JP2003175408A

JP2003175408A - 多結晶硬質焼結体スローアウェイチップ

Info

Publication number: JP2003175408A
Application number: JP2002371569A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Kaneda; 泰幸金田; Kazufumi Yamanaka; 一史山中
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2003-06-24

Abstract

(57)【要約】【課題】加工仕上げ面の面粗さが小さくかつ、仕上げ
加工寸法の精度が高い、多結晶硬質焼結体を用いたスロ
ーアウェイチップを提供する。【解決手段】切刃が立方晶窒化硼素を２０容量％以上
含有する多結晶硬質焼結体からなり、切刃稜線部の断面
曲率半径が５μｍ以上、３０μｍ以下であり、工具逃げ
面１２と、工具すくい面１３又はネガランド面が上記の
断面曲率半径でなめらかにつながり、切刃稜線部１５の
表面粗さが十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．１μｍ以上、
１．０μｍ以下であり、前記多結晶硬質焼結体のノーズ
半径ｒの終端それぞれから、スローアウェイチップの側
面に向い、該ノーズ半径ｒに接続される一対の直線切刃
Ｌ、Ｌ´が、それぞれ０．２〜０．６ｍｍの範囲内の長
さを有し、該ノーズ半径部を２等分する直線と該直線切
れ刃それぞれとの成す角度が４２゜≦θ₁₀、θ₁₁≦４５
゜である直線刃を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は立方晶窒化硼素を
含有し、刃先処理された切刃を有する旋削加工用多結晶
硬質焼結体スローアウェイチップに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】微細な立方晶窒化硼素粉末を種々の結合
材を用いて焼結した材料は、高硬度の鉄族金属や鋳鉄の
切削に対して優れた性能を示す。特に高い硬度を有する
焼入鋼材料の加工においては、立方晶窒化硼素焼結体工
具を用いて加工した場合、研削加工並の仕上げ面粗さ
と、加工寸法精度が得られる。このため、焼き入れ鋼の
切削加工の一部は、従来の砥石を用いた研削加工から立
方晶窒化硼素焼結体工具を用いた切削加工に置き換えら
れている。

【０００３】最近は、この動きが更に進み従来研削加工
でしか加工不可能とされていた高精度を要する加工分野
を、切削加工に置き換えたいという要望が特に強くなっ
てきた。立方晶窒化硼素を含有する工具の切削対象は、
焼き入れ鋼や鋳鉄などの硬い材料である。この材料を切
削加工で鏡面に近い仕上げ面にすることは従来ほとんど
発想されなかった。ここで言う加工精度とは、切削面の
表面粗さと、真円度などの寸法精度である。

【０００４】これに対して、精密切削加工の最も進んで
いるのは、単結晶ダイヤモンドを用いた非鉄金属の切削
加工である。主な利用分野は、メモリーディスクの基
板、ポリゴンミラーなどのアルミニウム系合金の加工で
ある。最近では、この単結晶をより安価で加工しやすい
多結晶ダイヤモンドで置き換えようとする動向にある。
多結晶ダイヤモンド工具では、結晶界面の段差などによ
り切刃稜に大きな凹凸が形成されると、逃げ面、すくい
面を研磨しても凹凸を除去できない。この凹凸が研磨さ
れた面に残り、被削材に転写されるので高精度の加工が
出来ないと言う課題があった。

【０００５】特開平６−１９０６１０号公報に記載され
ている多結晶ダイヤモンド切削工具の場合は、刃先を面
取りすることでこの課題が解決されている。すなわち、
多結晶ダイヤモンドを用いたチップの切刃の逃げ面を研
磨痕のない研磨面に形成し、その切り刃稜に研磨加工に
よって微少幅の面取りを施し、切り刃稜を平滑にする技
術が開示されている。しかしながら、多結晶ダイヤモン
ド工具は、ダイヤモンドを構成する炭素と鋼とが反応す
るので、焼き入れ鋼や鋳鉄の切削加工に用いることが出
来ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来技術
の課題に鑑み、本発明は、焼き入れ鋼などを切削加工し
たとき、切削面の表面粗さをＲｚで１．６μｍ以下、例
えば真円度を３μｍ以下の寸法精度に高めようとするも
のである。このような用途としては、直径約３０ｍｍ程
度以下の被削材の場合が多い。すなわち、立方晶窒化硼
素を含有する多結晶硬質焼結体切削工具の切刃の形状や
その面粗さを改良することにより、優れた仕上げ面粗さ
と高い加工寸法精度を実現しようとするものである。な
おＲｚは、ＪＩＳのＢ０６０１「表面粗さ−定義及び表
示」に規定されている１０点平均粗さのことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による、刃先処理
された切刃を有する旋削加工用多結晶硬質焼結体スロー
アウェイチップは、切刃が立方晶窒化硼素を２０容量％
以上含有する多結晶硬質焼結体からなり、切刃稜線部の
断面曲率半径が５μｍ以上、３０μｍ以下であり、工具
逃げ面と、工具すくい面又はネガランド面が上記の断面
曲率半径でなめらかにつながり、切刃稜線部の表面粗さ
が十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．１μｍ以上、１．０μｍ
以下である。

【０００８】さらに図５に示すように、多結晶硬質焼結
体のノーズ半径ｒの終端それぞれから、スローアウェイ
チップの側面に向い、そのノーズ半径ｒに接続される一
対の直線切刃が、それぞれ０．２〜０．６ｍｍの範囲内
の長さを有し、そのノーズ半径部を２等分する直線とそ
の直線切れ刃それぞれとの成す角度が４２゜≦θ₁₀、θ
₁₁≦４５゜である直線刃を備えることにより、直線切刃
部分が被削面をさらえることになり、被削材の仕上げ面
の面粗度をより向上させることになる。なお、ここにお
いてθ₁₀とθ₁₁は等しい。このような構成とすることに
より、被削材を高精度に加工することが出来る。

【０００９】本発明の別の特徴は、前記工具すくい面、
またはネガランド面の表面粗さが十点平均粗さ（Ｒｚ）
で０．１μｍ以上、０．５μｍ以下である。このような
構成とすることにより、使用中に切刃稜線部が摩耗して
後退しても切刃稜線部の表面粗さを小さく保てるので、
長寿命のスローアウェイチップを提供することが出来
る。

【００１０】また別の特徴は、前記工具逃げ面と工具す
くい面、または工具逃げ面とネガランド面とのなす工具
刃先くさび角が、６５゜以上、１２５゜以下である。こ
のような角度にすることで、経済的にスローアウェイチ
ップの刃先処理をすることが出来る。

【００１１】更に別の特徴は、前記多結晶硬質焼結体
が、立方晶窒化硼素を２０容量％以上含有し、その平均
粒子径が０．０１μｍ以上、５μｍ以下であることを特
徴とする。このような構成とすることにより、経済的に
スローアウェイチップの刃先処理をすることが出来る。

【００１２】更に別の特徴は、多結晶硬質焼結体が超硬
合金製の工具母材に接合されていることである。高精度
の加工をするためには、多結晶硬質焼結体が剛性の高い
工具母材に接合されていなければならないからである。

【００１３】さらに別の特徴は、化学的蒸着または物理
的蒸着により表面に被覆層が形成されていることであ
る。これにより切刃稜線部の摩耗が減少し被削材仕上げ
面の面粗度の向上、スローアウェイチップの長寿命化を
図ることが出来る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明のスローアウェイチップの
例を、図１に示す。多結晶硬質焼結体１１は、超硬合金
基体３と一体化された２層構造をなし、これが超硬合金
製の工具母材１の角部にろうづけされて切削工具とな
る。スローアウェイチップは、例えば取り付け穴２を用
いてホルダー（図示省略）に装着される。切削工具に
は、使用される形態によって図１に示すスローアウエイ
チップや、ホルダーに直接ろうづけされたバイトなどが
ある。本発明は、これら切削工具の切削性能に関与する
最も重要な部分である切刃稜線部の構造に関するもので
ある。

【００１５】本発明者は高精度に切削加工が行える、立
方晶窒化硼素を含有する多結晶硬質焼結体切削工具の研
究を鋭意行ってきた。その結果を、図２、図３を用いて
説明する。図２，図３は本発明による、スローアウェイ
チップを図１の切刃を構成する線１６に垂直な面で切っ
たときの断面を拡大した図である。図２は、ネガランド
面１４を有するスローアウェイチップの拡大断面図であ
る。１１は多結晶硬質焼結体を示し、１２は工具逃げ
面、１３は工具すくい面、１５は切刃稜線部をそれぞれ
示す。

【００１６】切刃稜線部１５は、断面曲率半径Ｒでネガ
ランド面１４、又は工具すくい面１３と工具逃げ面１２
とそれぞれなめらかにつながっている。なおここでなめ
らかにつながるとは、連続的につながること、言い換え
ると角のないことを言う。切削時の基準となる水平線と
ネガランド面または工具すくい面とのなす角θ₁ は工具
すくい角、垂直線と工具逃げ角とのなす角θ₂ は工具逃
げ角を示す。図２の場合はすくい角θ₁ がマイナスであ
り、図３の場合はすくい角がプラス方向で、ネガランド
面がない。θ₃ は、工具逃げ面と工具すくい面などのな
す角で工具刃先くさび角を示す。

【００１７】切刃稜線部１５は、工具逃げ面１２と工具
すくい面１３、または工具逃げ面１２とネガランド面１
４が交差する部分に形成される。本発明者は、切刃稜線
部１５の断面曲率半径Ｒと、その稜線部の表面粗さが重
要であることを見いだした。すなわち、切刃稜線部が５
〜３０μｍの範囲内の断面曲率半径を有する曲線により
形成され、その曲線が工具逃げ面１２、工具すくい面１
３、ネガランド面１４などとなめらかにつながっている
ことが重要である。そしてその切刃稜線部の表面粗さが
十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．１〜１μｍの範囲内にする
ことにより、優れた仕上げ面粗さが実現でき、高精度な
加工が行えることを見いだした。

【００１８】従来、立方晶窒化硼素を含有する多結晶硬
質焼結体切削工具は、含有するダイヤモンド粒度が＃６
００程度のダイヤモンド砥石を用いて、すくい面と逃げ
面を研削加工して刃付けされてきた。こうして作製され
る該焼結体切削工具の切刃稜線部は、部分的に大きく切
刃稜線部が欠落するなど凹凸が激しいことがわかった。

【００１９】焼入鋼など高硬度材を立方晶窒化硼素焼結
体切削工具で切削する場合、切刃稜線部の形状は被加工
面に転写されやすい。このため高硬度材を優れた仕上げ
面粗さに加工する場合には、切刃稜線部で立方晶窒化硼
素焼結体の欠落の少ない、なめらかで且つ小さな表面粗
さを有する切削工具が必要であった。また切削抵抗が高
い場合には、被削材表面にいわゆるびびり等が起こりや
すい。従って、本発明の課題を解決するためには、第１
に上記の切刃稜線部の表面粗さを小さくして且つなめら
かにすることであり、第２には切削抵抗を下げることが
重要課題と発明者は考えた。

【００２０】単に表面粗さの小さい切刃稜線部を有する
切削工具は、ダイヤモンド粒度が＃３, ０００〜＃１
４, ０００程度の細い粒子を有するダイヤモンド砥石に
より、時間と労力をかけて切刃を形成することができ
た。しかしながら工具すくい面、工具逃げ面などと切刃
稜線部をなめらかにつなぐことは困難であった。

【００２１】本発明の多結晶硬質焼結体スローアウェイ
チップは、ダイヤモンド粒度が＃６００〜＃３,０００
程度のダイヤモンド砥石を用いて工具逃げ面と工具すく
い面を研磨して刃付けする。次に、＃１, ５００〜＃
３, ０００程度の粒子径を有するダイヤモンド遊離砥粒
を回転ブラシに塗布して、刃付けされた近辺を研摩加工
する事によって得ることが出来た。すなわち刃先稜線部
の表面粗さが小さくなめらかで、かつ刃先稜線部が工具
すくい面、工具逃げ面となめらかにつながっている切削
工具を得ることができた。なめらかにつなぐことによっ
て、切りくずを円滑に排出できる。

【００２２】次に、切削抵抗を下げるために、断面曲率
半径Ｒを小さくすることを検討した。この過程で断面曲
率半径が小さすぎると、目標とする表面粗さを得ること
が工業的に出来ないことが明らかになった。欠落部の凹
みを、小さい断面曲率半径ではなめらかに出来ないため
である。そこで前記した、研磨方法で各種の断面曲率半
径の試料を作成し、調べた。その結果、断面曲率半径Ｒ
が５〜３０μｍの範囲のとき、切削抵抗の小さい切削工
具を得ることができた。開発に当たり、断面曲率半径と
しては、５μｍよりかなり小さくなければならないと考
えていたが、意外にも５μｍ以上の方が表面粗さが良く
なることを見出した。

【００２３】上記したように刃付け研摩の後に、遊離砥
粒により脱落部をなくすための研摩加工をして本発明の
面粗さを得るためには、切刃稜線部の断面曲率半径は５
μｍ以上であることが好ましい。また、切刃稜線部の断
面曲率半径が３０μｍを越える場合には、実質の工具す
くい角が負の方向に大きくなるために、切削抵抗が増加
し加工中の切れ味が低下することになる。特に高硬度材
料を高精度に加工する場合には、背分力が高くこの変動
量が大きいために、高い加工寸法精度を得ることは難し
くなる。このため、切刃稜線部の断面曲率半径は５〜３
０μｍの範囲であることが好ましい。

【００２４】一方、従来行われてきた研削加工による高
硬度材の加工では、仕上げられる加工面の表面粗さは十
点平均粗さ（Ｒｚ）で１．６μｍ以下程度であり、これ
が本発明の目指すところである。これを達成するために
は、該切削工具の切刃稜線部の表面粗さは十点平均粗さ
（Ｒ）で１．０μｍ以下であることが好ましい。また、
切刃稜線部の表面粗さを０．１μｍ未満に仕上げるため
には、多大の労力が必要であり経済性の観点からは好ま
しくないことから、切刃稜線部の表面粗さは十点平均粗
さ（Ｒｚ）で０．１μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内
であることが好ましい。

【００２５】さらにこれらに加え図５に示すように、多
結晶硬質焼結体のノーズ半径ｒの終端それぞれから、ス
ローアウェイチップの側面に向い、そのノーズ半径ｒに
接続される一対の直線切刃ＬおよびＬ’が、それぞれ
０．２〜０．６ｍｍの範囲内の長さを有し、そのノーズ
半径部を２等分する直線と直線切れ刃ＬおよびＬ’との
成す角度が４２゜≦θ₁₀、θ₁₁≦４５゜である場合、旋
削加工においてこの直線切れ刃部分が被削面をさらえる
ように仕上げるために、著しく仕上げ面粗さを向上させ
ることになる。言うまでもなくθ₁₀とθ₁₁は等しい。

【００２６】ここで、直線切刃の長さが０．２ｍｍ未満
の場合、被削面をさらえる効果が小さく、逆に０．６ｍ
ｍを越える場合には被削面との接触部分が増すため切削
抵抗が大きくなり、加工精度を確保することが困難とな
る。以上のことを考慮して直線切刃の長さは０．２〜
０．６（ｍｍ）の範囲内とする。また、加工精度と仕上
げ面粗さのバランスを考慮した場合には、０．３〜０．
５（ｍｍ）の範囲内であることがより好ましい。

【００２７】同様に、ノーズ半径部を２等分する直線と
直線切れ刃ＬおよびＬ’との成す角度が４２゜未満の場
合には被削面をさらえる効果が少なくなる。これに対し
て、４５゜を越える場合には、被削面との接触部分が増
すため切削抵抗が大きくなり、加工精度を確保すること
が困難となる。以上のことを考慮して、ノーズ半径部を
２等分する直線と直線切れ刃ＬおよびＬ’との成す角度
が４２゜≦θ₁₀、θ₁₁≦４５゜とする。また、加工精度
と仕上げ面粗さのバランスを考慮した場合には、４３．
５゜≦θ₁₀、θ₁₁≦４５゜であることが、より好まし
い。

【００２８】また、加工の継続と共に工具切刃は摩耗す
るため切刃稜線部は後退するが、新たに形成される切刃
稜線部は摩耗した工具逃げ面と、工具すくい面またはネ
ガランド面から形成されることになる。このため、継続
加工中も優れた面粗さを維持するためには、工具すくい
面またはネガランド面の表面粗さが小さいことが必要と
なる。切刃稜線部に必要な表面粗さが１．０μｍ以下で
あり、使用により表面粗さが悪くなることを考慮した場
合、工具すくい面、またはネガランド面の表面粗さは十
点平均粗さ（Ｒｚ）で０．１〜０．５μｍの範囲内であ
ることが好ましい。

【００２９】一方、高硬度材料を加工するためには、工
具材料にも高い硬度が要求される。このため、多結晶硬
質焼結体中の立方晶窒化硼素の含有量は、２０容量％以
上、９５容量％以下であることが必要である。また、硬
度の点を考慮した場合、単結晶の立方晶窒化硼素もこの
ような加工用途における工具材料として考えられる。し
かし、単結晶の場合劈開に起因する欠けが発生しやすい
などの問題があるために、このような高硬度材料の加工
用途においては、劈開しにくい多結晶の立方晶窒化硼素
焼結体を用いる方が好ましい。

【００３０】また、工具逃げ面と工具すくい面、または
工具逃げ面とネガランド面のなす工具刃先くさび角θ₃
が６５゜未満の場合、工具刃先くさび角が小さいため
に、高硬度材の切削初期に欠けが発生しやすくなる。一
方、前記断面交差角度が１２５゜を超える場合には、切
削抵抗の増加が顕著に現れるために、所望の仕上げ面粗
さは得られるものの、要求する加工寸法精度は得られな
くなる。このため、工具逃げ面と工具すくい面、または
工具逃げ面とネガランド面のなす工具刃先くさび角は、
６５゜〜１２５゜の範囲であることが好ましい。

【００３１】さらに、切刃稜線部の粗さが０．１〜１．
０μｍの範囲内となるためには、含有する多結晶立方晶
窒化硼素焼結体の平均粒子径は５μｍ以下、望ましくは
１μｍ以下であることが好ましい。また、含有する立方
晶窒化硼素の平均粒子径が０．０１μｍ未満である場
合、焼結体中にこのような微粒子の凝集部分が発生しや
すく、これに起因して刃先の欠けが発生しやすくなる。
このため、多結晶立方晶窒化硼素焼結体の平均粒子径は
０．０１〜５μｍの範囲であることが好ましい。また、
硬質焼結体を接合している工具母材は、超硬合金、鋼材
料等が考えられるが、高硬度材料を高精度に加工するた
めには、工具母材にも高い剛性が望まれる。このため、
工具母材としては超硬合金が最も好適である。

【００３２】また、さらなる仕上げ面粗さの向上、およ
び工具の長寿命化を図るため化学的蒸着及び物理的蒸着
により多結晶硬質焼結体の表面に被覆層を形成させるこ
とにより、工具の摩耗が減少し優れた仕上げ面粗さを長
時間維持することが可能となるために好ましい。

【００３３】

【実施例】本発明に係わるスローアウエイチップの実施
例を、以下に説明する。（実施例１）立方晶窒化硼素を含有する多結晶硬質焼結
体工具の切刃稜線部の断面曲率半径と切刃稜線部の粗さ
が、被削材の仕上げ面粗さと加工精度に及ぼす影響を調
べた。準備された種々の立方晶窒化硼素を含有する多結
晶焼結体スローアウエイチップの例を表１に示す。な
お、工具刃先くさび角はいずれも８３゜であった。

【００３４】表１におけるスローアウエイチップは、
０．５〜１μｍの平均粒子径を有する立方晶窒化硼素を
５０容量％含有する多結晶硬質焼結体１１が、図１に示
すようにコーナー部にろうづけされている。＃１, ００
０ダイヤモンド砥石により刃付け研摩が行われた。この
後、回転運動を行うブラシ表面に、５〜８μｍの粒子径
（＃２, ０００相当）のダイヤモンド遊離砥粒を塗布
し、これをスローアウェイチップすくい面から押し当て
ることにより、工具切刃稜線部にホーニング加工が行わ
れた。切刃稜線部の断面から見て、工具逃げ面とネガラ
ンド面とは滑らかにつながっていた。そして、加工時間
を変えることにより、切刃稜線部の断面曲率半径を種々
変化させて試料の作製を行った。

【００３５】切刃稜線部の断面曲率半径は、コントレー
サーを用いて測定した。コントレーサーの測定原理は表
面粗さ計と同じで、測定縦倍率と横倍率を同じにして得
られた曲線の曲率を測定する。また図４に示すように切
削工具１をＶブロック２３上で４５゜方向に傾斜させ、
各試料の切刃稜線部の粗さを測定した。ナイフエッジ状
端子２２を切削工具の切刃稜線部１５の方向に沿って、
下記の条件にて切刃稜線部１５の粗さの測定が行われ
た。測定子形状：ナイフエッジ状端子測定長さ：１ｍｍ測定子送り速度：０．０３ｍｍ／ｓｅｃカットオフ長さ：０．０８ｍｍ測定縦倍率：２０，０００倍測定横倍率：１００倍

【００３６】

【表１】

【００３７】この結果、切刃稜線部の断面曲率半径の小
さい試料１Ａは工具すくい面、あるいは工具逃げ面加工
時に切刃稜線部に発生したチッピングを、ホーニングに
より取り去ることができず、これが原因で表面粗さが大
きいことが明らかとなった。これら５つの試料につい
て、下に示す条件にて切削試験をした。

【００３８】被削材と切削条件を以下に示す。被削材：円筒形状の浸炭焼入材（ＳＣＭ４１５）内径１０ｍｍのものの内径切削被削材硬度：Ｈ_RC６２被削材の周表面速度：１００（ｍ／ｍｉｎ）工具の切り込み深さ：０．０５（ｍｍ）工具の送り速さ：０．０３（ｍｍ／ｒｅｖ）切削時間：５（ｍｉｎ）加工方法：内径ボーリング加工被削材要求仕上げ面粗さ：Ｒｚ＝１．６（μｍ）以下要求真円度：３μｍ以下

【００３９】切削試験後の表面粗さと真円度の結果を表
２に示す。切刃稜線部の断面曲率半径が小さい試料１Ａ
は、切削抵抗が小さく真円度は優れるものの、切刃稜線
部の粗さが大きいために転写される仕上げ面粗さが大き
く、所望の仕上げ面粗さを得ることができなかった。一
方、切刃稜線部の断面曲率半径が大きい試料１Ｅは、切
刃稜線部の表面粗さは小さく転写される仕上げ面粗さは
優れるものの、切削抵抗が大きいためにこれの変動が大
きく、所望の真円度を得ることができなかった。

【００４０】これに対して本特許請求の範囲内である試
料１Ｂ〜１Ｄは、切刃稜線部の表面粗さが小さいため
に、これにより優れた仕上げ面粗さを得られることが明
らかとなった。加えて切刃稜線部の断面曲率半径が小さ
いために切削抵抗の増加が抑制されて、真円度も要求さ
れる精度内の加工が行え、高精度な加工ができることが
明らかとなった。

【００４１】

【表２】

【００４２】（実施例２）立方晶窒化硼素を含有する多
結晶焼結体工具のすくい面粗さと刃先稜線部の粗さが、
被削材の仕上げ面粗さに及ぼす影響を調べた。準備され
た工具刃先くさび角１１５゜の種々の立方晶窒化硼素を
含有する多結晶硬質焼結体スローアウエイチップの例を
表３に示す。

【００４３】表３におけるスローアウエイチップは、１
〜３μｍの平均粒子径を有する立方晶窒化硼素を６５容
量％含有する多結晶硬質焼結体が、ろうづけにより超硬
合金製の工具母材のコーナーに接合されている。＃１,
２００のダイヤモンド砥石により刃付け研摩した。

【００４４】この後、試料２Ａは、＃８００相当のダイ
ヤモンド砥粒が埋め込まれたワイヤーブラシを、回転さ
せながら刃先に押し当てることにより、切刃稜線部にホ
ーニング加工が行われた。一方、試料２Ｂは回転運動を
行うブラシ表面に、８〜１６μｍの粒子径（＃１, ５０
０相当）のダイヤモンド遊離砥粒を塗布し、スローアウ
ェイチップのすくい面側から押し当てることにより、切
刃稜線部にホーニング加工が行われた。また試料２Ｃ
は、２Ｂと同様の方法により、ブラシ表面に５〜８μｍ
の粒子径（＃２, ０００相当）のダイヤモンド遊離砥粒
を塗布する事によりホーニング加工が行われた。また、
切刃稜線部の断面から見て、工具逃げ面とネガランド面
とは滑らかにつながっていた。

【００４５】この後、実施例１と同様の方法により、各
試料の切刃稜線部の粗さが測定された。また、すくい面
の表面粗さは、図４の場合と異なり、針状の端子を用い
た。測定の条件を、以下に示す。なお、工具すくい面の
測定はすくい面が研摩加工された方向と直角をなす方向
に触針を走査して、粗さの測定が実施された。測定子形状：ナイフエッジ状端子、針状端子測定長さ：１ｍｍ測定子送り速度：０．０３ｍｍ／ｓｅｃカットオフ長さ：０．０８ｍｍ測定縦倍率：２０，０００倍測定横倍率：１００倍

【００４６】

【表３】

【００４７】この結果、比較的粗い粒度のダイヤモンド
ワイヤーブラシによって、刃先にホーニング加工がなさ
れた試料２Ａは、工具すくい面や工具逃げ面の粗さを改
善する効果が低く、これら２面により形成された切刃稜
線部の表面粗さは大きい値であることが明らかとなっ
た。これら３つの試料について、次に示す条件で切削試
験を実施した。

【００４８】被削材と切削条件を以下に示す。被削材：軸受鋼（ＳＵＪ２）で外周直径１００ｍｍの丸
棒被削材硬度：Ｈ_RC６３被削材の周表面速度：１２０（ｍ／ｍｉｎ）工具の切り込み深さ：０．０４（ｍｍ）工具の送り速さ：０．０２（ｍｍ／ｒｅｖ）切削時間：１５（ｍｉｎ）加工方法：外径旋削被削材要求仕上げ面粗さ：Ｒｚ＝１．０（μｍ）以下切削試験における初期と１５分加工後の表面粗さの結果
を表４に示す。

【００４９】

【表４】

【００５０】その結果試料２Ａは、切刃稜線部の粗さが
大きくこれが被削材表面に転写されるために、切削初期
の段階から要求の表面粗さを得ることができなかった。
これに対して切刃稜線部の粗さの小さい試料２Ｂ、２Ｃ
は、切削初期から優れた仕上げ面が得られ、要求の表面
粗さを確保することができた。

【００５１】特に工具すくい面粗さの小さい試料２Ｃ
は、切削加工の進行と共に工具刃先が摩耗し、切刃稜線
部が後退しても、工具すくい面の粗さが小さいために、
新たに創成される切刃稜線部の粗さは小さくなるため
に、安定して優れた仕上げ面粗さが得られることが明ら
かとなった。

【００５２】（実施例３）立方晶窒化硼素を含有する多
結晶硬質焼結体工具の立方晶窒化硼素の平均粒子径が、
切刃稜線部の粗さと、被削材の仕上げ面粗さに及ぼす影
響を調べた。準備された工具刃先くさび角は、１０８゜
で、種々の立方晶窒化硼素焼結体工具の例を表５に示
す。

【００５３】

【表５】

【００５４】表５の切削工具は、バイトであって、断面
形状が円形を有するφ６ｍｍの鋼製のシャンク先端部分
に、表５に示す平均粒子径を有する立方晶窒化硼素を含
有する多結晶硬質焼結体が接合されている。立方晶窒化
硼素の含有率は、いずれも５５容量％である。これをダ
イヤモンドの粒度が＃１, ０００の砥石を用い、刃付け
加工を行った。その後、実施例１と同様の手順により工
具刃先にホーニング加工した結果が表５である。なお、
このとき切刃稜線部の断面曲率半径半径は２０μｍであ
った。また、切刃稜線部の断面から見て、工具逃げ面と
ネガランド面とは滑らかにつながっていた。

【００５５】このうち、焼結体の粒度が非常に細かい試
料３Ａは、焼結体中に微粒子の凝集に起因する不均一な
組織が存在するために、刃先強度が低く、刃先形成中に
欠けが発生しやすかった。工具刃先に欠けの生じなかっ
た試料３Ｂ〜３Ｆについて、下に示す条件にて切削試験
を実施した。

【００５６】被削材と、切削条件を以下に示す。被削材：円筒形状のダイス鋼（ＳＫＤ１１）内径２０ｍｍの内径切削被削材硬度：Ｈ_RC６５被削材の内径表面速度：７０（ｍ／ｍｉｎ）工具の切り込み深さ：０．０５（ｍｍ）工具の送り速さ：０．０３ｍｍ／ｒｅｖ）切削距離：２（ｋｍ）加工方法：内径ボーリング要求仕上面粗さ：Ｒｚ＝１．６（μｍ）以下得られた被削材の内径の表面粗さを表６に示す。

【００５７】

【表６】

【００５８】その結果、ＣＢＮの平均粒子径の大きい試
料３Ｆは、切刃稜線部の粗さが大きいために、要求され
る被削材の仕上げ面粗さを確保する事ができなかった。
これに対して、本件発明である試料３Ｂ〜３Ｅは、切刃
稜線部の粗さが小さいために、要求される仕上げ面粗さ
を安定して確保でき、高精度な加工が行えることが明ら
かとなった。

【００５９】（実施例４）立方晶窒化硼素焼結体工具
の、工具逃げ面とネガランド面とのなす角である工具刃
先くさび角が、被削材の加工精度と仕上げ面粗さに及ぼ
す影響を調べた。準備された種々の立方晶窒化硼素焼結
体スローアウェイチップの例を表７に示す。

【００６０】

【表７】

【００６１】表７におけるスローアウェイチップのコー
ナー部分には、１．２μｍの平均粒子径を有する立方晶
窒化硼素を７０容量％含有する多結晶硬質焼結体が、ロ
ウ付けにより超硬合金製の工具母材に接合されている。
工具逃げ面とネガランド面との工具先端くさび角が種々
に変えられている。これをダイヤモンド粒子径が＃１,
５００のダイヤモンド砥石を用い、刃付け処理を行った
後、実施例１と同様の手順により切刃稜線部の断面曲率
半径が２８μｍである試料４Ａ〜４Ｉを得た。切刃稜線
部の断面から見て、工具逃げ面とすくい面又はネガラン
ド面とは滑らかにつながっていた。なお、この時の切刃
稜線部の表面粗さはＲｚ＝０．３〜０．８μｍの範囲内
であった。これら切削工具を用いて、次に示す条件にて
切削試験した。

【００６２】被削材：円筒形状の浸炭焼入材（ＳＣＭ４２０）内径１５ｍｍのものの内径切削被削材硬度：Ｈ_RC５９被削材の周表面速度：１００（ｍ／ｍｉｎ）工具の切り込み深さ：０．０７（ｍｍ）工具の送り速さ：０．０６（ｍｍ／ｒｅｖ）切削時間：５（ｍｉｎ）加工方法：内径ボーリング加工要求仕上面粗さ：Ｒｚ＝２μｍ以下要求真円度：３μｍ以下

【００６３】

【表８】

【００６４】その結果表８から明らかなように、工具逃
げ面とネガランド面とのなす工具刃先くさび角の小さい
４Ａは、刃先のくさび角が小さいために切削初期に欠損
が発生し、継続評価が不可能であった。一方、工具逃げ
面とネガランド面との工具刃先くさび角の大きい４Ｉ
は、切削抵抗が高くこれの変動が大きいために、びびり
が発生し継続評価が不可能であった。これに対して、本
発明品であるである４Ｂ〜４Ｈは、切削抵抗が小さくこ
れの変動が小さいために、要求される真円度内の加工が
行え、また優れた仕上げ面粗さで加工ができることが明
らかとなった。

【００６５】（実施例５）以下の実施例では、切削テス
トによる差異を明らかにするために、切削長さを実施例
１から４の２倍以上としている。多結晶硬質燒結体のノ
ーズ半径ｒの終端から、側面に形成されている一対の直
線切刃の長さが被削面に及ぼす影響を調べた。立方晶窒
化硼素を含有する多結晶硬質燒結体スローアウェイチッ
プを、遊離砥粒によりホーニング加工して、実施例２の
試料番号２Ｃと同じ試料を作成し、次に示す条件で切削
試験を実施した。被削材と切削条件を以下に示す。被削材：浸炭焼入れ鋼（ＳＣＭ４１５）直径５０（ｍｍ）長手長さ１００（ｍｍ）の丸棒の外径
切削被削材硬度：Ｈ_RC６０被削材の周表面速度：１２０（ｍ／ｍｉｎ．）工具の切り込み深さ：０．０５（ｍｍ）工具の送り速さ：０．０８（ｍｍ／ｒｅｖ）切削長さ：５ｋｍホルダー型番：ＰＣＬＮＲ２５２５−３３テストチップ形状：内接円の大きさが１２．７ｍｍであ
る、直線サラエ刃付きの略８０゜菱形スローアウェイチ
ップノーズ半径部の２等分線と直線サラエ刃の成す角度：４
４．５度

【００６６】

【表９】

【００６７】この結果から直線切刃の幅が大きくなるに
つれ、被削面をさらえる効果が大きいため表面粗さは向
上している。しかし、直線切刃の幅が大きくなると切削
抵抗が高くなることから真円度も大きくなる。このた
め、適度な真円度と表面粗さを形成できる、好ましい直
線切刃の幅は０．２〜０．６（ｍｍ）の範囲内であるこ
とが明らかとなった。

【００６８】（実施例６）多結晶硬質燒結体のノーズ半
径部を２等分する直線と、ノーズ半径ｒの終端それぞれ
から、スローアウェイチップの側面に向い、そのノーズ
半径ｒに接続される一対の直線切刃とにより形成される
角度が、被削面に及ぼす影響を調べた。立方晶窒化硼素
を含有する多結晶硬質燒結体スローアウェイチップをホ
ーニング加工して実施例２の試料番号２Ｃを作製した。
これらの試料について次に示す条件で切削試験した。

【００６９】被削材と切削条件を以下に示す。被削材：浸炭焼入れ鋼（ＳＣｒ４２０）直径６０（ｍｍ）長手長さ１２０（ｍｍ）の丸棒の外径
切削被削材硬度：Ｈ_RC６０被削材の周表面速度：１００（ｍ／ｍｉｎ．）工具の切り込み深さ：０．０６（ｍｍ）工具の送り速さ：０．０７（ｍｍ／ｒｅｖ）切削長さ：４ｋｍホルダー型番：ＰＷＣＬＮＲ２５２５−３３テストチップ形状：内接円の大きさが１２．７ｍｍであ
る、直線サラエ刃付き略６角形先端角８０゜スローアウ
ェイチップ直線サラエ刃の長さ：０．４（ｍｍ）

【００７０】

【表１０】

【００７１】この結果からノーズ半径部の２等分線と直
線切刃との交差角度が大きくなるにつれ、被削面をさら
える効果が大きいため表面粗さは向上している。しか
し、交差角度が大きくなると切削抵抗が高くなることか
ら真円度も大きくなる。このため、適度な真円度と表面
粗さを形成できる、好ましい交差角度の範囲は４２．０
〜４５．０（度）の範囲内であることが明らかとなっ
た。

【００７２】（実施例７）化学的蒸着及び物理的蒸着に
より多結晶硬質燒結体の表面に被覆層を形成させた場合
の影響を調べた。立方晶窒化硼素を含有する多結晶硬質
燒結体スローアウェイチップを用いて実施例２の試料番
号２Ｃを用いて以下の試料を作製した。１１Ａは被覆層
なしのチップ、１１ＢはＰＶＤ法により厚さ２（μｍ）
のＴｉＮの被覆層を形成したチップ, １１ＣはＰＶＤ法
により厚さ２（μｍ）のＴｉＡｌＮの被覆層を形成した
チップである。

【００７３】

【表１１】これらの試料について次に示す条件で切削試験を実施し
た。被削材と切削条件を以下に示す。被削材：浸炭焼入れ鋼（ＳＣＭ４１５）被削材硬度：Ｈ_RC５８被削材の周表面速度：７０（ｍ／ｍｉｎ．）工具の切り込み深さ：０．０５（ｍｍ）工具の送り速さ：０．０３（ｍ／ｍｉｎ．）切削長さ：５ｋｍ

【００７４】切削試験における結果を表１２に示す。

【表１２】この結果より従来のノンコートチップよりもＰＶＤ法に
よってコーティングしたチップは切れ刃稜線部の摩耗の
発達が小さいため、より優れた表面粗さを長時間維持で
きることが明らかとなった。

【００７５】

【発明の効果】本発明のスローアウェイチップは、焼き
入れ鋼や鋳鉄などの材料を切削加工により高精度に加工
することができた。すなわち、本発明のスローアウェイ
チップを用いることにより、被削材の表面粗さが１．６
μｍ以下で且つ、真円度が３μｍ以下を達成することが
できた。従って、従来能率が良くない研削加工に依存し
ていた工程を、切削加工に置き換えて加工能率を飛躍的
に向上させることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる切削工具の斜視図

【図２】本発明に係わる切削工具の断面拡大図

【図３】本発明に係わる切削工具の断面拡大図

【図４】本発明に係わる切刃稜線部の粗さ測定方法を示
す図

【図５】本発明に係わる直線切刃Ｌ、Ｌ’の説明図

【符号の説明】

１工具母材２取り付け穴３超硬合金基体１１多結晶硬質焼結体１２工具逃げ面１３工具すくい面１４ネガランド面１５切刃稜線部１６線２１触針２２ナイフエッジ端子２３ＶブロックＲ断面曲率半径 θ₁ 工具すくい角 θ₂ 工具逃げ角 θ₃ 工具刃先くさび角 θ₁₀、θ₁₁ ノーズ半径部の二等分線と直線切刃のなす
角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】切刃が立方晶窒化硼素を２０容量％以上
含有する多結晶硬質焼結体からなり、切刃稜線部の断面
曲率半径が５μｍ以上、３０μｍ以下であり、工具逃げ
面と、工具すくい面又はネガランド面が上記の断面曲率
半径でなめらかにつながり、切刃稜線部の表面粗さが十
点平均粗さ（Ｒｚ）で０．１μｍ以上、１．０μｍ以下
であり、前記多結晶硬質焼結体のノーズ半径ｒの終端そ
れぞれから、スローアウェイチップの側面に向い、該ノ
ーズ半径ｒに接続される一対の直線切刃が、それぞれ
０．２〜０．６ｍｍの範囲内の長さを有し、該ノーズ半
径部を２等分する直線と該直線切れ刃それぞれとの成す
角度が４２゜≦θ₁₀、θ₁₁≦４５゜である直線刃が形成
されていることを特徴とする旋削加工用多結晶硬質焼結
体スローアウェイチップ。
【請求項２】前記工具すくい面、またはネガランド面
の表面粗さが十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．１μｍ以上、
０．５μｍ以下であること特徴とする、請求項１記載の
旋削加工用多結晶硬質焼結体スローアウェイチップ。
【請求項３】前記工具逃げ面と工具すくい面、または
工具逃げ面とネガランド面とのなす工具刃先くさび角
が、６５゜以上、１２５゜以下であることを特徴とす
る、請求項１または２に記載の旋削加工用多結晶硬質焼
結体スローアウェイチップ。
【請求項４】前記多結晶硬質焼結体が、立方晶窒化硼
素を２０容量％以上含有し、その平均粒子径が０．０１
μｍ以上、５μｍ以下であることを特徴とする、請求項
１から３のいずれかに記載の旋削加工用多結晶硬質焼結
体スローアウェイチップ。
【請求項５】前記多結晶硬質焼結体が超硬合金製の工
具母材に接合されていることを特徴とする、請求項１か
ら４のいずれかに記載の旋削加工用多結晶硬質焼結体ス
ローアウェイチップ。
【請求項６】前記多結晶硬質焼結体スローアウェイチ
ップの表面に周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素及び、
Ａｌ、Ｓｉ、Ｂの元素からなる群から選択される少なく
とも１種の元素または該群から選択される少なくとも１
種の金属の窒化物、炭化物、酸化物及びこれらの固溶体
の中から選択される少なくとも１種の化合物からなる被
覆層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の
いずれかに記載の多結晶硬質焼結体スローアウェイチッ
プ。