JP2002113604A

JP2002113604A - 切削工具

Info

Publication number: JP2002113604A
Application number: JP2001032304A
Authority: JP
Inventors: Haruyo Fukui; 治世福井; Yoshiharu Uchiumi; 慶春内海; Hideki Moriguchi; 秀樹森口; Shinya Imamura; 晋也今村; Hisanori Ohara; 久典大原; Yasuhisa Hashimoto; 泰久橋本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2002-04-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高温における耐摩耗性を備え、断続切削での
欠損を低減するとともに、溶着による欠損を防止するた
めの潤滑性を同時に備えた切削工具を提供することであ
る。【解決手段】切削工具は、基材と、この基材の上に形
成された、チタン、クロムおよびアルミニウムからなる
群より選ばれた２種以上の元素と炭素および窒素からな
る群より選ばれた１種以上の元素とからなる化合物を含
む耐摩耗性被膜、または、チタン、ジルコニウムおよび
アルミニウムからなる群より選ばれた１種以上の元素と
炭素および窒素からなる群より選ばれた１種以上の元素
とからなる化合物を含む耐摩耗性被膜と、この耐摩耗性
被膜の上に接するように形成された硬質炭素膜と、チタ
ン、クロム、ジルコニウニ、ハフニウム、バナジウム、
硼素、アルミニウム及びケイ素からなる群より選ばれた
１種以上の元素を含む非炭素膜とが交互に積層された潤
滑性被膜とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ドリル、エンド
ミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交
換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップな
どの切削工具に関し、特にその表面に耐摩耗性被膜を備
えた切削工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】切削
工具の高能率化、高精度化の要求を満たすために、新し
い切削工具の材料が次々と開発されている。このような
材料開発の流れの中で、欠かすことのできない工具製造
技術の１つとして切削工具の表面に被膜を形成するため
のセラミックスコーティング技術がある。また、最近の
動向として、加工能率を一層向上させるために、切削速
度がより高速になってきており、刃先の温度は益々高温
になる傾向にある。したがって、工具材料に要求される
特性は一段と厳しくなる一方である。

【０００３】切削工具は、様々な形態の損傷を受ける。
その主なものは摩耗と欠損である。摩耗は、（１）機械
的な摩擦摩耗と、（２）高温での酸化や被削材との間で
の拡散などによって生じる熱的摩耗とに大きく分けられ
る。いずれの摩耗の場合も、切削速度や送り速度が大き
くなって工具の刃先温度が高くなるほど著しくなる。一
方、欠損は、刃先にかかる大きな切削抵抗や機械的、熱
的な衝撃によって起こり、高速送り切削や断続切削で顕
著に現われる。

【０００４】上述の市場の要求や状況に応えるととも
に、これらの損傷を防止するために、セラミックスコー
ティングの膜成分として、窒化チタン、炭化チタン、炭
窒化チタンなどのチタン系セラミックスが従来最も広く
用いられてきた。すなわち、ＷＣ（炭化タングステン）
基超硬合金、サーメット、セラミックス、高速度鋼等の
切削工具の硬質基材の表面に、硬質被覆層として、ＰＶ
Ｄ（physical vapor deposition)法やＣＶＤ（chemical
vapor deposition)法によって、チタンの炭化物、窒化
物、炭窒化物を単層または複数層形成することはよく知
られている。

【０００５】しかし、このチタン系被膜は、耐摩耗性や
靭性に優れるが、耐酸化性に劣ると言われている。最近
の切削工具の動向として、（１）加工能率を一層向上さ
せるため、切削速度がより高速になりつつあること、
（２）切削油剤の削減のためのドライ加工化が進みつつ
あること等から、工具の刃先温度はますます高温になる
傾向があり、被膜の耐酸化特性の向上は非常に重要にな
ってきた。

【０００６】そこで、このチタン系被膜にアルミニウム
を添加することにより、セラミックスコーティング膜の
耐摩耗性と耐酸化性とを両立させる方法が開発されてい
る。たとえば、３元素系の窒化チタンアルミニウム
（（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ）膜が開発されている。現在では、
そのようなセラミックスコーティング膜の成分として、
たとえば特公平５−６７７０５号公報に開示されている
炭窒化チタンアルミニウム（（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ）膜が
用いられつつある。この炭窒化チタンアルミニウム膜
は、切削加工中にその表面が酸化され、チタンやアルミ
ニウムの酸化物を形成する。特にアルミニウムの酸化物
であるアルミナは高い高温硬度と優れた安定性を有して
いるため、炭窒化チタンアルミニウム膜で被覆された切
削工具は、最近の切削工具の高速化や高硬度の被削材の
加工に対応可能な優れた性能を示している。

【０００７】さらに、現在では、４元素系、５元素系の
セラミックスコーティング膜が提案されている。たとえ
ば、特開平１１−８０９３２号公報には（Ｔｉ，Ａｌ，
Ｐｂ）Ｎ膜と（Ｔｉ，Ａｌ，Ｐｂ）ＣＮ膜が開示されて
いる。特開平１１−８０９３３号公報には（Ｔｉ，Ａ
ｌ，Ｃｕ）Ｎ膜と（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ）ＣＮ膜が開示さ
れている。特開２０００−１２９４２４には（Ａｌ，Ｔ
ｉ，Ｖ）（ＮＣ）膜が開示されている。

【０００８】これらの公報に開示された膜は、特に鋼な
どの断続切削を高速に行った場合に靭性不足で刃先にチ
ッピングが発生しやすく、比較的短時間に切削寿命に到
達していた等の問題に対する改善を目的とするものであ
った。しかしながら、最近では、被削材の種類も多岐に
わたり、切削される材料が工具に溶着しやすい場合が多
くなってきた。この場合、工具の切れ刃近傍に被削材が
溶着し、上記のようなコーティング膜では切れ刃の欠け
を誘発させるという欠点があった。

【０００９】そこで、特開平１０−１５８８６１号公報
では、切削工具の表面での被削材の溶着を防ぐために、
耐摩耗性被膜として窒化チタン膜と複合窒化膜を切削工
具の表面に形成することが提案されている。ここで、窒
化チタン膜は切削工具の基材の表面に接して形成されて
おり、複合窒化膜は窒化チタン膜の上に形成され、チタ
ンとバナジウムと窒素とを含有する。そして、耐摩耗性
被膜の最表面が酸化バナジウムを含む融点が１０００℃
以下の低融点酸化物で被覆されている。このように低融
点の酸化物で耐摩耗性被膜を被覆するのは、切削中の摩
擦熱で酸化物が軟化または溶融状態になり、溶着した被
削材が容易に脱落し、溶着そのものを生じなくするため
である。

【００１０】しかし、近年、切削工具の加工能率を一層
向上させるために切削速度がより高速になることに加
え、特に、対環境対策として、切削油剤削減のためのド
ライ（乾式）加工化が進みつつある。これらのことか
ら、切削工具の刃先温度は益々高温になる傾向にあるの
で、今後用いられる工具の材料には高温における耐摩耗
性が要求されるとともに、刃先での溶着欠損を防ぐため
の潤滑性が同時に求められるようになってきている。

【００１１】そこで、特開２０００−１７６７０５で
は、工具上にＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃
もしくはこれらの組合せを含む硬質物質をコーティング
した後に、さらに硬質炭素系潤滑膜を被覆した工具部材
が提案されている。この公報では、コーティング工具上
に安定した耐久性を有し、かつ量産性に適した安価な、
硬質炭素系潤滑膜を提供するために、硬質炭素系潤滑膜
の下に、シリコンと炭素、もしくはシリコン、炭素およ
び窒素を含む成分からなる中間層を有し、その中間層の
下に界面と接する厚さ０．０２μｍ以上０．５μｍ以下
のシリコンの単体の層を形成している。

【００１２】しかし、硬質炭素系潤滑膜の密着性を高め
るために、硬質炭素系潤滑膜の下に形成される、シリコ
ンを含む層は、耐摩耗性が低く、脆いという問題があ
る。

【００１３】また、上記の公報で開示された方法によれ
ば、最表面層の硬質炭素系被膜は炭化水素系のガスを用
いてイオンプレーティングとプラズマＣＶＤの手法によ
って形成されるため、被膜中に水素原子が含まれてしま
う。通常、硬質炭素系被膜中の水素原子は大気中におい
て約３５０℃以上の温度で膜中から脱離することがわか
っている。水素が脱離した後、硬質炭素系被膜はグラフ
ァイトに変態し、その硬度が極端に低下する。従って、
このような被膜を過酷な切削環境下で使用することは困
難である。

【００１４】そこで、この発明の目的は、上述のような
技術的な背景に鑑みてなされたものであり、高温におけ
る耐摩耗性を備え、断続切削での欠損を低減するととも
に、溶着による欠損を防止するための潤滑性を同時に備
えた切削工具を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の一つの局面に
従った切削工具（以下、「切削工具１」という）は、基
材と、この基材の上に形成された、チタン（Ｔｉ）、ク
ロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群よ
り選ばれた２種以上の元素と炭素（Ｃ）および窒素
（Ｎ）からなる群より選ばれた１種以上の元素とからな
る化合物を含む耐摩耗性被膜と、この耐摩耗性被膜の上
に接するように形成された潤滑性被膜とを備える。

【００１６】切削工具１においては、耐摩耗性被膜を形
成する化合物は極めて硬く、耐酸化温度が高いため、切
削工具の耐摩耗性を向上させるとともに、寿命を長くす
ることができる。また、耐摩耗性被膜の上に接するよう
に潤滑性被膜が形成されているので、被削材の切り屑の
排出性が良好になるとともに、切削工具の表面上への被
削材の溶着を抑制することができ、その結果として切れ
刃の折損を防止することができる。

【００１７】この発明のもう一つの局面に従った切削工
具（以下、「切削工具２」という）は、基材と、この基
材の上に形成された、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム
（Ｚｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選
ばれた１種以上の元素と炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）か
らなる群より選ばれた１種以上の元素とからなる化合物
を含む耐摩耗性被膜と、この耐摩耗性被膜の上に接する
ように形成された潤滑性被膜とを備える。

【００１８】切削工具２においては、耐摩耗性被膜を形
成する化合物は極めて硬く、耐酸化温度が高いため、切
削工具の耐摩耗性を向上させるとともに、寿命を長くす
ることができる。また、耐摩耗性被膜は潤滑性被膜との
密着性がよいため、付着力強化層としての役割も兼ね備
える。従って、耐摩耗性被膜の上に接するように潤滑性
被膜が形成されていることによって、潤滑性被膜が剥離
することなく、被削材の切り屑の排出性が良好になると
ともに、切削工具の表面上への被削材の溶着を抑制する
ことができ、その結果として切削初期における切れ刃の
折損を防止することができる。

【００１９】切削工具１と２において、潤滑性被膜は硬
質炭素膜を含むのが好ましい。硬質炭素膜は、アモルフ
ァス状の炭素膜または水素化炭素膜であり、ａ−Ｃ、ａ
−Ｃ：Ｈ、ｉ−Ｃ、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬ
Ｃ）などとも称される。この硬質炭素膜は、高い硬度を
有し、平面平滑性に優れ、低い摩擦係数を有するので、
潤滑性被膜として好ましい。

【００２０】このような硬質炭素膜は、主成分が炭素で
あり、特に成膜中に不可避的に混入してしまう不純物を
除くと、実質的に炭素のみからなるのが好ましい。ま
た、硬質炭素膜は不可避的不純物としてアルゴン（Ａ
ｒ）を含んでいてもよい。

【００２１】硬質炭素膜のヌープ硬度（Ｈｋ）は８００
ｋｇ／ｍｍ²以上、３５００ｋｇ／ｍｍ²以下であること
が好ましい。ここで、ヌープ硬度が８００ｋｇ／ｍｍ²
未満の場合、硬質炭素膜の耐摩耗性が低くなり、工具寿
命が短くなる。また、ヌープ硬度が３５００ｋｇ／ｍｍ
²を超える場合、硬質炭素膜の耐摩耗性が向上するが、
硬質炭素膜の内部に蓄積される圧縮応力が大きくなり、
膜の剥離が発生する。硬質炭素膜のヌープ硬度（Ｈｋ）
は１０００ｋｇ／ｍｍ²以上、２５００ｋｇ／ｍｍ²以下
であることがさらに好ましい。

【００２２】また、潤滑性被膜は、硬質炭素膜と、チタ
ン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、
ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、硼素（Ｂ）、
アルミニウム（Ａｌ）およびケイ素（Ｓｉ）からなる群
より選ばれた１種以上の元素を含む非炭素膜とを含むの
が好ましい。この場合、硬質炭素膜と非炭素膜とが交互
に積層されることにより潤滑性被膜が構成されてもよ
い。ここで、硬質炭素膜と非炭素膜とを交互に積層する
のは、内部応力緩和層として上記の非炭素膜が作用する
からである。

【００２３】さらに、潤滑性被膜は、硬質炭素膜と、チ
タン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚ
ｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、硼素
（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）およびケイ素（Ｓｉ）か
らなる群より選ばれた１種以上の元素と炭素（Ｃ）、窒
素（Ｎ）および酸素（Ｏ）からなる群より選ばれた１種
以上の元素とからなる化合物を含む化合物膜とを含むの
が好ましい。この場合、硬質炭素膜と化合物膜とが交互
に積層されることによって潤滑性被膜が構成されてもよ
い。ここで、硬質炭素膜と化合物膜とを交互に積層する
のは、上記の化合物膜が内部応力を緩和するように働く
からである。

【００２４】切削工具１においては、潤滑性被膜の厚み
は０．５μｍ以上５μｍ以下であるのが好ましい。ここ
で、潤滑性被膜の厚みを０．５μｍ以上５μｍ以下に限
定している理由として、厚みが０．５μｍ未満になると
潤滑性被膜がすぐに摩耗してなくなってしまうからであ
り、５μｍを超えると潤滑性被膜に蓄積される残留応力
が大きくなって膜が剥離してしまうからである。

【００２５】切削工具２においては、潤滑性被膜の厚み
は０．１μｍ以上５μｍ以下であるのが好ましい。ここ
で、潤滑性被膜の厚みを０．１μｍ以上５μｍ以下に限
定している理由として、厚みが０．１μｍ未満になると
潤滑性被膜がすぐに摩耗してなくなってしまうからであ
り、５μｍを超えると潤滑性被膜に蓄積される残留応力
が大きくなって膜が剥離してしまうからである。潤滑性
被膜の厚みは０．１μｍ以上３μｍ以下であるのがさら
に好ましい。

【００２６】切削工具１においては、耐摩耗性被膜は、
チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム
（Ａｌ）からなる群より選ばれた２種以上の元素と炭素
（Ｃ）および窒素（Ｎ）からなる群より選ばれた１種以
上の元素とからなる化合物の膜から構成される複数層を
含むのが好ましい。切削工具２においては、耐摩耗性被
膜は、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびア
ルミニウム（Ａｌ）からなる群より選ばれた１種以上の
元素と炭素（Ｃ）および窒素（Ｎ）からなる群より選ば
れた１種以上の元素とからなる化合物の膜から構成され
る複数層を含むのが好ましい。この場合、耐摩耗性被膜
を複数層から構成することにより、耐摩耗性と密着性を
さらに向上させることができる。上記の化合物の膜をマ
イクロメートルオーダーの厚みで形成し、その膜を数層
から数十層積層させて耐摩耗性被膜を構成してもよい。
また、上記の化合物の膜をナノメートルオーダーの厚み
で形成し、その膜を数百層から数千層積層させて耐摩耗
性被膜を構成してもよい。

【００２７】切削工具１においては、耐摩耗性被膜の厚
みは０．５μｍ以上１０μｍ以下であるのが好ましい。
耐摩耗性被膜の厚みが０．５μｍ未満であると、耐摩耗
性被膜がすぐに摩耗して耐摩耗性が不十分となるからで
ある。また、耐摩耗性被膜の厚みが１０μｍを超える
と、耐摩耗性被膜に蓄積される残留応力が大きくなって
膜が剥離してしまうからである。

【００２８】切削工具２においては、耐摩耗性被膜の厚
みは０．１μｍ以上１０μｍ以下であるのが好ましい。
耐摩耗性被膜の厚みが０．１μｍ未満であると、耐摩耗
性被膜がすぐに摩耗して耐摩耗性が不十分となるからで
ある。また、耐摩耗性被膜の厚みが１０μｍを超える
と、耐摩耗性被膜に蓄積される残留応力が大きくなって
膜が剥離してしまうからである。耐摩耗性被膜の厚みは
０．５μｍ以上５μｍ以下であるのがさらに好ましい。

【００２９】切削工具１においては、耐摩耗性被膜の表
面粗度は、Ｒａ表示で０．０３μｍ以上０．５μｍ以下
であるのが好ましい。耐摩耗性被膜の表面粗度がＲａ表
示で０．５μｍを超えると、表面に存在する突起が潤滑
性の効果を阻害してしまうからである。

【００３０】切削工具２においては、耐摩耗性被膜の表
面粗度は、Ｒａ表示で０．０１μｍ以上０．５μｍ以下
であるのが好ましい。耐摩耗性被膜の表面粗度がＲａ表
示で０．５μｍを超えると、表面に存在する突起が潤滑
性の効果を阻害してしまうからである。

【００３１】切削工具１の最表面が、チタン（Ｔｉ）、
クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群
より選ばれた１種以上の元素と炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）
および酸素（Ｏ）からなる群より選ばれた１種以上の元
素とからなる化合物の膜で被覆されているのが好まし
い。切削工具２の最表面が、チタン（Ｔｉ）、ジルコニ
ウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａ
ｌ）からなる群より選ばれた１種以上の元素と炭素
（Ｃ）、窒素（Ｎ）および酸素（Ｏ）からなる群より選
ばれた１種以上の元素とからなる化合物の膜で被覆され
ているのが好ましい。上記の化合物の膜で切削工具１ま
たは２の最表面が被覆されていると、表面の外観の色調
が統一され、商品価値が向上するとともに、使用済みの
コーナを識別することが容易になる。

【００３２】切削工具１においては、基材の表面と耐摩
耗性被膜との間に、チタン（Ｔｉ）膜、窒化チタン（Ｔ
ｉＮ）膜、クロム（Ｃｒ）膜および窒化クロム（Ｃｒ
Ｎ）膜からなる群より選ばれた１種以上の膜を含む中間
層が形成されていてもよい。この場合、上記の中間層
は、基材の表面と耐摩耗性被膜との両者に対して密着性
がよいので、耐摩耗性被膜の基材に対する付着力を一層
向上させることができる。このため、耐摩耗性被膜が基
材から剥離することなく、切削工具の寿命をさらに向上
させることができる。中間層の厚みは０．０５μｍ以上
１．０μｍ以下であるのが好ましい。

【００３３】切削工具２においては、基材の表面と耐摩
耗性被膜との間に、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族元素
からなる群より選ばれた１種以上の元素、または周期律
表第４ａ、５ａ、６ａ族元素からなる群より選ばれた１
種以上の元素の窒化物、炭窒化物または炭化物のいずれ
かを含む中間層が形成されていてもよい。この場合、上
記の中間層は、基材の表面と耐摩耗性被膜との両者に対
して密着性がよいので、耐摩耗性被膜の基材に対する付
着力を一層向上させることができる。このため、耐摩耗
性被膜が基材から剥離することなく、切削工具の寿命を
さらに向上させることができる。特に、チタン（Ｔ
ｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、クロム（Ｃｒ）、窒化チ
タン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）または窒
化クロム（ＣｒＮ）のいずれかを含む中間層は、密着性
の観点から好ましい。また、耐摩耗性被膜と潤滑性被膜
との間にも、上記の中間層が形成されていてもよい。特
に、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）またはクロ
ム（Ｃｒ）を含む中間層は、潤滑性被膜を構成する硬質
炭素膜の炭素と化学的な結合を持つため、潤滑性被膜に
対して強固な密着力が得られるので、好ましい。中間層
の厚みが０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であれば、密着
性向上の点で好ましい。中間層の厚みが０．５ｎｍ未満
では、基材の全表面を均一に被覆することができないの
で、中間層の基材に対する十分な密着性を得ることがで
きない。また、厚みが１００ｎｍを超える中間層を形成
しても、さらなる密着力の向上を得ることができないの
で、生産コストの観点から好ましくない。

【００３４】切削工具１と２において、耐摩耗性被膜、
潤滑性被膜および中間層のすべての膜をアークイオン式
イオンプレーティング法またはスパッタリング法で形成
するのが好ましい。この場合、各被膜の密着性が向上す
る。さらに、各被膜をスパッタリング法で形成する場合
には、スパッタリング法の中でもイオン化率の高いアン
バランスドマグネトロンスパッタリング法を採用するの
が密着性の観点から好ましい。

【００３５】切削工具１と２の基材の材料として、炭化
タングステン基超硬合金、サーメット、セラミックス、
立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体または鉄系
合金のいずれかであるのが好ましい。上記のセラミック
スは、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸
化アルミニウムまたは炭化ホウ素のいずれかであるのが
好ましい。上記の鉄系合金は、高速度鋼、ダイス鋼また
はステンレス鋼であるのが好ましい。

【００３６】切削工具１と２は、ドリル、エンドミル、
フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チ
ップ、メタルソー、歯切工具、リーマまたはタップとし
て用いられる。

【００３７】

【実施例】（実施例１）（１）サンプルの作製（ｉ）本発明品の作製基材として、グレードがＪＩＳＰ３０の超硬合金、チッ
プ形状がＪＩＳ（日本工業規格）のＳＤＫＮ４２のフラ
イス加工用刃先交換型チップを準備した。

【００３８】図１は、この発明の実施例で用いた成膜装
置の概略的な構成を示す側面図であり、図２はその概略
的な構成を示す上面図である。この成膜装置は公知のア
ークイオンプレーティング法を用いている。

【００３９】図１を参照して、成膜装置１は、チャンバ
２と、主テーブル３と、支持棒４と、アーク式蒸発源５
ａおよび５ｂと、陰極６ａおよび６ｂと、可変電源とし
ての直流電源７ａ、７ｂおよび８と、ガスを供給するた
めのガス導入口９と、ガス排出口１４とを備える。

【００４０】チャンバ２はガス排出口１４を通じて真空
ポンプに連結されている。これにより、チャンバ２の内
部の圧力を変化させることができる。チャンバ２の内部
には、主テーブル３と支持棒４と陰極６ａおよび６ｂが
設けられている。

【００４１】チャンバ２の内部に設けられた支持棒４は
主テーブル３を支持する。支持棒４の内部には回転軸が
設けられており、この回転軸が主テーブル３を回転させ
る。主テーブル３の上には、複数の基材１０を保持する
ための治具１１が設けられている。支持棒４、主テーブ
ル３および治具１１は直流電源８の負極と電気的に接続
されている。直流電源８の正極は接地されている。

【００４２】チャンバ２の側壁には、アーク式蒸発源５
ａとそのアーク式蒸発源５ａに接続された陰極６ａに向
かい合うように、アーク式蒸発源５ｂと陰極６ｂが取付
けられている。図２にも示すように、チャンバ２の側壁
には、アーク式蒸発源５ｃとそのアーク式蒸発源５ｃに
接続された陰極６ｃに向かい合うように、アーク式蒸発
源５ｄと陰極６ｄが取付けられている。

【００４３】図１に示すように、アーク式蒸発源５ａお
よび陰極６ａは、直流電源７ａの負極と電気的に接続さ
れている。直流電源７ａの正極は接地され、かつチャン
バ２と電気的に接続されている。アーク式蒸発源５ｂお
よび陰極６ｂは、直流電源７ｂの負極と電気的に接続さ
れている。直流電源７ｂの正極は接地され、かつチャン
バ２に電気的に接続されている。また、図１には示され
ていないが、図２に示される１対のアーク式蒸発源５ｃ
および陰極６ｃとアーク式蒸発源５ｄおよび陰極６ｄ
も、上記と同様にして直流電源の負極に電気的に接続さ
れている。

【００４４】直流電源７ａおよび７ｂは、陰極６ａおよ
び６ｂとチャンバ２との間のアーク放電によって、アー
ク式蒸発源５ａおよび５ｂを部分的に溶解させて陰極物
質を矢印１２ａおよび１２ｂに示す方向に蒸発させる。
陰極６ａおよび６ｂとチャンバ２との間には数十ボルト
程度の電圧が印加される。アーク式蒸発源５ａは、チタ
ン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の原子比率が０．５
対０．５の化合物から形成されている。アーク式蒸発源
５ｂはチタン（Ｔｉ）から形成されている。

【００４５】ガス導入口９には、矢印１３で示す方向か
らさまざまなガスが導入される。このガスの例として、
アルゴン、窒素、水素、酸素ガス、または、たとえばメ
タン、アセチレン、ベンゼンなどの炭化水素ガスなどが
ある。

【００４６】まず、図１で示すような成膜装置を用い
て、主テーブル３を回転させながら、真空ポンプにより
ガス排出口１４から矢印１５で示す方向にガスを排出さ
せることによってチャンバ２の内部を減圧した。このと
き、ヒータ（図示せず）により基材１０を温度４５０℃
または５００℃に加熱した状態で、チャンバ２の内部の
圧力が８×１０^-4Ｐａまたは１．３×１０^-3Ｐａとなる
まで真空引きを行なった。次に、ガス導入口９から矢印
１３で示す方向にアルゴンガスを導入してチャンバ２の
内部の圧力を２．７Ｐａに保持し、直流電源８の電圧を
徐々に上げながら、−１０００Ｖとし、基材１０の表面
のクリーニングを１０分間行なった。その後、アルゴン
ガスをガス排出口１４から矢印１５で示す方向に排気し
た。

【００４７】次に、直流電源８の電圧を−１０００Ｖに
維持したまま、チャンバ２の内部にガス導入口９から、
矢印１３で示す方向に流量１００ＳＣＣＭ（２５℃、１
気圧の標準状態での流量：ｃｍ³／ｍｉｎ）のアルゴン
と窒素の混合ガスを導入した。直流電源７ｂから陰極６
ｂに８０Ａのアーク電流を供給し、陰極６ｂのアーク式
蒸発源５ｂからチタンイオンを発生させた。これによ
り、チタンイオンが基材１０の表面をスパッタクリーニ
ングし、基材１０の表面の強固な汚れや酸化膜が除去さ
れた。

【００４８】その後、チャンバ２の内部の圧力が４Ｐａ
になるように、ガス導入口９から窒素ガスを導入し、直
流電源８の電圧を−１５０Ｖまたは−２００Ｖとした。
これにより、基材１０の表面において窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）膜の形成が開始した。窒化チタン膜の厚みが所定の
厚みに達するまでこの状態を維持した。このようにし
て、中間層としての窒化チタン膜を形成した。

【００４９】中間層として窒化クロム（ＣｒＮ）膜を形
成する場合には、陰極６ｂのアーク式蒸発源５ｂとして
チタンの代わりにクロム（Ｃｒ）を用いる以外は、膜形
成条件を窒化チタン膜の膜形成条件と全く同じ条件とし
た。

【００５０】また、中間層としてチタン（Ｔｉ）膜を形
成する場合には、窒素ガスを導入しない状態で、直流電
源８の電圧を−２００Ｖとした。

【００５１】中間層としてクロム（Ｃｒ）膜を形成する
場合には、陰極６ｂのアーク式蒸発源５ｂとしてチタン
の代わりにクロム（Ｃｒ）を用いて、かつ、窒素ガスを
導入しない状態で、直流電源８の電圧を−２００Ｖとし
た。

【００５２】中間層として窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）
膜を形成する場合には、陰極６ｂのアーク式蒸発源５ｂ
としてチタンの代わりにジルコニウム（Ｚｒ）を用いる
以外は、膜形成条件を窒化チタン膜の膜形成条件と全く
同じ条件とした。

【００５３】中間層としてジルコニウム（Ｚｒ）膜を形
成する場合には、陰極６ｂのアーク式蒸発源５ｂとして
チタンの代わりにジルコニウム（Ｚｒ）を用いて、か
つ、窒素ガスを導入しない状態で、直流電源８の電圧を
−２００Ｖとした。

【００５４】中間層の形成が終了すると、上記の状態の
ままで、直流電源７ａから陰極６ａに、９５Ａの電流を
供給した。これにより、陰極６ａに設けられたアーク式
蒸発源５ａを形成するチタンとアルミニウムの化合物が
矢印１２ａで示す方向に蒸発し、基材１０の表面に所定
の厚みの耐摩耗性被膜としての窒化チタンアルミニウム
（（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ）膜を形成した。窒化チタンアルミ
ニウム膜の組成式を（Ｔｉ_X，Ａｌ_1-X）Ｎとした場合、
Ｘは０．３≦Ｘ≦０．８の範囲内であるのが好ましい。
このため、アーク式蒸発源５ａを形成する化合物の組成
式を（Ｔｉ_X，Ａｌ_1-X）とすると、Ｘは０．３≦Ｘ≦
０．８の範囲内であるのが好ましい。

【００５５】耐摩耗性被膜として炭窒化チタンアルミニ
ウム（（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ）膜を形成する場合には、チ
ャンバ２の内部の圧力が４Ｐａになるようにガス導入口
９から窒素とメタンの混合ガスを導入する以外は、膜形
成条件を窒化チタンアルミニウム膜の膜形成条件と同じ
に設定した。

【００５６】また、窒化チタンクロムアルミニウム
（（Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ）Ｎ）膜を耐摩耗性被膜として形
成する場合には、アーク式蒸発源５ａを形成する化合物
の組成式をＴｉ_xＣｒ_yＡｌ_z（０．１≦ｘ≦０．８、
０．１≦ｙ≦０．８、０．１≦ｚ≦０．８、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１）とするのが好ましい。

【００５７】炭窒化チタンクロムアルミニウム（（Ｔ
ｉ，Ｃｒ，Ａｌ）ＣＮ）膜を形成する場合には、アーク
式蒸発源５ａを形成する化合物の組成式をＴｉ_0.33Ｃｒ
_0.33Ａｌ_0.33とし、膜形成条件を炭窒化チタンアルミニ
ウム膜の膜形成条件と同じに設定した。アーク式蒸発源
５ａを形成する化合物の組成式をＴｉ_xＣｒ_yＡｌ
_z（０．１≦ｘ≦０．８、０．１≦ｙ≦０．８、０．１
≦ｚ≦０．８、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）とするのが好ましい。

【００５８】窒化クロムアルミニウム（（Ｃｒ，Ａｌ）
Ｎ）膜を形成する場合には、アーク式蒸発源５ａを形成
する化合物の組成式をＣｒ_0.5Ａｌ_0.5とし、膜形成条件
を窒化チタンアルミニウム膜の膜形成条件と同じに設定
した。アーク式蒸発源５ａを形成する化合物の組成式を
（Ｃｒ_X，Ａｌ_1-X）とすると、Ｘは０．３≦Ｘ≦０．８
の範囲内であるのが好ましい。

【００５９】炭窒化クロムアルミニウム（（Ｃｒ，Ａ
ｌ）ＣＮ）膜を形成する場合には、アーク式蒸発源５ａ
を形成する化合物の組成式をＣｒ_0.5Ａｌ_0.5とし、膜形
成条件を炭窒化チタンアルミニウム膜の膜形成条件と同
じに設定した。アーク式蒸発源５ａを形成する化合物の
組成式を（Ｃｒ_X，Ａｌ_1-X）とすると、Ｘは０．３≦Ｘ
≦０．８の範囲内であるのが好ましい。

【００６０】耐摩耗性被膜として窒化チタンクロム
（（Ｔｉ，Ｃｒ）Ｎ）膜を形成する場合には、アーク式
蒸発源５ａを形成する化合物の組成式をＴｉ_0.5Ｃｒ_0.5
とし、膜形成条件を窒化チタンアルミニウム膜の膜形成
条件と同じに設定した。アーク式蒸発源５ａを形成する
化合物の組成式を（Ｔｉ_X，Ｃｒ_1-X）とすると、Ｘは
０．３≦Ｘ≦０．８の範囲内であるのが好ましい。

【００６１】炭窒化チタンクロム（（Ｔｉ，Ｃｒ）Ｃ
Ｎ）膜を形成する場合には、アーク式蒸発源５ａを形成
する化合物の組成式をＴｉ_0.5Ｃｒ_0.5とし、膜形成条件
を炭窒化チタンアルミニウム膜の膜形成条件と同じに設
定した。アーク式蒸発源５ａを形成する化合物の組成式
を（Ｔｉ_X，Ｃｒ_1-X）とすると、Ｘは０．３≦Ｘ≦０．
８の範囲内であるのが好ましい。

【００６２】耐摩耗性被膜として窒化ジルコニウム（Ｚ
ｒＮ）膜を形成する場合には、陰極６ｂのアーク式蒸発
源５ｂとしてチタンの代わりにジルコニウム（Ｚｒ）を
用いる以外は、膜形成条件を中間層としての窒化チタン
膜の膜形成条件と全く同じ条件とした。

【００６３】また、窒化チタンジルコニウムアルミニウ
ム（（Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌ）Ｎ）膜を耐摩耗性被膜として
形成する場合には、アーク式蒸発源５ａを形成する化合
物の組成式をＴｉ_xＺｒ_yＡｌ_z（０．１≦ｘ≦０．８、
０．１≦ｙ≦０．８、０．１≦ｚ≦０．８、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１）とするのが好ましい。

【００６４】炭窒化チタンジルコニウムアルミニウム
（（Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌ）ＣＮ）膜を形成する場合には、
アーク式蒸発源５ａを形成する化合物の組成式をＴｉ
_0.33Ｚｒ _0.33Ａｌ_0.33とし、膜形成条件を炭窒化チタン
アルミニウム膜の膜形成条件と同じに設定した。アーク
式蒸発源５ａを形成する化合物の組成式をＴｉ_xＺｒ_yＡ
ｌ _z（０．１≦ｘ≦０．８、０．１≦ｙ≦０．８、０．
１≦ｚ≦０．８、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）とするのが好まし
い。

【００６５】窒化ジルコニウムアルミニウム（（Ｚｒ，
Ａｌ）Ｎ）膜を形成する場合には、アーク式蒸発源５ａ
を形成する化合物の組成式をＺｒ_0.5Ａｌ_0.5とし、膜形
成条件を窒化チタンアルミニウム膜の膜形成条件と同じ
に設定した。アーク式蒸発源５ａを形成する化合物の組
成式を（Ｚｒ_X，Ａｌ_1-X）とすると、Ｘは０．３≦Ｘ≦
０．８の範囲内であるのが好ましい。

【００６６】炭窒化ジルコニウムアルミニウム（（Ｚ
ｒ，Ａｌ）ＣＮ）膜を形成する場合には、アーク式蒸発
源５ａを形成する化合物の組成式をＺｒ_0.5Ａｌ_0.5と
し、膜形成条件を炭窒化ジルコニウムアルミニウム膜の
膜形成条件と同じに設定した。アーク式蒸発源５ａを形
成する化合物の組成式を（Ｚｒ_X，Ａｌ_1-X）とすると、
Ｘは０．３≦Ｘ≦０．８の範囲内であるのが好ましい。

【００６７】耐摩耗性被膜として窒化チタンジルコニウ
ム（（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ）膜を形成する場合には、アーク
式蒸発源５ａを形成する化合物の組成式をＴｉ_0.5Ｚｒ
_0.5とし、膜形成条件を窒化チタンアルミニウム膜の膜
形成条件と同じに設定した。アーク式蒸発源５ａを形成
する化合物の組成式を（Ｔｉ_X，Ｚｒ_1-X）とすると、Ｘ
は０．３≦Ｘ≦０．８の範囲内であるのが好ましい。

【００６８】炭窒化チタンジルコニウム（（Ｔｉ，Ｚ
ｒ）ＣＮ）膜を形成する場合には、アーク式蒸発源５ａ
を形成する化合物の組成式をＴｉ_0.5Ｚｒ_0.5とし、膜形
成条件を炭窒化チタンアルミニウム膜の膜形成条件と同
じに設定した。アーク式蒸発源５ａを形成する化合物の
組成式を（Ｔｉ_X，Ｚｒ_1-X）とすると、Ｘは０．３≦Ｘ
≦０．８の範囲内であるのが好ましい。

【００６９】各サンプルについて耐摩耗性被膜の表面粗
度Ｒａ（μｍ）を測定した。次に、耐摩耗性被膜の上に
潤滑性被膜として硬質炭素膜を形成した。図示されてい
ない基板加熱ヒータを用いて基材１０の温度を２００℃
に制御し、主テーブル３に−３５Ｖまたは−５０Ｖの電
圧を直流電源８によって印加した状態で、成膜装置１の
チャンバ２の内部に窒素（Ｎ₂）ガス、メタン（ＣＨ₄）
ガス、水素（Ｈ₂）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスのいず
れか１種類または数種類を合計流量で１００ＳＣＣＭで
導入し、あるいはガスを全く導入しない状態で、真空ア
ーク放電により、陰極６ｃに設けられたアーク式蒸発源
５ｃを形成するグラファイトのターゲットを蒸発させ、
イオン化させることによって、耐摩耗性被膜の上に硬質
炭素膜を形成した。

【００７０】さらに、上記の潤滑性被膜を形成するとき
に、チャンバ２の内部にガス導入口９から反応ガスを導
入しながら、真空アーク放電により、陰極６ｄに設けら
れたアーク式蒸発源５ｄを形成する、チタン（Ｔｉ）、
クロム（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム
（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、硼素（Ｂ）、アルミニウ
ム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）のうちから選ばれる少なく
とも１種以上の金属を同時に蒸発させることによって、
耐摩耗性被膜の上に硬質炭素膜と所定の非炭素膜または
化合物膜とからなる積層構造の潤滑性被膜を形成するこ
とができた。

【００７１】なお、潤滑性被膜の上に最表面層として窒
化チタン（ＴｉＮ）膜、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）膜、
窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、
窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）膜または酸化ア
ルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）膜を形成した本発明品も作製し
た。

【００７２】（ii）従来品１と３の作製従来品１と３の作製にあたっては、陰極６ａに設けられ
たアーク式蒸発源５ａをチタンとアルミニウムの原子比
率が０．５対０．５の化合物、陰極６ｂに設けられたア
ーク式蒸発源５ｂをチタンで形成した。その他の成膜装
置１の構成については本発明品の作製と同様とした。

【００７３】成膜装置１において、まず、治具１１に基
材１０を取付け、本発明品の作製と同様にこれらを回転
させた。次に、本発明品の作製と同様の工程で基材１０
の表面をアルゴンイオンでスパッタクリーニングした
後、チタンイオンでスパッタクリーニングし、さらに厚
みが０．５μｍの窒化チタン（ＴｉＮ）膜を形成した。

【００７４】窒化チタン膜の形成が終了すると、直流電
源７ａから陰極６ａへ、従来品１では−３０Ｖの電圧
で、従来品３では−３５Ｖの電圧で、電流９５Ａの電力
を供給して、陰極６ａに設けられたアーク式蒸発源５ａ
からチタンイオン、アルミニウムイオンを発生させた。
また、ガス導入口９から窒素ガスを導入し、主テーブル
３に−２００Ｖの電圧を直流電源８によって印可した。
チタンイオンとアルミニウムイオンと窒素ガスとが反応
して基材１０の表面の窒化チタン膜上に厚みが３μｍの
窒化チタンアルミニウム（（Ｔｉ_0.5，Ａｌ_0.5）Ｎ）膜
を形成した。

【００７５】（iii）従来品２と４の作製従来品２と４の作製にあたっては、陰極６ａに設けられ
るアーク式蒸発源５ａと陰極６ｂに設けられるアーク式
蒸発源５ｂをチタンで形成した。その他の成膜装置１の
構成については従来品１の作製の場合と同様とした。

【００７６】成膜装置１において、まず、治具１１に基
材１０を取付けて、本発明品の作製と同様にこれらを回
転させた。次に、本発明品の作製と同様の工程で基材１
０の表面をアルゴンイオンでスパッタクリーニングした
後、チタンイオンでスパッタクリーニングし、さらに厚
みが０．５μｍの窒化チタン（ＴｉＮ）膜を形成した。

【００７７】窒化チタン膜の形成が終了すると、直流電
源７ａから陰極６ａへ、従来品２では−３０Ｖの電圧
で、従来品４では−３５Ｖの電圧で、電流９５Ａの電力
を供給して、陰極６ａに設けられたアーク式蒸発源５ａ
からチタンイオンを発生させた。また、ガス導入口９か
らメタン（ＣＨ₄）ガスと窒素（Ｎ₂）ガスを導入し、主
テーブル３に−２００Ｖの電圧を印可した。これらのガ
スとチタンイオンとが反応して基材１０の表面の窒化チ
タン膜上に厚みが３μｍの炭窒化チタン（Ｔｉ
（Ｃ_0.5，Ｎ_0.5））膜を形成した。

【００７８】以上のようにして、表１〜表４に示すよう
な膜の構成を有する本発明品Ｎｏ．１〜９７、従来品Ｎ
ｏ．１〜４を作製した。

【００７９】（２）切削試験評価上述の工程で製造したサンプルである本発明品Ｎｏ．１
〜９７、従来品Ｎｏ．１〜４のそれぞれについて、実際
に被削材として熱間ダイス鋼（ＪＩＳＳＫＤ６１）を
用いて正面フライス加工を実施し、切削工具の寿命を評
価した。切削条件は、切削速度５０ｍ／ｍｉｎ、送り
０．３ｍｍ／刃、切込２ｍｍ、ドライ条件とした。な
お、寿命の判定は、本発明品Ｎｏ．１〜４７、従来品Ｎ
ｏ．１〜２については、切削長さが１５ｍでの逃げ面の
摩耗量（ｍｍ）、本発明品Ｎｏ．４８〜９４、従来品Ｎ
ｏ．３〜４については、切削長さが２０ｍでの逃げ面の
摩耗量（ｍｍ）によって行なった。これらの寿命の評価
結果を表１〜表４に示す。

【００８０】また、表３〜４に示される本発明品Ｎｏ．
４８〜９７については、潤滑性被膜のヌープ硬度（ｋｇ
／ｍｍ²）も測定した。これらの硬度の測定結果も表３
〜４に示す。

【００８１】

【表１】

【００８２】

【表２】

【００８３】

【表３】

【００８４】

【表４】

【００８５】表１〜表４から明らかなように、本発明品
Ｎｏ．１〜４７は、従来品Ｎｏ．１およびＮｏ．２に対
して、本発明品Ｎｏ．４８〜９７は、従来品Ｎｏ．３お
よびＮｏ．４に対して、切削工具の寿命が大きく向上し
たことが確認された。

【００８６】（実施例２）実施例１と同じ方法によっ
て、基材としてリーマ（ＪＩＳＫ１０超硬合金）の表面
上にそれぞれコーティングを行ない、サンプルである本
発明品（膜の構成については表１の本発明品Ｎｏ．２と
同じとした）、従来品１（膜の構成については表２の従
来品Ｎｏ．１と同じとした）および従来品２（膜の構成
については表２の従来品Ｎｏ．２と同じとした）を作製
した。

【００８７】次に、これらのサンプルを用いて、実際に
鋳鉄の穴あけ加工を行ない、その寿命評価を行なった。
切削条件は、リーマ径１５ｍｍ、切削速度１０ｍ／ｍｉ
ｎ、送り０．０５ｍｍ／刃、切込０．１５ｍｍ、ウェッ
ト条件とした。なお、寿命の判定は、被加工材の寸法精
度が規定の範囲を外れた時点とした。

【００８８】その結果、本発明品では４２０００個の穴
あけ加工を行なった時点で寸法精度が規定の範囲を外れ
たが、従来品１では４５００個の穴あけ加工、従来品２
では４２００個の穴あけ加工を行なった時点で、それぞ
れ寸法精度が規定の範囲を外れた。したがって、本発明
品のリーマの寿命は従来品に比べて大きく向上している
ことが確認された。

【００８９】（実施例３）実施例１と同じ方法により、
基材としてエンドミル（ＪＩＳＫ１０超硬合金）の表面
上にそれぞれコーティングを行ない、サンプルである本
発明品（膜の構成については表１の本発明品Ｎｏ．２と
同じにした）、従来品１（膜の構成については表２の従
来品Ｎｏ．１と同じとした）および従来品２（膜の構成
については表２の従来品Ｎｏ．２と同じとした）を作製
した。

【００９０】次に、これらのサンプルを用いて、実際に
鋳鉄のエンドミル側面削り（切削幅１５ｍｍ）加工を行
ない、その寿命評価を行なった。切削条件は、切削速度
７５ｍ／ｍｉｎ、送り０．０２ｍｍ／刃、切込２ｍｍ、
ウェット条件とした。なお、寿命の判定は、被加工材の
寸法精度が規定の範囲を外れた時点とした。

【００９１】その結果、本発明品では長さ２０ｍのエン
ドミル側面削り加工を行なった時点で寸法精度が規定の
範囲を外れたが、従来品１では長さ１．８ｍ、従来品２
では長さ１．４ｍのエンドミル側面削り加工を行なった
時点で、それぞれ寸法精度が規定の範囲を外れた。した
がって、本発明品のエンドミルの寿命が従来品に比べて
大きく向上していることが確認された。

【００９２】（実施例４）実施例１と同じ方法により、
旋削用刃先交換型チップ（ＪＩＳＰ１０超硬合金、刃先
形状はすくい角が８°、逃げ角が６°）を基材として用
いて、その基材の表面上にコーティングを行ない、サン
プルである本発明品（膜の構成は表１の本発明品Ｎｏ．
２と同じとした）、従来品１（膜の構成については表２
の従来品Ｎｏ．１と同じとした）および従来品２（膜の
構成については表２の従来品Ｎｏ．２と同じとした）を
作製した。

【００９３】次に、これらのサンプルを用いて、実際に
鋼の中仕上げ旋削加工を行ない、その寿命評価を行なっ
た。切削条件は、切削速度１８０ｍ／ｍｉｎ、送り０．
２ｍｍ／刃とした。なお、寿命の判定は、被加工材の寸
法精度が規定の範囲を外れた時点とした。

【００９４】その結果、本発明品では１８０分間、中仕
上げ旋削加工を行なった時点で寸法精度が規定の範囲を
外れたが、従来品１では４８分間、従来品２では５２分
間、中仕上げ旋削加工を行なった時点で寸法精度が規定
の範囲を外れた。したがって、本発明品の旋削用刃先交
換型チップの寿命が従来品に比べて大きく向上している
ことが確認された。

【００９５】（実施例５）実施例１と同じ方法により、
直径が８ｍｍのドリル（ＪＩＳＫ１０超硬合金）を基材
として用いて、その基材の表面上にコーティングを行な
い、サンプルである本発明品（膜の構成については表１
の本発明品Ｎｏ．２と同じにした）、従来品１（膜の構
成については表２の従来品Ｎｏ．１と同じにした）およ
び従来品２（膜の構成については表２の従来品Ｎｏ．２
と同じにした）を作製した。

【００９６】次に、これらのサンプルを用いて、実際に
ＳＣＭ４４０（ＪＩＳ呼称）の穴あけ（深さが３２ｍｍ
の止まり穴）加工を行ない、その寿命評価を行なった。
切削条件は、切削速度７０ｍ／ｍｉｎ、送り０．５ｍｍ
／回転、切削油剤なし（完全乾式）条件とした。なお、
寿命の判定は、穴あけ個数と切削動力の関係で行なっ
た。

【００９７】その結果、本発明品のドリルでは６５０個
穴あけを行なっても、切削動力はほぼ変化せず、一定の
切削動力で穴あけ加工を続けることができた。また、本
発明品では、目標の切削長である２０ｍをクリアし、優
れた特性が得られた。

【００９８】一方、従来品１と２では、いずれも２個目
の穴あけ加工で切削動力が急上昇したため、これ以上穴
あけ加工を続けることができなくなった。これらのこと
から、本発明品では、切削油剤が存在しない完全乾式状
態で安定に切削できることと、寿命が大きく向上してい
ることが確認できた。

【００９９】（実施例６）実施例１と同じ方法によっ
て、基材としてリーマ（ＪＩＳＫ１０超硬合金）の表面
上にそれぞれコーティングを行ない、サンプルである本
発明品（膜の構成については表３の本発明品Ｎｏ．４９
と同じとした）、従来品３（膜の構成については表４の
従来品Ｎｏ．３と同じとした）および従来品２（膜の構
成については表４の従来品Ｎｏ．４と同じとした）を作
製した。

【０１００】次に、これらのサンプルを用いて、実際に
鋳鉄の穴あけ加工を行ない、その寿命評価を行なった。
切削条件は、リーマ径１６ｍｍ、切削速度１０ｍ／ｍｉ
ｎ、送り０．０５ｍｍ／刃、切込０．１５ｍｍ、ウェッ
ト条件とした。なお、寿命の判定は、被加工材の寸法精
度が規定の範囲を外れた時点とした。

【０１０１】その結果、本発明品では３９０００個の穴
あけ加工を行なった時点で寸法精度が規定の範囲を外れ
たが、従来品３では４１００個の穴あけ加工、従来品４
では４０６０個の穴あけ加工を行なった時点で、それぞ
れ寸法精度が規定の範囲を外れた。したがって、本発明
品のリーマの寿命は従来品に比べて大きく向上している
ことが確認された。

【０１０２】（実施例７）実施例１と同じ方法により、
基材としてエンドミル（ＪＩＳＫ１０超硬合金）の表面
上にそれぞれコーティングを行ない、サンプルである本
発明品（膜の構成については表３の本発明品Ｎｏ．４９
と同じにした）、従来品３（膜の構成については表４の
従来品Ｎｏ．３と同じとした）および従来品４（膜の構
成については表４の従来品Ｎｏ．４と同じとした）を作
製した。

【０１０３】次に、これらのサンプルを用いて、実際に
鋳鉄のエンドミル側面削り（切削幅１５ｍｍ）加工を行
ない、その寿命評価を行なった。切削条件は、切削速度
８０ｍ／ｍｉｎ、送り０．０２ｍｍ／刃、切込２ｍｍ、
ウェット条件とした。なお、寿命の判定は、被加工材の
寸法精度が規定の範囲を外れた時点とした。

【０１０４】その結果、本発明品では長さ２５ｍのエン
ドミル側面削り加工を行なった時点で寸法精度が規定の
範囲を外れたが、従来品３では長さ１．６ｍ、従来品４
では長さ１．９ｍのエンドミル側面削り加工を行なった
時点で、それぞれ寸法精度が規定の範囲を外れた。した
がって、本発明品のエンドミルの寿命が従来品に比べて
大きく向上していることが確認された。

【０１０５】（実施例８）実施例１と同じ方法により、
旋削用刃先交換型チップ（ＪＩＳＰ１０超硬合金、刃先
形状はすくい角が８°、逃げ角が６°）を基材として用
いて、その基材の表面上にコーティングを行ない、サン
プルである本発明品（膜の構成は表３の本発明品Ｎｏ．
４９と同じとした）、従来品３（膜の構成については表
３の従来品Ｎｏ．３と同じとした）および従来品４（膜
の構成については表４の従来品Ｎｏ．４と同じとした）
を作製した。

【０１０６】次に、これらのサンプルを用いて、実際に
鋼の中仕上げ旋削加工を行ない、その寿命評価を行なっ
た。切削条件は、切削速度１９０ｍ／ｍｉｎ、送り０．
２ｍｍ／刃とした。なお、寿命の判定は、被加工材の寸
法精度が規定の範囲を外れた時点とした。

【０１０７】その結果、本発明品では１９０分間、中仕
上げ旋削加工を行なった時点で寸法精度が規定の範囲を
外れたが、従来品３では４９分間、従来品４では５９分
間、中仕上げ旋削加工を行なった時点で寸法精度が規定
の範囲を外れた。したがって、本発明品の旋削用刃先交
換型チップの寿命が従来品に比べて大きく向上している
ことが確認された。

【０１０８】（実施例９）実施例１と同じ方法により、
直径が８ｍｍのドリル（ＪＩＳＫ１０超硬合金）を基材
として用いて、その基材の表面上にコーティングを行な
い、サンプルである本発明品（膜の構成については表３
の本発明品Ｎｏ．４９と同じにした）、従来品３（膜の
構成については表４の従来品Ｎｏ．３と同じにした）お
よび従来品４（膜の構成については表４の従来品Ｎｏ．
４と同じにした）を作製した。

【０１０９】次に、これらのサンプルを用いて、実際に
ＳＣＭ４４０（ＪＩＳ呼称）の穴あけ（深さが３０ｍｍ
の止まり穴）加工を行ない、その寿命評価を行なった。
切削条件は、切削速度７０ｍ／ｍｉｎ、送り０．５ｍｍ
／回転、切削油剤なし（完全乾式）条件とした。なお、
寿命の判定は、穴あけ個数と切削動力の関係で行なっ
た。

【０１１０】その結果、本発明品のドリルでは６６０個
穴あけを行なっても、切削動力はほぼ変化せず、一定の
切削動力で穴あけ加工を続けることができた。また、本
発明品では、目標の切削長である２０ｍをクリアし、優
れた特性が得られた。

【０１１１】一方、従来品３と４では、いずれも２個目
の穴あけ加工で切削動力が急上昇したため、これ以上穴
あけ加工を続けることができなくなった。これらのこと
から、本発明品では、切削油剤が存在しない完全乾式状
態で安定に切削できることと、寿命が大きく向上してい
ることが確認できた。

【０１１２】（実施例１０）実施例１と同じ方法によ
り、直径が６．８ｍｍのドリル（ＪＩＳＫ１０超硬合
金）を基材として用いて、その基材の表面上にコーティ
ングを行ない、サンプルである本発明品（膜の構成につ
いては表３の本発明品Ｎｏ．４９と同じにした）、従来
品３（膜の構成については表４の従来品Ｎｏ．３と同じ
にした）および従来品４（膜の構成については表４の従
来品Ｎｏ．４と同じにした）を作製した。

【０１１３】次に、これらのサンプルを用いて、実際に
ＳＣＭ４４０（ＪＩＳ呼称）の穴あけ（深さが３０ｍｍ
の止まり穴）加工を行ない、その寿命評価を行なった。
切削条件は、切削速度１００ｍ／ｍｉｎ、送り０．０５
ｍｍ／回転、切削油剤なし（完全乾式）条件とした。な
お、寿命の判定は、穴あけ個数と切削動力の関係で行な
った。

【０１１４】その結果、本発明品のドリルでは４８０個
穴あけを行なっても、切削動力はほぼ変化せず、一定の
切削動力で穴あけ加工を続けることができた。

【０１１５】一方、従来品３では２個目、従来品４では
３個目の穴あけ加工で切削動力が急上昇したため、これ
以上穴あけ加工を続けることができなくなった。これら
のことから、本発明品では、切削油剤が存在しない完全
乾式状態で安定に切削できることと、寿命が大きく向上
していることが確認できた。

【０１１６】以上、この発明について説明したが、この
発明は、上記の工具だけではなく、他の形状のエンドミ
ル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換
型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなど
の切削工具に適用することができる。また、他の形状の
金属プレス用、金属鍛造用、ダイキャスト用、プラスチ
ック成形用などの金型にも適用することができる。

【０１１７】以上の開示された実施例はすべての点で例
示であって制限的なものでないと考慮されるべきであ
る。たとえば、耐摩耗性被膜を複数層設けてもよく、被
膜の成膜方法も、アークイオン式イオンプレーティング
に限定されるものではなく、たとえば、スパッタリング
法と複合した方法で被膜を形成してもよい。また、被膜
中のチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウ
ム（Ａｌ）の比率、またはチタン（Ｔｉ）、ジルコニウ
ム（Ｚｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）の比率をさまざ
まに設定してもよい。本発明の範囲は、以上の実施例の
説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や
変形を含むものであることが意図される。

【０１１８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ドリ
ル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋
削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リー
マ、タップなどの切削工具において、耐摩耗性を向上さ
せることができるだけでなく、潤滑性を向上させること
ができ、高い滑り性、高い焼き付け性、被削材の加工精
度（表面仕上げ状態）などの向上も図ることができるた
め、寿命の長い切削工具を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１つの実施例において被膜を形成
するために用いられる成膜装置の概略的な構成を示す側
面図である。

【図２】この発明の１つの実施例において被膜を形成
するための成膜装置の概略的な構成を示す上面図であ
る。

【符号の説明】

１：成膜装置、２：チャンバ、３：主テーブル、５ａ，
５ｂ，５ｃ，５ｄ：アーク式蒸発源、６ａ，６ｂ，６
ｃ，６ｄ：陰極、１０：基材、１１：治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森口秀樹兵庫県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 (72)発明者今村晋也兵庫県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 (72)発明者大原久典兵庫県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 (72)発明者橋本泰久兵庫県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Ｆターム(参考） 3C046 FF02 FF03 FF04 FF05 FF10 FF11 FF12 FF13 FF16 FF25 4K018 AD06 FA23 FA24 KA15 4K029 AA02 AA04 AA07 BA02 BA03 BA07 BA17 BA33 BA34 BA35 BA43 BA54 BA55 BA58 BB01 BB02 BC00 BD05 CA04 DD06 EA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材と、前記基材の上に形成された、チタン、クロムおよびアル
ミニウムからなる群より選ばれた２種以上の元素と炭素
および窒素からなる群より選ばれた１種以上の元素とか
らなる化合物を含む耐摩耗性被膜と、前記耐摩耗性被膜の上に接するように形成された潤滑性
被膜とを備えた、切削工具。
【請求項２】前記潤滑性被膜は、硬質炭素膜を含む、
請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】前記潤滑性被膜は、硬質炭素膜と、チタ
ン、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、
硼素、アルミニウムおよびケイ素からなる群より選ばれ
た１種以上の元素を含む非炭素膜とを含む、請求項１に
記載の切削工具。
【請求項４】前記硬質炭素膜と前記非炭素膜とが交互
に積層されている、請求項３に記載の切削工具。
【請求項５】前記潤滑性被膜は、硬質炭素膜と、チタ
ン、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、
硼素、アルミニウムおよびケイ素からなる群より選ばれ
た１種以上の元素と炭素、窒素および酸素からなる群よ
り選ばれた１種以上の元素とからなる化合物を含む化合
物膜とを含む、請求項１に記載の切削工具。
【請求項６】前記硬質炭素膜と前記化合物膜とが交互
に積層されている、請求項５に記載の切削工具。
【請求項７】前記潤滑性被膜の厚みが０．５μｍ以上
５μｍ以下である、請求項１から請求項６までのいずれ
か１項に記載の切削工具。
【請求項８】前記耐摩耗性被膜は、チタン、クロムお
よびアルミニウムからなる群より選ばれた２種以上の元
素と炭素および窒素からなる群より選ばれた１種以上の
元素とからなる化合物の膜から構成される複数層を含
む、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の
切削工具。
【請求項９】前記耐摩耗性被膜の厚みが０．５μｍ以
上１０μｍ以下である、請求項１から請求項８までのい
ずれか１項に記載の切削工具。
【請求項１０】前記耐摩耗性被膜の表面粗度がＲａ表
示で０．０３μｍ以上０．５μｍ以下である、請求項１
から請求項９までのいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項１１】前記切削工具の最表面が、チタン、ク
ロムおよびアルミニウムからなる群より選ばれた１種以
上の元素と炭素、窒素および酸素からなる群より選ばれ
た１種以上の元素とからなる化合物の膜で被覆されてい
る、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載
の切削工具。
【請求項１２】前記基材が、炭化タングステン基超硬
合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結
体、ダイヤモンド焼結体および鉄系合金からなる群より
選ばれた１種の材料からなる、請求項１から請求項１１
までのいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項１３】前記セラミックスは、炭化ケイ素、窒
化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムおよび
炭化ケイ素からなる群より選ばれた１種である、請求項
１２に記載の切削工具。
【請求項１４】前記鉄系合金は、高速度鋼、ダイス鋼
およびステンレス鋼からなる群より選ばれた１種であ
る、請求項１２に記載の切削工具。
【請求項１５】前記切削工具は、ドリル、エンドミ
ル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換
型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマおよびタップ
からなる群より選ばれた１種である、請求項１から請求
項１４までのいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項１６】基材と、前記基材の上に形成された、チタン、ジルコニウムおよ
びアルミニウムからなる群より選ばれた１種以上の元素
と炭素および窒素からなる群より選ばれた１種以上の元
素とからなる化合物を含む耐摩耗性被膜と、前記耐摩耗
性被膜の上に接するように形成された潤滑性被膜とを備
えた、切削工具。
【請求項１７】前記潤滑性被膜は、硬質炭素膜を含
む、請求項１６に記載の切削工具。
【請求項１８】前記潤滑性被膜は、硬質炭素膜と、チ
タン、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウ
ム、硼素、アルミニウムおよびケイ素からなる群より選
ばれた１種以上の元素を含む非炭素膜とを含む、請求項
１６に記載の切削工具。
【請求項１９】前記硬質炭素膜と前記非炭素膜とが交
互に積層されている、請求項１８に記載の切削工具。
【請求項２０】前記潤滑性被膜は、硬質炭素膜と、チ
タン、クロム、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウ
ム、硼素、アルミニウムおよびケイ素からなる群より選
ばれた１種以上の元素と炭素、窒素および酸素からなる
群より選ばれた１種以上の元素とからなる化合物を含む
化合物膜とを含む、請求項１６に記載の切削工具。
【請求項２１】前記硬質炭素膜と前記化合物膜とが交
互に積層されている、請求項２０に記載の切削工具。
【請求項２２】前記潤滑性被膜の厚みが０．１μｍ以
上５μｍ以下である、請求項１６から請求項２１までの
いずれか１項に記載の切削工具。
【請求項２３】前記耐摩耗性被膜は、チタン、ジルコ
ニウムおよびアルミニウムからなる群より選ばれた１種
以上の元素と炭素および窒素からなる群より選ばれた１
種以上の元素とからなる化合物の膜から構成される複数
層を含む、請求項１６から請求項２２までのいずれか１
項に記載の切削工具。
【請求項２４】前記耐摩耗性被膜の厚みが０．１μｍ
以上１０μｍ以下である、請求項１６から請求項２３ま
でのいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項２５】前記耐摩耗性被膜の表面粗度がＲａ表
示で０．０１μｍ以上０．５μｍ以下である、請求項１
６から請求項２４までのいずれか１項に記載の切削工
具。
【請求項２６】前記切削工具の最表面が、チタン、ジ
ルコニウム、クロムおよびアルミニウムからなる群より
選ばれた１種以上の元素と炭素、窒素および酸素からな
る群より選ばれた１種以上の元素とからなる化合物の膜
で被覆されている、請求項１６から請求項２５までのい
ずれか１項に記載の切削工具。
【請求項２７】前記基材が、炭化タングステン基超硬
合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結
体、ダイヤモンド焼結体および鉄系合金からなる群より
選ばれた１種の材料からなる、請求項１６から請求項２
６までのいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項２８】前記セラミックスは、炭化ケイ素、窒
化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムおよび
炭化ケイ素からなる群より選ばれた１種である、請求項
２７に記載の切削工具。
【請求項２９】前記鉄系合金は、高速度鋼、ダイス鋼
およびステンレス鋼からなる群より選ばれた１種であ
る、請求項２７に記載の切削工具。
【請求項３０】前記切削工具は、ドリル、エンドミ
ル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換
型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマおよびタップ
からなる群より選ばれた１種である、請求項１６から請
求項２９までのいずれか１項に記載の切削工具。