(57)【要約】【課題】切削抵抗の増大を生じることなく、ドライ環境下における効率的な切削加工を可能とする技術の実現。【解決手段】先端の切れ刃18で切削されて生じた切り屑26が接触するすくい面20の少なくとも一部に、多数の凹部を所定のパターに従って形成した切削工具10であって、各凹部が二等辺三角形状を備えた第１の三角凹部14よりなり、これら第１の三角凹部14は、それぞれの頂角14aが切り屑26の排出方向を向くように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端の切れ刃で切削されて生じた切り屑が接触するすくい面の少なくとも一部に、多数の凹部を所定のパターンに従って形成した切削工具であって、
上記の各凹部が、三角形状を備えた三角凹部よりなり、
各三角凹部は、それぞれの頂角が切り屑の排出方向を向くように配置されていることを特徴とする切削工具。
【請求項２】
上記の各三角凹部が、二等辺三角形状を備えていることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
上記の各三角凹部が、正三角形状を備えていることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
【請求項４】
上記の各三角凹部が、上記すくい面に対しレーザビームを照射することによって形成されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の切削工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、切削工具及びその製造方法に係り、特に、アルミニウム合金等の切削加工を効率化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料を切削加工するに際し、工具−被削材間の潤滑や冷却目的、あるいは切り屑の排出目的で、切削油剤が用いられるのが一般的であるが、近年の生産加工現場においては、環境負荷の軽減やコスト削減等の観点から、このようなウェット加工から切削油剤を用いないドライ加工への移行が強く求められるようになっている。
【０００３】
このため、切削工具のすくい面にDLCコーティングを形成することで潤滑性を高めることが試みられているが、被削材がアルミニウム合金の場合、融点が低く化学的に活性な金属であるため、切削油剤の使用を一掃するまでには至っていないのが現状である。
これに対し特許文献１においては、切削工具のすくい面に多数の微細な凹部（ドット状の窪み）を形成することにより、切削工具に対する切り屑の凝着を有効に抑制することができ、結果的に切削油剤の利用が必要なくなることが謳われている。
【特許文献１】特開２０１３−２１２５７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この特許文献１の技術の場合、図１３に示すように、切削工具のすくい面80に多数形成された円形凹部82には、切り屑排出方向と交差するエッジ84がそれぞれ発生することとなる。
このため、各エッジ84による切り屑への二次切削（Microcutter効果）が発生し、切削抵抗の増大を招くという問題が生じていた。
【０００５】
この発明は、このような従来技術の問題を解決するために案出されたものであり、切削抵抗の増大を生じることなく、ドライ環境下における効率的な切削加工を可能とする技術の実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載した切削工具は、先端の切れ刃で切削されて生じた切り屑が接触するすくい面の少なくとも一部に、多数の凹部を所定のパターンに従って形成した切削工具であって、上記の各凹部が、三角形状を備えた三角凹部よりなり、各三角凹部は、それぞれの頂角が切り屑の排出方向を向くように配置されていることを特徴としている。
上記三角凹部の形状・寸法・配置パターンについて特に限定はないが、それぞれの頂角は６０度〜１５０度の範囲に設定されることが望ましい。
【０００７】
また、請求項２に記載した切削工具は、請求項１の工具であって、各三角凹部が二等辺三角形状を備えていることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に記載した切削工具は、請求項１の工具であって、各三角凹部が正三角形状を備えていることを特徴としている。
【０００９】
請求項４に記載した切削工具の製造方法は、請求項１〜３の切削工具の製造方法であって、上記の各三角凹部が、上記すくい面に対しレーザビームを照射することによって形成されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る切削工具の場合、切削工具のすくい面に形成された各凹部が、それぞれ三角形状を備えた三角凹部よりなり、かつ、各三角凹部の頂点が切り屑の排出方向に向いている。
すなわち、切り屑の排出方向と直交するエッジがほとんど生じない構造を備えているため、加工時における切削抵抗を最小限に抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、この発明に係る切削工具10のすくい面12を示すものであり、微細な第１の三角凹部14が一定の配列パターンで多数形成された第１の表面テクスチャ16を備えている。
第１の三角凹部14は、それぞれ頂角14aが鈍角（約88度）の略二等辺三角形状を有しており、頂角14aが切り屑の排出方向に向くように配置されている。
【００１２】
ここで、「第１の三角凹部14の頂角14aが切り屑の排出方向に向く」とは、図２に示すように、第１の三角凹部14の頂角14aが切り屑の排出先側に、また底辺14bが排出元（切れ刃）側に位置すると共に、その頂点Ｐ1と底辺14bの中点Ｐ2を結ぶ直線Ｌ1が、切り屑排出方向を示す直線Ｌ2と平行であることをいう。
ただし、加工精度の事情等により、上記直線Ｌ1が左右に極僅かに傾くことを排除するものではない。
【００１３】
第１の三角凹部14の配列パターンについて特に限定はないが、図においては、ある列に含まれる第１の三角凹部14と、左右に隣接した他の列に含まれる第１の三角凹部14との間に、前後方向のズレが生じるように配置されている。
これに対し、二つ隣の列に含まれる第１の三角凹部14との間には前後方向のズレはなく、同一行上に並んでいる。
このように、隣接する列間で第１の三角凹部14の位置に前後方向のズレを設けることにより、第１の表面テクスチャ16における第１の三角凹部14の密度を高めることが可能となる。
【００１４】
この第１の表面テクスチャ16における第１の三角凹部14の寸法及び相互間の位置関係は、以下の通りである。
■ＴL（第１の三角凹部14の底辺長さ）：１５５μｍ
■Ｔh（第１の三角凹部14の高さ）：８０μｍ
■Ｅw（切れ刃18までの距離）：２５μｍ
■Ｔdis（上方の第１の三角凹部14との間隔）：５μｍ
■Ｔdep（第１の三角凹部14の深さ）：５μｍ
■Ｔint1（真上の第１の三角凹部14との中心距離）：８５μｍ
■Ｔint2（斜め上の第１の三角凹部14との中心高さ距離）：４０μｍ
■Ｔint3（斜め上の第１の三角凹部14との中心距離）：１２５μｍ
■Ｔint4（真横の第１の三角凹部14との中心距離）：２５０μｍ
【００１５】
図３に示すように、すくい面20に凹部の形成されていない通常の切削工具（通常工具22）の場合、加工対象物24を切削するに際し（図３(a)）、すくい面20の全面に強固に固着した切り屑26の凝着物28は、切り屑26が脱落した後も脱落することなく、そのまま表面に堆積していく（図３(b)）。
そして、図４に示すように、凝着物が一定以上の大きさに成長した段階で大規模に脱落することとなり、これが加工精度を低下させる一因ともなっている。
【００１６】
これに対し、この発明に係る切削工具10（開発工具）の場合、図５(a)に示すように、凝着物28は微細な第１の三角凹部14内に発生するため細分化されることとなり、多くはそのまま切り屑26と共に脱落していく（図５(b)）。
このため、第１の三角凹部14の頂角14a付近に極微量の凝着物28が残されるのみとなり、大規模な脱落は発生しない。
つまり、図４に示される通り、開発工具の場合には凝着物の小規模な脱落が小刻みに繰り返される結果、加工精度に悪影響を与えることがない。
【００１７】
図６は、切削工具10のすくい面12に形成された第２の表面テクスチャ30を示すものであり、この第２の表面テクスチャ30は、正三角形状の第２の三角凹部32を一定のパターンで多数形成した構造を備えている。
また、それぞれの頂角32aが切り屑の排出方向に向くように、第２の三角凹部32は配置されている。
【００１８】
ここで、「第２の三角凹部32の頂角32aが切り屑の排出方向に向く」とは、図示は省略したが、第２の三角凹部32の頂角32aが切り屑の排出先側に、また底辺32bが排出元（切れ刃18）側に位置すると共に、その頂点と底辺32bの中点を結ぶ直線が、切り屑排出方向を示す直線と略平行であることをいう。
【００１９】
この第２の三角凹部32の配列パターンについても特に限定はないが、図においては、ある列に含まれる第２の三角凹部32と、左右に隣接した他の列に含まれる第２の三角凹部32との間に、前後方向のズレが生じるように配置されている。
これに対し、二つ隣の列に含まれる第２の三角凹部32との間には前後方向のズレはなく、同一行上に並んでいる。
【００２０】
この第２の表面テクスチャ30における第２の三角凹部32の寸法及び相互間の位置関係は、以下の通りである。
■ＴL（第２の三角凹部32の底辺長さ）：９５μｍ
■Ｔh（第２の三角凹部32の高さ）：８０μｍ
■Ｅw（切れ刃18までの距離）：２５μｍ
■Ｔdis（上方の第２の三角凹部32との間隔）：５μｍ
■Ｔdep（第２の三角凹部32の深さ）：５μｍ
■Ｔint1（真上の第２の三角凹部32との中心距離）：８５μｍ
■Ｔint2（斜め上の第２の三角凹部32との中心高さ距離）：４０μｍ
■Ｔint3（斜め上の第２の三角凹部32との中心距離）：７７.５μｍ
■Ｔint4（真横の第２の三角凹部32との中心距離）：１５５μｍ
【００２１】
図７は、通常工具22のすくい面20のレーザ顕微鏡による観察像であり、加工前（図７(a)）には一切の凝着物が付着していなが、切削距離1,800ｍの加工後（図７(b)）には多量の凝着物28が被着している様子が窺える。
【００２２】
これに対し、図８は第１の表面テクスチャ16を備えたすくい面12のレーザ顕微鏡による観察像であり、加工前（図８(a)）には一切の凝着物が付着していのは当然として、切削距離1,800ｍの加工後（図８(b)）においても凝着物28の被着量は比較的少なく、完全に埋没している第１の三角凹部14はほとんど認められない。
【００２３】
図９は、第２の表面テクスチャ30を備えたすくい面12のレーザ顕微鏡による観察像であり、第１の表面テクスチャ16の場合と同様、切削距離1,800ｍの加工後（図９(b)）においても、凝着物28の被着量は比較的少なく、完全に埋没している第２の三角凹部32はほとんど認められない。
【００２４】
因みに、図１０は特許文献１で開示された円形凹部82を切削工具40のすくい面42に多数形成した状態を示すレーザ顕微鏡による観察像であり、加工後（図１０(b)）には多くの円形凹部82内に凝着物28が充填されている様子が窺える。
これは、各円形凹部82のエッジ84によって大量の凝着物28が発生することが原因として考えられる。
【００２５】
この発明に係る第１の三角凹部14及び第２の三角凹部32の場合、切り屑排出方向と直交するエッジが極めて小さくなる構造となっており、この結果、加工時における切削抵抗を最小限に抑えることが可能となっている。
【００２６】
図１１は、各種切削工具の凝着物28の分量を定量的に比較した棒グラフであり、凹部なし（通常工具22）や円形凹部82を備えた切削工具に比べ、第１の三角凹部14を備えた開発工具の凝着物の分量が極めて少ないことが理解できる。
また、第２の三角凹部32を備えた開発工具の場合も、凝着物の分量が第１の三角凹部14を形成した第１の表面テクスチャ16に次いで少なくなっている。
【００２７】
これに対し図１２は、各種切削工具の切削抵抗（切削距離1,800ｍの時点におけるカッタ１０回転分の合成切削抵抗の平均値）を対比する棒グラフであり、グラフ中のエラーバーは、カッタ１０回転の切削抵抗値のうちの最大値及び最小値を示している。
【００２８】
凹部なし（通常工具22）の場合、抵抗値が比較的大きいのみならず、凝着物の大規模な生成・脱落が生じるために、加工中の切削抵抗の変動が極めて大きくなっている（エラーバーの幅が広い）。
また、円形凹部82を備えた切削工具の場合には、切削抵抗の変動自体は安定しているが、Microcutter効果の影響で抵抗値そのものは比較的大きくなっている。
これに対し、第１の三角凹部14を備えた開発工具の場合、切削抵抗の変動も小さく、かつ切削抵抗も極めて小さくなっている。
さらに、第２の三角凹部32を備えた開発工具の場合も、第１の三角凹部14を形成した第１の表面テクスチャ16に次いで、切削抵抗が少なくなっている。
【００２９】
上記の第１の三角凹部14及び第２の三角凹部32は、切削工具10のすくい面12にレーザビーム（例えば、ピコ秒レーザやフェムト秒レーザ等の極短パルスレーザ）を照射することにより、形成される。
この際、回析光学素子（DOE）やマスクを用いて所望の三角形状を形成し、ガルバノメータ等を用いてすくい面12に転写する方法と、ガルバノメータやポリゴンミラー等を用い、微細な径（１０μｍ）のレーザビームですくい面12上を走査することで、必要な三角形状を実現する方法がある。
【００３０】
上記においては、切削工具のすくい面に形成される各三角凹部の形状・寸法が等しくなる例を挙げたが、この発明はこれに限定されるものではなく、各三角凹部の形状・寸法を異ならせることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】二等辺三角形状の第１の三角凹部を多数備えた第１の表面テクスチャを示す拡大平面図及び断面図である。
【図２】第１の三角凹部の向きを説明する図である。
【図３】通常工具を用いた加工例を示す模式図である。
【図４】通常工具及び開発工具における凝着物の成長−脱落を示す折れ線グラフである。
【図５】開発工具を用いた加工例を示す模式図である。
【図６】正三角形状の第２の三角凹部を多数備えた第２の表面テクスチャを示す拡大平面図及び断面図である。
【図７】通常工具のすくい面における加工前と加工後の状態を比較するレーザ顕微鏡による観察像である。
【図８】第１の表面テクスチャを形成したすくい面における加工前と加工後の状態を比較するレーザ顕微鏡による観察像である。
【図９】第２の表面テクスチャを形成したすくい面における加工前と加工後の状態を比較するレーザ顕微鏡による観察像である。
【図１０】従来の円形凹部を多数形成したすくい面における加工前と加工後の状態を比較するレーザ顕微鏡による観察像である。
【図１１】各種切削工具の凝着物の分量を定量的に比較した棒グラフである。
【図１２】各種切削工具の切削抵抗を対比する棒グラフである。
【図１３】切削工具のすくい面に円形凹部を多数形成した従来の表面テクスチャを示す拡大平面図である。
【符号の説明】
【００３２】
10    切削工具
12    すくい面
14    第１の三角凹部
14a    頂角
14b    底辺
16    第１の表面テクスチャ
18    切れ刃
24    加工対象物
26    切り屑
28    凝着物
30    第２の表面テクスチャ
32    第２の三角凹部
32a    頂角
32b    底辺
【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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