(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切刃を有する切削インサートと、先端部に前記切削インサートを挟持し、該切削インサートに接触するインサート接触部をそれぞれに有する上顎部および下顎部を有しているホルダとを備える切削工具であって、
前記下顎部の前記インサート接触部は、先端視において、それぞれの端部から中央部に向かうにつれて上方に傾斜している第１接触面および第２接触面を有しており、
前記第１接触面と前記第２接触面とがなす角度は、前記インサート接触部の先端において最も小さくなっていることを特徴とする切削工具。
【請求項２】
切刃を有する切削インサートと、先端部に前記切削インサートを挟持し、該切削インサートに接触するインサート接触部をそれぞれに有する上顎部および下顎部を有しているホルダとを備える切削工具であって、
前記下顎部の前記インサート接触部は、先端視において、それぞれの端部から中央部に向かうにつれて下方に傾斜している第１接触面および第２接触面を有しており、
前記第１接触面と前記第２接触面とがなす角度は、前記インサート接触部の先端において最も小さくなっていることを特徴とする切削工具。
【請求項３】
前記第１接触面と前記第２接触面とがなす角度は、前記インサート接触部の先端から後端に向かうにつれて大きくなっている請求項１または２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記第１接触面と前記第２接触面とがなす角度の最大値と最小値との差が５°〜１０°である請求項３に記載の切削工具。
【請求項５】
前記切削工具は、回転している被削材の端面に環状の溝を形成するために用いる旋削工具であって、
前記インサート接触部の先端視において、前記第１接触面は前記第２接触面よりも前記被削材の回転中心に近い側に位置しており、
前記第１接触面の幅は、前記第２接触面の幅よりも大きい請求項１から４のいずれかの項に記載の切削工具。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかの項に記載の切削工具を用いて被削材を切削する方法であって、
該被削材を回転させる工程と、
回転している前記被削材に前記切削工具を近接させる工程と、
回転している前記被削材に前記切削工具の前記切刃を接触させて前記被削材を切削する工程と、
切削した前記被削材から前記切削工具を離間させる工程とを有する被削材の切削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具および切削工具を用いた被削材の切削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削工具、特に突切り加工用や溝入れ加工用の切削工具について、装着した切削インサートの横ずれを抑制することが検討されている。例えば、特許文献１には、上面側と底面側にホルダ取付け係合面がそれぞれ備えられた切削インサートが開示されている。この切削インサートの上面側の取付け係合面は、その横断面が頂角を有するＶ突起とされ、底面側の取付け係合面は、その横断面が頂角を有するＶ溝を呈している。Ｖ溝とＶ突起によって、切削インサートの左右方向の位置ずれが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平１−１４９２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような切削インサートを用いた切削工具においても、例えば、被削材の端面に環状の溝を形成する端面溝入れ加工を行なう場合には、切刃の左右において、加工径の違いによって切削速度が異なるため、切刃部分にねじれモーメントが働き、切削インサートが左右に位置ずれしやすくなる場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、突切り加工および溝入れ加工、特に端面溝入れ加工に適した切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の切削工具は、切刃を有する切削インサートと、先端部に前記切削インサートを挟持し、該切削インサートに接触するインサート接触部をそれぞれに有する上顎部および下顎部を有しているホルダとを備える切削工具であって、前記下顎部の前記インサート接触部は、先端視において、それぞれの端部から中央部に向かうにつれて上方に傾斜している第１接触面および第２接触面を有しており、前記第１接触面と前記第２接触面とがなす角度は、前記インサート接触部の先端において最も小さくなっている。
【０００７】
また、本発明の切削工具は、切刃を有する切削インサートと、先端部に前記切削インサートを挟持し、該切削インサートに接触するインサート接触部をそれぞれに有する上顎部および下顎部を有しているホルダとを備える切削工具であって、前記下顎部の前記インサート接触部は、先端視において、それぞれの端部から中央部に向かうにつれて下方に傾斜している第１接触面および第２接触面を有しており、前記第１接触面と前記第２接触面とがなす角度は、前記インサート接触部の先端において最も小さくなっている。
【０００８】
本発明の被削材の切削方法は、該被削材を回転させる工程と、回転している前記被削材に前記切削工具を近接させる工程と、回転している前記被削材に前記切削工具の切刃を接触させて前記被削材を切削する工程と、切削した前記被削材から前記切削工具を離間させる工程とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の切削工具によれば、下顎部のインサート接触部は、先端視において、それぞれ
の端部から中央部に向かうにつれて上方あるいは下方に傾斜している第１接触面および第２接触面を有しており、第１接触面と第２接触面とがなす角度は、インサート接触部の先端において最も小さくなっている。そのため、特に被削材の端面に環状の溝を形成する端面溝入れ加工時において、第１接触面および第２接触面が切刃のねじれモーメントによって切削インサートの左右方向に働く力を受け止め切削インサートの左右方向の位置ずれを抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の切削工具の実施の形態の例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す切削工具の側面図であり、（ｂ）は、図２（ａ）に示す切削工具に用いられるホルダの側面図である。
【図３】（ａ）は、図２（ｂ）に示すホルダの先端視図であり、（ｂ）は、図３（ａ）の部分拡大図である。
【図４】（ａ）は、図２（ｂ）に示すホルダの下顎部のＡ−Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図２（ｂ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は、図２（ｂ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図５】図１に示す切削工具に用いられる切削インサートの斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の被削材の切削方法の一例を示す概略図であり、（ｄ）は、加工した被削材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜切削工具＞
以下、本発明の切削工具の実施の形態の例について、図１〜５を用いて詳細に説明する。本発明の切削工具は、内径の溝入れ加工用、外径の溝入れ加工用、突切り加工用、端面溝入れ加工用のいずれにも適用することができる。本例においては、端面溝入れ加工用に適用する場合を例に挙げて説明する。
【００１２】
図１および図２（ａ）に示すように、切削工具２０は、切刃５を有する切削インサート１（以下、単にインサート１ということがある）と、先端部に切削インサート１を挟持するホルダ１００とを備えている。ホルダ１００は、インサート１を挟持する上顎部１０１および下顎部１０２を有している。上顎部１０１は、下顎部１０２よりも高い位置にある。なお、インサート１は切刃５が上顎部１０１の先端から突出するように挟持されている。
【００１３】
ホルダ１００は、図２（ｂ）に示すように、インサート１に接触するインサート接触部１０３をそれぞれに有する上顎部１０１および下顎部１０２を有している。具体的には、上顎部１０１にはインサート接触部１０３ａを、下顎部１０２にはインサート接触部１０３ｂを有している。
【００１４】
インサート接触部１０３ａは、図３に示すように、先端視において、それぞれの端部から中央部に向かうにつれて下方に傾斜している。この構成によって、インサート１の左右方向の位置ずれを抑制することができる。
【００１５】
インサート接触部１０３ｂは、先端視において、それぞれの端部から中央部に向かうにつれて上方に傾斜している第１接触面１０４ａおよび第２接触面１０４ｂを有している。本例において、図３（ｂ）に示すように、先端視において、第１接触面１０４ａと第２接触面１０４ｂは、インサート接触部１０３ｂの端部と端部を結んだ直線Ｌよりも上側で直線Ｌの垂直２等分線（図示せず）上で交差するように傾斜して凸状を成している。この構成によって、切削時にインサート１の左右方向にかかる力を受け止め、インサート１が左右方向の位置ずれを抑制することができる。また、インサート１にクラック
が生じることを抑制することもできる。なお、本例においては、第１接触面１０４ａおよび第２接触面１０４ｂが上方に傾斜している態様を示したが、インサート１の底面形状に応じて、下方に傾斜していてもよい。
【００１６】
本例では、インサート接触部１０３ｂの先端部において第１接触面１０４ａと第２接触面１０４ｂとがなす角度αは、インサート接触部１０３ｂの先端において最も小さくなっている。具体的には、図４（ａ）〜（ｃ）に示す第１接触面１０４ａおよび第２接触面１０４ｂの成す角を、それぞれ順にα１，α２，α３とすると、α１＜α３＜α２である。この構成によって、切削加工の際に、左右方向の力を最も強く受けるインサート接触部１０３ｂの先端部において、その力を、第１接触面１０４ａおよび第２接触面１０４ｂによって、効果的に受け止めることができるため、インサート１の左右方向の位置ずれを抑制できる。
【００１７】
なお、角度αは、インサート１およびホルダ１００の強度維持の観点から、９０°〜１４０°の範囲にあるのが好ましい。本例においては、図４に示すように、α１＝１３４°１５’，α２＝１３８°４８’，α３＝１３６°３０’に設定されている。
【００１８】
インサート接触部１０３ｂの角度αについて、中央部や後端部におけるそれぞれの大きさの関係については特に限定されないが、インサートの拘束力の向上の観点から、インサート接触部１０３ｂの後端部における角度αは最も大きいことが好ましい。また、角度αの大きさの変化は、線形であっても非線形であってもよい。また、第１接触面１０４ａおよび第２接触面１０４ｂの面の形状についても特に限定されず、第１接触面１０４ａおよび第２接触面１０４ｂは、応力の分散をより良好にする観点から、曲面であってもよい。その場合における角度αの大きさとしては、直線Ｌに平行で、かつ第１接触面１０４ａと第２接触面１０４ｂと交差する方向の断面において、曲線として示される第１接触面１０４ａおよび第２接触面１０４ｂのそれぞれの接線どうしのなす角度を計測して角度αとすればよい。なお、インサート１にクラックが生じることを抑制するため、図４（ｂ）に示すように、第１接触面１０４ａと第２接触面１０４ｂとの間に頂面１０４ｃを有していてもよい。この場合、第１接触面１０４ａと第２接触面１０４ｂとの仮想延長線のなす角度を計測して角度αとすればよい。
【００１９】
また、角度αはインサート接触部１０３ｂの先端から後端に向かうにつれて漸次大きくなっているのが好ましい。この構成によって、応力の分散をより良好にし、かつインサート１およびホルダ１００の強度を維持できる。なお、インサート１およびホルダ１００の強度維持の観点から、角度αの最大値と最小値との差が５°〜１０°であるのが好ましい。
【００２０】
また、本例においては、図４に示すように、第１接触面１０４ａの幅Ｗａと、第２接触面１０４ｂの幅Ｗｂとの関係は、Ｗａ≧Ｗｂである。この構成によって、インサート１を安定して拘束させ、左右方向の位置ずれを抑制できる。
【００２１】
なお、端面溝入れ加工に用いられる場合には、インサート接触部１０３ｂの先端視において第１接触面１０４ａは第２接触面１０４ｂよりも被削材３０の回転中心に近い側に位置しており、第１接触面１０４ａの幅Ｗａは、第２接触面１０４ｂの幅Ｗｂよりも大きいことが好ましい。
【００２２】
端面溝入れ加工において、より負荷の高い切削条件の場合は、切刃の被削材の回転中心に近い側、すなわち加工溝の内周側に位置する端部と、もう一方の切刃の被削材の回転中
心に遠い側、すなわち加工溝の外周側に位置する端部とが受ける切削抵抗の差が大きくなる。具体的には、切削速度の小さな内周側の方が切削抵抗が大きく、切削速度の大きな外周側の方が切削抵抗が小さい。そこで、被削材３０の回転中心に近い側に位置した第１接触面１０４ａの幅を、第２接触面１０４ｂの幅よりも大きくすることで、左右方向に加わる力のバランスを調整し、インサート１の位置ずれをより確実に抑制することができる。ここで、幅とは、図４に示すように、先端視において、直線として示される第１接触面１０４ａおよび第２接触面１０４ｂの長さのことである。第１接触面１０４ａおよび第２接触面１０４ｂが曲面の場合は、直線Ｌに平行で、かつ第１接触面１０４ａと第２接触面１０４ｂと交差する方向の断面において、曲線として示される第１接触面１０４ａおよび第２接触面１０４ｂの弧の長さを計測すればよい。
【００２３】
なお、下顎部１０２のインサート接触部１０３ｂについて詳細に述べたが、より良好にインサート１の左右方向の位置ずれを抑制するために、上顎部１０１のインサート接触部１０３ａに、インサート接触部１０３ｂの形状が適用されていてもよい。
【００２４】
また、本例においては、図４に示すように、下顎部１０２が先端視において、加工溝の外周に沿って湾曲している。下顎部１０２が先端視において、鉛直に形成されている場合は、端面溝入れ加工では環状の溝を形成するため、加工中に下顎部１０２が加工溝に接触することとなるので、加工溝の深さは、切刃５から下顎部１０２までの距離に限られる。したがって、あらかじめ加工径を決定し、その加工溝の外周に沿って下顎部１０２を湾曲させている。
【００２５】
さらに、本例においては、図４に示すように、加工溝の内周側に位置する第１接触面１０４ａと下顎部１０２との交差部に面取り部１０４ｄが設けられている。切削時には、切削インサート１の先端が上方から押圧されるので、上顎部１０１よりも下顎部１０２に強い応力がかかりやすい。この構成によって、下顎部の肉厚を大きくし、ホルダの強度を高めることができる。
【００２６】
また、環状の溝を加工するため、インサート１とホルダ１００との接触部分において、内径側は外径側よりも切屑が入りこみやすくなる。したがって、面取り部１０４ｄを設けることで、切屑が下顎部１０２の下端部側へと流れるようにすることができる。
【００２７】
また、図２に示すように、上顎部１０１および下顎部１０２に対して後端側には、シャンク部１０５が形成されている。さらに、本例のホルダ１００には、上顎部１０１から下顎部１０２にかけてクランプネジ１０６を挿通するためのネジ穴１０７が形成されている。
【００２８】
また、ホルダ１００全体に、特に高い耐久性が求められる場合には、上顎部１０１、下顎部１０２およびシャンク部１０５が一体的に成型されていることが好ましい。これらが一体的に成型されることにより、上顎部１０１とシャンク部１０５および下顎部１０１とシャンク部１０５との間に接合面が形成されないので、切削工具２０の剛性をさらに高めることができる。
【００２９】
本発明の効果を得ながら、切削工具２０のコストを抑えるためには、上顎部１０１やシャンク部１０５の材質よりも下顎部１０２の材質の剛性が高いことも有効である。切削工具２０の使用時には、切削インサート１の先端が上方から押圧されるので、上顎部１０１やシャンク部１０５よりも下顎部１０２に強い応力がかかりやすい。そして、剛性の高い材質は高価であったり、あるいは、加工に高度の技術が要求されることから、比較的大きな応力のかかる下顎部１０２に高剛性の材質を用い、比較適応力の小さい上顎部１０１やシャンク部１５に下顎部１０２と比較して剛性の低い加工の容易な材質を用いることで、
耐久性が高く、かつ安価な切削工具２０を製造することができる。
【００３０】
また、図１および図２に示すように、ホルダ１００には、上顎部１０１および下顎部１０２よりも後端側にスリット１０９を備えていることが好ましい。スリット１０９によって、上顎部１０１あるいは下顎部１０２が、より弾性変形し易くなるので、切削インサート１のホルダ１００への着脱を容易にすることができる。
【００３１】
また、下顎部１０２には、インサート１の後端側の側面と当接させて位置決めをする当接部１０８が形成されている。この場合、特に当接面１０８の上方にスリット１０９が形成されていることが好ましい。スリット１０９が当接部１０８の上方に形成されている場合には、当接面１０８の下顎部よりも下方に形成されている場合に比べて、スリット１０９の下方のホルダ１００の厚みを大きくすることができる。
【００３２】
図５に示すように、本例においては、インサート１は、略角柱状であり、両端部に切削部Ｉと、切削部Ｉの間に位置し、ホルダ１００で固定される際に上顎部１０１及び下顎部１０２と接するクランプ面２１，３１を有するクランプ部IIとを備えている。
【００３３】
また、切削部Ｉは、平面視において、２つの長辺と２つの短辺とを有した長方形状をなし、上面２と下面３と上面２および下面３に接続されている側面４とを有する。上面２はすくい面として、下面３はホルダへ載置する載置面として、そして側面４は逃げ面として機能する。また、本例においては、インサート１の長手方向の長さが２０ｍｍであり、平面視において、長手方向に垂直な幅方向の長さが３〜６ｍｍである。この幅は、加工中、被削材に加工された溝の内壁面にインサートが干渉しないように、クランプ部IIに近づくにつれて小さくなっている。インサート１の下面３から上面２までの高さは、インサート１の幅方向の長さに応じて４〜６ｍｍに設定されている。
【００３４】
上面２と側面４との交線部には、切刃５が設けられている。切刃５は、例えば、切削部Iの長手方向および幅方向の交線部に沿って設けられている。切刃５の形状としては、直線状または円弧状など特に制限はされない。
【００３５】
また、クランプ部IIには、上方にクランプ面２１を、下方にクランプ面３１を備え、ホルダ１００の上顎部１０１および下顎部１０２のインサート接触部１０３ａ，１０３ｂにそれぞれ嵌合する形状をしていることが好ましい。このようなクランプ面２１，３１を有していることにより、インサート１の位置が安定し、位置決めの精度をより高め、拘束力を高めることができる。
【００３６】
特に、図５に示すように、クランプ面２１，３１は凹形状であり、図３に示すように、上顎部１０１および下顎部１０２にそれぞれ形成されたインサート接触部１０３ａ１０３bが凸形状であることが好ましい。この構成によって、インサート１にクラックが生じる可能性をより抑制できる。
【００３７】
切削インサート１の材質としては、例えば、超硬合金あるいはサーメットなどが挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト（Ｃｏ）の粉末を加えて焼結して生成されるＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｃｏに炭化チタン（ＴｉＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏに炭化タンタル（ＴａＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏがある。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料であり、具体的には、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）を
主成分としたチタン化合物がある。
【００３８】
切削インサート１の表面は、化学蒸着（ＣＶＤ）法または物理蒸着（ＰＶＤ）法を用いて被膜でコーティングされていてもよい。被膜の組成としては、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などが挙げられる。
【００３９】
インサート１のホルダ１００への固定は、例えば以下のようにして行なうことができる。図１および図２（ａ）に示すように、まず、上顎部１０１と下顎部１０２との間に、インサート接触部１０３ａ，１０３ｂに沿うようにして切削インサート１を挿入し、切削インサート１の後端側の側面４を当接部１０８に押し当てる。
【００４０】
次に、クランプネジ１０６を締め込み、上顎部１０１を弾性変形させて押し下げる。その結果、インサート１が下顎部１０２に押圧され、上顎部１０１と下顎部１０２との間に挟持固定される。さらにここで、スリット１０９が形成されているときには、スリット１０９により上顎部１０１がより弾性変形しやすくなるので、より容易に上顎部１０２の先端を押し下げることができる。
【００４１】
また、切削インサート１は、切削部Ｉは、クランプ部IIの両端に対で設けられるのが好ましい。これによって、インサート１は複数の切刃５を備えることになり、長時間の使用による切刃５の摩耗に対しても、別の摩耗していない切刃５を用いることができ、別途新たなインサート１を用意する必要がないので経済的である。例えば、本実施形態の切削工具２０にあって、一方の切刃５が摩耗した場合には、切削工具２０からインサート１を取り外し、インサート１の切削部Ｉの他方の切削部Ｉとを入れ替えて、再度切削工具２０に取り付ければよい。これにより、摩耗していない切刃５をホルダ１００の外方に位置させ、切削加工に用いることができる。
【００４２】
＜被削材の切削方法＞
以下、本発明の切削工具２０を用いて行なう被削材の切削方法の例について、図６を用いて説明する。本例は、端面溝入れ加工であるため、図６（ｄ）に示すように、被削材の端面には、環状の溝３１が形成される。なお、図６（ａ）〜（ｃ）に示された被削材は、一部を断面図で記載している。
【００４３】
切削工具２０を用いて行なう被削材の切削方法は、以下の（ｉ）〜（iv）の工程を有する。
（ｉ）図６（ａ）に示すように、被削材３０を矢印Ｄ方向に回転させる工程。
（ii）切削工具２０を矢印Ｅ方向に動かし、回転している被削材３０に切削工具２０を近接させる工程。
（iii）図６（ｂ）に示すように、回転している被削材３０に切削工具２０の切刃５を接触させて被削材３０を切削する工程。
（iv）図６（ｃ）に示すように、切削工具２０を矢印Ｆ方向に動かし、切削した被削材３０から切削工具２０を離間させる工程。
【００４４】
なお、前記（ｉ）の工程では、被削材３０と切削工具２０とは相対的に近づけばよく、例えば被削材３０を切削工具２０に近づけてもよい。これと同様に、前記（iv）の工程では、被削材３０と切削工具２０とは相対的に遠ざかればよく、例えば被削材３０を切削工具２０から遠ざけてもよい。また、前記（iii）の工程においては、溝入れ加工の際には、溝を形成する縦送り加工が行なわれるとともに、溝の底面を平坦にする横送り加工が行なわれる。切削加工を継続する場合には、被削材３０を回転させた状態を保持したまま、被削材３０の異なる箇所に切削工具２０の切刃５を接触させる工程を繰り返せばよい。
【００４５】
さらに、被削材の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、非鉄金属が挙げられる。
【００４６】
なお、本例では左勝手のホルダを用いて説明したが、右勝手のホルダであってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１  切削インサート
２  上面
２１  クランプ面
３  下面
３１  クランプ面
４  側面
５  切刃
１００  ホルダ
１０１  上顎部
１０２  下顎部
１０３  インサート接触部
１０３ａ  上顎部のインサート接触部
１０３ｂ  下顎部のインサート接触部
１０４  接触面
１０４a  第１接触面
１０４ｂ  第２接触面
１０４ｃ  頂面
１０４ｄ  面取り部
１０５  シャンク部
１０６  クランプネジ
１０７  ネジ穴
１０８  当接部
１０９  スリット
２０  切削工具
３０  被削材
３１  環状の溝
【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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