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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】5705299
(24)【登録日】2015年3月6日
(45)【発行日】2015年4月22日
(54)【発明の名称】回転切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 51/00 20060101AFI20150402BHJP
【ＦＩ】
B23B51/00 T
B23B51/00 M
B23B51/00 K
【請求項の数】3
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2013-267303(P2013-267303)
(22)【出願日】2013年12月25日
【審査請求日】2014年6月9日
(73)【特許権者】
【識別番号】000220103
【氏名又は名称】株式会社アライドマテリアル
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】宮崎 祐満
(72)【発明者】
【氏名】安藤 信靖
(72)【発明者】
【氏名】井上 治男
【審査官】
亀田 貴志
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００４−０１７２３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−２８１４１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開昭６４−０６４７１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−１０１９２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０３−２４５９１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−２４１１９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−０１８３６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−０５０４７７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２３Ｂ ５１／００
Ｂ２３Ｃ ５／００
Ｂ２３Ｄ ７７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
外周面に複数の溝が形成された回転切削工具であって、
超硬合金製の工具本体と、
前記工具本体の先端に設けられた多結晶焼結ダイヤモンド製のチップとを備え、
前記チップは、前記溝の先端側に位置する先端切れ刃を有し、前記先端切れ刃は回転切削工具の内周側から外周側へ延在しており、前記先端切れ刃には、すくい面に対して負の角度（−θ°）をなすネガランド領域が設けられ、前記ネガランド領域の内周側端部と前記工具本体との境界部分は曲線形状である、回転切削工具。
超硬合金製の工具本体と、
前記工具本体の先端に設けられた多結晶焼結ダイヤモンド製のチップとを備え、
前記チップは、前記溝の先端側に位置する先端切れ刃を有し、前記先端切れ刃は回転切削工具の内周側から外周側へ延在しており、前記先端切れ刃には、すくい面に対して負の角度（−θ°）をなすネガランド領域が設けられ、前記ネガランド領域の内周側端部と前記工具本体との境界部分は曲線形状である、回転切削工具。
【請求項2】
θは５°から１５°である、請求項１に記載の回転切削工具。
【請求項3】
前記ネガランド領域の幅は０．０５ｍｍから０．３ｍｍである、請求項１または２に記載の回転切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、回転切削工具に関し、より特定的には多結晶焼結ダイヤモンド製のチップを備えた回転切削工具に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、回転切削工具は、たとえば、特開２００４−１７２３８号公報（特許文献１）、特開２００７−７８０８号公報（特許文献２）、および特開２００７−５０４７７号公報（特許文献３）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００４−１７２３８号公報
【特許文献2】特開２００７−７８０８号公報
【特許文献3】特開２００７−５０４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１では、切刃を構成する超硬質チップをシャンクの一端部に取付け、切刃をシャンクの径方向内方の内方部と、その外側の外方部とで構成し、外方部の切刃に、丸め加工、チャンファ加工等を施し、その切削性を鈍化させた回転切削工具が開示されている。
【0005】
特許文献２では、ドリル先端の中心部分に設けられる食付き刃部の先端角が１３５°〜１５０°の範囲内で、周辺刃部の先端角よりも大きくされているため、肩部の強度を損なうことなく中心部分の強度が高くなり、穴明け加工時の負荷が大きい大径穴（例えば穴径が１２ｍｍ以上）を加工する大径の超硬ドリルにおいても、先端中心部分の切れ刃の欠損が抑制されて、実用上満足できる耐久性が得られるようになるドリルが開示されている。
【0006】
特許文献３では、軸線回りに回転されるドリル本体の先端部に配設された超高圧焼結体チップ上に、ドリル本体の先端外周から内周側に向けて延びる切刃を周方向に間隔をあけて複数形成し、これらの切刃に、周方向に隣接する切刃同士で軸線回りの回転軌跡をずらすように凹溝状のニックを形成するとともに、切刃の外周側で内周側よりも幅狭となるホーニングを施すドリルが開示されている。
【0007】
しかしながら、従来の回転切削工具では、切り屑を微細化することが困難であり、加工精度および加工能率が低下しやすいという問題があった。
【0008】
そこで、この発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、切りくずを微細化することが可能な回転切削工具を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本願発明は、外周面に複数の溝が形成された回転切削工具であって、超硬合金製の工具本体と、工具本体の先端に設けられた多結晶焼結ダイヤモンド製のチップとを備え、チップは、溝の先端側に位置する先端切れ刃を有し、先端切れ刃は回転切削工具の内周側から外周側へ延在しており、先端切れ刃には、すくい面に対して負の角度をなすネガランド領域が設けられ、ネガランド領域の内周側端部と工具本体との境界部分は曲線形状である。
【発明の効果】
【0010】
この発明に従えば、切り屑を微細化することが可能な回転切削工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】実施の形態に従ったドリルの正面図である。
【図5】実施例においてワークに形成される孔を示す断面図である。
【図6】ドリルのネガランド領域の角度と幅を変えた場合の切削抵抗を表わすグラフである。
【図7】ドリルのネガランド領域の角度を一定にし、幅を変えた場合の切削抵抗を表わすグラフである。
【図8】ドリルのネガランド領域の角度を一定にし、幅を変えた場合の切削抵抗を表わすグラフである。
【図9】ドリルのネガランド領域の幅を一定にし、角度を変えた場合の切削抵抗を表わすグラフである。
【図10】下孔有り、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０ｍｍ、θ＝０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図11】下孔有り、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．１ｍｍ、θ＝１０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図12】下孔有り、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．１ｍｍ、θ＝１５°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図13】下孔有り、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．２ｍｍ、θ＝５°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図14】下孔有り、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．２ｍｍ、θ＝１０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図15】下孔有り、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．２ｍｍ、θ＝１５°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図16】下孔有り、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．２ｍｍ、θ＝２０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図17】下孔有り、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．３ｍｍ、θ＝１０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図18】下孔有り、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．３ｍｍ、θ＝１５°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図19】下孔有り、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０ｍｍ、θ＝０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図20】下孔有り、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．１ｍｍ、θ＝１０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図21】下孔有り、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．１ｍｍ、θ＝１５°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図22】下孔有り、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．２ｍｍ、θ＝５°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図23】下孔有り、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．２ｍｍ、θ＝１０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図24】下孔有り、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．２ｍｍ、θ＝１５°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図25】下孔有り、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．２ｍｍ、θ＝２０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図26】下孔有り、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．３ｍｍ、θ＝１０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図27】下孔有り、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．３ｍｍ、θ＝１５°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図28】ドリルのネガランド領域の角度と幅を変えた場合の切削抵抗を表わすグラフである。
【図29】下孔なし、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０ｍｍ、θ＝０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図30】下孔なし、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．１ｍｍ、θ＝１０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図31】下孔なし、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．１ｍｍ、θ＝１５°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図32】下孔なし、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．２ｍｍ、θ＝１０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図33】下孔なし、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．２ｍｍ、θ＝１５°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図34】下孔なし、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．３ｍｍ、θ＝１０°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【図35】下孔なし、送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０．３ｍｍ、θ＝１５°の条件で切削加工を行った場合に排出された切り屑の写真である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
［本願発明の実施形態の説明］最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。
【0013】
回転切削工具は、外周面に複数の溝が形成された回転切削工具であって、超硬合金製の工具本体と、工具本体の先端に設けられた多結晶焼結ダイヤモンド製のチップとを備え、チップは、溝の先端側に位置する先端切れ刃を有し、先端切れ刃は回転切削工具の内周側から外周側へ延在しており、先端切れ刃には、すくい面に対して負の角度をなすネガランド領域が設けられ、ネガランド領域の内周側端部と工具本体との境界部分は曲線形状である。
【0014】
このように構成された回転切削工具では、ネガランド領域を形成することにより切り屑を微細化することができる。さらに、ネガランド領域の内周側端部と工具本体との境界部分が曲線形状であるため、チップを工具本体に接合した後にネガランド領域を砥石で研削して形成しやすくなる。特開２００７−５０４７７号公報に開示されたような、内周側端部が角型のネガランド領域（ホーニング）を形成する場合には超硬の切れ刃部分にネガランド領域を形成する可能性がある。その場合には切削抵抗が大きくなるという問題がある。
【0015】
チップにネガランド領域を設けた上で工具本体にチップを接合すれば上記の問題は生じないが、チップと超硬切れ刃の逃げ面を面一（同一平面）にすることが困難である。面一にするためにはチップを接合した後に逃げ面を研削することになるが、逃げ面を研削すればネガランド領域の幅が変わってしまうためネガランド領域の効果を発揮することが困難となる。
【0016】
さらに、上記の境界部分を曲線形状とすることで、この部分の応力集中を緩和することができる。また、加工に伴って境界部分も摩擦熱で加熱されるが、ネガランド領域の内周側端部が角型である場合と比較して、熱応力の集中を抑制することができる。
【0017】
好ましくは、負の角度は−５°から−１５°である。好ましくは、ネガランド領域の幅は０．０５ｍｍから０．３ｍｍである。
【0018】
［本願発明の実施形態の詳細］図１は、実施の形態に従ったドリルの正面図である。図１を参照して、回転切削工具としてのドリル１は、工具本体１０と、工具本体１０の外周面に取り付けられた多結晶焼結ダイヤモンド製のチップ２０とを備える。工具本体１０は長手方向に延在しており、工具本体の外周面には長手方向に延在する溝１１が設けられている。溝１１の先端にはチップ２０が配置されている。
【0019】
図２は、図１中のＩＩで囲んだ部分を拡大して示す図である。図３は、図１中の矢印ＩＩＩで示す方向から見た斜視図である。図２および図３を参照して、チップ２０の先端にネガランド領域３０が設けられている。外周面に複数の溝１１が形成されており、超硬合金製の工具本体１０と、工具本体１０の先端に設けられた多結晶焼結ダイヤモンド製のチップ２０とを備え、チップ２０は、溝１１の先端側に位置する先端切れ刃２１を有し、先端切れ刃２１はドリル１の内周側から外周側へ延在しており、先端切れ刃２１には、すくい面２５に対して負の角度をなすネガランド領域３０が設けられ、ネガランド領域３０の内周側端部と工具本体との境界部分は曲線形状３１である。
【0020】
先端切れ刃２１は工具先端１５から外周へ向かって延びており、中央部では超硬合金によって構成されており、外周部ではチップ２０を形成する多結晶焼結ダイヤモンドによって構成されている。
【0021】
チップ２０の内周前端３２から曲線形状３１が形成されており、外周側で直線形状３３に繋がる。曲線形状３１と直線形状３３で囲まれた領域がネガランド領域３０であり、ネガランド領域３０が切り屑を微細化する。
【0022】
工具本体１０には潤滑剤供給孔１２が設けられており、潤滑剤供給孔１２から潤滑剤が供給される。これにより先端切れ刃２１および外周切れ刃２２と、工作物との間に潤滑剤が供給されるためにスムーズに切削加工が行われる。
【0023】
図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図４を参照して、すくい面２５と逃げ面２６との間にネガランド領域３０が設けられており、ネガランド領域３０はすくい面２５に対して負の角度（−θ）を形成している。負の角度とは、矢印３で示す工作物の移動方向に向かって刃先側が傾斜するような角度をいう。ネガランド領域３０の幅ｘおよび角度θは、さまざまに設定することが可能である。
【0024】
[実施例１]実施例１では、アルミニウム製（ＡＤＣ１２）ワークに図１から４で示すドリルを用いて孔を開けることでドリルを評価した。送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、下孔有り、研削液（潤滑剤）はユシローケンＦＸ８８（商品名）を１０体積％含む水溶液とした。ドリルの回転数は１００００ｍｉｎ-1とした。図５は、実施例においてワークに形成される孔を示す断面図である。図５を参照して、孔１０１の直径は５ｍｍであり、下孔１０２の直径は３．５ｍｍである。ネガランド領域３０の幅ｘおよび角度θ、ならびにドリルの送りをさまざまに変化させて切削テストを行った。なお、「θ（°）＝１０」と表記した場合には、ネガランド領域３０は、すくい面２５に対して、負の角度（−１０°）をなしていることを意味する。
【0025】
［実施例２]実施例２では、アルミニウム製（ＡＤＣ１２）ワークに図１から４で示すドリルを用いて孔を開けることでドリルを評価した。送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、下孔有り、研削液（潤滑剤）はユシローケンＦＸ８８（商品名）を１０体積％含む水溶液とした。ドリルの回転数は１００００ｍｉｎ-1とした。実施例１および２の結果を図６から２７で示す。
【0026】
図６は、ドリルのネガランド領域の角度と幅を変えた場合の切削抵抗を表わすグラフである。図６では、送り０．２ｍｍ／ｒｅｖ、ｘ＝０ｍｍ、θ＝０°のサンプルの切削抵抗を１００とした場合の他のサンプルでの切削抵抗を示している。ネガランド領域３０の幅ｘが大きくなるほど、かつ、角度θが大きくなるほど切削抵抗が大きくなっていることが分かる。
【0027】
図７および図８は、ドリルのネガランド領域の角度を一定にし、幅を変えた場合の切削抵抗を表わすグラフである。図９は、ドリルのネガランド領域の幅を一定にし、角度を変えた場合の切削抵抗を表わすグラフである。これらを参照して、ネガランド領域３０の幅ｘが大きくなるほど、かつ、角度θが大きくなるほど切削抵抗が大きくなっていることが分かる。
【0030】
これらの図から、θは５°から１５°の範囲が好ましいことが分かる。ｘは０．０５ｍｍから０．３ｍｍまでの範囲が好ましいことが分かる。特に、図６の結果から、ネガランドを設けていないものと比較すると、ネガランドを設けることで切削抵抗が上がり、切り屑を微細化させる効果が得られるので、ｘは０．０５ｍｍ以上あればその効果が得られると考えられる。より好ましくは、ｘは０．１ｍｍ以上である。
【0031】
実施例１および２の各ドリルを用いた切削で発生した切り屑のサイズを表１で示す。
【0032】
【表1】
【0033】
表１において、ネガランド角度θおよびネガランド幅ｘがさまざまに変更されると、切り屑の大きさが１．０から６．５の範囲においてばらついていることが分かる。なお、大きさは指数化されており、ネガランド角度θが１５°、ネガランド幅ｘが０．１ｍｍのドリルを用いた切削から発生した切り屑の大きさを１．０とした。切り屑はいろいろな形状を有しており、直線状、Ｊ字状、Ｓ字状、Ｃ字状、Ｌ字状などの切り屑がある。各々の切り屑において一番長さの大きい部分を測定してその寸法を切り屑のサイズとした。各切削条件および各ドリルの仕様での切削において、無作為に切り屑を２０個取り出し、２０個の切り屑の各々の上記の最大寸法を平均して表１の切り屑の指数化された大きさを算出した。
【0034】
表１から、幅ｘが０．３ｍｍ以下のネガランドが形成されていれば、切り屑が微細化されていることが分かる。
【0035】
［実施例３]実施例３では、アルミニウム製（ＡＤＣ１２）ワークに図１から４で示すドリルを用いて孔を開けることでドリルを評価した。送り０．３ｍｍ／ｒｅｖ、下孔無し、研削液（潤滑剤）はユシローケンＦＸ８８（商品名）を１０体積％含む水溶液とした。ドリルの回転数は１００００ｍｉｎ-1とした。その結果を図２８から３５で示す。
【0036】
図２８は、ドリルのネガランド領域の角度と幅を変えた場合の切削抵抗を表わすグラフである。図２８では、ｘ＝０ｍｍ、θ＝０°のサンプルの切削抵抗を１００とした場合の他のサンプルでの切削抵抗を示している。ネガランド領域３０の幅ｘが大きくなるほど、かつ、角度θが大きくなるほど切削抵抗が大きくなっていることが分かる。
【0038】
これらの図から、θは１５°以下の範囲が好ましいことが分かる。ｘは０．３ｍｍ以下の範囲が好ましいことが分かる。
【0039】
実施例３の各ドリルを用いた切削で発生した切り屑のサイズを表２で示す。
【0040】
【表2】
【0041】
表２において、ネガランド角度θおよびネガランド幅ｘがさまざまに変更されると、切り屑の大きさが１．５から２．５の範囲においてばらついていることが分かる。なお、大きさは指数化されており、表１のネガランド角度θが１５°、ネガランド幅ｘが０．１ｍｍのドリルを用いた切削から発生した切り屑の大きさを１．０とした。切り屑はいろいろな形状を有しており、直線状、Ｊ字状、Ｓ字状、Ｃ字状、Ｌ字状などの切り屑がある。各々の切り屑において一番長さの大きい部分を測定してその寸法を切り屑のサイズとした。各切削条件および各ドリルの仕様での切削において、無作為に切り屑を２０個取り出し、２０個の切り屑の各々の上記の最大寸法を平均して表２の切り屑の指数化された大きさを算出した。
【0042】
表２から、幅ｘが０．３ｍｍ以下のネガランドが形成されていれば、切り屑が微細化されていることが分かる。
【0043】
実施例１から３で示されるように、切削抵抗が大きくなると、切り屑が小さくなる傾向がある。しかし、切削抵抗が大きくなるほど加工時の熱が発生するため、切り屑が切れ刃に溶着し、加工面粗さを悪化させる上、最悪の場合には工具が折損するトラブルが発生する。これにより孔の加工径が不安定になる等、品質面が悪化する問題がある。
【0044】
一方、切削抵抗を小さくする（切れ味が良くなる）と、工具寿命や加工面の品質は向上するが、切り屑が長くなる傾向がある。上記の実施例１から３では切削抵抗を許容できる範囲に抑えた上で、切り屑の長さを小さくできる工具を提供することができる。
【0045】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【0046】
この発明は、回転切削工具（ドリル、リーマ、エンドミル）の分野において用いることができる。
【符号の説明】
【0047】
１ ドリル、１０ 工具本体、１１ 溝、１２ 潤滑剤供給孔、１５ 工具先端、２１ 先端切れ刃、２２ 外周切れ刃、２５ すくい面、２６ 逃げ面、３０ ネガランド領域、３１ 曲線形状、３２ 内周前端、３３ 直線形状、１０１ 孔、１０２ 下孔。
【要約】
【課題】切りくずを微細化することが可能な回転切削工具を提供する。【解決手段】外周面に複数の溝１１が形成されており、超硬合金製の工具本体１０と、工具本体１０の先端に設けられた多結晶焼結ダイヤモンド製のチップ２０とを備え、チップ２０は、溝１１の先端側に位置する先端切れ刃２１を有し、先端切れ刃２１はドリル１の内周側から外周側へ延在しており、先端切れ刃２１には、すくい面２５に対して負の角度をなすネガランド領域３０が設けられ、ネガランド領域３０の内周側端部と工具本体との境界部分は曲線形状３１である。
【選択図】図２