JP2002160129A - 工具の表面処理方法 - Google Patents
工具の表面処理方法Info
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- JP2002160129A JP2002160129A JP2000357450A JP2000357450A JP2002160129A JP 2002160129 A JP2002160129 A JP 2002160129A JP 2000357450 A JP2000357450 A JP 2000357450A JP 2000357450 A JP2000357450 A JP 2000357450A JP 2002160129 A JP2002160129 A JP 2002160129A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＡｌＣｒＮ系硬質皮膜をハイスにコーティン
グする場合であっても、所望の耐熱性及び耐磨耗性を得
る。 【解決手段】 母材２の表面にＴｉ系，Ｃｒ系，Ｓｉ
系、又はＡｌ系皮膜をコーティングして中間層３を形成
した後、該中間層３の表面にＡｌＣｒＮ系硬質皮膜をコ
ーティングして表面層４を形成する。
グする場合であっても、所望の耐熱性及び耐磨耗性を得
る。 【解決手段】 母材２の表面にＴｉ系，Ｃｒ系，Ｓｉ
系、又はＡｌ系皮膜をコーティングして中間層３を形成
した後、該中間層３の表面にＡｌＣｒＮ系硬質皮膜をコ
ーティングして表面層４を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、（歯切り）工具の
表面処理方法に関するものである。
表面処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、金属製品の表面処理方法として、
広く実用化されているＴｉＮ，ＴｉＡｌＮよりも耐熱性
及び耐磨耗性に優れたＡｌＣｒＮ系硬質皮膜を金属製品
の表面に形成するものが公知である（特許第３０３９３
８１号公報参照）。
広く実用化されているＴｉＮ，ＴｉＡｌＮよりも耐熱性
及び耐磨耗性に優れたＡｌＣｒＮ系硬質皮膜を金属製品
の表面に形成するものが公知である（特許第３０３９３
８１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＡｌＣ
ｒＮ系硬質皮膜を、工具として広く用いられているハイ
ス（高速度鋼）の表面に形成するだけでは、ＴｉＡｌＮ
を形成する場合以上の密着強度を得ることはできない。
これは、ＡｌＣｒＮ系硬質皮膜自体の耐熱性及び耐磨耗
性は優れているものの、コーティング時や切削加工時に
大きな温度変化が発生するので、ハイス（母材）とＡｌ
ＣｒＮ系硬質皮膜との間の熱膨張係数の違いにより、靭
性の低いＡｌＣｒＮ系硬質皮膜に残留応力が発生して剥
離しやすくなるためであると考えられる。
ｒＮ系硬質皮膜を、工具として広く用いられているハイ
ス（高速度鋼）の表面に形成するだけでは、ＴｉＡｌＮ
を形成する場合以上の密着強度を得ることはできない。
これは、ＡｌＣｒＮ系硬質皮膜自体の耐熱性及び耐磨耗
性は優れているものの、コーティング時や切削加工時に
大きな温度変化が発生するので、ハイス（母材）とＡｌ
ＣｒＮ系硬質皮膜との間の熱膨張係数の違いにより、靭
性の低いＡｌＣｒＮ系硬質皮膜に残留応力が発生して剥
離しやすくなるためであると考えられる。
【０００４】そこで、本発明は、工具にＡｌＣｒＮ系硬
質皮膜をコーティングする場合であっても、所望の耐熱
性及び耐磨耗性を得ることのできる工具の表面処理方法
を提供することを課題とする。
質皮膜をコーティングする場合であっても、所望の耐熱
性及び耐磨耗性を得ることのできる工具の表面処理方法
を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、母材の表面にＴｉ系，Ｃｒ
系，Ｓｉ系、又はＡｌ皮膜をコーティングして中間層を
形成した後、該中間層の表面にＡｌＣｒＮ系硬質皮膜を
コーティングして表面層を形成することにより、工具の
表面処理を行うようにしたものである。
決するための手段として、母材の表面にＴｉ系，Ｃｒ
系，Ｓｉ系、又はＡｌ皮膜をコーティングして中間層を
形成した後、該中間層の表面にＡｌＣｒＮ系硬質皮膜を
コーティングして表面層を形成することにより、工具の
表面処理を行うようにしたものである。
【０００６】これにより、母材の表面には靭性の高いＴ
ｉ系，Ｃｒ系，Ｓｉ系、又はＡｌ皮膜からなる中間層を
介してＡｌＣｒＮ系硬質皮膜からなる表面層が形成され
ることになり、中間層が母材と表面層との間の熱膨張係
数の違いによる変形量を吸収する緩衝材としての役割を
果たす。
ｉ系，Ｃｒ系，Ｓｉ系、又はＡｌ皮膜からなる中間層を
介してＡｌＣｒＮ系硬質皮膜からなる表面層が形成され
ることになり、中間層が母材と表面層との間の熱膨張係
数の違いによる変形量を吸収する緩衝材としての役割を
果たす。
【０００７】前記母材の表面に、Ｔｉ系，Ｃｒ系，Ｓｉ
系、又はＡｌ皮膜をコーティングする前に、Ａｌを主成
分とする超微粒子を衝突させると、母材の表面を活性化
させることができ、母材とＴｉ系，Ｃｒ系，Ｓｉ系、又
はＡｌ皮膜との密着性を向上させることが可能となる点
で好ましい。
系、又はＡｌ皮膜をコーティングする前に、Ａｌを主成
分とする超微粒子を衝突させると、母材の表面を活性化
させることができ、母材とＴｉ系，Ｃｒ系，Ｓｉ系、又
はＡｌ皮膜との密着性を向上させることが可能となる点
で好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施形態を添
付図面に従って説明する。図１は、本発明に係る方法に
よりコーティングを施された歯切り工具の歯部１の断面
図を示す。この歯部１には、ハイス（高速度鋼）からな
る母材２の表面に、ＴｉＮ膜からなる中間層３、次いで
ＡｌＣｒＮ膜からなる表面層４が順次形成されている。
なお、前記母材２の材質としては、他に超硬合金等が挙
げられる。また、前記中間層３の材質としては、他にＴ
ｉ系であるＴｉ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣ等や、Ｃｒ，Ｓｉ，
Ａｌの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物等が挙げられ
る。
付図面に従って説明する。図１は、本発明に係る方法に
よりコーティングを施された歯切り工具の歯部１の断面
図を示す。この歯部１には、ハイス（高速度鋼）からな
る母材２の表面に、ＴｉＮ膜からなる中間層３、次いで
ＡｌＣｒＮ膜からなる表面層４が順次形成されている。
なお、前記母材２の材質としては、他に超硬合金等が挙
げられる。また、前記中間層３の材質としては、他にＴ
ｉ系であるＴｉ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣ等や、Ｃｒ，Ｓｉ，
Ａｌの炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物等が挙げられ
る。
【０００９】このような歯切り工具のコーティングは、
次のようにして形成する。まず、前記母材２の表面に、
Ａｌを主成分とする超微粒子（直径１０μｍ以下、＃８
００以上のもの）を圧縮空気と共にノズルより噴射させ
ることにより衝突させる。超微粒子にはＣ，Ａ系砥粒が
使用可能である。圧縮空気には、大気を除湿したドライ
エアのほか、Ｎ2ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス等の不活性
ガスが使用可能である。また、供給圧力は、２００〜４
００ｋＰａとする。これにより、母材２の表面を活性化
し、中間層３との密着性を向上させる。
次のようにして形成する。まず、前記母材２の表面に、
Ａｌを主成分とする超微粒子（直径１０μｍ以下、＃８
００以上のもの）を圧縮空気と共にノズルより噴射させ
ることにより衝突させる。超微粒子にはＣ，Ａ系砥粒が
使用可能である。圧縮空気には、大気を除湿したドライ
エアのほか、Ｎ2ガス、Ｈｅガス、Ａｒガス等の不活性
ガスが使用可能である。また、供給圧力は、２００〜４
００ｋＰａとする。これにより、母材２の表面を活性化
し、中間層３との密着性を向上させる。
【００１０】続いて、前記母材２の表面に中間層３をイ
オンプレーティングにより形成する。すなわち、図２に
示すように、１〜１０-3Ｐａに真空引きし、処理温度を
３００〜５００℃とした真空槽５内に、母材２のみで形
成された歯切り工具を収容する。真空槽５の下部に設け
たルツボ６には、Ｔｉを収容し、上部に設けたＨＣＤ
（熱陰極）７にＡｒをプラズマソースガスとして供給す
ることによりプラズマを発生させる。そして、プラズマ
中で、Ｔｉの蒸発粒子と、Ａｒガスと、真空槽５の下部
から供給したＮ2ガスとをイオン化して活性にする。そ
して、歯切り工具に負の電圧を印加し、この歯切り工具
にイオン化したものを加速させて反応生成物（ＴｉＮ）
を析出させることにより中間層３を形成する。この場
合、処理時間を調整して中間層３の厚みを１〜３μｍと
する。
オンプレーティングにより形成する。すなわち、図２に
示すように、１〜１０-3Ｐａに真空引きし、処理温度を
３００〜５００℃とした真空槽５内に、母材２のみで形
成された歯切り工具を収容する。真空槽５の下部に設け
たルツボ６には、Ｔｉを収容し、上部に設けたＨＣＤ
（熱陰極）７にＡｒをプラズマソースガスとして供給す
ることによりプラズマを発生させる。そして、プラズマ
中で、Ｔｉの蒸発粒子と、Ａｒガスと、真空槽５の下部
から供給したＮ2ガスとをイオン化して活性にする。そ
して、歯切り工具に負の電圧を印加し、この歯切り工具
にイオン化したものを加速させて反応生成物（ＴｉＮ）
を析出させることにより中間層３を形成する。この場
合、処理時間を調整して中間層３の厚みを１〜３μｍと
する。
【００１１】その後、前記中間層３の表面に表面層４を
スパッタリングにより形成する。すなわち、図３に示す
ように、１〜１０-2Ｐａに真空引きし、Ａｒガス及びＮ
２ガスを封入すると共に、処理温度を２００〜３００℃
とした真空槽８内に、母材２の表面に中間層３を形成さ
れた歯切り工具を収容する。そして、放電によって発生
させたＡｒイオンをコーティング材料（ターゲット）９
に高速で衝突させる。コーティング材料９には、Ａｌ
（２５〜５０％），Ｃｒ（５０〜７５％）からなるもの
を使用する。これにより、コーティング材料９からたた
き出された各ターゲット原子を歯切り工具にコーティン
グして、ＡｌＣｒＮからなる表面層４を形成する。この
場合、処理時間を調整して表面層４の厚みを１〜３μｍ
とする。なお、コーティング材料９の近傍には磁石１０
を配設し、ターゲット原子に衝突させるＡｒイオンが効
率的に発生するようにしている。
スパッタリングにより形成する。すなわち、図３に示す
ように、１〜１０-2Ｐａに真空引きし、Ａｒガス及びＮ
２ガスを封入すると共に、処理温度を２００〜３００℃
とした真空槽８内に、母材２の表面に中間層３を形成さ
れた歯切り工具を収容する。そして、放電によって発生
させたＡｒイオンをコーティング材料（ターゲット）９
に高速で衝突させる。コーティング材料９には、Ａｌ
（２５〜５０％），Ｃｒ（５０〜７５％）からなるもの
を使用する。これにより、コーティング材料９からたた
き出された各ターゲット原子を歯切り工具にコーティン
グして、ＡｌＣｒＮからなる表面層４を形成する。この
場合、処理時間を調整して表面層４の厚みを１〜３μｍ
とする。なお、コーティング材料９の近傍には磁石１０
を配設し、ターゲット原子に衝突させるＡｒイオンが効
率的に発生するようにしている。
【００１２】このようにして母材２の表面に中間層３及
び表面層４を形成することにより得た歯切り工具によれ
ば、母材２の表面が超微粒子を衝突させることにより活
性化して中間層３との密着性が良く、しかも中間層３自
体は靱性に優れたＴｉ系被膜で形成されているので、前
記各処理や切削加工時の発熱による温度変化によっても
剥離することがない。したがって、表面層４が本来備え
る耐熱性及び耐磨耗性を十分に発揮させることが可能と
なる。
び表面層４を形成することにより得た歯切り工具によれ
ば、母材２の表面が超微粒子を衝突させることにより活
性化して中間層３との密着性が良く、しかも中間層３自
体は靱性に優れたＴｉ系被膜で形成されているので、前
記各処理や切削加工時の発熱による温度変化によっても
剥離することがない。したがって、表面層４が本来備え
る耐熱性及び耐磨耗性を十分に発揮させることが可能と
なる。
【００１３】以下に、歯切り工具としてホブ盤に使用す
るものについて、母材２の表面にＡｌＣｒＮ膜からなる
表面層４のみを形成する場合と、ＴｉＮ膜からなる中間
層３をも形成する場合とで、切削試験を行った結果を示
す。
るものについて、母材２の表面にＡｌＣｒＮ膜からなる
表面層４のみを形成する場合と、ＴｉＮ膜からなる中間
層３をも形成する場合とで、切削試験を行った結果を示
す。
【００１４】
【実施例】（切削条件） 切削油 なし 切削速度 １４４ｍ／ｍｉｎ 送り量 ２．５ｍｍ／ｒｅｖ 加工物 ＳＣＲ４２０ 加工数 １００個 （切削結果） 図１に示す歯の各部に於ける２番磨耗量 外周 側
面 （表面層のみ） ０．２０４ｍｍ ０．１０３ｍｍ （中間層あり） ０．０３１ｍｍ ０．０６０ｍｍ
面 （表面層のみ） ０．２０４ｍｍ ０．１０３ｍｍ （中間層あり） ０．０３１ｍｍ ０．０６０ｍｍ
【００１５】この結果によれば、本発明に係る表面処理
方法により表面層のみならず、中間層をも形成した工具
によれば、表面層のみを形成した工具に比べて耐磨耗性
に優れていることは明らかである。
方法により表面層のみならず、中間層をも形成した工具
によれば、表面層のみを形成した工具に比べて耐磨耗性
に優れていることは明らかである。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、母材の表面に靭性の高いＴｉ系，Ｃｒ系，Ｓ
ｉ系、又はＡｌ系皮膜をコーティングして中間層を形成
するので、たとえ急激な温度変化により母材とＡｌＣｒ
Ｎ系硬質皮膜からなる表面層との間の変形量が大きくな
ったとしても、これを吸収して剥離を適切に防止するこ
とが可能となる。したがって、耐熱性及び耐磨耗性に優
れたＡｌＣｒＮ系硬質皮膜の特質を最大限に利用するこ
とができ、切削油なしでの切削を可能とすると共に、工
具の長寿命化を達成することができる。
によれば、母材の表面に靭性の高いＴｉ系，Ｃｒ系，Ｓ
ｉ系、又はＡｌ系皮膜をコーティングして中間層を形成
するので、たとえ急激な温度変化により母材とＡｌＣｒ
Ｎ系硬質皮膜からなる表面層との間の変形量が大きくな
ったとしても、これを吸収して剥離を適切に防止するこ
とが可能となる。したがって、耐熱性及び耐磨耗性に優
れたＡｌＣｒＮ系硬質皮膜の特質を最大限に利用するこ
とができ、切削油なしでの切削を可能とすると共に、工
具の長寿命化を達成することができる。
【００１７】特に、母材の表面に、Ｔｉ系，Ｃｒ系，Ｓ
ｉ系、又はＡｌ系皮膜をコーティングする前に、Ａｌを
主成分とする超微粒子を衝突させると、母材とＴｉ，Ｃ
ｒ系，Ｓｉ系、又はＡｌ系系皮膜との密着性をさらに向
上させて剥離しにくく構成することが可能となる。
ｉ系、又はＡｌ系皮膜をコーティングする前に、Ａｌを
主成分とする超微粒子を衝突させると、母材とＴｉ，Ｃ
ｒ系，Ｓｉ系、又はＡｌ系系皮膜との密着性をさらに向
上させて剥離しにくく構成することが可能となる。
【図１】 本実施形態に係るコーティングを歯切り工具
の表面に施した状態を示す歯部の断面図である。
の表面に施した状態を示す歯部の断面図である。
【図２】 図１の中間層をイオンプレーティングにより
形成するための装置の概略図である。
形成するための装置の概略図である。
【図３】 図１の表面層をスパッタリングにより形成す
るための装置の概略図である。
るための装置の概略図である。
１…歯部 ２…母材 ３…中間層 ４…表面層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西野 秀憲 広島県広島市南区宇品東５丁目３番38号 トーヨーエイテック株式会社内 (72)発明者 服部 幸司 山口県宇部市大字善和字石ヶ谷204−47 和興産業株式会社宇部工場内 (72)発明者 上田 誠 山口県宇部市大字善和字石ヶ谷204−47 和興産業株式会社宇部工場内 Ｆターム(参考） 4K029 AA02 BA03 BA07 BA17 BA35 BA58 BA60 BB02 BD05 CA03 CA05 FA01
Claims (2)
- 【請求項１】 母材の表面にＴｉ，Ｃｒ系，Ｓｉ系、又
はＡｌ系皮膜をコーティングして中間層を形成した後、
該中間層の表面にＡｌＣｒＮ系硬質皮膜をコーティング
して表面層を形成することを特徴とする工具の表面処理
方法。 - 【請求項２】 前記母材の表面に、Ｔｉ系，Ｃｒ系，Ｓ
ｉ系、又はＡｌ皮膜をコーティングする前に、Ａｌを主
成分とする超微粒子を衝突させることを特徴とする請求
項１に記載の工具の表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000357450A JP2002160129A (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | 工具の表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000357450A JP2002160129A (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | 工具の表面処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002160129A true JP2002160129A (ja) | 2002-06-04 |
Family
ID=18829513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000357450A Pending JP2002160129A (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | 工具の表面処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002160129A (ja) |
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2000
- 2000-11-24 JP JP2000357450A patent/JP2002160129A/ja active Pending
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