JP5652540B2 - ガイドパッド、切削工具本体および切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具を支持するために切削工具へ着脱自在に装着されるガイドパッド、このガイドパッドを装着する切削工具本体、および、このガイドパッドが装着された切削工具に関する。

従来のガイドパッドとして、出願人は特許文献１を開示している。このガイドパッドは、略長方形板状をなし、取り付け穴を１つ有し、ドリルに取付けられ、当該ドリルで加工された加工穴の内壁面に沿って案内される。ガイド面を構成する略円弧状の断面形状をもつ曲面が２つ、側面ではなく、ガイドパッドの略長方形状の外形の上面に形成される。また、従来のガイドパッドとして、特許文献２に開示されたものがある。すなわち、略長方形板状をなす超硬部材を含み、取り付け穴を１つ有し、取り付け穴の周辺には延出する翼形突起を有する。ガイド面は、略円弧状の断面形状には限定されず、例えば平面状に形成される。特許文献２のガイドパッドにおいても、ガイド面は側面ではなく、略長方形の外形を有する上面に形成される。

特開２００４−３１４２５８号公報 国際公開第９６／００８３３２号パンフレット

例えば、１枚刃の穴あけ加工用の切削工具において、一般的には、ガイドパッドは、工具の先端側からみて、切れ刃に対して回転軸線回りに１８０°の位置と、切れ刃に対して工具の相対回転方向の後方の９０°の位置の、２箇所に設けられることが好ましい。すなわち、切れ刃から最も離れた位置と、切削抵抗の３分力の中で最も大きい主分力を受ける位置とに設けられることが好ましい。しかしながら、加工穴径を規定する工具径が比較的小さいときなどは、ガイドパッドをこのような好ましい位置に設けることが困難な場合がある。

２つの切れ刃を用いる２枚刃のソリッドドリルに対して、ガイド（マージン）は、それぞれの切れ刃から回転軸線回りに９０°の位置に配置されることが好ましい。これは、一方の切れ刃に対して、回転軸線回り１８０°の位置に、他方の切れ刃が必ず存在するためである。同様に、２枚刃以上の刃先交換式ドリルのためのガイドパッドは、当該ドリルの複数の切れ刃から略等距離の位置にそれぞれ配置されることが好ましい。しかし、２枚刃以上の刃先交換式ドリルの先端付近は、部品点数が多く、複数のガイドパッドを望ましい位置に配置するのが困難な場合がある。

この主な原因は、切削インサートまたは切削インサートの締結機構部品と、ガイドパッドとの干渉である。したがって、他の構成部品と干渉のない、具体的には、できる限り小さいガイドパッドが好ましい。しかしながら、締め付けねじなどによるガイドパッドの締結のためには、取り付け穴の周辺の壁には十分な強度が必要である。特許文献１のガイドパッドは、締め付けねじによって締め付けられるため、ガイドパッドの幅が、締め付けねじの頭部の幅よりも広くなるように形成されている。したがって、小さいガイドパッド、または幅の狭いガイドパッドとすることには限界がある。特許文献２のガイドパッドは、その全体を超硬合金で形成するため、寸法を小さくしたり、幅を狭くしたりするのには適した構造である。しかしながら、ガイドパッドの２つの長辺から左右対称に突出させる翼形突起が他の部品と干渉しやすい。

本発明は、配置の自由度が向上したガイドパッド、このガイドパッドを装着する切削工具本体、および、このガイドパッドが装着される切削工具を提供する。

本発明のガイドパッドは、対向する上面（２）及び下面（３）と、該上面（２）と該下面（３）との間で延びる側面（４）と、を有し、切削工具の工具本体（１０）へ着脱自在に装着される板状のガイドパッド（１）であって、前記側面（４）は、少なくとも一のガイド面（４ａ）を有する、ことを特徴とする。

本発明の切削工具は、上記のガイドパッド（１）と、このガイドパッド（１）が装着される工具本体（１０）と、を有することを特徴とする。

本発明の切削工具本体（１０）は、上記のガイドパッド（１）を受容可能なパッド座を備えている。

本発明のガイドパッドは、そのガイド面が上下面間で延びる側面に形成される。すなわち、板状に形成されたガイドパッドの上面の代わりに、側面にガイド面を形成することで、ガイドパッドの配置の自由度が高まる。

図１は第１の実施形態にかかるガイドパッドの斜視図である。 図２は図１のガイドパッドの平面図である。 図３は図２のガイドパッドの正面図である。 図４は図２のガイドパッドの右側面図である。 図５は図１のガイドパッドを装着した回転切削工具の一実施形態の斜視図である。 図６は図５の切削工具の別方向からみた斜視図である。 図７は図５の回転切削工具の正面図である。 図８は第２の実施形態にかかるガイドパッドの斜視図である。

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

第１実施形態
図１から図４に示すように、本実施形態に係るガイドパッド１は、対向する上面２及び下面３と、該上面２と該下面３との間で延びる複数の側面４，５，６とを有し、板状に形成されている。上面２及び下面３の外形は、略平行四辺形形状である。なお、本実施形態では、ガイドパッド１の略平行四辺形形状の外形の鋭角コーナの角度は、約３５．０°であるが、これに限定されるわけではない。なお、上面２及び下面３の外形は、鋭角のコーナ部分の頂部が切頭されているため、略六角形状にもみえる。複数の側面４，５，６のうち、長手方向Ａに沿って延びる対向する２つの側面５，５は、実質的に平面で形成され、略平行に配置されている。２つの側面６，６も、実質的に平面で形成され、略平行に配置されている。２つの側面４，４も、略平行に配置されているが、側面４，４の構成については後述する。

ガイドパッド１は、例えば、図５および図６に示すように、回転切削工具（刃先交換式ドリル）の工具本体１０に着脱自在に装着される。このとき、ガイドパッド１は、長手方向Ａが回転切削工具の回転軸線Ｃ３に平行となるように装着される。側面４には、ガイド面４ａが形成されている。ガイド面４ａは、略円弧状の断面形状をもつ曲率半径Ｒの曲面で形成され、長手方向Ａに延びている。ガイド面４ａはその一部がドリルによって加工される加工穴の内壁面に接触し、ドリルを支持するように作用する。この作用により、ドリルは加工穴に案内され、ドリルの直進性が高まる。ガイド面４ａの長手方向Ａの両端部のうち、ドリルの先端側に位置する端部４ｅ付近が加工穴の内壁面と接触するように配置される。すなわち、ガイドパッド１は、ガイド面４ａの一方の端部４ｅ周辺以外の部分が逃げるようにわずかに傾けて配置される。なお、ガイドパッド１が切削工具へ着脱自在に装着されるとは、容易に交換できることを意味する。例えば、ガイドパッド１が締め付けねじ１１などによって固定される場合である。ガイドパッド１の装着方法は、締め付けねじ１１に限定されない。公知のさまざまな装着方法を採用できる。

ガイド面４ａの具体的な形状は、図４に示すように、ガイド面４ａの曲率半径Ｒがガイド穴の直径Ｄの半分よりも小さいことである。ここで、ガイド穴とは前述の加工穴のように、ガイドパッドを案内する穴のことである。ガイドパッド１が、例えば、加工穴径が約３２ｍｍの刃先交換式ドリルに装着される場合には、曲率半径Ｒは、約Ｒ１５．０ｍｍにすることができる。曲率半径Ｒが加工穴の直径Ｄの半分より大きいと、ガイド面４ａがガイド穴となる加工穴に接触せず、ガイド機能を果たせず、加工穴に対してガイド面４ａのエッジが接触することになる。ガイド面４ａのエッジが加工穴の内壁面に接触すると、加工穴の内壁面が損傷する可能性がある。

本実施形態では、ガイド面４ａの曲率半径Ｒを一定としているため、ガイド面４ａの曲率中心は、図４に示すように、軸線Ｃ１上にある。軸線Ｃ１は、図４の紙面に垂直な方向に延び、かつ、長手方向Ａに沿った直線である。なお、本実施形態では、曲率半径Ｒが一定の場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、例えば、ガイド面４ａの曲率半径Ｒが長手方向Ａにおいて変化する場合や円弧の曲率が当該円弧上の位置に応じて変化する場合にも適用される。また、ガイド面４ａの一部が平面で形成されていてもよい。

ガイドパッド１には、図２に示すように、上面２及び下面３を貫通する単一の取付穴８が形成され、ガイドパッド１は、取付穴８の中心軸線Ｃ２に関して１８０度回転対称に形成されている。また、軸線Ｃ２を含み２つの側面４，４の間の中央を通る平面を基準平面Ｓとする。ガイドパッド１の上面２および下面３の外形は、図２から分かるように、基準平面Ｓに関して、非対称な形状に形成されている。すなわち、上面２および下面３は、左右非対称な外形を有し、いずれの方向においても対称軸線を持たない。

ガイドパッド１の側面の一部は、２つのガイド面４ａのうちの一方のガイド面４ａを含めて、工具本体１０へ装着されるときの着座面として作用する。また、ガイドパッド１の下面３の一部も工具本体１０へ装着されるときの着座面として作用する。

本発明のガイドパッド１は、その全体が超硬合金、サーメット又はセラミックの材料で形成され、あるいは、これら硬質物質の表面に硬質皮膜がコーティングされていてもよい。すなわち、本発明のガイドパッド１の形成材料として、鋼材やろう材を用いる必要がない。このため、ガイドパッド１の寸法を小さくすることができ、工具本体１０への配置の自由度が高まる。

なお、ガイド面４ａのエッジの周りには、好適には、適切な面取りなどが設けられる。例えば、側面４の全体にガイド面４ａを形成することは可能ではあるが、この場合には、ガイド面４ａのエッジが加工穴の内壁面に傷をつける可能性がある。ガイド面４ａの幅は、ガイドパッド１の板厚の範囲内で適宜設定できる。ガイド面４ａの幅は、側面４に段差部や傾斜部を設けられることなどによって、ガイドパッド１の板厚よりも狭く形成されてもよい。また、ガイド面４ａの幅は、長手方向Ａにおいて変化していてもよい。ガイドパッド１の板厚は、締め付けねじ１１の頭部が確実に隠れ、なおかつ、締め付けるための強度が確保されるように適切に調整される。ガイド面４ａの幅は、他の構成部品との干渉を避ける意味では、ガイドパッド１の板厚より狭い方が好ましい。他の構成部品との干渉が懸念されないときは、同じ幅とすることで、余計な加工コストが発生せず、製造コストを抑制できる場合がある。

ガイドパッド１の上面２および下面３の寸法は、他の構成部品と干渉せず、なおかつ、強度を保ちながら全体の寸法が小さくなるように、適切に調整されるとよい。本実施形態では、切削インサート１２が工具本体１０に装着される締結部品として、切削インサート１２の締め付けねじ１３が用いられる。ガイドパッド１は、表面からはわかりにくいが、切削インサート１２の締め付けねじ１３や、その雌ねじの下穴などとの干渉なども考慮される。また、切削インサート１２の締結部品は、締め付けねじ１３に限定されず、様々な従来技術が適用可能である。そのときにも、ガイドパッド１はすべての部品との干渉を回避するように配置される。

側面４には、ガイド面４ａの一端部４ｅ付近に、面取り４ｂが形成される。これは、ガイドパッド１が加工穴の内壁面に傷をつけることを防止するとともに、ガイドパッド１がチッピングなどの異常損傷を生じることを防止するためである。なお、ガイド面４ａは、面取り８の近傍領域だけがガイド面として作用するように調整され、そこから離れるにしたがい、加工穴の内壁面との間のクリアランスが確保される。

本実施形態では、ガイド面４ａの曲率半径Ｒは一定であるが、これに限定されない。ガイド面４ａの曲率半径Ｒを積極的に変化させて、ガイド面４ａと加工穴の内壁面との間のすきまを適切に調整してもよい。

チッピングなどの異常損傷を防止するため、ガイドパッド１の各側面４，５，６の接続部には、丸みがつけられる。本実施形態では、コーナの丸みの曲率半径は、６ヶ所すべて、約Ｒ０．４ｍｍとされるとよい。約０．４ｍｍの丸みは、形成しやすく、なおかつチッピングなどの異常損傷を防止するのに十分な大きさである。

ガイドパッド１を着脱自在に装着できる切削工具としては、刃先交換式ドリルなどが代表例である。他にも、ガンドリルやリーマなど，特に穴あけ加工用の切削工具に有効である。しかし、これに限定されない。ガイドパッドを使用する多くの切削工具に適用可能である。

本実施形態では、ガイドパッド１を装着するドリルにおいて、ガイドパッド１のガイド面４ａが、図７に示すような位置に配置される。角度の測定基準は、外周刃の先端位置を基準０°とする。これは、ガイドパッド１は径方向の支持をするものであるため、最外周の切れ刃の位置を基準とする。ガイド面４ａの最適な位置は、１枚刃の場合は、切れ刃から工具の相対回転方向の前方に１８０°の位置と、切れ刃から工具の相対回転方向の後方に９０°の位置との２箇所である。一方、バランスカットを行う２枚刃のソリッドドリルなどは、それぞれの切れ刃から９０°の位置である。

本実施形態では、２枚刃のドリルを意識して、切れ刃から前後それぞれ９０°の位置を最適な位置とした。前後それぞれ９０°の位置を目指した結果、外周刃の切れ刃から工具の相対回転方向の前方に約７９°の位置と、切れ刃から工具の相対回転方向の後方に約８４°の位置との２箇所に配置できた。最適な位置からのずれ量は、それぞれ、約１１°および約６°である。同種の工具で、従来のガイドパッドが配置される場合には、ずれ量がそれぞれ、４５°程度および２３°程度が限界である。本発明のガイドパッド１によって、ずれ量がそれぞれ約４５°および１３°改善される。この効果として、鋼材の穴あけに用いる刃先交換式ドリルに装着された実験結果では、加工される穴の直径精度が約２０％改善された。

具体的には、ドリル径：５０．０ｍｍ、全長３７０ｍｍのドリルを立形マシニングセンタに装着し、被削材として炭素鋼Ｓ４５Ｃ（２２０ＨＢ）を使用した。切削条件は、切削速度Ｖｃ＝１５０ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．１０ｍｍ／ｒｅｖ、加工穴の深さ１５０ｍｍとし、ドリルの内部を通じて給油した。そして、本実施形態のガイドパッド１を装着したドリル、従来のガイドパッドを装着したドリルおよびガイドパッドを装着しないドリルを用いて、１２個の穴をそれぞれ被削材に加工し、加工穴の直径のばらつきを評価した。加工穴の直径のばらつきは、本実施形態のガイドパッド１を装着したドリルでは、加工穴の入口付近と深部との差で約０．１４ｍｍとなった。一方、ガイドパッドなしのドリルでは、約０．２４ｍｍ、従来のガイドパッドを装着したドリルでは、約０．１７ｍｍであり、本実施形態は、従来のガイドパッドを装着したドリルに対して加工穴の精度が最大で約２０％改善した。

なお、図５のように、この実施形態のガイドパッド１は、ドリルの切りくず排出溝の表面に配置することができる。このような配置の場合、ガイドパッド１は、装着が容易である。また、切りくず排出溝の先端付近に配置されるため、切れ刃から排出されたばかりの高温の切りくずが接触しても、切りくず排出溝の損傷や、表面あらさの低下を防ぐ、副次的な効果も期待できる。さらに、積極的に、切りくず排出のための模様を設けるなど、切りくず排出性の向上への寄与も可能になる。（図示しない。）

ガイドパッド１を配置する面は、工具の回転軸線Ｃ１と平行な面であることが好ましい。そのような面に配置されると、ガイド面４ａを工具の回転軸線Ｃ１と平行に配置しやすく、ガイドパッド１の形状を単純形状にできる。また、ガイドパッド１の装着も容易になる。しかしながら、それに限定されない。ガイドパッド１は、例えば、ねじれた面に配置された場合でも、そのねじれ方に応じた形状のガイド面４ａが設けられればよい。

ガイドパッド１が着脱自在に装着される切削工具は、例えばマシニングセンタや旋盤などの工作機械へ着脱自在に装着され、回転軸線Ｃ１を中心とする回転運動を与えられ、また被削材をとの間に相対運動を与えられ、鋼材などの被削材の切削加工を行う。切削工具がドリルの場合などは、自らによってあけられた穴の内壁面にガイドパッド１が接触し、ガイドすることによって、加工される穴の加工精度が向上する。ガイドパッド１および切削工具は、ボール盤などの工作機械でも使用可能である。

ガイドパッド１は、取り付け穴８の中心軸線Ｃ２に関して、１８０度回転対称な形状に形成されている。これは、先端部分を２つ以上設けることで、ガイドパッド１が切削工具の工具本体１０へ装着されるとき、２回以上の使用を可能にするためである。すなわち、一方のガイド面４ａの使用の後、ガイドパッド１を中心軸線Ｃ２の回りに１８０度回転させることで、他方のガイド面４ａが使用できる。なお、工具本体１０への装着およびガイド面４ａによるガイドに影響がない部分については、必ずしも、取り付け穴２の中心軸線Ｃ２に対して、線対称な形状とされなくてもよい。凹凸をつけるなど、切削性能に影響しない範囲で、適宜デザインの変更が可能である。

第２実施形態
本発明のガイドパッドの外形は、第１の実施形態のような略平行四辺形板状に限定されない。本発明のガイドパッドの外形は各辺に凹凸をつけるなど、切削性能に影響しない範囲で、適宜デザインの変更が可能である。凸の曲面を有するガイド面がガイドパッドの側面に形成されることが、本発明の特徴的な構成となる。第２の実施形態にかかるガイドパッド１Ａを図８に示す。

上記した第１の実施形態および第２の実施形態では、ガイド面４ａは２つにされるが、ガイド面４ａの数は、これに限定されない。例えば、使用できる回数が３回以上に設定される場合は、それに応じてガイド面４ａを３つ以上設けることができる。例えば、略三角形板状や、略正方形板状などの略正多角形板状のガイドパッドなどとされる（図示しない）。

ガイドパッド１の製造方法は、従来のガイドパッドの製造方法をそのまま利用できる。例えば、粉末加圧成形および焼結による従来技術の製造工程にて製造される。必要に応じて、ガイド面４ａや面取りなどの研削加工が追加される。さらに必要に応じて、ＣＶＤやＰＶＤによる硬質被膜のコーティングなどの表面処理が施される。すべての製造工程において、様々な従来技術が適用可能である。

本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜、構成の変更、追加および削除が可能であることはいうまでもない。例えば、本発明と同様の効果を得ながら、上面に切削工具の工具本体１０の切りくず排出溝に対応した溝などを設けて、切りくず排出溝の一部として機能させることも可能である。

Claims (11)

1. 切削工具の工具本体（１０）へ着脱自在に装着される板状のガイドパッド（１）であって
   前記板状のガイドパッド（１）の厚さ方向において対向する上面（２）及び下面（３）と、該上面（２）と該下面（３）との間で延びる側面（４）と、を有し、
   前記側面（４）は、少なくとも一のガイド面（４ａ）を有し、
   前記上面（２）および前記下面（３）を貫通する単一の取り付け穴（８）を有することを特徴とするガイドパッド。
2. 前記少なくとも一のガイド面（４ａ）は、凸状に湾曲するとともに、前記ガイドパッドの長手方向（Ａ）に延びる、ことを特徴とする請求項１に記載のガイドパッド。
3. 前記側面（４）は、互いに対向する第１および第２の側面（４，４）を含み、
   前記少なくとも一のガイド面（４ａ）は、第１および第２の側面（４，４）にそれぞれ形成された第１および第２のガイド面（４ａ）を含む、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガイドパッド。
4. 前記上面（２）および下面（３）は、左右非対称な外形を有する、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のガイドパッド。
5. 前記上面（２）及び下面（３）の外形は、略平行四辺形形状を有する、ことを特徴とする請求項４に記載のガイドパッド。
6. 前記略平行四辺形形状は、頂部が切頭された鋭角のコーナを有する、ことを特徴とする請求項５に記載のガイドパッド。
7. 前記ガイドパッド（１）は、前記取り付け穴（８）の中心軸線（Ｃ２）に関して１８０度回転対称に形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のガイドパッド。
8. 超硬合金、サーメットおよびセラミックのいずれかの材料のみで全体が形成されている、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のガイドパッド。
9. 前記材料の表面に硬質皮膜がコーティングされている、ことを特徴とする請求項８に記載のガイドパッド。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載のガイドパッド（１）を受容可能なパッド座を備えた切削工具本体。
11. 請求項１ないし９のいずれかに記載のガイドパッド（１）と、
    前記ガイドパッド（１）が装着される工具本体（１０）と、を有することを特徴とする切削工具。

Images