JP3277558B2 - 被覆切削チップの製造方法 - Google Patents
被覆切削チップの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、切削性能に優れた被覆
切削チップの製造方法に関する。
切削チップの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】切削加工の高能率化及び高精度化の要求
に伴って、新しい切削工具材料並びにその製造方法が次
々と開発され、その中でも超硬合金等の硬質基材の表面
に耐摩耗性被覆膜を形成するセラミックコーティング技
術は欠かせない工具製造技術の一つである。
に伴って、新しい切削工具材料並びにその製造方法が次
々と開発され、その中でも超硬合金等の硬質基材の表面
に耐摩耗性被覆膜を形成するセラミックコーティング技
術は欠かせない工具製造技術の一つである。
【０００３】現在主流となっている被覆切削チップにお
ける被覆膜は、チタン系セラミックスのＴｉＣやＴｉＮ
若しくはＴｉＣＮ、又はアルミナ系セラミックス即ちＡ
ｌ2Ｏ3のいずれか、或はこれらの積層構造からなり、通
常は熱ＣＶＤ法により形成されている。しかし、これら
のセラミックス材料はそれぞれ長所と短所があり、例え
ばチタン系セラミックスは耐摩耗性や靭性に優れている
が耐酸化性に劣り、Ａｌ2Ｏ3は耐酸化性には優れるが靭
性に劣っている。
ける被覆膜は、チタン系セラミックスのＴｉＣやＴｉＮ
若しくはＴｉＣＮ、又はアルミナ系セラミックス即ちＡ
ｌ2Ｏ3のいずれか、或はこれらの積層構造からなり、通
常は熱ＣＶＤ法により形成されている。しかし、これら
のセラミックス材料はそれぞれ長所と短所があり、例え
ばチタン系セラミックスは耐摩耗性や靭性に優れている
が耐酸化性に劣り、Ａｌ2Ｏ3は耐酸化性には優れるが靭
性に劣っている。
【０００４】そこで、互いの欠点を補い合うように、例
えばチタン系セラミックスからなる被覆膜の上にＡｌ2
Ｏ3の被覆膜を積層したり、これらを交互に薄く何層に
も積層する、いわゆる積層構造を採用することによっ
て、耐摩耗性と耐酸化性を両立させる方法が主流となっ
ている。ところが最近では、加工能率をより一層向上さ
せるために切削速度がより高速になる傾向にあり、これ
に伴って刃先温度は益々高温になっている。そのため、
上記した熱ＣＶＤ法による従来の被覆膜を備えた被覆切
削チップでは靭性が十分ではなく、旋削にしか適用でき
ないと言う欠点があった。
えばチタン系セラミックスからなる被覆膜の上にＡｌ2
Ｏ3の被覆膜を積層したり、これらを交互に薄く何層に
も積層する、いわゆる積層構造を採用することによっ
て、耐摩耗性と耐酸化性を両立させる方法が主流となっ
ている。ところが最近では、加工能率をより一層向上さ
せるために切削速度がより高速になる傾向にあり、これ
に伴って刃先温度は益々高温になっている。そのため、
上記した熱ＣＶＤ法による従来の被覆膜を備えた被覆切
削チップでは靭性が十分ではなく、旋削にしか適用でき
ないと言う欠点があった。
【０００５】又、セラミックスのみからなる積層構造を
採用する限りは、得られる被覆膜の特性にも限界がある
ことから、被覆切削チップの切削性能を画期的に向上さ
せることはできなかった。この問題に対処する一手段と
して、チタン系セラミックスとＡｌ2Ｏ3の優れた点を併
せ持つ被覆膜としてＴｉＡｌＮ被覆膜が開発され、実用
化されている。しかしながら、このＴｉＡｌＮ被覆膜と
言えども、すくい面摩耗（ブレーカー摩耗）と逃げ面摩
耗（フランク摩耗）の両方を適当に満足させる被覆膜に
過ぎない。
採用する限りは、得られる被覆膜の特性にも限界がある
ことから、被覆切削チップの切削性能を画期的に向上さ
せることはできなかった。この問題に対処する一手段と
して、チタン系セラミックスとＡｌ2Ｏ3の優れた点を併
せ持つ被覆膜としてＴｉＡｌＮ被覆膜が開発され、実用
化されている。しかしながら、このＴｉＡｌＮ被覆膜と
言えども、すくい面摩耗（ブレーカー摩耗）と逃げ面摩
耗（フランク摩耗）の両方を適当に満足させる被覆膜に
過ぎない。
【０００６】即ち、切削チップにおいては、すくい面と
逃げ面とでは要求される特性が異なり、すくい面では耐
摩耗性に加えて耐酸化性が重要である一方、逃げ面にお
いては耐摩耗性が主に要求される。その理由は、すくい
面は高温の切屑が当たるために、比較的低温の被削材に
接している逃げ面よりも、耐酸化性が必要となるからで
ある。しかし、一つの切削チップの中で、すくい面と逃
げ面に異なる特性を発揮させるような異なる組成の被覆
膜を付け分けする技術は実用化されていないので、チタ
ン系セラミックスやＡｌ2Ｏ3を積層した被覆膜は勿論、
ＴｉＡｌＮ被覆膜においても、一つのチップのすくい面
と逃げ面とで要求される特性に応じて被覆膜の組成を変
えたものは存在しなかった。
逃げ面とでは要求される特性が異なり、すくい面では耐
摩耗性に加えて耐酸化性が重要である一方、逃げ面にお
いては耐摩耗性が主に要求される。その理由は、すくい
面は高温の切屑が当たるために、比較的低温の被削材に
接している逃げ面よりも、耐酸化性が必要となるからで
ある。しかし、一つの切削チップの中で、すくい面と逃
げ面に異なる特性を発揮させるような異なる組成の被覆
膜を付け分けする技術は実用化されていないので、チタ
ン系セラミックスやＡｌ2Ｏ3を積層した被覆膜は勿論、
ＴｉＡｌＮ被覆膜においても、一つのチップのすくい面
と逃げ面とで要求される特性に応じて被覆膜の組成を変
えたものは存在しなかった。
【０００７】尚、ＴｉＮやＴｉＣの被覆膜では、ＣＶＤ
法の原料ガス流量を制御すること等によって金属成分と
非金属成分の比率を変えることは可能であり、この比率
が通常の化学量論量付近、即ちおよそ１：１のとき最も
耐摩耗性が優れることが既に知られている。しかし、一
つのチップ毎に又は積層する被覆膜毎に、金属成分と非
金属成分の比率を変えることはできても、一つのチップ
のすくい面と逃げ面でこの比率を別々に変えることはで
きなかった。
法の原料ガス流量を制御すること等によって金属成分と
非金属成分の比率を変えることは可能であり、この比率
が通常の化学量論量付近、即ちおよそ１：１のとき最も
耐摩耗性が優れることが既に知られている。しかし、一
つのチップ毎に又は積層する被覆膜毎に、金属成分と非
金属成分の比率を変えることはできても、一つのチップ
のすくい面と逃げ面でこの比率を別々に変えることはで
きなかった。
【０００８】その結果、従来の被覆切削チップでは、Ｔ
ｉＡｌＮ被覆膜のようにすくい面又は逃げ面の両方を適
当に満足させるか、さもなければ、すくい面と逃げ面の
どちらか一方の要求特性を重視して被覆膜の材質並びに
構造を決定せざるを得ず、このためもう一方の要求特性
は犠牲にならざるを得なかった。
ｉＡｌＮ被覆膜のようにすくい面又は逃げ面の両方を適
当に満足させるか、さもなければ、すくい面と逃げ面の
どちらか一方の要求特性を重視して被覆膜の材質並びに
構造を決定せざるを得ず、このためもう一方の要求特性
は犠牲にならざるを得なかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
事情に鑑み、被覆膜としてのチタン系セラミックスとア
ルミナ系セラミックスの優れた点を両立させるため、す
くい面と逃げ面の被覆膜組成をそれぞれの要求特性に合
わせて変化させることにより、従来のＴｉＮ等とＡｌ2
Ｏ3との積層被覆膜やＴｉＡｌＮ被覆膜よりも優れた切
削性能を有し、旋削のみならずフライス切削にも使用可
能な被覆切削チップを提供することを目的とする。
事情に鑑み、被覆膜としてのチタン系セラミックスとア
ルミナ系セラミックスの優れた点を両立させるため、す
くい面と逃げ面の被覆膜組成をそれぞれの要求特性に合
わせて変化させることにより、従来のＴｉＮ等とＡｌ2
Ｏ3との積層被覆膜やＴｉＡｌＮ被覆膜よりも優れた切
削性能を有し、旋削のみならずフライス切削にも使用可
能な被覆切削チップを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明においては、すく
い面と逃げ面の要求特性をいずれも満足させるため、硬
質基材の表面に形成する被覆膜の構成成分をＴｉ及びＡ
ｌとＮ及び／又はＣとし、プラズマＣＶＤ法を利用し
て、すくい面と逃げ面における被覆膜組成を別々に変化
させる。
い面と逃げ面の要求特性をいずれも満足させるため、硬
質基材の表面に形成する被覆膜の構成成分をＴｉ及びＡ
ｌとＮ及び／又はＣとし、プラズマＣＶＤ法を利用し
て、すくい面と逃げ面における被覆膜組成を別々に変化
させる。
【００１１】即ち、本発明の被覆切削チップの製造方法
は、硬質基材の表面にプラズマＣＶＤ法により耐摩耗性
被覆膜を形成するに際し、被覆膜の構成成分であるＴｉ
及びＡｌとＮ及び／又はＣを含む原料ガスを用い、プラ
ズマの放電エネルギー強度を硬質基材の逃げ面側よりも
すくい面側において強くすることにより、形成される被
覆膜中における金属成分であるＡｌとＴｉの比率を、Ｔ
ｉの原子％に対するＡｌの原子％の比率ＣＡｌ／ＣＴｉ
で表したとき、すくい面で１.５〜９.０及び逃げ面で
０.６〜１.４とすることを特徴とする。
は、硬質基材の表面にプラズマＣＶＤ法により耐摩耗性
被覆膜を形成するに際し、被覆膜の構成成分であるＴｉ
及びＡｌとＮ及び／又はＣを含む原料ガスを用い、プラ
ズマの放電エネルギー強度を硬質基材の逃げ面側よりも
すくい面側において強くすることにより、形成される被
覆膜中における金属成分であるＡｌとＴｉの比率を、Ｔ
ｉの原子％に対するＡｌの原子％の比率ＣＡｌ／ＣＴｉ
で表したとき、すくい面で１.５〜９.０及び逃げ面で
０.６〜１.４とすることを特徴とする。
【００１２】
【作用】本発明においては、チタン系セラミックスとア
ルミナセラミックスの両方の特徴を生かすことのできる
被覆膜材質として、金属成分としてＴｉ及びＡｌと非金
属成分としてＮ及び／又はＣとからなるセラミックス、
具体的にはＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣＮ、又はＴｉＡｌＣ
を採用し、その被覆膜中の金属成分であるＴｉとＡｌの
比率をすくい面と逃げ面とで異なるように変化させた。
ルミナセラミックスの両方の特徴を生かすことのできる
被覆膜材質として、金属成分としてＴｉ及びＡｌと非金
属成分としてＮ及び／又はＣとからなるセラミックス、
具体的にはＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣＮ、又はＴｉＡｌＣ
を採用し、その被覆膜中の金属成分であるＴｉとＡｌの
比率をすくい面と逃げ面とで異なるように変化させた。
【００１３】即ち、被覆膜中における金属成分であるＡ
ｌとＴｉの比率を、Ｔｉの原子％に対するＡｌの原子％
の比率ＣAl／ＣTiで表した時、すくい面で１.５〜９.０
及び逃げ面で０.６〜１.４となるように制御することに
より、すくい面で要求される耐酸化性と耐摩耗性のバラ
ンスを最適化でき、しかも同時に逃げ面の耐摩耗性を最
も高めることができる。
ｌとＴｉの比率を、Ｔｉの原子％に対するＡｌの原子％
の比率ＣAl／ＣTiで表した時、すくい面で１.５〜９.０
及び逃げ面で０.６〜１.４となるように制御することに
より、すくい面で要求される耐酸化性と耐摩耗性のバラ
ンスを最適化でき、しかも同時に逃げ面の耐摩耗性を最
も高めることができる。
【００１４】本発明における被覆膜は、硬度がＴｉＮ等
に比べて高いほか、切削中の高熱により膜表面でＡｌが
安定なＡｌ2Ｏ3に変化するので、耐摩耗性と耐酸化性の
改善向上が達成できるのであるが、すくい面における上
記比率ＣAl／ＣTiが１.５より小さいとＡｌが少なくな
るために耐酸化性が劣化し、逆に９.０を越えると硬度
が極端に低下して耐摩耗性が低下する。又、逃げ面にお
いては、耐酸化性よりも耐摩耗性が重要となり、被覆膜
の硬度と靭性が同時に要求されるのであるが、上記比率
ＣAl／ＣTiが０.６未満では硬度が低下して耐摩耗性が
劣化し、１.４を越えると靭性が低下してやはり耐摩耗
性が低下する。
に比べて高いほか、切削中の高熱により膜表面でＡｌが
安定なＡｌ2Ｏ3に変化するので、耐摩耗性と耐酸化性の
改善向上が達成できるのであるが、すくい面における上
記比率ＣAl／ＣTiが１.５より小さいとＡｌが少なくな
るために耐酸化性が劣化し、逆に９.０を越えると硬度
が極端に低下して耐摩耗性が低下する。又、逃げ面にお
いては、耐酸化性よりも耐摩耗性が重要となり、被覆膜
の硬度と靭性が同時に要求されるのであるが、上記比率
ＣAl／ＣTiが０.６未満では硬度が低下して耐摩耗性が
劣化し、１.４を越えると靭性が低下してやはり耐摩耗
性が低下する。
【００１５】この様に、すくい面と逃げ面とでＴｉとＡ
ｌの比率を変えた被覆膜の付け分けは、プラズマＣＶＤ
法を利用して、成膜部位により放電プラズマの強度を制
御することで可能となった。即ち、プラズマＣＶＤ法に
よる化学反応は、電気的な放電エネルギーを付与するの
で熱力学的な平衡温度よりも低い温度で進行するが、当
然放電エネルギー強度が高いほど反応が進行し易い。そ
して、本発明に係わるＴｉＡｌＣＮ等の被覆膜の合成反
応では、被覆膜へのＴｉの取り込み反応よりもＡｌの取
り込み反応の方がより大きなエネルギーを要する。
ｌの比率を変えた被覆膜の付け分けは、プラズマＣＶＤ
法を利用して、成膜部位により放電プラズマの強度を制
御することで可能となった。即ち、プラズマＣＶＤ法に
よる化学反応は、電気的な放電エネルギーを付与するの
で熱力学的な平衡温度よりも低い温度で進行するが、当
然放電エネルギー強度が高いほど反応が進行し易い。そ
して、本発明に係わるＴｉＡｌＣＮ等の被覆膜の合成反
応では、被覆膜へのＴｉの取り込み反応よりもＡｌの取
り込み反応の方がより大きなエネルギーを要する。
【００１６】従って、プラズマの放電エネルギー強度を
硬質基材の逃げ面側よりもすくい面において強くするこ
とにより、すくい面でのＡｌの取り込みを逃げ面よりも
多くすることが可能となり、一定組成の原料ガスを流す
にも拘らず、すくい面と逃げ面とでＡｌの含有量を変え
た被覆膜の付け分けができる。すくい面と逃げ面とで放
電エネルギー強度を変える方法は、すくい面と対向する
位置にメッシュ状対向電極を配置して電位をコントロー
ルすること等により可能であり、かかる手段ですくい面
の放電エネルギー強度を逃げ面より高く制御する。
硬質基材の逃げ面側よりもすくい面において強くするこ
とにより、すくい面でのＡｌの取り込みを逃げ面よりも
多くすることが可能となり、一定組成の原料ガスを流す
にも拘らず、すくい面と逃げ面とでＡｌの含有量を変え
た被覆膜の付け分けができる。すくい面と逃げ面とで放
電エネルギー強度を変える方法は、すくい面と対向する
位置にメッシュ状対向電極を配置して電位をコントロー
ルすること等により可能であり、かかる手段ですくい面
の放電エネルギー強度を逃げ面より高く制御する。
【００１７】尚、プラズマＣＶＤ法による本発明の被覆
膜の形成には、被覆膜の構成成分であるＴｉ及びＡｌと
Ｎ及び／又はＣを含む公知の原料ガスを用いるが、これ
らは例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、三塩化アルミ
ニウム（ＡｌＣｌ3）、アンモニア（ＮＨ3）、メタン
（ＣＨ4）で良く、キャリアガスとしては水素（Ｈ2）ガ
ス等を用いる。これら原料ガスの流量は、キャリアガス
の流量制御その他の手段により自由に変えることがで
き、流量の制御により被覆膜全体の組成を変え得ること
はできるが、すくい面と逃げ面における被覆膜の組成を
相違させ得ないことは言うまでもない。
膜の形成には、被覆膜の構成成分であるＴｉ及びＡｌと
Ｎ及び／又はＣを含む公知の原料ガスを用いるが、これ
らは例えば四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、三塩化アルミ
ニウム（ＡｌＣｌ3）、アンモニア（ＮＨ3）、メタン
（ＣＨ4）で良く、キャリアガスとしては水素（Ｈ2）ガ
ス等を用いる。これら原料ガスの流量は、キャリアガス
の流量制御その他の手段により自由に変えることがで
き、流量の制御により被覆膜全体の組成を変え得ること
はできるが、すくい面と逃げ面における被覆膜の組成を
相違させ得ないことは言うまでもない。
【００１８】本発明の被覆膜は、Ｘ線回折によりＴｉＮ
やＴｉＣと同じ面心立方構造を持つことが確認されてお
り、又ＴｉＮやＴｉＣでは金属成分と非金属成分の比率
がおよそ１：１のとき最も耐摩耗性に優れることが解っ
ている。又、被覆膜の金属成分と非金属成分の比率を上
記のごとく原料ガスの流量制御等により変え得ることは
公知であり、通常は化学量論量である１：１の比率が採
用されている。これらの事実から、本発明の被覆膜はＴ
ｉＮ又はＴｉＣにおけるＴｉの一部がＡｌに及びＮ又は
Ｃの一部がＣ又はＮに置き換わったものと考えられ、そ
の金属成分と非金属成分の比率がおよそ１：１のとき特
性が最も優れるものと推測される。
やＴｉＣと同じ面心立方構造を持つことが確認されてお
り、又ＴｉＮやＴｉＣでは金属成分と非金属成分の比率
がおよそ１：１のとき最も耐摩耗性に優れることが解っ
ている。又、被覆膜の金属成分と非金属成分の比率を上
記のごとく原料ガスの流量制御等により変え得ることは
公知であり、通常は化学量論量である１：１の比率が採
用されている。これらの事実から、本発明の被覆膜はＴ
ｉＮ又はＴｉＣにおけるＴｉの一部がＡｌに及びＮ又は
Ｃの一部がＣ又はＮに置き換わったものと考えられ、そ
の金属成分と非金属成分の比率がおよそ１：１のとき特
性が最も優れるものと推測される。
【００１９】事実、実験結果から、被覆膜中における非
金属成分であるＮ及び／又はＣの合計の原子％に対する
金属成分であるＡｌ及びＴｉの合計の原子％の比率ＣM
／ＣGが０.９〜１.１であるとき、耐摩耗性や硬度等の
特性が最もすぐれることが認められた。この非金属成分
に対する金属成分の比率ＣM／ＣGが０.９未満であるか
又は１.１を越えると、被覆膜中に未反応の金属元素あ
るいは非金属元素が存在し、硬度が十分高くならないだ
けでなく、耐酸化性の低下をも引き起こす。
金属成分であるＮ及び／又はＣの合計の原子％に対する
金属成分であるＡｌ及びＴｉの合計の原子％の比率ＣM
／ＣGが０.９〜１.１であるとき、耐摩耗性や硬度等の
特性が最もすぐれることが認められた。この非金属成分
に対する金属成分の比率ＣM／ＣGが０.９未満であるか
又は１.１を越えると、被覆膜中に未反応の金属元素あ
るいは非金属元素が存在し、硬度が十分高くならないだ
けでなく、耐酸化性の低下をも引き起こす。
【００２０】更に、本発明ではプラズマＣＶＤ法を用い
ることにより、被覆膜の成膜温度を９００℃以下に下げ
ることができ、成膜温度が１０００℃以上に達する従来
の熱ＣＶＤ法にくらべて被覆切削チップの靭性低下を抑
えることが可能である。このように、本発明の被覆切削
チップは、要求特性に応じて最適化された別々の組成を
持つすくい面と逃げ面により極めて優れた切削特性を発
揮すると共に、優れた靭性の確保により旋削のみならず
フライス旋削にも使用することができる。尚、本発明の
切削チップの硬質基材としては、超硬合金、サーメッ
ト、高速度鋼、セラミックス等を使用できる。
ることにより、被覆膜の成膜温度を９００℃以下に下げ
ることができ、成膜温度が１０００℃以上に達する従来
の熱ＣＶＤ法にくらべて被覆切削チップの靭性低下を抑
えることが可能である。このように、本発明の被覆切削
チップは、要求特性に応じて最適化された別々の組成を
持つすくい面と逃げ面により極めて優れた切削特性を発
揮すると共に、優れた靭性の確保により旋削のみならず
フライス旋削にも使用することができる。尚、本発明の
切削チップの硬質基材としては、超硬合金、サーメッ
ト、高速度鋼、セラミックス等を使用できる。
【００２１】
【実施例】実施例１ 図１に示す成膜装置を用いて、プラズマＣＶＤ法により
本発明例の被覆切削チップを製造した。まず、超硬合金
からなる基材１を有機溶剤で洗浄し、反応槽２内の基材
支持具３にセットした。反応槽２の内部を１×１０-3Ｔ
ｏｒｒ以下まで排気した後、原料ガス供給ノズル５から
水素ガスを流しながら、基材加熱ヒーター４により基材
１を加熱する。尚、基材１の加熱温度は、基材１が高速
度鋼の場合５００〜５５０℃、超硬合金及びサーメット
の場合６００〜１０００℃、セラミックスの場合６００
〜１０００℃が好ましい。
本発明例の被覆切削チップを製造した。まず、超硬合金
からなる基材１を有機溶剤で洗浄し、反応槽２内の基材
支持具３にセットした。反応槽２の内部を１×１０-3Ｔ
ｏｒｒ以下まで排気した後、原料ガス供給ノズル５から
水素ガスを流しながら、基材加熱ヒーター４により基材
１を加熱する。尚、基材１の加熱温度は、基材１が高速
度鋼の場合５００〜５５０℃、超硬合金及びサーメット
の場合６００〜１０００℃、セラミックスの場合６００
〜１０００℃が好ましい。
【００２２】超硬合金からなる基材１の温度が７００℃
まで上がったら、高周波電源６より１３.５６ＭＨｚの
高周波を基材１に印加して反応槽２の内部に水素プラズ
マを発生させ、基材１の表面をプラズマクリーニングし
た。この操作により基材１の表面の酸化膜が除去或は還
元され、基材１と被覆膜との付着力が高められる。
まで上がったら、高周波電源６より１３.５６ＭＨｚの
高周波を基材１に印加して反応槽２の内部に水素プラズ
マを発生させ、基材１の表面をプラズマクリーニングし
た。この操作により基材１の表面の酸化膜が除去或は還
元され、基材１と被覆膜との付着力が高められる。
【００２３】尚、基材１の周りに発生するプラズマの放
電強度分布を調整するため、直流電源７を高周波電源６
と並列に接続し、高周波放電の結果として基材１に生じ
る負の自己バイアス電圧を−６００Ｖに制御した。又、
本発明においては、基材１のすくい面と対向する位置に
メッシュ状対向電極８（接地電位）を配置し、基材１と
の距離を５０ｍｍに調整した。
電強度分布を調整するため、直流電源７を高周波電源６
と並列に接続し、高周波放電の結果として基材１に生じ
る負の自己バイアス電圧を−６００Ｖに制御した。又、
本発明においては、基材１のすくい面と対向する位置に
メッシュ状対向電極８（接地電位）を配置し、基材１と
の距離を５０ｍｍに調整した。
【００２４】次に、原料ガス供給系（図示せず）により
所定割合に混合された原料ガスを、原料ガス供給ノズル
５から反応槽２内に流し、反応槽２の圧力０.５Ｔｏｒ
ｒ及び基材温度７００℃で基材１の表面に被覆膜の成膜
を開始した。原料ガスの流量は、ＴｉＡｌＮ被覆膜の場
合はＴｉＣｌ4が５０ｃｃ／分、ＡｌＣｌ3が２５ｃｃ／
分、ＮＨ3が２００ｃｃ／分、及びキャリアガスとして
Ｈ2を２０００ｃｃ／分とし、ＴｉＡｌＣＮ被覆膜の場
合には更にＣＨ4を３００ｃｃ／分だけ加えた。
所定割合に混合された原料ガスを、原料ガス供給ノズル
５から反応槽２内に流し、反応槽２の圧力０.５Ｔｏｒ
ｒ及び基材温度７００℃で基材１の表面に被覆膜の成膜
を開始した。原料ガスの流量は、ＴｉＡｌＮ被覆膜の場
合はＴｉＣｌ4が５０ｃｃ／分、ＡｌＣｌ3が２５ｃｃ／
分、ＮＨ3が２００ｃｃ／分、及びキャリアガスとして
Ｈ2を２０００ｃｃ／分とし、ＴｉＡｌＣＮ被覆膜の場
合には更にＣＨ4を３００ｃｃ／分だけ加えた。
【００２５】成膜中、基材１の周囲のプラズマはすくい
面側と逃げ面側とで不均一であることが目視観察でき
た。又、被覆膜の成長速度はいずれの場合も約１.５μ
ｍであったので、成膜時間を２時間とし被覆膜の膜厚を
約３μｍとした。成膜終了後、原料ガスの供給と高周波
電力の供給を停止し、基材加熱ヒーター４を切り、反応
槽２内で基材１を真空中又は水素ガス中で冷却し、１０
０℃以下にしてから基材１を取り出した。
面側と逃げ面側とで不均一であることが目視観察でき
た。又、被覆膜の成長速度はいずれの場合も約１.５μ
ｍであったので、成膜時間を２時間とし被覆膜の膜厚を
約３μｍとした。成膜終了後、原料ガスの供給と高周波
電力の供給を停止し、基材加熱ヒーター４を切り、反応
槽２内で基材１を真空中又は水素ガス中で冷却し、１０
０℃以下にしてから基材１を取り出した。
【００２６】比較例１として、メッシュ状対向電極８を
備えない以外は上記と同じ成膜装置を使用し、反応槽２
の圧力を０．３Ｔｏｒｒとして、超硬合金からなる基材
１の表面に膜厚約３μｍのＴｉＡｌＣＮ被覆膜を形成し
た。この場合、基材１の周囲のプラズマは希薄且つ均一
に分布し、放電エネルギー強度が均一であることが目視
観察でき、得られた被覆膜の組成も全体に均一であっ
た。比較例２として、超硬合金からなる基材１の表面
に、ＰＶＤ法の１種であるアーク型イオンプレーティン
グ法により、ＴｉＡｌＮ被覆膜を膜厚約３μｍに形成し
た。
備えない以外は上記と同じ成膜装置を使用し、反応槽２
の圧力を０．３Ｔｏｒｒとして、超硬合金からなる基材
１の表面に膜厚約３μｍのＴｉＡｌＣＮ被覆膜を形成し
た。この場合、基材１の周囲のプラズマは希薄且つ均一
に分布し、放電エネルギー強度が均一であることが目視
観察でき、得られた被覆膜の組成も全体に均一であっ
た。比較例２として、超硬合金からなる基材１の表面
に、ＰＶＤ法の１種であるアーク型イオンプレーティン
グ法により、ＴｉＡｌＮ被覆膜を膜厚約３μｍに形成し
た。
【００２７】この様にして得られた各被覆切削チップに
ついて、それぞれの被覆膜のすくい面と逃げ面における
Ｔｉの原子％とＡｌの原子％を分析し、表１に両者の原
子％の比率（表１でＡｌ／Ｔｉと表す）を示した。尚、
被覆膜中のＮ及び／又はＣの合計の原子％に対するＡｌ
及びＴｉの合計の原子％の比率（ＣM／ＣG）は、いずれ
の場合もほぼ１：１となるように成膜した。
ついて、それぞれの被覆膜のすくい面と逃げ面における
Ｔｉの原子％とＡｌの原子％を分析し、表１に両者の原
子％の比率（表１でＡｌ／Ｔｉと表す）を示した。尚、
被覆膜中のＮ及び／又はＣの合計の原子％に対するＡｌ
及びＴｉの合計の原子％の比率（ＣM／ＣG）は、いずれ
の場合もほぼ１：１となるように成膜した。
【００２８】
【表１】試 料 被覆膜の材質 すくい面の組成 逃げ面の組成 本発明１ ＴｉＡｌＮ Al／Ti＝79／21 Al／Ti＝51／49 本発明２ ＴｉＡｌＣＮ Al／Ti＝75／25 Al／Ti＝54／46 比較例１ ＴｉＡｌＣＮ Al／Ti＝68／32 Al／Ti＝65／35 比較例２ ＴｉＡｌＮ Al／Ti＝72／28 Al／Ti＝71／29
【００２９】表１から、通常のＰＶＤ法やプラズマＣＶ
Ｄ法でも均一なプラズマ中で成膜した比較例の被覆切削
チップは、すくい面及び逃げ面のいずれにおいても被覆
膜の組成がほぼ一定であるのに対し、本発明例の被覆切
削チップでは逃げ面よりもすくい面をＡｌに富む組成に
制御できることが判る。
Ｄ法でも均一なプラズマ中で成膜した比較例の被覆切削
チップは、すくい面及び逃げ面のいずれにおいても被覆
膜の組成がほぼ一定であるのに対し、本発明例の被覆切
削チップでは逃げ面よりもすくい面をＡｌに富む組成に
制御できることが判る。
【００３０】実施例２ 実施例１で製造したＴｉＡｌＣＮ被覆膜を有する本発明
２の被覆切削チップ、イオンプレーティング法によるＴ
ｉＡｌＮ被覆膜を有する比較例２の被覆切削チップ、及
び通常の熱ＣＶＤ法によるＴｉＮ被覆膜を有する従来の
被覆切削チップを用いて、下記条件で乾式のフライス切
削による切削性能試験を行った。
２の被覆切削チップ、イオンプレーティング法によるＴ
ｉＡｌＮ被覆膜を有する比較例２の被覆切削チップ、及
び通常の熱ＣＶＤ法によるＴｉＮ被覆膜を有する従来の
被覆切削チップを用いて、下記条件で乾式のフライス切
削による切削性能試験を行った。
【００３１】チ ッ プ：ＳＰＣＨ４２ カ ッ タ：直径１５０ｍｍ、６枚刃 被 削 材：Ｓ４５Ｃ 切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ 送 り：０.３ｍｍ／刃 深 さ：３.０ｍｍ
【００３２】上記切削性能試験により得られた平均逃げ
面摩耗幅を図２に、最大クレーター摩耗深さを図３に示
した。本発明のＴｉＡｌＣＮ被覆膜を有する被覆切削チ
ップは、従来のＴｉＡｌＮ被覆膜を有する被覆切削チッ
プよりも長寿命であることが確認できた。又、熱ＣＶＤ
法によるＴｉＮ被覆膜を有する従来の被覆切削チップ
は、試験開始後すぐに刃先が欠けてしまい、フライス切
削に適用できないことが分かる。
面摩耗幅を図２に、最大クレーター摩耗深さを図３に示
した。本発明のＴｉＡｌＣＮ被覆膜を有する被覆切削チ
ップは、従来のＴｉＡｌＮ被覆膜を有する被覆切削チッ
プよりも長寿命であることが確認できた。又、熱ＣＶＤ
法によるＴｉＮ被覆膜を有する従来の被覆切削チップ
は、試験開始後すぐに刃先が欠けてしまい、フライス切
削に適用できないことが分かる。
【００３３】実施例３ 実施例１と同じ装置を用いた同様のプラズマＣＶＤ法に
より、Ａｌ2Ｏ3からなる基材の表面にＴｉＡｌＣＮ被覆
膜を形成した。この場合、被覆膜中ののＴｉの原子％に
対するＡｌの原子％の比率（Ａｌ／Ｔｉ）を、すくい面
でＡｌ／Ｔｉ＝７６／２４及び逃げ面でＡｌ／Ｔｉ＝４
８／５２とした。
より、Ａｌ2Ｏ3からなる基材の表面にＴｉＡｌＣＮ被覆
膜を形成した。この場合、被覆膜中ののＴｉの原子％に
対するＡｌの原子％の比率（Ａｌ／Ｔｉ）を、すくい面
でＡｌ／Ｔｉ＝７６／２４及び逃げ面でＡｌ／Ｔｉ＝４
８／５２とした。
【００３４】この本発明例の被覆切削チップのほかに、
Ａｌ2Ｏ3基材の表面にイオンプレーティング法によるＴ
ｉＡｌＮ被覆膜を有する被覆切削チップ、及びＡｌ2Ｏ3
基材の表面に通常の熱ＣＶＤ法によりＡｌ2Ｏ3とＴｉＣ
を積層した被覆膜を有する従来の被覆切削チップを用い
て、下記条件で旋削による切削性能試験を行った。
Ａｌ2Ｏ3基材の表面にイオンプレーティング法によるＴ
ｉＡｌＮ被覆膜を有する被覆切削チップ、及びＡｌ2Ｏ3
基材の表面に通常の熱ＣＶＤ法によりＡｌ2Ｏ3とＴｉＣ
を積層した被覆膜を有する従来の被覆切削チップを用い
て、下記条件で旋削による切削性能試験を行った。
【００３５】チ ッ プ：ＴＮＭＧ４３２ 被 削 材：ＳＣＭ３ 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ 送 り：０.５ｍｍ／ｒｅｖ． 切り込み：２.０ｍｍ
【００３６】上記切削性能試験により得られた平均逃げ
面摩耗幅を図４に示した。本発明のＴｉＡｌＣＮ被覆膜
を有する被覆切削チップは、従来のＴｉＡｌＮ被覆膜を
有する被覆切削チップ及びＡｌ2Ｏ3＋ＴｉＮ積層被覆膜
を有する被覆切削チップよりも長寿命であることが確認
できた。
面摩耗幅を図４に示した。本発明のＴｉＡｌＣＮ被覆膜
を有する被覆切削チップは、従来のＴｉＡｌＮ被覆膜を
有する被覆切削チップ及びＡｌ2Ｏ3＋ＴｉＮ積層被覆膜
を有する被覆切削チップよりも長寿命であることが確認
できた。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、Ｔｉ及びＡｌとＮ及び
／又はＣからなる被覆膜を採用し、すくい面と逃げ面の
被覆膜組成を制御することによりすくい面と逃げ面のそ
れぞれに要求される特性をいずれも満足させ、同時にプ
ラズマＣＶＤ法により被覆膜を低温で成膜するので基材
の機械的特性が劣化しないので、優れた切削性能を有し
且つ旋削のみならずフライス切削にも使用可能な被覆切
削チップを提供することができる。
／又はＣからなる被覆膜を採用し、すくい面と逃げ面の
被覆膜組成を制御することによりすくい面と逃げ面のそ
れぞれに要求される特性をいずれも満足させ、同時にプ
ラズマＣＶＤ法により被覆膜を低温で成膜するので基材
の機械的特性が劣化しないので、優れた切削性能を有し
且つ旋削のみならずフライス切削にも使用可能な被覆切
削チップを提供することができる。
【図１】本発明の被覆膜を形成するため実施例１で用い
たプラズマＣＶＤ法による成膜装置の概略断面図であ
る。
たプラズマＣＶＤ法による成膜装置の概略断面図であ
る。
【図２】基材が超硬合金である各種被覆切削チップにつ
いての、フライス切削による切削性能試験結果のうち、
平均逃げ面摩耗幅を示すグラフである。
いての、フライス切削による切削性能試験結果のうち、
平均逃げ面摩耗幅を示すグラフである。
【図３】基材が超硬合金である各種被覆切削チップにつ
いての、フライス切削による切削性能試験結果のうち、
最大クレーター深さを示すグラフである。
いての、フライス切削による切削性能試験結果のうち、
最大クレーター深さを示すグラフである。
【図４】基材がＡｌ2Ｏ3である各種被覆切削チップにつ
いての、旋削による切削性能試験結果のうち、平均逃げ
面摩耗幅を示すグラフである。
いての、旋削による切削性能試験結果のうち、平均逃げ
面摩耗幅を示すグラフである。
１ 基材 ２ 反応槽 ３ 基材支持具 ４ 基材加熱ヒーター ５ 原料ガス供給ノズル ６ 高周波電源 ７ 直流電源 ８ メッシュ状対向電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23P 15/28 B23B 27/14 C23C 16/30 C23C 16/52
Claims (1)
- 【請求項１】 硬質基材の表面にプラズマＣＶＤ法によ
り耐摩耗性被覆膜を形成するに際し、被覆膜の構成成分
であるＴｉ及びＡｌとＮ及び／又はＣを含む原料ガスを
用い、プラズマの放電エネルギー強度を硬質基材の逃げ
面側よりもすくい面側において強くすることにより、形
成される被覆膜中における金属成分であるＡｌとＴｉの
比率を、Ｔｉの原子％に対するＡｌの原子％の比率Ｃ
Ａｌ／ＣＴｉで表したとき、すくい面で１.５〜９.０及
び逃げ面で０.６〜１.４とすることを特徴とする被覆切
削チップの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17750192A JP3277558B2 (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | 被覆切削チップの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17750192A JP3277558B2 (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | 被覆切削チップの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05337705A JPH05337705A (ja) | 1993-12-21 |
| JP3277558B2 true JP3277558B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=16032013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17750192A Expired - Fee Related JP3277558B2 (ja) | 1992-06-11 | 1992-06-11 | 被覆切削チップの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3277558B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4528373B2 (ja) * | 1997-02-20 | 2010-08-18 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 被覆工具およびその製造方法 |
| JP5046726B2 (ja) * | 2007-04-24 | 2012-10-10 | 京セラ株式会社 | 表面被覆切削工具 |
| DE102009046667B4 (de) | 2009-11-12 | 2016-01-28 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Beschichtete Körper aus Metall, Hartmetal, Cermet oder Keramik sowie Verfahren zur Beschichtung derartiger Körper |
| US8900336B2 (en) * | 2010-03-25 | 2014-12-02 | Kyocera Corporation | Cutting tool |
| US8623525B2 (en) * | 2010-03-29 | 2014-01-07 | Kyocera Corporation | Cutting tool |
| JP5713663B2 (ja) * | 2010-12-25 | 2015-05-07 | 京セラ株式会社 | 切削工具 |
| JP5810462B2 (ja) * | 2011-07-21 | 2015-11-11 | 地方独立行政法人山口県産業技術センター | プラズマ処理装置及び基材の表面処理方法 |
| AT511950B1 (de) * | 2012-03-14 | 2013-04-15 | Boehlerit Gmbh & Co Kg | Beschichteter Körper und Verfahren zum Beschichten eines Körpers |
| JP6638936B2 (ja) * | 2016-01-13 | 2020-02-05 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 表面被覆切削工具およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-06-11 JP JP17750192A patent/JP3277558B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05337705A (ja) | 1993-12-21 |
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