JP7029113B2 - 構成刃先形成用部材及び構成刃先形成方法 - Google Patents
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Description
〔1〕
重量平均分子量が5×10 4 以上、1×10 6 以下である高分子量化合物(A)と、
重量平均分子量が1×10 3 以上、5×10 4 未満である中分子量化合物(B)と、
カーボン(C)と、を含有する樹脂ブロックと、
前記樹脂ブロックの下に、ビッカース硬度300°以上の難削ブロックと、を備える、
構成刃先形成用部材。
〔2〕
前記構成刃先形成用部材が、切削工具により前記構成刃先形成用部材を切削することにより前記切削工具の刃先に構成刃先を形成する構成刃先形成工程を有する、構成刃先形成方法に用いるものである、
〔1〕に記載の構成刃先形成用部材。
〔3〕
前記難削ブロックが、繊維強化複合材及び/又は難削金属材である、
〔1〕又は〔2〕に記載の構成刃先形成用部材。
〔4〕
前記高分子量化合物(A)が、重量平均分子量5×10 4 以上、1×10 6 以下の熱可塑性樹脂であり、
前記中分子量化合物(B)が、重量平均分子量1×10 3 以上、2×10 4 以下の熱可塑性樹脂である、
〔1〕~〔3〕のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材。
〔5〕
前記高分子量化合物(A)の含有量が、前記高分子量化合物(A)、前記中分子量化合物(B)、及び前記カーボン(C)の合計100質量部に対して、10~60質量部であり、
〔1〕~〔4〕のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材。
〔6〕
前記中分子量化合物(B)の含有量が、前記高分子量化合物(A)、前記中分子量化合物(B)、及び前記カーボン(C)の合計100質量部に対して、10~75質量部であり、
〔1〕~〔5〕のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材。
〔7〕
前記カーボン(C)の含有量が、前記高分子量化合物(A)、前記中分子量化合物(B)、及び前記カーボン(C)の合計100質量部に対して、5~70質量部である、
〔1〕~〔6〕のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材。
〔8〕
前記難削ブロックの下に、粘着層をさらに有する、
〔1〕~〔7〕のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材。
〔9〕
前記粘着層が、アクリル系重合体を含む、
〔8〕に記載の構成刃先形成用部材。
〔10〕
〔1〕~〔9〕のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材を、切削工具により切削することにより前記切削工具の刃先に構成刃先を形成する構成刃先形成工程を有する、
構成刃先形成方法。
〔11〕
前記構成刃先形成工程において、前記切削工具が、ドリル、ルーター、エンドミル、正面フライス、バイト、ボーリングバー、電着工具、又は丸鋸である、
〔10〕に記載の構成刃先形成方法。
〔12〕
前記構成刃先形成工程において、前記切削工具を前記樹脂ブロック中で回転させる回転数が、100rpm以上である、
〔10〕又は〔11〕に記載の構成刃先形成方法。
〔13〕
前記構成刃先形成工程において、前記切削工具を前記樹脂ブロック中に侵入させる速度が、1mm/min以上である、
〔10〕~〔12〕のいずれか一項に記載の構成刃先形成方法。
〔14〕
前記構成刃先形成工程において、前記切削工具を前記樹脂ブロック中に滞留させる滞留時間が、1秒以上である、
〔11〕~〔13〕のいずれか一項に記載の構成刃先形成方法。
〔15〕
〔1〕~〔9〕のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材により得られた構成刃先を有する、
切削工具。
〔16〕
〔10〕~〔14〕のいずれか一項に記載の構成刃先形成方法により得られた構成刃先を有する、
切削工具。
〔17〕
〔15〕又は〔16〕に記載の切削工具を用いて、被加工材料を切削する切削工程を有する、
切削加工方法。
本実施形態の構成刃先形成用部材は、重量平均分子量が5×104以上、1×106以下である高分子量化合物(A)と、重量平均分子量が1×103以上、5×104未満である中分子量化合物(B)と、カーボン(C)と、を含有する樹脂ブロックを備える。
樹脂ブロックは、重量平均分子量が5×104以上、1×106以下である高分子量化合物(A)と、重量平均分子量が1×103以上、5×104未満である中分子量化合物(B)と、カーボン(C)と、を含有する。
高分子量化合物(A)は潤滑剤として機能することができ、構成刃先形成用部材の潤滑性を向上させ、刃先を摩耗することなく構成刃先を形成することができる。さらに、高分子量化合物(A)は成形剤として機能することができ、構成刃先形成用部材の成形性を向上させる。
中分子量化合物(B)は潤滑剤として機能することができ、構成刃先形成用部材の潤滑性を向上させ、刃先を摩耗することなく構成刃先を形成することができる。
カーボン(C)は固体潤滑剤として機能することができ、構成刃先形成用部材の潤滑性を向上させ、構成刃先を形成する成分の一つとなる。カーボン(C)としては、特に限定されないが、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、活性炭、アセチレンブラック、カーボンブラック、コロイド黒鉛、熱分解黒鉛、膨張化黒鉛、鱗片状黒鉛が挙げられる。この中でも、鱗片状の形状を有するカーボン(C)が好ましい。カーボン(C)が鱗片状の形状を有することにより、摩耗低減性能がより向上する傾向にある。カーボン(C)は1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
本実施形態の構成刃先形成用部材は、必要に応じて、その他の成分を含んでもよい。その他の成分としては、潤滑性向上成分、可塑剤、柔軟剤、表面調整剤、レベリング剤、帯電防止剤、乳化剤、消泡剤、ワックス添加剤、カップリング剤、レオロジーコントロール剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、光安定剤、核剤、有機フィラー、無機フィラー、固体潤滑剤、熱安定化剤、着色剤などが挙げられる。
難削ブロックとしては、ビッカース硬度300°以上のブロック体であれば特に限定されないが、例えば、繊維強化複合材及び/又は難削金属材が挙げられる。難削ブロックは、樹脂ブロックの下に位置し、樹脂ブロックを貫通してきた切削工具の刃先の受け入れ先として機能する。難削ブロックに侵入した切削工具の刃先は、より高温高圧下に曝されることとなり、樹脂ブロックから供給される成分により刃先を摩耗することなく構成刃先を形成することができる。なお、「ビッカース硬度」は、ビッカース硬度計により測定することができる。
本実施形態の構成刃先形成用部材は、構成刃先形成用部材が構成刃先形成工程中に動かないように固定するために、難削ブロックの下に、粘着層を有していてもよい。
本実施形態の構成刃先形成用部材の製造方法としては、特に制限されるものではなく、高分子材料などの樹脂と充填材(例えば、無機充填材)とを含む樹脂組成物を、ブロック状態に成形する従来公知の方法を広く利用することができる。例えば、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)を、溶媒の存在下又は溶媒の非存在下で混合し、支持体に塗布、冷却、固化させてブロックを形成し、その後、支持体を除去、剥離して構成刃先形成用部材を得る方法;高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)を、溶媒の存在下又は溶媒の非存在下で混合し、ブロックの形状に押出成形して、必要に応じて切断することにより構成刃先形成用部材を得る方法などが挙げられる。
本実施形態の構成刃先形成方法は、構成刃先形成用部材を、切削工具により切削することにより前記切削工具の刃先に構成刃先を形成する構成刃先形成工程を有する。構成刃先形成用部材が難削ブロックを有する場合には、樹脂ブロック側から切削工具の刃先を侵入させることが好ましい。
本実施形態の切削工具は、上記構成刃先形成用部材により得られた構成刃先を有する。このような切削工具は、上記構成刃先形成方法により構成刃先を形成することで得ることができ、上記構成刃先形成方法により得られた構成刃先を有する者とすることができる。
本実施形態の切削加工方法は、上記切削工具を用いて、被加工材料を切削する切削工程を有する。切削工程においては、一般的な切削加工における技術を用いることができる。例えば、切削加工を行う際、ガスや液体を用いて切削加工している箇所及び/又は切削工具を冷却しながら切削加工すること等が挙げられる。ガスを用いて切削加工している箇所及び/又は切削工具を冷却する方法としては、例えば、圧縮したガスを切削加工している箇所及び/又は切削工具に供給する方法、切削加工している箇所/又は切削工具付近のガスを吸引することによって、周囲からガスを切削加工箇所及び/又は切削工具に供給する方法が挙げられる。
表2に示すような、樹脂ブロックの樹脂組成、難削ブロックとして用いた基材種類、及び構成にて、構成刃先形成用部材として積層体a~eを作製した。以下、各積層体の作製方法を示す。
高分子量化合物(A)として、ポチエチレンオキサイド(アルコックスE-45、明成化学工業株式会社製)10質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR-150、明成化学工業株式会社製)20質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS-40、日油株式会社製)30質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD100、伊藤黒鉛工業株式会社)40質量部を、1軸押出機を使用して、温度140℃で押出機にて成形することにより、厚み1.0mmのシートを作製した。得られたシートを、10枚重ねて、80℃で30秒間プレスし、厚み10mmのブロックを得た。また、厚み0.12mmの両面テープ(No.5612、日東電工株式会社製)の強粘着面をこのブロックの片面に貼り付けた。さらに、厚み20mmのGFRP(G-10、利昌株式会社製)の片面に、前記ブロックの粘着面を介して、樹脂組成物からなるブロックと基材となるGFRPを積層させた積層体aを得た。
高分子量化合物(A)として、ポチエチレンオキサイド(アルコックスE-45、明成化学工業株式会社製)10質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR-150、明成化学工業株式会社製)20質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS-40、日油株式会社製)30質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD100、伊藤黒鉛工業株式会社)40質量部を、1軸押出機を使用して、温度140℃で押出機にて成形することにより、厚み1.0mmのシートを作製した。また、厚み0.12mmの両面テープ(No.5612、日東電工株式会社製)の強粘着面をこのシートの片面に貼り付けた。さらに、厚み20mmのCFRP(茨木工業株式会社製)の片面に、前記シートの粘着面を介して、樹脂組成物からなるブロックと基材となるCFRPを積層させた積層体bを得た。
高分子量化合物(A)として、ポチエチレンオキサイド(アルコックスE-45、明成化学工業株式会社製)10質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR-150、明成化学工業株式会社製)20質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS-40、日油株式会社製)30質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD100、伊藤黒鉛工業株式会社)40質量部を、1軸押出機を使用して、温度140℃で押出機にて成形することにより、厚み2.0mmのシートを作製した。また、厚み0.12mmの両面テープ(No.5612、日東電工株式会社製)の強粘着面をこのシートの片面に貼り付けた。さらに、厚み20mmのCFRP(茨木工業株式会社製)の片面に、前記シートの粘着面を介して、樹脂組成物からなるブロックと基材となるCFRPを積層させた積層体cを得た。
高分子量化合物(A)として、ポチエチレンオキサイド(アルコックスE-45、明成化学工業株式会社製)10質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR-150、明成化学工業株式会社製)20質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS-40、日油株式会社製)30質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD100、伊藤黒鉛工業株式会社)40質量部を、1軸押出機を使用して、温度140℃で押出機にて成形することにより、厚み1.0mmのシートを作製した。得られたシートを、10枚重ねて、80℃で30秒間プレスし、厚み10mmのブロックを得た。また、厚み0.12mmの両面テープ(No.5612、日東電工株式会社製)の強粘着面をこのブロックの片面に貼り付けた。さらに、厚み20mmのCFRP(茨木工業株式会社製)の片面に、前記シートの粘着面を介して、樹脂組成物からなるブロックと基材となるCFRPを積層させた積層体dを得た。
高分子量化合物(A)として、ポチエチレンオキサイド(アルコックスE-45、明成化学工業株式会社製)10質量部、ポリエチレンオキサイド(アルコックスR-150、明成化学工業株式会社製)20質量部、中分子量化合物(B)として、ポリエチレンオキサイドモノステアレート(ノニオンS-40、日油株式会社製)30質量部、及びカーボン(C)として、黒鉛(XD100、伊藤黒鉛工業株式会社)40質量部を、1軸押出機を使用して、温度140℃で押出機にて成形することにより、厚み1.0mmのシートを作製した。得られたシートを、10枚重ねて、80℃で30秒間プレスし、厚み10mmのブロックを得た。また、厚み0.12mmの両面テープ(No.5612、日東電工株式会社製)の強粘着面をこのブロックの片面に貼り付けた。さらに、厚み20mmのアルミ板(航空機用材アルミ板)の片面に、前記シートの粘着面を介して、樹脂組成物からなるブロックと基材となるアルミ板を積層させた積層体eを得た。
実施例1から10では、作製した積層体aからeを用いて、表3に示す条件で工具の刃先に構成刃先を形成した。実施例1から4については、図1に示すように、工具の先端から積層体に進入する加工方法であり、実施例5から10については、図2に示すように、工具の側面から積層体に進入する加工方法である。いずれも積層体の樹脂ブロックと工具が最初に接触するように加工した。加工後の工具の刃先を観察し、構成刃先の形成とチッピング(欠け)について評価した結果を表3に示す。
比較例1から3では、積層体の代わりに樹脂ブロックを含まない基材のみを用いた以外は実施例1と同様にして加工を行った。加工後の工具の刃先を観察し、構成刃先の形成とチッピング(欠け)について評価した結果を表3に示す。
実施例及び比較例において、工具の刃先を顕微鏡(V-LASER顕微鏡 VK―9700)にて観察し、構成刃先の形成状態を評価した。なお、図3に、実施例8の切削工具の刃先をV-LASER顕微鏡で倍率500倍にて観察した写真を示す。
実施例及び比較例において、工具の刃先を顕微鏡(V-LASER顕微鏡 VK―9700)にて観察し、チッピング(欠け)の発生状態を評価した。なお、図4に、実施例8の切削工具の刃先をV-LASER顕微鏡で倍率1500倍にて観察した写真を示す。
次に、実施例8で作製した構成刃先を形成した工具を用いて、貫通溝形成加工を行った。被加工材料を、治具を用いてマシニングセンタに固定した。工具による切削加工は、被加工材料として厚み4mmのCFRPを用い、工具1本あたりの加工距離が5000mmの条件で行い、幅8mm、長さ5000mmの貫通溝を形成した。工具の出口側における貫通溝周辺の炭素繊維(以下、「CF」ともいう。)の切れ残りとCFRPの内層デラミの発生について評価した結果を表4に示した。
実施例1と同様にして、比較例2に用いた工具および新品工具を用いて、貫通溝形成加工を行った。被加工材料を、治具を用いてマシニングセンタに固定した。工具による切削加工は、被加工材料として厚み4mmのCFRPを用い、工具1本あたりの加工距離が5000mmの条件で行い、幅8mm、長さ5000mmの貫通溝を形成した。工具の出口側における貫通溝周辺の炭素繊維(以下、「CF」ともいう。)の切れ残りとCFRPの内層デラミの発生について評価した結果を表4に示した。
b:樹脂ブロック
c:難削ブロック
Claims (17)
- 重量平均分子量が5×104以上、1×106以下である高分子量化合物(A)と、
重量平均分子量が1×103以上、5×104未満である中分子量化合物(B)と、
カーボン(C)と、を含有する樹脂ブロックと、
前記樹脂ブロックの下に、ビッカース硬度300°以上の難削ブロックと、を備える、
構成刃先形成用部材。 - 前記構成刃先形成用部材が、切削工具により前記構成刃先形成用部材を切削することにより前記切削工具の刃先に構成刃先を形成する構成刃先形成工程を有する、構成刃先形成方法に用いるものである、
請求項1に記載の構成刃先形成用部材。 - 前記難削ブロックが、繊維強化複合材及び/又は難削金属材である、
請求項1又は2に記載の構成刃先形成用部材。 - 前記高分子量化合物(A)が、重量平均分子量5×104以上、1×106以下の熱可塑性樹脂であり、
前記中分子量化合物(B)が、重量平均分子量1×103以上、2×104以下の熱可塑性樹脂である、
請求項1~3のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材。 - 前記高分子量化合物(A)の含有量が、前記高分子量化合物(A)、前記中分子量化合物(B)、及び前記カーボン(C)の合計100質量部に対して、10~60質量部であり、
請求項1~4のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材。 - 前記中分子量化合物(B)の含有量が、前記高分子量化合物(A)、前記中分子量化合物(B)、及び前記カーボン(C)の合計100質量部に対して、10~75質量部であり、
請求項1~5のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材。 - 前記カーボン(C)の含有量が、前記高分子量化合物(A)、前記中分子量化合物(B)、及び前記カーボン(C)の合計100質量部に対して、5~70質量部である、
請求項1~6のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材。 - 前記難削ブロックの下に、粘着層をさらに有する、
請求項1~7のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材。 - 前記粘着層が、アクリル系重合体を含む、
請求項8に記載の構成刃先形成用部材。 - 請求項1~9のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材を、切削工具により切削することにより前記切削工具の刃先に構成刃先を形成する構成刃先形成工程を有する、
構成刃先形成方法。 - 前記構成刃先形成工程において、前記切削工具が、ドリル、ルーター、エンドミル、正面フライス、バイト、ボーリングバー、電着工具、又は丸鋸である、
請求項10に記載の構成刃先形成方法。 - 前記構成刃先形成工程において、前記切削工具を前記樹脂ブロック中で回転させる回転数が、100rpm以上である、
請求項10又は11に記載の構成刃先形成方法。 - 前記構成刃先形成工程において、前記切削工具を前記樹脂ブロック中に侵入させる速度が、1mm/min以上である、
請求項10~12のいずれか一項に記載の構成刃先形成方法。 - 前記構成刃先形成工程において、前記切削工具を前記樹脂ブロック中に滞留させる滞留時間が、1秒以上である、
請求項11~13のいずれか一項に記載の構成刃先形成方法。 - 請求項1~9のいずれか一項に記載の構成刃先形成用部材により得られた構成刃先を有する、
切削工具。 - 請求項10~14のいずれか一項に記載の構成刃先形成方法により得られた構成刃先を有する、
切削工具。 - 請求項15又は16に記載の切削工具を用いて、被加工材料を切削する切削工程を有する、
切削加工方法。
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