JP3050183B2 - セラミックチップクランプ型切削工具 - Google Patents

セラミックチップクランプ型切削工具

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JP3050183B2
JP3050183B2 JP9243598A JP24359897A JP3050183B2 JP 3050183 B2 JP3050183 B2 JP 3050183B2 JP 9243598 A JP9243598 A JP 9243598A JP 24359897 A JP24359897 A JP 24359897A JP 3050183 B2 JP3050183 B2 JP 3050183B2
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    • Y10T407/27—Cutters, for shaping comprising tool of specific chemical composition

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に鋳鉄の高速切
削加工に用いられるセラミックチップクランプ型切削工
具、すなわちセラミックチップ(セラミックス製のバイ
ト)を、着脱交換可能なバイトホルダーにクランプ方式
で固定して用いる切削工具、特にそのチップ構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来自動車部品や機械部品等の切削加工
には、超硬と呼ばれるＷＣ−Ｃｏ系材料およびサーメッ
トと呼ばれるＴｉＮ−Ｃｏ等々の材料や同基材にセラミ
ックス皮膜を形成したものからなる切削工具用チップが
一般的に用いられてきた。近年特にこれら部品の高能率
加工への要求が日増しに高まりつつあり、高温切削環境
に耐え得るとともに、さらに高速の送り・大きな切り込
み量での切削が可能な長寿命な切削工具の提供が強く望
まれている。
【０００３】この様な切削条件下では、工具が気中で１
０００℃以上の高温に曝されることが多く、上記したサ
ーメット系の切削工具では、その耐酸化性や機械的強度
が顕著に低下するために、安定して実用に供することが
できなかった。これに対し、最近窒化珪素またはサイア
ロンを主成分とする、いわゆる窒化珪素系セラミックス
からなる切削工具が、その高温での強度・耐酸化性の点
で優れているため用いられ始めている。例えば特表平６
−５０５９２２号公報には高強度・高靱性のこの種のセ
ラミックスを素材としたチップが紹介されている。この
チップはすくい面中央の貫通孔によってホルダーに固定
されるものである。
【０００４】しかしながらこの様な窒化珪素系セラミッ
クス製のチップは、上記したサーメット系のものに比べ
高温での強度(すなわち曲げ強度)は高いが、上記の様な
比較的重負荷の切削加工においては靱性が低く、加工中
に欠け易いという問題がある。この弱点をカバーするた
め、切削加工時の負荷による同工具チップの移動を防
ぎ、欠けを防ぐ方策が各種採られてきた。例えば上記公
報に記載の様に、同チップすくい面の中央に厚み方向に
貫通孔を開けて、そこでチップをホルダーに固定する方
法がある。しかしこの様にすると、この貫通孔によって
かえってチップの強度が低下するという問題が生じてい
た。
【０００５】この様な問題点を解消するために、例えば
ヨーロッパ登録特許Ｎｏ．００７５１７７号もしくはそ
の対応日本出願である特開昭５８−５９７０５号、特開
昭５８−５９７０６号の各公報には、チップのすくい面
上に凹部を設けて、同部分を上部からホルダーに備え付
けのクランプアーム付き押さえ金具で押さえ付けて、チ
ップを比較的容易に固定する手段が開示されている。同
公報に記載の手段によれば、チップの固定用凹部の内形
面は、チップ素材が難加工性であることもあり、あえて
高い寸法精度に仕上げ加工する必要は無く、押さえ金具
の外形寸法との間に遊びがあるものである。この様な状
態で、押さえ金具の外形面を同金具本体のアームの長さ
方向のテンションでチップの内面と一点で接触押し当て
ることによって、チップの移動を抑える様になってい
る。なお同公報の開示によれば、押さえ金具先端の上下
方向の断面形状が半円状であり、上記接触を実現するた
めにチップのすくい面上の凹部断面形状を瓢箪型、長円
型、星型等の形状としたものが紹介されている。しかし
ながら、この様な固定方法では今後予測されるような高
速切削の場合、ホルダー金具とチップ凹部との間が一点
接触保持状態となっているため、重度の負荷がかかった
り、ホルダーの押さえ金具先端形状のバラツキによって
ホルダーとチップ凹部の内側面との接触点がずれると、
チップの保持が不安定になったり、保持点に過剰の応力
が集中してチップが損傷することが考えられる。また加
工設備の老朽化によるホルダー全体に同設備の微動が伝
わるような場合にも、同じ不具合の生じる可能性もあ
る。
【０００６】また実公昭５１−２４６２６号公報には、
上記のものと同様の固定原理でチップを簡便に固定でき
る事例が示されており、その中でチップの凹部形状を逆
円錐状にし、同円錐部の一方向側の面に押さえ金具の外
面を押し当ててたものが紹介されている(事例１)。また
この逆円錐状の凹部の下に、さらに固定用の貫通孔を併
設したものも紹介されている(事例２)。なおこれらの事
例ではチップの凹部内側面は、焼成したままの通常Ｒｍ
ａｘで１０μｍ以上の粗面仕上げでもよいとされてい
る。しかしながらこの場合でも、上記事例と同様に高速
切削時の重負荷でのチップの移動を確実に抑えることは
難しい。すなわち事例１の場合凹部傾斜面が粗いため
に、重負荷時のチップが長期安定に保持できなくなる。
また事例２では、これに加えて貫通孔によるチップの強
度低下の懸念がある。さらに円錐状凹部内側面の傾斜角
が小さくなると、チップの移動を抑えるクランプの分力
が小さくなり、高速切削時にはチップの固定不十分の状
態となる可能性がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる課題
は、以上述べた問題点を解消しうる窒化珪素系セラミッ
クス製チップを具備したクランプ保持型切削工具の提供
を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明が提供する第一のセラミックチップクランプ型切
削工具は、そのチップが窒化珪素系セラミックスからな
り、同チップのすくい面の中央にクランプ固定用の凹部
を備えており、同凹部は、その表面粗さがＲｍａｘで４
μｍ以下、その内側面稜線(ここで本発明における凹部
の内側面とは後述する図１に示すチップ断面図におい
て、符号３で示された凹部の側面を指す。したがって、
その断面図における同側面の稜線を内側面稜線と称す)
とすくい面に垂直な方向の同チップの中心線(これは後
述の図１の符号４で示されるものである)とのなす角度
が５０〜７０度、そのすくい面断面径のチップすくい面
外周内接円の直径に対する比(本発明では、これを凹部
断面径比と称す)が３０〜８５％であり、なおかつその
凹部底面は平坦な面をなし、凹部の稜線と底面との繋ぎ
部分が、滑らかな曲面を形成しているものである。図１
の(イ)はその一事例を模式的に示すものである。
【０００９】また本発明の第二のセラミックチップクラ
ンプ型切削工具は、そのチップが上記と同じ材質からな
り、上記とほぼ同じ形状のクランプ固定用の凹部を有す
るものであるが、同凹部の底面は曲面をなすものであ
る。図１の(ロ)はその一事例を模式的に示すものであ
る。
【００１０】さらに本発明には、上記クランプ固定用の
凹部を含むチップ表面の少なくとも一部に、硬質皮膜が
形成されているものも含まれる。なお本発明での硬質皮
膜とは、その材質が１０００℃以上の高温の気中でその
硬度・耐酸化性の劣化を生じ難いセラミックス質、ダイ
ヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドからなるものを
指す。勿論この種の皮膜が形成されていても、チップの
凹部は上述した範囲内形状のものであることは言うまで
もない。
【００１１】本発明工具のセラミックチップの製造方法
は、窒化珪素粉末と焼結助剤を混合した混合粉末を粉末
成形してチップの外形を形成する際に、上述したチップ
上の凹部相当部分を最終形状のほぼ相似形状に同時成形
する工程と、この成形体を焼結し焼結体とした後、少な
くとも焼成した凹部の表面については、Ｒｍａｘで4μ
ｍ以下となる様に、仕上げ加工する工程とを含んでい
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明によれば、切削工具チップ
の材質は窒化珪素系セラミックスである。同セラミック
チップは、同セラミック焼結体を製造する公知の手順で
作製すればよい。例えば市販の窒化珪素粉末にＹ2０3、
Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＭｇＯ等の焼結助剤粉末を混合
し、成形した後焼結する手順を採る。なお窒化珪素系焼
結体素材としては、通常は市販品程度の空孔率１０％以
下、平均粒径１０μｍ以下、３点曲げ強度８００ＭＰａ
以上のものを用いればよいが、さらに粒界相を結晶化し
たり、複合サイアロンのように同相の量を低減させたも
のやセラミック繊維(例えばＳｉＣ、ＴｉＣ等の高温高
靱性のウイスカー)で強化した高い高温強度を有する窒
化珪素系セラミックスを用いると有利である。この様な
高温特性を向上させたものでは、例えば平均粒径４μｍ
以下、常温３点曲げ強度１５００ＭＰａ以上、１０００
℃の同強度８００ＭＰａ以上、１０００℃のビッカース
硬度が８ＧＰａ以上かつ常温での破壊靱性Ｋ1Cが５ＭＰ
ａｍ1/2以上のものを用いることによって、より高速切
削が可能になるとともに、チップの耐用寿命は顕著に改
善される。
【００１３】本発明の工具のチップクランプ部分を模式
的に図２に示す。同図でチップ９にはそれをクランプ固
定するための凹部２が形成されている。チップ９はその
ホルダーであるクランプ型のバイトホルダー１０の切り
欠き部１２に密着状態で押し当てられ、その一方でチッ
プの凹部２は、クランプ型のバイトホルダー１０の押さ
え金具１１で上部から押しつけられて保持固定されてい
る。この場合チップの凹部面は、金具１１によって上部
からの応力が負荷されるだけでなく、凹部の内側面(す
なわちすくい面に対し傾斜した面)に対しホルダーの本
体寄りの方向にも(すなわち同図の矢印方向にも)その分
力を受ける。また本発明の工具に備え付けるチップの代
表的な形状の事例を図１に模式的に示す。同図において
(イ)はＳ型と称し、上の側断面図に示すように固定用の
凹部の底面が平坦面をなすものである。また(ロ)はＣ型
と称し、同底面が球面状をなすものである。同図で１は
チップのすくい面、２は同チップのクランプ固定用に設
けた凹部、３は凹部の傾斜した内側面、４はチップすく
い面の同面に垂直方向の中心線、５は凹部の底面、６は
チップの逃げ面、７はチップ外形、８は同外形に内接す
る円をそれぞれ示す。また同図でαは凹部内側面３とチ
ップすくい面の中心線４とのなす角度である。さらに同
図でｄ1はすくい面上の凹部断面径、ｄ2は凹部底面５の
外形寸法(円形の場合はその直径であり、以下に述べる
ように円形以外の形状の場合には、各形状の中心を通る
線で切った最大外寸とする。)、ｄ3はチップ外形に内接
する円の直径、ｔは凹部の深さ、Ｒ1は凹部底面と同内
側面との繋ぎ部分の曲率半径を示す。なお図のＲ2と記
載の部分は、すくい面と凹部内側面との繋ぎ部分である
が、この部分は曲面であってもなくてもよい。
【００１４】なおこの事例はすくい面に平行な凹部の断
面形状が円形の場合を示すが、その側断面形状が直線傾
斜状であれば、凹部断面形状が上記の様に必ずしも円形
断面でなくても、それが前記中心線４に対し等方性をな
すものも本発明に含まれる。例えば正方形状・正六角形
状の様な正多角形状のもの、花型形状のようなものも含
まれる。この様なものでは、高速切削加工時の重負荷に
耐えるチップの強度・靱性を確保するために、各コーナ
ー・折れ曲がり部が曲線で滑らかに繋がっていることが
望ましい。凹部断面形状が正方形の場合には、切削時の
同コーナーへの応力集中を防ぐため同コーナーの曲率は
大きい方が望ましい。なお本発明ではこの様な断面形状
をなす場合、すくい面上の凹部断面径(または外形)なら
びに凹部底面径(または外形)は、各形状の中心を通る線
で切った最大外寸とする。例えば正多角形状ではその最
大の対角線である。しかしながらこの断面形状は、製作
上・機能上とも円形である方が望ましい。正方形状また
は正六角形状である場合の凹部の斜視図を図１の(ハ)お
よび(ニ)に模式的に示す。
【００１５】図のように本発明の工具に用いられる窒化
珪素系セラミックス製チップの上下のすくい面１には、
その中央部に傾斜側面を持つ逆錐状の凹部２が設けられ
る。本発明のチップの固定用凹部の断面形状は上記のよ
うに等方性であり、かつ逆錐状であるが、この様な形状
とすることによって前記した従来のものに比べチップの
保持が顕著に基本的に安定になる。すなわちこの様な凹
部形状とすることによって、ホルダーの押さえ金の先端
部形状のバラツキや長期使用によるがたつきによる凹部
との接触点がずれても、押さえ金との接触点が２ケ所以
上確保されるため、チップがより安定に保持固定される
からである。
【００１６】凹部の形成は、チップ素材自体が焼結体で
は難加工であり、焼結での収縮率を見込んで粉末成形時
にその相似形状に予め形成しておく。粉末成形後の成形
体の段階で切削加工することも考えられるが、この方法
では同加工の手間がかかるとともに、同成形体は脆いた
め凹部のコーナーやエッジに欠けが生じ易く、さらに原
料粉末のロスも生じるため好ましくない。またこの場合
凹部の表面は平滑である必要がある。このため本発明の
チップの凹部表面は、必ずその表面粗さがＲｍａｘで４
μｍ以下となるようにする必要がある。その表面粗さが
この値を越えると高速切削時に重負荷がかかると、チッ
プの凹部表面に局部的に応力が集中し亀裂が入り欠損に
至る。したがって、焼結したままの肌では使用できな
い。したがって、必ず焼結後少なくとも凹部表面はバレ
ル研磨加工、ホーニング加工等適当な方法を選んで仕上
げ研磨加工を行う必要がある。なお凹部の繋ぎ部分につ
いても粉末成形時に金型によって、焼結時の収縮率を見
込んでその相似形状に形成しておく。これによって繋ぎ
部の曲面寸法には個々に多少のバラツキは生じるが、こ
の部分については焼結肌のままでも用いることができる
場合がある。なおすくい面と凹部内側面との繋ぎ部分
が、粉末成形体の状態でエッジ部になっていると、焼結
時の加熱によって凹部周辺から亀裂の生じる場合もあ
り、粉末成形体の段階では金型によって曲面を付けてお
くのが望ましい。この部分は最終の厚み加工で通常は除
去されるが、残留しても構わない。
【００１７】本発明のチップでは、前述のようにすくい
面１の中心線４と凹部の内側面３とのなす角度αを５０
〜７０度とする。この角度が５０度未満では、押さえ金
の垂直方向の押さえ分力が小さくなり、切削時の負荷に
よって押さえ金の接触点が移動してしまい、また７０度
よりも大きいと押さえ金によるホルダー本体方向の押さ
え分力が小さくなるため、十分な上下方向の締め付けが
できなくなって、いずれの場合にもチップの保持固定が
不十分となる。
【００１８】また凹部のすくい面上の断面径ｄ1のチッ
プ外形に内接する円の直径ｄ3に対する比ｄ1/ｄ3は、３
０〜８５％の範囲にコントロールする。この比が３０％
未満ではチッフ゜の押さえ面積が小さくなり過ぎるため、
押さえる力が不十分となり、一方８５％を越えると凹部
の周囲のチップの実肉部分が薄くなり過ぎるため、チッ
プ自体の負荷応力に対する強度が不足して、いずれの場
合もチップが切削時に欠損するからである。特に５５〜
７５％の範囲にコントロールするのが望ましい。
【００１９】さらに本発明のチップ凹部の底面は、平坦
状または曲面状をなすようにする。この場合チップの厚
みとすくい面１と凹部内側面３とのなす角度αの大きさ
の関係によって、底面の外径または外形の寸法ｄ2およ
び凹部の深さｔが決められる。なお曲面状とする場合で
も上記繋ぎ部とは連続した滑らかな曲面で繋ぐ。
【００２０】また本発明のチップの底面と凹部内側面と
の繋ぎ部分(図１の側断面ではＲ1と表示した部分)は、
滑らかに連続した曲面で形成されている必要がある。こ
の部分が側断面から見て円弧をなす場合の曲率半径は、
チップの外形サイズや底面の外形(または外径)寸法にも
よるが、おおよその目安として、これらＲ1の大きさは
０.２〜５ｍｍ程度とするのが望ましい。ただしこの大
きさは底面の外形(または外径）よりも小さくする。こ
の様に滑らかに繋ぐことにより、繋ぎ部分への切削時の
応力の集中が抑えられ、チップの損傷を抑えることがで
きる。
【００２１】本発明のチップは、窒化珪素系セラミック
スのみで形成してもよいが、同チップの耐摩耗性を向上
させるために、その凹部を含む表面の少なくとも一部に
硬質皮膜が形成されていてもよい。本発明での硬質皮膜
には、前述のように、その材質が１０００℃以上の高温
の気中でその硬度・耐酸化性の劣化を生じ難いセラミッ
クス質、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドか
らなるものが含まれる。この種の皮膜は材質一種の層で
もよいし、複数の材質層を積層してもよい。これらの皮
膜の形成は、ＣＶＤ、ＰＶＤ等の気相蒸着による方法や
その他各種の公知の皮膜形成方法が適用できる。
【００２２】
【実施例】
（実施例１） 出発原料として平均粒径０．２μｍ、Ｂ
ＥＴ比表面積１５ｍ2/ｇ、α型結晶相の比率９５％の窒
化珪素粉末９５重量％と、焼結助剤としていずれも平均
粒径０．５μｍの酸化アルミニウム粉末、酸化イットリ
ウム粉末をそれぞれ３重量％、２重量％を秤取し、これ
らに有機バインダーを添加してエチルアルコール中で湿
式混合した。得られたスラリーを噴霧乾燥して顆粒径１
０〜８０μｍの造粒粉末を作製した。この造粒粉末を用
いて１ｔｏｎ/ｃｍ2の圧力でＣ型およびＳ型で、上下の
すくい面に種々の凹部を有する各種チップ形状の成形体
を作製した。これらの成形体中の有機バインダーを脱脂
後、１９００℃、窒素ガス圧６気圧の条件下で３時間焼
結し、さらに１８００℃、窒素ガス圧２００気圧の条件
下で１時間ＨＩＰを行い、各チップ形状の焼結体(以下
この手順で調製した焼結体を調製焼結体と称す。)を得
た。また別途同一条件でこの焼結体試片を調製し、その
組織および物性値を確認したところ、空孔率は１％以下
(すなわち相対密度は９９％以上)、平均粒径は３μｍ、
３点曲げ強度は常温で１８００ＭＰａ、１０００℃で９
００ＭＰａ、１０００℃でのビッカース硬度は９ＧＰ
ａ、常温の破壊靱性値Ｋ1Cは７ＭＰａｍ1/2であった。
【００２３】これら焼結体チップ外形内接円の直径はい
ずれも１２．７０ｍｍ、ノーズ半径は１．２ｍｍであっ
た。またチップのすくい面中央の凹部内側面と、すくい
面に対し垂直な方向のチップの中心線とのなす角度αは
６０度であった。次いでこれらの焼結体をアルミナとジ
ルコニアの砥粒を用いて３０分間、バレル研磨仕上げし
た。その結果、凹部の表面粗さはＲｍａｘで２．１μｍ
に仕上がっており、各凹部内側面と同底面とはいずれも
曲率半径１ｍｍ程度で滑らかに繋がっていた。以上の手
順で作製されたＣ型およびＳ型の(凹部断面径、凹部断
面径比を同じくする)１１種類のチップの形状を表１に
示す。なおいずれの試料とも、その凹部底面の外径は２
ｍｍ程度(すなわちＳ型のものでは円形の平坦面の直径
は２ｍｍ程度、Ｃ型のものでは凹部内側面との円形繋ぎ
部の直径は２ｍｍ程度)であった。なお上記試料番号
６、１０と同一形状のＳ型、Ｃ型チップを、市販の窒化
珪素系セラミックス素材から加工調製した。同素材の空
孔率は５％、平均粒径は６μｍ、常温での３点曲げ強度
は１２００ＭＰａ、破壊靱性値Ｋ1Cは４ＭＰａｍ1/2で
あった。
【００２４】
【表１】
【００２５】次いでこれらの各種試料のすくい面を厚み
７．９４ｍｍに平面研磨し、ネガランド部を刃先幅を
０．１５ｍｍ、すくい面とのなす角度を２０度に加工
し、下記の条件で湿式切削試験を行った(試験条件１)。 ＊被削材 ；ＦＣ２５０材 ＊切削速度 ；５００ｍ／分 ＊送り量 ；０.４ｍｍ／ｒｅｖ． ＊切り込み量；２.０ｍｍ なおチップを保持固定するホルダーは、ＣＣＢＮＲ２５
２５Ｍ１２−１Ｘ７型のものを用い、各チップを用いて
ＦＣ２５０材の３０個のディスク状部品の一面を順次切
削した。
【００２６】その結果、試料番号１の凹部断面形状を有
するチップでは、Ｓ型、Ｃ型ともに試験中にチップが移
動し(ずれ)てしまい、他の試料番号のものに比べチップ
の保持安定性が悪く、同一チップ内の複数コーナーを使
用した場合、３０個の部品を切削試験した後で、１コー
ナーで刃先の欠損が生じるとともに、加工繰り返し精度
(すなわち切削後の部品間の寸法のバラツキ)が本発明品
に比べ悪かった。また試料番号１１の形状のＳ型、Ｃ型
のチップは、部品の切削個数の少ない段階で加工中には
刃先が欠損した。一方試料番号２〜１０の本発明のＳ
型、Ｃ型の各チップ(上記市販の焼結体素材から加工し
た試料番号６、１０と同一形状のものも含む)は、ホル
ダーの保持安定性が良く切削途中でのチップの移動(ず
れ)は認められなかった。また複数コーナーを使用して
も刃先の欠損が生じず、加工繰り返し精度も良好であっ
た。
【００２７】さらに試料番号２〜１０の本発明のＳ型、
Ｃ型の各チップを用いて、より高速・重負荷の切削試験
を行った(試験条件２)。この場合切削速度を７５０ｍ／
分に、送り量を０.６５ｍｍ／ｒｅｖ．に上げ、同じ被
削材、同じ切り込み量、同じ保持固定条件下で上記同様
の試験切削を行った。その結果、試料番号２〜４および
９、１０のものは、チップの４コーナーを順次使用した
ところ、最終の２コーナーまたは１コーナーでの切削段
階でチップの若干の移動(ずれ)が生じ、その際にチップ
の異常摩耗が観察された。しかし試料番号５〜８の調製
焼結体からなるものは、４コーナー全ての切削段階でチ
ップの移動(ずれ)は無く、４コーナー均等のきれいな摩
耗形態であった。また上記市販の素材を用いた試料番号
６、１０と同じ形状のものは、被削部品３０個の全てを
切削した段階でその摩耗状態を確認したところ、チップ
の移動(ずれ)によるコーナーによる不均一な摩耗は無か
ったが、上記調製焼結体からなる同形状のチップに比
べ、チップの摩耗量は約２倍であった。
【００２８】（実施例２） 実施例１と同様の調製焼結
体素材・市販の素材を用いてチップ外径の内接円直径が
１２．７ｍｍ、凹部の断面径が７．６０ｍｍすなわち凹
部断面径比が６０％であり、すくい面に対して垂直な方
向の中心線と凹部無い側面とのなす角度αを、表２に記
載のように６段階に変化させたＳ型、Ｃ型の各種チップ
を調製した。調製焼結体からなるチップは、ほぼ実施例
１に準じた方法で調製したが、その調製に当たって実施
例１同様粉末成形時にそれぞれの各種凹部形状に相当す
る金型を用い、仕上げ研磨を要する部分を除いて焼結後
最終形状に近い寸法となるようにした。また市販の素材
から加工したものは、表２の試料番号１３と１６の形状
のもののみ作製した。次いでこの様に調製された各種の
チップ形状の焼結体を実施例１と同じ設定条件下で１時
間バレル研磨仕上げを行った。同仕上げ後の凹部の表面
粗さはいずれもＲｍａｘで３．３μｍに仕上がってお
り、各凹部内側面と同底面とはいずれも曲率半径１．５
ｍｍ程度で滑らかに繋がっていた。なお実施例１同様Ｓ
型、Ｃ型各チップ試料とも凹部の底面の外径は２ｍｍ程
度であった。
【００２９】
【表２】
【００３０】次いでこれらの各チップ試料を実施例１と
同じ厚み・ネガランドサイズとなるように、上下すくい
面を仕上げ加工し、実施例１の試験条件１および２で切
削試験を行った。その結果試料番号１２のものは、上下
すくい面の凹部の深さが他のものよりも大きくなり、凹
部底面は同内側面と滑らかに繋がってはいるものの、切
削加工中に凹部底面付近に亀裂が入り破損した。また試
料番号１７のものは、切削加工中にチップが移動(ずれ)
して、刃先が欠損した。これに対し試料番号１３〜１６
のもの(市販素材使用のものも含む)は、切削中にチップ
が移動する(ずれる)ことも無く、同一チップ内で複数コ
ーナーを使用しても加工品の寸法のバラツキが小さく、
繰り返し加工精度に問題はなかった。
【００３１】さらに実施例１と同様に試料番号１３〜１
６のもの(市販素材使用のものも含む)を、試験条件２で
試験加工した。その結果試料番号１３〜１６の調製焼結
体からなるものは、４コーナー全ての切削段階でチップ
の移動(ずれ)は無く、４コーナー均等のきれいな摩耗形
態であった。また上記市販の素材を用いた試料番号１
３、１６と同じ形状のものは、被削部品３０個の全てを
切削した段階でその摩耗状態を確認したところ、チップ
の移動(ずれ)によるコーナーによる不均一な摩耗は無か
ったが、上記調製焼結体からなる同形状のチップに比
べ、チップの摩耗量は約１．５倍であった。
【００３２】（実施例３） 実施例１の試料番号６およ
び実施例２の試料番号１５のＳ型、Ｃ型チップ形状で調
製焼結体からなる試料を、実施例１のバレル条件を変え
て凹部をＲｍａｘで４μｍ、５μｍ、５．５μｍの三段
階の表面粗さに仕上げ、実施例１の試験条件１で切削試
験を行った。その結果Ｒｍａｘで４μｍの試料は実施例
１の試料番号６のものと同レベルの安定下加工状態であ
ったが、Ｒｍａｘで５μｍおよび５.５μｍのものは、
いずれも２０個程度切削した段階で凹部のクランプ保持
点付近に亀裂が入り、刃先の負荷によって加工が続行不
能となった。
【００３３】（実施例４） 実施例１と同一の調製焼結
体からなり、凹部の表面粗さがＲｍａｘで３μｍ、凹部
の断面径が１０．７８ｍｍ、すくい面と垂直方向の同面
の中心線と凹部内側面とのなす角度が７０度、厚みが
８．１４ｍｍのＣ型のチップを作製した。凹部底面と凹
部内側面・すくい面と凹部内側面との繋ぎ部分は滑らか
な曲面を形成するようにし、同二曲面の曲率半径がいず
れも０．５ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍ
および６．５ｍｍの形状をしたチップを作製した。これ
らのチップを厚み７。９４ｍｍに加工し、実施例１と同
様なクランプ型ホルダーにて固定し、実施例１の試験条
件１および２で切削試験を行った。その結果曲率半径が
０．５ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍのチ
ップの固定状態は、いずれの試験条件下でも安定してお
り、切削結果も良好であった。一方曲率半径が６．５ｍ
ｍのものは、試験条件２の最終の３０個目の段階でチッ
プの保持部が若干ずれるトラブルがあり、刃先に欠けが
生じた。
【００３４】（実施例５） 実施例１の試料番号６の加
工仕上げされた前記調製焼結体からなるＣ型チップを用
意した。この試料の凹部の表面粗さはＲｍａｘで２．１
μｍであった。この全表面にＣＶＤ法によって厚さ２μ
ｍのＴｉＮおよびＡｌ2Ｏ3の層を被覆形成した。いずれ
の被覆層も凹部全面にわたって均一な厚さで被覆されて
おり、その表面はいずれもＲｍａｘでほぼ２μｍの表面
粗さであった。最終的なチップの各部形状はほぼ実施例
１の試料番号６と同じであった。このチップを実施例１
同様試験条件１および２で切削試験を行った。その結果
被覆層は全く剥離すること無く、層表面は均一に摩耗し
実施例１の試料番号６とほぼ同様の結果が得られた。な
おこれらのセラミックスを被覆したチップは耐摩耗性が
改善され、最終の刃先摩耗量は、試料番号６の窒化珪素
系セラミックス表面の場合に比べて１／２となった。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、押さえ金具によって工
具チップをホルダーにクランプ固定する保持方式の切削
工具において、チップを窒化珪素系セラミックス製で改
善された固定部を備えたものとすることによって、切削
時高い保持安定性で同チップが固定されるとともに、従
来のセラミック製工具チップでは実現できなかった高速
高能率・高い繰り返し加工精度の切削加工が可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の切削工具に備え付けるセラミック製工
具チップの代表事例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の切削工具でのセラミック製工具チップ
のクランプ部を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１、チップのすくい面 ２、チップに設けた同チップ固定用の凹部 ３、チップ凹部の内側面 ４、チップすくい面に垂直方向のチップの中心線 ５、チップ凹部の底面 ６、チップの逃げ面 ７、チップ外形 ８、チップ外形の内接円 ９、チップ １０、クランプ型バイトホルダー １１、チップの押さえ金具 １２、バイトホルダーのチップ固定用切り欠き部
フロントページの続き (72)発明者 北川 信行 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住 友電気工業株式会社 伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭58−59705（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−141407（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−21282（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−84772（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−67001（ＪＰ，Ｕ) 特表 平２−501372（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23B 27/16

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 すくい面の中央に固定用の凹部を備えた
    セラミックチップクランプ型切削工具であって、該チッ
    プは窒化珪素系セラミックスからなり、当該チップの該
    凹部は、その表面粗さがＲｍａｘで４μｍ以下、その内
    側面と該チップのすくい面に垂直な方向の中心線とのな
    す角度が５０〜７０度、そのすくい面断面径の該チップ
    すくい面外周内接円の直径に対する比、凹部断面径比が
    ３０〜８５％であり、なおかつ該凹部の底面は平坦な面
    をなし、該凹部の内側面と底面との繋ぎ部分が、滑らか
    な曲面を形成していることを特徴とするセラミックチッ
    プクランプ型切削工具。
  2. 【請求項２】 すくい面の中央に固定用の凹部を備えた
    セラミックチップクランプ型切削工具であって、該チッ
    プは窒化珪素系セラミックスからなり、当該チップの該
    凹部は、その表面粗さがＲｍａｘで４μｍ以下、その内
    側面と該チップのすくい面に垂直な方向の中心線とのな
    す角度が５０〜７０度、そのすくい面断面径の該チップ
    すくい面外周内接円の直径に対する比、凹部断面径比が
    ３０〜８５％であり、なおかつ該凹部の底面は曲面をな
    し、該凹部の内側面と底面との繋ぎ部分が、滑らかな曲
    面を形成していることを特徴とするセラミックチップク
    ランプ型切削工具。
  3. 【請求項３】 前記凹部断面径比が、５５〜７５％であ
    ることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載
    のセラミックチップクランプ型切削工具。
  4. 【請求項４】 前記凹部の内側面と底面との繋ぎ部分の
    曲面が、０．２〜５ｍｍの曲率半径をなす曲面で形成さ
    れていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
    に記載のセラミックチップクランプ型切削工具。
  5. 【請求項５】 前記凹部を含む表面の少なくとも一部
    に、硬質皮膜が形成されていることを特徴とする請求項
    １ないし４のいずれかに記載のセラミックチップクラン
    プ型切削工具。
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