JPH10315011A

JPH10315011A - 硬質膜被覆工具及び硬質膜被覆ロール並びに硬質膜被覆金型

Info

Publication number: JPH10315011A
Application number: JP12574397A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ishii; 敏夫石井; Nobuhiko Shima; 順彦島; Kazuyuki Kubota; 和幸久保田
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd; Proterial Ltd
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 1998-12-02
Anticipated expiration: 2017-05-15
Also published as: JP3526392B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＴｉとＡｌを主とする複合窒化物、複合炭化
物、複合炭窒化物のいずれか一種の単層硬質膜または二
種以上からなる多層硬質膜を被覆した切削特性や耐摩耗
性に優れた長寿命の硬質膜被覆工具、金型、ロールを提
供する。【解決手段】基体表面にＴｉとＡｌを主とする複合窒
化物、複合炭化物、複合炭窒化物のいずれか一種の単層
硬質膜または二種以上からなる多層硬質膜を被覆した硬
質膜被覆工具において、前記硬質膜の結晶粒径の縦/横
比（ａ／ｂ）の平均値が１〜７の範囲にあることを特徴
とする硬質膜被覆工具。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切削性及び／また
は耐磨耗性、耐酸化性が要求される硬質膜被覆工具、硬
質膜被覆ロール、硬質膜被覆金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より硬質膜被覆工具の耐摩耗性、耐
欠損性を改善するために物理蒸着法（以下、ＰＶＤと称
する。）、ないし化学蒸着法（以下、ＣＶＤと称す
る。）によりＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮ等の周
期律表IVa,Ｖa,VIa族の炭化物、窒化物、炭窒化物の硬
質膜を被覆した工具が多く用いられている。特にＰＶＤ
法で作製されたものは成膜温度が５００℃前後と低いた
めに成膜された硬質膜と例えば超硬材、サーメット材等
からなる基体との反応により生じる欠陥が少なく、基体
強度を活かすことができるので最近ではミリング用スロ
ーアウェイチップ、エンドミル等に多く用いられてい
る。

【０００３】しかしながら、最近では加工速度の高速化
や高硬度材の加工が要求されてきており、前記Ｔｉ系の
炭化物、窒化物、炭窒化物では耐酸化性が劣るため工具
表面が高温になる加工条件において硬質膜の劣下が激し
く、硬質膜からの粒子の脱落、ヒートクラック、チッピ
ング等が発生して工具寿命が短くなるという問題があ
る。これに対してＴｉとＡｌを主とする代表的な複合窒
化物である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜は高温での耐酸化性が前
記Ｔｉ系の炭化物、窒化物、炭窒化物よりなる硬質膜よ
りも優れており、工具表面が高温になる高速加工領域で
も優れた性能を発揮し、また、ビッカース硬度が２３０
０〜３０００と高く耐摩耗性が優れているため加工工具
に多用されてきている。

【０００４】（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜では従来次のような検
討が行われている。例えば、特公平４−５３６４２では
耐摩耗性を向上させるためＴｉとＡｌの複合炭化物固溶
体、複合窒化物固溶体、複合炭窒化物固溶体のいずれか
一種の単層硬質膜または二種以上の複層硬質膜を表面に
被覆した切削工具が提案され、特公平５−６７７０５で
は（Ａｌ，Ｔｉ）（Ｎ，Ｃ）硬質膜のＡｌ量を増加する
ことにより酸化開始温度を上昇させる提案がなされてい
る。また、特開平１−２５２３０４では硬質膜の付着性
を高めるために炭化チタン、炭窒化チタン、窒化チタン
からなる０.５〜１０μｍの付着強化層を介してＴｉと
Ａｌの複合炭化物、複合炭窒化物、複合窒化物等からな
る硬質被覆層を形成することが提案されている。しかし
ながら、この提案では（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜等の組成や膜
構成が検討されているのみであり、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜
組織を制御することにより硬質膜被覆工具としての硬
度、耐酸化性、切削性等の改善を目的とした検討は何ら
なされていない。次に、カソードアーク方式のイオンプ
レーティング方法を用いて形成した硬質膜被覆工具にお
いて硬質膜組織と切削特性との関係を検討したものとし
ては特公平７−７４４２６があり、これにはＴｉカソー
ド電極を用いてガス圧力：１×１０^-3〜３×１０^-1Ｔｏ
ｒｒ（約０．１３Ｐａ〜４０Ｐａ）、基体（基板）バイ
アス電圧：５０〜１５００Ｖの成膜条件でＴｉＮ膜を膜
厚方向に指向した緻密な繊維状組織を有する硬質膜を形
成して耐磨耗性を改善することが記載されている。しか
しながら特公平７−７４４２６ではＴｉＮ膜のみを検討
しており、ＴｉとＡｌの固溶体である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ
膜に関しては検討していない。また、その硬質膜の組織
を緻密な繊維状とのみ記載しているだけで硬質膜を構成
する結晶粒形態についての具体的記載は全く見られな
い。

【０００５】硬質膜の結晶粒形態と耐久性能との相関に
ついては上記硬質膜被覆工具の他、硬質膜被覆ロールや
硬質膜被覆金型でもこれまでのところ解明されていな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにＴｉとＡ
ｌを主とする複合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物か
らなる硬質膜の結晶粒形態と硬質膜特性との相関が明確
でなく、この硬質膜を被覆した工具の特性が製造ロット
により大きく変動するという問題があった。このため、
本発明者らはＴｉとＡｌを主とする複合窒化物、複合炭
化物、複合炭窒化物のいずれか一種の単層硬質膜または
二種以上からなる多層硬質膜の組織に関して詳細な検討
を行い、硬質膜被覆工具の耐酸化性、硬度、切削特性等
が前記硬質膜の組織によって大きく変わることを見出し
た。したがって、本発明の課題は、ＴｉとＡｌを主とす
る複合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物のいずれか一
種の単層硬質膜または二種以上からなる多層硬質膜を被
覆した硬質膜被覆工具において切削特性や耐摩耗性に優
れた長寿命の硬質膜被覆工具を提供することである。

【０００７】次に、基体表面に上記のＴｉとＡｌを主と
する複合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物からなる硬
質膜を被覆した硬質膜被覆ロールまたは硬質膜被覆金型
においても、上記の硬質膜被覆工具と同様にこの硬質膜
の結晶粒形態と硬質膜特性との相関が明確でなく、この
硬質膜を被覆したロールまたは金型の製造ロット毎の品
質変動が大きいという問題があった。したがって、この
問題に対する本発明の課題はＴｉとＡｌを主とする複合
窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物のいずれか一種の単
層硬質膜または二種以上からなる多層硬質膜を被覆した
硬質膜被覆ロールまたは硬質膜被覆金型において耐摩耗
性、耐酸化性に優れた長寿命の硬質膜被覆ロールまたは
硬質膜被覆金型を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明の硬質膜被覆工具は、基体表面にＴｉとＡｌを主とす
る複合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物のいずれか一
種の単層硬質膜または二種以上からなる多層硬質膜を被
覆した硬質膜被覆工具において、前記硬質膜の結晶粒径
の縦/横比（ａ／ｂ）の平均値が１〜７の範囲にあるこ
とを特徴とする。従来に比して本発明のものが安定に長
寿命である理由は明確でないが本発明者らは次のように
推定している。ＴｉとＡｌを主とする複合窒化物、複合
炭化物、複合炭窒化物等のいずれか一種の単層硬質膜ま
たは二種以上からなる多層硬質膜で形成した硬質膜の優
れている点はその硬質膜が酸化を受ける状態において一
部が安定な酸化アルミニウムに変化し、この酸化アルミ
ニウム部分によりその硬質膜の内部側への酸化の進行が
抑制されることであると一般に考えられている。しかし
ながら、実際の前記硬質膜は多数の結晶粒からなるため
結晶粒界を酸素が拡散し各結晶粒が個別に酸化される。
したがって、図３に模式的に示すように硬質膜厚（ｔ）
および硬質膜の横方向の結晶粒径（ｂ）が一定の場合
は、図３（イ）に示すように硬質膜の結晶粒径の縦横比
（ａ／ｂ）が小さいほど横方向の粒界の面積が増加する
ので各結晶粒の表面積が増加し結晶粒界から結晶粒内部
へ酸素が拡散し易くなり酸化が進むことになる。逆に図
３（ロ）のように硬質膜の結晶粒径の縦/横比（ａ／
ｂ）が大きいほど結晶粒の表面積が小さくなり硬質膜の
酸化が抑制される。本発明者の検討によれば、例えば前
記硬質膜を破断して観察した面の結晶粒群の結晶粒径の
縦/横比（ａ／ｂ）の平均値が１未満の場合は１〜７に
ある場合に比べて前記硬質膜の粒界の面積比率が大きい
ので前記硬質膜の酸化が進み易くなるとともに結晶粒中
に微小なクラック、欠けが発生し易くなり耐酸化性が急
激に低下してしまうことがわかった。このことを踏まえ
て、本発明では耐酸化性を確保するために前記縦／横比
（ａ／ｂ）の平均値が１以上好ましくは１．５以上とす
る必要があることがわかった。また、この縦/横比（ａ
／ｂ）の平均値が１から７へと大きくなるにつれて前記
硬質膜の硬度が徐々に低下し、７を越えると緻密性と硬
度とが低下して硬質膜被覆工具として実用に耐え得る耐
磨耗性を維持することが困難であることがわかった。

【０００９】また、本発明の硬質膜被覆工具では例えば
前記硬質膜を破断して観察した面の結晶粒群の横方向の
結晶粒径（ｂ）の平均値が０．４μｍを越えると硬質膜
の結晶粒内に微小なクラックが発生し易くなり、このク
ラックを通路にして酸素が容易に拡散しクラック部分か
ら硬質膜の酸化が進むとともに欠け易くなるので好まし
くない。また、図４の模式図に示すように、結晶粒径の
縦方向粒径（ａ）が一定の硬質膜を一定膜厚（ｔ）だけ
形成した場合、横方向の結晶粒径（ｂ）が小さい図４の
（ロ）は図４の（イ）に比べて粒界面積が大きくなり粒
界を通路にして酸素が容易に拡散するので粒界部分から
硬質膜の酸化が進行し耐摩耗性が低下してしまうことに
なる。特に、結晶粒径（ｂ）が０．１μｍ未満ではこの
耐磨耗性の低下が顕著で好ましくない。また、結晶粒径
（ｂ）が０．４μｍを越えると結晶粒が粗大になり結晶
粒中に微小クラックが入り耐酸化性が低下する欠点が生
じる。したがって、本発明の硬質膜被覆工具では硬質膜
の横方向の結晶粒径（ｂ）の平均値を０．１〜０．４μ
ｍとするのが好ましい。

【００１０】また、本発明の硬質膜被覆工具は、前記硬
質膜の結晶粒径の縦/横比（ａ／ｂ）の平均値が１〜７
の範囲にあるとともに、前記硬質膜の横方向の結晶粒径
（ｂ）の平均値が０．１〜０．４μｍの範囲にあること
が特に好ましい。

【００１１】本発明の硬質膜被覆エンドミル型切削工具
では要求されている高硬度被削材用途の厳しい条件をク
リアするために、硬質膜の結晶粒径の縦／横比（ａ／
ｂ）の平均値を１．５〜４とすることで高硬度化を達成
するとともにこの１．５〜４の範囲で良好な切削特性お
よび長寿命が付与できることを確認した。また、本発明
の硬質膜被覆スローアウェイ型切削工具では要求されて
いる高硬度被削材用途の厳しい条件をクリアするため
に、硬質膜の結晶粒径の縦／横比（ａ／ｂ）の平均値を
３〜６とすることで高硬度・高密着性化を達成するとと
もにこの３〜６の範囲で良好な切削特性および長寿命が
付与できることを確認した。

【００１２】また、本発明はロール基体表面にＴｉとＡ
ｌを主とする複合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物の
いずれか一種の単層硬質膜または二種以上からなる多層
硬質膜を被覆した硬質膜被覆ロールにおいて、前記硬質
膜の結晶粒径の縦/横比（ａ／ｂ）の平均値が１〜７の
範囲にあることを特徴とする硬質膜被覆ロールである。
この構成により、硬質膜被覆ロールとして良好な耐磨耗
性が付与されるとともに圧延時のクラック発生等を抑制
できる。

【００１３】また、本発明は金型基体表面にＴｉとＡｌ
を主とする複合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物のい
ずれか一種の単層硬質膜または二種以上からなる多層硬
質膜を被覆した硬質膜被覆金型において、前記硬質膜の
結晶粒径の縦/横比（ａ／ｂ）の平均値が１〜７の範囲
にあることを特徴とする硬質膜被覆金型である。この構
成により、硬質膜被覆金型として良好な耐磨耗性を付与
できるとともに長期にわたって一定の寸法を有した成形
体を安定に製作可能である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明者等は基体表面にＴｉとＡ
ｌを主とする複合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物の
いずれか一種の単層硬質膜または二種以上からなる多層
硬質膜を被覆した硬質膜被覆工具、硬質膜被覆ロール、
硬質膜被覆金型などで前記硬質膜の結晶形態と硬度、耐
酸化性、密着性、切削性、耐磨耗性、寿命等との相関を
種々検討した結果、これらの性質が前記硬質膜を形成す
る結晶粒の粒径の縦/横比（ａ／ｂ）の平均値および横
方向の結晶粒径の平均値（ｂ）に大きく依存することを
見出したものである。本発明において、結晶粒の縦方向
とは前記硬質膜が成膜されている基体表面に対して実質
的に垂直な方向であり、結晶粒の横方向とは基体表面に
対して実質的な接線の平行方向をいう。

【００１５】硬質膜を被覆した従来のエンドミル型切削
工具ではＨＲＣ５０を越える高硬度の鋼材を切削すると
硬質膜の相対的な硬度不足によりその表面が摩耗した
り、切削熱により硬質膜被覆工具の切削部分が５００〜
８００℃に達しその部分の硬質膜が酸化して摩耗が進む
場合があるが、本発明のエンドミル型切削工具では上記
の通り十分に実用に耐え得る硬質膜の耐磨耗性と耐酸化
性とを備えることが容易であり、安定して工具寿命を改
善できる。また、硬質膜を被覆した従来のスローアウェ
イ型切削工具では切削熱によりその工具の切削部分が８
００℃以上に達する場合があり、したがってその硬質膜
の耐酸化性が工具寿命を決定する要因となっているが、
本発明のスローアウェイ型切削工具では硬質膜が優れた
耐酸化性を有しているので工具寿命を安定して延ばすこ
とができる。

【００１６】さらに、硬質膜を被覆した圧延用ロール、
金型等においても硬質膜の硬度と耐酸化性とが耐久寿命
を延ばす上で極めて重要であり、この硬質膜の硬度が低
いと表面の摩耗が進み、耐酸化性が劣るとこの圧延用ロ
ールまたは金型の使用時に発生する摩擦熱により被覆し
た硬質膜の酸化が進行するのでやはり摩耗が進むことに
なるが、本発明の硬質膜被覆ロールまたは硬質膜被覆金
型では上記の通り硬質膜の結晶形態を最適に制御するこ
とで良好な耐磨耗性および耐酸化性を付与可能で耐久寿
命を改善することができる。

【００１７】本発明における硬質膜の被覆方法としては
カソードアーク方式のイオンプレーティング方法以外に
既知の成膜方法を適用する事も可能である。例えば、ス
パッタ法とカソードアーク方式のイオンプレーティング
法とを併用した方式等を用いてもよい。

【００１８】また、ＴｉとＡｌを主とする複合窒化物、
複合炭化物、複合炭窒化物のいずれか一種の単層硬質膜
または二種以上からなる多層硬質膜で構成される本発明
の硬質膜は例えば（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、（Ｔｉ，Ａｌ）
Ｃ、（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ等の単層に限定されるものでは
なく、基体と硬質膜との密着性を高めるために例えば基
体上にＴｉＮやＴｉＣ膜をまず成膜し、その上にＴｉと
Ａｌを主とする複合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物
のいずれか一種の単層硬質膜または二種以上からなる多
層硬質膜を形成してもよい。また、ＴｉとＡｌを主とす
る複合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物のいずれか一
種の単層硬質膜または二種以上からなる多層硬質膜と上
記以外の他の化合物（例えばＴｉＣ膜等。）の単層膜と
を積層した多層膜としてもよい。さらに、本発明では主
含有元素であるＴｉとＡｌの他に、第三元素Ｘ（例えば
Ｙ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｓｉ，Ｔａ，Ｂ，Ｖ，Ｎｂのう
ちのいずれか一種の元素）を加えた例えば（Ｔｉ，Ａ
ｌ，Ｓｉ）Ｎに代表される複合窒化物（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｘ）Ｎ、例えば（Ｔｉ，Ａｌ，Ｚｒ）Ｃに代表される複
合炭化物（Ｔｉ，Ａｌ，Ｘ）Ｃ、例えば（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｓｉ）ＣＮに代表される複合炭窒化物（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｘ）ＣＮのいずれか一種の単層硬質膜または二種以上か
らなる多層硬質膜で硬質膜を構成することも有効であ
る。また、本発明の用途は切削工具や圧延ロール、金型
に限るものではなく、耐磨耗性が要求されるとともに表
面が高温になり高温域での耐酸化性が要求されるものに
は適用可能であることは明らかである。

【００１９】次に本発明を下記実施例により具体的に説
明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではな
い。

【００２０】（実施例１）ＷＣとＣｏを主成分とする超
硬合金製基体表面に、カソードアーク方式のイオンプレ
ーティング装置によりバイアス電圧２０〜２００Ｖ、成
膜圧力０．５〜３Ｐａ、基体（基板）温度５２５℃の成
膜条件で厚さ２μｍの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ硬質膜を成膜し
てエンドミル型の切削工具を作製した。作製したエンド
ミル型切削工具の切削テストは被削材にＨＲＣ６０のＳ
ＫＤ１１材を用い、切削速度２０ｍ/分、１刃あたりの
送り５０μｍ、切り込み深さ１５ｍｍ（軸方向）×０.
８ｍｍ（径方向）の条件により乾式で行い、平均逃げ面
磨耗幅が０.１ｍｍになるまでの可能切削距離により切
削特性を評価した。次に、このエンドミル型切削工具の
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜の縦方向の結晶粒径（ａ）と横方向
の結晶粒径（ｂ）とを、上記切削テストを行ったエンド
ミル型切削工具と同一条件で成膜した同一形状のエンド
ミル型切削工具のエンド刃部分の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜に
おいて測定した。この結晶粒径（ａ），（ｂ）の測定は
上記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜の破断面を（株）日立製作所製
のＦＥーＳＥＭ（Ｓー８００）により倍率２０，０００
倍で膜の横方向長さ２３ｃｍの写真に撮り、写真内にあ
る結晶粒子の縦方向粒径（ａ）、横方向粒径（ｂ）、縦
/横結晶粒径比（ａ／ｂ）とを個別に測定した後、それ
らの平均値を求めた。また、上記縦/横比（ａ/ｂ）値の
平均値は二捨三入して０.５単位で用いた。

【００２１】図１に実施例１の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜にお
ける結晶粒径の縦／横比（ａ／ｂ）の平均値と切削可能
距離との関係を示した。図１から、実施例１のエンドミ
ル型切削工具は（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜の結晶粒径の縦/横
比（ａ／ｂ）の平均値が１〜７のときに切削可能距離が
１０ｍを上回り良好な切削特性を有していることがわか
る。

【００２２】（実施例２）バイアス電圧を６０Ｖ〜２０
０Ｖとした以外は実施例１と同様にして作製したエンド
ミル型切削工具の（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ膜の結晶粒径の縦/
横比（ａ／ｂ）の平均値を実施例１と同様にして測定し
たところ、その（ａ／ｂ）の平均値は１．５〜４の範囲
に入っていて、この実施例２のエンドミル型切削工具で
は図１に併記した通りその（ａ／ｂ）の平均値１．５〜
４において切削可能距離が２０ｍ以上であり更に良好な
切削特性になっていることがわかった。

【００２３】（比較例１）比較のため、バイアス電圧を
１０Ｖあるいは２２０Ｖとした以外は実施例１と同様に
して作製したエンドミル型切削工具の（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ
膜の結晶粒径の縦/横比（ａ／ｂ）の平均値が０．５お
よび７．５の比較材を作製し、実施例１と同一条件で切
削試験を行った。（ａ/ｂ）の平均値が０．５のときの
切削可能距離は７ｍ、また、（ａ／ｂ）の平均値が７．
５のときの切削可能距離は９ｍとなりいずれも実施例１
のものより切削特性が劣ることがわかった。

【００２４】（実施例３）実施例１と同様にＷＣとＣｏ
を主成分とする超硬合金製基体表面に、カソードアーク
方式のイオンプレーティング装置によりバイアス電圧８
０〜１６０Ｖ、成膜圧力１〜２Ｐａ、基体（基板）温度
４５０〜６００℃の条件で厚さ２μｍの（Ｔｉ，Ａｌ）
Ｎ膜を成膜し、エンドミル形状の切削工具を作製し、実
施例１と同一条件で切削試験を行った。このエンドミル
型切削工具において（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜の縦／横比（ａ
／ｂ）の平均値と横方向粒径（ｂ）と切削特性とを実施
例１と同様にして評価したところ、（ａ／ｂ）の平均値
は１〜５、横方向の結晶粒径（ｂ）の平均値は０．１〜
０．４μｍであった。図２にこの実施例３のエンドミル
型切削工具における横方向の結晶粒径（ｂ）と切削可能
距離との関係を示した。図２から、横方向の結晶粒径
（ｂ）が０．１〜０．４μｍのときに切削可能距離が２
０ｍ以上となり実施例１、２に比べてさらに良好な切削
特性が得られることがわかる。なお、上記成膜条件の範
囲外で成膜し、横方向粒径（ｂ）が０．１μｍ未満およ
び０．４μｍを越えるといずれも切削可能距離は２０ｍ
未満となり切削特性が低下する傾向を示した。

【００２５】（実施例４）ＷＣとＣｏを主成分とする超
硬合金製基体表面に、カソードアーク方式のイオンプレ
ーティング装置によりバイアス電圧２０〜２００Ｖ、成
膜圧力０．５〜３Ｐａ、基板温度５２５℃の成膜条件で
厚さ２μｍの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜を成膜し、スローアウ
ェイチップ型切削工具を作製した。この実施例４のスロ
ーアウェイ型切削工具の切削性は、被削材にＳＫＤ６１
材（ＨＲＣ４５のもの）を用いて切削速度１００ｍ/
分、送り０.１ｍｍ/刃、切り込み量２.０ｍｍとしてフ
ライス切削テストを行いその（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜に剥離
が発生するまでの切削可能距離により評価した。また、
実施例１と同様にしてその（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜の破断面
を構成する結晶粒径の縦横比（ａ／ｂ）の平均値を求め
た。図５にこの（ａ／ｂ）の平均値と切削可能距離との
関係を示した。図５より、この実施例４のスローアウェ
イ型切削工具における前記縦/横比（ａ／ｂ）の平均値
が１〜７のときにフライス切削可能距離は１ｍ以上であ
り良好な切削特性になっていることがわかる。

【００２６】（実施例５）バイアス電圧を２０〜８０Ｖ
とした以外は実施例４と同様にして厚さ２μｍの（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎ膜を被覆したスローアウェイ型切削工具を
作製した。この実施例５の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜の破断面
を構成する結晶粒径の縦横比（ａ／ｂ）の平均値を上記
実施例１と同様にして求めたところ３〜６になってい
た。さらに、実施例４と同一条件でフライス切削試験を
行った結果を図５に併記した。図５より、（ａ／ｂ）の
平均値が３〜６のときに切削可能距離が２ｍ以上となり
実施例４よりも更に良好な切削特性が得られることがわ
かる。

【００２７】（比較例２）比較のため、バイアス電圧を
１０Ｖあるいは２２０Ｖとした以外は実施例４と同様に
して作製したスローアウェイ型切削工具の（Ｔｉ、Ａ
ｌ）Ｎ膜の結晶粒径の縦/横比（ａ／ｂ）の平均値が
０．５および７．５の比較材を作製し、実施例４と同一
条件でフライス切削試験を行った。（ａ/ｂ）の平均値
が０．５のときのフライス切削可能距離は０．６ｍであ
り実施例４、５に比べて切削特性が劣ることがわかっ
た。また、その（ａ/ｂ）の平均値が７．５のときのフ
ライス切削可能距離は０．９ｍとなりやはり実施例４、
５に比べて切削特性が劣ることがわかった。

【００２８】（実施例６）ＷＣとＣｏを主成分とする超
硬合金製ロール基体表面に、カソードアーク方式のイオ
ンプレーティング装置を用いてバイアス電圧６０Ｖ、成
膜圧力０．５Ｐａの条件で厚さ２μｍの（Ｔｉ，Ａｌ）
Ｃ硬質膜を成膜した硬質膜被覆ロールを作製した。実施
例１の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜と同様にして求めたこの（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｃ膜の結晶粒径の縦／横比（ａ／ｂ）の平均
値は１で、横方向粒径（ｂ）は０．２μｍであった。次
に、この実施例６の硬質膜被覆ロールと前記超硬合金製
ロール基体のままで何も被覆していない従来品とのロー
ル特性を下記条件の圧延テストにより評価した。被圧延材：ＳＵＳ３０４被圧延材寸法：１．０ｍｍ厚さ×１５．０ｍｍ幅×２５
０ｍ長さ圧延温度：９００℃ 圧延速度：１５０ｍ／分圧下率：３０％この実施例６の硬質膜被覆ロールは上記圧延テスト後も
圧延部の摩耗が無く良好な肌を示していたが、硬質膜を
被覆しない従来品のロールでは圧延部表面に多数のクラ
ックと摩耗とが発生してこの実施例６のものよりロール
特性が大きく劣っていることがわかった。

【００２９】（実施例７）ＷＣとＣｏを主成分とする金
型用の超硬合金製基体表面に、カソードアーク方式のイ
オンプレーティング装置を用いてバイアス電圧１００
Ｖ、成膜圧力２．０Ｐａの条件で厚さ２μｍの（Ｔｉ，
Ａｌ）ＣＮ硬質膜を成膜した硬質膜被覆金型を作製し
た。実施例１の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ膜と同様にして求めた
この（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ膜の結晶粒径の縦／横比（ａ／
ｂ）の平均値は５で、横方向粒径（ｂ）は０．２μｍで
あった。この実施例７の硬質膜被覆金型と前記金型用の
超硬合金製基体のままで何も被覆していない従来品とに
対して下記条件の成形テストを行い耐久性を評価した。被成形粉：磁性粉成形圧力：１．５Ｔｏｎ／ｃｍ² 実施例７の硬質膜被覆金型では上記磁性粉を１，０００
回成形したあとでも摺動部表面に摩耗傷は見られず金型
としての寿命が十分に長いことがわかった。しかし、本
発明の硬質膜を被覆しない従来品の金型では５０回成形
した段階で金型の摺動部表面に摩耗傷が多数生じるとと
もにその摩耗傷部分に磁性粉が付着し、これ以上表面状
態の良好な成形体を得られない状態となった。また、こ
の実施例７の硬質膜被覆金型は上記のような粉末の成形
以外の用途：例えば射出成形、ブロー成形、圧縮成形な
どにおけるプラスチック、ゴム、セラミックス、ボンド
磁石等の成形用金型としても有用なものであることが確
認されている。

【００３０】上記の通り、本発明はエンドミル、スロー
アウェイ工具、圧延ロール、金型などに極めて有用なも
のであり、またこれら以外の他の硬質膜被覆部品の用途
にも容易に適用可能である。また、硬質膜を被覆する基
体は上記超硬合金に限るものではなく例えば公知の超硬
合金、サーメット材、高速度鋼に代表される特殊鋼など
でも有効である。

【００３１】

【発明の効果】上述の通り、本発明によれば、ＴｉとＡ
ｌを主とする複合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物の
いずれか一種の単層硬質膜または二種以上からなる多層
硬質膜を被覆した硬質膜被覆工具、硬質膜被覆ロール、
硬質膜被覆金型において、前記硬質膜を形成する結晶粒
径の縦/横比（ａ／ｂ）の平均値が１〜７及び／または
横方向の結晶粒径（ｂ）の平均値を０．１〜０．４μｍ
の範囲に制御したことにより、長寿命の硬質膜被覆工
具、硬質膜被覆ロール、硬質膜被覆金型が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における硬質膜の結晶粒径の縦/横比
（ａ／ｂ）の平均値と切削可能距離との関係の一例を示
す図である。

【図２】本発明における硬質膜の結晶粒径の横方向粒径
（ｂ）の平均値と切削可能距離との関係の一例を示す図
である。

【図３】硬質膜における縦方向粒径（ａ）と粒界面積と
の関係を説明する模式図であり、（イ）は（ａ）が小の
とき、（ロ）は（ａ）が大のときを示す。

【図４】硬質膜における横方向粒径（ｂ）と粒界面積と
の関係を説明する模式図であり、（イ）は（ｂ）が大の
とき、（ロ）は（ｂ）が小のときを示す。

【図５】本発明における硬質膜の結晶粒径の縦/横比
（ａ／ｂ）の平均値とフライス切削可能距離との関係の
一例を示す図である。

フロントページの続き (72)発明者久保田和幸千葉県成田市新泉13番地の２日立ツール株式会社成田工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体表面にＴｉとＡｌを主とする複合窒
化物、複合炭化物、複合炭窒化物のいずれか一種の単層
硬質膜または二種以上からなる多層硬質膜を被覆した硬
質膜被覆工具において、前記硬質膜の結晶粒径の縦/横
比（ａ／ｂ）の平均値が１〜７の範囲にあることを特徴
とする硬質膜被覆工具。
【請求項２】前記硬質膜を形成する結晶粒の横方向の
結晶粒径（ｂ）の平均値が０．１〜０．４μｍの範囲に
あることを特徴とする請求項１に記載の硬質膜被覆工
具。
【請求項３】基体表面にＴｉとＡｌを主とする複合窒
化物、複合炭化物、複合炭窒化物のいずれか一種の単層
硬質膜または二種以上からなる多層硬質膜を被覆した硬
質膜被覆工具において、前記硬質膜を形成する結晶粒の
横方向の結晶粒径（ｂ）の平均値が０．１〜０．４μｍ
の範囲にあることを特徴とする硬質膜被覆工具。
【請求項４】前記硬質膜被覆工具がエンドミル型切削
工具またはスローアウェイ型切削工具であることを特徴
とする請求項１乃至３のいずれかに記載の硬質膜被覆工
具。
【請求項５】ロール基体表面にＴｉとＡｌを主とする
複合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物のいずれか一種
の単層硬質膜または二種以上からなる多層硬質膜を被覆
した硬質膜被覆ロールにおいて、前記硬質膜の結晶粒径
の縦/横比（ａ／ｂ）の平均値が１〜７の範囲にあるこ
とを特徴とする硬質膜被覆ロール。
【請求項６】金型基体表面にＴｉとＡｌを主とする複
合窒化物、複合炭化物、複合炭窒化物のいずれか一種の
単層硬質膜または二種以上からなる多層硬質膜を被覆し
た硬質膜被覆金型において、前記硬質膜の結晶粒径の縦
/横比（ａ／ｂ）の平均値が１〜７の範囲にあることを
特徴とする硬質膜被覆金型。