JP4566260B2 - 工具内流路を有する工具 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に取付けられて工作物を加工するのに使用される、工具内流路を有する工具に関する。

特許文献１（特表２００５−５３２９１７号公報）には、工具の内部にチップ導出通路を形成して、工作物を加工するときに発生するチップ（切りくず）を空気とともに流すようにしたフライス工具が記載されている。
このフライス工具では、その先端のフライスヘッド（刃部）にギャップが形成されている。加工時に発生するチップは、ギャップ内に吸引されてチップ導出通路内に入ったのちに排出されるようになっている。
特表２００５−５３２９１７号公報

特許文献１に記載のフライス工具は、工具径が大きい場合にはギャップも大きくなり、このギャップから吸引される空気量も多くなる。その結果、チップ導出通路内を流れる空気の流速は速くなり、チップは、空気とともに吸引されてチップ導出通路内を良好に排出される。
ところが、フライス工具の工具径が小さいと、ギャップの断面積も小さくなるので、ここを流れる流量も少なくなる。すると、チップ導出通路内の空気の流速も遅くなって、吸引力が低下する。その結果、ギャップから空気とともに吸引されたチップがチップ導出通路内に次第に堆積して、チップを良好に排出するのが困難になる恐れがあった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、工具径の大小にかかわらず、工具内流路を適切な流速で流れて切りくずを吸引する空気によって、切りくずがこの工具内流路に堆積することなく良好に排出される、工具内流路を有する工具を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明にかかる工具内流路を有する工具は、シャンクに刃部が保持され、この刃部で工作物を加工するときに発生する切りくずを空気とともに吸引するための工具内流路が工具内部に形成された工具であって、この工具に形成された前記工具内流路は、前記シャンク内に形成された貫通孔と、前記空気とともに前記切りくずを吸い込むために前記刃部に形成され、前記貫通孔と連通する少なくとも１つの主流入孔と、少なくとも空気（前記切りくずを含む空気、または、前記切りくずを含まない空気）を吸い込むために前記シャンクに形成され、前記貫通孔と連通する少なくとも１つの補助流入孔とを備えている。
前記補助流入孔の補助中心軸線は、前記貫通孔の主中心軸線に対して所定角度傾斜しており、前記補助流入孔を流れる前記空気は、前記貫通孔を流れる前記空気の流れに沿って斜めに流れて合流するのが好ましい。
前記補助流入孔は前記シャンクに周方向に関して均等に複数形成されており、この補助流入孔の複数の前記補助中心軸線は、前記主中心軸線上の一つの点で交わっているのが好ましい。
なお、前記補助流入孔は前記シャンクに周方向に関して均等に複数形成されており、この補助流入孔の複数の前記補助中心軸線は前記主中心軸線に対して均等に偏心し、且つ前記補助中心軸線同士は互いに食い違っている場合であってもよい。
前記シャンクは、前記刃部が取付けられた小径部と、工具ホルダに取付けられる大径部と、この大径部と前記小径部との間に形成されたテーパ部とを有し、このテーパ部に開口する複数の前記補助流入孔が、前記シャンクの周方向に関して均等に配置されているのが好ましい。
前記補助流入孔の各断面積は、前記主流入孔の各断面積に対応した所定値に設定されているのが好ましい。

本発明にかかる工具内流路を有する工具は、上述のように構成したので、工具径の大小にかかわらず、工具内流路を適切な流速で流れて切りくずを吸引する空気によって、切りくずが、この工具内流路に堆積することなく良好に排出される。

本発明にかかる工具内流路を有する工具のシャンクには、刃部が保持されている。この刃部で工作物を加工するときに発生する切りくずを空気とともに吸引するための工具内流路が、工具内部に形成されている。
工具内流路は、シャンク内に形成された貫通孔と、空気とともに切りくずを吸い込むために刃部に形成され、貫通孔と連通する少なくとも１つの主流入孔と、少なくとも空気（すなわち、空気と切りくずの両方または空気のみ）を吸い込むためにシャンクに形成され、貫通孔と連通する少なくとも１つの補助流入孔とを備えている。
これにより、工具径の大小にかかわらず、工具内流路を適切な流速で流れて切りくずを吸引する空気によって、切りくずをこの工具内流路に堆積させることなく良好に排出するという目的が実現される。
本発明にかかる工具内流路を有する工具は、マシニングセンタに使用される工具（たとえば、回転工具）の他に、旋盤，複合加工機，旋削盤などの工作機械に使用される回転工具や、回転しない旋削工具などであってもよい。

以下、本発明にかかる実施例を、図１ないし図６を参照して説明する。
図１は、本発明の工具５，５ａによる加工状態を示すマシニングセンタの部分断面図である。図２は、一実施例にかかる工具５の拡大図、図３は図２のIII線矢視図、図４は、図２に示す工具５を別の方向から見たときの断面図である。図５は、変形例にかかる工具５ａの拡大図で、図２相当図である。図６は、図５のVI線矢視図で、図３相当図である。

図１ないし図６において、本実施例にかかる工作機械１はマシニングセンタである。工作機械１の主軸頭２は、主軸３を回転可能に支持している。工具５（または、工具５ａ）は、工具内流路４を有しており、主軸３に着脱可能に取付けられた工具ホルダ６に装着されている。この工具５，５ａを回転させて、テーブル７に載置されている工作物８を切削加工する。
工具５，５ａにおいて、シャンク２０には刃部２１が保持されている。工具内流路４は、刃部２１で工作物８を加工するときに発生する切りくず２２を空気２３とともに吸引するために、工具５，５ａの内部に形成されている。
工具内流路４は、シャンク２０内に形成された貫通孔２４と、空気２３とともに切りくず２２を吸い込むために刃部２１に形成され、貫通孔２４と連通する少なくとも１つ（本実施例では、２つ）の主流入孔２５と、空気２３とともに切りくず２２（または、空気２３のみ）を吸い込むためにシャンク２０に形成され、貫通孔２４と連通する少なくとも１つ（本実施例では、４つ）の補助流入孔２６（または、補助流入孔２６ａ）とを備えている。

工具５，５ａの工具内流路４を流れた空気２３と切りくず２２は、工具ホルダ６内の流路１１，主軸３のドローバー１２内の流路１３，主軸３および主軸頭２に形成された排出用流路１４の順に流れて、吸引装置１５に流れ込む。
吸引装置１５は、工具５，５ａで空気２３と切りくず２２を吸引するための真空ポンプと、空気２３により運ばれてきた切りくず２２を捕集するための捕集装置とを有している。

工具５，５ａの工具径が大きい場合には、主流入孔２５の断面積も大きいので、主流入孔２５から流入する空気２３の流量も多くなる。その結果、工具内流路４を流れ、切りくず２２を含む空気２３の流速が速くなって強い吸引力を発揮するので、切りくず２２は、工具内流路４に堆積することなく良好に排出される。
ところが、工具５，５ａの工具径が小さいと、主流入孔２５の断面積が小さくなって、主流入孔２５から流入する空気２３の流量は少なくなる。主流入孔２５の断面積より貫通孔２４の断面積の方が大きいのが一般的である。その結果、主流入孔２５から流入した空気２３と切りくず２２の流速は、貫通孔２４では遅くなるので、切りくず２２は貫通孔２４で滞留して堆積し易くなる。

そこで、本発明では、工具５，５ａのシャンク２０に補助流入孔２６，２６ａを設け、この補助流入孔２６，２６ａから少なくとも空気２３（切りくず２２を含む空気２３、または、切りくず２２を含まない空気２３）が吸引されて貫通孔２４内の空気２３と合流するようにした。
その結果、工具内流路４の空気２３の流速が速くなって、適正な吸引力が発揮される。これにより、主流入孔２５から空気２３とともに流入した切りくず２２は、流速の速い空気２３とともに流れる。
したがって、工具５，５ａでは、工具径の大小にかかわらず、工具内流路４を適切な流速で流れて切りくず２２を吸引する空気２３によって、切りくず２２が、工具内流路４に堆積することなく良好に排出される。

補助流入孔２６，２６ａの補助中心軸線ＣＬ2は、貫通孔２４の主中心軸線ＣＬ1に対して所定角度θ（好ましくは、角度θ＝１０度）傾斜している。補助流入孔２６，２６ａを流れる空気２３（たとえば、切りくず２２を含む空気２３）は、貫通孔２４を流れる空気２３の流れに沿って斜めに流れて合流するようになっている。
このようにして、補助流入孔２６，２６ａが貫通孔２４に対して傾斜しており、補助流入孔２６，２６ａを流れる空気２３と切りくず２２が、貫通孔２４を流れる空気にスムーズに合流する。したがって、貫通孔２４内で空気２３が逆流する恐れが少なくなる。その結果、貫通孔２４で切りくず２２が滞留する恐れは少ない。

図１ないし図４に示す工具５において、補助流入孔２６は、シャンク２０に周方向（ここでは、円周方向）に関して均等に複数（本実施例では、４つ）形成されている。また、補助流入孔２６の複数の補助中心軸線ＣＬ2は、主中心軸線ＣＬ1上の一つの点Ｐ1で交わっている。なお、補助流入孔２６の補助中心軸線ＣＬ2は、通常は直線であるが、曲線であってもよい。
このような工具５であれば、複数の補助流入孔２６を流れる空気２３と切りくず２２が、貫通孔２４を流れる空気２３と良好に合流することができる。したがって、空気２３や切りくず２２の逆流や滞留の恐れが少なくなり、空気２３と切りくず２２は、工具内流路４を排出方向に流れて、やがて外部にスムーズに排出される。
なお、工具５に形成された複数の補助流入孔２６の孔径は、通常は全部が同一寸法であるが、異なる寸法でもよい。たとえば、９０度ずつ離れて均等に配置された４つの補助流入孔２６のうち、１８０度離れて対向する２つの補助流入孔２６の孔径を大きくし、１８０度離れて対向する残りの２つの補助流入孔２６の孔径を小さくしてもよい。また、補助流入孔２６の数は、２つまたはその他の複数であってもよい。

図１，図５，図６に示す変形例にかかる工具５ａにおいて、補助流入孔２６ａは、シャンク２０に周方向（ここでは、円周方向）に関して均等に複数（本実施例では、４つ）形成されている。
補助流入孔２６ａの複数の補助中心軸線ＣＬ2は、主中心軸線ＣＬ1に対して均等に偏心し、且つ補助中心軸線ＣＬ2同士は互いに食い違っている。すなわち、各補助流入孔２６ａの補助中心軸線ＣＬ2は主中心軸線ＣＬ1と交わらず、また、複数の補助中心軸線ＣＬ2同士は平行でもなく且つ交わりもしない。なお、補助流入孔２６ａの補助中心軸線ＣＬ2は、通常は直線であるが、曲線であってもよい。
このように工具５ａでは、補助流入孔２６ａの複数の補助中心軸線ＣＬ2が、主中心軸線ＣＬ1に対して均等に偏心し、且つ補助中心軸線ＣＬ2同士が互いに食い違っているので、複数の補助流入孔２６ａを流れる空気２３と切りくず２２が、貫通孔２４に流れ出てこの貫通孔２４を流れる空気２３と合流すると、貫通孔２４で旋回状の渦が発生する。
すると、空気２３により運ばれてきた切りくず２２は、この渦により貫通孔２４内に吸引され、工具内流路４を排出方向に流れ、やがて外部にスムーズに排出される。このように、工具内流路４では旋回状の渦が発生してこの渦が下流側に移動するので、渦による吸引力が加わって、空気２３や切りくず２２の逆流や滞留の恐れはさらに少なくなる。
なお、工具５ａに形成された複数の補助流入孔２６ａの孔径は、通常は全部が同一寸法であるが、異なる寸法でもよい。たとえば、９０度ずつ離れて均等に配置された４つの補助流入孔２６ａのうち、１８０度離れて対向する２つの補助流入孔２６ａの孔径を大きくし、１８０度離れて対向する残りの２つの補助流入孔２６ａの孔径を小さくしてもよい。また、補助流入孔２６ａの数は、２つまたはその他の複数であってもよい。

さらに他の変形例として、工具５の補助流入孔２６と、工具５ａの補助流入孔２６ａとを組み合わせて、複数（たとえば、合計で４つ）の補助流入孔が形成された工具であってもよい。
たとえば、合計４つの補助流入孔のうち、対向する二つの補助流入孔２６は、シャンク２０に周方向（ここでは、円周方向）に関して１８０度離れて形成され、補助流入孔２６の二つの補助中心軸線ＣＬ2は、主中心軸線ＣＬ1上の一つの点Ｐ1で交わっている。
また、残りの２つの補助流入孔２６ａは、シャンク２０に周方向（ここでは、円周方向）に関して１８０度離れて形成され、補助流入孔２６ａの２つの補助中心軸線ＣＬ2は、主中心軸線ＣＬ1に対して均等に偏心し、且つ補助中心軸線ＣＬ2同士は互いに食い違っている。すなわち、各補助流入孔２６ａの補助中心軸線ＣＬ2は主中心軸線ＣＬ1と交わらず、また、二つの補助中心軸線ＣＬ2同士は平行でもなく且つ交わりもしない。
このような工具であれば、工具５，５ａと同じ作用効果を奏する。

図１ないし図６に示す工具５，５ａにおいて、小径部３０の貫通孔２４内で切りくず２２が滞留するのを防止するために、補助流入孔２６，２６ａは、刃部２１にできるだけ近づけて配置されている。これにより、主流入孔２５から吸引された切りくず２２が、主流入孔２５より広い断面積を有する小径部３０の貫通孔２４で堆積する恐れがなくなる。

シャンク２０は、刃部２１が取付けられた小径部３０と、工具ホルダ６に取付けられる大径部３１と、この大径部３１と小径部３０との間に形成されたテーパ部３２とを有している。テーパ部３２に開口する複数（本実施例では、４つ）の補助流入孔２６，２６ａが、シャンク２０の周方向（ここでは、円周方向）に関して均等に配置されている。
このようにして、補助流入孔２６，２６ａの開口部２７がテーパ部３２に配置されている。したがって、補助流入孔２６，２６ａをシャンク２０に穿設する際に、テーパ部３２の表面に対してほぼ直角方向またはそれに近い方向から補助流入孔２６，２６ａを形成することができるので、穿設作業が容易である。

補助流入孔２６，２６ａの各断面積は、主流入孔２５の各断面積に対応した所定値に設定されている。これにより、工具５，５ａの工具径に応じて、補助流入孔２６，２６ａから流入する空気２３の流量を適切に設定することができる。
よって、工具内流路４を流れる空気の流速により、切りくず２２を吸引するための吸引力を適切にして、切りくず２２が、工具内流路４に堆積することなく良好に排出される。

次に、工作機械１の動作について、図１ないし図６を参照して説明する。
主軸頭２に取付けられた主軸３により、工具ホルダ６の工具５，５ａを回転させる。テーブル７に載置された工作物８は非回転状態になっている。このとき、吸引装置１５を予め運転状態にしておく。
吸引装置１５を駆動することにより、空気２３は、刃部２１の２つの主流入孔２５とシャンク２０の４つの補助流入孔２６，２６ａから吸引される。そして、空気２３は、シャンク２０の貫通孔２４を通ったのち、工具ホルダ６の流路１１，ドローバー１２の流路１３，排出用流路１４の順に流れて、吸引装置１５により外部に排出される。

この状態で、工具５，５ａを工作物８に対して相対的に直交３軸方向（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）に移動させると、工作物８は、回転する工具５，５ａにより切削加工される。こうして、工作物８が切削加工されているときに、刃部２１では切りくず２２が発生する。
刃部２１で工作物８を加工するときに発生した切りくず２２は、空気２３とともに刃部２１の主流入孔２５から吸引され、この主流入孔２５を通って、シャンク２０の貫通孔２４に侵入する。
なお、工作物８に対して切削加工動作を行なっていない時間には、工具５，５ａの刃部２１では切りくず２２は、一時的に発生していない。このときには、主流入孔２５から吸引される空気２３に含まれる切りくず２２の量は、少ないかまたはゼロになっているので、空気２３のみが主流入孔２５を通ることになる。

刃部２１で工作物８を加工するときに発生した切りくず２２の一部は、空気２３とともに補助流入孔２６，２６ａから吸引され、この補助流入孔２６，２６ａを通って、シャンク２０の貫通孔２４に侵入する場合もある。なお、補助流入孔２６，２６ａを流れる空気２３には、常に、切りくず２２が含まれていない場合であってもよい。

こうして、切りくず２２は、空気２３とともにシャンク２０の貫通孔２４に流入したのち、空気２３の流れにのって工具ホルダ６の流路１１，ドローバー１２の流路１３，排出用流路１４の順に流れたのち、吸引装置１５により捕集される。
吸引装置１５から排出される空気中には切りくず２２は含まれていないので、排出空気は清浄である。

工具５，５ａは、主流入孔２５の断面積より貫通孔２４の断面積の方が大きい。したがって、空気２３と切りくず２２が主流入孔２５から貫通孔２４に流入すると、空気２３と切りくず２２の流速は遅くなる。
ところが、補助流入孔２６，２６ａから空気２３（すなわち、切りくず２２を含むことがある空気２３）が、主流入孔２５とは別個に吸引される。したがって、主流入孔２５から貫通孔２４に流入した空気２３（切りくず２２を含むことがある空気２３）の流速は、低速から直ちに高速に変化して、強い吸引力を発揮する。その結果、空気２３に含まれている切りくず２２を、貫通孔２４内に滞留させることなく、良好に下流側に流すことができる。

以上、本発明の実施例（変形例を含む。以下同じ）を説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲で種々の変形，付加などが可能である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

本発明にかかる工具内流路を有する工具の構成は、マシニングセンタに使用される工具の他に、旋盤，複合加工機，旋削盤などの工作機械に使用される回転工具や、回転しない旋削工具などに適用可能である。

図１ないし図６は本発明の実施例を示す図で、図１は、本発明の工具による加工状態を示すマシニングセンタの部分断面図である。 本発明の一実施例にかかる工具の拡大図である。 図２のIII線矢視図である。 図２に示す工具を別の方向から見たときの断面図である。 変形例にかかる工具の拡大図で、図２相当図である。 図５のVI線矢視図で、図３相当図である。

符号の説明

４ 工具内流路
５，５ａ 工具
６ 工具ホルダ
２０ シャンク
２１ 刃部
２２ 切りくず
２３ 空気
２４ 貫通孔
２５ 主流入孔
２６，２６ａ 補助流入孔
３０ 小径部
３１ 大径部
３２ テーパ部
ＣＬ1 主中心軸線
ＣＬ2 補助中心軸線
Ｐ1 点
θ 所定角度

Claims (6)

1. シャンクに刃部が保持され、この刃部で工作物を加工するときに発生する切りくずを空気とともに吸引するための工具内流路が工具内部に形成された工具であって、
   この工具に形成された前記工具内流路は、
   前記シャンク内に形成された貫通孔と、
   前記空気とともに前記切りくずを吸い込むために前記刃部に形成され、前記貫通孔と連通する少なくとも１つの主流入孔と、
   少なくとも空気を吸い込むために前記シャンクに形成され、前記貫通孔と連通する少なくとも１つの補助流入孔とを備えたことを特徴とする工具内流路を有する工具。
2. 前記補助流入孔の補助中心軸線は、前記貫通孔の主中心軸線に対して所定角度傾斜しており、
   前記補助流入孔を流れる前記空気は、前記貫通孔を流れる前記空気の流れに沿って斜めに流れて合流することを特徴とする請求項１に記載の工具内流路を有する工具。
3. 前記補助流入孔は前記シャンクに周方向に関して均等に複数形成されており、この補助流入孔の複数の前記補助中心軸線は、前記主中心軸線上の一つの点で交わっていることを特徴とする請求項２に記載の工具内流路を有する工具。
4. 前記補助流入孔は前記シャンクに周方向に関して均等に複数形成されており、
   この補助流入孔の複数の前記補助中心軸線は前記主中心軸線に対して均等に偏心し、且つ前記補助中心軸線同士は互いに食い違っていることを特徴とする請求項２に記載の工具内流路を有する工具。
5. 前記シャンクは、前記刃部が取付けられた小径部と、工具ホルダに取付けられる大径部と、この大径部と前記小径部との間に形成されたテーパ部とを有し、
   このテーパ部に開口する複数の前記補助流入孔が、前記シャンクの周方向に関して均等に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載の工具内流路を有する工具。
6. 前記補助流入孔の各断面積は、前記主流入孔の各断面積に対応した所定値に設定されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの項に記載の工具内流路を有する工具。

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