(57)【要約】【課題】高送り条件での切削加工ですぐれた耐ねじれ変形性を発揮する表面被覆超硬合金製エンドミルを提供する。【解決手段】切刃部とシャンク部からなり、少なくとも前記切刃部が、実質的に結合相と分散相で構成された超硬合金からなる基体の表面に、５〜４０μｍの平均層厚で人工ダイヤモンド被覆層を形成してなる表面被覆超硬合金製エンドミルの前記超硬合金基体を、いずれも結合相形成成分として、以下いずれも質量％で、Ｃｏ：３〜８％、Ｃｒおよび／またはＶ：０．１〜２％、を含有し、残りが分散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、かつ前記分散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、酸素：０．２〜０．６％、窒素：０．１〜０．２５％、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が、実質的に結合相と分散相で構成された超硬合金からなる基体の表面に、５〜４０μｍの平均層厚で人工ダイヤモンド被覆層を形成してなる表面被覆超硬合金製エンドミルにおいて、
上記超硬合金基体を、いずれも結合相形成成分として、以下いずれも質量％で、
Ｃｏ：３〜８％、
Ｃｒおよび／またはＶ：０．１〜２％、
を含有し、残りが分散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、かつ前記分散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、
酸素：０．２〜０．６％、
窒素：０．１〜０．２５％、
を含有する超硬合金で構成したこと、
を特徴とする高送り条件での切削加工ですぐれた耐ねじれ変形性を発揮する表面被覆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、特に超硬合金基体（以下、超硬基体という）が高送り条件での切削加工ですぐれた耐ねじれ変形性を発揮し、この結果前記超硬基体からの人工ダイヤモンド被覆層（以下、ダイヤ被覆層という）の剥離が著しく抑制されることから、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するようになる表面被覆超硬合金製エンドミル（以下、被覆超硬エンドミルと云う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、各種材料の面加工や溝加工、さらに肩加工などの切削加工に超硬合金製エンドミル（以下、超硬エンドミルという）が用いられ、この超硬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いる。
また、超硬エンドミルの少なくとも前記切刃部が、実質的に結合相と分散相で構成され、結合相形成成分として質量％（以下、％は質量％を示す）で、３〜８％の割合で含有するＣｏ中に０．１〜２％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、硬質相を構成する炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）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超硬エンドミルが知られている（例えば、特許文献１参照）。
さらに、上記の超硬エンドミルが、例えば原料粉末として、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所定の形状に研削加工することにより製造されることもよく知られるところである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、切削性能の一段の向上を目的として、超硬エンドミルを基体（以下、超硬基体という）とし、この超硬基体の表面に、例えば熱電子放射法やマイクロ波法、さらに高周波プラズマ法などの気相合成法を用いてダイヤ被覆層を５〜４０μｍの平均層厚で形成してなる被覆超硬エンドミルも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−１２８４７号公報
【特許文献２】
特開平４−２１０３１５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、高送り条件での切削加工が行われる傾向にあるが、上記の従来被覆超硬エンドミルにおいては、これをきわめて高い加工抵抗が加わる高送り条件での切削加工に用いると、ねじれが発生し、この結果変形能のきわめて小さいダイヤ被覆層はこのような超硬基体のねじれ変形に順応できず、剥離するようになるのは避けられず、この剥離が原因で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、高送り条件での切削加工ですぐれた耐ねじれ変形性を発揮し、ダイヤ被覆層に剥離現象の発生がない被覆超硬エンドミルを開発すべく、特にこれを構成する超硬基体について研究を行った結果、
（ａ）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、焼結後の超硬基体の分散相を構成するＷＣ相は、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、
酸素（Ｏ）：０．００１〜０．０５％、
窒素（Ｎ）：０．００１〜０．０３％、
を含有するのが一般的であり、きわめて高純度をもつものであること。
【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、
酸素（Ｏ）：０．２〜０．６％、
窒素（Ｎ）：０．１〜０．２５％、
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超硬基体においても、これの分散相を構成するＷＣ相は、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、Ｏ：０．２〜０．６％、Ｎ：０．１〜０．２５％、を含有するようになり、このＷＣ相におけるＯ成分の高含有によって超硬基体は高い剛性をもつようになり、一方Ｏ成分の高含有による超硬基体の強靭性は低下するようになるが、この前記ＷＣ相中に高い割合で含有するＮ成分によって前記Ｏ成分高含有による強靭性低下が防止され、この結果超硬基体は強靭性の低下なく、剛性が著しく向上したものとなり、したがってこの超硬基体の表面にダイヤ被覆層を形成してなる被覆超硬エンドミルにおいては、高送り条件での切削加工でも前記超硬基体がすぐれた耐ねじれ変形性を発揮し、ねじれ変形が原因のダイヤ被覆層の剥離が防止されることから、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って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が、実質的に結合相と分散相で構成された超硬合金からなる超硬基体の表面に、５〜４０μｍの平均層厚でダイヤ被覆層を形成してなる被覆超硬エンドミルにおいて、
上記超硬基体を、いずれも結合相形成成分として、
Ｃｏ：３〜８％、
Ｃｒおよび／またはＶ：０．１〜２％、
を含有し、残りが分散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、かつ前記分散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、
酸素：０．２〜０．６％、
窒素：０．１〜０．２５％、
を含有する超硬合金で構成してなる、高送り条件での切削加工ですぐれた耐ねじれ変形性を発揮する被覆超硬エンドミルに特徴を有するものである。
【００１０】
以下に、この発明の被覆超硬エンドミルにおいて、これを構成する超硬基体の組成およびダイヤ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。
（１）　Ｃｏ含有量
Ｃｏ成分には、焼結性を向上させ、結合相を形成して強度を向上させる作用があるが、その含有量が３％未満では所望の焼結性および強度を確保することができず、一方その含有量が８％を超えると剛性に低下傾向が現れ、ねじれ変形が大きくなり、ダイヤ被覆層の剥離が発生し易くなることから、その含有量を３〜８％と定めた。
【００１１】
（２）　超硬基体の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分散相であるＷＣ相の成長を著しく抑制して、これ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２％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０．１〜２％と定めた。
【００１２】
（３）　ＷＣ相のＯおよびＮ含有量
被覆超硬エンドミルを構成する超硬基体のＷＣ相におけるＯ含有量が０．２％未満では、所望の剛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０．２％以上含有させ、すぐれた剛性を確保して、高送り条件での切削加工でもダイヤ被覆層剥離の原因となるねじれ変形が発生しないようにするが、一方その含有量が０．６％を超えると、Ｎ成分の高い含有によっても強靭性の低下は避けられず、切刃部の底刃や外周刃にチッピングが発生し易くなることから、その含有量を０．２〜０．６％と定めた。
また、同ＷＣ相におけるＮ含有量が０．１％未満では、Ｏ成分含有による強靭性低下を防止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０．１％以上含有させ、Ｏ成分の高含有による強靭性低下を抑制するようにするが、一方その含有量が０．２５％を超えると剛性の低下は避けられず、Ｏ成分の高含有によってもねじれ変形が発生するようになって、ダイヤ被覆層剥離が起り易くなることから、その含有量を０．１〜０．２５％と定めた。
【００１３】
（４）　ダイヤ被覆層の平均層厚
その平均層厚が５μｍ未満では、ダイヤ被覆層形成による所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方その平均層厚が４０μｍを越えると、ダイヤ被覆層自体にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を５〜４０μｍと定めた。
【００１４】
【発明の実施の態様】
つぎに、この発明の被覆超硬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超硬基体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。
【００１５】
さらに、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超硬基体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。
【００１６】
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４〜１６ｍｍ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、長尺状成形体とし、これらの長尺状成形体を、１．３Ｐａの真空雰囲気中、７℃／分の昇温速度で１３８０〜１４８０℃の範囲内の所定の焼結温度に昇温し、この焼結温度に１時間保持して焼結した後、前記焼結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、３．３〜１２．５ｍｍの範囲内の所定の直径を有する本発明超硬基体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および従来超硬基体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をそれぞれを製造した。
【００１７】
また、表２に上記の本発明焼結素材Ｂ−１〜Ｂ−７および従来焼結素材ｂ−１〜ｂ−７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。
【００１８】
ついで、上記の本発明焼結素材Ｂ−１〜Ｂ−７および従来焼結素材ｂ−１〜ｂ−７から、研削加工にて、切刃部がそれぞれ表３に示される形状および寸法をもった超硬基体を形成し、これの切刃部の表面を、エタノール中に平均粒径：０．１μｍのダイヤモンド砥粒を５％の割合で懸濁してなる処理液を用いて、超音波処理した後、気相合成法として知られているマイクロ波プラズマ法にて、
雰囲気圧力：４ｋＰａ、
超硬基体の表面温度：８５０℃、
反応ガス組成：ＣＨ４／Ｈ２＝２／９８（容量比）、
処理時間：１０〜３０時間、
の条件で処理して、上記切刃部の表面にそれぞれ表３，４に示される平均層厚のダイヤ被覆層を形成することにより本発明被覆超硬エンドミル１〜７および従来被覆超硬エンドミル１〜７をそれぞれ製造した。
【００１９】
つぎに、上記の本発明被覆超硬エンドミル１〜７および従来被覆超硬エンドミル１〜７のうち、本発明被覆超硬エンドミル１，２および従来被覆超硬エンドミル１，２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３に示される枚数積み重ね、同じく表３に示される切削加工条件で乾式高送り外径加工を行ない、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、また本発明被覆超硬エンドミル３〜５および従来被覆超硬エンドミル３〜５については、被削材として幅：３００ｍｍを有する純銅板材を用い、表３に示される切削加工条件で乾式高送り溝加工を行ない、逃げ面摩耗幅が０．１ｍｍに達するまでの切削長を測定し、さらに本発明被覆超硬エンドミル６，７および従来被覆超硬エンドミル６，７については、被削材として幅：４００ｍｍを有するＳｉ：１３質量％含有のＡｌ−Ｓｉ合金板材を用い、同じく表３に示される切削加工条件で乾式高送り外径加工を行ない、外周刃の逃げ面摩耗幅が０．１ｍｍに達するまでの切削長を測定した。これらの測定結果を表３にそれぞれ５本の平均値で示した。
【００２０】
【表１】
2004074388.tif 000002
【００２１】
【表２】
2004074388.tif 000003
【００２２】
【表３】
2004074388.tif 000004
【００２３】
【発明の効果】
表２，３に示される結果から、本発明被覆超硬エンドミル１〜７は、いずれもこれを構成する超硬基体におけるＷＣ相のＯおよびＮの含有量が相対的に高く、このＯおよびＮ成分高含有のＷＣ相によって超硬基体は強靭性の低下なく、高い剛性をもつようになるので、高送り条件での切削加工でもねじれ変形が著しく低減され、ダイヤ被覆層の剥離が抑制され、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、前記ＷＣ相のＯおよびＮ成分の含有量が相対的に低い従来被覆超硬エンドミル１〜７においては、いずれもこれを構成する超硬基体の剛性が低く、加工抵抗のきわめて高い高送り条件での切削加工ではねじれ変形が発生し、この結果ダイヤ被覆層に剥離が発生し易くなることから、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、この発明の被覆超硬エンドミルは、通常の条件での切削加工は勿論のこと、切削加工を加工抵抗のきわめて高い高送り条件で行なった場合でも、ダイヤ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ものであるから、各種エンドミル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。