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【発明の名称】 エンドミル
【発明者】 【氏名】脇 真宏

【要約】 【課題】エンドミルの構造に最適な被覆層の構成として長寿命化が可能なエンドミルを提供する。

【解決手段】回転軸を有する円柱状のエンドミル本体2の先端面に半径方向に延びる底刃3と、底刃3のコーナー部4からエンドミル本体2の外周部5に延びる外周刃6とを具備し、エンドミル本体2は基体の表面に被覆層10を被覆してなり、外周刃6の切刃先端6aは被覆層10で被覆されており、かつコーナー部4の逃げ面側稜線部(コーナー切刃8)は少なくとも一部で被覆層10が除去されているエンドミル1である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸を有する円柱状のエンドミル本体の先端面に半径方向に延びる底刃と、前記底刃の外周端部であるコーナー部から前記エンドミル本体の外周部に延びる外周刃とを具備したエンドミルにおいて、前記エンドミル本体は基体の表面に被覆層を被覆してなり、前記外周刃は前記被覆層で被覆されており、かつ前記コーナー部の逃げ面側稜線部では少なくとも一部で前記被覆層が除去されていることを特徴とするエンドミル。
【請求項2】
前記コーナー部の逃げ面側稜線部は前記被覆層が成膜中の剥離または欠損によって除去されたものであることを特徴とする請求項1記載のエンドミル。
【請求項3】
前記コーナー部の逃げ面側稜線部の前記被覆層が除去されている部分において、前記基体が露出していることを特徴とする請求項1または2記載のエンドミル。
【請求項4】
前記コーナー部の逃げ面側稜線部の前記被覆層が除去されていない部分における該被覆層の膜厚が前記外周刃における前記被覆層の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載のエンドミル。
【請求項5】
前記コーナー部の逃げ面側稜線部近傍における前記被覆層が、底面側よりも側面側で多く除去されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載のエンドミル。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は回転軸を有して底刃と外周刃とを具備し、基体の表面に被覆層を被覆したエンドミルに関する。
【背景技術】
【0002】
超硬合金やサーメット基体の表面に被覆層を形成したエンドミルが広く用いられている。かかるエンドミルに用いられる被覆層は耐熱性や耐摩耗性がよい反面、切刃における耐欠損性が充分でなく早期にチッピングが発生して必ずしもエンドミルの長寿命化につながらないというのが現状である。
【0003】
かかる被覆層に対して、例えば特許文献1では、イオンプレーティング法による成膜条件を制御して成膜中に切刃稜線を凹状とすることによって、切削初期に発生する被覆層の剥離やチッピングを抑制できることが開示されている。また、特許文献2では、被覆層を成膜した後でブラシや研削機を用いて切刃先端を面取り加工することにより、切削初期に発生する被覆層の剥離やチッピングを抑制できることが開示されている。
【特許文献1】特開2000−52132号公報
【特許文献2】特開2000−107926号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記特許文献1や特許文献2のようにエンドミルの切刃全体について切刃先端の被覆層を除去する方法では、切削初期の被覆層の剥離やチッピングは抑制できるものの、部分的には切削抵抗が高くなって切れ味が低下し摩耗が進行してしまうという問題があり、更なる被覆層の特性向上が望まれていた。
【0005】
そこで、本発明は上記問題を解決するためのものであり、その目的は、エンドミルの構造に最適な被覆層の構成として長寿命化が可能なエンドミルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のエンドミルは、回転軸を有する円柱状のエンドミル本体の先端面に半径方向に延びる底刃と、前記底刃の外周端部であるコーナー部から前記エンドミル本体の外周部に延びる外周刃とを具備したエンドミルにおいて、前記エンドミル本体は基体の表面に被覆層を被覆してなり、前記外周刃は前記被覆層で被覆されており、かつ前記コーナー部の逃げ面側稜線部では少なくとも一部で前記被覆層が除去されていることを特徴とする。
【0007】
ここで、上記構成において、前記コーナー部の逃げ面側稜線部は前記被覆層が成膜中の剥離または欠損によって除去されたものであることを特徴とする。
【0008】
また、上記構成において、前記コーナー部の逃げ面側稜線部の前記被覆層が除去されている部分において、前記基体が露出していることを特徴とする。
【0009】
さらに、上記構成において、前記コーナー部の逃げ面側稜線部の前記被覆層が除去されていない部分における該被覆層の膜厚が前記外周刃における前記被覆層の膜厚よりも厚いことを特徴とする。
【0010】
また、上記構成において、前記コーナー部の逃げ面側稜線部近傍における前記被覆層が、すくい面側よりも逃げ面側で多く除去されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明のエンドミルは、外周刃は被覆層で被覆されており、かつ底刃と前記外周刃とが交差するコーナー部の逃げ面側稜線部は少なくとも一部で前記被覆層が除去されている。これによって、底刃と前記外周刃とが交差するコーナー部の逃げ面側稜線部では被削材を切削するよりも仕上面を作るために作用するが、切削早期に摩耗して底刃と前記外周刃とが交差するコーナー部の逃げ面側稜線部形状が被削材の仕上面形状になって、いわゆるさらえ刃効果を発揮して平滑な仕上面を形成することができる。また、外周刃では被削材を切削するために作用するが、切削抵抗が小さくて切れ味が良いために耐摩耗性がよい。その結果、耐摩耗性がよくかつ平滑な仕上面を形成できるエンドミルとなる。
【0012】
ここで、前記コーナー部の逃げ面側稜線部は前記被覆層が成膜中の剥離または欠損によって除去されたものであることが、余計な工程を追加することなく低コストで上記切刃の構成とできるため望ましい。
【0013】
また、前記コーナー部の逃げ面側稜線部の前記被覆層が除去されている部分において前記基体が露出していることが、底刃がより早く被削材の仕上面形状に摩耗して、早期に平滑な仕上面を形成できるために望ましい。
【0014】
さらに、前記コーナー部の逃げ面側稜線部における前記被覆層の膜厚が前記外周刃における前記被覆層の膜厚よりも厚いことが、層厚が厚いほど切刃の被覆層が成膜中に剥離または欠損しやすいために、成膜によって上記外周刃は被覆層で被覆されかつ底刃と前記外周刃とが交差するコーナー部の逃げ面側稜線部は少なくとも一部で前記被覆層が除去されている構成を作ることができるために望ましい。
【0015】
また、前記コーナー部の逃げ面側稜線部における前記被覆層がすくい面側よりも逃げ面側で多く除去されていることが、底刃と前記外周刃とが交差するコーナー部の逃げ面側稜線部がさらえ刃効果をより発揮できて良好な仕上面を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明のエンドミルの一例について概略正面図である図1、図1のX部を(a)先端側(B方向)から見た図面代用写真(金属顕微鏡写真)、(b)側面側(C方向)から見た図面代用写真(金属顕微鏡写真)である図2、図1のX部を斜め方向から見た図面代用写真(走査型電子顕微鏡写真)である図3、図3の(a)Y−Y断面についての要部拡大断面図、(b)Z−Z断面についての要部拡大断面図である図4をもとに説明する。
【0017】
図1によれば、エンドミル1は、回転軸Aを有する円柱状のエンドミル本体2の先端面に半径方向に延びる底刃3と、底刃3の外周端部であるコーナー部4からエンドミル本体2の外周部5に延びる外周刃6とを具備している。なお、エンドミル本体2は切削加工機のチャック(図示せず)等に固定されて保持される。
【0018】
そして、本発明によれば、図4に示すように、エンドミル本体2は、基体9の表面に被覆層10を被覆してなり、図4に示すように、外周刃6は被覆層10で被覆されており(図4(a)参照)、かつコーナー部4の逃げ面側稜線部(以下、単にコーナー切刃と略す。)8は少なくとも一部で被覆層10が除去されている(図4(b)参照)。
【0019】
これによって、コーナー切刃8は切削早期に摩耗してコーナー切刃8の形状が被削材の仕上面形状となりさらえ刃効果を発揮して平滑な仕上面を形成することができる。一方、外周刃6は切削抵抗が小さくて切れ味が良く耐摩耗性が高い。そのため、エンドミル1は耐摩耗性がよくかつ平滑な仕上面を形成できる。なお、底刃3には被覆層10についても除去された部分が存在することが望ましい。
【0020】
ここで、図3のように、コーナー切刃8は被覆層10が成膜中の剥離または欠損によって除去されたものであることが、余計な工程を追加することなく低コストで上記切刃の構成とできるため望ましい。なお、本発明においては、コーナー切刃8の被覆層10を成膜後にコーナー切刃8を研摩加工することによって除去することもできる。
【0021】
また、コーナー切刃8の被覆層10が除去されている部分においては基体9が露出していることが、コーナー切刃8がより早く被削材の仕上面形状に摩耗して、早期に平滑な仕上面を形成できるために望ましい。なお、被覆層10をかかる構成とするには、被覆層10の成膜条件において高いバイアス電圧で被覆層の膜厚を厚く成膜すること、およびエンドミル1のコーナー切刃8をより鋭利な形状とすることにより達成できる。
【0022】
さらに、コーナー切刃8における被覆層10の膜厚が外周刃6における被覆層10の膜厚よりも厚いことが、成膜によって上記のような外周刃6は被覆層10で被覆されかつコーナー切刃8は少なくとも一部で被覆層10が除去されている構成に制御できるために望ましい。なお、コーナー切刃8における被覆層10の膜厚dと、外周刃6における被覆層10の膜厚dとの比d/dは1.05〜1.25であることが望ましい。このような構成の成膜をするには、成膜装置内にエンドミルをセットする際、支持台上にエンドミルの回転軸がターゲットに対して垂直となるように、すなわちエンドミル本端2の側面が成膜装置のターゲットの表面に対して水平になるようにエンドミル本体2を立ててセットする。そして、このような支持台を数段積載するとともに、エンドミルの外周端部と次の上段の支持台との間隔が30〜100mmとなるようにセット冶具の支持台の位置を調整することにより、コーナー切刃8における被覆層10の膜厚と外周刃6における被覆層10の膜厚を調整することが可能となる。
【0023】
また、底刃3の近傍における被覆層10が、底面11側よりも側面12側で多く除去されていることが、底刃3がさらえ刃効果をより発揮できて良好な仕上面を形成することができる点で望ましい。なお、底刃3の近傍における被覆層10が底面11側よりも側面12側で多く除去されている構成とするためには、被覆層10を成膜する時のエンドミル1のセット位置をターゲットに対してエンドミル1の外周面が水平となるように置いて成膜することにより調整可能である。
【0024】
なお、基体9は、例えば、超硬合金、サーメットからなり、被覆層はTiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、TiCrN、TiSiN、TiZrN等のTi系化合物およびこれらを組み合わせた組成や、Al、DLC、ダイヤモンド、cBNの少なくとも1種、特にTiCN、TiAlNを具備することが望ましい。
【0025】
また、本発明によれば、被覆層は膜厚制御が容易な点で物理蒸着法にて被着形成されたものであることが望ましい。物理蒸着法としてはイオンプレーティング法やスパッタ法が好適に使用できるが、本発明においては、上記のように、成膜時に底刃3の切刃先端3aにおける被覆層10を除去した構成とするためにはイオンプレーティング法にて成膜することが望ましい。なお、被覆層をイオンプレーティング法で作製する場合には、所定金属を含有する金属ターゲットまたは複合化した合金ターゲットに用い、30〜200Vのバイアス電圧を印加してアーク放電やグロー放電などにより金属源を蒸発させイオン化すると同時に、窒素源の窒素(N)ガスや炭素源のメタン(CH)/アセチレン(C)ガスと反応させて成膜する。また、被覆層は単層に限定されるものでなく、多層形成されたものであってもよく、この場合、多層化によって膜厚を制御することも可能である。
【実施例1】
【0026】
平均粒径0.8μmの炭化タングステン(WC)粉末に対して、平均粒径1.2μmの金属コバルト(Co)粉末を10質量%、平均粒径1.0μmの炭化チタン(TiC)粉末を0.5質量%、炭化バナジウム(VC)粉末と炭化クロム(Cr)粉末を合計で1質量%の割合で添加、混合して、プレス成形によりエンドミル形状(外形6mmの四枚刃形状)に成形した後、脱バインダ処理を施し、0.01Paの真空中、1450℃で1時間焼成して超硬合金製の基体を作製した。
【0027】
上記エンドミル基体を用いて、エンドミル基体の側面がターゲットと水平になる向きに並べるとともにエンドミル基体の先端方向に段積み積載した状態でアークイオンプレーティング装置内にセットした。なお、試料No.3およびNo.5においては、エンドミル基体の向きを、エンドミル基体の側面がターゲットと水平な向きから傾くようにセットして成膜した。また、エンドミル基体の先端とその上部に存在する冶具プレートとの間隔を積載間隔として表1に示した。そして、500℃に加熱して真空引きしてバイアス電圧400Vで15分間ボンバード処理をした後、表1に示す条件、およびアーク電流100A、アルゴンガス圧力2.5Pa、基体の温度500℃で被覆層を成膜した。
【0028】
得られたエンドミルを金属顕微鏡で観察し、コーナー切刃と外周刃の切刃状態を観察した。また、コーナー切刃と外周刃を含む断面でカットして被覆層の層厚(被覆層が除去されていない部分)を測定した。さらに、コーナー切刃の切刃先端が除去されている場合にはそのすくい面と逃げ面における除去量を見積もってその比率を算出した。
【表1】


【0029】
そして、得られたエンドミルを用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表2に示した。
【0030】
切削方法:ダウンカット
被削材 :SCM440
切削速度:220m/min
送り :0.03mm/刃
切り込み:深さd=6mm×横切込みw=0.6mm
切削状態:エアブロー
評価方法:1分間切削時点の被削材の仕上面粗度および90分間切削後の外周刃の逃げ面摩耗幅測定
【表2】


【0031】
表1、2より、底刃の切刃先端が除去されておらず外周刃の切刃先端が除去された試料No.5では、1分間切削時点での被削材の仕上面粗度が悪くかつ90分間切削後の外周刃の逃げ面摩耗幅が大きかった。また、底刃の切刃先端も外周刃の切刃先端も除去された試料No.6では、90分間切削後の外周刃の逃げ面摩耗幅が大きくなった。さらに、底刃の切刃先端も外周刃の切刃先端も除去されていない試料No.7では、1分間切削時点での被削材の仕上面粗度が悪いものであった。
【0032】
これに対して、本発明に従い、底刃の切刃先端が除去され外周刃の切刃先端が除去されていない試料No.1〜4では、1分間切削時点での被削材の仕上面粗度も良好でありかつ90分間切削後の外周刃の逃げ面摩耗幅も小さいものであった。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明のエンドミルの一例についての概略斜視図である。
【図2】図1のX部を(a)先端側(B方向)から見た図面代用写真(金属顕微鏡写真)、(b)側面側(C方向)から見た図面代用写真(金属顕微鏡写真)である。
【図3】図1のX部を斜め方向から見た図面代用写真(走査型電子顕微鏡写真)である。
【図4】図3の(a)Y−Y断面、(b)Z−Z断面についての要部拡大断面模式図である。
【符号の説明】
【0034】
1 エンドミル
2 エンドミル本体
3 底刃
4 コーナー部
5 外周部
6 外周刃
8 コーナー切刃(コーナー部の逃げ面側稜線部)
9 基体
10 被覆層
11 底面
12 側面
A 回転軸
コーナー切刃(コーナー部の逃げ面側稜線部)における被覆層の膜厚
外周刃における被覆層の膜厚
【出願人】 【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
【出願日】 平成18年9月27日(2006.9.27)
【代理人】
【公開番号】 特開2008−80441(P2008−80441A)
【公開日】 平成20年4月10日(2008.4.10)
【出願番号】 特願2006−262932(P2006−262932)