JP5974940B2 - 交換式切削ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、工具本体の先端に着脱可能に取り付けられて切削加工に使用される交換式切削ヘッドに関するものである。

このような交換式切削ヘッドが工具本体に取り付けられた切削工具として、例えば特許文献１には、加工ヘッド（交換式切削ヘッド）およびホルダー（工具本体）の一方および他方にそれぞれ軸心上に設けられた締結用おねじおよび締結用めねじが互いに螺合されることにより、加工ヘッドがホルダーの先端部に同心に着脱可能に取り付けられる加工ヘッド交換式回転工具が記載されている。

ここで、この特許文献１に記載の加工ヘッド交換式回転工具では、加工ヘッドおよびホルダーに、締結用おねじおよび締結用めねじが螺合された締結状態において互いに当接させられる当接面が設けられており、締結用おねじおよび締結用めねじが加工負荷により締まり勝手となる工具回転方向へ前記ホルダを介して一体的に回転駆動されることにより、加工ヘッドによって所定の加工を行なうとともに、当接面の当接により加工負荷で締結用おねじおよび締結用めねじが更に締め付けられることが防止される。

また、この特許文献１には、上記締結用おねじと締結用めねじとを螺合させるためのレンチ等の作業用工具が係止される工具係止部（掛止部）として、二面取り状の一対の平坦な係止面（掛止面）を軸心に対して対称位置に互いに平行に交換式切削ヘッドのヘッド本体に設けることが記載されている。さらに、同じく特許文献１には、ヘッド本体が工具の種類に応じて切刃等を有して構成されるとともに、超硬合金や高速度工具鋼等の所定の工具材料によって構成され、必要に応じてＴｉＮやＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ等の化合物被膜やＤＬＣ膜、ダイヤモンド被膜等の硬質被膜（コーティング皮膜）をコーティングすることも記載されている。

特開２０１０−２８４７５２号公報

ところで、この特許文献１に記載の交換式切削ヘッドのように、ヘッド本体の表面にＴｉＮやＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＣｒＮ等のコーティング皮膜を被覆した場合には、作業用工具が掛止される掛止部の掛止面にもコーティング皮膜が被覆されることになる。しかしながら、これらのコーティング皮膜には、特にアークイオンプレーティング法でコーティング皮膜を形成した場合に、その表面に０．３μｍ〜５．０μｍ程度の大きさで微細粒子または微細突起が突出することが知られている。

そして、このような微細粒子または微細突起もコーティング皮膜と同様に硬質であるため、ヘッド本体を交換するたびにレンチ等の作業用工具を掛止部に掛止させると、このような微細粒子または微細突起によって作業用工具が摩耗してしまい、早期に寿命となってしまうおそれがある。また、作業用工具を掛止させる際の摩擦も大きいため、掛止させる際にヘッド本体が押し出されてしまい、締め付け前に工具本体から脱落して切刃部に欠けが生じたりするおそれもある。

その一方で、掛止面にコーティング皮膜が被覆されていないと、上述の超硬合金や高速度工具鋼のように硬質である反面、脆い工具材料よりなるヘッド本体にレンチ等の作業用工具を掛止した際に欠けが生じ易くなってしまう。また、このように掛止面にコーティング皮膜が被覆されないようにするには、コーティングの際に掛止面をマスキングするなどしなければならず、コーティング前の作業の時間と労力が増えてコスト高を招くことにもなる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、掛止部の欠けやコスト高を招くことなく、作業用工具の寿命の延長を図るとともに、交換時にヘッド本体の脱落を生じることもない交換式切削ヘッドを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、ヘッド本体の先端側に切刃部が形成されるとともに、この切刃部よりも後端側には作業用工具が掛止される掛止部が形成されていて、この掛止部には掛止面が形成されており、上記ヘッド本体の表面にはコーティング皮膜が被覆されていて、上記掛止面における上記コーティング皮膜の表面では、４０μｍ×６０μｍの範囲内において、該コーティング皮膜の表面から０．３μｍ〜５．０μｍの大きさで突出する微細粒子または微細突起の数が２００以下であることを特徴とする。

従って、このように構成された交換式切削ヘッドにおいては、掛止面におけるコーティング皮膜の表面に０．３μｍ〜５．０μｍの大きさで突出する微細粒子または微細突起の数が、４０μｍ×６０μｍの範囲内において２００以下と少なくされているので、このような微細粒子または微細突起によってレンチ等の作業用工具が摩耗するのを抑えることができる。また、微細粒子または微細突起による摩擦も小さいため、掛止面の滑りも良くなり、ヘッド本体の交換時に脱落を生じるのも防ぐことができる。さらに、掛止面には、上述のような微細粒子または微細突起は少なくてもコーティング皮膜は被覆されているので、作業用工具を掛止した際の欠けなどは防ぐことができる。

ここで、４０μｍ×６０μｍの範囲内において、掛止面のコーティング皮膜の表面から０．３μｍ〜５．０μｍの大きさで突出する微細粒子または微細突起の数が２００よりも多いと、作業用工具の摩耗やヘッド本体の脱落を確実に防止することは困難となる。なお、このように掛止面におけるコーティング皮膜の表面に突出する０．３μｍ〜５．０μｍの大きさの微細粒子または微細突起の数を４０μｍ×６０μｍの範囲内において２００以下とするには、コーティング皮膜の被覆後に掛止面を研磨すればよく、切刃部の研磨と同時に研磨をすれば時間や労力を軽減してコスト高となるのを防ぐことができる。

以上説明したように、本発明によれば、掛止面の欠けやコスト高を招くことなく、ヘッド本体を交換するためのレンチ等の作業用工具の寿命を長くすることができるとともに、交換時にヘッド本体が脱落するのも防いで切刃部の欠け等の損傷も防ぐことができる。

本発明の一実施形態を示す側面図である。

図１は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態の交換式切削ヘッドは、超硬合金等の硬質材料により一体に形成されたヘッド本体１と、このヘッド本体１よりは硬度の低い鋼材等の金属材料により一体に形成された連結部材２とを備えている。ヘッド本体１には、先端側（図１において左側）から後端側（図１において右側）に向けて順に切刃部３、掛止部４、および取付部５が形成されるとともに、連結部材２には取付部５からさらに後端側に突出するネジ部２Ａが設けられている。

ヘッド本体１の切刃部３は軸線Ｏを中心とした外形概略円柱状をなし、切刃部３の外周にはその先端から後端側に向けて軸線Ｏ回りに切削時の工具回転方向Ｔ後方側に捩れる複数条（本実施形態では４条）の切屑排出溝３Ａが周方向に等間隔に形成されていて、その工具回転方向Ｔを向く壁面の外周側辺稜部には、この壁面をすくい面とする外周刃６が形成されている。また、切屑排出溝３Ａの先端部にはギャッシュ３Ｂが形成されていて、このギャッシュ３Ｂの工具回転方向Ｔを向く壁面の先端側辺稜部には、やはり同壁面をすくい面とする底刃７が形成されている。

また、掛止部４は切刃部３と同軸で外周刃６の外径と略同径の外形概略円板状をなし、切刃部３の切屑排出溝３Ａ後端の外周側への切り上がり部分に連設するように形成されている。そして、この掛止部４には、軸線Ｏを挟んでその両側に、軸線Ｏに平行かつ互いにも平行とされた一対の掛止面４Ａが掛止部４の外周面を切り欠くようにして軸線Ｏから等間隔に形成されている。これらの掛止面４Ａは、本実施形態では上記４条の切屑排出溝３Ａのうち軸線Ｏを挟んで互いに反対側に位置する一対の切屑排出溝３Ａの後端部に連通している。

さらに、取付部５は、掛止部４よりも小径で後端側に向かうに従い外径が縮径する軸線Ｏを中心とした円錐台状をなしている。掛止部４と取付部５との間の後端側を向く円環状の段差面５Ａは、軸線Ｏに垂直とされている。また、この取付部５の後端面から先端側に向けて掛止部４および切刃部３の途中までには、軸線Ｏを中心とした図示されない取付孔が形成されている。

連結部材２は、上記取付孔に挿入されて固定される図示されない軸部と、この軸部よりも大径で取付部５の後端面より小径の雄ネジ部とされた上記ネジ部２Ａとを備えている。この連結部材２の軸部の取付孔への固定は、例えば特開２０１１−１４３５３２号公報に記載されているように、連結部材２に上記軸部からネジ部２Ａにかけて軸線Ｏに沿った貫通孔を形成しておいて、ネジ部２Ａ先端の軸部との段差面を取付部５の後端面に当接させて軸部を上記取付孔に嵌挿した上で、上記貫通孔に後端側からパンチを打ち込み、軸部を塑性変形させて拡径することにより取付孔に接合して行われる。

ヘッド本体１の切刃部３と掛止部４の表面には、コーティング皮膜が被覆されている。このコーティング皮膜は、例えばＴｉ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｈｆのような周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族遷移元素と第３ｂ、４ｂ族元素のうち１種または２種以上を含む金属の炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、または硼化物よりなるものであって、代表的にはＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＡｌＴｉＮ、ＡｌＣｒＮ、ＡｌＴｉＳｉＮ、ＡｌＣｒＳｉＮ、ＴｉＳｉＮなどの高融点硬質物皮膜であり、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法によって所定の膜厚で被覆され、特にアークイオンプレーティング法により被覆されるのが好ましい。

こうして被覆されたままのコーティング皮膜の表面には、特にアークイオンプレーティング法で成膜した場合に、上記高融点硬質物による微細粒子または微細突起が０．３μｍ〜５．０μｍ程度の大きさで疎らに突出しており、該コーティング皮膜の表面は粗面とされている。そこで、本実施形態では、少なくとも上記掛止面４Ａのコーティング皮膜において、このように突出した微細粒子または微細突起を部分的に除去して減らすことにより、４０μｍ×６０μｍの範囲内において、コーティング皮膜表面から０．３μｍ〜５．０μｍの大きさで突出する微細粒子または微細突起の数が２００以下と少ない滑らかな滑面を形成する。

このような滑面を形成するには、例えば研磨砥粒を含有したブラシや、研磨布、バフによる研磨、またはポリッシュ加工やラップ加工、あるいは細かいダイヤモンド砥粒等をショット粒子として加圧流体により吹き付けるショットブラストなどが用いられる。例えばショットブラストによって掛止面４Ａを滑面に形成する際には、切刃部３の切屑排出溝３Ａやギャッシュ３Ｂの上記すくい面を含めた内面や外周刃６、底刃７の逃げ面も同じような滑面とされてもよい。なお、取付部５の後端面と外周面および上記段差面５Ａの少なくとも外縁部よりも内周側にはコーティング皮膜は被覆されていない。

このように構成された交換式切削ヘッドは、上記連結部材２によって円筒状の工具本体（ホルダー）の先端部に着脱可能に取り付けられて、ヘッド本体１の上記切刃部３により被削材に切削加工を行う。工具本体の先端部には、ヘッド本体１の上記段差面５Ａが当接可能な当接面と、この当接面に開口して工具本体後端側に向かうに従い漸次縮径するテーパ孔と、このテーパ孔の孔底に形成された雌ネジ部とが形成されており、この雌ネジ部に雄ネジ部とされた上記ネジ部２Ａをねじ込んで取付部５をテーパ孔に密着させるとともに段差面５Ａを当接面に当接させることにより、交換式切削ヘッドは工具本体先端部に固定される。

そして、このように工具本体の雌ネジ部に連結部材２のネジ部２Ａをねじ込む際や、交換式切削ヘッドを工具本体から取り外すときにネジ部２Ａを緩める際には、上記一対の掛止面４Ａにレンチやスパナ等の作業用工具のコ字状開口部の一対の係合面を摺接させて密着させることにより作業用工具を掛止部４に掛止させ、連結部材２ごとヘッド本体１を軸線Ｏ回りに回転することになるが、上記構成の交換式切削ヘッドにおいては、この掛止面４Ａに被覆されたコーティング皮膜の表面において、０．３μｍ〜５．０μｍの大きさで突出する微細粒子または微細突起の数が、４０μｍ×６０μｍの範囲内において２００以下と少なくされているので、このような微細粒子または微細突起による上記作業用工具の摩耗を抑制することが可能となる。

すなわち、上述のようなコーティング皮膜の表面に突出する上記微細粒子または微細突起はコーティング皮膜と同様に高融点硬質物であるので、一般的に鋼材などの該高融点硬質物よりも硬度の低い材質からなる作業用工具を掛止部４に掛止させる際に、上記コ字状開口部の係合面が掛止面４Ａのコーティング皮膜表面を擦過すると、交換式切削ヘッドの着脱を繰り返すうちには作業用工具の係合面が摩耗して掛止面４Ａとの間に大きな隙間が生じ、がたつきを起こして作業用工具を掛止部４に確実に掛止することができなくなってしまう。

これに対して、上記構成の交換式切削ヘッドでは、このような微細粒子または微細突起が上述のような研磨等によって除去されて少なくされ、コーティング皮膜の表面には微細粒子や微細突起が除去された後の孔部が残されている程度となるので、作業用工具の摩耗を抑制して長期に亙って確実かつ安定した交換式切削ヘッドの着脱を行うことが可能となる。その一方で、こうして微細粒子や微細突起が除去されていても、掛止面４Ａの表面は硬質のコーティング皮膜で被覆されているので、作業用工具を係止する際に掛止部４に欠けが生じるようなこともない。

また、掛止面４Ａの滑りが良くなって、作業用工具を掛止部４に掛止するときに係合面を掛止面４Ａに摺接させるときの摩擦抵抗も小さくなるので、例えば取り付けの際に交換式切削ヘッドを工具本体の先端部に載置した状態から作業用工具を掛止部４に掛止して回転させようとした場合に、係合面が掛止面４Ａに引っ掛かって交換式切削ヘッドが工具本体から脱落することにより損傷を生じたりするのも防ぐことができる。さらに、上述のように掛止面４Ａのコーティング皮膜の微細粒子または微細突起の除去を切刃部３の研磨と同時に行えば、時間や労力を軽減することができてコスト高を招くこともない。

ここで、上記掛止面４Ａにおけるコーティング皮膜の表面に０．３μｍ〜５．０μｍの大きさで突出する微細粒子または微細突起の数が、４０μｍ×６０μｍの範囲内において２００よりも多いと、作業用工具の摩耗や掛止の際の抵抗が大きくなって、これらの効果を得ることが困難となる。なお、この微細粒子または微細突起の数は少ないほど望ましく、場合によってはこのような微細粒子または微細突起がコーティング皮膜の表面に突出していなくてもよいが、そこまで微細粒子または微細突起が除去されるように研磨等を施すには却って多大な時間や労力を要することになるので、上記微細粒子または微細突起の数は２８程度まで少なくされていればよい。

また、本実施形態では、一対の掛止面４Ａが掛止部４に形成されているが、例えば軸線Ｏに直交する断面において掛止面４Ａが正方形や正六角形の各辺上に位置するように、複数対の掛止面４Ａを掛止部４に形成してもよい。

以下に、本発明の実施例を挙げて本発明の効果について実証する。本実施例では、図１に示した実施形態の交換式切削ヘッドにおいて、取付部５の表面と段差面５Ａを除いた超硬合金製のヘッド本体１の表面にＡｌＴｉＮよりなるコーティング皮膜をアークイオンプレーティング法により平均膜厚２μｍで被覆し、次いでこのコーティング皮膜にダイヤモンド粒子によるショットブラストを施して微細粒子または微細突起を除去し、このショットブラストを施す時間を調整することにより、４０μｍ×６０μｍの範囲内において、掛止面４Ａにおけるコーティング皮膜の表面から０．３μｍ〜５．０μｍの大きさで突出する微細粒子または微細突起の数を４３とした交換式切削ヘッド（実施例１）と、この微細粒子または微細突起の数を１７８とした交換式切削ヘッド（実施例２）とを製造した。

また、比較例１として、ショットブラスト等を施さずに上記と同じコーティング皮膜を被覆しただけの掛止面における上記微細粒子または微細突起の数が４０μｍ×６０μｍの範囲内において７０６の交換式切削ヘッドと、比較例２として、ショットブラストを施す時間を実施例２よりも短縮して、掛止面におけるコーティング皮膜の表面では、４０μｍ×６０μｍの範囲内において、該コーティング皮膜の表面から０．３μｍ〜５．０μｍの大きさで突出する微細粒子または微細突起の数が、比較例１よりは少ないものの実施例２よりも多い２１７とされた交換式切削ヘッドとを製造した。

なお、これら実施例１、２および比較例１、２について、掛止面におけるコーティング皮膜表面に４０μｍ×６０μｍの範囲内において、０．３μｍ〜５．０μｍの大きさで突出する微細粒子または微細突起の数は、日本電子株式会社製の走査型電子顕微鏡（型番ＪＳＭ−５４１０）により測定した。また、掛止面の大きさは１０ｍｍ×４ｍｍ、一対の掛止面の間隔は１６ｍｍ、ネジ部はピッチ１．５ｍｍ、ネジ径１０ｍｍ、ネジ長さ１０ｍｍであった。

そして、これら実施例１、２と比較例１、２の掛止部にクロムモリブデン鋼製のレンチを掛止して最大トルク５０Ｎ・ｍで回転して交換式切削ヘッドを工具本体に着脱する操作を繰り返し、レンチの係合面の摩耗によるがたつきの有無を確認する試験を行った。その結果、比較例１では早期にがたつきが生じ始め、７００回着脱した当たりからレンチが掛止部をなめるようになって着脱が困難となった。また、比較例２でも、比較例１よりは多くの回数着脱が可能であったものの、８００回当たりから着脱が困難となった。

これらに対して、実施例１、２では、比較例２を越える回数着脱してもがたつきが生じることはなく、１０００回着脱したところでがたつきのないまま試験を終了することにした。なお、試験後のレンチを観察したところ、実施例１では摩耗は全く確認できなかったのに対し、実施例２では僅かな擦り傷が認められた。この結果より、４０μｍ×６０μｍの範囲内において、掛止面４Ａにおけるコーティング皮膜の表面から０．３μｍ〜５．０μｍの大きさで突出する微細粒子または微細突起の数は、１００以下であることが望ましい。

１ ヘッド本体
２ 連結部材
２Ａ ネジ部
３ 切刃部
３Ａ 切屑排出溝
３Ｂ ギャッシュ
４ 掛止部
４Ａ 掛止面
５ 取付部
５Ａ 段差面
６ 外周刃
７ 底刃
Ｏ ヘッド本体１の軸線
Ｔ 工具回転方向

Claims (1)

1. ヘッド本体の先端側に切刃部が形成されるとともに、この切刃部よりも後端側には作業用工具が掛止される掛止部が形成されていて、この掛止部には掛止面が形成されており、上記ヘッド本体の表面にはコーティング皮膜が被覆されていて、上記掛止面における上記コーティング皮膜の表面では、４０μｍ×６０μｍの範囲内において、該コーティング皮膜の表面から０．３μｍ〜５．０μｍの大きさで突出する微細粒子または微細突起の数が２００以下であることを特徴とする交換式切削ヘッド。

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