(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に内層、中間層、外層からなる硬質被膜層を具える粘質材用ミーリング工具において、
前記基材は、1種類以上の鉄族金属を含む結合相と、周期律表IVa、Va、VIa族の元素及びAl、Siの炭化物、窒化物、酸化物およびそれらの固溶体よりなる群から選択される1種類以上の化合物を含む硬質相とからなり、
刃先稜線部には、チャンファーホーニング部を有し、
前記硬質被膜層のうち、チャンファーホーニング部は、中央部と、この中央部の両側に位置しすくい面側境界部を含む第一領域、及び逃げ面側境界部を含む第二領域とを具え、
前記硬質被膜層のうち、チャンファーホーニング部の最外層が部分的に異なっており、
前記中央部の最外層は、外層を形成するTiCxNyO1-ｘ-y又はZrCxNyO1-x-y(0≦x、y、x+y≦1)層であり、
前記第一領域及び第二領域の少なくとも一方の最外層は、中間層を形成する酸化アルミニウム層であり、
0≦b＜1/2a、0≦d＜1/2a、0.2≦c/a＜1を満たすことを特徴とする粘質材用ミーリング工具。
但し、aは硬質被膜層のうちチャンファーホーニング部における幅、cは中央部の幅、b、dはそれぞれ第一、第二領域の幅とする。
【請求項２】
酸化アルミニウム層が実質的にα型酸化アルミニウムで構成され、厚さが0.5〜15μmであることを特徴とする請求項1に記載の粘質材用ミーリング工具。
【請求項３】
硬質被膜層のうち、チャンファーホーニング部と、刃先稜線部のすくい面側境界部からすくい面にかけて少なくとも200μm以上の範囲及び刃先稜線部の逃げ面側境界から逃げ面にかけて少なくとも50μm以上の範囲の少なくとも一方とが、表面粗さ(Rmax)0.20μm以下(基準長さ5μmとする)であることを特徴とする請求項1又は2に記載の粘質材用ミーリング工具。
【請求項４】
硬質被膜層のうち、すくい面側の平滑面及び逃げ面側の平滑面の少なくとも一方は、Ti(CwBxNyOz)(w+x+y+z＝1、w、x、y、z≧0)の少なくとも1層からなる内層と、TiCxNyO1-x-y又はZrCxNyO1-x-y(0≦x、y、x+y≦1)層の少なくとも1層からなる外層と、酸化アルミニウム層からなる中間層とを有し、合計厚さが2〜20μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の粘質材用ミーリング工具。
【請求項５】
硬質被膜層のうち、内層の少なくとも1層が柱状晶組織を有する炭窒化チタンからなり、厚さが1〜18μmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の粘質材用ミーリング工具。
【請求項６】
硬質被膜層のうち、基材と接する最内層が粒状組織を有する窒化チタンからなり、厚さが0.2〜3μmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の粘質材用ミーリング工具。
【請求項７】
チャンファーホーニング部は、すくい面側境界部から逃げ面側境界部間の幅が0.05〜0.5mmであり、ホーニング角度がすくい面に対して5〜40°であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の粘質材用ミーリング工具。
【請求項８】
チャンファーホーニング部は、すくい面側及び逃げ面側の少なくとも一方のエッジを円弧状とした複合ホーニングであることを特徴とする請求項7に記載の粘質材用ミーリング工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼入れ前の金型鋼などの粘質材にフライス加工を行う際、特に、耐溶着性及び耐摩耗性に優れることで工具寿命が長く、高精度の加工面粗さが得られる粘質材用ミーリング工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フライス加工を行うミーリング工具において、従来、ＷＣ基超硬合金やサーメットからなる基材の表面に炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、酸化アルミニウムなどを蒸着させて硬質被膜層を施すことで、耐摩耗性を向上させ、工具寿命を向上させることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のミーリング工具では、特に、ロックウェル硬さＨＲＣ＝４０未満の比較的低硬度である焼入れ前の金型鋼や合金鋼などの粘質材をフライス加工する場合、加工中に工具表面に溶着や凝着が発生し易い。そのため、加工中にこれら溶着物や凝着物が工具表面に対して着脱を繰り返すことで、硬質被膜層の剥離や破壊による摩耗、欠損が進行して炭素鋼などをフライス加工する場合に比べて、工具寿命が短いという問題がある。
【０００４】
また、近年、環境問題から切削油を用いない乾式加工が増加している。しかし、乾式加工では、切削油の潤滑効果が得られないため、工具表面に被削材が溶着や凝着し易く、工具寿命が低下したり、仕上げ面粗さが悪化するなどという問題もある。
【０００５】
そこで、特許第２１０５３９６号（特公平７−７３８０２号）公報には、刃先稜線部及びその近傍の硬質被膜層の表面粗さを規定することで、局所的損傷を防止することが記載されている。また、特許第２８２５６９３号（特開平５−５７５０７号）公報には、刃先稜線部からすくい面側及び逃げ面側にかけての硬質被膜層の表面を機械的に研磨し、刃先部に酸化アルミニウムを露出させることで耐溶着性を向上させることが記載されている。更に、特許第３００６４５３号（特開平８−１１００５号）公報には、刃先稜線部の酸化アルミニウム膜を部分的に、又は全域に亘って除去することで溶着による膜の剥離や欠損を抑制することが記載されている。
【０００６】
しかし、これらの技術では、比較的低硬度である焼入れ前の金型鋼や合金鋼などの粘質材のように工具の硬質被膜層の成分と反応して溶着や凝着を起こし易い被削材をフライス加工する場合、工具寿命の低下を抑えるのには十分でない。
【０００７】
また、溶着物や凝着物により被削材表面の粗さが悪化するため、高い加工精度が要求される仕上げ加工においては、所望の仕上げ面粗さが得られないなどの問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、溶着や凝着が生じにくく、かつ摩耗の進行を防止することで工具寿命がより長く、高精度の仕上げ面粗さが得られる粘質材用ミーリング工具を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明粘質材用ミーリング工具は、基材上に硬質被膜層を具える粘質材用ミーリング工具において、前記基材は、１種類以上の鉄族金属を含む結合相と、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の元素及びＡｌ、Ｓｉの炭化物、窒化物、酸化物およびそれらの固溶体よりなる群から選択される１種類以上の化合物を含む硬質相とからなり、刃先稜線部にはチャンファーホーニング部を有し、前記硬質被膜層のうち、チャンファーホーニング部の最外層が部分的に異なることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、以下の知見に基づくものである。
（１）  溶着や凝着の発生を抑制するためには、フライス加工中の切削抵抗を低減する必要がある。この切削抵抗を低減するには、刃先稜線部にチャンファーホーニング部を施すことが有効である。
【００１１】
（２）  チャンファーホーニング部を有するミーリング工具において溶着や凝着は、チャンファーホーニング部内のすくい面側境界部付近及び逃げ面側境界部付近の二ヶ所で発生し易い。
【００１２】
（３）  工具において使用した箇所（コーナー）の識別を容易にするために、通常、硬質被膜層の最外層としてチタン化合物層又はジルコニウム化合物層を用い、着色している。しかし、これらの化合物は、被削材の成分と反応して工具表面に溶着や凝着を発生し易い。
【００１３】
（４）  硬質被膜層の最外層としてチタン化合物層又はジルコニウム化合物層以外の別の成分からなる層を具える場合、溶着や凝着が発生し易いすくい面側境界部付近及び逃げ面側境界部付近の二ヶ所において溶着や凝着の抑制に効果がある。しかし、チャンファーホーニング部内においてすくい面側境界部付近及び逃げ面側境界部付近の二ヶ所以外の場所では、耐摩耗性が低下する。一方、酸化アルミニウム層は、溶着や凝着の防止に効果がある。
【００１４】
そこで、本発明は、上記（１）〜（４）の知見に基づき、硬質被膜層のうち、チャンファーホーニング部内において溶着や凝着が発生し易い領域の最外層と、摩耗が進行し易い領域の最外層とが異なる構成である。この構成により、本発明は、溶着や凝着を防止することに併せて摩耗の進行をも防止することで工具寿命を長くできると共に、より平滑な仕上げ面粗さを得ることができる。特に、本発明は、比較的低硬度の焼入れ前の金型鋼や合金鋼などの粘質材のフライス加工において、長期に亘り優れた工具性能と、高精度の仕上げ面粗さとを得ることができる。
【００１５】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明粘質材用ミーリング工具において、硬質被膜層のうちチャンファーホーニング部は、中央部と、この中央部の両側に位置しすくい面側境界部を含む第一、及び逃げ面側境界部を含む第二領域とを具え、第一領域及び第二領域の少なくとも一方の最外層は酸化アルミニウム層であり、中央部の最外層はＴｉＣｘＮｙＯ１−ｘ−ｙ又はＺｒＣｘＮｙＯ１−ｘ−ｙ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）層であることが好ましい。即ち、硬質被膜層のうちチャンファーホーニング部において、溶着や凝着が生じ易いすくい面側境界部付近及び逃げ面側境界部付近の領域（第一、二領域）の最外層を酸化アルミニウム層とし、摩耗が進行し易い領域（中央部）の最外層をチタン化合物層又はジルコニウム化合物層とする。このとき、ａを硬質被膜層のうちチャンファーホーニング部における幅、ｃを中央部の幅、ｂ、ｄをそれぞれ第一、第二領域の幅とすると、０≦ｂ＜１／２ａ、０≦ｄ＜１／２ａ、０．２≦ｃ／ａ＜１を満たすものとする。ｂ＜１／２ａ、ｄ＜１／２ａ、０．２≦ｃ／ａとするのは、ｂ≧１／２ａ、ｄ≧１／２ａ、ｃ／ａ＜０．２とすると、最外層がチタン化合物層又はジルコニウム化合物層である範囲が小さく、摩耗の進行を抑制しにくいからである。
【００１６】
なお、すくい面側境界部を介して第一領域とすくい面側の平滑面と繋がる領域、及び逃げ面側境界部を介して第二領域と逃げ面側の平滑面と繋がる領域も、第一、第二領域と同様に最外層を酸化アルミニウム層とすることが好ましい。このとき、前者の領域の範囲は、すくい面境界部からすくい面側の平滑面に向かって０．５ｍｍ以下、後者の領域の範囲は、逃げ面境界部から逃げ面側の平滑面に向かって０．１ｍｍ以下が好ましい。この範囲を超えても、溶着や凝着の防止に対する効果の上昇は見られないからである。
【００１７】
上記酸化アルミニウム層は、実質的にα型酸化アルミニウムで構成されることが好ましい。α型酸化アルミニウムは、高温安定型の結晶構造で強度、耐熱性が高い。そのため、膜自体の強度を高くすることができ、被削材と直接接する部分の最外層に有効だからである。また、膜自体の強度を向上させることで、引いては、工具の強度も向上できる。
【００１８】
α型酸化アルミニウム層の厚さは、０．５〜１５μｍであることが好ましい。厚さが０．５μｍ未満であると上記α型酸化アルミニウムの効果がでず、膜の強度を向上することが難しく、１５μｍを超えると膜中の引張応力の増大によって膜の強度が低下するためである。
【００１９】
このようなα型酸化アルミニウム層は、公知の方法によって形成することができる。
【００２０】
上記ＴｉＣｘＮｙＯ１−ｘ−ｙ又はＺｒＣｘＮｙＯ１−ｘ−ｙ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）層においてｘ、ｙは、成膜の際の条件を変化させることにより変えることができ、物理的蒸着法（ＰＶＤ）や化学的蒸着法（ＣＶＤ）などの公知の方法により行うとよい。
【００２１】
硬質被膜層のうちチャンファーホーニング部と、刃先稜線部のすくい面側境界部からすくい面にかけて少なくとも２００μｍ以上の範囲及び刃先稜線部の逃げ面側境界から逃げ面にかけて少なくとも５０μｍ以上の範囲の少なくとも一方とが、表面粗さ（Ｒｍａｘ）０．２０μｍ以下（基準長さ５μｍとする）であることが望ましい。
【００２２】
硬質被膜層のうち、チャンファーホーニング部の表面粗さ（Ｒｍａｘ）を０．２０μｍ以下とするのは、０．２０μｍを超えると表面の凹凸部に溶着や凝着が生じ易くなるからである。
【００２３】
刃先稜線部のすくい面側境界部からすくい面にかけて少なくとも２００μｍまでの範囲では、切り屑の擦過によるクレーター摩耗が発生することがある。そこで、本発明では、少なくともこの範囲を平滑化することで、切り屑の流れをスムーズにしてクレーター摩耗を抑制し、クレーター摩耗による工具の損傷を改善する。このとき、表面粗さ（Ｒｍａｘ）を０．２０μｍ以下とする範囲は、被削材や切削条件に応じて適宜広くするとよいが、刃先稜線部のすくい面側境界部からすくい面にかけて５００μｍまでの範囲とすることがより望ましい。
【００２４】
刃先稜線部の逃げ面側境界部から逃げ面にかけて少なくとも５０μｍまでの範囲では、硬質被膜層のマイクロチッピングに伴う切り屑の溶着による異常摩耗が進行することがある。また、硬質被膜層の表面の凹凸や付着した溶着物などが被削材に転写され被削材の仕上げ面粗さを悪化させることもある。そこで、本発明では、少なくともこの範囲を平滑化することで、異常摩耗の抑制や仕上げ面粗さを向上させる。表面粗さ（Ｒｍａｘ）を０．２０μｍ以下とする範囲は、被削材や切削条件に応じて適宜広くするとよいが、刃先稜線部の逃げ面側境界部から逃げ面にかけて２００μｍまでの範囲とすることがより望ましい。
【００２５】
表面粗さ（Ｒｍａｘ）を基準長さ５μｍにおいて最大高さ０．２０μｍ以下としたのは、０．２０μｍより大きければ上記の所望の効果が得られないためであり、０．２０μｍより小さければ小さいほど好ましい。
【００２６】
表面粗さ（Ｒｍａｘ）の測定方法は、例えば、走査型電子顕微鏡写真による硬質被膜層の断面から観察することにより行えばよい。
【００２７】
上記所定の表面粗さに制御する方法として、例えば、バフ、ブラシ、バレルや弾性砥石などによる研磨が好ましい。この他、マイクロブラスト、イオンビーム照射による表面改質も適用できる。
【００２８】
硬質被膜層のうち、すくい面側境界部付近を除くすくい面及び逃げ面側境界部付近を除く逃げ面の少なくとも一方は、Ｔｉ（ＣｗＢｘＮｙＯｚ）（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｗ、ｘ、ｙ、ｚ≧０）の少なくとも１層からなる内層と、ＴｉＣｘＮｙＯ１−ｘ−ｙ又はＺｒＣｘＮｙＯ１−ｘ−ｙ（０≦ｘ、ｙ、ｘ＋ｙ≦１）層の少なくとも１層からなる外層と、酸化アルミニウム層からなる中間層とを有することが望ましい。このとき、合計厚さは２〜２０μｍとすることが好ましい。
【００２９】
内層を硬度が高くこすり摩耗に強いＴｉ（ＣｗＢｘＮｙＯｚ）（ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｗ、ｘ、ｙ、ｚ≧０）の少なくとも１層から形成することで、高い耐摩耗性を得ることができる。また、中間層を酸化アルミニウム層とすることで、内層のＴｉ（ＣｗＢｘＮｙＯｚ）層を溶着や凝着から保護することができる。
【００３０】
ここで、酸化アルミニウムを硬質被膜層の最外層に全面的に配置すると、切削加工現場において使用済みの箇所（コーナー）が識別困難であるという問題がある。このような問題を解決するために、酸化アルミニウム層の上に識別層としてＴｉＣｘＮｙＯ１−ｘ−ｙ或いはＺｒＣｘＮｙＯ１−ｘ−ｙ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）層のうち少なくとも１層を外層、特に最外層として、着色することが好ましい。
【００３１】
すくい面側の平滑面及び逃げ面側の平滑面の少なくとも一方に施す上記硬質被膜層の合計厚さは２〜２０μｍであることが望ましい。厚さが２μｍ未満であると耐摩耗性が不足し、２０μｍを超えると硬質被膜層の強度が低下してチッピングや欠損が生じ易くなり、このチッピングに伴って溶着や凝着が起こり易くなるためである。
【００３２】
硬質被膜層において内層の少なくとも１層は、柱状晶組織を有する炭窒化チタンからなることが好ましい。このとき、硬質被膜層は、耐チッピング性と耐摩耗性とを両立することができる。特に、断続切削や部品加工などの切削加工において、中間層や外層による内層の破壊を防止しつつ、高い摩耗性を得ることができる。例えば、中間層として酸化アルミニウム層を具える場合、酸化アルミニウム層から受ける損傷を防ぐことができる。
【００３３】
この炭窒化チタン層の厚さは、１〜１８μｍであることが望ましい。厚さが１μｍ未満であると耐摩耗性が低下し、１８μｍを超えると膜の強度が低下するためである。
【００３４】
硬質被膜層のうち、基材と接する最内層は、基材との密着強度が高い粒状組織を有する窒化チタンからなることが好ましい。このとき、内層と基材との密着強度を改善することで、更に工具の性能を向上させることができる。
【００３５】
この窒化チタン層の厚さは、０．２〜３μｍであることが好ましい。厚さが０．２μｍ未満であると、膜における密着強度の改善の効果が少なく、３μｍを超えると、耐摩耗性が低下するからである。
【００３６】
このような硬質被膜層の形成には、公知の物理的蒸着法（ＰＶＤ）や化学的蒸着法（ＣＶＤ）を利用するとよい。
【００３７】
チャンファーホーニング部は、すくい面側からみてすくい面側境界部から逃げ面側境界部間の幅が０．０５〜０．５ｍｍであり、ホーニング角度がすくい面に対して５〜４０°であることが望ましい。
【００３８】
すくい面側境界部から逃げ面側境界部間の幅が０．０５ｍｍ未満又はホーニング角度が５°未満であると、フライス加工において刃先の強度が不足し、チッピングや欠損が発生し易くなるからである。同幅が０．５ｍｍより大きい又はホーニング角度が４０°より大きいと、切削抵抗が大きくなり過ぎて、チッピングの抑制などの効果が得られないためである。また、チャンファーホーニング部は、すくい面側及び逃げ面側の少なくとも一方のエッジを円弧状とした複合ホーニングとしてもよい。円弧状のホーニング（丸ホーニング）を具えることで、チャンファーホーニングだけの場合よりもよりチッピングを抑制することができるからである。なお、チッピングを制御することにより、チッピングに伴う溶着や凝着を低減させることができる。
【００３９】
本発明粘質材用ミーリング工具は、ロックウェル硬さＨＲＣ＝４０未満の比較的低硬度である焼入れ前の金型鋼や合金鋼などをフライス加工する際に用いることが好適である。また、本発明粘質材用ミーリング工具としては、例えば、回転可能な工具本体の先端部に具える交換型の刃部などが挙げられる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明ミーリング工具において刃先稜線部付近における断面図である。工具１は、基材２上に複数の硬質被膜層３が形成されている。
【００４１】
基材２は、刃先部分である刃先稜線部４と、刃先稜線部４を挟んで水平方向に繋がるすくい面側の平滑面５、垂直方向に繋がる逃げ面側の平滑面６とを具える。刃先稜線部４には、切削の際における刃先のチッピングなどを防止するためにエッジホーニングを施したチャンファーホーニング部を具える。本発明工具では、硬質被膜層３のうち、このチャンファーホーニング部の最外層が部分的に異なる。
【００４２】
なお、刃先稜線部４とすくい面側の平滑面５との境界部が刃先稜線部４のすくい面側境界部７であり、刃先稜線部４と逃げ面側の平滑面６との境界部が刃先稜線部４の逃げ面側境界部８である。また、本例においてチャンファーホーニング部は、すくい面側境界部７から逃げ面側境界部８までの領域である。
【００４３】
エッジホーニングには、すくい面側と逃げ面側とを一定の角度で直線的に結んで設けたもの（図１、２参照）や、円弧状の丸ホーニング（図３参照）があり、少なくとも一方のエッジを丸ホーニングとした複合ホーニング（図４参照）としてもよい。このとき、各境界部７、８におけるチッピングなどをより防止することができる。
【００４４】
硬質被膜層３は、基材２上に被膜材料をＰＶＤやＣＶＤにより蒸着させることで形成される。被膜層３は、内層にチタン化合物層３Ａ、中間層に酸化アルミニウム層３Ｂ、外層にチタン化合物層又はジルコニウム化合物層３Ｃを具えることが最適である。
【００４５】
本発明は、このように基材２上に複数の硬質被膜層３を施した工具１を人工ブラシなどにより研磨することで、チャンファーホーニング部における硬質被膜層３の最外層を異ならせる。具体的には、図１に示すように、特に、チャンファーホーニング部において溶着や凝着が生じ易いすくい面側境界部７付近の第一領域７ａ及び逃げ面側境界部８付近の第二領域８ａのチタン化合物層又はジルコニウム化合物層３Ｃを除去し、中間層として施した酸化アルミニウム層３Ｂを露出させ、この酸化アルミニウム層３Ｂを最外層とする。このとき、すくい面側境界部７を介して第一領域７ａとすくい面側の平滑面５と繋がる領域７ｂ、及び逃げ面側境界部８を介して第二領域８ａと逃げ面側の平滑面６と繋がる領域８ｂも、第一、第二領域７ａ、８ａと同様に最外層を酸化アルミニウム層３Ｂとすることが好ましい。また、摩耗が進行し易いチャンファーホーニング部の中央部４ａは、チタン化合物層又はジルコニウム化合物層３Ｃを除去せず、そのままチタン化合物層又はジルコニウム化合物層３Ｃとする。
【００４６】
ＴｉＣｘＮｙＯ１−ｘ−ｙなどのチタン化合物又はＺｒＣｘＮｙＯ１−ｘ−ｙなどのジルコニウム化合物が最外層であると、一般に被削材の成分と反応して溶着を起こし易い。一方、酸化アルミニウムは、化学的に安定であり、被削材との溶着・凝着性が低い。そこで、本発明は、溶着や凝着が生じ易いすくい面側境界部７付近や逃げ面側境界部８付近の最外層を酸化アルミニウム層３Ｂとする。すくい面側境界部７付近として、すくい面境界部７を挟んでチャンファーホーニング部の第一領域７ａ及びすくい面側の平滑面５側の一部（領域７ｂ）を含む。逃げ面側境界部８付近として、逃げ面側境界部８を挟んでチャンファーホーニング部の第二領域８ａ及び逃げ面側の平滑面６の一部（領域８ｂ）を含む。
【００４７】
一方、ＴｉＣｘＮｙＯ１−ｘ−ｙなどのチタン化合物又はＺｒＣｘＮｙＯ１−ｘ−ｙなどのジルコニウム化合物は、こすり摩耗に強いため、摩耗の生じ易いところに施す硬質被膜層として適する。そこで、本発明において摩耗が生じ易いのチャンファーホーニング部の中央部４ａは、ブラシなどで研磨せずチタン化合物層又はジルコニウム化合物層３Ｃを最外層とする。
【００４８】
上記構成を具える本発明粘質材用ミーリング工具１は、チャンファーホーニング部全域の最外層が同一成分である従来のミーリング工具と比較して、フライス加工などの加工中の溶着や凝着を防止すると共に、摩耗を抑制する。そのため、従来よりも工具寿命をより長くすることができる。また、溶着や凝着などの防止により平滑な仕上げ面粗さが得られる。
【００４９】
（試験例１）
基材の材料粉末を配合し、ボールミルにより１０時間湿式混合して乾燥した後、特定の形状の圧粉体にプレス成形した。本例では、型番ＳＤＫＮ４２ＭＴの形状の切削チップとした。次に、上記圧粉体を焼結炉内に挿入し１４００Ｋの温度で１時間真空焼結を行った。その後、刃先部分にホーニング処理を施した。この基材上に通常のＣＶＤ法（従来と同様の所定の温度、ガス、圧力条件）により、複数の硬質被膜層を被覆した。この切削チップの刃先稜線部、すくい面側境界部付近や逃げ面側境界部付近に人工ブラシで研磨・ラッピング処理を施した。表１に各試料の基材及び硬質被膜層、表２に各試料においてチャンファーホーニング部のａ、ｂ、ｃ、ｄの関係及び最外層、表３に作製した表面削り用カッターの形態を示す。
【００５０】
（基材の原料粉末）
重量％
Ａ  ＴａＣ：３、ＮｂＮ：１、ＴｉＣ：２  Ｃｏ：６  ＷＣ：８８
Ｂ  Ｃｏ：１０  ＷＣ：９０
Ｃ  ＴｉＣＮ：２、ＴａＮｂＣ：３  Ｃｏ：８  ＷＣ：８７
【００５１】
（チャンファーホーニング部の幅及び角度）
すくい面境界部から逃げ面境界部間ｌ（図２参照）：０．２０ｍｍ
ホーニング角度θ（図２参照）：すくい面に対して２５°
【００５２】
（チャンファーホーニング部における各領域の幅）
チャンファーホーニング部：ａ
中央部：ｃ
第一、第二領域：それぞれｂ、ｄ
なお、各領域の幅は、硬質被膜層における幅とする。
【００５３】
（硬質被膜層の表面粗さ（Ｒｍａｘ））
チャンファーホーニング部：０．１μｍ
すくい面側境界部からすくい面にかけて５００μｍの範囲：０．１μｍ
逃げ面側境界から逃げ面にかけて２００μｍの範囲：０．１μｍ
但し、表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、基準長さ５μｍにおける最大高さとする。
【００５４】
表１において硬質被膜層とは、研磨・ラッピング処理前の積層状態を示す。また、表１において、特に断りがない限りＴｉＮは粒状組織、ＴｉＣＮは、柱状晶組織であり、Ａｌ２Ｏ３は、α型酸化アルミニウムである。これらのことは、後述する他の試験例においても同様とする。
【００５５】
【表１】
0003622846.tif 000002
【００５６】
【表２】
0003622846.tif 000003
【００５７】
【表３】
0003622846.tif 000004
【００５８】
上記各試料を用いて以下の条件でフライス加工を行い、カッターに取り付けた試料１個に溶着や凝着が生じるまでの被削量及び溶着や凝着が生じた際の摩耗量を測定した。表４に試験に被削材（焼入れ前のもの）及び試験条件を示す。被削量の評価は、被削材（３００ｍｍ×１００ｍｍ）を１枚スライスした切削量（切削長）を１パスとした。その結果を表５に示す。
【００５９】
【表４】
0003622846.tif 000005
【００６０】
【表５】
0003622846.tif 000006
【００６１】
表５に示すように、硬質被膜層のうち、チャンファーホーニング部の最外層が異なる実施例１−１〜１−３４は、７〜１０パスという優れた耐溶着性、耐凝着性を示すと共に、０．３０ｍｍ未満という優れた耐摩耗性を示す。特に、実施例１−１、１−２、１−７〜１−１５、１−１８〜１−２０、１−２４〜１−２６、１−３０〜１−３２は、切削長１０パス、摩耗量０．２０ｍｍ以下であり、極めて優れていた。また、これら実施例１−１、１−２、１−７〜１−１５、１−１８〜１−２０、１−２４〜１−２６、１−３０〜１−３２は、特に高精度の仕上げ面粗さを得ることができた。
【００６２】
なお、実施例１−１、１−２、１−７〜１−１５、１−１８〜１−２０、１−２４〜１−２６、１−３０〜１−３２において、すくい面側境界部を介して第一領域とすくい面側の平滑面と繋がる領域７ｂ（図１参照）、及び逃げ面側境界部を介して第二領域と逃げ面側の平滑面と繋がる領域８ｂ（同）の最外層がＡｌ２Ｏ３である場合、より耐溶着性、耐凝着性に優れることが確認できた。このとき、領域７ｂの範囲は、すくい面境界部からすくい面側の平滑面に向かって０．５ｍｍ以下、領域８ｂの範囲は、逃げ面境界部から逃げ面側の平滑面に向かって０．１ｍｍ以下であった。
【００６３】
第一又は第二領域のいずれかのみの最外層がＡｌ２Ｏ３である実施例１−３、１−４は、８パス目を切削し始めてすぐにすくい面側境界部付近又は逃げ面側境界部付近において溶着や凝着が生じていることが確認された。中央部が比較的大きく第一及び第二領域が比較的小さい実施例１−５は、最外層がＡｌ２Ｏ３である範囲が狭いことで、実施例の中で比較的溶着や凝着が生じ易かったが、摩耗は少なかった。中央部が比較的小さく第一及び第二領域が比較的大きい実施例１−６は、８パス目を切削し始めて半ばまで溶着や凝着が生じなかったが、摩耗は多いほうであった。これらのことからチャンファーホーニング部において中央部の幅ｃは、１／３ａ程度が適することが分かる。更に、中央部の幅ｃを変えて調べると幅ｃは、１／３ａ〜３／５ａが最適であることが確認できた。
【００６４】
最内層のＴｉＮの厚さを変えた実施例１−１７〜１−２１において、厚さ０．１μｍである実施例１−１７は、切削するに従って摩耗が進行することが確認された。また、厚さ３．５μｍである実施例１−２１は、実施例の中で摩耗が多いほうであった。これらのことから、最内層の厚さは、０．２〜３．０μｍが特に適することが分かる。更に、ＴｉＮが粒状組織でない実施例１−２２は、被膜層と基材との密着強度が比較的低く、実施例１−１８〜１−２０に比べて性能が劣った。このことから、最内層のＴｉＮは、粒状組織が好ましいことが分かる。
【００６５】
内層のＴｉＣＮの厚さを変えた実施例１−２３〜１−２７において、厚さ０．８μｍである実施例１−２３は、実施例の中で摩耗が多いほうであった。また、厚さが１８．５μｍである実施例１−２７は、膜強度が比較的低く摩耗が多くなった。これらのことから、内層のＴｉＣＮは、１．０〜１８．０μｍが特に適することが分かる。更に、ＴｉＣＮが柱状晶組織でない実施例１−２８は、膜の強度が比較的低く、実施例１−２４〜１−２６に比べて性能が劣った。このことから、内層のＴｉＣＮは、柱状晶組織が好ましいことが分かる。
【００６６】
中間層のＡｌ２Ｏ３の厚さを変えた実施例１−２９〜１−３３において、厚さ０．３、１５．５μｍである実施例１−２９、１−３３は、膜強度が比較的低く摩耗が多くなった。従って、中間層のＡｌ２Ｏ３は、０．５〜１５．０μｍが特に適することが分かる。更に、Ａｌ２Ｏ３がα型でない（κ型酸化アルミニウム）実施例１−３４は、α型酸化アルミニウムを被覆した実施例１−７などよりも膜強度が比較的低く、摩耗が多くなった。このことから、中間層の酸化アルミニウムは、α型が好ましいことが分かる。
【００６７】
内層をＴｉＣＮのみとした実施例１−１６は、最内側から順にＴｉＮ、ＴｉＣＮを被覆した実施例１−７などよりも密着強度が比較的低く、摩耗が多くみられた。このことから、内層は、最内側から順にＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層を具えることが特に好ましいことが分かる。
【００６８】
一方、実施例と同様に基材に硬質被膜を被覆後、チャンファーホーニング部に研磨処理などを施していない比較例１−１は、チャンファーホーニング部の最外層がＴｉＣＮＯであるため、５パスで溶着が生じた。実施例と同様に基材に硬質被膜を被覆後、チャンファーホーニング部において最外層のＴｉＮを研磨処理して除去し、研磨後のチャンファーホーニング部全域の最外層をＡｌ２Ｏ３とした比較例１−２は、６パスまで溶着が生じなかったが、摩耗が多くみられた。硬質被膜層を基材から近い順にＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ａｌ２Ｏ３とし、チャンファーホーニング部を研磨処理して中央部の最外層をＡｌ２Ｏ３、第一及び第二領域の最外層をＴｉＣＮとした比較例１−３は、耐溶着性、耐摩耗性の双方とも非常に悪かった。これら比較例１−１〜１−３はいずれも高精度な仕上げ面粗さは得られなかった。
【００６９】
（試験例２）
上記試験例１で用いた実施例１−１、１−２、１−７、比較例１−１、１−３を用いて、被削材のロックウェル硬さ（ＨＲＣ＝２０、３５、４０、４５）を変えて、試験例１と同様にカッターに取り付けた試料１個に溶着や凝着が生じるまでの被削量及び溶着や凝着が生じた際の摩耗量を調べてみた。その結果、いずれの実施例１−１、１−２、１−７も、ＨＲＣ＝４０、４５の被削材では、切削が進むにつれて膜のチッピングが生じ、高精度な仕上げ面粗さを得ることができにくかった。一方、ＨＲＣ＝２０、３５の被削材では、いずれの実施例１−１、１−２、１−７も切削長９パス以上、摩耗量０．２０ｍｍ以下であり、良好な耐溶着性や耐凝着性、及び耐摩耗性を有することが確認できた。このことから、本願発明ミーリング工具は、ロックウェル硬さＨＲＣ＝４０未満の比較的低硬度の材料をフライス加工する際に用いることが好ましいことが分かる。これに対し、比較例１−１は、いずれの被削材に対しても、切削長５パス、摩耗量０．５０ｍｍ以上であり、高精度な仕上げ面粗さが得られなかった。比較例１−３は、特にＨＲＣ＝３５、２０の被削材において、耐溶着性や耐凝着性、耐摩耗性の双方とも非常に悪く、高精度な仕上げ面粗さが得られなかった。このことから、比較例１−３は、粘質材の加工に適していないことが分かる。
【００７０】
（試験例３）
（１）上記試験例１で用いた実施例１−７を用いて、硬質被膜層のうち、チャンファーホーニング部及び刃先稜線部のすくい面側境界部からすくい面にかけての領域において表面粗さを変えて摩耗量を調べてみた。試験は、試験例１と同様に行った。表面粗さは、ブラシによる研磨を施すことによって変化させた。なお、表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、基準長さ５μｍにおける最大高さで表す。その結果を表６に示す。
【００７１】
【表６】
0003622846.tif 000007
【００７２】
表６に示すように、硬質被膜のうち、チャンファーホーニング部の表面粗さが小さいほど摩耗が小さいことが分かる。特に、表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．２０μｍ以下であると、摩耗が０．３０ｍｍ未満となって、耐摩耗性に優れることが分かる。また、刃先稜線部のすくい面側境界部からすくい面にかけての領域は、範囲が大きいほど摩耗が小さいことが分かる。特に、表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．２０μｍ以下で、上記領域が２００μｍ以上であると、摩耗が０．２０ｍｍ以下となり、更に、同５００μｍ以上であると摩耗が０．１５ｍｍ以下となって、耐摩耗性に極めて優れることが分かる。併せて、チャンファーホーニング部の表面粗さを０．１０μｍとして、刃先稜線部のすくい面側境界部からすくい面にかけての領域における表面粗さ（Ｒｍａｘ）を変えて摩耗を調べてみた。すると、表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．２０μｍ以下であると、摩耗が０．４０ｍｍ未満であり、更に、上記領域の表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．２０μｍ以下の範囲が２００μｍ以上であると、摩耗が０．２０ｍｍ以下となって、特に優れていることが確認できた。このことから、チャンファーホーニング部と、刃先稜線部のすくい面側境界部からすくい面にかけて２００μｍ以上の範囲は、表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．２０μｍ以下であることが好ましいことが分かる。
【００７３】
（２）上記試験例１で用いた実施例１−７を用いて、硬質被膜層のうち、チャンファーホーニング部及び刃先稜線部の逃げ面側境界から逃げ面にかけての領域において、表面粗さを変えてマイクロチッピングの有無を調べてみた。試験は、試験例１と同様に行った。その結果を表７に示す。
【００７４】
【表７】
0003622846.tif 000008
【００７５】
表７に示すように、硬質被膜層のうち、チャンファーホーニング部の表面粗さが小さいほどマイクロチッピングが少ないことが分かる。特に、表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．２０μｍ以下であると、マイクロチッピングがほとんどみられず、異常摩耗が生じにくいことが分かる。また、刃先稜線部の逃げ面側境界部から逃げ面にかけての領域は、範囲が大きいほどマイクロチッピングが少ないことが分かる。特に、表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．２０μｍ以下で上記領域が５０μｍ以上であると、マイクロチッピングは全くみられなかった。併せて、刃先稜線部の逃げ面側境界部から逃げ面にかけての領域における表面粗さを変えてマイクロチッピングの有無を調べてみた。すると、表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．２０μｍ以下であると、マイクロチッピングの発生がほとんどなく、更に上記領域の表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．２０μｍ以下である範囲が５０μｍ以上であると、マイクロチッピングがなく、特に優れていることが確認できた。このことから、チャンファーホーニング部と、刃先稜線部の逃げ面側境界部から逃げ面にかけて５０μｍ以上の範囲は、表面粗さ（Ｒｍａｘ）が０．２０μｍ以下であることが好ましいことが分かる。
【００７６】
（試験例４）
上記試験例１で用いた実施例１−７において、すくい面側の平滑面及び逃げ面側の平滑面に施される硬質被膜層の合計の厚さを変えて、溶着や凝着が生じるまでの被削量及び溶着や凝着が生じた際の摩耗を測定した。試験は、試験例１と同様に行った。その結果を表８に示す。
【００７７】
【表８】
0003622846.tif 000009
【００７８】
表８に示すように、すくい面側の平滑面及び逃げ面側の平滑面に施される硬質被膜層の合計の厚さが２．０〜２０μｍである試料４−２〜４−４は、耐溶着性や耐凝着性、及び耐摩耗性の双方に優れることが分かる。これに対し、すくい面側の平滑面及び逃げ面側の平滑面に施される硬質被膜層の合計の厚さが２．０μｍ未満である試料４−１は、２．０μｍ以上の試料４−２〜４−４に比べて摩耗が多かった。また、すくい面側の平滑面及び逃げ面側の平滑面に施される硬質被膜層の合計の厚さが２０μｍを超える試料４−５は、２０μｍ以下の試料４−２〜４−４に比べて切削長が少なかった。なお、すくい面側の平滑面及び逃げ面側の平滑面の少なくとも一方に施される硬質被膜層の合計の厚さが２．０〜２０μｍであれば、耐溶着性及び耐摩耗性の双方に優れることが確認された。
【００７９】
（試験例５）
上記試験例１で用いた実施例１−７を用いて、チャンファーホーニング部の幅及びホーニング角度を変えて溶着や凝着が生じるまでの被削量を測定した。試験は、試験例１と同様に行った。なお、チャンファーホーニング部の幅とは、図２に示すすくい面側境界部から逃げ面側境界部間の幅Ｗである。ホーニング角度とは、図２に示すすくい面に対する角度θである。その結果を表９に示す。
【００８０】
【表９】
0003622846.tif 000010
【００８１】
表９に示すように、幅Ｗが０．０５〜０．５ｍｍ、ホーニング角度が５〜４０°である試料５−４、５−６、５−８は、切削量が１０パスと耐溶着性、耐凝着性に優れていることが分かる。これに対し、幅Ｗが０．０５ｍｍ未満、０．５ｍｍ超、ホーニング角度が５°未満、４０°超のいずれかを満たす試料５−１〜５−３、５−５、５−７、５−９〜５−１１は、切削量が７〜８パスと試料５−４、５−６、５−８に比べて切削量が少なかった。このことから、チャンファーホーニング部の幅は０．０５〜０．５ｍｍ、ホーニング角度は５〜４５°が好ましいことが分かる。
【００８２】
上記試験例５において、更に、すくい面側又は逃げ面側の一方のエッジを円弧状とした複合ホーニングとすると、上記の結果より切削量が多く１２パスとなった。また、すくい面側及び逃げ面側の両方のエッジを円弧状とした複合ホーニングとすると、切削量が１４パスとなって、より耐溶着性、耐凝着性に優れることが確認できた。
【００８３】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明粘質材用ミーリング工具によれば、硬質被膜層のうち、チャンファーホーニング部の最外層を部分的に異ならせることで、耐溶着性、耐凝着性、及び耐摩耗性との双方に優れるという特有の効果を奏す。特に本発明は、ロックウェル硬さＨＲＣ＝４０未満の比較的低硬度の焼入れ前の金型鋼などをフライス加工する際において、長期に亘って優れた工具性能を呈することができる。また本発明は、溶着や凝着を防止すると共に摩耗の進行も防止することから、高精度の仕上げ面粗さを得ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ミーリング工具において刃先稜線部付近における断面図である。
【図２】エッジホーニングにおいて、角度ホーニングを示す断面図である。
【図３】エッジホーニングにおいて、丸ホーニングを示す断面図である。
【図４】エッジホーニングにおいて、複合ホーニングを示す断面図である。
【符号の説明】
１  ミーリング工具  ２  基材  ３  硬質被膜層  ４  刃先稜線部
５  すくい面側の平滑面  ６  逃げ面側の平滑面
７  すくい面側境界部  ７ａ  第一領域  ７ｂ、８ｂ  領域  ８  逃げ面側境界部
８ａ  第二領域
Ｗ  チャンファーホーニング部の幅  θ  ホーニング角度
【図１】
0003622846.tif 000011
【図２】
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【図３】
0003622846.tif 000013
【図４】
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