JP2011051050A

JP2011051050A - 回転切削工具

Info

Publication number: JP2011051050A
Application number: JP2009201024A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Sato; 将靖佐藤; Hiromi Takahashi; 宏美高橋
Original assignee: Union Tool Co
Current assignee: Union Tool Co
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-03-17
Also published as: CN102000863B; CN102000863A; TWI415701B; TW201107064A; KR20110023709A

Abstract

【課題】切り屑排出溝のねじれ角が一定である従来の回転切削工具に比し良好な切削加工を長距離維持することが可能な極めて実用性に秀れた回転切削工具の提供。
【解決手段】工具本体１の外周に工具先端から基端側に向かう螺旋状の切り屑排出溝３が複数形成され、この切り屑排出溝３のすくい面と前記工具本体１の外周面若しくは前記工具本体１の外周に形成された外周逃げ面との交差稜線部に外周切れ刃２が形成された回転切削工具であって、前記外周切れ刃２のねじれ角αを工具先端から基端側に向かって漸増するように構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転切削工具に関するものである

一般にプリント基板は、素材板から複数の同一仕様の小サイズのプリント基板を切り出して作製される。例えば、素材板を複数枚重ねて穴加工を施した後、夫々の素材板に対してエッチングやめっき処理を施してパターン形成し、これらの処理が施された素材板を再び複数枚重ね、回転切削工具を用いて同一仕様の小サイズのプリント基板を個々に切り出して作製される。この切り出し加工を一般に外形加工という。尚、穴加工や外形加工を行う際に所定の基板を貫通させて加工できるように捨て板の上に基板を重ねることは一般的に実施されていることであり、また基板を複数枚重ねるのは生産効率の向上を図るためである。

このような外形加工を行う回転切削工具として、従来から、例えば特許文献１に開示されるようなプリント基板加工用のルータービットがある。

このようなルータービットにおいては、通常、工具本体の外周に螺旋状に切り屑排出溝が所定のねじれ角で設けられ、この切り屑排出溝のすくい面と工具本体の外周面（若しくは工具本体の外周に形成された外周逃げ面）との交差稜線部に外周切れ刃が形成されている。

ところで、図１に図示したように、工具本体１の外周切れ刃２のねじれ角αは、先端から基端まで一定の角度に設定されているのが一般的である。また、切り屑を分断する作用を発揮させるために、外周切れ刃２’に凹設され螺旋状に連続する外周切れ刃２’を分断する切り屑分断溝（以下、チップブレーカという。）を設けることが一般的に実施されている。尚、図１中符号Ｂ’は、工具本体の外周に所定の螺旋回転方向に所定の数だけ設けられるチップブレーカを略示したものであり、具体的にはチップブレーカにより分断される複数の外周切れ刃の端点を該チップブレーカの螺旋回転方向に結んだ仮想線を指す。この仮想線Ｂ’の角度（ブレーカ角β’）も先端から基端まで一定の角度である。尚、図１では切り屑排出溝または外周切れ刃２’の螺旋回転方向は右（右ねじれ）、チップブレーカの螺旋回転方向は左（左ねじれ）として図示している。

特開２００４−２０２５９１号公報

前述したように一般に素材板の外形加工を行う際には複数枚重ねて加工する。図２（ａ）は、極一般的な右刃右ねじれの外周切れ刃を有するルーターで外形加工する際の模式図と切削抵抗を示すものである。この場合、切削抵抗Ｒはルーターの送り方向と逆方向の送り分力Ｆｙと、送り分力Ｆｙに直角方向に作用する背分力Ｆｘと、ルーターの軸方向の分力である垂直分力Ｆｚとの合力として表され、この切削抵抗Ｒはルーターの送り方向に対して左斜め後方に働く。この切削抵抗Ｒによって外形加工中のルーターが曲げられることで加工結果として図２（ｂ）に示したように、加工側面が倒れた形状となり、特に工具先端側で切削加工した部分の倒れ量δ（工具先端の撓みに相当する）が大きくなる。

この倒れ量δが大きすぎるとプリント基板に要求される寸法精度を満足できないだけでなく、外形加工終了時にルーターを上方に引き抜く際、加工側面が倒れた形状となっているため外周切れ刃（特に工具先端側の外周切れ刃）と加工側面が接触し易く、外周切れ刃を欠損させて工具の耐久性を劣化させるという問題があった。

また、素材板を複数枚重ねて外形加工するため、切り屑の排出が円滑に行われない場合は短距離の外形加工を行うだけで切り屑詰まりにより工具が折損してしまうという問題もあった。

更に、本発明者等は、実際に切削作用を発揮する外周切れ刃（切り屑排出溝）のねじれ角を単に工具先端側より工具基端側を大きくした場合、基端側の切り屑排出溝のねじれ角の影響で切り屑排出性は向上されるが、その一方で、外周切れ刃のねじれ角の違いによりねじれ角の変化点を境に切削抵抗が異なることとなり、これが原因で加工面の精度を劣化させたり、外周切れ刃の欠損や工具自体の折損を誘発するという問題があるという知見を得た。

本発明は、本発明者等が回転切削工具における切り屑排出溝（外周切れ刃）のねじれ角について研究した結果、ねじれ角を工具先端から基端側に向かって徐々に大きくすることで更なる加工性及び耐久性の向上が図れるとの知見を得て完成したもので、ねじれ角が一定である従来の回転切削工具に比し良好な切削加工を長距離維持することが可能な極めて実用性に秀れた回転切削工具を提供するものである。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

工具本体１の外周に工具先端から基端側に向かう螺旋状の切り屑排出溝３が複数形成され、この切り屑排出溝３のすくい面と前記工具本体１の外周面若しくは前記工具本体１の外周に形成された外周逃げ面との交差稜線部に外周切れ刃２が形成された回転切削工具であって、前記外周切れ刃２のねじれ角αが工具先端から基端側に向かって漸増するように構成されていることを特徴とする回転切削工具に係るものである。

また、請求項１記載の回転切削工具において、前記ねじれ角αは２０〜３５°に設定されていることを特徴とする回転切削工具に係るものである。

また、請求項１，２いずれか１項に記載の回転切削工具において、前記ねじれ角αの工具先端部と工具基端部とにおける角度差が１〜１０°になるように該ねじれ角αが設定されていることを特徴とする回転切削工具に係るものである。

また、請求項１〜３いずれか１項に記載の回転切削工具において、前記外周切れ刃２に凹設され切り屑を分断するチップブレーカ４が所定の螺旋回転方向に沿って複数並設され、このチップブレーカ４は前記螺旋回転方向が前記外周切れ刃２と所定の交差角γで交差するように設けられており、この交差角γが工具先端から基端側に向かって不変か若しくは漸増するように構成されていることを特徴とする回転切削工具に係るものである。

また、請求項４記載の回転切削工具において、前記交差角γの工具先端部と工具基端部とにおける角度差が０〜１５°になるように該交差角γが設定されていることを特徴とする回転切削工具に係るものである。

また、請求項１〜５いずれか１項に記載の回転切削工具において、前記工具本体１の直径は該直径が工具先端から基端側に向かって漸増するフロントテーパ形状に設定されていることを特徴とする回転切削工具に係るものである。

また、請求項６記載の回転切削工具において、前記直径のテーパ角は０．５〜４°に設定されていることを特徴とする回転切削工具に係るものである。

また、請求項１〜７いずれか１項に記載の回転切削工具において、工具直径が０．５〜２ｍｍのプリント基板加工用のルーターであることを特徴とする回転切削工具に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、切り屑排出溝のねじれ角が一定である従来の回転切削工具に比し良好な切削加工を長距離維持することが可能な極めて実用性に秀れた回転切削工具となる。

従来例の要部の概略説明側面図である。切削抵抗と倒れについての説明図である。本実施例の要部の概略説明側面図である。本実施例の要部の概略説明側面図である。本実施例と従来例の加工時の状態を比較した概略説明図である。本実施例及び従来例の各パラメータを示す表である。実験例１の実験条件及び実験結果を示す説明図である。実験例２の実験結果を示す写真である。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

工具本体１を回転させながら被加工物に接触せしめて該被加工物を加工する。この際、外周切れ刃２（切り屑排出溝３）のねじれ角αが工具先端程小さく基端側程大きいため、倒れが抑制され、基板等から工具を引き抜く際に外周切れ刃の欠損が防止されることになる。また、基端側では切り屑詰まりが生じ難くなり、加工性及び耐折損性が向上する。

具体的には、工具先端側のねじれ角αが小さいことに起因して工具本体１の倒れが抑制され、特に工具先端部の倒れ量δが著しく小さくなり、外形加工終了時にルーターを上方に引き抜く際、外周切れ刃と加工側面との接触が抑制され、外周切れ刃の欠損が防止される。また、工具基端側のねじれ角αが大きいことに起因して、切り屑排出性が向上して切り屑詰まりを防止し、工具の耐折損性が向上する。更に、ねじれ角αを工具先端から基端側に向かって徐々に大きくすることで、ねじれ角αを単に工具先端側と工具基端側とで異ならせた場合とは異なり、外周切れ刃２のねじれ角の違いによりねじれ角の変化点を境に切削抵抗が異なることが原因で加工面の精度を劣化させたり、外周切れ刃の欠損や工具自体の折損を誘発するという問題が解消される。

また、外周切れ刃２で切削された切り屑は、切り屑排出溝３にガイドされて排出されるが、一部の切り屑はチップブレーカ４を介して工具の回転方向後方に移動する。その際に、図３に示すように外周切れ刃２とチップブレーカ４との交差角γが小さいと前述の切り屑の移動が困難となって切り屑排出性を悪化させ、折損に至ってしまう。そこで、例えば、切り屑排出性を高めて工具の耐折損性を向上させるため、外周切れ刃２とチップブレーカ４（の螺旋回転方向）との交差角γを工具先端から基端側に向かって不変とするか若しくは漸増するように構成しても良い。この場合、工具基端側では工具先端側より大きな交差角γとなるように構成して、前述の切り屑排出性を向上させ耐折損性を向上させることが可能となる。

更に、直径が小さいルーターにおいては、ルーターの強度を保つためにフロントテーパ形状に設計した場合においても、ストレートタイプと同等あるいは同等以上の効果が得られるため、フロントテーパ形状に設計してもよい。

本発明の具体的な実施例について図３〜８に基づいて説明する。

本実施例は、刃部とシャンク部とから成る工具本体１の該刃部の外周に工具先端から基端側に向かう螺旋状の切り屑排出溝３が複数形成され、この切り屑排出溝３のすくい面と前記工具本体の外周面若しくは前記工具本体の外周に形成された外周逃げ面との交差稜線部に外周切れ刃２が形成された回転切削工具であって、前記外周切れ刃２のねじれ角αが工具先端から基端側に向かって漸増するように構成されているものであり、刃部の直径Ｄが０．５〜２ｍｍのプリント基板加工用のルーターである。尚、本実施例においては、隣接する切り屑排出溝３が工具周方向で交差することでその交差稜線部に外周切れ刃２を形成しており、即ち、切り屑排出溝３にして工具回転方向を向く面がすくい面であって、工具回転方向と反対方向を向く部分（面）が外周切れ刃２に対して所定の外周逃げ角を有する外周逃げ面となる。

尚、刃部の直径Ｄ（工具直径Ｄ）が０．５ｍｍより小さい場合には耐折損性が非常に低いことから、外周切れ刃の欠損や倒れ量が問題になる前にビットの折損が発生してしまい、後記作用効果が明瞭に発揮されない。また、２ｍｍより大きい場合には剛性向上のため倒れ量が小さくなり後記作用効果が明瞭に発揮されない。本実施例においては直径Ｄが１．０ｍｍのものが採用されている。

各部を具体的に説明する。

外周切れ刃２（切り屑排出溝３）のねじれ角αは２０〜３５°に設定されている。このねじれ角αが２０°より小さい場合には、切り屑の排出性が悪化する。また、３５°より大きい場合にはバリが出易くなり折損寿命が短くなる。

更に、ねじれ角αの工具先端部と工具基端部とにおける角度差は１〜１３°に設定されている。具体的には、前記外周切れ刃２のねじれ角αが工具先端から基端側に向かって徐々に大きくなるように形成され、工具先端側所定位置におけるねじれ角αと工具基端側所定位置におけるねじれ角αとの角度差が１〜１３°となるように設定している。本実施例では、工具先端から工具直径Ｄの２倍以下の位置におけるねじれ角αと、刃長位置におけるねじれ角αとの角度差が１〜１３°となるように設定する。更に具体的には、例えば図６における実施例Ｎｏ．１（直径：１ｍｍ、刃長：６．５ｍｍ）では、工具先端から１．５ｍｍの位置（工具直径Ｄの２倍以下）におけるねじれ角αと、工具先端から６．５ｍｍの位置（刃長位置）におけるねじれ角αとの角度差が２．５°となるように設定している。尚、後述するブレーカ角βの測定位置もねじれ角αの測定位置と同様である。

前記ねじれ角の工具先端部と工具基端部とにおける角度差が１°より小さい場合には、加工性及び耐折損性向上効果が得られない。また、１０°より大きい場合には、切削抵抗の変化が大きくなって折損し易くなるため、１０°以下とするのが好ましい。

また、ねじれ角αはいずれの点においても２０〜４０°の範囲となるように設定する。本実施例においては、ねじれ角αの工具先端部と工具基端部とにおける角度差が約２．５°となるように、工具先端部のねじれ角αを２７．５°、工具基端部のねじれ角αを３０°に設定している。尚、ねじれ角αは２０〜３５°の範囲とするのが好ましい。

また、本実施例においては、工具本体１（刃部）の外周に切り屑排出溝３及び外周切れ刃２に加え、切り屑を分断するためのチップブレーカ４が所定の螺旋回転方向に沿って複数並設されている。このチップブレーカ４は外周切れ刃２と交差するように設けられており、図３においてチップブレーカにより分断される複数の外周切れ刃の端点を該チップブレーカの螺旋回転方向に結んだ仮想線Ｂと工具の中心軸との成す角をブレーカ角βで表している。

ここで、図３に図示したように上記ブレーカ角βと上記ねじれ角αとの和を交差角γと定義し、１８０°−交差角γを外周切れ刃角θと定義する。

本実施例においては、交差角γが工具基端側に向かって不変若しくは漸増するように、ブレーカ角βを工具先端から基端側に向かって不変、漸減若しくは漸増するように調整して構成している。尚、図２に示したように、外周切れ刃２のねじれ角αは、工具中心軸を基準として工具中心軸との成す角を右方向をプラスとして測定するものとして表しており、一方で、チップブレーカ４のブレーカ角βは、工具中心軸を基準として工具中心軸との成す角を左方向をプラスとして測定するものとして表している。本実施例においては、工具先端側における交差角γと工具基端側における交差角γとの角度差が０〜１６°となるように構成している。例えば図６の実施例Ｎｏ．１（直径：１ｍｍ、刃長：６．５ｍｍ）は、外周切れ刃２の螺旋方向が右（右ねじれ：ねじれ角αが９０°未満）であって、且つチップブレーカ４の螺旋方向が右（右ねじれ：ブレーカ角βが９０°超）である。工具先端部（工具先端から１．５ｍｍの位置）のねじれ角αを２７．５°、ブレーカ角βを１００°に設定し、よって工具先端部の交差角γは１２７．５°、外周切れ刃角θは５２．５°としている。一方、工具基端部（刃長位置：工具先端から６．５ｍｍの位置）のねじれ角αを３０°、ブレーカ角βを９９°に設定し、よって工具基端部の交差角γは１２９°、外周切れ刃角θは５１°としている。よって工具先端から工具基端側に向けて、ねじれ角αの角度差は２．５°（３０°−２７．５°）大きくなるように設定され、ブレーカ角βは１°（１００°−９９°）小さくなるように設定され、交差角の角度差は１．５°（１２９°−１２７．５°）大きくなるように設定されている。

工具先端側における交差角γと工具基端側における交差角γとの角度差が１５°より大きくなった場合、工具基端側の外周切れ刃の外周切れ刃角θが小さくなり過ぎ、欠損が生じ易くなり、直径安定性低下（欠損箇所で直径を測定すると小さく測定される）や、バリや折損の発生が生じ易くなるため、１５°以下とするのが好ましい。

工具本体（刃部）の直径は、図３に図示したように一定（ストレートタイプ）としても良いし、工具本体１の倒れを更に抑制するために、図４に図示したように工具先端から基端方向に向かって漸増する所謂フロントテーパ形状に設定しても良い。本実施例においてはフロントテーパ形状に設定されている。この直径のテーパ角は０．５〜５°に設定される。テーパ角が０．５°より小さいと工具本体１の倒れの抑制効果はストレートタイプとほぼ同様になり、その差は顕著に現れない。また、４°より大きくなると工具基端側の剛性が高くなる一方、工具先端側と工具基端側との切削抵抗の差が大きくなりすぎて工具軸方向で均一な加工が困難となり、所望の加工寸法精度や加工面粗さが得られ難くなるため、４°以下とするのが好ましい。本実施例においては１．１２°に設定されている。

従って、図５（ａ）に図示したような従来例（ねじれ角α’一定、ストレートタイプ）においては、例えば積層した基板Ｘ’を加工する際、著しい倒れ（工具先端での倒れ量δ）が生じていたが、外周切れ刃２のねじれ角αを工具先端程小さく基端側程大きくすることで工具先端部での倒れ量δが抑制され（図５（ｂ））、更に、上述のような本実施例（図５（ｃ））においては、工具基端側の剛性が高く且つ先端側の抵抗が小さくなることで積層した基板Ｘを加工する際に当該倒れが更に抑制され、基板から引き抜く際に外周切れ刃２の先端の欠損が防止される。尚、図中符号３’は切り屑排出溝、４’はチップブレーカである。本実施例のように、フロントテーパ形状にした場合には、図５（ａ）のように工具先端の左側側面の上方（Ｚ部分）に加工側面が位置する可能性が低くなるため、当該加工側面と外周切れ刃２とが接触し難くなり、外周切れ刃２の欠損を抑えることができるため、ストレートタイプと同等あるいは同等以上の効果が得られる（後述の実験例、図８参照。）。

本実施例は上述のように構成したから、工具本体１を回転させながら被加工物に接触せしめて該被加工物を加工する際、外周切れ刃２（切り屑排出溝３）のねじれ角αが工具先端程小さく基端側程大きいため、倒れが抑制され（特に工具先端部の倒れ量δが著しく小さくなり）、基板等から工具を引き抜く際に外周切れ刃の欠損が防止されることになる。また、基端側では切り屑詰まりが生じ難くなり、加工性及び耐折損性が向上する。

よって、本実施例は、切り屑排出溝のねじれ角が一定である従来の回転切削工具に比し良好な切削加工を長距離維持することが可能な極めて実用性に秀れたものとなる。

以下に本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。

直径１．０ｍｍ×刃長６．５ｍｍ、テーパ角１．１２°のルーターであって、図６に示すようなパラメータを有する実施例（図６中の例１）と、ねじれ角及びブレーカ角が変化せず、ねじれ角が図５の基端側ねじれ角で一定、ブレーカ角が図５の基端側ブレーカ角で一定であり、工具本体の直径がストレートタイプである以外は実施例と同様のパラメータを有する従来例（図６中の例１４）とで図７の上部に示した実験条件で折損寿命を比較した結果を図７のグラフに示す（実験例１）。尚、フロントテーパ形状であるルーターにおける直径は、本実施例においては基端側の直径を示している。

また、各ルーターについて１ｍ切削後の外周切れ刃欠損・摩耗状態をデジタルマイクロスコープで観察した結果を図８に示す（実験例２）。尚、図８中○で囲んだ部分は外周切れ刃の欠損している部分である。

図７，８より、実施例は外周切れ刃の欠損が生じ難いだけでなく、従来例に比し折損寿命も向上することが確認でき、よって、本実施例は従来の回転切削工具に比し良好な切削加工を長距離維持することが可能であることが確認できた。

１工具本体
２外周切れ刃
３切り屑排出溝
４チップブレーカ
α ねじれ角
γ 交差角

Claims

工具本体の外周に工具先端から基端側に向かう螺旋状の切り屑排出溝が複数形成され、この切り屑排出溝のすくい面と前記工具本体の外周面若しくは前記工具本体の外周に形成された外周逃げ面との交差稜線部に外周切れ刃が形成された回転切削工具であって、前記外周切れ刃のねじれ角が工具先端から基端側に向かって漸増するように構成されていることを特徴とする回転切削工具。
請求項１記載の回転切削工具において、前記ねじれ角は２０〜３５°に設定されていることを特徴とする回転切削工具。
請求項１，２いずれか１項に記載の回転切削工具において、前記ねじれ角の工具先端部と工具基端部とにおける角度差が１〜１０°になるように該ねじれ角が設定されていることを特徴とする回転切削工具。
請求項１〜３いずれか１項に記載の回転切削工具において、前記外周切れ刃に凹設され切り屑を分断するチップブレーカが所定の螺旋回転方向に沿って複数並設され、このチップブレーカは前記螺旋回転方向が前記外周切れ刃と所定の交差角で交差するように設けられており、この交差角が工具先端から基端側に向かって不変か若しくは漸増するように構成されていることを特徴とする回転切削工具。
請求項４記載の回転切削工具において、前記交差角の工具先端部と工具基端部とにおける角度差が０〜１５°になるように該交差角が設定されていることを特徴とする回転切削工具。
請求項１〜５いずれか１項に記載の回転切削工具において、前記工具本体の直径は該直径が工具先端から基端側に向かって漸増するフロントテーパ形状に設定されていることを特徴とする回転切削工具。
請求項６記載の回転切削工具において、前記直径のテーパ角は０．５〜４°に設定されていることを特徴とする回転切削工具。
請求項１〜７いずれか１項に記載の回転切削工具において、工具直径が０．５〜２ｍｍのプリント基板加工用のルーターであることを特徴とする回転切削工具。