JPWO2020003680A1 - リーマ - Google Patents

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Abstract

リーマは、台金と、台金の外周に設けられた超硬質工具材料の複数の外周切れ刃と、複数の外周切れ刃の回転方向後側に設けられたマージンとを備える。回転軸からリーマの重心位置までの距離が０．０１ｍｍを超え０．５ｍｍ以下である。

Description

本発明は、リーマに関する。本出願は、２０１８年６月２８日に出願した日本特許出願である特願２０１８−１２３４９６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。
従来、リーマは、特許文献１（特開２００６−８８２４２号公報）、特許文献２（特開２０１１−６２７９０号公報）、特許文献３（特開２０１６−３２８６３号公報）に開示されている。
特開２００６−８８２４２号公報 特開２０１１−６２７９０号公報 特開２０１６−３２８６３号公報
本発明の一態様に係るリーマは、台金と、台金の外周に設けられた超硬質工具材料の複数の外周切れ刃と、複数の外周切れ刃の回転方向後側に設けられたマージンとを備えたリーマであって、回転軸から前記リーマの重心位置までの距離が０．０１ｍｍを超え０．５ｍｍ以下である。
図１は、実施の形態に従ったリーマの正面図である。 図２は、図１中のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す図である。 図３は、図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たリーマの側面図である。
[本開示が解決しようとする課題]
従来のリーマでは、被削材の面粗さを小さくすることができないという問題があった。
そこでこの発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、被削材の面粗さを小さくすることが可能なリーマを提供することを目的とするものである。
[本開示の効果]
この発明によれば、被削材の面粗さを小さくすることが可能なリーマを提供することができる。
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係るリーマは、台金と、台金の外周に設けられた超硬質工具材料の複数の外周切れ刃と、複数の外周切れ刃の回転方向後側に設けられたマージンとを備えたリーマであって、回転軸からリーマの重心位置までの距離が０．０１ｍｍを超え０．５ｍｍ以下である。
通常、工具は回転バランスが良い、すなわち、偏心量（回転軸からリーマの重心位置までの距離）が小さい方が良いと考えられている。これに対して、本発明者は被削材の表面粗さに着目した結果、偏心量を大きくすることで被削材の表面粗さを小さくできることを見出した。偏心量を大きくするとなぜ被削材の表面粗さが小さくなるかの理論については必ずしも定かではないが以下のように推定される。
偏心量が０．０１ｍｍを超えることにより、マージンによるバニッシュ効果が大きくなり、被削材の表面の面粗さが小さくなる。すなわち、偏心量が０．０１ｍｍ以下ではマージンによるバニッシュ効果が小さい。偏心量が０．５ｍｍを超えると遠心力のばらつきが大きくなりすぎ、被削材の面粗さが大きくなりすぎる。
好ましくは、マージンの回転方向の幅が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ未満であり、かつマージンの表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１）で０．０５μｍ以上０．４μｍ未満である。この場合に、マージンによるバニッシュ効果が最も大きくなり、被削材の面粗さが小さくなる。
好ましくは、複数の外周切れ刃間の角度が異なり、その差は２０°を超える。複数の外周切れ刃間の角度が異なる場合には、複数の切れ刃が不均等に円周上に配置される。その角度の差が２０°を超えるとバニッシュ効果がさらに高まる。
図１は、実施の形態に従ったリーマの正面図である。図２は、図１中のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す図である。図３は、図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見たリーマの側面図である。
図１から図３で示すように、実施の形態に従った回転切削工具としてのリーマ１は、台金１０を有する。
台金１０は長手方向に延在している。台金１０の先端部にはチップ１００が設けられている。台金１０にはフルート１１が長手方向に延びるように設けられている。フルート１１内にチップ１００が配置される。
台金１０は、たとえば超硬合金により構成される。台金１０にロウ付けによりチップ１００が固定されている。なお、この実施例では台金１０にチップ１００が直接固定されているが、チップ１００がロウ付けにより台座に固定され、台座がロウ付けまたはボルトにより台金１０に固定されていてもよい。
チップ１００は、たとえばＣＶＤ（chemical vapor deposition）で合成された単結晶ダイヤモンドからなる超硬質工具チップ１１０と、超硬質工具チップ１１０を保持するベースとしての台座１２０とで構成される。超硬質工具チップ１１０は、単結晶ダイヤモンドに限られず、多結晶ダイヤモンド、立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）などの超硬質工具材料によって構成される。
台金１０には切削油通路が設けられている。切削油通路は、台金１０の長手方向に沿って台金１０の内部を延びており、切削油を超硬質工具チップ１１０と被削材との接触界面に供給するための孔１３に繋がっている。
この実施の形態では、図示しない複数のチップ１００が台金１０に設けられている。複数のチップ１００は同一の円周軌道に設けられる。また、台金１０の軸方向に複数段にわたり、複数のチップ１００が台金１０に設けられてもよい。
チップ１００は、外周切れ刃１１５と、その外周切れ刃１１５に連なる前切れ刃１１３とを有する。外周切れ刃１１５と前切れ刃１１３との間に切れ刃角部が形成されている。外周切れ刃１１５および前切れ刃１１３で囲まれた部分がすくい面１１１である。
この実施の形態では、前切れ刃１１３は外周切れ刃１１５に対して略直交するように延びている。しかしながら、前切れ刃１１３は外周切れ刃１１５に対して傾斜角を有していてもよい。傾斜角は半径方向に対して前切れ刃１１３がなす角度である。
超硬質工具チップ１１０が単結晶ダイヤモンドにより構成される場合は、ＣＶＤにより合成された単結晶ダイヤモンドまたは高温高圧条件を用いた直接合成による単結晶ダイヤモンドにより構成される。超硬質工具チップ１１０は、超硬合金からなる台座１２０の上に固定されている。
外周切れ刃１１５に沿って延びるように、マージン１１６および外周逃げ面１１２が形成されている。マージン１１６は、回転切削において被削材と接触する部分、外周逃げ面１１２は、回転切削において被削材と接触しない部分である。この図２では、マージン１１６は超硬質工具チップ１１０のみで構成されている。しかしながら、マージン１１６が超硬質工具チップ１１０および台座１２０で構成されていてもよい。この場合には、マージン１１６の回転方向に沿った幅は、超硬質工具チップ１１０の回転方向に沿った幅よりも大きい。前切れ刃１１３に沿って前逃げ面１１４が形成されている。外周逃げ面１１２は超硬質工具チップ１１０だけでなく超硬合金の台座１２０にも形成される。
リーマ１は、台金１０と、台金１０の外周に設けられた超硬質工具チップ１１０とを備え、超硬質工具チップ１１０は、外周切れ刃１１５と、外周切れ刃１１５の回転方向後側に設けられたマージン１１６とを有する。
マージン１１６は曲面形状である。外周切れ刃１１５と前切れ刃１１３の交点である切れ刃角部からマージン１１６に沿って外周切れ刃１１５および前切れ刃１１３と異なる方向に延びるように稜１１６ａが形成されている。
前切れ刃１１３は、台金１０の先端１０ａから突出している。なお、前切れ刃１１３は先端１０ａから突出していなくてもよい。刃物角（すくい面１１１と外周逃げ面１１２，前逃げ面１１４のなす角度）は７０°以上であれば前切れ刃１１３および外周切れ刃１１５の強度が大きくなるため好ましい。
偏心量は、以下のように測定する。まず高精度ツールバランサにリーマを取り付ける。高精度ツールバランサとして、ＨＡＩＭＥＲ社製ツールダイナミックＴＤコンフォート等がある。
リーマを回転させると、アンバランスの数字が表示される。たとえば１４．３ｇｍｍと表示される。リーマの質量を測定する。たとえばリーマの質量を２００ｇとする。アンバランス量を工具の質量で割ることで偏心量を得ることができる。上記の例では偏心量は１４．３ｇｍｍ／２００ｇ＝０．０７１５ｍｍとなる。
マージンの回転方向の幅の測定方法
図２で示すように、マージン１１６は外周切れ刃１１５と外周逃げ面１１２との間の曲面部分であるから、外周切れ刃１１５から曲率ゼロの平面（非曲面）である外周逃げ面１１２までの回転方向の距離を測定する。
マージン１１６の表面粗さの測定
マージン１１６の表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に従って、株式会社ミツトヨ製サーフテストＳＶ−３２００等で行う。
実施例１
台金１０を超硬合金、超硬質工具チップ１１０を多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）で構成して表１に記載のリーマを作製した。なお、リーマの偏心量は、下記の方法で調整した。各切れ刃を有する超硬質工具チップ１１０が台金１０に固定されたリーマを高精度ツールバランサに取り付け、上記のように偏心量を算出した。算出された偏心量と、偏心量の設定値との間に差がある場合、台金１０において、台金１０の先端１０ａとは反対側の末端から台金１０の先端１０ａとは反対側に位置するフルート１１の末端までの間に位置する部分を、除去することにより偏心量を調整した。このようにした台金１０の一部分の除去とリーマの偏心量の算出とを交互に繰り返すことによって、偏心量を設定値にしたリーマを作製した。このように作製したリーマを用いて下記の条件で切削評価を行った。
切削条件
被削材：アルミニウム合金 ＡＤＣ１２
回転数：工具直径φ８ｍｍでは８０００ｒｐｍ、φ１５ｍｍでは５３００ｒｐｍ、φ４３ｍｍでは２２００ｒｐｍ
送り速度：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
リーマ代：０．６ｍｍ
加工深さ：１２ｍｍ
クーラント：水溶性
Figure 2020003680
表１より、偏心量が０．０１ｍｍ以下のサンプル、および偏心量が０．５ｍｍを超えるサンプルについては加工後の被削材の面粗さＲｚ（ＪＩＳ 〜Ｂ ０６０１：２００１）が大きいため、評価がＢとなっている。
実施例２
台金１０を超硬合金、超硬質工具チップ１１０を多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）で構成して表２に記載のリーマを作製した。下記の条件で切削評価を行った。
切削条件
被削材：アルミニウム合金ＡＣ４Ｂ
回転数：工具直径φ１１ｍｍでは６０００ｒｐｍ、φ２０ｍｍでは３０００ｒｐｍ
送り速度：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
リーマ代：０．５ｍｍ
加工深さ：１５ｍｍ
クーラント：水溶性
Figure 2020003680
上記の表２からは、マージンの幅は０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ未満では面圧が適度に高くなり、バニッシュ効果が高くなる。
マージンの面粗さはＲａ０．０１μｍ以上０．３μｍ未満では適度な摩擦力が働き、バニッシュ効果が高く、優れた面粗さが得られる。
実施例３
台金１０を超硬合金、超硬質工具チップ１１０を多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）で構成して表３に記載のリーマを作製した。下記の条件で切削評価を行った。
切削条件
被削材：アルミニウム合金ＡＣ４Ｃ
回転数：工具直径φ１４ｍｍでは４５００ｒｐｍ、φ３０ｍｍでは２８００ｒｐｍ
送り速度：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ
リーマ代：０．８ｍｍ
加工深さ：１４ｍｍ
クーラント：水溶性
Figure 2020003680
表３で示されるように、切れ刃が不等分割の場合、振動抑制効果が働き、面粗さが良くなる。特に位相差がひとつでも２０°以上の場合、振動抑制効果が高くなる。
実施例４
台金１０を超硬合金、超硬質工具チップ１１０を多結晶ＣＢＮ焼結体（ＰｃＢＮ）で構成して表４に記載のリーマを作製した。下記の条件で切削評価を行った。
切削条件
被削材：ねずみ鋳鉄 ＦＣ２５０
回転数：工具直径φ９ｍｍでは７０００ｒｐｍ、φ１８ｍｍでは３６００ｒｐｍ、φ４１ｍｍでは１６００ｒｐｍ
送り速度：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ
リーマ代：０．５ｍｍ
加工深さ：１８ｍｍ
クーラント：水溶性
Figure 2020003680
表４より、偏心量が０．０１ｍｍ以下のサンプル、および偏心量が０．５ｍｍを超えるサンプルについては加工後の被削材の面粗さＲｚが大きいため、評価がＢとなっている。
実施例５
台金１０を超硬合金、超硬質工具チップ１１０を多結晶ＣＢＮ（ＰｃＢＮ）で構成して表５に記載のリーマを作製した。下記の条件で切削評価を行った。
切削条件
被削材：焼結合金 Ｆ−０８Ｃ２（ＩＳＯ５７５５材質規格記号）
回転数：工具直径φ１３ｍｍでは５０００ｒｐｍ、φ２３ｍｍでは３０００ｒｐｍ
送り速度：０．２６ｍｍ／ｒｅｖ
リーマ代：０．５ｍｍ
加工深さ：２０ｍｍ
クーラント：水溶性
Figure 2020003680
上記の表５からは、マージンの幅は０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ未満では面圧が適度に高くなり、バニッシュ効果が高くなる。
マージンの面粗さはＲａ０．０１μｍ以上０．３μｍ未満では適度な摩擦力が働き、バニッシュ効果が高く、優れた面粗さが得られる。
実施例６
台金１０を超硬合金、超硬質工具チップ１１０を多結晶ＣＢＮ（ＰｃＢＮ）で構成して表６に記載のリーマを作製した。下記の条件で切削評価を行った。
切削条件
被削材：ダクタイル鋳鉄 ＦＣＤ４５０
回転数：工具直径φ１５ｍｍでは４０００ｒｐｍ、φ３２ｍｍでは２０００ｒｐｍ
送り速度：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ
リーマ代：０．７ｍｍ
加工深さ：１８ｍｍ
クーラント：水溶性
Figure 2020003680
表６で示されるように、切れ刃が不等分割の場合、振動抑制効果が働き、面粗さが良くなる。特に位相差がひとつでも２０°以上の場合、振動抑制効果が高くなる。
今回開示された実施の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実施の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、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 リーマ、１０ 台金、１０ａ 先端、１１ フルート、１３ 孔、１００ チップ、１１０ 超硬質工具チップ、１１１ すくい面、１１２ 外周逃げ面、１１３ 前切れ刃、１１４ 前逃げ面、１１５ 外周切れ刃、１１６ マージン、１１６ａ 稜、１２０ 台座。

Claims (3)

  1. 台金と、前記台金の外周に設けられた超硬質工具材料の複数の外周切れ刃と、前記複数の外周切れ刃の回転方向後側に設けられたマージンとを備えたリーマであって、
    回転軸から前記リーマの重心位置までの距離が０．０１ｍｍを超え０．５ｍｍ以下である、リーマ。
  2. 前記マージンの回転方向の幅が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ未満であり、かつ前記マージンの表面粗さがＲａで０．０１μｍ以上０．３μｍ未満である、請求項１に記載のリーマ。
  3. 複数の前記外周切れ刃間の角度が異なり、その差は２０°を超える、請求項１または２に記載のリーマ。
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