(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化処理およびセラミック被膜処理が施された高速度工具鋼からなる工具に関し、摩耗した刃のすくい面を再生する方法であって、
（Ａ）刃のすくい面におけるセラミック膜および窒化層を除去する工程、
次いで、（Ｂ）刃のすくい面以外の部位におけるセラミック膜を残したまま、工具全体を窒化処理雰囲気中に置き、刃のすくい面のみを窒化させる工程、
を行うことを特徴とする高速度工具鋼からなる工具の再生方法。
【請求項２】
前記（Ｂ）の工程の後に、
（Ｃ）工具全体のセラミック膜を除去する工程、
次いで、（Ｄ）工具全体をセラミック被膜処理雰囲気中に置くことにより、セラミック被膜処理を施す工程、
を行うことを特徴とする請求項１に記載の高速度工具鋼からなる工具の再生方法。
【請求項３】
前記（Ｂ）の工程の後に、
（Ｅ）刃のすくい面以外の部位におけるセラミック膜を残したまま、工具全体をセラミック被膜処理雰囲気中に置くことにより、セラミック被膜処理を施す工程、
を行うことを特徴とする請求項１に記載の高速度工具鋼からなる工具の再生方法。
【請求項４】
前記（Ａ）の工程は、研削加工により行われることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の高速度工具鋼からなる工具の再生方法。
【請求項５】
前記工具はホブであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の高速度工具鋼からなる工具の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホブ、ピニオン、エンドミル、ドリル、タップなど、高速度工具鋼からなる工具の再生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の表面に窒化処理を施して表面硬度を上げる手法は古くから行われているが、近年、高速度工具鋼からなる工具については、表面硬度をさらに上げるため、窒化処理を施した後にセラミック被膜処理を施す場合がある。このセラミック被膜処理によって形成されるセラミック膜（チタン系膜）は耐摩耗性に非常に優れるため、特にドライ加工用の工具に多用されている。セラミック膜の一般例としては、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、などが挙げられる。
【０００３】
なお、窒化処理およびセラミック被膜処理に関する先行技術としては例えば特許文献１が挙げられ、セラミック膜に関する先行技術としては例えば特許文献２が挙げられる。
【特許文献１】特開２００４−１３１８２０号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
長期使用に伴って刃のすくい面が摩耗してきた場合には、特に高速度工具鋼からなる工具は高価であることから、使い捨てとせずに、摩耗した箇所を調整して再使用することが望ましい。図５は、例えば平歯車のホブ切りに使用されるホブＨの外観斜視図であり、長期使用に伴い、各刃Ｇはその断面を拡大して示すように、主に刃のすくい面Ｆが摩耗することとなる。
【０００５】
刃のすくい面Ｆが摩耗した場合におけるホブの再生方法の一例を図４に示す。図４は、図５で示した任意の刃Ｇを断面視した図であり、表層部が窒化処理によって窒化層１として形成され、表面にはセラミック被膜処理によってセラミック膜２が形成された様子を模式的に示している。図４（ａ）はすくい面Ｆが摩耗した状態を示しており、この状態から先ず図４（ｂ）に示すように、摩耗箇所を除去すべく、すくい面Ｆにおけるセラミック膜２と窒化層１の除去を行う。次いで、図４（ｃ）に示すように、逃げ面Ｊなどに残っているセラミック膜２を剥離させる。具体的には、この図４（ｃ）の工程は、図６（ｃ）に示すように、ホブＨ全体をセラミック膜剥離用の溶液に浸漬させることにより行う。次いで、図４（ｄ）に示すように、刃Ｇの全体にセラミック被膜処理を施すことで、ホブＨの再生を終了する。具体的には、この図４（ｄ）の工程は、図６（ｂ）に示すように、ホブＨをＰＶＤ装置などのセラミック被膜処理装置内に入れることにより行う。
【０００６】
しかしこの再生方法によれば、図４（ｄ）の図から明らかなように、すくい面Ｆにおいては窒化層１が介在することなく直接セラミック膜２が形成されることになり、窒化層１が介在しない分、すくい面Ｆの硬度が低下するという問題がある。この問題は、一見、図４（ｃ）の工程と図４（ｄ）の工程との間に窒化処理の工程を入れれば解消されるかに思えるが、窒化処理を行うと、既に形成されている逃げ面Ｊ側の窒化層１が再度窒化処理されるという別の弊害を生むこととなる。所定の硬度に形成された窒化層１が再度窒化された場合、窒素量過多となって脆化しやすくなるという現象は周知であり、したがって、逃げ面Ｊにおける再度の窒化処理は刃Ｇの刃欠けを誘発しかねないことから、窒化処理を施すことなく図４（ｄ）の工程を行っているわけである。なお、図４（ｃ）の工程後、逃げ面Ｊに別途にマスキング処理などを施すことで、すくい面Ｆのみを窒化処理するということも考えられるが、この方法を実施することは極めて困難である。
【０００７】
本発明は以上のような課題を解決するために創案されたものであり、簡易で経済性に優れ、新品時と同等のすくい面の硬度が得られる高速度工具鋼からなる工具の再生方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、窒化処理およびセラミック被膜処理が施された高速度工具鋼からなる工具に関し、摩耗した刃のすくい面を再生する方法であって、（Ａ）刃のすくい面におけるセラミック膜および窒化層を除去する工程、次いで、（Ｂ）刃のすくい面以外の部位におけるセラミック膜を残したまま、工具全体を窒化処理雰囲気中に置き、刃のすくい面のみを窒化させる工程、を行うことを特徴とする高速度工具鋼からなる工具の再生方法とした。
【０００９】
この再生方法によれば、先ず（Ａ）の工程により、すくい面のみ、表面処理されていない高速度工具鋼の表面が露出する。この状態で、（Ｂ）の工程で、工具を窒化処理雰囲気中に置くと、すくい面以外の部位に残っている窒化層は、その表面に形成されているセラミック膜により再度の窒化が阻止される。したがって、工具はすくい面のみが窒化処理される。
【００１０】
また、本発明は、前記（Ｂ）の工程の後に、（Ｃ）工具全体のセラミック膜を除去する工程、次いで、（Ｄ）工具全体をセラミック被膜処理雰囲気中に置くことにより、セラミック被膜処理を施す工程、を行うことを特徴とする高速度工具鋼からなる工具の再生方法とした。
【００１１】
この再生方法によれば、再生後の工具の窒化層およびセラミック膜の形成態様が新品時のものと同等になる。これにより、工具の使用寿命を延ばすことができる。
【００１２】
また、本発明は、前記（Ｂ）の工程の後に、（Ｅ）刃のすくい面以外の部位におけるセラミック膜を残したまま、工具全体をセラミック被膜処理雰囲気中に置くことにより、セラミック被膜処理を施す工程、を行うことを特徴とする高速度工具鋼からなる工具の再生方法とした。
【００１３】
この再生方法によれば、再生後のすくい面における窒化層およびセラミック膜の形成態様が新品時のものと同等になり、ホブＨの使用寿命を延ばすことができる。
【００１４】
また、本発明は、前記（Ａ）の工程は、研削加工により行われることを特徴とする高速度工具鋼からなる工具の再生方法とした。
【００１５】
この再生方法によれば、簡易で確実にすくい面の窒化層を除去できる。
【００１６】
また、本発明は、前記工具はホブであることを特徴とする高速度工具鋼からなる工具の再生方法とした。
【００１７】
この再生方法によれば、ホブの使用寿命を延ばすことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡易で経済性に優れ、新品時と同等のすくい面の硬度を得られる工具の再生方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図５に示したホブＨを再生する形態について説明する。図１は、本発明に係る再生方法の主要工程における、刃Ｇの窒化層１およびセラミック膜２の様子を示す説明図である。
【００２０】
図１において、左端の図は刃Ｇのすくい面Ｆの中央部が摩耗した状態を示している。この状態から、本発明は、（Ａ）刃のすくい面Ｆにおけるセラミック膜２および窒化層１を除去する工程、次いで、（Ｂ）刃のすくい面Ｆ以外の部位におけるセラミック膜２を残したまま、ホブＨ全体を窒化処理雰囲気中に置き、刃のすくい面Ｆのみを窒化させる工程、を行うことを主な特徴とする。
【００２１】
（Ａ）の工程により、すくい面Ｆのみ、表面処理されていない高速度工具鋼の表面が露出する。この状態で、つまり、すくい面Ｆ以外の部位におけるセラミック膜２を残したままの状態で、ホブＨを窒化処理雰囲気中に置く。具体的には、図６（ａ）に示すように、ホブＨを窒化処理装置内に入れる。セラミック膜２の厚みは、おおよそ３〜５ミクロン程度である。
【００２２】
ここで、一般に、表面処理されていない高速度工具鋼のビッカース硬度は７８０Ｈｖ程度であり、窒化処理を施すことで１０００Ｈｖ程度まで硬度を上げることができ、さらにＴｉＡｌＮなどのセラミック被膜処理を施すことで３０００Ｈｖ程度まで硬度を上げることができる。このようにセラミック膜を形成した場合の硬度は、窒化処理のみ施した場合の硬度よりも格段に大きな値であり、これは、セラミック膜における分子結合が窒化層のそれよりも密であることに起因するものと推察される。したがって、前記（Ｂ）の工程において、窒素はセラミック膜２を浸透しにくいことになり、逃げ面Ｊにおいて、セラミック膜２が窒化層１の再窒化を阻止する機能を担う。これにより、ホブＨは、すくい面Ｆのみが窒化される。なお、厳密に言えば、すくい面Ｆと逃げ面Ｊとのコーナー部については再窒化されることになるのであるが、窒化層１の厚さはおよそ１００ミクロン程度であり、その範囲は極めて小さいことから、本発明の効果に対してさほど影響を及ぼすものではない。
【００２３】
以上のように、前記（Ａ）、（Ｂ）の工程を行う再生方法によれば、逃げ面Ｊ等における再窒化を阻止しつつ、すくい面Ｆを窒化させることができる。これにより、例えば後の工程でセラミック被膜処理を施すことで、すくい面Ｆを新品時と同等の硬度まで上げることができる。（Ｂ）の工程は、単にホブＨを窒化処理装置内に入れるだけで実現されるため、簡易で経済的である。
【００２４】
（Ａ）の工程としては、すくい面Ｆの表層を化学的処理で取り去ることも考えられるが、研削加工により窒化層１（およびセラミック膜２）を除去するようにすれば、簡易で確実に窒化層１（およびセラミック膜２）を除去できる。
【００２５】
研削加工幅の寸法は、すくい面Ｆに再度窒化される箇所が残らないように、窒化層１の厚さ以上であることが必要である。ただし、研削加工幅の寸法を必要以上に大きくすると、研削対象の刃の大きさには限界があるので、再生できる回数が少なくなって不経済となるので留意する必要がある。
【００２６】
本実施形態では、前記したように窒化層１の厚さはおよそ１００ミクロン程度であるので、研削加工幅を０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲とすることが好ましい。この中でより好ましい研削加工幅は０．３ｍｍであり、窒化層１の確実な除去と再生回数の点での経済性が両立する研削加工幅となる。
【００２７】
次に、（Ｂ）の工程後にセラミック被膜処理を施す場合について２つの例を示して説明する。図２は、図１で示した工程後にセラミック被膜処理を施す場合の第１例を示す説明図である。第１例では、（Ｂ）の工程の後に、（Ｃ）ホブＨ全体のセラミック膜２を除去する工程、次いで、（Ｄ）ホブＨ全体をセラミック被膜処理雰囲気中に置くことにより、セラミック被膜処理を施す工程を行う。
【００２８】
（Ｃ）の工程は、図６（ｃ）に示すように、ホブＨをセラミック膜剥離用の溶液に浸漬させることにより行う。（Ｄ）の工程は、図６（ｂ）に示すように、ホブＨをセラミック被膜処理装置内に入れることにより行う。
【００２９】
このように、（Ｂ）の工程後に（Ｃ）、（Ｄ）の工程を行う再生方法とすれば、刃Ｇにおける窒化層１およびセラミック膜２の形成態様が新品時のものと同等になる。これにより、ホブＨの使用寿命を延ばすことができる。
【００３０】
図３は、図１で示した工程後にセラミック被膜処理を施す場合の第２例を示す説明図である。この第２例では、（Ｂ）の工程の後に、（Ｅ）刃のすくい面Ｆ以外の部位におけるセラミック膜２を残したまま、ホブＨ全体をセラミック被膜処理雰囲気中に置くことにより、セラミック被膜処理を施す工程を行う。つまり、第１例では、（Ｂ）の工程後に残っている全てのセラミック膜２を一旦除去してから、セラミック被膜処理を行うものであったのに対し、第２例では、セラミック膜２を除去することなく、（Ｂ）の工程のすぐ後にセラミック被膜処理を行うものである。
【００３１】
（Ｅ）の工程は、図６（ｂ）に示すように、ホブＨをセラミック被膜処理装置内に入れることにより行う。この第２例によっても、すくい面Ｆにおける窒化層１およびセラミック膜２の形成態様が新品時のものと同等になり、ホブＨの使用寿命を延ばすことができる。この第２例は、セラミック膜２の除去工程が不要となるので、第１例よりも簡易で経済的な再生方法となる。ただし、逃げ面Ｊ等においては、セラミック膜２が重合して形成されることとなるので、刃Ｇの寸法管理等の点で留意する必要がある。
【００３２】
「実施例」
セラミック膜２が窒化層１の再窒化を阻止する機能を持つことの検証として、図７に示すような比較試験を行った。（ａ）は、窒化処理やセラミック被膜処理を施していない新品状態のホブＨの刃Ｇを１０回窒化処理することにより、窒化層１を通常よりも窒素量過多として形成した場合である。（ｂ）は、新品状態のホブＨをセラミック被膜処理装置に入れてセラミック被膜処理（ＴｉＡｌＮ）を行い、その後、すくい面Ｆを研削加工して逃げ面Ｊのみにセラミック膜２が形成されるようにして、これを（ａ）と同条件で１０回窒化処理したものである。セラミック膜２の厚みは３〜５ミクロン程度である。これらそれぞれ窒化処理したホブＨで、加工対象となるギヤの研磨バリ除去のショット処理を同回数行った。そのときの刃Ｇのエッジ部の様子を外観写真として図８に示す。図８の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図７の（ａ）、（ｂ）の結果である。
【００３３】
（ａ）のようにセラミック膜２の形成されていないホブＨを複数回にわたり窒化を重ねると、再窒化部がぜい弱化し、研磨バリの除去等のショット処理のみでも、エッジ部の微小な剥離が発生したのに対し、（ｂ）の場合にはほとんどエッジ部の剥離が確認されなかった。これは、逃げ面Ｊにおいて、少なくとも窒素量過多となるような窒化層が形成されなかったことにより、エッジ部のぜい弱化が防止された結果であると推察される。以上のことから、セラミック膜２が窒素の透過を抑制し、窒化層１の再窒化を阻止する機能を有していることが容易に推測できる。
【００３４】
以上、本発明について好適な実施形態を説明した。本発明は、ホブに限られず、ピニオン、エンドミル、ドリル、タップ、フライス等、すくい面（切削を営む主体となる面）を有する高速度工具鋼からなる工具であれば適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る再生方法の主要工程における、ホブ刃の窒化層およびセラミック膜の様子を示す説明図である。
【図２】図１で示した工程後にセラミック被膜処理を施す場合の第１例を示す説明図である。
【図３】図１で示した工程後にセラミック被膜処理を施す場合の第２例を示す説明図である。
【図４】従来のホブの再生方法を示す工程説明図である。
【図５】ホブの一例を示す外観斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれホブを、窒化処理装置内に入れた様子、セラミック被膜処理装置内に入れた様子、セラミック膜剥離用の溶液に浸漬した様子を示す説明図である。
【図７】セラミック膜が窒化層の再窒化を阻止する機能を持つことを検証するための比較試験の条件を示す図である。（ａ）は、窒化処理やセラミック被膜処理を施していない新品状態のホブの刃を１０回窒化処理することにより、窒化層を通常よりも窒素量過多として形成した場合である。（ｂ）は、新品状態のホブをセラミック被膜処理装置に入れてセラミック被膜処理を行い、その後、すくい面を研削加工して逃げ面のみにセラミック膜が形成されるようにして、これを（ａ）と同条件で１０回窒化処理したものである。
【図８】刃のエッジ部の様子を外観写真として示したものである。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図７の（ａ）、（ｂ）に対応している。
【符号の説明】
【００３６】
１    窒化層
２    セラミック膜
Ｈ    ホブ（工具）
Ｆ    刃のすくい面
Ｇ    刃
【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７】
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【図８】
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