(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン翼根部に凸状部と凹状部とが複数設けられているクリスマスツリー形状を形成するための切削加工に用いられるクリスマスカッタであって、
当該クリスマスカッタは、少なくともボディと、外周切れ刃が二番取りフライス刃形に形成された１枚もしくは２枚の脱着式超硬合金製切削ブレードと、前記脱着式超硬合金製切削ブレードを前記ボディに前記外周切れ刃のすくい面の再研削が可能な状態に取り付けるためのクランプシステムから構成され、前記脱着式超硬合金製切削ブレードのいずれかの外周切れ刃には、前記タービン翼根部のクリスマスツリー形状に複数設けられている凹状部の形状に対応して切削をする凸状部が、２つ以上設けられ、
前記クランプシステムは、前記脱着式超硬合金製切削ブレードを前記ボディに取り付けるための締結ネジ、または、クサビと前記クサビを締め付けするための締結ネジから構成され、
前記脱着式超硬合金製切削ブレードを前記ボディに機械的に取り付けるための前記締結ネジと前記外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部との間隔である最小径部と前記締結ネジの間隔、または、前記締結ネジにより固定される前記クサビと前記外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部との間隔である最小径部と前記クサビの間隔を０．５ｍｍ以上としたことを特徴とするクリスマスカッタ。
【請求項２】
請求項１に記載のクリスマスカッタにおいて、切れ刃の形状が異なる前記脱着式超硬合金製切削ブレードを、前記ボディに搭載可能にしたことを特徴とするクリスマスカッタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のクリスマスカッタを用いて、前記タ−ビン翼根部の切削加工を行う方法であって、前記脱着式超硬合金製切削ブレードの再研削は、前記脱着式超硬合金製切削ブレードを、前記ボディに当該クリスマスカッタの最初の製作時に取り付けた状態のまま、前記脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃のすくい面の研削を行い、前記脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃のすくい面の再研削を繰り返し、同じ前記脱着式超硬合金製切削ブレードを再使用して切削することを特徴とするタ−ビン翼根部の切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン回転軸に取り付けるタービン翼根部の切削加工に用いられるクリスマスカッタおよび、これを用いたタービン翼根部の切削加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  タービン翼をタービン回転軸に取り付けるタービン翼根部は、逆クリスマスツリ−状（以下、略してツリ−状ともいう）に凹状部、凸状部を繰り返し有し、凹状部、凸状部の凹と凸の幅は前記翼根部の外周から、タ−ビン回転軸方向に向かって徐々に狭くなっている。被加工部材であるタービン翼根部のツリ−状の凹状部、凸状部を切削加工する工具として、外周切れ刃の刃径がツリ−状で連続してなり、凹状部、凸状部の横幅の変化に対応して、工具先端側に向かうにしたがってツリー状に幅を増減しながら、全体としては工具先端に向かって徐々に小径となっているクリスマスカッタが知られている。【０００３】  前記タービン翼根部の加工に用いられるクリスマスカッタ（以下、カッタともいう）には、荒加工用クリスマスカッタと仕上げ加工用クリスマスカッタとがあり、これらを用いて荒加工工程と仕上げ加工工程を経て、所望する凹状部、凸状部を有するツリー状のタ−ビン翼根部が仕上がる。【０００４】  タ−ビン翼根部のツリ−状の凹状部、凸状部の形状粘度は、タ−ビン翼のタービン回転軸への嵌合を確実にする目的で高精度が要求される。そのために、従来のソリッドタイプのクリスマスカッタ、すなわちクリスマスカッタの切れ刃部全体を同一の材質で製造する場合は、工具の製作が比較的容易で、ツリー状の凹状部、凸状部の形状精度が確保されやすいこと、および、クリスマスカッタの折損防止の目的からクリスマスカッタの材質は、ほとんどの場合に高速度工具鋼が選択されている。また、高速度工具鋼製のクリスマスカッタは、材質状の靱性の優位性から、外周切れ刃のすくい角を大きくとれ、且つ、ねじれ角を設けることが容易であり、切削性に優れるなどの観点からもクリスマスカッタの主流となっている。【０００５】  切削工具の分野全体においては、高速加工の要求と工具寿命を延ばしたいという要求から、超硬合金やその他の高硬度材料の適用が一般化してきている。しかし、本発明が対象とするタービン翼根部の切削加工においては、高速度工具鋼製のクリスマスカッタよりも大幅に寿命を伸ばしたいという要求は強いが、例えば代替材料としての超硬合金は、素材と加工費の増加による製造コストの増大と、高速度工具鋼と比べ相対的に脆性の低い超硬合金を使ったときのカッタの破損によるタ−ビン翼の不良や工程の遅れ、またカッタの作り直しによる甚大なコスト増大の心配から、カッタ材質の代替は全くと言ってよいほど進んでいない。クリスマスカッタの切刃部分の超硬合金化は、せいぜい以下に述べる超硬チップとして使用する提案程度である。【０００６】  本発明の目的とは切削対象が異なるが、特許文献１には、タービン翼根部をタービン回転軸に差し込むアンダーカット溝をタービン回転軸に形成する溝のフライス加工方法が提案されている。タービン回転軸に形成する溝の加工では加工精度が要求されるので、特許文献１には各クリスマスツリー状溝の主要部を溝ごとに３回の工程で超硬チップにて切削し、最後（４回目）に倣いフライスで１回の工具通過でフライス加工する方法が提案されている。特許文献１で使用する最初の３個のフライスはいずれもツリー状の１つの凸状部に１個のみの切削チップを搭載したクリスマスカッタであり、��硬合金刃の使用を推奨している。最後（４回目）の加工である倣いフライスも切削チップを使用するが、ほんのわずかな切削屑しか生じない加工である。【０００７】  特許文献２もタービン翼根部をタービン回転軸に差し込む溝をタービン回転軸に形成する加工用の切削工具である。切削工具は工具本体に切削チップを溝の１山ごとに形状と識別番号を変えており、切削過程で摩耗する部分にあわせて標識番号を頼りにチップを交換できるというものである。発明の効果としては、切削チップを交換するので再研削が不要であり、切削チップは適正な寸法のものを選択して付け間違いがなく交換できるとしている。切削チップには硬質材料の被覆を施す実施例は紹介されているが、切削チップの材質については記述がなく不明である。特許文献２以外に、超硬合金を部分的にクリスマスカッタの刃部に用いるタイプもあるが、この場合にはクリスマスカッタのボディを高速度工具鋼製とし、刃部は超硬合金製のスローアウェイチップとするカッタが提案されている程度である。【０００８】  クリスマスカッタの切れ味が低下したり、摩耗やチッピングを生じると、外周切れ刃を再び最適な形状に復帰させる再研削が必要となる。従来の高速度工具鋼製クリスマスカッタの外周切れ刃は、工具の外周逃げ面（二番面とも呼ばれる）は二番取りフライス刃形で構成されているものが多い。したがって、再研削は、外周逃げ面では行わず、すくい面研削のみを行っている。これは、正確な形状精度を成形するために最も加工工数を必要とする外周切れ刃の二番取りフライス刃形研削加工を回避し、再研削費用を削減するためや、再研削によるカッタの外径の減少量を最小限に抑えるなどを目的にしたもので、特に経済性に配慮しているものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００４−５０７３６９号公報
【特許文献２】特開２０００−２５４８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  タービン回転軸やタービン翼は、ステンレス鋼や超耐熱合金からなり、高精度を要求されるクリスマスツリー状の複雑な形状を有するので、タービン翼根部の切削加工の寸法不良は許されない。ましてや、切削加工中に発生するクリスマスカッタの切れ刃の破損などは被加工物を台無しにすることもあり、あってはならない事故である。したがって、切削寿命や切削効率などの観点からは、材質的には超硬合金の方が高速度工具鋼より良いことは分かっていても、クリスマスカッタの破損で工程の遅れや工具コストの著しい増大などの重大な事故に繋がる危険性から、高速度工具鋼が使用されているのが現状である。【００１１】  従来の高速度工具鋼製クリスマスカッタでは、使用による摩耗で再研削が必要な場合には、クリスマスカッタ本体を再研削するしか方法はなく、この場合には取替え用の新しいクリスマスカッタを予め準備するか、摩耗したクリスマスカッタの再研削の終了を待たざるを得なかった。しかし、高速度工具鋼製クリスマスカッタは、寿命が短いため再研削を行う頻度が大変多く、廃却サイクルも早いものである。また、加工現場では再研削待ちなどによる切削工程の停滞が発生し、最悪の場合にはカッタの数量が足りなくなり、タ−ビン翼の加工ラインが停止するなどのトラブルもあった。
さらに、まれに発生するクリスマスカッタの破損の中でも、切り屑の噛み込みなどにより発生する刃先の欠けなどが、一本のカッタの中で複数枚ある切れ刃の内のわずか１枚のみに発生しただけでも、クリスマスカッタ全体を廃却するしかなかった。
以上の事情から、高速度工具鋼製クリスマスカッタを使用する場合には、万が一のトラブルに備えて事前に比較的多くの余分のカッタを用意しておく必要があったため、経済的な負担が大きいという問題があった。【００１２】  さらに、高速度工具鋼製クリスマスカッタは、切削条件面でも問題があった。タービン加工時間の短縮を目的として、切削速度の向上やテーブル送り速度の向上を図っても、カッタの刃先摩耗が激しくなり、カッタの破損やタービン翼根部の加工面の品位低下などで、加工能率の改善にも限界があった。【００１３】  本発明が対象とするタービン翼根部ではないが、タービン回転軸のクリスマスツリー状の溝を加工する目的で、高速度工具鋼製クリスマスカッタに代えて、超硬合金製の切削チップをセットする切削工具は前記のように特許文献１、２のように提案されている。【００１４】  しかし、特許文献１に記載のフライスやそれを用いた加工の方法は、個々のチップへの負荷は小さいが、それだけ段階的に負荷を小さくしてフライス加工するということであり、全体として切削工数が多いという問題がある。また、特許文献１に記載のフライスはエンドミルの凸状外周切れ刃の一部に切削チップを装着するという程度で、特に切削工具としての特徴を持ったものではない。したがって、特許文献１に記載のフライスは前記文献の各図の形状からも分かるように、ツリー形状の凹状部や、凹状部と凸状部の繋ぎ部分などで正確な形状は得づらいことは容易に推測できる。すなわち、特許文献１に記載の方法によりタービン回転軸のクリスマスツリー状の溝を加工した場合、本来必要であるツリー形状の凹状部、凸状部に対して形状差が大きくなりやすく、特に仕上げ用カッタの取り代が増加してしまうことにより、タ−ビン翼の加工面の品位が低下しやすい。【００１５】  特許文献２に記載のフライス工具は、クリスマスツリ−状に設けられた、それぞれの凹状部、凸状部に対応した形状に成形された超硬合金製切削チップを配置したものである。しかしながら、超硬合金製切削チップをツリ−状に設けられたそれぞれの凹状部、凸状部に応じた形状に成形を行う必要があるため、超硬合金製切削チップの単価が大変高価となる。また、超硬合金製切削チップの種類も多く必要となることから、前記超硬合金製切削チップをカッタボディにセットする工数も多く必要である。よってタービン回転軸のクリスマスツリー状の溝の加工において前記超硬合金製切削チップにかかる多額の費用および、超硬合金製切削チップをセットする工数が必要となることからタービン回転軸のクリスマスツリー状の溝の製造コストを大きく増加させてしまう。【００１６】  さらに、特許文献２に記載のフライス工具では、切削チップからなるクリスマスカッタをツリー形状の凹状部、凸状部を１個づつ分割していることから、各切削チップのつなぎ目が筋状にタービン翼の加工面に転写されてしまい、特に仕上げ加工では、タービン回転軸のクリスマスツリー状の溝の品位を低下させてしまうという問題もある。【００１７】  なおさらに、特許文献１や２に記載の切削チップを作るために超硬合金製切削チップを用意するとなると、標準的な超硬合金製切削チップを超硬合金の粉末から成形する方法は、金型によるプレス成形を行っているため、クリスマスカッタに必要であるすくい角やねじれ角が製作技術的な問題で十分に成形出来ず、高速度工具鋼製カッタと比較して切削性はかなり劣ってしまう。【００１８】  また、経済性を損なう最大の要因は、いずれの形状の切削チップを使用するタイプのクリスマスカッタも、摩耗が進行すると、超硬合金製切削チップを使い捨て（スローアウェイ）にされることである。これは経済的に無駄が多く、タングステンやコバルトといった希少金属の節約の意味からも問題がある使い方である。【００１９】  さらに特許文献１の倣いフライスや特許文献２に記載の切削チップを搭載したクリスマスカッタは切削チップをカッタボディに締め付けるための締結ネジの位置が図１１に示すように切削チップのすくい面側の中央近傍にあるため、締め付けるための締結ネジを破壊してしまう恐れのあるすくい面での再研削は不可能である。仮に、外周切れ刃をそれぞれの凹状部、凸状部に応じた形状に研削などにより再度成形研削をすることになっても成形費用が高価であり経済的ではない。【００２０】  以上説明したように、タービン翼根部の切削加工における従来技術での超硬合金の利用の仕方は、技術的課題の多い切刃を細かく分割したチップタイプのものに限られ、超硬合金で一体成形したもの、又はクリスマスツリー状の凹凸を複数含んだ超硬合金製ブレードタイプのクリスマスカッタは、提案もされていないのが現状である。【００２１】
本発明は以上のような従来技術の課題を背景になされたものであり、その主目的は、切れ刃として新しい形状の超硬合金を使用することで著しい性能向上と寿命向上を達成し、あわせて資源再利用と環境にも配慮したクリスマスカッタを提供することである。より具体的には、従来の高速度工具鋼製クリスマスカッタや超硬合金製切削チップで問題点であった再研削を、本発明においては技術的にも経済的にも容易にする構造の脱着式切削ブレードとして、超硬合金製の切れ刃でも繰り返し使用可能で、かつ幾度か再研削してもワークの良好な加工面の品位を保ちながら、加工能率と寿命を大幅に伸ばすことが可能なクリスマスカッタの提供、及び前記クリスマスカッタを用いたタービン翼根部の切削加工方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、クリスマスカッタのボディにツリ−状の刃形の凸状部が、２つ以上設けられている脱着式超硬合金製切削ブレード（以下、「切削ブレード」と略称することがある。）を１枚もしくは２枚取り付け、個々の凸状部と凹状部の段差をなくした刃形である前記脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃を二番取りフライス刃形にすることにより、超硬合金の有する切削性能向上と、二番取りフライス刃形による再研削の容易さと、翼根部の仕上げ精度が向上するという効果を兼ね備えているという特徴を有したクリスマスカッタおよび、それを用いたタ−ビン翼根部の切削加工方法である。
【００２３】
また、本発明ではクリスマスカッタのボディに搭載される前記脱着式超硬合金製切削ブレードの枚数を、全部の凹状部、凸状部の刃形を含む１枚とするか、２枚に分割する。このように切削ブレードの分割数を極力最少に抑え、外周切れ刃の凸状部を２つ以上有する切削ブレードを１枚もしくは２枚採用すると、前記切削ブレードには凸状部、凹状部、及び凸状部の連続部分が必ず含まれることになる。このことにより、本発明の品質面の利点としては、切削チップでは回避できなかったクリスマスツリー形状のつなぎ目を大幅になくし、加工した面に切削痕が段差として残らない良好なタービン翼根部の加工面が得られる。また、ボディに装着される切削ブレードは極力少なくなるので、クリスマスカッタの製造時や加工時のコストが大幅に低減される。
【００２４】
すなわち、本発明の第１の発明は、タービン翼根部に凸状部と凹状部とが複数設けられているクリスマスツリー形状を形成するための切削加工に用いられるクリスマスカッタであって、当該クリスマスカッタは、少なくともボディと、外周切れ刃が二番取りフライス刃形に形成された１枚もしくは２枚の脱着式超硬合金製切削ブレードと、前記脱着式超硬合金製切削ブレードを前記ボディに前記外周切れ刃のすくい面の再研削が可能な状態に取り付けるためのクランプシステムから構成され、前記脱着式超硬合金製切削ブレードのいずれかの外周切れ刃には、前記タービン翼根部のクリスマスツリー形状に複数設けられている凹状部の形状に対応して切削をする凸状部が、２つ以上設けられ、前記クランプシステムは、前記脱着式超硬合金製切削ブレードを前記ボディに取り付けるための締結ネジ、または、クサビと前記クサビを締め付けするための締結ネジから構成され、前記脱着式超硬合金製切削ブレードを前記ボディに機械的に取り付けるための前記締結ネジと前記外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部との間隔である最小径部と前記締結ネジの間隔、または、前記締結ネジにより固定される前記クサビと前記外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部との間隔である最小径部と前記クサビの間隔を０．５ｍｍ以上としたことを特徴とするクリスマスカッタである。本発明のクリスマスカッタのボディは構造用合金鋼又は工具鋼で作ることができる。
【００２５】
第１の発明において、前記脱着式超硬合金製切削ブレードを前記ボディに機械的に取り付けるための前記締結ネジと前記外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部との間隔である最小径部と前記締結ネジの間隔、または、前記締結ネジにより固定される前記クサビと前記外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部との間隔である最小径部と前記クサビの間隔を０．５ｍｍ以上とすることで、再研削用の砥石が前記クサビおよび、前記クサビを締め付けるための締結ネジに干渉することが無くなるため、脱着式からなるブレードタイプの切れ刃でありながら、すくい面からの再研削が可能となる。
【００２７】
前記締結ネジ、または、前記クサビの位置を第１の発明のように工夫することにより、すくい面の再研削を行う際にも再研削用の砥石が、脱着式超硬合金製切削ブレードをクリスマスカッタのボディに取り付けるための前記締結ネジ、または、前記クサビおよび、前記クサビを締め付けするための締結ネジに干渉することなく再研削ができる。この再研削はカッタのボディに超硬合金製切削ブレードを取り付けたまま複数回にわたって可能である。
【００２８】  前記締結ネジ、または前記クサビの位置が、外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部との間隔で０．５ｍｍ以上の隙間とすると、この隙間部分がチップポケットの役割を果たし、本発明の脱着式超硬合金製切削ブレードにおけるそれぞれの外周切れ刃の凹状部で切削した際に発生する切屑はこの隙間部分から排出されやすくなり、排出性が向上するという切削上の効果もある。【００２９】
本発明の第２の発明は、第１の発明のクリスマスカッタにおいて、切れ刃の形状が異なる前記脱着式超硬合金製切削ブレードを、前記ボディに搭載可能にしたことを特徴とするクリスマスカッタである。この特徴により荒加工や仕上げ加工のようにほぼ同じ寸法ではあるが用途が異なる脱着式超硬合金製切削ブレードを使用するときにも、クリスマスカッタのボディが兼用できるため、手持ちのクリスマスカッタのボディの数が最小数にできるばかりでなく、急に寸法の異なるクリスマスカッタが必要になった時にも、脱着式超硬合金製切削ブレードを取り替えるなどして柔軟に対応できるのである。
【００３０】
本発明の第３の発明は、本発明の第１または第２の発明のクリスマスカッタを用いて、タ−ビン翼根部の切削加工を行う方法であって、前記脱着式超硬合金製切削ブレードの再研削は、前記脱着式超硬合金製切削ブレードを、前記ボディに当該クリスマスカッタの最初の製作時に取り付けた状態のまま、前記脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃のすくい面の研削を行い、前記脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃のすくい面の再研削を繰り返し、同じ前記脱着式超硬合金製切削ブレードを再使用して切削することを特徴とするタ−ビン翼根部の切削加工方法である。第３の発明は、本発明のクリスマスカッタの効果を最大限に生かした切削加工方法を提供するもので、ボディに最初に前記脱着式超硬合金製切削ブレードを取り付けたクリスマスカッタは、再研削を行う目的では切削ブレードを外すことなく、切削ブレードを取り付けたまま再研削を繰り返して切削を行うという切削加工方法である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のクリスマスカッタのボディは構造用合金鋼又は高速度工具鋼を含む工具鋼で作ることができる。これにより、切削ブレードのみを超硬合金製とするので、クリスマスカッタ全体の体積と比較すればわずかな体積である切削ブレードを取り付けるだけで、切削寿命が飛躍的に向上する効果が得られ、さらに切削ブレードは再研削を容易に繰り返すことが可能であるため、クリスマスカッタの費用に対する費用対効果は大きい。
【００３２】  本発明のクリスマスカッタは、脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃として、タービン翼根部のクリスマスツリー形状に複数設けられている凹状部の加工をする凸状部を２つ以上設けることにより、前記切削ブレードの枚数を少なくし、切削チップでは回避できなかったクリスマスツリー形状のつなぎ目を大幅になくし、加工した面に切削痕が段差として残らない良好なタービン翼根部の加工面が得られる。さらに、クリスマスカッタの製造が容易になり、カッタ製造のイニシャルコストの低減となる。【００３３】  また、本発明の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタによよれば、前記切削ブレードの外周切れ刃を二番取りフライス刃形により成形された１枚もしくは２枚の前記切削ブレードとすることにより、摩耗が進行した場合には、前記外周切れ刃のすくい面の再研削が容易にできる切削ブレードのクランプシステムになっているので、切削ブレードをボディに取り付けたまま、または必要があれば取り外して行い、再研磨を繰り返して同じ前記切削ブレードを使用でき、ランニングコストの大幅な削減が可能となる。前記ブレードを取り外す場合であっても、切削ブレードの少なくとも１枚は凸状部を２つ以上設けてあることに加え、切削ブレードの枚数が１枚もしくは２枚でありスローアウェイチップ式のものよりも少ない枚数でツリー形状を形成することができるので、切削ブレードの取り外しと再取り付け時における個々の切削ブレードの位置合わせは容易である。この効果は、各切削ブレード毎の振れや、すくい角やねじれ角のバラツキを最小限に出来る効果としても発揮される。【００３４】
さらに、前記脱着式超硬合金製切削ブレードをクリスマスカッタのボディに取り付けるための締結ネジ、または、クサビと前記クサビを締め付けするための締結ネジの位置を、前記切削ブレードに形成されたタービン翼根部のクリスマスツリー形状に複数設けられている凸状部の形状に対応して切削をするクリスマスカッタ全体の最小径を有する凹状部の最小径部より０．５ｍｍ以上となる位置で配置することにより、再研削時に研削砥石が干渉しないばかりでなく、クリスマスカッタ全体の凹状部のうち、外周切れ刃の最小径を有する凹状部のチップポケットも確保されるので、切り屑詰まりも発生しないことから、タ−ビン翼根部の良好な切削面が得られるのである。
【００３５】  すなわち、前記位置が０．５ｍｍ未満の場合は、切削時に発生する切り屑が逃げ場を無くし、最小径を有する凹状部に凝縮され、タ−ビン翼根部の加工面を悪化させる可能性がある。【００３６】  本発明によれば、切れ刃を前記脱着式超硬合金製切削ブレードとし、該切削ブレードの外周切れ刃を二番取りフライス刃形にすることにより、従来の高速度工具鋼製のクリスマスカッタのような再研削も可能であるし、従来の超硬合金製のスローアウェイチップ式のように容易に切れ刃を交換することも可能となり、両者の長所を兼ね備えたクリスマスカッタとすることができる。【００３７】  本発明の効果として、従来のようにクリスマスカッタ本体を再研削するだけではなく、切削加工現場や工具管理現場などで、脱着式超硬合金製切削ブレードのみを取り替えることができ、ネジ止め程度の簡単な作業で容易に新しい脱着式超硬合金製切削ブレードに交換できる。すなわち、本発明によれば、いわゆる段取り替えが大幅に簡素化できる。また、従来であればクリスマスカッタ全体を廃却するような切れ刃の破損の場合でも、破損した切削ブレードのみを交換することも可能となる。【００３８】  本発明によれば、切れ刃のみを超硬合金製切削ブレードとするので、高価な希少元素の使用を減らすことができる。また、超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃のすくい面を前記切削ブレードの寿命まで容易に再研削して使用することができるので、素材の使い方からも地球環境に配慮されたクリスマスカッタを提供することができる。従来のスローアウェイ式のチップでも交換はできるが、使用済みのチップは１回の交換で廃却することになる。これに対して、本発明のクリスマスカッタは、切削ブレードをボディに装着したまま再研磨して切削ブレードの寿命まで使用できるので、資源の有効利用の観点からもスローアウェイ式のチップと比較して発明の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタを用いて加工される代表的なタービン翼本体の形状を示す図である。
【図２】タービン翼根部の断面の拡大図である。
【図３】タービン翼根部の先端付近における凹状部４と５、及び凸状部７と８を含む図２の部分拡大図である。
【図４】本発明の実施例でも使用した脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタの外観を示す図である。
【図５】本発明の一例である脱着式超硬合金製切削ブレードの拡大図を示す図である。
【図６】脱着式超硬合金製切削ブレードにおける外周切れ刃の凹状部２０と２１、及び凸状部２３と２４を含む図５の部分拡大図である。
【図７】図５を脱着式超硬合金製切削ブレードの正面図としたときの左側面図を示す図である。
【図８】図５を脱着式超硬合金製切削ブレードの正面図としたときの上面図を９０°回転させた図である。
【図９】図７の左側面図である。
【図１０】タービン翼根部とそれを切削加工する脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載した本発明のクリスマスカッタの切削位置の対応関係を示す図である。
【図１１】特許文献２に記載されたフライス工具を示す図であり、それぞれの外周切れ刃の凹状部および、外周切れ刃の凸状部に対応した形状に成形された超硬合金製切削チップを配置したものである。
【図１２】図１１のフライス工具に再研削を行うためにすくい面側から砥石を当てたときの、フライス工具と再研削用の砥石の位置関係を示す図である。
【図１３】図５に記載されるような一枚の切削ブレードを使用する場合に、本発明の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタの外周切れ刃のすくい面を再研削するときの、すくい面、クランプシステムとしてのクサビ、締結ネジ、及び再研削用の砥石の位置関係を示す図である。
【図１４】カッタ回転軸方向に２枚の脱着式超硬合金製切削ブレードを締め付けた本発明の他の態様のクリスマスカッタの実施例を示す図である。
【図１５】１枚からなる脱着式超硬合金製切削ブレードを締結ネジのみで締め付けた本発明の切削ブレードを搭載したクリスマスカッタの他の実施例を示す図である。
【図１６】タービン翼根部の荒加工時における本発明の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタおよび、被加工部であるタービン翼根部の位置関係を示す図である。
【図１７】図１４に示す本発明のクリスマスカッタにおける外周切れ刃の凹状部２２付近の拡大図である。
【図１８】図１５に示す本発明のクリスマスカッタにおける外周切れ刃の凹状部２２付近の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】  以下、本発明を実施するための形態を図１乃至図１８に基づいて説明する。
図１は本発明の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタを用いて加工される代表的なタービン翼本体の形状を示す図である。タービン翼本体１にはタービン翼根部２が設けられている。タービン翼根部２は、タービン翼本体１をタービン回転軸へ嵌合するために設けられた部分である。
【００４１】  図２は、タービン翼根部の断面の拡大図である。図２の斜線は断面を示す。タービン翼根部２は、タービン翼根部２の中心軸Ｏ´と直交する方向の幅が図２における下方向に向かって増減を繰り返しながら徐々に狭くなる形状を有している。図２に示すタービン翼根部２には、タービン翼根部の中心軸Ｏ´と直交する方向での寸法が狭くなっている部分、すなわちタービン翼根部の凹状部３乃至凹状部５が設けられ、さらにタービン翼根部の中心軸Ｏ´と直交する方向での寸法が広くなっている部分、すなわちタービン翼根部の凸状部６乃至凸状部８が設けられている。タービン翼根部を立体的に見ると、タービン翼根部の凸状部８が凸状部の中で最も径の小さい凸状部であり、タービン翼根部の凹状部５が凹状部の中で最も径の小さい凹状部となる。
【００４２】  本発明において、それぞれのタービン翼根部の凹状部と凸状部及び両者の境界の定義について、図３を用いて説明する。図３はタービン翼根部の先端付近における凹状部４と５、及び凸状部７と８を含む図２の部分拡大図である。本発明では、タービン翼根部の凸状部の場合、隣接する凹凸の段差のタービン翼根部の中心軸Ｏ´と直交する方向における長さの半分より外側をタービン翼根部の凸状部とし、隣接する凹凸の段差のタービン翼根部の中心軸Ｏ´と直交する方向における長さの半分より内側をタービン翼根部の凹状部とする。
【００４３】  図３において例示的に説明すれば、隣接する凹凸の段差とは、凹状部５での最小径部から、隣接する凸状部８又は凸状部７の最も径の大きい部分までの中心軸からの垂直距離を意味する。他の部分での隣接する凹凸の段差の定義も同様に考えればよい。例えば中心軸を含む断面図の図３では、隣接する凹凸の段差の半分の長さ９は、タービン翼根部の凸状部８とタービン翼根部の凹状部５から生じる段差を、タービン翼根部の中心軸Ｏ´と直交する方向における長さでみたときの半分の長さである。タービン翼根部の凸状部８とタービン翼根部の凹状部５の境界点Ａは、タービン翼根部の凸状部８とタービン翼根部の凹状部５の間で、タービン翼根部の凹状部５の最小径部から、段差の半分の長さ９の分だけ外側にある位置を示す。
【００４４】  同様に図３において、段差の半分の長さ１０は、タービン翼根部の凸状部７とタービン翼根部の凹状部５から生じる段差を、タービン翼根部の中心軸Ｏ´と直交する方向における長さでみたときの半分の長さである。タービン翼根部の凸状部７とタービン翼根部の凹状部５の境界点Ｂは、タービン翼根部の凸状部７とタービン翼根部の凹状部５の間で、タービン翼根部の凹状部５の最小径部から、段差の半分の長さ１０の分だけ外側にある位置を示す。
【００４５】  タービン翼根部の凸状部７と凹状部４との段差の半分の長さ１１は、凸状部７とタービン翼根部の凹状部４から生じる段差を、タービン翼根部の中心軸Ｏ´と直交する方向における長さでみたときの半分の長さである。タービン翼根部の凸状部７とタービン翼根部の凹状部４の境界点Ｃは、タービン翼根部の凸状部７とタービン翼根部の凹状部４の間で、タービン翼根部の凹状部４の最小径部から、段差の半分の長さ１１の分だけ外側にある位置を示す。
すなわち、タービン翼根部の凹状部５とは、タービン翼根部２において前記境界点Ａから前記境界点Ｂに至る部分を示す。タービン翼根部の凸状部７とは、タービン翼根部２において前記境界点Ｂから前記境界点Ｃに至る部分を示す。他のタービン翼根部の凹状部及びタービン翼根部の凸状部についても同様の方法でタービン翼根部の凹状部及びタービン翼根部の凸状部の境界が決定される。
【００４６】  図４は、本発明の実施例でも使用した脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタの外観を示す図である。本発明のクリスマスカッタ１２は、脱着式超硬合金製切削ブレード１４をクリスマスカッタのボディ１３に搭載している。ボディ１３はカッタとしての剛性が必要であり、構造用合金鋼又は工具鋼の焼入焼き戻しされた素材から製造するのが望ましい。図４に記載している切削ブレードは１枚からなるが、この切削ブレードを切れ刃部の凹状部で分割して２枚にすることもできる。図１４は切削ブレードが２枚でボディに取り付けられている場合の本発明の実施例である。図４は本発明の第２の発明の例であり、クランプシステムとしてクサビ１５と締結ネジ１６を採用している。脱着式超硬合金製切削ブレード１４はクサビ１５によりクリスマスカッタのボディ１３に締め付けられ、さらにクサビ１５は締結ネジ１６により締め付けられている。前記クサビおよび、前記クサビを締め付けるための締結ネジと外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部との間隔は０．５ｍｍ以上あけられている。
【００４７】  図５は、本発明の一例である脱着式超硬合金製切削ブレードの拡大図を示す図である。脱着式超硬合金製切削ブレード１４は外周切れ刃１７及び底刃１８を有している。図５に示すように、外周切れ刃１７には外周切れ刃の凸状部１９乃至凸状部２１と、外周切れ刃の凹状部２２乃至凹状部２４がそれぞれ径の異なる形状で全体としてクリスマスツリー状に設けられている。また、底刃１８は脱着式超硬合金製切削ブレード１４を搭載したクリスマスカッタの底刃に相当し、該底刃はカッタの中心軸方向の切削に寄与する部分である。
【００４８】  本発明の外周切れ刃の凹状部、外周切れ刃の凸状部及び前記凹状部と凸状部の境界の定義について図５の凸状部２０、２１付近を拡大した図６を用いて説明する。図６は脱着式超硬合金製切削ブレードにおける外周切れ刃の凹状部２０と２１、及び凸状部２３と２４を含む図５の部分拡大図である。図６において、カッタ回転軸Ｏに直角方向の上下方向の長さが、外周切れ刃の凸状部において最も長くなる位置と、それに隣接する凹状部において最も短くなる位置との段差の真ん中（中間となる位置）より上側を外周切れ刃の凸状部とし、中間となる位置より下側を外周切れ刃の凹状部とする。
【００４９】  具体的に例示すると、中心軸を含む断面図である図６に示すように、段差の半分の長さ２５とは、外周切れ刃の凸状部２０の最上部と外周切れ刃の凹状部２３の最下部から生じる段差の半分の長さを意味する。外周切れ刃の凸状部２０と外周切れ刃の凹状部２３の境界点Ｄは、外周切れ刃の凸状部２０と外周切れ刃の凹状部２３の間で、図６における外周切れ刃の凹状部２３の最下部から、段差の半分の長さ２５の分だけ上側にある位置を示す。
【００５０】  段差の半分の長さ２６は、外周切れ刃の凸状部２１と外周切れ刃の凹状部２３から生じる段差を、図６における上下方向の長さでみたときの半分の長さである。外周切れ刃の凸状部２１と外周切れ刃の凹状部２３の境界点Ｅは、外周切れ刃の凸状部２１と外周切れ刃の凹状部２３の間で、図６における外周切れ刃の凹状部２３の最下部から、段差の半分の長さ２６の分だけ図６において上側にある位置を示す。
【００５１】  段差の半分の長さ２７は、外周切れ刃の凸状部２１と外周切れ刃の凹状部２４から生じる段差を、図６における上下方向の長さでみたときの半分の長さである。外周切れ刃の凸状部２１と外周切れ刃の凹状部２４の境界点Ｆは、外周切れ刃の凸状部２１と外周切れ刃の凹状部２４の間で、図６における外周切れ刃の凹状部２４の最下部から、段差の半分の長さ２７の分だけ図６において上側にある位置を示す。
【００５２】  すなわち、外周切れ刃の凹状部２３は、脱着式超硬合金製切削ブレードにおいて前記境界点Ｄから前記境界点Ｅに至る部分を示す。外周切れ刃の凸状部２１は、脱着式超硬合金製切削ブレードにおいて前記境界点Ｅから前記境界点Ｆに至る部分を示す。他の外周切れ刃の凹状部及び外周切れ刃の凸状部についても同様の方法で外周切れ刃の凹状部、外周切れ刃の凸状部、及びそれらの境界が決定される。
【００５３】  図７は、図５を脱着式超硬合金製切削ブレードの正面図としたときの左側面図を示す図である。図７に示すように、外周切れ刃１７のカム高さが同じ距離からなる二番取りフライス刃形となっている。脱着式超硬合金製切削ブレード１４には基準面２８、基準面２９及びクサビなどのクランプシステムによる加圧面３０が設けられている。基準面２８の幅が、脱着式超硬合金製切削ブレードの取り付け部の幅３１となる。前記脱着式超硬合金製切削ブレード１４をクリスマスカッタのボディに締結する場合には、基準面２８、基準面２９がクリスマスカッタ回転方向の位置決めの基準面となり、クリスマスカッタのボディに接する。また、この加圧面３０がクサビにより加圧され、基準面２８及び基準面２９がクリスマスカッタのボディ側へと密着することから、ボディに前記切削ブレードを搭載することが可能となる。加圧面３０に連続してつながるように外周切れ刃のすくい面３２が設けられ、図７において前記外周切れ刃のすくい面３２と加圧面３０の成す角度は外周切れ刃のすくい角３３で表される。外周切れ刃のすくい角３３は１５°乃至０°が望ましく、荒加工から中仕上までの加工ではすくい角は１０°程度とするのがよい。仕上げ加工用クリスマスカッタなどの様に、特に高精度が必要となる場合には、外周切れ刃のすくい角３３を０°程度にすると良い。
【００５４】
図８は、図５を脱着式超硬合金製切削ブレードの正面図としたときの上面図を９０°回転させた図である。脱着式超硬合金製切削ブレード１４には基準面２９、基準面３４及び加圧面３０が設けられている。前記脱着式超硬合金製切削ブレード１４がクリスマスカッタのボディに締結される場合には、基準面３４がクリスマスカッタの回転軸方向の位置決めの基準面となり、クリスマスカッタのボディに接する。脱着式超硬合金製切削ブレード１４には外周切れ刃のすくい面３２が設けられ、前記外周切れ刃のすくい面３２の、クリスマスカッタの外周の方向より見たときの傾きは外周切れ刃のねじれ角３５で表される。なお、前記脱着式超硬合金製切削ブレード１４には、外周切れ刃のねじれ角３５を設けることが、切削抵抗を低減するためには、大変有効である。外周切れ刃のねじれ角３５は０°以上から３０°以内が望ましいが、さらに望ましい範囲は５°〜１５°が適量である。また、仕上げ加工用クリスマスカッタなどのように、特にクリスマスツリー形状に高精度が必要となる場合には、外周切れ刃のねじれ角３５を０°付近にするとよい。また、前記脱着式超硬合金製切削ブレード１４には、図６のように底刃の二番角３６を０．５°〜６°程度設けることが望ましく、さらに望ましい角度は１°〜３°である。
【００５５】  図９は、図７の左側面図である。図９に示すように脱着式超硬合金製切削ブレードには、クサビなどのクランプシステムによる加圧面３０を外周切れ刃のすくい面３２から材料的に連続してつながるように設ける。クランプシステムによる加圧面３０はボディに加圧されて締結される部分なので、その面積は図９のようにできるだけ広く確保する方が望ましいが、外周切れ刃のすくい面３２との境界は外周切れ刃の最も小さい外周切れ刃の凹状部の底から０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲で離れていることが望ましい。
【００５６】  図１０は、タービン翼根部とそれを切削加工する脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載した本発明のクリスマスカッタの切削位置の対応関係を示す図である。脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃の凸状部１９、外周切れ刃の凸状部２０、外周切れ刃の凸状部２１が、それぞれタービン翼根部の凹状部３、タービン翼根部の凹状部４、タービン翼根部の凹状部５の切削加工を行う部位となる。また、脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃の凹状部２２、外周切れ刃の凹状部２３、外周切れ刃の凹状部２４が、それぞれタービン翼根部の凸状部６、タービン翼根部の凸状部７、タービン翼根部の凸状部８の切削加工を行う部位となる。なお、図１０における点線は、切削加工時において外周切れ刃のそれぞれの凸状部及び凹状部が、タービン翼根部の凹状部および凸状部の各部位に対応する位置を示す。
【００５７】  図１０の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタ１２の外周切れ刃１７とタービン翼根部２の位置関係からもわかるように、脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタ１２の外周切れ刃の凹状部の中で最も外径が小さくなる部分がある外周切れ刃の凹状部２２が、タービン翼根部の凸状部の中で最も水平方向の寸法が広くなっている部分であるタービン翼根部の凸状部６の加工を行う。したがって、脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタ１２の外周切れ刃１７とタービン翼根部２のそれぞれの径の大小関係が逆転していることがわかる。
【００５８】  図１１は、特許文献２に記載されたフライス工具を示す図であり、それぞれの外周切れ刃の凹状部および、外周切れ刃の凸状部に対応した形状に成形された超硬合金製切削チップを配置したものである。超硬合金製の切削チップを配置したフライス工具には、一つの凸状部毎に対応して異なる形状をもつ超硬合金製の切削チップ３７、３８、３９、４０が締結ネジ１６（図１１では４個ある）により、クリスマスカッタのボディ１３に直接締め付けられている。
【００５９】  従来例のフライス工具では、特に仕上げ加工用クリスマスカッタである場合には、図１１のような切削チップのつなぎ目４１、４２、４３が存在すると、加工されたタービン翼根部にも切削チップのつなぎ目が転写されて発生する筋が残ることは避けられず、加工面の品位を劣化させることになる。
【００６０】  図１１に示す切れ刃の一個一個の凹凸ごとに超硬合金製の切削チップを配置した従来のスローアウェイ式工具では、前記切削チップをボディに取り付けたままでの再研削は不可能である。この理由を図１１のフライス工具に再研削を行うために、すくい面側から砥石を当てたときの、フライス工具と再研削用の砥石の位置関係として図１２に示す。
【００６１】  図１２は図１１のフライス工具に再研削を行うためにすくい面側から砥石を当てたときの、フライス工具と再研削用の砥石の位置関係を示す図である。図１２の点線は再研削のときに再研削用の砥石４８が通過する外形線を示し、十字線の中心は再研削用の砥石の中心Ｘを示す。前記砥石の中心Ｘは再研削のためにＹの方向に沿って図１２の右から左へ移動する。図１２に示すように、再研削用の砥石４８を再研削用の砥石の移動方向Ｙに沿って右から左へ動かそうとした場合、再研削用の砥石４８は切削チップ３７を取り付けるための締結ネジ１６と干渉し、締結ネジ１６を破損させてしまうため、切削チップが脱着出来ないようになる。よって、特許文献２に記載されたフライス工具のような切削チップ式のフライス工具は、切削チップを取り付けたままでは、すくい面の再研削が出来ないという決定的な欠点がある。仮に切削チップを取り外して別の再研削用の治具を用意した場合には、再研磨時における切削チップの固定は、再研磨時における固定用のネジを切削チップに締め付けることにより行われる。そのため、再研磨時には砥石と、その固定用のネジとが干渉してしまうため、切削チップのすくい面の再研削は不可能である。また、再研磨時における切削チップの固定を、固定用のネジを用いず切削チップをチャックなどで把持して、再研磨を行う場合は、再研削後の切削チップの寸法精度が非常に悪くなり、切削性能に悪影響が発生してしまうため、実用的ではない。
【００６２】
本発明は、前記、特許文献２に記載のフライス工具とは異なり、脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタの外周切れ刃を図５に示す切削ブレード１４のように、カッタ回転軸方向に１枚または２枚の脱着式超硬合金製切削ブレード１４とするものである。（ここで言う１枚の脱着式超硬合金製切削ブレードとは、カッタ回転軸方向の前記脱着式超硬合金製切削ブレード１４の数であり、カッタ回転方向の刃数ではない。）本発明では図１１に記載の従来のスローアウェイ式フライス工具のように外周切れ刃の個々の凹凸ごとに分断されて形状の異なる切削チップ３７、３８、３９、４０を使用すること無く、前記脱着式超硬合金製切削ブレードの数を２枚以下の最少数に抑える。これにより、本発明のクリスマスカッタは、脱着式超硬合金製切削ブレードのボディへの取り付けが容易になり、取り付け工数やカッタ費用も大幅に削減出来る。
【００６３】  本発明の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタの発明の効果はその外周切れ刃のすくい面を再研削するときに大きく発揮される。図１３は図５に記載されるような一枚の切削ブレードを使用する場合に、本発明の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタの外周切れ刃のすくい面を再研削するときの、すくい面、クランプシステムとしてのクサビ、締結ネジ、及び再研削用の砥石の位置関係を示す図である。図中の点線は外周切れ刃のすくい面の研削加工時における再研削用の砥石４８の外形線を示し、十字線の中心は再研削用の砥石の中心Ｘを示す。本発明では加圧面３０、クサビ１５、及び締結ネジ１６共に外周切れ刃の最小径よりも後退して設けられており、再研削用の砥石４８を再研削用の砥石の移動方向Ｙに沿って動かそうとした場合にも、外周切れ刃のすくい面の研削加工時に前記クサビ１５およびクサビを締め付けるための締結ネジ１６が再研削用の砥石４８に干渉することなく、クリスマスカッタの再研削が可能となるのである。この効果は、外周切れ刃の寸法と砥石の直径を図１３と同じに揃えて既に解説した従来の切削チップでの砥石の干渉の図（図１２）と比較すると一目瞭然である。
【００６４】  また、前述のように、脱着式超硬合金製切削ブレードの枚数をカッタ回転軸方向で数えたときの１刃分で１枚もしくは２枚とし、且つ外周切れ刃を二番取りフライス刃形とすることにより、クリスマスカッタの再研削は、カッタ回転方向の１刃分では、カッタ回転軸方向に切削ブレードの１枚もしくは２枚のみで済み、それをカッタ回転方向の刃数分繰り返すだけである。つまり、本発明のクリスマスカッタは、脱着式超硬合金製切削ブレードの切れ刃をもつクリスマスカッタでありながら、従来の高速度工具鋼製クリスマスカッタと同じ感覚で再研削出来るのである。
【００６５】  図１４は、カッタ回転軸方向に２枚の脱着式超硬合金製切削ブレードを締め付けた本発明の他の態様のクリスマスカッタの実施例を示す図である。図１４に示すクリスマスカッタは、外周切れ刃の凸状部が２つ設けられた脱着式超硬合金製切削ブレード１４と、外周切れ刃の凸状部が１つ設けられた切削ブレード１４´とをセットでボディに締め付けたクリスマスカッタである。また、図１４に示すクリスマスカッタは、切削ブレード１４及び１４´に設けられた加圧面３０にクサビ１５を密着させ、クサビ１５を通る締結ネジ１６をクリスマスカッタのボディ１３に締め付けた構造となっている。外周切れ刃１７のカッタ回転軸方向の長さが４０ｍｍを超えるような中型から大型のものに関しては、外周切れ刃１７を構成するためにカッタ回転軸方向に２枚の切削ブレード１４と１４´が必要になる場合もあるが、その場合は図１４のように切削ブレード１４と１４´の凹状部でつなぐようにし、クサビ１５および、締結ネジ１６で締め付けて、切削ブレードのつなぎ目４４がタービン翼根部に転写し発生する筋をタービン翼根部の凹状部に発生しないようにする。切削ブレードを分割するのはタービン翼根部の剛性に配慮したものであるが、分割する場合でも切削ブレードの数は２枚を限度とする。
【００６６】  図１５は１枚からなる脱着式超硬合金製切削ブレードを締結ネジのみで締め付けた本発明の切削ブレードを搭載したクリスマスカッタの他の実施例を示す図である。図１５に示すように締結ネジ１６で脱着式超硬合金製切削ブレード１４を直接締め付けることにより、前記切削ブレード１４をクリスマスカッタのボディ１３に固定しても良い。図１３や図１５に示すような切削ブレードが分割しないタイプであれば、再研削は１枚の切削ブレードで済むために、再研削にかかる費用や再研削の納期を大幅に削減出来るのである。
【００６７】  図１６はタービン翼根部の荒加工時における本発明の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタおよび、被加工部であるタービン翼根部の位置関係を示す図である。切削加工に関係のない場所はタービン翼根部２、クリスマスカッタ１２共に一部省略して図示している。本発明の脱着式超硬合金製切削ブレードが、タービン翼根部の仕上げ前形状４７を形成するための荒加工用のクリスマスカッタ１２に使用される場合には、脱着式超硬合金製切削ブレードは、図１６において点線で示した仕上げ加工後のタービン翼根部の形状であるタービン翼根部の仕上げ形状４５に対し、略一定となる仕上げ用の取り代４６を設けて切削することが望ましい。また、前記取り代４６は外周切れ刃の凹状部および凸状部の任意の点において、外周切れ刃の形状曲線に対して法線方向で測定したときの長さで０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍにすることが望ましい。
【００６８】  前記取り代４６が０．０５ｍｍ未満の場合は、取り代４６が少量すぎて、荒加工により加工面に形成された筋が仕上げ加工後に除去されず、加工面の面粗さが悪くなる恐れが有り、逆に取り代４６が０．５ｍｍを超える場合には、仕上げ加工用のクリスマスカッタの切削負荷が大きく、仕上げ加工面の品位の悪化や仕上げ加工用のクリスマスカッタの寿命が短くなるなどの問題となる。前述の荒加工用の外周切れ刃１７は、波形切れ刃を備えたラフィング刃形にすることが切削性能的に効果的である。タービン翼根部２に荒加工と仕上げ加工の中間的な加工面や切削条件を必要とする場合には、切削ブレードの外周切れ刃１７にＵ型、Ｖ型、凹型、円弧や直線などの形状から選ばれる総形のニックを配置することが効果的である。
【００６９】  なお、本発明の脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃に硬質皮膜のコーティングを施せば、外周切れ刃のすくい面の再研削後も外周切れ刃の外周面に最初に被覆した硬質皮膜のコーティング膜が残存し、コーティングの効果が持続するので安いコストで高性能の維持とさらなる工具寿命の延長が期待できる。
【００７０】  図１７は図１４に示す本発明のクリスマスカッタにおける外周切れ刃の凹状部２２付近の拡大図である。図１７中に示すように脱着式超硬合金製切削ブレード１４をクリスマスカッタのボディにクサビ１５と締結ネジ１６で締め付ける場合には、外周切れ刃の凹状部２２においてカッタ回転軸Ｏと垂直な方向すなわち図１７における上下方向で測定したとき、カッタ回転軸Ｏと外周切れ刃の凹状部２２の間隔が最小の長さとなる最小径部４９とクサビ１５の間隔である最小径部とクサビの間隔５０が０．５ｍｍ以上となる位置にクサビ１５を設けることが望ましい。これにより、再研削用の砥石４８を再研削用の砥石の移動方向Ｙに沿って動かそうとした場合にも、脱着式超硬合金製切削ブレード１４をクリスマスカッタのボディに締め付けるためのクサビ１５などに再研削用の砥石が干渉することなく再研削が可能となるのである。
【００７１】  図１８は図１５に示す本発明のクリスマスカッタにおける外周切れ刃の凹状部２２付近の拡大図である。脱着式超硬合金製切削ブレード１４を締結ネジ１６のみで締め付ける場合には、外周切れ刃の凹状部２２においてカッタ回転軸Ｏと垂直な方向すなわち図１８における上下方向で測定したとき、カッタ回転軸Ｏと外周切れ刃の凹状部２２の間隔が最小の長さとなる最小径部と締結ネジの間隔５１が０．５ｍｍ以上となる位置に締結ネジ１６を設けることが望ましい。これにより、図１７と同様の理由で、外周切れ刃のすくい面を再研削する際に再研削用の砥石が前記切削ブレード１４をクリスマスカッタのボディに締め付けるための締結ネジ１６に干渉することなく再研削が可能となるのである。
【００７２】  図１７における最小径部とクサビの間隔５０、又は図１８における最小径部と締結ネジの間隔５１が０．５ｍｍ未満である場合には、再研削の際に再研削用の砥石がクサビや締結ネジに干渉してしまう恐れがある。また、本発明を発明する過程で確認の結果、切削加工時にも最小径部４９を有する外周切れ刃の凹状部２２のチップポケットが小さくなるため、切り屑が詰まりやすくなり、タービン翼根部の加工面の品位低下や、最悪の場合には脱着式超硬合金製切削ブレードが破損しタービン翼根部を不良にしてしまう恐れもある。最小径部とクサビの間隔５０や最小径部と締結ネジの間隔５１を０．５ｍｍ以上で設けると切り屑の排出も容易となるが、締め付け力をできるだけ確保する目的とのバランスから１ｍｍ乃至３ｍｍ程度が最も適正である。
【００７３】  最小径部とクサビの間隔５０及び最小径部と締結ネジの間隔５１が５．０ｍｍを超える場合には、前記ネジや前記クサビの締め付け力が低下し、切削中に前記切削ブレードにビビリやずれが発生する恐れがある。
【００７４】  本明細書では、脱着式超硬合金製切削ブレードをクリスマスカッタのボディに締め付けるためのクランプシステムの一例として、クサビおよび、締結ネジを用いたクリスマスカッタを具体的に示したが、前記切削ブレードをクリスマスカッタのボディに締め付けるという目的が達成出来るのであれば、クランプ駒による締め付け方法など、種々の締め付け方法を用いても構わない。
【００７５】  脱着式超硬合金製切削ブレードをクリスマスカッタのボディに締め付けるための手段は、クサビを用いた方が望ましい。前記切削ブレードを締結ネジにより点で締め付けるよりも、クサビと締結ネジにより面で締め付ける方が剛性的に有利で、使用中に切削抵抗により発生すると思われる前記切削ブレードのずれなどを抑制することが期待出来るからである。なお、クサビの数は１枚の切削ブレードに対し、２つ程度が望ましいが、切削ブレードの大きさによって１つのものや複数のものが考えられる。さらに、１枚の切削ブレードの半分以上の面積を覆う１つの大きなクサビで締め付けるなども、剛性面や締め付け工数面で有効な手段である。
【００７６】  タービン翼根部の加工用クリスマスカッタは、大きく分類し、荒加工用と仕上げ加工用がある。荒加工用には、外周切れ刃が波形切れ刃からなるラフィング切れ刃のものや、Ｕ型、Ｖ型、凹型、円孤や直線などからなる総形のニックが配置されているものなどが適用でき、外周切れ刃の切れ刃形状やすくい角および、ねじれ角は適宜選択して適用すればよい。一方、仕上げ加工用には、クリスマス形状の形状精度を重視した、外周切れ刃のねじれ角や外周切れ刃のすくい角が０°または０°に近い刃形のクリスマスカッタとするのが良い。
【００７７】  本発明では、これらの荒加工用および、仕上げ加工用の切削ブレードの取り付け部の幅の相互差を最小限にすることにより、外周切れ刃の形状および、クリスマスカッタの使用用途にとらわれず、クリスマスカッタのボディを共用できる。このためには、荒加工用の切削ブレードの取り付け部の幅（図７の符号３１）と仕上げ加工用の切削ブレードの取り付け部の幅の相互差は１．０ｍｍ以内が望ましい。前記の取り付け部の幅の相互差が１．０ｍｍを超える場合は、クサビおよび、締結ネジでの締め付け力が不足し、切削ブレードが切削中にずれて破損してしまう恐れがある。
【００７８】  次に本発明のクリスマスカッタを使用するにあたって、特にタービン翼根部の仕上げ加工用に使用されるクリスマスカッタでは、新品時に搭載されたままの脱着式超硬合金製切削ブレードにてタービン翼根部を切削加工し、その後、そのままの状態で、再研削を繰り返し使用することがクリスマスカッタの精度管理上及び能率向上の点から最も望ましい。また、希に発生する脱着式超硬合金製切削ブレードの破損などにより、破損した脱着式超硬合金製切削ブレードのみを交換し、使用することも可能である。
【００７９】
本発明では、仕上げ加工用に使用していたクリスマスカッタのボディは、精度の劣化があれば、切削ブレードの取り付け精度に比較的余裕のある荒加工用に転用することも可能である。このように、本発明のクリスマスカッタを使用すれば、脱着式超硬合金製切削ブレードもボディもリサイクルすることで、工具の廃却頻度が格段に減少し、地球環境にやさしいタービン翼の加工が可能となる。
【００８０】  次に脱着式超硬合金製切削ブレードをクリスマスカッタのボディに搭載した本発明のクリスマスカッタの製造方法について説明する。
脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタを製造する場合には、切削ブレードとボディの組合せは２通りある。１つ目の組合せは、製作時に脱着式超硬合金製切削ブレードの基準面２８、基準面２９、及び基準面３４の研削加工を完了させて、クリスマスカッタのボディに脱着式超硬合金製切削ブレードを取り付け、クリスマスカッタのボディを一体化させてから、脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃のすくい面と外周切れ刃の二番取りフライス刃形の研削加工および、底刃の研削加工を行うものである。この場合の利点は、脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタでありながら、高速度工具鋼製に代表されるようなソリッドタイプと同様にクリスマスツリ−形状の高精度な加工が容易であることである。このクリスマスカッタの組合せ方法は、特に仕上げ加工用クリスマスカッタに用いると効果的である。
【００８１】
２つ目の組合せは、予め別のクリスマスカッタのボディをマスタ−ボディとして用意し、前記マスタ−ボディで脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃のすくい面と外周切れ刃の二番取りフライス刃形の研削加工および、底刃の研削加工を行い、脱着式超硬合金製切削ブレードを完成させてから、前記脱着式超硬合金製切削ブレードを別のクリスマスカッタのボディに取り付け直すものである。この場合の利点は、先に同一形状の脱着式超硬合金製切削ブレードを大量生産することが出来ること、また、クリスマスカッタでタービン翼根部を加工する現場での脱着式超硬合金製切削ブレードの取り付けも可能であるこ
とから、納期対応や工具管理が容易になることなどが挙げられる。この取り付け方法は特に仕上げ加工用クリスマスカッタと比較して、取り付け精度に余裕のある荒加工用のクリスマスカッタに用いると良い。
【００８２】  次に本発明のクリスマスカッタを再研削する場合には、基本的な考え方は、脱着式超硬合金製切削ブレードとクリスマスカッタのボディは再研削も製作時に締め付けたままの組み合わせとし、この組み合わせのまま、工具の使用と再研削を繰り返し、前記切削ブレードの寿命を全うさせるのが良い。これは、脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタとしてのクリスマスツリ−形状の精度を最優先しているものであり、切削ブレードを取り替える際、希に発生する僅かな取り付け誤差や着け間違いによる事故を回避することを目的としており、安全面や品質管理面を最優先しているものである。
【００８３】  本発明のクリスマスカッタのボディには、切れ刃の冷却や切り屑の排出などを目的とした、油穴を設けることが望ましく、カッタ回転方向の１刃に対し、油穴は１箇所から３箇所程度設けることが有効である。また、少なくとも脱着式超硬合金製切削ブレードには硬質皮膜の被覆を施すことが望ましい。硬質皮膜の種類としてはＴｉＡｌＮ系、ＴｉＳｉＮ系、ＡｌＣｒＮ系、ＴｉＮ系などを主体として、それらを組み合わせて積層した複合皮膜も含めて適用できる。なおここで皮膜の種類の「系」というのは、それらの元素からなる化合物を主体として、その他のＳｉ，ＢやＺｒなどの元素を含有しても良いという意味である。
【００８４】  以下、本発明を下記の実施例により詳細に説明するが、実施例の記載により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００８５】  本発明の実施例として、４種類のタービン翼根加工用クリスマスカッタを製作した。各クリスマスカッタの切れ刃の仕様は以下の通りである。
本発明例１及び２のクリスマスカッタは、図４に示すようにカッタの回転方向の刃数は４枚刃で、前記４枚刃のうち１枚刃当たりの脱着式超硬合金製切削ブレードの数は１枚であり、前記切削ブレードはクサビと締結ネジによりクリスマスカッタのボディに固定されている。外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部とクサビの間隔は０．５ｍｍである。すなわち従来の高速度工具鋼製クリスマスカッタに例えるならば、４枚刃のクリスマスカッタに相当するものである。
本発明例３及び４のクリスマスカッタは、カッタの回転方向の刃数は４枚刃で、前記４枚刃のうち１枚刃当たりの脱着式超硬合金製切削ブレードの数は２分割の２枚として、前記切削ブレードはクサビと締結ネジによりクリスマスカッタのボディに固定されている。外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部とクサビの間隔は０．５ｍｍである。切削ブレードの形状及びクランプシステムとしては図１４のような形状をしている。
本発明例１は荒加工に使用したもの、本発明例２は仕上げ加工に使用したもので、本発明例１のボディを共用して切削ブレードを装着して製造した。本発明例３、本発明例４は２分割した脱着式超硬合金製切削ブレードを使用したもので、本発明例３は荒加工を行い、本発明例４は本発明例３のボディを共用して切削ブレードを装着し仕上げ加工を行った。【００８６】  従来例１と従来例２は特許文献２に記載のような超硬合金製チップを装着し、それぞれ従来例１は荒加工用に適した超硬合金製チップでクリスマスカッタを用意し、従来例２は仕上げ加工用に適した超硬合金製チップでクリスマスカッタを用意した。従来例３、従来例４は、従来から最も汎用的に使用されているカッタで、ボディも切れ刃部も一体で高速度工具鋼で製造したソリッドタイプと呼ばれるクリスマスカッタである。従来例３は波形状外周刃を設けた荒加工用として、従来例４は仕上げ加工用としてクリスマスカッタを用意した。本発明例１乃至４及び従来例１乃至４の仕様を表１に示す。【００８７】
【表１】
0005641204.tif 000002
【００８８】  いずれのクリスマスカッタもそれぞれの外周切れ刃の凹状部及び外周切れ刃の凸状部の外径寸法と刃形状は荒加工用と仕上加工用との区分の中で統一した。
荒加工用の外径寸法はクリスマスカッタの底刃より外周切れ刃の凸状部と外周切れ刃の凹状部を順番に見て、第１凸状部すなわち外周切れ刃の凸状部１９の最大外径が約７６．５ｍｍ、第２凸状部すなわち外周切れ刃の凸状部２０の最大外径が約８０．９ｍｍ、第３凸状部すなわち外周切れ刃の凸状部２１の最大外径が約８５．６ｍｍ、第１凹状部すなわち外周切れ刃の凹状部２２の最小外径が約７０．０ｍｍ、第２凹状部すなわち外周切れ刃の凹状部２３の最小外径が約７４．８ｍｍ、第３凹状部すなわち外周切れ刃の凹状部２４の最小外径が約７９．６ｍｍであり、底刃から、第３凸状部の最大外径までの距離が約２２．９ｍｍである。仕上加工用の外径寸法は荒加工用と比較して、外周切れ刃の形状曲線に対して法線方向で測定したときの長さで０．５ｍｍ大きくなるように設計し、それぞれの外周切れ刃の凸状部の最大外径及び外周切れ刃の凹状部の最小外径は荒加工用よりも仕上加工用のクリスマスカッタが１．０ｍｍ大きくなっている。【００８９】  切れ刃の仕様については、荒加工を行う本発明例１と３については、外周切れ刃のねじれ角は５°、外周切れ刃のすくい角は先端に最も近い第１凸状部すなわち外周切れ刃の凸状部１９において約５°に設定した。また、本発明例１及び３の脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃には、波形切れ刃からなるラフィング切れ刃を有し、且つ、脱着式超硬合金製切削ブレードの表面には、最下層がＴｉＡｌＮ、最上層がＴｉＳｉＮである積層構造とした硬質皮膜をコ−ティングしたものである。仕上げ加工を行う本発明例２と４については、外周切れ刃のねじれ角は０°、外周切れ刃のすくい角は先端に最も近い第１凸状部すなわち外周切れ刃の凸状部１９において約５°に設定した。また、本発明例２及び４の脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃は、ラフィング切れ刃ではなくタービン翼根部のツリー形状をした通常切れ刃を有し、本発明例２と４については、切削ブレードの外周切れ刃表面には、最下層がＴｉＡｌＮ、最上層がＴｉＳｉＮである積層構造とした硬質皮膜のコ−ティングを施した。特に本発明例２の切削ブレードは図４に示すようにブレードが分割されていないタイプなので、コーティング膜厚のばらつきは無く、精度を配慮した切削ブレードの装着は、従来例２と比較してはるかに容易であり、本発明例４と比較しても簡単に済んだ。【００９０】  従来例１、２のクリスマスカッタは、図１１に示すようにカッタの回転方向の刃数は４枚刃で、前記４枚刃のうち１枚刃当たりの超硬合金製の切削チップの数は４枚であり、超硬合金製の切削チップは締結ネジにより固定した。超硬合金製の切削チップの形状は外周切れ刃にクリスマスツリ−形状の凸状部を有しており、それぞれの切削チップをクリスマスツリ−形状の凹状部で繋いでいる。
これは従来の高速度工具鋼製クリスマスカッタに例えるならば、４枚刃のクリスマスカッタに相当するものであり、クリスマスカッタ全体に超硬合金製の切削チップを１６枚配置している。従来例１のクリスマスカッタで、超硬合金製の切削チップ製作時にラフィング切れ刃とすることは金型製作の都合上困難であり、本発明例１のクリスマスカッタのようなラフィング切れ刃ではなく通常切れ刃を有しているため、本発明例１と比較して、荒加工時に切削抵抗の大幅な増加が容易に推測出来る。
荒加工用である従来例１のカッタの切れ刃の仕様については、外周切れ刃のねじれ角は０°、外周切れ刃のすくい角は図１１に示す最も先端に近い切削チップ３７において約１°とした。また、超硬合金製の各切削チップの表面には、最下層がＴｉＡｌＮ、最上層がＴｉＳｉＮである積層構造とした硬質皮膜をコ−ティングしたものである。
仕上げ加工用である従来例２の切れ刃の仕様についても、外周切れ刃のねじれ角は０°、外周切れ刃のすくい角は図１１に示す最も先端に近い切削チップ３７において約１°とした。また、超硬合金製の各切削チップの表面には、最下層がＴｉＡｌＮ、最上層がＴｉＳｉＮである積層構造とした硬質皮膜のコ−ティングを施した。従来例１も従来例２も切削チップ刃は４枚に分割されているので、コ−ティング済みの切削チップのボディへの装着は、寸法精度を維持するための位置調整に本発明例よりも３倍程度の時間を要した。【００９１】  荒加工を行った従来例３、仕上加工を行った従来例４のクリスマスカッタは、いずれも高速度工具鋼からなるソリッドタイプのクリスマスカッタである。従来例３はカッタ回転方向で数えたときの刃数は４枚、外周切れ刃のねじれ角は５°、外周切れ刃のすくい角は約５°に設定した。従来例４はカッタ回転方向で数えたときの刃数は４枚、外周切れ刃のねじれ角及び、外周切れ刃のすくい角は共に０°に設定した。従来例３の外周切れ刃は、波形切れ刃からなるラフィング切れ刃を有し、従来例４の外周切れ刃は、ラフィング切れ刃ではなく通常のツリー形状である通常切れ刃を有するものである。また、従来例３及び従来例４の外周切れ刃の表面には、最下層がＴｉＡｌＮ、最上層がＴｉＳｉＮである積層構造とした硬質皮膜をコ−ティングした。【００９２】  本発明例１乃至４のクリスマスカッタの製作工程を説明する。本発明の製作工程は、クリスマスカッタのボディの第１工程から第５工程までの製作工程、脱着式超硬合金製切削ブレードの加工工程、及びクリスマスカッタのボディと切削ブレードを一体化させてからの加工工程とに分類される。【００９３】  まず、クリスマスカッタのボディの製作工程の第１工程は、素材の切断であり、今回は素材に工具鋼であるＳＫＤ６１を使用した。第２工程のボディの旋削では、クリスマスカッタのボディのシャンク部を直径４２ｍｍのストレ−トシャンクとし、外周に約０．２ｍｍの研磨代を設けた。次に脱着式超硬合金製切削ブレードを締め付ける部分であるクリスマスツリ−形状部については、加工すべきタービン翼根部のクリスマスツリ−形状の輪郭に沿って、カッタの方が約０．５ｍｍクリスマスツリ−形状を小さくした形状に成形旋削加工を行った。【００９４】  ボディ製作の第３工程はフライス加工工程で、外周刃溝切りとクランプシステム（脱着式超硬合金製切削ブレードが締め付けられる座面）の前加工、クサビが挿入される部分、及び締結ネジの加工工程である。第４の工程では熱処理を行いクリスマスカッタのボディの硬度を約５０ＨＲＣにした。第５の工程はクリスマスカッタのボディの研削工程であり、クリスマスカッタのボディのシャンク部の円筒研削を行い直径が４２ｍｍの寸法に対し、はめあい公差のｈ６とした。なお、より一層、脱着式超硬合金製切削ブレードの締め付け精度を必要とする場合は、クランプシステム（脱着式超硬合金製切削ブレードが締め付けられる座面）及びクサビが挿入される部分の研削工程を施すと良い。【００９５】  一方、脱着式超硬合金製切削ブレードの加工工程は、始めに直方体で６面の研削加工済みの超硬素材を用意（素材の製造工程は省略）し、あらかじめ設���した脱着式超硬合金製切削ブレードのクリスマスツリ−形状の仕上がり形状に沿って、約０．３ｍｍの研削代を設けた形状にワイヤ−カットにより成形を行った後、本発明例１及び２は脱着式超硬合金製切削ブレードとクリスマスカッタのボディを、クサビと締結ネジで締め付けてしっかり一体化させた。
また、本発明例３及び４は図１４に示すように、外周切れ刃の凸状部１９及び外周切れ刃の凸状部２０を有する脱着式超硬合金製切削ブレード１４と、外周切れ刃の凸状部２１を有している外周切れ刃の凸状部が１つ設けられた切削ブレード１４´とをワイヤ−カットにより成形して製作した。脱着式超硬合金製切削ブレード１４及び外周切れ刃の凸状部が１つ設けられた切削ブレード１４´は前記切削ブレード１４及び前記切削ブレード１４´をカッタ回転軸方向に２枚並べてから、クリスマスカッタのボディにクサビと締結ネジで締め付けて一体化させた。【００９６】  クリスマスカッタのボディと切削ブレードを一体化させてからの第１工程は、脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃のすくい面の研削工程であり、フラットであった脱着式超硬合金製切削ブレードの素材に対し、外周切れ刃のすくい面をダイヤモンド砥石で研削を行った。本発明例１及び３の切れ刃はラフィング切れ刃のため切削性を優先させる目的で図７のように外周切れ刃のすくい面３２の形状を略円弧状とした。これに対して仕上加工用クリスマスカッタである本発明例２及び４は、フラットの脱着式超硬合金製切削ブレードの素材に対しフラットにすくい面を研削し、再研削時の形状くずれを極力抑えるようにした。【００９７】  ボディと切削ブレードを一体化した後の第２工程は前記切削ブレードの外周切れ刃の二番取り研削でありダイヤモンド砥石で行った。その後、第３工程として、前記切削ブレードの底刃の刃付け加工を行い、これで研削工程は完了した。
脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタの最終工程では、外周切れ刃に硬質皮膜のコーティングを行ったが、その際は、研削が完了した脱着式超硬合金製切削ブレードを一旦、クリスマスカッタのボディより取り外し、コーティング後に再度、締め付け作業を行って完成させた。締め付け作業は外周切れ刃の位置精度を確保する必要があり、切削ブレードの位置管理は投影機で確認しながら前記切削ブレードを所定の位置に装着するのがよい。【００９８】  （切削の実施例）
【実施例１】  本発明例１、本発明例３、従来例１及び従来例３について本発明例と従来例のクリスマスカッタを用いて荒加工の切削試験を行った。各クリスマスカッタの外周切れ刃、切削ブレード及びチップの種類と諸元は表１の通りである。
切削試験に使用したタービン翼の材質はクロム元素を１３重量％含むステンレス鋼系の耐熱鋼であり、タービン翼の形状は図２に示すタービン翼根部の凸状部が３個、タービン翼根部の凹状部が３個からなる形状とした。
切削条件は本発明例１、本発明例３及び従来例１では、カッタの回転数を２８０回／ｍｉｎ、送り速度を１６８ｍｍ／ｍｉｎとした。また、従来例３の切削条件は、従来例３が高速度工具鋼製であることから、本発明例１、本発明例３及び従来例１における切削条件よりも低いものとし、カッタの回転数を９０回／ｍｉｎ、送り速度を４３ｍｍ／ｍｉｎとした。本発明例も従来例もクリスマスカッタの寿命の評価は、外周切れ刃の凸状部のうち、最大径を含む外周切れ刃の凸状部の最大径部の最大摩耗量を光学式顕微鏡で測定し、前記最大摩耗量が約０．１５ｍｍになるまでの総切削長さの比較を行った。
評価基準としては、総切削長さが３０ｍ以上であれば良好と判断し、総切削長さが３０ｍ未満であれば不良と判断した。試験結果を表２に示す。【００９９】
【表２】
0005641204.tif 000003
【０１００】  荒加工を行った本発明例１及び本発明例３の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタはそれぞれ総切削長さが３６ｍ、３５ｍであり、良好な結果を示した。これに対して、荒加工を行った従来例１は総切削長さが２７ｍとなり不良であった。従来例３は切削条件を低くしたのにもかかわらず、総切削長さが１３ｍであった。
本発明例のクリスマスカッタは切削性能面では従来例と比較して優位性のあることが確認できた。実施例１での本発明例１、本発明例３と従来例１との総切削長さの違いは、従来例１はチップの製作上の都合で外周切れ刃にラフィング切れ刃を設けられず、ねじれ角やすくい角も十分に設けられないので、切れ刃の負荷が多大になっているからであると推測される。従来例３は母材が高速度工具鋼であることから耐摩耗性が超硬合金より劣ったためであると推測される。
【実施例２】
【０１０１】  本発明例２、本発明例４、従来例２及び従来例４について本発明例と従来例のクリスマスカッタを用いて、実施例１で行った荒加工済みのタービン翼根部に対する仕上げ加工の切削試験を行った。各クリスマスカッタの外周切れ刃、切削ブレード及びチップの種類と諸元は表１の通りである。
切削条件は本発明例２、本発明例４及び従来例２では、カッタの回転数を２８０回／ｍｉｎ、送り速度を１１２ｍｍ／ｍｉｎとした。また、従来例４の切削条件は、従来例４が高速度工具鋼製であることから、本発明例２、本発明例４及び従来例２における切削条件よりも低いものとし、カッタの回転数を９０回／ｍｉｎ、送り速度を３６ｍｍ／ｍｉｎとした。
評価基準としては、仕上げ加工後のタービン翼の加工面を接触式面粗さ測定器にて測定し、表面粗さの最大高さＲｚが０．５０μｍ以下であれば良好と判断し、表面粗さの最大高さＲｚが０．５０μｍを超えた場合であれば不良と判断した。試験結果を表３に示す。【０１０２】
【表３】
0005641204.tif 000004
【０１０３】
仕上げ加工を行った本発明例２及び本発明例４の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタはそれぞれ表面粗さの最大高さＲｚが０．５０μｍ以下であり、良好な結果を示した。また、従来例２は最大高さＲｚが０．９２μｍであり、従来例４は最大高さＲｚが１．８３μｍとなり不良であった。
本発明例は仕上げ加工面粗さにおいても従来例品と比較して優位性のあることが確認できた。実施例２での本発明例２、本発明例４と従来例２との仕上げ加工面の表面粗さの最大高さＲｚの違いは、従来例２の外周切れ刃が切削チップで形成されているため、切削チップのつなぎ目により仕上げ加工面の品位が低下したことや本発明例２、本発明例４と比較して、切れ味が劣ることなどが原因であると推測される。従来例４は母材が高速度工具鋼であることから超硬合金に比べ早期に摩耗してしまい、仕上げ加工面の品位が低下したと推測される。
【実施例３】
【０１０４】  本発明において、外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部とクサビとの間隔及び最小径部と締結ネジとの間隔の比較を仕上げ加工にて行った。
本発明例５乃至１３は、本発明例１にて使用したクリスマスカッタのボディを共用し、ブレードの高さを調整しながら実施した。その際、切削ブレードの締め付け方法すなわちクランプシステムとしてクサビ及び締結ネジを使用し、外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部とクサビの間隔をそれぞれ０ｍｍ、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、０．９ｍｍ、１．５ｍｍ、３．０ｍｍ、及び５．０ｍｍとし、それ以外は本発明例２と同仕様とした。
本発明例１４乃至２２は、図１３のようなクリスマスカッタのボディを作成し、ブレ−ドの高さを調整しながら実施した。その際、切削ブレードの締め付け方法すなわちクランプシステムとして締結ネジを使用し、外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部と締結ネジの間隔をそれぞれ０ｍｍ、０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、０．９ｍｍ、１．５ｍｍ、３．０ｍｍ、及び５．０ｍｍとし、それ以外は本発明例４と同仕様とした。
切削条件は本発明例２と同様にカッタの回転数を２８０回／ｍｉｎ、送り速度を１１２ｍｍ／ｍｉｎとした。また評価基準は、実施例２と同様とした。試験結果をまとめて表４に示す。【０１０５】
【表４】
0005641204.tif 000005
【０１０６】
本発明例５乃至２２において、それぞれ表面粗さの最大高さＲｚが０．５０μｍ以下であり、切削ブレードの締め付け方法によらず良好な結果を示した。また、本発明例８乃至１３及び本発明例１７乃至２２においては、最大高さＲｚが０．４５μｍ以下となり、さらに良好な結果を示した。これらの実施例においては外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部とクサビとの間隔もしくは外周切れ刃の最小径を有する凹状部の最小径部と締結ネジとの間隔が０．５ｍｍ以上であることから切り屑の排出性が向上したと考えられる。
【０１０７】  （再研削の実施例）
実施例１で使用した本発明例１、本発明例３、従来例１及び従来例３のクリスマスカッタを加工現場で再研削を行った。
本発明例１及び３の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタは、外周切れ刃の凸状部のうち、最大径を含む外周切れ刃の凸状部の最大径部の再研削での取り代を約０．３ｍｍとし、新品時に搭載された脱着式超硬合金製切削ブレードを締め付けたままの状態で、脱着式超硬合金製切削ブレードの外周切れ刃のすくい面の再研削を使用と再研削を繰り返して７回まで行った。
従来例１の脱着式超硬合金製切削チップを搭載したクリスマスカッタは、超硬合金製の切削チップは再研磨しても加工精度の確保は難しく、再研削できないので一回目の廃却時点で観察を終了とした。実際の加工現場では、この例のように再研削の代わりに使用したチップは廃却して、新しい超硬合金製の切削チップに交換することになる。すなわち、従来例１や従来例２の切削チップはボディに装着したままでは再研磨はできずに、新しいチップへの交換時に刃先形状合わせを含めて段取り時間としてのロスが生じる。【０１０８】  従来例３の高速度工具鋼製クリスマスカッタは、外周切れ刃の凸状部のうち、最大径を含む凸状部の最大径部の再研削での取り代を約０．３ｍｍとし、カッタの使用と外周切れ刃のすくい面の再研削を繰り返して全部で１２回行った。【０１０９】  本発明例１の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタは、再研削１回当たりの切削長さが３６ｍであり、再研削を７回行ったことから、新品時も含めて、クリスマスカッタ１本当たりの総切削長さは、２８８ｍ（３６ｍ×８回）となる。
本発明例３の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタは、本発明例１と同様に再研削１回当たりの切削長さが３５ｍであり、再研削を７回行ったことから、新品時も含めて、クリスマスカッタ１本当たりの総切削長さは、２８０ｍ（３５ｍ×８回）となる。
従来例１の超硬合金製切削チップを搭載したクリスマスカッタは、新品時の切削長さが約２７ｍで、再研削は不可能であることから、クリスマスカッタ１本当たりの総切削長さも約２７ｍとなる。但し、費用面では割高になるが、再研削１回を超硬合金製切削チップの交換１回とみなし、脱着式超硬合金製切削ブレードの再研削回数と同様の超硬合金製切削チップの交換を７回とするとクリスマスカッタ１本当たりの総切削長さは新品時を含めて２１６ｍ（２７ｍ×８回）となる。
従来例３の高速度工具鋼製クリスマスカッタは再研削１回当たりの切削長さが約１３ｍで再研削を１２回行い、クリスマスカッタ１本当たりの総切削長さは、新品時の１回分を含めて、おおよそ１６９ｍ（１３ｍ×１３回）となる。
したがって本発明例１及び３は、クリスマスカッタ１本当たりの総切削長さ及び費用が従来例１及び従来例３と比べ良好な結果となった。このことから本発明の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタは、従来の高速度工具鋼製のクリスマスカッタのような再研削も可能であるのに加え、従来の切削チップのように段取り替えの時間や新品の切削チップにかかるコストも生じず、加工現場における使用が大幅に効率のよいものとなる。【０１１０】  （切削ブレード取り付けの実施例）
切削ブレードの取り付け工数（時間）は、製造費のうち大きな割合を占める人件費を左右する。そこで最も標準的な従来の工程である高速度工具鋼を用いたクリスマスカッタすなわち従来例３を基準（１００）としたときに、荒加工用の実施例である本発明例１と、従来例１とが、どれくらい取り付け時間としての費用増大になるかを比較評価した。比較結果を表５に示す。【０１１１】
【表５】
0005641204.tif 000006
【０１１２】  本発明例１の脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタは、クリスマスカッタ１本当たり４枚のブレ−ドを搭載しており、ブレ−ド１枚当たりの締め付け時間は約２分であり、４枚を締め付けるために約８分かかる。一方、従来例１の脱着式超硬合金製切削チップを搭載したクリスマスカッタは、クリスマスカッタ１本当たり１６枚のチップを搭載しており、チップ１枚当たりの締め付け時間は約１分であり、１６枚を締め付けるために約１６分かかり、本発明例１と比較し従来例１は、約２倍の締め付け工数が必要であった。また従来例１は、切削チップの種類も多く、締め付け間違いの可能性も高いため、神経を使うものであった。
なお、実施例１に記載の３種類の同じ大きさのクリスマスカッタの単価は、素材の違いや形状の複雑さから、高速度工具鋼製クリスマスカッタの製造にかかる費用を１００とすると、脱着式超硬合金製切削ブレードを搭載したクリスマスカッタは１８８、脱着式超硬合金製切削チップを搭載したクリスマスカッタは２６６となり、切削チップ式である従来例１が一番高額になった。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】  本発明のクリスマスカッタは、外周切れ刃のみに超硬合金製切削ブレードを使用したタービン翼根部の切削加工用カッタとして、初めて実用的に使用できる工具であり、かつカッタボディに前記切削ブレードを装着したまま再研磨を繰り近して超硬合金の寿命まで切削できる。したがって、高価な希少元素を最小限で使いきることができ環境にやさしい切削工具である。本発明のクリスマスカッタは、従来の高速度工具鋼製のソリッド型カッタと比較して高性能の切削を可能として、切削現場での切削工具の段取り替えも大幅に少なくて済むので、タービン翼根部の切削加工の合理化に寄与できる。
【符号の説明】
【０１１４】１  タービン翼本体
２  タービン翼根部
３  タービン翼根部の凹状部
４  タービン翼根部の凹状部
５  タービン翼根部の凹状部
６  タービン翼根部の凸状部
７  タービン翼根部の凸状部
８  タービン翼根部の凸状部
９  段差の半分の長さ
１０  段差の半分の長さ
１１  段差の半分の長さ
１２  クリスマスカッタ
１３  クリスマスカッタのボディ
１４  脱着式超硬合金製切削ブレード
１４´  外周切れ刃の凸状部が１つ設けられた切削ブレード
１５  クサビ
１６  締結ネジ
１７  外周切れ刃
１８  底刃
１９  外周切れ刃の凸状部
２０  外周切れ刃の凸状部
２１  外周切れ刃の凸状部
２２  外周切れ刃の凹状部
２３  外周切れ刃の凹状部
２４  外周切れ刃の凹状部
２５  段差の半分の長さ
２６  段差の半分の長さ
２７  段差の半分の長さ
２８  基準面
２９  基準面
３０  加圧面
３１  脱着式超硬合金製切削ブレードの取り付け部の幅
３２  外周切れ刃のすくい面
３３  外周切れ刃のすくい角
３４  基準面
３５  外周切れ刃のねじれ角
３６  底刃の二番角
３７  切削チップ
３８  切削チップ
３９  切削チップ
４０  切削チップ
４１  切削チップのつなぎ目
４２  切削チップのつなぎ目
４３  切削チップのつなぎ目
４４  切削ブレードのつなぎ目
４５  タービン翼根部の仕上げ形状
４６  取り代
４７  タ−ビン翼根部の仕上げ前形状
４８  再研削用の砥石
４９  最小径部
５０  最小径部とクサビの間隔
５１  最小径部と締結ネジの間隔
Ｏ  タービン翼根部の中心軸
Ｏ´  カッタ回転軸
Ａ  タービン翼根部の凸状部８とタービン翼根部の凹状部５の境界点
Ｂ  タービン翼根部の凸状部７とタービン翼根部の凹状部５の境界点
Ｃ  タービン翼根部の凸状部７とタービン翼根部の凹状部４の境界点
Ｄ  外周切れ刃の凸状部２０と外周切れ刃の凹状部２３の境界点
Ｅ  外周切れ刃の凸状部２１と外周切れ刃の凹状部２３の境界点
Ｆ  外周切れ刃の凸状部２１と外周切れ刃の凹状部２４の境界点
Ｘ  再研削用の砥石の中心
Ｙ  再研削用の砥石の移動方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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