(57)【要約】【課題】切り屑の噛み込みを生じにくく、しかも低コストで製造可能な回転切削工具を提供する。【解決手段】逃げ面６の母材表面に、金属炭化物、金属窒化物もしくは金属炭窒化物、またはこれらの固溶体からなる硬質皮膜８が形成され、前記逃げ面６に連なるすくい面７に、母材表面を酸化した酸化皮膜９が形成され、その酸化皮膜９の上に前記硬質皮膜８が形成された構成を回転切削工具に採用する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
逃げ面６の母材表面に、金属炭化物、金属窒化物もしくは金属炭窒化物、またはこれらの固溶体からなる硬質皮膜８が形成され、前記逃げ面６に連なるすくい面７に、母材表面を酸化した酸化皮膜９が形成され、その酸化皮膜９の上に前記硬質皮膜８が形成された回転切削工具。
【請求項２】
前記すくい面７の母材表面を梨地にした請求項１に記載の回転切削工具。
【請求項３】
前記回転切削工具がタップである請求項１または２に記載の回転切削工具。
【請求項４】
回転切削工具の母材１０にすくい面７を形成するすくい面形成工程と、そのすくい面形成工程の後に前記すくい面７を含む母材表面を酸化させる酸化皮膜形成工程と、その酸化皮膜形成工程の後に前記母材１０の外周を削って逃げ面６を形成する逃げ面形成工程と、その逃げ面形成工程の後に前記逃げ面６を含む母材表面を金属炭化物、金属窒化物もしくは金属炭窒化物、またはこれらの固溶体で被覆する硬質皮膜形成工程とを有する回転切削工具の製造方法。
【請求項５】
前記酸化皮膜形成工程の前に、前記すくい面７の母材表面を粗面化する梨地処理工程を設けた請求項４に記載の回転切削工具の製造方法。
【請求項６】
前記梨地処理工程は、前記すくい面７の母材表面をショットブラストによって粗面化する請求項５に記載の回転切削工具の製造方法。
【請求項７】
前記回転切削工具がタップである請求項４から６のいずれかに記載の回転切削工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転切削工具、およびその回転切削工具の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワークに開けられた下穴の内面をタップで切削してめねじを形成する場合、ワークとタップの間に切り屑が噛み込んで、タップの破損やめねじの精度不良を生じることがある。特に、窒化チタン等の硬質皮膜を母材表面に形成して耐久性を高めたタップは、切り屑が分断されずに長く連なりやすく、切り屑の噛み込みを生じやすい。
【０００３】
この噛み込みを防止するため、たとえば下記特許文献１に示すタップが提案されている。このタップは、母材表面に形成した硬質皮膜をすくい面から除去して母材を露出させ、その母材表面に切り屑が接触するようにしている。そのため、切り屑が長く連なりにくく、噛み込みを生じにくい。
【０００４】
このタップの製造は、母材にすくい面と逃げ面を形成した後、母材表面に硬質皮膜を形成し、その後、すくい面から硬質皮膜を除去して行なうが、この硬質皮膜の除去は、研削加工等によって個々のタップのすくい面ごとに行なう必要がある。そのため、このタップは製造コストが高かった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７４６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、切り屑の噛み込みを生じにくく、しかも低コストで製造可能な回転切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、逃げ面の母材表面に、金属炭化物、金属窒化物もしくは金属炭窒化物、またはこれらの固溶体からなる硬質皮膜が形成され、前記逃げ面に連なるすくい面の母材表面を酸化した酸化皮膜が形成され、その酸化皮膜の上に前記硬質皮膜が形成された構成を採用した。
【０００８】
この回転切削工具は、前記すくい面の母材表面を梨地にすると好ましい。回転切削工具としては、たとえばタップが挙げられる。
【０００９】
また、この回転切削工具の製造方法として、回転切削工具の母材にすくい面を形成するすくい面形成工程と、そのすくい面形成工程の後に前記すくい面を含む母材表面を酸化させる酸化皮膜形成工程と、その酸化皮膜形成工程の後に前記母材の外周を削って逃げ面を形成する逃げ面形成工程と、その逃げ面形成工程の後に前記逃げ面を含む母材表面を金属炭化物、金属窒化物もしくは金属炭窒化物、またはこれらの固溶体で被覆する硬質皮膜形成工程とを有する製造方法を提供する。
【００１０】
この製造方法は、前記酸化皮膜形成工程の前に、前記すくい面の母材表面を粗面化する梨地処理工程を設けると好ましい。母材表面の粗面化は、たとえばショットブラストによって行なうことができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の回転切削工具は、すくい面の硬質皮膜が酸化皮膜の上に形成されているので、硬質皮膜が切り屑との接触により酸化皮膜から剥離して、酸化皮膜が露出しやすい。そのため、露出した酸化皮膜に切り屑が接触して、切り屑が長く連なりにくくなり、ワークと工具の間に切り屑が噛み込みにくい。また、すくい面から硬質皮膜を除去する加工が不要なので、製造コストが小さい。
【００１２】
また、前記すくい面の母材表面を梨地にしたものは、母材表面の酸化皮膜から硬質皮膜がより剥離しやすく、酸化皮膜が露出しやすい。そのため、長く連なった切り屑が生じるのをより確実に防止することができ、切り屑の噛み込みを防止する効果が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に、この発明の実施形態の回転切削工具を示す。この工具は、回転によりワークの下穴の内面を切削してめねじを形成するタップであり、ワークに食い付いて切削する食付き部１と、食付き部１に連なる完全山部２とを有する。食付き部１と完全山部２とで構成されるねじ部３の外周には、ねじ山４と、そのねじ山４を横切る溝５とが形成されている。また、食付き部１には、図６に示すように、ねじ山４の頂に逃げ面６が形成され、逃げ面６に連なるすくい面７が溝５の内面に形成されている。
【００１４】
このタップは、高速度工具鋼を母材とし、図６に示すように、ねじ山４の母材表面に硬質皮膜８が形成されている。硬質皮膜８の種類としては、たとえばＴｉＣ等の金属炭化物、ＴｉＮやＴｉＡｌＮ等の金属窒化物、ＴｉＣＮ等の金属炭窒化物、またはこれらの固溶体が挙げられる。一方、溝５の表面には、母材表面を酸化した酸化皮膜（図の太線）９が形成され、その酸化皮膜９の上に硬質皮膜８が形成されている。酸化皮膜９の種類としては、たとえばＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４が挙げられるが、潤滑性に優れるＦｅ３Ｏ４が好ましい。
【００１５】
また、食付き部１は、すくい面７の母材表面が梨地に形成されている。
【００１６】
このタップの製造は、たとえば図２〜図６に示すようにして行なうことができる。まず、母材１０を研削してすくい面７を形成する（図２参照）。つぎに、すくい面７の母材表面をショットブラストにより粗面化し、すくい面の母材表面の算術平均粗さＲａが、０．１μｍ＜Ｒａ＜５．０μｍを満たすようにする（図３参照）。その後、水蒸気処理によってすくい面７を含む母材表面を酸化させ、酸化皮膜９を形成する（図４参照）。その後、母材１０の外周を研削してねじ山４を形成し、さらに、ねじ山４の頂を研削して逃げ面６を形成する（図５参照）。このとき、母材１０の外周から酸化皮膜９が除去される。最後に、金属炭化物、金属窒化物もしくは金属炭窒化物、またはこれらのうちの２種類以上の物質を、逃げ面６を含む母材表面に物理蒸着して硬質皮膜８を形成する（図６参照）。
【００１７】
このタップは、すくい面７の硬質皮膜８が酸化皮膜９の上に形成されているので、硬質皮膜８が切り屑との接触により酸化皮膜９から剥離して、酸化皮膜９が露出しやすい。そのため、露出した酸化皮膜９に切り屑が接触して、切り屑が長く連なりにくくなり、ワークとタップの間に切り屑が噛み込みにくい。
【００１８】
また、このタップは、ねじ山４の母材表面が硬質皮膜８で形成されているので、耐久性に優れ、品質の安定しためねじを形成することができる。
【００１９】
また、硬質皮膜８の形成と酸化皮膜９の形成は、複数のタップ毎にまとめて行なうことができ、しかも、個々のタップのすくい面７から硬質皮膜８を除去する加工が不要なので、製造コストが小さい。
【００２０】
また、すくい面７の母材表面が梨地に形成されているので、母材表面の酸化皮膜９から硬質皮膜８がより剥離しやすく、酸化皮膜９が露出しやすい。そのため、長く連なった切り屑が生じるのをより確実に防止することができ、切り屑の噛み込みを防止する効果が高い。
【００２１】
すくい面７は、梨地にした母材表面のタップ軸方向の算術平均粗さＲａが、０．１μｍ＜Ｒａ＜５．０μｍを満たす粗さとなるようにすると好ましい。０．１μｍよりも大きくすると、硬質皮膜８が酸化皮膜９から剥離しやすくなる効果を確実に高めることができ、５．０μｍよりも小さくすると、切削トルクを抑えることができる。さらに、すくい面７は、母材表面のタップ軸直角方向の算術平均粗さＲａを、０．１μｍ＜Ｒａ＜５．０μｍを満たす粗さとなるようにすると、硬質皮膜８がより剥離しやすくなり好ましい。
【００２２】
上記実施形態では、母材として高速度工具鋼を用いることにより、母材の靱性を確保しつつ製造コストの低減を図っているが、鉄系であれば他の母材を用いてもよい。
【００２３】
上記実施形態では、母材１０の外周を研削してねじ山４を形成した後に、ねじ山４の頂を研削して逃げ面６を形成しているが、ねじ山４の形成と逃げ面６の形成は、順序を逆にして行なってもよい。すなわち、母材１０の外周を研削して逃げ面６を形成した後に、さらに母材１０の外周を研削してねじ山４を形成するようにしてもよい。
【００２４】
図では、食付き部１の溝５の母材表面を梨地にしているが、さらに完全山部２の溝５の母材表面を梨地にしてもよい。要は、すくい面７の位置の母材表面が梨地であればよい。また、上記実施形態では、ショットブラストで母材表面を梨地にしているが、他の方法で梨地にしてもよく、たとえば放電加工により梨地にしてもよい。
【００２５】
酸化皮膜９は、ねじ部３全域の溝５の表面に形成すると、切り屑の排出性が高まって好ましいが、食付き部１の溝５の表面にのみ形成してもよく、また、溝５の表面のすくい面７の位置にのみ形成してもよい。要は、すくい面７の位置に酸化皮膜９を形成すればよい。
【００２６】
硬質皮膜８は、食付き部１のねじ山４にのみ形成してもよいが、さらに完全山部２のねじ山４にも形成するとタップの耐久性がより高まって好ましい。また、ねじ山４の逃げ面６の位置にのみ形成してもよいが、逃げ面６の位置とフランク面１１の位置の両方に形成すると、タップの耐久性がより高まって好ましい。
【００２７】
上記実施形態では、回転切削工具としてタップを挙げて説明したが、この発明は他の回転切削工具に適用してもよく、たとえば、回転により下穴の内面を切削して仕上げ面を形成するリーマに適用してもよい。
【実施例】
【００２８】
この発明の実施品１、実施品２、比較品でそれぞれワークを切削してナットを１００個加工し、その後、すくい面の硬質皮膜の剥離状態を比較した。
【００２９】
実施品１、実施品２、比較品は、いずれもメートルねじ用ナットタップ（Ｍ１２×１．７５）であるが、すくい面の構成が表１に示すように異なる。
【表１】
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【００３０】
すなわち、実施品１は、すくい面の母材表面に梨地処理を施した後に、すくい面に酸化皮膜を形成し、その酸化皮膜の上に硬質皮膜を形成したものであり、実施品２は、すくい面の母材表面に梨地処理を施さずに、すくい面に酸化皮膜を形成し、その酸化皮膜の上に硬質皮膜を形成したものである。一方、比較品は、すくい面に酸化皮膜を形成せずに、すくい面の上に硬質皮膜を形成したものである。
【００３１】
実施品１に施した梨地処理の条件を以下に示す。
方式      ：  乾式エアーブラスト
メディア  ：  アランダムＡ（♯１５０）
投射圧    ：  ０．４ＭＰａ
投射時間  ：  ３０分
【００３２】
すくい面の粗さを測定したところ、実施品１のすくい面は、母材表面のタップ軸方向の算術平均粗さＲａが、０．６０であり、タップ軸直角方向の算術平均粗さＲａが、０．６３であった。実施品２のすくい面は、母材表面のタップ軸方向の算術平均粗さＲａが、０．０５であり、タップ軸直角方向の算術平均粗さＲａが、０．３５であった。一方、比較品のすくい面は、母材表面のタップ軸方向の算術平均粗さＲａが、０．０５であり、タップ軸直角方向の算術平均粗さＲａが、０．３６であった。
【００３３】
すくい面の粗さの測定条件は、次に示す通りである。
触針先端半径          ：  ５μｍ
触針先端のテーパ角度  ：  ９０°
測定力                ：  ０．８ｍＮ
カットオフ値          ：  ０．２５ｍｍ
【００３４】
実施品１、実施品２、比較品は、いずれも高速度工具鋼を母材としている。また、硬質皮膜はＴｉＮからなり、その厚さは１μｍである。酸化皮膜は、水蒸気処理で形成されるＦｅ３Ｏ４であり、その厚さは、１μｍである。
【００３５】
ワークは、冷間圧造用炭素鋼線（ＳＷＣＨ１０Ｒ）からなる。
【００３６】
実施品１は、図７（ａ）に示すように、切り屑との接触により硬質皮膜が剥離して酸化皮膜が露出した領域（図中の色の濃い部分）１２が、すくい面１４と逃げ面１５の交差稜１６からすくい面１４にかけて帯状に生じている。また、実施品２は、図７（ｂ）に示すように、切り屑との接触により硬質皮膜の剥離した領域１７が、すくい面１８にまだらに生じている。一方、比較品は、図７（ｃ）に示すように、硬質皮膜の剥離を全く生じていない。そのため、長く連なった切り屑が生じるのを防止する効果は、比較品よりも実施品２の方が高く、実施品２よりも実施品１の方がさらに高いことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の回転切削工具の実施形態を示す全体図
【図２】図１の工具の製造過程を示すモデル図であり、工具の母材にすくい面を形成した状態を示す部分拡大斜視図
【図３】図２の母材に梨地処理を施した状態を示す部分拡大斜視図
【図４】図３の母材の表面に酸化皮膜を形成した状態を示す部分拡大斜視図
【図５】図４の母材の外周に逃げ面を形成した状態を示す部分拡大斜視図
【図６】図５の母材の表面に硬質皮膜を形成した状態を示す部分拡大斜視図
【図７】（ａ）は、ナットを１００個加工した後の実施品１のすくい面を撮影した写真であり、（ｂ）は、ナットを１００個加工した後の実施品２のすくい面を撮影した写真であり、（ｃ）は、ナットを１００個加工した後の比較品のすくい面を撮影した写真である。
【符号の説明】
【００３８】
６      逃げ面
７      すくい面
８      硬質皮膜
９      酸化皮膜
１０    母材
１４    すくい面
１５    逃げ面
１８    すくい面
【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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