JP2009083009A

JP2009083009A - 切削工具

Info

Publication number: JP2009083009A
Application number: JP2007253192A
Authority: JP
Inventors: Jiro Motomura; 次郎本村; Koichi Ishikawa; 光一石川; Kenichi Yamatani; 研一山谷
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-04-23
Also published as: CN101663117A; WO2009041120A1; DE112008001036T5; US20090087269A1

Abstract

【課題】上記鉛フリー銅系の軸受用合金の切削性および耐久性に優れた鉛フリー銅系の軸受用合金専用の切削工具を提供すること。
【解決手段】Ｃｕ：７５〜９５質量％、Ｂｉ：１〜１５質量％、及び、金属のリン化物、ホウ化物又は炭化物よりなる硬質粒子：１〜１０質量％を含有する鉛フリー銅系の軸受用合金を切削するための切削工具１であって、すくい面１２と、逃げ面１３と、両者の交線に切刃１４を有し、切刃１４を含む先端部位をダイヤモンドチップ２により構成してなり、ダイヤモンドチップ２は、平均粒径（Ｄ５０）が０．２μｍ〜１．６μｍのダイヤモンド粒子を焼結させた焼結体よりなる。切刃１４の断面形状は、曲率半径１０μｍ〜５０μｍの曲面形状を有していることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉛を含有していない鉛フリー銅系の軸受用合金を切削するための切削工具に関する。

滑り軸受けとして利用される銅系の軸受用合金としては、従来より、鉛（Ｐｂ）を含有する銅合金が広く利用されている（特許文献１参照）。しかしながら、近年の環境保全の意識の高まりから、鉛を成分として含有することが敬遠されるようになり、銅系の軸受け用合金としても鉛を含まない鉛フリーのものが求められていた。

このような背景のもと、滑り軸受けとしての性能に優れた鉛フリー銅系の軸受用合金として、Ｃｕ：７５〜９５質量％、Ｂｉ：１〜１５質量％、及び、金属のリン化物、ホウ化物又は炭化物よりなる硬質粒子：１〜１０質量％を含有する鉛フリー銅系の軸受用合金が開発された。

ところで、軸受用合金は、最終的に切削加工により所望形状に仕上げ加工された後に滑り軸受けとして使用される。
しかし、通常のいわゆるダイヤモンドチップよりなる切刃を有する切削工具（特許文献２参照）で切削した場合、従来の鉛含有銅系の軸受用合金を切削する場合に比べて、上記鉛フリー銅系の軸受用合金を切削した場合の方が、切削性が大幅に低下し、切削精度の低下及び切削工具の寿命の低下などが起こるという不具合が生じることが判明した。

特開平７−１７９９６４号公報特開２００７−５４９４５号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、上記鉛フリー銅系の軸受用合金の切削性および耐久性に優れた鉛フリー銅系の軸受用合金専用の切削工具を提供しようとするものである。

本発明は、Ｃｕ：７５〜９５質量％、Ｂｉ：１〜１５質量％、及び、金属のリン化物、ホウ化物又は炭化物よりなる硬質粒子：１〜１０質量％を含有する鉛フリー銅系の軸受用合金を切削するための切削工具であって、
すくい面と、逃げ面と、両者の交線に切刃を有し、
該切刃を含む先端部位をダイヤモンドチップにより構成してなり、
該ダイヤモンドチップは、平均粒径（Ｄ５０）が０．２μｍ〜１．６μｍのダイヤモンド粒子を焼結させた焼結体よりなることを特徴とする切削工具にある（請求項１）。

本発明の切削工具は、上記特定の組成を有する鉛フリー銅系の軸受用合金を切削するための専用のものであり、上記ダイヤモンドチップとして、上記特定の平均粒径を有する小径のダイヤモンド粒子を焼結させた焼結体を用いている。そして、このダイヤモンドチップを上記切刃として用いる。これによって、本発明の切削工具は、上記鉛フリー銅系の軸受用合金であっても、従来の鉛含有銅系の軸受用合金の場合に近い切削性が得られ、かつ、耐久性も向上する。

この理由は、次のように考えられる。上記鉛フリー銅系の軸受用合金を切削する場合に、該鉛フリー銅系の軸受用合金に含まれている上記硬質粒子に切削工具の切刃であるダイヤモンドチップが衝突した場合、ダイヤモンドチップを構成する一部のダイヤモンド粒子が脱落する場合がある。ダイヤモンド粒子が脱落する頻度が、従来の鉛含有銅系の軸受用合金を切削する場合に比べて、鉛フリー銅系の軸受用合金を切削した場合の方が高くなる現象があり、上述した問題点が発生していると考えられる。

このダイヤモンド粒子の脱落は、上記硬質粒子が金属のリン化物、ホウ化物又は炭化物の粒子であって比較的高硬度であるために完全に避けることは困難である。そして、ダイヤモンド粒子が脱落した後の切刃は、そのダイヤモンド粒子の大きさに相当する凹部が形成され、その数が増えるほど切刃形状の乱れが激しくなり、そして切削性の低下に繋がってしまう。

ここで、従来の切刃となるダイヤモンドチップは、ほとんどが、ダイヤモンド粒子として平均粒径（Ｄ５０）が２μｍ〜１０μｍという比較的大きなものが用いられているのに対し、本発明においては、平均粒径（Ｄ５０）が０．２μｍ〜１．６μｍという非常に小径のダイヤモンド粒子を焼結させて上記ダイヤモンドチップを用いている。そのため、同じ割合でダイヤモンド粒子が脱落したとしても、切刃形状の乱れの程度は本発明の方が従来より少なくなる。そのため、本発明の切削工具は、上記鉛フリー銅系の軸受用合金を切削する場合に、従来の切削工具よりも切削性及び耐久性に優れたものとなると考えられる。

本発明の切削工具のダイヤモンドチップは、上記のごとく、平均粒径（Ｄ５０）が０．２μｍ〜１．６μｍのダイヤモンド粒子を焼結させた焼結体よりなる。上記ダイヤモンド粒子の平均粒径が０．２μｍ未満の場合には、焼結の過程で粒径が異常成長しやすく、かえって粗粒化してしまうという問題があり、一方、１．６μｍを超える場合には、切削性及び耐久性の向上効果が十分に得られないという問題がある。
なお、平均粒径Ｄ５０とは、横軸に粒子径、縦軸にその粒子径に該当する粒子の質量％をとった、いわゆる粒径分布図において、「小粒径側からの累積質量が５０％となる粒径」と定義することができ、その測定は、レーザー回折式粒度分布測定法という方法で行うことができる。

また、上記切刃の断面形状は、曲率半径１０μｍ〜５０μｍの曲面形状を有していることが好ましい（請求項２）。すなわち、すくい面と、逃げ面との交線に形成される角部である切刃が、その断面から見た場合上記所定の範囲の曲率半径の曲線となる曲面形状となることが好ましい。この場合には、上記曲率半径よりも十分に小さい粒径のダイヤモンド粒子が複数集まって上記曲面形状を形成しているので、切削時には、被削材である鉛フリー銅系の軸受用合金に同時に接触するダイヤモンド粒子の数が複数となる確率が高くなり、ダイヤモンド粒子の脱落を生じ難くすることができる。上記曲率半径が１０μｍ未満の場合には、切削時に被削材に同時に接触するダイヤモンド粒子の数が減少し、上記のダイヤモンド粒子の脱落低減効果が低くなるという問題がある。一方、上記曲率半径が５０μｍを超える場合には、切削抵抗が大きくなってしまうという問題がある。

また、上記切削工具の切削方向に対する上記逃げ面がなす角度である逃げ角は、２°〜７°であることが好ましい（請求項３）。すなわち、通常の切削工具は、上記逃げ角を１１°以上の比較的大きな角度にする場合が多いが、本発明の特定用途の切削工具は、通常のものよりも逃げ角を小さくし、上記特定の範囲の角度とすることが好ましい。これにより、切削時に被削材に接触する切刃のダイヤモンド粒子を後方から支持するダイヤモンド粒子の領域を広くすることができ、さらにダイヤモンド粒子の脱落低減効果を高めることができる。上記逃げ角が２°未満の場合には、円筒部材の内径部を切削加工する際に切削後の被削材に逃げ面が接触しやすくなるという問題があり、一方、７°を超える場合には、上記の効果を十分に得ることが困難となる。
なお、２°〜７°の逃げ角を有する逃げ面を設けるに当たっては、逃げ角が１１°程度の標準的な逃げ面を設けた後、その先端近傍に追加工して設けることが好ましい。

また、上記切削工具の切削方向に直交する方向に対する上記すくい面がなす角度であるすくい角は、＋５°〜−１０°であることが好ましい（請求項４）。上記すくい角を上記特定の範囲の角度に限定することによって、安定した切削を行うことができる。上記すくい角が−１０°を超える負角の場合には、被削物に与える面圧が急激に高まり切削面の面性状が荒れるという問題が生じるおそれがあり、一方、＋５°を超える場合には刃先の剪断強度が低下し、切刃の欠損・折損が起こるという問題が生じるおそれがある。

また、上記軸受用合金に含有される上記硬質粒子は、その平均粒径（Ｄ５０）が１０μｍ〜７０μｍである場合に、本発明の切削工具の作用効果がより有効に発揮される（請求項５）。すなわち、上記軸受用合金に含有される上記硬質粒子の平均粒径が上記特定の範囲にある場合には、上記切削工具におけるダイヤモンド粒子の粒径が上記硬質粒子よりも十分に小さいので、上述した本発明の作用効果が有効に発揮される。一方、上記軸受用合金における上記硬質粒子の平均粒径が１０μｍ未満の場合には、上記軸受用合金としての性能が低下するおそれがある。一方、７０μｍを超える場合には、上述した本発明の作用効果が低減するおそれがある。

（実施例１）
本発明の実施例に係る切削工具につき、図１〜図４を用いて説明する。
本例の切削工具１は、Ｃｕ：７５〜９５質量％、Ｂｉ：１〜１５質量％、及び、金属のリン化物、ホウ化物又は炭化物よりなる硬質粒子：１〜１０質量％を含有する鉛フリー銅系の軸受用合金８を切削するための切削工具である。
切削工具１は、すくい面１２と、逃げ面１３と、両者の交線に切刃１４を有し、該切刃１４を含む先端部位をダイヤモンドチップ２により構成してなり、該ダイヤモンドチップ２は、平均粒径（Ｄ５０）が０．２μｍ〜１．６μｍのダイヤモンド粒子２１を焼結させた焼結体よりなる。

以下、これを詳説する。
本例の切削工具１は、図１、図２に示すごとく、略三角形状の工具本体部５のすくい面５２側の角部を後退させて上記すくい面５２と略平行に設けた配設面５５に、後述する裏金部３上に形成されたダイヤモンドチップ２を配設してなる切削工具である。
ダイヤモンドチップ２は、図１、図２に示すごとく、裏金部３に接合されて二層構造を有する形態で用いられている。裏金部３は、ＷＣ−Ｃｏ合金よりなり、これは裏金として広く用いられている材料である。

上記ダイヤモンドチップ２は、図３に示すごとく、平均粒径（Ｄ５０）が０．２〜１．６μｍのダイヤモンド粒子２１をＣｏ触媒２０と混合させ、上記裏金部３のすくい面側表面３２上に配置して高温高圧下において焼結したものである。裏金部３とダイヤモンドチップ２との間には、Ｃｏ触媒２０と裏金部３のＷＣ−Ｃｏとが互いに拡散してなる拡散層３５（図４（ａ）参照）が形成されている。
そして、図２に示すごとく、このような２層構造のチップ部を上記裏金部３の裏面と上記配設面５５との間においてろう材５６において接合することによって、工具本体部５に配設してある。

切削工具１の形状は、図１、図４（ｂ）に示すごとく、ダイヤモンドチップ２のすくい面１２は略三角形で角部が円弧状となっており、その形状に沿って曲線状に切刃１４が形成されている。
また、切刃１４は、図４（ｂ）に示すごとく、曲率半径Ｒ１＝０．２〜１．６ｍｍの曲面形状を有している。本例では最も一般的な値である曲率半径Ｒ１＝０．８ｍｍを示す。
また、図４（ａ）に示すごとく、切削工具１の切削方向Ａに対する逃げ面２３がなす角度である逃げ角αは５°である。
また、同図に示すごとく、上記切削工具１の切削方向に直交する方向Ｂに対する上記すくい面２２がなす角度であるすくい角は、略三角形状の工具単体上では０°である。
また、同図に示すごとく、切刃１４の断面形状は、曲面形状を有しており、その曲率半径Ｒ２は１０〜５０μｍである。

本例では、以上のような構成の切削工具１を用いて、鉛フリー銅系の軸受用合金（大豊工業株式会社製、品番：ＨＢ−２００Ｘ）を切削したところ、従来の鉛含有銅系の軸受用合金を従来の工具で切削する場合とほぼ同様の切削性及び寿命が得られた。
なお、本例では、上記工具本体部５の形状が三角形状の場合について説明したが、四角形状等の他の形状を採用することも勿論可能である。

（実施例２）
本例では、実施例１の切削工具の有効性を定量的に判断するため、次のような試験を行った。
まず、切削工具としては、上記実施例１のものの他に、比較のために、従来の切削工具を準備した。この従来の切削工具は、ダイヤモンドチップを構成するダイヤモンド粒子の平均粒径（Ｄ５０）を２〜１０μｍに大きくした点が実施例１と異なり、その他は実施例１と同様の構造を有している。

被削材としては、Ｃｕ：８７±３質量％、Ｂｉ：６．５±１．５質量％、及び、Ｆｅのリン化物よりなる平均粒径（Ｄ５０）が２５μｍの硬質粒子：２．５±１．０質量％を含有する鉛フリー銅系の軸受用合金（大豊工業株式会社製、品番：ＨＢ−２００Ｘ）を準備した。

試験は、鉛フリー銅系の軸受用合金に対して行う所定の切削を繰り返し行った場合の、切刃の摩耗量（μｍ）を測定して行った。そして、切削した累積距離（ｋｍ）と、摩耗量（μｍ）との関係を求めた。
切削の条件は、切削速度３００ｍ／分、送り０．１０ｍｍ／ｒｅｖ、取り代０．１５ｍｍ、Ｒ１（ノーズＲ）０．８ｍｍとした。
摩耗量は、すくい面１２に垂直な方向の寸法であって、すくい面１２の位置を基準（ゼロ）として、逃げ面側に生じた摩耗（損傷）した部分の最大深さとした。

結果を図５に示す。同図は、横軸に切削した距離（ｋｍ）、縦軸に摩耗量（μｍ）を取り、実施例１の切削工具を用いたものを符号Ｅ１としてプロットし、比較のための切削工具を用いたものを符号Ｃ１としてプロットした。
同図から知られるごとく、本発明の例である実施例１の切削工具を使用した場合（Ｅ１）には、比較のための切削工具を用いた場合（Ｃ１）に比べて、切削工具の摩耗の進行が非常に遅いことが分かる。

また、比較の場合（Ｃ１）は、摩耗量増加に伴って、切削面における筋状の切削跡が目立って切削精度（面粗さ）が大幅に低下していったが、実施例１の場合（Ｅ１）には、そのような切削精度の低下が、少なくとも切削距離２００ｋｍまでは見られなかった。
以上の結果から、本発明の実施例１の切削工具は、鉛フリー銅系の軸受用合金の切削に非常に適していることが分かる。

実施例１における、切削工具の全体形状を示す斜視図。実施例１における、ダイヤモンドチップ近傍の構成を示す説明図。実施例１における、ダイヤモンドチップの構造を示す説明図。実施例１における、切削工具のすくい角及び逃げ角を示す説明図。実施例２における、各切削工具の加工に伴う摩耗量の測定結果を示す説明図。

符号の説明

１切削工具
１２すくい面
１３逃げ面
１４切刃
２ダイヤモンドチップ
２１ダイヤモンド粒子
２０Ｃｏ触媒
５工具本体
５５配設面
５６ろう材

Claims

Ｃｕ：７５〜９５質量％、Ｂｉ：１〜１５質量％、及び、金属のリン化物、ホウ化物又は炭化物よりなる硬質粒子：１〜１０質量％を含有する鉛フリー銅系の軸受用合金を切削するための切削工具であって、
すくい面と、逃げ面と、両者の交線に切刃を有し、
該切刃を含む先端部位をダイヤモンドチップにより構成してなり、
該ダイヤモンドチップは、平均粒径（Ｄ５０）が０．２μｍ〜１．６μｍのダイヤモンド粒子を焼結させた焼結体よりなることを特徴とする切削工具。
請求項１において、上記切刃の断面形状は、曲率半径１０μｍ〜５０μｍの曲面形状を有していることを特徴とする切削工具。
請求項１又は２において、上記切削工具の切削方向に対する上記逃げ面がなす角度である逃げ角は、２°〜７°であることを特徴とする切削工具。
請求項１〜３のいずれか１項において、上記切削工具の切削方向に直交する方向に対する上記すくい面がなす角度であるすくい角は、＋５°〜−１０°であることを特徴とする切削工具。
請求項１〜４のいずれか１項において、上記軸受用合金に含有される上記硬質粒子は、その平均粒径（Ｄ５０）が１０μｍ〜７０μｍであることを特徴とする切削工具。