JP5689138B2 - 総形溝の端面バリ除去方法及び面取り用総形回転切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、総形溝の端面バリ除去方法及び面取り用総形回転切削工具に関し、特に、簡単な機械作業により短時間で均一な面取り加工を実現するための改良に関する。

蒸気タービン等のタービン翼車を回転軸に取り付けるための取付構造として、図１４に示すように回転軸１０の外周部に形成された多数のツリー形溝１２にタービン翼車の羽根１４を１枚ずつ嵌合するようにしたものがある。図１５は、上記ツリー形溝１２を拡大して示す斜視図であり、溝中心Ｓに対して左右対称で且つ逆クリスマスツリーのように溝深さ方向（図の下方向）において溝幅が滑らかに増減しながら徐々に狭くなっており、両側の側面１６ａ、１６ｂには、それぞれ複数の凹部１８及び凸部２０が交互に連続して設けられている。

上記のようなツリー形溝１２の切削加工は、例えばそのツリー形溝１２の形状に対応した総形回転切削工具すなわち所謂クリスマスカッタを軸心まわりに回転駆動しつつ被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させることにより行われるが、その切削加工に際しては通常、図１６に斜線部で示すようにツリー形溝１２の端面にバリ２２が発生する。このバリ２２の除去に関して、従来は機械作業により行う手段がなく、人的な手作業で行っていたことから、多大な作業時間や作業者の熟練を要するという弊害があった。そこで、上記ツリー形溝１２のように傾斜した溝面を有する溝部の丸み付け加工（面取り加工）の機械化を可能とする技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載されたディスク部品加工装置がそれである。

特開２００１−１２０６号公報

しかしながら、前記従来の技術は、被加工物に形成される総形溝の端面バリ除去の機械化を実現するものではあるが、例えばツリー形溝等の総形溝の切削加工における工具回転軸とその総形溝のバリ除去加工における工具回転軸とが直交しなければならないため、機械主軸或いは被加工物が９０°旋回できない限り、バリ除去加工用の切削工具を、総形溝の切削加工に係る機械とは異なる機械に取り付け替えて加工しなければならない。また、前記従来の技術では、加工対象となる溝面の形状を逐一測定しながら加工を行う必要があり、斯かる測定乃至位置合わせに却って時間がかかる等、作業時間の短縮を実現できなかった。更に、機械作業ではあっても測定された位置情報に応じて位置合わせを行わなければならず、依然として作業者の熟練を要するという弊害を解消することができなかった。すなわち、簡単な機械作業により短時間で均一な面取り加工を実現する総形溝の端面バリ除去方法及び面取り用総形回転切削工具は、未だ開発されていないのが現状である。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、簡単な機械作業により短時間で均一な面取り加工を実現する総形溝の端面バリ除去方法及び面取り用総形回転切削工具を提供することにある。

斯かる目的を達成するために、第１発明の要旨とするところは、総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させることによりその被加工物に切削加工される総形溝の端面バリ除去方法であって、その総形溝の切削加工に用いられた前記総形回転切削工具の径方向形状を、予め定められた面取り角度に対応して変形させた面取り用総形回転切削工具を用いて、その面取り用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ、前記総形溝の切削加工における前記総形回転切削工具の軸心移動軌跡に対して前記面取り角度を成す軸心移動軌跡で、前記総形溝の端面に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させることにより、その端面におけるバリを除去する面取り加工を行うことを特徴とするものである。

また、前記目的を達成するために、第２発明の要旨とするところは、総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させることによりその被加工物に切削加工される総形溝の端面バリ除去に用いられる面取り用総形回転切削工具であって、その総形溝の切削加工に用いられた前記総形回転切削工具の径方向形状を、予め定められた面取り角度に対応して変形させたものであり、その面取り用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ、前記総形溝の切削加工における前記総形回転切削工具の軸心移動軌跡に対して前記面取り角度を成す軸心移動軌跡で、前記総形溝の端面に対してその軸心と垂直な方向へ相対移動させることにより、その端面におけるバリを除去する面取り加工に用いられることを特徴とするものである。

このように、前記第１発明によれば、前記総形溝の切削加工に用いられた前記総形回転切削工具の径方向形状を、予め定められた面取り角度に対応して変形させた面取り用総形回転切削工具を用いて、その面取り用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ、前記総形溝の切削加工における前記総形回転切削工具の軸心移動軌跡に対して前記面取り角度を成す軸心移動軌跡で、前記総形溝の端面に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させることにより、その端面におけるバリを除去する面取り加工を行うものであることから、総形溝の切削加工に係る機械と同一の機械にてバリ除去加工を機械化できると共に、画一化された単純な作業であるため作業者の熟練を要せず、作業時間の短縮や無人化が可能となる。すなわち、簡単な機械作業により短時間で均一な面取り加工を実現する総形溝の端面バリ除去方法を提供することができる。

また、前記第２発明によれば、前記総形溝の切削加工に用いられた前記総形回転切削工具の径方向形状を、予め定められた面取り角度に対応して変形させたものであり、その面取り用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ、前記総形溝の切削加工における前記総形回転切削工具の軸心移動軌跡に対して前記面取り角度を成す軸心移動軌跡で、前記総形溝の端面に対してその軸心と垂直な方向へ相対移動させることにより、その端面におけるバリを除去する面取り加工に用いられるものであることから、総形溝の切削加工に係る機械と同一の機械にてバリ除去加工を機械化できると共に、画一化された単純な作業であるため作業者の熟練を要せず、作業時間の短縮や無人化が可能となる。すなわち、簡単な機械作業により短時間で均一な面取り加工を実現する面取り用総形回転切削工具を提供することができる。

ここで、前記第１発明乃至第２発明において、好適には、前記面取り用総形回転切削工具の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状ｆ（ｘ）は、前記総形溝の切削加工に用いられた前記総形回転切削工具の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状をｆ_base（ｘ）、前記面取り角度をθ、前記端面の垂線に対する前記総形溝方向の傾斜角度をαとして、次の（１）式で表されるものである。なお、この（１）式におけるｇ（α，θ）は、面取り加工の対象部分が鋭角側である場合には次の（２）式で、面取り加工の対象部分が鈍角側である場合には次の（３）式でそれぞれ表されるものである。このようにすれば、前記総形溝の端面バリ除去加工に好適に用いられる実用的な面取り用総形回転切削工具を提供することができる。

ｆ（ｘ）＝ｆ_base（ｘ）×ｃｏｓθ×ｇ（α，θ） ・・・（１）
ｇ（α，θ）＝１＋ｔａｎα×ｔａｎθ ・・・（２）
ｇ（α，θ）＝１−ｔａｎα×ｔａｎθ ・・・（３）

本発明の端面バリ除去方法が好適に適用される総形溝を切削する総形回転切削工具の一例であるクリスマスカッタを軸心に垂直な方向から見ると共に、その一部を切り欠いて示す正面図である。 図１に示すクリスマスカッタの刃部の構成を詳しく説明するためにその刃部を拡大して示す図である。 図１に示すクリスマスカッタにより被加工物に切削加工される総形溝の一例であるツリー形溝を示す断面図である。 本発明の面取り用総形回転切削工具の一実施例であるツリー形溝面取り工具を軸心に垂直な方向から見ると共に、その一部を切り欠いて示す正面図である。 図４に示すツリー形溝面取り工具の刃部の構成を詳しく説明するためにその刃部を拡大して示す図である。 図４に示すツリー形溝面取り工具によるツリー形溝端面における鋭角側のバリ除去方法について説明する概略図である。 図４に示すツリー形溝面取り工具によるツリー形溝端面における鈍角側のバリ除去方法について説明する概略図である。 本発明の効果を検証するために本発明者が行った切削試験において切削加工された、バリ取り加工を行っていない総形溝の端面を正面から撮影した写真である。 本発明の効果を検証するために本発明者が行った切削試験において切削加工された、バリ取り加工を行っていない総形溝の端面を上面から撮影した写真である。 本発明の効果を検証するために本発明者が行った切削試験において切削加工された総形溝の端面を、バリ取りカッタにより面取り量０．５ｍｍでバリ取り加工した総形溝の端面を正面から撮影した写真である。 本発明の効果を検証するために本発明者が行った切削試験において切削加工された総形溝の端面を、バリ取りカッタにより面取り量０．５ｍｍでバリ取り加工した総形溝の端面を上面から撮影した写真である。 本発明の効果を検証するために本発明者が行った切削試験において切削加工された総形溝の端面を、バリ取りカッタにより面取り量１．５ｍｍでバリ取り加工した総形溝の端面を正面から撮影した写真である。 本発明の効果を検証するために本発明者が行った切削試験において切削加工された総形溝の端面を、バリ取りカッタにより面取り量１．５ｍｍでバリ取り加工した総形溝の端面を上面から撮影した写真である。 タービン翼車の羽根を取り付けるための多数のツリー形溝を示す図である。 図１４のツリー形溝を拡大して示す断面図である。 図１４のツリー形溝端面に発生するバリについて説明する図である。

本発明は、例えば側面に凹凸部を有する凹凸溝や、逆クリスマスツリー形状のツリー形溝等の端面バリ除去加工及び任意の大きさの面取り加工に好適に適用されるが、総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させることによりその被加工物に切削加工される総形溝の端面バリ除去加工に広く適用される。

本発明における面取り角度θは、面取り加工の対象となる総形溝の形状や、端面の垂線に対するその総形溝方向の傾斜角度α等に応じて予め定められるものであり、面取り加工時における面取り用総形回転切削工具の軸心移動軌跡を定めるものである。この傾斜角度αは、好適には０°以上６０°以下の範囲内で適宜設定される。また、面取り角度θは、例えば傾斜角度α＝０°すなわち総形溝方向が端面に対して垂直を成す総形溝に面取り加工を施す場合では５°以上８５°以下の範囲内というように、その傾斜角度αに応じて好適な角度範囲が定まる。すなわち、面取り角度θは、好適には、面取り加工の対象部分が鋭角側である場合すなわち端面に対して総形溝方向が鋭角を成す部分に面取り加工を施す場合には５（°）以上８５＋α（°）以下の範囲内とされる一方、面取り加工の対象部分が鈍角側である場合すなわち端面に対して総形溝方向が鈍角を成す部分に面取り加工を施す場合には５（°）以上８５−α（°）以下の範囲内とされる。

本発明における面取り用総形回転切削工具は、対象となる総形溝の切削加工に用いられた前記総形回転切削工具の径方向形状を、予め定められた面取り角度に対応して変形させたものである。すなわち、対象となる総形溝の切削加工に用いられる総形回転切削工具に対応して設計乃至作成された別工具であり、好適には、その総形回転切削工具専用の面取り工具である。この面取り用総形回転切削工具は、好適には、前記総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ被加工物に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させることにより被加工物に切削加工を施す切削機械に取り付けられ、その切削機械により軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して前記総形回転切削工具とは異なる軸心移動軌跡で相対移動させられることにより端面におけるバリを除去する面取り加工を行う。

前記面取り用総形回転切削工具の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状ｆ（ｘ）は、前記総形溝の切削加工に用いられた前記総形回転切削工具の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状をｆ_base（ｘ）、前記面取り角度をθ、前記端面の垂線に対する前記総形溝方向の傾斜角度をαとして、前記（１）式で表されるものである。また、前記（１）式におけるｇ（α，θ）は、面取り加工の対象部分が鋭角側である場合には前記（２）式で、面取り加工の対象部分が鈍角側である場合には前記（３）式でそれぞれ表されるものである。ここで、面取り加工の対象部分が鋭角側であるとは、総形溝方向（溝内周面の延伸方向）と端面方向とが鋭角を成す部分に対する面取り加工に相当し、面取り加工の対象部分が鈍角側であるとは、総形溝方向と端面方向とが鈍角を成す部分に対する面取り加工に相当する。すなわち、好適には、鋭角側の面取り加工用及び鈍角側の面取り加工用にそれぞれ個別の面取り用総形回転切削工具が用意される。

また、前記端面の垂線に対する前記総形溝方向の傾斜角度αが０である場合すなわち総形溝方向が端面に対して垂直を成す場合には、ｇ（α，θ）＝１となるため、前記面取り用総形回転切削工具の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状ｆ（ｘ）は、前記総形溝の切削加工に用いられた前記総形回転切削工具の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状をｆ_base（ｘ）、前記面取り角度をθとして、次の（４）式で表される。

ｆ（ｘ）＝ｆ_base（ｘ）×ｃｏｓθ ・・・（４）

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の端面バリ除去方法が好適に適用される総形溝を切削する総形回転切削工具の一例であるクリスマスカッタ３０を軸心に垂直な方向から見ると共に、その一部を切り欠いて示す正面図である。この図１に示すクリスマスカッタ３０は、図３を用いて後述するツリー形溝５２を切削加工するために用いられる総形回転切削工具であり、シャンク３２において図示しない切削機械の駆動軸に取り付けられ、その切削機械により軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物（図３に示す例では被加工物５０）に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより図３に示すようなツリー形溝５２を切削加工する。

図１に示すように、上記クリスマスカッタ３０は、上記シャンク３２及び刃部３４を一体に備えており、その刃部３４は、図３を用いて後述するツリー形溝５２の凹凸形状に対応する逆クリスマスツリー形状を成している。すなわち、工具先端側（図の下方向）へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径となるように構成されている。上記刃部３４には、軸心Ｃまわりに等角度間隔で複数（例えば４本）の切り屑排出溝３６が設けられており、その切り屑排出溝３６に沿って複数の外周切れ刃３８と、それら外周切れ刃３８に連続する底刃４０とが設けられている。それら外周切れ刃３８及び底刃４０は、上記クリスマスカッタ３０がシャンク３２側から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行う切れ刃に相当するものであり、上記切り屑排出溝３６は所定のねじれ角で右まわりに傾斜している。

図２は、前記クリスマスカッタ３０の刃部３４の構成を詳しく説明するためにその刃部３４を拡大して示す図である。この図２に示すように、上記刃部３４には、工具先端側からシャンク３２側へ向かって順に第１大径部４２、第１小径部４４、第２大径部４６、及び第２小径部４８が形成されている。図２では、上記第１大径部４２の径寸法をａで、第１小径部４４の径寸法をｂで、第２大径部４６の径寸法をｃで、第２小径部４８の径寸法をｄでそれぞれ示している。上述のように、前記クリスマスカッタ３０の刃部３４は、工具先端側へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径となるように構成されており、上記第１大径部４２の径寸法は上記第２大径部４６よりも小さく、上記第１小径部４４の径寸法は上記第２小径部４８よりも小さい。すなわち、図２に示す各径寸法に関して、ａ＜ｃ且つｂ＜ｄとされている。また、上記径寸法ａ〜ｄは、上記第１大径部４２及び第２大径部４６それぞれにおける径寸法の極大値、乃至第１小径部４４及び第２小径部４８それぞれにおける径寸法の極小値に相当するものであり、換言すれば、工具先端側へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径となるように構成された前記刃部３４の径方向形状における径（半径）が極大乃至極小となる部分における径寸法に相当する。

図３は、前記クリスマスカッタ３０により被加工物５０に切削加工される総形溝の一例であるツリー形溝５２を示す断面図である。この図３に示すように、前記クリスマスカッタ３０を軸心Ｃまわりに回転駆動しつつ被加工物５０に対してその軸心Ｃと直角な方向へ相対移動させることによりその被加工物５０に切削加工されるツリー形溝５２では、溝中心Ｓに対して左右対称で且つ逆クリスマスツリーのように溝深さ方向（図の下方向）において溝幅が滑らかに増減しながら徐々に狭くなっており、両側の側面５４ａ、５４ｂには、溝の底側から開口側へ向かって順に第１凹部５６、第１凸部５８、第２凹部６０、及び第２凸部６２が交互に連続して形成されている。図３では、上記両側の側面５４ａ、５４ｂに形成された上記第１凹部５６相互間の幅寸法をａで、第１凸部５８相互間の幅寸法をｂで、第２凹部６０相互間の幅寸法をｃで、第２凸部６２相互間の幅寸法をｄでそれぞれ示している。

図２及び図３に示すように、前記クリスマスカッタ３０により被加工物５０に切削加工されるツリー形溝５２の断面形状は、そのクリスマスカッタ３０における刃部３４の軸心Ｃを含む断面形状に対応したものになる。すなわち、前記刃部３４における第１大径部４２に対応して前記ツリー形溝５２の両側面５４における第１凹部５６が形成され、前記第１小径部４４に対応して上記第１凸部５８が形成され、前記第２大径部４６に対応して上記第２凹部６０が形成され、前記第２小径部４８に対応して上記第２凸部６２が形成される。従って、上記第１凹部５６相互間の幅寸法は前記第１大径部４２の径寸法ａと等しくなり、上記第１凸部５８相互間の幅寸法は前記第１小径部４４の径寸法ｂと等しくなり、上記第２凹部６０相互間の幅寸法は前記第２大径部４６の径寸法ｃと等しくなり、上記第２凸部６２相互間の幅寸法は前記第２小径部４８の径寸法ｄと等しくなる。なお、実際の切削加工において、前記刃部３４における各径寸法ａ〜ｄと上記ツリー形溝５２における幅寸法ａ〜ｄとは必ずしも厳密には一致しないが、略等しい値となるものであり、本実施例においては実質的に同じ値として扱う。

図４は、本発明の面取り用総形回転切削工具の一実施例であるツリー形溝面取り工具７０を軸心に垂直な方向から見ると共に、その一部を切り欠いて示す正面図である。図４に示すツリー形溝面取り工具７０は、図３を用いて前述したツリー形溝５２の切削加工に際して発生する端面バリを除去する面取り加工に用いられる面取り用総形回転切削工具であり、シャンク７２において図示しない切削機械の駆動軸に取り付けられ、その切削機械により軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物５０におけるツリー形溝５２に対してその軸心と直角な方向へ相対移動させられることにより、そのツリー形溝５２における端面バリを除去する面取り加工を行う。なお、上記シャンク７２としては、前記クリスマスカッタ３０におけるシャンク３２と同じものが好適に用いられる。

図４に示すように、上記ツリー形溝面取り工具７０は、上記シャンク７２及び刃部７４を一体に備えており、その刃部７４は、前記クリスマスカッタ３０の刃部３４と同様に逆クリスマスツリー形状を成している。すなわち、工具先端側（図の下方向）へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径となるように構成されている。上記刃部７４には、軸心Ｃまわりに等角度間隔で複数（例えば４本）の切り屑排出溝７６が設けられており、その切り屑排出溝７６に沿って複数の外周切れ刃７８と、それら外周切れ刃７８に連続する底刃８０とが設けられている。それら外周切れ刃７８及び底刃８０は、上記ツリー形溝面取り工具７０がシャンク７２側から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行う切れ刃に相当するものであり、上記切り屑排出溝７６は所定のねじれ角で右まわりに傾斜している。

図５は、前記ツリー形溝面取り工具７０の刃部７４の構成を詳しく説明するためにその刃部７４を拡大して示す図である。この図５に示すように、上記刃部７４には、工具先端側からシャンク７２側へ向かって順に第１大径部８２、第１小径部８４、第２大径部８６、及び第２小径部８８が形成されている。図５では、上記第１大径部８２の径寸法をａ₁で、第１小径部８４の径寸法をｂ₁で、第２大径部８６の径寸法をｃ₁で、第２小径部８８の径寸法をｄ₁でそれぞれ示している。上記径寸法ａ₁〜ｄ₁は、上記第１大径部８２及び第２大径部８６それぞれにおける径寸法の極大値、乃至第１小径部８４及び第２小径部８８それぞれにおける径寸法の極小値に相当するものであり、換言すれば、工具先端側へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径となるように構成された前記刃部７４の径方向形状における径（半径）が極大乃至極小となる部分における径寸法に相当する。

ここで、前記ツリー形溝面取り工具７０の刃部７４は、加工対象となる前記ツリー形溝５２の切削加工に用いられた前記クリスマスカッタ３０の刃部３４の径方向形状を、予め定められた面取り角度θに対応して変形させたものである。すなわち、前記ツリー形溝面取り工具７０の刃部７４の軸心方向寸法Ｌは、前記クリスマスカッタ３０の刃部３４の軸心方向寸法Ｌ（図２を参照）に等しく、軸心方向に係る上記第１大径部８２、第１小径部８４、第２大径部８６、及び第２小径部８８の相対位置は、前記刃部３４における前記第１大径部４２、第１小径部４４、第２大径部４６、及び第２小径部４８の軸心方向に係る相対位置に等しい。すなわち、前記ツリー形溝面取り工具７０の刃部７４及び前記クリスマスカッタ３０の刃部３４においては、径寸法の極大値乃至極小値をとる部分が軸心方向に等しい間隔で設けられている。一方、前記刃部７４の径方向形状は、前記クリスマスカッタ３０における刃部３４の径方向形状と異なるものとされており、全体的にその刃部３４よりも小径に構成されている。

例えば、前記ツリー形溝面取り工具７０における刃部７４の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状ｆ（ｘ）は、前記クリスマスカッタ３０における刃部３４の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状をｆ_base（ｘ）、面取り角度をθ、端面の垂線に対するツリー形溝１２方向の傾斜角度をαとして、次の（１）式で表されるものである。この（１）式におけるｇ（α，θ）は、面取り加工の対象部分が鋭角側である場合には次の（２）式で、面取り加工の対象部分が鈍角側である場合には次の（３）式でそれぞれ表されるものである。また、前記端面の垂線に対する溝方向の傾斜角度αが０である場合すなわち溝方向が端面に対して垂直を成す場合には、ｇ（α，θ）＝１となるため、前記刃部７４の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状ｆ（ｘ）は次の（４）式で表される。ここで、面取り角度θ、端面の垂線に対する溝方向の傾斜角度α、面取り加工の対象部分が鋭角側である場合乃至鈍角側である場合の別については、図６及び図７を用いて後述する。すなわち、前記ツリー形溝面取り工具７０は、好適には、鋭角側の面取り加工用及び鈍角側の面取り加工用にそれぞれ個別の工具が設計乃至用意されるものであるが、本実施例では図４及び図５においてそれらを統括的に図示乃至説明している。

ｆ（ｘ）＝ｆ_base（ｘ）×ｃｏｓθ×ｇ（α，θ） ・・・（１）
ｇ（α，θ）＝１＋ｔａｎα×ｔａｎθ ・・・（２）
ｇ（α，θ）＝１−ｔａｎα×ｔａｎθ ・・・（３）
ｆ（ｘ）＝ｆ_base（ｘ）×ｃｏｓθ ・・・（４）

上記（１）〜（３）式に従って前記ツリー形溝面取り工具７０における刃部７４の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状ｆ（ｘ）を考えた場合、前述した図２及び図４に示す構成例では、前記刃部７４における第１大径部８２の径寸法ａ₁が、前記クリスマスカッタ３０の刃部３４における第１大径部４２の径寸法をａとしてａ₁＝ａ×ｃｏｓθ×ｇ（α，θ）で表される値となる。また、前記刃部７４における第１小径部８４の径寸法ｂ₁が、前記クリスマスカッタ３０の刃部３４における第１小径部４４の径寸法をｂとしてｂ₁＝ｂ×ｃｏｓθ×ｇ（α，θ）で表される値となる。また、前記刃部７４における第２大径部８６の径寸法ｃ₁が、前記クリスマスカッタ３０の刃部３４における第２大径部４６の径寸法をｃとしてｃ₁＝ｃ×ｃｏｓθ×ｇ（α，θ）で表される値となる。また、前記刃部７４における第２小径部８８の径寸法ｄ₁が、前記クリスマスカッタ３０の刃部３４における第２小径部４８の径寸法をｄとしてｄ₁＝ｄ×ｃｏｓθ×ｇ（α，θ）で表される値となる。

以上、代表として前記刃部３４、７４それぞれにおける径寸法の極大値乃至極小値をとる部分の対応関係を例示したが、それ以外の部分も同様に上記（１）〜（３）式を満たす径方向形状とされる。例えば、前記刃部７４の第１大径部８２から第１小径部８４へと滑らかに連なる部分に関して、軸心方向位置ｘ₁、ｘ₂、ｘ₃、・・・（図示せず）に対応する径方向形状（すなわち各ｘに対応する径寸法）をｆ（ｘ₁）、ｆ（ｘ₂）、ｆ（ｘ₃）、・・・とすると、それらは何れも上記（１）〜（３）式に従ってｆ（ｘ₁）＝ｆ_base（ｘ₁）×ｃｏｓθ×ｇ（α，θ）、ｆ（ｘ₂）＝ｆ_base（ｘ₂）×ｃｏｓθ×ｇ（α，θ）、ｆ（ｘ₃）＝ｆ_base（ｘ₃）×ｃｏｓθ×ｇ（α，θ）、・・・とされる。このように、前記ツリー形溝面取り工具７０における刃部７４の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状ｆ（ｘ）に関して、前記クリスマスカッタ３０における刃部３４の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状をｆ_base（ｘ）に対応して連続的に（或いはサンプリングされた値を用いて離散的に）上記（１）〜（３）式に基づく計算を行ってプロファイルを出すことにより、前記ツリー形溝面取り工具７０における刃部７４の径方向形状が上記（１）〜（３）式を満たす形状に設計される。

図６は、前記ツリー形溝面取り工具７０による前記ツリー形溝５２端面における鋭角側のバリ除去方法について説明する概略図である。また、図７は、前記ツリー形溝面取り工具７０による前記ツリー形溝５２端面における鈍角側のバリ除去方法について説明する概略図である。図６に示すように、前記ツリー形溝５２端面における鋭角側のバリ除去とは、前記ツリー形溝５２の端面９０の垂線に対してそのツリー形溝５２の延伸方向（溝方向）が傾斜している場合すなわち上記端面９０の垂線に対する溝方向の傾斜角度αが０ではない場合において、前記ツリー形溝５２の端面９０であって溝方向と端面方向（端面９０を含む平面）とが鋭角を成す部分に対する面取り加工に相当する。また、図７に示すように、前記ツリー形溝５２端面における鈍角側のバリ除去とは、前記ツリー形溝５２の端面９０であって溝方向と端面方向（端面９０を含む平面）とが鈍角を成す部分に対する面取り加工に相当する。

図６及び図７に示すように、本実施例のバリ除去方法では、前記ツリー形溝面取り工具７０を軸心まわりに回転駆動しつつ、前記ツリー形溝５２の切削加工における前記クリスマスカッタ３０の軸心移動軌跡９２に対して予め定められた面取り角度θを成す軸心移動軌跡９４で、前記ツリー形溝５２の端面９０に対して軸心Ｃと垂直な方向へ相対移動させることにより、その端面９０におけるバリを除去する面取り加工を行う。図６及び図７では、前記ツリー形溝５２の切削加工における前記クリスマスカッタ３０の軸心移動軌跡９２を細い一点鎖線で、面取り加工における前記ツリー形溝面取り工具７０の軸心移動軌跡９４を太い一点鎖線でそれぞれ示している。これらの図に示すように、本実施例のバリ除去方法における前記ツリー形溝面取り工具７０の軸心移動軌跡９４は、前記ツリー形溝５２の切削加工における前記クリスマスカッタ３０の軸心移動軌跡９２に対して面取り角度θを成し、且つ上記端面９０から溝方向内側へ所定距離ｋ入った交点Ｐにおいてその軸心移動軌跡９２と交差する直線状の軌跡とされる。ここで、前記ツリー形溝面取り工具７０は上記交点Ｐからツリー形溝５２の外側へ向けて上記軸心移動軌跡９４を相対移動させられるものであってもよいし、ツリー形溝５２の外側から上記交点Ｐへ向けて上記軸心移動軌跡９４を相対移動させられるものであってもよい。また、上記所定距離ｋは面取り加工における面取り量を定めるものであり、所望される面取り量に基づいて適宜設定される。

図６及び図７に示すような本実施例のバリ除去方法によれば、前記ツリー形溝面取り工具７０が加工対象となるツリー形溝５２の切削加工に用いられたクリスマスカッタ３０と同じ切削機械に取り付けられ、その切削機械における設定を変更するだけで前記ツリー形溝５２端面の面取り加工が可能とされるため、新たに面取り用の機械を設ける必要がないという利点がある。また、面取り量に対応する上記所定距離ｋ及び面取り角度θを決定すれば上記軸心移動軌跡９４が一義的に定まり、更にその軸心移動軌跡９４が直線的なものであるため熟練を要せず誰にでも設定でき、機械作業による簡単且つ均一な面取り加工を実現することができる。これにより、簡便で効率的な面取り加工により工数の削減、作業時間の短縮、更には作業の無人化を図ることができる。

続いて、本発明の効果を検証するために本発明者が行った試験について説明する。本発明者は、本発明の総形溝の端面バリ除去方法及び面取り用総形回転切削工具の効果を検証するために、以下に示す切削試験条件で切削試験を行った。すなわち、荒カッタ及び仕上カッタにより前記ツリー形溝５２のような総形溝を切削加工した後、本発明の面取り用総形回転切削工具の一実施例であるバリ取りカッタを用いて前述した本発明の端面バリ除去方法によりその総形溝端面におけるバリ取り加工（面取り加工）を行った。

［切削試験条件］
・試験工具：試験用クリスマスカッタ
荒カッタ（３山形状、最大径約２２ｍｍφ、最小径約６ｍｍφ）
仕上カッタ（３山形状、最大径約２２ｍｍφ、最小径約６ｍｍφ）
バリ取りカッタ（溝傾斜角α＝０°、４５°面取り用）
・被削材質：ＳＳ４００（ＪＩＳ規格）
・切削油剤：不水溶性切削油剤（ＪＩＳ２種５号）
・加工機械：たて型Ｍ／Ｃ
・切削速度：約３０ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：約３０ｍｍ／ｍｉｎ（荒、仕上）、約５０ｍｍ／ｍｉｎ（バリ取り）
・切込深さ：約３０ｍｍ
・バリ取り工具移動長さ：約８ｍｍ（加工時間約１０秒）

図８及び図９は、上記切削試験において荒カッタ及び仕上カッタにより切削加工された、バリ取り加工（面取り加工）を行っていない総形溝の端面を示す写真であり、図８は端面を正面から撮影した正面写真、図９は端面を上面から撮影した平面写真である。これらの写真に示すように、荒カッタ及び仕上カッタにより切削加工された総形溝においては、その端面にバリが発生する。図１０及び図１１は、上記切削試験において荒カッタ及び仕上カッタにより切削加工された総形溝の端面を、バリ取りカッタにより面取り量（交点Ｐの端面からの距離ｋ）０．５ｍｍでバリ取り加工（面取り加工）した総形溝の端面を示す写真であり、図１０は端面を正面から撮影した正面写真、図１１は端面を上面から撮影した平面写真である。また、図１２及び図１３は、上記切削試験において荒カッタ及び仕上カッタにより切削加工された総形溝の端面を、バリ取りカッタにより面取り量（交点Ｐの端面からの距離ｋ）１．５ｍｍでバリ取り加工（面取り加工）した総形溝の端面を示す写真であり、図１２は端面を正面から撮影した正面写真、図１３は端面を上面から撮影した平面写真である。図１０〜図１３に示すように、本発明の面取り用総形回転切削工具の一実施例であるバリ取りカッタを用いて前述した本発明の端面バリ除去方法により総形溝のバリ取り加工（面取り加工）を行ったものでは、その端面におけるバリが好適に除去されていることがわかる。

このように、本実施例によれば、総形溝すなわち前記ツリー形溝５２の切削加工に用いられた総形回転切削工具である前記クリスマスカッタ３０の径方向形状を、予め定められた面取り角度θに対応して変形させた面取り用総形回転切削工具であるツリー形溝面取り工具７０を用いて、そのツリー形溝面取り工具７０を軸心Ｃまわりに回転駆動しつつ、前記ツリー形溝５２の切削加工における前記クリスマスカッタ３０の軸心移動軌跡９２に対して前記面取り角度θを成す軸心移動軌跡９４で、前記ツリー形溝５２の端面９０に対してその軸心Ｃと直角な方向へ相対移動させることにより、その端面９０におけるバリを除去する面取り加工を行うものであることから、バリ除去加工を機械化できると共に、画一化された単純な作業であるため作業者の熟練を要せず、作業時間の短縮や無人化が可能となる。すなわち、簡単な機械作業により短時間で均一な面取り加工を実現する総形溝の端面バリ除去方法を提供することができる。

また、本実施例のツリー形溝面取り工具７０は、前記ツリー形溝５２の切削加工に用いられた前記クリスマスカッタ３０の径方向形状を、予め定められた面取り角度θに対応して変形させたものであり、そのツリー形溝面取り工具７０を軸心Ｃまわりに回転駆動しつつ、前記ツリー形溝５２の切削加工における前記クリスマスカッタ３０の軸心移動軌跡９２に対して前記面取り角度θを成す軸心移動軌跡９４で、前記ツリー形溝５２の端面９０に対してその軸心Ｃと垂直な方向へ相対移動させることにより、その端面９０におけるバリを除去する面取り加工に用いられるものであることから、ツリー形溝５２の切削加工に係る機械と同一の機械にてバリ除去加工を機械化できると共に、画一化された単純な作業であるため作業者の熟練を要せず、作業時間の短縮や無人化が可能となる。すなわち、簡単な機械作業により短時間で均一な面取り加工を実現するツリー形溝面取り工具７０を提供することができる。

また、前記ツリー形溝面取り工具７０の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状ｆ（ｘ）は、前記ツリー形溝５２の切削加工に用いられた前記クリスマスカッタ３０の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状をｆ_base（ｘ）、前記面取り角度をθ、前記端面９０の垂線に対する前記ツリー形溝５２の延伸方向の傾斜角度をαとして前記（１）式で表されるものであり、この（１）式におけるｇ（α，θ）は、面取り加工の対象部分が鋭角側である場合には前記（２）式で、面取り加工の対象部分が鈍角側である場合には前記（３）式でそれぞれ表されるものであるため、前記ツリー形溝５２の端面バリ除去加工に好適に用いられる実用的なツリー形溝面取り工具７０を提供することができる。

以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。

１０：回転軸、１２：ツリー形溝、１４：羽根、１６：側面、１８：凹部、２０：凸部、２２：バリ、３０：クリスマスカッタ（総形回転切削工具）、３２：シャンク、３４：刃部、３６：切り屑排出溝、３８：外周切れ刃、４０：底刃、４２：第１大径部、４４：第１小径部、４６：第２大径部、４８：第２小径部、５０：被加工物、５２：ツリー形溝（総形溝）、５４：側面、５６：第１凹部、５８：第１凸部、６０：第２凹部、６２：第２凸部、７０：ツリー形溝面取り工具（面取り用総形回転切削工具）、７２：シャンク、７４：刃部、７６：切り屑排出溝、７８：外周切れ刃、８０：底刃、８２：第１大径部、８４：第１小径部、８６：第２大径部、８８：第２小径部、９０：端面、９２、９４：軸心移動軌跡、ａ〜ｄ：径寸法、幅寸法、ａ₁〜ｄ₁：径寸法、Ｃ：軸心、Ｌ：軸心方向寸法、Ｓ：溝中心、α：溝方向の傾斜角度、θ：面取り角度

Claims (4)

1. 総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ被加工物に対して該軸心と直角な方向へ相対移動させることにより該被加工物に切削加工される総形溝の端面バリ除去方法であって、
   該総形溝の切削加工に用いられた前記総形回転切削工具の径方向形状を、予め定められた面取り角度に対応して変形させた面取り用総形回転切削工具を用いて、
   該面取り用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ、前記総形溝の切削加工における前記総形回転切削工具の軸心移動軌跡に対して前記面取り角度を成す軸心移動軌跡で、前記総形溝の端面に対して該軸心と垂直な方向へ相対移動させることにより、該端面におけるバリを除去する面取り加工を行う
   ことを特徴とする総形溝の端面バリ除去方法。
2. 前記面取り用総形回転切削工具の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状ｆ（ｘ）は、前記総形溝の切削加工に用いられた前記総形回転切削工具の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状をｆ_base（ｘ）、前記面取り角度をθ、前記端面の垂線に対する前記総形溝方向の傾斜角度をαとして、
   ｆ（ｘ）＝ｆ_base（ｘ）×ｃｏｓθ×ｇ（α，θ）
   但し、面取り加工の対象部分が鋭角側である場合、
   ｇ（α，θ）＝１＋ｔａｎα×ｔａｎθ
   面取り加工の対象部分が鈍角側である場合、
   ｇ（α，θ）＝１−ｔａｎα×ｔａｎθ
   で表されるものである
   請求項１に記載の総形溝の端面バリ除去方法。
3. 総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ被加工物に対して該軸心と直角な方向へ相対移動させることにより該被加工物に切削加工される総形溝の端面バリ除去に用いられる面取り用総形回転切削工具であって、
   該総形溝の切削加工に用いられた前記総形回転切削工具の径方向形状を、予め定められた面取り角度に対応して変形させたものであり、
   該面取り用総形回転切削工具を軸心まわりに回転駆動しつつ、前記総形溝の切削加工における前記総形回転切削工具の軸心移動軌跡に対して前記面取り角度を成す軸心移動軌跡で、前記総形溝の端面に対して該軸心と垂直な方向へ相対移動させることにより、該端面におけるバリを除去する面取り加工に用いられるものである
   ことを特徴とする面取り用回転切削工具。
4. 前記面取り用総形回転切削工具の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状ｆ（ｘ）は、前記総形溝の切削加工に用いられた前記総形回転切削工具の軸心方向位置ｘに対応する径方向形状をｆ_base（ｘ）、前記面取り角度をθ、前記端面の垂線に対する前記総形溝方向の傾斜角度をαとして、
   ｆ（ｘ）＝ｆ_base（ｘ）×ｃｏｓθ×ｇ（α，θ）
   但し、面取り加工の対象部分が鋭角側である場合、
   ｇ（α，θ）＝１＋ｔａｎα×ｔａｎθ
   面取り加工の対象部分が鈍角側である場合、
   ｇ（α，θ）＝１−ｔａｎα×ｔａｎθ
   で表されるものである
   請求項３に記載の面取り用回転切削工具。

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