JP6964145B2 - Ｔ形工具およびｔ形工具の製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｔ溝フライス、あり溝フライス、クリスマスツリーフライス等、切れ刃を有する工具本体と、円柱状のシャンクとを側面視において概ねＴ字形に締結したＴ形工具およびその製作方法に関する。

シャンクと、該シャンクの先端に結合されたヘッド（工具本体）とを有しているＴ形工具は従来から知られている。例えば、特許文献１には、外周部に切れ刃を配設した切削ヘッドをシャンクの先端部にねじを用いて着脱可能に取り付けるようにしたＴ形カッタ（Ｔ溝フライス）が記載されている。切削ヘッドはシャンクに対面する側面の中央部に環状の凸部を有しており、該環状の凸部の端面をシャンクの端面に当接させ、固定用ねじを切削ヘッドの反対側の側面から切削ヘッドの中央に形成したヘッド穴に挿通し、シャンクの端部に形成した雌ねじに螺合させることによって、切削ヘッドとシャンクとを結合している。

特表２０１３−５３４１８９号公報

特許文献１に記載のＴ形工具では、シャンクは、切削ヘッドの凸部の端面に当接した状態で固定用ねじによって引っ張られる。従って、この固定ねじと係合するシャンクの雌ねじの各ねじ山には、常に軸方向の引張荷重がねじ山の片側のみに作用する。一般的に、シャンクは超硬合金から形成されるが、超硬合金は圧縮強さは高いが引張強さは低い特性がある。従って、特許文献１の発明では、ねじ山の剛性不足のために、切削ヘッドをシャンクに強固に固定することは難しい問題がある。

従って、本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、製作が用意で、かつ剛性の高いＴ形工具およびその製作方法を提供することを目的とする。

既述した目的を達成するために、本発明によれば、切れ刃を有する工具本体と、円柱状のシャンクとを側面視においてＴ字形に締結したＴ形工具において、前記シャンクは超硬合金より成り、先端方向に直径が細くなるテーパ雄ねじが先端部に形成されており、前記工具本体は鋼材より成り、中央部に貫通する開口部が形成され、該開口部の内周面に前記テーパ雄ねじに係合するテーパ雌ねじが形成されており、前記シャンクを前記工具本体の基端面に当接させることなく、前記テーパ雄ねじを前記テーパ雌ねじに螺合して前記シャンクを前記工具本体に締結したＴ形工具が提供される。

また、本発明によれば、切れ刃を有する工具本体と、円柱状のシャンクとを側面視においてＴ字形に締結したＴ形工具の製作方法において、超硬合金より成るシャンクの先端部に先端方向に直径が細くなるテーパ雄ねじを形成し、鋼材より成る工具本体の中央部に貫通する開口部を形成し、前記開口部の内周面に前記テーパ雄ねじに係合するテーパ雌ねじを形成し、前記シャンクを前記工具本体の基端面に当接させることなく、前記テーパ雄ねじを前記テーパ雌ねじに螺合して前記シャンクを前記工具本体に締結するＴ形工具の製作方法が提供される。

本発明によれば、シャンクのテーパ雄ねじを、工具本体のテーパ雌ねじに螺合して、側面視で概ねＴ字形の工具が形成される。テーパねじのため、シャンクは、例えばその端面を工具本体に当接させなくとも、シャンクのテーパ雄ねじは、工具本体の雌ねじに高い締結トルクで緊結することができる。従って、工具本体をシャンクにねじ締結したときに、特許文献１の発明のように、シャンクのテーパ雄ねじに引っ張り荷重が作用することがなく、超硬合金でなるシャンクのテーパ雄ねじの各ねじ山には、締めれば締めるほど軸方向の両側から圧縮荷重が作用することとなる。従って、シャンクに剛性の高い超硬合金を用いることが可能となり、しかもシャンクと工具本体との締結部の剛性も高くなり、加工速度（切削速度）を高くして加工効率を高めることが可能となる。また、シャンクを超硬合金で形成することによって、シャンクが変形しにくくなり、加工精度を高くすることが可能となる。

本発明の好ましい実施の形態によるＴ形工具の側面図である。 シャンク側から見た図１のＴ形工具の平面図である。 先端側から見た図１のＴ形工具の底面図である。 図１のＴ形工具の斜視図である。 図１のＴ形工具のシャンクの斜視図である。 図１のＴ形工具のヘッドの斜視図である。 別の方向に見たヘッドの斜視図である。 ヘッドの軸方向断面図である。 上側インサートの正面図である。 図９の上側インサートの斜視図である。 図９の上側インサートの上側の端面を示す側面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
Ｔ形工具１０は、工作機械の主軸または工具ホルダの先端部に装着されるシャンク２０、該シャンク２０の先端に結合されるヘッド３０とを具備している。シャンク２０は、例えば剛性の高い超硬合金製の概ね円柱形状の棒状部材から成り、先端部に雄ねじ２４が形成されている。雄ねじ２４はシャンク２０の先端方向に直径が縮小するテーパねじとなっている。雄ねじ２４は、例えば、ピッチ１〜２ｍｍ、ねじ山の高さ０．５〜２ｍｍ、テーパ率１／５０〜１／２０のテーパねじとすることができる。テーパねじの最大外径がシャンク２０の直径とほぼ等しいことが望ましい。

シャンク２０には、刃先にクーラントを供給するためのクーラント通路を形成することができる。該クーラント通路は、中心軸線Ｏに沿ってシャンク２０を貫通する軸方向通路２６と、該軸方向通路２６からシャンク２０を半径方向に貫通する半径方向通路２８とを含むことができる。

ヘッド３０は、Ｔ形工具１０の工具本体を形成しており、例えば鋼材料から形成することができる。ヘッド３０には複数の、本実施の形態では６つの刃部が形成されている。本実施形態では、該刃部はヘッド３０に取り付けたインサート３６、３８から形成されている。インサート３６、３８は、例えば耐摩耗性の高い超硬合金から形成することができる。インサート３６、３８は、Ｔ形工具１０の基端側つまりシャンク２０側に突出した３つの上側インサート３６と、Ｔ形工具１０の先端側つまりシャンク２０とは反対側に突出した３つの下側インサート３８とを含む。

ヘッド３０には、インサート３６、３８の個数に対応した複数の、本実施形態では６つの溝部３２、３４が形成されている。溝部３２、３４は、ヘッド３０のシャンク２０に面した基端面３０ａからシャンク２０とは反対に面した先端面３０ｂまで延設されている。溝部３２、３４は、上側インサート３６を受容する第１の溝部３２と、下側インサート３８を受容する第２の溝部３４とを含む。第１の溝部３２には、上側インサート３６を取り付けるための上側座３２ａが形成されている。第２の溝部３４には、下側インサート３８を取り付けるための下側座３４ａが形成されている。上側インサート３６および下側インサート３８は、ろう付けのような適当な結合技術を用いて上側座３２ａ、下側座３４ａに取り付けられる。

上側インサート３６と下側インサート３８は同一形状に形成されている。図９〜図１１には、上側インサート３６のみが図示されているが、下側インサート３８も同様である。上側インサート３６は、上側座３２ａに取り付けたときに該上側座３２ａとは反対側のすくい面３６ａと、半径方向外側に面する逃げ面３６ｂとを有する。すくい面３６ａと逃げ面３６ｂとによって、直線状に延びる主切れ刃３６ｃと、上側インサート３６の上端において主切れ刃３６ｃに連結される円弧状の副切れ刃３６ｄが形成される。副切れ刃３６ｄが形成される端部に副逃げ面３６ｅを形成してもよい。円弧状の副切れ刃３６ｄの形状、寸法は、ワークに加工される加工面のフィレットＲの大きさに合わせて決めることができる。

上側インサート３６は、主切れ刃３６ｃがヘッド３０の外周面から突出し、副切れ刃３６ｄがヘッド３０の基端面３０ａから突出するように上側座３２ａに取り付けられる。下側インサート３８も同様に、主切れ刃３６ｃがヘッド３０の外周面から突出し、副切れ刃３６ｄがヘッド３０の先端面３０ｂから突出するように下側座３４ａに取り付けられる。また、上側インサート３６と下側インサート３８は、ヘッド３０の周方向に交互に等間隔に配置される。びびり振動を防止するために、上側インサート３６と下側インサート３８を周方向に交互に不等間隔で配置してもよい。

また、特に図１、４を参照すると、上側座３２ａは、取り付けられた上側インサート３６のすくい面３６ａが下方に向くように形成される。つまりＴ形工具１０の先端側から見たときに、上側インサート３６のすくい面が見えるように、上側インサート３６は、ヘッド３０に対して傾斜している。同様に、下側座３４ａは、取り付けられた下側インサート３８のすくい面が上方に向くように形成される。つまり、シャンク２０側から見たときに、下側インサート３８のすくい面が見えるように、下側インサート３８は、ヘッド３０に対して傾斜している。

ヘッド３０は、更に、中央部に開口部４０が形成されている。該開口部４０の内周面には雄ねじ２４と螺合する雌ねじ５０が形成されている。該雌ねじ５０は、Ｔ形工具１０の先端方向に直径が縮小するテーパねじとなっている。開口部４０の内周面には、周溝４８（図８）が形成されている。周溝４８は、シャンク２０の雄ねじ２４を開口部４０の雌ねじ５０と螺合し、ヘッド３０をシャンク２０に結合したときに、半径方向通路２８が周溝４８に開口できるように配置されている。

ヘッド３０には、更に、周溝４８から略半径方向にヘッド３０を貫通して、溝部３２、３４において、各々の上側座３２ａおよび下側座３４ａの反対側の側面に開口する分岐通路４６ａ、４６ｂが形成されている。より詳細には、分岐通路４６ａ、４６ｂは、上側座３２ａおよび下側座３４ａに取り付けた上側インサート３６及び下側インサート３８のすくい面３６ａに向けてクーラントを噴出する方向に延設されている。クーラント通路から上側インサート３６および下側インサート３８に向けてクーラントを供給することによって、切削による発熱が低減し、また工具寿命と切りくずの排出が良好になる。

ヘッド３０は、シャンク２０の雄ねじ２４をヘッド３０の開口部４０の雌ねじ５０と螺合することによって、シャンク２０に締結、結合される。その際、ヘッド３０は、加工中にヘッド３０に作用する切削に基づく最大トルクよりも大きな締結トルクでシャンク２０に結合される。これは、切削に基づくトルクによって、更にテーパねじが締め込まれてヘッド３０が変形し、インサート３６、３８の姿勢が変わることを防止する措置である。ヘッド３０に所望の締結トルクを与えるために、締付け工具（図示せず）と係合する係合穴４２をヘッド３０の先端面３０ｂに形成することができる。更に、ヘッド３０の先端面３０ｂに複数のねじ穴４４を形成して、Ｔ形工具１０の回転バランスをとるためのねじ（図示せず）を取り付けるようにしてもよい。

また、Ｔ形工具１０を用いて切削加工を行っている間に生じる振動等によって、ヘッド３０の雌ねじ５０とシャンク２０の雄ねじ２４との間の締結が緩むことを防止するために、シャンク２０の先端に少なくとも１つの凹所２２を形成しておき、シャンク２０にヘッド３０を結合した後にシャンク２０とヘッド３０とを該凹所２２において溶接するようにしてもよい。溶接によって、溶接棒の溶けた金属がヘッド３０の鋼材料と一体化するとともに、凹所２２に流れ込む。シャンク２０は超硬合金なので溶接はできないが、凹所２２に流れ込んで固まった金属がいわばキーとして作用し、回り止めになる。雄ねじ２４と雌ねじ５０との締結を緩めてシャンク２０とヘッド３０とを切り離す場合は、溶接部に溶接操作を施し、凹所２２に流れ込んだ金属を溶かしながら、ねじ締結を緩めれば、容易にシャンク２０とヘッド３０とを切り離すことができる。そして、シャンク２０に別のヘッド３０を新たに締結させ、同様の溶接をすればヘッド３０を交換することができる。

更に、ヘッド３０をシャンク２０に結合した後に、上側インサート３６および下側インサート３８の主切れ刃および副切れ刃が所望の寸法、形状、姿勢に研削加工により、Ｔ形工具１０を仕上げるようにできる。

本実施形態によれば、シャンク２０はヘッド３０の基端面３０ａに当接するような特徴部分を有していない。従って、ヘッド３０をシャンク２０にねじ締結したときに、特許文献１の発明のように、シャンク２０のねじ部（雄ねじ２４）に引っ張り荷重が作用することがない。従って、シャンク２０に剛性の高い超硬合金を用いることが可能となり、加工速度（切削速度）を高くして加工効率を高めることが可能となる。また、シャンク２０を超硬合金（ヤング率が鋼の約３倍）で形成することによって、シャンク２０が変形しにくくなり、加工精度を高くすることが可能となる。

シャンクとヘッドとを１つの超硬合金からＴ字形に削り出す、シャンクとヘッド一体型のＴ形工具と比べ、本実施形態によれば材料コストおよび製作コストを格段に下げることができる。また、本実施形態では、特許文献１のように、シャンクとヘッドとを当接させる基準面や固定用ねじを特別に作製する必要がないので、作製コストを下げることができる。

シャンク２０の雄ねじ２４とヘッド３０の雌ねじ５０とを、加工中にヘッド３０に作用する切削に基づく最大トルクよりも大きな締結トルクで締め付ける代わりに、ヘッド３０を加熱して雌ねじ５０の内径を拡大させ、シャンク２０の雄ねじ２４を締め込んだ後に自然冷却することにより、焼ばめ効果によって強固にテーパねじ結合してもよい。なお、この場合、加熱温度は約１５０°Ｃでよく、インサート３６、３８の工具本体３０へのろう付け温度の約７００°Ｃや、インサート３６、３８のコーティング温度約５００°Ｃより十分に低温であり、加熱によりろう付けやコーティングに悪影響を与えることはない。

１０ Ｔ形工具
２０ シャンク
２４ 雄ねじ
３０ ヘッド
３６ 上側インサート
３８ 下側インサート
５０ 雌ねじ

Claims (6)

1. 切れ刃を有する工具本体と、円柱状のシャンクとを側面視においてＴ字形に締結したＴ形工具において、
   前記シャンクは超硬合金より成り、先端方向に直径が細くなるテーパ雄ねじが先端部に形成されており、
   前記工具本体は鋼材より成り、中央部に貫通する開口部が形成され、該開口部の内周面に前記テーパ雄ねじに係合するテーパ雌ねじが形成されており、
   前記シャンクを前記工具本体の基端面に当接させることなく、前記テーパ雄ねじを前記テーパ雌ねじに螺合して前記シャンクを前記工具本体に締結したＴ形工具。
2. 前記テーパ雄ねじの最大外径は、前記シャンクの外径とほぼ等しい請求項１に記載のＴ形工具。
3. 切れ刃を有する工具本体と、円柱状のシャンクとを側面視においてＴ字形に締結したＴ形工具の製作方法において、
   超硬合金より成るシャンクの先端部に先端方向に直径が細くなるテーパ雄ねじを形成し、
   鋼材より成る工具本体の中央部に貫通する開口部を形成し、
   前記開口部の内周面に前記テーパ雄ねじに係合するテーパ雌ねじを形成し、
   前記シャンクを前記工具本体の基端面に当接させることなく、前記テーパ雄ねじを前記テーパ雌ねじに螺合して前記シャンクを前記工具本体に締結するＴ形工具の製作方法。
4. 前記シャンクの先端面の外周部に少なくとも１つの凹所を形成し、前記シャンクと前記工具本体が締結した状態で前記工具本体の先端面の前記凹所付近を溶接し、前記凹所に溶けた金属が流れ込むことによって回り止めを形成する請求項３に記載のＴ形工具の製作方法。
5. 前記テーパ雄ねじは、加工中に工具本体に作用する切削に基づく最大トルクよりも大きな締結トルクで前記テーパ雌ねじに締め込まれる請求項４に記載のＴ形工具の製作方法。
6. 前記テーパ雄ねじは、前記工具本体を加熱して前記テーパ雌ねじの内径を拡径した状態で、前記テーパ雌ねじに締め込まれる請求項４に記載のＴ形工具の製作方法。

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