JP2003275906A - 重切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐チ
ッピング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】 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、ＡｌとＴｉの
複合窒化物からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平
均層厚で物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具
における前記硬質被覆層を、層厚方向にそって、Ａｌ最
高含有点（Ｔｉ最低含有点）とＡｌ最低含有点（Ｔｉ最
高含有点）とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在
し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、
前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌ（Ｔ
ｉ）含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有
し、さらに、上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ
_1-X Ａｌ_X）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４０〜
０．６５を示す）、上記Ａｌ最低含有点が、組成式：
（Ｔｉ_{1- Y} Ａｌ_Y）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０
５〜０．３５を示す）、をそれぞれ満足し、かつ隣り合
う上記Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点の間隔が、０．
０１〜０．１μmである硬質被覆層で構成する。

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、硬質被覆層が高
強度と高靭性を有し、かつ高温硬さと耐熱性にもすぐ
れ、したがって特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、
高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削
条件で行なった場合に、硬質被覆層がすぐれた耐チッピ
ング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、被覆超硬工具には、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、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、さらに切刃が断続切削加工形態をとる面
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、被覆超硬工具として、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：（Ｔｉ_1-X Ａｌ_X ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘ
は０．４０〜０．６５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］層からな
る硬質被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着して
なる被覆超硬工具が提案され、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ている。 【０００４】さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図
２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て、例え
ば２Ｐａの反応雰囲気とし、一方上記超硬基体には、例
えば−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記
超硬合金基体の表面に、上記（Ｔｉ，Ａｌ）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、切削加工は高切り込みや高送りなどの重切削条
件で行なわれる傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具
においては、これを通常の切削加工条件で用いた場合に
は問題はないが、切削加工を高い機械的衝撃を伴う高切
り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合には、
特に硬質被覆層の強度および靭性不足が原因でチッピン
グ（微小割れ）が発生し易くなり、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、特に重切削加工条件で硬質被覆
層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具を
開発すべく、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）上記の図２に
示されるアークイオンプレーティング装置を用いて形成
された従来被覆超硬工具を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層
は、層厚全体に亘って実質的に均一な組成を有し、した
がって均質な高温硬さと耐熱性を有するが、例えば図１
（ａ）に概略平面図で、同（ｂ）に概略正面図で示され
る構造のアークイオンプレーティング装置、すなわち装
置中央部に超硬基体装着用回転テーブルを設け、前記回
転テーブルを挟んで、一方側に相対的にＡｌ含有量の高
い（Ｔｉ含有量の低い）Ａｌ−Ｔｉ合金、他方側に相対
的にＴｉ含有量の高い（Ａｌ含有量の低い）Ｔｉ−Ａｌ
合金をカソード電極（蒸発源）として対向配置したアー
クイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記回
転テーブルの外周部に沿って複数の超硬基体をリング状
に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として
前記回転テーブルを回転させると共に、蒸着形成される
硬質被覆層の層厚均一化を図る目的で超硬基体自体も自
転させながら、前記の両側のカソード電極（蒸発源）と
アノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記超
硬基体の表面に（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層を形成すると、この
結果の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層においては、回転テーブル上
にリング状に配置された前記超硬基体が上記の一方側の
相対的にＡｌ含有量の高い（Ｔｉ含有量の低い）Ａｌ−
Ｔｉ合金のカソード電極（蒸発源）に最も接近した時点
で層中にＡｌ最高含有点が形成され、また前記超硬基体
が上記の他方側の相対的にＴｉ含有量の高い（Ａｌ含有
量の低い）Ｔｉ−Ａｌ合金のカソード電極に最も接近し
た時点で層中にＡｌ最低含有点が形成され、上記回転テ
ーブルの回転によって層中には層厚方向にそって前記Ａ
ｌ最高含有点とＡｌ最低含有点が所定間隔をもって交互
に繰り返し現れると共に、前記Ａｌ最高含有点から前記
Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高
含有点へＡｌ（Ｔｉ）含有量が連続的に変化する成分濃
度分布構造をもつようになること。 【０００７】（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分
濃度分布構造の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層において、対向配置
の一方側のカソード電極（蒸発源）であるＴｉ−Ａｌ合
金におけるＡｌ含有量を上記の従来Ｔｉ−Ａｌ合金のＡ
ｌ含有量に相当するものとし、かつ同他方側のカソード
電極（蒸発源）であるＴｉ−Ａｌ合金におけるＡｌ含有
量を上記の従来Ｔｉ−Ａｌ合金のＡｌ含有量に比して相
対的に低いものとする共に、超硬基体が装着されている
回転テーブルの回転速度を制御して、上記Ａｌ最高含有
点が、組成式：（Ｔｉ_1-X Ａｌ_X ）Ｎ（ただし、原子比
で、Ｘは０．４０〜０．６５を示す）、上記Ａｌ最低含
有点が、組成式：（Ｔｉ_1-Y Ａｌ_Y ）Ｎ（ただし、原子
比で、Ｙは０．０５〜０．３５を示す）、をそれぞれ満
足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有
点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．１μmとすると、
上記Ａｌ最高含有点部分では、上記の従来（Ａｌ，Ｔ
ｉ）Ｎ層と同等のＡｌ含有量となることから、前記従来
（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と同等のすぐれた高温硬さと耐熱性
（高温特性）を示し、一方上記Ａｌ最低含有点部分で
は、前記Ａｌ最高含有点部分に比してＡｌ含有量が低
く、Ｔｉ含有量の高いものとなるので、一段と高い強度
と靭性が確保され、かつこれらＡｌ最高含有点とＡｌ最
低含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体
の特性として高強度と高靭性を保持した状態ですぐれた
高温特性を具備するようになり、したがって、硬質被覆
層がかかる構成の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる被覆超硬
工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高い機
械的衝撃を伴うので高強度と高靭性が要求される、高切
り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、
硬質被覆層がすぐれた耐チッピング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、（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均
層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具において、上記硬
質被覆層が、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点（Ｔｉ
最低含有点）とＡｌ最低含有点（Ｔｉ最高含有点）とが
所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ
最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有
点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌ（Ｔｉ）含有量が連続
的に変化する成分濃度分布構造を有し、さらに、上記Ａ
ｌ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ_1-X Ａｌ_X ）Ｎ（ただ
し、原子比で、Ｘは０．４０〜０．６５を示す）、上記
Ａｌ最低含有点が、組成式：（Ｔｉ_1-Y Ａｌ_Y ）Ｎ（た
だし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．３５を示す）、を
満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含
有点の間隔が、０．０１〜０．１μmである、重切削加
工条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮す
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、これを構成する硬質被覆層の構成を上記の通りに限
定した理由を説明する。 （ａ）Ａｌ最高含有点の組成 Ａｌ最高含有点の（Ｔｉ，Ａｌ）ＮにおけるＡｌ成分
は、高強度および高靭性を有するＴｉＮの高温硬さおよ
び耐熱性（高温特性）を向上させる目的で含有するもの
であり、したがってＡｌ成分の含有割合が高くなればな
るほど高温特性は向上したものになるが、Ａｌの割合を
示すＸ値がＴｉとの合量に占める割合（原子比）で０．
６５を越えて高くなると、高強度および高靭性を有する
Ａｌ最低含有点が隣接して存在しても層自体の強度およ
び靭性の低下は避けられず、この結果チッピングなどが
発生し易くなり、一方同Ｘ値が同０．４０未満では前記
高温特性に所望の向上効果が得られないことから、Ａｌ
最高含有点でのＡｌの割合を示すＸ値を０．４０〜０．
６５と定めた。 【００１０】（ｂ）Ａｌ最低含有点の組成 上記の通りＡｌ最高含有点は高温特性のすぐれたもので
あるが、反面強度および靭性の劣るものであるため、こ
のＡｌ最高含有点の強度および靭性不足を補う目的で、
Ｔｉ含有割合が高く、これによって高強度および高靭性
を有するようになるＡｌ最低含有点を厚さ方向に交互に
介在させるものであり、したがってＡｌの割合を示すＹ
値がＴｉとの合量に占める割合（原子比）で０．３５を
越えると、所望のすぐれた強度および靭性を確保するこ
とができず、一方同Ｙ値が０．０５未満になると、相対
的にＴｉの割合が多くなり過ぎて、Ａｌ最低含有点に所
望の高温特性を具備せしめることができなくなることか
ら、Ａｌ最低含有点でのＡｌの割合を示すＹ値を０．０
５〜０．３５と定めた。 【００１１】（ｃ）Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点間
の間隔 その間隔が０．０１μm未満ではそれぞれの点を上記の
組成で明確に形成することが困難であり、この結果層に
所望の高強度および高靭性、さらに高温特性を確保する
ことができなくなり、またその間隔が０．１μmを越え
るとそれぞれの点がもつ欠点、すなわちＡｌ最高含有点
であれば強度および靭性不足、Ａｌ最低含有点であれば
高温特性不足が層内に局部的に現れ、これが原因で切刃
にチッピングが発生し易くなったり、摩耗進行が促進さ
れるようになることから、その間隔を０．０１〜０．１
μmと定めた。 【００１２】（ｄ）硬質被覆層の全体平均層厚 その層厚が１μｍ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１５μｍを越える
と、チッピングが発生し易くなることから、その平均層
厚を１〜１５μｍと定めた。 【００１３】 【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、ＶＣ粉末、Ｔａ
Ｃ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ₃ Ｃ₂ 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：０．０３
のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０
４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の超硬基
体Ａ１〜Ａ１０を形成した。 【００１４】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。 【００１５】ついで、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およ
びＢ１〜Ｂ６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄
し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレ
ーティング装置内の回転テーブル上に外周部にそって装
着し、一方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の
成分組成をもったＡｌ最低含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ合
金、他方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成
分組成をもったＡｌ最高含有点形成用Ｔｉ−Ａｌ合金を
前記回転テーブルを挟んで対向配置し、またボンバート
洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず、装置内を排気して０．
５Ｐａ以下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、前記回転テーブル上で自転しな
がら回転する超硬基体に−１０００Ｖの直流バイアス電
圧を印加し、カソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電
極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生さ
せ、もって超硬基体表面をＴｉボンバート洗浄し、つい
で装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの
反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転し
ながら回転する超硬基体に−１００Ｖの直流バイアス電
圧を印加し、それぞれのカソード電極(前記Ａｌ最低含
有点形成用Ｔｉ−Ａｌ合金およびＡｌ最高含有点形成用
Ｔｉ−Ａｌ合金)とアノード電極との間に１００Ａの電
流を流してアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体
の表面に、層厚方向に沿って表３，４に示される目標組
成のＡｌ最低含有点とＡｌ最高含有点とが交互に同じく
表３，４に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前
記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最
低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌ（Ｔｉ）含有量
が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じ
く表３，４に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着
することにより、図３（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）１〜１６
をそれぞれ製造した。 【００１６】また、比較の目的で、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２に示される通常のア
ークイオンプレーティング装置に装入し、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、さらにボンバート洗浄用金属Ｔｉも装着
し、まず、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保
持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した
後、前記超硬基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を
印加し、カソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極と
の間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、
もって超硬基体表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで装
置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応
雰囲気とすると共に、超硬基体に−１００Ｖの直流バイ
アス電圧を印加し、前記カソード電極のＴｉ−Ａｌ合金
とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク
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５，６に示される
目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って
実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬
質被覆層を蒸着することにより、同じく図３に示される
形状の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）１〜１６をそれぞれ製造した。 【００１７】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１
６および従来被覆超硬チップ１〜１６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：１６０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：４ｍｍ、 送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、の条件での合金鋼の乾式連続高切り
込み切削加工試験、 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：１８０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．６ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、の条件での炭素鋼の乾式断続高送り
切削加工試験、さらに、 被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の丸棒、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：４ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、の条件での鋳鉄の乾式連続高切り込
み切削加工試験を行い、いずれの切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３〜６に
示した。 【００１８】 【表１】 【００１９】 【表２】 【００２０】 【表３】【００２１】 【表４】 【００２２】 【表５】【００２３】 【表６】 【００２４】（実施例２）原料粉末として、平均粒径：
５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微
粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍ
のＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μ
ｍのＣｒ₃Ｃ₂粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０
μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、および同１．８μｍのＣｏ
粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表７に示され
る配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン
中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１０
０ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形
し、これらの圧粉体を、６Ｐａの真空雰囲気中、７℃／
分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の
温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で
焼結して、直径が８ｍｍ、１３ｍｍ、および２６ｍｍの
３種の超硬基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記
の３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表７に示され
る組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１
３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍ
ｍの寸法をもった超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−
８をそれぞれ製造した。 【００２５】ついで、これらの超硬基体（エンドミル）
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、上記実施例１と同一の条件で、層
厚方向に沿って表８に示される目標組成のＡｌ最高含有
点とＡｌ最低含有点とが交互に同じく表８に示される目
標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から
前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ
最高含有点へＡｌ含有量が連続的に変化する成分濃度分
布構造を有し、かつ同じく表８に示される目標全体層厚
の硬質被覆層を蒸着することにより、図４（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。 【００２６】また、比較の目的で、上記の超硬基体（エ
ンドミル）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２に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９に示される目標組成および目標層厚
を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着すること
により、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。 【００２７】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・ＳＫＤ１１の板材、 切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：１．５ｍｍ、 テーブル送り：６００ｍｍ／分、の条件での工具鋼の乾
式高送り溝切削加工試験、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・ＳＵＳ３０４の板材、 切削速度：４０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：７．５ｍｍ、 テーブル送り：２００ｍｍ／分、の条件でのステンレス
鋼の乾式高切り込み溝切削加工試験、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・ＳＮＣＭ４３９の板材、 切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：１２ｍｍ、 テーブル送り：４００ｍｍ／分、の条件での合金鋼の乾
式高切り込みおよび高送り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切刃部の外周刃の逃げ
面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るま
での切削溝長を測定した。この測定結果を表８、９にそ
れぞれ示した。 【００２８】 【表７】 【００２９】 【表８】【００３０】 【表９】 【００３１】（実施例３）上記の実施例２で製造した直
径が８ｍｍ（超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−３形成用）、１３ｍ
ｍ（超硬基体Ｃ−４〜Ｃ−６形成用）、および２６ｍｍ
（超硬基体Ｃ−７、Ｃ−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Ｄ−１〜Ｄ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（超硬基体Ｄ
−４〜Ｄ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（超硬基体
Ｄ−７、Ｄ−８）の寸法をもった超硬基体（ドリル）Ｄ
−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。 【００３２】ついで、これらの超硬基体（ドリル）Ｄ−
１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、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、上記実施例
１と同一の条件で、層厚方向に沿って表１０に示される
目標組成のＡｌ最高含有点とＡｌ最低含有点とが交互に
同じく表１０に示される目標間隔で繰り返し存在し、か
つ前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａ
ｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌ含有量が連
続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表
１０に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着するこ
とにより、図５（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。 【００３３】また、比較の目的で、上記の超硬基体（ド
リル）Ｄ−１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、ア
セトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２
に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１１に示される
目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って
実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる硬
質被覆層を蒸着することにより、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。 【００３４】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・ＳＫＤ６１の板材、 切削速度：４０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：８ｍｍ の条件での工具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・ＦＣＤ４００の板材、 切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：１６ｍｍ の条件でのダクタイル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：７０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：３２ｍｍ の条件での鋳鉄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０．３ｍ
ｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果
を表１０、１１にそれぞれ示した。 【００３５】 【表１０】 【００３６】 【表１１】【００３７】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１〜１６、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を
構成する硬質被覆層におけるＡｌ最高含有点とＡｌ最低
含有点の組成、並びに従来被覆超硬工具としての従来被
覆超硬チップ１〜１６、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の硬質被覆層におけるＡｌ最
高含有点とＡｌ最低含有点間の間隔、およびこれの全体
層厚、並びに従来被覆超硬工具の硬質被覆層の厚さを、
走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれ
も目標値と実質的に同じ値を示した。 【００３８】 【発明の効果】表３〜１１に示される結果から、硬質被
覆層が層厚方向に、すぐれた高温硬さと耐熱性を有する
Ａｌ最高含有点と、高強度と高靭性を有するＡｌ最低含
有点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ
前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ
最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌ含有量が連続
的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆超硬
工具は、いずれも各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高
い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条
件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピ
ング性を発揮するのに対して、硬質被覆層が層厚方向に
沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層から
なる従来被覆超硬工具においては、前記硬質被覆層がす
ぐれた高温硬さと耐熱性を有するものの、強度および靭
性に劣るものであるために、チッピングが発生し、これ
が原因で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、通常
の条件での切削加工は勿論のこと、特に各種の鋼や鋳鉄
などの切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや
高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、すぐれた
耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗
性を示すものであるから、切削加工の省力化および省エ
ネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の被覆超硬工具を構成する硬質被覆層
を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置
を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図であ
る。 【図２】従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成
するのに用いた通常の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３】（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４】（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５】（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 佐藤 和則 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） 3C046 FF03 FF05 FF10 FF25 4K029 AA04 BA58 BC00 BD05 CA04 DD06

Claims (1)

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、ＴｉとＡｌの
   複合窒化物層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体
   平均層厚で物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工
   具において、 上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点
   （Ｔｉ最低含有点）とＡｌ最低含有点（Ｔｉ最高含有
   点）とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ
   前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ
   最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌ（Ｔｉ）含有
   量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、 さらに、上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ_1-X Ａ
   ｌ_X ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．４０〜０．６５
   を示す）、 上記Ａｌ最低含有点が、組成式：（Ｔｉ_1-Y Ａｌ_Y ）Ｎ
   （ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．３５を示
   す）、を満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＡ
   ｌ最低含有点の間隔が、０．０１〜０．１μmであるこ
   と、を特徴とする重切削加工条件で硬質被覆層がすぐれ
   た耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工
   具。