JP2001232501A - 切削工具及び切削チップ並びに切削工具及び切削チップ製造方法 - Google Patents
切削工具及び切削チップ並びに切削工具及び切削チップ製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 切削工具、切削チップに摩擦が少なくかつ極
めて高い耐摩耗性を与えること及びそのような切削工
具、切削チップを製造すること。 【解決手段】 切削工具１、切削チップ３，４は、少な
くとも或る領域に、摩擦が少なく摩耗保護層７として作
用する窒化炭素コーティングが形成される。このコーテ
ィングは、窒化炭素層７を形成するためにガス体の炭素
及び窒素を反応室１２へ導入し、プラズマを形成するた
めのイオン源２１，２２，２３，２４を継続して駆動す
る改良されたＰＶＤ法により形成される。
めて高い耐摩耗性を与えること及びそのような切削工
具、切削チップを製造すること。 【解決手段】 切削工具１、切削チップ３，４は、少な
くとも或る領域に、摩擦が少なく摩耗保護層７として作
用する窒化炭素コーティングが形成される。このコーテ
ィングは、窒化炭素層７を形成するためにガス体の炭素
及び窒素を反応室１２へ導入し、プラズマを形成するた
めのイオン源２１，２２，２３，２４を継続して駆動す
る改良されたＰＶＤ法により形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、切削工具及び切削
加工用切削チップのような切削工具の部分並びにこれら
の製造方法に関する。
加工用切削チップのような切削工具の部分並びにこれら
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】切削工具は、操作中には、高い摩耗応力
を受け、大きな力に曝される。特に、切削エッジとこれ
に隣接する表面領域は、金属加工をする場合は、プラス
チック加工をする場合やその他の加工材料を加工する場
合と同様に強く負荷が掛けられる。加工材料から取り除
かれた切り粉は、例えば、すくい面でそらされ、高い圧
力の下ですくい面領域に沿って摺動する。
を受け、大きな力に曝される。特に、切削エッジとこれ
に隣接する表面領域は、金属加工をする場合は、プラス
チック加工をする場合やその他の加工材料を加工する場
合と同様に強く負荷が掛けられる。加工材料から取り除
かれた切り粉は、例えば、すくい面でそらされ、高い圧
力の下ですくい面領域に沿って摺動する。
【０００３】切削工具の切削エッジの欠陥も表面欠陥も
工具の摩耗状況を示すものである。工具は、一方では、
可能な限り長い耐用期間を持つべきであり、他方では、
できるだけ高い切削効率を生ずべきである。ところが、
工具の摩耗は、切削効率と共に増加する。
工具の摩耗状況を示すものである。工具は、一方では、
可能な限り長い耐用期間を持つべきであり、他方では、
できるだけ高い切削効率を生ずべきである。ところが、
工具の摩耗は、切削効率と共に増加する。
【０００４】減摩コーティングを形成した切削工具が知
られている。コーティングはＣＶＤ法（chemical vapor
deposition− 化学蒸着法）又はＰＶＤ法（physical v
apordeposition −物理蒸着法）で形成される。例え
ば、ＥＰ ０７３６６１５ Ａ２は、基板上に全体で４
層の多層のコーティングを設けたものを開示している。
基板に直接付着している層はＴｉＣｘＮｙＯｚ 層であ
る。次層は、望ましくは、チタン窒化炭素層ＴｉＣｘＮ
ｙである。この層は１０００℃及び１１００℃間の温度
でＣＶＤ法で形成される。
られている。コーティングはＣＶＤ法（chemical vapor
deposition− 化学蒸着法）又はＰＶＤ法（physical v
apordeposition −物理蒸着法）で形成される。例え
ば、ＥＰ ０７３６６１５ Ａ２は、基板上に全体で４
層の多層のコーティングを設けたものを開示している。
基板に直接付着している層はＴｉＣｘＮｙＯｚ 層であ
る。次層は、望ましくは、チタン窒化炭素層ＴｉＣｘＮ
ｙである。この層は１０００℃及び１１００℃間の温度
でＣＶＤ法で形成される。
【０００５】ＰＶＤ法による製造方法は公知であるか
ら、ここでは、詳しくは説明しない。
ら、ここでは、詳しくは説明しない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、耐摩
耗性の切削工具及び切削プレート（Schneidplatte−以
下「切削チップ」という）並びにこれらを製造するため
の効率的な方法を提供することである。
耗性の切削工具及び切削プレート（Schneidplatte−以
下「切削チップ」という）並びにこれらを製造するため
の効率的な方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は、共有結合の
窒化炭素（カーボンニトリド−Carbonitrid）ＣＮ
ｘ（窒化炭素の一般式である。以下同じ。）を含む耐摩
耗コーティングを形成した切削工具及び切削チップによ
って達成される。
窒化炭素（カーボンニトリド−Carbonitrid）ＣＮ
ｘ（窒化炭素の一般式である。以下同じ。）を含む耐摩
耗コーティングを形成した切削工具及び切削チップによ
って達成される。
【０００８】更に、本発明の課題は、基体を、最初の段
階で、少なくともそれがコーティングされる領域で、機
能的に主要なエッジと面とを含んで所望の形状に形成
し、しかる後、真空槽内で、少なくとも部分的にイオン
化された炭素及び窒素を含む雰囲気に該基体を曝して切
削工具及び切削チップを製造する方法によって達成され
る。
階で、少なくともそれがコーティングされる領域で、機
能的に主要なエッジと面とを含んで所望の形状に形成
し、しかる後、真空槽内で、少なくとも部分的にイオン
化された炭素及び窒素を含む雰囲気に該基体を曝して切
削工具及び切削チップを製造する方法によって達成され
る。
【０００９】本発明に基づく切削工具及び切削工具に適
した切削チップは、窒化炭素コーティングを有する。こ
のコーティングは負荷が作用する面領域の表面の近傍又
は表面に、そして、必要な場合には、他の面領域にも形
成される。窒化炭素コーティングは、例えば、化合物Ｃ
３Ｎ４（望ましくは、ｘ≧２であるＣｘＮ）を成し、又
は、炭素と窒素とが他の比率で結合した化合物を成す炭
素及び窒素を含む。通常、このような窒化炭素コーティ
ングは、多くの他の公知の硬質プラスチック層及び母材
の摩擦係数よりも比較的小さな摩擦係数を示す。この小
さな摩擦係数は切り粉の流れの摩擦を少なくする。窒化
炭素物がコーティングされた切削チップ乃至は切削工具
の切削効率を、コーティングされていないか他のコーテ
ィングがされた工具乃至は切削チップに対して増加する
ことができる。例えば、高合金鋼、オーステナイト鋼、
チタン、及び、軽金属の加工を行う場合、摩擦係数が小
さいと、関連の面上を移動する切り粉が溶着しようとす
ること（Schweissneigung） が減少される。
した切削チップは、窒化炭素コーティングを有する。こ
のコーティングは負荷が作用する面領域の表面の近傍又
は表面に、そして、必要な場合には、他の面領域にも形
成される。窒化炭素コーティングは、例えば、化合物Ｃ
３Ｎ４（望ましくは、ｘ≧２であるＣｘＮ）を成し、又
は、炭素と窒素とが他の比率で結合した化合物を成す炭
素及び窒素を含む。通常、このような窒化炭素コーティ
ングは、多くの他の公知の硬質プラスチック層及び母材
の摩擦係数よりも比較的小さな摩擦係数を示す。この小
さな摩擦係数は切り粉の流れの摩擦を少なくする。窒化
炭素物がコーティングされた切削チップ乃至は切削工具
の切削効率を、コーティングされていないか他のコーテ
ィングがされた工具乃至は切削チップに対して増加する
ことができる。例えば、高合金鋼、オーステナイト鋼、
チタン、及び、軽金属の加工を行う場合、摩擦係数が小
さいと、関連の面上を移動する切り粉が溶着しようとす
ること（Schweissneigung） が減少される。
【００１０】窒化炭素物がコーティングされた工具は、
特に、チタン又はチタン合金から成る部品の加工に適し
ている。チタンを含むコーティングの場合は、チタン部
品の表面がチタン化合物で汚染され部品の安定性ないし
は強度に問題が生じることがあるが、このチタンを含む
コーティングに比べて、本発明では、この汚染の恐れが
なくなるか減少される。
特に、チタン又はチタン合金から成る部品の加工に適し
ている。チタンを含むコーティングの場合は、チタン部
品の表面がチタン化合物で汚染され部品の安定性ないし
は強度に問題が生じることがあるが、このチタンを含む
コーティングに比べて、本発明では、この汚染の恐れが
なくなるか減少される。
【００１１】窒化炭素コーティングは母材又はその下層
の硬さと異なる硬さを持つようにすることができるが、
この際、窒化炭素層の硬さは下層又は母材の硬さよりも
小さければよい。
の硬さと異なる硬さを持つようにすることができるが、
この際、窒化炭素層の硬さは下層又は母材の硬さよりも
小さければよい。
【００１２】窒化炭素コーティングは、望ましくは，Ｍ
ｅｘＣｙＮｚ：Ｈ層又はＭｅｘＣｙＮｚＯｓ：Ｈ層（ｘ
≦０．２；ｙ／ｚ≧３／４、望ましくは、ｙ／ｘ≧２）
であり、この際、金属Ｍｅｘを化学元素の周期表のＩＶ
族の一個又は複数個の金属で構成することができる。こ
のような金属は、望ましくは、ほんの小さな原子百分率
だけ含まれており、窒化炭素コーティングが実質的に炭
素と窒素とから形成されるようになっている。尤も、こ
の少ない金属成分はなくてもよい。必要な場合には、こ
の金属成分は、表面特性を目標に合わせるようにするた
めに使用することができる。例えば、構造体はチタン成
分を含むことができ、この際、ＴｉＣ、ＴｉＮ又はＴｉ
ＣＮ結晶が、主としてグラファイト結合成分（共有結合
成分）を持つ窒化炭素マトリックス(CN-Matrix）内に埋
設される。酸素は２０原子百分率よりも少なく、窒化炭
素コーティングは異なった相を有する多層構造を形成す
ることが望ましい。また、上記窒化炭素はｘ≧２である
ＣｘＮであることが望ましい。この場合を含み、コーテ
ィングは少なくとも５原子百分率（さらに望ましくは１
０原子百分率）の窒素を含むことが望ましい。
ｅｘＣｙＮｚ：Ｈ層又はＭｅｘＣｙＮｚＯｓ：Ｈ層（ｘ
≦０．２；ｙ／ｚ≧３／４、望ましくは、ｙ／ｘ≧２）
であり、この際、金属Ｍｅｘを化学元素の周期表のＩＶ
族の一個又は複数個の金属で構成することができる。こ
のような金属は、望ましくは、ほんの小さな原子百分率
だけ含まれており、窒化炭素コーティングが実質的に炭
素と窒素とから形成されるようになっている。尤も、こ
の少ない金属成分はなくてもよい。必要な場合には、こ
の金属成分は、表面特性を目標に合わせるようにするた
めに使用することができる。例えば、構造体はチタン成
分を含むことができ、この際、ＴｉＣ、ＴｉＮ又はＴｉ
ＣＮ結晶が、主としてグラファイト結合成分（共有結合
成分）を持つ窒化炭素マトリックス(CN-Matrix）内に埋
設される。酸素は２０原子百分率よりも少なく、窒化炭
素コーティングは異なった相を有する多層構造を形成す
ることが望ましい。また、上記窒化炭素はｘ≧２である
ＣｘＮであることが望ましい。この場合を含み、コーテ
ィングは少なくとも５原子百分率（さらに望ましくは１
０原子百分率）の窒素を含むことが望ましい。
【００１３】窒化炭素コーティングは、それが最大限５
０原子百分率の窒素と５０原子％よりも多い炭素とを含
む場合は、特に、摩耗が減少することが分かった。この
場合、これは、例えば、ポリマー構造（Polymerstruktu
r） として形成することができる。
０原子百分率の窒素と５０原子％よりも多い炭素とを含
む場合は、特に、摩耗が減少することが分かった。この
場合、これは、例えば、ポリマー構造（Polymerstruktu
r） として形成することができる。
【００１４】窒化炭素コーティング（窒化炭素層）は、
望ましくは、切除された切り粉及びそれ以外の切削工具
部又は領域に触れる表面層である。それはカバー層又は
最上層（Deckschicht）を形成することができ、摩耗保
護層として直接に作用する。尤も、必要な場合は、例え
ば、装飾のために表面層を設けてもよい。
望ましくは、切除された切り粉及びそれ以外の切削工具
部又は領域に触れる表面層である。それはカバー層又は
最上層（Deckschicht）を形成することができ、摩耗保
護層として直接に作用する。尤も、必要な場合は、例え
ば、装飾のために表面層を設けてもよい。
【００１５】窒化炭素コーティングは、切削材の基体に
直接形成することができる。この基体は、金属、金属合
金、硬質金属又はセラミック材、又は、例えば、僅かな
コバルト成分を持つ炭化タングステン（Wolframcarbi
d）のような金属とセラミックとの中間の材料（サーメ
ット（Cermet））から成っていてもよい。この場合、窒
化炭素コーティングの耐摩耗性に基体の硬さが加わるこ
とになる。
直接形成することができる。この基体は、金属、金属合
金、硬質金属又はセラミック材、又は、例えば、僅かな
コバルト成分を持つ炭化タングステン（Wolframcarbi
d）のような金属とセラミックとの中間の材料（サーメ
ット（Cermet））から成っていてもよい。この場合、窒
化炭素コーティングの耐摩耗性に基体の硬さが加わるこ
とになる。
【００１６】適切な表面特性を得るために、基体と窒化
炭素コーティングとの間に、オプションとして、一個又
は複数の中間層を設けることができる。この際、例え
ば、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＴｉＮ、Ｚ
ｒＮ、Ａｌ２Ｏ３、その他のような比較的硬い中間層で
あってもよい。多層構造の場合、Ｍｅｘ（Ｃ，Ｎ，Ｏ）
から成る層を少なくとも１層を設けると、特に有利な特
性が得られる。金属は、また、望ましくは、化学元素の
周期表のＩＶ属の金属であるが、上述のようにアルミニ
ウム等を含むこともできる。ここで、チタン、ジルコ
ン、アルミニウム、炭素、窒素の量は必ずしも固定した
ものでなく、適切に変えることができる。また、上記中
間層は他の物質や他の層又はそれら双方を含むことがで
きる。このような多層構造では、この中間層の硬さが窒
化炭素コーティングの耐摩耗特性に組み合わされる。こ
の際、窒化炭素コーティングは、例えば、０．１μｍの
厚さを有するだけで足りるが、摩耗保護性を長時間にわ
たってそのまま保つためには、層の厚さを幾分大きくす
ることが望ましい。
炭素コーティングとの間に、オプションとして、一個又
は複数の中間層を設けることができる。この際、例え
ば、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＴｉＮ、Ｚ
ｒＮ、Ａｌ２Ｏ３、その他のような比較的硬い中間層で
あってもよい。多層構造の場合、Ｍｅｘ（Ｃ，Ｎ，Ｏ）
から成る層を少なくとも１層を設けると、特に有利な特
性が得られる。金属は、また、望ましくは、化学元素の
周期表のＩＶ属の金属であるが、上述のようにアルミニ
ウム等を含むこともできる。ここで、チタン、ジルコ
ン、アルミニウム、炭素、窒素の量は必ずしも固定した
ものでなく、適切に変えることができる。また、上記中
間層は他の物質や他の層又はそれら双方を含むことがで
きる。このような多層構造では、この中間層の硬さが窒
化炭素コーティングの耐摩耗特性に組み合わされる。こ
の際、窒化炭素コーティングは、例えば、０．１μｍの
厚さを有するだけで足りるが、摩耗保護性を長時間にわ
たってそのまま保つためには、層の厚さを幾分大きくす
ることが望ましい。
【００１７】基体に形成された層の全層厚さは、多層構
造の際、０．２μｍと１０μｍとの間の層厚さが有利で
あることが判明した。
造の際、０．２μｍと１０μｍとの間の層厚さが有利で
あることが判明した。
【００１８】窒化炭素コーティングは、金属成分の濃度
（Konzentration）が表面に向かってなくなっていくよ
うにすることができる。窒化炭素コーティングのこのよ
うに不均質な構造によって、その特性を、特に、加工材
料の摩損性、耐摩耗性に対しても、また、不測の問題に
対しても、なおも最適な状態になるようにすることがで
きる。特に、窒化炭素コーティングは、その外表面の反
対側で金属成分が最大で５０原子百分率であり、該外表
面に向けて減少消滅するように形成されていることが望
ましい。
（Konzentration）が表面に向かってなくなっていくよ
うにすることができる。窒化炭素コーティングのこのよ
うに不均質な構造によって、その特性を、特に、加工材
料の摩損性、耐摩耗性に対しても、また、不測の問題に
対しても、なおも最適な状態になるようにすることがで
きる。特に、窒化炭素コーティングは、その外表面の反
対側で金属成分が最大で５０原子百分率であり、該外表
面に向けて減少消滅するように形成されていることが望
ましい。
【００１９】窒化炭素コーティング乃至窒化炭素層は、
結晶構造、部分結晶構造（teilkristallines Gefuege）
又はアモルファス構造を有することができる。アモルフ
ァス構造は、いくつかの場合に適用される。可能な結合
状態について、図４及び５に例示されている。
結晶構造、部分結晶構造（teilkristallines Gefuege）
又はアモルファス構造を有することができる。アモルフ
ァス構造は、いくつかの場合に適用される。可能な結合
状態について、図４及び５に例示されている。
【００２０】本発明に基づく、切削工具及び切削チップ
の製造方法を用いて所望の切削工具及び切削チップを製
作する。まず、切削工具及びは切削チップの形成と、そ
れに続く少なくとも地域的なコーティングとを含む。こ
のために、炭素と窒素とを含む窒化炭素層を低圧環境か
ら析出（Abscheidung）（成膜）することが望ましい。
環境をこのようにイオン化し、これと共に、切削工具又
は切削チップを望ましくは環状に囲繞する磁場とをコー
ティングされるべき面に印加される静電バイアス（電
圧）と作用することによって、ガスの解離（Dissoziati
on）及びイオン化が可能になり、所望の面を均一にコー
ティングすることができる。磁場は、イオン及び電子が
螺旋状の軌道上を強制的に動くようにするため、ＤＣ磁
場（Gleichfeld）であることが望ましい。真空槽の環境
が炭素ディスペンサとして用いられ場合は、グラファイ
トターゲットは設けられない。カソードの損失が所定通
りに小さくなるようにカソードの電圧と磁場とが選択さ
れる。析出（成膜）されるべき炭素は、形成されたプラ
ズマ内でのイオン化／解離によって得られる。現にある
イオン発生源はすべて真空槽内に留めて置くことができ
る。追加の部品（炭素源）を設置する追加の場所を用意
することも空けておくことも必要でない。
の製造方法を用いて所望の切削工具及び切削チップを製
作する。まず、切削工具及びは切削チップの形成と、そ
れに続く少なくとも地域的なコーティングとを含む。こ
のために、炭素と窒素とを含む窒化炭素層を低圧環境か
ら析出（Abscheidung）（成膜）することが望ましい。
環境をこのようにイオン化し、これと共に、切削工具又
は切削チップを望ましくは環状に囲繞する磁場とをコー
ティングされるべき面に印加される静電バイアス（電
圧）と作用することによって、ガスの解離（Dissoziati
on）及びイオン化が可能になり、所望の面を均一にコー
ティングすることができる。磁場は、イオン及び電子が
螺旋状の軌道上を強制的に動くようにするため、ＤＣ磁
場（Gleichfeld）であることが望ましい。真空槽の環境
が炭素ディスペンサとして用いられ場合は、グラファイ
トターゲットは設けられない。カソードの損失が所定通
りに小さくなるようにカソードの電圧と磁場とが選択さ
れる。析出（成膜）されるべき炭素は、形成されたプラ
ズマ内でのイオン化／解離によって得られる。現にある
イオン発生源はすべて真空槽内に留めて置くことができ
る。追加の部品（炭素源）を設置する追加の場所を用意
することも空けておくことも必要でない。
【００２１】イオン源としては、金属イオン源又は不活
性気体イオン源を使用することができる。金属イオン源
を用いることによって、窒化炭素コーティングの析出
（成膜）と共に、少ない方の金属成分の析出（成膜）を
行うことができる。
性気体イオン源を使用することができる。金属イオン源
を用いることによって、窒化炭素コーティングの析出
（成膜）と共に、少ない方の金属成分の析出（成膜）を
行うことができる。
【００２２】本発明の製造方法は、望ましくは、前にコ
ーティング加工を行ったのと同一の一つの反応室（真空
槽）内で実行される。そのために、例えば、４つのイオ
ン源の座又はプラズマ源の座を持つＰＶＤコーティング
装置を用いる場合、イオン源を追加して用いることなく
同じ装置で窒化炭素上面層（窒化炭層カバー層）を形成
することができる。この場合、最後の工程の段階で、炭
素と窒素を含む低圧環境が形成され、ここで、プラズマ
を発生させるために、チタンターゲット付きのイオン源
を更に作動する。
ーティング加工を行ったのと同一の一つの反応室（真空
槽）内で実行される。そのために、例えば、４つのイオ
ン源の座又はプラズマ源の座を持つＰＶＤコーティング
装置を用いる場合、イオン源を追加して用いることなく
同じ装置で窒化炭素上面層（窒化炭層カバー層）を形成
することができる。この場合、最後の工程の段階で、炭
素と窒素を含む低圧環境が形成され、ここで、プラズマ
を発生させるために、チタンターゲット付きのイオン源
を更に作動する。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
実施形態に基づいて説明する。以下、切削工具は工具本
体にプレート状部材である切削チップを固定した形式の
もので説明するが、切削チップが工具本体に直接形成さ
れているものにも適用される。
実施形態に基づいて説明する。以下、切削工具は工具本
体にプレート状部材である切削チップを固定した形式の
もので説明するが、切削チップが工具本体に直接形成さ
れているものにも適用される。
【００２４】図１に切削工具１を示す。この切削工具１
は工具本体２とこれに設けられた切削チップ３，４を有
する。切削チップ３，４は互いに同様に形成されてお
り、各々が例えば炭化タングステンのような硬性金属
（サーメット（Cermet））製の基体を有する。切削チッ
プ３，４は、図３から明らかな通り、コーティングが形
成されている。炭化タングステンＷＣ（その他、例え
ば、金属、金属合金、上記とは別の硬質金属又はセラミ
ックでもよい）製の基体に複数の層５，６，７を形成す
る。この場合、層７はカバー層（コーティング）（外表
面の層）である。これは、約０．１μｍの厚さを有する
窒化炭素ＣＮｘの層である。ここで、窒化炭素ＣＮｘは
ＣｘＮの化学構造を有し、ｘ≧２であることが望まし
い。また、このカバー層（コーティング）は少なくとも
５原子百分率（さらに望ましくは、１０原子百部率）の
窒素を含むことが望ましい。さらに、このカバー層７
は、炭素及び窒素の他に金属、酸素及び水素を含有して
いてもよい。このカバー層（コーティング）７は、例え
ば、ＭｅｘＣｙＮｚ：Ｈ又はＭｅｘＣｙＮｚＯｓ：Ｈの
構造を持ち、例えば、種々の鋼、特にオーステナイト鋼
又は高合金鋼や、アルミニウム、その他の軽金属、チタ
ン又はプラスチックのような通常に用いられている材料
に比して摩擦係数が小さな摩耗保護層になっている。層
の特性を生かすために、金属成分Ｍｅｘの含有量を変え
ることができる。 金属含有量が１０原子百分率を超え
ないようにすることが試みられている。それは５原子百
分率よりも少ないことが望ましい。金属として、チタ
ン、ジルコニウム、アルミニウム及びこれに類するもの
が対象になる。また、原子百分率で計量された炭素含有
量は、原子百分率で計量された窒素含有量よりも多いこ
とがさらに望ましい。
は工具本体２とこれに設けられた切削チップ３，４を有
する。切削チップ３，４は互いに同様に形成されてお
り、各々が例えば炭化タングステンのような硬性金属
（サーメット（Cermet））製の基体を有する。切削チッ
プ３，４は、図３から明らかな通り、コーティングが形
成されている。炭化タングステンＷＣ（その他、例え
ば、金属、金属合金、上記とは別の硬質金属又はセラミ
ックでもよい）製の基体に複数の層５，６，７を形成す
る。この場合、層７はカバー層（コーティング）（外表
面の層）である。これは、約０．１μｍの厚さを有する
窒化炭素ＣＮｘの層である。ここで、窒化炭素ＣＮｘは
ＣｘＮの化学構造を有し、ｘ≧２であることが望まし
い。また、このカバー層（コーティング）は少なくとも
５原子百分率（さらに望ましくは、１０原子百部率）の
窒素を含むことが望ましい。さらに、このカバー層７
は、炭素及び窒素の他に金属、酸素及び水素を含有して
いてもよい。このカバー層（コーティング）７は、例え
ば、ＭｅｘＣｙＮｚ：Ｈ又はＭｅｘＣｙＮｚＯｓ：Ｈの
構造を持ち、例えば、種々の鋼、特にオーステナイト鋼
又は高合金鋼や、アルミニウム、その他の軽金属、チタ
ン又はプラスチックのような通常に用いられている材料
に比して摩擦係数が小さな摩耗保護層になっている。層
の特性を生かすために、金属成分Ｍｅｘの含有量を変え
ることができる。 金属含有量が１０原子百分率を超え
ないようにすることが試みられている。それは５原子百
分率よりも少ないことが望ましい。金属として、チタ
ン、ジルコニウム、アルミニウム及びこれに類するもの
が対象になる。また、原子百分率で計量された炭素含有
量は、原子百分率で計量された窒素含有量よりも多いこ
とがさらに望ましい。
【００２５】下層５，６の内の少なくとも一つは、酸素
を追加して含むことができ、Ｍｅｘ（Ｃ，Ｎ，Ｏ）から
成る層を形成する。ここで、Ｍｅｘは、ＩＶ属からの１
又は複数の金属を表している。
を追加して含むことができ、Ｍｅｘ（Ｃ，Ｎ，Ｏ）から
成る層を形成する。ここで、Ｍｅｘは、ＩＶ属からの１
又は複数の金属を表している。
【００２６】このような切削工具は耐摩耗性が極めて高
いことが判明した。特に、溶着傾向と切削エッジに直近
の切削面の表面の摩耗とが小さい。コーティングされた
面領域、特に、切削エッジＳに連なる切削面Ｓｐ及び自
由面Ｆが図１に示されている。非常に簡単な場合、切削
チップ３，４は完全にコーティングされている。
いことが判明した。特に、溶着傾向と切削エッジに直近
の切削面の表面の摩耗とが小さい。コーティングされた
面領域、特に、切削エッジＳに連なる切削面Ｓｐ及び自
由面Ｆが図１に示されている。非常に簡単な場合、切削
チップ３，４は完全にコーティングされている。
【００２７】コーティング工程は次のようにして行われ
る。
る。
【００２８】コーティングは、改良したＰＶＤ法に基づ
いて図２に略図的に示した装置１１内で行われる。この
装置は、外部に対して気密に密封された反応室１２を有
する。反応室１２内に真空を生じさせることができ、図
２に図的に示された管１４を通じてガスを適宜に内室１
５内へ導入することができるようになっている。従っ
て、反応室１２は真空槽でもある。また、切削工具、切
削チップ、切削工具保持体ないしは切削チップ保持体用
の１個又は複数個のホルダ１６，１７，１８が内室１５
内に配設されている。また、排気され得る内室１５内
に、各々が一つのターゲット、例えば、金属ターゲット
２５，２６，２７，２８（例えば、各々が１枚の板状の
もの）を有する４個のイオン源２１，２２，２３，２４
が配設されている。ターゲット２５乃至２８は、カバー
層７の下にある層５，６を製造するのに必要なターゲッ
トである。このようなイオン源の装置用の板は他には設
けられていない。ターゲット２５乃至２８はカソードを
構成する。内室１５内でプラズマが発生し、これからイ
オンがターゲットに命中して金属原子を分離して切削チ
ップ上に析出（成層）させる。この析出（成層）を制御
するために、ホルダ１６，１７，１８にバイアス（電
圧）を掛けることができる。また、コーティングすべき
部品又は部分をリング状に囲繞する磁場２９を形成する
ことができる。この磁場は、望ましくは、半径方向へ指
向するコイル軸を有しこれと同方向に励磁されるコイル
によって発生される。
いて図２に略図的に示した装置１１内で行われる。この
装置は、外部に対して気密に密封された反応室１２を有
する。反応室１２内に真空を生じさせることができ、図
２に図的に示された管１４を通じてガスを適宜に内室１
５内へ導入することができるようになっている。従っ
て、反応室１２は真空槽でもある。また、切削工具、切
削チップ、切削工具保持体ないしは切削チップ保持体用
の１個又は複数個のホルダ１６，１７，１８が内室１５
内に配設されている。また、排気され得る内室１５内
に、各々が一つのターゲット、例えば、金属ターゲット
２５，２６，２７，２８（例えば、各々が１枚の板状の
もの）を有する４個のイオン源２１，２２，２３，２４
が配設されている。ターゲット２５乃至２８は、カバー
層７の下にある層５，６を製造するのに必要なターゲッ
トである。このようなイオン源の装置用の板は他には設
けられていない。ターゲット２５乃至２８はカソードを
構成する。内室１５内でプラズマが発生し、これからイ
オンがターゲットに命中して金属原子を分離して切削チ
ップ上に析出（成層）させる。この析出（成層）を制御
するために、ホルダ１６，１７，１８にバイアス（電
圧）を掛けることができる。また、コーティングすべき
部品又は部分をリング状に囲繞する磁場２９を形成する
ことができる。この磁場は、望ましくは、半径方向へ指
向するコイル軸を有しこれと同方向に励磁されるコイル
によって発生される。
【００２９】所望の層を形成するために、まず、切削工
具又は切削チップは内室１５に収容され、ホルダ１６，
１７，１８上に設置される。ついで、内室１５が排気さ
れて、例えば、非常に低い圧力を持つ不活性ガスで充填
される。イオン源を適宜に制御して、今度は、それ自体
公知のＰＶＤコーティング方法を用いて層５，６を形成
できる。場合によっては、層５，６はＣＶＤ法又は他の
方法で形成してもよい。これらの層５，６が形成される
と、改良されたＣＶＤコーティング工程が行われ、この
工程で、次に、管１４を通じて炭素と窒素を含有するガ
スを内室１５に導入する。このガスは、最大限で小さな
圧力（例えば、１０−２ｍｂａｒ又は１０−３ｍｂａｒ
乃至１ｂａｒ、望ましくは１０−２ｍｂａｒ乃至１０
−３ｍｂａｒ）の低圧になっている。ガスをイオン化
し、プラズマを発生させるために、１又は複数のイオン
源を運転し続けることができる。適切なバイアス（電
圧）を印加し適切な磁場を掛けて、発生されたプラズマ
から切削工具又は切削チップに所望のＣＮｘ 膜（窒化
炭素膜）を形成する。化学的平衡は生じない。コーティ
ング装置は、上述のイオン源の一個だけで間に合わせる
ことができる。他のイオン源の代わりに、析出（成膜）
を行うのに適した他の構成部品を設けることができる。
なお、イオン化はイオンプラズマ源と磁場とを組み合わ
せて用いて行うこともできる。
具又は切削チップは内室１５に収容され、ホルダ１６，
１７，１８上に設置される。ついで、内室１５が排気さ
れて、例えば、非常に低い圧力を持つ不活性ガスで充填
される。イオン源を適宜に制御して、今度は、それ自体
公知のＰＶＤコーティング方法を用いて層５，６を形成
できる。場合によっては、層５，６はＣＶＤ法又は他の
方法で形成してもよい。これらの層５，６が形成される
と、改良されたＣＶＤコーティング工程が行われ、この
工程で、次に、管１４を通じて炭素と窒素を含有するガ
スを内室１５に導入する。このガスは、最大限で小さな
圧力（例えば、１０−２ｍｂａｒ又は１０−３ｍｂａｒ
乃至１ｂａｒ、望ましくは１０−２ｍｂａｒ乃至１０
−３ｍｂａｒ）の低圧になっている。ガスをイオン化
し、プラズマを発生させるために、１又は複数のイオン
源を運転し続けることができる。適切なバイアス（電
圧）を印加し適切な磁場を掛けて、発生されたプラズマ
から切削工具又は切削チップに所望のＣＮｘ 膜（窒化
炭素膜）を形成する。化学的平衡は生じない。コーティ
ング装置は、上述のイオン源の一個だけで間に合わせる
ことができる。他のイオン源の代わりに、析出（成膜）
を行うのに適した他の構成部品を設けることができる。
なお、イオン化はイオンプラズマ源と磁場とを組み合わ
せて用いて行うこともできる。
【００３０】以上の方法において、コーティングを、２
００℃から３００℃の温度と、−３０Ｖから−２００Ｖ
の電圧及び１０−３ ｍｂａｒから１ｂａｒの圧力での
５０ＳＣＣＭと１００ＳＣＣＭとの間のメタンガス流れ
と１０ＳＣＣＭと１００ＳＣＣＭとの間の窒素ガス流と
で、真空槽内で形成することが望ましい。
００℃から３００℃の温度と、−３０Ｖから−２００Ｖ
の電圧及び１０−３ ｍｂａｒから１ｂａｒの圧力での
５０ＳＣＣＭと１００ＳＣＣＭとの間のメタンガス流れ
と１０ＳＣＣＭと１００ＳＣＣＭとの間の窒素ガス流と
で、真空槽内で形成することが望ましい。
【００３１】従来のコーティング装置を大きく変更する
ことなくこのように改良されたＰＶＤコーティング法を
用いて、切削工具の摩耗をかなり減少させそれによって
切削能率を高めることができるＣＮｘ（窒化炭素）製の
カバー層を形成することができる。
ことなくこのように改良されたＰＶＤコーティング法を
用いて、切削工具の摩耗をかなり減少させそれによって
切削能率を高めることができるＣＮｘ（窒化炭素）製の
カバー層を形成することができる。
【００３２】図４は、切削チップ４、即ち、特にそのカ
バー層（最上層）７にＭｇ ｋ α−Ｘ線照射をして得ら
れた窒素についてのＸＰＳ詳細スペクトル（Detailspek
trum）を示す。ここで、Ｍｇ ｋ αは、マグネシウム減
速電極・ｋ殻・α遷移（Magnesium-Bremselektrode, K-
Schale, α-Uebergung )の省略形である。図４におい
て、含有されている窒素の１ｓ殻の励起によって得られ
た二次電子は８４８ｅＶと８５０ｅＶとの間の運動エネ
ルギを有する。得られたＮ１ｓピーク値はＣＮ結合の場
合であり、ＴｉＮ結合の場合である隣接する１ｓピーク
から約３ｅＶ離れている。
バー層（最上層）７にＭｇ ｋ α−Ｘ線照射をして得ら
れた窒素についてのＸＰＳ詳細スペクトル（Detailspek
trum）を示す。ここで、Ｍｇ ｋ αは、マグネシウム減
速電極・ｋ殻・α遷移（Magnesium-Bremselektrode, K-
Schale, α-Uebergung )の省略形である。図４におい
て、含有されている窒素の１ｓ殻の励起によって得られ
た二次電子は８４８ｅＶと８５０ｅＶとの間の運動エネ
ルギを有する。得られたＮ１ｓピーク値はＣＮ結合の場
合であり、ＴｉＮ結合の場合である隣接する１ｓピーク
から約３ｅＶ離れている。
【００３３】図５は、炭素についての、Ｍｇ ｋ α−Ｘ
線照射をした場合の試料のＸＰＳ詳細スペクトルを示
す。表面の全汚染を除くためにイオンエッチングされた
層７ではＣ１ｓピークが際立って示されている。従っ
て、炭素はグラフ的なマトリックスとして示されてい
る。Ｃ−Ｃ結合についてのＣ１ｓの信号の強さが大きい
ために、図５ではＣＮ結合についてのＣの信号が明瞭に
は見えない。
線照射をした場合の試料のＸＰＳ詳細スペクトルを示
す。表面の全汚染を除くためにイオンエッチングされた
層７ではＣ１ｓピークが際立って示されている。従っ
て、炭素はグラフ的なマトリックスとして示されてい
る。Ｃ−Ｃ結合についてのＣ１ｓの信号の強さが大きい
ために、図５ではＣＮ結合についてのＣの信号が明瞭に
は見えない。
【００３４】切削工具は、少なくとも或る領域にわたっ
て、耐摩耗性がある摩耗保護層として作用する窒化炭素
コーティングが設けられている。この層は改良されたＰ
ＶＤ法で成層され、この方法で窒化炭素コーティングを
形成するために、反応室（真空槽）内にガスとして炭素
及び窒素を導入し、プラズマを形成するために、１又は
複数のイオン源を作動し続ける。
て、耐摩耗性がある摩耗保護層として作用する窒化炭素
コーティングが設けられている。この層は改良されたＰ
ＶＤ法で成層され、この方法で窒化炭素コーティングを
形成するために、反応室（真空槽）内にガスとして炭素
及び窒素を導入し、プラズマを形成するために、１又は
複数のイオン源を作動し続ける。
【００３５】また、同じ真空槽内で、前に形成された層
と同様に窒化炭素カバー層を形成することができる。
と同様に窒化炭素カバー層を形成することができる。
【図１】コーティングされた切削チップを有する切削工
具の概略斜視図である。
具の概略斜視図である。
【図２】コーティングされた切削工具の製造装置の概略
図である。
図である。
【図３】コーティングされた表面を有する切削工具の一
部の断面図である。
部の断面図である。
【図４】本発明に基いて層をコーティングしたサンプル
（切削チップ）用の、窒素用ＸＰＳ詳細スペクトルの図
である。
（切削チップ）用の、窒素用ＸＰＳ詳細スペクトルの図
である。
【図５】本発明に基づく層をコーティングしたサンプル
（切削チップ）用の、炭素用ＸＰＳ詳細スペクトルの図
である。
（切削チップ）用の、炭素用ＸＰＳ詳細スペクトルの図
である。
１ 切削工具 ２ 工具本体 ３，４ 切削チップ ５，６，７ 層 １１ 装置 １２ 反応室 １４ 管 １５ 内室 １６，１７，１８ ホルダ ２１，２２，２３，２４ イオン源 ２５，２６，２７，２８ 金属ターゲット ２９ 磁場 Ｆ 自由面 Ｓ 切削エッジ Ｓｐ 切削面
Claims (12)
- 【請求項１】 共有結合の窒化炭素（ＣＮｘ）を含む耐
摩耗コーティングを有することを特徴とする切削工具
（１）又は切削チップ（３，４）。 - 【請求項２】 前記窒化炭素（ＣＮｘ）は、ｘ≧２であ
るＣｘＮであり、前記コーティングは少なくとも５原子
百分率の窒素を含むことを特徴とする請求項１に記載の
切削工具又は切削チップ。 - 【請求項３】 前記コーティングの前記窒化炭素は、そ
の化学結合が、Ｍｇｋ αＸ線照射を受けた時、８４８
ｅＶと８５０ｅＶとの間の運動エネルギを有する二次電
子を発生する化学結合になっていることを特徴とする請
求項１に記載の切削工具又は切削チップ。 - 【請求項４】 前記コーティングは、ＭｅｘＣｙＮｚＯ
ｓ：Ｈである窒化炭素層であり、ここで、Ｍｅｘは化学
元素の周期表の第ＩＶ族の金属であるチタン及びジルコ
ニウム、並びに、アルミニウム及びこれらに類する金属
の内の１又は複数の金属であり、酸素は２０原子百分率
よりも少なく、該層は異なった相を有する多相構造で形
成されることを特徴とする請求項１に記載の切削工具又
は切削チップ。 - 【請求項５】 前記金属成分の原子百分率は最大５原子
百分率であることを特徴とする請求項４に記載の切削工
具又は切削チップ。 - 【請求項６】 切削材の基体と前記窒化炭素の前記コー
ティングとの間に、一重又二重以上に形成され得る１層
又は複数層の中間層を配設し、該中間層の材料を、Ｔｉ
ＡｌＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＮ，ＺｒＮ，Ａｌ２Ｏ３の群か
ら選択し、該１層又は複数層の中間層は、選択的に、他
の物質又は層を含むことができることを特徴とする請求
項１に記載の切削工具又は切削チップ。 - 【請求項７】 切削材の基体と前記窒化炭素の前記コー
ティングとの間に、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＴｉＡｌ
ＮＯ又はこれらに類する物質などであるＭｅ ｘ（Ｃ，
Ｎ，Ｏ）層の少なくとも１層を配設したことを特徴とす
る請求項１に記載の切削工具又は切削チップ。 - 【請求項８】 基体を、最初の段階で、少なくともそれ
がコーティングされる領域で、機能的に主要なエッジと
面とを含んで所望の形状に形成し、 しかる後、真空槽内で、少なくとも部分的にイオン化さ
れた炭素及び窒素を含む雰囲気に該基体を曝すことを特
徴とする切削工具又は切削チップ製造方法。 - 【請求項９】 前記イオン化はイオンプラズマ源と磁場
とを組み合わせて用いて行うことを特徴とする請求項８
に記載の切削工具又は切削チップ製造方法。 - 【請求項１０】 前記磁場は、コーティングされるべき
切削工具又は切削チップを囲繞するＤＣ磁場であること
を特徴とする請求項９に記載の切削工具又は切削チップ
製造方法。 - 【請求項１１】 事前に行われるコーティング方法は、
真空層内で低圧でターゲットの材料から放出されこの放
出された材料をコーティングされるべき面に析出するＰ
ＶＤコーティング方法であり、その後、カバー層を形成
するために炭素及び窒素を含むガスを低圧の下で同じ真
空槽内に導入して現にあるイオン源を用いてイオン化す
ることを特徴とする請求項８に記載の切削工具又は切削
チップ製造方法。 - 【請求項１２】 ２００℃から３００℃の温度と、−３
０Ｖから−２００Ｖの電圧及び１０−３ ｍｂａｒから
１ｂａｒまでの圧力での５０ＳＣＣＭと１００ＳＣＣＭ
との間のメタンガス流れと１０ＳＣＣＭと１００ＳＣＣ
Ｍとの間の窒素ガス流とで、真空槽内でコーティングを
形成することを特徴とする請求項１１に記載の切削工具
又は切削チップ製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10002861.6 | 2000-01-24 | ||
| DE10002861A DE10002861A1 (de) | 2000-01-24 | 2000-01-24 | Zerspannungswerkzeug mit Carbonitrid-Beschichtung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001232501A true JP2001232501A (ja) | 2001-08-28 |
Family
ID=7628510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001003347A Pending JP2001232501A (ja) | 2000-01-24 | 2001-01-11 | 切削工具及び切削チップ並びに切削工具及び切削チップ製造方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6617058B2 (ja) |
| EP (1) | EP1120473B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001232501A (ja) |
| KR (1) | KR100740790B1 (ja) |
| CN (1) | CN1196556C (ja) |
| AT (1) | ATE355398T1 (ja) |
| DE (2) | DE10002861A1 (ja) |
| ES (1) | ES2278651T3 (ja) |
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| JP2008254145A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Osg Corp | 硬質被膜および硬質被膜被覆工具 |
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|---|---|---|---|---|
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