JP2001277004A

JP2001277004A - スローアウェイチップ及びこれをホルダーに取付けてなる切削工具

Info

Publication number: JP2001277004A
Application number: JP2000095561A
Authority: JP
Inventors: Takashi Inayama; 孝稲山
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2001-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】快削鋼を高精度ないし超高精度に加工する場
合でも、精度の低下を招くことなく、寿命延長を図れる
スローアウェイチップを提供する。【解決手段】チップ母材１０の刃先１８部分の表面粗
さを、Ｒａ：０．３μｍ以下とし、少なくとも該刃先部
分にＴｉＣＮ系コーティング層２１を厚さ２μｍ以下で
形成した。ＴｉＣＮ系コーティング層２１が、Ｒａ：
０．３μｍ以下の極めて平滑な母材表面に、２μｍ以下
と薄く形成されていることから、刃先表面の凹凸が小さ
い。したがって、生成される構成刃先がいびつに大きく
成長することもなく安定して溶着するため、高精度で快
削鋼を切削をする場合でも、精度の低下を招かない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、旋削加工などに使
用されるスローアウェイチップに関し、詳しくはスロー
アウェイチップ母材が超硬合金などからなり、少なくと
もその切れ刃にＴｉＣＮ系コーティング層が形成された
スローアウェイチップ（以下、単にチップともいう）に
関する。

【０００２】

【従来の技術】快削成分の含まれた低炭素鋼（以下、快
削鋼という）の旋削、或いはフライス加工におけるよう
な断続切削には、耐熱衝撃性、耐摩耗性が高い、ＴｉＣ
Ｎ（炭窒化チタン）系コーティング層（硬質膜）の形成
されたスローアウェイチップが適している。というの
は、快削鋼の旋削をする場合には、構成刃先が適度に生
成されて切削されるのが、切削の安定性から好ましい
が、このＴｉＣＮ系コーティング層（以下、単にコーテ
ィング層ともいう）の形成されたチップにおいては構成
刃先がつきやすいためである。すなわち、構成刃先がで
きると、切削抵抗が減り、刃先が保護されるため、加工
精度の低下もなく、多数の被削材（以下ワークともい
う）の連続加工が可能となるためである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この種のチ
ップによって例えば、寸法公差が±０．０１ｍｍ程度以
内といった高精度で、快削鋼を切削する場合には、加工
数が比較的少ない段階で、その加工精度の維持ができな
くなるといった問題があった。つまり、このような高精
度の要求される部品の加工においては、比較的早い段階
で、刃先位置の補正（寸法補正）をすることを余儀なく
されるため、その使用に向かないといった問題があっ
た。

【０００４】原因は次のように考えられる。構成刃先が
生成されると、成長して脱落し、これを繰り返しながら
切削が進行する。つまり、構成刃先がチップの切れ刃に
生成され、成長するものの、いびつに大きく成長した
り、その成長後に脱落するため、切れ刃（刃先）よりも
切り込み量が大きくなったり、切削面に食い込んだり、
むしれを発生させることによると考えられる。したがっ
て、生成される構成刃先を切削過程で小さい状態で安定
させることができれば、こうした問題が解消されると考
えられる。

【０００５】本願発明者は、生成される構成刃先を切削
過程で小さく安定させるためには、切れ刃のコーティン
グ層の表面の面粗度を向上させることが重要であると考
えたが、そのためには、チップ母材の表面粗さを精度を
高めることでよいと考えた。そこで、母材の刃先部分の
表面粗さを、従来の中心線平均粗さＲａ：０．８μｍ程
度から、Ｒａ：０．３μｍ以下の高精度に仕上げ、その
状態の面にコーティング層を形成したチップ試料をつく
り、切削試験を繰り返した。ところが結果は、従来と同
様、比較的早い段階で、寸法精度の低下を招くこととな
った。このように効果が得られない原因を調査した結
果、母材の表面粗さを高精度に仕上げたとしても、コー
ティング層の表面に凹凸が存在するため、生成された構
成刃先の安定が悪いためと考えられる。凹凸ができる理
由は次のようである。

【０００６】物理蒸着（ＰＶＤ）法でコーティング層を
形成する場合、その層の厚さが厚くなるほど、コーティ
ング層における内部応力は増大する。すなわち、コーテ
ィング層の厚さが厚くなるほど内部応力が増大し、自己
破壊によってコーティング層にはその形成過程で表面に
チッピッングが生じ、荒されて凹凸が発生すると考えら
れる。とりわけ、切れ刃をなす、すくい面と逃げ面の交
差稜及びその近傍に形成されるコーティング層部分はそ
の傾向が強い。ところで、従来のスローアウェイチップ
におけるそのコーティング層の厚さは、３〜５μｍの厚
さとされていた。

【０００７】そこで、本願発明者においては、コーティ
ング層はその厚さがむしろ薄い方がその形成過程での表
面の荒されが低下するため、生成される構成刃先が安定
すると考え、母材の切れ刃の表面粗さをＲａ：０．８μ
ｍ程度とし、コーティング層の厚さを２μｍ以下と薄く
したチップ試料をつくり、切削試験を繰り返した。しか
し結果は、従来と同様、比較的早い段階で、寸法精度の
低下を招くこととなった。原因は、母材の切れ刃の表面
粗さが荒いため、構成刃先を不安定にしていると考えら
れる。加えて、この場合にはコーティング層の薄さに起
因し、刃先の摩耗が大きくなるといった問題もあった。

【０００８】こうした種々の試験結果に基づき、本願発
明者においては、チップ母材の表面粗さをＲａ：０．３
μｍ以下と精度良くする一方で、コーティング層の厚さ
を２μｍ以下と薄くした多数のチップ試料をつくり、快
削鋼の切削試験を試みた。その結果、このようにするこ
とで、寸法公差が±０．０１ｍｍ程度以内といった高精
度の切削をする場合においても、精度の低下を招くこと
なく多数のワークの加工を連続してできることを知るに
至った。

【０００９】本発明は、こうした知見に基づいてなされ
たもので、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）系コーティング層
（硬質膜）の形成されたスローアウェイチップで、快削
鋼を高精度に切削する場合においても、工具寿命の延長
を図ることのできるスローアウェイチップを提供するこ
とをその目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに請求項１に記載のスローアウェイチップは、スロー
アウェイチップ母材の刃先部分の表面粗さが、Ｒａ：
０．３μｍ以下とされ、少なくとも該刃先部分にＴｉＣ
Ｎ系コーティング層が厚さ２μｍ以下で形成されてなる
ことを特徴とする。

【００１１】本発明では、ＴｉＣＮ系コーティング層
が、Ｒａ：０．３μｍ以下の極めて平滑な母材表面に、
しかも２μｍ以下と薄く形成されていることから、刃先
の（コーティング層）表面の凹凸が小さく、したがっ
て、生成される構成刃先がいびつに大きく成長すること
もなく安定して溶着する。このため、寸法公差が±０．
０１ｍｍ程度以内といった高精度で快削鋼を切削をする
場合でも、精度の低下を招くことなく、多数のワークを
加工できる。なお、コーティング層が従来より薄いにも
かかわらず、工具の長寿命化が図られるのは、構成刃先
の溶着が好ましい安定した状態に保持されるためであ
る。

【００１２】本発明におけるチップ母材は、超硬合金、
セラミック、サーメット或いは高速度鋼など各種の材質
を適用できる。ただし、超硬合金としては、粒度が１μ
ｍ以下の超微粒子の原料粉体を素材とする超微粒超硬合
金が好ましい。一般の超高合金に比べ、より高い靭性、
硬度であるため、優れた刃立ち性を示し、さらには優れ
た耐摩耗性、耐欠損性を示すためである。また、本発明
におけるスローアウェイチップは、旋削用のものに限定
されるものではなく、フライス加工用などの断続切削に
使用するものなどにも適用できる。また、本発明は、前
記本発明のスローアウェイチップをホルダー（バイト、
フライスカッター）に取付けてなる各種の切削工具とし
ても具体化できる。

【００１３】なお、中心線表面粗さ（Ｒａ）とは、ＪＩ
Ｓに定義される表面粗さのうちの１つである。本発明に
おいて、チップ母材をＲａ：０．３μｍ以下とするの
は、全表面である必要はなく、刃先部分のみでよい。ま
た、本発明においてＴｉＣＮ系コーティング層とは、単
層または多層でもよい。そして、ＴｉＣＮ系コーティン
グ層を厚さ２μｍ以下とするには、蒸着の処理時間を従
来より短く制御することで得ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明のスローアウェイチップの
実施の形態を図１を参照しながら詳細に説明する。図１
は、本発明に係るスローアウェイチップ１１を逃げ面１
２側から見た図及び要部拡大図である。例えば、このス
ローアウェイチップ１１は、ひし形で一定厚さの穴付き
チップであり、穴１３を除いた表面全体（逃げ面１２及
びすくい面１５）にＴｉＣＮのコーティング層２１が形
成されている。ただし、チップ母材１０は超微粒超硬合
金からなり、切れ刃１７のうちの刃先１８を含む逃げ面
１２及びすくい面１５は、表面粗さがＲａ：０．３μｍ
以下に研磨仕上され、切れ刃稜は極めて鋭利に形成され
ている。そして、その処理後に表面にＴｉＣＮのコーテ
ィング層２１が最大厚さ２μｍ以下（設定値１．５μ
ｍ）形成されている。

【００１５】本形態では、母材１０の表面粗さ精度が鏡
面に近いＲａ：０．３μｍ以下であり、しかもＴｉＣＮ
コーティング層２１が厚さ２μｍ以下と薄い。つまり、
刃先（切れ刃稜）１８の近傍におけるコーティング層２
１の形成面は極めて平坦であり、しかもコーティング層
２１の厚さが薄いため、その形成過程での表面の荒され
が小さい。したがって、このようなチップ１１の刃先１
７で快削鋼を切削する場合においては、生成される構成
刃先が小さく（薄く）安定するため、寸法公差が±０．
０１ｍｍと小さくても精度の低下を招かない。なお、Ｔ
ｉＣＮコーティング層２１の形成後における母材１０の
表面粗さは、同コーティング層を溶剤で除去することで
確認できる。

【００１６】さて次に図２に示したように、前記形態の
チップ１１をホルダー３１に取付けて旋削用の切削工具
（バイト）３２とし、この切削工具３２にて、例えば直
径１０ｍｍで長さ５００ｍｍの快削鋼からなる丸棒（Ｊ
ＩＳＳＵＭ２４Ｌ）を次の条件で旋削加工し、切れ
刃の寿命（寸法公差を超える加工精度となり、加工の継
続不能となる時期）を比較例のチップによる加工と比較
した。比較例のチップは母材の刃先近傍の表面粗さがＲ
ａ：０．４〜０．８μｍとされ、その上にＴｉＣＮ系コ
ーティング層を厚さ３〜５μｍの範囲にて形成したもの
である。切削条件は、切削速度：１７０ｍ／ｍｉｎ、送
り：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み：１．０ｍｍであ
る。結果は表１に示した通りである。なお、表中の寿命
とは、１チップの１コーナーで精度の低下を招くことな
く加工できたワークの本数であり、「寸法補正」とは、刃
先位置の変更の有無またはその回数である。寸法公差は
径で±０．０１ｍｍである。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１に示したように、本発明品では、寸法
補正を１回もすることなく、４５００本のワークを加工
できた。これに対して、比較例では、９００本のワーク
しか加工できなかった。しかも、その間、精度維持のた
め８回も寸法補正を要した。この結果から、生成される
構成刃先が小さく（薄く）安定し、これが奏効している
ことを示しているものと考えられる。

【００１９】次に、切削条件を、切削速度：１２０ｍ／
ｍｉｎ、送り：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み：１．
０ｍｍに変えて、加工寸法の安定性（変化）を比較し
た。ただし、寸法公差は±１０μｍである。結果は表２
に示した通りである。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２に示したように、本発明品では、寸法
補正を１回もすることなく、２００本のワークを加工で
きた。これに対して、比較例では５０本目で約９μの寸
法変化が見られ、その時点で寸法補正を要することにな
った。図３は、表２の試験結果において、ワークの加工
数に対応する、最大切り込み部の寸法の変化を示したも
のであり、本発明品では、２００本の加工数まで、約２
μの寸法変化のまま安定した寸法精度が確保されたのに
対し、比較例では図３に示したような寸法変化が見られ
た。この結果も本願発明の効果を実証するものである。

【００２２】前記形態では、旋削用チップにおいて具体
化したが、本発明はこれ以外のチップにも、しかもチッ
プ材質及びその形状にかかわらず具体化できる。また、
母材の表面粗さは可及的に高精度とするのが好ましい。
また、切削工具についても、旋削用のものに限定される
ことなく、種々のものにて具体化できる。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明及び試験結果から明らかなよ
うに、本発明のスローアウェイチップ及びこれをホルダ
ーに取付けてなる切削工具によれば、快削鋼を高精度な
いし超高精度に加工する場合においても、精度の低下を
招くことなく、チップ寿命の飛躍的延長を図ることがで
きる。したがって、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、ア
ルミ等の非鉄金属などを高精度ないし超高精度に加工す
る場合においても、精度の低下を招くことなく、チップ
寿命の飛躍的延長を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスローアウェイチップを逃げ面側
から見た図及び要部拡大図。

【図２】図１のチップをホルダーに取付けた切削工具の
斜視図。

【図３】図１のチップにて加工した時の、最大切り込み
部の寸法の変化を示した図（グラフ）。

【符号の説明】

１スローアウェイチップ３刃先２１ＴｉＣＮ系コーティング層３２切削工具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スローアウェイチップ母材の刃先部分の
表面粗さが、Ｒａ：０．３μｍ以下とされ、少なくとも
該刃先部分にＴｉＣＮ系コーティング層が厚さ２μｍ以
下で形成されてなることを特徴とするスローアウェイチ
ップ。
【請求項２】前記スローアウェイチップ母材が超微粒
超硬合金からなる請求項１記載のスローアウェイチッ
プ。
【請求項３】前記スローアウェイチップが旋削用のも
のである請求項１又は２記載のスローアウェイチップ。
【請求項４】請求項１、２又は３記載のスローアウェ
イチップを、ホルダーに取付けてなる切削工具。