(57)【要約】【課題】  摩耗し難い切刃を備え、高い効率で脆性材製ワークへの切削が可能となる長寿命な切削工具の提供。【解決手段】  軸線を中心として回転させられるボディー１と、当該ボディー１の表面に沿って軸線方向に走る複数の切刃２を備え、前記切刃２は、切削箇所を削り取りその削り屑を切刃２，２間へ押し出す鈍刃先と、前記鈍刃先で押し出された削り屑を圧縮することなく運ぶすくい面３を備えることを特徴とする脆性材製ワーク加工用の切削工具。【選択図】      図１
2018130801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心として回転させられるボディーと、当該ボディーの表面に沿って軸線方向に走る複数の切刃を備え、
前記切刃は、切削箇所を削り取りその削り屑を切刃間へ押し出す鈍刃先と、
前記鈍刃先で押し出された削り屑を圧縮することなく運ぶすくい面を備えることを特徴とする脆性材製ワーク加工用の切削工具。
【請求項２】
前記切刃は、前記鈍刃先、すくい面及び逃げ面に、ダイヤモンド粉末を含有するコーティング層を備えることを特徴とする前記請求項１に記載の脆性材製ワーク加工用の切削工具。
【請求項３】
切り込み厚さの９０％から１１０％の面取りが施されてなる前記鈍刃先を備えることを特徴とする前記請求項1又は請求項２のいずれかに記載の脆性材製ワーク加工用の切削工具。
【請求項４】
切り込み厚さの８倍から１５倍の高さの前記すくい面を備えることを特徴とする前記請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の脆性材製ワーク加工用の切削工具。
【請求項５】
すくい角がネガティブのすくい面を備えることを特徴とする前記請求項1乃至請求項４のいずれかに記載の脆性材製ワーク加工用の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脆性材からなる超硬合金の直彫り加工を高効率に行える切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金は、例えば、タングステンと炭化タングステンに、コバルトやニッケルなどの結合材とチタンやタンタルなどを適宜混合してプレスし、それを１４５０℃から１５００℃で焼結処理を行うことにより製造される（この様に製造された超硬合金を「焼結材料」という）。
【０００３】
切削理論は、加工対象よりも切削工具が十分に硬いという前提で成り立っており、超硬合金製の加工対象（以下「ワーク」という）に対しては、同じ超硬合金製の切削工具（例えば下記特許文献１参照）で加工することになるが、上記のように焼結材料製のワークに対する切削加工の効率は、溶解して製造する金属製のワークと比較して低下せざるを得ず、切削条件が少しでも低下すれば、切削工具自体がワークによって削り取られるという好ましくない現象が生じる。
【０００４】
また、従来の切削工具は、切り込み厚さを大きくするためにすくい面を大きくすることによって、工具の剛性が低下し、割れや欠けが生じる原因となっている。
そこで、従来の切削工具は、超硬合金を工具母材とし、切削刃のすくい面から逃げ面にかけて耐摩耗性及び潤滑性の向上を目的とした０．０１５〜０．０２ｍｍ程度のコーティングを施すと共に、一刃当たりの送り量を当該コーティングの厚み相当に設定する措置が採られている（例えば下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２６０７１２号公報
【特許文献２】特開２０１５−０８５４６２号公報
【０００６】
ところが、前記の如くコーティングが施された超硬合金製の切削工具は、比較的高価であるにも関わらず、当該すくい面及び逃げ面のコーティングの剥離をもって、早期に工具の寿命が到来するという実態があった。
このような実態に対し、これまでは、すくい面を出来る限り小さくして工具の剛性を高め、切り込み厚さを小さくして工具への負荷を軽減し、多刃構造を採用して切削効率の向上と耐用期間の長期化を図っていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような措置を採ったとしても、焼結材料のような脆性材には脆性破壊によりワークにマイクロクラックが発生する他、その時の衝撃で刃先にチッピングを発生するという問題があり、それを回避すべく切り込み厚さを小さくしてクラックの発生を抑制すれば、ワークへの過度な接触で刃先の摩耗を促進し切削効率も低下するという問題がある。
これでは、前記コーティングの長期温存は困難であり、切削効率の向上も困難である。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、摩耗し難い切刃を備え、高い効率で脆性材からなるワークへの切削が可能となる切削工具の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた本発明による脆性材製ワーク加工用の切削工具は、軸線を中心として回転させられるボディーと、当該ボディーの表面に沿って軸線方向に走る複数（４本以上が望ましい）の切刃を備え、前記切刃は、切削箇所を削り取りその削り屑を切刃間へ押し出す鈍刃先と、前記鈍刃先で押し出された削り屑を圧縮することなく運ぶすくい面を備えることを特徴とする。
前記切刃は、前記鈍刃先、すくい面及び逃げ面に、ダイヤモンド粉末を含有するコーティング層を備える構成とすることもできる。
【００１０】
前記切削箇所を削り取りその削り屑を切刃間へ押し出す鈍刃先とは、すくい面上を擦過させる削り屑をワークから切り取る先鋭な刃先とは異なり、ワークの材料である脆性材を圧砕し、切削面との間に挟んだ削り屑を鈍刃先で加圧し、切削面との間に挟まれなかった削り屑をすくい面の前面へ逃がし誘導することができる形態を持つ刃先である。
具体的には、切り込み厚さの９０％から１１０％の面取りが施されてなる鈍刃先が挙げられる。
【００１１】
また、前記すくい面は、刃先を楔として切り取られる切り屑を、当該削り屑から摩擦を受けつつ通過させる従来のすくい面とは異なり、鈍刃先で削り取られた削り屑を、当該削り屑からほとんど摩擦を受けること無くすくい面の前面へ流すものである。
具体的には、切り込み厚さの８倍から１５倍の高さの前記すくい面が挙げられ、すくい角がネガティブのすくい面を備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による切削工具によれば、前記切刃が、切削箇所を削り取りその削り屑を切刃間へ押し出す鈍刃先と、前記鈍刃先で押し出された削り屑を圧縮することなく運ぶすくい面を備えることによって、切り込み厚さが比較的大きい状態でワークに対する高圧力を発生し、刃先とワークとの間に挟まれ圧縮された削り屑が、刃先に溶着することなく入れ替わり立ち代り構成刃先の様な刃物と化す現象（以下「流成刃先」という）を誘発させることができる（図１（Ａ）参照）。
【００１３】
この様に、焼成材の削り屑からなる流成刃先が生じることで、ワークのマイクロクラックの発生（図８（Ｂ）参照）を抑制すると共に、切り込み厚さを小さくしなければならないことに伴う高温高圧に起因する摩耗をも抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による切削工具の切削状態（Ａ）を従来の切削工具の切削状態（Ｂ）と対比した説明図である。
【図２】本発明による切削工具の刃先を例示した説明図である。
【図３】本発明による切削工具の一例を示す正面図である。
【図４】本発明による切削工具の一例を示す斜視図及び側面図である。
【図５】切削工具の切刃が備えるすくい面の態様例を示す説明図である。
【図６】切削工具の切刃が備えるコーティング層の摩耗状態の一例を示す説明図である。
【図７】切削工具の切刃によってワークに生じる応力の例を示す正面図である。
【図８】ワークの材料に対する切削工具による加工時のイメージ並びに伸び−荷重特性図である。
【図９】本発明による切削工具で加工したワークの初期の（Ａ）：切削面及び（Ｂ）：刃先を撮影した画像である。
【図１０】本発明による切削工具で加工したワークの後期の（Ａ）：切削面及び（Ｂ）：刃先を撮影した画像である。
【図１１】従来の切削工具で加工したワークの初期の（Ａ）：切削面及び（Ｂ）：刃先を撮影した画像である。
【図１２】従来の切削工具で加工したワークの後期の（Ａ）：切削面及び（Ｂ）：刃先を撮影した画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による切削工具の実施の形態であるエンドミルを、図面に基づき詳細に説明する。
図３及び図４に示す例は、軸線を中心として回転する横断面が円形状の工具本体Ａと、当該工具本体Ａに連続し切削装置の回転チャックに装着されるシャンク部Ｂを備える超硬合金製の切削工具である。
【００１６】
前記工具本体Ａは、当該工具本体Ａの基体となるボディー１と、当該ボディー１の表面に付設された複数の切刃２を備え、前記切刃２の回転軌跡が球面状（ドーム状又は円筒状となる構成も可能である）となる。
この例は、切刃２の切削効率、削り屑の排出性及び製造上の便宜を考慮して９０度の位相差で配置された４枚の切刃２を具備する。
【００１７】
切削工具のボディーは、一般的に全体として球状又はドーム状であり、軸方向後方に前記シャンク部Ｂの先端が一体的に連続する。
この例の前記ボディー１は、軸方向先端部を含む前部断面が円弧状となったドーム状である。
尚、前記前部の後方に連続する後部の軸方向断面が、前記前部と略対称的な円弧状となるように成形し、当該後部は、軸方向中央部より小径の首部（図示省略）として機能する構成としても良く、軸方向先端部を含む前部断面が方形状となるように成形しても良い。
【００１８】
この例の切刃２は、各位相における軸線及び仮想経線（前記軸線を当該ボディー１の表面に投影した仮想線）に沿って、それぞれ削り屑を収容して排出するポケットを隔てて形成され、前記ボディー１の全長にわたって略均等な刃高を有し、回転方向に面するすくい面３、回転の遠心方向に面する逃げ面４及び反回転方向に面する送り面５をもって、三角形状又は台形状の断面が与えられている。
前記切刃２は、削り屑を圧縮することなく収容できるポケットを形成するため、一定の刃高が必要となる。
【００１９】
各切刃２及びその刃先は、前記軸線を中心とする回転軌跡の仮想経線に対して、前方から後方へ反回転方向に一様に傾斜する形態を有する（図４（Ｂ）参照）。
この例は、この様な形態により、前記ボディー１における前記切刃２は、前記ボディー１の曲面に沿い当該ボディー１の赤道領域から軸線の前方に向かって円弧状を呈する前刃と、同赤道領域から軸線の後方に向かって延びる後刃を形作り、前記前刃の先端部は、当該切削工具の底刃となる。
【００２０】
本発明による切削工具は、前記工具本体Ａの切刃２にコーティング層を備える構成とすることができる。
前記コーティング層は、例えば、TiN（窒化チタン）、TiAlN（窒化アルミニウムチタン）、CrN（窒化クロム）、DLC（ダイヤモンドライクカーボン）、TiCN（炭窒化チタン）、TiSiN（窒化チタンシリコン）、DIA（ダイヤモンドコーティング）などの薄膜を、真空蒸着などで形成したものが挙げられる。
この様なコーティング層を前記工具本体Ａの表面に付することで、前記工具本体Ａのワークとの接触部の硬度、耐久力、切削速度、寿命、切れ味、面精度をより高い水準で維持することができる。
【実施例】
【００２１】
以下、上記切削工具について切刃２の様々な構造について、切削効率及び切削作業の継続に伴う切刃２への影響を考察する。
この例は、すくい面３の高さ及びに逃げ面４の高さを、０．４ｍｍから０．７５ｍｍの範囲で、前記工具本体Ａの最大直径の１０％以下の高さに設定し、すくい面３、刃先、逃げ面４(以下それらを「刃先等」という)に、超鋼合金加工向けのダイヤモンドコーティングによる前記コーティング層を付着したものである。
【００２２】
上記の如く刃先等にコーティング層を備える切削工具は、切削時において、スラスト分力が強ければすくい面３のコーティング層が剥がれ、すくい分力が強ければ逃げ面４のコーティング層が剥がれる傾向が見られる。
一般的には、当該刃先の曲率が小さくなるとスラスト分力が相対的に増加し、当該刃先の極率が大きいとすくい分力が相対的に増加する傾向が見られる（図７参照）。
【００２３】
一方、前記コーティング層が過度に薄ければ、コーティング層が早期に摩耗し、前記コーティング層が過度に厚ければ、工具母材の刃先（以下「母刃先」という）上のコーティング層に亀裂が入り易くなる。
上記実態に鑑み、前記コーティング層は、その厚さを１１μｍから１５μｍの範囲で設定する。
【００２４】
また、前記切刃２の母刃先をピン角とした切削工具は（図２（Ｃ）参照）、コーティング層への応力の集中に伴うコーティング層の剥離を誘発し、切削工具としての寿命が短い傾向がある。
コーティング層が形成された刃先には、コーティング層の厚みに応じた曲率（１／半径）の角が形成されるが、コーティング剥離の起点となる応力の集中を抑制するためには、コーティング層のベースとなる超鋼合金製の母刃先に面取り部（鈍部）を設けることが有効である。
鈍部を設ける手法として、刃先にカーブを設ける手法は、当該カーブの曲率によってその程度は異なるものの、その曲率が大きいほど前記コーティング層における切削面との接点部分の摩耗を誘発する。
【００２５】
ここで、前記母刃先に面取りが施されていないピン角の切削工具、並びに前記母刃先に小さい面取り及び大きい面取り（Ｃ０．０２ｍｍ〜Ｃ０．０５ｍｍ）を施した切削工具について、焼結材料製のワークに対する直彫り作業を経たコーティング層の状態を検証したところ、前記母刃先に面取りを施すことによってコーティング層の剥離が顕著に減少することが確認できる他、前記工具母材の刃先に面取りを施した切削工具には、略無傷な工具の存在が確認できる一方、切削抵抗が増加しコーティングの摩耗が顕著な工具も見られる（図６参照）。
【００２６】
前記切刃２の刃先に面取りが施された切削工具について刃先の摩耗が顕著となる原因としては、上記の通り、過大な鈍部での切削抵抗が増加や、過小な鈍部で生じる応力の集中が考えられる。
また、一般的に、切り込み厚さが非常に小さくなると、刃先の鈍部が相対的に大きくなって摩擦の影響を強く受け、刃先は高温高圧縮状態となる。
当該高圧縮状態は、クラックの発生を抑制する反面、刃先は高温高圧縮状態に曝されることによって刃先の摩耗を促進する。
【００２７】
この例は、焼結材料からなるワークの粗削りを目的とし、切り込み厚さを、例えば５０μｍとするなど、一般的な仕上げ加工の切り込み厚さ（例えば１μｍ）に比して格段に大きい切り込み厚さに設定することで、切削時の過度な高温高圧を回避し、適度な圧力で削り屑を押え付けて切削を行うことができる。
【００２８】
すくい角の面では、０度（直角）又はポジティブなすくい角に設定されたすくい面３を有する切刃２において、コーティング層の摩耗が顕著である。
ネガティブなすくい角に設定されたすくい面３を有する切刃２は、コーティング層の摩耗は比較的少なく、かかる構成もスラスト分力を逃すために有利である。
【００２９】
一方、ネガティブなすくい角に設定されたすくい面３を有していても、切刃２のすくい面３の高さが低く（例えば０．３μｍ）すくい面３が狭い切削工具や、前記ポケットが比較的小さい切削工具は、コーティング層の摩耗が顕著である。
加えて、切り込み厚さに比してすくい面３の高さが低いと、切刃２，２間に存在するポケットへの、削り屑の良好な流れが阻害され、切削抵抗の原因となる。
【００３０】
前記のとおり、膜厚が１１μｍから１５μｍの範囲のコーティング層は、Ｃ０．０２ｍｍ〜Ｃ０．０５ｍｍの面取りが施された母刃先の外観を略そのまま残した鈍刃先となる。
例えば、切り込み厚さ５０μｍに対してＣ０．０５ｍｍの面取りが施されるように、母刃先とその表面に被着したコーティング層とで生じた鈍刃先を、切削箇所の焼結材料を削り取りその削り屑を切刃２間へ押し出すことができる鈍刃先とすることによって、当該削り屑がワークに対して構成刃先の役割を果たすと共に、潤滑材としての役割を果たす。
その結果、前記鈍刃先によって、削り屑として送り出される焼結材料は、切刃２とワークとの間で当該切刃２を保護し寿命を延ばす作用を奏する。
【００３１】
例えば、切り込み厚さ５０μｍに対してＣ０．０３ｍｍの面取りを施すなど、前記鈍刃先の面取り量が削り屑を送り出すことができる幅より不足すると、刃先から漏れた削り屑が刃先及びワークそれぞれに対する構成刃先として作用する一方、面取り部の幅が過大となれば、相対的に切り込み厚さが減少し、切削時の過度な高温高圧を発生する。  
【００３２】
切削箇所を削り取りその削り屑を切刃２間へ押し出す面取りが施された鈍刃先と、前記鈍刃先で押し出された削り屑を圧縮することなく運ぶすくい面３を備える切削工具（以下「実施例」という）に加工されたワークの切削面を観察すると、少なくとも４００ｍｍの長さにわたり表面をかきむしった様な切削面を確認することができた（切削初期：図９（Ａ），切削後期：図１０（Ａ）参照）。
その際、切削工具の切刃２は、切削初期（切削初期：図９（Ｂ）参照）から切削後期（切削初期：図１０（Ｂ）参照）にわたり、良好な状態が維持される。
【００３３】
一方、従来の切削工具を観察すると、切削初期から上記実施例より粗い切削面が確認され（図１１（Ａ）参照）、切削後期にあっては、ほとんど加工されない状態となった（図１２（Ａ）参照）。
その際、切削工具の切刃２は、切削初期（切削初期：図１１（Ｂ）参照）から既にコーティング層の剥離が生じ、切削後期（切削初期：図１２（Ｂ）参照）にあっては、切削に用いた前刃の全コーティング層が剥離した状態となった。
【００３４】
切削箇所を削り取りその削り屑をすくい面３へ押し出す面取りが施された鈍刃先を備えていても、すくい面３の高さが比較的低い場合には、削り屑を収容するポケットの容積が不足し、ポケットへの削り屑の円滑な流入が行われない。而して、当該ポケットから漏れた削り屑が刃先及びワークそれぞれに対して切削抵抗を高める作用を奏し、切削面の荒れと切刃２の摩耗を促進する。
よって、切り込み厚さより大きいすくい面３の高さと、切削分をかき出すに十分な広さのすくい面３を持たせることがより好ましい切削面を得ることができる条件となる。
【００３５】
図９及び図１０に示す例は、すくい面３の高さ７０μｍ、傾斜角０度、すくい角がネガティブ（図５（Ａ）参照）、Ｃ０．０５０ｍｍの面取りを施した切刃２に、１２μｍのコーティング層を被着し、１００００ｒｅｖ／ｍｉｎで回転させ、５０μｍの切り込み厚さで得たものである。
図１１及び図１２に示す例は、すくい面３の高さ５０μｍ、傾斜角０度、すくい角がポジティブ（図５（Ｃ）参照）、Ｃ０．０２０ｍｍの面取りを施した切刃２に、１２μｍのコーティング層を被着し、７０００ｒｅｖ／ｍｉｎで回転させ、５０μｍの切り込み厚さで得たものである。
【００３６】
その際、ワークが溶融成形されたものであれば、刃先の面取り部上にワークの削り屑が溶着し、品質の悪い刃先としての作用を果たす（所謂「構成刃先」が形成される）ことが多いが、そもそも、本発明による切削工具は、脆性材からなるワークの粗削りを目的とするものであるから、工具の刃先にワークの削り屑が溶着することなく圧着されて刃先としての作用を果たし、ワークから脱出した直後に容易に剥がれて流動する（図１（Ａ）参照）ことによって、切削効率が良く耐用期間の長い粗削り用切削工具としての機能を果たすことができる。
【符号の説明】
【００３７】
Ａ  工具本体，Ｂ  シャンク部，
１  ボディー， ２  切刃，３  すくい面，４  逃げ面，５  送り面， 
【図１】
2018130801.tif 000003
【図２】
2018130801.tif 000004
【図３】
2018130801.tif 000005
【図４】
2018130801.tif 000006
【図５】
2018130801.tif 000007
【図６】
2018130801.tif 000008
【図７】
2018130801.tif 000009
【図８】
2018130801.tif 000010
【図９】
2018130801.tif 000011
【図１０】
2018130801.tif 000012
【図１１】
2018130801.tif 000013
【図１２】
2018130801.tif 000014