JP4699813B2 - 回転工具 - Google Patents

Description

本発明は、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics；強化プラスチック）等の加工に適した回転工具に関するものである。

従来から軽量、かつ高強度の材料としてＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、ＡＦＲＰ（アラミド繊維強化プラスチック）等の複合材料（以下、ＦＲＰという）が知られており、航空機、自動車、鉄道車両あるいは船舶等の広い分野で用いられている。

これらＦＲＰの切削加工は、従来、超硬合金、あるいは高速度鋼からなる切刃を備えた正面フライスやエンドミル等の金属材料用の切削工具が用いられていた。しかし、ＦＲＰは難削材であり、金属材料を加工する場合に比べて刃先摩耗が進み易く、工具寿命が短くなり易い。そこで、近年では、切刃としてダイヤモンド粒子を台金に電着、あるいはろう付けした砥石状の切刃を備えた回転工具を用いるケースが増えている。

他方、フライス盤としては、特許文献１に開示されるように主軸およびアーバの内部を通じて工具先端にエア（除屑用の気体）を供給し、これによって加工に伴い発生する切屑を除去するようにしたものが提案されている。
特開２００５−２２０６３号公報

ＦＲＰ加工用の上記回転工具は、一般に、砥石状の複数の切刃が、工具ボディ先端面に周方向に一列に並んだ構造となっており、加工中には、切刃より内側（径方向内側）の部分に、切刃、工具ボディ先端面およびワークに囲まれた空間が形成される。

この空間には加工に伴い発生したＦＲＰの切屑（切粉；以下、切粉等という）が入り易く、例えば、入り込んだ切粉等が再び切削されるいわゆる二度切り現象によって切刃に切粉等が焼き付き、加工面を荒らすとともに工具を傷める等のトラブルの原因となっている。そこで、上記特許文献１のように、工具ボディの先端中心から上記空間内にエアを吐出させることにより切粉等の排出を促進させることが行われている。

ところが、上記空間内にエアを吐出させても、該空間内で切粉等が対流してスムーズに排出されない場合や、エア圧により切刃に切粉等が付着（堆積）するなどして必ずしも効率良く排出できない場合もあり、この点を改善することが望まれる。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであって、加工中に発生する切粉等を工具先端とワークとの間からよりスムーズ、かつ確実に排出させ得るようにし、これによって高品質の加工面を得るとともに工具の長寿命化を図ることを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明は、回転軸と直交する切刃配設面を有し、この切刃配設面に、前記回転軸を中心として周方向に並ぶ複数の切刃と、除屑用の気体を吐出するための吐出口とを備えた回転工具において、前記切刃配設面の中央部分にその周辺部分よりも工具先端側に突出する突状部分が設けられ、この突状部分の周囲に、該突状部分との間に隙間を隔てて切刃の配設領域が設けられるとともに、この領域に前記切刃がその刃先部分を前記突状部分よりも工具先端側に突出させた状態で並べられ、前記突状部分の端面で前記回転軸上の位置に前記吐出口が設けられているものである（請求項１）。

この回転工具によれば、切刃配設面に上記のような突状部分が設けられているため、ワーク加工中、すなわち工具先端をワークに突き当てた状態では、工具中心部分に、突状部分とワークとが近接した狭い扁平な空間が形成される。そして、このような扁平な空間に対して突状部分に設けられた吐出口から気体（除屑用の気体）が吐出される結果、工具中心から径方向外側に向かって流れる強い気体流が形成され、これにより外部から切粉等が入り込み難くなり、また、入り込んだ場合でも切粉等が外側（径方向外側）に確実に運ばれて各切刃の間の溝部分から外部に排出されることとなる。しかも、突状部分との間に隙間を隔てて切刃（切刃の配設領域）が設けられている結果、この隙間部分、すなわち上記突状部分の周囲の部分には上記突状部分とワークとの間の扁平な空間よりも広めの空間が形成される。そのため、上記のような強い気体流を形成しながらも、切刃の手前（工具の径方向内側）部分ではその勢いが適度に減殺されることとなり、その結果、気体圧による切刃への切粉等の付着（堆積）が有効に防止される。

なお、この回転工具においては、前記吐出口を第１吐出口としたときに、これとは別に、切刃の配設領域と前記突状部分との間の隙間部分に開口する第２吐出口が設けられているのが好ましい（請求項２）。

この構成によると、突状部分と切刃の配設領域との間の隙間部分に直接気体が吹き込まれることにより、当該隙間部分に溜まった切粉等の排出が促進される。

この場合には、工具回転方向における各切刃の先端部と前記突状部分との間の位置に、それぞれ前記第２吐出口が設けられているのが好ましい（請求項３）。

この構成によると、第２吐出口から吐出されたエアが工具の回転に伴い切刃に沿って流れ易くなるため、切刃への切粉等の付着（堆積）が効果的に防止される。

この場合、さらに前記第２吐出口は、工具回転方向下流側であって、かつ周方向に隣設される切刃の間の溝部分に向かってエアを吐出するように設けられているのが好ましい（請求項４）。

この構成によると、工具が比較的低速回転で駆動されているときでも、第２吐出口から吐出されるエアによりスムーズに切粉等が切刃の間の溝部分から外部に排出される。

なお、上記のような構成は、前記各切刃が、前記切刃配設面に突設される台金部分にダイヤモンド粒子が担持されたダイヤモンド切刃からなるものである場合に特に有効である（請求項５）。

すなわち、ＦＲＰを加工する場合には切刃としてダイヤモンド切刃をもつ工具が用いられるケースが多いが、このダイヤモンド切刃は、砥石に近い構造を有するため加工に伴い微小な切粉が多量に発生する。そのため、上記のような回転工具の構成によれば、このように多量に発生する切粉をスムーズ、かつ確実に外部に排出することが可能となる。

本発明の回転工具によると、工具先端の切刃配設面とワークとの間に扁平な狭い空間を形成し、この空間に工具中心から径方向外側に向かって流れる強い気体流を形成するようにしたので、対流や逆流を防止しつつスムーズに切粉等を外部に排出することができる。しかも、気体流の勢いが切刃の手前（工具の径方向内側）部分で適度に減殺されるようにしているので、気体圧による切刃への切粉等の付着（堆積）も有効に防止される。従って、工具先端とワークとの間から切粉等をスムーズ、かつ確実に排出させることができ、切粉等のいわゆる二度切り現象によって切刃に切粉等が焼き付く等のトラブルの発生を未然に防止できるようになる。そして、その結果、高品質の加工面を得るとともに工具の長寿命化を達成することができる。

本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係る回転工具が適用される立フライス盤を概略的に示している。

同図に示すように、フライス盤のベース１上にはコラム２が立設され、このコラム２に対してニー３が上下動可能に設けられ、さらにこのニー３に対して、ワークを固定するためのテーブル４が左右方向に移動可能に設けられている。前記コラム２の上部には、ラムベース６が取付けられ、このラムベース６に対してラム７が前後方向（図１では紙面に直交する方向）に移動可能に支持されている。ラム７には、その前面部分に、鉛直軸回りに回転可能な主軸１２およびこれを駆動するモータ等を搭載したヘッド１０が取付けられており、回転工具２０が工具ホルダ１４を介して前記主軸１２に装着されている。

前記ニー３、テーブル４およびラム７はそれぞれ図外のハンドル操作による手動送り、又はモータ駆動による自動送りが可能とされ、これらニー３等の送りよってテーブル４上に固定されるワークと回転工具２０とを相対的に移動させながら、前記ワークに対して所望の加工を施すように構成されている。

なお、同図中、符号９はフライス盤に付設されるコンプレッサであり、ワークの加工中は、このコンプレッサ９から図外のエアフィルタ等を介して主軸１２に圧縮空気（以下、エアという）が供給されるようになっている。

図２および図３は、回転工具２０（本発明に係る回転工具）の具体的な構成を示している。

同図に示す回転工具２０は、主にＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）等、ＦＲＰを加工するもので、同図に示すように、先端（同図では下端）に切刃２６を有する円形の切刃配設面２４を備えた円錐台形の工具ボディを有している。

工具ボディの後端には固定軸２２が設けられ、この固定軸２２が前記工具ホルダ１４により保持されることにより、回転工具２０が下向きの姿勢、すなわち切刃配設面２４がテーブル４側に指向する姿勢で主軸１２に装着されている。

切刃配設面２４には、その中央部分に周囲よりも工具先端側（図２では下側）に突出し、かつ端面が平坦な平面視で円形の突状部２８（本発明の突状部分に相当）が設けられている。突状部２８の周囲には、所定の隙間Ｒを隔てて切刃の配設領域が設けられ、この領域に複数の前記切刃２６が周方向に一列に並んだ状態で設けられている。当実施形態では、８個の切刃２６が設けられている。

各切刃２６は、切刃配設面２４に一体に形成された扁平な切刃用凸部（台金）にダイヤモンド粒子が電着されることにより構成されており、突状部２８の端面よりも刃先部分が所定寸法だけ工具先端側に突出するように設けられている。なお、当実施形態では、各切刃２６は、ダイヤモンド粒子がニッケルの電気メッキ層によって切刃用凸部に固着された構成となっている。

各切刃２６は、図３に示すように周方向に細長に円弧状に形成されており、切刃配設面２４の外縁に沿って一定の間隔で一列に設けられている。各切刃２６の長手方向先端面および後端面は、同図に示すように切刃配設面２４上でその法線方向に対して所定角度θ（実施形態では略４５°）だけ工具回転方向（同図中に白抜き矢印で示す方向）後側に傾いて設けられている。これによって全体として略渦巻状に並ぶ切粉等の排出用溝（以下、排出溝という；本発明に係る切刃間の隙間部分に相当）が各切刃２６の間に形成されている。

回転工具２０には、さらに除屑用のエアを加工面に供給するための通路が設けられている。具体的には、固定軸２２の端面に導入口２２ａを有し、回転中心に沿って工具ボディをその軸方向に貫通して突状部２８の端面に開口（この開口を第１吐出口３２ａという）する主通路３２と、この主通路３２の途中部分から分岐して突状部２８の周辺部分に開口（この開口を第２吐出口３３ａという）する複数の分岐通路３３とが設けられている。当実施形態では、切刃２６ｂの数に対応して８つの分岐通路３３が設けられており、これらの分岐通路３３が、図３に示すように切刃配設面２４のうち突状部２８と切刃２６の配設領域との隙間部分であって、かつ工具回転方向における各切刃２６の先端近傍の位置にそれぞれ開口している。

なお、詳しく図示していないが、工具ホルダ１４には、回転工具２０の前記主通路３２に連通する通路１４ａが設けられ、また、主軸１２には、工具ホルダ１４の前記通路１４ａに連通する不図示の通路が設けられている。そして、前記コンプレッサ９が各種バルブ、エアフィルタ等を介して上記主軸１２の通路に対して連通接続されることにより、コンプレッサ９から主軸１２および工具ホルダ１４を介して回転工具２０の前記主通路３２に除屑用のエアが供給されるようになっている。

次に、以上のように構成された回転工具２０の作用効果について説明する。

上記の工作機械によりワーク（ＦＲＰ材）を加工する際には、主軸１２を駆動してこれと一体に回転工具２０を回転させつつこれをワークに対して切込み送りする。これにより各切刃２６によりワークを切削する。その一方で、コンプレッサ９を作動させ、主軸１２および工具ホルダ１４を介して回転工具２０にエアを供給するようにする。

このように回転工具２０にエアを供給すると、上記通路３２，３３を通じて各吐出口３２ａ，３３ａから切刃配設面２４とワークとの間の空間にエアが吐出され、これにより、加工に伴い生成され工具内側に入る切粉等が速やかに外部に排出されることとなる。具体的には、第１吐出口３２ａから吐出されるエアにより切粉等が工具中心から外側（径方向外側）に向かって圧送されつつ回転工具２０の回転に伴う遠心力により、各切刃２６の間に形成される上記排出溝を通じて外部へと排出されることとなる。

この際、この回転工具２０では、切刃配設面２４に突状部２８が設けられているため、切刃２６よりも内側（径方向内側）の部分には、突状部２８とワークとが近距離で対面した極狭い扁平な空間Ｓ１（図２参照）が形成される。そして、この扁平な空間Ｓ１に対して第１吐出口３２ａからエアが吐出される結果、工具中心から外側（径方向外側）に向って強力はエアの流れが形成され、このような強いエア流（本発明の気体流に相当）が形成されることにより、切粉等が工具中心に入り込み難くなり、また、入り込んだ場合でも外側に向かって確実に圧送されることとなる。

しかも、突状部２８と切刃２６の配設領域との間に上記隙間Ｒが設けられ、これによって突状部２８の周囲に、図２に示すように切刃２６との間に上記空間Ｓ１よりも広めの空間Ｓ２が形成されるため、上記のような強いエア流を形成しながらもこれによって圧送される切粉等が切刃２６へ付着（堆積）することが有効に抑えられる。つまり、このような広めの空間Ｓ２にエア流が入り込むことによりその勢いが適度に減殺され、その結果、強い流れのまま切粉等が切刃２６の内周面に衝突して付着（堆積）するという事態が有効に防止され、空間Ｓ２に入り込んだ切粉等は、回転工具２０の回転に伴いその遠心力で自然に各切刃２６の間の排出溝を通じて外部へと排出されることとなる。

またこの際も、各切刃２６の間の排出溝が全体として略渦巻状に成されていることによって、遠心力でスムーズに切粉が排出される。特に、加工中は、分岐通路３３を通じて各第２吐出口３３ａからエアが吐出されることにより、このエアが工具２０の回転に伴い図３中に一点鎖線矢印で示すように切刃２６の内周面に沿って流れつつ排出溝を通じて外部に流れる。そのため、遠心力で切刃２６の内周面に集まる切粉等がこの流れによってスムーズに外部へと排出されることとなる。

従って、上記の回転工具２０によると、加工中は、工具内側（切刃２６の内側）の空間に切粉等が入り込み難いばかりか、入り込んだ場合でもスムーズに、かつ確実に切粉等が外部に排出され、切刃配設面２４とワークとの間の空間に切粉等が滞留することによるトラブル、例えばまとまった量の切粉等が当該空間に滞留し、これが切刃２６に焼き付き、加工面の品質を低下させたり、工具寿命を短くするといったトラブルの発生を未然に防止できるようになる。

なお、上述した回転工具２０は、本発明に係る回転工具の一実施形態であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、実施形態の回転工具２０では、エアの第２吐出口３３ａを回転工具２０の回転方向における各切刃２６の先端近傍の位置に設けているが、突状部２８と切刃２６の配設領域と間の空間Ｓ２にエアを吐出し得る位置であれば、上記以外の位置に設けるようにしてもよい。

また、分岐通路３３（第２吐出口３３ａ）は、切刃配設面２４に対して垂直に設けられるものであってもよいが、例えば、回転工具２０の回転方向下流側に向かってエアが吐出されるように切刃配設面２４に対して斜め方向に分岐通路３３を設けてもよい。この場合、図４に示すように、第２吐出口３３ａから回転方向下流側の排出溝に向かって（図３の一点矢印方向）にエアが吐出されるように分岐通路３３を設けるのが好ましい。これによれば、比較的低速回転の時でも切粉等を排出溝から効果的に外部排出できるようになる。なお、分岐通路３３の傾き角度は具体的な回転工具の構成に基づいて定めればよいが、例えば切刃配設面２４に垂直な軸線に対して４５°〜６０°（同図中θ′で示す）傾けて分岐通路３３を設けることで良好な結果が得られる。

また、切刃２６の具体的な形状、あるいは切刃２６の配列ピッチ等の具体的な構成により切粉等が切刃２６に付着（堆積）し難いような場合には、第２吐出口３３ａ（分岐通路３３）を省略するようにしてもよい。但し、上記のように切刃２６の近傍に第２吐出口３３ａを設けてエアを吐出させる構成によると、各切刃２６の冷却効果も期待できるため、特に事情がある場合を除き、設けるようにするのが好ましい。

また、実施形態の回転工具２０では、切刃２２としてダイヤモンド粒子を電着したいダイヤモンド切刃を備えた回転工具２０の例について説明したが、切刃２６は、ダイヤモンド粒子を台金にろう付したものであってもよい。

本発明に係る回転工具が適用される工作機械であるフライス盤を示す正面略図である。 回転工具を示す縦断面図である。 回転工具を示す図２のＡ矢視図である。 分岐通路（第２吐出口）の一実施形態を示す図３のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１２ 主軸
１４ 工具ホルダ
２０ 回転工具
２４ 切刃配設面
２６ 切刃
２８ 突状部（突状部分）
３２ａ 第１吐出口
３３ａ 第２吐出口

Claims (5)

1. 回転軸と直交する切刃配設面を有し、この切刃配設面に、前記回転軸を中心として周方向に並ぶ複数の切刃と、除屑用の気体を吐出するための吐出口とを備えた回転工具において、
   前記切刃配設面の中央部分にその周辺部分よりも工具先端側に突出する突状部分が設けられ、この突状部分の周囲に、該突状部分との間に隙間を隔てて切刃の配設領域が設けられるとともにこの領域に前記切刃がその刃先部分を前記突状部分よりも工具先端側に突出させた状態で並べられ、前記突状部分の端面で前記回転軸上の位置に前記吐出口が設けられていることを特徴とする回転工具。
2. 請求項１に記載の回転工具において、
   前記吐出口を第１吐出口としたときに、これとは別に、切刃の配設領域と前記突状部分との間の隙間部分に開口する第２吐出口が設けられていることを特徴とする回転工具。
3. 請求項２に記載の回転工具において、
   工具回転方向における各切刃の先端部と前記突状部分との間の位置に、それぞれ前記第２吐出口が設けられていることを特徴とする回転工具。
4. 請求項３に記載の回転工具において、
   前記第２吐出口は、工具回転方向下流側であって、かつ周方向に隣設される切刃間の隙間部分に向かってエアを吐出するように設けられていることを特徴とする回転工具。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の回転工具において、
   前記各切刃は、前記切刃配設面に突設される台金部分にダイヤモンド粒子が担持されたダイヤモンド切刃からなることを特徴とする回転工具。
   

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