JPH0899201A

JPH0899201A - 硬質膜被覆切削工具

Info

Publication number: JPH0899201A
Application number: JP26093094A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Masuko; 努増子; Kunio Komaki; 邦雄小巻
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1994-10-03
Filing date: 1994-10-03
Publication date: 1996-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】耐摩耗性と耐欠損性との双方に優れ、安定し
た切削特性を有し、長寿命化を図ろうとするものであ
る。【構成】切削加工に寄与する刃先のすくい面１１ａと
逃げ面１１ｂとに硬質膜１３をコーティングした硬質膜
被覆切削工具１１であって、上記刃先のすくい面と逃げ
面との境界部近傍に、すくい面の硬質膜と逃げ面の硬質
膜とを不連続にする皮膜不連続部分１４を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切削工具の母材表面に
硬質膜を被覆した硬質膜被覆切削工具に関するもので、
特に刃先の耐摩耗性、耐欠損性を改善したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超硬合金製の切削工具の母材
の表面に、ダイヤモンド，窒化チタン（ＴｉＮ）又はア
ルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）等を主体とする硬質膜を、化学気
相蒸着法（ＣＶＤ法）や物理気相蒸着法（ＰＶＤ法）に
よりコーティングして、切削工具の長寿命化が図られて
いる。また、切削工具の母材の表面に、立方晶窒化棚素
（ｃＢＮ）を主体とする硬質膜をコーティングすること
も提案されている。上記のように、切削工具の母材の表
面に硬質膜をコーティングすると、母材のみの場合に比
べて耐摩耗性が向上するために、切削工具の寿命を充分
に長くすることができる。しかしながら、これらの硬質
膜は靱性が低いので、断続切削等の大きな衝撃が加わる
切削加工においては、切削工具の刃先部分の硬質膜が欠
損しやすいという欠点があった。この硬質膜の欠損を防
止するために、例えば特開平１−５１２０２号公報に記
載されているように、母材の切刃部に、所定量のホーニ
ング加工を施した後、このホーニング加工を施した母材
表面に気相合成法によりダイヤモンド薄膜被覆層を設け
たダイヤモンドコーティング切削工具が提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たダイヤモンドコーティング切削工具では、硬質膜の欠
損防止にある程度の効果はあるが、依然として充分な耐
欠損性を得るには到っていない。また、このダイヤモン
ドコーティング切削工具を含めて、従来の母材表面に硬
質膜を被覆した切削工具は、超硬合金等の母材に比べ
て、優れた耐摩耗性を示すが、靱性に劣る場合が多い。
したがって、断続切削等の大きな衝撃が作用する切削加
工を行うと、母材に比して硬質膜が欠損しやすいという
問題があった。そして、硬質膜が欠損すると、欠損部分
と隣接する硬質膜も広範囲に渡って剥離することがあ
る。しかも、硬質膜に生じたクラックが母材にまで伝播
することがあり、コーティングを施していない場合に比
べて、母材自体の欠損も起こり易くなるという問題があ
った。

【０００４】本願の発明者等は、硬質膜の欠損原因を考
察すべく、その欠損がどこから生じるのかを探究した。
その結果、図６に示すように、切削工具１の母材２のす
くい面Ａと逃げ面Ｂとに硬質膜３をコーティングした場
合、切削加工に寄与している刃先部分のすくい面Ａと逃
げ面Ｂとの境界部近傍にコーティングした硬質膜交合部
４から欠損が発生する頻度が非常に多いことが判明し
た。欠損が発生する原因として、この硬質膜交合部４
は、他の部位に比較して、切削時に大きな力が作用する
こと、切削方向に対する母材２の支持が弱いこと、又、
硬質膜自体に残留している応力が集中しやすいこと等が
考えられる。

【０００５】そこで本発明は、上記欠損部分の起因とな
る部位に改良を加えることにより、刃先の耐欠損性を著
しく向上させ、耐摩耗性と耐欠損性との双方に優れ、安
定した切削特性を有し、長寿命化を図ることができる硬
質膜被覆切削工具を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために提案されたものであり、切削加工に寄与す
る刃先のすくい面と逃げ面とに硬質膜をコーティングし
た硬質膜被覆切削工具であって、上記刃先のすくい面と
逃げ面との境界部近傍に、すくい面の硬質膜と逃げ面の
硬質膜とが不連続になる皮膜不連続部分を形成したこと
を特徴とするものである。

【０００７】上記皮膜不連続部分は、切削工具の母材を
露出させて形成してもよいし、刃先の切れ刃稜部分を母
材が露出するようにホーニング加工することにより形成
するようにしてもよい。

【０００８】また、前記皮膜不連続部分には、靱性を有
する材質を存在せしめてもよく、この場合には、靱性を
有する材質と硬質膜表面との境界の段差を平均して５μ
ｍ以下にするのが望ましい。

【０００９】また、上記した硬質膜の材質としては、ダ
イヤモンド、窒化チタン（ＴｉＮ）アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）、或は、立方晶窒化棚素（ｃＢＮ）等特に限定され
ないが、耐摩耗性に特に優れているが耐欠損性に多少問
題があるダイヤモンド、立方晶窒化棚素（ｃＢＮ）を使
用すると著しい効果がある。

【００１０】

【作用】一般に硬質膜被覆切削工具は、刃先のすくい面
と逃げ面との境界部近傍にコーティングした硬質膜交合
部から欠損することが生じることが多い。しかし、本発
明は、刃先のすくい面と逃げ面との境界部近傍に皮膜不
連続部分を形成することにより、すくい面の硬質膜と逃
げ面の硬質膜とを不連続にしたので、刃先において硬質
膜の母材による支持が著しく強く、また、硬質膜自体に
残留している応力が集中することを回避できる。したが
って、前記の欠損原因を確実に除去することができて、
刃先の耐欠損性が向上する。しかも、耐摩耗性が硬質膜
に劣る母材等が露出していても、露出部分に隣接する硬
質膜により刃先の耐摩耗性が充分向上し、また母材のみ
に比べて、被切削材が刃先に融着することも減少する。
上記したことは、特に大きな衝撃が作用する切削加工を
行うための工具においては、従来のように、硬質膜で刃
先全体を覆うよりも、欠損しやすい部位に高靱性材質を
露出させる方が好ましいということである。これらの作
用により、本発明の硬質膜被覆切削工具の刃先の耐欠損
性を最大限に高めるとともに、充分に耐摩耗性を向上さ
せることができるし、切削時に大きな力が掛かっても、
硬質膜が欠損し難くなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る硬質膜被覆切削工具の実
施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、各隅角
部の上端が刃先となるチップ形状の硬質膜被覆切削工具
１１を示すものであり、図１（ａ）中、１１ａはすくい
面、１１ｂは逃げ面、１１ｃは切れ刃稜部分、図１
（ｂ），（ｃ）中、１２はホーニング加工を施す部分で
ある。上記のように、本発明における実施例では、１つ
のチップに対し４つの刃先を形成し、チップの取付方向
を変換することによって各刃先を選択して使用すること
ができる。

【００１２】次に、本発明の刃先の構成について説明す
る。図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、切削工具１１の
刃先のすくい面１１ａと逃げ面１１ｂに硬質膜１３をコ
ーティングし、このすくい面１１ａと逃げ面１１ｂとの
境界部近傍には、すくい面１１ａの硬質膜１３と逃げ面
１１ｂの硬質膜１３とが不連続となる皮膜不連続部分１
４を形成し、この皮膜不連続部分１４を設けることによ
り、硬質膜１３，１３の残留応力を緩和するものであ
る。さらに、この皮膜不連続部分１４に、硬質膜１３と
の段差がなるべく小さくなるように、母材１５或はその
他の靱性の高い物質を存在させる。

【００１３】このようにして、母材１５に対し硬質膜１
３を強固に支持することで、切削工具１１の刃先の靱性
を高めて、耐欠損性を向上させる。なお、本願における
「すくい面と逃げ面との境界部近傍」とは、すくい面１
１ａと逃げ面１１ｂとに挟まれている切れ刃稜部分１１
ｃ、ホーニング部分及びそれらの部分に隣接している範
囲や領域を含むものである。

【００１４】本発明で使用する硬質膜１３の材質は、特
に限定されないが、ダイヤモンド，窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ），アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）又は立方晶窒化棚素（ｃ
ＢＮ）等が望ましく、特に耐摩耗性に優れているが耐欠
損性に問題のあるダイヤモンドや立方晶窒化棚素（ｃＢ
Ｎ）を採用すると、本発明における効果はきわめて大き
いものである。

【００１５】上記した切削工具１１に皮膜不連続部分１
４を形成するには、母材１５の表面の目的部位に、予め
マスキングを行ったり、或いは硬質膜１３の析出し難い
物質を存在させるなどして、硬質膜１３をコーティング
すればよい。また、母材１５の表面に硬質膜１３をコー
ティングした後、目的部位の硬質膜１３のみを研磨する
などして除去してもよい。

【００１６】さらに、硬質膜１３の皮膜不連続部分１４
を母材１５で強固に支持するためには、皮膜不連続部分
１４を形成する部位の母材１５の表面に予め凸部を形成
しておき、この凸部に隣接する部位に硬質膜１３をコー
ティングした後、凸部を研磨等により除去し、母材１５
の露出部と硬質膜１３との表面を同一平面もしくはそれ
に近い状態に仕上げてもよい（一例として図２
（ａ））。

【００１７】しかし、最も簡単かつ効果的な方法として
は、図２に多数示すように、切削工具１１の刃先のすく
い面１１ａ及び逃げ面１１ｂに硬質膜１３をコーティン
グした後、母材１５を露出させるために、チャンファー
ホーニング加工または丸ホーニング加工のいずれか一
方、又はこれらを組み合わせて、切れ刃稜部分１１ｃを
加工するとよい。なお、図３（ａ）は、チャンファーホ
ーニング加工した刃先を示し、（ｂ）は、丸ホーニング
加工した刃先を示す。

【００１８】前記したようなホーニング加工を施すと、
母材１５の露出部を境にしてすくい面１１ａの硬質膜１
３と逃げ面１１ｂの硬質膜１３とが不連続となって皮膜
不連続部分１４が形成され、しかも皮膜不連続部分１４
に露出した母材１５の表面と隣接する硬質膜１３とには
段差がほとんど存在しないか、もしくは非常に小さな段
差状態となる。したがって、硬質膜１３を母材１５によ
って強固に支持する理想的な構造となる。そして、ホー
ニング面を正面から視認すると、図４に示すように、す
くい面１１ａの硬質膜１３と逃げ面１１ｂの硬質膜１３
とが母材１５をサンドイッチ状に挟み込んだ状態にな
る。

【００１９】また、切削工具１１の刃先に母材１５が露
出していても、その露出部に隣接する硬質膜１３によっ
て耐摩耗は充分向上する。さらに、刃先に母材１５が露
出していても、その露出面と隣接する硬質膜１３との段
差が小さければ、母材１５のみの場合に比べて、被切削
材の融着も大幅に減少することができる。

【００２０】前記の段差部分の大きさは、平均して幅５
μｍ以下で、なるべく小さい方が好ましい。この段差部
分が５μｍを超えると、硬質膜１３が欠損しやすくなっ
たりして、段差部分に被削材が融着しやすくなって構成
刃先等の原因となったりして好ましくない。そして、本
実施例における刃先の耐欠損性は、同一形状の超硬合金
等の母材１５のみの場合と同等の強さを維持することが
できる。

【００２１】さらに、母材を丸ホーニング加工またはチ
ャンファーホーニング加工した後、ホーニング加工した
母材の表面に気相合成法によりダイヤモンドの薄膜被覆
層を設けることにより、ホーニング部に母材が露出しな
いように作成した従来のダイヤモンド被覆切削工具と比
べても、本発明は刃先の耐欠損性を極めて高めることが
できる。即ち、本発明によれば、硬質膜の耐摩耗性と、
超硬合金等の母材と同等の耐欠損性（靱性）とを併せ持
った硬質膜被覆切削工具を実現することができる。

【００２２】また、きわめて良好な切削性能を確保する
ためには、図３に示すように、チャンファーホーニング
加工した面とすくい面１１ａとの角度θを２〜９０°、
好ましくは１０〜６０°の角度に設定し、ホーニング幅
ａを２〜５００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍに設
定するとよい。

【００２３】さらに、硬質膜１３の膜厚は、膜材質によ
っても異なるが０．５〜１００μｍ程度で、好ましくは
１〜３０μｍである。そして、ホーニング部に露出する
母材１５の幅ｂは、前記条件と膜厚から決定されるが、
好ましくは１００μｍ以下が良い。

【００２４】丸ホーニング加工を施す場合は、前記角度
θ，及び幅ａ，ｂが前記各適正値になるように加工すれ
ば良い。これらの各適正値をはずれると、切れ味が低下
したり、切り粉の排出性が低下したり、被削材の刃先へ
の融着が増加したり、又は、耐欠損性の向上効果が小さ
かったりして好ましくない。

【００２５】このような硬質膜被覆切削工具１１のチッ
プを対象として、本発明の作用効果を確認するため、以
下に示す実施例と比較例とを行った。

【００２６】（実施例１）図４に示す切削工具１１の母
材１５としてＩＳＯ：Ｋ−１０超硬合金製スローアウェ
イチップ（型番ＳＥＫＮ１２０３ＡＥ）を用い、その母
材１５上に硬質膜１３として厚さ５μｍのダイヤモンド
薄膜をコーティングした切削工具を作成した。ダイヤモ
ンド薄膜のコーティングには、熱フィラメントＣＶＤ法
を採用した。

【００２７】このように形成した切削工具１１の刃先
を、図３（ａ）に示すように、すくい面とのなす角θ＝
４５°、ホーニング幅ａ＝３０μｍとなるようにチャン
ファーホーニング加工した。その結果、ホーニング面に
露出した母材１５の露出幅ｂは１７μｍであった。

【００２８】そして、この切削工具１１を用いて、図５
に示すように、外周面に軸方向の溝切り加工したＡＨＰ
９２（Ａｌ−Ｓｉ（１８％）−ＡＺ砥粒分散Ｔ６処理
品）の被切削材１６を、切削速度６００ｍ／ｍｉｎ、送
り０．１ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み１ｍｍの条件下で、５
ｋｍ程乾式で旋削加工を行った。旋削加工後の刃先を観
察したところ、刃先部分の欠損は皆無であり、摩耗も殆
ど観察されなかった。また、被切削材１６の刃先への融
着も殆ど見られなかった。

【００２９】（比較例１−１）前記実施例１と同種の母
材１５’をチャンファーホーニング加工した後に、実施
例１と同様の方法で母材１５’の表面に厚さ５μｍのダ
イヤモンド薄膜１３’をコーティングした。即ち、図７
に示すように、母材１５’は露出していない状態にし、
その角度θ，幅ａを実施例１のθ，ａと同じ値に設定し
た。

【００３０】実施例１と同じ被切削材１６、切削条件下
で切削を行った後、刃先を観察したら、ダイヤモンド膜
１３’が欠損し、剥離はすくい面１１ａ’や逃げ面１１
ｂ’のダイヤモンド膜１３’にまで伝播していた。ま
た、ダイヤモンド膜１３’が剥離して露出した母材１
５’にも欠損が見られた。さらに、刃先には被切削材１
６が融着して構成刃先が形成され、その結果、切削後の
被切削材１６の表面は実施例１に比べ荒れた状態で不安
定になっていた。

【００３１】（比較例１−２）前記実施例１と同種の母
材に、コーティングをしない状態で実施例１と同一形態
（θ，ａが同じ値）のチャンファーホーニング加工をし
た。

【００３２】実施例１と同じ被切削材１６、切削条件下
で切削を行った後、刃先を観察したところ、刃先には欠
損は見られなかったが、摩耗が進行して摩耗幅は２００
μｍに達し、被切削材１６の刃先への融着がひどく切削
不能の状態となっていた。

【００３３】（実施例２）図４に示した切削工具１１の
母材１５として、前記実施例１と同種の母材１５を採用
し、その表面に硬質膜１３として厚さ３μｍの立方晶窒
化棚素（ｃＢＮ）の膜をコーティングした。立方晶窒化
棚素（ｃＢＮ）膜のコーティングには、イオンプレーテ
ィング法を採用した。その後、ホーニング面とすくい面
とのなす角θ＝３０°、ホーニング幅ａ＝２０μｍとな
るようにチャンファーホーニング加工を行った。その結
果、母材露出幅ｂ＝１１μｍとなった。

【００３４】前記実施例１と同じ被切削材１６、切削条
件下で切削を行った後、刃先を観察したところ、刃先部
分の欠損は皆無で、僅かに摩耗が観察される程度であっ
た。また、被切削材１６の刃先への融着も殆ど見られな
かった。

【００３５】（比較例２）前記実施例１と同種の母材１
５’を、予めチャンファーホーニング加工をした後、前
記実施例２と同様の方法で母材１５’の表面に厚さ３μ
ｍの立方晶窒化棚素（ｃＢＮ）の膜をコーティングし
た。即ち、図７に示すように、母材１５’は露出してい
ない状態にし、その角度θ，幅ａを実施例２のθ，ａと
同じ値に設定した。

【００３６】前記実施例１と同じ被切削材１６、切削条
件下で切削を行った後、刃先を観察したところ、ｃＢＮ
膜は欠損し、すくい面１１ａ’や逃げ面１１ｂ’の広範
囲に剥離が伝播していた。また、ｃＢＮ膜が剥離して露
出した母材１５’にも欠損が見られた。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る硬質
膜被覆切削工具によれば、硬質膜コーティングの欠点で
あった耐欠損性の低さを改善し、耐摩耗性と耐欠損性と
の双方に優れ、安定した切削特性を有し、長寿命化を図
ることができるという優れた効果を発揮する。特に、本
発明は、切削工具の刃先に大きな衝撃の掛かるフライス
切削等の断続切削、深い切り込み量が要求される荒削り
等に用いると効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】チップ形状の硬質膜被覆切削工具を示す説明図
であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はホーニング部分
を表した平面図、（ｃ）はホーニング部分を表した側面
図である。

【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の硬質膜被覆切削工
具の拡大した刃先形状例を示す縦断面図である。

【図３】ホーニング加工した場合の拡大した刃先を示す
説明図であり、（ａ）はチャンファーホーニング加工し
た場合の刃先の縦断面図、（ｂ）は丸ホーニング加工し
た場合の刃先の縦断面図である。

【図４】ホーニング加工した刃先をホーニング正面（刃
先方向）から見た状態における斜視図である。

【図５】（ａ）は旋削試験に用いた被切削材（ＡＨＰ９
２）の正面図、（ｂ）はその側面図である。

【図６】硬質膜コーティングの欠損しやすい部位を示す
刃先の拡大縦断面図である。

【図７】母材をチャンファーホーニング加工した後、硬
質膜をコーティングした刃先を拡大して示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１１硬質膜被覆切削工具１１ａすくい面１１ｂ逃げ面１１ｃ切れ刃稜部分１２ホーニング加工を施す部分１３硬質膜１４皮膜不連続部分１５母材１６被切削材ａホーニング幅ｂ母材露出幅 θ ホーニング面とすくい面とのなす角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】切削加工に寄与する刃先のすくい面と逃
げ面とに硬質膜をコーティングした硬質膜被覆切削工具
であって、上記刃先のすくい面と逃げ面との境界部近傍に、すくい
面の硬質膜と逃げ面の硬質膜とを不連続にする皮膜不連
続部分を形成したことを特徴とする硬質膜被覆切削工
具。
【請求項２】切削工具の母材を露出させて皮膜不連続
部分を形成した請求項１に記載の硬質膜被覆切削工具。
【請求項３】皮膜不連続部分は、刃先の切れ刃稜部分
を母材が露出するようにホーニング加工することにより
形成されている請求項１または２に記載の硬質膜被覆切
削工具。
【請求項４】皮膜不連続部分に、靱性を有する材質を
存在せしめ、上記靱性を有する材質と硬質膜表面との境
界段差を平均して５μｍ以下にしたことを特徴とする請
求項１に記載の硬質膜被覆切削工具。
【請求項５】硬質膜が、ダイヤモンドを主体とする膜
である請求項１乃至４のいずれかの項に記載の硬質膜被
覆切削工具。
【請求項６】前記硬質膜が、立方晶窒化棚素（ｃＢ
Ｎ）を主体とする膜である請求項１乃至４のいずれかの
項に記載の硬質膜被覆切削工具。