JP2009528923A - 切削工具 - Google Patents

Abstract

本発明は、切削加工部直近を冷却するための低温気体流の供給装置を備えた切削加工用切削工具に関する。本発明に基づいて、低温気体流が内部に供給され、その低温気体流が、工具本体（１）に一体に組み入れられた冷熱発生器（２）によって発生され、その冷熱発生器（２）は、標準温度の圧縮気体をボルテックスチューブ（３）によって、低温気体流と高温気体流に変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、切削加工部直近を冷却するための低温気体流の供給装置を備えた切削加工用切削工具に関する。

特に金属材料を切削加工する際、切削加工部直近にかなりの熱が発生し、その熱は切削工具を早期に損耗ないし損傷させてしまう。その温度上昇を限度内に保ち、同時に切削加工部からのチップ（削り屑）の搬出を改善するために、切削工具の切削加工部直近を冷却材の供給によって冷却することが普通である。その冷却材は気体あるいは液体であり、切削工具の内部を通して供給することによって、あるいは外部装置による供給によって、切削加工部直近に導入される。

液体冷却材内部供給形切削工具は、例えば国際公開第０２／０６８１４２号パンフレットに記載されている。

独国特許出願公開第１９６４０５９９号明細書に、冷却された空気が切削加工部直近を冷却するために利用される、冷却材内部供給形切削工具が記載されている。その切削工具の場合、低温空気が切削工具の内部ではなく、切削工具の外で製造され、そのために、外部装置が用意されねばならない、という欠点がある。

圧縮気体、好適には、圧縮空気の供給によるジュール・トムソン効果に応じて作動する冷熱発生器における低温気体の製造は同様に古くから知られている。かかる冷熱発生器の原理はボルテックスチューブ（vortex tube）の作用を基礎としている。そのボルテックスチューブに圧縮空気が、うず室における気体うず発生器を介して、標準温度および数バールの圧力で供給され、低温空気流と高温空気流に分けられる。気体うず発生器を介してボルテックスチューブに供給された圧縮空気は、ボルテックスチューブの内壁に沿って円を描いて高速でボルテックスチューブの先端における高温気体ノズルの方向に移動される。その空気の一部は高温気体ノズルを通って高温空気流として流出する。そこで流出しない空気は、必然的に、その管の縁に沿って高速で流れる空気流と逆向きに、その管の中心部を通ってかなり遅い速度でボルテックスチューブの他端に戻される。この低速の内部空気流は、高速の外部空気流に熱を放出し、低温気体ノズルで流出するまでに−４０℃までの温度に冷える。

かかる冷熱発生器は例えば米国特許第３１７３２７３号明細書あるいは米国特許第３２０８２２９号明細書に記載され、切削工具の切削加工部直近に低温空気を外部供給するための外部装置としてしばしば採用されている。その場合、かかる外部装置が各切削工具に個別に整合され、切削工具の送り運動時でも、切削加工部直近への低温空気流の的確な供給が保証されるように固定されねばならない、という欠点がある。しかし、これはかなりの経費をかけねば達成できない。

本発明の課題は、気体流を正確に配向調整する装置が不要である、切削加工部直近を低温気体流によって冷却する切削工具を提供することにある。

この課題は、本発明に基づいて、切削工具がその工具本体に一体に組み入れられた冷熱発生器並びに低温気体流を供給するための内部通路系を有し、前記冷熱発生器が、気体うず発生器を介して供給される標準温度の圧縮気体を低温気体流と高温気体流に変換するための細長いボルテックスチューブと、このボルテックスチューブの一端における低温気体出口体と、ボルテックスチューブの他端における高温気体出口体とから成っていることによって解決される。

従来では外部運転に対してしか設計されてなかった冷熱発生器を切削工具の本体内に移ることがその機能を害することなしに実現できることが、全く新たに明らかにされた。切削加工部直近への低温気体流の継続案内は、冷熱発生器から切削加工部直近までの切削工具の内部における継続案内通路によって行われる。その場合、冷却材供給の繰り返される調整と方向づけが行われる必要はない。本発明に基づく切削工具の実施態様において、切削加工部直近自体が十分に冷却されるだけでなく、切削工具本体全体にも冷却空気が通流される。これによって、切削加工時に発生される熱は切削インサートから非常に迅速に放出され、これにより、切削インサートの耐用期間が高められ、刃先の再生加工が減少される。

冷熱発生器全部が工具本体の相応した収容孔に組み込まれ、その収容孔に、低温気体の継続案内、圧縮気体の供給および高温気体の排出に対する孔がそれぞれ開口していることによって、切削工具の内部への特に単純な組込みが達成される。

圧縮気体の供給が工具本体における孔を介して冷熱発生器に対して平行に行われることが特に有利である。この条件下において、気体供給は切削工具の端部から簡単な様式で行える。

空気で運転される冷熱発生器が利用されることが特に有利である。これによって、一般に、色々な製造場所に存在する圧縮空気源が採用できる。

以下図を参照して本発明を詳細に説明する。

図１に、工具受け部２０に収容された工具本体１を備えた回転工具を示している。工具本体１に設けられた孔７に、冷熱発生器２が一体に組み入れられている。この冷熱発生器２は細長いボルテックスチューブ３から成り、このボルテックスチューブ３の一端に低温気体出口体５を備え、他端に高温気体出口体６を備えている。図２と図４ａ、図４ｂに詳細に示された低温気体出口体５は、互いに異なった外径を有して段階づけられた２つの部位を備えた中空円筒状部分として一体に形成されている。その大きな外径の部位はボルテックスチューブ３に直接隣り合い、ボルテックスチューブ３の内径にほぼ相当する孔と共にうず室１４を形成している。ボルテックスチューブ３に直接隣り合う低温気体出口体５の端部は、うず室１４に接線方向に隣接するスリット１８を備えた環状面で終端し、そのスリット１８は気体うず発生器４を形成している。低温気体出口体５の小さな外径の部位は、うず室１４に隣接して円錐状に外向きに広がる孔２１を有している。その大きな外径の部位は、工具本体１における収容孔７に比べて幾分小さな直径を有し、これにより、環状室９が形成されている。好適には圧縮空気の形態の圧縮気体を供給するための孔８がその環状室９に開口している。はじめボルテックスチューブ３に対して平行に延びるこの孔８は、環状室９に対して垂直に延びる空所に方向転換されている。この空所は、製造技術上の理由から工具本体１全体を貫通し、この箇所から外への圧縮空気の流出を防止するために、工具の外側に向けて止めねじ（頭無しねじ）１６によって閉鎖されている。低温気体出口体５の円錐状に広がる孔２１は、低温空気を切削インサート２２の直ぐ近くまで送り出す工具本体の孔１７に開口している。ボルテックスチューブ３および低温気体出口体５はシールリング１０で収容孔７に対して密封されている。ボルテックスチューブ３の他端における高温気体出口体６は、高温空気を排出するために利用される内部孔１３を有する雄ねじ付き円筒状体から成っている。その内部孔１３は横に方向転換され、止めねじ１５によって後方に対して閉鎖されている。高温気体出口体６は、この高温気体出口体６がボルテックスチューブ３の端部に接するまで、その箇所に雌ねじを備えた収容孔７にねじ込まれている。その両者間に密封用のシールリング１０が配置されている。高温気体出口体６は中央に圧縮円錐体１１を有し、この圧縮円錐体１１は、ボルテックスチューブ３の孔の中に小さな隙間を空けてはまり込んでいる。高温気体出口体６は圧縮円錐体１１の始端に切欠き開口１２を有し、高温空気はさらに外に排出するために、その切欠き開口１２を通して孔１３に到達する。

冷熱発生器２の機能は、圧縮空気がまず工具受け部２０における適切な供給路を介して、続いて回転工具の孔８を介して、標準温度で約５バールの圧力で、冷熱発生器２の環状室９に供給される。その環状室９に高い圧力が発生し、この圧力が空気を気体うず発生器４のスリット１８を介してボルテックスチューブ３に押し入れる。その空気流は、接線方向に配向されたスリット１８によって旋回運動させられ、ボルテックスチューブ３の内壁に沿ってボルテックスチューブ３の先端における高温気体出口体６の方向に高速で移動する。高温気体出口体６の圧縮円錐体１１によって狭められた流出路および切欠き開口１２を介して、高温空気の一部だけが流出する。そこで流出しない空気は、必然的に、高速空気流の中心部を通ってかなり遅い速度で低温気体出口体５の方向に戻され、その場合、高速外部空気流に熱を連続して放出する。内部空気流が低温気体出口体５を通して流出するとき、その内部空気流は約−４０℃の極めて低い温度に達している。

本発明に基づく切削工具の部分断面図。 図１における回転工具の低温気体出口体の拡大詳細図。 図１における回転工具の高温気体出口体の拡大詳細図。 図１における回転工具の冷却気体出口の正面図。 図１における回転工具の冷却気体出口の断面図。 図１における回転工具の高温気体出口体の断面図。

符号の説明

１ 工具本体
２ 冷熱発生器
３ ボルテックスチューブ
４ 気体うず発生器
５ 低温気体出口体
６ 高温気体出口体
７ 収容孔
８ 孔

Claims (4)

1. 切削加工部直近を冷却するための低温気体流の供給装置を備えた切削加工用切削工具であって、
   切削工具がその工具本体に一体に組み入れられた冷熱発生器（２）並びに低温気体流を供給するための内部通路系を有し、前記冷熱発生器（２）が、気体うず発生器（４）を介して供給される標準温度の圧縮気体を低温気体流と高温気体流に変換するための細長いボルテックスチューブ（３）と、該ボルテックスチューブ（３）の一端における低温気体出口体（５）と、ボルテックスチューブ（３）の他端における高温気体出口体（６）とから成っていることを特徴とする切削加工用切削工具。
2. 冷熱発生器（２）が工具本体（１）の収容孔（７）に密封して組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の切削加工用切削工具。
3. 工具本体（１）が圧縮気体を供給するために、冷熱発生器（２）に対して平行に延びる孔（８）を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の切削加工用切削工具。
4. 冷熱発生器（２）が空気で運転されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の切削加工用切削工具。

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