(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
種々の被加工物(鋼、鋳鉄、アルミニウム、ステンレス材料等を含む金属加工物)に効率良く穴あけ加工をすることができる切削工具が知られている。この切削工具には、通常、軸線回りに回転する略円柱状の工具本体の先端部に切れ刃を備えた切削インサートが装着されており、該切削インサートの切れ刃を被加工物に押し付けて切削する。
【0003】
上記のような切削工具のうち所定長以上の深穴加工を行う深穴加工用工具では、深穴加工中に工具本体が不安定な振動を生じ、その結果、穴の径拡大や穴うねりが発生することがある。そのため、加工中に生じる工具本体の振動を抑えて工具本体を調心することを目的として、工具本体の先端部外周側にガイドパッドを配置する技術が提案されている。このガイドパッドは、切削時に加工穴の内壁面に圧接されて切れ刃に加わる切削力を受けることができるため、切削時における工具本体の振動を抑えることが可能となる。
【0004】
上記ガイドパッドを設けた切削工具として、例えば特許文献1がある。下記特許文献1に記載されたガイドパッド(サポートパッド)は、
図10(A)に示すように、切削された加工穴の内壁面に接触させる凸状の外面19と、該外面19に対向する内面20と、工具進行方向(
図10に示す矢印A方向)前方側に位置する前方端面21及び後方端面22と、一対の互いに対向する側面23、24とを有し、外面19と前方端面21との間に侵入面27が形成されている。この侵入面27は、被加工物に形成された穴への挿入を容易にするために設けられており、工具進行方向前方側(以下、単に前方側とも称する)の境界線28と工具進行方向後方側(以下、単に後方側とも称する)の境界線29及び互いに対向する側面境界線30,31で画成されている。侵入面27のうち後方側の境界線29は凸な外面19に接続されていて、前方側の境界線28は前方の面取りした平面26に接続されている。侵入面27のうち後方側の境界線29は、工具進行方向に対して凸状の弓形を呈しており、該弓形の線の頂点36が工具進行方向前方側に向けられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、被加工物のうち切削インサートにより穴あけ加工される部分は、切削時に熱膨張により変形及びガイドパッドの押し付け力によって弾性変形するが、切削後(ガイドパッドの通過後)に収縮する。特許文献1に記載されたガイドパッドは、その外面が加工穴の内壁面に平行な状態で内壁面に摺接される(言い換えれば、ガイドパッドの外面全面が内壁面に摺接される)ものであるが、工具先端側の切削インサートで切削後、上述したように加工された部分が収縮すると、ガイドパッドの工具進行方向後方側が締め付けられ、切削工具の工具進行方向の動きが阻害されるおそれがあった。
【0007】
この問題を解決することを意図して、ガイドパッドの工具進行方向後方側が穴の内壁面に接触しないように、傾斜させた状態でガイドパッドを切削工具に取り付けるという考え方がある。この考え方によれば、上述した収縮によりガイドパッドの後方側が締め付けられて工具送り込み時の動きが阻害されることは解消できる。しかしながら、このようにガイドパッドを傾斜させて切削工具に取り付けた場合、ガイドパッドの外面全体を穴の内壁面に当接させた構成と比較して、ガイドパッドと内壁面とが当接する面積を十分確保できないため、切削時に工具本体の振れを十分に抑えることができないおそれがある。特に、上記特許文献1において、ガイドパッド(サポートパッド)を傾斜させて切削工具に取り付ける技術を採用した場合には、ガイドパッドのうち内壁面に当接する部分が僅少となる(詳細には、
図10(A)に示す侵入面27のうち後方の境界線29の頂点36のみが穴の内壁面に当接する)ので、工具本体の振れを十分に抑制できないおそれがあった。
【0008】
そこで、本発明は、切削工具の進行方向の動きが妨げられることを抑制しながら、切削工具の挙動を安定させることができる技術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】
本発明の一態様に係る切削工具は、工具本体の前方端部に配置された切削インサートと、切削インサートにより切削した穴の内壁面に当接するガイドパッドを備えた切削工具であって、ガイドパッドは、穴の内壁面に接触するように円筒状を呈した外面及び該外面に対向する内面と、工具本体の前方側に位置する前方端面及び該前方端面に対向する後方端面と、一対の互いに対向する側面と、外面と前方端面との間を接続する接続面とを少なくとも有し、ガイドパッドは、その工具進行方向後方側が工具本体の回転軸線側に傾斜した状態で工具本体に取り付けられることにより、接続面と外面との間の境界線を穴の内壁面に当接させるように設けられており、境界線は、外面に対向する方向から見たときに、後方端面側に向かって凸状に湾曲していることを特徴とする。
【0010】
この態様によれば、ガイドパッドの工具進行方向後方側が工具本体の回転軸線側に傾斜した状態で(言い換えれば、ガイドパッドの工具進行方向後方側が前方側よりも穴の内壁面から離隔するように)工具本体に取り付けられているため、切削インサートにより加工した穴が、切削後(ガイドパッドの通過後)に収縮してガイドパッドの工具進行方向後方側が締め付けられることが抑えられる。そのため、切削工具の進行方向の動きが妨げられることを抑制することができる。また、少なくとも侵入面と外面との間に形成される境界線が穴の内壁面に当接するようにガイドパッドが工具本体に取り付けられており、当該境界線は、外面に対向する方向から見たときに、後方端面側(言い換えれば、ガイドパッドの中心側)に向かって凸状に湾曲しているため、ガイドパッドの中心側に向かう方向とは逆方向に凸状に湾曲した構成と比較して、境界線のうち内壁面に当接させる箇所(言い換えれば、当接面積)を増加させることができる。このように当接面積をより大きく確保した状態でガイドパッドを内壁面に当接させるので、切削時における切削工具の挙動を安定させることができる。
【0011】
本発明の一態様に係る切削工具用ガイドパッドは、被加工物に穴あけ加工を行う切削工具に装着される切削工具用ガイドパッドであって、切削工具に取り付けられたときに外周側に配置される第1端面及び該第1端面に対向する第2端面と、第1端面と第2端面との間に延在する周側面と、を備え、周側面は、切削工具に取り付けられたときに工具進行方向前側に配置される前方端面及び該前方端面に対向する後方端面と、前方端面と後方端面との間に延在する一対の互いに対向する側面とを有し、第1端面と前方端面との間には接続面が延在し、接続面と第1端面との間の境界線は、第1端面に対向する方向から見たときに、後方端面側に向かって凸状に湾曲していることを特徴とする。
【0012】
上記態様において、第1端面は、第1端面の長手方向に沿う軸線と平行に延在し且つ第1端面よりもガイドパッド厚み方向の下方側に位置する第1軸線を中心とする第1半径の円筒面であり、接続面は、第1軸線よりもガイドパッド厚み方向の下方側に位置し且つ第1軸線と平行な第2軸線を中心とする第1半径よりも大きい第2半径の円錐面の一部としてもよい。
【0013】
上記態様において、第1端面は、第1端面の長手方向に沿う軸線と平行に延在し且つ第1端面よりもガイドパッド厚み方向の下方側に位置する第1軸線を中心とする第1半径の円筒面であり、接続面は、第1軸線と交差する第3軸線を中心とする第1半径よりも大きい第3半径の円筒面の一部であり、第3軸線は、前方端面から後方端面に向かうに従い第1端面に近づく方向に傾斜して第1軸線と交差してもよい。
【0014】
上記態様において、侵入面は、第1端面と前方端面との間に延在する平面であり、該平面は、工具進行方向に向かうに従い工具本体の回転軸線側に傾斜してもよい。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、切削工具の進行方向の動きが妨げられることを抑制しながら、切削工具の挙動を安定させることができる切削工具用ガイドパッドを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。また、図面の寸法、形状及び角度等は、説明の都合上誇張されており、実際の寸法、形状及び角度等と異なる場合がある。それ故、本発明の技術的範囲は、これら図面に表された各部の寸法、形状及び角度等に限定されるものではない。
【0018】
まず、本実施形態におけるガイドパッドが装着される切削工具の構成について説明する。
図1は、切削工具を示す概略斜視図、
図2は、
図1中の矢印A方向に沿った概略側面図である。
【0019】
図1及び
図2に示す切削工具1は、金属加工物に穴あけ加工を行う工具であり、例えば所定長以上の長い穴をあけるための長い穴用ドリルとして使用可能である。切削工具1は、
図1及び
図2に示すように、工具本体2と、該工具本体2の先端側に取り付けられた切れ刃5を有する切削インサート4と、工具本体2の円周面(側面)に配置されたガイドパッド6とを備える。
【0020】
工具本体2は、略円筒状の例えば機械構造用鋼等からなり、回転軸線Cを中心として回転可能に構成されている。工具本体2の先端部2aには、切刃5を有する切削インサート4が取り付けられている。
【0021】
切削インサート4は、
図1に示すように、回転軸線Cを通り径方向に延びる直線上に、被加工材を切削する切刃5が向くように取り付けられている。このような切刃5を有する切削インサート4を備えた切削工具1を、所定の駆動装置により回転軸線Cを中心に回転させながら被加工材に押し当てることで、被加工材を容易に切削することが可能となっている。
【0022】
ガイドパッド6は、
図1及び
図2に示すように、工具本体2の前方側側面に配置され、全体が略直方体形状を呈している。ガイドパッド6は、工具進行方向の後方側が前方側よりも径方向内側に僅かに傾斜した状態で、工具本体2の前方側側面に形成された凹溝内に嵌め込まれ、貫通穴12(
図3等)に挿入したネジ11等で固定される。ガイドパッド6は、例えば超硬合金を含む材料で作られている。ガイドパッド6は、外周面(ガイドパッド6の外面69)が外向きに凸となる湾曲面を有する。
【0023】
なお、
図1及び
図2ではガイドパッドを2個設けた例が示されているが、この例に限定されない。ガイドパッドの個数、大きさ及び形状等は、本発明の特徴を備えている限り適宜変更することができる。
【0024】
図3を参照しながらガイドパッド6の構成について更に説明する。
図3に示すように、ガイドパッド6は、工具本体2(
図1等)に取り付けられたときに外周側に配置される外面69(第1端面)と、外面69に対向する内面70(第2端面)と、外面69と内面70との間に延在する周側面とを有し、該周側面は、工具本体2に取り付けられたときに工具進行方向前側に配置される前方端面61及び該前方端面61に対向する後方端面62と、前方端面61と後方端面62との間に延在する一対の互いに対向する側面64、65とにより画成されている。
【0025】
内面70は、工具本体2の前方側側面に形成された凹溝の底部に押し付けられる部分である。
【0026】
外面69は、円筒面であって、当該円筒面のうち長手方向中心軸X上に位置する部分が、ガイドパッド厚み方向の上方(
図3(B)において上方向)に最も突出するように形成されている。従って、以下で説明する境界線68のうち、長手方向中心軸X上に位置する頂点68aが、ガイドパッド厚み方向の上方に最も突出した部分となっている。
【0027】
なお、
図3等に示す外面69は、ガイドパッド6が工具本体2(
図1等)に取り付けられたときに、穴の内壁面と接触するために凸状の円筒面である例が示されているが、境界線68が凸状に湾曲(詳細は後述する)した形状を有していれば、外面69は
図3に示す円筒面に限定されるのではなく、例えば平面などの他の形状であっても良い。
【0028】
図3に示すように、外面69と前方端面61との間には、切削インサート4により形成された穴に容易に挿入できるように侵入面67(接続面)が形成されている。この侵入面67は、外面69及び前方端面61それぞれに対して鈍角で交差する面である。本実施形態において、外面69は、
図3に示すように、外面69の長手方向中心線に対して平行に延在し且つ外面69よりもガイドパッド厚み方向の下方側に位置する軸線C1(第1軸線)を中心とする半径R1(第1半径)の曲面(円筒面)である。そして、外面69と前方端面61との間に形成される侵入面67は、外面69の軸線C1よりもガイドパッド厚み方向(
図3(B)において上下方向)の下方側に位置する軸線C2(第2軸線)を中心とし、半径R2(第2半径)で角度αを半頂角とする円錐面になっている。このように、外面69及び侵入面67を形成することで、外面69に対向する方向(
図3(B)における下方向)からみたとき、円筒面である外面69と円錐面である侵入面67との境界線68は、
図3(A)に示すように、後方端面62側に向かって(言い換えれば、ガイドパッド中心側(ガイドパッドの内方)に向かって)凸状に湾曲した形状を有している。
【0029】
なお、ガイドパッド厚み方向の上方とは、
図3(B)において上方向を示し、ガイドパッド厚み方向の下方とは、
図3(B)において下方向を示す。つまり、軸線C1(第1軸線)は、外面69の長手方向に沿う軸線と平行に延在し且つ外面69よりも
図3(B)において下方側に位置するものである。
【0030】
ところで、被加工材のうち切削インサート4により穴あけ加工される部分は、切削時に熱膨張により変形及びガイドパッドの押し付け力によって弾性変形するが、切削後(ガイドパッドの通過後)に収縮する。仮に、ガイドパッドを、その外面が穴の内壁面に対して平行(言い換えれば、切削工具の進行方向に平行)にして切削工具に取り付けた場合には、上記収縮によりガイドパッドの工具進行方向後方側が締め付けられることがあり、切削工具の工具進行方向の円滑な動きが阻害されるおそれがある。
【0031】
そこで本実施形態では、
図4(A)に示すように、ガイドパッド6の後端側が穴の内壁面に接触しないように傾斜させた状態でガイドパッド6を工具本体2(
図1参照)に取り付ける。詳細には、ガイドパッド6は、工具進行方向(
図4(A)に示す矢印A方向)後方側が工具進行方向前方側よりも穴の内壁面から離隔するように傾斜した状態で工具本体に取り付けられている。このように傾斜させてガイドパッド6を取り付けることで、ガイドパッド6の先端側が、被加工材Wに形成された穴の内壁面に当接することとなる。詳細には、ガイドパッド6のうち、侵入面67と外面69との間に形成される境界線68周辺が、被加工材Wに形成された穴の内壁面に当接し、
図4(B)に示す接触痕Rが形成される。
【0032】
なお、
図4(A)に示すガイドパッド6の傾きは、説明の都合上、誇張して傾かせて示している。以下で説明する
図7のガイドパッド6の傾きについても同様である。また
図4(B)に示す接触痕Rの領域は一例として示すものであって、本実施形態におけるガイドパッド6に形成される接触痕Rが図示の例に限定されることを意図するものではない。
【0033】
このように、ガイドパッド6を穴の内壁面に接触させることで、従来のガイドパッドと比較して、当接面積を増加させることができる。具体的には、従来のガイドパッドでは、
図10(A)に示すように、侵入面27のうち後方の境界線29は、工具進行方向(
図10において上方向)に対して凸状の弓形を呈しているため、当該境界線29と穴の内壁面との当接箇所は、
図5に示す点P2の箇所のみとなる(
図5では、従来のガイドパッドにおける境界線29を破線で示している)。これに対し、本実施形態のガイドパッド6では、侵入面67と外面69との間に形成される境界線68は、後方端面62側に向かって(言い換えれば、ガイドパッド中心側(ガイドパッドの内方)に向かって)、凸状に湾曲した弓形を呈している。このため、当該境界線68と穴の内壁面との当接箇所は、
図5に示す点P1、P2、P3を通る境界線68の一部分、及び、当該境界線68の一部分から工具進行方向(
図5に示す矢印A方向)の逆方向に向かって所定幅を有する領域(
図5に示す当接領域S)となる。なお、
図5に示す距離tは、ガイドパッド先端から点P2までの距離を示す。
図5の当接領域Sに示されるように、本実施形態におけるガイドパッド6では、穴の内壁面に対して点接触ではなく面接触するように構成されており、当接面積をより大きく確保した状態でガイドパッド6を内壁面に当接させることができるので、切削時の切削工具の挙動を安定させることができる。
【0034】
なお、
図5に示す当接領域Sは一例として示すものであって、本実施形態におけるガイドパッド6と内壁面との当接箇所は図示の例に限定されない。すなわち、本実施形態に係るガイドパッドは、上述した従来のガイドパッドのように点接触で当接させる構成と比較して、当接面積を拡大させるように構成されていれば良い。
【0035】
続いて、本実施形態におけるガイドパッドを用いた場合の効果について検証した。
図6は、切削工具を用いて被加工材に穴あけ加工を行った際に、ガイドパッドに生じた摩耗痕について、本実施形態と従来例とを比較するための図である。
図6(A)は、本実施形態のガイドパッドを用いて切削加工を行った際に、ガイドパッドに生じた摩耗痕を示す。
図6(B)は、
図10(B)に示す従来のガイドパッドを用いて切削加工を行った際に、ガイドパッドに生じた摩耗痕を示す。なお、
図10(B)に示す従来のガイドパッドは、
図10(A)に示すガイドパッドと比較して、侵入面27Bの形状及び境界線29Bが工具進行方向(
図10に示す矢印A方向)に対して垂直な線(すなわち、境界線29Bがストレート形状)である点が異なっており、その他の形状(側面23B、24B及び前方端面21B等)は
図10(A)に示す従来のガイドパッドと同等である。
【0036】
図6(A)及び
図6(B)に示すように、切削加工を行ったことによりガイドパッドに生じる摩耗痕は、本実施形態の方が従来例よりも広範囲の領域で発生している(本実施形態では、摩耗痕の領域が
図6(A)に示す符号Fの範囲まで拡大している)ことが確認できる。これは、本実施形態のガイドパッド6においては、侵入面67と外面69との間に形成される境界線68は、後方端面62側に向かって(言い換えれば、ガイドパッド中心側(ガイドパッドの内方)に向かって)湾曲した形状を有しているため、例えば工具進行方向に対して凸状に湾曲した境界線29を有する
図10(A)に示すガイドパッドと比較して、境界線68の広範囲の部分で内壁面と当接したことに起因するものである。ガイドパッドに生じた摩耗痕の状態から明らかなように、より広範囲の領域で、ガイドパッドと内壁面とを当接させることができるので、切削時の工具本体の挙動を安定させることができる。切削工具の挙動を安定させているため、本実施形態におけるガイドパッド6を取り付けた切削工具1で加工した穴と、従来のガイドパッド(例えば
図10に示すガイドパッド)を取り付けた切削工具で加工した穴とを比較した場合、被加工物に形成する穴の真円度に差を生じさせることができる。
【0037】
ところで、切削工具によって切削される穴は、
図7に示すように、その内壁面が外周刃(切れ刃)によって形成される断面視波形の壁面(
図7に示す符号Wa)となるものであるが、本実施形態では、切削時に外周刃の切削力を受けるガイドパッド6が穴の内壁面に押圧された状態で摺動する。このように、ガイドパッド6が内壁面に押圧された状態で摺動するため、外周刃によって形成された断面視波形の壁面を滑らかな壁面(
図7に示す符号Wb)とすることができる。
【0038】
上述した
図10(A)に示す従来のガイドパッドでは、工具進行方向に対して凸状の弓形を呈した境界線29が、上述した当接箇所(
図5に示す点P2)で穴の内壁面と点接触することとなるので、工具本体の振動が発生して工具が姿勢を崩すおそれがある。その結果、外周刃(複数の切れ刃のうち外周側に位置する切れ刃)から工具回転方向後方側に向かって所定幅を有するマージン(外周刃マージン)が内壁面に接触することになるため、当該外周刃マージンの欠けが生じたり(マージン部チッピング)、被加工材に形成される穴の径拡大や穴うねりが発生したりすることがある。これに対し、本実施形態のガイドパッドでは、後方端面62側に向かって(言い換えれば、ガイドパッド中心側(ガイドパッドの内方)に向かって)凸状に湾曲した形状を呈した境界線68が、上述した当接箇所(
図5に示す点P1、P2、P3を含む当接領域S)で面接触させることができるため、工具本体の振動の発生を抑制でき、外周刃マージンのチッピングが生じたり、穴の径拡大や穴うねりが発生したりすることを抑制することができる。
【0039】
以上、ガイドパッドについて説明したが、本実施形態におけるガイドパッドの構成は、上述した構成に限定されるものではなく、侵入面67と外面69との間に形成される境界線68が、後方端面62側に向かって(言い換えれば、ガイドパッド中心側(ガイドパッドの内方)に向かって)、凸状に湾曲した形状を有していれば他の様々な構成に適宜変更することができる。
図8及び
図9に、本実施形態におけるガイドパッドの変形例を示す。
図8(A)は、第1変形例におけるガイドパッドの概略平面図を示し、
図8(B)は、第1変形例におけるガイドパッドの概略側面図を示す。
図9(A)は、第2変形例におけるガイドパッドの概略平面図を示し、
図9(B)は、第1変形例におけるガイドパッドの概略側面図を示す。
【0040】
図8に示す第1変形例に係るガイドパッド6Bでは、外面69Bは、外面69Bの長手方向中心線Xの方向と平行に延在し且つ外面69Bよりもガイドパッド厚み方向の下方側に位置する軸線C1を中心とする半径R1の曲面(円筒面)である。侵入面67Bは、軸線C1と交差する軸線C3(第3軸線)を中心とする半径R1よりも大きい半径R3(第3半径)の円筒面であり、より詳細には、軸線C3は、前方端面61から後方端面62に向かうに従い外面69Bに近づく方向に傾斜して軸線C1と交差する。このように外面69B及び侵入面67Bを形成することによっても、外面69Bに対向する方向から見たとき(
図8(A)に示すようにガイドパッド6Bを見た方向をガイドパッド正面側と仮定したときに、外面69Bをガイドパッド正面側から見たとき)、半径R1の円筒面である外面69Bと、半径R3の円筒面である侵入面67Bとの境界線68Bは、後方端面62側に向かって(言い換えれば、ガイドパッド中心側(ガイドパッドの内方)に向かって)、凸状に湾曲した形状を呈することとなる。このように境界線68Bの形状を、後方端面62側に向かって凸状に湾曲した形状としても、
図1〜
図7を参照しながら説明した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0041】
なお、第1変形例における第3軸線は、
図8に示す軸線C1と交差する軸線C3の態様に限定されるわけではなく、侵入面67Bが円筒面となるものであれば、第3軸線は他の様々な態様に変形することが可能である。
【0042】
図9に示す第2変形例に係るガイドパッド6Cにおいて、外面69Cは、外面69Cの長手方向中心線Xの延在方向と平行に延在する半径R1の円筒面である。侵入面67Cは、外面69Cと前方端面61とを連通する平面であって、該平面は、工具進行方向(
図9において左方向)に向かうに従い工具本体の回転軸線側に所定角度αで傾斜する面である。このように外面69C及び侵入面67Cを形成することによっても、外面69Cに対向する方向から見たとき(
図9(A)に示すようにガイドパッド6を見た方向をガイドパッド正面側と仮定したときに、外面69Cをガイドパッド正面側から見たとき)、半径R1の円筒面である外面69Cと、傾斜平面である侵入面67Cとの境界線68Cは、後方端面62側に向かって(言い換えれば、ガイドパッド中心側(ガイドパッドの内方)に向かって)、凸状に湾曲した形状を呈することとなる。このように境界線68Cの形状を、後方端面62側に向かって凸状に湾曲した形状としても、
図1〜
図7を参照しながら説明した第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
【0043】
なお、
図3、
図8及び
図9等を説明しながら説明した、ガイドパッドの外面と侵入面との間に形成される境界線は、後方端面側に向かって(言い換えれば、ガイドパッド中心側(ガイドパッドの内方)に向かって)凸状に湾曲した形状を有している限り、他の様々な形状や大きさ等に変更することが可能である。
【0044】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。