JP2004351606A - 非回転切削工具 - Google Patents

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Abstract

【課題】 製造が容易で且つ仕上げ加工に用いることができる非回転切削工具を提供すること。
【解決手段】 刃部４（外周刃５、底刃６）は、ＣＶＤ法によってダイヤモンド被膜を工具本体２の外表面全体へ略６μｍ〜略２０μｍの厚さでコーティングすると共に、そのダイヤモンド被膜を砥石を用いて研磨面粗さが略１．６０μｍＲｚ以下となるように研磨することにより、そのすくい面及び逃げ面が形成されている。非回転切削工具１は、外周刃５及び底刃６の表面に硬質のダイヤモンド被膜がコーティングされることにより、その剛性が確保されるので、外周刃５及び底刃６が切削加工中に撓むことが抑制され、また、ダイヤモンド被膜を研磨することによりその面の粗さの向上が図られている。よって、仕上げ加工に充分な加工精度が得られる非回転切削工具を容易に得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非回転切削工具に関し、特に、製造が容易で且つ仕上げ加工に用いることができる非回転切削工具に関するものである。
エアコンや冷蔵庫などに使用されている、ガス（冷媒）を圧縮するためのコンプレッサの一種にスクロール式コンプレッサがある。スクロール式コンプレッサは、一対のスクロールを相対的に公転円運動させて、それら一対のスクロールによって形成される複数の作動室を中心に向けて移動させることで作動室の容積を減少させ、作動室内に導かれたガスなどの流体を圧縮して吐出するものである。
図５及び図６を用いてスクロール式コンプレッサを説明する。図５（ａ）は、スクロール式コンプレッサのハウジング（図示せず）に固定される固定部１００の斜視図であり、図５（ｂ）は、その固定部１００に嵌め合わされる可動部１０３の斜視図である。固定部１００は、固定側底面１０１と、その固定側底面１０１から立設する固定側スクロール部１０２とを有して構成されている。また、可動部１０３は、略円板状の可動側底面１０４と、固定側スクロール部１０２に接触してガスを圧縮する可動側スクロール部１０５とを有して構成されている。図６に示すように、前記可動部１０３は、固定部１００に嵌め合わされた状態で、回転することにより、可動側スクロール部１０５と固定側スクロール部１０２との間のガスを圧縮する。圧縮されたガスは固定部１００中央の吐出ポート１０６からスクロール式コンプレッサの外部へ吐出される。したがって、可動側スクロール部１０５と固定側スクロール部１０２との間の密封度が高いほど圧縮効率が良いので、可動側スクロール部１０５および固定側スクロール部１０２の仕上げ加工には高い精度が要求される。従来、かかるスクロール式コンプレッサのスクロール部の加工は、粗加工、中仕上げ、仕上げ、の三工程を、エンドミルを用いることによって行われていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３３６６７５号公報（［００１８］）
しかしながら、エンドミルを仕上げ工程に使用すると、そのエンドミルやホルダにおいて回転による振れが生じ、その振れに起因して充分な加工精度が得られないという問題点があった。特に、スクロール式コンプレッサにおいては、圧縮効率を高めるためにスクロール部間の密封度が重要となるが、スクロール部の加工精度が低いと密封度が低下し、スクロール式コンプレッサの圧縮効率が得られ難いという問題点があった。また、仕上げ加工に適した加工精度の高いエンドミルを得ることが困難なことから、たとえばスクロール式コンプレッサ等の製品の製造が不安定になるという問題点があった。
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、製造が容易で且つ仕上げ加工に充分な加工精度が得られる非回転切削工具を提供することを目的とする。
この目的を達成するために請求項１記載の非回転切削工具は、シャンクと、そのシャンクと同軸上に一体的に連設されたボデーと、そのボデーの側面に設けられた外周刃と、前記ボデーの先端部に前記外周刃に連設された底刃とを有し、前記外周刃と前記底刃とにより形成される面が切削進行方向の向きに対し略垂直となる姿勢で切削進行させられるものであって、前記外周刃又は前記底刃の表面のうち少なくともどちらか一方はダイヤモンド被膜がコーティングされ、且つ前記外周刃又は前記底刃の表面のダイヤモンド被膜のうち少なくともどちらか一方は研磨されて構成されている。
請求項２記載の非回転切削工具は、請求項１記載の非回転切削工具において、底面とその底面から略垂直に立設するスクロール部を有するスクロール式コンプレッサの加工に用いられるものであって、前記非回転切削工具を切削進行させることにより、前記外周刃が前記スクロール部を切削するとともに前記底刃が前記底面を切削するように構成されている。
請求項３記載の非回転切削工具は、請求項２記載の非回転切削工具において、前記外周刃と前記底刃とが交差するコーナのＲが略０．０５mm以下であるように構成されている。
請求項４記載の非回転切削工具は、請求項１から３のいずれかに記載の非回転切削工具において、前記外周刃又は前記底刃のうち少なくともどちらか一方の研磨面粗さが略１．６０μｍＲｚ以下であるように構成されている。
請求項５記載の非回転切削工具は、請求項１から４のいずれかに記載の非回転切削工具において、前記外周刃又は前記底刃のうち少なくともどちらか一方の刃先のＲが略０．０３mm以下であるように構成されている。
請求項６記載の非回転切削工具は、請求項１から５のいずれかに記載の非回転切削工具において、前記外周刃は前記シャンクを基準としたときのその外周刃の幾何学的直線からのずれが３μｍ以下であり、且つ前記底刃は前記シャンクを基準としたときのその底刃の幾何学的形状からのずれが３μｍ以下であるように構成されている。
請求項１記載の非回転切削工具によれば、外周刃又は底刃の表面のうち少なくともどちらか一方はダイヤモンド被膜がコーティングされることにより切削加工中に撓むことが抑制され、また、ダイヤモンド被膜を研磨することによりダイヤモンド被膜の面の粗さが向上する。よって、仕上げ加工に充分な加工精度が得られる非回転切削工具を容易に得ることができるという効果がある。
請求項２記載の非回転切削工具によれば、請求項１記載の非回転切削工具の奏する効果に加え、スクロール式コンプレッサの加工に用いられるものであって、前記非回転切削工具を切削進行させることにより、外周刃がスクロール部を切削するとともに底刃が底面を切削するものであることから、回転による振れがないためエンドミルにより仕上げ加工を行う場合に比較して加工精度を向上することができるという効果が得られる。その結果、スクロール式コンプレッサのスクロール部の加工精度が向上するのでスクロール部間の密封度が高まり、スクロール式コンプレッサの圧縮効率が向上するという効果が得られるのである。
また、請求項２記載の非回転切削工具によれば、粗加工をエンドミルで行い、仕上げを請求項２記載の非回転切削工具で行うことができる。よって、エンドミルによるスクロール部の加工において、粗加工、中仕上げ、仕上げの三工程を要していた従来の場合に比較して、中仕上げ工程が不要となるため作業効率が向上するという効果がある。
さらに、請求項２記載の非回転切削工具によれば、スクロール式コンプレッサのスクロール部の仕上げ加工に十分な加工精度が得られる非回転切削工具が、仕上げ加工用のエンドミルに比較して容易に製造できるため、スクロール式コンプレッサを安定して製造できるという効果がある。
請求項３記載の非回転切削工具によれば、請求項２記載の非回転切削工具の奏する効果に加え、前記外周刃と前記底刃とが交差するコーナのＲが略０．０５mm以下であるように構成されていることから、スクロール式コンプレッサの仕上げ加工において、スクロール部と底面との間のＲが、工具形状のＲとほぼ同じ形状で加工されるので、可動側スクロール部と固定側スクロール部とを嵌め合わせたときの密封度が高まりスクロール式コンプレッサの圧縮効率が向上するという効果がある。
請求項４記載の非回転切削工具によれば、請求項１から３のいずれかに記載の非回転切削工具の奏する効果に加え、外周刃又は底刃のうち少なくともどちらか一方の研磨面粗さが略１．６０μｍＲｚ以下となるように構成されているため、仕上げ加工として充分な加工面精度が得られるという効果がある。
請求項５記載の非回転切削工具によれば、請求項１から４のいずれかに記載の非回転切削工具の奏する効果に加え、外周刃又は底刃のうち少なくともどちらか一方の刃先のＲが略０．０３mm以下となるように構成されているため、仕上げ加工として充分な加工面精度が得られるという効果がある。
請求項６記載の非回転切削工具によれば、請求項１から５のいずれかに記載の非回転切削工具の奏する効果に加え、外周刃は前記シャンクを基準としたときのその外周刃の幾何学的直線からのずれが３μｍ以下であり、且つ底刃は前記シャンクを基準としたときのその底刃の幾何学的形状からのずれが３μｍ以下となるように構成されているため、仕上げ加工として充分な加工面精度が得られるという効果がある。
以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施例における非回転切削工具１を示す図であり、図１（ａ）は非回転切削工具１の正面図であり、図１（ｂ）は非回転切削工具１の側面図であり、図１（ｃ）は非回転切削工具１の底面図である。まず、図１を参照して非回転切削工具１の全体構成について説明する。
非回転切削工具１は、そのすくい面が切削進行方向に対して略垂直となる姿勢で被削材に対し相対的に切削進行させられるいわゆるヘール工具であり、その一端（図１（ａ）右側）を保持するホルダー（図示せず）を介してマシニングセンタ等の加工機械の駆動力が伝達される。非回転切削工具１は、たとえばスクロール式コンプレッサ（図７参照）の仕上げ加工を行う用途に好適に用いられる。
非回転切削工具１は、タングステンカーバイト（ＷＣ）等を加圧焼結した超硬合金により構成されており、断面略半円形（図１（ｃ）参照）に形成される工具本体２と、その工具本体２の一端側（図１（ａ）の右側）において工具本体２と同軸上に一体的に連設されるシャンク３とを備えている。非回転切削工具１は、このシャンク３がホルダーに保持されることによって、加工機械に取り付けられる。
工具本体２の側壁部（図１（ａ）下側）及び底面部（図１（ａ）左側）には、図１（ａ）に示すように、刃部４が形成されている。刃部４は、外周刃５、底刃６を備えており、これら外周刃５と底刃６とは、図１（ａ）に示すように、互いに略直交して配設されている。なお、外周刃５と底刃６とが交差するコーナのＲは半径略０．０５mm以下となるように構成されている。
刃部４（外周刃５、底刃６）は、ＣＶＤ法によってダイヤモンド被膜を工具本体２の外表面全体へ略６μｍ〜略２０μｍの厚さでコーティングすると共に、そのダイヤモンド被膜を砥石を用いて研磨面粗さが略１．６０μｍＲｚ以下となるように研磨することにより、そのすくい面及び逃げ面が形成されている。
ここで、コーティングするダイヤモンド被膜の厚さを略６μｍ〜略２０μｍとしたのは、コーティング厚さが略６μｍよりも薄いと、ダイヤモンド被膜がはがれ落ちてしまうからであり、略２０μｍ以上とするとコスト面で不利だからである。なお、レーザ、イオンビーム、熱化学−機械的研磨、機械的−化学的研磨などを利用してダイヤモンド被膜の表面が研磨されてもよい。
外周刃５は、そのすくい面と逃げ面との稜線がシャンク３の軸に対し略平行になるように工具本体２の側面に形成された切れ刃であって、逃げ角αが例えば５°となるように逃げ面が形成されている。また、外周刃５は、刃先のＲが半径略０．０３mm以下であり、且つ、シャンク３を基準としたときのその外周刃５の幾何学的直線からのずれ、すなわちシャンク３を基準とした外周刃５の円筒度が略３μｍ以下となるように構成されている。
底刃６は、そのすくい面と逃げ面との稜線がシャンク３の軸に対し法線方向になるように工具本体２の底面に形成された切れ刃であって、逃げ角βが例えば５°となるように逃げ面が形成されている。また、底刃６は、刃先のＲが半径略０．０３mm以下であり、且つ、シャンク３を基準としたときのその底刃６の幾何学的直線からのずれ、すなわちシャンク３を基準としたときの底刃６の真直度が略３μｍ以下となるように構成されている。
上述のように構成された非回転切削工具１は、外周刃５と底刃６とにより形成される面（すくい面）が切削進行方向の向きに対し略垂直となる姿勢で被削材に対し相対的に切削進行させられることにより、その外周刃５及び底刃６により被削材を切削加工する。図７は、スクロール式コンプレッサの加工について非回転切削工具１を用いる場合を示す図である。具体的には、スクロール式コンプレッサの固定部１００又は可動部１０３を載置したワークテーブル（図示せず）をＸ軸方向，Ｙ軸方向、および回転を制御するＡ軸方向に制御しつつ、ホルダ（図示せず）に固定された非回転切削工具１によりスクロール部１０２，１０５、底面１０１，１０４を切削する。
次に、図２及び図３を参照して、上述のように構成された非回転切削工具１を用いて行った切削試験の試験結果について説明する。この切削試験は、スクロール式コンプレッサのスクロール部１０２，１０５（図５参照）を非回転切削工具１とエンドミルとを用いて切削加工して、その加工精度を比較する試験である。
図２は、切削試験に使用される非回転切削工具１とエンドミルとの詳細諸元を示す表である。
ここで、図２に示す面粗さとは非回転切削工具１とエンドミルとのそれぞれの外周刃および底刃における面粗さを意味し、コーナＲとは非回転切削工具１とエンドミルとについてそれぞれの外周刃と底刃が交差するコーナＲを意味しており、真直度とは、非回転切削工具１とエンドミルとについて、それぞれのシャンクを基準としたときのその底刃の幾何学的形状からのずれすなわち底刃の真直度を意味し、刃先のＲとは非回転切削工具１とエンドミルについてそれぞれの外周刃と底刃の刃先Ｒ（半径）を意味している。
また、切削試験は、図２に示す非回転切削工具１とエンドミルとを用いて、以下に示す切削条件で行なった。
（切削条件）
被削材：ＡＤＣ１２
使用機械：横型マシニングセンタ
ホルダ：コレット式ミーリングチャック
切削油：水溶性切削油剤
図３は、切削試験の結果を示す表であり、加工面粗さとは被削材の加工面粗さを、コーナＲとは被削材のスクロール部と底面との間のコーナＲを、真直度とは被削材のスクロール部の底面に対する真直度を、それぞれ意味している。
図３の試験結果から明らかなように、本発明が適用された非回転切削工具１によれば、エンドミルによる場合と比較して、被削材の加工面粗さ、被削材のスクロール部と底面とのコーナＲ、被削材のスクロール部の底面に対する真直度を優れた加工精度で切削加工し得ることが確認された。
具体的には、図３に示すように、非回転切削工具１を使用した場合には、その刃部４の外形精度（図２参照）が被削材の加工面にそのまま転写されるのに対し、エンドミルを使用した場合には、被削材の加工面（コーナＲ、真直度）精度が刃部の外形精度（図２参照）よりも悪化している。これは、切削加工時の回転によるエンドミル及びホルダの振れや撓みなどに起因するものと思われる。
以上説明したように、非回転切削工具１は、外周刃５及び底刃６の表面に硬質のダイヤモンド被膜がコーティングされることにより、その剛性が確保されるので、外周刃５及び底刃６が切削加工中に撓むことが抑制され、また、ダイヤモンド被膜を研磨することによりその面の粗さの向上が図られている。よって、仕上げ加工に充分な加工精度が得られる非回転切削工具を容易に得ることができる。
また、非回転切削工具１を、スクロール式コンプレッサの加工に用いる場合には、非回転切削工具１を切削進行させることにより、外周刃５がスクロール部１０２，１０５を切削するとともに底刃６が底面１０１，１０４を切削するものであることから、回転による振れがないためエンドミルにより仕上げ加工を行う場合に比較して加工精度を向上することができる。その結果、スクロール式コンプレッサのスクロール部の加工精度が向上するのでスクロール部間の密封度が高まり、スクロール式コンプレッサの圧縮効率が向上する。
また、非回転切削工具１によれば、充分な加工精度が得られることから、粗加工をエンドミルで行い、仕上げを非回転切削工具１で行うことができる。
さらに、非回転切削工具１は、スクロール式コンプレッサのスクロール部の仕上げ加工用のエンドミルに比較して容易に製造できるため、スクロール式コンプレッサを安定して製造できる。
また、外周刃５と底刃６とが交差するコーナＲが略０．０５mm以下であるように構成されていることから、非回転切削工具１がスクロール式コンプレッサの仕上げ加工に用いられる場合には、スクロール部１０２，１０５と底面１０１，１０４との間のコーナＲが、工具形状のＲとほぼ同じ形状で加工されるので、可動側スクロール部と固定側スクロール部とを嵌め合わせたときの密封度が高まりスクロール式コンプレッサの圧縮効率が向上する。
また、外周刃５及び底刃６の研磨面粗さがそれぞれ略１．６０μｍＲｚ以下となるように構成されているため、仕上げ加工として充分な加工面精度が得られる。
また、外周刃５及び底刃６の刃先Ｒがそれぞれ略０．０３ｍｍ以下となるように構成されているため、仕上げ加工として充分な加工面精度が得られる。
また、外周刃５はシャンク３を基準としたときのその外周刃５の幾何学的直線からのずれが３μｍ以下であり、且つ底刃６はシャンク３を基準としたときのその底刃６の幾何学的形状からのずれが３μｍ以下となるように構成されているため、仕上げ加工として充分な加工面精度が得られる。
次に、図４（ａ）を参照して、第２実施例について説明する。第１実施例の非回転切削工具１では、底刃６が直線状に構成されていたのに対し、第２実施例の非回転切削工具２０では、底刃２６が略円弧状に湾曲して構成されている。なお、前記した第１実施例と同一の部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
図４（ａ）は、第２実施例における非回転切削工具２０の正面図であり、シャンク３が省略されている。第２実施例における非回転切削工具２０は、図４（ａ）に示すように、工具本体２２の底面側（図４（ａ）上側）が略円弧状に湾曲して構成され、第１実施例と同様に、その外表面にコーティングされたダイヤモンド被膜を研磨することにより、外周刃５及び底刃２６が形成されている。
この非回転切削工具２０によれば、第１実施例における非回転切削工具１と実質的に同様の作用効果が得られ、例えば、被削材に溝加工を行うために好適に用いられる。即ち、非回転切削工具２０によれば底面が滑らかに湾曲させられた溝を切削加工することができる。また、この非回転切削工具２０によれば工具本体２２を、予め加工する所望の溝形状に対応した形状としておき、その後ダイヤモンド被膜をコーティングして研磨する構成とされていることから、刃部２４の形状を容易に成形することができる。
次に、図４（ｂ）を参照して、第３実施例について説明する。第１実施例の非回転切削工具１では、底刃６が平坦状に構成されていたのに対し、第３実施例の非回転切削工具３０では、底刃３６が外方へ向かって凸の略Ｖ字テーパー状に構成されている。なお、前記第１実施例と同一の部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
図４（ｂ）は、第３実施例における非回転切削工具３０の正面図であり、シャンク３が省略されている。第３実施例における非回転切削工具３０は、図４（ｂ）に示すように、工具本体３２の底面側（図４（ｂ）上側）が外方へ向かって凸の略Ｖ字テーパ状に構成され、第１実施例と同様に、その外表面にコーティングされたダイヤモンド被膜を研磨することにより、外周刃５及び底刃３６が形成されている。
この非回転切削工具３０によれば、第１実施例における非回転切削工具３０と実質的に同様の作用効果が得られ、例えば、被削材に断面形状が略Ｖ字状の溝を切削加工することができる。また、この非回転切削工具３０によれば、工具本体３２を、予め加工する所望の溝形状に対応した形状としておき、その後ダイヤモンド被膜をコーティングして研磨する構成とされているから、刃部３４の形状を容易に成形することができる。
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定される物ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
例えば、上記実施例では、外周刃５は本体２の側壁部の１箇所のみに形成されていたが、本体２の側壁部の両側（すなわちすくい面の両側）の２箇所に形成されていてもよい。
なお、上記各実施例では特に説明しなかったが、非回転切削工具１，２０，３０は、以下に示す方法により、リサイクルが可能である。即ち、非回転切削工具１，２０，３０は、その刃部４，２４，３４がダイヤモンド被膜面（研磨面）に構成されものであるから、寿命が尽きた非回転切削工具１，２０，３０を炉の中で燃焼させてダイヤモンド被膜を除去した後、再びダイヤモンド被膜をコーティングしてそれを研磨することにより、刃部４，２４，３４を再生することができ、非回転切削工具１，２０，３０のリサイクルが低廉なコストで実現される。
本発明の第１実施例における非回転切削工具を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は底面図である。 切削試験に使用される非回転切削工具とエンドミルとの詳細諸元を示す表である。 切削試験の結果を示す表である。 （ａ）は、本発明の第２実施例における非回転切削工具の正面図であり、（ｂ）は、本発明の第３実施例における非回転切削工具の正面図である。 被削材であるスクロール式コンプレッサを示す図であり、（ａ）は固定部の斜視図であり、（ｂ）は可動部の斜視図である。 スクロール式コンプレッサによるガスの圧縮作動を説明する図である。 スクロール式コンプレッサの加工について非回転切削工具を用いる場合を示す図である。
符号の説明
１、２０、３０ 非回転切削工具（ヘール工具）
２、２２、３２ 工具本体（ボデー）
３ シャンク
５ 外周刃
６、２６、３６ 底刃
１００ 固定部（スクロール式コンプレッサ）
１０３ 可動部（スクロール式コンプレッサ）
１０１、１０４ 底面
１０２、１０５ スクロール部

Claims (6)

  1. シャンクと、そのシャンクと同軸上に一体的に連設されたボデーと、そのボデーの側面に設けられた外周刃と、前記ボデーの先端部に前記外周刃に連設された底刃とを有し、前記外周刃と前記底刃とにより形成される面が切削進行方向の向きに対し略垂直となる姿勢で切削進行させられる非回転切削工具において、
    前記外周刃又は前記底刃の表面のうち少なくともどちらか一方はダイヤモンド被膜がコーティングされ、且つ前記外周刃又は前記底刃の表面のダイヤモンド被膜のうち少なくともどちらか一方は研磨されたものであることを特徴とする非回転切削工具。
  2. 前記非回転切削工具は、底面とその底面から略垂直に立設するスクロール部を有するスクロール式コンプレッサの加工に用いられるものであって、
    前記非回転切削工具を切削進行させることにより、前記外周刃が前記スクロール部を切削するとともに前記底刃が前記底面を切削するものであることを特徴とする請求項１記載の非回転切削工具。
  3. 前記外周刃と前記底刃とが交差するコーナのＲが略０．０５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の非回転切削工具。
  4. 前記外周刃又は前記底刃のうち少なくともどちらか一方の研磨面粗さが略１．６０μｍＲｚ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非回転切削工具。
  5. 前記外周刃又は前記底刃のうち少なくともどちらか一方の刃先のＲは略０．０３mm以下であ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非回転切削工具。
  6. 前記外周刃は前記シャンクを基準としたときのその外周刃の幾何学的直線からのずれが３μｍ以下であり、且つ前記底刃は前記シャンクを基準としたときのその底刃の幾何学的形状からのずれが３μｍ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の非回転切削工具。
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