特許 5869864 機械加工工具及び機械加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5869864

(24)【登録日】2016年1月15日

(45)【発行日】2016年2月24日

(54)【発明の名称】機械加工工具及び機械加工方法

(51)【国際特許分類】

   B24D 7/18 20060101AFI20160210BHJP

   B24D 3/06 20060101ALI20160210BHJP

   B24D 3/28 20060101ALI20160210BHJP

   B28D 1/14 20060101ALN20160210BHJP

【ＦＩ】

   B24D7/18 A

   B24D3/06 B

   B24D3/28

   !B28D1/14

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2011-274100(P2011-274100)

(22)【出願日】2011年12月15日

(65)【公開番号】特開2013-123776(P2013-123776A)

(43)【公開日】2013年6月24日

【審査請求日】2014年11月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】富士重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136504

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 毅彦

(72)【発明者】

【氏名】橋本 英二

(72)【発明者】

【氏名】中畑 達雄

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 政雄

(72)【発明者】

【氏名】高橋 秀治

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 学

【審査官】 亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭３８−００８１９０（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２７５６４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１７５７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３７２３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１６４５５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｄ ３／００ − ７／１８

Ｂ２８Ｄ １／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

硬質砥粒を柱状に固めて成る加工部と
前記加工部に接続されるシャンク部とを有し、
前記シャンク部とともに前記加工部を回転させながら加工対象品に接触させ、前記硬質砥粒を擦り減らしながら前記加工対象品を加工するように構成される機械加工工具であって、
前記加工部に、前記硬質砥粒を補強し、前記加工対象品を加工する際に前記硬質砥粒とともに擦り減る金属の補強部材であって、前記硬質砥粒を覆う筒状の金属及び長手方向を前記加工部の軸方向に向けて前記硬質砥粒内部に設けられる板状の金属の少なくとも一方で構成される前記補強部材を設け、
前記補強部材を構成する金属の厚さ方向に複数の孔を設けた機械加工工具。

【請求項2】

前記加工部の先端を錐体形状とし、穿孔工具として構成される請求項１記載の機械加工工具。

【請求項3】

請求項１又は２記載の機械加工工具を用いて加工対象品を加工する機械加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、機械加工工具及び機械加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、セラミックス焼結体や超硬合金等の硬くて脆い材料の加工用に様々な工具が提案されている。例えば、柱状の工具鋼の表面にダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素(CBN)の砥粒を接着した加工用工具が提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

【0003】

また、無機長繊維を樹脂マトリックス内に配置し、ダイヤモンド等の砥粒を含ませて硬化させた研磨用回転工具が提案されている（例えば特許文献３参照）。

【0004】

更に、板ガラスやセラミックス等の脆性材料の穿孔を行うための工具として、鋼製のシャンクの先端に円筒状のダイヤモンド砥粒で構成される砥石部を設けた穿孔用ダイヤモンドコアドリルが提案されている（例えば特許文献４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−２９６３２１号公報

【特許文献2】特開２００２−６６９２７号公報

【特許文献3】特開２０００−２８０１７９号公報

【特許文献4】特開平１１−１５６６１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、超硬合金、セラミックス、サーメット及びこれらを混合させた混合物等の加工が困難な材料を一層良好に加工することが可能な機械加工工具及び機械加工方法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】

本発明の実施形態に係る機械加工工具は、加工部及びシャンク部を有する。加工部は、硬質砥粒を柱状に固めて成る。シャンク部は、前記加工部に接続される。そして、機械加工工具は、前記シャンク部とともに前記加工部を回転させながら加工対象品に接触させ、前記硬質砥粒を擦り減らしながら前記加工対象品を加工するように構成される。更に、前記加工部に、前記硬質砥粒を補強し、前記加工対象品を加工する際に前記硬質砥粒とともに擦り減る金属の補強部材であって、前記硬質砥粒を覆う筒状の金属及び長手方向を前記加工部の軸方向に向けて前記硬質砥粒内部に設けられる板状の金属の少なくとも一方で構成される前記補強部材を設け、前記補強部材を構成する金属の厚さ方向に複数の孔を設けた。
また、本発明の実施形態に係る機械加工方法は、前記機械加工工具を用いて加工対象品を加工するものである。

【発明の効果】

【0008】

本発明の実施形態に係る機械加工工具及び機械加工方法によれば、超硬合金、セラミックス、サーメット及びこれらを混合させた混合物等の加工が困難な材料を一層良好に加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る機械加工工具の縦断面図。

【図2】図１に示す機械加工工具の左側面図。

【図3】図１に示す補強部材の役割を説明する図。

【図4】図１に示す補強部材を構成する金属の厚さ方向に複数の孔を設けた例を示す図。

【図5】図１に示す補強部材の構造例を示す図。

【図6】図１に示す加工部の先端を錐体形状とし、機械加工工具を穿孔工具として構成した例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施形態に係る機械加工工具及び機械加工方法について添付図面を参照して説明する。

【0011】

（構成および機能）
図１は本発明の実施形態に係る機械加工工具の構成を示す縦断面図である。また、図２は図１に示す機械加工工具１の左側面図である。

【0012】

機械加工工具１は、加工部２及びシャンク部３を有する。加工部２は硬質砥粒４を中空ではない柱状に固めることによって構成される。図１及び図２は、加工部２を中実の円柱状に構成した例を示す。硬質砥粒４としては、ダイヤモンド砥粒、CBN砥粒、酸化アルミニウム(Al₂O₃)を主体とするアルミナ系のA砥粒、炭化ケイ素SiCを主体とするC砥粒の他、タングステンカーバイド砥粒、柘榴石（ガーネット又は紅榴石とも呼ばれる）砥粒等の硬度が大きい無機材料の砥粒が挙げられる。

【0013】

硬質砥粒４を固める方法としては、熱硬化性樹脂を含むバインダー材に硬質砥粒４を混ぜて加熱することによって硬質砥粒４を焼き固める方法やニッケル等の熔融金属に砥粒を含有させて電流を流すことにより、硬質砥粒４を熔融金属に電着させる方法が挙げられる。尚、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂やガラス系樹脂等の樹脂が挙げられる。但し、他の公知の方法によって硬質砥粒４を固めるようにしてもよい。

【0014】

また、シャンク部３は加工部２に接続される。すなわち、固められた硬質砥粒４にシャンクを接続することによって機械加工工具１を製造することができる。シャンク部３の材料としては、工具ホルダにより保持することが可能な材料であれば任意の材料を用いることができる。典型的には、スチール等の金属によりシャンク部３が構成される。また、シャンク部３の形状は図１に示すように通常円柱状とされる。

【0015】

更に、加工部２には、硬質砥粒４を補強するための金属の補強部材５を設けることができる。図１は、硬質砥粒４を覆うための両端が開口する筒状の金属を補強部材５として加工部２に設けた例を示している。補強部材５の材料としてはスチール等の金属を用いることができる。

【0016】

そして、機械加工工具１は、シャンク部３とともに加工部２を回転させながら加工対象品に接触させ、硬質砥粒４を擦り減らしながら加工対象品を加工するように構成される

【0017】

（作用）
次に機械加工工具１の作用について説明する。

【0018】

図１及び図２に示す機械加工工具１を穿孔盤、中ぐり盤、フライス盤、マイニングセンタ等の工作機械で使用することができる。すなわち、工作機械のホルダに機械加工工具１を取付けて使用することができる。

【0019】

具体的には、加工部２の硬質砥粒４を回転させながら加工対象品に接触させ、硬質砥粒４を擦り減らしながら加工対象品を削り取って加工することができる。特に、超硬合金、セラミックス、サーメット及びこれらを混合させた混合物等の加工が困難な材料であっても良好に加工することができる。また、近年注目されている炭素繊維強化炭素複合材(C/Cコンポジット: Carbon/Carbon Composites)、セラミック基複合材料(CMC: Ceramic Matrix Composite)及びカーボン・金属複合新素材(C/CMC: Carbon Carbon Metal Composite)等の難削材料であっても加工対象となり得る。

【0020】

ところで、研磨は、遊離した砥粒を用いて加工対象となる表面を磨くことによって表面粗さを向上させる加工と解することができる。一方、研削は、多刃を構成する固定砥粒を用いて加工対象となる表面を物理的に落として形を変え、所定の寸法の形状を得る加工と解することができる。また、切削は、単刃で材料を削る加工と解することができる。

【0021】

従って、機械加工工具１は、砥粒を用いて加工対象品を削り取るという観点から研削工具に分類することができる。但し、機械加工工具１は、硬質砥粒４が遊離しながら加工対象品を削り取るという点において従来の研削工具とは異なる。また、従来の研削加工は、対象表面の仕上げ加工を主目的とする加工である。これに対し、機械加工工具１によれば、回転速度及び送りを調整することによって、穿孔、バリ取り、面取り、フライス加工の粗加工、フライス加工の仕上げ加工等の様々な加工が可能である。

【0022】

従って、機械加工工具１による加工は、新規な加工法による加工と考えることができる。このような理由から、ここでは機械加工工具１による加工を単に加工又は機械加工と称している。以下、同様である。

【0023】

図３は、図１に示す補強部材５の役割を説明する図である。

【0024】

上述したように機械加工工具１を回転方向Ｄに回転させることにより加工対象品１０に対する穿孔やフライス加工等の加工を行うことができる。従って、機械加工工具１には、回転中にスラスト方向Ｔへの負荷がかかることになる。このため、圧縮、ねじれ、曲げ等の応力や力が加工部２に作用する。そこで、良好なじん性を有する金属で構成される補強部材５によって、硬質砥粒４の破損や崩れを防止することができる。

【0025】

図１に示す補強部材５は、硬質砥粒４の外表面を覆う筒状の金属である。従って、図３に示すように補強部材５により特に硬質砥粒４の工具軸に垂直な方向への変形や崩れを抑止することができる。

【0026】

硬質砥粒４よりも硬度が小さい補強部材５は、加工対象品１０を加工する際に加工対象品１０との接触によって硬質砥粒４とともに擦り減ることとなる。但し、加工対象品１０を削り取る主体は加工部２の硬質砥粒４である。従って、補強部材５は、硬質砥粒４の破損や崩れを抑止しつつ、加工対象品１０や硬質砥粒４との摩擦によって容易に擦り減ることが望まれる。

【0027】

そこで、補強部材５となる金属の厚さを0.1mmから1mm程度の厚さとし、加工対象品１０との摩擦によって補強部材５が容易に擦り減るようにすることが好適である。すなわち、加工対象品１０と補強部材５との接触面積を小さくすることによって、補強部材５の摩耗を促進することができる。

【0028】

以上のような機械加工工具１は、工具の摩耗を低減させるという従来の発想を転換し、硬質砥粒４を多刃として、加工主体となる硬質砥粒４を擦り減らしながら加工対象品１０を機械加工するようにしたものである。

【0029】

（効果）
このため、機械加工工具１によれば、超硬合金やセラミックス等の加工が困難な材料を良好に機械加工することができる。例えば、機械加工工具１を超難削材用の穿孔工具、エンドミル、バリ取り工具、面取り工具等の工具として使用することができる。

【0030】

（変形例）
（第１の変形例）
図４は、図１に示す補強部材５を構成する金属の厚さ方向に複数の孔を設けた例を示す図である。

【0031】

図４は、円筒状の金属で構成される補強部材５を展開した図を示している。図４に示すように、補強部材５には、板厚方向に多数の孔２０を設けることができる。図４は、２次元状に多数の孔２０を配置した例を示している。特に、図４に示す例では、孔２０が規則的に配置されている。すなわち、スラスト方向Ｔに均等間隔の孔２０の列が直線状に形成されている。更に、各孔２０の中心位置は、機械加工工具１の回転方向Ｄに隣接する孔２０の中心位置からスラスト方向Ｔにシフトしている。

【0032】

この結果、補強部材５の先端は、図４の下部に示すように凹凸を有する形状となる。従って、補強部材５は、加工対象品１０と断続的に接触する。すなわち、補強部材５を構成する金属の、加工対象品１０に接触する部分の面積が小さくなる。これにより、補強部材５の円周方向における強度が低減される。従って、機械加工工具１を回転方向Ｄに回転させた場合に積極的に補強部材５を摩耗させることができる。

【0033】

一方、補強部材５を構成する金属は、筒状に閉じた曲面を形成している。すなわち補強部材５には加工対象品１０に接触させる部分及びシャンク部３と接続する部分を除いて端部が存在しない。従って、補強部材５の直径方向における強度は維持される。この結果、補強部材５により加工部２の工具径方向におけるじん性を維持しつつ、加工対象品１０に接触する補強部材５の部分を容易に擦り減らすことが可能となる。

【0034】

特に、図４に示すように、補強部材５に孔２０を規則的に設けることによって、補強部材５を均一に擦り減らすことができる。また、孔２０の数を多くすることによって一層効果的に補強部材５を摩耗させることができる。

【0035】

尚、図４に示す例の他、三角形状や四角形状等の任意の形状の打ち抜きを補強部材５に複数の孔２０として設けてもよい。

【0036】

（第２の変形例）
図５は、図１に示す補強部材５の構造例を示す図である。

【0037】

補強部材５は、図１に例示した構造に限らず様々な構造とすることができる。図５は、スラスト方向Ｔから見た補強部材５の断面形状のバリエーションを示している。

【0038】

例えば(A)に示すように、柱状の硬質砥粒４の外表面を保護する補強部材５に加え、硬質砥粒４の内部にも円筒状の補強部材５を設けることができる。(A)に示す補強部材５を設ければ、硬質砥粒４の補強効果を向上させることができる。このため、図４に示すように補強部材５に孔２０を設けることによって補強部材５の単位面積当たりの強度が低下しても、硬質砥粒４の補強効果を良好に維持することができる。

【0039】

また、補強部材５は、厚さ方向と回転方向Ｄとのなす角度が０度に近づく程、摩耗し易くなる。そこで、(B)に示すように、加工部２の直径方向を幅方向とする平板状の金属を、硬質砥粒４の内部における補強部材５として加工部２に設けることもできる。(B)は、複数の平板状の金属を放射状に配置した例を示している。(B)に示す補強部材５を設ければ、摩耗効果を良好にしつつ硬質砥粒４の補強効果を向上させることができる。

【0040】

同様に、(C)に示すように横断面が格子状となる金属を、硬質砥粒４の内部における補強部材５として加工部２に設けることもできる。この他、ハニカム状の金属を補強部材５として加工部２に設けるようにしてもよい。

【0041】

一方、(D), (E)及び(F)に示すように、硬質砥粒４の外表面に補強部材５を設けずに、硬質砥粒４の内部にのみ補強部材５を設けることもできる。(D), (E)及び(F)に示すように硬質砥粒４の内部にのみ補強部材５を設ければ、加工部２の強度及びじん性を向上させつつ硬質砥粒４の側面を用いた加工対象品１０の機械加工が可能となる。また、図１又は図５の(A)に示すような硬質砥粒４の外表面をカバーする補強部材５の更に外表面に硬質砥粒４を固着することによっても同様な効果が得られる。

【0042】

上述の例の他、(G), (H)及び(I)に示すように、横断面が単一又は複数の多角形、線分、円等の曲線又はこれらの組合せとなるように補強部材５の構造を機械加工工具１の用途に応じて適切に決定することができる。

【0043】

このように、補強部材５は、硬質砥粒４を覆う筒状の金属及び長手方向を加工部２の軸方向に向けて硬質砥粒４内部に設けられる板状の金属の少なくとも一方で構成することができる。また、硬質砥粒４内外の補強部材５に、厚さ方向に図４に示すような孔２０を設けることによって、補強部材５の摩耗を促進することができる。

【0044】

（第３の変形例）
また、加工部２の形状を完全な柱状とせずに、機械加工工具１の用途に応じた適切な形状とすることができる。例えば、加工対象品１０に接触させる加工部２の部分の形状を平面とせずに、機械加工工具１の用途に応じた適切な形状とすることができる。

【0045】

図６は、図１に示す加工部２の先端を錐体形状とし、機械加工工具１を穿孔工具として構成した例を示す図である。

【0046】

図６(A)に示すように、加工部２の先端における形状を円錐状にすることができる。これにより、加工部２に芯出し機能を設けることができる。従って、機械加工工具１を穿孔工具として用いる場合において、加工部２の振れを低減させることができる。そして、良好な精度で孔を加工することができる。

【0047】

一方、図６(B)に示すように、加工部２の先端における形状を円錐状に凹む形状とすることもできる。この場合においても、加工部２の先端が加工対象品１０と面接触しないため、加工部２の振れを低減させることができる。加えて、硬質砥粒４が擦り減ったとしても、所定の直径を有する孔が得られる。従って、寸法精度を重視した穿孔加工が可能である。

【0048】

また、加工部２の先端部に限らず加工部２全体の形状を機械加工工具１の用途に応じた適切な形状とすることもできる。例えば、機械加工工具１を穿孔工具として用いる場合において、加工部２にバックテーパを設けることができる。これにより、加工部２の側面が加工対象品１０に広範囲に接触することを回避することができる。

【0049】

特に硬質砥粒４が次第に擦り減るため、加工部２の直径の変化を考慮したバックテーパを設けることが望ましい。従って、通常の穿孔工具に設けられるバックテーパよりも傾斜角度が大きいバックテーパを加工部２に設けることが好適となる。

【0050】

この他、バリ取り、面取り或いは逆面取り用の工具として加工部２の形状を様々な形状にすることができる。

【0051】

更に、柱状の硬質砥粒４に切削油を供給するための油穴（オイルホール）を設けることもできる。これにより、切削油の供給によって、排熱を促進するとともに、脱落した硬質砥粒４及び加工対象品１０を円滑に加工部から排除することができる。尚、切削油を供給するための油穴の直径は、加工部２の直径と比較すると十分に小さい。従って、油穴の存在による加工性への影響は無視でき、油穴を設けた硬質砥粒４は、実質的に中空ではない柱状と同視することができる。換言すれば、加工に寄与する硬質砥粒４の部分は、中空ではない柱状であると見做すことができる。

【0052】

但し、バリ取りや穴の直径の拡張等の加工目的に応じて、硬質砥粒４を中空の柱状に固めることによって加工部２を構成することもできる。

【0053】

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

【符号の説明】

【0054】

１ 機械加工工具
２ 加工部
３ シャンク部
４ 硬質砥粒
５ 補強部材
１０ 加工対象品
２０ 孔
Ｔ スラスト方向
Ｄ 回転方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】