JP2003080406A - 耐摩耗被覆層がすぐれた密着性および耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
耐摩耗被覆層がすぐれた密着性および耐チッピング性を有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】 耐摩耗被覆層がすぐれた密着性および耐チッ
ピング性を有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、アーク
イオンプレーティング表面処理で、表面から１〜５０ｎ
ｍの範囲内の平均深さに亘って非晶質化層を形成してな
る炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、（ａ）窒
化チタン層からなり、かつ０．１〜５μｍの平均層厚を
有する下地靭性層、（ｂ）組成式：（Ｔｉ 1-XＡｌX）Ｎ
および同（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｃ1-YＮY、（但し、原子比
で、Ｘは０．１５〜０．６５、Ｙは０．５〜０．９９を
示す）、を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物層およびＴ
ｉ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０．５〜１５μｍの平均
層厚を有する表面硬質層、以上（ａ）および（ｂ）で構
成された耐摩耗被覆層を物理蒸着してなる。
ピング性を有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、アーク
イオンプレーティング表面処理で、表面から１〜５０ｎ
ｍの範囲内の平均深さに亘って非晶質化層を形成してな
る炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、（ａ）窒
化チタン層からなり、かつ０．１〜５μｍの平均層厚を
有する下地靭性層、（ｂ）組成式：（Ｔｉ 1-XＡｌX）Ｎ
および同（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｃ1-YＮY、（但し、原子比
で、Ｘは０．１５〜０．６５、Ｙは０．５〜０．９９を
示す）、を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物層およびＴ
ｉ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０．５〜１５μｍの平均
層厚を有する表面硬質層、以上（ａ）および（ｂ）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、耐摩耗被覆層
が、炭化タングステン基超硬合金基体（以下、超硬基体
という）表面に対する密着性にすぐれると共に、耐チッ
ピング性にもすぐれ、したがって特に各種の鋼や鋳鉄な
どの断続切削を、高い機械的および熱的衝撃の加わる高
切込みおよび高送りなどの重切削条件で行った場合に
も、前記耐摩耗被覆層に剥離やチッピング（微小欠け）
の発生なく、すぐれた耐摩耗性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０．５Ｐａ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した条件
で、前記超硬基体の表面に、例えば特開昭６２−５６５
６５号公報に記載されるように、組成式：（Ｔｉ1-XＡ
ｌX）Ｎおよび同（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｃ1-YＮY（ただし、
原子比で、Ｘは０．１５〜０．６５、Ｙは０．５〜０．
９９を示す）を満足する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、あるいは両方の複層で構成された表面硬質層
を耐摩耗被覆層として、０．５〜１５μｍの平均層厚で
蒸着することにより被覆超硬工具を製造することが知ら
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
高性能化はめざましく、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、切削工具には切削条件にできるだけ影響を受け
ない汎用性が要求される傾向にあるが、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
での連続切削や断続切削に用いた場合には問題はない
が、これを切刃が断続切削形態をとるエンドミルやドリ
ルによる切削加工、さらにスローアウエイチップにあっ
ては断続旋削加工など（以下、これらを総称して「断続
切削」という）を高切込みおよび高送りなどの重切削条
件で行なった場合には、切削時に発生する高い機械的お
よび熱的衝撃によって、前記表面硬質層が超硬基体表面
から剥離し易くなり、また前記表面硬質層はビッカース
硬さで３０００〜３５００を有し、きわめて硬質である
ために高い機械的および熱的衝撃を伴う重切削条件での
断続切削では、切刃部にチッピングも発生し易く、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、上記の従来被覆超硬工具を構成
する耐摩耗被覆層（表面硬質層）の超硬基体表面に対す
る一段の密着性向上を図るべく研究を行った結果、 （ａ）上記の超硬基体をアークイオンプレーティング装
置に装着し、まず、カソード電極を用いずに、 装置内雰囲気温度（超硬基体温度）：３００〜５００
℃、 雰囲気ガス：Ａｒ、 雰囲気圧力：１〜１０Ｐａ、 アーク放電電流：（アーク電源−ＯＦＦ）、 超硬基体印加バイアス電圧：−８００〜−１０００Ｖ、 処理時間：２〜１０分、 の条件で上記超硬基体の表面を前処理した後で、さらに
超硬基体表面に、カソード電極として、例えば金属Ｔｉ
を用い、 装置内雰囲気温度：４５０〜５５０℃、 雰囲気ガス：Ａｒ、 雰囲気圧力：１〜１０Ｐａ、 アーク放電電流：１００〜２００Ａ、 超硬基体印加バイアス電圧：−９００〜１２００Ｖ、 の条件でアークイオンプレーティング表面処理を施す
と、上記超硬基体の表面上には、蒸着層としての金属Ｔ
ｉ層の形成はなく、前記超硬基体自体の表面部に、透過
型電子顕微鏡を用いて組織観察した結果に基く判別で、
非晶質化層の形成が確認されること。なお、アークイオ
ンプレーティング装置を用いての金属Ｔｉ層の蒸着形成
は、 装置内雰囲気温度：３００〜５００℃、 雰囲気ガス：（使用せず）、 雰囲気圧力：０．１Ｐａ以下の真空、 カソード電極：金属Ｔｉ、 アーク放電電流：５０〜１００Ａ、 超硬基体印加バイアス電圧：−３０〜−１００Ｖ、 の条件で一般に行われていること。 【０００６】（ｂ）上記の表面部に非晶質化層が形成さ
れた超硬基体表面に、前記非晶質化層を表面から１〜５
０ｎｍの範囲内の平均深さに亘って形成した状態で、上
記の従来被覆超硬工具の表面硬質層を構成する（Ｔｉ，
Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層を、同じくアー
クイオンプレーティング装置を用いて、ビッカース硬さ
で２０００〜２５００を有し、きわめて靭性に富んだ窒
化チタン（以下、ＴｉＮで示す）層を介して形成する
と、前記非晶質化層は高い活性を有し、反応性の高いも
のであることから、前記ＴｉＮ層の蒸着形成時に、これ
と反応して前記超硬基体表面と前記ＴｉＮ層との間には
きわめて強固な密着性が確保され、この強固な密着性は
前記ＴｉＮ層と前記表面硬質層との間にも確保されるこ
と。 【０００７】（ｃ）したがって、この結果形成された被
覆超硬工具においては、これを高い機械的および熱的衝
撃を伴なう、重切削条件での断続切削加工に用いた場合
にも、前記ＴｉＮ層および表面硬質層からなる耐摩耗被
覆層には剥離の発生がなくなり、かつ前記耐摩耗被覆層
自体の靭性が前記ＴｉＮ層の介在によって著しく向上
し、切刃部のチッピング発生も抑制できることから、前
記表面硬質層のもつすぐれた耐摩耗性が十分に発揮され
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、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、アークイオンプレーティング表面
処理で、表面から１〜５０ｎｍの範囲内の平均深さに亘
って非晶質化層を形成してなる超硬基体の表面に、
（ａ）ＴｉＮ層からなり、かつ０．１〜５μｍの平均層
厚を有する下地靭性層、（ｂ）組成式：（Ｔｉ1-XＡ
ｌX）Ｎおよび同（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｃ1-YＮY（但し、原
子比で、Ｘは０．１５〜０．６５、Ｙは０．５〜０．９
９を示す）、を満足する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ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０．５〜１５μｍの平均層厚を有
する表面硬質層、以上（ａ）および（ｂ）で構成された
耐摩耗被覆層を物理蒸着してなる、耐摩耗被覆層がすぐ
れた密着性および耐チッピング性を有する被覆超硬工具
に特徴を有するものである。 【０００９】なお、この発明の被覆超硬工具において、
これを構成する超硬基体の表面部に形成された非晶質化
層の表面からの平均深さを１〜５０ｎｍとしたのは、そ
の深さが１ｎｍ未満では所望のすぐれた密着性を下地靭
性層であるＴｉＮ層との間に確保することができず、一
方超硬基体表面に対するＴｉＮ層の密着性向上効果は表
面からの平均深さが５０ｎｍで十分である、という理由
によるものである。 【００１０】また、この発明の被覆超硬工具において、
表面硬質層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層におけるＡｌは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）Ｃ1-YＮYのＸ値が０．１５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０．６５を越えると、切刃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０．１５〜０．６５
（原子比）と定めたものであり、また、（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、（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０．５５〜０．９と定めたの
である。 【００１１】さらに、上記表面硬質層の平均層厚を０．
５〜１５μｍとしたのは、その層厚が０．５μｍ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１５μｍを越えると、切刃部に欠けやチッ
ピングが発生し易くなるという理由によるものである。
同じく上記下地靭性層の平均層厚を０．１〜５μｍとし
たのは、その層厚が０．１μｍ未満では耐摩耗被覆層に
所望の靭性を確保することができず、一方その層厚が５
μｍを越えると、重切削条件での断続切削では切刃部に
偏摩耗の原因となる塑性変形が発生し易くなるという理
由によるものである。 【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、Ｃｒ3Ｃ2粉末、Ｔｉ
Ｎ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、いずれもチップ形状をもったＩＳＯ規格・Ｓ
ＮＧＡ１２０４１２の超硬基体Ａ−１〜Ａ−６、および
同ＳＮＭＡ１２０４１２の超硬基体Ａ−７〜Ａ〜１０を
それぞれ形成した。 【００１３】ついで、これら超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０
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、前記超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０のそれ
ぞれの表面に、まず、 装置内雰囲気温度（超硬基体温度）：４００℃、 雰囲気ガス：Ａｒ、 雰囲気圧力：３Ｐａ、 カソード電極：（使用せず）、 アーク放電電流：（アーク電源−ＯＦＦ）、 超硬基体印加バイアス電圧：−９００Ｖ、 処理時間：３分、 の条件で前処理した後で、さらに、 装置内雰囲気温度：５００℃、 雰囲気ガス：Ａｒ、 雰囲気圧力：３Ｐａ、 カソード電極：金属Ｔｉ、 アーク放電電流：１５０Ａ、 超硬基体印加バイアス電圧：−１０００Ｖ、 の条件でアークイオンプレーティング表面処理を施すこ
とにより、上記超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０の表面部に非
晶質化層を形成した。なお、前記非晶質化層の表面から
の形成深さは上記の条件でのアークイオンプレーティン
グ表面処理の処理時間を調整することにより行った。さ
らに、上記超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０の表面部に形成さ
れた非晶質化層を、透過型電子顕微鏡を用いて組織観察
（倍率：５０万倍）し、この観察結果に基づいて判別お
よび測定したところ、それぞれ表２，３に示される表面
からの平均深さ（５点測定の平均値）を示した。 【００１４】引き続いて、同じアークイオンプレーティ
ング装置にて、まず、（ａ）まず、下地靭性層として、 装置内雰囲気温度：５００℃、 雰囲気ガス：窒素ガス、 雰囲気圧力：６Ｐａ、 カソード電極：金属Ｔｉ、 アーク放電電流：７０Ａ、 超硬基体印加バイアス電圧：−５０Ｖ、 の条件で、上記の表面部に非晶質化層が形成された超硬
基体Ａ−１〜Ａ−１０のそれぞれの表面に、表２，３に
示される目標層厚のＴｉＮ層を蒸着形成し、 （Ｂ）ついで、表面硬質層として、 装置内雰囲気温度：５００℃、 雰囲気ガス：窒素ガス、または窒素ガスとメタンガスの
所定割合の混合ガス、 雰囲気圧力：６Ｐａ、 カソード電極：種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合
金、 アーク放電電流：７０Ａ、 超硬基体印加バイアス電圧：−９０Ｖ、 の条件で、上記のＴｉＮ層の表面に、それぞれ表２，３
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、または両方の複層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）１〜２０をそれぞれ製造した。また、
比較の目的で、表４，５に示される通り、アークイオン
プレーティング装置での上記超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０
の表面に対する上記条件での前処理およびアークイオン
プレーティング表面処理を行わず、したがって、上記超
硬基体Ａ−１〜Ａ−１０の表面部に非晶質化層が存在せ
ず、かつ下地靭性層としてのＴｉＮ層の形成も行なわな
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スローアウエイチップ（以下、従来
被覆超硬チップ）１〜２０をそれぞれ製造した。 【００１５】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜２
０および従来被覆超硬チップ１〜２０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・ＳＮＣＭ４３９の長さ方向等間隔４本
縦溝入り丸棒、 切削速度：１１０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：５．０ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：２分、 の条件での合金鋼の乾式高切り込み断続切削試験、 被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ６１の長さ方向等間隔４本縦溝
入り丸棒、 切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．４ｍｍ、 送り：０．４５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：２分、 の条件でのダイス鋼の乾式高送り断続切削試験、さら
に、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の長さ方向等間隔４本縦溝
入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：７ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：３分、 の条件での鋳鉄の乾式高切り込み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。
この測定結果を表６，７に示した。 【００１６】 【表１】 【００１７】 【表２】 【００１８】 【表３】 【００１９】 【表４】【００２０】 【表５】 【００２１】 【表６】【００２２】 【表７】 【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、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８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の寸法をもったエンドミル用超硬基体Ｂ−１〜Ｂ−８
をそれぞれ製造した。 【００２４】ついで、これらの超硬基体Ｂ−１〜Ｂ−８
を、それぞれアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態
で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング
装置に装入し、これらの表面に上記実施例１と同一の条
件で、前処理およびアークイオンプレーティング表面処
理を施して、上記超硬基体Ｂ−１〜Ｂ−８の表面部に非
晶質化層を形成した。なお、前記非晶質化層の表面から
の形成深さは同じくアークイオンプレーティング表面処
理の処理時間を調整することにより行なった。また、上
記超硬基体Ｂ−１〜Ｂ−８の表面部に形成された非晶質
化層を、透過型電子顕微鏡を用いて組織観察（倍率：５
０万倍）し、この観察結果に基づいて判別および測定し
たところ、それぞれ表９，１０に示される表面からの平
均深さ（５点測定の平均値）を示した。 【００２５】引き続いて、同じアークイオンプレーティ
ング装置にて、これらの表面に、いずれも上記実施例１
と同一の条件で、まず、下地靭性層として表９，１０に
示される目標層厚のＴｉＮ層を蒸着形成し、ついで表面
硬質層として同じく表９，１０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、または両方の複層を蒸
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
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）
１〜１６をそれぞれ製造した。また、比較の目的で、表
１１，１２に示される通り、アークイオンプレーティン
グ装置での上記超硬基体Ｂ−１〜Ｂ−８の表面に対する
上記条件での前処理およびアークイオンプレーティング
表面処理を行わず、したがって、上記超硬基体Ｂ−１〜
Ｂ−８の表面部に非晶質化層が存在せず、かつ下地靭性
層としてのＴｉＮ層の形成も行なわない以外は、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）
１〜１６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
〜１６および従来被覆超硬エンドミル１〜１６のうち、
本発明被覆超硬エンドミル１〜３および９〜１１、並び
に従来被覆超硬エンドミル１〜３および９〜１１につい
ては、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣ３００の板材、 回転速度：５１５０ｍｉｎ-1、 軸方向切り込み：１２ｍｍ、 径方向切り込み：１．６ｍｍ、 送り：６００ｍｍ／ｍｉｎ、 の条件での鋳鉄の湿式高切り込み側面切削加工試験、本
発明被覆超硬エンドミル４〜６および１２〜１４、並び
に従来被覆超硬エンドミル４〜６および１２〜１４につ
いては、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の板材、 回転速度：１９００ｍｉｎ-1、 軸方向切り込み：２０ｍｍ、 径方向切り込み：２．６ｍｍ、 送り：２７０ｍｍ／ｍｉｎ、 の条件での合金鋼の湿式高切り込み側面切削加工試験、
本発明被覆超硬エンドミル７，８および１５，１６、並
びに従来被覆超硬エンドミル７，８１５，１６について
は、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ５２）の板
材、 回転速度：６２５ｍｉｎ-1、 軸方向切り込み：２６ｍｍ、 径方向切り込み：１．４ｍｍ、 送り：７１ｍｍ／ｍｉｎ、 の条件での焼入れ鋼の湿式高切り込み側面切削加工試
験、をそれぞれ行い、いずれの側面切削加工試験（いず
れの試験も水溶性切削油使用）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
削長を測定した。この測定結果を表９〜１２にそれぞれ
示した。 【００２７】 【表８】 【００２８】 【表９】【００２９】 【表１０】 【００３０】 【表１１】 【００３１】 【表１２】【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Ｂ−１〜Ｂ−３形成用）、１３ｍ
ｍ（超硬基体Ｂ−４〜Ｂ−６形成用）、および２６ｍｍ
（超硬基体Ｂ−７、Ｂ−８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Ｃ−１〜Ｃ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（超硬基体Ｃ
−４〜Ｃ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（超硬基体
Ｃ−７、Ｃ−８）の寸法をもったドリル用超硬基体Ｃ−
１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。 【００３３】ついで、これらの超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−８
を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じ
く図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装
入し、これら超硬基体の表面に、上記実施例１と同一の
条件で、前処理およびアークイオンプレーティング表面
処理を施して、上記超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−８の表面部に
非晶質化層を形成した。なお、前記非晶質化層の表面か
らの形成深さは同じくアークイオンプレーティング表面
処理の処理時間を調整することにより行なった。また、
上記超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−８の表面部に形成された非晶
質化層を、透過型電子顕微鏡を用いて組織観察（倍率：
５０万倍）し、この観察結果に基づいて判別および測定
したところ、それぞれ表１３，１４に示される表面から
の平均深さ（５点測定の平均値）を示した。 【００３４】引き続いて、同じアークイオンプレーティ
ング装置にて、これらの表面に、いずれも上記実施例１
と同一の条件で、まず、下地靭性層として表１３，１４
に示される目標層厚のＴｉＮ層を蒸着形成し、ついで表
面硬質層として同じく表１３，１４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，Ａ
ｌ）ＣＮ層のうちのいずれかの単層、または両方の複層
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）
１〜１６をそれぞれ製造した。また、比較の目的で、表
１５，１６に示される通り、アークイオンプレーティン
グ装置での上記超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−８の表面に対する
上記条件での前処理およびアークイオンプレーティング
表面処理を行わず、したがって、上記超硬基体Ｃ−１〜
Ｃ−８の表面部に非晶質化層が存在せず、かつ下地靭性
層としてのＴｉＮ層の形成も行なわない以外は、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）１〜１６
をそれぞれ製造した。 【００３５】つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜１
６および従来被覆超硬ドリル１〜１６のうち、本発明被
覆超硬ドリル１〜３および９〜１１、並びに従来被覆超
硬ドリル１〜３および９〜１１については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０厚さ：５０ｍｍ
のＪＩＳ・ＦＣ３００の板材、 切削速度：４０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４２ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での鋳鉄の湿式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１２〜１４、並びに従来
被覆超硬ドリル４〜６および１２〜１４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：４０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３７ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での合金鋼の湿式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１５，１６、並びに従
来被覆超硬ドリル７，８および１５，１６については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ５３）の板
材、 切削速度：２４ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３６ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での焼入れ鋼の湿式高送り穴あけ切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高送り穴あけ切削加工試
験（いずれの試験も水溶性切削油使用）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１３〜１６にそれぞれ示
した。 【００３６】 【表１３】 【００３７】 【表１４】 【００３８】 【表１５】【００３９】 【表１６】 【００４０】また、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１〜２０、本発明被覆
超硬エンドミル１〜１６、および本発明被覆超硬ドリル
１〜１６、並びに従来被覆超硬工具としての従来被覆超
硬チップ１〜２０、従来被覆超硬エンドミル１〜１６、
および従来被覆超硬ドリル１〜１６の硬質被覆層の組成
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２〜１６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。 【００４１】 【発明の効果】表２〜１６に示される結果から、本発明
被覆超硬工具は、いずれもきわめて高い熱的および機械
的衝撃を伴なう鋼および鋳鉄の重切削条件での断続切削
加工でも、超硬基体表面部に形成された非晶質化層によ
って前記超硬基体表面と耐摩耗被覆層の間には強固な密
着性が確保され、かつ前記耐摩耗被覆層自体がすぐれた
靭性を具備することから、前記耐摩耗被覆層に密着性お
よび靭性不足が原因の剥離やチッピングの発生はなく、
切刃はすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、前記非
晶質化層の形成がない従来被覆超硬工具においては、前
記重切削条件での断続切削では耐摩耗被覆層の密着性お
よび靭性不足が原因で剥離や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連続切削や断続切削加工は勿論のこ
と、特に高い機械的および熱的衝撃を伴なう、重切削条
件での断続切削加工に用いた場合にも、耐摩耗被覆層が
超硬基体表面に対してすぐれた密着性を示し、かつすぐ
れた靭性も保持し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発
揮するものであるから、切削加工の汎用性に十分満足に
対応でき、切削加工のさらに一段の省力化および省エネ
化、さらに低コスト化を可能とするものである。
が、炭化タングステン基超硬合金基体（以下、超硬基体
という）表面に対する密着性にすぐれると共に、耐チッ
ピング性にもすぐれ、したがって特に各種の鋼や鋳鉄な
どの断続切削を、高い機械的および熱的衝撃の加わる高
切込みおよび高送りなどの重切削条件で行った場合に
も、前記耐摩耗被覆層に剥離やチッピング（微小欠け）
の発生なく、すぐれた耐摩耗性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０．５Ｐａ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した条件
で、前記超硬基体の表面に、例えば特開昭６２−５６５
６５号公報に記載されるように、組成式：（Ｔｉ1-XＡ
ｌX）Ｎおよび同（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｃ1-YＮY（ただし、
原子比で、Ｘは０．１５〜０．６５、Ｙは０．５〜０．
９９を示す）を満足する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、あるいは両方の複層で構成された表面硬質層
を耐摩耗被覆層として、０．５〜１５μｍの平均層厚で
蒸着することにより被覆超硬工具を製造することが知ら
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
高性能化はめざましく、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、切削工具には切削条件にできるだけ影響を受け
ない汎用性が要求される傾向にあるが、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
での連続切削や断続切削に用いた場合には問題はない
が、これを切刃が断続切削形態をとるエンドミルやドリ
ルによる切削加工、さらにスローアウエイチップにあっ
ては断続旋削加工など（以下、これらを総称して「断続
切削」という）を高切込みおよび高送りなどの重切削条
件で行なった場合には、切削時に発生する高い機械的お
よび熱的衝撃によって、前記表面硬質層が超硬基体表面
から剥離し易くなり、また前記表面硬質層はビッカース
硬さで３０００〜３５００を有し、きわめて硬質である
ために高い機械的および熱的衝撃を伴う重切削条件での
断続切削では、切刃部にチッピングも発生し易く、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、上記の従来被覆超硬工具を構成
する耐摩耗被覆層（表面硬質層）の超硬基体表面に対す
る一段の密着性向上を図るべく研究を行った結果、 （ａ）上記の超硬基体をアークイオンプレーティング装
置に装着し、まず、カソード電極を用いずに、 装置内雰囲気温度（超硬基体温度）：３００〜５００
℃、 雰囲気ガス：Ａｒ、 雰囲気圧力：１〜１０Ｐａ、 アーク放電電流：（アーク電源−ＯＦＦ）、 超硬基体印加バイアス電圧：−８００〜−１０００Ｖ、 処理時間：２〜１０分、 の条件で上記超硬基体の表面を前処理した後で、さらに
超硬基体表面に、カソード電極として、例えば金属Ｔｉ
を用い、 装置内雰囲気温度：４５０〜５５０℃、 雰囲気ガス：Ａｒ、 雰囲気圧力：１〜１０Ｐａ、 アーク放電電流：１００〜２００Ａ、 超硬基体印加バイアス電圧：−９００〜１２００Ｖ、 の条件でアークイオンプレーティング表面処理を施す
と、上記超硬基体の表面上には、蒸着層としての金属Ｔ
ｉ層の形成はなく、前記超硬基体自体の表面部に、透過
型電子顕微鏡を用いて組織観察した結果に基く判別で、
非晶質化層の形成が確認されること。なお、アークイオ
ンプレーティング装置を用いての金属Ｔｉ層の蒸着形成
は、 装置内雰囲気温度：３００〜５００℃、 雰囲気ガス：（使用せず）、 雰囲気圧力：０．１Ｐａ以下の真空、 カソード電極：金属Ｔｉ、 アーク放電電流：５０〜１００Ａ、 超硬基体印加バイアス電圧：−３０〜−１００Ｖ、 の条件で一般に行われていること。 【０００６】（ｂ）上記の表面部に非晶質化層が形成さ
れた超硬基体表面に、前記非晶質化層を表面から１〜５
０ｎｍの範囲内の平均深さに亘って形成した状態で、上
記の従来被覆超硬工具の表面硬質層を構成する（Ｔｉ，
Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層を、同じくアー
クイオンプレーティング装置を用いて、ビッカース硬さ
で２０００〜２５００を有し、きわめて靭性に富んだ窒
化チタン（以下、ＴｉＮで示す）層を介して形成する
と、前記非晶質化層は高い活性を有し、反応性の高いも
のであることから、前記ＴｉＮ層の蒸着形成時に、これ
と反応して前記超硬基体表面と前記ＴｉＮ層との間には
きわめて強固な密着性が確保され、この強固な密着性は
前記ＴｉＮ層と前記表面硬質層との間にも確保されるこ
と。 【０００７】（ｃ）したがって、この結果形成された被
覆超硬工具においては、これを高い機械的および熱的衝
撃を伴なう、重切削条件での断続切削加工に用いた場合
にも、前記ＴｉＮ層および表面硬質層からなる耐摩耗被
覆層には剥離の発生がなくなり、かつ前記耐摩耗被覆層
自体の靭性が前記ＴｉＮ層の介在によって著しく向上
し、切刃部のチッピング発生も抑制できることから、前
記表面硬質層のもつすぐれた耐摩耗性が十分に発揮され
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、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、アークイオンプレーティング表面
処理で、表面から１〜５０ｎｍの範囲内の平均深さに亘
って非晶質化層を形成してなる超硬基体の表面に、
（ａ）ＴｉＮ層からなり、かつ０．１〜５μｍの平均層
厚を有する下地靭性層、（ｂ）組成式：（Ｔｉ1-XＡ
ｌX）Ｎおよび同（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｃ1-YＮY（但し、原
子比で、Ｘは０．１５〜０．６５、Ｙは０．５〜０．９
９を示す）、を満足する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ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０．５〜１５μｍの平均層厚を有
する表面硬質層、以上（ａ）および（ｂ）で構成された
耐摩耗被覆層を物理蒸着してなる、耐摩耗被覆層がすぐ
れた密着性および耐チッピング性を有する被覆超硬工具
に特徴を有するものである。 【０００９】なお、この発明の被覆超硬工具において、
これを構成する超硬基体の表面部に形成された非晶質化
層の表面からの平均深さを１〜５０ｎｍとしたのは、そ
の深さが１ｎｍ未満では所望のすぐれた密着性を下地靭
性層であるＴｉＮ層との間に確保することができず、一
方超硬基体表面に対するＴｉＮ層の密着性向上効果は表
面からの平均深さが５０ｎｍで十分である、という理由
によるものである。 【００１０】また、この発明の被覆超硬工具において、
表面硬質層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮ層におけるＡｌは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）Ｃ1-YＮYのＸ値が０．１５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０．６５を越えると、切刃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０．１５〜０．６５
（原子比）と定めたものであり、また、（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、（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０．５５〜０．９と定めたの
である。 【００１１】さらに、上記表面硬質層の平均層厚を０．
５〜１５μｍとしたのは、その層厚が０．５μｍ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１５μｍを越えると、切刃部に欠けやチッ
ピングが発生し易くなるという理由によるものである。
同じく上記下地靭性層の平均層厚を０．１〜５μｍとし
たのは、その層厚が０．１μｍ未満では耐摩耗被覆層に
所望の靭性を確保することができず、一方その層厚が５
μｍを越えると、重切削条件での断続切削では切刃部に
偏摩耗の原因となる塑性変形が発生し易くなるという理
由によるものである。 【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、Ｃｒ3Ｃ2粉末、Ｔｉ
Ｎ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、いずれもチップ形状をもったＩＳＯ規格・Ｓ
ＮＧＡ１２０４１２の超硬基体Ａ−１〜Ａ−６、および
同ＳＮＭＡ１２０４１２の超硬基体Ａ−７〜Ａ〜１０を
それぞれ形成した。 【００１３】ついで、これら超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０
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、前記超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０のそれ
ぞれの表面に、まず、 装置内雰囲気温度（超硬基体温度）：４００℃、 雰囲気ガス：Ａｒ、 雰囲気圧力：３Ｐａ、 カソード電極：（使用せず）、 アーク放電電流：（アーク電源−ＯＦＦ）、 超硬基体印加バイアス電圧：−９００Ｖ、 処理時間：３分、 の条件で前処理した後で、さらに、 装置内雰囲気温度：５００℃、 雰囲気ガス：Ａｒ、 雰囲気圧力：３Ｐａ、 カソード電極：金属Ｔｉ、 アーク放電電流：１５０Ａ、 超硬基体印加バイアス電圧：−１０００Ｖ、 の条件でアークイオンプレーティング表面処理を施すこ
とにより、上記超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０の表面部に非
晶質化層を形成した。なお、前記非晶質化層の表面から
の形成深さは上記の条件でのアークイオンプレーティン
グ表面処理の処理時間を調整することにより行った。さ
らに、上記超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０の表面部に形成さ
れた非晶質化層を、透過型電子顕微鏡を用いて組織観察
（倍率：５０万倍）し、この観察結果に基づいて判別お
よび測定したところ、それぞれ表２，３に示される表面
からの平均深さ（５点測定の平均値）を示した。 【００１４】引き続いて、同じアークイオンプレーティ
ング装置にて、まず、（ａ）まず、下地靭性層として、 装置内雰囲気温度：５００℃、 雰囲気ガス：窒素ガス、 雰囲気圧力：６Ｐａ、 カソード電極：金属Ｔｉ、 アーク放電電流：７０Ａ、 超硬基体印加バイアス電圧：−５０Ｖ、 の条件で、上記の表面部に非晶質化層が形成された超硬
基体Ａ−１〜Ａ−１０のそれぞれの表面に、表２，３に
示される目標層厚のＴｉＮ層を蒸着形成し、 （Ｂ）ついで、表面硬質層として、 装置内雰囲気温度：５００℃、 雰囲気ガス：窒素ガス、または窒素ガスとメタンガスの
所定割合の混合ガス、 雰囲気圧力：６Ｐａ、 カソード電極：種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合
金、 アーク放電電流：７０Ａ、 超硬基体印加バイアス電圧：−９０Ｖ、 の条件で、上記のＴｉＮ層の表面に、それぞれ表２，３
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、または両方の複層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）１〜２０をそれぞれ製造した。また、
比較の目的で、表４，５に示される通り、アークイオン
プレーティング装置での上記超硬基体Ａ−１〜Ａ−１０
の表面に対する上記条件での前処理およびアークイオン
プレーティング表面処理を行わず、したがって、上記超
硬基体Ａ−１〜Ａ−１０の表面部に非晶質化層が存在せ
ず、かつ下地靭性層としてのＴｉＮ層の形成も行なわな
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スローアウエイチップ（以下、従来
被覆超硬チップ）１〜２０をそれぞれ製造した。 【００１５】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜２
０および従来被覆超硬チップ１〜２０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・ＳＮＣＭ４３９の長さ方向等間隔４本
縦溝入り丸棒、 切削速度：１１０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：５．０ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：２分、 の条件での合金鋼の乾式高切り込み断続切削試験、 被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ６１の長さ方向等間隔４本縦溝
入り丸棒、 切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．４ｍｍ、 送り：０．４５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：２分、 の条件でのダイス鋼の乾式高送り断続切削試験、さら
に、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の長さ方向等間隔４本縦溝
入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：７ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：３分、 の条件での鋳鉄の乾式高切り込み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。
この測定結果を表６，７に示した。 【００１６】 【表１】 【００１７】 【表２】 【００１８】 【表３】 【００１９】 【表４】【００２０】 【表５】 【００２１】 【表６】【００２２】 【表７】 【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、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８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の寸法をもったエンドミル用超硬基体Ｂ−１〜Ｂ−８
をそれぞれ製造した。 【００２４】ついで、これらの超硬基体Ｂ−１〜Ｂ−８
を、それぞれアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態
で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング
装置に装入し、これらの表面に上記実施例１と同一の条
件で、前処理およびアークイオンプレーティング表面処
理を施して、上記超硬基体Ｂ−１〜Ｂ−８の表面部に非
晶質化層を形成した。なお、前記非晶質化層の表面から
の形成深さは同じくアークイオンプレーティング表面処
理の処理時間を調整することにより行なった。また、上
記超硬基体Ｂ−１〜Ｂ−８の表面部に形成された非晶質
化層を、透過型電子顕微鏡を用いて組織観察（倍率：５
０万倍）し、この観察結果に基づいて判別および測定し
たところ、それぞれ表９，１０に示される表面からの平
均深さ（５点測定の平均値）を示した。 【００２５】引き続いて、同じアークイオンプレーティ
ング装置にて、これらの表面に、いずれも上記実施例１
と同一の条件で、まず、下地靭性層として表９，１０に
示される目標層厚のＴｉＮ層を蒸着形成し、ついで表面
硬質層として同じく表９，１０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、または両方の複層を蒸
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
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）
１〜１６をそれぞれ製造した。また、比較の目的で、表
１１，１２に示される通り、アークイオンプレーティン
グ装置での上記超硬基体Ｂ−１〜Ｂ−８の表面に対する
上記条件での前処理およびアークイオンプレーティング
表面処理を行わず、したがって、上記超硬基体Ｂ−１〜
Ｂ−８の表面部に非晶質化層が存在せず、かつ下地靭性
層としてのＴｉＮ層の形成も行なわない以外は、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）
１〜１６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
〜１６および従来被覆超硬エンドミル１〜１６のうち、
本発明被覆超硬エンドミル１〜３および９〜１１、並び
に従来被覆超硬エンドミル１〜３および９〜１１につい
ては、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣ３００の板材、 回転速度：５１５０ｍｉｎ-1、 軸方向切り込み：１２ｍｍ、 径方向切り込み：１．６ｍｍ、 送り：６００ｍｍ／ｍｉｎ、 の条件での鋳鉄の湿式高切り込み側面切削加工試験、本
発明被覆超硬エンドミル４〜６および１２〜１４、並び
に従来被覆超硬エンドミル４〜６および１２〜１４につ
いては、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の板材、 回転速度：１９００ｍｉｎ-1、 軸方向切り込み：２０ｍｍ、 径方向切り込み：２．６ｍｍ、 送り：２７０ｍｍ／ｍｉｎ、 の条件での合金鋼の湿式高切り込み側面切削加工試験、
本発明被覆超硬エンドミル７，８および１５，１６、並
びに従来被覆超硬エンドミル７，８１５，１６について
は、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ５２）の板
材、 回転速度：６２５ｍｉｎ-1、 軸方向切り込み：２６ｍｍ、 径方向切り込み：１．４ｍｍ、 送り：７１ｍｍ／ｍｉｎ、 の条件での焼入れ鋼の湿式高切り込み側面切削加工試
験、をそれぞれ行い、いずれの側面切削加工試験（いず
れの試験も水溶性切削油使用）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
削長を測定した。この測定結果を表９〜１２にそれぞれ
示した。 【００２７】 【表８】 【００２８】 【表９】【００２９】 【表１０】 【００３０】 【表１１】 【００３１】 【表１２】【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Ｂ−１〜Ｂ−３形成用）、１３ｍ
ｍ（超硬基体Ｂ−４〜Ｂ−６形成用）、および２６ｍｍ
（超硬基体Ｂ−７、Ｂ−８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Ｃ−１〜Ｃ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（超硬基体Ｃ
−４〜Ｃ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（超硬基体
Ｃ−７、Ｃ−８）の寸法をもったドリル用超硬基体Ｃ−
１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。 【００３３】ついで、これらの超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−８
を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じ
く図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装
入し、これら超硬基体の表面に、上記実施例１と同一の
条件で、前処理およびアークイオンプレーティング表面
処理を施して、上記超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−８の表面部に
非晶質化層を形成した。なお、前記非晶質化層の表面か
らの形成深さは同じくアークイオンプレーティング表面
処理の処理時間を調整することにより行なった。また、
上記超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−８の表面部に形成された非晶
質化層を、透過型電子顕微鏡を用いて組織観察（倍率：
５０万倍）し、この観察結果に基づいて判別および測定
したところ、それぞれ表１３，１４に示される表面から
の平均深さ（５点測定の平均値）を示した。 【００３４】引き続いて、同じアークイオンプレーティ
ング装置にて、これらの表面に、いずれも上記実施例１
と同一の条件で、まず、下地靭性層として表１３，１４
に示される目標層厚のＴｉＮ層を蒸着形成し、ついで表
面硬質層として同じく表１３，１４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，Ａ
ｌ）ＣＮ層のうちのいずれかの単層、または両方の複層
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）
１〜１６をそれぞれ製造した。また、比較の目的で、表
１５，１６に示される通り、アークイオンプレーティン
グ装置での上記超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−８の表面に対する
上記条件での前処理およびアークイオンプレーティング
表面処理を行わず、したがって、上記超硬基体Ｃ−１〜
Ｃ−８の表面部に非晶質化層が存在せず、かつ下地靭性
層としてのＴｉＮ層の形成も行なわない以外は、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）１〜１６
をそれぞれ製造した。 【００３５】つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜１
６および従来被覆超硬ドリル１〜１６のうち、本発明被
覆超硬ドリル１〜３および９〜１１、並びに従来被覆超
硬ドリル１〜３および９〜１１については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０厚さ：５０ｍｍ
のＪＩＳ・ＦＣ３００の板材、 切削速度：４０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４２ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での鋳鉄の湿式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１２〜１４、並びに従来
被覆超硬ドリル４〜６および１２〜１４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：４０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３７ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での合金鋼の湿式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１５，１６、並びに従
来被覆超硬ドリル７，８および１５，１６については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ５３）の板
材、 切削速度：２４ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３６ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での焼入れ鋼の湿式高送り穴あけ切削加工試験、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高送り穴あけ切削加工試
験（いずれの試験も水溶性切削油使用）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１３〜１６にそれぞれ示
した。 【００３６】 【表１３】 【００３７】 【表１４】 【００３８】 【表１５】【００３９】 【表１６】 【００４０】また、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１〜２０、本発明被覆
超硬エンドミル１〜１６、および本発明被覆超硬ドリル
１〜１６、並びに従来被覆超硬工具としての従来被覆超
硬チップ１〜２０、従来被覆超硬エンドミル１〜１６、
および従来被覆超硬ドリル１〜１６の硬質被覆層の組成
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２〜１６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。 【００４１】 【発明の効果】表２〜１６に示される結果から、本発明
被覆超硬工具は、いずれもきわめて高い熱的および機械
的衝撃を伴なう鋼および鋳鉄の重切削条件での断続切削
加工でも、超硬基体表面部に形成された非晶質化層によ
って前記超硬基体表面と耐摩耗被覆層の間には強固な密
着性が確保され、かつ前記耐摩耗被覆層自体がすぐれた
靭性を具備することから、前記耐摩耗被覆層に密着性お
よび靭性不足が原因の剥離やチッピングの発生はなく、
切刃はすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、前記非
晶質化層の形成がない従来被覆超硬工具においては、前
記重切削条件での断続切削では耐摩耗被覆層の密着性お
よび靭性不足が原因で剥離や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連続切削や断続切削加工は勿論のこ
と、特に高い機械的および熱的衝撃を伴なう、重切削条
件での断続切削加工に用いた場合にも、耐摩耗被覆層が
超硬基体表面に対してすぐれた密着性を示し、かつすぐ
れた靭性も保持し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発
揮するものであるから、切削加工の汎用性に十分満足に
対応でき、切削加工のさらに一段の省力化および省エネ
化、さらに低コスト化を可能とするものである。
【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の概略正面図、
（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の概略正面図、
（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
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ２３Ｃ 14/16 Ｃ２３Ｃ 14/16 Ｂ
14/32 14/32 Ｚ
(72)発明者 中村 惠滋
埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ
アル株式会社総合研究所内
Ｆターム(参考） 3C037 CC02 CC04 CC09
3C046 FF03 FF10 FF16 FF19
4K029 AA02 BA03 BA17 BA54 BA60
BB02 BC02 BD05 CA03 EA01
EA05 FA01
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 アークイオンプレーティング表面処理
で、表面から１〜５０ｎｍの範囲内の平均深さに亘って
非晶質化層を形成してなる炭化タングステン基超硬合金
基体の表面に、 （ａ）窒化チタン層からなり、かつ０．１〜５μｍの平
均層厚を有する下地靭性層、 （ｂ）組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎおよび同（Ｔｉ1-X
ＡｌX）Ｃ1-YＮY（但し、原子比で、Ｘは０．１５〜
０．６５、Ｙは０．５〜０．９９を示す）、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の単層、または両方の複層から
なり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する表面硬
質層、以上（ａ）および（ｂ）で構成された耐摩耗被覆
層を物理蒸着してなる、耐摩耗被覆層がすぐれた密着性
および耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削
工具。
Priority Applications (7)
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|---|---|---|---|
| JP2002023097A JP3829323B2 (ja) | 2001-07-04 | 2002-01-31 | 耐摩耗被覆層がすぐれた密着性および耐チッピング性を有する表面被覆超硬合金製切削工具 |
| ES02007228T ES2252341T3 (es) | 2001-06-11 | 2002-03-28 | Herramienta de aleacion de carburo recubierto en superficie. |
| CNB021231370A CN100425391C (zh) | 2001-06-11 | 2002-03-28 | 表面被覆硬质合金刀具 |
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| DE2002607007 DE60207007T2 (de) | 2001-06-11 | 2002-03-28 | Beschichtetes Sinterkarbidschneidwerkzeug |
| US10/108,390 US6855405B2 (en) | 2001-06-11 | 2002-03-29 | Surface-coated carbide alloy tool |
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| JP2010234452A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 |
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2002
- 2002-01-31 JP JP2002023097A patent/JP3829323B2/ja not_active Expired - Fee Related
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