総形フライス工具およびその刃部の製造方法
【課題】 刃部全体を超硬ソリッドとし総形フライス工具において、製造時の研削加工の負荷と刃部の折損の危険性を減らした総形フライス工具を提供する。
【解決手段】 刃部１の全体が超硬合金製からなり、刃部１は接続部２を介してシャンク部３に着脱可能に接続した総形フライス工具であって、刃部１の第一逃げ面９に続く第二逃げ面７が、グリーン成形体の加工肌とした総形フライス工具である。総形フライス工具の刃部の製造方法は、グリーン成形体を製造した後に刃溝相当部分を残した状態で、第一逃げ面より縮径した第二逃げ面を形成した後に、このグリーン成形体を焼結して得た焼結体に、少なくとも最小径凹状部において刃溝１０と第一逃げ面９を研削加工する。
【解決手段】 刃部１の全体が超硬合金製からなり、刃部１は接続部２を介してシャンク部３に着脱可能に接続した総形フライス工具であって、刃部１の第一逃げ面９に続く第二逃げ面７が、グリーン成形体の加工肌とした総形フライス工具である。総形フライス工具の刃部の製造方法は、グリーン成形体を製造した後に刃溝相当部分を残した状態で、第一逃げ面より縮径した第二逃げ面を形成した後に、このグリーン成形体を焼結して得た焼結体に、少なくとも最小径凹状部において刃溝１０と第一逃げ面９を研削加工する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刃部の全体が超硬合金からなり、刃部の切刃のくびれが大きい超硬合金製の刃部を、接続部を介してシャンク部に着脱可能に接続した新規な総形フライス工具、およびこの超硬合金製からなる総形フライス工具の刃部の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切削工具においてその刃部の切刃の軸心方向に対する径が大きく異なり、くびれが大きい総形フライス工具として、クリスマスカッタ及びダブテールカッタが代表的なものである。クリスマスカッタは、タービン翼を回転軸（ロータ）に取り付けるクリスマスツリー状の接続用溝を加工する工具である。この工具はクリスマスツリー状の接続用溝の形状に対応して、くびれた刃部を有する。すなわち、刃部の外周切れ刃の刃先径は、クリスマスツリー状の溝幅の変化に対応して増減してくびれ、工具先端ほど小径となっている。
【０００３】
くびれた形状の刃部を有するクリスマスカッタは、工具の製造上においても、切削加工に使用する際においても、最もくびれの大きい工具の先端近傍で折損するという危険を抱えている。このような理由により、通常のクリスマスカッタは、刃部が高速度工具鋼で製作されているのが主流である。
クリスマスカッタの寿命を延ばすためには、刃部を超硬合金製とするのが望ましい。しかし、刃部の全体が超硬合金からなる、いわゆる超硬合金ソリッドで製造することは、工具の製造自体が困難であること、製造時において工具の加工時間が長くなること、および使用時においては超硬合金の大きな重量の問題から機械の加工負荷が大きくなるという理由から、ほとんど普及していない。
そのために、現在、刃部を超硬合金製としたクリスマスカッタは、超硬合金製スローアウェイチップ（以下、超硬インサート刃ともいう。）を搭載したものに限られている。特許文献１には上記の超硬合金製スローアウェイチップを搭載したクリスマスカッタが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、刃部とシャンク部が同一の材質である高速度工具鋼で製造したクリスマスカッタが開示されている。特許文献２の図１（ａ）から明らかなように、刃部とシャンク部との間には、接続部に相当する部材はない。今日まで、刃部が超硬ソリッド製で、シャンクを鋼製として、両者を着脱可能に接続したクリスマスカッタは存在していない。この理由は、工具全体の製造コストや、刃付けの困難性といった製造面から、最適な超硬ソリッドの刃部が準備できなかったからであると推測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２５４８１２号公報
【特許文献２】特開２００８−２７９５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、タービンの製造者は、回転軸（ロータ）とタービン翼を接続するための総形溝加工の加工時間の短縮を強く要望している。背景技術で記載した、従来の高速度工具鋼製のクリスマスカッタや超硬インサート刃を使用したクリスマスカッタでは、次のような課題がある。高速度工具鋼製のクリスマスカッタは寿命が短く、テーブル送りも遅く加工改善には限界があるので、加工時間短縮を希望するニーズには対応できない。
これに対して、超硬合金製スローアウェイインサートチップを使用したクリスマスカッタでは、前記インサートチップの脱着のためにねじなどで拘束してクランプする必要があるが、前記ねじなどで拘束する拘束部のスペースの制限から、工具刃部の刃数が１枚から２枚程度に限定され、刃数を減らす必要のない高速度工具鋼製と比較しても送り速度は向上しない。このため、工具費用の増大の割には、切削性能は結果的に高速度工具鋼製の工具と変わらないことになってしまう。
【０００７】
従来は、刃部を超硬ソリッドで製造しようとしても、第一逃げ面に続くヒール上がりの研削加工が避けて通れないという未解決の課題があった。超硬合金製工具の研削加工は、高速度工具鋼を初めとする鋼材と比較して、研削負荷が甚大である。従って、従来は刃部の超硬ソリッド化が困難であった。
【０００８】
また、従来の製造手段として、刃部用の超硬ソリッドを製造し、刃部の刃径が小さい部分の第一逃げ面を研削加工で所定寸法に形成することが考えられるが、靱性の低い超硬合金製素材であるために刃部の折損や刃欠けの事故が発生し、工業生産上実現が困難であった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、刃部の全体が超硬合金からなり、前記刃部のくびれが大きい超硬合金製の刃部を、接続部を介してシャンク部に着脱可能に接続した新規で高性能な総形フライス工具、およびこの総形フライス工具の超硬合金製刃部の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の総形フライス工具は、刃部の全体が超硬合金からなる新規な高性能の超硬ソリッドタイプの工具である。従来のいわゆるくびれた形状のクリスマスカッタやタブテールカッタ等の場合、刃部の全体を超硬合金製にすると、刃部の刃数は従来の高速度工具鋼製の刃部と同様に確保できるものの、刃部の折損の危険性が工具製造上でも使用上でも増大する。特に、刃部の外周刃の刃径が、刃部の長手方向に小径や大径で繰り返されて、最小径部の折損の危険性が大きな問題となっていた。本発明はこの問題を抜本的に解決するものである。
【００１１】
さらに、本発明は、従来の製造工程では必須であったヒール上がりの研削加工を不要とした。従って、本発明は、第一逃げ面の研削加工後に完成する刃部の形状としても特徴がある。
なお、上記した「従来の製造工程では必須であったヒール上がりの研削加工」における「ヒール上がり」とは、第一逃げ面を加工する時の砥石の円弧の形状がそのまま第一逃げ面の端（ヒール）に残る部分をいう。すなわち、従来の第一逃げ面加工後の工程においては、ヒール上がりを除去する加工は必然的に必要な工程であった。しかし、焼結体の研削加工は、工数とコストの点で負担の大きいものであり、できるだけ焼結体の研削工程を省略する本発明のメリットは大きいものである。
【００１２】
ヒール上がりを作らないために、本発明では、刃部の第一逃げ面に続く第二逃げ面を、グリーン成形体の時点で前記第一逃げ面より縮径するように加工する。
本発明では第二逃げ面部分を超硬合金製のグリーン成形体の時点で削り取り、形状的には第一逃げ面より小さな径になるように縮径しておくのである。この結果、本発明の総形フライス工具の刃部は、刃部の完成段階として、第二逃げ面は研削砥石が当たることがないので、グリーン成形体を加工した肌が残っているのが特徴である。言い換えれば、本発明での総形フライス工具の刃部は、刃部の第二逃げ面を研削加工する必要がないので、超硬合金製の第二逃げ面の研削工数を大幅に削減できることになる。
【００１３】
超硬合金製のグリーン成形体は、強度的には脆弱であり、容易に破損してしまう危険がある。その上に、本発明では第二逃げ面の加工を予めグリーン成形体で行うことを特徴としているので、グリーン成形体はできるだけ剛性があることが必要である。
そこで本発明では、超硬合金製のグリーン成形体の取り扱いを容易にして、グリーン成形体であっても、第二逃げ面の加工等で特に刃部の最小径凹状部の剛性を確保するために刃溝相当部分を焼結後の溝切り加工工程まで残しておくことに特徴がある。
刃溝相当部分は、焼結後の溝切り加工工程で初めて除去するのである。このことは、脆弱なグリーン成形体であり、特にクリスマスカッタの刃部の最小径凹状部では、第二逃げ面と刃溝を加工してしまうとグリーン成形体の剛性が低くなり折損してしまう恐れがある。よって、加工負荷の小さい第二逃げ面の加工を先に行い、刃溝の研削加工の負荷はそれなりに大きいが焼結後の剛性には問題がないため刃溝の研削加工は焼結後に行うようにした。
【００１４】
上記課題を解決した本発明の総形フライス工具は、刃径の最大径凸状部と最小径凹状部の比が１．５倍以上のものを、刃部のみを取り替えることができるように、シャンク部とは切り離して刃部を製造し、接続部を介して刃部の全体が超硬合金製の刃部と鋼製のシャンク部を繋いで工具として使用する形状とすることが望ましい。
【００１５】
「刃径の最大径凸状部と最小径凹状部の比が１．５倍以上からなる刃部」とは、刃部の製造時や使用時の折損の可能性から制限される条件により決定される刃部をいう。最大径凸状部と最小径凹状部の比が１．５倍より小さくなるような刃部を有する工具は、折損の危険性が減るので問題は小さくなるが、逆に刃部を超硬合金製にするメリットもさほど大きくない。
本発明では切削時の送り速度を倍増できるように、刃部の全体が超硬合金製であり、最大径凸状部と最小径凹状部の比が１．５倍以上からなる折損の確率の高い刃部としても、前記刃部をシャンク部とを着脱可能にすることによって、折損しても全体の工具を廃却するというデメリットをなくし、工具の素材費を削減することができるようにしている。
【００１６】
シャンク部は、モールステーパのものやねじ仕様、あるいは、オイルホール付きなどの複雑な加工を必要とするものがある。シャンク部を含んだ工具全体を超硬合金製とすることは、前記複雑な加工には適さない。このため、複雑なシャンク部の仕様に対応するため、シャンク部を比較的硬度の低い鋼製にし、刃部の全体が超硬合金からなる刃部を着脱可能としたものである。
【００１７】
本発明者は、上記の課題をより合理的に解決するために、超硬合金からなる刃部の形成方法を、超硬のグリーン成形体の加工工程から焼結後の焼結体の刃付けまでを全体として見直し、各製造工程での最適な製造方法及び超硬合金製の刃部として最適な形状を検討した。なお、本発明でいう「グリーン成形体」とは、この「グリーン成形体」を予備焼結（予備焼結を「仮焼」という場合がある）した成形体を含み、以下ではこの概念でグリーン成形体として記載する。なお、グリーン成形体を予備焼結した方が、予備焼結していないグリーン成形体よりも強度的に強くなるので予備焼結を行うことが望ましい。ここでいう「予備焼結」とは、粉末材料を混錬時に使用したワックス剤の脱ワックスや焼結前の材料の強度をもたせるために行う予備的な焼結処理の工程であって、約８００℃〜１０００℃の温度で予備焼結を行なう。
【００１８】
上記した課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明は、刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面は前記第一逃げ面と比べて縮径され、かつ前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明は、刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなり、
前記刃部は、接続部を介して鋼製のシャンク部に接続されていることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部の刃径が最大となる凸状部と最小となる凹状部との比が１．５倍以上とされていることを特徴としている。
【００２２】
さらに、請求項５に記載の発明は、総形フライス工具の刃部の製造方法であって、前記製造方法は、
前記刃部の全体を、超硬合金からなる総形フライス工具形状からなるグリーン成形体を製造するグリーン成形体製造工程と、
前記グリーン成形体に形成された前記刃部の第一逃げ面および第二逃げ面について、切削加工または研削加工により、刃溝相当部分の一部または全部を残し、前記第一逃げ面より縮径した前記第二逃げ面を形成する第二逃げ面形成工程と、
前記第二逃げ面を形成した前記グリーン成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
前記焼結体に、少なくとも前記刃部の最小径となる凹状部に、研削加工により刃溝の形成と前記第一逃げ面の加工を行う仕上げ加工工程と、
を有することを特徴としている。
【００２３】
なお、前記したように、予備焼結をしていないグリーン成形体に切削加工や研削加工を行うと、グリーン成形体に剛性上の問題が生じるので、グリーン成形体は予備焼結をして強度を少しでも上げておくことが望ましい。
【００２４】
本発明においては、刃部が脆弱なグリーン成形体の状態であるときに、このグリーン成形体に形成されている第二逃げ面の加工を切削加工または研削加工により確実に実行して、ヒール上がりの加工を皆無にするという、いわば逆転の発想で、総形フライス工具の刃部の製造方法とそれによる新しい形状の超硬合金製の刃部を備えた超硬ソリッドタイプの実用性のある総形フライス工具を初めて開発したものである。
【００２５】
本発明の総形フライス工具は、刃部の全体が超硬合金製の刃部の第一逃げ面に続く第二逃げ面が、グリーン成形体の加工肌が焼結されて残存した肌からなり、この刃部は接続部を介して鋼製のシャンク部に接続した構成にしている。このような構成にすると、刃径の最大径凸状部と最小径凹状部の比を問わず刃部を超硬ソリッドにしたメリットを確実な効果として得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、刃部の全体が超硬合金製であり、切刃の数も高速度工具鋼製と同様の刃数が確保できるので、切削速度が上がる分、テーブル送り速度を上げることができる。具体的に例示すると本発明の総形フライス工具では、高速度工具鋼製と比較して２倍乃至３倍のテーブル送り速度が達成できる。総形フライス工具の寿命も３倍乃至５倍に延長できる
また、第二逃げ面を縮径しているので、切削中に発生する逃げ面の擦れや切削油が逃げ面側にまで回ることにより、冷却性や潤滑性などが向上するばかりではなく、再研磨による外径の減径時に再び発生するヒール上がりも抑制でき、再研磨毎のヒール上がりの除去作業が不要となり、研磨コストも大幅に低減できる。
【００２７】
本発明の総形フライス工具の刃部の製造面での効果として、本発明の総形フライス工具においては、刃部には研削加工を必要としない第二逃げ面を設けているので、従来必要であった第一逃げ面の面積が大幅に減少し、刃部の加工時間が従来の研削加工工程と比べて約半減する。
さらに、本発明の総形フライス工具においては、従来必要であった、ヒール上がりを除去するための研削加工が不要となり、この点でも研削加工時間が大幅に短縮できる。
【００２８】
本発明の総形フライス工具の刃部の形状の最適化とその製造方法の確立により、総形フライス工具の工具径によらず、実用的な刃部の全体を超硬合金製とした総形フライス工具の量産が可能になった。
特に、本発明の総形フライス工具は、刃部とシャンク部を接続部で繋げる分割型にすることで、刃部とシャンク部の個々の損傷に対応でき、またニーズに応じたシャンク部の加工も容易になる。また、分割型にすることにより、超硬ソリッド刃部としても工具費の上昇を抑え、かつ工具性能の大幅な向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例を示す総形フライス工具の正面図である。
【図２】図１に示す総形フライス工具の軸方向の断面図である。
【図３】図１に示す総形フライス工具において、グリーン成形体の状態におけるＡ−Ａ部に相当する断面図である。
【図４】図１に示す総形フライス工具のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ矢視断面図に相当する従来の工具において、そのヒール上がりを示した図である。
【図６】本発明の総形フライス工具の刃部の製造方法において、その製造工程の一例を示した図である。
【図７】本発明の総形フライス工具において、第二逃げ面の加工前であるグリーン成形体の状態を示す正面図である。
【図８】本発明の総形フライス工具において、第二逃げ面加工後のグリーン成形体の状態を示す正面図である。
【図９】本発明の総形フライス工具において、刃部に加工を施した後の完成状態を示す正面図である。
【図１０】本発明の総形フライス工具において、刃部への刃溝加工前の第一逃げ面及び第二逃げ面を図１に示す矢印Ｂ方向から見た図である。
【図１１】本発明の総形フライス工具において、刃部への刃溝加工後の第一逃げ面及び第二逃げ面を図１に示す矢印Ｂ方向から見た図である。
【図１２】本発明の他の実施例を示す総形フライス工具の正面図である。
【図１３】実施例２に使用した総形フライス工具の製造工程を示す図であって、（ａ）は本発明例２、（ｂ）は従来例２の製造工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
本発明の総形フライス工具の最も基本的な構成を図１、図２に基づいて説明する。図１（図２）に示す総形フライス工具は、刃部１に形成している刃径が最大となる凸状部（以下、「最大径凸状部」）５と、刃径が最小となる凹状部（以下、「最小径凹状部」という）４の径（刃径）の比が１．５倍以上からなり、刃部１の全体が超硬合金からなっている。さらに、刃部１は接続部２を介してシャンク部３に着脱可能に接続した構成になっている。図２では、接続部２の代表例として、つばを介して接続した例を示している。シャンク部３は、モールステーパのものやねじ仕様、オイルホール付きなどの複雑な仕様を必要とするものがあり、シャンク部３を含んだ工具全体を超硬合金で製造することは、硬度が高く加工工具の寿命が短いなど大変困難であった。このため、複雑なシャンク部３の仕様に対応するため、シャンク部３を比較的硬度の低い鋼製にし、刃部の全体が超硬合金製の刃部１を着脱可能としたものである。
【００３１】
本発明に係る総形フライス工具において、刃径の最大径凸状部５と最小径凹状部４の径の比は、１．５倍〜１５倍の範囲に設定することが好ましい。１．５倍未満の場合は、刃部１に刃溝を加工するときに、刃部１とシャンク部３とを接続した状態で刃溝加工を行うため、この刃溝加工用の砥石がシャンク部３に干渉し、シャンク部３に傷が入り折損する。また、１５倍を超える場合は、刃部１とシャンク部３とを接続した方式では切削加工時の切削条件が過大となるため、接続部２の剛性が不足して接続部３が折損する恐れがある。さらに望ましい範囲としては、刃部１と接続部２の切削トルクと接続部の剛性バランスが良い、３倍〜９倍の範囲がより好ましく、４〜７倍とするのがさらに好ましい。
【００３２】
図３は図１に示す総形フライス工具において、グリーン成形体の状態におけるＡ−Ａ部に相当する断面図を示し、図４は同じく図１に示す総形フライス工具について完成品におけるＡ−Ａ矢視断面図である。図３と図４を比較してわかるように、第二逃げ面７がグリーン成形体の形状と完成品の形状とで同一である。なお、図３において、６は完成品における第一逃げ面９に相当する部分（第一逃げ面相当部分）、８は同じく完成品における刃溝１０に相当する部分（刃溝相当部分）になる。
【００３３】
図５に従来の第一逃げ面の加工において発生するヒール上がり１１の状態を示す。図４の第一逃げ面９の加工時に使用する砥石が次の刃に当たることを回避するために、次の刃に当たる直前で砥石を停止させなければならない。このため、第一逃げ面９を加工する時の砥石の円弧の形状がそのまま第一逃げ面９の端（ヒール）に残る。従って、従来の第一逃げ面９の加工ではヒール上がり１１を除去する加工を必然的に必要としていた。
【００３４】
本発明の総形フライス工具は、刃部１の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であり、この総形フライス工具の刃部１の第一逃げ面９に続く第二逃げ面７がグリーン成形体の加工肌であることを特徴としている。
超硬合金製のグリーン成形体は、強度的には脆弱であり、容易に破損してしまう危険がある。その上に、本発明では刃部１の第二逃げ面７の加工を、予め刃部１がグリーン成形体のときに行うことを特徴としているので、グリーン成形体はできるだけ剛性があることが必要である。
【００３５】
そこで本発明では、超硬合金製のグリーン成形体の取り扱いを容易にして、グリーン成形体であっても、第二逃げ面７の加工等で特に最小径凹状部４の剛性を確保するために、刃溝に相当する部分（刃溝相当部分）８の一部または全部を、このグリーン成形体の焼結後の溝切り加工工程まで残しておき、刃溝相当部分８は焼結後の溝切り加工（刃溝加工）工程で初めて除去するのである。この刃溝加工の状況を図３と図４に示している。図３に示す刃溝相当部分８(点線で囲んだ部分)は、焼結後において図４に示すように刃溝加工で除去され刃溝１０が形成される。
【００３６】
これに対して、刃溝１０の研削加工をグリーン成形体の状態で行うと、グリーン成形体は脆弱なため、特にクリスマスカッタの最小径凹状部４では、第二逃げ面７と刃溝１０とをグリーン成形体の状態で加工してしまうとグリーン成形体の剛性は低いため折損してしまう恐れがある。よって、本発明においては、刃部１の成形体について、加工負荷の小さい第二逃げ面７の加工をグリーン成形体の状態で行い、刃溝１０の研削加工の負荷はそれなりに大きいが焼結後の成形体の剛性には問題がないため、刃溝１０の研削加工は焼結後の加工としたことにより完成させたものである。
【００３７】
また、本発明の総形フライス工具は、刃部１の第一逃げ面９に続く第二逃げ面７が、前記第一逃げ面９と比べて縮径されており、かつ前記第二逃げ面７はグリーン成形体の加工肌が焼結されて残存していることを特徴とする。図４からわかるように、第二逃げ面７は第一逃げ面９より直径が小さくなるように縮径して形成されている。このことにより、焼結体の研削加工は、工数とコストの点で負担が大きくなるので、できるだけ焼結体の研削工程を省略した方がメリットを生じる。
【００３８】
本発明の総形フライス工具では、好ましくは、第二逃げ面７の部分を超硬合金製のグリーン成形体の時点で削り取り、形状的には第一逃げ面９より小さな径になるように縮径しておくのである。この結果、本発明の総形フライス工具の刃部は、刃部１の完成段階として、第二逃げ面７は研削砥石が当たることがないので、第二逃げ面７にはグリーン成形体を加工した加工肌が焼結された状態として製造後の製品の刃部に残っている。
【００３９】
次に、本発明の総形フライス工具の刃部の製造方法について説明する。図６は、本発明の総形フライス工具の刃部の製造方法についてその製造工程を示す図である。図６に示すように、刃部の製造方法は、主として、グリーン成形体の製造から始まり第二逃げ面の加工、予備焼結、焼結（焼結温度は約１３００℃〜１５００℃）、及びその後のセンター研磨加工、インロー研磨加工、ねじ研磨加工、シャンク部と接続した後の円筒研磨加工、および刃溝加工、第一逃げ面加工を含む製造工程からなる。図６に示すように、グリーン成形体は、第二逃げ面の加工時の強度を確保するために予備焼結（図６に示す「仮焼」の工程）することが望ましい。本発明でいうグリーン成形体とは、先に定義したように仮焼により予備焼結した成形体を含む概念である。
【００４０】
図６に示すセンター研磨加工は、刃部先端側凸センター１５（図８参照）を凸状の円錐形に、また接続部側凹センター穴１６（図８参照）を凹状の円錐形に研磨加工を行い、後の研磨加工の基準となるものである。
インロー研磨加工は、シャンク部と刃部を接続する際の基準となるインロー１７（図８および図９参照）の円筒研削を行うもので、設定外径に対し、加工公差を０ｍｍ〜０．０１０ｍｍ程度に加工する。
ネジ研磨加工では、シャンク部と刃部を接続する手段である、締め付け用ネジ１８（図９参照）を加工する。シャンク部と刃部を接続する際に、シャンク部と刃部のそれぞれに締め付けるためのスパナ掛けが必要となる。このスパナ掛けの加工は、焼結前でも後でも良いが、精度面では焼結の後に行うのが推奨される。
次にシャンク部と刃部を接続し一体化させ、外周円筒部１４（図９参照）の研磨加工を行う。この外周円筒部１４は、工具製作や使用の際などにクリスマスカッタの外周の振れを確認する目的で研磨加工を行う。
【００４１】
グリーン成形体の製造工程で製造した図７に示すグリーン成形体は、第二逃げ面加工工程において刃溝相当部分８の一部または全部を残しておいて、第二逃げ面７が切削加工または研削加工により加工されて、図８に示す状態となり、焼結工程で焼結される。そして、焼結後、図１０に示す刃溝加工前の状態のものが、刃溝１０の加工、第一逃げ面９の加工後には図１１に示す形状となり、その後の工程を得て図９に示す刃部１の加工が完了した完成品となる。このとき、図１１に示す第一逃げ面９を加工すると、第一逃げ面９と第二逃げ面７とは段差７ａを介して続いた状態になる。なお、図７、図８に示す１２は、完成品において刃部１になる刃部相当部分であり、１３は完成品において外周円筒部１４になる外周円筒相当部分である。
【００４２】
本発明に係る総形フライス工具の他の実施形態として、図１２に示すようなダブテールカッタがある。
図１２において、１は本発明に係る刃部であり、４はその最小径凹状部、５はその最大径凸状部である。２は接続部であり、３はシャンク部である。また、９は第一逃げ面、７は第二逃げ面である。このダブテールカッタは本発明の特長を具備し、極めて実用性に富むものである。
【００４３】
続いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
本発明例として刃部が超硬ソリッドからなる総形フライス工具と，従来例として刃部が高速度工具鋼製からなる総形フライス工具を製作して切削加工を実施し、その性能比較を行った。
【００４５】
この性能比較を行うために製作した総形フライス工具（クリスマスカッタ）の仕様は下記の通りである。なお、以下の本発明例と従来例の番号は両者を含めた通し番号で記載する。
本発明例および従来例として、形状としては同一の図１に示すような３つの凸状部を有する荒加工用クリスマスカッタ（以降、「カッタ」と記載する）について、その刃部が超硬合金製及び高速度工具鋼製でそれぞれ製作した。本発明例である超硬合金製の刃部は、後述する実施例２にも述べる本発明の製造方法で製造した。
【００４６】
また、これら製作した本発明例および従来例のカッタは、カッタ先端よりカッタの第１凸状部の最大刃径が１８ｍｍ、カッタの第２凸状部の最大刃径が２６ｍｍ、カッタの第３凸状部の最大刃径が３５ｍｍ、カッタの最大径凸状部の刃径が３６ｍｍ、カッタの第１凹状部の最大刃径が８ｍｍ、カッタの第２凹状部の最大刃径が１６ｍｍ、カッタの第３凹状部の最大刃径が２３ｍｍ、軸方向の切刃の長さを約５６ｍｍとし、刃径の最大径凸状部と最小径凹状部の比が４．４倍、刃数が３枚、切刃には波状刃型としたラフィングタイプのものを製作した。なお、本発明例１のクリスマスカッタの接続部２は、図２に示すようにインローとねじから構成されシャンク部３に接続されているものとした。
【００４７】
上記の本発明例と従来例のいずれにおいても、切削加工を行う被削材はＳＵＳ４２０（Ｃｒを約１３質量％含むステンレス鋼）とした。切削条件は、本発明例１は、回転数が７３０回／ｍｉｎ、送り速度は２７ｍｍ／ｍｉｎとした。従来例１の切削条件は、回転数が２５０回／ｍｉｎ、送り速度は１０ｍｍ／ｍｉｎとした。
切削試験では水溶性切削液を使用した。なお、切削加工後の性能比較の評価として、切削長さがいずれの条件でも２０００ｍｍの時点で試験を中止し、カッタの最大径凸状部の第一逃げ面の摩耗幅を測定した。表１は、この摩耗幅の測定結果と上記した切削条件を示している。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１より、本発明例１は、従来例1と比較してテーブル送り速度を２．７倍に上げたにもかかわらず、最大径凸状部の第一逃げ面の摩耗幅が０．０４ｍｍと小さく、チッピングなどの異常も見られず安定した加工であった。一方、従来例１のものは、最大径凸状部の第一逃げ面の摩耗幅が０．１３ｍｍと大きくなっており、本発明例１と比較して寿命が約１／３であった。
【００５０】
（実施例２）
カッタの刃部の製造方法に係る加工工程の違いにより、この刃部の研削加工に要した時間の比較を行った。
実施例２に用いた本発明例２のカッタの製造工程の工程順は図１３（ａ）に示すように、グリーン成形体の製造、予備焼結(仮焼)、第二逃げ面加工、焼結、センター研磨加工、インロー研磨加工、ねじ研磨加工、シャンク部と接続、円筒研磨加工、刃溝加工および第一逃げ面加工を経て完成品に至るものとした。従来例２のカッタの製造工程の工程順は図１３（ｂ）に示すように、グリーン成形体の製造、予備焼結(仮焼)、焼結、センター研磨加工、インロー研磨加工、ねじ研磨加工、シャンク部と接続、円筒研磨加工、刃溝加工、第一逃げ面加工およびヒール上がり除去加工を経て完成品に至るものとした。上記の製造工程を経て得られた完成品である本発明例２および従来例２のカッタは、実施例１と同一の寸法および刃数などの仕様とした。
【００５１】
実施例２による研削加工時間の比較結果は、次の通りであった。本発明例２では、予備焼結後の工程である第二逃げ面加工の時間が５０分、刃溝加工後に行う第一逃げ面加工の時間が２７０分を要した。これに対し、従来例２では、刃溝加工後に実施した第一逃げ面加工の時間が６００分、ヒール上がり除去加工の時間が１１０分を要した。その他の工程の所要時間は同じであったので、本発明例２の工程の方が従来例２の工程よりも加工時間が３９０分短縮された。
以上のことから、本発明を実施することにより大幅な加工時間の短縮が可能となり、実用性が非常に高いことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、総型フライス工具が例えばクリスマスカッタであれば、超硬合金ソリッドクリスマスカッタの量産を工具の折損の不安なく安定して行うことができ、本発明の新規な刃部の形状によって、合理的なコストで刃部や全体の工具を製造することができる。
また、例えば、本発明をクリスマスカッタに適用すれば、最近需要の大きい発電用プラントや航空機産業に用いられるタービンロータの溝加工において、従来の高速度工具鋼の工具や超硬スローアウェイチップの工具と比較して、大幅に効率良く行うことができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 刃部
２ 接続部
３ シャンク部
４ 最小径凹状部
５ 最大径凸状部
６ 第一逃げ面相当部分
７ 第二逃げ面
８ 刃溝相当部分
９ 第一逃げ面
１０ 刃溝
１１ ヒール上がり
１２ 刃部相当部分
１３ 外周円筒相当部分
１４ 外周円筒部
１５ 刃部先端側凸センター
１６ 接続部側凹センター穴
１７ インロー
１８ 締め付け用ネジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刃部の全体が超硬合金からなり、刃部の切刃のくびれが大きい超硬合金製の刃部を、接続部を介してシャンク部に着脱可能に接続した新規な総形フライス工具、およびこの超硬合金製からなる総形フライス工具の刃部の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切削工具においてその刃部の切刃の軸心方向に対する径が大きく異なり、くびれが大きい総形フライス工具として、クリスマスカッタ及びダブテールカッタが代表的なものである。クリスマスカッタは、タービン翼を回転軸（ロータ）に取り付けるクリスマスツリー状の接続用溝を加工する工具である。この工具はクリスマスツリー状の接続用溝の形状に対応して、くびれた刃部を有する。すなわち、刃部の外周切れ刃の刃先径は、クリスマスツリー状の溝幅の変化に対応して増減してくびれ、工具先端ほど小径となっている。
【０００３】
くびれた形状の刃部を有するクリスマスカッタは、工具の製造上においても、切削加工に使用する際においても、最もくびれの大きい工具の先端近傍で折損するという危険を抱えている。このような理由により、通常のクリスマスカッタは、刃部が高速度工具鋼で製作されているのが主流である。
クリスマスカッタの寿命を延ばすためには、刃部を超硬合金製とするのが望ましい。しかし、刃部の全体が超硬合金からなる、いわゆる超硬合金ソリッドで製造することは、工具の製造自体が困難であること、製造時において工具の加工時間が長くなること、および使用時においては超硬合金の大きな重量の問題から機械の加工負荷が大きくなるという理由から、ほとんど普及していない。
そのために、現在、刃部を超硬合金製としたクリスマスカッタは、超硬合金製スローアウェイチップ（以下、超硬インサート刃ともいう。）を搭載したものに限られている。特許文献１には上記の超硬合金製スローアウェイチップを搭載したクリスマスカッタが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、刃部とシャンク部が同一の材質である高速度工具鋼で製造したクリスマスカッタが開示されている。特許文献２の図１（ａ）から明らかなように、刃部とシャンク部との間には、接続部に相当する部材はない。今日まで、刃部が超硬ソリッド製で、シャンクを鋼製として、両者を着脱可能に接続したクリスマスカッタは存在していない。この理由は、工具全体の製造コストや、刃付けの困難性といった製造面から、最適な超硬ソリッドの刃部が準備できなかったからであると推測される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２５４８１２号公報
【特許文献２】特開２００８−２７９５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、タービンの製造者は、回転軸（ロータ）とタービン翼を接続するための総形溝加工の加工時間の短縮を強く要望している。背景技術で記載した、従来の高速度工具鋼製のクリスマスカッタや超硬インサート刃を使用したクリスマスカッタでは、次のような課題がある。高速度工具鋼製のクリスマスカッタは寿命が短く、テーブル送りも遅く加工改善には限界があるので、加工時間短縮を希望するニーズには対応できない。
これに対して、超硬合金製スローアウェイインサートチップを使用したクリスマスカッタでは、前記インサートチップの脱着のためにねじなどで拘束してクランプする必要があるが、前記ねじなどで拘束する拘束部のスペースの制限から、工具刃部の刃数が１枚から２枚程度に限定され、刃数を減らす必要のない高速度工具鋼製と比較しても送り速度は向上しない。このため、工具費用の増大の割には、切削性能は結果的に高速度工具鋼製の工具と変わらないことになってしまう。
【０００７】
従来は、刃部を超硬ソリッドで製造しようとしても、第一逃げ面に続くヒール上がりの研削加工が避けて通れないという未解決の課題があった。超硬合金製工具の研削加工は、高速度工具鋼を初めとする鋼材と比較して、研削負荷が甚大である。従って、従来は刃部の超硬ソリッド化が困難であった。
【０００８】
また、従来の製造手段として、刃部用の超硬ソリッドを製造し、刃部の刃径が小さい部分の第一逃げ面を研削加工で所定寸法に形成することが考えられるが、靱性の低い超硬合金製素材であるために刃部の折損や刃欠けの事故が発生し、工業生産上実現が困難であった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、刃部の全体が超硬合金からなり、前記刃部のくびれが大きい超硬合金製の刃部を、接続部を介してシャンク部に着脱可能に接続した新規で高性能な総形フライス工具、およびこの総形フライス工具の超硬合金製刃部の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の総形フライス工具は、刃部の全体が超硬合金からなる新規な高性能の超硬ソリッドタイプの工具である。従来のいわゆるくびれた形状のクリスマスカッタやタブテールカッタ等の場合、刃部の全体を超硬合金製にすると、刃部の刃数は従来の高速度工具鋼製の刃部と同様に確保できるものの、刃部の折損の危険性が工具製造上でも使用上でも増大する。特に、刃部の外周刃の刃径が、刃部の長手方向に小径や大径で繰り返されて、最小径部の折損の危険性が大きな問題となっていた。本発明はこの問題を抜本的に解決するものである。
【００１１】
さらに、本発明は、従来の製造工程では必須であったヒール上がりの研削加工を不要とした。従って、本発明は、第一逃げ面の研削加工後に完成する刃部の形状としても特徴がある。
なお、上記した「従来の製造工程では必須であったヒール上がりの研削加工」における「ヒール上がり」とは、第一逃げ面を加工する時の砥石の円弧の形状がそのまま第一逃げ面の端（ヒール）に残る部分をいう。すなわち、従来の第一逃げ面加工後の工程においては、ヒール上がりを除去する加工は必然的に必要な工程であった。しかし、焼結体の研削加工は、工数とコストの点で負担の大きいものであり、できるだけ焼結体の研削工程を省略する本発明のメリットは大きいものである。
【００１２】
ヒール上がりを作らないために、本発明では、刃部の第一逃げ面に続く第二逃げ面を、グリーン成形体の時点で前記第一逃げ面より縮径するように加工する。
本発明では第二逃げ面部分を超硬合金製のグリーン成形体の時点で削り取り、形状的には第一逃げ面より小さな径になるように縮径しておくのである。この結果、本発明の総形フライス工具の刃部は、刃部の完成段階として、第二逃げ面は研削砥石が当たることがないので、グリーン成形体を加工した肌が残っているのが特徴である。言い換えれば、本発明での総形フライス工具の刃部は、刃部の第二逃げ面を研削加工する必要がないので、超硬合金製の第二逃げ面の研削工数を大幅に削減できることになる。
【００１３】
超硬合金製のグリーン成形体は、強度的には脆弱であり、容易に破損してしまう危険がある。その上に、本発明では第二逃げ面の加工を予めグリーン成形体で行うことを特徴としているので、グリーン成形体はできるだけ剛性があることが必要である。
そこで本発明では、超硬合金製のグリーン成形体の取り扱いを容易にして、グリーン成形体であっても、第二逃げ面の加工等で特に刃部の最小径凹状部の剛性を確保するために刃溝相当部分を焼結後の溝切り加工工程まで残しておくことに特徴がある。
刃溝相当部分は、焼結後の溝切り加工工程で初めて除去するのである。このことは、脆弱なグリーン成形体であり、特にクリスマスカッタの刃部の最小径凹状部では、第二逃げ面と刃溝を加工してしまうとグリーン成形体の剛性が低くなり折損してしまう恐れがある。よって、加工負荷の小さい第二逃げ面の加工を先に行い、刃溝の研削加工の負荷はそれなりに大きいが焼結後の剛性には問題がないため刃溝の研削加工は焼結後に行うようにした。
【００１４】
上記課題を解決した本発明の総形フライス工具は、刃径の最大径凸状部と最小径凹状部の比が１．５倍以上のものを、刃部のみを取り替えることができるように、シャンク部とは切り離して刃部を製造し、接続部を介して刃部の全体が超硬合金製の刃部と鋼製のシャンク部を繋いで工具として使用する形状とすることが望ましい。
【００１５】
「刃径の最大径凸状部と最小径凹状部の比が１．５倍以上からなる刃部」とは、刃部の製造時や使用時の折損の可能性から制限される条件により決定される刃部をいう。最大径凸状部と最小径凹状部の比が１．５倍より小さくなるような刃部を有する工具は、折損の危険性が減るので問題は小さくなるが、逆に刃部を超硬合金製にするメリットもさほど大きくない。
本発明では切削時の送り速度を倍増できるように、刃部の全体が超硬合金製であり、最大径凸状部と最小径凹状部の比が１．５倍以上からなる折損の確率の高い刃部としても、前記刃部をシャンク部とを着脱可能にすることによって、折損しても全体の工具を廃却するというデメリットをなくし、工具の素材費を削減することができるようにしている。
【００１６】
シャンク部は、モールステーパのものやねじ仕様、あるいは、オイルホール付きなどの複雑な加工を必要とするものがある。シャンク部を含んだ工具全体を超硬合金製とすることは、前記複雑な加工には適さない。このため、複雑なシャンク部の仕様に対応するため、シャンク部を比較的硬度の低い鋼製にし、刃部の全体が超硬合金からなる刃部を着脱可能としたものである。
【００１７】
本発明者は、上記の課題をより合理的に解決するために、超硬合金からなる刃部の形成方法を、超硬のグリーン成形体の加工工程から焼結後の焼結体の刃付けまでを全体として見直し、各製造工程での最適な製造方法及び超硬合金製の刃部として最適な形状を検討した。なお、本発明でいう「グリーン成形体」とは、この「グリーン成形体」を予備焼結（予備焼結を「仮焼」という場合がある）した成形体を含み、以下ではこの概念でグリーン成形体として記載する。なお、グリーン成形体を予備焼結した方が、予備焼結していないグリーン成形体よりも強度的に強くなるので予備焼結を行うことが望ましい。ここでいう「予備焼結」とは、粉末材料を混錬時に使用したワックス剤の脱ワックスや焼結前の材料の強度をもたせるために行う予備的な焼結処理の工程であって、約８００℃〜１０００℃の温度で予備焼結を行なう。
【００１８】
上記した課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明は、刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面は前記第一逃げ面と比べて縮径され、かつ前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明は、刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなり、
前記刃部は、接続部を介して鋼製のシャンク部に接続されていることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部の刃径が最大となる凸状部と最小となる凹状部との比が１．５倍以上とされていることを特徴としている。
【００２２】
さらに、請求項５に記載の発明は、総形フライス工具の刃部の製造方法であって、前記製造方法は、
前記刃部の全体を、超硬合金からなる総形フライス工具形状からなるグリーン成形体を製造するグリーン成形体製造工程と、
前記グリーン成形体に形成された前記刃部の第一逃げ面および第二逃げ面について、切削加工または研削加工により、刃溝相当部分の一部または全部を残し、前記第一逃げ面より縮径した前記第二逃げ面を形成する第二逃げ面形成工程と、
前記第二逃げ面を形成した前記グリーン成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
前記焼結体に、少なくとも前記刃部の最小径となる凹状部に、研削加工により刃溝の形成と前記第一逃げ面の加工を行う仕上げ加工工程と、
を有することを特徴としている。
【００２３】
なお、前記したように、予備焼結をしていないグリーン成形体に切削加工や研削加工を行うと、グリーン成形体に剛性上の問題が生じるので、グリーン成形体は予備焼結をして強度を少しでも上げておくことが望ましい。
【００２４】
本発明においては、刃部が脆弱なグリーン成形体の状態であるときに、このグリーン成形体に形成されている第二逃げ面の加工を切削加工または研削加工により確実に実行して、ヒール上がりの加工を皆無にするという、いわば逆転の発想で、総形フライス工具の刃部の製造方法とそれによる新しい形状の超硬合金製の刃部を備えた超硬ソリッドタイプの実用性のある総形フライス工具を初めて開発したものである。
【００２５】
本発明の総形フライス工具は、刃部の全体が超硬合金製の刃部の第一逃げ面に続く第二逃げ面が、グリーン成形体の加工肌が焼結されて残存した肌からなり、この刃部は接続部を介して鋼製のシャンク部に接続した構成にしている。このような構成にすると、刃径の最大径凸状部と最小径凹状部の比を問わず刃部を超硬ソリッドにしたメリットを確実な効果として得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、刃部の全体が超硬合金製であり、切刃の数も高速度工具鋼製と同様の刃数が確保できるので、切削速度が上がる分、テーブル送り速度を上げることができる。具体的に例示すると本発明の総形フライス工具では、高速度工具鋼製と比較して２倍乃至３倍のテーブル送り速度が達成できる。総形フライス工具の寿命も３倍乃至５倍に延長できる
また、第二逃げ面を縮径しているので、切削中に発生する逃げ面の擦れや切削油が逃げ面側にまで回ることにより、冷却性や潤滑性などが向上するばかりではなく、再研磨による外径の減径時に再び発生するヒール上がりも抑制でき、再研磨毎のヒール上がりの除去作業が不要となり、研磨コストも大幅に低減できる。
【００２７】
本発明の総形フライス工具の刃部の製造面での効果として、本発明の総形フライス工具においては、刃部には研削加工を必要としない第二逃げ面を設けているので、従来必要であった第一逃げ面の面積が大幅に減少し、刃部の加工時間が従来の研削加工工程と比べて約半減する。
さらに、本発明の総形フライス工具においては、従来必要であった、ヒール上がりを除去するための研削加工が不要となり、この点でも研削加工時間が大幅に短縮できる。
【００２８】
本発明の総形フライス工具の刃部の形状の最適化とその製造方法の確立により、総形フライス工具の工具径によらず、実用的な刃部の全体を超硬合金製とした総形フライス工具の量産が可能になった。
特に、本発明の総形フライス工具は、刃部とシャンク部を接続部で繋げる分割型にすることで、刃部とシャンク部の個々の損傷に対応でき、またニーズに応じたシャンク部の加工も容易になる。また、分割型にすることにより、超硬ソリッド刃部としても工具費の上昇を抑え、かつ工具性能の大幅な向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例を示す総形フライス工具の正面図である。
【図２】図１に示す総形フライス工具の軸方向の断面図である。
【図３】図１に示す総形フライス工具において、グリーン成形体の状態におけるＡ−Ａ部に相当する断面図である。
【図４】図１に示す総形フライス工具のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ矢視断面図に相当する従来の工具において、そのヒール上がりを示した図である。
【図６】本発明の総形フライス工具の刃部の製造方法において、その製造工程の一例を示した図である。
【図７】本発明の総形フライス工具において、第二逃げ面の加工前であるグリーン成形体の状態を示す正面図である。
【図８】本発明の総形フライス工具において、第二逃げ面加工後のグリーン成形体の状態を示す正面図である。
【図９】本発明の総形フライス工具において、刃部に加工を施した後の完成状態を示す正面図である。
【図１０】本発明の総形フライス工具において、刃部への刃溝加工前の第一逃げ面及び第二逃げ面を図１に示す矢印Ｂ方向から見た図である。
【図１１】本発明の総形フライス工具において、刃部への刃溝加工後の第一逃げ面及び第二逃げ面を図１に示す矢印Ｂ方向から見た図である。
【図１２】本発明の他の実施例を示す総形フライス工具の正面図である。
【図１３】実施例２に使用した総形フライス工具の製造工程を示す図であって、（ａ）は本発明例２、（ｂ）は従来例２の製造工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
本発明の総形フライス工具の最も基本的な構成を図１、図２に基づいて説明する。図１（図２）に示す総形フライス工具は、刃部１に形成している刃径が最大となる凸状部（以下、「最大径凸状部」）５と、刃径が最小となる凹状部（以下、「最小径凹状部」という）４の径（刃径）の比が１．５倍以上からなり、刃部１の全体が超硬合金からなっている。さらに、刃部１は接続部２を介してシャンク部３に着脱可能に接続した構成になっている。図２では、接続部２の代表例として、つばを介して接続した例を示している。シャンク部３は、モールステーパのものやねじ仕様、オイルホール付きなどの複雑な仕様を必要とするものがあり、シャンク部３を含んだ工具全体を超硬合金で製造することは、硬度が高く加工工具の寿命が短いなど大変困難であった。このため、複雑なシャンク部３の仕様に対応するため、シャンク部３を比較的硬度の低い鋼製にし、刃部の全体が超硬合金製の刃部１を着脱可能としたものである。
【００３１】
本発明に係る総形フライス工具において、刃径の最大径凸状部５と最小径凹状部４の径の比は、１．５倍〜１５倍の範囲に設定することが好ましい。１．５倍未満の場合は、刃部１に刃溝を加工するときに、刃部１とシャンク部３とを接続した状態で刃溝加工を行うため、この刃溝加工用の砥石がシャンク部３に干渉し、シャンク部３に傷が入り折損する。また、１５倍を超える場合は、刃部１とシャンク部３とを接続した方式では切削加工時の切削条件が過大となるため、接続部２の剛性が不足して接続部３が折損する恐れがある。さらに望ましい範囲としては、刃部１と接続部２の切削トルクと接続部の剛性バランスが良い、３倍〜９倍の範囲がより好ましく、４〜７倍とするのがさらに好ましい。
【００３２】
図３は図１に示す総形フライス工具において、グリーン成形体の状態におけるＡ−Ａ部に相当する断面図を示し、図４は同じく図１に示す総形フライス工具について完成品におけるＡ−Ａ矢視断面図である。図３と図４を比較してわかるように、第二逃げ面７がグリーン成形体の形状と完成品の形状とで同一である。なお、図３において、６は完成品における第一逃げ面９に相当する部分（第一逃げ面相当部分）、８は同じく完成品における刃溝１０に相当する部分（刃溝相当部分）になる。
【００３３】
図５に従来の第一逃げ面の加工において発生するヒール上がり１１の状態を示す。図４の第一逃げ面９の加工時に使用する砥石が次の刃に当たることを回避するために、次の刃に当たる直前で砥石を停止させなければならない。このため、第一逃げ面９を加工する時の砥石の円弧の形状がそのまま第一逃げ面９の端（ヒール）に残る。従って、従来の第一逃げ面９の加工ではヒール上がり１１を除去する加工を必然的に必要としていた。
【００３４】
本発明の総形フライス工具は、刃部１の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であり、この総形フライス工具の刃部１の第一逃げ面９に続く第二逃げ面７がグリーン成形体の加工肌であることを特徴としている。
超硬合金製のグリーン成形体は、強度的には脆弱であり、容易に破損してしまう危険がある。その上に、本発明では刃部１の第二逃げ面７の加工を、予め刃部１がグリーン成形体のときに行うことを特徴としているので、グリーン成形体はできるだけ剛性があることが必要である。
【００３５】
そこで本発明では、超硬合金製のグリーン成形体の取り扱いを容易にして、グリーン成形体であっても、第二逃げ面７の加工等で特に最小径凹状部４の剛性を確保するために、刃溝に相当する部分（刃溝相当部分）８の一部または全部を、このグリーン成形体の焼結後の溝切り加工工程まで残しておき、刃溝相当部分８は焼結後の溝切り加工（刃溝加工）工程で初めて除去するのである。この刃溝加工の状況を図３と図４に示している。図３に示す刃溝相当部分８(点線で囲んだ部分)は、焼結後において図４に示すように刃溝加工で除去され刃溝１０が形成される。
【００３６】
これに対して、刃溝１０の研削加工をグリーン成形体の状態で行うと、グリーン成形体は脆弱なため、特にクリスマスカッタの最小径凹状部４では、第二逃げ面７と刃溝１０とをグリーン成形体の状態で加工してしまうとグリーン成形体の剛性は低いため折損してしまう恐れがある。よって、本発明においては、刃部１の成形体について、加工負荷の小さい第二逃げ面７の加工をグリーン成形体の状態で行い、刃溝１０の研削加工の負荷はそれなりに大きいが焼結後の成形体の剛性には問題がないため、刃溝１０の研削加工は焼結後の加工としたことにより完成させたものである。
【００３７】
また、本発明の総形フライス工具は、刃部１の第一逃げ面９に続く第二逃げ面７が、前記第一逃げ面９と比べて縮径されており、かつ前記第二逃げ面７はグリーン成形体の加工肌が焼結されて残存していることを特徴とする。図４からわかるように、第二逃げ面７は第一逃げ面９より直径が小さくなるように縮径して形成されている。このことにより、焼結体の研削加工は、工数とコストの点で負担が大きくなるので、できるだけ焼結体の研削工程を省略した方がメリットを生じる。
【００３８】
本発明の総形フライス工具では、好ましくは、第二逃げ面７の部分を超硬合金製のグリーン成形体の時点で削り取り、形状的には第一逃げ面９より小さな径になるように縮径しておくのである。この結果、本発明の総形フライス工具の刃部は、刃部１の完成段階として、第二逃げ面７は研削砥石が当たることがないので、第二逃げ面７にはグリーン成形体を加工した加工肌が焼結された状態として製造後の製品の刃部に残っている。
【００３９】
次に、本発明の総形フライス工具の刃部の製造方法について説明する。図６は、本発明の総形フライス工具の刃部の製造方法についてその製造工程を示す図である。図６に示すように、刃部の製造方法は、主として、グリーン成形体の製造から始まり第二逃げ面の加工、予備焼結、焼結（焼結温度は約１３００℃〜１５００℃）、及びその後のセンター研磨加工、インロー研磨加工、ねじ研磨加工、シャンク部と接続した後の円筒研磨加工、および刃溝加工、第一逃げ面加工を含む製造工程からなる。図６に示すように、グリーン成形体は、第二逃げ面の加工時の強度を確保するために予備焼結（図６に示す「仮焼」の工程）することが望ましい。本発明でいうグリーン成形体とは、先に定義したように仮焼により予備焼結した成形体を含む概念である。
【００４０】
図６に示すセンター研磨加工は、刃部先端側凸センター１５（図８参照）を凸状の円錐形に、また接続部側凹センター穴１６（図８参照）を凹状の円錐形に研磨加工を行い、後の研磨加工の基準となるものである。
インロー研磨加工は、シャンク部と刃部を接続する際の基準となるインロー１７（図８および図９参照）の円筒研削を行うもので、設定外径に対し、加工公差を０ｍｍ〜０．０１０ｍｍ程度に加工する。
ネジ研磨加工では、シャンク部と刃部を接続する手段である、締め付け用ネジ１８（図９参照）を加工する。シャンク部と刃部を接続する際に、シャンク部と刃部のそれぞれに締め付けるためのスパナ掛けが必要となる。このスパナ掛けの加工は、焼結前でも後でも良いが、精度面では焼結の後に行うのが推奨される。
次にシャンク部と刃部を接続し一体化させ、外周円筒部１４（図９参照）の研磨加工を行う。この外周円筒部１４は、工具製作や使用の際などにクリスマスカッタの外周の振れを確認する目的で研磨加工を行う。
【００４１】
グリーン成形体の製造工程で製造した図７に示すグリーン成形体は、第二逃げ面加工工程において刃溝相当部分８の一部または全部を残しておいて、第二逃げ面７が切削加工または研削加工により加工されて、図８に示す状態となり、焼結工程で焼結される。そして、焼結後、図１０に示す刃溝加工前の状態のものが、刃溝１０の加工、第一逃げ面９の加工後には図１１に示す形状となり、その後の工程を得て図９に示す刃部１の加工が完了した完成品となる。このとき、図１１に示す第一逃げ面９を加工すると、第一逃げ面９と第二逃げ面７とは段差７ａを介して続いた状態になる。なお、図７、図８に示す１２は、完成品において刃部１になる刃部相当部分であり、１３は完成品において外周円筒部１４になる外周円筒相当部分である。
【００４２】
本発明に係る総形フライス工具の他の実施形態として、図１２に示すようなダブテールカッタがある。
図１２において、１は本発明に係る刃部であり、４はその最小径凹状部、５はその最大径凸状部である。２は接続部であり、３はシャンク部である。また、９は第一逃げ面、７は第二逃げ面である。このダブテールカッタは本発明の特長を具備し、極めて実用性に富むものである。
【００４３】
続いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００４４】
（実施例１）
本発明例として刃部が超硬ソリッドからなる総形フライス工具と，従来例として刃部が高速度工具鋼製からなる総形フライス工具を製作して切削加工を実施し、その性能比較を行った。
【００４５】
この性能比較を行うために製作した総形フライス工具（クリスマスカッタ）の仕様は下記の通りである。なお、以下の本発明例と従来例の番号は両者を含めた通し番号で記載する。
本発明例および従来例として、形状としては同一の図１に示すような３つの凸状部を有する荒加工用クリスマスカッタ（以降、「カッタ」と記載する）について、その刃部が超硬合金製及び高速度工具鋼製でそれぞれ製作した。本発明例である超硬合金製の刃部は、後述する実施例２にも述べる本発明の製造方法で製造した。
【００４６】
また、これら製作した本発明例および従来例のカッタは、カッタ先端よりカッタの第１凸状部の最大刃径が１８ｍｍ、カッタの第２凸状部の最大刃径が２６ｍｍ、カッタの第３凸状部の最大刃径が３５ｍｍ、カッタの最大径凸状部の刃径が３６ｍｍ、カッタの第１凹状部の最大刃径が８ｍｍ、カッタの第２凹状部の最大刃径が１６ｍｍ、カッタの第３凹状部の最大刃径が２３ｍｍ、軸方向の切刃の長さを約５６ｍｍとし、刃径の最大径凸状部と最小径凹状部の比が４．４倍、刃数が３枚、切刃には波状刃型としたラフィングタイプのものを製作した。なお、本発明例１のクリスマスカッタの接続部２は、図２に示すようにインローとねじから構成されシャンク部３に接続されているものとした。
【００４７】
上記の本発明例と従来例のいずれにおいても、切削加工を行う被削材はＳＵＳ４２０（Ｃｒを約１３質量％含むステンレス鋼）とした。切削条件は、本発明例１は、回転数が７３０回／ｍｉｎ、送り速度は２７ｍｍ／ｍｉｎとした。従来例１の切削条件は、回転数が２５０回／ｍｉｎ、送り速度は１０ｍｍ／ｍｉｎとした。
切削試験では水溶性切削液を使用した。なお、切削加工後の性能比較の評価として、切削長さがいずれの条件でも２０００ｍｍの時点で試験を中止し、カッタの最大径凸状部の第一逃げ面の摩耗幅を測定した。表１は、この摩耗幅の測定結果と上記した切削条件を示している。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１より、本発明例１は、従来例1と比較してテーブル送り速度を２．７倍に上げたにもかかわらず、最大径凸状部の第一逃げ面の摩耗幅が０．０４ｍｍと小さく、チッピングなどの異常も見られず安定した加工であった。一方、従来例１のものは、最大径凸状部の第一逃げ面の摩耗幅が０．１３ｍｍと大きくなっており、本発明例１と比較して寿命が約１／３であった。
【００５０】
（実施例２）
カッタの刃部の製造方法に係る加工工程の違いにより、この刃部の研削加工に要した時間の比較を行った。
実施例２に用いた本発明例２のカッタの製造工程の工程順は図１３（ａ）に示すように、グリーン成形体の製造、予備焼結(仮焼)、第二逃げ面加工、焼結、センター研磨加工、インロー研磨加工、ねじ研磨加工、シャンク部と接続、円筒研磨加工、刃溝加工および第一逃げ面加工を経て完成品に至るものとした。従来例２のカッタの製造工程の工程順は図１３（ｂ）に示すように、グリーン成形体の製造、予備焼結(仮焼)、焼結、センター研磨加工、インロー研磨加工、ねじ研磨加工、シャンク部と接続、円筒研磨加工、刃溝加工、第一逃げ面加工およびヒール上がり除去加工を経て完成品に至るものとした。上記の製造工程を経て得られた完成品である本発明例２および従来例２のカッタは、実施例１と同一の寸法および刃数などの仕様とした。
【００５１】
実施例２による研削加工時間の比較結果は、次の通りであった。本発明例２では、予備焼結後の工程である第二逃げ面加工の時間が５０分、刃溝加工後に行う第一逃げ面加工の時間が２７０分を要した。これに対し、従来例２では、刃溝加工後に実施した第一逃げ面加工の時間が６００分、ヒール上がり除去加工の時間が１１０分を要した。その他の工程の所要時間は同じであったので、本発明例２の工程の方が従来例２の工程よりも加工時間が３９０分短縮された。
以上のことから、本発明を実施することにより大幅な加工時間の短縮が可能となり、実用性が非常に高いことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、総型フライス工具が例えばクリスマスカッタであれば、超硬合金ソリッドクリスマスカッタの量産を工具の折損の不安なく安定して行うことができ、本発明の新規な刃部の形状によって、合理的なコストで刃部や全体の工具を製造することができる。
また、例えば、本発明をクリスマスカッタに適用すれば、最近需要の大きい発電用プラントや航空機産業に用いられるタービンロータの溝加工において、従来の高速度工具鋼の工具や超硬スローアウェイチップの工具と比較して、大幅に効率良く行うことができる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 刃部
２ 接続部
３ シャンク部
４ 最小径凹状部
５ 最大径凸状部
６ 第一逃げ面相当部分
７ 第二逃げ面
８ 刃溝相当部分
９ 第一逃げ面
１０ 刃溝
１１ ヒール上がり
１２ 刃部相当部分
１３ 外周円筒相当部分
１４ 外周円筒部
１５ 刃部先端側凸センター
１６ 接続部側凹センター穴
１７ インロー
１８ 締め付け用ネジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなることを特徴とする総形フライス工具。
【請求項２】
刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面は前記第一逃げ面と比べて縮径され、かつ前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなることを特徴とする総形フライス工具。
【請求項３】
刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなり、
前記刃部は、接続部を介して鋼製のシャンク部に接続されていることを特徴とする総形フライス工具。
【請求項４】
前記刃部の刃径が最大となる凸状部と最小となる凹状部との比が１．５倍以上とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の総形フライス工具。
【請求項５】
総形フライス工具の刃部の製造方法であって、前記製造方法は、
前記刃部の全体を、超硬合金からなる総形フライス工具形状からなるグリーン成形体を製造するグリーン成形体製造工程と、
前記グリーン成形体に形成された前記刃部の第一逃げ面および第二逃げ面について、切削加工または研削加工により、刃溝相当部分の一部または全部を残し、前記第一逃げ面より縮径した前記第二逃げ面を形成する第二逃げ面形成工程と、
前記第二逃げ面を形成した前記グリーン成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
前記焼結体に、少なくとも前記刃部の最小径となる凹状部に、研削加工により刃溝の形成と前記第一逃げ面の加工を行う仕上げ加工工程と、
を有することを特徴とする総形フライス工具の刃部の製造方法。
【請求項１】
刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなることを特徴とする総形フライス工具。
【請求項２】
刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面は前記第一逃げ面と比べて縮径され、かつ前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなることを特徴とする総形フライス工具。
【請求項３】
刃部の全体が超硬合金からなる総形フライス工具であって、
前記刃部は、第一逃げ面および第二逃げ面を備えるとともに、前記第二逃げ面はグリーン成形体の加工肌が焼結された肌からなり、
前記刃部は、接続部を介して鋼製のシャンク部に接続されていることを特徴とする総形フライス工具。
【請求項４】
前記刃部の刃径が最大となる凸状部と最小となる凹状部との比が１．５倍以上とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の総形フライス工具。
【請求項５】
総形フライス工具の刃部の製造方法であって、前記製造方法は、
前記刃部の全体を、超硬合金からなる総形フライス工具形状からなるグリーン成形体を製造するグリーン成形体製造工程と、
前記グリーン成形体に形成された前記刃部の第一逃げ面および第二逃げ面について、切削加工または研削加工により、刃溝相当部分の一部または全部を残し、前記第一逃げ面より縮径した前記第二逃げ面を形成する第二逃げ面形成工程と、
前記第二逃げ面を形成した前記グリーン成形体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、
前記焼結体に、少なくとも前記刃部の最小径となる凹状部に、研削加工により刃溝の形成と前記第一逃げ面の加工を行う仕上げ加工工程と、
を有することを特徴とする総形フライス工具の刃部の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１８８５１３（Ｐ２０１０−１８８５１３Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７３１０３（Ｐ２００９−２７３１０３）
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（０００２３３０６６）日立ツール株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１日（２００９．１２．１）
【出願人】（０００２３３０６６）日立ツール株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
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