JP5697681B2 - フライス加工用インサート及びフライス加工用刃先交換式回転切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、フライス加工用インサート及びフライス加工用刃先交換式回転切削工具に関する。

従来、フライス加工において、切れ刃が形成されたインサートを、回転駆動される回転切削工具本体（軸体）の先端部や周部に着脱自在に取り付けて交換式にしたフライス加工用刃先交換式回転切削工具が利用されている。
このような回転切削工具において、切削抵抗の低減、切屑処理性の向上を図るために、インサートの切れ刃を波形状に形成することが行われている（特許文献１）。

特開２００８−１１０４５１号公報

しかしながら、従来の波形状の切れ刃を有したインサートの用途は、金属材料の切削加工が主である。金属材料の切屑は長く繋がりやすいため、波形状の切れ刃で細かく裁断することにより切屑処理性向上の効果がある。また、金属材料の切削にあたっては、刃先への負荷が大きく刃先の欠けが問題となるため、刃先強度を高く維持する必要がある。
したがって、これらの必要性、すなわち、切屑処理性や、刃先強度の維持の観点から、波形状切れ刃の形状は設計され、波形状切れ刃には正弦波などが多く採用されてきた。
しかし、繊維強化樹脂複合材（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）の切削加工においては、金属材料の切削加工に比較すると、切れ刃に切屑処理性や刃先強度は高く求められない。そのために、ＦＲＰ切削用途においては、インサートの切れ刃の波形を切削抵抗の低減等の特性を向上させるために工夫する余地がある。

そこで、本発明は、切削抵抗が低減され、従って、切れ刃の摩耗の進行が抑えられ、長寿命化が図られたフライス加工用インサート及びフライス加工用刃先交換式回転切削工具を提供することを課題とする。
さらに本発明は、切れ刃の耐摩耗性を改善し、さらに長寿命化を図ることを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、多角形平板状のインサート本体における１の多角形面にすくい面が設けられ、前記多角形面に隣接する周面が逃げ面とされ、前記すくい面と前記逃げ面とが交差する稜線を刃先とした切れ刃が形成されたインサートにおいて、
前記すくい面には、複数の山部と谷部とを交互に配列したセレーションが、前記切れ刃に交差するように形成され、
前記逃げ面の垂直視において、前記稜線は、底部が凹円弧部に頂部が凸円弧部にされてこれを交互に繰り返す波形状に形成され、
前記凹円弧部と前記凸円弧部は、ともに１／４円弧以上、１／３円弧以下であり、
前記凹円弧部は、これに隣接する２つの前記凸円弧部の一方に近く他方に遠い位置に偏在することを特徴とするフライス加工用インサートである。

請求項２記載の発明は、前記稜線は、前記凹円弧部と、これに隣接する２つの前記凸円弧部のうち遠い方の前記凸円弧部との間が直線によって結ばれた形状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のフライス加工用インサートある。

請求項３記載の発明は、前記稜線は、前記凹円弧部と、これに隣接する２つの前記凸円弧部のうち近い方の前記凸円弧部との間が直線によって結ばれた形状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のフライス加工用インサートある。

請求項４記載の発明は、前記稜線は、前記凹円弧部と、これに隣接する２つの前記凸円弧部のうち近い方の前記凸円弧部とが直接結ばれた形状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のフライス加工用インサートある。

請求項５記載の発明は、前記凸円弧部は、その両端点同士を結ぶ仮想弦が、当該凸円弧部に隣接する２つの前記凹円弧部のうち近い方に傾いていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のフライス加工用インサートある。

請求項６記載の発明は、前記凸円弧部の中点を通る当該凸円弧部の接線と、前記中点を通り工具回転軸（ＡＸ）に直交する直線とのずれ角（λ）を±５度以内にして回転切削工具本体に取付可能に構成されたことを特徴とする請求項５に記載のフライス加工用インサートである。

請求項７記載の発明は、前記稜線は、前記凹円弧部に対して当該凹円弧部に隣接する２つの前記凸円弧部のうち近い方の前記凸円弧部が存在する方向に向かって辿ったとき、次第に狭ピッチに形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載のフライス加工用インサートある。

請求項８記載の発明は、多結晶ダイヤモンド皮膜の被覆が施されたことを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一に記載のフライス加工用インサートある。

請求項９記載の発明は、前記インサートの基体が超硬合金製部材から構成されるとともに、前記切れ刃が、前記基体に接合された立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）焼結体又は多結晶ダイヤモンドからなる高硬質部材から構成されたことを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一に記載のフライス加工用インサートある。

請求項１０記載の発明は、前記切れ刃は、前記凹円弧部と前記凸円弧部とが交互に繰り返す前記波形状の範囲と前記多角形面のコーナーとの間に、ワイパー刃を有することを特徴とする請求項１から９のうちいずれか一に記載のフライス加工用インサートである。

請求項１１記載の発明は、請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載のインサートが、回転駆動される回転切削工具本体の先端部に着脱自在に取り付けられたフライス加工用刃先交換式回転切削工具ある。

請求項１２記載の発明は、前記インサートを前記回転切削工具本体の先端部に装着した状態において、
前記切れ刃の最下点（ＢＴ）と、前記最下点を有する辺に対し工具回転軸（ＡＸ）の半径方向外方に隣接する辺における前記最下点に相当する相当点（ＢＴＲ）とを結ぶ線分（Ｔ）を想定したとき、
前記線分と、前記最下点を含み工具回転軸に直交する面（Ｕ）とのなす角（δ）が、５度以上、３０度以下であることを特徴とする請求項１１に記載のフライス加工用刃先交換式回転切削工具ある。

請求項１３記載の発明は、前記凸円弧部の中点を通る当該凸円弧部の接線と、前記中点を通り工具回転軸（ＡＸ）に直交する直線とのずれ角（λ）を±５度以内にして前記インサートが前記回転切削工具本体に取付られた請求項１１又は請求項１２に記載のフライス加工用刃先交換式回転切削工具ある。

請求項１４記載の発明は、請求項１０に記載のインサートが、回転駆動される回転切削工具本体の先端部に着脱自在に取り付けられたフライス加工用刃先交換式回転切削工具であって、
前記インサートを前記回転切削工具本体の先端部に装着した状態において、
前記切れ刃の最下点（ＢＴ）を含み工具回転軸（ＡＸ）に直交する面（Ｕ）を角度基準とし前記最下点を観察点として、仰角（γ）１度以下の範囲で所定長さに亘って前記ワイパー刃（４３）が形成されていることを特徴とするフライス加工用刃先交換式回転切削工具である。

本発明によれば、切削抵抗が低減されるので、切れ刃の摩耗の進行が抑えられ、フライス加工用インサートが長寿命化するという効果がある。

本発明の一実施形態に係るフライス加工用刃先交換式回転切削工具の斜視図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工用刃先交換式回転切削工具の側面図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工用刃先交換式回転切削工具の先端面図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工用インサートの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工用インサートの一方の多角形面を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工用インサートの周面の一部を示す側面図である。 図４Ｂに示される刃先稜線のワイパー刃が含まれる部分の拡大図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工用インサートの刃先稜線を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工用インサートの刃先稜線を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工用インサートの刃先稜線を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工用インサートの刃先稜線を示す説明図である。 本発明の他の一実施形態に係るフライス加工用インサートの刃先稜線を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工用インサートの刃先稜線を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工用刃先交換式回転切削工具の先端面の一部を示す部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工用刃先交換式回転切削工具の先端部側面の一部を示す部分拡大図である。 図１０におけるインサートの多角形面を抜き出して示した図である。 本発明の他の一実施形態に係る三角形平板状のフライス加工用インサートの斜視図である。 本発明の他の一実施形態に係る五角形平板状のフライス加工用インサートの斜視図である。 本発明の他の一実施形態に係る六角形平板状のフライス加工用インサートの斜視図である。 本発明の他の一実施形態に係る八角形平板状のフライス加工用インサートの斜視図である。 本発明の他の一実施形態に係る四角形平板状でポジティブ型のフライス加工用インサートの斜視図である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

図１に示すように本実施形態のフライス加工用刃先交換式回転切削工具１は、回転切削工具本体１０と、フライス加工用インサート２０とを備える。
工具本体１０は、フライス盤の主軸に取り付けられて回転駆動される軸体である。工具本体１０の中心軸が工具回転軸ＡＸに相当する。
工具本体１０の先端部１１にインサート２０が着脱自在に取り付けられる。インサート２０の取付数は任意である。４つのインサート２０が先端部１１の円周に沿って均等に取り付けられた例が図示される。
先端部１１には、チップポケット１２、インサート取付座１３が形成されている。インサート２０は、インサート取付座１３に装着され、取付螺子３０によって工具本体１０に固定されている。図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、インサート２０は工具本体１０に対して一定の角度で固定される。すなわち、インサート２０は、図２Ａに示すように負の軸方向すくい角（アキシャルレーキ角度、Ａｒ）、図２Ｂに示すように負の半径方向すくい角（ラジアルレーキ角度、Ｒｒ）で固定される。

図３に示すようにインサート２０は、多角形平板状の本体を成す。本実施形態のインサート２０にあっては、四角形平板状の本体を成すが、これを図１２に示すような三角形や図１３から図１５に示すような五角形以上にしても本発明を実施できる。
図３に示すようにインサート２０の外形は、二つの相対する多角形面と、これに隣接する周面とにより形成されている。多角形面にすくい面２１が設けられている。周面は逃げ面２２とされている。
すくい面２１と逃げ面２２との交差稜線２３を刃先とした切れ刃が形成されている。

図１２から図１５に示すインサート２０Ａから２０Ｄにあっても同様に、その外形は、二つの相対する多角形面と、これに隣接する周面とにより形成されている。多角形面にすくい面２１が設けられている。周面は逃げ面２２とされている。すくい面２１と逃げ面２２との交差稜線２３を刃先とした切れ刃が形成されている。
多角形面の角数が異なる何れの多角形平板状のインサートのおいても、切れ刃稜線２３に形成される波形状の形態や、それによる作用効果は、後述する四角形平板状の本体と同様なものを得ることができる。
また、インサート形状を多角形平板状としその角数を増やすことで、１つのインサートにおける順に使用できる有効切れ刃数を増やして経済的かつ効率的な切削加工が可能となるインサート、及びこのインサートを装着した刃先交換式回転切削工具を得ることができる。

多角形平板状のインサートのおいては、多角形面の角数によって切削時の種々の切削条件等は変化することがあるので、この点は適正な条件を選択する必要がある。
例えば、角度δ値（一般には、切込角度のこと）を一定とした場合、切削条件である軸方向切り込み量については、多角形面の角数を増やすほど大きな値を設定することは困難となる。しかし、ＦＰＲ材の切削加工においては、軸方向切り込み量を大きく設定する可能性は低いことから、たとえ八角形平板状のインサート本体としても、軸方向切り込み量を減らして加工しなくてはならないなどの制約を受けることは少ないといえる。

なお、以上のインサート２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄにあってはネガティブ型を図示した。これに対し、図１６に示すインサート２０Ｅはポジティブ型である。
ネガティブインサートにあっては、インサート本体の相対する２つの多角形面の双方にすくい面２１を配置して切れ刃を形成し、工具本体１０への取付において工具先端に配置する辺を順に変えて使用することができるので、ポジティブインサートと比較して順に使用できる有効切れ刃数を２倍とすることができる。例えば、八角形平板状のネガティブインサート２０Ｄにあっては、順に使用できる有効切れ刃数を、（八角形の辺の数）×（八角形面の数：２）で、１６とすることができる。但し、すくい面２１と逃げ面２２との相対角が９０度であるため、上述したように、負の軸方向すくい角（アキシャルレーキ角度、Ａｒ）で工具本体１０に固定され、軸方向すくい角（Ａｒ）を正とすることはできない。
これに対しポジティブインサートにあっては、順に使用できる有効切れ刃数は半減するものの、軸方向すくい角（Ａｒ）を正とすることができ、切削時の抵抗を低減するには好ましい形状である。

さて、すくい面２１には、複数の山部２１ａ，２１ａ，・・・と谷部２１ｂ，２１ｂ，・・・とを交互に配列したセレーションが、切れ刃に交差するように形成されている。
インサート２０には、相対する多角形面を貫通する取付用孔部２４が形成されており、これに上述した取付用螺子３０が挿入される。

図４Ｂに示すように、逃げ面２２の垂直視において、切れ刃の刃先を形成する稜線（以下「刃先稜線」という。）２３は、底部が凹円弧部２３ｂに頂部が凸円弧部２３ａにされてこれを交互に繰り返す波形状に形成されている。以下、この刃先稜線２３の形状につき図５〜図９を参照して詳細に説明する。

図５Ａに示すように、刃先稜線２３の一の上頂点をＡ、上頂点Ａに隣接する一の上頂点をＣ、上頂点Ａ−Ｃ間の下頂点をＢとする。さらに、頂点Ａ−Ｃ間の距離をＲ、頂点Ａ−Ｂ間の距離をＰ、頂点Ｂ−Ｃ間の距離をＱとすると、本インサート２０は、Ｐ＞Ｑの条件を具備する。
すなわち、凹円弧部２３ｂは、これに隣接する２つの凸円弧部２３ａ，２３ａの一方（＝上頂点Ｃを含む凸円弧部２３ａ）に近く他方（＝上頂点Ａを含む凸円弧部２３ａ）に遠い位置に偏在する。
このように、波形状をした切れ刃の凸円弧部を偏在させることによって、偏摩耗の発生を抑制することができ、切削抵抗の低減効果も得ることがでる。一方、凸円弧部が偏在しないような波形状、例えば、正弦波形状とした場合は、凸円弧部の内周側の摩耗が優先的に進行してしまうため、切れ刃は短寿命となり、切削抵抗の低減効果も得ることができない。

また、凹円弧部２３ｂと凸円弧部２３ａは、ともに１／４円弧以上、１／３円弧以下である。なお、補足すると、１／４円弧の中心角は９０°、１／３円弧の中心角は１２０°である。
したがって、図５Ｂに示すように凸円弧部２３ａの両端点における接線同士の成す角であって、当該円弧の中心を含む側の角をθ（クサビ角）と定義すると、本インサート２０は、６０°≦θ≦９０°の条件を具備する。
本発明において、円弧部を１／４円弧に設定した場合、切れ刃は切削抵抗と刃先の強度とのバランスが良好なため、正常な摩耗状態を得ることができる。これを次第に１／３円弧の状態へと移行させると、θ値が小さくなって切削抵抗値は小さくなるものの、刃先の強度は低下する傾向にある。そこで、凸円弧部の頂点付近における微小チッピングの発生を最小限にするため、１／３円弧以下に規定する。
即ち、円弧部を１／３円弧を超えて大きい５／１２円弧に設定すると、切削抵抗は低減するものの、切れ刃の強度が不足して凸円弧部の一部に欠損が発生する不都合が生じる。一方、１／４円弧未満となる１／６円弧に設定すると、切削抵抗の低減効果を得ることができない。

また刃先稜線２３は、凹円弧部２３ｂに対して当該凹円弧部２３ｂに隣接する２つの凸円弧部２３ａ，２３ａのうち近い方の凸円弧部２３ａが存在する方向に向かって辿ったとき、次第に狭ピッチに形成されている。これに関し図５Ｃを参照して説明する。
刃先稜線２３は、工具回転軸ＡＸに対して図５Ｃに示すような向きに配置される（なお、図５Ｃにおいては、刃先稜線２３と工具回転軸ＡＸとの正確な距離を示していない。）。すなわち、図５Ａに示した上頂点Ｃから上頂点Ａに向かう方向が回転の内周側である。
上述した距離Ｒは、刃先稜線２３の繰り返し形状のピッチに相当する。図５Ｃに示すように、ピッチＲを工具回転軸ＡＸに近い回転の内周側から外周側に向かって順にＲ１，Ｒ２，Ｒ３，・・・とすると、本インサートは、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３＞・・・の条件を具備することとなる。
このように、インサートを工具本体に装着した状態で、ピッチ間隔を、工具回転の内周側から外周側へ向かう方向に次第に狭ピッチとなるように設定することによって、加工中に最も切削負荷が高くなる外周部において切れ刃の切削抵抗が低減され、正常な摩耗状態を得ることができる。

なお、θについても、図５Ｃに示すように工具回転軸ＡＸに近い内周側から外周側に向かって順にθ１，θ２，θ３，・・・とする。本インサートにあっては、θ１＝θ２＝θ３＝，・・・、すなわち、θ＝（一定）の条件で刃先稜線を形成している。これに拘わらず、θに変化をつけて本発明を実施しても良い。例えば、外周側ほど鋭い凸円弧部２３ａとなるように、θ１＞θ２＞θ３＞，・・・としてもよい。

本インサート２０の刃先稜線２３は、凹円弧部２３ｂと、これに隣接する２つの凸円弧部２３ａ，２３ａのうち遠い方の凸円弧部２３ａとの間が直線によって結ばれた形状に形成されている。また、本インサート２０の刃先稜線２３は、凹円弧部２３ｂと、これに隣接する２つの凸円弧部２３ａ，２３ａのうち近い方の凸円弧部２３ａとの間が直線によって結ばれた形状に形成されている。
すなわち、図６に示すように、凹円弧部２３ｂの両端点を（Ｄ１，Ｅ１），（Ｄ２，Ｅ２），・・・とし、凸円弧部２３ａの両端点を（Ｆ１，Ｇ１），（Ｆ２，Ｇ２），・・・としたとき、区間（Ｅ１−Ｆ１），区間（Ｇ１−Ｄ２），区間（Ｅ２−Ｆ２），区間（Ｇ２−Ｄ３），・・・は直線状である。
さらに、本インサート２０においては、これらの区間直線と、凸円弧部２３ａ及び凹円弧部２３ｂとの連結点においても刃先稜線２３の傾きが連続的に変化するように繋がれている。すなわち、代表して区間直線Ｅ１−Ｆ１についていうと、直線Ｅ１−Ｆ１は、点Ｅ１を一端点とする凹円弧部２３ｂ及び点Ｆ１を一端点とする凸円弧部２３ａの共通接線である。他の区間直線も、隣接する円弧部の共通接線である。

なお、本実施形態に拘わらず図７に示すように、点Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，・・・と点Ｆ１，Ｆ２、Ｆ３，・・・とを共通とし、比較的近くに隣接する凹円弧部２３ｂと凸円弧部２３ａとを直接繋ぐことも可能である。すなわち、凹円弧部２３ｂと、これに隣接する２つの凸円弧部２３ａ，２３ａのうち近い方の凸円弧部２３ａとが直接結ばれた形状に刃先稜線を形成することも可能である。
このように、夫々の凸円弧部、凹円弧部を自由曲線にて連結したもの、凸円弧部、凹円弧部同士を直線にて連結したもの、凹円弧部に対し遠方の凸円弧部を直線で連結し、近方の凸円弧部を直接で連結したものなどの組み合わせが考えられるが、これらを比較した場合は、ほぼ同等の性能を示すと考えられる。

また、図８に示すように、凸円弧部２３ａの両端点同士を結ぶ仮想弦Ｉｎが、当該凸円弧部２３ａに隣接する２つの凹円弧部２３ｂ，２３ｂ，のうち近い方に傾いている。
図８に示すように、互いに比較的近くに隣接する凹円弧部２３ｂ及び凸円弧部２３ａの各端点をＤｎ，Ｅｎ，Ｆｎ，Ｇｎとし、凸円弧部２３ａから比較的遠くに離れて隣接する凹円弧部２３ｂの各端点をＤ（ｎ＋１），Ｅ（ｎ＋１）とし、凸円弧部２３ａの中点をＨｎとする。
中点Ｈｎを通る当該凸円弧部２３ａの接線Ｋｎは、仮想弦Ｉｎと平行である。
この仮想弦Ｉｎ及び接線Ｋｎが近い方の凹円弧部２３ｂ、すなわち、弧Ｄｎ−Ｅｎの方に傾いている。このとき、弧Ｄｎ−Ｅｎの方に傾くとは、接線Ｋｎと基準とする深さＪｎ，Ｊ（ｎ＋１）とが、Ｊｎ＜Ｊ（ｎ＋１）の関係を有することと同義である。この深さの関係は、深さの基準を仮想弦Ｉｎを含む直線としても同じである。
すなわちこれは、波形状をした切れ刃の凸円弧部の仮想弦Ｉｎが、回転の内周側に傾斜した状態となっていることを示す。
図８において、仮想弦Ｉｎと平行な位置関係にあり、中点Ｈｎを通る接線Ｋｎにおいて、中点Ｈｎを通り接線Ｋｎと垂直な線分を垂線Ｚｎとする。
また、工具回転軸ＡＸを中心とし、工具回転軸ＡＸと中点Ｈｎとの距離を半径とする円弧ＣＹｎについて、中点Ｈｎにおける接線を接線Ｙｎとする。
そこで両者、すなわち、前記垂線Ｚｎと前記接線Ｙｎとの交差角度αが小さくなるほど、両者は重なる傾向を示す。このとき、本発明の波形状をした切れ刃が「切削方向を向いている」と表現するものとし、そのときの効果として切削抵抗が低減される。従って、切れ刃の摩耗の進行が抑えられ、長寿命化が図られるのである。
このように、仮想弦Ｉｎが、当該凸円弧部２３ａに隣接する２つの凹円弧部２３ｂ、２３ｂ、のうち近い方に傾いていることによって、切れ刃の凸円弧部における偏摩耗を回避すること、及び切削抵抗の低減効果に有効である。
一方、仮想弦の傾斜が無い場合には、工具回転おける内周側の摩耗が優先的に進行するために切れ刃の凸円弧部に偏摩耗が発生し、切れ刃は短寿命となってしまう不都合を生じる。

また、図８に示すように、中点Ｈｎを通り工具回転軸ＡＸに直交する直線を直線Ｌｎとするとき、図８及び図９に示す接線Ｋｎと直線Ｌｎとずれ角λは、できるだけ小さいことが好ましい。ずれ角λを±５度以内にすれば、実用上において十分な切削抵抗の低減効果が得られる。
このとき、λ値は、直線Ｌｎを基準として時計回転方向が正、反時計回転方向を負とする。従って図８に示すλ値は、負の値を示す。

以上のように、刃先稜線の形状の最適化を図ることによって、切削抵抗を低減するとともに、切れ刃の耐摩耗性を向上させて、さらに長寿命化を図ることができる。
そのため、インサートに多結晶ダイヤモンド皮膜の被覆を施すことが有効である。
また、インサートの基体が超硬合金製部材から構成されるとともに、切れ刃が、基体に接合された立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）焼結体からなる高硬質部材から構成されたものも有効である。この場合、立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）焼結体に代え、切れ刃が多結晶ダイヤモンドからなる高硬質部材から構成されたものも有効である。
このように、多結晶ダイヤモンド皮膜や高硬質部材の採用によって、切れ刃の耐摩耗性は飛躍的に向上させることができる。

また、図１０に示すようにインサート２０を回転切削工具本体１０の先端部１１に装着した状態における切れ刃の最下点とインサート最外周点とを結ぶ線分Ｔと、最下点を含み工具回転軸ＡＸに直交する面Ｕとのなす角δが、５度以上、３０度以下である。

インサート最外周点は、工具回転軸ＡＸと平行な直線ＡＸ１（図１１に図示）とインサート２０との接点である。しかしこれはインサートの多角形面が正四角形の場合に限る。
そこで、角δを一般的に定義する。
そのためにまず、図１１に示す相当点ＢＴＲを一般的に定義する。
相当点ＢＴＲは、最下点ＢＴを有する辺４１に対し工具回転軸ＡＸの半径方向外方に隣接する辺４２における最下点ＢＴに相当する点である。
例えば、図１１を参照してインサート２０の多角形面が正四角形の場合、仮にインサート２０を図１１において反時計回転方向に９０度回転させたときに最下点ＢＴが移動した先が相当点ＢＴＲである。この回転角９０度は、正三角形であれば１２０度、正五角形、正六角形、正八角形で順に７２度、６０度、４５度、一般化するとｎ角形で（３６０／ｎ）度となる。
さらに表現を変えて補足説明すると、現最下点ＢＴを有する辺４１に対し工具回転軸ＡＸの半径方向外方に隣接する辺４２が工具先端（図において下端）となるように（３６０／ｎ）度だけインサートを回転させて配置換えした場合に最下点になる点が現最下点ＢＴに対する相当点ＢＴＲである。例えば、図１１において辺４２が工具先端（図において下端）となるように９０度だけインサート２０を回転させると、相当点ＢＴＲが最下点に移動する。したがって、その回転前の図１１に示す現状において相当点ＢＴＲは現最下点ＢＴに相当する相当点である。
インサートの多角形面の角数によらず、角δを、最下点ＢＴと相当点ＢＴＲを結ぶ線分Ｔと、最下点を含み工具回転軸ＡＸに直交する面Ｕとのなす角と定義する。
角δは５度以上、３０度以下であることが好ましい。この範囲において上述した形状の刃先稜線２３を有したインサートを適用することで、インサートの性能を発揮させることができる。
例えば、δ値が大きくなることで切削抵抗が増大し、これに伴い、特に切削負荷の高くなる境界部分での境界摩耗の損傷が大きくなる不都合が生じるため、上限値を３０度とすることが好ましい。

また、本実施形態のインサート２０の稜線２３を刃先とした切れ刃は、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、凹円弧部２３ｂと凸円弧部２３ａとが交互に繰り返す波形状の範囲の波形状切れ刃のほか、当該波形状切れ刃とインサート２０の多角形面のコーナーとの間にワイパー刃４３を有している。
ワイパー刃の機能は、切削加工時における工具の半径方向送りに伴って、先行して波形状切れ刃よって形成される被削材表面上の凹凸を切削除去して、平坦にすることである。
したがって、ワイパー刃によって被削材の表面形態の仕上げ面粗さを向上させることができる。ワイパー刃の形状は、直線状切れ刃、複数の直線を組み合わせた折れ線形状切れ刃、又は大きな半径を有する円弧形状切れ刃であることが好ましい。ワイパー刃の形状が、直線形状と円弧形状との組み合わせであっても、仕上げ面粗さに大きな影響はない。

いずれにしても図１１に示すように、切れ刃の最下点ＢＴを含み工具回転軸ＡＸに直交する面Ｕを角度基準とし最下点ＢＴを観察点として、仰角γが１度以下の範囲で所定長さに亘ってワイパー刃４３が形成されていることが好ましい。上述の機能を実効あらしめるためである。γ値が１度を超えて大きな値となる場合は、被削材表面上の凹凸を取り除くことが不完全となり、被削材表面を平坦形状とすることができないといった不都合が生じてしまう。
図１１において、最下点ＢＴを通り面Ｕと角γ（１度以下）をなす直線Ｓと刃先稜線２３との交点を点Ｗとし、点Ｗを通り工具回転軸ＡＸに平行な直線ＡＸ２と面Ｕとの交点を点Ｖとするとき、ワイパー刃は最下点ＢＴから点Ｗに亘って形成される。上記のワイパー刃の所定長さは、面Ｕに垂直投影した長さ、すなわち、最下点ＢＴから点Ｖまでの距離により規定することが便宜である。
ワイパー刃の所定長さは、最下点ＢＴから点Ｖまでの距離で、工具一回転あたりの半径方向送り量以上とされることが好ましい。当該送り量より短ければ、ワイパー刃が通過しない被削材表面が生じてしまい、凹凸の取り残しが生じてしまうからである。なお、周方向に複数（本実施形態では４つ）のインサートが取り付けられている場合でも、取付誤差や形成誤差によって、各インサートの切り込み深さにバラツキが生じるので、一のインサートの波形状切れ刃の削り残しの凹凸を、当該一のインサート自身のワイパー刃で削り取ることを想定して設計する必要があり、そのため「工具一回転あたり」で規定する。

例えば、ワイパー刃４３は、１．０ｍｍから１．５ｍｍの長さをもって最下点ＢＴから工具中心方向に延び点Ｗまで形成される。
波形状切れ刃とワイパー刃とを備えたインサートを工具本体１０に装着したときは、切れ刃の最下点ＢＴから工具回転軸ＡＸの半径方向外方に波形状切れ刃を有し、最下点ＢＴから半径方向内方にワイパー刃を有していることが好ましい。このような場合に、ワイパー刃が有効に機能することにより、デラミネーション（層間剥離）によるバリや上述の凹凸を取り除き、被削材の表面仕上げ面粗さを向上させる効果を得ることができる。

以下に、本発明の有効性を確認するための第１試験を開示する。
第１試験は、本発明例（試料番号１〜７）、比較例（試料番号８〜１０）、及び従来例（試料番号１１〜１３）のインサートをそれぞれ作製し、それぞれ工具本体に取り付けて切削試験を行ったものである。
表１に各試料の切れ刃の形状的特徴と、取付角度（上記の角λ及び角δ）に関する条件を示す。表２に各試料の評価結果を示す。いずれの試料も切れ刃の素材を超硬合金とした。
本試験に適用する工具本体は、インサートの軸方向すくい角（Ａｒ）を−１５度、半径方向すくい角（Ｒｒ）を−１７度としてインサートが取り付けられるように作製した。また、本工具本体の工具径（ｍｍ）はΦ２５とし、インサート取付け数は４箇所とした。

本切削試験は、主にその切れ刃の形状的な差異が切削性能に及ぼす影響を確認するためであることから、以下の切削条件１にて切削を行った。なお、切削抵抗の評価は、切削加工中の切削抵抗は、使用するマシニングセンタの主軸負荷ロードメータにおける抵抗値を読み取りることにより測定した。また、工具寿命の評価は、一定距離加工時での工具摩耗状態を観察することより評価した。
表２の切削抵抗の評価の結果において、◎は主軸ロードメータの負荷が７％以下、○は同負荷が８〜９％、△は同負荷が１０〜１１％は、×は同負荷が１２％以上であることを示す。
表２に示す工具寿命の評価の結果は、最大逃げ面摩耗幅（ｍｍ）（ＶＢｍａｘ値）により評価した。◎は工具の最大逃げ面摩耗幅がＶＢ＝０．１０ｍｍ以下、○はＶＢ＝０．１０〜０．１５、△はＶＢ＝０．１５〜０．２、×はＶＢ＝０．２以上であることを示す。
（切削条件１）
被削材 ：炭素繊維強化樹脂複合材（板材）
切削速度 ：３００ｍ／分
主軸の回転数 ：３８２２回転／分
軸方向切込み量：０．５ｍｍ
径方向切込み幅：１６ｍｍ
１刃の送り ：０．１８ｍｍ
テーブル送り ：２７５２ｍｍ／分
切削距離 ：５ｍ
加工方法 ：平面加工

本発明例１のインサートは、波形状の切れ刃を有し、その刃先稜線は表１に示すように、凸円弧部及び凹円弧部が何れも１／４円弧とされたものである。凸円弧部及び凹円弧部の円弧半径を、０．１５ｍｍとした。図５Ａに示したように、本発明例１の波形状の切れ刃において、凹円弧部は隣接する２つの凸円弧部を有し、偏在する状態とした。
すなわち、凹円弧部２３ｂは、これに隣接する２つの凸円弧部２３ａ，２３ａの一方（＝上頂点Ｃを含む凸円弧部２３ａ）に近く他方（＝上頂点Ａを含む凸円弧部２３ａ）に遠い位置に偏在する状態とした。
夫々の凸円弧部、凹円弧部は、自由曲線にて連結した。凸円弧部の仮想弦（図８のＩｎに相当）は、隣接する２つの凹円弧部のうち、近い側の凹円弧部の方に傾斜するものとした。これは、波形状をした切れ刃の凸円弧部の仮想弦Ｉｎが、回転の内周側に傾斜した状態とした。
ピッチ間隔（図５ＢのＲに相当）は、等ピッチとし、そのピッチ量を約０．９ｍｍとした。また、本発明例１のインサートを工具本体に装着したときの角度（度）λ値、δ値、は夫々λ値を＋１０度、δ値を１０度、に設定した。本発明例２〜７及び比較例８〜１０も表１に示す要件以外は、本発明例１に準じて作製した。
切削評価の結果では、本発明例１は、摩耗量が少なく耐摩耗性に優れた。また、切削抵抗の低減効果を有し、比較例及び従来例に比較して優れ、高い性能を示した。

本発明例２は、λ値を＋１度としたことで、更に耐摩耗性に優れ、また、切れ刃全体に渡って均一な正常摩耗を示した。さらに、切削抵抗の低減効果を有し、本発明例１よりも優れた切削評価の結果を得た。
λ値を＋１０度から＋１度へ変更したことによって、凸円弧部の偏摩耗が回避され、均一性が確保されたことにより、摩耗量が少なくなった。

本発明例３は、刃先稜線を構成する凸円弧部及び凹円弧部を、何れも１／３円弧とし、その円弧半径を、０．１５ｍｍとした。凸円弧部及び凹円弧部を１／３円弧としたことで、１／４円弧に設定した本発明例２と比較して切削抵抗は若干低くなり、良好な摩耗状態を示した。
しかし、凸円弧部の頂点付近には、微小チッピングが発生していたことより、刃先の強度低下が推定される。

本発明例４は、凸円弧部、凹円弧部同士を直線にて連結したもの、本発明例５は、凹円弧部に対し遠方の凸円弧部を直線で連結し、近方の凸円弧部を直接で連結したものである。夫々の凸円弧部、凹円弧部を自由曲線にて連結した本発明例２と比較して、ほぼ同等の性能を示した。

本発明例６は、本発明例４の形状に更に改良を加え、波形状の凸円弧部の間隔を示すピッチ間隔（図５ＢのＲに相当）を次第に狭ピッチとなるように設定したものである。このピッチ間隔は、インサートを工具本体に装着した状態で、工具回転の内周側から外周側へ向かう方向に次第に狭ピッチとなるように設定した。具体的には、工具回転の最内周側のピッチを約０．９ｍｍとし、外周側に向かうにつれてそのピッチ量を１ピッチ毎に約３〜１０％減少させた。
その結果、切れ刃の境界摩耗による損傷が小さくなり、良好な結果を示した。これは、加工中に最も切削負荷が高くなる外周部において、そのピッチが狭ピッチになることで、加工中の切削抵抗が低減され、結果として良好な摩耗状態になったと考えられる。
本発明例６は、本発明におけるインサートの切れ刃形状としては、最も好ましい形態と考えられる。

本発明例７は、δ値の影響を調べるために、δ値を３０度に設定した場合の評価結果である。δ値が１０度の本発明例６と比較すると、本発明例７は、境界摩耗による損傷が大きく、切削抵抗が増大した。これは、δ値が大きくなることで工具と工作物の接触長さが減少すると共に、切削加工に有効な波切れ刃が減少してしまったことが原因であると考えられる。そのため、切削抵抗の増大に伴い、特に切削負荷の高くなる境界部分での境界摩耗の損傷が大きくなった。

比較例８は、凸円弧部及び凹円弧部を何れも５／１２円弧に設定し、比較例９は、凸円弧部及び凹円弧部を何れも１／６円弧に設定したものである。その円弧半径は、０．１５ｍｍとした。比較例８は、５／１２円弧としたことで、切削抵抗の低減をはかれたものの、切れ刃の強度が不足したため凸円弧部の一部に欠損が観察された。
また比較例９は、１／６円弧としたことで、切削抵抗の低減効果を得ることができなかった。

比較例１０は、凸円弧部の仮想弦が傾斜していない刃先稜線を有したインサートである。すなわち、比較例１０にあっては、λ値は基準線に対する工具本体の半径方向すくい角（Ｒｒ）との差により決定される。ここで、工具本体の半径方向すくい角は−１７度であるため、仮想弦の傾斜がない場合には、λ値は＋１７度となる。
切削試験より、仮想弦の傾斜が無いことによって、切れ刃の凸円弧部に偏摩耗が発生した。特に、凸円弧部の左側（工具回転おける内周側）の摩耗が優先的に進行したため、切れ刃は短寿命となった。さらに切削抵抗の低減効果も得ることができなかった。

従来例１１は、波形状を正弦波形状としたものである。正弦波形状は、比較例１０と類似した形状を採用し、波の１周期を約１．８ｍｍとし、波の振幅を約０．９ｍｍとした。この場合も比較例１０の場合と同様に、切れ刃の凸円弧部に偏摩耗が発生した。特に、凸円弧部の左側（工具回転おける内周側）の摩耗が優先的に進行したため、切れ刃は短寿命となった。切削抵抗の低減効果も得ることができなかった。

従来例１２は、切れ刃形状を直線刃とし、δ値を９０度に設定したものである。切削試験後の摩耗状態を観察すると、インサートのノーズＲ部での摩耗進行が大きく、短寿命の結果となった。また、切削抵抗の低減効果も得ることができなかった。

従来例１３は、円弧形状の切れ刃とし、δ値を４５度に設定したものである。切削試験後の摩耗状態を観察すると、境界摩耗の進行が大きく、短寿命の結果となった。

次に、本発明の有効性を確認するための第２試験を開示する。
第２試験は、上記第１試験で最も好ましい切れ刃形状の形態を備えた本発明例６をベースとして、コーティングを施したもの、および切れ刃部の素材の違いによる評価を行った。評価には、本発明例６と、本発明例１４、本発明例１５の３種類のインサートを作製し、切削試験をして比較評価を行った。
本発明例１４は、本発明例６の切れ刃形状を備え、少なくとも切れ刃部に多結晶ダイヤモンド皮膜を被覆した。
本発明例１５は、本発明例６の切れ刃形状を備え、切れ刃部の素材に多結晶ダイヤモンドを使用した。このとき、インサートの基体は超硬合金製部材から構成され、切れ刃部は、インサートの基体にロウ付けにより接合した。
表３に本試験の条件と評価結果を示す。

本切削試験は、多結晶ダイヤモンド皮膜の有無、および切れ刃部の素材の差異が切削性能に及ぼす影響を確認するためであることから、以下の切削条件２にて切削を行った。評価は、工作物表面粗さの最大粗さＲｚが２０μｍ以上となるか、もしくは工作物である炭素繊維強化樹脂複合材にデラミネーション（層間剥離）が確認された時点を工具寿命として行った。
表３に示す工具寿命の評価の結果において、◎は工具寿命が３０分以上、○は工具寿命が１５〜３０分、△は工具寿命が１５分以下であること示す。
（切削条件２）
被削材 ：炭素繊維強化樹脂複合材（板材）
切削速度 ：６００ｍ／分
主軸の回転数 ：７６４３回転／分
軸方向切込み量：０．５ｍｍ
径方向切込み幅：１６ｍｍ
１刃の送り ：０．１８ｍｍ
テーブル送り ：５５０３ｍｍ／分
加工方法 ：平面加工

本発明例１４は、本発明例６と同一形状のインサートに多結晶ダイヤモンド皮膜を被覆したものである。その被覆条件を以下に示す。
本発明例６のインサートをコーティング装置の炉内にセットし、それらの表面に、熱フィラメントＣＶＤ法により、約６〜１０μm厚さの多結晶ダイヤモンド皮膜を成膜した。
インサートの周辺に配置したタングステン製フィラメントに電流を流すことにより、フィラメントを約２０００から２５００℃に加熱し、水素に対するメタンのガス流量比（ＣＨ４／Ｈ２）を０．１％〜３％、炉内圧力０．５〜１．０ｋＰａ、基体温度７００℃〜８００℃の範囲で成膜した。
上記の成膜条件で被覆することにより、多結晶ダイヤモンド皮膜の耐摩耗性を維持し、耐剥離性に優れた多結晶ダイヤモンド被覆インサートを作製した。
作製したインサートを用いて切削評価を行った結果、インサートの寿命は、多結晶ダイヤモンド皮膜の被覆がない本発明例６と比較して約１０倍の長寿命を示した。多結晶ダイヤモンド皮膜はその成膜時間が長く、成膜コストも非常に高価になるため、皮膜無しのインサートに比べて価格が約１０倍程度になってしまう。しかし、多結晶ダイヤモンド皮膜を施すことで、１コーナ当りの切削距離が長くなるため、工具交換頻度が少なくなり、ランニングコストの低減化には有効である。

本発明例６の切れ刃形状を備え、切れ刃部の素材に多結晶ダイヤモンドを使用した本発明例１５の作製条件を以下に示す。

波形状切れ刃を多結晶ダイヤモンドで設けた。炭素繊維強化樹脂複合材の加工ではデラミネーション（層間剥離）がその品質上、重要な問題となるため、切れ刃形状には切れ味の重視されるシャープエッジ形状が適している。そのため、本発明に適用した多結晶ダイヤモンドの切れ刃形状は、研削加工にてその形状を加工した後、刃先処理は行わずに切削試験を行った。

なお、多結晶ダイヤモンドからなる切れ刃部は、超硬合金製部材から構成されたインサートの基体の台金にロウ付け処理を行うことで接合した。ロウ付けは、インサートの基体と波形状切れ刃部とを準備して、両者をロウ付け用ロウ材を用いて、ロウ接合した。このときの接合面のロウ付け材の厚さは略２０から３０μｍの範囲とした。

作製した本発明例１５のインサートを用いて、同様に切削試験を行い評価した。その結果、インサートの寿命は、超硬合金製の本発明例６と比較して約３０倍の長寿命を示した。但し、多結晶ダイヤモンドを用い、波形状の切れ刃部を研削加工にて成形する場合、その作製コストは非常に高価になり、通常の超硬合金をベースとするインサートと比べると、価格は３０倍程度となってしまう。さらに、多結晶ダイヤモンドをロウ付けして作製されたインサートは、通常であるとその使用コーナ数が１箇所となってしまう。そのため、コーナ単価を考えると、ダイヤモンド皮膜が被覆されたインサートに比べると割高となる場合がある。

本発明は、フライス加工、特に、繊維強化樹脂複合材（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）のフライス加工に好適に利用することができる。

１ フライス加工用刃先交換式回転切削工具
１０ 回転切削工具本体
１１ 先端部
２０ フライス加工用インサート
２１ すくい面
２１ａ 山部
２１ｂ 谷部
２２ 逃げ面
２３ 刃先稜線
２３ａ 凸円弧部
２３ｂ 凹円弧部
ＡＸ 工具回転軸
Ｈｎ 中点
Ｉｎ 仮想弦
Ｋｎ 接線
Ｍ 回転方向
Ｒ ピッチ

Claims (14)

1. 多角形平板状のインサート本体における１の多角形面にすくい面が設けられ、前記多角形面に隣接する周面が逃げ面とされ、前記すくい面と前記逃げ面とが交差する稜線を刃先とした切れ刃が形成されたインサートにおいて、
   前記すくい面には、複数の山部と谷部とを交互に配列したセレーションが、前記切れ刃に交差するように形成され、
   前記逃げ面の垂直視において、前記稜線は、底部が凹円弧部に頂部が凸円弧部にされてこれを交互に繰り返す波形状に形成され、
   前記凹円弧部と前記凸円弧部は、ともに１／４円弧以上、１／３円弧以下であり、
   前記凹円弧部は、これに隣接する２つの前記凸円弧部の一方に近く他方に遠い位置に偏在することを特徴とするフライス加工用インサート。
2. 前記稜線は、前記凹円弧部と、これに隣接する２つの前記凸円弧部のうち遠い方の前記凸円弧部との間が直線によって結ばれた形状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のフライス加工用インサート。
3. 前記稜線は、前記凹円弧部と、これに隣接する２つの前記凸円弧部のうち近い方の前記凸円弧部との間が直線によって結ばれた形状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のフライス加工用インサート。
4. 前記稜線は、前記凹円弧部と、これに隣接する２つの前記凸円弧部のうち近い方の前記凸円弧部とが直接結ばれた形状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のフライス加工用インサート。
5. 前記凸円弧部は、その両端点同士を結ぶ仮想弦が、当該凸円弧部に隣接する２つの前記凹円弧部のうち近い方に傾いていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のフライス加工用インサート。
6. 前記凸円弧部の中点を通る当該凸円弧部の接線と、前記中点を通り工具回転軸に直交する直線とのずれ角を±５度以内にして回転切削工具本体に取付可能に構成されたことを特徴とする請求項５に記載のフライス加工用インサート。
7. 前記稜線は、前記凹円弧部に対して当該凹円弧部に隣接する２つの前記凸円弧部のうち近い方の前記凸円弧部が存在する方向に向かって辿ったとき、次第に狭ピッチに形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載のフライス加工用インサート。
8. 多結晶ダイヤモンド皮膜の被覆が施されたことを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一に記載のフライス加工用インサート。
9. 前記インサートの基体が超硬合金製部材から構成されるとともに、前記切れ刃が、前記基体に接合された立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）焼結体又は多結晶ダイヤモンドからなる高硬質部材から構成されたことを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一に記載のフライス加工用インサート。
10. 前記切れ刃は、前記凹円弧部と前記凸円弧部とが交互に繰り返す前記波形状の範囲と前記多角形面のコーナーとの間に、ワイパー刃を有することを特徴とする請求項１から９のうちいずれか一に記載のフライス加工用インサート。
11. 請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載のインサートが、回転駆動される回転切削工具本体の先端部に着脱自在に取り付けられたフライス加工用刃先交換式回転切削工具。
12. 前記インサートを前記回転切削工具本体の先端部に装着した状態において、
    前記切れ刃の最下点と、前記最下点を有する辺に対し工具回転軸の半径方向外方に隣接する辺における前記最下点に相当する相当点とを結ぶ線分を想定したとき、
    前記線分と、前記最下点を含み工具回転軸に直交する面とのなす角が、５度以上、３０度以下であることを特徴とする請求項１１に記載のフライス加工用刃先交換式回転切削工具。
13. 前記凸円弧部の中点を通る当該凸円弧部の接線と、前記中点を通り工具回転軸に直交する直線とのずれ角を±５度以内にして前記インサートが前記回転切削工具本体に取付られた請求項１１又は請求項１２に記載のフライス加工用刃先交換式回転切削工具。
14. 請求項１０に記載のインサートが、回転駆動される回転切削工具本体の先端部に着脱自在に取り付けられたフライス加工用刃先交換式回転切削工具であって、
    前記インサートを前記回転切削工具本体の先端部に装着した状態において、
    前記切れ刃の最下点を含み工具回転軸に直交する面を角度基準とし前記最下点を観察点として、仰角１度以下の範囲で所定長さに亘って前記ワイパー刃が形成されていることを特徴とするフライス加工用刃先交換式回転切削工具。

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