JPWO2020090372A1 - 回転工具 - Google Patents

Abstract

高性能なブレーカを備えた回転工具を提供することを解決すべき課題とする。回転工具本体１０と、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）又は立方晶窒化ホウ素焼結体（ＣＢＮ）からなり回転工具本体１０に設けられた切れ刃を有する刃部２０とを有し、刃部２０のすくい面には、切れ刃近傍にブレーカを備えるものであり、以下の（ｉ）及び（ｉｉ）のうちの少なくとも一方の構成を有する。（ｉ）ブレーカは、切れ刃と垂直方向での断面形状がＲ形状となる凹みである。（ｉｉ）切れ刃は回転工具本体１０の回転軸に対して傾斜しており、ブレーカは、切れ刃と平行方向での両端部のうち回転工具本体１０の外周方向及び/又は軸芯方向の端部に行くに従い連続的に浅くなる凹みである。

Description

本発明は、回転工具に関する。

従来の回転工具では、切屑を短く分断したり、カール径を小さくしたりするために、刃部のすくい面にブレーカを設けるものがある（特許文献１、２など）。ブレーカが無いと、切屑が長くつながって工具に絡まり、自動運転の妨げになったり、ワークを傷つけたり、刃部に噛み込んで刃先がチッピングしたりする問題があるため、適正な作用が発揮できるブレーカを設けることが望まれている。

特開２０１７−９４４６７号公報 特許第４１８５３７０号公報

本発明は上記実情に鑑み完成したものであり、高性能なブレーカを備えた回転工具を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決することを目的として本発明者らはブレーカの形状と切屑の形態との関係について鋭意検討を行った結果、以下の発明を完成した。

上記課題を解決する本発明の回転工具は、回転工具本体と、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）又は立方晶窒化ホウ素焼結体（ＣＢＮ）からなり前記回転工具本体に設けられた切れ刃を有する刃部とを有し、前記刃部のすくい面には、前記切れ刃近傍にブレーカを備えるものであり、以下の（ｉ）及び（ｉｉ）のうちの少なくとも一方の構成を有する。
（ｉ）前記ブレーカは、前記切れ刃と垂直方向での断面形状がＲ形状となる凹みである。
（ｉｉ）前記切れ刃は前記回転工具本体の回転軸に対して傾斜しており、前記ブレーカは、前記切れ刃と平行方向での両端部のうち前記回転工具本体の外周方向及び／又は軸芯方向の端部に行くに従い連続的に浅くなる凹みである。

特に、前記ブレーカの前記切れ刃と垂直方向での幅が、０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍであることが好ましい。

そして、前記ブレーカと前記切れ刃との間隔が、０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍであることが好ましい。

また、前記ブレーカは、表面に凹凸により形成されたテクスチャをもつことが好ましい。更に、前記ブレーカの内面は、表面粗さＲｚの値が２．０μｍ以下であることが好ましい。

本発明の回転工具は上記構成を有することで切削する際に生成する切屑を短く分断することができる。その結果、回転工具などへの切屑の絡まりを抑制できると共に、切屑がワーク表面を傷付けることを抑制することが可能になり、更には刃部のチッピングが効果的に防止できる。

ブレーカの断面形状（切れ刃と垂直方向での断面）をＲ形状にすることにより、生成した切屑のカール径を小さくすることができる。また、ブレーカの両端部（切れ刃と平行方向）が回転工具本体の外周方向及び／又は軸芯方向の端部に行くに従い連続的に浅くなっている形状にすることにより、生成した切屑が、ブレーカの外周方向の端部の内面に当たって、軸芯方向への応力が加わることが抑制できる。軸芯方向への応力が切屑に加わることを抑制すると、カールした切屑の先端が軸芯方向にずれることによりらせん状につながってしまうことが抑制でき、生成する切屑を短く分断することができる。特にブレーカの両端部共に端部に行くに従って連続的に浅くなっている形状にすることで切屑を短くする効果がより期待できる。

実施形態１における回転工具（リーマ）を表す斜視図である。 実施形態１のリーマが備える刃部の拡大斜視図である。 実施形態１の刃部がもつブレーカの拡大斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面概略図である。 実施形態１の変形態様を示す斜視図である。 実施形態２の刃部がもつブレーカ（ディンプル）の拡大斜視図である。 実施形態２の刃部がもつブレーカ（ディンプル）の拡大写真である。 実施形態２の刃部がもつブレーカ（溝）の拡大写真である。 図９（ａ）は実施形態３の刃部がもつブレーカ（突起）の拡大斜視図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のｂ−ｂ断面図である。 実施形態２の刃部がもつブレーカ（突起）の拡大写真である。 試験１の刃部（ａ）がもつブレーカの拡大斜視図である。 試験１のシミュレーション結果を示す図である。 試験１の切削試験（ブレーカ無しの刃部）で生成した切屑の写真である。 試験１の切削試験（断面Ｒ形状のブレーカをもつ刃部）で生成した切屑の写真である。 試験１の切削試験（断面３角形のブレーカをもつ刃部）で生成した切屑の写真である。 試験１の切削試験（ブレーカ無しの刃部）で生成した切屑の写真である。 試験１の切削試験（断面Ｒ形状のブレーカをもつ刃部）で生成した切屑の写真である。 試験１の切削試験（断面３角形のブレーカをもつ刃部）で生成した切屑の写真である。 試験２の刃部（ａ）がもつブレーカの拡大斜視図である。 試験２のシミュレーション結果を示す図である。 試験３の切削試験（条件１）で切削加工を行った後のブレーカの内面のＳＥＭ写真である。 試験３の切削試験（条件２）で切削加工を行った後のブレーカの内面のＳＥＭ写真である。 試験３の切削試験（条件３）で切削加工を行った後のブレーカの内面のＳＥＭ写真である。 試験３の切削試験（条件４）で切削加工を行った後のブレーカに相当する部分のＳＥＭ写真である。 試験４の刃部（ｂ）がもつブレーカの拡大斜視図である。 試験４の刃部（ｃ）がもつブレーカの拡大斜視図である。 試験４のシミュレーション結果を示す図である。 試験５のシミュレーション結果を示す図である。 実施形態４のリーマが備える刃部の拡大斜視図である。 実施形態４の変形態様のリーマが備える刃部の拡大斜視図である。 実施形態５のリーマが備える刃部の拡大斜視図である。 実施形態５の変形態様のリーマが備える刃部の拡大斜視図である。

本発明の回転工具について実施形態に基づき以下詳細に説明を行う。実施形態の説明にあたって適宜図面を参照するが、図面上の形態、寸法、相対的な位置関係などは発明の本質を外れない限り変更することが可能である。

本実施形態の回転工具は、軸回転しながら、被切削物であるワークに接触することによりワークを切削する工具であり、金属材料、特にアルミニウムやアルミニウム合金などの非鉄金属からなるワークを切削する工具である。例えば、リーマ、エンドミル、ドリルなどである。本実施形態の回転工具の切削速度は特に限定しない。例えば５０ｍ／分以上、１００ｍ／分以上、１５０ｍ／分以上、６００ｍ／分以下、５００ｍ／分以下、４００ｍ／分以下、３００ｍ／分以下にすることができる。これらの上限値及び下限値は任意に組み合わせ可能である。

本実施形態の回転工具は、回転工具本体と刃部とを有する。刃部は回転工具の外周に１乃至複数個配設される。刃部はろう付、溶接などの方法にて固定できる。必要ならば脱着自在な構成を採用しても良い。

刃部は切れ刃をもち、すくい面の切れ刃近傍にはブレーカをもつ。刃部はＰＣＤ又はＣＢＮから形成される。切れ刃は、回転工具本体の回転軸に対して傾斜していることもある。なお、すくい面は、切れ刃により切削された切屑が当接する面である。

ブレーカは、すくい面上で切れ刃から僅かに離れて形成されることが好ましい。ブレーカは、すくい面に設けられた凹みである。ブレーカの内面には切屑が接触して、連続して生成される切屑をカールさせるように作用する。

ブレーカの切れ刃側は、切れ刃との間隔が一定になるような形状とすることが好ましい。つまり、切れ刃とブレーカとの間の面（ランド）の幅（切れ刃と垂直方向の長さ）は、ほぼ一定であることが好ましい。

ランドの幅の適正値としては、本実施形態の回転工具の一刃送り量よりも小さくすることが望ましい。一刃送り量として０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度の値を設定する場合にはランドの幅の値は、下限値として０．０１ｍｍ、０．０２ｍｍが例示でき、上限値として０．０５ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．０３ｍｍが例示でき、これらの上限値及び下限値は任意に組み合わせ可能である。特に一刃送り量の６０％以下（特に５０％以下）にランドの幅を設定することが好ましい。

ブレーカの幅（切れ刃と垂直方向の長さ）は、下限値として０．１５ｍｍ、０．２ｍｍが例示でき、上限値として０．５ｍｍ、０．４ｍｍ、０．３ｍｍが例示でき、これらの上限値及び下限値は任意に組み合わせ可能である。

ブレーカの断面形状（切れ刃と垂直方向）は、すくい面から凹む方向のＲ形状である。Ｒ形状とは、屈曲点を有していない、すなわち曲率の変化が滑らかな形状である。特に、円弧の一部、双曲線の一部などである。ブレーカの内面とランドとは、１５°〜２０°（１６５°〜１６０°）程度の角度（鈍角）で形成することが好ましい。更に、Ｒ形状の曲率は一定でなくてもよく、切れ刃から離れるにつれて曲率が大きくなるようにしても良い。

刃部の切れ刃が回転工具本体の回転軸に対して傾斜している場合、ブレーカは、切れ刃と平行方向での両端部のうち回転工具本体の外周方向及び／又は軸芯方向の端部に行くに従い連続的に浅くなる凹みであることが好ましい。以下、ブレーカについて、特に限定せずに「両端」と称する場合には切れ刃と平行な方向での両端を意味し、特に限定せずに「断面形状」と称する場合には切れ刃方向と垂直な方向での断面を意味する。また、ブレーカの「幅」は、特に限定しない場合には切れ刃と垂直方向の長さを意味する。

例えば、ブレーカの凹みの形状として、断面形状が変化しない部分である中央部と、その中央部の両端に向かうほど連続的に浅くなる部分として中央部の断面形状を底面とし一点に収束する錐体（両端部）との組み合わせ形状が採用できる。

ブレーカの内面は表面粗さが小さいことが好ましい。例えば、表面粗さＲｚの値が２．０μｍ以下や１．５μｍ以下にできる。表面粗さを小さくすることにより被削材が刃部（特にブレーカの内面）の表面に溶着することが抑制できる。なお、本明細書におけるＲｚは十点平均粗さを示す。

ブレーカの内面には、凹凸により形成されたテクスチャを持つことが好ましい。テクスチャの形態としては、規則的に配列された、ディンプル（凹部）、ドット（凸部）が例示される。ディンプルは複数個がつながった溝を形成しても良いし、ドットも複数個がつながったリブ状の突起を形成しても良い。溝としては、切れ刃と平行な方向に延在するように設けることで、摩擦係数の低減効果が向上できる。リブ状の突起については、ブレーカの幅方向に延在するように設けることで切屑の流れの制御性が向上できる。

ディンプルやドットがブレーカの内面に形成されると、ブレーカの内面と切屑との間の摩擦低減効果や、ブレーカの内面における切屑の流れを制御できることが期待できる。特に、切屑とブレーカ内面との間の摩擦が少なくなると、切屑のカールが促進されて切屑の分断を促進できる。また、ディンプルやドットには切削時に用いるオイルを貯める作用も期待できる。切屑の流れが偏向すると、切屑がらせん状になっていつまでも分断されないことがある。そこで切屑の流れを制御して切屑の先端が速やかにワークや、切屑自身に接触するようにすることにより切屑の分断が促進できる。

ここで、ディンプルの作用としては摩擦低減作用が優先して期待でき、ドットの作用としては切屑の流れ制御の作用が優先的に期待できる。

ブレーカは、放電加工、電子ビーム加工、レーザー加工、研削加工などによって成形される。ブレーカの内面に設けるテクスチャの成形についても放電加工、電子ビーム加工、レーザー加工、研削加工などにより行うことができる。テクスチャの成形はブレーカの成形と同時に行っても、ブレーカの成形とは独立して行っても何れでも良い。

（実施形態１）
本実施形態の回転工具について以下図面に基づき詳細に説明を行う。図１に示すように、本実施形態の回転工具１は、回転工具本体１０と、回転工具本体１０の外周に設けられた刃部２０とからなる。回転工具１は、右回りに回転して切削を行うリーマである。

回転工具本体１０は、概ね円筒形状であり、軸方向の先端から中途にかけて切り欠き１１が形成されている。切り欠き１１の先端には刃部２０がろう付により固定されている。刃部２０を設ける数としては特に限定されない。刃部２０は、ＰＣＤ製であり、図２に示すように、切れ刃２１が形成され、すくい面２１ａにブレーカ２２が形成されている。ブレーカ２２は、切れ刃２１の近傍に形成されている。ブレーカ２２の幅は０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度としている。

また、図３に示すように、ブレーカ２２の中央部２２ａの切れ刃２１と平行な方向での長さは、切削により生成する切屑の大きさが収まる大きさにする。例えば、ワークの半径方向での切り込み深さ（取り代）程度の大きさの切屑が生成されるため、取り代の大きさよりも大きな値（０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）とすることができる。また、ブレーカ２２の位置も切削により生成する切屑の位置に応じて決定される。

ブレーカ２２の端部２２ｂ及び２２ｃの切れ刃２１と平行な方向での長さは、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度とすることができる。ブレーカ２２の切れ刃２１側の形状と、切れ刃２１の形状とは平行であり、その間のランド２１ａ１の幅ｘ１は０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度とすることができる。

ブレーカ２２は、断面形状が円弧の一部である中央部２２ａと、その両端にある端部２２ｂ及び２２ｃからなる。ここで端部２２ｃが回転工具本体１０の外周方向の端部である。端部２２ｂは、頂点２２ｂ１をもち底面が中央部２２ａの断面である斜錐体であり、端部２２ｃは、頂点２２ｃ１をもち底面が中央部２２ａの断面である斜錐体である。端部２２ｂ及び２２ｃ共に両端に向かうにつれて連続的に浅くなっている形状の凹みである。

ブレーカ２２の中央部２２ａでの断面は、図４に示すように、円弧の一部である。ランド２１ａ１と中央部２２ａとの角度θは１５°〜２０°程度とすることができる。

（実施形態１の変形態様）
本実施形態の回転工具２は、図５に示すように、回転工具本体３０と、回転工具本体３０の外周に設けられた、刃部４０及び５０とを有する。回転工具本体３０は、概ね円筒形状であり、軸方向の先端から後端に向けての中途にかけての一部分に切り欠き３１が形成され、更に後端に向けての一部分に切り欠き３２が形成されている。切り欠き３１及び３２は、回転工具本体３０の周方向で９０°毎に４つ設けられている。回転工具本体３０の外径は切り欠き３１が形成された部分よりも切り欠き３２が形成された部分の方が僅かに大きくなっている。

切り欠き３１が形成された部分の先端には１８０°毎に刃部４０が２つ、切り欠き３２が形成された部分の先端には刃部４０とは９０°ずれた部位に刃部５０が２つ、それぞれろう付により固定されている。なお、刃部４０及び５０を設ける数としては特に限定されない。刃部４０及び５０は、ＰＣＤ製であり、図２に示したものと同様の形状をもつ。

（実施形態２）
本実施形態の回転工具は、ブレーカの内面にテクスチャが形成された以外は実施形態１と同様である。刃部６０について図６に示す。すくい面６１ａのランド６１ａ１についても実施形態１と同様に幅ｘ２が０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度とすることができる。

本実施形態の回転工具が備える刃部６０のブレーカ６２には、その内面にディンプル６３が形成されている。ディンプル６３は、切れ刃６１によりワークを切削する際に生成する切屑の生成方向に整列するように設けられる。ディンプル６３の大きさは特に限定しないが、例えば直径０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度、深さ０．０１ｍｍ〜０．０２５ｍｍにすることができる。ディンプル６３の個数についても特に限定せずに、ブレーカ６２の内面を満遍なく覆うことができる程度の数を設けることができる。例えば、ブレーカ６２の中央部６２ａの幅方向に４〜６個、ブレーカ６２全体の切れ刃６１の長さ方向に６〜８個程度配置することができる。

刃部６０のブレーカ６２部分の顕微鏡写真を図７に示す。また、テクスチャとして溝を採用した場合の刃部７０のブレーカ７２部分の顕微鏡写真を図８に示す。溝７３は、中央部７２ａでは、切れ刃７１と平行な方向に延在するように、両端部７２ｂ及び７２ｃでは頂点７２ｂ１及び７２ｃ１に向けて延在するように形成されている。

（実施形態３）
本実施形態の回転工具は、ブレーカの内面にテクスチャが形成された以外は実施形態１と同様である。刃部８０について図９に示す。すくい面８１ａのランド８１ａ１についても実施形態１と同様に幅ｘ３が０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度とすることができる。

本実施形態の回転工具が備える刃部８０のブレーカ８２には、その内面にリブ状の突起８３が形成されている。突起８３は、切れ刃８１によりワークを切削する際に生成する切屑の生成方向に延在するように設けられる。突起の幅は特に限定しないが、中央部に行くにつれて幅が広くなったり、幅が均一であったりすることができる。

突起の大きさとしては、例えば最大部の幅が０．０３ｍｍ〜０．０７ｍｍ程度、ブレーカ底面からの高さが０．０１ｍｍ〜すくい面８１ａと同じ程度（例えばブレーカの最も深い部分の深さが０．１ｍｍであった場合には突起の高さｈ（中央部８２ａの最も深い部分から突起８３の頂点までの高さ）の上限を０．１ｍｍにする。図では突起の高さｈをブレーカの深さの半分程度にしている。）にすることができる。ブレーカ８２の幅方向の長さは、ブレーカ２２の幅と同程度とすることができる。突起８３の個数についても特に限定せずに、ブレーカ８２の内面を満遍なく覆うことができる程度の数を設けることができる。例えば、ブレーカ８２の中央部８２ａの幅方向に６〜８個程度配置することができる。ブレーカ８２の端部８２ｂ及び８２ｃには突起８３を配置してもしなくてもよい。刃部８０のブレーカ８２部分の顕微鏡写真を図１０に示す。

（試験１：ブレーカ形状の検討。ブレーカの内面の形状）
（ａ）ブレーカを形成していない刃部、（ｂ）断面形状がＲ形状のブレーカを有する刃部（図３に相当：ランド幅ｘ１が０．０２ｍｍ、ブレーカの幅が０．３ｍｍ、ブレーカの内面のＲ形状を形成する円筒の半径が０．３ｍｍ）、（ｃ）断面形状が三角形のブレーカを有する刃部（図１１：ランド９１ａ１の幅が０．０５ｍｍ、ブレーカ幅が０．６ｍｍ、ブレーカの内面とランド９１ａ１との角度が１５°）の３つの刃部をもつリーマについて解析を行った。

切削条件としては、切れ刃の材質がＰＣＤ製、被削材がアルミニウム合金（Ａ７０７５）、切削速度が１５０ｍ／分、一刃送り量が０．１ｍｍ、取り代が０．２ｍｍとした。解析結果を図１２に示す。

図１２より明らかなように、ブレーカを設けた（ｂ）及び（ｃ）の刃部にて生成する切屑は、ブレーカを持たない（ａ）の刃部にて生成する切屑と比べて、切屑のカール径が小さくなった。特に、（ｂ）の刃部により生成した切屑の方が、（ｃ）の刃部により生成した切屑よりもカール径が小さく、速やかに切屑の先端が被削材の表面に接触することが分かった。つまり、（ｂ）の刃部の方が、（ｃ）の刃部よりも生成する切屑の先端が速やかに被削材の表面に接触することから切屑の分断が速やかに行われることが期待できることが分かった。

以上の解析結果を確認するために以下の２条件にて実際に切削を行い生成される切屑の形状を観察した。回転工具は刃径１２．５ｍｍ、全長１００ｍｍ、刃長５ｍｍ、刃数２個とした。

・条件１
被削材としてはアルミニウム合金（Ａ７０７５）を用い、切削速度は３００ｍ／分、一刃送り量０．１０ｍｍ、取り代０．１ｍｍとして上述の（ａ）〜（ｃ）の刃部を備えた回転工具にて切削を行った。結果を図１３ａ〜１３ｃに示す。

（ｂ）の刃部を備える回転工具にて切削した切屑はカール径が小さく、８〜１０巻き程度のらせん状の切屑が生成し、切屑が回転工具に巻き付くことは無かった。それに対して、ブレーカが存在しない（ａ）の刃部や、断面形状が３角形のブレーカをもつ（ｃ）の刃部にて切削した切屑は共に連続した長い切屑が生じ回転工具に巻き付いた。

・条件２
被削材としてはアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）を用い、切削速度は１５０ｍ／分、一刃送り量が０．０５ｍｍ、取り代０．２ｍｍとして上述の（ａ）〜（ｃ）の刃部を備えた回転工具にて切削を行った。結果を図１４ａ〜１４ｃに示す。

（ｂ）の刃部を備える回転工具にて切削した切屑はカール径が小さく、半巻き〜１巻き程度のらせん状の切屑（長さ１ｍｍ程度）が生成し、切屑が回転工具に巻き付くことは無かった。

それに対して、ブレーカが存在しない（ａ）の刃部を備える回転工具にて切削した切屑は、１巻きで切断はできてはいるものの、切屑のカール径が大きく切屑長さは１０ｍｍ程度と長かった。

断面形状が３角形のブレーカをもつ（ｃ）の刃部を備える回転工具にて切削した切屑は、切屑のカール径は小さくなっているものの、らせん状の切屑（切屑が軸芯方向に変形したことが推察される）が生成し、長い切屑が生成した。

（試験２：ブレーカ形状の検討。ブレーカの端部の形状）
（ａ）ブレーカの内面９４としてＲ形状をもつ円筒の一部（図１５：断面Ｒ形状。端部は切れ刃９３に垂直な面。）である刃部をもつリーマ、（ｂ）断面形状がＲ形状・端部が円錐の一部のブレーカを有する刃部（図３に相当）をもつリーマについてそれぞれ解析を行った。双方の刃部に設けられたブレーカは共に、ランド幅が０．０２ｍｍ、ブレーカの幅が０．３ｍｍ、ブレーカの内面のＲ形状を形成する円筒の半径が０．３ｍｍである。切削条件としては、試験１と同様である。解析結果を図１６に示す。

図１６より明らかなように、（ａ）の刃部にて生成する切屑は、図面左方（リーマの軸芯方向）に変形しており、全体としてらせん形状の切屑が生成している。（ａ）の刃部では、生成した切屑がブレーカの内面の外周側の端面９４ａに接触することで、切屑が軸芯側に変形する応力が加わって、切屑がらせん状になっているものと考えられる。

それに対して、（ｂ）の刃部では、生成した切屑がブレーカ２２の内面２２ａから内面２２ｃへと流れることができるため、軸芯方向への応力が切屑に加わらないためにらせん状にならないものと考えられる。更に、刃部の切れ刃はリーマの回転軸に対して傾斜しているため、外周側の方が切屑の生成速度が大きく、元々軸芯側に切屑が変形するように応力が加わっていることも切屑の軸芯方向への変形の一因であると考えられる。

切屑がらせん状になると、切屑の先端が被削材や切屑自身に当接することがなくなるため、切屑の分断が生起しがたくなる。

（試験３：ブレーカ内面の表面粗さの影響）
ブレーカを成形する際の加工条件を変更し、同一形状のブレーカで、その表面粗さを変化させ、ブレーカの内面への被削材の溶着の程度を評価した。ブレーカが無い刃部についても評価を行った。

ブレーカ形状は図３のブレーカ２２と同じであり、試験２の（ｂ）の刃部と同様である。ランド幅は０．０２ｍｍ，ブレーカ幅は０．３ｍｍ，ブレーカ中央部の切れ刃と平行方向の長さは０．２ｍｍ、ブレーカ内面のＲ形状を形成する円筒の半径が０．３ｍｍとした。比較用として、ブレーカなしの刃部（条件４：試験１の（ａ）の刃部）も準備した。

それぞれの刃部の表面粗さは、条件１：Ｒｚ２．３６μｍ、条件２：Ｒｚ１．９５μｍ、条件３：Ｒｚ１．１９μｍであった。ブレーカの無い刃部（条件４）におけるブレーカに相当する部分の面粗度はＲｚ０．１２μｍであった。

刃物（リーマ）形状は図１と同じであり、刃径１２．５ｍｍ、刃数２とした。試験条件は、切削速度が３００ｍ／ｍｉｎ，一刃送り量が０．１ｍｍ，取り代が０．２ｍｍとし、被削材ＡＤＣ１２を１００穴加工した。１００穴加工終了後の各ブレーカの内面のＳＥＭ写真を図１７ａ（条件１）、１７ｂ（条件２）、１７ｃ（条件３）、１７ｄ（条件４）に示す。

図より明らかなように、条件１の刃部（Ｒｚ ２．３６μｍ）をもつ回転工具ではＡｌの明確な溶着が見られ、Ａｌが分厚く堆積している箇所が確認された（図１７ａ）。条件２，３，４については、うっすらと付着した様子が見られる程度であった（図１７ｂ〜１７ｄ）。

この結果より、Ｒｚを２．０μｍ以下にすることで、ブレーカ内での被削材溶着を抑制することができることが分かった。ブレーカ内面での被削材の溶着を抑制できる結果、切り屑の詰まりが抑制でき、設計したとおりにブレーカの効果が充分に発揮できる。その結果、刃の欠損が生起し難くなる。つまり、ブレーカ内面の表面粗さを小さくすることにより、工具寿命を長くすることができる。

（試験４：テクスチャの検討）
刃部のすくい面のテクスチャとして、（ａ）平面、（ｂ）ディンプル：図１８、（ｃ）溝：図１９の３つの刃部をもつリーマについて解析を行った。ブレーカ無しで検討した。（ｂ）のディンプル９６は、切れ刃９５と平行方向、及び、切れ刃９５と隣接する辺と平行方向のそれぞれについて等間隔でもうけられており、直径が０．０４ｍｍ、切れ刃９５と平行な方向で０．０８ｍｍ毎、切れ刃９５と隣接する辺と平行方向で０．０８ｍｍ毎に設けている。（ｃ）の溝９８は、切れ刃９７と平行方向に延設されており、溝９８の幅が０．０３ｍｍ、０．０６ｍｍ毎に設けられている。切削条件としては、試験１と同様である。解析結果を図２０に示す。

図２０より明らかなように、（ａ）の刃部にて生成する切屑よりも、（ｂ）及び（ｃ）の刃部にて生成する切屑の方がカール径が小さく、切屑の分断がし易いことが分かった。これはディンプル９６や、溝９８の存在によって切屑と刃部との摩擦が低減できるためであると考えられる。

（試験５：ブレーカ内面のテクスチャの検討。突起の影響について）
（ａ）ブレーカの内面として断面形状がＲ形状・端部が円錐の一部のブレーカを有する刃部（図３に類似）、（ｂ）ブレーカの内面に突起を有する刃部（図９に相当）の２つの刃部をもつリーマについて解析を行った。双方の刃部に設けられたブレーカは共に、ランド幅が０．０２ｍｍ、ブレーカの幅が０．３ｍｍ、ブレーカの内面のＲ形状を形成する円筒の半径が０．３ｍｍである。（ｂ）の刃部のブレーカの内面に設けられた突起は、幅０．０５ｍｍで、切れ刃８１に平行な方向で０．０７ｍｍ毎に設けられている。突起の高さはブレーカ底面から０．０１ｍｍ（図９（ｂ）に相当）としている。
切削条件としては、試験１で用いたリーマの刃部に設けたブレーカと比べて中央部の幅が大きくなっている以外は同様の条件である。解析結果を図２１に示す。

図２１より明らかなように、（ａ）の刃部にて生成する切屑は、図面左方（リーマの軸芯方向）に変形している。それに対して、（ｂ）の刃部では、（ａ）の刃部にて生成する切屑よりも図面左方への変形が抑制されている。刃部の切れ刃はリーマの回転軸に対して傾斜しているため、外周側の方が切屑の生成速度が大きく、元々軸芯側に切屑が変形するように応力が加わっていることで切屑の軸芯方向へ変形する。今回の検討条件では中央部の切れ刃の平行方向の長さを他の試験よりも長くしたことにより切屑に加わる軸芯方向への応力が大きくなっており、切屑の形状がらせん状になりやすくなっているが、そのような条件であっても、突起を設けて切屑の流れを制御することで切屑のらせん状の変形を効果的に抑制することができる。

〔追加の実施形態〕
（実施形態４）
本実施形態の回転工具は、切れ刃が湾曲していること及び切れ刃の湾曲に伴い形態などが変更されたこと以外、概ね実施形態１の回転工具と同様の構成をもつ。

実施形態１の刃部２０の切れ刃２１は真っ直ぐであり、回転工具本体１０の回転軸に対して傾斜している。切れ刃２１の傾斜方向は、回転工具の先端に向けて縮径する方向である。

それに対し、図２２に示すように、本実施形態の刃部１００の切れ刃１０１は回転工具の先端に向けて実施形態１の切れ刃２１と同様に回転工具の先端に向かうにつれて縮径しているが、切れ刃１０１の形状は、回転工具の先端に行くにつれて縮径の程度が大きくなるように湾曲している。換言すれば、切れ刃１０１の形状は回転工具の回転軸方向の中央付近が外径方向に膨らむような形状である。

本実施形態の刃部１００に設けられたブレーカ１０２も切れ刃１０１の湾曲に合わせて湾曲している。切れ刃１０１とブレーカ１０２の切れ刃側との間隔がほぼ一定になっている。

ここで本実施形態のように切れ刃１０１が湾曲している場合の「ランドの幅」とは、上述した定義（切れ刃とブレーカとの間の面（ランド）の幅（切れ刃と垂直方向の長さ））から、切れ刃１０１の刃先が延びる方向と垂直な方向でのランドの長さを意味する。従って、切れ刃１０１の湾曲に伴い、ランドの幅を測定する方向は変化する。

「ブレーカの幅」についても「ランドの幅」と同じ方向での長さが「ブレーカの幅」となる。本実施形態では、切れ刃１０１が存在する部分でのブレーカ１０２の幅やランドの幅は一定に設定されている。

ここで、上述した実施形態では被切削物を切削する部分におけるランドの幅やブレーカの幅の好ましい範囲を提示していた。つまり、切れ刃が形成され且つブレーカが形成されていても、被切削物を切削しない部分においては、「ランドの幅」や「ブレーカの幅」が規定できる部分であっても前述の好ましい範囲や好ましい形態が適用されない場合がある。

本実施形態においても被切削物を切削する部分における「ランドの幅」や「ブレーカの幅」に適正な範囲が規定されるが、切れ刃１０１を湾曲させた理由として切削後の被切削物の形状にあわせるために、切れ刃１０１の形状を決定している場合には、切れ刃１０１の全域にわたって被切削物を切削することも想定され、このように想定される場合には、湾曲した切れ刃１０１の全域において適正な範囲の「ランドの幅」や「ブレーカの幅」が設定されることが望ましい。

切れ刃１０１が形成されている部位（切れ刃１０１の刃先の両端部に垂直な直線の内側の部位）に相当する、ブレーカ１０２の中央部１０２ａはブレーカの幅が一定である。中央部１０２ａの内径方向の端部１０２ｂは、内径方向に向かうにつれて連続的に浅くなっており、中央部１０２ａの外径方向の端部１０２ｃは外径方向に向かうにつれて連続的に浅くなっている。

（実施形態４の変形態様）
本実施形態の回転工具、ブレーカの形態以外は実施形態４と同様の構成を有する。

本実施形態の回転工具は、図２３に示すように、切れ刃１２１が構成される。具体的には、ランドの幅は実施形態４と同様に一定であるが、ブレーカの幅が外径方向に向かうにつれて小さくなっている。本実施形態のブレーカ１２２は、実施形態４と同様に中央部１２２ａ、端部１２２ｂ及び１２２ｃからなり、そのうちの端部１２２ｃが切れ刃１２１に隣接してブレーカとしての機能を主に発揮している。端部１２２ｂ及び１２２ｃは両端に向かうにつれて浅くなっている。ブレーカの幅が外径方向に向かうにつれて小さくなっている理由を説明すると以下の通りである。

本実施形態の回転工具が、切削時に進行する方向（回転工具の回転軸と平行な方向である）を方向Ａとする。切削の進行に伴い、刃部１２０は方向Ａに平行移動する。切れ刃１２１が方向Ａに進行して行く際の被切削物の削り代は、方向Ａと切れ刃１２１の刃先との角度（以下、「切れ刃の傾斜」と称することがある）が大きくなるにつれて大きくなっていく。本実施形態では切れ刃１２１の傾斜は、外径方向に向かうにつれて小さくなっているため、削り代は外径方向に向かうにつれて小さくなる。

ここで、後述する試験により削り代が小さい方がブレーカの幅を小さくできること、そして、ブレーカの幅は小さい方がブレーカの効果が高くなる傾向にあることが分かっている。

そのためブレーカの効果を充分に発揮させるために、切れ刃１２１の削り代が外径方向に向かうに従って小さくなることに対応して、ブレーカの幅も小さくなるように設定している。このことは、外径方向に向けて切れ刃の傾斜が小さくなるのに合わせてブレーカの幅も小さくしているとも換言できる。

（実施形態５）
本実施形態の回転工具は、切れ刃の湾曲の形態が異なること及び切れ刃の湾曲の変更に伴い形態などが変更されたこと以外、概ね実施形態４の回転工具と同様の構成をもつ。

図２４に示すように、本実施形態の刃部１４０の切れ刃１４１は回転工具の先端に向けて実施形態４の切れ刃１０１と同様に回転工具の先端に向かうにつれて縮径しているが、切れ刃１４１の形状は、回転工具の先端に行くにつれて縮径の程度が小さくなるように湾曲している。換言すれば、切れ刃１４１の形状は回転工具の回転軸方向の中央付近が内径方向に膨らむような形状である。

本実施形態の刃部１４０に設けられたブレーカ１４２も切れ刃１４１の湾曲に合わせて湾曲している。切れ刃１４１とブレーカ１４２の切れ刃側との間隔がほぼ一定になっている。

切れ刃１４１が形成されている部位（切れ刃１４１の刃先の両端部に垂直な直線の内側の部位）に相当する、ブレーカ１４２の中央部１４２ａはブレーカの幅が一定である。中央部１４２ａの内径方向の端部１４２ｂは、内径方向に向かうにつれて連続的に浅くなっており、中央部１４２ａの外径方向の端部１４２ｃは外径方向に向かうにつれて連続的に浅くなっている。

（実施形態５の変形態様）
本実施形態の回転工具、ブレーカの形態以外は実施形態５と同様の構成を有する。

本実施形態の回転工具は、図２５に示すように、切れ刃１６１が構成される。具体的には、ランドの幅は実施形態５と同様に一定であるが、ブレーカの幅が内径方向に向かうにつれて小さくなっている。本実施形態のブレーカ１６２は、実施形態５とは異なり中央部が無いかあっても僅かであり、端部１６２ｂ及び１６２ｃからなる。そのうちの端部１６２ｂが切れ刃１６１に隣接する。端部１６２ｂ及び１６２ｃは両端に向かうにつれて浅くなっている。

本実施形態の回転工具が、切削時に進行する方向である方向Ａを基準として考えると、切削の進行に伴い、刃部１６０が方向Ａに平行移動することになる。切れ刃１６１が方向Ａに進行して行く際の被切削物の削り代は、切れ刃１６１の傾斜が大きくなるにつれて大きくなっていく。

そのためブレーカの効果を充分に発揮させるために、切れ刃１６１の削り代が外径方向に向かうに従って大きくなることに対応して、ブレーカの幅も大きくなるように設定している。このことは、外径方向に向けて切れ刃の傾斜が大きくなるのに合わせてブレーカの幅も大きくしているとも換言できる。

〔追加の試験〕
（試験６：ブレーカ幅の適正値の検討）
断面形状がＲ形状のブレーカを有する刃部（図３に相当：ランド幅ｘ１が０．０２ｍｍ、ブレーカの幅が０．１ｍｍ〜０．６ｍｍ、ブレーカの一部（図３のブレーカ２２の中央部２２ａに相当）のＲ形状を形成する円筒の半径がブレーカ幅と同じ）をもつリーマについてＣＡＥ解析を行った。解析は切削により生成した切屑がブレーカの一部に接触している場合に「〇：優」又は「△：良」、接触していない場合には「×：可〜不可」とした。切屑がブレーカの内面に接触している場合でも、詰まり気味になっている場合には「△」、詰まり気味になっていない場合には「〇」とした。詰まり気味になっているかどうかは切屑の長さにより評価した。具体的には切屑の長さは、ブレーカの幅以外が同一条件下ではブレーカの幅が小さいほど短くなるが、ブレーカの幅が小さくなっても切屑の長さが長くなっている場合に「△」とした。

切削条件としては、切れ刃の材質がＰＣＤ製、被削材がアルミニウム合金（Ａ７０７５）、切削速度が１５０ｍ／分又は３００ｍ／分、一刃送り量が０．０５ｍｍ又は０．１ｍｍ、取り代が０．１ｍｍ又は０．２ｍｍとした。結果を表１に示す。

表より明らかなように、ブレーカの幅の適正値の決定には、一刃送り量及び取り代の値が大きく寄与することが分かった。

表１の結果から、（１）一刃送り量を０．０７５ｍｍ以下とした場合にはブレーカの幅は０．０５ｍｍ〜０．４５ｍｍとすることができた。取り代を０．１５ｍｍ以下にすると、ブレーカの幅の上限値を０．５５ｍｍとすることができた。
（２）一刃送り量を０．０７５ｍｍ超とした場合にはブレーカの幅は０．１２５ｍｍ〜０．４５ｍｍ（好ましくは０．１７５ｍｍ〜０．４５ｍｍ）とすることができた。取り代を０．１５ｍｍ以下にすると、ブレーカの幅の下限値を０．００５ｍｍ、上限値を０．５５ｍｍとすることができた。

（試験７：ランド幅の適正値の検討）
ブレーカ幅及びブレーカ半径を０．３ｍｍとして、ランド幅の検討を行う試験を試験６と同様の試験にて行った。結果を表２に示す。

表より明らかなように、ランドの幅の適正値の決定には、一刃送り量及び取り代の値が大きく寄与することが分かった。

表２の結果から、（３）一刃送り量を０．０７５ｍｍ以下とした場合にはランドの幅は０．０３５ｍｍ以下とすることができた。取り代を０．１５ｍｍ超にすると、ランドの幅の上限値を、（３−１）切削速度２２５ｍ／分以下では０．０５５ｍｍ、（３−２）切削速度２２５ｍ／分超では０．０４５ｍｍとすることができた。
（４）一刃送り量を０．０７５ｍｍ超とした場合にはランドの幅は０．０６５ｍｍ以下にすることができた。

更にランドの幅は一刃送り量の６０％以下にすることでブレーカの効果を充分に発揮させることができるため好ましく、５０％以下であることが更に好ましいことが分かった。

１…回転工具 １０…回転工具本体 １１…切り欠き ２…刃部 ２０…刃部 ２１…切れ刃 ２１ａ…すくい面 ２１ａ１…ランド ２２…ブレーカ ２２ａ…中央部 ２２ｂ…端部 ２２ｂ１…頂点 ２２ｃ…端部 ２２ｃ１…頂点 ３０…回転工具本体 ３１…切り欠き ３１ａ…すくい面 ３２…切り欠き ４０…刃部 ５０…刃部 ６０…刃部 ６１…切れ刃 ６１ａ…すくい面 ６１ａ１…ランド ６２…ブレーカ ６２ａ…中央部 ６３…ディンプル ７０…刃部 ７１…切れ刃 ７１ａ…すくい面 ７２ａ…中央部 ７２ｂ…端部 ７２ｂ１…頂点 ７２ｃ…端部 ７２ｃ１…頂点 ７３…溝 ８０…刃部 ８１ａ…すくい面 ８１ａ１…ランド ８２…ブレーカ ８２ａ…中央部 ８２ｂ…端部 ８２ｃ…端部 ８３…突起 ９１ａ１…ランド ９４ａ…端面 ９５…切れ刃 ９６…ディンプル ９７…切れ刃 ９８…溝

Claims (8)

1. 回転工具本体と、多結晶ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素焼結体からなり前記回転工具本体に設けられた切れ刃を有する刃部とを有し、
   前記切れ刃は前記回転工具本体の回転軸に対して傾斜しており、
   前記刃部のすくい面には、前記切れ刃近傍にブレーカを備え、
   前記ブレーカは、前記切れ刃と垂直方向での断面形状がＲ形状となり、且つ、前記切れ刃と平行方向での両端部のうち前記回転工具本体の外周方向及び軸芯方向の端部に行くに従い連続的に浅くなる凹みである回転工具。
2. 回転工具本体と、多結晶ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素焼結体からなり前記回転工具本体に設けられた切れ刃を有する刃部とを有し、
   前記刃部のすくい面には、前記切れ刃近傍にブレーカを備え、
   前記ブレーカは、前記切れ刃と垂直方向での断面形状がＲ形状となる凹みである回転工具。
3. 回転工具本体と、多結晶ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素焼結体からなり前記回転工具本体に設けられた切れ刃を有する刃部とを有し、
   前記切れ刃は前記回転工具本体の回転軸に対して傾斜しており、
   前記刃部のすくい面には、前記切れ刃近傍にブレーカを備え、
   前記ブレーカは、前記切れ刃と平行方向での両端部のうち前記回転工具本体の外周方向及び／又は軸芯方向の端部に行くに従い連続的に浅くなる凹みである回転工具。
4. 前記ブレーカの前記切れ刃と垂直方向での幅が、０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍである請求項１〜３の何れか１項に記載の回転工具。
5. 前記ブレーカと前記切れ刃との間隔が、０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍである請求項１〜４の何れか１項に記載の回転工具。
6. 前記ブレーカの内面は、表面粗さＲｚの値が２．０μｍ以下である請求項１〜５の何れか１項に記載の回転工具。
7. 前記ブレーカの内面は、凹凸により形成されたテクスチャをもつ請求項１〜６の何れか１項に記載の回転工具。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の回転工具を用い、
   前記ブレーカと前記切れ刃との間隔が一刃送り量の６０％以下である、
   金属材料からなる被切削物を切削加工する切削加工方法。

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