JP2013107199A - 切削工具用の交換可能なインサートシート部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、工具本体と切削インサートとを備えた金属切削工具用の交換可能なインサートシート部材に関する。また、本発明は、交換可能なインサートシート部材を備えた金属切削工具に関する。
【解決手段】交換可能なインサートシート部材（６）は、工具本体（２）と切削インサート（３）との間に設けられ、工具本体（２）と切削インサート（３）とが直接接触しないように、所定の接触領域で工具本体（２）と切削インサート（３）とに接触し、交換可能なインサートシート部材（６）は粉体射出成形によって作られている。
【選択図】図３
【解決手段】交換可能なインサートシート部材（６）は、工具本体（２）と切削インサート（３）との間に設けられ、工具本体（２）と切削インサート（３）とが直接接触しないように、所定の接触領域で工具本体（２）と切削インサート（３）とに接触し、交換可能なインサートシート部材（６）は粉体射出成形によって作られている。
【選択図】図３
Description
本発明は、交換可能なインサートシート部材が切削工具の工具本体と切削インサートとの間に配置されるように設けられている切削工具用の交換可能なインサートシート部材に関する。また、本発明は交換可能なインサートシート部材を備える金属切削工具に関する。
一般に、切削インサートは、切り屑を除去する金属切削加工、旋削加工、転削加工又は穴明け加工などに用いられる。多くの場合、超硬合金の敷板は、切削インサートと工具ホルダポケットの底壁との間に差し挟まれる。敷板は、切削工具の使用による過度の摩耗や損傷から工具ホルダポケットを保護するものである。切削インサートの工具面に対するエンボス加工は、摩耗を防止する一つの方法である。敷板が、ねじで締結された切削インサートと共に使用される場合において、敷板は雌ねじを有する特別なねじによってポケット内の所定位置に保持される。雌ねじは切削インサートの締結に用いられ、特別なねじは敷板を工具本体に締結する。切削インサートを固定するために使用されるねじは、切削インサートの孔を挿通し、特別なねじの雌ねじに係合するように設けられている。通常の敷板は、工具ホルダの底壁に直接に固定されるように設けられている。敷板の支持面は、切削インサートの底面を支持する。
一般に、切削インサートは、部分的に硬く、耐摩耗性を有する材料、例えば超硬合金やセラミックスなどで作られる。工具ホルダ本体は、相対的に弾性を有する材料、特に鋼で作られる。工具ホルダポケットを過度の摩耗や損傷から保護するために、敷板は超硬合金などの非常に硬く耐摩耗性を有する材料から作られる。一般に、敷板は、平行な平面に研削される。
敷板にあるねじ孔の存在は、切削インサートを最も大きく支持する可能性がある接触面積を小さくする。ねじ孔は相対的に大きく、敷板と切削インサートとの間の接触可能な面積は相対的に小さくなる。幅が非常に狭い先端材料の加工に関して、小さな切削インサートの使用の要求がある。工具本体の敷板で小さな切削インサートを保持することは、敷板と切削インサートとの間の接触面積が小さくなる問題があるため、切削加工中における強固な締結部材を必要とする一定の要求がある。
切削インサートの安定的かつ強固は保持は重要な問題であり、切削インサートの破壊又は破損の危険性を減らす。正確に保持することは、切削作業において非常に重要であり、小さな公差を有する最終製品の生産に必要である。
本発明の一つの目的は、切削工具に取り付けられる切削インサート用の改良された交換可能なインサートシート部材を提供することである。本発明の他の目的は、最新のインサート幾何学形状に適合する交換可能なインサートシート部材を提供すること、例えば、加工費用が高く、又は通常の切削インサートシート（インサート取付け座）を加工する方法によって作ることが不可能で、インサートシートが非常に複雑である交換可能なインサートシート部材を提供することである。他の目的は、切削インサートの位置決めの正確性を改善することであり、また、他の目的は工具本体の工具寿命時間を長くすることである。
本発明の目的は請求項１及び１１に開示された発明により達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に開示されている。
本発明は、金属切削用の交換可能なインサートシート部材に関し、交換可能なインサートシート部材は切削工具の工具本体と切削インサートとの間に配置され、交換可能なインサートシート部材は、工具本体と切削インサートとに接触し、工具本体と切削インサートは直接接触せず、交換可能なインサートシート部材は粉体射出成形によって作られている。
本発明の交換可能なインサートシート部材は、周知の粉体射出成形によって作られている。粉体冶金において、射出成形は、金属又はセラミック粉末、超硬合金などの複合物の製造に使用される。超硬合金の粉体は、通常は高分子と共にミルで混合される。成形プロセス後に、高分子は取り除かれ、複合物は対応する工具プレスによる方法と実質的に同じ方法で焼結される。粉体射出成形（ＰＩＭ）は、成形される材料に依存して、金属射出成形（ＭＩＭ）とセラミック射出成形（ＣＩＭ）とに分類される。
粉体射出成形技術による効果は、生産物の形状を自由に形成できることである。形状は、機械加工可能な、又は幾何学的に扱い易いものに制限されない。更に、粉体成形部品の焼結後の仕上げ面は、必ずしも研磨工程を必要としない品質とすることができる。研磨ステップは、通常は高価となり、しばしば時間を消費する。
請求項１による本発明の効果は、交換可能なインサートシート部材が、切削インサートの底面及び側面の両方で切削インサートを支持するために作られているということである。粉体射出成形品の幾何学形状を自由に形成するために、交換可能なインサートシート部材の切削インサート支持面は、任意の切削インサートに係合する幾何学形状に調整されることができる。切削インサートと交換可能なインサートシート部材との間の接触領域は、切削インサートの平面領域に配置されるだけでなく、特別の切削インサートの幾何学形状に適合するように設計されることもできる。切削インサートと交換可能なインサートシート部材との間の増加した接触面積は、特に、切削インサートが小さいサイズであり、及び／又は複雑な形状であるときに、切削インサートの安定性を改善し、より強固な保持をもたらす。
支持面の増加は、切削インサートと交換可能なインサートシート部材との間で小さい平均接触圧力をもたらす。接触圧力が十分に高いときは、材料は塑性変形し、例えば、交換可能なインサートシート部材の面内で切削インサートの浮き上がり（embossing）又は塑性変形を生じる。小さな平均接触圧力によって、交換可能なインサートシート部材及び工具本体の塑性変形又は浮き上がりのリスクが減少する。
本発明の交換可能なインサートシート部材は、任意の適切な材料で作られることができ、粉体射出成形（ＰＩＭ）によって作られることができる。ＰＩＭ製品は、最終製品の粒子サイズや不純物が制御され、高性能な材料特性が得られるという効果がある。
一実施形態において、交換可能なインサートシート部材は、金属粉末を使用する金属射出成形によって作られる。このような交換可能なインサートシート部材は、例えば、超硬合金又はタングステン合金、一例として、プランゼー社の「Densimet」（登録商標）で作られる。他の材料は、コバルト基合金、例えば、デロロステライト（登録商標）である。本発明の一実施形態において、交換可能なインサートシート部材は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ及びＦｅのグループから選択された少なくとも一つを備える材料で作られている。
交換可能なインサートシート部材は、工具本体と切削インサートとの間に配置されているため、工具本体と切削インサートとの間で直接の接触はない。交換可能なインサートシート部材は、振動減衰効果をもたらす。交換可能なインサートシート部材の材料及び／又は設計は、振動減衰の能力に依存して選択される。
本発明の一実施形態において、交換可能なインサートシート部材は一体成形品である。一体成形品の一つの効果は、特に、小さいサイズの切削インサートが適用されるとき、交換可能なインサート部材の取り扱い及び交換が容易であるということである。一体成形品の交換可能なインサートシート部材の他の効果は、交換可能なインサートシート部材の締結が切削インサートの締結を妨げないように、設計されている。工具本体に対する交換可能なインサートシート部材の締結は、切削インサートから所定の距離に配置されることができ、すなわち、雌ねじを有する高価なねじを必要としない。
本発明の一実施形態において、交換可能なインサートシート部材は、内接円が８ｍｍの直径を有する切削インサートを支持するために設けられている。このサイズの切削インサートは、サイズが小さく、切削インサートの底面における面積が小さく、したがって、従来の平坦な敷板を使用したときの有効な接触面積が小さいために、特に安定して保持したり、制御することが難しい。本発明による交換可能なインサートシート部材によると、切削インサートと交換可能なインサートシート部材との間の接触面積は増加し、これにより、インサートを強固に安定して保持することができる。これは、粉体射出成形技術は、サイズ毎に高精度で複雑な幾何学形状の生産を許容することができるためである。
本発明の一実施形態において、交換可能なインサートシート部材は、切削インサートを支持する支持面を備え、支持面の少なくとも一部分は非平面である。本発明の他の実施形態において、交換可能なインサート部材は、切削インサートの支持のための少なくとも２つの支持面を備え、２つの支持面のそれぞれの少なくとも一部分が非平面である。これは、平面でない外面を有する切削インサートに関して効果的である。交換可能なインサートシート部材は、切削インサートの外面のネガコピーとして、少なくとも部分的に形成されている。これによって、交換可能なインサートシート部材と切削インサートとの間の接触面積が増加し、正確かつ安定性良く保持することができる。切削インサートは支持面が平面であることを要しないため、これは切削インサートの幾何学的形状の設計における自由度を高める。
一実施形態において、本発明による交換可能なインサートシート部材は、インサート座が切削インサートの形状に対して相補的なネガ又は逆（inverse）の幾何学形状を有するように作られている。係合する支持面の大きさは、例えば、交換可能なインサートシート部材の硬さに応じて調整され、硬い材料では小さい支持面が必要とされる。
本発明の他の実施形態において、交換可能なインサートシート部材は、少なくとも一つのダブルポジティブの切削インサートを支持するために適合される。ダブルポジティブの切削インサートは支持底面と支持頂面の両方に対して傾斜している支持側面を有するため、本発明の交換可能なインサートシート部材は効果的である。
一実施形態において、交換可能なインサート部材は、表面被覆によって、少なくとも部分的に被覆されている。表面被覆は、例えばＣＶＤ技術又はＰＶＤ技術、又は従来から知られている他の利用可能な被覆技術により行われる薄膜被覆とすることができる。表面被覆は、例えば、交換可能なインサートシート部材の耐摩耗性を改善し、又はその外観を改善する。
本発明の他の実施形態において、交換可能なインサートシート部材は、少なくとも２つの切削インサートを支持するために設けられている。交換可能なインサートシート部材は、３つ以上の切削インサートを支持することもできる。
交換可能なインサートシート部材は、工具本体の直径を横断して延びる本体を備え、インサート部材は本体に固定される。他の実施形態において、切削工具の全ての切削インサートは、それぞれ同一の交換可能なインサートシート部材に取り付けられることができる。
本発明の他の実施形態において、交換可能なインサートシート部材は、工具本体の前側部分を構成することができる。これは、前側部分が工具本体を摩耗から保護する効果がある。粉体射出成形で作られた前側部分は、製造時間を短くできるという効果があり、これにより、工具本体の加工時間が減少し、加工が容易化し、時間と費用が節約される。
また、本発明は、交換可能なインサートシート部材用のインサート座を備える凹所を有する工具本体と、凹所に装着された本発明の交換可能なインサートシート部材と、交換可能なインサートシート部材に装着された切削インサートと、を備えた金属切削工具を開示する。
本発明による切削工具の一実施形態において、交換可能なインサートシート部材と凹所との間の面は平面である。この平面は、製造を容易にするという効果がある。
本発明による切削工具の一実施形態において、切削インサート及び交換可能なインサートシート部材は、これらの間の接触面積が３つの分離した領域に配置されるように接続され、切削インサートは３つの異なる方向で支持される。これは、装着された切削インサートの安定性を高める効果がある。
本発明は、添付の図面に関係する好ましい実施形態を通じてより詳細に開示される。
図１及び２は、本発明による第１の実施形態の金属切削工具１を開示する。この実施形態における金属切削工具１は、被削材、特に鋼やアルミニウム合金などの金属材料の切り屑を除去する加工に用いられる転削工具である。転削工具は、工具本体２と、切削インサート３と、交換可能なインサートシート部材６と、切削インサート３及びインサートシート部材６を締結するためのねじ４，５を含む。図３は、図１及び２に示されたインサートシート部材６及び切削インサート３の拡大図である。
工具本体２は、フライス盤の工具ホルダに連結される後側軸部７を備える。工具本体は、工具本体１の縦方向（長手方向）の中心軸を形成する回転軸Ｃ１の周りの回転方向で回転するように構成されている。工具本体２は、工具本体２の縦方向の中心軸Ｃ１に沿って、後側軸部７に対して反対側に位置する前側部分８を備える。
転削工具は、複数の切削インサート３と工具本体１に取付けられるインサートシート部材６とを備える。切削インサート３とインサートシート部材６はそれぞれ交換可能である。切削インサート３は、工具本体２より硬い材料、例えば、超硬合金やセラミックスなどで作られている。インサートシート部材６は、工具本体２より硬い材料、例えば、超硬合金やセラミックスなどの粉体射出成形により作られている。工具本体２は鋼で作られている。
工具本体２は、一つのインサートシート部材６と一つの切削インサート３とを収容する複数の凹所１９を備えている。図１〜３に開示された実施形態において、転削工具は２つの切削インサート３と２つのインサートシート部材６とを備える。転削工具は、２つの切削インサート３及び２つの凹所１９よりも少ないか、又はそれよりも多い数、例えば、３つ、４つ、５つ、６つ、７つ又は８つなどの切削インサート及び凹所を備えることもでき、インサートシート部材６は個々の凹所１９に配置されることに留意されたい。
個々の凹所１９は、インサートシート部材６の座９を備える。座９は、インサートシート部材のサポートを形成するように構成されている。図１に示されるように、一つの切削インサートと対応するインサートシート部材は座の内側に示され、座は、２つの底面１０，１１と、主支持側面１４と、２つの副支持側面１２，１３とを有している。支持底面１０は、支持底面１１の面に平行である平面によって規定されている。支持側面１２，１３，１４は、支持底面１０，１１に対して上側にある。支持側面１２は支持側面１３，１４に対して垂直である。
図２において、個々のインサートシート部材６は、インサートシート部材６の孔１０４と図１及び３に示す支持底面１１を通る締結孔１０３を通って延びる締結ねじ４によって座９に固定されている。インサートシート部材６の底面（不図示）は、インサートシート部材６が工具本体２に固定されるとき、インサートシート部材６が座９の支持面１０，１１，１２，１３，１４と接触するように形成されている。
図１〜３に示された個々のインサートシート部材６は、一つの切削インサート３を支持するようになっている。インサートシート部材６は、第１の孔１０４と、第２の孔１０５とを有し、インサート座１００は、支持底面１５と、複数の支持側面１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂと、複数の逃げ面３０，３１，３２，３３とを有する。インサート座１００は、所定の位置で切削インサート３を支持するように形成されている。第１の孔１０４は、そこを通って延びる締結ねじ４を介して工具本体２にインサートシート部材６を締結するために、インサート座１００から分離している。
図１〜６、特に図３で詳細に示される切削インサート３は、頂面１２１と、底面（不図示）と、頂面１２１及び底面に接続するエッジ側面１３０とを有するダブルポジティブ切削インサートである。頂面１２１とエッジ側面１３０との間の稜線は上側切れ刃１１０を規定し、底面と側面１３０との間の稜線は下側切れ刃１１１を規定する。切削インサート３は、上側切れ刃１１０と、下側切れ刃１１１と、切削インサート３を通って延びる中央孔１０１とを有する。エッジ側面１３０は切削インサート３の周囲を延びる。エッジ側面１３０は、切削インサート３の周囲を延び、エッジ側面１３０を上側部１３１と下側部１３２とに分離する移行部４０を有する。上側部１３１は上側切れ刃１１０に接続し、下側部１３２は下側切れ刃１１１に接続する。切削インサート３は、平面視において略四角形である。頂面１２１と上側部１３１とによって規定される切削インサートの上側半分は、切削インサート３の下側半分に対し、中心軸Ａの周りで角度的にわずかにずれて配置され、下側半分は底面と下側部１３２とによって規定されている。
切削インサート３は、異なる刃先交換位置で交換可能である。一つの交換位置において、上側切れ刃１１０が切削し、切削インサート３の頂面１２１が切り屑生成面又はすくい面を形成し、切削インサート３の下面（付図示）が座９の底面１５上に接する支持面を形成する。
図２において、切削インサート３は、切削インサート３の中央孔１０１とインサートシート部材６の第２の孔１０５を通って延び、支持底面１０の締結孔１０２に係合する締結ねじ５によって座１００に固定される（図１及び３参照）。切削インサート３は、３つの領域で支持された固定位置にあり、３方向で支持される。切削インサート３の下面は面１５によって支持され、切削インサート３の上側部１３１の一部分は、インサートシート部材６の支持側面１６ａ，１６ｂによって支持され、切削インサート３の上側部１３１の他の部分は、インサートシート部材６の支持側面１７ａ，１７ｂによって支持されている。インサートシート部材６の支持側面は、部分的に湾曲した面又は非平面１６ａ，１７ａ及び、平面部分と平面でない部分とを有する切削インサート３の上側部１３１に係合する部分的な平面１６ｂ，１７ｂである。交換可能なインサートシート部材６は、切削インサート３が取付け位置にあるときに切削インサートと接触しない複数の領域３０，３１，３２，３３を有する。
インサートシート部材６の更なる実施形態について説明する。同一の参照符号は開示された全ての実施形態で同一の要素を示すことに留意されたい。
図４及び５は、第１の実施形態とは異なるインサートシート部材６の第２の実施形態を示す。インサートシート部材６が２つの切削インサート３のために設けられた２つの座１００を備える。この切削工具の切削インサート３の全ては、同じインサートシート部材６に備えられる。インサートシート部材６は、インサートシート部材６の下部から下向きに突出する実質的に円柱状のシャフト２１を有する。工具本体は、インサートシート部材６を収容するように構成され、実質的に筒状の孔１４０は工具本体２の回転軸Ｃ１に沿って延びるように配置されている。工具本体２は、インサートシート部材６の支持面１５２，１５３，１５４を支持するために設けられた支持面１４１，１４２を有する。
図５において、インサートシート部材６は工具本体２に固定され、２つの切削インサート３は締結ねじ２０を介してインサートシート部材６の座１００に固定されている。個々の締結ねじ２０は、切削インサート３の中央孔１０１及びインサートシート部材６の孔１５０を通って延び、工具本体２の支持面１４２を貫通する締結孔１５１に係合する。孔１４０はインサートシート部材６のシャフト２１が挿入されるように設けられ、図５に示すように、インサートシート部材６が工具本体２に取付けられる。
図６はインサートシート部材６の第３の実施形態を開示する。この実施形態は、交換可能なインサートシート部材６が５つの切削インサート３を備え、インサートシート部材６が転削工具の前側部分を形成する点において、第１及び第２の実施形態と相違する。インサートシート部材６は、５つの切削インサート３を備える。個々の切削インサート３は、締結ねじ２２を介してインサートシート部材６に固定されるように設けられている。締結ねじ２２は、切削インサート３の中央孔１０１を通って延び、インサートシート部材６の締結孔１６１に係合する。交換可能なインサートシート部材６は、工具本体２の突出部１６０とインサートシート部材６の底面にある対応する孔（不図示）によって工具本体２に強固に固定されるように設けられている。インサートシート部材６は、工具本体２の回転軸Ｃ１に沿って延びる中央孔１７１，１７２を通る締結要素を介して工具本体２に固定されている。
本発明は、開示された実施形態に制限されず、以下の請求項の範囲内で変更することができる。例えば、交換可能なインサートシート部材６は、任意の他の切削インサート、例えば、円形状、多角形状のインサートであって、ネガティブ又はポジティブの幾何学形状を有するインサートに適用することができる。切削インサート３は、任意の形状及びサイズ、例えば、切削インサートの内接円が６ｍｍ、１２ｍｍ又は１５ｍｍの直径を有するサイズとすることができる。切削工具１は、転削工具、穴明け工具又は旋削工具とすることができる。更に、交換可能なインサートシート部材６は、上記の例において開示された１つ、２つ又は５つ以外に、任意の数の切削インサートを備えることができる。
１ 切削工具
２ 工具本体
３ 切削インサート
４ ねじ
６ インサートシート部材
９ 座
１０，１１ 支持底面
１２，１３ 副支持底面
１４ 主支持底面
１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ 支持側面
１９ 凹所
２１ 円柱状のシャフト
１００ インサート座
１０１ 中央孔
１０３ 締結孔
１１０ 上側切れ刃
１１１ 下側切れ刃
１２１ 頂面
１３０ エッジ側面
１３１ 上側部
１３２ 下側部
１４０ 円筒状の孔
１４１，１４２ 支持面
１６０ 突出部
１６１ 締結穴
２ 工具本体
３ 切削インサート
４ ねじ
６ インサートシート部材
９ 座
１０，１１ 支持底面
１２，１３ 副支持底面
１４ 主支持底面
１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ 支持側面
１９ 凹所
２１ 円柱状のシャフト
１００ インサート座
１０１ 中央孔
１０３ 締結孔
１１０ 上側切れ刃
１１１ 下側切れ刃
１２１ 頂面
１３０ エッジ側面
１３１ 上側部
１３２ 下側部
１４０ 円筒状の孔
１４１，１４２ 支持面
１６０ 突出部
１６１ 締結穴
Claims (13)
- 工具本体（２）と切削インサート（３）とを備えた金属切削工具用の交換可能なインサートシート部材（６）であって、
交換可能なインサートシート部材（６）は、工具本体（２）と切削インサート（３）との間に設けられ、工具本体（２）と切削インサート（３）とが直接接触しないように、所定の接触領域で工具本体（２）と切削インサート（３）とに接触し、
交換可能なインサートシート部材（６）は、粉体射出成形によって作られていることを特徴とする交換可能なインサートシート部材。 - 交換可能なインサートシート部材（６）は一体成形品であることを特徴とする請求項１に記載の交換可能なインサートシート部材。
- 交換可能なインサートシート部材（６）は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ及びＦｅのグループから選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の交換可能なインサートシート部材。
- 交換可能なインサートシート部材（６）は内接円の直径が８ｍｍ以下の切削インサートを支持することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の交換可能なインサートシート部材。
- 交換可能なインサートシート部材（６）は切削インサートを支持する支持面を備え、少なくとも一つの支持面が非平面（１６ａ，１７ａ）であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の交換可能なインサートシート部材。
- 交換可能なインサートシート部材（６）は切削インサートを支持する少なくとも２つの支持面を備え、２つの支持面の少なくとも一部分が非平面（１６ａ，１７ａ）であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の交換可能なインサートシート部材。
- 交換可能なインサートシート部材（６）は少なくとも一つのダブルポジティブ切削インサート（３）を保持することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の交換可能なインサートシート部材。
- 交換可能なインサートシート部材（６）は、表面被覆によって少なくとも部分的に被覆されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の交換可能なインサートシート部材。
- 交換可能なインサートシート部材（６）は、少なくとも２つの切削インサートを支持することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の交換可能なインサートシート部材。
- 交換可能なインサートシート部材（６）は、工具本体（２）に取付けられたときに金属切削工具の（１）の前側部分を構成することを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の交換可能なインサートシート部材。
- 交換可能なインサートシート部材（６）の座（９）である凹所（１９）を有する工具本体（２）を備えた金属切削工具（１）であって、
請求項１〜１０の何れか一項に記載の交換可能なインサート部材（６）が、座（９）に取り付けられ、少なくとも一つの切削インサート（３）が交換可能インサートシート部材（６）に取り付けられることを特徴とする金属切削工具。 - 交換可能なインサートシート部材（６）と凹所（１９）との間の接触領域が平面であることを特徴とする請求項１１に記載の金属切削工具。
- 切削インサート（３）及び交換可能なインサートシート部材（６）は、切削インサート（３）及びインサートシート部材（６）の間の接触領域が分離した３つの領域で接触し、切削インサート（３）が３つの異なる方向で支持されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の金属切削工具。
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