JP5675991B2 - 切削工具用ホルダおよび切削工具ならびにそれを用いた被削材の切削方法 - Google Patents
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Description
本発明は、切削工具用ホルダおよび切削工具ならびにそれを用いた被削材の切削方法に関する。
回転工具、特に穴開け加工を行うドリルにおいては、切屑の排出を促進するために被削材の表面に対して、切削液を放出する機構が備えられている。例えば、特許文献１には、回転軸まわりにねじれを伴う２本の切屑排出溝が形成され、本体部の内部には、ドリル本体の後端から先端に向かって、ドリル本体の回転軸に平行に穿設された２本の止まり穴からなる本管と、ドリル本体の先端部において本管のそれぞれに連通する枝管を備えた構成のツイストドリルが開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示されたドリルにおいては、ねじれを伴う２本の切屑排出溝と本管との距離が極端に小さい領域が生じる場合がある。この場合、長期間使用するうちに、極端に距離の小さい領域から破損が生じてくる可能性がある。
特開２００３−１９６１４号公報
本発明の一態様の切削工具用ホルダは、回転中心軸を有する円柱状の本体部を備えており、切削インサートを装着することが可能である。前記本体部は、外周面および先端面の少なくとも一方に開口した、前記切削インサートを装着可能なインサートポケットと、前記外周面に設けられて前記インサートポケットの後端側に位置する切屑排出溝と、前記本体部の前記先端面から後端面まで貫く貫通孔とを備えている。前記切屑排出溝は、前記回転中心軸に沿って螺旋状に設けられた、側面視したときに前記回転中心軸に対して一定の角度αで交差する螺旋溝部を有している。前記貫通孔は、前記後端面に開口している、前記回転中心軸に平行な直線状の第１の部分と、該第１の部分に接続されて前記先端面に開口しているとともに、前記回転中心軸に平行でない直線状の第２の部分とを備えている。本態様の切削工具用ホルダは、前記第１の部分と前記第２の部分との接続部が、前記螺旋溝部よりも前記後端面側に位置していることを特徴とする。
本発明の一態様の切削工具は、回転中心軸を有する円柱状の本体部と、該本体部の先端部に位置する切刃と、前記本体部の外周面に設けられた切屑排出溝と、前記本体部の先端面から後端面まで貫く貫通孔とを備えている。前記切屑排出溝は、前記先端面側に位置するとともに前記回転中心軸に沿って螺旋状に設けられた、側面視したときに前記回転中心軸に対して一定の角度αで交差する螺旋溝部を有している。前記貫通孔は、前記後端面に開口している、前記回転中心軸に平行な直線状の第１の部分と、該第１の部分に接続されて前記先端面に開口しているとともに、前記回転中心軸に平行でない直線状の第２の部分とを備えている。前記第１の部分と前記第２の部分との接続部は、前記螺旋溝部よりも前記後端面側に位置している。
本発明の一態様の被削材の切削方法は、上記態様の切削工具を回転させる工程と、回転している前記切削工具の前記切刃を被削材に接触させて前記被削材を切削する工程と、回転している前記切削工具の前記切刃を前記被削材から離す工程とを含むことを特徴とする。
＜切削工具用ホルダ＞
以下、図１〜図６を用いて、本発明の実施形態の例である切削工具用ホルダ１（以下、単にホルダ１と略す）について説明する。
以下、図１〜図６を用いて、本発明の実施形態の例である切削工具用ホルダ１（以下、単にホルダ１と略す）について説明する。
（第１の実施形態）
本発明の実施形態の一例であるホルダ１は、図１に示すように、回転中心軸Ｓ１を有する円柱状の本体部１０を備えている、切削インサート（後述する）を装着することが可能な切削工具用ホルダである。すなわち、本体部１０は、先端面２と、後端面３と、それらに連続する外周面４とを有している。本例において、本体部１０は、直径が１０ｍｍ〜１００ｍｍであり、長さが２０ｍｍ〜３００ｍｍである。
本発明の実施形態の一例であるホルダ１は、図１に示すように、回転中心軸Ｓ１を有する円柱状の本体部１０を備えている、切削インサート（後述する）を装着することが可能な切削工具用ホルダである。すなわち、本体部１０は、先端面２と、後端面３と、それらに連続する外周面４とを有している。本例において、本体部１０は、直径が１０ｍｍ〜１００ｍｍであり、長さが２０ｍｍ〜３００ｍｍである。
本体部１０は、外周面４および先端面２の少なくとも一方に開口したインサートポケット１１と、外周面４に設けられてインサートポケット１１の後端側に位置する切屑排出溝１２と、本体部１０の先端面２から後端面３まで貫く貫通孔５とを備えている。インサートポケット１１には、切削インサートを装着することが可能である。切屑排出溝１２は、切削インサートによって切削された切屑を排出する機能を有している。本体部１０は、後端面３の側が工作機械の主軸部に固定され、工作機械の主軸部の回転とともに回転する。この回転運動によって、インサートポケット１１に装着された切削インサートの切刃は、被削材（後述する）を切削する。
インサートポケット１１は、図３に示すように、切削インサートを装着して固定するために本体部１０に２つ設けられている。インサートポケット１１は１つのみ、あるいは、３つ以上設けられていても何ら問題ない。本例において、切削インサートの切刃は、本体部１０の先端面２および外周面３の少なくとも一方から突出するようにインサートポケット１１に装着されればよい。
切屑排出溝１２は、切削インサートの切刃から生成される切屑の排出方向を安定に保つために設けられている。本例においては、図３に示すように、切屑の排出方向の安定性向上の観点から、切屑排出溝１２は、２つのインサートポケット１１のそれぞれの後端側に位置するように２つ形成されている。
貫通孔５は、工作機械から流出される切削液を先端面２へ送るために設けられている。切削液は、（１）本体部１０の先端面２の側の冷却、（２）切削インサートの切刃が被削材を切削することによって生成された切屑が本体部１０または被削材へ溶着することの防止、および（３）切削インサートの切刃が被削材を切削することによって生成された切屑の外部への排出の促進、の少なくともいずれか１つを目的として流出される。
２つの切屑排出溝１２のそれぞれは、回転中心軸Ｓ１に沿って螺旋状に設けられた螺旋溝部１２１を有している。螺旋溝部１２１は、側面視したときに回転中心軸Ｓ１に対して一定の角度αで交差している。ここで側面視とは、図２および図４に示す、外周面４に回転中心軸Ｓ１に平行に形成された基準面４１を平坦な面に載置した場合に、平坦面の垂線に垂直な方向から外周面を見ることをいう。
本例において、具体的には、図３に示すように、螺旋溝部１２１と外周面４との交差稜線上のある１点における接線Ｌ１と、回転中心軸Ｓ１とが角度α（α＞０）で交差している。また、接線Ｌ１は、先端面２から離れるにつれて回転方向Ｘの後方（回転方向Ｘとは逆の方向）へ向かうように傾斜している。この構成によって、生成された切屑の排出方向が回転方向Ｘの後方へ向かうため、切屑の排出性が良好になる。本例において、角度αは、いわゆるドリル等の穴開け工具におけるねじれ角を指す。角度αは切削条件を考慮して適宜設定されればよく、本例においては、α＝１０°〜２０°である。
貫通孔５の数は特に特定されるものではない。しかしながら、本例においては、切屑の外部への排出の促進を目的として切削液を先端面２へ送るために設けられていることから、切削排出溝１２の数と対応するように２つの貫通孔５が形成されている。２つの貫通孔５は、回転中心軸Ｓ１に対して互いに線対称となるように形成されている。
２つの貫通孔５のそれぞれは、後端面３に開口している直線状の第１の部分５１と、第１の部分５１に接続されて先端面２に開口している直線状の第２の部分５２とを備えている。第１の部分５１は、回転中心軸Ｓ１に平行である。第２の部分５２は、回転中心軸Ｓ１に対して平行でない。具体的には、図３に示すように側面視した場合において、第２の部分５２が、回転中心軸Ｓ１に対して傾斜している。第１の部分５１と第２の部分５２との接続部５３は、螺旋溝部１２１よりも後端面３の側に位置している。言い換えれば、第２の部分５２の後端が、螺旋溝部１２１よりも後端面３の側に位置している。
この構成によって、回転中心軸Ｓ１に平行な第１の部分５１が、螺旋溝部１２１よりも後端面３の側に位置することになる。そのため、回転中心軸Ｓ１に平行な第１の部分５１が螺旋溝部１２１と側面視において重なり合わない構成となるので、角度αに応じて、直線状の第２の部分５２の延びる方向を微調整しながら設計することができる。すなわち、螺旋溝部１２１と直線状の第２の部分５２との距離の調整がしやすくなるため、極端に距離が小さくなる領域が生じにくい。したがって、ホルダ１を長期間使用したとしてもホルダ１に破損が生じにくくなる。
切屑排出溝１２は、螺旋溝部１２１だけでなく、螺旋溝部１２１よりも後端面３の側に位置する直線溝部１２２と、螺旋溝部１２１と直線溝部１２２とを接続する中間溝部１２３と、を備えている。直線溝部１２２は、回転中心軸Ｓ１に対して平行に延びている。中間溝部１２３は、側面視したときに回転中心軸Ｓ１に対して角度αよりも小さい角度βで交差している。
この構成によって、第１の部分５１と直線溝部１２２とが対応する構成になるので、直線溝部１２２と第１の部分５１との距離、および螺旋溝部１２１と第２の部分５２との距離のそれぞれにおいて極端に小さくなる領域が生じにくくなる。そのため、貫通孔５が第１の部分５１および第２の部分５２を有する構成であった場合であっても、ホルダ１を長期間使用したとしてもホルダ１に破損が生じにくくなる。
特に本例においては、第１の部分５１と第２の部分５２との接続部５３は、単に螺旋溝部１２１よりも後端面３の側に位置しているのではなく、側面視した場合に直線溝部１２２の先端よりも先端面２の側に位置している。すなわち、図３に示すように、直線溝部１２２に重なる範囲には、回転中心軸Ｓ１に平行な第１の部分５１が位置している。
このように、切屑排出溝１２が中間溝部１２３を備えており、接続部５３が、側面視したときに中間溝部１２３と重なる範囲に位置している。すなわち、図３に示すように、直線溝部１２２に重なる範囲には、回転中心軸Ｓ１に平行な第１の部分５１が位置し、中間溝部１２３に重なる範囲には、接続部５３が位置している。
この構成によって、第１の部分５１と直線溝部１２２とが対応し、中間溝部１２３に接続部５３が対応するという、比較的単純な構成を実現することができる。そのため、切屑排出溝１２と貫通孔５との距離が極端に小さくなる領域が生じにくくなるので、ホルダ１を長期間使用したとしてもホルダ１に破損がさらに生じにくくなる。また、図３に示すように、中間溝部１２３と外周面４との交差稜線上のある１点における接線Ｌ２と、回転中心軸Ｓ１とが成す角度をβとすれば、α＞βである。
中間溝部１２３は、螺旋溝部１２１における回転中心軸Ｓ１に対する角度αから、直線溝部１２２における回転中心軸Ｓ１に対する角度である０度への変化を緩やかにするために設けられる。この構成によって、螺旋溝部１２１から直線溝部１２２まで中間溝部１２３を介して切屑の排出方向が滑らかになる。そのため、生成された切屑は切屑排出溝１２の内に詰まったりすることが抑制されるので、切屑の排出性についても維持することができる。
本例において、図３に示すように、先端面２の側から後端面３の側に向かうにつれて、角度βは小さくなっている。この構成によって、螺旋溝部１２１と直線溝部１２２との接続がより滑らかになって、切屑の排出性をより良好に維持することができる。
また、本例において、図３に示すように、第１の部分５１と第２の部分５２との接続部５３は、側面視したときに中間溝部１２３の回転中心軸Ｓ１に平行な方向における中央部１２３ｍに位置している。この構成によって、第１の部分５１と直線溝部１２２とを、また第２の部分５２と螺旋溝部１２１とを対応させやすくなるので、第２の部分５２の方向の微調整が行なわれやすくなる。また、図５に示すように、第２の部分５２と切屑排出溝１２との肉厚が極端に薄くなる領域が生じにくくなる。そのため、ホルダ１を長期間使用しても切削排出溝１２が破損することも抑制される。
図５に示すように、第１の部分５１の大きさは第２の部分５２の大きさよりも大きい。この構成によって、切削液の流出量を十分に確保することができる。また、第１の部分の加工に径の太いドリルを利用できるので、製作が容易になり、コストを下げることができる。図５（ａ）および図５（ｂ）に第２の部分５２の大きさを直径ｒ２で示し、図５（ｃ）に第１の部分の大きさを直径ｒ１で示すと、ｒ１＞ｒ２である。
なお、本例においては、貫通孔５の中心軸（図示せず）に垂直な方向の断面形状が円形であるため、大きさを直径で示したがこれに限定されない。例えば、三角形状の場合には、各頂点から対辺に向かって下ろした垂線の長さのうち最大のものを用いればよく、頂点が４つ以上の多角形状の場合には、各頂点を結ぶ直線のうち最大のものを用いればよい。また、楕円形状の場合には長軸の長さを用いればよい。
また、本例においては、螺旋溝部１２１の回転中心軸Ｓ１に平行な方向の長さは、切屑排出溝１２の先端部の直径の２〜３倍である。この構成によって、本体部１０の先端部の直径に対応して、螺旋溝部１２１の回転中心軸Ｓ１に平行な方向の長さを好適に設定することができる。本例においては、本体部１０の先端部の直径とは、先端面２の直径のうち最大のものとして規定する。具体的には、図２に示すように先端面２の直径のうち最大のものをｒ３とし、図３に示すように、螺旋溝部１２１の先端部１２１Ｆから螺旋溝部１２１の後端部１２１Ｒまでの回転中心軸Ｓ１に平行な線分をｄ１とすれば、２・ｒ３≦ｄ１≦３・ｒ３である。
直線溝部１２２の回転中心軸Ｓ１に平行な方向の長さは、本体部１０の先端部の直径の１〜２倍である。すなわち、図３に示すように、直線溝部の先端部１２２Ｆ（中間溝部の後端部１２３Ｒ）から直線溝部の後端部１２２Ｒまでの回転中心軸Ｓ１に平行な線分をｄ２とすれば、ｒ３≦ｄ２≦２・ｒ３である。この構成によって、螺旋溝部１２１の中心軸Ｓ１に平行な方向の長さが直線溝部１２２の中心軸Ｓ１に平行な方向の長さよりも長くなるため、切屑の排出性をさらに良好に維持しやすくなる。
本例において、中間溝部１２３の回転中心軸Ｓ１に平行な方向の長さは、本体部１０の先端部の直径の１／２〜３／２倍である。すなわち、図３に示すように、中間溝部の先端部１２３Ｆ（螺旋溝部の後端部１２１Ｒ）から中間溝部の後端部１２３Ｒまでの回転中心軸Ｓ１に平行な線分をｄ３とすれば、（１／２）・ｒ３≦ｄ３≦（３／２）・ｒ３である。この構成によって、螺旋溝部１２１の回転中心軸Ｓ１に平行な方向の長さと、中間溝部１２３の回転中心軸Ｓ１に平行な方向の長さとのバランスが良好になって、切屑の排出性を良好に維持しやすくなる。
また、本例においては、螺旋溝部１２１の中心軸Ｓ１に平行な方向の長さは、切屑排出溝１２の長さの半分以上である。すなわち、図３に示すように、切屑排出溝の先端部１２Ｆからの後端部１２Ｒまで回転中心軸Ｓ１に平行な線分をｄ０とすれば、ｄ１≧（１／２）・ｄ０である。この構成によって、切屑排出溝１２において、螺旋溝部１２１の領域が占める割合が半分以上になるため、切屑の排出性を極めて良好に保つことができる。
さらに、本例において、螺旋溝部１２１の回転中心軸Ｓ１に平行な方向の長さは、直線溝部１２２の回転中心軸Ｓ１に平行な方向の長さよりも長い。すなわち、図３に示すように、ｄ１＞ｄ２である。この構成によって、切屑排出溝のうち螺旋溝部１２１を最も長く確保できるため、切屑の排出性を良好に維持することができる。
本例においては、直線溝部の後端部１２２Ｒに連続するとともに、切屑排出溝の後端部１２Ｒに接続された吐出溝部１２４を有している。吐出溝部１２４は、螺旋溝部１２１の回転中心軸Ｓ１に対して傾斜する方向と同じ向きに、傾斜角度αよりも大きな傾斜角度γで傾斜している。
具体的には、図３に示すように、吐出溝部１２４と外周面４の交差稜線上のある１点における接線ｌ３は、回転中心軸Ｓ１に対して傾斜角γで傾斜している。そして、接線ｌ３は、先端面２から離れるにつれて回転方向Ｘの後方（回転方向Ｘとは逆の方向）へ向かうように傾斜している。すなわち、吐出溝部１２４と螺旋溝部１２１の傾斜の方向は同じ方向である。
この構成によって、生成された切屑排出溝の後端部１２Ｒまで進行した場合でも、本体部１０の回転方向Ｘと逆向きに切屑を吐き出すことができるため、切屑の排出性はより良好に維持される。
インサートポケット１１および切屑排出溝１２は、それぞれ本体部１０の回転方向Ｘに２つ設けられている。一方の切屑排出溝１２ａの深さは、他方の切屑排出溝１２ｂの深さよりも深い。本例においては、特にドリルとして使用されるため、図２に示すように、先端面２に開口し、本体部１０の内方側に位置するインサートポケット１１ａと、先端面２および外周面３に開口し、本体部１０の外方側に位置するインサートポケット１１ｂを有している。さらに、インサートポケット１１ａの後端に切屑排出溝１２ａを、インサートポケット１１ｂの後端に切屑排出溝１２ｂをそれぞれ有している。
そして、図５に示すように、切屑排出溝１２ａの深さをｄ４とし、切屑排出溝１２ｂの深さをｄ５とした場合、ｄ４＞ｄ５である。なお、本例においては、図５に示すように、切屑排出溝の深さは、それぞれの切屑排出溝１２における仮想内接円の直径で規定する。切削の際には、インサートポケット１１ａに装着される切削インサートは内周側を切削し、インサートポケット１１ｂに装着される切削インサートは外周側を切削する。そのため、本体部１０の内方側に位置する切屑排出溝１２ａには、生成された切屑が相対的に詰まりやすくなる。しかしながら、本例の構成によれば、切屑排出溝１２ａの深さは、他方の切屑排出溝１２ｂの深さよりも深くなるため、切屑の排出性が向上する。
本体部１０の後端面３の側には、工作機械の工具保持部に装着するための保持部１３が形成されている。
ホルダ１の材質としては、例えば、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼、工具鋼あるいはステンレス鋼などが挙げられる。機械構造用炭素鋼としては、例えば、炭素（Ｃ）、シリカ（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、リン（Ｐ）および硫黄（Ｓ）を含む鋼が挙げられる。
また、機械構造用合金鋼としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、およびニッケル（Ｎｉ）などを含む鋼が挙げられる。また、工具鋼は、炭素工具鋼と合金工具鋼とに大別でき、機械構造用炭素鋼と機械構造用合金鋼とをそれぞれ熱処理を行なった鋼のことをいう。なお、ホルダ１の表面は、酸化防止および強度強化などを目的として、めっき等の表面加工処理が行なわれていてもよい。
貫通孔５は、上記の材質を用いて形成された本体部１０となる部材の先端から後端に向かって第１の孔を開けるとともに、上記の部材の後端から先端に向かって、第１の孔とつながるように第２の孔を開けることによって形成することができる。第１の孔および第２の孔は、例えば、小型のドリルを用いて本体部１０となる部材に孔を開けることによって形成される。
具体的には、本体部１０となる部材の後端面から先端に向かって、回転中心軸Ｓ１に平行となるように直線状の第１の孔を形成する。この第１の孔が第１の部分５１となる。また、後端が第１の穴の先端とつながるように、本体部１０となる部材の先端面から後端に向かって、回転中心軸Ｓ１に対して平行でない直線状の第２の孔を形成する。この第２の孔が第２の部分５２となる。第１の孔および第２の孔によって貫通孔５が形成される。
このように本体部１０となる部材の先端面の側および後端面の側の両方から孔を開けることによって、第１の部分５１と第２の部分５２との接続部５３で折れ曲がった貫通孔５を容易に形成することができる。また、上記のように第１の部分５１および第２の部分５２を形成する場合には、第２の部分５２を第１の部分５１とは別に形成することになるので、螺旋溝部１２１と直線状の第２の部分５２との距離の調整がしやすい。
第１の部分５１の径の大きさが第２の部分５２の径の大きさと同等である場合、１つのドリルを用いて第１の孔および第２の孔を形成すればよい。また、本例のホルダ１のように第１の部分５１の径の大きさを第２の部分５２の径の大きさよりも大きくするためには、径の異なるドリルを用いて第１の部分５１および第２の部分５２を形成すればよい。すなわち、相対的に径の大きなドリルを用いて第１の部分５１を形成するとともに、相対的に径の小さなドリルを用いて第２の部分５２を形成すればよい。
インサートポケット１１は、図１に示すように、回転方向Ｘに対向するホルダ座面１４と、ホルダ座面１４の交差する方向に位置する拘束側面１５とを有している。ホルダ座面１４には、インサートをホルダ１に装着する際に取付けネジ（図示せず）を螺合させるネジ孔１６が設けられている。ホルダ座面１４および拘束側面１５がインサートと当接することによって、インサートは確実に固定される。なお、より確実にインサートを固定するために、複数の拘束側面１５が平面視で交差するように配置されている。本例においては、製造簡易性の観点から、図１に示すように、拘束側面１５を２つ有している。
インサートポケット１１は、ホルダ座面１４および複数の拘束面１５の交差部に隅凹部１７を有している。この構成によって、インサートポケット１１が切削時に受ける衝撃が、ホルダ座面１４と複数の拘束面１５との交差部に集中しにくくなる。そのため、インサートポケット１１が破壊されることが抑制される。応力分散の観点から、隅凹部１７の内面は、曲面で構成されていることが好ましい。すなわち、ホルダ座面１４および複数の拘束面１５の各交差部の延びる方向と垂直な方向との断面において、隅凹部１７の内面が曲線状であることがよい。
（第２の実施形態）
本発明の実施形態の他の例であるホルダ１’を図６に示す。以下、本例については、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
本発明の実施形態の他の例であるホルダ１’を図６に示す。以下、本例については、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
本例においては、図６に示すように、本体部１０’は、外周面４’および先端面２’の少なくとも一方に開口した、複数の切削インサートが装着可能な複数のインサートポケット１１’と、外周面４’に設けられて、これらのインサートポケット１１’の後端側に位置する、切削インサートによって切削された切屑を排出する切屑排出溝１２’とを備えている。すなわち、本例においてホルダ１が複数の切屑排出溝１２’を備えているが、それぞれの切屑排出溝１２’の前端側に複数のインサートポケット１１’が位置している。
具体的には図６に示すように、１つの切屑排出溝１２’に対して２つのインサートポケット１１’が対応するように、切屑排出溝１２’および複数のインサートポケット１１が設けられている。この構成によって、比較的大きな直径の穴を開ける加工にも良好な効果を奏する切削工具ホルダを実現することができる。なお、１つの切屑排出溝１２’に対する切削インサートの数は、所望の直径に応じて適宜設定すればよい。
なお、本例においては、図６に示すように、本体部１０の回転中心軸Ｓ１に平行な方向の長さをできるだけ小さくすることを目的として、切屑排出溝１２’は螺旋溝部１２１’のみで構成されているが、第１の実施形態における切屑排出溝１２と同様に、切屑排出溝１２’が直線溝部および中間溝部を有していてもよい。
＜切削インサート＞
本発明の実施形態の一例である切削インサート１００（以下、単にインサート１００と略す）は、図７に示すように、上面１０２と、下面１０３と、側面１０４と、上面１０２と側面１０４との交差部の少なくとも一部に形成された切刃１０５と、を有している。インサート１００は、上述したように、ホルダ１に装着されて使用される。
本発明の実施形態の一例である切削インサート１００（以下、単にインサート１００と略す）は、図７に示すように、上面１０２と、下面１０３と、側面１０４と、上面１０２と側面１０４との交差部の少なくとも一部に形成された切刃１０５と、を有している。インサート１００は、上述したように、ホルダ１に装着されて使用される。
上面１０２の少なくとも切刃１０５に沿う領域はすくい面として機能し、側面１０４の少なくとも切刃１０５に沿う領域は逃げ面として機能する。そして、下面１０３は、ホルダ１に形成されたインサートポケット１１に当接する着座面として機能する。そのため、少なくとも、中心軸Ｓ２に対して垂直な面を備えていればよく、下面１０３の形状は特に限定されない。
切刃１０５は、ホルダ１に装着した時に、ホルダ１の内周側に位置する第１の切刃１０５ａと、外周側に位置する第２の切刃１０５ｂと、を有している。第１の切刃１０５ａは、穴底面の内周側を切削する切刃（内刃）として機能し、第２の切刃１０５ｂは、穴底面の外周側を切削する切刃（外刃）として機能する。
本例においては、インサート貫通孔１０６が上面１０２から下面１０３に貫通して設けられている。インサート貫通孔１０６は、ホルダ１に取り付けるために取付けネジを挿通する孔である。そして、インサート１００は、インサート貫通孔１０６の中心軸Ｓ２に対して、１８０度回転対称な形状をなす。したがって、本例のインサート１００は、第１の切刃１０５ａと第２の切刃１０５ｂがそれぞれ２つずつ形成されている。この構成によって、インサート１００をインサート貫通孔１０６の周りに回転させて、複数の切刃をそれぞれ切削に用いることができ、経済性が良好となる。
インサート１００は、平面視において、略四角形状（略平行四辺形形状）である。ここで平面視とは、以下においては特記しない限り、上面１０２の側からインサート１００を見た状態を意味する。なお、インサート１００の形状は略四角形状に限定されるものではなく、平面視において、例えば三角形、五角形、六角形、八角形などの略多角形の板状であってもよい。インサート１００は、平面視における略四角形状の一辺の長さを例えば５ｍｍ〜２５ｍｍ程度とすればよい。また、インサート１００の上面１０２から下面１０３までの厚みを例えば２ｍｍ〜１０ｍｍ程度とすればよい。ここで、厚みとは、側面視で、上面１０２のうち最も上方に位置する部位と下面１０３のうち最も下方に位置する部位までの距離のうち、中心軸Ｓ２に平行な線分を意味する。
なお、上面１０２の形状については、切削条件に応じて適宜設計すればよく、特に限定されない。例えば、本例においては、図６に示すように、生成された切屑を分断するために、上面１０２における第２の切刃１０５ｂに沿う領域に隆起部１０２ｂを設けている。そして、生成された切屑を螺旋状に形成するために、上面１０２における第１の切刃１０５ａに沿う領域に、第１の切刃１０５ａから離れるにつれて下面１０３に近づくように傾斜する傾斜面１０２ａが設けられている。
インサート１００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ある。
インサート１００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（Ａｌ２Ｏ３）などが挙げられる。
＜切削工具＞
本発明の実施形態の一例である切削工具１１０は、図８に示すように、切削工具用ホルダ１と、切削工具用ホルダ１のインサートポケット１１に装着された切削インサート１００とを備えている。切削工具１１０は、切刃部が本体部に着脱可能となるように形成された、いわゆるスローアウェイタイプの切削工具である。インサート１００の切刃１０５は、ホルダ１の先端面２および外周面４の少なくとも一方から突出して装着されている。
本発明の実施形態の一例である切削工具１１０は、図８に示すように、切削工具用ホルダ１と、切削工具用ホルダ１のインサートポケット１１に装着された切削インサート１００とを備えている。切削工具１１０は、切刃部が本体部に着脱可能となるように形成された、いわゆるスローアウェイタイプの切削工具である。インサート１００の切刃１０５は、ホルダ１の先端面２および外周面４の少なくとも一方から突出して装着されている。
具体的には、図８（ｂ）に示すように、内方側に位置するインサートポケット１１ａには、第１の切刃１０５ａがホルダ１の先端面２から突出するように装着され、かつ、外方側に位置するインサートポケット１１ｂには、第２の切刃１０５ｂがホルダ１の外周面４から突出するように装着される。この構成によって、上述したように、第１の切刃１０５ａは、穴底面の内周側を切削する切刃（内刃）として機能し、かつ、第２の切刃１０５ｂは、穴底面の外周側を切削する切刃（外刃）として機能する。
本例においては、図８（ｂ）に示すように、インサート１００は取付けネジ１１１によってインサートポケット１１に装着されている。すなわち、インサート１００のインサート貫通孔１０６に取付けネジ１１１を挿入し、この取付けネジ１１１の先端をインサートポケット１１に形成されたネジ孔１５に挿入してネジ状の溝部（図示せず）同士を螺合させることによって、インサート１００がホルダ１に装着されている。
また、本例においては、図９に示すように、ホルダ１の回転中心軸Ｓ１に対して第２の切刃１０５ｂが正のアキシャルレーキφを有するように、インサート１００がホルダ１に装着されている。すなわち、図９に示すように、側面視で、ホルダ１の外周面の側に配置されたインサート１００の第２の切刃１０５ｂは、ホルダ１の先端側から後端側に向かうにつれて、ホルダ１の回転中心軸Ｓ１から遠ざかるように傾斜している。このような構成によって、切削時にかかる切削抵抗の低減を図ることができ、びびり振動を抑制できる。
本例においては、切削工具１１０が回転工具として用いられる。特に、ホルダ１の先端面２および外周面４の少なくとも一方から突出する複数の切刃を備えているため、切削工具１１０は被削材に穴を開ける加工形態に適するドリルとして用いられる。 本発明は、スローアウェイタイプの切削工具を例にして説明したが、切刃部と本体部が一体的に形成された、いわゆるソリッドタイプの切削工具であってもよい。具体的には、切削工具１１０’’は、回転中心軸Ｓ１’’を有する円柱状の本体部１０’’と、本体部１０’’の先端部に位置する切刃１０５’’と、本体部１０’’の外周面４’’に設けられた切屑排出溝１２’’と、本体部１０’’の先端面２’’から後端面３’’まで貫く貫通孔５とを備えている。切屑排出溝１２’’は、先端面２’’の側に位置するとともに回転中心軸Ｓ１’’に沿って螺旋状に設けられた螺旋溝部１２１’’を有している。
螺旋溝部１２１’’は、側面視したときに回転中心軸Ｓ１’’に対して一定の角度αで交差している。貫通孔５’’は、後端面３’’に開口している直線状の第１の部分５１’’と、第１の部分５１’’に接続されて先端面２’’に開口している直線状の第２の部分５２’’とを備えている。
第１の部分５１’’は、回転中心軸Ｓ１’’に対して平行である。第２の部分５２’’は、回転中心軸Ｓ１’’に対して平行でない。第１の部分５１’’と第２の部分５２’’との接続部５３’’は、螺旋溝部１２１’’よりも後端面３’’の側に位置している。
この構成によって、回転中心軸Ｓ１’’に平行な第１の部分５１’’が、螺旋溝部１２１’’よりも後端面３’’の側に位置することになる。そのため、角度αに対して、直線状の第２の部分５２’’の延びる方向を微調整しながら設計することができる、すなわち、螺旋溝部１２１’’と直線状の第２の部分５２’’との距離の調整がしやすくなるため、極端に距離が小さくなる領域が生じにくい。したがって、長期間使用したとしても破損が生じにくくなる。
なお、本例のようなソリッドタイプの切削工具１１０’’においては、本体部１０’’の先端部の直径は、本体部１０’’の先端視における回転中心軸Ｓ１’’から切刃１０５ａ’’の外周側端部までの距離として測定すればよい。
＜被削材の切削方法＞
図１０を用いて、本発明の実施形態の一例である被削材の切削方法について、切削工具１１０を用いた場合を例示して説明する。本例の被削材の切削方法は、以下の（ｉ）〜（iii）の工程を含む。
（ｉ）図１０（ａ）に示すように、切削工具１１０をホルダ１の回転中心軸Ｓ１を中心に矢印Ｘの方向に回転させる工程、および矢印Ｙ１の方向に動かし、被削材２００に切削工具１１０の切刃１０５を近づける工程。
（ii）図１０（ｂ）に示すように、インサート１００の切刃１０５を被削材２００の表面に接触させ、回転している切削工具１１０を、例えば矢印Ｚの方向に動かし、被削材２００を切削し、穴を開ける工程。
（iii）図１０（ｃ）に示すように、回転している切削工具１１０を矢印Ｙ２の方向に動かし、被削材２００から切削工具１１０を離す工程。
図１０を用いて、本発明の実施形態の一例である被削材の切削方法について、切削工具１１０を用いた場合を例示して説明する。本例の被削材の切削方法は、以下の（ｉ）〜（iii）の工程を含む。
（ｉ）図１０（ａ）に示すように、切削工具１１０をホルダ１の回転中心軸Ｓ１を中心に矢印Ｘの方向に回転させる工程、および矢印Ｙ１の方向に動かし、被削材２００に切削工具１１０の切刃１０５を近づける工程。
（ii）図１０（ｂ）に示すように、インサート１００の切刃１０５を被削材２００の表面に接触させ、回転している切削工具１１０を、例えば矢印Ｚの方向に動かし、被削材２００を切削し、穴を開ける工程。
（iii）図１０（ｃ）に示すように、回転している切削工具１１０を矢印Ｙ２の方向に動かし、被削材２００から切削工具１１０を離す工程。
なお、（ｉ）の工程では、切削工具１１０と被削材２００とは相対的に近づければよく、例えば被削材２００を切削工具１１０に近づけてもよい。これと同様に、（iii）の工程では、被削材２００と切削工具１１０とは相対的に遠ざければよく、例えば被削材２００を切削工具１１０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１１０を回転させた状態を保持して、被削材２００の異なる箇所にインサート１００の切刃１０５を接触させる工程を繰り返せばよい。
本例においては、上述のとおりインサート１００が切刃１０５を上面側および下面側に２つずつ有している。そのため、使用している切刃１０５が摩耗した際には、インサート１００をインサート貫通孔１０６の中心軸に対して回転させる、あるいは、インサート１００をひっくり返すことによって、未使用の切刃１０５を用いればよい。
被削材２００の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、鋳鉄または非鉄金属などが挙げられる。これらの金属などによって形成されている被削材２００は、切削工具１１０を用いた切削加工を含む加工によって、例えば、自動車用の部品、あるいは航空機用のエンジンの部品を製造する際に用いられる金型となる。すなわち、本例の切削工具１１０は、一例として上記の金型を作製するために用いることができる。なお、上記の金型は切削工具１１０を用いた切削加工による切削加工物の一例であって、金属などからなる被削材２００に穴を開けて作製される、その他の切削加工物の作製に切削工具１１０を用いることを制限するものではない。
１，１’，１’’ ホルダ
２，２’，２’’ 先端面
３，３’，３’’ 後端面
４，４’，４’’ 外周面
５，５’，５’’ 貫通孔
５１，５１’，５１’’ 第１の部分
５２，５２’，５２’’ 第２の部分
５３，５３’，５３’’ 接続部
１０，１０’，１０’’ 本体部
１１，１１’ インサートポケット
１２，１２’，１２’’ 切屑排出溝
１２Ｆ 切屑排出溝の先端部
１２Ｒ 切屑排出溝の後端部
１２１ 螺旋溝部
１２１Ｆ 螺旋溝部の先端部
１２１Ｒ 螺旋溝部の後端部
１２２ 直線溝部
１２２Ｆ 直線溝部の先端部
１２２Ｒ 直線溝部の後端部
１２３ 中間溝部
１２３Ｆ 中間溝部の先端部
１２３Ｒ 中間溝部の後端部
１２４ 吐出溝部
１３ 保持部
１４ 着座面
１５ 拘束側面
１６ ネジ孔
１７ 隅凹部
１００ 切削インサート（インサート）
１０２ 上面
１０３ 下面
１０４ 側面
１０５，１０５’’ 切刃
１０５ａ 第１の切刃（内刃）
１０５ｂ 第２の切刃（外刃）
１０６ インサート貫通孔
１１０，１１０’’ 切削工具
１１１ 取付けネジ
２００ 被削材
２，２’，２’’ 先端面
３，３’，３’’ 後端面
４，４’，４’’ 外周面
５，５’，５’’ 貫通孔
５１，５１’，５１’’ 第１の部分
５２，５２’，５２’’ 第２の部分
５３，５３’，５３’’ 接続部
１０，１０’，１０’’ 本体部
１１，１１’ インサートポケット
１２，１２’，１２’’ 切屑排出溝
１２Ｆ 切屑排出溝の先端部
１２Ｒ 切屑排出溝の後端部
１２１ 螺旋溝部
１２１Ｆ 螺旋溝部の先端部
１２１Ｒ 螺旋溝部の後端部
１２２ 直線溝部
１２２Ｆ 直線溝部の先端部
１２２Ｒ 直線溝部の後端部
１２３ 中間溝部
１２３Ｆ 中間溝部の先端部
１２３Ｒ 中間溝部の後端部
１２４ 吐出溝部
１３ 保持部
１４ 着座面
１５ 拘束側面
１６ ネジ孔
１７ 隅凹部
１００ 切削インサート（インサート）
１０２ 上面
１０３ 下面
１０４ 側面
１０５，１０５’’ 切刃
１０５ａ 第１の切刃（内刃）
１０５ｂ 第２の切刃（外刃）
１０６ インサート貫通孔
１１０，１１０’’ 切削工具
１１１ 取付けネジ
２００ 被削材
Claims (8)
- 回転中心軸を有する円柱状の本体部を備えている、切削インサートを装着可能な切削工具用ホルダであって、
前記本体部は、外周面および先端面の少なくとも一方に開口した、前記切削インサートを装着可能なインサートポケットと、前記外周面に設けられて前記インサートポケットの後端側に位置する切屑排出溝と、前記本体部の前記先端面から後端面まで貫く貫通孔とを備えており、
前記切屑排出溝は、前記回転中心軸に沿って螺旋状に設けられた、側面視したときに前記回転中心軸に対して一定の角度α＝１０°〜２０°で交差する螺旋溝部を有しており、前記切屑排出溝は、前記螺旋溝部よりも前記後端面側に位置して前記回転中心軸に平行に延びる直線溝部と、前記螺旋溝部と前記直線溝部とを接続している、側面視したときに前記回転中心軸に対して前記角度αよりも小さい角度βで交差する中間溝部とを備えているとともに、前記螺旋溝部の前記回転中心軸に平行な方向の長さは、前記本体部の先端部の直径の２〜３倍であり、かつ前記インサートポケットおよび前記切屑排出溝は、それぞれ前記本体部の回転方向に２つ設けられており、一方の前記切屑排出溝の深さは、他方の前記切屑排出溝の深さよりも深く、
前記貫通孔は、前記後端面に開口している、前記回転中心軸に平行な直線状の第１の部分と、該第１の部分に接続されて前記先端面に開口しているとともに、前記回転中心軸に平行でない直線状の第２の部分とを備えており、前記貫通孔は２つ形成されているとともに、前記第１の部分は前記回転中心軸に対して互いに点対称となるように形成されており、前記第１の部分と前記第２の部分との接続部は、側面視したときに前記中間溝部と重なる範囲に位置していることを特徴とする切削工具用ホルダ。 - 前記角度βは、前記先端面から前記後端面に向かうにつれて小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の切削工具用ホルダ。
- 前記第１の部分と前記第２の部分との前記接続部は、側面視したときに前記中間溝部の前記回転中心軸に平行な方向における中央部に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の切削工具用ホルダ。
- 前記螺旋溝部の前記回転中心軸に平行な方向の長さは、前記直線溝部の前記回転中心軸に平行な方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の切削工具用ホルダ。
- 前記第１の部分の前記回転中心軸に垂直な方向の断面における大きさは前記第２の部分の前記回転中心軸に垂直な方向の断面における大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の切削工具用ホルダ。
- 請求項１から５のいずれかの項に記載の切削工具用ホルダと、該切削工具用ホルダの前記インサートポケットに装着された切削インサートとを備えていることを特徴とする切削工具。
- 回転中心軸を有する円柱状の本体部と、該本体部の先端部に位置する切刃と、前記本体部の外周面に設けられた切屑排出溝と、前記本体部の先端面から後端面まで貫く貫通孔とを備え、
前記切屑排出溝は、前記先端面側に位置するとともに前記回転中心軸に沿って螺旋状に設けられた、側面視したときに前記回転中心軸に対して一定の角度α＝１０°〜２０°で交差する螺旋溝部を有しており、前記切屑排出溝は、前記螺旋溝部よりも前記後端面側に位置して前記回転中心軸に平行に延びる直線溝部と、前記螺旋溝部と前記直線溝部とを接続している、側面視したときに前記回転中心軸に対して前記角度αよりも小さい角度βで交差する中間溝部とを備えているとともに、前記螺旋溝部の前記回転中心軸に平行な方向の長さは、前記本体部の先端部の直径の２〜３倍であり、かつ前記インサートポケットおよび前記切屑排出溝は、それぞれ前記本体部の回転方向に２つ設けられており、一方の前記切屑排出溝の深さは、他方の前記切屑排出溝の深さよりも深く、
前記貫通孔は、前記後端面に開口している、前記回転中心軸に平行な直線状の第１の部分と、該第１の部分に接続されて前記先端面に開口しているとともに、前記回転中心軸に平行でない直線状の第２の部分とを備えており、前記貫通孔は２つ形成されているとともに、前記第１の部分は前記回転中心軸に対して互いに点対称となるように形成されており、前記第１の部分と前記第２の部分との接続部は、側面視したときに前記中間溝部と重なる範囲に位置していることを特徴とする切削工具。 - 請求項６または７に記載の切削工具を回転させる工程と、
回転している前記切削工具の前記切刃を被削材に接触させて前記被削材を切削する工程と、
回転している前記切削工具の前記切刃を前記被削材から離す工程とを含むことを特徴とする被削材の切削方法。
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