JP3534091B2 - 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

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【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、下地密着被覆層には金属Ｔｉ、硬質被覆層には所定
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６２−５６５
６５号公報に記載されるように、下地層としてのＴｉの
炭化物層、窒化物層、および炭窒化物層（以下、それぞ
れＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層で示す）のう
ちの１種または２種以上からまり、かつ０．１〜１０μ
ｍの平均層厚を有する密着被覆層を介して、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、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、表面層とし
て、組成式：（Ｚｒ_1-mＭ_m）Ｏ_n （ただし、ＭはＴｉ、
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］層からなる被覆層を、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、前記表面層を構成する（Ｚｒ，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［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（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（Ｔｉ，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、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層から
なる下地密着被覆層の超硬基体および前記硬質被覆層に
対するすぐれた密着性と相俟って、超硬基体に前記下地
密着被覆層を介して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）ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、およびＴｉＣＮ層のうちの
１種または２種以上からなり、かつ０．１〜１０μｍの
平均層厚を有する下地密着被覆層、 （ｂ）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）ＣＮ
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、 （ｃ）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（Ｔ
ｉ，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、 （ｄ）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：Ｚ
ｒ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０．５〜１５μｍの
平均層厚を有する表面潤滑被覆層、 以上（ａ）〜（ｄ）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
る下地密着被覆層、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）下地密着被覆層 下地密着被覆層には、超硬基体および硬質被覆層のいず
れとも強固に密着して被覆層全体のの超硬基体表面に対
する密着強度を一段と向上させる作用があるが、その平
均層厚が０．１μｍ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１０μｍを越えると、
切削時に発生する高熱によって熱塑性変形を起し、切刃
に偏摩耗が発生し、これが原因で摩耗進行が急激に促進
されるようになることから、その平均層厚を０．１〜１
０μｍと定めた。 【００１０】（ｂ）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。 【００１１】（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。 【００１２】（ｄ）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。 【００１３】 【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、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、Ｎｂ
Ｃ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、１００Ｍ
Ｐａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６
Ｐａ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Ａ−１〜Ａ
−５を形成した。 【００１４】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。 【００１５】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、それぞれ下地密着被覆層形成用金属
Ｔｉ、並びに硬質被覆層形成用の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、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〜Ｂ
６のそれぞれの表面に、表３、４に示される目標組成お
よび目標層厚の下地密着被覆層および硬質被覆層を蒸着
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。 【００１６】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。 【００１７】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。 【００１８】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・ＳＵ
Ｓ３０４の丸棒、切削速度：３４０ｍ／ｍｉｎ．、切り
込み：２．８ｍｍ、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・ＳＵＳ３０
４の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、切削速度：２３
０ｍ／ｍｉｎ．、切り込み：１．３ｍｍ、送り：０．６
ｍｍ／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：３００ｍ／ｍｉｎ．、切り込み：１．５
ｍｍ、送り：０．６ｍｍ／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。 【００１９】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：４３０ｍ／ｍｉ
ｎ．、切り込み：３．２ｍｍ、送り：０．３ｍｍ／ｒｅ
ｖ．、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・Ｓ
ＵＳ３０４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：０．６２ｍｍ／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：３６０ｍ／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。 【００２０】 【表１】【００２１】 【表２】 【００２２】 【表３】 【００２３】 【表４】 【００２４】 【表５】【００２５】 【表６】 【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１．２μ
ｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ₃Ｃ₂粉末、同１．
５μｍのＶＣ粉末、同１．０μｍ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９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
（丸棒焼結体ａ，ｂ）、および１３ｍｍ（丸棒焼結体ｃ
〜ｅ）の２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２種の丸棒焼結体ａ〜ｅのうちの丸棒
焼結体ａ，ｃ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ａ′）および１
０ｍｍ×２２ｍｍ（超硬基体ｃ′）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）ａ′，ｃ′を
製造した。 【００２７】ついで、これらの超硬基体（エンドミル）
ａ′，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８に示される目標組成および目標層厚の下地
密着被覆層および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）１，２をそれぞれ製造し
た。 【００２８】さらに、上記の従来被覆超硬エンドミル
１，２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）１，２を製造した。 【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。 【００３０】つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル
１，２および従来被覆超硬エンドミル１，２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×２５
０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板
材、切削速度：７５ｍ／ｍｉｎ．、溝深さ（切込み）：
５．５ｍｍ、テーブル送り：１２５ｍｍ／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：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ
１５Ｃ板材、切削速度：８２ｍ／ｍｉｎ．、溝深さ（切
込み）：８．５ｍｍ、テーブル送り：１２０ｍｍ／分、
の条件での軟鋼の乾式高速高切込み溝加工試験、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８ｍｍ（丸棒焼結体
ａ，ｂ）、および１３ｍｍ（丸棒焼結体ｃ〜ｅ）の２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
ｂ，ｄ，ｅ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ｂ″）、およ
び８ｍｍ×２２ｍｍ（超硬基体ｄ″、ｅ″）の寸法をも
った超硬基体（ドリル）ｂ″，ｄ″，ｅ″をそれぞれ製
造した。 【００３５】ついで、これらの超硬基体（ドリル）
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１１に示される目標組成および目標
層厚の下地密着被覆層および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および従来被覆超硬ドリル１については、被
削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０
ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４板材、回転速度：４２００
ｍｉｎ^-1、送り：０．３５ｍｍ／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２，３および従来被覆超硬ドリル２，３に
ついては、被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍ
ｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、回
転速度：２５００ｍｉｎ^-1、送り：０．４５ｍｍ／ｒｅ
ｖ、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、上記の下地密
着被覆層の超硬基体および前記硬質被覆層に対する強固
な密着性と相俟って、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（Ｚ
ｒ，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，Ａ
ｌ）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 (56)参考文献 特開 平９−295204（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−27562（ＪＰ，Ａ) 特開2000−317704（ＪＰ，Ａ) 特開2000−288802（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

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）Ｔｉの炭化物層、窒化物層、および炭窒化物層の
   うちの１種または２種以上からなり、かつ０．１〜１０
   μｍの平均層厚を有する下地密着被覆層、 （ｂ）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、 （ｃ）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、 （ｄ）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）〜（ｄ）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。