JP2003211320A - コーティングブローチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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を行い、加工誤差が少なく長
時間安定して切削が可能なブローチを提供する。 【構成】 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
側における硬質被膜表面の凹凸は研磨により除去し、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である。

Description

【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２０
０１−１５７９１０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における硬質被膜
表面の凹凸は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厚膜部分を研
削加工によって除去する。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、Ｔｉ
ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＢＮ、ＣｒＳｉＮ、Ｃ
ｒ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０．２
μｍ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０．０７
５ｍｍであって前記ブローチの切れ刃逃げ面部に厚さ１
μｍ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Ｔｉ
ＡｌＮ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
された被膜の厚膜部分を研削加工によって除去した。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０．４
０μｍ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２
４ｍｍ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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   面側における硬質被膜表面の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。
2. 【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。
3. 【請求項３】請求項１、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４
   ａ、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。