JP6993557B2 - 切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具に関する。より特定的には、本発明は、寿命の低下を抑止しつつ切れ味を向上することのできる切削工具に関する。

ドリルビット、エンドミル、タップ、リーマ、またはフライスなどの切削工具は、切削装置のチャックに取り付けられ、切削装置により電動や手動などで回転駆動されることで被切削物を切削加工する。従来の切削工具は、たとえば下記特許文献１および２などに開示されている。

下記特許文献１には、切削ヘッドのねじれ角が２０度～４０度であり、切削ヘッドを着脱自在に取り付ける工具本体のねじれ角が、切削ヘッドのねじれ角よりも小さい刃先交換式ツイストドリルが開示されている。これにより、ドリル中心側における切れ刃の切れ味が向上され、剛性低下が防止されている。切削ヘッド先端の切れ刃には２０度～４０度の範囲の一定すくい角を付与するすくい面が設けられており、さらに、そのすくい面の終端のねじれ溝への切れ上がり部でチップブレーカが形成されている。

下記特許文献２には、左右の先端切刃に沿ってチップブレーカが凹設され、その左右の先端切刃に適数のニックが設けられたスペードドリル用スローアウェイチップが開示されている。このスローアウェイチップにおいては、各すくい面の外周寄り部位に対し、チップブレーカから連続して凹部が設けられており、すくい面の外周寄り部位に、切刃に沿うチップブレーカから連続して凹部が設けられている。

特開２００３－１３６３１９号公報 特開平１０－１０９２１０号公報

通常、回転駆動される切削工具において、被切削物に当接する切刃部は切削工具の外周面の溝内に形成されている。回転軸を含む平面で切った断面で見た場合に、切刃部のすくい面は、外径側端部に設けられた刃先を含んでいる。刃先は、被切削物に対して与えるトルクが最も大きい部分であるため、被切削物から受ける負荷も大きく、欠けやすい性質を有している。

従来、切削工具の刃先の欠けを抑止し寿命を向上する目的で、刃先は、回転軸を含む平面で切った断面で見た場合に直線の表面となるように面取りされていた。その結果、回転軸に直交する断面で見た場合に、すくい面における刃先よりも内径側に存在する部分が、刃先よりも切削工具の回転方向下流側に突出していた。このため、切削工具を用いて切削する場合に、被切削物に対して鋭利な角度で刃先が当たらず、切れ味の低下を招いていた。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、寿命の低下を抑止しつつ切れ味を向上することのできる切削工具を提供することである。

本発明の一の局面に従う切削工具は、被切削物に当接する切刃部であって回転軸を中心として螺旋状に形成された切刃部を備え、回転軸を中心として所定の回転方向に回転される切削工具であって、切刃部は、回転軸を中心として螺旋状に形成された溝内の回転方向の下流側を向いた面を含み、下流側を向いた面は、下流側を向いた面の外径側端部に設けられた刃先面と、刃先面よりも内径側に設けられた本体刃面とを含み、回転軸と直交する断面で見た場合に、刃先面および本体刃面の各々は回転方向の下流側に向かって凹の曲面であり、回転軸と直交する断面で見た場合に、刃先面の内径側端部と本体刃面の外径側端部との境界点は、回転軸と下流側を向いた面の外径側端部とを結ぶ刃先中心線よりも回転方向の上流側に位置し、下流側を向いた面と刃先中心線との交差位置から下流側を向いた面の外径側端部までの刃先中心線に沿った長さＨと、切削工具の半径ＲＡとは、０．５５ＲＡ≦Ｈ≦０．６５ＲＡの関係を有し、刃先中心線に沿った刃先面の長さＴは、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。

上記切削工具において好ましくは、回転軸と直交する断面で見た場合に、刃先面および本体刃面の各々は円弧形状を有しており、刃先面の曲率半径Ｒ１と本体刃面の曲率半径Ｒ２とは、０．９Ｒ２≦Ｒ１≦１．１Ｒ２の関係を有する。

上記切削工具において好ましくは、切刃部は複数であり、回転軸と直交する断面で見た場合に、複数の切刃部の各々は回転軸に対して等間隔に配置されている。

上記切削工具において好ましくは、切刃部は複数であり、回転軸と直交する断面で見た場合に、複数の切刃部の各々は回転軸に対して不等間隔に配置されている。

上記切削工具において好ましくは、下流側を向いた面は被覆層で被覆されている。

本発明によれば、寿命の低下を抑止しつつ切れ味を向上することのできる切削工具を提供することができる。

本発明の一実施の形態における切削工具１の外観の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施の形態における切削工具の、図１において矢印Ｗで示す方向から見た場合（切削工具１の先端側から見た場合）の構成を示す正面図である。 図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿った断面図であり、回転軸ＡＸに直交する平面で切った場合の断面図である。 図３中Ａ部の拡大図である。 従来の切削工具におけるすくい面１１２の一の構成を示す断面図である。 従来の切削工具におけるすくい面１１２の他の構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態における切削工具１において、刃先面４１が被切削物に当接する様子を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施例において、切削加工に必要としたトルクおよびスラスト荷重の時間変化を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。

［切削工具の構成］

図１は、本発明の一実施の形態における切削工具１の外観の構成を模式的に示す斜視図である。

図１を参照して、本実施の形態における切削工具１は、切削装置（図示無し）のチャックに取り付けられた状態で、切削装置により電動や手動などで回転駆動されることで被切削物を切削加工するものである。切削工具１は、切削加工を行う際に回転軸ＡＸを中心として回転方向Ｄに回転駆動される。

切削工具１は、刃部１０と、シャンク５０とを備えている。刃部１０は、切削工具１における先端側に設けられており、被切削物に対する切削加工を行う部分である。シャンク５０は、切削工具１における後端側に設けられており、切削工具１の使用時にチャックに取り付けられる部分である。

刃部１０は、切刃部１１および２１を含んでいる。切刃部１１および２１は、被切削物に当接する部分であり、回転軸ＡＸを中心として螺旋状に形成されている。切刃部１１および２１は、回転軸ＡＸに対して点対称である。切刃部１１および２１は、溝３１および３２の各々によって隔てられている。切刃部１１および２１の各々は、溝３１および３２によって規定されている。

溝３１および３２は、同一形状であり、回転軸ＡＸに沿って螺旋状に形成されている。溝３１および３２の各々は、回転軸ＡＸに対して互いに点対称である。

切刃部１１および２１は、同一形状であり、回転軸ＡＸに沿って螺旋状に形成されている。切刃部１１および２１の各々は、回転軸ＡＸに対して互いに点対称である。

図２は、本発明の一実施の形態における切削工具の、図１において矢印Ｗで示す方向から見た場合（切削工具１の先端側から見た場合）の構成を示す正面図である。図３は、図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿った断面図であり、回転軸ＡＸと直交する平面で切った場合の断面図である。

図１～図３を参照して、切刃部１１は、すくい面１２と、マージン部１３ａと、逃げ面１３ｂと、マージン部１３ｃと、壁面１４と、軸方向端面１５～１７とを含んでいる。すくい面１２は、溝３１内の面であり、回転方向Ｄの下流側を向いている。すくい面１２は、被切削物に対して作用する面であり、外径側端部に刃先１２ａを有している。マージン部１３ａは、すくい面１２と隣接している。マージン部１３ａ、逃げ面１３ｂ、およびマージン部１３ｃの各々は、回転方向Ｄの上流側に向かってこの順序で設けられており、切削工具１の円筒形状の外周面を構成している。マージン部１３ａおよび１３ｃの各々は、逃げ面１３ｂよりも外径方向に突出している。壁面１４は、溝３２内の面であり、回転方向Ｄの上流側を向いている。壁面１４は、マージン部１３ｃと隣接しており、溝３２内において切刃部２１のすくい面２２へと連続している。

軸方向端面１５～１７は、切削工具１の先端側の面である。軸方向端面１５は、回転方向Ｄの下流側に位置しており、すくい面１２と隣接している。軸方向端面１７は、回転方向Ｄの上流側に位置しており、壁面１４と隣接している。軸方向端面１６は、軸方向端面１５と軸方向端面１７との間に位置している。軸方向端面１６の面積は、軸方向端面１５および１７の各々の面積よりも広い。

切刃部２１は、すくい面２２と、マージン部２３ａと、逃げ面２３ｂと、マージン部２３ｃと、壁面２４と、軸方向端面２５～２７とを含んでいる。すくい面２２は、溝３２内の面であり、回転方向Ｄの下流側を向いている。すくい面２２は、被切削物に対して作用する面であり、外径側端部に刃先２２ａを有している。マージン部２３ａは、すくい面２２と隣接している。マージン部２３ａ、逃げ面２３ｂ、およびマージン部２３ｃの各々は、回転方向Ｄの上流側に向かってこの順序で設けられており、切削工具１の円筒形状の外周面を構成している。マージン部２３ａおよび２３ｃの各々は、逃げ面２３ｂよりも外径方向に突出している。壁面２４は、溝３１内の面であり、回転方向Ｄの上流側を向いている。壁面２４は、マージン部２３ｃと隣接しており、溝３１内において切刃部１１のすくい面１２へと連続している。

軸方向端面２５～２７は、切削工具１の先端側の面である。軸方向端面２５は、回転方向Ｄの下流側に位置しており、すくい面２２と隣接している。軸方向端面２７は、回転方向Ｄの上流側に位置しており、壁面２４と隣接している。軸方向端面２６は、軸方向端面２５と軸方向端面２７との間に位置している。軸方向端面２６の面積は、軸方向端面２５および２７の各々の面積よりも広い。

軸方向端面１５～１７および２５～２７は、切削工具１の最先端となる頂点ＴＰを中心とした錐体状を構成している。

なお、軸方向端面１６および２６（または軸方向端面１７および２７）の各々には、油穴が形成されていてもよい。軸方向端面１５とマージン部１３ａとの境界線、および軸方向端面２５とマージン部２３ａとの境界線の各々は、平面状や曲面状に面取りされていてもよい。マージン部１３ｃおよび２３ｃは設けられていなくてもよい。

すくい面１２および２２は被覆層で被覆されていてもよい。この被覆層は、たとえばＴｉＮやＴｉＣＮなどよりなり、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて形成されてもよい。また、すくい面１２および２２の他、軸方向端面１５および２５、ならびにマージン部１３ａおよび２３ａなどもこの被覆層で被覆されていてもよいし、刃部１０全体がこの被覆層で被覆されていてもよい。

以降、切刃部１１の構成について詳細に説明を行う。切刃部２１の構成については、切刃部１１の構成と同一であるため、その説明を繰り返さない。

図４は、図３中Ａ部の拡大図である。

図３および図４を参照して、すくい面１２は、刃先面４１と、本体刃面４２とを含んでいる。刃先面４１は、すくい面１２の刃先１２ａに設けられており、マージン部１３ａ（切削工具１の外周面）と隣接している。本体刃面４２は、刃先面４１と隣接しており、刃先面４１よりも内径側に設けられている。位置ＰＯ１は、刃先面４１と本体刃面４２との境界点である。刃先面４１は、図４の断面で見た場合に円弧形状の曲面を有しており、曲率半径Ｒ１を有している。本体刃面４２は、図４の断面で見た場合に円弧形状の曲面を有しており、曲率半径Ｒ２を有している。刃先面４１の曲率半径Ｒ１は、本体刃面４２の曲率半径Ｒ２の０．９倍以上の大きさであり、本体刃面４２の曲率半径Ｒ２の１．１倍以下の大きさである（０．９Ｒ２≦Ｒ１≦１．１Ｒ２）ことが好ましい。曲率半径Ｒ１およびＲ２の各々は、たとえば２．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。

特に曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との関係を上述のように設定した場合には、同一の砥石を用いて刃先面４１および本体刃面４２を形成することができるので、製造工程の簡略化を図ることができる。

回転軸ＡＸと刃先１２ａ（すくい面１２の外径側端部）とを結ぶ直線を刃先中心線ＬＮとする。なお、刃先中心線ＬＮは刃先２２ａ（すくい面２２の外径側端部）も通過する。刃先中心線ＬＮは、切削工具１が被切削物を切削する際に被切削物に対して力を及ぼす中心線となる。

以降、刃先中心線ＬＮを基準として回転方向Ｄの下流側（すくい面１２付近の刃先中心線ＬＮにおける図４中右側）をネガ（ネガティブ）側、回転方向Ｄの上流側（すくい面１２付近の刃先中心線ＬＮにおける図４中左側）をポジ（ポジティブ）側と記すことがある。

すくい面１２における最内径側の部分（壁面２４と隣接する部分）は、ネガ側に存在している。すくい面１２は、回転方向Ｄの上流側に向かって窪んでいるため、すくい面１２と刃先中心線ＬＮとは位置ＰＯ２において交差する。すくい面１２における位置ＰＯ２から刃先１２ａまでの部分（位置ＰＯ１および刃先面４１全体を含む部分）は、ポジ側に存在している。

刃先中心線ＬＮに沿ったすくい面１２における位置ＰＯ２から刃先１２ａまでの部分の長さ（幅）Ｈの、切削工具１の半径ＲＡに対する比率（すくい比率）は、５５％以上６５％以下（０．５５ＲＡ≦Ｈ≦０．６５ＲＡ）であることが好ましい。長さＨが上記範囲にある場合には、本体刃面４２の曲がり具合が急になる（本体刃面４２の曲率半径Ｒ２が小さくなる）ため、刃先１２ａが回転方向Ｒの下流側へ一層突出した構成となる。本実施の形態では、このような構成であっても刃先１２ａの欠けを防ぐことができる。

刃先中心線ＬＮに沿った刃先面４１の長さ（幅）Ｔは、切削工具１の半径ＲＡに関わらず０より大きく１．０ｍｍ以下（０＜Ｔ≦１．０ｍｍ）、好ましくは０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下（０．２ｍｍ≦Ｔ≦０．３ｍｍ）という一定の範囲に設定されてもよい。

［実施の形態の効果］

次に、本実施の形態における切削工具１の効果について説明する。

図５および図６は、従来の切削工具におけるすくい面１１２の構成を示す断面図である。なお、図５および図６は、すくい面１１２における図４に対応する部分の断面図である。

図５を参照して、従来の切削工具におけるすくい面１１２は、外径側端部の刃先１１２ａに設けられた刃先面１４１と、刃先面１４１よりも内径側に設けられた本体刃面１４２とを含んでいる。刃先１１２ａの欠けを抑止し寿命を向上する目的で、刃先１１２ａは面取りされている。刃先面１４１は、直線状の断面形状を有しており、刃先面１４１と本体刃面１４２との境界点である位置ＰＯ１０１から刃先１１２ａに向かってポジ側に窪んでいる。その結果、すくい面１１２における位置ＰＯ１０１付近の部分はネガ側に突出する。

図５に示す切削工具の構成ではすくい角αが鈍角となるため、被切削物を切削する際に被切削物に対して刃先１１２ａが鋭利な角度で当たらない。このため、被切削物に対して力が加わりにくく、切れ味が悪い。

図６を参照して、一方、この切削工具のすくい面１１２では、刃先１１２ａは切削工具の外周面に対して直角に面取りされている。刃先面１４１は、直線状の断面形状を有しており、刃先中心線ＬＮに沿って延在している。

図６に示す切削工具の構成では、すくい角αが直角となるため、被切削物を切削する際に、図５に示す切削工具の場合よりも被切削物に対して力が加わり易くなる。一方で、刃先面１４１が刃先中心線ＬＮに沿って延在しているので、被切削物を切削する際に、刃先面１４１全体が被切削物から一様に負荷を受ける。その結果、刃先１１２ａが受ける荷重が大きくなり、刃先１１２ａが欠けやすくなる。

図７は、本発明の一実施の形態における切削工具１において、刃先面４１が被切削物に当接する様子を模式的に示す断面図である。

図７を参照して、一方、本実施の形態の切削工具１において、回転軸ＡＸと直交する断面で見た場合に、刃先面４１は曲面であり、位置ＰＯ１はポジ側に位置している。これにより、すくい角αが鋭角となり、被切削物を切削する際に被切削物に対して刃先１２ａが鋭利な角度で当たる。その結果、被切削物に対して力が加わり易くなり、切れ味を向上することができる。

また、従来の切削工具においては、切刃稜線部に欠け防止のための刃先処理が施されているために切味が低下し、切削工具を用いて被切削物を切削する際に必要なスラスト方向の力が大きくなっていた。このため、切削工具を用いて被切削物に貫通穴を形成した場合に、貫通穴における切削工具の抜け側にバリが発生していた。本実施の形態の切削工具によれば、切れ味が向上するため、被切削物に貫通穴を形成した場合に、貫通穴における切削工具の抜け側に発生するバリを抑制することができる。

また、刃先面４１が曲面であるため、被切削物を切削する際に、刃先面４１は矢印ＡＲで示すように、刃先１２ａから位置ＰＯ１に向かって徐々に被切削物に当接する。刃先１２ａが被切削物から受ける負荷は、矢印ＡＲで示す方向に沿って刃先面４１全体に分散される。これにより、刃先１２ａが欠けにくくなり、切削工具１の寿命の低下を抑止することができる。

［実施例］

続いて、本発明の一実施例について説明する。

本願発明者は、本発明例および比較例の切削工具を用いて、被切削物に対して切削加工（穴開け加工）を行い、切削加工に必要な力を計測した。被切削物としては、厚さ６ｍｍの６４チタン（６質量％のアルミニウムと、４質量％のバナジウムと、残部チタンよりなる合金）を用いた。

図８は、本発明の一実施例において、切削加工に必要としたトルクおよびスラスト荷重の時間変化を示す図である。図８（ａ）は、図５に示す従来の切削工具を用いた場合の結果である。図８（ｂ）は、図１～図４に示す本実施の形態における切削工具１を用いた場合の結果である。

図８を参照して、図５に示す従来の切削工具を用いて切削加工を行った場合（図８（ａ））には、最大で１８２．２Ｎｃｍのトルク（切削工具を回転させる力）を必要とし、平均で８５３Ｎのスラスト荷重（切削工具を被切削物に押し付ける荷重）を必要とした。一方、本実施の形態における切削工具１を用いて切削加工を行った場合（図８（ｂ））には、最大で１５９．８Ｎｃｍのトルクを必要とし、平均で１８９Ｎのスラスト荷重を必要とした。

これらの結果により、本実施の形態によれば、切削加工の際に必要な力を低減することができ、切削工具の切れ味が向上することが分かった。

［その他］

本発明の切削工具は、エンドミル、タップ、リーマ、またはフライスなどであってもよい。

切刃部および溝の個数は任意である。切刃部が複数である場合、回転軸と直交する断面で見たときに、複数の切刃部の各々は回転軸に対して等間隔に配置されていてもよいし、不等間隔に配置されていてもよい。

切刃部２１は、切刃部１１と異なる構成を有していてもよく。切刃部２１と切刃部１１とは非対称であってもよい。

刃先面４１は、上述のように回転軸ＡＸに沿ったすくい面１２全体に設けられていてもよいし、すくい面１２の一部のみに設けられていてもよい。刃先面４１は、たとえば軸方向端面１５の付近のすくい面１２のみに設けられていてもよい。

上述の実施の形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 切削工具
１０ 刃部
１１，２１ 切刃部
１２，２２，１１２ すくい面
１２ａ，２２ａ，１１２ａ 刃先
１３ａ，１３ｃ，２３ａ，２３ｃ マージン部
１３ｂ，２３ｂ 逃げ面
１４，２４ 壁面
１５～１７，２５～２７ 軸方向端面
３１，３２ 溝
４１，１４１ 刃先面
４２，１４２ 本体刃面
５０ シャンク
ＡＸ 回転軸
Ｄ 切削工具の回転方向
ＬＮ 刃先中心線
ＰＯ１，ＰＯ１０１ 刃先面と本体刃面との境界点
ＰＯ２ すくい面と刃先中心線との交差点
ＴＰ 切削工具の最先端となる頂点
α すくい角

Claims (5)

1. 被切削物に当接する切刃部であって回転軸を中心として螺旋状に形成された切刃部を備え、前記回転軸を中心として所定の回転方向に回転される切削工具であって、
   前記切刃部は、前記回転軸を中心として螺旋状に形成された溝内の前記回転方向の下流側を向いた面を含み、
   前記下流側を向いた面は、
   前記下流側を向いた面の外径側端部に設けられた刃先面と、
   前記刃先面よりも内径側に設けられた本体刃面とを含み、
   前記回転軸と直交する断面で見た場合に、前記刃先面および前記本体刃面の各々は前記回転方向の下流側に向かって凹の曲面であり、
   前記回転軸と直交する断面で見た場合に、前記刃先面の内径側端部と前記本体刃面の外径側端部との境界点は、前記回転軸と前記下流側を向いた面の外径側端部とを結ぶ刃先中心線よりも前記回転方向の上流側に位置し、
   前記下流側を向いた面と前記刃先中心線との交差位置から前記下流側を向いた面の外径側端部までの前記刃先中心線に沿った長さＨと、前記切削工具の半径ＲＡとは、０．５５ＲＡ≦Ｈ≦０．６５ＲＡの関係を有し、
   前記刃先中心線に沿った前記刃先面の長さＴは、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である、切削工具。
2. 前記回転軸と直交する断面で見た場合に、前記刃先面および前記本体刃面の各々は円弧形状を有しており、
   前記刃先面の曲率半径Ｒ１と前記本体刃面の曲率半径Ｒ２とは、０．９Ｒ２≦Ｒ１≦１．１Ｒ２の関係を有する、請求項１に記載の切削工具。
3. 前記切刃部は複数であり、
   前記回転軸と直交する断面で見た場合に、複数の前記切刃部の各々は前記回転軸に対して等間隔に配置されている、請求項１または２に記載の切削工具。
4. 前記切刃部は複数であり、
   前記回転軸と直交する断面で見た場合に、複数の前記切刃部の各々は前記回転軸にて不等間隔に配置されている、請求項１または２に記載の切削工具。
5. 前記下流側を向いた面は被覆層で被覆されている、請求項１～４のいずれかに記載の切削工具。

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