JP2003300104A - 重切削加工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、ＴｉとＺｒ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
具における前記硬質被覆層を、層厚方向にそって、Ｚｒ
成分最高含有点（Ｔｉ成分最低含有点）とＺｒ成分不含
有点（ＴｉＮ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Ｚｒ成分最高含有点から前記Ｚｒ成分
不含有点、前記Ｚｒ成分不含有点から前記Ｚｒ成分最高
含有点へＺｒ成分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Ｚｒ成分最高含有点が、組
成式：（Ｔｉ_1-X Ｚｒ_X ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは
０．０５〜０．３５を示す）、を満足し、かつ隣り合う
上記Ｚｒ成分最高含有点とＺｒ成分不含有点の間隔が、
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、さらに高い高温硬さを有し、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 Ｚｒ_X ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘ
は０．０５〜０．３５を示す）を満足するＴｉとＺｒの
複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ｚｒ）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−Ｚｒ
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，Ｚｒ）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、加工能率向上の面から、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，Ｚｒ）Ｎ層は、層厚全体に亘って実質的に均一
な組成を有し、したがって均質な強度と靭性、さらに高
温硬さを有するが、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Ｚｒ成分を含有したＴｉ−Ｚｒ合金、他方側に金
属Ｔｉをいずれもカソード電極（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（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ層を形成
すると、この結果の（Ｔｉ，Ｚｒ）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Ｔｉ−Ｚｒ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Ｚｒ成分最高含有点が形成
され、また前記超硬基体が上記の他方側の金属Ｔｉのカ
ソード電極に最も接近した時点で層中にＴｉＮ点（Ｚｒ
成分不含有点）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Ｚｒ成分最高含有
点とＺｒ成分不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Ｚｒ成分最高含有点から前記Ｚｒ
成分不含有点、前記Ｚｒ最低含有点から前記Ｚｒ成分不
含有点へＺｒ成分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，Ｚｒ）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−Ｚｒ合
金におけるＺｒ成分含有量を上記の従来Ｔｉ−Ｚｒ合金
のＺｒ成分含有量に相当するものとする共に、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Ｚｒ成分最高含有点が、組成式：（Ｔｉ_1-X Ｚ
ｒ_X ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３５
を示す）、を満足し、かつ隣り合う上記Ｚｒ成分最高含
有点とＺｒ成分不含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜
０．１μmとすると、上記Ｚｒ成分最高含有点部分で
は、上記の従来（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ層のもつ強度と靭性、
さらに高温硬さに相当するすぐれた性質を示し、一方上
記Ｚｒ成分不含有点部分では、実質的にＴｉＮ点を中心
にしてＺｒ成分含有量の著しく低いものとなるので、Ｔ
ｉＮのもつ高強度と高靭性が確保され、かつこれらＺｒ
成分最高含有点とＺｒ成分不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すぐれた高温硬
さを保持した状態で一段とすぐれた強度と靭性を具備す
るようになり、したがって、硬質被覆層がかかる構成の
（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ層からなる被覆超硬工具は、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、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，Ｚ
ｒ）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、Ｚｒ成分最高含有点
（Ｔｉ成分最低含有点）とＺｒ成分不含有点（ＴｉＮ
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Ｚｒ成分最高含有点から前記Ｚｒ成分不含有点、前
記Ｚｒ成分不含有点から前記Ｚｒ成分最高含有点へＺｒ
成分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Ｚｒ成分最高含有点が、組成式：（Ｔ
ｉ_1-X Ｚｒ_X ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜
０．３５を示す）、を満足し、かつ隣り合う上記Ｚｒ成
分最高含有点とＺｒ成分不含有点の間隔が、０．０１〜
０．１μmである、重切削加工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）Ｚｒ成分最高含有点の組成 （Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ層におけるＺｒ成分は、高強度および
高靭性を有するＴｉＮ層の高温硬さを向上させる目的で
含有するものであり、したがってＺｒ成分の含有割合が
高くなればなるほど高温硬さは高いものとなるが、Ｚｒ
の割合を示すＸ値がＴｉとの合量に占める割合（原子
比）で０．３５を越えて高くなると、高強度および高靭
性を有するＴｉＮ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０．０５未満では
前記高温硬さにに所望の向上効果が得られないことか
ら、その割合を０．０５〜０．３５と定めた。 【００１０】（ｂ）Ｚｒ成分最高含有点とＺｒ成分不含
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、さらに高温硬さを確保する
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Ｚｒ成分最高含
有点であれば強度および靭性不足、Ｚｒ不含有点であれ
ば高温硬さ不足が層内に局部的に現れ、これが原因でチ
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０．０１〜０．１μm
と定めた。 【００１１】（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。 【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、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。 【００１３】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。 【００１４】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Ｚｒ成分最高含有点形成用Ｔｉ−Ｚｒ
合金、他方側のカソード電極（蒸発源）としてＺｒ成分
不含有点形成用金属Ｔｉを前記回転テーブルを挟んで対
向配置し、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て、
他方側のカソード電極である前記金属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４Ｐａ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
圧を印加して、それぞれのカソード電極(前記Ｚｒ成分
最高含有点形成用Ｔｉ−Ｚｒ合金およびＺｒ成分不含有
点形成用金属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Ｚｒ成分最高含有点とＺｒ成分不含有点（ＴｉＮ
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Ｚｒ成分最高含有点から前記Ｚ
ｒ成分不含有点、前記Ｚｒ成分不含有点から前記Ｚｒ成
分最高含有点へＺｒ成分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。 【００１５】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−Ｚｒ合
金を装着し、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
記超硬基体に−８００Ｖ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１
００Ａ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−
１００Ｖ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，Ｚｒ）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。 【００１６】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：６．０ｍｍ、 送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：８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：１６０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．２ｍｍ、 送り：０．６５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：８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：６．０ｍｍ、 送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：８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。 【００１７】 【表１】【００１８】 【表２】 【００１９】 【表３】 【００２０】 【表４】【００２１】 【表５】 【００２２】 【表６】 【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。 【００２４】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Ｚｒ成分最高
含有点とＺｒ成分不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Ｚｒ成分最高
含有点から前記Ｚｒ成分不含有点、前記Ｚｒ成分不含有
点から前記Ｚｒ成分最高含有点へＺｒ成分含有量が連続
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。 【００２５】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，Ｚｒ）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。 【００２６】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：４０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：１５０ｍｍ／分、 の条件での工具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：８０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：４００ｍｍ／分、 の条件でのステンレス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）：２０ｍｍ、 テーブル送り：４００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾式高切り込み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。 【００２７】 【表７】【００２８】 【表８】 【００２９】 【表９】 【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。 【００３１】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Ｚｒ成分最高含有点とＺｒ成分不含有点とが
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Ｚｒ成分最高含有点から前記Ｚｒ成分不含
有点、前記Ｚｒ成分不含有点から前記Ｚｒ成分最高含有
点へＺｒ成分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。 【００３２】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，Ｚｒ）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。 【００３３】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：２５ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：１０ｍｍ、 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：４５ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．５ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：１５ｍｍ、 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：８０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．８ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：３０ｍｍ、 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．
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１０、１１にそれぞれ示した。 【００３４】 【表１０】 【００３５】 【表１１】 【００３６】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Ｚｒ成分最高含有点とＺｒ
成分不含有点の組成、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
の組成をオージェ電子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Ｚｒ成分最高含有点とＺｒ成分不含有点間の間隔、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。 【００３７】 【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、すぐれた高温硬さを有するＺｒ成分
最高含有点と高強度と高靭性を有するＺｒ成分不含有点
とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記
Ｚｒ成分最高含有点から前記Ｚｒ成分不含有点、前記Ｚ
ｒ成分不含有点から前記Ｚｒ成分最高含有点へＺｒ成分
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，Ｚ
ｒ）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 中村 恵滋 茨城県那珂郡那珂町向山1002−14 三菱マ テリアル株式会社総合研究所那珂研究セン ター内 (72)発明者 田代 安彦 茨城県那珂郡那珂町向山1002−14 三菱マ テリアル株式会社総合研究所那珂研究セン ター内 Ｆターム(参考） 3C037 CC04 CC09 CC11 3C046 FF10 FF11 FF16 FF25 4K029 AA02 BA02 BA17 BA58 BD05 CA03 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Ｚｒ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、Ｚｒ成分最高含
   有点（Ｔｉ成分最低含有点）とＺｒ成分不含有点（Ｔｉ
   Ｎ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Ｚｒ成分最高含有点から前記Ｚｒ成分不含有点、
   前記Ｚｒ成分不含有点から前記Ｚｒ成分最高含有点へＺ
   ｒ成分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Ｚｒ成分最高含有点が、組成式：（Ｔｉ
   _1-X Ｚｒ_X ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜
   ０．３５を示す）、 を満足し、かつ隣り合う上記Ｚｒ成分最高含有点とＺｒ
   成分不含有点の間隔が、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。