JP4779546B2

JP4779546B2 - 穴加工工具

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Publication number: JP4779546B2
Application number: JP2005289711A
Authority: JP
Inventors: 正治滝口
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-10-03
Filing date: 2005-10-03
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2025-10-03
Also published as: JP2007098497A

Description

本発明は、被切削材に予め形成された下穴に挿入されて、この下穴の内壁面を切削加工する穴加工工具に関する。

この種の穴加工工具としては、例えば特許文献１に記載されているような長尺円柱状のリーマが知られている。
このリーマは、例えば特許文献２に開示されているような切削工具に装着されて使用されるものであり、この切削工具が工作機械等に主軸端に装着されて、軸線回りに回転されるとともに、被切削材の下穴、例えば、ステムガイド穴やエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブ穴等に挿入され、この下穴の内壁面を切削して所定の内径の加工穴を形成するものである。

従来のリーマの一例を図９及び図１０に示す。リーマ１は、長尺円柱状をなすシャンク部２と、このシャンク部２の先端側に配置された刃先部３とで構成されている。
シャンク部２は、概略多段円柱状をなしており、その後端側には、このリーマ１を切削工具に装着するための装着部４が設けられている。一方、シャンク部２の先端面には、中央部分がシャンク部２後端側に向けて凹んだＶ字溝５が形成されている。
また、このシャンク部２には図示しないクーラント供給孔が、シャンク部２の先端側から後端側にかけて貫通するように形成され、Ｖ字溝５に開口されている。

刃先部３は、概略円柱状をなしており、その後端面にはシャンク部２先端面に形成されたＶ字溝５に嵌合可能な凸状部６が形成されている。
刃先部３の先端外周部には、図９に示すように、軸線Ｏ方向後端側に向けて延びて工具回転方向Ｔ前方側に所定の角度で捩れる６条の切屑排出溝７が、周方向に等間隔で軸線Ｏに対して６０度ずつ回転対称に配置されている。

これらの切屑排出溝７の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面８と工具回転方向Ｔ後方側に連なる外周面９との交差稜線部に切刃１０が形成されている。このように切刃１０を形成することにより、切屑排出溝７の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面８がすくい面とされ、工具回転方向Ｔ後方側に連なる外周面９が逃げ面とされる。
切屑排出溝７は、図９に示すように、溝底が凹円弧状とされた断面Ｖ字状をなしており、このＶ字のなす角度は概略８０°とされ、すくい面とされる工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面８は、概略刃先部３の外形の断面がなす円の径方向に沿って延びるように形成されている。

また、刃先部３の軸線Ｏ近傍には、軸線Ｏに沿って延びて後端側（凸状部）に開口された連通孔（図示せず）が形成されており、この連通孔からそれぞれの切屑排出溝７に延びてその溝底部に開口された吐出孔１１が設けられている。

この際、切屑排出溝７が工具回転方向Ｔ前方側に捩れるように形成されているので、切刃１１によって生成した切屑はリーマ１先端側に向けて案内されることになる。また、切削油剤がクーラント供給孔及び連通孔を介して吐出孔１１から吐出されることにより、切屑は、切屑排出溝７を流れる切削油剤に流されるようにしてリーマ１先端側に向けて排出される。
特開２０００−２６３３２８号公報特開２００２−５９３１３号公報

ところで、図９及び図１０に示す従来のリーマでは、切屑がリーマ先端側に向けて排出されるので切屑排出溝を通過することがないにもかかわらず、切屑排出溝を、断面Ｖ字状をなして大きく径方向外側に向けて開口するように形成している。ところが、このように刃先部を大きく切り欠くようにして切屑排出溝を形成していると、このリーマの剛性が低下してしまい、リーマを高速回転した際に振れが生じて、加工穴を精度良く成形することができなくなるといった問題があった。
また、切削時の切削抵抗によって、例えば吐出孔が形成された部分を起点として、リーマが折損してしまうことがあった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、リーマの剛性を確保することにより、高速回転時の振れを防止して加工穴を精度良く成形できるとともに、切削抵抗によって折損することを抑制して寿命延長を図ることができる穴加工工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は、被切削材に予め形成された下穴に挿入されて下穴の内壁面を切削加工する穴加工工具であって、軸線回りに回転されるシャンク部を有し、該シャンク部の先端側には、切刃を有する刃先部が設けられ、該刃先部の外周部には、先端側から後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、該切屑排出溝の工具回転方向前方側を向く壁面と前記刃先部の外周面との交差稜線部に前記切刃が形成され、前記切屑排出溝の前記軸線に垂直な断面がＵ字状に形成され、前記外周面には、前記切刃に連なるように形成された第１ランド部と、該第１ランドの工具回転方向後方側に連なり径方向内側に後退した逃げ部と、該逃げ部の工具回転方向後方側に連なるように形成された第２ランド部とが備えられ、前記逃げ部には、切削油剤を排出するための排出孔が開口されており、該排出孔は、前記刃先部の先端から前記刃先部の軸線方向長さの２／３よりも後端側に開口されていることを特徴としている。

切屑排出溝を断面Ｕ字状、すなわち切屑排出溝の前記工具回転方向前方側を向く壁面と、工具回転方向後方を向く壁面とが、前記断面において、凹円弧等の溝底を介して略平行に対向するように形成することにより、例えば、前述した従来のリーマの断面Ｖ字状の切屑排出溝と同じ溝深さで、溝底がなす凹円弧の半径を同じくしたものを形成した場合に、切り欠かれる部分が少なくなり、この穴加工工具の剛性を確保することができる。よって、高速回転時の振れを防止して加工穴を精度良く成形できるとともに、切削抵抗によって折損することを抑制して寿命延長を図ることができる。

また、切屑排出溝の断面積が小さくなるので、切削油剤を切屑排出溝の溝底部に開口された吐出孔から吐出する場合には、この切屑排出溝を通過する切削油剤の流速が大きくなり、切刃によって生成した切屑を、例えば穴加工工具の先端方向に向けて確実に排出することができる。したがって、こうして切屑を先端方向に排出することにより、切屑排出溝の断面積を小さくしても、この切屑排出溝の中に切屑が詰まることがなく、この穴加工工具での加工をスムーズに行うことができる。

ここで、前記外周面に、前記切刃に連なるように形成された第１ランド部と、該第１ランドの工具回転方向後方側に連なり径方向内側に後退した逃げ部と、該逃げ部の工具回転方向後方側に連なるように形成された第２ランド部とを設けているので、加工穴と摺動する部分を減少させることができ、この穴加工工具の切削抵抗を小さくすることができる。また、第１ランド部及び第２ランド部が形成されているので、加工穴とこれら第１、第２ランド部とが摺動して加工穴の内壁面を滑らかに仕上げることができる。また、これら第１、第２ランド部がガイドの役割を果たし、この穴加工工具の回転が安定して加工穴を精度良く成形することができる。

さらに、前記逃げ部に切削油剤を排出するための排出孔を設け、この排出孔の開口部を前記刃先部の先端から前記刃先部の軸線方向長さの２／３よりも後端側に配置しているので、この逃げ部から刃先部先端側へ向けて切削油剤を大きな流速で供給して、第１、第２ランド部による摺動摩擦を低減してさらに切削抵抗を小さくできるとともに、切刃によって生成した切屑をさらに確実に刃先部先端側へ向けて排出することができる。

このように本発明によれば、リーマの剛性を確保することにより、高速回転時の振れを防止して加工穴を精度良く成形できるとともに、切削抵抗によって折損することを抑制して寿命延長を図ることができる穴加工工具を提供することができる。

本発明は、以下に説明する複数の発明を包含する発明群に属する発明であり、以下に、その発明群の実施形態として、第１及び第２の実施形態について説明するが、そのうち第２の実施形態が、本出願人が特許請求の範囲に記載した発明に対応するものである。
以下に、本発明の第１の実施形態である穴加工工具について添付した図面を参照にして説明する。図１及び図２に本発明の実施形態である穴加工工具としてのリーマを示す。また、図３にこのリーマが装着される切削工具を示す。
リーマ２１は、長尺円柱状をなすシャンク部２２と、このシャンク部２２の先端側（図２において下側）に配置された刃先部２３とで構成されている。

シャンク部２２は、軸線Ｏを中心とする概略多段円柱状をなしており、後端側（図２において上側）には、このリーマ２１を切削工具４１に装着するための装着部２４が設けられている。この装着部２４には、軸線Ｏに平行に延びる平坦面２４Ａが設けられている。
シャンク部２２の先端側は、後端側に比べて一段小径とされており、先端面に中央部分がシャンク部２２後端側に向けて凹んだＶ字溝２５が、その溝底部を軸線Ｏに直交させてＶ字の２等分線が軸線Ｏ上に位置するように形成されている。ここで、Ｖ字溝２５が有する２つの側壁面のなす角度は、６０°〜１２０°の範囲内とされ、本実施形態では９０°に設定されている。
また、このシャンク部２２には、クーラント供給孔がシャンク部２２の先端側から後端側にかけて貫通するように形成されており、Ｖ字溝２５に開口されている。

刃先部２３は、やはり軸線Ｏを中心とする概略円柱状をなしており、その後端面には、シャンク部２２先端面に形成されたＶ字溝２５に嵌合可能な断面凸Ｖ字の凸状部２６が、そのＶ字の稜線をやはり軸線Ｏに直交させてＶ字の２等分線が軸線Ｏ上に位置するように形成されている。
刃先部２３の先端外周部には、軸線Ｏ方向後端側に向けて延びて工具回転方向Ｔ前方側に所定の捩れ角（本実施形態では１５°）で捩れる複数の切屑排出溝２７が、周方向に等間隔で軸線Ｏに対して所定角度ずつ回転対称に配置されている。この第１の実施形態では、図１に示すように、６条の切屑排出溝２７が軸線Ｏに対して６０°ずつ回転対称に配置されている。

これらの切屑排出溝２７の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面２８と工具回転方向Ｔ後方側に連なる外周面２９との交差稜線部に、切刃３０が形成されるとともに、工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面２８と刃先部２３の先端面との交差稜線部の外周側に、切刃３０に連なる食いつき部３０ａが形成されている。
このように切刃３０を形成することにより、切屑排出溝２７の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面２８がすくい面とされ、工具回転方向Ｔ後方側に連なる外周面２９が逃げ面とされる。そして、この切刃３０は、切屑排出溝２７と同じく後端側に向かうにしたがい軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔ前方側に所定の捩れ角（本実施形態では１５°）で捩れるらせん状に形成されている。この切刃３０が軸線Ｏ回りになす回転軌跡は、本実施形態においては軸線Ｏを中心とした円筒面状とされている。

ここで切屑排出溝２７は、図１に示すように断面Ｕ字状、すなわち切屑排出溝２７の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面２８と、工具回転方向後方を向く壁面とが、軸線Ｏに垂直な断面において、凹円弧状の溝底を介して略平行に対向するように形成されており、すくい面をなす工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面２８は、概略刃先部２３の外形の断面がなす円の径方向に沿って延びるように形成されている。

また、６つ形成された逃げ面をなす外周面のうち４つの外周面２９には、切刃３０に連なる部分に、軸線Ｏに垂直な断面において切刃３０の外径と等しい半径の円弧状をなすランド部３１が形成され、このランド部３１の工具回転方向Ｔ後方側には、径方向内側に向けて後退した逃げ部３２が形成されている。なお、本実施形態における逃げ部３２は、前記軸線Ｏに垂直な断面において、前記切刃３０の外径より僅かに小さな半径の凸円弧状をなすように形成されている。また、残りの２つの外周面２９には、逃げ部３２が形成されておらず、外周面２９全体がランド部３１とされている。

また、刃先部２３には、軸線Ｏに沿って延びて凸状部２６に開口された連通孔（図示せず）が形成されており、この連通孔からそれぞれの切屑排出溝２７に向けて延びて、その溝底部に開口された吐出孔３３が設けられている。

このリーマ２１は、図３に示す切削工具４１に装着されて使用される。切削工具４１は、軸線Ｍ回りに回転される多段円柱状の工具本体４２を有し、工具本体４２の先端部外周には切削インサート４３が配備されている。
この工具本体４２の先端面４２Ａには、軸線Ｍに沿うように延びる装着孔４４が穿設されている。この装着孔４４の後端側に連通するように位置調整ボルト４５が挿入されたクーラント孔４６が設けられており、このクーラント孔４６は工具本体４２後端側に設けられた取付部４７に開口されている。
また、工具本体４２の側面に開口して装着孔４４に連通されたネジ孔４８が形成され、クランプネジ４９が螺着されている。

リーマ２１は、工具本体４２の先端面４２Ａに穿設された装着孔４４に挿入され、シャンク部２２の後端面が位置調整ボルト４５の先端面に当接させられるとともにシャンク部２２の平坦面２４Ａが工具本体４２のネジ孔４８が設けられた方向に向くように、かつ、リーマ２１の軸線Ｏと工具本体４２の軸線Ｍとが一致するように配置される。そして、工具本体４２のネジ孔４８に螺着されたクランプネジ４９をねじ込んで平坦面２４Ａを押圧することにより、リーマ２１が工具本体４２に固定される。

このようにリーマ２１が装着された切削工具４１は、工作機械の主軸端に取付部４７を介して取り付けられ、リーマ２１の軸線Ｍ方向の位置調整を行った後、軸線Ｍ（軸線Ｏ）回りに回転されるとともに軸線Ｍ（軸線Ｏ）先端方向に向けて送られ、リーマ２１が例えばステムガイド穴（被切削材に形成された下穴）に挿入され、このステムガイド穴の内壁面を切削して所定の内径の加工穴を形成するものである。

リーマ２１による切削加工を行う際には、切削油剤が工作機械からパイプを通じて工具本体４２のクーラント孔４６に供給される。クーラント孔４６に供給された切削油剤は、リーマ２１のシャンク部２２に形成されたクーラント供給孔を通じて刃先部２３へ供給され、刃先部２３に形成された連通孔及び吐出孔３３を通じて、切屑排出溝２７の溝底部から下穴の内壁面に向けて吐出されるのである。

下穴の内壁面を切削加工した際に生成する切屑は、切屑排出溝２７が工具回転方向Ｔ前方側に捩れるように形成されているので、リーマ２１の先端側に向けて案内されることになる。また、切削油剤がクーラント供給孔及び連通孔を介して吐出孔３３から吐出することにより、この切削油剤に流されるようにして、切屑はリーマ２１の先端側に向けて排出される。

第１の実施形態であるリーマ２１によれば、切屑排出溝２７が断面Ｕ字状に形成されており、径方向外側に向けて大きく開口しておらず切り欠き部分が少ないので、このリーマ２１の剛性が確保されている。したがって、このリーマ２１を高速回転させた際の振れを防止して加工穴を精度良く成形することができる。また、切削抵抗によってリーマ２１が折損してしまうことを抑制して、このリーマ２１の寿命延長を図ることができる。

また、切屑排出溝２７の断面積が小さくされているので、切削油剤を切屑排出溝２７の溝底部に開口された吐出孔３３から吐出した際に、この切屑排出溝２７を通過する切削油剤の流速が大きくなり、切刃３０によって生成した切屑をリーマ２１の先端方向に向けて確実に排出することができる。したがって、この切屑排出溝２７の中を切屑が通過することがないので、切屑排出溝２７の断面積を小さくしても切屑を確実に排出でき、このリーマ２１での加工をスムーズに行うことができる。

また、それぞれの切刃３０に連なり逃げ面をなす６つの外周面２９のうち４つの外周面２９に、ランド部３１及び逃げ部３２が形成されるとともに、残りの２つの外周面２９全体がランド部３１とされているので、このリーマ２１によって下穴を加工する際の切削抵抗が低減されるとともに、ランド部３１によってリーマ２１の回転が安定するので、加工穴をさらに精度良く成形することができる。また、切削後の加工穴内壁面とランド部３１とが摺動することにより、加工穴内壁面をバニッシュ加工して滑らかに仕上げることができる。

次に、第２の実施形態であるリーマ２１について、図４及び図５を参照にして説明する。なお、第１の実施形態と同一の部材には同じ符号を付して説明を省略する。
この第２の実施形態であるリーマ２１は、図４に示すように、断面Ｖ字状の切屑排出溝２７が３条設けられ、これら切屑排出溝２７が軸線Ｏに対して１２０°ずつ回転対称に配置されており、この切屑排出溝２７の工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面２８の外周側辺稜部に切刃３０が形成された３枚刃のリーマ２１である。

この切刃３０に連なり逃げ面をなす外周面２９には、切刃３０に連なるように形成された第１ランド部３４と、この第１ランドの工具回転方向Ｔ後方側に連なり径方向内側に後退した逃げ部３２と、この逃げ部３２の工具回転方向Ｔ後方側に連なるように形成された第２ランド部３５とが設けられている。第１ランド部３４及び第２ランド部３５は、軸線Ｏを中心とした同じ半径の円弧状に形成されている。また、逃げ部３２は、軸線Ｏに垂直な断面において、切屑排出溝２７より幅広で溝深さが浅く径方向内側に向けて凸となるＲ溝状に形成されている。

さらに、前述した第１の実施形態では、切屑排出溝２７及び逃げ部３２が、刃先部２３の全長にわたって形成されていたのに対し、この第２の実施形態では、逃げ部３２は刃先部２３の全長にわたって形成される一方、切屑排出溝２７の後端は刃先部２３の後端より手前側で切り上げられている。

また、刃先部２３に形成された連通孔（図示せず）からそれぞれの切屑排出溝２７の溝底部に向けて開口された吐出孔３３が設けられるとともに、この逃げ部３２のなすＲ溝の溝底部に向けて開口された排出孔３６が設けられている。
この排出孔３６の開口部は、刃先部２３の軸線方向の長さをＬとしたときに、刃先部２３の先端から２／３Ｌよりも後端側に配置されている。

この第２の実施形態であるリーマ２１によれば、切屑排出溝２７の断面がＵ字状をなしているので、第１の実施形態であるリーマ２１と同等の効果を得ることができる。
また、逃げ面をなす外周面２９に逃げ部３２が形成されているので、加工穴の内壁面と摺動する部分を調整することができ、このリーマ２１の切削抵抗を小さくすることができる。また、第１ランド部３４及び第２ランド部３５が形成されているので、加工穴とこれら第１、第２ランド部３４、３５とが摺動して加工穴の内壁面を滑らかに仕上げることができる。また、これら第１、第２ランド部３４、３５がガイドの役割を果たし、このリーマ２１の回転が安定して加工穴を精度良く成形することができる。

また、切削油剤が、切屑排出溝２７の溝底部に開口された吐出孔３３のみでなく、逃げ部３２がなすＲ溝の溝底部に開口された排出孔３６からも供給されるので、切削油剤による切屑の排出を確実に行うことができる。
さらに、排出孔３６が刃先部２３の軸線方向の長さをＬとしたときに、刃先部２３の先端から２／３Ｌよりも後端側に開口されているので、この逃げ部３２から刃先部２３先端側へ向けて排出する切削油剤の流速を大きくすることができ、切刃３０によって生成した切屑をさらに確実にリーマ２１先端側へ向けて排出することができる。

以上、本発明の実施形態であるリーマ２１について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、図６に示すように、切刃３０に連なる外周面２９に設けられた逃げ部３２を、径方向外側に向けて凸となり軸線Ｏを中心とした円弧状に形成しても良い。このように逃げ部３２を形成することにより、刃先部２３を切り欠く部分をさらに小さくすることができ、このリーマ２１の剛性をさらに向上させることができる。

また、図７に示すように、切刃３０に連なる外周面２９に設けられた逃げ部３２を平面状に形成し、刃先部２３の断面が概略正三角形状をなすように形成しても良い。この構成のリーマ２１においては、刃先部２３の外形がなす円の一部を、前記断面において直線状に削ぎ落として逃げ部３２を設けることができるので、このリーマ２１を低コストで製作することができる。

また、図８に示すように、切刃３０に連なる外周面２９に設けられた逃げ部３２を、平面状に形成された平面部３７と、この平面部３７の中央部分を径方向内側に凸となるＲ溝状に切り欠いたＲ溝部３８とで構成してもよい。このような構成とすることにより、逃げ部３２を容易に設けることができるとともに、Ｒ溝部３８を通じて切削油剤を確実に先端側に向けて供給することができる。

さらに、切屑排出溝２７をリーマ２１の後端側に向かうにしたがい工具回転方向Ｔ前方側へ向けて捩れるように形成したもので説明したが、これに限定されることはなく、工具回転方向Ｔ後方側に向けて捩れるように形成したり、捩れのない直線状に形成したりしてもよい。これらのような場合には、切刃３０によって生成した切屑がリーマ２１先端側へ案内されることはないが、切削油剤が切屑排出溝２７を大きな流速でリーマ２１先端側に向けて流れることで、切屑をリーマ２１先端側へ排出することができる。

さらに、リーマ２１を図３に示す切削工具４１に装着して使用するものとして説明したが、他の切削工具やアダプタ等に装着して使用するものであっても良い。

本発明の第１の実施形態であるリーマの正面図である。図１に示すリーマの側面図である。本発明の第２の実施形態であるリーマの正面図である。本発明の第２の実施形態であるリーマの正面図である。図３に示すリーマの側面図である。本発明の他の実施形態であるリーマの正面図である。本発明の他の実施形態であるリーマの正面図である。本発明の他の実施形態であるリーマの正面図である。従来のリーマの正面図である。図８に示すリーマの側面図である。

符号の説明

２１リーマ（穴加工工具）
２２シャンク部
２３刃先部
２７切屑排出溝
２８工具回転方向Ｔ前方側を向く壁面
２９外周面
３０切刃
３１ランド部
３２逃げ部
３４第１ランド部
３５第２ランド部
３６排出孔

Claims

被切削材に予め形成された下穴に挿入されて下穴の内壁面を切削加工する穴加工工具であって、
軸線回りに回転されるシャンク部を有し、該シャンク部の先端側には、切刃を有する刃先部が設けられ、
該刃先部の外周部には、先端側から後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、該切屑排出溝の工具回転方向前方側を向く壁面と前記刃先部の外周面との交差稜線部に前記切刃が形成され、
前記切屑排出溝の前記軸線に垂直な断面がＵ字状に形成され、
前記外周面には、前記切刃に連なるように形成された第１ランド部と、該第１ランドの工具回転方向後方側に連なり径方向内側に後退した逃げ部と、該逃げ部の工具回転方向後方側に連なるように形成された第２ランド部とが備えられ、
前記逃げ部には、切削油剤を排出するための排出孔が開口されており、該排出孔は、前記刃先部の先端から前記刃先部の軸線方向長さの２／３よりも後端側に開口されていることを特徴とする穴加工工具。