JP2003025112A - 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
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
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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または炭窒化チタン系サーメ
ット基体の表面に、（ａ）組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎ
および同（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｃ1-YＮY（ただし、原子比
で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示
す）を有するＴｉとＡｌの複合窒化物層およびＴｉとＡ
ｌの複合炭窒化物層のうちのいずれかの単層、または両
方の複層からなり、かつ０．１〜１０μｍの平均層厚を
有する下側硬質層、（ｂ）酸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側硬質
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表面潤滑層、以上（ａ）〜
（ｃ）で構成された耐摩耗被覆層を物理蒸着してなる。
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または炭窒化チタン系サーメ
ット基体の表面に、（ａ）組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎ
および同（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｃ1-YＮY（ただし、原子比
で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示
す）を有するＴｉとＡｌの複合窒化物層およびＴｉとＡ
ｌの複合炭窒化物層のうちのいずれかの単層、または両
方の複層からなり、かつ０．１〜１０μｍの平均層厚を
有する下側硬質層、（ｂ）酸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側硬質
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表面潤滑層、以上（ａ）〜
（ｃ）で構成された耐摩耗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、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
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、上記の切削工具として、上
記超硬基体の表面に、（ａ）耐摩耗被覆層の下側硬質層
として、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１．３×１０-3Ｐａの真
空雰囲気として、６５０℃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る基体（以
下、これらを総称して超硬基体と云う）には、例えばー
２００Ｖ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、組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎおよび同（Ｔ
ｉ1-XＡｌX）Ｃ1-YＮY（ただし、原子比で、Ｘは０．１
〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有する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の単層、または両方の複層を
０．１〜１０μｍの平均層厚で形成し、（ｂ）さらに、
上記下側硬質層の表面に、同じ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
を用い、かつ装置内に導入される反応ガスを酸素とし、
パルスバイアス電圧を印加する以外は上記下側硬質層の
蒸着形成条件と実質的に同じ条件で、酸化アルミニウム
（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）層からなる上側硬質層を０．
５〜１５μｍの平均層厚で形成してなる、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】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、耐摩
耗被覆層を構成するＡｌ2Ｏ3層や、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層
および（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、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、上記の従来被覆
超硬工具の表面に、通常の物理蒸着装置を用い、窒化ア
ルミニウム（以下、ＡｌＮで示す）層を形成すると、こ
の結果の被覆超硬工具においては、前記ＴｉＮ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ＴｉＮ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、耐摩耗被覆層を構成する上記上側硬質層
および下側硬質層によってもたらされるすぐれた耐摩耗
性と相俟って、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮す
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、 （ａ）組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎおよび同（Ｔｉ1-X
ＡｌX）Ｃ1-YＮY（ただし、原子比で、Ｘは０．１〜
０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有する（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちのい
ずれか単層、あるいは両方の複層からなり、かつ０．１
〜１０μｍの平均層厚を有する下側硬質層、（ｂ）Ａｌ
2Ｏ3層からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有
する上側硬質層、（ｃ）ＡｌＮ層からなり、かつ０．５
〜１５μｍの平均層厚を有する表面潤滑層、以上（ａ）
〜（ｃ）で構成された耐摩耗被覆層を物理蒸着してな
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。 【０００７】つぎに、この発明の被覆超硬工具におい
て、これの耐摩耗被覆層の構成層について、上記の通り
数値限定した理由を説明する。 （１）表面潤滑層 表面潤滑層を構成するＡｌＮ層には、上記の通り特に粘
性の高いステンレス鋼や軟鋼などの被削材に対してすぐ
れた潤滑性を発揮する作用があるが、その平均層厚が
０．５μｍ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、一方この表面潤滑性付与作用は１５μ
ｍまでの平均層厚で十分であることから、その平均層厚
を０．５〜１５μｍと定めた。 【０００８】（２）上側硬質層 上側硬質層を構成するＡｌ2Ｏ3層は、すぐれた高温硬さ
と耐熱性を有し、上記の下側硬質層と共存した状態で耐
摩耗被覆層の耐摩耗性を一段と向上させる作用がある
が、その平均層厚が０．５μｍでは所望のすぐれた耐摩
耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１５
μｍを越えると、耐摩耗被覆層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０．５〜１５μｍと定
めた。 【０００９】（３）下側硬質層 下側硬質層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層には、耐摩耗被覆層に硬さと靭性を付
与せしめ、もってチッピングの発生なく、すぐれた耐摩
耗性を上側硬質層との共存において発揮する作用があ
る。すなわち前記下側硬質層におけるＡｌは高靭性を有
するＴｉＮ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）Ｃ1-YＮY
のＸ値が０．１未満では所望の硬さ向上効果が得られ
ず、一方その値が０．７を越えると、耐摩耗被覆層にチ
ッピングが発生し易くなると云う理由によりＸ値を０．
１〜０．７（原子比）と定めたものであり、また、（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層におけるＣ成分には、さらに硬さを向
上させる作用があるので、（Ｔｉ，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Ｃ成分の割合が０．０１未満、すなわちＹ
値が０．９９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０．５を越える、すなわちＹ値
が０．５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、Ｙ値を０．５〜０．９９、望ましくは０．５
５〜０．９と定めたのである。また、この場合その平均
層厚が０．１μｍ未満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、耐摩耗被覆層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０．１〜１０μｍと定めた。 【００１０】 【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、ついで装置内を１．３×１０-3Ｐａ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、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
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−１５０ｖ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（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）
ＣＮ層のうちのいずれかの単層、あるいは両方の複層で
構成された下側硬質層を形成し、つぎにカソード電極
（蒸発源）として金属Ａｌを用い、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酸素
を導入して１．３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記
超硬基体に印加するパルスバイアス電圧を−３００ｖと
する以外は前記下側硬質層形成条件と同一の条件で、前
記下側硬質層の表面に、同じく表３、４に示される目標
層厚のＡｌ2Ｏ3層を上側硬質層として形成し、さらに装
置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３Ｐａの反応
雰囲気とすると共に、前記超硬基体に印加するパルスバ
イアス電圧を−２８０ｖとする以外は前記上側硬質層形
成条件と同一の条件で、前記上側硬質層の表面に、同じ
く表３、４に示される目標層厚のＡｌＮ層を表面潤滑層
として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）１〜２４をそれぞれ製造した。 【００１３】また、比較の目的で、表５，６に示される
通り、表面潤滑層の形成を行なわない以外は、それぞれ
上記の本発明被覆超硬チップ１〜２４の形成条件と同じ
条件で同じく図２に示される形状をもった比較被覆超硬
工具としての比較表面被覆超硬合金製スローアウエイチ
ップ（以下、比較被覆超硬チップと云う）１〜２４をそ
れぞれ製造した。 【００１４】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜２
４および比較被覆超硬チップ１〜２４について、これを
いずれも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：１．８ｍｍ、 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：０．２５ｍｍ／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：２７０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での軟鋼の乾式高速断続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。この測定結果を表７，８に示した。 【００１５】 【表１】 【００１６】 【表２】【００１７】 【表３】 【００１８】 【表４】 【００１９】 【表５】【００２０】 【表６】 【００２１】 【表７】【００２２】 【表８】 【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９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９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の寸法をもった超硬基体（エンドミル）ａ〜ｈ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〜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と同じ条件
で、表１０に示される目標組成および目標層厚をもった
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうち
のいずれかの単層、あるいは両方の複層からなる下側硬
質層、Ａｌ2Ｏ3層からなる上側硬質層、およびＡｌＮ層
からなる表面潤滑層で構成された耐摩耗被覆層を形成す
ることにより、図３（ａ）に概略正面図で、同（ｂ）に
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１１に示される通
り、表面潤滑層の形成を行なわない以外は、それぞれ上
記の本発明被覆超硬エンドミル１〜８の製造条件と同じ
条件で同じく図３に示される形状をもった比較被覆超硬
工具としての比較表面被覆超硬合金製エンドミル（以
下、比較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および比較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および比較被覆超硬エンド
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：６５ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、 テーブル送り：１３０ｍｍ／分、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（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：７８ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：１２０ｍｍ／分、 の条件での軟鋼の乾式高速溝切削加工試験、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：５５ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：８ｍｍ、 テーブル送り：６０ｍｍ／分、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（水
溶性切削油使用）、をそれぞれ行い、いずれの溝切削加
工試験でも切刃部先端面の直径が使用寿命の目安とされ
る０．１ｍ減少するまでの切削溝長を測定した。この測
定結果を表１０，１１にそれぞれ示した。 【００２７】 【表９】 【００２８】 【表１０】【００２９】 【表１１】 【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×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。 【００３１】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と同じ条件
で、表１２に示される目標組成および目標層厚をもった
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうち
のいずれかの単層、あるいは両方の複層からなる下側硬
質層、Ａｌ2Ｏ3層からなる上側硬質層、およびＡｌＮ層
からなる表面潤滑層で構成された耐摩耗被覆層を形成す
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１３に示される通
り、表面潤滑層の形成を行なわない以外は、それぞれ上
記の本発明被覆超硬ドリル１〜８の製造条件と同じ条件
で同じく図４に示される形状をもった比較被覆超硬工具
としての比較表面被覆超硬合金製ドリル（以下、比較被
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
および比較被覆超硬ドリル１〜８のうち、本発明被覆超
硬ドリル１〜３および比較被覆超硬ドリル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：４８ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１５ｍｍ／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：５２ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２０ｍｍ／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：１１０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２５ｍｍ／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１２，１３にそれぞれ示した。 【００３４】 【表１２】 【００３５】 【表１３】 【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１〜２４、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、さらに比較被覆超硬工具としての比較被覆超硬チ
ップ１〜２４、比較被覆超硬エンドミル１〜８、および
比較被覆超硬ドリル１〜８の耐摩耗被覆層について、そ
の構成層のそれぞれの厚さ方向中央部の組成をオージェ
分光分析装置を用いて測定すると共に、前記耐摩耗被覆
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、いずれも目標組成および目標層厚と実質
的に同じ値を示した。 【００３７】 【発明の効果】表３〜１３に示される結果から、表面潤
滑層としてのＡｌＮ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ＡｌＮ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ＡｌＮ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、同じく構成層として共存す
る上側硬質層と下側硬質層の作用と相俟って、すぐれた
耐摩耗性を発揮するのに対して、前記ＡｌＮ層の形成の
ない比較被覆超硬工具においては、切粉が耐摩耗被覆層
に溶着し易く、これが原因で耐摩耗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。
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
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、上記の切削工具として、上
記超硬基体の表面に、（ａ）耐摩耗被覆層の下側硬質層
として、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１．３×１０-3Ｐａの真
空雰囲気として、６５０℃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る基体（以
下、これらを総称して超硬基体と云う）には、例えばー
２００Ｖ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、組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎおよび同（Ｔ
ｉ1-XＡｌX）Ｃ1-YＮY（ただし、原子比で、Ｘは０．１
〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有する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の単層、または両方の複層を
０．１〜１０μｍの平均層厚で形成し、（ｂ）さらに、
上記下側硬質層の表面に、同じ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
を用い、かつ装置内に導入される反応ガスを酸素とし、
パルスバイアス電圧を印加する以外は上記下側硬質層の
蒸着形成条件と実質的に同じ条件で、酸化アルミニウム
（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）層からなる上側硬質層を０．
５〜１５μｍの平均層厚で形成してなる、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】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、耐摩
耗被覆層を構成するＡｌ2Ｏ3層や、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層
および（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、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、上記の従来被覆
超硬工具の表面に、通常の物理蒸着装置を用い、窒化ア
ルミニウム（以下、ＡｌＮで示す）層を形成すると、こ
の結果の被覆超硬工具においては、前記ＴｉＮ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ＴｉＮ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、耐摩耗被覆層を構成する上記上側硬質層
および下側硬質層によってもたらされるすぐれた耐摩耗
性と相俟って、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮す
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、 （ａ）組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎおよび同（Ｔｉ1-X
ＡｌX）Ｃ1-YＮY（ただし、原子比で、Ｘは０．１〜
０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有する（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちのい
ずれか単層、あるいは両方の複層からなり、かつ０．１
〜１０μｍの平均層厚を有する下側硬質層、（ｂ）Ａｌ
2Ｏ3層からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有
する上側硬質層、（ｃ）ＡｌＮ層からなり、かつ０．５
〜１５μｍの平均層厚を有する表面潤滑層、以上（ａ）
〜（ｃ）で構成された耐摩耗被覆層を物理蒸着してな
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。 【０００７】つぎに、この発明の被覆超硬工具におい
て、これの耐摩耗被覆層の構成層について、上記の通り
数値限定した理由を説明する。 （１）表面潤滑層 表面潤滑層を構成するＡｌＮ層には、上記の通り特に粘
性の高いステンレス鋼や軟鋼などの被削材に対してすぐ
れた潤滑性を発揮する作用があるが、その平均層厚が
０．５μｍ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、一方この表面潤滑性付与作用は１５μ
ｍまでの平均層厚で十分であることから、その平均層厚
を０．５〜１５μｍと定めた。 【０００８】（２）上側硬質層 上側硬質層を構成するＡｌ2Ｏ3層は、すぐれた高温硬さ
と耐熱性を有し、上記の下側硬質層と共存した状態で耐
摩耗被覆層の耐摩耗性を一段と向上させる作用がある
が、その平均層厚が０．５μｍでは所望のすぐれた耐摩
耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１５
μｍを越えると、耐摩耗被覆層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０．５〜１５μｍと定
めた。 【０００９】（３）下側硬質層 下側硬質層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層には、耐摩耗被覆層に硬さと靭性を付
与せしめ、もってチッピングの発生なく、すぐれた耐摩
耗性を上側硬質層との共存において発揮する作用があ
る。すなわち前記下側硬質層におけるＡｌは高靭性を有
するＴｉＮ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）Ｃ1-YＮY
のＸ値が０．１未満では所望の硬さ向上効果が得られ
ず、一方その値が０．７を越えると、耐摩耗被覆層にチ
ッピングが発生し易くなると云う理由によりＸ値を０．
１〜０．７（原子比）と定めたものであり、また、（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層におけるＣ成分には、さらに硬さを向
上させる作用があるので、（Ｔｉ，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Ｃ成分の割合が０．０１未満、すなわちＹ
値が０．９９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０．５を越える、すなわちＹ値
が０．５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、Ｙ値を０．５〜０．９９、望ましくは０．５
５〜０．９と定めたのである。また、この場合その平均
層厚が０．１μｍ未満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、耐摩耗被覆層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０．１〜１０μｍと定めた。 【００１０】 【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、ついで装置内を１．３×１０-3Ｐａ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、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
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−１５０ｖ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（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）
ＣＮ層のうちのいずれかの単層、あるいは両方の複層で
構成された下側硬質層を形成し、つぎにカソード電極
（蒸発源）として金属Ａｌを用い、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酸素
を導入して１．３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記
超硬基体に印加するパルスバイアス電圧を−３００ｖと
する以外は前記下側硬質層形成条件と同一の条件で、前
記下側硬質層の表面に、同じく表３、４に示される目標
層厚のＡｌ2Ｏ3層を上側硬質層として形成し、さらに装
置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３Ｐａの反応
雰囲気とすると共に、前記超硬基体に印加するパルスバ
イアス電圧を−２８０ｖとする以外は前記上側硬質層形
成条件と同一の条件で、前記上側硬質層の表面に、同じ
く表３、４に示される目標層厚のＡｌＮ層を表面潤滑層
として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）１〜２４をそれぞれ製造した。 【００１３】また、比較の目的で、表５，６に示される
通り、表面潤滑層の形成を行なわない以外は、それぞれ
上記の本発明被覆超硬チップ１〜２４の形成条件と同じ
条件で同じく図２に示される形状をもった比較被覆超硬
工具としての比較表面被覆超硬合金製スローアウエイチ
ップ（以下、比較被覆超硬チップと云う）１〜２４をそ
れぞれ製造した。 【００１４】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜２
４および比較被覆超硬チップ１〜２４について、これを
いずれも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：１．８ｍｍ、 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：０．２５ｍｍ／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：２７０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での軟鋼の乾式高速断続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。この測定結果を表７，８に示した。 【００１５】 【表１】 【００１６】 【表２】【００１７】 【表３】 【００１８】 【表４】 【００１９】 【表５】【００２０】 【表６】 【００２１】 【表７】【００２２】 【表８】 【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９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９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の寸法をもった超硬基体（エンドミル）ａ〜ｈ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〜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と同じ条件
で、表１０に示される目標組成および目標層厚をもった
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうち
のいずれかの単層、あるいは両方の複層からなる下側硬
質層、Ａｌ2Ｏ3層からなる上側硬質層、およびＡｌＮ層
からなる表面潤滑層で構成された耐摩耗被覆層を形成す
ることにより、図３（ａ）に概略正面図で、同（ｂ）に
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１１に示される通
り、表面潤滑層の形成を行なわない以外は、それぞれ上
記の本発明被覆超硬エンドミル１〜８の製造条件と同じ
条件で同じく図３に示される形状をもった比較被覆超硬
工具としての比較表面被覆超硬合金製エンドミル（以
下、比較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および比較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および比較被覆超硬エンド
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：６５ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、 テーブル送り：１３０ｍｍ／分、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（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：７８ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：１２０ｍｍ／分、 の条件での軟鋼の乾式高速溝切削加工試験、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：５５ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：８ｍｍ、 テーブル送り：６０ｍｍ／分、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（水
溶性切削油使用）、をそれぞれ行い、いずれの溝切削加
工試験でも切刃部先端面の直径が使用寿命の目安とされ
る０．１ｍ減少するまでの切削溝長を測定した。この測
定結果を表１０，１１にそれぞれ示した。 【００２７】 【表９】 【００２８】 【表１０】【００２９】 【表１１】 【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×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。 【００３１】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と同じ条件
で、表１２に示される目標組成および目標層厚をもった
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうち
のいずれかの単層、あるいは両方の複層からなる下側硬
質層、Ａｌ2Ｏ3層からなる上側硬質層、およびＡｌＮ層
からなる表面潤滑層で構成された耐摩耗被覆層を形成す
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１３に示される通
り、表面潤滑層の形成を行なわない以外は、それぞれ上
記の本発明被覆超硬ドリル１〜８の製造条件と同じ条件
で同じく図４に示される形状をもった比較被覆超硬工具
としての比較表面被覆超硬合金製ドリル（以下、比較被
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
および比較被覆超硬ドリル１〜８のうち、本発明被覆超
硬ドリル１〜３および比較被覆超硬ドリル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：４８ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１５ｍｍ／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：５２ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２０ｍｍ／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：１１０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２５ｍｍ／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１２，１３にそれぞれ示した。 【００３４】 【表１２】 【００３５】 【表１３】 【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１〜２４、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、さらに比較被覆超硬工具としての比較被覆超硬チ
ップ１〜２４、比較被覆超硬エンドミル１〜８、および
比較被覆超硬ドリル１〜８の耐摩耗被覆層について、そ
の構成層のそれぞれの厚さ方向中央部の組成をオージェ
分光分析装置を用いて測定すると共に、前記耐摩耗被覆
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、いずれも目標組成および目標層厚と実質
的に同じ値を示した。 【００３７】 【発明の効果】表３〜１３に示される結果から、表面潤
滑層としてのＡｌＮ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ＡｌＮ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ＡｌＮ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、同じく構成層として共存す
る上側硬質層と下側硬質層の作用と相俟って、すぐれた
耐摩耗性を発揮するのに対して、前記ＡｌＮ層の形成の
ない比較被覆超硬工具においては、切粉が耐摩耗被覆層
に溶着し易く、これが原因で耐摩耗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】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。
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【手続補正書】 【提出日】平成１３年９月１７日（２００１．９．１
７） 【手続補正１】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】０００５ 【補正方法】変更 【補正内容】 【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、上記の従来被覆
超硬工具の表面に、通常の物理蒸着装置を用い、窒化ア
ルミニウム（以下、ＡｌＮで示す）層を形成すると、こ
の結果の被覆超硬工具においては、前記ＡｌＮ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ＡｌＮ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、耐摩耗被覆層を構成する上記上側硬質層
および下側硬質層によってもたらされるすぐれた耐摩耗
性と相俟って、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮す
るようになる、という研究結果を得たのである。
【手続補正書】 【提出日】平成１３年９月１７日（２００１．９．１
７） 【手続補正１】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】０００５ 【補正方法】変更 【補正内容】 【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、上記の従来被覆
超硬工具の表面に、通常の物理蒸着装置を用い、窒化ア
ルミニウム（以下、ＡｌＮで示す）層を形成すると、こ
の結果の被覆超硬工具においては、前記ＡｌＮ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ＡｌＮ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、耐摩耗被覆層を構成する上記上側硬質層
および下側硬質層によってもたらされるすぐれた耐摩耗
性と相俟って、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮す
るようになる、という研究結果を得たのである。
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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
3C046 FF03 FF10 FF13 FF16 FF19
FF25
4K029 AA02 AA04 BA54 BA58 BC00
BC02 BD05 CA04 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基体または
炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、 （ａ）組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎおよび同（Ｔｉ1-X
ＡｌX）Ｃ1-YＮY（ただし、原子比で、Ｘは０．１〜
０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有するＴｉと
Ａｌの複合窒化物層およびＴｉとＡｌの複合炭窒化物層
のうちのいずれかの単層、または両方の複層からなり、
かつ０．１〜１０μｍの平均層厚を有する下側硬質層、 （ｂ）酸化アルミニウム層からなり、かつ０．５〜１５
μｍの平均層厚を有する上側硬質層、 （ｃ）窒化アルミニウム層からなり、かつ０．５〜１５
μｍの平均層厚を有する表面潤滑層、以上（ａ）〜
（ｃ）で構成された耐摩耗被覆層を物理蒸着してなる、
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001213269A JP3847113B2 (ja) | 2001-07-13 | 2001-07-13 | 高粘性難削材の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エンドミルまたはドリル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001213269A JP3847113B2 (ja) | 2001-07-13 | 2001-07-13 | 高粘性難削材の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エンドミルまたはドリル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003025112A true JP2003025112A (ja) | 2003-01-29 |
| JP3847113B2 JP3847113B2 (ja) | 2006-11-15 |
Family
ID=19048280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001213269A Expired - Fee Related JP3847113B2 (ja) | 2001-07-13 | 2001-07-13 | 高粘性難削材の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エンドミルまたはドリル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3847113B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010115739A (ja) * | 2008-11-12 | 2010-05-27 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2010115740A (ja) * | 2008-11-12 | 2010-05-27 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
| US7785700B2 (en) | 2004-04-13 | 2010-08-31 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool |
| JP2013252607A (ja) * | 2013-07-18 | 2013-12-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 表面被覆切削工具 |
-
2001
- 2001-07-13 JP JP2001213269A patent/JP3847113B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7785700B2 (en) | 2004-04-13 | 2010-08-31 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Surface-coated cutting tool |
| JP2010115739A (ja) * | 2008-11-12 | 2010-05-27 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2010115740A (ja) * | 2008-11-12 | 2010-05-27 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 表面被覆切削工具 |
| JP2013252607A (ja) * | 2013-07-18 | 2013-12-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 表面被覆切削工具 |
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|---|---|
| JP3847113B2 (ja) | 2006-11-15 |
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