JP2003145318A - 耐摩耗被覆層がすぐれた密着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）Ｔ
ｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、お
よび炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上の複層か
らなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する下側
被覆層、（ｂ）酸化アルミニウム層、および酸化アルミ
ニウムの素地に酸化ジルコニウム相が分散分布してなる
酸化アルミニウム−酸化ジルコニウム混合層のいずれ
か、または両方で構成され、かつ０．５〜１５μｍの平
均層厚を有する上側被覆層、以上（ａ）および（ｂ）で
構成された耐摩耗被覆層を物理蒸着および／または化学
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、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）Ｔ
ｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、お
よび炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上の複層か
らなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する下側
被覆層、（ｂ）酸化アルミニウム層、および酸化アルミ
ニウムの素地に酸化ジルコニウム相が分散分布してなる
酸化アルミニウム−酸化ジルコニウム混合層のいずれ
か、または両方で構成され、かつ０．５〜１５μｍの平
均層厚を有する上側被覆層、以上（ａ）および（ｂ）で
構成された耐摩耗被覆層を物理蒸着および／または化学
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、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、上記の切削工具として、上
記超硬基体の表面に、（ａ）例えば通常の化学蒸着装置
を用い、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化
物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、
ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示
す）層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）
層のうちの１層または２層以上の複層からなり、かつ
０．５〜１５μｍの平均層厚を有する下側被覆層、
（ｂ）同じく通常の化学蒸着装置を用い、酸化アルミニ
ウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）層、および例えば特開昭
５７−３９１６８号公報や特開昭６１−２０１７７８号
公報に記載されるＡｌ2Ｏ3の素地に酸化ジルコニウム
（以下、ＺｒＯ2で示す）相が分散分布してなるＡｌ2Ｏ
3−ＺｒＯ2混合層（以下、Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層と
云う）のいずれか、または両方で構成され、かつ０．５
〜１５μｍの平均層厚を有する上側被覆層、以上（ａ）
および（ｂ）で構成された耐摩耗被覆層を蒸着してな
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に用いられることもよく知
られるところである。 【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）を高切り込みおよび高送りなどの重切削
条件で行なう切削加工に用いた場合には、切削時に発生
する高い機械的および熱的衝撃によって、前記耐摩耗被
覆層が超硬基体表面から剥離し易く、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、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耐摩耗被覆層の下側被覆層を形
成し、さらに同じく上側被覆層を、例えば化学蒸着法に
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、前記下側被覆層の蒸着形
成時に、これと反応して前記超硬基体表面と前記下側被
覆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下側被覆層と前記上側被覆層の間に
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、前記耐摩耗被覆層には剥離の発生がなくなること
から、前記耐摩耗被覆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）ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、
およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上の複層
（以下、これらを総称してＴｉ化合物層という）からな
り、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する下側被覆
層、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3層、およびＡｌ2Ｏ3の素地にＺｒＯ
2相が分散分布してなるＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層のいず
れか、または両方で構成され、かつ０．５〜１５μｍの
平均層厚を有する上側被覆層、以上（ａ）および（ｂ）
で構成された耐摩耗被覆層を物理蒸着および／または化
学蒸着してなる、耐摩耗被覆層がすぐれた密着性を有す
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、超硬基体の表面部に形成された非晶質化層、並びに
耐摩耗被覆層について、上記の通り数値限定した理由を
説明する。 （１）超硬基体の表面部の非晶質化層 非晶質化層には、上記の通り耐摩耗被覆層（下側被覆
層）との間にすぐれた密着性を形成する作用があるが、
その深さが１ｎｍ未満では所望のすぐれた密着性を確保
することができず、一方超硬基体表面に対する下側被覆
層の密着性向上効果は表面からの平均深さが５０ｎｍで
十分であることから、その平均深さを１〜５０ｎｍと定
めた。 【００１０】（２）下側被覆層 下側被覆層を構成するＴｉ化合物層には、基本的に耐摩
耗被覆層の靭性を向上させ、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も、前記耐摩耗被覆層
にチッピングが発生するのを著しく抑制する作用がある
が、その平均層厚が０．５μｍ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、一方その平均層厚
が１５μｍを越えると、重切削条件での断続切削では前
記耐摩耗被覆層に偏摩耗の原因となる塑性変形が発生し
易くなることから、その平均層厚を０．５〜１５μｍと
定めた。 【００１１】（３）上側被覆層 下側硬質層を構成するＡｌ2Ｏ3層、およびＡｌ2Ｏ3−Ｚ
ｒＯ2混合層には、耐摩耗被覆層に硬さと耐熱性を付与
せしめ、もって上記下側被覆層との共存においてチッピ
ングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮せしめる作用
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、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０．５〜１５μ
ｍと定めた。 【００１２】 【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
を実施例により具体的に説明する。 （実施例１）原料粉末として、いずれも０．５〜４μｍ
の範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、（Ｔｉ，
Ｗ）Ｃ（質量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７
０）粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝
２４／２０／５６）粉末、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／
ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、およびＣｏ
粉末を用意し、これら原料粉末を表１に示される配合組
成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥し
た後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス
成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、１４１０℃に１
時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切刃稜線部に
Ｒ：０．０５のホーニング加工を施すことにより、ＩＳ
Ｏ・ＳＮＧＡ１２０４１２に規定するスローアウエイチ
ップ形状をもった超硬基体Ａ−１〜Ａ−６をそれぞれ製
造した。 【００１３】ついで、これら超硬基体Ａ−１〜Ａ−６
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〜Ｆ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〜Ｆ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。また、上記超
硬基体Ａ−１〜Ａ−６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】ついで、これらの超硬基体Ａ−１〜Ａ−６
の表面に、通常の化学蒸着装置を用い、表２（表中のｌ
−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦
長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すもの
である）に示される条件にて、表３に示される組成およ
び目標層厚のＴｉ化合物層（下側被覆層）と、Ａｌ2Ｏ3
層および／またはＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層（上側被覆
層）からなる耐摩耗被覆層を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形状を有
する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合
金製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆超硬チッ
プと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。 【００１５】また、比較の目的で、表４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−６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−６の表面部に非晶質
化層の形成を行わない以外は、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）１〜１０を
それぞれ製造した。 【００１６】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１
０および従来被覆超硬チップ１〜１０について、これを
工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状
態で、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：５．３ｍｍ、 送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５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・Ｓ２０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：１３５ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．４ｍｍ、 送り：０．５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での炭素鋼の乾式高送り断続切削試験、さらに、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ４５０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：７ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での球状黒鉛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５に示した。 【００１７】 【表１】 【００１８】 【表２】 【００１９】 【表３】 【００２０】 【表４】【００２１】 【表５】 【００２２】（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６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６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。 【００２３】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７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。 【００２４】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、表２に示される条件に
て、表７に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物層
（下側被覆層）と、Ａｌ2Ｏ3層および／またはＡｌ2Ｏ3
−ＺｒＯ2混合層（上側被覆層）からなる耐摩耗被覆層
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。また、比較の目的で、表８
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
面部に非晶質化層の形成を行わない以外は、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・ＦＣ２５０の板材、 回転速度：５５００ｍｉｎ-1、 軸方向切り込み：１２ｍｍ、 径方向切り込み：１．６ｍｍ、 送り：５９０ｍｍ／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・Ｓ１０Ｃの板材、 回転速度：２２００ｍｉｎ-1、 軸方向切り込み：２０ｍｍ、 径方向切り込み：２．５ｍｍ、 送り：２６０ｍｍ／ｍｉｎ、 の条件での炭素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・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ５２）の板
材、 回転速度：６７０ｍｉｎ-1、 軸方向切り込み：２６ｍｍ、 径方向切り込み：１．４ｍｍ、 送り：７０ｍｍ／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７，８にそれぞれ示
した。 【００２６】 【表６】 【００２７】 【表７】【００２８】 【表８】 【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。 【００３０】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、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９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。 【００３１】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、表２に示される条件に
て、表９に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物層
（下側被覆層）と、Ａｌ2Ｏ3層および／またはＡｌ2Ｏ3
−ＺｒＯ2混合層（上側被覆層）からなる耐摩耗被覆層
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。また、比較の目的で、表１０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
に非晶質化層の形成を行わない以外は、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。 【００３２】つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜８
および従来被覆超硬ドリル１〜８のうち、本発明被覆超
硬ドリル１〜３および従来被覆超硬ドリル１〜３につい
ては、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０厚さ：５０ｍｍ
のＪＩＳ・ＦＣ２５０の板材、 切削速度：４８ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４１ｍｍ／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・Ｓ１０Ｃの板材、 切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３６ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での炭素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・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：６５ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４２ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での合金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９，１０にそれぞれ示し
た。 【００３３】 【表９】 【００３４】 【表１０】【００３５】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１〜８、および本発明被覆超硬ドリル１
〜８、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３〜１０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。 【００３６】 【発明の効果】表３〜１０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
着性が確保されることから、前記耐摩耗被覆層に密着性
不足が原因の剥離の発生はなく、耐摩耗被覆層はすぐれ
た耐摩耗性を発揮するのに対して、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、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、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、上記の切削工具として、上
記超硬基体の表面に、（ａ）例えば通常の化学蒸着装置
を用い、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化
物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、
ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示
す）層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）
層のうちの１層または２層以上の複層からなり、かつ
０．５〜１５μｍの平均層厚を有する下側被覆層、
（ｂ）同じく通常の化学蒸着装置を用い、酸化アルミニ
ウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）層、および例えば特開昭
５７−３９１６８号公報や特開昭６１−２０１７７８号
公報に記載されるＡｌ2Ｏ3の素地に酸化ジルコニウム
（以下、ＺｒＯ2で示す）相が分散分布してなるＡｌ2Ｏ
3−ＺｒＯ2混合層（以下、Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層と
云う）のいずれか、または両方で構成され、かつ０．５
〜１５μｍの平均層厚を有する上側被覆層、以上（ａ）
および（ｂ）で構成された耐摩耗被覆層を蒸着してな
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に用いられることもよく知
られるところである。 【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）を高切り込みおよび高送りなどの重切削
条件で行なう切削加工に用いた場合には、切削時に発生
する高い機械的および熱的衝撃によって、前記耐摩耗被
覆層が超硬基体表面から剥離し易く、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、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耐摩耗被覆層の下側被覆層を形
成し、さらに同じく上側被覆層を、例えば化学蒸着法に
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、前記下側被覆層の蒸着形
成時に、これと反応して前記超硬基体表面と前記下側被
覆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下側被覆層と前記上側被覆層の間に
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、前記耐摩耗被覆層には剥離の発生がなくなること
から、前記耐摩耗被覆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）ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、
およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上の複層
（以下、これらを総称してＴｉ化合物層という）からな
り、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する下側被覆
層、（ｂ）Ａｌ2Ｏ3層、およびＡｌ2Ｏ3の素地にＺｒＯ
2相が分散分布してなるＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層のいず
れか、または両方で構成され、かつ０．５〜１５μｍの
平均層厚を有する上側被覆層、以上（ａ）および（ｂ）
で構成された耐摩耗被覆層を物理蒸着および／または化
学蒸着してなる、耐摩耗被覆層がすぐれた密着性を有す
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、超硬基体の表面部に形成された非晶質化層、並びに
耐摩耗被覆層について、上記の通り数値限定した理由を
説明する。 （１）超硬基体の表面部の非晶質化層 非晶質化層には、上記の通り耐摩耗被覆層（下側被覆
層）との間にすぐれた密着性を形成する作用があるが、
その深さが１ｎｍ未満では所望のすぐれた密着性を確保
することができず、一方超硬基体表面に対する下側被覆
層の密着性向上効果は表面からの平均深さが５０ｎｍで
十分であることから、その平均深さを１〜５０ｎｍと定
めた。 【００１０】（２）下側被覆層 下側被覆層を構成するＴｉ化合物層には、基本的に耐摩
耗被覆層の靭性を向上させ、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も、前記耐摩耗被覆層
にチッピングが発生するのを著しく抑制する作用がある
が、その平均層厚が０．５μｍ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、一方その平均層厚
が１５μｍを越えると、重切削条件での断続切削では前
記耐摩耗被覆層に偏摩耗の原因となる塑性変形が発生し
易くなることから、その平均層厚を０．５〜１５μｍと
定めた。 【００１１】（３）上側被覆層 下側硬質層を構成するＡｌ2Ｏ3層、およびＡｌ2Ｏ3−Ｚ
ｒＯ2混合層には、耐摩耗被覆層に硬さと耐熱性を付与
せしめ、もって上記下側被覆層との共存においてチッピ
ングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮せしめる作用
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、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０．５〜１５μ
ｍと定めた。 【００１２】 【発明の実施の形態】つぎに、この発明の被覆超硬工具
を実施例により具体的に説明する。 （実施例１）原料粉末として、いずれも０．５〜４μｍ
の範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、（Ｔｉ，
Ｗ）Ｃ（質量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７
０）粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝
２４／２０／５６）粉末、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／
ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、Ｃｒ3Ｃ2粉末、およびＣｏ
粉末を用意し、これら原料粉末を表１に示される配合組
成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥し
た後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス
成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、１４１０℃に１
時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切刃稜線部に
Ｒ：０．０５のホーニング加工を施すことにより、ＩＳ
Ｏ・ＳＮＧＡ１２０４１２に規定するスローアウエイチ
ップ形状をもった超硬基体Ａ−１〜Ａ−６をそれぞれ製
造した。 【００１３】ついで、これら超硬基体Ａ−１〜Ａ−６
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〜Ｆ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〜Ｆ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。また、上記超
硬基体Ａ−１〜Ａ−６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】ついで、これらの超硬基体Ａ−１〜Ａ−６
の表面に、通常の化学蒸着装置を用い、表２（表中のｌ
−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦
長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すもの
である）に示される条件にて、表３に示される組成およ
び目標層厚のＴｉ化合物層（下側被覆層）と、Ａｌ2Ｏ3
層および／またはＡｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2混合層（上側被覆
層）からなる耐摩耗被覆層を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形状を有
する本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合
金製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆超硬チッ
プと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。 【００１５】また、比較の目的で、表４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−６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−６の表面部に非晶質
化層の形成を行わない以外は、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）１〜１０を
それぞれ製造した。 【００１６】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１
０および従来被覆超硬チップ１〜１０について、これを
工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状
態で、 被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：５．３ｍｍ、 送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５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・Ｓ２０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：１３５ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．４ｍｍ、 送り：０．５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での炭素鋼の乾式高送り断続切削試験、さらに、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ４５０の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：７ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での球状黒鉛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５に示した。 【００１７】 【表１】 【００１８】 【表２】 【００１９】 【表３】 【００２０】 【表４】【００２１】 【表５】 【００２２】（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６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６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。 【００２３】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７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。 【００２４】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、表２に示される条件に
て、表７に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物層
（下側被覆層）と、Ａｌ2Ｏ3層および／またはＡｌ2Ｏ3
−ＺｒＯ2混合層（上側被覆層）からなる耐摩耗被覆層
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。また、比較の目的で、表８
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
面部に非晶質化層の形成を行わない以外は、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・ＦＣ２５０の板材、 回転速度：５５００ｍｉｎ-1、 軸方向切り込み：１２ｍｍ、 径方向切り込み：１．６ｍｍ、 送り：５９０ｍｍ／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・Ｓ１０Ｃの板材、 回転速度：２２００ｍｉｎ-1、 軸方向切り込み：２０ｍｍ、 径方向切り込み：２．５ｍｍ、 送り：２６０ｍｍ／ｍｉｎ、 の条件での炭素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・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ５２）の板
材、 回転速度：６７０ｍｉｎ-1、 軸方向切り込み：２６ｍｍ、 径方向切り込み：１．４ｍｍ、 送り：７０ｍｍ／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７，８にそれぞれ示
した。 【００２６】 【表６】 【００２７】 【表７】【００２８】 【表８】 【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。 【００３０】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、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９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。 【００３１】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、表２に示される条件に
て、表９に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物層
（下側被覆層）と、Ａｌ2Ｏ3層および／またはＡｌ2Ｏ3
−ＺｒＯ2混合層（上側被覆層）からなる耐摩耗被覆層
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。また、比較の目的で、表１０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
に非晶質化層の形成を行わない以外は、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。 【００３２】つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜８
および従来被覆超硬ドリル１〜８のうち、本発明被覆超
硬ドリル１〜３および従来被覆超硬ドリル１〜３につい
ては、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０厚さ：５０ｍｍ
のＪＩＳ・ＦＣ２５０の板材、 切削速度：４８ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４１ｍｍ／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・Ｓ１０Ｃの板材、 切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３６ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での炭素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・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：６５ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４２ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での合金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９，１０にそれぞれ示し
た。 【００３３】 【表９】 【００３４】 【表１０】【００３５】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１〜８、および本発明被覆超硬ドリル１
〜８、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３〜１０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。 【００３６】 【発明の効果】表３〜１０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
着性が確保されることから、前記耐摩耗被覆層に密着性
不足が原因の剥離の発生はなく、耐摩耗被覆層はすぐれ
た耐摩耗性を発揮するのに対して、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、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
(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 FF13 FF16 FF19
FF22 FF25
4K029 AA04 BA41 BA44 BA50 BA54
BA55 BA60 BB02 BC02 BD05
EA01
4K030 BA18 BA35 BA36 BA38 BA41
BA42 BA43 BB12 CA03 JA01
LA22
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）Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化
物層、および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上
の複層からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有
する下側被覆層、 （ｂ）酸化アルミニウム層、および酸化アルミニウムの
素地に酸化ジルコニウム相が分散分布してなる酸化アル
ミニウム−酸化ジルコニウム混合層のいずれか、または
両方で構成され、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有
する上側被覆層、 以上（ａ）および（ｂ）で構成された耐摩耗被覆層を物
理蒸着および／または化学蒸着してなる、耐摩耗被覆層
がすぐれた密着性を有する表面被覆超硬合金製切削工
具。
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2002
- 2002-01-31 JP JP2002023099A patent/JP3829324B2/ja not_active Expired - Fee Related
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