JP2003334704A - 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

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、個々の平均層厚が０．０３〜０．１
μｍの第１薄層と第２薄層の交互多重積層からなる硬質
被覆層を０．８〜１０μｍの全体平均層厚で蒸着形成し
てなり、 さらに上記第１薄層を、組成式：（Ａｌ_1-X
Ｔｉ_X ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３０〜０．５
０を示す）を満足するＡｌとＴｉの複合窒化物層、上記
第２薄層を、組成式：（Ａｌ_1-Y Ｔｉ_Y ）Ｎ（ただし、
原子比で、Ｙは０．０５〜０．２５を示す）を満足する
ＡｌとＴｉの複合窒化物層、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、硬質被覆層がす
ぐれた高温特性を有し、したがって特に各種の鋼や鋳鉄
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、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、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、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：（Ａｌ_1-X Ｔｉ_X ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘ
は０．３０〜０．５０を示す）を満足するＡｌとＴｉの
複合窒化物［以下、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎで示す］層からな
る硬質被覆層を０．８〜１０μｍ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
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Ａｌ−Ｔｉ
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（Ａｌ，Ｔｉ）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、特に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、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（Ａｌ，Ｔｉ）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、それぞれ前記の従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層形成にカソ
ード電極（蒸発源）として用いられたＡｌ−Ｔｉ合金に
相当する組成をもったＡｌ−Ｔｉ合金同士と、これより
Ａｌ含有量の高い組成のＡｌ−Ｔｉ合金同士をいずれも
カソード電極（蒸発源）として対向配置（この場合前記
の従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層形成にカソード電極として用
いられたＡｌ−Ｔｉ合金に相当する組成をもったＡｌ−
Ｔｉ合金と、これよりＡｌ含有量の高い組成のＡｌ−Ｔ
ｉ合金の２個の合金をカソード電極として対向配置して
もよい）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い、かつ前記
カソード電極（蒸発源）の４ヶ所（２個のカソード電極
を対向配置した場合は２ヶ所）の設置位置に対面した位
置に超硬基体を装着し、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所定時間毎に１／４回
転（前記の２個のカソード電極を対向配置した場合は１
／２回転）づつ回転させると共に、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４ヶ所配置のカソード電極（蒸発源）と
前記カソード電極のそれぞれに設けたアノード電極との
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、前記超硬基体の表面
には、Ａｌ含有量が上記の従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層のＡ
ｌ含有量に相当する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と、これよりＡ
ｌ含有量の高い（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層の交互多重積層から
なる硬質被覆層が形成されるようになること。 【０００７】（ｂ）上記（ａ）の交互多重積層からなる
硬質被覆層において、対向配置のカソード電極（蒸発
源）であるＡｌ−Ｔｉ合金におけるＴｉ成分含有量を調
製すると共に、超硬基体が装着されている回転テーブル
の回転間隔時間を制御して、上記交互多重積層の一方
を、組成式：（Ａｌ_1-X Ｔｉ_X ）Ｎ（ただし、原子比
で、Ｘは０．３０〜０．５０を示す）を満足する（Ａ
ｌ，Ｔｉ）Ｎ層（以下、第１薄層という）、同他方を、
組成式：（Ａｌ_1-Y Ｔｉ_Y ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙ
は０．０５〜０．２５を示す）を満足する（Ａｌ，Ｔ
ｉ）Ｎ層（以下、第２薄層という）、とし、かつ前記第
１薄層と第２薄層の平均層厚をいずれも０．０３〜０．
１μmとすると、前記第１薄層では、上記の従来（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎ層のもつ高温硬さと耐熱性に相当するすぐ
れた高温硬さと耐熱性（高温特性）を示し、一方前記第
２薄層では、前記従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層に比してＡｌ
含有量が相対的に高くなることから、より一段とすぐれ
た高温硬さと耐熱性（高温特性）を示し、かつこれら第
１薄層と第２薄層を交互多重積層とすると共に、それぞ
れの層厚をきわめて薄くしたことから、層全体の特性と
して一段と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、高い発熱を伴う鋼や鋳鉄な
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、個々の平均層
厚が０．０３〜０．１μｍの第１薄層と第２薄層の交互
多重積層からなる硬質被覆層を０．８〜１０μｍの全体
平均層厚で蒸着形成してなり、さらに上記第１薄層を、
組成式：（Ａｌ_1-X Ｔｉ_X ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘ
は０．３０〜０．５０を示す）を満足する（Ａｌ，Ｔ
ｉ）Ｎ層、上記第２薄層を、組成式：（Ａｌ_1-Y Ｔ
ｉ_Y ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．０５〜０．２５
を示す）を満足する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、で構成してな
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）第１薄層の組成 第１薄層の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層におけるＡｌには、高温
硬さおよび耐熱性（高温特性）を向上させ、一方Ｔｉに
は強度および靭性を向上させる作用があるが、Ｔｉの割
合を示すＸ値がＡｌとの合量に占める割合（原子比）で
０．３０未満では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、一方そのＸ値が同０．５０を越える
と、Ｔｉの割合が多くなりすぎて、高温特性のすぐれた
第１薄層が隣接して存在しても硬質被覆層全体の高温特
性低下は避けられなくなり、高速切削加工での摩耗進行
が急激に促進されるようになることから、そのＸ値を
０．３０〜０．５０と定めた。 【００１０】（ｂ）第２薄層の組成 第２薄層の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層は、Ａｌの高含有によっ
てすぐれた高温特性を有し、これによって硬質被覆層が
すぐれた高温特性を具備するようになるが、一方で相対
的にきわめて高いＡｌ含有によって層自体の脆化が避け
られないことから、Ｔｉを含有せしめて層が所定の強度
および靭性を具備するようにするものであり、したがっ
てＴｉの割合を示すＹ値がＡｌとの合量に占める割合
（原子比）で０．０５未満では所定の強度および靭性を
確保することができず、一方そのＹ値が同０．２５を越
えると、Ｔｉの割合が多くなり過ぎて、第２薄層の具備
するすぐれた高温特性に低下傾向が現れ、摩耗が促進さ
れるようになることから、そのＹ値を０．０５〜０．２
５と定めた。 【００１１】（ｃ）薄層の個々の平均層厚 その平均層厚が０．０３μm未満ではそれぞれの薄層を
上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結
果層に所望の高温特性、さらに高強度および高靭性を確
保することができなくなり、またその平均層厚が０．１
μmを越えるとそれぞれの薄層がもつ欠点、すなわち第
１薄層であれば高温特性不足、第２薄層であれば強度お
よび靭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、その平均層厚を０．０３〜
０．１μmと定めた。 【００１２】（ｄ）硬質被覆層の全体平均層厚 その層厚が０．８μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保
することができず、一方その層厚が１０μｍ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０．８〜１０μｍ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、すなわち回転テーブルを挟んで、種々
の成分組成をもった第１薄層形成用Ａｌ−Ｔｉ合金同
士、第２薄層形成用Ａｌ−Ｔｉ合金同士をカソード電極
（蒸発源）としてそれぞれ対向配置したアークイオンプ
レーティング装置内の前記回転テーブル上に、外周部に
沿い、かつ前記カソード電極（蒸発源）設置位置（４ヶ
所）に対面した位置に超硬基体を自転自在に装着し、ま
たボンバート洗浄用金属Ｔｉとアノード電極も別途装着
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（図示せず）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、かつそれぞれの薄層形成用カソード電極とアノ
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および目標層厚の第１
薄層と第２薄層の交互多重積層からなる硬質被覆層を、
同じく表３，４に示される全体目標層厚で蒸着すること
により、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Ａｌ−Ｔｉ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均一組成の（Ａｌ，Ｔｉ）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：３８０ｍ／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：２２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２．０ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０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：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０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の寸法を有し、かついずれもねじれ角：３０度の４枚
刃スクエア形状をもった超硬基体（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の表面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、表８に示される目標組成および目標層厚の第１薄層
と第２薄層の交互多重積層からなる硬質被覆層を、同じ
く表８に示される目標全体層厚で蒸着することにより、
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均一組成の（Ａ
ｌ，Ｔｉ）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）：３ｍｍ、 テーブル送り：１５０ｍｍ／分、 の条件での工具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・ＳＵＳ３０４の板材、 切削速度：５５ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：１２０ｍｍ／分、 の条件でのステンレス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・ＳＮＣＭ４３９の板材、 切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：１０ｍｍ、 テーブル送り：３００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼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）の寸法を有し、かついずれもねじれ
角：３０度の２枚刃形状をもった超硬基体（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、表１０に示される目標組成および目
標層厚の第１薄層と第２薄層の交互多重積層からなる硬
質被覆層を、同じく表１０に示される目標全体層厚で蒸
着することにより、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
実質的に均一組成の（Ａｌ，Ｔｉ）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×２５０厚さ：５０ｍｍ
のＪＩＳ・ＳＫＤ６１の板材、 切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．０９ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：１０ｍｍ の条件での工具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・ＦＣＤ４００の板材、 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：２０ｍｍ、 の条件でのダクタイル鋳鉄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：１５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２７ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：４０ｍｍ、 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第１薄層および第２薄層の
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第１薄層および第
２薄層の平均層厚、およびこれの全体平均層厚、並びに
従来被覆超硬工具の硬質被覆層の平均層厚を、走査型電
子顕微鏡を用いて断面測定にて求めたところ、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、すぐれた高温硬さと耐熱性を有する第２薄層
と、高強度と高靭性を有する第１薄層の交互多重積層か
ら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、すぐれた耐摩耗
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（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる
従来被覆超硬工具においては、高熱発生を伴う高速切削
加工では高温特性不足が原因で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】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。

フロントページの続き (72)発明者 大上 強 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 CC09 CC11 3C046 FF03 FF05 FF16 FF25

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、個々の平均層
   厚が０．０３〜０．１μｍの第１薄層と第２薄層の交互
   多重積層からなる硬質被覆層を０．８〜１０μｍの全体
   平均層厚で蒸着形成してなり、 さらに上記第１薄層を、組成式：（Ａｌ_1-X Ｔｉ_X ）Ｎ
   （ただし、原子比で、Ｘは０．３０〜０．５０を示す）
   を満足するＡｌとＴｉの複合窒化物層、 上記第２薄層を、組成式：（Ａｌ_1-Y Ｔｉ_Y ）Ｎ（ただ
   し、原子比で、Ｙは０．０５〜０．２５を示す）を満足
   するＡｌとＴｉの複合窒化物層、で構成したことを特徴
   とす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。