JP2018001354A - 回転切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】高い加工精度を有する回転切削工具を提供する。
【解決手段】回転切削工具は、台金と、台金の外周に設けられた単結晶ダイヤモンドチップ１１０とを備え、単結晶ダイヤモンドチップ１１０は、外周切れ刃１１５および前切れ刃１１１と、外周切れ刃１１５の回転方向後側に設けられたマージン１１６とを有し、マージン１１６の回転方向の幅の中心部分の接平面１１７と、単結晶ダイヤモンドチップ１１０の（１００）面または（１１０）面とのなす角度は８°以下であり、接平面１１７に垂直な方向から見た、外周切れ刃１１５と前切れ刃１１１の交点からマージンに沿って外周切れ刃および前切れ刃と異なる方向に延びる稜１１６ａの凹凸の高さは７μｍ以下である。
【選択図】図６

Description

本発明は、回転切削工具に関する。より特定的には、台金の外周に単結晶ダイヤモンドチップが設けられた回転切削工具に関する。

一般的に使用されているリーマなどの回転切削工具として、（１）硬質焼結体（多結晶ダイヤモンドなど）切れ刃を有する回転切削工具（特許文献１）が知られている。

また、従来の回転切削工具として、（２）単結晶ダイヤモンド切れ刃を有する回転切削工具（特許文献２から４）が知られている。

上記（１）の場合、工作物の加工精度が低いという問題があった。
上記（２）の場合であっても、工作物の加工精度が悪化しやすいという問題があった。

特開２００８−１９４７７９号公報 特表２００６−５０８８８１号公報 特公平７−１２５６７号公報 実開平７−１５２２７号公報

従来の回転切削工具では、加工精度が低いという問題があった。発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、加工精度が高い回転切削工具を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様に係る回転切削工具は、台金と、台金の外周に設けられた単結晶ダイヤモンドチップとを備え、単結晶ダイヤモンドチップは、外周切れ刃および前切れ刃と、外周切れ刃の回転方向後側に設けられたマージンとを有し、マージンの回転方向の幅の中心部分の接平面と、単結晶ダイヤモンドチップの（１００）面または（１１０）面とのなす角度は８°以下であり、接平面に垂直な方向から見た、外周切れ刃と前切れ刃の交点からマージンに沿って外周切れ刃および前切れ刃と異なる方向に延びる稜の凹凸の高さは７μｍ以下である。

この発明によれば、加工精度が高い回転切削工具を提供することができる。

実施の形態１に従った回転切削工具の正面図である。 実施の形態１に従った回転切削工具の背面図である。 実施の形態１に従った回転切削工具の平面図である。 実施の形態１に従った回転切削工具の底面図である。 図１中の矢印Ｖで示す方向から見た回転切削工具の側面図である。 図５中のＶＩで囲んだ部分の拡大側面図である。 図１中のＶＩＩ−ＶＩＩ線で囲んだ部分の拡大正面図である。 図３中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で囲んだ部分の拡大平面図である。 図４中のＩＸ−ＩＸ線で囲んだ部分の拡大底面図である。 実施の形態１に従った回転切削工具の斜視図である。 図１０中のＸＩ−ＸＩ線で囲んだ部分の拡大斜視図である。 実施の形態２に従った回転切削工具の正面図である。 実施の形態２に従った回転切削工具の背面図である。 実施の形態２に従った回転切削工具の平面図である。 実施の形態２に従った回転切削工具の底面図である。 図１２中の矢印ＸＶＩで示す方向から見た回転切削工具の側面図である。 図１６中のＸＶＩＩで囲んだ部分の拡大側面図である。 図１２中のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線で囲んだ部分の拡大正面図である。 図１４中のＸＩＸ−ＸＩＸ線で囲んだ部分の拡大平面図である。 図１５中のＸＸ−ＸＸ線で囲んだ部分の拡大底面図である。 実施の形態２に従った回転切削工具の斜視図である。 図２１中のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線で囲んだ部分の拡大斜視図である。

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

本発明の一態様に係る回転切削工具は、台金と、台金の外周に設けられた単結晶ダイヤモンドチップとを備え、単結晶ダイヤモンドチップは、外周切れ刃および前切れ刃と、外周切れ刃の回転方向後側に設けられたマージンとを有し、マージンの回転方向の幅の中心部分の接平面と、単結晶ダイヤモンドチップの（１００）面または（１１０）面とのなす角度は８°以下であり、接平面に垂直な方向から見た、外周切れ刃と前切れ刃の交点からマージンに沿って外周切れ刃および前切れ刃と異なる方向に延びる稜の凹凸の高さは７μｍ以下である。

このように構成された回転切削工具では、マージンの面方位が（１００）または（１１０）であり、かつ、マージンに垂直な方向から見た稜の凹凸の高さは７μｍ以下であるため、工作物の加工精度が高くなる。凹凸の高さが７μｍを超えると、稜が欠損しやすくなる。なお、接平面と、単結晶ダイヤモンドチップの（１００）面または（１１０）面とのなす角度が８°以下であれば、接平面は、どの向きであってもよい。

好ましくは、マージンの回転方向の幅は０．０３ｍｍ以上単結晶ダイヤモンドチップの回転方向の厚み以下である。マージンの回転方向の幅が０．０３ｍｍ以上単結晶ダイヤモンドチップの回転方向の厚み以下であれば、マージンの回転方向の幅が最適な範囲となる。その結果、過酷な切削加工条件でも、焼き付きおよび溶着が発生することを防止できる。より好ましくは、マージンの回転方向の幅は０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。この範囲であれば、より過酷な条件であってもビビリが発生しない。

好ましくは、単結晶ダイヤモンドチップはすくい面を有し、すくい面と単結晶ダイヤモンドチップの（１００）面または（１１０）面とのなす角度は８°以下である。すくい面と単結晶ダイヤモンドチップの（１００）面または（１１０）面とのなす角度が８°以下であれば、溶着、欠損が生じにくい。なお、すくい面と、単結晶ダイヤモンドチップの（１００）面または（１１０）面とのなす角度が８°以下であれば、すくい面は、どの向きであってもよい。最も好ましくは、単結晶ダイヤモンドチップはすくい面を有し、すくい面と単結晶ダイヤモンドチップの（１１０）面とのなす角度は８°以下である。この場合、過酷な切削加工条件であっても溶着が生じにくい。

好ましくは、単結晶ダイヤモンドチップは、三角形のすくい面を有する。この場合、四角のすくい面よりも面積が小さくなるため、コストを低下させることができる。

好ましくは接平面に垂直な方向から見た稜の凹凸の高さは５μｍ以下である。接平面に垂直な方向から見た稜の凹凸の高さは小さければ小さいほど良く、即ち０μｍ以上で構わないが、加工コストを考慮すると０．１μｍ以上が好ましい。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に従った回転切削工具の正面図である。図２は、実施の形態１に従った回転切削工具の背面図である。図３は、実施の形態１に従った回転切削工具の平面図である。図４は、実施の形態１に従った回転切削工具の底面図である。図５は、図１中の矢印Ｖで示す方向から見た回転切削工具の側面図である。

図１および図２で示すように、実施の形態１に従った回転切削工具１は、リーマである。回転切削工具１は、台金１０を有する。

台金１０は長手方向に延在している。台金１０の先端部にはチップ１００が設けられている。台金１０には溝１１が長手方向に延びるように設けられている。溝１１内にチップ１００が配置される。

台金１０は、たとえば超硬合金により構成される。台金１０にロウ付けによりチップ１００が固定されている。なお、この実施例では台金１０に直接チップ１００が固定されているが、チップ１００がロウ付けにより台座に固定され、台座がロウ付けまたはボルトにより台金１０に固定されていてもよい。

チップ１００は、たとえばＣＶＤ（chemical vapor deposition）で合成された単結晶ダイヤモンドチップ１１０と、単結晶ダイヤモンドチップ１１０を保持するベースとしての台座１２０とで構成される。

台金１０には切削油通路１２が設けられている。切削油通路１２は、台金１０の長手方向に沿って台金１０の内部を延びており、切削油を単結晶ダイヤモンドチップ１１０と工作物との接触界面に供給するための孔１３に繋がっている。台金１０には、センター穴１４が設けられている。

この実施の形態では単一のチップ１００のみが台金１０に設けられるが、複数のチップ１００が台金１０に設けられてもよい。この場合、複数のチップ１００は同一の円周軌道に設けられる。また、台金１０の軸方向に複数段にわたり、複数のチップ１００が台金１０に設けられてもよい。

図６は、図５中のＶＩで囲んだ部分の拡大側面図である。図７は、図１中のＶＩＩ−ＶＩＩ線で囲んだ部分の拡大正面図である。図８は、図３中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で囲んだ部分の拡大平面図である。図９は、図４中のＩＸ−ＩＸ線で囲んだ部分の拡大底面図である。

チップ１００は、外周切れ刃１１５と、その外周切れ刃１１５に連なる前切れ刃１１３とを有する。外周切れ刃１１５と前切れ刃１１３との間に切れ刃角部１１８が形成されている。外周切れ刃１１５および前切れ刃１１３で囲まれた部分がすくい面１１１である。

この実施の形態では、前切れ刃１１３は外周切れ刃１１５に対して略直交するように延びている。しかしながら、前切れ刃１１３は外周切れ刃１１５に対して傾斜角を有していてもよい。傾斜角は半径方向に対して前切れ刃１１３がなす角度である。

単結晶ダイヤモンドチップ１１０は、ＣＶＤにより合成された単結晶ダイヤモンドまたは高温高圧条件を用いた直接合成による単結晶ダイヤモンドにより構成される。単結晶ダイヤモンドチップ１１０は、超硬合金からなる台座１２０の上に固定されている。

外周切れ刃１１５に沿って延びるように、マージン１１６および逃げ面１１２が形成されている。マージン１１６は、回転切削において工作物と接触する部分、逃げ面１１２は、回転切削において工作物と接触しない部分である。この図では、マージン１１６は単結晶ダイヤモンドチップ１１０のみで構成されている。しかしながら、マージン１１６が単結晶ダイヤモンドチップ１１０および台座１２０で構成されていてもよい。この場合には、マージン１１６の回転方向に沿った幅は、単結晶ダイヤモンドチップ１１０の回転方向に沿った幅よりも大きい。前切れ刃１１１に沿って逃げ面１１４が形成されている。逃げ面１１２は単結晶ダイヤモンドチップ１１０だけでなく超硬合金の台座１２０にも形成される。

回転切削工具１は、台金１０と、台金１０の外周に設けられた単結晶ダイヤモンドチップ１１０とを備え、単結晶ダイヤモンドチップ１１０は、外周切れ刃１１５と、外周切れ刃１１５の回転方向後側に設けられたマージン１１６とを有する。

マージン１１６は曲面形状であり、その幅方向（回転方向）の中心部分の接平面と、単結晶ダイヤモンドの（１００）面または（１１０）面とのなす角度は８°以下である。外周切れ刃１１５と前切れ刃１１１の交点である切れ刃角部１１８からマージン１１６に沿って外周切れ刃１１５および前切れ刃１１１と異なる方向に延びるように稜１１６ａが形成されている。接平面１１７に垂直な矢印１１７ａで示す方向から見た稜１１６ａの凹凸は７μｍ以下である。

稜１１６ａの凹凸の高さは、矢印１１７ａで示す方向からみたマージン１１６に隣接する凹凸の最も高い部分と最も低い部分との高さの差を示す。凹凸の大きさは、カールツァイス製微分干渉顕微鏡または電子顕微鏡により測定することができる。なお、マージン１１６の回転方向に沿った幅が単結晶ダイヤモンドチップ１１０の回転方向に沿った幅よりも大きい場合には、稜１１６ａは、単結晶ダイヤモンドチップ１１０および台座１２０の両方に形成される。この場合、単結晶ダイヤモンドチップ１１０の稜１１６ａの凹凸の高さを測定し、これを、単結晶ダイヤモンドチップ１１０および台座１２０により構成される稜１１６ａの凹凸の高さとする。

面方位は、たとえば、株式会社リガク製Ｘ線回折装置によりＣｕをターゲットとしたＸ線管球を用い、３０ｋｖ、１０ｍＡの条件で測定することができる。マージン１１６の幅方向の中心部分の近傍において、上記のＸ線回折装置を用いて（１００）面および（１１０）面を特定する。特定された（１００）面および（１１０）面と、接平面１１７とのなす角度を計算する。

前切れ刃１１３は、台金１０の先端１０ａから突出している。なお、前切れ刃１１３は先端１０ａから突出していなくてもよい。刃物角（すくい面１１１と逃げ面１１２，１１４のなす角度）は７０°以上であれば前切れ刃１１３および外周切れ刃１１５の強度が大きくなるため好ましい。

図１０は、実施の形態１に従った回転切削工具の斜視図である。図１１は、図１０中のＸＩ−ＸＩ線で囲んだ部分の拡大斜視図である。

回転切削工具１の台金１０は円柱に溝１１が設けられた形状とされている。単結晶ダイヤモンドチップ１１０は直方体形状であり、台金１０の長手方向に沿った長さが長く、台金１０の半径方向に沿った長さが短い。

（実施の形態２）
図１２は、実施の形態２に従った回転切削工具の正面図である。図１３は、実施の形態２に従った回転切削工具の背面図である。図１４は、実施の形態２に従った回転切削工具の平面図である。図１５は、実施の形態２に従った回転切削工具の底面図である。図１６は、図１２中の矢印ＸＶＩで示す方向から見た回転切削工具の側面図である。

これらの図で示されるように、実施の形態２に従った回転切削工具１では単結晶ダイヤモンドチップ１１０のすくい面１１１が三角形であり、単結晶ダイヤモンドチップ１１０が三角柱形状である点で、実施の形態１に従った単結晶ダイヤモンドチップ１１０と異なる。

単結晶ダイヤモンドチップ１１０は、直方体形状の単結晶ダイヤモンドを対角線に沿って２分割することで得られる。単結晶ダイヤモンドチップ１１０を三角柱形状とすることで、図１から１１で示す実施の形態１の直方体形状の単結晶ダイヤモンドチップと比較して単結晶ダイヤモンドの体積を半分にすることができる。その結果、コストを低下させることができる。

図１７は、図１６中のＸＶＩＩで囲んだ部分の拡大側面図である。図１８は、図１２中のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線で囲んだ部分の拡大正面図である。図１９は、図１４中のＸＩＸ−ＸＩＸ線で囲んだ部分の拡大平面図である。図２０は、図１５中のＸＸ−ＸＸ線で囲んだ部分の拡大底面図である。

チップ１００は、外周切れ刃１１５と、その外周切れ刃１１５に連なる前切れ刃１１３とを有する。外周切れ刃１１５と前切れ刃１１３との間に切れ刃角部１１８が形成されている。外周切れ刃１１５および前切れ刃１１３で囲まれた三角形の部分がすくい面１１１である。

実施の形態１に従った回転切削工具１では、前切れ刃１１３の半径方向の長さと台座１２０の半径方向の長さが略等しい。これに対して実施の形態２に従った回転切削工具１では、前切れ刃１１３の半径方向の長さは、台座１２０の半径方向の長さよりも長い。その結果、前切れ刃１１３は内周方向に突出している。

マージン１１６は曲面形状であり、その幅方向の中心の接平面１１７と、単結晶ダイヤモンドの（１００）面または（１１０）面とのなす角度は８°以下である。接平面１１７に垂直な矢印１１７ａで示す方向から見た稜１１６ａの凹凸は７μｍ以下である。

図２１は、実施の形態２に従った回転切削工具の斜視図である。図２２は、図２１中のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線で囲んだ部分の拡大斜視図である。

（実施例）

表１および表２で示すような形状の、実施の形態１に従った回転切削工具を準備した。単結晶ダイヤモンドチップ１１０は直方体形状である。なお、切れ刃角部１１８に面取りを設けた。工具の軸方向から見たときの面取りの幅は０．５ｍｍ、前切れ刃１１３に対してなす角度は１５°であった。

「マージン１１６の面方位」とは、マージン１１６の接平面１１７の面方位をいう。ここで示される面方位の「（１００）」、「（１１０）」および「（１１１）」は、（１００）面、（１１０）面、および（１１１）面から８°以内のずれの面であることを示す。

「マージン１１６の幅」は、回転切削方向に沿ったマージン１１６の幅を示す。「単結晶ダイヤモンドチップ１１０厚み」とは、回転切削方向に沿った単結晶ダイヤモンドチップ１１０の厚みを示す。

「すくい面１１１の面方位」とは、すくい面１１１の面方位をいう。ここで示される面方位の「（１００）」、および「（１１０）」は、（１００）面、および（１１０）面から８°以内のずれの面であることを示す。

これらのサンプルを用いて、表３で示す条件で加工試験を行った。

その結果を表１および表２に示す。
真円度は、真円度測定機を使い、ＪＩＳ Ｂ０６２１（１９８４）で規定されているＭＺＣ最小領域中心法により測定した数値を示す。最大粗さＲｚは、表面粗さ測定機を使いＪＩＳ Ｂ０６０１（２００１）に基づいて定義される。

本発明品１−１から１−６では、マージン１１６の面方位が（１００）または（１１０）であり、稜１１６ａの凹凸の高さが７μｍ以下であるため、優れた加工精度が得られていることが分かる。特に凹凸の高さが５μｍ以下の本発明品１−１から１−４では溶着、欠損が全く発生せず、極めて高い加工精度が得られることが分かった。

比較例１および２では、凹凸の高さが８μｍであったため加工数Ｎが３０に到達する前に前切れ刃１１３に欠損が生じて加工を中止した。また、比較例３は製作時にマージン面がへき開して製作できなかった。

本発明品２−１から２−４では、マージン幅が異なる。マージン幅が０．０２ｍｍであれば加工入口でわずかにビビリが発生した。ただし、加工精度は良好な結果となった。マージン幅が単結晶ダイヤモンドチップ１１０の厚みを超える本発明品２−４では、マージン１１６が単結晶ダイヤモンドチップ１１０と台座１２０で構成されるため、厳しい加工条件（Ｖ＝２５０）において加工面が黒色となり、光沢が損なわれた。

本発明品３−１および３−２では、すくい面の面方位が（１００）面である。過酷な切削条件（Ｖ＝２５０）では溶着が発生するが、通常の切削条件では良好な加工精度が得られる。これに対して、すくい面の面方位が（１１０）面であれば、過酷な切削条件であっても本発明品１−１および１−３で示すように欠損および溶着が生じない。

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実施の形態ではなく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。

この発明は回転切削工具の分野において用いることができる。

１ 回転切削工具、１０ 台金、１０ａ 先端、１１ 溝、１２ 切削油通路、１３ 孔、１４ センター穴、１００ チップ、１１０ 単結晶ダイヤモンドチップ、１１１ すくい面、１１２ 逃げ面、１１３ 前切れ刃、１１５ 外周切れ刃、１１６ マージン、１１７ 接平面、１１７ａ 矢印、１１８ 切れ刃角部、１１９ 内周側角部、１２０ 超硬合金。

Claims (6)

1. 台金と、前記台金の外周に設けられた単結晶ダイヤモンドチップとを備え、
   前記単結晶ダイヤモンドチップは、外周切れ刃および前切れ刃と、前記外周切れ刃の回転方向後側に設けられたマージンとを有し、
   前記マージンの回転方向の幅の中心部分の接平面と、前記単結晶ダイヤモンドチップの（１００）面または（１１０）面とのなす角度は８°以下であり、
   前記接平面に垂直な方向から見た、前記外周切れ刃と前記前切れ刃の交点から前記マージンに沿って前記外周切れ刃および前記前切れ刃と異なる方向に延びる稜の凹凸の高さは７μｍ以下である、回転切削工具。
2. 前記マージンの回転方向の幅は０．０３ｍｍ以上前記単結晶ダイヤモンドチップの回転方向の厚み以下である、請求項１に記載の回転切削工具。
3. 前記単結晶ダイヤモンドチップはすくい面を有し、前記すくい面と前記単結晶ダイヤモンドチップの（１００）面または（１１０）面とのなす角度は８°以下である、請求項１または請求項２に記載の回転切削工具。
4. 前記単結晶ダイヤモンドチップはすくい面を有し、前記すくい面と前記単結晶ダイヤモンドチップの（１１０）面とのなす角度は８°以下である、請求項３に記載の回転切削工具。
5. 前記単結晶ダイヤモンドチップは、三角形のすくい面を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転切削工具。
6. 前記接平面に垂直な方向から見た前記稜の凹凸の高さは５μｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転切削工具。

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