(57)【要約】【課題】ビビリ振動を効果的に抑制する。【解決手段】刃部４０が挿入される取付孔１２が先端面１１に穿設された工具本体１０を、外周側部分２０と、この外周側部分２０の内周側に位置する内周側部分３０とから構成する。外周側部分２０を超硬から構成し、内周側部分３０を鋼から構成する。刃部４０を超硬あるいはサーメットから構成する。【選択図】      図１
2004338079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具本体の先端面に穿設された取付孔に、切削部を有する刃部が挿入されて、この刃部が着脱可能に装着される刃部交換式切削工具であって、
前記工具本体が、外周側部分と、この外周側部分の内周側に位置する内周側部分とから構成されていて、
前記外周側部分のヤング率Ｅａ及び質量密度ρａと前記内周側部分のヤング率Ｅｂ及び質量密度ρｂとの関係が、
Ｅａ＞Ｅｂ、
ρａ＞ρｂ、
（Ｅａ／ρａ）＞（Ｅｂ／ρｂ）、
のすべてを満たし、
さらに、前記外周側部分の外径ａと前記内周側部分の外径ｂとの関係が、
０．４ａ≦ｂ≦０．８ａ、
を満たしていることを特徴とする刃部交換式切削工具。
【請求項２】
請求項１に記載の刃部交換式切削工具において、
前記外周側部分が超硬から構成され、前記内周側部分が鋼から構成されていることを特徴とする刃部交換式切削工具。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の刃部交換式切削工具において、
前記刃部が超硬あるいはサーメットから構成されていることを特徴とする刃部交換式切削工具。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の刃部交換式切削工具において、
前記工具本体の長さが、この工具本体の外径Ｄに対して、４．０Ｄ以上に設定されていることを特徴とする刃部交換式切削工具。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の刃部交換式切削工具において、
前記刃部が装着された状態での刃部交換式切削工具の長さが、前記刃部に形成される切刃の外径Ｄ１に対して、４．０Ｄ１〜２０．０Ｄ１の範囲に設定されていることを特徴とする刃部交換式切削工具。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の刃部交換式切削工具において、
前記内周側部分を挿入するために前記外周側部分が有する貫通孔の後端部分が、後端側に向かうにしたがい内径が漸次拡径する略円錐台孔状のテーパ孔とされ、前記内周側部分の後端部分が、後端側に向かうにしたがい外径が漸次拡径する略円錐台状のテーパ部とされていて、
前記貫通孔のテーパ孔の内周面と前記内周側部分のテーパ部の外周面とが密着させられていることを特徴とする刃部交換式切削工具。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の刃部交換式切削工具において、
前記内周側部分を挿入するために前記外周側部分が有する貫通孔の内周面と前記内周側部分の外周面との間に接着剤が充填されていることを特徴とする刃部交換式切削工具。
【請求項８】
切削部を有する刃部が挿入される取付孔が先端面に穿設された工具本体であって、
外周側部分と、この外周側部分の内周側に位置する内周側部分とから構成されていて、
前記外周側部分のヤング率Ｅａ及び質量密度ρａと前記内周側部分のヤング率Ｅｂ及び質量密度ρｂとの関係が、
Ｅａ＞Ｅｂ、
ρａ＞ρｂ、
（Ｅａ／ρａ）＞（Ｅｂ／ρｂ）、
のすべてを満たし、
さらに、前記外周側部分の外径ａと前記内周側部分の外径ｂとの関係が、
０．４ａ≦ｂ≦０．８ａ、
を満たしていることを特徴とする工具本体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、刃部が着脱可能に工具本体に装着される刃部交換式切削工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンドミルなどの切削工具で、その工具本体の長さが長くなっているもの、例えば、略円柱状をなす工具本体の長さが直径の４倍以上に設定されているようなものについては、切削加工の際に生じるビビリ振動が大きな問題になる。
これに対し、略円柱状をなす工具本体の外径が６ｍｍ〜２０ｍｍの範囲に設定される切削工具において、上記のような問題を回避するためには、ハイス（高速度工具鋼）などの鋼によって工具本体を構成するのではなく、鋼に比べてヤング率が大きく剛性が高い超硬によって工具本体を構成し、この工具本体の剛性及び基本固有振動数を高めることが有効となっている。
【０００３】
ただし、超硬によって工具本体を構成したとしても、その基本固有振動数は、大幅には改善されない。これは、超硬の比重（質量密度）が大きいためである。
超硬と鋼の物性値を比較すると、
鋼については、ヤング率Ｅ：２１０ＧＰａ、比重：７．８、質量密度ρ：７．８×１０３ｋｇ／ｍ３、Ｅ／ρ：２７×１０６ｍ２／ｓ２、となっており、
超硬については、ヤング率Ｅ：５８０ＧＰａ、比重：１４．５、質量密度ρ：１４．５×１０３ｋｇ／ｍ３、Ｅ／ρ：４０×１０６ｍ２／ｓ２、となっている。
【０００４】
ここで、工具本体が略円柱状をなしているとともに、その片側端部が固定端として支持されているとすれば、基本固有振動数ｆは以下の（１）式で求めることができる。
ｆ＝０．５５９６×（（ＥＩ）／（ρＡＬ４））１／２  …  （１）
（Ｅ：ヤング率、Ｉ：断面２次モーメント、ρ：質量密度、Ａ：断面積、Ｌ：工具本体の長さ）
この（１）式から理解できるように、工具本体の形状が同じであれば、その基本固有振動数ｆは（Ｅ／ρ）１／２に比例するため、質量密度ρ（比重）が大きいと不利に働くことになるのである。
【０００５】
鋼と超硬についての基本固有振動数ｆを具体的に求めてみるのであれば、Ａ＝πＤ２／４  （Ｄ：工具本体の外径）、Ｉ＝πＤ４／６４、であることから、上記の（１）式は、
ｆ＝０．５５９６×（（ＥＤ２）／（１６ρＬ４））１／２＝０．１３９９×（Ｄ／Ｌ２）×（Ｅ／ρ）１／２、
となり、このとき、ｄ＝１０ｍｍ＝０．０１ｍ、Ｌ＝０．１ｍ、と仮定すると、鋼の場合（Ｅ＝２１０ＧＰａ、ρ＝７．８×１０３ｋｇ／ｍ３）には、ｆ＝７２６Ｈｚとなり、超硬の場合（Ｅ＝５８０ＧＰａ、ρ＝１４．５×１０３ｋｇ／ｍ３）には、ｆ＝８８５Ｈｚとなる。
この結果からも理解できるように、たとえ超硬によって工具本体を構成したとしても、その基本固有振動数は、鋼の場合と比較して大幅に改善されることはないのである。
【０００６】
ところで、最近では、略円柱状をなす工具本体の先端面に穿設された取付孔に、刃部の後端側部分を挿入してこれを締結することにより、この刃部を工具本体に対して着脱可能に装着した刃部交換式切削工具がよく用いられる。
このような刃部交換式切削工具においても、ビビリ振動の問題を回避するため、例えば特許文献１〜３に記載されているように、超硬によって工具本体を構成したり、特許文献４に記載されているように、工具本体の外周に超硬からなる筋金を取り付けたりする技術が提案されている（なお、特許文献３，４については、上記のような刃部ではなく、スローアウェイチップを工具本体に対して着脱可能に装着するものである）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３１７７１３号公報
【特許文献２】
特開２００１−９６１５号公報
【特許文献３】
特開平８−１４２５号公報
【特許文献４】
特開平９−９４７０６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１〜３に記載の刃部交換式切削工具では、耐摩耗性などの観点から超硬でできた刃部（特許文献１における刃部１１、特許文献２における刃部１２、特許文献３における切削チップ１１，１３，１５）と、この刃部が装着される超硬でできた工具本体（特許文献１におけるシャンク１３、特許文献２における工具軸１６、特許文献３におけるシャンク部３）との間に、刃部を焼き嵌めによって装着することができないといった理由や刃部を装着するために用いる雌ねじ部を形成することが困難であるなどの理由から、中間部材としての鋼（特許文献１における連結部材１２、特許文献２における取付部１７、特許文献３におけるチップホルダー部１）が介在させられている。
つまり、超硬によって構成された刃部は、同じく超硬によって構成された工具本体に対して直接接触させられるのではなく、鋼によって構成された中間部材に対して直接接触させられるようにして工具本体に装着されているのである。
【０００９】
そのため、特許文献１〜３に記載の刃部交換式切削工具は、切削工具全体としての剛性を必要十分に大きく確保できているとは言えず、しかも、上述したように、超硬によって構成された工具本体の基本固有振動数が大幅には改善されていないという事実とも相俟って、切削加工の際に生じるビビリ振動を効果的に抑制することができないものであった。
また、特許文献４に記載の刃部交換式切削工具についても、超硬からなる筋金で工具本体を補強したとはいえ、鋼を主体とした工具本体になっていることから、超硬によって構成された工具本体に比べて、その剛性及び基本固有振動数は低く、同じくビビリ振動を効果的に抑制できるものではない。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ビビリ振動を効果的に抑制することができる刃部交換式切削工具及びこれに用いられる工具本体を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明による刃部交換式切削工具は、工具本体の先端面に穿設された取付孔に、切削部を有する刃部が挿入されて、この刃部が着脱可能に装着される刃部交換式切削工具であって、前記工具本体が、外周側部分と、この外周側部分の内周側に位置する内周側部分とから構成されていて、前記外周側部分のヤング率Ｅａ及び質量密度ρａと前記内周側部分のヤング率Ｅｂ及び質量密度ρｂとの関係が、Ｅａ＞Ｅｂ、ρａ＞ρｂ、（Ｅａ／ρａ）＞（Ｅｂ／ρｂ）、のすべてを満たし、さらに、前記外周側部分の外径ａと前記内周側部分の外径ｂとの関係が、０．４ａ≦ｂ≦０．８ａ、を満たしていることを特徴とするものである。なお、具体的には、前記外周側部分が超硬から構成され、前記内周側部分が鋼から構成される。
【００１２】
このような本発明によれば、工具本体の外周側部分を、ヤング率Ｅａ（及び質量密度ρａ）の大きい材料である例えば超硬によって構成することで、工具本体の剛性を高めることが可能でありながらも、工具本体の内周側部分を質量密度ρｂ（及びヤング率Ｅｂ）の小さい材料である例えば鋼によって構成することで、工具本体の剛性を不用意に低下させることなく、その基本固有振動数を、超硬のみによって構成された工具本体よりも高めることが可能となっている。
そして、工具本体を外周側部分とその内周側に位置する内周側部分とから構成したことで、例えば超硬あるいはサーメットから構成される刃部を、例えば超硬から構成される工具本体の外周側部分に対して直接接触させるようにして工具本体に装着するようにもでき、非常に剛性の高い刃部交換式切削工具を得ることが可能となるのに加え、例えば鋼によって構成される工具本体の内周側部分には、刃部を装着するときに用いる雌ねじ部などを容易に形成することができる。
【００１３】
ここで、工具本体の外周側部分の外径ａ（工具本体の外径Ｄ）と内周側部分の外径ｂとの関係を、０．４ａ≦ｂ≦０．８ａ、とした理由を説明する。
工具本体が図７に示すような断面を有する略円柱状をなしているとともに、その片側端部が固定端として支持されているとすれば、基本固有振動数ｆは以下の（２）式で求めることができる。
ｆ＝０．１３９９×（Ｄ／Ｌ２）×（（Ｅａ（ａ４−ｂ４）＋Ｅｂｂ４）／（ρａ（ａ２−ｂ２）＋ρｂｂ２））１／２  …  （２）
（Ｅａ：外周側部分のヤング率、Ｅｂ：内周側部分のヤング率、ρａ：外周側部分の質量密度、ρｂ：内周側部分の質量密度）
このとき、工具本体の外周側部分が超硬（Ｅａ＝５８０ＧＰａ、ρａ＝１４．５×１０３ｋｇ／ｍ３）から構成され、工具本体の内周側部分が鋼（Ｅｂ＝２１０ＧＰａ、ρｂ＝７．８×１０３ｋｇ／ｍ３）から構成されているとし、さらに、Ｌ＝０．１ｍ、ａ＝０．０１ｍとして、ｂを変化させたときの基本固有振動数ｆは、図８に示すようになる。
この図８のグラフから理解できるように、工具本体の内周側部分の外径ｂが、工具本体の外周側部分の外径ａに対して、約０．６ａとなっているときに、基本固有振動数ｆが最も高くなっているのであり、これら外周側部分の外径ａと内周側部分の外径ｂとの関係が、０．４ａ≦ｂ≦０．８ａ、を満たしていれば、超硬のみによって構成された工具本体よりも、基本固有振動数ｆを高めることができるのがわかる。
【００１４】
また、本発明による刃部交換式切削工具は、前記工具本体の長さが、この工具本体の外径Ｄに対して、４．０Ｄ以上に設定されていたり、前記刃部が装着された状態での刃部交換式切削工具の長さが、前記刃部に形成される切刃の外径Ｄ１に対して、４．０Ｄ１〜２０．０Ｄ１の範囲に設定されているような場合に、その効果を顕著に発揮できる。
【００１５】
ところで、上記のような外周側部分と内周側部分とで工具本体を構成する、つまり、外周側部分が有する貫通孔内に、内周側部分を挿入するようにして工具本体を構成する場合には、その貫通孔の内周面と内周側部分の外周面とを密着させるのが理想的ではあるが、このようにすると、外周側部分が有する貫通孔の曲がりや内周側部分の反りなどが許されなくなり、厳密な精度管理が必要となってしまう。
そのため、このような厳密な精度管理を不要とすることを目的として、貫通孔の内周面と内周側部分の外周面との間に多少の隙間を設け、貫通孔の後端付近に対して内周側部分の後端部分が当接させられるだけの状態となるように工具本体を構成してもよい。
【００１６】
しかしながら、貫通孔の内周面と内周側部分の外周面との間に多少の隙間を設けると、外周側部分と内周側部分との接触領域が小さくなってしまうので、例えば、刃部の後端側部分に形成された雄ねじ部あるいは刃部の後端側部分と連結されるボルト部に形成された雄ねじ部が、工具本体の内周側部分に形成された雌ねじ部にねじ込まれるようにして、刃部が工具本体に装着される場合においては、刃部に与えられる回転トルクを受けきれず、刃部と内周側部分とが外周側部分に対して連れ回ってしまい、刃部を強固に装着することができなくなるおそれがある。
また、貫通孔の内周面と内周側部分の外周面との間に多少の隙間を設けたことによって、外周側部分の軸線と内周側部分の軸線とを一致させることが困難となるおそれもある。
【００１７】
そこで、このような場合、本発明においては、前記内周側部分を挿入するために前記外周側部分が有する貫通孔の後端部分が、後端側に向かうにしたがい内径が漸次拡径する略円錐台孔状のテーパ孔とされ、前記内周側部分の後端部分が、後端側に向かうにしたがい外径が漸次拡径する略円錐台状のテーパ部とされていて、前記貫通孔のテーパ孔の内周面と前記内周側部分のテーパ部の外周面とが密着させられているようにしてもよい。
このように、外周側部分が有する貫通孔にはテーパ孔を、内周側部分にはテーパ部を形成すると、これらテーパ部の外周面とテーパ孔の内周面とが密着しあってできる密着面に生じる摩擦力がくさび効果によって高められるので、刃部に与えられる回転トルクを上記の摩擦力によって確実に受け止めて、刃部を強固に装着することが可能となり、しかも、外周側部分の軸線と内周側部分の軸線とを確実に一致させることが可能となる。
【００１８】
また、同じく貫通孔の内周面と内周側部分の外周面との間に多少の隙間を設け、貫通孔の後端付近に対して内周側部分の後端部分が当接させられただけの状態となるように工具本体を構成していると、この工具本体の後端側部分を例えば下向きにした状態で刃部の着脱を行うときに、内周側部分が外周側部分の貫通孔から後端側に抜け落ちてしまうおそれがある。
そこで、本発明においては、前記内周側部分を挿入するために前記外周側部分が有する貫通孔の内周面と前記内周側部分の外周面との間に接着剤が充填されていてもよい。このような構成とすると、内周側部分と外周側部分とが接着剤で互いに接合されるので、内周側部分が外周側部分の貫通孔から後端側へ抜け落ちてしまうようなおそれをなくすことが可能となる。
【００１９】
また、本発明による工具本体は、切削部を有する刃部が挿入される取付孔が先端面に穿設された工具本体であって、外周側部分と、この外周側部分の内周側に位置する内周側部分とから構成されていて、前記外周側部分のヤング率Ｅａ及び質量密度ρａと前記内周側部分のヤング率Ｅｂ及び質量密度ρｂとの関係が、Ｅａ＞Ｅｂ、ρａ＞ρｂ、（Ｅａ／ρａ）＞（Ｅｂ／ρｂ）、のすべてを満たし、さらに、前記外周側部分の外径ａと前記内周側部分の外径ｂとの関係が、０．４ａ≦ｂ≦０．８ａ、を満たしていることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の第一実施形態による刃部交換式切削工具を示す一部破断断面図、図２は同刃部交換式切削工具の工具本体を示す一部破断断面図である。
本第一実施形態による刃部交換式切削工具は、図１及び図２に示すように、軸線Ｏ回りに回転させられる工具本体１０と、この工具本体１０に着脱自在に装着されて固定される刃部４０と、刃部４０を工具本体１０に装着するために用いるボルト部５０とからなるものである。
【００２１】
工具本体１０は、軸線Ｏを中心とする略円柱状をなすものであり、その先端面１１には、軸線Ｏ方向の後端側に向けて、軸線Ｏを中心とした取付孔１２が穿設されている。また、工具本体１０における軸線Ｏ方向に沿った長さＬは、この工具本体１０の外径Ｄに対して、４．０Ｄ以上に設定されている。
取付孔１２は、工具本体１０の先端面１１から後端側に向かうにしたがい内径が一定の勾配で漸次縮径していく略円錐台孔状のテーパ孔１３と、このテーパ孔１３の後端側に連なるとともに、一定の内径で後端側に向かって延びる略円柱孔状の収納孔１４と、この収納孔１４の後端側に連なる雌ねじ部１５とから構成されている。ここで、テーパ孔１３における片角でのテーパ角度（軸線Ｏを含む断面で見たときにテーパ孔１３が軸線Ｏとなす狭角）は、２〜２５゜の範囲に設定されている。
【００２２】
また、工具本体１０は、取付孔１２におけるテーパ孔１３を有する外周側部分２０と、この外周側部分２０の内周側に位置し、取付孔１２における雌ねじ部１５を有する内周側部分３０とから構成されている。
工具本体１０の外周側部分２０は、超硬によって構成された軸線Ｏを中心とする略円筒状をなすものであって、工具本体１０の先端面１１となる先端面２１を備え、その先端面２１から後端面２２まで貫通するような貫通孔２３を有している。
工具本体１０の内周側部分３０は、鋼によって構成された軸線Ｏを中心とする略多段円柱状をなすものであって、軸線Ｏ方向の後端側に向けて雌ねじ部３３が穿設された先端面３１を備えた先端部分３２と、この先端部分３２の後端側に一段拡径して連なるとともに、工具本体１０の後端面１６となる後端面３４を備えた後端部分３５とから構成されている。
【００２３】
これら外周側部分２０と内周側部分３０とは、外周側部分２０の貫通孔２３における後端面２２への開口部からこの貫通孔２３内に、内周側部分３０の先端部分３２が挿入されるとともに、外周側部分２０の後端面２２と内周側部分３０の後端部分３５とが当接させられた状態で、例えばロウ付けなどによって互いに接合されている。このとき、外周側部分２０の外径ａ（＝工具本体１０の外径Ｄ）と内周側部分３０の外径ｂ（外周側部分２０の貫通孔２３内に挿入された内周側部分３０の先端部分３２の外径ｂ）との関係が、０．４ａ≦ｂ≦０．８ａ、を満たすようになっている。
このようにして外周側部分２０と内周側部分３０とが接合されることによって、外周側部分２０の貫通孔２３における先端側部分が、取付孔１２のテーパ孔１３及び収納孔１４をなし、内周側部分３０の雌ねじ部３３が、取付孔１２の雌ねじ部１５をなすことになる。
【００２４】
一方、刃部４０は、超硬あるいはサーメットからなり、少なくとも一つの切刃が最先端に形成される切削部４１と、この切削部４１の後端側に連なるとともに後端側に向かうにしたがい外径が一定の勾配で漸次縮径していく略円錐台状のテーパ部４２と、このテーパ部４２の後端側に連なる後端側部分４３とから構成されて、軸線Ｏを中心として形成されている。
刃部４０の後端側部分４３は、テーパ部４２の後端側に段差部を経て連なる軸部４５と、この軸部４５の後端側に連なるとともに刃部４０の後端部をなし、かつ、軸部４５の外周面よりも径方向外方側に一段突出する角部４７を備えた端部４６とからなるフック部４４とされている。
【００２５】
ボルト部５０は、例えば鋼からなり、略円柱状をなす先端側部分５１と、この先端側部分５１の後端側に連なる雄ねじ部５２とから構成されて、軸線Ｏを中心として形成されている。
ボルト部５０の先端側部分５１には、その端面（ボルト部５０における先端面）に開口するフック穴５３が形成されているとともに、このフック穴５３の後端側と連通するように、軸線Ｏを中心とした一定の内径を有する略円柱孔状をなすフック部収納孔５４が形成されている。
【００２６】
フック穴５３は、刃部４０におけるフック部４４の端部４６及び軸部４５がちょうど通過可能な大きさに設定されており、このフック穴５３の周囲に位置してフック部収納孔５４の内周面から屹立する軸線Ｏ方向の後端側を向く壁面には、軸線Ｏ方向の先端側に一段凹むように、上記のフック部４４の端部４６の角部４７を嵌合可能な嵌合部５５が形成されている。
また、ボルト部５０には、押圧体５７とバネ５８とから構成された押圧部材５６が設けられており、押圧体５７がバネ５８によって軸線Ｏ方向の先端側へ向かって付勢されている。
【００２７】
ここで、刃部４０及びボルト部５０については、フック部４４の端部４６をフック穴５３に挿入して通過させてから、刃部４０をボルト部５０に対して周方向に所定角度相対回転させた後、刃部４０とボルト部５０とを軸線Ｏ方向で互いに離間する方向へ相対移動させることによって、フック部４４の端部４６の角部４７がフック穴５３の周囲の壁面に形成された嵌合部５５に嵌合させられた状態となっており、これら刃部４０とボルト部５０との周方向での相対回転及び軸線Ｏ方向で互いに離間する方向への相対移動が阻止されて、刃部４０とボルト部５０とが互いに連結されている。
なお、刃部４０とボルト部５０とが互いに連結された状態では、ボルト部５０に設けられた押圧部材５６によって、これら刃部４０とボルト部５０とが軸線Ｏ方向で互いに離間する方向へ押圧されているので、刃部４０とボルト部５０との連結が容易に外れないようになっている。
【００２８】
このようにして互いに連結された刃部４０及びボルト部５０は、工具本体１０の先端面１１に穿設された取付孔１２に対し、刃部４０のテーパ部４２が取付孔１２のテーパ孔１３内に収容され、刃部４０の後端側部分４３（フック部４４）とボルト部５０の先端側部分５１とが取付孔１２の収納孔１４内に収容されるように挿入される。
そして、刃部４０が回転させられることにより、この刃部４０と連結されたボルト部５０も回転させられて、ボルト部５０の雄ねじ部５２が取付孔１２の雌ねじ部１５にねじ込まれていく。
【００２９】
ボルト部５０の雄ねじ部５２が取付孔１２の雌ねじ部１５にねじ込まれていくことによって、このボルト部５０が取付孔１２内で軸線Ｏ方向の後端側に引き込まれていくとともに、ボルト部５０の先端側部分５１と連結された後端側部分４３を有する刃部４０が、取付孔１２内で軸線Ｏ方向の後端側に引き込まれていく。
これにより、刃部４０のテーパ部４２の外周面と取付孔１２のテーパ孔１３の内周面とが密着した状態となり、刃部４０におけるテーパ部４２の外周面が、取付孔１２におけるテーパ孔１３の内周面を押圧することとなって、刃部４０の軸線と工具本体１０の軸線Ｏとが一致させられて心出しが行われ、刃部４０が工具本体１０に着脱自在に装着されて固定されるのである。
【００３０】
ここで、刃部４０が工具本体１０に装着された状態での、刃部交換式切削工具における軸線Ｏ方向に沿った長さＬ１が、刃部４０の切削部４１に形成される切刃の外径Ｄ１に対して、４．０Ｄ１〜２０．０Ｄ１の範囲に設定され、また、同じく刃部４０が工具本体１０に装着された状態での、刃部４０のテーパ部４２の外周面と取付孔１２のテーパ孔１３の内周面との接触部分における軸線Ｏ方向に沿った長さＬ２が、刃部４０の切削部４１に形成される切刃の外径Ｄ１に対して、０．５Ｄ１〜１．２Ｄ１の範囲に設定されている。
【００３１】
以上説明したような本第一実施形態によれば、工具本体１０を、ヤング率Ｅａ（及び質量密度ρａ）が大きく剛性の高い超硬からなる外周側部分２０と、質量密度ρｂ（及びヤング率Ｅｂ）の小さい鋼からなる内周側部分３０とで構成したことから、超硬からなる外周側部分２０の存在によって、工具本体１０の剛性を高めることが可能となり、かつ、鋼からなる内周側部分３０の存在によって、工具本体１０の剛性を不用意に低下させることなく、工具本体１０の軽量化を図って、その基本固有振動数を高めることが可能となっている。
とくに、外周側部分２０の外径ａと内周側部分の外径ｂとの関係を、０．４ａ≦ｂ≦０．８ｂを満たすようにしたことから、すでに図８のグラフを用いて説明したように、工具本体１０の基本固有振動数を、超硬のみによって構成された工具本体よりも確実に高めることができる。なお、外周側部分２０の外径ａと内周側部分３０の外径ｂとの関係については、０．５ａ≦ｂ≦０．７ａ、を満たすように設定することがより好ましい。
【００３２】
そして、刃部４０が工具本体１０に装着されたときには、この刃部４０のテーパ部４２の外周面が、工具本体１０の外周側部分２０に形成された貫通孔２３の先端側部分である取付孔１２のテーパ孔１３の内周面を押圧するようになっていることから、剛性の高い超硬あるいはサーメットからなる刃部４０と、同じく剛性の高い超硬からなる工具本体１０の外周側部分２０とを直接接触させるようにできるので、非常に剛性の高い刃部交換式切削工具を得ることができる。
しかも、刃部４０を工具本体１０に装着するために用いられるボルト部５０の雄ねじ部５２がねじ込まれる雌ねじ部３３は、鋼から構成された工具本体１０の内周側部分３０に形成されていることから、この雌ねじ部３３を容易に形成することが可能となり、刃部４０の装着に不具合が生じることもない。
【００３３】
このように、本第一実施形態による刃部交換式切削工具では、工具本体１０の剛性及び基本固有振動数を高めることができ、しかも、刃部４０を装着した状態であっても、その剛性を低めてしまうような中間部材がないので、ビビリ振動を効果的に抑制することができ、非常に精度の高い切削加工を行うことができる。
とくに、本第一実施形態においては、工具本体１０の長さＬが、工具本体の外径Ｄに対して４．０Ｄ以上に設定され、かつ、刃部４０が装着された状態での刃部交換式切削工具の長さＬ１が、刃部４０の切削部４１に形成される切刃の外径Ｄ１に対して４．０Ｄ１以上に設定されていて、ビビリ振動が生じやすい条件となっていることから、このビビリ振動を抑制する効果を顕著に発揮することができる。なお、刃部交換式切削工具の長さＬ１が、２０．０Ｄ１よりも大きく設定されているような場合には、たとえ、上述のような構成を採用したとしても、ビビリ振動を抑制する効果が得られにくくなるおそれがある。
【００３４】
また、刃部４０が工具本体１０に装着されるときには、この刃部４０が回転させられつつ、取付孔１２内で軸線Ｏ方向の後端側へ引き込まれていくようになっているため、刃部４０のテーパ部４２の外周面と取付孔１２のテーパ孔１３の内周面との間に、軸線Ｏ回りの周方向での大きな摩擦が生じるのであるが、取付孔１２のテーパ孔１３が、超硬によって構成された工具本体１０の外周側部分２０に形成されていることで、この取付孔１２のテーパ孔１３の著しい摩耗を抑制して、その寿命の延長を図り、刃部４０の取付精度を常に高い状態に維持しやすくなるという効果を得る。
【００３５】
加えて、刃部４０を超硬から構成した場合には、互いに接触しあう刃部４０のテーパ部４２の外周面と取付孔１２のテーパ孔１３の内周面とを互いに同一の材料である超硬にすることができるので、これらテーパ部４２の外周面とテーパ孔１３の内周面との摩擦係数が小さくなるとともに、切削油が付着したときとしないときの摩擦係数の変動も小さくなり、刃部４０を安定して強力に引き込むことができる。
【００３６】
このとき、取付孔１２のテーパ孔１３における片角でのテーパ角度が、２゜〜２５゜の範囲に設定されていることから、刃部４０のテーパ部４２の外周面と取付孔１２のテーパ孔１３の内周面との間に、適度な押圧力を生じさせることができている。
このテーパ角度が２゜より小さくなると、テーパ部４２の外周面とテーパ孔１３の内周面との間で生じる押圧力が（くさび効果によって）高くなりすぎ、テーパ孔１３が弾性変形により拡径してしまう。そのため、ボルト部５０によって刃部４０が引き込まれていない状態でも、テーパ部４２はテーパ孔１３の弾性力によって締め付けられることになり、刃部４０が工具本体１０から外れなくなってしまうおそれがある。逆に、テーパ角度が２５゜より大きくなっても、押圧力が小さくなり十分な刃部４０の保持ができなくなるおそれがある。
【００３７】
さらに、このとき、刃部４０のテーパ部４２の外周面と取付孔１２のテーパ孔１３の内周面との接触部分の長さＬ２が、刃部４０の切削部４１に形成される切刃の外径Ｄ１に対して、０．５Ｄ１〜１．２Ｄ１の範囲に設定されていることから、刃部４０を装着した状態での刃部交換式切削工具全体の剛性を十分に高く保つことができているとともに、その基本固有振動数を高く保つことができている。
ここで、この接触部分の長さＬ２が、０．５Ｄ１より小さくなると、刃部４０を装着した状態での刃部交換式切削工具全体の剛性を十分に高く保つことができなくなるおそれがあり、逆に、１．２Ｄ１より大きくなっても、刃部４０のテーパ部４２の質量が大きくなりすぎて、基本固有振動数を低下させてしまうおそれがある。
【００３８】
以下、本発明の第二実施形態を添付した図面を参照しながら説明するが、上述した第一実施形態と同様の部分については同一の符合を用いてその説明を省略する。
図３は本発明の第二実施形態による刃部交換式切削工具を示す一部破断断面図、図４は同刃部交換式切削工具の工具本体における外周側部分を示す断面図、図５は同刃部交換式切削工具の工具本体における内周側部分を示す側面図である。
【００３９】
本第二実施形態において、工具本体１０の外周側部分２０は、図３及び図４に示すように、超硬によって構成された軸線Ｏを中心とする略円筒状をなすものであって、工具本体１０の先端面１１となる先端面２１と工具本体１０の後端面１６となる後端面２２とを備え、その先端面２１から後端面２２まで貫通するような貫通孔２３を有している。
そして、貫通孔２３の後端部分は、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい内径が一定の勾配で漸次拡径していく略円錐台孔状の本体側テーパ孔２４とされている。ここで、本体側テーパ孔２４における片角でのテーパ角度θ（軸線Ｏを含む断面で見たときに本体側テーパ孔２４が軸線Ｏとなす狭角）は、２０゜〜４５゜の範囲に設定されている。
【００４０】
これに対して、工具本体１０の内周側部分３０は、図３及び図５（ａ）に示すように、鋼によって構成された軸線Ｏを中心とする略円柱状をなすものであって、軸線Ｏ方向の後端側に向けて雌ねじ部３３が穿設された先端面３１を備えた先端部分３２と、この先端部分３２の後端側に連なるとともに、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい外径が一定の勾配で漸次拡径していく略円錐台状の本体側テーパ部３６とから構成されている。
【００４１】
これら外周側部分２０と内周側部分３０とは、外周側部分２０の貫通孔２３における後端面２２への開口部からこの貫通孔２３内に、内周側部分３０の先端部分３２が挿入されるとともに、貫通孔２３の後端部分である本体側テーパ孔２４の内周面と内周側部分３０の後端部分である本体側テーパ部３６の外周面とが密着させられた状態で、貫通孔２３の内周面と内周側部分３０の先端部分３２の外周面との間に設けられた隙間に、耐熱性無機接着剤６０（例えば、商品名：スリーボンド３７３２（株式会社ＴｈｒｅｅＢｏｎｄ製））が充填されることによって互いに接合されている。
【００４２】
以上説明したような本第二実施形態によれば、工具本体１０を構成する外周側部分２０及び内周側部分３０について、取付孔１２の雌ねじ部１５をなす雌ねじ部３３の形成された内周側部分３０が、その後端部分である本体側テーパ部３６の外周面を、外周側部分２０の貫通孔２３の後端部分である本体側テーパ孔２４の内周面に密着させた状態となっている。
【００４３】
そのため、刃部４０が回転させられて、この刃部４０が取付孔１２内で軸線Ｏ方向の後端側に引き込まれていくのにともない、雌ねじ部３３の形成された内周側部分３０が、外周側部分２０の貫通孔２３内で軸線Ｏ方向の先端側へ引き込まれるような力を受ける。
すると、この内周側部分３０の本体側テーパ部３６の外周面が、貫通孔２３の本体側テーパ孔２４の内周面によってくさび効果で強固に押圧されることとなり、刃部４０を回転させるためにこの刃部４０に与えられた回転トルクを、本体側テーパ部３６と本体側テーパ孔２４との密着面に生じた摩擦力によって確実に受け止めることができる。
【００４４】
したがって、外周側部分２０の貫通孔２３の内周面と内周側部分３０の外周面との間に多少の隙間を設けて、これら外周側部分２０及び内周側部分３０に関する厳密な精度管理を不要としているのにも関わらず、刃部４０を工具本体１０に装着するときには、刃部４０及び内周側部分３０が外周側部分２０に対して連れ回ってしまうようなことがなくなり、刃部４０を工具本体１０に対して強固に装着することが可能となっている。
また、貫通孔２３の本体側テーパ孔２４の内周面で、内周側部分３０の本体側テーパ部３６の外周面を押圧していることによって、外周側部分２０の軸線と内周側部分３０の軸線とを確実に一致させることも可能となっている。
【００４５】
このとき、貫通孔２３の本体側テーパ孔２４における片角でのテーパ角度θが、２０゜〜４５゜の範囲に設定されていることから、内周側部分３０の本体側テーパ部３６との外周面と貫通孔２３の本体側テーパ孔２４の内周面との間に、適度な押圧力を生じさせることができている。
このテーパ角度θが２０゜より小さくなると、本体側テーパ部３６の外周面と本体側テーパ孔２４の内周面との間で生じる押圧力が（くさび効果によって）高くなりすぎるおそれがあり、逆に、テーパ角度θが４５゜より大きくなっても、押圧力が小さくなり、刃部４０に与えられる回転トルクを受け止めることができなくなるおそれがある。
【００４６】
さらに、本第二実施形態では、外周側部分２０の貫通孔２３の内周面と内周側部分３０の外周面との間に設けられた隙間に耐熱性無機接着剤６０を充填していることから、工具本体１０の後端側部分を例えば下向きにした状態で刃部４０の着脱を行うときでも、内周側部分３０と外周側部分２０とが耐熱性無機接着剤６０で接合されていることで、内周側部分３０が外周側部分２０の貫通孔２３から後端側へ抜け落ちてしまうようなこともない。
とくに、耐熱性を有する無機質の接着剤を選択したことで、工具本体１０の後端側部分を、工作機械の回転軸に取り付けられるホルダシャンクに対して焼き嵌めで把持させる場合であっても、耐熱性無機接着剤６０が焼き嵌め時の熱による影響を受けることがなくなり、その接着力を維持し続けることが可能となっている。
【００４７】
ここで、本第二実施形態においては、図５（ａ）に示すように、内周側部分３０の先端部分３２を略円柱状にして、この先端部分３２の外周面と貫通孔２３の内周面との間に形成される多少の隙間に耐熱性無機接着剤６０を充填するようにしているが、例えば、図５（ｂ）に示すように、内周側部分３０の先端部分３２において、その先端側一部分を除く他の部分が一段縮径するようにぬすみ部３２Ａを形成し、このぬすみ部３２Ａの外周面と貫通孔２３の内周面との間に形成される多少の隙間に耐熱性無機接着剤６０を充填するようにしてもよい。
図５（ｂ）に示すような内周側部分３０を用いた場合には、この内周側部分３０に生じた多少の反りを吸収することができるのに加えて、充填される耐熱性無機接着剤６０の厚みを容易に制御することができる。
【００４８】
なお、上記の各実施形態においては、刃部４０と雄ねじ部５２を有するボルト部５０とを互いに連結し、このボルト部５０の雄ねじ部５２を取付孔１２の雌ねじ部１５にねじ込んでいくことにより、刃部４０が回転させられつつ、取付孔１２内で軸線Ｏ方向の後端側へ引き込まれていくようになっているが、これに限定されることなく、例えば図６に示す第三実施形態のようなものであってもよい（上述した各実施形態と同様の部分については、同一の符合を用いてその説明を省略する）。
【００４９】
本第三実施形態による刃部交換式切削工具では、図６に示すように、刃部４０が、例えば鋼から構成されていて、その後端側部分４３が雄ねじ部４９とされる一方、切削部４１には、例えば超硬からなるスローアウェイチップ４８…が装着されることによって少なくとも１つの切刃が最先端に形成されている。
そして、刃部４０が工具本体１０に装着されるときには、刃部４０の後端側部分４３である雄ねじ部４９が取付孔１２の雌ねじ部１５にねじ込まれていくことによって、刃部４０が回転させられつつ、取付孔１２内で軸線Ｏ方向の後端側に引き込まれていくようになっている。
このような本第三実施形態においても、上述の各実施形態と同様の構成を採用した部分については、上述の各実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、工具本体の外周側部分を、ヤング率Ｅａ（及び質量密度ρａ）の大きい材料である例えば超硬によって構成し、工具本体の内周側部分を、質量密度ρｂの小さい材料である鋼によって構成し、かつ、工具本体の外周側部分の外径ａと内周側部分の外径ｂとの関係を、０．４ａ≦ｂ≦０．８ａ、としたことで、この工具本体の剛性を高めることが可能でありながらも、工具本体の軽量化を図って、その基本固有振動数を高めることが可能となっている。
しかも、工具本体を外周側部分と内周側部分とから構成したことで、例えば超硬あるいはサーメットから構成される刃部を、例えば超硬から構成される工具本体の外周側部分に対して直接接触させるようにして工具本体に装着するようにもでき、従来のような中間部材がなくなって非常に剛性の高い切削工具を得ることができるのに加え、例えば鋼によって構成される工具本体の内周側部分には、刃部を装着するときに用いる雌ねじ部などを容易に形成することができる。
したがって、本発明によれば、工具本体の剛性及び基本固有振動数が高められ、刃部を装着した際であっても剛性が低められることがないので、ビビリ振動を効果的に抑制することができ、非常に精度の良い切削加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態による刃部交換式切削工具を示す一部破断断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態による刃部交換式切削工具の工具本体を示す一部破断断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態による刃部交換式切削工具を示す一部破断断面図である。
【図４】本発明の第二実施形態による刃部交換式切削工具の工具本体における外周側部分を示す断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態による刃部交換式切削工具の工具本体における内周側部分を示す側面図である。
【図６】本発明の第三実施形態による刃部交換式切削工具を示す一部破断断面図である。
【図７】本発明による刃部交換式切削工具における工具本体の断面を示す概略説明図である。
【図８】本発明による効果を説明するために用いるグラフである。
【符号の説明】
１０  工具本体
１２  取付孔
１３  テーパ孔
２０  外周側部分
３０  内周側部分
４０  刃部
４１  切削部
４２  テーパ部
５０  ボルト部
【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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