KR20190022471A

KR20190022471A - 절삭 공구

Info

Publication number: KR20190022471A
Application number: KR1020187032209A
Authority: KR
Inventors: 유타카 고바야시; 가츠오 가자하야
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2019-03-06
Also published as: WO2018003272A9; WO2018003272A1; KR102591346B1; TWI750172B; CN109070233A; KR20220120721A; EP3479938A4; US20190247932A1; TW201801824A; EP3479938A1; JP7046802B2; JPWO2018003272A1; CN109070233B; US10882117B2

Abstract

본 개시의 일양태에 따른 절삭 공구는, 기재와, 기재를 피복하고 있는 다이아몬드층을 구비하고 있다. 본 개시의 일양태에 따른 절삭 공구는, 레이크면과, 레이크면에 연속하는 여유면과, 레이크면과 여유면의 능선에 의해 구성되는 절삭날을 가지고 있다. 레이크면은, 제1 레이크면과, 제1 레이크면과 여유면 사이에 배치되어 있는 제2 레이크면을 가지고 있다. 제2 레이크면과 기재의 레이크면측의 면이 이루는 각도는 부각이다. 제2 레이크면은 다이아몬드층에 형성되어 있다.

Description

절삭 공구

본 개시는 절삭 공구에 관한 것이다. 본 출원은 2016년 6월 29일에 출원된 일본 특허 출원인 특허 출원 제2016-128642호에 기초하는 우선권을 주장한다. 상기 일본 특허 출원에 기재된 모든 기재 내용은, 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

종래부터, 기재를 다이아몬드층으로 피복한 절삭 공구로서, 일본 특허 공개 제2015-85462호 공보(특허문헌 1)에 기재된 절삭 공구가 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 절삭 공구의 공구 본체는, 여유면과, 레이크면과, 여유면 및 레이크면의 교차 능선에 형성된 절삭날을 가지고 있다. 공구 본체는, 경질 피막으로 피복되어 있다.

특허문헌 1에 기재된 절삭 공구에 있어서는, 공구 본체의 레이크면측을 피복하고 있는 경질 피막이, 레이저 등에 의해 제거되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2015-85462호 공보

도 1은 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 평면도이다.
도 2는 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 선단부 부근에서의 도 1의 영역 II의 확대 평면도이다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 절삭 공구를 이용한 절삭 가공의 모식도이다.
도 4a는 도 2의 IV-IV에 있어서의 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 IV-B에 있어서의 확대도이다.
도 4c는 도 4a의 IV-C에 있어서의 확대도이다.
도 5는 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법의 공정도이다.
도 6은 다이아몬드층 코팅 공정이 행해진 후로서 다이아몬드층 제거 공정이 행해지기 전의 상태에 있어서의 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 단면도이다.
도 7은 레이크면 처리 공정이 행해진 후로서 경사면 처리 공정이 행해지기 전에 있어서의 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 단면도이다.
도 8은 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 절삭날에 수직한 방향의 단면에 있어서의 단면도이다.
도 9a는 레이크면 처리 공정이 행해진 후로서 경사면 처리 공정이 행해지기 전에 있어서의 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 단면도이다.
도 9b는 레이크면 처리 공정이 행해진 후로서 경사면 처리 공정이 행해지기 전에 있어서의 제2 실시형태의 제1 변형예에 따른 절삭 공구의 단면도이다.
도 9c는 레이크면 처리 공정이 행해진 후로서 경사면 처리 공정이 행해지기 전에 있어서의 제2 실시형태의 제2 변형예에 따른 절삭 공구의 단면도이다.
도 10a는 제3 실시형태에 따른 절삭 공구의 절삭날에 수직한 방향의 단면에 있어서의 단면도의 일례이다.
도 10b는 제3 실시형태에 따른 절삭 공구의 절삭날에 수직한 방향의 단면에 있어서의 단면도의 다른 예이다.
도 11은 제3 실시형태의 제1 변형예에 따른 절삭 공구의 절삭날에 수직한 방향에 있어서의 단면도이다.
도 12는 제3 실시형태의 제2 변형예에 따른 절삭 공구의 절삭날에 수직한 방향에 있어서의 단면도이다.
도 13은 레이크면 처리 공정이 행해진 후로서 경사면 처리 공정이 행해지기 전에 있어서의 제3 실시형태에 따른 절삭 공구의 단면도이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

특허문헌 1에 기재된 절삭 공구에 있어서는, 절삭날의 내구성이 충분하지 않아, 가공량이 증가해 가면 절삭날이 손괴하여, 피삭재의 엣지 치핑(피삭재의 미세한 깨짐)이 생긴다.

본 개시는 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 구체적으로는, 본 개시는 절삭날의 내구성을 향상시켜, 피삭재의 엣지 치핑을 억제하는 것이 가능한 절삭 공구를 제공하는 것이다.

[본 개시의 효과]

상기에 따르면, 절삭날의 내구성을 향상시킬 수 있어, 피삭재의 엣지 치핑을 억제할 수 있다.

[본 개시의 실시형태의 설명]

먼저 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.

(1) 본 개시의 일양태에 따른 절삭 공구는, 기재와, 기재를 피복하고 있는 다이아몬드층을 구비하고 있다. 본 개시의 일양태에 따른 절삭 공구는, 레이크면과, 레이크면에 연속하는 여유면과, 레이크면과 여유면의 능선에 의해 구성되는 절삭날을 가지고 있다. 레이크면은, 제1 레이크면과, 제1 레이크면과 여유면 사이에 배치되어 있는 제2 레이크면을 가지고 있다. 제2 레이크면과 기재의 레이크면측의 면이 이루는 각도는 부각이다. 제2 레이크면은 다이아몬드층에 형성되어 있다.

본 발명자들은 예의 검토한 결과, 기재와, 그 기재를 피복하고 있는 다이아몬드층을 구비하는 절삭 공구에 있어서, 제1 레이크면과 여유면 사이에 마련된 제2 레이크면이, 기재의 레이크면측의 면에 대하여 부각을 이루고 있음으로써, 절삭날의 내구성이 향상하며, 피삭재의 엣지 치핑을 억제할 수 있는 것을 발견하였다. 그 때문에, (1)의 절삭 공구에 따르면, 절삭날의 내구성을 향상시킬 수 있어, 피삭재의 엣지 치핑을 억제할 수 있다.

(2) (1)의 절삭 공구에 있어서, 기재의 레이크면측의 면은 다이아몬드층에 의해 피복되어 있고, 제2 레이크면은 기재의 여유면측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층과 기재의 레이크면측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층에 걸쳐 형성되어 있어도 좋다.

(2)의 절삭 공구에 있어서는, 칩의 배출성이 개선된다. 그 결과, 레이크면과 여유면의 계면의 마모가 억제된다. 그 때문에, (2)의 절삭 공구에 따르면, 다이아몬드층의 여유면 박리를 억제할 수 있다.

(3) (2)의 절삭 공구에 있어서는, 제1 레이크면은 제2 레이크면으로부터 멀어짐에 따라 기재에 근접하도록 경사져 있어도 좋다.

(3)의 절삭 공구에 있어서는, 제1 레이크면 및 제2 레이크면의 경사가 브레이커로서 작용하여, 칩이 미세하게 분단된다. 그 때문에, 절삭 중에 있어서의 칩의 물림 현상이 억제된다. 그 때문에, (3)의 절삭 공구에 따르면, 칩에 의한 피삭재의 가공면의 광택의 열화를 억제하는 것이 가능해진다.

(4) (1)∼(3)의 절삭 공구에 있어서, 제2 레이크면과 기재의 레이크면측의 면이 이루는 각도는 -20°이상 0°미만이어도 좋다.

(4)의 절삭 공구에 따르면, 절삭날의 내구성과 절삭 공구의 절삭성을 양립할 수 있다.

(5) (1)∼(4)의 절삭 공구에 있어서, 기재의 여유면측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층의 두께는 4 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하이어도 좋다.

(5)의 절삭 공구에 따르면, 절삭날의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 피삭재의 엣지 치핑을 더욱 억제할 수 있다.

(6) (1)∼(5)의 절삭 공구에 있어서, 절삭날의 선단의 곡률 반경은, 기재의 여유면측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층의 두께에 0.1을 곱한 값 이하여도 좋다.

(6)의 절삭 공구에 따르면, 절삭날의 내구성이 높은 상태를 유지할 수 있어, 피삭재의 엣지 치핑을 더욱 억제할 수 있다.

(7) (1)∼(6)의 절삭 공구에 있어서, 다이아몬드층은 기재와 반대측의 면에 있어서 클러스터형으로 되어 있어도 좋다.

(7)의 절삭 공구에 따르면, 레이저 가공에 의해 다이아몬드층의 표면에 대미지층이 형성되는 것을 억제할 수 있다.

(8) (1)∼(7)의 절삭 공구에 있어서, 기재의 선단의 곡률 반경은 절삭날의 선단의 곡률 반경보다 커도 좋다. (8)의 절삭 공구에 따르면, 기재의 치핑을 억제할 수 있다.

(9) (8)의 절삭 공구에 있어서, 기재의 선단의 곡률 반경은 0.5 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하여도 좋다. (9)의 절삭 공구에 따르면, 기재의 치핑을 더욱 억제할 수 있다.

[본 개시의 실시형태의 상세]

이하에, 본 개시의 실시형태의 상세에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다. 또한, 이하에 기재하는 실시형태 중 적어도 일부를 임의로 조합하여도 좋다.

(제1 실시형태)

이하에, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 구성에 대해서 설명한다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 평면도이다. 제1 실시형태에 따른 절삭 공구는, 선단부(6)와, 보디부(7)와, 섕크부(8)를 가지고 있다. 제1 실시형태에 따른 절삭 공구는, 볼 엔드 밀이다. 제1 실시형태에 따른 절삭 공구는, 볼 엔드 밀에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구는, 래디어스 엔드 밀 등이어도 좋다.

도 2는 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 선단부 부근에 있어서의 도 1의 영역 II의 확대 평면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구는, 레이크면(1)과, 여유면(2)(도 4a 참조)을 가지고 있다. 레이크면(1)은, 여유면(2)에 연속하고 있다. 레이크면(1)과 여유면(2)의 능선은, 절삭날(3)을 구성하고 있다. 도 3은 제1 실시형태에 따른 절삭 공구를 이용한 절삭 가공의 모식도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구는, 중심축(A)을 중심으로 하여 회전하며, 절삭날(3)이 피삭재에 압박됨으로써, 피삭재의 절삭 가공이 행해진다.

도 4a는 도 2의 IV-IV에 있어서의 단면도이다. 도 4b는 도 4a의 IV-B에 있어서의 확대도이다. 도 4a 및 도 4b에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구는, 기재(4)와, 다이아몬드층(5)을 가지고 있다. 기재(4)는, 예컨대, WC(탄화텅스텐) 등의 분말과, Co(코발트) 등의 결합제를 포함하는 소결체인 초경 합금이다.

다이아몬드층(5)은, 예컨대, 다이아몬드 결정을 함유하는 층이다. 다이아몬드층(5)은, 예컨대, 다이아몬드 다결정막이다. 다이아몬드층(5)은, 비다이아몬드 성분(예컨대 비정질성분) 등을 함유하고 있어도 좋다. 다이아몬드층(5)은, 다이아몬드 결정을 함유하지 않아도 좋다. 예컨대, 다이아몬드층(5)은, DLC(Diamond Like Carbon)의 층이어도 좋다. 다이아몬드층(5)의 표층[기재(4)와는 반대측의 표면에 위치하는 층]은, 클러스터형으로 되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 다이아몬드층(5)이 클러스터형으로 되어 있다는 것은, 결정립 직경이 큰 1차 입자 사이에 1차 입자보다 결정립 직경이 작은 2차 입자가 충전되어 있는 것을 말한다. 클러스터형의 다이아몬드층은, 상대적으로 경도가 작다. 그 때문에, 이 경우에는, 레이저 가공에 의한 대미지층이 표면에 있어서 적어져, 공구 수명이 5∼10 퍼센트 향상된다.

다이아몬드층(5)은, 기재(4)를 피복하고 있다. 보다 구체적으로는, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 다이아몬드층(5)은, 기재(4)의 여유면(2)측의 면만을 피복하고 있다. 단, 후술하는 바와 같이, 다이아몬드층(5)은, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면을 피복하고 있어도 좋다. 또한, 이하에 있어서는, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면을 꼭대기면(41)으로 한다. 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 두께는, 두께(h1)이다. 두께(h1)는, 예컨대 3 ㎛ 이상 35 ㎛ 이하이다. 두께(h1)는, 바람직하게는 4 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하이다.

레이크면(1)은, 제1 레이크면(11)과, 제2 레이크면(12)을 가지고 있다. 제2 레이크면(12)은, 제1 레이크면(11)과 여유면(2) 사이에 마련되어 있다. 제2 레이크면(12)은, 다이아몬드층(5)에 형성되어 있다. 바람직하게는, 제2 레이크면(12)은, 그 적어도 일부가, 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)[즉, 기재(4)의 꼭대기면(41)의 연장선상보다 여유면(2)측에 형성되어 있는 다이아몬드층(5)]에 형성되어 있다.

즉, 제2 레이크면(12)의 그 적어도 일부가, 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 표면으로 구성되어 있다. 이것을 다른 관점에서 말하면, 절삭날(3)은, 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)에 형성되어 있다. 또한, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 다이아몬드층(5)이 기재(4)의 꼭대기면(41)을 피복하지 않기 때문에, 다이아몬드층(5)과 기재(4)의 계면이 노출되어 있고, 제1 레이크면(11)은 기재(4)의 꼭대기면(41)으로 구성되어 있다.

제2 레이크면(12)은, 기재(4)의 꼭대기면(41)에 대하여 경사져 있다. 제2 레이크면(12)이 기재(4)의 꼭대기면(41)에 대하여 경사진 각도는, 각도(θ)이다. 각도(θ)는, 부각으로 되어 있다. 여기서, 각도(θ)가 부각이라는 것은, 절삭날(3)이 좌측을 향하는 상태에 있어서, 제2 레이크면(12)이 기재(4)의 꼭대기면(41)에 대하여, 반시계 방향으로 회전한 상태를 말한다.

각도(θ)는, -30°이상 0°미만인 것이 바람직하다. 각도(θ)는, -20°이상 0°미만인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 각도(θ)에 관해서, 숫자의 앞에 붙인 「-(마이너스)」는, 부각인 것을 의미한다.

다이아몬드층(5)의 절삭날(3)의 선단은, 곡률 반경(R1)으로 되어 있다. 곡률 반경(R1)은, 0.1×h1 이하인 것이 바람직하다. 곡률 반경(R1)은, 5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 곡률 반경(R1)은, 1.5 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 도 4c는 도 4a의 IV-C에 있어서의 확대도이다. 도 4c에 나타내는 바와 같이, 기재(4)는, 선단에 있어서 곡률 반경(R2)을 가지고 있다. 기재(4)의 선단이란, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]과 기재(4)의 여유면(2)측의 면이 연속하고 있는 부분이다. 곡률 반경(R2)은, 곡률 반경(R1)보다 큰 것이 바람직하다. 곡률 반경(R2)은, 15 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 곡률 반경(R2)은, 5 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 곡률 반경(R2)은, 1.5 ㎛ 이하인 것이 특히 바람직하다. 이에 의해, 기재(4)를 가공할 때의 치핑의 발생을 억제할 수 있으며, 각도(θ)를 크게 하여도 기재(4)의 선단이 노출되기 어려워진다. 그 때문에, 공구 수명이 5∼10 퍼센트 향상된다. 또한, 곡률 반경(R2)을 0.5 ㎛ 미만으로 하면 오히려 기재(4)에 치핑이 발생하기 쉬워지기 때문에, 곡률 반경(R2)은, 0.5 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.

이하에, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법에 대해서 설명한다.

도 5는 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법의 공정도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법은, 다이아몬드층 코팅 공정(S1)과, 다이아몬드층 제거 공정(S2)을 갖는다.

다이아몬드층 코팅 공정(S1)에 있어서는, 기재(4) 상에 다이아몬드층(5)이 성막된다. 다이아몬드층(5)의 성막은, 예컨대 HFCVD(Hot Filament Chemical Vapor Deposition) 등에 의해 행해진다.

도 6은 다이아몬드층 코팅 공정이 행해진 후로서 다이아몬드층 제거 공정이 행해지기 전의 상태에 있어서의 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 단면도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 다이아몬드층 코팅 공정(S1)이 행해진 후로서 다이아몬드층 제거 공정(S2)이 행해지기 전의 상태에 있어서는, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)] 및 기재(4)의 여유면(2)측의 면이, 다이아몬드층(5)에 의해 피복되어 있다.

다이아몬드층 코팅 공정(S1)이 행해진 후로서 다이아몬드층 제거 공정(S2)이 행해지기 전의 상태에 있어서는, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 선단 주변이 둥글게 되어 있다. 이것은, 다이아몬드층(5)의 성막 시에는, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 선단 주변의 온도가 다른 부분보다 높아지기 때문에, 다이아몬드층(5)의 성막이 촉진되는 것에 의한 것이다.

다이아몬드층 코팅 공정(S1)이 행해진 후로서 다이아몬드층 제거 공정(S2)이 행해지기 전의 상태에 있어서는, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 선단 주변이 둥글게 되어 있다. 그 때문에, 이 단계에서는, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 절삭 저항은 높고, 절삭성은 나쁘다.

다이아몬드층 제거 공정(S2)은, 레이크면 처리 공정(S21)과, 경사면 처리 공정(S22)을 포함하고 있다. 레이크면 처리 공정(S21)에 있어서는, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 제거가 행해진다. 다이아몬드층(5)의 제거는, 예컨대 레이저 등을 레이크면(1) 상에 조사함으로써 행해진다. 이 공정에 이용되는 레이저는, 예컨대 YVO₄ 레이저의 2배 고조파이다. 다이아몬드층 제거 공정(S2)에 이용되는 레이저의 스폿 직경은, 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 다이아몬드층 제거 공정(S2)에 이용되는 레이저의 스폿 직경은, 10 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이 경우, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)을 정밀도 좋게 제거할 수 있기 때문에, 절삭날(3)의 곡률 반경(R1)을 작게 할 수 있다. 그 결과, 이 경우에는, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 절삭성을 개선됨으로써, 공구 수명이 5∼10 퍼센트 향상된다.

도 7은 레이크면 처리 공정이 행해진 후로서 경사면 처리 공정이 행해지기 전에 있어서의 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 단면도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 레이크면 처리 공정(S21)이 행해진 후에 있어서는, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)이 제거되어 있다.

그러나, 이 단계에서는, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구는, 여전히 내구성이 낮아, 가공량이 증가하면 절삭날(3)이 손괴하여, 피삭재에 엣지 치핑을 발생시키기 쉽다.

경사면 처리 공정(S22)에 있어서는, 제2 레이크면(12)이 형성된다. 보다 구체적으로는, 레이크면 처리 공정(S21)이 행해진 후의 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 절삭날(3)의 선단 부근에, 레이크면(1)측으로부터 레이저를 조사함으로써, 절삭날(3)의 선단 부근의 다이아몬드층(5)을 제거한다. 이상의 공정으로부터, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구가 얻어진다.

이하에, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 효과에 대해서 설명한다.

상기한 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구는, 제2 레이크면(12)을 가지고 있고, 제2 레이크면(12)과 기재(4)의 꼭대기면(41)이 부각을 이루고 있다. 그 결과, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 절삭날(3)은, 단순히 다이아몬드층(5)을 기재(4) 상에 CVD 등에 의해 피복한 채의 상태보다 샤프해진다. 그 때문에, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 절삭날(3)의 내구성이 향상되어, 피삭재의 엣지 치핑을 억제할 수 있다.

제1 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서, 제2 레이크면(12)이 기재(4)의 꼭대기면(41)이 이루는 각도가 부각이기 때문에, 절삭날(3)이 절삭 시에 가해지는 주분력에 의해 손상되기 어려워진다. 그 때문에, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 절삭날(3)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

각도(θ)의 부의 값의 절대값이 커지면, 절삭날(3)은, 절삭 시에 절삭날(3)에 가해지는 주분력에 의해 손상되기 어려워진다. 한편으로, 각도(θ)의 부의 값의 절대값이 커질수록, 절삭날(3)의 절삭성은 나빠진다. 그 때문에, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서, 각도(θ)가 -20°이상 0°미만인 경우, 절삭날(3)의 내구성과 절삭성을 양립시킬 수 있다.

제2 레이크면(12)의 폭이 넓어질수록, 절삭날(3)은, 절삭 시에 절삭날(3)에 가해지는 주분력에 의해 손상되기 어려워진다. 한편으로, 제2 레이크면(12)의 폭이 넓어질수록, 절삭날(3)의 절삭성은 나빠진다. 제2 레이크면(12)은 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)에 형성되어 있기 때문에, 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층이 두꺼워질수록, 제2 레이크면(12)의 폭이 넓어진다. 그 때문에, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서, 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 두께가 4 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 경우에는, 절삭날(3)의 내구성과 절삭성을 양립시킬 수 있다.

또한, 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 두께가 4 ㎛ 미만이면, 다이아몬드층(5)이 깨지기 쉽다. 한편, 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 두께가 30 ㎛를 넘으면, 잔류 응력이 커서 박리하기 쉽다. 그 때문에, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서, 기재(4)의 여유면(2)측을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 두께가 4 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인 경우에는, 다이아몬드층(5)의 깨짐, 박리를 억제할 수 있다.

제1 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서, 절삭날(3) 선단의 곡률 반경(R1)이 0.1×h1 이하인 경우, 절삭날(3)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 절삭날(3)의 절삭성이 좋아져, 피삭재의 엣지 치핑을 더욱 억제할 수 있다.

(제2 실시형태)

이하에, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 구성에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 있어서는, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구와 상이한 점에 대해서 주로 설명하고, 동일한 설명은 반복하지 않는다.

도 8은 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 절삭날에 수직한 방향의 단면에 있어서의 단면도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구는, 기재(4)와, 다이아몬드층(5)을 가지고 있다. 제2 실시형태에 따른 절삭 공구는, 레이크면(1)과, 여유면(2)과, 절삭날(3)을 가지고 있다. 제2 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 레이크면(1)은, 제1 레이크면(11)과 제2 레이크면(12)을 가지고 있다. 이들 점에 있어서는, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구는, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구와 동일하다.

제1 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 다이아몬드층(5)은, 기재(4)의 꼭대기면(41)을 피복하지 않았다. 그러나, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 다이아몬드층(5)은, 기재(4)의 꼭대기면(41)을 피복하고 있다. 즉, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 제1 레이크면(11)이 다이아몬드층(5)에 의해 구성되어 있다. 또한, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 제2 레이크면(12)이, 기재(4)의 꼭대기면(41)을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)과 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)에 걸치도록 형성되어 있다. 이 점에서, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구는, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구와 상이하다.

기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)은, 두께(h2)를 가지고 있다. 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)은, 상기한 바와 같이, 두께(h1)를 가지고 있다. 두께(h2)는, 두께(h1)보다 얇게 되어 있다. 즉, 두께(h2)는, 0 ㎛<h2<4 ㎛로 되어 있다.

이하에, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법에 대해서 설명한다.

제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법은, 다이아몬드층 코팅 공정(S1)과, 다이아몬드층 제거 공정(S2)을 가지고, 다이아몬드층 제거 공정(S2)이, 레이크면 처리 공정(S21)과, 경사면 처리 공정(S22)을 포함하고 있는 점에서, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법과 동일하다.

도 9a는 레이크면 처리 공정이 행해진 후로서 경사면 처리 공정이 행해지기 전에 있어서의 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 단면도이다. 도 9a에 나타내는 바와 같이, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법에 있어서는, 레이크면 처리 공정(S21)에 있어서, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 전부가 제거되지 않는 점에 있어서, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법과 상이하다.

도 9b는 레이크면 처리 공정이 행해진 후로서 경사면 처리 공정이 행해지기 전에 있어서의 제2 실시형태의 제1 변형예에 따른 절삭 공구의 단면도이다. 도 9b에 나타내는 바와 같이, 레이크면 처리 공정(S21) 후에 있어서, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 표면은, 꼭대기면(41)에 대하여 경사져 있어도 좋다. 도 9c는 레이크면 처리 공정이 행해진 후로서 경사면 처리 공정이 행해지기 전에 있어서의 제2 실시형태의 제2 변형예에 따른 절삭 공구의 단면도이다. 도 9c에 나타내는 바와 같이, 레이크면 처리 공정(S21)은, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 선단 주변이 둥글게 된 부분이 제거되도록 행해져도 좋다.

이하에, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 효과에 대해서 설명한다.

도 4a에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 기재(4)와 기재(4)의 여유면(2)측을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 계면이, 노출되어 있다. 그 때문에, 기재(4)와 기재(4)의 여유면(2)측을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 계면을 기점으로 하여, 기재(4)의 여유면(2)측을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 박리가 생기기 쉽다.

한편으로, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]이 다이아몬드층(5)으로 피복되어 있고, 제2 레이크면(12)이 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)과 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)에 걸치도록 형성되어 있기 때문에, 기재(4)와 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 계면이 노출되지 않는다. 그 때문에, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)과 기재(4)의 경계의 마모가 억제되어, 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)과 기재(4)의 경계에의 집중적인 부하가 분산됨으로써, 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 박리가 생기기 어렵다. 즉, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구에 따르면, 기재(4)의 여유면(2)측의 면을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 여유면 박리를 억제할 수 있다.

또한, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]이 다이아몬드층(5)에 의해 피복되어 있기 때문에, 피삭재의 칩이 기재(4)의 레이크면(1)측과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 레이크면의 마모를 억제할 수 있다.

(제3 실시형태)

이하에, 제3 실시형태에 따른 절삭 공구의 구성에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 있어서는, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 구성과 상이한 점에 대해서 주로 설명하고, 동일한 설명은 반복하지 않는다.

도 10a는 제3 실시형태에 따른 절삭 공구의 절삭날에 수직한 방향의 단면에 있어서의 단면도의 일례이다. 도 10b는 제3 실시형태에 따른 절삭 공구의 절삭날에 수직한 방향의 단면에 있어서의 단면도의 다른 예이다. 도 10a 및 도 10b에 나타내는 바와 같이, 제3 실시형태에 따른 절삭 공구는, 기재(4)와, 다이아몬드층(5)을 가지고 있다. 또한, 제3 실시형태에 따른 절삭 공구는, 레이크면(1)과, 여유면(2)과, 절삭날(3)을 가지고 있다. 또한, 제3 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]이, 다이아몬드층(5)에 의해 피복되어 있다. 이들 점에 있어서는, 제3 실시형태에 따른 절삭 공구는, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구와 동일하다.

제3 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 제1 레이크면(11)이 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]에 대하여 경사져 있다는 점에 있어서, 제3 실시형태에 따른 절삭 공구는, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구와 상이하다. 보다 구체적으로는, 제1 레이크면(11)은, 제2 레이크면(12)으로부터 멀어짐에 따라, 기재(4)에 근접하도록 경사져 있다.

제1 레이크면(11)은, 폭(W)을 가지고 있다. 폭(W)은, 절삭날(3)에 수직한 방향에 있어서의 폭이다.

제3 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 레이크면(1)은, 제3 레이크면(13)을 가지고 있다. 제3 레이크면(13)은, 제2 레이크면(12)과의 사이에서 제1 레이크면(11)을 사이에 끼고 있는 위치에 배치되어 있다. 도 10a에 있어서는, 제3 레이크면(13)은 다이아몬드층(5)에 의해 피복되어 있지 않고, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]에 의해 구성되어 있지만, 도 10b에 나타내는 바와 같이, 제3 레이크면(13)은 다이아몬드층(5)에 의해 구성되어 있어도 좋다.

도 11은 제3 실시형태의 제1 변형예에 따른 절삭 공구의 절삭날에 수직한 방향에 있어서의 단면도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 제3 실시형태의 제1 변형예에 따른 절삭 공구에 있어서, 레이크면(1)은, 제4 레이크면(14)을 더 가지고 있다. 제4 레이크면(14)은, 제1 레이크면(11)과 제2 레이크면(12) 사이에 배치되어 있다. 즉, 제1 레이크면(11)과 제2 레이크면(12)은, 연속하지 않아도 좋다. 제4 레이크면(14)은, 예컨대, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]과 평행으로 되어 있다. 제4 레이크면(14)은, 예컨대, 제2 레이크면(12)으로부터 멀어짐에 따라 기재(4)에 근접하도록 경사져 있어도 좋다.

도 12는 제3 실시형태의 제2 변형예에 따른 절삭 공구의 절삭날에 수직한 방향에 있어서의 단면도이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 제3 실시형태의 제2 변형예에 따른 절삭 공구에 있어서는, 제1 레이크면(11)의 폭(W)은, 100 ㎛ 이상이다.

이하에, 제3 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법에 대해서 설명한다.

제3 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법은, 다이아몬드층 코팅 공정(S1)과, 다이아몬드층 제거 공정(S2)을 가지고, 다이아몬드층 제거 공정(S2)이, 레이크면 처리 공정(S21)과, 경사면 처리 공정(S22)을 포함하고 있는 점에서, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법과 동일하다.

또한, 제3 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법에 있어서는, 레이크면 처리 공정(S21)에 있어서, 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)]을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 일부만을 제거하는 점에 있어서도, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법과 동일하다.

도 13은 레이크면 처리 공정이 행해진 후로서 경사면 처리 공정이 행해지기 전에 있어서의 제3 실시형태에 따른 절삭 공구의 단면도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 제3 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법은, 공구의 선단으로부터 멀어짐에 따라 기재(4)측에 근접하는 경사를 갖도록 기재(4)의 레이크면(1)측의 면[꼭대기면(41)] 상에 성막된 다이아몬드층(5)을 잔존시키는 점에서, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구의 제조 방법과 상이하다.

이하에, 제3 실시형태에 따른 절삭 공구의 효과에 대해서 설명한다.

제3 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서는, 제1 레이크면(11)이, 제2 레이크면(12)으로부터 멀어짐에 따라 기재(4)에 근접하도록 경사져 있기 때문에, 제1 레이크면(11)이, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구와 비교하여, 보다 기재(4)측으로 움패 있다.

그 결과, 피삭재의 칩이 제1 레이크면(11) 위를 통과하고자 할 때에, 피삭재의 칩이 크게 굽어, 미세하게 분단된다. 즉, 제1 레이크면(11)이, 일종의 칩 브레이커로서 기능한다. 그 때문에, 제3 실시형태에 따른 절삭 공구에 따르면, 피삭재의 칩이 피삭재를 상처 입히는 것을 억지할 수 있다. 즉, 제3 실시형태에 따른 절삭 공구에 따르면, 피삭재의 가공면의 광택의 열화를 억제할 수 있다.

제3 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서, 제3 레이크면(13)이 다이아몬드층(5)에 의해 구성되어 있는 경우, 피삭재의 칩이 기재(4)에 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 이 경우에는, 레이크면 마모를 저감할 수 있다.

제3 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서, 제1 레이크면(11)의 폭(W)이 100 ㎛ 이상인 경우, 피삭재의 칩이 기재(4)에 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 이 경우에는, 레이크면 마모를 저감할 수 있다.

제3 실시형태에 따른 절삭 공구에 있어서, 제4 레이크면(14)이 마련되어 있는 경우도, 동일한 효과를 발휘한다.

(절삭 시험 결과)

이하에, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구 및 제3 실시형태에 따른 절삭 공구를 이용한 절삭 시험의 결과에 대해서 설명한다.

이 절삭 시험에 있어서는, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구 및 제3 실시형태에 따른 절삭 공구를 이용하여, 10 ㎜의 직경을 갖는 반구의 가공을 행하였다.

이 절삭 시험에 있어서는, 축 방향으로의 절입을 0.1 ㎜로 하고, 직경 방향으로의 절입을 0.3 ㎜로 하였다. 이 절삭 시험에 있어서는, 공구 회전수를 20000회전/분, 이송량을 200 m/분으로 하였다. 이 절삭 시험에 있어서는, 피삭재로서 스미토모덴코하드메탈 가부시키가이샤 제조의 초경 판재 AF1을 이용하였다. 이 절삭 가공 중에는, 절삭 부분 근방에 에어 블로우가 행해졌다.

표 1에, 비교예의 절삭 공구 및 샘플 1∼7의 절삭 공구의 제작 조건과 이 절삭 시험의 시험 결과를 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 샘플 1∼7의 절삭 공구는, 절삭 공구가 가공 불능해질 때까지의 동안에 적어도 7 구멍 이상의 반구를 가공할 수 있었다. 한편, 제2 레이크면(12)을 가지고 있지 않은 비교예에 따른 절삭 공구에 있어서는, 절삭 공구가 가공 불능해지기까지의 동안에 6 구멍의 반구밖에 가공할 수 없었다.

샘플 1∼7의 절삭 공구는, 1 구멍당의 평균 엣지 치핑수가 10개 이하였다. 한편, 비교예에 따른 절삭 공구에 있어서, 1 구멍당의 평균 엣지 치핑수가 30개였다.

이들로부터, 제1 실시형태에 따른 절삭 공구, 제2 실시형태에 따른 절삭 공구 및 제3 실시형태에 따른 절삭 공구는, 제2 레이크면(12)을 가짐으로써, 절삭날의 내구성이 향상되어, 피삭재의 엣지 치핑을 억제할 수 있는 것이 분명해졌다.

절삭날(3) 선단의 곡률 반경(R1)이 0.1×h1 이하인 샘플 3∼5에 있어서는, 절삭날(3) 선단의 곡률 반경(R1)이 0.1×h1 이상인 샘플 1 및 6∼7과 비교하여, 절삭 공구가 가공 불능해지기까지의 동안에 가공할 수 있었던 구멍의 수 및 1 구멍당의 평균 엣지 치핑수에 관해서, 보다 우수한 결과를 나타내는 경향이 있었다.

이것으로부터, 절삭날(3) 선단의 곡률 반경(R1)이 0.1×h1 이하임으로써, 절삭날(3)이 샤프해져, 피삭재의 엣지 치핑을 억제할 수 있는 것이 분명해졌다.

기재(4)의 여유면(2)측을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 두께(h1)가 4 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하의 범위에 있는 샘플 1∼5에 있어서는, 기재(4)의 여유면(2)측을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 두께(h1)가 4 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하의 범위에 없는 샘플 6∼7과 비교하여, 절삭 공구가 가공 불능해지기까지의 동안에 가공할 수 있었던 구멍의 수 및 1 구멍당의 평균 엣지 치핑수에 관해서, 보다 우수한 결과를 나타내는 경향이 있었다.

이것으로부터, 기재(4)의 여유면(2)측을 피복하고 있는 다이아몬드층(5)의 두께(h1)가 4 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하의 범위에 있음으로써, 절삭날의 내구성과 절삭성을 양립시킬 수 있음이 분명해졌다.

이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시로서, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기 실시형태가 아니라 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1 레이크면, 11 제1 레이크면, 12 제2 레이크면, 13 제3 레이크면, 14 제4 레이크면, 2 여유면, 3 절삭날, 4 기재, 41 꼭대기면, 5 다이아몬드층, 6 선단부, 7 보디부, 8 섕크부, S1 다이아몬드층 코팅 공정, S2 다이아몬드층 제거 공정, S21 레이크면 처리 공정, S22 경사면 처리 공정, W 폭, h1, h2 두께, R1, R2 곡률 반경, θ 각도.

Claims

기재와,
상기 기재를 피복하고 있는 다이아몬드층
을 포함하는 절삭 공구로서,
상기 절삭 공구는, 레이크면과, 상기 레이크면에 연속하는 여유면과, 상기 레이크면과 상기 여유면의 능선에 의해 구성되는 절삭날을 가지며,
상기 레이크면은, 제1 레이크면과, 상기 제1 레이크면과 상기 여유면 사이에 배치되어 있는 제2 레이크면을 가지며,
상기 제2 레이크면과 상기 기재의 상기 레이크면측의 면이 이루는 각도는 부각이고,
상기 제2 레이크면은 상기 다이아몬드층에 형성되어 있는, 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 기재의 상기 레이크면측의 면은 상기 다이아몬드층에 의해 피복되어 있고,
상기 제2 레이크면은 상기 기재의 상기 여유면측의 면을 피복하고 있는 상기 다이아몬드층과 상기 기재의 상기 레이크면측의 면을 피복하고 있는 상기 다이아몬드층에 걸쳐 형성되어 있는, 절삭 공구.
제2항에 있어서, 상기 제1 레이크면은 상기 제2 레이크면으로부터 멀어짐에 따라 상기 기재에 근접하도록 경사져 있는, 절삭 공구.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 레이크면과 상기 기재의 상기 레이크면측의 면이 이루는 각도는 -20°이상 0°미만인, 절삭 공구.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재의 상기 여유면측의 면을 피복하고 있는 상기 다이아몬드층의 두께는 4 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하인, 절삭 공구.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절삭날의 선단의 곡률 반경은, 상기 기재의 상기 여유면측의 면을 피복하고 있는 상기 다이아몬드층의 두께에 0.1을 곱한 값 이하인, 절삭 공구.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이아몬드층은 상기 기재와 반대측의 면에 있어서 클러스터형으로 되어 있는, 절삭 공구.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재의 선단의 곡률 반경은, 상기 절삭날의 선단의 곡률 반경보다 큰, 절삭 공구.
제8항에 있어서, 상기 기재의 선단의 곡률 반경은 0.5 ㎛ 이상 15 ㎛ 이하인, 절삭 공구.