JP6295016B2 - 総形回転切削工具 - Google Patents

Description

本発明は、総形回転切削工具に関し、特に、折損の発生を抑制するための改良に関する。

蒸気タービン等のタービン翼車を回転軸に取り付けるための取付構造として、図１４に示すように回転軸１０の外周部に形成された多数のツリー形溝１２にタービン翼車の羽根１４を１枚ずつ嵌合するように構成したものがある。図１５は、前記ツリー形溝１２を拡大して示す断面図であり、溝中心Ｓに対して左右対称で且つ逆クリスマスツリーのように溝深さ方向（図の下方向）において溝幅が滑らかに増減しながら徐々に狭くなっており、両側の側面１６ａ、１６ｂには、それぞれ複数の凹部１８及び凸部２０が交互に連続して設けられている。

図１５に示すようなツリー形溝１２を切削加工するための工具が提案されている。例えば、特許文献１に記載された総形回転切削工具がその一例である。この技術によれば、軸心方向に工具先端側へ向かうに従って切れ刃の刃先径が増減させられつつ徐々に小径とされており、前記軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して前記軸心と垂直な方向へ相対移動させられることにより、所定形状の加工溝を切削加工する総形回転切削工具により切削加工を行うことで、図１５に示すような逆クリスマスツリー形状のツリー形溝１２を簡便に切削加工することができる。このような総形回転切削工具は、クリスマスカッタと通称される。

特開２００８−２７９５４７号公報

しかしながら、前記従来の技術においては、溝の切削加工に際して工具に折損が発生するおそれがあった。特に、前記切れ刃の刃先径が極小となる首部において切り屑が詰まること等により、その首部で工具が折損するリスクが大きかった。このため、折損の発生を抑制する総形回転切削工具の開発が求められていた。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、折損の発生を抑制する総形回転切削工具を提供することにある。

斯かる目的を達成するために、本第１発明の要旨とするところは、軸心方向に工具先端側へ向かうに従って切れ刃の刃先径が増減させられており、複数の凹凸が前記軸心方向に連続して波形状に形成されたラフィングを外周部に備え、前記軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して前記軸心と垂直な方向へ相対移動させられることにより、所定形状の加工溝を切削加工する総形回転切削工具であって、前記切れ刃の刃先径が極小となる首部には、その首部以外の部分に形成されたラフィングとは形状の異なるファインラフィングが形成されたものであり、前記ファインラフィングは、前記首部以外の部分に形成された前記ラフィングよりも、前記凹凸の周期、深さおよび曲率半径のうちの少なくとも１つが小さいものであることを特徴とするものである。

前記第１発明によれば、前記切れ刃の刃先径が極小となる首部には、その首部以外の部分に形成されたラフィングとは形状の異なるファインラフィングが形成されたものであり、前記ファインラフィングは、前記首部以外の部分に形成された前記ラフィングよりも、前記凹凸の周期、深さおよび曲率半径のうちの少なくとも１つが小さいものであることから、例えば切り屑を細かなものとする性状のファインラフィングを前記首部に形成することで、その首部における切り屑の詰まりを抑制し、延いては折損の発生を好適に抑制できる。すなわち、折損の発生を抑制する総形回転切削工具を提供することができる。

前記第１発明に従属する本第２発明の要旨とするところは、前記首部以外の部分に形成された前記ラフィングにおける前記凹凸の周期は、０．５ｍｍから５．０ｍｍの範囲内であり、前記首部に形成された前記ファインラフィングにおける前記凹凸の周期は、前記首部以外の部分に形成された前記ラフィングにおける前記凹凸の周期の０．２５倍から０．７５倍の範囲内である。このようにすれば、他の部分よりも切り屑を細かなものとする実用的な構成のファインラフィングを前記首部に形成することで、その首部における切り屑の詰まりを抑制し、延いては折損の発生を好適に抑制できる。

前記第１発明又は第２発明の何れかに従属する本第３発明の要旨とするところは、前記切れ刃の刃先径が極小となる複数の首部のうち、前記切れ刃の刃先径が最小となる首部には、前記ファインラフィングが形成されたものである。このようにすれば、最も折損が発生し易い刃先径が最小となる首部における切り屑の詰まりを抑制し、延いてはその首部における折損の発生を好適に抑制できる。

前記第１発明から第３発明の何れかに従属する本第４発明の要旨とするところは、前記ファインラフィングが形成された部分と、前記切れ刃の刃先径が極小となる首部以外の前記ラフィングが形成された部分との間には、そのラフィング及び前記ファインラフィングの中間的な形状のラフィングが形成されたものであり、前記中間的な形状のラフィングは、前記切れ刃の刃先径が極小となる首部以外の部分に形成された前記ラフィングよりも、前記凹凸の周期、深さおよび曲率半径が小さいものであり、前記ファインラフィングよりも、前記凹凸の周期、深さおよび曲率半径が大きいものである。このようにすれば、例えば前記首部に形成されたファインラフィングと、それ以外の部分に形成されたラフィングとの間に、それらの中間的な性状のラフィングを形成することで、前記首部における切り屑の詰まりを更に好適に抑制できる。

本発明の好適な実施例であるクリスマスカッタを軸心に垂直な方向から見た様子を示す正面図である。 図１のII−II断面図である。 図１のクリスマスカッタにより被加工物に切削加工される加工溝の一例であるツリー形溝を示す断面図である。 図１に示すクリスマスカッタの刃部における、ラフィング及びファインラフィングがそれぞれ形成された部分を説明する図である。 図１に示すクリスマスカッタの刃部に形成されたラフィングの構成を詳しく説明する図である。 図１に示すクリスマスカッタの刃部に形成されたファインラフィングの構成を詳しく説明する図である。 図５に示すラフィングと図６に示すファインラフィングとの間に形成されたラフィングの構成を詳しく説明する図である。 クリスマスカッタによるツリー形溝の切削加工におけるタオレの発生について説明する図である。 クリスマスカッタによるツリー形溝の切削加工におけるタオレの発生について説明する図である。 図１のクリスマスカッタにより切削加工されるツリー形溝の真直度及び対応するクリスマスカッタの部位を説明する斜視図である。 本発明の効果を検証するために本発明者が行った試験において用いられた試験工具における各部の仕様及び本試験の試験結果を併せて示している。 本発明の効果を検証するために本発明者が行った他の試験において用いられた試験工具における各部の仕様及び本試験の試験結果を併せて示している。 本発明のクリスマスカッタを用いてツリー形溝の切削加工を行うことで、従来技術に比べて工数を低減できることを説明する図である。 タービン翼車の羽根を取り付けるための多数のツリー形溝を示す図である。 図１４のツリー形溝を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明に用いる図面に関して、各部の寸法比等は必ずしも正確には描かれていない。

図１は、本発明の総形回転切削工具の一実施例であるクリスマスカッタ３０を軸心に垂直な方向から見た様子を示す正面図である。図２は、図１のII−II断面図である。本実施例のクリスマスカッタ３０は、図３を用いて後述するツリー形溝６２を切削加工するために用いられる総形回転切削工具（総形エンドミル）である。前記クリスマスカッタ３０は、シャンク３２において図示しない切削機械の駆動軸に取り付けられ、その切削機械により軸心Ｃまわりに回転駆動されつつ被加工物（図３に示す例では被加工物６０）に対してその軸心Ｃと直角な方向へ相対移動させられることにより図３に示すような加工溝であるツリー形溝６２を切削加工する。

図１に示すように、前記クリスマスカッタ３０は、前記シャンク３２及び刃部３４を一体に備えており、その刃部３４は、図３を用いて後述するツリー形溝６２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いる。すなわち、軸心Ｃ方向に工具先端側（図の上方向）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なるように構成されている。前記刃部３４には、軸心Ｃまわりに等角度間隔で軸心Ｃ方向に延伸する複数の切り屑排出溝３６が設けられており、その切り屑排出溝３６に沿って複数の外周切れ刃３８と、それら外周切れ刃３８に連続する底刃４０とが設けられている。好適には、軸心Ｃまわりに等角度間隔で３本の切り屑排出溝３６が設けられており、その切り屑排出溝３６に沿って３枚の外周切れ刃３８が設けられている。前記外周切れ刃３８及び底刃４０は、前記クリスマスカッタ３０がシャンク３２側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切れ刃に相当するものであり、前記切り屑排出溝３６は所定のねじれ角で右まわりに傾斜している。

図１に示すように、前記刃部３４には、工具先端側からシャンク３２側へ向かって順に第１山部（第１大径部）４２、第１谷部（第１小径部）４４、第２山部（第２大径部）４６、第２谷部（第２小径部）４８、第３山部（第３大径部）５０、及び第３谷部（第３小径部）５２が形成されている。図１では、前記第１山部４２の径寸法をｄ１で、前記第１谷部４４の径寸法をｄ２で、前記第２山部４６の径寸法をｄ３で、前記第２谷部４８の径寸法をｄ４で、前記第３山部５０の径寸法をｄ５で、前記第３谷部５２の径寸法をｄ６でそれぞれ示している。前述のように、前記クリスマスカッタ３０の刃部３４は、工具先端側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なるように構成されている。すなわち、前記第１山部４２の径寸法は前記第２山部４６の径寸法よりも小さく、前記第２山部４６の径寸法は前記第３山部５０の径寸法よりも小さい。前記第１谷部４４の径寸法は前記第２谷部４８よりも小さく、前記第２谷部４８の径寸法は前記第３谷部５２の径寸法よりも小さい。すなわち、図１に示す各径寸法に関して、ｄ１＜ｄ３＜ｄ５且つｄ２＜ｄ４＜ｄ６とされている。

前記刃部３４において、前記径寸法ｄ１、ｄ３、ｄ５は、前記第１山部４２、第２山部４６、及び第３山部５０それぞれにおける径寸法の極大値に相当する。前記径寸法ｄ２、ｄ４、ｄ６は、前記第１谷部４４、第２谷部４８、及び第３谷部５２それぞれにおける径寸法の極小値に相当する。換言すれば、前記径寸法ｄ１〜ｄ６は、工具先端側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なるように構成された前記刃部３４の径方向形状における径（半径）が極大乃至極小となる部分における径寸法に相当する。本実施例のクリスマスカッタ３０においては、前記第１谷部４４、第２谷部４８、及び第３谷部５２が、前記外周切れ刃３８の刃先径が極小となる首部に相当する。

図３は、前記クリスマスカッタ３０により被加工物６０に切削加工される加工溝（総形溝）の一例であるツリー形溝６２を示す断面図である。図３に示すように、前記クリスマスカッタ３０を軸心Ｃまわりに回転駆動しつつ被加工物６０に対してその軸心Ｃと直角な方向へ相対移動させることによりその被加工物６０に切削加工されるツリー形溝６２では、溝中心Ｓに対して左右対称で且つ逆クリスマスツリーのように溝深さ方向（図の下方向）において溝幅が滑らかに増減しながら徐々に狭くなっている。すなわち、前記ツリー形溝６２における両側の側面６４ａ、６４ｂ（以下、特に区別しない場合には単に側面６４という）には、溝の底側から開口側へ向かって順に第１凹部６６、第１凸部６８、第２凹部７０、第２凸部７２、第３凹部７４、及び第３凸部７６が交互に連続して形成されている。図３においては、前記両側の側面６４ａ、６４ｂに形成された前記第１凹部６６相互間の幅寸法をｄ１で、前記第１凸部６８相互間の幅寸法をｄ２で、前記第２凹部７０相互間の幅寸法をｄ３で、前記第２凸部７２相互間の幅寸法をｄ４で、前記第３凹部７４相互間の幅寸法をｄ５で、前記第３凸部７６相互間の幅寸法をｄ６でそれぞれ示している。

図１及び図３に示すように、前記クリスマスカッタ３０により前記被加工物６０に切削加工される前記ツリー形溝６２の断面形状は、前記クリスマスカッタ３０における前記刃部３４の軸心Ｃを含む断面形状に対応したものになる。すなわち、前記刃部３４における前記第１山部４２に対応して前記ツリー形溝６２の両側面６４における前記第１凹部６６が形成される。前記第１谷部４４に対応して前記ツリー形溝６２の両側面６４における前記第１凸部６８が形成される。前記第２山部４６に対応して前記ツリー形溝６２の両側面６４における前記第２凹部７０が形成される。前記第２谷部４８に対応して前記ツリー形溝６２の両側面６４における前記第２凸部７２が形成される。前記第３山部５０に対応して前記ツリー形溝６２の両側面６４における前記第３凹部７４が形成される。前記第３谷部５２に対応して前記ツリー形溝６２の両側面６４における前記第３凸部７６が形成される。従って、前記第１凹部６６相互間の幅寸法は前記第１山部４２の径寸法ｄ１と等しくなる。前記第１凸部６８相互間の幅寸法は前記第１谷部４４の径寸法ｄ２と等しくなる。前記第２凹部７０相互間の幅寸法は前記第２山部４６の径寸法ｄ３と等しくなる。前記第２凸部７２相互間の幅寸法は前記第２谷部４８の径寸法ｄ４と等しくなる。前記第３凹部７４相互間の幅寸法は前記第３山部５０の径寸法ｄ５と等しくなる。前記第３凸部７６相互間の幅寸法は前記第３谷部５２の径寸法ｄ６と等しくなる。実際の切削加工において、前記刃部３４における各径寸法ｄ１〜ｄ６と前記ツリー形溝６２における幅寸法ｄ１〜ｄ６とは必ずしも厳密には一致しないが、略等しい値となるものであり、本実施例においては実質的に同じ値として扱う。

図２に示すように、前記刃部３４には、前記外周切れ刃３８から前記軸心Ｃまわりの周方向に、前記外周切れ刃３８の刃先径から径寸法が漸減させられる（逃げ量が漸増させられる）逃げ部５４が設けられている。図１においては、前記外周切れ刃３８の逃げ面５６の構成を詳しく説明するために、円形で囲繞する部分を拡大して示している。前記逃げ面５６は、前記逃げ部５４の側周面に相当するものであり、図１の拡大部分は、前記外周切れ刃３８と前記逃げ面５６との境界の構成を詳しく説明している。図１の拡大部分に示すように、本実施例のクリスマスカッタ３０は、複数のなだらかな凹凸が前記軸心Ｃ方向に連続して波形状に形成されたラフィング５８ａ、５８ｂ（以下、特に区別しない場合には単にラフィング５８という）を、前記外周切れ刃３８と前記逃げ面５６との境界を含む、前記外周切れ刃３８の逃げ面５６に備えている。すなわち、前記外周切れ刃３８は、その逃げ面５６に細かな波形状の凹凸が設けられたラフィング切れ刃である。前記ラフィング５８は、前記軸心Ｃを含む平面において波形状に形成されたものであり、後述する図５〜図７に示すように、所定の曲率を有する凹部と凸部とが所定の周期で繰り返される形状である。すなわち、前記クリスマスカッタ３０は、加工溝である前記ツリー形溝６２の荒加工（荒仕上加工）或いは中加工用（中仕上加工）に用いられるラフィングクリスマスカッタである。前記クリスマスカッタ３０において、好適には、２つの前記外周切れ刃３８それぞれに対応する逃げ面５６に形成された凹凸において位相がずらされている。例えば、一方の外周切れ刃３８に対応する逃げ面５６に形成された凹部（凸部）の位置に、他方の外周切れ刃３８に対応する逃げ面５６では凸部（凹部）が形成されている。

図１に示すように、前記クリスマスカッタ３０において、前記外周切れ刃３８の刃先径が極小となる首部としての前記第１谷部４４には、その第１谷部４４以外の部分（図１においては第３山部５０）に形成されたラフィング５８ａとは性状の異なるラフィング５８ｂが形成されている。換言すれば、前記第１谷部４４以外の部分には、第１の態様のラフィング５８ａが形成され、前記第１谷部４４には、前記ラフィング５８ａとは性状の異なる第２の態様のラフィング５８ｂが形成されている。本実施例においては、前記ラフィング５８ｂが、前記外周切れ刃３８の刃先径が極小となる首部に形成されたファインラフィングに相当する。好適には、前記刃部３４において首部に相当する前記第１谷部４４、第２谷部４８、及び第３谷部５２のうち、少なくとも前記刃部３４において前記外周切れ刃３８の刃先径が最小となる首部に対応する前記第１谷部４４には、ファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂが形成されている。例えば、前記第１谷部４４には、ファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂが形成され、前記第２谷部４８及び第３谷部５２を含む、前記第１谷部４４以外の部分には、前記ラフィング５８ａが形成されている。或いは、前記刃部３４において首部に相当する前記第１谷部４４、第２谷部４８、及び第３谷部５２にファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂが形成され、それら第１谷部４４、第２谷部４８、及び第３谷部５２以外の部分には、前記ラフィング５８ａが形成されている。或いは、前記刃部３４において首部に相当する前記第１谷部４４、第２谷部４８、及び第３谷部５２のうち、前記第１谷部４４及び第２谷部４８には、ファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂが形成され、前記第３谷部５２を含む、前記第１谷部４４及び第２谷部４８以外の部分には、前記ラフィング５８ａが形成されている。以下の実施例においては、前記第１谷部４４及び第２谷部４８にファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂが形成され、前記第１谷部４４及び第２谷部４８以外の部分に前記ラフィング５８ａが形成された構成について説明する。

図４〜図７は、前記クリスマスカッタ３０の刃部３４に形成された、前記ラフィング５８ａ及びファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂの性状を詳しく説明する図である。図５〜図７においては、前記ラフィング５８における前記凹凸それぞれの曲率半径を説明する円を破線で示している。前述のように、前記刃部３４において、前記第１谷部４４及び第２谷部４８にファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂが形成され、前記第１谷部４４及び第２谷部４８以外の部分に前記ラフィング５８ａが形成されている。好適には、図４に示すように、前記ラフィング５８ａが形成された部分と前記ラフィング５８ｂが形成された部分との間（それらの間におけるＲ部）には、それらラフィング５８ａ及びラフィング５８ｂの中間的な性状のラフィング５８ｃが形成されている。前記ラフィング５８ｃは、後述するように、前記凹凸の周期、深さ、及び曲率半径等に関して、前記ラフィング５８ａ及びラフィング５８ｂの中間的な性状とされている。例えば、図４に示すように、前記第１谷部４４及び第２谷部４８それぞれにおける、前記外周切れ刃３８の刃先径が極小となる部分を含む軸方向の所定範囲に前記ラフィング５８ｂが形成されている。前記ラフィング５８ｂが形成された部分の軸方向両側に連続して、前記ラフィング５８ｃが形成されている。前記ラフィング５８ｃが形成された部分に連続して、前記第１谷部４４及び第２谷部４８以外の部分に前記ラフィング５８ａが形成されている。前記ラフィング５８ｃを備えず、前記ラフィン５８ｂが形成された部分の軸方向両側に連続して、前記ラフィング５８ａが形成されたものであってもよい。図５は前記ラフィング５８ａの構成を、図６は前記ラフィング５８ｂの構成を、図７は前記ラフィング５８ｃの構成をそれぞれ例示している。以下、これらの図を用いて、前記ラフィング５８ａ、５８ｂ、５８ｃの性状の違いについて詳しく説明する。

前記ラフィング５８ａ、５８ｂ、５８ｃは、好適には、前記凹凸の周期Ｐ_rに関してそれぞれ性状が異なる。ここで、前記凹凸の周期Ｐ_rとは、前記ラフィング５８を構成する凹凸の単位パターンの長さに相当するものであり、所謂ラフィングピッチである。具体的には、図５〜図７に示すように、前記ラフィング５８を前記軸心Ｃを含む平面で切断した場合における、１の凸部の山頂からその凸部に隣接する凸部の山頂までの間隔（１の凹部の谷底からその凹部に隣接する凹部の谷底までの間隔）が、前記ラフィング５８における凹凸の周期Ｐ_rに相当する。すなわち、図５に示すＰ_raが前記ラフィング５８ａにおける凹凸の周期に、図６に示すＰ_rbが前記ラフィング５８ｂにおける凹凸の周期に、図７に示すＰ_rcが前記ラフィング５８ｃにおける凹凸の周期に、それぞれ対応する。これらの図に示すように、好適には、ファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂにおける凹凸の周期Ｐ_rbは、前記ラフィング５８ａにおける凹凸の周期Ｐ_raよりも小さい（Ｐ_rb＜Ｐ_ra）。好適には、前記ラフィング５８ｃにおける凹凸の周期Ｐ_rcは、前記ラフィング５８ａにおける凹凸の周期Ｐ_raよりも小さく、前記ラフィング５８ｂにおける凹凸の周期Ｐ_rbよりも大きい（Ｐ_rb＜Ｐ_rc＜Ｐ_ra）。

前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の周期Ｐ_raは、好適には、０．５ｍｍから５．０ｍｍの範囲内である。前記ラフィング５８ｂにおける前記凹凸の周期Ｐ_rbは、前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の周期Ｐ_raの０．２５倍から０．７５倍の範囲内である。すなわち、前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の周期をＰ_raとして、前記ラフィング５８ｂにおける前記凹凸の周期Ｐ_rbは、次の（１）式で表される。具体的な構成の一例を挙げれば、前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の周期Ｐ_raは２．０ｍｍ、前記ラフィング５８ｂにおける前記凹凸の周期Ｐ_rbは１．０ｍｍ、前記ラフィング５８ｃにおける前記凹凸の周期Ｐ_rcは１．５ｍｍである。
Ｐ_ra×０．２５≦Ｐ_rb≦Ｐ_ra×０．７５ ・・・（１）

前記ラフィング５８ａ、５８ｂ、５８ｃは、好適には、前記凹凸の深さＬ_rに関してそれぞれ性状が異なる。ここで、前記凹凸の深さＬ_rとは、前記ラフィング５８における凹部の谷底から凸部の山頂までの間隔に相当する。具体的には、図５〜図７に示すように、前記ラフィング５８を前記軸心Ｃを含む平面で切断した場合における、前記ラフィング５８を構成する凹部の谷底を連結した直線と、凸部の山頂を連結した直線との距離が、前記ラフィング５８における凹凸の深さＬ_rに相当する。すなわち、図５に示すＬ_raが前記ラフィング５８ａにおける凹凸の深さに、図６に示すＬ_rbが前記ラフィング５８ｂにおける凹凸の深さに、図７に示すＬ_rcが前記ラフィング５８ｃにおける凹凸の深さに、それぞれ対応する。これらの図に示すように、好適には、ファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂにおける凹凸の深さＬ_rbは、前記ラフィング５８ａにおける凹凸の深さＬ_raよりも小さい（Ｌ_rb＜Ｌ_ra）。好適には、前記ラフィング５８ｃにおける凹凸の深さＬ_rcは、前記ラフィング５８ａにおける凹凸の深さＬ_raよりも小さく、前記ラフィング５８ｂにおける凹凸の深さＬ_rbよりも大きい（Ｌ_rb＜Ｌ_rc＜Ｌ_ra）。

前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の深さＬ_raは、好適には、０．０５ｍｍから０．５ｍｍの範囲内である。前記ラフィング５８ｂにおける前記凹凸の深さＬ_rbは、前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の深さＬ_raの０．２５倍から０．７５倍の範囲内である。すなわち、前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の深さをＬ_raとして、前記ラフィング５８ｂにおける前記凹凸の深さＬ_rbは、次の（２）式で表される。具体的な構成の一例を挙げれば、前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の深さＬ_raは０．２ｍｍ、前記ラフィング５８ｂにおける前記凹凸の深さＬ_rbは０．１ｍｍ、前記ラフィング５８ｃにおける前記凹凸の深さＬ_rcは０．１５ｍｍである。
Ｌ_ra×０．２５≦Ｌ_rb≦Ｌ_ra×０．７５ ・・・（２）

前記ラフィング５８ａ、５８ｂ、５８ｃは、好適には、前記凹凸の曲率半径Ｒ_rに関してそれぞれ性状が異なる。ここで、前記凹凸の曲率半径Ｒ_rとは、前記ラフィング５８における凹凸それぞれの曲率半径に相当する。具体的には、図５〜図７に示すように、前記ラフィング５８を前記軸心Ｃを含む平面で切断した場合における、前記ラフィング５８を構成する凹部の谷底を含む所定範囲の曲率半径、及び凸部の山頂を含む所定範囲の曲率半径が、前記ラフィング５８における凹凸の曲率半径Ｒ_rに相当する。前記ラフィング５８における凹凸の曲率半径Ｒ_rに関して、凹部に対応する曲率半径Ｒ１と凸部に対応する曲率半径Ｒ２とが異なるものであってもよいが、好適には、凹部に対応する曲率半径Ｒ１と凸部に対応する曲率半径Ｒ２とが略等しい（Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ_r）ものである。すなわち、図５に示すＲ_raが前記ラフィング５８ａにおける凹凸の曲率半径に、図６に示すＲ_rbが前記ラフィング５８ｂにおける凹凸の曲率半径に、図７に示すＲ_rcが前記ラフィング５８ｃにおける凹凸の曲率半径に、それぞれ対応する。好適には、ファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂにおける凹凸の曲率半径Ｒ_rbは、前記ラフィング５８ａにおける凹凸の曲率半径Ｒ_raよりも小さい（Ｒ_rb＜Ｒ_ra）。好適には、前記ラフィング５８ｃにおける凹凸の曲率半径Ｒ_rcは、前記ラフィング５８ａにおける凹凸の曲率半径Ｒ_raよりも小さく、前記ラフィング５８ｂにおける凹凸の曲率半径Ｒ_rbよりも大きい（Ｒ_rb＜Ｒ_rc＜Ｒ_ra）。或いは、前記ラフィング５８ａ、５８ｂ、５８ｃそれぞれにおける前記凹凸の曲率半径Ｒ_ra、Ｒ_rb、Ｒ_rcは何れも等しい（Ｒ_ra＝Ｒ_rb＝Ｒ_rc）。

前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の曲率半径Ｒ_raは、好適には、０．３ｍｍから１．５ｍｍの範囲内である。前記ラフィング５８ｂにおける前記凹凸の曲率半径Ｒ_rbは、前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の曲率半径Ｒ_raの０．３倍から１倍の範囲内である。すなわち、前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の曲率半径をＲ_raとして、前記ラフィング５８ｂにおける前記凹凸の曲率半径Ｒ_rbは、次の（３）式で表される。具体的な構成の一例を挙げれば、前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の曲率半径Ｒ_raは１ｍｍ、前記ラフィング５８ｂにおける前記凹凸の曲率半径Ｒ_rbは０．５ｍｍ、前記ラフィング５８ｃにおける前記凹凸の曲率半径Ｒ_rcは０．７５ｍｍである。
Ｒ_ra×０．３≦Ｒ_rb≦Ｒ_ra ・・・（３）

図８及び図９は、前記クリスマスカッタ３０による前記ツリー形溝６２の切削加工におけるタオレの発生について説明する図である。図９においては、前記ツリー形溝６２における幅寸法の増減を省略し、両側面を平面として概略的に図示している。図８は、後述する溝タオレの測定方法について説明する図でもある。図８に示すように、前記クリスマスカッタ３０による前記ツリー形溝６２の切削加工では、そのクリスマスカッタ３０の進行方向に向かって右側においてダウンカットが、左側においてアップカットが、前記クリスマスカッタ３０の進行に伴い並行して行われる。斯かる態様においては、加工される前記ツリー形溝６２にタオレすなわち溝の底部側がアップカット側へ傾斜する現象が発生するおそれがある。例えば、前記クリスマスカッタ３０の回転方向とその進行方向に対する切削抵抗により、図９に破線で示すように、前記ツリー形溝６２の底部（工具先端側）が前記クリスマスカッタ３０の進行方向に向かって左側に傾斜するおそれがある。

図１０は、前記クリスマスカッタ３０により切削加工される前記ツリー形溝６２の真直度及び対応するクリスマスカッタ３０の部位を説明する斜視図である。前記ツリー形溝６２の真直度とは、例えば、前記クリスマスカッタ３０による前記ツリー形溝６２の加工時における、前記クリスマスカッタ３０の軸心Ｃの移動軌跡（図１０に一点鎖線で示すカッタ中心）を基準として、前記ツリー形溝６２の側面６４ａ、６４ｂそれぞれにおける前記移動軌跡に平行な直線からのずれを示す値である。前記ツリー形溝６２にタオレが発生すると、そのツリー形溝６２の真直度が低下する。例えば、タオレの影響により抜け際（クリスマスカッタ３０が被加工物６０から抜かれる端部）において前記ツリー形溝６２に曲がりが発生し、その曲がりにより前記ツリー形溝６２の真直度が低下する。これに加え、加工された前記ツリー形溝６２におけるタオレが大きいと、仕上加工に係る仕上代を比較的大きくとる必要がある、前記ツリー形溝６２におけるタオレ、曲がりの影響で前記クリスマスカッタ３０の折損リスクが大きくなる、前記ツリー形溝６２におけるタオレ、曲がりを抑制するために切削条件を定めることで、加工時間に比較的長時間を要する等の不具合が考えられる。

本発明者は、本実施例のクリスマスカッタ３０の効果を検証するために、以下に示す切削試験条件で切削試験を行った。すなわち、前記凹凸の周期Ｐ_rbが１．０ｍｍであるファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂが前記第１谷部４４に形成され、前記凹凸の周期Ｐ_raが２．０ｍｍである前記ラフィング５８ａが前記第１谷部４４以外の部分に形成された本発明の一実施例である試験工具（本発明品）を作成した。前記凹凸の周期Ｐ_rが２．０ｍｍである均一なラフィング５８が、首部としての前記第１谷部４４を含め前記刃部３４の外周部に形成された従来技術である試験工具（従来品）を作成した。本試験に用いた試験工具は、何れも前述した図３に示す形状のツリー形溝６２を形成するための３枚刃のラフィングクリスマスカッタである。前記本発明品及び前記従来品により、以下に示す切削試験条件でツリー形溝の切削加工を行い、その切削加工に係る切屑形態、振動、切削音、仕上面、機械ロードメータ、工具損傷の評価を行った。機械ロードメータは、切削負荷に相当し、値が大きいほど切削負荷が大きいことを示す。更に、以下に示す測定方法により、前記本発明品及び前記従来品により切削加工されたツリー形溝におけるタオレの評価を行った。更に、ツリー形溝の幅方向に関し、中間地点を基準として、工具進行方向に平行な加工溝（理想的な加工溝）からのずれ（ｍｍ）を示す数値である真直度の評価を行った。

［切削試験条件］
・試験工具：試験用ラフィングクリスマスカッタ（最大径約５０ｍｍφ、最小径約１６ｍｍφ（第１谷部）、約３６ｍｍφ（第３谷部））
・被削材質：ＳＮＣＮ４３９ ９０ＨＲＢ（ＪＩＳ規格）
・切削油剤：不水溶性切削油剤（ＪＩＳ２種５号）
・加工機械：たて型Ｍ／Ｃフライス盤
・送り速度：約１０ｍｍ／ｍｉｎ
・溝深さ：約７０ｍｍ
・切削長さ：１００ｍｍ

［溝タオレの測定方法（図８を参照）］
１．工具中心（軸心）から左右の基準面までの座標Ｌ、Ｒを測定する。
２．基準面から加工された左右の溝（幅）の座標Ｌ１、Ｒ１を測定する。
３．測定されたＲ、Ｌ、Ｒ１、Ｌ１から左右の溝幅Ｌ１−Ｌ、Ｒ１−Ｒを算出する。
４．左溝幅Ｌ１−Ｌと右溝幅Ｒ１−Ｒの差の１／２を溝タオレとして算出する（すなわち、溝タオレ＝（左溝幅−右溝幅）／２）。

図１１は、前記切削試験の試験結果を示す図である。図１１においては、前記切削加工に係る切屑形態、振動、切削音、仕上面、工具損傷それぞれに関して、良好であったものを◎で、やや良好であったものを○で、普通であったものを△で、それぞれ示している。図１１の試験結果から、本発明の実施例である試験工具（本発明品）では、従来技術である試験工具（従来品）に比べて、ツリー形溝の切削加工に係る切屑形態、振動、切削音、仕上面、及び機械ロードメータ（切削負荷）の何れについても、従来技術である試験工具より優れていることがわかる。本発明の実施例である試験工具では、従来技術である試験工具に比べて、加工されたツリー形溝におけるタオレ及び曲がりの発生が抑制されていることがわかる。すなわち、ツリー形溝の加工においては、例えば溝タオレが０．３０ｍｍ以下（谷部における仕上げ代が０．３０ｍｍ以下）となることが求められるが、本発明の実施例である試験工具により切削加工されたツリー形溝では、前記第１谷部４４に対応して加工された前記第１凸部６８でタオレが０．１５、前記第３谷部５２に対応して加工された前記第３凸部７６でタオレが０．０９と、何れも０．３０ｍｍ以下の範囲内に収まっている。一方、従来技術である試験工具により切削加工されたツリー形溝では、前記第１谷部４４に対応して加工された前記第１凸部６８でタオレが０．３５となり、０．３０ｍｍ以下の範囲を逸脱している。更に、本発明の実施例である試験工具による切削加工では、工具損傷は発生していないが、従来技術である試験工具による切削加工では、首部である前記第１谷部４４にチッピングが発生している。本試験の結果から、本発明の実施例である試験工具では、従来技術である試験工具に比べて、切削性能に優れ、加工されるツリー形溝におけるタオレ及び曲がりの発生が抑制され、且つ工具損傷が抑制されることが確認された。

本発明者は、本実施例のクリスマスカッタ３０の効果を検証するため、更に以下に示す切削試験条件で切削試験を行った。すなわち、図１２に示すように、前記凹凸の周期Ｐ_rbがそれぞれ０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍであるファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂが前記第１谷部４４に形成され、前記凹凸の周期Ｐ_raが２．０ｍｍである前記ラフィング５８ａが前記第１谷部４４以外の部分に形成された本発明の一実施例である試験工具（発明品１〜５）を作成した。前記凹凸の周期Ｐ_rが２．０ｍｍである均一なラフィング５８が、首部としての前記第１谷部４４を含め前記刃部３４の外周部に形成された従来技術である試験工具（従来品）を作成した。本試験に用いた試験工具は、何れも前述した図３に示す形状のツリー形溝６２を形成するための３枚刃のラフィングクリスマスカッタである。前記発明品１〜５及び前記従来品により、以下に示す切削試験条件でツリー形溝の切削加工を行い、その切削加工に係る切れ味、振動、切削音、仕上面、機械ロードメータ、工具損傷の評価を行った。更に、前記測定方法により、前記発明品１〜５及び前記従来品により切削加工されたツリー形溝におけるタオレ及び真直度の評価を行った。

［切削試験条件］
・試験工具：試験用ラフィングクリスマスカッタ（最大径約５０ｍｍφ、最小径約１０ｍｍφ）
・被削材質：ＳＮＣＮ４３９ ９０ＨＲＢ（ＪＩＳ規格）
・切削油剤：不水溶性切削油剤（ＪＩＳ２種５号）
・加工機械：たて型Ｍ／Ｃフライス盤
・切削速度：約２３ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：約７ｍｍ／ｍｉｎ
・溝深さ：約７０ｍｍ

図１２は、前記切削試験の試験結果を示す図である。図１２においては、前記切削加工に係る切れ味、振動、切削音、仕上面、工具損傷それぞれに関して、良好であったものを◎で、やや良好であったものを○で、普通であったものを△で、それぞれ示している。図１２の試験結果から、本発明の実施例である発明品１〜４では、従来技術である試験工具（従来品）に比べて、ツリー形溝の切削加工に係る切れ味、振動、切削音、仕上面、及び機械ロードメータ（切削負荷）の何れについても、従来技術である試験工具より優れていることがわかる。本発明の実施例である発明品１〜５では、従来技術である試験工具に比べて、加工されたツリー形溝におけるタオレ及び曲がりの発生が抑制されていることがわかる。更に、本発明の実施例である発明品１〜４による切削加工では、工具損傷は発生していないが、従来技術である試験工具による切削加工では、首部である前記第１谷部４４にチッピングが発生している。本発明の実施例である発明品５では、首部である前記第１谷部４４に微小チッピングが発生しているが、これは工具の性能に影響を与えない程度の損傷であった。本試験の結果から、本発明の実施例である発明品１〜５では、従来技術である試験工具に比べて、切削性能に優れ、加工されるツリー形溝におけるタオレ及び曲がりの発生が抑制され、且つ工具損傷が抑制されることが確認された。

本実施例によれば、前記外周切れ刃３８の刃先径が極小となる首部としての前記第１谷部４４等には、その第１谷部４４等以外の部分に形成されたラフィング５８ａとは性状の異なるファインラフィングとしてのラフィング５８ｂが形成されたものであることから、例えば切り屑を細かなものとする性状のラフィング５８ｂを前記第１谷部４４等に形成することで、その第１谷部４４等における切り屑の詰まりを抑制し、延いては折損の発生を好適に抑制できる。すなわち、折損の発生を抑制する総形回転切削工具としてのクリスマスカッタ３０を提供することができる。

本実施例によれば、ファインラフィングとしての前記ラフィング５８ｂが形成された前記第１谷部４４等において、前記ラフィング５８ａが形成される場合よりも断面積が大きくなるため、工具の剛性が向上する。前記ツリー形溝６２におけるタオレの発生を効果的に抑制できるため、そのツリー形溝６２の抜け際に曲がりが発生することを抑制できる、前記ツリー形溝６２の仕上加工に備えて残される仕上代を小さなものとできる、工具の折損リスクを低減できる、切削加工に要する時間を短縮できる等の種々の有利な効果が得られる。更に、従来技術に比べて前記ツリー形溝６２の加工状態が安定するため、トラブル発生のリスクが小さくなり、工業用ロボット等による無人加工が可能となるという利点もある。

本実施例によれば、従来の技術に比べて加工溝の切削加工に要する工数を低減させることができる。すなわち、図１３に示すように、従来工程では、中仕上用クリスマスカッタによる中仕上工程及び仕上用クリスマスカッタによる仕上工程に先立ち、テーパエンドミルによる第１荒取り工程、Ｔスロットカッタによる第２荒取り工程が必要であったのに対し、本実施例のクリスマスカッタ３０では、それらの工程が不要となる。すなわち、中仕上工程において前記クリスマスカッタ３０により切削加工を行い、仕上工程において仕上用クリスマスカッタにより仕上加工を行うことで優れた性状の加工溝が得られるため、従来技術における第１荒取り工程及び第２荒取り工程に相当する加工を行う必要がなく、工数を低減させることができる。

前記第１谷部４４等に形成された前記ラフィング５８ｂは、前記第１谷部４４等以外の部分に形成された前記ラフィング５８ａよりも、前記凹凸の周期Ｐ_rが小さいものであるため、他の部分よりも切り屑を細かなものとする性状のラフィング５８ｂを前記第１谷部４４等に形成することで、その第１谷部４４等における切り屑の詰まりを抑制し、延いては折損の発生を好適に抑制できる。

前記第１谷部４４等以外の部分に形成された前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の周期Ｐ_raは、０．５ｍｍから５．０ｍｍの範囲内であり、前記第１谷部４４等に形成された前記ラフィング５８ｂにおける前記凹凸の周期Ｐ_rbは、前記第１谷部４４等以外の部分に形成された前記ラフィング５８ａにおける前記凹凸の周期Ｐ_raの０．２５倍から０．７５倍の範囲内であるため、他の部分よりも切り屑を細かなものとする実用的な構成のラフィング５８ｂを前記第１谷部４４等に形成することで、その第１谷部４４等における切り屑の詰まりを抑制し、延いては折損の発生を好適に抑制できる。

前記第１谷部４４等に形成された前記ラフィング５８ｂは、前記第１谷部４４等以外の部分に形成された前記ラフィング５８ａよりも、前記凹凸の深さＬ_rが小さいものであるため、他の部分よりも切り屑を細かなものとする性状のラフィング５８ｂを前記第１谷部４４等に形成することで、その第１谷部４４等における切り屑の詰まりを抑制し、延いては折損の発生を好適に抑制できる。

前記第１谷部４４等に形成された前記ラフィング５８ｂは、前記第１谷部４４等以外の部分に形成された前記ラフィング５８ａよりも、前記凹凸の曲率半径Ｒ_rが小さいものであるため、他の部分よりも切り屑を細かなものとする性状のラフィング５８ｂを前記第１谷部４４等に形成することで、その第１谷部４４等における切り屑の詰まりを抑制し、延いては折損の発生を好適に抑制できる。

前記外周切れ刃３８の刃先径が最小となる首部としての前記第１谷部４４には、その第１谷部４４以外の部分に形成されたラフィング５８ａとは性状の異なるファインラフィングとしてのラフィング５８ｂが形成されたものであることから、最も折損が発生し易い刃先径が最小となる前記第１谷部４４における切り屑の詰まりを抑制し、延いてはその第１谷部４４における折損の発生を好適に抑制できる。

前記第１谷部４４等と、前記ラフィング５８ｂとは性状の異なる前記ラフィング５８ａが形成された部分との間には、そのラフィング５８ａ及び前記ラフィング５８ｂの何れとも性状の異なるラフィング５８ｃが形成されたものであるため、例えば前記第１谷部４４等に形成されたラフィング５８ｂと、それ以外の部分に形成されたラフィング５８ａとの間に、それらの中間的な性状のラフィング５８ｃを形成することで、前記第１谷部４４等における切り屑の詰まりを更に好適に抑制できる。

以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。

例えば、前述の実施例においては、本発明の総形回転切削工具の一実施例として、軸心Ｃまわりに３枚の外周切れ刃３８を備えたクリスマスカッタ３０について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、軸心Ｃまわりに２枚以下の前記外周切れ刃３８を備えたクリスマスカッタ、或いは４枚以上の前記外周切れ刃３８を備えたクリスマスカッタにも、本発明は好適に適用される。

前述の実施例においては、本発明の総形回転切削工具の一実施例として、軸心Ｃ方向に３つの山部を備えた３山のクリスマスカッタ３０を例示したが、軸心Ｃ方向に４つの山部を備えた４山のクリスマスカッタ、或いは５つ以上の山部を備えたクリスマスカッタにも、本発明は好適に適用される。軸心Ｃ方向に２つの山部を備えた２山のクリスマスカッタ、或いは１つの山部を備えた１山のクリスマスカッタにも、本発明は好適に適用される。

前述の実施例においては、総形回転切削工具の一例として、クリスマスカッタ３０に本発明が適用された例について説明したが、本発明は、クリスマスカッタに限られず、切れ刃の刃先径が極小となる首部を有する総形回転切削工具に広く適用され得るものである。

その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。

３０：クリスマスカッタ（総形回転切削工具）、３８：外周切れ刃、４４：第１谷部（首部）、４８：第２谷部（首部）、５２：第３谷部（首部）、５８ａ：ラフィング、５８ｂ：ラフィング（ファインラフィング）、６０：被加工物、６２：ツリー形溝（加工溝）、Ｃ：軸心

Claims (4)

1. 軸心方向に工具先端側へ向かうに従って切れ刃の刃先径が増減させられており、複数の凹凸が前記軸心方向に連続して波形状に形成されたラフィングを外周部に備え、前記軸心まわりに回転駆動されつつ被加工物に対して前記軸心と垂直な方向へ相対移動させられることにより、所定形状の加工溝を切削加工する総形回転切削工具であって、
   前記切れ刃の刃先径が極小となる首部には、該首部以外の部分に形成されたラフィングとは形状の異なるファインラフィングが形成されたものであり、
   前記ファインラフィングは、前記首部以外の部分に形成された前記ラフィングよりも、前記凹凸の周期、深さおよび曲率半径のうちの少なくとも１つが小さいものである
   ことを特徴とする総形回転切削工具。
2. 前記首部以外の部分に形成された前記ラフィングにおける前記凹凸の周期は、０．５ｍｍから５．０ｍｍの範囲内であり、
   前記首部に形成された前記ファインラフィングにおける前記凹凸の周期は、前記首部以外の部分に形成された前記ラフィングにおける前記凹凸の周期の０．２５倍から０．７５倍の範囲内である
   請求項１に記載の総形回転切削工具。
3. 前記切れ刃の刃先径が極小となる複数の首部のうち、前記切れ刃の刃先径が最小となる首部には、前記ファインラフィングが形成されたものである
   請求項１又は２に記載の総形回転切削工具。
4. 前記ファインラフィングが形成された部分と、前記切れ刃の刃先径が極小となる首部以外の前記ラフィングが形成された部分との間には、該ラフィング及び前記ファインラフィングの中間的な形状のラフィングが形成されたものであり、
   前記中間的な形状のラフィングは、
   前記切れ刃の刃先径が極小となる首部以外の部分に形成された前記ラフィングよりも、前記凹凸の周期、深さおよび曲率半径が小さいものであり、
   前記ファインラフィングよりも、前記凹凸の周期、深さおよび曲率半径が大きいものである
   請求項１から３の何れか１項に記載の総形回転切削工具。

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