JP6095241B2 - 切削インサートおよび切削工具、並びにそれを用いた切削加工物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削インサートおよび切削工具、並びにそれを用いた切削加工物の製造方法に関する。

従来、正面フライス加工を行うために用いるカッティングプレートとして、コーナ切刃から内側に向かって、すくい面、段部および台座面が位置する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、特許文献１に記載のカッティングプレートは、例えば、仕上げ切削などの切込み量が小さな切削条件下で使用すると、切屑がカール・分断されずに伸びて、被削材の加工面を傷つけるおそれがあった。
そこで、上述のような切屑による被削材の加工面の品質低下を抑制すべく、優れた切屑排出性を備える切削インサートが求められている。

特開２００４−３１４３０１号公報

本発明の課題の１つは、優れた切屑排出性を備える、切削インサートおよび切削工具、並びにそれを用いた切削加工物の製造方法を提供することである。

本発明の実施形態に係る切削インサートは、上面と、下面と、前記上面および前記下面のそれぞれと接続しており、第１側面、コーナ側面および第２側面を順に有する側面と、前記上面と前記第１側面との交線部に位置している主切刃、前記上面と前記コーナ側面との交線部に位置しているコーナ切刃、および前記上面と前記第２側面との交線部に位置している副切刃を有する切刃と、を備え、前記上面は、前記切刃に沿って位置し、前記切刃から内方に向かうにつれて、前記上下面を貫く中心軸に垂直な垂直面を基準にして前記下面に向かって第１すくい角で傾斜している第１すくい面と、前記第１すくい面よりも内方に位置しており前記垂直面を基準にして前記下面に向かって前記第１すくい角とは異なる第２すくい角で傾斜している第２すくい面とを順に有し、前記第１すくい面と前記第２すくい面との交線部は、前記第２側面に沿う領域に最も高位である隆起部を有している。

本発明の実施形態に係る切削工具は、上述した実施形態に係る切削インサートと、前記切削インサートが取り付けられるホルダと、を備える。

本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法は、上述した実施形態に係る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る工程と、前記切削工具を前記被削材から離隔する工程と、を備える。

本発明の実施形態に係る切削インサートによれば、上面は、切刃に沿って位置し、切刃から内方に向かうにつれて、上下面を貫く中心軸に垂直な垂直面を基準にして下面に向かって第１すくい角で傾斜している第１すくい面と、第１すくい面よりも内方に位置しており垂直面を基準にして下面に向かって第１すくい角とは異なる第２すくい角で傾斜している第２すくい面とを順に有し、第１すくい面と第２すくい面との交線部は、第２側面に沿う領域に最も高位である隆起部を有していることから、主としてコーナ切刃および副切刃を用いた比較的切込み量が小さな切削条件下においても、生成された切屑を第２側面に沿う領域に位置している高い隆起部によって安定的にカールさせることができ、優れた切屑排出性を発揮することが可能となる。

本発明の実施形態に係る切削インサートを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図（上面図）、（ｃ）は（ｂ）のＸ１矢視側面図（第２側面側）、（ｄ）は（ｂ）のＸ２矢視側面図（第１側面側）である。 図１の切削インサートの一部を変形した例を示す側面図であり、（ａ）および（ｂ）はそれぞれ図１（ｃ）の拡大図に相当する図である。なお、図２は、図１に示す切削インサートのうち第１側面の構成を変形した例を示すものである。この点、図５および図１２においても同様である。 図１の切削インサートを示す側面図であり、図１（ｄ）の拡大図である。 図１の切削インサートを示す側面図であり、（ａ）は図１（ｄ）の拡大図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線における拡大断面図である。 図１の切削インサートの一部を変形した例を示す断面図であり、（ａ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図、（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図、（ｃ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線で切断した断面図、（ｄ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ線で切断した断面図である。 図１の切削インサートを示す図であり、（ａ）は平面図（上面図）、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ線で切断した断面図、（ｃ）は（ａ）のｂ−ｂ線で切断した断面図、（ｄ）は（ａ）のｃ−ｃ線で切断した断面図である。 図１の切削インサートを示す図であり、（ａ）は平面図（上面図）、（ｂ）は（ａ）のｄ−ｄ線で切断した断面図、（ｃ）は（ａ）のｅ−ｅ線で切断した断面図、（ｄ）は（ａ）のｆ−ｆ線で切断した断面図である。 本発明の実施形態に係る切削インサートを取り付けるためのホルダを示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）と異なる角度から見た側面図、すなわち（ａ）を９０度回転させた側面図、つまり（ａ）を下方から見た側面図、（ｃ）は先端視図である。 本発明の実施形態に係る切削工具を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 （ａ）は図９（ｂ）の切削工具の先端部を拡大して示す部分拡大図、（ｂ）は（ａ）の先端視図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法を工程順に示す斜視図である。 図１の切削インサートの一部を変形した例を示す側面図であり、図１（ｄ）の拡大図に相当する図である。

＜切削インサート＞
以下、本発明の実施形態に係る切削インサート（以下、「インサート」と言うことがある。）について、図１〜図７を用いて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のインサート１は、大略、上面２、下面３、上面２および下面３のそれぞれと接続している側面４、上面２および下面３の間を貫通している貫通孔６、並びに上面２と側面４との交線部に位置している切刃５を備えている。上面２はすくい面８および平坦面２１を有し、側面４は第１側面４１およびコーナ側面４３、並びに第２側面４２を有し、切刃５は主切刃５１およびコーナ切刃５３、並びに副切刃５２を有する。以下、インサート１の各構成要素について、順に説明する。

図１（ｂ）に示すように、インサート１は、上面視において、略四角形状（略長方形状）である。ここで、上面視とは、以下においては特記しない限り、上面２側からインサート１を見た状態を意味するものとする。なお、インサート１の形状は略四角形状に限定されるものではなく、上面視において、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とすることができる。

インサート１は、上面視における略四角形状の長辺を例えば８〜１５ｍｍ程度、短辺を例えば４〜８ｍｍ程度とすればよく、また、上面２から下面３までの厚みを例えば３〜７ｍｍ程度をすればよい。ここで、厚みとは、側面視で、上面２のうち最も上方に位置している部位と下面３のうち最も下方に位置している部位までの距離のうち、インサート１の中心軸Ｓ１に平行な線分を意味するものとする。また、側面視とは、以下においては特記しない限り、インサート１を第１側面４１に向かって見た状態を意味するものとする。インサート１の中心軸Ｓ１とは、上面２および下面３の間を貫通する軸であり、上面視において、インサート１を回転させたときに回転軸となる軸を意味するものとする。

また、インサート１は、図１（ａ）に示すように、上面２側と同様に、下面３と側面４との交線部にも主切刃５１Ａおよび副切刃５２Ａを有する切刃５Ａを備えている。下面３側の主切刃５１Ａを用いて切削加工を行なう場合には、上面２の平坦面２１を後述するホルダ１０への着座面として使用することが可能である。すなわち、本実施形態のインサート１は、上面２側と下面３側のそれぞれを切削加工に使用可能であるため、下面３側の主切刃５１Ａは、インサート１を上下反転させた状態で使用できるように、上面２側の主切刃５１を反転させた形状となっている。

すなわち、インサート１は、図１（ｃ）の紙面に直角の線を中心とする回転対称となっている。それゆえ、本実施形態に係るインサート１では、上面２および下面３のそれぞれで２か所、計４か所のコーナを使って切削加工を行なうことができる。このように、側面４のうち主切刃５１が形成される部位と副切刃５２が形成される部位とを、第１側面４１および第２側面４２のように別々に構成したため、主切刃５１並びにそれに沿って上面２に位置しているすくい面８と、副切刃５２に対する逃げ面（第２上拘束面４２ａ）とを、それぞれに適した構成として設計することが比較的容易となる。以下、本実施形態のインサート１の各構成要素について、さらに詳細に説明する。

（切刃について）
切刃５は、上述の通り上面２と側面４の交線部に位置し、主切刃５１および副切刃５２を有している。本実施形態においては、図１（ｂ）に示すように、主切刃５１および副切刃５２が、コーナ切刃５３を介して接続されている。本実施形態のインサート１は、主切刃５１、副切刃５２およびコーナ切刃５３を含むコーナを使用して、切削加工を行なうことができる。

まず、主切刃５１は、上面２と第１側面４１との交線部に位置しており、切削作用において切屑生成に主な役割を果たす刃である。主切刃５１は、図１（ｂ）に示すように上面視においては副切刃５２側から離れるにつれて外方に向かって緩やかな凸状の曲線を有し、図１（ｄ）に示すように側面視においては副切刃５２側から離れるにつれて下方に傾斜している。前者の構造によれば主切刃５１の刃先欠損を抑制することができ、後者の構造によれば切削加工時の切削抵抗を低減することができる。主切刃５１の側面視における傾斜角度は、副切刃５２側から離れるにつれて漸次小さくなっている。なお、主切刃５１のうち副切刃５２から最も遠い端部において、側面視における傾斜角度をゼロとしてもよい。

次に、副切刃５２は、上面２と第２側面４２との交線部に位置しており、後述する被削材１００の仕上げ面１０２を平滑にする役割を有する刃である。本実施形態では、切削加工時において、上面２と第２側面４２との交線部のうち主として主切刃５１（コーナ切刃５３）側端部から中央部までの領域を用いることが好ましい。

本実施形態において、副切刃５２は、図１（ｂ）に示すように上面視において直線状である。また、図１（ｃ）に示すように、第２側面４２側からの側面視において、副切刃５２は、コーナ切刃５３から離れるにつれて下面３側に傾斜している。より具体的には、第２側面４２側からの側面視において、副切刃５２は、主切刃５１（コーナ切刃５３）側の一端から主切刃５１（コーナ切刃５３）から離れる側の他端に向かうにつれて、下方に向かって直線状に傾斜している。副切刃５２の傾斜角度は、第２側面４２側からの側面視において、中心軸Ｓ１に垂直な平面を基準にして６〜１３°に設定することが好ましい。一端側の部位は、被削材１００の仕上げ面１０２を平滑にするための主たる役割を有する部位である。

このように、副切刃５２を一つの直線によって形成することによって、一端から他端に向かって最高点のように突出する部位がない。その結果、一方のコーナ側面４３側の切刃５１〜５３を用いて切削加工を行う場合に生成される切屑が、上面２（すくい面８）を通って排出される際に、後述する他方のコーナ側面４３Ｐ側の主切刃５１Ｐおよびコーナ切刃５３Ｐ、並びに副切刃５２Ｐのうち副切刃５２Ｐに衝突することが抑制されるため、非使用の副切刃５２Ｐへの損傷を低減することが可能となる。なお、他の例として、第２側面４２側からの側面視で、副切刃５２を、緩やかな１つの円弧状としてもよい。

次に、コーナ切刃５３は、図１（ｂ）に示すように、上面２とコーナ側面４３との交線部に位置しており、主切刃５１と副切刃５２との交差部における切刃の欠損を抑制する役割を有する刃である。本実施形態において、コーナ切刃５３は、主切刃５１と副切刃５２の間に挟まれており比較的なだらかな曲線状である。

（上面について）
上面２は、図１（ａ）に示すように、切刃５に沿って位置し、切刃５から離れるにつれて下方に傾斜しているすくい面８を有し、貫通孔６の周囲であって切刃５から離れた部位に、側面視において少なくとも一部が主切刃５１よりも上方に位置している平坦面２１を有する。

まず、すくい面８は、切削加工時に主切刃５１で生成された切屑と接触して、切屑の変形あるいは進行方向の変更を生じさせることによって、切屑を外部へスムーズに排出する役割を備える部位である。なお、すくい面８は、平面状の部分を有してもよいし、曲面状の部分を有していてもよい。ここで、平面状とは、厳密な意味での平面のみならず、その機能を奏する限りにおいて若干の凹凸や湾曲を含む趣旨である。この点、曲面状についても同様である。

次に、平坦面２１は、ホルダ１０に取り付ける際に着座面としての機能を有する部位である。

そして、本実施形態において、すくい面８は、図６および図７に示すように、切刃５に沿って位置し、切刃５から内方に向かうにつれて、上下面２、３を貫く中心軸Ｓ１に垂直な垂直面Ｓ１ｂを基準にして下面３に向かって第１すくい角θ１で傾斜している第１すくい面８１と、第１すくい面８１よりも内方に位置しており垂直面Ｓ１ｂを基準にして下面３に向かって第１すくい角θ１とは異なる第２すくい角θ２で傾斜している第２すくい面８２とを順に有している。そして、第１すくい面８１と第２すくい面８２との交線部８３は、第２側面４２に沿う領域に最も高位である隆起部８３１を有している。このような構成によれば、主としてコーナ切刃５３および副切刃５２を用いた比較的切込み量が小さな切削条件下においても、生成された切屑を第２側面４２に沿う領域に位置する高い隆起部８３１によって安定的にカールさせることができ、優れた切屑排出性を発揮することが可能となる。

ここで、内方とは、切刃５に対してインサート１の内側であり、貫通孔６側（中心軸Ｓ１側）のことを意味するものとする。また、高位とは、垂直面Ｓ１ｂを基準にした高さ、すなわちインサート１の中心軸Ｓ１方向の距離が大きいことを意味するものとする。第２すくい面８２の第２すくい角θ２は、第１すくい面８１の第１すくい角θ１と部分的に同一であってもよい。

また、本実施形態では、上面視において、隆起部８３１は、図６（ａ）および（ｃ）に示すように、第２側面４２の中点４２Ａよりもコーナ側面４３側に位置している。このような構成によれば、上述のような低切込みの切削条件において生成される切屑を効果的にカールすることが可能となる。

本実施形態において、第１すくい面８１の第１すくい角θ１は、図６（ｃ）に示すように、隆起部８３１を通る部位において最も小さい。このような構成によれば、特に隆起部８３１よりもすくい面８のうちコーナ切刃５３側に位置する部位との高低差を設けることが容易となる。

本実施形態において、第２すくい面８２の第２すくい角θ２は、図７に示すように、コーナ切刃５３から主切刃５１側に離れるにつれて小さくなる。このような構成によれば、第２すくい面８２について図１（ａ）に示す第１端部８ａ側で厚みを確保することができるため、切込み量が大きい領域において主切刃５１の損傷を抑制することが可能となる。なお、第１端部８ａは、主切刃５１に沿って位置しているすくい面８の両端部うち、副切刃５２から遠い側に位置している端部である。また、以下で説明する第２端部８ｂは、主切刃５１に沿って位置しているすくい面８の両端部うち、副切刃５２に近い側に位置している端部である。

本実施形態において、第１すくい面８１の第１すくい角θ１と第２すくい面８２の第２すくい角θ２とは、図７に示すように、コーナ切刃５３側と主切刃５１側とで大きさが逆転している領域を有している。本実施形態において、θ１およびθ２は、図７（ｂ）ではθ１＜θ２、図７（ｃ）ではθ１＜θ２、図７（ｄ）ではθ１＞θ２の関係を有する。すなわち、本実施形態において、第１すくい角θ１と第２すくい角θ２とは、コーナ切刃５３から離れるにつれて、互いの大きさが逆転している。このような構成によれば、第２すくい面８２について、第２端部８ｂ側で上面視における内方に向かう幅を小さくできるため平坦面２１の面積を大きく確保してホルダへの取り付け安定性を高めることが可能となるとともに、第１端部８ａ側で厚みを確保できるため切込み量が大きい領域において主切刃５１の損傷を抑制することが可能となる。なお、互いの大きさを逆転させずに、第１すくい角θ１が第２すくい角θ２よりも小さい関係を維持するようにしてもよい。

本実施形態において、第１すくい面８１の第１すくい角θ１は、図７に示すように、第１側面４１からコーナ側面４３にわたる領域において、第２すくい面８２の第２すくい角θ２よりも増減が小さい。

なお、すくい面８は、主切刃５１と連続していてもよいし、所謂ランド面（ランド部）を介して形成されていてもよい。ここで、ランド面とは、切刃５に沿って上面２に設けられた一定幅の細い帯状の面のことを意味するものとする。ランド面は、切刃５の欠損を抑制することを目的に設けられる。本実施形態において、上面２は、図６および図７に示すように、切刃５と第１すくい面８１との間に位置しているランド面２２をさらに有する。本実施形態において、ランド面２２は、インサート１の全周にわたって位置している。

ランド面２２は、平坦であってもよいし、あるいは切刃５から内方に向かうにつれて、垂直面Ｓ１ｂを基準にして、下面３に向かう方向か、または下面３から離れる方向にランド角θ３で傾斜していてもよい。ランド角θ３は、垂直面Ｓ１ｂを基準に下面３に向かって傾斜している場合をプラス（＋）、下面３から離れる方向に傾斜している場合をマイナス（−）と判断される。本実施形態において、ランド面２２は、切刃５から内方に向かうにつれて、垂直面Ｓ１ｂを基準にして、下面３に向かう方向にランド角θ３で傾斜している。すなわち、本実施形態において、ランド角θ３はプラスである。そして、本実施形態において、ランド角θ３は、第１すくい面８１の第１すくい角θ１よりも小さい。

なお、本実施形態において、上面２と下面３とは同一の構成を備えているため、特別な説明を要しない限り、以下において下面３の説明を省略する。

（貫通孔について）
貫通孔６は、インサート１をホルダ１０へ取り付ける際に締付けネジや取付け用のボルトを挿入するための孔である。本実施形態において、貫通孔６は、上面２の中央部に位置している。また、本実施形態において、貫通孔６の中心軸と、インサート１の中心軸Ｓ１とは、同じ位置に存在している。

（側面について）
側面４は、上述の通り上面２および下面３のそれぞれと接続しており、互いに隣接している第１側面４１および第２側面４２を有する。第１側面４１および第２側面４２は以下に説明する複数の拘束面を有しており、それぞれの拘束面は、ホルダ１０への取り付け方向によって、ホルダ１０に対する取り付け面としての機能、あるいは、被削材１００との接触を避ける所謂逃げ面としての機能を発揮するものである。

また、本実施形態において、側面４は、図１（ｂ）に示すように、第１側面４１と第２側面４２との間に介在し、上面視において外方に湾曲しているコーナ側面４３をさらに有している。すなわち、本実施形態において、側面４は、第１側面４１、コーナ側面４３および第２側面４２を順に有する。

また、本実施形態のインサート１は、上面視において、第１側面４１側の外縁を長辺とし第２側面４２側の外縁を短辺とする長方形状である。そして、副切刃５２のうちコーナ切刃５３から離れている側の端部５２ａが、短辺の中点４２ａよりもコーナ切刃５３側に位置している。

なお、上述の通り、本実施形態のインサート１は、上面視において、第１側面４１側の外縁を長辺とし第２側面４２側の外縁を短辺とする長方形状である。そのため、第１側面４１と対になる第３側面４１Ｐが反対側に位置し、第２側面４２と対になる第４側面４２Ｐが反対側に位置している。第３側面４１Ｐおよび第４側面４２Ｐは第１側面４１および第２側面４２の構造とそれぞれ同一であることから、特別な説明を要しない限り、以下においては第１側面４１および第２側面４２についての説明をもって第３側面４１Ｐおよび第４側面４２Ｐについての説明に代えるものとする。この点、コーナ側面４３と対になる他のコーナ側面４３Ｐについても同様である。

なお、本実施形態に係るインサート１は、図１（ｂ）に示す上面視における第１側面４１から第３側面４１Ｐまでの距離（幅）Ｗ１が、図１（ｃ）および（ｄ）に示す側面視における上面２から下面３までの距離（厚み）Ｗ２よりも大きい。すなわち、本実施形態に係るインサート１は、所謂横型のインサートである。そして、インサート１は、後述するように、貫通孔６に挿入される締付けネジ６１を用いてホルダ１０に取り付けられる。このような構成によれば、インサート１の幅が大きいため、すくい面８を所望の大きさ・形状にすることができ、切屑の排出性を向上させることができる。また、貫通孔６に締付けネジ６１を挿入するため、インサート１の厚みを必要以上に大きくする必要がないことから、材料コストの低減も可能となる。

第１側面４１は、図２（ａ）および図３に示すように、上面２から下面３に向かって、中心軸Ｓ１を基準にして外方に傾斜角度β１で傾斜している第１上拘束面４１ａ、および第１上拘束面４１ａと連続し内方に傾斜角度β２で傾斜している第１下拘束面４１ｂを順に有する。ここで、第１上拘束面４１ａは、第３側面４１Ｐ側に位置している主切刃５１Ｐを用いて切削加工を行なう場合に、ホルダ１０と当接することによってインサート１とホルダ１０とを固定する役割を備える部位である。逆もまた同様である。

また、第１側面４１は、図２（ｂ）および図３に示すように、主切刃５１と第１上拘束面４１ａとの間に位置し、上面２から下面３に向かうにつれて中心軸Ｓ１を基準にして傾斜角度β３で傾斜している部位を有する第１上強化面４１ｃを有しており、第１上強化面４１ｃの傾斜角度β３は、第１上拘束面４１ａの傾斜角度β１よりも大きい。

同様に、第１側面４１は、下面３側の主切刃５１Ａと第１下拘束面４１ｂとの間に位置し、上面２から下面３に向かうにつれて中心軸Ｓ１を基準にして傾斜角度β４で傾斜している第１下強化面４１ｄを有しており、第１下強化面４１ｄの傾斜角度β４は、第１下拘束面４１ｂの傾斜角度β２よりも大きい。

ここで、傾斜角度β１とは、中心軸Ｓ１に平行な面Ｓ１ａと第１上拘束面４１ａの仮想延長線Ｌ１とがなす角の角度を意味するものとし、傾斜角度β２とは、面Ｓ１ａと第１下拘束面４１ｂの仮想延長線Ｌ２とがなす角の角度を意味するものとする。また、傾斜角度β３とは、面Ｓ１ａと第１上強化面４１ｃの仮想延長線Ｌ３とがなす角の角度を意味するものとし、傾斜角度β４とは、面Ｓ１ａと第１下強化面４１ｄの仮想延長線Ｌ４とがなす角の角度を意味するものとする。それぞれの傾斜角度は、中心軸Ｓ１を基準にした絶対値で示されるものとする。

本実施形態のインサート１では、傾斜角度β１＝傾斜角度β２の関係を有し、また、傾斜角度β３＝傾斜角度β４の関係を有する。そして、例えば、傾斜角度β１およびβ２はそれぞれ３〜５°に設定することが好ましく、傾斜角度β３およびβ４はそれぞれ４〜７°に設定することが好ましい。なお、これらの傾斜角度を副切刃５２から離れるにつれて変化させるようにしてもよい。

本実施形態において、第１上強化面４１ｃは、図４および図５に示すように、副切刃５２（コーナ切刃５３）側の第１領域４１ｃＡと副切刃５２（コーナ切刃５３）から離れた側の第２領域４１ｃＢとで異なる構成を有している。なお、図５において、直線Ｓ１ｂは、中心軸Ｓ１に垂直で且つインサート１の厚み方向の中心を通っている。

具体的には、第１上強化面４１ｃは、第１領域４１ｃＡにおいては、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、上面２から下面３に向かうにつれて外方に傾斜している。より具体的には、第１上強化面４１ｃは、上面２から下面３に向かうにつれて外方に膨らむような形状となっている。本実施形態においては、図５（ｃ）に示される領域においても同様の形状である。

これに対して、図５（ｄ）に示すように、第２領域４１ｃＢにおいては、第１上強化面４１ｃのうち主切刃５１に連続している上部領域４１ｃ１がインサート１の中心軸Ｓ１に対して内方に傾斜しているとともに、上部領域４１ｃ１の下面３側に連続している下部領域４１ｃ２はさらに下面３側に向かうにつれて外方に傾斜している。より具体的には、下部領域４１ｃ２はさらに下面３側に向かうにつれて外方に膨らむような形状となっている。

このように、第１上強化面４１ｃの上部領域４１ｃ１がインサート１の中心軸Ｓ１に対して内方に傾斜していることによって、インサート１をホルダ１０に取り付けた状態でホルダ１０の回転軸Ｓ２を中心に回転させたとき、上部領域４１ｃ１と被削材１００の壁面１０１との間にクリアランスを確保することが可能となるため、被削材１００の壁面１０１に傷が付くことを効果的に抑制できる。以上の点は、図５（ａ）に示すように、第１下強化面４１ｄについても、上部領域４１ｄ１および下部領域４１ｄ２の関係は、同様である。

さらに、第１側面４１は、主切刃５１の下方に、第１上強化面４１ｃおよび第１上拘束面４１ａのいずれよりも第２側面４２側に位置し、上面２から下面３に向かって中心軸Ｓ１を基準にして外方に傾斜角度γで傾斜している第１逃げ面４１ｅを有する。第１逃げ面４１ｅの傾斜角度γ（図示せず）は、第１上強化面４１ｃの傾斜角度β３よりも小さい。第１逃げ面４１ｅを有することによって、切削加工時において被削材１００の壁面１０１となる部位との接触を抑制することができ、加工精度の向上とインサート１の損傷の抑制が可能となる。なお、本実施形態において、図３に示すように、第１逃げ面４１ｅは、上述のような主切刃５１の下方のみならずコーナ切刃５３の下方にもわたって形成されている。これによってコーナ切刃５３側においても同様の効果を奏することが可能となる。

そして、本実施形態のインサート１では、図１（ｄ）および図４（ａ）に示すように、側面視において、第１上拘束面４１ａと第１下拘束面４１ｂとの境界部４１ｇは、直線状であり、インサート１の中心軸Ｓ１の垂線に対して、副切刃５２から離れるにつれて下面３側に傾斜している。境界部４１ｇは、第１側面４１のうちで最も外方に位置している。境界部４１ｇは、比較的広い幅を持った帯状であり、該幅方向の一端から他端に向かうにつれて外方に凸の曲面状をなしている。このような構成によれば、第１上拘束面４１ａおよび第１下拘束面４１ｂの面積を比較的大きく確保しつつ、インサート１を成形する際に金型への材料の充填をスムーズに行うことが可能となる。なお、曲線の曲率半径としては、例えば０．１〜０．５ｍｍに設定することが好ましい。 他の例として、境界部４１ｇは、側面視において、部分的にあるいは全長に渡って曲線状にしてもよい。

また、本実施形態において、第１側面４１は、図１（ｄ）および図４（ａ）に示すように、第１上拘束面４１ａおよび第１下拘束面４１ｂが、第１側面４１の略中央部に位置している凹部４１ｆによってそれぞれが２分割された構成４１ａ１、４１ａ２および４１ｂ１、４１ｂ２を有する。すなわち、第１上拘束面４１ａは、第１上拘束部４１ａ１および第２上拘束部４１ａ２を有する。また、第１下拘束面４１ｂは、第１下拘束部４１ｂ１および第２下拘束部４１ｂ２を有する。このような構成によれば、インサート１をホルダ１０に取り付ける際に、それぞれの分割された２つの面４１ａ１、４１ａ２、４１ｂ１、４１ｂ２が凹部４１ｆを介して独立してホルダ１０に当接するため、単一の面で当接する場合と比較して、ホルダ１０への取り付け時に若干の位置ズレが生じた場合であってもホルダ１０との当接面積を比較的大きく確保できるため、ホルダ１０に対する取り付け安定性が向上する。

特に、本実施形態においては、第２側面４２の第２上拘束面４２ａ（あるいは第２下拘束面４２ｂ）を加えた３つの面（４１ａ１、４１ａ２、４２ａ）をホルダ１０に当接させることができるため、優れた取り付け安定性を発揮することが可能となる。

また、側面視において、凹部４１ｆは、上面２から下面３に向かうにつれて副切刃５２に近づく方向に傾斜していることが好ましく、これによって２分割された拘束部４１ａ１、４１ａ２（４１ｂ１、４１ｂ２）の面積を互いに近づけることができる。その結果、被削材１００を切削する際にインサート１に主として加わる切削力を、２つの分割された拘束部４１ａ１、４１ａ２（４１ｂ１、４１ｂ２）によってバランスよく受け止めることができ取り付け安定性を向上させることができる。なお、凹部４１ｆの深さ４１ｆ１は、例えば０．０３〜０．１５ｍｍに設定することが好ましい。

第２側面４２は、図３に示すように、上面２から下面３に向かって、中心軸Ｓ１を基準にして内方に傾斜角度α１で傾斜している第２上拘束面４２ａ、および第２上拘束面４２ａと連続し外方に傾斜角度α２で傾斜している第２下拘束面４２ｂを順に有する。傾斜角度α１とは、中心軸Ｓ１に平行な面Ｓ１ａと第２上拘束面４２ａの仮想延長線Ｌ５とがなす角の角度を意味するものとし、傾斜角度α２とは、面Ｓ１ａと第２下拘束面４２ｂの仮想延長線Ｌ６とがなす角の角度を意味するものとする。

本実施形態のインサート１では、傾斜角度α１＝傾斜角度α２の関係を有しており、例えば傾斜角度α１およびα２はそれぞれ４〜８°に設定することが好ましい。ここで、第２側面４２の第２下拘束面４２ｂは、第４側面４２Ｐ側に位置している副切刃５２Ｐを用いて切削加工を行なう場合に、ホルダ１０と当接することによってインサート１とホルダ１０とを固定する役割を備える部位である。逆もまた同様である。

また、本実施形態において、第２側面４２は、図１（ｃ）および図１（ｄ）に示すように、副切刃５２と第２上拘束面４２ａとの間に位置し、中心軸Ｓ１と略平行の第２上強化面４２ｃと、下面３側の主切刃５１Ａと第２下拘束面４２ｂとの間に位置し、中心軸Ｓ１と略平行の第２下強化面４２ｄと、を有している。

すなわち、本実施形態において、第２側面４２は、上面２から下面３に向かうにつれて、第２上強化面４２ｃ、第２上拘束面４２ａ、第２下拘束面４２ｂおよび第２下強化面４２ｄを順に有している。このような構成によれば、第２側面４２は、第２上拘束面４２ａおよび第２下拘束面４２ｂを有することによって切削時における被削材１００との接触を抑制することができるのに加えて、中心軸Ｓ１と略平行な第２上強化面４２ｃおよび第２下強化面４２ｄを有することによって優れた刃先強度を兼ね備えることが可能となる。

なお、本実施形態において、第２上強化面４２ｃおよび第２下強化面４２ｄは、上述のように副切刃５２が直線状に傾斜することに伴い、対応する主切刃５１（コーナ切刃５３）側から離れるにつれて、インサート１の厚み方向における長さが小さくなっている。

上述した構成を有する本実施形態のインサート１は、例えば、超硬合金、セラミックまたはサーメットなどの硬質材料、あるいは、これらの母材にＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮまたはＡｌ₂Ｏ₃などの硬質膜をＰＶＤまたはＣＶＤなどの手段でコーティングしたものを用いることができる。耐チッピング性およびコーティング層の安定性の観点からは、超硬合金にＰＶＤコーティングを行ったものを用いることが好ましい。

＜切削工具＞
次に、本発明の実施形態に係る切削工具を、図８〜図１０を用いて説明する。
図９および図１０に示すように、本実施形態の切削工具２０は、上述のインサート１を複数、ホルダ１０の外周先端部に取り付けたものである。

具体的に説明すると、図８に示すように、本実施形態のホルダ１０の外周先端部には、周方向に互いに間隔をあけて複数個のインサートポケット１１が形成されている。インサートポケット１１は、図８（ｃ）に示すように、先端視で略Ｖ字状にホルダ１０の外周先端部を切り欠いた部分であり、インサートポケット１１のうち切り欠きによって形成される複数の取り付け面がインサート１の取付け部位として機能する。そして、インサートポケット１１のそれぞれにインサート１を１つずつ取り付ける。

インサート１の取り付け方法としては、例えば、インサート１の貫通孔６に締付けネジ６１を挿入し、締付けネジ６１の先端部をホルダ１０の取り付け面に形成したネジ孔１２に螺合する方法等が挙げられる。なお、インサート１の他の取り付け方法としては、例えばクランプ構造等が挙げられる。

ここで、ホルダ１０（インサートポケット）は、図８および図１０（ｂ）に示すように、インサート１の下面３と当接する着座面１１ｃと、インサート１の第１上拘束面４１ａ（第３上拘束面４１Ｐａ）と当接する第１拘束面１１ａ（当接面）とを有し、着座面１１ｃの仮想延長線Ｌ７と第１拘束面１１ａの仮想延長線Ｌ８とがなす角δ１の角度は鋭角である。

また、ホルダ１０（インサートポケット）は、図８および図１０（ａ）に示すように、インサート１の第２下拘束面４２ｂ（第４下拘束面４２Ｐｂ）と当接する第２拘束面１１ｂ（当接面）をさらに有し、着座面１１ｃの仮想延長線Ｌ７と第２拘束面１１ｂの仮想延長線Ｌ９とがなす角δ２の角度は鋭角である。

インサート１は、図１０の矢印Ｉで示す回転方向の前方に上面２を向けるようにして、主切刃５１がホルダ１０の外周から突出するような状態で、ホルダ１０に取り付けられる。そして、第１側面４１および第２側面４２がホルダ１０の先端外周側に位置して、主切刃５１および副切刃５２によって被削材１００の切削加工が行われる。

このとき、インサート１の側面４のうち切削作用に寄与しない面、すなわち第３側面４１Ｐおよび第４側面４２Ｐが、ホルダ１０の当接面にそれぞれ当接している。すなわち、図１０（ａ）に示す破線２１で囲まれた領域で示されるように、第４側面４２Ｐの第４下拘束面４２Ｐｂがホルダ１０の第２拘束面１１ｂに当接し、図１０（ｂ）に示す破線２２で囲まれた領域で示されるように、第３側面４１Ｐの第３上拘束面４１Ｐａがホルダ１０の第１拘束面１１ａに当接することによって、インサート１とホルダ１０とが互いに拘束されてインサート１がホルダ１０に取り付けられている。

そのため、本実施形態の切削工具２０によれば、図１０（ｂ）に示すように、切削加工時に、第１側面４１側の主切刃５１が受ける比較的大きな切削力が、貫通孔６に挿入されている締付けネジ６１を介してインサート１の第３側面４１Ｐ側をホルダ１０から矢印Ｙ１方向に浮き上がらせる力（浮力）として作用するが、角δ１の角度が鋭角であることから、この浮力が生じる第３側面４１Ｐの第３上拘束面４１Ｐａをホルダ１０の第１拘束面１１ａによって上方から押圧することができ、インサート１を効果的に拘束することができる。

また、図１０（ａ）に示すように、第２側面４２側の副切刃５２が受ける比較的小さな切削力が貫通孔６に挿入されている締付けネジ６１を介してインサート１の第４側面４２Ｐ側をホルダ１０から矢印Ｙ２方向に浮き上がらせる力（浮力）として作用するが、角δ２の角度が鋭角であることから、この浮力が生じる第４側面４２Ｐの第４下拘束面４２Ｐｂをホルダ１０の第２拘束面１１ｂによって上方から押圧することができ、インサート１を効果的に拘束することができる。このように、本実施形態の切削工具２０によれば、切削力が加わる位置および切削力の大きさに応じて適切な拘束力を発揮することができるため、インサート１とホルダ１０との拘束安定性を向上させることができる。

また、本実施形態の切削工具２０によれば、上述のインサート１のホルダ１０への取り付け自由度の向上およびそれに基づく優れた作用効果を得ることができる。すなわち、図１０（ａ）に示すように、主切刃５１が正のアキシャルレーキ角δ３を有するように配置される。これにより、切削抵抗の低減を図ることができる。また、第２側面４２の第２上拘束面４２ａが８〜１５°程度の逃げ角δ４を有するように配置される。これにより、第２上拘束面４２ａの損傷抑制および被削材１００の仕上げ面１０２の面粗度向上を図ることが可能となる。

主切刃５１のアキシャルレーキ角δ３は、副切刃５２側の端部で８〜１５°程度とし、副切刃５２から離れるにつれて小さくなることが好ましい。ここで、アキシャルレーキ角δ３とは、ホルダ１０の中心軸Ｓ２に平行な面Ｓ２ａに対する傾斜角度のことを意味し、逃げ角δ４とは、ホルダ１０の中心軸Ｓ２に垂直な面Ｓ２ｂに対する傾斜角度のことを意味するものとする。

また、本実施形態において、インサート１は、側面視において、その長手方向がホルダ１０の回転軸Ｓ２に対して２〜６°程度の傾斜を有するように配置されており、それに伴って副切刃５２はホルダ１０の回転軸Ｓ２に垂直な面Ｓ２ｂに対して０〜１°程度の傾斜を有するように配置されている。

また、上面２と第２側面４２との交線部のうち副切刃５２として実質的に用いない非切削領域、すなわち図１０（ａ）に示す破線２３で囲まれた領域、つまり中央部からコーナ切刃５３と反対側の端部までの領域は、ホルダ１０の回転軸Ｓ２に垂直な面Ｓ２ｂに対して０〜２°程度の傾斜を有するように配置することが好ましい。このようにすれば、切削加工時に非切削領域が被削材１００の仕上げ面１０２から離れているため、互いの接触を抑制することができて非切削領域の損傷を低減することが可能となる。すなわち、インサート１を上面２と下面３とを反転させて使用する場合に、非切削領域が副切刃５２としての機能を適切に発揮することが可能となる。

以上のような構成を備える切削工具２０を、ホルダ１０の回転軸Ｓ２を中心に矢印Ｉ方向に回転させることによって、主切刃５１および副切刃５２による被削材１００に対する切削が行なわれる。

＜切削加工物の製造方法＞
次に、本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法を、図１１を用いて説明する。

まず、被削材１００の切削加工を開始するに先立って、上述のようにホルダ１０に複数のインサート１を取り付けた切削工具２０を用意しておく。また、図１１に示すように、切削工具２０は、ホルダ１０の回転軸Ｓ２が被削材１００のうち切削されて壁面１０１となる面に対して略平行になるように配置される。

ついで、図１１（ａ）に示すように、被削材１００をフライス盤のベッドなど（図示せず）に固定し、切削工具２０を矢印II方向に移動させて適切な切り込み量を設定する。

ついで、図１１（ｂ）に示すように、切削工具２０を、ホルダ１０の回転軸Ｓ２を中心に矢印Ｉ方向に回転させながら、矢印III方向に送る（移動させる）。それにより、主切刃５１が、送り方向前方に位置している被削材１００の円弧状の部分と当接し、切り込み量に応じた領域を切削する。そのとき、複数個のインサート１が順に切削領域に入って切削していくので、被削材１００の表面（底面）に円弧状の筋（切削痕）が残る。この円弧状の筋は、副切刃５２によって切削されて、平滑な表面が形成される。

ついで、図１１（ｃ）に示すように、切削工具２０が被削材１００を通過した後、切削工具２０を矢印IV方向に引き上げることによって、被削材１００から切削工具２０を離隔する。

以上のような各工程を経て、壁面１０１および仕上げ面１０２を有する切削加工物１１０が製造される。すなわち、本実施形態の切削加工物の製造方法では、切削工具２０を回転させ、それぞれのインサート１が被削材１００に接触することによって切削を行ない、ついで切削工具２０を被削材１００から離すという工程が順に行なわれることによって、切削加工物１１０が製造される。

なお、切削加工を継続して行なう場合は、切削工具２０を回転させた状態を保持して、被削材１００の同一個所あるいは異なる個所に切削工具２０の切刃５を接触させ、上述した図１１（ｂ）および図１１（ｃ）に示される工程を繰り返せばよい。

そして、使用している切刃５が摩耗したときは、インサート１を中心軸Ｓ１を軸として回転させ、あるいは上面２と下面３とを裏返しにして、未使用の切刃５を用いて切削を行なえばよい。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができるのは言うまでもない。

例えば、上述の実施形態では、切削工具２０を回転させた状態で被削材１００に対して送るようにしているが、これに代えて、切削工具２０を所定位置において回転させ、被削材１００を切削工具２０に対して送り走行させることによって切削加工を行なうようにしてもよい。あるいは、上述の実施形態においては、工作機械としてフライス盤を例に挙げたが、これに代えて旋盤のように、回転していない切削工具２０と回転している被削材１００とを接触させることによって、切削加工を行なうようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、副切刃５２は上面視において直線状としたが、これに代えて、副切刃５２を上面視で３つの直線部で構成してもよい。具体的には、中央領域の直線状の第１部がインサート１の最も外方に位置しており、その両側の直線状の第２部および第３部はそれぞれ中央領域から離れるにつれて内方に傾斜している。このような構成によれば、主切刃５１（コーナ切刃５３）側の第２部を被削材１００の仕上げ面１０２に沿うようにして且つ上面２を回転方向の前方に向けた状態でインサート１をホルダ１０に取り付けた場合に、上面２における主切刃５１（コーナ切刃５３）から離れた側の第３部と被削材１００の仕上げ面１０２とのクリアランスを大きく確保することができるとともに、上述の上面２に対応して構成されている下面３側の副切刃５２Ａの第２部およびコーナ切刃と被削材１００の仕上げ面１０２とのクリアランスも大きく確保することができるため、それらの部位と仕上げ面１０２との接触が抑制されることによって被削材１００の仕上げ面１０２の面精度を高めることが可能となる。

また、上述の実施形態の構成に代えて、上面２は、すくい面８の少なくとも一部と連続して位置し、主切刃５１から離れるにつれて上方に傾斜している立ち上がり面を有してもよい。この際、すくい面８のうち副切刃５２から遠い側に位置している第１端部８ａは、立ち上がり面を介して平坦面２１と連続しており、すくい面８のうち副切刃５２に近い側に位置している第２端部８ｂは、平坦面２１と連続していることが好ましい。なお、すくい面８と立ち上がり面との間に平坦な底部を有するような構成にしてもよい。なお、本実施形態において、上面２のうち副切刃５２の内側領域には、上述の立ち上がり面のように上方に傾斜している部位は存在しておらず、上述のすくい面８に相当する部位と平坦面２１とが連続していることが好ましい。

また、上述の実施形態では、凹部４１ｆは側面視においてインサート１の厚み方向に垂直な幅を略一定としたが、これに代えて、凹部４１ｆを側面視において図１２に示す形状にすることができる。具体的に説明すると、図１２に示すように、本実施形態の凹部４１ｆ’は、側面視において第１側面４１の略中央部に位置しており、インサート１の厚み方向に垂直な幅ｗを有する。本実施形態においては、凹部４１ｆ’の短辺４１１が主切刃５１、５１Ａに略平行であり、幅ｗは短辺４１１の両端部を結ぶ直線に平行である。そして、本実施形態において、幅ｗは、主切刃５１、５１Ａに近い位置では狭くなっており、主切刃５１、５１Ａから遠い位置では広くなっている。このような構成によれば、次の効果を奏することが可能となる。すなわち、インサート１のサイズを大きくすると、切削加工時などにインサート１自体に加わる力によってインサート１が大きく変形してしまい、拘束部４１ａ１、４１ａ２、４１ｂ１、４１ｂ２とホルダ１０とが充分に当接されずインサート１をホルダ１０に適切に固定できないおそれがあった。凹部４１ｆ’を採用すると、インサート１が大きく変形した場合においても、凹部４１ｆ’によって分割された拘束部４１ａ１、４１ａ２、４１ｂ１、４１ｂ２をホルダ１０に比較的強く当接させることが可能となる。また、凹部４１ｆ’は、主切刃５１、５１Ａに近い位置では狭くなっていることが好ましく、これによれば主切刃５１、５１Ａの強度を維持することも可能となる。なお、拘束部４１ａ１、４１ａ２、４１ｂ１、４１ｂ２のうち凹部４１ｆ’の周辺であって、主切刃５１、５１Ａに近い部位は、特に強くホルダ１０に当接することから、特に強く当接する部位の接触長さを大きくするような変形も有効である。

１ 切削インサート
２０ 切削工具
１００ 被削材

Claims (13)

1. 上面と、
   下面と、
   前記上面及び前記下面のそれぞれと接続しており、第１側面、コーナ側面及び第２側面を順に有する側面と、
   前記上面と前記第１側面との交線部に位置している第１切刃、及び前記上面と前記コーナ側面との交線部に位置している第２切刃を有する切刃と、を備え、
   前記上面は、前記切刃に沿って位置し、前記切刃から内方に向かうにつれて、前記上下面を貫く中心軸に垂直な垂直面を基準にして前記下面に向かって第１すくい角で傾斜している第１すくい面と、前記第１すくい面よりも内方に位置しており前記垂直面を基準にして前記下面に向かって前記第１すくい角とは異なる第２すくい角で傾斜している第２すくい面とを順に有するすくい面を有し、
   前記第１すくい面と前記第２すくい面との交線部は、前記第２側面に沿う領域に高さ位置が最も高い高位部を有し、
   前記第１切刃の側面視における傾斜角度は、前記第２切刃から離れるにつれて漸次小さくなっている、切削インサート。
2. 上面視において、前記高位部は、前記第２側面の中点よりも前記コーナ側面側に位置している、請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記第１すくい角は、前記高位部を通る部位において最も小さい、請求項２に記載の切削インサート。
4. 前記第２すくい角は、前記第１切刃に沿って位置する部分において、前記第２切刃から離れるにつれて小さくなる、請求項１〜３のいずれかに記載の切削インサート。
5. 上面視における前記すくい面の幅は、前記第１切刃に沿って位置する部分において、前記第２切刃から離れるにつれて幅が狭くなっている、請求項１〜４のいずれかに記載の切削インサート。
6. 前記第１すくい角は、前記第１側面から前記コーナ側面にわたる領域において、前記第２すくい角よりも増減が小さい、請求項１〜５のいずれかに記載の切削インサート。
7. 前記切刃は、前記上面と前記第２側面との交線部に位置している第３切刃をさらに有し、
   側面視において、前記第３切刃は、前記第２切刃から離れるにつれて前記下面側に傾斜している、請求項１〜６のいずれかに記載の切削インサート。
8. 上面視において、前記第１側面側の外縁を長辺とし前記第２側面側の外縁を短辺とする長方形状であるとともに、前記第３切刃のうち前記第２切刃から離れている側の端部が、前記短辺の中点よりも前記第２切刃側に位置している、請求項７に記載の切削インサート。
9. 前記第１側面は、前記第１切刃に沿って位置する第１面（第１上強化面）と、該第１面よりも下方に位置する第２面（第１上拘束面）と、該第２面よりも下方に位置する第３面（第１下拘束面）とを有し、
   前記第１面及び前記第２面は、前記上面から前記下面に向かうにつれて前記中心軸を基準にして外方に傾斜しており、
   前記第３面は、前記上面から前記下面に向かうにつれて前記中心軸を基準にして内方に傾斜しており、
   前記第１面の傾斜角度が、前記第２面の傾斜角度よりも大きい、請求項１〜８のいずれかに記載の切削インサート。
10. 前記第１側面は、前記第１面及び前記第２面よりも前記第２側面の側に位置して、前記上面から前記下面に向かうにつれて前記中心軸を基準にして外方に傾斜している第４面をさらに有し、
    前記第１面の傾斜角度が、前記第４面の傾斜角度よりも大きい、請求項９に記載の切削インサート。
11. 前記第１側面は、前記第２面と前記第３面との間に位置して、前記中心軸に沿った厚み方向に所定の幅を有する帯状であって、側面視において外方に凸の曲面状をなしている第５面をさらに有する、請求項９又は１０に記載の切削インサート。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の切削インサートと、
    前記切削インサートが取り付けられるホルダと、
    を備える、切削工具。
13. 請求項１２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る工程と、
    前記切削工具を前記被削材から離隔する工程と、
    を備える、切削加工物の製造方法。

Images