JP5878086B2 - 切削工具の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、少なくとも切削に関与する部位がダイヤモンドに代表されるような高硬度
素材で構成される切削工具の製造方法に関する。

精密切削加工を行う切削工具は、切削に関与する部位に、高硬度で耐摩耗性に優れるダイヤモンドなどを材料として用いている。

この精密切削加工用の切削工具も、一般的な切削工具と同様に、すくい面、逃げ面及びそれらの面が交差した位置の稜線で構成される切れ刃を備えている。

この精密切削加工用の切削工具は、切削に関与する部位の材料が高硬度のダイヤモンドなどであることから、製造時の材料の切断やすくい面の掘り下げなどは、レーザー加工によってなされている。レーザー加工機での工具製作は、例えば、下記特許文献１〜３などに示されている。

特開２００３−２５１１８号公報 特開２００４−３４４９５７号公報 特開２００８−２２９８１０号公報

高硬度素材にレーザー加工機で加工した面は、面粗さが平滑にならない。それが原因で、すくい面や逃げ面をレーザー光線で加工した切削工具は性能が安定しないことから、工具の表面、特に、すくい面を機械研磨、或いは研削加工して表面の平滑度を高める方法が採られていたが、加工する材料が硬いことから、すくい面の全域を研磨する従来の方法では、研磨や研削に多くの時間を費やす不具合があった。

また、研磨装置や研削装置にも負担がかかり、結果的にコストアップにつながることも問題であった。

そこで、この発明は、精密切削加工用切削工具の切削性能の安定化を、工具製造時の研磨、研削加工の面積を減少させて実現することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、少なくとも切削に関与する部位がダ
イヤモンドなどの高硬度素材からなり、その高硬度素材からなる部位に、すくい面と逃げ面とそのすくい面と逃げ面の交差部の稜線で形成される切れ刃を備えさせ、前記すくい面の前記切れ刃に沿った領域をＡ、すくい面の前記領域Ａを除いた領域をＢとして、前記領域Ａの面粗さを領域Ｂの面粗さよりも小さくし、前記領域Ｂは前記領域Ａの位置から落ち込んでいる構造の切削工具を以下のようにして製造する。
即ち、レーザー光線を用いて前記高硬度素材にすくい面を形成するレーザー加工工程を有し、そのレーザー加工工程においてすくい面の前記領域Ｂを領域Ａよりも深く掘り下げ、その後、前記領域Ａのすくい面を研磨もしくは研削加工して逃げ面との間に切れ刃を生じさせると共に、前記レーザー加工工程においては、前記領域Ｂに加工痕跡を残すようにした。

前記すくい面の領域Ａは機械加工による平滑化面（研磨面もしくは研削加工面）、前記領域Ｂは、レーザー光線で加工された非平滑化面となすことができる。

なお、この発明は、前記高硬度素材としてＣＢＮ（立方晶窒化硼素）焼結体を用いた切削工具にも適用できるが、硬くてすくい面の粗加工をレーザー加工に依存せざるを得ないダイヤモンドを用いた切削工具に適用すると、発明の効果が特に顕著に現われる。

この発明の方法で製造する切削工具に利用するダイヤモンドは、単結晶ダイヤモンド、焼結ダイヤモンド、気相合成法で製造される多結晶ダイヤモンドのいずれであってもよい。また、この発明の方法で製造する切削工具は、前記すくい面の領域Ａが単一の面で構成されていると好ましい。

この切削工具は、高硬度素材に設けるすくい面を、先ず始めにレーザー加工機で加工す
る。そのレーザー加工の工程においてすくい面の前記領域Ｂを領域Ａよりも深く掘り下げ
、その後、前記領域Ａのすくい面を機械研磨や研削加工で平滑化して逃げ面との間に切れ
刃を生じさせる方法で製造する。

この方法での領域Ｂの掘り下げが領域Ｂの一部についてなされたときにも発明の効果が得られる。

なお、この方法では逃げ面も研磨或いは研削加工すると好ましい。逃げ面の研磨、研削はすくい面の平滑化加工の前、後のどちらで行ってよい。

この発明の方法で製造する切削工具は、すくい面を切れ刃に沿った領域Ａと、すくい面の領域Ａを除いた領域Ｂに分け、領域Ｂを領域Ａの位置から落ち込ませたので、すくい面の領域Ａ、Ｂをレーザー加工機で加工し、その後に領域Ａを機械研磨や研削加工で平滑化する方法で製造することができる。

この方法によれば、平滑化する領域Ａの面積を必要最小限まで減少させて、研磨や研削の時間を大幅に短縮することができる。

また、平滑化する領域Ａの面積を縮小することで、研磨装置や研削装置の加工負担も軽減されて加工コストも引き下げられる。

この発明の方法で製造する切削工具の一例（ボールエンドミル）を示す斜視図である。 図１の切削工具の要部を拡大して示す斜視図である。 図２のIII−III線に沿った拡大断面図である。 この発明の製造方法によるすくい面の加工手順を示す図である。

以下、添付図面の図１〜図４に基づいて、この発明の切削工具の製造方法の実施の形態を説明する。

この発明を、先端のＲ半径が０．５ｍｍ（直径１ｍｍ）の１枚刃のボールエンドミルに適用した例を図１及び図２に示す。図示の切削工具（ボールエンドミル）１は、シャンク２ａを有する本体部２の先端に、高硬度素材からなる切削ヘッド３を接合し、その切削ヘッド３に、すくい面４と、逃げ面５と、すくい面と逃げ面が交差した位置の稜線で構成される切れ刃６を設けている。

図中7は、切削ヘッド３の切れ刃の無い側を除去する切除面である。

本体部２は、ハイス鋼などの工具鋼や超硬合金で形成されており、切削ヘッド３は、例えば、ナノサイズの多結晶ダイヤモンドを、結合材を使わずに結合させたバインダレスダイヤモンド焼結体で形成されている。

その切削ヘッド３に設けたすくい面４は、切れ刃６に沿った領域Ａと領域Ａを除いた領域Ｂの２領域に分けられている。領域Ｂは、領域Ａの位置から僅かに落ち込んでおり、さらにその面の面粗さが領域Ａの面粗さよりも粗くなっている。

領域Ａは機械加工された面であり、領域Ｂは、レーザー光線で加工された面になっている。この領域Ａ、Ｂからなるすくい面４は、以下の工程を経て形成されたものである。

即ち、先ず、図４（ａ）に示すように、すくい面４の全体をレーザー加工機で加工する。このときの加工は、レーザー光線をすくい面４に対して交差する方向に照射して行ってもよいし、すくい面４と平行になる方向に照射して行ってもよい。

次に、すくい面４の領域Ａを除いた箇所（即ち、領域Ｂ）を、レーザー加工機でさらに掘り下げる。図示の切削工具（ボールエンドミル）は、その加工を、すくい面４の領域Ｂに対してレーザー光線を直上から照射して行っている。

この場合、レーザー光線を、図４（ｂ）に示すように、領域Ｂに対して半円の加工痕跡が残されるように走査して行うと、領域Ａの幅を安定させることができる。

また、このときに掘り下げるのは、領域Ｂの全体であると、すくい面の仕上げ加工面積削減の効果が最大限に引き出されるが、レーザー光線の走査によって生じる溝間に、頂点が領域Ａと同一高さ位置にある山を残しても、全域掘り下げの場合ほどではないが、すくい面の研削面積を減少させることができる。

図４（ｃ）は、レーザー光線の走査位置をエンドミルの半径方向に移しながら領域Ｂの全域を掘り下げた状態を示している。

このときの領域Ｂの領域Ａからの落ち込み量（図３に示した領域Ｂから領域Ａまでの高さＨ）は、１００μｍ以下が、レーザー光線による無駄な掘り下げを抑えることができて好ましい。落ち込み量の下限は１μｍでもよい。また、図４（ｃ）に示した領域Ａの幅Ｗは、刃径の５０％以下がよい。精密切削加工では、一般的に切込みが１０μｍ以下の微細な値に設定されるので、幅Ｗについては大きな数値は要求されない。領域Ａの面積削減の面からは狭いほどよく、下限は１μｍも許容される。

領域Ｂの掘り下げを完了したら、次に、領域Ａを機械研磨や研削加工によって仕上げる。領域Ａは、面積が縮小されてすくい面４の全体に占める割合が著しく減少しているので、機械研磨や研削に要する手間と時間が大幅に削減される。

なお、逃げ面５と切除面７は、レーザー加工機で加工する。逃げ面５は、すくい面４の領域Ａを平滑化加工した後、あるいはその前に研磨や研削を行って仕上げる。

逃げ面５はレーザー加工機で加工することも可能であるが、ここで述べたように、すくい面４の領域Ａと逃げ面５の両面を共に研磨或いは研削すれば、高精度で安定した切れ刃を得ることができる。

なお、この発明の適用対象は、図示のボールエンドミルに限定されない。スクエアエンドミル、ラジアスエンドミルなどにも適用できるし、エンドミル以外の切削工具、例えば、精密旋削用バイト、バイト用切削インサート、ドリルなどの穴あけ工具等にも適用することができる。

また、例示の切削工具は、切削ヘッドの全体を高硬度素材で形成したが、切削ヘッドの一部に高硬度素材を接合して切削に関与する部分（切れ刃近傍）のみを高硬度素材で形成しても構わない。

このほか、切削に関与する部位を構成する高硬度素材は、単結晶ダイヤモンド、焼結ダイヤモンドや気相合成法で製造される多結晶ダイヤモンドであってもよい。また、ＣＢＮ焼結体である場合にも、ダイヤモンドを用いる場合ほどではないが発明の効果を期待できる。

１ 切削工具
２ 本体部
２ａ シャンク
３ 切削ヘッド
４ すくい面
Ａ すくい面の切れ刃に沿った領域
Ｂ すくい面の領域Ａを除いた領域
５ 逃げ面
６ 切れ刃
７ 切除面

Claims (3)

1. 少なくとも切削に関与する部位が高硬度素材からなる切削工具であって、前記高硬度素
   材からなる部位が、すくい面（４）と、逃げ面（５）と、そのすくい面と逃げ面の交差部
   の稜線で形成される切れ刃（６）を有し、
   前記すくい面（４）の前記切れ刃（６）に沿った領域をＡ、すくい面の前記領域Ａを除
   いた領域をＢとして、前記領域Ａの面粗さが領域Ｂの面粗さよりも小さく、前記領域Ｂは
   前記領域Ａの位置から落ち込んでいる切削工具を製造する方法であって、
   レーザー光線を用いて前記高硬度素材にすくい面（４）を形成するレーザー加工工程を有し、そのレーザー加工工程においてすくい面（４）の前記領域Ｂを領域Ａよりも深く掘り下げ、その後、前記領域Ａのすくい面を研磨もしくは研削加工して逃げ面（５）との間に切れ刃（６）を生じさせると共に、前記レーザー加工工程においては、前記領域Ｂに加工痕跡を残す切削工具の製造方法。
2. 前記高硬度素材として、単結晶ダイヤモンド、焼結ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドのいずれかを用いる請求項１に記載の切削工具の製造方法。
3. 前記すくい面（４）の領域Ａを単一の面で構成する請求項１又は請求項２に記載の切削工具の製造方法。

Images