(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャンク部からヘッド部へクーラントを流通させる流路が内部に設けられた本体部と、
前記流路のうち前記ヘッド部の開口端部に配設され、切削領域へ向けて前記クーラントを吐出するノズルと
を備え、
前記ノズルは、前記シャンク部から前記ヘッド部へ前記クーラントが供給された場合に前記クーラントの流圧により前記切削領域の方向へ突出する突出状態となり、前記ノズルの先端部が前記開口端部の方向へ外力を受けた場合に退避する退避状態となり、
前記ノズルは、前記退避状態において、前記先端部とは反対側の、前記流圧を受ける後端部が他の部材と接触するが面接触しない切削工具。
【請求項２】
前記ヘッド部は、交換式の切削インサートを装着する装着部を有する請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記ノズルを前記開口端部に配設するために前記ヘッド部に設けられた貫通孔は止栓によって封塞され、
前記ノズルは、前記退避状態において、前記後端部が前記止栓と接触する請求項１または２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記止栓の中心軸と前記ノズルの中心軸は、交差またはねじれの関係にある請求項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、切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削工具を用いてワークを切削する場合に、発生する熱を除去したり、摩擦力を低減したりするために、切削領域へ向けてクーラントを吐出する技術が知られている。特に、クーラントを吐出させるノズルをヘッド部に設けた切削工具が、近年着目されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１２−５１７９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノズルを切削工具のヘッド部に進退可能に設け、クーラントの流圧を利用して退避状態から突出状態へノズルを遷移させる構造を採用した場合に、切削工具へクーラントの供給を開始してもノズルが突出状態に遷移しない事象がしばしば発生している。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、進退可能に設けられたノズルが、クーラントの供給開始と共に確実に突出状態へ遷移する切削工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の具体的な態様における切削工具は、シャンク部からヘッド部へクーラントを流通させる流路が内部に設けられた本体部と、当該流路のうちヘッド部の開口端部に配設され、切削領域へ向けてクーラントを吐出するノズルとを備え、当該ノズルは、シャンク部からヘッド部へクーラントが供給された場合にクーラントの流圧により切削領域の方向へ突出する突出状態となり、ノズルの先端部が開口端部の方向へ外力を受けた場合に退避する退避状態となり、また、当該ノズルは、退避状態において、先端部とは反対側の、流圧を受ける後端部が他の部材と面接触しない。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、クーラントの供給開始と共に確実にノズルを突出状態へ遷移させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る切削工具の全体斜視図である。
【図２】ノズルが突出状態であるヘッド部の外観斜視図である。
【図３】ノズルが退避状態であるヘッド部の外観斜視図である。
【図４】本体部の内部に設けられた流路等を示す部分透視図である。
【図５】ノズルの突出状態を示すヘッド部の断面概略図である。
【図６】ノズルの退避状態を示すヘッド部の断面概略図である。
【図７】ノズルと止栓の他の実施例を示す概略図である。
【図８】ノズルと止栓のさらに他の実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る切削工具１００の全体斜視図である。本実施形態における切削工具１００は、旋盤用の切削工具である。切削工具１００は、本体部１１０とノズル１５０を備える。本体部１１０は、旋盤のチャックに固定される柄の部分であるシャンク部１２０と、ノズル１５０が配設され、切削インサート２００が装着されるヘッド部１３０とを有する。シャンク部１２０は、後述する内部流路にクーラントを供給するための供給口１２１が設けられている。クーラントは、外部のタンクから供給口１２１に接続されたホースを介して切削工具１００の内部流路へ供給される。なお、クーラントの切削工具１００への供給は、ホースを介さず、工作機械の刃物台やチャックに設けられたクーラント供給口に直結する形式であっても良い。
【００１１】
ヘッド部１３０は、ノズル１５０を後述するように進退可能にガイドするノズルガイド部１３１と、切削インサート２００を収容して装着できるように凹形状に形成された装着部１３２とを有する。本実施形態におけるノズルガイド部１３１は、シャンク部１２０およびヘッド部１３０と一体的に形成されているが、ヘッド部１３０に対して着脱可能に構成することもできる。着脱可能に構成する場合には、後述するようにノズル１５０をノズルガイド部１３１の後端から挿入する場合に限らず、ヘッド部１３０と接する接触面側からノズル１５０を組み込むこともできる。着脱可能に構成されたノズルガイド部１３１は、例えば、締結ビスによってヘッド部１３０の上面に固定される。
【００１２】
切削インサート２００は、例えば図示するような菱形形状をなす交換可能な刃先チップであり、装着部１３２に載置され、固定ねじ２１０によって装着部１３２へ固定される。一定の使用を経て切削能力が低下した切削インサート２００は、装着部１３２から取り外され、他の切削インサート２００へ交換される。なお、本実施形態においては、菱形の切削インサート２００を装着する切削工具１００を説明するが、三角形、矩形、円形等の他の形状の切削インサートを装着できる切削工具であっても良い。また、切削インサートを装着部に載置して固定する切削工具に限らず、他の装着手法を採用する切削工具であっても良い。
【００１３】
図２は、ノズル１５０が突出状態であるヘッド部１３０の外観斜視図である。切削工具１００へのクーラントの供給が開始されると、ノズル１５０は、ノズルガイド部１３１にガイドされてノズルガイド部１３１の開口端部１３３から矢印で示す方向へ飛び出し、突出状態となる。矢印で示す方向は、切削インサート２００の刃がワークと接触してワークを削る領域とその周辺領域である切削領域の方向である。したがって、クーラントは、切削工具１００がワークを切削する使用状態において、ノズル１５０から切削領域へ向けて吐出される。
【００１４】
クーラントは、切削領域で発生する熱を除去したり、刃先とワークの摩擦力を低減したりするために供給される媒体であり、水と油を混合したエマルジョン、切削油、圧縮空気、液化ガス等が用いられる。熱除去や摩擦力低減の効果を高めるために、ノズル１５０の吐出口はできるだけ切削領域に近いことが好ましい。ノズル１５０の吐出口が切削領域に近ければ、遠い場合と比較して少量のクーラントで同等の熱除去や摩擦力低減の効果を得ることができる。また、少量のクーラントを供給すれば良いのであれば、ヘッド部１３０の内部に設ける流路も狭小化できるので、ヘッド部１３０を小型化することができる。この観点から、本実施形態におけるノズル１５０は、突出状態において、先端部である吐出口が固定ねじ２１０の中心よりも切削領域側まで伸延するように構成されている。
【００１５】
図３は、ノズル１５０が退避状態であるヘッド部１３０の外観斜視図である。切削工具１００へクーラントが供給されていなければ、ノズル１５０は、例えば作業者によりその先端部が開口端部１３３の方向へ押されることにより、ノズルガイド部１３１の内部に収容されて退避する退避状態となる。より具体的には、ノズル１５０は、切削インサート２００の上部空間から退避する。
【００１６】
このように、退避状態においてノズル１５０が切削インサート２００の上部空間から退避すれば、作業者は、切削インサート２００の交換作業を行いやすく、ノズル１５０を損傷する恐れも少ない。なお、切削インサート２００の交換作業を行いやすい限りにおいては、退避状態においてノズル１５０の一部が当該上部空間を覆っていても良い。
【００１７】
図４は、本体部１１０の内部に設けられた流路等を示す部分透視図である。本体部１１０において、外部より観察できる形状を点線で示し、内部流路を実線で示している。また、ノズル１５０と、止栓１７１、１７２の外観形状を実線で示している。
【００１８】
上述のように、本体部１１０の内部には、シャンク部１２０からヘッド部１３０へクーラントを流通させる流路が設けられている、本実施形態において当該内部流路は、それぞれドリルで形成された孔である中央孔１６１、ヘッド孔１６２、止栓孔１６３、ガイド孔１６４を含んで形成されている。中央孔１６１は、主にシャンク部１２０の内部においてシャンク部１２０の長手方向に沿って設けられた流路であり、上述の供給口１２１と連通している。ヘッド孔１６２は、ヘッド部１３０の内部に設けられた流路であって、中央孔１６１の端部と連通している。ヘッド孔１６２は、中央孔１６１から流れ込むクーラントをノズルガイド部１３１の方向へ導く。ヘッド部１３０の下面に位置するヘッド孔１６２のドリル開口は、止栓１７１によって封塞される。止栓１７１は、イモネジや金属栓等を採用することができる。
【００１９】
止栓孔１６３とガイド孔１６４は、ノズルガイド部１３１の内部に設けられた流路であって、ほぼ同一方向に沿って互いに連通している。ヘッド孔１６２の一端は、止栓孔１６３とガイド孔１６４の境界付近、あるいは止栓孔１６３のうち当該境界に近い位置に接続され、連通している。止栓孔１６３の内径は、ノズルガイド部１３１の内径よりも大きい。ノズル１５０は、ノズルガイド部１３１の後端に開口する止栓孔１６３の後端開口１３５から挿入されてガイド孔１６４に配設される。ガイド孔１６４は、ノズルガイド部１３１の先端側に、ノズル１５０の先端部が外部空間へ向けて突出する開口端部１３３を有する。すなわち、止栓孔１６３とガイド孔１６４は、合わせてノズルガイド部１３１を貫通する貫通孔として形成されている。
【００２０】
ノズル１５０の外周面は、ガイド孔１６４の内周面に対して摺動可能に嵌合し、ノズル１５０は、ガイド孔１６４の中心軸方向にガイドされる。また、ガイド孔１６４のうち開口端部近傍の内径は、他の部分の内径よりも小さく形成されており、その内径の違いによって鍔状の突当部１３４が形成されている。ノズル１５０は、ガイド孔１６４の内周に嵌合する外周面の前端に段差部１５１が設けられており、ノズル１５０が開口端部１３３から突出する場合に、段差部１５１が突当部１３４に突き当たることにより、ノズル１５０の抜けが防止される。すなわち、突出状態においては、ノズル１５０のうちほぼ段差部１５１よりも先端側の部分が、開口端部１３３より突出していることになる。
【００２１】
止栓１７２は、ノズル１５０をガイド孔１６４へ配設した後に止栓孔１６３へねじ込まれて後端開口１３５を封塞する。止栓１７２は、止栓１７１と同様に、イモネジや金属栓等を採用することができる。
【００２２】
図５は、ノズル１５０の突出状態を示すヘッド部１３０の断面概略図である。ヘッド孔１６２から止栓孔１６３およびガイド孔１６４へ供給されるクーラントは、ガイド孔１６４に嵌合するノズル１５０の内孔１５２へ流入し、先端部１５３の開口から吐出される。このとき、内孔１５２のうち先端部１５３とは反対側であるノズル１５０の後端部１５４の近傍に設けられたテーパ部１５５は、ノズル１５０を突出方向へ遷移させる力として作用するクーラントの流圧を受ける。すなわち、クーラントがノズル１５０の内孔１５２を流通すると、テーパ部１５５が受ける流圧により、ノズル１５０が突出方向へ摺動する。そして、段差部１５１が突当部１３４と接触し、ノズル１５０は、突出状態となる。クーラントが供給されている間は、テーパ部１５５が流圧を受け続けるので、ノズル１５０の突出状態が維持される。なお、ガイド孔１６４の少なくとも一部は、上述のようにノズル１５０をガイドする機能を担うので、内部流路としては、ノズル１５０の内孔１５２を介して間接的にクーラントを流通させていると言える。
【００２３】
図６は、ノズル１５０の退避状態を示すヘッド部１３０の断面概略図である。クーラントが供給されていない状態ではノズル１５０を突出させる力が作用しないので、上述のように先端部１５３が外力により押圧されると、ノズル１５０は、退避状態になる。退避状態においてはノズル１５０の後端部１５４が止栓１７２の端面１７３に突き当たり、ノズル１５０の全体がノズルガイド部１３１の内部に入り込んでしまうことを防いでいる。別言すれば、止栓１７２は、ノズル１５０の適切な退避状態を実現するように、止栓孔１６３の内部で配設位置が調整されている。
【００２４】
さて、進退可能なノズル構造を採用した従前の切削工具においては、切削工具へクーラントの供給を開始してもノズルが突出状態に遷移しない事象がしばしば発生している。本願発明者がこれを分析したところ、クーラントにより湿潤状態にあるノズルの後端面が、ノズルの退避状態においてストッパとなる他の部材と面接触状態で密着していることを見出した。面接触状態で密着すると、クーラントがノズルの内孔に進入しない、あるいは進入しても密着を引き剥がすだけの流圧を与えられないということがわかった。
【００２５】
そこで、本実施形態においける切削工具１００は、退避状態において、クーラントの流圧を受けるノズル１５０の後端部１５４が、止栓１７２の端面１７３と面接触しない構造を採用した。具体的には、止栓１７２のねじ込み方向の中心軸とノズル１５０の進退方向の中心軸を同軸とはせず、互いに交差するように構成した。そのために、ノズル１５０をガイドするガイド孔１６４の中心軸に対して、止栓１７２と嵌合する止栓孔１６３の中心軸を数度傾けている（図の例では約７度）。止栓１７２の端面１７３は、一般的に、止栓１７２のねじ込み方向の中心軸に対して直交する平面として形成されているので、このような構造を採用することにより、ノズル１５０の後端部１５４と面接触することがない。
【００２６】
ノズル１５０の後端部１５４と止栓１７２の端面１７３が面接触していないので、互いに密着する力が作用せず、また両者間に間隙が生じるので、クーラントが進入しやすくなる。したがって、ノズル１５０は、クーラントが供給されるとその流圧を受けやすくなり、確実に退避状態から突出状態へ遷移することができる。なお、止栓１７２の中心軸とノズル１５０の中心軸は、互いに交差する関係に限らず、ねじれの関係にある場合でも、ノズル１５０の後端部１５４と止栓１７２の端面１７３の面接触を回避することができる。
【００２７】
なお、止栓１７２の中心軸とノズル１５０の中心軸の交差角（上記の例では約７度）やねじれ角は、ノズル１５０の後端部１５４と止栓１７２の端面１７３との間に留まるクーラントの表面張力によって両者が実質的に密着することを防ぐ角度が望ましい。後端部１５４の形状やクーラントの粘性にも依るが、具体的には、後端部１５４の全体および端面１７３の全体の少なくともいずれかが、残留するクーラントによって覆われない程度の角度を採用すると良い。
【００２８】
以上本実施形態の一実施例を説明したが、ノズル１５０の後端部１５４が他の部材と面接触をしない構造は、他にも多様に採用し得る。以下にいくつかの他の実施例について説明する。
【００２９】
図７は、ノズル１５０’と止栓１７２の他の実施例を示す概略図である。ノズル１５０’は、テーパ部１５５に代えて後端部にフランジ部１５６が設けられており、主にフランジ部１５６が、ノズル１５０’を退避状態から突出状態へ遷移させるクーラントの流圧を受ける。このような構造においては、フランジ部１５６のフランジ面が止栓１７２の端面１７３と点接触あるいは線接触するので、やはり両者間に間隙が生じ、ノズル１５０’は、クーラントが供給されるとその流圧を受けやすくなる。
【００３０】
図８は、ノズル１５０’と止栓１７２のさらに他の実施例を示す概略図である。ノズル１５０’は、図７におけるノズル１５０’と同一であり、フランジ部１５６を備える。止栓１７２は、フランジ部１５６と接触させるための突起部１７４を備える。このように構成されたノズル１５０’と止栓１７２は、互いに点接触するので、やはり両者間に間隙が生じ、ノズル１５０’は、クーラントが供給されるとその流圧を受けやすくなる。このような構造を採用する場合は、止栓１７２の中心軸とノズル１５０の中心軸は、互いに同軸であっても構わない。また、ノズルの後端部は、フランジ部１５６を採用する場合に限らず、突起部１７４を点接触で受ける構成であれば、いずれの構成であっても構わない。また、突起部１７４は、複数で構成されていなくても良く、ノズルの後端部との間に間隙が生じ得る構成であれば良い。例えば、止栓の端面が全体的に凸状の曲面で構成され、これをノズルの後端部に設けられた平面部が点接触で受ける構成であっても良い。
【００３１】
以上説明した各実施例において「面接触しない」構成を説明したが、点接触や線接触であってもミクロ領域で観察すれば厳密には微小面で接触しているとも言える。そこで、本実施形態において「面接触しない」とは、相互の接触面積が後端部１５４の投影面積に対して３％以内に収まることを意味するものとする。この範囲に収まる接触面積であれば、後端部がクーラントの流圧を受けたときに、ノズルが突出状態へ適切に遷移することが確認できた。
【００３２】
以上の各実施例で説明したストッパ構造は、後退するノズルの後端部を止栓で受ける構造を説明したが、ノズルの後端部を他の部材で受ける構造であっても構わない。いずれにしても、ノズルの後端部が当該他の部材と面接触をしないようにすれば良い。また、上述の実施例のように切削インサート２００が切削工具１００へ着脱可能に装着される交換式の場合に限らず、切削刃がヘッド部１３０の先端に一体的に形成された切削工具であっても良い。このような切削工具であっても、非使用状態においてノズルが退避状態になっていれば、ノズルの損傷を防ぐ効果を期待できる。また、以上説明した切削工具１００は旋盤用工具であったが、上述のような構造は、旋盤に限らず他の工作機械に利用される切削工具にも適用し得る。例えば、フライス盤やボール盤に用いられる切削工具にも組み込むことができる。
【符号の説明】
【００３３】
１００  切削工具、１１０  本体部、１２０  シャンク部、１２１  供給口、１３０  ヘッド部、１３１  ノズルガイド部、１３２  装着部、１３３  開口端部、１３４  突当部、１３５  後端開口、１５０、１５０’  ノズル、１５１  段差部、１５２  内孔、１５３  先端部、１５４  後端部、１５５  テーパ部、１５６  フランジ部、１６１  中央孔、１６２  ヘッド孔、１６３  止栓孔、１６４  ガイド孔、１７１、１７２  止栓、１７３  端面、１７４  突起部、２００  切削インサート、２１０  固定ねじ
【要約】
【課題】進退可能に設けられたノズルが、クーラントの供給開始と共に確実に突出状態へ遷移する切削工具を提供する。
【解決手段】切削工具は、シャンク部からヘッド部へクーラントを流通させる流路が内部に設けられた本体部と、当該流路のうちヘッド部の開口端部に配設され、切削領域へ向けてクーラントを吐出するノズルとを備え、当該ノズルは、シャンク部からヘッド部へクーラントが供給された場合にクーラントの流圧により切削領域の方向へ突出する突出状態となり、ノズルの先端部が開口端部の方向へ外力を受けた場合に退避する退避状態となり、また、当該ノズルは、退避状態において、先端部とは反対側の、流圧を受ける後端部が他の部材と面接触しない。
【選択図】図６【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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