JP2007075911A - 難削材の高速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高速度工具鋼製切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】難削材の高速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高速度工具鋼製切削工具を提供する。
【解決手段】表面被覆高速度工具鋼製切削工具が、高速度工具鋼基体の表面に、（ａ）上部層と下部層で構成し、前記上部層は０．５〜１．５μｍ、前記下部層は２〜６μｍの平均層厚をそれぞれ有し、（ｂ）上記上部層は、いずれも５〜２０ｎｍの一層平均層厚を有する薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造を有し、（ｃ）上記下部層は、単一相構造を有する。
【選択図】なし

Description

この発明は、硬質被覆層がすぐれた潤滑性を有し、したがって特に軟鋼やステンレス鋼、さらに高マンガン鋼などの粘性の高い難削材の高速重切削加工に用いた場合にも、切削時に切粉が切刃部に溶着することなく、すぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆高速度工具鋼製切削工具（以下、被覆ハイス工具という）に関するものである。

一般に、被覆切削工具には、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。

また、被覆切削工具としては、例えば、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）基サーメットで構成された超硬基体の表面に、単一相構造を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ_{1-（X＋Ｙ）} Ａｌ_X Ｖ_Ｙ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．５０〜０．６５、Ｙは０．０１〜０．０９を示す）、
を満足するＴｉとＡｌとＶの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎで示す］層からなる硬質被覆層を２〜８μｍの平均層厚で蒸着形成してなる被覆超硬工具が知られており、前記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層においては、構成成分であるＡｌによって高温硬さおよび耐熱性、同Ｔｉによって高温強度、さらに同Ｖによって潤滑性が向上した特性をもつようになることも知られている。

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−Ｖ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、前記超硬基体の表面に、上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）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。
特開平１０−２３７６２８号公報

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。そして、上記従来の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層からなる硬質被覆層を設けた被覆超硬工具においては、これを炭素鋼や低合金鋼、さらに普通鋳鉄などの切削を高速切削加工条件で行うのに用いた場合には、通常の切削性能を示し問題はないが、特に軟鋼やステンレス鋼、さらに高マンガン鋼などの粘性の高い難削材などの切削加工を、高熱発生を伴う高速重切削加工条件で行うのに用いた場合には、特に硬質被覆層の潤滑性不足が原因で、切粉が切刃部に溶着し易くなり、これが原因でチッピング（微少欠け）が発生し、この結果比較的短時間で使用寿命に至るという問題があった。また、高速度工具鋼からなる工具基体に、上記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層からなる硬質被覆層を設けた被覆ハイス工具についても、難削材の高速重切削加工（穴あけ切削加工、面削加工、溝加工、肩加工など）に用いた場合には、硬質被覆層の潤滑性が不足し切粉が切刃部に溶着し易くなるという同様の原因で、比較的短時間で使用寿命に至るという問題があった。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に上記難削材の高速重切削加工（穴あけ切削加工、面削加工、溝加工、肩加工など）で硬質被覆層がすぐれた潤滑性を発揮する被覆ハイス工具を開発すべく、上記従来の被覆切削工具の硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層において、Ｖ成分の含有割合を多くすれば潤滑性が向上するが、上記の従来（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層における１〜９原子％程度のＶ含有割合では、粘性の高い難削材の高速重切削加工に要求される高い潤滑性を確保することができず、これらの要求に満足に対応させるためには前記１〜９原子％をはるかに越えた５０〜７０原子％のＶ含有が必要であり、一方５０〜７０原子％のＶ成分を含有した（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層を硬質被覆層として実用に供するためには、所定量のＴｉを含有させて所定の高温強度を確保する必要があるが、この場合Ａｌ成分の含有割合はきわめて低い状態となるのが避けられず、この結果高温硬さおよび耐熱性のきわめて低いものとなること。

（ｂ）組成式：（Ｔｉ_{1-（Ａ＋Ｂ）}Ａｌ_ＡＶ_Ｂ）Ｎ（ただし、原子比で、Ａは０．０１〜０．１０、Ｂは０．５０〜０．７０を示す）を満足する、Ｖ含有割合が５０〜７０原子％の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層と、
組成式：（Ｔｉ_{1-（Ｃ＋Ｄ）}Ａｌ_ＣＶ_Ｄ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｃは０．２５〜０．４０、Ｄは０．２０〜０．３５を示す）を満足する、相対的にＡｌ成分の含有割合を多くした（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層、
を、それぞれの一層平均層厚を５〜２０ｎｍ（ナノメーター）の薄層とした状態で交互積層すると、この結果の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層は、薄層の交互積層構造によって、上記の高Ｖ含有の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層（以下、薄層Ａという）のもつすぐれた潤滑性と、前記薄層Ａに比して相対的にＶ含有割合が低く、かつ相対的にＡｌ含有割合が高い（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層（以下、薄層Ｂという）のもつ所定の相対的に高い高温硬さおよび耐熱性を具備するようになること。

（ｃ）上記（ｂ）の薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造を有する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層は、難削材の高速重切削加工で要求される、すぐれた潤滑性を具備するものの、十分満足な高温硬さおよび耐熱性を有するものでないので、これを硬質被覆層の上部層として設け、一方同下部層として、潤滑性は不十分であるが、相対的にＡｌ成分の含有割合が高く、すぐれた高温硬さと耐熱性を具備する上記従来の硬質被覆層に相当する組成を有する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層、すなわち、
組成式：（Ｔｉ_{1-（Ｅ＋Ｆ）}Ａｌ_ＥＶ_Ｆ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｅは０．５０〜０．６５、Ｆは０．０１〜０．０９を示す）を満足する、単一相構造の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層、
を設けた構造にすると、この結果の硬質被覆層は、一段とすぐれた潤滑性に加えて、高温硬さと耐熱性、さらに高温強度を備えたものとなるので、この硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆切削工具は、上記の難削材の高い高熱発生を伴う高速重切削加工でも、切刃部に切粉が溶着することがなく、この結果チッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するようになること。
以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たのである。

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、高速度工具鋼基体の表面に、
（ａ）いずれも（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎからなる上部層と下部層で構成し、前記上部層は０．５〜１．５μｍ、前記下部層は２〜６μｍの層厚をそれぞれ有し、
（ｂ）上記上部層は、いずれも５〜２０ｎｍ（ナノメ−タ−）の一層平均層厚を有する薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造を有し、
上記薄層Ａは、
組成式：（Ｔｉ_{1-（Ａ＋Ｂ）}Ａｌ_ＡＶ_Ｂ）Ｎ（ただし、原子比で、Ａは０．０１〜０．１０、Ｂは０．５０〜０．７０を示す）を満足する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層、
上記薄層Ｂは、
組成式：（Ｔｉ_{1-（Ｃ＋Ｄ）}Ａｌ_ＣＶ_Ｄ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｃは０．２５〜０．４０、Ｄは０．２０〜０．３５を示す）を満足する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層、からなり、
（ｃ）上記下部層は、単一相構造を有し、
組成式：（Ｔｉ_{1-（Ｅ＋Ｆ）}Ａｌ_ＥＶ_Ｆ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｅは０．５０〜０．６５、Ｆは０．０１〜０．０９を示す）を満足する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層、
からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる、難削材の高速重切削加工（穴あけ切削加工、面削加工、溝加工、肩加工など）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ハイス工具（表面被覆高速度工具鋼製切削工具）に特徴を有するものである。

つぎに、この発明の被覆ハイス工具の硬質被覆層に関し、上記の通りに数値限定した理由を説明する。
（ａ）下部層の組成式および層厚
上記の通り、硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層におけるＡｌ成分には高温硬さおよび耐熱性を向上させ、一方同Ｔｉ成分には高温強度、さらに同Ｖ成分には潤滑性を向上させる作用があり、下部層ではＡｌ成分の含有割合を相対的に多くして、高い高温硬さおよび耐熱性を具備せしめるが、Ａｌの含有割合を示すＥ値がＴｉとＶとの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．５０未満では、相対的にＴｉの割合が多くなって、難削材の高速重切削加工に要求されるすぐれた高温硬さおよび耐熱性を確保することができず、摩耗進行が急激に促進するようになり、一方Ａｌの割合を示すＥ値が同０．６５を越えると、相対的にＴｉの割合が少なくなり過ぎて、高温強度が急激に低下し、この結果チッピング（微少欠け）などが発生し易くなることから、Ｅ値を０．５０〜０．６５と定めた。
また、Ｖの割合を示すＦ値がＴｉとＡｌとの合量に占める割合で、０．０１未満では、所定の潤滑性を確保することができず、一方同Ｆ値が０．０９を超えると、高温硬さおよび耐熱性が急激に低下するようになることから、Ｆ値を０．０１〜０．０９と定めた。
さらに、その層厚が２μｍ未満では、自身のもつすぐれた高温硬さおよび耐熱性を硬質被覆層に長期に亘って付与できず、工具寿命短命の原因となり、一方その層厚が６μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、その層厚を２〜６μｍと定めた。

（ｂ）上部層の薄層Ａの組成式
上部層の薄層Ａの（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）ＮにおけるＶ成分は、上記の通り相対的に含有割合を著しく高くして、潤滑性を向上させ、もって高熱発生を伴う難削材の高速重切削加工に適応させる目的で含有するものであり、したがってＢ値が０．５０未満では所望のすぐれた潤滑性を確保することができず、一方Ｂ値が０．７０を越えると、層自体が具備すべき高温強度を確保することができなくなり、チッピングが発生し易くなることから、Ｂ値を０．５０〜０．７０と定めた。
また、Ａｌの割合を示すＡ値がＴｉとＶとの合量に占める割合で、０．０１未満では、最低限の高温硬さおよび耐熱性を確保することができず、摩耗促進の原因となり、一方同Ａ値が０．１０を超えると、高温強度に低下傾向が現れるようになり、チッピング発生の原因となることから、Ａ値を０．０１〜０．１０と定めた。

（ｃ）上部層の薄層Ｂの組成式
上部層の薄層Ｂにおいては、上記薄層Ａに比してＶ成分の含有割合を相対的に低くし、かつＡｌ成分の含有割合を相対的に高く維持することで、前記薄層Ａに不足する高温硬さおよび耐熱性を具備せしめ、隣接する薄層Ａの高温硬さおよび耐熱性不足を補強し、もって、前記薄層Ａの有するすぐれた潤滑性と、前記薄層Ｂの有する相対的に高い高温硬さおよび耐熱性を具備した上部層を形成するものであるが、組成式におけるＡｌの含有割合を示すＣ値が０．２５未満になると、所定の高温硬さおよび耐熱性を確保することができず、これが摩耗促進の原因となり、一方同Ｃ値が０．４０を越えると、高温強度が急激に低下するようになり、上部層自体にチッピングが発生し易くなることから、Ｃ値を０．２５〜０．４０と定めた。
また、Ｖの割合を示すＤ値がＴｉとＡｌとの合量に占める割合で、０．２０未満では、上部層全体の潤滑性低下が避けられず、一方同Ｄ値が０．３５を超えると、上部層全体の高温強度が急激に低下することから、Ｄ値を０．２０〜０．３５と定めた。

（ｄ）上部層の薄層Ａと薄層Ｂの層厚
それぞれの層厚が５ｎｍ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、この結果上部層に所望のすぐれた潤滑性、さらに所定の高温硬さと耐熱性を確保することができなくなり、またそれぞれの層厚が２０ｎｍを越えるとそれぞれの薄層がもつ欠点、すなわち薄層Ａであれば高温硬さと耐熱性不足、薄層Ｂであれば潤滑性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、それぞれの層厚を５〜２０ｎｍと定めた。

（ｅ）上部層の層厚
その層厚が０．５μｍ未満では、自身のもつすぐれた潤滑性および所定の高温硬さと耐熱性を硬質被覆層に長期に亘って付与できず、工具寿命短命の原因となり、一方その層厚が１．５μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、その層厚を０．５〜１．５μｍと定めた。

この発明の被覆ハイス工具は、硬質被覆層が（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層からなるが、硬質被覆層の上部層を薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造とすることによって、所定の高温硬さと耐熱性を保持した状態で、すぐれた潤滑性を具備せしめ、同単一相構造の下部層がすぐれた高温硬さと耐熱性を有することから、特に切粉が切刃部に溶着し易く、これが原因でチッピングが発生し易くなる高熱発生を伴う難削材の高速重切削加工（穴あけ切削加工、面削加工、溝加工、肩加工など）でも、前記硬質被覆層にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものである。

つぎに、この発明の被覆ハイス工具を実施例により具体的に説明する。

直径が８ｍｍ、１３ｍｍ、および２６ｍｍの３種の寸法の高速度工具鋼（ＪＩＳ・ＳＫＨ５５）素材から、機械加工にて、切刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの寸法を有し、また、いずれもねじれ角４５度の４枚刃スクエア形状をもった高速度工具鋼エンドミル（以下、ハイスエンドミルという）基体１〜９をそれぞれ製造した。

（ａ）ついで、上記ハイスエンドミル基体１〜９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の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置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、それぞれ表１に示される目標組成に対応した成分組成をもった上部層の薄層Ａ形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ合金、他方側のカソード電極（蒸発源）として、同じくそれぞれ表１に示される目標組成に対応した成分組成をもった上部層の薄層Ｂ形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ合金を前記回転テーブルを挟んで対向配置し、また前記両Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ合金から９０度ずれた位置に前記回転テーブルに沿ってカソード電極（蒸発源）として、同じくそれぞれ表１に示される目標組成に対応した成分組成をもった下部層形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ合金を装着し、
（ｂ）まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を３００〜４００℃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、かつ前記下部層形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ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、もってハイスエンドミル基体表面を前記Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ合金によってボンバード洗浄し、
（ｃ）装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して３Ｐａ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ハイスエンドミル基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ前記下部層形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ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、もって前記ハイスエンドミル基体の表面に、表１に示される目標組成および目標層厚の単一相構造を有する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、
（ｄ）ついで装置内に導入する反応ガスとしての窒素ガスの流量を調整して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ハイスエンドミル基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加した状態で、前記薄層Ａ形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ合金のカソード電極とアノード電極との間に５０〜２００Ａの範囲内の所定の電流を流してアーク放電を発生させて、前記ハイスエンドミル基体の表面に所定層厚の薄層Ａを形成し、前記薄層Ａ形成後、アーク放電を停止し、代って前記薄層Ｂ形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ合金のカソード電極とアノード電極間に同じく５０〜２００Ａの範囲内の所定の電流を流してアーク放電を発生させて、所定層厚の薄層Ｂを形成した後、アーク放電を停止し（この場合薄層Ｂの形成から開始してもよい）、再び前記薄層Ａ形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ合金のカソード電極とアノード電極間のアーク放電による薄層Ａの形成と、前記薄層Ｂ形成用Ｔｉ−Ａｌ−Ｖ合金のカソード電極とアノード電極間のアーク放電による薄層Ｂの形成を交互に繰り返し行い、もって前記ハイスエンドミル基体の表面に、層厚方向に沿って表１に示される目標組成および一層目標層厚の薄層Ａと薄層Ｂの交互積層からなる上部層を同じく表１に示される全体目標層厚で蒸着形成することにより、本発明被覆ハイス工具としての本発明表面被覆高速度工具鋼製エンドミル（以下、本発明被覆ハイスエンドミルと云う）１〜９を製造した。

また、比較の目的で、上記のハイスエンドミル基体１〜９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、同じく表２に示される目標組成および目標層厚の単一相構造を有する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、比較表面被覆高速度工具鋼製エンドミル（以下、比較被覆ハイスエンドミルと云う）１〜９をそれぞれ製造した。

つぎに、本発明被覆ハイスエンドミル１〜９および比較被覆ハイスエンドミル１〜９のうち、
（ａ−１）本発明被覆ハイスエンドミル１〜３および比較被覆ハイスエンドミル１〜３については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法をもったＪＩＳ・ＳＣＭｎＨ１の板材、
切削速度： ４０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： ４．５ ｍｍ、
テーブル送り： ８０ ｍｍ／分、
の条件でのマンガン鋼の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度、切り込み、送りは、それぞれ２０ｍ／ｍｉｎ．、３．０ｍｍ、６０ｍｍ／分）を行い、
（ａ−２）本発明被覆ハイスエンドミル４〜６および比較被覆ハイスエンドミル４〜６については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法をもったＪＩＳ・ＳＵＳ３１６の板材、
切削速度： ４５ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： ７ ｍｍ、
テーブル送り： １８０ ｍｍ／分、
の条件でのステンレス鋼の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度、切り込み、送りは、それぞれ２０ｍ／ｍｉｎ．、４ｍｍ、７５ｍｍ／分）を行い、
（ａ−３）本発明被覆ハイスエンドミル７〜９および比較被覆ハイスエンドミル７〜９については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法をもったＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの板材、
切削速度： ５０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： １６ ｍｍ、
テーブル送り： １３０ ｍｍ／分、
の条件での軟鋼の乾式高速溝切削加工試験（通常の切削速度、切り込み、送りは、それぞれ２０ｍ／ｍｉｎ．、１０ｍｍ、６５ｍｍ／分）を行い、
上記（ａ−１）〜（ａ−３）の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。
上記（ａ−１）〜（ａ−３）の測定結果を表１，２にそれぞれ示した。

上記の実施例１で用いた高速度工具鋼（ＪＩＳ・ＳＫＨ５５）素材を用い、研削加工にて、寸法の異なる３種の高速度工具鋼製のドリル基体（以下、ハイスドリル基体という）を製造した。溝形成部の直径×長さは、それぞれ４ｍｍ×２５ｍｍ（ハイスドリル基体１〜３）、８ｍｍ×４５ｍｍ（ハイスドリル基体４〜６）および１６ｍｍ×９０ｍｍ（ハイスドリル基体７〜９）であり、いずれもねじれ角３０度の２枚刃形状をもつ。

ついで、これらのハイスドリル基体１〜９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３に示される目標組成および目標層厚の単一相構造を有する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層からなる下部層と、同じく層厚方向に沿って表３に示される目標組成および一層目標層厚の薄層Ａと薄層Ｂの交互積層からなる上部層を同じく表３に示される全体目標層厚で蒸着形成することにより、本発明表面被覆ハイスドリル（以下、本発明被覆ハイスドリルと云う）１〜９をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、上記のハイスドリル基体１〜９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、同じく
表４に示される目標組成および目標層厚の単一相構造を有する（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、比較表面被覆ハイスドリル（以下、比較被覆ハイスドリルと云う）１〜９をそれぞれ製造した。

つぎに、上記本発明被覆ハイスドリル１〜９および比較被覆ハイスドリル１〜９のうち、

（ｂ−１）本発明被覆ハイスドリル１〜３および比較被覆ハイスドリル１〜３については、

被削材−平面：１００ｍｍ×２５０、厚さ：５０ｍｍの寸法をもったＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの板材、
切削速度： ４５ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．１５ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ８ ｍｍ、

の条件での軟鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度、送り、穴深さは、それぞれ、１８ｍ／ｍｉｎ．、０．１ｍｍ／ｒｅｖ、６ｍｍ）を行い、
（ｂ−２）本発明被覆ハイスドリル４〜６および比較被覆ハイスドリル４〜６については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法をもったＪＩＳ・ＳＣＭｎＨ１の板材、
切削速度： ３５ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．４５ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： １６ ｍｍ、
の条件でのマンガン鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度、送り、穴深さは、それぞれ、１８ｍ／ｍｉｎ．、０．１８ｍｍ／ｒｅｖ、１２ｍｍ）を行い、
（ｂ−３）本発明被覆ハイスドリル７〜９および比較被覆ハイスドリル７〜９については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法をもったＪＩＳ・ＳＵＳ３１６の板材、
切削速度： ３５ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．４ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ４４ ｍｍ、
の条件でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度、送り、穴深さは、それぞれ、１８ｍ／ｍｉｎ．、０．３２ｍｍ／ｒｅｖ、２４ｍｍ）を行い、
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。

上記（ｂ−１）〜（ｂ−３）の測定結果を表３，４にそれぞれ示した。

この結果得られた本発明被覆ハイス工具（本発明表面被覆高速度工具製切削工具）としての本発明被覆ハイスエンドミル１〜９および本発明被覆ハイスドリル１〜９の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎからなる硬質被覆層を構成する上部層の薄層Ａおよび薄層Ｂ、さらに同下部層の組成、並びに、比較被覆ハイスエンドミル１〜９および比較被覆ハイスドリル１〜９の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎからなる硬質被覆層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散型Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。

また、上記の硬質被覆層の構成層の平均層厚を透過型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値（５ヶ所の平均値）を示した。

表１〜４に示される結果から、本発明被覆ハイス工具（本発明表面被覆高速度工具鋼製切削工具）である本発明被覆ハイスエンドミル１〜９および本発明被覆ハイスドリル１〜９は、いずれも硬質被覆層がそれぞれ組成の異なる、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎからなる単一相構造の下部層と、層厚がそれぞれ５〜２０ｎｍの薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造を有する上部層で構成され、前記下部層がすぐれた高温硬さおよび耐熱性、さらに前記上部層がすぐれた潤滑性を有し、硬質被覆層はこれらのすぐれた特性を兼ね備えたものとなるので、特に軟鋼やステンレス鋼、さらに高マンガン鋼などの粘性の高い難削材の高い発熱を伴う高速重切削加工に用いた場合にも、すぐれた潤滑性を発揮し、切削時に切粉が切刃部に溶着することがなく、すぐれた耐チッピング性を発揮するのに対して、硬質被覆層が単一相構造の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｖ）Ｎ層からなる比較被覆ハイスエンドミル１〜９、比較被覆ハイスドリル１〜９は、前記難削材の高速重切削加工では、特に潤滑性不足が原因で切刃部に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、この発明の被覆ハイス工具は、特に各種の炭素鋼や低合金鋼、さらに普通鋳鉄などの通常の切削条件での切削加工は勿論のこと、特に難削材の高熱発生を伴なう高速重切削加工で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切削性能を示すものであり、被削材に対して広い汎用性を有するものであるから、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。

本発明被覆ハイス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。 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。

Claims (1)

1. 高速度工具鋼で構成された切削工具基体の表面に、
   （ａ）いずれもＴｉとＡｌとＶ（バナジウム）の複合窒化物からなる上部層と下部層で構成し、前記上部層は０．５〜１．５μｍ、前記下部層は２〜６μｍの平均層厚をそれぞれ有し、
   （ｂ）上記上部層は、いずれも５〜２０ｎｍ（ナノメ−タ−）の一層平均層厚を有する薄層Ａと薄層Ｂの交互積層構造を有し、
   上記薄層Ａは、
   組成式：（Ｔｉ_{1-（Ａ＋Ｂ）}Ａｌ_ＡＶ_Ｂ）Ｎ（ただし、原子比で、Ａは０．０１〜０．１０、Ｂは０．５０〜０．７０を示す）を満足するＴｉとＡｌとＶの複合窒化物層、
   上記薄層Ｂは、
   組成式：（Ｔｉ_{1-（Ｃ＋Ｄ）}Ａｌ_ＣＶ_Ｄ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｃは０．２５〜０．４０、Ｄは０．２０〜０．３５を示す）を満足するＴｉとＡｌとＶの複合窒化物層、からなり、
   （ｃ）上記下部層は、単一相構造を有し、
   組成式：（Ｔｉ_{1-（Ｅ＋Ｆ）}Ａｌ_ＥＶ_Ｆ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｅは０．５０〜０．６５、Ｆは０．０１〜０．０９を示す）を満足するＴｉとＡｌとＶの複合窒化物層、
   からなる硬質被覆層を蒸着形成してなる、難削材の高速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高速度工具鋼製切削工具。

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