JP3580271B2 - 切粉滑り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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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、切粉滑り性にすぐれ、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に用いた場合にも、前記切粉が切刃表面上に溶着することなく、スムースに流れることから、切刃に欠けやチッピング（微小欠け）などが発生することなく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するようにな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、上記の切削工具として、上記超硬基体の表面に、
（ａ）耐摩耗被覆層の下側硬質層として、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１．３×１０−３Ｐａの真空雰囲気として、６５０℃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、例えば電圧：３５Ｖ、電流：９０Ａの条件で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、または窒素ガスとメタンガスを導入し、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る基体（以下、これらを総称して超硬基体と云う）には、例えばー２００Ｖ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：（Ｔｉ１−ＸＡｌＸ）Ｎおよび同（Ｔｉ１−ＸＡｌＸ）Ｃ１−ＹＮＹ（ただし、オージェ分光分析装置による測定で、原子比で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有する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の単層、または両方の複層を０．１〜１０μｍの平均層厚で形成し、
（ｂ）さらに、上記下側硬質層の表面に、同じ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）として金属Ａｌを用い、かつ装置内に導入される反応ガスを酸素とし、パルスバイアス電圧を印加する以外は上記下側硬質層の蒸着形成条件と実質的に同じ条件で、酸化アルミニウム（以下、Ａｌ２Ｏ３で示す）層からなる上側硬質層を０．５〜１５μｍの平均層厚で形成してなる、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】
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、耐摩耗被覆層を構成するＡｌ２Ｏ３層や、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（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、この溶着現象は切削加工が高速化すればするほど顕著に現れるようになり、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高速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、すなわち切粉滑り性にすぐれた被覆超硬工具を開発すべく、特に上記の従来被覆超硬工具に着目し、研究を行った結果、
上記の従来被覆超硬工具の耐摩耗被覆層を構成するＡｌ２Ｏ３層、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のそれぞれの層厚を平均層厚で０．０１〜０．１μｍのきわめて薄い薄層とし、さらにこれに同じく０．０１〜０．１μｍの平均層厚とした窒化アルミニウム（以下、ＡｌＮで示す）の薄層を加え、これらの薄層を循環交互配置して積層とした状態で、０．８〜１０μｍの全体平均層厚を有する耐摩耗被覆層を構成すると、この耐摩耗被覆層を形成してなる被覆超硬工具においては、前記耐摩耗被覆層を構成するＡｌＮ薄層の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ないことから、前記ＡｌＮ薄層がすぐれた切粉滑り性を発揮するようになり、この結果切刃表面に対する切粉の溶着が著しく抑制されるようになり、切刃に欠けやチッピングの発生がなくなり、耐摩耗被覆層を構成する上記Ａｌ２Ｏ３層、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層によってもたらされるすぐれた耐摩耗性と相俟って、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、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、アークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上で回転する超硬基体の表面に、０．８〜１０μｍの全体平均層厚で物理蒸着した耐摩耗被覆層が、個々の平均層厚が０．０１〜０．１μｍの第１薄層、第２薄層、および第３薄層の循環交互配置積層からなり、
（ａ）上記第１薄層を、カソード電極（蒸発源）としてＴｉ−Ａｌ合金を用い、反応ガスとして窒素ガス、または窒素ガスとメタンガスを導入して形成され、かつ、組成式：［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｎおよび同［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｃ1-mＮm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：０．１〜０．７、ｍ：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、
（ｂ）上記第２薄層を、カソード電極（蒸発源）として金属Ａｌを用い、反応ガスとして酸素を導入して形成されたＡｌ2Ｏ3 層、
（ｃ）さらに上記第３薄層を、カソード電極（蒸発源）として金属Ａｌを用い、反応ガスとして窒素ガスを導入して形成されたＡｌＮ層、
で構成してなる、切粉滑り性にすぐれた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において、これの耐摩耗被覆層の構成層について説明する。
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮからなる第１薄層には、耐摩耗被覆層に硬さと靭性を付与せしめ、もってチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性をＡｌ２Ｏ３からなる第２薄層との共存において発揮する作用がある。すなわち前記第１薄層におけるＡｌは高靭性を有するＴｉＮに対して硬さを高め、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：（Ｔｉ１−ＸＡｌＸ）Ｎおよび同（Ｔｉ１−ＸＡｌＸ）Ｃ１−ＹＮＹのＸ値が０．１未満では所望の硬さ向上効果が得られず、一方その値が０．７を越えると、耐摩耗被覆層に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におけるＣ成分には、さらに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、Ａｌ２Ｏ３からなる第２薄層は、すぐれた高温硬さと耐熱性を有し、上記第１薄層共存した状態で耐摩耗被覆層の耐摩耗性を一段と向上させる作用をもつものである。
さらに、ＡｌＮからなる第２薄層には、上記の通り特に粘性の高いステンレス鋼や軟鋼などの切粉に対してすぐれた滑り性を発揮し、前記切粉が切刃表面に溶着するのを抑制し、もって前記溶着切粉が原因の欠けやチッピングなどの発生を防止する作用がある。
【０００８】
なお、耐摩耗被覆層を構成する第１薄層、第２薄層、および第３薄層の個々の平均層厚をそれぞれ０．０１〜０．１μｍとしたのは、いずれの薄層においても、その平均層厚が０．０１μｍ未満になると、それぞれの薄層のもつ特性、すなわち第１薄層による靭性と硬さ、第２薄層による高温硬さとすぐれた耐熱性、そして第３薄層によるすぐれた切粉滑り性を耐摩耗被覆層に十分に具備せしめることができず、一方いずれの薄層の平均層厚が０．１μｍを越えても、耐摩耗被覆層のもつ循環交互配置積層構造では層厚が０．１μｍを越えた部分に脆化現象が現われ、この部分が欠けやチッピングなどの発生の起点となる、という理由によるものである。
また、耐摩耗被覆層の全体平均層厚を０．８〜１０μｍとしたのは、その層厚が０．８μｍ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１０μｍ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いう理由によるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆超硬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、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３ Ｃ２ 粉末、ＴｉＮ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、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・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。
【００１０】
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ＴｉＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。
【００１１】
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内の回転テーブル上に装着し、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第１薄層形成用Ｔｉ−Ａｌ合金、第２薄層および第３薄層形成用金属Ａｌを装置内の所定位置に装着し、またボンバート洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず装置内を排気して０．５Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を７００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で回転する超硬基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、カソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって超硬基体表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮからなる第１薄層の形成は、装置内に反応ガスとして窒素ガス、または窒素ガスとメタンガスを導入して５Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で回転する超硬基体に−２００Ｖの直流バイアス電圧を印加する条件で行い、またＡｌ２Ｏ３からなる第２薄層の形成は、装置内に反応ガスとして酸素を導入して１．３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、同じく前記回転テーブル上で回転する超硬基体に−３００Ｖのパルスバイアス電圧を印加する条件で行い、さらにＡｌＮからなる第３薄層の形成は、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して６Ｐａの反応雰囲気とすると共に、同じく前記回転テーブル上で回転する超硬基体に−３００Ｖのパルスバイアス電圧を印加する条件で行い、かつこの場合各薄層形成の間には原則として反応ガス排出のための真空引きを１０秒間行う条件で、前記カソード電極（前記第１薄層形成用Ｔｉ−Ａｌ合金、第２薄層および第３薄層形成用金属Ａｌ ） 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の表面に、表３に示される目標組成および目標層厚の第１薄層、第２薄層、および第３薄層を表３に示される組み合わせで、かつ同じく表４に示される全体薄層数および全体目標層厚で蒸着して、循環交互配置積層構造を有する耐摩耗被覆層を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）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１２】
また、比較の目的で、表５に示される通り、ＡｌＮの第３薄層の形成を行なわず、上記の蒸着条件での（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮの第１薄層とＡｌ２Ｏ３の第２薄層の交互積層からなる耐摩耗被覆層を形成する以外は、それぞれ上記の本発明被覆超硬チップ１〜１６の形成条件と同じ条件で同じく図２に示される形状をもった比較被覆超硬工具としての比較表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、比較被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１３】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１６および比較被覆超硬チップ１〜１６について、これをいずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、
切削速度：３２０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．８ｍｍ、
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：１．５ｍｍ、
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：２７０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．２ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での軟鋼の乾式高速断続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。この測定結果を表６に示した。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】
【表４】
【００１８】
【表５】
【００１９】
【表６】
【００２０】
（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２．３μｍ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、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２６ｍｍ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×４５ｍｍの寸法をもった超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。
【００２１】
ついで、これらの超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８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と同じ条件で、前記超硬基体の表面に、表３に示される目標組成および目標層厚の第１薄層、第２薄層、および第３薄層を表８に示される組み合わせで、かつ同じく表８に示される全体薄層数および全体目標層厚で蒸着して、循環交互配置積層構造を有する耐摩耗被覆層を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。
【００２２】
また、比較の目的で、表９に示される通り、ＡｌＮの第３薄層の形成を行なわず、上記の蒸着条件での（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮの第１薄層とＡｌ２Ｏ３の第２薄層の交互積層からなる耐摩耗被覆層を形成する以外は、それぞれ上記の本発明被覆超硬エンドミル１〜８の製造条件と同じ条件で同じく図３に示される形状をもった比較被覆超硬工具としての比較表面被覆超硬合金製エンドミル（以下、比較被覆超硬エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００２３】
つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル１〜８および比較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および比較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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：７５ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、
テーブル送り：１２０ｍｍ／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および比較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：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１５Ｃ板材、
切削速度：８５ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：４．５ｍｍ、
テーブル送り：１２５ｍｍ／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および比較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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：７．５ｍｍ、
テーブル送り：７０ｍｍ／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切刃部先端面の直径が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍ減少するまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表８，９にそれぞれ示した。
【００２４】
【表７】
【００２５】
【表８】
【００２６】
【表９】
【００２７】
（実施例３）
上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−３形成用）、１３ｍｍ（超硬基体Ｃ−４〜Ｃ−６形成用）、および２６ｍｍ（超硬基体Ｃ−７、Ｃ−８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Ｄ−１〜Ｄ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（超硬基体Ｄ−４〜Ｄ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（超硬基体Ｄ−７，Ｄ−８）の寸法をもった超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。
【００２８】
ついで、これらの超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８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と同じ条件で、前記超硬基体の表面に、表３に示される目標組成および目標層厚の第１薄層、第２薄層、および第３薄層を表１０に示される組み合わせで、かつ同じく表１０に示される全体薄層数および全体目標層厚で蒸着して、循環交互配置積層構造を有する耐摩耗被覆層を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。
【００２９】
また、比較の目的で、表１１に示される通り、ＡｌＮの第３薄層の形成を行なわず、上記の蒸着条件での（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮの第１薄層とＡｌ２Ｏ３の第２薄層の交互積層からなる耐摩耗被覆層を形成する以外は、それぞれ上記の本発明被覆超硬ドリル１〜８の製造条件と同じ条件で同じく図４に示される形状をもった比較被覆超硬工具としての比較表面被覆超硬合金製ドリル（以下、比較被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３０】
つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜８および比較被覆超硬ドリル１〜８のうち、本発明被覆超硬ドリル１〜３および比較被覆超硬ドリル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４板材、
切削速度：５５ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．１２ｍｍ／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および比較被覆超硬ドリル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：６５ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２０ｍｍ／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および比較被覆超硬ドリル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの板材、
切削速度：１４０ｍ／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（水溶性切削油使用）高速穴あけ切削加工試験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１０，１１にそれぞれ示した。
【００３１】
【表１０】
【００３２】
【表１１】
【００３３】
なお、この結果得られた本発明被覆超硬工具としての本発明被覆超硬チップ１〜１５、本発明被覆超硬エンドミル１〜８、および本発明被覆超硬ドリル１〜８、さらに比較被覆超硬工具としての比較被覆超硬チップ１〜１５、比較被覆超硬エンドミル１〜８、および比較被覆超硬ドリル１〜８の耐摩耗被覆層について、その構成層のそれぞれの厚さ方向中央部の組成をオージェ分光分析装置を用いて測定すると共に、前記耐摩耗被覆層の構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標組成および目標層厚と実質的に同じ値を示した。
【００３４】
【発明の効果】
表４〜１１に示される結果から、耐摩耗被覆層が第１薄層、第２薄層、および第３薄層の循環交互配置積層構造を有する本発明被覆超硬工具は、いずれも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行っても、前記ＡｌＮの第３薄層の介在によって、高温加熱の切粉との親和性が著しく低減され、切粉が前記耐摩耗被覆層に溶着することがなく、切刃表面は常にすぐれた切粉滑り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、同じく構成層として共存する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮからなる第１薄層とＡｌ２Ｏ３からなる第２薄層の作用と相俟って、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、前記ＡｌＮの第３薄層の形成のない比較被覆超硬工具においては、切粉が耐摩耗被覆層に溶着し易く、これが原因で耐摩耗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すぐれた切粉滑り性を発揮し、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。
【発明の属する技術分野】
この発明は、切粉滑り性にすぐれ、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に用いた場合にも、前記切粉が切刃表面上に溶着することなく、スムースに流れることから、切刃に欠けやチッピング（微小欠け）などが発生することなく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するようにな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、上記の切削工具として、上記超硬基体の表面に、
（ａ）耐摩耗被覆層の下側硬質層として、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１．３×１０−３Ｐａの真空雰囲気として、６５０℃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、例えば電圧：３５Ｖ、電流：９０Ａの条件で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、または窒素ガスとメタンガスを導入し、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る基体（以下、これらを総称して超硬基体と云う）には、例えばー２００Ｖ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：（Ｔｉ１−ＸＡｌＸ）Ｎおよび同（Ｔｉ１−ＸＡｌＸ）Ｃ１−ＹＮＹ（ただし、オージェ分光分析装置による測定で、原子比で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有する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の単層、または両方の複層を０．１〜１０μｍの平均層厚で形成し、
（ｂ）さらに、上記下側硬質層の表面に、同じ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）として金属Ａｌを用い、かつ装置内に導入される反応ガスを酸素とし、パルスバイアス電圧を印加する以外は上記下側硬質層の蒸着形成条件と実質的に同じ条件で、酸化アルミニウム（以下、Ａｌ２Ｏ３で示す）層からなる上側硬質層を０．５〜１５μｍの平均層厚で形成してなる、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】
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、耐摩耗被覆層を構成するＡｌ２Ｏ３層や、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（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、この溶着現象は切削加工が高速化すればするほど顕著に現れるようになり、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高速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、すなわち切粉滑り性にすぐれた被覆超硬工具を開発すべく、特に上記の従来被覆超硬工具に着目し、研究を行った結果、
上記の従来被覆超硬工具の耐摩耗被覆層を構成するＡｌ２Ｏ３層、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のそれぞれの層厚を平均層厚で０．０１〜０．１μｍのきわめて薄い薄層とし、さらにこれに同じく０．０１〜０．１μｍの平均層厚とした窒化アルミニウム（以下、ＡｌＮで示す）の薄層を加え、これらの薄層を循環交互配置して積層とした状態で、０．８〜１０μｍの全体平均層厚を有する耐摩耗被覆層を構成すると、この耐摩耗被覆層を形成してなる被覆超硬工具においては、前記耐摩耗被覆層を構成するＡｌＮ薄層の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ないことから、前記ＡｌＮ薄層がすぐれた切粉滑り性を発揮するようになり、この結果切刃表面に対する切粉の溶着が著しく抑制されるようになり、切刃に欠けやチッピングの発生がなくなり、耐摩耗被覆層を構成する上記Ａｌ２Ｏ３層、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層によってもたらされるすぐれた耐摩耗性と相俟って、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、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、アークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上で回転する超硬基体の表面に、０．８〜１０μｍの全体平均層厚で物理蒸着した耐摩耗被覆層が、個々の平均層厚が０．０１〜０．１μｍの第１薄層、第２薄層、および第３薄層の循環交互配置積層からなり、
（ａ）上記第１薄層を、カソード電極（蒸発源）としてＴｉ−Ａｌ合金を用い、反応ガスとして窒素ガス、または窒素ガスとメタンガスを導入して形成され、かつ、組成式：［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｎおよび同［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｃ1-mＮm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：０．１〜０．７、ｍ：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、
（ｂ）上記第２薄層を、カソード電極（蒸発源）として金属Ａｌを用い、反応ガスとして酸素を導入して形成されたＡｌ2Ｏ3 層、
（ｃ）さらに上記第３薄層を、カソード電極（蒸発源）として金属Ａｌを用い、反応ガスとして窒素ガスを導入して形成されたＡｌＮ層、
で構成してなる、切粉滑り性にすぐれた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において、これの耐摩耗被覆層の構成層について説明する。
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮからなる第１薄層には、耐摩耗被覆層に硬さと靭性を付与せしめ、もってチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性をＡｌ２Ｏ３からなる第２薄層との共存において発揮する作用がある。すなわち前記第１薄層におけるＡｌは高靭性を有するＴｉＮに対して硬さを高め、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：（Ｔｉ１−ＸＡｌＸ）Ｎおよび同（Ｔｉ１−ＸＡｌＸ）Ｃ１−ＹＮＹのＸ値が０．１未満では所望の硬さ向上効果が得られず、一方その値が０．７を越えると、耐摩耗被覆層に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におけるＣ成分には、さらに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、Ａｌ２Ｏ３からなる第２薄層は、すぐれた高温硬さと耐熱性を有し、上記第１薄層共存した状態で耐摩耗被覆層の耐摩耗性を一段と向上させる作用をもつものである。
さらに、ＡｌＮからなる第２薄層には、上記の通り特に粘性の高いステンレス鋼や軟鋼などの切粉に対してすぐれた滑り性を発揮し、前記切粉が切刃表面に溶着するのを抑制し、もって前記溶着切粉が原因の欠けやチッピングなどの発生を防止する作用がある。
【０００８】
なお、耐摩耗被覆層を構成する第１薄層、第２薄層、および第３薄層の個々の平均層厚をそれぞれ０．０１〜０．１μｍとしたのは、いずれの薄層においても、その平均層厚が０．０１μｍ未満になると、それぞれの薄層のもつ特性、すなわち第１薄層による靭性と硬さ、第２薄層による高温硬さとすぐれた耐熱性、そして第３薄層によるすぐれた切粉滑り性を耐摩耗被覆層に十分に具備せしめることができず、一方いずれの薄層の平均層厚が０．１μｍを越えても、耐摩耗被覆層のもつ循環交互配置積層構造では層厚が０．１μｍを越えた部分に脆化現象が現われ、この部分が欠けやチッピングなどの発生の起点となる、という理由によるものである。
また、耐摩耗被覆層の全体平均層厚を０．８〜１０μｍとしたのは、その層厚が０．８μｍ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１０μｍ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いう理由によるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆超硬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、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３ Ｃ２ 粉末、ＴｉＮ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、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・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。
【００１０】
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ＴｉＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。
【００１１】
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内の回転テーブル上に装着し、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第１薄層形成用Ｔｉ−Ａｌ合金、第２薄層および第３薄層形成用金属Ａｌを装置内の所定位置に装着し、またボンバート洗浄用金属Ｔｉも装着し、まず装置内を排気して０．５Ｐａの真空に保持しながら、ヒーターで装置内を７００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で回転する超硬基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、カソード電極の前記金属Ｔｉとアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって超硬基体表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮからなる第１薄層の形成は、装置内に反応ガスとして窒素ガス、または窒素ガスとメタンガスを導入して５Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で回転する超硬基体に−２００Ｖの直流バイアス電圧を印加する条件で行い、またＡｌ２Ｏ３からなる第２薄層の形成は、装置内に反応ガスとして酸素を導入して１．３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、同じく前記回転テーブル上で回転する超硬基体に−３００Ｖのパルスバイアス電圧を印加する条件で行い、さらにＡｌＮからなる第３薄層の形成は、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して６Ｐａの反応雰囲気とすると共に、同じく前記回転テーブル上で回転する超硬基体に−３００Ｖのパルスバイアス電圧を印加する条件で行い、かつこの場合各薄層形成の間には原則として反応ガス排出のための真空引きを１０秒間行う条件で、前記カソード電極（前記第１薄層形成用Ｔｉ−Ａｌ合金、第２薄層および第３薄層形成用金属Ａｌ ） 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の表面に、表３に示される目標組成および目標層厚の第１薄層、第２薄層、および第３薄層を表３に示される組み合わせで、かつ同じく表４に示される全体薄層数および全体目標層厚で蒸着して、循環交互配置積層構造を有する耐摩耗被覆層を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）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１２】
また、比較の目的で、表５に示される通り、ＡｌＮの第３薄層の形成を行なわず、上記の蒸着条件での（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮの第１薄層とＡｌ２Ｏ３の第２薄層の交互積層からなる耐摩耗被覆層を形成する以外は、それぞれ上記の本発明被覆超硬チップ１〜１６の形成条件と同じ条件で同じく図２に示される形状をもった比較被覆超硬工具としての比較表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、比較被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１３】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１６および比較被覆超硬チップ１〜１６について、これをいずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の丸棒、
切削速度：３２０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．８ｍｍ、
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：１．５ｍｍ、
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：２７０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．２ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での軟鋼の乾式高速断続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。この測定結果を表６に示した。
【００１４】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
（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２．３μｍ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、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２６ｍｍ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×４５ｍｍの寸法をもった超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。
【００２１】
ついで、これらの超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８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と同じ条件で、前記超硬基体の表面に、表３に示される目標組成および目標層厚の第１薄層、第２薄層、および第３薄層を表８に示される組み合わせで、かつ同じく表８に示される全体薄層数および全体目標層厚で蒸着して、循環交互配置積層構造を有する耐摩耗被覆層を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。
【００２２】
また、比較の目的で、表９に示される通り、ＡｌＮの第３薄層の形成を行なわず、上記の蒸着条件での（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮの第１薄層とＡｌ２Ｏ３の第２薄層の交互積層からなる耐摩耗被覆層を形成する以外は、それぞれ上記の本発明被覆超硬エンドミル１〜８の製造条件と同じ条件で同じく図３に示される形状をもった比較被覆超硬工具としての比較表面被覆超硬合金製エンドミル（以下、比較被覆超硬エンドミルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００２３】
つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル１〜８および比較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および比較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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：７５ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、
テーブル送り：１２０ｍｍ／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および比較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：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１５Ｃ板材、
切削速度：８５ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：４．５ｍｍ、
テーブル送り：１２５ｍｍ／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および比較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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：７．５ｍｍ、
テーブル送り：７０ｍｍ／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切刃部先端面の直径が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍ減少するまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表８，９にそれぞれ示した。
【００２４】
【表７】
【表８】
【表９】
（実施例３）
上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−３形成用）、１３ｍｍ（超硬基体Ｃ−４〜Ｃ−６形成用）、および２６ｍｍ（超硬基体Ｃ−７、Ｃ−８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Ｄ−１〜Ｄ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（超硬基体Ｄ−４〜Ｄ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（超硬基体Ｄ−７，Ｄ−８）の寸法をもった超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。
【００２８】
ついで、これらの超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８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と同じ条件で、前記超硬基体の表面に、表３に示される目標組成および目標層厚の第１薄層、第２薄層、および第３薄層を表１０に示される組み合わせで、かつ同じく表１０に示される全体薄層数および全体目標層厚で蒸着して、循環交互配置積層構造を有する耐摩耗被覆層を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。
【００２９】
また、比較の目的で、表１１に示される通り、ＡｌＮの第３薄層の形成を行なわず、上記の蒸着条件での（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮの第１薄層とＡｌ２Ｏ３の第２薄層の交互積層からなる耐摩耗被覆層を形成する以外は、それぞれ上記の本発明被覆超硬ドリル１〜８の製造条件と同じ条件で同じく図４に示される形状をもった比較被覆超硬工具としての比較表面被覆超硬合金製ドリル（以下、比較被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれぞれ製造した。
【００３０】
つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜８および比較被覆超硬ドリル１〜８のうち、本発明被覆超硬ドリル１〜３および比較被覆超硬ドリル１〜３については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４板材、
切削速度：５５ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．１２ｍｍ／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および比較被覆超硬ドリル４〜６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：６５ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２０ｍｍ／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および比較被覆超硬ドリル７，８については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの板材、
切削速度：１４０ｍ／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（水溶性切削油使用）高速穴あけ切削加工試験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１０，１１にそれぞれ示した。
【００３１】
【表１０】
【表１１】
なお、この結果得られた本発明被覆超硬工具としての本発明被覆超硬チップ１〜１５、本発明被覆超硬エンドミル１〜８、および本発明被覆超硬ドリル１〜８、さらに比較被覆超硬工具としての比較被覆超硬チップ１〜１５、比較被覆超硬エンドミル１〜８、および比較被覆超硬ドリル１〜８の耐摩耗被覆層について、その構成層のそれぞれの厚さ方向中央部の組成をオージェ分光分析装置を用いて測定すると共に、前記耐摩耗被覆層の構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標組成および目標層厚と実質的に同じ値を示した。
【００３４】
【発明の効果】
表４〜１１に示される結果から、耐摩耗被覆層が第１薄層、第２薄層、および第３薄層の循環交互配置積層構造を有する本発明被覆超硬工具は、いずれも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行っても、前記ＡｌＮの第３薄層の介在によって、高温加熱の切粉との親和性が著しく低減され、切粉が前記耐摩耗被覆層に溶着することがなく、切刃表面は常にすぐれた切粉滑り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、同じく構成層として共存する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎおよび（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮからなる第１薄層とＡｌ２Ｏ３からなる第２薄層の作用と相俟って、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、前記ＡｌＮの第３薄層の形成のない比較被覆超硬工具においては、切粉が耐摩耗被覆層に溶着し易く、これが原因で耐摩耗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すぐれた切粉滑り性を発揮し、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。
Claims (1)
- アークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上で回転する炭化タングステン基超硬合金基体または炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、０．８〜１０μｍの全体平均層厚で物理蒸着した耐摩耗被覆層が、個々の平均層厚が０．０１〜０．１μｍの第１薄層、第２薄層、および第３薄層の循環交互配置積層からなり、
（ａ）上記第１薄層を、カソード電極（蒸発源）としてＴｉ−Ａｌ合金を用い、反応ガスとして窒素ガス、または窒素ガスとメタンガスを導入して形成され、かつ、組成式：［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｎおよび同［Ｔｉ1-XＡｌX］Ｃ1-mＮm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：０．１〜０．７、ｍ：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、
（ｂ）上記第２薄層を、カソード電極（蒸発源）として金属Ａｌを用い、反応ガスとして酸素を導入して形成された酸化アルミニウム層、
（ｃ）さらに上記第３薄層を、カソード電極（蒸発源）として金属Ａｌを用い、反応ガスとして窒素ガスを導入して形成された窒化アルミニウム層、
で構成したことを特徴とする、切粉滑り性にすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具。
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