(57)【要約】【課題】高速切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する超硬合金製エンドミルを提供する。【解決手段】超硬合金製エンドミルが、切刃部とシャンク部からなり、少なくとも前記切刃部を、いずれも結合相形成成分として、以下いずれも質量％で、Ｃｏ：４〜１６％、Ｃｒおよび／またはＶ：０．１〜３％、を含有し、残りが硬質相形成成分としての酸素および窒素を固溶含有する炭化タングステンと前記酸素および窒素以外の不可避不純物からなる組成を有し、かつ前記硬質相形成成分としての炭化タングステン相が、これの中心部のオージェ電子分光分析装置による測定で、窒素：０．１〜０．２５％、酸素：０．２〜０．６％、を含有する超硬合金で構成する。【選択図】　　　　　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
切刃部とシャンク部からなり、少なくとも前記切刃部を、いずれも結合相形成成分として、以下いずれも質量％で、
Ｃｏ：４〜１６％、
Ｃｒおよび／またはＶ：０．１〜３％、
を含有し、残りが硬質相形成成分としての酸素および窒素を固溶含有する炭化タングステンと前記酸素および窒素以外の不可避不純物からなる組成を有し、かつ前記硬質相形成成分としての炭化タングステン相が、これの中心部のオージェ電子分光分析装置による測定で、
窒素：０．１〜０．２５％、
酸素：０．２〜０．６％、
を含有する超硬合金で構成したこと、
を特徴とする高速切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する超硬合金製エンドミル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に硬質相を構成する炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）相がすぐれた靭性と耐熱性を有し、したがって高熱発生を伴なう高速切削加工で、底刃を含む切刃先端部がすぐれた耐チッピング性を発揮する超硬合金製エンドミル（以下、単にエンドミルと云う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、鋼や鋳鉄、さらに非鉄材料などの被削材の面加工や溝加工、さらに肩加工などにエンドミルが用いられ、このエンドミルが切刃部とシャンク部からなり、前記切刃部がスクエア形状のものや、切刃部の先端部がボール形状を有するもの、また切刃部がルーター形状を有するものなどが知られており、さらに少なくとも前記切刃部が、結合相形成成分として質量％（以下、％は質量％を示す）で、４〜１６％の割合で含有するＣｏ中に０．１〜３％の割合で固溶含有したＣｒおよび／またはＶ成分による粒成長抑制作用で、硬質相形成成分としてのＷＣ相の粒径を、平均粒径で、望ましくは０．７μｍ以下とした微粒組織の超硬合金で構成されたエンドミルが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
さらに、上記のエンドミルが、原料粉末として、いずれも０．１〜３μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＷＣ粉末、炭化クロム（以下、Ｃｒ３Ｃ２で示す）粉末、炭化バナジウム（以下、ＶＣで示す）粉末、およびＣｏ粉末を用い、これら原料粉末を所定の配合組成に配合し、湿式混合し、乾燥した後、押出しプレスにて所定の直径の長尺状成形体とし、この長尺状成形体を、１．３〜１３．３Ｐａの真空雰囲気中、１３５０〜１４８０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この昇温温度に１〜２時間保持後、雰囲気を、例えばＡｒを導入して４．９〜１４．７ＭＰａの加圧雰囲気とし、前記昇温温度および加圧雰囲気の条件下に１５〜６０分間保持した後、少なくとも１２００℃までを５０〜１００℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却することにより、Ｃｒ（Ｃｒ３Ｃ２）および／またはＶ（ＶＣ）がＣｏ中に固溶してなる結合相とＷＣ相の硬質相で構成された超硬合金からなる所定の直径の長尺状加圧焼結体を形成し、この加圧焼結体から図１に示される形状に研削加工することにより製造されることも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−１２８４７号公報
【０００５】
【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、さらに低コスト化に対する要求は強く、これに伴い、切削装置の高性能化と相俟って、切削加工は高速で行われる傾向にあるが、上記の従来エンドミルにおいては、これを高速切削加工に用いると、靭性および耐熱性不足が原因で、底刃および外周刃にチッピング（微小欠け）が発生し易くなり、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上述のような観点から、高速切削加工で、すぐれた耐チッピング性を発揮するエンドミルを開発すべく、特に上記の従来エンドミルに着目し、研究を行った結果、
（ａ）通常、従来の原料粉末としてのＷＣ粉末は、高純度を意図して製造されているため、焼結後の超硬合金のＷＣ相の不純物である窒素および酸素の含有量は、ＷＣ相の中心部のオージェ電子分光分析装置による測定で、
窒素（Ｎ）：０．００１〜０．０３％、
酸素（Ｏ）：０．００１〜０．０５％、
であるのが一般的であること。
【０００７】
（ｂ）一般に、上記の従来高純度ＷＣ粉末は、原料粉末としてＷＯ３粉末を用い、これに還元粉末として所定量のカーボンブラックを配合し、混合した後、この混合粉末を９５０〜１０５０℃に加熱し、窒素気流中で所定時間保持の条件で還元処理を行い、ついで加熱温度を１１５０〜１２５０℃とすると共に、前記窒素気流を水素気流に変えて所定時間保持の条件で炭化処理を行うことにより製造されているが、この従来高純度ＷＣ粉末の製造において、還元処理の窒素気流中および炭化処理の水素気流中に所定割合、望ましくは５〜１５容量％の割合でＣＯガスを配合すると、製造されたＷＣ粉末中の窒素および酸素含有量が上昇するようになり、前記のＣＯガスの５〜１５容量％の配合で、製造されたＷＣ粉末は、
窒素（Ｎ）：０．１〜０．２５％、
酸素（Ｏ）：０．２〜０．６％、
を含有するようになること。
【０００８】
（ｃ）この結果の高窒素高酸素含有のＷＣ粉末を原料粉末として用いて製造されたエンドミルにおいては、これの超硬合金の硬質相を構成するＷＣ相は、その中心部のオージェ電子分光分析装置による測定で、原料粉末状態のＮ：０．１〜０．２５％、Ｏ：０．２〜０．６％、を含有し、前記Ｎによるすぐれた靭性および前記Ｏによるすぐれた耐熱性を具備するようになり、このＷＣ相のもつ高靭性およびすぐれた耐熱性は超硬合金自体の具備する特性となり、高熱発生を伴なう高速切削加工でもすぐれた耐チッピング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得たのである。
【０００９】
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、切刃部とシャンク部からなり、少なくとも前記切刃部を、いずれも結合相形成成分として、以下いずれも質量％で、
Ｃｏ：４〜１６％、
Ｃｒおよび／またはＶ：０．１〜３％、
を含有し、残りが硬質相形成成分としての酸素および窒素を固溶含有するＷＣと前記酸素および窒素以外の不可避不純物からなる組成を有し、かつ前記硬質相形成成分としてのＷＣ相が、これの中心部のオージェ電子分光分析装置による測定で、
Ｎ：０．１〜０．２５％、
Ｏ：０．２〜０．６％、
を含有する超硬合金で構成してなる、高速切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮するエンドミルに特徴を有するものである。
【００１０】
以下に、この発明のエンドミルにおいて、これを構成する超硬合金の組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（１）　Ｃｏ
結合相形成成分としてのＣｏ含有量が４％未満では所望の強度および靭性を確保することができず、一方Ｃｏ含有量が１６％を超えると急激に軟化し、摩耗進行が促進するようになることから、Ｃｏ含有量を４〜１６％と定めた。
【００１１】
（２）　Ｃｒおよび／またはＶ
これらの成分には、結合相を形成するＣｏ中に固溶した状態で硬質相を形成するＷＣ相の成長を著しく抑制して、ＷＣ相の粒径を平均粒径で、望ましくは０．７μｍ以下とした微粒組織とする作用があるが、この作用はＣｒおよびＶ成分の含有量が０．１％未満では不充分となり、一方その含有量が３％を超えると、これらの成分が炭化物として析出し、強度および靭性を低下させるようになることから、その含有量を０．１〜３％と定めた。
【００１２】
（３）　ＷＣ相のＮおよびＯ含有量
エンドミルを構成する超硬合金のＷＣ相におけるＮ含有量が０．１％未満では、所望の高靭性を確保することができないので、原料粉末として用いられるＷＣ粉末の製造に際して、還元処理の窒素気流中および炭化処理の水素気流中に配合するＣＯガスの割合を調整して０．１％以上含有するようにするが、一方その含有量が０．２５％を超えると硬さが急激に低下するようになって、摩耗進行が著しく促進され、使用寿命短命化の原因となることから、その含有量を０．１〜０．２５％と定めた。
また、同ＷＣ相におけるＯ含有量が０．２％未満では、所望のすぐれた耐熱性を確保することができないので、同じくＷＣ粉末の製造時に、還元処理の窒素気流中および炭化処理の水素気流中に配合するＣＯガスの割合を調整して０．２％以上含有させ、すぐれた耐熱性を確保して、高熱発生の高速切削加工でもＮ成分との共存においてすぐれた耐チッピング性を発揮するようにするが、一方その含有量が０．６％を超えると靭性が急激に低下するようになって、チッピングが起り易くなり、これも使用寿命短命化をもたらすことから、その含有量を０．２〜０．６％と定めた。
【００１３】
【発明の実施の態様】
つぎに、この発明のエンドミルを実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、平均粒径：０．５μｍを有するＷＯ３粉末、および同０．２μｍのカーボンブラックを用意し、まずこれら原料粉末を、カーボンブラック：１７％、ＷＯ３粉末：残り、の割合に配合し、湿式ボールミルでアセトンを加えて３時間混合し、減圧乾燥した後、よくほぐした状態でカーボンボートに充填した後、この混合粉末を９５０〜１０５０℃に加熱し、ＣＯガスを５〜１５容量％の範囲内の所定の割合で配合してなる窒素−ＣＯ混合気流中で３時間保持の条件で還元処理を行い、ついで加熱温度を１１５０〜１２５０℃とすると共に、前記窒素−ＣＯ混合気流を同じくＣＯガスを５〜１５容量％の範囲内の所定の割合で配合してなる水素−ＣＯ混合気流に変えて３時間保持の条件で炭化処理を行い、最終的に粒度調整を行うことにより、表１に示される窒素および酸素を含有し、かつ平均粒径をもった本発明エンドミル製造用原料粉末としてのＷＣ粉末（以下、本発明原料ＷＣ粉末という）Ａ−１〜Ａ−７をそれぞれ製造した。
【００１４】
また、比較の目的で、還元処理の反応雰囲気を窒素気流、炭化処理の反応雰囲気を水素気流とする以外は、同一の条件で、同じく表１に示される窒素および酸素含有量、並びに平均粒径の従来エンドミル製造用原料粉末としてのＷＣ粉末（以下、従来原料ＷＣ粉末という）ａ−１〜ａ−７をそれぞれ製造した。
【００１５】
ついで、上記の本発明原料ＷＣ粉末Ａ−１〜Ａ−７および従来原料ＷＣ粉末ａ−１〜ａ−７のそれぞれに、平均粒径：１．２μｍのＣｏ粉末、同１．８μｍのＶＣ粉末、および同２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末を表２に示される割合に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥し、さらにワックスと溶剤を加えて１時間混和した後、押出しプレスにて４〜２６ｍｍの範囲内の所定の直径を有する長尺状成形体を形成し、これらの長尺状成形体を、１．３Ｐａの真空雰囲気中、１３８０〜１４８０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持して焼結した後、前記昇温温度に保持したまま、Ａｒを導入して雰囲気を圧力：６ＭＰａの加圧雰囲気として１時間保持し、その後冷却のＨＩＰ処理を施すことにより、３．３〜２１．０ｍｍの範囲内の所定の直径を有する本発明エンドミル形成用長尺状加圧焼結体素材（以下、本発明焼結素材という）Ｂ−１〜Ｂ−７および従来エンドミル形成用長尺状加圧焼結体素材（以下、従来焼結素材という）ｂ−１〜ｂ−７を形成し、さらにこれらの焼結素材から研削加工にて、切刃部がそれぞれ表３，４に示される形状および寸法をもった本発明エンドミル１〜１４および従来エンドミル１〜１４をそれぞれを製造した。
【００１６】
また、表２に上記の本発明焼結素材Ｂ−１〜Ｂ−７（本発明エンドミル１〜１４）および従来焼結素材ｂ−１〜ｂ−７（従来エンドミル１〜１４）について、オージェ電子分光分析装置を用いて、これを構成する超硬合金における任意５個のＷＣ相の中心部のＯ含有量およびＮ含有量を測定した結果を平均値で示した。さらに、表２には、上記の各種焼結素材の任意断面におけるＷＣ相（分散相）の平均粒径を走査型電子顕微鏡を用いて測定した結果を示した。また、前記焼結素材を構成する超硬合金のＣｏ、Ｃｒ、およびＶ成分の含有量を測定したところ、配合組成と実質的に同じ値を示した。
【００１７】
つぎに、上記の各種のエンドミルのうち、本発明エンドミル１〜７および従来エンドミル１〜７については、被削材として、幅：４００ｍｍを有するＪＩＳ・ＳＫＤ１１（硬さ：ＨＲＣ６０）の板材を用い、表３に示される条件で高速肩削り加工を行い、エンドミルの先端面の逃げ面摩耗幅がそれぞれ表３に示される使用目安とされる値に至るまでの切削長を測定し、また本発明エンドミル８〜１４および従来エンドミル８〜１４については、被削材として厚さ：１．６ｍｍのガラス繊維強化エポキシ樹脂多層板を用い、これを表４に示される枚数積み重ね、同じく表４に示される切削加工条件で乾式高速外形加工を行ない、加工材に標準寸法に対して２０μｍの寸法誤差が生じるまでの切削長を測定した。これらのた。これらの測定結果を表３，４にそれぞれ平均値で示した。
【００１８】
【表１】
2004074384.tif 000002
【００１９】
【表２】
2004074384.tif 000003
【００２０】
【表３】
2004074384.tif 000004
【００２１】
【表４】
2004074384.tif 000005
【００２２】
【発明の効果】
表２〜４に示される結果から、本発明エンドミル１〜１４は、いずれもこれを構成する超硬合金の硬質相（ＷＣ相）のＮおよびＯの含有量が相対的に高く、前記ＷＣ相によって高靭性とすぐれた耐熱性が確保されることから、高熱発生を伴なう高速切削加工でも切刃部にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、前記硬質相（ＷＣ相）のＮおよびＯの含有量が相対的に低い従来エンドミル１〜１４においては、いずれも靭性および耐熱性不足が原因で、高速切削加工では切刃部にチッピングが発生し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明のエンドミルは、通常の条件での切削加工は勿論のこと、高速切削加工でもすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものであるから、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満足に対応することができるものである。