(57)【要約】【課題】  設備コスト、製造コストがさほど高くなく、且つ、トライボロジ特性向上の効果が長時間持続し得るような切削刃具の表面処理方法を提供する。【解決手段】  主材料粒子が有する特性のうちバインダーよりも優れた特性である主材料優位特性を利用したエッチング処理を、切削刃具のスクイ面に施すことにより、スクイ面に凹凸を形成するエッチング工程を含む、切削刃具の表面処理方法とすること。【選択図】  図１２
2015182168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削に寄与する主材料粒子と複数の前記主材料粒子を結合させるバインダーとを有するサーメットによって構成される切削刃具の表面処理方法であって、
前記主材料粒子が有する特性のうち前記バインダーよりも優れた特性である主材料優位特性を利用したエッチング処理を、前記切削刃具のスクイ面に施すことにより、前記スクイ面に凹凸を形成するエッチング工程を含む、切削刃具の表面処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の切削刃具の表面処理方法において、
前記主材料優位特性が耐食性である、切削刃具の表面処理方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の切削刃具の表面処理方法において、
前記エッチング処理が電解エッチング処理である、切削刃具の表面処理方法。
【請求項４】
請求項３に記載の切削刃具の表面処理方法において、
前記電解エッチング処理が、アルカリ電解エッチング処理である、切削刃具の表面処理方法。
【請求項５】
請求項２または３に記載の切削刃具の表面処理方法において、
前記電解エッチングに用いられるエッチング液中に、前記バインダーを構成する元素のイオンと錯体を形成可能なイオンが含有される、切削刃具の表面処理方法。
【請求項６】
切削に寄与する主材料粒子と複数の前記主材料粒子を結合させるバインダーとを有するサーメットによって構成される切削刃具であって、
前記切削刃具のスクイ面に、前記主材料粒子によって凸部が形成された凹凸が形成されている、切削刃具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削刃具の表面処理方法及び切削刃具に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦特性・摩耗特性といったトライボロジー特性は、摺動接触する部材の材質のみならず、接触面の表面状態に大きく影響される。摩擦力を低減させ、あるいは耐摩耗性を向上させる方法、すなわちトライボロジー特性を向上させる方法として、古くから、きさげ加工のような、接触面に微細構造（微細孔）を付与する手法が採用されている。しかしながら、摩擦力の低減或いは耐摩耗性の向上は、その他の要因、例えば、潤滑油の付与、摩耗物の保持特性・排出特性にも影響され、結局のところ、現在でも、どのような要因がどの程度トライボロジー特性の向上に寄与しているかは十分に解明されていない。
【０００３】
接触表面の表面性状や表面微細構造を変化させることにより、トライボロジー特性を向上させようという試みが、切削刃具に対してもなされている。例えば、切削刃具のスクイ面に表面処理を施すことで、切削抵抗力の低減及び切削刃具の長寿命化が実現されたという事例が報告されている。スクイ面の表面処理方法としては、スクイ面に切削刃具の材質とは異なる材質からなる物質を付与する方法と、加工によってスクイ面に凹凸を形成する方法が知られている。前者の方法のうち、スクイ面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を付与する方法が、特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載され、α−Ａｌ２Ｏ３を付与する方法が、特許文献４に記載されている。後者の方法のうち、レーザ加工によりスクイ面に縞条微細凹凸面を形成する方法が特許文献５に、レーザ加工によりスクイ面にドット形テクスチャを形成する方法が特許文献６に、それぞれ記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第０４４２４５５５号
【特許文献２】特許第０４７８０７３４号
【特許文献３】特開２００９−１１３１２０号公報
【特許文献４】特開２００８−２４６６６４号公報
【特許文献５】特開２００８−２２９８３８号公報
【特許文献６】特開２０１３−２１２５７２号公報
【発明の概要】
【０００５】
（発明が解決しようとする課題）
特許文献１乃至４に記載の方法によってスクイ面が表面処理された切削刃具を用いて被削材を切削した場合、切削時に生じる摩擦熱及び切削抵抗によって、スクイ面に付与した物質が剥がれ落ちる虞がある。そのためトライボロジー特性向上の効果、例えば摩擦力の低減効果或いは耐摩耗性の向上効果が持続しないという問題がある。また、特許文献５及び６に記載の方法によって切削刃具のスクイ面を表面処理する場合、高価なレーザ加工機が必要である上に、１つ１つの切削刃具にレーザ加工をそれぞれ施さなければならないため、設備コスト、製造コストが高いという問題がある。
【０００６】
本発明は、設備コスト、製造コストがさほど高くなく、且つ、トライボロジー特性向上の効果が長時間持続し得るような切削刃具の表面処理方法及び切削刃具を提供することを目的とする。
【０００７】
（課題を解決するための手段）
本発明は、切削に寄与する主材料粒子と複数の主材料粒子を結合させるバインダーとを有するサーメットによって構成される切削刃具の表面処理方法であって、主材料粒子が有する特性のうちバインダーよりも優れた特性である主材料優位特性を利用したエッチング処理を、切削刃具のスクイ面に施すことにより、スクイ面に凹凸を形成するエッチング工程を含む、切削刃具の表面処理方法を提供する。ここにおいて、「主材料優位特性を利用したエッチング処理」とは、主材料優位特性が優れる物質が除去され難く（除去速度が遅く）、主材料優位特性が劣る物質が除去され易い（除去速度が速い）ように、主材料優位特性の優劣によって速度が変化するエッチング処理を言う。換言すれば、「主材料優位特性を利用したエッチング処理」は、「主材料粒子の主材料優位特性とバインダーの主材料優位特性との差を利用したエッチング処理」である。
【０００８】
主材料優位特性を利用したエッチング処理を切削刃具のスクイ面に施した場合、スクイ面を構成する物質のうち、主材料優位特性が優れる物質、すなわち主材料粒子のエッチング速度（除去速度）が遅く、主材料優位特性が劣る物質、すなわちバインダーのエッチング速度（除去速度）が速い。従って、エッチングの進行とともに、バインダーが主材料粒子よりも多く除去される。そのため、エッチング処理後には、凸部分が主材料粒子により構成される凹凸がスクイ面に形成される。
【０００９】
上記のようにしてスクイ面に凹凸が形成された切削刃具のトライボロジー特性（低摩擦特性、耐摩耗性）は向上する。これは、スクイ面に凹凸が形成されることにより、切削により生じる切屑がスクイ面上を滑り易くなって、切削抵抗が低下することが原因と推察される。
【００１０】
また本発明によれば、高価なレーザ加工機を要しないため設備コストが安価である。また、エッチング処理槽に複数の切削刃具を配設することによって、一度に多数の切削刃具を表面処理することができるので、製造コスト（表面処理コスト）も安価である。加えて、もともと存在する成分のみによってスクイ面に凹凸が形成されており、新たに物質をスクイ面に付与しているわけではないので、そのような物質が剥がれ落ちることによってトライボロジー特性が低下することもない。このように、本発明によれば、設備コスト、製造コストがさほど高くなく、且つ、トライボロジー特性向上の効果が長時間持続し得るような切削刃具の表面処理方法を提供することができる。
【００１１】
本発明においては、主材料優位特性は耐食性であるのがよい。一般にサーメットの主材料粒子の耐食性はバインダーの耐食性よりも優れる。すなわち、主材料粒子はバインダーに比べて腐食（酸化）され難い。よって、耐食性を利用したエッチング処理、例えば強酸或いは強アルカリによるエッチング処理を切削刃具のスクイ面に施すことで、スクイ面に凹凸を形成することができる。
【００１２】
また、エッチング処理は電解エッチング処理であるのがよい。これによれば、電気化学的反応を利用することにより、エッチング速度、すなわちスクイ面への凹凸の形成速度を速めることができるとともに、エッチング速度を制御することができる。なお、電解エッチング処理とは、エッチング液（電解液）を介して切削刃具と対極との間に電流を流し、切削刃具のスクイ面にて電気化学反応を起こさせることによって、スクイ面を構成する物質をエッチング液中に溶出させる表面処理を言う。
【００１３】
この場合、電解エッチング処理が、アルカリ電解エッチング処理であるのがよい。アルカリ電解エッチング処理とは、アルカリ性のエッチング液（電解液）を介して切削刃具と対極との間に電流を流し、切削刃具のスクイ面にて電気化学反応を起こさせることによって、スクイ面を構成する物質をエッチング液中に溶出させる表面処理を言う。
【００１４】
酸性のエッチング液中で切削刃具のスクイ面を電解エッチング処理した場合、主材料粒子はほとんど溶出しない。主材料粒子がほとんど溶出しない場合、隣接する主材料粒子間の隙間が拡がらないため、上記の隙間にエッチング液が浸透しない。従って、主材料粒子の粒界付近に存在するバインダーへのエッチング液の接触が主材料粒子によって阻害されてしまい、主材料粒子の粒界付近のバインダーを十分に溶出させることができない。その結果、主材料粒子とバインダーとの高さの差を十分につけることができず、十分な高さの凹凸がスクイ面に形成されない可能性がある。
【００１５】
一方、アルカリ性のエッチング液中で切削刃具のスクイ面を電解エッチング処理した場合、バインダーのみならず主材料粒子も溶出する（ただし、主材料粒子の溶出速度（エッチング速度）はバインダーの溶出速度（エッチング速度）よりも遅い）。主材料粒子の溶出によって、隣接する主材料粒子間の隙間が拡がる。そして、上記の隙間にエッチング液が浸透することにより、主材料粒子の粒界付近のバインダーにエッチング液が接触する。このため主材料粒子の粒界付近のバインダーが十分に溶出される。その結果、十分な高さの凹凸をスクイ面に形成することができる。
【００１６】
また、電解エッチングに用いられるエッチング液中に、バインダーを構成する元素のイオンと錯体を形成可能なイオンが含有されていると良い。これによれば、エッチング液中に溶出されたバインダーを構成する元素のイオンが錯体を形成することによって、バインダーの溶出速度が速められる。よって、バインダーのエッチングを促進することができる。
【００１７】
また、本発明は、切削に寄与する主材料粒子と複数の主材料粒子を結合させるバインダーとを有するサーメットによって構成される切削刃具であって、切削刃具のスクイ面に、主材料粒子によって凸部が形成された凹凸が形成されている、切削刃具を提供する。これによれば、切削刃具のスクイ面に主材料粒子によって凸部が形成された凹凸が形成されているため、切削刃具のトライボロジー特性（低摩擦特性、耐摩耗性）が向上する。また、スクイ面の摩擦係数が低下することにより、摩擦熱が低減されるとともに加工精度が向上する。また、スクイ面に凹凸を形成することにより、例えばアルミニウム等の被削材のスクイ面への付着量を低減することができる。さらに、潤滑剤を用いることなく、十分に被削材を切削することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る切削刃具の一例を示す図である。
【図２】切削刃具の微細構造を模式的に示す図である。
【図３】エッチング処理前のスクイ面の断面図である。
【図４】エッチング処理によりバインダーのみがエッチングされた場合におけるスクイ面の断面図である。
【図５】バインダーとともに主材料粒子も僅かにエッチングされた場合におけるスクイ面の断面図である。
【図６】電解エッチング装置の概略構成を示す図である。
【図７】切削刃具のスクイ面の凹凸状態を示す図である。
【図８】実施例２に係るエッチング処理を施した切削刃具のスクイ面の電子顕微鏡写真である。
【図９】図８に白抜きの点線で示した領域の最表面の組成を分析した結果を示す図である
【図１０】切削刃具による被削材の切削状態を被削材の端面方向から見た模式図である。
【図１１】切削刃具による被削材の切削状態を被削材の側面方向から見た模式図である。
【図１２】発明刃具及び比較刃具により被削材を切削した場合における、主分力の測定結果を示すグラフである。
【図１３】発明刃具及び比較刃具により被削材を切削した場合における、送り分力の測定結果を示すグラフである。
【図１４】比較刃具のスクイ面の顕微鏡写真である。
【図１５】発明刃具のスクイ面の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係る切削刃具は、例えばスローアウェイバイトの刃先部として機能する。スローアウェイバイトは、切削刃具（インサートまたはスローアウェイチップと呼ばれることもある）とシャンク（ホルダー）とを備え、機械的接合により切削刃具がシャンクに保持されるように構成される。切削刃具が摩耗したときには、摩耗した切削刃具を新品の切削刃具に交換する。
【００２０】
図１に、本実施形態に係る切削刃具の一例を示す。図１に示すように、本実施形態に係る切削刃具１は、その先端部に形成され被削物Ｈに接触して被削物Ｈを切削する切刃部２と、切刃部２から連続して形成され切刃部２により切削された切屑が通過するスクイ面３を有する。
【００２１】
本実施形態において、切削刃具１はサーメットにより形成される。サーメット（ｃｅｒｍｅｔ）は、金属炭化物、金属窒化物等の硬質化合物の粉末（主材料粒子）を金属の結合剤（バインダー）と混合して焼結した複合材料である。図２に、切削刃具１の微細構造を模式的に示す。図２に示すように、本実施形態に係る切削刃具１は、切削に寄与する硬質の主材料粒子４と、複数の主材料粒子４を結合するバインダー５とにより構成される。
【００２２】
主材料粒子４を構成する金属化合物は、タングステンカーバイド（ＷＣ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）からなる群より選択される少なくとも１つの金属化合物であるのがよい。特に、タングステンカーバイド（ＷＣ）が主材料粒子４を構成する金属化合物であるのがよい。また、バインダー５を構成する金属は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）からなる群より選択される少なくとも１つの金属であるのがよい。特に、コバルト（Ｃｏ）がバインダー５を構成する金属であるのがよい。この場合において、主材料粒子４として、０．５μｍ〜１．２μｍのタングステンカーバイド（ＷＣ）微粒子を用い、バインダー５としてコバルトを用いたサーメットは、超硬合金であり、刃具材料としてコスト及び耐摩耗性のバランスに優れるために、切削刃具としてよく使用される。
【００２３】
主材料粒子４は硬質であり、且つ化学的に安定である。そのため、酸、アルカリに対して高い耐食性を示す。一方、バインダー５は、主材料粒子４よりも柔らかく、且つ化学的に不安定である。そのため、酸、アルカリに対する耐食性も主材料粒子４に比べて低い。
【００２４】
ところで、切削刃具を用いて被削物を切削するときに、スクイ面における切屑の接触抵抗力が大きい場合、切削刃具が早期に摩耗する。そのため、スクイ面における切屑の接触抵抗力を低下させるために、スクイ面に凹凸を形成するための表面処理が行われる。従来では、例えばスクイ面にレーザ加工を施すことによりスクイ面に凹凸が形成されるような表面処理が行われていた。これに対し、本実施形態では、スクイ面にエッチング処理を施すことにより、スクイ面に凹凸を形成するような表面処理が行われる。
【００２５】
「エッチング処理」とは、処理面（スクイ面）を構成する物質の物理的特性、或いは化学的特性を利用して、処理面を構成する物質を除去する処理を言う。エッチング処理と一概に言っても様々なエッチング処理が存在するが、本実施形態においては、主材料粒子４が有する物理的、化学的特性のうち、バインダー５よりも優れた特性（主材料優位特性）を利用したエッチング処理、つまり、主材料優位特性に優れる主材料粒子４のエッチング速度が遅く、主材料優位特性に劣るバインダー５のエッチング速度が速くなるように、主材料優位特性によって速度が変化するエッチング処理が、スクイ面３に施される。換言すれば、本実施形態に係る切削刃具の表面処理方法は、主材料優位特性を利用したエッチング処理を、切削刃具１のスクイ面３に施すことにより、スクイ面３に凹凸を形成するエッチング工程を含む。
【００２６】
主材料優位特性を利用したエッチング処理をスクイ面３に施した場合、スクイ面３を構成するバインダー５のエッチング速度（除去速度）が、スクイ面３を構成する主材料粒子４のエッチング速度（除去速度）よりも速いため、バインダー５が優先的にスクイ面３から除去される。よって、スクイ面３に微細な凹凸が形成される。
【００２７】
一例として、上述したように、主材料粒子４は、耐食性の点でバインダー５よりも優れる。従って、耐食性（腐食特性）を利用したエッチング処理（主材料粒子の耐食性（腐食性）とバインダーの耐食性（腐食性）との差を利用したエッチング処理）をスクイ面３に施すことにより、優先的にバインダー５がエッチングされる。その結果、スクイ面３に凹凸を形成することができる。また、主材料粒子４は、硬度の点で、バインダー５よりも優れる。従って、硬度を利用したエッチング処理（主材料粒子の硬度とバインダーの硬度との差を利用したエッチング処理、例えばプラズマエッチング処理）をスクイ面３に施すことにより、優先的にバインダー５がエッチングされる。その結果、スクイ面３に凹凸を形成することができる。
【００２８】
図３は、エッチング処理前のスクイ面３の断面図であり、図４は、エッチング処理によりバインダー５のみがエッチングされた場合におけるスクイ面３の断面図である。図３に示すように、エッチング処理前のスクイ面３は平滑であり、主材料粒子４はスクイ面３から突出していない。一方、主材料優位特性を利用したエッチング処理をスクイ面３に施した場合、バインダー５が優先的にスクイ面から除去される結果、図４に示すように主材料粒子４がバインダー５から露出する。このため、凸部が主材料粒子４により形成される凹凸がスクイ面３に形成される。
【００２９】
図４に示す状態においては、主材料粒子４が未だエッチングされていない。このため、隣接する主材料粒子間の隙間が狭く、場合によってはこの隙間が塞がれている。このような状態であると、例えばエッチング液を利用したエッチングを行う場合、隣接する主材料粒子間の隙間にエッチング液が浸透しない。つまり、主材料粒子４の粒界付近（隣接する主材料粒子間の隙間付近）に存在するバインダー５へのエッチング液の接触が主材料粒子４によって阻害されており、主材料粒子４の粒界付近のバインダー５を十分に溶出させることができない。その結果、主材料粒子４とバインダー５との高さの差を十分に設けることができず、スクイ面３に形成された凹凸の高さＨが低い。凹凸の高さＨが低い場合、スクイ面３の耐摩耗性を十分に高めることができない。主材料粒子４の粒界付近のバインダー５を除去するためには、主材料粒子４も僅かにエッチングによって除去する必要がある。
【００３０】
図５は、バインダー５とともに主材料粒子４も僅かにエッチングされた場合におけるスクイ面３の断面図である。図５に示すように、主材料粒子４もエッチングされた場合、主材料粒子４の体積が減少するとともに隣接する主材料粒子間の隙間が拡げられる。こうして隙間が拡げられることにより、隙間にエッチング液が浸透する。このため主材料粒子４の粒界付近に存在するバインダー５がエッチングによって十分に除去される。その結果、スクイ面３に形成される凹凸の高さＨを十分に高くすることができ、スクイ面３の耐摩耗性を十分に高めることができる。
【００３１】
化学的安定性（耐食性）を利用したエッチング処理をスクイ面３に施す場合、スクイ面３はエッチング液に浸される。エッチング液として、通常、塩酸、硫酸、硝酸等の強酸性溶液を用いることができる。エッチング速度を調整したい場合、溶液のｐＨを調整すると良い。また、優先的に主材料粒子４がエッチングされるような状況である場合にも、溶液のｐＨを調節してそのような状況を回避すると良い。
【００３２】
エッチング液中に、バインダー５を構成する元素のイオンと錯体を形成可能なイオン（錯体形成イオン）が含有されているとよい。錯体形成イオンは、塩化物イオン（Ｃｌ−）、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）、アミノ基イオン（Ｒ−ＮＨ３＋）、水酸化物イオン（ＯＨ−）、炭酸イオン（ＣＯ３２−）、燐酸イオン（ＰＯ４３−）からなる群より選択される少なくとも１つのイオンであるのよがい。特に、塩化物イオン（Ｃｌ−）、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）が錯体形成イオンであるのがよい。これによれば、エッチング液中に溶出したバインダー５を構成する元素の溶出イオン（例えばコバルトイオン）と錯体形成イオン（例えば塩化物イオン）が錯体を形成することにより、エッチングによるバインダー５の溶出反応が促進される。このためバインダー５のエッチング速度が速められる。
【００３３】
また、電解エッチング処理をスクイ面３に施しても良い。電解エッチング処理をスクイ面３に施すことにより、電気化学的にバインダー５の腐食反応を促進させることができる。その結果、エッチング速度を速めることができる。また、エッチング速度を制御することもできる。
【００３４】
電解エッチング処理は、アルカリ電解エッチング処理であるのがよい。タングステンカーバイド等により構成される主材料粒子は上述したように化学的に安定しているため、強酸によるエッチングでは溶出しない。アルカリ性のエッチング液を用いて切削刃具のスクイ面を電解エッチングすることによって、初めてスクイ面を構成する主材料粒子が溶出する。主材料粒子が溶出することにより、図５に示すように主材料粒子間の隙間が拡大されて、主材料粒子の粒界付近のバインダーもエッチングされる。このため、スクイ面３に形成される凹凸の高さＨを十分に高くすることができ、スクイ面３の耐摩耗性を十分に高めることができる。
【００３５】
スクイ面を構成する主材料粒子がタングステンカーバイド（ＷＣ）、バインダーがコバルト（Ｃｏ）である場合を考えると、コバルト（Ｃｏ）は酸性溶液中でも十分にエッチングされるが、タングステンカーバイド（ＷＣ）は酸性溶液中でエッチングされない。タングステンカーバイド（ＷＣ）は強アルカリ溶液中にてのみエッチングされる。そのため、タングステンカーバイド（ＷＣ）もエッチングさせるために、強アルカリ性の溶液をエッチング液として用いるのが好ましい。また、強アルカリ溶液中でのコバルト（Ｃｏ）のエッチング速度を速めるために、錯化剤として塩化物イオンを強アルカリ溶液（エッチング液）中に添加することが好ましい。この場合、最適な溶液（エッチング液）組成として、ｐＨ＞１０、塩化物イオン濃度１ｍｏｌ／Ｌ以上という条件を例示することができる。
【実施例１】
【００３６】
切削刃具として、超硬旋切削用インサート（チップ）であるＴＰＧＮ１６０３０４（住友電気工業株式会社製）を用意した。この切削刃具は、主材料粒子としての平均粒径１．０μｍのタングステンカーバイド（ＷＣ）の粉末と、バインダーとしての５ｗｔ％のコバルト（Ｃｏ）の粉末とを混合して混合粉末を作製し、作製した混合粉末を焼結したサーメットであり、耐摩耗性に優れている。
【００３７】
（実施例１）
用意した切削刃具のスクイ面以外の部分をポリイミド製のマスキングテープでマスキングした。その後、切削刃具を、エッチング液としての１２Ｎの濃塩酸中に室温で２４時間浸漬することにより、スクイ面に化学的なエッチング処理を施した。
【００３８】
（実施例２）
用意した切削刃具のスクイ面以外の部分をポリイミド製のマスキングテープでマスキングした。その後、切削刃具を電解エッチング装置にセットした。図６に、電解エッチング装置の概略構成を示す。図６に示すように、この電解エッチング装置１０は、ガラス容器１１と、白金メッシュ電極１２と、切削刃具を固定するためのガラス板１３と、電源１４とを備える。ガラス容器１１中にアルカリ性のエッチング液が充填される。エッチング液中に白金メッシュ電極１２が配設される。
【００３９】
また、エッチング液に不織布１５が浸されており、この不織布１５を挟んで白金メッシュ電極１２に切削刃具１のスクイ面３が対向配置するように切削刃具１を不織布１５上に配設した。こうして電解エッチング装置１０内に配設された切削刃具１を固定用のガラス板１３を用いて固定した。アルカリ性のエッチング液として、１２ｗｔ％のＮａＯＨ溶液と１２ｗｔ％のＮａＣｌ溶液を１：１に混合した溶液を用いた。また、電源１４として、ポテンショス・ガルバノスタットＨＡ−１５１（北斗電工製）を用いた。この電源１４の陽極端子に白金リード線を介して電解エッチング装置１０にセットされた切削刃具１を電気的に接続し、陰極端子に白金リード線を介してエッチング液中の白金メッシュ電極１２を電気的に接続した。
【００４０】
そして、切削刃具１と白金メッシュ電極１２との間に０．０５ｍＡ／ｃｍ２の一定電流を２４時間流して切削刃具１のスクイ面３を陽極酸化した。このとき、下記式（１）
【化１】
2015182168.tif 000003
に示す化学反応がスクイ面３上で進行してスクイ面３を構成する主材料粒子（タングステンカーバイド）がエッチング液（電解液）中に溶出する。また、下記式（２）
【化２】
2015182168.tif 000004
に示す化学反応がスクイ面３上で進行してスクイ面３を構成するバインダー（コバルト）がエッチング液中に溶出する。
【００４１】
なお、式（１）の反応速度は式（２）の反応速度よりも遅い。従って、エッチング液中への主材料粒子（タングステンカーバイド）の溶出速度はバインダー（コバルト）の溶出速度よりも遅い
【００４２】
また、エッチング液中に溶出したコバルトはエッチング液中にコバルトイオンとして存在するが、このコバルトイオンはエッチング液中で式（２）に示すように塩化物イオンと錯体を形成する。こうしてエッチング液中のコバルトイオンが消費されるため、切削刃具からのコバルトの溶出が促進される。このためより早くバインダーを溶出させることができる。
【００４３】
（表面状態の観察）
図７は、実施例１に係るエッチング処理を施した切削刃具のスクイ面の凹凸状態、実施例２に係るアルカリ電解エッチング処理を施した切削刃具のスクイ面の凹凸状態、及び、比較のためにエッチング処理を施していない切削刃具のスクイ面の凹凸状態を、レーザ顕微鏡により測定した図である。図７（ａ）がエッチング処理を施していない切削刃具のスクイ面の凹凸状態を表し、図７（ｂ）が実施例１に係るエッチング処理を施した切削刃具のスクイ面の凹凸状態を表し、図７（ｃ）が実施例２に係るエッチング処理を施した切削刃具のスクイ面の凹凸状態を表す。
【００４４】
エッチング処理を施していない切削刃具のスクイ面の凹凸の高さの最大値は約０．０７μｍである。これに対し、実施例１に係るエッチング処理を施した切削刃具のスクイ面の凹凸高さの最大値は、約０．０９μｍであった。このことから、実施例１に係るエッチング処理によっても、切削刃具のスクイ面にてバインダーのエッチングが僅かに進行していることがわかる。
【００４５】
また、図７（ｃ）に示すように、実施例２に係るエッチング処理を施した切削刃具のスクイ面の凹凸高さの最大値は約０．４１μｍであった。このことから、切削刃具のスクイ面をアルカリ電解エッチング処理することにより、スクイ面におけるバインダーのエッチングが大幅に促進されることがわかる。なお、主材料粒子の平均粒子径は約１．０μｍであるから、実施例２のエッチング処理により、主材料粒子の平均粒子径の約半分の高さの凹凸がスクイ面に形成されることがわかる。
【００４６】
図８は、実施例２に係るエッチング処理を施した切削刃具のスクイ面の電子顕微鏡写真である。また、図９は、図８に白抜きの点線で示した領域の最表面の組成を分析した結果を示す図である。図９中の右上の図がコバルト（バインダー）の組成分析結果、左上の図がニッケル（バインダー）の組成分析結果、左下の図がクロム（バインダー）の組成分析結果、右下の図がタングステン（主材料粒子）の組成分析結果である。図９からよくわかるように、スクイ面の最表面には主材料粒子が検出されているが、バインダーを構成する成分はほとんど検出されない。このこと及び図７（ｃ）の結果から、実施例２に係るエッチング処理を切削刃具のスクイ面に施した場合、凸部（最表面）が主材料粒子により形成される凹凸が、スクイ面に形成されることがわかる。
【００４７】
（切削評価）
エッチング処理をスクイ面に施していない切削刃具（以下、比較刃具という）を用いて被削材を切削した場合における切削抵抗力及び、実施例２に係るアルカリ電解エッチング処理をスクイ面に施した切削刃具（以下、発明刃具という）を用いて被削材を切削した場合における切削抵抗力を測定した。この場合において、被削材として、アルミニウム合金の引き抜き加工により成形されたアルミニウム管材（材質：Ａ６０６３／Ｈ１８、内径４６ｍｍ、外形５０ｍｍ、長さ５００ｍｍ）を使用した。この被削材を旋盤加工機（Ｄｕｒａ  ｔｕｒｎ３１０ｅｃｏ：森精機株式会社製）に回転可能に取付けるとともに、切削刃具が先端にセットされたホルダ（ＣＴＧＰＲ２５２５−１６Ｎ：住友電気工業株式会社製）を旋盤加工機の刃物台に固定した。また、刃物台に多成分切削動力計（９１２９ＡＡ：日本キスラー株式会社製）を取り付けた。そして、被削材を２１０ｍ／ｍｉｎ．の周速度により回転させるとともに、回転している被削材の端面から被削材に切削刃具を近づけることによって被削材を切削した。切削時における切削刃具の送り速度は０．１ｍｍ／ｒｅｖに設定した。
【００４８】
切削刃具の送り距離が２．０ｍｍに達するまで被削材を切削し、２．０ｍｍに達した時点で１回の切削を終了した。送り距離が２．０ｍｍの切削を１回の切削パスとし、比較刃具を用いた場合及び発明刃具を用いた場合のそれぞれについて、１５回の切削パスを繰り返し実行した。そして各切削パスにおける切削時の主分力Ｆ１と送り分力Ｆ２を切削抵抗力として多成分切削動力計により測定した。なお、主分力Ｆ１は切削時に切削刃具に作用する切削抵抗力のうち切削方向（被削材の回転方向）に作用する抵抗力であり、送り分力Ｆ２は切削刃具の送り方向に作用する抵抗力である。図１０は、切削刃具による被削材の切削状態を被削材の端面方向から見た模式図であり、図１１は、切削刃具による被削材の切削状態を被削材の側面方向から見た模式図である。図１０に主分力Ｆ１の作用方向を示し、図１１に送り分力Ｆ２の作用方向を示す。なお、図１０において被削材の回転方向が矢印Ａ１で示されており、図１１において切削刃具の送り方向が矢印Ａ２で示されている。
【００４９】
図１２は、発明刃具及び比較刃具により被削材を切削した場合における主分力Ｆ１の測定結果を示すグラフであり、図１３は、発明刃具及び比較刃具により被削材を切削した場合における送り分力Ｆ２の測定結果を示すグラフである。図１２及び図１３の横軸が切削パスの回数を表し、縦軸が主分力Ｆ１（図１２）及び送り分力Ｆ２（図１３）を表す。また、図１２及び図１３に示すグラフ中、○により表わされるグラフＡ及びグラフＤは、切削時に潤滑剤を用いることなく発明刃具により被削材を切削した場合における、主分力Ｆ１と切削パス回数との関係を示すグラフ（グラフＡ）及び送り分力Ｆ２と切削パス回数との関係を示すグラフ（グラフＤ）である。図１２及び図１３に示すグラフ中、△により表されるグラフＢ及びグラフＥは、切削時に潤滑剤を用いて発明刃具により被削材を切削した場合における、主分力Ｆ１と切削パス回数との関係を示すグラフ（グラフＢ）及び送り分力Ｆ２と切削パス回数との関係を示すグラフ（グラフＥ）である。図１２及び図１３に示すグラフ中、□により表わされるグラフＣ及びグラフＦは、切削時に潤滑剤を用いることなく比較刃具により被削材を切削した場合における、主分力Ｆ１と切削パス回数との関係を示すグラフ（グラフＣ）及び送り分力Ｆ２と切削パス回数との関係を示すグラフ（グラフＦ）である。
【００５０】
図１２及び図１３に示すように、１回目の切削パスの切削時に測定された主分力Ｆ１及び送り分力Ｆ２は、いずれも、比較刃具を用いた場合の方が、発明刃具を用いた場合よりも低い。しかしながら、比較刃具を用いた場合は、切削パスの回数の増加とともに主分力Ｆ１及び送り分力Ｆ２が大きく上昇する。これに対し、発明刃具を用いた場合は、切削パスの回数が増加しても、主分力Ｆ１及び送り分力Ｆ２はほとんど増加しない。これは、発明刃具のスクイ面に形成された凹凸によって、スクイ面の摩耗が長時間継続的に抑止されているためであると推察される。よって、発明刃具によれば、長時間に亘り耐摩耗性（トポロジー特性）を大きく向上させることができる。
【００５１】
また、図１２のグラフＡとグラフＢとからわかるように、発明刃具を用いた場合、潤滑剤を使用していようといまいと、パス回数が増加しても主分力Ｆ１の大きさはさほど変化しない。また、図１３のグラフＤとグラフＥとからわかるように、発明刃具を用いた場合、潤滑剤を使用していようといまいと、パス回数が増加しても送り分力Ｆ２の大きさはさほど変化しない。つまり、発明刃具を用いた場合、潤滑剤を使用してもしなくても、長時間にわたり耐摩耗性（トポロジー特性）を大きく向上させることができる。換言すれば、発明刃具を用いた場合、潤滑剤を使用せずとも、潤滑剤を使用する場合とほとんど変わらない切削特性を示す。この結果は、発明刃具の無潤滑切削への適用の可能性が高いことを示す。
【００５２】
図１４は、１５回の切削パスの切削を終えた比較刃具のスクイ面の顕微鏡写真であり、図１５は、１５回の切削パスの切削を終えた発明刃具のスクイ面の顕微鏡写真である。図１４及び図１５において、スクイ面の先端（スクイ面の図において上端）から下方に向かって黒ずんでいる部分が、摩耗している部分を示し、その下方に観察される白い部分が被削材（アルミニウム合金）の凝着物を示す。図１４からわかるように、比較刃具のスクイ面の摩耗量は多く、且つ、被削材（アルミニウム合金）の凝着量も多い。このことから、切削パスの回数の増加に伴ってスクイ面の摩耗が進行し、そのために切削抵抗力（主分力Ｆ１、送り分力Ｆ２）が切削パスの回数の増加につれて大きく上昇したと考えられる。一方、図１５からわかるように、発明刃具のスクイ面の摩耗量は少なく、且つ被削材（アルミニウム合金）の凝着量も少ない。よって、このことからも、発明刃具の耐摩耗性（トポロジー特性）が向上していることがわかる。
【００５３】
以上のように、本実施形態に示す切削刃具の表面処理方法は、耐食性を利用したエッチング処理、具体的には、耐食性の高い主材料粒子のエッチング速度が遅く、耐食性の低いバインダーのエッチング速度が速くなるようなエッチング処理を、切削刃具のスクイ面に施すことにより、スクイ面に凹凸を形成するエッチング工程を含む。このようになエッチング工程によりスクイ面に凹凸が形成された切削刃具のトライボロジー特性、とくに耐摩耗性は向上する。
【００５４】
また本実施形態に示す切削刃具の表面処理方法は、レーザ加工機のような高価な設備を必要としない。このため設備コストが安価である。また、エッチング処理槽に複数の切削刃具を配設することによって、一度に多数の切削刃具を表面処理することができるので、製造コスト（表面処理コスト）も安価である。加えて、もともと存在する成分のみによってスクイ面に凹凸が形成されており、新たに別の物質をスクイ面に付与しているわけではないので、そのような物質が剥がれ落ちることによってトライボロジー特性が低下することもない。このように、本発明によれば、設備コスト、製造コストがさほど高くなく、且つ、トライボロジー特性（耐摩耗性）向上の効果が長時間持続し得るような切削刃具の表面処理方法を提供することができる。
【００５５】
また、実施例２によれば、アルカリ電解エッチング処理により切削刃具のスクイ面をエッチングしている。具体的には、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）及び塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）が溶解したアルカリ性の水溶液（エッチング液）を用いて、タングステンカーバイド（主材料粒子）とコバルト（バインダー）とにより構成される切削刃具のスクイ面を電解エッチング処理している。このようなアルカリ電解エッチングを切削刃具のスクイ面に施すことにより、バインダーのみならず主材料粒子も溶出する（ただし、主材料粒子の溶出速度はバインダーの溶出速度よりも遅い）。主材料粒子の溶出によって、隣接する主材料粒子間の隙間が拡がる。そして、上記の隙間にエッチング液が浸透することにより、主材料粒子の粒界付近のバインダーにエッチング液が接触する。このため主材料粒子の粒界付近のバインダーが十分に溶出される。その結果、十分な高さ、すなわち耐摩耗性の効果を十分に発揮する程度の高さの凹凸をスクイ面に形成することができる。
【００５６】
また、実施例２によれば、エッチング液中に塩化物イオンが含まれている。塩化物イオンは、バインダーを構成する元素（例えばコバルト）の溶出イオンと錯体を形成可能なイオン（錯体形成イオン）である。したがって、エッチング液中に溶出されたバインダーを構成する元素のイオンが錯体形成イオンと錯体を形成することによって、バインダーの溶出速度が速められる。これによりバインダーのエッチングを促進することができる。
【００５７】
以上、本発明を複数の実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるべきものではない。例えば、上記実施例では、主材料粒子がタングステンカーバイド（ＷＣ）である切削刃具の表面処理について説明したが、その他の硬質な主材料粒子を用いた切削刃具、例えば、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）により主材料粒子が形成されている切削刃具にも本発明を適用することができる。また、上記実施例では、バインダーがコバルト（Ｃｏ）である切削刃具の表面処理について説明したが、その他のバインダー、例えばニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）によりバインダーが形成されている切削刃具にも本発明を適用することができる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…切削刃具、２…切刃部、３…スクイ面、４…主材料粒子、５…バインダー、１０…電解エッチング装置、１１…ガラス容器、１２…白金メッシュ電極、１３…ガラス板、１４…電源、１５…不織布、Ｆ１…主分力、Ｆ２…送り分力、Ｈ…被削物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１４】
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【図１５】
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