JP3531627B2 - 切粉に対する表面潤滑性にすぐれた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、切粉に対する表
面潤滑性にすぐれ、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
し易い難削材の高速切削加工を、特に高切込みや高送り
などの重切削条件で用いた場合に、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、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、上記の被覆超硬工具が、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、所定組成を有するＴｉ−Ａｌ合金がセットされたカ
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窒素ガス、またはメタン
ガスと窒素ガスを導入し、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、例えば特開昭６
２−５６５６５号公報に記載されるように、組成式：
（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｎおよび同（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｃ_1-YＮ_Y
で表わした場合、厚さ方向断面中央部を走査型電子顕微
鏡で測定して、原子比で、Ｘ：０．１〜０．７、Ｙ：
０．５〜０．９９、を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物
［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］層および複合炭窒化
物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮで示す］層のうちのいず
れか、または両方からなる硬質被覆層を０．５〜１５μ
ｍの平均層厚で物理蒸着することにより製造されること
も知られている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】近年の切削加工装置の
ＦＡ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、切削工具には１種類の工具でできるだけ多くの材
種の被削材を切削加工できる汎用性が求められると共
に、切削加工も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、これをき
わめて粘性の高いステンレス鋼や軟鋼などの被削材の高
速切削に用いた場合には、これら被削材の切粉は、硬質
被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層や（Ｔｉ，Ａｌ）
ＣＮ層に対する親和性が高いために、切刃表面に溶着し
易く、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、 （ａ）上記の従来被覆超硬工具の表面に、表面被覆層と
して、組成式：（Ｚｒ_1-mＭ_m）Ｏ_n （ただし、ＭはＴ
ｉ、Ｎｂ、およびＴａのうちの１種または２種以上を示
す）、で表わした場合、厚さ方向断面中央部をオージェ
分光分析装置で測定して、 ｍ：０．０１〜０．１、 ｎ：１．７〜２．３、 を満足するＺｒとＭの複合酸化物［以下（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ
で示す］層を、０．５〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着
すると、この結果の（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ層が上記の通常の硬
質被覆層の表面に表面被覆層として物理蒸着された被覆
超硬工具においては、前記表面被覆層を構成する（Ｚ
ｒ，Ｍ）Ｏ層の被削材、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
結果切刃に切粉が溶着することがない、すなわち前記
（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ層がすぐれた表面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こと。 【０００６】（ｂ）上記の物理蒸着法により形成された
（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ層は、被覆層を構成する硬質被覆層であ
る（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層との
密着性が十分でないので、上記の従来被覆超硬切削工具
の表面に前記（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ層を直接形成してなる被覆
超硬切削工具においては、特に工具切刃に高い負荷のか
かるステンレス鋼や軟鋼などの高速切削を高切込みや高
送りなどの重切削条件で行った場合に前記（Ｚｒ，Ｍ）
Ｏ層に剥離が発生し易いこと。 【０００７】（ｃ）上記の従来被覆超硬切削工具を構成
する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層か
らなる硬質被覆層の表面に、まず、組成式：（Ｔｉ_1-a
Ａｌ_a）Ｃ_1-bＯ_bおよび同（Ｔｉ_1-aＡｌ_a）Ｃ_1-(b+c)Ｏ
_bＮ_cで表わした場合、厚さ方向断面中央部を走査型電子
顕微鏡で測定して、 ａ：０．１〜０．７、 ｂ：０．１〜０．８、 ｃ：０．０５〜０．６５ を満足するＴｉとＡｌの複合炭酸化物［以下、（Ｔｉ，
Ａｌ）ＣＯで示す］層および／またはＴｉとＡｌの複合
炭窒酸化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯで示す］層を
物理蒸着し、この上に上記（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ層を物理蒸着
させると、この結果の（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ層は上記（Ｔｉ，
Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層に著しく強
固に密着し、かつ前記（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔ
ｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層は前記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および
（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる硬質被覆層に対する密着
性にもすぐれたものであるから、超硬基体に物理蒸着さ
れた前記硬質被覆層に、さらに前記（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ
層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層を介して前記（Ｚｒ，
Ｍ）Ｏ層を物理蒸着してなる被覆超硬切削工具は、ステ
ンレス鋼や軟鋼などの高速切削を、特に工具切刃に高い
負荷のかかる高切込みや高送りなどの重切削条件で行っ
ても前記（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ層に剥離の発生なく、長期に亘
ってすぐれた耐摩耗性を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。 【０００８】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および同（Ｔｉ_1-X
Ａｌ_X）Ｃ_1-YＮ_Yで表わした場合、厚さ方向断面中央部
をオージェ分光分析装置で測定して、以下いずれも原子
比で、 Ｘ：０．１〜０．７、 Ｙ：０．５〜０．９９、 を満足する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）Ｃ
Ｎ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硬質被覆層、 （ｂ）組成式：（Ｔｉ_1-aＡｌ_a）Ｃ_1-bＯ_bおよび同（Ｔ
ｉ_1-aＡｌ_a）Ｃ_1-(b+c)Ｏ_bＮ_cで表わした場合、厚さ方
向断面中央部をオージェ分光分析装置で測定して、 ａ：０．１〜０．７、 ｂ：０．１〜０．８、 ｃ：０．０５〜０．６５、 を満足する（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）
ＣＮＯ層のうちのいずれか、または両方からなり、かつ
０．１〜１０μｍの平均層厚を有する中間密着被覆層、 （ｃ）組成式：（Ｚｒ_1-mＭ_m）Ｏ_n （ただし、ＭはＴ
ｉ、Ｎｂ、およびＴａのうちの１種または２種以上を示
す）で表わした場合、厚さ方向断面中央部をオージェ分
光分析装置で測定して、 ｍ：０．０１〜０．１、 ｎ：ＺｒとＭの合量に対する割合で１．７〜２．３、 を満足する（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ層からなり、かつ０．５〜１
５μｍの平均層厚を有する表面潤滑被覆層、以上（ａ）
〜（ｃ）からなる被覆層を物理蒸着してなる、切粉に対
する表面潤滑性にすぐれた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を構成す
る硬質被覆層、中間密着被覆層、および表面潤滑被覆層
について、上記の通りに数値限定した理由を説明する。 （ａ）硬質被覆層 硬質被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層におけるＡｌ
は高靭性を有するＴｉＮに対してすぐれた高温硬さおよ
び耐熱性を付与し、もって一段の高温耐摩耗性向上を図
るために固溶するものであり、したがって組成式：（Ｔ
ｉ_1-XＡｌ_X）Ｎおよび同（Ｔｉ_1-XＡｌ_X）Ｃ_1-YＮ_YのＸ
値が０．１未満では所望の高温耐摩耗性向上効果を確保
することができず、一方その値が０．７を越えると、切
刃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０．１〜０．７（原子比）と定めたものであ
り、また、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層におけるＣ成分には、
硬さを向上させる作用があるので、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ
層は上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層に比して相対的に高い硬さ
をもつが、この場合Ｃ成分の割合が０．０１未満、すな
わちＹ値が０．９９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０．５を越える、すなわち
Ｙ値が０．５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、Ｙ値を０．５〜０．９９、望ましくは
０．５５〜０．９と定めたのである。また、その平均層
厚が０．５μｍ未満では所望のすぐれた高温耐摩耗性を
確保することができず、一方その層厚が１５μｍを越え
ると、上記の潤滑被覆層の層厚と相俟って、切刃に欠け
やチッピング（微小欠け）が発生し易くなることから、
その平均層厚を０．５〜１５μｍと定めた。 【００１０】（ｃ）中間密着被覆層 同じく（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ
Ｏ層におけるＡｌは高温硬さおよび耐熱性を向上させ、
もって一段の高温耐摩耗性向上を図るために固溶するほ
か、共通成分であるＡｌを含有する硬質被覆層との密着
性を向上させる作用を持つものであり、したがって組成
式：（Ｔｉ_1-aＡｌ_a）Ｃ_1-bＯ_bおよび同（Ｔｉ_1-aＡ
ｌ_a）Ｃ_1-(b+c)Ｏ_bＮ_cのａ値が０．１未満では前記作用
に所望の向上効果が得られず、一方その値が０．７を越
えると、切刃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ａ値を０．１〜０．７と定めたものであ
る。また、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）
ＣＮＯ層におけるＯ成分には、表面潤滑被覆層との密着
性を向上させる作用があるが、上記組成式におけるｂ値
が０．１未満では所望の密着性向上効果が得られず、一
方その値が０．８を越えると、層自体の強度が急激に低
下し、これが欠けやチッピング発生の原因となると云う
理由によりｂ値を０．１〜０．８と定めた。さらに、上
記の（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層は上記（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ
層に比してＮ成分の含有によって相対的に高い靭性をも
つが、この場合Ｎ成分の割合（ｃ値）が０．０５未満で
は所定の靭性向上効果が得られず、一方Ｎ成分の割合
（ｃ値）が０．６５を越えると層自体の硬さが急激に低
下するようになることから、ｃ値を０．０５〜０．６５
と定めたのである。また、その平均層厚が０．１μｍ未
満では、上記の硬質被覆層と表面潤滑被覆層との間に強
固な密着性を確保することができず、一方その平均層厚
が１０μｍを越えると、被覆層全体の脆化を促進し、切
刃に欠けやチッピングが発生し易くなることから、その
平均層厚を０．１〜１０μｍと定めた。 【００１１】（ｃ）表面潤滑被覆層 表面潤滑被覆層を構成する（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ層は、Ｚｒ酸
化物に上記の通りの割合のＭ成分が固溶したものからな
る。前記Ｚｒ酸化物は、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、これは高い発熱を伴う高速切削加工でも変わらず、
したがって前記Ｚｒ酸化物層を物理蒸着してなる被覆超
硬工具はすぐれた表面潤滑性を発揮するようになること
から、切刃に切粉が溶着することがなくなり、この結果
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が、一方で前
記Ｚｒ酸化物層は脆く、強靭性に欠けるものであるた
め、摩耗進行が速いという問題点がある。しかし、前記
Ｚｒ酸化物層に、原子比で０．０１〜０．１の割合でＭ
成分、すなわちＴｉ、Ｎｂ、およびＴａのうちの１種ま
たは２種以上を固溶含有させると、この結果の（Ｚｒ，
Ｍ）Ｏ層はＺｒ酸化物層と同等の著しくすぐれた表面潤
滑性を具備した上で、靭性および強度をもつようにな
り、この結果耐摩耗性が著しく向上するようになる。し
たがって、ＭのＺｒとの合量に占める割合（原子比）、
すなわちｍ値が０．０１未満では所望の靭性および強度
を確保することができず、一方ｍ値が０．１を超えると
すぐれた表面潤滑性に低下傾向が現れるようになること
から、ｍ値を０．０１〜０．１と定めた。また、同（Ｚ
ｒ，Ｍ）Ｏ層における酸素（Ｏ）の原子比（ｎ値）を
１．７〜２．３としたのは、その値が１．７未満では所
望のすぐれた表面潤滑性を確保することができず、一方
その値が２．３を越えると、層中に気孔が形成され易く
なり、健全な表面潤滑被覆層の安定的形成が難しくなる
という理由によるものである。さらに、同（Ｚｒ，Ｍ）
Ｏ層の平均層厚を、０．５〜１５μｍとしたのは、その
平均層厚が０．５μｍ未満では、所望の表面潤滑性を確
保することができず、一方この表面潤滑性付与作用は１
５μｍの平均層厚で十分満足に行うことができるという
理由にもとづくものである。なお、上記の表面潤滑被覆
層の上に、必要に応じてＴｉＮ層を０．１〜２μｍの平
均層厚で形成してもよく、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、この場合その平
均層厚が０．１μｍ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。 【００１２】 【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、ＶＣ粉末、Ｔａ
Ｃ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ₃ Ｃ₂ 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、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・ＣＮＭＧ１２０
４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の超硬基
体Ａ−１〜Ａ−５を形成した。 【００１３】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、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、１００Ｍ
Ｐａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋ
Ｐａ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ＴｉＣＮ系サーメット製の超硬基
体Ｂ−１，Ｂ−２を形成した。 【００１４】ついで、これら超硬基体Ａ−１〜Ａ−５お
よびＢ−１，Ｂ−２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、一方カソード電極
（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ
合金を装着し、装置内を排気して１．３×１０^-3Ｐａ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２．５ＰａのＡ
ｒ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、引き続いて３×１０^-3Ｐａの真空に保持しなが
ら、ヒーターで装置内を６００〜７００℃の範囲内の所
定の温度に加熱した状態で、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、装置内に反応ガ
スとして、窒素ガス、またはメタンガスと窒素ガスを導
入して所定圧力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−１５０Ｖとし、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に示される目標組成および目標層厚の硬質
被覆層を蒸着形成することにより、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）１〜８をそれぞれ製造した。 【００１５】ついで、これら従来被覆超硬チップ１〜８
のそれぞれの表面に、同じく図１のアークイオンプレー
ティング装置にて、カソード電極（蒸発源）として、中
間密着被覆層形成用の種々の成分組成をもったＴｉ−Ａ
ｌ合金、および表面潤滑被覆層形成用の種々の成分組成
をもったＺｒ−Ｍ合金を装着し、装置内を排気して１．
３×１０^-3Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで装置
内を６２０〜７２０℃の範囲内の所定の温度に加熱した
状態で、超硬基体に印加するパルスバイアス電圧を−３
５０Ｖとし、ついで装置内に反応ガスとして酸素ガス、
酸素ガスとメタンガスの混合ガス、あるいは酸素ガスと
メタンガスと窒素ガスの混合ガスを導入して所定圧力の
反応雰囲気とし、かつ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、もって表４，５に示さ
れる目標組成および目標層厚の中間密着被覆層および表
面潤滑被覆層を形成することにより同じく図２に示され
る形状をもった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）１〜８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、これを構成する各種被覆層の組成および
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３〜５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）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、本発明被覆超硬チップ１〜６および従来
被覆超硬チップ１〜６について、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、 切削速度：３２０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：２５ｍｍ、 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高切込み旋削加
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：１．３ｍｍ、 送り：０．５ｍｍ／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高送り旋削加工
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：１．５ｍｍ、 送り：０．５５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での軟鋼の乾式高速断続高送り旋削加工試験を行
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。 【００１８】また、本発明被覆超硬チップ７，８および
従来被覆超硬チップ７，８については、 被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、 切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：３．０ｍｍ、 送り：０．３ｍｍ／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高切込み旋削加
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：２４０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．８ｍｍ、 送り：０．５５ｍｍ／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高送り旋削加工
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：３４０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．４８ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での軟鋼の乾式高速断続高送り旋削加工試験を行
い、いずれの旋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６に示した。 【００１９】 【表１】【００２０】 【表２】 【００２１】 【表３】 【００２２】 【表４】【００２３】 【表５】 【００２４】 【表６】【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７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（丸棒焼結体ａ，ｂ）、１３ｍ
ｍ（丸棒焼結体ｃ，ｄ）、および２６ｍｍ（丸棒焼結体
ｅ）の３種の超硬基体形成用丸棒焼結体ａ〜ｅを形成
し、さらに前記の３種の丸棒焼結体ａ〜ｅのうちの丸棒
焼結体ｂ，ｄ，ｅ，から、研削加工にて、切刃部の直径
×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ（超硬基体ｂ′）、
１０ｍｍ×２２ｍｍ（超硬基体ｄ′）、および２０ｍｍ
×４５ｍｍ（超硬基体ｅ′）の寸法をもった４枚刃スク
エア形状の超硬基体（エンドミル）ｂ′，ｄ′，ｅ′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）
ｂ′，ｄ′，ｅ′の表面に、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８に示される目標組成および目標層
厚の硬質被覆層を蒸着形成することにより、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）１〜３をそれぞれ製造した。 【００２７】さらに、上記の従来被覆超硬エンドミル１
〜３の表面に、同じくアークイオンプレーティング装置
にて、上記実施例１と同一の条件で、表９，１０に示さ
れる目標組成および目標層厚の中間密着被覆層および表
面潤滑被覆層を蒸着形成することにより同じく図３に示
される形状をもった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）１〜３をそれぞれ製造した。 【００２８】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、これを構成する各種被覆層の組成お
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８〜１０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。 【００２９】つぎに、上記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のうち、本発
明被覆超硬エンドミル１および従来被覆超硬エンドミル
１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：７０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：５ｍｍ、 テーブル送り：１２０ｍｍ／分、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速高切込み溝加工試験
（水溶性切削油使用）、本発明被覆超硬エンドミル２お
よび従来被覆超硬エンドミル２については、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１５Ｃ板材、 切削速度：７８ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：８．２ｍｍ、 テーブル送り：１２８ｍｍ／分、 の条件での軟鋼の乾式高速高切込み溝加工試験、本発明
被覆超硬エンドミル３および従来被覆超硬エンドミル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：６０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切込み）：９ｍｍ、 テーブル送り：９５ｍｍ／分、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速高送り溝加工試験
（水溶性切削油使用）、をそれぞれ行い、いずれの溝加
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８，１０にそれぞれ示した。 【００３０】 【表７】 【００３１】 【表８】 【００３２】 【表９】 【００３３】 【表１０】【００３４】（実施例３） 上記の実施例２で製造した直径が直径が８ｍｍ（丸棒焼
結体ａ，ｂ）、１３ｍｍ（丸棒焼結体ｃ，ｄ）、および
２６ｍｍ（丸棒焼結体ｅ）の３種の超硬基体形成用丸棒
焼結体ａ〜ｅのうちの丸棒焼結体ａ，ｂ，ｃを用い、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″，ｂ″）、および８ｍｍ×２２
ｍｍ（超硬基体ｃ″）の寸法をもった超硬基体（ドリ
ル）ａ″，ｂ″，ｃ″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″，ｂ″，ｃ″の表面に、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
層厚の硬質被覆層を蒸着形成することにより、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）１〜３をそれぞれ製造した。 【００３６】さらに、上記の従来被覆超硬ドリル１〜３
の表面に、同じくアークイオンプレーティング装置に
て、上記実施例１と同一の条件で、表１２，１３に示さ
れる目標組成および目標層厚の中間密着被覆層および表
面潤滑被覆層を蒸着形成することにより、同じく図４に
示される形状をもった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）１〜３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、これを構成する各種被覆層の組成およ
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１１〜１３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１〜３
および従来被覆超硬ドリル１〜３のうち、本発明被覆超
硬ドリル１，２および従来被覆超硬ドリル１，２につい
ては、 被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４板材、 回転速度：４０００ｍｉｎ^-1、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速高送り穴あけ加工試
験、本発明被覆超硬ドリル３および従来被覆超硬ドリル
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、 回転速度：２２００ｍｉｎ^-1、 送り：０．３８ｍｍ／ｒｅｖ、 の条件でのステンレス鋼の湿式高速高送り穴あけ加工試
験、をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ加工試験
（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１１，１３にそれぞれ示した。 【００３９】 【表１１】【００４０】 【表１２】 【００４１】 【表１３】 【００４２】 【発明の効果】表３〜１３に示される結果から、本発明
被覆超硬切削工具は、いずれも表面潤滑被覆層としての
（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ層によって切刃表面にすぐれた潤滑性が
確保され、これが中間密着被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａ
ｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層と強固に密着
し、一方前記中間密着被覆層は上記の硬質被覆層を構成
する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に
対しても強固に密着するようになるので、ステンレス鋼
や軟鋼の切削加工を高い発熱を伴う高速で、かつ高切込
みや高送りなどの重切削条件で行っても、高温に加熱さ
れた切粉が前記（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ層に溶着することがな
く、切刃は常にすぐれた表面潤滑性を維持することか
ら、切刃への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、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対し
て、前記（Ｚｒ，Ｍ）Ｏ層の形成のない従来被覆超硬工
具においては、切粉が硬質被覆層である（Ｔｉ，Ａｌ）
Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層に溶着し易く、これが
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
工を高切込みや高送りなどの重切削条件で行っても切粉
に対してすぐれた表面潤滑性を発揮し、汎用性のある切
削性能を示すものであるから、切削加工装置のＦＡ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】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 14/32 Ｃ２３Ｃ 14/32 Ｆ (56)参考文献 特開 平10−140330（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−27562（ＪＰ，Ａ) 特開2000−317704（ＪＰ，Ａ) 特開2000−288802（ＪＰ，Ａ) 特開2002−254205（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 14/32

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および同（Ｔｉ_1-X
   Ａｌ_X）Ｃ_1-YＮ_Y、で表わした場合、厚さ方向断面中央
   部をオージェ分光分析装置で測定して、以下いずれも原
   子比で、 Ｘ：０．１〜０．７、 Ｙ：０．５〜０．９９、 を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物層およびＴｉとＡｌ
   の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硬質被覆
   層、 （ｂ）組成式：（Ｔｉ_1-aＡｌ_a）Ｃ_1-bＯ_bおよび同（Ｔ
   ｉ_1-aＡｌ_a）Ｃ_1-(b+c)Ｏ_bＮ_cで表わした場合、厚さ方
   向断面中央部をオージェ分光分析装置で測定して、 ａ：０．１〜０．７、 ｂ：０．１〜０．８、 ｃ：０．０５〜０．６５、 を満足するＴｉとＡｌの複合炭酸化物層および複合炭窒
   酸化物層のうちの１種のまたは２種以上のからなり、か
   つ０．１〜１０μｍの平均層厚を有する中間密着被覆
   層、 （ｃ）組成式：（Ｚｒ_1-mＭ_m）Ｏ_n（ただし、ＭはＴ
   ｉ、Ｎｂ、およびＴａのうちの１種または２種以上を示
   す）、で表わした場合、厚さ方向断面中央部をオージェ
   分光分析装置で測定して、 ｍ：０．０１〜０．１、 ｎ：１．７〜２．３、 を満足するＺｒとＭの複合酸化物層からなり、かつ０．
   ５〜１５μｍの平均層厚を有する表面潤滑被覆層、 以上（ａ）〜（ｃ）からなる被覆層を物理蒸着してな
   る、切粉に対する表面潤滑性にすぐれた表面被覆超硬合
   金製切削工具。