JP7519229B2 - 切削具 - Google Patents

Description

本発明は、切削具に関する。さらに詳細には、本発明は、後端面と、前端面と、前記後端面及び前記前端面を繋ぐ外周面と、を有し、前記後端面及び前記前端面の中心を通る中心軸の周りに回転可能なツールヘッドと、前記ツールヘッドの前記外周面の前記前端面側において周方向に配置された切削刃（チップ）と、を備え、主として、フライス加工、ボーリング加工、リーマ加工等に使用される切削具に関する。

従来、この種の切削具としては、例えば、特許文献１等で提案されているものが知られている。
特許文献１に開示された切削具は、中心軸周りに回転可能であり、前側の端面及び周面を有するツールヘッドと、周方向に分布するように前記周面に配置された、複数の切削要素（切削刃（チップ））及び関連する溝と、前記ツールヘッドを通って延び、前記切削要素に冷却剤を供給するチャネルシステムと、を備えている。前記ツールヘッドの前記端面は冷却剤グルーブを有し、前記冷却剤グルーブのそれぞれは、前記チャネルシステムの出口から前記溝の口へと導かれ、前記冷却剤グルーブの長手開口が、前記ツールヘッドの前記端面に固定されたバッフルディスクによって覆われている。
そして、特許文献１に開示された切削具の構成によれば、当該切削具の端面において冷却剤を偏向させて、被加工物に削り屑が残らないようにすることができる。

特表２０２０－５１８４７７号公報

しかし、特許文献１に開示された切削具は、切削刃を冷却する冷却剤を内部から供給するものであるため、切削具や被加工物が配置された環境によっては、被加工物とのコンタクトポイントにおける切削刃の状態の変動を抑えることが困難であるという課題がある。

本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、環境による切削刃の状態の変動を抑えつつ、切削刃を効率良く冷却することを可能にする切削具を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る切削具の構成は、
（１）後端面と、前端面と、前記後端面及び前記前端面を繋ぐ外周面と、を有し、前記後端面及び前記前端面の中心を通る中心軸の周りに回転可能なツールヘッドと、
前記ツールヘッドの前記外周面の前記前端面側において周方向に配置された切削刃と、を備えた切削具であって、
前記ツールヘッドに、前記後端面から前記前端面に向けて貫通する流体流通孔が設けられ、
前記ツールヘッドの周囲の流体を、前記流体流通孔内において、前記後端面から前記前端面に向けて流通させ、前記切削刃を冷却することを特徴とする。

本発明の切削具の上記（１）の構成によれば、ツールヘッドに、後端面から前端面に向けて貫通する流体流通孔を設けるだけで、前記ツールヘッドを回転させることにより、当該ツールヘッドの周囲の流体を、前記流体流通孔内において、前記後端面から前記前端面に向けて流通させ、切削刃を冷却することができる。
従って、本発明の切削具の上記（１）の構成によれば、切削具の周囲の流体(切削刃が配置されている環境の流体)を利用して、切削刃を冷却するので、環境による切削刃の状態の変動を抑えつつ、切削刃を効率良く冷却することを可能にする切削具を提供することができる。

本発明の切削具の上記（１）の構成においては、以下の（２），（３）のような構成にすることが好ましい。

（２）前記流体流通孔は、前記ツールヘッドの回転方向に沿って延びている。

上記（２）の好ましい構成によれば、ツールヘッドを回転させることで、前記ツールヘッドの後端面から流体流通孔内に流入した流体を、前記ツールヘッドの前端面から当該前端面上の円周の接線方向に流出させることができる。このため、前記ツールヘッドの外周面の前記前端面側において周方向に配置された切削刃に前記流体をうまく当てて、当該切削刃を効率良く冷却することができる。
また、流体を切削刃に当てる際に、削り屑を吹き飛ばし、被加工物に削り屑が残らないようにすることができる。

（３）前記流体流通孔は、前記ツールヘッドの前記後端面に長円弧状の開口を有し、当該長円弧状の開口部分での深さが場所ごとに異なっている。

上記（３）の好ましい構成によれば、ツールヘッドを回転させることで、流体流通孔内が負圧になり、前記ツールヘッドの周囲の流体を前記流体流通孔内に引き込む（吸引する）ことが可能となる。そして、このようにして前記流体流通孔内に引き込まれた前記流体は、前記ツールヘッドの前端面から流出し、上記のようにして切削刃を冷却する。

本発明によれば、環境による切削刃の状態の変動を抑えつつ、切削刃を効率良く冷却することを可能にする切削具を提供することができる。

本発明の一実施形態における切削具の構成を示す平面図（上面図）である。 本発明の一実施形態における切削具の構成を示す底面図（下面図）である。 本発明の一実施形態における切削具の構成（切削装置の回転駆動軸に装着された状態）を示す側面図である。 図１のIV－IV線矢視断面図（切削装置の回転駆動軸に装着された状態）である。 （イ）は図１のＡ－Ａ線矢視拡大断面図、（ロ）は図１のＢ－Ｂ線矢視拡大断面図である。 本発明の一実施形態における切削具の作用効果を説明するための拡大部分底面図（下面図）である。

以下、好適な実施形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。但し、下記の実施形態は本発明を具現化した例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。

［切削具の構成］
まず、本発明の一実施形態における切削具の構成について、図１～図５を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態における切削具の構成を示す平面図（上面図）、図２は、当該切削具の構成を示す底面図（下面図）、図３は、当該切削具の構成（切削装置の回転駆動軸に装着された状態）を示す側面図、図４は、図１のIV－IV線矢視断面図（切削装置の回転駆動軸に装着された状態）、図５の（イ）は、図１のＡ－Ａ線矢視拡大断面図、図５の（ロ）は、図１のＢ－Ｂ線矢視拡大断面図である。

図１～図４に示すように、本実施形態の切削具１は、ツールヘッド２と、当該ツールヘッド２に固着された矩形板状の切削刃（チップ）３と、を備えている。
ツールヘッド２は、後端面（上端面）４と、前端面（下端面）５と、後端面４及び前端面５を繋ぐ外周面６と、を有している。そして、ツールヘッド２は、後端面４及び前端面５の中心を通る中心軸の周りに回転可能となっている。また、ツールヘッド２には、中心軸に沿って、切削装置（図示せず）の回転駆動軸７に装着するための装着孔２ａが形成されている。
切削刃３は、ツールヘッド２の外周面６の前端面５側において周方向に複数配置されている。

本実施形態の切削具１にあっては、ツールヘッド２に、後端面４から前端面５に向けて貫通する流体流通孔８が設けられている。そして、ツールヘッド２を回転させることにより（図１，図３の矢印ａ、図２の矢印ｂを参照）、当該ツールヘッド２の周囲の流体を、流体流通孔８内において、後端面４から前端面５に向けて流通させ（図１の矢印ｃ，ｄ，ｅ、図２の矢印ｆ，ｇ，ｈを参照）、切削刃３を冷却するようにされている。

ツールヘッド２の周囲の流体としては、例えば、乾式切削の場合にあっては空気が、冠水式切削の場合にあっては冷却水等が、湿式切削の場合にあってはミスト状の切削液がそれぞれ用いられる。

以上説明した、本実施形態の切削具１の構成によれば、ツールヘッド２に、後端面４から前端面５に向けて貫通する流体流通孔８を設けるだけで、ツールヘッド２を回転させることにより、当該ツールヘッド２の周囲の流体を、流体流通孔８内において、後端面４から前端面５に向けて流通させ、切削刃３を冷却することができる。
従って、本実施形態の切削具１の構成によれば、切削具１の周囲の流体(切削刃３が配置されている環境の流体)を利用して、切削刃３を冷却するので、環境による切削刃の状態の変動を抑えつつ、切削刃３を効率良く冷却することを可能にする切削具を提供することができる。

以下、さらに詳細に説明する。
ツールヘッド２の後端面（上端面）４は、後方（上方）に凸の凸面であり、緩やかな傾斜の第１円錐台面４ａと、第１円錐台面４ａの底縁に接合された、当該第１円錐台面４ａよりも比較的急な傾斜の第２円錐台面４ｂと、からなっている。また、ツールヘッド２の前端面（下端面）５は、後方（上方）に凹の凹面であり、第１円錐台面４ａと略同じ傾斜の第３円錐台面５ａと、第３円錐台面５ａの底縁に接合された平坦な円環状面５ｂと、からなっている。
このように、ツールヘッド２の前端面（下端面）５を、後方（上方）に凹の凹面としたことにより、冠水式切削の場合に、凹面に冷却水等の流体を滞留させて、ツールヘッド２の温度を一定に保つことが可能となる。また、凹面に流体を滞留させことで、ツールヘッド２と被加工物との間に隙間を生じさせることが可能となる。そして、この隙間は、ツールヘッド２の振動を抑制するためのダンパーとして機能する。

ツールヘッド２の後端面４の、緩やかな傾斜の第１円錐台面４ａには、比較的急な傾斜の第２円錐台面４ｂとの境界側の円周α上に、３つの長円弧状の開口８ａが１２０°間隔で形成されている。また、ツールヘッド２の前端面５の第３円錐台面５ａには、円周αと同じ半径の円周β上に、３つの楕円状の開口８ｂが１２０°間隔で形成されている。そして、１つの開口８ａからそれに対応する開口８ｂに延びる形で、１つの流体流通孔８が形成されている。なお、開口８ａ、開口８ｂ及び流体流通孔８の数は、３つに限らず、２つ以上の複数箇所であれば、任意の数とすることができる。この場合、複数の開口８ａ、開口８ｂ及び流体流通孔８の互いの間隔は、等間隔であることが望ましい。
すなわち、１つの流体流通孔８は、ツールヘッド２に、後端面４から前端面５に向けて貫通するように設けられている。また、１つの流体流通孔８は、ツールヘッド２の円周方向（回転方向）に沿って延びている。より具体的には、１つの流体流通孔８は、後端面４から前端面５に向けて、ツールヘッド２の回転方向の向き（図１の矢印ａを参照）と逆向きに延びている。

このように流体流通孔８がツールヘッド２の回転方向に沿って延びていることにより、ツールヘッド２を回転させることで（図１，図３の矢印ａ、図２の矢印ｂを参照）、ツールヘッド２の後端面４上の開口８ａから流体流通孔８内に流入した流体（図１の矢印ｃ，ｄ，ｅを参照）を、ツールヘッド２の前端面５上の開口８ｂから当該前端面５上の円周βの接線方向に流出させることができる（図２の矢印ｆ，ｇ，ｈ、図６の矢印ｇ，ｊを参照）。このため、ツールヘッド２の外周面６の前端面５側において周方向に複数配置された切削刃３に前記流体をうまく当てて、当該切削刃３を効率良く冷却することができる。
また、流体を切削刃３に当てる際に、削り屑を吹き飛ばし、被加工物に削り屑が残らないようにすることができる。

ツールヘッド２の外周面６には、当該ツールヘッド２をその中心軸に平行に貫通する１２個の略三角柱状の切欠き２ｂが３０°間隔で形成されている。各切欠き２ｂは、ツールヘッド２の半径に平行な面２ｄと、当該面２ｄに対してツールヘッド２の回転方向（図１の矢印ａ、図２の矢印ｂを参照）に略４５°の角度で開いた面２ｅと、を有している。そして、矩形板状の切削刃３は、ツールヘッド２の半径に平行な面２ｄにビス止め固着されている。
ここで、切削刃３は、ツールヘッド２の前端面５の平坦な円環状面５ｂから前方（下方）に若干突出した状態となっており、また、ツールヘッド２の外周面６から側方（半径方向）に若干突出した状態となっている。

かかる構成によれば、ツールヘッド２を回転させながら、当該ツールヘッド２の前端面（下端面）５あるいは外周面６を被加工物に接触させることにより、被加工物を切削加工することができる。
また、各切欠き２ｂが、ツールヘッド２の半径に平行な面２ｄと、当該面２ｄに対してツールヘッド２の回転方向に開いた面２ｅと、を有し、切削刃３が、ツールヘッド２の半径に平行な面２ｄに固着されているため、被加工物の切削加工中に切削刃３が外れてしまうことを防止することができる。
なお、切欠き２ｂは、省略してもよい。この場合、切削刃３は、外周面６や、前端面５の円環状面５ｂに、固着されてもよい。

図２に示すように、ツールヘッド２の前端面（下端面）５の第３円錐台面５ａには、各切欠き２ｂごとに流体案内溝２ｃが設けられている。流体案内溝２ｃは、三角錐状に形成され、切欠き２ｂの面２ｅに略垂直な状態で、かつ、切欠き２ｂと連通した状態で形成されている。そして、流体案内溝２ｃの延長線上に切削刃３が位置するようにされている。

かかる構成によれば、上記のようにしてツールヘッド２の前端面５上の開口８ｂから当該前端面５上の円周βの接線方向に流出させた流体（図６の矢印ｊを参照）を、流体案内溝２ｃを介して外周方向に移動させ（図６の矢印ｋ，ｌ，ｍ，ｎを参照）、切削刃３によりうまく当てることができるので、当該切削刃３をさらに効率良く冷却することが可能となる。

図１，図５に示すように、流体流通孔８のうち、ツールヘッド２の後端面４の長円弧状の開口８ａ部分は、その内面が断面円弧状の凹面となるように形成されている。そして、流体流通孔８は、開口８ａ部分での深さが場所ごとに異なっている。より具体的には、流体流通孔８は、開口８ａ部分での深さが、流体の流れる方向（図１の矢印ｃ，ｄ，ｅの方向）に沿って徐々に深くなっている。

流体流通孔８の形状を、このような形状とすることにより、ツールヘッド２を回転させることで（図１の矢印ａを参照）、流体流通孔８内が負圧になり、ツールヘッド２の周囲の流体を、当該ツールヘッド２の後端面（上端面）４上の開口８ａから流体流通孔８内に引き込む（吸引する）ことが可能となる（図１の矢印ｃ，ｄ，ｅを参照）。そして、このようにして流体流通孔８内に引き込まれた流体は、ツールヘッド２の前端面（下端面）５上の開口８ｂから流出し（図２の矢印ｆ，ｇ，ｈを参照）、上記のようにして切削刃３を冷却する。

［切削装置の使用方法］
次に、本発明の一実施形態における切削具を備えた切削装置の使用方法について、切削形態が湿式切削である場合を例に挙げて、図６をも参照しながら説明する。

図６は、本発明の一実施形態における切削具の作用効果を説明するための拡大部分底面図（下面図）である。

まず、図３，図４に示すように、ツールヘッド２の中心軸に沿って形成された装着孔２ａに、切削装置の回転駆動軸７を嵌挿する。これにより、ツールヘッド２が、切削装置の回転駆動軸７に当該回転駆動軸７と一体に回転可能な状態で装着され、切削装置が組み立てられる。

次いで、切削装置の電源をオンにし、回転駆動軸７を回転駆動させて（図３の矢印ｉを参照）、ツールヘッド２を中心軸の周りに回転させる（図１，図３の矢印ａ、図２の矢印ｂを参照）。これにより、切削刃３によって被加工物を切削加工可能な状態となる。すなわち、ツールヘッド２を回転させながら、当該ツールヘッド２の前端面（下端面）５あるいは外周面６を被加工物に接触させることにより、被加工物を切削加工することが可能になる。

被加工物の切削加工中においては、ツールヘッド２を回転させることで（図１の矢印ａを参照）、流体流通孔８内が負圧になり、ツールヘッド２の周囲のミスト状の切削液が当該ツールヘッド２の後端面（上端面）４上の開口８ａから流体流通孔８内に引き込まれる（図１の矢印ｃ，ｄ，ｅを参照）。流体流通孔８内に引き込まれた切削液は、ツールヘッド２の前端面（下端面）５上の開口８ｂから当該前端面５上の円周βの接線方向に流出する（図２の矢印ｆ，ｇ，ｈ、図６の矢印ｇ，ｊを参照）。そして、このようにして前端面５上の開口８ｂから当該前端面５上の円周βの接線方向に流出した切削液は、流体案内溝２ｃを介して外周方向に移動し（図６の矢印ｋ，ｌ，ｍ，ｎを参照）、切削刃３にうまく当たる。これにより、切削刃３が効率良く冷却される。

このような上記実施形態のツールヘッド２によれば、様々な技術分野において、被加工物を切削し、被加工物を微粒子化することも可能となる。例えば、放射性物質によるデブリは、体積が大きいと、温度が上昇し、冷却水を供給し続けないと、放射性物質が活性化してしまうが、微粒子化することで、温度の上昇を抑え、活性化を抑えることが可能となる。すなわち、上記実施形態のツールヘッド２により、放射性物質によるデブリを切削し、微粒子化することで、温度の上昇を抑え、活性化を抑えることが可能となる。さらに、上記実施形態のツールヘッド２によれば、放射性物質によるデブリに供給され続けている冷却水を効率よく切削刃３に導き、切削刃３を冷却することが可能となる。

なお、上記実施形態においては、流体流通孔８が、ツールヘッド２の円周方向（回転方向）に沿って延びている場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。流体流通孔８は、ツールヘッド２に、後端面４から前端面５に向けて貫通するように設けられていれば十分であり、これにより、ツールヘッド２の周囲の流体を、流体流通孔８内において、後端面４から前端面５に向けて流通させ、切削刃３を冷却することができる。

また、上記実施形態においては、ツールヘッド２の前端面（下端面）５に、流体を切削刃３に案内する流体案内溝２ｃが設けられている場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。流体案内溝２ｃを設けるか否かは任意である。流体流通孔８の配置や向きを工夫すること等により、切削刃３に流体をうまく当ててることができれば、流体案内溝は不要である。

また、上記実施形態においては、流体流通孔８の長円弧状の開口８ａ部分での深さが、流体の流れる方向（図１の矢印ｃ，ｄ，ｅの方向）に沿って徐々に深くなる場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明は必ずしもこのような構成に限定されるものではない。流体流通孔の長円弧状の開口部分での深さは、場所ごとに異なっていればよい。そして、かかる形状の流体流通孔を採用することにより、ツールヘッドを回転させることで、流体流通孔内が負圧になり、ツールヘッドの周囲の流体を流体流通孔内に引き込むことが可能となる。

１ 切削具
２ ツールヘッド
２ａ 装着孔
２ｂ 切欠き
２ｃ 流体案内溝
２ｄ，２ｅ 切欠きを形成する面
３ 切削刃（チップ）
４ 後端面（上端面）
４ａ 第１円錐台面
４ｂ 第２円錐台面
５ 前端面（下端面）
５ａ 第３円錐台面
５ｂ 平坦な円環状面
６ 外周面
７ 切削装置の回転駆動軸
８ 流体流通孔
８ａ 長円弧状の開口
８ｂ 楕円状の開口

Claims (1)

1. 後端面と、前端面と、前記後端面及び前記前端面を繋ぐ外周面と、を有し、前記後端面及び前記前端面の中心を通る中心軸の周りに回転可能なツールヘッドと、
   前記ツールヘッドの前記外周面の前記前端面側において周方向に配置された切削刃と、を備えた切削具であって、
   前記ツールヘッドに、前記後端面から前記前端面に向けて貫通し、前記ツールヘッドの回転方向に沿って、湾曲して延びる流体流通孔が設けられ、
   前記ツールヘッドの周囲の流体を、前記流体流通孔内において、前記後端面から前記前端面に向けて流通させ、前記切削刃を冷却し、
   前記流体流通孔は、前記ツールヘッドの前記後端面に長円弧状の開口を有し、
   前記開口は、前記ツールヘッドの回転方向に沿って、湾曲して延びていることを特徴とする切削具。

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