(57)【要約】      （修正有）【課題】環境負荷の低い乾式（ドライ）でアルミニウム合金やマグネシウム合金等の非鉄金属の良好な切削性能を得られる、ダイヤモンドよりも生産性が高く低コストの切削工具及び切削加工方法を提供すること。【解決手段】非鉄金属の切削と非切削とを繰り返す断続切削に用いられる切削工具である。ＤＬＣで被覆した刃先を有し、切削と非切削による切削長さＬ１と非切削長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が０．０１〜１０となる切削を行う。非鉄金属は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム又はマグネシウム合金である。ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、リーマ、タップ又はメタルソーとして用いられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非鉄金属の切削と非切削とを繰り返す断続切削に用いられる切削工具において、
ＤＬＣで被覆した刃先を有し、上記切削と上記非切削による切削長さＬ１と非切削長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が０．０１〜１０となる切削を行うことを特徴とする切削工具。
【請求項２】
上記ＤＬＣが、実質的に水素を含まない高硬度の非晶質炭素膜であ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】
上記非鉄金属が、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム又はマグネシウム合金であることを特徴とする請求項１又は２に記載の切削工具。
【請求項４】
ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、リーマ、タップ又はメタルソーとして用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の切削工具。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の切削工具を用いることを特徴とする非鉄金属の断続切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）で刃先を被覆した切削工具及びこれを用いる切削加工方法に係り、更に詳細には、非鉄金属を切削と非切削を繰り返して断続切削するのに用いられる切削工具及び切削加工方法に関する。
本発明の切削工具は、典型的には、ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、リーマ、タップ及びメタルソーなどとして用いられる。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題改善の要求から環境負荷の低い加工技術が求められている。その対応策の一つとして、切削油剤を用いない乾式（ドライ）で切削加工を行う技術の開発が強く求められている。しかしながら、切削油剤を用いないことにより生じる問題を解決することは容易ではない。例えば、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの非鉄金属の切削加工においては、切削油剤を用いない加工では容易に工具への溶着が発生してしまい、加工不良や工具折損が生じてしまうという問題があった。
そのため、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ・非晶質炭素膜・非晶質カーボン）をコーティングすることにより、切削工具に耐摩耗性・耐溶着性・耐欠損性を付与して、良好な切削性能を得ることを期待した特許出願がなされている。
【０００３】
例えば、特許第３７１８６６４号（特許文献１）は、発明の名称が「非晶質カーボン被覆工具およびその製造方法」と称するものであり、水素を実質的に含有しない非晶質カーボン膜を被覆した切削工具に関するものである。
この特許では、基材の組成や非晶質カーボン膜の厚さを特定し、耐溶着性や耐摩耗性に優れた切削工具を提案しており、切削加工方法についてはほとんど特定しておらず、非晶質カーボン被覆工具が幅広く切削加工に適用できるとされている。
【０００４】
また、特開２００７−１３１８９３号公報（特許文献２）は、発明の名称が「ＤＬＣ被膜、およびＤＬＣ被膜被覆工具」と称するものであり、実質的に水素を含まないＤＬＣ被膜とその上に水素を含むＤＬＣ被膜とを被覆した切削工具に関するものである。
この発明では、水素を含むＤＬＣ被膜が表層にあることで低い摩擦係数が得られ、切削油剤を用いないエアブローのみによるアルミニウム合金等の切削時でも優れた耐溶着性が得られることが提案されている。
【０００５】
一方、特開平９−０２０９５１号公報（特許文献３）は、発明の名称が「高耐熱、高靱性ダイヤモンド焼結体およびその製造法」と称するものであり、高耐熱、高靱性のダイヤモンド焼結体により、非鉄金属等の重断続切削を可能とする方法が提案されている。
ダイヤモンドは熱伝導率が非常に高いため、非鉄金属等切削時の溶着に有利であり、靱性を高めたダイヤモンド焼結体であれば、耐溶着性や耐欠損性等に優れた切削工具の実現も可能であると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７１８６６４号
【特許文献２】特開２００７−１３１８９３号公報
【特許文献３】特開平９−０２０９５１号公報
【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、特許文献１に記載の発明にあっては、本発明者らの研究では、水素を実質的に含有しないＤＬＣ被覆工具においても、切削加工方法によっては溶着の発生が認められた。特に連続切削においては乾式（ドライ）での切削は早期に溶着が発生した。
【０００８】
また、特許文献２に記載の発明にあっては、特許文献１の開示によれば水素を含むＤＬＣ被膜では切削環境下で硬度が極端に低下するとされ、期待する性能が得られないと考えられる。また、本発明者らの研究においても、水素を含むＤＬＣ被膜被覆工具では良好な切削性能は得られなかった。
【０００９】
さらに、特許文献３に記載の発明においては、ダイヤモンド焼結体を基材にロウ付けする工具では、複雑形状の工具や小径工具を製作することが困難であり、その成形性の難しさから生産性が非常に悪く、非常にコストが高くなってしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、環境負荷の低い乾式（ドライ）でアルミニウム合金やマグネシウム合金等の非鉄金属の良好な切削性能を得られる、ダイヤモンドよりも生産性が高く低コストの切削工具及び切削加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記目的を達成すべく非鉄金属に対する乾式切削について鋭意検討を重ねた結果、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を表面に被覆し、切削形態につき切削長さと非切削長さを適切に制御した断続切削を実現することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、本発明の切削工具は、非鉄金属の切削と非切削とを繰り返す断続切削に用いられる切削工具において、
ＤＬＣで被覆した刃先を有し、上記切削と上記非切削による切削長さＬ１と非切削長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が０．０１〜１０となる切削を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の切削工具の好適形態は、上記ＤＬＣが、実質的に水素を含まない高硬度の非晶質炭素膜であることを特徴とする。
更に、本発明の切削工具の他の好適形態は、上記非鉄金属が、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム又はマグネシウム合金であることを特徴とする。
更にまた、本発明の切削工具の更に他の好適形態は、ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、リーマ、タップ又はメタルソーとして用いられることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の切削加工方法は、上述の如き切削工具を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を表面に被覆し、切削形態につき切削長さと非切削長さを適切に制御した断続切削を実現することとしたため、環境負荷の低い乾式（ドライ）でアルミニウム合金やマグネシウム合金等の非鉄金属の良好な切削性能を得られる、ダイヤモンドよりも生産性が高く低コストの切削工具及び切削加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】切削現象を最も単純化した「二次元切削試験法」で用いる試験装置の概略斜視図である。
【図２】二次元切削試験法において断続切削に用いた被削材の切削長さ（Ｌ１）と非切削長さ（Ｌ２）を説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の切削工具について説明する。
上述の如く、本発明の切削工具は、非鉄金属の切削と非切削とを繰り返す断続切削に用いられる切削工具である。
この切削工具は、ＤＬＣで被覆した刃先を有し、切削形態が上記切削と上記非切削による切削長さＬ１と非切削長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が０．０１〜１０となる切削を実現する。
【００１８】
ここで、切削形態が連続切削の場合には、乾式（ドライ）では切削工具の表面に容易に溶着が発生し良好な切削が行えないが、本発明では、切削を適切に中断し非切削となる時間を設けることで、切削工具表面への溶着を抑制することができ、良好な切削を行うことができる。
【００１９】
上記の断続切削としては、切削長さＬ１と非切削長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が１０以下であり、３未満であることがより好ましい。Ｌ１／Ｌ２が３以上では若干の溶着が発生するが、３未満では溶着発生を完全に抑制することができるからである。
また、Ｌ１／Ｌ２は０．０１以上とする。Ｌ１／Ｌ２が０．０１未満と極端に小さい場合、生産性が非常に悪くなるため実用的ではない。
なお、被削材の種類や性質、切削条件、切削工具への駆動力などによっても適宜変更されるが、典型的には０．３≦Ｌ１／Ｌ２＜３を満足する断続切削が更に好ましい。
【００２０】
この切削工具の刃先を被覆するＤＬＣは、実質的に水素を含まない高硬度の非晶質炭素膜（ｔａ−Ｃ：ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ）であることが好ましい。ｔａ−Ｃにより、断続切削中の工具表面の摩擦係数は低い状態になり、良好な耐溶着性を発揮する。
なお、刃先とは被削材と接触して切削を行う部位を意味し、切刃の先端のみを示す訳ではない。また、本発明においては、少なくとも刃先がＤＬＣコートされていればよいが、当該切削工具の全体又は他の部位がＤＬＣコートされていてもよい。
【００２１】
また、本発明の切削工具で切削する被削材は、非鉄金属であれば特に限定されるものではないが、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム又はマグネシウム合金が主なものであり、その他の非鉄金属や樹脂材料を被削材とすることも可能である。
【００２２】
本発明の切削工具は、上述のような断続的な切削形態を実現できる切刃形状ないし構造を有すれば十分であるが、具体的には、ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、リーマ、タップ又はメタルソーの形状ないし構造を採ることができる。
【００２３】
次に、本発明の切削加工方法について説明する。
本発明の切削加工方法は、以上に説明した本発明の切削工具を使用する切削加工方法である。
この切削加工方法によれば、環境負荷の低い乾式（ドライ）でアルミニウム合金やマグネシウム合金等の非鉄金属の良好な切削性能が実現でき、しかもダイヤモンドやダイヤモンドコートを施した切削工具を用いる加工よりも生産性が高く低コストを実現できる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２５】
＜性能評価＞
「二次元切削試験」
後述する各例の切削工具及び切削条件を用い、図１に示す試験装置により、以下の試験条件で二次元切削試験を行った。得られた結果を表１に示す。
なお、図２は、切削加工後の被削材の一例を示す斜視図であり、切削部の切削長Ｌ１と非切削部のＬ２を示している。
（試験条件）
・切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
・送り量：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ
・切削幅：５ｍｍ
・給油：なし（ドライ）
【００２６】
［工具への溶着の有無］
目視にて判定した。得られた結果を表１に示す。
【００２７】
［加工面粗さ］
被削材の加工面の粗さをＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に準拠して測定した。得られた結果を表１に併記した。
【００２８】
（実施例１）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてアルミニウム合金Ａ５０５２を切削した。被削材は切削長さＬ１：９．４２ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ９．４２ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝１．０）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００２９】
（実施例２）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてアルミニウム合金Ａ５０５２を切削した。被削材は切削長さＬ１：１５．７１ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ９．４２ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝１．７）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００３０】
（実施例３）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてアルミニウム合金Ａ５０５２を切削した。被削材は切削長さＬ１：２０．７３ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ９．４２ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝２．２）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００３１】
（実施例４）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてアルミニウム合金Ａ５０５２を切削した。被削材は切削長さＬ１：２８．２７ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ９．４２ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝３．０）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００３２】
（実施例５）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてアルミニウム合金Ａ５０５２を切削した。被削材は切削長さＬ１：９．４２ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ２８．２７ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝０．３）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００３３】
（実施例６）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてアルミニウム合金Ａ５０５２を切削した。被削材は切削長さＬ１：９．４２ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ５．６５ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝１．７）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００３４】
（実施例７）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてアルミニウム合金Ａ５０５２を切削した。被削材は切削長さＬ１：９．４２ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ２．１７ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝４．３）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００３５】
（実施例８）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてアルミニウム合金Ａ５０５２を切削した。被削材は切削長さＬ１：１３．１９ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ５．６５ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝２．３）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００３６】
（実施例９）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてアルミニウムＡ１０７０を切削した。被削材は切削長さＬ１：９．４２ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ９．４２ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝１．０）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００３７】
（実施例１０）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてアルミニウム合金Ａ７０７５を切削した。被削材は切削長さＬ１：９．４２ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ９．４２ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝１．０）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００３８】
（実施例１１）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてマグネシウム合金ＡＺ３１Ｂを切削した。被削材は切削長さＬ１：９．４２ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ９．４２ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝１．０）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００３９】
（比較例１）
未コートの超硬工具を用いてアルミニウム合金Ａ５０５２を切削した。被削材は非切削部のない形状であり、切削形態は連続切削であった。
【００４０】
（比較例２）
未コートの超硬工具を用いてアルミニウム合金Ａ５０５２を切削した。被削材は切削長さＬ１：９．４２ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ９．４２ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝１．０）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００４１】
（比較例３）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてアルミニウム合金Ａ５０５２を切削した。被削材は非切削部のない形状であり、切削形態は連続切削であった。
【００４２】
（比較例４）
超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いてアルミニウム合金Ａ５０５２を切削した。被削材は切削長さＬ１：９．４２ｍｍ、Ｌ２：非切削長さ０．６３ｍｍ（Ｌ１／Ｌ２＝１５．０）に加工されたものを用いており、切削形態は断続切削であった。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１の実施例から、ドライでのアルミニウム合金やマグネシウム合金の切削において、超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いて、切削長さＬ１と非切削長さＬ２との比Ｌ１／Ｌ２が１０以下の条件で断続切削すると、工具への溶着がほとんどなく、加工面粗さも小さくなり、良好な切削が行えることが分かった。
【００４５】
比較例１及び２では、超硬チップの表面にＤＬＣをコーティングしていない場合、連続切削、断続切削のいずれも工具への溶着が発生し、良好な加工面が得られなかった。
比較例３では、超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いても、切削形態が連続切削の場合には、工具への溶着が発生し、良好な切削ができなかった。
比較例４では、超硬チップの表面に実質的に水素を含まないＤＬＣ（ｔａ−Ｃ）をコーティングした工具を用いたアルミニウム合金の断続切削においても、Ｌ１／Ｌ２が１５の場合では、工具への溶着が発生し、良好な加工面を得ることができなかった。
【００４６】
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、実施例では、断続的な切削形態となる形状の被削材を切削したときの効果を説明したが、切削工具が断続的な切削形態を実現できる切刃形状ないし構造を有すれば、本発明の効果を期待できる。そのため、本発明はドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型チップ、旋削用刃先交換型チップ、リーマ、タップ又はメタルソーの形状ないし構造を採る切削工具などに適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の切削工具及び切削加工方法は、以上に説明したような利点を有するものであり、例えば、切削砥石、金属プレス用金型などに応用することができる。
【図１】
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【図２】
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