工具ボデーおよび切削工具

本発明は、切削インサートが着脱自在に装着される工具ボデーと、その工具ボデーを備える切削工具に関する。

両面に切れ刃を有する切削インサートは、使用できる切れ刃の数を増やせるため、多く用いられている。 特許文献１は、両面に切れ刃を有する切削インサートを用いる回転切削工具の一例である。 この切削インサートは、切れ刃に対して着座面が内方に陥没して形成されている。 着座面は平面状に形成されている。 また、この切削インサートを装着するためのチップ座（インサートポケット）が例示されている。 チップ座のベース面（着座面）は、切削インサートと当接する平面を有する。

切削加工中に切削インサートを安定的に保持するためには、切削インサートの着座面とチップ座のベース面の平面とが、広い範囲にわたって当接することが求められる。 しかし、両面に切れ刃があり、なおかつ切れ刃に対して着座面が内方に陥没して形成される場合、切削インサートの着座面を高精度な平坦面とすることが難しい。 すなわち、高精度な平坦面は、研削加工などで得ることができるが、特許文献１に例示される切削インサートの着座面は、研削加工などを行うことが難しい。 そのため、チップ座のベース面が高精度な平坦面とされても、切削インサートの着座面との当接状態が安定しない場合がある。 切削加工の際に、切削インサートの姿勢が安定しないと、切削インサートの異常損傷が発生しやすい。 または、被加工物の加工精度が低下しやすい。

本発明は、切削インサートを安定的に保持できるチップ座を有する工具ボデーおよび切削工具を提供することを目的とする。

本発明の工具ボデーは、切削インサートを装着するためのチップ座を有する工具ボデーであって、チップ座は、ベース面と、ベース面に交差するように延在する側壁面とを有する。 ベース面は、切削インサートと当接する当接面および当接凸部を有する。 当接面の当接部は面状とされ、当接凸部の当接部は線状または点状とされる。

本発明の切削工具は、本発明の工具ボデーを備える。

図１は、本発明の実施形態における切削工具の斜視図である。

図２は、図１の切削工具から切削インサートを取り外したチップ座周辺の部分拡大斜視図である。

図３は、図１の切削工具に装着される切削インサートの斜視図である。

図４は、図３の切削インサートの平面図である。

図５は、図３の切削インサートの右側面図である。

図６は、図３の切削インサートの正面図である。

図７は、図１の切削工具を切削インサートに対向する方向からみた拡大斜視図である。

図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ切断線での断面の模式図である。

図９は、図７のＩＸ−ＩＸ切断線での断面の模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を適宜参照しながら説明する。 図１に示すように、この実施形態における切削工具１は、３つの切削インサート２０を用い、工具ボデー２を備え、工具回転軸線Ｏが定められる回転切削工具である。 工具ボデー２は、切削インサート２０を装着するために、図２に示すように、切削インサート２０の数と同じ、３つのチップ座６を有する。

この実施形態の切削インサート２０は、図３から図６に示されるように、実質的に対向する、つまり互いに対して実質的に反対側にある第１および第２の端面２１、２２と、これらの端面の間をつなぐ周側面２３とを有する。 第１の端面２１は、平面視で略長方形に形成されている。 切削インサート２０は、第１および第２の端面２１、２２の略中央を貫通する穴２６を有する。 第１の端面２１と周側面２３との交差稜線部には、切れ刃２４として作用する第１の切れ刃２４ａが形成されている。 また、第２の端面２２と周側面２３との交差稜線部には、第２の切れ刃２４ｂが形成されている。 なお切れ刃２４は、第１および第２の端面２１、２２の各々に対して複数形成されているが、それらの切れ刃２４は、穴２６の中心軸線Ｃに対して１８０°回転対称な形状および配置とされている。 したがって、第１および第２の端面２１、２２の各々において、１つの切れ刃２４を使用することで損傷したとき、切削インサート２０を取り外して中心軸線Ｃの周りに回転し、別の切れ刃２４と入れ替えることで、複数回の使用が可能になり経済的である。 なお、この実施形態の切削インサート２０の第２の切れ刃２４ｂは、切削インサート２０の第１の端面２１と第２の端面２２とを反転させる際の回転軸に対して第１の切れ刃２４ａと１８０°回転対称な形状および配置とされている。 したがって、第１の端面２１と第２の端面２２とを入れ替えることもでき、さらに経済的な切削インサート２０である。 切削インサート２０の底面図、左側面図、背面図については、それぞれ平面図、右側面図、正面図と同様であるため省略する。

第１の端面２１は、第２の切れ刃２４ｂが使用可能になるように切削インサート２０がチップ座６に取り付けられる場合に着座面２５として作用する第１の着座面２５ａを備える。 第２の端面２２は、第１の切れ刃２４ａが使用可能になるように切削インサート２０がチップ座６に取り付けられる場合に着座面２５として作用する第２の着座面２５ｂを備える。 着座面２５は、切削工具１に切削インサート２０を装着する際に、チップ座６と接触させるための面である。 着座面２５の各々は、略平坦な面とされている。 より詳しくは、ここで各々の着座面２５ａ、２５ｂは平面である。 着座面２５は、穴２６の周囲にそれを囲むように形成されている。 ここで図５および図６に示すように、第１の端面２１と第２の端面２２との中間に中間面Ｍを定める。 図５および図６では、中間面Ｍを第１の端面２１と第２の端面２２との中央で、なおかつ第１の端面２１における第１の着座面２５ａと平行に定めた。 第１の着座面２５ａは、第１の切れ刃２４ａよりも中間面Ｍ側に配置され、第２の着座面２５ｂは、第２の切れ刃２４ｂよりも中間面Ｍ側に配置されている。 すなわち、第１の切れ刃２４ａの少なくとも一部は、第１の着座面２５ａよりも中間面Ｍから離間し、第２の切れ刃２４ｂの少なくとも一部は、第２の着座面２５ｂよりも中間面Ｍから離間している。 ここで、中間面Ｍに対して垂直な線は、穴２６の中心軸線Ｃと平行な線でもあるとともに、切削インサート２０の厚さ方向に沿う線でもある。 よって、第１の切れ刃２４ａの少なくとも一部は、第１の着座面２５ａよりも切削インサート２０の厚さ方向外側に離間し、第２の切れ刃２４ｂの少なくとも一部は、第２の着座面２５ｂよりも切削インサート２０の厚さ方向外側に離間しているということもできる。

切削インサート２０の材料は、少なくともその切れ刃２４付近が、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化ほう素を含む焼結体等の硬質材料またはこれら硬質材料の表面にＰＶＤまたはＣＶＤコーティングを施された材料、またはダイヤモンド或いは単結晶ダイヤモンドを含む焼結体などとされる。 なお切れ刃２４付近以外の部分の材料も、同様の硬質材料などとされることが好ましい。

上記構成を備える切削インサート２０は、この実施形態の切削工具１の工具ボデー２のチップ座６に対して、機械的取り付け手段であるクランプ部材３０を用いて着脱自在に装着される。 図１、図２、図７から図９を参照して、切削インサート２０が装着される切削工具１および工具ボデー２に関してさらに説明する。 この実施形態の切削工具１は、クランプ部材３０として締め付けねじ３０を用いる。

切削工具１は、複数（ここでは３つ）のチップ座６が設けられた工具ボデー２を備える。 各チップ座６には、それぞれ１つの切削インサート２０を着脱自在に装着することができる。 なお本発明は、図示しないが、たった１つのチップ座が設けられた工具ボデーを備える切削工具を排除しない。

工具ボデー２は、先端部３から基端部５側にかけて工具ボデー２を通るように定められる工具回転軸線Ｏの周りに回転するように構成されている。 すなわち工具ボデー２は、全体として略円柱状に形成されている。 工具ボデー２の先端部３の周囲には３つのチップ座６が工具回転軸線Ｏの周りに等角度間隔に配設されている。 この切削工具１で用いられる複数の切削インサート２０は、すべて同じ構成を有し、同一形状を有する。 したがって、工具ボデー２に配設される複数のチップ座６も、すべて同一形状とされる。 この実施形態の切削工具１は、回転切削工具である。 より詳しくは、この実施形態の切削工具１は、前述の切削インサート２０を用いて肩削りのできるエンドミルである。

工具ボデー２の各々のチップ座６には、工具回転軸線Ｏ周りの工具回転方向前方に第１の端面２１または第２の端面２２が向くように、切削インサート２０が装着される。 各々のチップ座６は、ベース面７と、側壁面８とを有し、工具ボデー２の先端部３側および外周４側に向けて開いている。 すなわちチップ座６の側壁面８が開く開口部１２を有し、開口部１２は先端部３側および外周４側に向けて開いている。 ここでは、切削インサート２０の第１または第２の端面２１、２２が接触する面をチップ座６のベース面７と呼び、また切削インサート２０の周側面２３が接触する面を側壁面８と呼ぶ。 ベース面７は、工具回転軸線Ｏ周りの工具回転方向前方を向いている。 側壁面８は、ベース面７に交差するように延在し、切削インサート２０の周側面２３に対応する形状とされている。 この実施形態における切削インサート２０は、略長方形板状であるため、側壁面８は、外周４側を向く壁面と、先端部３側を向く壁面とから構成されている。 ベース面７と側壁面８とにより、切削インサート２０を装着するためのポケット状の空間が形成されている。

チップ座６には、切削インサート２０の１つの切れ刃２４が使用可能になるように、すなわち作用切れ刃とされるように、切削インサート２０が配置されて、締め付けねじ３０で固定される。 以下、前述の第１の切れ刃２４ａが使用可能になるように切削インサート２０がチップ座６に取り付けられる場合を例に、チップ座６の構成を具体的に説明する。 図１に示す切削工具１では、第１の切れ刃２４ａを作用切れ刃として、チップ座６に切削インサート２０が装着されている。 なお前述のとおり、残りの切れ刃２４を作用切れ刃として切削インサート２０をチップ座６に取り付ける場合も同様であるため、説明を省略する。

図２に示すように、チップ座６のベース面７には、当接面９と、当接凸部１０と、ねじ穴１３とが形成されている。 当接面９は、略平坦状に形成されている。 より詳しくは、この実施形態の切削工具１の当接面９は、平面とされている。 当接凸部１０は、第１および第２の平面１１ｂ、１１ｃと、それらの平面の交差稜線部に直線状に形成された当接稜線１１ａとを有する。 当接稜線１１ａは、当接面９とは、ねじ穴１３を挟んで反対側に配置される。 当接稜線１１ａは、当接面９と同一平面上に配置されている。 したがって、当接面９および当接稜線１１ａは、協働して切削インサート２０の着座面２５と各々当接する。 切削インサート２０と当接面９との接触状態を、模式的に図８に示す。 図８は、図７のＶＩＩＩ―ＶＩＩＩ断面線における断面の模式図である。 切削インサート２０の着座面２５と、当接面９とは、各々平面に形成されているため、互いに面接触している。 切削インサート２０と当接稜線１１ａとの接触状態を、模式的に図９に示す。 図９は、図７のＩＸ―ＩＸ断面線における断面の模式図である。 当接稜線１１ａが略直線状であるため、互いに線接触している。 すなわち、断面の模式図では１点で接触している。

ここまでに説明された切削インサート２０およびそれが装着される切削工具１の作用および効果に関して以下に説明する。

切削インサート２０の第１の着座面２５ａは、第１の切れ刃２４ａよりも中間面Ｍ側に配置され、第２の着座面２５ｂは、第２の切れ刃２４ｂよりも中間面Ｍ側に配置されている。 このため、第１および第２端面２１、２２の両面に切れ刃２４を設けつつ、各々の切れ刃２４ａ、２４ｂを使用して切削加工する際に、切りくず排出性が優れている。 なお、第１および第２の着座面２５ａ、２５ｂは、各々が略平坦面状に形成されているため、チップ座６と当接させることが容易である。

工具ボデー２の当接面９は、略平坦面状に形成され、なおかつ切削工具１の先端部３側に形成されている。 したがって当接面９は、切削インサート２０の作用切れ刃の近くで、第２の着座面２５ｂと面接触させることができる。 このため、切削インサート２０を確実に安定的に支えることができる。

工具ボデー２の当接稜線１１ａは、当接面９と同一平面上に、なおかつ直線状に形成されている。 このため当接稜線１１ａは、当接面９と協働して、切削インサート２０の第２の着座面２５ｂと線接触することができる。 すなわち、当接部としては当接面９を主体的に作用させ、切れ刃２４の近くを確実に安定的に支えつつ、当接稜線１１ａが補助的に作用して、切削インサート２０が傾くことを防止することができる。 以上のとおり、本実施形態における工具ボデー２および切削工具１は、チップ座６のベース面７に当接面９に加えて当接凸部１０を有するため、切削加工の際に切削インサート２０の安定性が高まる。 これにより、切削インサート２０の異常損傷の防止、または、被加工物の加工精度の向上が図られる。

以下、さらに詳しく説明する。 なお、以下では、上記実施形態の作用効果の説明に加えて、好ましい変形をも説明する。

この実施形態における切削インサート２０は、肩削りができるエンドミルに適する。 しかし、これに限定されない。 本発明は、様々な形態および用途の切削インサートの固定方法として利用できる。 ただし、切れ刃が一方の端面にしか形成されないなど、切削インサートの着座面が研削加工などにより広範囲にわたって精度の高い平坦面にできる場合には、本発明が必ずしも有効ではない。 なぜなら、切削インサートの着座面が精度の高い平坦面であるなら、チップ座のベース面も精度の高い平面にすることが好ましいからである。 本発明は、この実施形態における切削インサート２０のように、２つの端面２１、２２の両方に切れ刃２４が形成され、なおかつ切れ刃２４よりも着座面２５が中間面Ｍに近い場合に、特に有効である。 このような形状に着座面が形成されると、着座面を研削加工することが難しい。 したがって、着座面が粉末加圧成形および焼結されたままの状態とされたり、さらにコーティングが施された状態とされることが多い。 その場合、着座面の平坦度は必ずしも高くなく、チップ座のベース面が精度の高い平坦面とされても、全面を当接させることが難しい。 したがって、チップ座のベース面を本発明のようにして、当接させたい部分を選択的に限定することが有効である。

この実施形態における切削インサート２０の着座面２５は、略平坦状に形成されたが、これに限定されない。 着座面は、チップ座のベース面と当接できる形状であれば、どのような形状とされても構わない。 図示しないが、例えば着座面を湾曲面とすることもできる。 しかし、着座面をチップ座の当接面と広い面積で接触させるために、着座面は略平坦状に形成されることが好ましい。

この実施形態における切削工具１のように肩削りができるエンドミルの場合、切れ刃２４は先端部３および外周４に形成される。 したがって、切れ刃２４に加わる切削抵抗に対抗するために、着座面２５と当接する当接面９は、先端部３および外周４にできる限り接近させることが好ましい。 すなわち、この実施形態におけるチップ座６のように、当接面９は先端部３側、なおかつ外周４側に寄せて形成されることが好ましい。 また当接面９と協働する当接稜線１１ａは、切削インサート２０の着座面２５と当接できる範囲で、当接面９からできる限り離れた位置に形成されることが好ましい。 すなわち当接面９が先端部３側に形成された場合は、当接稜線１１ａは基端部５側に離間した位置に形成されることが好ましい。 当接面９が外周４側に形成された場合は、当接稜線１１ａは工具回転軸線Ｏ側に離間した位置に形成されることが好ましい。 つまり、当接稜線１１ａは、当接面９から基端部５側、かつ工具回転軸線Ｏ側に離間した位置に形成されることが最も好ましい。

前述のとおり、この実施形態における切削インサート２０の第１および第２の端面２１、２２は、平面視で略長方形に形成されている。 したがって着座面２５にも、長手方向および短手方向が定められる。 同様に、チップ座６のベース面７も、切削インサート２０の形状に対応する略長方形に形成されている。 したがってベース面７も、長手方向および短手方向が定められる。 この実施形態における切削工具１では、長手方向は工具回転軸線Ｏの軸方向にほぼ対応する。 また短手方向は、切削工具１の径方向にほぼ対応する。 当接面９が長手方向に片寄って、すなわち先端部３側に形成される場合は、当接稜線１１ａは、当接面９から長手方向に離間した位置に形成されることが好ましい。 すなわち、当接稜線１１ａは、基端部５側に形成されることが好ましい。

この実施形態における工具ボデー２の当接面９は、略平坦状に形成されたが、これに限定されない。 当接面９は、切削インサート２０の着座面２５と当接できる形状であれば、どのような形状とされても構わない。 前述のとおり、切削インサートの着座面は、湾曲面とされても構わない。 したがって当接面は、着座面に対応する湾曲面とされても構わない。 ただし、着座面が略平坦状に形成された場合は、当接面も略平坦状に形成されることが好ましい。

この実施形態における工具ボデー２の当接凸部９は、直線状の当接稜線１１ａを有するように形成されたが、これに限定されない。 当接凸部は、当接面と協働して切削インサートの着座面と当接できる形状であれば、どのような形状とされても構わない。 図示しないが、例えば、当接凸部の頂点の１点のみが着座面と当接するような形状でも構わない。 しかし当接凸部は、線状（尾根状）の当接稜線で着座面と当接することが、より好ましい。 当接凸部の頂点の１点のみで当接させる場合、切削抵抗により当接凸部が損傷しやすい。 したがって当接凸部は、点状でなく線状の稜線で着座面と当接することが好ましい。 当接稜線の形状は直線に限定されず、着座面と当接できる形状であれば、どのような形状とされても構わない。 ただし、着座面が略平坦状に形成された場合、当接稜線は、当接面と同一平面上に形成されることが好ましい。 当接稜線は、直線状に形成されることがさらに好ましい。

当接稜線１１ａは、着座面２５と線接触すると説明しているが、厳密には、わずかな幅をもって面接触している。 これは、交差稜線部が完全な角に形成されたとしても、切削抵抗などを受けて塑性変形するためである。 したがって、ここでは当接する面の幅が０．５ｍｍ以下の場合を、線接触と呼んでいる。 前述のとおり、当接部としては当接面９を主体的に作用させ、切れ刃２４の近くを確実に安定的に支えつつ、当接稜線１１ａが補助的に作用して、切削インサート２０が傾くことを防止することが本発明の特徴である。 したがって、当接稜線１１ａは、当接面９と比較して十分に面積が狭ければ、補助的に作用する。 面積比で表現すると、当接面９の接触面積は、当接稜線１１ａの接触面積の１０倍以上であることが好ましい。 当接稜線１１ａは、その幅と長さとの比で表現することもできる。 当接稜線の幅は、当接稜線の長さの２０％以下であることが好ましい。

この実施形態における工具ボデー２の各々のチップ座６は、当接面９および当接凸部１０が各々１つずつ形成されたが、これに限定されない。 当接面９および当接凸部１０は、各々複数個ずつ形成されても構わない。 ただし当接面９については、当接させたい部分を明確にすることが効果的であるため、あまり増やさないことが好ましい。 すなわち、当接面９は１つだけ形成されることが好ましい。 当接凸部１０は、当接面９から離間した位置に配置されることが好ましいため、形成される個数に制限はない。 ただし、当接凸部１０を増やしても、当接面９が主体的に作用することを妨げないように配慮する。 したがって、当接凸部１０および当接稜線１１ａは、それぞれ１つのみ形成されることがより好ましい。

この実施形態における切削インサート２０は、略長方形板状とされたが、これに限定されない。 本発明は、略平行四辺形や略三角形など様々な形態の切削インサートに適用できる。 しかし切削インサートは、略四辺形板状であることが好ましい。 切削インサートは、長手方向が定められる略平行四辺形板状であることがさらに好ましい。 切削インサートに対応するチップ座のベース面も、略四辺形板状であることが好ましい。 ベース面は、長手方向が定められる略平行四辺形板状であることがさらに好ましい。 長手方向の定められる切削インサートに対して、当接面と当接稜線とを協働させる場合に、本発明は最大の効果を得られる。

前述のとおり、本発明の切削工具１は、クランプ部材３０として締め付けねじ３０を用いる。 しかし、これに限定されず、クランプ部材は、くさびや押さえ駒など、既知の様々な技術が適用できる。 ただし、切削インサートを用いるエンドミルの場合、被加工物を３次元形状に加工するため、切りくず排出性を高めることが好まれる場合がある。 また、びびりの発生を防止するため、切削抵抗を低くすることが好まれる場合もある。 あるいは、使用できる工具径に制限があり、小径の回転切削工具が好まれる場合もある。 これらの要望に対して、本発明の切削工具１は、締め付けねじ３０を用いることが好ましい。 締め付けねじ３０を用いると、この実施形態のように切れ刃２４に対して着座面２４が低い、いわゆる芯上がりの切削インサートを容易に装着できる。 また、すくい面側にくさびや押さえ駒などの障害物がないため、切りくず排出性を高めることができる。 さらに、構成が簡単なため、小型化するときに有利であり、小径側に適用できる範囲が広い。

これらの切削工具は、工作機械に装着されることにより、鋼材などの切削加工に利用できる。

以上、本発明の切削インサート、工具ボデーおよび切削工具について実施形態を例に説明したが、本発明の実施形態は上記のものに限定されない。

例えば、エンドミルに限定されず、正面フライスや円盤状のサイドカッタなどにも適用可能である。 本発明は上記実施形態のような転削工具だけでなく、旋削工具や穴あけ工具等のその他の形態の切削工具にも適用可能である。

前述した実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、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い。 本発明については、請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。 すなわち、本発明には、請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。

１ 切削工具２ 工具ボデー３ 先端部４ 外周５ 基端部６ チップ座７ ベース面８ 側壁面９ 当接面（第１の当接部）
１０ 当接凸部（第２の当接部）
１１ａ 当接稜線１１ｂ 当接凸部の第１の平面１１ｃ 当接凸部の第２の平面１２ 開口部１３ ねじ穴２０ 切削インサート２１ 第１の端面２２ 第２の端面２３ 周側面２４ 切れ刃２４ａ 第１の切れ刃２４ｂ 第２の切れ刃２５ 着座面２５ａ 第１の着座面２５ｂ 第２の着座面２６ 穴３０ クランプ部材（締め付けねじ）
Ｃ 切削インサートの穴の中心軸線Ｍ 中間面Ｏ 工具回転軸線

本発明の工具ボデーは、切削インサートを装着するためのチップ座を有する工具ボデーであって、チップ座は、ベース面と、ベース面に交差するように延在する側壁面とを有する。 ベース面は、切削インサートと当接する当接面および当接凸部を有する。 当接面の当接部は面状とされ、当接凸部は、その頂部において切削インサートと線接触または点接触する。