(57)【要約】【課題】切削工具として十分な剛性を確保しつつ従来の切削工具に対し更なる軽量化が可能な刃先交換式切削工具用ホルダおよび刃先交換式切削工具の提供を目的とする。【解決手段】円盤状をなし、先端外周部において間隔をあけて複数の切削インサートを保持し、工具軸周りに回転させられる刃先交換式切削工具用ホルダであって、内側に空洞部を形成する外殻部と、空洞部内に位置して外殻部を支持する支柱部と、を有し、支柱部は、複数の接続部と、接続部から放射状に延びて隣り合う接続部同士を繋ぐ複数の小柱部と、を有する、刃先交換式切削工具用ホルダ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状をなし、先端外周部において間隔をあけて複数の切削インサートを保持し、工具軸周りに回転させられる刃先交換式切削工具用ホルダであって、
内側に空洞部を形成する外殻部と、前記空洞部内に位置して前記外殻部を支持する支柱部と、を有し、
前記支柱部は、複数の接続部と、前記接続部から放射状に延びて隣り合う前記接続部同士を繋ぐ複数の小柱部と、を有する、
刃先交換式切削工具用ホルダ。
【請求項２】
前記接続部は、直線状に延び、
前記小柱部が、前記接続部に沿って延びる板体であり、
前記小柱部に囲まれた小空間が、六角形である、
請求項１に記載の刃先交換式切削工具用ホルダ。
【請求項３】
前記小空間が工具軸方向に沿って延びる、
請求項２に記載の刃先交換式切削工具用ホルダ。
【請求項４】
前記小空間が前記工具軸から径方向に沿って放射状に延びる、
請求項２記載の刃先交換式切削工具用ホルダ。
【請求項５】
前記小柱部が、前記接続部から放射状に延びて立体格子を構成する棒体である、
請求項１に記載の刃先交換式切削工具用ホルダ。
【請求項６】
前記外殻部には、前記空洞部を外部と連通させる開口が設けられている、
請求項１〜５の何れか一項に記載の刃先交換式切削工具用ホルダ。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の刃先交換式切削工具用ホルダと、
前記刃先交換式切削工具用ホルダに保持された複数の切削インサートと、を備える、
刃先交換式切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刃先交換式切削工具用ホルダおよび刃先交換式切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削工具は、切削インサートの交換の度にフライス盤のアーバから取り外す必要があるため、作業者の負担を軽減するなどの目的で軽量化が望まれている。そこで、切削加工法などにより「肉盗み」（肉抜きなどとも称される）を行うことで、切削工具の体積を軽減し軽量化を図る試みがなされている。しかしながら、切削工具として十分な剛性を確保するためには、肉盗みによる軽量化には限界があった。
【０００３】
一方で、近年、３Ｄプリンタにより複雑形状を有する金属材料の成形が可能となっている。これに伴い、中空構造を採用することで軽量化を図った切削工具が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１６／０３３２２３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、切削工具として十分な剛性を確保しつつ従来の切削工具に対し更なる軽量化が可能な刃先交換式切削工具用ホルダおよび刃先交換式切削工具の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明の一態様の刃先交換式切削工具用ホルダは、円盤状をなし、先端外周部において間隔をあけて複数の切削インサートを保持し、工具軸周りに回転させられる刃先交換式切削工具用ホルダであって、内側に空洞部を形成する外殻部と、前記空洞部内に位置して前記外殻部を支持する支柱部と、を有し、前記支柱部は、複数の接続部と、前記接続部から放射状に延びて隣り合う前記接続部同士を繋ぐ複数の小柱部と、を有する。
【０００７】
上述の構成によれば、刃先交換式切削工具用ホルダの内部に空洞部が設けられていることで、刃先交換式切削工具用ホルダの軽量化を図ることができる。また、空洞部には、支柱部が設けられており、支柱部において外殻部を支持することで、軽量化を図りつつ外殻部の剛性を高めることができる。さらに、支柱部が、接続部と接続部から放射状に延びる小柱部を有するため、小柱部が延びる方向において、多方向からの剛性を高めることが可能となる。
【０００８】
上述の刃先交換式切削工具用ホルダにおいて、前記接続部は、直線状に延び、前記小柱部が、前記接続部に沿って延びる板体であり、前記小柱部に囲まれた小空間が、六角形である構成としてもよい。
【０００９】
上述の構成によれば、空洞部に六角形の小空間を構成する支柱部が設けられている。すなわち、支柱部にハニカム構造が採用されている。これにより、少ない材料で高剛性を実現でき、結果的に軽量な刃先交換式切削工具用ホルダを提供できる。
【００１０】
上述の刃先交換式切削工具用ホルダにおいて、前記小空間が工具軸方向に沿って延びる構成としてもよい。
【００１１】
上述の構成によれば、ハニカム構造が軸方向に延びるため、軸方向の剛性を高めた刃先交換式切削工具用ホルダを提供できる。
【００１２】
上述の刃先交換式切削工具用ホルダにおいて、前記小空間が前記工具軸から径方向に沿って放射状に延びる構成としてもよい。
【００１３】
上述の構成によれば、ハニカム構造が径方向に延びるため、径方向の剛性を高めた刃先交換式切削工具用ホルダを提供できる。
【００１４】
上述の刃先交換式切削工具用ホルダにおいて、前記小柱部が、前記接続部から放射状に延びて立体格子を構成する棒体である構成としてもよい。
【００１５】
上述の構成によれば、支柱部として立体格子が採用されるため、何れの方向からの応力に対しても高い剛性を奏することができる刃先交換式切削工具用ホルダを提供できる。
【００１６】
上述の刃先交換式切削工具用ホルダにおいて、前記外殻部には、前記空洞部を外部と連通させる開口が設けられている構成としてもよい。
【００１７】
上述の構成によれば、外殻部のうち、刃先交換式切削工具用ホルダの剛性への寄与が小さい部分に開口を設けることで更なる軽量化を実現できる。
【００１８】
本発明の一態様の刃先交換式切削工具用ホルダは、前記刃先交換式切削工具用ホルダと、前記刃先交換式切削工具用ホルダに保持された複数の切削インサートと、を備える。
【００１９】
この構成によれば、十分な剛性を確保しつつ軽量化した刃先交換式切削工具を提供できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の刃先交換式切削工具用ホルダおよび刃先交換式切削工具によれば、十分な剛性を確保しつつ従来の切削工具に対し更なる軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の刃先交換式切削工具の正面図。
【図２】第１実施形態の刃先交換式切削工具の底面図。
【図３】図１のIII−III線に沿う断面図。
【図４】図２のIV−IV線に沿う断面図。
【図５】第２実施形態の刃先交換式切削工具の底面図。
【図６】第２実施形態の刃先交換式切削工具の断面図。
【図７】図５のVII−VII線に沿う断面図。
【図８】第３実施形態の刃先交換式切削工具の正面図。
【図９】第３実施形態の刃先交換式切削工具の平面図。
【図１０】第３実施形態の刃先交換式切削工具の底面図。
【図１１】図１０のXI−XI線に沿う断面図。
【図１２】第３実施形態の支柱部の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る刃先交換式切削工具について説明する。以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。
また、以下の説明においては、Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側，一方側）を「上側」と呼び、Ｚ軸方向の負の側（−Ｚ側，他方側）を「下側」と呼ぶ。なお、本明細書における上下方向は、刃先交換式切削工具の使用時の姿勢の一例であり、刃先交換式切削工具の姿勢を限定するものではない。また、特に断りのない限り、刃先交換式切削工具の工具軸Ｏに平行な方向を単に「軸方向」又は「上下方向」と呼び、工具軸Ｏを中心とする径方向を単に「径方向」と呼ぶ。
【００２３】
＜第１実施形態＞
以下、第１実施形態の切削工具（刃先交換式切削工具）１について図面を基に説明する。
図１および図２は、それぞれ切削工具１の正面図および底面図である。また、図３は図１のIII−III線に沿う断面図であり、図４は図２のIV−IV線に沿う断面図である。
【００２４】
本実施形態の切削工具１は、正面フライスカッタである。切削工具１は、切刃３１により金属材料等からなる被削材にフライス加工を施す。切削工具１は、回転軸を中心として回転する図示略のアーバの下端に取り付けられる。切削工具１は、その工具軸Ｏをアーバの回転軸と一致するようにアーバに固定され、アーバによって工具軸Ｏを中心として工具回転方向Ｔ（図２参照）に回転させられる。
【００２５】
切削工具１は、工具本体（刃先交換式切削工具用ホルダ）１０と、工具本体１０に着脱可能に取り付けられる複数の切削インサート３０と、を備える。
【００２６】
切削インサート３０は、超硬合金等の硬質材料からなる。切削インサート３０は、工具本体１０の先端外周部１０ａに工具軸Ｏ周りに互いに間隔をあけて設けられる取付座４７にクランプネジ３５によって着脱可能に取り付けられる。切削インサート３０は、多角形板状をなす。切削インサート３０の多角形状の主面と側面と交差稜線部には、切刃３１が設けられている。
【００２７】
図２に示すように、工具本体１０は、工具軸Ｏを中心とする円盤状をなす。工具本体１０は、図示略のアーバに取り付けられて工具軸Ｏ周りに回転させられる。工具本体１０は、先端外周部１０ａにおいて間隔をあけて複数の切削インサート３０を保持する。工具本体１０には、工具軸Ｏと平行に延びる第１の固定孔１１と第２の固定孔１１、１２とが設けられている。第１の固定孔１１は、平面視で工具本体１０の中央に位置する。第１の固定孔１１には、アーバの先端部分が挿入される。第２の固定孔１２は、工具軸Ｏを中心とする仮想円上に等ピッチで４つ配列される。第２の固定孔１２には、工具本体１０をアーバに固定するためのネジが通過する。
【００２８】
図４に示すように、工具本体１０は、内側に空洞部２を形成する外殻部４０と、空洞部２内に位置して外殻部４０を支持する支柱部２０と、を有する。工具本体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。
【００２９】
外殻部４０は、工具本体１０の外部に露出する表面を構成する。本実施形態の外殻部４０は、空洞部２を閉塞させて囲む。なお、外殻部４０には、空洞部２を外部と連通させる開口が設けられていてもよい（図８の開口２４９参照）。
【００３０】
外殻部４０は、工具軸Ｏを中心として軸方向に沿って延びる略円筒状の外筒部４１と、外筒部４１の内側に配置され内側部分に第１の固定孔１１を構成する内筒部４８と、軸方向の両端に位置し外筒部４１と内筒部４８との間の空間を上下方向から閉塞する上底部４２および下底部４３と、外筒部４１の下側に位置し径方向外側に傍出する複数のインサート支持部４５と、を有する。
【００３１】
上底部４２には、径方向に沿って延びる直線状のキー溝４４が設けられている。キー溝４４は、上側に開口する。キー溝４４には、アーバの下端に設けられたキーが嵌合する。
下底部４３には、凹部４３ａが設けられている。凹部４３ａの下面には、第２の固定孔１２に挿入され工具本体１０をアーバに固定するネジ（図示略）の頭部が接触する。
【００３２】
図２に示すように、インサート支持部４５は、工具軸Ｏ周りに略等間隔に設けられている。インサート支持部４５同士の間にはチップポケット４６が設けられている。インサート支持部４５の工具回転方向Ｔを向く壁面には、切削インサート３０を取り付けるための取付座４７が設けられている。
【００３３】
図３に示すように支柱部２０は、複数の接続部２１ａと、接続部２１ａから放射状に延びて隣り合う接続部２１ａ同士を繋ぐ複数の板体（小柱部）２１と、を有する。支柱部２０は、板体２１を正六角形に組み合わせることで構成されている。
【００３４】
接続部２１ａは、軸方向に沿って直線状に延びる。接続部２１ａは、平面視において規則的に並んでいる。接続部２１ａには、３つの板体２１が接続されている。
板体２１の板面は軸方向に沿って延びる。すなわち、板体２１は、接続部２１ａに沿って延びる。３つの板体２１は、接続部２１ａから水平方向に広がように放射状に延びている。平面視における複数の板体２１の長さは、等しい。すなわち、板体２１によって接続される一対の接続部２１ａの平面視における距離は等しい。３つの板体２１は、接続部２１ａを中心として等角度で配置されている。したがって、３つの板体２１は、接続部２１ａを中心として互いに１２０°間隔で配置されている。
【００３５】
６つの接続部２１ａを繋ぐ６つの板体２１は、空洞部２の内部に小空間２ａを形成する。すなわち、板体２１は、空洞部２を複数の小空間２ａに区画する。また、小空間２ａは、６つの板体２１に囲まれている。小空間２ａは、平面視において六角形である。小空間２ａは、平面視において空洞部２の内部に規則的に並び、軸方向に沿って延びる。
【００３６】
支柱部２０は、このような接続部２１ａを中心として３つの板体２１を組み合わせた構造を水平面内で配列して板体２１の内側を六角形とするハニカム構造を構成する。このようなハニカム構造は、板体２１で囲まれた六角形の小空間２ａが延びる方向（本実施形態では軸方向）に付与された応力に対し板体２１の座屈が抑制されて剛性を高めることができる。
【００３７】
本実施形態によれば、空洞部２にハニカム構造の支柱部２０が設けられているため、少ない材料で高剛性を実現でき、結果的に軽量な切削工具１を提供できる。
また、本実施形態の切削工具１によれば、支柱部２０のハニカム構造が軸方向に沿って延びるため、軸方向の剛性を高めた切削工具１を提供できる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態の切削工具（刃先交換式切削工具）１０１について図面を基に説明する。
図５は、切削工具１０１の底面図である。図６は、図３に対応する切削工具１０１の断面図である。また、図７は、図５のVII−VII線に沿う断面図である。なお、図１は、第１実施形態のみならず本実施形態の切削工具１０１の正面図を表す。
【００３９】
本実施形態の切削工具１０１は、第１実施形態と比較して、主に支柱部１２０の構成が異なる。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
切削工具１０１は、工具本体（刃先交換式切削工具用ホルダ）１１０と、工具本体１１０に着脱可能に取り付けられる複数の切削インサート３０と、を備える。
【００４１】
工具本体１１０は、内側に空洞部１０２を形成する外殻部１４０と、空洞部１０２内に位置して外殻部１４０を支持する支柱部１２０と、を有する。
【００４２】
図７に示すように、支柱部１２０は、複数の接続部１２１ａと、接続部１２１ａから放射状に延びて隣り合う接続部１２１ａ同士を繋ぐ複数の板体（小柱部）１２１と、を有する。
接続部１２１ａは、工具軸Ｏから径方向に沿って直線状に延びる。接続部１２１ａには、３つの板体１２１が接続されている。
板体１２１の板面は工具軸Ｏから径方向に沿って延びる。すなわち、板体１２１は、接続部１２１ａに沿って延びる。３つの板体１２１は、接続部１２１ａから放射状に延びる。
６つの接続部１２１ａを繋ぐ６つの板体１２１は、空洞部１０２の内部に小空間１０２ａを形成する。すなわち、小空間１０２ａは、６つの板体１２１に囲まれている。小空間１０２ａは、平面視において六角形である。小空間１０２ａは、工具軸Ｏから径方向に沿って延びる。本実施形態の小空間１０２ａは、径方向から見て軸線方向に引き延ばされた形状を有する。
【００４３】
本実施形態によれば、空洞部１０２にハニカム構造の支柱部１２０が設けられているため、少ない材料で高剛性を実現でき、結果的に軽量な切削工具１０１を提供できる。
また、本実施形態の切削工具１０１によれば、支柱部１２０のハニカム構造を構成する板体１２１が径方向に沿って延びるため、径方向の剛性を高めた切削工具１０１を提供できる。
【００４４】
なお、本実施形態の板体１２１および板体１２１により区画される小空間１０２ａは、工具軸Ｏに対して直交する方向（径方向）に延びる。しかしながら、板体１２１および小空間１０２ａの延びる方向は、径方向に沿っていれば、工具軸Ｏに対して直交する方向に対して傾斜していてもよい。一例として、板体１２１および小空間１０２ａは、径方向外側に向かうに従って下方に向かう方向に傾斜して延びていてもよい。
【００４５】
＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態の切削工具（刃先交換式切削工具）２０１について図面を基に説明する。
図８、図９および図１０は、それぞれ切削工具２０１の正面図、平面図および底面図である。また、図１１は図１０のXI−XI線に沿う断面図である。
【００４６】
本実施形態の切削工具２０１は、第１実施形態と比較して、外殻部２４０および支柱部２２０の構成が主に異なる。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４７】
切削工具２０１は、工具本体（刃先交換式切削工具用ホルダ）２１０と、工具本体２１０に着脱可能に取り付けられる複数の切削インサート３０と、を備える。
【００４８】
図１１に示すように、工具本体２１０は、内側に空洞部２０２を形成する外殻部２４０と、空洞部２０２内に位置して外殻部２４０を支持する支柱部２２０と、を有する。なお、図８〜図１１において、支柱部２２０を簡略化してドット模様として示す。
【００４９】
外殻部２４０は、工具本体２１０の外部に露出する表面を構成する。上述の実施形態と同様に、外殻部２４０は、外筒部２４１と、内筒部２４８と、上底部２４２と、下底部２４３と、複数のインサート支持部２４５と、を有する。
本実施形態において、外筒部２４１は、円筒形状の円筒部２４１ａと円筒部２４１ａの下端から下側に向かって直径を大きくするテーパ部２４１ｂと、を有する。インサート支持部２４５は、工具軸Ｏ周りに略等間隔に設けられている。
【００５０】
図１０に示すように、インサート支持部２４５は、外筒部２４１の下側に位置し径方向外側に傍出する。インサート支持部２４５同士の間にはチップポケット２４６が設けられている。インサート支持部２４５の工具回転方向Ｔを向く壁面には、切削インサート３０を取り付けるための取付座２４７が設けられている。
【００５１】
図８に示すように、外殻部２４０には、内側の空洞部２０２を外部と連通させる開口２４９が設けられている。空洞部２０２内には、支柱部２２０が形成されている。したがって、支柱部２２０は、開口２４９において露出している。開口２４９は、外殻部２４０の上底部２４２、下底部２４３およびインサート支持部２４５に連なる様に形成されている。
【００５２】
切削工具２０１により切削加工を行う場合に、外殻部２４０の各部位には切削時の反力に起因する応力が付与される。開口２４９は、外殻部２４０において、切削時の反力に起因する応力が比較的小さい部分に設けられる。すなわち、開口２４９は、外殻部２４０のうち、切削工具２０１の剛性への寄与が小さい部分に設けられる。これによって、切削工具２０１の剛性を確保しつつ切削工具２０１お軽量化を図ることができる。
【００５３】
図８に示すように、インサート支持部２４５は、工具回転方向Ｔ側に位置する第１領域Ａ１と、工具回転方向Ｔと反対側に位置する第２領域Ａ２と、に区画される。切削インサート３０を取り付ける取付座２４７は、第１領域Ａ１に設けられている。また、開口２４９は、インサート支持部２４５において、第２領域Ａ２の径方向外側を向く部分に設けられている。本実施形態によれば、開口２４９をインサート支持部２４５の第２領域Ａ２に設けることで、切削時の反力を受けやすい第１領域Ａ１の剛性を十分に確保しつつ軽量化を図ることができる。
【００５４】
図１２は、支柱部２２０の模式図である。
支柱部２２０は、複数の第１の接続部（接続部）２２０Ａと、複数の第２の接続部（接続部）２２０Ｂと、第１および第２の接続部２２０Ａ、２２０Ｂを繋ぐ棒体（小柱部）２２１と、を有する。
【００５５】
第１および第２の接続部２２０Ａ、２２０Ｂは、三次元空間内に規則的に並ぶ。第１の接続部２２０Ａには、４つの棒体２２１が接続されている。また、第２の接続部２２０Ｂには、８つの棒体２２１が接続されている。
【００５６】
棒体２２１は、第１および第２の接続部２２０Ａ、２２０Ｂから放射状に延びている。本実施形態において、複数の棒体２２１は、同じ長さに形成されている。棒体２２１の横断面形状は、円形であっても、正六角形などの多角形であってもよい。棒体２２１の横断面の直径は例えば１ｍｍ程度である。４つの棒体２２１は、２つの第１の接続部２２０Ａおよび２つの第２の接続部２２０Ｂを環状に繋ぐことでひし形の小要素２２５を形成する。本実施形態の支柱部２２０は、複数の小要素２２５が立体的に配列されることで構成されている。なお、図１２において、１つの小要素２２５をドット模様にて強調して表示する。
【００５７】
棒体２２１は、第１および第２の接続部２２０Ａ、２２０Ｂ側から圧縮する応力に対して高い剛性を奏する。本実施形態では、複数の棒体２２１の延びる方向がそれぞれ異なるため、様々な方向に対して剛性を高めた支柱部２２０を構成できる。さらに、本実施形態によれば、第１および第２の接続部２２０Ａ、２２０Ｂにおいて接続される棒体２２１の数が異なるため、棒体２２１が延びる方向の多様性が確保されており、より多方向からの応力に強い支柱部２２０が構成できる。すなわち、本実施形態によれば、剛性の異方性が低い支柱部２２０を構成することができ、様々な切削パターンに対応可能な切削工具２０１を提供できる。
【００５８】
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。
【００５９】
例えば、第１および第２実施形態において、ハニカム構造は軸方向又は径方向の何れか一方向に沿って延びる場合を例示したが、支持部のハニカム構造が延びる方向は、部位によって異なっていても良い。すなわち、支持部は、部位ごとに各実施形態の構成を組み合わせたものであってもよい。また、軸方向に延びるハニカム構造と径方向に延びるハニカム構造を空洞部の内部で互いに重ね合わせた形状であってもよい。
【００６０】
各実施形態では、切刃交換式の切削工具として正面フライスカッタを例示しして説明した。しかしながら切削工具は、切刃交換式のドリルであってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１，１０１，２０１…切削工具（刃先交換式切削工具）
２，１０２，２０２…空洞部
２ａ，１０２ａ…小空間
１０，１１０，２１０…工具本体（刃先交換式切削工具用ホルダ）
１０ａ…先端外周部
２０，１２０，２２０…支柱部
２１，１２１…板体（小柱部）
２１ａ，１２１ａ…接続部
３０…切削インサート
４０，１４０，２４０…外殻部
２２０Ａ…第１の接続部（接続部）
２２０Ｂ…第２の接続部（接続部）
２２１…棒体（小柱部）
２４９…開口
Ｏ…工具軸
【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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