JP2000280105A

JP2000280105A - 切削工具

Info

Publication number: JP2000280105A
Application number: JP11087054A
Authority: JP
Inventors: Masaru Matsubara; 優松原
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】切削加工の際に、切削工具に亀裂が発生する
ことを防止できる切削工具を提供すること。【解決手段】硬質材料からなり、表面に研磨傷を有す
る切削工具において、すくい面の面粗度Ｒｙが３．０以
下で、しかも、すくい面の研磨傷方向が所定の切れ刃の
伸びる方向に対して１０〜１７０゜の角度をなすことを
特徴とする切削工具。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばセラミック
等からなるチップなどの切削工具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば鉄鋼材料からなる部品
を切削する場合には、例えばセラミックからなる直方体
形状の切削工具（ネガチップ）を用いている。そして、
この切削工具をホルダの先端に取り付け、切削工具の切
れ刃を回転する被削材に押し当てて切削加工を行ってい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た切削加工を行う場合には、切削工具の切れ刃の近傍に
大きな応力が発生するために、すくい面及び逃げ面上に
切れ刃から亀裂が発生するという問題があった。

【０００４】本発明は上記の問題点を鑑みて提案された
ものであり、切削加工の際に、切削工具に亀裂が発生す
ることを防止できる切削工具を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、切削工具の
表面を研磨する際の研磨傷が、面粗度が大きいほど、ま
た、切れ刃に対して並行に近いほど、切削工具の上下方
向の力（主分力）により発生する亀裂が発達し易くなる
ことを見い出し、本発明を完成した。

【０００６】（１）請求項１の発明は、硬質材料からな
り、表面に研磨傷を有する切削工具において、すくい面
の面粗度Ｒｙが３．０以下で、該すくい面の研磨傷方向
が所定の切れ刃の伸びる方向に対して１０〜１７０゜の
角度をなすことを特徴とする切削工具を要旨とする。

【０００７】本発明では、すくい面の面粗度Ｒｙが３．
０以下で、例えば図１に示す様に、研磨傷方向と切れ刃
の伸びる方向（以下切れ刃方向とも記す）とが１０〜１
７０゜の角度であるので、後の実験例でも示す様に、亀
裂が発生し難く、耐欠損性に優れており、長寿命であ
る。

【０００８】例えば図２（ａ）に示す様に、本発明の切
削工具（図２ではチップ）を切削方向（矢印方向）に移
動させて（又は被削材を移動させて）切削加工を行う場
合には、研磨傷方向と切削方向側の切れ刃の切れ刃方向
とが、十分に大きな角度を有しているので、亀裂の発生
を防止できる。それに対して、図２（ｂ）に示す様に、
研磨傷方向と切れ刃方向とが平行に近い場合（例えば１
０゜未満）は、亀裂が発生し易い。

【０００９】尚、ここで面粗度Ｒｙとは、ＪＩＳＢ０
６０１−１９９４に規定される最大高さ（Ｒｙ）である
（以下同様）。（２）請求項２の発明は、前記研磨傷方向が全ての切れ
刃の伸びる方向に対して１０゜以上の角度をなすことを
特徴とする前記請求項１に記載の切削工具を要旨とす
る。

【００１０】例えば直方体形状のネガチップの場合、通
常は、上下のすくい面の周囲に合計８個の切れ刃がある
が、この全ての切れ刃において、研磨傷方向と切れ刃方
向との角度が十分に大きいと（１０゜以上）、どの切れ
刃を切削方向に向けて切削加工を行った場合でも、亀裂
の発生を抑制することができ、ネガチップを長く使用す
ることが可能となる。

【００１１】（３）請求項３の発明は、前記研磨傷方向
が前記切れ刃の伸びる方向に対して３０〜６０゜の角度
をなすことを特徴とする前記請求項１又は２に記載の切
削工具を要旨とする。研磨傷方向が切れ刃方向に対して
３０〜６０゜の角度であると、後の実験例でも示す様
に、亀裂の発生の抑制効果が一層大きく好適である。

【００１２】（４）請求項４の発明は、硬質材料からな
り、表面に研磨傷を有する切削工具において、すくい面
の面粗度Ｒｙが３．０以下で、該すくい面の研磨傷方向
が所定の切れ刃の伸びる方向に対してランダムであるこ
とを特徴とする切削工具を要旨とする。

【００１３】本発明では、すくい面の面粗度Ｒｙが３．
０以下で、研磨傷方向と切れ刃方向とがランダムである
ので、後の実験例でも示す様に、亀裂が発生し難く、耐
欠損性に優れており、長寿命である。（５）請求項５の発明は、硬質材料からなり、表面に研
磨傷を有する切削工具において、逃げ面の面粗度Ｒｙが
３．０以下で、該逃げ面の研磨傷方向が所定の切れ刃の
伸びる方向に対して０〜２０゜の角度をなすことを特徴
とする切削工具を要旨とする。

【００１４】本発明では、逃げ面の面粗度Ｒｙが３．０
以下で、例えば図３に示す様に、研磨傷方向と切れ刃方
向とが０〜２０゜であるので、後の実験例でも示す様
に、亀裂が発生し難く、耐欠損性に優れており、長寿命
である。（６）請求項６の発明は、前記逃げ面の面粗度Ｒｙが
３．０以下で、該逃げ面の研磨傷方向が所定の切れ刃の
伸びる方向に対して０〜２０゜の角度をなすことを特徴
とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具を
要旨とする。

【００１５】本発明は、前記請求項１〜４のすくい面側
の研磨傷を規定した発明に、請求項５の逃げ面側の研磨
傷を規定した発明を組み合わせたものである。この様な
構成を有する本発明は、後の実験例でも示す様に、すく
い面及び逃げ面のどちらか一方の研磨傷方向の規定のみ
の場合と比べて、一層亀裂が発生し難く、耐欠損性に優
れており、長寿命である。

【００１６】（７）請求項７の発明は、破壊靱性が、３
〜８ＭＰａ・ｍ^1/2であることを特徴とする前記請求項
１〜６のいずれかに記載の切削工具を要旨とする。本発
明では、破壊靱性が、３〜８ＭＰａ・ｍ^1/2であるの
で、後の実験例でも示す様に、亀裂が発生し難い。

【００１７】尚、切削工具として使用する材料の破壊靱
性（亀裂に対する抵抗力）の大小により、切削加工の際
に加わる応力によって発生する亀裂の入り易さが異なる
ため、靱性の低い材料ほど面粗度を良くして応力集中を
避ける必要がある。ここで、前記破壊靱性の値は、ＪＩ
ＳＲ１６０７−１９９０に規定されるＩＦ法により測
定されるものである。

【００１８】（８）請求項８の発明は、硬質材料がセラ
ミック又はサーメットであることを特徴とする前記請求
項１〜７のいずれかに記載の切削工具を要旨とする。本
発明は、切削工具の材質を例示したものである。

【００１９】この硬質材料としては、アルミナ、アルミ
ナ−ＴｉＣ、窒化珪素、サーメットなどが挙げられる。
尚、セラミックを材料とする切削工具は、セラミック焼
結体からなるものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の切削工具の実施の
形態の例（実施例）を、図面を参照して説明する。（実施例）本実施例では、硬質材料であるセラミックか
らなる切削工具、例えば窒化珪素焼結体からなる切削工
具を例に挙げる。

【００２１】ａ）まず、本実施例の切削工具について説
明する。図４に示す様に、本実施例の切削工具１は、Ｉ
ＳＯ規格：ＳＮＧＮ１２０４０８形状のネガチップであ
る。具体的には、すくい面３側の周囲の各辺（切れ刃）
５が各々１２．７ｍｍ、厚さが４．７６ｍｍの直方体の
チップである。尚、切れ刃５には、面取り加工（チャン
ファー加工）が施されている。

【００２２】前記切削工具１のすくい面３の面粗度Ｒｙ
は３．０以下であり、すくい面３の研磨傷方向が所定の
切れ刃５の切れ刃方向に対して１０〜１７０゜の範囲内
の角度をなしている。また、逃げ面７の研磨傷方向が所
定の切れ刃方向に対して０〜２０゜の範囲内の角度をな
している。更に、切削工具１の破壊靱性は３〜８ＭＰａ
・ｍ^1/2の範囲内である。

【００２３】ｂ）次に、本実施例の切削工具１の製造方
法について説明する。硬質材料として、平均粒径１．０
μｍ以下の主成分の窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）粉末（酸素含
有量１．３ｗｔ％）を９５重量％と、平均粒径１．０μ
ｍ以下の焼結助剤のＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂
Ｏ₃、Ｃｅ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂粉末の１種以上（残部）とを秤
量する。

【００２４】次に、この秤量した材料を、Ｓｉ₃Ｎ₄製ボ
ール、Ｓｉ₃Ｎ₄製内壁ポットを用いて、エタノール溶媒
にて９６時間混合し、スラリーとする。次に、このスラ
リーを、３２５メッシュの篩を通し、エタノール溶解し
たマイクロワックス系の有機バインダを５．０重量％添
加し、スプレードライする。

【００２５】次に、得られた造粒粉末を、ＩＳＯ規格：
ＳＮＧＮ１２０４０８形状になるようにプレス成形した
後、１気圧に設定された窒素雰囲気中で、８７３Ｋ（絶
対温度の単位をＫと記す）で６０分加熱して脱ワックス
を行う。次に、１次焼結を行う。この１次焼結は、１０
０〜３００ｋＰａに設定された窒素雰囲気中で、１９７
３〜２１７３Ｋで２４０分加熱して、焼結を行うもので
ある。

【００２６】次に、ＨＩＰにて２次焼結を行って、窒化
珪素焼結体とするこの２次焼結は、１０〜１００ＭＰａ
に設定された窒素雰囲気中で、１９７３〜２０２３Ｋで
１２０分加熱して、焼結を行うものである。次に、窒化
珪素焼結体を、ＩＳＯ規格：ＳＮＧＮ１２０４０８形状
に研磨加工するが、この研磨加工の際に、以下の様に研
磨傷方向を決める。

【００２７】まず、すくい面３の研磨傷方向を前記範囲
（１０〜１７０゜）に設定する場合には、市販の工具研
削盤（両頭研削盤）を用いる。そして、切削工具１をダ
イヤモンド砥石上に設置する治具（キャリヤ）の角度を
調節する。例えば図５に示す様に、研磨方向が矢印Ａ方
向である場合には、切削工具１の切れ刃方向が矢印Ａ方
向と平行にならない様（例えば矢印Ａ方向と４５゜の角
度となる様）に配置する。そして、この状態で前記工具
研削盤を稼働させて研磨を実施する。

【００２８】また、逃げ面７の研磨傷方向を前記範囲
（０〜２０゜）に設定する場合には、回転するダイヤモ
ンド砥石に対して、切削工具１を保持するチャックの方
向を調節する。例えば砥石の回転面に対して、切削工具
１を所定角度傾けた状態で、切削工具１の逃げ面７を砥
石に接触させて研磨を実施する。

【００２９】更に、面粗度を前記範囲（３．０以下）に
設定する場合には、ダイヤモンド砥石の番手（粒／集中
度）、切込み量、砥石の回転速度、砥石のドレッシング
（目立て）間隔を調節する。従って、この様にして得ら
れた本実施例の切削工具１は、上述したすくい面３及び
逃げ面７の研磨傷方向、及び面粗度の特徴を有するもの
である。

【００３０】ｃ）次に、本発明の範囲の切削工具の効果
を確認するために行った実験例について説明する。ま
ず、実験に用いる切削工具として、各種の硬質材料から
なる試料No.１〜２０の切削工具を作製した。具体的に
は、アルミナ、アルミナ−ＴｉＣ、窒化珪素、サーメッ
トからなるＩＳＯ規格：ＳＮＧＮ１２０４０８の切削工
具を作製した。尚、逃げ面及びすくい面にはチャンファ
ー加工を行った。

【００３１】また、試料No.１〜２０の切削工具の研磨
傷方向及び面粗度を調節するために、前記実施例に記載
した様な、すくい面の加工方法、逃げ面の加工方法、面
粗度の調節方法を用いた。尚、試料No.８のすくい面に
対しては、研磨傷がランダムに形成されるランダム研削
加工を行った。このランダム研削加工には、砥石とチッ
プチャリアが共に回転する研削盤を用いた。

【００３２】そして、これらの試料No.１〜２０の切削
工具に対して、下記の(i)，(ii)の測定を行った。ま
た、下記の条件(iii)にて、切削テストを行った。尚、
切削テストの評価は、被削材の表面の凸部（山）をいく
つ加工できたかによって行った。

【００３３】(i)＜面粗度Ｒｙの測定＞すくい面、逃げ面ともに、研磨傷に対して垂直方向に、
各々の面粗度Ｒｙ（ＪＩＳＢ０１６０１−１９９４に
準拠）を測定した。 (ii)＜破壊靱性の測定＞切削工具のすくい面を、ダイヤモンド砥粒を含む研磨剤
で鏡面研磨し、ＪＩＳＲ１６０７−１９９０に規定され
るＩＦ法で測定した。

【００３４】 (iii)＜切削テスト条件＞・テスト（アルミナ系の評価：図６（ａ）参照）被削材材質：ＪＩＳＦＣ３００被削材形状：外径φ２５０ｍｍ×長さ２００ｍｍ：溝深さ１０ｍｍ×溝幅６ｍｍ×溝間隔１０ｍｍ切削速度：Ｖ＝５００ｍ／ｍｉｎ送り量：ｆ＝０．２５ｍｍ／ｒｅｖ切込み：ｄ＝１．０ｍｍ乾湿：ＤＲＹ・テスト（アルミナ−ＴｉＣ系の評価：図６（ｂ）参照）被削材材質：ＪＩＳＳＣＭ４３０（ＨＲＣ＝６０）：浸炭焼き入れ鋼被削材形状：外径φ６０ｍｍ×長さ２００ｍｍ：溝深さ５ｍｍ×溝幅６ｍｍ×溝間隔２０ｍｍ切削速度：Ｖ＝１５０ｍ／ｍｉｎ送り量：ｆ＝０．４５ｍｍ／ｒｅｖ切込み：ｄ＝１．５ｍｍ乾湿：ＷＥＴ・テスト（窒化珪素系の評価：図６（ｃ）参照）被削材材質：ＪＩＳＦＣ３００被削材形状：外径φ２５０ｍｍ×長さ２００ｍｍ：溝深さ１０ｍｍ×溝幅６ｍｍ×溝間隔１０ｍｍ切削速度：Ｖ＝１５０ｍ／ｍｉｎ送り量：ｆ＝１．５ｍｍ／ｒｅｖ切込み：ｄ＝２．０ｍｍ乾湿：ＤＲＹ・テスト（サーメット系の評価：図６（ｄ）参照）被削材材質：ＪＩＳＳＣＭ４３０（ＨＲＣ＝５０）被削材形状：外径φ６０ｍｍ×長さ２００ｍｍ：溝深さ５ｍｍ×溝幅６ｍｍ×溝間隔２０ｍｍ切削速度：Ｖ＝１５０ｍ／ｍｉｎ送り量：ｆ＝０．１ｍｍ／ｒｅｖ切込み：ｄ＝０．３ｍｍ乾湿：ＤＲＹそして、上述した(i)、(ii)の測定結果、及び(iii)〜
の切削テスト結果を、下記表１に示した。

【００３５】

【表１】

【００３６】この表１から明かな様に、破壊靱性が３〜
８ＭＰａ・ｍ^1/2であり、すくい面の面粗度Ｒｙが３．
０以下で、すくい面の研磨傷方向が切れ刃方向に対して
１０〜１７０゜の角度をなす試料No.１〜７，１１，１
２（請求項１の発明品）は、亀裂が発生し難く、加工山
数が多いので、好適である。

【００３７】このうち、研磨傷方向が切れ刃方向に対し
て３０〜６０゜の角度をなす試料No.２〜４は、加工山
数が一層多く、更に好適である？？。また、逃げ面の面
粗度Ｒｙが３．０以下で、逃げ面の研磨傷方向が切れ刃
方向に対して０〜２０゜の角度をなす試料No.１〜７，
９，１０（請求項５の発明品）は、加工山数が多く好適
である。

【００３８】特に、すくい面の研磨傷方向が切れ刃方向
に対して１０〜１７０゜の角度をなし、且つ逃げ面の研
磨傷方向が切れ刃方向に対して０〜２０゜の角度をなす
試料No.１〜７（請求項６の発明品）は、亀裂が発生し
難く、一層加工山数が多く、極めて望ましいものであ
る。

【００３９】また、すくい面の面粗度Ｒｙが３．０以下
で、すくい面の研磨傷方向が切れ刃方向に対してランダ
ムである試料No.８（請求項４の発明品）は、加工山数
が２０と非常に多く、望ましいものである。また、アル
ミナ以外の硬質材料に関しても、同様な傾向が伺える。

【００４０】それに対して、すくい面又は逃げ面の面粗
度Ｒｙが３．０を上回る試料No.１４，１５は、亀裂が
発生し易く、加工山数が少ないので、好ましくない。ま
た、すくい面及び逃げ面の研磨傷方向が、共に本発明の
範囲外の試料No.１３は、亀裂が発生し易く、加工山数
が少ないので、好ましくない。

【００４１】尚、本発明は前記実施例になんら限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て種々の態様で実施しうることはいうまでもない。例え
ば切削工具として（ノーズ部が直角の）ネガタイプチッ
プを例に挙げたが、本発明は、（ノーズ部が鋭角の）ポ
ジタイプのチップにも適用できる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明の切削工具
は、前記所定の面粗度や、所定方向の研磨傷を有してい
るので、切削加工の際に、亀裂が発生し難く、耐欠損性
に優れており、長寿命であるという顕著な効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】すくい面の研磨傷方向と切れ刃方向の関係を
示す説明図である。

【図２】研磨傷方向と亀裂との関係を示し、（ａ）は
本発明の切削工具の使用状態を例示する説明図、（ｂ）
は比較例の切削工具の使用状態を示す説明図である。

【図３】逃げ面の研磨傷方向と切れ刃方向の関係を示
す説明図である。

【図４】実施例の切削工具を示す斜視図である。

【図５】研磨方法を示す説明図である。

【図６】切削テストを示す説明図である。

【符号の説明】

１…切削工具３…すくい面５…切れ刃７…逃げ面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硬質材料からなり、表面に研磨傷を有す
る切削工具において、すくい面の面粗度Ｒｙが３．０以
下で、該すくい面の研磨傷方向が所定の切れ刃の伸びる
方向に対して１０〜１７０゜の角度をなすことを特徴と
する切削工具。
【請求項２】前記研磨傷方向が全ての切れ刃の伸びる
方向に対して１０゜以上の角度をなすことを特徴とする
前記請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】前記研磨傷方向が前記切れ刃の伸びる方
向に対して３０〜６０゜の角度をなすことを特徴とする
前記請求項１又は２に記載の切削工具。
【請求項４】硬質材料からなり、表面に研磨傷を有す
る切削工具において、すくい面の面粗度Ｒｙが３．０以
下で、該すくい面の研磨傷方向が所定の切れ刃の伸びる
方向に対してランダムであることを特徴とする切削工
具。
【請求項５】硬質材料からなり、表面に研磨傷を有す
る切削工具において、逃げ面の面粗度Ｒｙが３．０以下
で、該逃げ面の研磨傷方向が所定の切れ刃の伸びる方向
に対して０〜２０゜の角度をなすことを特徴とする切削
工具。
【請求項６】前記逃げ面の面粗度Ｒｙが３．０以下
で、該逃げ面の研磨傷方向が所定の切れ刃の伸びる方向
に対して０〜２０゜の角度をなすことを特徴とする前記
請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具。
【請求項７】破壊靱性が、３〜８ＭＰａ・ｍ^1/2であ
ることを特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載
の切削工具。
【請求項８】硬質材料がセラミック又はサーメットで
あることを特徴とする前記請求項１〜７のいずれかに記
載の切削工具。