特許第5777028号(P5777028)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5777028
(24)【登録日】2015年7月17日
(45)【発行日】2015年9月9日
(54)【発明の名称】切屑吸引用工具
(51)【国際特許分類】
   B23B 51/06 20060101AFI20150820BHJP
   B23B 51/00 20060101ALI20150820BHJP
【FI】
   B23B51/06 A
   B23B51/00 S
【請求項の数】3
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2011-249830(P2011-249830)
(22)【出願日】2011年11月15日
(65)【公開番号】特開2013-103312(P2013-103312A)
(43)【公開日】2013年5月30日
【審査請求日】2014年7月22日
(73)【特許権者】
【識別番号】000146847
【氏名又は名称】DMG森精機株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】503212652
【氏名又は名称】住友電工ハードメタル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087619
【弁理士】
【氏名又は名称】下市 努
(72)【発明者】
【氏名】秀田 守弘
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 康児
(72)【発明者】
【氏名】森 英夫
(72)【発明者】
【氏名】池田 末広
【審査官】 亀田 貴志
(56)【参考文献】
【文献】 特開2005−014360(JP,A)
【文献】 実開平04−035812(JP,U)
【文献】 特開2005−238403(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B23B 51/00 − 51/06
B23C 5/00
B23Q 11/00
B23D 77/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端部に切刃が形成されるとともに、先端部に開口する切屑吸引孔を有し、切屑吸引装置を備えた工作機械に装着される切屑吸引用工具であって、
前記切刃は、工具軸心から径方向外方に向かって階段状に段差部が形成された複数の段付き刃で構成され、
前記各段差部は、工具先端から遠ざかるほど工具軸心に近くなるテーパ面をなすように形成され、該各段差部の工具先端から遠い側の端部と隣接する段付き刃とがなす隅部は、弧状をなしており、かつ前記段差部の工具軸心方向の投影面内に位置する大きさに設定されている
ことを特徴とする切屑吸引用工具。
【請求項2】
先端部に切刃が形成されるとともに、先端部に開口する切屑吸引孔を有し、切屑吸引装置を備えた工作機械に装着される切屑吸引用工具であって、
前記切刃は、工具軸心から径方向外方に向かって階段状に段差部が形成された複数の段付き刃で構成され、
前記各段差部は、前記工具軸心と平行に形成され、又は工具先端から遠ざかるほど工具軸心に近くなるテーパ面をなすように形成されており、
前記切刃のすくい面に溝部が形成され、該溝部は、前記段付き刃との境界面が前記工具軸心に対して工具先端側ほど回転方向側に位置するよう傾斜するねじれ角を有し、該ねじれ角は、0°より大きく20°より小さい角度に設定されている
ことを特徴とする切屑吸引用工具。
【請求項3】
請求項1に記載の切屑吸引用工具において、
前記切刃のすくい面に溝部が形成され、該溝部は、前記段付き刃との境界面が前記工具軸心に対して工具先端側ほど回転方向側に位置するよう傾斜するねじれ角を有し、該ねじれ角は、0°より大きく20°より小さい角度に設定されている
ことを特徴とする切屑吸引用工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、切屑吸引装置を備えた工作機械に装着される切屑吸引用工具に関し、特に、切削加工時に発生する切屑の回収効率を向上できるようにした吸引構造の改善に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械において、ワーク加工中に発生する切屑の飛散を防止するために切屑吸引装置を備える場合がある。この種の工作機械において、切屑の回収効率を向上するには、発生する切屑をできるだけ小さく分断することが効果的である。
【0003】
このように切屑を小さく分断することを狙ったドリルとして、従来例えば、特許文献1に記載されたものがある。このドリルでは、先端部に形成された切刃を、径方向外方に向かって階段状に複数の段差部を形成した段付き刃としており、この段付き刃によって切屑を小さく破砕することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第4132477号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、前記公報記載の工具では、切刃が複数の段付き刃によって構成されているので、切刃が径方向外方に連続している従来の工具に比較すれば、切屑分断性の向上が期待される。しかし、前記公報記載の工具では、前記段差部の形状の如何によっては、切屑の分断が期待通りにいかず、切屑の回収効率を向上できない場合があることが判明した。
【0006】
本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、簡単な構造により切屑の分断性を向上でき、切屑の回収効率を向上できる切屑吸引用工具を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項1の発明は、先端部に切刃が形成されるとともに、先端部に開口する切屑吸引孔を有し、切屑吸引装置を備えた工作機械に装着される切屑吸引用工具であって、前記切刃は、工具軸心から径方向外方に向かって階段状に段差部が形成された複数の段付き刃で構成され、前記各段差部は、工具先端から遠ざかるほど工具軸心に近くなるテーパ面をなすように形成され、該各段差部の工具先端から遠い側の端部と隣接する段付き刃とがなす隅部は、弧状をなしており、かつ前記段差部の工具軸心方向の投影面内に位置する大きさに設定されていることを特徴としている。
【0008】
請求項2の発明は、先端部に切刃が形成されるとともに、先端部に開口する切屑吸引孔を有し、切屑吸引装置を備えた工作機械に装着される切屑吸引用工具であって、前記切刃は、工具軸心から径方向外方に向かって階段状に段差部が形成された複数の段付き刃で構成され、前記各段差部は、前記工具軸心と平行に形成され、又は工具先端から遠ざかるほど工具軸心に近くなるテーパ面をなすように形成されており、前記切刃のすくい面に溝部が形成され、該溝部は、前記段付き刃との境界面が前記工具軸心に対して工具先端側ほど回転方向側に位置するよう傾斜するねじれ角を有し、該ねじれ角は、0°より大きく20°より小さい角度に設定されていることを特徴としている。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1に記載の切屑吸引用工具において、
前記切刃のすくい面に溝部が形成され、該溝部は、前記段付き刃との境界面が前記工具軸心に対して工具先端側ほど回転方向側に位置するよう傾斜するねじれ角を有し、該ねじれ角は、0°より大きく20°より小さい角度に設定されている
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【0010】
請求項1の発明によれば、段付き刃を構成する段差部を、前記工具軸心と平行に、又は工具先端から遠ざかるほど工具軸心に近くなるテーパ面をなすように形成したので、切屑の分断性を向上でき、切屑の回収効率を向上できる。即ち、前記公報記載の工具の場合、前記段差部が工具先端から遠ざかるほど工具軸心から遠くなるテーパ面、つまり先細りのテーパ面をなすように形成されているので、各段付き刃によって切削が行われるとともに、前記先細りのテーパ面によっても切削が行われる場合があり、その結果各段付き刃による切屑同士がテーパ面による切屑を介して繋がってしまう場合があった。
【0011】
これに対して、本発明では、段差部を、前記工具軸心と平行に、又は工具先端から遠ざかるほど工具軸心に近くなるテーパ面、つまり従来と逆の先拡がりのテーパ面としたので、段差部のテーパ面による切削が行われることはほとんどなく、各段付き刃による切屑同士を確実に分断できる。
【0012】
請求項1及び2の発明によれば、各段差部と隣接する段付き刃とがなす隅部を段差部の工具軸心方向の投影面内に位置する大きさに設定したので、より確実に切屑の分断性を向上でき、切屑の回収効率を向上できる。即ち、切刃を、階段状に段差部が形成された複数の段付き刃で構成した場合、段差部と隣接する段付き刃との隅部は、その製造工程上研削砥石の形状に対応した弧状となる。そのため前記隅部の大きさ如何によっては、特に弧状部分においても切削が行われ、前記分断性に悪影響を与えるおそれがある。これに対して、本発明では、前記テーパ面を、前記隅部が、前記段差部の軸心方向投影面内に位置する程度の先拡がりの逆テーパ面としたので、前記隅部による悪影響を回避でき、切屑の分断性をより一層向上できる。
【0013】
請求項2及び3の発明によれば、各切刃のすくい面に形成された溝部に、工具軸心に対して0°より大きく20°より小さい角度で傾斜するねじれ角を設定したので、より確実に切屑を小さくすることができる。切屑を小さくすることで、個々の切屑が軽くなるため、切屑の回収効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本発明の実施例1に係る切屑吸引用工具が装着された工作機械の全体斜視図である。
図2】前記工具の正面図である。
図3】前記工具の切刃部分の、前記図2におけるIII矢視図である。
図4】前記工具の切刃部分の、前記図2におけるIV矢視図である。
図5】前記工具の段差部の拡大図である。
図6】前記工具の右側面図である。
図7】前記工具を用いて発生した切屑の拡大図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【実施例1】
【0016】
図1ないし図6は、本発明の実施例1による切屑吸引用工具を説明するための図である。
【0017】
図において、1は工作機械を示している。該工作機械1は、ベッド2と、該ベッド2の奥部分に立設されたコラム3と、該コラム3の前面に上下方向(Z軸方向)に移動自在に支持された主軸頭4と、前記ベッド2の手前部分に前後方向(Y軸方向)に移動自在に支持されたサドル5と、該サドル5上に左右方向(X軸方向)に移動自在に支持されたテーブル6とを備えている。
【0018】
前記主軸頭4内には、主軸7が回転自在に支持されており、該主軸7の下端部には工具ホルダ14を介して切屑吸引用工具としてのドリル10が着脱可能に装着されている。
【0019】
前記工作機械1は、さらに、前記主軸7に装着された前記ドリル10と次工程用工具とを自動的に交換する自動工具交換装置11を備えている。この自動工具交換装置11は、前記コラム3の側壁に配置された工具マガジン12と、該工具マガジン12と前記主軸7との間に配置された工具交換アーム13とを有する。
【0020】
そして本実施例の工作機械1は、前記主軸7に装着された前記ドリル10によりワークWに穴あけ加工を施す際に発生する切屑を吸引する切屑吸引装置15を備えている。
【0021】
前記切屑吸引装置15は、吸引力発生源を内蔵する切屑回収箱15bと前記ドリル10とを、該ドリル10,前記工具ホルダ14及び主軸7に形成された吸引路及び吸引パイプ15aにより接続した概略構造を有する。
【0022】
前記主軸7は、軸心部に、前記吸引路の一部を構成する切屑排出孔が貫通形成された筒状体からなり、前記主軸頭4に内蔵された駆動モータ(不図示)により回転駆動される。
【0023】
前記工具ホルダ14は、軸心部に、前記工具10が装着される支持穴及び前記吸引路の一部を構成する切屑排出孔が貫通形成され、前記主軸7の下端部に着脱可能に装着されている。
【0024】
前記ドリル10は、ドリル本体8と、該ドリル本体8の先端部8aの先端面に形成された一対の切刃9,9とを有する。前記ドリル本体8は、前記切刃9が形成された前記先端部8aと、該先端部8aより小径の胴部8bと、該胴部8bより大径で前記工具ホルダ14に保持される保持部8cとを有し、切屑吸引孔16が、軸心aを貫通して延びる円筒状をなしている。
【0025】
前記一対の切刃9,9は、前記工具軸心aを中心とする点対称をなすように配置形成されている。そして、前記先端部8aの、図2における前記切刃9,9より反時計回りの回転方向前側部分はすくい面を構成するのであるが、本実施例1では、この前側部分を切削除去することにより溝部8f,8fが形成されている。この溝部8f,8fを形成したことにより、前記切屑吸引孔16の吸込口16a,16aが切刃9,9の前記回転方向前側近傍に開口している。また、前記切屑吸引孔16の後端部は前記ドリル本体8の後端面8eに開口している。
【0026】
そして前記各切刃9は、工具軸心aから径方向外方に向かって階段状に段差部9aを形成してなる複数(本実施例では4個)の段付き刃9bで構成されている。前記各段付き刃9bは、所定の、例えば130°〜140°の刃先角度となるように工具軸心a上の工具先端a′から径方向外方ほど低くなるように形成されている。
【0027】
さらに、前記各切刃9のすくい面となる部分に形成された前記溝部8f,8fの前記各段付き刃9bとの境界面8f′には、工具軸心aに対して工具先端a′側ほど前記回転方向前側に位置するように傾斜するねじれ角βが設定されている。このねじれ角βは、工具軸心aに対して0°〜20°程度に設定されている。
【0028】
前記ねじれ角βが20°を超えると、切屑がカールしやくなり、またカールが2巻き以上となりやすく、1個あたりの重量が増加して吸引性能が低下する可能性がある。
【0029】
前記ねじれ角βが小さいほど切屑の分断効果が向上するが、一方、ねじれ角βが小さくなるほど切削抵抗が大きくなるので、前記ねじれ角βは、3°〜15°程度に設定することがより好ましい。
【0030】
さらにまた、前記各段差部9aは、前記工具先端a′から遠ざかるほど工具軸心aに近くなるテーパ面、換言すれば先拡がりのテーパ面をなすように形成されている。具体的には、前記段差部9aの延長線9a′と前記軸心aとのなす角度θが1〜6°に設定されている。
【0031】
より好ましくは、図5に示すように、前記各段差部9aの工具先端a′から遠い側の端部9cと隣接する段付き刃9b′とで形成される隅部9dは、円弧状をなしており、かつ前記各段差部9aの角度θは、工具軸心a方向の光dを照射した場合の前記段差部9aの投影面c内に前記隅部9dが位置する大きさに設定されている。
【0032】
本実施例1によれば、各段付き刃9bを構成する各段差部9aを、前記工具先端a′から遠ざかるほど工具軸心aに近くなるいわゆる末広がりのテーパ面をなすように形成したので、切屑の分断性を向上でき、切屑の回収効率を向上できる。
【0033】
即ち、仮に前記段差部が工具先端から遠ざかるほど工具軸心から遠くなるいわゆる先細りのテーパ面をなすように形成されている場合は、各段付き刃によって切削が行われるとともに、前記先細りのテーパ面によっても切削が行われる場合が考えられる。その結果各段付き刃による切屑同士がテーパ面による切屑を介して繋がってしまう場合があった。
【0034】
これに対して、本実施例では、段差部9aを、前記先細りのテーパ面とは逆の先拡がりのテーパ面、つまり工具先端a′から遠ざかるほど工具軸心aに近くなるテーパ面としたので、段差部9aにおいて切削が行われることはほとんどなく、各段付き刃9bによる切屑同士を確実に分断できる。
【0035】
さらにまた、各段差部9aと隣接する段付き刃9b′とがなす隅部9dを段差部9aの工具軸心方向の光dによる投影面c内に位置する大きさに設定したので、換言すれば、前記隅部9dが前記投影面c内に位置するように前記角度θを設定したので、より確実に切屑の分断性を向上でき、切屑回収効率を向上できる。即ち、段差部9aと隣接する段付き刃9b′との隅部9dが、前記投影面cからはみ出る大きさに設定されている場合、そのはみ出た部分によっても切削が行われ、この切削された切屑部分が前記分断性に悪影響を与えるおそれがある。しかし本実施例では、前記隅部9dが、前記投影面c内に位置しているので、前記隅部9dによる悪影響を回避でき、切屑の分断性をより一層向上できる。
【0036】
ここで本発明の切屑吸引用工具において、前記段差部9aの角度θ,ねじれ角βを変えた場合の切屑分断性に与える影響について試験を行った。
【0037】
〔試験1〕
本試験1では、下記仕様の本発明に係る切屑吸引用工具及び比較例工具を使用して、下記の切削条件で加工を行い、その際に発生した切屑の形状を調べた。
【0038】
使用工具:
工具外径 φ6.8mm
段差部の角度 θ=5°(本発明例工具)、逆方向にテーパを有するもの(比較例工具)
材質 超硬合金製
ねじれ角 β=10°
切削条件:
切削速度 Vc=20m/min
送り f=0.1mm/rev
被削材:FC25
本試験1の結果、段差部の角度θ=5°の本発明例工具では切屑が小さく分断できたのに対し、逆方向にテーパを有する比較例工具では、切屑が小さく分断されずに伸びてしまうものがあった。
【0039】
〔試験2〕
本試験2では、本発明に係る段差部の角度θを有する切屑吸引用工具において、ねじれ角βを変えた場合の切屑に与える影響について試験を行った。
【0040】
本試験2では、下記ねじれ角βを有する切屑吸引用工具を使用して、下記の切削条件で加工を行い、その際に発生した切屑の形状を調べた。
【0041】
工具形状:
工具外径 φ6.8mm
段差部の角度 θ=5°
材質 超硬合金製
ねじれ角 β=0°〜30°まで5°ずつ変化させた。
【0042】
切削条件:
切削速度 Vc=42.7m/min
送り f=0.1mm/rev
被削材:FC250
試験結果を図7(スケールは1目盛0.5mm)に示す。試験の結果、いずれの工具も切屑を小さく分断させることができたが、β=20°を超えるものは、カールした切屑が2巻き以上となって、切屑が大きくなっていることが分かった。
【0043】
なお、前記実施例では、前記段差部9aが先拡がりのテーパ面をなす場合を説明したが、本発明には、前記段差部9aが工具軸線aと平行に形成されている場合も含まれる。段差部が平行の場合であっても、段差部が前記先細りのテーパ面をなしている場合よりも切屑の分断性を改善できる。
【符号の説明】
【0044】
1 工作機械
8a 先端部
8f 溝部
8f′境界面
9 切刃
9a 段差部
9b 段付き刃
9b′ 隣接する段付き刃
9c 段差部の工具先端から遠い側の端部
9d 隅部
10 ドリル(切屑吸引用工具)
15 切屑吸引装置
16 切屑吸引孔
a 工具軸心
c 投影面
β ねじれ角
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7