(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャンク部と、先端面を切刃面とし、かつ外周刃が形成された切刃部とからなるエンドミルを、Ｃｒ含有により細粒化された分散相が走査型電子顕微鏡による組織観察に基づく平均値で８５〜９８面積％を占め、残りが結合相と不可避不純物からなる微粒組織焼結体で構成し、
さらに上記微粒組織焼結体を構成する分散相が、透過型電子顕微鏡による組織観察で、炭化タングステンにＣｏとＣｒが固溶含有し、かつその含有割合が分散相に占める平均値で、Ｃｏ:０．１〜３重量％、Ｃｒ：０．１〜２重量％であるＷとＣｏとＣｒの複合炭化物固溶体単一相からなり、
同じく上記の結合相が、同じく透過型電子顕微鏡による組織観察で、Ｃｒを結合相に占める平均値で、１〜８重量％含有するＣｏ基合金単一相からなること、を特徴とする先端面切刃面および外周刃がすぐれた耐チッピング性を発揮する微粒組織焼結体製エンドミル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高強度および高靭性を有し、特に高速切削で、先端面切刃面および外周刃がすぐれた耐チッピング性を発揮する微粒組織焼結体製エンドミル（以下、微粒組織エンドミルと云う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、微粒組織エンドミルとして、例えば図１（ａ）に概略拡大正面図で、同（ｂ）に長さ方向中央部における中心線に対して直角な方向の断面（直角断面）図で示される通り先端面を切刃面とし、かつ外周刃が形成された切刃部と、シャンク部とからなる形状を有すると共に、Ｃｒ含有により望ましくは平均粒径で０．８μｍ以下に細粒化された分散相が走査型電子顕微鏡による組織観察に基づく平均値で８５〜９８面積％を占め、残りが結合相と不可避不純物からなる超硬合金の微粒組織焼結体で構成され、さらに前記微粒組織焼結体を構成する分散相が、透過型電子顕微鏡による組織観察で、実質的に炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）の単一相からなり、同じく上記の結合相が、同じく透過型電子顕微鏡による組織観察で、ＷＣ細粒化の目的でＣｒを結合相に占める平均値で、１〜８重量％含有したＣｏ基合金単一相（焼結時にＣｒの他に微量のＷとＣ成分が固溶する）からなる微粒組織エンドミルが知られている。
【０００３】
また、上記の微粒組織エンドミルが、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、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、所定の直径を有する丸棒成形体にプレス成形し、この丸棒成形体を、例えば１０-1Ｔｏｒｒ以上の真空度の真空雰囲気中、５〜１０℃／分の昇温速度で１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この昇温温度に１〜２時間保持後、炉冷の条件で焼結することにより、所定の直径を有する超硬合金で構成された長尺状の微粒組織焼結体を形成し、この微粒組織焼結体から図１に示される形状に研削加工することにより製造されることも知られている。
【０００４】
【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、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来微粒組織エンドミルにおいては、これの先端面切刃面および外周刃が十分な強度および靭性を具備するものでないために、これを高速切削に用いると、シャープなエッジを含む複雑な形状に研削加工されている先端面切刃面および外周刃にチッピング（微小欠け）が発生し易くなり、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】
【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、特に高速切削で先端面切刃面および外周刃にチッピング発生のない微粒組織エンドミルを開発すべく研究を行った結果、
（ａ）まず、１次原料粉末として、いずれも望ましくは１μｍ以下の平均粒径を有する金属タングステン（以下、Ｗで示す）粉末、酸化コバルト（以下、Ｃｏ2Ｏ5で示す）粉末、酸化クロム(以下、Ｃｒ2Ｏ3で示す)粉末、および黒鉛(以下、Ｃで示す)粉末を用意し、これら原料粉末を所定の割合に配合し、ボールミル中でアセトンを加えて湿式混合し、乾燥した後、所定の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体に、水素含有雰囲気中、１３００〜１５００℃の温度に加熱保持の条件で共還元処理（前記原料粉末のＣ粉末による還元炭化処理）を施すと、ＷＣに所定割合のＣｏとＣｒが固溶含有してなるＷとＣｏとＣｒの複合炭化物固溶体［以下、（Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ）Ｃで示す］粉末を製造することができること。
【０００６】
（ｂ）上記の従来微粒組織エンドミルの製造に際して原料粉末として用いていたＷＣ粉末に代って、上記（ａ）で製造された（Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ）Ｃ粉末を、これに固溶含有するＣｏとＣｒの含有量を、焼結後にＣｏ：０．１〜３重量％およびＣｒ：０．１〜２重量％となるように調整した上で、２次原料粉末として用い、これ以外の条件は、上記の従来微粒組織エンドミルを構成する微粒組織焼結体の製造条件と同一の条件で焼結体を製造すると、
同じくＣｒ含有により望ましくは平均粒径で０．８μｍ以下に細粒化された分散相が走査型電子顕微鏡による組織観察に基づく平均値（任意複数個所、望ましくは任意５ヶ所以上の測定結果の平均値、以下に示す平均値も同じ）で８５〜９８面積％を占め、残りが結合相と不可避不純物からなる微粒組織を有し、
さらに上記分散相が、透過型電子顕微鏡による組織観察で、分散相に占める平均値で、Ｃｏ:０．１〜３重量％、Ｃｒ：０．１〜２重量％を含有する（Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ）Ｃ単一相からなり、
同じく上記の結合相が、同じく透過型電子顕微鏡による組織観察で、Ｃｒを結合相に占める平均値で、１〜８重量％含有するＣｏ基合金単一相（上記の従来微粒組織エンドミルと同様に焼結時にＣｒの他に微量のＷとＣ成分が固溶する）からなる微粒組織焼結体が得られること。
【０００７】
（ｃ）上記（ｂ）の微粒組織焼結体は、特にこれの分散相を構成する（Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ）Ｃ単一相が、上記の従来微粒組織エンドミルを構成する超硬合金の分散相であるＷＣ相と同等の硬さおよび望ましくは平均粒径で０．８μm以下の微粒組織を保持したままで、前記ＷＣ相より一段と強度および靭性にすぐれ、かつ結合相に対する密着性にもすぐれている（これは分散相と結合相の構成成分が相互に同一、すなわち両相ともＷ、Ｃｏ、Ｃｒ、およびＣで構成されていることにあると解される）ことから、きわめて高い強度と靭性をもつようになり、したがってこの微粒組織焼結体で構成されたエンドミルは、特に高速切削でもシャープなエッジを含む複雑な形状を有する先端面切刃面および外周刃にチッピングの発生なく、すぐれた性能を長期に亘って発揮すること。
以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たのである。
【０００８】
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、
シャンク部と、先端面を切刃面とし、かつ外周刃が形成された切刃部とからなるエンドミルを、Ｃｒ含有により望ましくは平均粒径で０．８μｍ以下に細粒化された分散相が走査型電子顕微鏡による組織観察に基づく平均値で８５〜９８面積％を占め、残りが結合相と不可避不純物からなる微粒組織焼結体で構成し、
さらに上記微粒組織焼結体を構成する分散相が、透過型電子顕微鏡による組織観察で、ＷＣにＣｏとＣｒが固溶含有し、かつその含有割合が分散相に占める平均値で、Ｃｏ:０．１〜３重量％、Ｃｒ：０．１〜２重量％である（Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ）Ｃ単一相からなり、
同じく上記の結合相が、同じく透過型電子顕微鏡による組織観察で、Ｃｒを結合相に占める平均値で、１〜８重量％含有するＣｏ基合金単一相（微量のＷおよびＣを固溶含有する）からなる、
特に高速切削で、先端面切刃面および外周刃がすぐれた耐チッピング性を発揮する微粒組織エンドミルに特徴を有するものである。
【０００９】
以下に、この発明の微粒組織エンドミルにおいて、これを構成する微粒組織焼結体の成分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（１）  微粒組織焼結体の分散相の割合
その割合が平均値で８５面積％未満では、相対的に軟質の結合相の割合が多くなり過ぎて、先端面切刃面および外周刃の摩耗進行が速まるようになり、一方その割合が同９８面積％を越えると、靭性不足をきたし、エンドミル自体に折損が発生し易くなることから、その割合を平均値で８５〜９８面積％、望ましくは８６〜９３面積％と定めた。
【００１０】
（２）  分散相におけるＣｏおよびＣｒ成分の含有割合
分散相に固溶含有するＣｏ成分には、分散相の強度および靭性を向上させると共に、両相相互間に共通して含有するＣｒ、Ｗ、およびＣ成分との共存において、Ｃｏ基合金の結合相との密着性を向上させる作用があるが、その含有割合が平均値で０．１重量％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有割合が同３重量％を越えると、分散相の硬さが低下し、摩耗進行を早める原因となることから、その含有割合を平均値で０．１〜３重量％、望ましくは０．５〜２重量％と定めた。
また、同じく分散相に固溶含有するＣｒ成分には、分散相の硬さを上記の従来微粒組織エンドミルを構成する超硬合金の分散相であるＷＣ相と同等の硬さに保持するほか、Ｃｏ基合金の結合相中に固溶含有するＣｒ成分のもつ分散相微細化作用を促進させる作用をもつが、その含有割合が平均値で０．１重量％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有割合が同２重量％を越えると、分散相中に微細なクロム炭化物として析出し、これが分散相自体の強度および靭性低下の原因となることから、その含有割合を平均値で０．１〜２重量％、望ましくは０．５〜１重量％と定めた。
【００１１】
（３）  結合相におけるＣｒ成分の含有割合
結合相に固溶含有するＣｒ成分には、上記の通り分散相中に固溶含有するＣｒ成分との共存において、分散相を望ましくは平均粒径で０．８μｍ以下に微細化し、もって上記分散相の強度向上と相俟ってエンドミルの強度を一段と向上させる作用があるが、その含有割合が平均値で１重量％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有割合が同８重量％を越えると、結合相中に微細なクロム炭化物などとして析出し、結合相のもつ靭性が損なわれるようになることから、その含有割合を平均値で１〜８重量％、望ましくは２〜６重量％と定めた。
【００１２】
【発明の実施の態様】
つぎに、この発明の微粒組織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Ｗ粉末、同０．６μｍのＣｏ2Ｏ5粉末、同０．６μｍのＣｒ2Ｏ3粉末、および同０．４μｍのＣ粉末を用意し、まずこれら原料粉末のうちのＣｏ2Ｏ5粉末、Ｃｒ2Ｏ3粉末、およびＣ粉末を所定の割合に配合し、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これに所定割合のＷ粉末を配合して、ボールミルでさらに１時間乾式混合し、カーボンボートに充てんした後、水素雰囲気中、１３００〜１５００℃の範囲内の所定の温度に２０分保持の条件で共還元処理を施し、共還元処理後粒度調整を行うことにより、それぞれ表１に示されるＣｏおよびＣｒ含有量にして、平均粒径を有する本発明微粒組織エンドミルを構成する微粒組織焼結体の分散相形成用（Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ）Ｃ粉末（以下、本発明分散相用原料粉末と云う）Ａ〜Ｌをそれぞれ製造した。
【００１３】
ついで、上記の本発明分散相用原料粉末Ａ〜Ｌのそれぞれに、平均粒径：１．２μｍのＣｏ粉末、または前記Ｃｏ粉末と平均粒径：２．３μｍを有するＣｒ3Ｃ2粉末を表２に示される割合に配合し、さらにワックスと溶剤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、いずれも１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力でプレス成形して、それぞれ直径が８ｍｍ、１３ｍｍ、および２６ｍｍの丸棒圧粉体とし、これらの丸棒圧粉体を、０．０５Ｔｏｒｒ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、微粒組織焼結体とし、さらにこれらの微粒組織焼結体から研削加工にて、表２に示される組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ６ｍｍ×１３ｍｍ、１０ｍｍ×２２ｍｍ、および２０ｍｍ×４５ｍｍの寸法をもち、かついずれも図１に示される形状をもった本発明微粒組織エンドミル（以下、本発明エンドミルと云う）１〜１２それぞれを製造した。
【００１４】
また、比較の目的で、原料粉末として、上記のＣｏ粉末およびＣｒ3Ｃ2粉末、さらに平均粒径：０．８μｍのＷＣ粉末を用い、これら原料粉末を表３に示される配合組成に配合する以外は、上記の本発明エンドミル１〜１２の製造条件と同一の条件で、湿式混合し、減圧乾燥した後、丸棒圧粉体にプレスに成形し、これを真空燒結して微粒組織焼結体とし、これに研削加工を施して同じく表３に示される寸法に仕上げることにより従来微粒組織エンドミル（以下、従来エンドミルと云う）１〜８それぞれを製造した。
【００１５】
この結果得られた本発明エンドミル１〜１２よび従来エンドミル１〜８について、これの任意断面を走査型電子顕微鏡および透過型電子顕微鏡を用いて組織観察し、分散相の平均粒径を測定すると共に、分散相の全体割合、Ｃｏ含有量、およびＣｒ含有量、さらに結合相のＣｒ含有量をそれぞれ任意５ヶ所について測定し、この測定結果をそれぞれ表２、３に平均値で示した。
なお、表２、３の分散相および結合相のＣｏ平均含有量およびＣｒ平均含有量はそれぞれ分散相および結合相に占める割合を示すものである。
【００１６】
つぎに、上記の各種エンドミルのうち、切刃部の直径が６ｍｍのものについては、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ５０Ｃ（ＨＢ２２０）、
切削速度：９０ｍ／ｍｉｎ、
１刃当りの送り：０．０４ｍｍ、
切り込み深さ：９ｍｍ、
切り込み幅：０．５ｍｍ、
切削形式：ダウンカット、
の条件での炭素鋼の湿式（水溶性切削油使用）高速側面試験、また切刃部の直径が１０ｍｍのものについては、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１５０）、
切削速度：６０ｍ／ｍｉｎ、
１刃当りの送り：０．０４ｍｍ、
切り込み深さ：１５ｍｍ、
切り込み幅：０．８ｍｍ、
切削形式：ダウンカット、
の条件でのステンレス鋼の湿式（水溶性切削油使用）高速側面切削試験、さらに切刃部の直径が２０ｍｍのものについては、
被削材：ＪＩＳ・ＳＫＤ６１（ＨRＣ４０）、
切削速度：４５ｍ／ｍｉｎ、
１刃当りの送り：０．０３ｍｍ、
切り込み深さ：３０ｍｍ、
切り込み幅：１．５ｍｍ、
切削形式：ダウンカット、
の条件でのダイス鋼の湿式（水溶性切削油使用）高速側面切削試験をそれぞれ行い、外周刃の先端部における最大逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの切削長を測定した。これらの測定結果を表２、３にそれぞれ試験本数：５本の平均値として示した。
【００１７】
【表１】
0004134471.tif 000002
【００１８】
【表２】
0004134471.tif 000003
【００１９】
【表３】
0004134471.tif 000004
【００２０】
【発明の効果】
表２、３に示される結果から、本発明エンドミル１〜１２は、いずれもこれを構成する微粒組織焼結体の（Ｗ，Ｃｏ，Ｃｒ）Ｃ単一相からなる分散相が従来エンドミルを構成する超硬合金の分散相であるＷＣ単一相と同等の硬さおよび平均粒径を保持したままで、これより一段と強度および靭性にすぐれ、かつ結合相に対する密着性にもすぐれていることから、高速切削にもかかわらず、先端面切刃面および外周刃にチッピングの発生がなく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するのに対して、微粒組織焼結体の分散相がＷＣ単一相からなる従来エンドミル１〜８においては、いずれも特に先端面切刃面および外周刃の強度および靭性不足が原因で、これにチッピングが発生し、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、この発明の微粒組織エンドミルは、これの具備する高強度および高靭性が先端面切刃面および外周刃で発揮され、通常の条件での切削は勿論のこと、高速切削でもチッピングの発生なく、すぐれた性能を長期に亘って発揮するものであるから、切削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。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は微粒組織エンドミルを例示する概略拡大正面図、（ｂ）は長さ方向中央部における中心線に対して直角な方向の断面（直角断面）図である。
【図１】
0004134471.tif 000005