JP2009066715A - 切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】背面の研磨や溝を大きくすることなく切屑粉及びその粉の溶着の防止及び切屑の排出性の向上を図ることができるドライ加工用の切削工具を提供する。
【解決手段】刃部１０２で切削した切屑をチップポケット１０３から外部へ排出するホブ１００であって、刃部１０２の背面１０２ｆの最表面が、ダイヤモンドライクカーボンからなる被膜１００ｃでコーティングされ、刃部１０２の切刃１０２ａ、すくい面１０２ｂ、逃げ面１０２ｃ〜１０２ｅの各最表面が、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉのうちの少なくとも１つの窒化物からなる被膜１００ｂでそれぞれコーティングされている。
【選択図】図４

Description

本発明は、刃部で切削した切屑を溝から外部へ排出する切削工具に関し、特に、切削油剤を使用することなくワークに歯形を切削加工して歯車を作製するドライ加工の際に利用するホブに適用すると有効なものである。

ワークに切削工具で切削加工する場合には、通常、切削部に切削油剤を供給することにより、切削部の潤滑性を高めると共に、切削部を冷却して切削部の温度上昇を抑え、さらに、切屑を洗い流して切削部を洗浄するようにしている。このような切削加工においては、近年、高硬度及び高耐摩耗性を有する被膜を表面にコーティングした切削工具を用いることにより、切削油剤を使用することなく切削加工できるようにしたドライ加工が適用され始めている（例えば、下記特許文献１〜５等参照）。

特開平１０−３３７６１３号公報 特開２００３−３２１７６４号公報 特開２００５−０４２１４６号公報 特開２０００−１７６７０５号公報 特開２００３−０２５１１７号公報

例えば、ワークに歯形を切削加工して歯車を作製するホブ加工に上述したドライ加工を適用する場合には、ホブの溝（チップポケット）に切屑が詰まりやすくなってしまうと共に、刃部のすくい面と反対側の面（背面）に切屑及びその粉が溶着しやすいことから、切削油剤を用いるウエット加工の場合よりもホブの溝（チップポケット）を大きくすると共に背面の面粗度を向上させて、切屑の排出性を高めると共に切屑及びその粉の溶着を防止するようにしている。

このため、従来のドライ加工用のホブにおいては、ウエット加工用のホブよりも、作製工程数が増えて、手間がかかってしまうと共に、ランドの長さＬが短くなり、切刃の使用可能長さが短くなってしまい、利用可能期間（再研回数）が短くなってしまうという問題があった。

このような問題は、ドライ加工用のホブに限らず、刃部で切削した切屑を溝から外部へ排出するドライ加工用の切削工具であれば、上述した場合と同様にして生じ得ることである。

このようなことから、本発明は、背面の研磨や溝を大きくすることなく切屑及びその粉の溶着の防止及び切屑の排出性の向上を図ることができるドライ加工用の切削工具を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る切削工具は、刃部で切削した切屑を溝から外部へ排出する切削工具であって、前記刃部の背面の最表面が、ダイヤモンドライクカーボンからなる第一の被膜でコーティングされ、前記刃部の切刃、すくい面、逃げ面の各最表面が、前記第一の被膜と異なる材料からなる第二の被膜でそれぞれコーティングされていることを特徴とする。

第二番目の発明に係る切削工具は、第一番目の発明において、前記第二の被膜が、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉのうちの少なくとも１つの窒化物からなるものであることを特徴とする。

第三番目の発明に係る切削工具は、第一番目の発明において、前記第一の被膜が、前記第二の被膜上にコーティングされていることを特徴とする。

第四番目の発明に係る切削工具は、第一番目の発明において、前記第一の被膜が、母材上に直接コーティングされていることを特徴とする。

第五番目の発明に係る切削工具は、第一番目から第四番目の発明のいずれかの切削工具が、ホブであることを特徴とする。

第六番目の発明に係る切削工具は、第五番目の発明において、ボディ部の軸心方向に沿って長手方向を向けた溝の溝底の最表面が、前記第一の被膜でコーティングされていることを特徴とする。

第七番目の発明に係る切削工具は、第五番目の発明において、ボディ部の周方向に沿って長手方向を向けた溝の溝底の最表面が、前記第二の被膜でコーティングされていることを特徴とする。

本発明に係る切削工具によれば、刃部の背面の最表面が、ダイヤモンドライクカーボンからなる第一の被膜でコーティングされているので、ドライ加工を行う場合であっても、背面の研磨や溝を大きくすることなく切屑及びその粉の溶着の防止及び切屑の排出性の向上を図ることができる。

本発明に係る切削工具の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。

［主な実施形態］
本発明に係る切削工具をドライ加工用のホブに適用した場合の主な実施形態を図１〜４に基づいて以下に説明する。図１は、ホブの正面側からの斜視図、図２は、ホブの側面側からの斜視図、図３は、図１の要部の抽出拡大断面図、図４は、図２の要部の抽出拡大断面図である。

図１，２に示すように、キー溝１０１ｂを有する取付穴１０１ａを軸心部分に形成された円筒状をなすボディ部１０１の外周には、刃部１０２が多数形成されている。ボディ部１０１の周方向に隣り合う一方の刃部１０２のすくい面１０２ｂと他方の刃部１０２の背面１０２ｆとの間には、当該ボディ部１０１の軸心方向に沿って長手方向を向けた溝（チップポケット）１０３がそれぞれ形成されている。ボディ部１０１の軸方向に隣り合う一方の刃部１０２の左側の逃げ面１０２ｃと他方の刃部１０２の右側の逃げ面１０２ｄとの間には、当該ボディ部１０１の周方向に沿って長手方向を向けた溝１０４がそれぞれ形成されている。

なお、図１，２において、１０２ａは切刃、１０２ｅは外周の逃げ面、１０３ａ，１０４ａは溝底である。

また、図３，４に示すように、ホブ１００は、高速度工具鋼や超硬合金等の母材１００ａの表面に、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉのうちの少なくとも１つの窒化物からなる高硬度及び高耐摩耗性を有する被膜１００ｂ（第二の被膜）がコーティングされている（例えば、前記特許文献１〜３等参照）。

そして、ホブ１００の前記刃部１０２の前記背面１０２ｆ及び前記チップポケット１０３の溝底１０３ａのみには、ダイヤモンド構造（立方晶）とグラファイト構造（六方晶）との中間的な結晶構造を有する、すなわち、炭素を主成分として水素を若干含みながらダイヤモンド結合（ＳＰ³結合）とグラファイト結合（ＳＰ²結合）との両結合を有するアモルファス構造を有するダイヤモンドライクカーボン（Diamond Like Carbon：ＤＬＣ）からなる被膜１００ｃ（第一の被膜）が上記被膜１００ｂ上にさらにコーティングされている。

つまり、前記被膜１００ｂ（第二の被膜）は、前記被膜１００ｃ（第一の被膜）と異なる材料からなっているのである。

このＤＬＣからなる上記被膜１００ｃ（第一の被膜）は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉのうちの少なくとも１つの窒化物からなる高硬度及び高耐摩耗性を有する上記被膜１００ｂ（第二の被膜）と同程度の硬度を有しながらも（約２０００〜３０００Ｈｖ）、当該被膜１００ｂの摩擦係数（約０．３〜０．５）よりも小さい摩擦係数（約０．１）を有している。他方、上記被膜１００ｃ（第一の被膜）は、酸化開始温度が、上記被膜１００ｂ（第二の被膜）（約８００〜１２００℃）よりも大幅に低いものである（約３５０℃）。

このような上記被膜１００ｂ，１００ｃを母材１００ａに有するホブ１００は、例えば、上記形状に形成された母材１００ａの原型の表面に対して、アークイオンプレーティング法等のＰＶＤ法やＣＶＤ法等により前記被膜１００ｂ（第二の被膜）をコーティングし、前記刃部１０２の前記切刃１０２ａ、前記すくい面１０２ｂ、前記逃げ面１０２ｃ〜１０２ｅ、前記溝１０４の溝底１０４ａをマスキング部材でマスキングしてから、アークイオンプレーティング法等のＰＶＤ法やＣＶＤ法等により前記被膜１００ｃ（第一の被膜）をコーティングした後、当該マスキング部材を取り除くことにより、容易に作製することができる。

このようにして作製された上述した構造のホブ１００を使用して、ワークにドライ加工で歯形を切削加工して歯車を作製すると、ホブ１００の前記刃部１０２の前記切刃１０２ａで切削加工されたワークの切屑は、当該刃部１０２の前記すくい面１０２ｂを介して前記チップポケット１０３に入り込んで、当該ホブ１００の外部へ排出される。

このとき、上記チップポケット１０３に入り込んだ上記切屑及びその粉は、当該チップポケット１０３を構成する前記背面１０２ｆの表面及び前記溝底１０３ａの最表面が、高硬度（約２０００〜３０００Ｈｖ）及び低摩擦係数（約０．１）を有する前記被膜１００ｃ（第一の被膜）で覆われているので、当該背面１０２ｆへの溶着や当該チップポケット１０３内での詰まりを生じることなく外部へスムーズに排出されるようになる。

つまり、本実施形態に係るホブ１００は、ドライ加工による切削に伴って高温状態となる前記刃部１０２の前記切刃１０２ａ、前記すくい面１０２ｂ、前記逃げ面１０２ｃ〜１０２ｅの最表面を、酸化開始温度の低い（約３５０℃）前記被膜１００ｃ（第一の被膜）で覆うことなく、高硬度（約２０００〜３０００Ｈｖ）を有すると共に酸化開始温度の高い（約８００〜１２００℃）前記被膜１００ｂ（第二の被膜）で覆う一方、ドライ加工による切削でも高温状態になりにくい前記刃部１０２の前記背面１０２ｆ及び前記チップポケット１０３の溝底１０３ａの最表面のみを、前記被膜１００ｃ（第一の被膜）で覆うようにしたのである。

このため、本実施形態に係るホブ１００においては、ランドの長さＬをウエット加工用のホブと同程度にすることができるのはもちろんのこと、チップポケット１０３の溝底１０３ａの幅Ｗ（周方向の長さ）をウエット加工用のホブよりも小さく設定することや、ボディ１０１の周方向に隣り合う一方の刃部１０２のすくい面１０２ｂと他方の刃部１０２の背面１０２ｆとのなす角度θをウエット加工用のホブよりも小さく設定することも可能となるので、切刃の使用可能長さをウエット加工用のホブと同程度又はそれ以上とすることができ、利用可能期間（再研回数）をウエット加工用のホブと同程度又はそれ以上とすることができる。

したがって、本実施形態に係るホブ１００によれば、ドライ加工であっても、前記背面１０２ｆを研磨してチップポケット１０３を大きくしなくても、切屑粉及びその粉が背面１０２ｆへ溶着することや、切屑がチップポケット１０３内に詰まってしまうことを防ぐことができるので、作製の容易化及び長寿命化を図ることができる。

また、ドライ加工による切削に伴って高温状態となる前記刃部１０２の前記切刃１０２ａ、前記すくい面１０２ｂ、前記逃げ面１０２ｃ〜１０２ｅの最表面が、前記被膜１００ｃ（第一の被膜）で覆われることなく前記被膜１００ｂ（第二の被膜）で覆われ、ドライ加工による切削でも高温状態になりにくい前記刃部１０２の前記背面１０２ｆ及び前記チップポケット１０３の溝底１０３ａの最表面のみが、前記被膜１００ｃ（第一の被膜）で覆われているので、ドライ加工を行っても、前記被膜１００ｃの熱劣化を抑制することができる。

［他の実施形態］
なお、本実施形態においては、母材１００ａの表面全体にコーティングされた前記被膜１００ｂ（第二の被膜）上の前記刃部１０２の前記背面１０２ｆ及び前記チップポケット１０３の溝底１０３ａ部分のみに前記被膜１００ｃ（第一の被膜）をさらにコーティングする、すなわち、母材１００ａ上に前記被膜１００ｂ（第二の被膜）をコーティングして当該被膜１００ｂ（第二の被膜）上に前記被膜１００ｃ（第一の被膜）をコーティングするようにしたが、他の実施形態として、例えば、図５に示すように、前記刃部１０２の前記背面１０２ｆ及び前記チップポケット１０３の溝底１０３ａを除いた部分、言い換えれば、前記刃部１０２の前記切刃１０２ａ、前記すくい面１０２ｂ、前記逃げ面１０２ｃ〜１０２ｅ、前記溝１０４の溝底１０４ａの母材１００ａの表面に前記被膜１００ｂ（第二の被膜）をコーティングすると共に、前記刃部１０２の前記背面１０２ｆ及び前記チップポケット１０３の溝底１０３ａの母材１００ａの表面に前記被覆１００ｃ（第一の被膜）をコーティングする、すなわち、両方の前記被膜１００ｂ，１００ｃを母材１００ａ上に直接コーティングすることや、図６に示すように、母材１００ａの表面全体に前記被膜１００ｃ（第一の被膜）をコーティングした後、前記刃部１０２の前記背面１０２ｆ及び前記チップポケット１０３の溝底１０３ａを除いた部分、言い換えれば、前記刃部１０２の前記切刃１０２ａ、前記すくい面１０２ｂ、前記逃げ面１０２ｃ〜１０２ｅ、前記溝１０４の溝底１０４ａに前記被膜１００ｂ（第二の被膜）をさらにコーティングする、すなわち、母材１００ａ上に前記被膜１００ｃ（第一の被膜）をコーティングして当該被膜１００ｃ（第一の被膜）上に前記被膜１００ｂ（第二の被膜）をコーティングすることも可能である。

また、本実施形態においては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉのうちの少なくとも１つの窒化物からなる被膜１００ｂ（第二の被膜）を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、ＤＬＣと異なる材料からなる第二の被膜、例えば、高硬度（２０００Ｈｖ以上）を有すると共に酸化開始温度がＤＬＣよりも高い（８００℃以上）材料からなる第二の被膜を適用した場合であっても、本実施形態の場合と同様に適用して、本実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。

また、本実施形態においては、ドライ加工用のホブに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、刃部で切削した切屑を溝から外部へ排出するドライ加工用の切削工具であれば、本実施形態の場合と同様に適用して、本実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。

本発明に係る切削工具の効果を確認するために行った試験を以下に説明する。

［切削工具］
前述した第一番目の実施形態に基づくドライ加工用のホブを下記の表１に示す条件で作製した。

［切削条件］
上記実施例１〜６及び上記比較例１〜３のホブを用いて下記の条件で切削加工を行った。

・ワーク：ＳＣＭ４１５（ＨＢ１８０〜２００）
・切削速度（Ｖ）：３００ｍ／ｍｉｎ．
・送り速度（ｆ）：２．４ｍｍ／ｒｅｖ．
・加工方法：同巻クライム
・シフト加工：なし
・切削長：１９．３ｍ
・切削油剤：なし（ドライ加工）
※ただし、切削部において、チップポケットの長さ方向（軸方向）へ向けてエアブローを行った。

［試験結果］
上記実施例１〜６及び上記比較例１〜３のホブを用いて上記条件で切削加工を行ったときの、各ホブの背面への切屑及びその粉の溶着の有無、及び、各ホブのチップポケット内での切屑の詰まりの有無を目視確認した。その結果を下記の表２に示す。

上記表２からわかるように、比較例１（ＴｉＮ）においては、切屑及びその粉が背面に早期に溶着して、ドライ加工が困難になってしまい、比較例２（ＴｉＡｌＮ）においては、切屑がチップポケット内で詰まってしまうことはなかったものの、切屑及びその粉が背面に溶着してしまい、比較例３（ＡｌＣｒＳｉＮ）においては、切屑がチップポケット内で詰まってしまうだけでなく、切屑及びその粉が背面に多量に溶着してしまった。

これに対し、実施例１〜６（ＤＬＣあり）においては、規定の切削長を加工しても、切屑及びその粉が背面に溶着してしまうことがないのはもちろんのこと、切屑がチップポケット内で詰まってしまうこともなかった。

本発明に係る切削工具は、ドライ加工を行う場合であっても、背面の研磨や溝を大きくすることなく切屑及びその粉の溶着の防止及び切屑の排出性の向上を図ることができるので、金属加工産業等において、極めて有益に利用することができる。

本発明に係る切削工具をドライ加工用のホブに適用した場合の主な実施形態の正面側からの斜視図である。 図１のホブの側面側からの斜視図である。 図１の要部の抽出拡大断面図である。 図２の要部の抽出拡大断面図である。 本発明に係る切削工具をドライ加工用のホブに適用した場合の他の実施形態の要部の抽出拡大断面図である。 本発明に係る切削工具をドライ加工用のホブに適用した場合のさらに他の実施形態の要部の抽出拡大断面図である。

符号の説明

１００ ホブ
１００ａ 母材
１００ｂ 被膜（第二の被膜）
１００ｃ 被膜（第一の被膜）
１０１ ボディ部
１０１ａ 取付穴
１０１ｂ キー溝
１０２ 刃部
１０２ａ 切刃
１０２ｂ すくい面
１０２ｃ〜１０２ｅ 逃げ面
１０２ｆ 背面
１０３ チップポケット（溝）
１０３ａ 溝底
１０４ 溝
１０４ａ 溝底

Claims (7)

1. 刃部で切削した切屑を溝から外部へ排出する切削工具であって、
   前記刃部の背面の最表面が、ダイヤモンドライクカーボンからなる第一の被膜でコーティングされ、
   前記刃部の切刃、すくい面、逃げ面の各最表面が、前記第一の被膜と異なる材料からなる第二の被膜でそれぞれコーティングされている
   ことを特徴とする切削工具。
2. 請求項１に記載の切削工具において、
   前記第二の被膜が、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｉのうちの少なくとも１つの窒化物からなるものである
   ことを特徴とする切削工具。
3. 請求項１に記載の切削工具において、
   前記第一の被膜が、前記第二の被膜上にコーティングされている
   ことを特徴とする切削工具。
4. 請求項１に記載の切削工具において、
   前記第一の被膜が、母材上に直接コーティングされている
   ことを特徴とする切削工具。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の切削工具が、ホブである
   ことを特徴とする切削工具。
6. 請求項５に記載の切削工具において、
   ボディ部の軸心方向に沿って長手方向を向けた溝の溝底の最表面が、前記第一の被膜でコーティングされている
   ことを特徴とする切削工具。
7. 請求項５に記載の切削工具において、
   ボディ部の周方向に沿って長手方向を向けた溝の溝底の最表面が、前記第二の被膜でコーティングされている
   ことを特徴とする切削工具。

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