JP2004243466A

JP2004243466A - 回転切削工具および工具ホルダ

Info

Publication number: JP2004243466A
Application number: JP2003035599A
Authority: JP
Inventors: Masuo Saito; 益生斉藤; Hideaki Imaizumi; 英明今泉
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】先端チップを焼嵌めによって装着する際にチップ保持部材とホルダ本体との間の接合が緩む恐れがなく、且つ異なる材質のチップ保持部材とホルダ本体とが高い接合強度で一体的に接合されるようにする。
【解決手段】超硬合金製のホルダ本体３６の先端面に、ハイス製のチップ保持部材３８が拡散接合によって一体的に接合されているため、そのチップ保持部材３８の有底穴４０に先端チップ３４を焼嵌めによって装着する際に、加熱によってチップ保持部材３８が膨張してもホルダ本体３６との間の接合が緩む恐れがなく、高い接合強度、接合精度が維持される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転切削工具に係り、特に、切れ刃が設けられた先端チップが焼嵌めにより工具ホルダに着脱可能に一体的に装着される回転切削工具の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軸心まわりに回転駆動されることにより所定の切削加工を行う回転切削工具、例えばエンドミルやフライスなどが広く用いられているが、このような回転切削工具の一種に、切れ刃が設けられた先端チップがシャンク等の工具ホルダに焼嵌めにより着脱可能に一体的に装着されるようになっているものがある。特許文献１に記載の回転切削工具はその一例で、図３に示すように、工具ホルダ１０は、円柱形状のホルダ本体１２と、円筒形状のチップ保持部材１４とから成り、そのチップ保持部材１４にボールエンドミルの先端チップ１６の嵌合軸１８が焼嵌めにより同軸に一体的に装着されるとともに、ホルダ本体１２の先端にも嵌合軸２０が設けられ、チップ保持部材１４は予めその嵌合軸２０に焼嵌めにより同軸に一体的に固設されている。ホルダ本体１２および先端チップ１６は、何れもチップ保持部材１４の軸方向の端面に密着させられ、高い接合強度が得られるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３１７７１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の回転切削工具においては、先端チップ１６を焼嵌めによりチップ保持部材１４に装着する際に、そのチップ保持部材１４の加熱による膨張でホルダ本体１２とチップ保持部材１４との間の接合が緩み、それ等の端面間に隙間が生じて接合強度が低下したり、同軸等の接合精度が損なわれたりする恐れがあった。
【０００５】
これに対し、ロー付けや溶接でチップ保持部材をホルダ本体に固設すれば、先端チップ１６を焼嵌めする際の加熱でそれ等の接合が緩む恐れがないが、ロー付けの場合は接合部の抗折強度が一般に１００ＭＰａ以下で十分な接合強度が得られない一方、溶接の場合は両者の材質が制限され、例えば超硬合金製のホルダ本体にハイス（高速度工具鋼）等の鉄鋼材料製のチップ保持部材を溶接することはできない。
【０００６】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、先端チップを焼嵌めによって装着する際にチップ保持部材とホルダ本体との間の接合が緩む恐れがなく、且つ材質が異なるチップ保持部材とホルダ本体とが高い接合強度で一体的に接合されるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、第１発明は、軸心まわりに回転駆動されることにより所定の切削加工を行う先端チップが焼嵌めにより着脱可能に一体的に装着される工具ホルダであって、（ａ）ホルダ本体と、（ｂ）そのホルダ本体の先端部に拡散接合により同軸に一体的に接合されるとともに、前記先端チップが焼嵌めにより着脱可能に一体的に装着される焼嵌め嵌合部を備えているチップ保持部材と、を有することを特徴とする。
【０００８】
第２発明は、第１発明の工具ホルダにおいて、（ａ）前記ホルダ本体は超硬合金にて構成されている一方、（ｂ）前記チップ保持部材は鉄鋼材料にて構成されているとともに、前記先端チップに設けられた嵌合軸が嵌合される嵌合穴が前記焼嵌め嵌合部として設けられていることを特徴とする。
【０００９】
第３発明は、軸心まわりに回転駆動されることにより所定の切削加工を行う回転切削工具であって、（ａ）第１発明または第２発明の工具ホルダと、（ｂ）前記チップ保持部材に焼嵌めにより着脱可能に一体的に装着されるとともに、前記切削加工を行う切れ刃を備えている先端チップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
このような工具ホルダにおいては、ホルダ本体の先端部にチップ保持部材が拡散接合によって一体的に接合されているため、そのチップ保持部材の焼嵌め嵌合部に先端チップを焼嵌めによって装着する際に、そのチップ保持部材が加熱によって膨張してもホルダ本体との間の接合が緩む恐れがなく、高い接合強度、接合精度が維持される。また、拡散接合においては異種材料の間でも高い接合強度が得られ、例えば超硬合金製のホルダ本体とハイス等の鉄鋼材料製のチップ保持部材とを、回転切削工具として要求される十分に高い接合強度で接合できる。
【００１１】
第２発明では、ホルダ本体が超硬合金にて構成されているため、高い剛性が得られ、例えばロングシャンクタイプの工具ホルダにおいても撓み等の変形が抑制されて、優れた加工精度が得られる。また、チップ保持部材は鉄鋼材料にて構成されているため、拡散接合により超硬合金製のホルダ本体に対して高い接合強度で接合されるとともに、鉄鋼材料は比較的熱膨張率が大きいため、焼嵌め嵌合部として設けられた嵌合穴に対して先端チップの嵌合軸を高い接合強度で着脱可能に固設することができる。
【００１２】
第３発明の回転切削工具は、第１発明または第２発明の工具ホルダに焼嵌めにより先端チップを着脱可能に装着したものであるため、実質的に第１発明、第２発明と同様の作用効果が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の回転切削工具および工具ホルダは、エンドミルやフライスに好適に適用されるが、ドリル等の他の回転切削工具や工具ホルダにも適用され得る。また、突出し量が大きい加工に用いられるシャンクが長い回転切削工具に好適に適用される。
【００１４】
ホルダ本体とチップ保持部材との拡散接合は、それ等の融点以下の所定温度で塑性変形をできるだけ生じさせない程度に加圧することにより、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合するもので、例えば超硬合金製のホルダ本体とハイス製のチップ保持部材とを拡散接合する場合、０．２ｔｏｒｒ以下の真空チャンバ内で９００〜１１００℃に加熱して軸方向に１５〜２５ＭＰａ程度で加圧することによって行われる。拡散を促進するため、必要に応じて拡散し易い接合材（拡散物質）を何れかの接合面の表層部などに添加しておくこともできる。
【００１５】
拡散接合されるホルダ本体およびチップ保持部材の接合面は、例えば軸心に対して直角な単純な平坦面にて構成されるが、両者を同軸に芯出ししたり位置決めしたりするために、円柱形状や円錐形状、或いはＶ字形状等の種々の突起および対応する凹所を設けることもできる。
【００１６】
ホルダ本体および先端チップの材質は超硬合金等の超硬質工具材料が好適に用いられるが、他の工具材料を採用することもできる。ホルダ本体については、切削性能を考慮する必要がなく、剛性が高い種々の材料を採用できる。チップ保持部材の材質は、ハイス等の鉄鋼材料が好適に用いられるが、先端チップよりも熱膨張率が大きい種々の材料を採用できる。一般に、切れ刃が設けられる先端チップは熱膨張率が小さい方が良いため、先端チップとチップ保持部材との接合形態は、第２発明のように先端チップに設けられた嵌合軸をチップ保持部材の嵌合穴内に嵌合するように構成される。
【００１７】
工具ホルダは、例えばマシニングセンタなどに着脱可能に取り付けられて使用されるテーパ形状のものや、工作機械の主軸にチャックなどを介して把持される略円柱形状のシャンクなどである。
【００１８】
先端チップは、例えば（ａ）チップ保持部材の嵌合穴の開口周縁部に密着させられる係合面を有するとともに所定の切れ刃が設けられたチップ本体と、（ｂ）その係合面の中心部に立設されてチップ保持部材の嵌合穴内に嵌合される嵌合軸と、を有して構成することが望ましい。そして、その先端チップを焼嵌めによりチップ保持部材に接合する際には、係合面と嵌合穴の開口周縁部とが密着するように、先端チップとチップ保持部材とを軸方向に押圧することが望ましい。
【００１９】
先端チップの嵌合軸とチップ保持部材の嵌合穴との焼嵌め形状（密着部分の面形状）は、例えば径寸法が等しいストレートの円筒面にて構成されるが、嵌合軸の先端側程僅かに大径になるテーパ形状とするなど、種々の態様が可能である。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の回転切削工具の一実施例であるボールエンドミル３０の一部を切り欠いた正面図、すなわち軸心と直角方向から見た図で、このボールエンドミル３０は、機械の主軸に把持されて軸心まわりに回転駆動されるシャンクとして用いられる工具ホルダ３２に、超硬合金製の先端チップ３４を焼嵌めにより同軸に着脱可能に装着したものである。工具ホルダ３２は、円柱形状のホルダ本体３６と、有底円筒形状のチップ保持部材３８とから構成されており、本実施例では突出し量の大きい加工に使用できるようにホルダ本体３６は長尺で且つ剛性が高い超硬合金にて構成されている。チップ保持部材３８は、ホルダ本体３６と径寸法が同じで、超硬合金よりも熱膨張率が大きいハイスにて構成されているとともに、有底円筒形状の底部側の端面が拡散接合によりホルダ本体３６の先端面に同軸に一体的に接合されている。それ等の接合面は、何れも軸心に対して直角な平坦面である。
【００２１】
上記拡散接合は、本実施例では０．１ｔｏｒｒ程度の真空チャンバ内で約１０００℃に加熱して軸方向に２０ＭＰａ程度で加圧することによって行われ、必要に応じて所定の接合材（拡散物質）が予めホルダ本体３６の接合面の表層部に添加される。本発明者等の実験によれば、接合面の直径が１０ｍｍの場合に上記接合条件で拡散接合したところ、３点曲げによる抗折試験で約５×１０^４Ｎの荷重を接合部に加えた場合、その接合部では破断せず、超硬合金のホルダ本体３６部分で折損した。このことから、接合部では超硬合金よりも高い抗折強度が得られ、ボールエンドミル３０の工具ホルダ３２として要求される十分な接合強度が得られることが分かる。超硬合金の抗折強度は、一般に２〜３ＧＰａ程度である。
【００２２】
上記チップ保持部材３８の有底円筒形状の有底穴４０は、焼嵌め嵌合部としての嵌合穴に相当し、先端チップ３４に一体に突設された嵌合軸４２がその有底穴４０内に嵌合され、焼嵌めにより着脱可能に一体的に固設される。先端チップ３４は、半球状の頭部を有するチップ本体４４を備えており、そのチップ本体４４の半球状頭部と反対側の端面である軸心と直角な平坦な係合面４６の中心部分に上記嵌合軸４２が軸心に沿って立設されている。嵌合軸４２の径寸法は有底穴４０の径寸法よりも数十μｍ程度大きく、その嵌合軸４２が有底穴４０内に嵌合されるとともに係合面４６が有底穴４０の開口周縁部、すなわちチップ保持部材３８の先端面に密着する状態で、先端チップ３４はチップ保持部材３８に対して焼嵌めにより着脱可能に一体的に固設されている。係合面４６の外径寸法、すなわちチップ本体４４の径寸法は、チップ保持部材３８の外径寸法と同じである。なお、チップ本体４４には、半球状頭部に切れ刃としてボール刃が設けられているとともに、半球状頭部に連続して設けられた円柱状部には、ボール刃に連続して外周切れ刃が設けられているが、何れの切れ刃も省略してある。
【００２３】
そして、このようなチップ保持部材３８に対する先端チップ３４の焼嵌めによる結合は、（ａ）チップ保持部材３８を加熱（本実施例では約３００℃）して膨張させることにより有底穴４０を拡径する加熱工程と、（ｂ）その有底穴４０内に先端チップ３４の嵌合軸４２を嵌合する嵌合工程と、（ｃ）先端チップ３４の係合面４６がチップ保持部材３８の先端面に密着するように先端チップ３４と工具ホルダ３２とを軸方向に押圧した状態でチップ保持部材３８を冷却して有底穴４０を縮径させ、嵌合軸４２の外周面に密着させる冷却工程とを有して行われる。
【００２４】
また、かかるボールエンドミル３０は、切れ刃に摩耗や欠損などが生じた場合には、先端チップ３４のみを交換することにより、工具ホルダ３２をそのまま継続使用することが可能である。すなわち、結合時と同様にチップ保持部材３８を加熱して有底穴４０を拡径させることにより、先端チップ３４の嵌合軸４２を有底穴４０から引き抜くことが可能で、代わりに新たな先端チップ３４をチップ保持部材３８に取り付ければ良いのである。その場合に、先端チップ３４の方がチップ保持部材３８よりも熱膨張率が小さいため、先端チップ３４の嵌合軸４２を有底穴４０から容易に引き抜くことができる。嵌合軸４２と有底穴４０との径寸法差は、チップ保持部材３８および先端チップ３４の両方を加熱することによって先端チップ３４の嵌合軸４２を有底穴４０から引き抜くことができるように、先端チップ３４の熱膨張率すなわち加熱による嵌合軸４２の拡径寸法を考慮して設定されている。
【００２５】
ここで、本実施例の工具ホルダ３２は、ホルダ本体３６の先端面にチップ保持部材３８が拡散接合によって一体的に接合されているため、そのチップ保持部材３８の有底穴４０に先端チップ３４を焼嵌めによって装着する際に、加熱によってチップ保持部材３８が膨張してもホルダ本体３６との間の接合が緩む恐れがなく、高い接合強度、接合精度が維持される。これにより、その工具ホルダ３２に先端チップ３４が装着されたボールエンドミル３０を用いて、高い精度で切削加工を行うことができる。
【００２６】
また、拡散接合においては異種材料の間でも高い接合強度が得られ、本実施例のように超硬合金製のホルダ本体３６とハイス製のチップ保持部材３８とを、ボールエンドミル３０として要求される十分に高い接合強度で接合できる。ホルダ本体３６が超硬合金にて構成されることにより高い剛性が得られ、ロングシャンクタイプのボールエンドミル３０においても、撓み等の変形が抑制されて優れた加工精度が得られる一方、チップ保持部材３８を構成しているハイスは比較的熱膨張率が大きいため、その有底穴４０に対して超硬合金製の先端チップ３４の嵌合軸４２を焼嵌めにより高い接合強度で着脱可能に固設することができる。
【００２７】
なお、上記実施例では有底円筒形状のチップ保持部材３８が用いられていたが、図２に示すように軸心に貫通穴５２が設けられた円筒形状のチップ保持部材５０を採用することも可能で、その場合はホルダ本体３６の先端面に円柱形状のガイド５４を突設し、そのガイド５４と貫通穴５２との嵌合により同軸に芯出しされるようにすることができる。また、両者の拡散接合は、ガイド５４の周囲の円環形状の端面と、チップ保持部材５０の円環形状の端面とを突き合わせて行えば良い。貫通穴５２のうち嵌合軸４２が焼嵌めによって嵌合される部分は、焼嵌め嵌合部としての嵌合穴に相当する。
【００２８】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるボールエンドミルの一部を切り欠いた正面図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す図で、チップ保持部材を断面で示した正面図である。
【図３】従来のボールエンドミルの一例を説明する図で、図２に対応する正面図である。
【符号の説明】
３０：ボールエンドミル（回転切削工具）３２：工具ホルダ３４：先端チップ３６：ホルダ本体３８、５０：チップ保持部材４０：有底穴（嵌合穴、焼嵌め嵌合部）４２：嵌合軸５２：貫通穴（嵌合穴、焼嵌め嵌合部）

Claims

軸心まわりに回転駆動されることにより所定の切削加工を行う先端チップが焼嵌めにより着脱可能に一体的に装着される工具ホルダであって、
ホルダ本体と、
該ホルダ本体の先端部に拡散接合により同軸に一体的に接合されるとともに、前記先端チップが焼嵌めにより着脱可能に一体的に装着される焼嵌め嵌合部を備えているチップ保持部材と、
を有することを特徴とする工具ホルダ。
前記ホルダ本体は超硬合金にて構成されている一方、
前記チップ保持部材は鉄鋼材料にて構成されているとともに、前記先端チップに設けられた嵌合軸が嵌合される嵌合穴が前記焼嵌め嵌合部として設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダ。
軸心まわりに回転駆動されることにより所定の切削加工を行う回転切削工具であって、
請求項１または２に記載の工具ホルダと、
前記チップ保持部材に焼嵌めにより着脱可能に一体的に装着されるとともに、前記切削加工を行う切れ刃を備えている先端チップと、
を有することを特徴とする回転切削工具。