WO2007099777A1

WO2007099777A1 - 切削工具及びこれを用いた切削方法

Info

Publication number: WO2007099777A1
Application number: PCT/JP2007/052719
Authority: WO
Inventors: Toshiyuki Enomoto
Original assignee: Osaka University
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2007-09-07
Also published as: JP2009113120A

Abstract

　本発明に係る切削工具は、少量の切削液によっても切れ刃表面に高い潤滑性が得られ、従来よりも長寿命化を図ることが出来る切削工具を提供するべく、切れ刃のすくい面１に多数の溝２を格子状に凹設して、極微細セグメント構造を付与したものである。

Description

明細書

切削工具及びこれを用いた切削方法

技術分野

[0001] 本発明は、フライス盤等の工作機械に用いる切削工具、並びにこれを用いた切削方法に関するものである。

背景技術

[0002] 切削工具においては、その長寿命化を実現するために、被削材との摩擦を抑制することによって切削抵抗を低減する技術が検討されている。

例えば、切れ刃表面にくぼみを設けることにより、切りくずを短く破断して、切削抵抗を減少させる技術が知られている (例えば日本国公開特許公報 2004— 216510 号参照)。

[0003] 又、工具本体の外周にねじれた切り刃を有するエンドミルにおいて、切れ刃を形成する逃げ面及び/又はすくい面に刃先稜線に対して略平行に幅 0.3mm以下の溝を少なくとも 1本以上設けて、該溝に切削液を溜めることにより、切れ刃の保油性を良好なものとし、切削抵抗を低減する技術が提案されている (例えば日本国公開特許公報平 7— 80718号参照)。

[0004] 更に、切削工具の耐摩耗性の向上を図るために、工具表面にダイヤモンド状炭素（ DLC： Diamond-Like Carbon)等の硬質膜をコーティングする技術や、切れ刃表面の平滑度を上げることによって被削材との摩擦を低減させる技術が検討されている (例えば"トライボ口ジスド'第 49卷第 6号（2004) PP509-517参照)。

[0005] 一方、ベアリング等の各種の摺動部材において、基材の表面に多数のセグメントに分割された DLC保護膜を形成することにより、耐摩耗性の向上を図ると共に、保護膜の剥離を防止する技術が提案されている (例えば日本国公開特許公報 2003— 147 525号参照)。

発明の開示

[0006] し力しながら、従来の技術では、更なる工具の長寿命化に対する要求に応えることが困難となってきている。また近年は、環境負荷低減を目的に切削液を極少量のみ使用する加工方法が採用されるようになり、従来のように大量の切削液による潤滑効果が得られ難くなつており、切れ刃表面の一層の高潤滑性が求められている。

[0007] 本発明の目的は、少量の切削液によっても切れ刃表面に高い潤滑性が得られ、従来よりも長寿命化を図ることが出来る切削工具を提供することである。

[0008] そこで本発明者は、切削工具の切れ刃表面に高潤滑性を得るべく鋭意研究を重ね、その結果、従来は摺動部材において耐摩耗性の向上と剥離防止に有効と考えられてレ、たセグメント構造の保護膜が、切削工具の切れ刃におレ、て高レ、潤滑性を発揮することを見出し、本発明の完成に至った。

[0009] 本発明に係る切削工具は、少なくとも切れ刃のすくい面に多数の溝を凹設することにより、多数のセグメントの配列からなる規則的な微細三次元セグメント構造を付与したものである。

そして、本発明に係る切削方法は、前記本発明の切削工具を用いて、少なくともすくい面に対して切削液を供給しつつ切削加工を行なうものである。

[0010] 従来、切削工具においては、切れ刃表面を平滑に仕上げることによって、切削抵抗の低減を図っていたが、本発明においては、これとは逆の着想に基づき、切れ刃のすくい面に凹凸形状 (規則的な極微細三次元構造)を付与することで、従来よりも高い潤滑性を実現した。

[0011] 即ち、本発明に係る切削工具において、加工時に供給される切削液は、切削工具と被削材又は切りくずとの間に介在することにより潤滑性を発揮し、切削抵抗の低減や工具摩耗の抑制といった効果をもたらす力 s、切れ刃表面に形成されている極微細三次元構造が切削液を溜めるマイクロプールとしての役割を発揮し、外部から切削液が到達し難い切削点に対しても適切量の切削液が安定して供給され、更により長い時間切れ刃表面に滞留'保持され、これらの結果、従来よりも高い潤滑性が得られる。

[0012] 具体的には、切れ刃のすくい面を覆う DLC等の硬質膜に前記多数の溝を凹設した構成や、切れ刃を構成する基材の表面に直接に前記多数の溝を凹設した構成を採ることが出来る。

[0013] 尚、前記多数の溝の凹設によってすくい面に形成される多数のセグメントがそれぞれ、 1辺が 10〜500 /i mの矩形状を呈し、且つセグメントの間隔が 3〜200 μ πιである場合に特に高レ、効果が得られる。

[0014] 前記多数の溝は、切れ刃のすくい面のみならず、逃げ面にも凹設することが可能であり、これによつて更に高い効果が得られる。

[0015] 本発明に係る切削工具及びこれを用いた切削方法によれば、切れ刃と被削材又は切りくずとの間に切削液が常に介在するようになり、これによつて切削抵抗が低減され、工具摩耗を抑制することが出来、この結果、工具寿命が大幅に延びることになる。また、微少量の切削液を用いた切削加工においても、切れ刃表面での切削液の保持性に優れるため、大量の切削液を用いた切削加工と同等の加工性が得られる。図面の簡単な説明

[0016] [図 1]本発明に係る切削工具の構造を示す一部拡大斜視図である。

[図 2]切削加工実験の装置構成を示す斜視図である。

[図 3]本発明の切削工具と従来の切削工具の切削抵抗の変化を示すグラフである。

[図 4]本発明の切削工具と従来の切削工具のせん断角の変化を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

[0017] 以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。

本発明に係る切削工具は、図 1に示す如ぐ切れ刃のすくい面 (1)に多数の溝 (2)を格子状に凹設したものであり、具体的には、 DLCの膜を複数の多数のセグメント (3) に分割して、極微細三次元セグメント構造を付与したものである。

ここで、各セグメント (3)は、 1辺の長さ Aが 150 μ πιの矩形状であり、セグメント (3)の間隔 (溝幅) Bは 80 _β m、膜厚は 0.8 _β mである。

[0018] 本発明に係る切削工具の効果を確認するべぐすくい面に上記セグメント構造を有する DLC膜を形成した本発明の切削工具と、すくい面の全面に連続的な DLC膜を形成した従来の切削工具とを用意し、切削加工実験を行なった。

[0019] 本発明の切削工具と従来の切削工具の作製において、 DLC膜の合成はプラズマ CVD法により行なった。本発明の切削工具の作製においては、先ずすくい面の全面に DLCを成膜した後、メッシュ状の電極を用いることにより、サイズ 150 X I 50 /i m、間隔 80 μ m、膜厚 0.8 μ mのセグメント構造を有する DLC膜を形成した。 [0020] 切削加工実験においては、工作機械として、立形マシユングセンタ (ヤマザキマザック (株)製 AJV— 18)を用レ、、図 2に示す如ぐカツタ (3)に 1つの切削工具 (4)を取り付け、被削材 (5)の下には動力計 (6XKISTLER製 9257B)を設置し、切削抵抗を測定した。

切削工具 (4)の基材としては、超硬合金を材料とした住友電工ハードメタル (株)製の

「SEKN 42M」を用いた。被削材 (5)にはアルミニウム合金「A5052」を用レ、、 1枚刃にて中心削りで正面フライス切削を行なつた。

[0021] 加工条件としては、加工速度を 380mZ分、加工深さを 3mm、送り速度を 0.12m mZ回転、切削液の供給量を 12.6L/分に設定した。

そして、カツタ 1回転中の切削抵抗と切りくずの厚さの変化を評価し、断続切削時における工具すくい面の潤滑状態の変化を検討した。

[0022] 図 3は、カツタ 1回転中の切削抵抗 (サンプリング周波数 2225Hz)を示している。尚

、この切削抵抗の値は 25回転分の測定値を平均したものである。

図 3から分かるように、本発明の切削工具では Y方向で 5%程度、 Z方向で 15%程度、切削抵抗が減少している。又、切削開始はカツタが 20° 回転、終了は 160° 回転したところである力 Y、 Ζいずれの方向ともカツタが 60° 回転した付近からセグメント構造ィ匕による減少率が徐々に大きくなつている。

[0023] 一般にせん断角が大きくなるとせん断面積が減少し、切削抵抗は減少するため、次にせん断角を評価した。

図 4は、切りくずの厚さを 2mm間隔で測定し、 2次元切削に近似してせん断角を算出した結果を表わしている。この切りくずの厚さは、 10個の切りくずの測定値を平均したものである。従来の切削工具においては、カツタが 60° 回転した付近からせん断角が小さくなるが、本発明に係る切削工具ではせん断角の低下が抑制されていることが分かる。

[0024] この結果から、従来の切削工具では、カツタが 60° 回転した付近からすくい面における切削液の潤滑効果が失われ、これによつて摩擦係数が高まり、せん断角が小さくなって、切削抵抗も大きくなつたものと考えられる。

これに対し本発明の切削工具では、すくい面のセグメント構造により潤滑効果の減少が抑制され、この結果、せん断角の減少も抑制されて、切削抵抗が小さくなつたものと考えられる。

[0025] 上述の如ぐ本発明に係る切削工具によれば、切削抵抗が低減され、工具摩耗を抑制することが出来るので、工具寿命が大幅に延びることになる。また、 1時間当たり 10mLという微少量の切削液を用いた切削加工においても、切れ刃表面での切削液の保持性に優れるため、優れた加工性が得られる。

[0026] 尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、 DLC膜にセグメント構造を形成しているが、切れ刃を構成する基材の表面にマスクエッチングやレーザ力卩ェを施すことにより溝を凹設して、基材自体にセグメント構造を形成することも可能である。又、セグメント構造は、切れ刃のすくい面のみならず、逃げ面にも形成することが可能である。

セグメント構造を付与すべき膜としては、 DLCに限らず、ダイヤモンド、 TiC、 TiN、 TiAlN、 TiCN、 TiSiN、 TiBON等、種々の硬質膜を採用することが出来る。又、切削工具の基材としては、超硬合金、高速度鋼、セラミックス (A1〇系、 Si N系、 A1

2 3 3 4 2

O -TiC系、 Ti(C，N)系等)、ダイヤモンド、 CBN等を用いることが出来る。

Claims

請求の範囲

[I] 少なくとも切れ刃のすくい面に多数の溝を凹設してなる切削工具。

[2] 前記多数の溝の凹設によって多数のセグメントの配列からなる微細セグメント構造が形成されてレ、る請求項 1に記載の切削工具。

[3] 前記多数のセグメントは、その表面が平滑に仕上げられている請求項 2に記載の切削工具。

[4] 前記セグメントの表面粗さは、最大高さ 3 μ mRy以下である請求項 3に記載の切削工具。

[5] 前記多数のセグメントはそれぞれ、正方形、長方形、その他の多角形、円、若しくは楕円の平面形状を有している請求項 2乃至請求項 4の何れかに記載の切削工具。

[6] 切れ刃のすくい面は硬質の膜によって覆われており、該膜に前記多数の溝が凹設されている請求項 1乃至請求項 5の何れかに記載の切削工具。

[7] 前記膜は、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、 TiC、 TiN、 TiAlN、 TiCN、 TiSiN

、TiB〇Nから選択される材料から形成されている請求項 6に記載の切削工具。

[8] 切れ刃を構成する基材の表面に直接に前記多数の溝が凹設されている請求項 1 乃至請求項 5の何れかに記載の切削工具。

[9] 前記多数の溝の凹設によってすくい面に形成される多数のセグメントはそれぞれ、

1辺力 10〜500 μ mの矩形状を呈し、セグメントの間隔は 3〜200 μ mである請求項 1 乃至請求項 8の何れかに記載の切削工具。

[10] 前記多数の溝は、切れ刃のすくい面及び逃げ面に凹設されている請求項 1乃至請求項 9の何れかに記載の切削工具。

[II] 少なくとも切れ刃のすくい面に多数の溝を凹設して多数のセグメントの配列からなる微細セグメント構造を形成した切削工具を用レ、、少なくとも該すくレ、面に対して切削液を連続的に或いは間欠的に供給しつつ切削加工を行なうことを特徴とする切削方法。