JP2001239404A - 耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具Info
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Landscapes
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金
製切削工具を提供する。 【解決手段】 ＷＣ基超硬合金基体の表面に、ＴｉＣ
層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣ
ＮＯ層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物
層と、Ａｌ2Ｏ3層で構成された硬質被覆層を３〜３０μ
ｍの平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してな
る表面被覆超硬合金製切削工具において、前記硬質被覆
層に加えて、さらに最表面下地層として、０．１〜３μ
ｍの平均層厚を有し、かつ、組成式：ＴｉＯX、で表わ
した場合、Ｘ：Ｔｉに対する原子比で１．２〜１．７、
を満足するＴｉ酸化物層と、同じく最表面層として、
０．０５〜２μｍの平均層厚を有し、かつ、組成式：Ｔ
ｉＮ1-Y（Ｏ）Y、で表わした場合（ただし、（Ｏ）は上
記最表面下地層からの拡散酸素を示す）、Ｙ：Ｔｉに対
する原子比で０．０１〜０．４、を満足するＴｉ窒酸化
物層、を硬質被覆層として化学蒸着および／または物理
蒸着してなる。
製切削工具を提供する。 【解決手段】 ＷＣ基超硬合金基体の表面に、ＴｉＣ
層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣ
ＮＯ層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物
層と、Ａｌ2Ｏ3層で構成された硬質被覆層を３〜３０μ
ｍの平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してな
る表面被覆超硬合金製切削工具において、前記硬質被覆
層に加えて、さらに最表面下地層として、０．１〜３μ
ｍの平均層厚を有し、かつ、組成式：ＴｉＯX、で表わ
した場合、Ｘ：Ｔｉに対する原子比で１．２〜１．７、
を満足するＴｉ酸化物層と、同じく最表面層として、
０．０５〜２μｍの平均層厚を有し、かつ、組成式：Ｔ
ｉＮ1-Y（Ｏ）Y、で表わした場合（ただし、（Ｏ）は上
記最表面下地層からの拡散酸素を示す）、Ｙ：Ｔｉに対
する原子比で０．０１〜０．４、を満足するＴｉ窒酸化
物層、を硬質被覆層として化学蒸着および／または物理
蒸着してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、特に各種の鋼や
鋳鉄などの高速切削加工に用いた場合に、硬質被覆層が
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
切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するもので
ある。
鋳鉄などの高速切削加工に用いた場合に、硬質被覆層が
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
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、切削工具には、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。さらに、従来、一般に、上記の切削
工具として、炭化タングステン基超硬合金基体（以下、
超硬基体という）の表面に、Ｔｉの炭化物（以下、Ｔｉ
Ｃで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）
層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物
（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以
下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１種または２種以上
からなるＴｉ化合物層と、酸化アルミニウム（以下、Ａ
ｌ2Ｏ3で示す）層で構成された硬質被覆層を３〜３０μ
ｍの平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してな
る被覆超硬工具が知られている。また、上記の従来被覆
超硬工具において、硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層
のうちのＴｉＮ層は、自体が黄金色の表面色調を有する
ことから、工具の使用前と使用後の識別を容易にするた
めに、硬質被覆層の最表面層をＴｉＮ層で構成すること
も知られている。
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。さらに、従来、一般に、上記の切削
工具として、炭化タングステン基超硬合金基体（以下、
超硬基体という）の表面に、Ｔｉの炭化物（以下、Ｔｉ
Ｃで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）
層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物
（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以
下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１種または２種以上
からなるＴｉ化合物層と、酸化アルミニウム（以下、Ａ
ｌ2Ｏ3で示す）層で構成された硬質被覆層を３〜３０μ
ｍの平均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してな
る被覆超硬工具が知られている。また、上記の従来被覆
超硬工具において、硬質被覆層を構成するＴｉ化合物層
のうちのＴｉＮ層は、自体が黄金色の表面色調を有する
ことから、工具の使用前と使用後の識別を容易にするた
めに、硬質被覆層の最表面層をＴｉＮ層で構成すること
も知られている。
【０００３】また、一般に、上記の被覆超硬工具の硬質
被覆層を構成するＴｉ化合物層およびＡｌ2Ｏ3層が粒状
結晶組織を有し、かつ前記Ａｌ2Ｏ3層はα型結晶構造を
もつものやκ型結晶構造をもつものなどが広く実用に供
されるており、さらにこれらＡｌ2Ｏ3層について、例え
ば１．５オングストロームの波長を有するＣｕｋα線を
線源として用いてＸ線回折を行うと、α−Ａｌ2Ｏ3層で
あれば、これの形成条件によって、いずれも２θで、２
５．６度（０１２結晶面配向）、３５．１度（１０４結
晶面配向）、３７．８度（１１０結晶面配向）、４３．
４度（１１３結晶面配向）、５２．６度（０２４結晶面
配向）、５７．５度（１１６結晶面配向）、６６．５度
（１２４結晶面配向）、および６８．２度（０３０結晶
面配向）のうちのいずれかの回折角に最高回折ピーク高
さが現れるＸ線回折パターンを示すα−Ａｌ2Ｏ3層を形
成することができ、またκ−Ａｌ2Ｏ3層であると、同じ
くこれの形成条件によって、いずれも２θで、１９．７
度、２９．４度、３２．１度、３４．９度、３７．３
度、４３．９度、５２．６度、５６．０度、６２．３度
および６５．２度のうちのいずれかの回折角に最高回折
ピーク高さが現れるＸ線回折パターンを示すκ−Ａｌ2
Ｏ3層を形成することができることも良く知られてい
る。
被覆層を構成するＴｉ化合物層およびＡｌ2Ｏ3層が粒状
結晶組織を有し、かつ前記Ａｌ2Ｏ3層はα型結晶構造を
もつものやκ型結晶構造をもつものなどが広く実用に供
されるており、さらにこれらＡｌ2Ｏ3層について、例え
ば１．５オングストロームの波長を有するＣｕｋα線を
線源として用いてＸ線回折を行うと、α−Ａｌ2Ｏ3層で
あれば、これの形成条件によって、いずれも２θで、２
５．６度（０１２結晶面配向）、３５．１度（１０４結
晶面配向）、３７．８度（１１０結晶面配向）、４３．
４度（１１３結晶面配向）、５２．６度（０２４結晶面
配向）、５７．５度（１１６結晶面配向）、６６．５度
（１２４結晶面配向）、および６８．２度（０３０結晶
面配向）のうちのいずれかの回折角に最高回折ピーク高
さが現れるＸ線回折パターンを示すα−Ａｌ2Ｏ3層を形
成することができ、またκ−Ａｌ2Ｏ3層であると、同じ
くこれの形成条件によって、いずれも２θで、１９．７
度、２９．４度、３２．１度、３４．９度、３７．３
度、４３．９度、５２．６度、５６．０度、６２．３度
および６５．２度のうちのいずれかの回折角に最高回折
ピーク高さが現れるＸ線回折パターンを示すκ−Ａｌ2
Ｏ3層を形成することができることも良く知られてい
る。
【０００４】さらに例えば特開平６−８０１０号公報や
特開平７−３２８８０８号公報に記載されるように、上
記被覆超硬工具の硬質被覆層を構成する前記Ｔｉ化合物
層のうちのＴｉＣＮ層を、層自身の靱性向上を目的とし
て、通常の化学蒸着装置にて、反応ガスとして有機炭窒
化物を含む混合ガスを使用し、７００〜９５０℃の中温
温度域で化学蒸着することにより形成して縦長成長結晶
組織をもつようにすることも知られている。
特開平７−３２８８０８号公報に記載されるように、上
記被覆超硬工具の硬質被覆層を構成する前記Ｔｉ化合物
層のうちのＴｉＣＮ層を、層自身の靱性向上を目的とし
て、通常の化学蒸着装置にて、反応ガスとして有機炭窒
化物を含む混合ガスを使用し、７００〜９５０℃の中温
温度域で化学蒸着することにより形成して縦長成長結晶
組織をもつようにすることも知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工
に対する省力化および省エネ化の要求は強く、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、特にこれの硬質被覆層の最表面層が
使用前後の識別目的で蒸着形成されたＴｉＮ層である場
合、このＴｉＮ層は被削材である各種鋼に対する付着性
の強いものであるため、特に高い発熱を伴う高速切削加
工では、切粉が高温加熱されることと相まって前記Ｔｉ
Ｎ層に強力に付着し、前記ＴｉＮ層を硬質被覆層から局
部的に剥がし取るように作用するが、この場合前記Ｔｉ
Ｎ層は他の構成層であるＴｉ化合物層およびＡｌ2Ｏ3層
のいずれに対しても密着性のすぐれたものであることか
ら、これらの構成層も前記ＴｉＮ層と一緒に局部的に剥
がし取られ、この結果刃先にチッピング（微小欠け）が
発生し、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状であ
る。
に対する省力化および省エネ化の要求は強く、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、特にこれの硬質被覆層の最表面層が
使用前後の識別目的で蒸着形成されたＴｉＮ層である場
合、このＴｉＮ層は被削材である各種鋼に対する付着性
の強いものであるため、特に高い発熱を伴う高速切削加
工では、切粉が高温加熱されることと相まって前記Ｔｉ
Ｎ層に強力に付着し、前記ＴｉＮ層を硬質被覆層から局
部的に剥がし取るように作用するが、この場合前記Ｔｉ
Ｎ層は他の構成層であるＴｉ化合物層およびＡｌ2Ｏ3層
のいずれに対しても密着性のすぐれたものであることか
ら、これらの構成層も前記ＴｉＮ層と一緒に局部的に剥
がし取られ、この結果刃先にチッピング（微小欠け）が
発生し、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、上記の硬質被覆層の最表面層が
ＴｉＮ層で構成された従来被覆超硬工具に着目し、特に
これの高速切削加工条件下での耐チッピング性の向上を
図るべく研究を行った結果、上記の従来被覆超硬工具の
表面に、まず、最表面下地層として、反応ガス組成を、
体積％で、 ＴｉＣｌ4：０．２〜１０％、 ＣＯ2：０．１〜１０％、 Ａｒ：５〜６０％、 Ｈ2：残り、 とし、かつ、 反応雰囲気温度：８００〜１１００℃、 反応雰囲気圧力：４〜７０ｋＰａ（３０〜５２５ｔｏｒ
ｒ）、 とした条件で、０．１〜３μｍの平均層厚を有し、か
つ、オージェ分光分析装置で測定して、Ｔｉに対する酸
素の割合が原子比で１．２５〜１．９０、即ち、 組成式：ＴｉＯW 、 で表わした場合、 Ｗ：Ｔｉに対する原子比で１．２５〜１．９０、 を満足するＴｉ酸化物層を形成し、このＴｉ酸化物層の
上に、最表面層として、通常の条件、即ち、反応ガス組
成を、体積％で、 ＴｉＣｌ4：０．２〜１０％、 Ｎ2：４〜６０％、 Ｈ2：残り、 とし、かつ、 反応雰囲気温度：８００〜１１００℃、 反応雰囲気圧力：４〜９０ｋＰａ（３０〜６７５ｔｏｒ
ｒ）、 とした条件で、０．０５〜２μｍの平均層厚を有するＴ
ｉＮ層を形成すると、この最表面層形成時に上記最表面
下地層を構成するＴｉ酸化物層の酸素が拡散してきてＴ
ｉ窒酸化物層が形成されるようになり、この場合前記Ｔ
ｉ窒酸化物層形成後の最表面下地層は、厚さ方向中央部
をオージェ分光分析装置で測定して、酸素の割合がＴｉ
に対する原子比で１．２〜１．７、即ち、 組成式：ＴｉＯX 、 で表わした場合、 Ｘ：Ｔｉに対する原子比で１．２〜１．７、 を満足するＴｉ酸化物層となり、一方前記最表面層は、
同じく厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定し
て、拡散酸素の割合がＴｉに対する原子比で０．０１〜
０．４、即ち、 組成式：ＴｉＮ1-Y（Ｏ）Y、 で表わした場合（ただし、（Ｏ）は上記最表面下地層か
らの拡散酸素を示す）、 Ｙ：Ｔｉに対する原子比で０．０１〜０．４、 を満足するＴｉ窒酸化物層となり、この結果の上記Ｔｉ
窒酸化物層およびＴｉ酸化物層が硬質被覆層の最表面層
および最表面下地層として化学蒸着および／または物理
蒸着された被覆超硬工具においては、特に前記Ｔｉ窒酸
化物層が、上記ＴｉＮ層と同等の黄金色の表面色調を具
備するため、工具の使用前後の識別を可能とし、かつ被
削材である各種鋼に対する付着性のきわめて低いもので
あるため、高熱発生を伴う高速切削加工にも高温加熱さ
れた切粉が付着することがなくなることから、切刃のチ
ッピング発生が著しく抑制され、長期に亘ってすぐれた
切削性能を発揮するようになるという研究結果が得られ
たのである。
上述のような観点から、上記の硬質被覆層の最表面層が
ＴｉＮ層で構成された従来被覆超硬工具に着目し、特に
これの高速切削加工条件下での耐チッピング性の向上を
図るべく研究を行った結果、上記の従来被覆超硬工具の
表面に、まず、最表面下地層として、反応ガス組成を、
体積％で、 ＴｉＣｌ4：０．２〜１０％、 ＣＯ2：０．１〜１０％、 Ａｒ：５〜６０％、 Ｈ2：残り、 とし、かつ、 反応雰囲気温度：８００〜１１００℃、 反応雰囲気圧力：４〜７０ｋＰａ（３０〜５２５ｔｏｒ
ｒ）、 とした条件で、０．１〜３μｍの平均層厚を有し、か
つ、オージェ分光分析装置で測定して、Ｔｉに対する酸
素の割合が原子比で１．２５〜１．９０、即ち、 組成式：ＴｉＯW 、 で表わした場合、 Ｗ：Ｔｉに対する原子比で１．２５〜１．９０、 を満足するＴｉ酸化物層を形成し、このＴｉ酸化物層の
上に、最表面層として、通常の条件、即ち、反応ガス組
成を、体積％で、 ＴｉＣｌ4：０．２〜１０％、 Ｎ2：４〜６０％、 Ｈ2：残り、 とし、かつ、 反応雰囲気温度：８００〜１１００℃、 反応雰囲気圧力：４〜９０ｋＰａ（３０〜６７５ｔｏｒ
ｒ）、 とした条件で、０．０５〜２μｍの平均層厚を有するＴ
ｉＮ層を形成すると、この最表面層形成時に上記最表面
下地層を構成するＴｉ酸化物層の酸素が拡散してきてＴ
ｉ窒酸化物層が形成されるようになり、この場合前記Ｔ
ｉ窒酸化物層形成後の最表面下地層は、厚さ方向中央部
をオージェ分光分析装置で測定して、酸素の割合がＴｉ
に対する原子比で１．２〜１．７、即ち、 組成式：ＴｉＯX 、 で表わした場合、 Ｘ：Ｔｉに対する原子比で１．２〜１．７、 を満足するＴｉ酸化物層となり、一方前記最表面層は、
同じく厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定し
て、拡散酸素の割合がＴｉに対する原子比で０．０１〜
０．４、即ち、 組成式：ＴｉＮ1-Y（Ｏ）Y、 で表わした場合（ただし、（Ｏ）は上記最表面下地層か
らの拡散酸素を示す）、 Ｙ：Ｔｉに対する原子比で０．０１〜０．４、 を満足するＴｉ窒酸化物層となり、この結果の上記Ｔｉ
窒酸化物層およびＴｉ酸化物層が硬質被覆層の最表面層
および最表面下地層として化学蒸着および／または物理
蒸着された被覆超硬工具においては、特に前記Ｔｉ窒酸
化物層が、上記ＴｉＮ層と同等の黄金色の表面色調を具
備するため、工具の使用前後の識別を可能とし、かつ被
削材である各種鋼に対する付着性のきわめて低いもので
あるため、高熱発生を伴う高速切削加工にも高温加熱さ
れた切粉が付着することがなくなることから、切刃のチ
ッピング発生が著しく抑制され、長期に亘ってすぐれた
切削性能を発揮するようになるという研究結果が得られ
たのである。
【０００７】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、ＴｉＣ層、Ｔ
ｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層
のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層と、
Ａｌ2Ｏ3層で構成された硬質被覆層を３〜３０μｍの平
均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる被覆
超硬工具において、上記硬質被覆層に加えて、さらに最
表面下地層として、０．１〜３μｍの平均層厚を有し、
かつ、 組成式：ＴｉＯX 、 で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装
置で測定して、 Ｘ：Ｔｉに対する原子比で１．２〜１．７、 を満足するＴｉ酸化物層と、同じく最表面層として、
０．０５〜２μｍの平均層厚を有し、かつ、 組成式：ＴｉＮ1-Y（Ｏ）Y、 で表わした場合（ただし、（Ｏ）は上記最表面下地層か
らの拡散酸素を示す）、同じく厚さ方向中央部をオージ
ェ分光分析装置で測定して、 Ｙ：Ｔｉに対する原子比で０．０１〜０．４、 を満足するＴｉ窒酸化物層、を硬質被覆層として化学蒸
着および／または物理蒸着してなる、耐チッピング性の
すぐれた被覆超硬工具に特徴を有するものである。
されたものであって、超硬基体の表面に、ＴｉＣ層、Ｔ
ｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層
のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層と、
Ａｌ2Ｏ3層で構成された硬質被覆層を３〜３０μｍの平
均層厚で化学蒸着および／または物理蒸着してなる被覆
超硬工具において、上記硬質被覆層に加えて、さらに最
表面下地層として、０．１〜３μｍの平均層厚を有し、
かつ、 組成式：ＴｉＯX 、 で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装
置で測定して、 Ｘ：Ｔｉに対する原子比で１．２〜１．７、 を満足するＴｉ酸化物層と、同じく最表面層として、
０．０５〜２μｍの平均層厚を有し、かつ、 組成式：ＴｉＮ1-Y（Ｏ）Y、 で表わした場合（ただし、（Ｏ）は上記最表面下地層か
らの拡散酸素を示す）、同じく厚さ方向中央部をオージ
ェ分光分析装置で測定して、 Ｙ：Ｔｉに対する原子比で０．０１〜０．４、 を満足するＴｉ窒酸化物層、を硬質被覆層として化学蒸
着および／または物理蒸着してなる、耐チッピング性の
すぐれた被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【０００８】なお、この発明の被覆超硬工具において、
硬質被覆層の最表面層を構成するＴｉ窒酸物層の拡散酸
素の割合（Ｙ値）をＴｉに対する原子比で０．０１〜
０．４０としたのは、その値が０．０１未満では切粉に
対する付着性抑制に所望の効果を確保することができ
ず、一方その値が０．４０を越えると、層中に気孔が形
成され易くなり、健全な最表面層の安定的形成が難しく
なるという理由によるものである。
硬質被覆層の最表面層を構成するＴｉ窒酸物層の拡散酸
素の割合（Ｙ値）をＴｉに対する原子比で０．０１〜
０．４０としたのは、その値が０．０１未満では切粉に
対する付着性抑制に所望の効果を確保することができ
ず、一方その値が０．４０を越えると、層中に気孔が形
成され易くなり、健全な最表面層の安定的形成が難しく
なるという理由によるものである。
【０００９】また、同じく最表面層を構成するＴｉ窒酸
化物層は、上記の通り、まず、最表面下地層として、酸
素の割合をＴｉに対する原子比で１．２５〜１．９０
（Ｗ値）としたＴｉ酸化物層を形成し、ついで前記最表
面下地層の上に通常の条件でＴｉＮ層を蒸着することに
より形成されるものであり、したがって前記ＴｉＮ層形
成時における前記最表面下地層からの酸素の拡散が不可
欠となるが、前記最表面下地層を構成するＴｉ酸化物層
のＷ値が１．２５未満であると、前記ＴｉＮ層への酸素
の拡散反応が急激に低下し、最表面層における拡散酸素
の割合（Ｙ値）をＴｉに対する原子比で０．０１以上に
することができず、一方同Ｗ値が１．９０を越えると、
前記最表面層における拡散酸素の割合がＴｉに対する原
子比で０．４０を越えて多くなってしまうことから、Ｗ
値を１．２５〜１．９０と定めたものであり、この場合
最表面層形成後の最表面下地層における酸素の割合（Ｘ
値）はＴｉに対する原子比で１．２〜１．７の範囲内の
値をとるようになる、言い換えれば最表面層形成後の最
表面下地層のＸ値が１．２〜１．７を満足する場合に、
前記最表面層のＹ値は０．０１〜０．４０を満足するも
のとなるのである。
化物層は、上記の通り、まず、最表面下地層として、酸
素の割合をＴｉに対する原子比で１．２５〜１．９０
（Ｗ値）としたＴｉ酸化物層を形成し、ついで前記最表
面下地層の上に通常の条件でＴｉＮ層を蒸着することに
より形成されるものであり、したがって前記ＴｉＮ層形
成時における前記最表面下地層からの酸素の拡散が不可
欠となるが、前記最表面下地層を構成するＴｉ酸化物層
のＷ値が１．２５未満であると、前記ＴｉＮ層への酸素
の拡散反応が急激に低下し、最表面層における拡散酸素
の割合（Ｙ値）をＴｉに対する原子比で０．０１以上に
することができず、一方同Ｗ値が１．９０を越えると、
前記最表面層における拡散酸素の割合がＴｉに対する原
子比で０．４０を越えて多くなってしまうことから、Ｗ
値を１．２５〜１．９０と定めたものであり、この場合
最表面層形成後の最表面下地層における酸素の割合（Ｘ
値）はＴｉに対する原子比で１．２〜１．７の範囲内の
値をとるようになる、言い換えれば最表面層形成後の最
表面下地層のＸ値が１．２〜１．７を満足する場合に、
前記最表面層のＹ値は０．０１〜０．４０を満足するも
のとなるのである。
【００１０】さらに、同じく硬質被覆層を構成する最表
面層および最表面下地層の平均層厚を、それぞれ０．０
５〜２μｍおよび０．１〜３μｍとしたのは、その平均
層厚が０．０５μｍ未満および０．１μｍ未満では、前
者にあっては所望の表面色調（黄金色）を確保すること
ができず、また後者にあっては最表面層への酸素供給が
不十分になり、一方前者の色調付与作用は２μｍ、後者
の酸素供給作用は３μｍの平均層厚で十分満足に行うこ
とができるという理由にもとづくものである。また、硬
質被覆層の平均層厚を３〜３０μｍとしたのは、その層
厚が３μｍ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３０μｍを越えると、切刃に
欠けやチッピングが発生し易くなるという理由によるも
のである。
面層および最表面下地層の平均層厚を、それぞれ０．０
５〜２μｍおよび０．１〜３μｍとしたのは、その平均
層厚が０．０５μｍ未満および０．１μｍ未満では、前
者にあっては所望の表面色調（黄金色）を確保すること
ができず、また後者にあっては最表面層への酸素供給が
不十分になり、一方前者の色調付与作用は２μｍ、後者
の酸素供給作用は３μｍの平均層厚で十分満足に行うこ
とができるという理由にもとづくものである。また、硬
質被覆層の平均層厚を３〜３０μｍとしたのは、その層
厚が３μｍ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３０μｍを越えると、切刃に
欠けやチッピングが発生し易くなるという理由によるも
のである。
【００１１】さらに、また上記の最表面下地層のＴｉ酸
化物層は、これを硬質被覆層を構成するＡｌ2Ｏ3層の表
面に、これのＷ値が１．２５〜１．９０の範囲内の低い
側、例えば１．２５〜１．５０の範囲内にある条件や、
その平均層厚が０．１〜３μｍの範囲内の薄い側、例え
ば０．１〜１μｍの範囲内にある条件で形成した場合に
は、前記Ａｌ2Ｏ3層との間に十分な層間密着性が得られ
ない場合がある（勿論、上記Ｔｉ酸化物層の形成条件に
よっては、この場合でも十分な層間密着性が得られるも
のである）ので、この場合には上記Ｔｉ酸化物層形成後
に、下記の雰囲気、即ち、雰囲気ガス組成を、 ＴｉＣｌ4：０．０５〜１０体積％、 不活性ガス：残り、 とし、かつ、 雰囲気温度：８００〜１１００℃、 雰囲気圧力：４〜９０ｋＰａ（３０〜６７５Ｔｏｒ
ｒ）、 とした雰囲気中に所定時間、例えば５分〜５時間程度保
持して、上記Ｔｉ酸化物層とＡｌ2Ｏ3層との界面部に、
望ましくは０．０５〜２μｍの平均層厚で相互拡散層を
形成し、これによって層間密着性の向上を図るのがよ
く、さらにこのＴｉ酸化物層とＡｌ2Ｏ3層との層間密着
性向上処理は、上記Ｔｉ酸化物層のＷ値および平均層厚
が上記の低い側および薄い側の値以外の値である場合に
も、層間密着性のより一層の向上を図る目的で行っても
よい。
化物層は、これを硬質被覆層を構成するＡｌ2Ｏ3層の表
面に、これのＷ値が１．２５〜１．９０の範囲内の低い
側、例えば１．２５〜１．５０の範囲内にある条件や、
その平均層厚が０．１〜３μｍの範囲内の薄い側、例え
ば０．１〜１μｍの範囲内にある条件で形成した場合に
は、前記Ａｌ2Ｏ3層との間に十分な層間密着性が得られ
ない場合がある（勿論、上記Ｔｉ酸化物層の形成条件に
よっては、この場合でも十分な層間密着性が得られるも
のである）ので、この場合には上記Ｔｉ酸化物層形成後
に、下記の雰囲気、即ち、雰囲気ガス組成を、 ＴｉＣｌ4：０．０５〜１０体積％、 不活性ガス：残り、 とし、かつ、 雰囲気温度：８００〜１１００℃、 雰囲気圧力：４〜９０ｋＰａ（３０〜６７５Ｔｏｒ
ｒ）、 とした雰囲気中に所定時間、例えば５分〜５時間程度保
持して、上記Ｔｉ酸化物層とＡｌ2Ｏ3層との界面部に、
望ましくは０．０５〜２μｍの平均層厚で相互拡散層を
形成し、これによって層間密着性の向上を図るのがよ
く、さらにこのＴｉ酸化物層とＡｌ2Ｏ3層との層間密着
性向上処理は、上記Ｔｉ酸化物層のＷ値および平均層厚
が上記の低い側および薄い側の値以外の値である場合に
も、層間密着性のより一層の向上を図る目的で行っても
よい。
【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０．５〜４μｍ
の範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、（Ｔｉ，
Ｗ）Ｃ（重量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７
０）粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝
２４／２０／５６）粉末、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／
ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、Ｃｒ3Ｃ2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、９．８×１０7Ｐａ（１ｔｏｎ／ｃｍ2）の圧力で
所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１．３
Ｐａ（１×１０ -2ｔｏｒｒ）の真空中、１３００〜１５
００℃の範囲内の所定温度に１時間保持の条件で真空焼
結することによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定
するスローアウエイチップ形状をもった超硬基体（チッ
プ）Ａ〜Ｆをそれぞれ製造した。
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０．５〜４μｍ
の範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、（Ｔｉ，
Ｗ）Ｃ（重量比で、以下同じ、ＴｉＣ／ＷＣ＝３０／７
０）粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝
２４／２０／５６）粉末、（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ（ＴａＣ／
ＮｂＣ＝９０／１０）粉末、Ｃｒ3Ｃ2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、９．８×１０7Ｐａ（１ｔｏｎ／ｃｍ2）の圧力で
所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１．３
Ｐａ（１×１０ -2ｔｏｒｒ）の真空中、１３００〜１５
００℃の範囲内の所定温度に１時間保持の条件で真空焼
結することによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定
するスローアウエイチップ形状をもった超硬基体（チッ
プ）Ａ〜Ｆをそれぞれ製造した。
【００１３】ついで、これらの超硬基体(チップ)Ａ〜Ｆ
の表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着
装置を用い、表２、３（表２中のｌ−ＴｉＣＮは特開平
６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をも
つＴｉＣＮ層の形成条件を示すものであり、これ以外は
通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである。また
表２中のα−Ａｌ2Ｏ3およびκ−Ａｌ2Ｏ3の「目標回折
角」はＸ線回折パターンで最高回折ピーク高さが現れる
目標回折角（２θ）を示すものである）に示される条件
にて、表４、５に示される組成および目標層厚のＴｉ化
合物層およびＡｌ2Ｏ3層、さらに拡散酸素含有のＴｉ窒
酸化物層からなる最表面層および拡散酸素供給用Ｔｉ酸
化物層からなる最表面下地層で構成された硬質被覆層を
形成することにより図１（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もった本発明被
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
〜１０をそれぞれ製造するとともに、最表面層として前
記最表面層および最表面下地層に代わってＴｉＮ層を形
成する以外は同一の条件で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）１〜１０をそれぞれ製造し
た。
の表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化学蒸着
装置を用い、表２、３（表２中のｌ−ＴｉＣＮは特開平
６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をも
つＴｉＣＮ層の形成条件を示すものであり、これ以外は
通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである。また
表２中のα−Ａｌ2Ｏ3およびκ−Ａｌ2Ｏ3の「目標回折
角」はＸ線回折パターンで最高回折ピーク高さが現れる
目標回折角（２θ）を示すものである）に示される条件
にて、表４、５に示される組成および目標層厚のＴｉ化
合物層およびＡｌ2Ｏ3層、さらに拡散酸素含有のＴｉ窒
酸化物層からなる最表面層および拡散酸素供給用Ｔｉ酸
化物層からなる最表面下地層で構成された硬質被覆層を
形成することにより図１（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もった本発明被
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
〜１０をそれぞれ製造するとともに、最表面層として前
記最表面層および最表面下地層に代わってＴｉＮ層を形
成する以外は同一の条件で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）１〜１０をそれぞれ製造し
た。
【００１４】また、上記の本発明被覆超硬チップ１〜１
０のうちの本発明被覆超硬チップ３および本発明被覆超
硬チップ７については、最表面下地層としてのＴｉ酸化
物層形成後に、前者では、雰囲気ガス組成を、ＴｉＣｌ
4：０．５体積％、Ａｒ：残りとし、雰囲気温度を１０
００℃、雰囲気圧力を１３．３ｋＰａ（１００Ｔｏｒ
ｒ）とした雰囲気中に１時間保持の条件で、一方後者で
は、雰囲気ガス組成を、ＴｉＣｌ4：０．１体積％、Ａ
ｒ：残りとし、雰囲気温度を１０００℃、雰囲気圧力を
６．７ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）とした雰囲気中に２時間
保持の条件で、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉ酸化物層の界面部に積
極的に相互拡散層を形成する層間密着性向上処理を施し
た。この結果走査型電子顕微鏡およびオージェ分光分析
装置による断面測定で、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉ酸化物層の界
面部に、本発明被覆超硬チップ３では平均層厚（５点平
均）で０．６μｍ、本発明被覆超硬チップ７では同じく
平均層厚（５点平均）で０．８μｍの相互拡散層の形成
が観察された。なお、この結果得られた本発明被覆超硬
チップ１〜１０の硬質被覆層を構成する最表面層および
最表面下地層について、その厚さ方向中央部の酸素含有
割合（Ｙ値およびＸ値）をオージェ分光分析装置を用い
て測定したところ、表６に示される値を示した。さら
に、上記の本発明被覆超硬チップ１〜１０および従来被
覆超硬チップ１〜１０のそれぞれの硬質被覆層を構成す
るα−Ａｌ2Ｏ3層およびκ−Ａｌ2Ｏ3層について、１．
５オングストロームの波長を有するＣｕｋα線を線源と
して用いたＸ線回折で観察したところ、いずれも目標回
折角（２θ）と実質的に同じ回折角に最高回折ピーク高
さが現れるＸ線回折パターンを示し、かついずれも黄金
色の表面色調を有し、さらにこれの硬質被覆層を構成す
る構成層の層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定し
たところ、それぞれ目標層厚と実質的に同じ平均層厚
（５点平均）を示した。なお、上記の目標値と実測値の
関係は以下の実施例２、３でも同じ結果を示した。
０のうちの本発明被覆超硬チップ３および本発明被覆超
硬チップ７については、最表面下地層としてのＴｉ酸化
物層形成後に、前者では、雰囲気ガス組成を、ＴｉＣｌ
4：０．５体積％、Ａｒ：残りとし、雰囲気温度を１０
００℃、雰囲気圧力を１３．３ｋＰａ（１００Ｔｏｒ
ｒ）とした雰囲気中に１時間保持の条件で、一方後者で
は、雰囲気ガス組成を、ＴｉＣｌ4：０．１体積％、Ａ
ｒ：残りとし、雰囲気温度を１０００℃、雰囲気圧力を
６．７ｋＰａ（５０Ｔｏｒｒ）とした雰囲気中に２時間
保持の条件で、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉ酸化物層の界面部に積
極的に相互拡散層を形成する層間密着性向上処理を施し
た。この結果走査型電子顕微鏡およびオージェ分光分析
装置による断面測定で、Ａｌ2Ｏ3層とＴｉ酸化物層の界
面部に、本発明被覆超硬チップ３では平均層厚（５点平
均）で０．６μｍ、本発明被覆超硬チップ７では同じく
平均層厚（５点平均）で０．８μｍの相互拡散層の形成
が観察された。なお、この結果得られた本発明被覆超硬
チップ１〜１０の硬質被覆層を構成する最表面層および
最表面下地層について、その厚さ方向中央部の酸素含有
割合（Ｙ値およびＸ値）をオージェ分光分析装置を用い
て測定したところ、表６に示される値を示した。さら
に、上記の本発明被覆超硬チップ１〜１０および従来被
覆超硬チップ１〜１０のそれぞれの硬質被覆層を構成す
るα−Ａｌ2Ｏ3層およびκ−Ａｌ2Ｏ3層について、１．
５オングストロームの波長を有するＣｕｋα線を線源と
して用いたＸ線回折で観察したところ、いずれも目標回
折角（２θ）と実質的に同じ回折角に最高回折ピーク高
さが現れるＸ線回折パターンを示し、かついずれも黄金
色の表面色調を有し、さらにこれの硬質被覆層を構成す
る構成層の層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定し
たところ、それぞれ目標層厚と実質的に同じ平均層厚
（５点平均）を示した。なお、上記の目標値と実測値の
関係は以下の実施例２、３でも同じ結果を示した。
【００１５】つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１
０および従来被覆超硬チップ１〜１０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：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／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、並び
に、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の長さ方向等間隔４本
縦溝入り丸棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼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６に示した。
０および従来被覆超硬チップ１〜１０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：３５０ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２ｍｍ／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、並び
に、 被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の長さ方向等間隔４本
縦溝入り丸棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、 切り込み：１．５ｍｍ、 送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、 切削時間：５分、 の条件での合金鋼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６に示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】
【表４】
【００２０】
【表５】
【００２１】
【表６】
【００２２】（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２．３μ
ｍのＣｒ3Ｃ2粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０
μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、同１．８μｍのＣｏ粉末、
および同１．２μｍの炭素（Ｃ）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１３
７０〜１４７０℃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８
ｍｍ、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）ａ〜ｈをそれぞれ製造した。
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２．３μ
ｍのＣｒ3Ｃ2粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０
μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、同１．８μｍのＣｏ粉末、
および同１．２μｍの炭素（Ｃ）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１３
７０〜１４７０℃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８
ｍｍ、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）ａ〜ｈをそれぞれ製造した。
【００２３】ついで、これらの超硬基体（エンドミル）
ａ〜ｈの表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化
学蒸着装置を用い、同じく表２、３に示される条件に
て、表８に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物層
およびＡｌ2Ｏ3層、さらに拡散酸素含有のＴｉ窒酸化物
層からなる最表面層および拡散酸素供給用Ｔｉ酸化物層
からなる最表面下地層で構成された硬質被覆層を形成す
ることにより、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。
ａ〜ｈの表面に、ホーニングを施した状態で、通常の化
学蒸着装置を用い、同じく表２、３に示される条件に
て、表８に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物層
およびＡｌ2Ｏ3層、さらに拡散酸素含有のＴｉ窒酸化物
層からなる最表面層および拡散酸素供給用Ｔｉ酸化物層
からなる最表面下地層で構成された硬質被覆層を形成す
ることにより、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。
【００２４】また、比較の目的で、表９に示される通
り、上記の拡散酸素含有のＴｉ窒酸化物層からなる最表
面層および拡散酸素供給用Ｔｉ酸化物層からなる最表面
下地層に代って、ＴｉＮ層を形成する以外は同一の条件
で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。
り、上記の拡散酸素含有のＴｉ窒酸化物層からなる最表
面層および拡散酸素供給用Ｔｉ酸化物層からなる最表面
下地層に代って、ＴｉＮ層を形成する以外は同一の条件
で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。
【００２５】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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、 テーブル送り：５００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：６ｍｍ、 テーブル送り：５００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の板材、 切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、 テーブル送り：５００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾式高速溝切削加工試験、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０．２ｍｍ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。
〜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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、 テーブル送り：５００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：６ｍｍ、 テーブル送り：５００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の板材、 切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、 テーブル送り：５００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾式高速溝切削加工試験、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０．２ｍｍ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。
【００２６】
【表７】
【００２７】
【表８】
【００２８】
【表９】
【００２９】（実施例３）上記の実施例２で製造した直
径が８ｍｍ（超硬基体ａ〜ｃ形成用）、１３ｍｍ（超硬
基体ｄ〜ｆ形成用）、および２６ｍｍ（超硬基体ｇ、ｈ
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ａ‘〜ｃ’）、８ｍｍ
×２２ｍｍ（超硬基体ｄ‘〜ｆ’）、および１６ｍｍ×
４５ｍｍ（超硬基体ｇ‘、ｈ’）の寸法をもった超硬基
体（ドリル）ａ‘〜ｈ’をそれぞれ製造した。
径が８ｍｍ（超硬基体ａ〜ｃ形成用）、１３ｍｍ（超硬
基体ｄ〜ｆ形成用）、および２６ｍｍ（超硬基体ｇ、ｈ
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ａ‘〜ｃ’）、８ｍｍ
×２２ｍｍ（超硬基体ｄ‘〜ｆ’）、および１６ｍｍ×
４５ｍｍ（超硬基体ｇ‘、ｈ’）の寸法をもった超硬基
体（ドリル）ａ‘〜ｈ’をそれぞれ製造した。
【００３０】ついで、これらの超硬基体（ドリル）ａ
‘〜ｈ’の表面に、ホーニングを施した状態で、通常の
化学蒸着装置を用い、同じく表２、３に示される条件に
て、表１０に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物
層およびＡｌ2Ｏ3層からなる硬質被覆層、さらに拡散酸
素含有のＴｉ窒酸化物層からなる最表面層および拡散酸
素供給用Ｔｉ酸化物層からなる最表面下地層で構成され
た硬質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。
‘〜ｈ’の表面に、ホーニングを施した状態で、通常の
化学蒸着装置を用い、同じく表２、３に示される条件に
て、表１０に示される組成および目標層厚のＴｉ化合物
層およびＡｌ2Ｏ3層からなる硬質被覆層、さらに拡散酸
素含有のＴｉ窒酸化物層からなる最表面層および拡散酸
素供給用Ｔｉ酸化物層からなる最表面下地層で構成され
た硬質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。
【００３１】また、比較の目的で、表１１に示される通
り、上記の拡散酸素含有のＴｉ窒酸化物層からなる最表
面層および拡散酸素供給用Ｔｉ酸化物層からなる最表面
下地層に代って、ＴｉＮ層を形成する以外は同一の条件
で従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製ド
リル（以下、従来被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれ
ぞれ製造した。
り、上記の拡散酸素含有のＴｉ窒酸化物層からなる最表
面層および拡散酸素供給用Ｔｉ酸化物層からなる最表面
下地層に代って、ＴｉＮ層を形成する以外は同一の条件
で従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製ド
リル（以下、従来被覆超硬ドリルと云う）１〜８をそれ
ぞれ製造した。
【００３２】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×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２ｍｍ／分、 の条件での合金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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２ｍｍ／分、 の条件での合金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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の板材、 切削速度：７５／ｍｉｎ．、 送り：０．３５ｍｍ／分、 の条件での合金鋼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（水溶性切削油使用）高速穴
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１０、１１にそれぞれ示した。
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×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２ｍｍ／分、 の条件での合金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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２ｍｍ／分、 の条件での合金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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の板材、 切削速度：７５／ｍｉｎ．、 送り：０．３５ｍｍ／分、 の条件での合金鋼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（水溶性切削油使用）高速穴
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１０、１１にそれぞれ示した。
【００３３】
【表１０】
【００３４】
【表１１】
【００３５】
【発明の効果】表４〜１１に示される結果から、硬質被
覆層の最表面層がＴｉＮ層の形成時に最表面下地層から
拡散してきた酸素と反応して形成されたＴｉ窒酸化物層
で構成された本発明被覆超硬工具は、いずれも高い発熱
を伴う鋼の高速切削加工でも、前記Ｔｉ窒酸化物層が高
温加熱の切粉との親和性がきわめて低く、切粉が前記Ｔ
ｉ窒酸化物層に付着することがないことから、切刃にチ
ッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに
対して、硬質被覆層の最表面層がＴｉＮ層で構成された
従来被覆超硬工具においては、いずれも切粉が前記Ｔｉ
Ｎ層に付着し易く、前記ＴｉＮ層が他の構成層とともに
前記切粉によって剥がし取られることから、切刃にチッ
ピングの発生し易く、これが原因で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、使用前後の識別工具の特に各種鋼
や鋳鉄などの高速切削加工での実用を可能とするもので
あり、かつ実用に際しては切刃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。
覆層の最表面層がＴｉＮ層の形成時に最表面下地層から
拡散してきた酸素と反応して形成されたＴｉ窒酸化物層
で構成された本発明被覆超硬工具は、いずれも高い発熱
を伴う鋼の高速切削加工でも、前記Ｔｉ窒酸化物層が高
温加熱の切粉との親和性がきわめて低く、切粉が前記Ｔ
ｉ窒酸化物層に付着することがないことから、切刃にチ
ッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに
対して、硬質被覆層の最表面層がＴｉＮ層で構成された
従来被覆超硬工具においては、いずれも切粉が前記Ｔｉ
Ｎ層に付着し易く、前記ＴｉＮ層が他の構成層とともに
前記切粉によって剥がし取られることから、切刃にチッ
ピングの発生し易く、これが原因で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、使用前後の識別工具の特に各種鋼
や鋳鉄などの高速切削加工での実用を可能とするもので
あり、かつ実用に際しては切刃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。
【図１】（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。
は被覆超硬チップの概略縦断面図である。
【図２】（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。
（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。
は同溝形成部の概略横断面図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１０月５日（２０００．１０．
５）
５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】この結果得られた本発明被覆超硬エンドミ
ル１〜８の硬質被覆層を構成する表面層および表面下地
層について、その厚さ方向中央部の酸素含有割合（Ｙ値
およびＸ値）をオージェ分光分析装置を用いて測定した
ところ、表８に示される値を示した。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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、 テーブル送り：５００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：６ｍｍ、 テーブル送り：５００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の板材、 切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、 テーブル送り：５００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾式高速溝切削加工試験、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０．２ｍｍ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。
ル１〜８の硬質被覆層を構成する表面層および表面下地
層について、その厚さ方向中央部の酸素含有割合（Ｙ値
およびＸ値）をオージェ分光分析装置を用いて測定した
ところ、表８に示される値を示した。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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：３ｍｍ、 テーブル送り：５００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：６ｍｍ、 テーブル送り：５００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の板材、 切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ．、 溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、 テーブル送り：５００ｍｍ／分、 の条件での合金鋼の乾式高速溝切削加工試験、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０．２ｍｍ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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２７】
【表８】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】この結果得られた本発明被覆超硬ドリル１
〜８の硬質被覆層を構成する表面層および表面下地層に
ついて、その厚さ方向中央部の酸素含有割合（Ｙ値およ
びＸ値）をオージェ分光分析装置を用いて測定したとこ
ろ、表１０に示される値を示した。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×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２ｍｍ／分、 の条件での合金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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２ｍｍ／分、 の条件での合金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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の板材、 切削速度：７５／ｍｉｎ．、 送り：０．３５ｍｍ／分、 の条件での合金鋼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（水溶性切削油使用）高速穴
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１０、１１にそれぞれ示した。
〜８の硬質被覆層を構成する表面層および表面下地層に
ついて、その厚さ方向中央部の酸素含有割合（Ｙ値およ
びＸ値）をオージェ分光分析装置を用いて測定したとこ
ろ、表１０に示される値を示した。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×２５０ｍｍ、厚さ：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２ｍｍ／分、 の条件での合金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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、 切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、 送り：０．２ｍｍ／分、 の条件での合金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：５
０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の板材、 切削速度：７５／ｍｉｎ．、 送り：０．３５ｍｍ／分、 の条件での合金鋼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（水溶性切削油使用）高速穴
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１０、１１にそれぞれ示した。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３３】
【表１０】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植田 稔晃 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 (72)発明者 中村 惠滋 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 3C046 FF03 FF10 FF19 FF22 FF25 4K029 AA04 BA41 BA44 BA48 BA54 BA55 BA60 BB02 BC00 BD05 EA01 4K030 BA18 BA35 BA36 BA38 BA41 BA42 BA43 BB12 CA03 JA01 LA22
Claims (1)
- 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面
に、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物
層、および炭窒酸化物層のうちの１種または２種以上か
らなるＴｉ化合物層と、酸化アルミニウム層で構成され
た硬質被覆層を３〜３０μｍの平均層厚で化学蒸着およ
び／または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、 上記硬質被覆層に加えて、さらに最表面下地層として、
０．１〜３μｍの平均層厚を有し、かつ、 組成式：ＴｉＯX 、 で表わした場合、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装
置で測定して、 Ｘ：Ｔｉに対する原子比で１．２〜１．７、 を満足するＴｉ酸化物層と、 同じく最表面層として、０．０５〜２μｍの平均層厚を
有し、かつ、 組成式：ＴｉＮ1-Y（Ｏ）Y、 で表わした場合（ただし、（Ｏ）は上記最表面下地層か
らの拡散酸素を示す）、同じく厚さ方向中央部をオージ
ェ分光分析装置で測定して、 Ｙ：Ｔｉに対する原子比で０．０１〜０．４、 を満足するＴｉ窒酸化物層、を硬質被覆層として化学蒸
着および／または物理蒸着してなる、耐チッピング性の
すぐれた表面被覆超硬合金製切削工具。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000042181A JP3989664B2 (ja) | 1999-04-13 | 2000-02-21 | 耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ |
| DE10017909A DE10017909B4 (de) | 1999-04-13 | 2000-04-11 | Beschichtetes Sinterkarbid-Schneidwerkzeugelement |
| US09/548,675 US6426137B1 (en) | 1999-04-13 | 2000-04-13 | Coated cemented carbide cutting tool member |
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10494199 | 1999-04-13 | ||
| JP11-104941 | 1999-04-13 | ||
| JP22830799 | 1999-08-12 | ||
| JP11-228307 | 1999-08-12 | ||
| JP11-363925 | 1999-12-22 | ||
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| JP2000042181A JP3989664B2 (ja) | 1999-04-13 | 2000-02-21 | 耐チッピング性のすぐれた表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ |
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