(57)【要約】【課題】少量の切削液によっても切れ刃表面に高い潤滑性が得られ、従来よりも長寿命化を図ることが出来る切削工具を提供する。【解決手段】本発明に係る切削工具は、切れ刃のすくい面１に多数の溝２を格子状に凹設して、極微細セグメント構造を付与したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも切れ刃のすくい面に多数の溝を凹設してなる切削工具。
【請求項２】
前記多数の溝の凹設によって多数のセグメントの配列からなる微細セグメント構造が形成されている請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記多数のセグメントは、その表面が平滑に仕上げられている請求項２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記セグメントの表面粗さは、最大高さ３μmＲｙ以下である請求項３に記載の切削工具。
【請求項５】
前記多数のセグメントはそれぞれ、正方形、長方形、その他の多角形、円、若しくは楕円の平面形状を有している請求項２乃至請求項４の何れかに記載の切削工具。
【請求項６】
切れ刃のすくい面は硬質の膜によって覆われており、該膜に前記多数の溝が凹設されている請求項１乃至請求項５の何れかに記載の切削工具。
【請求項７】
前記膜は、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＢＯＮから選択される材料から形成されている請求項６に記載の切削工具。
【請求項８】
切れ刃を構成する基材の表面に直接に前記多数の溝が凹設されている請求項１乃至請求項５の何れかに記載の切削工具。
【請求項９】
前記多数の溝の凹設によってすくい面に形成される多数のセグメントはそれぞれ、１辺が１０〜５００μmの矩形状を呈し、セグメントの間隔は３〜２００μmである請求項１乃至請求項８の何れかに記載の切削工具。
【請求項１０】
前記多数の溝は、切れ刃のすくい面及び逃げ面に凹設されている請求項１乃至請求項９の何れかに記載の切削工具。
【請求項１１】
少なくとも切れ刃のすくい面に多数の溝を凹設して多数のセグメントの配列からなる微細セグメント構造を形成した切削工具を用い、少なくとも該すくい面に対して切削液を連続的に或いは間欠的に供給しつつ切削加工を行なうことを特徴とする切削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライス盤等の工作機械に用いる切削工具、並びにこれを用いた切削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切削工具においては、その長寿命化を実現するために、被削材との摩擦を抑制することによって切削抵抗を低減する技術が検討されている。
例えば、切れ刃表面にくぼみを設けることにより、切りくずを短く破断して、切削抵抗を減少させる技術が知られている(特許文献１)。
【０００３】
又、工具本体の外周にねじれた切り刃を有するエンドミルにおいて、切れ刃を形成する逃げ面及び／又はすくい面に刃先稜線に対して略平行に幅０.３ｍｍ以下の溝を少なくとも１本以上設けて、該溝に切削液を溜めることにより、切れ刃の保油性を良好なものとし、切削抵抗を低減する技術が提案されている(特許文献２)。
【０００４】
更に、切削工具の耐摩耗性の向上を図るために、工具表面にダイヤモンド状炭素(ＤＬＣ：Diamond-Like  Carbon)等の硬質膜をコーティングする技術や、切れ刃表面の平滑度を上げることによって被削材との摩擦を低減させる技術が検討されている(非特許文献１)。
【０００５】
一方、ベアリング等の各種の摺動部材において、基材の表面に多数のセグメントに分割されたＤＬＣ保護膜を形成することにより、耐摩耗性の向上を図ると共に、保護膜の剥離を防止する技術が提案されている(特許文献３)。
【特許文献１】特開２００４−２１６５１０号公報
【特許文献２】特開平７−８０７１８号公報
【特許文献３】特開２００３−１４７５２５号公報
【非特許文献１】“トライボロジスト”第４９巻 第６号 (2004) pp509-517
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術では、更なる工具の長寿命化に対する要求に応えることが困難となってきている。また近年は、環境負荷低減を目的に切削液を極少量のみ使用する加工方法が採用されるようになり、従来のように大量の切削液による潤滑効果が得られ難くなっており、切れ刃表面の一層の高潤滑性が求められている。
【０００７】
本発明の目的は、少量の切削液によっても切れ刃表面に高い潤滑性が得られ、従来よりも長寿命化を図ることが出来る切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで本発明者は、切削工具の切れ刃表面に高潤滑性を得るべく鋭意研究を重ね、その結果、従来は摺動部材において耐摩耗性の向上と剥離防止に有効と考えられていたセグメント構造の保護膜が、切削工具の切れ刃において高い潤滑性を発揮することを見出し、本発明の完成に至った。
【０００９】
本発明に係る切削工具は、少なくとも切れ刃のすくい面に多数の溝を凹設することにより、多数のセグメントの配列からなる規則的な微細三次元セグメント構造を付与したものである。
そして、本発明に係る切削方法は、前記本発明の切削工具を用いて、少なくともすくい面に対して切削液を供給しつつ切削加工を行なうものである。
【００１０】
従来、切削工具においては、切れ刃表面を平滑に仕上げることによって、切削抵抗の低減を図っていたが、本発明においては、これとは逆の着想に基づき、切れ刃のすくい面に凹凸形状(規則的な極微細三次元構造)を付与することで、従来よりも高い潤滑性を実現した。
【００１１】
即ち、本発明に係る切削工具において、加工時に供給される切削液は、切削工具と被削材又は切りくずとの間に介在することにより潤滑性を発揮し、切削抵抗の低減や工具摩耗の抑制といった効果をもたらすが、切れ刃表面に形成されている極微細三次元構造が切削液を溜めるマイクロプールとしての役割を発揮し、外部から切削液が到達し難い切削点に対しても適切量の切削液が安定して供給され、更により長い時間切れ刃表面に滞留・保持され、これらの結果、従来よりも高い潤滑性が得られる。
【００１２】
具体的には、切れ刃のすくい面を覆うＤＬＣ等の硬質膜に前記多数の溝を凹設した構成や、切れ刃を構成する基材の表面に直接に前記多数の溝を凹設した構成を採ることが出来る。
【００１３】
尚、前記多数の溝の凹設によってすくい面に形成される多数のセグメントがそれぞれ、１辺が１０〜５００μmの矩形状を呈し、且つセグメントの間隔が３〜２００μmである場合に特に高い効果が得られる。
【００１４】
前記多数の溝は、切れ刃のすくい面のみならず、逃げ面にも凹設することが可能であり、これによって更に高い効果が得られる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る切削工具及びこれを用いた切削方法によれば、切れ刃と被削材又は切りくずとの間に切削液が常に介在するようになり、これによって切削抵抗が低減され、工具摩耗を抑制することが出来、この結果、工具寿命が大幅に延びることになる。また、微少量の切削液を用いた切削加工においても、切れ刃表面での切削液の保持性に優れるため、大量の切削液を用いた切削加工と同等の加工性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る切削工具は、図１に示す如く、切れ刃のすくい面(１)に多数の溝(２)を格子状に凹設したものであり、具体的には、ＤＬＣの膜を複数の多数のセグメント(３)に分割して、極微細三次元セグメント構造を付与したものである。
ここで、各セグメント(３)は、１辺の長さＡが１５０μmの矩形状であり、セグメント(３)の間隔(溝幅)Ｂは８０μm、膜厚は０.８μmである。
【００１７】
本発明に係る切削工具の効果を確認するべく、すくい面に上記セグメント構造を有するＤＬＣ膜を形成した本発明の切削工具と、すくい面の全面に連続的なＤＬＣ膜を形成した従来の切削工具とを用意し、切削加工実験を行なった。
【００１８】
本発明の切削工具と従来の切削工具の作製において、ＤＬＣ膜の合成はプラズマＣＶＤ法により行なった。本発明の切削工具の作製においては、先ずすくい面の全面にＤＬＣを成膜した後、メッシュ状の電極を用いることにより、サイズ１５０×１５０μm、間隔８０μm、膜厚０.８μmのセグメント構造を有するＤＬＣ膜を形成した。
【００１９】
切削加工実験においては、工作機械として、立形マシニングセンタ(ヤマザキマザック(株)製ＡＪＶ−１８)を用い、図２に示す如く、カッタ(３)に１つの切削工具(４)を取り付け、被削材(５)の下には動力計(６)(ＫＩＳＴＬＥＲ製９２５７Ｂ)を設置し、切削抵抗を測定した。
切削工具(４)の基材としては、超硬合金を材料とした住友電工ハードメタル(株)製の「ＳＥＫＮ
４２Ｍ」を用いた。被削材(５)にはアルミニウム合金「Ａ５０５２」を用い、１枚刃にて中心削りで正面フライス切削を行なった。
【００２０】
加工条件としては、加工速度を３８０ｍ／分、加工深さを３ｍｍ、送り速度を０.１２ｍｍ／回転、切削液の供給量を１２.６Ｌ／分に設定した。
そして、カッタ１回転中の切削抵抗と切りくずの厚さの変化を評価し、断続切削時における工具すくい面の潤滑状態の変化を検討した。
【００２１】
図３は、カッタ１回転中の切削抵抗(サンプリング周波数２２２５Ｈｚ)を示している。尚、この切削抵抗の値は２５回転分の測定値を平均したものである。
図３から分かるように、本発明の切削工具ではＹ方向で５％程度、Ｚ方向で１５％程度、切削抵抗が減少している。又、切削開始はカッタが２０°回転、終了は１６０°回転したところであるが、Ｙ、Ｚいずれの方向ともカッタが６０°回転した付近からセグメント構造化による減少率が徐々に大きくなっている。
【００２２】
一般にせん断角が大きくなるとせん断面積が減少し、切削抵抗は減少するため、次にせん断角を評価した。
図４は、切りくずの厚さを２ｍｍ間隔で測定し、２次元切削に近似してせん断角を算出した結果を表わしている。この切りくずの厚さは、１０個の切りくずの測定値を平均したものである。従来の切削工具においては、カッタが６０°回転した付近からせん断角が小さくなるが、本発明に係る切削工具ではせん断角の低下が抑制されていることが分かる。
【００２３】
この結果から、従来の切削工具では、カッタが６０°回転した付近からすくい面における切削液の潤滑効果が失われ、これによって摩擦係数が高まり、せん断角が小さくなって、切削抵抗も大きくなったものと考えられる。
これに対し本発明の切削工具では、すくい面のセグメント構造により潤滑効果の減少が抑制され、この結果、せん断角の減少も抑制されて、切削抵抗が小さくなったものと考えられる。
【００２４】
上述の如く、本発明に係る切削工具によれば、切削抵抗が低減され、工具摩耗を抑制することが出来るので、工具寿命が大幅に延びることになる。また、１時間当たり１０ｍＬという微少量の切削液を用いた切削加工においても、切れ刃表面での切削液の保持性に優れるため、優れた加工性が得られる。
【００２５】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ＤＬＣ膜にセグメント構造を形成しているが、切れ刃を構成する基材の表面にマスクエッチングやレーザ加工を施すことにより溝を凹設して、基材自体にセグメント構造を形成することも可能である。又、セグメント構造は、切れ刃のすくい面のみならず、逃げ面にも形成することが可能である。
セグメント構造を付与すべき膜としては、ＤＬＣに限らず、ダイヤモンド、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＢＯＮ等、種々の硬質膜を採用することが出来る。又、切削工具の基材としては、超硬合金、高速度鋼、セラミックス(Ａｌ２Ｏ３系、Ｓｉ３Ｎ４系、Ａｌ２Ｏ３-ＴｉＣ系、Ｔｉ(Ｃ,Ｎ)系等)、ダイヤモンド、ＣＢＮ等を用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る切削工具の構造を示す一部拡大斜視図である。
【図２】切削加工実験の装置構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の切削工具と従来の切削工具の切削抵抗の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の切削工具と従来の切削工具のせん断角の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
(１)  すくい面
(２)  溝
(３)  セグメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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