(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の切削部を備える切削工具であり、
前記１つ以上の切削部は切削インサートと、前記切削工具の本体上に形成され前記切削インサートを装着するインサートポケットとを備え、
前記インサートポケットは１つ以上の鋸歯状の突出部を備える上部面と、後方支持面と、下部支持面とを有し、
前記切削インサートは前記インサートポケットの１つ以上の鋸歯状の突出部に接触する上部面と、前記インサートポケットの後方支持面と接触する第１側面と、前記インサートポケットの下部支持面と接触する下部面とを有し、
前記切削インサートの上部面は前記インサートポケットの上部面の１つ以上の突出部と接触する１つ以上の外向き傾斜面と、前記インサートポケットの１つ以上の突出部と遊びをおいて位置する１つ以上の内向き傾斜面とを備え、
前記インサートポケットの上部面は１つ以上の突出部から延長する平坦面をさらに備え、前記切削インサートの上部面は、切削インサートがインサートポケットに装着された状態で前記インサートポケットの平坦面と接触する平坦面をさらに備え、
前記インサートポケットの上部面の上部に前記切削工具に一体に形成されるスクリュ孔と、前記スクリュ孔に沿って形成されるスロットと、前記スクリュ孔に挿入され前記インサートポケットの上部面を前記切削インサートの上部面側に加圧するスクリュとを備える、
切削工具。
【請求項２】
前記インサートポケットの上部面の突出部はインサートポケットに位置する第１突出部を備え、前記第１突出部の内向き傾斜面はインサートポケットの下部支持面と３０〜４５°の角度をなす、請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
１つ以上の切削部を備える切削工具であり、
前記１つ以上の切削部は切削インサートと、前記切削工具の本体上に形成され前記切削インサートを装着するインサートポケットとを備え、
前記インサートポケットは１つ以上の鋸歯状の凹部を備える上部面と、後方支持面と、下部支持面とを有し、
前記切削インサートは前記インサートポケットの１つ以上の鋸歯状の凹部に接触する上部面と、前記インサートポケットの後方支持面と接触する第１側面と、前記インサートポケットの下部支持面と接触する下部面とを有し、
前記切削インサートの上部面は前記インサートポケットの上部面の１つ以上の凹部と接触する１つ以上の外向き傾斜面と、前記インサートポケットの１つ以上の凹部と遊びをおいて位置する１つ以上の内向き傾斜面とを備え、
前記インサートポケットの上部面は１つ以上の凹部から延長する平坦面をさらに備え、前記切削インサートの上部面は、切削インサートがインサートポケットに装着された状態で前記インサートポケットの平坦面と接触する平坦面をさらに備え、
前記インサートポケットの上部面の上部に前記切削工具に一体に形成されるスクリュ孔と、前記スクリュ孔に沿って形成されるスロットと、前記スクリュ孔に挿入され前記インサートポケットの上部面を前記切削インサートの上部面側に加圧するスクリュとを備える、
切削工具。
【請求項４】
前記インサートポケットの上部面の凹部はインサートポケットに位置する第１凹部を備え、前記第１凹部の内向き傾斜面はインサートポケットの下部支持面と３０〜４５°の角度をなす、請求項３に記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属素材などを加工するための切削工具、及びこの切削工具に用いられる切削インサートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の切削工具は切削インサートをカッター本体に固定するための多様な手段を使用する。一部の切削工具では、ネジボアがカッター本体に設けられており、これに対応する貫通ボアが切削インサートに設けられている。切削インサートはスクリュによりカッター本体に直接固定される。しかし、このような方式ではカッター本体にあるネジボアを製造するために多様な金属切削作業を要求するのみならず、ネジボアによってカッター本体が弱くなることがある。また、切削工具の損傷時にはスクリュの破損した部分がカッター本体のネジボア内に入ることがある。
【０００３】
他の従来技術としてはウェッジを用いてカートリッジを固定する構造がある。例えば、米国特許第７,３９０,１５０号はウェッジとセレーションを有する切削インサートを備える切削工具に関するものである。図１及び図２にはこのような従来技術の切削工具が示されている。ツールホルダーボディ１は板状であり、外周面に等間隔で配列されている複数のインサートポケット３を備える。それぞれのインサートポケット３には切削インサート２とウェッジ４が収容される。切削インサート２の上部面にはセレーション２’が形成され、インサートポケット３の上部面には切削インサート２のセレーション２’に対応するセレーション３’が形成され、インサートポケット３に切削インサート２が装着される時、切削インサート２のセレーション２’とインサートポケット３のセレーション３’とが互いに結合する。ウェッジ４はインサートポケット３内で切削インサート２の下部に位置する。スクリュ５はウェッジ４のネジ孔を通じてインサートポケット３のネジ孔に締結され、スクリュ５がインサートポケット３のネジ孔に前進するに伴い、ウェッジ４もインサートポケット３のネジ孔の方向に前進する。ウェッジ４が内部にテーパされた形状を有しているので、ウェッジ４がインサートポケット３のネジ孔方向に前進に伴い、ウェッジ４により切削インサート２がインサートポケット３内にクランプされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来技術においては、切削インサートの半径方向の位置が切削インサートの上部面にあるセレーション２’とインサートポケットのセレーション３’との結合により決定され、切削インサートの半径方向の内側面と切削インサートが収容されるツールホルダボディの内側面との間に間隙が存在する。このような間隙がなければ、切削インサートとツールホルダーボディの両部品間の干渉が発生し得るためである。従って、切削インサートはその上部面及び下部面によってのみ支持され、半径方向では十分に支持されない。即ち、このような従来技術の構造は切削インサートに十分なクランピング力を提供できない。
【０００５】
また、セレーション２’、３’が装着の基準位置になるため、切削インサートの製作が難しく、加工誤差及び組立誤差によって調節後の切削インサートの半径方向の位置が一定ではなく、切削加工の精度が顕著に落ちる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は先に言及した短所を克服したり相当減少させる切削インサート、及びそのような切削インサートを用いる切削工具を提供することである。
【０００７】
前述した目的を達成するために、本発明は１つ以上の切削部を有する切削工具を提供する。１つ以上の切削部のそれぞれは切削インサートと、切削工具の本体上に形成されて切削インサートを装着するインサートポケットとを備える。前記インサートポケットは１つ以上の鋸歯状の突出部を備える上部面と、後方支持面と、下部支持面とを備え、前記切削インサートは前記インサートポケットの１つ以上の鋸歯状の突出部と接触する上部面と、インサートポケットの後方支持面と接触する第１側面と、インサートポケットの下部支持面と接触する下部面とを備える。切削インサートの上部面はインサートポケットの上部面の１つ以上の突出部と接触する１つ以上の外向き傾斜面と、インサートポケットの１つ以上の突出部と遊びをおいて位置する１つ以上の内向き傾斜面とを備える。
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、インサートポケットの上部面は１つ以上の突出部から延長する平坦面をさらに備え、切削インサートの上部面は、切削インサートがインサートポケットに装着された状態でインサートポケットの平坦面と接触する平坦面をさらに備える。
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、インサートポケットの上部面の突出部はインサートポケットの内側に位置する第１突出部を備え、第１突出部の内向き傾斜面はインサートポケットの下部支持面と３０〜４５°の角度をなす。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、前述した実施形態と反対に、インサートポケットの上部面が１つ以上の鋸歯状の凹部を備える。また、切削インサートの上部面はインサートポケットの上部面の１つ以上の凹部と接触する１つ以上の外向き傾斜面と、インサートポケットの１つ以上の凹部と遊びをおいて位置する１つ以上の内向き傾斜面とを備える。
【００１１】
本発明の他の実施形態によれば、インサートポケットの上部面の上部に、切削工具に一体に形成されるスクリュ孔と、スクリュ孔に沿って形成されるスロットと、スクリュ孔に挿入されてインサートポケットの上部面を切削インサートの上部面側に加圧するスクリュとがさらに備えられる。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、１つ以上の切削部はインサートポケットの１つ以上の鋸歯状の突出部を有する上部面を下部に備えるカートリッジと、切削工具の本体上に形成されカートリッジを収容するカートリッジポケットとをさらに備える。前記カートリッジは切削工具の半径方向の外側面から内側面に向かって形成されるスクリュ孔と、スクリュ孔に沿って形成されるスロットと、スクリュ孔に挿入され前記インサートポケットの上部面を前記切削インサートの上部面側に加圧するスクリュとを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、切削インサートは上部面、下部面及び第１側面により３面が支持され、切削インサートの上部面及び下部面により２面が支持される従来技術よりはるかに安定した装着を誘導することができ、十分なクランピング力を提供できる。
【００１４】
また、本発明によれば、ウェッジ方式を用いる従来技術に比べて切削インサートを装着するのに少数の部品を必要とする。
【００１５】
また、本発明によれば、切削インサートの第１側面がインサートポケットに完全に密着して基準面の役割をするので、切削刃の位置が常に固定されるように制御するのが容易で、これにより本発明は従来技術に比べて切削加工の精度が顕著に高くなる。
【００１６】
また、本発明の他の実施形態によれば、切削インサートは少なくとも一部がインサートポケットの上部面を形成するカートリッジと、これを収容するカートリッジポケットとを備えるため、インサートポケットの上部面３２の鋸歯状の突出部または凹部が切削インサートの上部面２２と頻繁に接触することによって摩耗したり潰れても、カッター本体全体の代わりに単に損傷したカートリッジのみを交換すればよい。従って、カートリッジを使用せず、カッター本体に直接インサートポケットの上部面を形成する方式に比べて、切削工具の寿命を延ばすことができるので経済的である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術による切削工具を示す。
【図２】従来技術による切削工具を示す。
【図３】本発明による切削工具の斜視図である。
【図４】本発明による切削インサートの斜視図である。
【図５】本発明による切削インサートの平面図である。
【図６】本発明による切削インサートの正面図である。
【図７】本発明による切削インサートの側面図である。
【図８】本発明によるカッター本体に切削インサート、固定用スクリュ及び調節用スクリュがいずれも装着された状態を示す。
【図９】本発明によるカッター本体に固定用スクリュ及び調節用スクリュが装着された状態を示す。
【図１０】本発明によるカッター本体に切削インサート、固定用スクリュ及び調節用スクリュが装着される前の状態を示す。
【図１１】本発明によるカッター本体に切削インサート、固定用スクリュ及び調節用スクリュが装着される前の状態を示す。
【図１２】本発明によるカッター本体に調節用スクリュのみが装着された状態を示す。
【図１３】本発明によるカッター本体に固定用スクリュが装着される前の状態を示す。
【図１４】本発明による切削インサートの支持力を示す。
【図１５】本発明の他の実施形態による切削工具の斜視図である。
【図１６】本発明の他の実施形態による切削工具の側面図である。
【図１７】本発明の他の実施形態による切削工具の正面図である。
【図１８】図１７の点線で示す部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付した図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１９】
図３は本発明による切削工具の斜視図である。カッター本体１０はミリングマシンのスピンドルに装着される円筒状の装着部１１と、第１フランジ部１２と、第２フランジ部１４と、第１フランジ部１２と第２フランジ部１４との間を連結する円筒状の連結部１３とから構成される。第１フランジ部１２は円筒状の装着部１１から延長し、装着部１１に比べて大きい外径を有する。第２フランジ部１４は第１フランジ部１２からカッター本体１０の端部側に離隔位置する。円筒状の連結部１３は第１及び第２フランジ部１２、１４に比べて小さい外径を有する。第２フランジ部１４には切削インサート２０を収容するためのインサートポケット３０が外周縁に沿って複数形成される。切削インサート２０はカッター本体１０に切削インサート固定用スクリュ５０により固定される。切削インサート固定用スクリュ５０とインサートポケット３０との間にはスロット６０が形成され、切削インサート２０の組立を容易にする。
【００２０】
図３及び図８〜図１０を参照すると、インサートポケット３０に隣接した第１フランジ部１２の下端面にはスクリュ孔７１が形成され、調節用スクリュ７０がスクリュ孔７１に挿入される。インサートポケット３０に装着された切削インサート２０の側面は調節用スクリュ７０のヘッド７２と面接触する。調節用スクリュ７０のヘッド７２の回転に伴って切削インサート２０は切削工具の軸方向Ａへ移動可能である。調節用スクリュ７０により切削インサートの軸方向位置を容易で精密に調節できる。本明細書において切削工具の「軸方向」は図３のＡで示す軸方向を意味し、「半径方向」はカッター本体の中心から外周縁に向かう方向を意味する。
【００２１】
図４は本発明による切削インサート２０の斜視図であり、図５〜図７はそれぞれ切削インサート２０の平面図、正面図及び側面図である。切削インサート２０はカッター本体の中心側に位置するインサートポケットの表面と接する半径方向の内側面２１(第１側面)と、上部面２２と、下部面２３と、カッター本体の外周縁に位置する半径方向外側面２４と、カッター本体の端部側に位置する端部側側面２５と、調節用スクリュ７０のヘッド７２と面接触する接触側面とを備える。切削インサートの上部面２２は少なくとも１つの鋸歯状の凹部４０を備える。本発明による切削インサートには２つの鋸歯状の凹部４０が形成される。しかし、鋸歯状の凹部の数はこれに制限されない。
【００２２】
それぞれの鋸歯状の凹部は半径方向の外向き傾斜面４１、４４、上側面取り面４３、及び半径方向の内向き傾斜面４２、４５を備える。図１４に示すように、切削インサート固定用スクリュ５０によりインサートポケット３０内に切削インサート２０が装着される場合、切削インサートの上部面の鋸歯状の凹部の３面のうち、外向き傾斜面４１、４４のみがインサートポケット３０と接触するようになる。即ち、各凹部の３面のうちの１面だけで接触がなされ、残りの２面とインサートポケットとの間では微細な遊びを維持することにより、切削インサートは半径方向の内側面２１及び下部面２３で完全な面接触がなされる。半径方向の外向き傾斜面４１、４４のうち、第１外側傾斜面４１と第２外側傾斜面４４とは切削インサートの下部面２３と４５°の角度をなす。第１及び第２外側傾斜面４１、４４は切削インサートの下部面２３と３０〜４５°の角度をなすことが望ましい。この角度が３０°より小さければ、切削インサートの半径方向内側への密着が完全でなく切削工具の回転時に切削インサートが離脱しやすい。また、この角度が４５°より大きければ、切削インサートの上部面とインサートポケットの上部面との接触が円滑でなくなる。
【００２３】
本発明の他の実施形態として、切削インサートの上部面２２は鋸歯状の凹部の代わりに少なくとも１つの鋸歯状の突出部を備える。それぞれの鋸歯状の突出部は、前述した実施形態と同様に、半径方向の外向き傾斜面、上側面取り面及び半径方向の内向き傾斜面を備え、インサートポケット内に切削インサートが装着される場合、切削インサートの上部面の各突出部の３面のうち半径方向の外向き傾斜面のみがインサートポケットと接触するようになる。即ち、各突出部の３面のうちの１面だけで接触がなされ、残りの２面とインサートポケットとの間では微細な遊びを維持することにより、切削インサートは半径方向の内側面２１及び下部面２３で完全な面接触がなされる。
【００２４】
本発明の他の実施形態として、切削インサートの上部面２２は鋸歯状の突出部または凹部から半径方向の外側面２４に延びる平坦面４６をさらに備えることが望ましい。この場合、インサートポケット内に切削インサートが装着される時、切削インサートの上部面の突出部または凹部とともに平坦面４６がインサートポケットと接触することにより、インサートポケット内への切削インサートの装着をさらに強固にすることができる。
【００２５】
切削インサートの上部面２２は、図４に示すように、切削チップ(ｃｕｔｔｉｎｇ  ｔｉｐ)２７をさらに備えることができ、切削チップ２７は望ましくはＣＢＮまたはＰＣＤで構成され得る。ＣＢＮまたはＰＣＤ素材の切削チップは、自動車部品などに用いられる鋳鉄及びアルミニウム素材の表面を精密に切削加工するのに有用である。
【００２６】
図８〜図１０は本発明によるカッター本体の斜視図であり、図１１〜図１３はカッター本体の端部から見た正面図である。図８はカッター本体に切削インサート、固定用スクリュ及び調節用スクリュがいずれも装着された状態を示し、図９は固定用スクリュ及び調節用スクリュが装着される前の状態を示す。図１０及び図１１は切削インサート、固定用スクリュ及び調節用スクリュがいずれも装着される前の状態を示し、図１２は調節用スクリュのみが装着された状態を示す。切削インサートが安着するインサートポケット３０の上部には、切削インサート固定用スクリュ５０が挿入される孔５１とスロット６０とが配置される。スロット６０とインサートポケット３０との間には板状のリーフ(ｌｅａｆ)３６が形成される。インサートポケットは下部支持面３３と後方支持面３１を備える。本発明によるインサートポケット３０では、後方支持面３１が下部支持面３３と直角をなす。インサートポケットの上部面３２、即ちリーフ３６の下部面には１つ以上の鋸歯状の突出部３４が形成される。切削インサートをインサートポケットに装着するためには、まず切削インサートをインサートポケットに挿入した後に切削インサート固定用スクリュ５０を孔５１に挿入する。続いて、固定用スクリュ５０を孔５１に前進させるようになれば、スクリュ５０のヘッド部分が孔５１のテーパされた入口を広げるようになり、これによりスロット６０の幅が広くなる。結局、スロット６０とインサートポケット３０との間のリーフ３６が下方に屈曲し、その屈曲力Ｆによりインサートポケットの鋸歯状の上部面３２が切削インサートを加圧するようになる。
【００２７】
図１４は本発明による切削インサートの支持力を示す。スクリュ５０の締結によるリーフ３６の屈曲力Ｆは切削インサートの上部面で締結力Ｆ１及びＦ２を発生させ、その締結力Ｆ１とＦ２は切削インサートの半径方向の内側面に垂直な分力P１及び切削インサートの下部面に垂直な分力Ｐ２を生成する。分力P１は切削インサートをカッター本体内側に密着させ、切削工具の回転時に遠心力により切削インサートが離脱することを防止する。分力Ｐ２は切削インサートの下部面の密着を可能にする。このように、本発明による切削インサートは上部面、下部面、及び半径方向の内側面により３面が支持され、切削インサートの上部面及び下部面により２面が支持される従来技術よりはるかに安定した装着を誘導することができ、十分なクランピング力を提供できる。
【００２８】
また、図１及び図２に示す従来技術の場合、切削インサート上部に形成されたセレーションの加工誤差及び組立誤差によって切削インサートが装着されるごとに切削インサートの半径方向位置が変わって切削加工の精度が落ちるが、本発明の場合、切削インサートの半径方向の内側面がインサートポケットに完全に密着して基準面の役割をするため、従来技術に比べて切削加工の精度が顕著に高くなる。
【００２９】
たとえ本発明において切削インサートは、締結力Ｆ１と締結力Ｆ２の方向が同一であっても、分力Ｐ１と分力Ｐ２の適切な分配のために、Ｆ１、Ｆ２の方向が互いに異なることがある。即ち、２つの半径方向の外向き傾斜面４１、４４がそれぞれ切削インサートの下部面となす角度が相違することがある。これと異なり、他の実施形態では締結力Ｆ２がゼロとなるように、外向き傾斜面４４と下部面とがなす角度または外向き傾斜面４４とインサートポケットの突出部との間の間隔を調整することも可能である。
【００３０】
本発明の他の実施形態として、切削インサートの上部面が鋸歯状の凹部の代わりに少なくとも１つの鋸歯状の突出部を備える場合には、インサートポケットの上部面がこれに対応する鋸歯状の凹部を備えるように形成される。この場合、切削インサートとインサートポケット間の結合は前述した実施形態と同一なので、これに関する詳細な説明は省略する。
【００３１】
本発明の他の実施形態として、切削インサートの上部面２２が鋸歯状の突出部または凹部から半径方向の外側面２４に延長する平坦面４６をさらに備える。図１４に示すように、スクリュ５０の締結によるリーフ３６の屈曲力Ｆは切削インサートの上部面で締結力Ｆ１、Ｆ２及びＦ３を発生させ、締結力Ｆ３は切削インサートの下部面に垂直な方向に作用するようになるので、インサートポケットの下部支持面との密着がさらに確実になる。
【００３２】
本発明の他の実施形態として、図１５〜図１８に示すように、カッター本体１０はカートリッジ８０と、カッター本体上に形成されカートリッジ８０を収容するカートリッジポケット９０とをさらに備える。カートリッジポケット９０は、上部面９１と、後方支持面９２と、インサートポケット３０の後方支持面３１と連結される下部面９３とを備える。カートリッジ８０はカートリッジポケット９０の上部面９１に接触する上部面８１と、カートリッジポケットの後方支持面９２と接触する半径方向の内側面８２と、カートリッジポケットの下部面９３と接触して少なくとも一部はインサートポケットの上部面３２を形成する下部面８３と、半径方向の外側面８５とを備える。カートリッジの下部面８３はインサートポケットの上部面３２と、カートリッジポケットの下部面９３と接触する下部支持面84とから構成される。カートリッジの半径方向の外側面８５にはインサートポケットの上部面３２の上部側にスクリュ孔５１が形成され、スロット６０がスクリュ孔５１に沿って形成される。スクリュ孔５１にはスクリュ５０が挿入される。インサートポケットの上部面３２が切削インサートを固定する作用は前述したのと同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。本実施形態によれば、インサートポケットの上部面３２の鋸歯状の突出部または凹部が切削インサートの上部面２２と頻繁に接触することによって摩耗したり潰れても、カッター本体全体を交換する必要がなく、単に損傷したカートリッジのみを交換すればよい。従って、カートリッジを使用せず、カッター本体に直接インサートポケットの上部面を形成する方式に比べて、切削工具の寿命を延ばすことができるので、経済的である。
【００３３】
本発明の範囲を逸脱することなく本発明において多様な変形及び変更が行われることは当業者には自明である。また、本発明は、例えば孔加工や線削加工のような切削インサートが使用可能な多様な機械加工に用いられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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