(57)【要約】【課題】ステンレス鋼などの難切削材の切削のために耐摩耗性が向上した長寿命のサーメット切削工具を提供する。【解決手段】少なくともすくい面に、Ｒａが１０〜２０μｍの範囲にあって、Ｒｚが１００μｍ以上かつ工具厚みの１０％以下である凹凸領域を有し、該凹凸領域において、前記Ｒｚを山から谷に向かって３等分した領域を、それぞれ、前記Ｒｚを与える方向が法線方向となる面に投影したとき、該領域のそれぞれに対応する面積をＳ１、Ｓ２、Ｓ３とし、これらの和をＳとするとき、Ｓ１／Ｓ：０．１３〜０．１７Ｓ２／Ｓ：０．６１〜０．６９Ｓ３／Ｓ：０．１８〜０．２２であるサーメット切削工具。【選択図】図１
2018161730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも加工物と接触するすくい面に、算術平均粗さ（Ｒａ）が１０〜２０μｍの範囲にあって、最大高さ（Ｒｚ）が１００μｍ以上かつ工具厚みの１０％以下である凹凸領域を有し、
該凹凸領域において、前記最大高さ（Ｒｚ）を山から谷に向かって３等分した領域（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）を、それぞれ、前記最大高さ（Ｒｚ）を与える方向が法線方向となる面に投影したとき、該領域（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）のそれぞれに対応する面積をＳ１、Ｓ２、Ｓ３とし、これらの和をＳとするとき、
Ｓ１／Ｓ：０．１３〜０．１７
Ｓ２／Ｓ：０．６１〜０．６９
Ｓ３／Ｓ：０．１８〜０．２２
であることを特徴とするサーメット切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ステンレス鋼等の難切削材の切削のような刃先が高熱に曝され溶着が起こりやすい切削環境においても、長期の使用にわって優れた耐摩耗性を発揮するサーメット切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サーメット切削工具は被削材との溶着が起こり難いために仕上げ加工に使用されている。一方、この切削工具のトライボロジー特性の向上、すなわち、耐摩耗性を向上させるために、切削工具の表面構造について種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、すくい面にエッチング処理を施して、ＷＣ等から構成される主材料粒子によって凸部が形成されたサーメット切削工具が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、加工物と接触する前記ダイヤモンド刃先の少なくとも１の接触面及び稜線部分に、レーザーを照射した周期構造の縞状微細凹凸面を有するダイヤモンド切削工具が記載されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、切屑の排出方向に断続した凹部を有すると共に該凹部がドット状の窪みからなるドット型テクスチャであり、 該窪み一つあたりの大きさを指標する窪み径は５〜３００μｍであって、 該表面テクスチャ全面から該凹部を除いた残面の該表面テクスチャ全面に対する面積割合である切屑接触面積率が９〜９０％である、高エネルギービームによって形成された凹凸模様状の表面テクスチャをすくい面に有する切削工具が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１８２１６８号公報
【特許文献２】特許第５３３６０９５公報
【特許文献３】特許第５７８０２４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、サーメット切削工具に対して、ステンレス鋼などの難切削材の仕上げ加工においても仕上げ面を向上させるためにサーメット切削工具を使用したいとの技術的要請がある。
一方、前記特許文献１〜３に記載された切削工具における対策は、被切削物との接触面積を小さくすることによる摩擦の低減による耐摩耗性の向上のための凹凸面の形成であり、ステンレス鋼などの難切削材の切削のための耐摩耗性は不十分であって、比較的短時間で工具の使用寿命に至ってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、ステンレス鋼などの難切削材の切削のために耐摩耗性が向上した長寿命のサーメット切削工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、ステンレス鋼などの難切削材の切削のために耐摩耗性を改善させるために、サーメット切削工具表面における、潤滑剤（クーラント）保持のための凹凸面の形成について鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。
すなわち、サーメット切削工具の少なくともすくい面における凹凸面の算術平均粗さ（Ｒａ）、最大高さ（Ｒｚ）を所定範囲にすることに加え、最大高さ（Ｒｚ）を山から谷に３等分し、それぞれの領域を、最大高さ（Ｒｚ）を与える方向に垂直な面に投影した場合に、それぞれの領域に属する面積割合が所定範囲にあるときに、潤滑剤の保持が十分になされて潤滑性が大きく向上し、被切削材が刃先に溶着し難くなることを見出した。
【００１０】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「少なくとも加工物と接触するすくい面に、算術平均粗さ（Ｒａ）が１０〜２０μｍの範囲にあって、最大高さ（Ｒｚ）が１００μｍ以上かつ工具厚みの１０％以下である凹凸領域を有し、
該凹凸領域において、前記最大高さ（Ｒｚ）を山から谷に向かって３等分した領域（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）を、それぞれ、前記最大高さ（Ｒｚ）を与える方向が法線方向となる面に投影したとき、該領域（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）のそれぞれ対応する面積をＳ１、Ｓ２、Ｓ３とし、これらの和をＳとするとき、
Ｓ１／Ｓ：０．１３〜０．１７
Ｓ２／Ｓ：０．６１〜０．６９
Ｓ３／Ｓ：０．１８〜０．２２
であることを特徴とするサーメット切削工具。」
である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、潤滑剤保持のための凹凸が適切に形成されているため、ステンレス鋼などの難切削材の切削であっても十分な潤滑がなされ、耐摩耗性が向上し工具寿命が延びるという顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】最大高さ（Ｒｚ）を山から谷に向かって３等分した領域（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）を、それぞれ、前記最大高さ（Ｒｚ）を与える方向が法線方向となる面に投影し、この３等分した領域（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）のそれぞれに対応する面積であるＳ１、Ｓ２、Ｓ３を説明する図である。
【図２】本発明のサーメット切削工具の凹凸領域の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明のサーメット切削工具について、より詳細に説明する。
【００１４】
サーメット切削工具
本発明のサーメット切削工具に使用されるサーメットは、切削加工に用いられ、後述する窒化処理ができるものであれば、特段の制約はなく、公知のものを使用することができる。
【００１５】
接触面の凹凸部の構造
（１）算術平均粗さ（Ｒａ）と最大高さ（Ｒｚ）
本発明でいう、算術平均粗さ（Ｒａ）と最大高さ（Ｒｚ）は、共に、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３に規定されているとおりのものである。
本発明において算術平均粗さ（Ｒａ）と最大高さ（Ｒｚ）は、例えば、表面凹凸部の一辺の長さが３００μｍの正方形領域を任意の５箇所で取り出し、各正方形領域の全域にわたって、測定する。測定にはレーザー共焦点光学系を用いた顕微鏡（レーザー顕微鏡）を例示できるが、分解能が０．１μｍ以下の測定手段であれば他の手段でもよい。
算術平均粗さ（Ｒａ）と最大高さ（Ｒｚ）は、それぞれ、１０〜２０μｍ、１００μｍ以上かつ工具厚みの１０％以下でなければならない。この範囲とした理由は、この範囲を外れると表面の凹凸により、潤滑剤が十分量保持されなくなり十分な潤滑性を得ることができないためである。
【００１６】
（２）垂直な面に投影した面積Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３とこれらの和であるＳとの関係
図１に示すように、最大高さ（Ｒｚ＝Ｒｐ＋Ｒｚ）を測定した凹凸断面において、Ｒｚを山から谷に向かって高さを３等分した領域を、それぞれ、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３とする。そして、当該凹凸を前記最大高さ（Ｒｚ）を与える方向が法線方向となる面に投影したとき、前記領域Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３にそれぞれに対応する面積をＳ１、Ｓ２、Ｓ３とし、これらの和（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３）をＳとするとき、本発明のサーメット切削工具は、
Ｓ１／Ｓ：０．１３〜０．１７
Ｓ２／Ｓ：０．６１〜０．６９
Ｓ３／Ｓ：０．１８〜０．２２
を満足しなくてはならない。
Ｓ１／Ｓ〜Ｓ３／Ｓがこの範囲になければ、サーメット表面に形成される突起の幅が狭くなりサーメットの脱落が生じ、突起の幅が長くなって、潤滑剤の保持量が適切でなくなって、工具の耐摩耗性が低下してしまう。
なお、Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の各領域は、例えば、レーザー顕微鏡による算術平均粗さと最大高さ測定時に３次元の表面凹凸形状をもとめ、その形状をもとに山から谷に向かって高さを３等分することにより決定することができ、そして、この高さを与える方向が法線となる面に当該表面凹凸形状を投影したとき、この各領域に対応する面積であるＳ１、Ｓ２、Ｓ３を測定する。各値の測定は、例えば株式会社キーエンス製  解析ソフトウェアVK-H1XAを用いて行うことができる。
【００１７】
接触面の凹凸部の製造方法
上記少なくともすくい面の凹凸領域は、例えば、サーメットを水素雰囲気で予備焼結（予焼）した後、その後の液相焼結を窒素雰囲気で行い、工具表面を窒化することによって得ることができる。
具体的な予備焼結および液相焼結の条件の一例は、以下のとおりである。
予焼：室温から８００℃まで、水素ガスを５０Ｌ／ｍｉｎの流量で流す。
昇温：８００℃から１３５０℃まで真空で昇温する。
本焼結：１３５０℃から１４５０℃へ昇温して、窒素雰囲気下(１Ｔｏｒｒ) １時間保持する。
【実施例】
【００１８】
次に、本発明のサーメット切削工具を実施例により具体的に説明する。
【００１９】
以下のとおり、本発明のサーメット切削工具を製造した。
（本発明工具Ａ）
原料粉末として、いずれも０．９〜２．３μｍの平均粒径を有する、質量％で、ＴｉＣＮ（質量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）：５７．５％、ＷＣ：１３．０％、ＮｂＣ：６．０％、Ｍｏ２Ｃ ：１０．０％、Ｎｉ：  ６．５％、Ｃｏ：  ７．０％を用意し、これら原料粉末を配合し、さらにワックスを加えてアルコール中で１１時間アトライタ混合し、乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、Ｈ２ガスを室温から８００℃まで５０Ｌ／ｍｉｎの流量で流しながら予焼を行い、８００℃から１３５０℃までは真空で昇温した。その後１３５０℃から１４５０℃へ昇温して１時間保持し、冷却が始まるまでの間、窒素雰囲気下(１Ｔｏｒｒ)で焼結を行った。焼結後、三菱マテリアル株式会社製のＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＶのインサート形状をもったＴｉＣＮ基超硬合金製の基体Ａ（本発明工具Ａ）を製造した。
（本発明工具Ｂ）
本発明切削工具Ａと同じ原料粉末を用い、本発明切削工具Ａと同様に圧粉体をプレス成形した。Ｈ２ガスを室温から８００℃まで５０Ｌ／ｍｉｎの流量で流しながら予焼を行い、８００℃から１３５０℃までは真空で昇温した。その後１３５０℃から１４５０℃へ昇温して１時間保持し、冷却が始まるまでの間、窒素雰囲気下(０．８Ｔｏｒｒ)で焼結を行い、ＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＶのインサート形状をもったＴｉＣＮ基超硬合金製の基体Ｂ（本発明工具Ｂ）を製造した。
【００２０】
これに対して、比較例のサーメット切削工具は、以下のようにして製造した。
（比較例工具Ｃ）
本発明工具Ａと同じ原料粉末を用い、本発明切削工具Ａと同様に圧粉体をプレス成形した。この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３５０〜１４５０℃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、ＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＶのインサート形状をもったＴｉＣＮ基超硬合金製の基体Ｃ（比較例工具Ｃ）を製造した。
（比較例工具Ｄ）
本発明切削工具Ａと同じ原料粉末を用い、本発明切削工具Ａと同様に圧粉体をプレス成形した。Ｈ２ガスを室温から８００℃まで５０Ｌ／ｍｉｎの流量で流しながら予焼を行い、８００℃から１３５０℃までは真空で昇温した。その後１３５０℃から１４５０℃へ昇温して１時間保持し、冷却が始まるまでの間、窒素雰囲気下(１０Ｔｏｒｒ)で焼結を行い、ＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＶのインサート形状をもったＴｉＣＮ基超硬合金製の基体Ｄ（比較例工具Ｄ）製造した。
（比較例工具Ｅ）
本発明切削工具Ａと同じ原料粉末を用い、本発明切削工具Ａと同様に圧粉体をプレス成形した。Ｈ２ガスを室温から８００℃まで５０Ｌ／ｍｉｎの流量で流しながら予焼を行い、８００℃から１３５０℃までは真空で昇温した。その後１３５０℃から１４２０℃へ昇温して１時間保持し、冷却が始まるまでの間、窒素雰囲気下(０．５Ｔｏｒｒ)で焼結を行い、ＤＣＭＴ１１Ｔ３０４−ＭＶのインサート形状をもったＴｉＣＮ基超硬合金製の基体Ｅ（比較例工具Ｅ）を製造した。
【００２１】
このようにして製造した、本発明切削工具Ａ、Ｂおよび比較例工具Ｃ〜ＥのＲａ、Ｒｚ、Ｓ１／Ｓ〜Ｓ３／Ｓを、レーザー顕微鏡を用いて、上述の例示する方法により測定した。測定はすくい面平坦部において行った。測定結果は、表１に示す。
【００２２】
次に、このようにして得られた本発明工具Ａ、Ｂと比較例工具Ｃ〜Ｅを以下の切削条件で切削加工を行って加工性能を評価した。
被削材：ＳＵＳ３０４
湿式切削（水性）
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
切り込み：０．１ｍｍ
一刃送り量：０．０７ｍｍ／ｒｅｖ
加工時間：１．３３ｍｉｎ／ｐａｓｓ
表面粗さＲａが０．５μｍを超えるまで加工を行い、Ｒａが０．５μｍ以下であるときの加工パス回数を評価項目として表１に示す。
【００２３】
【表１】
2018161730.tif 000003
比較例工具Ｄは、加工パス回数１４回の後に欠損が発生した。
【００２４】
表１に示される結果から、本発明切削工具ＡおよびＢは、Ｒａ、Ｒｚ、Ｓ１／Ｓ、Ｓ２／ＳおよびＳ３／Ｓが所定の範囲内にあるため、加工回数が多く、ステンレス鋼などの難切削材の切削加工において十分な耐摩耗性を発揮し、寿命が長い。
これに対して比較例工具Ｃ〜Ｅは、加工回数が少なく、ステンレス鋼などの難切削材の切削加工において、摩耗の進行により寿命が短いことが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
前述のように、本発明サーメット切削工具は、ステンレス鋼などの刃先が高温に曝される難切削材の切削工具として用いることができ、しかも、長期の使用にわたって優れた切削性能を発揮するものであるから、切削装置の高性能化並びに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に満足する対応ができるものである。
【図１】
2018161730.tif 000004
【図２】
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