JP2003340606A - 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】 （修正有）
【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】 ＷＣ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とＣｒの複合窒
化物からなる１〜１５μｍの硬質被覆層を、層厚方向に
そって、Ｔｉ最低含有点（以下点Ａ）とＴｉ最高含有点
（以下点Ｂ）とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在
し、かつ点Ｂから点Ａ、点Ａから点Ｂへ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、点Ｂ
が、組成式：（Ａｌ１−（Ｘ＋Ｚ）ＴｉＸＣｒＺ）Ｎ
（ただし、原子比で、Ｘは０．３５〜０．６０、Ｚ：
０．０１〜０．１５を示す）、点Ａが、組成式：（Ａｌ
１−（Ｘ＋Ｚ）ＴｉＸＣｒＺ）Ｎ（ただし、原子比で、
Ｘは０．０５〜０．３０、Ｚ：０．０１〜０．１５を示
す）、をそれぞれ満足し、かつ隣り合う点Ｂと点Ａの間
隔が、０．０１〜０．１μｍである硬質被覆層で構成す
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】 ＷＣ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とＣｒの複合窒
化物からなる１〜１５μｍの硬質被覆層を、層厚方向に
そって、Ｔｉ最低含有点（以下点Ａ）とＴｉ最高含有点
（以下点Ｂ）とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在
し、かつ点Ｂから点Ａ、点Ａから点Ｂへ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、点Ｂ
が、組成式：（Ａｌ１−（Ｘ＋Ｚ）ＴｉＸＣｒＺ）Ｎ
（ただし、原子比で、Ｘは０．３５〜０．６０、Ｚ：
０．０１〜０．１５を示す）、点Ａが、組成式：（Ａｌ
１−（Ｘ＋Ｚ）ＴｉＸＣｒＺ）Ｎ（ただし、原子比で、
Ｘは０．０５〜０．３０、Ｚ：０．０１〜０．１５を示
す）、をそれぞれ満足し、かつ隣り合う点Ｂと点Ａ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：（Ａｌ1-(X+Z)ＴｉX ＣｒZ）Ｎ（ただし、原子
比で、Ｘは０．３５〜０．６０、Ｚ：０．０１〜０．１
５を示す）を満足するＡｌとＴｉとＣｒの複合窒化物
［以下、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）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
−Ｃｒ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，Ｃ
ｒ）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、硬質被覆層が高強度と高
靭性を具備するものの、高温特性が不十分であるため、
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，Ｃｒ）Ｎ層は、層厚全体に亘って均質な
高温硬さと耐熱性、および強度と靭性を有するが、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、一方側に上記の従来（Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ層の形成にカソード電極（蒸発源）
として用いられたＡｌ−Ｔｉ−Ｃｒ合金に相当する相対
的にＴｉ含有量の高いＡｌ−Ｔｉ−Ｃｒ合金、他方側に
相対的にＴｉ含有量の低いＡｌ−Ｔｉ−Ｃｒ合金をいず
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（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ層を形成すると、
この結果の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）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Ｔｉ含有量の高いＡｌ−Ｔｉ−Ｃｒ
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Ｔｉ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含有量の低いＡｌ−Ｔｉ−Ｃ
ｒ合金のカソード電極に最も接近した時点で層中にＴｉ
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Ｔｉ最高含有点とＴｉ
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Ｔｉ最高含有点から前記Ｔｉ最低含有点、前
記Ｔｉ最低含有点から前記Ｔｉ最高含有点へ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（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ層において、例
えば対向配置のカソード電極（蒸発源）のそれぞれの組
成を調製すると共に、超硬基体が装着されている回転テ
ーブルの回転速度を制御して、上記Ｔｉ最高含有点が、
組成式：（Ａｌ1-(X+Z)ＴｉX ＣｒZ）Ｎ（ただし、原子
比で、Ｘは０．３５〜０．６０、Ｚ：０．０１〜０．１
５を示す）、上記Ｔｉ最低含有点が、組成式：（Ａｌ
1-(X+Z)ＴｉX ＣｒZ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．
０５〜０．３０、Ｚ：０．０１〜０．１５を示す）、を
それぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ｔｉ最高含有点とＴ
ｉ最低含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．１μm
とすると、上記Ｔｉ最低含有点部分では、上記の従来
（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）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、一方上記Ｔｉ最高含有点部分
は、前記従来（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ層と同等の組成、
すなわち前記Ｔｉ最低含有点部分に比して相対的にＡｌ
含有量が低く、Ｔｉ含有量の高い組成をもつので、高強
度と高靭性を保持し、かつこれらＴｉ最高含有点とＴｉ
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、Ｃｒ）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、（Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｃｒ）Ｎ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、Ｔｉ最高含有点と
Ｔｉ最低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Ｔｉ最高含有点から前記Ｔｉ最低含有
点、前記Ｔｉ最低含有点から前記Ｔｉ最高含有点へ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Ｔｉ最高含有点が、組成式：（Ａｌ1-(X+Z)
ＴｉX ＣｒZ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３５〜
０．６０、Ｚ：０．０１〜０．１５を示す）、上記Ｔｉ
最低含有点が、組成式：（Ａｌ1-(X+Z)ＴｉX ＣｒZ）Ｎ
（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３０、Ｚ：
０．０１〜０．１５を示す）、をそれぞれ満足し、かつ
隣り合う上記Ｔｉ最高含有点とＴｉ最低含有点の間隔
が、０．０１〜０．１μmである、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）Ｔｉ最低含有点の組成 Ｔｉ最低含有点の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）ＮにおけるＡｌ
成分は高温硬さおよび耐熱性（高温特性）を向上させ、
さらに同Ｃｒ成分は一段と耐熱性を向上させ、一方同Ｔ
ｉ成分には、強度および靭性を向上させる作用があるの
で、前記Ｔｉ最低含有点では相対的にＴｉ含有量を低く
し、Ａｌ含有量を高くして、高熱発生を伴う高速切削に
適応するすぐれた高温特性を具備せしめたものである
が、Ｔｉの割合を示すＸ値がＡｌとＣｒの合量に占める
割合（原子比）で０．０５未満になると、相対的にＡｌ
の割合が多くなり過ぎて、高強度および高靭性を有する
Ｔｉ最高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Ｔｉの割合を示すＸ値が同０．３
０を越えると、相対的にＡｌの割合が少なくなり過ぎ
て、高速切削に要求されるすぐれた高温特性を確保する
ことができなくなるものであり、またＣｒの割合を示す
Ｚ値がＡｌとＴｉの合量に占める割合（原子比）で０．
０１未満では所望の耐熱性向上効果が得られず、さらに
同Ｘ値が０．１５を超えると、強度および靭性が急激に
低下するようになることから、Ｘ値を０．０５〜０．３
０、Ｚ値を０．０１〜０．１５とそれぞれ定めた。 【００１０】（ｂ）Ｔｉ最高含有点の組成 上記の通りＴｉ最低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Ｔｉ最低含有点の強度および靭性不足を補う目的で、
上記の従来（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ層と同等の組成、す
なわち相対的にＴｉ含有割合が高く、一方Ａｌ含有量が
低く、これによって高強度および高靭性を有するように
なるＴｉ最高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Ｔｉの割合を示すＸ値がＡｌおよび
Ｃｒ成分との合量に占める割合（原子比）で０．３５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、一方同Ｘ値が０．６０を越えると、Ａｌに対
するＴｉの割合が多くなり過ぎて、Ｔｉ最高含有点に所
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、Ｔｉ最高含有点でのＴｉの割合を示すＸ値を０．３
５〜０．６０と定めた。また、Ｔｉ最高含有点における
Ｃｒ成分は、上記の通りＡｌ成分との共存で耐熱性を一
段と向上させ、高熱発生を伴う高速切削に適応させる目
的で含有するものであり、したがってＺ値が０．０１未
満では所望の耐熱性向上効果が得られず、一方Ｚ値が
０．１５を越えるとＴｉ最高含有点での強度および靭性
に低下傾向が現れるようになることから、Ｚ値を０．０
１〜０．１５と定めた。 【００１１】（ｃ）Ｔｉ最低含有点とＴｉ最高含有点間
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
所望の高温特性と強度および靭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Ｔｉ最低含有点であれば靭
性不足、Ｔｉ最高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０．０１〜０．１μm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、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、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：０．０３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Ｔｉ最低含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｃ
ｒ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Ｔｉ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−
Ｃｒ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、かつ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、かつそれぞれのカソード電極
(前記Ｔｉ最低含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｃｒ合金およ
びＴｉ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｃｒ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Ｔｉ最低含有点とＴ
ｉ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Ｔｉ最高含有点から前
記Ｔｉ最低含有点、前記Ｔｉ最低含有点から前記Ｔｉ最
高含有点へ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、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−
Ｃｒ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−１０００Ｖの直流バイアス電圧を
印加し、かつ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（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
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・ＳＮＣＭ４３９の丸棒、 切削速度：４２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．８ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／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・Ｓ５５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：４２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．８ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／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・ＦＣ４００の長さ方向等間隔４本縦溝
入り丸棒、 切削速度：４２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２．５ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／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７に示した。 【００１８】 【表１】 【００１９】 【表２】 【００２０】 【表３】【００２１】 【表４】 【００２２】 【表５】【００２３】 【表６】 【００２４】 【表７】【００２５】（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８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８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、並びにいずれもねじれ角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。 【００２６】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、層厚方向に沿って表９に示される目標組成のＴｉ最
低含有点とＴｉ最高含有点とが交互に同じく表９に示さ
れる目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ｔｉ最高含有
点から前記Ｔｉ最低含有点、前記Ｔｉ最低含有点から前
記Ｔｉ最高含有点へ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９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、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。 【００２７】また、比較の目的で、上記の超硬基体（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１０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（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）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。 【００２８】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・ＳＫＤ６１の板材、 切削速度：１６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、 テーブル送り：６８０ｍｍ／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：１６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：４１０ｍｍ／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・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：２２０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：１０ｍｍ、 テーブル送り：３５０ｍｍ／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９、１０
にそれぞれ示した。 【００２９】 【表８】 【００３０】 【表９】【００３１】 【表１０】 【００３２】（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、並びにいずれもねじれ角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。 【００３３】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１１に示される
目標組成のＴｉ最低含有点とＴｉ最高含有点とが交互に
同じく表１１に示される目標間隔で繰り返し存在し、か
つ前記Ｔｉ最高含有点から前記Ｔｉ最低含有点、前記Ｔ
ｉ最低含有点から前記Ｔｉ最高含有点へ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
１１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、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。 【００３４】また、比較の目的で、上記の超硬基体（ド
リル）Ｄ−１〜Ｄ−８の表面に、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１２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（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）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。 【００３５】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・Ｓ５０Ｃの板材、 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：１２ｍｍ、 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・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：２４ｍｍ、 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・ＦＣ２５０の板材、 切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：５０ｍｍ、 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１１、１２にそれぞれ示した。 【００３６】 【表１１】 【００３７】 【表１２】【００３８】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１〜１６、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Ｔｉ最低含有点とＴ
ｉ最高含有点の組成、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
Ｔｉ最低含有点とＴｉ最高含有点間の間隔、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。 【００３９】 【発明の効果】表３〜１２に示される結果から、硬質被
覆層が層厚方向にＴｉ最低含有点とＴｉ最高含有点とが
交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記Ｔｉ
最高含有点から前記Ｔｉ最低含有点、前記Ｔｉ最低含有
点から前記Ｔｉ最高含有点へＴｉ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（Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ層からなる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。
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：（Ａｌ1-(X+Z)ＴｉX ＣｒZ）Ｎ（ただし、原子
比で、Ｘは０．３５〜０．６０、Ｚ：０．０１〜０．１
５を示す）を満足するＡｌとＴｉとＣｒの複合窒化物
［以下、（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）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
−Ｃｒ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，Ｃ
ｒ）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、硬質被覆層が高強度と高
靭性を具備するものの、高温特性が不十分であるため、
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，Ｃｒ）Ｎ層は、層厚全体に亘って均質な
高温硬さと耐熱性、および強度と靭性を有するが、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、一方側に上記の従来（Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ層の形成にカソード電極（蒸発源）
として用いられたＡｌ−Ｔｉ−Ｃｒ合金に相当する相対
的にＴｉ含有量の高いＡｌ−Ｔｉ−Ｃｒ合金、他方側に
相対的にＴｉ含有量の低いＡｌ−Ｔｉ−Ｃｒ合金をいず
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（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ層を形成すると、
この結果の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）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Ｔｉ含有量の高いＡｌ−Ｔｉ−Ｃｒ
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Ｔｉ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含有量の低いＡｌ−Ｔｉ−Ｃ
ｒ合金のカソード電極に最も接近した時点で層中にＴｉ
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Ｔｉ最高含有点とＴｉ
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Ｔｉ最高含有点から前記Ｔｉ最低含有点、前
記Ｔｉ最低含有点から前記Ｔｉ最高含有点へ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（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ層において、例
えば対向配置のカソード電極（蒸発源）のそれぞれの組
成を調製すると共に、超硬基体が装着されている回転テ
ーブルの回転速度を制御して、上記Ｔｉ最高含有点が、
組成式：（Ａｌ1-(X+Z)ＴｉX ＣｒZ）Ｎ（ただし、原子
比で、Ｘは０．３５〜０．６０、Ｚ：０．０１〜０．１
５を示す）、上記Ｔｉ最低含有点が、組成式：（Ａｌ
1-(X+Z)ＴｉX ＣｒZ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．
０５〜０．３０、Ｚ：０．０１〜０．１５を示す）、を
それぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ｔｉ最高含有点とＴ
ｉ最低含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．１μm
とすると、上記Ｔｉ最低含有点部分では、上記の従来
（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）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、一方上記Ｔｉ最高含有点部分
は、前記従来（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ層と同等の組成、
すなわち前記Ｔｉ最低含有点部分に比して相対的にＡｌ
含有量が低く、Ｔｉ含有量の高い組成をもつので、高強
度と高靭性を保持し、かつこれらＴｉ最高含有点とＴｉ
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、Ｃｒ）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、（Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｃｒ）Ｎ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、Ｔｉ最高含有点と
Ｔｉ最低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Ｔｉ最高含有点から前記Ｔｉ最低含有
点、前記Ｔｉ最低含有点から前記Ｔｉ最高含有点へ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Ｔｉ最高含有点が、組成式：（Ａｌ1-(X+Z)
ＴｉX ＣｒZ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．３５〜
０．６０、Ｚ：０．０１〜０．１５を示す）、上記Ｔｉ
最低含有点が、組成式：（Ａｌ1-(X+Z)ＴｉX ＣｒZ）Ｎ
（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３０、Ｚ：
０．０１〜０．１５を示す）、をそれぞれ満足し、かつ
隣り合う上記Ｔｉ最高含有点とＴｉ最低含有点の間隔
が、０．０１〜０．１μmである、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）Ｔｉ最低含有点の組成 Ｔｉ最低含有点の（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）ＮにおけるＡｌ
成分は高温硬さおよび耐熱性（高温特性）を向上させ、
さらに同Ｃｒ成分は一段と耐熱性を向上させ、一方同Ｔ
ｉ成分には、強度および靭性を向上させる作用があるの
で、前記Ｔｉ最低含有点では相対的にＴｉ含有量を低く
し、Ａｌ含有量を高くして、高熱発生を伴う高速切削に
適応するすぐれた高温特性を具備せしめたものである
が、Ｔｉの割合を示すＸ値がＡｌとＣｒの合量に占める
割合（原子比）で０．０５未満になると、相対的にＡｌ
の割合が多くなり過ぎて、高強度および高靭性を有する
Ｔｉ最高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Ｔｉの割合を示すＸ値が同０．３
０を越えると、相対的にＡｌの割合が少なくなり過ぎ
て、高速切削に要求されるすぐれた高温特性を確保する
ことができなくなるものであり、またＣｒの割合を示す
Ｚ値がＡｌとＴｉの合量に占める割合（原子比）で０．
０１未満では所望の耐熱性向上効果が得られず、さらに
同Ｘ値が０．１５を超えると、強度および靭性が急激に
低下するようになることから、Ｘ値を０．０５〜０．３
０、Ｚ値を０．０１〜０．１５とそれぞれ定めた。 【００１０】（ｂ）Ｔｉ最高含有点の組成 上記の通りＴｉ最低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Ｔｉ最低含有点の強度および靭性不足を補う目的で、
上記の従来（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ層と同等の組成、す
なわち相対的にＴｉ含有割合が高く、一方Ａｌ含有量が
低く、これによって高強度および高靭性を有するように
なるＴｉ最高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Ｔｉの割合を示すＸ値がＡｌおよび
Ｃｒ成分との合量に占める割合（原子比）で０．３５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、一方同Ｘ値が０．６０を越えると、Ａｌに対
するＴｉの割合が多くなり過ぎて、Ｔｉ最高含有点に所
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、Ｔｉ最高含有点でのＴｉの割合を示すＸ値を０．３
５〜０．６０と定めた。また、Ｔｉ最高含有点における
Ｃｒ成分は、上記の通りＡｌ成分との共存で耐熱性を一
段と向上させ、高熱発生を伴う高速切削に適応させる目
的で含有するものであり、したがってＺ値が０．０１未
満では所望の耐熱性向上効果が得られず、一方Ｚ値が
０．１５を越えるとＴｉ最高含有点での強度および靭性
に低下傾向が現れるようになることから、Ｚ値を０．０
１〜０．１５と定めた。 【００１１】（ｃ）Ｔｉ最低含有点とＴｉ最高含有点間
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
所望の高温特性と強度および靭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Ｔｉ最低含有点であれば靭
性不足、Ｔｉ最高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０．０１〜０．１μm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、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、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：０．０３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Ｔｉ最低含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｃ
ｒ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Ｔｉ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−
Ｃｒ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、かつ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、かつそれぞれのカソード電極
(前記Ｔｉ最低含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｃｒ合金およ
びＴｉ最高含有点形成用Ａｌ−Ｔｉ−Ｃｒ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Ｔｉ最低含有点とＴ
ｉ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Ｔｉ最高含有点から前
記Ｔｉ最低含有点、前記Ｔｉ最低含有点から前記Ｔｉ最
高含有点へ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、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−
Ｃｒ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−１０００Ｖの直流バイアス電圧を
印加し、かつ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（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
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・ＳＮＣＭ４３９の丸棒、 切削速度：４２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．８ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／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・Ｓ５５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：４２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．８ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／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・ＦＣ４００の長さ方向等間隔４本縦溝
入り丸棒、 切削速度：４２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２．５ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／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７に示した。 【００１８】 【表１】 【００１９】 【表２】 【００２０】 【表３】【００２１】 【表４】 【００２２】 【表５】【００２３】 【表６】 【００２４】 【表７】【００２５】（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８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８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、並びにいずれもねじれ角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。 【００２６】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、層厚方向に沿って表９に示される目標組成のＴｉ最
低含有点とＴｉ最高含有点とが交互に同じく表９に示さ
れる目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ｔｉ最高含有
点から前記Ｔｉ最低含有点、前記Ｔｉ最低含有点から前
記Ｔｉ最高含有点へ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９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、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。 【００２７】また、比較の目的で、上記の超硬基体（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１０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（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）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。 【００２８】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・ＳＫＤ６１の板材、 切削速度：１６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、 テーブル送り：６８０ｍｍ／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：１６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：４１０ｍｍ／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・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：２２０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：１０ｍｍ、 テーブル送り：３５０ｍｍ／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９、１０
にそれぞれ示した。 【００２９】 【表８】 【００３０】 【表９】【００３１】 【表１０】 【００３２】（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、並びにいずれもねじれ角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。 【００３３】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１１に示される
目標組成のＴｉ最低含有点とＴｉ最高含有点とが交互に
同じく表１１に示される目標間隔で繰り返し存在し、か
つ前記Ｔｉ最高含有点から前記Ｔｉ最低含有点、前記Ｔ
ｉ最低含有点から前記Ｔｉ最高含有点へ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
１１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、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。 【００３４】また、比較の目的で、上記の超硬基体（ド
リル）Ｄ−１〜Ｄ−８の表面に、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１２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（Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）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。 【００３５】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・Ｓ５０Ｃの板材、 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：１２ｍｍ、 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・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：２４ｍｍ、 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・ＦＣ２５０の板材、 切削速度：１３０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ、 穴深さ：５０ｍｍ、 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１１、１２にそれぞれ示した。 【００３６】 【表１１】 【００３７】 【表１２】【００３８】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１〜１６、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Ｔｉ最低含有点とＴ
ｉ最高含有点の組成、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
Ｔｉ最低含有点とＴｉ最高含有点間の間隔、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。 【００３９】 【発明の効果】表３〜１２に示される結果から、硬質被
覆層が層厚方向にＴｉ最低含有点とＴｉ最高含有点とが
交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記Ｔｉ
最高含有点から前記Ｔｉ最低含有点、前記Ｔｉ最低含有
点から前記Ｔｉ最高含有点へＴｉ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（Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ層からなる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。
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 小山 孝
茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地
三菱マテリアル株式会社筑波製作所内
(72)発明者 泉 一樹
茨城県結城郡石下町大字古間木1511番地
三菱マテリアル株式会社筑波製作所内
Ｆターム(参考） 3C037 CC02 CC04 CC09 CC11
3C046 FF03 FF05 FF10 FF11 FF13
FF19 FF25
4K029 AA02 BA41 BA58 BC00 BD05
EA01
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、ＡｌとＴｉと
Ｃｒ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
削工具において、 上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ｔｉ最高含有点
とＴｉ最低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Ｔｉ最高含有点から前記Ｔｉ最低含有
点、前記Ｔｉ最低含有点から前記Ｔｉ最高含有点へ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Ｔｉ最高含有点が、組成式：（Ａｌ
1-(X+Z)ＴｉX ＣｒZ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．
３５〜０．６０、Ｚ：０．０１〜０．１５を示す）、 上記Ｔｉ最低含有点が、組成式：（Ａｌ1-(X+Z)ＴｉX
ＣｒZ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３
０、Ｚ：０．０１〜０．１５を示す）、をそれぞれ満足
し、かつ隣り合う上記Ｔｉ最高含有点とＴｉ最低含有点
の間隔が、０．０１〜０．１μmであること、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。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002151753A JP3928480B2 (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002151753A JP3928480B2 (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003340606A true JP2003340606A (ja) | 2003-12-02 |
| JP3928480B2 JP3928480B2 (ja) | 2007-06-13 |
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|---|---|---|---|
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- 2002-05-27 JP JP2002151753A patent/JP3928480B2/ja not_active Expired - Fee Related
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