JP2003136323A - 切削工具及び工具ホルダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 切削工具及び工具ホルダーとして、高負荷の
切削加工においても相互の溶着を生じにくく、加工後の
両者を分離容易にする手段を提供する。 【解決手段】 刃部１２と柄部１１とからなる切削工具
１において、少なくとも柄部１１の表面が柄部材料の融
点よりも高い融点又は分解点を有する材料（Ａｌ、Ｔ
ｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、
Ｗより選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物、炭化
物、窒化物、炭窒化物）で被覆３されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、切削加工に使用さ
れる切削工具と、この切削工具を保持して工作機械の主
軸に嵌挿させる工具ホルダーに関する。

【０００２】

【従来技術とその課題】例えばエンドミル等の高負荷の
切削加工に用いる切削工具では、その母材として高速度
鋼、超硬合金、サーメット、セラミック等の高硬度の材
料が使用されるが、切削性能をより向上させるために、
刃部の表面に前記母材よりも更に硬度の高い材料からな
る被膜を設けることが一般的に行われている。しかし
て、このような被膜は、切削性能を高めるという目的と
工具加工コストの面から、切削に関与しない柄部の表面
に設けられることはなかった。

【０００３】一方、このような切削工具は、通常、その
柄部を工具ホルダーの筒状の工具保持部に挿嵌して緊締
固定し、この工具ホルダーを介して工作機械の主軸に装
着される。なお、工具ホルダーによる切削工具の緊締固
定方式には、ニードルロールロック方式、テーパコレッ
ト方式、サイドロック方式等がある。

【０００４】ところが、従来における切削加工では、加
工中に切削工具の柄部が工具ホルダーに固着してしま
い、加工後の切削工具が工具ホルダーから分離困難ある
いは分離不能になることが往々にしてあり、特にエンド
ミル等による高負荷の切削加工においては顕著であっ
た。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明らは、上述の情況
に鑑み、加工後の切削工具と工具ホルダーとの分離性を
高める手段を究明するために、まず上記の固着を生じる
原因を調べたところ、切削加工中の切削振動等により、
切削工具の柄部の外周面と工具ホルダーの工具保持部の
内周面とが相対的に高速で細かく往復摺接し、この往復
摺接に伴う摩擦発熱によって高温化したり、摺接しない
場合でも界面部に応力が集中し、材料組織中での内部摩
擦によって発熱して高温化することにより、切削工具側
と工具ホルダー側の材料同士が溶着することが判明し
た。そこで、この知見に基づいて、更に検討を重ねた結
果、切削工具の柄部の外周面とこれを嵌挿する工具保持
部の内周面との少なくとも一方に、特定材料の被膜を設
けた場合に、高負荷の切削加工においても溶着を生じに
くく、加工後の切削工具と工具ホルダーとが分離容易に
なることを見出し、本発明をなすに至った。

【０００６】すなわち、本発明の請求項１に係る切削工
具は、図面の参照符号を付して示せば、刃部１１と柄部
１２とからなる切削工具１において、少なくとも柄部１
１の表面が柄部材料の融点よりも高い融点又は分解点を
有する材料で被覆３されてなる構成としている。この構
成では、高負荷の切削加工において、切削工具１の柄部
１１の外周面１１ａと、工具ホルダー２や工作機械の工
具直接装着型の主軸における工具保持部２１の内周面２
１ａとの界面部に、相対摺接あるいは内部摩擦による発
熱で高温が発生しても、切削工具１の柄部１１側の表面
が高耐熱材料で覆われているために軟化ないし溶融しに
くく、もって工具ホルダー２や前記主軸の工具保持部２
１側との溶着が防止される。

【０００７】また、請求項２の発明は、上記請求項１の
切削工具１において、前記被覆材料がＡｌ、Ｔｉ、Ｓ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗより
選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物、炭化物、窒化
物、炭窒化物であるものとしている。この構成では、被
覆材料が従来より切削性能を高める目的で刃部１２側の
被覆に用いられていた高硬度材料と共通することから、
被覆３によって柄部１１の表面も高硬度となり、それだ
け柄部１１は損傷しにくく耐久性が増すと共に、工具ホ
ルダー２や工作機械の主軸における緊締固定手段による
緊締力を大きくして切削工具１を剛体的に一体化させ、
もって切削精度を高めることができる。また、切削工具
１の全体を単一材料で被覆して柄部１１側の溶着防止と
刃部１２側の切削性向上を同時に果たせるから、刃部１
２側の高硬度材料による被覆を要する場合でも被覆処理
は一回で済むことになる。

【０００８】一方、請求項３の発明に係る工具ホルダー
は、一端側に切削工具１の柄部１１を挿嵌させる筒状の
工具保持部２１を有すると共に、他端側に工作機械３の
主軸３１に嵌挿するシャンク部２２を備えた工具ホルダ
ー２において、前記工具保持部２１の内周面２１ａが当
該保持部材料の融点よりも高い融点又は分解点を有する
材料で被覆３されてなる構成としている。この構成で
は、高負荷の切削加工において、切削工具１の柄部１１
の外周面１１ａと工具ホルダー２の工具保持部２１の内
周面２１ａとの界面部に、相対摺接あるいは内部摩擦に
よる発熱で高温が発生しても、工具ホルダー２の工具保
持部２１側の表面が高耐熱材料で覆われているために軟
化ないし溶融しにくく、もって切削工具１の柄部１１側
との溶着が防止される。

【０００９】また、請求項４の発明は、上記請求項１の
工具ホルダー２において、前記被覆材料がＡｌ、Ｔｉ、
Ｓｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗよ
り選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物、炭化物、窒
化物、炭窒化物である構成としている。この場合、被覆
材料が従来より切削性能を高める目的で切削工具１の刃
部１２側の被覆に用いられていた高硬度材料と共通する
ことから、被覆３によって工具保持部２１の表面も高硬
度となり、それだけ工具保持部２１は損傷しにくく工具
ホルダー２の耐久性が増すことになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して具体的に説明する。図１は本発明の第一実施例の
切削工具１、図２は同第二実施例の工具ホルダー２、図
３は切削工具１を装着した工具ホルダー２を工作機械４
の主軸４０にら装着した状態、をそれぞれ示す。

【００１１】切削工具１は、図１（Ａ）に示されるよう
に、丸軸状の柄部１１と、頂稜が鋸刃状をなす複数本の
螺旋状凸条１２ａを有する刃部１２とからなるエンドミ
ルである。しかして、その柄部１１の外周面１１ａに
は、図１（Ｂ）に示すように、柄部１１の材料の融点よ
りも高い融点又は分解点を有する材料による被覆３が設
けられている。なお、分解点とは熱分解する温度であ
り、後記する具体例で示すように材料によっては、融解
せず、熱分解（昇華）するものがある。

【００１２】また、工具ホルダー２は、図２（Ａ）に示
すように、前部側が前端面に開口したストレート状の工
具挿入孔２０を備える筒状の工具保持部２１、後部側が
工作機械のマシニングセンタ等の主軸に対して着脱自在
に取り付けられる先細テーパ状のシャンク部２２とな
り、中央部外周にマニュピュレーター把持用等のチャッ
ク位置決め用鍔部２３を備えたホルダー本体２ａと、そ
の工具保持部２１の外周面が緩い先細テーパ状をなす前
部に、リテーナー２４ａに保持された多数のニードルロ
ーラ２４…を介して外嵌する締付筒２ｂと、からなる独
立の工具ホルダーを構成している。しかして、その工具
保持部２１の内周面２１ａには、図２（Ｂ）に示すよう
に、当該保持部２１の材料の融点よりも高い融点又は分
解点を有する材料による被覆３が設けられている。

【００１３】この工具ホルダー２を用いて例えば前記切
削工具１による切削加工を行う場合、図３に示すよう
に、工具挿入孔２０内に切削工具１の柄部１１を嵌挿し
て締付筒２ｂを締付方向に回転させることにより、工具
保持部２１が縮径して該柄部１１を緊締固定する。そし
て、この切削工具１を保持した工具ホルダー２のシャン
ク部２２を工作機械４の主軸４０のテーパー状装着孔４
０ａに嵌挿し、チャック位置決め用鍔部２３のキー溝２
３ａ，２３ａに主軸４０側のチャック装置（図示省略）
側のキーを係合させ、該主軸４０を回転駆動させて所要
の被加工物に対する切削加工を行う。

【００１４】しかして、この切削加工中には、切削振動
等により、切削工具１の柄部１１の外周面１１ａと工具
ホルダー２の工具保持部２１の内周面２１ａとが相対的
に高速で細かく往復摺接し、この往復摺接に伴う摩擦発
熱によって摺接界面部が高温化したり、摺接しない場合
でも界面部に応力が集中し、材料組織中での内部摩擦に
よって発熱して界面部が高温化することになるが、前記
柄部１１側の内周面２１ａと前記工具保持部２１側の内
周面２１ａには共に高耐熱材料の被覆３を有するために
軟化ないし溶融しにくく、もって切削工具１の柄部１１
と工具ホルダー２の工具保持部２１側との溶着が防止さ
れから、切削加工後に切削工具１と工具ホルダー２とを
容易に分離することができる。

【００１５】被覆３の材料としては、切削工具１側では
柄部１１の材料の融点よりも高い融点又は分解点を有す
るもの、また工具ホルダー２側では工具保持部２１の材
料の融点よりも高い融点又は分解点を有し、該工具ホル
ダー２による切削工具１の緊締固定力に耐える被膜強度
を有するものであれば、特に制約はないが、好適なもの
としてセラミック系材料，特にＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗより選ばれ
る少なくとも一種の元素の酸化物、炭化物、窒化物、炭
窒化物が推奨される。

【００１６】すなわち、これらの酸化物、炭化物、窒化
物、炭窒化物等は、従来より切削性能を高める目的で刃
部１２側の被覆に用いられていた高硬度材料と共通する
ものであり、被覆３により、切削工具１側では柄部１１
の表面、工具ホルダー２側では工具保持部２１の表面が
高硬度となり、それだけ柄部１１及び工具保持部２１は
損傷しにくく耐久性が増すと共に、工具ホルダー２によ
る緊締力を大きくして該ホルダー２と切削工具１とを剛
体的に一体化させ、もって切削精度を高めることができ
る。また、切削工具１においては、その全体を単一材料
で被覆して柄部１１側の溶着防止と刃部１２側の切削性
向上を同時に果たせるから、刃部１２側の高硬度材料に
よる被覆を要する場合でも被覆処理は一回で済むことに
なる。

【００１７】このような被覆材料の具体例としては、酸
化物では、Ａｌ₂ Ｏ₃ （融点１９９９〜２０３２℃）、
ＴｉＯ₂ （分解点２１３０℃）、ＳｉＯ₂ （融点１７１
０℃）、ＺｒＯ₂ （融点２７００℃）、ＨｆＯ₂ （融点
２８１２℃）、ＶＯ₂ （融点１９６７℃）、Ｖ₂ Ｏ
₃ （融点１９７０℃）、Ｎｂ₂ Ｏ₃ （融点１５２０
℃）、ＷＯ₂ （分解点１５００〜１６００℃）等が挙げ
られる。また、炭化物では、Ａｌ₄ Ｃ₃ （融点２２００
℃）、ＴｉＣ（融点３４００〜３５００°Ｋ）、ＳｉＣ
（分解点＝昇華点２２００℃）、ＺｒＣ（融点３５４０
℃）、ＨｆＣ（融点３８８７℃）、Ｃｒ₃ Ｃ₆ （分解点
１５５０℃）、Ｃｒ₃ Ｃ₂ （融点１８９０℃）、ＶＣ
（融点３９００℃）、ＮｂＣ（融点３９００℃）、Ｔａ
Ｃ（融点３８８０〜４１５０℃）、ＭｏＣ（２９１０〜
３０１０℃）、ＷＣ（分解点２６００℃）、ＨｆＣ−Ｔ
ａＣ（１：４モル、融点４２１５℃）等が挙げられる。
更に窒化物では、ＡｌＮ（融点２１５０〜２２００
℃）、ＴｉＮ（融点２９５０℃）、Ｓｉ₃Ｎ₄ （分解点
＝昇華点１８３０〜１９００℃）、ＣｒＮ（分解点１５
００℃）、ＺｒＮ（融点２７００℃）、ＴａＮ（融点３
０９０℃）、ＮｂＮ（融点２５７３℃）、ＶＮ（分解点
２０５０℃）等が挙げられる。炭窒化物では、ＡｌＣ
Ｎ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＣＮ等が挙げられが、これらは
Ａｌ及びＴｉの炭化物や窒化物と同等以上の高融点であ
る。しかして、これら被覆材料の中でも、融点及び分解
点が２０００℃以上のものが好適であり、更には２５０
０℃以上のものが最適である。

【００１８】切削工具１における柄部１１の外周面１１
ａならびに工具ホルダー２における工具保持部２１の内
周面２１ａを上記被覆材料にて被覆３するには、その材
料種に応じた適当な化学的又は物理的蒸着法、例えばＣ
ＶＤ（化学的気相成長）法、イオンブレーティング法、
真空蒸着法、スパッタリング法等を選択採用すればよ
い。また、被覆３の厚みは、０．５〜１００μｍ程度に
設定するのがよく、薄過ぎては充分な溶着防止効果が得
られず、逆に厚過ぎては不経済である。

【００１９】本発明は、例示したエンドミルの如き重切
削用工具への適用性に優れるが、これら以外の種々の回
転切削加工に用いる工具にも適用可能であると共に、オ
イルホール付き工具としても構成できる。また、工具ホ
ルダーについても、例示したニードルロールロック方式
のものに限らず、切削工具の柄部を挿嵌して緊締固定す
る筒状の工具保持部と工作機械の主軸へ挿嵌するシャン
ク部を有するものであればよく、やサイドロック方式を
始めとして種々の緊締固定方式を有するものに同様に適
用でき、例えばテーパコレット方式ではテーパコレット
の内周面を前記高耐熱材料で被覆したものとすればよ
い。

【００２０】しかして、本発明の切削工具は、前記のよ
うに工具保持部の内周面に高耐熱材料の被覆を設けた本
発明の工具ホルダーに限らず、同被覆を設けていない従
来の工具ホルダー、ならびに工作機械における工具を直
接に把持する構造の主軸に装着しても、充分な溶着防止
効果が得られる。一方、本発明の工具ホルダーは、前記
のように柄部の外周面に高耐熱材料の被覆を設けた本発
明の切削工具に限らず、同被覆を設けていない通常の各
種切削工具を装着しても、やはり充分な溶着防止効果が
得られる。

【００２１】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、切削工具とし
て、柄部の外周面が高耐熱性材料で被覆されていること
から、高負荷の切削加工においても、これを装着する工
具ホルダーや工作機械の主軸との溶着を生じにくく、切
削加工後に該工具ホルダーや主軸から容易に確実に分離
できるものが提供される。

【００２２】請求項２の発明によれば、前記切削工具に
おいて、前記被覆に用いる高耐熱性材料が従来より切削
性能を高める目的で刃部側の被覆に用いられていた高硬
度材料と共通することから、この被覆によって柄部も高
硬度で損傷しにくく耐久性が増すと共に、工具ホルダー
や工作機械の主軸における緊締固定手段による緊締力を
大きくして剛体的に一体化させて切削精度を高めること
ができ、また刃部側の高硬度材料による被覆を要する場
合に、同じ材料を柄部側の被覆に利用することにより、
被覆処理を一回で済ませることが可能になる。

【００２３】請求項３の発明によれば、工具ホルダーと
して、工具保持部の内周面が高耐熱性材料で被覆されて
いることから、高負荷の切削加工においても、装着した
切削工具の柄部との溶着を生じにくく、切削加工後に該
切削工具を容易に確実に分離できるものが提供される。

【００２４】請求項４の発明によれば、前記工具ホルダ
ーにおいて、前記被覆に用いる高耐熱性材料が従来より
切削性能を高める目的で刃部側の被覆に用いられていた
高硬度材料と共通することから、この被覆によって工具
保持部の表面が高硬度で損傷しにくく、工具ホルダーと
しての耐久性が増すという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一実施例に係る切削工具を示し、
（Ａ）は工具全体の一部破断側面図、（Ｂ）は（Ａ）の
仮想線円Ｂ内の拡大図である。

【図２】 本発明の第二実施例に係る工具ホルダーを示
し、（Ａ）はホルダー全体の一部破断側面図、（Ｂ）は
（Ａ）の仮想線円Ｂ内の拡大図である。

【図３】 前記切削工具を保持した工具ホルダーを工作
機械の主軸に装着した状態を示す一部破断側面図であ
る。

【符号の説明】

１ 切削工具 １１ 柄部 １１ａ 外周面 １２ 刃部 ２ 工具ホルダー ２１ 工具保持部 ２１ａ 内周面 ２２ シャンク部 ３ 被覆 ４ 工作機械 ４０ 主軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土居 正幸 大阪府東大阪市西石切町３丁目３番39号 大昭和精機株式会社内 Ｆターム(参考） 3C016 FA21 3C037 DD05 FF06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 刃部と柄部とからなる切削工具におい
   て、少なくとも柄部の表面が柄部材料の融点よりも高い
   融点又は分解点を有する材料で被覆されてなる切削工
   具。
2. 【請求項２】 前記被覆材料がＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚ
   ｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗより選ばれ
   る少なくとも一種の元素の酸化物、炭化物、窒化物、炭
   窒化物である請求項１記載の切削工具。
3. 【請求項３】 一端側に切削工具の柄部を挿嵌させる筒
   状の工具保持部を有すると共に、他端側に工作機械の主
   軸に嵌挿するシャンク部を備えた工具ホルダーにおい
   て、前記工具保持部の内周面が当該保持部材料の融点よ
   りも高い融点又は分解点を有する材料で被覆されてなる
   工具ホルダー。
4. 【請求項４】 前記被覆材料がＡｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｚ
   ｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗより選ばれ
   る少なくとも一種の元素の酸化物、炭化物、窒化物、炭
   窒化物である請求項３記載の工具ホルダー。