JP7388615B2 - リーマの製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、リーマに関する。

特許文献１（特開２０１３－０３５１０１号公報）には、リーマが記載されている。特許文献１に記載のリーマは、刃部を有している。刃部は、外周面に、マージンと、マージンに連なっている切れ刃（外周切れ刃）とを有している。

特開２０１３－０３５１０１号公報

本開示のリーマは、中心軸周りに回転され、中心軸に沿う方向において、工具先端と、工具先端の反対側の端である工具後端とを有している。リーマは、工具先端側に刃部を備える。刃部は、外周面に、工具先端側に位置する食い付き切れ刃と、食い付き切れ刃の工具後端側の端に連なる外周切れ刃と、外周切れ刃に連なっている面であるマージンとを有する。外周切れ刃は、食い付き切れ刃側の端である第１位置と外周切れ刃の延在方向における第１位置からの距離が１ｍｍとなる第２位置との間に先端部を含む。中心軸及び外周切れ刃を通り、かつ、中心軸に直交する方向から見て、外周切れ刃からマージンへ延在しているチッピングの外周切れ刃の延在方向に直交する方向での最大長さは、先端部において、１０μｍ未満である。

図１は、リーマ１０の斜視図である。 図２は、リーマ１０の側面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。 図４は、外周切れ刃１１ｂ近傍における図３の模式的な拡大図である。 図５は、リーマ１０の製造工程図である。 図６は、加工対象部材２０の模式的な斜視図である。 図７は、溝研磨工程Ｓ３後の加工対象部材２０の模式的な斜視図である。

［本開示が解決しようとする課題］
リーマの製造時には、外周切れ刃にチッピングが残存してしまうことがある。外周切れ刃に残存したチッピングは、加工対象となる穴の内壁面における加工品位（なお、加工対象となる穴の内壁面における加工品位は、当該内壁面における算術平均粗さＲａ（又は最大高さ粗さＲｚ）が小さくなるにつれて高くなる）に影響を及ぼす。しかしながら、特許文献１に記載のリーマにおいては、製造時に切れ刃に生じるチッピングに関して、特段の配慮がなされていない。

本開示の課題は、加工対象となる穴の内壁面における加工品位を改善することができるリーマを提供することである。

［本開示の効果］
本開示のリーマによると、加工対象となる穴の内壁面における加工品位を改善することができる。

［本開示の実施形態の説明］
まず、本開示の実施形態を列記して説明する。

（１）実施形態に係るリーマは、中心軸周りに回転され、中心軸に沿う方向において、工具先端と、工具先端の反対側の端である工具後端とを有している。リーマは、工具先端側に刃部を備える。刃部は、外周面に、工具先端側に位置する食い付き切れ刃と、食い付き切れ刃の工具後端側の端に連なる外周切れ刃と、外周切れ刃に連なっている面であるマージンとを有する。外周切れ刃は、食い付き切れ刃側の端である第１位置と外周切れ刃の延在方向における第１位置からの距離が１ｍｍとなる第２位置との間に先端部を含む。中心軸及び外周切れ刃を通り、かつ、中心軸に直交する方向から見て、外周切れ刃からマージンへ延在しているチッピングの外周切れ刃の延在方向に直交する方向での最大長さは、先端部において、１０μｍ未満である。

上記（１）のリーマによると、加工対象となる穴の内壁面における加工品位を改善することができる。

（２）上記（１）のリーマにおいて、刃部は、中心軸に直交している断面における刃部の外接円の直径が工具先端から１００ｍｍ離れる毎に０．０５ｍｍ以上小さくなるようにバックテーパされていてもよい。

上記（２）のリーマによると、バックテーパが大きく、マージンによるバニシングが作用しにくい場合であっても、加工対象となる穴の内壁面における加工品位を改善することができる。

（３）上記（１）又は（２）のリーマにおいて、刃部は、金属炭化物粒を含有する超硬合金により形成されていてもよい。金属炭化物粒の平均粒径は、０．８μｍ以下であってもよい。

上記（３）のリーマによると、加工対象となる穴の内壁面における加工品位をさらに改善することができる。

［本開示の実施形態の詳細］
次に、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。

（実施形態に係るリーマの構成）
以下に、実施形態に係るリーマ（以下「リーマ１０」とする）の構成を説明する。

＜実施形態に係るリーマの概略構造＞
図１は、リーマ１０の斜視図である。図２は、リーマ１０の側面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。図４は、外周切れ刃１１ｂ近傍における図３の模式的な拡大図である。図１、図２、図３及び図４に示されるように、リーマ１０は、中心軸Ａ周りに回転可能になっている。リーマ１０の回転方向は、図１中に矢印により示されている。

リーマ１０は、工具先端１０ａと工具後端１０ｂとを有している。工具先端１０ａは、中心軸Ａに沿う方向における一方端にある。工具後端１０ｂは、中心軸Ａに沿う方向における他方端にある。

リーマ１０は、刃部１と、シャンク２と、ネック３とを有している。刃部１は、工具先端１０ａ側にある。シャンク２は、工具後端１０ｂ側にある。ネック３は、中心軸Ａに沿う方向において、刃部１とシャンク２との間にあり、刃部１とシャンク２とを接続している。刃部１、シャンク２及びネック３は、好ましくは一体形成されている。すなわち、リーマ１０は、好ましくはソリッドリーマである。

刃部１は、外周面１ａを有している。刃部１は、外周面１ａにおいて、食い付き切れ刃１１ａと、外周切れ刃１１ｂと、ランド１２と、溝１３とを有している。

食い付き切れ刃１１ａは、工具先端１０ａ側に位置しており、工具先端１０ａ側から工具後端１０ｂ側へ延在している。外周切れ刃１１ｂは、工具後端１０ｂ側にある食い付き切れ刃１１ａの端に連なっている。外周切れ刃１１ｂは、食い付き切れ刃１１ａから工具後端１０ｂ側へと延在している。

「外周切れ刃１１ｂが食い付き切れ刃１１ａから工具後端１０ｂ側へ延在している」には、外周切れ刃１１ｂの延在方向が中心軸Ａに対して傾斜している（つまり、ねじれ刃である）場合及び外周切れ刃１１ｂの延在方向が中心軸Ａと平行になっている（つまり、直刃である）場合の両方を含んでいる。このことを別の観点から言えば、外周切れ刃１１ｂのねじれ角（外周切れ刃１１ｂの延在方向と中心軸Ａに沿う方向とがなす角度）は、特に限定されない。

ランド１２は、マージン１２ａと、二番逃げ面１２ｂと、三番逃げ面１２ｃとを有している。マージン１２ａは、外周切れ刃１１ｂに連なっている面である。二番逃げ面１２ｂは、外周切れ刃１１ｂとは反対側からマージン１２ａに連なっている面である。三番逃げ面１２ｃは、マージン１２ａとは反対側から二番逃げ面１２ｂに連なっている面である。マージン１２ａは、例えば、曲面（より具体的には、円筒面）により構成されている。二番逃げ面１２ｂ及び三番逃げ面１２ｃは、例えば、平面により構成されている。

外周面１ａは、溝１３において、刃部１の内部に向かって窪んでいる。マージン１２ａは、二番逃げ面１２ｂとは反対側において溝１３に連なっている。このことを別の観点から言えば、外周切れ刃１１ｂは、マージン１２ａと溝１３との稜線に形成されている。マージン１２ａに連なっており、リーマ１０の回転方向を向いている溝１３の部分（より具体的には、溝１３の底よりもマージン１２ａ側にある部分）は、リーマ１０のすくい面になっている。

＜外周切れ刃の詳細構成＞
外周切れ刃１１ｂの食い付き切れ刃１１ａ側の端を、第１位置１１ｂａとする。外周切れ刃１１ｂの延在方向における第１位置１１ｂａからの距離が１ｍｍとなる位置を、第２位置１１ｂｂとする。外周切れ刃１１ｂは、第１位置１１ｂａと第２位置１１ｂｂとの間に、先端部１１ｂｃを有している。

外周切れ刃１１ｂからマージン１２ａへと、製造時に生じたチッピングが延在していることがある。外周切れ刃１１ｂ及び中心軸Ａを通り、かつ、中心軸Ａに直交する方向から見て、外周切れ刃１１ｂの延在方向に直交する方向におけるチッピングの最大長さは、先端部１１ｂｃにおいて、１０μｍ未満である。

先端部１１ｂｃにおけるチッピングの最大長さの測定は、株式会社キーエンス製のデジタルマイクロスコープＶＨＸ－５０００（以下「顕微鏡」という）を用いて行われる。

より具体的には、第１に、観察方向が外周切れ刃１１ｂ及び中心軸Ａを通り、かつ中心軸Ａに直交するとともに、外周切れ刃１１ｂの延在方向が水平方向に一致するように（すなわち、中心軸Ａに沿う方向と水平方向とがなす角度が外周切れ刃１１ｂのねじれ角に一致するように）顕微鏡の調整及びリーマ１０の配置の調整を行う。

第２に、顕微鏡により、先端部１１ｂｃ近傍における写真撮影を行う。第３に、撮影された写真に対して画像処理ソフトウェアを用いた画像解析を行うことにより、外周切れ刃１１ｂの延在方向に直交する方向におけるチッピングの最大長さが得られる。

＜刃部のバックテーパ＞
刃部１の１００ｍｍあたりのバックテーパ量は、０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。すなわち、刃部１は、中心軸Ａに直交している断面における刃部１の外接円Ｃ（図３中において点線により示されている）の直径Ｄが工具先端１０ａから１００ｍｍ離れる毎に０．０５ｍｍ以上小さくなるように、バックテーパされていてもよい。なお、上記の１００ｍｍあたりの刃部１のバックテーパ量は、好ましくは、０．２０ｍｍ以下である。

＜リーマの構成材料＞
リーマ１０（刃部１、シャンク２及びネック３）は、例えば、超硬合金により形成されている。超硬合金は、金属炭化物粒と、結合材とを有している。金属炭化物粒は、例えば炭化タングステン（ＷＣ）の粒子である。結合材は、例えばコバルト（Ｃｏ）である。

リーマ１０を構成している超硬合金中における金属炭化物粒の平均粒径は、０．８μｍ以下であることが好ましい。リーマ１０を構成している超硬合金中における金属炭化物粒の平均粒径は、０．５μｍ以下であることがさらに好ましい。

リーマ１０を構成している超硬合金中における金属炭化物粒の平均粒径は、次に示すフルマンの式により算出される。式中において、ｄ_ｍは金属炭化物粒の平均粒径、Ｎ_Ｌは断面組織上の任意の直線によってヒットされる単位長さあたりの金属炭化物粒の数、Ｎ_Ｓは任意の単位面積内に含まれる金属炭化物粒子の数、ｎ_Ｌは断面組織上の任意の直線によってヒットされる金属炭化物粒の数、ｎ_Ｓは任意の測定領域内に含まれる金属炭化物粒子の数、Ｌは断面組織上の任意の直線の長さ、Ｓは任意の測定領域の面積である。

金属炭化物粒の平均粒径の測定においては、第１に、リーマ１０の研磨断面組織を１００００倍でＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いて撮影し、得られた写真全体を測定領域とする。この撮影は、ｎ_Ｓが１０００以上になるように行われる。この写真からは、ｎ_Ｓの値及びＳの値が得られる。第２に、得られた写真を等分する任意の直線を引き、その直線によりヒットされる金属炭化物粒の数をカウントすることにより、ｎ_Ｌの値が得られる。この直線の長さからＬの値が得られる。

上記のようにして得られたｎ_Ｓの値及びｎ_Ｌの値をそれぞれＳの値及びＬの値で除してＮ_Ｓ値及びＮ_Ｌの値を得るとともに、得られたＮ_Ｓの値及びＮ_Ｌの値を上記の式に代入することにより、ｄ_ｍ（金属炭化物粒の平均粒径）の値が得られる。

（実施形態に係るリーマの製造方法）
以下に、リーマ１０の製造方法を説明する。

図５は、リーマ１０の製造工程図である。図５に示されるように、リーマ１０の製造方法は、準備工程Ｓ１と、第１円筒研磨工程Ｓ２と、溝研磨工程Ｓ３と、第２円筒研磨工程Ｓ４と、逃げ面形成工程Ｓ５とを有している。

準備工程Ｓ１においては、加工対象部材２０が準備される。図６は、加工対象部材２０の模式的な斜視図である。図６に示されるように、加工対象部材２０は、円筒形状を有している。加工対象部材２０は、外周面２０ａを有している。加工対象部材２０は、超硬合金により形成されている。

第１円筒研磨工程Ｓ２においては、外周面２０ａに対する円筒研磨が行われる。外周面２０ａに対する円筒研磨は、例えば、粗加工工程と、粗加工工程の後に行われる中仕上げ加工とを含んでいてもよい。中仕上工程による加工品位は、粗加工工程による加工品位よりも高い（中仕上工程後の外周面２０ａの表面粗さは、粗加工工程後の外周面２０ａの表面粗さよりも小さい）。

図７は、溝研磨工程Ｓ３後の加工対象部材２０の模式的な斜視図である。図７に示されるように、溝研磨工程Ｓ３においては、外周面２０ａに対する研磨を行うことにより、溝１３が形成される。なお、溝１３と外周面２０ａとの稜線が、外周切れ刃１１ｂとなる。本発明者らが見出した知見によると、溝研磨工程Ｓ３においては、外周切れ刃１１ｂにチッピングが形成されることがある。

第２円筒研磨工程Ｓ４においては、溝１３を除く外周面２０ａに対する円筒研磨が行われる。第２円筒研磨工程Ｓ４において行われる円筒研磨により、溝研磨工程Ｓ３において発生した外周切れ刃１１ｂのチッピングが、少なくとも部分的に除去される。なお、第２円筒研磨工程による加工品位は、第１円筒研磨工程による加工品位よりも高い（第２円筒研磨工程Ｓ４後の外周面２０ａの表面粗さは、第１円筒研磨工程Ｓ２後の外周面２０ａの表面粗さよりも小さい）。

逃げ面形成工程Ｓ５においては、外周面２０ａに対する研磨が行われることにより、ランド１２（マージン１２ａ、二番逃げ面１２ｂ及び三番逃げ面１２ｃ）が形成される。以上により、図１～図３に示される構造のリーマ１０が形成される。

（実施形態に係るリーマの効果）
以下に、リーマ１０の効果を説明する。

外周切れ刃からマージンへと延在している長いチッピングが存在している場合、チッピングが加工対象となる穴の内壁面に転写されてしまい、加工対象となる穴の内壁面における加工品位が低くなってしまう（例えば、加工対象となる穴の内壁面における表面粗さが大きくなってしまう）。

リーマ１０においては、先端部１１ｂｃにおけるチッピングの最大長さが１０μｍ未満となっているため、加工対象となる穴の内壁面における加工品位（表面粗さ）を改善することが可能である。

刃部におけるバックテーパ量が小さい場合、外周切れ刃により加工対象となる穴の内壁面を切削した後に、加工対象となる穴の内壁面がマージンにより擦られるため、外周切れ刃からマージンへと延在している長いチッピングが存在していても、加工対象となる穴の内壁面における加工品位は、ある程度維持される（バニシング効果）。

高能率な加工（切削速度及び送り速度の少なくとも一方を高めた加工）を行おうとする場合、被削材との間の切削抵抗を下げるために刃部におけるバックテーバ量を大きくする必要がある。しかしながら、刃部におけるバックテーパ量が大きくなると（より具体的には、１００ｍｍあたりのバックテーパ量が０．０５ｍｍ以上になる）と、バニシング効果が作用しにくくなるため、外周切れ刃からマージンへと延在している長いチッピングが、加工対象となる穴の内壁面の加工品位に大きな影響を与えることになる。

リーマ１０においては、先端部１１ｂｃにおけるチッピングの最大長さが１０μｍ未満と短いため、刃部１における１００ｍｍあたりのバックテーパ量が０．０５ｍｍ以上となってバニシング効果が作用しにくくなっても、加工対象となる穴の内壁面における加工品位を維持することができる。

チッピングは、リーマを構成している材料（超硬合金等）の粒子が外周切れ刃から脱落することにより形成されるため、リーマを構成している材料中における平均粒径が小さくなるほど、形成されるチッピングの長さが短くなる傾向にある。そのため、リーマ１０を構成している超硬合金中における金属炭化物粒の平均粒径が０．８μｍ以下である（０．５μｍ以下である）場合には、チッピングが短くなり、加工対象となる穴の内壁面における加工品位をさらに改善することができる。

（実施例）
以下に、リーマ１０の効果を確認するために行った加工試験を説明する。

＜加工試験条件＞
加工試験には、試料１、試料２、試料３、試料４、試料５及び試料６が用いられた。試料１、試料２及び試料３は、リーマ１０の構成に対応している。試料４、試料５及び試料６は、先端部１１ｂｃにおけるチッピングの最大長さが１０μｍ以上になっている点を除いて、リーマ１０の構成と同様である。

試料１、試料２、試料３、試料４、試料５及び試料６は、超硬合金により形成されている。第１位置１１ｂａにおける試料１、試料２、試料３、試料４、試料５及び試料６の直径は、８ｍｍである。試料１、試料２、試料３、試料４、試料５及び試料６における外周切れ刃１１ｂのねじれ角は、５°である。

試料１では先端部１１ｂｃにおけるチッピングの最大長さが４μｍ以下になっており、試料２では先端部１１ｂｃにおけるチッピングの最大長さが７μｍになっている。試料３では、先端部１１ｂｃにおけるチッピングの最大長さが９μｍになっている。

試料４では先端部１１ｂｃにおけるチッピングの最大長さが１０μｍとなっており、試料５では先端部１１ｂｃにおけるチッピングの最大長さが１８μｍとなっている。試料６では、先端部１１ｂｃにおけるチッピングの最大長さが１９μｍとなっている。なお、試料１、試料２、試料３、試料４、試料５及び試料６の刃部１における１００ｍｍあたりのバックテーパ量は、０．０５ｍｍとされた。

加工試験には、２種類の加工条件（以下において、２種類の加工条件をそれぞれ「第１条件」及び「第２条件」とする）が適用された。第１条件は、切削速度が１２０ｍ／ｍｉｎであり、送り速度が１．２ｍｍ／ｒｅｖである。第２条件は、切削速度が１５０ｍ／ｍｉｎであり、送り速度が１．５ｍｍ／ｒｅｖである。加工試験の被削材には、機械構造用炭素鋼Ｓ５０Ｃが用いられた。

試料１、試料２、試料３、試料４、試料５及び試料６におけるチッピングの最大長さと加工試験に適用された加工条件とは、表１に示されている。

＜加工試験結果＞
表２に示されるように、先端部１１ｂｃにおけるチッピングの最大長さが小さくなるにしたがって、加工対象となる穴の内壁面における表面粗さ（算術平均粗さＲａ及び最大高さＲｚ）が小さくなっていた。特に、先端部１１ｂｃにおけるチッピングの最大長さが１０μｍ未満となることにより、加工対象となる穴の内壁面における表面粗さが著しく減少していた。また、この傾向は、切削速度及び送り速度が大きくなっても同様であった。このような試験結果から、リーマ１０によると加工対象となる穴の内壁面の加工品位が改善されることが、実験的にも明らかとされた。

（実施形態に係るリーマの製造方法の効果）
以下に、リーマ１０の製造方法の効果を説明する。

本発明者らが見出した知見によると、外周切れ刃１１ｂにおけるチッピングは、溝研磨工程Ｓ３において形成される。そのため、第１円筒研磨工程Ｓ２及び第２円筒研磨工程Ｓ４が溝研磨工程Ｓ３の後に行われる場合、溝研磨工程Ｓ３において形成されたチッピングが残存してしまうおそれがある。

しかしながら、リーマ１０の製造方法においては、溝研磨工程Ｓ３が行われた後に第２円筒研磨工程Ｓ４が行われるため、溝研磨工程Ｓ３において形成されたチッピングの少なくとも一部が除去される。したがって、リーマ１０の製造方法によると、外周切れ刃１１ｂにチッピングが残存することを抑制可能である。

今回開示された実施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り示され、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。

１０ リーマ、１０ａ 工具先端、１０ｂ 工具後端、１ 刃部、１ａ 外周面、１１ａ 食い付き切れ刃、１１ｂ 外周切れ刃、１１ｂａ 第１位置、１１ｂｂ 第２位置、１１ｂｃ 先端部、１２ ランド、１２ａ マージン、１２ｂ 二番逃げ面、１２ｃ 三番逃げ面、１３ 溝、２ シャンク、３ ネック、２０ 加工対象部材、２０ａ 外周面、Ａ 中心軸、Ｃ 外接円、Ｄ 直径、Ｓ１ 準備工程、Ｓ２ 第１円筒研磨工程、Ｓ３ 溝研磨工程、Ｓ４ 第２円筒研磨工程、Ｓ５ 逃げ面形成工程。

Claims (3)

1. リーマの製造方法であって、
   超硬合金からなり、外周面を有する加工対象部材を準備する工程を備え、
   前記加工対象部材は、前記加工対象部材の中心軸の方向において、先端と、前記先端の反対側の端である後端とを有し、
   前記外周面に対して第１円筒研磨を行う工程と、
   前記外周面に前記先端から前記後端側に向かって延在している溝を研磨により形成する工程と、
   前記溝が形成された後に、前記外周面に対して第２円筒研磨を行う工程と、
   前記第２円筒研磨の後に、前記外周面に対して研磨を行うことにより、前記溝に隣接してマージンを形成する工程とをさらに備え、
   前記溝と前記マージンとの稜線は、前記先端側に位置する食い付き切れ刃と、前記食い付き切れ刃の前記後端側の端に連なる外周切れ刃とを有し、
   前記外周切れ刃は、前記食い付き切れ刃側の端である第１位置と前記外周切れ刃の延在方向における前記第１位置からの距離が１ｍｍとなる第２位置との間に先端部を含み、
   前記第２円筒研磨は、前記中心軸及び前記外周切れ刃を通り、かつ前記中心軸に直交する方向から見て、前記外周切れ刃から前記マージンへと延在しているチッピングの前記外周切れ刃の延在方向に直交する方向での最大長さが前記先端部において１０μｍ未満となるように行われる、リーマの製造方法。
2. 前記第２円筒研磨の加工品位は、前記第１円筒研磨の加工品位よりも高い、請求項１に記載のリーマの製造方法。
3. 前記超硬合金は、金属炭化物粒を含有し、
   前記金属炭化物粒の平均粒径は、０．８μｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載のリーマの製造方法。

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