JP4473112B2 - 切削工具とその部品及び切削工具の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１の態様では、リッジの傾斜したフランク面によって形成された溝によって間隔を隔てられた、断面がほぼＶ型の１組のリッジをそれぞれ別個に有する鋸歯状接続面を介して相互接続可能な２つの部品を備えている種類の切屑除去機械加工を目的とする切削工具に関する。

上記で一般に言及した種類の工具は、通常、鋼、アルミニウム、チタン等といった金属の加工物を機械加工するために使用される。工具は、例えば旋削の場合のように固定式に設置されることもあり、また、例えばフライス加工又は穿孔の場合のように回転式に装着されることもある。工具に含まれる、鋸歯状接続面を介して相互接続可能な部品は、通常、本体（シムプレートのこともある）と、１つ以上の切削インサートとからなる。切削インサートは、ホルダの役目を果たす本体よりも耐用寿命がかなり短い消耗品であるので、交換が可能なように脱着式に本体に取り付けられている。適用分野に応じて、切削インサートは非常に大きく変化する形状を有してもよい。よくある実施形態は、上面と、下面と、それらの間に延び逃げ面の役目を果たす少なくとも１つの側面又は円周面とを有し、上面と逃げ面との間の移行部に１つかそれ以上の刃先が形成される種類の平坦な多角形又は円形の切削インサートからなる。他の切削体は、回転式のいわゆるルーズトップすなわち回転対称性の包絡面を有しその上に刃先が形成された種類の切削ヘッドからなるものでもよい。上記切削体は例えば、ドリル、底フライス等に見られる。

これまで、可能な限り堅固かつ確実に切削インサート又は切削体を本体に接続することが常に求められてきた。以前は、従来の平面切削インサートは例外なく平滑な下面を備えて形成されており、切削インサートは、切削インサートの下面が押し付けられる平面の底部と、切削インサートの側面が押し付けられる１つ以上の側方支持面とを有する台座すなわちいわゆるインサート座部に装着していた。しかしながら、最近では、初めに言及した種類の協働する鋸歯状接続面が工具業界で採用され始めている。

特許文献では、鋸歯状接続面の様々な実施形態がかなり多数記述されている。例えば、米国特許第６，１０２，６３０号、国際公開第９９／１９１０４号、国際公開第９９／１０１０５号、国際公開第９７／１６２７６号、スウェーデン特許第９７０２５００−１号、オーストラリア特許第２１３，９２５号、米国特許第５，８１０，５１８号、国際公開第０２／０５５２４３号及び国際公開第０３／０８０２８０号を参照されたい。これらの文献から公知の鋸歯状接続に共通しているのは、リッジと溝が、一方で、全ての溝の底部が長手方向範囲全体に沿って配置された第２の平面に平行な共通の第１の平面に全てのリッジの稜部が配置されるような等しい高さであり、もう一方で、溝の両側のリッジのフランク面又はフランクが（平面かあるいは部分的に湾曲しているかにかかわらず）溝の全長に沿って互いに平行に延びるような等しい幅であるということである。このことが意味するのは、実際には、工具の部品を接続した時に互いにくさび状に係合する協働するリッジが、リッジ又はフランクの長手方向範囲全体にわたる面接触又は線接触を得るということである。

米国特許第６，１０２，６３０号 国際公開第９９／１９１０４号 国際公開第９９／１０１０５号 国際公開第９７／１６２７６号 スウェーデン特許第９７０２５００−１号 オーストラリア特許第２１３，９２５号 米国特許第５，８１０，５１８号 国際公開第０２／０５５２４３号 国際公開第０３／０８０２８０号

理論的には、各接続面のリッジのフランクはその長手方向範囲全体にわたって理想的な平面又は直線であり互いに、かつ接続界面の協働するリッジに対して正確な角度と位置に配置されている。しかしながら、工具の本体と切削インサートの実際の製造（異なる場所で行われることもある）においては、小さな形状の欠陥や寸法偏差が生じることがあり、切削インサートを本体のインサート座部に設置する際に接続面を互いに係合する場合に、リッジのフランクの間の接触位置又は面を制御不能で不満足な形で確立することを強いられる。なお、例えば、切削インサートに含まれる１つ以上のリッジのフランクの一方又はフランクの両方が、インサート座部の接続面に含まれる付近のリッジの上部とだけ部分的に接触するという理由から、接続界面での実際のフランクの接触が不規則で予測不可能な形で起こることがある。このため、とりわけ、インサート座部のリッジの稜部の材料が変形するという理由から、切削インサートとインサート座部との間の界面の完全な剪断が起こることがある。さらに、時には近くのフランクが異なる角度を得ることによってそれらの間に間隙が生じるような角変位が起こることもある。また、分割誤差が存在することもある。界面のリッジ間の制御不能で幾分劣った接触の結果は、工具が高い回転速度で動作する場合に危険になることがある。例えば、切削インサートを締め付けるように配置したねじにかなり大きな引張荷重がかかり、それぞれの接続面のリッジが互いに移動する結果ねじが伸長することがあり、これはねじが破損して切削インサートが本体から外れることにつながりかねない。また、切削インサートにおいて、通常硬質材料のリッジがひび割れることもある。

本発明は、第１の態様では、従来の技術の上記の欠点を回避し、改良された切削工具を提供することを目的とする。従って、本発明の主要な目的は、正確に言うと、わずかな製造上の欠陥の結果、切削インサートがインサート座部に不正確に配置される危険を最小化することによって精度を改善した接続界面を有する切削工具を提供することである。換言すれば、鋸歯状接続面によって切削インサートを安定して幾何学的に明確な形でインサート座部に固定する。さらなる目的は、使用中にひび割れたり分割したりする大きな危険をもたらすことなく比較的薄い切削インサートを製造できるようにする接続界面を有する工具を提供することである。本発明のまた別の目的は、接続面を必ずしも研磨しなくとも切削インサートが正確に固定できる切削工具を提供することである。

本発明によれば、少なくとも主要な目的は、請求項１の特徴部分に記載の特徴によって達成される。さらに、本発明による切削工具の好適実施形態は従属請求項２〜９に記載する。

また、本発明は、第２の態様では、本体及び／又はその本体用のシムプレートの形態の工具部品に関する。この工具部品の特徴は請求項１０に見られる。

本発明は、第３の態様では、切削インサートの形態の追加工具部品に関する。本発明による切削インサートの特徴は請求項１１に見られる。

さらに、本発明は、切削工具用の対象となる種類の鋸歯状接続面を製造する方法に関する。この方法の特徴は請求項１２に見られる。

図１では、カッタヘッドの形態の本体１と、いくつかの切削インサート２とを含む、フライスとして実施されている回転切削工具を示す。図を簡単にするため、切削インサートを１つだけ図示しているが、実際のフライスは、周辺に沿って間隔を開けて配置した複数の切削インサートを備えている。個々の切削インサート２は、本体の周辺の切屑ポケット４に隣接して形成した、参照番号３として示すインサート座部に設置する。インサート座部３は鋸歯状の第１の接続面からなる。この接続面は、切削インサート２の下側に形成した第２の鋸歯状接続面５と協働するように配置されている。接続面３、５は、各々、複数の溝によって間隔を隔てられた、断面がほぼＶ型の１組のリッジを備えている。図２では、接続面３の複数のリッジを参照番号６として示し、中間の溝又は刻み目を参照番号７として示している。接続面５のリッジを参照番号８として示し、中間の溝を参照番号９として示している。図示した例では、切削インサートはねじ１０によって固定する。このねじ１０は、切削インサートの貫通穴１１内に取り付けられ、接続面３に開けた雌ねじ付きの穴１２に締め付けられる。

図３では、接続面５の個々の溝９が、付近の２つのリッジ８の対向する２つのフランク面又はフランク１３によって形成されている様子が分かる。個々のリッジの稜部を参照番号１４として示し、溝の底部を参照番号１５として示す。フランク同士の間の角度は本質的には変化してもよいが、実際には通常約６０°となる。

これまで公知の接続界面では、複数のリッジの全長にわたった面接触を提供する目的で溝の全長に沿って平面のフランク面を備えた溝を形成している。この技術の例外は、上記で言及した国際公開第０２／０５５２４３号で開示されたものであり、これは鋸歯状接続に関し、この接続において、リッジのフランクは、協働する複数のリッジ間の明確な線接触を提供する目的でフランクに沿って軸線方向に延びている湾曲した弦状の部分を備えて形成される。しかしながら、この場合でも、断面が湾曲した弦部分は、対応するリッジの全長に沿って延びている。

本発明の特徴は、相互に溝を形成している、２つのフランク面の少なくとも１つが、フランク面に沿って間隔を開けて配置した２つ以上の接触支持面と、その間の逃げ面（非接触面）とを備えて形成されることである。すなわち、図３〜図８では、本体のインサート座部を形成する接続面３が、中間の溝７によって間隔を隔てられた、ほぼ直線状の複数のリッジ６を備えて形成される様子を例示している。個々のリッジ６は、各々、対向する２つのフランク又はフランク面１８を有する。接続面３のリッジと溝は、リッジ８と溝９のように、断面が台形でもよいが、リッジ６の稜部１９と溝の底部２０は曲線形状とする。さらに正確に言うと、稜部１９は凸状に湾曲し、底面２０は凹状に湾曲している。図４に見られるように、それぞれリッジの深さＤ１と溝の深さＤ２は、相互に、かつフランクの角度に対して、接続面が互いに係合する時にリッジが対応する溝の底部に達しないようなものである（図４参照）。

ここで、図５〜図８を参照すると、インサート座部の役目を果たす接続面３が軸線方向に間隔を開けて配置した複数の区間Ｃ及びＤを有し、図５〜８において、リッジ６と溝７とが様々な形で形成されている。さらに正確に言うと、各区間Ｃの参照番号１８ａとして示すフランク面は平面であり、個々の区間Ｃの長手方向範囲全体に沿って相互に平行である。このことが意味するのは、リッジの稜部１９ａだけでなく溝の底部２０ａも真っ直ぐであり、一方では個々の区間Ｃの全ての稜部１９ａに共通な平面Ｅに位置し（図８参照）、もう一方では全ての底部２０ａに共通で平面Ｅと平行だがそれに対して低い平面Ｆに位置しているということである。実際には、接続面３は、参照番号２１として概略図を示した種類のフライスによるフライス加工によって形成すればよい。個々の区間Ｃの上を通る時、前記フライスは、図５で矢印Ｇによって概略を示したように、稜部１９ａの平面Ｅと平行な平面内で移動する。しかしながら、個々の区間Ｄを通る時は、フライス２１は矢印Ｈによって概略を示したようなわずかに弓形の経路を移動する。こうすれば、区間Ｄでは、溝の底面２０ｂだけでなくリッジのフランク面１８ｂも、区間Ｃの対応する面２０ａ、１８ａに対して低くなっている。このことが意味するのは、各区間Ｄのフランク面１８ｂが逃げ面を形成し、フランク面１８ａが接触支持面を形成するということである。換言すると、この例では、切削インサート２の接続面５のリッジ８の真っ直ぐで平面のフランク面１３は、フランク面１８ａと接触するが、逃げ面１８ｂとは接触しないということである。

図５及び図６に示すフライス２１は、溝７を形成するいくつかのリング又はカム２２と、いくつかの中間のくびれ部２３とを有する。カム２２はｄ_１の外径を有し、くびれ部２３の内径はｄ_２となる。図示した例では、フライスの半径の差（ｄ_２／２ − ｄ_１／２）が溝の深さに対応する。このことが意味するのは、個々の区間Ｄでは、溝の底部２０ｂだけでなくリッジの稜部１９ｂも弓状になるということである（図５参照）。しかしながら、これに関連して、くびれ部２３がリッジの稜部に接触しないように、くびれ部２３の直径を縮小することも可能だということを指摘しておきたい。こうして、区間Ｄに低くなっている逃げ面１８ｂが形成されるにもかかわらず、リッジの稜部１９ａ、１９ｂは、区間Ｃと区間Ｄとに沿った１つの同じ平面Ｅに位置することができる。

図８に見られるように、（個々の区間Ｄの両端の間のほぼ中間の）底面２０ｂの最も深い位置の点は、平面Ｅ及びＦと平行な共通の平面Ｉにある。本発明の好適実施形態によれば、逃げ面１８ｂは、個々の接触支持面１８ａより大きな長手方向範囲を有してもよい。このことは、リッジの軸線方向範囲で区間Ｄの長さが個々の区間Ｃの長さより３０〜４０％大きいことを示す図５及び図６に見られる。

最小限、個々の接続面は、リッジが平面の接触支持面１８ａを有する２つの間隔を開けて配置した区間Ｃと、逃げ面１８ｂを有するリッジを備えている中間の区間Ｄとを有する。しかしながら、実際には、軸線方向に間隔を開けて配置した複数の逃げ面をリッジに沿って形成してもよい。

ここで、個々の溝に隣接するフランクを平滑な接触支持面と異なる形で形成する方法を例示する図９及び図１０を例示する。すなわち、溝の一方の（右）側のフランクは、相互間に底部２６がある横方向に間隔を開けて配置された２つの隆起２４、２５を備えて形成される。区間Ｃでは、同じ隆起部上の平面の外側面２４’、２５’は、逃げ面の役目を果たす底部２６によって横に間隔を隔てられた接触支持面を形成する。溝の反対側のフランクは、平面の中間接触支持面２７’を有する長手方向突起２７を備えて形成されるが、中間接触支持面２７’は、前に説明した例示実施形態の対応するフランク面より細い。すなわち、図９及び図１０に示す実施形態では、協働する鋸歯状接続面のリッジが溝に係合する時に、個々の区間Ｃで各々面２４’、２５’及び２７’に対して３点の当接が得られる。

図９及び図１０による実施形態は工具の切削インサートに（その圧縮成形に関連して）有利に適用すればよいが、インサート座部の役目を果たす鋸歯状接続面側に存在してもよい。

発明の利点
本発明により、２つの鋸歯状接続面の１つを、接触支持面とその間の逃げ面とを交互に備えるように形成することで、製造に関連して発生しうる種類のわずかな形状の欠陥を補償する。すなわち、切削インサートの製造に関連した形状の欠陥は、インサート座部の役目を果たす鋸歯状接続面をリッジのフランクの逃げ面を備えて形成することで補償すればよい。本発明による設計は、上記で説明したように、逃げ面を接触支持面より長くする場合に特に有利となる。２つの協働する接続面の間の実際の接触は、逃げ面に沿ってではなく、専ら接触を目的とした接触支持面に沿って確立されるので、それぞれの接続面のリッジの間に安定して幾何学的に明確な係合が保証される。

発明の可能な修正
本発明は上記で説明し図面で示した実施形態だけに制限されない。すなわち、逃げ面は、図５及び図６で例示した種類のフライスによる方法とは別の方法で提供してもよい。例えば、個々の逃げ面は、対象となる工具部品の材料の研磨、放電加工及び／又は圧縮成形によって形成してもよい。これに関連して、本発明は鋼等から製造した本体のインサート座部の逃げ面の設計に制限されないことを指摘しておきたい。すなわち、超硬合金の切削インサート及び／又は鋼又は超硬合金のシムプレートに見られる接続面も、請求項１に記載の種類の逃げ面を備えて形成してもよい。さらに、個々の溝に隣接する２つのフランクの１つだけを、（軸線方向に間隔を開けて配置した）１つ以上の逃げ面を備えて形成し、反対側のフランクは全体を接触支持面として形成することも可能である。説明した第１の例示実施形態では、溝の底部がわずかに弓形になっているということ、すなわち、さらに正確に言えば、フライスが個々の区間Ｄを通過する際、連続的に最も深い点まで下降して底から再び連続的に上昇する（弓形の経路Ｈを対照されたい）ということによって逃げ面を提供する。本発明の範囲内で、フライスが表面の対象となる区間を通過する時工具部品の表面材料の中でフライスをかなり急峻に（例えば９０°の角度で）下降させその後同様に急峻に上昇させることももちろん可能である。また、本発明の範囲内で、リッジの稜部と溝の底部のどちらも弓形又は他の形で低くすることなく逃げ面を形成することも可能である。この場合、溝を横方向に広げる必要があり、専らそれを該当するフランク面で実行する。図面に示す接触支持面は平面であるが、別の形状を有してもよい。例えば、フランク面は凸状に湾曲してもよい。最後に、本発明は例示実施形態のような直線形状を有しないリッジと溝を備えた鋸歯状接続面にも適用可能であることを強調したい。すなわち、国際公開第０３／０８０２８０号に記載したように湾曲したリッジと溝を備えた鋸歯状接続面も、本発明による交互に配置した支持面と逃げ面を備えて形成してもよい。

フライスの形態の切削工具の概略斜視図である。 工具の本体に含まれるインサート座部から間隔を開けて配置した切削インサートを示す拡大斜視分解図である。 それぞれ切削インサートとインサート座部とに含まれる、協働する２つの鋸歯状接続面を示すさらに拡大した断面図である。 接続状態にある切削インサートと本体との間の界面を示す断面図である。 インサート座部の鋸歯状接続面を通る拡大縦断面図である。 同じ鋸歯状接続面を上から見た部分平面図と、その面を機械加工するフライスの概略図とを併記した図である。 図６の線Ａ−Ａに沿った拡大断面図である。 図６の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 代替実施形態の鋸歯状接続面を示す図７に対応する断面図である。 図９による実施形態を示す図８に対応する断面図である。

符号の説明

１ 工具本体
２ 切削インサート
３ インサート座部
４ 切屑ポケット
５ 鋸歯状接続面
６ リッジ
７ 溝
８ リッジ
９ 溝
１０ ねじ
１１ 穴
１２ ねじ付きの穴
１３ フランク面
１４ 稜部
１５ 底部
１８ フランク面
１８ａ 接触支持面
１８ｂ 逃げ面
１９ 稜部
２０ 底部
２１ 機械加工用フライス
２２ カム
２３ くびれ部
２４ 隆起
２５ 隆起
２６ 底部
２７ 突起

Claims (10)

1. 断面がほぼＶ型の１組のリッジ（６、８）の傾斜したフランク（１３、１８）によって形成された溝（７、９）によって間隔を隔てられた、リッジ（６、８）をそれぞれ別個に含む鋸歯状接続面（３、５）を介して相互接続可能な２つの部品（１、２）を備え、前記１組のリッジは細長くて互いに平行である、切削工具において、
   相互に溝（７）を形成する２つの前記フランクの少なくとも１つが、前記フランクを幾何学的に形成している共通の平面に位置している、間隔を開けて配置されている２つ以上の接触支持面（１８ａ、２４’、２５’）と、それら接触支持面の間でかつこれら接触支持面よりも低い１つ以上の非接触面（１８ｂ、２６）とを備えて形成されることを特徴とする切削工具。
2. 前記接触支持面（１８ａ）が前記溝の長手方向範囲に沿って間隔を開けて配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の切削工具。
3. 個々の前記非接触面（１８ｂ）が凹状に湾曲した基本的形状であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の切削工具。
4. 個々の溝（７）を形成する前記２つのフランクの１つが、各々少なくとも２つの接触支持面（１８ａ）と、それらの間の非接触面（１８ｂ）とを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の切削工具。
5. 前記リッジ（６）の稜部（１９ａ）が共通の第１の平面（Ｅ）に位置する切削工具において、
   前記非接触面（１８ｂ）が、ほぼ波型であり、さらに正確に言うと、底部の前記接触支持面（１８ａ）に接続する部分の面（２０ａ）が真っ直ぐで前記第１の平面（Ｅ）に平行な第２の平面（Ｆ）に位置する一方、底部の前記非接触面（１８ｂ）に接続する部分の面（２０ｂ）がより深い位置にあるような前記溝（７）の底部によって形成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載の切削工具。
6. 前記底部の前記フランク面の前記非接触面（１８ｂ）に接続する部分の面（２０ｂ）が軸線方向に弓形であることを特徴とする、請求項５に記載の切削工具。
7. 前記リッジに沿った前記非接触面（１８ｂ）の長手方向範囲が個々の前記接触支持面（１８ａ）の対応する長手方向範囲より大きいことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の切削工具。
8. 個々のリッジのフランクが、横方向に間隔を開けた２つの細長い接触支持面（２４’、２５’）を備えて形成され、かつこれら２つの細長い接触支持面の間でこれら接触支持面よりも低い非接触面（２６）が、前記接触支持面と平行に延びていることを特徴とする、請求項１に記載の切削工具。
9. 前記鋸歯状接続面（５）を有する底面を有する切削工具用の切削インサートであって、
   互いに平行に延びておりかつ断面がほぼＶ型の１組の細長いリッジは、前記１組のリッジの傾斜したフランクによって形成された溝によって間隔を隔てられている、切削インサートにおいて、
   相互に溝を形成する２つのフランクの少なくとも１つが、前記フランクを幾何学的に形成している共通の平面に位置している、間隔を開けて配置された２つ以上の接触支持面と、これら接触支持面の間でこれら接触支持面よりも低い１つ以上の非接触面とを備えて形成されることを特徴とする切削インサート。
10. 切削工具用の鋸歯状の接続面を製造する方法であって、前記接続面は、１組の細長いリッジを有する種類であり、前記リッジは、前記リッジのフランクによって形成される溝（７）によって間隔を開けて配置されている、方法において、
    前記溝（７）が切削工具（２１）によって形成され、
    ２つ以上の相同の接触支持面（１８ａ）の間で、前記接触支持面（１８ａ）より低い、のほぼ凹状に湾曲した非接触面（１８ｂ）を提供するために、前記切削工具は、
    機械加工の際に、断面がＶ型の溝を残し、加工物の外面に沿って加工物を通過する際、前記外面に平行な直線の経路（Ｇ）と、前記加工物の内側のより深い位置にある経路（Ｈ）とを通ることを特徴とする方法。

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