JP7140786B2 - 硬脆材切削加工用回転切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、回転切削工具、特に硬脆材の切削加工に好適な硬脆材切削加工用回転切削工具に関するものである。

セラミック、ガラス、超硬合金などの硬脆材は、その材料特性から切削加工時に極めて微細な切り屑が生じる。この微細な切り屑は高硬度であるため、あたかも研磨剤のように振る舞い、切れ刃の欠けの要因となったり摩耗を促進したりする他、被削材の端部における欠け（所謂コバ欠け）を引き起こす要因となっている。

そこで、従来、硬脆材の切削加工においてコバ欠けの発生を抑制することを目的とした様々な切削工具が提案されている（例えば特許文献１）。

特開２０１８－８３６３号公報

ところで、上記の硬脆材の切削加工時の問題を解消するには、一刃あたりの送り量を大きくして排出される切り屑を大きくすることが考えられるが、硬脆材は、脆性破壊が起こり易い性質である点、硬脆材を加工するための工具表面にある程度の厚みを持った硬質皮膜が成膜されている場合には工具の刃先に切削性能への影響が無視できない丸みが付与され切れ味が低下し切削抵抗が増大する点、さらにこの増大した切削抵抗を受け止めるために、被削材への食いつきを犠牲にして刃部の剛性を重視した工具形状とせざるを得ない点などの理由から切り屑を大きくすることが容易でない。

また、硬脆材の切削加工においては、単に切り屑を大きくしただけでは切削加工時に切り屑を噛み込むことによって切削工具や被削材の損傷を引き起こす懸念がある。硬脆材の切り屑は前述したとおり高硬度であるから切り屑の噛み込みによる損傷が起こり易く、また、特に被削材が超硬合金の場合は切り屑自体が重いため排出不良を引き起こし易いこともあって切り屑が大きすぎても問題が生じてしまう。

さらに、前述のとおり硬脆材の切削加工においては切削工具の一刃あたりの送り量を大きくできず、また、切削工具の回転数（切削速度）を高めた条件では切れ刃の摩耗が促進され易いことから、低加工能率で加工せざるを得ず、加工時間が長くなってしまう問題もある。

またさらに、従来の切削工具においては寿命が短いことも相まって加工完了までの間に寿命と判断された工具を複数回交換する必要が生じるなど、実加工以外の時間（段取りなど）にも多くの時間を必要とするうえに、加工途中で切削工具が寿命を迎えた場合はその時点で切削工具を交換しなければならず、この切削工具を交換したことによる加工面の突発的な品質変化が生じるおそれもあるなど、硬脆材の切削加工においては、現状、多くの問題がある。

本発明はこのような現状に鑑みなされたものであり、切り屑を適宜な大きさで分断させることができ、切り屑起因の切削工具や被削材の損傷やコバ欠けの発生を抑制し、硬脆材加工における寿命を延長させ、加工能率を向上させることができる硬脆材切削加工用回転切削工具を提供することを目的とする。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

切り屑排出溝２を有する工具本体１の先端部に硬質皮膜３が被覆された硬脆材切削加工用回転切削工具であって、前記工具本体１の前記切り屑排出溝２を構成する切れ刃側切り屑排出溝形成面４は、膜厚ｈ’が５μｍ以上３５μｍ以下に設定された前記硬質皮膜３が被覆され、さらに、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面４に、切れ刃５から該切れ刃５に沿ってすくい面６が凹設され、このすくい面６の凹設により形成される階段状段差部における該すくい面６と前記切れ刃側切り屑排出溝形成面４とを連設する段差面７は、前記切れ刃５から３０μｍ以上３５０μｍ以下の距離をおいた位置に設けられ、且つ、前記段差面７の高さｄが前記切れ刃側切り屑排出溝形成面４における前記硬質皮膜３の膜厚ｈ’の０．５倍以上８倍以下に設定され、この段差面７に前記すくい面６に沿って連続的に排出された切り屑が接触し前記切れ刃側切り屑排出溝形成面４に乗り上げるか、または、この段差面７に前記すくい面６に沿って連続的に排出された切り屑が突き当たるか、いずれかにより前記切り屑のカールが強まり分断するように構成されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具に係るものである。

また、請求項１記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記段差面７は、前記すくい面６に対して直角若しくは鋭角を成すように設けられ、前記すくい面６に沿って連続的に排出された切り屑が突き当たるように構成され、この段差面７に前記切り屑が突き当たることで該切り屑のカールが強まり分断するように構成されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具に係るものである。

また、請求項１，２いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面４と前記すくい面６とは互いに非平行であり、前記すくい面６は前記切れ刃５から前記工具本体１の内方に向かうにしたがって前記切れ刃側切り屑排出溝形成面４に対して離間する傾斜面となるように構成されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具に係るものである。

また、請求項３記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記すくい面６の傾斜角度ａは５°以下に設定されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具に係るものである。

また、請求項１，２いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面４と前記すくい面６とは互いに平行であることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具に係るものである。

また、請求項１～５いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記段差面７の高さｄは、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面４における前記硬質皮膜３の膜厚ｈ’の１倍を超え３倍未満に設定されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具に係るものである。

また、請求項１～５いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面４における前記硬質皮膜３の膜厚ｈ’が８μｍ以上３０μｍ以下に設定されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具に係るものである。

また、請求項１～５いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面４における前記硬質皮膜３の膜厚ｈ’が８μｍ以上３０μｍ以下に設定され、また、前記段差面７の高さｄは、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面４における前記硬質皮膜３の膜厚ｈ’の１倍を超え３倍未満に設定されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具に係るものである。

また、請求項１～８いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記すくい面６の一部若しくは全面に工具基材が露出していることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具に係るものである。

また、請求項１～９いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記すくい面６と前記段差面７との境界は、前記切れ刃５から５０μｍ以上３００μｍ以下の距離をおいた位置に設けられていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具に係るものである。

また、請求項１～１０いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記硬質皮膜３はダイヤモンド皮膜３であることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、切り屑を適宜な大きさで分断させることができ、切り屑起因の切削工具や被削材の損傷やコバ欠けの発生を抑制し、硬脆材加工における寿命を延長させ、加工能率を向上させることができる硬脆材切削加工用回転切削工具となる。

実施例１の工具本体の先端部を示す斜視図である。 実施例１の工具本体の先端部を示す正面図である。 実施例１の工具本体の先端部の要部を示す説明断面図である。 実施例１と従来品の切り屑の大きさを示すＳＥＭ画像である。 実施例１のレーザ照射方法の概略説明図である。 実施例１の別例（すくい面の全体にダイヤモンド皮膜が被覆された構成）の工具本体の先端部の要部を示す説明断面図である。 実施例１の別例（すくい面の一部に工具基材が露出している構成）の工具本体の先端部の要部を示す説明断面図である。 実施例１の別例（ねじれ刃タイプ）の工具本体の先端部の要部を示す説明断面図である。 実施例１の二次元形状測定結果を示すデータの一例である。 実施例１における実験結果を示す表である。 実施例１の実験の判定基準一覧を示す表である。 実施例１の実験の被削材の加工面を示す写真である。 実施例２の工具本体の先端部の要部を示す説明断面図である。 実施例２の別例（すくい面の全体にダイヤモンド皮膜が被覆された構成）の工具本体の先端部の要部を示す説明断面図である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

硬脆材を切削加工した場合、この切削加工によって生じた硬脆材の切り屑は、すくい面６に沿って連続的に（繋がった状態で）排出され、このすくい面６が凹設された際に形成される段差面７（すくい面６と切れ刃側切り屑排出溝形成面４とで構成される段部の段差面７）に乗り上げる若しくは突き当たることでカールの状態が強くなり、このカールが強くなったことで応力が高まり分断される。

すなわち、本発明は、すくい面６に沿って排出される切り屑を段差面７により適宜な大きさで強制的に分断させることができるものであり、被削材となる硬脆材の種類や加工条件により段差面７が適宜な位置に設けられた本発明の回転切削工具を用いることで、切削加工により生じる切り屑の大きさを適宜な大きさに制御することができる。

これにより、例えば硬脆材の切削加工においては、微細な切り屑や大きすぎる切り屑の発生が抑制され、適宜な大きさに分断された切り屑はエアブロー処理などによりスムーズに排出されることとなり、切り屑起因の切削工具や被削材の損傷やコバ欠けの発生が可及的に低減される実用性に優れた硬脆材切削加工用回転切削工具となる。

本発明の具体的な実施例１について図１～１２に基づいて説明する。

本実施例は、切り屑排出溝２を有する工具本体１の先端部に硬質皮膜３が被覆され、前記工具本体１の前記切り屑排出溝２を構成する切れ刃側切り屑排出溝形成面４に、切れ刃５から該切れ刃５に沿ってすくい面６が凹設されている硬脆材の切削加工に好適な回転切削工具である。

具体的には、本実施例は、本発明の回転切削工具を、図１，２に示すような切り屑排出溝２が工具本体１に直線状に形成されている（切り屑排出溝２が工具回転軸Ｃ周りに螺旋状に形成されていない）所謂直刃の２枚刃ボールエンドミルに構成した場合である。なお、図１，２においては、本実施例の工具本体１の先端部の形状を明確にするため、硬質皮膜３の記載は省略している。また、本発明の回転切削工具は、前記構成以外、例えば切れ刃が３枚以上の多刃ボールエンドミルや切れ刃が１枚の１枚刃ボールエンドミルはもちろん、スクエアエンドミルやラジアスエンドミルにも適用可能である。

以下、本実施例に係る構成各部について詳述する。

工具本体１の基材（工具基材）は、超硬合金製であり、図３に示すように、先端部（少なくとも逃げ面８）には硬質皮膜３が被覆されている。

具体的には、本実施例においては、硬質皮膜３はダイヤモンド皮膜３であり、ＣＶＤ法により形成されている。

また、本実施例のような工具本体１の先端部にダイヤモンド皮膜３が被覆された回転切削工具は、工具寿命が逃げ面８のダイヤモンド皮膜３の膜厚ｈに依存する。一般的にはこの逃げ面８のダイヤモンド皮膜３の膜厚ｈが５μｍ未満になると皮膜摩耗の進行が早く寿命が極端に短くなる傾向があり、また、膜厚ｈが３５μｍを超えると、超硬合金製の工具基材との密着性が必ずしも良くないというダイヤモンド皮膜３の特性上、工具基材との密着性の確保が難しく、剥離などのリスクが高まり安定的な工具寿命が得にくくなる。このようなことから、本実施例は、少なくとも逃げ面８のダイヤモンド皮膜３の膜厚ｈが５μｍ以上３５μｍ以下に設定されている。なお、本実施例は、逃げ面８のダイヤモンド皮膜３の膜厚ｈ及び後述する切れ刃側切り屑排出溝形成面４のダイヤモンド皮膜３の膜厚ｈ’がほぼ同等の膜厚に設定されている。

また、図３に示すように、切れ刃５のすくい面６は、切り屑排出溝２の切れ刃側切り屑排出溝形成面４に、切れ刃５からこの切れ刃５に沿って凹設されている。したがって、本実施例は、このすくい面６と切れ刃側切り屑排出溝形成面４との間に、このすくい面６と切れ刃側切り屑排出溝形成面４とを連設する段差面７を有する構成とされ、本実施例は、この段差面７により切り屑が適宜な大きさで分断されるように構成されている。

具体的には、すくい面６は、切れ刃５から工具本体１の内方に向かうにしたがって切れ刃側切り屑排出溝形成面４に対して離間する傾斜面となるように切れ刃側切り屑排出溝形成面４に凹設することで形成され、切れ刃側切り屑排出溝形成面４と非平行な面に構成されている。言い換えると、すくい面６は切れ刃側切り屑排出溝形成面４に向かって徐々に深くなる傾斜面となるように切れ刃側切り屑排出溝形成面４に凹設することで形成され、切れ刃側切り屑排出溝形成面４と非平行な面に構成されている。

また、本実施例のように切れ刃側切り屑排出溝形成面４とすくい面６とが互いに非平行な面になっている場合、この二面が成す角度、すなわち前述したすくい面６の傾斜角度ａが切削によって排出される切り屑に影響を与える。

具体的には、傾斜角度ａが大きくなるほど、被削材から切り出された切り屑は、切れ刃５の先端からすくい面６に沿って工具回転方向後方に位置するすくい面６の工具中心側端部に向かってスムーズに排出され、すくい面６と共に凹設された段差面７に当たり易くなるため、本発明の段差面７による切り屑分断作用が良好に発揮される。この良好な作用はボールエンドミルの切れ刃５のうち円弧状の切れ刃（ボール刃）においても見られる作用であるが、外周切れ刃（外周刃）で切削された切り屑についてより顕著である。図３において、工具回転軸Ｃに直交する断面とした場合の工具回転方向を、符号Ｔを添えた矢印で示している。さらに、硬質皮膜３（ダイヤモンド皮膜３）が被覆されたことにより丸みを帯びた切れ刃５の刃先がよりシャープになり切削抵抗を低減される効果を発揮する。しかしながら、その一方で切れ刃５の厚みが薄くなり剛性が低下したり、刃先がシャープになることで切れ刃５にカケや摩耗が生じ易くなる。

本実施例は、このようなメリットとデメリットを加味し、すくい面６の傾斜角度ａは５°以下に設定されている。

また、段差面７は前述のとおり、切削加工によってすくい面６に沿って連続的に排出される切り屑をカール・分断することを目的として設けられたものである。

図４は本実施例と段差面がない従来の回転切削工具（従来品）の夫々で硬脆材である超硬合金を切削加工した際に生じた切り屑の例を示したＳＥＭ画像であり、従来品は微細な切り屑が圧倒的多数であるのに対し、本実施例は微細な切り屑が従来品に比べて減少しており、切り屑が大型化していることが示されている。

この段差面７に関しては、高さｄが低すぎる（段差の深さが浅すぎる）と切り屑をカール・分断する作用効果が低下し、適宜な大きさの切り屑に制御することが難しくなり、逆に高すぎる（段差の深さが深すぎる）と切り屑が段差部（すくい面６と段差面７との境界部付近）に溜まってしまい詰まりが生じるなどして切り屑をスムーズに排出することができなくなるおそれがある。また、この段差面７の高さｄは、切削加工時の切込み量とも関係があり、これらを考慮して適切な高さｄに設定すると、より良好な効果が得られる。

具体的には、被削材が高硬度である場合、切込み量を大きくすることができず、これにより切り屑の厚みが薄くなることから高さが高い段差面７は不要となる。一方、被削材が低硬度である場合は切込み量を大きくすることができることから、厚い切り屑が排出されることが想定できるため、高さの高い段差面７としたほうが良い。

また、ダイヤモンド皮膜３（硬質皮膜３）の膜厚ｈが厚くなると、このダイヤモンド皮膜３が被覆された切れ刃５の刃先が丸みを帯びることになり切削抵抗の増大に繋がるが、高い段差面７を形成することで、切れ刃５の刃先のダイヤモンド皮膜３により丸みを帯びた領域が除去され、鋭利な刃先にし直す効果がもたらされることもある。

上記の点を考慮し、本実施例の段差面７は、高さｄが工具本体１の先端部に被覆されたダイヤモンド皮膜３、具体的には、すくい面６が凹設される切れ刃側切り屑排出溝形成面４に被覆されたダイヤモンド皮膜３の膜厚ｈ’の０．５倍以上８倍以下に設定されている。

本実施例は、このように高さｄが設定された段差面７にすくい面６に沿って連続的に排出された切り屑が接触し切れ刃側切り屑排出溝形成面４に乗り上げたり段差面７に突き当たることで切り屑がカール・分断されるものであるが、この段差面７の切れ刃５からの離間間隔（距離）が大きすぎると、言い換えるとすくい面６の幅ｗが広すぎると、切り屑に段差面７が関与しなくなり適宜な大きさで分断されずに延び続け、結果、大きすぎる切り屑になってしまう。また、段差面７の切れ刃５からの離間間隔（距離）が小さすぎると、言い換えるとすくい面６の幅ｗが狭すぎると、刃先に極めて近い位置で切り屑が分断されるため、刃先近傍に多くの切り屑が滞留し切り屑の噛み込みによる切れ刃５の損傷や被削材のコバ欠けが生じる原因となる。

本実施例の段差面７は、切れ刃５から３０μｍ以上３５０μｍ以下の距離を隔てた位置に設けられ（すなわち、すくい面６の幅ｗが３０μｍ以上３５０μｍ以下に設定され）、前述のような不具合が生じないように構成されている。

また、本実施例のすくい面６及び段差面７は、レーザ照射により切れ刃側切り屑排出溝形成面４の所定部位を除去することで形成されている。

具体的には、すくい面６及び段差面７は、工具本体１にして工具基材の先端部にダイヤモンド皮膜３を被覆した後、元の切れ刃の近傍、具体的には、切れ刃からこの切れ刃に沿って所定の幅で切れ刃側切り屑排出溝形成面４（元のすくい面）をダイヤモンド皮膜３とともにＮｄ：ＹＶＯ_４レーザを図５（ａ），（ｂ）に示す方向から照射して除去することにより形成されている。なお、図５（ａ），（ｂ）においては、本実施例の回転切削工具の先端部の形状を明確にするため、ダイヤモンド皮膜３の記載は省略している。また、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザの代わりに砥石などで研削して除去することにより形成しても良い。

このように、本実施例は、ダイヤモンド皮膜３を被覆した後、レーザ照射による切れ刃側切り屑排出溝形成面４の一部を除去することですくい面６及び段差面７が形成されるから、工具本体１の先端部において、図３に示すように、逃げ面８にはダイヤモンド皮膜３が被覆されているが、すくい面６及び段差面７はダイヤモンド皮膜３が被覆されていない構成（全面に工具基材が露出している構成（状態））とされている。

なお、「すくい面６の全面に工具基材が露出している構成（状態）」とは言っても、切れ刃５近傍のすくい面６は、逃げ面８におけるダイヤモンド皮膜３により形成されているため、この部分は「工具基材が露出している構成（状態）」ではないことは理の当然である。すなわち、すくい面６にして工具基材にダイヤモンド皮膜３が被覆されている部分が無い構成（状態）を「すくい面６の全面に工具基材が露出している構成（状態）」という。後述の図８及び図１３も同様に「すくい面６の全面に工具基材が露出している構成（状態）」である。

また、段差面７が形成される構成であれば、図６に示すように、すくい面６全体にダイヤモンド皮膜３が被覆されている構成、すなわち、切れ刃側切り屑排出溝形成面４に被覆されたダイヤモンド皮膜３に凹所を形成し、この凹所をすくい面６及び段差面７とする構成としても良いし、図７に示すように、すくい面６の一部に工具基材が露出している構成、言い換えると、すくい面６の一部にダイヤモンド皮膜３が被覆されている構成としても良い。

また、本実施例は、前述したように切り屑排出溝２が工具回転軸Ｃ周りに螺旋状に形成されていない所謂直刃タイプに構成されているが、直刃タイプに限らず、切り屑排出溝２が工具回転軸Ｃ周りに螺旋状に形成される所謂ねじれ刃タイプに構成しても良い。

なお、ねじれ刃タイプの構成においては、特に、切れ刃側切り屑排出溝形成面４は平面ではなく曲面となる場合があり、その断面は図８に示すような曲線となる場合がある。このように切れ刃側切り屑排出溝形成面４が曲面となる場合、すくい面６の傾斜角度ａ（切れ刃側切り屑排出溝形成面４とすくい面６とが成す角度ａ）は、例えば、切れ刃側切り屑排出溝形成面４に対応する直線とすくい面６に対応する直線との成す角度として求めることができ、具体的には、刃直角方向の二次元形状測定によって表面形状を数値として取得し、このうち、切れ刃側切り屑排出溝形成面４に対応する領域（曲線）に対して最小二乗法を用いて二次関数などで近似曲線を求め、切れ刃側切り屑排出溝形成面４と段差面７との境界部分における前記近似曲線の接線を切れ刃側切り屑排出溝形成面４に対応する直線とし、すくい面６に対応する領域に対して最小二乗法を用いて近似直線を求め、この近似直線をすくい面６に対応する直線とし、これら２つの直線の成す角度として求めれば良い。すなわち、ここで求められた２つの直線の成す角度がすくい面６の傾斜角度ａであり、この傾斜角度ａが０°の場合、「切れ刃側切り屑排出溝形成面４とすくい面６とは互いに平行である。」ということになる。

また、工具を刃直角方向で切断し、その断面図を撮影し画像認識ソフトにより数値データとして取り込むか、切れ刃側切り屑排出溝形成面４の断面を構成する曲線上の任意の複数個所をＸ－Ｙ平面の座標として手動で取り込んだ後、上記と同様に近似曲線の接線とすくい面６との成す角度として求めることもできる。

本実施例は上述のように構成したから、すくい面６に沿って排出される切り屑を段差面７により強制的にカール・分断させることができる。したがって、被削材の種類や加工条件によりすくい面６の幅ｗ（段差面７の位置）及び段差面７の高さｄが適正な値に設定された本実施例の回転切削工具を用いることで、切削加工により生じる切り屑の大きさを適宜な大きさに制御することができる。

これにより、例えば硬脆材の切削加工においては、微細な切り屑や大きすぎる切り屑の発生が抑制され、適宜な大きさに分断された切り屑はエアブロー処理などによりスムーズに排出されることとなり、切り屑起因の切削工具や被削材の損傷やコバ欠けの発生を可及的に低減することができる。

以下は、本実施例の効果を裏付ける実験である。

実験は、段差面７の高さｄ、すくい面６の傾斜角度ａ、ダイヤモンド皮膜３の膜厚ｈ’（切れ刃側切り屑排出溝形成面４の膜厚ｈ’）、すくい面６の幅ｗの各種設定条件の設定値を夫々の設定範囲内で変更した本実施例と、段差面７がない従来品とを用いて、寿命に関する評価とコバ欠けに関する評価の二種類の実験を行った。実験１，２の加工条件・方法及び評価方法の詳細は以下のとおりである。

実験１（荒加工による寿命の評価）
〈加工条件〉
使用工具：超硬合金製基材にダイヤモンド皮膜３が被覆された２枚刃ボールエンド
ミル（直径２ｍｍ、刃長１．４ｍｍ、シャンク径４ｍｍ、全長５０ｍｍ）
被削材：超硬合金ＶＭ－４０（ＴＡＳ規格）
クーラント：エアブロー
工具突き出し量：１５ｍｍ
回転速度：３０，０００回転／ｍｉｎ
送り速度：１，５００ｍｍ／ｍｉｎ
軸方向の切込み深さ：０．１ｍｍ
半径方向の切込み深さ：０．３ｍｍ
〈加工方法〉
被削材の上面方向から、４．４ｍｍ×４．４ｍｍ×深さ１．２ｍｍの四角ポケット
形状を切削加工する。
〈評価方法〉
１ポケットを加工終了する毎に工具の刃先を観察し、被削材に接触する領域に位置
する切れ刃５に隣接する逃げ面８上のダイヤモンド皮膜３が損傷し、２刃ともに超
硬合金製基材（工具基材）が露出したことが確認されたときを寿命と判断し、加工
が完了したポケット数を確認する。

実験２（仕上げ加工によるコバ欠けの評価）
〈加工条件〉
使用工具：超硬合金製基材にダイヤモンド皮膜３が被覆された２枚刃ボールエンド
ミル（直径２ｍｍ、刃長１．４ｍｍ、シャンク径４ｍｍ、全長５０ｍｍ）
被削材：超硬合金ＶＭ－４０（ＴＡＳ規格）
クーラント：エアブロー
工具突き出し量：１５ｍｍ
回転速度：３０，０００回転／ｍｉｎ
送り速度：１，５００ｍｍ／ｍｉｎ
軸方向の切込み深さ：０．０５ｍｍ
半径方向の切込み深さ：０．０５ｍｍ
〈加工方法〉
被削材の上面に、５ｍｍ×５ｍｍ×深さ０．０５ｍｍ（軸方向の切込み深さ分）の
大きさの領域を切削加工する。
〈評価方法〉
被削材稜線におけるコバ欠けの状態（コバ欠け幅）を確認する。

また、本実験において、段差面７の高さｄ、すくい面６の幅ｗ（切れ刃５から段差面７までの離間間隔）、すくい面６の傾斜角度ａ（切れ刃側切り屑排出溝形成面４とすくい面６との成す角度ａ）などの測定は、形状解析レーザ顕微鏡（キーエンス社製 ＶＫ－Ｘ１６０）を使用した。具体的には、所定の治具で本実施例を所定の位置と所定の姿勢となるようにセットし、逃げ面８から切れ刃５の刃先を経由してすくい面６、段差面７、切れ刃側切り屑排出溝形成面４までの範囲を切れ刃５に直角な方向にレーザによりプロファイルを検出し、このプロファイルのうち、切れ刃側切り屑排出溝形成面４に対応する領域及びすくい面６に対応する領域の夫々について最小二乗法を用いた近似直線を描き（取得し）、これらの近似直線を用いてすくい面６の傾斜角度ａ、段差面７の高さｄ、及びすくい面６の幅ｗを測定（算出）した（図９はこの測定の二次元形状測定結果を示すものである。）。

具体的には、すくい面６の傾斜角度ａとして、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面４に対応する領域の近似直線（以下、溝形成面近似直線という。）と前記すくい面６に対応する領域の近似直線（以下、すくい面近似直線という。）との成す角度を測定（算出）した。すなわち、ここで求められた２つの近似直線の成す角度がすくい面６の傾斜角度ａであり、この傾斜角度ａが０°の場合、「切れ刃側切り屑排出溝形成面４とすくい面６とは互いに平行である。」ということになる。

また、段差面７の高さｄとして、前記溝形成面近似直線と段差面７との交点から前記すくい面近似直線に向けて前記溝形成面近似直線の垂線を描き（取得し）、前記すくい面近似直線と前記垂線の交点までの距離を測定（算出）した。

なお、上記の他、本実施例を一部破壊（除去）して切れ刃５に直角な断面を形成し、この断面上において前記の傾斜角度ａ、段差面７の高さｄ、すくい面６の幅ｗを測定しても良い。また、前記の二次元形状測定によるプロファイルを利用する方法を採用すれば、前述したように、図８で例示される切れ刃側切り屑排出溝形成面４が曲面となる場合においても、前記近似曲線の接線（すなわち、切れ刃側切り屑排出溝形成面４に対応する領域（曲線）に対して最小二乗法を用いて二次関数などで近似曲線を求め、切れ刃側切り屑排出溝形成面４と段差面７との境界部分における前記近似曲線の接線）を溝形成面近似直線として利用して、同様に傾斜角度ａ、段差面７の高さｄ、すくい面６の幅ｗを測定（算出）することができる。

図１０は、本実施例及び従来品における各種設定条件及び各評価の結果を示したものである。この図１０に示される実験結果に基づき本実施例の効果の裏付けについて説明する。

なお、図１０及び図１１において、加工ポケット個数の評価に関し、従来品（実験Ｎｏ．１）に対して加工ポケット個数が６倍以上を◎、３倍以上６倍未満を○、３倍未満を×で表した。また、コバ欠けの評価に関し、図１２に示すように被削材の正面視及び上面視（平面視）における被削材稜線に直交する方向でのコバ欠け幅が０．０５ｍｍ未満を◎、０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満を○、０．１ｍｍ以上を×で表した。

段差面７のない従来品（実験Ｎｏ．１）に対し、すくい面６の幅ｗとこのすくい面６の傾斜角度ａを固定し、段差面７の高さｄのみを変更したところ、切れ刃側切り屑排出溝形成面４に被覆されたダイヤモンド皮膜３の膜厚ｈ’に対する段差面７の高さｄの倍率（ｄ／ｈ’）が０．５倍以上８倍以下の範囲で加工可能なポケット個数が多く（寿命が長く）良好な評価結果が得られており、中でも前記倍率が１倍を超え３倍未満の範囲において特に良好な評価結果が得られ、本実験においては前記倍率が２．６倍の時に加工可能なポケット個数が最大となった。

なお、図１０には記載していないが、この切れ刃側切り屑排出溝形成面４に被覆されたダイヤモンド皮膜３の膜厚ｈ’に対する段差面７の倍率が大きすぎると却って切り屑の詰まりを誘発することから、加工可能なポケット個数は減少したことを確認済みである。また、逆に倍率が小さすぎる場合においても段差面７の効果が十分に発揮されず、加工可能なポケット個数は減少したことも確認済みである。また、段差面７の高さｄが切れ刃側切り屑排出溝形成面４に被覆されたダイヤモンド皮膜の膜厚ｈ’よりも低い条件（実験Ｎｏ．２：倍率（ｄ／ｈ’）＝０．５）は、前述の通り従来品に比較して良好な評価結果が得られているものの、比較した他の条件（実験Ｎｏ．３，５，７，８）の中では加工可能なポケット個数が最も少ない結果となった。これは、すくい面６がダイヤモンド皮膜３に覆われたままの状態であることから、加工中にダイヤモンド皮膜３が損傷しその影響が切れ刃５の広い範囲にまで伝播することで損傷が進み易かったことも一因と考えられる。すなわち、すくい面６にダイヤモンド皮膜３が被覆されていない条件（すくい面６が露出している条件）のほうが良いことが確認できた。

また、すくい面６と逃げ面８の交差稜線部には、ダイヤモンド皮膜３により丸みを帯びた領域が形成されるが、段差面７の高さｄが高くなるにしたがって、この丸みを帯びた領域も除去されて小さくなる。これにより、切削抵抗の低減と被削材に対する切れ刃５の食いつき向上という効果が得られるため、図１０に示すようにコバ欠けの評価は良好となった（実験Ｎｏ．２，３，５，７，８）。

また、段差面７の高さｄとすくい面６の幅ｗを固定し、すくい面６の傾斜角度ａ、すなわち、切れ刃側切り屑排出溝形成面４とすくい面６との成す角度のみを変更したところ、傾斜角度ａが３°の時に加工可能なポケット個数が最大となった。

また、実験Ｎｏ．１の従来品と同じく傾斜角度ａが０゜の実験Ｎｏ．４においても、加工ポケット個数比は６．３と良好な結果を示し、コバ欠けについても良好であった。傾斜角度ａが０゜であっても、段差面７が設けられ切り屑のカール・分断が行われたこと、及び切れ刃５の刃先のダイヤモンド皮膜３により丸みを帯びた領域が除去され切れ味が向上したことにより、加工ポケット個数、コバ欠け評価ともに従来品に対して改善した。その他、すくい面の傾斜角度ａをより小さく場合（－３°：本実施例と反対方向に傾斜、すなわち切れ刃５から工具本体１の内方に向かうにしたがって切れ刃側切り屑排出溝形成面４に対して接近する傾斜）や、より大きくした場合（７°、１０°）でも、従来品と比較して加工ポケット個数とコバ欠け評価において良好な結果が得られたが、本実施例で示した結果、すなわち、傾斜角度ａが０°以上５°以下である場合が特に良好であることを確認済みである（実験Ｎｏ．４～６）。なお、「傾斜角度ａが０°」とは、実施例２で後述するとおり、切れ刃側切り屑排出溝形成面４とすくい面６とを互いに平行な面に形成した場合である。

また、段差面７の高さｄとすくい面６の傾斜角度ａを固定し、すくい面６の幅ｗのみを変更したところ、すくい面６の幅ｗが３０μｍ～３５０μｍの範囲で、寿命を示す加工ポケット個数とコバ欠け評価の両方が従来品を上回る良好な結果が得られ、その中でも５０μｍ～３００μｍの範囲に設定したものが特に良好な結果であった。

すくい面６の幅ｗを広くし過ぎると、切り屑のカール・分断が機能しなくなって切り屑がスムーズに排出されず、これによって大きな切り屑を噛み込むことによる工具損傷が起こり易くなり、また、逆に狭くし過ぎると、切り屑のカール・分断が切れ刃近傍で生じることからかえって切り屑の噛み込みを誘発し、その結果工具損傷・被削材損傷が進んでしまう。このため、すくい面６の幅ｗは上記の範囲に設定することが好ましい（実験Ｎｏ．５，９～１４）。

またさらに、段差面７の高さｄ、すくい面６の傾斜角度ａ、すくい面６の幅ｗを上記で検討した最適値に固定し、切れ刃側切り屑排出溝形成面４のダイヤモンド皮膜３の膜厚ｈ’を変化させて評価を行った。ここで段差面７の高さｄは、先に行った実験において加工可能なポケット個数が最も良好であった切れ刃側切り屑排出溝形成面４に被覆されたダイヤモンド皮膜の膜厚ｈ’に対する段差面７の高さｄの倍率が約２．６となるエンドミルを用いた。膜厚ｈ’が５μｍ以上３５μｍ以下の範囲のものが加工可能なポケット個数が多く（寿命が長く）、また、コバ欠け評価の結果も良好となった（実験Ｎｏ．１５～１９）。

また、膜厚ｈ’が８μｍ以上３０μｍ以下の範囲で、加工可能なポケット個数及びコバ欠け評価は極めて良好となった（実験Ｎｏ．１６～１８）。これは、硬脆材加工において重要な要素であるダイヤモンド皮膜３の膜厚ｈ（ｈ’）が厚くなったことで皮膜が摩滅するまでに切削加工された被削材の除去体積が増加したこと、コバ欠け評価のような仕上げ加工においても早期の工具損傷が抑えられるようになったことによるものと考える。このため、膜厚ｈ’は８μｍ以上３０μｍ以下の範囲に設定することが特に好ましい。

なお、膜厚ｈ’が５μｍ未満の場合、逃げ面８の膜厚ｈも同程度に薄いため切削加工時にダイヤモンド皮膜３が損傷（摩耗）し易く、加工可能なポケット個数は従来品とさほど変わらなかった（９～１２個）こと、及びコバ欠け評価結果も従来品と同等であることを確認済みである。膜厚ｈ’が３５μｍを超えると、切削抵抗に対する工具基材へのダイヤモンド皮膜３の密着性が相対的に低下するため、工具損傷（剥離）が早期に発生し加工可能なポケット個数は従来品とさほど変わらなかった（７～１２個）こと及びコバ欠け評価結果も従来品と同等であることを確認済みである。

本発明の具体的な実施例２について図１３，１４に基づいて説明する。

本実施例は、実施例１の回転切削工具において、すくい面６の傾斜角度ａを０°に設定した場合、すなわち、切れ刃側切り屑排出溝形成面４とすくい面６とを互いに平行な面に形成した場合である。

図１３，１４に示すように、すくい面６の傾斜角度ａを０°に設定した場合（すくい面６の全面に工具基材が露出している構成及びすくい面６の全面にダイヤモンド皮膜３が被覆された構成のいずれも）も、前述した実施例１と同様の作用効果が発揮される。なお、図１０の実験Ｎｏ．４は、図１３に示す実施例２の構成（すくい面６の全面に工具基材が露出している構成）のものであり、良好な作用効果が発揮されていることが示されている。

なお、本発明は、実施例１，２に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

１ 工具本体
２ 切り屑排出溝
３ 硬質皮膜，ダイヤモンド皮膜
４ 切れ刃側切り屑排出溝形成面
５ 切れ刃
６ すくい面
７ 段差面
ａ すくい面の傾斜角度
ｄ 段差面の高さ
ｈ’ 切れ刃側切り屑排出溝形成面の硬質皮膜の膜厚

Claims (11)

1. 切り屑排出溝を有する工具本体の先端部に硬質皮膜が被覆された硬脆材切削加工用回転切削工具であって、前記工具本体の前記切り屑排出溝を構成する切れ刃側切り屑排出溝形成面は、膜厚が５μｍ以上３５μｍ以下に設定された前記硬質皮膜が被覆され、さらに、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面に、切れ刃から該切れ刃に沿ってすくい面が凹設され、このすくい面の凹設により形成される階段状段差部における該すくい面と前記切れ刃側切り屑排出溝形成面とを連設する段差面は、前記切れ刃から３０μｍ以上３５０μｍ以下の距離をおいた位置に設けられ、且つ、前記段差面の高さが前記切れ刃側切り屑排出溝形成面における前記硬質皮膜の膜厚の０．５倍以上８倍以下に設定され、この段差面に前記すくい面に沿って連続的に排出された切り屑が接触し前記切れ刃側切り屑排出溝形成面に乗り上げるか、または、この段差面に前記すくい面に沿って連続的に排出された切り屑が突き当たるか、いずれかにより前記切り屑のカールが強まり分断するように構成されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具。
2. 請求項１記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記段差面は、前記すくい面に対して直角若しくは鋭角を成すように設けられ、前記すくい面に沿って連続的に排出された切り屑が突き当たるように構成され、この段差面に前記切り屑が突き当たることで該切り屑のカールが強まり分断するように構成されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具。
3. 請求項１，２いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面と前記すくい面とは互いに非平行であり、前記すくい面は前記切れ刃から前記工具本体の内方に向かうにしたがって前記切れ刃側切り屑排出溝形成面に対して離間する傾斜面となるように構成されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具。
4. 請求項３記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記すくい面の傾斜角度は５°以下に設定されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具。
5. 請求項１，２いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面と前記すくい面とは互いに平行であることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具。
6. 請求項１～５いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記段差面の高さは、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面における前記硬質皮膜の膜厚の１倍を超え３倍未満に設定されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具。
7. 請求項１～５いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面における前記硬質皮膜の膜厚が８μｍ以上３０μｍ以下に設定されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具。
8. 請求項１～５いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面における前記硬質皮膜の膜厚が８μｍ以上３０μｍ以下に設定され、また、前記段差面の高さは、前記切れ刃側切り屑排出溝形成面における前記硬質皮膜の膜厚の１倍を超え３倍未満に設定されていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具。
9. 請求項１～８いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記すくい面の一部若しくは全面に工具基材が露出していることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具。
10. 請求項１～９いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記すくい面と前記段差面との境界は、前記切れ刃から５０μｍ以上３００μｍ以下の距離をおいた位置に設けられていることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具。
11. 請求項１～１０いずれか１項に記載の硬脆材切削加工用回転切削工具において、前記硬質皮膜はダイヤモンド皮膜であることを特徴とする硬脆材切削加工用回転切削工具。

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