JP2021030330A - 切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルシール部材が回転軸の外表面に焼き付くことを抑制可能な切削工具を提供する。【解決手段】切削工具は、すくい面と、逃げ面と、切れ刃とを備えている。逃げ面は、すくい面に連なる。切れ刃は、すくい面と逃げ面との稜線に形成されている。切削工具は、平面視において多角形形状を有している。切れ刃は、多角形形状の辺に沿って形成され、かつ立方晶窒化ホウ素を含む焼結体により構成されている。立方晶窒化ホウ素の平均粒径は、５μｍ以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、切削工具に関する。より特定的には、本発明は、スカイビング加工用の切削工具に関する。

例えば、特許文献１（特表２００３−５１６８６８号公報）には、スカイビング加工用の切削工具が記載されている。特許文献１に記載の切削工具は、直線状に延在する切れ刃を有している。

特許文献１に記載の切削工具を用いたスカイビング加工において、特許文献１に記載の切削工具は、その切れ刃が被削材の中心軸に対して傾斜して配置されるとともに、その切れ刃が被削材の中心軸を横断するように送られる。その結果、切削点が特許文献１に記載の切削工具の切れ刃上を順次移動しながら、被削材の外周面に対する切削加工が行われる。

特表２００３−５１６８６８号公報

オイルシール部材をもつ部品の回転軸は、通常、オイルシール部材によって封止されている。旋盤を用いて回転軸に対して表面加工を行うと、回転軸の外周面に螺旋状の溝（送り目）が形成される。回転軸の外周面に螺旋状の溝が形成されると、螺旋状の溝に沿ってオイルが外部に漏れていく場合がある。回転軸の外周面に螺旋状の溝が形成されないように、回転軸の外周面に対する加工は、旋盤加工ではなく研削加工により行われている。

一方、スカイビング加工を用いて回転軸を加工すれば、回転軸の外周面が滑らかになり、外周面には螺旋状の溝が形成されない。しかしながら、回転軸の外周面が平滑になりすぎることにより、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くおそれがあった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くことを抑制可能な切削工具を提供することである。

本発明の一実施形態に係る切削工具は、すくい面と、逃げ面と、切れ刃とを備えている。逃げ面は、すくい面に連なる。切れ刃は、すくい面と逃げ面との稜線に形成されている。切削工具は、平面視において多角形形状を有している。切れ刃は、多角形形状の辺に沿って形成され、かつ立方晶窒化ホウ素を含む焼結体により構成されている。立方晶窒化ホウ素の平均粒径は、５μｍ以上である。

本発明の一態様に係る切削工具によると、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くことを抑制可能な切削工具を提供することができる。

本実施形態に係る切削工具１０の構成を示す斜視模式図である。 本実施形態に係る切削工具１０の構成を示す平面模式図である。 本実施形態に係る切削工具１０の構成を示す拡大端面模式図であり、図２の領域ＩＩＩに対応する。 切削工具１０を用いたスカイビング加工の模式図である。 被削材の表面粗さＲｚと、立方晶窒化ホウ素の平均粒径との関係を示す図である。

［本発明の実施形態の説明］
まず、本発明の実施形態を列記して説明する。

（１）本発明の一実施形態に係る切削工具１０は、すくい面１と、逃げ面２と、切れ刃３とを備えている。逃げ面２は、すくい面１に連なる。切れ刃３は、すくい面１と逃げ面２との稜線に形成されている。切削工具１０は、平面視において多角形形状を有している。切れ刃３は、多角形形状の辺に沿って形成され、かつ立方晶窒化ホウ素２１を含む焼結体１２により構成されている。立方晶窒化ホウ素２１の平均粒径は、５μｍ以上である。

上記（１）に係る切削工具１０によれば、切れ刃３に凹凸が形成される。上記（１）に係る切削工具１０を用いて被削材に対してスカイビング加工を行う場合、切れ刃３の凹凸が被削材の外表面に転写される。そのため、被削材の外周面が平滑になりすぎることを抑制することができる。結果として、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くことを抑制することができる。

（２）上記（１）に係る切削工具１０によれば、立方晶窒化ホウ素２１の平均粒径は、１０μｍ以上であってもよい。これにより、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くことをさらに抑制することができる。

（３）上記（１）または（２）に係る切削工具１０によれば、立方晶窒化ホウ素２１の平均粒径は、１００μｍ以下であってもよい。これにより、被削材の外周面の表面粗さが大きくなりすぎることを抑制することができる。

［本発明の実施形態の詳細］
次に、本発明の実施形態の詳細を、図面を参酌しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

まず、本実施形態に係る切削工具１０の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る切削工具１０の構成を示す斜視模式図である。

本実施形態に係る切削工具１０は、スカイビング加工用の切削工具１０である。図１に示されるように、切削工具１０は、すくい面１と、逃げ面２と、切れ刃３とを有している。逃げ面２は、すくい面１に連なっている。切れ刃３は、すくい面１と逃げ面２との稜線に形成されている。別の観点から言えば、すくい面１と逃げ面２との稜線は、切れ刃３を構成する。

切削工具１０は、基材１１と、刃部材１２（焼結体１２）と、接合層１３とを有している。基材１１は、例えば、超硬合金で形成されている。基材１１は、頂面１１ａと、背面１１ｂと、側面１１ｃとを有している。頂面１１ａは、すくい面１の一部を構成している。背面１１ｂは、頂面１１ａの反対側の面である。側面１１ｃは、頂面１１ａ及び背面１１ｂに連なっている。側面１１ｃは、逃げ面２の一部を構成している。

頂面１１ａには、座面部１１ｄを有している。座面部１１ｄにある頂面１１ａと背面１１ｂとの距離は、座面部１１ｄ以外にある頂面１１ａと背面１１ｂとの距離よりも小さくなっている。すなわち、頂面１１ａには、座面部１１ｄにおいて、段差が形成されている。

刃部材１２は、例えば焼結体１２により構成されている。具体的には、切れ刃３は、例えば立方晶窒化ホウ素を含む焼結体により構成されているが、当該焼結体とは異なる材料により構成されていてもよい。刃部材１２は、座面部１１ｄ上に配置されている。刃部材１２は、座面部１１ｄとの間に配置された接合層１３により、基材１１に接合されている。上記においては、切削工具１０が基材１１、刃部材１２及び接合層１３により構成される場合を例として示したが、切削工具１０は、刃部材１２のみで同様の形状とすることにより構成されてもよい。

図１に示されるように、切れ刃３は第１方向Ｘに沿って延在している。刃部材１２は、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙの各々に沿って延在している。第２方向Ｙは、逃げ面２に対して垂直な方向である。刃部材の第１方向Ｘの長さは、第２方向Ｙの長さよりも長い。基材１１には、取付孔４が設けられていてもよい。取付孔４は、例えば第３方向Ｚに沿って基材１１を貫通している。第３方向Ｚは、頂面１１ａから背面１１ｂに向かう方向である。第３方向Ｚは、すくい面１に対して垂直な方向であってもよい。

図２は、本実施形態に係る切削工具１０の構成を示す平面模式図である。図２に示されるように、切削工具１０は、平面視において、多角形形状を有している。ここで、「平面視」とは、切削工具１０をすくい面１に直交する方向から見た場合をいう。図２に示される例においては、切削工具１０は、平面視において、三角形形状を有しているが、切削工具１０は、三角形形状以外の多角形形状であってもよい。多角形は、例えば四角形であってもよい。この「多角形形状」は、完全な多角形形状である必要はなく、多角形の頂点部分が丸まっていてもよい。「多角形形状」は、多角形の各辺に沿った直線状の部分を有している。切れ刃３は、この多角形形状の辺に沿って形成されている。なお、切れ刃３は、この多角形形状を構成する辺のうちの少なくとも１辺に形成されていればよい。切れ刃３の長さ（切れ刃長さＬ１）は、例えば５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。

図３は、本実施形態に係る切削工具１０の構成を示す拡大端面模式図であり、図２の領域ＩＩＩに対応する。図３に示されるように、刃部材１２は、立方晶窒化ホウ素２１と結合材２２とを含んでいる。結合材２２は、立方晶窒化ホウ素２１を取り囲んでいる。立方晶窒化ホウ素２１は、靭性および硬度が優れている硬質粒子である。したがって、刃部材１２において、立方晶窒化ホウ素２１の含有率が高いほど、硬度が向上する。さらに、立方晶窒化ホウ素２１中のホウ素と結合材２２との結合が強固になることによっても、焼結体１２の硬度が向上する。

立方晶窒化ホウ素２１の粒径は、５μｍ以上である。好ましくは、立方晶窒化ホウ素２１の粒径は、１０μｍ以上である。好ましくは、立方晶窒化ホウ素２１の粒径は、１００μｍ以下である。立方晶窒化ホウ素２１の粒径の下限は、１５μｍ以上であってもよい。立方晶窒化ホウ素２１の粒径の上限は、５０μｍ以下であってもよいし、３５μｍ以下であってもよい。

図３に示されるように、切れ刃３は、立方晶窒化ホウ素２１の外形に沿って形成されている。切れ刃３の凸部は、立方晶窒化ホウ素２１の外形に沿って形成されている。切れ刃３の一部は、結合材２２により構成されていてもよい。切れ刃３の凹部の一部は、立方晶窒化ホウ素２１により構成されていてもよい。

次に、立方晶窒化ホウ素２１の粒径の測定方法について説明する。

立方晶窒化ホウ素２１の粒径は、面積基準の粒度分布において、その累積値が５０％となるときの粒径である。具体的には、まず焼結体１２の任意の位置を切断し、その切断面を含む試料を作製する。焼結体１２の切断面は、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）装置、クロスセクションポリッシャ装置のいずれかを用いて作製することができる。次に、焼結体１２の切断面を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて２０００倍で観察し、反射電子像を得る。

反射電子像において、立方晶窒化ホウ素２１の存在する領域は黒色領域として観察され、結合材２２が存在する領域は灰色領域または白色領域として観察される。灰色領域にはＡｌなどの軽元素が存在し、白色領域は、Ｗなどの重元素が存在する。白色領域または灰色領域と黒色領域との境界は、後述する画像解析ソフトにおいて、コントラストと明るさを調整することにより特定することができる。これにより白色領域または灰色領域と黒色領域とを区別することができる。

反射電子像中の黒色領域については、画像解析ソフト（例えば商品名：「ＷｉｎＲＯＯＦ」、三谷商事株式会社製）を用いて該領域の円相当径を算出する。５視野以上を観察することによって１００個以上の立方晶窒化ホウ素２１（黒色領域）の円相当径を算出し、その後、各円相当径を最小値から最大値まで並べて累積分布として描く。累積分布において累積面積５０％となる粒径を平均粒径とする。円相当径とは、切断面において立方晶窒化ホウ素２１の面積と同じ面積を有する円の直径を意味する。以上のようにして、立方晶窒化ホウ素２１の平均粒径が求められる。

次に、焼結方法について説明する。焼結体を得る工程では、結合材用原料粉末と焼結用ｃＢＮ粒子とを混合し、焼結する工程が行われる。具体的には、まず、結合材用原料粉末と焼結用ｃＢＮ粒子とを混合して混合物が準備される。この混合物に対して、例えば３ＧＰａ以上１５ＧＰａ以下の圧力および８００℃以上１９００℃以下の温度で焼結処理することにより、刃部材１２を得ることができる。この焼結処理は、非酸化雰囲気下で行うことが好ましく、真空中または窒素雰囲気下で行うことがさらに好ましい。焼結方法は、特に限定されないが、例えば放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、ホットプレス、超高圧プレスなどを用いることができる。

（スカイビング加工方法）
次に、切削工具１０を用いたスカイビング加工について説明する。

図４は、切削工具１０を用いたスカイビング加工の模式図である。図４に示されるように、切れ刃３は、第１端３ａと、第２端３ｂと、中央部３ｃとを有している。第２端３ｂは、第１端３ａの反対側にある。中央部３ｃは、第１端３ａと第２端３ｂとの間の部分である。被削材Ｗは、中心軸Ａ周りに回転している。切削工具１０は、切れ刃３が中心軸Ａの方向に対して傾斜するように配置されている。切削工具１０は、切れ刃３が中心軸Ａを横切る方向に送られる。より具体的には、切削工具１０は、中心軸Ａに直交する方向又は中心軸Ａに対して傾斜する方向に沿って送られる。

その結果、切削開始時には、切れ刃３は第１端３ａにおいて被削材の外周面に接触する（切れ刃３と被削材Ｗの外周面との接触点を切削点という）が、切削の進展に伴い、切削点が中央部３ｃを通って第２端３ｂ側に向かって移動する。このように、スカイビング加工においては、切削点が切れ刃３上を順次移動していくため、摩耗が切れ刃３全体に分散される。

次に、上記実施形態に係る切削工具１０の作用効果について説明する。

上記実施形態に係る切削工具１０によれば、切れ刃３は、多角形形状の辺に沿って形成され、かつ立方晶窒化ホウ素２１を含む焼結体１２により構成されている。立方晶窒化ホウ素２１の平均粒径は、５μｍ以上である。上記切削工具１０を用いて被削材に対してスカイビング加工を行う場合、切れ刃３の凹凸が被削材の外表面に転写される。そのため、被削材の外周面が平滑になりすぎることを抑制することができる。結果として、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くことを抑制することができる。

また上記実施形態に係る切削工具１０によれば、立方晶窒化ホウ素２１の平均粒径は、１０μｍ以上であってもよい。これにより、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くことをさらに抑制することができる。

さらに上記実施形態に係る切削工具１０によれば、立方晶窒化ホウ素２１の平均粒径は、１００μｍ以下であってもよい。これにより、被削材の外周面の表面粗さが大きくなりすぎることを抑制することができる。

（サンプル準備）
まず、サンプル１〜３に係る切削工具１０を準備した。サンプル１〜３に係る切削工具１０においては、立方晶窒化ホウ素２１の平均粒径を、それぞれ２μｍ、５μｍおよび１０μｍとした。

（評価方法）
次に、サンプル１〜３に係る切削工具１０を用いて被削材に対してスカイビング加工を行った。被削材は、ＳＣＭ４１５（焼入）とした。スカイビング加工の切削条件は、以下の通りとした。切削速度（Ｖｃ）は、２００ｍ／分とした。送り速度（ｆ）は、０．２ｍｍ／回転とした。切込み量（ａｐ）は、０．１ｍｍとした。切削方式は、乾式とした。

（評価結果）
スカイビング加工後において、被削材の外周面の最大高さ粗さ（Ｒｚ）を測定した。最大高さ粗さは、接触式段差計を用いて測定した。基準長さは、４ｍｍとした。最大高さ粗さは、３回測定し、その平均値を被削材の表面粗さとした。図５は、被削材の表面粗さＲｚと、立方晶窒化ホウ素の平均粒径との関係を示す図である。図５に示されるように、サンプル１〜３に係る切削工具１０を用いて被削材に対してスカイビング加工を行った後の被削材の外周面の最大高さ粗さは、それぞれ０．５２３３μｍ、１．０８４１μｍおよび１．３０２３μｍであった。以上の結果より、切削工具１０の立方晶窒化ホウ素２１の平均粒径を５μｍとすることで、被削材の表面粗さを適度に大きくすること可能であることが確かめられた。

今回開示された実施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 すくい面
２ 逃げ面
３ 切れ刃
３ａ 第１端
３ｂ 第２端
３ｃ 中央部
４ 取付孔
１０ 切削工具
１１ 基材
１１ａ 頂面
１１ｂ 背面
１１ｃ 側面
１１ｄ 座面部
１２ 焼結体（刃部材）
１３ 接合層
２１ 立方晶窒化ホウ素
２２ 結合材
Ａ 中心軸
Ｌ１，Ｌ２ 長さ
Ｗ 被削材
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向
Ｚ 第３方向

Claims (3)

1. 切削工具であって、
   すくい面と、
   前記すくい面に連なる逃げ面と、
   前記すくい面と前記逃げ面との稜線に形成される切れ刃とを備え、
   前記切削工具は、平面視において多角形形状を有しており、
   前記切れ刃は、前記多角形形状の辺に沿って形成され、かつ立方晶窒化ホウ素を含む焼結体により構成されており、
   前記立方晶窒化ホウ素の平均粒径は、５μｍ以上である、切削工具。
2. 前記立方晶窒化ホウ素の平均粒径は、１０μｍ以上である、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記立方晶窒化ホウ素の平均粒径は、１００μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。