(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】
(24)【登録日】2022-06-24
(45)【発行日】2022-07-04
(54)【発明の名称】切削工具
(51)【国際特許分類】
B23B 27/22 20060101AFI20220627BHJP
B23B 27/14 20060101ALI20220627BHJP
B23B 27/20 20060101ALI20220627BHJP
【ＦＩ】
B23B27/22
B23B27/14 C
B23B27/20
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021193901
(22)【出願日】2021-11-30
【審査請求日】2021-11-30
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000221144
【氏名又は名称】株式会社タンガロイ
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 泰岳
【審査官】増山 慎也
(56)【参考文献】
【文献】独国特許出願公開第０４１３６４１７（ＤＥ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１３／１６１５５８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００８－２１３１２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－１７４８０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許出願公開第１９６５３９２１（ＤＥ，Ａ１）
【文献】国際公開第２００３／０１５９６８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１１／０４６０４５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１０／１５０６９６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ ２７／２２
Ｂ２３Ｂ ２７／１４
Ｂ２３Ｂ ２７／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
周側面と、上面の一部を構成する平坦な頂面であって、前記上面は該頂面以外の部分が窪んでいる頂面と、
前記周側面と前記頂面が交差する稜線のうち、２つの直線状の稜線を接続するコーナーＲの稜線に少なくとも形成された切れ刃と、
前記頂面との交差線が波状となって現れる前記コーナーＲ側から放射中心である要部へ向かって共に窪みつつ傾斜する交互に配列された畝部と溝部を有する扇状のすくい部と
を備える切削工具。
【請求項2】
前記頂面との境界において前記溝部の幅は前記畝部の幅より広い請求項１に記載の切削工具。
【請求項3】
前記畝部は、前記交差線として現れる前記頂面との境界から前記要部へ向かって幅が一定に設けられており、前記溝部は、前記交差線として現れる前記頂面との境界から前記要部へ向かって幅が漸減するように設けられている請求項１または２に記載の切削工具。
【請求項4】
前記畝部の個数Ｌは、前記コーナーＲの曲率半径をｒ（ｍｍ）とした場合に、４ｒ＋１≦Ｌ≦１０ｒ＋２
を満たす整数である請求項１から３のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項5】
前記個数Ｌは、奇数である請求項４に記載の切削工具。
【請求項6】
前記要部は、前記コーナーＲの曲率中心と一致するように、または前記曲率中心に対して前記コーナーＲとは反対側に位置するように設けられた請求項１から５のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項7】
前記すくい部に連続するように設けられた傾斜面と、前記２つの直線状の稜線の二等分線に沿って連なり、前記傾斜面から隆起するように設けられた隆起部と
を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の切削工具。
【請求項8】
前記すくい部は、ダイヤモンドを８０％体積以上含む焼結体によって形成された請求項１から７のいずれか１項に記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、切削工具に関する。
【背景技術】
【0002】
ダイヤモンド等を素材とする超高圧焼結体を切れ刃として採用した切削工具が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１６／０３５４９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
超高圧焼結体を切れ刃として採用する切削工具は、一般的に上面を研磨することにより切れ刃を形成するため、研磨面である平坦な頂面より高い隆起を設けることが難しく、切屑処理性に優れたチップブレーカを形成することが難しい。
【0005】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、平坦な頂面を有しながらも切屑処理性にすぐれた切削工具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】
【0006】
本発明の一態様における切削工具は、周側面と、平坦な頂面と、周側面と頂面が交差する稜線のうち、２つの直線状の稜線を接続するコーナーＲの稜線に少なくとも形成された切れ刃と、コーナーＲ側を円弧として頂面から放射中心である要部へ向かって共に窪みつつ傾斜する交互に配列された畝部と溝部を有する扇状のすくい部とを備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明により、平坦な頂面を有しながらも切屑処理性にすぐれた切削工具を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本実施形態に係る切削インサートを装着した切削工具の全体斜視図である。
【図2】切削インサートの全体斜視図である。
【図3】切削インサートの部分拡大図である。
【図4】刃先部材のコーナーＲ付近を斜方から観察した部分拡大図である。
【図5】刃先部材のコーナーＲ付近を上方から観察した部分拡大図である。
【図6】刃先部材のＣ－Ｃ断面図である。
【図7】刃先部材のＤ－Ｄ断面図である。
【図8】コーナーＲの拡大概略図である。
【図9】他の実施例における切削インサートの部分拡大図である。
【図10】他の実施例における刃先部材のコーナーＲ付近を斜方から観察した部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。また、各図において、同一又は同様の構成を有する構造物が複数存在する場合には、煩雑となることを回避するため、一部に符号を付し、他に同一符号を付すことを省く場合がある。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。
【0010】
図１は、本実施形態に係る切削インサート１００を装着した切削工具２００の全体斜視図である。本実施形態における切削工具２００は、旋盤用の切削工具である。本体部２１０は、切削インサート１００が装着される装着座２２０を有する。なお、本実施形態においては、切削インサート１００が本体部２１０に交換可能に装着されて全体が切削工具２００として機能する場合を説明するが、切削インサート１００がワークを切削するという機能的な観点からは、切削インサート１００そのものを切削工具と捉えることもできる。また、交換式の切削インサートに限らず、以下に説明する切削インサート１００に相当する刃先部材を本体部に固着する形式を採用する場合には、全体を切削工具とみなすこともできる。
【0011】
装着座２２０は、本体部２１０の先端付近に設けられた、切削インサート１００の装着面である。装着座２２０には雌ねじ孔が設けられており、切削インサート１００を装着すると、切削インサート１００のほぼ中心に設けられた装着孔１９１とおよそ同軸となる。切削インサート１００は、装着孔１９１を介して雌ねじ孔と螺合する装着ねじ３１０により、装着座２２０に固定される。なお、図示する実施形態においては、工具寿命の延長を図るために、装着座２２０と切削インサート１００の間に一定の厚みを有するシム３２０を挟み込んでいる。
【0012】
図２は、切削インサート１００の全体斜視図である。切削インサート１００は、全体形状としては上面および底面を略菱形とする柱状を成す。切削インサート１００は、台金１９０と刃先部材１１０によって構成される。台金１９０は、略中央部に装着ねじ３１０を挿通させるための装着孔１９１が設けられている。台金１９０は、例えば鋼や超硬合金を素材とする。台金１９０のうち、上面の鋭角を成すコーナーの一つには段差部が設けられており、刃先部材１１０は、当該段差部にろう付け等により固着されている。
【0013】
図３は、切削インサート１００の部分拡大図であり、具体的には図２に示すＡ部の拡大図である。図示するように、本実施形態における刃先部材１１０は、焼結体１２０と基台１４０の二層構造になっている。焼結体１２０と基台１４０は、それぞれが全体として同じ大きさの略三角柱形状であり、上下に積層されている。焼結体１２０は、ダイヤモンドを８０％体積以上含む。ダイヤモンドは強度および耐摩耗性に優れており、これを切れ刃に用いると切削インサート１００の使用期間を延ばすことが期待できる。本実施形態においては、焼結体１２０は、ダイヤモンド粉末を焼結させたダイヤモンド焼結体を想定するが、気相合成法により合成された単結晶ダイヤモンドを用いて同様の形状を形成してもよい。基台１４０は、例えば超硬合金を素材とする。本実施形態おける刃先部材１１０は、焼結体１２０と基台１４０の二層構造を採用するが、例えば全体をダイヤモンド焼結体として形成してもよい。
【0014】
焼結体１２０は、略三角柱形状の上面の一部を構成する頂面１２１と側面を構成する周側面１２２を有する。頂面１２１は、研磨された平坦面であり、例えば表面粗さが０．０５μｍ以上０．２μｍ未満の範囲に収まるように調整されている。頂面１２１は、上面の三角形のうち、周縁部と隆起部１２７に連続する一部に形成されている。頂面１２１と周側面１２２が交差する稜線は、三角形の一辺を成す直線状の第１稜線１２３と、同じく三角形の他の一辺を成す直線状の第２稜線１２４と、第１稜線１２３と第２稜線１２４を接続する円弧状のコーナーＲ１２５を含む。本実施形態においてコーナーＲ１２５は切れ刃として機能する。なお、切れ刃は、第１稜線１２３および第２稜線１２４に連続して形成されてもよい。頂面１２１のうち切れ刃近傍の領域は、ランド面として機能する。
【0015】
焼結体１２０の上面は、上述の頂面１２１以外の部分が窪んでいる。当該窪みは、主に、第１すくい部１３２と、第２すくい部１２６と、ブレーカ壁面１２８によって構成されている。第１すくい部１３２は、コーナーＲ１２５側を円弧として扇状に傾斜する。第１すくい部１３２の具体的な構成については後に詳述する。
【0016】
第２すくい部１２６は、第１すくい部１３２に連続するように設けられ、また、第１稜線１２３、第２稜線１２４から離れて三角形の内側へ向かうほど頂面１２１からの深さが深くなるように設けられた傾斜面である。第２すくい部１２６は、第１すくい部１３２と共にすくい面として機能する。ブレーカ壁面１２８は、第２すくい部１２６から隆起するように設けられた隆起部１２７の両側面として形成される。隆起部１２７は、第１稜線１２３と第２稜線をそれぞれ延長して交差する交差点を通り、そのなす角を二等分する二等分線に沿って連なっている。したがって、焼結体１２０の上面の窪みは、全体的に見れば、第１稜線１２３側の第２すくい部１２６とブレーカ壁面１２８に囲まれた第１凹部と、第２稜線１２４側の第２すくい部１２６とブレーカ壁面１２８に囲まれた第２凹部によって構成されていると言える。
【0017】
図４は、刃先部材１１０のコーナーＲ１２５付近を斜方から観察した部分拡大図であり、具体的には図３に示すＢ部の拡大図である。第１すくい部１３２は、上述のようにコーナーＲ１２５側を円弧として扇状に傾斜しているが、頂面１２１から当該扇状の放射中心である要部１３１へ向かって、共に窪みつつ傾斜する交互に配列された畝部１３３と溝部１３４を有する。
【0018】
要部１３１は、車輪に例えればハブに相当する部分であり、畝部１３３は、スポークに相当する部分である。畝部１３３は、頂面１２１である上面方向へ向かって凸状に隆起するように形成された部分であり、溝部１３４は、上面とは反対方向へ向かって凸状に掘穿するように形成された部分である。本実施形態における第１すくい部１３２は、図示するように、５つの畝部１３３と４つの溝部１３４を有する。畝部１３３は、それぞれ要部１３１まで連なっており、溝部１３４は、隣接する２つの畝部１３３の間に設けられている。
【0019】
それぞれの畝部１３３の稜線、およびそれぞれの溝部１３４の谷筋は、頂面１２１に対して１０°～３０°の範囲の傾斜となるように調整されている。したがって、第１すくい部１３２は、全体的には１０°～３０°のすくい角を有するすくい面として機能する。さらに、第１すくい部１３２に連続する傾斜面として第２すくい部１２６が設けられている。そして、第２すくい部１２６から隆起するように隆起部１２７が設けられている。ただし、頂面１２１は焼結体１２０の上面を研磨して形成されるので、隆起部１２７の稜線の高さは、頂面１２１の高さ以下となる。
【0020】
このような形状を備える刃先部材１１０、ひいては切削インサート１００は、ワークから排出される切屑の処理性に優れる。具体的には、コーナーＲ１２５に形成された切れ刃で削り出された切屑は、畝部１３３と溝部１３４に沿って摺動する過程において、要部１３１へ向かうほど湾曲しつつ絞り込まれる。このように絞り込まれた切屑は、それのみでも折断しやすいが、さらに第２すくい部１２６を摺動して隆起部１２７で拘束され、カールをしながら周側面１２２またはワークに衝突することで、容易に折断する。もしくは、絞り込まれた切りくず自身の重みと自らの振れ回りにより、容易に折断する。すなわち、本実施形態に係る切削インサート１００は、切れ刃より高い凸部が存在しなくても、切屑を捉える拘束力を確保し、拘束した切りくずをより効率的に折断することができる。
【0021】
図５は、刃先部材１１０のコーナーＲ１２５付近を上方から観察した部分拡大図である。扇形状である第１すくい部１３２の要に位置する要部１３１は、図示するように、それぞれの畝部１３３の中心線が交差する交点である。本実施形態においては、要部１３１は、コーナーＲ１２５の曲率中心（図において二点鎖線で示す円の中心）と一致するように設定されている。このように、要部１３１は、コーナーＲ１２５の曲率中心と一致するように、または当該曲率中心に対してコーナーＲ１２５とは反対側（コーナーＲ１２５から遠い側）に位置するように設けると、切屑の折断性および排出性が向上することが確認された。
【0022】
また、本実施形態においては、畝部１３３を５つ設けているが、畝部１３３の個数は、コーナーＲ１２５の曲率半径に応じて決定するとよい。具体的には、畝部の個数Ｌは、コーナーＲの曲率半径をｒ（ｍｍ）とした場合に、４ｒ＋１≦Ｌ≦１０ｒ＋２を満たす整数とすればよいことが確認できた。図示する例では曲率半径を０．４ｍｍとしているが、ワークの材質や切削目的等に応じて要請されるコーナーＲの曲率半径ｒは異なるので、それぞれの事情に応じて畝部の個数Ｌを決定すればよい。特に、畝部の個数Ｌを奇数とすれば、コーナーＲの頂点に連なる中心線が畝部となり、溝部とする場合に比較して折断性が向上することが確認できた。すなわち、上記の関係式を満たすＬのうちでもＬを奇数とすることが好ましいと言える。
【0023】
図６は、図５に示す刃先部材１１０のＣ－Ｃ断面図である。図示するように、畝部１３３と溝部１３４が交互に配置され、両端に位置する頂面１２１に対して全体的に窪んでいる。なお、本実施形態においては、頂面１２１と周側面１２２のなす角は鋭角である。
【0024】
図７は、図５に示す刃先部材１１０のＤ－Ｄ断面図である。Ｄ－Ｄは、上述の二等分線に沿う平面である。図示するように上面と断面の交線は、頂面１２１と中央の畝部１３３の境界から下降し始めて要部１３１へ到達し、さらに第２すくい部１２６として窪んで最下点へ至ると、その後隆起部１２７として隆起してコーナーＲ１２５とは反対側の頂面１２１へ到達する。
【0025】
図８は、コーナーＲ１２５の拡大概略図であり、具体的には図５に示すＥ部の拡大図である。上述のように畝部１３３と溝部１３４は、頂面１２１から要部１３１へ向かって形成されているが、頂面１２１は研磨された平面であるので、頂面１２１と畝部１３３および溝部１３４との交差線Ｌは波状に現れる。
【0026】
交差線Ｌは、畝部１３３に相当する部分でコーナーＲ１２５とは反対方向に凸状の曲線となり、溝部１３４に相当する部分でコーナーＲ１２５の方向に凸状の曲線となる。その接続点を変曲点Ｐ1とする。隣接する２つのＰ1のうち、畝部１３３の曲線を挟む２つのＰ1（図の例では、中央の畝部１３３ａの曲線を挟む２つのＰ1）の距離であるｄ1を頂面１２１との境界における畝部１３３の幅とする。また、隣接する２つのＰ1のうち、溝部１３４の曲線を挟む２つのＰ1（図の例では、中央の畝部１３３ａに隣接する溝部１３４ａの曲線を挟む２つのＰ1）の距離であるｄ2を頂面１２１との境界における溝部１３４の幅とする。このとき、ｄ2＞ｄ1であることが好ましい。すなわち、頂面１２１との境界において溝部１３４の幅は畝部１３３の幅より広いことが好ましい。このような関係を満たす場合に、切屑を第１すくい部１３２へ円滑に導くことが確認された。なお、幅の定義はこれに限らず、畝部１３３に相当する部分でコーナーＲ１２５とは反対方向に凸状の曲線の部分と、溝部１３４に相当する部分でコーナーＲ１２５の方向に凸状の曲線の部分がそれぞれ区別できればよい。例えば、両曲線間に直線部分があってもそれぞれが区別できるのであれば構わない。
【0027】
また、畝部１３３は、コーナーＲ１２５の円弧から要部１３１へ向かって幅が一定に設けられている。具体的には、例えば、交差線Ｌにおいて、上述の畝部１３３の曲線を挟む２つのＰ1を結ぶ直線と、これに平行で畝部１３３の曲線の頂点Ｐ0を通る直線の２直線に対して等距離の直線が、交差線Ｌと交わる２点をそれぞれ中間点Ｐ3とする。この２つの中間点Ｐ3を通りすくい面のすくい角に平行な平面で畝部１３３を切断したときの幅ｄ3を畝部１３３の幅と定める。この幅ｄ3は、要部１３１へ向かって一定である。例えば、ｄ３は０．０１mm以上０．３ｍｍ以下が好ましい。畝部１３３の幅を一定にすると、溝部１３４は、コーナーＲ１２５の円弧から要部１３１へ向かって幅が漸減するように設けられることになる。このような、畝部１３３の幅と溝部１３４の幅の関係を満たす場合、切屑が要部１３１へ向かって円滑に絞り込まれることが確認された。なお上記においては、幅ｄ3を用いることにより畝部１３３の幅が一定であることを定義したが、幅の定義はこれに限らない。また、幅が多少揺らぐ場合であっても、畝部１３３の凸状の曲線が頂部の曲率半径を保ったまま要部１３１へ向かって延在する場合にも、同様の効果が得られることが確認された。頂部の曲率半径としては、平面視で０．０１mm以上０．１ｍｍ以下が好ましい。
【0028】
次に、他の実施例として切削インサート１００’について説明する。切削インサート１００’は切削インサート１００に対してすくい部の構成が異なる。他の要素の構成や機能は切削インサート１００の対応する各要素の構成や機能と同様であるのでその説明を省略し、異なる構成や機能について説明する。
【0029】
図９は、他の実施例における切削インサート１００’の部分拡大図である。切削インサート１００’の刃先部材１１０’におけるコーナーＲ１２５’の曲率半径は、切削インサート１００の刃先部材１１０におけるコーナーＲ１２５の曲率半径よりも大きい０．８ｍｍを想定している。これに合わせて、台金１９０’のコーナーも曲線に形成されている。
【0030】
第１すくい部１３２’は、コーナーＲ１２５’側を円弧として扇状に傾斜する点は切削インサート１００の第１すくい部１３２と同様であるが、コーナーＲ１２５’の大きさに合わせて、大きな扇状となっている。
【0031】
図１０は、刃先部材１１０’のコーナーＲ１２５’付近を斜方から観察した部分拡大図であり、具体的には図９に示すＦ部の拡大図である。第１すくい部１３２’は、頂面１２１から当該扇状の放射中心である要部１３１’へ向かって、共に窪みつつ傾斜する交互に配列された畝部１３３’と溝部１３４’を有する。ただし、刃先部材１１０’においては、隆起部１２７’がコーナーＲ１２５’側へせり出しており、要部１３１’は、隆起部１２７’に覆われている。そこで、それぞれの畝部１３３’および溝部１３４’は、要部１３１’までは到達せず、頂面１２１’と要部１３１’の半分程度の長さに設けられている。
【0032】
このように構成された刃先部材１１０’を採用する切削インサート１００’は、第１すくい部１３２で絞り込まれた切屑をいち早く隆起部１２７’に衝突させ、左右の第２すくい部１２６周側面１２２またはワークに導くことができる。ワークの材質や切削目的等によってはこのような切屑処理が好ましい場合もあり、切削インサート１００’は、そのような場合に好適である。
【0033】
以上の本実施形態においては、切削インサート１００、１００’が菱形柱状の場合を説明したが、全体形状はこれに限るものではない。また、切削インサートの本体部２１０への装着方法も、装着ねじ３１０を用いる場合に限らない。また、切削インサートに固着される刃先部材は一つに限らず、複数であっても構わない。一つの切削インサートが複数の刃先部材を備えれば、本体部２１０への装着の向きを変えることにより、一つの切削インサートを長期間利用することができる。
【符号の説明】
【0034】
１００、１００’…切削インサート、１１０、１１０’…刃先部材、１２０…焼結体、１２１、１２１’…ランド面、１２２…周側面、１２３…第１稜線、１２４…第２稜線、１２５、１２５’…コーナーＲ、１２６、１２６’…第２すくい部、１２７、１２７’…隆起部、１２８…ブレーカ壁面、１３１、１３１’…要部、１３２、１３２’…第１すくい部、１３３、１３３’、…畝部、１３４、１３４’…溝部、１４０…基台、１９０、１９０’…台金、１９１…装着孔、２００…切削工具、２１０…本体部、２２０…装着座、３１０…装着ねじ、３２０…シム
【要約】
【課題】平坦な頂面を有しながらも切屑処理性にすぐれた切削工具を提供する。
【解決手段】切削工具は、周側面と、平坦な頂面と、周側面と頂面が交差する稜線のうち、２つの直線状の稜線を接続するコーナーＲの稜線に少なくとも形成された切れ刃と、コーナーＲ側を円弧として頂面から放射中心である要部へ向かって共に窪みつつ傾斜する交互に配列された畝部と溝部を有する扇状のすくい部とを備える。
【選択図】図３
【解決手段】切削工具は、周側面と、平坦な頂面と、周側面と頂面が交差する稜線のうち、２つの直線状の稜線を接続するコーナーＲの稜線に少なくとも形成された切れ刃と、コーナーＲ側を円弧として頂面から放射中心である要部へ向かって共に窪みつつ傾斜する交互に配列された畝部と溝部を有する扇状のすくい部とを備える。
【選択図】図３
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】