JP3620480B2 - 耐摩耗被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製エンドミルまたはドリル - Google Patents
耐摩耗被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製エンドミルまたはドリル Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に各種鋼や鋳鉄などの切削を高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも耐摩耗被覆層がすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆超硬合金製エンドミルまたはドリル（以下、被覆超硬エンドミルまたはドリルと云う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
切削工具として、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の穴あけ切削加工などに用いられる被覆超硬ドリルや被覆超硬ミニチュアドリル、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被覆超硬エンドミルが知られている。
【０００３】
また、一般に、上記の被覆超硬エンドミルまたはドリルが、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７００℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と、下側硬質層形成には所定組成を有するＴｉ−Ａｌ合金、さらに上側硬質層形成には金属Ａｌ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、あるいは酸素を導入し、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エンドミル基体またはドリル基体には、例えば−１２０Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記エンドミル基体またはドリル基体の表面に、
（ａ）組成式：（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｎおよび同（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｃ1-Y ＮY （ただし、原子比で、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有するＴｉとＡｌの複合窒化物層［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］およびＴｉとＡｌの複合炭窒化物層［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮで示す］のうちのいずれかの単層、または両方の複層からなり、かつ０．１〜１５μｍの平均層厚を有する下側硬質層、
（ｂ）酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）層からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する上側硬質層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された耐摩耗被覆層を形成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】
一方、近年の切削装置のＦＡ化および高性能化はめざましく、かつ切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に対する要求もつよく、これに伴い、切削条件にかかわらず、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するエンドミルまたはドリルの開発が強く望まれているが、上記の従来被覆超硬エンドミルまたはドリルにおいては、これを特に鋼や鋳鉄などの切削を高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なうのに用いた場合、これの耐摩耗被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層の下側硬質層とＡｌ2Ｏ3層の上側硬質層との密着性が十分でないために、この密着性不足が原因で耐摩耗被覆層にチッピング（微小欠け）が発生し易く、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、上記の従来被覆超硬エンドミルまたはドリルを構成する耐摩耗被覆層の耐チッピング性向上を図るべく研究を行なった結果、
上記の従来被覆超硬エンドミルまたはドリルを構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる下側硬質層とＡｌ2Ｏ3層の上側硬質層との間に、
カソード電極（蒸発源）としてＴｉ−Ａｌ合金を用い、反応ガスとしてメタンガスと酸素、またはメタンガスと窒素ガスと酸素を導入して形成された、組成式：（Ｔｉ1-a Ａｌa ）Ｃ1-c Ｏc および同（Ｔｉ1-a Ａｌa ）Ｃ1-(b+c) Ｎb Ｏc （ただし、原子比で、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、ａは０．５〜０．７、ｂは０．１〜０．５５、ｃは０．１〜０．８を示す）を有するＴｉとＡｌの複合炭酸化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯで示す］層および複合炭窒酸化物層［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯで示す］のうちのいずれかの単層、または両方の複層、
を蒸着介在させると、上記下側硬質層および上側硬質層と上記（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層との層間には著しく強固な密着性が確保されるようになることから、この結果の被覆超硬エンドミルまたはドリルにおいては、例えば鋼の切削を、特に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Ａｌ2 Ｏ3 の上側硬質層、並びに（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層の下側硬質層を構成層とする耐摩耗被覆層に層間の密着性不足が原因のピッチングの発生がなくなり、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性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、アークイオンプレーティング装置にて、ＷＣ基超硬合金で構成されたエンドミル基体またはドリル基体の表面に、
（ａ）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、またはメタンガスと窒素ガスを導入して形成された、組成式：（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｎおよび同（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｃ1-Y ＮY （ただし、原子比で、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちのいずれかの単層、または両方の複層からなり、かつ０．１〜１５μｍの平均層厚を有する下側硬質層、
（ｂ）カソード電極（蒸発源）としてＴｉ−Ａｌ合金を用い、反応ガスとしてメタンガスと酸素、またはメタンガスと窒素ガスと酸素を導入して形成された、組成式：（Ｔｉ1-a Ａｌa ）Ｃ1-c Ｏc および同（Ｔｉ1-a Ａｌa ）Ｃ1-(b+c) Ｎb Ｏc （ただし、原子比で、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、ａは０．５〜０．７、ｂは０．１〜０．５５、ｃは０．１〜０．８を示す）を有する（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層のうちのいずれかの単層、または両方の複層からなり、かつ０．１〜１０μｍの平均層厚を有するる中間密着層、
（ｃ））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Ａｌ2 Ｏ3層からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する上側硬質層、
以上（ａ）〜（ｃ）で構成された耐摩耗被覆層を形成してなる、耐摩耗被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆超硬エンドミルまたはドリル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エンドミルまたはドリルにおいて、これの耐摩耗被覆層を構成する下側硬質層、中間密着層、および上側硬質層について説明する。
（ａ）下側硬質層
下側硬質層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ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上側硬質層との共存において発揮する作用がある。すなわち前記下側硬質層における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-X ＡｌX ）Ｎおよび同（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｃ1-Y ＮY 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層における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と定めたのである。
また、この場合その平均層厚が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、耐摩耗被覆層にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜１５μｍと定めた。
【０００８】
（ｂ）中間密着層
中間密着層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層には、上記の通り下側硬質層および上側硬質層のいずれとも強固に密着する作用があり、この強固な密着性は、原則的にこれらの層の構成成分であるＡｌ、Ｔｉ、およびＯ成分によってもたらされるものであり、したがってＡｌのＴｉとの相対割合を示すａ値が原子比で（以下同じ）０．５未満になると、Ｔｉに対するＡｌの割合が少なくなり過ぎて上側硬質層との密着性が急激に低下するようになり、一方ａ値が０．７を超えると反対にＴｉに対するＡｌの割合が多くなり過ぎて、下側硬質層との密着性が低下するようになることから、ａ値を０．５〜０．７と定めた。
また、同じくＯ成分の割合を示すｃ値が、０．１未満では上側硬質層に対する密着性に所望の向上効果が得られず、一方ｃ値が０．８を超えると、相対的に層が所望の硬さを維持するために含有するＣ成分の割合が低下し、層自体が脆化し、チッピングが発生し易くなるばかりでなく、下側硬質層との密着性に低下傾向が現われることから、ｃ値を０．１〜０．８と定めた。
さらに、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層におけるＮ成分には、さらに靭性を向上させる作用があるので、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層は上記（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層に比して相対的に高い靭性をもつが、この場合Ｎ成分の割合を示すｂ値が０．１未満では所望の靭性向上効果が得られず、一方Ｎ成分の割合を示すｂ値が０．５５を越えると、層が所定の硬さを保持する目的で含有するＣ成分の割合が低くなり過ぎて、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易くなることから、ｂ値を０．１〜０．５５と定めた。
また、この場合その平均層厚が０．１μｍ未満では所望のすぐれた密着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、耐摩耗被覆層に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。
【０００９】
（ｃ）上側硬質層
上側硬質層を構成するＡｌ2Ｏ3層は、すぐれた高温硬さと耐熱性を有し、上記の下側硬質層と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があるが、その平均層厚が０．５μｍでは所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１５μｍ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ことから、その平均層厚を０．５〜１５μｍと定めた。
さらに、上記耐摩耗被覆層の上に、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、この色調によって被覆超硬エンドミルおよびドリル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。
【００１０】
【発明の実施の形態】
ついで、この発明の被覆超硬エンドミルまたはドリル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、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２．３μｍ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１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１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の寸法をもったエンドミル基体Ｃ−１〜Ｃ−６をそれぞれ製造した。
【００１１】
ついで、これらのエンドミル基体Ｃ−１〜Ｃ−６の表面を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、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、所定の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金（下側硬質層および中間密着層形成用）、さらに金属Ａｌ（上側硬質層形成用）をそれぞれ装着し、
装置内を排気して１．３×１０ -3 Ｐａ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、この状態でエンドミル基体に−８００Ｖのパルスバイアス電圧を印加して前記基体表面をＡｒガスボンバート洗浄し、
ついで装置内を１．３×１０ -3 Ｐａ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、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２．８Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記基体に印加するバイアス電圧を−１５０Ｖに下げて、前記カソード電極（Ｔｉ−Ａｌ合金）とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記基体のそれぞれの表面に、表２に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる下側硬質層を形成し、
さらに同じくカソード電極（蒸発源）としてＴｉ−Ａｌ合金を用い、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メタンガスと酸素、またはメタンガスと窒素ガスと酸素を導入して１．８Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記基体に印加するバイアス電圧を−２００Ｖする以外は前記下側硬質層形成条件と同一の条件で、前記下側硬質層の表面に、表３に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層からなる中間密着層を形成し、
引き続いてカソード電極（蒸発源）として金属Ａｌを用い、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酸素を導入して１．３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記基体に印加するパルスバイアス電圧を−３００Ｖとする以外は前記下側硬質層形成条件と同一の条件で、前記中間密着層の表面に、同じく表３に示される目標層厚のＡｌ 2 Ｏ 3 層からなる上側硬質層を形成することにより、耐摩耗被覆層が以上の下側硬質層、中間密着層、および上側硬質層からなり、かつ図２（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エンドミル１〜６をそれぞれ製造した。
【００１２】
また、比較の目的で、表４，５に示される通り、上記中間密着層の形成を行なわない以外は、それぞれ上記の本発明被覆超硬エンドミル１〜６の製造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エンドミル１〜６をそれぞれ製造した。
【００１３】
つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル１〜６および比較被覆超硬エンドミル１〜６のうち、本発明被覆超硬エンドミル１，２および比較被覆超硬エンドミル１，２については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：４．５ｍｍ、
テーブル送り：６２０ｍｍ／分、
の条件での炭素鋼の乾式高切り込み溝切削加工試験、本発明被覆超硬エンドミル３〜５および比較被覆超硬エンドミル３〜５については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：７．８ｍｍ、
テーブル送り：５８０ｍｍ／分、
の条件での合金鋼の乾式高切り込み溝切削加工試験、本発明被覆超硬エンドミル６および比較被覆超硬エンドミル６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さＨＲＣ５０）の板材、
切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１６ｍｍ、
テーブル送り：７５ｍｍ／分、
の条件での工具鋼の乾式高切り込み溝切削加工試験をそれぞれ行い、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３，５にそれぞれ示した。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】
【００１７】
【表４】
【００１８】
【表５】
【００１９】
（実施例２）
上記の実施例１で製造した直径が８ｍｍ（エンドミル基体Ｃ−１，Ｃ−２形成用）、１３ｍｍ（エンドミル基体Ｃ−３〜Ｃ−５形成用）、および２６ｍｍ（エンドミル基体Ｃ−６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（ドリル基体Ｄ−１，Ｄ−２）、８ｍｍ×２２ｍｍ（ドリル基体Ｄ−３〜Ｄ−５）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（ドリル基体Ｄ−６）の寸法をもったドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−６をそれぞれ製造した。
【００２０】
ついで、これらのドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−６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、表６，７に示される目標組成および目標層厚をもった下側硬質層、中間密着層、および上側硬質層で構成された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ドリル１〜６をそれぞれ製造した。
【００２１】
また、比較の目的で、表８，９に示される通り、中間密着層の形成を行なわない以外は、それぞれ上記の本発明被覆超硬ドリル１〜６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ドリル１〜６をそれぞれ製造した。
【００２２】
つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜６および比較被覆超硬ドリル１〜６のうち、本発明被覆超硬ドリル１，２および比較被覆超硬ドリル１，２については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、
切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２２ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での炭素鋼の湿式高送り穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル３〜５および比較被覆超硬ドリル３〜５については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の板材、
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での合金鋼の湿式高送り穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル６および比較被覆超硬ドリル６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ５２）の板材、
切削速度：３５ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２７ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での工具鋼の湿式高送り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）高送り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７，９にそれぞれ示した。
【００２３】
【表６】
【００２４】
【表７】
【００２５】
【表８】
【００２６】
【表９】
【００２７】
なお、この結果得られた本発明被覆超硬エンドミル１〜６、および本発明被覆超硬ドリル１〜６、さらに比較被覆超硬エンドミル１〜６、および比較被覆超硬ドリル１〜６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。
【００２８】
【発明の効果】
表２〜９に示される結果から、中間密着層として（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層を形成した本発明被覆超硬エンドミル１〜６および本発明被覆超硬ドリル１〜６は、いずれも各種鋼の切削加工を高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なっても前記中間密着層が同じく耐摩耗被覆層を構成する上側硬質層と下側硬質層の間にあってこれら両層と著しく強固に密着することから、層間密着性不足が原因のチッピングが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、前記中間密着層の形成のない比較被覆超硬エンドミル１〜６および比較被覆超硬ドリル１〜６においては、前記上側硬質層と下側硬質層間の密着性不足が原因で耐摩耗被覆層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エンドミルまたはドリルは、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、特に耐摩耗被覆層に高い層間密着性が要求される重切削条件での切削加工でも耐摩耗被覆層にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものであるから、切削装置のＦＡ化および高性能化、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）は被覆超硬エンドミルの概略正面図、（ｂ）は同切刃部の概略横断面図である。
【図３】（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、特に各種鋼や鋳鉄などの切削を高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも耐摩耗被覆層がすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆超硬合金製エンドミルまたはドリル（以下、被覆超硬エンドミルまたはドリルと云う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
切削工具として、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の穴あけ切削加工などに用いられる被覆超硬ドリルや被覆超硬ミニチュアドリル、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被覆超硬エンドミルが知られている。
【０００３】
また、一般に、上記の被覆超硬エンドミルまたはドリルが、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７００℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と、下側硬質層形成には所定組成を有するＴｉ−Ａｌ合金、さらに上側硬質層形成には金属Ａｌ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、あるいは酸素を導入し、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エンドミル基体またはドリル基体には、例えば−１２０Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記エンドミル基体またはドリル基体の表面に、
（ａ）組成式：（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｎおよび同（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｃ1-Y ＮY （ただし、原子比で、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有するＴｉとＡｌの複合窒化物層［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎで示す］およびＴｉとＡｌの複合炭窒化物層［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮで示す］のうちのいずれかの単層、または両方の複層からなり、かつ０．１〜１５μｍの平均層厚を有する下側硬質層、
（ｂ）酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）層からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する上側硬質層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された耐摩耗被覆層を形成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】
一方、近年の切削装置のＦＡ化および高性能化はめざましく、かつ切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に対する要求もつよく、これに伴い、切削条件にかかわらず、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するエンドミルまたはドリルの開発が強く望まれているが、上記の従来被覆超硬エンドミルまたはドリルにおいては、これを特に鋼や鋳鉄などの切削を高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なうのに用いた場合、これの耐摩耗被覆層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層の下側硬質層とＡｌ2Ｏ3層の上側硬質層との密着性が十分でないために、この密着性不足が原因で耐摩耗被覆層にチッピング（微小欠け）が発生し易く、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、上記の従来被覆超硬エンドミルまたはドリルを構成する耐摩耗被覆層の耐チッピング性向上を図るべく研究を行なった結果、
上記の従来被覆超硬エンドミルまたはドリルを構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる下側硬質層とＡｌ2Ｏ3層の上側硬質層との間に、
カソード電極（蒸発源）としてＴｉ−Ａｌ合金を用い、反応ガスとしてメタンガスと酸素、またはメタンガスと窒素ガスと酸素を導入して形成された、組成式：（Ｔｉ1-a Ａｌa ）Ｃ1-c Ｏc および同（Ｔｉ1-a Ａｌa ）Ｃ1-(b+c) Ｎb Ｏc （ただし、原子比で、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、ａは０．５〜０．７、ｂは０．１〜０．５５、ｃは０．１〜０．８を示す）を有するＴｉとＡｌの複合炭酸化物［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯで示す］層および複合炭窒酸化物層［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯで示す］のうちのいずれかの単層、または両方の複層、
を蒸着介在させると、上記下側硬質層および上側硬質層と上記（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層との層間には著しく強固な密着性が確保されるようになることから、この結果の被覆超硬エンドミルまたはドリルにおいては、例えば鋼の切削を、特に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Ａｌ2 Ｏ3 の上側硬質層、並びに（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層の下側硬質層を構成層とする耐摩耗被覆層に層間の密着性不足が原因のピッチングの発生がなくなり、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性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、アークイオンプレーティング装置にて、ＷＣ基超硬合金で構成されたエンドミル基体またはドリル基体の表面に、
（ａ）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、またはメタンガスと窒素ガスを導入して形成された、組成式：（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｎおよび同（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｃ1-Y ＮY （ただし、原子比で、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層のうちのいずれかの単層、または両方の複層からなり、かつ０．１〜１５μｍの平均層厚を有する下側硬質層、
（ｂ）カソード電極（蒸発源）としてＴｉ−Ａｌ合金を用い、反応ガスとしてメタンガスと酸素、またはメタンガスと窒素ガスと酸素を導入して形成された、組成式：（Ｔｉ1-a Ａｌa ）Ｃ1-c Ｏc および同（Ｔｉ1-a Ａｌa ）Ｃ1-(b+c) Ｎb Ｏc （ただし、原子比で、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、ａは０．５〜０．７、ｂは０．１〜０．５５、ｃは０．１〜０．８を示す）を有する（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層のうちのいずれかの単層、または両方の複層からなり、かつ０．１〜１０μｍの平均層厚を有するる中間密着層、
（ｃ））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Ａｌ2 Ｏ3層からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する上側硬質層、
以上（ａ）〜（ｃ）で構成された耐摩耗被覆層を形成してなる、耐摩耗被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆超硬エンドミルまたはドリル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エンドミルまたはドリルにおいて、これの耐摩耗被覆層を構成する下側硬質層、中間密着層、および上側硬質層について説明する。
（ａ）下側硬質層
下側硬質層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ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上側硬質層との共存において発揮する作用がある。すなわち前記下側硬質層における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-X ＡｌX ）Ｎおよび同（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｃ1-Y ＮY 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層における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と定めたのである。
また、この場合その平均層厚が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、耐摩耗被覆層にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜１５μｍと定めた。
【０００８】
（ｂ）中間密着層
中間密着層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層には、上記の通り下側硬質層および上側硬質層のいずれとも強固に密着する作用があり、この強固な密着性は、原則的にこれらの層の構成成分であるＡｌ、Ｔｉ、およびＯ成分によってもたらされるものであり、したがってＡｌのＴｉとの相対割合を示すａ値が原子比で（以下同じ）０．５未満になると、Ｔｉに対するＡｌの割合が少なくなり過ぎて上側硬質層との密着性が急激に低下するようになり、一方ａ値が０．７を超えると反対にＴｉに対するＡｌの割合が多くなり過ぎて、下側硬質層との密着性が低下するようになることから、ａ値を０．５〜０．７と定めた。
また、同じくＯ成分の割合を示すｃ値が、０．１未満では上側硬質層に対する密着性に所望の向上効果が得られず、一方ｃ値が０．８を超えると、相対的に層が所望の硬さを維持するために含有するＣ成分の割合が低下し、層自体が脆化し、チッピングが発生し易くなるばかりでなく、下側硬質層との密着性に低下傾向が現われることから、ｃ値を０．１〜０．８と定めた。
さらに、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層におけるＮ成分には、さらに靭性を向上させる作用があるので、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層は上記（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層に比して相対的に高い靭性をもつが、この場合Ｎ成分の割合を示すｂ値が０．１未満では所望の靭性向上効果が得られず、一方Ｎ成分の割合を示すｂ値が０．５５を越えると、層が所定の硬さを保持する目的で含有するＣ成分の割合が低くなり過ぎて、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易くなることから、ｂ値を０．１〜０．５５と定めた。
また、この場合その平均層厚が０．１μｍ未満では所望のすぐれた密着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、耐摩耗被覆層に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。
【０００９】
（ｃ）上側硬質層
上側硬質層を構成するＡｌ2Ｏ3層は、すぐれた高温硬さと耐熱性を有し、上記の下側硬質層と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があるが、その平均層厚が０．５μｍでは所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１５μｍ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ことから、その平均層厚を０．５〜１５μｍと定めた。
さらに、上記耐摩耗被覆層の上に、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、この色調によって被覆超硬エンドミルおよびドリル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。
【００１０】
【発明の実施の形態】
ついで、この発明の被覆超硬エンドミルまたはドリル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、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２．３μｍ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１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１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の寸法をもったエンドミル基体Ｃ−１〜Ｃ−６をそれぞれ製造した。
【００１１】
ついで、これらのエンドミル基体Ｃ−１〜Ｃ−６の表面を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、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、所定の成分組成をもったＴｉ−Ａｌ合金（下側硬質層および中間密着層形成用）、さらに金属Ａｌ（上側硬質層形成用）をそれぞれ装着し、
装置内を排気して１．３×１０ -3 Ｐａ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、この状態でエンドミル基体に−８００Ｖのパルスバイアス電圧を印加して前記基体表面をＡｒガスボンバート洗浄し、
ついで装置内を１．３×１０ -3 Ｐａ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、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２．８Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記基体に印加するバイアス電圧を−１５０Ｖに下げて、前記カソード電極（Ｔｉ−Ａｌ合金）とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記基体のそれぞれの表面に、表２に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ層からなる下側硬質層を形成し、
さらに同じくカソード電極（蒸発源）としてＴｉ−Ａｌ合金を用い、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メタンガスと酸素、またはメタンガスと窒素ガスと酸素を導入して１．８Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記基体に印加するバイアス電圧を−２００Ｖする以外は前記下側硬質層形成条件と同一の条件で、前記下側硬質層の表面に、表３に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層からなる中間密着層を形成し、
引き続いてカソード電極（蒸発源）として金属Ａｌを用い、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酸素を導入して１．３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記基体に印加するパルスバイアス電圧を−３００Ｖとする以外は前記下側硬質層形成条件と同一の条件で、前記中間密着層の表面に、同じく表３に示される目標層厚のＡｌ 2 Ｏ 3 層からなる上側硬質層を形成することにより、耐摩耗被覆層が以上の下側硬質層、中間密着層、および上側硬質層からなり、かつ図２（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エンドミル１〜６をそれぞれ製造した。
【００１２】
また、比較の目的で、表４，５に示される通り、上記中間密着層の形成を行なわない以外は、それぞれ上記の本発明被覆超硬エンドミル１〜６の製造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エンドミル１〜６をそれぞれ製造した。
【００１３】
つぎに、上記本発明被覆超硬エンドミル１〜６および比較被覆超硬エンドミル１〜６のうち、本発明被覆超硬エンドミル１，２および比較被覆超硬エンドミル１，２については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：４．５ｍｍ、
テーブル送り：６２０ｍｍ／分、
の条件での炭素鋼の乾式高切り込み溝切削加工試験、本発明被覆超硬エンドミル３〜５および比較被覆超硬エンドミル３〜５については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：７．８ｍｍ、
テーブル送り：５８０ｍｍ／分、
の条件での合金鋼の乾式高切り込み溝切削加工試験、本発明被覆超硬エンドミル６および比較被覆超硬エンドミル６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さＨＲＣ５０）の板材、
切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１６ｍｍ、
テーブル送り：７５ｍｍ／分、
の条件での工具鋼の乾式高切り込み溝切削加工試験をそれぞれ行い、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３，５にそれぞれ示した。
【００１４】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
（実施例２）
上記の実施例１で製造した直径が８ｍｍ（エンドミル基体Ｃ−１，Ｃ−２形成用）、１３ｍｍ（エンドミル基体Ｃ−３〜Ｃ−５形成用）、および２６ｍｍ（エンドミル基体Ｃ−６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（ドリル基体Ｄ−１，Ｄ−２）、８ｍｍ×２２ｍｍ（ドリル基体Ｄ−３〜Ｄ−５）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（ドリル基体Ｄ−６）の寸法をもったドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−６をそれぞれ製造した。
【００２０】
ついで、これらのドリル基体Ｄ−１〜Ｄ−６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、表６，７に示される目標組成および目標層厚をもった下側硬質層、中間密着層、および上側硬質層で構成された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ドリル１〜６をそれぞれ製造した。
【００２１】
また、比較の目的で、表８，９に示される通り、中間密着層の形成を行なわない以外は、それぞれ上記の本発明被覆超硬ドリル１〜６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ドリル１〜６をそれぞれ製造した。
【００２２】
つぎに、上記本発明被覆超硬ドリル１〜６および比較被覆超硬ドリル１〜６のうち、本発明被覆超硬ドリル１，２および比較被覆超硬ドリル１，２については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ５０Ｃの板材、
切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２２ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での炭素鋼の湿式高送り穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル３〜５および比較被覆超硬ドリル３〜５については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の板材、
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での合金鋼の湿式高送り穴あけ切削加工試験、本発明被覆超硬ドリル６および比較被覆超硬ドリル６については、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ５２）の板材、
切削速度：３５ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２７ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での工具鋼の湿式高送り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）高送り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７，９にそれぞれ示した。
【００２３】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
なお、この結果得られた本発明被覆超硬エンドミル１〜６、および本発明被覆超硬ドリル１〜６、さらに比較被覆超硬エンドミル１〜６、および比較被覆超硬ドリル１〜６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。
【００２８】
【発明の効果】
表２〜９に示される結果から、中間密着層として（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＯ層および（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮＯ層を形成した本発明被覆超硬エンドミル１〜６および本発明被覆超硬ドリル１〜６は、いずれも各種鋼の切削加工を高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なっても前記中間密着層が同じく耐摩耗被覆層を構成する上側硬質層と下側硬質層の間にあってこれら両層と著しく強固に密着することから、層間密着性不足が原因のチッピングが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、前記中間密着層の形成のない比較被覆超硬エンドミル１〜６および比較被覆超硬ドリル１〜６においては、前記上側硬質層と下側硬質層間の密着性不足が原因で耐摩耗被覆層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エンドミルまたはドリルは、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、特に耐摩耗被覆層に高い層間密着性が要求される重切削条件での切削加工でも耐摩耗被覆層にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものであるから、切削装置のＦＡ化および高性能化、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）は被覆超硬エンドミルの概略正面図、（ｂ）は同切刃部の概略横断面図である。
【図３】（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 (2)
- アークイオンプレーティング装置にて、炭化タングステン基超硬合金で構成されたエンドミル基体の表面に、
（ａ）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、またはメタンガスと窒素ガスを導入して形成された、組成式：（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｎおよび同（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｃ1-Y ＮY （ただし、原子比で、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有するＴｉとＡｌの複合窒化物層およびＴｉとＡｌの複合炭窒化物層のうちのいずれかの単層、または両方の複層からなり、かつ０．１〜１５μｍの平均層厚を有する下側硬質層、
（ｂ）カソード電極（蒸発源）としてＴｉ−Ａｌ合金を用い、反応ガスとしてメタンガスと酸素、またはメタンガスと窒素ガスと酸素を導入して形成された、組成式：（Ｔｉ1-a Ａｌa ）Ｃ1-c Ｏc および同（Ｔｉ1-a Ａｌa ）Ｃ1-(b+c) Ｎb Ｏc （ただし、原子比で、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、ａは０．５〜
０．７、ｂは０．１〜０．５５、ｃは０．１〜０．８を示す）を有する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いずれかの単層、または両方の複層からなり、かつ０．１〜１０μｍの平均層厚を有するる中間密着層、
（ｃ）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からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する上側硬質層、
以上（ａ）〜（ｃ）で構成された耐摩耗被覆層を形成してなる、耐摩耗被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製エンドミル。 - アークイオンプレーティング装置にて、炭化タングステン基超硬合金で構成されたドリル基体の表面に、
（ａ）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、またはメタンガスと窒素ガスを導入して形成された、組成式：（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｎおよび同（Ｔｉ1-X ＡｌX ）Ｃ1-Y ＮY （ただし、原子比で、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、Ｘは０．１〜０．７、Ｙは０．５〜０．９９を示す）を有するＴｉとＡｌの複合窒化物層およびＴｉとＡｌの複合炭窒化物層のうちのいずれかの単層、または両方の複層からなり、かつ０．１〜１５μｍの平均層厚を有する下側硬質層、
（ｂ）カソード電極（蒸発源）としてＴｉ−Ａｌ合金を用い、反応ガスとしてメタンガスと酸素、またはメタンガスと窒素ガスと酸素を導入して形成された、組成式：（Ｔｉ1-a Ａｌa ）Ｃ1-c Ｏc および同（Ｔｉ1-a Ａｌa ）Ｃ1-(b+c) Ｎb Ｏc （ただし、原子比で、厚さ方向中央部のオージェ分光分析装置による測定で、ａは０．５〜
０．７、ｂは０．１〜０．５５、ｃは０．１〜０．８を示す）を有する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いずれかの単層、または両方の複層からなり、かつ０．１〜１０μｍの平均層厚を有するる中間密着層、
（ｃ）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からなり、かつ０．５〜１５μｍの平均層厚を有する上側硬質層、
以上（ａ）〜（ｃ）で構成された耐摩耗被覆層を形成してなる、耐摩耗被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製ドリル。
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