JP2901043B2 - 耐摩耗性・耐溶着性硬質皮膜被覆工具およびその製法 - Google Patents
耐摩耗性・耐溶着性硬質皮膜被覆工具およびその製法Info
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- JP2901043B2 JP2901043B2 JP30438793A JP30438793A JP2901043B2 JP 2901043 B2 JP2901043 B2 JP 2901043B2 JP 30438793 A JP30438793 A JP 30438793A JP 30438793 A JP30438793 A JP 30438793A JP 2901043 B2 JP2901043 B2 JP 2901043B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性および耐溶着
性に優れた硬質皮膜被覆工具およびその製法に関するも
のである。
性に優れた硬質皮膜被覆工具およびその製法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】高速度工具鋼や超硬合金工具鋼等を製作
する場合は、耐摩耗性等の性能をより優れたものとする
ことを目的として、工具基材の表面にＴｉ等の窒化物や
炭化物よりなる耐摩耗性皮膜を形成することが行なわれ
ている。上記耐摩耗性皮膜を形成する方法としては、従
来よりＣＶＤ法（化学的蒸着法）及びＰＶＤ法（物理的
蒸着法）が知られている。但し前者の方法では、母材が
高温に曝らされるため母材が熱劣化を起こす恐れがある
ので、母材特性も重要視される工具の場合では後者の方
法が好まれており、中でも比較的低温条件でコーティン
グ処理できるイオンプレーティング法等を利用したＴｉ
Ｎ皮膜等が汎用されている。
する場合は、耐摩耗性等の性能をより優れたものとする
ことを目的として、工具基材の表面にＴｉ等の窒化物や
炭化物よりなる耐摩耗性皮膜を形成することが行なわれ
ている。上記耐摩耗性皮膜を形成する方法としては、従
来よりＣＶＤ法（化学的蒸着法）及びＰＶＤ法（物理的
蒸着法）が知られている。但し前者の方法では、母材が
高温に曝らされるため母材が熱劣化を起こす恐れがある
ので、母材特性も重要視される工具の場合では後者の方
法が好まれており、中でも比較的低温条件でコーティン
グ処理できるイオンプレーティング法等を利用したＴｉ
Ｎ皮膜等が汎用されている。
【０００３】該ＴｉＮ皮膜はＴｉＣ皮膜に比べて耐熱性
が良好であり、切削時の加工熱や摩擦熱による工具すく
い面のクレータ摩耗も抑制される。しかしながらＴｉＮ
皮膜は、ＴｉＣ皮膜に比べると硬度が低い為被削材と接
する逃げ面に発生するフランク摩耗に対しては脆弱であ
り、フランク摩耗に対してはむしろＴｉＣ皮膜の方が高
い耐久性を示す。
が良好であり、切削時の加工熱や摩擦熱による工具すく
い面のクレータ摩耗も抑制される。しかしながらＴｉＮ
皮膜は、ＴｉＣ皮膜に比べると硬度が低い為被削材と接
する逃げ面に発生するフランク摩耗に対しては脆弱であ
り、フランク摩耗に対してはむしろＴｉＣ皮膜の方が高
い耐久性を示す。
【０００４】そこで耐熱性と硬度の共に優れた皮膜とし
て、イオンプレーティング法やスパッタリング法等のＰ
ＶＤ法によるＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣ或はＴｉＡｌＣＮ
等の皮膜が提案されている［特開昭６２−５６５６５，
特開平２−１９４１５９，ジャーナル・バキューム・ソ
サエティ・テクノロジー(J. Vac.Sci.Technol.) Ａ第４
（６）巻，1986年，第2717頁，J. of Solid State Chem
istry,70,1987 年，第318 〜322 頁など］。
て、イオンプレーティング法やスパッタリング法等のＰ
ＶＤ法によるＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣ或はＴｉＡｌＣＮ
等の皮膜が提案されている［特開昭６２−５６５６５，
特開平２−１９４１５９，ジャーナル・バキューム・ソ
サエティ・テクノロジー(J. Vac.Sci.Technol.) Ａ第４
（６）巻，1986年，第2717頁，J. of Solid State Chem
istry,70,1987 年，第318 〜322 頁など］。
【０００５】また本発明者等は、工具の耐摩耗性を更に
高める方法として、基材表面に （Ｖx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ1-y ） 但し 0.25≦ｘ≦0.75 0.6 ≦ｙ≦１ で示される化学組成からなり、膜厚が0.8 〜１０μｍの
耐摩耗性皮膜を１×10-3〜５×10-2Torrの真空条件下
で、蒸発源としてカソードを用いるアーク放電方式によ
って形成する方法を開発し、先に特許出願を済ませた
（特開平４−２２１０５７）。
高める方法として、基材表面に （Ｖx Ｔｉ1-x)( Ｎy Ｃ1-y ） 但し 0.25≦ｘ≦0.75 0.6 ≦ｙ≦１ で示される化学組成からなり、膜厚が0.8 〜１０μｍの
耐摩耗性皮膜を１×10-3〜５×10-2Torrの真空条件下
で、蒸発源としてカソードを用いるアーク放電方式によ
って形成する方法を開発し、先に特許出願を済ませた
（特開平４−２２１０５７）。
【０００６】ところでこれら硬質皮膜の形成には、るつ
ぼ方式のイオンプレーティング法やスパッタリング法、
更には蒸発源としてカソードを用いるアーク放電方式に
よるイオンプレーティング法等が採用されるが、これら
の方法には次の様な問題がある。
ぼ方式のイオンプレーティング法やスパッタリング法、
更には蒸発源としてカソードを用いるアーク放電方式に
よるイオンプレーティング法等が採用されるが、これら
の方法には次の様な問題がある。
【０００７】（１）るつぼ方式イオンプレーティング法
の場合 従来のイオンプレーティング法は、蒸着金属をるつぼ内
で溶融し蒸発させる方式であるから、蒸発源の設置位置
に制約があり、複雑な形状の基材に適用する場合の蒸着
効率は非常に低くなる。また、複数の金属を蒸着させて
基材表面で合金化させたい場合も多いにもかかわらず、
個々の金属は蒸気圧に差があるため、合金皮膜組成を安
定にコントロールすることが困難である。
の場合 従来のイオンプレーティング法は、蒸着金属をるつぼ内
で溶融し蒸発させる方式であるから、蒸発源の設置位置
に制約があり、複雑な形状の基材に適用する場合の蒸着
効率は非常に低くなる。また、複数の金属を蒸着させて
基材表面で合金化させたい場合も多いにもかかわらず、
個々の金属は蒸気圧に差があるため、合金皮膜組成を安
定にコントロールすることが困難である。
【０００８】（２）スパッタリング法の場合 この方法で得られる皮膜の密着性は必ずしも良好でな
く、また複雑な形状の基材を被覆する場合の生産性も低
い。さらにターゲットとしてＡｌX Ｔｉ1-X や（ＡｌX
Ｔｉ1-X ）Ｎ，ＶX Ｔ1-X や（ＶX Ｔ1-X ）Ｎ等を使用
する場合は、スパッタ率が経時的に変化し易いため、こ
の変化を見込んでターゲットの組成を調整しなければな
らない。またスパッタ粒子のイオン化率が低く基材に突
入するイオン量も少ないため充分な皮膜密着性が得られ
難い。しかも成膜速度が遅く量産化に不向きである。
く、また複雑な形状の基材を被覆する場合の生産性も低
い。さらにターゲットとしてＡｌX Ｔｉ1-X や（ＡｌX
Ｔｉ1-X ）Ｎ，ＶX Ｔ1-X や（ＶX Ｔ1-X ）Ｎ等を使用
する場合は、スパッタ率が経時的に変化し易いため、こ
の変化を見込んでターゲットの組成を調整しなければな
らない。またスパッタ粒子のイオン化率が低く基材に突
入するイオン量も少ないため充分な皮膜密着性が得られ
難い。しかも成膜速度が遅く量産化に不向きである。
【０００９】（３）アーク放電方式イオンプレーティン
グ法の場合 この方法では、たとえば図４に示すようにガス導入口９
から反応性ガスを導入すると共に、負電圧を印加した蒸
発源２ａと正電圧トリガー３との間にアークを発生さ
せ、マイナスのバイアス電圧を負荷した基材Ｗ上に硬質
膜を被覆形成するものであり、該アーク蒸着法を実施す
るに当たっては、基材と硬質膜の密着性を高めるために
硬質膜被覆に先立って金属ボンバードメントによるスパ
ッタクリーニングを行なって基材表面の不純物を除去
し、その後アーク蒸着により硬質皮膜を形成している。
この方法では、金属ボンバードメントによって大きな洗
浄効果を得ることができるので、基材に対する皮膜の付
着量については充分なものが得られる。しかも、この方
法で例えばＡｌX Ｔｉ1-X Ｎ膜を形成する場合、蒸発源
であるカソードとしてＴｉとＡｌを夫々個別に使用する
こともできるが、目的組成そのものからなるＡｌX Ｔｉ
1-X をターゲットとして使用すれば、皮膜組成のコント
ロールが非常に容易となる。またこの場合の各合金成分
の蒸発は、数十アンペア以上の大電流で行なわれるた
め、カソード物質の組成ずれが殆ど起こらず、しかもイ
オン化効率が高くて反応性に富むため、基材にバイアス
電圧を印加することにより密着性の優れた皮膜が得られ
易いといった多くの利点がある。ところがこの方法に見
られる最大の難点は、固体カソードから直接放電を採用
するため、形成される皮膜表面に１〜５μｍ程度の大き
なマクロ粒子が付着しており、表面粗さや光沢が劣るば
かりでなく、切削工具等として適用した場合、被削材や
切削条件等によっては被削材料が工具被覆面に溶着し、
加工精度が低下すると共に工具そのものの耐摩耗性も低
下するという点である。
グ法の場合 この方法では、たとえば図４に示すようにガス導入口９
から反応性ガスを導入すると共に、負電圧を印加した蒸
発源２ａと正電圧トリガー３との間にアークを発生さ
せ、マイナスのバイアス電圧を負荷した基材Ｗ上に硬質
膜を被覆形成するものであり、該アーク蒸着法を実施す
るに当たっては、基材と硬質膜の密着性を高めるために
硬質膜被覆に先立って金属ボンバードメントによるスパ
ッタクリーニングを行なって基材表面の不純物を除去
し、その後アーク蒸着により硬質皮膜を形成している。
この方法では、金属ボンバードメントによって大きな洗
浄効果を得ることができるので、基材に対する皮膜の付
着量については充分なものが得られる。しかも、この方
法で例えばＡｌX Ｔｉ1-X Ｎ膜を形成する場合、蒸発源
であるカソードとしてＴｉとＡｌを夫々個別に使用する
こともできるが、目的組成そのものからなるＡｌX Ｔｉ
1-X をターゲットとして使用すれば、皮膜組成のコント
ロールが非常に容易となる。またこの場合の各合金成分
の蒸発は、数十アンペア以上の大電流で行なわれるた
め、カソード物質の組成ずれが殆ど起こらず、しかもイ
オン化効率が高くて反応性に富むため、基材にバイアス
電圧を印加することにより密着性の優れた皮膜が得られ
易いといった多くの利点がある。ところがこの方法に見
られる最大の難点は、固体カソードから直接放電を採用
するため、形成される皮膜表面に１〜５μｍ程度の大き
なマクロ粒子が付着しており、表面粗さや光沢が劣るば
かりでなく、切削工具等として適用した場合、被削材や
切削条件等によっては被削材料が工具被覆面に溶着し、
加工精度が低下すると共に工具そのものの耐摩耗性も低
下するという点である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記の様に、アーク放
電方式によるイオンプレーティング法では、ＴｉＡｌＣ
Ｎ等の多成分系硬質皮膜を効率よく且つ密着性良く形成
することができるが、固体カソードからの直接アーク放
電を採用するため皮膜表面に１〜５μｍ程度のマクロ粒
子が付着し、表面粗度や光沢が良好とは言えず、これを
研摩工具や切削工具等として使用すると、使用条件によ
っては、工具表面に突出したマクロ粒子に被削材料が溶
着して加工精度を悪化させるばかりでなく、満足な耐摩
耗性が得られなくなることもある。また、るつぼ方式イ
オンプレーティング法やスパッタリング法では、平滑な
表面の硬質皮膜は得られるものの、前述の如く皮膜形成
効率が非常に低い。
電方式によるイオンプレーティング法では、ＴｉＡｌＣ
Ｎ等の多成分系硬質皮膜を効率よく且つ密着性良く形成
することができるが、固体カソードからの直接アーク放
電を採用するため皮膜表面に１〜５μｍ程度のマクロ粒
子が付着し、表面粗度や光沢が良好とは言えず、これを
研摩工具や切削工具等として使用すると、使用条件によ
っては、工具表面に突出したマクロ粒子に被削材料が溶
着して加工精度を悪化させるばかりでなく、満足な耐摩
耗性が得られなくなることもある。また、るつぼ方式イ
オンプレーティング法やスパッタリング法では、平滑な
表面の硬質皮膜は得られるものの、前述の如く皮膜形成
効率が非常に低い。
【００１１】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、表面粗度や光沢が良好で優
れた耐摩耗性を発揮すると共に、耐溶着性が良好で被削
材料の溶着が起こらず、しかも工業的にも効率良く製造
し得る様な硬質皮膜被覆工具およびその製法を提供しよ
うとするものである。
ものであって、その目的は、表面粗度や光沢が良好で優
れた耐摩耗性を発揮すると共に、耐溶着性が良好で被削
材料の溶着が起こらず、しかも工業的にも効率良く製造
し得る様な硬質皮膜被覆工具およびその製法を提供しよ
うとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明に係る耐摩耗性・耐溶着性硬質皮膜被覆工具の構成
は、２種以上の金属元素を含む多成分系の金属炭化物、
金属窒化物または金属炭・窒化物皮膜からなり、表面に
マクロ粒子が実質的に突出しておらず、０．２〜２μｍ
の深さのクレーターを有する硬質皮膜が表面に形成され
たものであるところに要旨を有するものであり、この様
な工具は、工具基材の表面に、アーク放電式イオンプレ
ーティング法によって２種以上の金属元素を含む多成分
系の金属炭化物、金属窒化物または金属炭・窒化物皮膜
を形成した後、該皮膜表面に突出したマクロ粒子を除去
することによって得ることができる。
明に係る耐摩耗性・耐溶着性硬質皮膜被覆工具の構成
は、２種以上の金属元素を含む多成分系の金属炭化物、
金属窒化物または金属炭・窒化物皮膜からなり、表面に
マクロ粒子が実質的に突出しておらず、０．２〜２μｍ
の深さのクレーターを有する硬質皮膜が表面に形成され
たものであるところに要旨を有するものであり、この様
な工具は、工具基材の表面に、アーク放電式イオンプレ
ーティング法によって２種以上の金属元素を含む多成分
系の金属炭化物、金属窒化物または金属炭・窒化物皮膜
を形成した後、該皮膜表面に突出したマクロ粒子を除去
することによって得ることができる。
【００１３】
【作用】上記の様に本発明では、工具基材表面に耐摩耗
性向上の為の硬質皮膜として、２種以上の金属元素を含
む多成分系の金属炭化物、金属窒化物または金属炭・窒
化物（以下、単に炭・窒化物ということがある）からな
り、表面にマクロ粒子が実質的に突出しておらず且つ
０．２〜２μｍの深さのクレーターを有する硬質皮膜が
形成されたものであり、特にアーク放電方式イオンプレ
ーティング法を採用したときに見られる皮膜表面に突出
したマクロ粒子を除去することにより、当該突出マクロ
粒子に起因するワーク材の溶着を防止し、切削精度を高
めると共に、切削もしくは研摩寿命を延長することに成
功したものである。
性向上の為の硬質皮膜として、２種以上の金属元素を含
む多成分系の金属炭化物、金属窒化物または金属炭・窒
化物（以下、単に炭・窒化物ということがある）からな
り、表面にマクロ粒子が実質的に突出しておらず且つ
０．２〜２μｍの深さのクレーターを有する硬質皮膜が
形成されたものであり、特にアーク放電方式イオンプレ
ーティング法を採用したときに見られる皮膜表面に突出
したマクロ粒子を除去することにより、当該突出マクロ
粒子に起因するワーク材の溶着を防止し、切削精度を高
めると共に、切削もしくは研摩寿命を延長することに成
功したものである。
【００１４】本発明において炭・窒化物を構成する金属
の種類は特に限定されず、炭化物・窒化物または炭・窒
化物として高硬度で高耐摩耗性の皮膜を形成し得るもの
であればＴｉ，Ａｌ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆ等からなる
２種以上の金属が使用可能であるが、性能上格別に優れ
た効果が得られるのはＴｉ，Ａｌ，Ｖから選ばれる２種
の金属の組合せであり、中でも［ＴｉX Ａｌ(1-X) ：
（０．２５≦χ≦０．７５）］および［Ｖy Ｔｉ
(1-y) ：（０．２５≦ｙ≦０．７５）］は、炭化物、窒
化物または炭・窒化物として優れた耐摩耗性の皮膜を与
えるものとして償用される。
の種類は特に限定されず、炭化物・窒化物または炭・窒
化物として高硬度で高耐摩耗性の皮膜を形成し得るもの
であればＴｉ，Ａｌ，Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｈｆ等からなる
２種以上の金属が使用可能であるが、性能上格別に優れ
た効果が得られるのはＴｉ，Ａｌ，Ｖから選ばれる２種
の金属の組合せであり、中でも［ＴｉX Ａｌ(1-X) ：
（０．２５≦χ≦０．７５）］および［Ｖy Ｔｉ
(1-y) ：（０．２５≦ｙ≦０．７５）］は、炭化物、窒
化物または炭・窒化物として優れた耐摩耗性の皮膜を与
えるものとして償用される。
【００１５】また、これらの金属は炭化物もしくは窒化
物として夫々優れた耐摩耗性の皮膜を与えるが、中でも
Ｎ：Ｃ＝０．６〜１：０．４〜０［ＮZ Ｃ1-Z ：（０．
６≦ｚ≦１）］の比率の炭・窒化物は、工具基材に対し
優れた密着性の高硬度皮膜を与えるので好ましい。
物として夫々優れた耐摩耗性の皮膜を与えるが、中でも
Ｎ：Ｃ＝０．６〜１：０．４〜０［ＮZ Ｃ1-Z ：（０．
６≦ｚ≦１）］の比率の炭・窒化物は、工具基材に対し
優れた密着性の高硬度皮膜を与えるので好ましい。
【００１６】この様な金属炭・窒化物皮膜は、たとえば
カソードを蒸発源とするアーク放電方式イオンプレーテ
ィング法によって形成することができ、より具体的に
は、カソードを蒸発源とするアーク放電によりイオン化
させた２種以上の金属成分を、Ｎ2 雰囲気および／また
はＣＨ4 雰囲気等の窒化および／もしくは炭化雰囲気中
でイオンプレーティングすることによって得ることがで
き、この場合、目的とする皮膜組成と同一組成のターゲ
ットを使用すれば、カソード物質の組成ずれを生じるこ
とがないので、安定した組成の皮膜が得られ易い。この
とき、基材にバイアス電圧を印加すると、皮膜の密着性
を一段と高めることができるので好ましい。
カソードを蒸発源とするアーク放電方式イオンプレーテ
ィング法によって形成することができ、より具体的に
は、カソードを蒸発源とするアーク放電によりイオン化
させた２種以上の金属成分を、Ｎ2 雰囲気および／また
はＣＨ4 雰囲気等の窒化および／もしくは炭化雰囲気中
でイオンプレーティングすることによって得ることがで
き、この場合、目的とする皮膜組成と同一組成のターゲ
ットを使用すれば、カソード物質の組成ずれを生じるこ
とがないので、安定した組成の皮膜が得られ易い。この
とき、基材にバイアス電圧を印加すると、皮膜の密着性
を一段と高めることができるので好ましい。
【００１７】尚、イオンプレーティング時のガス分圧も
特に限定されないが、好ましいのは１×１０-3〜５×１
０-2Ｔｏｒｒ程度であり、この条件では結晶質で耐摩耗
性の一段と優れた硬質皮膜が得られ易い。
特に限定されないが、好ましいのは１×１０-3〜５×１
０-2Ｔｏｒｒ程度であり、この条件では結晶質で耐摩耗
性の一段と優れた硬質皮膜が得られ易い。
【００１８】ところで、上記アーク放電方式イオンプレ
ーティング法によって形成される金属炭・炭化物皮膜は
硬質で優れた耐摩耗性を有しているが、その表面には、
たとえば後記実施例の図２（Ａ）や図３（Ａ）にも示す
如く１〜５μｍ程度の粗大なマクロ粒子が多数突出して
おり、これが切削もしくは研摩時にワーク材の溶着を生
じさせ、切削・研摩工具としての加工精度を阻害する。
ーティング法によって形成される金属炭・炭化物皮膜は
硬質で優れた耐摩耗性を有しているが、その表面には、
たとえば後記実施例の図２（Ａ）や図３（Ａ）にも示す
如く１〜５μｍ程度の粗大なマクロ粒子が多数突出して
おり、これが切削もしくは研摩時にワーク材の溶着を生
じさせ、切削・研摩工具としての加工精度を阻害する。
【００１９】そこで本発明では、該マクロ粒子の実質的
に全てを研摩除去して表面を平滑化する。このとき、皮
膜表面には上記マクロ粒子の除去跡が０．２〜２．０μ
ｍ程度の浅いクレーターとして残る（後記図２（Ｂ）お
よび図３（Ｂ）参照）が、このクレーターは、ワーク材
の溶着を生じることなく、使用時の耐溶着性を著しく高
めることができ、それに伴なった加工精度が高められ
る。従って本発明の表面被覆工具は、前記公知の表面被
覆工具との対比において、その表面に深さ０．２〜２．
０μｍのクレーターが多数存在することによって特徴付
けられるものであり、こうした表面性状の複合金属炭・
窒化物皮膜が形成された本発明の被覆工具は、硬質で優
れた耐摩耗性と耐溶着性を兼備したものとなる。尚、イ
オンプレーティング後の皮膜表面に突出したマクロ粒子
の除去法は特に限定されないが、好ましいのはバレル研
摩、ガラスビーズ等を用いたブラスト研摩、ラッピング
処理、バフ研摩等であり、これらの方法であれば表面に
突出したマクロ粒子に集中的に研摩力が作用し、皮膜を
殆んど摩耗させることなくマクロ粒子のみを除去するこ
とができるので好ましい。
に全てを研摩除去して表面を平滑化する。このとき、皮
膜表面には上記マクロ粒子の除去跡が０．２〜２．０μ
ｍ程度の浅いクレーターとして残る（後記図２（Ｂ）お
よび図３（Ｂ）参照）が、このクレーターは、ワーク材
の溶着を生じることなく、使用時の耐溶着性を著しく高
めることができ、それに伴なった加工精度が高められ
る。従って本発明の表面被覆工具は、前記公知の表面被
覆工具との対比において、その表面に深さ０．２〜２．
０μｍのクレーターが多数存在することによって特徴付
けられるものであり、こうした表面性状の複合金属炭・
窒化物皮膜が形成された本発明の被覆工具は、硬質で優
れた耐摩耗性と耐溶着性を兼備したものとなる。尚、イ
オンプレーティング後の皮膜表面に突出したマクロ粒子
の除去法は特に限定されないが、好ましいのはバレル研
摩、ガラスビーズ等を用いたブラスト研摩、ラッピング
処理、バフ研摩等であり、これらの方法であれば表面に
突出したマクロ粒子に集中的に研摩力が作用し、皮膜を
殆んど摩耗させることなくマクロ粒子のみを除去するこ
とができるので好ましい。
【００２０】マクロ粒子除去後（実際は除去前とあまり
変わらない）の好ましい皮膜厚さも特に制限されない
が、薄過ぎる場合は耐摩耗性が不足気味となり、一方厚
過ぎる場合は衝撃力によって皮膜にクラックが入り易く
なる傾向が生じてくるので、通常は０．８〜１０μｍ程
にするのがよい。
変わらない）の好ましい皮膜厚さも特に制限されない
が、薄過ぎる場合は耐摩耗性が不足気味となり、一方厚
過ぎる場合は衝撃力によって皮膜にクラックが入り易く
なる傾向が生じてくるので、通常は０．８〜１０μｍ程
にするのがよい。
【００２１】ところでたとえば表面皮膜の形成されたソ
リッドボブ等として実用化する場合、通常はすくい面の
刃立て研磨工程で該すくい面の硬質皮膜は大部分が除去
されるが、本発明の工具を得る場合、硬質皮膜形成後の
マクロ粒子除去処理を５〜１０分程度の短時間で完了す
る様にすれば、ボブの切刃エッジ部はＲが１０μｍ以下
のシャープな状態に保つことができる。そのため、従来
例の様な刃立て加工が不要であり、その結果すくい面に
も硬質皮膜を残したままで実用化できるので、刃部の耐
摩耗性は一段と高められる。
リッドボブ等として実用化する場合、通常はすくい面の
刃立て研磨工程で該すくい面の硬質皮膜は大部分が除去
されるが、本発明の工具を得る場合、硬質皮膜形成後の
マクロ粒子除去処理を５〜１０分程度の短時間で完了す
る様にすれば、ボブの切刃エッジ部はＲが１０μｍ以下
のシャープな状態に保つことができる。そのため、従来
例の様な刃立て加工が不要であり、その結果すくい面に
も硬質皮膜を残したままで実用化できるので、刃部の耐
摩耗性は一段と高められる。
【００２２】
【実施例】次に本発明の実施例を示すが、本発明はもと
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に含まれる。
より下記実施例によって制限を受けるものではなく、前
後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施
することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の
技術的範囲に含まれる。
【００２３】実施例１ ＪＩＳ規格ＳＫＨ５５相当の高速度鋼を基材として使用
し、モジュール２．５ＰＡ２０°、外径８０ｍｍ×長さ
８０ｍｍのソリッドボブ（表面粗さは約１μｍ）を作製
し、このボブ表面に夫々下記の方法で硬質皮膜を形成し
た。
し、モジュール２．５ＰＡ２０°、外径８０ｍｍ×長さ
８０ｍｍのソリッドボブ（表面粗さは約１μｍ）を作製
し、このボブ表面に夫々下記の方法で硬質皮膜を形成し
た。
【００２４】（１）るつぼ方式イオンプレーティングに
よるＴｉＣＮ皮膜（５μｍ） （成膜条件） 基板温度 ：４００℃ バイアス電圧：−１５０Ｖ 反応ガス圧 ：７×１０-3Ｔｏｒｒ （２）アーク放電方式イオンプレーティング法による
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ 皮膜（５μｍ） （成膜条件） 基板温度 ：４００℃ バイアス電圧：−１５０Ｖ 反応ガス圧 ：７×１０-3Ｔｏｒｒ （３）上記（２）により形成した皮膜形成物のバレル研
磨 （バレル研磨条件）直径２ｍｍのアルミナバレルチップ
と＃８００ＷＡ研磨材を使用、研磨時間１０分。
よるＴｉＣＮ皮膜（５μｍ） （成膜条件） 基板温度 ：４００℃ バイアス電圧：−１５０Ｖ 反応ガス圧 ：７×１０-3Ｔｏｒｒ （２）アーク放電方式イオンプレーティング法による
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ 皮膜（５μｍ） （成膜条件） 基板温度 ：４００℃ バイアス電圧：−１５０Ｖ 反応ガス圧 ：７×１０-3Ｔｏｒｒ （３）上記（２）により形成した皮膜形成物のバレル研
磨 （バレル研磨条件）直径２ｍｍのアルミナバレルチップ
と＃８００ＷＡ研磨材を使用、研磨時間１０分。
【００２５】尚、上記（２）で得たソリッドボブの逃げ
面の面粗さ（触針式粗さ計による）は図２（Ａ）および
図３（Ａ）（表面顕微鏡写真）に示す通りであり、表面
に粗大なマクロ粒子が多数突出しており、該マクロ粒子
に由来する最大２．４μｍ程度の突起が多数存在してい
る。これに対し、該（２）で得た皮膜をバレル研磨した
上記（３）の皮膜表面には、図２（Ｂ）および図３
（Ｂ）（表面顕微鏡写真）に示す如く、表面のマクロ粒
子が殆んど除去されて該マクロ粒子に由来する突起が殆
んど消失すると共に、その除去跡が深さ０．２〜２．０
μｍ程度のクレーターとなって表われている。またバレ
ル研磨前後の皮膜厚さはいずれも約５μｍで殆んど変化
がなく、該バレル研磨処理では皮膜表面に突出したマク
ロ粒子の除去のみが行なわれていることが確認された。
面の面粗さ（触針式粗さ計による）は図２（Ａ）および
図３（Ａ）（表面顕微鏡写真）に示す通りであり、表面
に粗大なマクロ粒子が多数突出しており、該マクロ粒子
に由来する最大２．４μｍ程度の突起が多数存在してい
る。これに対し、該（２）で得た皮膜をバレル研磨した
上記（３）の皮膜表面には、図２（Ｂ）および図３
（Ｂ）（表面顕微鏡写真）に示す如く、表面のマクロ粒
子が殆んど除去されて該マクロ粒子に由来する突起が殆
んど消失すると共に、その除去跡が深さ０．２〜２．０
μｍ程度のクレーターとなって表われている。またバレ
ル研磨前後の皮膜厚さはいずれも約５μｍで殆んど変化
がなく、該バレル研磨処理では皮膜表面に突出したマク
ロ粒子の除去のみが行なわれていることが確認された。
【００２６】上記（１）〜（３）で得た各表面被覆ソリ
ッドボブのすくい面を刃立て研磨した後、下記の条件で
歯車の切削加工を行ない、逃げ面摩耗量の変化と刃先面
へのワークの溶着の有無を調べたところ、図１および表
１に示す結果を得た。 （切削条件） 被削材：ＳＲＣ４２０（ＨＢ：１４０〜１６０）、Ｍ
２．５、ＰＡ２０°、歯数３１、ねじれ角３０°３４’
ＲＨ、歯幅２５ｍｍ、 切削条件：切削速度・１００ｍ／ｍｉｎ、送り３．１ｍ
ｍ／ｒｅｖ．ノンシフト
ッドボブのすくい面を刃立て研磨した後、下記の条件で
歯車の切削加工を行ない、逃げ面摩耗量の変化と刃先面
へのワークの溶着の有無を調べたところ、図１および表
１に示す結果を得た。 （切削条件） 被削材：ＳＲＣ４２０（ＨＢ：１４０〜１６０）、Ｍ
２．５、ＰＡ２０°、歯数３１、ねじれ角３０°３４’
ＲＨ、歯幅２５ｍｍ、 切削条件：切削速度・１００ｍ／ｍｉｎ、送り３．１ｍ
ｍ／ｒｅｖ．ノンシフト
【００２７】
【表１】
【００２８】上記図１からも明らかである様に、（２）
（比較例）および（３）（実施例）は（１）（比較例）
に比べて２．５倍以上の耐摩耗性を示している。一方、
表１からも明らかである様に、（２）では刃立て部にワ
ーク材の溶着が認められるのに対し、（３）ではこの様
な溶着も全く認められない。
（比較例）および（３）（実施例）は（１）（比較例）
に比べて２．５倍以上の耐摩耗性を示している。一方、
表１からも明らかである様に、（２）では刃立て部にワ
ーク材の溶着が認められるのに対し、（３）ではこの様
な溶着も全く認められない。
【００２９】これは、（２），（３）ではアーク放電方
式イオンプレーティングにより（１）のＴｉＣＮに較べ
て高耐摩耗性の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜が形成されているた
めであり、また（３）の実施例では、皮膜形成後の表面
研磨処理によって皮膜表面に突出した粗大なミクロ粒子
が除去され（前記図２（Ｂ）参照）、表面平滑性も高め
られたことによるものと考えられる。尚、（１）の比較
例では、（３）の実施例と同程度の表面粗さが得られて
おり、ワーク材の溶着は認められないが、皮膜そのもの
の耐摩耗性が劣り、本発明で意図する様な高レベルの切
削性能が得られない。
式イオンプレーティングにより（１）のＴｉＣＮに較べ
て高耐摩耗性の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜が形成されているた
めであり、また（３）の実施例では、皮膜形成後の表面
研磨処理によって皮膜表面に突出した粗大なミクロ粒子
が除去され（前記図２（Ｂ）参照）、表面平滑性も高め
られたことによるものと考えられる。尚、（１）の比較
例では、（３）の実施例と同程度の表面粗さが得られて
おり、ワーク材の溶着は認められないが、皮膜そのもの
の耐摩耗性が劣り、本発明で意図する様な高レベルの切
削性能が得られない。
【００３０】実施例２ ＪＩＳ規格ＳＫＨ５１相当の高速度鋼を基材として用い
て、外径１１ｍｍのＪＩＳ規格ドリルを製作し、夫々の
ドリル刃部表面に下記の方法で硬質皮膜を形成した。
て、外径１１ｍｍのＪＩＳ規格ドリルを製作し、夫々の
ドリル刃部表面に下記の方法で硬質皮膜を形成した。
【００３１】（１ａ）るつぼ方式イオンプレーティング
ＴｉＣＮ皮膜（４μｍ） （成膜条件） 基板温度 ：４００℃ バイアス電圧：−１５０Ｖ 反応ガス圧 ：７×１０-3Ｔｏｒｒ （２ａ）アーク放電方式イオンプレーティング法による
ＴｉＮ皮膜（４μｍ） （成膜条件） 基板温度 ：４００℃ バイアス電圧：−１５０Ｖ 反応ガス圧 ：７×１０-3Ｔｏｒｒ （３ａ）アーク放電方式イオンプレーティング法による
（Ｔｉ0.5 ，Ｖ0.5 ） Ｎ皮膜（４μｍ） （成膜条件） 基板温度 ：４００℃ バイアス電圧：−１５０Ｖ 反応ガス圧 ：７×１０-3Ｔｏｒｒ （４ａ）上記（３ａ）により形成した皮膜形成物のバレ
ル研磨 （研磨後厚さ：約４μｍ） （バレル研磨条件）直径２ｍｍのアルミナバレルチップ
と＃８００ＷＡ研磨材を使用し、１０分間研磨。
ＴｉＣＮ皮膜（４μｍ） （成膜条件） 基板温度 ：４００℃ バイアス電圧：−１５０Ｖ 反応ガス圧 ：７×１０-3Ｔｏｒｒ （２ａ）アーク放電方式イオンプレーティング法による
ＴｉＮ皮膜（４μｍ） （成膜条件） 基板温度 ：４００℃ バイアス電圧：−１５０Ｖ 反応ガス圧 ：７×１０-3Ｔｏｒｒ （３ａ）アーク放電方式イオンプレーティング法による
（Ｔｉ0.5 ，Ｖ0.5 ） Ｎ皮膜（４μｍ） （成膜条件） 基板温度 ：４００℃ バイアス電圧：−１５０Ｖ 反応ガス圧 ：７×１０-3Ｔｏｒｒ （４ａ）上記（３ａ）により形成した皮膜形成物のバレ
ル研磨 （研磨後厚さ：約４μｍ） （バレル研磨条件）直径２ｍｍのアルミナバレルチップ
と＃８００ＷＡ研磨材を使用し、１０分間研磨。
【００３２】得られた各表面被覆ドリルを使用し、下記
の条件で切削試験を行なって切削寿命およびワーク材の
溶着状況を調べたところ、表２に示す結果を得た。 （切削条件） ワーク材：Ｓ５０Ｃ（穴明け加工）、各５本切削 切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．２２ｍｍ／ｒｅｖ 切削長さ：２０ｍｍ（貫通） 切削油 ：水性エマルジョン型切削油
の条件で切削試験を行なって切削寿命およびワーク材の
溶着状況を調べたところ、表２に示す結果を得た。 （切削条件） ワーク材：Ｓ５０Ｃ（穴明け加工）、各５本切削 切削速度：３０ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．２２ｍｍ／ｒｅｖ 切削長さ：２０ｍｍ（貫通） 切削油 ：水性エマルジョン型切削油
【００３３】
【表２】
【００３４】表２からも明らかである様に、（１ａ），
（２ａ）の比較例は切削寿命が乏しく、また（３ａ）の
比較材はワーク材の溶着が著しく、いずれも本発明の目
的を達成できない。これらに対し（４ａ）の実施例で
は、ワーク材の溶着が殆んど認められず且つ非常に優れ
た切削寿命が得られている。
（２ａ）の比較例は切削寿命が乏しく、また（３ａ）の
比較材はワーク材の溶着が著しく、いずれも本発明の目
的を達成できない。これらに対し（４ａ）の実施例で
は、ワーク材の溶着が殆んど認められず且つ非常に優れ
た切削寿命が得られている。
【００３５】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、ワ
ーク材の溶着やそれに伴なう加工精度の低下といった問
題を生じることなく非常に優れた摩耗寿命を発揮する表
面被覆工具を提供し得ることになった。
ーク材の溶着やそれに伴なう加工精度の低下といった問
題を生じることなく非常に優れた摩耗寿命を発揮する表
面被覆工具を提供し得ることになった。
【図１】実験例で得た表面被覆工具の逃げ面摩耗量と加
工数の関係を示すグラフである。
工数の関係を示すグラフである。
【図２】実施例および比較例で得た被覆工具の表面粗さ
を示す図である。
を示す図である。
【図３】実施例および比較例で得た被覆工具の表面性状
を示す図面代用顕微鏡写真である。
を示す図面代用顕微鏡写真である。
【図４】アーク放電方式によるイオンプレーティング法
を例示する概念説明図である。
を例示する概念説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−228305（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−221057（ＪＰ，Ａ) 特公 平５−67705（ＪＰ，Ｂ２) Ｈ．Ｆｒｅｌｌｅｒ ａｎｄ Ｈ．Ｈ ａｅｓｓｌｅｒ，”Ｔｉ▲ｘ▼Ａｌ▲１ −ｘ▼Ｎ Ｆｉｌｍｓ Ｄｅｐｏｓｉｔ ｅｄ ｂｙ ｌｏｎ Ｐｌａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ａｎ Ａｒｃ”Ｔｈｉｎ Ｓ ｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｎｅｔｈｅｒｌ ａｎｄｓ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｅｑｕ ｏｉａ，1987，153，ｐ．67−74 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C23C 14/00 - 14/58 B23D 13/00 B23P 15/28
Claims (2)
- 【請求項１】 ２種以上の金属元素を含む多成分系の金
属炭化物、金属窒化物または金属炭・窒化物皮膜からな
り、表面にマクロ粒子が実質的に突出しておらず、０．
２〜２μｍの深さのクレーターを有する硬質皮膜が表面
に形成されたものであることを特徴とする耐摩耗性・耐
溶着性硬質皮膜被覆工具。 - 【請求項２】 工具基材の表面に、アーク放電式イオン
プレーティング法によって２種以上の金属元素を含む多
成分系の金属炭化物、金属窒化物または金属炭・窒化物
皮膜を形成した後、該皮膜表面に突出したマクロ粒子を
除去し、０．２〜２μｍの深さのクレーターを有する硬
質皮膜を得ることを特徴とする耐摩耗性・耐溶着性硬質
皮膜被覆工具の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30438793A JP2901043B2 (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 耐摩耗性・耐溶着性硬質皮膜被覆工具およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30438793A JP2901043B2 (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 耐摩耗性・耐溶着性硬質皮膜被覆工具およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07157862A JPH07157862A (ja) | 1995-06-20 |
| JP2901043B2 true JP2901043B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=17932411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30438793A Expired - Lifetime JP2901043B2 (ja) | 1993-12-03 | 1993-12-03 | 耐摩耗性・耐溶着性硬質皮膜被覆工具およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2901043B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6838151B2 (en) | 2001-05-25 | 2005-01-04 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Cutting tool and tool with holder |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002059303A (ja) * | 2000-08-21 | 2002-02-26 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 摺動性に優れる硬質膜およびその被覆工具 |
| JP2002146515A (ja) * | 2000-11-14 | 2002-05-22 | Toshiba Tungaloy Co Ltd | 摺動性に優れる硬質膜およびその被覆工具 |
| JP2004255482A (ja) * | 2003-02-25 | 2004-09-16 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 被覆エンドミル |
| JP2004298972A (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-28 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 被覆インサート |
| JP4247032B2 (ja) * | 2003-04-09 | 2009-04-02 | 日立ツール株式会社 | 被覆超硬エンドミル |
| JP2004306237A (ja) * | 2003-04-10 | 2004-11-04 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 被覆粗加工用エンドミル |
| JP4471580B2 (ja) * | 2003-04-11 | 2010-06-02 | 日立ツール株式会社 | 被覆金型 |
| JP2004337989A (ja) * | 2003-05-13 | 2004-12-02 | Hitachi Tool Engineering Ltd | 被覆ハイス工具 |
| JP4812255B2 (ja) * | 2004-01-21 | 2011-11-09 | ユニタック株式会社 | 切削工具の製造方法 |
| JP2007083382A (ja) * | 2005-08-26 | 2007-04-05 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp | 硬質炭素被覆工具 |
| US20100135737A1 (en) * | 2005-10-28 | 2010-06-03 | Kyocera Corporation | Surface Coated Member and Manufacturing Method Thereof, and Cutting Tool |
| US7476064B2 (en) | 2006-04-27 | 2009-01-13 | Kyocera Corporation | Cutting tool and method of cutting workpiece |
| KR101200785B1 (ko) | 2007-10-12 | 2012-11-13 | 히타치 쓰루 가부시키가이샤 | 경질 피막 피복 부재, 및 그 제조 방법 |
| JP4844654B2 (ja) * | 2009-07-21 | 2011-12-28 | 三菱マテリアル株式会社 | 溝付き工具 |
| JP6250470B2 (ja) * | 2014-04-25 | 2017-12-20 | 株式会社神戸製鋼所 | 切削工具 |
| CN108118288A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-05 | 太仓瑞鼎精密机械科技有限公司 | 一种焊接铰刀涂层预处理工艺 |
-
1993
- 1993-12-03 JP JP30438793A patent/JP2901043B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｈ．Ｆｒｅｌｌｅｒ ａｎｄ Ｈ．Ｈａｅｓｓｌｅｒ，"Ｔｉ▲ｘ▼Ａｌ▲１−ｘ▼Ｎ Ｆｉｌｍｓ Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｂｙ ｌｏｎ Ｐｌａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ａｎ Ａｒｃ"Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｅｑｕｏｉａ，１９８７，１５３，ｐ．６７−７４ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6838151B2 (en) | 2001-05-25 | 2005-01-04 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Cutting tool and tool with holder |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07157862A (ja) | 1995-06-20 |
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