JP6657547B2 - 切削工具及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具及びその製造方法に関する。本出願は、２０１６年１２月２６日に出願した日本特許出願である特願２０１６−２５１６４５号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

立方晶窒化ホウ素を含む刃先を有する切削工具として、国際公開第２００９／１１６６１０号（特許文献１）に記載の切削工具が知られている。特許文献１に記載の切削工具の刃先は、すくい面と、逃げ面と、切れ刃とを有している。逃げ面は、すくい面に連なっている。

すくい面と逃げ面との稜線には、切れ刃が設けられている。切れ刃は、チャンファホーニング面と、丸ホーニング面とを有している。チャンファホーニング面は、すくい面側に位置している。丸ホーニング面は、逃げ面側に位置している。丸ホーニング面における曲率半径は、１０μｍ以上５０μｍ以下である。

国際公開第２００９／１１６６１０号

本開示の一態様に係る切削工具は、立方晶窒化ホウ素及び多結晶ダイヤモンドの少なくとも一方を含む刃先を備える。刃先は、すくい面と、逃げ面と、切れ刃とを有する。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設けられる。切れ刃における曲率半径は、２μｍ以上８μｍ以下である。

図１は、第１実施形態に係る切削工具の斜視図である。 図２は、第１実施形態の変形例に係る切削工具の斜視図である。 図３は、第１実施形態に係る切削工具の刃先近傍における切れ刃に垂直な断面図である。 図４は、第１実施形態の変形例に係る切削工具の刃先近傍における切れ刃に垂直な断面図である。 図５は、第１実施形態に係る切削工具の製造方法に用いられる加工装置を示す模式図である。 図６は、第２実施形態に係る切削工具の部分拡大斜視図である。

［本開示が解決しようとする課題］
特許文献１に記載の切削工具においては、丸ホーニング面は、研石による研磨や放電加工を用いて形成される。これらの加工方法を用いた場合、１０μｍ以下の曲率半径を有する丸ホーニング面を形成することは困難である。そのため、特許文献１に記載の切削工具の切れ味には、改善の余地がある。

本開示は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。具体的には、本開示は、切れ味が改善された切削工具を提供するものである。

［本開示の効果］
本開示の一態様に係る切削工具によると、切削工具の切れ味を改善することができる。

［本発明の実施形態の説明］
まず、本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本発明の一態様に係る切削工具は、立方晶窒化ホウ素及び多結晶ダイヤモンドの少なくとも一方を含む刃先を備える。刃先は、すくい面と、逃げ面と、切れ刃とを有する。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設けられる。切れ刃における曲率半径は、２μｍ以上８μｍ以下である。上記（１）の切削工具によると、切削工具の切れ味を改善することができる。

（２）本発明の別の態様に係る切削工具は、本発明の一態様に係る立方晶窒化ホウ素及び多結晶ダイヤモンドの少なくとも一方を含む刃先を備える。刃先は、ネガランドと、逃げ面と、切れ刃とを有する。逃げ面は、ネガランドに連なる。切れ刃は、ネガランドと逃げ面との稜線に設けられる。切れ刃における曲率半径は、２μｍ以上８μｍ以下である。上記（２）の切削工具によると、切削工具の切れ味を改善することができる。

（３）上記（１）又は（２）の切削工具において、曲率半径は、切れ刃の延在方向に沿って変化していてもよい。

上記（３）の切削工具によると、切れ刃の部分ごとに異なる性能が要求される場合に対応することができる。

（４）上記（１）又は（２）の切削工具において、切れ刃の表面における算術平均粗さは、０．０５μｍ以上２μｍ以下であってもよい。上記（４）の切削工具によると、切れ刃への被削材の溶着を抑制することができる。

（５）上記（４）の切削工具において、算術平均粗さは、切れ刃の延在方向に沿って変化していてもよい。

上記（５）の切削工具によると、切れ刃の部分ごとに異なる性能が要求される場合に対応することができる。

（６）上記（１）又は（２）の切削工具は、エンドミルであってもよい。上記（１）又は（２）の切削工具においては、切れ刃は、切削工具の先端側からシャンク側に向かって延在し、曲率半径は、先端側からシャンク側に向かって小さくなっていてもよい。

上記（６）の切削工具によると、切削工具の初期欠損を抑制しつつ、被削材にバリが生じることを抑制することができる。

（７）本発明の一態様に係る立方晶窒化ホウ素及び多結晶ダイヤモンドの少なくとも一方を含む刃先を備え、すくい面と、すくい面に連なる逃げ面と、すくい面と逃げ面との稜線に設けられた切れ刃とを有する切削工具の製造方法は、稜線にレーザを照射することにより、曲率半径が２μｍ以上８μｍ以下の切れ刃を形成する工程を備える。

上記（７）の切削工具の製造方法によると、切れ味が改善された切削工具を得ることができる。

（８）上記（８）の切削工具の製造方法は、切削工具にレーザを照射することによりすくい面及び逃げ面を形成する工程をさらに備えていてもよい。

上記（８）の切削工具の製造方法によると、切れ刃を形成する際に再度の位置合わせを行う必要が無くなり、切れ刃を精度よく形成することができる。

（９）本発明の別の態様に係る立方晶窒化ホウ素及び多結晶ダイヤモンドの少なくとも一方を含む刃先を備え、ネガランドと、ネガランドに連なる逃げ面と、ネガランドと逃げ面との稜線に設けられた切れ刃とを有する切削工具の製造方法は、稜線にレーザを照射することにより、曲率半径が２μｍ以上８μｍ以下の切れ刃を形成する工程を備える。

上記（９）の切削工具の製造方法によると、切れ味が改善された切削工具を得ることができる。

（１０）上記（９）の切削工具の製造方法は、切削工具にレーザを照射することによりネガランド及び逃げ面を形成する工程をさらに備えていてもよい。

上記（１０）の切削工具の製造方法によると、切れ刃を形成する際に再度の位置合わせを行う必要が無くなり、切れ刃を精度よく形成することができる。

［本発明の実施形態の詳細］
次に、本発明の実施形態の詳細について、図面を参照して説明する。なお、各図中同一又は相当部分には同一符号を付している。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

（第１実施形態）
以下に、第１実施形態に係る切削工具の構成について説明する。

図１は、第１実施形態に係る切削工具の斜視図である。図１に示すように、第１実施形態に係る切削工具は、例えば切削インサートである。なお、第１実施形態に係る切削工具は、切削インサートに限られるものではない。

第１実施形態に係る切削工具は、刃先１を有している。刃先１は、ネガランド１１と、逃げ面１２と、切れ刃１３とを有している。ネガランド１１は、すくい面１４に対して負角をなしている。ネガランド１１がすくい面１４に対して負角をなすとは、すくい面１４が上方を向き、かつ切れ刃１３が左方を向いている状態において、ネガランド１１がすくい面１４に対して反時計回りに回転していることをいう。逃げ面１２は、ネガランド１１に連なっている。切れ刃１３は、ネガランド１１と逃げ面１２との稜線に設けられている。

図２は、第１実施形態の変形例に係る切削工具の斜視図である。図２に示すように、刃先１は、すくい面１４と、逃げ面１２と、切れ刃１３とを有していてもよい。すなわち、刃先１は、ネガランド１１を有していなくてもよい。この場合には、逃げ面１２は、すくい面１４に連なっており、切れ刃１３は、すくい面１４と逃げ面１２との稜線に設けられている。

刃先１は、例えばＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）及びＰＣＤ（多結晶ダイヤモンド）の少なくとも一方を含む焼結体により構成される刃先チップ１０の一部である。ここで、「ＣＢＮ及びＰＣＤの少なくとも一方を含む焼結体」には、ＣＢＮを含み、かつＰＣＤを含まない焼結体、ＰＣＤを含み、かつＣＢＮを含まない焼結体、並びにＣＢＮ及びＰＣＤの両方を含む焼結体の３つの場合が含まれる。刃先１は、ＣＢＮ及びＰＣＤの少なくとも一方を含む焼結体により構成される切削工具の一部であってもよい。また、刃先１は、超硬合金等の基材と、基材の表面を被覆するＣＢＮ及びＰＣＤの少なくとも一方で構成される切削工具の一部であってもよい。要するに、刃先１は、少なくとも表面にＣＢＮ及びＰＣＤの少なくとも一方を含んでいればよい。なお、刃先１がＣＢＮ及びＰＣＤの少なくとも一方を含む焼結体により構成される刃先チップ１０の一部である場合、刃先チップ１０は、超硬合金等により構成される台金２に、ろう付け等で取り付けられている。

なお、刃先１がＣＢＮを含み、かつＰＣＤを含まない焼結体である場合における刃先１に含まれるＣＢＮの体積比率、刃先１がＰＣＤを含み、かつＣＢＮを含まない焼結体である場合における刃先１に含まれるＰＣＤの体積比率、又は刃先１がＣＢＮ及びＰＣＤの両方を含む焼結体である場合における刃先１に含まれるＣＢＮ及びＰＣＤの合計の体積比率は、２０体積パーセント以上であることが好ましい。この場合には、切れ込み量を仕上げ用途の切削工具として適正な範囲とすることができる。

図３は、第１実施形態に係る切削工具の刃先近傍における切れ刃に垂直な断面図である。図４は、第１実施形態の変形例に係る切削工具の刃先近傍における切れ刃に垂直な断面図である。図３及び図４に示すように、切れ刃１３は、曲率半径Ｒを有している。曲率半径Ｒは、２μｍ以上８μｍ以下である。切れ刃１３の表面における算術平均粗さＲａは、０．０５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。なお、切れ刃１３の表面における算術平均粗さは、レーザ変位型測定器を用いて測定される。

切れ刃１３の曲率半径Ｒは、切れ刃１３の延在方向において、一様でなくてもよい。すなわち、切れ刃１３の曲率半径Ｒは、切れ刃１３の延在方向に沿って変化していてもよい。切れ刃１３の表面における算術平均粗さＲａは、切れ刃１３の延在方向において、一様でなくてもよい。すなわち、切れ刃１３の表面における算術平均粗さＲａは、切れ刃１３の延在方向に沿って変化していてもよい。

以下に、第１実施形態に係る切削工具の製造方法について説明する。第１実施形態に係る切削工具の製造方法は、レーザ照射工程Ｓ１を有している。

図５は、第１実施形態に係る切削工具の製造方法に用いられる加工装置を示す模式図である。図５に示すように、加工装置３は、光源３１と、スキャナヘッド３２と、加工ステージ３３とを有している。光源３１は、スキャナヘッド３２にレーザＬを供給する。加工ステージ３３には、加工対象物Ｗが載置される。スキャナヘッド３２は、光源３１から供給されたレーザＬを、加工対象物Ｗの表面上において走査させる。スキャナヘッド３２は、例えばガルバノメータスキャナである。レーザ照射工程Ｓ１は、加工装置３を用いて行われる。

加工対象物Ｗは、ネガランド１１と、逃げ面１２とを有している。レーザ照射工程Ｓ１は、加工ステージ３３上に載置された加工対象物ＷにレーザＬを照射することにより行われる。より具体的には、レーザＬは、ネガランド１１と逃げ面１２の稜線に照射される。これにより、ネガランド１１と逃げ面１２の稜線に位置する加工対象物Ｗの一部が除去されることにより、切れ刃１３が形成される。加工対象物Ｗがネガランド１１を有さず、すくい面１４と逃げ面１２とを有している場合には、レーザＬがすくい面１４と逃げ面１２の稜線に照射されることにより、切れ刃１３が形成される。

なお、ネガランド１１（又はすくい面１４）及び逃げ面１２も、レーザＬを照射することにより形成されてもよい。なお、この場合、ネガランド１１（又はすくい面１４）及び逃げ面１２を形成する工程と切れ刃１３を形成する工程を通して加工対象物Ｗが加工ステージ３３に対して相対移動しない状態を保持してもよい。この場合、ネガランド１１（又はすくい面１４）及び逃げ面１２を形成する工程から切れ刃１３を形成する工程に移行する際に再度の位置合わせを行う必要がないため、切れ刃１３を精度よく形成することができる。

以下に、第１実施形態に係る切削工具及びその製造方法の効果について説明する。
切れ刃１３の曲率半径Ｒが小さくなるほど、切れ刃の形状が鋭利になるため、切削工具の切れ味が改善される傾向にある。上記のとおり、第１実施形態に係る切削工具において、切れ刃１３の曲率半径Ｒは、２μｍ以上８μｍ以下となっている。この曲率半径Ｒの値は、従来の切削工具において実現可能であった曲率半径の値よりも小さい。したがって、第１実施形態に係る切削工具によると、切削工具の切れ味を改善することができる。

他方、切れ刃１３の曲率半径Ｒが小さくなり過ぎると、切れ刃１３の耐欠損性が低下する傾向がある。切削工具の用途によっては、切れ刃１３のある部分には切れ味が要求され、切れ刃の他の部分には耐欠損性が要求される場合がある。第１実施形態に係る切削工具においては、切れ刃１３の曲率半径Ｒが切れ刃１３の延在方向に沿って変化することにより、切れ刃１３の部分ごとに異なる性能が要求される場合に対応することができる。

仮に、砥石による研磨や放電加工を用いて切れ刃の丸ホーニング加工を行う場合には、切れ刃の表面において均等に低い算術平均粗さＲａを実現することは困難である。切れ刃の表面における算術平均粗さＲａが大きい場合、切れ刃に被削材が溶着しやすい。

上記のとおり、第１実施形態に係る切削工具においては、切れ刃１３の表面における算術平均粗さＲａは、０．０５μｍ以上２μｍ以下とすることができるため、被削材の切れ刃１３への溶着を抑制することができる。

切れ刃１３の表面における算術平均粗さＲａが大きくなるにしたがい、被削材と切れ刃１３との接触面積が減少するため、切れ刃１３と被削材との摩擦が減少する傾向がある。切削工具の用途によっては、切れ刃１３のある部分において被削材との溶着を防止する必要があり、切れ刃１３の他の部分においては被削材との摩擦を減少させる必要がある場合がある。

第１実施形態に係る切削工具においては、切れ刃１３の表面における算術平均粗さＲａを延在方向に沿って変化することにより、切れ刃１３の部分ごとに異なる性能が要求される場合に対応することができる。

第１実施形態に係る切削工具の製造方法においては、切れ刃１３は、レーザＬを照射することにより形成されている。レーザＬを用いて切れ刃１３を加工する場合、砥石を用いた研磨や放電加工による場合と比較して、加工の程度をより細かく制御することが可能である。そのため、第１実施形態に係る切削工具の製造方法によると、切れ刃１３の曲率半径Ｒを２μｍ以上８μｍ以下となるように加工することが可能となり、切れ刃１３の表面における算術平均粗さＲａを０．０５μｍ以上２μｍ以下となるように加工することが可能となる。

レーザＬを用いて切れ刃１３を加工する場合、砥石を用いた研磨や放電加工による場合と比較して、加工する範囲をより細かく制御することが可能である。そのため、第１実氏形態に係る切削工具の製造方法においては、切れ刃１３の延在方向に沿って切れ刃１３の曲率半径Ｒ及び切れ刃１３の表面における算術平均粗さＲａが変化するように加工することが可能となる。

（第２実施形態）
以下に第２実施形態について説明する。なお、以下においては、第１実施形態に係る切削工具と異なる点について主に説明し、同様の説明については繰り返さないものとする。

第２実施形態に係る切削工具は、刃先１を有している。刃先１は、ＣＢＮ及びＰＣＤの少なくとも一方を含んでいる。刃先１は、ネガランド１１と、逃げ面１２と、切れ刃１３とを有している。刃先１は、すくい面１４と、逃げ面１２と、切れ刃１３とを有していてもよい。切れ刃１３における曲率半径Ｒは、２μｍ以上８μｍ以下である。切れ刃１３の表面における算術平均粗さＲａは、０．０５μｍ以上２μｍ以下である。切れ刃１３における曲率半径Ｒ及び切れ刃１３の表面における算術平均粗さＲａは、切れ刃１３の延在方向に沿って変化している。これらの点において、第２実施形態に係る切削工具は、第１実施形態に係る切削工具と共通している。

図６は、第２実施形態に係る切削工具の部分拡大斜視図である。図６に示すように、第２実施形態に係る切削工具は、エンドミルである。第２実施形態に係る切削工具は、例えば刃先１を有する刃先チップ１０と、刃先チップ１０が取り付けられるボディ４とを有している。刃先チップ１０は、ボディ４の外周面に取り付けられている。ボディ４には、例えば超硬合金が用いられる。

第２実施形態に係る切削工具は、先端Ｔを有している。図示していないが、第２実施形態に係る切削工具は、先端Ｔと反対側においてシャンクを有している。第２実施形態に係る切削工具は、シャンクにおいて、工作機械の主軸に取り付けられる。第２実施形態に係る切削工具においては、切れ刃１３は、先端Ｔ側からシャンク側に向かって延在している。切れ刃１３の曲率半径Ｒは、先端Ｔ側からシャンク側に向かって、小さくなっている。これらの点において、第２実施形態に係る切削工具は、第１実施形態に係る切削工具と異なっている。

第２実施形態に係る切削工具を用いて切削加工を行う場合、先端Ｔ側に設けられた切れ刃１３が被削材に食い付く。この際に、切れ刃１３の耐欠損性が低い場合、先端Ｔ側に設けられた切れ刃１３には、初期欠損が生じやすい。また、シャンク側に設けられた切れ刃１３の切れ味が悪い場合には、被削材にバリが残りやすい。

上記のとおり、第２実施形態に係る切削工具においては、切れ刃１３の曲率半径Ｒは、切れ刃１３の曲率半径Ｒは、先端Ｔ側からシャンク側に向かって小さくなっている。すなわち、第２実施形態に係る切削工具においては、先端Ｔ側に設けられた切れ刃１３の耐欠損性が高く、シャンク側に設けられた切れ刃１３の切れ味が高くなっている。そのため、第２実施形態に係る切削工具によると、切削工具の初期欠損を抑制しつつ、被削材にバリが生じることを抑制することができる。

今回開示された実施形態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形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、及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 刃先、１０ 刃先チップ、１１ ネガランド、１２ 逃げ面、１３ 切れ刃、１４ すくい面、２ 台金、３ 加工装置、３１ 光源、３２ スキャナヘッド、３３ 加工ステージ、４ ボディ、Ｌ レーザ、Ｒ 曲率半径、Ｒａ 算術平均粗さ、Ｓ１ レーザ照射工程、Ｔ 先端、Ｗ 加工対象物。

Claims (8)

1. 立方晶窒化ホウ素及び多結晶ダイヤモンドの少なくとも一方を含む刃先を備える切削工具であって、
   前記刃先は、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設けられた切れ刃とを有し、
   前記切れ刃における曲率半径は、２μｍ以上８μｍ以下であり、
   前記曲率半径は、前記切れ刃の延在方向に沿って変化し、
   前記切削工具は、エンドミルであり、
   前記切れ刃は、前記エンドミルの外周刃であり、
   前記切れ刃は、前記切削工具の先端側からシャンク側に向かって延在し、
   前記曲率半径は、前記先端側から前記シャンク側に向かって小さくなる、切削工具。
2. 立方晶窒化ホウ素及び多結晶ダイヤモンドの少なくとも一方を含む刃先を備える切削工具であって、
   前記刃先は、ネガランドと、前記ネガランドに連なる逃げ面と、前記ネガランドと前記逃げ面との稜線に設けられる切れ刃とを有し、
   前記切れ刃における曲率半径は、２μｍ以上８μｍ以下であり、
   前記曲率半径は、前記切れ刃の延在方向に沿って変化し、
   前記切削工具は、エンドミルであり、
   前記切れ刃は、前記エンドミルの外周刃であり、
   前記切れ刃は、前記切削工具の先端側からシャンク側に向かって延在し、
   前記曲率半径は、前記先端側から前記シャンク側に向かって小さくなる、切削工具。
3. 前記切れ刃の表面における算術平均粗さは、０．０５μｍ以上２μｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載の切削工具。
4. 前記算術平均粗さは、前記切れ刃の延在方向に沿って変化する、請求項３に記載の切削工具。
5. 請求項１に記載の切削工具の製造方法であって、
   前記稜線にレーザを照射することにより、曲率半径が２μｍ以上８μｍ以下の前記切れ刃を形成する工程を備える、切削工具の製造方法。
6. 前記切削工具に前記レーザを照射することにより、前記すくい面及び前記逃げ面を形成する工程をさらに備える、請求項５に記載の切削工具の製造方法。
7. 請求項２に記載の切削工具の製造方法であって、
   前記稜線にレーザを照射することにより、曲率半径が２μｍ以上８μｍ以下の前記切れ刃を形成する工程を備える、切削工具の製造方法。
8. 前記切削工具に前記レーザを照射することにより、前記ネガランド及び前記逃げ面を形成する工程をさらに備える、請求項７に記載の切削工具の製造方法。

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