JPH07108404A

JPH07108404A - 表面被覆切削工具

Info

Publication number: JPH07108404A
Application number: JP25569493A
Authority: JP
Inventors: Masao Kawamura; 正雄河村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1993-10-13
Publication date: 1995-04-25

Abstract

(57)【要約】【目的】切削工具母材に対して付着力が高く、膜質が
硬質な表面被覆切削工具を製造する。【構成】表面被覆切削工具１００は、ＷＣ基超硬合
金、サーメットなどの切削工具母材１０１の界面に、Ｔ
ｉを含む金属をターゲットとしてアーク蒸発型イオンプ
レーティング法によってＴｉメタルボンバード層１０２
を成膜し、さらにその上に単層または複層の溶融蒸発型
イオンプレーティング法による硬質層１０３を成膜され
ている。溶融蒸発型イオンプレーティング法による硬質
層１０３としては、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｌなどの炭化
物、窒化物、酸化物、炭酸化物、炭窒酸化物、窒酸化
物、ならびに、これら２種以上の固溶体からなる１種の
単層または２種以上の多層からなる硬質被覆層である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は切削工具に関するもので
あり、特に、密着性と耐摩耗性に優れた表面被覆（コー
ティング）を有する超硬切削工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】切削工具としては、長期間切削しても、
その表面に被覆された被覆層が切削工具母材によく密着
し（剥離せず）、しかも、耐磨耗性に優れていることが
要求されている。超硬合金を母材としてその表面に窒化
チタン（ＴｉＮ）などを被覆したコーティングチップ
は、母材の靱性と被膜の持つ耐磨耗性とを有する。しか
しながら、被覆を厚くすると耐磨耗性が向上する一方
で、母材の靱性を低下させるという二律背反する問題に
遭遇する。かかる問題を解決するため、切削用被覆超硬
合金の厚さをその用途に応じて部分的に変化させること
が提案されている（たとえは、特開昭５６−４２４１２
号公報）。しかしながら、用途に応じて切削用超硬合金
の厚さを部分的に変化させる方法は、その切削工具が特
定の用途にしか使用できないという不都合がある。

【０００３】高速度綱、合金工具などの母材表面に窒化
チタン（ＴｉＮ）または炭化チタン（ＴｉＣ）を成膜す
る方法として、化学蒸着法（ＣＶＤ法）が知られてい
る。ＣＶＤ法においては、金属成分のチタンの供給源と
して四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）を用い、反応ガスとし
て主としてＮ₂、ＣＨ₄、ＣＯ、ＣＯ₂、ＮＯなどを用
い、キャリアガスとしてＨ₂を用い、９００〜１１００
°Ｃ程度の高温雰囲気でこれらの原料ガスを分散反応さ
せて母材表面にチタンの炭化物、窒化物、炭窒化物など
を形成する。しかしながら、高速度綱、合金工具などの
金属材料を母材とするとき、９００〜１１００°Ｃもの
高温雰囲気では、硬度が低下したり、熱変形が大きく、
精密な工具には適さないという問題がある。

【０００４】そこで、これらの金属の焼戻温度、たとえ
ば、約５５０°Ｃ以下の温度で化学反応を起こさせる方
法として、物理蒸着法（ＰＶＤ法）、あるいは、プラズ
マＣＶＤ法が提案されている。ＰＶＤ法の１つとして、
溶融蒸発型イオンプレーティング法が知られており、そ
の１つとして、ＨＣＤ(Hollow Cathod Discharge Depos
ition)法と呼ばれる溶融蒸着イオンプレーティング法が
知られている（たとえば、「反応性イオンプレーティン
グ法による炭化チタン皮膜の性質」、金属表面技術／Ｖ
ｏｌ．１（１９８４）Ｐ６２〜Ｐ６６）。溶融蒸着イオ
ンプレーティング法においては、たとえば、ＨＣＤガン
を用いて数１０Ｖ程度の低電圧、３００〜５００Ａ程度
の大電流の電子ビームでハース内のチタンを溶解させ、
Ｎ₂、Ｃ₂Ｎ₂などの反応ガスを導入してワーク表面に
ＴｉＮまたはＴｉＣを生成させる。なお、アルゴンガス
を導入して、ワークに直流バイアス電圧を印加してワー
クにアルゴンイオンボンバードを行う。しかしながら、
ＨＣＤ法は形成されたＴｉＮ皮膜が非常に滑らかでピン
ホールの少ない緻密な膜質になるという利点を有する一
方、アルゴンボンバードのため付着力が不安定であると
いう欠点がある。

【０００５】またＰＶＤ法の他の方法として、アーク蒸
発型イオンプレーティング法が知られている（たとえ
ば、（ａ）「アークイオンプレーティング法による硬質
皮膜コーティング」、神戸製鋼技報／Ｖｏｌ．３９Ｎ
ｏ．１（１９８９）Ｐ３２〜Ｐ３５、（ｂ）「ＡＩＰ法
による各種硬質皮膜形成とその応用」、神戸製鋼技報／
Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．４（１９９１）Ｐ１０３〜Ｐ１０
６、（ｃ）「マルチアーク方式ＰＶＤ装置によるＴｉＮ
膜の研究」、日新電機技報／Ｖｏｌ．１Ｎｏ．２（’
８７．４）Ｐ５６〜Ｐ６１）。アーク蒸発型イオンプレ
ーティング方法は、真空槽内にワークを配置し、Ｎ₂、
Ｃ₂Ｈ₂などの反応ガスを真空槽内に導入しつつ蒸発さ
せる金属（陰極）とワークとの間にアーク放電を起こし
てワーク表面にＴｉＮまたはＴｉＣを成膜させる。アー
ク蒸発型イオンプレーティング方法は、Ｔｉボンバード
のための切削母材に対する被覆の付着力は良好である
が、アーク放電で飛び出すＴｉ粒子に相当大きな粒径の
ものがあり、ワーク表面にクラスタ状の大きな粒子が混
在するＴｉＮ被覆となり、ピンホールが発生し易く、母
材の軟化、変形が生ずるという問題がある。

【０００６】つまり、ＨＣＤ法などの溶融蒸発型イオン
プレーティング法ととアーク蒸発型イオンプレーティン
グ法とは、表裏一体の利点と欠点とを有している。そこ
で、上記両方法の利点を活かして、まず、アーク蒸発型
イオンプレーティング法でＴｉＮ皮膜（Ｔｉボンバード
層）を形成し、その上に、ＨＣＤ法などの溶融蒸発型イ
オンプレーティング法で第２のコーティング層としてＴ
ｉＮ皮膜を形成する方法で提案されている（たとえば、
特開昭６３−２６３４６号公報、「ＴｉＮ被覆加工物と
その製造方法及び装置」）。この方法によれば、アーク
蒸発型イオンプレーティング法によって母材に対して良
好なＴｉボンバードの付着力を確立し、そのＴｉボンバ
ード層の上にＨＣＤ法によって緻密な膜質のＴｉＮ層を
重ねて形成し、複合層全体として、付着力（密着性又は
剥離困難性）が高く、膜質の高い（耐摩耗性に優れた）
ＴｉＮ被覆を構成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】アーク蒸発型イオンプ
レーティング法と溶融蒸発型イオンプレーティング法
（ＨＣＤ法）とを組み合わせた、たとえば、特開昭６３
−２６３４６号公報に開示される成膜方法は、基本的な
切削工具の製造方法を開示するが、切削目的に則して適
切な、切削工具母材、被覆材料などを開示していない。
したがって、本発明は特開昭６３−２６３４６号公報な
どに開示される切削工具の製造方法をさらに改善して、
母材に対する被膜の付着力を一層向上させ、かつ、膜質
を一層向上させること、さらに、切削目的に則して適切
な材料、製造方法を見出すことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段、および、作用】切削工具
母材表面に硬質を被膜としてコーティングしたスローア
ウェイチップ（ＴＡＴ）において、まず、（１）切削母
材と被膜との界面をアーク蒸発型イオンプレーティング
法によるＴｉを含むメタルボンバードを施し、（２）さ
らに、上記被膜として、溶融蒸発型イオンプレーティン
グ法により、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｌなどの炭化物、炭
窒化物、窒化物、酸化物、炭酸化物、炭窒酸化物、窒酸
化物、ならびに、これら２種以上の固溶体からなる群の
内の１種の単層あるいは２種以上の複層からなる硬質被
覆層を形成して、本発明の表面被覆切削工具を製造す
る。

【０００９】これにより、アーク蒸発型イオンプレーテ
ィング法により切削工具の母材に対する被膜の付着力を
確立しておき、その上に、溶融蒸発型イオンプレーティ
ング法によって高い膜質の被覆を成膜する。特に、Ｔ
ｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｌなどの炭化物、炭窒化物、窒化
物、酸化物、炭酸化物、炭窒酸化物、窒酸化物、ならび
に、これら２種以上の固溶体からなる群の内の１種の単
層あるいは２種以上の多層からなる硬質被覆層は膜質が
高い。この硬質被覆層の膜質の高さを保証するため、上
述したアーク蒸発型イオンプレーティング法を行う。

【００１０】また、上記アーク蒸発型イオンプレーティ
ング法を行う切削母材として、ＷＣ基超硬合金、サーメ
ット、セラミック、または、高速度工具鋼が好適であ
る。

【００１１】

【実施例】本発明はアーク蒸発型イオンプレーティング
法と溶融蒸発型イオンプレーティング法とを組み合わせ
て表面被覆切削工具を製造するが、従来のアーク蒸発型
イオンプレーティング法、および、従来の溶融蒸発型イ
オンプレーティング法を行う装置構成を先ず述べる。

【００１２】図１は従来方法の表面被覆切削工具の製造
装置の１例としてのアーク蒸発型イオンプレーティング
を適用する成膜装置の構成図である。この成膜装置は、
ターゲット用陰極１、トリガ２、陽極３、収束コイル
４、試料５、試料用回転機構６、ヒータ７、アーク電源
８、収束コイル電源９、バイアス電源１０、ヒータ電源
１１、ガス導入口１２、および、絶縁碍子１３を有す
る。

【００１３】図１に示したアーク蒸発源型イオンプレー
ティング製造装置を用いて、切削母材に被覆（コーティ
ング）層を成膜する方法を述べる。ａ１）試料用回転機構６に試料（切削工具母材）５を取
りつけ、ターゲット用陰極１にチタン（Ｔｉ）を装着す
る。ａ２）排気・加熱室１４の排気口１４１に接続された真
空排気装置（図示せず）を動作させて、排気・加熱室１
４の内部の真空度（圧力）を１×１０^-4Ｔｏｒｒ程度ま
で真空排気する。試料用回転機構６を動作させて試料５
を回転させながら、ヒータ７を動作させて試料５を約５
００°Ｃに加熱し、約６０分間保持する。ａ３）ボンバードクリーニング電流、つまり、アーク電
流を１００Ａ、バイアス電源１０から印加されるバイア
ス電圧を１０００Ｖになるように予め設定して、アーク
電源８、収束コイル電源９、バイアス電源１０をオンに
して、トリガ２にて試料５の表面にアークを点火し、約
２分間、Ｔｉをターゲットとするボンバードクリーニン
グを実施する。ａ４）切削工具母材にコーティングを行う。つまり、ボ
ンバードクリーニング過程から連続してバイアス電源１
０のバイアス電圧を１００Ｖとし、この時同時にガス導
入口１２より排気・加熱室１４の内部の圧力が２×１０
^-2Ｔｏｒｒ程度に維持するように反応ガス、たとえば、
メタンガス（ＣＨ₄）または窒素ガス（Ｎ₂）を、排気
・加熱室１４に導入する。

【００１４】これにより、排気・加熱室１４内の試料５
に下記反応が生ずる。Ｔｉターゲット＋Ｎ₂ガス＝ＴｉＮ、Ｔｉターゲット＋Ｎ₂ガス＋ＣＨ₄ガス＝ＴｉＣＮ、Ｔｉターゲット＋ＣＨ₄ガス＝ＴｉＣ、また、下記反応も生ずる。ＴｉＡｌターゲット＋Ｎ₂ガス＝ＴｉＡｌＮ

【００１５】図２は、従来の他の表面被覆切削工具の製
造方法として溶融蒸発型イオンプレーティング方法によ
る表面被覆成膜（形成）装置の構成図である。この溶融
蒸発型イオンプレーティング法による成膜装置は、坩堝
２１、イオン化電極２２、試料２３、電子ビーム２４、
ヒータ２５、イオン化電極電源２６、バイアス電源２
７、ヒータ電源２８、ガス導入口２９を有する。

【００１６】図２に示した成膜装置を用いて切削母材に
コーティング層を成膜する方法を述べる。ｂ１）成膜装置内のチャンバ３０の上方に試料２３を装
着し、チャンバ３０内の下方の坩堝２１内にＴｉを充填
する。ｂ２）チャンバ３０内を排気口３０１に接続された真空
排気装置（図示せず）を用いて真空度が５×１０^-5Ｔｏ
ｒｒ程度になるまで真空排気し、ヒータ２５にて約５０
０°Ｃまで昇温し、約６０分間保持する。ｂ３）ボンバードクリーニングを行う。つまり、ガス導
入口２９よりアルゴン（Ａｒ）ガスをチャンバ３０内に
導入し、チャンバ３０内の真空度（圧力）を５×１０^-2
Ｔｏｒｒ程度に保持して、バイアス電源２７をオンにし
て、約１５００Ｖにバイアス電圧を印加し、約１５分
間、ボンバードクリーニングをする。ｂ４）さらにコーティングを行う。つまり、坩堝２１内
のＴｉを電子ビーム２４にて溶解蒸発させ、イオン化電
極電源２６をオンし、イオン化電極２２上でＴｉ蒸気を
イオン化する。これと同時に、ガス導入口２９よりチャ
ンバ３０内の圧力が２×１０^-4Ｔｏｒｒ程度に維持する
ように反応ガス、たとえば、Ｎ₂ガスまたはＣ₂Ｈ
₂を、チャンバ３０内に流す。

【００１７】以上により、導入ガスがＮ₂の時はＴｉ
Ｎ、導入ガスがＣ₂Ｈ₂の時はＴｉＣ、導入ガスがＮ₂
とＣ₂Ｈ₂の両方の時はＴｉＣＮがコーティングされ
る。

【００１８】図３は、本発明の実施例の表面被覆切削工
具を製造する装置の構成図である。この成膜装置は、図
１を参照して例示したアーク蒸発型イオンプレーティン
グ法と、図２を参照して例示した溶融蒸発型イオンプレ
ーティング法とを組み合わせた表面被覆切削工具の成膜
装置である。ただし、以下に述べるように、その動作条
件、材料などはそれぞれ、従来方法とは異なる。この
（アーク蒸発型＋溶融蒸発型）イオンプレーティング法
による成膜装置は、坩堝３１、イオン化電極３２、試料
３３、電子ビーム３４、ヒータ３５、イオン化電極電源
３６、バイアス電源３７、ヒータ電源３８、ガス導入口
３９、ターゲット用陰極４０、収束コイル電源４１、ア
ーク電源４２、収束コイル４３、陽極４４、トリガ４５
を有する。

【００１９】この（アーク蒸発型＋溶融蒸発型）イオン
プレーティング法に基づく成膜装置の動作を、処理フロ
ーチャート（工程図）として示した図４をも参照して、
述べる。ｃ１）試料（切削工具母材）３３をチャンバ４６の上方
に取付け、ターゲット用陰極４０にＴｉを含むターゲッ
トを装着する。試料３３としては、（１）ＷＣ基超硬合
金、（２）ＴｉＣ−ＴｉＮ基サーメット、（３）Ａｌ₂
Ｏ₃−ＴｉＣＮ系セラミックス、（４）高速度鋼などを
用いる。Ｔｉを含むターゲットとしては、たとえば、Ｔ
ｉＡｌ（アルミニューム）、ＴｉＨｆ（ハフニュー
ム）、ＴｉＺｒ（ジルコニューム）、ＴｉＡｌＨｆ、Ｔ
ｉＡｌＺｒ、ＴｉＨｆＺｒなどが好適である。Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆは周期律表において４Ｂ族の金属元素であり、
Ａｌは周期律表において４Ａ族の非金属元素である。つ
まり、Ｔｉを含むターゲットとしては、３Ｂ族の金属の
合金、または、３Ｂ族の金属または合金とＡｌとの合金
が好適である。

【００２０】ｃ２）チャンバ４６の排気口４６１に接続
された真空排気装置（図示せず）を動作させて、チャン
バ４６内の真空度が１×１０^-4Ｔｏｒｒ程度になるまで
真空排気し、ヒータ３５により試料３３を約５００°Ｃ
程度まで加熱し、約６０分間保持する。ｃ３）アーク蒸発型イオンプレーティング法によるメタ
ルボンバードクリーニングを行う。つまり、アーク電流
を１００Ａ、バイアス電圧が１０００Ｖになるように予
め設定して、アーク電源４２、収束コイル電源４１、バ
イアス電源３７をオンさせ、トリガ４５にてターゲット
の表面にアークを点火し、約２分間、Ｔｉを含むターゲ
ット、たとえば、上記例示のＴｉＡｌ、ＴｉＨｆ、Ｔｉ
Ｚｒ、ＴｉＡｌＨｆ、ＴｉＡｌＺｒ、ＴｉＨｆＺｒなど
のメタルボンバードクリーニングを実施する。ｃ４）このメタルボンバード層の上に、ＨＣＤ法の溶融
蒸発型イオンプレーティング法によるコーティング処理
を行う。つまり、坩堝３１内のＴｉを電子ビーム３４に
て溶解蒸発させ、イオン化電極電源３６をオンにして、
イオン化電極３２上でＴｉ蒸気をイオン化する。これと
同時に、ガス導入口３９からチャンバ４６の真空度（圧
力）を２×１０^-4Ｔｏｒｒ程度に維持するように、反応
ガス、たとえば、Ｎ₂ガスまたはＣ₂Ｈ₂ガスをチャン
バ４６に導入する。

【００２１】以上により、Ｎ₂ガスをチャンバ４６に導
入したときは、ＴｉＮ、Ｃ₂Ｈ₂ガスをチャンバ４６に
導入したときはＴｉＣ、Ｎ₂ガスとＣ₂Ｈ₂ガスの両方
をチャンバ４６に導入したときＴｉＣＮが切削工具に成
膜する。なお、Ｔｉを含むターゲットとして、上記のよ
うに、ＴｉＡｌ、ＴｉＨｆ、ＴｉＺｒ、ＴｉＡｌＨｆ、
ＴｉＡｌＺｒ、ＴｉＨｆＺｒなどを用いた場合には、た
とえば、ＴｉＡｌを用いた場合には、Ｎ₂ガスをチャン
バ４６に導入したときは、ＴｉＡｌＮ、Ｃ₂Ｈ₂ガスを
チャンバ４６に導入したときはＴｉＡｌＣ、Ｎ₂ガスと
Ｃ₂Ｈ₂ガスの両方をチャンバ４６に導入したときＴｉ
ＡｌＣＮが切削工具に成膜する。

【００２２】ｃ５）必要に応じて、さらに、複数の金属
のコーティングを成膜する。坩堝３１を複数、たとえ
ば、２個または３個の坩堝を配設し、それぞれの坩堝に
Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｌ等を入れる。電子ビーム３４を
各坩堝の上にそれぞれの任意の蒸発量に従いビーム走査
し、同時蒸発させる。

【００２３】以上により、図５に示したように、表面被
覆切削工具１００、その界面に成膜されたアーク蒸発型
イオンプレーティング法によるＴｉメタルボンバード層
１０２、さらにその上に、単層または複数として成膜さ
れた溶融蒸発型イオンプレーティング法による硬質層１
０３を有する表面被覆切削工具１００が製造される。

【００２４】以下、本発明の実施例の切削工具と、従来
例の切削工具との比較をする。従来例として図１に示し
たアーク蒸発型イオンプレーティング法による装置、お
よび、同じく従来例として図２に示した溶融蒸発型イオ
ンプレーティング法による成膜装置、そして、本発明の
１例として図３に示した成膜装置のそれぞれで成膜した
耐摩耗性に優れた表面被覆切削工具の切削試験（実験）
結果を下記に示す。

【００２５】実験例１表面被覆切削工具：ＷＣ基超硬合金製スローアウェイチ
ップ（ＴＡＴ）（１）チップ＝ＩＳＯ規格：Ｐ２０相当の材質、ＴＮＧ
Ａ１６０４０８の形状（２）連続切削性能試験被削材：ＳＮＣＭ４３９（ブリネル硬さ：３００）の
丸棒切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．切込み：１．５ｍｍこの条件で連続乾式切削（旋削）し、逃げ面摩耗幅：Ｖ
_Bが０．３ｍｍになるまでの時間（分）を測定した結果
を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１において、上段１２行に、本発明の上
記実施例に基づいて製造した、硬質層被覆ＷＣ基超硬合
金スローアェーチップ（ＴＡＴ）の構成とその連続切削
試験結果（分）を示し、下段４行に、従来品の構成とそ
の連続切削試験結果（分）を示す。なお、下段４行のう
ち、上２行はアーク蒸発型イオンプレーティング法によ
るもの、下２行は蒸発型イオンプレーティング法による
ものである。つまり、表１において、従来品、Ｎｏ．
１、２はアーク蒸着型イオンプレーティング法のみで製
造した場合、Ｎｏ．３、４は溶融蒸着型イオンプレーテ
ィング法のみで製造した場合の実験結果を示す。

【００２８】図５に図解した表面被覆切削工具１００
を、たとえば、本実施例の表面被覆切削工具のＮｏ．１
に適用すると、切削工具母材１０１が硬質被覆ＷＣ基超
硬合金、アーク蒸発型イオンプレーティング法によるＴ
ｉメタルボンバード層１０２がＴｉボンバード層、およ
び、溶融蒸発型イオンプレーティング法による硬質層１
０３がＴｉＮ層となる。また、たとえば、本実施例の表
面被覆切削工具のＮｏ．７に適用すると、切削工具母材
１０１が硬質被覆ＷＣ基超硬合金、アーク蒸発型イオン
プレーティング法によるＴｉメタルボンバード層１０２
がＴｉＨｆボンバード層、および、溶融蒸発型イオンプ
レーティング法による硬質層１０３がＴｉＨｆＮ層とな
る。その他も同様である。

【００２９】第１の比較例として、従来品、Ｎｏ．１
（アーク蒸着型イオンプレーティング法による切削工
具）の第１層がＴｉボンバード層、第２層が厚さ３．０
μｍのＴｉＮ層の表面被覆切削工具を例示すると、その
連続切削時間は２０分であった。また第２の比較例とし
て、従来品、Ｎｏ．３（溶融蒸発型イオンプレーティン
グ法による切削工具）のＴｉボンバード層がなく、厚さ
３．０μｍのＴｉＮ層の表面被覆切削工具を例示する
と、その連続切削時間は１５分であった。第１の比較例
と第２の比較例とを考察すると、Ｔｉボンバード層があ
り母材に対する付着力の高い第１の比較例が多少、連続
切削時間が長い。これら２つの比較例と同様の構成を有
する、本発明の表面被覆切削工具、Ｎｏ．１は、第１層
がＴｉボンバード層、第２層が厚さ３．０μｍのＴｉＮ
層で形成されたＴＡＴであり、その連続切削時間が４５
分である。つまり、比較例１、２と比較すると、連続切
削時間がほぼ２倍程度に伸びている。

【００３０】第３の比較例として、従来品、Ｎｏ．２
（アーク蒸着型イオンプレーティング法による切削工
具）の第１層がＴｉＡｌボンバード層、第２層が厚さ
２．０μｍのＴｉＡｌＮ層の表面被覆切削工具を例示す
ると、その連続切削時間は２５分であった。この比較例
と同様の構成を有する、本発明の表面被覆切削工具、Ｎ
ｏ．４は、第１層がＴｉボンバード層、第２層が厚さ
２．０μｍのＴｉＡｌＮ層で形成されたＴＡＴであり、
その連続切削時間が６０分であり、連続切削時間がほぼ
２倍強程度に伸びている。

【００３１】第４の比較例として、従来品、Ｎｏ．４
（溶融蒸発型イオンプレーティング法による切削工具）
のＴｉボンバード層なしで、第１層が厚さ１．０μｍの
ＴｉＮ、第２層が厚さ２．０μｍのＴｉＣＮ層、第３層
が厚さが０．５μｍのＴｉＮ層の表面被覆切削工具を例
示すると、その連続切削時間は２０分であった。この比
較例と類似の構成を有する、本発明の表面被覆切削工
具、Ｎｏ．５は、第１層がＴｉボンバード層であり、以
下、第２層が厚さ１．０μｍのＴｉＮ、第２層が厚さ
２．０μｍのＴｉＡｌＣＮ層、第３層が厚さが０．５μ
ｍのＴｉＮ層のＴＡＴであり、その連続切削時間は６５
分であり、連続切削時間がほぼ３倍弱程度に伸びてい
る。

【００３２】表−１の実験例１から判るとおり、本発明
のその他のＴＡＴの連続切削時間は、従来品のいずれよ
りも、長い。つまり、本発明の、アーク蒸発型イオンプ
レーティング法と溶融蒸発型イオンプレーティング法
（ＨＣＤ法）とを組み合わせた切削工具の成膜方法によ
れば、母材と被覆との界面をアーク蒸発型イオンプレー
ティング法によってＴｉを含むメタルボンバードを施し
て母材に対する被覆の付着力を高めておき、その上に、
溶融蒸発型イオンプレーティング法によって、硬質の被
覆を形成することにより、付着力を高め（剥離困難に
し）、かつ、膜質を一層向上させて耐摩耗性に優れた表
面被覆切削工具が実現された。

【００３３】第１層をＴｉボンバードとした場合、Ｎ
ｏ．６、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．９、
Ｎｏ．１２の順に切削時間が伸びている。Ｎｏ．６と、
Ｎｏ．１からＮｏ．４を考察すると、外表面が同じＴｉ
Ｎでも、第１層のＴｉボンバードの上にＴｉＮを被覆し
たほうが切削時間が長いことを示している。Ｎｏ．４は
第２層にＡｌを含むＴｉＡｌＮを成膜した結果、切削時
間が伸びていることを示している。さらに、Ｎｏ．９、
１０、１２を参照すると、第２層にＨｆＺｒ、ＨｆＡ
ｌ、または、ＨｆＣをそれぞれ含む、ＴｉＨｆＺｒＮ、
ＴｉＨｆＡｌＮ、ＴｉＨｆＣＮを成膜することにより、
切削時間がさらに伸びていることを示している。また、
Ｎｏ．７、８、１１に示すように、第１層としてＴｉボ
ンバードに代えて、ＴｉＨｆボンバード、ＴｉＺｒボン
バード、ＴｉＡｌボンバードとしても、従来品に比較し
て、切削時間が長くなることを示している。上記本発明
の実験例において、単層または複数の硬質層の総合厚さ
は２．０〜４．０μｍ程度の範囲にあるが、本発明にお
いては、切削目的に応じて、硬質層の厚さを適宜、変化
させることができる。たとえば、硬質層の厚さを、上記
実施例の厚さの５倍程度の範囲、たとえば、０．５〜２
０μｍ程度にすることもできる。

【００３４】実験例２表面被覆切削工具：ＴｉＣ−ＴｉＮ基サーメット製スロ
ーアウェイチップ１）チップ＝ＩＳＯ規格：Ｐ２０相当の材質、ＳＮＧＡ
１２０４０８の形状２）連続切削性能試験被削材：ＳＮＣＭ４３９（ブリネル硬さ：３００）の
丸棒切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．切込み：１．５ｍｍこの条件で連続乾式切削（旋削）し、逃げ面摩耗幅：Ｖ
_Bが０．３ｍｍになるまでの時間（分）を測定した結果
を表２に示す。

【００３５】

【表２】

【００３６】表２において、上段５行に、本発明の上記
実施例に基づいて製造した、切削工具の構成とその連続
切削試験結果（分）を示し、下段４行に、従来品の構成
とその連続切削試験結果（分）を示す。下段４行のう
ち、上２行はアーク蒸発型イオンプレーティング法によ
るもの、下２行は蒸発型イオンプレーティング法による
ものである。第１の比較例として、従来品、Ｎｏ．２
（アーク蒸着型イオンプレーティング法による切削工
具）の第１層がＴｉＡｌボンバード層、第２層が厚さ
２．０μｍのＴｉＡｌＮ層の表面被覆切削工具を例示す
ると、その連続切削時間は４０分であった。この比較例
と同様の構成を有する、本発明の表面被覆切削工具、Ｎ
ｏ．２の連続切削時間が８５分であり、連続切削時間が
従来品に対して、ほぼ２倍程度に伸びている。第２の比
較例として、従来品、Ｎｏ．４（溶融蒸発型イオンプレ
ーティング法による切削工具）のＴｉＮボンバード層が
なく、厚さ２．０μｍのＴｉＮ層の表面被覆切削工具を
例示すると、その連続切削時間は３５分であった。この
比較例と同様の構成を有する、第１層がＴｉボンバード
である本発明の表面被覆切削工具、Ｎｏ．１は、その連
続切削時間が８０分であり、連続切削時間がほぼ２倍程
度に伸びている。表−２の実験例２から判るとおり、本
発明のその他のＴＡＴの連続切削時間は、従来品のいず
れよりも、長い。つまり、本発明の、アーク蒸発型イオ
ンプレーティング法と溶融蒸発型イオンプレーティング
法（ＨＣＤ法）とを組み合わせた成膜方法によれば、母
材に対する被膜の付着力を一層向上させ、かつ、膜質を
一層向上させた耐摩耗性に優れた表面被覆切削工具が実
現された。

【００３７】表面被覆切削工具の母材（試料）としてＷ
Ｃ基超硬合金を用いた本発明の実験例１と、ＴｉＣ−Ｔ
ｉＮ基サーメットを用いた実験例２とを比較すると、総
じて、実験例２のほうが、切削時間が長い。つまり、ア
ーク蒸発型イオンプレーティング法と溶融蒸発型イオン
プレーティング法とを併用するとしても、切削工具母材
の種別に依存して、切削時間が変化することを示してお
り、切削用途に応じて、切削工具母材を適宜選択するこ
とが望ましい。

【００３８】実施例３表面被覆切削工具：Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣＮ系セラミック
ス製スローアウェイチップ１）チップ＝ＩＳＯ規格：Ｋ０１相当の材質、ＳＮＧＡ
１２０４０８の形状２）連続切削性能試験被削材：ＳＣＭ４４０（ブリネル硬さ：２２０）の丸
棒切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．切込み：１．５ｍｍこの条件で連続乾式切削（旋削）し、逃げ面摩耗幅：Ｖ
_Bが０．３ｍｍになるまでの時間（分）を測定した結果
を表３に示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】表３において、上段５行に、本発明の上記
実施例に基づいて製造した、切削工具の構成とその連続
切削試験結果（分）を示し、下段４行に、従来品の構成
とその連続切削試験結果（分）を示す。下段４行のう
ち、上２行はアーク蒸発型イオンプレーティング法によ
るもの、下２行は蒸発型イオンプレーティング法による
ものである。従来例、Ｎｏ．２（アーク蒸発型イオンプ
レーティング法）、および、Ｎｏ．４（溶融蒸発型イオ
ンプレーティング法）において、第１層として、ＴｉＨ
ｆボンバード層、および、ＴｉＺｒＣ層を成膜したが、
同等の構成をとる本発明のＮｏ．３、Ｎｏ．５の切削時
間がそれぞれ、従来品に比較して２倍以上長い。

【００４１】また、表面被覆切削工具母材としてＷＣ基
超硬合金を用いた本発明の実験例１と、Ａｌ₂Ｏ₃−Ｔ
ｉＣＮ系セラミックス製スローアウェイチップを用いた
実験例２とを比較すると、総じて、実験例３の切削時間
が長い。実験例２と実験例３とはほぼ同じ切削時間であ
った。このことからも、切削工具母材に応じて切削時間
が変化することが判る。

【００４２】実施例４表面被覆切削工具：高速度鋼製スローアウェイチップ１）チップ＝ＪＩＳ規格：ＳＫＨ２の材質ＩＳＯ規格：ＳＮＧＡ１２０４０８の形状２）連続切削性能及び耐欠損性試験被削材：Ｓ４５Ｃ（ブリネル硬さ：１９０）の丸棒切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．送り：０．１ｍｍ／ｒｅｖ．切込み：１．５ｍｍこの条件で連続乾式切削（旋削）し、逃げ面摩耗幅（Ｖ
_B）が０．３ｍｍになるまでの時間（分）を測定した結
果を表４に示す。

【００４３】

【表４】

【００４４】表４において、上段５行に、本発明の上記
実施例に基づいて製造した、切削工具の構成とその連続
切削試験結果（分）を示し、下段４行に、従来品の構成
とその連続切削試験結果（分）を示す。下段４行のう
ち、上２行はアーク蒸発型イオンプレーティング法によ
るもの、下２行は蒸発型イオンプレーティング法による
ものである。従来例、Ｎｏ．２（アーク蒸発型イオンプ
レーティング法）、および、Ｎｏ．４（溶融蒸発型イオ
ンプレーティング法）において、第１層として、ＴｉＡ
ｌボンバード層、および、ＴｉＮ層を成膜したが、同等
の構成をとる本発明のＮｏ．４、Ｎｏ．４の切削時間が
それぞれ従来品に比較して、２倍程度長い。

【００４５】また、表面被覆切削工具母材として、高速
度鋼を用いた本発明の実験例４は、実験例１〜実験例３
と比較すると、総じて、実験例４の切削時間が短い。

【００４６】表−１〜表−４に示した本発明の耐摩耗性
に優れた表面被覆切削工具は例示であり、本発明の実施
に際しては、切削の対象に応じて、表面被覆切削工具の
界面状態、および、被膜を任意に形成することができ
る。また、被膜として、溶融蒸発型イオンプレーティン
グ法により、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｌなどの炭化物、炭
窒化物、窒化物、酸化物、炭酸化物、炭窒酸化物、窒酸
化物、ならびに、これら２種以上の固溶体からなる群の
内の１種の単層あるいは２種以上の多層からなる硬質被
覆層を形成することができる。

【００４７】アーク蒸発型イオンプレーティング法によ
り切削工具の母材に対する被膜の付着力を確立してお
き、その上に、溶融蒸発型イオンプレーティング法によ
って高い膜質の被覆を成膜するという観点からは、本発
明の表面被覆切削工具は、たとえば、特開昭６３−２６
３４６号公報に開示された方法と基本的には同じ思想に
基づくが、特開昭６３−２６３４６号公報はターゲット
としてＴｉのみを用いており、好適な切削工具母材、被
覆材料を示していない。本発明においては、切削工具母
材を目的に応じて選択し、たとえば、切削工具母材とし
てＷＣ基超硬合金、サーメット、セラミック、または、
高速度工具鋼を用い、さらに、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｌ
などの炭化物、炭窒化物、窒化物、酸化物、炭酸化物、
炭窒酸化物、窒酸化物、ならびに、これら２種以上の固
溶体からなる群の内の１種の単層あるいは２種以上の多
層からなる硬質被覆層を形成して、特開昭６３−２６３
４６号公報に絵画された表面被覆切削工具より優れた表
面被覆切削工具を実現している。

【００４８】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
同じ母材に形成したほぼ同じ構成を有する被膜を有する
従来のアーク蒸発型イオンプレーティング法または蒸発
型イオンプレーティング法に比較して、切削時間が非常
に長くなるという効果を奏する。つまり、本発明の表面
被覆切削工具は、母材に対する付着力、硬質の耐磨耗性
の両者に著しい向上が認められた。また、アーク蒸発型
イオンプレーティング法と溶融蒸発型イオンプレーティ
ング法とを適用した、たとえば、特開昭６３−２６３４
６号公報に開示される方法に比較して、本発明の表面被
覆切削工具が切削時間が長くなる。特に、切削目的に則
して、切削工具母材、被覆材料を適宜選択し、付着力が
高く、膜質の高い表面被覆切削工具を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のアーク蒸着型イオンプレーティング法に
よる成膜装置の概略構成を示す図である。

【図２】従来の溶融蒸発型イオンプレーティング法によ
る成膜装置の概略構成を示す図である。

【図３】本発明の（アーク蒸着型＋溶融蒸発型）イオン
プレーティング法による成膜装置の構成をを示す図であ
る。

【図４】図３に示した成膜装置の動作を示す工程図（フ
ローチャート）である。

【図５】図３に示した成膜装置で製造された、１実施例
の表面被覆切削工具の断面図である。

【符号の説明】

１・・ターゲット用陰極２・・トリガ３・・陽極４・・収束コイル５・・試料６・・試料用回転機構７・・ヒータ８・・アーク電源９・・収束コイル電源１０・・バイアス電源１１・・ヒータ電源１２・・ガス導入口１３・・絶縁碍子１４・・排気・加熱室２１・・坩堝２２・・イオン化電極２３・・試料２４・・電子ビーム２５・・ヒータ２６・・イオン化電極
電源２７・・バイアス電源２８・・ヒータ電源２９・・ガス導入口３０・・チャンバ３１・・坩堝３２・・イオン化電極３３・・試料３４・・電子ビーム３５・・ヒータ３６・・イオン化電極
電源３７・・バイアス電源３８・・ヒータ電源３９・・ガス導入口４０・・ターゲット用
陰極４１・・収束コイル電源４２・・アーク電源４３・・収束コイル４４・・陽極４５・・トリガ４６・・チャンバ１００・・表面被覆切削工具１０１・・切削工具母材１０２・・アーク蒸発型イオンプレーティング法による
Ｔｉメタルボンバード層１０３・・溶融蒸発型イオンプレーティング法による硬
質層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２３Ｃ 14/06 Ｂ 9271−4ＫＨ 9271−4Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】切削工具母材表面に硬質を被膜としてコー
ティングしたスローアウェイチップ（ＴＡＴ）におい
て、前記切削母材と前記被膜との界面をアーク蒸発型イオン
プレーティング法によるＴｉを含むメタルボンバードを
施し、前記被膜として、溶融蒸発型イオンプレーティング法に
より、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ａｌなどの炭化物、炭窒化
物、窒化物、酸化物、炭酸化物、炭窒酸化物、窒酸化
物、ならびに、これら２種以上の固溶体からなる群の内
の１種の単層あるいは２種以上の複層からなる硬質被覆
層を形成したことを特徴とする表面被覆切削工具。
【請求項２】前記切削母材として、ＷＣ基超硬合金、サ
ーメット、セラミック、または、高速度工具鋼のいずれ
かを用いた、請求項１記載の表面被覆切削工具。