(57)【要約】【課題】保液性を向上させ、鋼の高速・湿式の切削加工においても十分な耐摩耗性を発揮するエンドミルを提供する。【解決手段】工具母材の外周にねじれた切れ刃を有したエンドミルにおいて、少なくとも前記切れ刃を形成する逃げ面に、硬質被覆層がコーティングされ、該硬質被覆層がコーティングされた工具母材の表面に、線状の界面溝が形成されていることにより、前記硬質被覆層の表面に前記界面溝の形状に対応した切削油を保油する表面溝が形成されていることにより、前記課題を解決する。【選択図】図３
2012210672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具母材の外周にねじれた切れ刃を有したエンドミルにおいて、
少なくとも前記切れ刃を形成する逃げ面に、硬質被覆層がコーティングされ、該硬質被覆層がコーティングされた工具母材の表面に、線状の界面溝が形成されていることにより、前記硬質被覆層の表面に前記界面溝の形状に対応した切削油を保油する表面溝が形成されていることを特徴とするエンドミル。
【請求項２】
前記界面溝の幅が１〜１０μｍ、長さが５０μｍ以上、深さが０．５〜３．０μｍ、溝を形成する角度がエンドミル軸方向に対し４５〜９０°であることを特徴とする請求項１に記載のエンドミル。
【請求項３】
前記硬質被覆層の皮膜種は、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎまたは、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎの内、１膜あるいは２膜以上の膜で、皮膜の厚さ合計が１．０μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンドミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マシニングセンター等の工作機械に用いられ、特に切削液を使用する湿式切削において効果のあるエンドミルに関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンター等の工作機械に用いられて、鋼材をはじめ一般材料を切削する切削工具として、図１に示すようなエンドミルがある。これは、ねじれ刃溝に沿ってオイルホール６を設けたものであり、工具本体１内部を通り、切削油を供給することにより、切削性を向上させたものである。さらに、図２に概念図を示すように、切削性を向上させるために、少なくとも切れ刃を形成する逃げ面に、コーティング膜を有し、このコーティング膜にピンホール状の凹みを多数設けたエンドミル（以下、従来エンドミルという）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４２０２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前記の従来エンドミルは、凹みがピンホール状であるため小さく、各種の鋼や鋳鉄を通常条件下で切削加工した場合に特段の問題は生じないが、耐摩耗性が必要とされるとともに切屑がエンドミルの切屑排出溝につまり易い、高速・湿式の切削加工に用いた場合には、凹みに切削液が溜まりにくく十分な保液性が得られず、これが原因で、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００５】
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、保液性を向上させ、鋼の高速・湿式の切削加工においても十分な耐摩耗性を発揮するエンドミルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者らは、エンドミル逃げ面における切削油を保油する油溜りの形状について鋭意研究を行った結果、工具母材表面に所定形状の溝を形成した後、硬質被覆層を形成することにより、保油性が向上し、切削抵抗が低減でき、その結果、鋼の高速・湿式の切削加工において、すぐれた耐摩耗性を発揮し得ることを見出したのである。
【０００７】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）  工具母材の外周にねじれた切れ刃を有したエンドミルにおいて、
少なくとも前記切れ刃を形成する逃げ面に、硬質被覆層がコーティングされ、該硬質被覆層がコーティングされた工具母材の表面に、線状の界面溝が形成されていることにより、前記硬質被覆層の表面に前記界面溝の形状に対応した切削油を保油する表面溝が形成されていることを特徴とするエンドミル。
（２）  前記界面溝の幅が１〜１０μｍ、長さが５０μｍ以上、深さが０．５〜３．０μｍ、溝を形成する角度がエンドミル軸方向に対して４５〜９０°であることを特徴とする（１）に記載のエンドミル。
（３）  前記硬質被覆層の皮膜種は、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎまたは、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎの内、１膜あるいは２膜以上の膜で、皮膜の厚さ合計が１．０μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載のエンドミル。」
を特徴とするものである。
【０００８】
なお、本発明における「界面溝」、「表面溝」とは、工具母材に形成する溝と硬質被覆層表面に形成される溝とを区別する意味で、前者を「界面溝」、後者を「表面溝」と呼んでいる。
【０００９】
以下、本発明について説明する。
【００１０】
図３に、本発明のエンドミルの概念図を示す。本発明のエンドミルは、３００〜６００番の砥石を用いて母材逃げ面の加工を行い、その後、コーティング処理を実施する。この時、母材形状に倣って皮膜が形成されるので、コーティング表面に母材に形成した溝の形状に倣って溝が形成される。溝形状は、特に限定されることはないが、溝の幅が１〜１０μｍ、長さが５０μｍ以上、深さが０．５〜３．０μｍであることがより好ましい。その理由は、溝の幅が１μｍより小さいと溝部の形成が十分でないため凹部に切削油が溜まりにくく十分な保油性が得られない。よって、溶着がし易くなり被覆の剥離が生じ易くなる。一方、溝の幅が１０μｍ以上であると溝加工の時間に対して得られる効果は少ないため好ましくない。また、溝の長さが５０μｍより小さいと溝に溜まる切削油の量が十分でないため十分な保油性が得られない。さらに、溝の深さが０．５μｍより小さいと溝部の形成が十分でないため凹部に溶着が発生し易くなり被覆の剥離が生じ易くなる。一方、溝の深さが、３．０μｍ以上であると溝部の強度が不足し欠損する可能性が高くなるため好ましくない。溝を形成する角度は、エンドミル軸方向に対し４５°以下になると溝部と切れ刃エッジ近傍の強度が不足しチッピングや欠損が発生する可能性が高くなる。
【００１１】
本発明のエンドミルに使用する硬質被覆層の皮膜種としては、密着性、耐熱性、耐酸化性などの観点から、ＡｌとＴｉの複合窒化物である（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層、あるいは、ＡｌとＣｒの複合窒化物である（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層であることが好ましい。
【００１２】
（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎは、その組成を、Ａｌ１−ｘＴｉｘＮと考えた場合、ＴｉのＡｌとＴｉの合量に対する含有割合Ｘ（原子比）の値が０．４〜０．６の範囲内であることが望ましい。０．４未満であると高温強度が低下し剥離を生じ易くなり、０．６より大きいと高温硬さと耐熱性が低下し耐摩耗性が低下するため０．４〜０．６の範囲外は望ましくない。
【００１３】
（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎは、その組成を、Ａｌ１−ｘＣｒｘＮと考えた場合、ＣｒのＡｌとＣｒの合量に対する含有割合Ｘ（原子比）の値が０．２〜０．６の範囲内である事が望ましい。０．２未満では耐摩耗性が低下し、０．６より大きくても耐摩耗性が低下するため０．２〜０．６の範囲外は望ましくない。
【００１４】
なお、ＡｌＴｉＮ、ＡｌＣｒＮの各被膜を、（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎと表記した場合、各被膜において窒素Ｎとその他原子との比は１：１に限られるものではなく、両者の比は特に限定されない。
【００１５】
被膜の厚さの合計は１．０μｍより小さいと被覆の効果が少なく、１０μｍ以上であると被覆膜自体が剥がれ易くなるため好ましくない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のエンドミルは、その逃げ面におけるコーティング表面に、切削油を保油する線状の溝を有するため、保油性が格段に向上し、切削抵抗を低減できる。また、コーティング表面上に線状の溝を形成するに際し、まず、工具母材に溝加工し、その後、コーティング処理するので、コーティング部材が、工具母材の溝の中に潜り込むことによって、工具母材と被膜との間にアンカー効果が生じるため、工具母材と被膜との密着力が増し、耐摩耗性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来のエンドミルの一例を示し、その側面図である。
【図２】従来のエンドミルの表面被覆構造を示す概念図である。
【図３】本発明のエンドミルの表面被覆構造を示す概念図である。
【図４】表面被覆切削工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
つぎに、本発明のエンドミルを実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００１９】
原料粉末として、平均粒径５．５μｍを有する中粗粒ＷＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＺｒＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ［質量比で、ＴｉＣ／ＷＣ＝５０／５０］粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、それぞれ表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、７℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に１時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径６．５ｍｍ、１０．５ｍｍ、および２０．５ｍｍの３種類の超硬基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の３種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表１に示される組み合わせで、切れ刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの寸法、並びにいずれもねじれ角３０度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ１０をそれぞれ製造した。
（ａ）ついで、前記工具基体Ａ−１〜Ａ−１０のそれぞれの逃げ面を３００番の砥石を用いて研磨することにより加工した。
（ｂ）ついで、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図４に示されるアークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着し、カソード電極（蒸発源）として、所定成分組成のＡｌ−Ｔｉ合金またはＡｌ−Ｃｒ合金を、例えば、前記回転テーブルを挟んで対向配置し、
（ｃ）まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ、一方のＡｌ−Ｔｉ合金またはＡｌ−Ｃｒ合金からなるカソード電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させることにより、工具基体表面をボンバード洗浄し、
（ｄ）ついで、装置内に導入する反応ガスとしての窒素ガスの圧力を表３２に示す如く２〜９Ｐａの範囲内の条件に調整すると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に同じく表２に示す如く−２０〜−１２０Ｖの範囲内の直流バイアス電圧を印加した状態で、前記Ａｌ−Ｔｉ合金またはＡｌ−Ｃｒ合金のカソード電極とアノード電極との間に１００Ａの所定の電流を流してアーク放電を発生させて、前記工具基体の表面に、表３に示される目標組成、目標層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層または（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆エンドミル１〜１０をそれぞれ製造した。
【００２０】
さらに、本発明被覆エンドミルの切れ刃を形成する逃げ面の硬質被覆層の表面を走査型電子顕微鏡を用いて測定し、表面に形成された溝の幅、長さ、深さの平均値（１０点測定の平均値）を求めた。その結果を表３に示す。
【００２１】
また、比較の目的で、これら工具基体Ａ−１〜Ａ−１０を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図４に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として、所定組成のＡｌ−Ｔｉ合金またはＡｌ−Ｃｒ合金を装着し、まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつ、カソード電極の前記Ａｌ−Ｔｉ合金またはＡｌ−Ｃｒ合金とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表２に示す圧力条件に調整すると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に同じく表２に示す直流バイアス電圧を印加した状態で、前記Ａｌ−Ｔｉ合金またはＡｌ−Ｃｒ合金のカソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記工具基体Ａ−１〜Ａ−１０のそれぞれの表面に、表４に示される目標組成、目標層厚の（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層または（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆エンドミル１〜１０をそれぞれ製造した。
【００２２】
つぎに、本発明被覆エンドミル１〜１０および比較被覆エンドミル１〜１０のうち、
本発明被覆エンドミル１〜４および比較被覆エンドミル１〜４については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法のＪＩＳ・ＳＫＤ６１（焼入れ材（ＨＲＣ５２））の板材、
切削速度：  １００ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：  ０．３ｍｍ、
テーブル送り：  ６５０ｍｍ／分、
切削油剤：  エマルション（濃度５％）
の条件での合金鋼の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度は、５０ｍ／ｍｉｎ．）を行い、
本発明被覆エンドミル５〜７および比較被覆エンドミル５〜７については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法のＪＩＳ・ＳＫＤ１１（焼入れ材（ＨＲＣ６０））の板材、
切削速度：  １２０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：  ０．５ｍｍ、
テーブル送り：  ４００ｍｍ／分、
切削油剤：  エマルション（濃度７％）
の条件での合金鋼の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度は、６０ｍ／ｍｉｎ．）を行い、
本発明被覆エンドミル８〜１０および比較被覆エンドミル８〜１０については、
被削材−平面：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍの寸法のＪＩＳ・ＳＵＪ２（焼入れ材（ＨＲＣ６０））の板材、
切削速度：  ５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：  ０．８ｍｍ、
テーブル送り：  ６０ｍｍ／分、
切削油剤：  エマルション（濃度１０％）
の条件での軸受鋼の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度は、３５ｍ／ｍｉｎ．）を行い、
前記のいずれの溝切削加工試験でも、切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ｍｍに至るまでの切削溝長を測定した。
【００２３】
前記の測定結果を表３、表４にそれぞれ示した。
【００２４】
【表１】
2012210672.tif 000003
【００２５】
【表２】
2012210672.tif 000004
【００２６】
【表３】
2012210672.tif 000005
【００２７】
【表４】
2012210672.tif 000006
この結果得られた本発明被覆エンドミル１〜１０、比較被覆エンドミル１〜１０の硬質被覆層を構成する（Ａｌ，Ｔｉ）Ｎ層と（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
【００２８】
表３、表４に示される結果から、本発明被覆エンドミルは、その逃げ面におけるコーティング表面に、切削油を保油する線状の溝が形成されていることによって、鋼の高速切削においても、すぐれた切削性能を発揮した。
【００２９】
これに対して、逃げ面におけるコーティング表面に溝が形成されていない比較被覆エンドミルでは、いずれも短時間で使用寿命に至ることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明被覆エンドミルは、鋼の高速切削においても、長時間に亘って良好な切削性能を維持することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・工具本体
２・・・外周切れ刃
３・・・すくい面
４・・・逃げ面
６・・・オイルホール
【図１】
2012210672.tif 000007
【図２】
2012210672.tif 000008
【図３】
2012210672.tif 000009
【図４】
2012210672.tif 000010