JP2002355703A

JP2002355703A - 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

Info

Publication number: JP2002355703A
Application number: JP2001168030A
Authority: JP
Inventors: Akira Osada; 晃長田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2002-12-10
Anticipated expiration: 2021-06-04
Also published as: JP4240522B2

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】表面被覆超硬合金製切削工具が、炭化タ
ングステン基超硬合金基体の表面に、（ａ）下部層とし
て、１〜２０μｍの平均層厚を有する、Ｔｉの炭化物
層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、および炭窒酸
化物層のうちの１種または２種以上の積層からなるＴｉ
化合物層、（ｂ）上部層として、１〜１５μｍ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、
（ｃ）表面層として、０．１〜５μｍの平均層厚を有
し、かつ、組成式：（Ｔｉ_1-XＶ_X）Ｏ_Y 、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、Ｘ：原子比で０．１〜０．６、Ｙ：ＴｉとＶの合量
に対する原子比で１．２〜１．９、を満足するＴｉとＶ
の複合酸化物層、以上（ａ）〜（ｃ）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。

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
前記切粉の高粘着性が原因のチッピング（微小欠け）な
どの発生がなく、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。さらに、従来、一般に、上記の切削
工具として、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、（ａ）下部層として、１〜
２０μｍの平均層厚を有する、Ｔｉの炭化物（以下、Ｔ
ｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）
層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物
（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以
下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１種または２種以上
からなるＴｉ化合物層、（ｂ）上部層として、１〜１５
μｍの平均層厚を有する、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化学蒸着お
よび／または物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られて
いる。

【０００３】また、一般に、上記の被覆超硬工具の硬質
被覆層を構成するＴｉ化合物層およびＡｌ₂ Ｏ₃ 層が粒
状結晶組織を有し、かつ前記Ａｌ₂Ｏ₃層はα型結晶構造
をもつものやκ型結晶構造をもつものなどが広く実用に
供されており、さらに例えば特開平６−８０１０号公報
や特開平７−３２８８０８号公報に記載されるように、
上記被覆超硬工具の硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層
のうちのＴｉＣＮ層を、層自身の靭性向上を目的とし
て、通常の化学蒸着装置にて、反応ガスとして有機ＣＮ
化合物を含む混合ガスを使用し、７００〜９５０℃の中
温温度域で化学蒸着することにより形成して縦長成長結
晶組織をもつようにすることも知られている。

【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Ｔｉ化合物層に対する親和性
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、特に上記の従来被覆
超硬工具に着目し、研究を行った結果、（ａ）例えば化学蒸着装置にて、反応ガス組成を、体積
％で、ＴｉＣｌ₄：０．２〜１０％、ＶＣｌ₄：０．１〜５％、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、とした条件で層形成を行うと、ＴｉとＶの複合酸化物
［以下、（Ｔｉ，Ｖ）Ｏで示す］層が形成されること。

【０００６】（ｂ）上記の（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ層を、組成式：（Ｔｉ_1-XＶ_X）Ｏ_Y 、で表わした場合、上記の層形成条件を調整して、厚さ方
向中央部をオージェ分光分析装置で測定して、Ｘ：０．１〜０．６、Ｙ：ＴｉとＶの合量に対する原子比で１．２〜１．９、を満足する組成をもつものとすると、この（Ｔｉ，Ｖ）
Ｏ層は、特に切削加工時に発生する高熱によっていずれ
も被削材、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いＴｉ酸化物とＶ酸化
物に分解し、かつこれら両者が共存すると、相乗効果に
よって前記のＴｉ酸化物およびＶ酸化物が個々に発揮す
る表面潤滑性に比して、一段とすぐれた表面潤滑性を発
揮するようになること。

【０００７】（ｃ）したがって、上記の従来被覆超硬工
具に、表面層として上記の（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ層を０．１〜
５μｍの平均層厚で化学蒸着または物理蒸着してなる被
覆超硬工具においては、前記表面層を構成する（Ｔｉ，
Ｖ）Ｏ層の発揮するすぐれた表面潤滑性によって、特に
ステンレス鋼や軟鋼などの粘性の高い難削材の切粉が切
刃に溶着することがなく、これはさらに一段と高い発熱
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。

【０００８】（ｄ）上記の従来被覆超硬工具の硬質被覆
層を構成するＡｌ₂Ｏ₃層またはＡｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混合
層の表面に、上記（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ層を表面層として形成
した場合で、そのＹ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０．１〜５μｍ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、Ａｌ₂Ｏ₃層およびＡｌ₂Ｏ₃−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、こ
れらの場合でも（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ層の形成条件を調整する
ことによって十分な層間密着性が得られるようにするこ
とができる］ので、この場合には、上記（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ
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％、ＶＣｌ₄：０．０５〜５％、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、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，Ｖ）Ｏ層と上記Ａｌ₂Ｏ₃層または
Ａｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混合層との界面部に、望ましくは
０．０５〜２μｍ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，Ｖ）Ｏ層の
Ｙ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）〜（ｄ）
に示される研究結果を得たのである。

【０００９】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、（ａ）下部層
として、１〜２０μｍの平均層厚を有する、ＴｉＣ層、
ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ
層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層として、１〜１５μｍの平均層厚を有す
る、Ａｌ₂Ｏ₃層および／またはＡｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混合
層、（ｃ）表面層として、０．１〜５μｍの平均層厚を
有し、かつ、組成式：（Ｔｉ_1-XＶ_X）Ｏ_Y 、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、Ｘ：０．１〜０．６、Ｙ：ＴｉとＶの合量に対する原子比で１．２〜１．９、を満足する（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ層、以上（ａ）〜（ｃ）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、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。

【００１０】この発明の被覆超硬工具において、表面層
を構成する（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ層のＶ成分には、上記の通り
切削加工時の発熱によって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いＶ酸
化物に分解し、同時に分解生成したＴｉ酸化物と共存し
た状態で、前記難削材に対してすぐれた表面潤滑性を発
揮する作用があるが、ＶのＴｉとの合量に対する割合
（原子比）、すなわちＸ値が０．１未満では相対的に切
削加工時に生成するＴｉ酸化物の割合が多くなり過ぎ、
実質的にＴｉ酸化物のみによる表面潤滑性しか得られ
ず、一方Ｘ値が０．６を超えると前記Ｔｉ酸化物の生成
が少なくなり過ぎ、Ｔｉ酸化物とＶ酸化物の共存によっ
てもたらされるすぐれた表面潤滑性に低下傾向が現れる
ようになることから、Ｘ値を０．１〜０．６と定めた。
また、同（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ層における酸素（Ｏ）のＴｉと
Ｖの合量に対する原子比（Ｙ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。さらに、同（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ層（表面層）の平均層厚
を、０．１〜５μｍとしたのは、その平均層厚が０．１
μｍ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。

【００１１】また、この発明の被覆超硬工具において、
硬質被覆層を構成する下部層（Ｔｉ化合物層）には、硬
質被覆層にすぐれた靭性を付与し、もって工具がすぐれ
た耐欠損性を発揮するようにするほか、硬質被覆層の層
間密着性を向上させる作用があるが、その平均層厚が１
μｍ未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の平均層厚が２０μｍを越えると、切削加工時に偏摩耗
の原因となる熱塑性変形を起こし易くなることから、そ
の平均層厚を１〜２０μｍと定めた。さらに、同上部層
（Ａｌ₂Ｏ₃層および／またはＡｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂混合
層）は、すぐれた高温硬さと耐熱性、さらに熱的安定性
を有し、これらの特性によって工具の耐摩耗性を向上さ
せる作用をもつが、その平均層厚が１μｍ未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方その平均層厚が１５
μｍを越えると、切刃にチッピングが発生し易くなるこ
とから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。

【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０．５〜４μｍ
の範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、（Ｔｉ，
Ｗ）ＣＮ［質量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ
＝２４／２０／５６］粉末、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ
／ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、ＺｒＣ粉末、Ｃｒ₃Ｃ₂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、１００ＭＰａの圧力で所定形状の
圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を同じく表１に示さ
れる条件で真空焼結し、研削加工と０．０５Ｒのホーニ
ングを施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に
規定するスローアウエイチップ形状をもった超硬基体
（チップ）Ａ〜Ｅをそれぞれ製造した。なお、この結果
得られた超硬基体（チップ）Ａ〜Ｅにおいては、いず
れも焼結したままで、上記超硬基体Ｃには表面部に表面
から２０μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：７．９質量％、
深さ：２６μｍのＣｏ富化帯域、上記超硬基体Ｄには表
面部に表面から１８μｍの位置で最大Ｃｏ含有量：１
１．５質量％、深さ：２４μｍのＣｏ富化帯域、上記超
硬基体Ｅには表面部に表面から２２μｍの位置で最大Ｃ
ｏ含有量：１４．２質量％、深さ：２８μｍのＣｏ富化
帯域がそれぞれ形成されており、残りの超硬基体Ａおよ
びＢには前記Ｃｏ富化帯域の形成はなく、全体的に均一
な組織をもつものであった。さらに、表１には上記超硬
基体Ａ〜Ｅの内部硬さ（ロックウエル硬さＡスケール）
をそれぞれ示した。

【００１３】ついで、これらの超硬基体（チップ）Ａ〜
Ｅの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、表２、３（表
２中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載
される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を
示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成
条件を示すものである。）に示される条件にて、表４に
示される組成および目標層厚の硬質被覆層を形成するこ
とにより、図１（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）１〜１０をそれ
ぞれ製造した。

【００１４】なお、上記の本発明被覆超硬チップ１〜１
０のうちの本発明被覆超硬チップ１および本発明被覆超
硬チップ３については、前者では、雰囲気ガス組成をＴ
ｉＣｌ₄：１体積％、ＶＣｌ₄：０．５体積％、Ａｒ：残
りとし、雰囲気温度を１０２０℃、雰囲気圧力を７ｋＰ
ａ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％、ＶＣ
ｌ₄：０．１体積％、Ａｒ：残りとし、雰囲気温度を１
０００℃、雰囲気圧力を２０ｋＰａとした雰囲気中に２
時間保持の条件で、上部層（Ａｌ₂Ｏ₃層またはＡｌ₂Ｏ₃
−ＺｒＯ₂混合層）と表面層［（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ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。上記の層間密着性向上処理後、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０．９
μｍ、後者では０．６μｍの平均層厚をそれぞれ示し
た。

【００１５】また、比較の目的で、表５に示される通
り、上記表面層としての（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ層を形成しない
以外は同一の条件で同じく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）１〜１０をそれぞれ製造し
た。

【００１６】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１
０および従来被覆超硬チップ１〜１０について、これを
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：３００ｍ／ｍｉｎ．、切り込み：１ｍｍ、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切削試験、さら
に、被削材：ＪＩＳ・Ｓ１０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、切り込み：１．５ｍｍ、送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、切削時間：１０分、の条件での軟鋼の乾式高速断続切削試験を行い、いずれ
の切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測
定結果をそれぞれ５個の試験片の平均値として表６に示
した。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】

【表４】

【００２１】

【表５】

【００２２】

【表６】

【００２３】（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、および同１．８μｍのＣｏ
粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表７に示され
る配合組成に配合し、さらにボールミルで７２時間湿式
混合し、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、６Ｐ
ａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１
４７０℃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、１
３ｍｍ、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７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×２２ｍ
ｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの寸法をもった４枚刃ス
クエア形状の超硬基体（エンドミル）ａ〜ｅをそれぞれ
製造した。

【００２４】ついで、これらの超硬基体（エンドミル）
ａ〜ｅの表面に、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した
状態で、同じく通常の化学蒸着装置を用い、同じく表
２、３に示される条件にて、表８に示される組成および
目標層厚の硬質被覆層を形成することにより、図２
（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。

【００２５】また、比較の目的で、表９に示される通
り、上記表面層としての（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ層を形成しない
以外は同一の条件で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】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・Ｓ１５Ｃの板材、切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、溝深さ（切り込み）：２ｍｍ、テーブル送り：６００ｍｍ／分、形態：乾式（エアーブロー）、の条件での軟鋼の高速溝加工試験、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・ＳＵＳ４２０Ｊ２の板材、切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、溝深さ（切り込み）：４ｍｍ、テーブル送り：３００ｍｍ／分、形態：湿式（水溶性切削油）の条件でのステンレス鋼の高速溝加工試験、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・ＳＵＳ６３０の板材、切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、溝深さ（切り込み）：８ｍｍ、テーブル送り：１５０ｍｍ／分、形態：湿式（水溶性切削油）、の条件でのステンレス鋼の高速溝加工試験をそれぞれ行
い、いずれの溝切削加工試験でも外周刃の逃げ面摩耗幅
が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍ減少するまでの切
削溝長を測定した。この測定結果を表８、９にそれぞれ
示した。

【００２７】

【表７】

【００２８】

【表８】

【００２９】

【表９】

【００３０】（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×２２ｍｍ（超硬基体ａ′，ｂ′）、８ｍｍ
×３７ｍｍ（超硬基体ｃ′，ｄ′）、および１６ｍｍ×
５８ｍｍ（超硬基体ｅ′）の寸法をもった超硬基体（ド
リル）ａ′〜ｅ′をそれぞれ製造した。

【００３１】ついで、これらの超硬基体（ドリル）ａ′
〜ｅ′の表面に、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した
状態で、同じく通常の化学蒸着装置を用い、同じく表
２、３に示される条件にて、表１０に示される組成およ
び目標層厚の硬質被覆層を形成することにより、図３
（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。

【００３２】また、比較の目的で、表１１に示される通
り、上記表面層としての（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ層を形成しない
以外は同一の条件で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。

【００３３】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・Ｓ２０Ｃの板材、切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、穴深さ：８ｍｍ、送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、の条件での軟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：１００ｍ／ｍｉｎ．、穴深さ：１５ｍｍ、送り：０．２ｍｍ／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：１５０ｍ／ｍｉｎ．、穴深さ：３０ｍｍ、送り：０．３ｍｍ／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１０、１１にそれぞれ示した。

【００３４】

【表１０】

【００３５】

【表１１】

【００３６】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１〜１０、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の表面層について、その厚さ方向中央部のＶ含有量
および酸素（Ｏ）含有割合（Ｘ値およびＹ値）をオージ
ェ分光分析装置を用いて測定したところ、表３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１〜１０、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の硬質被覆層の
構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定し
たところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚
（５点測定の平均値）を示した。

【００３７】

【発明の効果】表４〜１１に示される結果から、硬質被
覆層の表面層として（Ｔｉ，Ｖ）Ｏ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，Ｖ）
Ｏ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，Ｖ）Ｏ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（Ｔ
ｉ，Ｖ）Ｏ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】（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２】（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３】（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 CC02 CC04 CC09 3C046 FF03 FF10 FF11 FF13 FF16 FF19 FF22 FF25 4K029 BA41 BA44 BA50 BA54 BA55 BA60 BB02 BC00 BD05 EA01 4K030 BA02 BA18 BA19 BA22 BA35 BA36 BA38 BA41 BA42 BA43 BB12 JA01 LA01 LA22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、（ａ）下部層として、１〜２０μｍの平均層厚を有す
る、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物
層、および炭窒酸化物層のうちの１種または２種以上か
らなるＴｉ化合物層、（ｂ）上部層として、１〜１５μｍ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、（ｃ）表面層として、０．１〜５μｍの平均層厚を有
し、かつ、組成式：（Ｔｉ_1-XＶ_X）Ｏ_Y 、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、Ｘ：０．１〜０．６、Ｙ：ＴｉとＶの合量に対する原子比で１．２〜１．９、
を満足するＴｉとＶの複合酸化物層、以上（ａ）〜
（ｃ）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、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。