(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製または超硬合金製回転シャンク本体の先端部側面に形成された切り欠き部に、超硬合金基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆超硬合金製切刃チップを着脱自在に装着した形式のミーリング工具において、
（Ａ）上記表面被覆超硬合金製切刃チップにおける超硬合金基体を、
（ａ）結合相形成成分としてＣｏ：５〜２０重量％、
同じく結合相形成成分としてＣｒおよびＶのうちの１種または２種：０．１〜２重量％、
を含有し、残りが分散相形成成分としての炭化タングステンと不可避不純物からなる組成を有し、
前記炭化タングステンが平均粒径：０．１〜１．５μｍの微細粒組織を有し、
（ｂ）さらに表面部に、炭酸ガスまたは四塩化チタンを配合の水素雰囲気中、前記雰囲気圧力を１００〜５５０ｔｏｒｒとして、９００〜１０００℃の温度に１〜１０分間保持の条件で、最表面から０．１〜２μｍの深さに亘ってＣｏとＷの反応生成複合炭化物が分布する高温加熱形成表面層を形成してなる、超硬合金基体で構成すると共に、
（Ｂ）上記硬質被覆層を、いずれも中温化学気相蒸着法にて形成したＴｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、窒酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層で構成し、かつその平均層厚を０．５〜４．５μｍとしたことを特徴とする、耐摩耗性のすぐれたミーリング工具。
【請求項２】
鋼製または超硬合金製回転シャンク本体の先端部側面に形成された切り欠き部に、超硬合金基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆超硬合金製切刃チップを着脱自在に装着した形式のミーリング工具において、
（Ａ）上記表面被覆超硬合金製切刃チップにおける超硬合金基体を、
（ａ）結合相形成成分としてＣｏ：５〜２０重量％、
同じく結合相形成成分としてＣｒおよびＶのうちの１種または２種：０．１〜２重量％、
を含有し、残りが分散相形成成分としての炭化タングステンと不可避不純物からなる組成を有し、
前記炭化タングステンが平均粒径：０．１〜１．５μｍの微細粒組織を有し、
（ｂ）さらに表面部に、炭酸ガスまたは四塩化チタンを配合の水素雰囲気中、前記雰囲気圧力を１００〜５５０ｔｏｒｒとして、９００〜１０００℃の温度に１〜１０分間保持の条件で、最表面から０．１〜２μｍの深さに亘ってＣｏとＷの反応生成複合炭化物が分布する高温加熱形成表面層を形成してなる、超硬合金基体で構成すると共に、
（Ｂ）上記硬質被覆層を、いずれも中温化学気相蒸着法にて形成したＴｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、窒酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層と、中温化学気相蒸着法または高温化学気相蒸着法にて形成した酸化アルミニウム層で構成し、かつその平均層厚を０．５〜４．５μｍとしたことを特徴とする、耐摩耗性のすぐれたミーリング工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、切刃チップを構成する硬質被覆層の超硬合金基体表面に対する密着性にすぐれ、したがって苛酷な切削条件となる高速切削に用いても前記硬質被覆層に剥離の発生がないことから、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するミーリング（フライス削り）工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、例えば図１に平面図で示されるように、鋼製または超硬合金製回転シャンク本体の先端部側面に形成された切り欠き部に、超硬合金基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆超硬合金製切刃チップをネジ止めなどの固着手段により着脱自在に装着した形式のミーリング工具が知られている。また、上記切刃チップを構成する硬質被覆層が、通常の高温化学気相蒸着法（以下、ＨＴ−ＣＶＤ法と云う）や、前記ＨＴ−ＣＶＤ法の蒸着温度である１０００〜１１５０℃に比して相対的に低温の７００〜９８０℃で蒸着を行う中温化学気相蒸着法（以下、ＭＴ−ＣＶＤ法と云う）にて形成されることも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の切削加工の省力化および省エネ化はめざましく、これに伴い、切削加工条件は一段と高速化の傾向にあるが、上記のミーリング工具においては、これを高速条件下で用いると、切刃チップを構成する硬質被覆層の超硬合金基体表面に対する密着性が不十分であるために、硬質被覆層に剥離が発生し易く、これが原因で摩耗進行が著しく促進され、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００４】
【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、ミーリング工具に着目し、これを構成する切刃チップにおける硬質被覆層の超硬合金基体表面に対する密着性向上を図るべく研究を行った結果、
（ａ）超硬合金基体が、重量％（以下、％は重量％を示す）で、
結合相形成成分としてＣｏ：５〜２０％、
同じく結合相形成成分としてＣｒおよびＶのうちの１種または２種：０．１〜２％、
を含有し、残りが分散相形成成分としての炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）と不可避不純物からなる組成を有し、
かつ前記ＷＣが平均粒径：０．１〜１．５μｍの微細粒組織を有すること。
（ｂ）上記（ａ）の超硬合金基体を、炭酸ガスまたは四塩化チタンを配合の水素雰囲気中、前記雰囲気圧力を１００〜５５０ｔｏｒｒとして、９００〜１０００℃の温度に１〜１０分間保持の条件で高温加熱処理すると、表面部に、最表面から所定深さに亘ってＣｏとＷの複合炭化物（以下、Ｃｏm Ｗn Ｃで示す）が反応生成した表面層が形成されること。
（ｃ）表面部に上記（ｂ）の反応生成Ｃｏm Ｗn Ｃが分布する高温加熱形成表面層を有する超硬合金基体の表面に、いずれもＭＴ−ＣＶＤ法を用いて、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、窒酸化物層、および炭窒酸化物層（以下、それぞれＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ層で示す）のうちの１種または２種以上で構成されたＴｉ化合物層、さらに必要に応じてＭＴ−ＣＶＤ法またはＨＴ−ＣＶＤ法にて形成した酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3 で示す）層からなる硬質被覆層を０．５〜４．５μｍの平均層厚で形成すると、前記Ｔｉ化合物層の前記超硬合金基体表面に対する密着性が、前記超硬合金基体表面部に形成した高温加熱形成表面層によって著しく向上するようになり、したがって、この結果の表面被覆超硬合金製切刃チップを取り付けたミーリング工具は、高速切削に用いても前記切刃チップの硬質被覆層に剥離の発生がないことから、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を示したのである。
【０００５】
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、鋼製または超硬合金製回転シャンク本体の先端部側面に形成された切り欠き部に、超硬合金基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆超硬合金製切刃チップを着脱自在に装着した形式のミーリング工具において、
（Ａ）上記表面被覆超硬合金製切刃チップにおける超硬合金基体を、
（ａ）結合相形成成分としてＣｏ：５〜２０％、
同じく結合相形成成分としてＣｒおよびＶのうちの１種または２種：０．１〜２％、
を含有し、残りが分散相形成成分としてのＷＣと不可避不純物からなる組成を有し、
前記ＷＣが平均粒径：０．１〜１．５μｍの微細粒組織を有し、
（ｂ）さらに表面部に、炭酸ガスまたは四塩化チタンを配合の水素雰囲気中、前記雰囲気圧力を１００〜５５０ｔｏｒｒとして、９００〜１０００℃の温度に１〜１０分間保持の条件で、最表面から０．１〜２μｍの深さに亘って反応生成Ｃｏm Ｗn Ｃが分布する高温加熱形成表面層を形成してなる、超硬合金基体で構成すると共に、
（Ｂ）上記硬質被覆層を、いずれもＭＴ−ＣＶＤ法を用いて形成したＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、ＴｉＮＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、あるいは前記Ｔｉ化合物層とＭＴ−ＣＶＤ法またはＨＴ−ＣＶＤ法にて形成したＡｌ2 Ｏ3 層で構成し、かつその平均層厚を０．５〜４．５μｍとした、耐摩耗性のすぐれたミーリング工具に特徴を有するものである。
【０００６】
つぎに、この発明のミーリング工具において、これを構成する切刃チップにおける超硬合金基体の組成、ＷＣ粒の平均粒径、Ｃｏm Ｗn Ｃの分布深さ、および硬質被覆層の平均層厚を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ｃｏ含有量
Ｃｏ成分には、焼結性を向上させ、もって超硬合金基体の靭性を向上させる作用があるが、その含有量が５％未満では所望の靭性向上効果が得られず、一方その含有量が２０％を越えると、超硬合金基体自体の耐摩耗性が低下するようになるばかりでなく、高速切削時の発生熱によって変形が起り易くなることから、その含有量を５〜２０％、望ましくは８〜１２％と定めた。
【０００７】
（ｂ）ＣｒおよびＶ
これらの成分は、光学顕微鏡で観察した結果に基づくと、結合相形成成分としてのＣｏ中に固溶してこれを強化するほか、ＷＣ粒の微細化に寄与し、さらに前記高温加熱形成表面層中に分布する反応生成Ｃｏm Ｗn Ｃの形成を促進し、もって前記反応生成Ｃｏm Ｗn Ｃによる硬質被覆層の密着性を向上させる作用をもつが、その含有量が０．１％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が２％を越えると、同じく光学顕微鏡による観察で析出したＣｒおよびＶの炭化物が第３相として現れるようになり、靭性低下の原因となることから、その含有量を０．１〜２％、望ましくは０．４〜０．８％と定めた。
【０００８】
（ｃ）ＷＣの平均粒径
ＷＣ粒の微細化により超硬合金基体の強化を図るものであり、この微細化には上記の通りＣｒおよび／またはＶの結合相への固溶含有が不可欠であり、したがって、その平均粒径が１．５μｍを越えると、所望の強度向上効果が得られず、一方その平均粒径が０．１μｍ未満になると耐摩耗性の低下が避けられないことから、その平均粒径を０．１〜１．５μｍ、望ましくは０．６〜１．０μｍと定めた。
【０００９】
（ｄ）Ｃｏm Ｗn Ｃの分布深さ
その分布深さが０．１μｍ未満では、高温加熱形成表面層中に占める分布割合が少な過ぎて硬質被覆層に対して所望のすぐれた密着性を確保することができず、一方その分布深さが２μｍを越えると、超硬合金基体最表面部におけるＣｏm Ｗn Ｃの分布割合が多くなり過ぎ、これが原因で切刃チップにチッピング（微小欠け）が発生し易くなることから、その分布深さを０．１〜２μｍ、望ましくは０．５〜１．５μｍと定めた。
【００１０】
（ｅ）硬質被覆層の平均層厚
その平均層厚が０．５μｍ未満では、所望のすぐれた耐摩耗性を切刃チップに確保することができず、一方その平均層厚が４．５μｍを越えると、切刃チップに欠けやチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜４．５μｍ、望ましくは１．５〜２．５μｍと定めた。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明のミーリング工具を実施例により具体的に説明する。
まず、原料粉末として、０．１〜１．５μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、平均粒径：０．５μｍのＣｒ3 Ｃ2 粉末、同０．５μｍのＶＣ粉末、および同０．５μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を所定の配合割合に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１×１０-3ｔｏｒｒの真空中、１３５０〜１５００℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結して表１に示される成分組成を有し、かつ同じく表１に示される平均粒径のＷＣで構成された切刃チップを構成する超硬合金基体素材ａ〜ｓを形成した。
【００１２】
つぎに、これら超硬合金基体素材ａ〜ｓのそれぞれの表面部に、表２に示される条件で同じく表２に示される深さに亘ってＣｏm Ｗn Ｃが分布する高温加熱形成表面層を形成することにより超硬合金基体Ａ〜Ｓを製造した。
【００１３】
引き続いて、これら超硬合金基体Ａ〜Ｓのそれぞれの表面に、表３に示される条件で表４に示される組成および平均層厚の硬質被覆層を形成することにより長さ：２８．９ｍｍ×幅：１１．２ｍｍ×厚さ：５ｍｍの寸法、並びに図１（ｂ）に平面図および縦断面図で示される形状をもった本発明用切刃チップＡ〜Ｓを形成した。
【００１４】
さらにこれら本発明用切刃チップＡ〜Ｓのそれぞれを、ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０（硬さ：ＨR Ｃ４０）の鋼、またはＷＣ−６％Ｃｏの組成を有し、かつＷＣの平均粒径が１．５μｍの超硬合金からなり、いずれも全長：２００ｍｍ×前方半部長さ：１２０ｍｍ×後方半部長さ：８０ｍｍ×前方半部径：３０ｍｍ×後方半部径：３２ｍｍの寸法および図１（ａ）に平面図で示される形状をもった回転シャンク本体の先端部側面に形成された切り欠き部に、表６に示される組み合わせでネジ止めすることにより本発明ミーリング工具１〜１９をそれぞれ製造した。
【００１５】
また、比較の目的で、表５に示される通り、高温加熱形成表面層を有する超硬合金基体Ａ〜Ｓに代わって、これの形成がない超硬合金基体素材ａ〜ｓを用いて形成した比較用切刃チップａ〜ｓを用いる以外は同一の条件で、表６に示される比較ミーリング工具１〜１９をそれぞれ製造した。
【００１６】
ついで、この結果得られた本発明ミーリング工具１〜１９および比較ミーリング工具１〜１９について、
被削材：ＦＣＤ４００からなる角度：１０度の傾斜材、
切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ、
１刃当りの送り：０．４ｍｍ／刃、
軸方向の切り込み：０．２ｍｍ、
径方向の切り込み：０．３５ｍｍ、
の条件で鋳鉄の乾式高速等高線フライス加工を行い、切刃チップにおける逃げ面摩耗幅が０．２ｍｍに至るまでの切削時間を測定した。これらの測定結果を表６に示した。
【００１７】
【表１】
0003707223.tif 000002
【００１８】
【表２】
0003707223.tif 000003
【００１９】
【表３】
0003707223.tif 000004
【００２０】
【表４】
0003707223.tif 000005
【００２１】
【表５】
0003707223.tif 000006
【００２２】
【表６】
0003707223.tif 000007
【００２３】
【発明の効果】
表６に示される結果から、本発明ミーリング工具１〜１９は、いずれもこれを構成する切刃チップの硬質被覆層に剥離の発生なく、これによってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、比較ミーリング工具１〜１９においては、いずれも切削途中で切刃チップの硬質被覆層に剥離が発生し、この剥離によって摩耗進行が著しく促進されるようになることが明らかである。
上述のように、この発明のミーリング工具は、これを構成する切刃チップの超硬合金基体表面に対する硬質被覆層の密着性が、基体表面部に形成した高温加熱形成表面層中に分布するＣｏm Ｗn Ｃによって著しく向上したものになっているので、これを通常の切削条件は勿論のこと、高速切削に用いても切刃チップの硬質被覆層に剥離の発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ミーリング工具の平面図（ａ）およびこれを構成する切刃チップの平面図および縦断面図（ｂ）である。
【図１】
0003707223.tif 000008