(57)【要約】      （修正有）【課題】重切削加工条件で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を提供する。【解決手段】基体表面に、ＴｉとＡｌ複合窒化物素地にＣｏが分散分布する２相組織硬質被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着し、硬質被覆層を層厚方向に沿いＴｉとＡｌの複合窒化物からなる素地にＴｉとＡｌの最高含有点とが交互に繰り返し存在し、Ｔｉ最高含有点にＣｏ最高割合分散点が存在し、Ａｌ最高含有点にＣｏが存在せず、両点間でＴｉ及びＡｌの含有量、Ｃｏの分散割合が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、Ｔｉ最高含有点が組成式：（Ｔｉ１−ＸＡｌＸ）Ｎ（原子比で、Ｘは０．０５〜０．３５）を満足し、Ｃｏ最高割合分散点のＣｏの分散割合が１〜１０原子％、Ａｌ最高含有点が組成式：（Ａｌ１−ＹＴｉＹ）Ｎ（原子比で、Ｙは０．３５〜０．６０）を満足し、隣り合うＴｉとＡｌの最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍとなす。【選択図】        図１
2004291106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン基超硬合金基体または炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、ＴｉとＡｌの複合窒化物の素地にＣｏが分散分布してなる２相組織層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具にして、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、ＴｉとＡｌの複合窒化物からなる素地にＴｉ最高含有点とＡｌ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、さらに前記素地のＴｉ最高含有点にはＣｏ最高割合分散点が存在し、一方前記素地のＡｌ最高含有点にはＣｏが存在せず、かつ前記素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点から前記素地のＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点、前記素地のＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点から前記素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点へＴｉおよびＡｌの含有量、さらにＣｏの分散割合が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
上記素地のＴｉ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−Ｘ  ＡｌＸ  ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３５を示す）、
を満足し、さらに前記素地のＴｉ最高含有点におけるＣｏ最高割合分散点のＣｏの分散割合が、素地との合量に占める割合で１〜１０原子％であり、
上記素地のＡｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｙ  ＴｉＹ  ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．３５〜０．６０を示す）、
を満足し、
かつ隣り合う上記素地のＴｉ最高含有点とＡｌ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍであること、
を特徴とする重切削加工条件で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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層が高強度と高靭性を有し、かつ高温硬さと耐熱性にもすぐれ、したがって特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合に、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、被覆超硬工具には、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、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、さらに切刃が断続切削加工形態をとる面削加工や溝加工、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。
【０００３】
また、被覆超硬工具として、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットからなる基体（以下、これらを総称して超硬基体と云う）の表面に、組成式：（Ａｌ１−Ｙ  ＴｉＹ  ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．３５〜０．６０を示す）を満足するＡｌとＴｉの複合窒化物［以下、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎで示す］層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具が提案され、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いられている（例えば参考文献１参照）。
【０００４】
さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図２に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に上記の超硬基体を装入し、ヒータで装置内を、例えば５００℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と、所定組成を有するＡｌ−Ｔｉ合金ターゲットがセットされたカソード電極（蒸発源）との間に、例えば電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば２Ｐａの反応雰囲気とし、一方上記超硬基体には、例えば−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、前記超硬合金基体の表面に、上記（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている（例えば参考文献１参照）。
【０００５】
【参考文献１】
特許第２６４４７１０号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なわれる傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具においては、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、切削加工を高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合には、特に硬質被覆層の強度および靭性不足が原因でチッピング（微小割れ）が発生し易くなり、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００７】
【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、特に重切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具を開発すべく、上記の従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）上記の図２に示されるアークイオンプレーティング装置を用いて形成された従来被覆超硬工具を構成する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層は、層厚全体に亘って実質的に均一な組成を有し、したがって均質な高温硬さと耐熱性、および強度を有するが、例えば図１（ａ）に概略平面図で、同（ｂ）に概略正面図で示される構造のアークイオンプレーティング装置、すなわち装置中央部に超硬基体装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側にカソード電極（蒸発源）として相対的にＡｌ含有量の高い（Ｔｉ含有量の低い）Ａｌ−Ｔｉ合金ターゲットを設け、他方側に前記Ａｌ−Ｔｉ合金ターゲットと対向配置した状態で、いずれもカソード電極（蒸発源）として相対的にＴｉ含有量が高い（Ａｌ含有量が低い）Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットと金属Ｃｏターゲットを並設したアークイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記回転テーブル上に中心軸から半径方向に所定位置離れた位置に外周部に沿って複数の超硬基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、蒸着形成される硬質被覆層の層厚均一化を図る目的で超硬基体自体も自転させながら、前記の両側のカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記Ａｌ−Ｔｉ合金ターゲットおよび前記Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットからＡｌおよびＴｉ成分、さらに前記金属ＣｏターゲットからＣｏ成分をそれぞれ雰囲気中にイオン化放出すると、ＡｌおよびＴｉ成分は反応雰囲気の窒素と反応して窒化物を形成するが、Ｃｏは雰囲気窒素とは反応しないままの状態を保持するので、前記超硬基体の表面には、ＴｉとＡｌの複合窒化物の素地にＣｏが分散分布してなる２相組織［以下、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ−Ｃｏで示す］層が形成されるようになり、この結果の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ−Ｃｏ層においては、回転テーブル上にリング状に配置された前記超硬基体が上記の一方側の相対的にＡｌ含有量の高い（Ｔｉ含有量の低い）Ａｌ−Ｔｉ合金ターゲットのカソード電極（蒸発源）に最も接近した時点で層中の素地にＡｌ最高含有点が形成され、この場合Ｃｏは存在せず、また前記超硬基体が上記の他方側の相対的にＴｉ含有量が高い（Ａｌ含有量が低い）Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットおよび金属Ｃｏターゲットのカソード電極に最も接近した時点で、層中の素地にはＴｉ最高含有点が形成されると共に、前記素地のＴｉ最高含有点にはＣｏ最高割合分散点が存在するようになり、上記回転テーブルの回転によって層中の素地には層厚方向にそって前記Ａｌ最高含有点とＴｉ最高含有点、さらに前記Ａｌ最高含有点のＣｏ不存在点と前記Ｔｉ最高含有点のＣｏ最高割合分散点が所定間隔をもって交互に繰り返し現れると共に、前記素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点から前記素地のＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点、前記素地のＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点から前記素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点へＴｉおよびＡｌ含有量、さらにＣｏの分散割合が連続的に変化する成分濃度分布構造をもつようになること。
【０００８】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ−Ｃｏ層において、対向配置の一方側のカソード電極（蒸発源）であるＡｌ−Ｔｉ合金ターゲットにおけるＴｉ含有量を上記の従来Ａｌ−Ｔｉ合金ターゲットのＴｉ含有量に相当するものとし、かつ同他方側のカソード電極（蒸発源）であるＴｉ−Ａｌ合金ターゲットにおけるＡｌ含有量を上記の従来Ａｌ−Ｔｉ合金ターゲットのＡｌ含有量に比して相対的に低いものとし、かつ上記の通り前記金属Ｃｏターゲットを前記Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットに併設すると共に、超硬基体が装着されている回転テーブルの回転速度を制御して、
上記素地のＴｉ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−Ｘ  ＡｌＸ  ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３５を示す）、
を満足し、さらに前記素地のＴｉ最高含有点におけるはＣｏ最高割合分散点のＣｏの分散割合を、素地との合量に占める割合で１〜１０原子％とし、
上記素地のＡｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｙ  ＴｉＹ  ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．３５〜０．６０を示す）、
を満足し、
かつ隣り合う上記素地のＴｉ最高含有点とＡｌ最高含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．１μｍとすると、
上記素地のＡｌ最高含有点部分では、Ｃｏが存在しないことと相俟って、上記の従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と同等のＡｌ含有量となることから、前記従来（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と同等のすぐれた高温硬さと耐熱性（高温特性）を示し、一方上記の素地のＴｉ最高含有点部分では、前記Ａｌ最高含有点部分に比してＡｌ含有量が低く、Ｔｉ含有量が高く、かつＣｏの分散割合が最も高くなることと相俟って、一段と高い強度と靭性が確保され、かつこれら素地のＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性としてすぐれた高温特性を保持した状態で一段と高い強度と靭性を具備するようになり、したがって、硬質被覆層がかかる構成の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ−Ｃｏ層からなる被覆超硬工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高い機械的衝撃を伴うので高強度と高靭性が要求される、高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００９】
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、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ−Ｃｏ層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具にして、
上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、素地にＡｌ最高含有点とＴｉ最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、さらに前記Ｔｉ最高含有点にはＣｏ最高割合分散点が存在し、一方前記Ａｌ最高含有点にはＣｏが存在せず、かつ前記素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点から前記素地のＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点、前記Ａｌ最高含有点およびＣｏ不存在点から前記Ｔｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点へＴｉおよびＡｌの含有量、さらにＣｏの分散割合が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
上記素地のＴｉ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−Ｘ  ＡｌＸ  ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．０５〜０．３５を示す）、
を満足し、さらに前記素地のＴｉ最高含有点におけるＣｏ最高割合分散点のＣｏの分散割合が、素地との合量に占める割合で１〜１０原子％であり、
上記素地のＡｌ最高含有点が、組成式：（Ａｌ１−Ｙ  ＴｉＹ  ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．３５〜０．６０を示す）、
を満足し、
かつ隣り合う上記の素地のＴｉ最高含有点とＡｌ最高含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである、
重切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【００１０】
つぎに、この発明の被覆超硬工具において、これを構成する硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）素地のＡｌ最高含有点の組成
Ａｌ最高含有点の（Ａｌ，Ｔｉ）ＮにおけるＡｌ成分は、高温硬さおよび耐熱性（高温特性）を向上させ、同Ｔｉ成分は強度を向上させる目的で含有するものであり、したがってＴｉ成分の含有割合が高くなればなるほど強度は向上したものになるが、Ｔｉの割合を示すＹ値がＡｌとの合量に占める割合（原子比）で０．３５未満では、高強度および高靭性を有するＣｏ分散分布のＴｉ最高含有点が隣接して存在しても層自体の強度および靭性の低下は避けられず、この結果チッピングなどが発生し易くなり、一方同Ｙ値が同０．６０を越えると、前記高温特性に所望の向上効果が得られないことから、Ａｌ最高含有点でのＴｉの割合を示すＹ値を０．３５〜０．６０と定めた。
【００１１】
（ｂ）素地のＴｉ最高含有点の組成
上記の通り素地のＡｌ最高含有点は高温特性のすぐれたものであるが、反面強度および靭性の劣るものであるため、このＡｌ最高含有点の強度および靭性不足を補う目的で、Ｔｉ含有割合が高く、これによって高強度および高靭性を有するようになるＴｉ最高含有点を厚さ方向に交互に介在させるものであり、したがってＡｌの割合を示すＸ値がＴｉとの合量に占める割合（原子比）で０．３５を越えると、所望のすぐれた強度および靭性を確保することができず、切刃部におけるチッピング発生の原因となり、一方同Ｘ値が０．０５未満になると、相対的にＴｉの割合が多くなり過ぎて、Ｔｉ最高含有点に所望の高温特性を具備せしめることができなくなり、摩耗進行が急激に促進されるようになることから、素地のＴｉ最高含有点でのＡｌの割合を示すＸ値を０．０５〜０．３５と定めた。
【００１２】
（ｃ）素地のＴｉ最高含有点におけるＣｏの分散割合
さらに、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削加工条件では、硬質被覆層により一段と高い強度および靭性が要求されることから、素地のＴｉ最高含有点とＣｏ最高割合分散点を共存させることにより、靭性の一段の向上を図ったものであり、したがって、Ｃｏの分散割合が素地の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎとの合量に占める割合で１原子％未満では所望の靭性向上効果が得られず、一方、同分散割合が同１０原子％を超えると、硬質被覆層全体の高温特性が急激に低下し、摩耗進行が著しく促進されるようになることから、その分布割合を１〜１０原子％と定めた。
【００１３】
（ｄ）素地のＴｉ最高含有点（Ｃｏ最高割合分散点）とＡｌ最高含有点（Ｃｏ不存在点）間の間隔
その間隔が０．０１μｍ未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果層に所望の高強度および高靭性、さらに高温特性を確保することができなくなり、またその間隔が０．１μｍを越えるとそれぞれの点がもつ欠点、すなわちＴｉ最高含有点であれば高温特性不足、Ａｌ最高含有点であれば強度および靭性不足が層内に局部的に現れ、これが原因で切刃にチッピングが発生し易くなったり、摩耗進行が促進されるようになることから、その間隔を０．０１〜０．１μｍと定めた。
【００１４】
（ｄ）硬質被覆層の全体平均層厚
その層厚が１μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。
【００１５】
【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１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３  Ｃ２  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、１００ＭＰａ  の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の超硬基体Ａ１〜Ａ１０を形成した。
【００１６】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２  Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。
【００１７】
ついで、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上に、中心軸から半径方向に所定位置離れた位置に外周部にそって装着し、一方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもった素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点形成用Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットおよび金属Ｃｏターゲット、他方側のカソード電極（蒸発源）として、種々の成分組成をもったＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点形成用Ａｌ−Ｔｉ合金ターゲットを前記回転テーブルを挟んで対向配置し、またボンバート洗浄用金属Ｔｉターゲットも装着し、まず、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する超硬基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、カソード電極の前記金属Ｔｉターゲットとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって超硬基体表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する超硬基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、前記Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲットおよびＡｌ−Ｔｉ合金ターゲットのカソード電極とアノード電極との間には１５０Ａの電流、そして前記金属Ｃｏターゲットとアノード電極との間にはＣｏ最高割合分散点のＣｏ割合に応じて５０〜８０Ａの範囲内の所定の電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体の表面に、層厚方向に沿って表３，４に示される目標組成の素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点と素地のＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点とが交互に同じく表３，４に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点から前記素地のＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点、前記Ａｌ最高含有点およびＣｏ不存在点から前記Ｔｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点へＴｉおよびＡｌの含有量、さらにＣｏの分散割合が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表３，４に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、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）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１８】
また、比較の目的で、これら超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として種々の成分組成をもったＡｌ−Ｔｉ合金ターゲットを装着し、さらにボンバート洗浄用金属Ｔｉターゲットも装着し、まず、装置内を排気して０．５Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記超硬基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、カソード電極の前記金属Ｔｉターゲットとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって超硬基体表面をＴｉボンバート洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、超硬基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、前記カソード電極のＡｌ−Ｔｉ合金ターゲットとアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表５，６に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、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）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１９】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１６および従来被覆超硬チップ１〜１６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・ＳＮＣＭ４３９の丸棒、
切削速度：１８０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：４ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件（通常の切り込み量は１．５ｍｍ）での合金鋼の乾式連続高切り込み切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．６ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件（通常の送り量は０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）での合金鋼の乾式断続高送り切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の丸棒、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：４ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件（通常の切り込み量は１．５ｍｍ）での鋳鉄の乾式連続高切り込み切削加工試験を行い、いずれの切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３〜６に示した。
【００２０】
【表１】
2004291106.tif 000003
【００２１】
【表２】
2004291106.tif 000004
【００２２】
【表３】
2004291106.tif 000005
【００２３】
【表４】
2004291106.tif 000006
【００２４】
【表５】
2004291106.tif 000007
【００２５】
【表６】
2004291106.tif 000008
【００２６】
（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２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同１．５μｍのＶＣ粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、および同１．８μｍのＣｏ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１３７０〜１４７０℃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８ｍｍ、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の寸法を有し、かついずれもねじれ角：３０度の４枚刃スクエア形状をもった超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８をそれぞれ製造した。
【００２７】
ついで、これらの超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、層厚方向に沿って表８に示される目標組成の素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点と素地のＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点とが交互に同じく表８に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点から前記素地のＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点、前記Ａｌ最高含有点およびＣｏ不存在点から前記Ｔｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点へＴｉおよびＡｌの含有量、さらにＣｏの分散割合が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表８に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、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。
【００２８】
また、比較の目的で、上記の超硬基体（エンドミル）Ｃ−１〜Ｃ−８を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、表９に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、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。
【００２９】
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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１の板材、
切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ．、
軸方向切り込み：１０ｍｍ、
径方向切り込み：３ｍｍ、
テーブル送り：６４０ｍｍ／分、
の条件（通常の軸方向切り込み量は６ｍｍ、径方向切り込み量は１ｍｍ）での工具鋼の乾式高切り込み側面切削加工試験、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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ．、
軸方向切り込み：１５ｍｍ、
径方向切り込み：２ｍｍ、
テーブル送り：１２００ｍｍ／分、
の条件（通常のテーブル送りは４００ｍｍ／分）での合金鋼の乾式高送り側面切削加工試験、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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ．、
軸方向切り込み：３０ｍｍ、
径方向切り込み：８ｍｍ、
テーブル送り：１６０ｍｍ／分、
の条件（通常の軸方向切り込み量は２０ｍｍ、径方向切り込み量は４ｍｍ）でのステンレス鋼の湿式高切り込み側面切削加工試験（水溶性切削油使用）をそれぞれ行い、いずれの側面切削加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るまでの切削長を測定した。この測定結果を表８、９にそれぞれ示した。
【００３０】
【表７】
2004291106.tif 000009
【００３１】
【表８】
2004291106.tif 000010
【００３２】
【表９】
2004291106.tif 000011
【００３３】
（実施例３）
上記の実施例２で製造した直径が８ｍｍ（超硬基体Ｃ−１〜Ｃ−３形成用）、１３ｍｍ（超硬基体Ｃ−４〜Ｃ−６形成用）、および２６ｍｍ（超硬基体Ｃ−７、Ｃ−８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Ｄ−１〜Ｄ−３）、８ｍｍ×２２ｍｍ（超硬基体Ｄ−４〜Ｄ−６）、および１６ｍｍ×４５ｍｍ（超硬基体Ｄ−７、Ｄ−８）の寸法を有し、かついずれもねじれ角：３０度の２枚刃形状をもった超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８をそれぞれ製造した。
【００３４】
ついで、これらの超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、層厚方向に沿って表１０に示される目標組成の素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点と素地のＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点とが交互に同じく表１０に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点から前記素地のＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点、前記Ａｌ最高含有点およびＣｏ不存在点から前記Ｔｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点へＴｉおよびＡｌの含有量、さらにＣｏの分散割合が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表１０に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、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。
【００３５】
また、比較の目的で、上記の超硬基体（ドリル）Ｄ−１〜Ｄ−８の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示される通常のアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、表１１に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、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。
【００３６】
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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＫＤ６１の板材、
切削速度：４０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：１０ｍｍ
の条件（通常の送り量は０．０８ｍｍ／ｒｅｖ、）での工具鋼の湿式高送り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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：２０ｍｍ
の条件（通常の送り量は０．１６ｍｍ／ｒｅｖ、）での合金鋼の湿式高送り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：５０ｍｍのＪＩＳ・ＦＣＤ７００の板材、
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．６ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：４０ｍｍ
の条件（通常の送り量は０．２４ｍｍ／ｒｅｖ、）でのダクタイル鋳鉄の湿式高送り穴あけ切削加工試験、をそれぞれ行い、いずれの湿式穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）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。
【００３７】
【表１０】
2004291106.tif 000012
【００３８】
【表１１】
2004291106.tif 000013
【００３９】
この結果得られた本発明被覆超硬工具としての本発明被覆超硬チップ１〜１６、本発明被覆超硬エンドミル１〜８、および本発明被覆超硬ドリル１〜８を構成する硬質被覆層における素地のＴｉ最高含有点（Ｃｏ最高割合分散点）と素地のＡｌ最高含有点（Ｃｏ不存在点）の組成、並びに従来被覆超硬工具としての従来被覆超硬チップ１〜１６、従来被覆超硬エンドミル１〜８、および従来被覆超硬ドリル１〜８の硬質被覆層について、厚さ方向に沿ってＴｉおよびＡｌの含有量、さらにＣｏ分散割合をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、本発明被覆超硬工具の硬質被覆層では、素地にＴｉ最高含有点とＡｌ最高含有点、さらにＣｏ最高割合分散点とＣｏ不存在点とがそれぞれ目標値と実質的に同じ組成および間隔で交互に繰り返し存在し、かつ前記Ｔｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点から前記Ａｌ最高含有点およびＣｏ不存在点、前記Ａｌ最高含有点およびＣｏ不存在点から前記Ｔｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点へＴｉおよびＡｌの含有量、さらにＣｏの分散割合が連続的に変化する成分濃度分布構造を有することが確認され、また硬質被覆層の全体平均層厚も目標全体層厚と実質的に同じ値を示した。一方前記従来被覆超硬工具の硬質被覆層では厚さ方向に沿って組成変化が見られず、かつ目標組成と実質的に同じ組成および目標全体層厚と実質的に同じ全体平均層厚を示すことが確認された。
【００４０】
【発明の効果】
表３〜１１に示される結果から、硬質被覆層が層厚方向に、一段と高い強度と靭性を有する素地のＴｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点と、すぐれた高温硬さと耐熱性を有する素地のＡｌ最高含有点およびＣｏ不存在点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記Ｔｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点から前記Ａｌ最高含有点およびＣｏ不存在点、前記Ａｌ最高含有点およびＣｏ不存在点から前記Ｔｉ最高含有点およびＣｏ最高割合分散点へＴｉおよびＡｌの含有量、さらにＣｏの分散割合が連続的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆超硬工具は、いずれも各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すのに対して、硬質被覆層が層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層からなる従来被覆超硬工具においては、前記硬質被覆層がすぐれた高温硬さと耐熱性を有するものの、強度および靭性に劣るものであるために、重切削条件での加工では切刃部にチッピングが発生し、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、通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すものであるから、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【図２】従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた通常のアークイオンプレーティング装置の概略説明図である。
【図１】
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【図２】
2004291106.tif 000015