JP7173463B2 - 切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具に関する。より特定的には、本発明は、スカイビング加工用の切削工具に関する。

例えば、特許文献１（特表２００３－５１６８６８号公報）には、スカイビング加工用の切削工具が記載されている。特許文献１に記載の切削工具は、直線状に延在する切れ刃を有している。

特許文献１に記載の切削工具を用いたスカイビング加工において、特許文献１に記載の切削工具は、その切れ刃が被削材の中心軸に対して傾斜して配置されるとともに、その切れ刃が被削材の中心軸を横断するように送られる。その結果、切削点が特許文献１に記載の切削工具の切れ刃上を順次移動しながら、被削材の外周面に対する切削加工が行われる。

特表２００３－５１６８６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の切削工具を用いたスカイビング加工では、断面視において曲線形状の外周面を有している部材を形成することは、困難である。このような部材は、研削加工により形成することが可能であるが、このような研削加工は総型の砥石（加工する面の形状に合わせた砥石）を用いて行う必要があるため、加工コスト及び加工時間に改善の余地がある。

本発明は、上記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。より具体的には、本発明は、断面視において曲線形状の外周面を有する部材を形成することが可能な切削工具を提供するものである。

本発明の一態様に係る切削工具は、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形成される切れ刃とを備えている。切削工具は、平面視において多角形形状を有している。切れ刃は、多角形形状の辺に沿って形成されている。切れ刃は、平面視において、曲率半径が９００ｍｍ以上１２０００ｍｍ以下の円弧形状となっている。

本発明の一態様に係る切削工具によると、被削材に断面視において曲線形状の外周面を形成することが可能となる。

切削工具１００の斜視図である。 切削工具１００の切れ刃３近傍における平面図である。 切削工具１００を用いたスカイビング加工の模式図である。 切削工具１００を用いたスカイビング加工が行われた後の被削材Ｗの断面図である。 切削工具２００の斜視図である。 切削工具２００の切れ刃３近傍における平面図である。 切削工具２００を用いたスカイビング加工が行われた後の被削材Ｗの断面図である。 切削工具３００の斜視図である。 切削工具３００の切れ刃３近傍における平面図である。 切削工具４００の切れ刃３近傍における平面図である。

［本発明の実施形態の説明］
まず、本発明の実施形態を列記して説明する。

（１）本発明の一実施形態に係る切削工具は、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形成される切れ刃とを備えている。この切削工具は、平面視において多角形形状を有している。切れ刃は、多角形形状の辺に沿って形成されている。切れ刃は、平面視において、曲率半径が９００ｍｍ以上１２０００ｍｍ以下の円弧形状となっている。

上記（１）の切削工具によると、被削材に断面視において曲線形状の外周面を形成することが可能となる。

（２）上記（１）の切削工具において、円弧形状は、平面視において、切削工具の外側に向かって凸となっていてもよい。

上記（２）の切削工具によると、断面視における被削材の外周面の曲線形状を被削材の内側に向かって凸にすることが可能となる。

（３）上記（１）の切削工具において、円弧形状は、平面視において、切削工具の内側に向かって凸となっていてもよい。

上記（３）の切削工具によると、断面視における被削材の外周面の曲線形状を被削材の外側に向かって凸にすることが可能となる。

（４）本発明の他の実施形態に係る切削工具は、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形成される切れ刃とを備えている。切削工具は、平面視において多角形形状を有している。切れ刃は、多角形形状の辺に沿って形成されている。切れ刃は、平面視において、曲線形状を有している。切れ刃は、平面視において、第１端と、第１端の反対側の端である第２端とを有している。曲線形状の頂点と第１端及び第２端を結んだ直線との距離を第１端と第２端との間の距離で除した値は、０．０００１以上０．０１以下である。

上記（４）の切削工具によると、被削材に断面視において曲線形状の外周面を形成することが可能となる。

（５）上記（４）の切削工具において、曲線形状は、平面視において、切削工具の外側に向かって凸となっていてもよい。

上記（５）の切削工具によると、断面視における被削材の外周面の曲線形状を被削材の内側に向かって凸にすることが可能となる。

（６）上記（４）の切削工具において、曲線形状は、平面視において、切削工具の内側に向かって凸となっていてもよい。

上記（６）の切削工具によると、断面視における被削材の外周面の曲線形状を被削材の外側に向かって凸にすることが可能となる。

［本発明の実施形態の詳細］
次に、本発明の実施形態の詳細を、図面を参酌しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

（第１実施形態）
以下に、第１実施形態に係る切削工具（「切削工具１００」とする）を説明する。

＜第１実施形態に係る切削工具の構成＞
切削工具１００の構成を説明する。

切削工具１００は、スカイビング加工用の切削工具である。図１は、切削工具１００の斜視図である。図１に示されるように、切削工具１００は、すくい面１と、逃げ面２と、切れ刃３とを有している。逃げ面２は、すくい面１に連なっている。切れ刃３は、すくい面１と逃げ面２との稜線に形成されている。

切削工具１００は、平面視において、多角形形状を有している。ここで、「平面視」とは、切削工具１００をすくい面１に直交する方向から見た場合をいう。図１に示される例においては、切削工具１００は、平面視において、三角形形状を有しているが、切削工具１００は、三角形形状以外の多角形形状であってもよい。この「多角形形状」は、完全な多角形形状である必要はなく、その辺に完全な直線でない部分（具体的には、曲線となっている部分）が存在している。切れ刃３は、この多角形形状の辺に沿って形成されている。なお、切れ刃３は、この多角形形状を構成する辺のうちの少なくとも１辺に形成されていればよい。

切削工具１００は、基材１１と、焼結体１２と、接合層１３とを有している。基材１１は、例えば、超硬合金で形成されている。基材１１は、頂面１１ａと、背面１１ｂと、側面１１ｃとを有している。頂面１１ａは、すくい面１の一部を構成している。背面１１ｂは、頂面１１ａの反対側の面である。側面１１ｃは、頂面１１ａ及び背面１１ｂに連なっている。側面１１ｃは、逃げ面２の一部を構成している。

頂面１１ａには、座面部１１ｄを有している。座面部１１ｄにある頂面１１ａと背面１１ｂとの距離は、座面部１１ｄ以外にある頂面１１ａと背面１１ｂとの距離よりも小さくなっている。すなわち、頂面１１ａには、座面部１１ｄにおいて、段差が形成されている。

焼結体１２は、硬質材料の焼結体により形成されている。この硬質材料は、例えば立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）の焼結体である。焼結体１２は、座面部１１ｄ上に配置されている。焼結体１２は、座面部１１ｄとの間に配置された接合層１３により、基材１１に接合されている。

上記においては、切削工具１００が基材１１、焼結体１２及び接合層１３により構成される場合を例として示したが、切削工具１００は、基材１１のみで同様の形状とすることにより構成されてもよい。

図２は、切削工具１００の切れ刃３近傍における平面図である。図２に示されるように、切れ刃３は、平面視において円弧形状を有している。以下において、平面視における切れ刃３の一方端を第１端３ａといい、平面視における切れ刃３の他方端を第２端３ｂという。当該円弧形状の曲率半径Ｒ１は、９００ｍｍ以上１２０００ｍｍ以下となっている。平面視において、上記の円弧形状は、切削工具１００の外側に向かって凸になっている。すなわち、平面視において、第１端３ａ及び第２端３ｂを結んだ直線Ｌが切削工具１００上を通過している。以下において、上記の円弧形状の頂点を、頂点Ｐ１という。頂点Ｐ１は、直線Ｌからの距離が最大となる切れ刃３上の点である。

＜第１実施形態に係る切削工具を用いたスカイビング加工＞
第１実施形態に係る切削工具（切削工具１００）を用いたスカイビング加工を説明する。

図３は、切削工具１００を用いたスカイビング加工の模式図である。図３に示されるように、被削材Ｗは、中心軸Ａ周りに回転している。切削工具１００は、切れ刃３が中心軸Ａの方向に対して傾斜するように配置されている。切削工具１００は、切れ刃３が中心軸Ａを横切る方向に送られる。より具体的には、切削工具１００は、中心軸Ａに直交する方向又は中心軸Ａに対して傾斜する方向に沿って送られる。

その結果、切削開始時には、切れ刃３は第１端３ａにおいて被削材の外周面に接触する（切れ刃３と被削材Ｗの外周面との接触点を切削点という）が、切削の進展に伴い、切削点が第２端３ｂ側に向かって移動する。このように、スカイビング加工においては、切削点が切れ刃３上を順次移動していくため、摩耗が切れ刃３全体に分散される。

＜第１実施形態に係る切削工具の効果＞
切削工具１００の効果を説明する。

上記のとおり、切れ刃３は、平面視において、切削工具１００の外側に向かって凸の円弧形状を有している。そのため、切れ刃３の切り込み量は、第１端３ａから頂点Ｐ１に向かうにつれて大きくなるとともに、頂点Ｐ１から第２端３ｂに向かって小さくなる。

図４は、切削工具１００を用いたスカイビング加工が行われた後の被削材Ｗの断面図である。図４に示されるように、切れ刃３の切り込み量が第１端３ａから頂点Ｐ１に向かうにつれて大きくなるとともに、頂点Ｐ１から第２端３ｂに向かって小さくなる結果、被削材Ｗの外周面は、断面視において（「断面視」における「断面」は、中心軸Ａに平行な断面である）、被削材Ｗの内側に向かって凸の曲線形状となる。すなわち、被削材Ｗの外周面に凹部が形成される。

一般的に、被削材Ｗが穴を有する他の部材に挿入された際に、被削材Ｗの外周面に形成された凹部があれば、被削材Ｗの外周面に油だまりができ、当該穴の内壁面と被削材Ｗの外周面との間の潤滑性が向上する結果、焼き付きが防止される一方で、油もれが懸念される。しかしながら、切削工具１００を用いた加工によると、微少な凹部を被削材Ｗの外周面に形成することができるため、潤滑性を向上させつつ、シール性を確保することが可能になり、有効性が高い。

なお、スカイビング加工においては、切れ刃の端部によって切削された被削材Ｗが削れすぎてしまう（切削ダレが生じる）場合がある。そのため、切削工具１００において曲率半径Ｒ１を適宜選択して第１端３ａ及び第２端３ｂにおける切り込み量を抑制することにより、このような切削ダレを是正された被削材Ｗの外周面の形状を得ることも可能である。

＜実施例＞
表１に、曲率半径Ｒ１と断面視における被削材Ｗの外周面の曲面形状の曲率半径との関係が示されている。なお、曲率半径Ｒ１及び断面視における被削材Ｗの外周面の曲面形状の曲率半径は、東京精密株式会社製の形状測定器を用いて測定された。

表１に示されるように、曲率半径Ｒ１を９００ｍｍから１１００ｍｍの範囲で変化させた場合、断面視における被削材Ｗの外周面の曲面形状の曲率半径は、１０００ｍｍから１５００ｍｍの範囲で変化していた。また、曲率半径Ｒ１を４０００ｍｍから６０００ｍｍの範囲で変化させた場合、断面視における被削材Ｗの外周面の曲面形状の曲率半径は、４０００ｍｍから１００００ｍｍの範囲で変化していた。さらに、曲率半径Ｒ１を８０００ｍｍから１２０００ｍｍの範囲で変化させた場合、断面視における被削材Ｗの外周面の曲面形状の曲率半径は、８０００ｍｍから２００００ｍｍの範囲で変化していた。このように、曲率半径Ｒ１を９００ｍｍ以上１２０００ｍｍ以上とすることにより、被削材Ｗに断面視において曲線形状の外周面を形成することが可能であることが、実験的にも確認された。

（第２実施形態）
以下に、第２実施形態に係る切削工具（「切削工具２００」とする）を説明する。なお、ここでは、切削工具１００と異なる点を主に説明し、重複する説明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の構成＞
切削工具２００の構成を説明する。

切削工具２００は、スカイビング加工用の切削工具である。図５は、切削工具２００の斜視図である。図５に示されるように、切削工具２００は、すくい面１と、逃げ面２と、切れ刃３とを有している。逃げ面２は、すくい面１に連なっている。切れ刃３は、すくい面１と逃げ面２との稜線に形成されている。

切削工具２００は、平面視において、多角形形状を有している。切れ刃３は、この多角形形状の辺に沿って形成されている。切削工具２００は、基材１１と、焼結体１２と、接合層１３とを有している。

図６は、切削工具２００の切れ刃３近傍における平面図である。図６に示されるように、切れ刃３は、平面視において円弧形状を有している。当該円弧形状の曲率半径Ｒ１は、９００ｍｍ以上１２０００ｍｍ以下となっている。これらの点に関して、切削工具２００の構成は、切削工具１００の構成と共通している。

しかしながら、平面視において、上記の円弧形状は、切削工具２００の内側に向かって凸になっている。すなわち、平面視において、第１端３ａ及び第２端３ｂを結んだ直線Ｌが、切削工具２００上を通過していない。この点に関して、切削工具２００の構成は、切削工具１００の構成と異なっている。

＜第２実施形態に係る切削工具を用いたスカイビング加工＞
切削工具２００を用いたスカイビング加工は、切削工具１００を用いたスカイビング加工と同様であるため、ここではその説明を省略する。

＜第２実施形態に係る切削工具の効果＞
切削工具２００の効果を説明する。

上記のとおり、切れ刃３は、平面視において、切削工具２００の内側に向かって凸の円弧形状を有している。そのため、切れ刃３の切り込み量は、第１端３ａから頂点Ｐ１に向かうにつれて小さくなるとともに、頂点Ｐ１から第２端３ｂに向かって大きくなる。

図７は、切削工具２００を用いたスカイビング加工が行われた後の被削材Ｗの断面図である。図７に示されるように、切れ刃３の切り込み量が第１端３ａから頂点Ｐ１に向かうにつれて小さくなるとともに、頂点Ｐ１から第２端３ｂに向かって大きくなる結果、被削材Ｗの外周面は、断面視において、被削材Ｗの外側に向かって凸の曲線形状となる。この場合、被削材Ｗの先端が相対的に細くなっているため、被削材Ｗを他の部材に形成された穴に挿入することが容易である。

（第３実施形態）
以下に、第３実施形態に係る切削工具（「切削工具３００」とする）を説明する。なお、ここでは、切削工具１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

切削工具３００の構成を説明する。
切削工具３００は、スカイビング加工用の切削工具である。図８は、切削工具３００の斜視図である。図８に示されるように、切削工具３００は、すくい面１と、逃げ面２と、切れ刃３とを有している。逃げ面２は、すくい面１に連なっている。切れ刃３は、すくい面１と逃げ面２との稜線に形成されている。

切削工具３００は、平面視において、多角形形状を有している。切れ刃３は、この多角形形状の辺に沿って形成されている。切削工具３００は、基材１１と、焼結体１２と、接合層１３とを有している。これらの点に関して、切削工具３００の構成は、切削工具１００の構成と共通している。

図９は、切削工具３００の切れ刃３近傍における平面図である。図９に示されるように、切れ刃３は、平面視において、曲線形状を有している。当該曲線形状は、例えば楕円弧形状である。但し、上記の曲線形状は、これに限られるものではない。例えば、当該曲線形状は、円弧形状であってもよい。上記の曲線形状における曲率半径Ｒ２は、第１端３ａから第２端３ｂにわたって、９００ｍｍ以上１２０００ｍｍ以下となっていることが好ましい。

平面視において、上記の曲線形状は、切削工具３００の外側に向かって凸になっている。すなわち、平面視において、第１端３ａと第２端３ｂとを結んだ直線Ｌが、切削工具３００上を通過している。以下においては、上記の曲線形状の頂点を、頂点Ｐ２という。頂点Ｐ２は、直線Ｌとの距離が最大となる切れ刃３上の点である。直線Ｌと頂点Ｐ２との間の距離ＤＩＳ１を第１端３ａと第２端３ｂとの間の距離ＤＩＳ２で除した値は、０．０００１以上０．０１以下（すなわち、距離ＤＩＳ１は、距離ＤＩＳ２の０．０１パーセント以上１パーセント以下）となっている。これらの点に関して、切削工具３００の構成は、切削工具１００の構成と異なっている。

＜第３実施形態に係る切削工具を用いたスカイビング加工＞
切削工具３００を用いたスカイビング加工は、切削工具１００を用いたスカイビング加工と同様であるため、ここではその説明を省略する。

＜第３実施形態に係る切削工具の効果＞
切削工具３００の効果を説明する。

上記のとおり、切れ刃３は、平面視において、切削工具３００の外側に向かって凸の曲線形状を有している。そのため、切れ刃３の切り込み量は、第１端３ａから頂点Ｐ２に向かうにつれて大きくなるとともに、頂点Ｐ２から第２端３ｂに向かって小さくなる。

切れ刃３の切り込み量が第１端３ａから頂点Ｐ２に向かうにつれて大きくなるとともに、頂点Ｐ２から第２端３ｂに向かって小さくなる結果、被削材Ｗの外周面は、断面視において、被削材Ｗの内側に向かって凸の曲線形状となる。

＜変形例＞
以下に、切削工具３００の変形例（「切削工具４００」とする）を説明する。

図１０は、切削工具４００の切れ刃３近傍における平面図である。図１０に示されるように、切削工具４００においては、平面視における切れ刃３の曲線形状が、切削工具４００の内側に向かって凸になっている。すなわち、平面視において、直線Ｌが切削工具４００上を通過していない。この点を除き、切削工具４００の構成は、切削工具３００の構成と同一である。

切削工具４００においては、平面視における切れ刃３の曲面形状が切削工具４００の内側に向かって凸になっているため、切れ刃３の切り込み量は、第１端３ａから頂点Ｐ２に向かうにつれて小さくなるとともに、頂点Ｐ２から第２端３ｂに向かって大きくなる。その結果、被削材Ｗの外周面は、断面視において、被削材Ｗの外側に向かって凸の曲線形状となる。

今回開示された実施の形態は全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、上記の実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ すくい面
２ 逃げ面
３ 切れ刃
３ａ 第１端
３ｂ 第２端
１１ 基材
１１ａ 頂面
１１ｂ 背面
１１ｃ 側面
１１ｄ 座面部
１２ 焼結体
１３ 接合層
１００，２００，３００，４００ 切削工具
Ａ 中心軸
ＤＩＳ１，ＤＩＳ２ 距離
Ｌ 直線
Ｐ１，Ｐ２ 頂点
Ｒ１，Ｒ２ 曲率半径
Ｗ 被削材

Claims (6)

1. 中心軸を有する被削材の外周面を、前記中心軸に平行な断面において、曲線形状に形成するスカイビング加工用の切削工具であって、
   基材と、
   焼結体と、
   前記基材と前記焼結体との間に配置され、かつ、前記基材と前記焼結体とを接合する接合層とを備え、
   前記焼結体は、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形成される切れ刃とを有し、
   前記切削工具は、前記すくい面に直交する方向から見た場合において多角形形状を有しており、
   前記切れ刃は、前記多角形形状の辺に沿って形成されており、
   前記切れ刃は、前記すくい面に直交する方向から見た場合において、曲率半径が９００ｍｍ以上１２０００ｍｍ以下の円弧形状となっており、
   前記切れ刃は、前記すくい面に直交する方向から見た場合において、第１端と、前記第１端の反対側の端である第２端とを有しており、
   前記切削工具は、前記スカイビング加工において、前記切れ刃と前記被削材との接触点が前記切れ刃上を前記第１端側から前記第２端側に向かって移動するように構成されている、切削工具。
2. 前記円弧形状は、前記すくい面に直交する方向から見た場合において、前記切削工具の外側に向かって凸となっている、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記円弧形状は、前記すくい面に直交する方向から見た場合において、前記切削工具の内側に向かって凸となっている、請求項１に記載の切削工具。
4. 中心軸を有する被削材の外周面を、前記中心軸に平行な断面において、曲線形状に形成するスカイビング加工用の切削工具であって、
   基材と、
   焼結体と、
   前記基材と前記焼結体との間に配置され、かつ、前記基材と前記焼結体とを接合する接合層とを備え、
   前記焼結体は、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形成される切れ刃とを有し、
   前記切削工具は、前記すくい面に直交する方向から見た場合において多角形形状を有しており、
   前記切れ刃は、前記多角形形状の辺に沿って形成されており、
   前記切れ刃は、前記すくい面に直交する方向から見た場合において、曲線形状を有しており、
   前記切れ刃は、前記すくい面に直交する方向から見た場合において、第１端と、前記第１端の反対側の端である第２端とを有しており、
   前記曲線形状の頂点と前記第１端及び前記第２端を結んだ直線との距離を前記第１端と前記第２端との間の距離で除した値は、０．０００１以上０．０１以下であり、
   前記切削工具は、前記スカイビング加工において、前記切れ刃と前記被削材との接触点が前記切れ刃上を前記第１端側から前記第２端側に向かって移動するように構成されている、切削工具。
5. 前記曲線形状は、前記すくい面に直交する方向から見た場合において、前記切削工具の外側に向かって凸となっている、請求項４に記載の切削工具。
6. 前記曲線形状は、前記すくい面に直交する方向から見た場合において、前記切削工具の内側に向かって凸となっている、請求項４に記載の切削工具。

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