(57)【要約】【課題】中空状ボーリングバーの先端に設けたボーリングヘッドの頂部に大小２つの排出口に、該ボーリングヘッドの外周面と切削穴内周面との間の流通間隙を通して切刃側へ供給されるクーラントを切り屑と共に流入させてボーリングバー内部を通して外部へ排出する深穴切削装置として、切り屑の排出性に優れて切削能率が高く、小排出口側の詰まりによる切削不能を確実に回避できるものを提供する。【解決手段】両排出口３，４へのクーラント流入量の比を、両排出口３，４の開口面積比と同一、もしくは小排出口４への流入量が開口面積比よりも多い割合となるように、流通間隙Ｔを設定する。【選択図】　　　　図１
2004090105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状ボーリングバーの先端に設けたボーリングヘッドの頂部に、その頂面から外周面にわたって開口してボーリングバー内部に連通する大小２つの排出口と、各排出口のボーリングヘッド頂面に臨む開口側縁に取着された切刃とを備え、該ボーリングヘッドの外周面と切削穴内周面との間の流通間隙を通して切刃側へ供給されるクーラントを切削にて発生する切り屑と共に前記両排出口に流入させてボーリングバー内部を通して外部へ排出する深穴切削装置において、
前記両排出口へのクーラント流入量の比が、両排出口の開口面積比と同一、もしくは小排出口への流入量が該開口面積比よりも多い割合となるように、前記流通間隙を設定してなる深穴切削装置。
【請求項２】
小排出口へのクーラント流入量が、大排出口へのクーラント流入量以下となるように、前記流通間隙を設定してなる請求項１記載の深穴切削装置。
【請求項３】
ボーリングヘッドの頂部における前記両排出口によって分かたれた両側の外周面に、両排出口の開口下縁に沿う外周部よりも前記流通間隙を狭くする膨出部が形成され、両排出口の各々から周方向に続く非膨出部の有無又は大小によって前記クーラント流入量の比が設定されてなる請求項１又は２に記載の深穴切削装置。
【請求項４】
大排出口から周方向に続く非膨出部を有さず、小排出口からヘッド回転方向後方側のガイドパッド取付位置まで続く非膨出部を有してなる請求項３記載の深穴切削装置。
【請求項５】
大排出口側に中央部切刃及び周辺部切刃が取着されると共に、小排出口側に中間部切刃が取着され、両排出口の開口面積比が略２：１であり、大排出口／小排出口のクーラント流入量の比を２／１〜１／１に設定してなる請求項１〜４のいずれかに記載の深穴切削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切削加工中に生じる切り屑をボーリングヘッドに設けた排出口からクーラントと共に中空状ボーリングバーの内部を通して外部へ排出するようにした深穴切削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、深穴加工の切削能率は、工具系の能力よりも、加工中に切削穴内部に発生する切り屑の外部への排出能力に大きく依存する。このため、深穴切削装置では、中空状ボーリングバーを用いると共に、ボーリングヘッドの頂部に頂面から周面にわたって開口する排出口を設け、切り屑を切刃部へ供給されるクーラントと共に該排出口から該ボーリングバーの内部を通して外部へ排出するようにしている。しかして、切削穴径が比較的に大きい深穴切削に適用するボーリングヘッドとして、切削穴の中央部から周辺部に至る切削域の各々一部の切削を担う複数の切刃を用いると共に、これら切刃を大小２つの前記排出口の開口側縁に振り分けて取着したものがある。
【０００３】
図４（イ）（ロ）は、従来の深穴切削装置に用いられている、３枚の切刃を備えた一般的なボーリングヘッド３０を示す。このボーリングヘッド３０は、基端側に開放した中空部３１を有する略円筒状であり、その頂部３２には中空部３１に連通する大小２つの排出口３３，３４を有し、略鈍角円錐形の頂面３０ａに臨んで扇形に開口した大排出口３３の開口側縁３３ａに、中央部切刃４１及び周辺部切刃４２が取着されると共に、同じく扇形の一部が欠けた略台形に開口した小排出口３４の開口側縁３４ａに、中間部切刃４３が取着されている。そして、両排出口３３，３４は、開口面積比が略２：１に設定されており、外周面３０ｂ側には開口下縁３３ｂ，３４ｂを同位置として矩形に開口している。また、両排出口３３，３４間の外周面３０ｂには超硬材製のガイドパッド５１，５２が取着されており、両ガイドパッド５１，５２及び周辺部切刃４２の各取付位置のヘッド回転方向後方側には、切削加工中にこれら部材５１，５２，４２に加わる負荷を受け止めるために他の周面領域よりも大半径で狭幅の膨出部３５ａ〜３５ｃとしている。
【０００４】
このようなボーリングヘッド３０は、外周に雄ねじ３６ａを設けた基部３６を図４（ロ）の仮想線で示す中空状ボーリングバー６０の先端部に螺入して取り付け、該ボーリングバー６０を工作機械のスピンドル等の駆動軸に連結して回転駆動させるか、又は被削材側を回転させることにより、切刃４１〜４３で被削材を切削して深穴を形成する。なお、ボーリングヘッドＨの相対回転方向は図４（イ）における半時計回り方向である。しかして、この切削加工中、切削穴の開口部から当該切削穴とボーリングバー６０との隙間を通してクーラントを高圧で切刃側へ供給し、このクーラントを発生する切り屑と共にボーリングヘッドＨの両排出口３３，３４より中空部３１内へ流入させ、中空状ボーリングバー６０内を通して外部へ排出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のボーリングヘッド３０による切削加工では、大小２つの排出口３３，３４の内、小排出口３４側における切り屑の排出性が悪くなる傾向があり、そのために切削能率の低下をきたすと共に、往々にして該小排出口３４が詰まって切削不能に陥ることがあった。
【０００６】
そこで、本発明者らは、従来のこの種ボーリングヘッドにおける小排出口側の切り屑の排出性が悪くなる原因を調べたところ、小排出口は開口面積が小さいために元来より切り屑の通過性が悪いことに加え、構造的にボーリングヘッド頂部でのクーラントの流れが大排出口側に著しく偏り、小排出口側へのクーラント流入量が不足することが判明した。例えば、図４（イ）（ロ）に示すボーリングヘッド３０では、切刃側へ送られてきたクーラントは、頂部３２の手前までは全周にわたって均等に流れるが、頂部３２では切削穴内周に近接する３ヵ所の膨出部３５ａ〜３５ｃで仕切られる形で分流して両排出口３３，３４に流入する。このとき、開口面積の大きい大排出口３３は流通抵抗が小さい上、大排出口３３には周辺部切刃４２から突出部３５ａまでの間の広い周方向幅の流通域を通してクーラントが流れ込むのに対し、開口面積が小さく流通抵抗の大きい小排出口３４へのクーラントの流通域は突出部３５ｂからガイドパッド５１までの間の狭い周方向幅であるため、両排出口３３，３４の開口面積比２：１に対して実際のクーラント流入量は３：１〜５：１と偏っていた。
【０００７】
本発明は、切削加工中に生じる切り屑をボーリングヘッドの大小２つの排出口からクーラントと共に中空状ボーリングバーの内部を通して外部へ排出するようにした深穴切削装置として、上記知見に基づいてボーリングヘッドに適切な改良を加えることにより、切り屑の排出性に優れて切削能率が高く、小排出口側の詰まりによる切削不能を確実に回避できるものを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１の発明は、図面の参照符号を付して示せば、中空状ボーリングバー１の先端に設けたボーリングヘッド２の頂部２１に、その頂面２ａから外周面２ｂにわたって開口してボーリングバー１内部に連通する大小２つの排出口３，４と、各排出口３，４のボーリングヘッド頂面２ａに臨む開口側縁３ａ，４ａに取着された切刃５ａ〜５ｃとを備え、該ボーリングヘッド２の外周面２ｂと切削穴Ｈ内周面との間の流通間隙を通して切刃側へ供給されるクーラントＣを切削にて発生する切り屑Ｓと共に前記両排出口３，４に流入させてボーリングバー１内部を通して外部へ排出する深穴切削装置において、前記両排出口３，４へのクーラント流入量の比を、両排出口３，４の開口面積比と同一、もしくは小排出口４への流入量が該開口面積比よりも多い割合となるように、前記流通間隙を設定してなるものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の深穴切削装置において、小排出口４へのクーラント流入量が、大排出口３へのクーラント流入量以下となるように、前記流通間隙を設定してなる構成を採用している。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の深穴切削装置において、ボーリングヘッド２の頂部２１における前記両排出口３，４によって分かたれた両側の外周面２１ａ，２１ｂに、両排出口３，４の開口下縁３ｃ，４ｄに沿う外周部（中間部２３）よりも前記流通間隙を狭くする膨出部７が形成され、両排出口３，４の各々から周方向に続く非膨出部８の有無又は大小によって前記クーラント流入量の比が設定されてなる構成としている。更に請求項４の発明は、請求項３の深穴切削装置において、大排出口３から周方向に続く非膨出部８を有さず、小排出口４からヘッド回転方向後方側のガイドパッド６ａ取付位置まで続く非膨出部８を有してなるものとしている。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの深穴切削装置において、大排出口３側に中央部切刃５ａ及び周辺部切刃５ｂが取着されると共に、小排出口４側に中間部切刃５ｃが取着され、両排出口３，４の開口面積比が略２：１であり、大排出口／小排出口のクーラント流入量の比を２／１〜１／１に設定してなる構成としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例に係る深穴切削装置について、図面を参照して具体的に説明する。図１（イ）（ロ）は該深穴切削装置に用いるボーリングヘッド、図２は該深穴切削装置による切削加工状態、図３は切削加工中のボーリングヘッド頂端部をそれぞれ示す。
【００１３】
図１（イ）（ロ）に示すボーリングヘッド２は、基端側に開放した中空部２０を有する略円筒状であり、その略鈍角円錐形の頂面２ａから周面２ｂにわたって開口した大小２つの排出口３，４と３枚の切刃５ａ〜５ｃを有する頂部２１、外周に雄ねじ２２ａを設けた基部２２、両排出口３，４の開口下縁３ｃ，４ｄから基部２２までの間の中間部２３より構成されており、図２に示すように中空状ボーリングバー１の先端部に基部２２を螺入して取り付けるようになっている。
【００１４】
両排出口３，４はボーリングヘッド２の径方向に略対向して配置しており、頂部２１における両排出口３，４によって分かたれた両側の外周面２１ａ，２１ｂには、それぞれ超硬材製のガイドパッド６ａ，６ｂが小排出口４側に偏った配置で一部突出状態に取り付けられている。そして、大排出口３は頂面２ａに臨んで扇形に開口しており、その片側の開口側縁３ａに中央部切刃５ａ及び周辺部切刃５ｂが取着されている。一方、小排出口４は頂面２ａに臨んで扇形の一部が欠けた略台形に開口しており、大排出口３側の開口側縁３ａとは逆方向に面する開口側縁４ａに、中間部切刃５ｃが取着されている。また、両排出口３，４は、ボーリングヘッド２の外周面２ｂ側には開口下縁３ｃ，４ｄを同位置として矩形に開口しており、全体の開口面積比が略２：１になるように設定されている。
【００１５】
しかして、このボーリングヘッド２では、中間部２３の全体がボーリングバー１と略等しい外径に設定されているが、頂部２１の外周面２１ａにおけるガイドパッド６ａと大排出口３のヘッド回転方向〔図１（イ）における反時計回り方向〕前方側の開口側縁２ｂとの間、ならびに外周面２１ｂの全幅が中間部２３よりも大半径の膨出部７となり、外周面２１ａにおける小排出口４のヘッド回転方向前方側の開口側縁４ｂとガイドパッド６ａとの間のみが中間部２３と同一半径の非膨出部８となっている。
【００１６】
深穴切削装置は、図２に示すように、中空状ボーリングバー１の先端部に上記構成のボーリングヘッド２を基部２２の螺入によって取り付け、このボーリングバー１を図示省略した工具チャックを介して工作機械のスピンドル等に連結して回転駆動させることにより、被削材Ｗに対する深穴切削加工を行う。この切削加工では、ボーリングバー１をシール部材９を介して油密に包囲するクーラント供給ジャケット１０を用い、このジャケット１０をシールリング１２を介して被削材Ｗに押接した状態で導入口１０ａより高圧のクーラントＣを導入しつつ、ボーリングバー１を図２の矢印Ｆ方向、つまりボーリングヘッド２との螺合度合を深める方向に回転駆動させ、被削材Ｗに該ボーリングヘッド２を押接し、その切刃５ａ〜５ｃで該被削材Ｗを切削して切削穴Ｈを形成してゆく。なお、ガイドパッド６ａ，６ｂは、切削加工中に切削穴Ｈの内周面に摺接することにより、ボーリングヘッド２を切削穴Ｈに対して同心状に保持させる機能を果たす。
【００１７】
しかして、ジャケット１０に導入されたクーラントＣは、ボーリングバー１を取り囲む環状導出口１０ｂより、形成中の切削穴Ｈと該ボーリングバー１との間の流通間隙Ｔを通してボーリングヘッド２側へ供給され、切削によって発生する切り屑Ｓを伴って該ボーリングヘッド２の両排出口３，４に流入し、ボーリングバー１の内部１ａを通って外部へ排出される。このとき、供給されるクーラントＣは、ボーリングヘッド２の中間部２３までは全周にわたって均等に流れるが、頂部２１では膨出部７，７が切削穴Ｈの内周に近接して流通間隙Ｔを狭くしているため、膨出部７，７と切削穴Ｈの内周との間を通る量は極めて僅かになり、実質的に膨出部７，７にて仕切られる形で分流して両排出口３，４に流入する。しかるに、図３に示すように、大排出口３側では開口下縁３ｃの周方向幅のみがクーラントＣの流入域になるのに対し、小排出口４側では開口下縁４ｄと非膨出部８を合わせた周方向幅、つまりヘッド回転方向前方側の開口側縁４ｃより同後方側のガイドパッド６ａに至る広い周方向幅がクーラントＣの流入域になる。
【００１８】
従って、開口面積の小さい小排出口４は大排出口３に比べて切り屑Ｓの通過性が悪い上にクーラントＣの流通抵抗も大きいが、大排出口３側の流入域が従来構成よりも格段に狭く絞られていることから、小排出口４側へのクーラント流入割合が大きくなり、これに伴って小排出口４からの切り屑Ｓの排出が促進されると共に、小排出口４での切り屑Ｓの詰まりによって切削不能に陥る事態を確実に回避できる上、頂部２１の全体としてもクーラントＣの流路断面積が中間部２３よりも大幅に縮小しているから、両排出口３，４へのクーラントＣの流入圧力も増大し、もって両排出口３，４からの切り屑Ｓの排出効率が高まって切削能率の向上に繋がることになる。なお、本実施例構成における両排出口３，４の開口面積比は略２：１であるが、両排出口３，４へのクーラントＣの流入量の比は、小排出口４側への流入量が該開口面積比よりも多い割合となる。
【００１９】
なお、上記実施例では大排出口３より周方向に続く非膨出部８を設けない構成としているが、本発明では小排出口４へのクーラント流入量を充分に確保できる範囲で、大排出口３より周方向に続く非膨出部８をある程度の周方向幅で設けてもよい。すなわち、本発明の深穴切削装置は、中空状ボーリングバーの先端に設けたボーリングヘッドの頂部に大小２つの排出口に、該ボーリングヘッドの外周面と切削穴内周面との間の流通間隙を通して切刃側へ供給されるクーラントを切り屑と共に流入させてボーリングバー内部を通して外部へ排出する構成において、小排出口からの切り屑の排出を促進すると共に、該小排出口での切り屑の詰まりを防止する上で、両排出口へのクーラント流入量の比が、両排出口の開口面積比と同一、もしくは小排出口への流入量が該開口面積比よりも多い割合となるように、前記流通間隙を設定することを特徴としている。ただし、小排出口へのクーラント流入量が大排出口への流入量を上回ると、大排出口側での切り屑の排出性が悪化して全体としての切削効率の低下を招くため、小排出口へのクーラント流入量は大排出口へのクーラント流入量以下となるように設定することが望ましい。
【００２０】
従って、上記実施例のように大小２つの排出口３，４の開口面積比が２：１の場合は、両排出口３，４へのクーラント流入量の比を２：１〜１：１の範囲になるように前記流通間隙を設定するのがよい。しかして、このような流通間隙の設定手段としては、特に制約はないが、上記実施例のようにボーリングヘッド２の頂部２１における両排出口３，４によって分かたれた両側の外周面２１ａ，２１ｂに前記流通間隙Ｔを狭くする膨出部７を形成し、両排出口３，４の各々から周方向に続く非膨出部８の有無又は大小によって、クーラント流入量の比が前記規定範囲となるよう調整するのが最も簡易である。すなわち、この種のボーリングヘッドは丸軸状の如き単純形状の原材を研削して所要形状に仕上げるが、膨出部７の形成のためには従来の研削による設定形状を僅かに変えるだけ、つまりガイドパッド及び周辺部切刃の各取付位置のヘッド回転後方側に設けていた従来の膨出部の幅を広くするだけでよい上、その広くする分だけ研削量が少なくて済むことになる。
【００２１】
上記実施例で用いたボーリングヘッド２では頂部２１における外周面２１ｂ側は全体を膨出部７としているが、頂面２ａへのクーラントＣの供給を多くするために、この外周面２１ｂ側については従来構成と同様に周辺部切刃５ｂとガイドパッド６ｂ取付位置との間に非膨出部８を設けてもよい。ただし、ガイドパッド６ａ，６ｂ及び周辺部切刃５ｂの各々のヘッド回転方向側には、切削加工中にこれら部材６ａ，６ｂ，５ｂに加わる負荷を受け止めるために、ある程度の周方向幅で膨出部７を設けることが望ましい。また、上記実施例では膨出部７をボーーリングヘッド２の頂部２１の領域内に形成しているが、該膨出部７を頂部２１から中間部２３にわたって形成しても差し支えない。
【００２２】
本発明の対象とする深穴切削装置は、ボーリングヘッドに取着される切刃が２又は４以上であってもよく、これらの配置構成に対応して大小２つの排出口の開口面積比及び開口形状が種々異なるものを包含する。また、前記実施例ではクーラントＣが外部よりボーリングバー１と切削穴Ｈとの間を通して切刃側に供給される外部供給方式のものを例示したが、本発明は二重管状のボーリングバーの内外管の間を通してクーラントＣを供給する内部供給方式の深穴切削装置にも適用可能である。
【００２３】
この内部供給方式の深穴切削装置では、ボーリングヘッドの中間部に内外を透通する導出口を設けると共に、その中空部内の該導出口よりも切刃側に位置する環状段部にボーリングバーの内管の先端を液密に接当させ、ボーリングバーの内外管の間を通して供給されるクーラントを該導出口からボーリングヘッドの外周面と切削穴の間に導出させ、このクーラントを前記同様に切り屑を伴って当該ボーリングヘッドの大小２つの排出口へ流入させ、ボーリングバーの内管を通して外部へ排出させるが、この場合にも両排出口へのクーラント流入量の比が前記規定範囲になるように流通間隙を設定すればよい。なお、この内部供給方式では、クーラントが切削穴の開口端側へ逆流するのを防ぐために、ボーリングヘッドの基部外周あるいはボーリングバーの先端部外周に、ラビリンスシール等による逆流防止手段を設けることが望ましい。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、中空状ボーリングバーの先端に設けたボーリングヘッドの頂部に大小２つの排出口に、該ボーリングヘッドの外周面と切削穴内周面との間の流通間隙を通して切刃側へ供給されるクーラントを切り屑と共に流入させてボーリングバー内部を通して外部へ排出する深穴切削装置として、前記両排出口へのクーラント流入量の比が、両排出口の開口面積比と同一、もしくは小排出口への流入量が該開口面積比よりも多い割合となるように、前記流通間隙を設定していることから、小排出口からの切り屑の排出が促進されると共に、該小排出口での切り屑の詰まりが防止され、全体としても切り屑の排出性に優れて切削能率が高く、前記詰まりによる切削不能を確実に回避できて高い信頼性を備えるものが提供される。
【００２５】
請求項２の発明によれば、上記の深穴切削装置において、小排出口へのクーラント流入量が大排出口へのクーラント流入量以下となるように前記流通間隙を設定することから、大排出口側での切り屑の排出性を損なうことなく、全体として切り屑の良好な排出性を確保し、高い切削能率が得られるという利点がある。
【００２６】
請求項３の発明によれば、上記の深穴切削装置において、ボーリングヘッドの頂部における前記両排出口によって分かたれた両側の外周面に、両排出口の開口下縁に沿う外周部よりも前記流通間隙を狭くする膨出部を設け、両排出口の各々から周方向に続く非膨出部の有無又は大小によって前記クーラント流入量の比を設定することから、ボーリングヘッドの外周部の形状を従来形状から僅かに変えるだけで該流入量の比を簡単に設定できるという利点がある。
【００２７】
請求項４の発明によれば、上記のようにボーリングヘッドの頂部両側の外周面に膨出部を設ける構成の深穴切削装置において、大排出口から周方向に続く非膨出部を有さず、小排出口からヘッド回転方向後方側のガイドパッド取付位置まで続く非膨出部を有することから、大排出口側のクーラント流入域が狭く絞られ、それだけ小排出口側へのクーラント流入割合が多くなって切り屑の排出を促進できると共に、頂部でクーラントの流路断面積が大幅に縮小して両排出口へのクーラント流入圧力が増すため、全体としての切り屑の排出効率が高まって切削能率をより向上できるとう利点がある。
【００２８】
請求項５の発明によれば、特に、大排出口側に中央部切刃及び周辺部切刃が、小排出口側に中間部切刃が取着され、両排出口の開口面積比を略２：１とした上記の深穴切削装置として、大排出口／小排出口のクーラント流入量の比を２／１〜１／１に設定していることから、小排出口からの切り屑の排出が良く、該小排出口での切り屑の詰まりを生じず、切削能率が高く信頼性に優れるものが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る深穴切削装置に用いるボーリングヘッドを示し、（イ）は頂面側の平面図、（ロ）は大排出口側から見た側面図である。
【図２】同深穴切削装置による切削加工状態を示す縦断側面図である。
【図３】同切削加工におけるボーリングヘッドの頂端位置での横断面図である。
【図４】従来の深穴切削装置に用いるボーリングヘッドの構成例を示し、（イ）は頂面側の平面図、（ロ）は大排出口側から見た側面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　中空状ボーリングバー
１ａ　　　　　　内部
２　　　　　　　ボーリングヘッド
２ａ　　　　　　頂面
２ｂ　　　　　　外周面
２０　　　　　　中空部
２１　　　　　　頂部
２１ａ，２１ｂ　外周面
２２　　　　　　基部
２３　　　　　　中間部
３　　　　　　　大排出口
３ａ，３ｂ　　　開口側縁
３ｃ　　　　　　開口下縁
４　　　　　　　小排出口
４ａ〜４ｃ　　　開口側縁
４ｄ　　　　　　開口下縁
５ａ　　　　　　中央部切刃
５ｂ　　　　　　周辺部切刃
５ａ　　　　　　中間部切刃
６ａ，６ｂ　　　ガイドパッド
７　　　　　　　膨出部
８　　　　　　　非膨出部
Ｃ　　　　　　　クーラント
Ｈ　　　　　　　切削穴
Ｓ　　　　　　　切り屑
Ｔ　　　　　　　流通間隙
【図１】
2004090105.tif 000003
【図２】
2004090105.tif 000004
【図３】
2004090105.tif 000005
【図４】
2004090105.tif 000006