JP2003019605A - 硬質被覆層がすぐれた放熱性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
硬質被覆層がすぐれた放熱性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 硬質被覆層がすぐれた放熱性を発揮する表面
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、（ａ）Ｔｉの炭化物
層、窒化物層、および炭窒化物層のうちのいずれか、ま
たは２種以上からなり、かつ０．１〜１０μｍの平均層
厚を有する下地密着層、（ｂ）組成式：［Ｔｉ1-XＡ
ｌX］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
両方からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有す
る下部層、（ｃ）窒化アルミニウム層からなり、かつ
０．５〜１５μｍの平均層厚を有する上部層、以上
（ａ）〜（ｃ）で構成した硬質被覆層を物理蒸着してな
る。
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、（ａ）Ｔｉの炭化物
層、窒化物層、および炭窒化物層のうちのいずれか、ま
たは２種以上からなり、かつ０．１〜１０μｍの平均層
厚を有する下地密着層、（ｂ）組成式：［Ｔｉ1-XＡ
ｌX］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
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両方からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有す
る下部層、（ｃ）窒化アルミニウム層からなり、かつ
０．５〜１５μｍの平均層厚を有する上部層、以上
（ａ）〜（ｃ）で構成した硬質被覆層を物理蒸着してな
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、特に高熱発生を
伴なう鋼などの高速切削で、硬質被覆層がすぐれた放熱
性を発揮して、過熱による摩耗進行を抑制し、もって一
段の使用寿命の延命化を可能ならしめた表面被覆超硬合
金製工具（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、６００℃の温度に
加熱した状態で、アノード電極と、下地密着層形成には
Ｔｉ、下部層形成には所定組成を有する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−１２０Ｖ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
または２種以上からなる下地密着層を介して、０．５〜
１５μｍの平均層厚を有すＴｉとＡｌの複合窒化物［以
下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層および複合炭窒化物
［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮで示す］層のうちのいずれ
か、あるいは両方で構成された硬質被覆層を物理蒸着す
ることにより製造された被覆超硬工具が知られている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
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、これを高速
切削条件で用いると、切削加工時に発生する高熱によっ
て、特に硬質被覆層の温度が上昇し、この結果硬質被覆
層の摩耗は一段と促進されるようになることから、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工具に着目
し、特に高速切削時における硬質被覆層の温度上昇を抑
制すべく研究を行った結果、上記従来被覆超硬工具の硬
質被覆層の構成層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ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，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ
層に特定した上で、硬質被覆層の下部層として形成し、
さらにこれの上部層として窒化アルミニウム（以下、Ａ
ｌＮで示す）層を形成すると、この結果の硬質被覆層に
おいては、前記ＡｌＮ層のもつすぐれた熱伝導性および
熱的安定性を具備するようになって、硬質被覆層の放熱
性が一段と向上し、高速切削時に発生する高熱に曝され
ても硬質被覆層自体の過熱は著しく抑制され、一方前記
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層によっ
て硬質被覆層は高硬度とすぐれた耐熱性も併せ持つよう
になることから、この硬質被覆層を形成してなる被覆超
硬工具は、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、硬質被覆層はすぐれた放熱性
を発揮し、これ自体の過熱による摩耗進行が抑制され、
耐摩耗性が一段と向上するようになる、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、（ａ）ＴｉＣ
層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層のうちの１種または２
種以上からななり、かつ０．１〜１０μｍの平均層厚を
有する下地密着層、（ｂ） 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，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａ
ｌ）ＣＮ層のうちのいずれか、または両方からなり、か
つ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する下部層、（ｃ）
ＡｌＮからなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を
有する上部層、以上（ａ）〜（ｃ）で構成した硬質被覆
層を物理蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれた放熱性を
発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。 【０００７】つぎに、この発明の被覆超硬工具の硬質被
覆層を構成する下地密着層、下部層、および上部層につ
いて、上記の通りに数値限定した理由を説明する。 （ａ）下地密着層 下地密着層には、超硬基体および下部層のいずれとも強
固に密着して硬質被覆層の超硬基体表面に対する密着強
度を一段と向上させる作用があるが、その平均層厚が
０．１μｍ未満では前記作用に所望の向上効果が得られ
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０．１〜１０μｍと
定めた。 （ｂ）下部層 硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層におけるＡｌはＴｉＮおよびＴｉＣＮ
に対して高温硬さおよび耐熱性を高め、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。 【０００８】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。 【０００９】なお、この場合下部層の平均層厚が０．５
μｍ未満では所望のすぐれた高温硬さおよび耐熱性を確
保することができず、一方その層厚が１５μｍを越える
と、上記の上部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）上部層 上部層には、上記の通り硬質被覆層にすぐれた熱伝導性
と熱的安定性を付与せしめ、もって放熱性の一段の向上
をもたらす作用があるが、その平均層厚が０．５μｍ未
満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その
平均層厚が１５μｍを越えると切刃部に偏摩耗が発生し
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。 【００１０】なお、上記の上部層の上に、必要に応じて
ＴｉＮ層を蒸着形成してもよく、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あり、この
場合その平均層厚が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ことから、０．１〜２μｍの平均層
厚とするのがよい。 【００１１】 【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の範
囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、
ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ
3 Ｃ 2 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、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 の圧力で圧粉体にプレス成形し、こ
の圧粉体を６Ｐａ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・ＣＮＭＧ１２０
４０８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。 【００１２】また、原料粉末として、いずれも０．５〜
２μｍの範囲内の所定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２
４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ＴｉＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂ１〜Ｂ
６を形成した。 【００１３】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
１．３×１０-3Ｐａ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２．５ＰａのＡｒ雰囲気とし、この状態で超硬基
体に−８００Ｖ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、引き続いて３×１０-3Ｐ
ａの真空を保持しながら、ヒーターで装置内を６００〜
７００℃の範囲内の所定の温度に加熱した状態で、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、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２．８Ｐａ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−１５
０Ｖとすることにより、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硬質被覆層（本発明被覆超硬
工具の下地密着層および下部層に相当）を蒸着形成する
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。 【００１４】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、
金属Ａｌを装着し、装置内を排気して１．３×１０-3Ｐ
ａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を６００〜
７００℃の範囲内の所定の温度に加熱した状態で、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、装置内に反応ガスとして、窒素ガスを導入して３
Ｐａの反応雰囲気とし、かつ超硬基体に印加するパルス
バイアス電圧を−２８０Ｖとすることにより、表５に示
される目標層厚の上部層を蒸着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。 【００１５】なお、この結果得られた各種の被覆超硬チ
ップについて、これの硬質被覆層の構成層の組成および
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３〜５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。 【００１６】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
来被覆超硬チップ１〜１６について、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の丸棒、 切削速度：３８０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件（以下、切削条件ａという）での鋳鉄の乾式連続
高速旋削試験、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９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：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件（以下、切削条件ｂという）での合金鋼の乾式断
続高速旋削試験、さらに、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの丸棒、 切削速度：３６０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：１．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件（以下切削条件ｃという）での炭素鋼の乾式連続
高速旋削試験を行い、いずれの旋削試験でも切刃部の逃
げ面摩耗幅を測定した。 【００１７】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・ＳＣＭ４４０の丸棒、 切削速度：３３０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件（以下、切削条件ｄという）での合金鋼の乾式連
続高速旋削試験、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ５５Ｃ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：１．５ｍｍ、 送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件（以下切削条件ｅという）での炭素鋼の乾式断続
高速旋削試験、さらに、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、 切削速度：３６０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件（以下、切削条件ｆという）での鋳鉄の乾式連続
高速旋削試験を行い、いずれの旋削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６に示した。 【００１８】 【表１】【００１９】 【表２】 【００２０】 【表３】 【００２１】 【表４】【００２２】 【表５】 【００２３】 【表６】【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、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、１０
０ＭＰａ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７に示され
る組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１
３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍ
ｍ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〜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、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８に示される目標組成および目標層厚の硬質被覆
層（本発明被覆超硬工具の下地密着層および下部層に相
当）を蒸着形成することにより、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９に示される目
標層厚の上部層を蒸着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、これの硬質被覆層の構成層の組成お
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８、９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。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・ＳＫＤ６１の板材、 切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：０．３ｍｍ、 テーブル送り：１５０ｍｍ／分、 の条件での工具鋼の乾式高速溝加工試験、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・ＳＮＣＭ４３９の板材、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：５９０ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾式高速溝加工試験、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・Ｓ５０Ｃの板材、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：１０ｍｍ、 テーブル送り：３００ｍｍ／分、 の条件での炭素鋼の乾式高速溝加工試験、をそれぞれ行
い、いずれの高速溝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０．１ｍｍに至るまでの切削
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。 【００２８】 【表７】 【００２９】 【表８】 【００３０】 【表９】 【００３１】（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。 【００３２】ついで、これらの超硬基体（ドリル）ａ’
〜ｈ’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１０に示される目標組成および目標層厚の硬質被
覆層（本発明被覆超硬工具の下地密着層および下部層に
相当）を蒸着形成することにより、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。 【００３３】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１１に示される目
標層厚の上部層を蒸着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。 【００３４】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、同じくこれの硬質被覆層の構成層の組
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１０、１１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。 【００３５】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：５０ｍ
ｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、 回転速度：９６００ｍｉｎ-1、 送り：１３５０ｍｍ／分、 の条件での炭素鋼の湿式高速穴あけ加工試験、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・ＳＣＭ４４０の板材、 回転速度：３６００ｍｉｎ-1、 送り：６５０ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の湿式高速穴あけ加工試験、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・ＳＫＤ６１（硬さＨＲＣ５０）の板
材、 回転速度：９００ｍｉｎ-1、 送り：１６０ｍｍ／分、 の条件での工具鋼の湿式高速穴あけ加工試験、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
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
１０、１１にそれぞれ示した。 【００３６】 【表１０】【００３７】 【表１１】 【００３８】 【発明の効果】表３〜１１に示される結果から、本発明
被覆超硬工具は、いずれも各種鋼の切削加工を高い発熱
を伴う高速で行っても、上部層のもつすぐれた熱伝導性
と熱的安定性によって硬質被覆層はすぐれた放熱性を発
揮し、硬質被覆層自体が過熱されることがなくなること
から、下地密着層を介して超硬基体表面に強固に密着し
た下部層の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）Ｃ
Ｎ層によってもたらされるすぐれた高硬度とすぐれた耐
熱性と相俟って、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
覆層が下地密着層および前記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる従来被覆超硬工具におい
ては、いずれも高速切削時に発生する高熱によって硬質
被覆層自体の温度が上昇し、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。 【００３９】上述のように、この発明の被覆超硬工具
は、各種の鋼などの通常の条件での切削加工は勿論のこ
と、特に高速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、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。
伴なう鋼などの高速切削で、硬質被覆層がすぐれた放熱
性を発揮して、過熱による摩耗進行を抑制し、もって一
段の使用寿命の延命化を可能ならしめた表面被覆超硬合
金製工具（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、６００℃の温度に
加熱した状態で、アノード電極と、下地密着層形成には
Ｔｉ、下部層形成には所定組成を有する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−１２０Ｖ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
または２種以上からなる下地密着層を介して、０．５〜
１５μｍの平均層厚を有すＴｉとＡｌの複合窒化物［以
下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層および複合炭窒化物
［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮで示す］層のうちのいずれ
か、あるいは両方で構成された硬質被覆層を物理蒸着す
ることにより製造された被覆超硬工具が知られている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
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、これを高速
切削条件で用いると、切削加工時に発生する高熱によっ
て、特に硬質被覆層の温度が上昇し、この結果硬質被覆
層の摩耗は一段と促進されるようになることから、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工具に着目
し、特に高速切削時における硬質被覆層の温度上昇を抑
制すべく研究を行った結果、上記従来被覆超硬工具の硬
質被覆層の構成層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ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，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ
層に特定した上で、硬質被覆層の下部層として形成し、
さらにこれの上部層として窒化アルミニウム（以下、Ａ
ｌＮで示す）層を形成すると、この結果の硬質被覆層に
おいては、前記ＡｌＮ層のもつすぐれた熱伝導性および
熱的安定性を具備するようになって、硬質被覆層の放熱
性が一段と向上し、高速切削時に発生する高熱に曝され
ても硬質被覆層自体の過熱は著しく抑制され、一方前記
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層によっ
て硬質被覆層は高硬度とすぐれた耐熱性も併せ持つよう
になることから、この硬質被覆層を形成してなる被覆超
硬工具は、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、硬質被覆層はすぐれた放熱性
を発揮し、これ自体の過熱による摩耗進行が抑制され、
耐摩耗性が一段と向上するようになる、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、（ａ）ＴｉＣ
層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層のうちの１種または２
種以上からななり、かつ０．１〜１０μｍの平均層厚を
有する下地密着層、（ｂ） 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，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａ
ｌ）ＣＮ層のうちのいずれか、または両方からなり、か
つ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する下部層、（ｃ）
ＡｌＮからなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を
有する上部層、以上（ａ）〜（ｃ）で構成した硬質被覆
層を物理蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれた放熱性を
発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。 【０００７】つぎに、この発明の被覆超硬工具の硬質被
覆層を構成する下地密着層、下部層、および上部層につ
いて、上記の通りに数値限定した理由を説明する。 （ａ）下地密着層 下地密着層には、超硬基体および下部層のいずれとも強
固に密着して硬質被覆層の超硬基体表面に対する密着強
度を一段と向上させる作用があるが、その平均層厚が
０．１μｍ未満では前記作用に所望の向上効果が得られ
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０．１〜１０μｍと
定めた。 （ｂ）下部層 硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層におけるＡｌはＴｉＮおよびＴｉＣＮ
に対して高温硬さおよび耐熱性を高め、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。 【０００８】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。 【０００９】なお、この場合下部層の平均層厚が０．５
μｍ未満では所望のすぐれた高温硬さおよび耐熱性を確
保することができず、一方その層厚が１５μｍを越える
と、上記の上部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）上部層 上部層には、上記の通り硬質被覆層にすぐれた熱伝導性
と熱的安定性を付与せしめ、もって放熱性の一段の向上
をもたらす作用があるが、その平均層厚が０．５μｍ未
満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その
平均層厚が１５μｍを越えると切刃部に偏摩耗が発生し
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。 【００１０】なお、上記の上部層の上に、必要に応じて
ＴｉＮ層を蒸着形成してもよく、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あり、この
場合その平均層厚が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ことから、０．１〜２μｍの平均層
厚とするのがよい。 【００１１】 【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の範
囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、
ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ
3 Ｃ 2 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、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 の圧力で圧粉体にプレス成形し、こ
の圧粉体を６Ｐａ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・ＣＮＭＧ１２０
４０８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。 【００１２】また、原料粉末として、いずれも０．５〜
２μｍの範囲内の所定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２
４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ＴｉＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂ１〜Ｂ
６を形成した。 【００１３】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
１．３×１０-3Ｐａ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２．５ＰａのＡｒ雰囲気とし、この状態で超硬基
体に−８００Ｖ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、引き続いて３×１０-3Ｐ
ａの真空を保持しながら、ヒーターで装置内を６００〜
７００℃の範囲内の所定の温度に加熱した状態で、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、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２．８Ｐａ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−１５
０Ｖとすることにより、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硬質被覆層（本発明被覆超硬
工具の下地密着層および下部層に相当）を蒸着形成する
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。 【００１４】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、
金属Ａｌを装着し、装置内を排気して１．３×１０-3Ｐ
ａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を６００〜
７００℃の範囲内の所定の温度に加熱した状態で、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、装置内に反応ガスとして、窒素ガスを導入して３
Ｐａの反応雰囲気とし、かつ超硬基体に印加するパルス
バイアス電圧を−２８０Ｖとすることにより、表５に示
される目標層厚の上部層を蒸着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。 【００１５】なお、この結果得られた各種の被覆超硬チ
ップについて、これの硬質被覆層の構成層の組成および
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３〜５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。 【００１６】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
来被覆超硬チップ１〜１６について、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の丸棒、 切削速度：３８０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件（以下、切削条件ａという）での鋳鉄の乾式連続
高速旋削試験、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９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：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件（以下、切削条件ｂという）での合金鋼の乾式断
続高速旋削試験、さらに、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの丸棒、 切削速度：３６０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：１．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件（以下切削条件ｃという）での炭素鋼の乾式連続
高速旋削試験を行い、いずれの旋削試験でも切刃部の逃
げ面摩耗幅を測定した。 【００１７】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・ＳＣＭ４４０の丸棒、 切削速度：３３０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件（以下、切削条件ｄという）での合金鋼の乾式連
続高速旋削試験、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ５５Ｃ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：１．５ｍｍ、 送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件（以下切削条件ｅという）での炭素鋼の乾式断続
高速旋削試験、さらに、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、 切削速度：３６０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件（以下、切削条件ｆという）での鋳鉄の乾式連続
高速旋削試験を行い、いずれの旋削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６に示した。 【００１８】 【表１】【００１９】 【表２】 【００２０】 【表３】 【００２１】 【表４】【００２２】 【表５】 【００２３】 【表６】【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、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、１０
０ＭＰａ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７に示され
る組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１
３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍ
ｍ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〜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、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８に示される目標組成および目標層厚の硬質被覆
層（本発明被覆超硬工具の下地密着層および下部層に相
当）を蒸着形成することにより、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９に示される目
標層厚の上部層を蒸着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、これの硬質被覆層の構成層の組成お
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８、９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。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・ＳＫＤ６１の板材、 切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：０．３ｍｍ、 テーブル送り：１５０ｍｍ／分、 の条件での工具鋼の乾式高速溝加工試験、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・ＳＮＣＭ４３９の板材、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：５９０ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾式高速溝加工試験、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・Ｓ５０Ｃの板材、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：１０ｍｍ、 テーブル送り：３００ｍｍ／分、 の条件での炭素鋼の乾式高速溝加工試験、をそれぞれ行
い、いずれの高速溝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０．１ｍｍに至るまでの切削
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。 【００２８】 【表７】 【００２９】 【表８】 【００３０】 【表９】 【００３１】（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。 【００３２】ついで、これらの超硬基体（ドリル）ａ’
〜ｈ’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１０に示される目標組成および目標層厚の硬質被
覆層（本発明被覆超硬工具の下地密着層および下部層に
相当）を蒸着形成することにより、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。 【００３３】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１１に示される目
標層厚の上部層を蒸着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。 【００３４】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、同じくこれの硬質被覆層の構成層の組
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１０、１１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。 【００３５】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：５０ｍ
ｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、 回転速度：９６００ｍｉｎ-1、 送り：１３５０ｍｍ／分、 の条件での炭素鋼の湿式高速穴あけ加工試験、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・ＳＣＭ４４０の板材、 回転速度：３６００ｍｉｎ-1、 送り：６５０ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の湿式高速穴あけ加工試験、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・ＳＫＤ６１（硬さＨＲＣ５０）の板
材、 回転速度：９００ｍｉｎ-1、 送り：１６０ｍｍ／分、 の条件での工具鋼の湿式高速穴あけ加工試験、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
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
１０、１１にそれぞれ示した。 【００３６】 【表１０】【００３７】 【表１１】 【００３８】 【発明の効果】表３〜１１に示される結果から、本発明
被覆超硬工具は、いずれも各種鋼の切削加工を高い発熱
を伴う高速で行っても、上部層のもつすぐれた熱伝導性
と熱的安定性によって硬質被覆層はすぐれた放熱性を発
揮し、硬質被覆層自体が過熱されることがなくなること
から、下地密着層を介して超硬基体表面に強固に密着し
た下部層の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）Ｃ
Ｎ層によってもたらされるすぐれた高硬度とすぐれた耐
熱性と相俟って、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
覆層が下地密着層および前記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる従来被覆超硬工具におい
ては、いずれも高速切削時に発生する高熱によって硬質
被覆層自体の温度が上昇し、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。 【００３９】上述のように、この発明の被覆超硬工具
は、各種の鋼などの通常の条件での切削加工は勿論のこ
と、特に高速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、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。
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。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年８月２２日（２００１．８．２
２） 【手続補正１】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】０００６ 【補正方法】変更 【補正内容】 【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、（ａ）ＴｉＣ
層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層のうちの１種または２
種以上からなり、かつ０．１〜１０μｍの平均層厚を有
する下地密着層、（ｂ） 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：０．６〜０．９
９を満足する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）
ＣＮ層のうちのいずれか、または両方からなり、かつ
０．５〜１５μｍの平均層厚を有する下部層、（ｃ）
ＡｌＮからなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有
する上部層、以上（ａ）〜（ｃ）で構成した硬質被覆層
を物理蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれた放熱性を発
揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。 【選択図】 なし
２） 【手続補正１】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】０００６ 【補正方法】変更 【補正内容】 【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、（ａ）ＴｉＣ
層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層のうちの１種または２
種以上からなり、かつ０．１〜１０μｍの平均層厚を有
する下地密着層、（ｂ） 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：０．６〜０．９
９を満足する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）
ＣＮ層のうちのいずれか、または両方からなり、かつ
０．５〜１５μｍの平均層厚を有する下部層、（ｃ）
ＡｌＮからなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有
する上部層、以上（ａ）〜（ｃ）で構成した硬質被覆層
を物理蒸着してなる、硬質被覆層がすぐれた放熱性を発
揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。 【選択図】 なし
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 田中 裕介
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 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 CC11
3C046 FF03 FF05 FF10 FF13 FF16
FF19 FF25
4K029 AA02 AA04 BA54 BA58 BB02
BC10 BD05 CA03 DD06 EA01
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【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、 （ａ） Ｔｉの炭化物層、窒化物層、および炭窒化物層
のうちのいずれか、または２種以上からなり、かつ０．
１〜１０μｍの平均層厚を有する下地密着層、 （ｂ） 組成式：［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｎおよび同［Ｔｉ
1-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、または両方からなり、かつ
０．５〜１５μｍの平均層厚を有する下部層、 （ｃ） 窒化アルミニウム層からなり、かつ０．５〜１
５μｍの平均層厚を有する上部層、以上（ａ）〜（ｃ）
で構成した硬質被覆層を物理蒸着してなる、硬質被覆層
がすぐれた放熱性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工
具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001207772A JP2003019605A (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | 硬質被覆層がすぐれた放熱性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001207772A JP2003019605A (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | 硬質被覆層がすぐれた放熱性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003019605A true JP2003019605A (ja) | 2003-01-21 |
Family
ID=19043704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001207772A Pending JP2003019605A (ja) | 2001-07-09 | 2001-07-09 | 硬質被覆層がすぐれた放熱性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003019605A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180080845A (ko) * | 2017-01-05 | 2018-07-13 | 두산중공업 주식회사 | 내침식성 및 내피로성이 향상된 터빈용 부품 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0726381A (ja) * | 1993-07-12 | 1995-01-27 | Oriental Eng Kk | 基体表面被覆方法及び被覆部材 |
| JPH08209333A (ja) * | 1988-03-24 | 1996-08-13 | Kobe Steel Ltd | 耐摩耗性皮膜被覆部材 |
-
2001
- 2001-07-09 JP JP2001207772A patent/JP2003019605A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08209333A (ja) * | 1988-03-24 | 1996-08-13 | Kobe Steel Ltd | 耐摩耗性皮膜被覆部材 |
| JPH0726381A (ja) * | 1993-07-12 | 1995-01-27 | Oriental Eng Kk | 基体表面被覆方法及び被覆部材 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180080845A (ko) * | 2017-01-05 | 2018-07-13 | 두산중공업 주식회사 | 내침식성 및 내피로성이 향상된 터빈용 부품 |
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|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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