JP3508754B2 - 硬質被覆層がすぐれた切粉潤滑性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents

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、硬質被覆層が切
粉潤滑性にすぐれ、したがって特にステンレス鋼や軟鋼
などのきわめて粘性が高く、かつ切粉が切刃表面に溶着
し易い難削材の切削加工に用いた場合に、切刃に欠けや
チッピング（微小欠け）などの発生なく、すぐれた切削
性能を長期に亘って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、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。 【０００３】また、一般に、例えば図１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
ティング装置を用い、ヒータで装置内を、例えば雰囲気
を１．３×１０^-3Ｐａの真空として、５００℃の温度に
加熱した状態で、アノード電極と、所定の組成を有する
下部層形成用Ｔｉ−Ａｌ合金および上部層形成用金属Ａ
ｌがそれぞれセットされたカソード電極（蒸発源）との
間にアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスと
して、下部層形成には窒素ガスまたはメタンガスと窒素
ガスの混合ガス、さらに上部層形成には窒素ガスを導入
し、一方炭化タングステン（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
ーメットからなり、かつ前記アノード電極およびカソー
ド電極と所定間隔をもって対向配置された工具基体（以
下、これらを総称して超硬基体と云う）には、例えば−
１２０Ｖ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、組成式：［Ｔｉ_1-XＡｌ_X］Ｎで表わした場
合、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定
で、原子比で、Ｘ：０．４５〜０．７５を満足するＴｉ
−Ａｌ窒化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層、お
よび組成式：［Ｔｉ _1-XＡｌ_X］Ｃ_1-mＮ_mで表わした場
合、同じく厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置によ
る測定で、原子比で、Ｘ：０．４５〜０．７５、ｍ：
０．６〜０．９９を満足するＴｉ−Ａｌ炭窒化物［以
下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮで示す］層のうちの１種の単層
または２種の複層からなる下部層を０．５〜１５μｍの
平均層厚で物理蒸着し、さらに前記下部層の表面に窒化
アルミニウム（以下、ＡｌＮで示す）層からなる上部層
を同じく０．５〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着するこ
とにより製造された被覆超硬工具が知られている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
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、切削加工は切削機械の高性能化
とも相俟って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、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件で
の切削加工に用いた場合には問題はないが、被削材がき
わめて粘性の高いステンレス鋼や軟鋼などである場合、
これらの被削材の高速切削加工では、これら被削材の切
粉は、硬質被覆層に対する親和性が高く、かつ切削加工
時に発生する高熱と相俟って、切刃表面に溶着し、この
溶着現象が原因で切刃に欠けやチッピングが発生し、こ
の結果比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。 【０００５】 【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、特にステンレス鋼や軟鋼などの
切削加工を高速で行なうのに用いた場合にも、切刃表面
に切粉の溶着し難い被覆超硬工具を開発すべく研究を行
った結果、上記の従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆
層に、酸化ジルコニウム（以下、ＺｒＯ₂で示す）微細
粒、望ましくは０．０２〜０．５μｍの平均粒径を有す
るＺｒＯ₂微細粒を０．３〜１５質量％の割合で分散分
布させると、この結果のＺｒＯ₂微細粒が分散分布した
組織を有する硬質被覆層を物理蒸着してなる被覆超硬工
具においては、前記ＺｒＯ₂微細粒の被削材、特にステ
ンレス鋼や軟鋼などの粘性の高い難削材に対する親和性
がきわめて低く、この状態は高熱発生下でも変わらず、
この結果高速切削加工でも切刃に切粉が溶着することが
ない、すなわち前記ＺｒＯ₂微細粒がすぐれた切粉潤滑
性を発揮することから、切刃に欠けやチッピングの発生
がなくなり、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮する
ようになる、という研究結果を得たのである。 【０００６】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、超硬基体の表面に、 （ａ）組成式：［Ｔｉ_1-XＡｌ_X］Ｎで表わした場合、厚
さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、原
子比で、Ｘ：０．４５〜０．７５を満足する（Ｔｉ，Ａ
ｌ）Ｎからなる素地に、ＺｒＯ₂微細粒が０．３〜１５
質量％の割合で分散分布した組織を有するＴｉ−Ａｌ系
複合窒化物層、および組成式：［Ｔｉ_{1- X}Ａｌ_X］Ｃ_1-m
Ｎ_mで表わした場合、同じく厚さ方向中央部のオージェ
分光分析装置による測定で、原子比で、Ｘ：０．４５〜
０．７５、ｍ：０．６〜０．９９を満足する（Ｔｉ，Ａ
ｌ）ＣＮからなる素地に、ＺｒＯ₂微細粒が０．３〜１
５質量％の割合で分散分布した組織を有するＴｉ−Ａｌ
系複合炭窒化物層、のうちのいずれか、または両方から
なり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する下部
層、（ｂ）ＡｌＮからなる素地に、ＺｒＯ₂微細粒が
０．３〜１５質量％の割合で分散分布した組織を有する
Ａｌ系複合窒化物層からなり、かつ０．５〜１５μｍの
平均層厚を有する上部層、以上（ａ）および（ｂ）で構
成した硬質被覆層を物理蒸着してなる、硬質被覆層がす
ぐれた切粉潤滑性を発揮する被覆超硬工具に特徴を有す
るものである。 【０００７】つぎに、この発明の被覆超硬工具の硬質被
覆層を構成する下部層、および上部層について、上記の
通りに数値限定した理由を説明する。 （ａ）下部層 下部層の素地を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮにおけるＡｌはＴｉＮおよびＴｉＣＮに
対して高温硬さおよび耐熱性を高め、もって耐摩耗性を
向上させるために固溶するものであり、したがって組成
式：（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｎおよび同（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｃ
_1-mＮ_m、のＸ値が原子比（以下同じ）で、０．４５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
値が０．７５を越えると、切刃面部に欠けやチッピング
が発生し易くなると云う理由によりＸ値を０．４５〜
０．７５と定めた。また、上記の（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮに
おけるＣ成分には、硬さを向上させる作用があるので、
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮは上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎに比して相
対的に高い硬さをもつが、この場合上記の組成式におけ
るＣ成分の割合が０．０１未満、すなわちｍ値が０．９
９を越えると所定の硬さ向上効果が得られず、一方Ｃ成
分の割合が０．４を越える、すなわちｍ値が０．６未満
になると靭性が急激に低下するようになることから、ｍ
値を０．６〜０．９９と定めた。また、この場合下部層
の平均層厚が０．５μｍ未満では所望のすぐれた耐摩耗
性を確保することができず、一方その層厚が１５μｍを
越えると、上部層の層厚と相俟って、切刃部に欠けやチ
ッピングが発生し易くなり、使用寿命短縮化の原因とな
ることから、その平均層厚を０．５〜１５μｍと定め
た。 【０００８】（ｂ）上部層 上部層の素地を構成するＡｌＮは、すぐれた熱伝導性と
熱的安定性を有し、したがって硬質被覆層の放熱性を一
段と向上させ、もって耐摩耗性向上に寄与する作用をも
つが、その平均層厚が０．５μｍ未満では前記作用に所
望の向上効果が得られず、一方その平均層厚が１５μｍ
を越えると切刃部に偏摩耗が発生し易くなり、これが摩
耗進行を促進するようになることから、その平均層厚を
０．５〜１５μｍと定めた。 【０００９】（ｃ）ＺｒＯ₂微細粒 下部層素地の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）Ｃ
Ｎ、並びに上部層素地のＡｌＮ中に分散分布するＺｒＯ
₂微細粒は、硬質被覆層と切粉との親和性を低下せし
め、むしろ硬質被覆層と切粉との間に潤滑性をもたらし
て、特にステンレス鋼や軟鋼などの粘性の高い難削材の
切粉が、高温発生を伴う高速切削加工でも切刃部に溶着
しないようにする作用をもつが、その割合が０．３質量
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その
割合が１５質量％を越えると硬質被覆層の強度が急激に
低下し、切刃部に欠けやチッピングが発生し易くなるこ
とから、その割合を０．３〜１５質量％と定めた。ま
た、この場合ＺｒＯ₂微細粒の粒径は、平均粒径で０．
０２〜０．５μｍとするのが望ましく、これはその平均
粒径が０．０２μｍ未満でも、また０．５μｍを越えて
も所望のすぐれた切粉潤滑性を確保することができな
い、という理由からである。 【００１０】なお、上記の上部層の上に、必要に応じて
窒化チタン（以下、ＴｉＮで示す）層を蒸着形成しても
よく、これはＴｉＮ層が黄金色の色調を有し、この色調
によって切削工具の使用前と使用後の識別が容易になる
という理由からであり、この場合その平均層厚が０．１
μｍ未満では前記色調の付与が不十分であり、一方前記
色調の付与は２μｍまでの平均層厚で十分であることか
ら、０．１〜２μｍの平均層厚とするのがよい。 【００１１】 【発明の実施の形態】ついで、この発明の被覆超硬切削
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：０．０５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。 【００１２】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。 【００１３】さらに、原料粉末として、いずれも０．５
〜２μｍの平均粒径を有するＴｉ粉末、Ａｌ粉末、およ
びＺｒＯ₂粉末を用意し、これら原料粉末を、所定の配
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６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に
１時間保持の条件で焼結することにより、所定の組成を
有する下部層形成用Ｔｉ−Ａｌ−ＺｒＯ₂焼結体および
上部層形成用Ａｌ−ＺｒＯ₂焼結体からなるカソード電
極（蒸発源）を調製した。 【００１４】ついで、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１に例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、さらに上記のカソード電
極（蒸発源）も装着し、装置内を排気して０．５Ｐａ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、Ａｒガスを装置内に導入して１０ＰａのＡｒ
雰囲気とし、この状態で超硬基体に−８００Ｖのバイア
ス電圧を印加して超硬基体表面をＡｒガスボンバート洗
浄し、ついで装置内に反応ガスとして、下部層形成には
窒素ガスまたはメタンガスと窒素ガスの混合ガス、さら
に上部層形成には窒素ガスを導入して６Ｐａ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−２００Ｖ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
３、４に示される目標組成および目標層厚の下部層およ
び上部層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、図
２（ａ）に概略斜視図で、同（ｂ）に概略縦断面図で示
される形状を有する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）１〜２２をそれぞれ製造し
た。 【００１５】また、比較の目的で、カソード電極（蒸発
源）として種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金およ
び金属Ａｌを用いる以外は同一の条件で、表５，６に示
される目標組成および目標層厚の下部層および上部層か
らなる硬質被覆層を蒸着形成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）１〜２２を
それぞれ製造した。 【００１６】なお、この結果得られた各種の被覆超硬チ
ップについて、これの硬質被覆層を構成する下部層およ
び上部層の組成および層厚を、オージェ分光分析装置お
よび走査型電子顕微鏡を用いて測定したところ、表３〜
６の目標組成および目標層厚と実質的に同じ組成および
平均層厚（任意５ヶ所測定の平均値との比較）を示し
た。 【００１７】ついで、この結果得られた各種の被覆超硬
チップのうち、本発明被覆超硬切削工具１〜１６および
従来被覆超硬切チップ１〜１６について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、 切削速度：２２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２．０ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：１０分、 の条件でのステンレス鋼の乾式高速連続切削加工試験、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．２ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：３分、 の条件でのステンレス鋼の乾式高速断続切削加工試験、
さらに、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：２８０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．８ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での軟鋼の乾式高速断続切削加工試験を行い、い
ずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定し
た。 【００１８】また、本発明被覆超硬チップ１７〜２２お
よび従来被覆超硬チップ１７〜２２については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３１６の丸棒、 切削速度：２４０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．０ｍｍ、 送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：８分、 の条件でのステンレス鋼の乾式高速連続切削加工試験、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３１６の長さ方向等間隔４本縦
溝入り丸棒、 切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２．５ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：３分、 の条件でのステンレス鋼の乾式高速断続切削加工試験、
さらに、 被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入
り丸棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：３．２ｍｍ、 送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での軟鋼の乾式高速連続切削加工試験を行い、い
ずれの切削加工試験でも切刃部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。 【００１９】 【表１】【００２０】 【表２】 【００２１】 【表３】 【００２２】 【表４】【００２３】 【表５】 【００２４】 【表６】 【００２５】 【表７】 【００２６】（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、
１００ＭＰａ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２６ｍ
ｍ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
×１３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４
５ｍｍの寸法をもった超硬基体（エンドミル）ａ〜ｈを
それぞれ製造した。 【００２７】ついで、これらの超硬基体（エンドミル）
ａ〜ｈ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に例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みおけると同
一の条件で、表９に示される目標組成および目標層厚の
下部層および上部層からなる硬質被覆層を蒸着すること
により、図３（ａ）に概略正面図で、同（ｂ）に切刃部
の概略横断面図で示される形状を有する本発明被覆超硬
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。 【００２８】また、比較の目的で、上記実施例１におけ
ると同一の条件で、表１０に示される目標組成および目
標層厚の下部層および上部層からなる硬質被覆層を蒸着
形成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。 【００２９】また、この結果得られた各種の被覆超硬エ
ンドミルについて、これの硬質被覆層を構成する下部層
および上部層の組成および層厚を、オージェ分光分析装
置および走査型電子顕微鏡を用いて測定したところ、表
９，１０の目標組成および目標層厚と実質的に同じ組成
および平均層厚（任意５ヶ所測定の平均値との比較）を
示した。 【００３０】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・ＳＵＳ３０４の板材、 切削速度：４０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：２．５ｍｍ、 テーブル送り：１００ｍｍ／分、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（水
溶性切削油使用）、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：５０ｍ
ｍのＪＩＳ・Ｓ１５Ｃ板材、 切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：４．０ｍｍ、 テーブル送り：４００ｍｍ／分、 の条件での軟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・ＳＵＳ３０４の板材、 切削速度：３５ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：８．０ｍｍ、 テーブル送り：８０ｍｍ／分、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（水
溶性切削油使用）、をそれぞれ行い、いずれの溝切削加
工試験でも外周刃の逃げ面摩耗量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。 【００３１】 【表８】 【００３２】 【表９】 【００３３】 【表１０】【００３４】（実施例３）上記の実施例２で製造した直
径が８ｍｍ（超硬基体ａ〜ｃ形成用）、１３ｍｍ（超硬
基体ｄ〜ｆ形成用）、および２６ｍｍ（超硬基体ｇ、ｈ
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ａ´〜ｃ´）、８ｍｍ
×２２ｍｍ（超硬基体ｄ´〜ｆ´）、および１６ｍｍ×
４５ｍｍ（超硬基体ｇ´、ｈ´）の寸法をもった超硬基
体（ドリル）ａ´〜ｈ´をそれぞれ製造した。 【００３５】ついで、これらの超硬基体（ドリル）ａ´
〜ｈ´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１に例示される通
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
び目標層厚の下部層および上部層からなる硬質被覆層を
蒸着することにより、図４（ａ）に概略正面図で、同
（ｂ）に溝形成部の概略横断面図で示される形状を有す
る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。 【００３６】また、比較の目的で、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の
下部層および上部層からなる硬質被覆層を蒸着形成する
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。 【００３７】さらに、この結果得られた各種の被覆超硬
ドリルについて、これの硬質被覆層を構成する下部層お
よび上部層の組成および層厚を、オージェ分光分析装置
および走査型電子顕微鏡を用いて測定したところ、表１
１，１２の目標組成および目標層厚と実質的に同じ組成
および平均層厚（任意５ヶ所測定の平均値との比較）を
示した。 【００３８】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×２５０ｍｍ厚さ：８ｍ
ｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４板材、 切削速度：３５ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．０７ｍｍ／ｒｅｖ、 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、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：１
６ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、 切削速度：４０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ、 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、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：３
２ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの板材、 切削速度：８５ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件での軟鋼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
０．３ｍｍ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。 【００３９】 【表１１】【００４０】 【表１２】 【００４１】 【発明の効果】表３〜１２に示される結果から、本発明
被覆超硬切削工具は、いずれも硬質被覆層中に分散分布
させたＺｒＯ₂微細粒によって硬質被覆層はすぐれた切
粉潤滑性を具備するようになることから、ステンレス鋼
や軟鋼を高速切削加工しても切粉が硬質被覆層に溶着す
ることがなく、この結果切粉溶着が原因のチッピングが
切刃に発生することがなくなり、すぐれた耐摩耗性を発
揮するのに対して、硬質被覆層中にＺｒＯ₂微細粒の分
散分布のない従来被覆超硬工具においては、切粉が硬質
被覆層に溶着し易く、この溶着が原因で前記硬質被覆層
が局部的に剥がし取られることから、切刃にチッピング
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、この発明の被覆超硬工具は、各
種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での切削加工は勿論のこ
と、特に粘性が高く、切粉が切刃表面に溶着し易いステ
ンレス鋼や軟鋼などの高速切削加工でも硬質被覆層がす
ぐれた切粉潤滑性を発揮し、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】アークイオンプレーティング装置の概略説明図
である。 【図２】（ａ）は被覆超硬チップの概略斜視図、（ｂ）
は被覆超硬チップの概略縦断面図である。 【図３】（ａ）は被覆超硬エンドミル概略正面図、
（ｂ）は同切刃部の概略横断面図である。 【図４】（ａ）は被覆超硬ドリルの概略正面図、（ｂ）
は同溝形成部の概略横断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 14/16 Ｃ２３Ｃ 14/16 Ｂ (56)参考文献 特開2003−145317（ＪＰ，Ａ) 特開2002−126912（ＪＰ，Ａ) 特開2002−273605（ＪＰ，Ａ) 特開2001−38504（ＪＰ，Ａ) 特開2001−25906（ＪＰ，Ａ) 特開2003−1502（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23B 27/14 B23B 51/00 B23C 5/16 C23C 14/06 C23C 14/16

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金または炭窒
   化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、 （ａ）組成式：［Ｔｉ_1-XＡｌ_X］Ｎで表わした場合、厚
   さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、原
   子比で、Ｘ：０．４５〜０．７５を満足するＴｉ−Ａｌ
   窒化物からなる素地に、酸化ジルコニウム微細粒が０．
   ３〜１５質量％の割合で分散分布した組織を有するＴｉ
   −Ａｌ系複合窒化物層、および組成式：［Ｔｉ_1-XＡ
   ｌ_X］Ｃ_1-mＮ_mで表わした場合、同じく厚さ方向中央部
   のオージェ分光分析装置による測定で、原子比で、Ｘ：
   ０．４５〜０．７５、ｍ：０．６〜０．９９を満足する
   Ｔｉ−Ａｌ炭窒化物からなる素地に、酸化ジルコニウム
   微細粒が０．３〜１５質量％の割合で分散分布した組織
   を有するＴｉ−Ａｌ系複合炭窒化物層、のうちのいずれ
   か、または両方からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均
   層厚を有する下部層、 （ｂ）窒化アルミニウムからなる素地に、酸化ジルコニ
   ウム微細粒が０．３〜１５質量％の割合で分散分布した
   組織を有するＡｌ系複合窒化物層からなり、かつ０．５
   〜１５μｍの平均層厚を有する上部層、以上（ａ）およ
   び（ｂ）で構成した硬質被覆層を物理蒸着してなる、硬
   質被覆層がすぐれた切粉潤滑性を発揮する表面被覆超硬
   合金製切削工具。