逃げ面内部給油孔付き超高圧焼結体工具
【課題】少なくとも刃先にｃＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体を有する超高圧焼結体工具の冷却構造を工夫することで、焼入鋼、耐熱合金、難削鋳鉄などの難削材の高速切削に利用する工具の長寿命化を図り、同時に、加工変質層の生成を抑制して加工面品位を向上させることを課題としている。
【解決手段】超硬基材のコーナ部にｃＢＮ焼結体又はダイヤモンド焼結体からなる超高圧焼結体４を有し、その超高圧焼結体４に切れ刃５が形成された超高圧焼結体工具に、噴出口６ｂが工具の刃先コーナ部直下の逃げ面８に開口する給油孔６を設け、その給油孔の噴出口６ｂから切れ刃５までの距離を０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下、逃げ面８に対する噴出口の傾き角を２０°以上、７０°以下に設定した。
【解決手段】超硬基材のコーナ部にｃＢＮ焼結体又はダイヤモンド焼結体からなる超高圧焼結体４を有し、その超高圧焼結体４に切れ刃５が形成された超高圧焼結体工具に、噴出口６ｂが工具の刃先コーナ部直下の逃げ面８に開口する給油孔６を設け、その給油孔の噴出口６ｂから切れ刃５までの距離を０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下、逃げ面８に対する噴出口の傾き角を２０°以上、７０°以下に設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、立方晶窒化硼素（以下、ｃＢＮ）又はダイヤモンド焼結体を刃先に有する超高圧焼結体工具、詳しくは、焼入鋼や耐熱合金や難削鋳鉄に代表される難削材の高速切削において長寿命を発揮し、同時に加工面品位も向上させる内部給油孔付き超高圧焼結体工具とそれを用いた切削加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｃＢＮ焼結体は、化学的安定性や鉄との低親和性に富む。また、高硬度で耐摩耗性に優れることから、これを材料にした切削工具は、超硬工具と比較して加工能率に優れ、長寿命を発揮する。また、塑性加工用の工具と比べて加工の自由度が高く、研削工具と比べて環境への負荷が小さい。その点が評価されて、鉄系難削材の加工では、従来工具とｃＢＮ焼結体工具の置き換えが進んでいる。
【０００３】
一方、焼入れ鋼の仕上げ切削において、近年、加工能率向上の観点から、切削速度Ｖｃ＝２００ｍ／ｍｉｎ以上の高速切削が試みられるようになってきた。ところが、切削速度
が早まるにつれて工具摩耗が促進され、工具寿命が極端に短くなる。
【０００４】
また、高速切削条件下では、切削熱によって刃先だけでなく加工面も高温に曝される。そして、高温になった加工面が刃先通過後に空冷され、或いは、クーラント液（切削液）により急冷される。その結果、加工面に再焼入れマルテンサイト層（白層）や高温焼き戻し層などの加工変質層（熱影響層）が発生し、製品の疲労強度や耐摩耗性が低下するといった問題が発生している。
【０００５】
ここで、刃先温度を低下させるために、クーラント液を外部から刃先に供給することや、クーラント液を高圧で刃先に供給して冷却効果を高める手法が通常採られている。しかしながら、これまでのクーラント液供給方法では、満足な冷却効果が得られず、工具摩耗の抑制が十分に行えていないのが現状である。
【０００６】
刃先の冷却が満足になされない理由は、切削時には切れ刃近傍は局所的に超高圧状況にあると考えられ、それが原因で刃先が被削材と接触する領域までクーラント液が効果的に到達していないのではないかと推測される。
【０００７】
このような状況に鑑み、特許文献１，２に記載されているように、工具の内部に工具の逃げ面に開口する貫通孔を設け、その貫通孔から切削部にクーラント液を供給して刃先温度を下げることが試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３０１１０４号公報
【特許文献２】特開２００１−１９８７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の切削工具は、工具の全域が超硬合金やサーメットからなるため、焼入鋼や耐熱合金を高速で切削する用途では、硬度が不足し、塑性変形や欠損が生じて満足のいく寿命が得られない。
【００１０】
また、特許文献２の切削工具は、冷却液として超微粒ミストを使用するが、刃先温度が１０００℃以上になる焼入鋼や耐熱合金の高速切削では液量が不足し、工具摩耗の低減と加工物の白層低減には満足できる効果が得られず、顧客の要求を満たすことができない。
【００１１】
そこで、この発明は、少なくとも刃先にｃＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体を有する超高圧焼結体工具の冷却構造を工夫することで、焼入鋼、耐熱合金、難削鋳鉄などの難削材の高速切削に利用する工具の長寿命化を図り、同時に、加工変質層の生成を抑制して加工面品位を向上させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、この発明においては、刃先に超高圧焼結体を有する超高圧焼結体工具を以下の通りに構成した。すなわち、切削に関与する刃先コーナ部（ノーズＲ部）直下の逃げ面に噴出口が開口する給油孔を内部に有し、その給油孔の前記噴出口から切れ刃までの距離が０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下であり、前記逃げ面に対して、前記噴出口の向きが２０°以上、７０°以下の角度を有するものにした。
【００１３】
なお、ｃＢＮ焼結体は、体積比含有率が３０〜９９％の立方晶窒化硼素粒子と残部結合相で構成されるものが、また、ダイヤモンド焼結体は、体積比含有率が４０％以上のダイヤモンド粒子と結合相で構成されるものが、それぞれ工具用として一般的に用いられている。この発明で言う超高圧焼結体は、その一般的なｃＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体を指す。
【００１４】
上記のように構成したこの発明の逃げ面内部給油孔付き超高圧焼結体工具の好ましい形態を以下に列挙する。
【００１５】
（ｉ）前記給油孔の噴出口の断面積（開口面積）が０．１ｍｍ２以上、２ｍｍ２以下である。
この断面積が２ｍｍ２を超えると、刃先強度が低下して工具の欠損寿命が低下する。また、その断面積が、０．１ｍｍ２未満であると、既存の供給設備ではクーラント液の供給が不十分になって期待する冷却効果を得にくい。
【００１６】
（ii）工具が超硬基材とその超硬基材に接合した超高圧焼結体とからなり、前記給油孔の噴出口が前記超硬基材に形成され、その噴出口から前記超高圧焼結体までの距離が１ｍｍ以下である。ここで、基材は超硬合金が好ましいが、製造コストを考慮してサーメット、焼結合金などを採用しても構わない。
【００１７】
給油孔の噴出口を工具の超硬基材に形成することで、靭性に劣る超高圧焼結体にその噴出口を設ける形態で懸念される超高圧焼結体の切削応力による割れを防止することができる。また、その噴出口から超高圧焼結体までの距離を１ｍｍ以下となすことで、給油孔から刃先までの距離が長くなることを回避してクーラント液の供給量と供給圧力を適正化することができる。
【００１８】
（iii）ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部が接する前記工具の基材面に給油孔の断面積を急激に増加させる急拡大管を有し、ホルダ又は敷板と接する前記急拡大管の断面積をＡ、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部の断面積をＢ、給油孔の噴出口の断面積Ｃとしたとき、Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係を満たす。同急拡大管を有することにより、ホルダ又は敷板を経由して供給されるクーラント液を整流させ、各接続箇所での圧力損失を低減する効果がある。さらに、前記急拡大管と噴出口へと繋がる給油管の接続箇所が、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部の延長線上に無い設計とすることで、急拡大管部で一旦整流されたクーラント液がスムーズに噴出口へと繋がる給油管に供給され、噴出口の圧力が高まる効果が得られる。また、同接続箇所とホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部との距離が１ｍｍ以上あると好ましい。
【００１９】
（iv）前記超高圧焼結体がｃＢＮ焼結体である場合、そのｃＢＮ焼結体の熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、そのｃＢＮ焼結体の表面に、４ａ、５ａ，６ａ族元素及びＡｌの中から選択される少なくとも１種以上の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏの中から選択される少なくとも１種以上の元素の化合物からなる０．５μｍ〜１２μｍの厚みを有する耐熱硬質被膜が施されている。
【００２０】
また、耐熱硬質被膜は、膜厚が０．５μｍ未満であると耐摩耗性向上の効果が期待できず、さらに、その膜厚が１２μｍを越えると、その耐熱硬質被膜の熱伝導率が超高圧焼結体の熱伝導率よりも低くなって刃先の放熱を阻害する。従って、耐熱硬質被膜の膜厚は０．５μｍ〜１２μｍの範囲に設定するのがよい。
【００２１】
超高圧焼結体は、熱伝導率が高いものほど放熱作用に優れ、刃先温度が低下しやすい。
そのことを考えると、ｃＢＮ焼結体は熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上あるものが、また、ダイヤモンド焼結体は熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上あるものが好ましい。
【００２２】
この発明は、上記超高圧焼結体工具とともに、その工具を使用して、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ以上、給油孔から噴射されるクーラント液の流速：２０ｍ／ｓ以上の条件で焼入鋼や耐熱合金や難削鋳鉄などを切削し、切削直後の被削材の加工面を、前記給油孔の逃げ面に開口した噴出口からクーラント液を噴出させて直接冷却する切削加工方法も併せて提供する。なお、この方法での切り込み量ａｐと送り量ｆは、ａｐ：０．３ｍｍ以下、ｆ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ以下とする。
【００２３】
この発明では、工具刃先の効果的冷却による発熱抑制と逃げ面の摩擦低減を図ることで焼入鋼、耐熱合金、難削鋳鉄などの難削材を高速で切削する際の逃げ面の摩耗を抑制して長寿命化を実現する。
【００２４】
また、被削材の加工直後の面を直接急冷することで加工変質層の抑制と、高い残留応力の付与を可能となして加工面品位を向上させる。
【００２５】
逃げ面の摩耗抑制に関しては、硬度の比較的低い鋼や鋳鉄を加工する場合には、すくい面から刃先に直接高圧でクーラント液を噴射してすくい面を冷却し、それにより逃げ面も間接的に冷却することが行われており、この方法で、クレータ摩耗だけでなく逃げ面の摩耗も抑制することができた。
【００２６】
しかしながら、硬度の高い焼入鋼や耐熱合金や難削鋳鉄などを切削速度２００ｍ／ｍｉｎ以上で切削する場合には、逃げ面の摩耗抑制が満足になされない。発明者らは、特許文献１，２に記載されているように、給油孔を工具の逃げ面に開口させて逃げ面から給油することも試みたが、この方法でも逃げ面の摩耗抑制には効果がなかった。
【００２７】
そこで、冷却効果に対しては、給油の方向と給油孔から刃先までの距離が影響するとの仮説を立て、焼入鋼の切削加工におけるクーラント噴出位置、噴出圧力、噴出流量と切削性能及び加工面の性状の相関を詳細に調査した。
【００２８】
その結果、従来一般的であったすくい面からの給油では逃げ面の摩耗抑制効果が全く得られないのに対し、逃げ面に給油孔を設けたものでは、顕著な摩耗抑制効果が得られた。そして、その摩耗抑制の効果は、給油孔から刃先までの距離と給油孔の角度に強く依存すること、及びこの発明で規定した距離と角度がその摩耗抑制に有効なことを見出した。
【００２９】
さらに、興味深い結果として、すくい面からの給油に比べ、逃げ面側からの給油では切削抵抗が低減するという新たな知見を得た。また、切削後の加工面の加工変質層がすくい面からの給油に比べて減少し、加工面に高い圧縮残留応力が付与されることも見出して本発明を完成するに至った。
【００３０】
給油孔を工具の逃げ面の適切な位置に設けることによって、逃げ面摩耗が抑制される理由として、次のようなメカニズムが考えられる。
【００３１】
この発明の工具では、逃げ面に開口した給油孔から高圧のクーラント液が噴射され、それが加工直後の面に衝突した後に被削材の表面に沿って放射状に拡散する。これにより、刃先近傍の逃げ面と被削材との間に効率的にクーラント液が供給されるが、クーラント液が放射状に拡散するため、給油孔から刃先までの距離が長くなるとクーラント液の供給量と供給圧力が不足する。
【００３２】
また、給油孔を刃先に近づけすぎると、クーラントの拡散領域が狭くなって切削に関与する領域の逃げ面全体を冷却する効果が得られない。このことから最適な距離が存在すると推測し、その推測に基づいた実験を行い、経済性も考慮して数値範囲を求めた結果、噴出口から切れ刃までの距離は０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下、前記逃げ面に対する前記噴出口の角度は２０°以上、７０°以下が適当であることを見出した。
【００３３】
本願において、従来行われているすくい面からの給油よりも切削抵抗が低減される理由は、逃げ面に高圧で給油されることで逃げ面の潤滑性が高まって被削材との摩擦抵抗が減少し、切削抵抗の低減に寄与していると思われる。
【００３４】
一般に、焼入鋼や耐熱合金や難削鋳鉄を切削速度２００ｍ／ｍｉｎ以上で切削すると、刃先の温度が上昇して加工面が高温に曝される。また、その加工面は、刃先通過後に空冷又は切削液により急冷される。そのために、加工面に対して再焼入れマルテンサイトや高温焼き戻し層などの加工変質層が発生し、被削材の疲労強度や耐摩耗性が低下する等の問題が起こる。本願発明品を使用すると、効果的冷却により加工面の昇温が抑えられて加工変質層が減少し、かつ、高い圧縮の残留応力が付与される利点が得られる。
【００３５】
本発明の工具によれば、切削直後の加工面が逃げ面側からのクーラント供給によって直接冷却されるために逃げ面側で被削材の温度が低下する。また、従来のクーラント使用での切削やドライ切削と比べると冷却速度が著しく速いために加工変質層も薄くなると思われる。
【００３６】
圧縮応力については、本来、焼入鋼の切削では、刃先の押し付け効果により圧縮残留応力が付与されるが、切削速度が速くなると、刃先が加工面を通過する際に少なくとも共析鋼のオーステナイト変態温度である７２７℃以上の高温に曝される。そのために、被削材の最表面で局所的な塑性変形が生じて加工面の圧縮残留応力を消失させる熱緩和メカニズムが働き、加えて、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ以上の高速条件下では引っ張り応力が残留することがあることから、加工する部品の用途によっては、疲労強度の低下が起こると思われる。
【００３７】
本発明品を使用すると、逃げ面側における被削材の温度低下により前記の熱緩和メカニズムの影響が小さくなるため、本来の高い圧縮応力を維持することが可能になったと推測される。
本発明品は、噴出孔が工具逃げ面に開いているのに加えて、工具すくい面にも噴出孔が開いている形態も含まれる。
【発明の効果】
【００３８】
この発明の超高圧焼結体工具は、冷却構造を工夫して切削直後の加工面が逃げ面側からのクーラント供給によって直接冷却されるようにしたので、逃げ面が効率的に冷却されてその面の温度上昇が効果的に抑制され、このことが有効に寄与して焼入鋼や耐熱合金の高速切削用途での長寿命化が実現される。
【００３９】
また、逃げ面側からの給油によって加工変質層の生成が抑制され、加工面品位が向上する。さらに、逃げ面側からの給油により、逃げ面の潤滑性も高まって切削抵抗が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の工具の一形態を示す斜視図
【図２】図１の工具の平面図
【図３】図１の工具の刃先側コーナを表す側面図
【図４】図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図
【図５】図１の工具の刃先側コーナの一部を拡大した図
【図６】ｃＢＮ焼結体の表面の耐熱硬質被膜を示す断面図
【図７】この発明の工具をホルダに装着したバイトの斜視図
【図８】図７のバイトのホルダを、工具を外した状態にして示す斜視図
【図９】この発明の工具の他の形態を示す斜視図
【図１０】図９の工具の平面図
【図１１】図１０のＹ−Ｙ線に沿った断面図
【図１２】図１０の工具の刃先側コーナの一部を拡大した図
【図１３】この発明の工具のさらに他の形態を示す斜視図
【図１４】図１３の工具の断面図
【図１５】図１３の工具の刃先側コーナの一部を拡大した図
【図１６】ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部が接する工具の基材面に急拡大管を設置した例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付図面の図１〜図１６に基づいて、この発明の超高圧焼結体工具の実施の形態を説明する。
【００４２】
図１〜図５は、菱形のネガティブタイプのｃＢＮ刃先交換式チップにこの発明を適用したものである。このｃＢＮ刃先交換式チップ１は、超硬基材（超硬合金の基材）２のコーナにｃＢＮ焼結体４を接合し、そのｃＢＮ焼結体４に切れ刃５を形成し、さらに、超硬基材２の内部にクーラント液を供給する給油孔６を設けてなる。
【００４３】
ｃＢＮ焼結体４は、体積比含有率が３０〜９９％の立方晶窒化硼素粒子と残部結合相（ＴｉＣＮセラミックス）などで構成された熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の焼結体である。
【００４４】
給油孔６は、一端（入口６ａ）が超硬基材２の底面に開口し、他端（噴出口６ｂ）がチップの刃先コーナ部の直下の逃げ面８に開口している。その給油孔６の噴出口６ｂは、ｃＢＮ焼結体４までの距離が１ｍｍ以下に保たれる位置に形成されている。
【００４５】
また、その噴出口６ｂから切れ刃（刃先稜線）５までの図４、図５に示す距離Ｌが０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下に設定され、なおかつ、その噴出口６ｂの逃げ面８に対する傾き角θが２０°以上、７０°以下に設定されている。切れ刃５は、すくい面７と逃げ面８の交差した位置の稜線で構成されるものであって、この刃には必要に応じて面取りや丸ホーニングによる強化処理が施される。
【００４６】
さらに、噴出口６ｂは、断面積（開口面積）が０．１ｍｍ２以上、２ｍｍ２以下に設定されている（図示のチップは、噴出口６ｂの直径ｄ（図５参照）がφ１．０ｍｍ）。
【００４７】
ｃＢＮ焼結体４の表面には、４ａ、５ａ，６ａ族元素及びＡｌの中から選択される少なくとも１種以上の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏの中から選択される少なくとも１種以上の元素の化合物からなる０．５μｍ〜１２μｍの厚みを有する耐熱硬質被膜９（図６参照）が施されている。
【００４８】
このように構成したｃＢＮ刃先交換式チップ１は、図７に示すように、バイトホルダ１０に装着して使用する。
【００４９】
バイトホルダ１０には、チップ座１１の座底面に開口するクーラント供給孔１２（図８参照）が設けられている。そのクーラント供給孔１２に対してチップの内部の給油孔６がチップをチップ座１１に着座させた状態で連通し、バイトの使用中にクーラント供給孔１２、給油孔６経由で逃げ面８側から切削部にクーラント液を供給することができる。
【００５０】
そのクーラント液によって逃げ面８が直接冷却されてその面の温度上昇が効果的に抑制され、焼入鋼や耐熱合金の高速切削用途での長寿命化が実現される。また、逃げ面８側からの給油による加工変質層の抑制作用で加工面品位が向上し、さらに、逃げ面側からの給油による逃げ面の潤滑性向上によって切削抵抗が低減される。なお、チップは、ホルダのチップ座１１に敷板（図示せず）を介して着座させることがある。その場合には、クーラント供給孔１２の開口が敷板に形成される。
【００５１】
図９〜図１２は、給油孔６の設置形態を変化させたものである。このように、給油孔６
の噴出口６ｂを横並びの状態に点在させて複数設けてもよい。この構造によれば、噴出口６ｂからのクーラント液の噴射領域が広がり、逃げ面と加工直後の面の冷却がより効果的になされる。
【００５２】
図１３〜図１５も、給油孔６の設置形態を変化させたものである。この形態は、給油孔６の噴出口６ｂを横長の開口にしたものであって、この構造でも、噴出口６ｂからのクーラント液の噴射領域を広げることができる。なお、この構造では、彎曲した噴出口６ｂの幅方向中央における中心から切れ刃５までの距離を０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下にする。
【００５３】
図１６は、必要に応じて工具の基材面に設ける急拡大管１３の概要を示している。その急拡大管１３の断面積をＡ、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部の断面積をＢ、給油孔の噴出口の断面積Ｃとして、Ａ＞Ｂ＞Ｃの条件を満たす。給油孔の断面積を急激に増大させるこの急拡大管１３は、ホルダや敷板に形成されるクーラント供給孔１２の開口から流入したクーラントを整流し、給油孔６に流れやすくする。この急拡大管１３による整流作用で、供給されるクーラントの圧力が一旦弱まる。これにより、チップの着座面の界面からの液漏れが抑制され、給油孔６の噴出口から噴射されるクーラントの圧力が高まる。
【００５４】
なお、例示の工具はいずれも菱形ネガティブチップであるが、この発明は、三角形、四角形のチップやポジティブ型チップにも適用される。
【実施例１】
【００５５】
この発明を適用した菱形ネガティブｃＢＮ刃先交換式チップ：ＩＳＯ型番ＣＮＧＡ１２０４０８（一辺の長さ１２．７ｍｍ、コーナ角８０°、全体厚み４．７６ｍｍ）をホルダに装着して構成されるバイトを使用して、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、切り込み量ａｐ：０．２ｍｍ、送り量ｆ：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、給油孔から噴射されるクーラント液の流速：２０ｍ／ｓの条件でＳＣＭ４１５Ｈ（硬度６０ＨＲＣ）の焼入鋼を切削した。
【００５６】
使用したチップは、超硬合金製基材２のコーナ部にｃＢＮ焼結体４を接合してそれに切れ刃５を形成し、さらに、給油孔６の噴出口６ｂの直径をφ１．０ｍｍ、噴出口６ｂの中心から切れ刃５までの距離Ｌを１．９５ｍｍ、逃げ面８に対する噴出口６ｂの傾き角θを６０°に設定したものであって、ｃＢＮ焼結体４は、表面に厚さ２μｍの耐熱硬質被膜９を有し、ｃＢＮ含有率が７０体積％、残りがＴｉＮを主成分とするセラミックス結合材で構成される。
【００５７】
逃げ面に開口した給油孔の噴出口からクーラント液を噴出させて切削直後の被削材の加工面を直接冷却する方法で切削を実施したところ、すくい面側からの給油による切削に比べて逃げ面の摩耗量が小さくなった。
すくい面側からの給油では、総切削長３０００ｍの時点での逃げ面摩耗量が２２７μｍに対し、発明品を使用した方法では、総切削長３０００ｍの時点での逃げ面摩耗量が１４０μｍに抑制された。
【実施例２】
【００５８】
給油孔の噴出口から切れ刃までの距離Ｌと、逃げ面に対する前記噴出口の角度θを表１に示す通りに設定し、その他の条件は実施例１と同じ仕様のｃＢＮ刃先交換式チップをホルダに装着したバイトを使用して切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、切り込み量ａｐ：０．２ｍｍ、送り量ｆ：０．１ｍｍ／ｒｅｖで、インコネル７１８（硬度ＨＲＣ５０）の耐熱合金を切削した。ｃＢＮ焼結体４は、ｃＢＮ含有率が９０体積％、残りがＣｏを主成分とする結合材で構成される。
この評価試験での総切削長１０００ｍの時点での逃げ面摩耗量を表１に併せて示す。
【００５９】
【表１】
【実施例３】
【００６０】
ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部が接する工具の基材面に急拡大管を有し、その急拡大管の断面積をＡ、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部の断面積をＢ、給油孔の噴出口の断面積Ｃとして、そのＡ，Ｂ，Ｃの値を表２の通りに設定した実施例１と同様のチップと被削材ＳＵＪ２（硬度６２ＨＲＣ）を用いて切削評価を実施した。この試験での総切削距離１ｋｍ時点での逃げ面摩耗量を表２に併せて示す。なお、同急拡大管と噴出口へと繋がる給油管の接続箇所は、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部の延長線上に無く、かつ同接続箇所とホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部との距離は２．５ｍｍであった。
【００６１】
【表２】
【符号の説明】
【００６２】
１ ｃＢＮ刃先交換式チップ
２ 超硬基材
４ ｃＢＮ焼結体
５ 切れ刃
６ 給油孔
６ａ 入口
６ｂ 噴出口
７ すくい面
８ 逃げ面
９ 耐熱硬質被膜
１０ バイトホルダ
１１ チップ座
１２ クーラント供給孔
１３ 急拡大管
【技術分野】
【０００１】
この発明は、立方晶窒化硼素（以下、ｃＢＮ）又はダイヤモンド焼結体を刃先に有する超高圧焼結体工具、詳しくは、焼入鋼や耐熱合金や難削鋳鉄に代表される難削材の高速切削において長寿命を発揮し、同時に加工面品位も向上させる内部給油孔付き超高圧焼結体工具とそれを用いた切削加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｃＢＮ焼結体は、化学的安定性や鉄との低親和性に富む。また、高硬度で耐摩耗性に優れることから、これを材料にした切削工具は、超硬工具と比較して加工能率に優れ、長寿命を発揮する。また、塑性加工用の工具と比べて加工の自由度が高く、研削工具と比べて環境への負荷が小さい。その点が評価されて、鉄系難削材の加工では、従来工具とｃＢＮ焼結体工具の置き換えが進んでいる。
【０００３】
一方、焼入れ鋼の仕上げ切削において、近年、加工能率向上の観点から、切削速度Ｖｃ＝２００ｍ／ｍｉｎ以上の高速切削が試みられるようになってきた。ところが、切削速度
が早まるにつれて工具摩耗が促進され、工具寿命が極端に短くなる。
【０００４】
また、高速切削条件下では、切削熱によって刃先だけでなく加工面も高温に曝される。そして、高温になった加工面が刃先通過後に空冷され、或いは、クーラント液（切削液）により急冷される。その結果、加工面に再焼入れマルテンサイト層（白層）や高温焼き戻し層などの加工変質層（熱影響層）が発生し、製品の疲労強度や耐摩耗性が低下するといった問題が発生している。
【０００５】
ここで、刃先温度を低下させるために、クーラント液を外部から刃先に供給することや、クーラント液を高圧で刃先に供給して冷却効果を高める手法が通常採られている。しかしながら、これまでのクーラント液供給方法では、満足な冷却効果が得られず、工具摩耗の抑制が十分に行えていないのが現状である。
【０００６】
刃先の冷却が満足になされない理由は、切削時には切れ刃近傍は局所的に超高圧状況にあると考えられ、それが原因で刃先が被削材と接触する領域までクーラント液が効果的に到達していないのではないかと推測される。
【０００７】
このような状況に鑑み、特許文献１，２に記載されているように、工具の内部に工具の逃げ面に開口する貫通孔を設け、その貫通孔から切削部にクーラント液を供給して刃先温度を下げることが試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３０１１０４号公報
【特許文献２】特開２００１−１９８７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の切削工具は、工具の全域が超硬合金やサーメットからなるため、焼入鋼や耐熱合金を高速で切削する用途では、硬度が不足し、塑性変形や欠損が生じて満足のいく寿命が得られない。
【００１０】
また、特許文献２の切削工具は、冷却液として超微粒ミストを使用するが、刃先温度が１０００℃以上になる焼入鋼や耐熱合金の高速切削では液量が不足し、工具摩耗の低減と加工物の白層低減には満足できる効果が得られず、顧客の要求を満たすことができない。
【００１１】
そこで、この発明は、少なくとも刃先にｃＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体を有する超高圧焼結体工具の冷却構造を工夫することで、焼入鋼、耐熱合金、難削鋳鉄などの難削材の高速切削に利用する工具の長寿命化を図り、同時に、加工変質層の生成を抑制して加工面品位を向上させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、この発明においては、刃先に超高圧焼結体を有する超高圧焼結体工具を以下の通りに構成した。すなわち、切削に関与する刃先コーナ部（ノーズＲ部）直下の逃げ面に噴出口が開口する給油孔を内部に有し、その給油孔の前記噴出口から切れ刃までの距離が０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下であり、前記逃げ面に対して、前記噴出口の向きが２０°以上、７０°以下の角度を有するものにした。
【００１３】
なお、ｃＢＮ焼結体は、体積比含有率が３０〜９９％の立方晶窒化硼素粒子と残部結合相で構成されるものが、また、ダイヤモンド焼結体は、体積比含有率が４０％以上のダイヤモンド粒子と結合相で構成されるものが、それぞれ工具用として一般的に用いられている。この発明で言う超高圧焼結体は、その一般的なｃＢＮ焼結体やダイヤモンド焼結体を指す。
【００１４】
上記のように構成したこの発明の逃げ面内部給油孔付き超高圧焼結体工具の好ましい形態を以下に列挙する。
【００１５】
（ｉ）前記給油孔の噴出口の断面積（開口面積）が０．１ｍｍ２以上、２ｍｍ２以下である。
この断面積が２ｍｍ２を超えると、刃先強度が低下して工具の欠損寿命が低下する。また、その断面積が、０．１ｍｍ２未満であると、既存の供給設備ではクーラント液の供給が不十分になって期待する冷却効果を得にくい。
【００１６】
（ii）工具が超硬基材とその超硬基材に接合した超高圧焼結体とからなり、前記給油孔の噴出口が前記超硬基材に形成され、その噴出口から前記超高圧焼結体までの距離が１ｍｍ以下である。ここで、基材は超硬合金が好ましいが、製造コストを考慮してサーメット、焼結合金などを採用しても構わない。
【００１７】
給油孔の噴出口を工具の超硬基材に形成することで、靭性に劣る超高圧焼結体にその噴出口を設ける形態で懸念される超高圧焼結体の切削応力による割れを防止することができる。また、その噴出口から超高圧焼結体までの距離を１ｍｍ以下となすことで、給油孔から刃先までの距離が長くなることを回避してクーラント液の供給量と供給圧力を適正化することができる。
【００１８】
（iii）ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部が接する前記工具の基材面に給油孔の断面積を急激に増加させる急拡大管を有し、ホルダ又は敷板と接する前記急拡大管の断面積をＡ、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部の断面積をＢ、給油孔の噴出口の断面積Ｃとしたとき、Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係を満たす。同急拡大管を有することにより、ホルダ又は敷板を経由して供給されるクーラント液を整流させ、各接続箇所での圧力損失を低減する効果がある。さらに、前記急拡大管と噴出口へと繋がる給油管の接続箇所が、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部の延長線上に無い設計とすることで、急拡大管部で一旦整流されたクーラント液がスムーズに噴出口へと繋がる給油管に供給され、噴出口の圧力が高まる効果が得られる。また、同接続箇所とホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部との距離が１ｍｍ以上あると好ましい。
【００１９】
（iv）前記超高圧焼結体がｃＢＮ焼結体である場合、そのｃＢＮ焼結体の熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、そのｃＢＮ焼結体の表面に、４ａ、５ａ，６ａ族元素及びＡｌの中から選択される少なくとも１種以上の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏの中から選択される少なくとも１種以上の元素の化合物からなる０．５μｍ〜１２μｍの厚みを有する耐熱硬質被膜が施されている。
【００２０】
また、耐熱硬質被膜は、膜厚が０．５μｍ未満であると耐摩耗性向上の効果が期待できず、さらに、その膜厚が１２μｍを越えると、その耐熱硬質被膜の熱伝導率が超高圧焼結体の熱伝導率よりも低くなって刃先の放熱を阻害する。従って、耐熱硬質被膜の膜厚は０．５μｍ〜１２μｍの範囲に設定するのがよい。
【００２１】
超高圧焼結体は、熱伝導率が高いものほど放熱作用に優れ、刃先温度が低下しやすい。
そのことを考えると、ｃＢＮ焼結体は熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上あるものが、また、ダイヤモンド焼結体は熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上あるものが好ましい。
【００２２】
この発明は、上記超高圧焼結体工具とともに、その工具を使用して、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ以上、給油孔から噴射されるクーラント液の流速：２０ｍ／ｓ以上の条件で焼入鋼や耐熱合金や難削鋳鉄などを切削し、切削直後の被削材の加工面を、前記給油孔の逃げ面に開口した噴出口からクーラント液を噴出させて直接冷却する切削加工方法も併せて提供する。なお、この方法での切り込み量ａｐと送り量ｆは、ａｐ：０．３ｍｍ以下、ｆ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ以下とする。
【００２３】
この発明では、工具刃先の効果的冷却による発熱抑制と逃げ面の摩擦低減を図ることで焼入鋼、耐熱合金、難削鋳鉄などの難削材を高速で切削する際の逃げ面の摩耗を抑制して長寿命化を実現する。
【００２４】
また、被削材の加工直後の面を直接急冷することで加工変質層の抑制と、高い残留応力の付与を可能となして加工面品位を向上させる。
【００２５】
逃げ面の摩耗抑制に関しては、硬度の比較的低い鋼や鋳鉄を加工する場合には、すくい面から刃先に直接高圧でクーラント液を噴射してすくい面を冷却し、それにより逃げ面も間接的に冷却することが行われており、この方法で、クレータ摩耗だけでなく逃げ面の摩耗も抑制することができた。
【００２６】
しかしながら、硬度の高い焼入鋼や耐熱合金や難削鋳鉄などを切削速度２００ｍ／ｍｉｎ以上で切削する場合には、逃げ面の摩耗抑制が満足になされない。発明者らは、特許文献１，２に記載されているように、給油孔を工具の逃げ面に開口させて逃げ面から給油することも試みたが、この方法でも逃げ面の摩耗抑制には効果がなかった。
【００２７】
そこで、冷却効果に対しては、給油の方向と給油孔から刃先までの距離が影響するとの仮説を立て、焼入鋼の切削加工におけるクーラント噴出位置、噴出圧力、噴出流量と切削性能及び加工面の性状の相関を詳細に調査した。
【００２８】
その結果、従来一般的であったすくい面からの給油では逃げ面の摩耗抑制効果が全く得られないのに対し、逃げ面に給油孔を設けたものでは、顕著な摩耗抑制効果が得られた。そして、その摩耗抑制の効果は、給油孔から刃先までの距離と給油孔の角度に強く依存すること、及びこの発明で規定した距離と角度がその摩耗抑制に有効なことを見出した。
【００２９】
さらに、興味深い結果として、すくい面からの給油に比べ、逃げ面側からの給油では切削抵抗が低減するという新たな知見を得た。また、切削後の加工面の加工変質層がすくい面からの給油に比べて減少し、加工面に高い圧縮残留応力が付与されることも見出して本発明を完成するに至った。
【００３０】
給油孔を工具の逃げ面の適切な位置に設けることによって、逃げ面摩耗が抑制される理由として、次のようなメカニズムが考えられる。
【００３１】
この発明の工具では、逃げ面に開口した給油孔から高圧のクーラント液が噴射され、それが加工直後の面に衝突した後に被削材の表面に沿って放射状に拡散する。これにより、刃先近傍の逃げ面と被削材との間に効率的にクーラント液が供給されるが、クーラント液が放射状に拡散するため、給油孔から刃先までの距離が長くなるとクーラント液の供給量と供給圧力が不足する。
【００３２】
また、給油孔を刃先に近づけすぎると、クーラントの拡散領域が狭くなって切削に関与する領域の逃げ面全体を冷却する効果が得られない。このことから最適な距離が存在すると推測し、その推測に基づいた実験を行い、経済性も考慮して数値範囲を求めた結果、噴出口から切れ刃までの距離は０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下、前記逃げ面に対する前記噴出口の角度は２０°以上、７０°以下が適当であることを見出した。
【００３３】
本願において、従来行われているすくい面からの給油よりも切削抵抗が低減される理由は、逃げ面に高圧で給油されることで逃げ面の潤滑性が高まって被削材との摩擦抵抗が減少し、切削抵抗の低減に寄与していると思われる。
【００３４】
一般に、焼入鋼や耐熱合金や難削鋳鉄を切削速度２００ｍ／ｍｉｎ以上で切削すると、刃先の温度が上昇して加工面が高温に曝される。また、その加工面は、刃先通過後に空冷又は切削液により急冷される。そのために、加工面に対して再焼入れマルテンサイトや高温焼き戻し層などの加工変質層が発生し、被削材の疲労強度や耐摩耗性が低下する等の問題が起こる。本願発明品を使用すると、効果的冷却により加工面の昇温が抑えられて加工変質層が減少し、かつ、高い圧縮の残留応力が付与される利点が得られる。
【００３５】
本発明の工具によれば、切削直後の加工面が逃げ面側からのクーラント供給によって直接冷却されるために逃げ面側で被削材の温度が低下する。また、従来のクーラント使用での切削やドライ切削と比べると冷却速度が著しく速いために加工変質層も薄くなると思われる。
【００３６】
圧縮応力については、本来、焼入鋼の切削では、刃先の押し付け効果により圧縮残留応力が付与されるが、切削速度が速くなると、刃先が加工面を通過する際に少なくとも共析鋼のオーステナイト変態温度である７２７℃以上の高温に曝される。そのために、被削材の最表面で局所的な塑性変形が生じて加工面の圧縮残留応力を消失させる熱緩和メカニズムが働き、加えて、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ以上の高速条件下では引っ張り応力が残留することがあることから、加工する部品の用途によっては、疲労強度の低下が起こると思われる。
【００３７】
本発明品を使用すると、逃げ面側における被削材の温度低下により前記の熱緩和メカニズムの影響が小さくなるため、本来の高い圧縮応力を維持することが可能になったと推測される。
本発明品は、噴出孔が工具逃げ面に開いているのに加えて、工具すくい面にも噴出孔が開いている形態も含まれる。
【発明の効果】
【００３８】
この発明の超高圧焼結体工具は、冷却構造を工夫して切削直後の加工面が逃げ面側からのクーラント供給によって直接冷却されるようにしたので、逃げ面が効率的に冷却されてその面の温度上昇が効果的に抑制され、このことが有効に寄与して焼入鋼や耐熱合金の高速切削用途での長寿命化が実現される。
【００３９】
また、逃げ面側からの給油によって加工変質層の生成が抑制され、加工面品位が向上する。さらに、逃げ面側からの給油により、逃げ面の潤滑性も高まって切削抵抗が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の工具の一形態を示す斜視図
【図２】図１の工具の平面図
【図３】図１の工具の刃先側コーナを表す側面図
【図４】図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図
【図５】図１の工具の刃先側コーナの一部を拡大した図
【図６】ｃＢＮ焼結体の表面の耐熱硬質被膜を示す断面図
【図７】この発明の工具をホルダに装着したバイトの斜視図
【図８】図７のバイトのホルダを、工具を外した状態にして示す斜視図
【図９】この発明の工具の他の形態を示す斜視図
【図１０】図９の工具の平面図
【図１１】図１０のＹ−Ｙ線に沿った断面図
【図１２】図１０の工具の刃先側コーナの一部を拡大した図
【図１３】この発明の工具のさらに他の形態を示す斜視図
【図１４】図１３の工具の断面図
【図１５】図１３の工具の刃先側コーナの一部を拡大した図
【図１６】ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部が接する工具の基材面に急拡大管を設置した例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付図面の図１〜図１６に基づいて、この発明の超高圧焼結体工具の実施の形態を説明する。
【００４２】
図１〜図５は、菱形のネガティブタイプのｃＢＮ刃先交換式チップにこの発明を適用したものである。このｃＢＮ刃先交換式チップ１は、超硬基材（超硬合金の基材）２のコーナにｃＢＮ焼結体４を接合し、そのｃＢＮ焼結体４に切れ刃５を形成し、さらに、超硬基材２の内部にクーラント液を供給する給油孔６を設けてなる。
【００４３】
ｃＢＮ焼結体４は、体積比含有率が３０〜９９％の立方晶窒化硼素粒子と残部結合相（ＴｉＣＮセラミックス）などで構成された熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の焼結体である。
【００４４】
給油孔６は、一端（入口６ａ）が超硬基材２の底面に開口し、他端（噴出口６ｂ）がチップの刃先コーナ部の直下の逃げ面８に開口している。その給油孔６の噴出口６ｂは、ｃＢＮ焼結体４までの距離が１ｍｍ以下に保たれる位置に形成されている。
【００４５】
また、その噴出口６ｂから切れ刃（刃先稜線）５までの図４、図５に示す距離Ｌが０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下に設定され、なおかつ、その噴出口６ｂの逃げ面８に対する傾き角θが２０°以上、７０°以下に設定されている。切れ刃５は、すくい面７と逃げ面８の交差した位置の稜線で構成されるものであって、この刃には必要に応じて面取りや丸ホーニングによる強化処理が施される。
【００４６】
さらに、噴出口６ｂは、断面積（開口面積）が０．１ｍｍ２以上、２ｍｍ２以下に設定されている（図示のチップは、噴出口６ｂの直径ｄ（図５参照）がφ１．０ｍｍ）。
【００４７】
ｃＢＮ焼結体４の表面には、４ａ、５ａ，６ａ族元素及びＡｌの中から選択される少なくとも１種以上の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏの中から選択される少なくとも１種以上の元素の化合物からなる０．５μｍ〜１２μｍの厚みを有する耐熱硬質被膜９（図６参照）が施されている。
【００４８】
このように構成したｃＢＮ刃先交換式チップ１は、図７に示すように、バイトホルダ１０に装着して使用する。
【００４９】
バイトホルダ１０には、チップ座１１の座底面に開口するクーラント供給孔１２（図８参照）が設けられている。そのクーラント供給孔１２に対してチップの内部の給油孔６がチップをチップ座１１に着座させた状態で連通し、バイトの使用中にクーラント供給孔１２、給油孔６経由で逃げ面８側から切削部にクーラント液を供給することができる。
【００５０】
そのクーラント液によって逃げ面８が直接冷却されてその面の温度上昇が効果的に抑制され、焼入鋼や耐熱合金の高速切削用途での長寿命化が実現される。また、逃げ面８側からの給油による加工変質層の抑制作用で加工面品位が向上し、さらに、逃げ面側からの給油による逃げ面の潤滑性向上によって切削抵抗が低減される。なお、チップは、ホルダのチップ座１１に敷板（図示せず）を介して着座させることがある。その場合には、クーラント供給孔１２の開口が敷板に形成される。
【００５１】
図９〜図１２は、給油孔６の設置形態を変化させたものである。このように、給油孔６
の噴出口６ｂを横並びの状態に点在させて複数設けてもよい。この構造によれば、噴出口６ｂからのクーラント液の噴射領域が広がり、逃げ面と加工直後の面の冷却がより効果的になされる。
【００５２】
図１３〜図１５も、給油孔６の設置形態を変化させたものである。この形態は、給油孔６の噴出口６ｂを横長の開口にしたものであって、この構造でも、噴出口６ｂからのクーラント液の噴射領域を広げることができる。なお、この構造では、彎曲した噴出口６ｂの幅方向中央における中心から切れ刃５までの距離を０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下にする。
【００５３】
図１６は、必要に応じて工具の基材面に設ける急拡大管１３の概要を示している。その急拡大管１３の断面積をＡ、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部の断面積をＢ、給油孔の噴出口の断面積Ｃとして、Ａ＞Ｂ＞Ｃの条件を満たす。給油孔の断面積を急激に増大させるこの急拡大管１３は、ホルダや敷板に形成されるクーラント供給孔１２の開口から流入したクーラントを整流し、給油孔６に流れやすくする。この急拡大管１３による整流作用で、供給されるクーラントの圧力が一旦弱まる。これにより、チップの着座面の界面からの液漏れが抑制され、給油孔６の噴出口から噴射されるクーラントの圧力が高まる。
【００５４】
なお、例示の工具はいずれも菱形ネガティブチップであるが、この発明は、三角形、四角形のチップやポジティブ型チップにも適用される。
【実施例１】
【００５５】
この発明を適用した菱形ネガティブｃＢＮ刃先交換式チップ：ＩＳＯ型番ＣＮＧＡ１２０４０８（一辺の長さ１２．７ｍｍ、コーナ角８０°、全体厚み４．７６ｍｍ）をホルダに装着して構成されるバイトを使用して、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、切り込み量ａｐ：０．２ｍｍ、送り量ｆ：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、給油孔から噴射されるクーラント液の流速：２０ｍ／ｓの条件でＳＣＭ４１５Ｈ（硬度６０ＨＲＣ）の焼入鋼を切削した。
【００５６】
使用したチップは、超硬合金製基材２のコーナ部にｃＢＮ焼結体４を接合してそれに切れ刃５を形成し、さらに、給油孔６の噴出口６ｂの直径をφ１．０ｍｍ、噴出口６ｂの中心から切れ刃５までの距離Ｌを１．９５ｍｍ、逃げ面８に対する噴出口６ｂの傾き角θを６０°に設定したものであって、ｃＢＮ焼結体４は、表面に厚さ２μｍの耐熱硬質被膜９を有し、ｃＢＮ含有率が７０体積％、残りがＴｉＮを主成分とするセラミックス結合材で構成される。
【００５７】
逃げ面に開口した給油孔の噴出口からクーラント液を噴出させて切削直後の被削材の加工面を直接冷却する方法で切削を実施したところ、すくい面側からの給油による切削に比べて逃げ面の摩耗量が小さくなった。
すくい面側からの給油では、総切削長３０００ｍの時点での逃げ面摩耗量が２２７μｍに対し、発明品を使用した方法では、総切削長３０００ｍの時点での逃げ面摩耗量が１４０μｍに抑制された。
【実施例２】
【００５８】
給油孔の噴出口から切れ刃までの距離Ｌと、逃げ面に対する前記噴出口の角度θを表１に示す通りに設定し、その他の条件は実施例１と同じ仕様のｃＢＮ刃先交換式チップをホルダに装着したバイトを使用して切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、切り込み量ａｐ：０．２ｍｍ、送り量ｆ：０．１ｍｍ／ｒｅｖで、インコネル７１８（硬度ＨＲＣ５０）の耐熱合金を切削した。ｃＢＮ焼結体４は、ｃＢＮ含有率が９０体積％、残りがＣｏを主成分とする結合材で構成される。
この評価試験での総切削長１０００ｍの時点での逃げ面摩耗量を表１に併せて示す。
【００５９】
【表１】
【実施例３】
【００６０】
ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部が接する工具の基材面に急拡大管を有し、その急拡大管の断面積をＡ、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部の断面積をＢ、給油孔の噴出口の断面積Ｃとして、そのＡ，Ｂ，Ｃの値を表２の通りに設定した実施例１と同様のチップと被削材ＳＵＪ２（硬度６２ＨＲＣ）を用いて切削評価を実施した。この試験での総切削距離１ｋｍ時点での逃げ面摩耗量を表２に併せて示す。なお、同急拡大管と噴出口へと繋がる給油管の接続箇所は、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部の延長線上に無く、かつ同接続箇所とホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部との距離は２．５ｍｍであった。
【００６１】
【表２】
【符号の説明】
【００６２】
１ ｃＢＮ刃先交換式チップ
２ 超硬基材
４ ｃＢＮ焼結体
５ 切れ刃
６ 給油孔
６ａ 入口
６ｂ 噴出口
７ すくい面
８ 逃げ面
９ 耐熱硬質被膜
１０ バイトホルダ
１１ チップ座
１２ クーラント供給孔
１３ 急拡大管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも刃先にｃＢＮ焼結体又はダイヤモンド焼結体からなる超高圧焼結体（４）を有する超高圧焼結体工具であって、噴出口が工具の刃先コーナ部直下の逃げ面に開口した給油孔を内部に有し、その給油孔の前記噴出口から切れ刃までの距離が０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下であり、前記逃げ面に対して、前記噴出口の向きが２０°以上、７０°以下の角度を有することを特徴とする逃げ面内部給油孔付き超高圧焼結体工具。
【請求項２】
前記給油孔の噴出口の断面積が０．１ｍｍ２以上、２ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載の超高圧焼結体工具。
【請求項３】
工具が超硬基材（２）のコーナ部に超高圧焼結体（４）を接合して構成されており、前記給油孔の噴出口（６ｂ）が前記超硬基材（２）に形成され、その噴出口が前記超高圧焼結体（４）から１ｍｍ以下の距離を保った位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超高圧焼結体工具。
【請求項４】
ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部が接する工具の基材面に給油孔の断面積を急激に増大させる急拡大管（１３）を有し、その急拡大管（１３）の断面積をＡ、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔（１２）の開口部の断面積をＢ、給油孔（６）の噴出口（６ｂ）の断面積Ｃとして、Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超高圧焼結体工具。
【請求項５】
前記急拡大管（１３）と噴出口へと繋がる給油管の接続箇所が、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部の延長線上に無く、かつ同接続箇所とホルダ又は敷板の開口部との距離が１ｍｍ以上あることを特徴とする請求項４に記載の超高圧焼結体工具。
【請求項６】
前記超高圧焼結体（４）がｃＢＮ焼結体であり、このｃＢＮ焼結体の熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、同焼結体の表面が４ａ、５ａ，６ａ族元素及びＡｌの中から選択される少なくとも１種以上の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏの中から選択される少なくとも１種以上の元素の化合物からなる０．５μｍ〜１２μｍの厚みを有する耐熱硬質被膜（９）で被覆されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超高圧焼結体工具。
【請求項７】
前記超高圧焼結体（４）がダイヤモンド焼結体であり、そのダイヤモンド焼結体の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超高圧焼結体工具。
【請求項８】
前記超高圧焼結体（４）としてｃＢＮ焼結体を用いた請求項１〜６のいずれかに記載の超高圧焼結体工具を使用して、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ以上、切り込み量ａｐ：０．３ｍｍ以下、送り量ｆ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ以下、給油孔から噴射されるクーラント液の流速：２０ｍ／ｓ以上の条件で焼入鋼又は耐熱合金を切削し、切削直後の被削材の加工面を、前記給油孔の逃げ面に開口した噴出口からクーラント液を噴出させて直接冷却する切削加工方法。
【請求項１】
少なくとも刃先にｃＢＮ焼結体又はダイヤモンド焼結体からなる超高圧焼結体（４）を有する超高圧焼結体工具であって、噴出口が工具の刃先コーナ部直下の逃げ面に開口した給油孔を内部に有し、その給油孔の前記噴出口から切れ刃までの距離が０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下であり、前記逃げ面に対して、前記噴出口の向きが２０°以上、７０°以下の角度を有することを特徴とする逃げ面内部給油孔付き超高圧焼結体工具。
【請求項２】
前記給油孔の噴出口の断面積が０．１ｍｍ２以上、２ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載の超高圧焼結体工具。
【請求項３】
工具が超硬基材（２）のコーナ部に超高圧焼結体（４）を接合して構成されており、前記給油孔の噴出口（６ｂ）が前記超硬基材（２）に形成され、その噴出口が前記超高圧焼結体（４）から１ｍｍ以下の距離を保った位置に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超高圧焼結体工具。
【請求項４】
ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部が接する工具の基材面に給油孔の断面積を急激に増大させる急拡大管（１３）を有し、その急拡大管（１３）の断面積をＡ、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔（１２）の開口部の断面積をＢ、給油孔（６）の噴出口（６ｂ）の断面積Ｃとして、Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超高圧焼結体工具。
【請求項５】
前記急拡大管（１３）と噴出口へと繋がる給油管の接続箇所が、ホルダ又は敷板のクーラント供給孔の開口部の延長線上に無く、かつ同接続箇所とホルダ又は敷板の開口部との距離が１ｍｍ以上あることを特徴とする請求項４に記載の超高圧焼結体工具。
【請求項６】
前記超高圧焼結体（４）がｃＢＮ焼結体であり、このｃＢＮ焼結体の熱伝導率が７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、同焼結体の表面が４ａ、５ａ，６ａ族元素及びＡｌの中から選択される少なくとも１種以上の元素と、Ｃ、Ｎ、Ｏの中から選択される少なくとも１種以上の元素の化合物からなる０．５μｍ〜１２μｍの厚みを有する耐熱硬質被膜（９）で被覆されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超高圧焼結体工具。
【請求項７】
前記超高圧焼結体（４）がダイヤモンド焼結体であり、そのダイヤモンド焼結体の熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超高圧焼結体工具。
【請求項８】
前記超高圧焼結体（４）としてｃＢＮ焼結体を用いた請求項１〜６のいずれかに記載の超高圧焼結体工具を使用して、切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ以上、切り込み量ａｐ：０．３ｍｍ以下、送り量ｆ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ以下、給油孔から噴射されるクーラント液の流速：２０ｍ／ｓ以上の条件で焼入鋼又は耐熱合金を切削し、切削直後の被削材の加工面を、前記給油孔の逃げ面に開口した噴出口からクーラント液を噴出させて直接冷却する切削加工方法。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−４９１０６（Ｐ２０１３−４９１０６Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８７４７２（Ｐ２０１１−１８７４７２）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（５０３２１２６５２）住友電工ハードメタル株式会社 (390)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（５０３２１２６５２）住友電工ハードメタル株式会社 (390)
【Ｆターム（参考）】
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