研究開発された技術紹介

切削加工は製造業の基幹技術であり、特に焼入れ鋼や高合金鋼などの難加工材の超高速加工や超精密加工、加工に用いる工具の長寿命化が強く望まれている。そこで、従来の切削工具を凌駕する高硬度、高耐熱性、低反応性の立方晶窒化ホウ素膜をコーティングした革新的な切削工具とそれを量産する製造装置を開発する。

・切削工具とcBN膜コーティングの最適化
-刃先エッジなどの微小領域における硬度やcBN比率の評価方法を確立することができた。
-平坦部においてであるが、高硬度で密着性の高いcBN膜コーティング技術を開発した。
-cBN膜コーティング時の温度制御技術を開発した。
-工具と治具等の重ね合わせによるシース制御により、工具(バイト、ドリル、リーマ)に対して、cBN膜の三次元コーティングの見通しが得られた。
・大量コーティング装置の開発
-ロードロックチャンバー、搬送機構、ゲートバルブ、回転昇降機構、及び約500mm角のプロセスチャンバーを備える自転軸10本の大容量処理装置を開発し、カスプ磁場技術による200mm範囲の均一膜厚のcBN膜コーティングを実現した。
・切削特性の評価と改良
-切削特性の定量的評価のための動力測定系と高速度カメラによる観測系の構築を行った。
-cBN膜のコーティング特性を活かした工具としてバイトとドリルへの応用を行った。

・膜厚0.5μm以上、ナノインデンター硬さ50GPa以上、密着力60N以上のcBN膜コーティング技術を確立した。
・工具(バイト、ドリル、リーマ)に対して、cBN膜の三次元コーティングの見通しが得られた。
・約500mm角のプロセスチャンバーを備える自転軸10本の大容量処理装置を開発し、200mm範囲の均一膜厚のcBN膜コーティングを実現した。
・cBN膜のコーティング特性を活かした工具としてバイトとドリルへの応用を行い、TiN膜やTiAlN膜コーティングとの比較を行った。

cBN膜コーティング時の温度制御技術を開発し、特許出願した。
特願2019-29844 「cBN膜の製造方法」

開発したcBN膜コーティング技術を適用する際の条件をより最適化することで、サイズの大きな切削工具や従来のcBN焼結体では製作が不可能であったドリルやエンドミルなどの三次元複雑形状の切削工具を開発し、鉄系の難加工材の高速切削加工や超精密加工を実用化することができる。

事業化に向け、継続研究を実施している。

開発したcBN膜コーティング技術を適用する際の条件をより最適化することで、サイズの大きな切削工具や従来のcBN焼結体では製作が不可能であったドリルやエンドミルなどの三次元複雑形状の切削工具を開発し、鉄系の難加工材の高速切削加工や超精密加工を実用化することができる。これは切削加工分野の革新となるものである。

・現状のcBN膜のコーティング特性を活かした工具候補を見出すことができたため、継続して研究開発を進め、cBN膜コーティング工具の商品化を行う。
・平坦部へのcBN膜コーティング技術を活用できる新たな応用先を探索し、切削工具に限らない事業化の検討を行う。

・刃先エッジでの硬度と密着性の定量評価ができていない
-評価方法は確立できたので、今後データを蓄積する。
・任意形状の刃先エッジへのcBN膜コーティング技術の確立が必要である。
-各工具の形状・大きさに合わせた治具の開発で解決できる。
・大容量処理装置において、十分な硬度のcBN膜コーティングが実現できていない。また、目標に掲げた数量の工具処理に至っていない。
-ヒーターによる大容量温度制御により、実現できる。
・バイト、ドリル・エンドミルにおいて目標の性能には至っていない。
-切削試験のデータ蓄積とコーティング条件の最適化により、実現できる。