JP2003136303A - 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗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】 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗
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基体または炭窒化チタン系サーメ
ット基体の表面に、（ａ）０．０５〜０．５μｍの平均
層厚を有し、組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎ1-YＣYただ
し、原子比で、Ｘは０．０５〜０．２０、Ｙ：０．０１
〜０．１５を示す）を満足し、さらに、Ｃｕ−Ｋα線を
用いたＸ線回折装置による測定で、（２００）面に最高
ピークが現われ、かつ前記最高ピークの半価幅が２θで
０．６度以下であるＸ線回折パターンを示すＴｉ−Ａｌ
複合窒炭化物層からなる結晶配向履歴層を介して、
（ｂ）２〜１５μｍの平均層厚を有し、組成式：（Ｔｉ
1-ZＡｌZ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｚは０．４５〜０．
６５を示す）を満足し、同じくＣｕ−Ｋα線を用いたＸ
線回折装置による測定で、（２００）面に最高ピークが
現われ、かつ前記最高ピークの半価幅が２θで０．６度
以下であるＸ線回折パターンを示すＴｉ−Ａｌ複合窒化
物層からなる硬質被覆層を物理蒸着してなる。
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基体または炭窒化チタン系サーメ
ット基体の表面に、（ａ）０．０５〜０．５μｍの平均
層厚を有し、組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎ1-YＣYただ
し、原子比で、Ｘは０．０５〜０．２０、Ｙ：０．０１
〜０．１５を示す）を満足し、さらに、Ｃｕ−Ｋα線を
用いたＸ線回折装置による測定で、（２００）面に最高
ピークが現われ、かつ前記最高ピークの半価幅が２θで
０．６度以下であるＸ線回折パターンを示すＴｉ−Ａｌ
複合窒炭化物層からなる結晶配向履歴層を介して、
（ｂ）２〜１５μｍの平均層厚を有し、組成式：（Ｔｉ
1-ZＡｌZ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｚは０．４５〜０．
６５を示す）を満足し、同じくＣｕ−Ｋα線を用いたＸ
線回折装置による測定で、（２００）面に最高ピークが
現われ、かつ前記最高ピークの半価幅が２θで０．６度
以下であるＸ線回折パターンを示すＴｉ−Ａｌ複合窒化
物層からなる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、硬質被覆層がす
ぐれた高温特性を有し、したがって各種の鋼や鋳鉄など
の高熱発生を伴う高速切削加工で、すぐれた耐摩耗性を
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、切削工具として、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）の表面に、
組成式：（Ｔｉ1-ZＡｌZ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｚは
０．４５〜０．６５を示す）を満足するＴｉ−Ａｌ複合
窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層からなる硬
質被覆層を２〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着してなる
被覆超硬工具が知られており、これが各種の鋼や鋳鉄な
どの連続切削や断続切削加工に用いられることも良く知
られるところである。 【０００４】さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図
３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に上記の超硬基体を装入
し、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：３５
Ｖ、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を導入し、一方上記
超硬基体には、例えば−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、上記（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造
されることも知られている。 【０００５】 【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、切削加工は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、これを通常の切削加工条件で
用いた場合には問題はないが、これを高い発熱を伴う高
速切削で条件で用いた場合には、硬質被覆層の摩耗進行
が促進され、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状で
ある。 【０００６】 【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、高速切削加工ですぐれた耐摩耗
性を発揮する被覆超硬工具を開発すべく、特に上記の従
来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を
行った結果、 （ａ）上記の従来被覆超硬工具を構成する（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層は、Ｃｕ−Ｋα線を用いた
Ｘ線回折装置による測定で、図２に例示される通り（２
００）面に最高ピークが現われ、かつ前記最高ピークの
半価幅が２θ（横軸）で０．９度以上であるＸ線回折パ
ターンを示すが、この硬質被覆層を超硬基体表面に物理
蒸着形成するに先だって、予め組成式：Ｔｉ1-XＡｌX）
Ｎ1-YＣYただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．２０、
Ｙ：０．０１〜０．１５を示す）を満足するＴｉ−Ａｌ
複合窒炭化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣで示す］層を
きわめて薄い０．０５〜０．５μｍの平均層厚で蒸着形
成しておくと、前記（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層は、（２０
０）面に高配向し、前記（２００）面のピークの半価幅
が２θで０．６度以下のＸ線回折パターンを示すので、
これの上に物理蒸着された、本来Ｘ線回折パターンの
（２００）面におけるピークの半価幅が２θで０．９度
以上であるＸ線回折パターンを示す前記（Ｔｉ，Ａｌ）
Ｎ層（硬質被覆層）も、図１に例示される通り前記（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＮＣ層による結晶配向履歴効果によって前記
（２００）面のピークの半価幅が２θで０．６度以下の
高配向Ｘ線回折パターンを示すようになること。 【０００７】（ｂ）Ｘ線回折パターンの（２００）面に
おけるピークの半価幅が２θで０．６度以下を示す高配
向の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層は、同ピークの半価幅が同０．
９度以上の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層に比して高温特性（高温
耐酸化性および高温硬さ）にすぐれているので、前記高
配向の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を超硬基
体表面に物理蒸着してなる被覆超硬工具は、高い発熱を
伴う鋼や軟鋼などの高速切削加工ですぐれた耐摩耗性を
発揮するようになること。以上（ａ）および（ｂ）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、超硬基体の表面に、（ａ）０．０
５〜０．５μｍの平均層厚を有し、かつ、組成式：（Ｔ
ｉ1-XＡｌX）Ｎ1-YＣYただし、原子比で、Ｘは０．０５
〜０．２０、Ｙ：０．０１〜０．１５を示す）を満足
し、さらに、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折装置による
測定で、（２００）面に最高ピークが現われ、かつ前記
最高ピークの半価幅が２θで０．６度以下であるＸ線回
折パターンを示す（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層からなる結晶配
向履歴層を介して、（ｂ）２〜１５μｍの平均層厚を有
し、組成式：（Ｔｉ1-ZＡｌZ）Ｎ（ただし、原子比で、
Ｚは０．４５〜０．６５を示す）を満足し、同じくＣｕ
−Ｋα線を用いたＸ線回折装置による測定で、（２０
０）面に最高ピークが現われ、かつ前記最高ピークの半
価幅が２θで０．６度以下であるＸ線回折パターンを示
す（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を物理蒸着し
てなる、高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性
を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。 【０００９】つぎに、この発明の被覆超硬工具におい
て、これを構成する結晶配向履歴層および硬質被覆層の
組成および平均層厚を上記の通りに限定した理由を説明
する。 （ａ）結晶配向履歴層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層］ （Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層におけるＡｌ成分には、層の（２
００）面を切刃のすくい面および逃げ面に対して垂直方
向に配向する作用があるが、Ａｌの割合が原子比で０．
０５未満では、（２００）面の配向が不十分で、（２０
０）面に現われる最高ピークの半価幅を２θで０．６度
以下に高配向させることができず、一方その割合が同じ
く０．２０を越えても、結晶配向が乱れるようになっ
て、（２００）面を高配向させることが困難になること
から、その割合（Ｘ値）を０．０５〜０．２０と定め
た。また、（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層におけるＣ成分には、
超硬基体表面および硬質被覆層の両方に対する密着性を
向上させる作用があるが、Ｃ成分の割合が原子比で０．
０１未満では、所望の密着性向上効果が得られず、一方
その割合が同じく０．１５を越えると、結晶配向が乱れ
るようになって、（２００）面を高配向させることが困
難になることから、その割合（Ｙ値）を０．０１〜０．
１５と定めた。さらに、その平均層厚が０．０５μｍ未
満では、（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層の本来有する（２００）
面の高配向性を硬質被覆層に転化する結晶配向履歴効果
を十分に発揮させることができず、かつ超硬基体表面と
硬質被覆層間の密着性も不十分であり、一方この結晶配
向履歴効果および密着性向上効果は０．５μｍまでの平
均層厚で十分であることから、その平均層厚を０．０５
〜０．５μｍと定めた。 【００１０】（ｂ）硬質被覆層［（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層］ （Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層のＡｌ成分は、高靭性を有するＴｉ
Ｎ層の硬さおよび耐熱性を高め、もって耐摩耗性を向上
させる目的で含有するが、その割合がＴｉとの合量に占
める割合（原子比）で０．４５未満では所望の耐摩耗性
向上効果が得られず、一方その割合が同じく０．６５を
越えると、切刃にチッピング（微小欠け）などが発生し
易くなることから、その割合を０．４５〜０．６５と定
めた。また、その平均層厚が２μｍ未満では、所望の耐
摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１
５μｍ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２〜１５μｍと定めた。さら
に、Ｘ線回折パターンの（２００）面に現われる最高ピ
ークの半価幅：０．６度以下（２θ）は、試験結果に基
づいて経験的に定めたものであり、したがって前記半価
幅が０．６度以下の場合に、特に高速切削加工ですぐれ
た耐摩耗性を発揮し、前記半価幅が０．６度を越えて大
きくなる、すなわち（２００）面の配向性が低下するよ
うになると、所望の耐摩耗性を確保することができなく
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。 【００１２】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。 【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３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結晶配向履歴層形成
用Ｔｉ−Ａｌ合金および硬質被覆層形成用Ｔｉ−Ａｌ合
金を装着し、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５００℃に加熱した後、
Ａｒガスを装置内に導入して１０Ｐａ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
いで装置内に反応ガスとして所定割合に配合した窒素ガ
スとメタンガスの混合ガスを導入して３．５Ｐａ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−７０Ｖに下げて、前記カソード電極（結晶配向
履歴層形成用Ｔｉ−Ａｌ合金）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〜Ａ１
０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結晶配向履歴層［（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＮＣ層］を形成し、引き続いて装置内に反応
ガスとして窒素ガスを導入して４Ｐａ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−２
０Ｖに下げて、前記カソード電極（硬質被覆層形成用Ｔ
ｉ−Ａｌ合金）とアノード電極との間にアーク放電を発
生させ、もって同じく表３，４に示される目標組成およ
び目標層厚の硬質被覆層［（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層］を蒸着
することにより、図４（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）１〜２０
をそれぞれ製造した。また、比較の目的で、表５，６に
示される通り上記結晶配向履歴層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ
層］の形成を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と云う）１〜２０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
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・ＳＣＭ４４０の丸棒、 切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式高速連続旋削加工試験、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ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、 の条件での炭素鋼の乾式高速断続旋削加工試験、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：１８０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での鋳鉄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３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をもった
結晶配向履歴層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層］および硬質被
覆層［（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層］を蒸着することにより、図
５（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。また、比較の目的で、表１１に示される通り上記結
晶配向履歴層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層］の形成を行なわ
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）１〜８をそれぞれ製造した。 【００２５】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・ＳＮＣＭ４３９の板材、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、 テーブル送り：６５０ｍｍ／分、 の条件での合金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・Ｓ５５Ｃの板材、 切削速度：１６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：６００ｍｍ／分、 の条件での炭素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・ＦＣ２５０の板材、 切削速度：１６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：１０ｍｍ、 テーブル送り：３２０ｍｍ／分、 の条件での鋳鉄の乾式高速溝切削加工試験、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
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１０、１１にそれ
ぞれ示した。 【００２６】 【表９】 【００２７】 【表１０】 【００２８】 【表１１】 【００２９】（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。 【００３０】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３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１２に示される目標組成および目標層厚をもった
結晶配向履歴層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層］および硬質被
覆層［（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層］を蒸着することにより、図
６（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、従来被覆
超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。また、
比較の目的で、表１３に示される通り上記結晶配向履歴
層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層］の形成を行なわない以外は
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
〜８をそれぞれ製造した。 【００３１】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×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１２ｍｍ／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・Ｓ５０Ｃの板材、 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２５ｍｍ／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・ＦＣ３００の板材、 切削速度：９０ｍ／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、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（水溶
性切削油使用）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。 【００３２】 【表１２】 【００３３】 【表１３】 【００３４】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１〜２０、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の結晶配向履歴層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層］および
硬質被覆層［（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層］、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１〜８、および従来被覆超硬ドリル１〜
８の硬質被覆層［（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層］の組成につい
て、その厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置を用い
て測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組
成を示した。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の上記構成層の厚さを、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。さらに、これらの本発明被覆超硬工具、並びに従来
被覆超硬工具の上記構成層をＸ線回折装置を用いて切刃
のすくい面および／または逃げ面で観察し、この結果得
られたＸ線回折パターンから（２００）面に現われたピ
ークの半価幅を測定し（この場合正確な測定が困難な場
合には、上記の実施時にアークイオンプレーティング装
置に同時に装入した測定ピースのＸ線回折パターンを用
いて測定）、この測定結果を表３〜６および表１０〜１
３にそれぞれ示した。 【００３５】 【発明の効果】表３〜１３に示される結果から、結晶配
向履歴層の介在によって硬質被覆層の（２００）面が高
配向し、これによってすぐれた高温特性（高温耐酸化性
および高温硬さ）を具備すようになる本発明被覆超硬工
具は、いずれも鋼や鋳鉄の切削加工を高い発熱を伴う高
速で行っても、前記硬質被覆層と超硬基体表面の前記結
晶配向履歴層におけるＣ成分作用による密着性向上効果
と相俟って、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、
硬質被覆層の（２００）面の配向性の低い従来被覆超硬
工具においては、高温を伴う高速切削加工では切刃の摩
耗進行が速く、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、特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工でもすぐれ
た耐摩耗性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を
示すものであるから、切削加工装置の高性能化、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。
ぐれた高温特性を有し、したがって各種の鋼や鋳鉄など
の高熱発生を伴う高速切削加工で、すぐれた耐摩耗性を
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、切削工具として、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）の表面に、
組成式：（Ｔｉ1-ZＡｌZ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｚは
０．４５〜０．６５を示す）を満足するＴｉ−Ａｌ複合
窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層からなる硬
質被覆層を２〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着してなる
被覆超硬工具が知られており、これが各種の鋼や鋳鉄な
どの連続切削や断続切削加工に用いられることも良く知
られるところである。 【０００４】さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図
３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に上記の超硬基体を装入
し、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：３５
Ｖ、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を導入し、一方上記
超硬基体には、例えば−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、上記（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造
されることも知られている。 【０００５】 【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、切削加工は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、これを通常の切削加工条件で
用いた場合には問題はないが、これを高い発熱を伴う高
速切削で条件で用いた場合には、硬質被覆層の摩耗進行
が促進され、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状で
ある。 【０００６】 【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、高速切削加工ですぐれた耐摩耗
性を発揮する被覆超硬工具を開発すべく、特に上記の従
来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を
行った結果、 （ａ）上記の従来被覆超硬工具を構成する（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層は、Ｃｕ−Ｋα線を用いた
Ｘ線回折装置による測定で、図２に例示される通り（２
００）面に最高ピークが現われ、かつ前記最高ピークの
半価幅が２θ（横軸）で０．９度以上であるＸ線回折パ
ターンを示すが、この硬質被覆層を超硬基体表面に物理
蒸着形成するに先だって、予め組成式：Ｔｉ1-XＡｌX）
Ｎ1-YＣYただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．２０、
Ｙ：０．０１〜０．１５を示す）を満足するＴｉ−Ａｌ
複合窒炭化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣで示す］層を
きわめて薄い０．０５〜０．５μｍの平均層厚で蒸着形
成しておくと、前記（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層は、（２０
０）面に高配向し、前記（２００）面のピークの半価幅
が２θで０．６度以下のＸ線回折パターンを示すので、
これの上に物理蒸着された、本来Ｘ線回折パターンの
（２００）面におけるピークの半価幅が２θで０．９度
以上であるＸ線回折パターンを示す前記（Ｔｉ，Ａｌ）
Ｎ層（硬質被覆層）も、図１に例示される通り前記（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＮＣ層による結晶配向履歴効果によって前記
（２００）面のピークの半価幅が２θで０．６度以下の
高配向Ｘ線回折パターンを示すようになること。 【０００７】（ｂ）Ｘ線回折パターンの（２００）面に
おけるピークの半価幅が２θで０．６度以下を示す高配
向の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層は、同ピークの半価幅が同０．
９度以上の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層に比して高温特性（高温
耐酸化性および高温硬さ）にすぐれているので、前記高
配向の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を超硬基
体表面に物理蒸着してなる被覆超硬工具は、高い発熱を
伴う鋼や軟鋼などの高速切削加工ですぐれた耐摩耗性を
発揮するようになること。以上（ａ）および（ｂ）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、超硬基体の表面に、（ａ）０．０
５〜０．５μｍの平均層厚を有し、かつ、組成式：（Ｔ
ｉ1-XＡｌX）Ｎ1-YＣYただし、原子比で、Ｘは０．０５
〜０．２０、Ｙ：０．０１〜０．１５を示す）を満足
し、さらに、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折装置による
測定で、（２００）面に最高ピークが現われ、かつ前記
最高ピークの半価幅が２θで０．６度以下であるＸ線回
折パターンを示す（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層からなる結晶配
向履歴層を介して、（ｂ）２〜１５μｍの平均層厚を有
し、組成式：（Ｔｉ1-ZＡｌZ）Ｎ（ただし、原子比で、
Ｚは０．４５〜０．６５を示す）を満足し、同じくＣｕ
−Ｋα線を用いたＸ線回折装置による測定で、（２０
０）面に最高ピークが現われ、かつ前記最高ピークの半
価幅が２θで０．６度以下であるＸ線回折パターンを示
す（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を物理蒸着し
てなる、高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性
を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。 【０００９】つぎに、この発明の被覆超硬工具におい
て、これを構成する結晶配向履歴層および硬質被覆層の
組成および平均層厚を上記の通りに限定した理由を説明
する。 （ａ）結晶配向履歴層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層］ （Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層におけるＡｌ成分には、層の（２
００）面を切刃のすくい面および逃げ面に対して垂直方
向に配向する作用があるが、Ａｌの割合が原子比で０．
０５未満では、（２００）面の配向が不十分で、（２０
０）面に現われる最高ピークの半価幅を２θで０．６度
以下に高配向させることができず、一方その割合が同じ
く０．２０を越えても、結晶配向が乱れるようになっ
て、（２００）面を高配向させることが困難になること
から、その割合（Ｘ値）を０．０５〜０．２０と定め
た。また、（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層におけるＣ成分には、
超硬基体表面および硬質被覆層の両方に対する密着性を
向上させる作用があるが、Ｃ成分の割合が原子比で０．
０１未満では、所望の密着性向上効果が得られず、一方
その割合が同じく０．１５を越えると、結晶配向が乱れ
るようになって、（２００）面を高配向させることが困
難になることから、その割合（Ｙ値）を０．０１〜０．
１５と定めた。さらに、その平均層厚が０．０５μｍ未
満では、（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層の本来有する（２００）
面の高配向性を硬質被覆層に転化する結晶配向履歴効果
を十分に発揮させることができず、かつ超硬基体表面と
硬質被覆層間の密着性も不十分であり、一方この結晶配
向履歴効果および密着性向上効果は０．５μｍまでの平
均層厚で十分であることから、その平均層厚を０．０５
〜０．５μｍと定めた。 【００１０】（ｂ）硬質被覆層［（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層］ （Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層のＡｌ成分は、高靭性を有するＴｉ
Ｎ層の硬さおよび耐熱性を高め、もって耐摩耗性を向上
させる目的で含有するが、その割合がＴｉとの合量に占
める割合（原子比）で０．４５未満では所望の耐摩耗性
向上効果が得られず、一方その割合が同じく０．６５を
越えると、切刃にチッピング（微小欠け）などが発生し
易くなることから、その割合を０．４５〜０．６５と定
めた。また、その平均層厚が２μｍ未満では、所望の耐
摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１
５μｍ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２〜１５μｍと定めた。さら
に、Ｘ線回折パターンの（２００）面に現われる最高ピ
ークの半価幅：０．６度以下（２θ）は、試験結果に基
づいて経験的に定めたものであり、したがって前記半価
幅が０．６度以下の場合に、特に高速切削加工ですぐれ
た耐摩耗性を発揮し、前記半価幅が０．６度を越えて大
きくなる、すなわち（２００）面の配向性が低下するよ
うになると、所望の耐摩耗性を確保することができなく
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。 【００１２】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。 【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３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結晶配向履歴層形成
用Ｔｉ−Ａｌ合金および硬質被覆層形成用Ｔｉ−Ａｌ合
金を装着し、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５００℃に加熱した後、
Ａｒガスを装置内に導入して１０Ｐａ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
いで装置内に反応ガスとして所定割合に配合した窒素ガ
スとメタンガスの混合ガスを導入して３．５Ｐａ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−７０Ｖに下げて、前記カソード電極（結晶配向
履歴層形成用Ｔｉ−Ａｌ合金）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〜Ａ１
０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結晶配向履歴層［（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＮＣ層］を形成し、引き続いて装置内に反応
ガスとして窒素ガスを導入して４Ｐａ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−２
０Ｖに下げて、前記カソード電極（硬質被覆層形成用Ｔ
ｉ−Ａｌ合金）とアノード電極との間にアーク放電を発
生させ、もって同じく表３，４に示される目標組成およ
び目標層厚の硬質被覆層［（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層］を蒸着
することにより、図４（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）１〜２０
をそれぞれ製造した。また、比較の目的で、表５，６に
示される通り上記結晶配向履歴層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ
層］の形成を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と云う）１〜２０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
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・ＳＣＭ４４０の丸棒、 切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件での合金鋼の乾式高速連続旋削加工試験、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ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、 の条件での炭素鋼の乾式高速断続旋削加工試験、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：１８０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での鋳鉄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３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をもった
結晶配向履歴層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層］および硬質被
覆層［（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層］を蒸着することにより、図
５（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。また、比較の目的で、表１１に示される通り上記結
晶配向履歴層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層］の形成を行なわ
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）１〜８をそれぞれ製造した。 【００２５】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・ＳＮＣＭ４３９の板材、 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、 テーブル送り：６５０ｍｍ／分、 の条件での合金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・Ｓ５５Ｃの板材、 切削速度：１６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：６００ｍｍ／分、 の条件での炭素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・ＦＣ２５０の板材、 切削速度：１６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：１０ｍｍ、 テーブル送り：３２０ｍｍ／分、 の条件での鋳鉄の乾式高速溝切削加工試験、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
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１０、１１にそれ
ぞれ示した。 【００２６】 【表９】 【００２７】 【表１０】 【００２８】 【表１１】 【００２９】（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。 【００３０】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３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１２に示される目標組成および目標層厚をもった
結晶配向履歴層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層］および硬質被
覆層［（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層］を蒸着することにより、図
６（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、従来被覆
超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。また、
比較の目的で、表１３に示される通り上記結晶配向履歴
層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層］の形成を行なわない以外は
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
〜８をそれぞれ製造した。 【００３１】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×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１２ｍｍ／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・Ｓ５０Ｃの板材、 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２５ｍｍ／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・ＦＣ３００の板材、 切削速度：９０ｍ／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、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（水溶
性切削油使用）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。 【００３２】 【表１２】 【００３３】 【表１３】 【００３４】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１〜２０、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の結晶配向履歴層［（Ｔｉ，Ａｌ）ＮＣ層］および
硬質被覆層［（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層］、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１〜８、および従来被覆超硬ドリル１〜
８の硬質被覆層［（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層］の組成につい
て、その厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置を用い
て測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組
成を示した。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の上記構成層の厚さを、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。さらに、これらの本発明被覆超硬工具、並びに従来
被覆超硬工具の上記構成層をＸ線回折装置を用いて切刃
のすくい面および／または逃げ面で観察し、この結果得
られたＸ線回折パターンから（２００）面に現われたピ
ークの半価幅を測定し（この場合正確な測定が困難な場
合には、上記の実施時にアークイオンプレーティング装
置に同時に装入した測定ピースのＸ線回折パターンを用
いて測定）、この測定結果を表３〜６および表１０〜１
３にそれぞれ示した。 【００３５】 【発明の効果】表３〜１３に示される結果から、結晶配
向履歴層の介在によって硬質被覆層の（２００）面が高
配向し、これによってすぐれた高温特性（高温耐酸化性
および高温硬さ）を具備すようになる本発明被覆超硬工
具は、いずれも鋼や鋳鉄の切削加工を高い発熱を伴う高
速で行っても、前記硬質被覆層と超硬基体表面の前記結
晶配向履歴層におけるＣ成分作用による密着性向上効果
と相俟って、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、
硬質被覆層の（２００）面の配向性の低い従来被覆超硬
工具においては、高温を伴う高速切削加工では切刃の摩
耗進行が速く、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、特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工でもすぐれ
た耐摩耗性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を
示すものであるから、切削加工装置の高性能化、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】本発明被覆超硬チップ７の硬質被覆層が示すＸ
線回折パターンである。 【図２】従来被覆超硬チップ７の硬質被覆層が示すＸ線
回折パターンである。 【図３】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４】（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５】（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６】（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。
線回折パターンである。 【図２】従来被覆超硬チップ７の硬質被覆層が示すＸ線
回折パターンである。 【図３】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４】（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５】（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６】（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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フロントページの続き
(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
(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
Ｆターム(参考） 3C037 CC02 CC04 CC09 CC11
3C046 FF03 FF05 FF10 FF13 FF16
FF19 FF25
4K029 AA02 AA04 BA41 BA54 BA58
BB02 BB07 BD05 CA03 DD06
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）０．０５〜０．５μｍの平均層厚を有し、 組成式：（Ｔｉ1-XＡｌX）Ｎ1-YＣYただし、原子比で、
Ｘは０．０５〜０．２０、Ｙ：０．０１〜０．１５を示
す）を満足し、 さらに、Ｃｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折装置による測定
で、（２００）面に最高ピークが現われ、かつ前記最高
ピークの半価幅が２θで０．６度以下であるＸ線回折パ
ターンを示すＴｉ−Ａｌ複合窒炭化物層からなる結晶配
向履歴層を介して、 （ｂ）２〜１５μｍの平均層厚を有し、 組成式：（Ｔｉ1-ZＡｌZ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｚは
０．４５〜０．６５を示す）を満足し、 同じくＣｕ−Ｋα線を用いたＸ線回折装置による測定
で、（２００）面に最高ピークが現われ、かつ前記最高
ピークの半価幅が２θで０．６度以下であるＸ線回折パ
ターンを示すＴｉ−Ａｌ複合窒化物層からなる硬質被覆
層を物理蒸着してなる、高速切削加工で硬質被覆層がす
ぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工
具。
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-
2001
- 2001-10-30 JP JP2001332806A patent/JP3844285B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2002
- 2002-10-28 CN CNB2006101148158A patent/CN100453221C/zh not_active Expired - Fee Related
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