JP5429507B2 - 超高圧焼結体チップ - Google Patents

Description

本発明は、超高圧焼結体チップに関する。

一般的に、超高圧焼結体工具は、切刃部を構成する立方晶窒化硼素、単結晶ダイヤモンド又は多結晶ダイヤモンドからなる砥石チップ（超高圧焼結体チップ）を、板状をなすブランクスから所定の形状に切り出してインサート本体（チップ基台）の所定の位置に接合することによって作られている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開番号ＷＯ２００４／１０３６１７

特許文献１に記載された工具インサート（超高圧焼結体工具）および製造方法、ならびにこの種の従来工具において、砥石チップ（超高圧焼結体チップ）をインサート本体（基台チップ）に接合する強度については、熟慮されているが、工具インサート（超高圧焼結体工具）のコスト削減、特に砥石チップ（超高圧焼結体チップ）のコストを削減する手段について積極的に配慮したものは数少なく、その効果についても不十分であった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、超高圧焼結体のブランクスを有効利用することにより大幅なコスト削減を可能にし、さらに、チップ基台に対する超高圧焼結体チップの接合時の位置精度および接合強度を高めた、超高圧焼結体チップおよびこれを用いた超高圧焼結体工具ならびに該超高圧焼結体工具の製造方法を提供すること、を目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、超高圧焼結体のブランクスから切り出され、切削工具の切刃部として用いられる超高圧焼結体チップであって、上記ブランクスから切り出される際において、上記ブランクスの主面に対向する方向からみた平面視で、一つの超高圧焼結体チップには、少なくとも一つの凸形状部と、この凸形状部に略等しい又は相似形状の凹形状部とが形成され、上記ブランクス内で互いに隣り合う少なくとも二つの超高圧焼結体チップが、一方の超高圧焼結体チップの上記凸形状部が他方の超高圧焼結体チップの上記凹形状部にわずかな間隔をあけて重なるように、配列されて、上記ブランクスからそれぞれ切り出されることを特徴とする超高圧焼結体チップである。

本発明の超高圧焼結体チップ（以下、「チップ」という。）によれば、ブランクス内で互いに隣り合う二つ以上のチップが、一方のチップの凸形状部が他方のチップの凹形状部にわずかな間隔をあけて重なるように、配列されて、ブランクスからそれぞれ切り出されることから、上記凸形状部と凹形状部とが重なる部分が節減される。よって、上記凸形状部および凹形状部を有さない従来チップに対して、同一形状のブランクスから切り出されるチップ数量が増加し、ブランクスの有効利用が可能となる。
なお、一方のチップの凸形状部と他方のチップの凹形状部とは、完全に重なることはなく、両者の間に、切り出す際に切屑として除去されるわずかな間隔を必要とする。

本発明によれば、超高圧焼結体のブランクスを有効利用することにより大幅なコスト削減を可能にし、さらに、チップ基台に対するチップの接合時の位置精度および接合強度を高めた、チップおよびこれを用いた工具ならびに該工具の製造方法を提供することができる。

以下に、本発明に係るチップおよび該チップを切刃部として用いる工具、ならびに該工具の製造方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、ブランクスからチップを切り出す状況を示す模式図である。図２は本実施形態に係るチップおよび工具を示す図であり、（ａ）はチップの主面形状を示す図であり、（ｂ）はブランクスから切り出されるチップの配列を示す図であり、（ｃ）、（ｄ）は工具のコーナ部の斜視図である。図３は、従来チップおよび工具を示す図であり、（ａ）はチップの主面形状を示す図であり、（ｂ）はブランクスから切り出されるチップの配列を示す図であり、（ｃ）は工具のコーナ部の斜視図である。

図２の（ｃ）および（ｄ）に図示するように、工具１００は、例えば超硬合金、サーメット、セラミックス等の硬質材料からなるチップ基台２０の主面の少なくとも一つのコーナ部に切欠き形成した取付座２１にチップ１０をろう付け等の溶接により接合してなる。

チップ１０は、例えば多結晶立方晶窒化硼素、多結晶ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンド等の超高圧焼結体からなる。図２の（ａ）に図示するようにチップ１０は、略三角形板状をなし、この三角形面の一つの頂部を凸形状部１１として形成されるとともに、この凸形状部１１の対辺およびこの対辺から延びる周面に凹形状部１２が形成される。チップ１０の主面形状は、特に限定されないが、一般的に略多角形状、略円形状又は略扇形状といったものから選ばれる。

図１に模式的に示すように略円形板状をなす一つのブランクス４０から複数のチップ５０が切り出される。図２の（ｂ）に示すようにチップ１０Ａ〜１０Ｉは、素材となる超高圧焼結体のブランクスから切り出されるにあたり、ブランクス内で互いに隣り合う少なくとも二つのチップ１０Ａ、１０Ｂが、一方のチップ１０Ｂの凸形状部１１が他方のチップ１０Ａの凹形状部１２にわずかな間隔をあけて重なるように、配列されて、ブランクスから切り出される。そのため、上記凸形状部１１と凹形状部１２とは、互いに略等しい形状、もしくは相似形状とされている。図２の（ａ）および（ｂ）に図示するチップ１０において、凸形状部１１、凹形状部１２ともに頂角６０°の尖鋭な頂部を有する略等しい形状とされている。

チップをブランクスから切り出す加工方法として、放電加工（ワイヤ放電加工）、レーザー加工、プラズマ加工、ウォータージェット加工、パンチ（打ち抜き）加工等の加工方法が用いられる。これらの加工方法においては、切り出す際に切屑として除去される部分が切り取り代Ｃとなるため、互いに隣り合う二つのチップ１０Ａ、１０Ｂにおいて、一方のチップ１０Ｂの凸形状１１と他方のチップ１０Ａの凹形状部１２とは、上記切り取り代Ｃを見込んでわずかな間隔をあけて重ねる必要がある。

チップ基台の取付座２１は、図２の（ｃ）に図示するように、チップ基台２０の主面の少なくとも一つのコーナ部を切欠いた段部で構成される。チップ１０は、その凸形状部１１の頂部がチップ基台２０のコーナ部先端に位置するように載置されて、ろう付けにより取付座２１に接合される。チップ１０の底面および凹形状部１２に隣接する少なくとも一つの周面が取付座の底壁面２２およびこの底壁面２２から直角に立ち上がる少なくとも１つの側壁面２３にそれぞれろう付けにより強固に接合される。

図２の（ｄ）に例示するように、取付座の側壁面２３には、チップの凹形状部１２に対応する突起部２４が形成されてもよい。この場合、凹形状部１２は、突起部２４に嵌合した状態でろう付けされることになる。図２の（ｄ）に示すようにチップ１０は、ブランクスから切り出した直後、あるいは、チップ基台２０に接合した直後に、砥石による研削加工、あるいは放電加工、レーザー加工、プラズマ加工による研削加工により、凸形状部１１を所望する形状に成形してもよい。チップ１０は、超高圧焼結体のみで構成されてもよいし、厚み方向で超硬合金の上下を超高圧焼結体で挟み込んだ三層からなる超高圧焼結体で構成されてもよい。三層からなる超高圧焼結体で構成した場合には、該工具の主面および裏面の双方に切刃が形成されるので、使用回数が増加するという副次的な効果が得られる。

チップ１０をチップ基台２０に接合した工具１００においては、切刃の形状精度を高めるために、少なくとも切刃部を構成するチップのすくい面１３、逃げ面１４、およびすくい面１３と逃げ面１４とが交差する切刃１５が成形されてもよい。成形にあたっては、砥石による研削加工、あるいは放電加工、レーザー加工、プラズマ加工によって、高精度に仕上げ加工される。

本実施形態に係る工具１００は、バイト、カッタ、ドリルといった切削工具の各種ホルダを介して、旋盤、マシニングセンタ（フライス盤）等の工作機械に装着され、旋削加工、転削加工、穴明け加工に用いられる。切刃部が例えば単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド等のダイヤモンドからなる場合は、純アルミニウム、アルミニウム合金等の非鉄金属やゴム、プラスチック等の非金属の切削に好適であり、切刃部が多結晶立方晶窒化硼素からなる場合は、各種鋳鉄および浸炭鋼、焼入鋼といった高硬度材の切削に好適である。

既述したチップ１０および該チップ１０を切刃部として用いる工具１００、ならびに該工具１００の製造方法の作用効果について以下に説明する。

本実施形態に係るチップ１０によれば、ブランクス内で互いに隣り合う二つ以上のチップ１０Ａ、１０Ｂが、一方のチップ１０Ｂの凸形状部１１が他方のチップ１０Ａの凹形状部１２にわずかな間隔をあけて重なるように、配列されて、ブランクスからそれぞれ切り出されることから、上記凸形状部１１と凹形状部１２とが重なる部分が節減される。よって、上記凹形状部を有さない従来チップ（図３参照）に対して、同一形状のブランクスから切り出されるチップの数量が増加し、ブランクスの有効利用が可能となる。なお、一方のチップ１０Ｂの凸形状部１１と他方のチップ１０Ａの凹形状部１２とは、完全に重なることはなく、両者の間に、切り出す際に切屑として除去される切り取り代Ｃに相当する間隔だけあけて重ねられているので、所望の形状に成形されるとともに、ブランクスから無駄なくチップ１０が切り出せるので、よりいっそうブランクスの有効利用がはかられる。また、チップ１０は、放電加工、レーザー加工、プラズマ加工、ウォータージェット加工等によりＮＣプログラムにより数値制御された工作機械によって切り出されることから、凸形状部１１、凹形状部１２および全ての周面の形状精度が優れるため、修正加工を要せずコスト削減が可能となる。

本実施形態に係る工具１００においては、チップの凸形状部１１の先端がチップ基台２０のコーナ部先端に配置されることによって、凸形状部１１がコーナとして切削時に有効に機能する。上記のとおりチップ１０の形状精度が優れるため、このチップ１０を接合した工具１００においては、すくい面１３、逃げ面１４、およびすくい面１３と逃げ面１４とが交差する切刃１５（凸形状部１１で構成されたコーナおよびこのコーナからそれぞれ延びる一対の直線状切刃）が形状修正のための加工を要しないので加工コストの削減が可能となる。しかも、上記形状修正をしなくとも、上記切刃１５は、実用上、十分な加工面精度を実現する。

チップ１０は、その底面が取付座の底面２２に着座するのに加え、少なくとも一つの周面が取付座の側壁面２３に対面して接合されることから、チップ１０の取付座２１への接合強度が十分に確保される。そのため、信頼性の高い切削加工が可能となる。

さらに、チップの凹形状部１２が取付座の突起部２４に嵌合することによって、取付座２１に対するチップ１０の位置決めがきわめて正確になる。よって、接合したチップ１０の切刃１５形状が高精度となる。さらに高精度な切刃１５形状を要する場合においても、形状修正量が少ないことにから加工コスト増加が防止できる。しかも、凹形状部１２と突起部２４との嵌合により、チップ１０は、取付座２１に対する接着面積が増加し、きわめて強固に接合されるため、ダイヤモンドを用いたアルミニウム合金等の高速高能率切削、あるいは多結晶立方晶窒化硼素を用いた焼入鋼、浸炭鋼等の高硬度材の切削において、チップ１０がチップ基台２０から剥がれにくく、切削加工の信頼性が著しく高められる。

本実施形態に係る工具１００を製造するにあたり、チップ１０をブランクスから切り出す際において、同一形状のブランクスから切り出されるチップ１０の数量が増加し、廃棄される超高圧焼結体を大幅に削減することができる。よって、コストの高い超高圧焼結体を有効利用でき製造コストの削減が可能となる。

さらに、本工具１００を製造するにあたり、チップ１０は、放電加工、レーザー加工、プラズマ加工、ウォータージェット加工等でブランクスから切り出されることによって、高い形状精度に形成される。そのため、チップ１０をチップ基台２０に接合する前後で、切刃部を形状修正するための研削成形が不要になるか、研削しろが非常に少なくなるため、製造コストの大幅な削減が可能となる。切り出したチップ１０の形状精度が優れる点から、放電加工（ワイヤ放電加工）、レーザー加工が特に望ましい。

そのうえ、チップの凹形状部１２を取付座の突起部２４に嵌合させることから、取付座２１に対するチップ１０の位置決めがきわめて正確に行える。よって、接合したチップ１０の切刃１５形状が高精度な工具を製造することができる。さらに高精度な切刃１５形状を要する工具を製造する場合においても、切刃１５の形状修正量を非常に小さくすることができるため、低コストの工具を製造することができる。しかも、凹形状部１２と突起部２４とを嵌合することにより、チップ１０と取付座２１との接着面積を増加させるので、チップ１０を取付座２１にきわめて強固に接合した工具を製造することができる。

以上に説明した実施形態においては、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の変更および追加が可能である。図示しないが、チップ１０をチップ基台２０に接合するにあたり、チップのすくい面１３をチップ基台２０の主面に対して傾斜させてもよい。この場合、例えば予めチップ基台２０の主面に対して傾斜させた取付座２１にチップ１０を接合してもよいし、チップを接合した後、すくい面１３を研削加工等により傾斜させてもよい。このようにすくい面１３を傾斜させることにより、被削材、切削条件等に応じて最適なすくい角を設定することが可能となる。

ブランクスからチップを切り出す状況を示す模式図である。 本実施形態に係るチップおよび工具を示す図であり、（ａ）はチップの主面形状を示す図であり、（ｂ）はブランクスから切り出されるチップの配列を示す図であり、（ｃ）、（ｄ）は工具のコーナ部の斜視図である。 従来チップおよび工具を示す図であり、（ａ）はチップの主面形状を示す図であり、（ｂ）はブランクスから切り出されるチップの配列を示す図であり、（ｃ）は工具のコーナ部の斜視図である。

Claims (1)

1. 平面視したときの全体の基本形状が二等辺三角形であって、
   該二等辺三角形の底辺にあたる周面には凹形状部（１２）が形成され、
   平面視したとき、該凹形状部（１２）の輪郭形状は、前記二等辺三角形と頂角が等しい二等辺三角形であることを特徴とする超高圧焼結体チップ。

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