JP2016068172A - ホルダ、切削工具及び切削加工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インサートの切刃に向かって安定してクーラントを噴射することが可能なホルダが求められていた。【解決手段】一態様のホルダは、中心軸の周りで回転される棒形状の本体部と、切削インサートが装着されるインサートポケットと、本体部の内部に設けられ、本体部の後端面からインサートポケットに向かって冷却液が流れる流路とを備え、流路は、中心軸に沿って後端面から先端面に向かって設けられた直線形状の第１流路と、第１流路から外周面に向かって設けられた直線形状の第２流路と、第２流路からインサートポケットにかけて設けられた直線形状の第３流路とを有し、流路を先端面の側から透視した場合において、第３流路は、第２流路から中心軸の回転方向の後方側に向かって延びている。【選択図】図１

Description

本発明は、ホルダ、切削工具及び切削加工物の製造方法に関する。

金属などの被削材の切削加工に用いられる切削工具として、特許文献１に開示された切削工具が知られている。特許文献１に開示された切削工具は、工具本体（ホルダ）及び複数のインサートによって構成されている。工具本体は、軸線に沿って延びる１つの直線形状のクーラント孔と、このクーラント孔の先端側に設けられたクーラント保持部と、クーラント保持部から複数のインサートがそれぞれ取り付けられるチップポケットに向かって延びる複数の直線形状のクーラント吐出孔とを有している。クーラント孔、クーラント保持部及びクーラント吐出孔を通じてチップポケットにクーラントが供給される。

特開２００８−０２３６３２号公報

特許文献１に開示された工具本体においては、クーラント孔が軸線に沿って延びる直線形状であることから、先端透視した場合においてクーラント吐出孔は、ほぼ軸線から外周側に向かって延びる構成となる。そのため、インサートの切刃の辺りに向かってクーラントを噴射することが難しくなる場合がある。

具体的には、チップポケットに装着されるインサートのラジアルレーキ角が或る一定以上の角度になると、クーラント吐出孔の延長線上にインサートにおける切刃以外の部分が位置することになる。そのため、インサート自体が邪魔になってインサートの切刃の辺りに向かってクーラントを噴射することが難しくなる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、インサートの切刃の辺りに向かって安定してクーラントを噴射することが可能なホルダを提供するものである。

本発明の一態様に基づくホルダは、中心軸に沿って延び、前記中心軸の周りで回転される棒形状の本体部と、該本体部の先端面及び外周面に開口し、切削インサートが装着されるインサートポケットと、前記本体部の内部に設けられ、前記本体部の後端面から前記インサートポケットに向かって冷却液が流れる流路とを備えている。前記流路は、前記中心軸に沿って前記後端面から前記先端面に向かって設けられた直線形状の第１流路と、前記第１流路に繋がっており、前記第１流路から前記外周面に向かって設けられた直線形状の第２流路と、前記第２流路に繋がっており、前記第２流路から前記インサートポケットにかけて設けられた直線形状の第３流路とを有している。そして、前記流路を前記先端面の側から透視した場合において、前記第３流路は、前記第２流路からさらに前記中心軸の回転方向の後方側に向かって延びている。

上記態様のホルダにおいては、中心軸に沿って延びる第１流路からインサートポケットまでが１つの直線形状の流路によって構成されているのではなく、上記の第２流路及び第３流路によって構成されている。そのため、切削インサートの切刃の辺りに向かって安定
してクーラントを噴射することが可能になる。

本発明の第１の実施形態の切削工具を示す斜視図である。 図１に示す切削工具における領域Ａ１を拡大した斜視図である。 図１に示す切削工具を先端側から見た側面図である。 図３に示す切削工具における流路を透視した透視図である。 図４に示す切削工具をＢ１方向から側面視した側面図である。 図４に示す切削工具をＢ２方向から側面視した側面図である。 図４に示す切削工具におけるＣ１断面の断面図である。 図４に示す切削工具におけるＣ２断面の断面図である。 図１に示す切削工具におけるホルダを示す斜視図である。 図９に示すホルダを先端側から見た側面図である。 図９に示すホルダをＢ３方向から側面視した側面図である。 図９に示すホルダをＢ４方向から側面視した側面図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。 一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す概略図である。

以下、一実施形態の切削工具について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本発明の切削工具は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

図１は、一実施形態の切削工具を示す外観斜視図である。図２は、図１に示す切削工具１に領域Ａ１を拡大した斜視図である。図２では、切削工具の先端部分を拡大して示している。図３は、図１に示す切削工具を先端側から見た側面図であり、先端図とも言われる。図４は、図３に示す先端図において、流路を透視した透視図である。なお、図４において各流路の領域の視覚的な理解を容易にするため、第１流路は二点鎖線にて示し、第２流路は一点鎖線にて示し、第３流路は鎖線にて示している。図５及び図６は、それぞれ図１に示す切削工具を側面視した側面図である。図７及び図８は、図１に示す切削工具の断面図である。図９〜１２は、それぞれ図１に示す切削工具におけるホルダを示す図面である。

本実施形態の切削工具１は、ホルダ３と、切削インサート５（以下、単にインサート５とも言う）とを備えている。ホルダ３は、本体部７と、インサートポケット９（以下、単にポケット９とも言う）と、流路１１とを備えている。

本体部７は、中心軸Ｏに沿って延びる棒形状である。本実施形態における本体部７は、棒形状の具体的な構成として、概ね円柱形状となっている。本体部７は切削加工時において中心軸Ｏを中心に中心軸Ｏの周りで矢印Ｘの方向に回転する。なお、図１などにおいて、中心軸Ｏを二点鎖線にて示している。

本体部７の材質としては、鋼、鋳鉄、アルミ合金などを用いることができる。本実施形態における本体部７は、これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いている。本体部７の大きさは、被削材の大きさに応じて適宜設定される。例えば、中心軸Ｏに沿った方向の長さは、６０〜１５０ｍｍ程度に設定される。また、中心軸Ｏに直交する方向の幅は、６〜５０ｍｍ程度に設定される。

本体部７の先端には、先端面及び外周面に開口するポケット９が設けられている。ポケット９は、インサート５が装着される領域である。ポケット９が本体部７の先端面及び外周面に開口していることによって、インサート５の切刃１３がホルダ３よりも先端側及び外周側に向かって突出するように、インサート５がポケット９に装着される。切刃１３におけるホルダ３から突出した部分によって切削加工が行われる。

本実施形態の切削工具１においては、ポケット９が複数設けられている。複数のポケット９には、それぞれインサート５が取り付けられる。すなわち、本実施形態の切削工具１は、ホルダ３と、複数の切削インサート５とによって構成されている。複数のポケット９は、ホルダ３を先端面の側から見た場合において、中心軸Ｏを中心として、回転対称となるように等間隔で設けられていてもよいが、不等間隔で設けられていてもよい。ホルダ３には、複数のポケット９が形成されていることから、本体部７は厳密な意味での円柱ではない。

本体部７の内部には流路１１が設けられている。流路１１は、本体部７の後端面から先端面の側に向かって延びており、本体部７の後端面及びポケット９において開口している。流路１１は、切削工具１の使用時において冷却液（クーラント）が流れる部分として機能する。クーラントは、本体部７の後端面における流路１１の開口部から供給され、ポケット９における開口部１１ａからインサート５の切刃１３の辺りに向かって噴射される。噴射されたクーラントによって切刃１３が冷却される。

クーラントとしては、例えば、油性形、不活性極圧形または活性極圧形などの不水溶性油剤、あるいは、エマルジョン、ソリューブルまたはソリューションなどの水溶性油剤からなり、被削材の材質に応じて適宜選択して用いられる。

本実施形態における流路１１は、第１流路１５、第２流路１７及び第３流路１９を有している。第１流路１５、第２流路１７及び第３流路１９はそれぞれ直線形状である。クーラントは、本体部７の後端面から第１流路１５に供給され、第１流路１５、第２流路１７及び第３流路１９を通って、ポケット９において開口する開口部分から排出される。第１流路１５、第２流路１７及び第３流路１９がそれぞれ直線形状であることによって、流路１１の各部位においてクーラントを滑らかに流すことができる。

第１流路１５は、中心軸Ｏに沿って本体部７の後端面から先端面に向かって設けられている。第２流路１７は、第１流路１５に繋がっており、第１流路１５から本体部７の外周面に向かって設けられている。第３流路１９は、第２流路１７に繋がっており、第２流路１７からポケット９にかけて設けられている。

具体的には、第１流路１５は、一方の端部が本体部７の後端面に開口しており、他方の端部が本体部７の内部に位置している。第１流路１５は、中心軸Ｏを含むように中心軸Ｏに沿って延びている。第１流路１５の他方の端部は本体部７の先端面に開口していてもよいが、このような場合には、他方の端部からクーラントが漏れないように他方の端部を塞いでおく必要がある。

第３流路１９は、一方の端部が開口部１１ａとしてポケット９に開口しており、他方の端部が本体部７の内部に位置している。本体部７の内部に位置する他方の端部は、第２流路１７に繋がっている。第３流路１９における一方の端部は、第３流路１９における他方の端部よりもホルダ３の先端側に位置している。また、ホルダ３の先端面の側から透視した場合において、第３流路１９における一方の端部が第３流路１９における他方の端部よりも中心軸Ｏの回転方向Ｘの前方側に位置している。

第２流路１７は、第１流路１５と第３流路１９とを接続する部位である。そのため、第２流路１７は、第１流路１５及び第３流路１９に繋がっている。本実施形態における第２流路１７は、一方の端部が第３流路１９に繋がっているとともに、途中で第１流路１５に繋がり、他方の端部が本体部７の外周面に開口部１７ａとして開口するように設けられている。

より具体的には、本実施形態における第２流路１７は、直線上に並んで位置する第１領域２１と第２領域２３とを有している。第１領域２１における一方の端部と第２領域２３における一方の端部が繋がっている。先端透視した場合において、第１領域２１及び第２領域２３はそれぞれ本体部７の外周面に向かって延びているが、第１領域２１と第２領域２３とは本体部７の互いに外周面における反対側に向かって延びている。第１領域２１及び第２領域２３における一方の端部が第１流路１５に繋がっている。第１領域２１における他方の端部は本体部７の外周面に開口部１７ａとして開口しており、第２領域２３における他方の端部は、本体部７の内部に位置しており第３流路１９に繋がっている。

そのため、第２流路１７は、途中が第１流路１５に繋がっているとともに、一方の端部が本体部７の外周面に向かって延びて第３流路１９に繋がっており、他方の端部が本体部７の外周面に開口部１７ａとして開口する構成となっている。第２流路１７における一方の端部は、第２流路１７における他方の端部よりも本体部７の先端側に位置している。

なお、本体部７の外周面に開口する第２流路１７の他方の端部は、クーラントが漏れないようにシール部材２５によって塞がれる。そのため実質的には、第２流路１７における第１領域２１は流路としては機能しておらず、第２流路１７における第２領域２３が流路として機能している。シール部材２５としては、例えば、半田、樹脂部材やネジ部材が挙げられる。

クーラントを良好に流れさせることが可能であれば、第１流路１５、第２流路１７及び第３流路１９の形状としては特に限定されるものではない。本実施形態においては、クーラントの流れる方向に直交した第１流路１５、第２流路１７及び第３流路１９の横断面はそれぞれ円形状である。第１流路１５は、内径が５〜１０ｍｍ程度に設定されている。第２流路１７は、内径が２〜５ｍｍ程度に設定されている。第３流路１９は、内径が１〜５ｍｍ程度に設定されている。

本実施形態のホルダ３においては、先端面の側から透視した場合において、第３流路１９は、第２流路１７からさらに中心軸Ｏの回転方向Ｘの後方側に向かって延びている。具体的には先端面の側から透視した場合において、第３流路１９は、第２流路１７を基準として角度θ１で傾斜するように中心軸Ｏの回転方向Ｘの後方側に向かって延びている。

このとき、切刃１３の辺りに向かってクーラントを噴射するために、先端面の側から透視した場合において、第３流路１９の延長線上に切刃１３が位置するように第３流路１９の延びる方向が設定されることが望ましい。

このように、中心軸Ｏに沿って延びる第１流路１５からインサートポケット９までが１つの直線形状の流路１１によって構成されているのではなく、上記の第２流路１７及び第３流路１９によって構成されている。そのため、インサート５のラジアルレーキ角が大きくなる場合であっても、インサート５の切刃１３の辺りに向かって安定してクーラントを噴射することが可能になる。角度θ１は、例えば、７０〜１５０°程度に設定される。このとき、角度θ１は、装着されるインサート５のラジアルレーキ角よりも大きいことが望ましい。

第１流路１５、第２流路１７及び第３流路１９は、ドリルなどを用いて本体部７に孔加工を行うことによって形成することができる。本実施形態のホルダ３においては、本体部７の後端面から先端面に向かって第１の孔加工を行うことにより、第１流路１５が形成される。

また、本体部７の外周面から第１流路１５の他方の端部と交差するように第２の孔加工を行うことにより、第２流路１７が形成される。このとき、外周面から第１流路１５に向かって行われる孔加工によって第２流路１７の第１領域２１が形成される。また、この孔加工に引き続いて、第１流路１５から本体部７の外周面に向かって行われる孔加工によって第２流路１７の第２領域２３が形成される。そのため、第２流路１７における一方の端部が、本体部７の内部に位置するとともに、他方の端部が本体部７の外周面に開口することになる。

このような第２の孔加工によって直線形状の第２流路１７を容易に形成することができる。なお、本体部７の外周面に開口する第２流路１７の他方の端部は、上記のシール部材２５によって塞がれる。例えば、第２流路１７の他方の端部に樹脂部材を充填する、或いは、第２流路１７の他方の端部にネジ部材を取り付けることによって第２流路１７の他方の端部からのクーラントの漏れが防止される。

さらに、ポケット９から第２流路１７に向かって第３の孔加工を行うことにより、第３流路１９が形成される。以上の加工によって、流路１１を形成する事ができる。なお、上記する第１〜第３の孔加工は、必ずしもこの順番で行う必要はない。例えば、第３の孔加工、第２の孔加工、第１の孔加工の順番で行ってもよい。

本実施形態のホルダ３においては、第３流路１９の内径は、第２流路１７の内径よりも小さい。第３流路１９の内径が第２流路１７の内径よりも小さいことによって、第３流路１９を流れるクーラントに加わる圧力を高めることができるので、ポケット９から噴射されるクーラントの勢いを高めることができる。

また、本実施形態のホルダ３のように、孔加工によって第２流路１７及び第３流路１９が形成される場合には、安定して流路１１を形成することが可能になる。第２流路１７と第３流路１９の内径が同じである場合においては、加工孔の位置ずれを回避するために第２流路１７と第３流路１９とを接続する際に高い加工精度が要求される。

一方、本実施形態のように第３流路１９の内径が第２流路１７の内径よりも小さいことによって、第２流路１７と第３流路１９とを接続する際に高い加工精度が要求されなくて済む。具体的には、第２流路１７の内径と第３流路１９の内径との差程度の位置ずれが生じても、第２流路１７と第３流路１９との接続に支障が生じなくて済む。そのため、流路１１の形成が容易になる。

本実施形態のホルダ３において、図７に示すように、第１流路１５及び第２流路１７に直交する方向から側面透視または断面視した場合における第１流路１５と第２流路１７のなす角度をθ２とする。また、図８に示すように、第１流路１５及び第３流路１９に直交する方向から側面透視または断面視した場合における第１流路１５と第３流路１９のなす角度をθ３とする。このとき、角度θ３が角度θ２よりも大きい。

上記の通り、先端面の側から透視した場合において、第３流路１９が第２流路１７からさらに中心軸Ｏの回転方向Ｘの後方側に向かって延びていることから、ラジアルレーキ角が大きくなる場合であっても、インサート５の切刃１３の辺りに向かって安定してクーラ
ントを噴射することが可能になる。さらに、角度θ３が角度θ２よりも大きいことによって、ポケット９に装着されるインサート５のアキシャルレーキ角が大きい場合であっても、インサート５の切刃１３の辺りに向かって安定してクーラントを噴射することが可能になる。角度θ２は、例えば、９０〜１７５°程度に設定される。また、角度θ３は、例えば、１３５〜１７９°程度に設定される。

このとき、切刃１３の辺りに向かってクーラントを噴射するために、側面透視した場合において、第３流路１９の延長線上に切刃１３が位置するように角度θ３が設定されることが望ましい。

なお、本実施形態においては、第２流路１７を形成する孔加工として、本体部７の外周面に開口し、孔底が第３流路１９に繋がり、孔の途中が第１流路１５に繋がるように孔を形成する形態が示されているが、特にこのような形態に限定されるものではない。例えば、本体部７の外周面に開口し、孔底が第１流路１５に繋がり、孔の途中が第３流路１９に繋がるように孔を形成する形態であってもよい。ただし、第３流路１９の他方の端部と本体部７の外周面との間の肉厚が、第１流路１５と本体部７の外周面との間の肉厚よりも薄いため、本実施形態のように、本体部７の外周面に開口し、孔底が第３流路１９に繋がり、孔の途中が第１流路１５に繋がるように孔を形成する形態が好ましい。

ホルダ３における複数のポケット９には、それぞれインサート５が装着される。インサート５は、上面、下面、側面、切刃１３及び貫通孔を有している。切刃１３は、上面と側面とが交差する稜線に設けられた上切刃と、下面と側面とが交差する稜線に設けられた下切刃とによって構成されている。切刃１３は切削加工において被削材を切削するために用いられる。切削加工時には、上切刃及び下切刃のいずれか一方が使用される。

貫通孔は、上面の中心から下面の中心にかけて形成されている。貫通孔は、インサート５をホルダ３にネジ止め固定する際にネジ２７を挿入するために設けられている。なお、インサート５をホルダ３に固定する方法としては、ネジ止め固定による方法に代えて、クランプ構造を用いた方法を採用してもよい。

インサート５の材質としては、例えば、超硬合金あるいはサーメットなどが挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト（Ｃｏ）の粉末を加えて焼結して生成されるＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｃｏに炭化チタン（ＴｉＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ、あるいはＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏに炭化タンタル（ＴａＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏがある。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料であり、具体的には、炭化チタン（ＴｉＣ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）を主成分としたチタン化合物が挙げられる。

インサート５の表面は、化学蒸着（ＣＶＤ）法または物理蒸着（ＰＶＤ）法を用いて被膜でコーティングされていてもよい。被膜の組成としては、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）またはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などが挙げられる。

＜切削加工物の製造方法＞
次に、本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法について図１３〜１５を用いて説明する。図１３〜１５は、切削加工物の製造方法を示している。なお、図１３〜１５の二点鎖線は、切削工具１の中心軸Ｏを示している。切削加工物は、被削材１０１を切削加工することによって作製される。本実施形態における切削方法は、以下の工程を備えている。すなわち、
（１）上記実施形態に代表される切削工具１を回転させる工程と、
（２）回転している切削工具１における切刃１３を被削材２０１に接触させる工程と、
（３）切削工具１を被削材１０１から離す工程と、
を備えている。

より具体的には、まず、切削工具１を中心軸Ｏの周りで回転させながら被削材１０１に相対的に近付ける。次に、図１４に示すように、切削工具１の切刃１３を被削材１０１に接触させて、被削材１０１を切削する。そして、図１５に示すように、切削工具１を被削材１０１から相対的に遠ざける。

本実施形態においては、被削材１０１を固定するとともに切削工具１を近付けている。また、図１３〜１５においては、被削材１０１を固定するとともに切削工具１を中心軸Ｏの周りで回転させている。また、図１５においては、被削材１０１を固定するとともに切削工具１を遠ざけている。なお、本実施形態の製造方法における切削加工では、それぞれの工程において、被削材１０１を固定するとともに切削工具１を動かしているが、当然ながらこのような形態に限定されるものではない。

例えば、（１）の工程において、被削材１０１を切削工具１に近付けてもよい。同様に、（３）の工程において、被削材１０１を切削工具１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、切削工具１を回転させた状態を維持して、被削材１０１の異なる箇所にインサート１の切刃１３を接触させる工程を繰り返せばよい。使用している切刃が摩耗した際には、未使用の切刃を用いればよい。例えば、上切刃が摩耗した際には、上下を反転させて下切刃を用いればよい。なお、被削材１０１の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄または非鉄金属などが挙げられる。

１・・・切削工具
３・・・ホルダ
５・・・切削インサート（インサート）
７・・・本体部
９・・・インサートポケット（ポケット）
１１・・・流路
１３・・・切刃
１５・・・第１流路
１７・・・第２流路
１９・・・第３流路
２１・・・第１領域
２３・・・第２領域
２５・・・シール部材
２７・・・ネジ
１０１・・・被削材

Claims (6)

1. 中心軸に沿って延び、前記中心軸の周りで回転される棒形状の本体部と、
   該本体部の先端面及び外周面に開口し、切削インサートが装着されるインサートポケットと、
   前記本体部の内部に設けられ、前記本体部の後端面から前記インサートポケットに向かって冷却液が流れる流路とを備えたホルダであって、
   前記流路は、
   前記中心軸に沿って前記後端面から前記先端面に向かって設けられた直線形状の第１流路と、
   該第１流路に繋がっており、前記第１流路から前記外周面に向かって設けられた直線形状の第２流路と、
   該第２流路に繋がっており、前記第２流路から前記インサートポケットにかけて設けられた直線形状の第３流路とを有し、
   前記流路を前記先端面の側から透視した場合において、前記第３流路は、前記第２流路からさらに前記中心軸の回転方向の後方側に向かって延びていることを特徴とするホルダ。
2. 前記第１流路及び前記第３流路に直交する方向から側面透視した場合における前記第１流路と前記第３流路のなす角度が、前記第１流路及び前記第２流路に直交する方向から側面透視した場合における前記第１流路と前記第２流路のなす角度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のホルダ。
3. 前記第２流路は、一方の端部が前記第３流路に繋がっているとともに、他方の端部が前記外周面に開口しており、
   前記外周面に開口する前記他方の端部を塞ぐシール部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のホルダ。
4. 前記第３流路の内径は、前記第２流路の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のホルダ。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のホルダと、
   前記ホルダの前記インサートポケットに装着された、切刃を有する切削インサートとを備えた切削工具。
6. 請求項５に記載の切削工具を前記中心軸の周りで回転させる工程と、
   回転している前記切削工具における前記切刃を被削材に接触させる工程と、
   前記切削工具を前記被削材から離す工程とを備えた切削加工物の製造方法。

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