ガイドパッド、切削工具本体および切削工具

本発明は、切削工具を支持するために切削工具へ着脱自在に装着されるガイドパッド、このガイドパッドを装着する切削工具本体、および、このガイドパッドが装着される切削工具に関する。

従来のガイドパッドとして、特許文献１に示すものがある。 特許文献１のガイドパッドは、主として深孔切削に使用されるドリルヘッドの先端外周に取り付けられ、ドリルが加工した加工穴に当接することでドリル自らを支持する。 このようなガイドパッドはドリルへ着脱自在に装着される。 このガイドパッドは、略長方形状の外形の板状をなし、長手方向の中央に形成された１つの取付穴と、この取付穴の長手方向の両側に形成され、ガイド面として加工穴に当接する略円弧状の断面形状をもつ２つの曲面とを有する。 このガイドパッドは、超硬合金で形成されたガイド面部分と、このガイド面部分がろう付けされる、工具本体への取付穴を有する鋼材部分とから構成される。 すなわち、このガイドパッドは、鋼材およびろう材を有する。 このガイドパッドは、超硬合金と鋼材とのろう付けのときに、熱応力の差から超硬合金にクラックが発生するのを抑制するために、鋼材の取り付け台座部分の横断面が略Ｌ字状に形成される。

また、従来のガイドパッドとして、特許文献２に示すものがある。 特許文献２のガイドパッドは、実質的に長方形状の外形を有する板状に形成され、その２つの長辺からそれぞれ延出する翼形状突起を有する。 このガイドパッドは、その全体を超硬合金材料で形成するため、取付穴周辺の強度を確保するために、取付穴から外周側面までの壁厚が薄くならないように、翼形状突起が設けられている。

例えば、１枚刃の穴あけ加工用の切削工具において、一般的には、ガイドパッドは工具の先端側からみて、切れ刃に対して回転軸線回りに１８０°の位置と、切れ刃に対して工具の相対回転方向の後方の９０°の位置の、２箇所に設けられることが好ましい。 すなわち、ガイドパッドは切れ刃から最も離れた位置と、切削抵抗の３分力の中で最も大きい主分力を受ける位置とに設けられることが好ましい。 しかしながら、加工穴径を規定する工具径が比較的小さいときは、ガイドパッドをこのような好ましい位置に設けることが困難な場合がある。

この主な原因は、切削インサートまたは切削インサートの締結機構部品と、ガイドパッドとの干渉である。 したがって、ガイドパッドは、占有面積が可能な限り小さいことが好ましい。 しかしながら、締め付けねじなどによるガイドパッドの締結のためには、取付穴の周辺は、十分な強度が必要である。 特許文献１のガイドパッドは、取り付け台座部分の横断面が略Ｌ字状に形成されるために、ガイドパッドの幅が、鋼材の略Ｌ字状に形成された壁の分だけ、幅広に形成される。 つまり、特許文献１のガイドパッドは、ガイド面が取り付け台座部分とは別部材で形成されるため、ガイドパッドの寸法を小さくしたり、幅を狭くしたりするのに適した構造ではない。 特許文献２のガイドパッドは、その全体を超硬合金で形成するため、寸法を小さくしたり、幅を狭くしたりするのには適した構造である。 しかしながら、ガイドパッドの２つの長辺から左右対称に突出させる翼形突起が他の部品と干渉しやすい。

本発明は、配置の自由度が向上したガイドパッド、このガイドパッドを装着する切削工具本体、および、このガイドパッドが装着される切削工具を提供する。

本発明のガイドパッドは、対向する上面（２）及び下面（３）と、該上面（２）と該下面（３）との間で延びる側面（６）と、を有し、切削工具の工具本体（１０）へ着脱自在に装着される板状のガイドパッド（１）であって、前記上面（２）は、前記ガイドパッド（１）の長手方向（Ａ）に延び、かつ、凸状に湾曲する少なくとも一のガイド面（２ａ）を有し、前記上面（２）および下面（３）は、左右非対称な外形をそれぞれ有する、ことを特徴とする。

本発明の切削工具は、上記のガイドパッド（１）と、前記ガイドパッド（１）が着脱自在に装着される工具本体（１０）と、を有することを特徴とする。

本発明の切削工具本体は、上記のガイドパッド（１）を受容可能なパッド座を備えることを特徴とする。

本発明のガイドパッドは、上面および下面の外形が左右非対称、すなわち、いずれの方向においても対称軸線を有さないように形成される。 このため、ガイドパッドは、工具本体に対する配置にあわせて干渉の生じない形状に形成できる。 この結果、ガイドパッドの配置の自由度が高まる。

図１は、第１の実施形態にかかるガイドパッドの斜視図である。

図２は、図１のガイドパッドの平面図である。

図３は、図２のガイドパッドの正面図である。

図４は、図２のガイドパッドの右側面図である。

図５は、ガイドパッドを装着した回転切削工具の一実施形態の斜視図である。

図６は、図５の切削工具の別方向からみた斜視図である。

図７は、ガイドパッドの使い方の模式図である。

図８は、図５のガイドパッドを装着した回転切削工具の正面図である。

図９は、第２の実施形態にかかるガイドパッドの斜視図である。

図１０は、第３の実施形態にかかるガイドパッドの斜視図である。

図１１は、図１０のガイドパッドの平面図である。

本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

第１実施形態
図１から図４に示すように、本実施形態にかかるガイドパッド１は、対向する上面２及び下面３と、該上面２と該下面３との間で延びる複数の側面６ａ，６ｂ，６ｃとを有し、平板状に形成されている。 複数の側面６ａ，６ｂ，６ｃの総称を側面６とする。 上面２及び下面３の外形は、略平行四辺形形状である。 ただし、上面２及び下面３の外形は、鋭角のコーナ部分の頂部が切頭されているため、略六角形状にもみえる。 複数の側面６ａ，６ｂ，６ｃのうち、長手方向Ａに沿って延びる対向する２つの側面６ａ，６ａは、実質的に平面で形成され、略平行に配置されている。 ２つの側面６ｂ，６ｂも、実質的に平面で形成され、略平行に配置されている。 ２つの側面６ｃ，６ｃも、実質的に平面で形成され、略平行に配置されている。 下面３は、実質的に平面で構成される。 上面２の構成については後述する。

ガイドパッド１は、例えば、図５および図６に示すように、刃先交換式ドリルである回転切削工具の工具本体１０に、着脱自在に装着される。 上面２には、ガイド面２ａが形成されている。 ガイド面２ａは、略円弧状の断面形状をもつ曲率半径Ｒの曲面で形成され、長手方向Ａに延びている。 ガイド面２ａは、その一部がドリルによって加工される加工穴の内壁面に接触し、ドリルを支持するように作用する。 この作用により、ドリルは加工穴に案内され、ドリルの直進性が高まる。 ガイド面２ａの両端部２ｂのうち、ドリルの先端側に位置する端部２ｂ付近が、加工穴の内壁面と接触するように配置される。 すなわち、ガイドパッド１は、ガイド面２ａの一方の端部２ｂ以外の部分が逃げるように、わずかに傾けて配置される。 なお、ガイドパッド１が切削工具へ着脱自在に装着されるとは、容易に交換できることを意味する。 例えば、ガイドパッド１が締め付けねじ１１などによって固定される場合である。 ガイドパッド１の装着方法は、締め付けねじ１１に限定されない。 公知のさまざまな装着方法を採用できる。

ガイド面２ａの具体的な形状は、ガイド面２ａの曲率半径Ｒがガイド穴の直径φＤの半分よりも小さいことである。 ここで、ガイド穴とは前述の加工穴のように、ガイドパッドを案内する穴のことである。 例えば、ガイドパッド１が刃先交換式ドリルに用いられて、ガイド穴径と加工穴径とが略等しく、かつ、当該ドリルにより加工される加工穴に案内される場合には、好ましくは、略円弧状の断面形状をもつガイド面２ａを構成する略円弧の曲率半径は、ガイドパッド１によって加工される加工穴の直径φＤの半分（半径）よりも小さい値に設定される。 ガイド面２ａの曲率半径Ｒと、加工穴の直径φＤとの関係を、模式的に図７に示す。 つまり、曲率半径Ｒと直径φＤとの関係は、Ｒ＜（φＤ／２）の関係とする。

曲率半径Ｒが加工穴の穴径φＤの半分より大きいと、ガイド面２ａがガイド穴となる加工穴に接触せず、ガイド機能を果たせず、加工穴に対して一方のエッジが接触することになる。 ガイド面２ａのエッジが加工穴の内壁面に接触すると、加工穴の内壁面が損傷する可能性がある。

本実施形態のガイド面２ａは、一定の曲率半径Ｒを有する。 例えば、加工穴径φＤが直径約３２ｍｍの刃先交換式ドリルに装着されるガイドパッド１の場合、ガイド面２ａの曲率半径Ｒは、約１５．０ｍｍに設定することができる。 本実施形態では、ガイド面２ａの曲率半径Ｒを一定としているため、ガイド面２ａの曲率中心は、図４に示すように、軸線Ｃ１上にある。 軸線Ｃ１は、図４の紙面に垂直な方向に延び、かつ、下面３に平行な直線である。 なお、本実施形態では、曲率半径Ｒが一定の場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、例えば、ガイド面２ａの曲率半径Ｒが長手方向Ａにおいて変化する場合や円弧の曲率が当該円弧上の位置に応じて変化する場合にも適用される。

ガイドパッド１には、図２に示すように、上面２及び下面３を貫通する単一の取付穴８が形成され、ガイドパッド１は、取付穴８の中心軸線Ｃ２に関して１８０度回転対称に形成されている。 中心軸線Ｃ２は、軸線Ｃ１と交差している。 また、軸線Ｃ１を含み２つの側面６ａ，６ａの間の中央を通る平面を基準平面Ｓとすると、基準平面Ｓはガイドパッド１を実質的に２等分する。 ガイドパッド１の上面２および下面３の外形は、図２から分かるように、基準平面Ｓに関して、非対称な形状に形成されている。 すなわち、上面２および下面３は、左右非対称な外形を有し、いずれの方向においても対称軸線を持たない。 さらに、ガイドパッド１の長手方向Ａの両端部における幅Ｌ１は、中心軸線Ｃ２の位置での幅、すなわち、２つの側面６ａ，６ａ間の幅Ｌ２よりも小さくなっている。 ガイドパッド１は、取付穴８の形成領域付近で最大の幅Ｌ２を有し、長手方向Ａの両端部に向かってその幅が徐々に狭くなり、長手方向Ａの両端部において最小の幅Ｌ２を有する。 また、長手方向Ａの各端部は、基準平面Ｓから、各側面６ａ側にオフセットしている。

本実施形態では、ガイドパッド１の各端部の幅Ｌ１は、約２．００ｍｍに設定される。 幅Ｌ２は、約６．３５ｍｍに設定される。 なお、幅Ｌ２は約５．５６ｍｍなどと、より小さな幅Ｌ２にすることもでき、切削工具の工具本体１０に着脱自在に装着できる大きさであれば、特に限定されない。 また、本実施形態では、ガイドパッド１の略平行四辺形形状の外形の鋭角コーナの角度は、約３５．０°であるが、これに限定されるわけではない。 ガイドパッド１の鋭角コーナの角度は、これが装着される切削工具の他の構成部品と干渉せず、なおかつ、強度を保ちながら全体の寸法が小さくなるように、適切に調整されればよく、例えば、鋭角コーナの角度を、約５５．０°としてもよい。

本実施形態では、切削インサート１２を工具本体１０に装着する締結部品として、切削インサートの締め付けねじ１３が用いられる。 ガイドパッド１の形状は、切削インサート１２の締め付けねじ１３や、その雌ねじ側の下穴との干渉なども考慮して調整される。 また、切削インサート１２の締結部品は、締め付けねじ１３に限定されない。 さまざまな従来技術が適用可能である。 どのような締結方法が採用されたときにも、すべての部品との干渉を回避するように、ガイドパッド１が配置されればよい。

ガイドパッド１の厚さは、締め付けねじ１１の頭部がガイド面２ａより突出せず、なおかつ、締め付けるためのガイドパッド１の強度が高められるように、適切に調整される。 本実施形態のガイドパッド１の最も厚い部分の厚さは、約３ｍｍである。 また、ガイドパッド１の上面２の長手方向Ａの両端部は、面取り２ｃが形成される。 面取り２ｃは、ガイドパッド１が加工穴の内壁面に傷をつけることを防止するとともに、ガイドパッド１がチッピングなどの異常損傷を生じることを防止する。 なお、ガイド面２ａは、面取り２ｃの近傍から取付穴２側に向かって、加工穴の内壁面とガイド面２ａとの間にクリアランスが確保されるように配置されて、面取り２ｃの近傍の端部２ｂがガイド機能を発揮する。

本実施形態のガイドパッド１は、図１，２および４からわかるように、２つのガイド面２ａが基準面Ｓの両側に別々に形成されている。

このように、２つのガイド面２ａがあると、例えば、使用によってガイド面２ａの一方が損傷した場合に、損傷していない他方のガイド面２ａを使用することができる。 言い換えれば、一方のガイド面２ａが損傷した場合であっても、２つのガイド面２ａは別々に形成されているため、他方のガイド面２ａが一方のガイド面２ａと同時に損傷するのを防ぐことができる。

本実施形態のガイドパッド１は、図７に示すように、ガイドパッド１が着脱自在に装着されるとき、少なくとも取付穴２の中心軸線Ｃ２が、切削工具の回転軸線Ｃ３と交差しないように回転軸線Ｃ３に対してオフセットしている。 すなわち、中心軸線Ｃ２が、加工穴の中心軸線と交差しないように、ガイドパッド１が傾けて配置される。 このように配置されると、２つのガイド面２ａのうち、一方のガイド面２ａが加工穴の内壁面に確実に接触し、他方のガイド面２ａと加工穴の内壁面との間に十分なすきまが確保される。 このため、他方のガイド面２ａの損傷をより確実に防止することができる。

ガイドパッド１の側面６ａおよび６ｂの一部、および下面３の一部は、工具本体１０へ装着されるときの着座面として機能する。 ２つのガイド面２ａの間には、図４からわかるように、凹状の溝２ｄが形成されるが、本実施形態の溝２ｄは比較的単純な形状であるが、これに限定されない。 ２つのガイド面２ａを十分に分離できる限り、いずれの形状の溝も採用できる。 なお、本実施形態では、２つのガイド面２ａは、共通の曲率中心をもつ曲面で形成されるが、これに限定されない。 ２つのガイド面２ａは、異なる曲率中心をもっていてもよいし、異なる曲率半径を持っていてもよい。 前述のとおり、ガイド面２ａの曲率半径Ｒは、加工穴の直径φＤの半分よりも小さければよく、それぞれ異なる形状や、変化する形状などの任意の形状とされても構わない。

本発明のガイドパッド１は、その全体が超硬合金、サーメット又はセラミックの材料で形成され、あるいは、これら硬質物質の表面に硬質皮膜がコーティングされていてもよい。 すなわち、本発明のガイドパッド１の形成材料として、鋼材やろう材を用いる必要がない。 このため、ガイドパッド１の寸法を小さくすることができ、工具本体１０への配置の自由度が高まる。

前述のとおり、本実施形態では、ガイド面２ａの曲率半径Ｒを一定としたが、これに限定されない。 積極的に曲率半径Ｒを変化させて、取付穴２に近づくにしたがい曲率半径Ｒを小さくするなど、ガイドパッド１と加工穴の内壁面との間のすきまなどが適切に調整されてもよい。 また、複数の側面６ａ、６ｂ、６ｃの接続部分には、丸みがつけられる。 これは、ガイドパッド１が、チッピングなどの異常損傷を生じることを防止するためである。 この実施形態では、これらのコーナの曲率半径は、６ヶ所すべて、約Ｒ０．４ｍｍとされる。

本実施形態では、ガイドパッド１は上記したように、取付穴２の中心軸線Ｃ２に関して１８０度回転対称な形状に形成される。 これにより、２つのガイド面２ａのうち、一方のガイド面２ａを使用したのち、ガイドパッド１を中心軸線Ｃ２回りに１８０度回転させることで、他方のガイド面２ａを使用できる。 なお、工具本体１０への装着およびガイド面２ａによるガイド機能に影響がない部分については、必ずしも、取付穴２の中心軸線Ｃ２に関して対称な形状としなくてもよい。 支持（ガイド）機能に影響しない範囲で、適宜デザインの変更が可能である。

図５のドリルにおいて、ガイドパッド１は、図８に示す位置に配置される。 このドリルは、外周刃用の切削インサート１２Ａと中心刃用の切削インサート１２Ｂとがそれぞれ１つずつ装着される。 ガイドパッド１は、図８に示すように、切削インサート１２Ａの切れ刃から工具の相対回転方向Ｒの前方の約１４５°の位置と、切削インサート１２Ａの切れ刃から工具の相対回転方向Ｒの後方の約７９°の位置との２箇所に装着される。 上述のとおり、１枚刃のドリルの場合、ガイドパッドの最適な位置は、外周切れ刃から工具の相対回転方向の１８０°の位置と、外周切れ刃から工具の相対回転方向の後方に９０°の位置の２箇所である。 本実施形態では、最適な位置からのずれ量は、それぞれ、約３５°および約１１°にすることができる。 なお、同種の工具で、従来のガイドパッドが配置される場合には、ずれ量がそれぞれ、４８°程度および２０°程度が限界であった。 本発明のガイドパッド１によれば、従来と比べて、ずれ量をそれぞれ約１３°および９°改善できる。 この効果として、鋼材Ｓ４５Ｃに穴をあける実験の結果、加工される穴の直径精度が約３０％改善された。

具体的には、ドリル径：５０．０ｍｍ、全長３７０ｍｍのドリルを立形マシニングセンタに装着し、被削材として炭素鋼Ｓ４５Ｃ（２２０ＨＢ）を使用した。 切削条件は、切削速度Ｖｃ＝１５０ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．１０ｍｍ／ｒｅｖ、加工穴の深さ１５０ｍｍとし、ドリルの内部を通じて給油した。 そして、本実施形態のガイドパッド１を装着したドリル、従来のガイドパッドを装着したドリルおよびガイドパッドを装着しないドリルを用いて、１２個の穴をそれぞれ被削材に加工し、加工穴の直径のばらつきを評価した。 加工穴の直径のばらつきは、本実施形態のガイドパッド１を装着したドリルでは、加工穴の入口付近と深部との差で約０．１２ｍｍとなった。 一方、ガイドパッドなしのドリルでは、約０．２４ｍｍ、従来のガイドパッドを装着したドリルでは、約０．１７ｍｍであり、本実施形態は、従来のガイドパッドを装着したドリルに対して加工穴の精度が最大で約３０％改善した。

第２実施形態
次に、第２の実施形態にかかるガイドパッド１Ａを、図９に示す。 この実施形態のガイドパッド１は、上面２に単一のガイド面２ａが形成される。 このように、ガイド面２ａが単一であっても、ガイド面２ａの長手方向Ａの両端部２ｂ，２ｂにガイド機能を持たせることができる。 したがって、ガイドパッド１Ａも、取付穴８を中心に１８０度回転させれば、ガイド面２ａの２つの端部２ｂ、２ｂを別々に使用できる。 第２の実施形態にかかるガイドパッド１Ａを使用するときも、ガイドパッド１Ａは、その取付穴２の中心軸線Ｃ２が、切削工具の回転軸線Ｃ３に対してオフセットするように配置されるとよい。 そのように配置されると、ガイド面２ａの一方の端部２ｂが使用されるときに、他方の端部２ｂと加工穴の内壁面との間に、すきまが十分に確保される。 このため、他方の端部２ｂの損傷が防止される。

第３実施形態
第３の実施形態にかかるガイドパッド１Ｂを、図１０および図１１に示す。 ガイドパッド１Ｂの上面２および下面３の外形は、略平行四辺形形状ではない。 ガイドパッド１Ｂは、ガイド面２ａの面取り２ｃ側の端部２ｂの幅が取付穴８付近の幅よりも狭く形成され、基準平面Ｓに関して非対称に形成されている。 本実施形態では、ガイドパッド１の幅は、取付穴２の形成付近の最大の幅Ｌ２と、両端部２ｂにおける最小の幅Ｌ１との間で、任意に変化するように調整される。 図示しないが、幅Ｌ２よりも広い幅まで一旦拡張されてから、幅Ｌ２まで再び戻されるようなデザインでも構わない。 切削工具の他の構成部品と干渉しない範囲であれば、自由に調整できる。

本実施形態では、使用できる回数が２回に設定されたため、ガイド面２ａは２つにされるが、これに限定されない。 例えば、使用できる回数が３回以上に設定された場合は、それに応じてガイド面２ａを３つ以上設けることができる。

本実施形形態では、対向する２つの側面６ｂ，６ｂが平行な場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、２つの側面は非平行であってもよく、また、互いに異なる形状の曲面であってもよい。 つまり本実施形態では、複数の側面は平面としたが、これに限定されない。 切削工具の他の構成部品との干渉を防止するために、さらに複雑な曲面で構成してもよい。 例えば、複数の曲面を滑らかにつないだような、単一の環状曲面などで側面を形成できる。 また、本実施形態では、ガイドパッド１の幅は、取付穴８の形成領域で相対的に広く、両端部において相対的に狭くなっている場合について説明したが、これに限定されるわけではない。 ガイドパッド１のガイド面部分付近の幅は、取り付け穴付近の幅より狭くすればよく、長手方向における幅の変化の程度は任意でよい。

本発明のガイドパッドの製造方法は、従来のガイドパッドの製造方法をそのまま利用できる。 例えば、粉末加圧成形および焼結による従来技術の製造工程にて製造される。 必要に応じて、ガイド面２ａや面取り２ｃなどの研削加工が追加される。 さらに必要に応じて、ＣＶＤやＰＶＤによる硬質被膜のコーティングなどの表面処理が施される。 すべての製造工程において、様々な従来技術が適用可能である。

本発明のガイドパッドを着脱自在に装着できる切削工具としては、刃先交換式ドリルが代表的である。 他にも、ガンドリルやリーマなど，特に穴あけ加工用、中でも深穴加工用の切削工具に装着されると効果的である。 しかし、これに限定されない。 ガイドパッドを使用するすべての切削工具に適用できる。

前述のとおり、本発明のガイドパッド１を着脱自在に装着できる切削工具が回転切削工具の場合は、取付穴８の中心軸線Ｃ２が、切削工具の回転軸線Ｃ３と交差しないように配置されるとよい。 このような配置になるように、工具本体１０におけるガイドパッドの設置個所を設定する。 このようにすると、ガイド面２ａの２つ以上の端部２ｂが、１つずつ確実に作用するため、他の端部の損傷が防止される。

本発明のガイドパッドが着脱自在に装着された切削工具は、例えばマシニングセンタや旋盤などの工作機械へ着脱自在に装着され、工具回転軸を中心とする相対回転運動を与えられ、また被削材をとの間に相対運動を与えられ、鋼材などの被削材の切削加工を行う。 切削工具がドリルの場合などは、切削工具自らによってあけられた穴の内面にガイドパッドが接触し、支持（ガイド）されることによって、加工される穴の加工精度が向上する。 本発明のガイドパッドおよび切削工具は、ボール盤などの工作機械でも使用可能である。 本発明のガイドパッドは、主に１枚刃の回転切削工具に装着されるとき、その効果が発揮される。 一方で、２枚刃や４枚刃の穴あけ加工用の切削工具などは、１つの切れ刃から工具の相対回転方向に約１８０°の位置に、別の切れ刃がある。 このような場合には、ガイドパッドを設けるのに好ましい位置が異なる。 例えば、２枚刃の場合は、各切れ刃から約９０°の位置にガイドパッドを配置することが好ましい。 ４枚刃の場合は、各切れ刃から約４５°の位置にガイドパッドを配置することが好ましい。 ただし、４つの切れ刃（切削インサート）と４つのガイドパッド１を設置することが困難な場合、例えば、４つの切れ刃の中に他の切れ刃よりも切り込みの大きいあら刃を設けて、そのあら刃を基準にして、工具の相対回転方向の１８０°の位置と、あら刃から工具の相対回転方向の後方の９０°の位置との２箇所にガイドパッドを配置する。 本発明のガイドパッドは、設置するときの制約が少ないため、２枚刃以上の穴あけ加工用の切削工具などに適用することもできる。

本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜、構成の変更、追加および削除が可能であることはいうまでもない。 例えば、本発明と同様の効果を得ながら、取付穴を用いないで、締め付けねじの頭部と係合するように、締め付け用の凹部などを設けて切削工具へ装着される構成も可能である（図示しない）。