JP2005342843A - 穴加工工具 - Google Patents

Abstract

【課題】切り屑排出性の改善などを目的としてクーラントやエヤーなどの流体を噴出する機能を付与した穴加工工具の軽量化を、流体噴出機能の悪化やコストアップの問題を招かずに実現し、大径深穴加工での性能向上、工具の着脱性向上、着脱作業の安全性向上などを可能ならしめる。
【解決手段】工具本体１の中心部に穴５（中空部）を設け、その穴５に、中空円筒体で形成された軽量部品６を挿入し、この軽量部品６と工具本体１との間に流体噴出孔１０、１１を流体導入口９に連通させる流体供給路７を設けて穴加工工具を構成した。
【選択図】図１

Description

この発明は、切り屑排出性の改善などを目的としてクーラントやエヤーなどの流体を噴出させる機能を付与した穴加工工具、特に、流体噴出機能を悪化させずに軽量化を図り、大径深穴加工での性能向上、工具の着脱性向上、着脱作業の安全性向上などを可能ならしめた穴加工工具に関する。

大径深穴の加工は、使用する工具の重量が大きいため、その工具を着脱するときの作業性が悪い。また、工具が重いのに加えて作業性が悪いため作業に危険が伴う。

そこで、工具本体を中空にしたり、工具本体を比重の小さいチタン合金などで形成したりして工具を軽量化する方法が一般的に採られている。

例えば、下記特許文献１が開示している深穴切削装置は、工具本体（工具シャンク）を中空にし、中空部を通路にして切り屑をクーラントで押し流すようにしている。この特許文献１の深穴切削装置は、外部から供給したクーラントを工具本体の内部に通して流出させるので、工具本体を中空構造にしても特に問題は発生しないが、工具本体に流体噴出孔を設け、そこからクーラントやエヤーを噴出させて切り屑を処理する工具に軽量化のための大きな穴を設けてその穴を流体通路として利用すると下記の問題が発生する。

流体供給設備から供給されるクーラントやエヤーは、工具本体に設けられた軽量化のための容積の大きな穴に導入されると圧力が極端に下がる。そのために、工具本体に枝孔を含めて流体噴出孔が複数設けられ、流体導入口から各流体噴出孔までの間の流動抵抗に大きな差が生じる穴加工工具では、流動抵抗の大きい枝孔などへは流体が十分に流れず、各噴出孔からの流体噴出量がばらついて切り屑処理など関する性能が不満足なものになる。

また、本体内に容積の大きな流体通路を備える工具は、内部に残留するクーラントの量が多く、工具を加工機から外すときに残留したクーラントが床面にこぼれたり、作業者にかかったりするため、作業能率の悪化、作業環境の悪化、作業の安全性低下などの問題も起こる。

なお、工具本体をチタン合金等の軽量材で形成すれば上記の問題は発生しないが、この方法は材料費増、加工費増による工具コストの大幅アップが避けられない。
特開昭５７−２７６０６号公報

この発明は、流体噴出機能の悪化やコストアップを防止しながら穴加工工具の軽量化を図り、大径深穴加工での性能（切り屑排出性など）向上、工具の着脱性向上、作業の安全性向上などを実現することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、流体導入口と流体噴出孔を備える工具本体の中心部に中空部を設け、その中空部に工具本体の材料の当該中空部の体積相当量の重さよりも重量の小さい軽量部品を挿入し、この軽量部品と工具本体との間に前記流体噴出孔を前記流体導入口に連通させる流体供給路を設けた。軽量部品は、中空部に適合して嵌まる外径をもつものを用いる。

かかる穴加工工具の好ましい態様を以下に列挙する。
（１）前記流体噴出孔を工具本体の周方向に間隔をあけて複数設置し、前記流体供給路を各流体噴出孔に対応させて流体噴出孔と同数設けたもの。
（２）前記軽量部品を工具本体よりも比重の小さい材料で形成したもの。
（３）前記軽量部品を中空の円筒体で形成したもの。
（４）前記軽量部品を工具軸方向に分割して前記中空部に挿入したもの。
（５）前記軽量部品を工具本体よりも熱膨張係数の大きい材料で形成し、この軽量部品の外周面を工具本体の内面に密着させてその外周面と工具本体との間に前記流体供給路を設けたもの。
（６）前記軽量部品を工具本体に設けた締め付け要素で締めつけて工具本体に着脱可能に固定したもの。

なお、流体噴出孔から噴出させる流体は、クーラントに限定されずエアーも考えられる。

この発明の穴加工工具は、工具本体の中心部に中空部を設け、その中空部に工具本体の中空部体積相当分の重さよりも重量の軽い軽量部品を挿入したので、高価なチタン合金などを使用せずに工具の軽量化を図ることができ、軽量化による着脱性の向上、着脱時や取り扱い時の安全性向上などが可能になる。

また、工具本体の中空部に軽量部品を挿入してその軽量部品と工具本体との間に流体供給路を設けたので、その流体供給路の容積が大きくならず、流体噴射圧の低下やばらつきを抑えて流体噴射による効果（切り屑排出性の改善、クーラントによる潤滑冷却など）を十分に発揮させることができる。流体供給路の容積増加を防止できるので、残留クーラントのこぼれなどに起因した環境悪化、作業能率低下、作業の安全性低下などを防止することも可能になる。

なお、流体噴出孔を工具本体に周方向に間隔をあけて複数設置する場合には、流体供給路を各流体噴出孔に対応させて流体噴出孔と同数設けるのがよく、そのようにすることで工具を製造し易くすることができる。

また、軽量部品を、工具本体よりも比重の小さい材料、より好ましくは中空円筒体で形成したものは、工具の軽量化の効果がより高まる。中空円筒体は、少なくとも流体導入口に面する側は端板で閉鎖されて内部にクーラントなどが入り込まない構造になっているものが好ましい。

さらに、工具が軸方向に長くなる場合には、軽量部品を工具軸方向に分割するのがよく、こうすると製造や組み付けがし易くなる。

このほか、軽量部品を工具本体よりも熱膨張係数の大きい材料で形成したものは、工具使用時の温度上昇による熱膨張差で軽量部品の外周面が中空部の内面に密着し、各流体供給路間での流体のリーク（漏れ）が防止されて各流体供給路から各流体噴出孔に流体を平均的に分配することができる。また、中空の軽量部品は工具本体との熱膨張量の差が大きくなったときに応力をその軽量部品が吸収するので、工具本体を変形させる心配がない。

また、軽量部品を着脱可能に取り付けたものは、流体供給路が詰まるなどしたときの対応が容易になる。

以下、添付図面の図１〜図８に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。図１に示す穴加工工具は、エンジンブロックのクランクシャフト軸受穴を加工するものである。この図１の穴加工工具は、工具鋼で形成された工具本体１の先端外周にブレード２を押さえ金３でクランプして装着し、また、ブレード２の周方向後方に先端部ガイドパッド４ｂを装着し、さらに、工具本体１のブレード装着部よりも後方の外周に胴体部ガイドパッド４ａを工具周方向に定ピッチで複数装着して構成されている。

工具本体１は、中心部に軸方向に延びる穴５を設けて中空構造にしており、上記の穴５に軽量部品６を挿入し、この軽量部品６と工具本体１との間に流体供給路７を形成している。

軽量部品６は、両端を端板で封鎖した中空円筒体である。この軽量部品６を穴５に適合して嵌まる太さにして穴５に挿入し、工具本体１にねじ込んだ止めねじ８で締め付けて固定している。そして、この軽量部品６の外周に軸方向の溝を設けてその溝を流体供給路７として機能させるようにしている。

工具本体１には、穴５の位置から工具本体１の外周に抜けてブレード２に沿う位置と各ガイドパッド４に沿う位置にクーラントを噴出させる流体噴出孔１０、１１をそれぞれ設けており、その流体噴出孔１０、１１が、これらに対応して設けた前記流体供給路７に連通している。流体噴出孔１１は、ノズル１１ａを有し、そのノズル１１ａから工具本体１の外周に設けた溝１１ｂにクーラントを吹き出させるものになっている。

穴５は、工具本体１の後端から先端に抜ける貫通穴であり、この穴５の工具先端側開口を外周にシールリングを装着した蓋１２で気密に閉鎖している。穴５と軽量部品６との間には不可避の嵌合隙間があり、蓋１２はその隙間からのクーラントの漏れを防止する働きをする。この蓋１２は、ボルトで締め付けて工具本体１に取り付けている。

穴５の工具後部側開口は、流体導入口９として使用される。この流体導入口９に各流体供給路７の一端が開放し、流体導入口９から工具本体１の内部に導入したクーラントが各流体供給路７を経由して流体噴出孔１０、１１に供給される。

図２は、図１の穴加工工具の使用状態を示している。工具本体１の後部に設けた取付け部１ａ（図１参照）を利用して図１の穴加工工具を加工機の主軸（図示せず）に装着し、この穴加工工具でエンジンブロックのクランクシャフト穴Ｈを加工する。

この際の加工は、各流体供給路７経由で供給されるクーラントを各流体噴出孔１０、１１から工具の外周に噴出させながら行う。このときに噴出したクーラントＡによってブレード２による加工部とガイドパッド４によるガイド部の冷却と潤滑がなされ、さらに、ワークから削り取られた切り屑がクーラントの流れに乗って強制的に排出される。

なお、図示の軽量部品６は、中空構造にしたので、工具本体１と同一材質の材料で形成しても工具の軽量化の目的を達成することができるが、使用する材料は工具本体１の材料よりも比重が小さくてできるだけ軽量なもの、例えば、塩化ビニールなどの樹脂やアルミニウムなどが望ましい。また、この軽量部品６は、工具本体１よりも熱膨張係数の大きい材料（例えば、前述の塩化ビニルなどの樹脂やアルミニウムや銅系材料など）で形成するのが好ましく、そのような材料を使用すると、工具使用時の温度上昇による熱膨張差で軽量部品６の外周面が中空部の内面に密着して各流体供給路７間での流体のリーク（漏れ）が防止され、リークによるクーラント分配のばらつきが抑制される。

軽量部品６は、工具本体１よりも比重の小さい材料を使用して中実の円柱にしてもよいが、中空構造にすると工具のさらなる軽量化が図れ、また、工具本体１との熱膨張量の差が大きくなったときに応力をその中空部品が吸収して工具本体の変形を防止し、従って、中実部品よりも中空部品が好ましい。

工具本体１に設ける穴５を図３に示すような止まり穴にして図１の蓋１２に相当する部分を工具本体１と一体に形成することができる。また、穴５に挿入した軽量部品６（これも両端を閉鎖した円筒）は、図３に示すように止めねじ１３などで固定することもできる。図３の工具のその他の構成は図１の工具と殆ど変わるところがないので説明を省く。

図４の穴加工工具は、テーパシャンク１ｂの前方に大径部１ｃを設け、さらに、その大径部１ｃの前方に小径部１ｄを設けた工具本体１の先端小径部１ｄの外周に複数のガイドパッド４を周方向に定ピッチで固定し、さらに、大径部１ｃの外周に複数のマイクロユニット１４を工具軸方向に所定の間隔をあけて組み付けている。マイクロユニット１４は、刃先１４ａの位置を微調整する機能を備えた周知の刃具である。

この穴加工工具の中心部に工具本体１を中空にする後部側が小径の段付の穴５を設け、その穴５に軽量部品６を組み込み、穴５の工具先端側開口を外周にシールリングを有する蓋１２で気密に塞いで軽量部品６の外周と穴５の内径面との間に流体供給路７を作りだしている。

軽量部品６は、両端を閉鎖した円筒体であり、外周に流体供給路７となす軸方向に延びた２条の溝を有している。その２条の溝の一端は流体導入口９に開放している。また、片方の溝は工具本体１の外周に抜ける流体噴出孔１１に通じ、他方の溝は、軽量部品６の先端の小径部外周と穴５の内径面との間に形成される環状空間７ａ（これも流体供給路７の一部）を経由して小径部１ｄに設けた流体噴出孔１０に通じており、流体噴出孔１１からマイクロユニット１４の刃先近傍に、また、流体噴出孔１０から各ガイドパッド４に沿った位置にそれぞれクーラントが噴射される。

図５は、図１及び図３の穴加工工具に採用した両端閉鎖の円筒体で形成される軽量部品６を示している。実施例の工具は、いずれも、両端を封鎖した中空の軽量部品を採用しているが、軽量部品は、円筒体の片端（流体導入口に面する側）のみを封鎖したものであってもよい。

また、図６に示すように、工具本体１に設けた穴５の内径面に溝を設けてその溝で流体導入口と流体噴出孔との間の流体供給路７を形成してもよく、このときの軽量部品６は、外周に溝のない単純な筒でよい。

軽量部品６を工具本体よりも比重の小さい材料で形成する場合には、図７に示すように、中実円柱形状の部品の中心に流体供給路となる小径の止まり孔１５を設け、その止まり孔１５から外周に抜ける分岐孔１６をあけたものを使用することもできる。ただし、これは中空部品に比べると工具の軽量化の効果が小さくなる。

図８に示すように、軽量部品６を工具軸方向に複数に分割しこれを工具本体の中空部に挿入してもよい。図６に示すように工具本体１側に流体供給路となる溝を形成したものは、工具軸方向に分割した軽量部品を採用するときに分割した部品の周方向位置決めを必要としない。

なお、例示の穴加工工具は、軽量部品６を着脱自在に組み付けており、流体供給路７が詰まるなどしたときの対応も容易である。

また、ここではクーラントを使用する工具について述べたが、この発明は、クーラントに代えてエアーを使用する穴加工工具にも適用することができる。

（ａ）：この発明の穴加工工具の一例を示す側面図、（ｂ）：図１（ａ）のＳ−Ｓ線に沿った断面図、（ｃ）：図１（ａ）のＰ−Ｐ線に沿った断面図、（ｄ）：先端部の部分破断拡大図、（ｅ）：ガイドパッドに沿った位置にクーラントを噴出させる流体噴出孔の拡大断面図 図１の穴加工工具の使用状態を示す図 （ａ）：他の実施形態を示す側面図、（ｂ）：図３（ａ）のＳ−Ｓ線に沿った断面図、（ｃ）：後端部の拡大断面図 （ａ）：さらに他の実施形態を示す部分破断側面図、（ｂ）：図４（ａ）のＳ−Ｓ線に沿った断面図、（ｃ）：図４（ａ）の先端小径部の内部図、（ｄ）：図４（ａ）のＱ−Ｑ線に沿った断面図、（ｅ）：軽量部品の断面図 （ａ）：図１の工具に使用した軽量部品の側面図、（ｂ）同上の部品の端面図 （ａ）：軽量部品の他の形態の側面図、（ｂ）同上の部品の端面図 （ａ）：軽量部品のさらに他の形態の側面図、（ｂ）同上の部品の端面図 工具軸方向に分割した軽量部品の一例を示す側面図

符号の説明

１ 工具本体
１ａ 取付け部
１ｂ テーパシャンク
１ｃ 大径部
１ｄ 小径部
２ ブレード
３ 押さえ金
４ ガイドパッド
４ａ 胴体部ガイドパッド
４ｂ 先端部ガイドパッド
５ 穴
６ 軽量部品
７ 流体供給路
８、１３ 止めねじ
９ 流体導入口
１０、１１ 流体噴出孔
１１ａ ノズル
１１ｂ 溝
１２ 蓋
１４ マイクロユニット
１４ａ 刃先
１５ 止まり孔
１６ 分岐孔
Ａ クーラント
Ｈ クランクシャフト穴

Claims (10)

1. 流体導入口と流体噴出孔を備える工具本体の中心部に中空部を設け、その中空部に工具本体の材料の当該中空部の体積相当量の重さよりも重量の小さい軽量部品を挿入し、この軽量部品と工具本体との間に前記流体噴出孔を前記流体導入口に連通させる流体供給路を設けた穴加工工具。
2. 前記流体噴出孔を工具本体の周方向に間隔をあけて複数設置し、前記流体供給路を各流体噴出孔に対応させて軽量部品の外周に複数設けた請求項１に記載の穴加工工具。
3. 前記軽量部品を工具本体よりも比重の小さい材料で形成した請求項１又は２に記載の穴加工工具。
4. 前記軽量部品を中実の円柱で形成した請求項３に記載の穴加工工具。
5. 前記軽量部品を中空の円筒体で形成した請求項１〜３のいずれかに記載の穴加工工具。
6. 前記軽量部品を工具軸方向に分割して前記中空部に挿入した請求項４又は５に記載の穴加工工具。
7. 前記軽量部品を工具本体よりも熱膨張係数の大きい材料で形成し、この軽量部品の外周面を工具本体の内面に密着させてその外周面と工具本体との間に前記流体供給路を設けた請求項１〜６のいずれかに記載の穴加工工具。
8. 前記軽量部品を工具本体に設けた締め付け要素で締めつけて工具本体に着脱可能に固定した請求項１〜７のいずれかに記載の穴加工工具。
9. 前記流体導入口から前記流体供給路にクーラントを導入し、そのクーラントを前記流体噴出孔から噴出させるようにした請求項１〜８のいずれかに記載の穴加工工具。
10. 前記流体導入口から前記流体供給路にエアーを導入し、そのエアーを前記流体噴出孔から噴出させるようにした請求項１〜８のいずれかに記載の穴加工工具。

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