JP7183916B2 - 溝入れ工具用ヘッド部材および溝入れ工具 - Google Patents

Description

本発明は、溝入れ工具用ヘッド部材および溝入れ工具に関するものである。

溝入れ加工および突っ切り加工などに用いられるブレード状の溝入れ工具が知られている。特許文献１には、切刃を冷却するために、工具ホルダの内部を通過し切刃の近傍で開口して切刃にクーラントを供給するクーラント供給路を有する溝入れ工具が記載されている。

米国特許出願公開第２０１６／０１７５９３８号明細書

従来の工具では、クーラント供給路から切削対象に供給されたクーラントの一部が、開口部から霧状に飛散してしまい、切刃および被削材の所望の範囲にクーラントを効率的に供給できないという問題があった。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであって、供給対象にクーラントを効率的に供給できる溝入れ工具用ヘッド部材および溝入れ工具の提供を目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の一実施態様の溝入れ工具用ヘッド部材は、切刃を有する切削インサートを保持する溝入れ工具用ヘッド部材であって、前記切削インサートが取り付けられるインサート取付部を有する板状の本体部を有し、前記本体部には、主流路と前記主流路の開口端である吐出口とを有するクーラント供給路が設けられ、前記主流路は、全長に亘って湾曲し、前記主流路は、前記吐出口に向かうに従い連続的に流路断面積が小さくなる狭窄領域を有し、前記狭窄領域の端部に前記吐出口が設けられる。

上述の構成によれば、クーラント供給路は、吐出口に向かうに従い連続的に流路断面積が小さくなる領域（以下、狭窄領域と呼ぶ）。狭窄領域は、クーラント供給路の吐出口に至る領域に設けられる。このため、狭窄領域においてクーラントには流路断面の中央側に向かって傾いて向かう流れが形成されるため、吐出口から放出される際に霧状に飛散することが抑制される。
加えて、上述の構成によれば、クーラント供給路は、上流側の流路断面積が下流側の流路断面積より大きい。クーラント供給路は、上流側の流路断面積を大きくすることで上流側におけるクーラントの圧力損失を抑制するとともに、下流側の流路断面積を小さくすることで下流側のクーラントの流速が高められる。これにより、吐出口から噴出されるクーラントの流速を高めて、高効率の冷却を行うことができる。

上述の溝入れ工具用ヘッド部材において、前記クーラント供給路の断面形状は、前記吐出口において前記本体部の板厚方向を長手方向とする横長形状である、構成としてもよい。

上述の構成によれば、吐出口において板厚方向を長手方向とする横長形状である。切削インサートの切刃は、本体部の板厚方向に沿って延びる。このため、吐出口から放出されたクーラントが切削インサートの切刃の全体に供給されやすくすることができる。

本発明の一実施態様の溝入れ工具は、上記の溝入れ工具用ヘッド部材と、前記インサート取付部に取り付けられた前記切削インサートと、前記溝入れ工具用ヘッド部材を支持するホルダと、を備える。

本実施形態によれば、上述の効果を奏する溝入れ工具を提供できる。

本発明によれば、供給対象に効率的にクーラントを供給できる溝入れ工具用ヘッド部材および溝入れ工具を提供できる。

図１は、一実施形態の溝入れ工具の斜視図である。 図２は、一実施形態のヘッド部材の正面図である。 図３は、図２のIII－III線に沿うクーラント供給路の断面図である。 図４は、図２のIV－IV線に沿うクーラント供給路の断面図である。 図５は、図２のV－V線に沿うクーラント供給路の断面図である。 図６は、図２のVI－VI線に沿うクーラント供給路の断面図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。

図１は、一実施形態の溝入れ工具５０の斜視図である。
図１に示すように、溝入れ工具５０は、溝入れ工具用ヘッド部材（以下、ヘッド部材）１と、ヘッド部材１に保持される切削インサート（以下、単にインサート）１１と、ヘッド部材１を支持するホルダ５１と、を備える。溝入れ工具５０は、旋盤を用いた溝入れ加工および突っ切り加工などに用いられる。

ホルダ５１は、ヘッド部材１を支持するとともに、ヘッド部材１にクーラントを供給するためのブロックである。ホルダ５１は、ホルダ５１は、軸状に延びる棒体である。

本明細書では、ホルダ５１が延びる方向のうち、被削材の加工面に向かう方向を工具先端側といい、その反対側を工具基端側という。また、ホルダ５１が延びる方向に直交する方向のうち、インサート１１のすくい面１１ｂが向く方向を上側として各部を説明する。なお、本明細書における上下方向は、単に説明のために用いられる方向であって、ヘッド部材１の使用時の姿勢を限定するものではない。

ホルダ５１は、鋼材等からなる。ホルダ５１は、工具基端側に位置する基端部５１ｂにおいて図示略の工作機械の冶具（刃物台）に着脱可能に保持される。

ホルダ５１の先端部５１ａには、ヘッド部材１を装着するための装着部５２が向けられる。装着部５２は、ホルダ５１の先端部５１ａの角部を切り欠く凹状部５２ａを有する。凹状部５２ａは、ホルダ５１の一方の側面と平行に延びる平面状をなす受け面５３を有する。受け面５３には、ホルダ５１内に設けられたクーラント流路の開口部５３ａが設けられる。ヘッド部材１は、１つ以上の固定ネジ５４によって受け面５３に押し付けるように固定される。開口部５３ａは、ヘッド部材１の流入口２１ａに対向する。

図２は、インサート１１が装着されたヘッド部材１の正面図である。
ヘッド部材１は、ホルダ５１に取り付けて使用される。ヘッド部材１は、ホルダ５１から供給されたクーラントをインサート１１の切刃１１ａに供給する。ヘッド部材１は、板状の本体部１０を有する。

本実施形態の本体部１０は、一例として３Ｄプリンタによって金属の粉末材料を溶融させながら積層することで形成される。本体部１０は、３Ｄプリンタで形成されるため、内部に空洞部（図示略）が設けられることで軽量化が図られていてもよい。

本体部１０は、板厚方向を向く第１主面１０ａおよび第２主面と、第１主面１０ａおよび第２主面１０ｂの間に位置する端面１０ｃと、を有する。端面１０ｃは、板厚方向に沿って延び第１主面１０ａと第２主面１０ｂとを繋ぐ。本体部１０は、第１主面１０ａにおいて、ホルダ５１の受け面５３と対向する。

本体部１０には、工具先端側を向く端面１０ｃから工具基端側に延びる切欠部１６ｃと、切欠部１６ｃからさらに工具基端側に延びるスリット１６ｄと、が設けられる。また、本体部１０は、切欠部１６ｃおよびスリット１６ｄを挟んで上下に配置された上顎部１７および下顎部１８を有する。インサート１１は、上顎部１７と下顎部１８の間に挟み込まれて本体部１０にクランプされる。インサート１１は、上顎部１７を下側に弾性変形させて切欠部１６ｃにクランプされる。

上顎部１７には、インサート１１を上方から押圧する押圧面１７ａが設けられる。一方で、下顎部１８には、押圧面１７ａと上下方向に対向する台座面１８ａが設けられる。また、押圧面１７ａと台座面１８ａとで挟まれた領域の工具基端側には、工具先端側を向く当接面１９が設けられる。押圧面１７ａ、台座面１８ａおよび当接面１９は、工具先端側に開口する凹状をなすインサート取付部１６を構成する。すなわち、本体部１０は、インサート１１が取り付けられるインサート取付部１６を有する。なお、本実施形態において、押圧面１７ａは下方に向けて凸となる凸Ｖ字状をなし、台座面１８ａは上方に向けて凸となる逆凸Ｖ字状をなす。

インサート１１は、超硬合金等の硬質材料により構成される。インサート１１は、外形が断面略方形の角棒状である。インサート１１の上面および下面は、断面凹Ｖ字状に工具軸方向に沿って延びるＶ状面が形成されている。インサート１１の上面および下面のＶ状面は、それぞれ押圧面１７ａおよび台座面１８ａに接触する。インサート１１の上面にはＶ状面より工具先端側に位置しＶ状面より一段後退するすくい面１１ｂが形成される。すくい面１１ｂの工具先端側に位置する角部には、溝入れ加工や突っ切り加工に使用される切刃１１ａが形成されている。すなわち、インサート１１は、切刃１１ａを有する。

図１に示すように、インサート１１は、すくい面１１ｂを上側に向けるとともに工具先端側からインサート取付部１６に挿入される。これにより、インサート１１の後端面が当接面１９に当接する。さらに、ホルダ５１のネジ穴に締結ネジ５５をねじ込むことで、締結ネジ５５の頭部が上顎部１７を下側に押し付け、上顎部１７が下顎部１８側に撓むように弾性変形させられる。これにより、その押圧面１７ａがインサート１１を台座面１８ａ側に押圧してインサート１１がクランプされる。

図２に示すように、本体部１０には、一対のクーラント供給路２１が設けられる。一対のクーラント供給路２１は、ホルダ５１から供給されたクーラントを切刃１１ａに供給する。以下の説明において、一対のクーラント供給路２１を互いに区別して説明する場合、これらをそれぞれ第１クーラント供給路２１Ａと第２クーラント供給路２１Ｂと呼ぶ。第１クーラント供給路２１Ａは、第２クーラント供給路２１Ｂより上側に位置する。第１クーラント供給路２１Ａは、切欠部１６ｃおよびスリット１６ｄの上側に位置する。また、第２クーラント供給路２１Ｂは、切欠部１６ｃおよびスリット１６ｄの下側に位置する。

クーラント供給路２１は、流入口２１ａと、導入流路２１ｂと、主流路２１ｃと、吐出口２１ｄと、を有する。クーラント供給路２１は、流入口２１ａ、導入流路２１ｂ、主流路２１ｃ、および吐出口２１ｄの順でクーラントを流す。

流入口２１ａは、クーラント供給路２１の最上流に位置する。流入口２１ａは、本体部１０の第１主面１０ａに位置する。図１に示すように、ヘッド部材１がホルダ５１に固定されると、第１主面１０ａはホルダ５１の受け面５３に対向する。これに伴い、流入口２１ａは、ホルダ５１の開口部５３ａと連通する。これにより、クーラント供給路２１は、流入口２１ａにおいてホルダ５１からクーラントを流入させる。

導入流路２１ｂは、流入口２１ａと主流路２１ｃを繋ぎ流入口２１ａに流入したクーラントを主流路２１ｃに導入する流路である。導入流路２１ｂは、本体部１０の内部を板厚方向に沿って延びる。本実施形態において、導入流路２１ｂは、第１主面１０ａから本体部１０の板厚方向中央まで延びる。流入口２１ａは、導入流路２１ｂの第１主面１０ａにおける開口端である。

主流路２１ｃは、本体部１０の板厚方向と直交する平面に沿って延びる。主流路２１ｃは、工具先端側に向かって緩やかに湾曲して延び吐出口２１ｄにおいて工具先端側に開口する。

吐出口２１ｄは、主流路２１ｃの開口端であり端面１０ｃに位置する。すなわち、クーラント供給路２１は、端面１０ｃで開口する吐出口２１ｄを有する。吐出口２１ｄは、クーラント供給路２１内を流れるクーラントを切刃１１ａおよび被削材に向けて放出する。吐出口２１ｄは、本体部１０の端面１０ｃのうち工具先端側を向く面に位置する。

ここで、第１クーラント供給路２１Ａおよび第２クーラント供給路２１Ｂの主流路２１ｃおよび吐出口２１ｄを互いに区別してより詳細に説明する。以下の説明において、第１クーラント供給路２１Ａの主流路２１ｃを第１主流路２１Ａｃと呼び、第１クーラント供給路２１Ａの吐出口２１ｄを第１吐出口２１Ａｄと呼ぶ。また、第２クーラント供給路２１Ｂの主流路２１ｃを第２主流路２１Ｂｃと呼び、第２クーラント供給路２１Ｂの吐出口２１ｄを第２吐出口２１Ｂｄと呼ぶ。

図２に示すように、第１クーラント供給路２１Ａの第１主流路２１Ａｃは、上顎部１７の内部を通過する。第１吐出口２１Ａｄは、上顎部１７の工具先端側を向く端面１０ｃであって切刃１１ａの上側に位置する。したがって、第１クーラント供給路２１Ａは、切刃１１ａの上側から切刃１１ａおよび被削材にクーラントを供給する。

第１主流路２１Ａｃは、工具先端側に向かうに従い上側に凸となるように湾曲して延びる。より具体的には、第１主流路２１Ａｃは、導入流路２１ｂから工具先端側に向かうに従い、緩やかに上側に向かい最上点を超えて緩やかに下側に向かように湾曲する。すなわち、第１クーラント供給路２１Ａは、第１吐出口２１Ａｄに至る一領域において工具先端側に向かうに従い下側に傾斜する。第１クーラント供給路２１Ａを通過するクーラントは、第１吐出口２１Ａｄにおいて斜め下側に向けて噴出される。結果的に、第１クーラント供給路２１Ａは、第１吐出口２１Ａｄの下側に位置する切刃１１ａに対して効率的にクーラントを供給できる。

第２クーラント供給路２１Ｂの第２主流路２１Ｂｃは、下顎部１８の内部を通過する。第２吐出口２１Ｂｄは、下顎部１８の工具先端側を向く端面１０ｃであって切刃１１ａの下側に位置する。したがって、第２クーラント供給路２１Ｂは、切刃１１ａの下側から切刃１１ａおよび被削材にクーラントを供給する。

第２主流路２１Ｂｃは、工具先端側に向かうに従い下側に凸となるように湾曲して延びる。より具体的には、第２主流路２１Ｂｃは、導入流路２１ｂから工具先端側に向かうに従い、緩やかに下側に向かい最下点を超えて緩やかに上側に向かように湾曲する。すなわち、第２クーラント供給路２１Ｂは、第２吐出口２１Ｂｄに至る一領域において工具先端側に向かうに従い上側に傾斜する。このため、第２クーラント供給路２１Ｂを通過するクーラントは、第２吐出口２１Ｂｄにおいて斜め上側に向けて噴出される。結果的に、第２クーラント供給路２１Ｂは、第２吐出口２１Ｂｄの上側に位置する切刃１１ａに対して効率的にクーラントを供給できる。

本実施形態によれば、クーラント供給路２１は、主流路２１ｃにおいて緩やかに湾曲する。このため、クーラント供給路２１を極端に折れ曲がった構成にすることなく吐出口２１ｄを切刃１１ａに向けて最適に配置することが可能となる。これにより、クーラント供給路２１中のクーラントの流動をスムーズにして、吐出口２１ｄから噴出するクーラントの流速を高めるとともに、切刃１１ａの適切な位置にクーラントをあてることが可能となり、クーラントによる切刃１１ａおよび被削材の冷却効率を高めることができる。

本実施形態において、クーラント供給路２１は、主流路２１ｃの全長に亘って湾曲する。すなわち、主流路２１ｃは直線的に延びる領域を有していない。このため、主流路２１ｃに大きな曲率半径で湾曲する領域を設ける必要がなく、クーラント供給路２１内のクーラントの流動抵抗を効果的に低減できる。

図３は、図２のIII－III線に沿う第１クーラント供給路２１Ａの断面図であり、第１主流路２１Ａｃの上流側端部における第１クーラント供給路２１Ａの流路断面を示す。図４は、図２のIV－IV線に沿う第１クーラント供給路２１Ａの断面図であり、第１主流路２１Ａｃの下流側端部における第１クーラント供給路２１Ａの流路断面を示す。
なお、本明細書において、流路断面とは、流路が延びる方向と直交する断面を意味し、流路断面積とは、流路断面における流路の断面積を意味する。

図３および図４に示すように、第１主流路２１Ａｃは、下流側端部の流路断面積が、上流側端部の流路断面積と比較して、小さい。第１主流路２１Ａｃは、上流側端部から下流側端部に向かうに従い、流路断面積が連続的に小さくなる。第１主流路２１Ａｃの下流側端部には、第１吐出口２１Ａｄが設けられる。すなわち、第１クーラント供給路２１Ａは、第１吐出口２１Ａｄに至る少なくとも一部の領域において、第１吐出口２１Ａｄに向かうに従い連続的に流路断面積が小さくなる。

図５は、図２のV－V線に沿う第２クーラント供給路２１Ｂの断面図であり、第２主流路２１Ｂｃの上流側端部における第２クーラント供給路２１Ｂの流路断面を示す。図６は、図２のVI－VI線に沿う第２クーラント供給路２１Ｂの断面図であり、第２主流路２１Ｂｃの下流側端部における第２クーラント供給路２１Ｂの流路断面を示す。

図５および図６に示すように、第２主流路２１Ｂｃは、下流側端部の流路断面積が、上流側端部の流路断面積と比較して、小さい。第２主流路２１Ｂｃは、第１主流路２１Ａｃと同様に、上流側端部から下流側端部に向かうに従い、流路断面積が連続的に小さくなる。すなわち、第２クーラント供給路２１Ｂは、第２吐出口２１Ｂｄに至る少なくとも一部の領域において、第２吐出口２１Ｂｄに向かうに従い連続的に流路断面積が小さくなる。

本明細書において、流路断面積が連続的に小さくなる領域を狭窄領域と呼ぶこととする。狭窄領域では、流路が徐々に狭くなるため流路内を流れる流体に流路断面の中央側に傾いて向かう流れが形成される。このため、狭窄領域の端部に吐出口が設けられることで吐出口に達した流体は霧状に飛散することなくまとまって噴出される。

本実施形態によれば、クーラント供給路２１は、吐出口２１ｄに至る領域が狭窄領域とされることで、吐出口２１ｄからまとまったクーラントを噴出することができる。結果的に吐出口２１ｄから切刃１１ａおよび被削材に効率的にクーラントを供給することができる。

本実施形態において、クーラント供給路２１において、狭窄領域は主流路２１ｃの全長に亘って設けられる。しかしながら、クーラント供給路２１が、吐出口２１ｄに至る一部の領域に狭窄領域を有していれば、上述の効果を奏することができる。

本実施形態において、クーラント供給路２１の流路断面は、狭窄領域において、板厚方向に沿う寸法（図３～図６において紙面左右方向の寸法）と、板厚方向と直交する寸法（図３～図６において紙面上下方向の寸法）と、の何れも連続的に小さくなっている。これにより、吐出口２１ｄから噴出するクーラントの板厚方向への飛散および板厚方向と直交する方向への飛散を何れも抑制することができる。

本実施形態によれば、クーラント供給路２１は、上流側の流路断面積が下流側の流路断面積より大きい。クーラント供給路２１は、上流側の流路断面積を大きくすることで上流側におけるクーラントの圧力損失を抑制するとともに、下流側の流路断面積を小さくすることで下流側のクーラントの流速が高められる。これにより、吐出口２１ｄから噴出されるクーラントの流速を高めて、高効率の冷却を行うことができる。

図４および図５に示すように、クーラント供給路２１の断面形状は、吐出口２１ｄにおいて本体部の板厚方向を長手方向とする横長形状である。上述したように、インサート１１の切刃１１ａは、本体部１０の板厚方向に沿って延びる。このため、吐出口２１ｄを横長形状とすることで吐出口２１ｄから放出されたクーラントをインサート１１の切刃１１ａの全長に効率的に供給できる。

以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

１…ヘッド部材（溝入れ工具用ヘッド部材）
１０…本体部
１０ｃ…端面
１１…インサート（切削インサート）
１１ａ…切刃
１６…インサート取付部
２１（２１Ａ、２１Ｂ）…クーラント供給路
２１ｄ（２１Ａｄ、２１Ｂｄ）…吐出口
５０…溝入れ工具
５１…ホルダ

Claims (3)

1. 切刃を有する切削インサートを保持する溝入れ工具用ヘッド部材であって、
   前記切削インサートが取り付けられるインサート取付部を有する板状の本体部を有し、
   前記本体部には、主流路と前記主流路の開口端である吐出口とを有するクーラント供給路が設けられ、
   前記主流路は、全長に亘って湾曲し、
   前記主流路は、前記吐出口に向かうに従い連続的に流路断面積が小さくなる狭窄領域を有し、前記狭窄領域の端部に前記吐出口が設けられる、
   溝入れ工具用ヘッド部材。
2. 前記クーラント供給路の断面形状は、前記吐出口において前記本体部の板厚方向を長手方向とする横長形状である、
   請求項１に記載の溝入れ工具用ヘッド部材。
3. 請求項１又は２に記載の溝入れ工具用ヘッド部材と、
   前記インサート取付部に取り付けられた前記切削インサートと、
   前記溝入れ工具用ヘッド部材を支持するホルダと、を備える、溝入れ工具。

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