JP5278325B2 - 切削刃具、切削刃具の成形方法および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、旋盤やフライス盤等の切削機械に用いられる切削刃具、切削刃具の成形方法および製造方法に関する。

一般に切削機械に用いられる切削刃具において、該切削刃具の材料としては靭性および硬度が高い超硬を使用しているものが多いが、その作業内容を考えると加工時間と共に刃先が摩耗することは避けられない。また摩耗後には、切削刃具の刃先形状が変化し工作物との接触面積が増加することにより切削抵抗が増大し、やがて欠けなどの欠損が発生して、比較的短時間で使用寿命に至るという問題がある。このような問題を解決するために、従来から特開平１１−６１３１６に記載されるように切削刃具の材料の改良が行なわれてきた。

しかしながら、材料を改良して耐欠損性を向上させるには限界があり、切削刃具を長時間使用していくと、いずれ刃先の欠損は生じてしまう。即ち、図１７に示すように、従来技術の切削刃具３９は全体が炭化タングステンＷＣを主成分とする超硬から形成されているが、工作物Ｗの加工時、切削刃具の鋭角な刃先部Ｐが工作物Ｗに押し当てられ加工されると、いずれ摩耗が進んできて、図中Ｖ_Ｂ1、Ｖ_Ｂ2、Ｖ_Ｂ３が示すように、逃げ面摩耗幅が増大する。切削刃具３９と工作物Ｗの接触面積も逃げ面摩耗幅の増大に伴い拡大してくるため、それに従い切削抵抗も増大し、切削刃具３９の刃先がＡ方向およびB方向に向かって受ける力Ｆ_１、Ｆ_２も増大される。よって切削刃具３９には増大した過大な曲げ応力および圧縮応力が印加されるため、刃先等の応力集中部に欠損が生じる。

本発明は上記した従来の課題を解消するためになされたもので、逃げ面摩耗幅Ｖ_Ｂの増大を防止し、刃先の欠損を防げることによって工具寿命を延ばした切削刃具を提供せんとするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、高靭性な高硬度の焼結材料で薄板状に形成された切れ刃部と、工作物との接触による摩耗が前記切れ刃部より多い、セラミックス粒子を銀ロー材で結合した材質で形成され、前記切れ刃部を該切れ刃部のすくい面の裏面側で固着し支持する支持部と、を備えることである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記切れ刃部の厚さが０．２ｍｍ〜２ｍｍであることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、前記支持部は前記セラミックス粒子を前記銀ロー材で結合した脆性材料で形成され、当該脆性材料は、粒度が＃４００〜＃１２００で気孔率が３０％以下であることである。

請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、前記脆性材料は前記銀ロー材と前記セラミックス粒子との混合焼結体であることである。

請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記切れ刃部をロー材で前記支持部材にロー付けすることである。

請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項において、前記切れ刃部の切れ刃形状は工作物の被工作形状と一致した形状に加工されることである。

請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記切れ刃部は、前記支持部から０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍ突設されていることである。

請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項７に記載の切削刃具の成形方法において、前記支持部の先端面を除去加工して、０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍの突設部を維持することである。

請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項において、前記切れ刃部の両面もしくは片面にラップ仕上げ加工を施すことである。

請求項１０に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項において、前記切れ刃部は工作物と接触する面に硬質膜が形成されていることである。

請求項１１に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の切削刃具であって、回転駆動される切削工具本体の円周上に固定されることである。

請求項１２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の切削刃具であって、該切削刃具が取付け部に着脱可能に固定されることである。

請求項１３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項において、前記切削刃具は、該切削刃具が使用される加工装置の機上で切れ刃部の刃先の成形加工がされることである。

請求項１４に係る発明の特徴は、型の下面に高靭性な高硬度の焼結材料で薄板状に形成された切れ刃部を載置し、前記型内の前記切れ刃部上にセラミックス粒子と銀ロー材との混合物を充填してプレスし、前記プレスされた混合物を焼結して、溶融した前記銀ロー材によって前記セラミックス粒子同士を結合し支持部を形成するとともに、前記溶融した銀ロー材によって前記支持部と前記切れ刃部とをロー付けすることである。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、高靭性な高硬度の焼結材料で薄板状に形成された切れ刃部が、摩耗が切れ刃部より多い、セラミックス粒子を銀ロー材で結合した材質で形成された支持部によってすくい面の裏面側で支持されている。よって、切れ刃部と支持部とからなる切削刃具を工作物に押し当て加工することにより切削刃具の逃げ面の摩耗が進行していっても、摩耗後の逃げ面の切れ刃部の幅は常に一定となる。そして、このとき切れ刃部と同時に摩耗する支持部は、摩耗し易いので、支持部が工作物から受ける切削抵抗は小さい。よって切削刃具は、主に、一定の幅を有する切れ刃部と工作物との接触によって、薄い板厚に応じた切削抵抗を受ける。このように切削刃具と工作物との間の接触面積、特に切れ刃部との間の接触面積が一定で増加することがなく切削抵抗が一定であるため、切れ刃部に過大な応力が及ぼされて欠損が生じることはなく、切削刃具の長寿命化を図ることができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明によれば、請求項１において、切削刃具の切れ刃部の厚さを０．２ｍｍ〜２ｍｍとしている。これは実験を繰り返し、取得した試験データより、切れ刃部の厚さが０．２ｍｍより小さい時は、強度不足のために先端部が欠損される可能性がある。また厚さが２ｍｍより大きい場合は、切れ刃部を工作物に押し当てた際に切れ刃部と工作物との間の切削抵抗が大きくなりすぎ、切削抵抗が切れ刃部の一部に過大な曲げ、または圧縮応力を及ぼして、結果、支持部では支えきれずに折損に至る可能性がある。よって切れ刃部の厚さを０．２ｍｍ〜２ｍｍとすることにより、不具合を防止でき、切削刃具の長寿命化を図ることができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明によれば、請求項１または請求項２において、支持部は粒度＃４００〜＃１２００、気孔率３０％以下で形成されたセラミックス粒子を銀ロー材で結合した脆性材料で形成されている。当該セラミック粒子は、切れ刃部よりも摩耗されやすいとともに、切れ刃部を支持する。これにより、切れ刃部と支持部からなる切削刃具を工作物に押し当てて切削すると、工作物と接触した支持部は脆性破壊されて摩耗していくとともに、脆性破壊されていない部分では切れ刃部を支持する。このため、切削刃具の摩耗が進行しても、摩耗後の逃げ面の切れ刃部の幅は支持部に支持されながら常に一定となる。よって、切れ刃部と工作物との間の接触面積が増加することはなく、切削抵抗も一定で増加がないため、切れ刃部に過大な応力が及ぼされて欠損が生じることはなく、切削刃具の長寿命化を図ることができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明によれば、請求項３において、脆性材料は銀ロー材とセラミックス粒子との混合焼結体よりなる。これにより切削工具の先端に取付けられた切削刃具を工作物に押し当てて切削すると、切れ刃部および支持部は摩耗していくが、支持部に所定値を超える切削力が作用するとセラミックス粒子ごとに微少量ずつ脱落するので、工作物に対して加工作用を及ぼさずに切れ刃部を確実に支持できる。また切削刃具の摩耗が進行しても、摩耗後の逃げ面の切れ刃部の幅は常に一定となる。よって、工作物との間の接触面積が増加することはなく、切削抵抗も一定で増加がないため、切れ刃部に過大な応力が及ぼされて欠損が生じることはなく、切削刃具の長寿命化を図ることができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、切削刃具を構成する切れ刃部および支持部は、切れ刃部がロー材、例えば銀ロー材、銅ロー材、ニッケルロー材等で支持部にロー付けされている。これにより切れ刃部と支持部は強固に固着され剛体となるため、切削刃具を工作物に押し当てて切削しても支持部と切れ刃部のあいだで、すべりまたは剥離が発生することはない。よって支持部は常に切れ刃部が工作物より受ける切削抵抗力を剛体として支え続けることができ、切れ刃部の一部に工作物切削時の応力が集中して折損することはないため、切削刃具の長寿命化を図ることができる。

上記のように構成した請求項６に係る発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか１項において、切れ刃部の刃先形状は工作物の被工作形状と一致した形状に加工される。これはいわゆる総型切削刃具であり、これにより切れ刃部の刃先は工作物を、刃先形状と略同一形状に加工し、それに伴い切れ刃部と支持部は摩耗されながらも初期の形状を維持しやすく、切削刃具の長寿命化が図れる。また総型の切削刃具の形状の創成が容易となり、機上でも任意の形状に創成可能となる。さらに、刃先形状の変更を行いたいときも簡易に行なえるため効率化が図れる。

上記のように構成した請求項７に係る発明によれば、請求項１において、切れ刃部が、支持部から０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍ突設され形成されている。これにより切削刃具を工作物に押し当てて切削しても、支持部は工作物に接触せず、加工作用を及ぼすことがないので、切れ刃部の刃先の摩耗が深さ０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍ近傍までの間で進行しても、一定の厚さをもつ切れ刃部が摩耗していくだけであり、工作物と切れ刃部との間の接触面積が増加することはない。よって切削抵抗も一定で増加がないため、切れ刃部に過大な応力が及ぼされて欠損が生じることはなく、切削刃具の長寿命化を図ることができる。なお突設量０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍは実験によって得られたものであり、突設量が０．００２ｍｍより小さいと切削刃具を工作物に押し当てて切削したとき、支持部が工作物に接触し、加工作用を及ぼす恐れがある。また突設量が０．１ｍｍより大きいと、切れ刃部の先端部で工作物が加工されたとき、切れ刃部と支持部との境界線部において過大な曲げ応力が発生し切れ刃部が折損する恐れがある。以上より突設量を０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍとしたものである。

上記のように構成した請求項８に係る発明によれば、請求項７に記載の切削刃具の成形方法において、切れ刃部の支持部先端面からの突設量０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍは支持部の先端面を除去加工して維持する。これにより刃先形状および面粗度をある程度維持する必要がある刃先部を加工する必要がないため、より簡易な加工で突設量が維持でき、コストの低減が図れる。

上記のように構成した請求項９に係る発明によれば、請求項１乃至請求項８のいずれか１項において、切れ刃部の両面もしくは片面にラップ仕上げ加工を施すので、切れ刃部の両面もしくは片面に変質層が存在したとしても、ラップ仕上げ加工によって除去され、切れ刃部に対する欠損防止の効果がより一層大きなものとなる。

上記のように構成した請求項１０に係る発明によれば、請求項１乃至請求項９のいずれか１項において、切れ刃部には工作物と接触する面に硬質膜が形成されるので、高硬度材の工作物を加工する場合でも、初期加工における摩耗の発生を大幅に抑制でき切削刃具の長寿命化を図ることができる。

上記のように構成した請求項１１に係る発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の切削刃具が、回転駆動される切削工具本体の円周上に固定されるので回転駆動される切削刃具を工作物に接触させ工作物を断続的に切削しても、支持部は工作物に対して加工作用を及ぼさずに切れ刃部の支持ができる。また切れ刃部の摩耗が進行しても、摩耗後の逃げ面の切れ刃部の幅は常に一定となる。よって、工作物との間の接触面積が増加することはなく、切削抵抗も一定で増加がないため、切れ刃部に過大な応力が及ぼされて欠損が生じることはなく、切削刃具の長寿命化を図ることができる。また、複数の切削刃具が、回転駆動される切削工具本体の先端円周上に備えられる場合は、工作物の加工面に対して、バラツキが無く同一の高さにて切削工具本体に取付けられることが望ましいが、実際には、大変困難である。しかし本発明によれば、切削刃具が工作物の加工面に対して不均一な高さで取付けられた場合でも、切削刃具が加工を開始し刃先が摩耗されてくると、切れ刃部は摩耗前の逃げ面形状と同じ逃げ面形状が順次、表出してくる構成であるため、摩耗後の逃げ面の切れ刃部の幅は常に一定となる。よって順次、接触した切削刃具が摩耗していくので、最後には全ての切削刃具が工作物に対して、同一の高さとなる。このとき、各切れ刃部の逃げ面摩耗幅V_Ｂは全て同じであるため、この後は前記複数の切削刃具は同量の切削抵抗を受けながら、同量ずつ摩耗されていくこととなり、常に工作物に対して、同一の高さが得られる。これによって精度の高い加工結果を得ることができる。

上記のように構成した請求項１２に係る発明によれば、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の切削刃具は、取付部に着脱可能に固定されるので、切れ刃部が摩耗すると、切削刃具のみ廃棄すればよく、取付部と切削刃具との一体での廃棄が必要な切削工具に比べ、大幅なコスト低減が可能となる。

上記のように構成した請求項１３に係る発明によれば、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項において、切削刃具は、該切削刃具が使用される加工装置（フライス盤等）の機上で切れ刃部の刃先の成形加工がされるので、成形加工のために切削工具本体を取り外したり、成形加工終了後に再度、切削工具本体を取付けたりする必要がなく大幅な効率化が図れる。

請求項１４に係る発明によれば、成形型の下面に高靭性な高硬度の焼結材料で薄板状に形成された切れ刃部を載置し、前記切れ刃部上にセラミックス粒子と銀ロー材の混合物を充填してプレスする。そして、プレスされた混合物を焼結して、溶融した銀ロー材によってセラミックス粒子同士を結合し支持部を形成する。また、それとともに、溶融した銀ロー材によって支持部と切れ刃部とをロー付けする。これにより、支持部の焼結化と切れ刃部との接合を同時に行なえ、製作時間の短縮が図れる。また支持部の構成部材である銀ロー材が溶融し切れ刃部上面に流れていき接合が行なわれるため接合面での界面剥離の可能性が低くなり、切れ刃部と支持部の間の接合強度を高めることができる。

第１の実施形態に係る切削刃具を示す斜視図である。 第２の実施形態に係るフライス工具の下面図である。 第２の実施形態に係るフライス工具の側面図である。 第２の実施形態に係る切削刃具の斜視図である。 第３の実施形態に係る成形装置を備える加工装置の上面図である。 図５の切削工具本体を示す斜視図である。 第３の実施形態に係る切削刃具を示す斜視図である。 図５の成形装置の成形形状詳細図である。 第４の実施形態に係る総型の切削刃具が固定されたフライス工具の下面図である。 図９のフライス工具の側面図である。 図１０のフライス工具に固定される切削刃具の斜視図である。 第５の実施形態に係るスローアウェイチップの斜視図である。 別の実施形態に係るスローアウェイチップの斜視図である。 第６の実施形態に係る切削刃具を示す斜視図である。 別の実施形態に係るフライス工具用切削刃具の斜視図である。 別の実施形態に係る一体の切削刃具を示す斜視図である。 従来技術における切削刃具を示す斜視図である。

符号の説明

１０…バイト、１１…切削刃具、１２…シャンク、１３…切れ刃部、１４…支持部、１５…バイト、１８…切削刃具、１９…シャンク、２０…切れ刃部、２１…支持部、２９…切削工具本体、３０…切れ刃部、３１…支持部、３２…切削刃具、３５…切削刃具、３６…切れ刃部、３７…支持部、３８…切削工具本体、４０…切れ刃部、４２…支持部、４４…切削刃具、４５…切れ刃部、４６…支持部、４７…切削刃具、４８…支持部、４９…切れ刃部、６１…加工工具、７１…切削刃具、７３…切れ刃部、７４…支持部、７５…切削工具本体、８２…成形用回転工具、８６…切削刃具、Ｖ_A…突設量、Ｖ_Ｂ…逃げ面摩耗幅、Ｗ…工作物。

以下、本発明に係る切削刃具を旋盤等で使用するバイトに用いた第１の実施形態について図1に基づいて説明する。バイト１０は旋盤等の刃物台に取付けられ使用されるものであり、刃物台に固定されるシャンク部１２（取付部）と、シャンク部１２にロー付け固定される切削刃具１１にて構成されている。

切削刃具１１は切れ刃部１３と支持部１４によって構成され、切れ刃部１３が、そのすくい面の裏面側で支持部１４によって支持される構成である。切削刃具１１は支持部１４の先端面Ｂ面と、切れ刃部１３の先端面Ａ面が同一高さになるよう構成され、切削刃具１１の刃先が工作物に押し当られて加工されるとき、切れ刃部１３と支持部１４との間にすべり、または剥離がないように、銀ロー材を主成分とするロー材により固着されている。なお、工作物Ｗの切削屑が排出されてくる切削刃具１１の上面をすくい面と呼び、切れ刃部１３の先端面Ａ面を逃げ面と呼ぶ。

切れ刃部１３は、欠損を防止するため、高硬度、例えば炭化タングステンＷＣにコバルトＣｏおよびニッケルＮｉが添加された高靭性な高硬度材料（例えば、超硬）にて構成される厚さ０．２ｍｍ〜２ｍｍの薄板状の焼結体である。切れ刃部１３は両面もしくは片面に変質層が存在すると、工作物の加工時に欠損の原因となりうる。よって欠損の発生を防止するため、切れ刃部１３の両面もしくは片面に、変質層が存在する場合には、ラップ仕上げ加工を行ない変質層を除去してやることが望ましい。こうすることにより、切れ刃部１３に対する欠損防止の効果がより一層大きなものとなる。さらに、切れ刃部１３の面で加工時に工作物と接触するすくい面および逃げ面に対し、ＣＶＤ（化学蒸着法）やＰＶＤ（物理蒸着法）を用いて、ＴｉＡｌＮなどの硬質膜をコーティングしてやることにより、切れ刃部１３に対する摩耗防止の効果が得られる。

支持部１４は切れ刃部１３よりも摩耗し易い脆性材料からなる。支持部１４は例えばセラミックス粒子である粉末アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）と、粉末銀ローを主成分としたロー材が混錬され、焼成された焼結体である。この時、支持部１４は切れ刃部１３よりも摩耗されやすく、かつ切れ刃部１３が強度的に補強、支持される必要があるため、切削刃具１１の刃先を工作物Ｗに押し当てて加工するとき、支持部１４のセラミックス粒子は脱落しやすく、しかし切れ刃部１３を支持するための強度も有さなくてはならない。そのためセラミックス粒子は脱落しすぎても問題であるため、該切削条件を満足するためには、支持部１４のセラミックス粒子の粒度は♯４００〜♯１２００、気孔率は３０％以下とすることが望ましい。ここで、気孔率とは、

（数１）
（1−（測定比重（ｇ/ｃｍ^３）÷真比重（ｇ/ｃｍ^３）））×１００をいう。

また、セラミックス粒子である粉末アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）は同じ多気孔質セラミックスのカテゴリーにある粉末炭化珪素（ＳｉＣ）等に置き換えても同様の効果を得られる。

次に切削刃具１１は以下に示す第１工程〜第４工程により製造される。
第１工程
まず、プレス成形型の底に焼結体である切れ刃部１３を載置する。本焼結体材質は超硬合金等の高靭性な高硬度材料が望ましい。

第２工程
第１工程にて載置された切れ刃部１３の上部に支持部１４の構成材料である、セラミックス粒子である粉末アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）と、粉末銀ローを主成分としたロー材を混錬し、充填する。

第３工程
第２工程の状態において所定の圧力でプレスし、切れ刃部１３と支持部１４を一体で成形する。

第４工程
その後、所定の温度および圧力条件にて焼成が行なわれる。この時、支持部１４の主な構成材料である粉末銀ローを主成分とするロー材が溶融し載置された切れ刃部１３の上面に流れ、ロー付け接合される。これによって切れ刃部１３は支持部１４の構成材料の主成分である銀ローと結合されるため、接合面での界面剥離等の問題は起きにくい。また同時に支持部では粉末銀ローが溶融しセラミックス粒子であるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）と接着し、支持部１４を形成する。これで切削刃具１１は完成される。

このように形成された切削刃具１１が、例えば、シャンク１２（取付部）にロー付けされ、旋盤等で切削工具として使用されるバイト１０が構成される。このように構成されたバイト１０は、例えば旋盤の刃物台に取付けられ、回転駆動される工作物に切り込まれて工作物Ｗを切削加工する。

次に作用について説明する。第１の実施形態に係る切削刃具１１では支持部１４は工作物Ｗとの接触により減耗しやすい脆性材料で構成されているため、切削刃具１１の刃先が工作物Ｗに押し当てられて加工されると切れ刃部１３と支持部１４は同時に摩耗され、常に同一高さになる。支持部１４は、セラミックス粒子が切削抵抗を受けた時、受ける力が所定値を超えるとセラミックス粒子ごとに脱落する構造となっているため工作物Ｗに対して加工作用を及ぼさない。これにより、図１に示すように切れ刃部１３の逃げ面摩耗幅Ｖ_Ｂは常に一定となり、工作物Ｗとの接触面から受ける切削抵抗が増加されることがないため、切れ刃部に過大な応力が及ぼされて欠損が生じることはなく、切削刃具１１の長寿命化を図ることができる。さらに、切れ刃部１３にラップ加工を施し、変質層を除去しているため、欠損の発生をより確実に防止でき、切削刃具１１のより一層の長寿命化が図られる。また、切れ刃部１３の逃げ面およびすくい面に対し、ＣＶＤ（化学蒸着法）やＰＶＤ（物理蒸着法）を用いて、ＴｉＡｌＮなどの硬質膜がコーティングされているため、切れ刃部１３に対する摩耗防止の効果が得られ、さらに長寿命化を図ることができる。

また、切削刃具１１では支持部１４は減耗しやすい脆性材料で構成され、また切れ刃部１３も薄板状の超硬で構成されているため、簡易な加工によって刃先形状の変更を行なうことができる。よって従来では、外部に発注し時間をかけ製作していた工作物の被工作形状に切削刃具の刃先形状を合わせて製作した、いわゆる総型切削刃具を簡易に製作できる。これにより、総型の切削刃具の切れ刃部の刃先形状は、工作物を刃先形状と略同一形状に加工し、それに伴い切れ刃部と支持部は摩耗されながらも初期の形状を維持しやすく、切削刃具の長寿命化が図れる。また総型の切削刃具の形状の創成が容易となり、機上でも任意の形状に創成可能となる。さらに、刃先形状の変更を行いたいときも簡易に行なえるため効率化が図れる。

次に、本発明に係る切削刃具をフライス盤等で使用するフライス工具に用いた第２の実施形態について説明する（図２乃至図４）。フライスやリーマ、エンドミル等の回転駆動されるフライス工具は、１個以上の切削刃具、第２の実施形態においては８個の切削刃具が切削工具本体の端面外周先端部に固定され、工作物を断続的に加工する。

図２において切削刃具３２は、第１の実施形態における切削刃具１１に相当するものであり、８個の切削刃具３２が、第１の実施形態におけるバイト１０のシャンク１２（取付部）に相当する切削工具本体２９（取付部）に、ねじ止め等の手段によりそれぞれ固定されてフライス工具４１が構成される。図２乃至図４に示すように切削刃具３２は切れ刃部３０と支持部３１によって構成され、その材質、製法等は第１の実施形態における切削刃具１１と同様である。支持部３１は脆性材料（アルミナAl₂O₃+銀ロー材）からなり、切削刃具３２の刃先に工作物Ｗが断続的に接触し加工すると切れ刃部３０と支持部３１は同時に同じ深さずつ摩耗されていくが、支持部３１はセラミックス粒子が切削抵抗を受けた時、所定値を超えるとセラミックス粒子ごとに脱落する構造とされているため工作物に対して加工作用を及ぼさない。

よって切れ刃部３０の逃げ面摩耗幅Ｖ_Ｂは常に一定となり、工作物Ｗとの接触面から受ける切削抵抗も一定で増加されることはないため、切れ刃部３０に過大な応力が及ぼされない。さらに切れ刃部３０の両面はラップ加工により、変質層が除去されているため、欠損が生じることはなく、切削刃具３２の長寿命化を図ることができる。また、切れ刃部３０の逃げ面およびすくい面に対し、ＣＶＤ（化学蒸着法）やＰＶＤ（物理蒸着法）を用いて、ＴｉＡｌＮなどの硬質膜がコーティングされているため、切れ刃部３０に対する摩耗防止の効果が得られ、さらなる長寿命化を図ることができる。

また図２、図３に示す８個の切削刃具３２を備えるフライス工具４１において、全ての切削刃具３２が工作物Ｗの加工面に対して均一な高さで取付けられることは非常に困難である。しかし本発明に係る切削刃具においては、刃先の摩耗が許容される構成となっているため、工作物Ｗに対して、初めに接触した切削刃具３２、即ち、加工面から一番近い距離で取り付けられた切削刃具３２の切れ刃部３０および支持部３１から摩耗が始まり、その後、順次、接触した切削刃具が摩耗していき、最後には全ての切削刃具３２が工作物Ｗに対して、同一の高さとなる。このとき、各切削刃具３２の逃げ面摩耗幅Ｖ_Ｂは全て同じであるため、８個の切削刃具３２は同量の切削抵抗を受けながら、同量ずつ摩耗されていくこととなり、常に工作物Ｗに対して、同一の高さが得られる。これによって精度の高い加工結果を得ることができる。

第２の実施形態においては、切削刃具３２を切削工具本体２９の端面に固定しているが、切削刃具体を切削工具本体の外側円周上に取り付け、切削刃具３２の刃先が荒れてきたときには、切削刃具の刃先を、該切削刃具が使用される加工装置の機上で、成形装置によって成形加工する切削刃具の第３の実施形態について図５乃至図８に基づいて説明する。

図５に示す加工装置５０Ａは、切削刃具７１により工作物Ｗの切削加工が可能であると共に切削刃具７１の成形を行うことが可能な加工装置である。加工装置５０Ａのベッド５１上には、テーブル５２が水平なＸ軸方向に移動可能に案内支持されている。テーブル５２上には、主軸台５３と心押台５４とが対向して配置されている。主軸台５３には、工作物Ｗの一端を把持するチャック５５が設けられ、心押台５４には、工作物Ｗの他端を支持するセンタ５６が設けられている。工作物Ｗは、チャック５５とセンタ５６とによってＸ軸方向と平行な軸線の周りに回転できるように両端を支持され、チャック５５によって回転駆動されるようになっている。

また、ベッド５１上には、工具台６０がＸ軸方向と直交する水平なＺ軸方向に移動可能であってＸ軸及びＺ軸方向と直交する垂直なＹ軸周りで回転可能に案内支持されている。即ち、ベッド５１上にはＺ軸方向に移動可能な移動テーブル６３が配置され、この移動テーブル６３上にはＹ軸周りで回転可能な回転テーブル６４及びＹ軸サーボモータ６５が配置され、この回転テーブル６４上には工具台６０及び工具駆動モータ６２等が配置されている。Ｙ軸サーボモータ６５の回転軸にはウォーム６６が嵌入されている。回転テーブル６４の側縁には、ウォーム６６と噛合するウォームホイール６７が形成されている。

工具台６０には、加工工具６１が工作物Ｗのワーク軸ＷＡと所定の傾斜角度θをなす工具軸Ｔ周りに回転可能に支持されている。加工工具６１は、工具駆動モータ６２によってベルト伝動機構を介して工具軸Ｔ周りに回転駆動されるようになっている。更に、加工工具６１は、Ｙ軸サーボモータ６５によって回転テーブル６４及び工具台６０と共にＹ軸周りに回転駆動され、上記工具軸Ｔの傾斜角度θが調整されるようになっている。

主軸台５３には、切削刃具７１の刃先を成形するための成形装置８０が設けられている。成形装置８０は、回転可能なツルア軸８１の一端に取り付けられた薄幅の成形用回転工具８２を備えている。ツルア軸８１は、ビルトインモータ８５によって回転駆動されるようになっている。成形用回転工具８２の外周面には、円筒状の成形面８２ａが設けられており、この成形面８２ａにより切削刃具７１を成形することができる。また、成形面８２ａは、図８に示すように工具軸Ｔが所定角度θで傾斜した加工工具６１の切削刃具７３の切削先端７７ａを挟む先端面及び一側面を同時に成形可能である。成形面８２ａは溝８２ｂが成形面８２ａに形成された総型砥石とし、溝８２ｂ内の最小径部８２ｃにより切削先端７７ａを成形するものとする。

加工工具６１は、図６、図７に示すように、切れ刃部７３および支持部７４によって構成される切削刃具７１と高硬度（例えば超硬製）のフライス刃具体８８とが固着され切削工具本体７５の外周面に、等間隔に固定されている。即ち切削刃具７１は、フライス刃具体８８を介して切削工具本体７５の外周面に固定されている。

図７に示す切削刃具７１は、第１の実施形態で説明した切削刃具１１と同様の構成および同様の製作方法で作製されたものであり作用効果についても第１の実施形態で説明したものと同様である。

次に成形の作動について説明する、Ｘ軸及びＺ軸サーボモータ９５、９１を駆動してテーブル５２及び工具台６０をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動制御し、１つの切削刃具７１の切れ刃部７３を成形用回転工具８２の成形面８２ａに対応する位置に位置決めする。次いで、Ｚ軸サーボモータ９１を駆動して工具台６０をテーブル５２側に向かって前進させる。１つの切削刃具７１の切れ刃部７３が成形用回転工具８２の成形面８２ａと接触したことを所定の手段により検知したら、所定の先端位置まで前進して１つの切削刃具７１の切れ刃部７３を前進分の切込み量で成形する。続いて、工具本体６１を低速で１回転させる。これにより、全ての切削刃具７１の切れ刃部７３が成形用回転工具８２に対して上記切込み量だけ切込まれて成形され、成形の制御が終了される。これにより切削刃具７１の刃先の成形のために加工装置から加工工具６１を取り外して成形し、成形終了後にまた加工装置に装着する時間が削減され、効率的に加工を進めることができる。

次に工作物Ｗの溝形状（被工作形状）に切削刃具の刃先形状を一致させた、第４の実施形態に係る、いわゆる総型切削刃具について説明する。切削刃具の製作方法については、第３の実施形態と略同一であるため、同一部分については説明を省略し、変更点のみ以下に説明する。

図９に示すように、第４の実施形態においては８個の切削刃具３５が切削刃具体８７を介して切削工具本体３８の外周側面部に等間隔にねじ止め等の手段により固定され、フライス工具３４が構成される。切削刃具３５は工作物Ｗの溝形状（被工作形状）と同一形状に刃先形状が形成された、いわゆる総型切削刃具である。

フライス工具３４が回転することにより切削工具本体３８の外周に切削刃具体８７を介して固定された、８個の切削刃具３５が、工作物Ｗに対し断続的に加工を行ない、工作物Ｗには切削刃具３５の刃先形状がそのまま加工され転写されるようになっている。

よって切削刃具３５の刃先形状は、工作物Ｗの要求する最終加工形状に近似しているため何回も加工を実施する必要がなく、加工時間を大幅に削減できる。また、切れ刃部３６の刃先形状は、工作物Ｗを刃先形状と略同一形状に加工し、それに伴い切れ刃部３６と支持部３７は摩耗されながらも初期の形状を維持しやすく、切削刃具の長寿命化が図れる。また総型の切削刃具の形状の創成が容易となり、機上でも任意の形状に創成可能となる。さらに、刃先形状の変更を行いたいときも簡易に行なえるため効率化が図れる。

次に、本発明に係る切削刃具の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は先端部のみを交換するタイプの工具に使用されるスローアウェイチップとしての切削刃具４４である（図１２）。切削刃具４４の構成は第１の実施形態の切削刃具１１と同じであり、切れ刃部４５と支持部４６とで構成される。また第１の実施形態と同様、切れ刃部４５の両面もしくは片面に、変質層が存在する場合には、ラップ仕上げ加工を行ない変質層を除去してやることが望ましい。また、切れ刃部４５の逃げ面およびすくい面に対し、ＣＶＤ（化学蒸着法）やＰＶＤ（物理蒸着法）を用いて、ＴｉＡｌＮなどの硬質膜がコーティングされているため、切れ刃部４５に対する摩耗防止の効果が得られ、さらなる長寿命化を図ることができる。

切削刃具４４は取付けられる工具に合わせたサイズで製作され、中央の丸穴にねじ等を差し込みシャンクに固定される。この場合、切削刃具４４が摩耗すると、小さな切削刃具（スローアウェイチップ）４４のみ廃棄すればよく、大幅なコスト低減もできる。また切削刃具４４のように、切れ刃部４５と同形状の支持部４６を固着させるのではなく、図１３の切削刃具４７に示すように支持部４８の一部に切れ刃部４９をロー付け等にて複数固着してもよい。

上記した第１乃至第５の実施形態においては、それぞれの支持部の構成部材は脆性材料で工作物Ｗとの接触により減耗しやすい材料としたが、これに限定されるものではなく、それぞれの支持部に対応するそれぞれの切れ刃部より摩耗し易い材料も適用でき、アルミ、銅、樹脂等を使用してもよい。但しそれぞれの支持部は対応するそれぞれの切れ刃部を支持し折損を防止するという作用が要求されるため、所定の強度は満たしていなくてはならず、材料自体が高強度のもの、例えば樹脂ではＰＥＥＫ樹脂、またはポリイミド樹脂等、アルミであれば５０５２、６０６１等にて対応する。

なお、各支持部に上記の各実施形態に各部材を使用した場合、製造法として、第１の実施形態にて示した、支持部をセラミックス粒子であるアルミナと銀ロー材を主成分とした焼結体で形成し、同時に切れ刃部を一体にロー付けする、という方法を採るのではなく、切れ刃部と支持部との界面に接合部材を介在させて接合する方法で作成する。この場合、接合部材は熱に強く、接合力が高いことが望ましく、アルミ、銅等の金属との接合には銀ロー、銅ローおよびニッケルロー等が使用できる。また樹脂等についてはエポキシ系接着剤の中で熱に強いものを使用することとする。

次に、本発明に係る第６の実施形態について図１４に基づいて説明する。第６の実施形態については、第１の実施形態と同様に旋盤等で使用するバイト（切削工具）に用いる場合について説明する。バイト１５は旋盤等の刃物台に取付けられ使用されるものであり、刃物台に固定されるシャンク部１９（取付部）と、シャンク部１９にロー付け固定される切削刃具１８にて構成されている。

切削刃具１８は切れ刃部２０と支持部２１によって構成される。切れ刃部２０の先端面Ｃ面は、切れ刃部２０を支持する支持部２１の先端面Ｄ面から一体的に０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍ（望ましくは０．０２〜０．０３ｍｍ）突設されている。また、切削刃具１８の刃先を工作物Ｗに押し当てて加工するとき、切れ刃部２０と支持部２１との間にすべり、または剥離がないように、銀ロー材を主成分とするロー材により固着されている。

切れ刃部２０は欠損を防止するため、高硬度、例えば炭化タングステンＷＣにコバルトＣｏおよびニッケルＮｉが添加された高靭性な高硬度材料（例えば、超硬）にて構成される厚さ０．２ｍｍ〜２ｍｍの薄板状の焼結体である。

支持部２１は切れ刃部２０が工作物に対し加工を行なう際に、切れ刃部２０を強度的に補強、支持するため、所定の強度を要する。そのため支持部２１を構成する材質としては、該所定の強度以上を保有する材料であることが必要であり、本実施形態においては切れ刃部２０と同じ材質を採用する。

切れ刃部２０は両面もしくは片面に変質層が存在すると、工作物の加工時に欠損の原因となりうる。よって欠損の発生を防止するため、切れ刃部２０の両面もしくは片面に、変質層が存在する場合には、ラップ仕上げ加工を行ない変質層を除去してやることが望ましい。こうすることにより、切れ刃部２０に対する欠損防止の効果がより一層大きなものとなる。さらに、切れ刃部２０の面で加工時に工作物と接触する、すくい面および逃げ面に対し、ＣＶＤ（化学蒸着法）やＰＶＤ（物理蒸着法）を用いて、ＴｉＡｌＮなどの硬質膜をコーティングしてやることにより、切れ刃部２０に対する摩耗防止の効果が得られる。

次に作用について説明する。このように構成されたバイト１５は、シャンク部１９（取付部）を例えば旋盤の刃物台に取付けられ固定されて、切削刃具１８が回転駆動される工作物に切り込まれて工作物Ｗを切削加工する。

切削刃具１８を構成する切れ刃部２０の先端面Ｃ面、即ち逃げ面は支持部２１の先端面Ｄ面から突設量Ｖ_Ａが０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍだけ突設されている。よって工作物の加工中に支持部２１の先端面Ｄ面と工作物Ｗとは接触せず、切削刃具１８の刃先を工作物Ｗに押し当てて加工すると切れ刃部２０の先端刃先のみが摩耗していく。これにより、図１４に示すように切れ刃部２０の逃げ面摩耗幅Ｖ_Ｂは摩耗が支持部２１の先端面Ｄ面近傍に達するまでは常に一定となり、工作物Ｗとの接触面から受ける切削抵抗が増加されることがないため、過大な応力が及ぼされて切れ刃部２０に欠損が生じることはない。よって切れ刃部２０は摩耗されながらも工作物を加工し続けることができ、切削刃具１８の長寿命化を図ることができる。なお突設量Ｖ_Ａ０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍは実験によって得られたものであり、突設量Ｖ_Ａが０．００２ｍｍより小さいと切削刃具を工作物に押し当てて切削したとき、支持部が工作物に接触し、加工作用を及ぼす恐れがある。また突設量Ｖ_Ａが０．１ｍｍより大きいと、切れ刃部２０の先端部で工作物が加工されたとき、切れ刃部２０と支持部２１との境界線部Ｌにおいて過大な曲げ応力が発生し切れ刃部２０が折損する恐れがある。以上より突設量Ｖ_Ａを０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍとしたものである。

なお、第６の実施形態においては、バイト１５は、刃物台に固定されるシャンク部１９（取付部）と、シャンク部１９にロー付け固定される切削刃具１８にて構成されたが、これに限らず、切削刃具１８を構成する支持部にシャンクの機能を持たせ、支持部を刃物台に固定するようにしてもよい。

また、第６の実施形態においては、切れ刃部２０にラップ加工を施し、変質層を除去しているため、欠損の発生をより確実に防止でき、切削刃具１８のより一層の長寿命化が図られる。また、切れ刃部２０の逃げ面およびすくい面に対し、ＣＶＤ（化学蒸着法）やＰＶＤ（物理蒸着法）を用いて、ＴｉＡｌＮなどの硬質膜がコーティングされているため、切れ刃部２０に対する摩耗防止の効果が得られ、さらなる長寿命化を図ることができる。

また、第６の実施形態においては、工作物Ｗを所定時間加工し、切れ刃部２０が摩耗していき、切れ刃部２０の先端面Ｃ面が支持部２１の先端面Ｄ面近傍に達したときは、切削刃具１８の寿命と判断し切削刃具１８を廃棄してもよい。しかし支持部２１の先端面Ｄ面を除去加工し初期と同じ状態、即ち支持部２１の先端面Ｄ面から突設した切れ刃部２０の摩耗後の先端面Ｃ面の突設量Ｖ_Ａが０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍになるように支持部２１の先端面Ｄ面を除去加工して再利用してもよく、こうすることにより長寿命化およびコストの低減を図ることができる。このとき支持部２１の先端面Ｄ面の除去加工は、バイト１５を取り外し、加工機外で行なってもよいし、加工機に装着したまま行なってもよい。除去加工方法としてはいずれの場合も機械加工や電解加工や放電加工等により実施すればよい。

また、第６の実施形態の別の実施例として、フライス盤等の回転駆動される切削工具の端面に複数個、固定して使用される切削刃具において、図１５に示す切削刃具８６のように超硬製の切れ刃４０と、切れ刃４０の先端面Ｅ面が支持部４２の先端面Ｆ面から突設量Ｖ_Ａが０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍだけ突設されていてもよい。このときも切れ刃部４０の先端部の摩耗によって支持部４２の先端面Ｆ面近傍に切れ刃部４０の先端面Ｅ面が達するまでは、複数個の切れ刃部４０の刃先が摩耗されながら工作物を加工し続ける。よって同一厚さをもつ複数個の切れ刃部４０は同量の切削抵抗を受けながら、同量ずつ摩耗されていくこととなり、常に工作物Ｗに対して、同一の高さが得られる。これによって精度の高い加工結果を得ることができる。

また、切れ刃部４０が摩耗して切れ刃部４０の先端面Ｅ面が支持部４２の先端面Ｆ面近傍に達したときは、切削刃具８６の寿命であると判断し切削刃具８６を廃棄してもよい。しかし支持部４２の先端面Ｆ面を除去加工し初期と同じ状態、即ち切れ刃部４０の摩耗後の先端面Ｅ面が支持部４２の先端面Ｆ面に対し０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍの突設量Ｖ_Ａになるように支持部４２の先端面Ｆ面を除去加工して再利用してもよく、こうすることによりコストの低減を図ることができる。このとき支持部４２の先端面Ｆ面の除去加工は、加工装置外で行なってもよいし、加工装置に装着したまま行なってもよい。除去加工方法としてはいずれの場合も機械加工や電解加工や放電加工等により実施すればよい。

また上記第６の実施形態においては、切れ刃部２０の先端面Ｃ面が、切れ刃部２０を支持する支持部２１の先端面Ｄ面から突設量Ｖ_Ａが０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍ（好ましくは０．０２〜０．０３ｍｍ）だけ突設しているので、加工中に工作物Ｗと支持部２１は接触せずに切れ刃部２０を支持する作用だけをもち、加工には影響を与えない。よって支持部２１を構成する材料は強度さえ満足すれば一般材料（例えば鉄）から高強度材料（例えば切れ刃部２０と同じ超硬）まで幅広く選択することが可能であり、用途に合わせてコスト低減を図ったり、強度アップを図ったりすることができる。

なお、上記第６の実施形態においては、図１６に示すようにバイト４３を構成する支持部６８と、切れ刃部６３とを、超硬等の高硬度材で一体で形成してもよい。その作用効果は第６の実施形態のものと同様であり、切削刃具１８と同様の用途に使用できる。

本発明に係る長寿命化を図った切削刃具は、旋盤やフライス盤等の切削機械に用いるのに適している。

Claims (14)

1. 高靭性な高硬度の焼結材料で薄板状に形成された切れ刃部と、
   工作物との接触による摩耗が前記切れ刃部より多い、セラミックス粒子を銀ロー材で結合した材質で形成され、前記切れ刃部を該切れ刃部のすくい面の裏面側で固着し支持する支持部と、
   を備えることを特徴とする切削刃具。
2. 請求項１において、前記切れ刃部の厚さが０．２ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とする切削刃具。
3. 請求項１または請求項２において、前記支持部は前記セラミックス粒子を前記銀ロー材で結合した脆性材料で形成され、当該脆性材料は、粒度が＃４００〜＃１２００で気孔率が３０％以下であることを特徴とする切削刃具。
4. 請求項３において、前記脆性材料は前記銀ロー材と前記セラミックス粒子との混合焼結体であることを特徴とする切削刃具。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記切れ刃部をロー材で前記支持部材にロー付けすることを特徴とする切削刃具。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項において、前記切れ刃部の切れ刃形状は工作物の被工作形状と一致した形状に加工されることを特徴とする切削刃具。
7. 請求項１において、前記切れ刃部は、前記支持部から０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍ突設されていることを特徴とする切削刃具。
8. 請求項７に記載の切削刃具の成形方法において、前記支持部の先端面を除去加工して、０．００２ｍｍ〜０．１ｍｍの突設部を維持することを特徴とする切削刃具の成形方法。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項において、前記切れ刃部の両面もしくは片面にラップ仕上げ加工を施すことを特徴とする切削刃具。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項において、前記切れ刃部は工作物と接触する面に硬質膜が形成されていることを特徴とする切削刃具。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の切削刃具であって、回転駆動される切削工具本体の円周上に固定されることを特徴とする切削刃具。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の切削刃具であって、該切削刃具が取付け部に着脱可能に固定されることを特徴とする切削刃具。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれか１項において、前記切削刃具は、該切削刃具が使用される加工装置の機上で切れ刃部の刃先の成形加工がされることを特徴とする切削刃具。
14. 型の下面に高靭性な高硬度の焼結材料で薄板状に形成された切れ刃部を載置し、
    前記型内の前記切れ刃部上にセラミックス粒子と銀ロー材との混合物を充填してプレスし、前記プレスされた混合物を焼結して、溶融した前記銀ロー材によって前記セラミックス粒子同士を結合し支持部を形成するとともに、前記溶融した銀ロー材によって前記支持部と前記切れ刃部とをロー付けすることを特徴とする切削刃具の製造方法。

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