(57)【要約】【課題】  バルブボディやオイルポンプなどに使用される大きな穴を、高速回転、高送りで、かつ高精度に加工するのに適した、リーマを提供しようとするものである。【解決手段】  先端が細くなるテーパ部を有する軸状の工具本体1と、テーパ部12と嵌合するテーパ孔21を有するチップホルダ2と、工具本体1の先端方向に移動してチップホルダ2と工具本体1との嵌合を緩めるホルダ押出具3と、工具本体の根元方向に移動してチップホルダ2と工具本体1との嵌合を絞めるホルダ押入具4と、チップホルダ2に固定されるチップ7とを有するチップホルダ交換型リーマである。前記ホルダ押出具3は、工具本体1に対し相対的に回転することにより軸心方向に移動してチップホルダ2を押し出すことができる。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側が先細りのテーパ部を有する軸状の工具本体と、
前記テーパ部と嵌合するテーパ孔を有するチップホルダと、
工具本体の軸方向のうち、テーパ部の外径が小さくなる方向に移動してチップホルダと工具本体との嵌合を緩めるホルダ押出具と、
工具本体の軸方向のうち、テーパ部の外径が大きくなる方向に移動してチップホルダと工具本体との嵌合を絞めるホルダ押入具と、
チップホルダに固定されるチップとを有することを特徴とするチップホルダ交換型穴加工用工具。
【請求項２】
前記ホルダ押出具は、工具本体の軸方向に対して移動可能なように工具本体にねじ結合されることを特徴とする請求項1に記載のチップホルダ交換型穴加工用工具。
【請求項３】
前記ホルダ押入具は、工具本体の軸方向に対して移動可能なように工具本体にねじ結合されることを特徴とする請求項１に記載のチップホルダ交換型穴加工用工具。
【請求項４】
前記チップの逃げ面に、マージンを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のチップホルダ交換型穴加工用工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴加工用工具に関するもので、特に超硬合金、多結晶ダイヤモンドやCBN焼結体を切刃とする大径の穴加工用工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
穴加工用工具の例としてドリル、リーマなどがある。このうち、リーマは正確な直径と同時に滑らかな仕上げ面を得るための工具である。この様な工具の加工能率を高めるために、回転数や送りを高くすると、ビビリや振れが発生し加工面精度が悪くなる。特に送り速度を高くすると送りマークが発生して、穴径の精度が悪くなり、最悪の場合は切刃が欠けることもある。
【０００３】
特許文献1に記載された発明は、軸状をなす工具本体の一端に直刃および傾斜刃が交互に備えられたリーマに関するものである。傾斜刃が直刃よりも根元側である後方に位置し、かつ直刃の外周チップより傾斜刃の外周チップが大きい外径を有し、この部分がバニッシング作用を行う。これは傾斜刃が斜め切りを行い、ブローチ的な役割をなしたことおよびその円周部分の被削穴に対する接触によりバニッシング効果を高めることができる。そして直刃は工具本体にロウ付けされている。
【０００４】
特許文献2に記載された発明は、スローアウェイ式リーマに関するもので、切刃チップが摩耗などすると、切刃チップのみを交換するタイプのリーマである。このリーマは、切刃チップを押さえ駒で直接工具本体に押さえつけて固定する構造になっており、上記押さえ駒を取り外すことで、切刃チップを交換することができるようにしている。
【特許文献１】実開昭５５−７５４１７号公報
【特許文献２】特開２００３−１１７７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、工具本体に直接チップをロウ付けする特許文献1のリーマでは、チップが摩耗などにより寿命になると高価な工具全体が寿命となるので、非経済的である。
【０００６】
また、特許文献1に記載のリーマによれば、超硬合金からなる傾斜刃と直刃をそれぞれ2枚づつ本体に装着する。そのときに4枚のチップ相互の芯ブレも小さくしなければならない。しかし、チップの数が多ければ、チップ相互間の芯ブレも多くなり、加工精度に影響する。
【０００７】
一方、ねじ絞めやクランプなどの機構を用いてチップを保持する特許文献2などに記載されているチップ交換型リーマは、チップのみを交換できるものの、高速、高送りの穴加工用工具に使用できなかった。これは、チップが受ける切削抵抗に比較して、チップ保持機構の機械強度が弱く、繰り返し使用するうちにチップの取り付け精度が悪くなって使用できなくなるからである。おそらく、使用しているうちに、保持機構にμmのオーダーの変形が生じて芯ブレなどが発生するためと推定される。
【０００８】
本発明は、高速回転、高送りでの使用に適し、かつ高精度に加工することができる安価なチップホルダ交換型穴加工用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】
【０００９】
本発明は、先端側が先細りのテーパ部を有する軸状の工具本体と、前記テーパ部と嵌合するテーパ孔を有するチップホルダと、工具本体の軸方向のうち、テーパ部の外径が小さくなる方向に移動してチップホルダと工具本体との嵌合を緩めるホルダ押出具と、工具本体の軸方向のうち、テーパ部の外径が大きくなる方向に移動してチップホルダと工具本体との嵌合を絞めるホルダ押入具と、チップホルダに固定されるチップとを有するチップホルダ交換型穴加工用工具である。
【００１０】
過酷な切削条件で使用される穴加工用工具では、チップにかかる力が大きく、工具本体とチップの装着の剛性を高く保つ必要がある。同時に高精度も要求されるので、芯ブレなども小さいことが必要である。このような条件を満足する装着方法について種々検討した結果、先端側が先細りのテーパ部を有する軸状の工具本体と、前記テーパ部と嵌合するテーパ孔を有するチップホルダを採用することで解決できることがわかった。上記テーパ部とテーパ孔の嵌合により、工具本体とチップホルダとを同芯の状態で、且つ、強固に固定することができる。そこで、本発明では、工具本体の外周面の一部に円錐テーパ面を形成してこのテーパ面を有する部分をテーパ部とし、チップホルダの工具本体挿通孔の内面を円錐テーパに形成してテーパ孔とする。これら円錐テーパの中でもJIS  0612などに記載されているジャコブステーパで嵌合すると剛性がより高くかつ芯ブレがより小さくなる。
【００１１】
ここで、工具本体に設けられるテーパ部は、工具本体の先端側方向に向かって外径が小さくなるように形成する必要がある。このようになすことで、穴加工の際に被削材から受ける反力が工具本体とチップホルダとの嵌合を絞める方向に作用するため、工具本体からチップホルダが外れることがない。また、チップホルダに作用する力をチップホルダのテーパ孔を介して工具本体のテーパ部全体で受ける構成となるので、高送りの条件でも芯ブレが生じ難く、安定した切削加工を行なうことができる。
【００１２】
また、芯ブレ精度の別の要因についても種々検討し、多くのチップを用いると芯ブレ精度を高めるのには限界があることが解った。即ち、それぞれのチップの芯ブレ中最も大きな値によってリーマの精度が定まるからである。従って、芯ブレを小さくする観点からすれば、複数のチップを用いるよりも1つのチップを用いる方が望ましい。
【００１３】
ホルダ押出具は、工具本体の軸方向のうち、テーパ部の外径が小さくなる方向に移動させることでチップホルダと工具本体との嵌合を緩める構成とする。このようなチップホルダと工具本体の嵌合を緩める構成としては、ねじ結合を適用することが簡便なため好ましい。具体例としては、ホルダ押出具を雌ねじを有するナットとし、工具本体の外周面に雄ねじを形成して、ホルダ押出具を工具本体に対して相対的に回転させて軸方向に移動させ、チップホルダをホルダ押出具で押圧してテーパ部とテーパ孔との嵌合を解除する。
【００１４】
本発明工具は過酷な切削条件での穴加工を主な目的とするので、被加工物への工具の押し付け圧力は大変高い。そのため、チップホルダは工具本体に食い込んで、チップホルダを工具本体から取り外すのが困難になる。
【００１５】
上記のように、チップホルダとホルダ押出具を工具本体に取り付けて、ホルダ押出具と工具本体とをねじ結合し、ホルダ押出具を工具本体に対し相対的に回転させることにより、ホルダ押出具を工具本体の先端方向に移動させてチップホルダを容易に取り外すことができる。これにより、チップホルダの取り外し作業において、工具本体に変形を生じさせることがなく、長寿命の工具本体とすることができる。ただし、工具本体とホルダ押出具は強固にねじ結合されるので、ホルダ押出具を工具本体に対して容易に相対回転できるよう外周面に凹凸加工をしておくことが望ましい。例えば、ナット状のホルダ押出具の外周面にローレット加工したり、特にホルダ押出具の表面に例えば穴や溝を設けておき、その穴や溝にハンドルなどの回転補助具を挿入して回転させる方法などがある。
【００１６】
一方、ホルダ押入具は、工具本体の軸方向のうち、テーパ部の外径が大きくなる方向に移動させることでチップホルダと工具本体との嵌合を絞める構成とする。
【００１７】
ここで、本発明の穴加工用工具を貫通孔の内面仕上げ加工用リーマとして用いる場合には、工具本体先端に雄ねじを形成した突出部を設け、工具本体にチップホルダを装置した後、この突出部に雌ねじを形成したナット状のホルダ押入具をねじ結合する形状とすることが好ましい。このようになすことにより、ホルダ押入具を工具本体に絞め込むだけでチップホルダを工具本体に強固に固定することができる。さらに、突出部にホルダ押入具を固定したときに、ホルダ押入具の外径が切刃を取り付けたチップホルダの最大外径よりも小さくなるように構成すると、ホルダ押入具が被加工物に形成される貫通孔に接触して、貫通孔を損傷させてしまうことが無く、好ましい。また、本発明の穴加工用工具を止まり穴（非貫通穴）の内面仕上げ加工用リーマとして用いる場合には、工具本体先端面に雌ねじ穴を設け、この雌ねじ穴に、雄ねじと頭部を有する断面がT型のホルダ押入具を固定する形状とすると、工具先端においてチップホルダの先端面からホルダ押入具が突出しないようにすることができる。さらに、このような構造となすことにより、ホルダ押入具の頭部が止まり穴の底部に当て止めされることをなくすることができるので、止まり穴の底部付近における内側面に未加工部分が生じることがない。
【００１８】
チップは板状のものであることが望ましい。本発明で用いるチップは、超硬合金あるいは薄い多結晶ダイヤモンド焼結体や薄い立方晶窒化ホウ素焼結体を超硬合金の上に形成したものが用いられる。これらの材料は板状が一般的である。
【００１９】
また、チップの取り付け方について、後述する図2（A）、(B)には切刃が工具軸心に沿った直刃の例を記載したが、切刃が工具軸心に対して傾斜している傾斜刃であってもよい。傾斜刃とすれば、切削抵抗が小さくなるという効果がある。
【００２０】
その他、チップの逃げ面には、マージンを設けることが望ましい。マージンは、加工対象の仕上げ面の精度を保証する上で設けた方が有利となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の構成となすことにより、チップが損傷したり摩耗したりしたときに、チップホルダのみを交換できるので、経済的な工具とすることができるとともに、以下の効果を有する。
[1]  工具本体とチップホルダとがテーパ面により嵌合するので、工具本体にチップホルダを正確且つ容易に同芯に固定できる。
[2]  ホルダ入具・押出具により、チップホルダを工具本体に容易に着脱することができる。
[3]  ホルダ押入具・押出具により、チップホルダを工具本体に着脱する際に、工具本体やチップホルダを変形したり、損傷したりすることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜実施例１＞
本例においては、貫通孔の内面仕上げ加工用リーマを図1〜3に基づいて説明する。
【００２３】
図1は、本発明のホルダ交換型リーマの断面図である。本例のリーマは、先端側にテーパ部を有する軸状の工具本体1と、この本体1のテーパ部に嵌合されるチップホルダ2と、チップホルダ2を取り外すためのホルダ押出具3と、チップホルダ2を本体1に強固に嵌合するホルダ押入具4とを有する。
【００２４】
工具本体1として全長は150mm、直径25mmのSCM35鋼棒を用いた。この工具本体１の先端部には、Ｍ12の雄ねじ11を形成した。次に、この雄ねじ11の根元側にジャコブステーパ6番の円錐テーパ（JIS  B-0612）であって最大外径が17.2mmの円錐テーパ12を隣接して形成した。この円錐テーパ12は、工具先端側に向かって径が小さくなっている。さらに円錐テーパ12の根元側にＭ20の雄ねじ13を加工した。ここで、円錐テーパ12とこのテーパ12以外の工具本体1の箇所を同軸状に形成した。本例では、円錐テーパ12が形成される部分がテーパ部となる。
【００２５】
次に、チップホルダ2を図2に基づいて説明する。図2(A)はチップホルダの斜視図、図2(B)はその平面図である。このチップホルダ2は短い中空円筒状で、その内周面が上記円錐テーパ12に適合するテーパ面としたテーパ孔21を有している。そして、このテーパ孔21とチップホルダ2の外周円とを同軸上に形成した。一方、チップホルダ2の外周面には軸方向に延びる切欠が形成されている。この切欠により、チップホルダ2には、チップホルダ2の半径方向と平行な平行面22と、この平行面22と直交する直交面23とが露出する。そして、この切欠の上端側において、チップ7がチップホルダ2の軸心に対して平行に取り付けられている。
【００２６】
このチップ7は、ダイヤモンド焼結体71と超硬合金72の2層からなる。チップ7の表面側がダイヤモンド焼結体71、チップホルダ2の平行面22との接合面側は超硬合金72で構成される。ここでは、チップ7の超硬合金72からなる底面を上記半径方向と平行な平行面22にロウ付けし、チップ7のダイヤモンド焼結体71と超硬合金72との境界が現われる一方の側面を上記直交する直交面23にロウ付けして強固に固定した。このダイヤモンド焼結体71の表面がすくい面8となる。そして、このすくい面8とチップ7の他方の側面とで形成される稜線が外周切刃9となる。この外周切刃9は、チップホルダ2におけるチップ7を保持する円筒部材の外周縁よりもわずかに突出されている。
【００２７】
本例穴加工用工具は、上述したように工具本体1とチップホルダ2とを形成することによって、上記工具本体1の円錐テーパ12とチップホルダ2のテーパ孔21を嵌合したときに、工具本体1とチップホルダ2とを同芯状に保持することができる。すなわち、工具本体1（チップホルダ2）を回転させたときのチップホルダ2の外周に取り付けられたチップ7の先端が描く円の中心と工具軸心10とを一致させることができる。
【００２８】
一方、ホルダ押出具3は、図3に示すように、ナット状のものである。このホルダ押出具3の内周には、工具本体1の雄ねじ13にねじ結合するＭ20の雌ねじ31が形成されている。また、同押出具3の外周面には回転用の溝32が４箇所に等間隔で形成されている。この押出具3は、工具本体1の円錐テーパ12に嵌合しているチップホルダ2を、工具本体1やチップホルダ2に損傷を与えることなく取り外すためのものである。
【００２９】
また、図1に示すホルダ押入具4はナット状のものである。このホルダ押入具4は、本体1の雄ねじ11にねじ結合するＭ12の雌ねじ41を有する。
【００３０】
これらの各構成部材は、次のように組み合わされる。
まず、Ｍ20の雄ねじ13に、ホルダ押出具3を回転させながら工具本体1にねじ込む。
【００３１】
次に、チップホルダ2(図2（A）)を工具本体1の円錐テーパ12にはめ込む。
【００３２】
さらに、ホルダ押入具4を工具本体1の雄ねじ11にねじ込んで、チップホルダ2の端面25を押圧して、チップホルダ2のテーパ孔21の内周面が円錐テーパ12の外周面を押圧するようにして（ホルダ2のテーパ孔21と工具本体1の円錐テーパ12とが嵌合するようにして）、チップホルダ2を工具本体1にしっかりと固定する。
【００３３】
これにより、ホルダ押入具4の端面でチップホルダ2を工具本体1の根元側に押し付け、強固に固定する。
【００３４】
次に、チップ7を交換する手順を説明する。
まず初めに、ホルダ押入具4を工具本体1から取り外す。
次に、ホルダ押出具3の回転用溝32に図示しない取り外し用ハンドルの爪をはめ込み、ハンドルを回転させてホルダ押出具3を回転させる。これにより、ホルダ押出具３を工具本体1の先端側に移動させれば、ホルダ押出具3の端面でチップホルダ2を押し出し、同ホルダ2を容易に取り外すことができる。これにより、チップホルダ2ごとチップ7を交換する。
【００３５】
本例の工具は高速穴加工用の工具なので、チップ7（チップホルダ2）は被削材によって工具本体1の軸心10の方向に強く押圧される。さらに、チップホルダ2は被削材によって先端側から押圧されるので、工具本体1とチップホルダ2とがより強固に嵌合することになる。ホルダ押出具3がない場合、チップホルダ2を工具本体1からはずすのが困難であった。例えば、図1において先端部の雄ねじ11を金槌で叩いて、この衝撃によりチップホルダ2のテーパ孔21と工具本体1の円錐テーパ12との嵌合を緩めることで、ホルダ2を取り外し、チップ7を取り替えることが考えられる。その場合、叩かれた雄ねじ11がつぶれて使用不能になり工具本体1の寿命が短くなる。本例では、本体1とねじ結合するホルダ押出具3を用いることで、工具本体1およびチップホルダ2に損傷を与えることなくチップホルダ2を取り外すことができる。
【００３６】
＜実施例２＞
次に、押入具の先端部がチップホルダの端面から突出しないように形成した、止まり穴（非貫通穴）の内面仕上げ加工用リーマを図4に基づいて説明する。
【００３７】
図4は、本発明のホルダ交換型リーマの別の例を示す断面図である。このリーマも、先端側にテーパ部（円錐テーパ12）を有する軸状の工具本体1と、この本体1のテーパ部に嵌合されるチップホルダ2と、チップホルダ2を取り外すためのホルダ押出具3と、チップホルダ2を本体1に強固に嵌合するためのホルダ押入具4とを有する。
【００３８】
この工具本体1の先端面の中心部には、雌ねじ14の形成された穴が設けられている。また、工具本体1の先端部の外周には、先端から根元側に向かってジャコブステーパ６番の円錐テーパ（JIS  B-0612）が形成されている。この円錐テーパ12は、工具先端側に向かって径が小さくなっている。また、実施例1と同様に、円錐テーパ12と、このテーパ12以外の工具本体1の箇所を同軸状に形成した。さらに、円錐テーパ12の根元側には雄ねじ13が形成されている。
【００３９】
チップホルダ2は短い中空円筒状で、その内周面が上記円錐テーパ12に適合するテーパ面としたテーパ孔21を有している。ここで、このテーパ孔21とチップホルダ2の外周円とを同軸上に形成した。そして、テーパ孔21における先端側にはテーパ孔21の工具本体1の先端側における内径および後述するホルダ押入具の頭部の外径よりも内径の大きい凹部24が設けられており、この凹部24にホルダ押入具4の頭部を当て止めすることができるようになっている。チップ7を取り付ける部分の形状、取り付け方、およびチップ7については、実施例１のリーマと同様である。
【００４０】
ホルダ押出具3についても、図１のリーマと同様にナット状のものである。ホルダ押入具4は、頭部と雄ねじ部（雄ねじ42を有する軸部）を有する断面T字型になったボルト状のものである。上記雄ねじ42は、工具本体1の先端の中心部に設けられた雌ねじ14に螺合するように形成されている。また、上述したように、押入具4の頭部がチップホルダ2の凹部24に当て止めすることができるように構成されているので、ホルダ押入具4を回転させながら工具本体1の雌ねじ14にねじ込んだときに、チップホルダ2の凹部24にホルダ押入具4の頭部が当接して、チップホルダ2を工具本体1の根元方向に押圧することができる。本例では、ホルダ押入具4を回転させるために押入具4の頭部に絞め込み多角形状の工具嵌合穴43を設け、この嵌合穴43に六角レンチなどを差し込んでホルダ押入具4を回転させる。ここで、チップホルダ2を工具本体1に確実に固定するために、チップホルダ2の内周面に設けられたテーパ孔21におけるテーパ面の軸方向長さは、工具本体1の先端部外周に設けられた円錐テーパ12の軸方向長さよりも長くした。また、ホルダ押入具4をねじ込んでチップホルダ2を十分に強固に固定することができるように、チップホルダ2の軸方向長さを調節した。
【００４１】
これら各構成部材は、次のように組み合わされる。
まず、M20の雄ねじ13に、ホルダ押出具3を回転させながら工具本体1にねじ込む。
【００４２】
次に、チップホルダ2を工具本体1の円錐テーパ12に嵌め込む。
【００４３】
さらに、ホルダ押入具4を工具本体1の雌ねじ14にねじ込んでチップホルダ2のテーパ孔21の内周面が円錐テーパ12の外周面を押圧するようにして、チップホルダ２を工具本体1にしっかりと固定する。
【００４４】
これにより、ホルダ押入具4の頭の部分でチップホルダ2の凹部24を工具本体1の根元側に押し付け、強固に固定する。
【００４５】
チップ7を交換する手順は、先の実施例1のものと同様にホルダ押入具4を外し、ホルダ押出具3を回してチップホルダ2を押し上げて工具本体1から外すことで行なう。
【００４６】
＜試験例＞
次に、上記と同様の図１に示したリーマを用いて切削テストを行った。チップとしてはダイヤモンド焼結体が超硬合金で裏打ちされた材料を用いた。外周切刃の半径は15mmとし、リーマ加工する孔と同じ半径とした。そして、チップの逃げ面にマージンがあるものとマージンがないものとを準備した。比較テストとして切削テストに用いたリーマは、特許文献2に記載されているチップ交換型のリーマを用いた。
【００４７】
被削材は、アルミニウム製の鋳物に直径29.5mmの下孔のあいたものである。これに直径30mm、長さ45mmの孔をリーマ加工した。本発明のホルダ交換型リーマは、1分間の回転数10,000回、切削速度400m/分、送り0.8mm/分で切削した。また、特許文献2に記載されているリーマは前記の条件で切削できないので、1分間の回転数を5000回、切削速度200m/分、送り0.1mm/分の条件で加工した。
【００４８】
切削テストは、被削材の表面粗さがRzで2μmを超えた時点を工具の寿命とし、寿命になった時点で被削材がリーマの表面に溶着する程度により性能評価した。その結果、本発明のマージン幅のあるものは寿命が長く、高能率な加工を行なうことができた。また、本発明のマージン幅の無いものはマージン幅のあるものに比べて寿命は約２割低下したが、加工能率は同じであった。これに対して比較例のものは、寿命については本発明のマージン幅のあるものとほぼ同じであったが、前述の切削条件からわかるように送りが1/8であり、非常に能率の悪い加工しかできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のチップホルダ交換型穴加工用工具はリーマに応用できる。リーマは、バルブボディやオイルポンプなどで使用される直径の大きな穴の加工の用途にも適用できる。特に、直径8mm以上の大きな穴を高回転・高送りで加工する分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明のチップホルダ交換型リーマの断面図である。
【図２】図2(A)は、本発明のチップホルダとチップホルダに装着されたチップの斜視図であり、図2(B)は、同チップホルダの平面図である。
【図３】本発明のホルダ押出具の斜視図である。
【図４】本発明チップホルダ交換型リーマの別の例の断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
1  工具本体
11  雄ねじ  12  円錐テーパ  13  雄ねじ  14  雌ねじ
2  チップホルダ
21  テーパ孔  22  平行面  23  直交面  24  凹部  25  端面
3  ホルダ押出具      31  雌ねじ  32  回転用溝
4  ホルダ押入具      41  雌ねじ  42  雄ねじ  43  絞め込み工具嵌合穴
7  チップ      71  ダイヤモンド焼結体  72  超硬合金
8  すくい面
9  外周切刃
10  工具軸心
【図１】
2007021646.tif 000003
【図２】
2007021646.tif 000004
【図３】
2007021646.tif 000005
【図４】
2007021646.tif 000006