(57)【要約】【課題】切り屑の排出が容易で、切り屑が切り刃に付着することがなく、的確な彫刻を連続的にスムーズに行なえるプラスチック彫刻用工具を提供すること。【解決手段】ＮＣ工作機械の主軸に取り付けられて、回転及びＸＹＺの３軸方向の移動を行いながらプラスチックよりなるワークの表面に彫刻を施す彫刻用工具である。工具本体部２の先端側は、片側半分が、回転軸線Ｇに沿った縦断面Ｈとこれと交差する横断面ＴとでＬ字状に切除されて、Ｌ字状切除部Ｓの反対側に残った部分が略半円錐形の刃体Ｋに形成され、刃体Ｋの内側面が掬い面３とされ、掬い面３の周縁のうち、回転軸線Ｇ上に位置する刃体Ｋの尖端４から片側へ斜め後方に延びる側縁が切れ刃５とされ、切れ刃５の外側に逃げ面６が形成され、反対側へ斜め後方に延びる側縁部７は切れ刃５よりも回転軸線Ｇに寄って非切削縁を形成し、Ｌ字状切除部Ｓは切屑排出用空間部を形成する。【選択図】図２
2013129006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＣ工作機械の主軸に取り付けられて、回転及びＸＹＺの３軸方向の移動を行いながらプラスチックよりなるワークの表面に彫刻を施すプラスチック彫刻用工具であって、
円筒状工具本体部の先端側は、その片側半分が、回転軸線に沿った縦断面とこれと交差する横断面とでＬ字状に切除されて、このＬ字状切除部の反対側に残った部分が略半円錐形の刃体に形成され、この半円錐形刃体の前記縦断面に相当する内側面が掬い面とされ、この掬い面の周縁のうち、回転軸線上に位置する刃体の尖端から片側へ斜め後方に延びる側縁が切れ刃とされると共に、切れ刃の外側に逃げ面が形成され、反対側へ斜め後方に延びる側縁部は切れ刃よりも回転軸線に寄って非切削縁部を形成し、前記Ｌ字状切除部は切屑排出用空間部を形成し、この空間部の工具軸方向長さは、ワーク表面と直交するＺ軸方向の刃体の最大切り込み深さよりも大きいことを特徴とするプラスチック彫刻用工具。
【請求項２】
前記横断面に相当する前記Ｌ字状切除部の内端面は、前記掬い面を形成する前記内側面との対向角度が９０°を越えるようなテーパに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック彫刻用工具。
【請求項３】
前記切屑排出用空間部の工具軸方向長さは、ワークの表面と直交する方向の刃体の最大切り込み深さの２〜３倍とされる請求項１又は２に記載のプラスチック彫刻用工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＣ工作機械の主軸に取り付けられて、回転及びＸＹＺの３軸方向の移動を行いながらプラスチックよりなるワークの表面に彫刻を施すプラスチック彫刻用工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラスチックよりなるワークの表面に彫刻を施す回転工具としては、金属切削加工用のエンドミルを使用し、これをＮＣ工作機械の主軸に取り付けて、主軸の回転とＸＹＺの３軸方向の移動とにより、プラスチックのワーク表面に各種の彫刻を施していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、エンドミルは、ドリルと同じような螺旋溝を有して、側面の刃で金属材を切削し、軸に直交する方向に孔を削り広げる用途に用いられるものであるが、プラスチックは鋼材等の金属に比べて融点が低いため、切削熱で切り屑が軟らかくなって、螺旋溝に滞留し易く、滞留した柔らかい切り屑が螺旋溝内に付着し、的確な彫刻を行なえなくなる、と云う問題がある。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑み、切り屑の排出が容易で、切り屑が切り刃に付着することがなく、的確な彫刻を連続的にスムーズに行なえるプラスチック彫刻用工具を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明は、ＮＣ工作機械の主軸に取り付けられて、回転及びＸＹＺの３軸方向の移動を行いながらプラスチックよりなるワークＷの表面に彫刻を施すプラスチック彫刻用工具であって、
円筒状工具本体部２の先端側は、その片側半分が、回転軸線Ｇに沿った縦断面Ｈとこれと交差する横断面ＴとでＬ字状に切除されて、このＬ字状切除部Ｓの反対側に残った部分が略半円錐形の刃体Ｋに形成され、この半円錐形刃体Ｋの前記縦断面Ｈに相当する内側面が掬い面３とされ、この掬い面３の周縁のうち、回転軸線Ｇ上に位置する刃体Ｋの尖端４から片側へ斜め後方に延びる側縁が切れ刃５とされると共に、切れ刃５の外側に逃げ面６が形成され、反対側へ斜め後方に延びる側縁部７は切れ刃５よりも回転軸線Ｇに寄って非切削縁部を形成し、前記Ｌ字状切除部Ｓは切屑排出用空間部を形成し、この空間部Ｓの工具軸方向長さＬは、ワークＷ表面と直交するＺ軸方向の刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax よりも大きいことを特徴とする。
【０００６】
請求項２は、請求項１に記載のプラスチック彫刻用工具において、前記横断面Ｔに相当する前記Ｌ字状切除部Ｓの内端面８は、前記掬い面３を形成する前記内側面との対向角度αが９０°を越えるようなテーパに形成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項３は、請求項１又は２に記載のプラスチック彫刻用工具において、前記切屑排出用空間部Ｓの工具軸方向長さＬは、ワークＷの表面と直交する方向の刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax の２〜３倍とされることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明によれば、プラスチックからなるワークＷの表面に彫刻を施す際に、工具本体部２のＬ字状切除部Ｓが切屑排出用空間部を形成し、しかもこの空間部Ｓの工具軸方向長さＬがワークＷ表面と直交するＺ軸方向の刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax よりも大きいため、主軸がワークＷに対しＺ軸方向に前進移動する時に刃体Ｋの切れ刃５によって切削されるプラスチックの切り屑は、Ｌ字状切除部である切屑排出用空間部Ｓ、及び刃体Ｋの切れ刃５で切削されたワークＷの被削面９と刃体Ｋの非切削縁部７との間に形成される隙間部１０から容易に排出され、そして刃体ＫがワークＷに所要深さ切り込まれた状態から主軸がＸ軸方向又はＹ軸方向に移動する時に切削される切り屑も、前記切屑排出用空間部Ｓ及び前記隙間部１０から容易に排出されることになる。
【０００９】
上記のように切れ刃５によって切削されるプラスチックの切り屑は、刃体ＫのＬ字状切除部である切屑排出用空間部Ｓ及び前記隙間部１０から排出され、特に切屑排出用空間部Ｓの工具軸方向長さＬがワークＷ表面と直交する方向の刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax より大きいため、切り屑が刃体Ｋに引っ掛かることなく刃体Ｋの外へ容易に排出されることになり、従ってプラスチックの切り屑が溶融して切り刃に付着するようなことがなく、工具は長時間にわたって的確な彫刻を連続的にスムーズに行なうことができる。
【００１０】
この発明のプラスチック彫刻用工具を使用する時は、彫刻したい絵や写真の画像データから三次元加工用切削データを作成し、この切削データに基づいてＮＣ工作機械を自動制御することにより、その絵や写真の画像をワークＷであるプラスチック板表面に自動的に彫刻することができる。そして、図３に示すように、表側に彫刻したプラスチックプレート１１の裏側からのバックライトの光が、プレート１１表面の彫刻部に、その被削部９の切削深さに応じて異なる光透過性により色彩の濃淡を生じ、切削深さの浅い部分は暗く、切削深さの深い部分は明るくなり、それによって元の絵や写真をプレート１１の表面に立体的に再現することができ、そしてこのプラスチックプレート１１を写真立てとして利用することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、前記Ｌ字状切除部Ｓの内端面８は、掬い面３を形成する前記内側面８との対向角度αが９０°を越えるようなテーパに形成されていることによって、前記切屑排出用空間部Ｓの工具軸方向長さＬが刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax に比べてそれ程大きくない場合でも、切り屑は前記テーパ状内側面８のテーパ効果により外部へ容易に抜け出て有効に排出されることになる。
【００１２】
請求項３に係る発明によれば、前記切屑排出用空間部Ｓの工具軸方向長さＬは、ワークＷの表面と直交する方向の刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax の２〜３倍とするのが好ましく、切り屑の排出が良好となる。しかして、その長さＬが最大切り込み深さＤmax の２倍以下になると、切り屑が排出し難くなり、また３倍以上になると、切り屑の排出は良くなるが、刃体Ｋの強度が低下するからである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るプラスチック彫刻用工具を示す斜視図である。
【図２】(a) は同上のプラスチック彫刻用工具の正面図、(b) は側面図、(c) は(b) に示す状態の工具の底面図、(d) は(a) のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】(a) は同上のプラスチック彫刻用工具を使用して表面に所要の彫刻を施したプラスチックパネルの斜視図、(b) は同プラスチックパネルを額縁付きボックスに取り付けた状態の斜視図、(c) は(b) に示す額縁付きボックスの拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の好適な一実施形態を図面に基づいて説明すると、図１及び図２に示すように、この実施形態のプラスチック彫刻用工具は、図示は省略するが、例えばマシニングセンターの主軸に対し着脱自在に装着される円筒状シャンク部１と、このシャンク部１の先端部にこれと同軸一体に設けられた円筒状の工具本体部２とからなる。
【００１５】
工具本体部２の先端部側は、工具の回転軸線Ｇを挟んでその片側半分が、回転軸線Ｇに沿った縦断面Ｈとこれと交差する横断面ＴとでＬ字状に切除されて、このＬ字状切除部Ｓの反対側に残った部分が略半円錐形の刃体Ｋに形成され、この半円錐形刃体Ｋの前記縦断面Ｈに相当する内側面が、図２の(b) に示すように略々逆三角形状の掬い面３とされる。そして、この逆三角形状掬い面３のあたかも円錐曲線を成すような周縁（図２(b) 参照）のうち、回転軸線Ｇ上に位置する刃体Ｋの尖端４から片側へ斜め後方に延びる側縁が切れ刃５とされ、この切れ刃５とは反対側へ斜め後方に延びる側縁部７は、切れ刃５よりも回転軸線Ｇに寄った位置にあって、非切削縁部を形成している。また、図２の(c) に示すように、前記側縁部７（非切削縁部）の外側には刃体Ｋの尖端４側寄りに逃げ面１１が形成されている。
【００１６】
前記切れ刃５の外側には図２の(a) ，(d) に示すように逃げ面６が形成され、この逃げ面６の逃げ角θは、１５〜３０°とされるのが好ましい。逃げ角度θが１５°以下であれば、切れ難くなり、また逃げ角度θが３０°より大きくなると、切れ刃５の強度が低下し、損傷し易くなる。前記Ｌ字状切除部Ｓは、切屑排出用の空間部を形成し、しかしてこの空間部Ｓの工具軸方向長さＬは、図２の(a) ，(b) に示すようにワークＷ表面と直交するＺ軸方向の刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax の数倍、好ましくは２〜３倍とされる。この場合、刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax が１０ｍｍであれば、空間部Ｓの工具軸方向長さＬは、２０〜３０ｍｍとされるのがよい。最大切り込み深さＤmax とは、工具の刃体ＫがワークＷに対しその表面と直交するＺ軸方向に切り込むことができる最大深さをいう。
【００１７】
また図２の(a) に示すように、前記横断面Ｔに相当する前記Ｌ字状切除部Ｓの内端面８は、前記縦断面Ｈに相当する掬い面３を形成する前記内側面との対向角度αが９０°を越える（例えば１００°）ようなテーパに形成されている。この内端面８がテーパに形成されているのは、後述するように、切り屑の排出を一層有効にするためである。角度αは、１００〜１２０°が好ましい。この角度αが１００°より小さいと、テーパ効果が少なく、また１２０°以上になると、工具本体部２の基端側の強度が弱くなり、そして回転時に刃体Ｋが振れを生じ易くなる。
【００１８】
尚、前記切れ刃５は、工具の回転軸線Ｇ上にある刃体Ｋの尖端４から片側へ斜め後方に延びる側縁に沿って前記Ｌ字状切除部の内端面８に至るまで形成されているが、彫刻時に実際に使用される切れ刃５の長さは、前記刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax に対応して、切れ刃５の全長の１／３〜１／２となっている。また、切れ刃５とは反対側へ斜め後方に延びる側縁部７も、図２の(b) から分かるように、刃体Ｋの尖端４から前記Ｌ字状切除部の内端面８に至るまで延びているが、非切削縁を形成するように切れ刃５よりも回転軸線Ｇに寄っているのは、側縁部７の全長ではなく、刃体Ｋの尖端４から全長の１／２程度である。
【００１９】
上記のように構成されるプラスチック彫刻用工具を例えばマシニングセンターの主軸に取り付け、この主軸を図１及び図２の(a) 〜(c) にＱで示す方向に高速回転させながら、ＸＹＺの３軸方向に夫々適宜に移動させることによって、プラスチックからなるワークＷの表面に彫刻を施す際に、工具本体部２のＬ字状切除部Ｓが切屑排出用空間部を形成し、しかもこの空間部Ｓの工具軸方向長さＬがワークＷ表面と直交する方向の刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax より数倍大きいため、前記主軸がワークＷに対しＺ軸方向に前進移動する（切り込む）時に刃体Ｋの切れ刃５により切削されるプラスチックの切り屑は、図２の(a) ，(b) から分かるように、Ｌ字状切除部である切屑排出用空間部Ｓ、及び刃体Ｋの切れ刃５で切削されたワークＷの被削部９と刃体Ｋの非切削縁部７との間に形成される隙間部１０から容易に排出され、そして刃体ＫがワークＷに所要深さ切り込まれた状態から前記主軸がＸ軸方向又はＹ軸方向に移動する（切り込む）時に切削される切り屑も、前記切屑排出用空間部Ｓ及び前記隙間部１０から容易に排出されることになる。
【００２０】
このように切れ刃５によって切削されるプラスチックの切り屑は、刃体ＫのＬ字状切除部である切屑排出用空間部Ｓ及び前記隙間部１０から排出され、特に切屑排出用空間部Ｓの工具軸方向長さＬが、ワークＷ表面と直交する方向の刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax よりも大きいため、切り屑が刃体Ｋに引っ掛かることなく刃体Ｋの外へ容易に排出され、従ってプラスチックの切り屑が溶融じて切り刃に付着するようなことがなく、工具は長時間にわたって的確な彫刻を連続的にスムーズに行なうことができる。
【００２１】
また、この工具では、前記Ｌ字状切除部Ｓの内端面８は、掬い面３を形成する前記内側面８との対向角度αが９０°を越えるようなテーパに形成されていることによって、前記切屑排出用空間部Ｓの工具軸方向長さＬが刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax に比べてそれ程大きくない場合でも、切り屑は前記テーパ状内側面８のテーパ効果で外部へ容易に抜け出て有効に排出されることになる。
【００２２】
この実施形態に示されるプラスチック彫刻用工具の寸法を参考までに例示すれば、シャンク部１の外径は５ｍｍ、工具本体部２の外径は４．５ｍｍであり、また工具本体部２の先端側の刃体Ｋに形成される切屑排出用空間部Ｓの工具軸方向長さＬは７ｍｍであって、この場合の刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax は２．５〜３ｍｍとされる。このような寸法は、彫り込み深さが深い彫刻には、それなりに工具本体部２の径や切屑排出用空間部Ｓの工具軸方向長さＬが大きく、刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax の大きい工具が使用され、また彫り込み深さの浅い彫刻には、工具本体部２の径や切屑排出用空間部Ｓの工具軸方向長さＬが比較的小さく、最大切り込み深さＤmax の比較的小さい工具が使用される。
【００２３】
この発明のプラスチック彫刻用工具において、前記切屑排出用空間部Ｓの工具軸方向長さＬは、ワークＷの表面と直交する方向の刃体Ｋの最大切り込み深さＤmax の２〜３倍が好ましく、切り屑の排出が良好となり且つ刃体Ｋの強度も十分に維持される。しかして、その長さＬが最大切り込み深さＤmax の２倍以下、例えば１．２倍程度では、切り屑の排出が困難となり、また３倍以上になると、切り屑の排出は良くなるが、刃体Ｋの強度が低下することになるため好ましくない。
【００２４】
図３の(a) は、上述したプラスチック彫刻用工具を取り付けたＮＣ工作機械によって表面に所要の彫刻を施したプラスチックパネル１１を示している。このプラスチックパネル１１は、パネル表面の周縁部１１ｏを所要の幅だけ残して、この周縁部１１ｏの内側に例えば「田舎の風景」を彫刻したもので、このパネル１１を、例えば、窓外から日の光が差し込む昼間、出窓内にパネル表側を室内に向けて図示のように立てた状態で、室内側を比較的暗い状態にしておくと、パネル１１裏側からの光により、パネル表面の彫刻部には、その被削部９（図２の(b) も参照）の切削深さに応じて異なる光透過性によって色彩の濃淡を生じ、即ち切削深さの浅い部分は暗く、切削深さの深い部分は明るくなって、元の画像である「田舎の風景画」をプラスチックパネル１１の表面に立体的に映し出し再現することができる。
【００２５】
図３の(b) は、同図の(a) に示すプラスチックパネル１１を、額縁付きボックス１２に取り付けた状態の斜視図で、(c) は(b) に示す額縁付きボックス１２の拡大縦断面図である。この額縁付きボックス１２は、前面側に額縁１３を形成したボックス本体１４と、このボックス本体１４の裏側に着脱自在に取り付けられる裏板１５と、この裏板１５の内面の所要箇所に取り付けられ、適宜に配線されたＬＥＤや蛍光灯等の光源１６とからなり、ボックス本体１４の額縁１３裏面にプラスチックパネル１１の周縁部１１ｏを取り付けるようにしたもので、光源１６からパネル１１の裏面を照らすバックライトの光により、図３の(a) の場合と同様に、パネル表面の彫刻部には、被削部９の切削深さに応じて異なる光透過性により色彩の濃淡を生じて、「田舎の風景画」をプラスチックパネル１１の表面に映し出すことができる。このような額縁付きボックス１２に当該プラスチックパネル１１を取り付けた場合は、昼夜を問わず、どの様な場所でも写真立てとして使用することができる。
【００２６】
尚、上記プラスチックパネル１１に彫刻を施すにあたっては、彫刻したい絵や写真の画像をデータ化し、この画像データから三次元加工用切削データを作成し、この切削データに基づいてＮＣ工作機械を自動制御することにより、その絵や写真の画像を自動的に彫刻することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１            工具のシャンク部
２            工具の工具本体部
Ｇ            工具の回転軸線
Ｈ            回転軸線に沿った縦断面
Ｔ            縦断面と交差する横断面
Ｓ            刃体のＬ字状切除部
３            掬い面
４            刃体の尖端
５            切れ刃
６            逃げ面
７            切れ刃と反対側にある側縁部（非切削縁部）
８            Ｌ字状切除部の内端面
Ｄmax         刃体の最大切り込み深さ
Ｌ            切屑排出用空間部の工具軸方向長さ
１１          プラスチックパネル
１２          額縁付きボックス
１３          額縁
１４          ボックス本体
１５          裏板
１６          光源
【図１】
2013129006.tif 000003
【図２】
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【図３】
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