(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具本体に多数の切れ刃を有し、硬質被膜を被覆したコーティングブローチにおいて、該切れ刃近傍のすくい面側は、非被覆面であり、該切れ刃近傍の逃げ面側は、硬質被膜表面のドロップレット等の欠陥、研削条痕の転写による凹凸を研磨により除去したことを特徴とするコーティングブローチ。
【請求項２】
請求項１記載のコーティングブローチにおいて、該被研磨面の表面粗さが最大面粗さＲｙで１μｍ以下であることを特徴とするコーティングブローチ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のコーティングブローチにおいて、該硬質被膜がＡｌ、Ｓｉ、Ｂ、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族遷移金属の炭化物、炭窒化物、窒化物、酸化物、硼化物、及び炭化硼素、硬質窒化硼素、硬質炭素さらにこれらの固溶体または混合体からなる群のうちから選ばれた１種または２種以上の硬質被膜１層または２層以上の多層で０．２〜１０μｍの厚みで被覆されていることを特徴するコーティングブローチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、多数の切れ刃に硬質被膜を被覆したコーティングブローチの切れ刃処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般の単体ブローチの構造は、その切れ刃に夫々切り込み量の異なる荒切削刃群、中仕上げ刃群、仕上げ刃群からなる一連の切れ刃群を備えていて、１駆動の工程で加工を終了することができ、成形品の量産工程に適するものである。ブローチの寿命は切れ刃逃げ面の摩耗幅によって決まり、切れ刃の摩耗が激しくなると仕上げ面の面粗さが大幅に悪化してしまい、寿命となる。また、加工時における抵抗が増大することから切削時の発熱を伴い、目的とする加工精度が得られなくなるといった問題がある。そこで、切削性能や寿命の向上、高精度化を目的として切れ刃に硬質皮膜を被覆することが提案されている。これは、硬質被膜によって切れ刃の刃先摩耗が小さくなり、加工精度の向上にむすびつくからである。例えば、特開平１１−３００５１８号公報では、切れ刃の少なくとも逃げ面にＴｉＡｌＮＣ被膜を被覆したブローチが開示されている。また、特開２００１−１５７９１０号公報ではＴｉＡｌＮ系の多層コーティングを被覆したブローチが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ブローチに硬質皮膜を成膜後、ＦＥ型走査型電子顕微鏡により切れ刃近傍部分を観察すると、研削条痕の形状通りに転写されており、特に切れ刃稜線ではすくい面からの研削条痕と逃げ面からの研削条痕とが交差するため、切れ刃稜線が凹凸になっている。また、ブローチ刃先に施された硬質被膜はすくい面と逃げ面とからなる切れ刃稜線部分においてエッジ効果を得て被膜が厚くなりやすく、被膜剥離を生じやすいという課題がある。更に、蒸着による成膜時の欠陥であるドロップレット等も生成される。これらは、切削初期におけるチッピングや被膜の剥離等の原因となり、好ましくない。そこで硬質被膜を成膜後に切れ刃処理を行う方法が取られているが、ブローチの場合は多数の切れ刃を持ち夫々の切れ刃の寸法が異なるので被膜の加工を行うには従来行っているＣＢＮ砥石等の研削加工や、ブラシやバフ等を用いた切れ刃処理方法では刃先稜線が不均一となり、切れ刃処理後の膜の厚さが一定せず甚だしい場合には基体部分が露出してしまうと言った問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願発明では、工具本体に多数の切れ刃を有し、硬質被膜を被覆したコーティングブローチにおいて、該切れ刃近傍のすくい面側は、非被覆面であり、該切れ刃近傍の逃げ面側は、硬質被膜表面のドロップレット等の欠陥、研削条痕の転写による凹凸を研磨により除去したことを特徴とするコーティングブローチである。
【０００５】
【実施の形態】
本願発明は、始めに研削加工による基体の切れ刃の面粗さを改善し研削条痕などによる凹凸を持たない鏡面状の仕上げ面とした上に成膜を行えば、成膜後の状態はある程度は改善される。しかし、成膜後の表面には蒸着による欠陥であるドロップレットが存在し、折角鏡面に仕上げたとしても面粗さを悪化させてしまうことから、本発明では成膜後の切れ刃処理に着目した。
【０００６】
第１に、すくい面側における、エッジ効果によって切れ刃稜線部分に形成された被膜を研削加工によって除去し、非被覆面とする。第２に、切れ刃逃げ面の被膜研磨において、かかる力を下げるとともに、効率的に行える方法を検討した結果、ショットブラストにより研磨する方法で、用いる媒体の適正な選択、媒体吐出量、吐出圧力を調整することにより極めて微小な力で短時間に研磨を行うことができ、多数の切れ刃においても均一に研磨することができる特徴を有することがわかった。従って、本願発明では成膜後、ブローチの逃げ面被膜にショットブラストによる研磨を適用することとした。
【０００７】
研磨除去後の様子は凹凸の稜線が僅かな領域のみショットブラストによる研磨によって除去され、さらに除去された部分では研削痕もない。更に、稜線部の欠陥、特に、蒸着時に生じる欠陥であるドロップレットもショットブラストによって除去される。本願発明は、硬質皮膜を被覆した後に適切な刃先処理を施す事により、逃げ面の最大面粗さＲｙを１μｍ以下としブローチの切削性能の向上及び長寿命化にとって大きな効果を得たのである。
【０００８】
多数の切れ刃を有するブローチにおいて、耐摩耗性の向上や構成刃先などの生成を防止する目的として、切れ刃逃げ面部分の表面には、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ、ＣｒＳｉＮ、Ｃｒ炭化物、ＣＢＮ、ダイヤモンドなど公知となっている被膜が適用できる。このときの積層構造は、前記硬質物質の群の中から選ばれた１種を被覆したものでも、例えば、第１層にＴｉＮを第２層としてＣｒＳｉＮなどを被覆した２層構造、更には第１層と第２層の中間に両者の固溶体層を設け両者の密着性を更に向上させた３層構造などが本発明として効果がある。切れ刃逃げ面の面粗さは、最大面粗さＲｙにおいて１μｍ以下とすることにより逃げ面の摩耗量を小さく抑えることに効果がある。更に好ましくは０．５μｍ以下とすることにより更に安定して摩耗量を小さくすることができる。しかし、最大面粗さＲｙが１μｍを越える場合には摩耗量が増大し、耐摩耗性に問題がある。被覆層の厚みは、全膜厚が０．２μｍ以下では耐摩耗性に対して効果が少なく、１０μｍ以上では被覆層が剥離しやすいといった問題がある。高い加工精度の要求されるスプラインブローチなどでは、被覆層の厚みは０．５〜３．０μｍが望ましい。以下、本発明をその実施例に基づいて説明する。
【０００９】
【実施例】
本発明例としてジョイントスプライン穴加工用の高速度工具鋼製のスプラインブローチに適用した例を述べる。その仕様は最大径２９．８ｍｍ、歯数１５、全長６６０ｍｍ、４１刃の荒切削刃と１０刃の仕上げ刃を備えるものである。切削刃は１刃の切削量が０．０７５ｍｍであって前記ブローチの切れ刃逃げ面部に厚さ１μｍのＴｉＡｌＮ被膜を施してある。更に、本発明例では図１に示す様に、切れ刃の逃げ面側をブラスト研磨により研削条痕による切れ刃の凹凸を除去し、蒸着による欠陥であるドロップレット等を除去するなどの改良によって、特に成膜後の刃先処理によって稜線を均一とした。ショットブラストによる研磨にはダイヤモンドを含む媒体を用い、ブローチの切れ刃逃げ面側におけるＴｉＡｌＮ被膜表面の面粗さＲｙを０．５μｍ以下とした。すくい面側もエッジ効果によって切れ刃稜線部分に形成された被膜を研削加工によって除去し、非被覆面とした。一方、従来例のものは本発明例と同様な形状のブローチにおいて、図２に示す様に切れ刃近傍部分は研削条痕の形状通りに転写されており、特に切れ刃稜線ではすくい面からの研削条痕と逃げ面からの研削条痕とが交差するため、切れ刃稜線が凹凸になっている。図３は本発明例と従来例の切れ刃逃げ面を比較したものである。ショットブラストによる研磨を行う前では、逃げ面粗さがＲｙで１．７３μｍであったものが、処理後ではＲｙで０．４０μｍへ改善された。
【００１０】
続いて切削評価により本発明例と従来例の比較を行った。切削諸元は次の通りである。被削材はニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ材）、切削長さ２４ｍｍであって、切削速度５ｍ／ｍｉｎで切削した。評価は逃げ面部分の平均摩耗量を測定することにより、寸法変化で行った。図４は本発明例と従来例との切れ刃摩耗の比較を示すが、所定数５０００個の加工を行った時点において切れ刃逃げ面の摩耗量を比較すると、本発明例の方が従来例の面粗さが粗い場合と比較して僅かな摩耗量でしかも安定している。この効果は、ＴｉＡｌＮ被膜以外のＴｉＮ被膜、ＴｉＣＮ被膜、ＣｒＳｉＮ被膜、ＴｉＢＮ被膜等を用いた場合でも同様な効果を得ている。
【００１１】
本発明例の様に僅かな刃先摩耗により精度良く加工できると、ジョイントの穴と軸との嵌め合い精度が良くなり、歯うち音や振動の軽減が図れてジョイントの品質を高めることができる。更に、高合金粉末高速度鋼の特性に加えてコーティングの効果を重ね合わせることができるから、高い性能の向上が得られる。その他、ブローチの評価項目として切り屑のカール状態、切り屑除去性、加工面面粗さ、工具刃先摩耗状態を取り上げ、何れにおいても良好な結果を示している。
【００１２】
本発明の適用により、コーティング物質に硬質皮膜を用いているから被膜の耐圧強度が大きく、またＴｉＡｌＮ被膜は耐酸化性に優れ潤滑効果が期待できるという特性があり、切れ刃を長期間保護して顕著な効果を得るのである。
【００１３】
【発明の効果】
以上の結果から、成膜後のショットブラストによる研磨により切れ刃稜線の凹凸を減少させることにより被切削面の品位を向上させ、切削性能を高めることができる。特に、ショットブラストによる研磨はスプラインブローチに限らず、サーフェイスブローチ等に適用でき、特に稜線が均一になることから、被切削面を高品位とする手段として極めて有用なものである。ブローチ基体の材質は高速度工具鋼製に限らず超硬合金製においても同様な効果を得ることができる。またショットブラストによる研磨の手段としてはダイヤモンドを含む媒体を用いる方法に限らず、磁性を持つ媒体を用いた磁気研磨等の方法も適用できる。本発明を適用することによって、加工誤差が少なく長時間安定して切削が可能な、特に大量生産に適するブローチを得ることがでる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明例であり、その主要部拡大図である。
【図２】図２は、従来例であり、その主要部拡大図である。
【図３】図３は、本発明例と従来例の切れ刃逃げ面の比較図である。
【図４】図４は、本発明例と従来例のテスト結果を示す比較図である。
【符号の説明】
１  切れ刃すくい面
２  切れ刃稜線
３  切れ刃逃げ面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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