スローアウェイ式回転切削装置およびチップホルダ
【課題】チップホルダの回転に拘わらず、スローアウェイチップの冷却効率を向上させる。
【解決手段】スローアウェイ式回転切削装置１は、切刃が形成されたスローアウェイチップ１４と、スローアウェイチップを保持する保持部３０を有するチップホルダ１２と、チップホルダを軸支、回動する駆動部１０と、チップホルダの回転軸１２ａに対して相対移動可能な載置台１６と、を備え、チップホルダは、回転軸位置に形成され冷却媒体を導入する導入路３２と、スローアウェイチップの保持部側に形成され、導入された冷却媒体とスローアウェイチップとの熱交換を行う熱交換部３４と、熱交換後の冷却媒体を排出する排出路３６とをさらに備える。こうして、チップホルダ１２内部から主としてスローアウェイチップを冷却し冷却効率を向上させる。
【解決手段】スローアウェイ式回転切削装置１は、切刃が形成されたスローアウェイチップ１４と、スローアウェイチップを保持する保持部３０を有するチップホルダ１２と、チップホルダを軸支、回動する駆動部１０と、チップホルダの回転軸１２ａに対して相対移動可能な載置台１６と、を備え、チップホルダは、回転軸位置に形成され冷却媒体を導入する導入路３２と、スローアウェイチップの保持部側に形成され、導入された冷却媒体とスローアウェイチップとの熱交換を行う熱交換部３４と、熱交換後の冷却媒体を排出する排出路３６とをさらに備える。こうして、チップホルダ１２内部から主としてスローアウェイチップを冷却し冷却効率を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外周にスローアウェイチップを固設したチップホルダ、および、そのチップホルダを用いて被切削物を切削するスローアウェイ式回転切削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料で構成される被切削物を平面切削するため所謂フライス加工が行われる。フライス加工は、外周面に複数のスローアウェイチップを固設したチップホルダを回転させて被切削物を面状に切削する加工方法である。かかるフライス加工においては、チップホルダが高速回転されるため、スローアウェイチップの切刃部位が高温になり、工具としての損耗を早める問題があった。
【０００３】
このような工具の損耗を防止すべく、工具の利用と同時に工具を冷却することが必要となる。一般的なフライス加工では、冷却効果を有する切削油を工具に直接噴射することで工具の冷却を試みている（例えば、特許文献１）。しかし、スローアウェイチップと共に被切削物にも切削油がいきわたるため、工具のみを冷却することができず、また、このような切削油を噴射する方法では、切削油と工具の接触面積が小さくかつ接触時間が短い。したがって、工具の冷却効果を高めることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６９０４３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者は、スローアウェイチップをチップホルダ内部（裏）から冷却することで、工具の冷却効率を向上することを検討した。しかし、旋盤加工と異なり、フライス加工を目的としたスローアウェイ式回転切削装置では、スローアウェイチップを固設したチップホルダが回転しているので、周回するスローアウェイチップに冷却媒体を供給するのは困難であり、冷却後の冷却媒体の回収手段も問題となる。
【０００６】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、チップホルダの回転に拘わらず、チップホルダ内部からスローアウェイチップを冷却して、冷却効率を向上させることが可能なスローアウェイ式回転切削装置およびチップホルダを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のスローアウェイ式回転切削装置は、切刃が形成されたスローアウェイチップと、スローアウェイチップを保持する保持部を有するチップホルダと、チップホルダを軸支、回動する駆動部と、チップホルダの回転軸に対して相対移動可能な載置台と、を備え、チップホルダは、回転軸位置に形成され冷却媒体を導入する導入路と、スローアウェイチップの保持部側に形成され、導入された冷却媒体とスローアウェイチップとの熱交換を行う熱交換部と、熱交換後の冷却媒体を排出する排出路と、をさらに備えることを特徴とする。
【０００８】
排出路の排出側端部は、チップホルダの外周に形成され、冷却媒体は、少なくとも熱交換後には気体の状態であり、排出側端部から大気に放出されてもよい。
【０００９】
熱交換部は、開口部がスローアウェイチップに臨む、冷却媒体の流路であってもよい。
【００１０】
熱交換部は、開口部が、少なくとも、スローアウェイチップの切刃の他端部より切刃に近い領域に臨むとしてもよい。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のチップホルダは、スローアウェイチップを保持する保持部と、回転軸位置に形成され冷却媒体を導入する導入路と、スローアウェイチップの保持部側に形成され、導入された冷却媒体とスローアウェイチップとの熱交換を行う熱交換部と、熱交換後の冷却媒体を排出する排出路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、チップホルダの回転に拘わらず、チップホルダ内部から主としてスローアウェイチップを冷却して、冷却効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】スローアウェイ式回転切削装置の概略的な構成を説明するための説明図である。
【図２】チップホルダの外観を示す斜視図である。
【図３】チップホルダの平面図と正面図とを示す説明図である。
【図４】保持部によるスローアウェイチップの保持態様を説明するための図２のＡＡ要部断面図である。
【図５】チップホルダの外観を示す斜視図である。
【図６】チップホルダの平面視構造を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
本実施形態では、ドリル、エンドミルやフェイスミル、プランジャに代表されるスローアウェイ式回転切削装置１の全体構成を説明し、その後、フライス加工に用いるチップホルダを詳述する。
【００１６】
（スローアウェイ式回転切削装置１）
図１は、スローアウェイ式回転切削装置１の概略的な構成を説明するための説明図である。スローアウェイ式回転切削装置１は、駆動部１０と、チップホルダ１２と、スローアウェイチップ１４と、載置台１６とを含んで構成され、例えば、金属材料で構成される被切削物１８を平面切削する。
【００１７】
駆動部１０は、例えば、電動機と、その回転速度を減衰させる減速機とで構成され（図示せず）、スピンドルヘッド１０ａを介してチップホルダ１２を軸支および回動する。
【００１８】
チップホルダ（正面フライス）１２は、円柱形状に形成され、その円柱の中心軸（回転軸１２ａ）が駆動部１０の回転軸１０ｂと一致するようにスピンドルヘッド１０ａに固定される。チップホルダ１２の、スピンドルヘッド１０ａと異なる側の端部（フライスヘッド）側の外周には、複数の（本実施形態では３つの）スローアウェイチップ１４が等間隔で固設される。かかるチップホルダ１２は、主として被切削物１８に比較的大きな平面を形成する際に用いられる。本実施形態においては、円柱形状のチップホルダ１２を挙げているが、回転軸１２ａに対して等距離にスローアウェイチップ１４を配置できれば、円盤形状や円錐形状等、様々な形状のチップホルダ１２を適用することができる。
【００１９】
スローアウェイチップ（ツールチップやインサートと呼ぶ場合もある）１４は、比較的厚みのある平板で形成され、端部の少なくとも一方に切刃が形成される。スローアウェイチップ１４は、消耗品に相当するので、チップホルダ１２に着脱自在に固設されている。スローアウェイチップ１４が経時劣化すると、ユーザは、まず、他端部に形成された予備の切刃と反転配置し、いずれも損耗すると、新たなスローアウェイチップ１４と交換する。ここでは、スローアウェイチップ１４として外観四角形のものを用い、ボルトで固定する例を挙げて説明するが、形状や固定手段はかかる場合に限らず、あらゆる形状や固定手段を用いることができる。
【００２０】
載置台１６は、被切削物１８を載置する台であり、バイス（図示せず）等により被切削物１８を固定できるように構成されている。また、載置台１６は、チップホルダ１２に対してＸ方向の相対移動を可能とするテーブル１６ａ、Ｙ方向の相対移動を可能とするサドル１６ｂ、Ｚ方向の相対移動を可能とするニー１６ｃで構成され、任意の平面位置および高さで被切削物１８を切削加工することが可能となる。
【００２１】
このようなスローアウェイ式回転切削装置１におけるフライス加工では、チップホルダ１２の高速回転によって高精度に被切削物１８が平面切削される。このとき、スローアウェイチップ１４の切刃部位は非常に高温となる。本実施形態では、温度上昇に伴うスローアウェイチップ１４の損耗を防止すべく、回転しているチップホルダ１２の内部からスローアウェイチップ１４を冷却して、冷却効率を向上することを目的としている。以下、当該目的を実現するチップホルダ１２を詳述する。
【００２２】
（チップホルダ１２）
図２は、チップホルダ１２の外観を示す斜視図であり、図３は、チップホルダ１２の平面図と正面図とを示す説明図である。ここで、チップホルダ１２は、３つのスローアウェイチップ１４を有し、それぞれについて、後述する冷却媒体の循環経路が形成されるが、図２および図３では、説明の便宜のため、少なくとも１の循環経路に関する各機能部を示し、他は実質的に機能が等しいので図示を省略する。
【００２３】
保持部３０は、スローアウェイチップ１４を、スローアウェイチップ１４の切刃１４ａによる切削方向が、チップホルダ１２の円周方向に沿うように保持する。こうして、スローアウェイチップ１４は、チップホルダ１２の外周刃として機能することとなる。
【００２４】
図４は、保持部３０によるスローアウェイチップ１４の保持態様を説明するための図２のＡＡ要部断面図である。図４（ａ）および図２に示すように、保持部３０は、スローアウェイチップ１４の取付側が開口した箱形状で構成され、高い面精度を有する開口縁（座面）３０ａにスローアウェイチップ１４の取付面１４ｂを当接（密着）することで、スローアウェイチップ１４のブレを防止する。
【００２５】
また、保持部３０には、ネジが切られた挿通孔３０ｂが形成されており、スローアウェイチップ１４の貫通孔１４ｃに通したボルト１４ｄを挿通孔３０ｂに螺合、締結することで、スローアウェイチップ１４を保持する。
【００２６】
また、保持部３０は、スローアウェイチップ１４を当接することで、箱形状内周に密閉空間３０ｃを形成し、後述する冷却媒体の流路として機能させることができる。開口縁３０ａやスローアウェイチップ１４の取付面１４ｂは面精度が高いため、密閉空間３０ｃを流動する冷却媒体が漏洩することもない。
【００２７】
図２および図３に戻って、導入路３２は、チップホルダ１２の回転軸１２ａの位置に、チップホルダ１２天面中心から垂直下方に延びる円孔で形成され、駆動部１０側から供給される冷却媒体を熱交換部３４に導入する。ここでは、冷却媒体として、例えば液化窒素等の液化ガスを採用する。
【００２８】
熱交換部３４は、保持部３０の箱形状を利用した、開口部３４ａ（図４参照）がスローアウェイチップ１４に臨む、冷却媒体の流路の一部（密閉空間３０ｃ）として形成され、導入路３２から導入された冷却媒体とスローアウェイチップ１４との熱交換を行う。
【００２９】
上述したように、保持部３０の開口縁３０ａ（図４参照）とスローアウェイチップ１４の取付面１４ｂとが当接すると、箱形状内周に密閉空間３０ｃが形成される。ここでは、密閉空間３０ｃの一端部３４ｂに導入路３２が接続され、密閉空間３０ｃの他端部３４ｃに後述する排出路３６が接続される。したがって、冷却媒体は、熱交換部３４の密閉空間３０ｃ内で一時的に滞留することとなり、スローアウェイチップ１４と冷却媒体との熱交換が十分為された後、排出される。
【００３０】
また、密閉空間３０ｃの鉛直下方に位置する一端部３４ｂから冷却媒体を導入し、密閉空間３０ｃの鉛直上方に位置する他端部３４ｃから排出することで、冷却媒体の流動方向が、吸熱した冷却媒体の比重に基づく鉛直上方への流れと等しくなる。こうして、熱交換前の冷却媒体と熱交換後の冷却媒体とが流れに反して混流するのを回避することができ、熱交換をスムーズに行うことが可能となる。
【００３１】
また、熱交換部３４の開口部３４ａは、スローアウェイチップ１４の取付面１４ｂにおける開口縁３０ａに対応する部位を除く領域と接触しているので、スローアウェイチップ１４との広範囲の接触面積を確保できる。また、かかる開口部３４ａにより冷却媒体がスローアウェイチップ１４の取付面１４ｂに直接接触するため、冷却効率を向上することが可能となる。
【００３２】
ここでは、図４（ａ）のように、密閉空間３０ｃの開口部３４ａがスローアウェイチップ１４の取付面１４ｂと広範囲に接触している例を挙げた。しかし、熱交換部３４は、スローアウェイチップ１４の取付面１４ｂ全面を冷却する場合に限らず、図４（ｂ）の如く、開口部３４ａが、少なくとも、スローアウェイチップ１４の切刃１４ａの他端部１４ｅより切刃１４ａに近い領域に臨むように形成され、主として切刃１４ａが冷却されるとしてもよい。このように、少なくとも、切削部位である切刃１４ａに近い領域が冷却されることで、密閉空間３０ｃの占有体積における冷却効率を向上することができる。
【００３３】
また、熱交換部３４は、図４（ｃ）に示すように、切刃１４ａの他端部１４ｅより切刃１４ａに近いほど、密閉空間３０ｃの単位面積（取付面１４ｂ）における容積が大きくなるように形成されてもよい。こうすることで、温度分布が高温の領域（切刃１４ａ近傍）の冷却力を高めることができ、全体的にも、より高い冷却効果を得ることができる。
【００３４】
排出路３６は、導入路３２と平行に、熱交換部３４から垂直上方に延びる円孔で形成され、熱交換部３４による熱交換後の冷却媒体を、チップホルダ１２の外周に形成した排出側端部３６ａから大気に排出する。
【００３５】
このようにして、チップホルダ１２では、導入路３２、熱交換部３４、排出路３６といった冷却媒体の循環経路が形成される。また、チップホルダ１２では、複数の（本実施形態では３つの）スローアウェイチップ１４が固設されているため、かかる循環経路もスローアウェイチップ１４の分だけ準備される（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）。このような３つの循環経路４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、３つの循環経路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ共通の導入路３２から３つの熱交換部３４に向け放射状に分岐し、３つの排出路３６にそれぞれ独立して通じている。
【００３６】
従来では、冷却効果を有する切削油をスローアウェイチップ１４や被切削物１８に直接噴射し、熱交換後の切削油がそのままスローアウェイチップ１４や被切削物１８近傍に残留していた。本実施形態においては、熱交換後の冷却媒体をスローアウェイチップ１４と離隔した位置（排出側端部３６ａ）で排出しているので、スローアウェイチップ１４や被切削物１８に冷却媒体が接触するのを回避でき、切り屑に冷却媒体が混合することもなく、メンテナンス性を高めることが可能となる。
【００３７】
さらに、排出側端部３６ａと熱交換部３４との空間距離を長くとることで、外気の熱が排出路３６を通じて熱交換部３４に伝導してしまうのを抑制し、効率的な熱交換が可能となる。また、被切削物１８では、ある程度高温の状態を維持したい場合においても、従来のように潤滑油によって必然的に冷却されることもないので、効率的なフライス加工が可能となる。
【００３８】
また、上述したように本実施形態では、液体窒素等の液化ガスのように、少なくとも熱交換後には気体の状態となる媒体、または、熱交換前から気体の状態を維持する媒体を冷却媒体として選定している。したがって、排出側端部３６ａから排出される時点では冷却媒体は気化しており、大気中に放出することが可能となる。
【００３９】
また、排出路３６は、垂直上方に延びた後、半径方向に方向転換して排出側端部３６ａに至る形状となっている。したがって、チップホルダ１２の回転を通じて冷却媒体には遠心力が働くこととなり、スムーズかつ遠くに気体状の冷却媒体が排出される。
【００４０】
（チップホルダ１２の加工）
次に、上述したチップホルダ１２の製作に関し、チップホルダ１２に対してどのような加工を行うか説明する。
【００４１】
図５は、チップホルダ１２の外観を示す斜視図であり、図６は、チップホルダ１２の平面視構造を説明するための説明図である。まず、導入路３２に相当する削孔（円孔）５０を形成する。これは、チップホルダ１２の回転軸１２ａ位置に、チップホルダ１２天面中心５２から熱交換部３４の密閉空間３０ｃ下方に対応する部分まで垂直下方に穿孔することで為される。
【００４２】
かかる削孔５０（導入路３２）は、冷却媒体の複数の循環経路に共通な孔なので、全ての循環経路に十分に冷却媒体がいきわたる程度の径で形成される。ただし、切削油をスローアウェイチップ１４に露出面側から噴射する機構を有する既存のチップホルダにおいて、切削油を供給するための導入路を形成する加工が回転軸１２ａ位置に既に施されている場合、その導入路を利用して本実施形態の削孔５０（導入路３２）を形成することができる。こうして、既存の構造を有効利用し、低コストでチップホルダ１２を製作することが可能となる。
【００４３】
次に、排出路３６に相当する削孔（円孔）５４を形成する。これは、チップホルダ１２天面における中心から等距離にある任意の位置５６ａ、５６ｂ、５６ｃから熱交換部３４の密閉空間３０ｃ上方に対応する部分まで垂直下方に穿孔することで為される。また、削孔５４（排出路３６）は、熱交換部３４から排出側端部３６ａまでしか必要ないので、削孔５４の天面側から円柱形状の閉塞部材５８を挿入して開口を塞ぎ、それより鉛直上方の削孔５４を空間的に離隔させる。そして、外周面の排出側端部３６ａから当該削孔５４への貫通孔６０を形成することで、Ｌ字状の排出路３６が形成される。
【００４４】
続いて、スローアウェイチップ１４を取り付ける位置に保持部３０を形成し、開口縁３０ａと挿通孔３０ｂとを除いて、スローアウェイチップ１４を当接することで密閉空間３０ｃとなる溝６２を形成する（その結果、開口縁３０ａと挿通孔３０ｂとは突出する）。次に、その溝６２の鉛直方向の一端部３４ｂから導入路３２に貫通孔６４ａを形成し、また、他端部３４ｃから排出路３６に貫通孔６４ｂを形成する。こうして、導入路３２、熱交換部３４、排出路３６といった冷却媒体の循環経路が形成される。
【００４５】
以上、説明したスローアウェイ式回転切削装置１によれば、チップホルダ１２の回転中心から冷却媒体が導入されるので、チップホルダ１２の回転に拘わらず、チップホルダ１２内部からスローアウェイチップ１４のみを適切に冷却して、冷却効率を向上させることが可能となる。また、熱交換後の冷却媒体は、気体の状態で外周面から排出されるので、スローアウェイチップ１４や被切削物１８に冷却媒体が接触するのを回避でき、メンテナンス性を高めることが可能となる。
【００４６】
また、チップホルダ１２をはじめ、他の部位に関しても、フライス加工を目的とする既存のスローアウェイ式回転切削装置をそのまま加工して利用することが可能なので、特殊な設備を要さず、低コストで、スローアウェイチップ１４の損耗を抑制することができる。
【００４７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４８】
例えば、上述した実施形態においては、熱交換部３４において、スローアウェイチップ１４の取付面１４ｂに直接冷却媒体を接触させる例を挙げて説明したが、両者の間に熱伝導率の高い材料を介在させてもよい。また、スローアウェイチップ１４自体を穿孔して、導入路３２から導入された冷却媒体をその孔中に循環させるとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、外周にスローアウェイチップを固設したチップホルダ、および、そのチップホルダを用いて被切削物を切削するスローアウェイ式回転切削装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ …スローアウェイ式回転切削装置
１０ …駆動部
１２ …チップホルダ
１２ａ …回転軸
１４ …スローアウェイチップ
１４ｂ …取付面
１６ …載置台
１８ …被切削物
３０ …保持部
３２ …導入路
３４ …熱交換部
３６ …排出路
３６ａ …排出側端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外周にスローアウェイチップを固設したチップホルダ、および、そのチップホルダを用いて被切削物を切削するスローアウェイ式回転切削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料で構成される被切削物を平面切削するため所謂フライス加工が行われる。フライス加工は、外周面に複数のスローアウェイチップを固設したチップホルダを回転させて被切削物を面状に切削する加工方法である。かかるフライス加工においては、チップホルダが高速回転されるため、スローアウェイチップの切刃部位が高温になり、工具としての損耗を早める問題があった。
【０００３】
このような工具の損耗を防止すべく、工具の利用と同時に工具を冷却することが必要となる。一般的なフライス加工では、冷却効果を有する切削油を工具に直接噴射することで工具の冷却を試みている（例えば、特許文献１）。しかし、スローアウェイチップと共に被切削物にも切削油がいきわたるため、工具のみを冷却することができず、また、このような切削油を噴射する方法では、切削油と工具の接触面積が小さくかつ接触時間が短い。したがって、工具の冷却効果を高めることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６９０４３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者は、スローアウェイチップをチップホルダ内部（裏）から冷却することで、工具の冷却効率を向上することを検討した。しかし、旋盤加工と異なり、フライス加工を目的としたスローアウェイ式回転切削装置では、スローアウェイチップを固設したチップホルダが回転しているので、周回するスローアウェイチップに冷却媒体を供給するのは困難であり、冷却後の冷却媒体の回収手段も問題となる。
【０００６】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、チップホルダの回転に拘わらず、チップホルダ内部からスローアウェイチップを冷却して、冷却効率を向上させることが可能なスローアウェイ式回転切削装置およびチップホルダを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のスローアウェイ式回転切削装置は、切刃が形成されたスローアウェイチップと、スローアウェイチップを保持する保持部を有するチップホルダと、チップホルダを軸支、回動する駆動部と、チップホルダの回転軸に対して相対移動可能な載置台と、を備え、チップホルダは、回転軸位置に形成され冷却媒体を導入する導入路と、スローアウェイチップの保持部側に形成され、導入された冷却媒体とスローアウェイチップとの熱交換を行う熱交換部と、熱交換後の冷却媒体を排出する排出路と、をさらに備えることを特徴とする。
【０００８】
排出路の排出側端部は、チップホルダの外周に形成され、冷却媒体は、少なくとも熱交換後には気体の状態であり、排出側端部から大気に放出されてもよい。
【０００９】
熱交換部は、開口部がスローアウェイチップに臨む、冷却媒体の流路であってもよい。
【００１０】
熱交換部は、開口部が、少なくとも、スローアウェイチップの切刃の他端部より切刃に近い領域に臨むとしてもよい。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のチップホルダは、スローアウェイチップを保持する保持部と、回転軸位置に形成され冷却媒体を導入する導入路と、スローアウェイチップの保持部側に形成され、導入された冷却媒体とスローアウェイチップとの熱交換を行う熱交換部と、熱交換後の冷却媒体を排出する排出路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、チップホルダの回転に拘わらず、チップホルダ内部から主としてスローアウェイチップを冷却して、冷却効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】スローアウェイ式回転切削装置の概略的な構成を説明するための説明図である。
【図２】チップホルダの外観を示す斜視図である。
【図３】チップホルダの平面図と正面図とを示す説明図である。
【図４】保持部によるスローアウェイチップの保持態様を説明するための図２のＡＡ要部断面図である。
【図５】チップホルダの外観を示す斜視図である。
【図６】チップホルダの平面視構造を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
本実施形態では、ドリル、エンドミルやフェイスミル、プランジャに代表されるスローアウェイ式回転切削装置１の全体構成を説明し、その後、フライス加工に用いるチップホルダを詳述する。
【００１６】
（スローアウェイ式回転切削装置１）
図１は、スローアウェイ式回転切削装置１の概略的な構成を説明するための説明図である。スローアウェイ式回転切削装置１は、駆動部１０と、チップホルダ１２と、スローアウェイチップ１４と、載置台１６とを含んで構成され、例えば、金属材料で構成される被切削物１８を平面切削する。
【００１７】
駆動部１０は、例えば、電動機と、その回転速度を減衰させる減速機とで構成され（図示せず）、スピンドルヘッド１０ａを介してチップホルダ１２を軸支および回動する。
【００１８】
チップホルダ（正面フライス）１２は、円柱形状に形成され、その円柱の中心軸（回転軸１２ａ）が駆動部１０の回転軸１０ｂと一致するようにスピンドルヘッド１０ａに固定される。チップホルダ１２の、スピンドルヘッド１０ａと異なる側の端部（フライスヘッド）側の外周には、複数の（本実施形態では３つの）スローアウェイチップ１４が等間隔で固設される。かかるチップホルダ１２は、主として被切削物１８に比較的大きな平面を形成する際に用いられる。本実施形態においては、円柱形状のチップホルダ１２を挙げているが、回転軸１２ａに対して等距離にスローアウェイチップ１４を配置できれば、円盤形状や円錐形状等、様々な形状のチップホルダ１２を適用することができる。
【００１９】
スローアウェイチップ（ツールチップやインサートと呼ぶ場合もある）１４は、比較的厚みのある平板で形成され、端部の少なくとも一方に切刃が形成される。スローアウェイチップ１４は、消耗品に相当するので、チップホルダ１２に着脱自在に固設されている。スローアウェイチップ１４が経時劣化すると、ユーザは、まず、他端部に形成された予備の切刃と反転配置し、いずれも損耗すると、新たなスローアウェイチップ１４と交換する。ここでは、スローアウェイチップ１４として外観四角形のものを用い、ボルトで固定する例を挙げて説明するが、形状や固定手段はかかる場合に限らず、あらゆる形状や固定手段を用いることができる。
【００２０】
載置台１６は、被切削物１８を載置する台であり、バイス（図示せず）等により被切削物１８を固定できるように構成されている。また、載置台１６は、チップホルダ１２に対してＸ方向の相対移動を可能とするテーブル１６ａ、Ｙ方向の相対移動を可能とするサドル１６ｂ、Ｚ方向の相対移動を可能とするニー１６ｃで構成され、任意の平面位置および高さで被切削物１８を切削加工することが可能となる。
【００２１】
このようなスローアウェイ式回転切削装置１におけるフライス加工では、チップホルダ１２の高速回転によって高精度に被切削物１８が平面切削される。このとき、スローアウェイチップ１４の切刃部位は非常に高温となる。本実施形態では、温度上昇に伴うスローアウェイチップ１４の損耗を防止すべく、回転しているチップホルダ１２の内部からスローアウェイチップ１４を冷却して、冷却効率を向上することを目的としている。以下、当該目的を実現するチップホルダ１２を詳述する。
【００２２】
（チップホルダ１２）
図２は、チップホルダ１２の外観を示す斜視図であり、図３は、チップホルダ１２の平面図と正面図とを示す説明図である。ここで、チップホルダ１２は、３つのスローアウェイチップ１４を有し、それぞれについて、後述する冷却媒体の循環経路が形成されるが、図２および図３では、説明の便宜のため、少なくとも１の循環経路に関する各機能部を示し、他は実質的に機能が等しいので図示を省略する。
【００２３】
保持部３０は、スローアウェイチップ１４を、スローアウェイチップ１４の切刃１４ａによる切削方向が、チップホルダ１２の円周方向に沿うように保持する。こうして、スローアウェイチップ１４は、チップホルダ１２の外周刃として機能することとなる。
【００２４】
図４は、保持部３０によるスローアウェイチップ１４の保持態様を説明するための図２のＡＡ要部断面図である。図４（ａ）および図２に示すように、保持部３０は、スローアウェイチップ１４の取付側が開口した箱形状で構成され、高い面精度を有する開口縁（座面）３０ａにスローアウェイチップ１４の取付面１４ｂを当接（密着）することで、スローアウェイチップ１４のブレを防止する。
【００２５】
また、保持部３０には、ネジが切られた挿通孔３０ｂが形成されており、スローアウェイチップ１４の貫通孔１４ｃに通したボルト１４ｄを挿通孔３０ｂに螺合、締結することで、スローアウェイチップ１４を保持する。
【００２６】
また、保持部３０は、スローアウェイチップ１４を当接することで、箱形状内周に密閉空間３０ｃを形成し、後述する冷却媒体の流路として機能させることができる。開口縁３０ａやスローアウェイチップ１４の取付面１４ｂは面精度が高いため、密閉空間３０ｃを流動する冷却媒体が漏洩することもない。
【００２７】
図２および図３に戻って、導入路３２は、チップホルダ１２の回転軸１２ａの位置に、チップホルダ１２天面中心から垂直下方に延びる円孔で形成され、駆動部１０側から供給される冷却媒体を熱交換部３４に導入する。ここでは、冷却媒体として、例えば液化窒素等の液化ガスを採用する。
【００２８】
熱交換部３４は、保持部３０の箱形状を利用した、開口部３４ａ（図４参照）がスローアウェイチップ１４に臨む、冷却媒体の流路の一部（密閉空間３０ｃ）として形成され、導入路３２から導入された冷却媒体とスローアウェイチップ１４との熱交換を行う。
【００２９】
上述したように、保持部３０の開口縁３０ａ（図４参照）とスローアウェイチップ１４の取付面１４ｂとが当接すると、箱形状内周に密閉空間３０ｃが形成される。ここでは、密閉空間３０ｃの一端部３４ｂに導入路３２が接続され、密閉空間３０ｃの他端部３４ｃに後述する排出路３６が接続される。したがって、冷却媒体は、熱交換部３４の密閉空間３０ｃ内で一時的に滞留することとなり、スローアウェイチップ１４と冷却媒体との熱交換が十分為された後、排出される。
【００３０】
また、密閉空間３０ｃの鉛直下方に位置する一端部３４ｂから冷却媒体を導入し、密閉空間３０ｃの鉛直上方に位置する他端部３４ｃから排出することで、冷却媒体の流動方向が、吸熱した冷却媒体の比重に基づく鉛直上方への流れと等しくなる。こうして、熱交換前の冷却媒体と熱交換後の冷却媒体とが流れに反して混流するのを回避することができ、熱交換をスムーズに行うことが可能となる。
【００３１】
また、熱交換部３４の開口部３４ａは、スローアウェイチップ１４の取付面１４ｂにおける開口縁３０ａに対応する部位を除く領域と接触しているので、スローアウェイチップ１４との広範囲の接触面積を確保できる。また、かかる開口部３４ａにより冷却媒体がスローアウェイチップ１４の取付面１４ｂに直接接触するため、冷却効率を向上することが可能となる。
【００３２】
ここでは、図４（ａ）のように、密閉空間３０ｃの開口部３４ａがスローアウェイチップ１４の取付面１４ｂと広範囲に接触している例を挙げた。しかし、熱交換部３４は、スローアウェイチップ１４の取付面１４ｂ全面を冷却する場合に限らず、図４（ｂ）の如く、開口部３４ａが、少なくとも、スローアウェイチップ１４の切刃１４ａの他端部１４ｅより切刃１４ａに近い領域に臨むように形成され、主として切刃１４ａが冷却されるとしてもよい。このように、少なくとも、切削部位である切刃１４ａに近い領域が冷却されることで、密閉空間３０ｃの占有体積における冷却効率を向上することができる。
【００３３】
また、熱交換部３４は、図４（ｃ）に示すように、切刃１４ａの他端部１４ｅより切刃１４ａに近いほど、密閉空間３０ｃの単位面積（取付面１４ｂ）における容積が大きくなるように形成されてもよい。こうすることで、温度分布が高温の領域（切刃１４ａ近傍）の冷却力を高めることができ、全体的にも、より高い冷却効果を得ることができる。
【００３４】
排出路３６は、導入路３２と平行に、熱交換部３４から垂直上方に延びる円孔で形成され、熱交換部３４による熱交換後の冷却媒体を、チップホルダ１２の外周に形成した排出側端部３６ａから大気に排出する。
【００３５】
このようにして、チップホルダ１２では、導入路３２、熱交換部３４、排出路３６といった冷却媒体の循環経路が形成される。また、チップホルダ１２では、複数の（本実施形態では３つの）スローアウェイチップ１４が固設されているため、かかる循環経路もスローアウェイチップ１４の分だけ準備される（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）。このような３つの循環経路４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、３つの循環経路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ共通の導入路３２から３つの熱交換部３４に向け放射状に分岐し、３つの排出路３６にそれぞれ独立して通じている。
【００３６】
従来では、冷却効果を有する切削油をスローアウェイチップ１４や被切削物１８に直接噴射し、熱交換後の切削油がそのままスローアウェイチップ１４や被切削物１８近傍に残留していた。本実施形態においては、熱交換後の冷却媒体をスローアウェイチップ１４と離隔した位置（排出側端部３６ａ）で排出しているので、スローアウェイチップ１４や被切削物１８に冷却媒体が接触するのを回避でき、切り屑に冷却媒体が混合することもなく、メンテナンス性を高めることが可能となる。
【００３７】
さらに、排出側端部３６ａと熱交換部３４との空間距離を長くとることで、外気の熱が排出路３６を通じて熱交換部３４に伝導してしまうのを抑制し、効率的な熱交換が可能となる。また、被切削物１８では、ある程度高温の状態を維持したい場合においても、従来のように潤滑油によって必然的に冷却されることもないので、効率的なフライス加工が可能となる。
【００３８】
また、上述したように本実施形態では、液体窒素等の液化ガスのように、少なくとも熱交換後には気体の状態となる媒体、または、熱交換前から気体の状態を維持する媒体を冷却媒体として選定している。したがって、排出側端部３６ａから排出される時点では冷却媒体は気化しており、大気中に放出することが可能となる。
【００３９】
また、排出路３６は、垂直上方に延びた後、半径方向に方向転換して排出側端部３６ａに至る形状となっている。したがって、チップホルダ１２の回転を通じて冷却媒体には遠心力が働くこととなり、スムーズかつ遠くに気体状の冷却媒体が排出される。
【００４０】
（チップホルダ１２の加工）
次に、上述したチップホルダ１２の製作に関し、チップホルダ１２に対してどのような加工を行うか説明する。
【００４１】
図５は、チップホルダ１２の外観を示す斜視図であり、図６は、チップホルダ１２の平面視構造を説明するための説明図である。まず、導入路３２に相当する削孔（円孔）５０を形成する。これは、チップホルダ１２の回転軸１２ａ位置に、チップホルダ１２天面中心５２から熱交換部３４の密閉空間３０ｃ下方に対応する部分まで垂直下方に穿孔することで為される。
【００４２】
かかる削孔５０（導入路３２）は、冷却媒体の複数の循環経路に共通な孔なので、全ての循環経路に十分に冷却媒体がいきわたる程度の径で形成される。ただし、切削油をスローアウェイチップ１４に露出面側から噴射する機構を有する既存のチップホルダにおいて、切削油を供給するための導入路を形成する加工が回転軸１２ａ位置に既に施されている場合、その導入路を利用して本実施形態の削孔５０（導入路３２）を形成することができる。こうして、既存の構造を有効利用し、低コストでチップホルダ１２を製作することが可能となる。
【００４３】
次に、排出路３６に相当する削孔（円孔）５４を形成する。これは、チップホルダ１２天面における中心から等距離にある任意の位置５６ａ、５６ｂ、５６ｃから熱交換部３４の密閉空間３０ｃ上方に対応する部分まで垂直下方に穿孔することで為される。また、削孔５４（排出路３６）は、熱交換部３４から排出側端部３６ａまでしか必要ないので、削孔５４の天面側から円柱形状の閉塞部材５８を挿入して開口を塞ぎ、それより鉛直上方の削孔５４を空間的に離隔させる。そして、外周面の排出側端部３６ａから当該削孔５４への貫通孔６０を形成することで、Ｌ字状の排出路３６が形成される。
【００４４】
続いて、スローアウェイチップ１４を取り付ける位置に保持部３０を形成し、開口縁３０ａと挿通孔３０ｂとを除いて、スローアウェイチップ１４を当接することで密閉空間３０ｃとなる溝６２を形成する（その結果、開口縁３０ａと挿通孔３０ｂとは突出する）。次に、その溝６２の鉛直方向の一端部３４ｂから導入路３２に貫通孔６４ａを形成し、また、他端部３４ｃから排出路３６に貫通孔６４ｂを形成する。こうして、導入路３２、熱交換部３４、排出路３６といった冷却媒体の循環経路が形成される。
【００４５】
以上、説明したスローアウェイ式回転切削装置１によれば、チップホルダ１２の回転中心から冷却媒体が導入されるので、チップホルダ１２の回転に拘わらず、チップホルダ１２内部からスローアウェイチップ１４のみを適切に冷却して、冷却効率を向上させることが可能となる。また、熱交換後の冷却媒体は、気体の状態で外周面から排出されるので、スローアウェイチップ１４や被切削物１８に冷却媒体が接触するのを回避でき、メンテナンス性を高めることが可能となる。
【００４６】
また、チップホルダ１２をはじめ、他の部位に関しても、フライス加工を目的とする既存のスローアウェイ式回転切削装置をそのまま加工して利用することが可能なので、特殊な設備を要さず、低コストで、スローアウェイチップ１４の損耗を抑制することができる。
【００４７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４８】
例えば、上述した実施形態においては、熱交換部３４において、スローアウェイチップ１４の取付面１４ｂに直接冷却媒体を接触させる例を挙げて説明したが、両者の間に熱伝導率の高い材料を介在させてもよい。また、スローアウェイチップ１４自体を穿孔して、導入路３２から導入された冷却媒体をその孔中に循環させるとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、外周にスローアウェイチップを固設したチップホルダ、および、そのチップホルダを用いて被切削物を切削するスローアウェイ式回転切削装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ …スローアウェイ式回転切削装置
１０ …駆動部
１２ …チップホルダ
１２ａ …回転軸
１４ …スローアウェイチップ
１４ｂ …取付面
１６ …載置台
１８ …被切削物
３０ …保持部
３２ …導入路
３４ …熱交換部
３６ …排出路
３６ａ …排出側端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切刃が形成されたスローアウェイチップと、
前記スローアウェイチップを保持する保持部を有するチップホルダと、
前記チップホルダを軸支、回動する駆動部と、
前記チップホルダの回転軸に対して相対移動可能な載置台と、
を備え、
前記チップホルダは、
回転軸位置に形成され冷却媒体を導入する導入路と、
前記スローアウェイチップの取付面側に形成され、導入された前記冷却媒体と前記スローアウェイチップとの熱交換を行う熱交換部と、
熱交換後の前記冷却媒体を排出する排出路と、
をさらに備えることを特徴とするスローアウェイ式回転切削装置。
【請求項２】
前記排出路の排出側端部は、前記チップホルダの外周に形成され、
前記冷却媒体は、少なくとも熱交換後には気体の状態であり、前記排出側端部から大気に放出されることを特徴とする請求項１に記載のスローアウェイ式回転切削装置。
【請求項３】
前記熱交換部は、開口部が前記スローアウェイチップに臨む、前記冷却媒体の流路であることを特徴とする請求項１または２に記載のスローアウェイ式回転切削装置。
【請求項４】
前記熱交換部は、開口部が、少なくとも、前記スローアウェイチップの切刃の他端部より該切刃に近い領域に臨むことを特徴とする請求項３に記載のスローアウェイ式回転切削装置。
【請求項５】
スローアウェイチップを保持する保持部と、
回転軸位置に形成され冷却媒体を導入する導入路と、
前記スローアウェイチップの取付面側に形成され、導入された前記冷却媒体と前記スローアウェイチップとの熱交換を行う熱交換部と、
熱交換後の前記冷却媒体を排出する排出路と、
を備えることを特徴とするチップホルダ。
【請求項１】
切刃が形成されたスローアウェイチップと、
前記スローアウェイチップを保持する保持部を有するチップホルダと、
前記チップホルダを軸支、回動する駆動部と、
前記チップホルダの回転軸に対して相対移動可能な載置台と、
を備え、
前記チップホルダは、
回転軸位置に形成され冷却媒体を導入する導入路と、
前記スローアウェイチップの取付面側に形成され、導入された前記冷却媒体と前記スローアウェイチップとの熱交換を行う熱交換部と、
熱交換後の前記冷却媒体を排出する排出路と、
をさらに備えることを特徴とするスローアウェイ式回転切削装置。
【請求項２】
前記排出路の排出側端部は、前記チップホルダの外周に形成され、
前記冷却媒体は、少なくとも熱交換後には気体の状態であり、前記排出側端部から大気に放出されることを特徴とする請求項１に記載のスローアウェイ式回転切削装置。
【請求項３】
前記熱交換部は、開口部が前記スローアウェイチップに臨む、前記冷却媒体の流路であることを特徴とする請求項１または２に記載のスローアウェイ式回転切削装置。
【請求項４】
前記熱交換部は、開口部が、少なくとも、前記スローアウェイチップの切刃の他端部より該切刃に近い領域に臨むことを特徴とする請求項３に記載のスローアウェイ式回転切削装置。
【請求項５】
スローアウェイチップを保持する保持部と、
回転軸位置に形成され冷却媒体を導入する導入路と、
前記スローアウェイチップの取付面側に形成され、導入された前記冷却媒体と前記スローアウェイチップとの熱交換を行う熱交換部と、
熱交換後の前記冷却媒体を排出する排出路と、
を備えることを特徴とするチップホルダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３５０７０（Ｐ２０１３−３５０７０Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０１２０（Ｐ２０１１−１７０１２０）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
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