JP2013154415A - サーキュラーソーおよび切削加工法 - Google Patents

Abstract

【課題】工作物を能率良く切削加工することができるサーキュラーソーを提供する。
【解決手段】サーキュラーソー１は、円板形状の工具本体１０と、その工具本体１０の外周面に設けられた高硬度チップ２０とを備える。高硬度チップ２０は、超硬合金２２と、多結晶ダイヤモンド焼結体２１との２層構造とされる。多結晶ダイヤモンドが切れ刃２７を構成している。多結晶ダイヤモンド焼結体２１はすくい面２３を有しており、すくい面２３は前切れ刃稜２８および横切れ刃稜２９とによって囲まれた面である。高硬度チップ２０には、側面２４が設けられている。側面２４は、サーキュラーソー１の回転方向に対して側面逃げ角を有し、かつ、半径方向に対して側面向心角を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、サーキュラーソーに関し、特に、円盤状の硬質材料からなる工具本体の外周に、高硬度焼結体チップから成る切れ刃が複数設けられたサーキュラーソーに関するものである。

サーキュラーソーとしては、例えば、ＪＩＳ Ｂ ４２１９に規定されている、メタルソーが知られている。

メタルソーとは、外周に切れ刃を有するフライスの一種で、工作物の切断加工および溝入れ加工に用いられる。切れ刃と工具本体は同じ材質で製造されており、一般的に用いられる材質は高速度鋼（ＳＫＨ５１等）である。

さらに、サーキュラーソーとしては、例えば、ＪＩＳ Ｂ ４１１５に規定されている、超硬質合金ソリッドメタルソーが知られている。

超硬質合金ソリッドメタルソーとは、切れ刃と工具本体が同じ超硬質合金で製造されている。超硬質合金とは、超硬合金、サーメット、超微粒子超硬合金、およびこれらに炭化物、窒化物、酸化物を被覆した合金を用いることができる。

さらに別のサーキュラーソーは、特開平４−１７９５０５号公報（特許文献１）に開示されている。この公報によれば、超砥粒をメタルボンド、レジンボンド、ビトリファイドボンド、ニッケルメッキで結合した超砥粒ホイールの外周部を鋸刃状に形成したサーキュラーソーを用いてグリーンセラミックスを切削加工することが知られている。

特開平４−１７９５０５号公報

しかしながら、上記のサーキュラーソーで各種の工作物を切削加工する際には、切り粉が切れ刃に付着して加工面を引っ掻いたり、むしったりして、加工面を粗くする問題があった。更に、大量の切りくずが付着して加工の継続が困難になり、加工を中断して切れ刃をクリーニングしなければならない問題があった。

本発明の解決しようとする課題は、各種の工作物を能率良く、切削加工することができるサーキュラーソーを提供することである。

この発明に従ったサーキュラーソーは、円盤状の硬質材料からなる工具本体と、高硬度チップから成る切れ刃を備え、高硬度チップの両側面には、側面逃げ角及び側面向心角が設けられている。

このように構成されたサーキュラーソーでは、高硬度チップから成る切れ刃の両側面には、側面逃げ角及び側面向心角が設けられているので、切り粉がスムーズに排出されるので切れ味が良好である。しかも切り粉が切れ刃に付着または溶着することが少ないので、長期間に渡って良好な加工面が得られる。

好ましくは、高硬度チップは放電加工されて側面逃げ角および側面向心角が形成される。

好ましくは、側面逃げ角は０．２度〜２度、側面向心角は０．１度〜１度に設けられている。側面逃げ角は、０．４度〜２度であることが最も好ましい。側面向心角は、０．３度〜１度であることが最も好ましい。側面逃げ角は０．２度未満であると、切れ刃に切り粉が溶着または付着し易くなる。側面向心角は０．１度未満であると、切れ刃に切り粉が溶着または付着し易くなる。

好ましくは、高硬度チップは、単結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド焼結体およびＣＢＮ焼結体のいずれかを含む。工作物の種類、要求される工作物の表面粗さ、切削加工条件などにより、単結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド焼結体またはＣＢＮ焼結体の中から最適な材料を選択することができる。また場合により、単結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド焼結体を組み合わせることも可能である。

好ましくは、硬質材料は、セラミックス、サーメット、および超硬合金のいずれかである。工作物の種類、要求される工作物の表面粗さ、切削加工条件などにより、セラミックス、サーメット、および超硬合金の中から最適な材料を選択することができる。高硬度チップを工具本体にロウ材で固着することを考慮すると超硬合金が適する。超硬合金としては、超微粒子超硬合金を適用することができる。さらに、セラミックス、サーメット、および超硬合金の表面に炭化物、窒化物または酸化物を被覆したものを適用することも可能である。

好ましくは、切れ刃の近傍には、切りくずの付着または溶着を防止するための、ＤＬＣまたはフッ素樹脂によるコーティングが施されている。ここで、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）は公知の方法を用いてコーティングを実施する。ＤＬＣのコーティング方法としては、固体黒鉛を原料とするイオンプレーティング法、炭化水素系ガスを原料とする高周波プラズマＣＶＤ法、炭化水素系ガスをイオン化して基板に照射するイオン化蒸着法などがある。一般的に低圧、低温（室温〜６００Ｋ）で成膜可能なので工具本体に熱歪み等の悪影響を及ぼさない特長がある。さらに、ＤＬＣは硬度が高く、摩擦係数が小さく、はっ水性が良いなど、物理的特性に優れている。以上の理由により、ＤＬＣをサーキュラーソーの切れ刃の近傍にコーティングすると、切りくずの付着や溶着を防止するのに極めて有効である。

そしてフッ素樹脂は、卓越した耐薬品性、耐熱性および表面特性を有する特異な高分子材料で、その特性を活かして過酷な条件下で使用し得る工業材料として幅広い分野で利用されている。フッ素樹脂の中でポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂またはポリビニリデンフルオライド樹脂のいずれかを用いるのが好ましい。これら３種類のフッ素樹脂はいずれでも本発明に適用可能である。

しかしながら、切りくずに高速度で接触するため、高い耐熱性と摺動性が要求される。これらの物性については、上記の３種類のフッ素樹脂の中でポリテトラフルオロエチレン樹脂が特に優れているので、本発明に最適である。ポリテトラフルオロエチレン樹脂は、耐熱性に関しては有機材料の中で最高の部類に属し、連続使用温度は約２６０℃と極めて高い。また、ポリテトラフルオロエチレン樹脂の表面の性質は非常に特異で、卓越したはっ水性、非粘着性を示すので、その摩擦係数は小さく、優れた摺動性を示すものである。以上の理由により、フッ素樹脂をサーキュラーソーの切れ刃の近傍にコーティングすると、切りくずの付着や溶着を防止するのに極めて有効である。

好ましくは、切れ刃の刃厚は０．０５ｍｍ〜１ｍｍ、工具本体の厚さは０．１ｍｍ〜２ｍｍである。

本発明のサーキュラーソーは、特に、切れ刃の刃厚が１ｍｍ以下である微細加工が要求される工作物に適用することが好ましい。

なお、工具本体の厚さよりも切れ刃の刃厚を薄くすることも可能である。切れ刃が工作物に作用する部分、即ち、チップの先端部分を部分的に薄くすることにより工具本体の厚さよりも切れ刃の刃厚を薄くすることが可能である。このような設計にすると、薄刃であっても工具本体の強度低下が避けられるので、高能率・高精度な切削加工が実現できる。

本発明の切削加工する切削加工法では、上述のサーキュラーソーを用いて、各種の工作物を切削加工する。

工作物としては、各種の金属、合金、樹脂、セラミックス、ゴム、複合材料（ＧＦＲＰ(glass fiber reinforced plastics)、ＣＦＲＰ(carbon fiber reinforced plastics)、ＭＭＣ(metal matrix composites)）などに適用が可能であり、特に限定されるものではない。
さらに、半焼成セラミックス、グリーンセラミックスからなる工作物に適用することも可能である。ここでは、セラミックスの原料粉末と結合材を混合し成形したセラミックス成形体のことをグリーンセラミックス（グリーン成形体または、生成形体とも呼ばれる）と呼ぶ。そして、このグリーンセラミックスを焼成温度より低い温度で仮焼したものを半焼成セラミックスと呼ぶ。セラミックスの材質は、各種のセラミックス材料からなるものに適用可能であり、特にセラミックスの材質には限定されない。

本発明のサーキュラーソーを用いることにより、各種の工作物を高能率に切削加工することができる。

この発明の実施の形態１に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの正面図である。 この発明の実施の形態１に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの背面図である。 図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たサーキュラーソーの平面図である。 この発明の実施の形態１に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの斜視図である。 図４中の点線Ｖで囲んだ部分を拡大して示す斜視図である。 図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 図５中の矢印ＶＩＩで示す方向から見たチップの平面図である。 この発明の実施の形態２に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの正面図である。 この発明の実施の形態２に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの斜視図である。 図９中の点線Ｘで囲んだ部分を拡大して示す斜視図である。 図１０中のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。 図１０中の矢印ＸＩＩで示す方向から見た超硬質チップの平面図である。 この発明の実施の形態３に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの正面図である。 この発明の実施の形態３に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの斜視図である。 図１４中の点線ＸＶで囲んだ部分を拡大して示す斜視図である。 この発明の実施の形態４に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの正面図である。 この発明の実施の形態４に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの斜視図である。 図１７中の点線ＸＶＩＩＩで囲んだ部分を拡大して示す斜視図である。

発明を実施するための形態については、以下に説明する。
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの正面図である。図２は、この発明の実施の形態１に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの背面図である。図３は、図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たサーキュラーソーの平面図である。図４は、この発明の実施の形態１に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの斜視図である。図５は、図４中の点線Ｖで囲んだ部分を拡大して示す斜視図である。図６は、図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。図７は、図５中の矢印ＶＩＩで示す方向から見たチップの平面図である。

図１から図７を参照して、実施の形態１に従ったサーキュラーソー１は、円板形状の工具本体１０と、その工具本体１０の外周面に設けられた高硬度チップ２０とを備える。

工具本体１０には、貫通孔１１が設けられている。工具本体１０は薄い板状であり、超硬合金製であり、回転可能に構成されている。

高硬度チップ２０は、超硬合金２２と、多結晶ダイヤモンド焼結体２１との２層構造とされる。多結晶ダイヤモンドが切れ刃２７を構成している。多結晶ダイヤモンド焼結体２１はすくい面２３を有しており、すくい面２３は前切れ刃稜２８および横切れ刃稜２９とによって囲まれた面である。高硬度チップ２０には、側面２４が設けられている。

図６で示すように、側面２４は、一点鎖線１０１で示すサーキュラーソー１の回転方向に対して側面逃げ角θ１を有する。側面逃げ角θ１は、０．２度〜２度である。

図７で示すように、側面２４は、一点鎖線１０２で示すサーキュラーソー１の半径方向に対して側面向心角θ２を有する。なお、側面逃げ角および側面向心角は、ＪＩＳ Ｂ ４８０５（１９８９）において規定されている。側面２４の傾斜は、放電加工により形成される。

切れ刃２７の刃厚Ｗ１は０．０５ｍｍ〜１ｍｍ、工具本体１０の厚みＷ２は０．１ｍｍ〜２ｍｍとされる。この実施の形態では、Ｗ１＞Ｗ２とされている。

なお、複数の高硬度チップ２０の組み合わせについては、組刃、平刃、交互刃および高低刃のいずれであってもよい。

（実施の形態２）
図８は、この発明の実施の形態２に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの正面図である。図９は、この発明の実施の形態２に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの斜視図である。図１０は、図９中の点線Ｘで囲んだ部分を拡大して示す斜視図である。図１１は、図１０中のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。図１２は、図１０中の矢印ＸＩＩで示す方向から見た高硬度チップの平面図である。

図８から図１２を参照して、実施の形態２に従ったサーキュラーソー１は、先細形状の高硬度チップ２０を備える。先細形状の高硬度チップ２０を用いることにより、より細い溝を加工することができる。なお、図１２で示すように、Ｗ１＜Ｗ２とされている。高硬度チップ２０は、実施の形態１と同様の側面逃げ角θ１および側面向心角θ２を有する。

（実施の形態３）
図１３は、この発明の実施の形態３に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの正面図である。図１４は、この発明の実施の形態３に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの斜視図である。図１５は、図１４中の点線ＸＶで囲んだ部分を拡大して示す斜視図である。

図１３から図１５を参照して、実施の形態３に従ったサーキュラーソー１では、実施の形態２に従ったサーキュラーソー１よりも多くの先細形状の高硬度チップ２０を備える。高硬度チップ２０は、実施の形態２と同様の側面逃げ角θ１および側面向心角θ２を有する。

（実施の形態４）
図１６は、この発明の実施の形態４に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの正面図である。図１７は、この発明の実施の形態４に従った、外周に複数のチップが設けられたサーキュラソーの斜視図である。図１８は、図１７中の点線ＸＶＩＩＩで囲んだ部分を拡大して示す斜視図である。

図１６から図１８を参照して、実施の形態４に従ったサーキュラーソー１では、実施の形態２に従ったサーキュラーソー１よりも先端部が長い高硬度チップ２０を備える。高硬度チップ２０は、実施の形態２と同様の側面逃げ角θ１および側面向心角θ２を有する。

これにより、より深い溝を加工することができる。
（実施例１）
図８は本発明の実施例１のサーキュラーソーの正面図を示す。

高硬度チップ２０として、多結晶ダイヤモンド焼結体２１を用い、超硬合金製の工具本体１０にロウ付けした。サーキュラーソー１の外径は７５ｍｍ、切れ刃２７の枚数は１２枚、切れ刃２７の先端部の刃厚Ｗ１は０．２ｍｍで刃長は１．５ｍｍ、工具本体１０の厚みＷ２は０．５ｍｍ、である。側面逃げ角θ１は０．２度、側面向心角θ２は０．１度、横すくい角は５度、先端逃げ角は１５度である。なお、横すくい角および先端逃げ角は、ＪＩＳ Ｂ ４８０５（１９８９）において規定されている。

切削テスト条件は以下の通りである。切削速度は３５００ｍ／分、工作物送り速度は１０ｍｍ／秒、切り込み量は０．５ｍｍ、切削液としては、水溶性切削液を供給した。工作物はアルミニウム合金で、これに溝入れ加工を行った。切削装置としては横軸ＮＣスライシングマシンを使用した。

テスト結果、切れ味は良好であった。切り粉の付着、溶着は確認されなかった。
（実施例２）
実施例２のサーキュラーソーは、側面逃げ角は０．３度、側面向心角は０．２度、と変更した以外の各部の角度、寸法は実施例１と同一とした。切削テスト条件も実施例１と同一とした。

実施例２のテストの結果、切れ味は良好であった。切り粉の付着、溶着は確認されなかった。

（実施例３）
実施例３のサーキュラーソーは、側面逃げ角は０．４度、側面向心角は０．３度、と変更した以外の各部の角度、寸法は実施例１と同一とした。切削テスト条件も実施例１と同一とした。

実施例３のテストの結果、切れ味は良好であった。切り粉の付着、溶着は確認されなかった。

（実施例４）
実施例４のサーキュラーソーは、側面逃げ角は０．５度、側面向心角は０．４度、と変更した以外の各部の角度、寸法は実施例１と同一とした。切削テスト条件も実施例１と同一とした。

実施例４のテストの結果、切れ味は良好であった。切り粉の付着、溶着は確認されなかった。

（実施例５）
実施例５のサーキュラーソーは、側面逃げ角は０．６度、側面向心角は０．５度、と変更した以外の各部の角度、寸法は実施例１と同一とした。切削テスト条件も実施例１と同一とした。

実施例５のテストの結果、切れ味は良好であった。切り粉の付着、溶着は確認されなかった。

（比較例１）
比較例１のサーキュラーソーは、側面逃げ角は０．１度、側面向心角は０．０５度、と変更した以外の各部の角度、寸法は実施例１と同一とした。切削テスト条件も実施例１と同一とした。

比較例１のテストの結果、切り粉の付着、溶着が確認された。
（実施例６）
図１３から図１５は本発明の実施例６のサーキュラーソーの図を示す。

高硬度チップ２０として、多結晶ダイヤモンド焼結体２１を用い、超硬合金製の工具本体２０にロウ付けした。サーキュラーソー１の外径は７５ｍｍ、切れ刃２７の枚数は１６枚、切れ刃２７の先端部の刃厚Ｗ１は０．２ｍｍで刃長は１．５ｍｍ、工具本体の厚みＷ２は０．５ｍｍ、である。側面逃げ角θ１は０．２度、側面向心角θ２は０．１度、横すくい角は５度、先端逃げ角は１５度である。

切削テスト条件は以下の通りである。切削速度は１５０ｍ／分、工作物送り速度は１０ｍｍ／秒、切り込み量は０．５ｍｍ、工作物は複合材料（樹脂をマトリックスとし、銅粒子、セラミックス粒子を含有）、これに乾式で溝入れ加工を行った。切削装置としては横軸ＮＣスライシングマシンを使用した。

テスト結果、切れ味は良好であった。切り粉の付着、溶着は確認されなかった。
（実施例７）
実施例７のサーキュラーソーは、側面逃げ角は０．３度、側面向心角は０．２度、と変更した以外の各部の角度、寸法は実施例６と同一とした。切削テスト条件も実施例６と同一とした。

実施例７のテストの結果、切れ味は良好であった。切り粉の付着、溶着は確認されなかった。

（実施例８）
実施例８のサーキュラーソーは、側面逃げ角は０．４度、側面向心角は０．３度、と変更した以外の各部の角度、寸法は実施例６と同一とした。切削テスト条件も実施例６と同一とした。

実施例８のテストの結果、切れ味は良好であった。切り粉の付着、溶着は確認されなかった。

（比較例２）
比較例２のサーキュラーソーは、側面逃げ角は０．１度、側面向心角は０．０５度、と変更した以外の各部の角度、寸法は実施例６と同一とした。切削テスト条件も実施例６と同一とした。

比較例２のテストの結果、切り粉の付着、溶着が確認された。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ サーキュラーソー、１０ 工具本体、１１ 貫通孔、２０ 高硬度チップ、２１ 多結晶ダイヤモンド、２２ 超硬合金、２３ すくい面、２７ 切れ刃、２８ 前切れ刃稜、２９ 横切れ刃稜。

Claims (8)

1. 円盤状の硬質材料からなる工具本体と、
   高硬度チップから成る切れ刃を備え、
   前記高硬度チップの両側面には、側面逃げ角及び側面向心角が設けられている、サーキュラーソー。
2. 前記高硬度チップは放電加工されて前記側面逃げ角および前記側面向心角が形成される、請求項１に記載のサーキュラーソー。
3. 前記側面逃げ角は０．２度〜２度、前記側面向心角は０．１度〜１度に設けられている、請求項１または２に記載のサーキュラーソー。
4. 前記高硬度チップは、単結晶ダイヤモンド、ダイヤモンド焼結体およびＣＢＮ焼結体のいずれかを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のサーキュラーソー。
5. 前記硬質材料は、セラミックス、サーメット、および超硬合金のいずれかである、請求項１から４のいずれか１項に記載のサーキュラーソー。
6. 前記切れ刃の近傍には、切りくずの付着または溶着を防止するための、ＤＬＣまたはフッ素樹脂によるコーティングが施されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のサーキュラーソー。
7. 前記切れ刃の刃厚は０．０５ｍｍ〜１ｍｍ、前記工具本体の厚さは０．１ｍｍ〜２ｍｍである、請求項１から６のいずれか１項に記載のサーキュラーソー。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載のサーキュラーソーを用いて、工作物を切削加工する、切削加工法。

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