JP7314457B2 - 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

オイルシール部材をもつ部品の回転軸は、通常、オイルシール部材によって封止されている。旋盤を用いて回転軸に対して表面加工を行うと、回転軸の外周面に螺旋状の溝（送り目）が形成される。回転軸の外周面に螺旋状の溝が形成されると、螺旋状の溝に沿ってオイルが外部に漏れていく場合がある。回転軸の外周面に螺旋状の溝が形成されないように、回転軸の外周面に対する加工は、旋盤加工ではなく研削加工により行われている。

一方、スカイビング加工を用いて回転軸を加工すれば、回転軸の外周面が滑らかになり、外周面には螺旋状の溝が形成されない。しかしながら、回転軸の外周面が平滑になりすぎることにより、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くおそれがあった。

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り、その目的は、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くことを抑制可能な切削工具を提供することである。

本発明の一実施形態に係る切削工具は、すくい面と、逃げ面と、切れ刃とを備えている。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形成されている。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。逃げ面に対して垂直な方向における切れ刃の高さプロファイルを測定した場合、高さプロファイルの最大相対高さは０．０５ｍｍ未満であり、かつ高さプロファイルにおいて、切れ刃の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数の割合は３０％以上である。

本発明の一態様に係る切削工具によると、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くことを抑制可能な切削工具を提供することができる。

第１実施形態に係る切削工具１０の構成を示す斜視模式図である。 第１実施形態に係る切削工具１０の構成を示す平面模式図である。 図２の領域ＩＩＩの拡大平面模式図である。 切れ刃の高さプロファイルを示す模式図である。 切れ刃の最大相対高さを説明するための模式図である。 切れ刃の相対高さの度数分布を示した図である。 第１実施形態に係る切削工具１０の逃げ面２の構成を示す平面模式図である。 第２実施形態に係る切削工具１０の構成を示す拡大端面模式図である。 切削工具１０を用いたスカイビング加工の模式図である。 カテゴリー２の度数の割合とワークの面粗さとの関係を示す図である。

［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１０は、すくい面１と、逃げ面２と、切れ刃３とを備えている。逃げ面２は、すくい面１に連なる。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１０は、平面視において多角形形状を有している。切れ刃３は、多角形形状の辺に沿って形成されている。逃げ面２に対して垂直な方向における切れ刃３の高さプロファイル３０を測定した場合、高さプロファイル３０の最大相対高さは０．０５ｍｍ未満であり、かつ高さプロファイル３０において、切れ刃３の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数の割合は３０％以上である。

上記（１）に係る切削工具１０によれば、切れ刃３に凹凸が形成される。上記（１）に係る切削工具１０を用いて被削材に対してスカイビング加工を行う場合、切れ刃３の凹凸が被削材の外表面に転写される。そのため、被削材の外周面が平滑になりすぎることを抑制することができる。結果として、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くことを抑制することができる。

（２）上記（１）に係る切削工具１０によれば、度数の割合は５０％以上であってもよい。これにより、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くことをさらに抑制することができる。

（３）上記（１）または（２）に係る切削工具１０によれば、切れ刃３は、立方晶窒化ホウ素を含む焼結体により構成されていてもよい。

［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）
まず、第１実施形態に係る切削工具１０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１０の構成を示す斜視模式図である。

第１実施形態に係る切削工具１０は、スカイビング加工用の切削工具１０である。図１に示されるように、切削工具１０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。別の観点から言えば、すくい面１と逃げ面２との稜線は、切れ刃３を構成する。

切削工具１０は、基材１１と、刃部材１２（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。

刃部材１２は、例えば焼結体１２により構成されている。具体的には、切れ刃３は、例えば立方晶窒化ホウ素を含む焼結体により構成されているが、当該焼結体とは異なる材料により構成されていてもよい。刃部材１２は、座面部１１ｄ上に配置されている。刃部材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１０が基材１１、刃部材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１０は、刃部材１２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１に示されるように、切れ刃３は第１方向Ｘに沿って延在している。刃部材１２は、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙの各々に沿って延在している。第２方向Ｙは、逃げ面２に対して垂直な方向である。刃部材の第１方向Ｘの長さは、第２方向Ｙの長さよりも長い。基材１１には、取付孔４が設けられていてもよい。取付孔４は、例えば第３方向Ｚに沿って基材１１を貫通している。第３方向Ｚは、頂面１１ａから背面１１ｂに向かう方向である。第３方向Ｚは、すくい面１に対して垂直な方向であってもよい。

図２は、本実施形態に係る切削工具１０の構成を示す平面模式図である。図２に示されるように、切削工具１０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１０をすくい面１に直交する方向から見た場合をいう。図２に示される例においては、切削工具１０は、平面視において、三角形形状を有しているが、切削工具１０は、三角形形状以外の多角形形状であってもよい。多角形は、例えば四角形であってもよい。この「多角形形状」は、完全な多角形形状である必要はなく、多角形の頂点部分が丸まっていてもよい。「多角形形状」は、多角形の各辺に沿った直線状の部分を有している。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。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。切れ刃３の長さ（切れ刃長さＬ１）は、例えば５ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。

図３は、図２の領域ＩＩＩの拡大平面模式図である。図３に示されるように、切れ刃３には、積極的に凹凸が形成されている。切れ刃３は、第２方向Ｙにおける高さが第１方向Ｘに沿って変化している。別の観点から言えば、切れ刃３においては、第１方向Ｘに沿って凹部と凸部とが交互に形成されている。切れ刃３の凹凸の分散性は、以下のように定量的に表される。

図４は、切れ刃の高さプロファイルを示す模式図である。図４に示すＹ方向の高さは、図３に示す第２方向Ｙの高さである。切れ刃３の高さプロファイルは、例えばミツトヨ株式会社製の表面性状測定機（型番：ＳＶ－Ｃ３２００）によって測定することができる。まず、ある特定の区間において、第２方向Ｙにおける切れ刃３の高さプロファイル３０が測定される。切れ刃３の高さプロファイル３０の測定長さＬ２は、たとえば２０ｍｍである。測定ピッチは、たとえば０．００４ｍｍである。この場合、測定箇所の数は、２０ｍｍ／０．００４ｍｍ＝５０００＋１箇所である。測定速度は、たとえば０．２ｍｍ／秒である。なお、切れ刃３の長さが１０ｍｍ以上の場合には、測定長さＬ２は、たとえば５ｍｍ以上である。切れ刃３の長さが１０ｍｍ未満の場合には、測定長さＬ２は、たとえば切れ刃３の長さ（切れ刃長さＬ１）の５０％以上である。

図４に示されるように、切れ刃３の高さプロファイル３０の測定開始位置は、第１位置Ａ１である。測定終了位置は、第４位置Ａ４である。切れ刃３の高さプロファイル３０は、第１位置Ａ１と第４位置Ａ４との間において測定される。図４に示されるように、切れ刃３の高さプロファイル３０に基づいて、第１位置Ａ１における切れ刃３の高さプロファイル３０の高さ（第１高さＢ１）と、第４位置Ａ４における切れ刃３の高さプロファイル３０の高さ（第４高さＢ４）とが特定される。Ｘ方向の位置をＸ軸とし、かつＹ方向の高さをＹ軸とした場合、第１位置Ａ１と第１高さＢ１とで規定される第１座標と、第４位置Ａ４と第４高さＢ４とで規定される第４座標とを通る直線が、仮基準線３１とされる。

次に、仮基準線３１を基準として、切れ刃３の高さプロファイル３０を構成する各測定点のＹ方向の相対高さが最も低くなる第２座標が特定される。第２座標は、第２位置Ａ２と第２高さＢ２とで規定される。相対高さとは、Ｘ方向とＹ方向とで規定される平面内において仮基準線３１に対して垂直な方向の高さである。

図５は、切れ刃の最大相対高さを説明するための模式図である。図５に示されるように、仮基準線３１に平行であって、かつ第２座標を通る直線が、真基準線３２とされる。切れ刃３の高さプロファイル３０を構成する各測定点のＹ方向の相対高さが最大となる第３座標が特定される。第３座標は、第３位置Ａ３と第３高さＢ３とで規定される。相対高さとは、Ｘ方向とＹ方向とで規定される平面内において真基準線３２に対して垂直な方向の高さである。図５に示されるように、切れ刃３の高さプロファイル３０の最大相対高さＹ_ｍａｘは、真基準線３２に対して垂直な方向における第３座標と真基準線３２との距離である。

図５に示されるように、第ｎ座標における切れ刃３の高さプロファイル３０の相対高さは、第ｎ相対高さＹ_ｎである。切れ刃３の高さプロファイル３０を構成する全ての測定点において、相対高さが算出される。各測定点における相対高さが、後述する３つのカテゴリーに分類される。カテゴリー１は、相対高さＹが０．０３ｍｍ未満の部類である。カテゴリー２は、相対高さＹが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満の部類である。カテゴリー３は、相対高さＹが０．０５ｍｍ以上の部類である。

図６は、切れ刃の相対高さの度数分布を示した図である。図６に示されるように、カテゴリー１、カテゴリー２およびカテゴリー３に属する測定点の数（度数）は、それぞれＣ１、Ｃ２およびＣ３である。切れ刃の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数（つまり、カテゴリー２の度数）の割合は、Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）として算出される。たとえばＣ１、Ｃ２およびＣ３がそれぞれ１５０、２５０、２００の場合、切れ刃の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数（つまり、カテゴリー２の度数）の割合は、２５０／（１５０＋２５０＋２００）＝４１．７％である。

本実施形態に係る切削工具によれば、逃げ面２に対して垂直な方向（つまり、第２方向Ｙ）における切れ刃３の高さプロファイル３０を測定した場合、高さプロファイル３０の最大相対高さＹ_ｍａｘは０．０５ｍｍ未満であり、かつ高さプロファイル３０において、切れ刃３の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数の割合は３０％以上である。

高さプロファイル３０の最大相対高さＹ_ｍａｘの下限は、特に限定されないが、たとえば０．０３５ｍｍ以上であってもよい。

切れ刃３の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数の割合は、たとえば４０％以上であってもよいし、５０％以上であってもよいし、６０％以上であってもよい。切れ刃３の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数の割合の上限は、特に限定されないが、たとえば９５％以下であってもよい。

図７は、第１実施形態に係る切削工具１０の逃げ面２の構成を示す平面模式図である。

図７に示されるように、逃げ面２に対して垂直な方向から見て、逃げ面２には、複数の溝８が設けられていてもよい。逃げ面２に対して垂直な方向から見て、複数の溝８の各々は、第３方向Ｚに沿って延在している。複数の溝８は、第１方向Ｘに沿って周期的に設けられていてもよいし、ランダムに設けられていてもよい。第３方向Ｚにおける溝の幅は、第１方向Ｘにおける溝の幅よりも大きくてもよい。複数の溝８の各々は、切れ刃３に連なっている。これにより、切れ刃３に凹凸が形成される。

次に、溝の形成方法について説明する。

溝８は、例えばレーザー加工を用いて形成することができる。例えばレーザービームを刃部材１２の逃げ面２に対して照射し、当該レーザービームを第３方向Ｚに沿って走査することにより、逃げ面２に溝８を形成することができる。レーザービームの集光径は、例えば５０μｍ以上１５０μｍ以下である。第１方向Ｘにおいて並んだ複数の溝８を形成するために、レーザービームの照射位置は、第１方向Ｘに移動してもよい。なお、レーザーの代わりにワイヤー加工によって溝が形成されてもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る切削工具１０の構成について説明する。第２実施形態に係る切削工具１０は、刃部材１２が立方晶窒化ホウ素２１と結合材２２とを含んでいる構成において、第１実施形態に係る切削工具１０と異なっており、他の構成については、第１実施形態に係る切削工具１０と同様である。以下、第１実施形態に係る切削工具１０と異なる構成を中心に説明する。

図８は、第２実施形態に係る切削工具１０の構成を示す拡大端面模式図であり、図２の領域ＩＩＩに対応する。図８に示されるように、刃部材１２は、立方晶窒化ホウ素２１と結合材２２とを含んでいる。結合材２２は、立方晶窒化ホウ素２１を取り囲んでいる。立方晶窒化ホウ素２１は、硬度が優れている硬質粒子である。したがって、刃部材１２において、立方晶窒化ホウ素２１の含有率が高いほど、靭性および硬度が向上する。さらに、立方晶窒化ホウ素２１中のホウ素と結合材２２との結合が強固になることによっても、焼結体１２の硬度が向上する。

図８に示されるように、例えば切れ刃３に対してレーザー加工が行われることにより、立方晶窒化ホウ素２１の一部が除去される。そのため、立方晶窒化ホウ素２１の外形は、内側に凸となるような部分を有している場合があってもよい。同様に、結合材２２の一部もレーザーにより除去されていてもよい。

（スカイビング加工方法）
次に、切削工具１０を用いたスカイビング加工について説明する。

図９は、切削工具１０を用いたスカイビング加工の模式図である。図９に示されるように、切れ刃３は、第１端３ａと、第２端３ｂと、中央部３ｃとを有している。第２端３ｂは、第１端３ａの反対側にある。中央部３ｃは、第１端３ａと第２端３ｂとの間の部分である。被削材Ｗは、中心軸Ａ周りに回転している。切削工具１０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１０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１０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、切削点が中央部３ｃを通って第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。

次に、上記実施形態に係る切削工具１０の作用効果について説明する。

上記実施形態に係る切削工具１０によれば、逃げ面２に対して垂直な方向における切れ刃３の高さプロファイル３０を測定した場合、高さプロファイル３０の最大相対高さは０．０５ｍｍ未満であり、かつ高さプロファイル３０において、切れ刃３の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数の割合は３０％以上である。上記切削工具１０を用いて被削材に対してスカイビング加工を行う場合、切れ刃３の凹凸が被削材の外表面に転写される。そのため、被削材の外周面が平滑になりすぎることを抑制することができる。結果として、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くことを抑制することができる。

また上記実施形態に係る切削工具１０によれば、度数の割合は５０％以上であってもよい。これにより、オイルシール部材が回転軸の外周面に焼き付くことをさらに抑制することができる。

（サンプル準備）
まず、サンプル１－１～サンプル４－３に係る切削工具１０を準備した。サンプル１－１～サンプル１－３に係る切削工具１０においては、切れ刃３の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数の割合（カテゴリー２の度数の割合）は、たとえば３０％未満とした。サンプル２－１～サンプル２－３に係る切削工具１０においては、切れ刃３の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数の割合（カテゴリー２の度数の割合）は、たとえば３０％以上５０％未満とした。サンプル３－１～サンプル３－３に係る切削工具１０においては、切れ刃３の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数の割合（カテゴリー２の度数の割合）は、たとえば５０％以上とした。またサンプル１－１～サンプル３－３に係る切削工具１０においては、高さプロファイル３０の最大相対高さＹ_ｍａｘは０．０５ｍｍ未満とした。サンプル４－１～サンプル４－３に係る切削工具１０においては、切れ刃３の相対高さが０．０５ｍｍ以上（カテゴリー３）が存在するものとした。つまり、サンプル４－１～サンプル４－３に係る切削工具１０においては、高さプロファイル３０の最大相対高さＹ_ｍａｘは０．０５ｍｍ以上とした。

（評価方法）
次に、サンプル１－１～サンプル３－３に係る切削工具１０を用いて被削材に対してスカイビング加工を行った。被削材は、ＳＣＭ４１５（焼入）とした。スカイビング加工の切削条件は、以下の通りとした。切削速度（Ｖｃ）は、２００ｍ／分とした。送り速度（ｆ）は、０．２ｍｍ／回転とした。切込み量（ａｐ）は、０．１ｍｍとした。切削方式は、乾式とした。

（評価結果）

スカイビング加工後において、被削材（ワーク）の外周面の最大高さ粗さ（Ｒｚ）を測定した。最大高さ粗さは、接触式段差計を用いて測定した。基準長さは、４ｍｍとした。最大高さ粗さは、３回測定し、その平均値を被削材の表面粗さとした。図１０は、度数の割合とワークの表面粗さとの関係を示す図である。図１０および表１に示されるように、サンプル１－１～サンプル１－３に係る切削工具１０を用いて被削材に対してスカイビング加工を行った後の被削材（ワーク）の外周面の最大高さ粗さは、０．７μｍ以上１μｍ以下であった。サンプル２－１～サンプル２－３に係る切削工具１０を用いて被削材に対してスカイビング加工を行った後の被削材（ワーク）の外周面の最大高さ粗さは、２．８μｍ以上３．３μｍ以下であった。サンプル３－１～サンプル３－３に係る切削工具１０を用いて被削材に対してスカイビング加工を行った後の被削材（ワーク）の外周面の最大高さ粗さは、７．８μｍ以上９．８μｍ以下であった。サンプル４－１～サンプル４－３に係る切削工具１０を用いて被削材に対してスカイビング加工を行った後の被削材（ワーク）の外周面の最大高さ粗さは、１４．４μｍ以上１８．２μｍ以下であった。狙いとする被削材（ワーク）の外周面の最大高さ粗さは、１．６μｍ以上１２．６μｍ以下である。以上の結果より、切れ刃３の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数の割合（カテゴリー２の度数の割合）を３０％以上とし、かつ高さプロファイ３０ルの最大相対高さＹ_ｍａｘを０．０５ｍｍ未満とすることにより、被削材の表面粗さを狙いの粗さとすることができることが確かめられた。

今回開示された実施形態および実施例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説明ではなくて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、およ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 すくい面
２ 逃げ面
３ 切れ刃
３ａ 第１端
３ｂ 第２端
３ｃ 中央部
４ 取付孔
５ 第１部分
６ 第２部分
８ 溝
１０ 切削工具
１１ 基材
１１ａ 頂面
１１ｂ 背面
１１ｃ 側面
１１ｄ 座面部
１２ 焼結体（刃部材）
１３ 接合層
２１ 立方晶窒化ホウ素
２２ 結合材
３０ 高さプロファイル
３１ 仮基準線
３２ 真基準線
Ａ 中心軸
Ａ１ 第１位置
Ａ２ 第２位置
Ａ３ 第３位置
Ａ４ 第４位置
Ｂ１ 第１高さ
Ｂ２ 第２高さ
Ｂ３ 第３高さ
Ｂ４ 第４高さ
Ｌ１，Ｌ２ 長さ
Ｗ 被削材
Ｘ 第１方向
Ｙ 第２方向
Ｚ 第３方向

Claims (3)

1. スカイビング加工用の切削工具であって、
   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備え、
   前記切削工具は、平面視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、
   前記平面視において、前記切れ刃は第１方向に沿って延在しており、かつ前記切れ刃においては前記第１方向に沿って凹部と凸部とが交互に形成されており、
   前記逃げ面に対して垂直な第２方向における前記切れ刃の高さプロファイルを測定した場合、前記高さプロファイルの最大相対高さは０．０５ｍｍ未満であり、かつ前記高さプロファイルにおいて、前記切れ刃の相対高さが０．０３ｍｍ以上０．０５ｍｍ未満である度数の割合は３０％以上であり、
   前記切れ刃の前記高さプロファイルの測定長さは、前記切れ刃の長さが１０ｍｍ以上の場合には５ｍｍ以上であり、前記切れ刃の長さが１０ｍｍ未満の場合には前記切れ刃の長さの５０％以上である、切削工具。
2. 前記度数の割合は、５０％以上である、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記切れ刃は、立方晶窒化ホウ素を含む焼結体により構成されている、請求項１または請求項２に記載の切削工具。

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