JP3944900B2 - 高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層がすぐれた高温特性を有し、したがって特に各種の鋼や鋳鉄などの高熱発生を伴う高速切削加工で、すぐれた耐摩耗性を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、被覆超硬工具として、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）の表面に、組成式：（Ｔｉ1-ZＹZ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｚは０．００５〜０．０４を示す）を満足するＴｉとＹの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ｙ）Ｎで示す］層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具が提案され、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工への実用化が試みられている。
【０００４】
さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図２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に上記の超硬基体を装入し、ヒータで装置内を、例えば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−Ｙ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を導入して、例えば２Ｐａの反応雰囲気とし、一方上記超硬基体には、例えば−２５０Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記超硬合金基体の表面に、上記（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、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、切削加工は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、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、これを高い発熱を伴う高速切削条件で用いた場合には、硬質被覆層の摩耗進行が促進され、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００６】
【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、特に高速切削加工ですぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具を開発すべく、上記の従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）上記の図２に示されるアークイオンプレーティング装置を用いて形成された従来被覆超硬工具を構成する（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層は、層厚全体に亘って実質的に均一な組成を有し、したがって均質な高温硬さと耐熱性、および強度と靭性を有するが、例えば図１（ａ）に概略平面図で、同（ｂ）に概略正面図で示される構造のアークイオンプレーティング装置、すなわち装置中央部に超硬基体装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側に相対的に高い含有量でＹ成分を含有したＴｉ−Ｙ合金、他方側に金属Ｔｉをいずれもカソード電極（蒸発源）として対向配置したアークイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記回転テーブルの外周部に沿って複数の超硬基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、蒸着形成される硬質被覆層の層厚均一化を図る目的で超硬基体自体も自転させながら、前記の両側のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記超硬基体の表面に（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層を形成すると、この結果の（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層においては、回転テーブル上にリング状に配置された前記超硬基体が上記の一方側のＴｉ−Ｙ合金のカソード電極（蒸発源）に最も接近した時点で層中にＹ成分最高含有点が形成され、また前記超硬基体が上記の他方側の金属Ｔｉのカソード電極に最も接近した時点で層中にＴｉＮ点（Ｙ成分不含有点）が形成され、上記回転テーブルの回転によって層中には層厚方向にそって前記Ｙ成分最高含有点とＹ成分不含有点が所定間隔をもって交互に繰り返し現れると共に、前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ最低含有点から前記Ｙ成分不含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造をもつようになること。
【０００７】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層において、対向配置の一方側のカソード電極（蒸発源）であるＴｉ−Ｙ合金におけるＹ成分含有量を上記の従来Ｔｉ−Ｙ合金のＹ成分含有量に比して相対的に高くすると共に、超硬基体が装着されている回転テーブルの回転速度を制御して、
上記Ｙ成分最高含有点が、組成式：（Ｔｉ1-X ＹX ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．１５を示す）、
を満足し、かつ隣り合う上記Ｙ成分最高含有点とＹ成分不含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．１μmとすると、
上記Ｙ成分最高含有点部分では、上記の従来（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層に比してＹ成分含有量が相対的に高くなることから、より一段とすぐれた高温硬さと耐熱性（高温特性）を示し、一方上記Ｙ成分不含有点部分では、実質的にＴｉＮ点を中心にしてＹ成分含有量の著しく低いものとなるので、ＴｉＮのもつ高強度と高靭性が確保され、かつこれらＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性として高強度と高靭性を保持した状態で一段とすぐれた高温特性を具備するようになり、したがって、硬質被覆層がかかる構成の（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる被覆超硬工具は、高い発熱を伴う鋼や軟鋼などの高速切削加工で一段とすぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００８】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、超硬基体の表面に、（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具において、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ｙ成分最高含有点（Ｔｉ成分最低含有点）とＹ成分不含有点（ＴｉＮ点）とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ成分不含有点から前記Ｙ成分最高含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ｙ成分最高含有点が、組成式：（Ｔｉ1-X ＹX ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．１５を示す）、
を満足し、かつ隣り合う上記Ｙ成分最高含有点とＹ成分不含有点の間隔が、０．０１〜０．１μmである、
高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する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において、これを構成する硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ｙ成分最高含有点の組成
（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層におけるＹ成分は、高強度および高靭性を有するＴｉＮ層の高温硬さおよび耐熱性（高温特性）を向上させる目的で含有するものであり、したがってＹ成分の含有割合が高くなればなるほど高温特性は向上したものになるが、その割合（Ｘ値）がＴｉとの合量に占める割合（原子比）で０．１５を越えて高くなると、高強度および高靭性を有するＴｉＮ点が隣接して存在しても層自体の強度および靭性の低下は避けられず、この結果切刃にチッピング（微小欠け）などが発生し易くなり、一方その割合（Ｘ値）が同０．０５未満では前記高温特性に所望の向上効果が得られないことから、その割合を０．０５〜０．１５と定めた。
【００１０】
（ｂ）Ｙ成分最高含有点とＹ成分不含有点間の間隔
その間隔が０．０１μm未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果層に所望の高温特性と強度および靭性を確保することができなくなり、またその間隔が０．１μmを越えるとそれぞれの点もつ欠点、すなわちＹ成分最高含有点であれば強度および靭性不足、Ｙ含有点であれば高温特性不足が層内に局部的に現れ、これが原因で切刃にチッピングが発生し易くなったり、摩耗進行が促進されるようになることから、その間隔を０．０１〜０．１μmと定めた。
【００１１】
（ｄ）硬質被覆層の全体平均層厚
その層厚が１μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、切刃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１〜１５μｍと定めた。
【００１２】
【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、ＶＣ粉末、ＴａＣ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：０．０４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。
【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、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：０．０４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。
【００１４】
ついで、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示される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外周部にそって装着し、一方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＹ成分最高含有点形成用Ｔｉ−Ｙ合金、他方側のカソード電極（蒸発源）としてＹ成分不含有点形成用金属Ｔｉを前記回転テーブルを挟んで対向配置し、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３５０℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する超硬基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、他方側のカソード電極である前記金属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、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して５．３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する超硬基体に−３０Ｖの直流バイアス電圧を印加して、それぞれのカソード電極(前記Ｙ成分最高含有点形成用Ｔｉ−Ｙ合金およびＹ成分不含有点形成用金属Ｔｉ)とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体の表面に、層厚方向に沿って表３，４に示される目標組成のＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点（ＴｉＮ点）とが交互に同じく表３，４に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ成分不含有点から前記Ｙ成分最高含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表３，４に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、図３（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。
【００１５】
また、比較の目的で、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２に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−Ｙ合金を装着し、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窒素ガスを導入して２Ｐａ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−２５０ｖ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５，６に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、同じく図３に示される形状の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）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１６】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１６および従来被覆超硬チップ１〜１６について、これを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・ＳＣＭ４４０の丸棒、
切削速度：２８５ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での合金鋼の乾式高速連続旋削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３１５ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式高速断続旋削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３５５ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での鋳鉄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３〜６に示した。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】
【表３】
【００２０】
【表４】
【００２１】
【表５】
【００２２】
【表６】
【００２３】
（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。
【００２４】
ついで、これらの超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８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に示される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、層厚方向に沿って表８に示される目標組成のＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点とが交互に同じく表８に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ成分不含有点から前記Ｙ成分最高含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表８に示される目標全体層厚の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。
【００２５】
また、比較の目的で、上記の超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８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２に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９に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、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。
【００２６】
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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ５３）の板材、
切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：０．２ｍｍ、
テーブル送り：１２０ｍｍ／分、
の条件での工具鋼の湿式高速溝切削加工試験、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：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：２３０ｍｍ／分、
の条件でのステンレス鋼の湿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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の板材、
切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：６ｍｍ、
テーブル送り：２４０ｍｍ／分、
の条件での合金鋼の湿式高速溝切削加工試験（いずれの試験も水溶性切削油使用）、
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０．１５ｍｍ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。
【００２７】
【表７】
【００２８】
【表８】
【００２９】
【表９】
【００３０】
（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。
【００３１】
ついで、これらの超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８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に示される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、層厚方向に沿って表１０に示される目標組成のＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点とが交互に同じく表１０に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ成分不含有点から前記Ｙ成分最高含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表１０に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、図５（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。
【００３２】
また、比較の目的で、上記の超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８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２に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を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、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。
【００３３】
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×２５０厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ５３）の板材、
切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での工具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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣＤ４００の板材、
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件でのダクタイル鋳鉄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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣ３００の板材、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．４５ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での鋳鉄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１０、１１にそれぞれ示した。
【００３４】
【表１０】
【００３５】
【表１１】
【００３６】
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１〜１６、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を構成する硬質被覆層におけるＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点の組成、並びに従来被覆超硬工具としての従来被覆超硬チップ１〜１６、従来被覆超硬エンドミル１〜８、および従来被覆超硬ドリル１〜８の硬質被覆層の組成をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
また、これらの本発明被覆超硬工具の硬質被覆層におけるＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点間の間隔、およびこれの全体層厚、並びに従来被覆超硬工具の硬質被覆層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標値と実質的に同じ値を示した。
【００３７】
【発明の効果】
表３〜１１に示される結果から、硬質被覆層が層厚方向にＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ成分不含有点から前記Ｙ成分最高含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆超硬工具は、いずれも鋼や鋳鉄の切削加工を高い発熱を伴う高速で行っても、硬質被覆層がＹ成分の含有量が一段と高い前記Ｙ成分最高含有点の存在によって一段とすぐれた高温特性（高温硬さと耐熱性）、さらに実質的にＴｉＮからなるＹ成分不含有点によって高強度と高靭性を具備するようになることから、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層が層厚方向に沿って実質的に組成変化がなく、かつＹ成分含有量が前記Ｙ成分最高含有点に比して相対的に低い（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる従来被覆超硬工具においては、高温を伴う高速切削加工では高温特性不足が原因で切刃の摩耗進行が速く、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、特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工でもすぐれた耐摩耗性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置の高性能化、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】この発明の被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図２】従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた通常の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３】（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４】（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５】（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、硬質被覆層がすぐれた高温特性を有し、したがって特に各種の鋼や鋳鉄などの高熱発生を伴う高速切削加工で、すぐれた耐摩耗性を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、被覆超硬工具として、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）の表面に、組成式：（Ｔｉ1-ZＹZ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｚは０．００５〜０．０４を示す）を満足するＴｉとＹの複合窒化物［以下、（Ｔｉ，Ｙ）Ｎで示す］層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具が提案され、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工への実用化が試みられている。
【０００４】
さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図２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に上記の超硬基体を装入し、ヒータで装置内を、例えば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−Ｙ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を導入して、例えば２Ｐａの反応雰囲気とし、一方上記超硬基体には、例えば−２５０Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記超硬合金基体の表面に、上記（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、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、切削加工は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、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、これを高い発熱を伴う高速切削条件で用いた場合には、硬質被覆層の摩耗進行が促進され、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００６】
【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、特に高速切削加工ですぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具を開発すべく、上記の従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）上記の図２に示されるアークイオンプレーティング装置を用いて形成された従来被覆超硬工具を構成する（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層は、層厚全体に亘って実質的に均一な組成を有し、したがって均質な高温硬さと耐熱性、および強度と靭性を有するが、例えば図１（ａ）に概略平面図で、同（ｂ）に概略正面図で示される構造のアークイオンプレーティング装置、すなわち装置中央部に超硬基体装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側に相対的に高い含有量でＹ成分を含有したＴｉ−Ｙ合金、他方側に金属Ｔｉをいずれもカソード電極（蒸発源）として対向配置したアークイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記回転テーブルの外周部に沿って複数の超硬基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、蒸着形成される硬質被覆層の層厚均一化を図る目的で超硬基体自体も自転させながら、前記の両側のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記超硬基体の表面に（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層を形成すると、この結果の（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層においては、回転テーブル上にリング状に配置された前記超硬基体が上記の一方側のＴｉ−Ｙ合金のカソード電極（蒸発源）に最も接近した時点で層中にＹ成分最高含有点が形成され、また前記超硬基体が上記の他方側の金属Ｔｉのカソード電極に最も接近した時点で層中にＴｉＮ点（Ｙ成分不含有点）が形成され、上記回転テーブルの回転によって層中には層厚方向にそって前記Ｙ成分最高含有点とＹ成分不含有点が所定間隔をもって交互に繰り返し現れると共に、前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ最低含有点から前記Ｙ成分不含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造をもつようになること。
【０００７】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層において、対向配置の一方側のカソード電極（蒸発源）であるＴｉ−Ｙ合金におけるＹ成分含有量を上記の従来Ｔｉ−Ｙ合金のＹ成分含有量に比して相対的に高くすると共に、超硬基体が装着されている回転テーブルの回転速度を制御して、
上記Ｙ成分最高含有点が、組成式：（Ｔｉ1-X ＹX ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．１５を示す）、
を満足し、かつ隣り合う上記Ｙ成分最高含有点とＹ成分不含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．１μmとすると、
上記Ｙ成分最高含有点部分では、上記の従来（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層に比してＹ成分含有量が相対的に高くなることから、より一段とすぐれた高温硬さと耐熱性（高温特性）を示し、一方上記Ｙ成分不含有点部分では、実質的にＴｉＮ点を中心にしてＹ成分含有量の著しく低いものとなるので、ＴｉＮのもつ高強度と高靭性が確保され、かつこれらＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性として高強度と高靭性を保持した状態で一段とすぐれた高温特性を具備するようになり、したがって、硬質被覆層がかかる構成の（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる被覆超硬工具は、高い発熱を伴う鋼や軟鋼などの高速切削加工で一段とすぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００８】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、超硬基体の表面に、（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具において、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ｙ成分最高含有点（Ｔｉ成分最低含有点）とＹ成分不含有点（ＴｉＮ点）とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ成分不含有点から前記Ｙ成分最高含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ｙ成分最高含有点が、組成式：（Ｔｉ1-X ＹX ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．１５を示す）、
を満足し、かつ隣り合う上記Ｙ成分最高含有点とＹ成分不含有点の間隔が、０．０１〜０．１μmである、
高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する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において、これを構成する硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ｙ成分最高含有点の組成
（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層におけるＹ成分は、高強度および高靭性を有するＴｉＮ層の高温硬さおよび耐熱性（高温特性）を向上させる目的で含有するものであり、したがってＹ成分の含有割合が高くなればなるほど高温特性は向上したものになるが、その割合（Ｘ値）がＴｉとの合量に占める割合（原子比）で０．１５を越えて高くなると、高強度および高靭性を有するＴｉＮ点が隣接して存在しても層自体の強度および靭性の低下は避けられず、この結果切刃にチッピング（微小欠け）などが発生し易くなり、一方その割合（Ｘ値）が同０．０５未満では前記高温特性に所望の向上効果が得られないことから、その割合を０．０５〜０．１５と定めた。
【００１０】
（ｂ）Ｙ成分最高含有点とＹ成分不含有点間の間隔
その間隔が０．０１μm未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果層に所望の高温特性と強度および靭性を確保することができなくなり、またその間隔が０．１μmを越えるとそれぞれの点もつ欠点、すなわちＹ成分最高含有点であれば強度および靭性不足、Ｙ含有点であれば高温特性不足が層内に局部的に現れ、これが原因で切刃にチッピングが発生し易くなったり、摩耗進行が促進されるようになることから、その間隔を０．０１〜０．１μmと定めた。
【００１１】
（ｄ）硬質被覆層の全体平均層厚
その層厚が１μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、切刃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１〜１５μｍと定めた。
【００１２】
【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、ＶＣ粉末、ＴａＣ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：０．０４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。
【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、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：０．０４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。
【００１４】
ついで、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示される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外周部にそって装着し、一方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＹ成分最高含有点形成用Ｔｉ−Ｙ合金、他方側のカソード電極（蒸発源）としてＹ成分不含有点形成用金属Ｔｉを前記回転テーブルを挟んで対向配置し、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３５０℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する超硬基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加して、他方側のカソード電極である前記金属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、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して５．３Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する超硬基体に−３０Ｖの直流バイアス電圧を印加して、それぞれのカソード電極(前記Ｙ成分最高含有点形成用Ｔｉ−Ｙ合金およびＹ成分不含有点形成用金属Ｔｉ)とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体の表面に、層厚方向に沿って表３，４に示される目標組成のＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点（ＴｉＮ点）とが交互に同じく表３，４に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ成分不含有点から前記Ｙ成分最高含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表３，４に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、図３（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。
【００１５】
また、比較の目的で、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２に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−Ｙ合金を装着し、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窒素ガスを導入して２Ｐａ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−２５０ｖ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５，６に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、同じく図３に示される形状の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）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１６】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１６および従来被覆超硬チップ１〜１６について、これを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・ＳＣＭ４４０の丸棒、
切削速度：２８５ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での合金鋼の乾式高速連続旋削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３１５ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式高速断続旋削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３５５ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：２ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での鋳鉄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３〜６に示した。
【００１７】
【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。
【００２４】
ついで、これらの超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８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に示される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、層厚方向に沿って表８に示される目標組成のＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点とが交互に同じく表８に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ成分不含有点から前記Ｙ成分最高含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表８に示される目標全体層厚の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。
【００２５】
また、比較の目的で、上記の超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８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２に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９に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、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。
【００２６】
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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ５３）の板材、
切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：０．２ｍｍ、
テーブル送り：１２０ｍｍ／分、
の条件での工具鋼の湿式高速溝切削加工試験、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：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：２３０ｍｍ／分、
の条件でのステンレス鋼の湿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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の板材、
切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：６ｍｍ、
テーブル送り：２４０ｍｍ／分、
の条件での合金鋼の湿式高速溝切削加工試験（いずれの試験も水溶性切削油使用）、
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０．１５ｍｍ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。
【００２７】
【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。
【００３１】
ついで、これらの超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８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に示される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、層厚方向に沿って表１０に示される目標組成のＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点とが交互に同じく表１０に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ成分不含有点から前記Ｙ成分最高含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表１０に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、図５（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。
【００３２】
また、比較の目的で、上記の超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８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２に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を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、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。
【００３３】
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×２５０厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１（硬さ：ＨＲＣ５３）の板材、
切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での工具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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣＤ４００の板材、
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件でのダクタイル鋳鉄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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣ３００の板材、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．４５ｍｍ／ｒｅｖ、
の条件での鋳鉄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１０、１１にそれぞれ示した。
【００３４】
【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１〜１６、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を構成する硬質被覆層におけるＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点の組成、並びに従来被覆超硬工具としての従来被覆超硬チップ１〜１６、従来被覆超硬エンドミル１〜８、および従来被覆超硬ドリル１〜８の硬質被覆層の組成をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
また、これらの本発明被覆超硬工具の硬質被覆層におけるＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点間の間隔、およびこれの全体層厚、並びに従来被覆超硬工具の硬質被覆層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標値と実質的に同じ値を示した。
【００３７】
【発明の効果】
表３〜１１に示される結果から、硬質被覆層が層厚方向にＹ成分最高含有点とＹ成分不含有点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ成分不含有点から前記Ｙ成分最高含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆超硬工具は、いずれも鋼や鋳鉄の切削加工を高い発熱を伴う高速で行っても、硬質被覆層がＹ成分の含有量が一段と高い前記Ｙ成分最高含有点の存在によって一段とすぐれた高温特性（高温硬さと耐熱性）、さらに実質的にＴｉＮからなるＹ成分不含有点によって高強度と高靭性を具備するようになることから、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層が層厚方向に沿って実質的に組成変化がなく、かつＹ成分含有量が前記Ｙ成分最高含有点に比して相対的に低い（Ｔｉ，Ｙ）Ｎ層からなる従来被覆超硬工具においては、高温を伴う高速切削加工では高温特性不足が原因で切刃の摩耗進行が速く、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、特に各種の鋼や鋳鉄などの高速切削加工でもすぐれた耐摩耗性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置の高性能化、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】この発明の被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図２】従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた通常の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３】（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４】（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５】（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)
- 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、ＴｉとＹの複合窒化物層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具において、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ｙ成分最高含有点（Ｔｉ成分最低含有点）とＹ成分不含有点（ＴｉＮ点）とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ｙ成分最高含有点から前記Ｙ成分不含有点、前記Ｙ成分不含有点から前記Ｙ成分最高含有点へＹ成分含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記Ｙ成分最高含有点が、組成式：（Ｔｉ1-X ＹX ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．１５を示す）、
を満足し、かつ隣り合う上記Ｙ成分最高含有点とＹ成分不含有点の間隔が、０．０１〜０．１μmであること、
を特徴とする高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具。
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