JP5994800B2 - メタルソー及びそのメタルソーを用いた加工方法 - Google Patents

Description

この発明は、メタルソー及びそのメタルソーを用いた加工方法に関するものである。

１０ｍｍ以下の厚さの金属薄板に断面が階段状になる多段形状の切削加工を行う従来の加工方法では、金属薄板を切削するために工具振れや切削抵抗が少ないエンドミルを用いていた。通常用いるエンドミルは直径１０ｍｍ以下で、刃数が２枚から４枚であり、工具径が小さく刃数も少ないため、ある程度の加工速度および加工精度を確保するためには、加工機の主軸回転が２００００[回転/分]以上の高速かつ軸振れが小さい低振動の設備が必要であった（特許文献１参照）。

また、多段形状の別の加工方法として、２４枚から２８枚の刃数を有するメタルソーを用いたものがある。このように工具径が大きく、刃数が多いメタルソーを用いることで、主軸回転速度が１００００[回転/分]未満の加工機を使用することができ、高速かつ低振動の設備でなくても加工時間を短縮し、かつ加工精度のばらつきを減らすことができる（特許文献２参照）。

特開平９−１３１６１０号公報 特開２０１１−１７８１３８号公報

このように、従来のエンドミルを用いた多段形状の加工方法では、加工速度を確保し、かつ工具振れを抑えるために、加工機の主軸回転が高速かつ低振動の設備が必要であった。また、工具の刃数が２枚から４枚と少ないために工具磨耗が早く、加工精度がばらつく原因となっていた。

一方、エンドミルに代えてメタルソーを用いることで工具磨耗が早いことに伴う問題を改善できるが、メタルソーは切削された切屑が被切削材との間に詰まりやすく、薄肉の多段形状を形成しようとすると切屑が当たるなどして薄肉部が変形しやすい、といった問題があった。

この発明は上記の問題を解決するためのものであり、切削された切屑を排出しやすく、被切削材の変形が生じにくく高精度に加工できるメタルソーとそれを用いた加工方法を提供することを目的とする。

本発明に係るメタルソーは、回転軸に取付けられるための取付け穴が中心に設けられた円盤状のボディと、前記ボディの径方向の外側に設けられた複数の刃部とを有するメタルソーであって、それぞれの前記刃部は、底面側に設けられて被切削材を切削する底刃、外周面側に設けられて前記被切削材を切削する外周刃、前記底刃および前記外周刃を辺として持つすくい面と、回転方向に対して前記底刃の逃げ面の後方に設けられた前記刃部の厚みが前記ボディの厚みよりも小さい刃底へこみ部を有することを特徴とするものである。

本発明に係るメタルソーによれば、被切削材の変形が生じにくく高精度に加工することができる。

この発明の実施の形態１に係るメタルソーの底面側から見た平面図である。 この発明の実施の形態１に係るメタルソーの図１に示したＡ−Ａ断面における断面図である。 この発明の実施の形態１に係るメタルソーが有する刃部を回転方向の前方から見た断面図と、刃部を径方向の外側から見た側面図である。 メタルソーの刃部の大きさに関係する長さを説明するメタルソーの底面側から見た平面図である。 この発明の実施の形態１に係るメタルソーにより切削される被切削材の部分と刃部の位置関係を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係るメタルソーが有する底刃の切削加工時の拡大断面図である。 この発明の実施の形態１に係るメタルソーにより薄肉多段形状に加工された被切削材の厚み方向から見た側面図と横から見た側面図である。 この発明の実施の形態１に係る被切削材によるメタルソーの加工方法を説明する被切削材の上側から見た平面図である。 この発明の実施の形態１に係る被切削材によるメタルソーの加工方法を説明する被切削材の厚み方向から見た側面図である。 この発明の実施の形態２に係るメタルソーの刃部を径方向の外側から見た側面図である。 この発明の実施の形態３に係るメタルソーの刃部を径方向の外側から見た側面図である。 この発明の実施の形態４に係るメタルソーの刃部を回転方向の前方から見た側面図と、刃部を径方向の外側から見た側面図である。

実施の形態１．
図１から図３は、この発明の実施の形態１に係るメタルソーの形状を示す図である。図１は、この発明の実施の形態１に係るメタルソーの底面側から見た平面図である。図２は、この発明の実施の形態１に係るメタルソーの図１に示したＡ−Ａ断面における断面図である。図３は、この発明の実施の形態１に係るメタルソーが有する刃部を回転方向の前方から見た断面図と、刃部を径方向の外側から見た側面図である。図３(a)が刃部を回転方向の前方から見た断面図であり、図１に示したＢ−Ｂ断面における断面図である。図３(b)が刃部を径方向の外側から見た側面図であり、図１において破線の楕円Ｃで囲んだ部分の刃部を、Ｄ方向から見た側面図である。

本明細書中では切削加工時において被切削材が存在する側のメタルソーの面を底面とし、その反対側の面を上面とする。上面から底面に向かう方向を底面側または下側と呼び、底面から上面に向かう方向を上面側または上側と呼ぶ。前方とは、切削加工時におけるメタルソーの回転方向の前方を意味し、後方とは当該回転方向の後方を意味する。

図１から図３に示すように、本発明における実施の形態１に係るメタルソーは、円盤状のボディ１を有する。ボディ１の径方向の外側には多数の刃部２が設けられ、中央に回転軸に取付けられるための取付け穴であるキー溝付き穴３が設けられる。キー溝付き穴３にマシニングセンタ等の自動機に取付けるためのツーリング部品を装着して自動機の回転軸に取付けられる。メタルソーの材質は、例えばタングステンカーバイトと結合剤を混ぜて焼結した超硬材を主に使用する。

メタルソーは、１００００[回転/分]以下の回転数で、望ましくは５０００[回転/分]から８０００[回転/分]の回転数で使用される。回転数が小さいので、メタルソーに働く遠心力も小さくなり、軸振れを抑えることができる。

刃部２はメタルソーの底面側で被切削材５１（図５に図示）を切削する底刃４と、外周面側で被切削材５１を切削する外周刃５とを有する。刃部２の枚数は、メタルソーの外径が例えば直径７０ｍｍの場合には、１５枚から２０枚程度である。切削した切屑を効果的に収容および排出できるように、刃部２と前方の刃部２の間の空間であるチップポケット６を大きくできる枚数としている。この実施の形態１では、刃部２は１６枚としている。刃部の枚数と回転速度は、切屑の排出性、加工精度および加工速度を総合的に考慮して決める。

ボディ１の上面は平面である。ボディ１の底面には、キー溝付き穴３の周囲にメタルソー固定部７が設けられる。メタルソー固定部７は、メタルソーを回転軸に取付けるためのものである。メタルソー固定部７の径方向の外側には、ボディ主底面部８がある。メタルソー固定部７は、ボディ主底面部８に対して底面側に突出するような高低差をもって形成されている。刃部２もボディ主底面部８よりも底面側に突出する部分を有する。

刃部２とメタルソー固定部７での厚さは、１ｍｍから３ｍｍ程度でほぼ同じである。これに対して、ボディ主底面部８の厚みはメタルソー固定部７の厚みよりも小さい。例えば刃部２の厚さが３ｍｍの場合には、ボディ主底面部８が刃部２の最も下側の位置よりも０．５ｍｍほど高くなるような高低差を、ボディ主底面部８とメタルソー固定部７との間で設ける。ボディ主底面部８がメタルソー固定部７よりも高いことで、ボディ主底面部８と被切削材５１との間に空間ができる。底刃４により切削された切屑がボディ１の底面側に移動して来ても、この空間に切屑が収容される。こうして、ボディ１の底面と被切削材５１の間で切屑が詰まることを防止できる。

図１と図３（ｂ）に示すように、刃部２の底面には、前方から順に底刃４、第１底刃逃げ面９、第２底刃逃げ面１０、刃厚減少面１１および刃厚回復面１２が連続して形成されている。図１から分かるように、第１底刃逃げ面９と第２底刃逃げ面１０は、底面側から見ると四角形の形状である。これに対して、刃厚減少面１１と刃厚回復面１２は、底面側から見ると三角形の形状である。刃厚減少面１１と刃厚回復面１２は、ボディ主底面部８との境界に三角形の頂点が来て、外周側の刃厚が薄くなるような径方向の傾斜を持っている。

底刃４、第１底刃逃げ面９および第２底刃逃げ面１０は、ボディ主底面部８よりも底面側に出ている。第１底刃逃げ面９と第２底刃逃げ面１０の径方向の内側には、ボディ主底面部８との間に傾斜した底刃傾斜面１３が設けられている。刃厚減少面１１と刃厚回復面１２は、ボディ主底面部８よりも上面側に設けられる。そのため、刃厚減少面１１と刃厚回復面１２とにより、刃部２の底面側にボディ主底面部８の厚みよりも薄くなるように三角錐形状のへこんだ部分の空間である刃底へこみ部１４が形成される。

第１底刃逃げ面９は、底刃４の最も下側の位置でのボディ主底面部８に平行な面である底刃切削面５２(図６に図示)に対する角度である逃げ角として、周方向に第１底刃逃げ角θs1を有する。第２底刃逃げ面１０は、周方向に第１底刃逃げ角θs1よりも大きい角度である第２底刃逃げ角θs2を有する。刃厚減少面１１は、第２底刃逃げ角θs2よりも大きい角度である刃厚減少角θs3を有する。すなわち２個の底刃逃げ角と刃厚減少角には、θs1＜θs2＜θs3という関係がある。

第１底刃逃げ角θs1は、底刃４の直後にある第１底刃逃げ面９が底刃切削面５２と接触を避けることができる値に設定する。第２底刃逃げ角θs2と刃厚減少角θs3は、刃部の強度を維持しながら刃底へこみ部１４の容積が十分に大きくなるように決める。第１底刃逃げ角θs1は例えば３度であり、第２底刃逃げ角θs2は例えば８度であり、刃厚減少角θs3は例えば３０度である。

図２に示すように、ボディ主底面部８に平行な面に対して半径方向に外周側がわずかに突出する径方向底刃逃げ角θsdを、第１底刃逃げ面９は有する。第２底刃逃げ面１０も第１底刃逃げ面９と同様に、径方向には底面に対してわずかな逃げ角を有する。刃部２の底面に径方向にも逃げ角を設けることで、底面の接触面を少なくして、摩擦を抑えることができる。径方向底刃逃げ角θsdは、例えば１度としている。

図１と図３（ｂ）に示すように、刃部２の側面に外周刃５、第１外周刃逃げ面１５、第２外周刃逃げ面１６及び刃径減少面１７を有する。隣接する刃部２の間には、切屑が入る空間であるチップポケット６が形成される。刃部２の外周側にある外周刃５と底面側にある底刃４とをまとめて切れ刃１８(図示せず)と呼ぶ。切れ刃１８は、刃部２の最も前方に位置する。ここで、刃径とは、刃部の外周表面と回転中心との距離である。

すくい面１９は、外周刃５および底刃４を辺として有する面である。すくい面１９は、底刃すくい角φsを有する。底刃すくい角φsとは、メタルソーの上面に垂直かつ底刃４に平行な面である底刃基準面５３(図６に図示)に対するすくい面１９の傾き角である。また、メタルソーの底面に垂直かつ外周刃５に平行な面である外周刃基準面５４(図示せず)に対しては、外周刃すくい角φgを有する。

第２外周刃逃げ面１６と第２底刃逃げ面１０が刃部２の底面側の稜線において周方向の同じ位置から設けられており、刃底へこみ部１４と刃径減少面１７が刃部２の底面側の稜線において周方向の同じ位置から設けられている。こうすることで、多面体形状である刃部の頂点の数を最小限にしている。

すくい面１９の底刃すくい角φsおよび外周刃すくい角φgは８度から１０度とし、切削時の抵抗低減と刃先強度の両立を図っている。なお、すくい角を大きくすれば刃先がより鋭角になり切削抵抗は小さくなるが、刃先の強度が低下する。外周刃すくい角φgについても同様である。底刃すくい角φsと外周刃すくい角φgは、刃先の強度と切削性能を考慮して適切に決める。

図３（ｂ）に示すように、外周刃５はねじれ角δを有するねじれ形状になっている。ねじれ角δとはメタルソーの回転軸に対する外周刃５の傾き角である。また、外周刃５の後方に順に連続して設けられる第１外周刃逃げ面１５、第２外周刃逃げ面１６、刃径減少面１７は、同一のねじれ角δを有している。第１外周刃逃げ面１５、第２外周刃逃げ面１６、刃径減少面１７のそれぞれは、第１外周刃逃げ角θg1、第２外周刃逃げ角θg2、刃径減少角θg3を有する。第１外周刃逃げ角θg1、第２外周刃逃げ角θg2および刃径減少角θg3のそれぞれは、外周刃５の最も径方向の外側の位置でのメタルソーの外周円の接線に平行でボディ主底面部８に垂直な面である外周刃切削面５５(図５に図示)に対する角度である。逃げ面および刃径減少面が外周刃５から遠くなるほど外周刃切削面５５に対して大きい角度を持つように、外周刃逃げ角および刃径減少角には、θg1＜θg2＜θg3という関係がある。

薄肉多段形状を加工するためのメタルソーとして、チップポケットを大きくするために、例えば直径７０ｍｍの場合で１５枚から２０枚と刃部の枚数を少なくしたことが、本発明のポイントの１つである。刃部の枚数を少なくするための構成について説明する。なお、本発明が該当する超硬ソリッドメタルソーに関するＪＩＳ規格(JIS-B4115)では、直径６３ｍｍの場合に刃部の枚数を３４枚以上と規定されている。このように、刃部の枚数を少なくすることは従来の技術常識に反するものであり、加工精度を向上させるために発明者らが考案したものである。

図４に、メタルソーの刃部の大きさに関係する長さを説明するメタルソーの底面側から見た平面図を示す。図４(a)がメタルソー全体を下から見た平面図であり、図４(b)が刃部の拡大図である。ここで、回転するメタルソーに関して、以下の３つの円を定義する。刃外接円Ｃ１は、メタルソーが回転する際に刃部２の先端が描く円である。刃内接円Ｃ２は、刃部２のすくい面の前方にある最も径方向の内側の点が描く円である。干渉限界円Ｃ３は、刃外接円Ｃ１の半径よりも干渉考慮距離Ｄだけ半径が小さい円である。干渉考慮距離Ｄは、外周刃が被接触材と干渉（接触）することを考慮すべき被接触材からの距離である。

刃外接円Ｃ１の直径Ｌが、メタルソーの直径である。刃部の高さＨは、刃外接円Ｃ１と刃内接円Ｃ２の半径の差すなわち径方向の距離である。刃先の長さＥは、刃部が刃外接円Ｃ１と接する点から外周刃の後方で干渉限界円Ｃ３と刃部が交差する点の間の距離である。刃先の間隔Ｐは、隣接する刃部の刃外接円Ｃ１と接する点の間の距離である。

メタルソーの上面に平行な面でのチップポケットの断面積は、図４(b)に示すように、刃先の間隔Ｐおよび刃先の高さＨにほぼ比例して変化する。したがって、チップポケットを大きくするためには、刃先の間隔Ｐおよび刃部の高さＨを大きくする必要がある。発明者らは、直径７０ｍｍのメタルソーの場合で検討して、刃部の枚数Ｎが２０枚から１５枚が適当であることを求めた。なお、刃部の枚数Ｎが小さければ小さいほどチップポケットが大きくなり切屑の排出性は向上するが、加工速度が低下する。したがって、刃部の枚数Ｎには適切な範囲が存在する。

直径７０ｍｍのメタルソーの場合で刃部の枚数Ｎが２０枚から１５枚であることは、刃先の間隔Ｐがメタルソーの直径Ｌに対して１５％程度から２１％程度までの範囲に入る長さであることを意味する。メタルソーの直径Ｌが７０ｍｍでない場合でも、刃先の間隔Ｐがメタルソーの直径Ｌに対して１５％程度から２１％程度までの範囲に入る長さであれば、加工速度を維持した上で、切屑が効率的に排出できるようにチップポケットを大きくできる。

刃部の高さＨに関しては、刃部の高さＨが大きいほどチップポケットは大きくなるが、大きすぎるとボディが小さくなりメタルソーの強度が低下する。刃部の高さＨは、メタルソーの直径Ｌの５％程度以上の長さにすることが必要であり、望ましくは８％程度から１０％程度までの範囲に入る長さとする。なお、強度の点から決まる上限も考慮する。

チップポケットを大きくするためには、刃部の形状も重要である。刃先の強度を確保し、かつチップポケットを大きくする刃部の形状に関して説明する。刃部の強度を確保するために、刃先の長さＥを十分に大きくし、干渉限界円Ｃ３よりも外側では外周刃の逃げ面を、１５度よりも小さい角度で外周刃から遠くなるにしたがい大きくなるように２段階以上で離散的にまたは連続的に変化させて形成する。干渉限界円Ｃ３よりも内側では、１５度以上望ましくは３０度以上の角度で刃先内接円Ｃ２と接する位置まで、直線あるいは折れ線または曲線で、刃径（刃部の外周表面と回転中心との距離）を減少させる刃径減少面を設ける。この実施の形態１では、第１外周刃逃げ面１５と第２外周刃逃げ面１６という２個の逃げ面を設けている。こうすることで、刃先強度を確保し、かつチップポケットを大きくできる。

なお、第２外周刃逃げ面１６を設けないことも可能だが、θg1＜θg2＜θg3という関係を持つ第２外周刃逃げ角θg2を持つ第２外周刃逃げ面１６を持たせることで、刃先の強度を維持しつつ、第１外周刃逃げ面１５の直後に刃径減少面１７を設ける場合よりも、刃部が被切削材と干渉しにくくなる。

第１外周刃逃げ面１５および第２外周刃逃げ面１６の逃げ角と周方向の長さは、切削抵抗、刃先強度およびチップポケットの大きさを考慮して適切に決める。第１外周刃逃げ面１５および第２外周刃逃げ面１６の長さを大きくすると刃先強度は大きくなるが、チップポケットを大きくすることが難しくなる。

刃部２が十分な強度を持つように、第１外周刃逃げ面１５および第２外周刃逃げ面１６には十分な長さが必要である。メタルソーの直径が例えば７０ｍｍの場合には、第１外周刃逃げ面１５には周方向に２ｍｍ程度以上の長さを持たせ、第２外周刃逃げ面１６に３ｍｍ程度以上の長さを持たせる。刃先の長さＥも５ｍｍ程度以上にする必要がある。第１外周逃げ角θg1は例えば１度であり、第２外周刃逃げ角θg2は例えば１０度であり、刃径減少角θg3は例えば４５度である。

続いて、メタルソーを構成する各部分の機能を説明する。図５は、この発明の実施の形態１に係るメタルソーにより切削される被切削材の部分と刃部の位置関係を説明する図である。図５(a)が上面側から見た平面図であり、図５(b)がメタルソーが存在する方向から見た側面図であり、図５(c)がメタルソーの移動方向の後方から見た側面図である。図５では、図が見やすくなるように、メタルソーは切削する１個の刃部２だけを図示し、図５(b)と図５(c)では刃部２を点線表示にしている。図６は、この発明の実施の形態１に係るメタルソーが有する底刃の切削加工時の拡大断面図である。図６は、図５(a)で示すＥ−Ｅ断面での断面図である。

図５において、被切削材５１は実線で示す部分まで切削が済んでおり、破線で示す部分まで切削するために、メタルソーを図５(a)における左から右に移動させている。図５(a)に示す刃部２の先端は点線で示すように移動し、実線と点線で囲まれたハッチングした部分５６が図示した刃部２により切削されることになる。

切削された切屑は主にすくい面１９の上側に発生し、チップポケット６を通って外部に排出される。底刃４の下側を移動する切屑も、少しだが発生する。その発生要因は、以下の５つが考えられる。
(1) 被切削材５１が底刃４によりせん断力が加えられて引きちぎれる際に、すくい面１９の上側に大きい切屑ができるとともに底刃４の下側でも小さい切屑ができる。
(2) 底刃４により切削された底刃切削面５２がささくれ立った状態になり、出ている部分が後続の刃部２により切断されて底刃４の下側に移動する切屑が発生する。
(3) 被切削材５１が外周刃５によりせん断力が加えられて引きちぎれる際に、すくい面１９の径方向の内側に大きい切屑ができるとともに、外周刃５の径方向の外側でも小さい切屑が発生する。外周刃５の径方向の外側で発生する切屑の一部が、底刃切削面５２に落下し、底刃４の下側を移動する。
(4) 外周刃５により切削された外周刃切削面５５がささくれ立った状態になり、出ている部分が後続の刃部２により切断されて外周刃５の径方向の外側でも小さい切屑が発生する。外周刃５の径方向の外側で発生する切屑の一部が、底刃切削面５２に落下し、底刃４の下側を移動する。
(5) すくい面１９の上側で発生した切屑の一部が、チップポケット６を囲むメタルソーの側面にぶつかるなどして、底刃切削面５２に落下する。大きい切屑は後続の刃部２のすくい面１９により跳ね飛ばされるが、小さい切屑は底刃４の下側を移動する。

刃厚減少面１１と刃厚回復面１２とにより、刃部２の底面側にボディ主底面部８の厚みよりも刃部２の厚みが小さくなる三角錐形状にへこんだ部分の空間である刃底へこみ部１４ができる。刃底へこみ部１４を設けることにより、底刃４の下側を移動する切屑が刃部２の底面側に当たらずに外部に排出できたり、刃厚減少面１１または刃厚回復面１２に当たった後に径方向の外側に進行方向が曲げられて外部に排出されたりする。また、刃部２の底面側の空間を大きくできるので、切屑が刃部と底刃切削面５２の間で詰まることがなくなる。

切屑を効率的に排出する上では、刃底へこみ部はできるだけ大きい方が望ましい。刃底へこみ部を大きくすると刃部の強度が低下する。刃部の強度を維持し、かつ切屑を効率的に排出できるように、刃底へこみ部の形状と大きさを決める。強度を確保する上での１つの目安として、刃底へこみ部の最もへこんだ部分での深さをボディ主底面部でのボディの厚さの１／２程度以下にすることが望ましい。この実施の形態１では、刃底へこみ部を三角錐形状としたが、四角錘形状などの多角錘形状、錐体ではない多面体形状、一部または全部に曲面を持った形状などでもよく、底刃の底面側を移動する切屑を収容し排出するためにできるだけ大きな容積を持ち、外周側に開き、かつ刃部の強度を維持できる形状であればどのような形状でもよい。

図６に示すように、底刃切削面５２には２０μｍから３０μｍ程度の凹凸が発生する。第１底刃逃げ面９の長さと第１底刃逃げ角θs1は、第２底刃逃げ面１０の最も底面側の部分と底刃切削面５２との間の距離が底刃切削面５２の凹凸の高さよりも大きくなるように決める。第２底刃逃げ面１０を設けないことも可能だが、θs1＜θs2＜θs3という関係を持つ第２底刃逃げ角θs2を持つ第２底刃逃げ面１０を持たせることで、刃先の強度を維持しつつ、第１底刃逃げ面９の直後に刃厚減少面１１を設ける場合よりも、ボディ主底面部よりも底面側に出る刃部の体積を減らすことができ、刃部の底面側を切屑が容易に移動できるようになる。なお、第１底刃逃げ面９と刃厚減少面１１との間を、２段階以上で離散的にあるいは連続的に逃げ角を変化させるようにしてもよい。

外周刃５はねじれ角δを有するので、外周刃５は被切削材５１を底面側の方から切削し始める。したがって、外周刃５により切屑が底面側から上面側に切削されることになり、上面側で切屑が発生し、メタルソーの上面側に切屑を効率的に排出することができる。これにより、切屑の排出性が向上し加工速度を上げて切削した場合でも、刃部２の外周面側の切屑が速やかに外部に排出され、切屑衝突による被切削材５１の変形を抑制できる。

さらに、本実施の形態１のメタルソーでは、メタルソーの一般的な刃数である直径６３ｍｍで３４枚以上を、直径７０ｍｍで１５枚から２０枚に減らしている。刃数を減らすことで、チップポケットを大きくでき、切削した切屑を効果的に排出できる。切削された切屑は、チップポケットから主に上側から外部に排出される。チップポケットの容量が小さいと、切屑の一部が被切削材側または底面側の方にあふれて移動し、被切削材に当たって傷つける場合や刃部の底面と被切削材の間で詰まる場合がある。被切削材と刃部の間に切屑が詰まると、切屑で被切削材を削ったり擦ったりすることになり、表面粗さや寸法精度が悪化する。

次に、実施の形態１のメタルソーを用いた場合の被切削材を薄肉多段形状に加工する加工方法を説明する。

図７は、この発明の実施の形態１に係るメタルソーにより薄肉多段形状に加工された被切削材の厚み方向から見た側面図と横から見た側面図である。図７（ａ）は被切削材の厚み方向から見た側面図であり、図７（ｂ）は横から見た側面図である。

加工後の被切削材５１は先端が最薄肉部５７となっており、下に行くほど肉厚が大きくなる。先端の最小薄肉部５７の厚みは０．１ｍｍ以下と非常に薄く、切削時の切屑がこの薄肉部に衝突すると変形してしまうため、切屑をより効率的に逃がすことによって、被切削材５１の変形を抑える必要がある。

図８と図９に本発明のメタルソーを用いて薄肉多段形状を加工する方法について示す。図８は、この発明の実施の形態１に係るメタルソーによる被切削材の加工方法を説明する被切削材の上側から見た平面図である。図９は、この発明の実施の形態１に係るメタルソーによる被切削材の加工方法を説明する被切削材の厚み方向から見た側面図である。

図８から分かるように、メタルソーはその底刃４および外周刃５が被切削材５１に押し当てられながら回転し、被切削材５１の周りを移動することで、被切削材の側面を切削する。高さにより削り幅を段階的に変化させて切削することで、被切削材５１には厚み方向から見た断面が階段状になる多段形状に加工できる。図８では、上面から見て時計回りに回転するメタルソーを、アップカットで切削するために被切削材５１の周りを上から見て反時計回りに移動させる。なお、外周刃で被切削材の側面を切削し、被切削材の水平な面を底刃で切削して加工する。アップカットで切削することにより、切削時の被切削材５１への刃先の衝突力を抑え、薄肉部の変形を抑える。メタルソーは被切削材５１の周囲を必要な回数だけ回転して、切削材を必要な削り幅まで切削する。必要な削り幅まで切削できれば、被切削材またはメタルソーを厚み方向に移動し、その後で高さ方向に移動して、被切削材の切削された部分の下側を切削する。削り幅は高さに応じて、離散的に変化させる。

図９には、被切削材５１を薄肉多段形状に加工する際の、被切削材５１の高さ方向の切削順序を示す。図９は被切削材５１を側面から見た図であり、薄肉多段形状を形成する際の高さ方向の切削順序は、先端の最薄肉部５７側から形成するように、上段から下段を１段ずつ、もしくは、１段あたりに切削する高さを２回以上に変化させて切削する。最上段の最薄肉部５７から加工するため、最薄肉部５７の下側の被切削材は肉厚が十分に確保でき、切削時の剛性を確保できるため、切削による薄肉部の変形を抑えることができる。
以上のことは、他の実施の形態でもあてはまる。

実施の形態２．
実施の形態２のメタルソーは、底刃と外周刃のどちらか少なくとも一方の先端に焼結ダイヤ材を設けたことを特徴とする。図１０は、この発明の実施の形態２に係るメタルソーの刃部を径方向の外側から見た側面図である。ここでは、メタルソーの母材として超硬材を用い、切れ刃１８Ａ(図示せず)の先端に、母材よりもより更に硬い材料である焼結ダイヤ材２０の部分を設けている。焼結ダイヤ材２０の大きさは、縦が外周刃５Ａで切削する長さ、横が底刃４Ａで切削する長さ、厚みが１ｍｍ程度である。ロウ付けなどにより切れ刃１８Ａの先端に貼り付けた後に、切れ刃１８Ａの形状になるように研磨する。なお、焼結ダイヤ材２０の縦の長さが外周刃５Ａで切削する長さよりも短くてもよい。焼結ダイヤ材２０の横の長さが底刃４Ａで切削する長さよりも短くてもよい。

薄肉多段形状の段数が多い場合や、全体のサイズが大きい場合、メタルソーが切削する延べ長が長くなり、切れ刃１８Ａの先端が磨耗しやすく工具寿命が短くなるという問題が発生する。実施の形態２では切れ刃１８Ａの先端に硬い焼結ダイヤ材２０を設けたことで、メタルソーの工具寿命の向上を図ることができる。

薄肉に加工した後で、薄肉部に横方向（薄肉に垂直な方向）の力が加わると曲がってしまう場合がある。外周刃が磨耗すると横方向の切削抵抗が増加し、曲がりが発生しやすくなる。外周刃の方が磨耗に対する許容度が低く、工具寿命が外周刃の磨耗で決まる場合が多い。薄肉加工する場合には、外周刃を磨耗させないことがより重要である。

実施の形態３．
実施の形態３のメタルソーは、切れ刃（底刃および外周刃）の先端に丸み加工を施したことを特徴とする。図１１は、この発明の実施の形態３に係るメタルソーの刃部を径方向の外側から見た側面図である。

実施の形態３のメタルソーは、切れ刃１８Ｂ(図示せず)の強度を上げるために、底刃４Ｂの最も外周側の位置かつ外周刃の最も底面側の位置になる切れ刃１８Ｂの先端に、曲率半径が０．１ｍｍから０．３ｍｍほどの微小な丸み加工である刃先コーナ２１を設けている。すなわち、刃先コーナ２１とは切れ刃１８Ｂの先端に設けられる球面の一部などの曲面形状の部分である。

薄肉多段形状の段数が多い場合や、全体のサイズが大きい場合、メタルソーで切削する延べ長が長くなり、刃部の中で被切削材に最初に衝突する切れ刃の先端が磨耗しやすく、工具寿命が短いという問題が発生する。そのため、メタルソーの工具寿命の向上を図るために、実施の形態３では、切れ刃１８Ｂの先端に刃先コーナ２１を設けることで、切れ刃１８Ｂの先端に力が集中することを回避し、切れ刃１８の欠損や先端だけが早く磨耗することを抑えることができ、工具寿命の向上が図れる。

実施の形態４．
実施の形態４のメタルソーは、外周刃の長さをボディ部の厚さよりも小さくした場合である。こうすることで、高さ方向に微細な加工ができるように外周刃の長さを小さくしても、メタルソーの強度を維持するために必要なボディ部の厚さを確保できる。図１２は、この発明の実施の形態４に係るメタルソーの刃部を回転方向の前方から見た側面図と、刃部を径方向の外側から見た側面図である。図１２(a)が刃部を回転方向の前方から見た側面図であり、図１２(b)が刃部を径方向の外側から見た側面図である。実施の形態４のメタルソーは、図１２に示すように外周刃５Ｃの上側かつメタルソーの上面より下側に外周刃５Ｃが存在しない空間である切り欠き２２を設けている。

外周刃で切削する１段の高さが例えば２ｍｍ程度であり、メタルソーの強度を確保する上で必要なボディ部の厚さが例えば３ｍｍよりも小さい場合には、メタルソーの外周刃５Ｃの高さが切削する１段の高さと同じになるように、外周刃２Ｃの上面側の空間である切り欠き２２を設ける。切り欠き２２を設けることで、メタルソーの強度を維持した上で、高さ方向に微細な加工ができるようになる。また、外周刃５Ｃの上方に空間ができるので、外周刃により切削された切屑を速やかに外部に排出することができ、外周刃と被切削材の間で切屑が詰まることを防止できる。

１ ボディ
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 刃部
３ キー溝付き穴（取付け穴）
４、４Ａ、４Ｂ 底刃
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 外周刃
６ チップポケット
７ メタルソー固定部
８ ボディ主底面部
９ 第１底刃逃げ面
１０ 第２底刃逃げ面
１１ 刃厚減少面
１２ 刃厚回復面
１３ 底刃傾斜面
１４ 刃底へこみ部
１５ 第１外周刃逃げ面
１６ 第２外周刃逃げ面
１７ 刃径減少面
１８ 切れ刃
１９、１９Ｃ すくい面
２０ 焼結ダイヤ材
２１ 刃先コーナ
２２ 切り欠き
５１ 被切削材
５２ 底刃切削面
５３ 底刃基準面
５４ 外周刃基準面
５５ 外周刃切削面
５６ 切削される部分
５７ 被切削材の最薄肉部
θs1 第１底刃逃げ角
θs2 第２底刃逃げ角
θs3 刃厚減少角
θsd 径方向底刃逃げ角
φs 底刃すくい角
φg 外周刃すくい角
δ ねじれ角
θg1 第１外周刃逃げ角
θg2 第２外周刃逃げ角
θg3 刃径減少角
Ｃ１ 刃外接円
Ｃ２ 刃内接円
Ｃ３ 干渉限界円
Ｄ 干渉考慮距離
Ｌ 刃外接円（メタルソー）の直径
Ｈ 刃部の高さ
Ｅ 刃先の間隔
Ｎ 刃部の枚数

Claims (15)

1. 回転軸に取付けられるための取付け穴が中心に設けられた円盤状のボディと、
   前記ボディの径方向の外側に設けられた複数の刃部とを有するメタルソーであって、
   それぞれの前記刃部は、底面側に設けられて被切削材を切削する底刃、外周面側に設けられて前記被切削材を切削する外周刃、前記底刃および前記外周刃を辺として持つすくい面と、回転方向に対して前記底刃の逃げ面の後方に設けられた前記刃部の厚みが前記ボディの厚みよりも小さい刃底へこみ部を有することを特徴とするメタルソー。
2. 前記ボディの底面に、前記取付け穴の周囲に設けたメタルソー固定部と、前記メタルソー固定部よりも厚みが小さいボディ主底面部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のメタルソー。
3. 前記刃底へこみ部が、前記ボディ主底面部の上側に三角錐形状の空間として設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメタルソー。
4. 前記刃部に前記ボディ主底面部よりも下側に出る部分を設けることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載のメタルソー。
5. 前記外周刃の逃げ面と後方の前記刃部の前記すくい面との間に、前記外周刃が切削する外周刃切削面に対して、前記逃げ面の角度よりも大きい角度を有する刃径減少面を設けることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のメタルソー。
6. 前記刃底へこみ部と前記刃径減少面が、前記刃部の底面側の稜線において周方向の同じ位置から設けられることを特徴とする請求項５に記載のメタルソー。
7. 前記外周刃が切削する外周刃切削面に対して第１外周刃逃げ角を有する平面である前記外周刃の直後に設けられた第１外周刃逃げ面と、前記第１外周刃逃げ面の後方に設けられた前記第１外周刃逃げ角よりも大きい第２外周刃逃げ角を有する平面である第２外周刃逃げ面とを有し、
   前記底刃が切削する底刃切削面に対して第１底刃逃げ角を有する平面である前記底刃の直後に設けられた第１底刃逃げ面と、前記第１底刃逃げ面の後方に設けられた前記第１底刃逃げ角よりも大きい第２底刃逃げ角を有する平面である第２底刃逃げ面とを有し、
   前記第２外周刃逃げ面と前記第２底刃逃げ面が、前記刃部の底面側の稜線において周方向の同じ位置から設けられることを特徴とする請求項１から請求項６までの何れか１項に記載のメタルソー。
8. 前記外周刃はねじれ角を有するねじれ刃であることを特徴とする請求項１から請求項７までの何れか１項に記載のメタルソー。
9. 前記メタルソーが回転する際に回転中心から最も遠い前記刃部の先端と隣接する前記刃部の前記先端との距離である刃先の間隔が、前記先端が描く円である刃外接円の直径の１５％から２１％までの範囲に入る長さとすることを特徴とする請求項１から請求項８までの何れか１項に記載のメタルソー。
10. 前記メタルソーが回転する際に回転中心から最も遠い前記刃部の先端が描く円である刃外接円の半径と、前記すくい面の前方で前記回転中心に最も近い点が描く円である刃内接円の半径の差である前記刃部の高さを前記刃外接円の直径の５％以上の長さとすることを特徴とする請求項１から請求項９までの何れか１項に記載のメタルソー。
11. 前記底刃または前記外周刃に焼結ダイヤ材を設けたことを特徴とする請求項１から請求項１０までの何れか１項に記載のメタルソー。
12. 前記底刃の最も外周側の位置かつ前記外周刃の最も底面側の位置である刃部の先端に丸み加工をすることを特徴とする請求項１から請求項１１までの何れか１項に記載のメタルソー。
13. 前記外周刃の上側かつ前記ボディの上面より下側に、前記外周刃が無い空間である切り欠きを設けたことを特徴とする請求項１から請求項１２までの何れか１項に記載のメタルソー。
14. 請求項１から請求項１３までの何れか１項に記載のメタルソーを用いて、前記外周刃で前記被切削材の側面を切削するとともに前記底刃で前記被切削材の底面を切削することで前記被切削材を、下側ほど厚みが大きくなる多段形状に加工することを特徴とするメタルソーを用いた加工方法。
15. 前記メタルソーを用いて、前記多段形状の厚みが最も小さい最上段から切削することを特徴とする請求項１４に記載のメタルソーを用いた加工方法。

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