JP2005144590A - クリスマスカッタ - Google Patents

Abstract

【課題】クリスマスカッタの各刃部の逃げ面に改良を加え、寸法精度の向上及び切削性の向上を図るとともに、切り粉の排出を容易にする。
【解決手段】クリスマスカッタ１は、軸心周りに複数の刃部１０が設けられ、この各刃部は、軸方向先端側に向かって山部１４，１５，１６と谷部１７，１８，１９とを交互に連ねながら先細り状に形成されている。各刃部の逃げ面２０を、切れ刃寄りの第１逃げ面２１と、この第１逃げ面に連続しかつ第１逃げ面よりも逃げ角が大きい第２逃げ面２２とにより構成する。第１逃げ面を、切れ刃の稜線に沿って継ぎ目や段差のない滑らかな１つの帯状の曲面に形成するとともに、この第１逃げ面の切れ刃と直交する断面での逃げ角及び幅寸法を、それぞれ切れ刃の稜線に沿う刃部のいずれの位置でも略等しく設定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、タービンブレードやタービンディスクなどの溝加工に用いられるシャンクタイプフライスの一種であるクリスマスカッタに関する。

従来、蒸気タービンなどのタービンブレードをタービンディスクに取り付ける場合、タービンブレード又はタービンディスクに、図８に示すような取付溝１００を設けることがある。この取付溝１００は、中心線１０１に対し左右対称でかつ逆クリスマスツリーのように溝深さ方向に向かって溝幅が増減しながら徐々に狭くなっており、溝深さ方向に互いに離間して溝幅が広い３つ（又は２つ）の幅広部１０２，１０３，１０４を備え、これらの幅広部１０２〜１０４の幅寸法は深い位置のもの程小さくなっている。また、この取付溝１００の輪郭は、継ぎ目や段差のない滑らかな曲線になっている。

そして、このような取付溝１００を切削加工するための工具として、図９及び図１０に示すようなクリスマスカッタ１１０が知られている。このクリスマスカッタ１１０は、シャンク１１１とボディ１１２とからなり、ボディ１１２には軸心周りに複数（通常３つ又は４つ）の刃部１１３，１１３，１１３が設けられ、この各刃部１１３は、上記取付溝１００の形状に対応して、軸方向先端側に向かって３つずつ（又は２つずつ）の山部１１４，１１５，１１６と谷部１１７，１１８，１１９とを交互に連ねながら先細り状に形成されている。尚、図１０（ａ）は取付溝１００の幅広部１０２に対応した刃部１１３の山部１１４におけるクリスマスカッタ１１０の軸心線と直交する断面図であり、図１０（ｂ）は取付溝１００の幅広部１０３に対応した刃部１１３の山部１１５におけるクリスマスカッタ１１０の軸心線と直交する断面図であり、図１０（ｃ）は取付溝１００の幅広部１０４に対応した刃部１１３の山部１１６におけるクリスマスカッタ１１０の軸心線と直交する断面図である。

この種のクリスマスカッタ１１０の加工においては、寸法精度の得やすいクリスマスツリーの形状をした総形砥石を使用しカム機構を用いて行うのが一般的である。この場合、各刃部１１３の逃げ面１２０は、通常、刃部１１３の軸方向位置に拘わらずカム高さ（逃げ面１２０を、隣の刃部１１３のすくい面１２１まで延長し、その交線と外周との距離）Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが等しく（つまりＬａ＝Ｌｂ＝Ｌｃ）になるように形成されており、軸心線と直交する断面ではアルキメデス曲線状になっている。また、逃げ面１２０の逃げ角（切れ刃１２２での切削仕上げ面に対する傾き角）θａ，θｂ，θｃ（以下、特に区別しない場合は単にθとする）は、刃部１１３の軸方向位置によって異なり、その位置の外径が大きい程小さくなっている（θａ＜θｂ＜θｃ）。しかし、逃げ面１２０の逃げ角θは２〜１５°の範囲内で等しく（θａ＝θｂ＝θｃ）することが切削性能上望ましいとされているが、このことが実現できていないのが実情である。

これに対し、特許文献１に開示するものでは、図１１にも示すように、逃げ面１２０は、その逃げ角θａ，θｂ，θｃが刃部１１３の軸方向位置に拘わらず等しくなる（θａ＝θｂ＝θｃ）ように形成されており、軸心線と直交する断面では円弧形状になっている。この場合、逃げ面１２０のカム高さＬａ，Ｌｂ，Ｌｃは、刃部１１３の軸方向位置によって異なり、その位置の外径、あるいは逃げ面１２０の切れ刃１２２から軸心周りの次の刃部１１３までの周方向距離Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃが大きい程大きくなっている（Ｌａ＞Ｌｂ＞Ｌｃ）。尚、図９及び図１０に示すクリスマスカッタ１１０の逃げ面１２０は、特許文献１に開示のものと同様に逃げ角θが刃部１１３の軸方向位置に拘わらず等しくなるように形成されている。
特許第３０５８８５６号公報

ところが、上記特許文献１に開示のものでは、逃げ面１２０のヒール側での切削仕上げ面との間の隙間（外周の逃げともいう）が、従来の逃げ面１２０の断面形状がアルキメデス曲線状のものの場合よりも小さくなり、かつ逃げ面１２０の断面形状が切れ刃１２２より連続した曲線形状をしているため、切り粉の排出に支障を来し、切削性能が低下する。

また、特許文献１の如く逃げ面１２０の逃げ角θａ，θｂ，θｃが刃部１１３の軸方向位置に拘わらず等しくなるように刃部１１３の逃げ面１２０全体を形成する方法としては、刃部１１３を各山部１１４〜１１６や各谷部１１７〜１１９などの適当な箇所で分割し、その分割部分毎に別々に加工し、クリスマスツリー形状になるようにつないで完成させる方法が考えられる。しかし、この方法では、段差が生じる上、従来のカム機構を用いて形成する場合に比べて成形加工が面倒で加工時間が長くかかり、寸法精度も良くないという問題もある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、クリスマスカッタの各刃部の逃げ面について改良を加えて、切り粉の排出に支障を来すことなく切削性能を効果的に高めるとともに、逃げ面を形成するための成形加工の容易化ないし効率化及び寸法精度の向上を図り得るクリスマスカッタを提供せんとするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、クリスマスカッタとして、軸心周りに複数の刃部が設けられ、この各刃部は、軸方向先端側に向かって山部と谷部とを交互に連ねながら先細り状に形成されてなることを前提とする。そして、上記各刃部の逃げ面を、切れ刃寄りの第１逃げ面と、この第１逃げ面に連続しかつ第１逃げ面よりも逃げ角が大きい第２逃げ面とにより構成し、上記第１逃げ面を、切れ刃の稜線に沿って継ぎ目や段差のない滑らかな１つの帯状の曲面に形成するとともに、この第１逃げ面の切れ刃と直交する断面での逃げ角及び幅寸法を、それぞれ切れ刃の稜線に沿う刃部のいずれの位置でも略等しく設定する構成とする。

この構成では、各刃部の逃げ面のうち、切れ刃寄りの第１逃げ面が切れ刃の稜線に沿って継ぎ目や段差のない滑らかな１つの帯状の曲面に形成されているとともに、この第１逃げ面の切れ刃と直交する断面での逃げ角（直角逃げ角）が切れ刃の稜線に沿う刃部のいずれの位置でも略等しく設定されているため、刃部の刃長全体に亘り良好な切削性能を確保することができる。その上、第１逃げ面の切れ刃と直交する断面での幅寸法も切れ刃の稜線に沿う刃部のいずれの位置でも略等しくかつ僅かなものに過ぎず、刃部の逃げ面のうちの大部分を占める第２逃げ面は、逃げ角が第１逃げ面のそれよりも大きいものであるため、逃げ面のヒール側での切削仕上げ面との間の隙間を十分に確保して切り粉の排出を良好にすることができる。また、第１逃げ面の幅寸法は、寸法精度が要求される必要最小限に設定するだけで足りることから、逃げ面を形成するための成形加工を容易に行うこともできる。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のクリスマスカッタにおいて、上記第１逃げ面の切れ刃と直交する断面での逃げ角を２〜１５°の範囲内に、第１逃げ面の切れ刃と直交する断面での幅寸法を０．２〜３．０ｍｍの範囲内にそれぞれ設定する構成とする。この構成では、第１逃げ面の逃げ角が２〜１５°の範囲内に設定されているため、切削性能を高めることができ、また第１逃げ面の幅寸法は０．２〜３．０ｍｍの範囲内に設定されているため、複数回の再刃付けを良好に行うことができる。

以上のように、本発明のクリスマスカッタによれば、刃部の刃長全体に亘り良好な切削性能を確保することができる上、逃げ面のヒール側での切削仕上げ面との間の隙間を十分に確保して切り粉の排出を良好にすることができるので、切削性能を効果的に高めることができる。また、第１逃げ面幅を寸法精度が要求される必要最小限の寸法に設定することにより、逃げ面を形成するための成形加工を容易に行うことができ、成形加工の効率化及び寸法精度の向上を図ることができるという効果をも有する。

特に、請求項２に係る発明では、切削性能を良好に維持しながら、複数回の再刃付けを行うことができるので、実用性に優れた効果を奏するものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態である実施形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２は本発明の一実施形態に係るクリスマスカッタ１を示す。このクリスマスカッタ１は、シャンク２とボディ３とからなり、ボディ３には軸心周りに３つの刃部１０，１０，１０が設けられている。

上記各刃部１０は、図３ないし図６に拡大詳示するように、すくい面１１と切れ刃１２と逃げ面１３とを有しており、切れ刃１２は、シャンク２側から見て時計方向に回転して切削を行う右刃で右捩れ刃（捩れ角度５°〜３０°）である。また、各刃部１０は、図８に示す切削溝である取付溝１００の形状に対応して、軸方向先端側に向かって３つずつの山部１４，１５，１６と谷部１７，１８，１９とを交互に連ねながら先細り状に形成されている。尚、図４（ａ）は取付溝１００の幅広部１０２に対応した刃部１０の山部１４におけるクリスマスカッタ１の軸心線と直交する断面図であり、図５（ａ）は取付溝１００の幅広部１０３に対応した刃部１０の山部１５におけるクリスマスカッタ１の軸心線と直交する断面図であり、図６（ａ）は取付溝１００の幅広部１０４に対応した刃部１０の山部１６におけるクリスマスカッタ１の軸心線と直交する断面図である。

そして、本発明の特徴点として、上記各刃部１０の逃げ面１３は、切れ刃１２寄りの第１逃げ面２１と、この第１逃げ面２１に連続しかつ第１逃げ面２１よりも逃げ角が大きい第２逃げ面２２とからなる。上記第１逃げ面２１は、図７にも示すように、３次元加工機などを用いて、切れ刃１２の稜線に沿って継ぎ目や段差のない滑らかな１つの帯状の曲面に形成されている。この第１逃げ面２１の切れ刃１２と直交する断面での逃げ角である直角逃げ角θｎは、切れ刃１２の稜線に沿う刃部１０のいずれの位置でも略等しく、２〜１５°の範囲内に設定されている。また、第１逃げ面２１の切れ刃１２と直交する断面での幅寸法ｔｎも、切れ刃１２の稜線に沿う刃部１０のいずれの位置でも略等しく、０．２〜３．０ｍｍの範囲内に設定されている。図７（ａ）に示す切れ刃１２の稜線に各々沿った位置でこれと直交するＤ１−Ｄ１線、Ｄ２−Ｄ２線、Ｄ３−Ｄ３線及びＤ４−Ｄ４線における断面図が図７（ｂ）として共通することは、このことを表すものである。

尚、図４（ａ）、図５（ａ）及び図６（ａ）は、いずれもクリスマスカッタ１の軸心線と直交する断面図であることから、これらの図中の第１逃げ面２１の逃げ角θ１ａ，θ１ｂ，θ１ｃ及び幅寸法ｔ１ａ，ｔ１ｂ，ｔ１ｃは、第１逃げ面２１の切れ刃１２と直交する断面での直角逃げ面θｎ及び幅寸法ｔｎとそれぞれ同一ではないが、断面図の箇所がいずれも刃部１０の山部１４，１５，１６の頂上付近であることから、いずれも同一に近い値になっている。

従って、上記実施形態のクリスマスカッタ１においては、各刃部１０の逃げ面１３のうち、切れ刃１２寄りの第１逃げ面２１が切れ刃１２の稜線に沿って継ぎ目や段差のない滑らかな１つの帯状の曲面に形成されているとともに、この第１逃げ面２１の直角逃げ角θｎが切れ刃１２の稜線に沿う刃部１０のいずれの位置でも略等しく２〜１５°の範囲内に設定されているため、刃部１０の刃長全体に亘り良好な切削性能を確保することができる。その上、第１逃げ面２１の切れ刃１２と直交する断面での幅寸法ｔｎも切れ刃１２の稜線に沿う刃部１０のいずれの位置でも略等しくかつ０．２〜３．０ｍｍの範囲内の僅かなものに過ぎず、刃部１０の逃げ面１３のうちの大部分を占める第２逃げ面２２は、逃げ角が第１逃げ面２１のそれよりも大きいものであるため、逃げ面１３のヒール側での切削仕上げ面との間の隙間を十分に確保して切り粉の排出を良好にすることができ、切削性能をより高めることができる。また、上記第１逃げ面の幅寸法は、寸法精度が要求される必要最小限に設定するだけで足りることから、逃げ面を形成するための成形加工を容易に行うこともできる。

さらに、クリスマスカッタ１の再刃付けは、刃部１０の各軸方向位置での外径が変化しない程度に４〜５回行うのが普通であるが、第１逃げ面２１の切れ刃１２と直交する断面での幅寸法ｔｎが０．２〜３．０ｍｍの範囲内に設定されているため、この再刃付けを支障なく行うことができ、実施化を図る上で有効である。

尚、本発明は上記実施形態のものに限定されるものではなく、その他種々の形態を包含するものである。例えば、上記実施形態では、ボディ３の軸心周りに３つの刃部１０，１０，１０が設けられたクリスマスカッタ１に適用した場合ついて述べたが、本発明は、これに限らず、４つの刃部が設けられたクリスマスカッタなどにも同様に適用することができる。また、刃部１０の切れ刃１２は、上記実施形態の如く右刃で右捩れ刃に限らず、右刃で直刃又は左刃で左捩れ刃などでもよいのは勿論である。

本発明の実施形態に係るクリスマスカッタの側面図である。 同正面図である。 上記クリスマスカッタのボディ部分の拡大側面図である。 （ａ）は図３のＸ−Ｘ線における断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向から見た矢視図である。 （ａ）は図３のＹ−Ｙ線における断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向から見た矢視図である。 （ａ）は図３のＺ−Ｚ線における断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ方向から見た矢視図である。 （ａ）は図４の刃部の切れ刃稜線の一部を拡大した図、（ｂ）は（ａ）のＤ１−Ｄ１線、Ｄ２−Ｄ２線、Ｄ３−Ｄ３線及びＤ４−Ｄ４線における共通の断面図である。 クリスマスカッタによる切削溝であるタービンブレードなどの取付溝を拡大して示す断面図である。 従来のクリスマスカッタの一部を切開した側面図である。 （ａ）は図９のＥ−Ｅ線における拡大断面図、（ｂ）は図９のＦ−Ｆ線における拡大断面図、（ｃ）は図９のＧ−Ｇ線における拡大断面図である。 従来のクリスマスカッタにおいて刃部の逃げ面の逃げ角を刃部の軸方向位置に拘わらず一定にした場合の周方向距離とカム高さとの関係を示す図である。

符号の説明

１ クリスマスカッタ
１０ 刃部
１２ 切れ刃
１３ 逃げ面
１４，１５，１６ 山部
１７，１８，１９ 谷部
２１ 第１逃げ面
２２ 第２逃げ面
θｎ 第１逃げ面の切れ刃と直交する断面での逃げ角
ｔｎ 第１逃げ面の切れ刃と直交する断面での幅寸法

Claims (2)

1. 軸心周りに複数の刃部が設けられ、この各刃部は、軸方向先端側に向かって山部と谷部とを交互に連ねながら先細り状に形成されてなるクリスマスカッタにおいて、
   上記各刃部の逃げ面は、切れ刃寄りの第１逃げ面と、この第１逃げ面に連続しかつ第１逃げ面よりも逃げ角が大きい第２逃げ面とからなり、上記第１逃げ面は、切れ刃の稜線に沿って継ぎ目や段差のない滑らかな１つの帯状の曲面に形成されているとともに、この第１逃げ面の切れ刃と直交する断面での逃げ角及び幅寸法は、それぞれ切れ刃の稜線に沿う刃部のいずれの位置でも略等しく設定されていることを特徴とするクリスマスカッタ。
2. 上記第１逃げ面の切れ刃と直交する断面での逃げ角は２〜１５°の範囲内に、第１逃げ面の切れ刃と直交する断面での幅寸法は０．２〜３．０ｍｍの範囲内にそれぞれ設定されている請求項１記載のクリスマスカッタ。
   

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