JP5059972B2

JP5059972B2 - 環状ホールカッタ

Info

Publication number: JP5059972B2
Application number: JP2011514961A
Authority: JP
Inventors: 隆志千葉; 厚三浦
Original assignee: Nitto Kohki Co Ltd
Current assignee: Nitto Kohki Co Ltd
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: CN102947033B; CN102947033A; WO2011158378A1; JPWO2011158378A1

Description

本発明は、円筒状とされたカッタ本体の環状の前端面に沿って複数の超鋼チップ等の切削刃を取り付けてなる環状ホールカッタに関する。

環状ホールカッタには、円筒状のカッタ本体及びその前端の複数の刃を高速度鋼などの硬質材料で一体成形したタイプのものや、円筒状のカッタ本体の環状の前端面に、該カッタ本体とは別に用意した超鋼チップなどの切削刃を取り付けたタイプのものがある。

このような環状ホールカッタにおける切削性や耐久性を向上するために、種々の工夫がなされてきている。例えば、米国特許第４、４５２、５５４号は上記前者のタイプの環状ホールカッタを開示しており、この環状ホールカッタでは、各切削刃が、半径方向で３つの切削刃部分に分けられ、それらが回転方向で相互にずらして設けられるようにすることにより切屑の排出を円滑にすることにより当該環状ホールカッタの切削性や耐久性の向上を図っている。特開平５‐１５４７０９号は、上記第２番目のタイプの環状ホールカッタを開示しており、この環状ホールカッタでは、第１及び第２の二種類の切削刃を用意し、第１及び第２の切削刃が切削する半径方向部分をずらすようにされると共に、第１の切削刃は、上記米国特許と同様に、回転方向でずらして配置された切削部を有するようにすることにより、切屑の排出を円滑にするようにしている。

米国特許第４、４５２、５５４号特開平５‐１５４７０９号

本発明は、上記第２のタイプの環状ホールカッタにおいて、その切削性及び耐久性の向上を図ろうとするものである。

本発明は、環状ホールカッタであって、
回転駆動装置に連結される後端と、該後端の反対側の前端と、環状の前端面、及び、該前端面から後方に延びる内周面及び外周面を有する円筒状のカッタ本体と、
該カッタ本体の該外周面に設けられ、該カッタ本体の該前端面から後方に向けて螺旋状に延びる溝状の複数のフルートであって、それぞれ、当該環状ホールカッタの回転方向を基準として、前方壁面と、後方壁面と、該前方内側縁及び後方内側縁間に延びる内側壁面とによって画定される、複数のフルートと、
隣り合うフルート間に形成される螺旋状のランド部と、
該カッタ本体の前端において、各フルートを画定する該内側壁面を当該カッタ本体の半径方向で貫通するように設けられたギャッシュであって、該前端面から各フルート内に凹むように形成されたギャッシュ面によって画定されたギャッシュと、
該カッタ本体の前端において、該ランド内に埋め込まれた複数の切削刃であり、それぞれ、該回転方向を基準として該ランドの前側に隣接するフルートに面し、該隣接するフルートの該後方壁面に沿って延びるすくい面であって、該カッタ本体の該前端面より前方位置にある切削縁を有するすくい面と、該切削縁から該回転方向を基準として後方に延び、該カッタ本体の前方に面する逃げ面とを有する複数の切削刃と、
を有し、
該複数の切削刃は、該カッタ本体の該前端面の周方向で交番的に設けられた第１切削刃及び第２切削刃とからなり、該第２切削刃の該切削縁は、該第１切削刃の該切削縁の対応する半径方向内側部分よりも当該環状ホールカッタの前方位置にある半径方向内側部分と、該第１切削刃の該切削縁の対応する半径方向外側部分よりも当該環状ホールカッタの後方位置にある半径方向外側部分とからなり、該第２切削刃の切削縁の半径方向内側端から半径方向外側に延びる部分は、半径方向外側に向かうに従い次第に当該環状ホールカッタの前方に傾斜するようにされている、第１及び第２切削刃からなり、
該第１切削刃の該回転方向で前側に隣接する該ギャッシュのギャッシュ面は、半径方向外側に向かうに従って該カッタ本体の後方に傾斜して該ギャッシュが設けられているフルートの内側壁面に連続する傾斜面とされており、
該第２切削刃の該回転方向で前側に隣接する該ギャッシュのギャッシュ面は、該ギャッシュ面の半径方向内側縁から半径方向外側に向かうに従って該カッタ本体の後方に傾斜するギャッシュ内側傾斜面と、該ギャッシュ内側傾斜面に続き半径方向外側に向かうに従って該カッタ本体の後方に該ギャッシュ内側傾斜面よりも大きく傾斜して、当該ギャッシュが設けられているフルートの内側壁面に連続するギャッシュ外側傾斜面とからなり、該ギャッシュ外側傾斜面が該第２切削刃の該切削縁の該半径方向内側部分から切り出され該フルートに向けて送り出されてくる切屑の送り出し方向に沿った通路を画定するようにされていることを特徴とする環状ホールカッタを提供する。

この環状ホールカッタでは、切削刃を第１切削刃と第２切削刃とを交互に配置する構成とし、第１切削刃が半径方向外側部分を、第２切削刃が半径方向内側部分を切削するようにして各刃にかかる負荷を軽減すると共に、第１切削刃よりも内側から切屑が送り出されて切屑排出のつまりが生じやすい第２切削刃の前面側に設けられるギャッシュを画定するギャッシュ面を、上述のごとく傾斜角度が小さいギャッシュ内側傾斜面と傾斜角度が大きいギャッシュ外側傾斜面とから構成することにより、ギャッシュ内側傾斜面よりも外側にあって切屑の通り道となる部分に通路を形成することにより、切屑に対する抵抗を低減するものである。傾斜角度が小さいギャッシュ内側傾斜面を設けるのは、カッタ本体に対して傾斜面を形成することによって残される当該カッタ本体の厚さが、傾斜角度が大きい単一の傾斜面とするよりも厚くなるようにして、この残された壁厚部分の強度を保つためである。第２切削刃の切削縁の半径方向内側端から半径方向外側に延びる部分を、半径方向外側に向かうに従い次第に当該環状ホールカッタの前方に傾斜するようにするのは、切り出される切屑をなるべく半径方向外側に向けるためである。

具体的には、上記第１切削刃に隣接するギャッシュ面の傾斜面と上記第２切削刃に隣接するギャッシュ内側傾斜面とが同じ傾斜角度を有するようにすることが好ましい。これは製作をしやすくするためである。

また、第２切削刃の切削縁の半径方向内側部分が、第２切削縁の半径方向内側端から半径方向外側に行くに従い次第に当該環状ホールカッタの前方に傾斜する切削縁内側傾斜部分と、切削縁内側傾斜部分に続き半径方向外側に行くに従って当該カッタ本体の後方に傾斜する切削縁外側傾斜部分と、該切削縁内側傾斜部分及び切削縁外側傾斜部分間の頂点とからなる山形とすることができる。頂点を中心に半径方向内側及び外側で別々に切削が行われ、切り出される切屑の幅を小さくして、その排出がしやすくするものである。

この場合、第１切削刃の切削縁の該半径方向外側部分が、第１切削縁の半径方向外側端から半径方向内側に行くに従い次第に環状ホールカッタの前方に傾斜する切削刃外側傾斜部分と、該切削刃外側傾斜部分に続き半径方向内側に行くに従って環状ホールカッタの後方に傾斜する切削縁内側傾斜部分と、切削縁内側傾斜部分及び切削縁外側傾斜部分間の頂点とからなる山形となるようにすることができる。

更に具体的には、第２切削刃の切削縁の半径方向外側部分が第２切削刃の半径方向内側部分の切削刃外側斜部分に連続して傾斜するようにされ、第２切削刃の頂点から半径方向外側に行くに従い傾斜する傾斜角度が、第１切削刃の切削刃外側傾斜部分よりも小さい傾斜角度とされ、第２切削刃の切削縁の外側端が、該第１切削刃の切削刃の外側端に近接した位置となるようにすることができる。

切削刃は、当然にその半径方向外側の部分が内側部分よりもワークピースに対する相対速度が速く、従って、外側部分の方が内側部分よりも大きな負荷を受ける。従って、本発明に係る環状ホールカッタでいうならば、第１切削刃の第１外側傾斜面の外側の縁が最も大きな負荷を受けることになり、それだけ欠損も生じやすい。本発明では、第２切削刃の切削縁の外側端が、該第１切削刃の切削刃の外側端に近接した位置となるようにすることにより、第１切削刃の切削端縁の外側端に欠損が生じてもが第２切削刃の切削縁の外側端が第１切削刃の切削端縁の外側端に代わって切削を行えるようにして、当該環状ホールカッタの寿命を維持しようとするものである。

上記環状ホールカッタにおいて、ギャッシュのギャッシュ面は、隣接する切削刃のすくい面における当該カッタ本体の前後方向での略中央位置から上記回転方向の前方に延びながらカッタ本体の前方に向かって環状の前端面にまで延びるようにすることが好ましい。

ギャッシュ面をこのように形成することにより、切削刃のすくい刃の中央位置から後方の部分がカッタ本体内に埋め込まれて支持された状態になり、切削刃がより確実に保持されることになる。

以下、本発明を添付図面に示した実施例に基づき説明する。

図１は、本発明に係る環状ホールカッタの側面図である。図２は、図１のカッタ本体をII-II線に沿ってみた部分断面図である。図３Ａは、図１の第１切削刃及びその周りの部分の拡大側面図である。図３Ｂは、図３ＡのIIIＢ-IIIＢに沿ってみた断面図である。図４Ａは、図１の第２切削刃及びその周りの部分の拡大側面図である。図４Ｂは、図４ＡのIVＢ-IVＢに沿ってみた断面図である。図５は、第１及び第２切削刃の形状を比較するための図である。

図１に示す本発明に係る環状ホールカッタ１０は、環状の前端面１２、及び、該前端面から後方に延びる内周面１４及び外周面１６を有する円筒状のカッタ本体１８と、該カッタ本体１８の後端から後方に延び、図示しない電動駆動装置の回転出力シャフトに連結される連結シャンク２０とを有している。

カッタ本体１８の外周面１６には、カッタ本体１８の前端面１２から後方に向けて螺旋状に延びる溝状の複数のフルート２２が設けられている。各フルート２２は、当該環状ホールカッタ１０の回転方向Ａを基準として、それぞれ前方側及び後方側にあり当該フルート２２に沿って螺旋状に延びる前方内側縁２４及び後方内側縁２６（図２）と、該前方内側縁２４からカッタ本体の外周面１６まで略半径方向外側に延びる前方壁面２８と、後方内側縁２６からカッタ本体１８の外周面１６まで略半径方向外側に延びる後方壁面３０と、前方内側縁２４及び後方内側縁２６間に延びる内側壁面３２とによって画定されている。隣り合うフルート間には螺旋状のランド部３４が形成されている。

カッタ本体１８の前端には、各フルートを画定する内側壁面３２を当該カッタ本体１８の半径方向で貫通するようにしてギャッシュ３６が設けられており、各ランド内には超硬チップなどの切削刃３８がギャッシュ３６に隣接して設けられている。

切削刃３８は、全体としてブロック状に形成されており、当該環状ホールカッタ１０の回転方向を基準として該ランド３４の前側に隣接するフルート２２及びギャッシュ３６に面し、カッタ本体１８の軸線方向前方位置にある切削縁４２から該隣接するフルート２２の後方壁面３０に沿って延びるすくい面４０と、該切削縁４２から環状ホールカッタ１０の回転方向後方に延びる逃げ面４４とを有している。カッタ本体１８の前端面１２からフルート２２内に延びてギャッシュ３６を画定するギャッシュ面５２は、すくい面４０の上記軸線方向のほぼ中央位置で終端するようになっており、すくい面４０の該中央位置より軸線方向前方部分がギャッシュ３６に露呈するようになっている。

具体的には、切削刃３８は、カッタ本体１８の前端面１２の周方向で交番的に設けられた第１切削刃３８ａ及び第２切削刃３８ｂを有する。第１切削刃３８ａは、図３Ａ、図３Ｂに示すように、その切削縁４２ａが環状ホールカッタ１０の回転方向で見て山形に形成され、逃げ面４４ａが、切削縁４２ａの山形頂点４２ａ’から上記回転方向で後方に延びる第１稜線４８ａと、該第１稜線４８ａから環状ホールカッタ１０の半径方向外側に向かうに従って該環状ホールカッタ１０の後方に傾斜する第１外側傾斜面５０ａと、第１稜線４８ａから半径方向内側に向かうに従って当該環状ホールカッタ１０の軸線方向後方に傾斜する第１内側傾斜面５１ａとを有している。

第２切削刃３８ｂは、図４Ａ、図４Ｂに示すように、その切削縁４２ｂが上記回転方向Ａで見て山形に形成され、切削縁４２ａの山形頂点４２ａ’よりも環状ホールカッタ１０の半径方向内側位置にある切削縁４２ｂの山形頂点４２ｂ’から上記回転方向で後方に延びる第２稜線４８ｂと、該第２稜線４８ｂから環状ホールカッタ１０の半径方向外側に向かうに従って該環状ホールカッタ１０の後方に傾斜する第２外側傾斜面５０ｂと、第２稜線４８ｂから半径方向内側に向かうに従って環状ホールカッタの軸線方向後方に傾斜する第２内側傾斜面５１ｂとを有している。

第１切削刃３８ａの上記回転方向Ａで前側に隣接するギャッシュ３６ａのギャッシュ面５２ａは、第１切削刃３８ａのすくい面４０ａの略中央部分に隣接する位置から上記回転方向の前方に延びながらカッタ本体１８の軸線方向前方に向かって環状の前端面１２にまで延び、少なくともすくい面４０ａに近い部分には、上記半径方向外側に向かうに従ってカッタ本体１８の上記軸線方向後方に第１の傾斜角度ａで傾斜して、ギャッシュ３６ａが設けられているフルート２２の内側壁面３２に連続する傾斜面５４ａが設けられている。

第２切削刃３８ｂの上記回転方向で前側に隣接するギャッシュ３６ｂのギャッシュ面５２ｂは、第２切削刃３８ｂのすくい面４０ｂの略中央部分に隣接する位置から上記回転方向の前方に延びながらカッタ本体１８の軸線方向前方に向かって環状の前端面１２にまで延び、すくい面４０ｂに少なくとも近い部分には、上記半径方向外側に向かうに従ってカッタ本体１０の上記軸線方向後方に上記第１の傾斜角度ａと同じ角度ａで傾斜するギャッシュ内側傾斜面５４ｂと、該内側傾斜面５４ｂに続き上記半径方向外側に向かうに従ってカッタ本体１８の上記軸線方向後方に第１の傾斜角度ａよりも大きい第２の傾斜角度ｂで傾斜して、当該ギャッシュ３６ｂが設けられているフルート２２の内側壁面３２に連続するギャッシュ外側傾斜面５４ｃとからなり、該ギャッシュ外側傾斜面５４ｃが第２切削刃３８ｂの切削縁４２ｂから切り出されフルート２２に向けて送り出されてくる切屑の送り出し方向Ｂに沿った通路５６を画定するようにされている。

本実施形態においては、図５に示すように、第１切削縁４２ａの頂点４２ａ’が第２切削刃４２ｂの頂点４２ｂ’よりも、カッタ本体１８の上記軸線方向前方位置にあるようにされており、当該環状ホールカッタによる切削の初めにおいては、第１切削刃３８ａだけによる切削が行われるようにして、切削開始時のワークピースへの食い付きをよくするようにしている。

図５に示すように、カッタ本体１８の軸線に対して垂直な面Ｈを基準にして、第２切削縁４２ｂの頂点４２ｂ’から半径方向外側に延びる第２切削刃外側部分の傾斜角度ｘが、第１切削縁４２ａの頂点４２ａ’から外側に延びる第１切削刃外側部分５０ａの傾斜角度ｙよりも小さくされ、第１切削縁４２ａの外側端５８ａが第２切削縁４２ｂの外側端５８ｂよりも、カッタ本体１８の前端面１２から離れているか、該前端面１２から略同じ間隔をあけた位置となるようにされている。図示の実施形態では、第１及び第２切削刃３８ａ、３８ｂの逃げ面４４ａ、４４ｂの外側縁及び内側縁からそれぞれ延びる外側面６２ａ、６２ｂ及び内側面６４ａ、６４ｂは、カッタ本体の軸線に略平行にされている。

以上の如き構成の環状ホールカッタを用いた穴あけ作業においては、第１切削刃３８ａがその切削縁４２ａの頂点４２ａ’を中心に切削を行い、その切屑は直接フルート２２の中に送り出されることになる。また、第２切削刃３８ｂは、第１切削刃３８ａの切削縁４２ａの頂点４２ａ’よりも半径方向内側にある頂点４２ｂ’を中心に切削を行いフルートに向けて切屑を送り出すことになるが、上述のように本発明に係る環状ホールカッタでは、該第２切削刃３８ｂの前にあるギャッシュ３６ｂを画定するギャッシュ面５２ｂに傾斜の大きい外側傾斜面５４ｃが設けられ、送り出されてくる切屑を通すための通路５６が形成されているために、切屑はギャッシュ面に遮られることなくフルート内に進むことができる。このため、この環状ホールカッタにより切り出される切屑は円滑にフルートを通って排出されることが可能となる。
また、この環状ホールカッタでは、第２切削刃の切削縁の外側端が、該第１切削刃の切削縁の外側端に近接した位置となるようにしているので、第１切削縁の外側端に欠損が生じても第２切削縁の外側端が第１切削縁の外側端に代わって切削を行えるので当該環状ホールカッタの寿命を延ばすことができる。

上述の如き特徴を備える環状ホールカッタを試作して穴あけ試験を行ったが、従来の環状ホールカッタに比べて、その切削性（すなわち、短時間での穴あけ）及び耐久性を大幅に改善することができた。

以上、本発明に係る環状ホールカッタの一実施形態を述べたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、この環状ホールカッタにおける半径方向内側部分の切削を行う、第２切削刃の半径方向内側端から半径方向外側に向かう部分が、次第に当該環状ホールカッタの前方に傾斜するようにして、切屑が半径方向外向きに押し出されるようにすることは必要な条件ではあるが、第１及び第２切削刃の切削縁の形状は必ずしも山形とする必要はなく、１つの切削刃の切削縁に２つ以上の頂部を有する形状や、台形状のものなど種々の形状とすることができることは当業者には自明であろう。

Claims

環状ホールカッタであって、
回転駆動装置に連結される後端と、該後端の反対側の前端と、環状の前端面、及び、該前端面から後方に延びる内周面及び外周面を有する円筒状のカッタ本体と、
該カッタ本体の該外周面に設けられ、該カッタ本体の該前端面から後方に向けて螺旋状に延びる溝状の複数のフルートであって、それぞれ、当該環状ホールカッタの回転方向を基準として、前方壁面と、後方壁面と、内側壁面とによって画定される、複数のフルートと、
隣り合うフルート間に形成される螺旋状のランド部と、
該カッタ本体の前端において、各フルートを画定する該内側壁面を当該カッタ本体の半径方向で貫通するように設けられたギャッシュであって、該前端面から各フルート内に凹むように形成されたギャッシュ面によって画定されたギャッシュと、
該カッタ本体の前端において、該ランド内に埋め込まれた複数の切削刃であり、それぞれ、該回転方向を基準として該ランドの前側に隣接するフルートに面し、該隣接するフルートの該後方壁面に沿って延びるすくい面であって、該カッタ本体の該前端面より前方位置にある切削縁を有するすくい面と、該切削縁から該回転方向を基準として後方に延び、該カッタ本体の前方に面する逃げ面とを有する複数の切削刃と、
を有し、
該複数の切削刃は、該カッタ本体の該前端面の周方向で交番的に設けられた第１切削刃及び第２切削刃とからなり、該第２切削刃の該切削縁は、該第１切削刃の該切削縁の対応する半径方向内側部分よりも当該環状ホールカッタの前方位置にある半径方向内側部分と、該第１切削刃の該切削縁の対応する半径方向外側部分よりも当該環状ホールカッタの後方位置にある半径方向外側部分とからなり、該第２切削刃の切削縁の半径方向内側端から半径方向外側に延びる部分は、半径方向外側に向かうに従い次第に当該環状ホールカッタの前方に傾斜するようにされている、第１及び第２切削刃からなり、
該第１切削刃の該回転方向で前側に隣接する該ギャッシュのギャッシュ面は、半径方向外側に向かうに従って該カッタ本体の後方に傾斜して該ギャッシュが設けられているフルートの内側壁面に連続する傾斜面とされており、
該第２切削刃の該回転方向で前側に隣接する該ギャッシュのギャッシュ面は、該ギャッシュ面の半径方向内側縁から半径方向外側に向かうに従って該カッタ本体の後方に傾斜するギャッシュ内側傾斜面と、該ギャッシュ内側傾斜面に続き半径方向外側に向かうに従って該カッタ本体の後方に該ギャッシュ内側傾斜面よりも大きく傾斜して、当該ギャッシュが設けられているフルートの内側壁面に連続するギャッシュ外側傾斜面とからなり、該ギャッシュ外側傾斜面が該第２切削刃の該切削縁の該半径方向内側部分から切り出され該フルートに向けて送り出されてくる切屑の送り出し方向に沿った通路を画定するようにされていることを特徴とする環状ホールカッタ。
該第１切削刃の該回転方向で前側に隣接する該ギャッシュのギャッシュ面の該傾斜面と該第２切削刃の該回転方向で前側に隣接する該ギャッシュのギャッシュ面のギャッシュ内側傾斜面とが同じ傾斜角度を有している請求項１に記載の環状ホールカッタ。
該第２切削刃の該切削縁の該半径方向内側部分が、該第２切削縁の半径方向内側端から半径方向外側に行くに従い次第に当該環状ホールカッタの前方に傾斜する切削縁内側傾斜部分と、該切削縁内側傾斜部分に続き半径方向外側に行くに従って当該カッタ本体の後方に傾斜する切削縁外側傾斜部分と、該切削縁内側傾斜部分及び切削縁外側傾斜部分間の頂点とからなる山形とされている請求項１又は２に記載の環状ホールカッタ。
該第１切削刃の該切削縁の該半径方向外側部分が、該第１切削縁の半径方向外側端から半径方向内側に行くに従い次第に該前方に傾斜する切削刃外側傾斜部分と、該切削刃外側傾斜部分に続き半径方向内側に行くに従って該後方に傾斜する切削縁内側傾斜部分と、該切削縁内側傾斜部分及び切削縁外側傾斜部分間の頂点とからなる山形とされている請求項３に記載の環状ホールカッタ。
該第２切削刃の切削縁の該半径方向外側部分が該第２切削刃の半径方向内側部分の該切削刃外側斜部分に連続して傾斜するようにされ、該第２切削刃の該頂点から半径方向外側に行くに従い傾斜する傾斜角度が、該第１切削刃の切削刃外側傾斜部分よりも小さい傾斜角度とされ、該第２切削刃の切削縁の外側端が、該第１切削刃の切削刃の外側端に近接した位置となるようにされている請求項４に記載の環状ホールカッタ。
該ギャッシュのギャッシュ面は、隣接する切削刃のすくい面における当該カッタ本体の前後方向での略中央位置から該回転方向の前方に延びながら該カッタ本体の前方に向かって該環状の前端面にまで延びるようにされている請求項１に記載の環状ホールカッタ。