆超硬ドリル１
〜１０をそれぞれ製造した。
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、種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金を
装着する以外は同一の条件で、上記超硬基体の表面に表
４に示される通りの目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，
Ａｌ）Ｎ層または（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層で構成された硬
質被覆層を蒸着することにより、従来被覆超硬ドリル１
〜１０をそれぞれ製造した。
【００１４】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硬質被覆層の組成
および層厚を、エネルギー分散型Ｘ線測定装置およびオ
ージェ分光分析装置、さらに走査型電子顕微鏡を用いて
測定したところ、表２〜４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。
ドリルについて、これを構成する各種硬質被覆層の組成
および層厚を、エネルギー分散型Ｘ線測定装置およびオ
ージェ分光分析装置、さらに走査型電子顕微鏡を用いて
測定したところ、表２〜４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。
【００１５】つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜１
３よび従来被覆超硬ドリル１〜１０のうち、本発明被覆
超硬ドリル１〜５および従来被覆超硬ドリル１〜４につ
いては、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０厚さ：５０ｍｍ
のＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、 切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１４ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での炭素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６〜９および従来被覆超硬ドリル５〜
７については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の板材、 切削速度：７５ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での合金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１０〜１３および従来被覆超硬ドリル
８〜１０については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣ２５０の板材、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２７ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での鋳鉄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３、４にそれぞれ示した。
３よび従来被覆超硬ドリル１〜１０のうち、本発明被覆
超硬ドリル１〜５および従来被覆超硬ドリル１〜４につ
いては、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０厚さ：５０ｍｍ
のＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、 切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１４ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での炭素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６〜９および従来被覆超硬ドリル５〜
７については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の板材、 切削速度：７５ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での合金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１０〜１３および従来被覆超硬ドリル
８〜１０については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣ２５０の板材、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２７ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での鋳鉄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３、４にそれぞれ示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】
【表４】
【００２０】
【発明の効果】表３、４に示される結果から、硬質被覆
層が第１薄層と第２薄層の交互多重積層からなる本発明
被覆超硬ドリル１〜１３は、いずれも鋼の穴あけ加工を
高い発熱を伴う高速で行っても、前記第２薄層の高硬度
とすぐれた耐熱性を有するＡｌ 2Ｏ3層による耐熱塑性変
形性の著しい向上によって、切刃面を含む先端部および
溝形成部の薄肉部に偏摩耗の原因となる熱塑性変形の発
生がなく、前記第１薄層の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層によってもたらされるすぐれた靭
性（耐欠損性）と相俟って、欠けやチッピングなどの発
生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、実質
的に硬質被覆層が前記第１薄層と同じ組成の単一層から
なる従来被覆超硬ドリル１〜１０においては、いずれも
高速切削時に発生する高熱によって偏摩耗の原因となる
熱塑性変形を起し、このため摩耗進行が著しく促進し、
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ドリルは、各種の鋼や
鋳鉄などの通常の条件での穴あけ切削加工は勿論のこ
と、特に高速穴あけ切削加工においてもすぐれた耐摩耗
性を発揮するものであるから、穴あけ切削加工の省力化
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。
層が第１薄層と第２薄層の交互多重積層からなる本発明
被覆超硬ドリル１〜１３は、いずれも鋼の穴あけ加工を
高い発熱を伴う高速で行っても、前記第２薄層の高硬度
とすぐれた耐熱性を有するＡｌ 2Ｏ3層による耐熱塑性変
形性の著しい向上によって、切刃面を含む先端部および
溝形成部の薄肉部に偏摩耗の原因となる熱塑性変形の発
生がなく、前記第１薄層の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層によってもたらされるすぐれた靭
性（耐欠損性）と相俟って、欠けやチッピングなどの発
生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、実質
的に硬質被覆層が前記第１薄層と同じ組成の単一層から
なる従来被覆超硬ドリル１〜１０においては、いずれも
高速切削時に発生する高熱によって偏摩耗の原因となる
熱塑性変形を起し、このため摩耗進行が著しく促進し、
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ドリルは、各種の鋼や
鋳鉄などの通常の条件での穴あけ切削加工は勿論のこ
と、特に高速穴あけ切削加工においてもすぐれた耐摩耗
性を発揮するものであるから、穴あけ切削加工の省力化
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１】（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。
は同溝形成部の概略横断面図である。
【図２】アークイオンプレーティング装置の概略説明図
である。
である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年５月２９日（２００１．５．２
９）
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】
【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬ドリ
ルを実施例により具体的に説明する。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、Ｔｉ
Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉
末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、および
Ｃｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表１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１３７０〜１４７０℃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２６ｍ
ｍ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１に示
される組合せで、溝形成部の直径×長さがそれぞれ４ｍ
ｍ×１３ｍｍ、８ｍｍ×２２ｍｍ、および１６ｍｍ×４
５ｍｍの寸法をもった超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０をそれ
ぞれ製造した。
ルを実施例により具体的に説明する。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、Ｔｉ
Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉
末、Ｃｒ3 Ｃ2 粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、および
Ｃｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表１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１３７０〜１４７０℃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２６ｍ
ｍ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１に示
される組合せで、溝形成部の直径×長さがそれぞれ４ｍ
ｍ×１３ｍｍ、８ｍｍ×２２ｍｍ、および１６ｍｍ×４
５ｍｍの寸法をもった超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０をそれ
ぞれ製造した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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−ル株式会社 内 (72)発明者 近藤 暁裕 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−ル株式会社 内 Ｆターム(参考） 3C037 CC02 CC04 CC09 4K029 AA04 AA21 BA44 BA54 BA58 BB02 BC02 BD05 CA04 DD06 EA01
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、０．８〜１０μｍの全体平均層厚で物理蒸着した硬
質被覆層が、個々の平均層厚が０．０１〜０．１μｍの
第１薄層と第２薄層の交互積層からなり、 上記第１薄層を、組成式：［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｎおよび同
［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｃ1- mＮmで表わした場合、厚さ方向中
央部のオージェ分光分析装置による測定で、原子比で、
Ｘ：０．３０〜０．７０、ｍ：０．６〜０．９９を満足
するＴｉとＡｌの複合窒化物およびＴｉとＡｌの複合炭
窒化物のうちのいずれか、または両方で構成し、 上記第２薄層を、酸化アルミニウムで構成したこと、を
特徴とする高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面
被覆超硬合金製ドリル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001051308A JP2002254228A (ja) | 2001-02-27 | 2001-02-27 | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製ドリル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001051308A JP2002254228A (ja) | 2001-02-27 | 2001-02-27 | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製ドリル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002254228A true JP2002254228A (ja) | 2002-09-10 |
Family
ID=18912116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001051308A Pending JP2002254228A (ja) | 2001-02-27 | 2001-02-27 | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製ドリル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002254228A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008533310A (ja) * | 2005-03-24 | 2008-08-21 | エリコン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト，トリュープバッハ | 硬質材料膜 |
| JP2009190091A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Kyocera Corp | 切削工具 |
| JP2013079452A (ja) * | 2005-03-24 | 2013-05-02 | Oerlikon Trading Ag Truebbach | 硬質材料膜 |
| CN114918460A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-08-19 | 深圳市金洲精工科技股份有限公司 | 一种耐磨钻头、其制备方法和用途 |
-
2001
- 2001-02-27 JP JP2001051308A patent/JP2002254228A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008533310A (ja) * | 2005-03-24 | 2008-08-21 | エリコン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト，トリュープバッハ | 硬質材料膜 |
| JP2013079452A (ja) * | 2005-03-24 | 2013-05-02 | Oerlikon Trading Ag Truebbach | 硬質材料膜 |
| KR101361224B1 (ko) * | 2005-03-24 | 2014-02-10 | 오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐 | 경질 재료층 |
| KR101361240B1 (ko) * | 2005-03-24 | 2014-02-11 | 오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐 | 경질 재료층을 갖는 공작물의 코팅 방법 |
| JP2009190091A (ja) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Kyocera Corp | 切削工具 |
| CN114918460A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-08-19 | 深圳市金洲精工科技股份有限公司 | 一种耐磨钻头、其制备方法和用途 |
| CN114918460B (zh) * | 2022-06-01 | 2024-03-19 | 深圳市金洲精工科技股份有限公司 | 一种耐磨钻头、其制备方法和用途 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20040105 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040127 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040803 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |