JPH0811005A - 被覆硬質合金工具 - Google Patents
被覆硬質合金工具Info
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- JPH0811005A JPH0811005A JP7093762A JP9376295A JPH0811005A JP H0811005 A JPH0811005 A JP H0811005A JP 7093762 A JP7093762 A JP 7093762A JP 9376295 A JP9376295 A JP 9376295A JP H0811005 A JPH0811005 A JP H0811005A
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- oxide
- hard alloy
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 硬質合金母材上に酸化物被膜を含む多層セラ
ミック膜を設けて耐摩耗性を向上させた工具は、被覆膜
の剥離、欠損が原因となって寿命が短くなっているの
で、この問題を無くす。 【構成】 被覆膜を構成する数層のセラミック膜（図は
ＴｉＮ／ＴｉＣＮ／Ａｌ2 Ｏ3 ／ＴｉＮの４層）のう
ち、Ａｌ2 Ｏ3 膜を含む上層の膜を切れ刃稜線部の部分
で部分的に又は稜線部全域にわたって除去する。Ａｌ2
Ｏ3 は被削材との耐溶着性が悪く、溶着による膜の剥
離、欠損が生じていたが、酸化物被膜が無くなることで
この問題が解決されて工具寿命が延びる。
ミック膜を設けて耐摩耗性を向上させた工具は、被覆膜
の剥離、欠損が原因となって寿命が短くなっているの
で、この問題を無くす。 【構成】 被覆膜を構成する数層のセラミック膜（図は
ＴｉＮ／ＴｉＣＮ／Ａｌ2 Ｏ3 ／ＴｉＮの４層）のう
ち、Ａｌ2 Ｏ3 膜を含む上層の膜を切れ刃稜線部の部分
で部分的に又は稜線部全域にわたって除去する。Ａｌ2
Ｏ3 は被削材との耐溶着性が悪く、溶着による膜の剥
離、欠損が生じていたが、酸化物被膜が無くなることで
この問題が解決されて工具寿命が延びる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性の要求される
切削工具やその他の耐摩工具として利用される被覆硬質
合金工具、中でも多層セラミック膜の耐剥離性及び耐欠
損性に優れた被覆硬質合金工具に関する。
切削工具やその他の耐摩工具として利用される被覆硬質
合金工具、中でも多層セラミック膜の耐剥離性及び耐欠
損性に優れた被覆硬質合金工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、鋼切削用の工具材質としては、超
硬合金（ＷＣ−Ｃｏ合金にＴｉやＴａ、Ｎｂの炭窒化物
を添加した合金）が用いられてきたが、近年は切削の高
速化に伴い、超硬合金、サーメット、或いはアルミナ系
や窒化珪素系のセラミックを母材としてその表面にＣＶ
Ｄ法やＰＶＤ法で元素周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族金
属やＡｌ等の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、ホ
ウ窒化物、酸化物もしくはこれらの固溶体からなる膜を
３〜１０μｍの厚さに被覆した硬質合金工具の使用割合
が増大している。コーティング工具の開発当初は逃げ面
の耐摩耗性に優れた高硬度のチタン系化合物を被覆した
工具が登場したが、切削条件が高速になるにつれて、す
くい面のクレータ摩耗を抑制するために、チタン系化合
物の被覆の上に耐酸化性に優れたＡｌ2 Ｏ3 をコーティ
ングし、さらに外層に切削済み（使用済み）コーナの識
別用に金色のＴｉＮを被覆した工具が登場し、現在は、
この膜構造を持った被覆硬質合金が大部分を占め、被覆
膜中のＡｌ2 Ｏ3 などの酸化物被膜は欠かせないものに
なっている。
硬合金（ＷＣ−Ｃｏ合金にＴｉやＴａ、Ｎｂの炭窒化物
を添加した合金）が用いられてきたが、近年は切削の高
速化に伴い、超硬合金、サーメット、或いはアルミナ系
や窒化珪素系のセラミックを母材としてその表面にＣＶ
Ｄ法やＰＶＤ法で元素周期律表のIVａ、Ｖａ、VIａ族金
属やＡｌ等の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、ホ
ウ窒化物、酸化物もしくはこれらの固溶体からなる膜を
３〜１０μｍの厚さに被覆した硬質合金工具の使用割合
が増大している。コーティング工具の開発当初は逃げ面
の耐摩耗性に優れた高硬度のチタン系化合物を被覆した
工具が登場したが、切削条件が高速になるにつれて、す
くい面のクレータ摩耗を抑制するために、チタン系化合
物の被覆の上に耐酸化性に優れたＡｌ2 Ｏ3 をコーティ
ングし、さらに外層に切削済み（使用済み）コーナの識
別用に金色のＴｉＮを被覆した工具が登場し、現在は、
この膜構造を持った被覆硬質合金が大部分を占め、被覆
膜中のＡｌ2 Ｏ3 などの酸化物被膜は欠かせないものに
なっている。
【０００３】このように、被覆の膜厚を厚くしたり、被
覆の中にＡｌ2 Ｏ3 膜を含めることによって、工具の耐
摩耗性は確かに向上したが、耐欠損性は逆に低下する傾
向にあった。これは、膜を厚くすることで脆性材料であ
るコーティング膜の厚みそのものが亀裂長さとなった
り、Ａｌ2 Ｏ3 膜をコーティングする事によって被覆膜
の面粗さが低下する事が原因とされる。そこで、耐欠損
性の改善のために、特開昭５５−１５０９４１や特公平
５−９２０１では切れ刃稜線部のみ被覆を薄膜化した
り、特開昭６２−２２８３０５や特開平５−５７５０７
ではＡｌ2 Ｏ3 膜の面粗さをある規定値以下にする提案
がなされている。
覆の中にＡｌ2 Ｏ3 膜を含めることによって、工具の耐
摩耗性は確かに向上したが、耐欠損性は逆に低下する傾
向にあった。これは、膜を厚くすることで脆性材料であ
るコーティング膜の厚みそのものが亀裂長さとなった
り、Ａｌ2 Ｏ3 膜をコーティングする事によって被覆膜
の面粗さが低下する事が原因とされる。そこで、耐欠損
性の改善のために、特開昭５５−１５０９４１や特公平
５−９２０１では切れ刃稜線部のみ被覆を薄膜化した
り、特開昭６２−２２８３０５や特開平５−５７５０７
ではＡｌ2 Ｏ3 膜の面粗さをある規定値以下にする提案
がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の公報に開示され
る技術では耐欠損性に関してはある程度の効果が得られ
るが、耐摩耗性、特に膜の耐剥離性に関しては充分な効
果を上げるに至っておらず、膜の剥離が原因となった損
傷が起こるため、工具寿命は短い。したがって、膜の耐
剥離性を十分に考慮した被覆硬質合金工具の開発が望ま
れていた。
る技術では耐欠損性に関してはある程度の効果が得られ
るが、耐摩耗性、特に膜の耐剥離性に関しては充分な効
果を上げるに至っておらず、膜の剥離が原因となった損
傷が起こるため、工具寿命は短い。したがって、膜の耐
剥離性を十分に考慮した被覆硬質合金工具の開発が望ま
れていた。
【０００５】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、耐欠
損性と耐摩耗性、特に耐欠損性と膜の耐剥離性をバラン
スよく向上させ、それにより、金属材料の切削において
優れた性能を示し、しかも長寿命を発揮する被覆硬質合
金工具を提供することを目的とする。
損性と耐摩耗性、特に耐欠損性と膜の耐剥離性をバラン
スよく向上させ、それにより、金属材料の切削において
優れた性能を示し、しかも長寿命を発揮する被覆硬質合
金工具を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明者らは、金属材料の切削においてその切削メ
カニズムについて検討、研究した結果、硬質合金から成
る母材の表面に多層セラミック膜の被覆を有し、その被
覆膜中には酸化物被膜が少なくとも一層含まれている被
覆硬質合金工具において、前記被覆を構成するセラミッ
ク膜のうち、上層側から数えた何層かが被加工材との摩
擦が生じる領域上で部分的に又は摩擦領域の全域にわた
って除去され、その除去層の中に酸化物被膜が少なくと
も一層含まれ、除去部の表面に酸化物以外の膜が露出し
ている構造となすことによって、膜の耐剥離性と耐欠損
性を大幅に、しかもバランス良く向上させることができ
ることを見いだした。
め、本発明者らは、金属材料の切削においてその切削メ
カニズムについて検討、研究した結果、硬質合金から成
る母材の表面に多層セラミック膜の被覆を有し、その被
覆膜中には酸化物被膜が少なくとも一層含まれている被
覆硬質合金工具において、前記被覆を構成するセラミッ
ク膜のうち、上層側から数えた何層かが被加工材との摩
擦が生じる領域上で部分的に又は摩擦領域の全域にわた
って除去され、その除去層の中に酸化物被膜が少なくと
も一層含まれ、除去部の表面に酸化物以外の膜が露出し
ている構造となすことによって、膜の耐剥離性と耐欠損
性を大幅に、しかもバランス良く向上させることができ
ることを見いだした。
【０００７】酸化物被膜は摩擦領域例えば切れ刃稜線部
においてはすべて除去することが最も好ましいが、その
除去形態が局部的である場合、或いは、被覆膜中に酸化
物の被膜が複数層存在する形態において、その数層の酸
化物被膜の中の少なくとも一層が切れ刃稜線部で局部的
に、若しくは稜線部の全域にわたって除去されている場
合にも発明の効果が得られる。
においてはすべて除去することが最も好ましいが、その
除去形態が局部的である場合、或いは、被覆膜中に酸化
物の被膜が複数層存在する形態において、その数層の酸
化物被膜の中の少なくとも一層が切れ刃稜線部で局部的
に、若しくは稜線部の全域にわたって除去されている場
合にも発明の効果が得られる。
【０００８】ここで云う切れ刃稜線部とは、刃先の強化
処理を施した領域であり、例えば図１（ｂ）、図１
（ｃ）のＡ部である。両図とも１はすくい面、２は逃げ
面を示す。また、図１（ｂ）は丸ホーニングによる強化
処理を図１（ｃ）はチャンファによる強化処理を表わし
ているが、図１（ｃ）の平面の面取りを緩やかな円弧の
面に代えたような強化処理を施した稜線部も考えられ
る。
処理を施した領域であり、例えば図１（ｂ）、図１
（ｃ）のＡ部である。両図とも１はすくい面、２は逃げ
面を示す。また、図１（ｂ）は丸ホーニングによる強化
処理を図１（ｃ）はチャンファによる強化処理を表わし
ているが、図１（ｃ）の平面の面取りを緩やかな円弧の
面に代えたような強化処理を施した稜線部も考えられ
る。
【０００９】酸化物被膜の除去は、切削に関与する切れ
刃長さの１０％以上の領域で除去されていると効果があ
るが、その除去率が５０％以上、より好ましくは１００
％の場合、特に効果が著しい。ここで云う除去率は、走
査電子顕微鏡で適当な角度から工具刃先を観察して酸化
物の存在状態を確認できる写真撮影を行い、その写真上
で切れ刃稜線部に切れ刃に平行な任意の線を引き、その
線上でノーズＲ部３（図１ａ参照）を含む切削に関与す
る切れ刃長さの何割の部分に酸化物の消滅が起こってい
るかをパーセンテージで表わした。
刃長さの１０％以上の領域で除去されていると効果があ
るが、その除去率が５０％以上、より好ましくは１００
％の場合、特に効果が著しい。ここで云う除去率は、走
査電子顕微鏡で適当な角度から工具刃先を観察して酸化
物の存在状態を確認できる写真撮影を行い、その写真上
で切れ刃稜線部に切れ刃に平行な任意の線を引き、その
線上でノーズＲ部３（図１ａ参照）を含む切削に関与す
る切れ刃長さの何割の部分に酸化物の消滅が起こってい
るかをパーセンテージで表わした。
【００１０】図４は、この定義を図解したものである。
ここでは被覆膜が母材側からＴｉＣＮ膜／Ａｌ2 Ｏ3 膜
／ＴｉＮ膜の３層構造である場合を例に挙げている。同
図（ａ）のαの範囲が切れ刃の切削に関与する長さを表
わしている。同図（ｂ）、（ｃ）はその部分の上層膜除
去処理後のＳＥＭ組成像である。同図（ｄ）は（ｂ）図
のＸ−Ｙ断面図、同図（ｅ）は（ｃ）図のＸ−Ｙ断面で
ある。この組成像ではＴｉＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＣＮが
それぞれ異なった色調に見える。そこで、図４（ｂ）、
（ｃ）にそれぞれ切れ刃と平行な線Ｃを加え、この線上
でＡｌ2 Ｏ3 又はＴｉＣＮが露出している部分を見る。
図４（ｂ）では、線Ｃ上にはＡｌ2 Ｏ3が全く存在せ
ず、従って、Ａｌ2 Ｏ3 の除去率は１００％である。一
方、図４（ｃ）の場合、切れ刃稜線部Ａの中にＴｉＮ、
Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＣＮが点在して露出している。除去処
理の状況によってはこのような状態が生じるので、この
場合には、線Ｃ上で下層のＴｉＣＮが表面に現われてい
る（つまりＡｌ2 Ｏ3 が除去されている）長さａ1 〜ａ
8 を加算し、（ａ1 ＋ａ2 ＋……ａ8 ）／切れ刃長さの
式により除去率を求める。
ここでは被覆膜が母材側からＴｉＣＮ膜／Ａｌ2 Ｏ3 膜
／ＴｉＮ膜の３層構造である場合を例に挙げている。同
図（ａ）のαの範囲が切れ刃の切削に関与する長さを表
わしている。同図（ｂ）、（ｃ）はその部分の上層膜除
去処理後のＳＥＭ組成像である。同図（ｄ）は（ｂ）図
のＸ−Ｙ断面図、同図（ｅ）は（ｃ）図のＸ−Ｙ断面で
ある。この組成像ではＴｉＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＣＮが
それぞれ異なった色調に見える。そこで、図４（ｂ）、
（ｃ）にそれぞれ切れ刃と平行な線Ｃを加え、この線上
でＡｌ2 Ｏ3 又はＴｉＣＮが露出している部分を見る。
図４（ｂ）では、線Ｃ上にはＡｌ2 Ｏ3が全く存在せ
ず、従って、Ａｌ2 Ｏ3 の除去率は１００％である。一
方、図４（ｃ）の場合、切れ刃稜線部Ａの中にＴｉＮ、
Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＣＮが点在して露出している。除去処
理の状況によってはこのような状態が生じるので、この
場合には、線Ｃ上で下層のＴｉＣＮが表面に現われてい
る（つまりＡｌ2 Ｏ3 が除去されている）長さａ1 〜ａ
8 を加算し、（ａ1 ＋ａ2 ＋……ａ8 ）／切れ刃長さの
式により除去率を求める。
【００１１】被覆層中に含まれる酸化物被膜は、その膜
が数層ある場合には必ずしも全てを除去する必要はな
い。しかし、Ａｌ2 Ｏ3 は酸化物の中でも特に耐焼き付
き性が悪いため、このＡｌ2 Ｏ3 膜やＡｌ2 Ｏ3 を主体
とする膜は切れ刃稜線部に全く存在しないようにしてお
くのがよい。Ａｌ2 Ｏ3 を主体とする膜とは、Ａｌ2 Ｏ
3 とＺｒＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 とＴｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 とＡｌ
Ｎなどの複合膜でＡｌ2Ｏ3 が主となっている膜のこと
である。
が数層ある場合には必ずしも全てを除去する必要はな
い。しかし、Ａｌ2 Ｏ3 は酸化物の中でも特に耐焼き付
き性が悪いため、このＡｌ2 Ｏ3 膜やＡｌ2 Ｏ3 を主体
とする膜は切れ刃稜線部に全く存在しないようにしてお
くのがよい。Ａｌ2 Ｏ3 を主体とする膜とは、Ａｌ2 Ｏ
3 とＺｒＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 とＴｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 とＡｌ
Ｎなどの複合膜でＡｌ2Ｏ3 が主となっている膜のこと
である。
【００１２】このほか、このようにして上側から何層か
の膜を除去した部分には当然に下層の膜が露出するが、
その露出膜が窒化物や炭窒化物を主体とする膜、中でも
Ｃ：Ｎのモル比が５：５〜７：３の範囲にあるＴｉＣＮ
膜であると特に好ましい。
の膜を除去した部分には当然に下層の膜が露出するが、
その露出膜が窒化物や炭窒化物を主体とする膜、中でも
Ｃ：Ｎのモル比が５：５〜７：３の範囲にあるＴｉＣＮ
膜であると特に好ましい。
【００１３】また、前記除去部の表面に露出した非酸化
物の膜中の残留応力が−５〜１０ｋｇｆ／ｍｍ2 である
と特に好ましい。さらに、その露出非酸化物膜の面粗さ
Ｒａの平均値が０．０５μｍ以下であることも非常に好
ましい。
物の膜中の残留応力が−５〜１０ｋｇｆ／ｍｍ2 である
と特に好ましい。さらに、その露出非酸化物膜の面粗さ
Ｒａの平均値が０．０５μｍ以下であることも非常に好
ましい。
【００１４】
【作用】金属材料の切削、特に鋼の切削ではすくい面の
最高温度は１０００℃以上の高温になることもあり、耐
酸化性に優れた酸化物を被覆することが必要である。こ
のため、Ａｌ2 Ｏ3 を代表とする酸化物系膜のコーティ
ングが市販工具に適用されている。このような工具につ
いてその損傷状況を詳細に観察した結果、摩耗量は非常
に小さいのに、使用済みチップとして処分されている事
例が多いことに気づいた。それらのチップの刃先を走査
電子顕微鏡で観察したところ、切れ刃稜線部において微
細なチッピングが発生し、その部分では超硬母材が露出
していることが判明した。つまり、そのようなチップを
摩耗量が小さいからといって継続して使用すると、超硬
母材が露出しているために溶着が生じたり、急激に摩耗
や欠損が進行したりして、生産ラインでトラブルが発生
することから、そのような小さい摩耗量でも工具は寿命
と判断されていたものと推定される。従って、そのよう
な膜のチッピング現象が抑制できれば工具寿命を延ばせ
ると考え、その膜の損傷メカニズムについて調査した。
その結果、切れ刃稜線部の切削温度はすくい面ほど高温
でないため、温度的に凝着摩耗が発生しやすい環境にな
っている上、すくい面上で発生する摩擦応力は切れ刃稜
線部で最大となるため、切り屑がまず最初に切れ刃稜線
部に凝着した後、摩擦応力が被覆膜を引きはがす剪断応
力となって作用し、被覆膜の微小チッピングが生じると
の結論を得た。従って、切れ刃稜線部で凝着しにくい膜
構造もしくは膜質が見いだせれば、使用済みチップの損
傷部に見られた微小チッピング、つまり膜の剥離を抑え
ることができるのではないかと考えたのである。
最高温度は１０００℃以上の高温になることもあり、耐
酸化性に優れた酸化物を被覆することが必要である。こ
のため、Ａｌ2 Ｏ3 を代表とする酸化物系膜のコーティ
ングが市販工具に適用されている。このような工具につ
いてその損傷状況を詳細に観察した結果、摩耗量は非常
に小さいのに、使用済みチップとして処分されている事
例が多いことに気づいた。それらのチップの刃先を走査
電子顕微鏡で観察したところ、切れ刃稜線部において微
細なチッピングが発生し、その部分では超硬母材が露出
していることが判明した。つまり、そのようなチップを
摩耗量が小さいからといって継続して使用すると、超硬
母材が露出しているために溶着が生じたり、急激に摩耗
や欠損が進行したりして、生産ラインでトラブルが発生
することから、そのような小さい摩耗量でも工具は寿命
と判断されていたものと推定される。従って、そのよう
な膜のチッピング現象が抑制できれば工具寿命を延ばせ
ると考え、その膜の損傷メカニズムについて調査した。
その結果、切れ刃稜線部の切削温度はすくい面ほど高温
でないため、温度的に凝着摩耗が発生しやすい環境にな
っている上、すくい面上で発生する摩擦応力は切れ刃稜
線部で最大となるため、切り屑がまず最初に切れ刃稜線
部に凝着した後、摩擦応力が被覆膜を引きはがす剪断応
力となって作用し、被覆膜の微小チッピングが生じると
の結論を得た。従って、切れ刃稜線部で凝着しにくい膜
構造もしくは膜質が見いだせれば、使用済みチップの損
傷部に見られた微小チッピング、つまり膜の剥離を抑え
ることができるのではないかと考えたのである。
【００１５】そこで、本発明者らは、凝着摩耗を抑制す
る方法を種々検討して本発明を見いだすに至った。つま
り、凝着の発生には、面粗さで表わされる物理的な凸凹
が関係している。この観点から特開昭６２−２２８３０
５や特開平５−５７５０７ではＡｌ2 Ｏ3 の面粗さを後
処理により向上させ、膜の剥離や強度劣化、溶着を防止
したとしている。しかしながら、凝着や溶着には面粗さ
のほかに、焼き付きのような化学的な現象も関係してい
る。このことに着目し、酸化物セラミックの耐焼き付き
性を、窒化物や炭化物と比較したところ、酸化物が最も
悪かった。Ａｌ2 Ｏ3 のような酸化物の面粗さを向上さ
せて摩擦係数を低下させても耐焼き付け性が悪いため、
従来技術では、膜の耐剥離性は依然として低かった訳で
ある。そこで、本発明者らは、Ａｌ2 Ｏ3 などの酸化物
被膜を摩擦応力が最も大きくなる切れ刃稜線部から局部
的に若しくはすべて除去することを試みた。そして、こ
の構造によれば被削材と被覆膜の焼き付きが減少し、被
覆膜の耐剥離性が大幅に向上してチッピングが防止さ
れ、工具寿命が大巾に延長されることを確認した。
る方法を種々検討して本発明を見いだすに至った。つま
り、凝着の発生には、面粗さで表わされる物理的な凸凹
が関係している。この観点から特開昭６２−２２８３０
５や特開平５−５７５０７ではＡｌ2 Ｏ3 の面粗さを後
処理により向上させ、膜の剥離や強度劣化、溶着を防止
したとしている。しかしながら、凝着や溶着には面粗さ
のほかに、焼き付きのような化学的な現象も関係してい
る。このことに着目し、酸化物セラミックの耐焼き付き
性を、窒化物や炭化物と比較したところ、酸化物が最も
悪かった。Ａｌ2 Ｏ3 のような酸化物の面粗さを向上さ
せて摩擦係数を低下させても耐焼き付け性が悪いため、
従来技術では、膜の耐剥離性は依然として低かった訳で
ある。そこで、本発明者らは、Ａｌ2 Ｏ3 などの酸化物
被膜を摩擦応力が最も大きくなる切れ刃稜線部から局部
的に若しくはすべて除去することを試みた。そして、こ
の構造によれば被削材と被覆膜の焼き付きが減少し、被
覆膜の耐剥離性が大幅に向上してチッピングが防止さ
れ、工具寿命が大巾に延長されることを確認した。
【００１６】なお、窒化物や炭窒化物は金属との耐焼き
付き性に優れているので被覆除去部の表面にこれ等の膜
が現われている場合には耐剥離性の改善効果が高い。中
でも、Ｃ：Ｎのモル比が５：５〜７：３の範囲のＴｉＣ
Ｎ膜は耐焼き付き性だけではなく、膜そのものの耐摩耗
性も特に優れているため、この膜を除去部の表面に露出
させるものは非常に優れた耐剥離性を示し、工具寿命を
著しく延長できる。このような組成比のＴｉＣＮ膜は通
常のＨＴ（HIGH TEMPERATURE）−ＣＶＤ法でも作成でき
るが、有機ＣＮ化合物を反応ガスとするＣＶＤ法の方が
より安定してこの組成比の膜を形成できる。
付き性に優れているので被覆除去部の表面にこれ等の膜
が現われている場合には耐剥離性の改善効果が高い。中
でも、Ｃ：Ｎのモル比が５：５〜７：３の範囲のＴｉＣ
Ｎ膜は耐焼き付き性だけではなく、膜そのものの耐摩耗
性も特に優れているため、この膜を除去部の表面に露出
させるものは非常に優れた耐剥離性を示し、工具寿命を
著しく延長できる。このような組成比のＴｉＣＮ膜は通
常のＨＴ（HIGH TEMPERATURE）−ＣＶＤ法でも作成でき
るが、有機ＣＮ化合物を反応ガスとするＣＶＤ法の方が
より安定してこの組成比の膜を形成できる。
【００１７】なお、Ｃ：Ｎのモル比はＥＳＣＡ（ELECTR
ON SPECTROSCOPY FOR CHEMICAL ANALYSIS ）やＥＰＭＡ
（ELECTRON PROBE MICRO ANALYZER ）による分析、もし
くはＸ線分析でＴｉＣＮ膜の格子定数を求めることによ
って測定できる。発明者らがＸ線分析で求めた結果で
は、Ｃ：Ｎのモル比が５：５〜７：３の範囲にあるＴｉ
ＣＮ膜の格子定数は４．２７５〜４．２９５オングスト
ロームの範囲にあり、このときに、特に優れた耐焼き付
け性、耐摩耗性を示した。この結果は、化学量論組成の
ＴｉＣＮで考えると、ずれを含むが、ＴｉＣＮ膜が非化
学量論組成たとえば、Ｔｉ（ＣＮ）0.9 のような組成を
もつことがあるため、このようなずれが生じたものと思
われた。
ON SPECTROSCOPY FOR CHEMICAL ANALYSIS ）やＥＰＭＡ
（ELECTRON PROBE MICRO ANALYZER ）による分析、もし
くはＸ線分析でＴｉＣＮ膜の格子定数を求めることによ
って測定できる。発明者らがＸ線分析で求めた結果で
は、Ｃ：Ｎのモル比が５：５〜７：３の範囲にあるＴｉ
ＣＮ膜の格子定数は４．２７５〜４．２９５オングスト
ロームの範囲にあり、このときに、特に優れた耐焼き付
け性、耐摩耗性を示した。この結果は、化学量論組成の
ＴｉＣＮで考えると、ずれを含むが、ＴｉＣＮ膜が非化
学量論組成たとえば、Ｔｉ（ＣＮ）0.9 のような組成を
もつことがあるため、このようなずれが生じたものと思
われた。
【００１８】このほか、除去部の表面に露出した非酸化
物の膜中の残留応力が−５〜１０ｋｇｆ／ｍｍ2 の範囲
にあるのが好ましいとしたのは膜の耐剥離性が更に向上
するからである。これは実験により確認したもので、そ
の残留応力が−５ｋｇｆ／ｍｍ2 より小さいと膜が圧縮
破壊する恐れがあり、また、１０ｋｇｆ／ｍｍ2 より大
きい場合には耐剥離性の向上効果が小さかった。
物の膜中の残留応力が−５〜１０ｋｇｆ／ｍｍ2 の範囲
にあるのが好ましいとしたのは膜の耐剥離性が更に向上
するからである。これは実験により確認したもので、そ
の残留応力が−５ｋｇｆ／ｍｍ2 より小さいと膜が圧縮
破壊する恐れがあり、また、１０ｋｇｆ／ｍｍ2 より大
きい場合には耐剥離性の向上効果が小さかった。
【００１９】また、この除去部の表面に露出した非酸化
物膜の面粗さＲａの平均値が０．０５μｍ以下の場合、
一部の酸化物被膜が切れ刃稜線部に残存し、Ｒｍａｘが
大きくても膜の耐剥離性がより優れていたが、Ｒａが
０．０５μｍより大きいものは耐剥離性の向上効果が小
さかった。
物膜の面粗さＲａの平均値が０．０５μｍ以下の場合、
一部の酸化物被膜が切れ刃稜線部に残存し、Ｒｍａｘが
大きくても膜の耐剥離性がより優れていたが、Ｒａが
０．０５μｍより大きいものは耐剥離性の向上効果が小
さかった。
【００２０】次に、逃げ面では、切削温度がすくい面ほ
ど高温にならないため、酸化物の膜は耐摩耗性向上には
寄与せず、むしろ剥離発生時に塊状となって逃げ面を擦
過し、耐摩耗性を低下させるので、耐摩耗性の観点から
は逃げ面側の被覆除去幅をすくい面側のそれよりも大き
くするのがよい。一方、耐欠損性の観点からは逆にすく
い面側の除去幅を逃げ面側よりも大としたり、ノーズＲ
部での除去幅を切れ刃直線部での除去幅よりも大とする
のがよく、その除去幅は性能面で何を重視するかによっ
て変える。
ど高温にならないため、酸化物の膜は耐摩耗性向上には
寄与せず、むしろ剥離発生時に塊状となって逃げ面を擦
過し、耐摩耗性を低下させるので、耐摩耗性の観点から
は逃げ面側の被覆除去幅をすくい面側のそれよりも大き
くするのがよい。一方、耐欠損性の観点からは逆にすく
い面側の除去幅を逃げ面側よりも大としたり、ノーズＲ
部での除去幅を切れ刃直線部での除去幅よりも大とする
のがよく、その除去幅は性能面で何を重視するかによっ
て変える。
【００２１】なお、本発明における切れ刃稜線部の被覆
薄肉化は、公知のＣＶＤ法やＰＶＤ法で硬質合金上に被
覆処理を行った後、バレル研磨、ショットブラスト、シ
ョットピーニング、弾性砥石、砥粒を有する樹脂製のブ
ラシ、ローラ仕上げ、バニッシュ仕上げ、化学薬品によ
る処理、超音波振動法、レーザ加工などの方法で達成す
ればよい。
薄肉化は、公知のＣＶＤ法やＰＶＤ法で硬質合金上に被
覆処理を行った後、バレル研磨、ショットブラスト、シ
ョットピーニング、弾性砥石、砥粒を有する樹脂製のブ
ラシ、ローラ仕上げ、バニッシュ仕上げ、化学薬品によ
る処理、超音波振動法、レーザ加工などの方法で達成す
ればよい。
【００２２】また、酸化物被膜が切れ刃稜線上で存在し
ているか否かは、工具の切れ刃稜線部をＡ−ＳＥＭ（AN
ALYTICAL SCANNING MICROSCOPE）を用いてのＷＤＳ（WA
VELENGTH DISPERSIVE SPECTROSCOPY）やＥＤＳ（ENERGY
DISPERSIVE SPECTROSCOPY）分析、合金の任意断面の研
磨ラッピング後に光学顕微鏡、ＳＥＭ、ＥＰＭＡなどで
エッチング後観察する等の方法で確認できる。
ているか否かは、工具の切れ刃稜線部をＡ−ＳＥＭ（AN
ALYTICAL SCANNING MICROSCOPE）を用いてのＷＤＳ（WA
VELENGTH DISPERSIVE SPECTROSCOPY）やＥＤＳ（ENERGY
DISPERSIVE SPECTROSCOPY）分析、合金の任意断面の研
磨ラッピング後に光学顕微鏡、ＳＥＭ、ＥＰＭＡなどで
エッチング後観察する等の方法で確認できる。
【００２３】次に、膜中の残留応力は、Ｘ線によりｓｉ
ｎ2 φ法により求めることができる。また、膜の面粗さ
Ｒａの平均値は、酸化物被膜が図４（ｃ）のように残存
している場合、接触式面粗さ計では測定が難しいため、
凹凸ＳＥＭにより、電子線を用いて面粗さＲａを計測し
た。ここで云う面粗さＲａの平均値とは、測定視野の水
平方向ライン１８０本の面粗さＲａの平均値である。
ｎ2 φ法により求めることができる。また、膜の面粗さ
Ｒａの平均値は、酸化物被膜が図４（ｃ）のように残存
している場合、接触式面粗さ計では測定が難しいため、
凹凸ＳＥＭにより、電子線を用いて面粗さＲａを計測し
た。ここで云う面粗さＲａの平均値とは、測定視野の水
平方向ライン１８０本の面粗さＲａの平均値である。
【００２４】図４（ｃ）のような状態では、残存したＡ
ｌ2 Ｏ3 膜を含めて面粗さを測定するとその面粗さが非
常に悪く、Ｒｍａｘは除去された酸化物の膜厚よりも大
きくなる。本発明では、このような残存酸化物を含めた
面粗さではなく、除去部に露出した非酸化物膜の面粗さ
をある規定値以下（好ましくは０．０５μｍ以下）とす
ることにより膜の耐剥離性が向上することを見い出し
た。
ｌ2 Ｏ3 膜を含めて面粗さを測定するとその面粗さが非
常に悪く、Ｒｍａｘは除去された酸化物の膜厚よりも大
きくなる。本発明では、このような残存酸化物を含めた
面粗さではなく、除去部に露出した非酸化物膜の面粗さ
をある規定値以下（好ましくは０．０５μｍ以下）とす
ることにより膜の耐剥離性が向上することを見い出し
た。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に述べ
る。
る。
【００２６】−実験例１− 型番ＣＮＭＧ４３３の形状の表１に示すイ〜ヘの各種硬
質合金と表２に示すＨＴ（HIGH TEMPERATURE）−ＣＶＤ
法で作成した各種硬質被覆膜の組み合わせからなる表３
に示すサンプルＮｏ１〜１３の被覆硬質合金工具（チッ
プ）を準備した。そして、サンプルＮｏ１のチップを振
動バレル機を用いて切れ刃稜線部の被覆膜の除去処理を
行い、その処理時間を変化させることで、表４に示す切
れ刃稜線部での酸化物膜の除去割合の異なった比較品１
と本発明品１〜６の工具を得た。なお、Ａｌ2 Ｏ3 が除
去された後の切れ刃稜線部にはＴｉＣＮが露出している
ことがＡ−ＳＥＭによる観察により確認できた。図２
は、本発明品の刃先部断面の一例であり、５は母材を、
４は多層セラミックの被覆膜を示している。切れ刃稜線
部での酸化物膜の除去割合はＡ−ＳＥＭを用いて測定し
た。次に、ここで得た比較品１、本発明品１〜６の工具
を用いて図３に示すＳＣＭ４１５製被削材（外周に４つ
の溝があり断続切削になる丸棒材）を下記条件で切削
し、各工具の寿命を比較した。
質合金と表２に示すＨＴ（HIGH TEMPERATURE）−ＣＶＤ
法で作成した各種硬質被覆膜の組み合わせからなる表３
に示すサンプルＮｏ１〜１３の被覆硬質合金工具（チッ
プ）を準備した。そして、サンプルＮｏ１のチップを振
動バレル機を用いて切れ刃稜線部の被覆膜の除去処理を
行い、その処理時間を変化させることで、表４に示す切
れ刃稜線部での酸化物膜の除去割合の異なった比較品１
と本発明品１〜６の工具を得た。なお、Ａｌ2 Ｏ3 が除
去された後の切れ刃稜線部にはＴｉＣＮが露出している
ことがＡ−ＳＥＭによる観察により確認できた。図２
は、本発明品の刃先部断面の一例であり、５は母材を、
４は多層セラミックの被覆膜を示している。切れ刃稜線
部での酸化物膜の除去割合はＡ−ＳＥＭを用いて測定し
た。次に、ここで得た比較品１、本発明品１〜６の工具
を用いて図３に示すＳＣＭ４１５製被削材（外周に４つ
の溝があり断続切削になる丸棒材）を下記条件で切削
し、各工具の寿命を比較した。
【００２７】 切削条件 切削速度 ：２００ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切込み ：１．５ｍｍ 切削形態 ：湿式 使用ホルダ：ＰＣＬＮＲ２５２５−４３ なお、寿命の判定はＳＥＭの反射電子像観察にて行い、
母材が露出した時点を寿命時間とした。その結果、表４
に示したように、処理を何も行わなかった比較品１に比
べて、発明品１〜６は優れた耐剥離性を示し、特に５０
％以上の酸化物が除去された４〜６、中でも酸化物を切
れ刃稜線部から１００％除去した６の工具は比較品１に
対して、６倍もの耐剥離性を示した。
母材が露出した時点を寿命時間とした。その結果、表４
に示したように、処理を何も行わなかった比較品１に比
べて、発明品１〜６は優れた耐剥離性を示し、特に５０
％以上の酸化物が除去された４〜６、中でも酸化物を切
れ刃稜線部から１００％除去した６の工具は比較品１に
対して、６倍もの耐剥離性を示した。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【表３】
【００３１】
【表４】
【００３２】−実験例２ー 表３のサンプルＮｏ１と６のチップの切れ刃稜線部から
１００％酸化物を除去した発明品６、７を切れ刃稜線部
での膜構造および膜厚、刃先処理量がほぼ同じになるよ
うにダイヤブラシを用いて作成し、実験例１と同じ切削
試験に供した。その結果、表５に示したように、処理後
の耐剥離性は、両者ともに同じ性能を示したが、未処理
品の耐剥離性は、比較品１の方が比較品２よりも悪く、
処理による耐剥離性の向上効果はＡｌ2 Ｏ3 を除去した
発明品６の方がＺｒＯ2 を除去した発明品７よりも大き
く、Ａｌ2 Ｏ3 を除去した効果はＺｒＯ2 を除去した効
果よりも大きいことがわかる。
１００％酸化物を除去した発明品６、７を切れ刃稜線部
での膜構造および膜厚、刃先処理量がほぼ同じになるよ
うにダイヤブラシを用いて作成し、実験例１と同じ切削
試験に供した。その結果、表５に示したように、処理後
の耐剥離性は、両者ともに同じ性能を示したが、未処理
品の耐剥離性は、比較品１の方が比較品２よりも悪く、
処理による耐剥離性の向上効果はＡｌ2 Ｏ3 を除去した
発明品６の方がＺｒＯ2 を除去した発明品７よりも大き
く、Ａｌ2 Ｏ3 を除去した効果はＺｒＯ2 を除去した効
果よりも大きいことがわかる。
【００３３】
【表５】
【００３４】−実験例３− 表３のサンプルＮｏ５のチップの切れ刃稜線部から、Ａ
ｌ2 Ｏ3 を除去した発明品８とＡｌ2 Ｏ3 およびＺｒＯ
2 両方の酸化物を除去した発明品９をガラスビーズによ
るショットブラストにより作成し、実験例１と同じ切削
試験にサンプルＮｏ５の未処理チップである比較品３と
ともに供した。その結果、表６に示したように、処理後
の耐剥離性は、切れ刃稜線部ですべての酸化物被膜を除
去した発明品９の方がＡｌ2 Ｏ3 のみを除去し、ＺｒＯ
2 が切れ刃稜線部に残っている発明品８よりも優れた性
能を示した。
ｌ2 Ｏ3 を除去した発明品８とＡｌ2 Ｏ3 およびＺｒＯ
2 両方の酸化物を除去した発明品９をガラスビーズによ
るショットブラストにより作成し、実験例１と同じ切削
試験にサンプルＮｏ５の未処理チップである比較品３と
ともに供した。その結果、表６に示したように、処理後
の耐剥離性は、切れ刃稜線部ですべての酸化物被膜を除
去した発明品９の方がＡｌ2 Ｏ3 のみを除去し、ＺｒＯ
2 が切れ刃稜線部に残っている発明品８よりも優れた性
能を示した。
【００３５】また、発明品６と９の比較より、上層の膜
が消失した切れ刃稜線部上において、窒化物もしくは炭
窒化物を主体とする膜のみが存在する発明品６は、除去
処理後の切れ刃稜線部上に炭化物を主体とする膜のみが
存在する発明品９よりも耐剥離性に優れていた。
が消失した切れ刃稜線部上において、窒化物もしくは炭
窒化物を主体とする膜のみが存在する発明品６は、除去
処理後の切れ刃稜線部上に炭化物を主体とする膜のみが
存在する発明品９よりも耐剥離性に優れていた。
【００３６】
【表６】
【００３７】−実験例４− 表３のサンプルＮｏ２〜４およびＮｏ７、８のチップの
切れ刃稜線部から酸化物を除去するため、弾性砥石をチ
ップすくい面上方から押しつけるようにして使用し、切
れ刃稜線部からすべての酸化物膜を除去して発明品１０
〜１４を得た。それらのチップを用いて、ＳＫＤ６２製
金型を下記の条件で切削した。
切れ刃稜線部から酸化物を除去するため、弾性砥石をチ
ップすくい面上方から押しつけるようにして使用し、切
れ刃稜線部からすべての酸化物膜を除去して発明品１０
〜１４を得た。それらのチップを用いて、ＳＫＤ６２製
金型を下記の条件で切削した。
【００３８】 切削条件 切削速度 ：１００ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ 切込み ：２ｍｍ 切削形態及び使用ホルダは実験例１に同じ。
【００３９】寿命基準は母材が露出するまでの切削時間
とした。その結果を表７に示す。発明品１０と１１では
ともに切れ刃稜線部に酸化物が存在しない構造となって
いる上に、切れ刃稜線部での膜厚がほぼ同じとなってい
るにもかかわらず、発明品１１の方が優れた耐剥離性を
示した。この結果は、発明品１０には切れ刃稜線部に炭
化物、窒化物、炭窒化物の膜が存在しているのに対し、
発明品１１では炭窒化物のみが存在しているため、特に
優れた耐剥離性を示した。また、表７より、ＩＳＯ Ｋ
２０超硬合金、サーメット母材においても、本発明品は
未処理品に対して、優れた耐剥離性を示すことがわか
る。
とした。その結果を表７に示す。発明品１０と１１では
ともに切れ刃稜線部に酸化物が存在しない構造となって
いる上に、切れ刃稜線部での膜厚がほぼ同じとなってい
るにもかかわらず、発明品１１の方が優れた耐剥離性を
示した。この結果は、発明品１０には切れ刃稜線部に炭
化物、窒化物、炭窒化物の膜が存在しているのに対し、
発明品１１では炭窒化物のみが存在しているため、特に
優れた耐剥離性を示した。また、表７より、ＩＳＯ Ｋ
２０超硬合金、サーメット母材においても、本発明品は
未処理品に対して、優れた耐剥離性を示すことがわか
る。
【００４０】
【表７】
【００４１】−実験例５− 表３のサンプルＮｏ９〜１１のチップの切れ刃稜線部か
ら酸化物を除去するため、遠心バレルを用いて、切れ刃
稜線部からすべての酸化物膜を除去した発明品１５〜１
７を作成した。それらのチップを用いて、ダクタイル鋳
鉄ＦＣＤ３０を下記の条件で切削した。
ら酸化物を除去するため、遠心バレルを用いて、切れ刃
稜線部からすべての酸化物膜を除去した発明品１５〜１
７を作成した。それらのチップを用いて、ダクタイル鋳
鉄ＦＣＤ３０を下記の条件で切削した。
【００４２】 切削条件 切削速度 ：３００ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．４ｍｍ／ｒｅｖ 切込み ：２ｍｍ 切削形態 ：乾式 使用ホルダ寿命基準は他の実験例と同じ。
【００４３】その結果を表８に示す。同表より、各種の
セラミック母材についても、本発明品は未処理品に比し
て、優れた耐剥離性を示すことがわかる。
セラミック母材についても、本発明品は未処理品に比し
て、優れた耐剥離性を示すことがわかる。
【００４４】
【表８】
【００４５】−実験例６− 表３のサンプル１と同じ母材および同じ膜構造で、有機
ＣＮ化合物を反応ガスとするＣＶＤ法でＴｉＣＮ膜を作
成した点のみがサンプル１と異なるサンプルＮｏ１２の
チップを作成した。サンプル１と１２のＴｉＣＮ膜の
Ｃ：Ｎモル比をＥＳＣＡで測定したところ、サンプル１
のＣ：Ｎ比は８：２、サンプル１２は６：４であった。
実験例１と同じ方法で切れ刃稜線部におけるＡｌ2 Ｏ3
の除去率の異なった発明品１８〜２０を作成し、実験例
１と同じ切削テストを行った。なお、Ａｌ2 Ｏ3 が除去
された後の切れ刃稜線部には局部的もしくはすべての部
分にＴｉＣＮが露出していることがＡ−ＳＥＭによる観
察により確認できた。その結果を表９に示す。比較品
１、サンプル１２のチップを未処理のまま使用した比較
品４、発明品１〜６及び１８〜２０を比較したところ、
上層膜の除去により切れ刃稜線部上の一部もしくはすべ
ての部分に、Ｃ：Ｎのモル比が５：５〜７：３の範囲に
あるＴｉＣＮ膜が露出しているチップは、特に優れた耐
剥離性を有していることがわかった。
ＣＮ化合物を反応ガスとするＣＶＤ法でＴｉＣＮ膜を作
成した点のみがサンプル１と異なるサンプルＮｏ１２の
チップを作成した。サンプル１と１２のＴｉＣＮ膜の
Ｃ：Ｎモル比をＥＳＣＡで測定したところ、サンプル１
のＣ：Ｎ比は８：２、サンプル１２は６：４であった。
実験例１と同じ方法で切れ刃稜線部におけるＡｌ2 Ｏ3
の除去率の異なった発明品１８〜２０を作成し、実験例
１と同じ切削テストを行った。なお、Ａｌ2 Ｏ3 が除去
された後の切れ刃稜線部には局部的もしくはすべての部
分にＴｉＣＮが露出していることがＡ−ＳＥＭによる観
察により確認できた。その結果を表９に示す。比較品
１、サンプル１２のチップを未処理のまま使用した比較
品４、発明品１〜６及び１８〜２０を比較したところ、
上層膜の除去により切れ刃稜線部上の一部もしくはすべ
ての部分に、Ｃ：Ｎのモル比が５：５〜７：３の範囲に
あるＴｉＣＮ膜が露出しているチップは、特に優れた耐
剥離性を有していることがわかった。
【００４６】
【表９】
【００４７】−実験例７− 実験例１で作成した試料Ｎｏ１（比較品１）、発明品１
〜６を用いて、図３に示すＳＣＭ４３５の４溝のついた
丸棒材を下記の条件で切削した。
〜６を用いて、図３に示すＳＣＭ４３５の４溝のついた
丸棒材を下記の条件で切削した。
【００４８】 切削条件 切削速度 ：１００ｍ／ｍｉｎ 送り ：０．４ｍｍ／ｒｅｖ 切込み ：２ｍｍ 切削形態 ：乾式 使用ホルダは他の実験例と同じ。
【００４９】寿命判定基準は欠損の発生とし、チップの
４コーナの平均寿命を切削可能時間とした。その結果を
表１０に示す。これより、本発明品は被覆未処理の比較
品と違って、優れた耐欠損性を有していることがわか
る。
４コーナの平均寿命を切削可能時間とした。その結果を
表１０に示す。これより、本発明品は被覆未処理の比較
品と違って、優れた耐欠損性を有していることがわか
る。
【００５０】
【表１０】
【００５１】−実施例８− 表３のサンプルＮｏ１３のチップの切れ刃稜線部から、
外層のＡｌ2 Ｏ3 を除去した発明品２１を振動バレル機
を用いて作成し、実験例１と同じ切削試験に供した。そ
の結果、表１１に示したように、発明品２１は外層のＡ
ｌ2 Ｏ3 を除去しただけであるにもかかわらず比較品５
に比べて優れた耐剥離性を示した。
外層のＡｌ2 Ｏ3 を除去した発明品２１を振動バレル機
を用いて作成し、実験例１と同じ切削試験に供した。そ
の結果、表１１に示したように、発明品２１は外層のＡ
ｌ2 Ｏ3 を除去しただけであるにもかかわらず比較品５
に比べて優れた耐剥離性を示した。
【００５２】
【表１１】
【００５３】−実験例９− 実験例１で作成した表３のサンプルＮｏ２のチップの切
れ刃稜線部から、酸化物膜を１００％除去したチップ
（発明品２２〜２５）を準備した、発明品２２は除去を
ブラスト処理で行ったもの、発明品２３はその除去を遠
心バレル処理で、発明品２４は振動バレル処理で、発明
品２４は回転バレル処理で各々行ったものである。
れ刃稜線部から、酸化物膜を１００％除去したチップ
（発明品２２〜２５）を準備した、発明品２２は除去を
ブラスト処理で行ったもの、発明品２３はその除去を遠
心バレル処理で、発明品２４は振動バレル処理で、発明
品２４は回転バレル処理で各々行ったものである。
【００５４】この発明品２２〜２５の各チップについ
て、切れ刃稜線部での露出非酸化物膜中の残留応力をＸ
線（Ｃｒ−Ｋα）を用いてＴｉＣ（４２２）面にてｓｉ
ｎ2 φ法により測定したところ、表１２に示す結果が得
られた。
て、切れ刃稜線部での露出非酸化物膜中の残留応力をＸ
線（Ｃｒ−Ｋα）を用いてＴｉＣ（４２２）面にてｓｉ
ｎ2 φ法により測定したところ、表１２に示す結果が得
られた。
【００５５】また、これ等の試料で実験例１と同じ切削
試験を行ったところ、表１２から判るように、膜中の残
留応力が−５〜１０ｋｇｆ／ｍｍ2 の範囲にある発明品
２３、２４の方が範囲外の発明品２２、２５よりも耐久
性に関して優れた性能を示した。
試験を行ったところ、表１２から判るように、膜中の残
留応力が−５〜１０ｋｇｆ／ｍｍ2 の範囲にある発明品
２３、２４の方が範囲外の発明品２２、２５よりも耐久
性に関して優れた性能を示した。
【００５６】
【表１２】
【００５７】−実験例１０− 実験例１で用いた表３のサンプルＮｏ１のチップを、平
均粒径が約２００μｍの鋼球ブラスト処理により切れ刃
稜線部から約５０％の率でＡｌ2 Ｏ3 を除去した発明品
２６と、同じサンプルを回転バレルを用い、処理時間を
変化させてバニッシングコンパウンドで研磨した発明品
２７、２８、２９を作成した。そして、これ等のチップ
の切れ刃稜線部に露出したＴｉＣＮ膜の面粗さＲａの平
均値をエリオニクス（株）製のＥＲＡ４０００にて５０
００倍に拡大して測定した。その結果を表１３に示す。
均粒径が約２００μｍの鋼球ブラスト処理により切れ刃
稜線部から約５０％の率でＡｌ2 Ｏ3 を除去した発明品
２６と、同じサンプルを回転バレルを用い、処理時間を
変化させてバニッシングコンパウンドで研磨した発明品
２７、２８、２９を作成した。そして、これ等のチップ
の切れ刃稜線部に露出したＴｉＣＮ膜の面粗さＲａの平
均値をエリオニクス（株）製のＥＲＡ４０００にて５０
００倍に拡大して測定した。その結果を表１３に示す。
【００５８】また、これ等の試料を実験例１と同じ切削
試験に供し、膜の耐剥離性（切削可能時間）について調
べた結果も併せて表１３に示す。これから判るように除
去処理で露出した膜の面粗さＲａの平均値が０．０５μ
ｍ以下の発明品２７、２８、２９の方が０．０５μｍ以
上の平均粗さの発明品２６よりも耐久性に関して優れた
性能を示している。
試験に供し、膜の耐剥離性（切削可能時間）について調
べた結果も併せて表１３に示す。これから判るように除
去処理で露出した膜の面粗さＲａの平均値が０．０５μ
ｍ以下の発明品２７、２８、２９の方が０．０５μｍ以
上の平均粗さの発明品２６よりも耐久性に関して優れた
性能を示している。
【００５９】
【表１３】
【００６０】以上、いくつかの実験例を挙げて、本発明
の効果を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではない。
の効果を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではない。
【００６１】例えば、フライス切削用工具、ドリルやエ
ンドミルのような転削工具は勿論、パンチやダイス、ス
リッタのような切削用途以外の耐摩工具などでもその効
果は大きい。即ち、パンチ、スリッタは切削工具の切れ
刃稜線部に相当するエッジを有しており、一方、ダイス
はそのようなエッジは無いが、被加工材が擦過する面を
広く有しているので、耐溶着性の悪い酸化膜を除去する
本発明によれば、この種の工具においても優れた効果が
期待できる。
ンドミルのような転削工具は勿論、パンチやダイス、ス
リッタのような切削用途以外の耐摩工具などでもその効
果は大きい。即ち、パンチ、スリッタは切削工具の切れ
刃稜線部に相当するエッジを有しており、一方、ダイス
はそのようなエッジは無いが、被加工材が擦過する面を
広く有しているので、耐溶着性の悪い酸化膜を除去する
本発明によれば、この種の工具においても優れた効果が
期待できる。
【００６２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の被覆硬質合
金工具は、耐摩耗性向上のための多層セラミック膜中に
含まれる酸化物被膜、中でもＡｌ2 Ｏ3 を被加工材との
摩擦が起こる部分で除去してその膜が露出表面に現われ
ない構成とし、溶着に端を発する被膜の剥離、刃先等の
チッピングを減少させたので、工具の寿命が大きく延
び、加工面粗度も良くなるなど、産業上多大の効果を期
待できる。
金工具は、耐摩耗性向上のための多層セラミック膜中に
含まれる酸化物被膜、中でもＡｌ2 Ｏ3 を被加工材との
摩擦が起こる部分で除去してその膜が露出表面に現われ
ない構成とし、溶着に端を発する被膜の剥離、刃先等の
チッピングを減少させたので、工具の寿命が大きく延
び、加工面粗度も良くなるなど、産業上多大の効果を期
待できる。
【図１】（ａ）：切削工具（チップ）の一部を示す斜視
図 （ｂ）：（ａ）図のＸ−Ｙ断面を拡大して示す図 （ｃ）：（ａ）図のＸ−Ｙ断面の他の例を拡大して示す
図
図 （ｂ）：（ａ）図のＸ−Ｙ断面を拡大して示す図 （ｃ）：（ａ）図のＸ−Ｙ断面の他の例を拡大して示す
図
【図２】実施例のチップの断面の一例を拡大して示す図
【図３】切削試験に用いた被削材の断面形状を表す図
【図４】酸化物被膜の除去率についての解説図
１ すくい面 ２ 逃げ面 ３ ノーズＲ部 ４ 多層セラミック被覆膜 ５ 母材 Ａ 切れ刃稜線部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 俊雄 伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友電気工 業株式会社伊丹製作所内
Claims (7)
- 【請求項１】 硬質合金から成る母材の表面に多層セラ
ミック膜の被覆を有し、その被覆中には酸化物被膜が少
なくとも一層含まれている被覆硬質合金工具において、
前記被覆を構成するセラミック膜のうち、上層側から数
えた何層かが被加工材との摩擦が生じる領域上で部分的
に又は摩擦領域の全域にわたって除去され、その除去層
の中に酸化物被膜が少なくとも一層含まれ、除去部の表
面に酸化物以外の膜が露出していることを特徴とする被
覆硬質合金工具。 - 【請求項２】 除去層中に含まれる酸化物被膜がＡｌ2
Ｏ3 、又はＡｌ2 Ｏ3 を主体とする被膜である請求項１
記載の被覆硬質合金工具。 - 【請求項３】 前記被覆膜中に含まれる酸化物被膜の全
てが指定域で除去されている請求項１又は２記載の被覆
硬質合金工具。 - 【請求項４】 前記除去部の表面に露出した膜が、窒化
物又は炭窒化物を主体とする膜である請求項１、２又は
３記載の被覆硬質合金工具。 - 【請求項５】 前記除去部の表面に露出した膜が、Ｃ：
Ｎのモル比を５：５〜７：３の範囲にしたＴｉＣＮ膜で
ある請求項１、２、３又は４記載の被覆硬質合金工具。 - 【請求項６】 前記除去部の表面に露出した非酸化物の
膜中の残留応力が−５〜１０ｋｇｆ／ｍｍ2 である請求
項１、２、３、４又は５記載の被覆硬質合金工具。 - 【請求項７】 前記除去部の表面に露出した非酸化物膜
の面粗さＲａの平均値が０．０５μｍ以下である請求項
１、２、３、４、５又は６記載の被覆硬質合金工具。
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