(57)【要約】【課題】切削効率を低下させずに被加工表面層に圧縮残留応力を生成させる切削工具を提供する。【解決手段】切削工具１０は、工具本体２０と超硬ピン３０とを有する。工具本体２０の穴２２に超硬ピン３０を差し込んでボルト１２で固定することにより切削工具１０となる。工具本体２０はその外周方向（矢印Ａ方向）に回転する。工具本体２０の先端部分に形成された穴２２の開口２２ａから超硬ピン３０が挿入される。工具本体２０の先端部分の外周には、回転しながら被切削材を切削する切削刃２４が形成されている。超硬ピン３０の先端面３２は滑らかに湾曲した凸部になっている。工具本体２０の穴２２に超硬ピン３０を嵌め込んで固定した場合、超硬ピン３０の先端は、切削刃２４の先端よりもＬ（＝０．１ｍｍ）だけ突出している。【選択図】  図１
2005066813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転しながら被切削材を切削する切削刃と、
被切削材のうち前記切削刃によって切削された被切削部分を押圧して塑性流動させる押圧部とを備えたことを特徴とする切削工具。
【請求項２】
その外周方向に回転する柱状部材であって、
該柱状部材の先端部分のうち回転中心部に形成された凸状の押圧部と、
前記先端部分に形成されると共に前記押圧部よりも突出していない、被切削材を切削する切削刃とを備えたことを特徴とする切削工具。
【請求項３】
その先端面から後端側に向かって形成された所定深さの穴、及び前記先端面に形成されて被切削材を切削する切削刃を有する柱状部材と、
被切削材のうち前記切削刃によって切削された被切削部分を押圧して塑性流動させる押圧部が形成された、前記穴に着脱自在に差し込まれる押圧部材とを備えたことを特徴とする切削工具。
【請求項４】
前記押圧部と前記切削刃は一体的に形成されたものであることを特徴とする請求項１，２，又は３に記載の切削工具。
【請求項５】
前記押圧部と前記切削刃は別体で形成されたものであることを特徴とする請求項１，２，又は３に記載の切削工具。
【請求項６】
その外周方向に回転する柱状部材であって、
該柱状部材の先端部のうちその回転中心から所定距離だけ離れた外周部分に位置する凸状の押圧部と、
前記柱状部材の前記先端部に配置されると共に前記押圧部よりも突出していない、被切削材を切削する切削刃とを備えたことを特徴とする切削工具。
【請求項７】
前記柱状部材は、その先端面から後端面まで貫通した貫通孔が形成されたものであり、
前記押圧部が形成された、前記貫通孔に差し込まれる押圧部材を備えたことを特徴とする請求項６に記載の切削工具。
【請求項８】
前記押圧部材を前記柱状部材の先端に向けて付勢する、前記貫通孔に配置された弾性部材を備えたことを特徴とする請求項７に記載の切削工具。
【請求項９】
前記切削刃は、前記柱状部材の前記先端部に着脱自在に取り付けられるものであることを特徴とする請求項６から９までのうちのいずれか一項に記載の切削工具。
【請求項１０】
前記押圧部が突出する突出量を調整する、前記貫通孔に配置された調整部材を備えたことを特徴とする請求項７，８，又は９に記載の切削工具。
【請求項１１】
前記押圧部は、
前記柱状部材の太さよりも小さい外径をもつ、前記柱状部材の前記先端面から突出した柱状の突起であることを特徴とする請求項２から１０までのうちのいずれか一項に記載の切削工具。
【請求項１２】
前記柱状の突起は、
その先端面が滑らかに湾曲しているものであることを特徴とする請求項１１に記載の切削工具。
【請求項１３】
前記押圧部は、
前記切削刃よりも０．３ｍｍ以下の範囲内の量だけ突出しているか、又は前記切削刃と同じ高さのものであることを特徴とする請求項１から１２までのうちのいずれか一項に記載の切削工具。
【請求項１４】
請求項１から１３までのうちのいずれか一項に記載の切削工具を固定する固定部材と、
該固定部材と共に前記切削工具を回転させる回転用駆動源と、
該固定部材と共に前記切削工具を所定方向に移動させる移動用駆動源とを備えたことを特徴とする切削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼やアルミニウムなどを切削加工するための切削工具及び切削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機などの主要構造に使用される部品には、通常、高い疲労強度と耐応力腐食割れ性が要求されている。このような要求を満たすためには、一般に、切削加工で部品を作製し、その後、この部品にショットピーニングを施す。このショットピーニングによって部品の表面層に圧縮残留応力が生成されるので、部品は高い疲労強度と耐応力腐食割れ性を有することとなる。
【０００３】
しかし、ショットピーニングは切削加工とは別の作業工程になる。また、ショットピーニングは、部品の表面に鋼球等を衝突させる加工法であるので、部品の表面に凹凸が形成される。このため、部品の精度に悪影響を与えるおそれがある。
【０００４】
そこで、工具の切削速度を限定すると共に、工具軸方向と工具径方向の切り込み量を限定して、切削加工の際に表面層に圧縮残留応力を生成される技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−６１７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の技術では、工具の切削速度等を限定しているので、切削効率が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、切削効率を低下させずに被加工表面層に圧縮残留応力を生成させる切削工具及び切削装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の第１の切削工具は、
（１）回転しながら被切削材を切削する切削刃と、
（２）被切削材のうち前記切削刃によって切削された被切削部分を押圧して塑性流動させる押圧部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、上記目的を達成するための本発明の第２の切削工具は、
（３）その外周方向に回転する柱状部材であって、
（４）該柱状部材の先端部分のうち回転中心部に形成された凸状の押圧部と、
（５）前記先端部分に形成されると共に前記押圧部よりも突出していない、被切削材を切削する切削刃とを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明の第３の切削工具は、
（６）その先端面から後端側に向かって形成された所定深さの穴、及び前記先端面に形成されて被切削材を切削する切削刃を有する柱状部材と、
（７）被切削材のうち前記切削刃によって切削された被切削部分を押圧して塑性流動させる押圧部が形成された、前記穴に着脱自在に差し込まれる押圧部材とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
さらにまた、
（８）前記押圧部と前記切削刃は一体的に形成されたものであってもよい。
【００１１】
さらにまた、
（９）前記押圧部と前記切削刃は別体で形成されたものであってもよい。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明の第４の切削工具は、
（１０）その外周方向に回転する柱状部材であって、
（１１）該柱状部材の先端部のうちその回転中心から所定距離だけ離れた外周部分に位置する凸状の押圧部と、
（１２）前記柱状部材の前記先端部に配置されると共に前記押圧部よりも突出していない、被切削材を切削する切削刃とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、
（１３）前記柱状部材は、その先端面から後端面まで貫通した貫通孔が形成されたものであり、
（１４）前記押圧部が形成された、前記貫通孔に差し込まれる押圧部材を備えてもよい。
【００１４】
さらに、
（１５）前記押圧部材を前記柱状部材の先端に向けて付勢する、前記貫通孔に配置された弾性部材を備えてもよい。
【００１５】
さらにまた、
（１６）前記切削刃は、前記柱状部材の前記先端部に着脱自在に取り付けられるものであってもよい。
【００１６】
さらにまた、
（１７）前記押圧部が突出する突出量を調整する、前記貫通孔に配置された調整部材を備えてもよい。
【００１７】
ここで、
（１８）前記押圧部は、前記柱状部材の太さよりも小さい外径をもつ、前記柱状部材の前記先端面から突出した柱状の突起であってもよい。
【００１８】
さらに、
（１９）前記柱状の突起は、その先端面が滑らかに湾曲しているものであってもよい。
【００１９】
さらにまた、
（２０）前記押圧部は、前記切削刃よりも０．３ｍｍ以下の範囲内の量だけ突出しているか、又は前記切削刃と同じ高さのものであってもよい。
【００２０】
上記目的を達成するための本発明の切削装置は、
（２１）上記した切削工具を固定する固定部材と、
（２２）該固定部材と共に前記切削工具を回転させる回転用駆動源と、
（２３）該固定部材と共に前記切削工具を所定方向に移動させる移動用駆動源とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１の切削工具で被切削材を切削する場合、切削刃で切削された被切削部分が押圧部によって塑性流動させられる。この結果、被切削部分には圧縮残留応力が生成し、この被切削部分の疲労強度が向上すると共に耐応力腐食割れ性も向上する。本発明の切削工具には、被切削材を切削する切削刃と、被切削部分を押圧して塑性流動させる押圧部とが備えられているので、被切削部分に圧縮残留応力を生成させるためのショットピーニングなどを実施する必要が無い。従って、作業工程を短縮できる。また、切削と圧縮残留応力の生成をほぼ同時にできるので、切削効率を低下させない。
【００２２】
本発明の第２の切削工具では、切削刃が押圧部よりも突出していない（即ち、押圧部は切削刃よりも飛び出ている。また、切削刃や押圧部が上に位置するように切削工具を立てた場合、切削刃が押圧部よりも低いと表現できる。）。このため、本発明の第２の切削工具で被切削材を切削する場合、切削刃で切削された被切削部分が押圧部によって塑性流動させられる。この結果、被切削部分には圧縮残留応力が生成し、この被切削部分の疲労強度が向上すると共に耐応力腐食割れ性も向上する。本発明の第２の切削工具には、被切削材を切削する切削刃と、この被切削部分を塑性流動させる押圧部とが備えられているので、被切削部分に圧縮残留応力を生成させるためのショットピーニングなどを実施する必要が無い。従って、作業工程を短縮できる。また、切削と圧縮残留応力の生成をほぼ同時にできるので、切削効率を低下させない。
【００２３】
本発明の第３の切削工具で被切削材を切削する場合、切削刃で切削された被切削部分が押圧部材の押圧部によって塑性流動させられる。この結果、被切削部分には圧縮残留応力が生成し、この被切削部分の疲労強度が向上すると共に耐応力腐食割れ性も向上する。本発明の切削工具には、被切削材を切削する切削刃と、被切削部分を押圧して塑性流動させる押圧部とが備えられているので、被切削部分に圧縮残留応力を生成させるためのショットピーニングなどを実施する必要が無い。従って、作業工程を短縮できる。また、切削と圧縮残留応力の生成をほぼ同時にできるので、切削効率を低下させない。また、押圧部材は穴に着脱自在なので押圧部が摩耗したときには押圧部材を取り替えられる。
【００２４】
本発明の第４の切削工具で被切削材を切削する場合、柱状部材の先端部のうちその回転中心から所定距離だけ離れた外周部分に押圧部が位置しているので、一度の加工で同時に広い範囲を塑性流動させることが可能である上、押圧部の振れ回りも少ない。このため、被切削部分をこれまで以上に一様に安定して塑性流動させられる。この結果、被切削部分にはばらつきの少ない安定した圧縮残留応力が生成され、疲労強度が向上すると共に耐応力腐食割れ性も向上する。また、本発明の第４の切削工具には、被切削材を切削する切削刃と、被切削部分を押圧して塑性流動させる押圧部とが備えられているので、本発明の他の切削工具と同様に、被切削部分に圧縮残留応力を生成させるためのショットピーニングなどを実施する必要が無い。従って、作業工程を短縮できる。また、切削と圧縮残留応力の生成をほぼ同時にできるので、生産効率を低下させない。
【００２５】
ここで、前記押圧部は、前記柱状部材の太さよりも小さい外径をもつ、前記柱状部材の前記先端面から突出した柱状の突起である場合は、被切削部分を円滑に塑性流動させられる。
【００２６】
また、前記柱状の突起は、その先端面が滑らかに湾曲しているものである場合は、柱状の突起の先端面が滑らかに湾曲しており、この湾曲している部分が被切削部分を押圧して塑性流動させるので、被切削部分に対する柱状突起の抵抗は小さい。
【００２７】
さらに、前記押圧部は、前記切削刃よりも０．３ｍｍ以下の範囲内の量だけ突出しているか、又は前記切削刃と同じ高さのものである場合は、押圧部が移動する際に被切削部分に対する押圧部の抵抗は比較的小さな抵抗となるので、被切削部分を円滑に押圧できる。
【００２８】
また、本発明の切削装置によれば、被切削材の広い面を切削しながらこの広い面に圧縮残留応力を容易に生成させられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、例えばアルミニウム合金を切削加工する際に使用され切削工具及び切削装置に実現された。
【実施例１】
【００３０】
図１から図４までを参照して、本発明の切削工具の一例を説明する。
【００３１】
図１は、本発明の切削工具を示す斜視図である。図２は、図１の切削工具を分解して示す斜視図である。図３（ａ）は、図１の切削工具の工具本体を示す側面図であり、（ｂ）は、図１の切削工具の工具本体を示す正面図であり、（ｃ）は、図１の切削工具の超硬ピンを示す側面図である。図４は、図１の切削工具の先端部分を拡大して示す、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図である。
【００３２】
切削工具１０は、工具本体２０（本発明にいう柱状部材の一例である）と、この工具本体２０に着脱自在に固定される超硬ピン３０（本発明にいう押圧部材の一例である）とを有する。工具本体２０の穴２２に超硬ピン３０を差し込んでボルト１２で固定することにより切削工具１０となる。このように切削工具１０は、工具本体２０と超硬ピン３０の２つの部品から主に構成されたもの（別体のもの）であるが、工具本体２０と超硬ピン３０を一つの材料から製造して一体のものとしてもよい。
【００３３】
工具本体２０は、長さ７０ｍｍ、外径６ｍｍの円柱状のものであり、ＳＫＨ９（ＪＩＳ）などの高速度鋼から製造されたものである。工具本体２０は駆動モータ（図示せず）によってその外周方向（矢印Ａ方向）に回転する。工具本体２０の先端部分には、その先端面から後端側に向かって深さ約９ｍｍ、内径ｒ２．５ｍｍの穴２２が形成されている。この穴２２は、工具本体２０の横断面の中央部に相当する位置に形成されている。穴２２には、穴２２の開口２２ａから超硬ピン３０が挿入される。開口２２ａは、工具本体２０の先端面２０ｂの中央部分に形成されている。
【００３４】
工具本体２０の先端部分の外周には、回転しながら被切削材を切削する切削刃２４が形成されている。切削刃２４は、工具本体２０の先端部分の外周面２０ａから先端面２０ｂにかけて形成されている。切削刃２４は、工具本体２０の先端面２０ｂにおいて、穴２２の開口２２ａから等間隔離れて放射状に延びている。切削刃２４は、工具本体２０の先端部分の外周面２０ａに形成された長い凸部２６に連続している。この凸部２６の長さは、穴２２の深さよりもやや長い。なお、工具本体２０の外周面２０ａうち穴２２（穴２２自体は、工具本体２０に形成されている。）の底の近傍部分には、超硬ピン３０を固定するボルト１２が嵌め込まれる孔２０ｃが形成されている。また、工具本体２０の外形は円柱に限らず、四角柱や六角柱などの角柱でもよい。また、ここでは、３つの切削刃２４を示したが、切削刃２４は１つ以上であればいくつでもよい。
【００３５】
超硬ピン３０は長さ１０ｍｍで外径Ｒ２．５ｍｍの円柱状のものであり、Ｋ１０（ＪＩＳ）などから製造されたものである。超硬ピン３０の先端面３２は滑らかに湾曲した凸部になっており、曲率半径６．０ｍｍとなっている。工具本体２０の穴２２に超硬ピン３０を嵌め込んで固定した場合、超硬ピン３０の先端は、図４（ａ）に示すように、切削刃２４の先端よりもＬ（＝０．１ｍｍ）だけ突出している。従って、切削刃２４の先端は、超硬ピン３０の先端よりも突出していない（飛び出ていない）。この突出した部分（上記の先端面３２を含む部分）が、本発明にいう押圧部となる。ここでは、Ｌを０．１ｍｍとしたが、Ｌは０．３ｍｍ以下の範囲内の量、または、Ｌ＝０（すなわち、切削刃２４の先端と超硬ピン３０の先端が同じ高さ）であればよい。超硬ピン３０の先端部分は、被切削材７０（図８参照）のうち切削刃２４が切削した被切削部分を切削直後に押圧して塑性流動させてこの被切削部分に圧縮残留応力を生成される。従って、切削と圧縮残留応力の生成をほぼ同時にできるので、切削効率を低下させない。また、ショットピーニング等が不要となるので作業効率が向上する。
【００３６】
超硬ピン３０の長手方向後端部には、ボルト１２で押さえ付けられる平坦部３４が形成されている。超硬ピン３０を工具本体２０の穴２２に嵌め込んだときに、平坦部３４のどの位置をボルト１２で押さえ付けて固定するかによって上記Ｌを適宜に調整できる。従って、超硬ピン３０は工具本体２０に着脱自在であって、突出量Ｌも適宜に調整できることとなる。なお、超硬ピン３０の外形は円柱に限らず、四角柱や六角柱などの角柱でもよい。
【００３７】
図５から図７までを参照して、超硬ピンの他の例を説明する。
【００３８】
図５（ａ）は、曲率半径３ｍｍの先端面が形成された超硬ピンを示す側面図であり、（ｂ）は、曲率半径０．５ｍｍの先端面が形成された超硬ピンを示す側面図である。図６（ａ）は、曲率半径３ｍｍの先端面が形成された超硬ピンが固定された工具本体の先端部を拡大して示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。図７（ａ）は、曲率半径０．５ｍｍの先端面が形成された超硬ピンが固定された工具本体の先端部を拡大して示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。これらの図では、図１から図４までに示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
【００３９】
超硬ピン４０は、図５（ａ）と図６に示すように、長さ１０ｍｍで外径２．５ｍｍの円柱状のものであり、Ｋ１０（ＪＩＳ）などから製造されたものである。超硬ピン４０の先端面４２は滑らかに湾曲した凸部になっており、曲率半径３．０ｍｍとなっている。工具本体２０の穴２２に超硬ピン４０を嵌め込んで固定した場合、超硬ピン４０の先端は、図６（ａ）に示すように、切削刃２４の先端よりもＬ（＝０．１ｍｍ）だけ突出している。従って、切削刃２４の先端は、超硬ピン４０の先端よりも突出していない（飛び出ていない）。この突出した部分（上記の先端面３２を含む部分）が、本発明にいう押圧部となる。ここでは、Ｌを０．１ｍｍとしたが、Ｌは０．３ｍｍ以下の範囲内の量、または、Ｌ＝０（すなわち、切削刃２４の先端と超硬ピン４０の先端が同じ高さ）であればよい。超硬ピン４０の先端部分は、被切削材７０（図８参照）のうち切削刃２４が切削した被切削部分を切削直後に押圧して塑性流動させてこの被切削部分に圧縮残留応力を生成される。従って、切削と圧縮残留応力の生成をほぼ同時にできるので、切削効率を低下させない。また、ショットピーニング等が不要となるので作業効率が向上する。
【００４０】
超硬ピン４０の長手方向後端部には、ボルト１２で押さえ付けられる平坦部４４が形成されている。超硬ピン４０を工具本体２０の穴２２に嵌め込んだときに、平坦部４４のどの位置をボルト１２で押さえ付けて固定するかによって上記Ｌを適宜に調整できる。従って、超硬ピン４０は工具本体２０に着脱自在であって、突出量Ｌも適宜に調整できることとなる。なお、超硬ピン４０の外形は円柱に限らず、四角柱や六角柱などの角柱でもよい。
【００４１】
超硬ピン５０は、図５（ｂ）と図７に示すように、長さ１０ｍｍで外径２．５ｍｍの円柱状のものであり、Ｋ１０（ＪＩＳ）などから製造されたものである。超硬ピン５０の先端面の中央部５２は滑らかに湾曲した凸部になっており、この中央部５２は曲率半径０．５ｍｍとなっている。工具本体２０の穴２２に超硬ピン５０を嵌め込んで固定した場合、超硬ピン５０の先端は、図７（ａ）に示すように、切削刃２４の先端よりもＬ（＝０．１ｍｍ）だけ突出している。従って、切削刃２４の先端は、超硬ピン５０の先端よりも突出していない（飛び出てない）。この突出した部分（上記の先端面３２を含む部分）が、本発明にいう押圧部となる。ここでは、Ｌを０．１ｍｍとしたが、Ｌは０．３ｍｍ以下の範囲内の量、または、Ｌ＝０（すなわち、切削刃２４の先端と超硬ピン５０の先端が同じ高さ）であればよい。超硬ピン５０の先端部分は、被切削材７０（図８参照）のうち切削刃２４が切削した被切削部分を切削直後に押圧して塑性流動させてこの被切削部分に圧縮残留応力を生成される。従って、切削と圧縮残留応力の生成をほぼ同時にできるので、切削効率を低下させない。また、ショットピーニング等が不要となるので作業効率が向上する。
【００４２】
超硬ピン５０の長手方向後端部には、ボルト１２で押さえ付けられる平坦部５４が形成されている。超硬ピン５０を工具本体２０の穴２２に嵌め込んだときに、平坦部５４のどの位置をボルト１２で押さえ付けて固定するかによって上記Ｌを適宜に調整できる。従って、超硬ピン５０は工具本体２０に着脱自在であって、突出量Ｌも適宜に調整できることとなる。なお、超硬ピン５０の外形は円柱に限らず、四角柱や六角柱などの角柱でもよい。
【００４３】
図８を参照して、上記した切削工具を回転させながら被切削材を切削する切削装置を説明する。
【００４４】
図８は、切削工具１０が組み込まれた切削装置を模式的に示す斜視図である。
【００４５】
切削装置６０は、切削工具１０を着脱自在に固定する主軸（スピンドル）６２（本発明にいう固定部材の一例である）を備えている。切削工具１０を矢印Ｂ方向から主軸６２に差し込むことにより、切削工具１０は主軸６２に固定される。主軸６２は矢印Ａ方向に回転する駆動源（本発明にいう回転用駆動源の一例であり、図示せず）に接続されている。この駆動源を駆動させることにより、主軸６２と共に切削工具１０が矢印Ａ方向に回転する。
【００４６】
主軸６２は、移動用駆動源によって矢印Ｃ方向及び矢印Ｄ方向に選択的に移動する。また、切削装置６０は矢印Ｅ方向に移動する。従って、切削装置６０は、例えば板状の被切削材７０の広い面を切削できる。
【００４７】
図９と図１０を参照して、切削装置を使用した切削加工の一例を説明する。
【００４８】
図９は被切削材を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。図１０（ａ）は、切削加工方向を示す平面図であり、（ｂ）は、切削中の被切削材を模式的に示す断面図である。
【００４９】
被切削材７０は、直方体のアルミニウム合金（ＡＬ７０７５−Ｔ６５１）である。また、被切削材７０の長さＬ１は約１５０ｍｍであり、幅Ｗは約９０ｍｍであり、厚さｔは約６ｍｍである。
【００５０】
被切削材７０を切削加工する切削工具として、上記した超硬ピン３０，４０，５０を固定した切削工具１０を使用した。
【００５１】
被加工表面層７２を切削する際には、切削工具１０を矢印Ｆ方向に所定距離（ここでは、被切削材７０の長さＬ）だけ移動させながら被加工表面層（被切削部分）７２を切削する。その後、矢印Ｆ方向に直交するピックフィード方向（矢印Ｇ方向）に切削工具１０を所定間隔（後述するピックフィード量）だけ移動させる。次に、切削工具１０を矢印Ｈ方向に移動させながら被加工表面層７２を切削する。矢印Ｈ方向に移動させながらの切削が終了した後は、矢印Ｇ方向に切削工具１０を所定間隔だけ移動させ、再び、切削工具１０を矢印Ｆ方向に移動させながら被加工表面層７２を切削する。上記のような切削を繰り返して幅Ｗ１に相当する領域を切削加工した。
【００５２】
被加工表面層７２が切削される際は、図１０（ｂ）に示すように、先ず、切削刃２４で被加工表面層７２が所定深さＤ１だけ切削されて、この切削の直後に、超硬ピン３０の先端面３２によって所定深さＤ２だけ押圧されてこの押圧される部分７４が塑性流動する。この結果、後述するように、被加工表面層７２には圧縮残留応力が生成する。
【００５３】
図１１を参照して、残留応力を測定する方法を説明する。
【００５４】
図１１は、切前領域Ｗ１のＸ線残留応力測定方法を示す模式図である。
【００５５】
残留応力の測定ではＸ線を利用して、矢印Ｆ方向（送り方向）及び矢印Ｇ方向（ピックフィード方向）の２方向における残留応力を測定した。残留応力を測定した領域Ｘは、切削した領域のほぼ中央部である。
【００５６】
工具本体２０（図２参照）に超硬ピン３０，４０，５０を取り替えて固定して被加工表面層７２を切削加工した。切削刃２４の先端よりも超硬ピン３０，４０，５０の先端が突出している距離Ｌ（図４，図６，図７参照）は０．１ｍｍとした。また、切削工具１０が矢印Ａ方向に回転するときの回転数は、５０００ｒｐｍとした。切削工具１０が矢印Ａ方向に回転しながら矢印Ｆ方向（又は矢印Ｈ方向）に移動する際に一枚の切削刃２４が一回で被加工表面層７２を切削する長さ（一刃あたりの送り量）を０．１ｍｍとした。切削工具１０が被加工表面層７２を切削する際の中心軸方向の切削深さ（軸方向切り込み量）Ｄ１（図１０参照）を０．３ｍｍとした。矢印Ｇ方向に切削工具１０を移動させる距離（ピックフィード量）を０．３ｍｍとした。切削の際に切削油を使用しないドライの場合と、水溶性切削油を使用したウエットの場合とに変更して比較した。
【００５７】
測定した残留応力を図１２から図１４までに示す。
【００５８】
図１２は、超硬ピン３０（図４等を参照）を工具本体２０（図２参照）に固定した切削工具１０を用いた場合に被加工表面層７２に生成した圧縮残留応力を示すグラフである。図１３は、超硬ピン４０（図６参照）を工具本体２０（図２参照）に固定した切削工具１０を用いた場合に被加工表面層７２に生成した圧縮残留応力を示すグラフであり、ドライ１とドライ２は、２回の切削加工を行ったときの圧縮残留応力を示す。図１４は、超硬ピン５０（図７参照）を工具本体２０（図２参照）に固定した切削工具１０を用いた場合に被加工表面層７２に生成した圧縮残留応力を示すグラフである。
【００５９】
超硬ピン３０，４０，５０のいずれを用いても被加工表面層７２には圧縮残留応力が生成した。超硬ピン３０を用いた場合は、ウエットでもドライでも、また送り方向でもピックフィード方向でも、−２５０ＭＰａを超える圧縮残留応力が生成した。ドライのときはピックフィード方向に−４００ＭＰａに近い値の圧縮残留応力が生成した。
【００６０】
超硬ピン４０を用いた場合は、ウエットでもドライでも、また送り方向でもピックフィード方向でも、ほぼ−２００ＭＰａを超える圧縮残留応力が生成した。ドライのときはピックフィード方向に−３５０ＭＰａに近い値の圧縮残留応力が生成した。
【００６１】
超硬ピン５０を用いた場合は、ウエットでもドライでも、また送り方向でもピックフィード方向でも、ほぼ−１００ＭＰａを超える圧縮残留応力が生成した。ドライのときは送り方向に約−２００ＭＰａの圧縮残留応力が生成した。
【００６２】
以上説明したように、超硬ピン３０，４０，５０のいずれを用いても被加工表面層７２に、送り方向及びピックフィード方向ともに圧縮残留応力が生成した理由は、被加工表面層７２を塑性流動させながら切削加工したからである。また、上記した３種類の形状の超硬ピン３０，４０，５０のなかでは、超硬ピン３０を用いたときが平均して大きな圧縮残留応力が生成した。
【実施例２】
【００６３】
図１５から図１８までを参照して、本発明の切削工具の他の例を説明する。
【００６４】
図１５は、本発明の切削工具の他の例を示す斜視図である。図１６は、図１５の切削工具を分解して示す斜視図である。図１７は、図１５の切削工具を分解して示す側面図である。図１８は、図１５の切削工具の一部を切断して示す断面図である。
【００６５】
切削工具１００は、円柱状の工具本体１２０（本発明にいう柱状部材の一例である）と、この工具本体１２０に着脱自在に固定される２つの円柱状の超硬ピン１３０（本発明にいう押圧部材の一例であり、３つ以上であってもよい）とを有する。工具本体１２０は、例えば、長さ１２５ｍｍ、外径４２ｍｍの円柱状のものであり、鋼などの金属から製造されたものである。工具本体１２０には、その先端面１２２から後端面１２４まで貫通した貫通孔１２６が形成されている。超硬ピン１３０は後端面１２４から貫通孔１２６に差し込まれる（挿入される）。超硬ピン１３０の先端部１３２（本発明にいう押圧部の一例であり、以下、押圧部という）は凸状であり、この押圧部１３２が工具本体１２０の先端面１２２から所定の突出量だけ突出するようになっている。また、超硬ピン１３０は太い外径の頭部１３０ａと細い外径の胴部１３０ｂをもつ。胴部１３０ｂの先端部が押圧部１３２に相当する。上記の貫通孔１２６やこの貫通孔１２６に２つの超硬ピン１３０を固定する技術については後述する。なお、超硬ピン１３０の外形は円柱に限らず、四角柱や六角柱などの角柱でもよい。
【００６６】
工具本体１２０は、駆動モータ（図示せず）によってその外周方向（図１５に示す矢印Ａ方向）に回転する。この回転中心は、工具本体１２０の先端面１２２を円としたときの中心Ｃを通り、この先端面１２２に直交する直線（軸）である。２つの超硬ピン１３０の押圧部１３２は、図１５に示されるように、工具本体１２０の先端面１２２のうち中心Ｃから所定距離だけ離れた外周部分に位置しており、中心Ｃを挟んで反対の側に配置されていることとなる。
【００６７】
また、工具本体１２０の先端部には、切削刃１４０を取り付けて固定する２つの凹部（固定部）１２８が形成されている。２つの凹部１２８は、中心Ｃを挟んで反対の側に配置されている。２つの凹部１２８それぞれには皿ビスによって切削刃１４０が固定される。このため、切削刃１４０が磨耗したり損傷したりしたときは、切削刃１４０だけを新品の切削刃１４０に容易に取り替えられる。なお、押圧部１３２、切削刃１４０が３つ以上であってもよい。また、２つの押圧部１３２と２つの切削刃１４０は、中心Ｃにおける中心角が約９０°ずつずれて交互に配置されていることとなる。
【００６８】
超硬ピン１３０は、例えば、長さ４０ｍｍであり、長手方向中央部よりも先端側（押圧部１３２の側）が後端側よりもやや細くなった円柱状のものである。超硬ピン１３０はＫ１０（ＪＩＳ）などから製造されたものである。超硬ピン１３０の押圧部１３２の先端面１３２ａは滑らかに湾曲した凸部になっており、曲率半径は例えば６．０ｍｍとなっている。工具本体１２０の貫通孔１２６に超硬ピン１３０を挿入して固定した場合、超硬ピン１３０の先端面１３２ａは、図１８に示すように、切削刃１４０の先端よりもＬ（＝０．１ｍｍ）だけ突出している。従って、切削刃１４０の先端は、超硬ピン１３０の先端よりも突出していない（飛び出ていない）。また、超硬ピン１３０は、切削工具１００の回転中心（すなわち、工具本体１２０の回転中心）に対して約１０°傾斜している。
ここでは、Ｌを０．１ｍｍとしたが、Ｌは０．３ｍｍ以下の範囲内の量、または、Ｌ＝０（すなわち、切削刃２４の先端と超硬ピン１３０の先端が同じ高さ）であればよい。超硬ピン１３０の先端部（押圧部１３２）は、被切削材７０（図８参照）のうち切削刃１４０が切削した被切削部分を切削直後に押圧して塑性流動させてこの被切削部分に圧縮残留応力を生成させる。従って、切削と圧縮残留応力の生成をほぼ同時にできるので、切削効率を低下させない。また、ショットピーニング等が不要となるので作業効率が向上する。
【００６９】
工具本体１２０に形成された貫通孔１２６と、この貫通孔１２６に超硬ピン１３０を挿入して固定する技術を説明する。
【００７０】
貫通孔１２６の一部として、図１７や図１８に示すように、工具本体１２０の後端面１２４からは円柱状の大きな孔１２６ａが形成されている。この孔１２６ａの内径は、工具本体１２０の外径の約２分の１であり、その長さ（深さ）は工具本体１２０の長さの５分の１程度である。孔１２６ａから奥（孔１２６ａよりも先端面１２２の側）には、この孔１２６ａにつながって（連通して）円柱状の孔１２６ｂが形成されている。この孔１２６ｂの内径は孔１２６ａの内径よりもやや小さく、その長さ（深さ）は、工具本体１２０の長さの約２分の１程度である。孔１２６ｂから奥（孔１２６ｂよりも先端面１２２の側）には、この孔１２６ｂにつながって（連通して）円柱状の孔１２６ｃが形成されている。この孔１２６ｃの内径は、孔１２６ｂの内径の約半分程度であり、その長さ（深さ）は、孔１２６ａの深さと同じ程度である。孔１２６ｃの先端は工具本体１２０の内壁になっている。なお、各孔１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃの中心は、工具本体１２０の回転中心に一致する。
【００７１】
孔１２６ｂと孔１２６ｃの境界の近傍部分からは、工具本体１２０の回転中心に対して約１０°ほど外側に傾いた円柱状の孔１２６ｄが形成されている。この孔１２６ｄの内径は孔１２６ｃの内径よりもやや小さくて、孔１２６ｄの長さ（深さ）は孔１２６ｃの深さとほぼ同じである。孔１２６ｄから奥（孔１２６ｄよりも先端面１２２の側）には、この孔１２６ｄにつながって（連通して）円柱状の孔１２６ｅが形成されている。この孔１２６ｅの内径は孔１２６ｄの内径の半分程度であり、孔１２６ｅの長さ（深さ）は孔１２６ｄの深さとほぼ同じである。孔１２６ｅの先端開口は先端面１２２に露出している。孔１２６ｄと１２６ｅは直線状に延びてつながっており、工具本体１２０の回転中心に対して約１０°ほど外側に傾いている。また、直線状に延びる孔１２６ｄと１２６ｅは一対形成されており、工具本体１２０の回転中心を挟んで反対側に形成されている。上記した各孔１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄ，１２６ｅによって貫通孔１２６が構成されている。
【００７２】
貫通孔１２６に挿入された超硬ピン１３０を固定する部材を説明する。
【００７３】
孔各孔１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃには、太くて短い頭部１５０ａと細くて長い胴部１５０ｂを有する穴付きボルト１５０が差し込まれる。胴部１５０ｂには、頭部１５０ａよりも外径が大きくて中央部に孔の開いた円盤状のカラー１５２が差し込まれる。このカラー１５２の外径は頭部１５２ａの外径よりも大きくて、且つ、孔１２６ａの内径よりも小さいが、孔１２６ｂの内径よりも大きい。このため、図１８に示すように、カラー１５２は、孔１２６ａの底面に接触して穴付きボルト１５０の挿入深さを規制する。なお、穴付きボルト１５０の中央部には、切削油を切削刃１４０及びその周辺に向けて供給するための供給路１５０ａが形成されている。この供給路１５０ａは、切削油が噴射（排出）される孔１０２につながっている。この孔１０２は、工具本体１２０に形成されたものである。
【００７４】
穴付きボルト１５０の胴部１５０ｂには、複数の皿ばね１５４（本発明にいう弾性部材の一例である）が差し込まれる。これら複数の皿ばね１５４の個数は、胴部１５０ｂの長さの半分程度に相当する個数である。複数の皿ばね１５４のうち頭部１５０ａに最も近い皿ばね１５４ａはカラー１５２の片面に接触するので、複数の皿ばね１５４が孔１２６ｂから飛び出ない。複数の皿ばね１５４のうち頭部１５０ａから最も離れた皿ばね１５４ｂは円盤状のカラー１５６に接触する。カラー１５６の外径は孔１２６ｂの内径とほぼ同じであり、このため、カラー１５６は孔１２６ｂの奥（深い位置）に配置される。カラー１５６の片面には超硬ピン１３０の端面が接触して超硬ピン１３０の位置が規制される。
【００７５】
超硬ピン１３０の胴部１３０ｂのうち頭部１３０ａに近い部分には、円盤状のスペーサー１５８が差し込まれる。上記したカラー１５２，１５６，１５８の厚さや、皿ばね１５４の個数を適宜に変更することにより、孔１２６ｄ，１２６ｅにおける超硬ピン１３０の固定位置が変更されるので、図１８に示す押圧部１３２の突出量Ｌを適宜に調整できる。ここでは、カラー１５２，１５６，１５８と皿ばね１５４が、本発明にいう調整部材の一例である。このように押圧部１３２の突出量Ｌを適宜に調整することにより、切削刃１４０が切削した被切削部分を切削直後に押圧する押圧力を調整できることとなる。
【００７６】
貫通孔１２６に超硬ピン１３０を固定する手順の一例を説明する。
【００７７】
胴部１３０ｂにスペーサー１５８が差し込まれた超硬ピン１３０を２つと、カラー１５２，皿ばね１５４，カラー１５６が胴部１５０ｂに順に差し込まれた穴付きボルト１５０とを用意しておく。上記した２つの超硬ピン１３０を後端面１２４から孔１２６ｄ，１２６ｅに挿入し、続いて、上記した穴付きボルト１５０を後端面１２４から孔１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃに挿入して螺子止めする。これにより、貫通孔１２６に超硬ピン１３０が固定されて切削工具１００が完成する。
【００７８】
超硬ピン１３０の押圧部１３２が何らかの原因で磨耗したり損傷したりしたときは、穴付きボルト１５０を後端面１２４から抜き取って保管しておき、続いて、磨耗等した超硬ピン１３０を後端面１２４から抜き取る。その後、新品の超硬ピン１３０を後端面１２４から挿入し、保管しておいた穴付きボルト１５０を後端面１２４から挿入して螺子止めする。このようにして超硬ピン１３０を容易に取り替えられる。
【００７９】
また、上記のようにして完成した切削工具１００では、２つの押圧部１３２が工具本体１２０の回転中心から離れているので、２つの押圧部１３２が被切削部分を広範囲にわたって押圧することとなる。従って、一度の切削加工で被切削部分を広範囲にわたって塑性流動させて圧縮残留応力を生成させられる。さらに、工具本体１２０に比べて超硬ピン１３０の大きさを比較的小さくできるので、外径の大きい工具本体１２０を作製する場合にも超硬ピン１３０をあまり大きくしなくても済む。さらにまた、押圧部１３２の凸部の形状は、上記の図５から図７までに示すように適宜に変更してもよい。さらにまた、切削工具１００を用いた切削加工では、上記の図１２から図１４までに示した効果と同様の効果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の切削工具及び切削装置は、アルミニウム合金のみならず鋼などの金属材料を切削加工する際に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の切削工具を示す斜視図である。
【図２】図１の切削工具を分解して示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、図１の切削工具の工具本体を示す側面図であり、（ｂ）は、図１の切削工具の工具本体を示す正面図であり、（ｃ）は、図１の切削工具の超硬ピンを示す側面図である。
【図４】図１の切削工具の先端部分を拡大して示す、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図である。
【図５】（ａ）は、曲率半径３ｍｍの先端面が形成された超硬ピンを示す側面図であり、（ｂ）は、曲率半径０．５ｍｍの先端面が形成された超硬ピンを示す側面図である。
【図６】（ａ）は、曲率半径３ｍｍの先端面が形成された超硬ピンが固定された工具本体の先端部を拡大して示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。
【図７】（ａ）は、曲率半径０．５ｍｍの先端面が形成された超硬ピンが固定された工具本体の先端部を拡大して示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。
【図８】切削工具が組み込まれた切削装置を模式的に示す斜視図である。
【図９】被切削材を示す、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図１０】（ａ）は、切削加工方向を示す平面図であり、（ｂ）は、切削中の被切削材を模式的に示す断面図である。
【図１１】Ｘ線残留応力測定方法を示す模式図である。
【図１２】超硬ピンを工具本体に固定した切削工具を用いた場合に被加工表面層に生成した圧縮残留応力を示すグラフである。
【図１３】超硬ピンを工具本体に固定した切削工具を用いた場合に被加工表面層に生成した圧縮残留応力を示すグラフであり、ドライ１とドライ２は、２回の切削加工を行ったときの圧縮残留応力を示す。
【図１４】超硬ピンを工具本体に固定した切削工具を用いた場合に被加工表面層７生成した圧縮残留応力を示すグラフである。
【図１５】本発明の切削工具の他の例を示す斜視図である。
【図１６】図１５の切削工具を分解して示す斜視図である。
【図１７】図１５の切削工具を分解して示す側面図である。
【図１８】図１５の切削工具の一部を切断して示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０，１００  切削工具
２０，１２０  工具本体
２４，１４０  切削刃
３０，４０，５０，１３０  超硬ピン
６０  切削装置
７０  被切削材
７２  被切削部分
１５２，１５６，１５８  ワッシャ
１５４  皿ばね
【図１】
2005066813.tif 000003
【図２】
2005066813.tif 000004
【図３】
2005066813.tif 000005
【図４】
2005066813.tif 000006
【図５】
2005066813.tif 000007
【図６】
2005066813.tif 000008
【図７】
2005066813.tif 000009
【図８】
2005066813.tif 000010
【図９】
2005066813.tif 000011
【図１０】
2005066813.tif 000012
【図１１】
2005066813.tif 000013
【図１２】
2005066813.tif 000014
【図１３】
2005066813.tif 000015
【図１４】
2005066813.tif 000016
【図１５】
2005066813.tif 000017
【図１６】
2005066813.tif 000018
【図１７】
2005066813.tif 000019
【図１８】
2005066813.tif 000020