(57)【要約】      （修正有）【課題】  超硬合金又はサーメットからなる段差付き円筒部材の大径円筒部から小径円筒部へ移行する移行部、特に移行部から小径円筒部への外径の遷移領域は、部材を使用する際に曲げ応力が集中する領域であることから、曲げ強度の改善を図り、加工工具、加工部材として使用した場合の長寿命化が可能となる段差付き円筒部材を提供する。【解決手段】超硬合金又はサーメットからなる段差付き円筒部材１において、該円筒部材は大径円筒部２と該大径円筒部に連なりこれよりも外径が小さい小径円筒部３と、該大径円筒部から該小径円筒部へ移行する移行部４とを備え、該移行部から該小径円筒部への外径の遷移領域５における研削痕１０が円筒部材の長手方向に延びている段差付き円筒部材。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金又はサーメットからなる段差付き円筒部材１において、該円筒部材は大径円筒部２と該大径円筒部に連なりこれよりも外径が小さい小径円筒部３と、該大径円筒部から該小径円筒部へ移行する移行部４とを備え、該移行部から該小径円筒部への外径の遷移領域５における研削痕９が円筒部材の長手方向に延びていることを特徴とする段差付き円筒部材。
【請求項２】
請求項１記載の段差付き円筒部材において、該研削痕が円筒部材の長手方向に対して垂直をなす方向と角度α度を有し、該αが０＜α≦９０であることを特徴とする段差付き円筒部材。
【請求項３】
請求項１又は２記載の段差付き円筒部材において、該段差付き円筒部材は炭化タングステン基超硬合金からなることを特徴とする段差付き円筒部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超硬合金又はサーメットからなる段差付き円筒部材であって、特に切削工具、加工工具、部品等に用いられる円筒部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金からなる段付き円筒部材は小径エンドミル、小径ドリル、パンチなどとして広く用いられている。段付き円筒部材はセンタレス研削、円筒研削により外周を加工することが一般であり、この場合研削方向は段付き円筒部材の長手方向と垂直方向となり、研削痕も段付き円筒部材の長手方向と垂直方向となる。硬質材料を研削加工する際の表面研削方法が、特許文献１、非特許文献２〜４に開示されている。
特許文献１には円筒部表面に研削痕が軸方向に実質的に平行に形成されるようにすることが記載されている。部材を静止させた状態で円筒部の軸線に対して垂直な回転軸を有する砥石車を回転させ、円筒部の軸方向に砥石車を移動して研削するため、加工に多大な時間がかかり、実用性が低い。非特許文献２〜４には、超硬合金からなる片の長手方向に研削がなされており、研削痕も長手方向に平行であることが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第２７０６９８７号公報
【非特許文献２】鈴木、林、ＷＣ−Ｃｏ超硬合金の機械的性質に及ぼす表面研削の影響、日本金属学会誌、３８１９７４、６０４頁
【非特許文献３】芝坂、豊嶋、焼結硬脆材料の加工損傷に関する研究第２報、精密工学会誌、５８１９９２、８１頁
【非特許文献４】阪上、河野、山本、ＷＣ−１２ｍａｓｓ％Ｃｏ超硬合金の曲げ疲労特性に及ぼすＨＩＰ処理及び表面性状の影響、粉体及び粉末冶金、４９２００２、３０６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超硬合金又はサーメットからなる段差付き円筒部材の大径円筒部から小径円筒部へ移行する移行部、特に移行部から小径円筒部への外径の遷移領域は、部材を使用する際に曲げ応力が集中する領域であることから、曲げ強度の改善を図り、加工工具、加工部材として使用した場合の長寿命化が可能となる段差付き円筒部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願発明は、超硬合金又はサーメットからなる段差付き円筒部材１において、該円筒部材は大径円筒部２と該大径円筒部に連なりこれよりも外径が小さい小径円筒部３と、該大径円筒部から該小径円筒部へ移行する移行部４とを備え、該移行部から該小径円筒部への外径の遷移領域５における研削痕９が円筒部材の長手方向に延びていることを特徴とする段差付き円筒部材であり、本構成を採用することにより、超硬合金又はサーメットからなる段差付き円筒部材の大径円筒部から小径円筒部へ移行する移行部、特に移行部から小径円筒部への外径の遷移領域は、部材を使用する際に曲げ応力が集中する領域の曲げ強度の改善を図り、加工工具、加工部材として使用した場合の長寿命化が可能となった。また、加工用砥石の砥粒粒径が大きい場合でも、砥粒粒径が小さい場合に比べ、強度低下を起こさないことを見出した。本発明の段差付き円筒部材の研削痕が、円筒部材の長手方向に対して垂直をなす方向と角度α度を有し、該αが０＜α≦９０であり、また本発明の段差付き円筒部材は、炭化タングステン基超硬合金からなることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の段差付き円筒部材は、大径円筒部から小径円筒部へ移行する移行部、特に移行部から小径円筒部への外径の遷移領域は、部材を使用する際に曲げ応力が集中する領域であることから、この領域の研削痕の形態を制御することにより、応力集中部の強度改善をはかることが可能となり、工具、部材として使用した場合に著しく長寿命化が可能となった。この工具長寿命化により、工具、部材費用の低減、工具、部材の交換段取り回数低減等をもたらすことが出来る。従って、本発明の工具、部材を使用することは産業の発展のために極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
超硬合金又はサーメットからなる段差付き円筒部材の外周面加工は、センタレス研削、円筒研削により加工した際、研削方向は円筒部材の長手方向と垂直方向となり、従って、研削痕は円筒部材の長手方向と垂直方向になる。例えば、段差付き筒部材を回転切削工具に使用した場合、長手方向に曲げ応力等が働くことが多く、研削痕ないし研削痕に起因する微細クラックなどが破壊の起点となったり、クラックの伝播、進展が容易になる可能性が高い。上記の研削加工方法を用いた場合、加工用砥石の砥粒粒径が大きいほど曲げ強度特性が劣化し、工具、部材の折損に至る可能性が高い。また、砥石粒径を小さくし、研削痕、研削キズの影響を低減するといった対策は、加工時間の延長となり、実用的ではない。部材、工具等が小径となる場合、実際に使用される部分、例えば工具切刃を有する部分は、その直径がシャンク部分より段階的に小径化された段差付き円筒部材を用いることになる。少なくとも１段以上の段差付き円筒部材の場合には、段差部の無い円筒部材に比べ、大径円筒部から小径円筒部へ移行する移行部、特に移行部から小径円筒部への外径の遷移領域は、部材を使用する際に曲げ応力が集中する領域である。実際に使用される小径円筒部分からシャンク部である大径円筒部分に移行する移行部分であって、外径の遷移領域に曲げ応力が加わった時に、この領域から折損に至ることが多くなる。
研削痕を上記の様に形成することにより、研削砥石の粒度が粗い場合にも、粒度が細かい場合に比べ強度低下を生じさせないことができる。ここで、研削砥石の粒度が粗い場合とは、加工仕上げ面の表面粗さＲａが１．６μｍ程度を示す。本発明は、Ｒａが１．６μｍより小さい領域、例えば０．２μｍから０．０３μｍの領域においても効果が認められる。また、円筒部材の長手方向に対して垂直方向に形成された研削痕による曲げ強度の低下の影響を回避することができるので、研削加工によって円筒部材表面に生じた残留圧縮応力の付与による強度向上の効果を有効に活用することができる。本発明の段差付き円筒部材は炭化タングステン基超硬合金又はサーメットからなる。その理由は、切削工具材料、その他の工具材料として用いた場合に切刃などの作用部位が高硬度材料により耐摩耗性が確保されるからである。
【０００８】
本発明の超硬合金又はサーメットからなる段差付き円筒部材の研削痕が、円筒部材の長手方向に対して垂直をなす方向と角度α度を有し、αが０＜α≦９０となるように形成することである。ここで言う角度αは、円筒部材の長手方向に対して垂直方向の直線と、曲線状又は直線状からなる研削痕との交点における研削痕の接線とのなす角度である。ここで、αのより好ましい値は１５≦α≦９０であり、更により好ましい値は６０≦α≦９０である。大径円筒部から小径円筒部へ移行する移行部、特に移行部から小径円筒部への外径の遷移領域において、上記に述べた様な研削痕を形成するための方法としては、例えば加工時に研削用砥石の回転軸と円筒部材の回転軸とのなす角度をβ度とした時、βが０＜β≦９０であることが好ましい。更に好ましくは、βを９０度にして加工することにより、研削痕を実質的に長手方向に延びている形態とすることができる。円筒部材の段差を形成している大径円筒部から小径円筒部への移行部の数は、少なくとも１箇所以上であればよく、複数箇所であっても良い。更に、移行部は略円錐形状をしたテーパー角θを有するが、大径円筒部と小径円筒部とを結ぶ線分に対して凸形状、又は凹形状であっても良い。以下、実施例により本発明の詳細について説明を行うが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【０００９】
（実施例１）
微粒超硬合金製の円筒部材、サイズはφ４．３、長さ５０ｍｍを準備し、これより小径円筒部のサイズがφ１．０、長さ１５ｍｍ、移行部のテーパー角度θが３５度、大径円筒部の径がφ４．０の段差付き円筒部材を製作した。加工方法は、まず＃２００の砥石を用いて、砥石軸と円筒部材との回転軸を平行方向として加工を行った。次に移行部から小径円筒部への外径の遷移領域における研削痕の形態が、筒部材の長手方向に延びる様にするため、この遷移領域部分に限って特殊な仕上げ加工を施した。この仕上げ加工条件は、砥石軸と円筒部材との回転軸との交差角度即ちβを、１５度から９０度に設定し、＃４００の砥石を用いて加工を行った。この時の、砥石の回転周速は３０ｍ／分、円筒部材の回転周速は１０ｍ／分、砥石の移動速度は１０ｍｍ／分とした。一方、従来例の遷移領域部分の仕上げ加工は、砥石軸と円筒部材との回転軸を平行方向即ちβを０度とし、本発明例と同様に＃４００の砥石を用いた。研削痕の角度αを円筒部材の長手方向に対して垂直方向に対する角度として評価した結果を表１に示す。
【００１０】
【表１】
2005288647.tif 000003
【００１１】
実施例１で作製した円筒部材に２枚刃スクエアエンドミルの刃付け加工を行った。
次に示す切削条件１にて切削評価を行い、折損に至るまでの切削距離により寿命を評価した。夫々につき３本の評価を行い、３本の各値及び平均値により評価を行った。切削評価結果を表１に併記する。
切削条件１
被削材：Ｓ５０Ｃ
加工方法：Ｉ字状の等高線溝入れ加工
回転数：２００００回転／分
送り速度：７２０ｍｍ／ｍｉｎ
切込み：０．０２５ｍｍ
表１より、円筒部材表面の仕上げ加工においてβ値を９０度として加工を行った本発明例１から３は、従来例１９から２１のβ値を０度として仕上げ加工を行ったものと比較して、折損までの切削寿命のばらつきも少なく、平均値も従来例１９から２１の１．７倍と折損寿命が長くなることがわかる。β値を中間の角度とした本発明例４から１８の折損寿命は、それぞれ本発明例１から３および従来例１９から２１の中間の値となり、α値、β値と共に大きくなることがわかる。折損寿命のばらつきもα値、β値が大きくなる程小さくなることがわかる。この理由は、スクエアエンドミルで溝入れ加工を行う場合、刃先摩耗の進行とともに、工具送り方向の切削抵抗が大きくなり、最終的には移行部から小径円筒部への外径の遷移領域で折損により寿命に至る。本発明は、加工時に研削用砥石の回転軸と円筒部材の回転軸とのなす角度をβ度とした時、βを０＜β≦９０としているため、外径の遷移領域の研削痕が円筒部材の長手方向に延びる様に形成されている。研削痕の角度αが、０＜α≦９０となるように形成され、この角度が大きいほど、円筒部材の長手方向に対して垂直方向に形成された研削痕による曲げ強度の低下の影響を回避することができ、研削加工によって円筒部材表面に生じた残留圧縮応力の付与による強度向上の効果を有効に活用することができるため、折損寿命が長寿命となったと考えられる。
【００１２】
（実施例２）
微粒超硬合金丸棒素材を加工してシャンク径が３．１７５ｍｍ、刃先径が０．１ｍｍの複数の段差部を有する２枚刃小径ドリルを作製した。加工方法は、実施例１の方法に準拠した。これを用いて、切削条件２に示す通り、穴開け加工を行った。工具の評価方法は、折損するまでの加工穴数を測定し、各条件の３本の平均穴あけ数を平均寿命とした。各条件における小径ドリルの平均寿命測定結果を表２にあわせて示した。
切削条件２
被削材：ガラスエポキシ材プリント基板厚さが０．２ｍｍのものを２枚重ね
加工方法：穴開け加工
回転数：１６００００回転／分
送り速度：０．０１５ｍｍ／回転
【００１３】
【表２】
2005288647.tif 000004
【００１４】
表２より、円筒部材表面の仕上げ加工においてβ値を９０度として加工を行った本発明例２２から２４は、従来例３１から３３のβ値を０度として仕上げ加工を行ったものと比較して、折損までの工具寿命のばらつきも少なく、平均値も従来例３１から３３の２．２倍と折損寿命が長くなることがわかる。β値を中間の角度とした本発明例２５から３０の折損寿命は、それぞれ本発明例２２〜２４および従来例３１から３３の中間の値となり、α値、β値と共に大きくなることがわかる。この理由は、穴開け加工を行う場合、刃先摩耗の進行とともに、穴開け時の円筒部ねじれ方向の抵抗が大きくなり、偏摩耗により曲げ応力が働くようになるため、最終的には移行部から小径円筒部への外径の遷移領域で折損により寿命に至る。本発明では、加工時に研削用砥石の回転軸と円筒部材の回転軸とのなす角度をβ度とした時、βが０＜β≦９０としているため、外径の遷移領域の研削痕が円筒部材の長手方向に対して垂直方向と角度α度を有し、αが０＜α≦９０となるように形成されている。このため、この角度が大きい程、円筒部材の長手方向に対して垂直方向に形成された研削痕による曲げ強度の低下の影響を回避することができ、研削加工によって円筒部材表面に生じた残留圧縮応力の付与による強度向上の効果を有効に活用することができるため、折損までの穴開け加工が可能穴数を多くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の円筒部材の形状例及び加工時の砥石との位置関係を示す。
【図２】図２は図１をＡ視野から見た図を示す。
【符号の説明】
【００１６】
１：円筒部材
２：大径円筒部材部
３：小径円筒部材部
４：移行部
５：外径遷移領域
６：砥石
７：円筒部材の回転方向
８：砥石の回転方向
９：砥石の移動方向
１０：研削痕
１１：研削痕が円筒部材の長手方向に対して垂直方向となす角度α
１２：研削用砥石の回転軸と円筒部材の回転軸とのなす角度β
１３：移行部のテーパー角度θ
【図１】
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【図２】
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