(57)【要約】      （修正有）【課題】切削液を使用する切削加工は作業環境を悪化させ、切削液の処理は環境への負荷が大きい。そのため、切削液を使用しない冷却機能を備えた切削工具が求められてきた。そこで、安全性、経済性及び温度調節性能に優れた切削チップ温度調節器を提供する。【解決手段】導入口と排出口を表面に備え、導入口と排出口とをつなげる流体用通路を内部に備え、切削チップ２のすくい面に接して温度調節する切削チップ温度調節器１を取り付けて、切削チップ温度調節器に冷却液を供給すると、切削液を供給せずに切削チップの刃先温度を低下させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃部の逃げ面および／またはすくい面に接して温度調節することを特徴とする切削チップ温度調節器。
【請求項２】
切削チップ温度調節器は、切削工具のチップホルダーに取り付ける切削チップの着座面に対向するすくい面に接して取り付けることが可能であることを特徴とする請求項１に記載の切削チップ温度調節器。
【請求項３】
切削チップ温度調節器は、ブレーカーピースとしての機能を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の切削チップ温度調節器。
【請求項４】
切削チップ温度調節器は、導入口と排出口とを表面に備え、導入口と排出口とをつなげる流体用通路を内部に備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の切削チップ温度調節器。
【請求項５】
請求項４に記載の切削チップ温度調節器と流体温度調節装置と循環ポンプとを備えた切削チップ温度調節装置。
【請求項６】
切削チップ温度調節器は、ヒーター、ペルティエ素子のいずれか一方、もしくは両方を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の切削チップ温度調節器。
【請求項７】
請求項６に記載の切削チップ温度調節器と電流制御装置とを備えた切削チップ温度調節装置。
【請求項８】
請求項１〜４および６のいずれか１項に記載の切削チップ温度調節器を備えた切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は切削工具の刃部の温度を調節する切削チップ温度調節器、それを備えた切削工具および切削チップ温度調節装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
切削加工を行うと切削工具の刃先温度の上昇に伴って切削工具の摩耗が急激に増大する。しかし、切削工具の刃先を冷却すると切削工具の長寿命化、切削効率の向上、被削材の熱変形抑制をすることができるため、従来、切削加工において、水、油など切削液や空気、窒素、二酸化炭素など気体を切削工具の刃先に常時噴射し切削工具の刃先を冷却していた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかしながら、切削液を使用すると切削加工コストを高くするばかりでなく工作機械、作業者を汚染すると共に酸化した油成分が悪臭を放つなど作業環境を悪化させる。また、廃棄される切削液が環境に与える負荷が問題となっており、加えて切削屑から油分、薬品成分を回収分離することが求められ処理コストが増大するという問題がある。また、圧縮空気や二酸化炭素を用いた場合、刃先温度が上がると刃先の酸化を促進してしまうという問題や、窒素や二酸化炭素を用いた場合、酸素濃度低下によって作業員が窒息する危険性があるなどの問題がある。
【０００４】
切削液を用いず刃部を冷却する切削工具の従来技術としては、バイト本体内の貫通孔を空けヒートパイプを組み込んだヒートパイプ付バイトがある（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、このヒートパイプ付きバイトは、バイト本体に貫通孔を設けたためバイト本体の剛性を低下させてしまい安定した切削加工ができなくなるという問題や、刃先と冷却部が離れており冷却作用が低いという問題があった。
【０００５】
また、刃部を冷却する従来技術としては、スローアウェイチップの内部に冷却用通路を設けた吸熱式スローアウェイチップがある（例えば、特許文献３参照。）。しかしながらスローアウェイチップに用いられている材料は硬さが高く、スローアウェイチップの内部に複雑な形状の冷却用通路を設けることは技術的に困難であり加工コストは非常に高くなる。また切削加工時にスローアウェイチップには高い圧力が断続的に加わるため冷却用通路を設けた内部から破壊する恐れがある。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−９５５４０号（第１図）
【特許文献２】特開昭４７−３６１８０号公報（図−２）
【特許文献３】再公表ＷＯ０１／０６４３７６号公報（第２，３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
切削液を使用する切削加工は作業環境を悪化させ、切削液の処理は環境への負荷が大きい。また、刃部の冷却のために気体を噴射する方法は刃先の酸化や安全性に問題がある。そのため、切削液や気体を使用しない冷却機能を備えた切削工具が求められてきたが、従来の冷却機能を備えた切削工具では、安全性、経済性及び冷却性能などに問題があり要求に応えられなかった。本発明は、安全性、経済性及び温度調節作用に優れた切削チップ温度調節器、切削チップ温度調節器を備えた切削工具および切削チップ温度調節装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は切削チップの温度調節方法について検討を重ねた結果、温度調節のため流体用通路またはヒーター、ペルティエ素子を設けた切削チップ温度調節器を切削チップのすくい面および／または逃げ面に取り付けると、切削チップの刃部の温度を効率よく調節できることが分かった。すなわち本発明は、切削工具の刃部の逃げ面および／またはすくい面に接して温度調節することを特徴とする切削チップ温度調節器である。
【０００９】
本発明において切削工具とは、切削加工に用いられるバイト、フライス、ドリル、エンドミル、リーマなどの工具であり、その中でも本発明の切削チップ温度調節器をバイトに応用すると温度調節用液体の供給装置が単純な構造になるため好ましい。その中でもバイトの刃部がスローアウェイ式の切削チップ（スローアウェイチップ）であると取り付けが容易であるため、さらに好ましい。その中でも切削チップのクランプ方式が押え金で固定するクランプオン方式またはねじで固定するスクリューオン方式であると、図１に示すように切削チップと本発明の切削チップ温度調節器とを直接接触させて押え金またはねじで強く固定できるため、さらに好ましい。
【００１０】
本発明の切削チップ温度調節器は、取り付けられた切削チップのすくい面および／または逃げ面に接して温度調節する作用がある。本発明の切削チップ温度調節器の端が切削チップの刃先稜線から３ｍｍ以上離れるように取り付けると切削加工において切削チップ温度調節器が損耗しにくいため経済性に優れる。逆に刃先稜線から０〜３ｍｍ未満になるように取り付けると、切削加工時に切削チップと本発明の切削チップ温度調節器は共に損耗するものの温度調節作用に優れる。
【００１１】
本発明の切削チップ温度調節器は、切削加工時に最も温度が上がる切削チップの刃先側のすくい面に取り付けると温度調節作用を高くすることができるため好ましい。すなわち、本発明の切削チップ温度調節器は、切削工具のチップホルダーに取り付けられる切削チップの着座面に対向する切削チップのすくい面に接して取り付けることが可能であると温度調節作用を高くすることができるため、好ましい。本発明の切削チップ温度調節器は、切削チップのすくい面に取り付けられる構造を有し切削チップ形状に合わせて略三角板状、略四角板状などの略多角板状、略円盤状であると好ましく、特に切削チップに取り付けるブレーカーピースの大きさおよび形状であると好ましい。また、切削チップがスクリューオン方式によって取り付けられるときは本発明の切削チップ温度調節器に取り付け用の通し穴が設けられていると好ましい。
【００１２】
本発明の切削チップ温度調節器は、一般に用いられているブレーカーピース大であると、切削工具に特別な改造を行うことなく取り付けることができるため好ましい。特に本発明の切削チップ温度調節器の形状をブレーカーピースとしての機能を持つ形状とすることは非常に好ましい。ブレーカーピースとしての機能を持たせる形状とすると、切削加工時に切り屑が適切な長さで折れて排出されることにより、切削加工時に生じる熱の一部が切り屑と共に排出され、刃部の冷却作用が向上する。
【００１３】
また、本発明の切削チップ温度調節器と切削工具の間に、熱伝導率の高い物質を隙間無く充填することにより、温度調節作用を向上させることも好ましいことである。
【００１４】
本発明の切削チップ温度調節器は、導入口と排出口を表面に備え、導入口と排出口とをつなげる流体用通路を内部に備えると、温度調節用流体を流して温度調節作用を向上させることができるため好ましい。導入口と排出口にそれぞれ管を連結し、その管の中に流体温度調節装置によって温度を調節した流体を循環ポンプにより循環させる構造の切削チップ温度調節装置は、切削工具の刃部を好ましい温度に調節することができる。導入口と排出口に取り付ける管の表面は、切削加工時に切り屑が当たるため耐摩耗性が高い材料であると好ましい。取り付ける管として具体的には表面に金属網を巻いたフッ素樹脂製パイプを挙げることができる。
【００１５】
本発明の切削チップ温度調節器には、流体が出入りする導入口および排出口を、それぞれ１カ所以上設けられると好ましく、その中でも切削する刃先に近い方に設けられた口を流体の導入口にすると高い温度調節作用が得られるため、さらに好ましい。
【００１６】
本発明の切削チップ温度調節器は、板状の切削チップ温度調節器の内部に流体用通路を設けられていると好ましく、切削温度をよりいっそう低下させたい場合は回廊状の流体用通路を備えると好ましく、接触面全体を温度調節する場合、切削チップ温度調節器の内部に仕切りがない構造の全面型流体用通路を備えると好ましい。
【００１７】
温度調節用流体は、刃先の切削温度を低くするときは流体温度を下げて、刃先の切削温度を高くするときは流体温度を上げるとよい。温度調節用流体は、液体、気体であるものから制限無く適切なものが選択できる。本発明の切削チップ温度調節器は切削温度を上げる作用よりも切削温度を下げる作用に優れるため、本発明の切削チップ温度調節器を切削チップ冷却器として用いることは好ましい。冷却するための温度調節用流体、すなわち冷却用流体としては、熱伝導率が高く、安全性および流動性に優れる水（冷却水）が好ましい。
【００１８】
本発明の切削チップ温度調節器は、電気を利用して加熱・冷却するヒーター、ペルティエ素子のいずれか一方もしくは両方を備えると電流の調整により容易に温度を変更でき、回転工具に取り付けることが容易であるため、好ましい。その中でもペルティエ素子は、直流を反転させることにより加熱・冷却を一つのペルティエ素子で行うことができ省スペースとなるため、さらに好ましい。ヒーターおよび／またはペルティエ素子と、これらに供給するに電流を調整する電流制御装置とを備えた切削チップ温度調節装置は、切削工具の刃部を好ましい温度に調節することができる。ヒーター、ペルティエ素子に取り付ける電線の表面は、切削加工時に切り屑が当たるため耐摩耗性が高い材料であると好ましい。取り付ける電線として具体的には表面に金属網を巻いた電線を挙げることができる。
【００１９】
本発明の切削チップ温度調節器を形成する材料は、金属、セラミック、有機物をはじめとして、制限無く適切なものを選択することができるが、その中でも熱伝導率が高く加工が容易な金属が好ましい。また、本発明の切削チップ温度調節器の材料構成も単一相、複合相、多層構造など制限無く選択できるが、その中でも切削チップに接する面をダイヤモンド層またはｃＢＮ層とした切削チップ温度調節器は、熱伝導率が高く好ましい。
【００２０】
本発明の切削チップ温度調節器は、切削チップの材種、例えば、超硬合金材種、サーメット材種、セラミックス材種、コーティング材種、ダイヤモンド材種、ｃＢＮ材種などによらず効果があり、その中でも高速ドライ切削加工に用いられるダイヤモンド単結晶、ダイヤモンド焼結体、ｃＢＮ単結晶またはｃＢＮ焼結体からなる切削チップとともに用いられると本発明の効果が高いため好ましく、その中でも切削温度が高い領域で用いられるｃＢＮ焼結体の切削チップに接して用いられるとさらに好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の切削チップ温度調節器を用いると従来の切削チップ冷却装置に比べて安全性、経済性及び温度調節作用に優れる。本発明の切削チップ温度調節器を用いると従来の切削液を使用する場合に比べて環境への負荷が少ない。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の切削チップ温度調節器１を組み込んだ本発明のバイトの一実施例を示したもので、バイト本体４に敷金３を取り付け、その上に切削チップ２を取り付け、さらに切削チップのすくい面に接するように本発明の切削チップ温度調節器１を取り付けている。切削チップ温度調節器１は、押え金５によって固定されている。本発明の切削チップ温度調節器１には、流体導入管６と流体排出管７が連結されている。なお本発明の切削チップ温度調節器１に設けられた導入口または排出口の中で、切削チップの切削加工するコーナーに近い方に流体導入管６を連結し遠い方に流体排出管７を連結すると温度調節作用を向上させることができる。
【００２３】
図２は、図１のＡ−Ｂ線における断面図を含んだ本発明のバイトの一実施例の一部断面図である。本発明の切削チップ温度調節器１の内部には流体用通路が設けられて、流体導入管６または流体排出管７につながっていることが示されている。本発明の切削チップ温度調節器１は、切削チップ２のチップホルダーに取り付ける切削チップの着座面に対向するすくい面に接して取り付けられていることが分かる。本発明の切削チップ温度調節器１と切削チップ２は密着して接していると好ましく、加工精度が悪く本発明の切削チップ温度調節器１と切削チップ２の間に隙間が生じる場合には、隙間に熱伝導率の高い物質を充填すると温度調節効果が高くなる。
【００２４】
図３は、本発明の流体温度調節装置の一実施例を示す概略図であり、流体温度調節装置８と循環ポンプ９とを備えている。流体温度調節装置は流体の温度を調整する作用があり、循環ポンプ９は流体を矢印の方向に循環させる作用がある。
【００２５】
図４は、本発明の切削チップ温度調節器の一実施例を示す。切削チップ温度調節器は略四角板状部材の内部に回廊状の流体用通路１２を備え、切削チップと接する面と対向した面に導入口１０と排出口１１を備えている。
【００２６】
図５は、本発明のブレーカーピースの機能を有した切削チップ温度調節器の一実施例を示す。切削チップ温度調節器は、略四角板状部材の内部に回廊状の流体用通路１２を備え、切削チップと接する面と対向した面に導入口１０と排出口１１が備え、ブレーカーピース１３を備えている。
【００２７】
図６は、本発明の取り付け用の通し穴を備えた切削チップ温度調節器の一実施例を示す。切削チップ温度調節器は、略四角板状部材の内部に回廊状の流体用通路１２が備えられ、切削チップと接する面と対向した面に導入口１０と排出口１１を備え、取り付け用の通し穴１４を備えている。クランプ方式がスクリューオン方式の切削工具に取り付けると固定する作用が高い。
【００２８】
図７は、本発明の全面型流体用通路を備えた切削チップ温度調節器の一実施例を示す。切削チップ温度調節器は、切削チップと接する面と対向した面に導入口１０と排出口１１を備え、略四角板状部材の内部に略四角板状の全面型流体用通路１５を備えており、温度調節面積を広くする効果がある。また、単純な構造であるため製造しやすい。
【００２９】
図８は、本発明の切削チップ温度調節器の一実施例を示す。切削チップ温度調節器は、略四角板状部材の内部に回廊状の流体用通路１２を備え、略四角板状部材の切削チップと接する面と所定の角度で交差する面に導入口１０と排出口１１を備えている。切削チップに接する面を２面備え、いずれの面においても切削チップに取り付け可能であるため、取り付け性に優れる。図９に示す一実施例も同様である。
【実施例２】
【００３０】
ｃＢＮを９０容量％含有する焼結体からなるＪＩＳ規格ＳＮＭＮ１２０４０８の工具形状を有するｃＢＮ基焼結体切削工具を用意した。発明品１については、図１に示す実施の形態のように本発明の切削チップ温度調節器を取り付けた後、本発明の切削チップ温度調節器に水を循環させてドライで切削試験１を行った。比較品１〜３は、本発明の切削チップ温度調節器を除いた上で、比較品１は自然放熱、比較品２は圧縮空気を刃先に噴射しながら、比較品３は刃先に水溶性切削油を噴射しながら切削試験１を行った。発明品１、比較品１〜３の切削試験結果は、表１に併記した。
【００３１】
【表１】
2005279860.tif 000003
【００３２】
切削試験１の条件
被削材：円板形状のねずみ鋳鉄材（ＦＣ２５０）
直径１８０ｍｍから５８ｍｍまでの端面連続切削
被削材硬度：ＨＢ２００
切削速度：１０００（ｍ／ｍｉｎ）
送り    ：０．４（ｍｍ／ｒｅｖ）
切り込み：２．０（ｍｍ）
試験回数：２回
【００３３】
切削試験１において加工数を律するのは、刃先のすき取り摩耗であった。表１に示すように、発明品１は比較品１に比較して平均７６％、比較品２に比較して平均１６％それぞれ加工数が増加した。比較品３は発明品１と同程度の加工数を加工できたが、使用した水溶性切削油と切り屑の処理にコストがかかった。したがって、発明品１は比較品１〜３に比較して安全性、経済性に優れ、環境負荷が少なく冷却作用に優れる。発明品１はドライ切削にもかかわらず切削液を用いた比較品３と加工数が同程度であり、切削性能が低下しない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の切削チップ温度調節器を取り付けたバイトの一実施例を示す斜視図
【図２】図１Ａ−Ｂ線の断面を含む同バイトの一実施例を示す一部断面図
【図３】本発明の切削チップ温度調節装置の一実施例を示す概略図
【図４】本発明の切削チップ温度調節器の一実施例を示す三面図  （ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図
【図５】本発明の切削チップ温度調節器の一実施例を示す三面図  （ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図
【図６】本発明の切削チップ温度調節器の一実施例を示す三面図  （ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図
【図７】本発明の切削チップ温度調節器の一実施例を示す三面図  （ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図
【図８】本発明の切削チップ温度調節器の一実施例を示す三面図  （ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図
【図９】本発明の切削チップ温度調節器の一実施例を示す三面図  （ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図
【符号の説明】
【００３５】
１…切削チップ温度調節器
２…切削チップ
３…敷金
４…バイト本体
５…押え金
６…流体導入管
７…流体排出管
８…流体温度調節装置
９…循環ポンプ
１０…導入口
１１…排出口
１２…流体用通路
１３…ブレーカーピース
１４…通し穴
１５…全面型流体用通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005279860.tif 000007
【図５】
2005279860.tif 000008
【図６】
2005279860.tif 000009
【図７】
2005279860.tif 000010
【図８】
2005279860.tif 000011
【図９】
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