JP2000263328A - 焼結金属切削用リーマ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼結金属から成るバルブガイドを精度よく仕
上げるリーマとして、先端部に切れ味がよく耐摩耗性の
高い硬質の切刃体が強固に接合される形態とそれを維持
する技術及び切屑を前方に排出する形態とそれを積極的
に支援する技術を提案する。 【解決手段】 超硬合金または鋼のシャンクから伸びる
刃径部３の先端に、前記刃径部と同一外径の高硬度焼結
体から成る切刃体４が接合され、前記切刃体４と刃径部
３の外周部に複数の連続した刃溝９が形成され、油穴５
が前記シャンク２の中央に、前記シャンク２の後端部か
ら接合部７の直前まで形成され、噴射孔６が、前記油穴
５から前記シャンク２先端方向に放射状に前記接合部７
近傍の前記刃溝９内に達するよう形成され、前記刃溝９
を左ネジレに形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として小径で深
穴の内径部を仕上げるのに適した、高硬度焼結体から成
る切刃体を先端に接合し、シャンクの中央に切削油供給
用の油穴を有する焼結金属切削用リーマに関する。

【０００２】

【従来の技術】回転工具の代表であるドリルに関し、超
硬合金から成る切刃体を先端に接合し、鋼のシャンクの
中央に切削油供給用の油穴を設けた従来技術は周知であ
る。この内、切削油の噴射孔の位置に工夫したものが、
実開昭６１−１０９６１２号公報（マイクロフィルム）
に提案されている。

【０００３】図４に、その正面図を示す。このドリル１
００は、超硬合金から成る切刃体１０１を先端に接合
し、鋼のシャンク１０２の中央に油穴１０３を切刃体１
０１の接合部１０４の直前まで伸長して、切削油の噴射
孔１０５を刃溝１０６内に向けて放射状に形成してい
る。

【０００４】この従来技術は、先端に超硬合金から成る
切刃体を接合することで切刃の耐摩耗性を向上し、切削
油の噴射孔を切刃体の接合部近辺に設けることで、該部
の切削熱による鑞付材の熱劣化を防ぐと共に、噴射され
る切削油によって切屑が分断され、刃溝に当たる切屑に
よる壁の摩耗も防止でき、且つ、スムースな切屑の排出
が可能であると説明している。

【０００５】又、特開昭５９−５９３０９号公報には、
油穴に関する記載はないものゝ図４におけるドリル１０
０の切刃体１０１に相当する部材が、ダイヤモンドまた
はｃＢＮ等の高硬度焼結体から成る切刃体に変更したも
のが提案されている。

【０００６】図５に、その正面図を示す。このドリル２
００は、高硬度焼結体から成る円柱状の切刃体２０１が
超硬合金から成る切刃保持体２０２に接合され、さらに
鋼のシャンク２０３に接合されている。シャンク２０３
との接合部２０４の形態は、図５のようにＶ字状であっ
たり、複数の山形、Ｕ字状、段状の寄せ木形等の実施例
が示されている。そして切刃体２０１と切刃保持体２０
２は、双方を同時に焼結する結晶化結合にて接合するの
が好ましいと提案している。

【０００７】この従来技術は、先端に高硬度焼結体から
成る円柱状の切刃体を結晶化結合し、これを適切な形態
でシャンクに接合したので、切れ味がよく正確で振動の
ない案内とそれに伴う切削能力、耐用時間および表面品
質の向上を可能とする刃先端の確実かつ永続性のある取
り付けが実現できると説明している。

【０００８】本発明も回転工具であるがリーマに関する
ものであって、しかも刃溝を左ネジレに形成して切屑を
前方に排出することを特徴とする焼結金属切削用リーマ
である。因みに、ドリルは切屑を後方に排出する回転工
具である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】自動車用エンジンのシ
リンダブロックには、吸・排気弁のバルブガイドとなる
別体の耐熱、耐摩耗性の優れた部材が圧入され、後でバ
ルブガイドは所定の寸法に機械加工される。バルブガイ
ドは、従来から鋳鉄、Ｃｒを含む特殊鋳鉄が用いられて
いたが、近年、Ｃｕ、Ｐ、Ｃを含む鉄系焼結金属が耐摩
耗性に優れていることに着目され多用されるようになっ
てきた。この鉄系焼結金属は、組成中に硬いセメンタイ
トが分散しているので、切刃体が超硬合金であっては切
刃の摩耗が早く、又、リーマ加工中に切屑が後方に排出
されると硬いセメンタイトが仕上げ内壁と刃溝ブレード
の間に噛み込み、折角の仕上げ面を悪化させる。

【００１０】従って、鉄系焼結金属から成るバルブガイ
ドを精度よく仕上げるリーマとしては、先端に切れ味が
よく耐摩耗性の高い硬質の切刃体が強固に接合されるこ
ととそれを維持する技術が必要である。又、切屑を前方
に排出する形態とそれを積極的に支援する技術が必要で
ある。本発明は、これらの課題を解決しょうとするもの
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】超硬合金または鋼のシャ
ンクから伸びる刃径部の先端に、刃径部と同一外径の高
硬度焼結体から成る切刃体が接合され、切刃体と刃径部
の外周部に複数の連続した刃溝が形成され、油穴がシャ
ンクの中央に、シャンクの後端部から接合部の直前まで
形成され、噴射孔が油穴からシャンク先端方向に放射状
に接合部近傍の刃溝内に達するよう形成され、刃溝を左
ネジレに形成して切屑を前方に排出する。

【００１２】さらに、切刃体を含む刃径部の外周部に複
数の連続して形成される刃溝のネジレ角を、５〜４５°
に設定、より好ましくは１０〜３０°に設定して優れた
切削性能と寸法精度を維持する。

【００１３】類似の手段として、高硬度焼結体から成る
切刃体を円筒状に形成し、超硬合金のシャンクから伸び
る刃径部の先端に形成する段付きの小径柱体に接合し、
切刃体を含む刃径部の外周部に複数の連続した左ネジレ
の刃溝を形成し、油穴がシャンクの中央に、シャンクの
後端部から接合部の直前まで形成され、噴射孔が油穴か
らシャンク先端方向に放射状に接合部近傍の刃溝内に達
するよう形成され、小径柱体の端面部にセンター穴を設
けることで、先端の切刃体を強固に接合すると共に切刃
外径の研磨作業を確実に実施する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を具体化した好適
の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。図１に、
本発明の第１実施例のリーマ１の外観図を示す。図１
（ａ）は先端の正面図であり、図１（ｂ）は側面図であ
る。図１（ｂ）において２は、超硬合金または鋼等から
成るシャンクである。本発明が推奨する直径が５〜１０
ｍｍの小径で、刃溝の全長が１５０〜３００ｍｍの深孔
用リーマの場合、シャンク２から刃径部３に至るまで超
硬合金にて一体に焼結すると歪み易い。従って、シャン
ク２の長尺部を鋼にて構成し、その先端に超硬合金から
成る刃径部３を鑞付けにより接合する。その先端に金属
バインダーを混合したダイヤモンドやｃＢＮ等の高硬度
焼結体から成る切刃体４を接合するのが経済的である。

【００１５】超硬合金から成る刃径部３は、予備成形の
工程で油穴５と先端方向に傾けた放射状の噴射孔６を設
ける。そして、切刃体４と刃径部３との接合部７及び刃
径部３とシャンク２との接合部８は共に、図１の如くＶ
字状に突き合せれば切削トルクに起因する接合部７の剥
離の発生を防ぐことができる。

【００１６】鑞付け工程の終了した丸棒状の切刃体４、
刃径部３、シャンク２は、放電加工にて切刃体４から刃
径部３に至る外周部に複数の連続した左ネジレの刃溝９
が設けられる。

【００１７】本発明のリーマは、鋳鉄やセラミックス、
焼結金属等のように切屑が粉状になる被削材の切削用に
適している。中でも、被削材が鉄系焼結金属である場合
に良好な切削性能を発揮する。特に耐熱・耐摩耗性の要
求される自動車用エンジンの吸・排気弁のバルブガイド
には、近年、Ｃｕ、Ｐ、Ｃを含む鉄系焼結金属が多用さ
れるようになった。この鉄系焼結金属は、組成中に硬い
セメンタイトが分散しているので先端部に切り味のよい
耐摩耗性の高い切刃体４が接合されていることが必要で
ある。その切屑は、せん断されて細かい粉状になる。切
屑が後方に排出されると硬いセメンタイトが仕上げ内壁
と刃溝ブレード１１の間に噛み込み、折角の仕上げ面を
悪化させる。

【００１８】従って、リーマが図１で矢印Ａの如く正回
転するとき、刃溝ブレード１１を左ネジレに形成して切
屑を先端部方向に排出する。バルブガイドの焼結素材
は、中空に形成されているので切屑が前方に詰まること
はない。この切屑の流れを助勢するため、リーマ１の中
央の油穴５を接合部７の直前まで伸長し、高圧の切削油
を噴射孔６から先端方向に噴射する。この切削油は、仕
上げ内壁と切刃ブレード１１との潤滑性を高めると同時
に接合部７近辺の冷却効果を持ち、該部の切削熱による
鑞付材の熱劣化を防ぐことができる。

【００１９】リーマの外径は、切刃体４の先端に設けら
れたセンター穴１２とシャンク２の終端のセンター穴
（図示せず）を用いて、研磨加工によって任意の寸法に
仕上げられる。リーマの仕上げ孔の真円度や円筒度は、
切刃１０の数が増えると向上する。第１実施例では、む
くの切刃体４が接合されているので、切刃数の増加は遥
かに容易である。

【００２０】図２に、本発明の第２実施例のリーマ２０
の外観図を示し、図２（ａ）は先端の正面図であり、図
２（ｂ）は側面図である。図２（ｂ）において２１は、
超硬合金から成るシャンクである。先端には段付きの小
径柱体２２が一体に形成され、その端面部にはリーマ２
０の切刃１０の外径を研磨仕上げする際に用いるセンタ
ー穴１２が設けられる。第１実施例のセンター穴１２
は、高硬度焼結体で構成されているので放電加工によっ
てしか設けることができない。これに対し、第２実施例
のセンター穴１２は、超硬合金の予備成形時に容易に加
工可能である。

【００２１】ダイヤモンドやｃＢＮ等の高硬度焼結体か
ら成る円筒状の切刃体２３は、小径柱体２２の外径に沿
って挿入し、接合部２４に突き当てゝ鑞付けする。切削
中のラジアル方向の分力は、中央の小径柱体２２部で受
止め、鑞付け面積は小径柱体２２の外周部と接合部２４
の端面の広範囲に及ぶので、切刃体２３は極めて強固に
シャンク２１に固定できる。尚、小径柱体２２は矩形状
であっても良く、この場合、切刃体２３の嵌合形状もそ
れに適合したものとする。

【００２２】その後、放電加工とダイヤモンド砥石によ
る研磨によって、切刃体２３からシャンク２１に至る外
周部に複数の連続した左ネジレの刃溝９を形成する。ド
リルと違ってリーマでは、切屑の排出量が少ないから刃
溝９は比較的浅くてもよく、円筒状の切刃体２３が刃溝
９によって分断されることはない。この様に構成したリ
ーマ２０は、最も切削負担の大きい先端部に高硬度焼結
体から成る切刃体２３を接合し、切刃１０の数を複数形
成できるので、長期間安定した切削性能と優れた寸法精
度を維持できると共に、広範囲の面積で鑞付けされてい
るので該部の剥離の発生を防ぐことができる。

【００２３】左ネジレの刃溝９の作用や油穴５および噴
射孔６の形成手段と効果については、第１実施例のリー
マ１と同等の結果を発揮できる。

【００２４】次に、外観形状が図１と同一の先端部まで
超硬合金から成る比較例リーマと切刃体が高硬度焼結体
から成る第１実施例のリーマ１との切削性能比較につい
て説明する。

【００２５】被削材として、自動車用エンジンのバルブ
ガイドの素材となる難削材であるＣｕ、Ｐ、Ｃを含む鉄
系焼結金属を選択した。用意した切削試料の寸法は、外
径＝１１ｍｍ、内径＝５．３ｍｍ、長さ＝４５ｍｍであ
る。

【００２６】リーマ１の形状は、切刃径＝６ｍｍ、切刃
数＝６枚、左ネジレ切刃角度＝２０°、切刃体長さ＝５
ｍｍ、刃径部長さ＝８０ｍｍである。比較例リーマの形
状も同一仕様である。切削条件は切削油噴射雰囲気にお
いて、回転数＝２１００ｒｐｍ、１回転当たりの送り＝
０．４２ｍｍ／ｒｅｖに設定し、２００個のバルブガイ
ドを加工した後のリーマの逃げ面摩耗の巾とバルブガイ
ドの内径面の面粗さ及び任意の個数毎の切削トルクの変
化を記録した。

【００２７】その結果、逃げ面摩耗の巾は比較例リーマ
が０．０８ｍｍであったのに対し、リーマ１は、１／４
の０．０２ｍｍであった。バルブガイドの内径面の面粗
さは、比較例リーマがＲａ３μであったのに対し、リー
マ１は、１／１０のＲａ０．３μであった。

【００２８】切削トルクは、被削材のチャックと一体と
なった歪みゲージを内蔵するキスラー動力計をフライス
盤のテーブル上に設置し計測した。リーマ１における初
回の切削トルクを基準として、指数化したものを縦軸
に、５０個毎の変化を横軸にプロットして図３に示す。
比較例リーマの切削トルクは、試料加工数が５０個を超
える近傍から逃げ面摩耗の進行の影響を反映して暫増す
るのに対し、リーマ１は、試料加工数が２００個に至っ
ても１．２倍程度の増加に留まった。

【００２９】一般的にリーマの刃溝のネジレ角は、小さ
いと切屑を軸方向に排出し難い。大きくなると切削抵抗
が増大し切れ味が悪くなる。そこで、第１実施例のリー
マ１について、意識的にネジレ角を変化させ、それに伴
う切削トルクの変動を調査して好適のネジレ角を求めた
経過につき説明する。

【００３０】被削材としての切削試料、切削条件、リー
マ１の仕様及び切削トルクの測定方法は、先の切削性能
比較試験と同一とし、刃溝の左ネジレ角だけを１０°、
２０°、３０°、４０°に設定したリーマ１を用意し
た。それぞれのリーマでの切削トルクを記録した結果を
表１に記載する。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１によれば、刃溝の左ネジレ角が１０゜
のときの切削トルクを１とすると、４０゜に至ると２．
５倍にも上昇し切削抵抗が増大することが判明した。従
って、刃溝の左ネジレ角のより好ましい角度範囲は、切
屑が適切に排出される１０゜から、切削抵抗が１０゜を
基準として２倍を超えない３０゜の範囲が望ましいと判
断する。

【００３３】

【発明の効果】シャンクから伸びる刃径部の最も切削負
担の大きい先端に、高硬度焼結体から成る円柱状の切刃
体を接合し、切刃体を含む刃径部の外周部に複数の連続
した左ネジレの切溝を形成したから、長期間安定した切
削性能が維持され、切屑が前方に排出されるので優れた
面粗度と寸法精度が維持される。

【００３４】そして、油穴をシャンクの中央にシャンク
の後端から接合部の直前まで伸長し、切削油の噴射孔を
先端方向に傾けて放射状に刃溝内に達するように形成し
たので、仕上げ内壁と切刃ブレード間に噛み込み易い焼
結合金中の硬いセメンタイトを前方に流出させると共
に、切刃体の接合部近辺の切削熱を冷却し鑞付材の熱劣
化を防ぐことができる。

【００３５】第２実施例の円筒状の切刃体は、超硬合金
のシャンクから伸びる刃径部の先端部に形成する段付き
の小径柱体の外径に沿って挿入し、接合部に突き当てゝ
鑞付けするので、鑞付け面積は小径柱体の外周部と接合
部の端面の広範囲に及び切刃体は極めて強固にシャンク
に固定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例であるリーマ１の外観図で
ある。

【図２】本発明の第２実施例であるリーマ２０の外観図
である。

【図３】本発明の第１実施例のリーマの切削試験におけ
る切削トルクの変化をプロットした図である。

【図４】切削油供給用の油穴を設けた従来技術のドリル
の正面図である。

【図５】高硬度焼結体の切刃体を先端部に接合した従来
技術のドリルの正面図である。

【符号の説明】

１：第１実施例のリーマ ２、２１：シャンク ３：刃径部 ４、２３：切刃体 ５：油穴 ６：噴射孔 ７、８、２４：接合部 ９：刃溝 １０：切刃 １１：刃溝ブレード １２：センター穴 ２０：第２実施例のリーマ ２２：小径柱体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超硬合金または鋼のシャンクから伸びる
   刃径部の先端に、前記刃径部と同一外径の高硬度焼結体
   から成る切刃体が接合され、前記切刃体と刃径部の外周
   部に複数の連続した刃溝が形成され、油穴が前記シャン
   クの中央に、前記シャンクの後端部から接合部の直前ま
   で形成され、噴射孔が前記油穴から前記シャンク先端方
   向に放射状に前記接合部近傍の前記刃溝内に達するよう
   形成され、前記刃溝が左ネジレに形成されていることを
   特徴とする焼結金属切削用リーマ。
2. 【請求項２】 前記切刃体を含む刃径部の外周部に複数
   の連続して形成される刃溝のネジレ角が、５〜４５°に
   設定されていることを特徴としてる請求項１に記載の焼
   結金属切削用リーマ。
3. 【請求項３】 前記切刃体を含む刃径部の外周部に複数
   の連続して形成される刃溝のネジレ角が、１０〜３０°
   に設定されていることを特徴としてる請求項１に記載の
   焼結金属切削用リーマ。
4. 【請求項４】 前記高硬度焼結体から成る切刃体が円筒
   状に形成され、超硬合金のシャンクから伸びる刃径部の
   先端部に形成する段付きの小径柱体に接合され、且つ、
   前記小径柱体の端面部にセンター穴を設けたことを特徴
   とする請求項１乃至３のいずれかに記載の焼結金属切削
   用リーマ。