KR20230026976A

KR20230026976A - 공구 및 공구의 제조 방법

Info

Publication number: KR20230026976A
Application number: KR1020227010106A
Authority: KR
Inventors: 린타로 스기모토; 다카시 하라다; 사토루 구키노; 다이스케 히가시; 나오키 와타노베; 마유카 세가와
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤; 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2021-06-14
Publication date: 2023-02-27
Also published as: CN114450123A; JP7362925B2; US20220339719A1; EP4169643A4; JPWO2021261316A1; WO2021261316A1; EP4169643A1; TW202204069A

Abstract

본 개시의 공구는 선단부를 구비하고 있다. 선단부는 표면을 갖는다. 표면의 적어도 일부는, 복수의 돌출부와, 인접하는 2개의 돌출부의 끝이 서로 접촉함으로써 형성되는 제1 오목부와, 제1 오목부와는 별개의 제2 오목부를 포함한다. 제2 오목부는 돌출부 내에 또는 인접하는 2개의 돌출부에 걸치도록 형성되어 있다.

Description

공구 및 공구의 제조 방법

본 개시는 공구 및 공구의 제조 방법에 관한 것이다.

본 출원은 2020년 6월 22일에 출원한 국제출원인 PCT/JP2020/024463, PCT/JP2020/024464 및 PCT/JP2020/024465에 기초한 우선권을 주장한다. 이 출원에 기재된 모든 기재 내용은 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.

특허문헌 1(일본 특허공개 2017-119333호 공보)에는 볼 엔드밀이 기재되어 있다. 특허문헌 1의 볼 엔드밀은 본체부와 블레이드부를 갖고 있다. 블레이드부는 본체부의 선단에 부착되어 있다. 블레이드부는 다이아몬드 입자 및 결합재를 포함하는 다이아몬드 소결체에 의해 형성되어 있다. 블레이드부는 반구 형상을 갖고 있다. 블레이드부의 표면은 오목부와 볼록부를 포함하고 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개 2017-119333호 공보

[도 1] 도 1은 볼 엔드밀(100)의 측면도이다.
[도 2] 도 2는 도 1의 영역 II에 있어서의 확대도이다.
[도 3] 도 3은 볼 엔드밀(100)에 있어서의 부분 구면(球面)(21a)의 모식적인 평면도이다.
[도 4] 도 4는 도 3의 IV-IV에 있어서의 단면도이다.
[도 5] 도 5는 볼 엔드밀(100)의 제조 방법을 도시하는 공정도이다.
[도 6] 도 6은 볼 엔드밀(200)에 있어서의 부분 구면(21a)의 모식적인 평면도이다.
[도 7] 도 7은 도 6의 VII-VII에 있어서의 단면도이다.
[도 8] 도 8은 볼 엔드밀(200)의 제조 방법을 도시하는 공정도이다.
[도 9] 도 9는 볼 엔드밀(200A)의 선단부(20) 근방의 확대 측면도이다.
[도 10] 도 10은 절삭 인서트(300)의 사시도이다.
[도 11] 도 11은 절삭 인서트(300)의 선단부(20)에 있어서의 단면도이다.
[도 12] 도 12는 절삭 인서트(300)의 제조 방법을 도시하는 공정도이다.
[도 13] 도 13은 래디우스 엔드밀(400)의 측면도이다.
[도 14] 도 14는 스타일러스(500)의 측면도이다.
[도 15] 도 15는 볼 엔드밀(600)에 있어서의 부분 구면(21a)의 모식적인 평면도이다.
[도 16] 도 16은 도 15의 XVI-XVI에 있어서의 단면도이다.
[도 17] 도 17은 제2 오목부(24)의 길이 방향에 직교하는 단면에 있어서의 측정 대상 부분의 모식적인 단면 곡선이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

본 발명자들이 알아낸 지견에 따르면, 특허문헌 1에 기재된 볼 엔드밀은 워크와의 접촉성에 관해서 개선의 여지가 있다.

본 개시는 상기와 같은 종래 기술의 문제점에 감안하여 이루어진 것이다. 보다 구체적으로 본 개시는 워크와의 접촉성이 개선된 공구를 제공한다.

[본 개시의 효과]

본 개시의 공구에 의하면 워크와의 접촉성을 개선할 수 있다.

[본 개시의 실시형태의 설명]

우선, 본 개시의 실시형태를 열거하여 설명한다.

(1) 본 개시의 일 양태에 따른 공구는 선단부를 구비하고 있다. 선단부는 표면을 갖는다. 표면의 적어도 일부는, 복수의 돌출부와, 인접하는 2개의 돌출부의 끝이 서로 접촉함으로써 형성되는 제1 오목부와, 제1 오목부와는 별개의 제2 오목부를 포함한다. 제2 오목부는 돌출부 내에 또는 인접하는 2개의 돌출부에 걸치도록 형성되어 있다. 상기 (1)의 공구에 의하면 워크와의 접촉성을 개선할 수 있다.

(2) 상기 (1)의 공구에서는, 제2 오목부의 깊이가 0.5 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하 라도 좋다. 이 경우에는 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)의 공구에서는, 제2 오목부의 길이 방향에 있어서의 길이가, 제2 오목부의 깊이에 제2 오목부의 측면의 경사 각도의 정현의 2배를 곱한 값 이상 100 ㎛ 이하라도 좋다. 이 경우에는 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다.

(4) 상기 (1) 내지 (3)의 공구에서는, 제2 오목부의 측면의 경사 각도가 0° 초과 45° 이하라도 좋다. 이 경우에는 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다.

(5) 상기 (1) 내지 (4)의 공구에서는, 표면에 있어서의 제2 오목부의 면적 비율이 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하라도 좋다. 이 경우에는 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다.

(6) 상기 (1) 내지 (5)의 공구는 워크의 표면거칠기 또는 형상을 측정하기 위한 측정 공구라도 좋다.

(7) 상기 (1) 내지 (5)의 공구는 워크를 가공하기 위한 가공 공구라도 좋다.

(8) 상기 (7)의 공구에서는, 표면이 부분 구면을 포함하고 있어도 좋다. 공구는 부분 구면의 중심을 지나는 회전축 둘레로 회전됨으로써 워크의 가공을 행하여도 좋다.

(9) 상기 (8)의 공구에서는, 제2 오목부의 폭 방향이 회전축 둘레의 원주 방향을 따르고 있어도 좋다.

(10) 상기 (7) 내지 (9)의 공구에서는, 표면이 홈과 홈 및 부분 구면의 능선에 형성된 절삭날을 포함하고 있어도 좋다.

(11) 상기 (1) 내지 (5)의 공구는 워크의 절삭을 행하기 위한 절삭 공구라도 좋다. 표면은, 경사면과, 경사면에 연속해 있는 여유면과, 경사면 및 여유면의 능선에 형성된 절삭날을 포함하고 있어도 좋다.

(12) 상기 (7) 내지 (11)의 공구에서는, 돌출부의 높이가 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하라도 좋다. 이 경우에는 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다.

(13) 상기 (7) 내지 (12)의 공구에서는, 돌출부에 있어서의 표면의 산술 평균 높이가 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하라도 좋다. 이 경우에는 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다.

(14) 상기 (7) 내지 (13)의 공구에서는, 돌출부 및 제1 오목부가 형성되어 있는 표면 부분에 있어서의 왜곡도 파라미터(skewness parameter)가 0 미만이라도 좋다. 이 경우에는 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다.

(15) 상기 (1) 내지 (14)의 공구에서는, 선단부가 나노 다결정 다이아몬드에 의해 형성되어 있어도 좋다.

(16) 상기 (15)의 공구에서는, 나노 다결정 다이아몬드가 장주기형 주기표의 13족 또는 15족에 속하는 원자를 포함하고 있어도 좋다.

(17) 상기 (1) 내지 (14)의 공구에서는, 선단부가 바인더리스 입방정 질화붕소에 의해 형성되어 있어도 좋다.

(18) 본 개시의 일 양태에 따른 공구의 제조 방법은, 나노 다결정 다이아몬드에 의해 형성된 선단부를 준비하는 공정과, 레이저를 조사함으로써 선단부의 표면의 적어도 일부에 복수의 돌출부를 형성하는 공정을 구비하고 있다. 인접하는 2개의 돌출부의 끝이 접함으로써, 선단부의 표면의 일부에 제1 오목부가 형성된다. 공구의 제조 방법은, 레이저를 조사함으로써, 돌출부 내에 또는 인접하는 2개의 돌출부에 걸치도록 제2 오목부를 형성하는 공정을 더 구비하고 있다.

(19) 상기 (18)의 공구의 제조 방법에 있어서, 레이저를 조사함으로써, 선단부의 표면에, 경사면 및 경사면에 연속해 있는 여유면을 형성하는 공정을 더 구비하고 있어도 좋다.

[본 개시의 실시형태의 상세]

이어서, 본 개시의 실시형태의 상세한 점을 도면을 참조하면서 설명한다. 이하의 도면에서는 동일하거나 또는 상당하는 부분에 동일한 참조 부호를 붙여 중복되는 설명은 반복하지 않는다.

(제1 실시형태)

이하에 제1 실시형태에 따른 공구의 구성을 설명한다. 제1 실시형태에 따른 공구는 워크에 대한 절삭 가공을 행하기 위한 절삭 공구이다. 보다 구체적으로 제1 실시형태에 따른 공구는 볼 엔드밀(100)이다. 이 워크는 예컨대 초경합금제이다.

도 1은 볼 엔드밀(100)의 측면도이다. 도 2는 도 1의 영역 II에 있어서의 확대도이다. 도 1 및 도 2에 도시하는 것과 같이, 볼 엔드밀(100)은 회전축(A)을 갖고 있다. 볼 엔드밀(100)은 회전축(A) 둘레로 회전됨으로써 워크에 대한 가공을 행한다. 볼 엔드밀(100)은 본체부(10)와 선단부(20)를 갖고 있다.

본체부(10)는 예컨대 초경합금에 의해 형성되어 있다. 본체부(10)는, 회전축(A)을 따르는 방향에 있어서, 제1 엔드(10a)와 제2 엔드(10b)를 갖고 있다. 제2 엔드(10b)는 제1 엔드(10a)의 반대측의 끝이다. 본체부(10)는 섕크(11)와 네크(12)를 갖고 있다. 섕크(11)는 제1 엔드(10a) 측에 있고, 네크(12)는 제2 엔드(10b) 측에 있다.

섕크(11)는 회전축(A)을 따라 연장되어 있다. 섕크(11)는, 회전축(A)을 따르는 방향에 있어서, 제1 엔드(11a)와 제2 엔드(11b)를 갖고 있다. 제1 엔드(11a)는 제1 엔드(10a)에 일치하고 있다. 제2 엔드(11b)는 제1 엔드(11a)의 반대측의 끝이다. 섕크(11)는 회전축(A)에 직교하는 단면에서 봤을 때 원형 형상이다.

네크(12)는 회전축(A)을 따라 제2 엔드(11b)로부터 연장되어 있다. 네크(12)는, 회전축(A)을 따르는 방향에 있어서, 제1 엔드(12a)와 제2 엔드(12b)를 갖고 있다. 제1 엔드(12a)는 섕크(11) 측의 끝이다. 제2 엔드(12b)는 제1 엔드(12a)의 반대측의 끝이며, 제2 엔드(10b)에 일치하고 있다. 네크(12)는 회전축(A)에 직교하는 단면에서 봤을 때 원형 형상이다. 회전축(A)에 직교하는 단면에서 봤을 때, 네크(12)의 단면적은 섕크(11)의 단면적보다도 작다.

선단부(20)는 예컨대 브레이징에 의해 본체부(10)에 부착되어 있다. 보다 구체적으로 선단부(20)는 접속층(13)을 통해 제2 엔드(10b)에 부착되어 있다. 접속층(13)은 브레이징 재료이다.

선단부(20)는 나노 다결정 다이아몬드에 의해 형성되어 있다. 나노 다결정 다이아몬드는 복수의 다이아몬드 결정립을 포함하고 있다. 나노 다결정 다이아몬드의 잔부에는, 그래파이트 및 불가피 불순물이 포함되어 있어도 좋지만, 바인더는 포함되어 있지 않는다. 즉, 나노 다결정 다이아몬드 내에 있어서, 복수의 다이아몬드 결정립 각각은 서로 직접 결합되어 있다. 불가피 불순물의 양은 적을수록 바람직하지만, 전체 질량에 대하여 몇 퍼센트 포함되는 경우가 있다.

나노 다결정 다이아몬드 내에 있어서, 다이아몬드 결정립의 평균 입경은 1 ㎛ 미만이다. 나노 다결정 다이아몬드 내에 있어서, 다이아몬드 결정립의 평균 입경은 10 nm 이상 500 nm 이하인 것이 바람직하다. 나노 다결정 다이아몬드 내에 있어서, 다이아몬드 결정립의 평균 입경은 100 nm 이상 500 nm 이하라도 좋고, 100 nm 이상 300 nm 이하라도 좋다.

나노 다결정 다이아몬드 내에 있어서의 다이아몬드 결정립의 평균 입경은, 선단부(20)의 표면을 정밀 연마한 다음에, 예컨대 닛폰덴시사 제조 JSM-7800F 등의 전자현미경을 이용하여, 입계가 보이는 관찰 조건을 설정하고, 반사전자현미경 이미지를 취득하고, 화상 해석함으로써 측정할 수 있다.

나노 다결정 다이아몬드에는 장주기형 주기표의 13족 또는 15족에 속하는 원자가 포함되어 있는 것이 바람직하다. 장주기형 주기표의 13족에 속하는 원자는 예컨대 붕소 원자이다. 장주기형 주기표의 15족에 속하는 원자는 예컨대 질소 원자이다. 나노 다결정 다이아몬드는 장주기형 주기표의 13족 또는 15족에 속하는 원자가 첨가되어 있음으로써 도전성이 부여된다.

선단부(20)는 바인더리스 입방정 질화붕소에 의해 형성되어 있어도 좋다. 바인더리스 입방정 질화붕소는 복수의 입방정 질화붕소 결정립을 포함하고 있다. 바인더리스 입방정 질화붕소의 잔부에는, 다른 결정 구조를 갖는 질화붕소(우르츠광형 질화붕소, 육방정 질화붕소) 및 불가피 불순물이 포함되어 있어도 좋지만, 바인더는 포함되어 있지 않다. 즉, 바인더리스 입방정 질화붕소 내에 있어서, 복수의 입방정 질화붕소 결정립 각각은 서로 직접 결합되어 있다. 또한, 다른 결정 구조를 갖는 질화붕소(우르츠광형 질화붕소, 육방정 질화붕소) 및 불가피 불순물의 양은 적을수록 바람직하지만, 전체 질량에 대하여 몇 퍼센트 포함되는 경우가 있다.

바인더리스 입방정 질화붕소 내에 있어서, 입방정 질화붕소 결정립의 평균 입경은 1 ㎛ 미만이다. 바인더리스 입방정 질화붕소 내에 있어서, 입방정 질화붕소 결정립의 평균 입경은 10 nm 이상 500 nm 이하인 것이 바람직하다. 바인더리스 입방정 질화붕소 내에 있어서, 입방정 질화붕소 결정립의 평균 입경은 100 nm 이상500 nm 이하라도 좋고, 100 nm 이상 300 nm 이하라도 좋다. 또한, 입방정 질화붕소 결정립의 평균 입경은 다이아몬드 결정립의 평균 입경과 같은 방법에 의해 측정된다.

선단부(20)는 표면(21)을 갖고 있다. 선단부(20)는 반구 형상을 갖고 있다. 즉, 표면(21)에는 부분 구면(21a)이 포함되어 있다. 선단부(20)를 구성하고 있는 반구의 직경을 직경(R)으로 한다. 볼 엔드밀(100)에 의해 워크의 가공이 이루어지고 있을 때, 표면(21)(부분 구면(21a))은 워크에 접촉한다.

표면(21)은 홈(21b)을 포함하고 있다. 표면(21)은 홈(21b)에 있어서 움푹 들어가 있다. 홈(21b)은 표면(21)의 중앙부 부근으로부터 방사상으로 연장되어 있다. 홈(21b)과 부분 구면(21a)의 능선은 절삭날(21c)로 되어 있다. 부분 구면(21a)은 여유면으로 되어 있다. 절삭날(21c)에 연속해 있는 홈(21b)의 표면은 경사면으로 되어 있다.

도 3은 볼 엔드밀(100)에 있어서의 부분 구면(21a)의 모식적인 평면도이다. 도 4는 도 3의 IV-IV에 있어서의 단면도이다. 도 3 및 도 4에 도시하는 것과 같이, 부분 구면(21a)에는 복수의 돌출부(22)가 형성되어 있다. 부분 구면(21a)은 돌출부(22)에 있어서 움푹 들어가 있다.

도 3의 예에서는, 돌출부(22)는, 평면에서 봤을 때(부분 구면(21a)에 직교하는 방향에서 봤을 때) 육각형 형상을 갖고 있지만, 돌출부(22)의 평면 형상은 이것에 한정되지 않는다. 돌출부(22)는 예컨대 부분 구면(21a) 전면에 걸쳐 형성되어 있다. 돌출부(22)는 부분 구면(21a)의 일부에만 형성되어 있어도 좋다.

부분 구면(21a)에는 제1 오목부(23)가 형성되어 있다. 제1 오목부(23)는 인접하는 2개의 돌출부(22)의 끝이 접함으로써 형성되어 있다.

돌출부(22)는 높이(H)를 갖고 있다. 높이(H)는 돌출부(22)의 선단과 제1 오목부(23)의 바닥과의 사이의 거리이다. 높이(H)는 바람직하게는 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하이다.

돌출부(22)에 있어서의 부분 구면(21a)의 산술 평균 높이(Sa)는 바람직하게는 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하이다. 돌출부(22)에 있어서의 부분 구면(21a)의 산술 평균 높이는 JIS 규격(JIS B 0681-2:2018)에 따라서 측정된다.

돌출부(22) 및 제1 오목부(23)가 형성되어 있는 부분에 있어서의 부분 구면(21a)의 왜곡도(Ssk)는 0 미만(음의 값)인 것이 바람직하다. 돌출부(22) 및 제1 오목부(23)가 형성되어 있는 부분에 있어서의 부분 구면(21a)의 왜곡도는 JIS 규격(JIS B 0681-2:2018)에 따라서 측정된다.

이하에 볼 엔드밀(100)의 제조 방법을 설명한다. 도 5는 볼 엔드밀(100)의 제조 방법을 도시하는 공정도이다. 도 5에 도시하는 것과 같이, 준비 공정(S1)과 접합 공정(S2)과 돌출부 형성 공정(S3)을 갖고 있다.

준비 공정(S1)에서는 본체부(10) 및 선단부(20)를 구성하는 부재가 준비된다. 또한, 준비 공정(S1)에 있어서 준비되는 선단부(20)의 표면(21)(부분 구면(21a))에는 돌출부(22) 및 제1 오목부(23)가 형성되어 있지 않다. 접합 공정(S2)에서는 예컨대 브레이징에 의해 본체부(10)와 선단부(20)의 접합이 이루어진다.

돌출부 형성 공정(S3)에서는 돌출부(22)가 형성된다. 돌출부(22)는 레이저를 표면(21)(부분 구면(21a))에 조사함으로써 형성된다. 제1 오목부(23)는, 인접하는 2개의 돌출부(22)의 끝이 서로 접함으로써 형성되기 때문에, 돌출부 형성 공정(S3)에서 돌출부(22)가 형성됨으로써 제1 오목부(23)도 형성된다.

이하에 볼 엔드밀(100)의 효과를 설명한다.

볼 엔드밀(100)에서는 2개의 돌출부(22)의 끝이 접함으로써 제1 오목부(23)가 형성되고 있다. 그 때문에, 워크의 가공을 행할 때에, 워크로부터 발생하는 절삭 부스러기 등이 제1 오목부(23)에 구속되기 어려워, 표면(21)에 용착이 생기기 어렵다. 그 결과, 워크를 가공할 때의 접촉 저항이 저감되어, 공구 수명이 개선되게 된다.

높이(H)를 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하로 함으로써, 워크로부터 발생하는 절삭 부스러기 등이 제1 오목부(23)에 더욱 구속되기 어렵게 되는 결과, 워크를 가공할 때의 접촉 저항이 더욱 저감됨과 더불어 공구 수명이 더욱 개선된다.

돌출부(22) 및 제1 오목부(23)가 형성되어 있는 부분에 있어서의 부분 구면(21a)의 왜곡도가 0 미만인 경우, 워크로부터 발생하는 절삭 부스러기 등이 제1 오목부(23)에 더욱 구속되기 어렵게 되는 결과, 워크를 가공할 때의 접촉 저항이 더욱 저감됨과 더불어 공구 수명이 더욱 개선된다.

돌출부(22)에 있어서의 부분 구면(21a)의 산술 평균 높이가 작아질수록 돌출부(22)에 용착이 발생하기 어렵게 된다. 그 때문에, 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이를 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하로 함으로써, 워크를 가공할 때의 접촉 저항이더욱 저감됨과 더불어 공구 수명이 더욱 개선된다.

(제2 실시형태)

이하에 제2 실시형태에 따른 공구의 구성을 설명한다. 제2 실시형태에 따른 공구는 워크에 대한 가공을 행하기 위한 가공 공구이다. 보다 구체적으로 제2 실시형태에 따른 공구는 볼 엔드밀(200)이다. 여기서는, 볼 엔드밀(100)의 구성과 다른 점을 주로 설명하고, 중복되는 설명은 반복하지 않는다.

볼 엔드밀(200)은 본체부(10)와 선단부(20)를 갖고 있다. 본체부(10)는 섕크(11)과 네크(12)를 갖고 있다. 선단부(20)는 표면(21)을 갖고 있다. 표면(21)은 부분 구면(21a)을 포함하고 있다. 부분 구면(21a)에는 돌출부(22) 및 제1 오목부(23)가 형성되어 있다. 이들 점에 관해서 볼 엔드밀(200)의 구성은 볼 엔드밀(100)의 구성과 공통되어 있다.

도 6은 볼 엔드밀(200)에 있어서의 부분 구면(21a)의 모식적인 평면도이다. 도 7은 도 6의 VII-VII에 있어서의 단면도이다. 부분 구면(21a)에는, 도 6 및 도 7에 도시하는 것과 같이, 제2 오목부(24)가 추가로 형성되어 있다. 이들 점에 관해서 볼 엔드밀(200)의 구성은 볼 엔드밀(100)의 구성과 다르다.

제2 오목부(24)는 제1 오목부(23)와는 별개의 오목부이다. 제2 오목부(24)에 있어서 부분 구면(21a)은 움푹 들어가 있다. 제2 오목부(24)는 예컨대 돌출부(22) 내에 형성되어 있다. 제2 오목부(24)의 깊이를 깊이(D)로 한다. 깊이(D)는 1.0 ㎛ 이상이다. 깊이(D)는 예컨대 20 ㎛ 이하이다.

평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 원상당경(equivalent circle diameter)은 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 원상당경은 평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 면적을 π/4로 나눈 값의 평방근이다. 표면(21)에 있어서의 제2 오목부(24)의 면적 비율은 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하인 것이 바람직하다. 표면(21)에 있어서의 제2 오목부(24)의 면적 비율은, 제2 오목부(24)가 형성되어 있는 표면(21)의 면적을 돌출부(22) 및 제1 오목부(23)가 형성되어 있는 표면(21)의 면적으로 나눈 값이다.

이하에 볼 엔드밀(200)의 제조 방법을 설명한다. 여기서는, 볼 엔드밀(100)의 제조 방법과 다른 점을 주로 설명하고, 중복되는 설명은 반복하지 않는 것으로 한다.

도 8은 볼 엔드밀(200)의 제조 방법을 도시하는 공정도이다. 도 8에 도시하는 것과 같이, 볼 엔드밀(200)의 제조 방법은 준비 공정(S1)과 접합 공정(S2)과 돌출부 형성 공정(S3)을 갖고 있다. 이 점에 관해서 볼 엔드밀(200)의 제조 방법은 볼 엔드밀(100)의 제조 방법과 다르다.

볼 엔드밀(200)의 제조 방법은 제2 오목부 형성 공정(S4)를 추가로 갖고 있다. 이 점에 관해서 볼 엔드밀(200)의 제조 방법은 볼 엔드밀(100)의 제조 방법과 다르다.

제2 오목부 형성 공정(S4)에서는 제2 오목부(24)의 형성이 이루어진다. 제2 오목부(24)의 형성에 있어서는, 첫째로 금속 분말이 표면(21)(부분 구면(21a))에 배치된다. 이 금속 분말에는 다이아몬드와 친화성이 높은 금속(예컨대 철, 코발트, 니켈)이 선택된다.

둘째로, 표면(21)을 가열함으로써, 상기한 금속 분말과 선단부(20) 중에 포함되어 있는 다이아몬드를 반응시킨다. 그 결과, 상기한 금속 분말이 부착되어 있던 부분의 표면(21)으로부터 다이아몬드가 제거되어, 제2 오목부(24)가 형성된다.

상기한 제2 오목부(24)의 형성 방법으로부터 분명한 것과 같이, 제2 오목부(24)의 원상당경은 상기 배치하는 금속 분말의 입경을 조정함으로써 변경할 수 있고, 제2 오목부(24)의 면적 비율은 상기 배치하는 금속 분말의 양을 조정함으로써 변경할 수 있다. 또한, 제2 오목부(24)의 형성 방법은 상기한 예에 한정되지 않는다. 제2 오목부(24)는 예컨대 표면(21)(부분 구면(21a))에 대하여 레이저를 조사함으로써 형성되어도 좋다.

이하에 볼 엔드밀(200)의 효과를 설명한다. 여기서는 볼 엔드밀(100)의 효과와 다른 점을 주로 설명하고, 중복되는 설명은 반복하지 않는다.

볼 엔드밀(200)에서는 제2 오목부(24) 및 절삭날(21c)이 동시에 절삭날로서 작용한다. 이 크고 작은 절삭날에 의해, 마치 연삭에 의한 가공과 같은 절삭 효과를 가져오게 된다. 그 때문에, 볼 엔드밀(200)에 의하면, 워크의 가공 정밀도를 개선할 수 있다.

또한, 깊이(D)가 1.0 ㎛ 미만인 경우, 워크로부터 발생하는 절삭 부스러기 등이 제2 오목부(24)에 가득차 버려 용착의 기점으로 되기 쉽다. 그 결과, 워크를 가공할 때의 접촉 저항이 커져 버려, 표면(21)(부분 구면(21a))의 마모가 진행되기 쉽다. 이와 같이 깊이(D)가 1.0 ㎛ 이상인 제2 오목부(24)를 갖는 볼 엔드밀(200)에 의하면, 공구 수명을 확보하면서 워크의 가공 정밀도를 개선할 수 있다.

평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 원상당경이 과대(過大)이면, 제2 오목부(24)가 절삭날로서 작용하기 어렵게 된다. 또한, 평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 원상당경이 과소(過小)이면, 제2 오목부(24)에 절삭 부스러기 등이 가득차기 쉽게 된다. 그 때문에, 평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 원상당경을 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하로 함으로써 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다.

제2 오목부(24)의 면적 비율이 과소인 경우, 절삭날로서 기능하는 제2 오목부(24)의 수가 적다. 다른 한편, 제2 오목부(24)의 면적 비율이 과대인 경우, 절삭날로서 기능하는 제2 오목부(24)의 비율이 감소하면서 또한 절삭날(제2 오목부(24)) 하나 당 부하가 높아져, 표면(21)(부분 구면(21a))의 마모가 진행되기 쉽게 된다. 그 때문에, 제2 오목부(24)의 면적 비율을 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하로 함으로써 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다.

<제1 절삭 시험>

표면(21)의 왜곡도, 돌출부(22)의 높이(높이(H)), 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이, 제2 오목부(24)의 깊이(깊이(D)), 평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 원상당경 및 제2 오목부(24)의 면적 비율의 영향을 확인하기 위해서, 제1절삭 시험을 실시했다. 이하에 이 절삭 시험에 관해서 설명한다.

제1 절삭 시험에서는 볼 엔드밀(200)로서 샘플 1-1∼샘플 1-11이 이용되었다. 샘플 1-1∼샘플 1-11에서는, 표 1에 나타내는 것과 같이, 표면(21)의 왜곡도, 높이(H), 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이, 깊이(D), 평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 원상당경 및 제2 오목부(24)의 면적 비율이 변화되었다. 샘플 1-1∼샘플 1-11에서는 직경(R)이 1.0 mm가 되었다. 또한, 샘플 1-1∼샘플 1-11에서는 선단부(20)가 나노 다결정 다이아몬드에 의해 형성되었다.

제1 절삭 시험은, 볼 엔드밀(200)의 회전수를 30000 회전/분, 공구 이송 속도를 400 mm/분, 절입량이 0.005 mm, 절입 폭이 0.002 mm인 조건에 의해 실시되었다. 제1 절삭 시험은 쿨런트를 공급하지 않고서 드라이 가공에 의해 이루어졌다. 제1 절삭 시험의 워크에는 스미토모덴키고교가부시키가이샤 제조 초경합금 AF1이 이용되었다. 제1 절삭 시험에 있어서, 샘플 1-1∼샘플 1-11의 공구 수명은, 가공면에 있어서의 워크의 산술 평균 거칠기가 0.05 ㎛ 이상으로 된 시점까지의 절삭 거리에 의해 평가되었다. 제1 절삭 시험의 결과를 표 2에 나타낸다.

샘플 1-1∼샘플 1-6의 공구 수명은 샘플 1-7의 공구 수명을 웃돌았다. 샘플 1-1∼샘플 1-6의 표면(21)에 있어서의 왜곡도는 0 미만이었다. 샘플 1-7의 표면(21)에 있어서의 왜곡도는 양의 값이었다. 이 비교로부터, 표면(21)에 있어서의왜곡도를 0 미만으로 함으로써 볼 엔드밀(200)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

샘플 1-1∼샘플 1-6의 공구 수명은 샘플 1-8의 공구 수명을 웃돌았다. 샘플 1-1∼샘플 1-6의 높이(H)는 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 범위 내에 있었다. 샘플 1-8의 높이(H)는 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 범위 내에 없었다. 샘플 1-1∼샘플 1-6의 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이는 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위 내에 있었다. 샘플 1-8의 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이는 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위 내에 없었다.

이 비교로부터, 높이(H)를 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 범위 내로 함, 그리고 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이를 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위 내로 함으로써 볼 엔드밀(200)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

샘플 1-1∼샘플 1-6의 공구 수명은 샘플 1-9의 공구 수명을 웃돌았다. 샘플 1-1∼샘플 1-6의 깊이(D)는 1.0 ㎛ 이상이었다. 샘플 1-9의 깊이(D)는 1.0 ㎛ 미만이었다. 이 비교로부터, 깊이(D)를 1.0 ㎛ 이상으로 함으로써 볼 엔드밀(200)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

샘플 1-1∼샘플 1-6의 공구 수명은 샘플 1-10의 공구 수명을 웃돌았다. 또한, 샘플 1-1∼샘플 1-6의 제2 오목부(24)의 원상당경은 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하의 범위 내에 있었다. 샘플 1-10의 제2 오목부(24)의 원상당경은 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하의 범위 내에 없었다. 이 비교로부터, 제2 오목부(24)의 원상당경을 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하로 함으로써 볼 엔드밀(200)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

샘플 1-1∼샘플 1-6의 공구 수명은 샘플 1-11의 공구 수명을 웃돌았다. 또한, 샘플 1-1∼샘플 1-6의 표면(21)에 있어서의 제2 오목부(24)의 면적 비율은 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하의 범위 내에 있었다. 샘플 1-11의 표면(21)에 있어서의 제2 오목부(24)의 면적 비율은 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하의 범위 내에 없었다. 이 비교로부터, 표면(21)에 있어서의 제2 오목부(24)의 면적 비율을 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하로 함으로써 볼 엔드밀(200)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

<제2 절삭 시험>

표면(21)의 왜곡도, 돌출부(22)의 높이(높이(H)), 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이, 제2 오목부(24)의 깊이(깊이(D)), 평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 원상당경 및 제2 오목부(24)의 면적 비율의 영향을 확인하기 위해서, 제2절삭 시험을 실시했다. 이하에 이 제2 절삭 시험에 관해서 설명한다.

제2 절삭 시험에서는 볼 엔드밀(200)로서 샘플 2-1∼샘플 2-11이 이용되었다. 샘플 2-1∼샘플 2-11에 있어서, 표 3에 나타내는 것과 같이, 표면(21)의 왜곡도, 높이(H), 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이, 깊이(D), 평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 원상당경 및 제2 오목부(24)의 면적 비율이 변화되었다. 샘플 2-1∼샘플 2-11에서는 직경(R)이 3.0 mm가 되었다. 또한, 샘플 2-1∼샘플 2-11은 선단부(20)가 장주기형 주기표의 13족 또는 15족에 속하는 원자를 포함하는 나노 다결정 다이아몬드에 의해 형성되었다.

제2 절삭 시험은, 볼 엔드밀(200)의 회전수를 10000 회전/분, 공구 이송 속도를 100 mm/분, 절입량이 0.015 mm, 절입 폭이 0.02 mm인 조건에 의해 실시되었다. 제2 절삭 시험은 수용성 쿨런트를 공급하면서 이루어졌다. 제2 절삭 시험의 워크에는 석영 유리가 이용되었다. 제2 절삭 시험에 있어서, 샘플 2-1∼샘플 2-11의 공구 수명은, 여유면(부분 구면(21a))에 있어서의 마모량이 50 ㎛ 이상으로 된 시점까지의 절삭 거리에 의해 평가되었다. 제2 절삭 시험의 결과는 표 4에 나타냈다.

샘플 2-1∼샘플 2-6의 공구 수명은 샘플 2-7의 공구 수명을 웃돌았다. 샘플 2-1∼샘플 2-6의 표면(21)에 있어서의 왜곡도는 0 미만이었다. 샘플 2-7의 표면(21)에 있어서의 왜곡도는 양의 값이었다. 이 비교로부터, 표면(21)에 있어서의왜곡도를 0 미만으로 함으로써 볼 엔드밀(200)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

샘플 2-1∼샘플 2-6의 공구 수명은 샘플 2-8의 공구 수명을 웃돌았다. 샘플 2-1∼샘플 2-6의 높이(H)는 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 범위 내에 있었다. 샘플 2-8의 높이(H)는 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 범위 내에 없었다. 샘플 2-1∼샘플 2-6의 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이는 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위 내에 있었다. 샘플 2-8의 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이는 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위 내에 없었다.

샘플 2-1∼샘플 2-6의 공구 수명은 샘플 2-9의 공구 수명을 웃돌았다. 샘플 2-1∼샘플 2-6의 깊이(D)는 1.0 ㎛ 이상이었다. 샘플 2-9의 깊이(D)는 1.0 ㎛ 미만이었다. 이 비교로부터, 깊이(D)를 1.0 ㎛ 이상으로 함으로써 볼 엔드밀(200)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

샘플 2-1∼샘플 2-6의 공구 수명은 샘플 2-10의 공구 수명을 웃돌았다. 샘플 2-1∼샘플 2-6의 제2 오목부(24)의 원상당경은 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하의 범위 내에 있었다. 샘플 2-10의 제2 오목부(24)의 원상당경은 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하의 범위 내에 없었다. 이 비교로부터, 제2 오목부(24)의 원상당경을 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하로 함으로써 볼 엔드밀(200)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

샘플 2-1∼샘플 2-6의 공구 수명은 샘플 2-11의 공구 수명을 웃돌았다. 또한, 샘플 2-1∼샘플 2-6의 표면(21)에 있어서의 제2 오목부(24)의 면적 비율은 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하의 범위 내에 있었다. 샘플 2-11의 표면(21)에 있어서의 제2 오목부(24)의 면적 비율은 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하의 범위 내에 없었다. 이 비교로부터, 표면(21)에 있어서의 제2 오목부(24)의 면적 비율을 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하로 함으로써 볼 엔드밀(200)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

<변형예>

이하에 볼 엔드밀(200)의 변형예(이하에서는 「볼 엔드밀(200A)」이라고 한다.)의 구성을 설명한다. 여기서는, 볼 엔드밀(200)의 구성과 다른 점을 주로 설명하고, 중복되는 설명은 반복하지 않는다.

도 9는 볼 엔드밀(200A)의 선단부(20) 근방의 확대 측면도이다. 도 9에 도시하는 것과 같이, 볼 엔드밀(200A)의 표면(21)에는 홈(21b) 및 절삭날(21c)이 형성되어 있지 않다. 그러나, 상기한 것과 같이, 제2 오목부(24)가 미소한 절삭날로서 작용하기 때문에, 볼 엔드밀(200A)은 절삭날(21c)을 갖지 않더라도 워크에 대한 가공을 행할 수 있다.

(제3 실시형태)

이하에 제3 실시형태에 따른 공구의 구성을 설명한다. 제3 실시형태에 따른 공구는 워크에 대한 절삭 가공을 행하기 위한 절삭 공구이다. 보다 구체적으로 제3 실시형태에 따른 공구는 절삭 인서트(300)이다.

도 10은 절삭 인서트(300)의 사시도이다. 도 11은 절삭 인서트(300)의 선단부(20)에 있어서의 단면도이다. 도 10 및 도 11에 도시하는 것과 같이, 절삭 인서트(300)는 기체(基體)(30)와 선단부(20)를 갖고 있다.

기체(30)는 제1 면(30a)과 제2 면(30b)과 측면(30c)을 갖고 있다. 제2 면(30b)은 제1 면(30a)의 반대면이다. 측면(30c)은 제1 면(30a) 및 제2 면(30b)에 연속해 있다. 기체(30)는 부착부(31)를 갖고 있다. 부착부(31)는 제1 면(30a)에 직교하는 방향에서 봤을 때 기체(30)의 코너부에 위치하고 있다.

부착부(31)에 위치하는 제1 면(30a)과 제2 면(30b) 사이의 거리는, 부착부(31) 이외에 위치하는 제1 면(30a)과 제2 면(30b) 사이의 거리보다도 작게 되어 있다. 즉, 기체(30)의 제1 면(30a) 측에는 부착부(31)에 있어서 단차(段差)가 형성되어 있다. 기체(30)는 예컨대 초경합금에 의해 형성되어 있다.

선단부(20)는 부착부(31)에 브레이징 등에 의해 부착되어 있다. 선단부(20)의 표면(21)은 경사면(21d)과 여유면(21e)과 절삭날(21f)을 갖고 있다. 경사면(21d)은 여유면(21e)에 연속해 있다. 경사면(21d)은 여유면(21e)과는 반대측에 있어서 제1 면(30a)에 연속해 있다. 여유면(21e)은 경사면(21d)과는 반대측에 있어서 측면(30c)에 연속해 있다. 절삭날(21f)은 경사면(21d)와 여유면(21e)의 능선에 형성되어 있다.

경사면(21d)은 제1 부분(21da)과 제2 부분(21db)을 갖고 있다. 제1 부분(21da)은 여유면(21e)에 연속해 있는 경사면(21d)의 부분이다. 제2 부분(21db)은 절삭날(21f)과의 사이에서 제1 부분(21da)을 사이에 끼우고 있는 부분이다.

제1 부분(21da)은 제2 부분(21db)에 대하여 부각(負角)을 이루도록 제2 부분(21db)에 대하여 경사져 있다. 제1 부분(21da)이 제2 부분(21db)에 대하여 부각을 이루고 있는 경우란, 제2 부분(21db)이 위쪽으로 향하고 있으면서 또한 여유면(21e)이 좌측을 향하고 있을 때에, 제1 부분(21da)이 제2 부분(21db)에 대하여 반시계 방향으로 회전하고 있는 경우를 말한다. 이것을 다른 관점에서 말하자면, 제1 부분(21da)은 네거티브 랜드(negative land)로 되어 있다.

돌출부(22) 및 제1 오목부(23)는 경사면(21d) 및 여유면(21e)에 형성되어 있다. 보다 구체적으로 돌출부(22) 및 제1 오목부(23)는 제1 부분(21da) 및 여유면(21e)에 형성되어 있다. 경사면(21d)(제1 부분(21da)) 및 여유면(21e)에는 제2 오목부(24)가 추가로 형성되어 있어도 좋다.

이하에 절삭 인서트(300)의 제조 방법을 설명한다.

도 12는 절삭 인서트(300)의 제조 방법을 도시하는 공정도이다. 도 12에 도시하는 것과 같이, 절삭 인서트(300)의 제조 방법은 준비 공정(S1)과 접합 공정(S2)과 면 형성 공정(S5)과 돌출부 형성 공정(S3)을 갖고 있다. 절삭 인서트(300)의 제조 방법은 제2 오목부 형성 공정(S4)을 추가로 갖고 있어도 좋다.

준비 공정(S1)에서는 기체(30) 및 선단부(20)를 구성하는 부재가 준비된다. 준비 공정(S1)에 있어서 준비되는 선단부(20)의 표면(21)에는 돌출부(22) 및 제1 오목부(23)가 형성되어 있지 않다. 접합 공정(S2)에서는 예컨대 브레이징에 의해 기체(30)와 선단부(20)의 접합이 이루어진다.

면 형성 공정(S5)에서는 표면(21)에 경사면(21d) 및 여유면(21e)이 형성된다. 경사면(21d)의 형성 및 여유면(21e)의 형성은 예컨대 표면(21)에 레이저를 조사함으로써 이루어진다. 면 형성 공정(S5)에서는, 경사면(21d) 및 여유면(21e)이 형성되는 결과, 절삭날(21f)도 형성된다. 돌출부 형성 공정(S3) 및 제2 오목부 형성 공정(S4)은 상기한 것과 같이 때문에 여기서는 설명을 생략한다.

이하에 절삭 인서트(300)의 효과를 설명한다.

절삭 인서트(300)에 의해 워크의 가공이 이루어지고 있을 때, 워크로부터 발생하는 절삭 부스러기 등이 제1 오목부(23)에 구속되기 어렵기 때문에, 표면(21)에 용착이 생기기 어렵다. 그 결과, 워크의 가공을 행할 때의 접촉 저항을 저감할 수 있고, 나아가서는 공구 수명을 개선할 수 있다.

또한, 절삭 인서트(300)에 의해 워크의 가공이 이루어지고 있을 때, 절삭날(21f)이 워크를 절삭할 뿐만 아니라, 여유면(21e)에 형성된 제2 오목부(24)가 미소한 절삭날로서 작용하여 워크를 연삭하기 때문에, 피가공면의 가공 품위(피가공면의 면 조도)가 개선된다. 이와 같이, 절삭 인서트(300)에 의하면 워크에 대한 가공의 정밀도를 개선할 수 있다.

<절삭 시험>

표면(21)의 왜곡도, 돌출부(22)의 높이(높이(H)), 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이, 제2 오목부(24)의 깊이(깊이(D)), 평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 원상당경 및 제2 오목부(24)의 면적 비율의 영향을 확인하기 위해서, 절삭 시험을 실시했다. 이하에 이 절삭 시험에 관해서 설명한다.

절삭 시험에서는 절삭 인서트(300)로서 샘플 3-1∼샘플 3-11이 이용되었다. 샘플 3-1∼샘플 3-11에 있어서, 표 5에 나타내는 것과 같이, 표면(21)의 왜곡도, 높이(H), 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이, 깊이(D), 평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 원상당경 및 제2 오목부(24)의 면적 비율이 변화되었다. 또한, 샘플 3-1∼샘플 3-11은 선단부(20)가 바인더리스 입방정 질화붕소에 의해 형성되었다.

절삭 시험에서는, 샘플 3-1∼샘플 3-9를 이용하여, 티탄-6알루미늄-4바나듐 합금제의 둥근막대 형상의 워크에 대하여 선삭 가공이 이루어졌다. 절삭 시험은 절삭 속도 250 m/분, 이송량 0.2 mm/회전, 절입량 0.5 mm의 조건에 의해 실시되었다. 절삭 시험에서는 쿨런트가 7 MPa의 압력으로 공급되었다. 샘플 3-1∼샘플 3-11의 공구 수명은, 여유면(21e)에 있어서의 마모량이 150 ㎛ 이상으로 된 시점까지의 절삭 거리에 의해 평가되었다. 절삭 시험의 결과는 표 6에 나타냈다.

샘플 3-1∼샘플 3-6의 공구 수명은 샘플 3-7의 공구 수명을 웃돌았다. 샘플 3-1∼샘플 3-6의 표면(21)에 있어서의 왜곡도는 0 미만이었다. 다른 한편, 샘플 3-7의 표면(21)에 있어서의 왜곡도는 양의 값이었다. 이 비교로부터, 표면(21)에 있어서의 왜곡도를 0 미만으로 함으로써 절삭 인서트(300)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

샘플 3-1∼샘플 3-6의 공구 수명은 샘플 3-8의 공구 수명을 웃돌았다. 샘플 3-1∼샘플 3-6의 높이(H)는 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 범위 내에 있었다. 샘플 3-8의 높이(H)는 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 범위 내에 없었다. 샘플 3-1∼샘플 3-6의 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이는 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위 내에 있었다. 샘플 3-8의 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이는 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위 내에 없었다.

이 비교로부터, 높이(H)를 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 범위 내로 함, 그리고 돌출부(22)에 있어서의 산술 평균 높이를 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위 내로 함으로써 절삭 인서트(300)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

샘플 3-1∼샘플 3-6의 공구 수명은 샘플 3-9의 공구 수명을 웃돌았다. 샘플 3-1∼샘플 3-6의 깊이(D)는 1.0 ㎛ 이상이었다. 샘플 3-9의 깊이(D)는 1.0 ㎛ 미만이었다. 이 비교로부터, 깊이(D)를 1.0 ㎛ 이상으로 함으로써 절삭 인서트(300)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

샘플 3-1∼샘플 3-6의 공구 수명은 샘플 3-10의 공구 수명을 웃돌았다. 샘플 3-1∼샘플 3-6의 제2 오목부(24)의 원상당경은 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하의 범위 내에 있었다. 또한, 샘플 3-10의 제2 오목부(24)의 원상당경은 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하의 범위 내에 없었다. 이 비교로부터, 제2 오목부(24)의 원상당경을 0.5 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하로 함으로써 절삭 인서트(300)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

샘플 3-1∼샘플 3-6의 공구 수명은 샘플 3-11의 공구 수명을 웃돌았다. 또한, 샘플 3-1∼샘플 3-6의 표면(21)에 있어서의 제2 오목부(24)의 면적 비율은 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하의 범위 내에 있었다. 다른 한편, 샘플 3-11의 표면(21)에 있어서의 제2 오목부(24)의 면적 비율은 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하의 범위 내에 없었다. 이 비교로부터, 표면(21)에 있어서의 제2 오목부(24)의 면적 비율을 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하로 함으로써 절삭 인서트(300)의 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로 분명하게 되었다.

<변형예>

상기한 제3 실시형태의 내용은 절삭 인서트(300) 이외의 절삭 공구에도 적용할 수 있다. 도 13은 래디우스 엔드밀(400)의 측면도이다. 상기한 제3 실시형태의 내용은 예컨대 도 13에 도시하는 래디우스 엔드밀(400)에 적용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 래디우스 엔드밀(400)의 선단부(20)에 형성된 여유면 및 경사면에 돌출부(22) 및 제1 오목부(23)가 형성된다.

(제4 실시형태)

이하에 제4 실시형태에 따른 공구의 구성을 설명한다. 제4 실시형태에 따른 공구는 워크의 표면거칠기 또는 형상을 측정하기 위한 측정 공구이다. 보다 구체적으로 제4 실시형태에 따른 공구는 스타일러스(500)이다.

도 14는 스타일러스(500)의 측면도이다. 도 14에 도시하는 것과 같이, 스타일러스(500)는 선단부(20)를 갖고 있다. 스타일러스(500)는 표면(21)이 워크의 표면에 접촉하도록 워크 상에서 주사된다. 이에 따라, 워크의 표면거칠기 또는 형상이 측정된다. 표면(21)에는 돌출부(22) 및 제1 오목부(23)가 형성되어 있다. 표면(21)에는 제2 오목부(24)가 추가로 형성되어도 좋다. 또한, 스타일러스(500)의 중심축을 중심축(A1)으로 한다.

이하에 스타일러스(500)의 효과를 설명한다.

표면(21)에는 돌출부(22) 및 제1 오목부(23)가 형성되어 있기 때문에, 스타일러스(500)를 주사할 때의 워크의 표면과 표면(21) 사이의 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.

(제5 실시형태)

이하에 제5 실시형태에 따른 공구의 구성을 설명한다. 제5 실시형태에 따른 공구는 볼 엔드밀(600)이다. 여기서는, 볼 엔드밀(200)의 구성과 다른 점을 주로 설명하고, 중복되는 설명은 반복하지 않는다.

도 15는 볼 엔드밀(600)에 있어서의 부분 구면(21a)의 모식적인 평면도이다. 도 16은 도 15의 XVI-XVI에 있어서의 단면도이다. 도 15 및 도 16에 도시하는 것과 같이, 볼 엔드밀(600)에서는 제2 오목부(24)가 평면에서 봤을 때 가늘고 긴 형상으로 되어 있다. 보다 구체적으로 볼 엔드밀(600)에서는, 제2 오목부(24)의 길이 방향에 있어서의 길이가 제2 오목부(24)의 폭 방향에 있어서의 폭보다도 크게 되어 있다. 제2 오목부(24)의 폭 방향은 제2 오목부(24)의 길이 방향에 직교하는 방향이다. 즉, 제2 오목부(24)의 길이 방향에 있어서의 길이는 2×깊이(D)×sinθ(각도 θ에 관해서는 후술한다) 이상으로 되어 있다. 볼 엔드밀(600)에서는, 제2 오목부(24)가 돌출부(22) 내에 또는 인접하는 2개의 돌출부(22)에 걸치도록 형성되어 있다.

볼 엔드밀(600)에서는, 평면에서 봤을 때의 제2 오목부(24)의 길이 방향에 있어서의 길이를 길이(L)로 한다. 길이(L)는 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 볼 엔드밀(600)에서는, 제2 오목부(24)의 깊이인 깊이(D)(도 17 참조)가 0.5 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 볼 엔드밀(600)에서는, 제2 오목부(24)의 측면의 경사 각도를 각도(θ)(도 17 참조)로 한다. 각도(θ)는 0° 초과 45° 이하인 것이 바람직하다. 볼 엔드밀에서는, 제2 오목부(24)의 면적 비율이 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하인 것이 바람직하다.

깊이(D), 각도(θ) 및 길이(L)는 이하의 방법에 의해 측정된다. 첫째로, 비접촉식 표면 형상 측정기(Bruker Alicon사 제조의 Infinite Focus G5)를 이용하여, 제2 오목부(24)가 형성되어 있는 표면(21)(부분 구면(21a))의 부분(이하 「측정 대상 부분」이라고 한다)의 형상을 보여주는 삼차원 데이터가 취득된다. 이 삼차원 데이터로부터 제2 오목부(24)의 길이 방향에 직교하는 단면에 있어서의 측정 대상 부분의 단면 곡선이 산출된다. 단면 곡선의 측정 길이는 50 ㎛ 이상으로 된다. 단면 곡선의 경사, 기복 등의 보정은 JIS B 0651:2001에 준하여 이루어진다. 측정 대상 부분이 원형인 경우는 데카르트 완전원(Cartesian perfect circle) 표시로 변환된다. 단면 곡선은 제2 오목부(24)의 길이 방향에 있어서 2 ㎛의 간격을 두고서 50 곳 이상에서 산출된다.

둘째로, 산출된 제2 오목부(24)의 길이 방향에 직교하는 하나의 단면에 있어서의 측정 대상 부분의 단면 곡선으로부터 위치(P1), 위치(P2) 및 위치(P3)가 특정된다. 위치(P1)에 있어서, 상기한 단면 곡선은 극소치가 된다. 위치(P2) 및 위치(P3)에 있어서, 상기한 단면 곡선은 극대치가 된다. 위치(P2) 및 위치(P3)는 상기한 단면 곡선이 극대치가 되는 위치 중 가장 위치(P1)에 가까운 위치이다.

도 17은 제2 오목부(24)의 길이 방향에 직교하는 단면에 있어서의 측정 대상 부분의 모식적인 단면 곡선이다. 도 17에 도시하는 것과 같이, 위치(P1)와 위치(P2)를 연결한 직선을 직선(LI1)으로 하고, 위치(P1)와 위치(P3)를 연결한 직선을 직선(LI2)으로 한다. 직선(LI1)과 직선(LI2)이 이루고 있는 각도의 0.5배가 각도(θ)가 된다. 위치(P2)와 위치(P1) 사이의 높이의 차인 거리(DIS1) 및 위치(P3)와 위치(P2) 사이의 높이의 차인 거리(DIS2)의 평균치가 깊이(D)가 된다. 상기한 측정을 다른 단면에 관해서도 실시함으로써, 각 단면에 관해서 깊이(D)를 얻을 수 있다.

각 단면에 관한 깊이(D)의 평균치를 깊이(D_avg)로 한다. 깊이(D)가 깊이(D_avg)의 ±20 퍼센트의 범위 내가 되는 것 및 위치(P1)가 ±2×D×sinθ의 범위 내에 있는 것을 만족하는 단면 사이 거리의 최대치가 길이(L)가 된다. 또한, 길이(L)는, 표면 시야로부터 분명하게 관찰 가능한 경우는, 표면 관찰 시야로부터 길이(L)를 측정하여도 좋다.

제2 오목부(24)의 면적은 2×깊이(D)×sinθ×길이(L)라고 간주할 수 있다. 그 때문에, 제2 오목부(24)의 면적 비율은 이 식에 기초하여 산출되는 제2 오목부(24)의 면적의 합계를 돌출부(22) 및 제1 오목부(23)가 형성되어 있는 표면(21)의 면적으로 나눔으로써 얻어진다.

제2 오목부(24)의 폭 방향은 회전축(A) 둘레의 원주 방향을 따르고 있는 것이 바람직하다. 이것을 다른 관점에서 말하면, 제2 오목부(24)의 길이 방향은 회전축(A) 둘레의 원주 방향에 직교하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 회전축(A)은 부분 구면(21a)의 중심을 지난다.

이하에 볼 엔드밀(600)의 제조 방법을 설명한다.

볼 엔드밀(600)의 제조 방법은, 볼 엔드밀(200)의 제조 방법과 마찬가지로, 준비 공정(S1)과 접합 공정(S2)과 돌출부 형성 공정(S3)과 제2 오목부 형성 공정(S4)을 갖고 있다. 단, 볼 엔드밀(600)의 제조 방법에서는, 제2 오목부 형성 공정(S4)에 있어서 부분 구면(21a)에 레이저가 조사됨으로써 제2 오목부(24)가 형성된다. 볼 엔드밀(600)의 제조 방법에서는, 상기한 레이저 가공의 가공 조건을 변경함으로써, 깊이(D), 각도(θ) 및 길이(L)가 적절하게 조정된다.

이하에 볼 엔드밀(600)의 효과를 설명한다.

볼 엔드밀(600)에서는, 제2 오목부(24)를 지나 쿨런트 또는 볼 엔드밀(600)을 회전시켰을 때에 흐르는 공기가 워크와의 접촉부로 흘러들어가기 쉽게 되기 때문에, 냉각 효과가 높아지고, 공구 수명이 개선된다. 또한, 볼 엔드밀(600)에서는, 워크와의 접촉에 의해 발생한 마모 가루가 제2 오목부(24)를 지나 워크와의 접촉부로부터 배출되기 쉽기 때문에, 상기 마모 가루에 의한 이차적 마모가 생기기 어렵게 되어, 공구 수명이 개선된다.

길이(L)가 2×깊이(D)×sinθ 이상 100 ㎛ 이하인 경우, 제2 오목부(24)가 쿨런트 등의 유로 및 마모 가루의 배출 경로로서 기능하기 쉽게 되기 때문에, 공구 수명을 더욱 개선할 수 있다. 또한, 각도(θ)가 0° 초과 45° 이하인 경우, 제2 오목부(24) 측면의 경사가 급경사로 되므로, 제2 오목부(24)를 통과할 때에 쿨런트 등의 유속이 상승하기 쉽다. 그 때문에, 이 경우에는 냉각 효과를 더욱 높일 수 있어, 공구 수명이 더욱 개선된다.

제2 오목부(24)의 면적 비율이 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하인 경우, 부분 구면(21a)에 있어서의 응력 집중 부위가 과잉으로 되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 공구 수명을 개선할 수 있다.

<절삭 시험>

볼 엔드밀(600)의 효과를 확인하기 위해서 절삭 시험이 실시되었다. 이 절삭 시험에서는, 볼 엔드밀(600)의 샘플로서 샘플 4-1∼샘플 4-11이 이용되었다. 절삭 시험은, 볼 엔드밀(600)의 회전수를 10000 회전/분, 공구 이송 속도를 100 mm/분, 절입량이 0.015 mm, 절입 폭이 0.02 mm인 조건에 의해 실시되었다. 절삭 시험은 수용성 쿨런트을 공급하면서 실시되었다. 절삭 시험의 워크에는 10 mm×10 mm의 석영 유리판이 이용되었다. 절삭 시험에서는, 각 샘플의 공구 수명이 여유면 마모가 50 ㎛에 달하기까지의 절삭 거리에 의해 평가되었다.

샘플 4-1∼샘플 4-11에서는 선단부(20)가 나노 다결정 다이아몬드에 의해 형성되었다. 샘플 4-1∼샘플 4-11에서는, 표 7에 나타내는 것과 같이, 깊이(D), 각도(θ), 길이(L), 제2 오목부(24)의 면적 비율 및 붕소의 첨가 유무가 변화되었다. 깊이(D)가 0.5 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것을 조건 A로 한다. 각도(θ)가 0° 초과 45° 이하인 것을 조건 B로 한다. 길이(L)가 2×깊이(D)×sinθ 이상 100 ㎛ 이하인 것을 조건 C로 한다. 상기한 것과 같이, 2×깊이(D)×sinθ는 제2 오목부(24)의 폭에 대응하고 있다. 제2 오목부(24)의 면적 비율이 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하인 것을 조건 D로 한다. 샘플 4-1∼샘플 4-11에서는, 제2 오목부(24)의 폭 방향이 회전축(A) 둘레의 원주 방향을 따르도록 형성되었다. 샘플 4-1∼샘플 4-11에서는, 표면(21)에 있어서의 왜곡도가 0 미만이 되고, 높이(H)가 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하의 범위 내가 되고, 표면(21)에 있어서의 산술 평균 높이가 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 범위 내로 되었다.

샘플 4-1∼샘플 4-7에서는 조건 A를 만족하였다. 다른 한편, 샘플 4-8에서는 조건 A를 만족하지 않았다. 샘플 4-1∼샘플 4-7의 공구 수명은 샘플 4-8의 공구 수명보다도 우수했다. 이 비교로부터, 조건 A를 만족함으로써 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로도 분명하게 되었다.

샘플 4-1∼샘플 4-7에서는 조건 B를 만족하였다. 다른 한편, 샘플 4-9에서는 조건 B를 만족하지 않았다. 샘플 4-1∼샘플 4-7의 공구 수명은 샘플 4-9의 공구 수명보다도 우수했다. 이 비교로부터, 조건 B를 만족함으로써 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로도 분명하게 되었다.

샘플 4-1∼샘플 4-7에서는 조건 C를 만족하였다. 다른 한편, 샘플 4-10에서는 조건 C를 만족하지 않았다. 샘플 4-1∼샘플 4-7의 공구 수명은 샘플 4-10의 공구 수명보다도 우수했다. 이 비교로부터, 조건 C를 만족함으로써 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로도 분명하게 되었다.

샘플 4-1∼샘플 4-7에서는 조건 D를 만족하였다. 다른 한편, 샘플 4-11에서는 조건 D를 만족하지 않았다. 샘플 4-1∼샘플 4-7의 공구 수명은 샘플 4-11의 공구 수명보다도 우수했다. 이 비교로부터, 조건 D를 만족함으로써 공구 수명이 개선되는 것이 실험적으로도 분명하게 되었다.

(제6 실시형태)

이하에 제6 실시형태에 따른 공구를 설명한다. 제6 실시형태에 따른 공구는 절삭 인서트(700)이다. 여기서는, 절삭 인서트(300)의 구성과 다른 점을 주로 설명하고, 중복되는 설명은 반복하지 않는다.

절삭 인서트(700)에서는, 표면(21)에 볼 엔드밀(600)과 같은 식의 제2 오목부(24)가 형성되어 있다. 바람직하게는 절삭 인서트(700)에서는, 제2 오목부(24)가 경사면(21d) 및 여유면(21e)의 적어도 어느 하나에 형성되어 있다. 절삭 인서트(700)에서는, 바람직하게는 제2 오목부(24)의 폭 방향이 절삭날(21f)의 연장 방향을 따르고 있다. 절삭 인서트(700)에 의하면, 볼 엔드밀(600)과 마찬가지로 공구 수명이 개선되게 된다.

(제7 실시형태)

이하에 제7 실시형태에 따른 공구를 설명한다. 제7 실시형태에 따른 공구는 스타일러스(800)이다. 여기서는, 스타일러스(500)의 구성과 다른 점을 주로 설명하고, 중복되는 설명은 반복하지 않는 것으로 한다.

스타일러스(800)에서는, 표면(21)에 볼 엔드밀(600)과 같은 식의 제2 오목부(24)가 형성되어 있다. 스타일러스(800)에서는, 바람직하게는 제2 오목부(24)의 폭 방향이 중심축(A1) 둘레의 원주 방향을 따르고 있다. 스타일러스(800)에 의하면, 워크와의 접촉에 의해 발생한 마모 가루가 제2 오목부(24)를 지나 접촉부로부터 배출되기 쉽게 되어, 상기 마모 가루에 기인한 이차 마모가 일어나기 어렵게 되기 때문에, 공구 수명이 개선되게 된다.

이번에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시형태가 아니라, 청구범위에 의해서 나타내어지며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

10: 본체부, 10a: 제1 엔드, 10b: 제2 엔드, 11: 섕크, 11a: 제1 엔드, 11b: 제2 엔드, 12: 네크, 12a: 제1 엔드, 12b: 제2 엔드, 13: 접속층, 20: 선단부, 21: 표면, 21a: 부분 구면, 21b: 홈, 21c: 절삭날, 21d: 경사면, 21da: 제1 부분, 21db: 제2 부분, 21e: 여유면, 21f: 절삭날, 22: 돌출부, 23: 제1 오목부, 24: 제2 오목부, 30: 기체, 30a: 제1 면, 30b: 제2 면, 30c: 측면, 31: 부착부, 100: 볼 엔드밀, 200, 200A: 볼 엔드밀, 300: 절삭 인서트, 400: 래디우스 엔드밀, 500: 스타일러스, 600: 볼 엔드밀, 700: 절삭 인서트, 800: 스타일러스, A: 회전축, A1: 중심축, D: 깊이, L: 길이, LI1: 직선, LI2: 직선, H: 높이, R: 직경, S1: 준비 공정, S2: 접합 공정, S3: 돌출부 형성 공정, S4: 제2 오목부 형성 공정, S5: 면 형성 공정, DIS1, DIS2: 거리, P1, P2, P3: 위치, θ: 각도.

Claims

선단부를 구비한 공구로서,
상기 선단부는 표면을 가지고,
상기 표면의 적어도 일부는, 복수의 돌출부와, 인접하는 2개의 상기 돌출부의 끝이 서로 접촉함으로써 형성되는 제1 오목부와, 상기 제1 오목부와는 별개의 제2 오목부를 포함하고,
상기 제2 오목부는 상기 돌출부 내에 또는 인접하는 2개의 상기 돌출부에 걸치도록 형성되어 있는 것인 공구.
제1항에 있어서, 상기 제2 오목부의 깊이는 0.5 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것인 공구.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 오목부의 길이 방향에 있어서의 길이는, 상기 제2 오목부의 깊이에 상기 제2 오목부의 측면의 경사 각도의 정현의 2배를 곱한 값 이상 100 ㎛ 이하인 것인 공구.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 오목부의 측면의 경사 각도는 0°초과 45° 이하인 것인 공구.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면에 있어서의 상기 제2 오목부의 면적 비율은 3 퍼센트 이상 80 퍼센트 이하인 것인 공구.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공구는 워크의 표면거칠기 또는 형상을 측정하기 위한 측정 공구인 것인 공구.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공구는 워크를 가공하기 위한 가공 공구인 것인 공구.
제7항에 있어서, 상기 표면은 부분 구면을 포함하고,
상기 공구는 상기 부분 구면의 중심을 지나는 회전축 둘레로 회전됨으로써 워크의 가공을 행하는 것인 공구.
제8항에 있어서, 상기 제2 오목부의 폭 방향은 상기 회전축 둘레의 원주 방향을 따르고 있는 것인 공구.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면은 홈과, 상기 홈 및 상기 부분 구면의 능선에 형성된 절삭날을 포함하는 것인 공구.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공구는 워크의 절삭을 행하기 위한 절삭 공구이고,
상기 표면은, 경사면과, 상기 경사면에 연속해 있는 여유면과, 상기 경사면및 상기 여유면의 능선에 형성된 절삭날을 포함하는 것인 공구.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부의 높이는 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 것인 공구.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부에 있어서의 상기 표면의 산술 평균 높이는 0.05 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하인 것인 공구.
제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부 및 상기 제1 오목부가 형성되어 있는 상기 표면 부분에 있어서의 왜곡도 파라미터(skewness parameter)는 0 미만인 것인 공구.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선단부는 나노 다결정 다이아몬드에 의해 형성되어 있는 것인 공구.
제15항에 있어서, 상기 나노 다결정 다이아몬드는 장주기형 주기표의 13족 또는 15족에 속하는 원자를 포함하는 것인 공구.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선단부는 바인더리스 입방정 질화붕소에 의해 형성되어 있는 것인 공구.
선단부를 준비하는 공정과,
레이저를 조사함으로써 상기 선단부의 표면의 적어도 일부에 복수의 돌출부를 형성하는 공정
을 구비하고,
인접하는 2개의 상기 돌출부의 끝이 접함으로써, 상기 선단부의 표면의 일부에 제1 오목부가 형성되고,
레이저를 조사함으로써, 상기 돌출부 내에 또는 인접하는 2개의 상기 돌출부에 걸치도록 제2 오목부를 형성하는 공정
을 더 구비하는 공구의 제조 방법.
제18항에 있어서,
레이저를 조사함으로써, 상기 선단부의 상기 표면에, 경사면 및 상기 경사면에 연속해 있는 여유면을 형성하는 공정
을 더 구비하는 공구의 제조 방법.