総形回転切削工具
【課題】切れ味を向上させて切削抵抗や振動を低減し、溝の倒れや加工拡大量を抑制して加工精度を向上させる。
【解決手段】仕上げ加工用のクリスマスカッタ１０において、切りくず排出溝１６は、シャンク１２側から見た工具回転方向と反対方向へ軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角θ１で傾斜するように直線的に設けられているため、ストレート溝の従来品に比較して溝倒れ量や加工拡大量、切削抵抗が低減されるとともに、振動や切削音についても改善される。このように切削性能が全体として向上し、優れた加工精度が得られるようになり、更なる高能率加工を行うことが可能となった。
【解決手段】仕上げ加工用のクリスマスカッタ１０において、切りくず排出溝１６は、シャンク１２側から見た工具回転方向と反対方向へ軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角θ１で傾斜するように直線的に設けられているため、ストレート溝の従来品に比較して溝倒れ量や加工拡大量、切削抵抗が低減されるとともに、振動や切削音についても改善される。このように切削性能が全体として向上し、優れた加工精度が得られるようになり、更なる高能率加工を行うことが可能となった。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は総形回転切削工具に係り、特に、切りくず排出溝が軸心に対して一定の傾斜角で傾斜するように直線的に設けられている総形回転切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切りくず排出溝に沿って外周切れ刃が設けられているとともに、その外周切れ刃の径寸法が工具軸方向において変化しており、軸心Ｓまわりに回転駆動されつつ被加工物に対して軸心Ｓと直角な方向へ相対移動させられることにより、溝深さ方向において溝幅が変化している所定形状の溝を切削加工する総形回転切削工具が知られている。特許文献１に記載のクリスマスカッタはその一例で、逆クリスマスツリーのように溝中心に対して左右対称で溝深さ方向において溝幅が増減しながら溝底側程狭くなっているツリー形溝を切削加工するものであり、外周切れ刃の径寸法が溝幅の変化に対応して工具先端側へ向かうに従って増減しながら徐々に小径とされている。また、特許文献２には、外周切れ刃の径寸法が工具先端側へ向かうに従って小さくなるテーパエンドミルに関し、シャンク側から見た工具回転方向と反対方向へねじれたねじれ溝を切りくず排出溝として設けたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２６５３３号公報
【特許文献２】特開平７−９２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の総形回転切削工具の切りくず排出溝は、軸心Ｓと平行なストレート溝または軸心Ｓに対して所定のねじれ角でねじれたねじれ溝であるため、必ずしも十分に満足できる切れ味が得られず、切削抵抗が大きいとともに振動や溝の倒れが発生することがあるなど、未だ改善の余地があった。
【０００５】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、切れ味を向上させて切削抵抗や振動を低減し、溝の倒れや加工拡大量を抑制して加工精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、第１発明は、切りくず排出溝に沿って外周切れ刃が設けられているとともに、その外周切れ刃の径寸法が工具軸方向において変化しており、軸心Ｓまわりに回転駆動されつつ被加工物に対して軸心Ｓと直角な方向へ相対移動させられることにより、溝深さ方向において溝幅が変化している所定形状の溝を切削加工する総形回転切削工具において、前記切りくず排出溝は、シャンク側から見た工具回転方向と反対方向へ軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角で傾斜するように直線的に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
第２発明は、第１発明の総形回転切削工具において、その総形回転切削工具は、逆クリスマスツリーのように溝中心に対して左右対称で溝深さ方向において溝幅が増減しながら溝底側程狭くなっているツリー形溝を切削加工するために、前記外周切れ刃の径寸法がその溝幅の変化に対応して工具先端側へ向かうに従って増減しながら徐々に小径とされているクリスマスカッタであることを特徴とする。
【０００８】
第３発明は、第１発明または第２発明の総形回転切削工具において、前記外周切れ刃は、径寸法が目的とする溝形状の溝幅寸法より小さいとともに細かく増減している波形状を成しており、且つ、複数の外周切れ刃の波形状の位相が互いにずれているラフィング切れ刃で、荒加工または中仕上げ加工に用いられることを特徴とする。
【０００９】
第４発明は、第１発明または第２発明の総形回転切削工具において、前記外周切れ刃は、径寸法が目的とする溝形状の溝幅寸法と略同じ寸法とされており、仕上げ加工に用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このような総形回転切削工具においては、切りくず排出溝がシャンク側から見た工具回転方向と反対方向へ軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角で傾斜するように直線的に設けられているため、本発明者等の実験によればストレート溝やねじれ溝の場合に比較して溝倒れ量や加工拡大量、切削抵抗が低減された。また、振動や切削音、加工面についても、ストレート溝の場合に比較して改善され、ねじれ溝と比較しても同等以上の結果が得られた。このように切削性能が全体として向上し、優れた加工精度が得られるようになり、更なる高能率加工を行うことが可能となった。
【００１１】
また、例えば工具素材を一定の姿勢に固定したまま、工具素材の軸心Ｓに対して一定の傾斜角で傾斜する方向へ研削砥石を相対的に直線移動させるだけで切りくず排出溝を加工することが可能で、ねじれ溝のように工具素材を軸心Ｓまわりに回転させながら研削砥石を軸方向へ相対移動させる場合に比較して、切りくず排出溝を加工するための装置が簡単且つ安価に構成されるとともに、干渉研削による溝断面の形状変化が無いため溝断面形状の設定が容易になる。
【００１２】
第２発明は、外周切れ刃の径寸法が工具先端側へ向かうに従って増減しながら徐々に小径とされているクリスマスカッタに関するもので、第１発明の効果が適切に得られる。
【００１３】
第３発明は荒加工用または中仕上げ加工用の総形回転切削工具に関するもので、溝の倒れや加工拡大量が改善されることから、より仕上げ寸法に近い寸法で荒加工や中仕上げ加工を行うことが可能で、仕上げ加工の際の切削寸法（仕上げ代）を小さくして、より安定した精度の高い仕上げ加工を行うことができるようになる。すなわち、荒加工や中仕上げ加工用の総形回転切削工具は、切削性能を重視して一般に軸心Ｓまわりにねじれたねじれ溝（ねじれ刃）が採用されるが、本発明の傾斜タイプの切りくず排出溝によれば、切れ味等の切削性能を維持しつつ加工精度を向上させることができたのである。
【００１４】
第４発明は仕上げ加工用の総形回転切削工具に関するもので、溝の倒れや加工面、加工拡大量が改善されることから、より高い寸法精度で仕上げ加工を行うことができる。すなわち、仕上げ加工用の総形回転切削工具は、加工精度を重視して一般に軸心Ｓと平行なストレート溝（ストレート刃）が採用されるが、本発明の傾斜タイプの切りくず排出溝によれば、切れ味等の切削性能の向上により振動や切削抵抗が低減されることから、加工精度を更に向上させることができたのである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が仕上げ加工用のクリスマスカッタに適用された場合を説明する図で、(a) は一部を切り欠いた正面図、(b) は刃部の拡大図、(c) は(b) におけるIC−IC断面図である。
【図２】従来のストレート溝およびねじれ溝と、本発明の傾斜溝との相違を比較して説明する図である。
【図３】傾斜溝の場合に、先端からの距離によって変化する溝断面形状を説明する図である。
【図４】径寸法が変化しているクリスマスカッタについて、本発明の傾斜溝、従来のねじれ溝、ストレート溝に関して各部のすくい角を具体的に求めた結果を説明する図である。
【図５】本発明品、従来品、比較品を用いて、(a) の切削条件で切削加工を行ってカッタ性能を調べた結果を説明する図で、(b) は中仕上げカッタの場合、(c) は仕上げカッタの場合である。
【図６】本発明が中仕上げ加工用のクリスマスカッタに適用された場合を説明する図で、(a) は一部を切り欠いた正面図、(b) は外周切れ刃の拡大図、(c) は(a) における VIC−VIC 断面の拡大図である。
【図７】図５の性能試験で用いた中仕上げカッタおよび仕上げカッタの寸法の違い（仕上げカッタの仕上げ代）を説明する図である。
【図８】図５の性能試験で調べた溝倒れ量、加工拡大量、および切削抵抗を具体的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、ツリー形溝を切削加工するクリスマスカッタに好適に適用されるが、外周切れ刃の径寸法が増減しているクリスマスカッタ以外の総形回転切削工具や、外周切れ刃の径寸法が一定の変化率で変化しているテーパエンドミルなど、他の総形回転切削工具にも適用され得る。また、中仕上げ加工および仕上げ加工の２段階で所定形状の溝を切削加工する場合の中仕上げ加工用、仕上げ加工用の総形回転切削工具に好適に適用されるが、その中仕上げ加工の前に荒加工を行う場合の中仕上げ加工用、荒加工用の総形回転切削工具にも適用され得る。第３発明の荒加工用、中仕上げ加工用の総形回転切削工具は波形状のラフィング切れ刃が設けられているが、ニックが設けられた荒加工用、中仕上げ加工用の総形回転切削工具にも本発明は適用され得る。これ等の総形回転切削工具は、外周切れ刃の他に工具先端に底刃を有して構成される。
【００１７】
荒加工用や中仕上げ加工用の総形回転切削工具は例えば３枚刃で、仕上げ加工用の総形回転切削工具は例えば４枚刃であるが、これ等の外周切れ刃の枚数は径寸法等を考慮して適宜定めることができる。例えば、荒加工用や中仕上げ加工用の総形回転切削工具の外周切れ刃を４枚以上設けたり、仕上げ加工用の総形回転切削工具の外周切れ刃を３枚、或いは５枚以上設けたりすることも可能である。
【００１８】
切りくず排出溝は、シャンク側から見た工具回転方向と反対方向へ軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角で傾斜するように直線的に設けられ、例えばシャンク側から見て右まわりに回転駆動して切削加工を行う場合、切りくず排出溝は手前から前方へ向かうに従って左方向へ傾斜するように設けられる。また、シャンク側から見て左まわりに回転駆動して切削加工を行う場合、切りくず排出溝は手前から前方へ向かうに従って右方向へ傾斜するように設けられる。
【００１９】
切りくず排出溝の傾斜角が１°より小さいと、ストレート溝の場合と差が無くなり、切削性能や加工精度の向上効果が十分に得られない一方、傾斜角が８°を超えると、刃欠けが発生したり溝の倒れが大きくなったり切削抵抗が大きくなったりして、切削性能や加工精度の向上効果が十分に得られない。すなわち、傾斜角が１°〜８°の範囲内でないと、ストレート溝やねじれ溝に比較して切削性能や加工精度の向上効果が適切に得られないのであり、３°〜５°程度の範囲内が望ましい。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である仕上げ加工用のクリスマスカッタ１０を説明する図で、図６は中仕上げ加工用のクリスマスカッタ３０を説明する図であり、何れも図８の(b) 、(c) に示すように被加工物５２に対してツリー形溝５０を切削加工するためのものである。被加工物５２はテスト用のもので、実際には例えばタービン軸等の回転軸に対してツリー形溝５０を加工する場合に用いられる。クリスマスカッタ１０、３０は、何れも軸心Ｓまわりに回転駆動されつつ被加工物５２に対してその軸心Ｓと直角な方向へ相対移動させられることにより、逆クリスマスツリーのように溝中心に対して左右対称で溝深さ方向において溝幅が増減しながら溝底側程狭くなっているツリー形溝５０を切削加工するもので、その溝幅の変化に対応して径寸法が工具先端側へ向かうに従って３山、３谷で増減しながら徐々に小径とされている複数の外周切れ刃１８、３８を備えている。仕上げ加工用のクリスマスカッタ１０は、中仕上げ加工用のクリスマスカッタ３０によって形成されたツリー形溝５０に対して、所定の仕上げ代（例えば０．３ｍｍ）で仕上げ加工を行うもので、外周切れ刃１８、３８の径寸法すなわち回転軌跡形状（加工形状に対応）は図７に示すように仕上げ代分だけ相違し、ツリー形溝５０も仕上げ代分だけ溝幅寸法が相違する。
【００２１】
図１の(a) は、仕上げ加工用のクリスマスカッタ１０を軸心Ｓと直角な方向から見た一部を切り欠いた正面図で、(b) はこのクリスマスカッタ１０の刃部１４の拡大図、(c) は(b) におけるIC−IC断面図である。クリスマスカッタ１０は、シャンク１２および刃部１４を一体に備えており、刃部１４は、加工すべきツリー形溝５０の凹凸形状に対応する逆クリスマスツリー形状を成しており、工具先端側（図の下方向）へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径とされている。刃部１４には、軸心Ｓまわりに等角度間隔で４本の切りくず排出溝１６が設けられ、その切りくず排出溝１６に沿って４枚の外周切れ刃１８、およびその外周切れ刃１８に連続する底刃２０が設けられている。それ等の外周切れ刃１８および底刃２０は、クリスマスカッタ１０がシャンク１２側（図１(a) 、(b) における上方）から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行うように設けられており、切りくず排出溝１６は、軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角θ１で左方向へ傾斜するように直線的に設けられている。このように切りくず排出溝１６が一定の傾斜角θ１で設けられていることから、外周切れ刃１８の軸心Ｓに対して直角な断面におけるすくい角γ１は、軸方向において連続的に変化している。このすくい角γ１は、外周切れ刃１８の径寸法によっても変化する。
【００２２】
図６の(a) は、中仕上げ加工用のクリスマスカッタ３０を軸心Ｓと直角な方向から見た一部を切り欠いた正面図で、(b) は外周切れ刃３８の拡大図、(c) は(a) における VIC−VI断面の拡大図である。クリスマスカッタ３０は、シャンク３２および刃部３４を一体に備えており、刃部３４は、加工すべきツリー形溝５０の凹凸形状に対応する逆クリスマスツリー形状を成しており、工具先端側（図の下方向）へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径とされている。刃部３４には、軸心Ｓまわりに等角度間隔で３本の切りくず排出溝３６が設けられ、その切りくず排出溝３６に沿って３枚の外周切れ刃３８、およびその外周切れ刃３８に連続する底刃４０が設けられている。３枚の外周切れ刃３８は、逃げ面に細かな波形状の凹凸が設けられることによって径寸法が細かく増減しているとともに、その波形状の位相が互いにずれているラフィング切れ刃にて構成されている。外周切れ刃３８および底刃４０は、クリスマスカッタ３０がシャンク３２側（図６(a) における上方）から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行うように設けられており、切りくず排出溝３６は、軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角θ２で左方向へ傾斜するように直線的に設けられている。このように切りくず排出溝３６が一定の傾斜角θ２で設けられていることから、外周切れ刃３８の軸心Ｓに対して直角な断面におけるすくい角γ２は軸方向において連続的に変化している。このすくい角γ２は、外周切れ刃３８の径寸法によっても変化する。なお、上記傾斜角θ２は前記傾斜角θ１と同じでも良いし、異なっていても良い。
【００２３】
ここで、上記切りくず排出溝１６、３６のように、軸心Ｓに対して一定の傾斜角θで左方向へ傾斜する左傾斜溝６０は、例えば図２の(c) に示すように、軸心Ｏまわりに回転駆動される研削砥石６２を工具素材６４の軸心Ｓに対して所定の姿勢（図では軸心Ｓに対して傾斜角θとほぼ同一の角度で傾斜する姿勢）で配置するとともに、工具素材６４を傾斜角θと平行な方向（白抜き矢印で示す方向）Ｃへ相対的に直線移動させることによって形成することができる。図２(c) の下側の断面図は、４本の左傾斜溝６０を加工した後の状態のII−II断面図である。これに対し、従来の軸心Ｓと平行なストレート溝６６は、図２の(a) に示すように研削砥石６２を軸心Ｓとほぼ平行に配置するとともに、工具素材６４を軸心Ｓと平行な方向Ａへ相対的に直線移動させることによって形成される。また、軸心Ｓのまわりに所定のねじれ角λで右まわりにねじれたねじれ溝６８は、図２の(b) に示すように研削砥石６２を軸心Ｓに対して所定のねじれ角λとほぼ同一の角度で傾斜する姿勢で配置するとともに、工具素材６４を軸心Ｓと平行な方向Ｂへ相対的に直線移動させながら軸心Ｓまわりに回転させることによって形成される。その場合に、(a) のストレート溝６６および(c) の左傾斜溝６０の溝断面は、研削砥石６２の研削部の断面形状に対応する形状で、研削砥石６２の姿勢によって相違するものの、互いに近似した断面形状になる。これに対し、(b) のねじれ溝６８の溝断面は、研削砥石６２の干渉により研削砥石６２の断面形状とは異なった形状となり、ストレート溝６６や左傾斜溝６０の断面形状とは大きく相違する。また、この図２は、従来のストレート溝６６およびねじれ溝６８と左傾斜溝６０との相違を説明するためのもので、工具素材６４は一定の径寸法の円柱形状である。
【００２４】
また、(a) のストレート溝６６および(b) のねじれ溝６８は、工具素材６４の外径寸法が一定の場合、軸方向において一定の溝断面形状で形成され、軸心Ｓに対して直角な断面のすくい角も一定であるが、(c) の左傾斜溝６０は、軸方向において溝断面形状が連続的に変化する。図３は、この左傾斜溝６０の溝断面形状の変化を説明する図で、(b) 、(c) 、(d) はそれぞれ(a) におけるIIIB−IIIB視の先端面図、IIIC−IIIC断面図、IIID−IIID断面図で、先端からの距離が長くなる程溝幅が狭くなり、それ等のすくい角はγｂ＞γｃ＞γｄの関係となる。図３では、すくい角γｄは負である。なお、(d) に示す一点鎖線は、(b) における溝形状を比較のために図示したもので、溝幅の違いは明らかである。
【００２５】
上記ストレート溝６６、ねじれ溝６８、および左傾斜溝６０について、その特徴を比較すると、ねじれ溝６８の溝断面形状は、研削砥石６２がねじれ溝６８のリードに沿って相対移動させられるため、干渉によってすくい面がフック（湾曲）する。また、スクエア刃タイプで溝底径比率に変化がない場合、すなわち工具素材６４の外径寸法が一定の円柱形状の場合、すくい角および外周刃厚に変化はない。切れ刃長さは刃長よりも長くなり、工具使用時における外周切れ刃接触長は、徐々に最大になり、徐々に最小になる。
ストレート溝６６の溝断面形状は、研削砥石６２の研削部形状がそのまま転写されるため、すくい面はフックしない。スクエア刃タイプで溝底径比率に変化がない場合、すなわち工具素材６４の外径寸法が一定の円柱形状の場合、すくい角および外周刃厚に変化はない。切れ刃長さは刃長と等しく、工具使用時における外周切れ刃接触長は瞬時に最大になり、瞬時に最小になる。したがって、切削抵抗が周期的に大きく変化する。
左傾斜溝６０の溝断面形状は、研削砥石６２の研削部形状がそのまま転写されるため、すくい面はフックしない。スクエア刃タイプで溝底径比率に変化がない場合、すなわち工具素材６４の外径寸法が一定の円柱形状の場合でも、軸方向位置によってすくい角および外周刃厚が変化し、工具先端からの距離が長くなる程すくい角は小さくなるとともに外周刃厚は厚くなる。このため、刃径や刃長、溝底径などによって傾斜角θに制約がある。切れ刃長さは刃長よりも長くなり、工具使用時における外周切れ刃接触長は、徐々に最大になり、徐々に最小になる。
すなわち、左傾斜溝６０は、ストレート溝６６に近い溝断面形状で、高い加工精度が期待できる一方、工具使用時における外周切れ刃接触長の変動はねじれ溝６８に近い特性を持ち、切れ味等の切削性能の向上が期待できる。
【００２６】
図４は、径寸法が変化している２山、２谷のクリスマスカッタについて、上記左傾斜溝６０、ストレート溝６６、およびねじれ溝６８の場合に、径寸法が異なる山部や谷部のすくい角を具体的に計算した結果を説明する図で、左傾斜溝６０については傾斜角θが左１°、および左８°の２種類について調べた。ねじれ溝６８については、ねじれ角λが右５°の場合について調べた。工具素材６４の径寸法が一定の場合、左傾斜溝６０では図３に示すようにすくい角γｂ、γｃ、γｄが相違するのに対し、ストレート溝６６およびねじれ溝６８ではすくい角が一定であるが、クリスマスカッタのように径寸法が変化している場合は、図４の結果から明らかなように、左傾斜溝６０、ストレート溝６６、ねじれ溝６８の何れの場合も径寸法の変化によってすくい角が大きく変化する。但し、ストレート溝６６ですくい角０°の場合は除く。
【００２７】
上記図４に示した結果は、なるべくすくい角の変化の影響が少ないように１山部および２山部におけるすくい角の平均が一定（ここでは８°）になるようにして計算した。実際にクリスマスカッタを使用した際に切削速度が小さい径寸法の小さな１山部および谷部のすくい角に着目すると、左傾斜溝６０の場合（図４の(b) 、(c) ）、ねじれ溝６８（図４の(d) ）に比較して強い角度ですくい角を設定でき、切削速度が小さい小径の１山部および谷部における切削性能の向上が期待できる。
【００２８】
次に、前記傾斜角θ１、θ２が１°〜８°の範囲内の左傾斜溝（切りくず排出溝）を有する本発明品、傾斜角θ１、θ２が８°より大きい比較品、ストレート溝や右ねじれ溝を有する従来品を用いて、図５の(a) に示す切削条件でツリー形溝５０を切削加工し、(b) および(c) に示す切削性能や加工精度等に関するカッタ性能を調べた結果を説明する。図５(a) の「被削材質」の欄のＳＮＣＭ４３９は、ＪＩＳの規定によるニッケルクロムモリブデン鋼鋼材である。また、図５(b) の中仕上げ加工は、下溝等が設けられていない無垢の被加工物５２に対して、クリスマスカッタ３０と同様にラフィング切れ刃が設けられた３枚刃の中仕上げ加工用のクリスマスカッタを用いてツリー形溝５０を切削加工した場合で、「０°傾斜（ストレート溝）」および「右５°ねじれ」は従来のクリスマスカッタ、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」は傾斜角θ２が３°、５°の本発明品（クリスマスカッタ３０）、「左１０°傾斜」は傾斜角θ２＝１０°の比較品である。図５(c) の仕上げ加工は、上記中仕上げ加工で最も加工精度が優れている「左３°傾斜」の本発明品によって中仕上げ加工されたツリー形溝５０に対して、クリスマスカッタ１０と同様に構成された４枚刃の仕上げ加工用のクリスマスカッタを用いて仕上げ代０．３ｍｍで仕上げ切削を行った場合で、「０°傾斜（ストレート溝）」は従来のクリスマスカッタ、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」は傾斜角θ１が３°、５°の本発明品（クリスマスカッタ１０）、「左１０°傾斜」は傾斜角θ１＝１０°の比較品である。なお、仕上げ加工では、従来、ねじれ溝のクリスマスカッタが用いられていないため、今回のテストでは省略した。
【００２９】
上記図５(b) の「振動」、「切削音」、および「加工面」の欄の評価「◎」は良好、「○」はやや良好、「△」は普通、「×」は悪い、を意味し、試験者の目視または聴覚による感覚的評価で、従来使用されている「右５°ねじれ」を基準として相対的に評価した。図５(c) の「振動」および「切削音」についても同様であるが、この場合は「０°傾斜（ストレート溝）」を基準として相対的に評価した。「０°傾斜（ストレート溝）」の評価が「△」なのは、(b) の中仕上げ加工で基準にした「右５°ねじれ」の場合に比較して悪いためである。
【００３０】
また、図５(b) 、(c) の「溝倒れ量」は、図８の(a) に示す変位量ΔＸ１、ΔＸ２の平均値で、図に示すアップカット側への倒れを正として求めた。図８(a) のツリー形溝５０は、溝の凹凸を省略して簡略化して示した図である。「加工拡大量」は、図８(b) に示す溝幅と工具径との差（溝幅−工具径）で、図に示すように最大谷径部分で測定した。「切削抵抗」は、図８の(c) に示す主分力Ｆｘ、送り分力Ｆｙ、および背分力Ｆｚの変位量を三分力計で測定し、その値の合力Ｆを切削抵抗として算出した。何れも、被加工物５２に対する工具の当り始めおよび抜け時を除く加工安定領域で求めた。
【００３１】
そして、中仕上げ加工用のクリスマスカッタに関しては、図５の(b) に示す試験結果から明らかなように、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」の本発明品によれば、「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品に比較して振動、切削音、および加工面の切削性能が何れも改善され、「右５°ねじれ」の従来品に比較しても同等以上の結果が得られた。切削抵抗については、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」の本発明品によれば、「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品の４３％〜４６％で半分以下になった。「右５°ねじれ」に比較しても、１３％〜２０％程度低減された。溝倒れ量および加工拡大量の加工精度については、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」の本発明品によれば、「０°傾斜（ストレート溝）」および「右５°ねじれ」の何れの従来品よりも良好な結果が得られた。「左１０°傾斜」の比較品については、「右５°ねじれ」の従来品と比較すると、加工拡大量や切削抵抗については良くなるものの、加工面および溝倒れ量はやや悪化しており、十分な性能向上効果が得られなかった。
【００３２】
仕上げ加工用のクリスマスカッタに関しては、図５の(c) に示す試験結果から明らかなように、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」の本発明品によれば、振動、切削音、および加工面粗さの切削性能に関し、「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品と同程度かそれ以上の結果が得られた。切削抵抗についても、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」の本発明品によれば、「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品の５９％〜７１％となり、約２／３に低減された。溝倒れ量および加工拡大量の加工精度についても、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」の本発明品によれば、「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品よりも良好な結果が得られた。「左１０°傾斜」の比較品は、切削音や加工拡大量、切削抵抗については「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品より改善されるものの、加工面粗さや溝倒れ量は「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品よりも寧ろ悪くなっており、十分な性能向上効果が得られなかった。
【００３３】
このように本実施例のクリスマスカッタ１０、３０によれば、切りくず排出溝１６、３６がシャンク１２、３２側から見た工具回転方向と反対方向へ軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角θ１、θ２で傾斜するように直線的に設けられているため、ストレート溝やねじれ溝の従来品に比較して溝倒れ量や加工拡大量、切削抵抗が低減された。また、振動や切削音、加工面についても、ストレート溝の場合に比較して改善され、ねじれ溝と比較しても同等以上の結果が得られた。このように切削性能が全体として向上し、優れた加工精度が得られるようになり、更なる高能率加工を行うことが可能となった。
【００３４】
また、上記切りくず排出溝１６、３６の加工に際しては、図２(c) に示す左傾斜溝６０と同様に軸心Ｏまわりに回転駆動される研削砥石６２を工具素材６４の軸心Ｓに対して所定の傾斜角θ１、θ２とほぼ同一の角度で傾斜する姿勢で配置するとともに、工具素材６４を傾斜角θ１、θ２と平行な方向（図２(c) における矢印Ｃ方向）へ相対的に直線移動させるだけで良いため、ねじれ溝６８のように工具素材６４を軸心Ｓまわりに回転させながら軸方向へ相対移動させる場合に比較して、切りくず排出溝１６、３６を加工するための装置が簡単且つ安価に構成されるとともに、干渉研削による溝断面の形状変化が無いため溝断面形状の設定が容易になる。
【００３５】
また、中仕上げ加工用のクリスマスカッタ３０については、溝の倒れや加工拡大量が改善されることから、より仕上げ寸法に近い寸法で中仕上げ加工を行うことが可能で、仕上げ加工の際の切削寸法（仕上げ代）を小さくして、より安定した精度の高い仕上げ加工を行うことができるようになる。すなわち、中仕上げ加工用のクリスマスカッタは、切削性能を重視して一般に軸心Ｓまわりにねじれたねじれ溝（ねじれ刃）６８が採用されるが、本実施例の傾斜タイプの切りくず排出溝３６によれば、切れ味等の切削性能を維持しつつ加工精度を向上させることができたのである。また、３枚刃であるため、比較的大きな溝断面の切りくず排出溝３６を設けることが可能で、切りくずの排出性が良好となり、この点でも切削抵抗が低減される。
【００３６】
仕上げ加工用のクリスマスカッタ１０については、溝の倒れや加工拡大量が改善されることから、より高い寸法精度で仕上げ加工を行うことができる。すなわち、仕上げ加工用のクリスマスカッタ１０は、加工精度を重視して一般に軸心Ｓと平行なストレート溝（ストレート刃）６６が採用されるが、本実施例の傾斜タイプの切りくず排出溝１６によれば、切れ味等の切削性能の向上により振動や切削抵抗が低減されることから、加工精度を更に向上させることができたのである。また、４枚刃であるため、被加工物５２のツリー形溝５０の両側面に外周切れ刃１８が同時に接触して工具姿勢が安定し、この点でも加工溝の倒れや加工拡大量などの加工精度が向上する。
【００３７】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０、３０：クリスマスカッタ（総形回転切削工具） １６、３６：切りくず排出溝 １８、３８：外周切れ刃 ５０：ツリー形溝 ５２：被加工物 Ｓ：軸心 θ１、θ２：傾斜角
【技術分野】
【０００１】
本発明は総形回転切削工具に係り、特に、切りくず排出溝が軸心に対して一定の傾斜角で傾斜するように直線的に設けられている総形回転切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
切りくず排出溝に沿って外周切れ刃が設けられているとともに、その外周切れ刃の径寸法が工具軸方向において変化しており、軸心Ｓまわりに回転駆動されつつ被加工物に対して軸心Ｓと直角な方向へ相対移動させられることにより、溝深さ方向において溝幅が変化している所定形状の溝を切削加工する総形回転切削工具が知られている。特許文献１に記載のクリスマスカッタはその一例で、逆クリスマスツリーのように溝中心に対して左右対称で溝深さ方向において溝幅が増減しながら溝底側程狭くなっているツリー形溝を切削加工するものであり、外周切れ刃の径寸法が溝幅の変化に対応して工具先端側へ向かうに従って増減しながら徐々に小径とされている。また、特許文献２には、外周切れ刃の径寸法が工具先端側へ向かうに従って小さくなるテーパエンドミルに関し、シャンク側から見た工具回転方向と反対方向へねじれたねじれ溝を切りくず排出溝として設けたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２６５３３号公報
【特許文献２】特開平７−９２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の総形回転切削工具の切りくず排出溝は、軸心Ｓと平行なストレート溝または軸心Ｓに対して所定のねじれ角でねじれたねじれ溝であるため、必ずしも十分に満足できる切れ味が得られず、切削抵抗が大きいとともに振動や溝の倒れが発生することがあるなど、未だ改善の余地があった。
【０００５】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、切れ味を向上させて切削抵抗や振動を低減し、溝の倒れや加工拡大量を抑制して加工精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、第１発明は、切りくず排出溝に沿って外周切れ刃が設けられているとともに、その外周切れ刃の径寸法が工具軸方向において変化しており、軸心Ｓまわりに回転駆動されつつ被加工物に対して軸心Ｓと直角な方向へ相対移動させられることにより、溝深さ方向において溝幅が変化している所定形状の溝を切削加工する総形回転切削工具において、前記切りくず排出溝は、シャンク側から見た工具回転方向と反対方向へ軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角で傾斜するように直線的に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
第２発明は、第１発明の総形回転切削工具において、その総形回転切削工具は、逆クリスマスツリーのように溝中心に対して左右対称で溝深さ方向において溝幅が増減しながら溝底側程狭くなっているツリー形溝を切削加工するために、前記外周切れ刃の径寸法がその溝幅の変化に対応して工具先端側へ向かうに従って増減しながら徐々に小径とされているクリスマスカッタであることを特徴とする。
【０００８】
第３発明は、第１発明または第２発明の総形回転切削工具において、前記外周切れ刃は、径寸法が目的とする溝形状の溝幅寸法より小さいとともに細かく増減している波形状を成しており、且つ、複数の外周切れ刃の波形状の位相が互いにずれているラフィング切れ刃で、荒加工または中仕上げ加工に用いられることを特徴とする。
【０００９】
第４発明は、第１発明または第２発明の総形回転切削工具において、前記外周切れ刃は、径寸法が目的とする溝形状の溝幅寸法と略同じ寸法とされており、仕上げ加工に用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このような総形回転切削工具においては、切りくず排出溝がシャンク側から見た工具回転方向と反対方向へ軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角で傾斜するように直線的に設けられているため、本発明者等の実験によればストレート溝やねじれ溝の場合に比較して溝倒れ量や加工拡大量、切削抵抗が低減された。また、振動や切削音、加工面についても、ストレート溝の場合に比較して改善され、ねじれ溝と比較しても同等以上の結果が得られた。このように切削性能が全体として向上し、優れた加工精度が得られるようになり、更なる高能率加工を行うことが可能となった。
【００１１】
また、例えば工具素材を一定の姿勢に固定したまま、工具素材の軸心Ｓに対して一定の傾斜角で傾斜する方向へ研削砥石を相対的に直線移動させるだけで切りくず排出溝を加工することが可能で、ねじれ溝のように工具素材を軸心Ｓまわりに回転させながら研削砥石を軸方向へ相対移動させる場合に比較して、切りくず排出溝を加工するための装置が簡単且つ安価に構成されるとともに、干渉研削による溝断面の形状変化が無いため溝断面形状の設定が容易になる。
【００１２】
第２発明は、外周切れ刃の径寸法が工具先端側へ向かうに従って増減しながら徐々に小径とされているクリスマスカッタに関するもので、第１発明の効果が適切に得られる。
【００１３】
第３発明は荒加工用または中仕上げ加工用の総形回転切削工具に関するもので、溝の倒れや加工拡大量が改善されることから、より仕上げ寸法に近い寸法で荒加工や中仕上げ加工を行うことが可能で、仕上げ加工の際の切削寸法（仕上げ代）を小さくして、より安定した精度の高い仕上げ加工を行うことができるようになる。すなわち、荒加工や中仕上げ加工用の総形回転切削工具は、切削性能を重視して一般に軸心Ｓまわりにねじれたねじれ溝（ねじれ刃）が採用されるが、本発明の傾斜タイプの切りくず排出溝によれば、切れ味等の切削性能を維持しつつ加工精度を向上させることができたのである。
【００１４】
第４発明は仕上げ加工用の総形回転切削工具に関するもので、溝の倒れや加工面、加工拡大量が改善されることから、より高い寸法精度で仕上げ加工を行うことができる。すなわち、仕上げ加工用の総形回転切削工具は、加工精度を重視して一般に軸心Ｓと平行なストレート溝（ストレート刃）が採用されるが、本発明の傾斜タイプの切りくず排出溝によれば、切れ味等の切削性能の向上により振動や切削抵抗が低減されることから、加工精度を更に向上させることができたのである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が仕上げ加工用のクリスマスカッタに適用された場合を説明する図で、(a) は一部を切り欠いた正面図、(b) は刃部の拡大図、(c) は(b) におけるIC−IC断面図である。
【図２】従来のストレート溝およびねじれ溝と、本発明の傾斜溝との相違を比較して説明する図である。
【図３】傾斜溝の場合に、先端からの距離によって変化する溝断面形状を説明する図である。
【図４】径寸法が変化しているクリスマスカッタについて、本発明の傾斜溝、従来のねじれ溝、ストレート溝に関して各部のすくい角を具体的に求めた結果を説明する図である。
【図５】本発明品、従来品、比較品を用いて、(a) の切削条件で切削加工を行ってカッタ性能を調べた結果を説明する図で、(b) は中仕上げカッタの場合、(c) は仕上げカッタの場合である。
【図６】本発明が中仕上げ加工用のクリスマスカッタに適用された場合を説明する図で、(a) は一部を切り欠いた正面図、(b) は外周切れ刃の拡大図、(c) は(a) における VIC−VIC 断面の拡大図である。
【図７】図５の性能試験で用いた中仕上げカッタおよび仕上げカッタの寸法の違い（仕上げカッタの仕上げ代）を説明する図である。
【図８】図５の性能試験で調べた溝倒れ量、加工拡大量、および切削抵抗を具体的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、ツリー形溝を切削加工するクリスマスカッタに好適に適用されるが、外周切れ刃の径寸法が増減しているクリスマスカッタ以外の総形回転切削工具や、外周切れ刃の径寸法が一定の変化率で変化しているテーパエンドミルなど、他の総形回転切削工具にも適用され得る。また、中仕上げ加工および仕上げ加工の２段階で所定形状の溝を切削加工する場合の中仕上げ加工用、仕上げ加工用の総形回転切削工具に好適に適用されるが、その中仕上げ加工の前に荒加工を行う場合の中仕上げ加工用、荒加工用の総形回転切削工具にも適用され得る。第３発明の荒加工用、中仕上げ加工用の総形回転切削工具は波形状のラフィング切れ刃が設けられているが、ニックが設けられた荒加工用、中仕上げ加工用の総形回転切削工具にも本発明は適用され得る。これ等の総形回転切削工具は、外周切れ刃の他に工具先端に底刃を有して構成される。
【００１７】
荒加工用や中仕上げ加工用の総形回転切削工具は例えば３枚刃で、仕上げ加工用の総形回転切削工具は例えば４枚刃であるが、これ等の外周切れ刃の枚数は径寸法等を考慮して適宜定めることができる。例えば、荒加工用や中仕上げ加工用の総形回転切削工具の外周切れ刃を４枚以上設けたり、仕上げ加工用の総形回転切削工具の外周切れ刃を３枚、或いは５枚以上設けたりすることも可能である。
【００１８】
切りくず排出溝は、シャンク側から見た工具回転方向と反対方向へ軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角で傾斜するように直線的に設けられ、例えばシャンク側から見て右まわりに回転駆動して切削加工を行う場合、切りくず排出溝は手前から前方へ向かうに従って左方向へ傾斜するように設けられる。また、シャンク側から見て左まわりに回転駆動して切削加工を行う場合、切りくず排出溝は手前から前方へ向かうに従って右方向へ傾斜するように設けられる。
【００１９】
切りくず排出溝の傾斜角が１°より小さいと、ストレート溝の場合と差が無くなり、切削性能や加工精度の向上効果が十分に得られない一方、傾斜角が８°を超えると、刃欠けが発生したり溝の倒れが大きくなったり切削抵抗が大きくなったりして、切削性能や加工精度の向上効果が十分に得られない。すなわち、傾斜角が１°〜８°の範囲内でないと、ストレート溝やねじれ溝に比較して切削性能や加工精度の向上効果が適切に得られないのであり、３°〜５°程度の範囲内が望ましい。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である仕上げ加工用のクリスマスカッタ１０を説明する図で、図６は中仕上げ加工用のクリスマスカッタ３０を説明する図であり、何れも図８の(b) 、(c) に示すように被加工物５２に対してツリー形溝５０を切削加工するためのものである。被加工物５２はテスト用のもので、実際には例えばタービン軸等の回転軸に対してツリー形溝５０を加工する場合に用いられる。クリスマスカッタ１０、３０は、何れも軸心Ｓまわりに回転駆動されつつ被加工物５２に対してその軸心Ｓと直角な方向へ相対移動させられることにより、逆クリスマスツリーのように溝中心に対して左右対称で溝深さ方向において溝幅が増減しながら溝底側程狭くなっているツリー形溝５０を切削加工するもので、その溝幅の変化に対応して径寸法が工具先端側へ向かうに従って３山、３谷で増減しながら徐々に小径とされている複数の外周切れ刃１８、３８を備えている。仕上げ加工用のクリスマスカッタ１０は、中仕上げ加工用のクリスマスカッタ３０によって形成されたツリー形溝５０に対して、所定の仕上げ代（例えば０．３ｍｍ）で仕上げ加工を行うもので、外周切れ刃１８、３８の径寸法すなわち回転軌跡形状（加工形状に対応）は図７に示すように仕上げ代分だけ相違し、ツリー形溝５０も仕上げ代分だけ溝幅寸法が相違する。
【００２１】
図１の(a) は、仕上げ加工用のクリスマスカッタ１０を軸心Ｓと直角な方向から見た一部を切り欠いた正面図で、(b) はこのクリスマスカッタ１０の刃部１４の拡大図、(c) は(b) におけるIC−IC断面図である。クリスマスカッタ１０は、シャンク１２および刃部１４を一体に備えており、刃部１４は、加工すべきツリー形溝５０の凹凸形状に対応する逆クリスマスツリー形状を成しており、工具先端側（図の下方向）へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径とされている。刃部１４には、軸心Ｓまわりに等角度間隔で４本の切りくず排出溝１６が設けられ、その切りくず排出溝１６に沿って４枚の外周切れ刃１８、およびその外周切れ刃１８に連続する底刃２０が設けられている。それ等の外周切れ刃１８および底刃２０は、クリスマスカッタ１０がシャンク１２側（図１(a) 、(b) における上方）から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行うように設けられており、切りくず排出溝１６は、軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角θ１で左方向へ傾斜するように直線的に設けられている。このように切りくず排出溝１６が一定の傾斜角θ１で設けられていることから、外周切れ刃１８の軸心Ｓに対して直角な断面におけるすくい角γ１は、軸方向において連続的に変化している。このすくい角γ１は、外周切れ刃１８の径寸法によっても変化する。
【００２２】
図６の(a) は、中仕上げ加工用のクリスマスカッタ３０を軸心Ｓと直角な方向から見た一部を切り欠いた正面図で、(b) は外周切れ刃３８の拡大図、(c) は(a) における VIC−VI断面の拡大図である。クリスマスカッタ３０は、シャンク３２および刃部３４を一体に備えており、刃部３４は、加工すべきツリー形溝５０の凹凸形状に対応する逆クリスマスツリー形状を成しており、工具先端側（図の下方向）へ向かうに従って径寸法が滑らかに増減しながら徐々に小径とされている。刃部３４には、軸心Ｓまわりに等角度間隔で３本の切りくず排出溝３６が設けられ、その切りくず排出溝３６に沿って３枚の外周切れ刃３８、およびその外周切れ刃３８に連続する底刃４０が設けられている。３枚の外周切れ刃３８は、逃げ面に細かな波形状の凹凸が設けられることによって径寸法が細かく増減しているとともに、その波形状の位相が互いにずれているラフィング切れ刃にて構成されている。外周切れ刃３８および底刃４０は、クリスマスカッタ３０がシャンク３２側（図６(a) における上方）から見て右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行うように設けられており、切りくず排出溝３６は、軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角θ２で左方向へ傾斜するように直線的に設けられている。このように切りくず排出溝３６が一定の傾斜角θ２で設けられていることから、外周切れ刃３８の軸心Ｓに対して直角な断面におけるすくい角γ２は軸方向において連続的に変化している。このすくい角γ２は、外周切れ刃３８の径寸法によっても変化する。なお、上記傾斜角θ２は前記傾斜角θ１と同じでも良いし、異なっていても良い。
【００２３】
ここで、上記切りくず排出溝１６、３６のように、軸心Ｓに対して一定の傾斜角θで左方向へ傾斜する左傾斜溝６０は、例えば図２の(c) に示すように、軸心Ｏまわりに回転駆動される研削砥石６２を工具素材６４の軸心Ｓに対して所定の姿勢（図では軸心Ｓに対して傾斜角θとほぼ同一の角度で傾斜する姿勢）で配置するとともに、工具素材６４を傾斜角θと平行な方向（白抜き矢印で示す方向）Ｃへ相対的に直線移動させることによって形成することができる。図２(c) の下側の断面図は、４本の左傾斜溝６０を加工した後の状態のII−II断面図である。これに対し、従来の軸心Ｓと平行なストレート溝６６は、図２の(a) に示すように研削砥石６２を軸心Ｓとほぼ平行に配置するとともに、工具素材６４を軸心Ｓと平行な方向Ａへ相対的に直線移動させることによって形成される。また、軸心Ｓのまわりに所定のねじれ角λで右まわりにねじれたねじれ溝６８は、図２の(b) に示すように研削砥石６２を軸心Ｓに対して所定のねじれ角λとほぼ同一の角度で傾斜する姿勢で配置するとともに、工具素材６４を軸心Ｓと平行な方向Ｂへ相対的に直線移動させながら軸心Ｓまわりに回転させることによって形成される。その場合に、(a) のストレート溝６６および(c) の左傾斜溝６０の溝断面は、研削砥石６２の研削部の断面形状に対応する形状で、研削砥石６２の姿勢によって相違するものの、互いに近似した断面形状になる。これに対し、(b) のねじれ溝６８の溝断面は、研削砥石６２の干渉により研削砥石６２の断面形状とは異なった形状となり、ストレート溝６６や左傾斜溝６０の断面形状とは大きく相違する。また、この図２は、従来のストレート溝６６およびねじれ溝６８と左傾斜溝６０との相違を説明するためのもので、工具素材６４は一定の径寸法の円柱形状である。
【００２４】
また、(a) のストレート溝６６および(b) のねじれ溝６８は、工具素材６４の外径寸法が一定の場合、軸方向において一定の溝断面形状で形成され、軸心Ｓに対して直角な断面のすくい角も一定であるが、(c) の左傾斜溝６０は、軸方向において溝断面形状が連続的に変化する。図３は、この左傾斜溝６０の溝断面形状の変化を説明する図で、(b) 、(c) 、(d) はそれぞれ(a) におけるIIIB−IIIB視の先端面図、IIIC−IIIC断面図、IIID−IIID断面図で、先端からの距離が長くなる程溝幅が狭くなり、それ等のすくい角はγｂ＞γｃ＞γｄの関係となる。図３では、すくい角γｄは負である。なお、(d) に示す一点鎖線は、(b) における溝形状を比較のために図示したもので、溝幅の違いは明らかである。
【００２５】
上記ストレート溝６６、ねじれ溝６８、および左傾斜溝６０について、その特徴を比較すると、ねじれ溝６８の溝断面形状は、研削砥石６２がねじれ溝６８のリードに沿って相対移動させられるため、干渉によってすくい面がフック（湾曲）する。また、スクエア刃タイプで溝底径比率に変化がない場合、すなわち工具素材６４の外径寸法が一定の円柱形状の場合、すくい角および外周刃厚に変化はない。切れ刃長さは刃長よりも長くなり、工具使用時における外周切れ刃接触長は、徐々に最大になり、徐々に最小になる。
ストレート溝６６の溝断面形状は、研削砥石６２の研削部形状がそのまま転写されるため、すくい面はフックしない。スクエア刃タイプで溝底径比率に変化がない場合、すなわち工具素材６４の外径寸法が一定の円柱形状の場合、すくい角および外周刃厚に変化はない。切れ刃長さは刃長と等しく、工具使用時における外周切れ刃接触長は瞬時に最大になり、瞬時に最小になる。したがって、切削抵抗が周期的に大きく変化する。
左傾斜溝６０の溝断面形状は、研削砥石６２の研削部形状がそのまま転写されるため、すくい面はフックしない。スクエア刃タイプで溝底径比率に変化がない場合、すなわち工具素材６４の外径寸法が一定の円柱形状の場合でも、軸方向位置によってすくい角および外周刃厚が変化し、工具先端からの距離が長くなる程すくい角は小さくなるとともに外周刃厚は厚くなる。このため、刃径や刃長、溝底径などによって傾斜角θに制約がある。切れ刃長さは刃長よりも長くなり、工具使用時における外周切れ刃接触長は、徐々に最大になり、徐々に最小になる。
すなわち、左傾斜溝６０は、ストレート溝６６に近い溝断面形状で、高い加工精度が期待できる一方、工具使用時における外周切れ刃接触長の変動はねじれ溝６８に近い特性を持ち、切れ味等の切削性能の向上が期待できる。
【００２６】
図４は、径寸法が変化している２山、２谷のクリスマスカッタについて、上記左傾斜溝６０、ストレート溝６６、およびねじれ溝６８の場合に、径寸法が異なる山部や谷部のすくい角を具体的に計算した結果を説明する図で、左傾斜溝６０については傾斜角θが左１°、および左８°の２種類について調べた。ねじれ溝６８については、ねじれ角λが右５°の場合について調べた。工具素材６４の径寸法が一定の場合、左傾斜溝６０では図３に示すようにすくい角γｂ、γｃ、γｄが相違するのに対し、ストレート溝６６およびねじれ溝６８ではすくい角が一定であるが、クリスマスカッタのように径寸法が変化している場合は、図４の結果から明らかなように、左傾斜溝６０、ストレート溝６６、ねじれ溝６８の何れの場合も径寸法の変化によってすくい角が大きく変化する。但し、ストレート溝６６ですくい角０°の場合は除く。
【００２７】
上記図４に示した結果は、なるべくすくい角の変化の影響が少ないように１山部および２山部におけるすくい角の平均が一定（ここでは８°）になるようにして計算した。実際にクリスマスカッタを使用した際に切削速度が小さい径寸法の小さな１山部および谷部のすくい角に着目すると、左傾斜溝６０の場合（図４の(b) 、(c) ）、ねじれ溝６８（図４の(d) ）に比較して強い角度ですくい角を設定でき、切削速度が小さい小径の１山部および谷部における切削性能の向上が期待できる。
【００２８】
次に、前記傾斜角θ１、θ２が１°〜８°の範囲内の左傾斜溝（切りくず排出溝）を有する本発明品、傾斜角θ１、θ２が８°より大きい比較品、ストレート溝や右ねじれ溝を有する従来品を用いて、図５の(a) に示す切削条件でツリー形溝５０を切削加工し、(b) および(c) に示す切削性能や加工精度等に関するカッタ性能を調べた結果を説明する。図５(a) の「被削材質」の欄のＳＮＣＭ４３９は、ＪＩＳの規定によるニッケルクロムモリブデン鋼鋼材である。また、図５(b) の中仕上げ加工は、下溝等が設けられていない無垢の被加工物５２に対して、クリスマスカッタ３０と同様にラフィング切れ刃が設けられた３枚刃の中仕上げ加工用のクリスマスカッタを用いてツリー形溝５０を切削加工した場合で、「０°傾斜（ストレート溝）」および「右５°ねじれ」は従来のクリスマスカッタ、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」は傾斜角θ２が３°、５°の本発明品（クリスマスカッタ３０）、「左１０°傾斜」は傾斜角θ２＝１０°の比較品である。図５(c) の仕上げ加工は、上記中仕上げ加工で最も加工精度が優れている「左３°傾斜」の本発明品によって中仕上げ加工されたツリー形溝５０に対して、クリスマスカッタ１０と同様に構成された４枚刃の仕上げ加工用のクリスマスカッタを用いて仕上げ代０．３ｍｍで仕上げ切削を行った場合で、「０°傾斜（ストレート溝）」は従来のクリスマスカッタ、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」は傾斜角θ１が３°、５°の本発明品（クリスマスカッタ１０）、「左１０°傾斜」は傾斜角θ１＝１０°の比較品である。なお、仕上げ加工では、従来、ねじれ溝のクリスマスカッタが用いられていないため、今回のテストでは省略した。
【００２９】
上記図５(b) の「振動」、「切削音」、および「加工面」の欄の評価「◎」は良好、「○」はやや良好、「△」は普通、「×」は悪い、を意味し、試験者の目視または聴覚による感覚的評価で、従来使用されている「右５°ねじれ」を基準として相対的に評価した。図５(c) の「振動」および「切削音」についても同様であるが、この場合は「０°傾斜（ストレート溝）」を基準として相対的に評価した。「０°傾斜（ストレート溝）」の評価が「△」なのは、(b) の中仕上げ加工で基準にした「右５°ねじれ」の場合に比較して悪いためである。
【００３０】
また、図５(b) 、(c) の「溝倒れ量」は、図８の(a) に示す変位量ΔＸ１、ΔＸ２の平均値で、図に示すアップカット側への倒れを正として求めた。図８(a) のツリー形溝５０は、溝の凹凸を省略して簡略化して示した図である。「加工拡大量」は、図８(b) に示す溝幅と工具径との差（溝幅−工具径）で、図に示すように最大谷径部分で測定した。「切削抵抗」は、図８の(c) に示す主分力Ｆｘ、送り分力Ｆｙ、および背分力Ｆｚの変位量を三分力計で測定し、その値の合力Ｆを切削抵抗として算出した。何れも、被加工物５２に対する工具の当り始めおよび抜け時を除く加工安定領域で求めた。
【００３１】
そして、中仕上げ加工用のクリスマスカッタに関しては、図５の(b) に示す試験結果から明らかなように、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」の本発明品によれば、「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品に比較して振動、切削音、および加工面の切削性能が何れも改善され、「右５°ねじれ」の従来品に比較しても同等以上の結果が得られた。切削抵抗については、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」の本発明品によれば、「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品の４３％〜４６％で半分以下になった。「右５°ねじれ」に比較しても、１３％〜２０％程度低減された。溝倒れ量および加工拡大量の加工精度については、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」の本発明品によれば、「０°傾斜（ストレート溝）」および「右５°ねじれ」の何れの従来品よりも良好な結果が得られた。「左１０°傾斜」の比較品については、「右５°ねじれ」の従来品と比較すると、加工拡大量や切削抵抗については良くなるものの、加工面および溝倒れ量はやや悪化しており、十分な性能向上効果が得られなかった。
【００３２】
仕上げ加工用のクリスマスカッタに関しては、図５の(c) に示す試験結果から明らかなように、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」の本発明品によれば、振動、切削音、および加工面粗さの切削性能に関し、「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品と同程度かそれ以上の結果が得られた。切削抵抗についても、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」の本発明品によれば、「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品の５９％〜７１％となり、約２／３に低減された。溝倒れ量および加工拡大量の加工精度についても、「左３°傾斜」および「左５°傾斜」の本発明品によれば、「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品よりも良好な結果が得られた。「左１０°傾斜」の比較品は、切削音や加工拡大量、切削抵抗については「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品より改善されるものの、加工面粗さや溝倒れ量は「０°傾斜（ストレート溝）」の従来品よりも寧ろ悪くなっており、十分な性能向上効果が得られなかった。
【００３３】
このように本実施例のクリスマスカッタ１０、３０によれば、切りくず排出溝１６、３６がシャンク１２、３２側から見た工具回転方向と反対方向へ軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角θ１、θ２で傾斜するように直線的に設けられているため、ストレート溝やねじれ溝の従来品に比較して溝倒れ量や加工拡大量、切削抵抗が低減された。また、振動や切削音、加工面についても、ストレート溝の場合に比較して改善され、ねじれ溝と比較しても同等以上の結果が得られた。このように切削性能が全体として向上し、優れた加工精度が得られるようになり、更なる高能率加工を行うことが可能となった。
【００３４】
また、上記切りくず排出溝１６、３６の加工に際しては、図２(c) に示す左傾斜溝６０と同様に軸心Ｏまわりに回転駆動される研削砥石６２を工具素材６４の軸心Ｓに対して所定の傾斜角θ１、θ２とほぼ同一の角度で傾斜する姿勢で配置するとともに、工具素材６４を傾斜角θ１、θ２と平行な方向（図２(c) における矢印Ｃ方向）へ相対的に直線移動させるだけで良いため、ねじれ溝６８のように工具素材６４を軸心Ｓまわりに回転させながら軸方向へ相対移動させる場合に比較して、切りくず排出溝１６、３６を加工するための装置が簡単且つ安価に構成されるとともに、干渉研削による溝断面の形状変化が無いため溝断面形状の設定が容易になる。
【００３５】
また、中仕上げ加工用のクリスマスカッタ３０については、溝の倒れや加工拡大量が改善されることから、より仕上げ寸法に近い寸法で中仕上げ加工を行うことが可能で、仕上げ加工の際の切削寸法（仕上げ代）を小さくして、より安定した精度の高い仕上げ加工を行うことができるようになる。すなわち、中仕上げ加工用のクリスマスカッタは、切削性能を重視して一般に軸心Ｓまわりにねじれたねじれ溝（ねじれ刃）６８が採用されるが、本実施例の傾斜タイプの切りくず排出溝３６によれば、切れ味等の切削性能を維持しつつ加工精度を向上させることができたのである。また、３枚刃であるため、比較的大きな溝断面の切りくず排出溝３６を設けることが可能で、切りくずの排出性が良好となり、この点でも切削抵抗が低減される。
【００３６】
仕上げ加工用のクリスマスカッタ１０については、溝の倒れや加工拡大量が改善されることから、より高い寸法精度で仕上げ加工を行うことができる。すなわち、仕上げ加工用のクリスマスカッタ１０は、加工精度を重視して一般に軸心Ｓと平行なストレート溝（ストレート刃）６６が採用されるが、本実施例の傾斜タイプの切りくず排出溝１６によれば、切れ味等の切削性能の向上により振動や切削抵抗が低減されることから、加工精度を更に向上させることができたのである。また、４枚刃であるため、被加工物５２のツリー形溝５０の両側面に外周切れ刃１８が同時に接触して工具姿勢が安定し、この点でも加工溝の倒れや加工拡大量などの加工精度が向上する。
【００３７】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０、３０：クリスマスカッタ（総形回転切削工具） １６、３６：切りくず排出溝 １８、３８：外周切れ刃 ５０：ツリー形溝 ５２：被加工物 Ｓ：軸心 θ１、θ２：傾斜角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切りくず排出溝に沿って外周切れ刃が設けられているとともに、該外周切れ刃の径寸法が工具軸方向において変化しており、軸心Ｓまわりに回転駆動されつつ被加工物に対して軸心Ｓと直角な方向へ相対移動させられることにより、溝深さ方向において溝幅が変化している所定形状の溝を切削加工する総形回転切削工具において、
前記切りくず排出溝は、シャンク側から見た工具回転方向と反対方向へ軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角で傾斜するように直線的に設けられている
ことを特徴とする総形回転切削工具。
【請求項２】
前記総形回転切削工具は、逆クリスマスツリーのように溝中心に対して左右対称で溝深さ方向において溝幅が増減しながら溝底側程狭くなっているツリー形溝を切削加工するために、前記外周切れ刃の径寸法が該溝幅の変化に対応して工具先端側へ向かうに従って増減しながら徐々に小径とされているクリスマスカッタである
ことを特徴とする請求項１に記載の総形回転切削工具。
【請求項３】
前記外周切れ刃は、径寸法が目的とする溝形状の溝幅寸法より小さいとともに細かく増減している波形状を成しており、且つ、複数の外周切れ刃の波形状の位相が互いにずれているラフィング切れ刃で、荒加工または中仕上げ加工に用いられる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の総形回転切削工具。
【請求項４】
前記外周切れ刃は、径寸法が目的とする溝形状の溝幅寸法と略同じ寸法とされており、仕上げ加工に用いられる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の総形回転切削工具。
【請求項１】
切りくず排出溝に沿って外周切れ刃が設けられているとともに、該外周切れ刃の径寸法が工具軸方向において変化しており、軸心Ｓまわりに回転駆動されつつ被加工物に対して軸心Ｓと直角な方向へ相対移動させられることにより、溝深さ方向において溝幅が変化している所定形状の溝を切削加工する総形回転切削工具において、
前記切りくず排出溝は、シャンク側から見た工具回転方向と反対方向へ軸心Ｓに対して１°〜８°の範囲内の一定の傾斜角で傾斜するように直線的に設けられている
ことを特徴とする総形回転切削工具。
【請求項２】
前記総形回転切削工具は、逆クリスマスツリーのように溝中心に対して左右対称で溝深さ方向において溝幅が増減しながら溝底側程狭くなっているツリー形溝を切削加工するために、前記外周切れ刃の径寸法が該溝幅の変化に対応して工具先端側へ向かうに従って増減しながら徐々に小径とされているクリスマスカッタである
ことを特徴とする請求項１に記載の総形回転切削工具。
【請求項３】
前記外周切れ刃は、径寸法が目的とする溝形状の溝幅寸法より小さいとともに細かく増減している波形状を成しており、且つ、複数の外周切れ刃の波形状の位相が互いにずれているラフィング切れ刃で、荒加工または中仕上げ加工に用いられる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の総形回転切削工具。
【請求項４】
前記外周切れ刃は、径寸法が目的とする溝形状の溝幅寸法と略同じ寸法とされており、仕上げ加工に用いられる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の総形回転切削工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−８１５５７（Ｐ２０１２−８１５５７Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９９６５（Ｐ２０１０−２２９９６５）
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１２日（２０１０．１０．１２）
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
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