JP2012086317A

JP2012086317A - 回転工具

Info

Publication number: JP2012086317A
Application number: JP2010235607A
Authority: JP
Inventors: Masato Matsuzawa; 正人松澤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2012-05-10

Abstract

【課題】切刃における被覆層のチッピングや剥離を抑制できるとともに耐溶着性を向上した切削工具を提供する。
【解決手段】棒状で、外周に切刃２と、切刃２よりも内側に凹んだ位置に形成される切屑排出溝３とを備えた基体４の表面に１層以上の被覆層５を被覆してなり、切刃２の表面には基体４の全周にわたって被覆される第１被膜層５ａに加えて基体４側に別途第２被覆層４ｂが形成されているツイストドリル１等の回転工具である。
【選択図】図１

Description

本発明は、基体の表面に被覆層が形成された回転工具に関する。

現在、旋削加工やフライス加工に用いられるスローアウェイチップ、ドリルやエンドミル、切断刃等の切削工具では耐摩耗性や摺動性、耐欠損性が必要とされるため、ＷＣ基超硬合金やＴｉＣＮ基サーメット等の硬質基体の表面に様々な被覆層を成膜して切削工具の耐摩耗性、耐欠損性を向上させる手法が使われており、被覆層としてＴｉＣＮやＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＡｌＮ、ダイヤモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の被覆層が好適に利用されている。

例えば、特許文献１では、金型などの基材表面にＤＬＣ膜をコーティングするにあたり、あらかじめ基材の表面に０．１〜５μｍＲｚの微細な粗面化処理を施し、その表面にＤＬＣ膜を成膜してＤＬＣ膜と基材との密着力を増加させることが開示されている。

特開２００４−０８４０１４号公報

しかしながら、特許文献１のように、あらかじめ基材の表面を粗面化処理してからＤＬＣ膜を成膜する構成では、ＤＬＣ膜の剥離は抑制されて耐欠損性は向上するが、切削工具としての耐溶着性が損なわれてしまうおそれがあった。

本発明は、基体の表面を被覆した被覆層の切刃における膜剥離や欠損を抑制できるとともに耐溶着性が高い回転工具を提供することを目的とする。

本発明の回転工具は、棒状で、外周に切刃と、該切刃よりも内側に凹んだ位置に形成される切屑排出溝とを備えた基体の表面に１層以上の被覆層を被覆してなり、前記切刃の表面には前記基体の全周にわたって被覆される第１被膜層に加えて前記基体側に別途第２被覆層が形成されているものである。

ここで、前記第２被覆層の硬度が前記第１被覆層の硬度の平均値に比べて高く、前記第１被覆層は前記第２被覆層よりも摩擦係数が低くてもよい。

さらに、前記第１被覆層および前記第２被覆層がともに硬質炭素膜からなり、前記第１被覆層中の水素含有率が前記第２被覆層中の水素含有率よりも高くてもよい。

さらには、前記第１被覆層および前記第２被覆層がともに硬質炭素膜からなり、該被覆層の表面からラマン分光分析によってＳＰ２結合ピークとＳＰ３結合ピークとのピーク強度を比較したとき、前記第１被覆層のＳＰ２結合ピークの面積比が前記第２被覆層のＳＰ２結合ピークの面積比よりも高くてもよい。

本発明の切削工具によれば、切屑排出溝には第１被覆層が形成されているので切屑排出
性がよく、切刃では切削によって被覆層が最も摩耗しやすいために第１被覆層が摩滅しても、その下には第２被覆層が存在することから、切刃における耐摩耗性をも高めることができる。

本発明の回転工具の好適例であるドリルについて、（ａ）側面図、（ｂ）（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。

本発明の好適例であるツイストドリルについて、（ａ）側面図、（ｂ）（ａ）のＸ−Ｘ断面図である図１を基に説明する。

図１のツイストドリル１は、棒状で、外周に切刃２と、切刃２よりも内側に凹んだ位置に形成される切屑排出溝３とを備えた基体４の表面に１層以上の被覆層５を被覆してなり、切刃２の表面には基体４の全周にわたって被覆される第１被膜層５ａに加えて基体４側に別途第２被覆層５ｂが形成されている。

この構成によって、切屑排出溝３には第１被覆層５ａが形成されているので切屑排出性がよく、切刃２では切削によって被覆層５が最も摩耗しやすいために第１被覆層５ａは比較的短時間で摩滅するが、その下には第２被覆層５ｂが存在することから、切刃２における耐摩耗性をも高めることができる。

ここで、第２被覆層５ｂの硬度が第１被覆層５ａの硬度に比べて高く、第１被覆層は前記第２被覆層よりも摩擦係数が低いことが、切屑排出溝３において切屑の流れが良く、かつ切刃２の耐摩耗性を高めることができる点で望ましい。

ここで、被覆層５としては、周期表第４、５、６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、特に（Ｔｉ_ａＭ_ｂ）Ｃ_ｘＮ_ｙＯ_ｚ（ただし、Ｍ：Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｉの群から選ばれる少なくとも１種、０＜ａ≦１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと略す。なお、本発明のＤＬＣはテトラヘデラルアモルファスカーボンも含み、水素を不純物として含有する。）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）およびＡｌ_２Ｏ_３の群から選ばれる少なくとも１種が好適に使用可能である。特に、第２被覆層５ｂ−第１被覆層５ａの好適な組合せとしては、水素含有量が１０原子％未満のＤＬＣ−水素含有量が１０原子％以上のＤＬＣ、ＣｒＮ−ＤＬＣ、ＴｉＣｒＮ−ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ−ＣＶＤ法にて成膜されるＡｌ_２Ｏ_３が挙げられ、水素含有量が１０原子％未満のＤＬＣ−水素含有量が１０原子％以上のＤＬＣが好適である。

例えば、第１被覆層５ａおよび第２被覆層５ｂがともにＤＬＣ等の硬質炭素膜からなり、第１被覆層５ａ中の水素含有率が第２被覆層５ｂ中の水素含有率よりも高い構成であれば、上記関係が成り立つ。または、第１被覆層５ａおよび第２被覆層５ｂがともに硬質炭素膜からなり、被覆層５の表面からラマン分光分析によって高周波バンド（Ｇバンド）と低周波バンド（Ｄバンド）の相対ピーク面積比Ｄ／Ｇを比較したとき、第１被覆層５ａのピーク面積比Ｄ／Ｇが第２被覆層５ｂのピーク面積比Ｄ／Ｇよりも高い構成であっても、上記関係が成り立つ。

また、各層の望ましい厚みは、硬質炭素膜の場合、第２被覆層５ｂが０．１〜１．２μｍ、第１被覆層５ａが０．２〜１．５μｍである。さらに、第２被覆層５ｂおよび第１被覆層５ａはそれぞれ単層に限定されず、それぞれ２層以上の積層構造であってもよい。

なお、基体４は、超硬合金、サーメット、高速度鋼等の硬質材が好適に使用可能であり、特に、切刃２の先端の耐摩耗性および耐欠損性を両立する超硬合金が望ましい。また、上記実施態様ではツイストドリルについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、エンドミルやリーマであってもよい。

超硬合金基体にセンタリング加工を施して棒状にした状態で、まず、試料Ｎｏ．１〜５については表１、２に示す第２被覆層を成膜した。その後、切屑排出溝の加工を行って加工部に成膜された第２被覆層は削られて外周部のみに第２被覆層が残った構成とした。そして、この外周部のみに第２被覆層が残った基体に対して第１被覆層を成膜し、基体の全周にわたって被覆層が成膜された２ｍｍシャンク×φ０．１２ｍｍのツイストドリルを得た。また、試料Ｎｏ．６については、切屑排出溝の加工を行った後に第２被覆層と第１被覆層との順に成膜する以外は上記と同様にしてツイストドリルを得た。なお、ＤＬＣ被覆層については、水素含有量とラマン分光分析によって高周波バンド（Ｇバンド）と低周波バンド（Ｄバンド）を確認し、各ピークの面積を求めて、ピーク面積比Ｄ／Ｇを算出して比較した。

得られたドリルを用いて、下記条件で穴加工テストを実施した。結果は表３に示した。（加工条件）
被削材：Ｃｕ箔配線プリント基板厚み０．４ｍｍ（R1515SL Cu7/7）×3枚重ね＋ＬＥシート（LE800）
回転数：３００ｋｒｐｍ
送り速度：２．１ｍ/分
評価内容：１０００穴ずつ１００００穴まで穴あけ評価した。１０００穴加工する毎にドリルの表面状態を確認する。

表１〜３から明らかなとおり、全体に１層のみ被覆した試料Ｎｏ．５では、切刃における被覆層が摩滅して被削材の溶着が見られた。また、切刃および切屑排出溝のいずれにも２層構成にした試料Ｎｏ．６では、切刃での内部応力が大きくなって被覆層の剥離が発生した。これに対して、切刃の表面は第２被膜層と第１被膜層との２層からなり、それ以外は第１被膜層からなる試料Ｎｏ．１〜４では、被覆層の剥離が少なくて切断距離が長くなった。

実施例１と同様にして、φ６の２枚刃エンドミルを作製し、下記条件で切削テストを行った。結果は表４〜６に示した。
（加工条件）
被削材：A7075
切削速度=２６４ｍ／分(14,000/分)、送りを２００ｍｍ／分ずつ増加
縦切込=３ｍｍ
横切込=１．２ｍｍ
切削状態：乾式切削
評価内容：外周部の溶着状態（刃先摩耗）及び被削材に発生するバリの有無を確認する。

表４〜６から明らかなとおり、全体に１層のみ被覆した試料Ｎｏ．１１では、切刃における被覆層が摩滅して被削材の溶着が見られた。また、切刃および切屑排出溝のいずれにも２層構成にした試料Ｎｏ．１２では、切刃での内部応力が大きくなって被覆層の剥離が発生した。これに対して、切刃の表面は第２被膜層と第１被膜層との２層からなり、それ以外は第１被膜層からなる試料Ｎｏ．７〜１０では、被覆層の剥離が少なくて切断距離が長くなった。

１ツイストドリル
２切刃
３切屑排出溝
４基体
５被覆層
５ａ第１被膜層
５ｂ第２被覆層

Claims

棒状で、外周に切刃と、該切刃よりも内側に凹んだ位置に形成される切屑排出溝とを備えた基体の表面に１層以上の被覆層を被覆してなり、前記切刃の表面には前記基体を全周にわたって被覆される第１被膜層に加えて前記基体側に別途第２被覆層が形成されている回転工具。
前記第２被覆層の硬度が、前記第１被覆層の硬度に比べて高く、前記第１被覆層は前記第２被覆層よりも摩擦係数が低い請求項１記載の回転工具。
前記第１被覆層および前記第２被覆層がともに硬質炭素膜からなり、前記第１被覆層中の水素含有率が前記第２被覆層中の水素含有率よりも高い請求項１または２記載の回転工具。
前記第１被覆層および前記第２被覆層がともに硬質炭素膜からなり、該被覆層の表面からラマン分光分析によって高周波バンド（Ｇバンド）と低周波バンド（Ｄバンド）の相対ピーク面積比Ｄ／Ｇを比較したとき、前記第１被覆層のピーク面積比Ｄ／Ｇが前記第２被覆層のピーク面積比Ｄ／Ｇよりも高い請求項１乃至３のいずれか記載の回転工具。