JP6703536B2 - 切りくず除去式機械加工用工具および切削インサート - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部による切りくず除去式機械加工用の工具に関する。本発明は、請求項１１の前提部による、そのような工具で使用される刃先交換式切削インサートにさらに関する。

金属の切りくず除去式機械加工分野では、速く正確に機械加工を実施できるように、切りくず除去式機械加工用工具をより効果的なものにすることを目指して、継続的な開発が行われている。費用効率の面では、一方で工具本体を備え、他方で着脱可能かつ交換可能な切削インサートを備える切削工具を使用することが好ましい。しかし、切削インサートは、機械加工作業中に、切削インサートを変位させ、回転させるように作用する大きな力を受ける。したがって、切削インサートを工具本体に堅く固定することが必要である。このことは、ほとんどの場合、切削インサートにセンター孔を配設し、それによって、ねじまたはその他の雄形固定具を使用して、切削インサートを工具本体に固定することによって行われている。しかし、この固定方法に関連して、特に、径の小さい切削工具または多数の切削インサートが取り付けられた切削工具については、不都合がある。例えば、隣接する切削インサートの径が小さい場合またはそれらの間の間隔が小さい場合、小さいねじを使用する必要が生じるが、これらは一般に取扱いが難しく、切削インサートの取り付け工程中に落としやすい。作業者にとって、多くの切削インサートを有する径の大きい工具のねじを全て取り外したり、取り付けたりすることは、時間の浪費でもある。取り付け工程中に孔にアクセスしにくいこともある。さらに、センター孔は、切削インサートを弱くし、形状安定性を悪化させる。焼結を用いて切削インサートを製作する製造工程においては、センター孔が大きいと、圧縮される粉末密度が不均質となり、焼結時に形状欠陥を引き起こす場合がある。

ＵＳ２００７０１６０４３１は、切りくず除去式機械加工用の工具および切削インサートを開示している。切削インサートと工具本体との間にインターフェースを配設し、それにより、力を異なる２方向（例えば、動径方向と軸方向）に伝達させることができ、使用刃先の位置の精度が向上する。このインターフェースでは細長い嵌め込み形の係合手段が開示されている。切削インサートには貫通孔が配設され、ねじにより工具本体に固定される。別の定置手段（クランプやレバー機構等）も述べられてはいるが、しかし、切削インサートの取り換えまたは刃先交換を容易にすることにより、特に、小さな固定具が必要になるかまたは取り付け難い小径の工具および多くの切削インサートを有する大径の工具のでは、取り換えまたは刃先交換の手順に係る多くの労力および時間を節約することにより、切削インサートを工具本体に位置決めし定置するためのこの公知のインターフェースを改善することができる。

したがって、本発明の一目的は、着脱可能な切削インサートが安定性を損なうことなく正確な位置に簡単に効率よく固締され得るような、切りくず除去式機械加工用の工具を提供することである。別の目的は、そのような工具で使用するのに適した、刃先交換可能で、工具に確実に取り付けることのできる切削インサートを提供することである。

この目的は、本発明の第一の態様によれば、請求項１による工具により達成される。本工具は、工具本体を備え、工具本体は、その間に回転中心軸が延在し、その周りで工具が回転方向に回転可能である前部および後部と、前部と工具本体の前部および後部の間に延在する外周面との間の移行部に配設される少なくとも１つのインサート座と、を含み、切りくずポケットが、少なくとも１つのインサート座の回転方向前側に配設される。本工具はさらに、少なくとも１つのインサート座に確実に取り付けられた少なくとも１つの切削インサートを備える。切削インサートは、上側部および下側部であって、上側部がチップ面を含み、中心軸が上側部と下側部との間に延在している、上側部および下側部と、切削インサートの外周の周りで上側部と下側部との間に延在し、少なくとも１つのクリアランス面を含む側面と、少なくとも１つのクリアランス面とチップ面との間に形成され、切削インサートの中心軸の外側に位置するように画成された使用刃先部を有する刃先と、を備える。本工具はさらに固定具を備える。切削インサートは、その下側部において、切削インサートの中心軸の外側に位置する部分に延在する係止溝または係止凸部の形態をとる少なくとも１つの第１の係止部材を備え、第１の係止部材と係合するように構成された第２の係止部材が、インサート座の中に配設される。

本工具の特徴とするところは、上部支持部材が少なくとも１つのインサート座の回転方向前側に配設され、インサート座に開口部を有する貫通孔がインサート座の回転方向後側に配設され、固定具が貫通孔を貫通して延在し、切削インサートの下側部上に配設される下側接触領域を圧し、それにより、固定具が、一方で、切削インサートの上側部上に配設された上側接触領域を工具本体の上部支持部材に押し付けることで、第２の係止部材が第１の係止部材にロックされ、切削インサートの動径方向支持を形成し、他方で、切削インサートの側面に配設された軸方向支持領域をインサート座に配設された軸方向接触面に押し付ける、ことである。

本発明の工具において切削インサートは、このようにクランプ機構により取り付けられる。ねじのような別の固定具が工具本体を貫通して延在しており、上部支持部材と第２の係止部材は工具本体と一体となって形成されている。この代わりとして、第２の係止部材を切削インサートの下に置かれる楔として形成してもよい。固定具は切削インサートを通って延在することはなく工具本体を通って延在するだけなので、切削インサートを取り換えるかまたは刃先交換する際は、固定具を工具本体から完全に除去する必要はない。その代わりに、固定具はインサート座に対してわずかに引き込めばよく、それによりその中に取り付けられた切削インサートを除去し新しいものを取り付けることができる。これにより、小さな固定具が必要な小径の工具および多くの切削インサートを有する大径の工具では、切削インサートの取り換えまたは刃先交換の手順に係る多くの労力と時間が節約される。多くの切削インサートを有する大径の工具では、本発明の工具で使用されるクランプ機構により、従来のねじ取り付け式の切削インサートと較べて、より多くの切削インサートの使用が可能である。さらに、固定具が切削インサートを通って延在していないので、切削インサートは、貫通孔の無いまたはより小さな貫通孔を有する切削インサートとして製造することができる（貫通孔は後で説明するように切削インサートの固定を目的としたものではない）。したがって、インサートの製造（プレス加工や焼結）では形状欠陥がより少なくなり、強度を損なうことなくインサートを薄くすることができる。即ち、上側部と下側部との間の距離を短くすることができる。切削インサートの製造には、粉末を切削インサートの形状（いわゆるグリーンボディ）にプレスすることが含まれる。固定具を受け入れるための貫通孔を有する切削インサートの問題点は、プレスにより貫通孔の周辺の密度分布のばらつきを許す可能性があることで、このような不均質に圧縮された材料では焼結後に切削インサートの変形を引き起こす。それに対して貫通孔を有しない切削インサートはより均一に圧縮され、したがって、焼結後の形状欠陥がより少なくなる。しかしながら、物理蒸着法（ＰＶＤ）工程のような後の被覆工程において切削インサートを支持するためにデザインされた小さな貫通孔は切削インサートに設けてもよいことは触れておくべきであろう。しかし、このような小さい貫通孔は切削インサートに上述した悪い影響を及ぼすものではないだろう。

切削インサートは、上部支持部材の後ろの取り付け位置まで滑り込ませて軸方向接触面に据えるようにして工具本体に取り付ける。その後、固定具を使って切削インサートをこの位置に固締する。取り付け手順は単純であるが、切削インサートを非常に正確に位置決めできる。機械加工工程で工具を使用する際、切削力が第１の係止部材を第２の係止部材に向けて押すことにより固定具の負荷を取り除き、また、それによって、切削インサートを動径方向に固締しつづける。したがって、固定具は、本工具を使用していないときに切削インサートを保持するようなものを選択しまたそのような寸法にしてもよく、切削力に耐えるように構成する必要はない。したがって、本発明の工具において、切削インサートはより大きなネガティブな動径方向すくい角または動径方向刃入れ角で取り付けてもよい。これにより鋭い切込み角で滑らかな機械加工が行える利点が得られる。切削インサートが従来のねじ取り付け式の工具である場合、大きなネガティブ動径方向すくい角はねじにとって非常に負担が大きく、ネガティブなすくい角である結果より大きな切削力に耐えなければならない。本発明の工具においては、上部支持部材と切削インサートとインサート座に備わる第２の係止部材とが相互に作用しあって切削力に耐える。

本発明の工具で使用される切削インサートは、刃先交換可能であり刃先位置にそれぞれ主刃先部を備える複数の刃先位置を有する切削インサートのような、多角形の基本形状を有する切削インサートであってもよい。使用する切削インサートは丸い形状であってもよく、その場合、切削インサートの下側部に異なる向きの複数の第１の係止部材を形成することにより刃先交換を実現してもよい。下側部と同一の上側部を有する両面用切削インサートを使用することも可能である。したがって、本発明の工具は用途が非常に広く、様々な切込み角度、切削深さ、切削スピード等に簡単に適合するだろう。

本発明のこの第１の態様の一実施形態によれば、下側接触領域が、切削インサートの中心軸から内側に位置する部分に配設される。これにより固定具は切削インサートを、上部支持部材と第２の係止部材の両方に対して押し付けるようにして、てこで動かすことが可能となる。

一実施形態によれば、上側接触領域が下側接触領域の外側に位置する部分に配設される。これにより、固定具によって下側接触領域にかかる圧力が、切削インサートに回転モーメントを与える。

一実施形態によれば、インサート座に配設される第２の係止部材は、係止溝または係止凸部の形態をとる。

第１の係止部材が係止溝の形態をとる場合、インサート座に係止凸部の形態の第２の係止部材を配設すること、またその逆とすることが好ましい。このようにして細長い接触面を実現することができ、工具内の切削インサートの安定性が高まる。

一実施形態によれば、本工具は、上部支持部材と上側接触領域との間の接触面が線接触の形態をとるように構成される。接触面を線接触とすることにより、過剰システムになることが防止され、切削インサートの確実で正確な位置決めが実現可能となる。線接触の形態をとる界面は、上部支持部材と上側接触領域とが線に沿って互いに接触する非平行平面として配置することにより、または、面のうちの少なくとも１つを凸型に丸くすることにより実現することができる。

一実施形態によれば、上部支持部材は、切削インサートの上側部に対向するインサート座の前面から突出する細長い凸部の形態をとる。この場合、上部支持部材は明瞭に画成され、インサート座の前面の残りの部分と切削インサートとの間にクリアランスを残す。さらに、上部支持部材の細長い形状により、上側接触領域と上部支持部材との間の細長い接触面が実現できる。

一実施形態によれば、空隙が、工具本体において、切削インサートの動径方向内側にインサート座と接続して配設され、それにより、工具本体と刃先の使用部分の反対側に位置する側面の一部との間にクリアランスが配設される。これにより切削インサートの取り付け手順が単純化される。なぜなら、フライスインサートの側面と工具本体との間に間隙が形成されているため、切削インサートは軸方向接触面上の据え付け位置にまで簡単に滑り込むからである。好適には、切削インサートが工具本体と接触する側面の唯一の部分が軸方向支持領域である。

一実施形態によれば、本工具は、フライス工具、好適には正面フライス工具として構成される。上記のいずれかの実施形態に従って、このようなフライス工具または正面フライス工具を構成してもよい。このようなフライス工具の利点および有益な特徴は上記の説明から自ずと明らかになろう。しかし、本発明の工具はドリル工具または旋削工具として構成してもよい。

一実施形態によれば、本工具は、少なくとも２つの切削インサートを備え、そのうちの少なくとも１つが平面生成刃先部をさらに備える平面生成切削インサートであり、さらに本工具は、第２の係止部材に沿って平面生成切削インサートの位置を調整するための位置決め装置をインサート座内に備える。このような平面生成刃先部は、平行凸形またはワイパー刃先と呼ばれる凸形の形態をとってもよい。この場合、本工具は滑らかな表面を生成するのに特に有用である。位置決め装置により、表面生成刃先を備える１つまたは複数の切削インサートの位置を調整することが可能である。それにより、１つまたは複数の平面生成刃先部は、隣の切削インサートに対して調整可能な距離をおいて工具本体から突出する。

一実施形態によれば、位置決め装置は、工具本体において平面生成切削インサートより軸方向上側に配設された、ねじ貫通孔を貫通して軸方向接触面に直角に延在する、ねじの形態をとり、それにより、ねじが、締め付けたときに、平面生成切削インサートの軸方向支持領域を押す。これにより、インサート座における平面生成切削インサートの位置決めを正確に行う手段が提供される。

本発明の第２の態様によれば、上記の目的は請求項１１の切削インサートによって達成される。本切削インサートは、上側延長面を画定しチップ面を含む上側部であって、正多角形の基本的な形状を有する、上側部と、上側延長面と平行な下側延長面を画定する下側部であって、上側部と下側部との間に中心軸が延在する、下側部と、切削インサートの外周の周りで上側部と下側部との間に延在し、複数の主クリアランス面と副クリアランス面とを含む側面と、主クリアランス面のうちの１つとチップ面との間にそれぞれ形成された複数の主刃先部と副クリアランス面のうちの１つとチップ面との間にそれぞれ形成された複数の副刃先部とを含む刃先と、主クリアランス面のうちの１つの内側で、かつ、中心軸の外側にそれぞれ延在する、下側部内に形成された複数の係止溝と、を備える。本切削インサートは、各係止溝がその中に延在する主クリアランス面に隣接する、主クリアランス面のうちの少なくとも１つにおける側面を貫通して延在し、下側部が、固定具を圧するように形成される下側接触領域をさらに備え、上側部が、切削インサートを中に取り付け可能な工具本体の上部支持部材を圧するように適合された上側接触領域を備える、ことを特徴とする。

本発明の切削インサートは、既に述べたようにフライス工具、とりわけ正面フライス工具での使用に適しており、そこにおいて、各インサート座は切削インサートの係止溝と係合するように形成された係止凸部の形態をとる第２の係止部材を備える。各刃先位置においては、係止溝の内の１つだけが使用されるので、本工具のインサート座に複数の係止凸部を備える必要がない。一般的に言って、使用可能な主刃先部と同じ数の係止溝を配設すれば十分である。したがって、６個の主刃先部および副刃先部を有する切削インサートは６個の係止溝を持つだろう。切削インサートの係止溝は、工具本体において切削インサートを動径方向にロックすることと正しい刃先位置に切削インサートを位置決めすることの両方のために使用してもよい。したがって、本発明の切削インサートは非常に正確な位置決めが可能となる。各係止溝が、中にその係止溝の延在する主クリアランス面に隣接する主クリアランス面のうちの少なくとも１つにおける側面を貫通して延在する（即ちその側面に開口している）ので、切削インサートは、工具本体の上部支持部材の後ろの据え付け位置まで滑り込ませることにより、インサート座に簡単に取り付けることができる。係止凸部は、こうして切削インサートを据え付け位置まで案内するのに使用される。下側接触領域と上側接触領域は、例えば、上側部および下側延長面と平行に延在する平面の形態をとってもよい。

本発明の切削インサートは、切削インサートを貫通して延在するねじまたは他の固定具を用いることなく工具本体に取り付け可能に形成される。したがって、切削インサートは、工具に関連して既に述べたように、固定具を受け入れる貫通孔なしに製造され得る。したがって、本発明の切削インサートは相対的に安定しており、強度を損なうことなく薄くすることができる。即ち、上側部と下側部との間の距離を短くすることができる。

係止溝は、切削インサートが必要とする動径方向の支持を提供できるのに十分な大きさにするべきである。なぜなら本発明の切削インサートは、工具本体において側面を動径方向支持面として使用することなく動径方向に完全に支持されるように形成されるからである。このことにより、切削インサートから内側に空隙または間隙を配設するように工具本体を製造することが可能となり、それにより、切削インサートを軸方向に滑り込ませることで工具本体に簡単に取り付けられるようになる。

各係止溝は、好適には、中にその係止溝の延在する主クリアランス面とチップ面との間に形成される主刃先部に対して平行もしくは実質的に平行に、または、主刃先部に対して角度２５°未満で延在する。こうして使用係止溝は実質的に使用主刃先部に沿って延在してこの刃先部からの力を吸収するだろう。これにより、係止溝は動径方向支持を提供する一方、同時にインサート座において使用主刃先部の正確な位置決めを支援する。係止溝の実質的に平行な延在は取り付け工程においても有用である。その際、切削インサートは、係止溝に案内されて、軸方向支持領域として働く切削インサートの主クリアランス面のうちの１つがインサート座に配設された軸方向接触面に当接するまで滑り込ませて、据え付け位置まで到達する。

一実施形態によれば、各係止溝が、該係止溝が中に延在する主クリアランス面とチップ面との間に形成された主刃先部に対して、１０°≦φ≦２０°の範囲内の角度φで延在する。係止溝は主刃先部に対してある角度で延在するので、係止溝が刃先部と平行に延在する場合と比べて、係止溝の長さが長くなる場合がある。このようにして、切削インサートと第２の係止部材との間の接触面が引き延ばされて工具の安定性が改善される。

一実施形態によれば、切削インサートは、複数の副クリアランス面と、副クリアランス面のうちの１つとチップ面との間にそれぞれ形成された複数の副刃先部とを備え、各副刃先部は、副刃先部の回転方向後方に位置する隣接する主刃先部と共に使用される平面生成刃先部として構成される。本実施形態において、副刃先部は平行凸形またはワイパー形の刃先の形態をとる。本実施形態において切削インサートは滑らかな表面を生成するのに適している。

一実施形態によれば、各係止溝が、少なくとも、該係止溝が中に延在する主クリアランス面の回転方向後方に位置する主クリアランス面における側面を貫通して延在する。したがって、係止溝は、副刃先部の側の側面ではなく主クリアランス面における側面を貫通して延在する。したがって、切削インサートは、インサート座の据え付け位置まで滑り込ませることにより簡単に取り付けられるだろう。

一実施形態によれば、各係止溝は、隣接する係止溝内で終了する。これにより、切削インサートと工具本体に配設された係止凸部との間の接触面積が増加する。係止溝の外壁は損なわれず、隣接する係止溝の影響を受けないからである。したがって、切削インサートの強度が増加する。好適には、本実施形態において切削インサートはプレス成形または射出成型によるような粉末冶金法で製作される。

一実施形態によれば、各係止溝が、該係止溝が中に延在する主クリアランス面に隣接する主クリアランス面における側面の両方を貫通して延在し、それにより隣接する係止溝同士が互いに交差する。本実施形態において、係止溝は、研削加工で製作されてもよい。

一実施形態によれば、各係止溝が、内側壁と外側壁とを有して形成され、該係止溝を横断する断面から見たときに、その内側壁と外側壁とが５０°〜１００°の範囲内、好適には６０°〜９０°の範囲内、さらに好適には６０°〜８０°の範囲内の角度θを形成する。壁同士がこの範囲内の角度θをなすように係止溝を形成することにより効率的なロック機構を実現することができ、切削インサートを工具本体の動径方向にロックすると共に切削インサートに底部支持も提供する。中心軸Ｃ２と平行で係止溝の長さに沿って横断する面に対して、係止溝は対称的であっても非対称的であってもよい。好適な実施例において係止溝は対称的である。

一実施形態によれば、各係止溝は、係止溝の幅をｗとしたとき、０．３ｗ≦ｄ≦０．７ｗの範囲内にある深さｄを有する。これにより十分な動径方向支持が提供され得る。係止溝が深すぎると切削インサートを弱くし得、プレス技術を用いて製作するのがより難しくもなる。

一実施形態によれば、切削インサートは、少なくとも６個の主刃先部を備える。切削インサートがこのような比較的多数の主刃先部または刃先位置を有する場合、より少ない数の刃先位置を備える切削インサートに比べて切削インサートの工具寿命が伸びる。本発明の切削インサートは最大で２０個の主刃先部を備えてもよい。

本発明のその他の利点および有益な特徴は以下で述べる詳細説明から自ずと明らかになろう。

本発明は、添付の図面を参照しながら、以下に詳細に説明されるであろう。

本発明に係る切削工具の斜視図である。 図１の切削工具の上面図である。 図１の切削工具の側面図である。 本発明に係る切削インサートの斜視図である。 図４の切削インサートの斜視図である。 図４の切削インサートの上面図である。 図４の切削インサートの側面図である。 図４の切削インサートの底面図である。 図８の線ＩＸ−ＩＸに沿った断面図である。 図１の工具のインサート座を示す図である。 図１の工具のインサート座を示す図である。 図１の工具の一部の分解図である。 図１の工具の斜視図である。 図１３の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面図である。 図１の工具の一部を示す図である。 図１５の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面図である。 図１の工具の一部を示す図である。 図１７の線ＸＶＩＩＩに沿った断面図を、切削インサートと共に示す図である。 図１７の線ＸＩＸに沿った断面図を、切削インサートと共に示す図である。

本発明の実施形態に係る正面フライス工具１００を図１〜図３に示す。工具１００は、工具本体１０１と、１０個の切削インサート２００と１０個の固定具３００とを備える。工具本体１０１は、前部１０２と後部１０３とを有し、その間を回転中心軸Ｃ１が伸びている。工具１００は、回転中心軸Ｃ１を中心に回転方向Ｒの方向に回転可能である。工具本体１０１には１０個のインサート座１０４が前部１０２と外周面１０５との間の移行部に配設され、前部１０２と後部１０３との間に延在する。各インサート座１０４の回転方向前側には、切りくずポケット１０６と、切削インサート２００を支持する上部支持部材１０７が配設される。各インサート座１０４において、切削インサート２００が、ネジの形態をとる固定具３００を用いてクランプされ確実に固定されている。工具本体１０１には、切削インサート２００の動径方向内側にインサート座１０４と接続して空隙１１１が配設されている。

本発明の実施形態に係る切削インサート２００は、図４〜図９において、より詳細に示されている。切削インサート２００は６個の刃先位置を有する片面用であり、上側延長面Ｐ_Ｕを画定する上側部２０１と、上側延長面Ｐ_Ｕと平行な下側延長面Ｐ_Ｌを画定する下側部２０２とを備える。上側部２０１と下側部２０２との間に中心軸Ｃ２が伸びている。上側部２０１と下側部２０２との間には、中心軸Ｃ２を中心としてセンター穴２１０も延在している。上側部２０１は、正多角形の基本形状、示した実施形態では六角形を有し、チップ面２０３を含む。

切削インサート２００の外周の周りには、上側部２０１と下側部２０２の間に側面２０４が延在しており、側面２０４は６個の主クリアランス面２０５と６個の副クリアランス面２０６を含む。チップ面２０３と側面２０４との間に刃先２０７が形成されている。刃先２０７は、主クリアランス面２０５の１つとチップ面２０３との間にそれぞれ形成された６個の主刃先部２０８と、副クリアランス面２０６の１つとチップ面２０３との間にそれぞれ形成され平行凸形またはワイパー形の刃先の６個の副刃先部２０９とを備える。各刃先位置（ｉｎｄｅｘ ｐｏｓｉｔｉｏｎ）において主刃先部２０８の１つが使用され、主クリアランス面２０５の１つが、工具本体１０１のインサート座１０４に配設される軸方向接触面１０９と接触する軸方向支持領域を形成する。

切削インサート２００の下側部２０２は、係止溝２１１の形態をとる６個の第１の係止部材を備え、第１の係止部材は、一度に１個使用されるように形成される。したがって、各係止溝２１１は、切削インサート２００の刃先位置と関係し、主クリアランス面２０５のうちの第１の主クリアランス面２０５の内側であってかつ切削インサート２００の中心軸Ｃ２の外側に延在する。各係止溝２１１は、第１の主クリアランス面２０５に隣接する主クリアランス面２０５のうちの１つを通ってさらに延在する。各係止溝２１１は、互いに対し角度θをなして形成される外側壁２１２と内側壁２１７とを有する。このことは中心軸Ｃ１と平行に切った断面を示す図９から理解できよう。係止溝２１１は隣接する主クリアランス面２０５の１つを通って延在するだけであるから、この図では係止溝２１１の裏側に隣接する係止溝２１１’の外側壁２１２’が見えている。

下側部２０２はさらに、固定具３００を圧するように形成された下側接触領域２１３を備える。示した実施形態において、下側接触領域２１３は、切削インサート２００のセンター孔２１０の周囲に延在する平面の形態をとる。上側部２０１は、工具本体１０１の上部支持部材１０７を圧するように適合された上側接触領域２１４を備える。示した実施形態においては、上側接触領域２１４も、切削インサート２００のセンター孔２１０の周囲に延在する平面の形態をとる。

ここで図１０〜図１１を参照すると、工具本体１０１のインサート座１０４がより詳細に示されている。インサート座１０４は、内側接触面１１３と外側接触面１１４とを有し係止凸部１０８の形態をとる第２の係止部材を備える。係止凸部１０８は、切削インサート２００の係止溝２１１の１つと係合するように形成され、切削インサート２００に対して動径方向の支持を形成する。係止溝２１１の内側接触面１１３は、内側壁２１７と接触するように構成され、外側接触面１１４は外側壁２１２と接触するように構成される。係止凸部１０８は、切削インサート２００の回転方向後方に上部支持部材１０７に対向して置かれる。上部支持部材１０７は、接触面１１２が切削インサート２００の上側接触領域２１４と接触するように形成される。接触面１１２はここでは平面の形態をとる。

係止凸部１０８と係止溝２１１は、切削インサートに対して適切に動径方向の支持および底部支持が実現できる寸法とすべきである。各係止溝２１１は切削インサートの中心軸Ｃ２と平行な方向において深さｄであり、それは係止溝２１１の幅ｗより小さい（図９参照）。本実施形態において、係止溝２１１の深さｄは幅ｗのおよそ半分に等しく、適切な動径方向支持を提供するにはこれで十分であろう。さらに、係止凸部１０８の上端と使用される係止溝２１１の底部との間でいくぶんクリアランスを設けるため、係止溝２１１の深さｄは係止凸部１０８の高さよりいくぶん大きい。しかし、切削インサート２００を弱くしやすいため、係止溝２１１は深くしすぎるべきではない。係止溝２１１の幅ｗは、図９の断面に見られるように、一般的に言って切削インサートの下側２０２の全幅の１５％〜３０％の範囲内であると言うことができる。示した実施形態において、係止溝の幅ｗは、図９で示される断面においてインサートの全幅のおよそ１５％である。

尚、係止溝２１１の内側壁２１７と外側壁２１２の両方は、係止溝２１１の底に向かって傾斜（即ち収れん）している。この特定の場合においては、係止溝２１１の２つの壁２１２、２１７は鏡像対象をなしており、下側延長面Ｐ_Ｌに対して６０°傾斜している。しかし、係止溝２１１は非対称な壁２１２、２１７であってもよく、外側壁２１２が内側壁２１７より大きい角度で傾斜していてもよい。切削インサート２００に対して動径方向支持を提供するのは外側壁２１２である。壁２１２、２１７は、切削インサート１００に対して適切な底部支持も提供すべきである。しかし、外側壁２１２と内側壁２１７との間で測定される全角度θは、１００°を超えないのが好ましいかもしれない。したがって、外側壁２１２が例えば５０°傾斜しているとすれば、内側壁２１７は、非対称的な係止溝２１１を形成するものとして、３０°以上傾斜してもよい。適切な動径方向支持および底部支持を提供するには、全角度θは５０°〜１００°の範囲内の値をとりうる。係止溝２１１を非対称に形成する場合、全角度θは好適には６０°〜９０°の範囲内であり、より好適には６０°〜８０°の範囲内である。示した実施形態においてはθ＝６０°である。これにより壁２１２、２１７は、切削インサート２００に対して最適な底部支持および動径方向支持を提供するような適切な傾斜となる。しかし、固定具３００を用いて切削インサートをクランプする／固定する場合、使用係止溝２１１を係止凸部１０８の周りに多少傾けることも可能である。内側壁２１７と外側壁２１２は平坦でなくてもよく、少し丸みを帯びることができる。その場合、内側壁の弦と外側壁の弦は上記の角度関係を満たすことが好ましい。

工具１００の係止凸部１０８は、使用係止溝２１１に合うように形成されるべきである。このため、係止凸部１０８は、内側壁２１７および外側壁２１２と同じような傾斜の接触面１１３、１１４を有することもできるであろうし、また、係止凸部１０８が係止溝２１１に適合し必要な支持を提供することができる限りにおいて、異なる傾斜と形状の壁を有してもよい。使用係止溝２１１の底部にクリアランスを設けるべきである。即ち、係止凸部１０８は、そのようなクリアランスができるような寸法とすべきである。

工具本体１０１には、ねじ貫通孔１１０がインサート座１０４の回転方向後方に配設される。貫通孔１１０は中心軸Ｃ３（図１４参照）を有し、インサート座１０４内に開口部を有する。示した実施形態では、工具本体１０１の動径方向面、即ち工具本体１０１の回転中心軸Ｃ１に直交する面、に対して貫通孔の中央軸Ｃ３がある角度をなして形成されるように、貫通孔１１０が形成される。貫通孔１１０はまた半径方向、即ち工具本体１０１の半径に対して傾いている。貫通孔が半径方向に傾く角度は、工具本体１０１の直径およびインサート座１０４の数に応じて異なってもよい。

図１２〜図１６に、工具本体１０１において切削インサート２００を固定する固定機構をより詳細に示す。示した実施形態では、切削インサート２００が使用主刃先部２０８ａと使用副刃先部２０９ａとを有して刃先位置に取り付けられる。使用主刃先部２０８ａと実質的に平行に使用係止溝２１１ａが延在する。ねじ山部３０１と切頭円錐端部３０２を有するねじの形状をとる固定具３００が貫通孔１１０を通って延在し、図１４ではっきり見て取れるように、切削インサート２００の中心軸Ｃ２の内側に形成された切削インサート２００の使用下側接触領域２１３ａを圧する。これにより、固定具３００が切削インサート２００を強制的に回転／傾かせてインサート座１０４内の安定した位置に据える。その位置において、切削インサート２００の使用上側接触領域２１４ａが上部支持部材１０７の接触面１１２に押し付けられ、また係止凸部１０８が使用係止溝２１１ａに係止される。係止溝２１１ａの内側壁２１７ａを係止凸部１０８の内側接触面１１３に接触させることにより、また、係止溝２１１ａの外側壁２１２ａを係止凸部１０８の外側接触面１１４に接触させることにより、係止が行われる。これにより、係止凸部１０８は切削インサート２００に対する動径方向支持を形成する。フライスインサート２００の内側に空隙１１１が配設されているため、係止凸部１０８だけが動径方向支持を担う。したがって、係止凸部１０８と係止溝２１１は適切な動径方向支持を実現するような寸法とすべきである。固定具３００はまた、この刃先位置において使用軸方向支持領域として働いている主クリアランス面２０５ｃを、工具本体１０１のインサート座１０４が備える軸方向接触面１０９に押し付けて、それにより切削インサート２００が工具１００の軸方向に固締される。

切削インサート２００の接触面と工具本体１０１を図１７〜図１９に詳細に示す。図１８に、切削インサート２００の下側部２０２に対向し係止凸部１０８を含むインサート座１０４を、切削インサート２００の上側部２０１と共に示す。図１９に、切削インサート２００の上側部２０１に対向する上部支持部材１０７を、切削インサート２００の下側部２０２と共に示す。主刃先部２０８ａが使用主刃先部となるように取り付けた切削インサート２００の位置を破線で示している。図１８では、切削インサート２００上に、使用上側接触領域２１４ａを格子の網掛けで示す一方、使用下側接触領域２１３ａと、使用係止溝２１１ａの使用内側壁２１７ａおよび外側壁２１２ａと、軸方向接触面１０９と接触して使用軸方向支持領域として働く主クリアランス面２０５ｃとを破線の網掛けで示す。図１９ではその逆が成り立つ。見て取れるように、使用係止溝２１１ａは、主クリアランス面２０５ａの内側でかつ切削インサート２００の中心軸Ｃ２の外側に、使用主刃先部２０８ａと実質的に平行に延在している。係止溝２１１ａは主クリアランス面２０５ｂを貫通して延在する。主クリアランス面２０５ｂは使用主クリアランス面２０５ａと主クリアランス面２０５ｃとの間に配設されており、この刃先位置において主クリアランス面２０５ｃは切削インサート２００の使用軸方向支持領域として働く。示した実施形態では、上側接触領域２１４ａは不規則で細長い形状を有する。上側接触領域２１４ａは、上側部２０１の中央部において使用刃先部２０８と実質的に平行に延在している。切削インサート２００と固定具３００や工具本体１０１の実際の接触面は、当然のことながら印をつけた接触領域からずれてもよい。例えば、固定具の切頭円錐端部３０２と平らな下側接触領域２１３との間では、接触面を線接触の形態とすることも可能である。

切削インサート２００の動径方向内側に配設される空隙１１１は、切削インサート２００において不使用の主クリアランス面２０５、とりわけ、不使用の主刃先部２０８が工具本体１０１と接触しないような寸法とされる。工具本体１０１と接触する側面２０４の部分は、使用軸方向支持領域として働く主クリアランス面２０５ｃのみである。この主クリアランス面２０５ｃと関係する主刃先部２０８ｃは、図１６からわかるように工具本体２０１と接触していない。

切削インサート２００を工具本体１０１に固締するには、切削インサート２００を、使用係止溝２１１ａが係止凸部１０８と係合するようにしてインサート座１０４に滑り込ませる。それにより主クリアランス面２０５ｃ（使用軸方向支持領域）が軸方向接触面１０９と接触する。切削インサートをインサート座１０４に固締するには、固定具３００を貫通孔１１０にねじ込んで、端部３０２の切頭円錐面が切削インサート２００の使用下側接触領域２１３ａと接触するようにする。示した実施形態では、端部３０２の切頭円錐面が使用下側接触領域２１３ａに線に沿って接触する。即ち、接触面は線接触の形態である。好適には、固定具３００の中心軸Ｃ３と線接触とがなす角度が５０°〜７５°の間になるようにフライス工具２００を構成すべきである。

フライス工具１００を用いた切削作業中、切削力は切削インサート２００をインサート座１０４にさらに押し付けるように作用する。したがって、固定具３００は切削力に耐えるような寸法とする必要はなく、フライス工具１００が停止しているときに切削インサート２００を保持できる程度の寸法であってよい。

示した実施形態において、切削インサートが備えるセンター孔２１０は本発明にとって必須ではなく省いてもよい。センター孔は、ＰＶＤ被覆工程においてインサートを支持することを意図しており、工具本体に切削インサートを固締するのに必要なものではない。したがって、製造工程によっては孔を除外してもよいし小さい径としてもよい。したがって、本発明の切削インサートおよび本発明の工具で使用する切削インサートはセンター孔が無いものであってもよい。

本発明は開示した実施形態に限定されず、添付請求項の範囲内において変更しても修正してもよい。例えば、本明細書に記載した切削インサートは片面用でかつポジティブ形状を有する。しかし、本発明の工具は、例えば両面用の切削インサートのようにネガティブ形状の切削インサートと共に使用してもよい。

切削インサートの上側接触領域と工具本体の上部支持部材は、安定した支持を形成する限りにおいて、好適には上部支持部材と上側接触領域との間の線接触の形態をとる別の構成としてもよい。線接触は、工具本体の上部支持部材と切削インサートの上側接触領域との間であらかじめ定めた最初の線接触となるようにするのが望ましい。しかし、工具本体は通常鋼鉄で作られるため、工具本体の弾性により、上部支持部材と上側接触領域との間は、接触領域が支持部材に対してより大きな力で押し上げられた場合、実際には面接触となるだろう。

固定具は、ねじの形態をとる必要はない。固定具は、例えば、バネで力を加えたロッドのようなテンションロッド、もしくは楔型の部材、または当業界で知られる他の任意の適切な固定具であってもよい。

１００ フライス工具
１０１ 工具本体
１０２ 前部
１０３ 後部
１０４ インサート座
１０５ 外周面
１０６ 切りくずポケット
１０７ 上部支持部材
１０８ 係止凸部
１０９ 軸方向接触面
１１０ 貫通孔
１１１ 空隙
１１２ 接触面
１１３ 内側接触面
１１４ 外側接触面
２００ 切削インサート
２０１ 上側部
２０２ 下側部
２０３ チップ面
２０４ 側面
２０５ 主クリアランス面
２０６ 副クリアランス面
２０７ 刃先
２０８ 主刃先部
２０９ 副刃先部
２１０ センター孔
２１１ 係止溝
２１２ 外側壁
２１３ 下側接触領域
２１４ 上側接触領域
２１７ 内側壁
３００ 固定具
３０１ ねじ山部
３０２ 端部
Ｃ１ 工具の回転中心軸
Ｃ２ 切削インサートの中心軸
Ｃ３ 貫通孔の中心軸
ｄ 係止溝の深さ
ｗ 係止溝の幅
Ｒ 回転方向
Ｐ_Ｕ 上側延長面
Ｐ_Ｌ 下側延長面
θ 角度

Claims (18)

1. 切りくず除去式機械加工用の工具（１００）であって、
   工具本体（１０１）であって、その間に回転中心軸（Ｃ１）が延在し、その周りで工具（１００）が回転方向（Ｒ）に回転可能である前部（１０２）および後部（１０３）と、前部（１０２）と工具本体（１０１）の前部（１０２）および後部（１０３）の間に延在する外周面（１０５）との間の移行部に配設される少なくとも１つのインサート座（１０４）と、を含み、切りくずポケット（１０６）が、前記少なくとも１つのインサート座（１０４）の回転方向前側に配設される、工具本体（１０１）と、
   前記少なくとも１つのインサート座（１０４）に確実に取り付けられた、少なくとも１つの切削インサート（２００）であって、
   上側部（２０１）および下側部（２０２）であって、前記上側部（２０１）が、チップ面（２０３）を含み、中心軸（Ｃ２）が、前記上側部（２０１）と前記下側部（２０２）との間に延在している、上側部（２０１）および下側部（２０２）、
   前記切削インサート（２００）の外周の周りで前記上側部（２０１）と前記下側部（２０２）との間に延在し、少なくとも１つのクリアランス面（２０５、２０６）を含む側面（２０４）、
   前記少なくとも１つのクリアランス面（２０５、２０６）と前記チップ面（２０３）との間に形成され、前記切削インサート（２００）の中心軸（Ｃ２）の外側に位置するように画成された使用刃先部（２０８ａ）を有する刃先（２０７）、
   を含む、少なくとも１つの切削インサート（２００）と、
   固定具（３００）と、
   を備え、
   前記切削インサート（２００）は、その下側部（２０２）において、前記切削インサート（２００）の前記中心軸（Ｃ２）の外側に位置する部分に延在する係止溝または係止凸部の形態をとる少なくとも１つの第１の係止部材（２１１ａ）を備え、前記第１の係止部材（２１１ａ）と係合するように構成された第２の係止部材（１０８）が、前記インサート座（１０４）の中に配設される、
   工具（１００）において、
   前記インサート座（１０４）に配設される前記第２の係止部材（１０８）が、係止溝または係止凸部の形態をとり、上部支持部材（１０７）が、前記少なくとも１つのインサート座（１０４）の回転方向前側に配設され、前記インサート座（１０４）に開口部を有する貫通孔（１１０）が、前記インサート座（１０４）の回転方向後側に配設され、前記固定具（３００）が、前記貫通孔（１１０）を貫通して延在し、前記切削インサート（２００）の前記下側部（２０２）上に配設される下側接触領域（２１３ａ）を圧し、それにより、前記固定具（３００）が、一方で、前記切削インサート（２００）の前記上側部（２０１）上に配設された上側接触領域（２１４ａ）を前記工具本体（１０１）の前記上部支持部材（１０７）に押し付けることで、前記第２の係止部材（１０８）が、前記第１の係止部材（２１１ａ）にロックされ、前記切削インサート（２００）の動径方向支持を形成し、他方で、前記切削インサート（２００）の前記側面（２０４）に配設された軸方向支持領域（２０５ｃ）を前記インサート座（１０４）に配設された軸方向接触面（１０９）に押し付けること、
   を特徴とする、工具（１００）。
2. 前記下側接触領域（２１３ａ）が、前記切削インサート（２００）の前記中心軸（Ｃ２）の内側に位置する部分に配設される、請求項１に記載の工具。
3. 前記上側接触領域（２１４ａ）が、前記下側接触領域（２１３ａ）の外側に位置する部分に配設される、請求項１または２に記載の工具。
4. 前記工具（１００）が、前記上部支持部材（１０７）と前記上側接触領域（２１４ａ）との間の接触面が線接触の形態をとるように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の工具。
5. 前記上部支持部材（１０７）が、前記切削インサート（２００）の前記上側部（２０１）に対向する前記インサート座（１０４）の前面から突出する細長い凸部の形態をとる、請求項１から４のいずれか一項に記載の工具。
6. 空隙（１１１）が、前記工具本体（１０１）において、前記切削インサート（２００）の動径方向内側に前記インサート座（１０４）と接続して配設され、それにより、前記工具本体（１０１）と前記刃先（２０７）の前記使用刃先部（２０８ａ）の反対側に位置する前記側面（１０４）の一部との間にクリアランスが配設される、請求項１から５のいずれか一項に記載の工具。
7. 前記工具（１００）が、フライス工具、好適には正面フライス工具として構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の工具。
8. 前記工具（１００）が、少なくとも２つの切削インサート（２００）を備え、そのうちの少なくとも１つが、平面生成刃先部をさらに備える平面生成切削インサートであり、前記工具が、前記第２の係止部材（１０８）に沿って前記平面生成切削インサートの位置を調整するための位置決め装置を前記インサート座（１０４）内に備える、請求項７に記載の工具。
9. 位置決め装置が、前記工具本体（１０１）において前記平面生成切削インサートより軸方向上側に配設された、ねじ貫通孔を貫通して、前記軸方向接触面に対して直角に延在する、ねじの形態をとり、それにより、前記ねじが、締め付け時に、前記平面生成切削インサートの軸方向支持領域を押す、請求項８に記載の工具。
10. フライス工具用（１００）の刃先交換式切削インサート（２００）であって、
    上側延長面（Ｐ_Ｕ）を画定し、チップ面（２０３）を含む上側部（２０１）であって、正多角形の基本的な形状を有する、上側部（２０１）と、
    前記上側延長面（Ｐ_Ｕ）と平行な下側延長面（Ｐ_Ｌ）を画定する下側部（２０２）であって、前記上側部（２０１）と前記下側部（２０２）との間に中心軸（Ｃ２）が延在する、下側部（２０２）と、
    前記切削インサート（２００）の外周の周りで前記上側部（２０１）と前記下側部（２０２）との間に延在し、複数の主クリアランス面（２０５）と副クリアランス面（２０６）とを含む側面（２０４）と、
    前記主クリアランス面（２０５）のうちの１つと前記チップ面（２０３）との間にそれぞれ形成された複数の主刃先部（２０８）と、前記副クリアランス面（２０６）のうちの１つと前記チップ面（２０３）との間にそれぞれ形成された複数の副刃先部（２０９）とを含む刃先（２０７）と、
    前記主クリアランス面（２０５）のうちの１つの内側で、かつ、前記中心軸（Ｃ２）の外側にそれぞれ延在する、前記下側部（２０２）内に形成された複数の係止溝（２１１）と、
    を備える、切削インサート（２００）において、
    各係止溝（２１１）が、実質的に各主刃先部（２０８）に沿って延在し、かつ各係止溝（２１１）が、前記係止溝がその内側に延在する前記主クリアランス面（２０５）に隣接する、前記主クリアランス面（２０５）のうちの少なくとも１つにおける前記側面（２０４）を貫通して延在し、前記下側部（２０２）が、固定具（３００）を圧するように形成される下側接触領域（２１３）をさらに備え、前記上側部（２０１）が、前記切削インサート（２００）を中に取り付け可能な工具本体（１０１）の上部支持部材（１０７）を圧するように適合された上側接触領域（２１４）を備える、
    ことを特徴とする、切削インサート（２００）。
11. 各係止溝（２１１）が、前記係止溝（２１１）が内側に延在する前記主クリアランス面（２０５）と前記チップ面（２０３）との間に形成された前記主刃先部（２０８）に対して、１０°≦φ≦２０°の範囲内の角度（φ）で延在する、請求項１０に記載の切削インサート（２００）。
12. 複数の副クリアランス面（２０６）と、前記副クリアランス面（２０６）のうちの１つと前記チップ面（２０３）との間にそれぞれ形成された複数の副刃先部（２０９）とを備え、各副刃先部（２０９）が、前記副刃先部（２０９）の回転方向後方に位置する隣接する主刃先部（２０８）と共に使用される平面生成刃先部（２０９）として構成される、請求項１０または１１に記載の切削インサート（２００）。
13. 各係止溝（２１１）が、少なくとも、前記係止溝（２１１）が内側に延在する前記主クリアランス面（２０５）の回転方向後方に位置する前記主クリアランス面（２０５）における前記側面を貫通して延在する、請求項１２に記載の切削インサート。
14. 各係止溝（２１１）が、隣接する係止溝（２１１）内で終了する、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の切削インサート（２００）。
15. 各係止溝が、前記係止溝が内側に延在する前記主クリアランス面に隣接する前記主クリアランス面における前記側面の両方を貫通して延在し、それにより、隣接する係止溝同士が互いに交差する、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の切削インサート。
16. 各係止溝（２１１）が、内側壁（２１７）と外側壁（２１２）とを有して形成され、前記係止溝（２１１）を横断する断面から見たときに、前記内側壁と前記外側壁とが、５０°〜１００°の範囲内、好適には６０°〜９０°の範囲内、さらに好適には６０°〜８０°の範囲内の角度θを形成する、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の切削インサート（２００）。
17. 各係止溝（２１１）が、係止溝（２１１）の幅をｗとしたとき、０．３ｗ≦ｄ≦０．７ｗの範囲内にある深さｄを有する、請求項１０から１６のいずれか一項に記載の切削インサート（２００）。
18. 前記切削インサート（２００）が、少なくとも６個の主刃先部（２０８）を備える、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の切削インサート（２００）。

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