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発明の名称 穴加工工具
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−98496(P2007−98496A)
公開日 平成19年4月19日(2007.4.19)
出願番号 特願2005−289710(P2005−289710)
出願日 平成17年10月3日(2005.10.3)
代理人 【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
発明者 滝口 正治
要約 課題
被切削材の硬度等に応じた超硬合金で構成された刃先部を備え、十分な剛性を有するとともに切削油剤を被切削材に向けて確実に供給して、被切削材を精度良く効率的に切削でき、しかも、低コストで製作することができる穴加工工具を提供する。

解決手段
シャンク部2の先端に、切刃9を有する刃先部3が備えられた穴加工工具1であって、超硬合金により構成されたシャンク部2先端に、超硬合金で構成された刃先部3がろう付けにて接合されていることを特徴とする。
特許請求の範囲
【請求項1】
シャンク部の先端に、切刃を有する刃先部が備えられた穴加工工具であって、
超硬合金により構成された前記シャンク部先端に、超硬合金で構成された前記刃先部がろう付けにて接合されていることを特徴とする穴加工工具。
【請求項2】
前記刃先部を、前記シャンク部を構成する超硬合金よりも硬質な超硬合金で構成したことを特徴とする請求項1に記載の穴加工工具。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば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リーマ等の穴加工工具に関する。
【背景技術】
【0002】
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に、軸線回りに回転される長尺円柱状のシャンク部と、このシャンク部の先端側に形成された刃先部とを有し、刃先部外周部に軸線方向後端側に向かって延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝の工具回転方向前方側を向く壁面の先端外周側の稜線部に切刃が形成されたリーマが知られている。
【0003】
この穴加工工具は、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。
【0004】
このようなリーマにおいては、シャンク部に、切削油剤を刃先部へと供給するためのクーラント供給孔がシャンク部を貫通するように形成されており、刃先部に、前記クーラント供給孔に連通する連通孔と、この連通孔から切屑排出溝の溝底部に向けて延びる吐出孔とが形成されている。
切削油剤を、クーラント供給孔及び連通孔を介して吐出孔から吐出することにより、被切削材の下穴に切削油剤が供給され、刃先部に形成された切刃が下穴の内壁面に切り込む際の切削抵抗を小さくなり、リーマのビビリが抑えられて加工穴を精度良く形成することができるとともに、切刃の早期摩耗が抑制され、このリーマの寿命延長を図ることができる。
【0005】
また、切刃が形成される刃先部を硬質な超硬合金で構成し、この超硬合金製の刃先部を、鋼材で構成したシャンク部の先端にろう付けにて接合したリーマや、シャンク部を超硬合金製として前記刃先部とともに一体焼結によって成形したリーマが提供されている。(特許文献1参照)
【0006】
これらのリーマでは、硬質な超硬合金で構成された刃先部によって被切削材に形成された下穴の内壁面を切削加工するため、耐摩耗性が向上してこのリーマの寿命延長を図ることができるものである。
【特許文献1】特開2000−263328号公報
【特許文献2】特開2002−59313号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、超硬合金製の刃先部を、鋼材で構成されたシャンク部先端にろう付けにて接合したリーマにおいては、超硬合金の熱膨張率が約5.0×10/℃であり、鋼材の熱膨張率が約12.1×10/℃であって大きく異なるため、刃先部とシャンク部とをろう付けした際に大きなひずみが発生して、リーマが湾曲してしまうことがあった。また、ろう付けした部分において、ろう付け時の熱影響により鋼材の強度が低下し、リーマ全体の剛性が不足してしまい、高速回転時に振れが生じてしまうことがあった。このため、この構成のリーマでは、加工穴を精度良く形成できないといった問題があった。
さらに、径が10mm以下である小径のリーマでは、鋼材で構成された長尺のシャンク部に貫通したクーラント供給孔を形成することは非常に困難であり、リーマを安定して製造することができないことがあった。
【0008】
一方、シャンク部及び刃先部をともに超硬合金で構成して一体焼結により成形するものでは、超硬合金原料の押し出し成形により刃先部からシャンク部まで一体にリーマ形状とした後に焼結するので、小径のリーマであってもクーラント供給孔を形成することが比較的容易である。しかし、超硬合金原料に押し出し加工等を行うことによりリーマ形状を成形しているので、シャンク部及び刃先部とを貫通する同一径の貫通孔が形成されることになる。よって、シャンク部のクーラント供給孔と刃先部の連通孔とが同一径のものしか製造できないため、切削油剤を被切削材に向けて十分供給できないことがあった。
【0009】
また、比較的硬質な被切削材を切削する場合には、刃先部をさらに硬質な超硬合金で構成する必要があるが、一体焼結する場合には、シャンク部までさらに硬質な超硬合金で構成されることになるため、このリーマの製作コストが高くなってしまうといった問題があった。
【0010】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、被切削材の硬度等に応じた超硬合金で構成された刃先部を備え、十分な剛性を有するとともに切削油剤を被切削材に向けて確実に供給して、被切削材を精度良く効率的に切削でき、しかも、低コストで製作す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。
【課題を解決するための手段】
【0011】
前記課題を解決するために、この発明は、シャンク部の先端に、切刃を有する刃先部が備えられた穴加工工具であって、超硬合金により構成された前記シャンク部先端に、超硬合金で構成された前記刃先部がろう付けにて接合されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【0012】
この構成の穴加工工具では、シャンク部と刃先部とがともに超硬合金で構成されているので、これらの熱膨張係数が略同一であり、ろう付けの際に大きなひずみが発生することがなく、穴加工工具の湾曲を防止することができる。また、ろう付けした部分において、ろう付け時の熱影響による強度低下がないために、この穴加工工具の剛性を確保できるしたがって、この穴加工工具を高速回転した際の振れが抑えられ、加工穴を精度良く形成することができる。
【0013】
また、シャンク部と刃先部とが別々に成形されているので、シャンク部のクーラント供給孔及び刃先部の連通穴をそれぞれ所望の径とすることができ、これらクーラント供給孔及び連通穴を介して、切削油剤を確実に被切削材へと供給したりすることができる。
さらに、刃先部の超硬合金とシャンク部の超硬合金とをそれぞれの用途に合わせたものを適用することができる。
【0014】
例えば、前記刃先部を、前記シャンク部を構成する超硬合金よりも硬質な超硬合金で構成することにより、比較的硬質な被切削材を切削することができるとともに、この穴加工工具の寿命延長を図ることができる。また、シャンク部を通常の超硬合金とすることで、この穴加工工具を低コストで製作することができる。
なお、超硬合金の基材である炭化タングステン粉末の粒径を小さくした超微粒合金やバインダー(コバルト等)の使用量を低減した超硬合金では、その硬度が向上することが知られており、刃先部を構成するものとして使用することができる。
【0015】
このように本発明によれば、被切削材の硬度等に応じた超硬合金で構成された刃先部を備え、十分な剛性を有するとともに切削油剤を被切削材に向けて確実に供給して、被切削材を精度良く効率的に切削でき、しかも、低コストで製作することができる穴加工工具を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下に、本発明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(図1において下側)に配置された刃先部3とで構成されている。
【0017】
シャンク部2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1において上側)には、このリーマ1を切削工具10に装着するための装着部4が設けられている。この装着部4には、軸線Oに平行に延びる平坦面5が設けられている。
シャンク部2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2後端側に向けて凹んだV字溝6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6が有する2つの側壁面のなす角度α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。
【0018】
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、軸線Oに沿ってシャンク部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ている。
そして、このシャンク部2は、炭化タングステン粉末を基材とした超硬合金にて構成されている。この超硬合金は、平均粒径1.0μm程度の組織を有するものであり、焼結後の硬さは、ロックウェルA硬さ(JIS Z 2245)で91.0HRAである。また、熱膨張係数は5.1×10/℃である。
【0019】
刃先部3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2先端面に形成されたV字溝6に嵌合可能な断面凸V字の凸状部7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。なお、刃先部3の軸線O方向の長さは、シャンク部2の軸線O方向の長さに比べて小さくされている。
刃先部3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前方側に所定の角度で捩れる複数の切屑排出溝8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。本実施形態では、図2に示すように、6条の切屑排出溝8が、軸線Oに対して60°ずつ回転対称に配置されている。
【0020】
これらの切屑排出溝8の工具回転方向T前方側を向く壁面と、工具回転方向T後方側に連なる外周面との交差稜線部、つまり前記壁面の外周側辺稜部には、その先端側に切刃9が、また、前記壁面と刃先部3の先端面との交差稜線部の外周側に、切刃9の先端に連なる食いつき部9aが形成されている。
このように切刃9を形成することにより、切屑排出溝8の工具回転方向T前方側を向く壁面がすくい面とされ、工具回転方向T後方側に連なる外周面が逃げ面とされる。そして、この切刃9は、切屑排出溝8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で捩れるらせん状に形成されている。なお、この切刃9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を中心とした略円筒面状とされている。また、刃先部3の後端側では、その外径は前記円筒面より一段小径とされて、シャンク部2先端側と同径とされている。
【0021】
また、刃先部3には、その先端から若干後端側に離れた位置から軸線Oに沿って延びて後端側に開口された連通孔(図示せず)が形成されており、この連通孔から先端外周側に延びてそれぞれの切屑排出溝8の溝底部に向けて開口された吐出孔が設けられている。
そして、この刃先部3は、超硬合金の一種である超微粒合金にて構成されている。この超微粒合金は、前記シャンク部2を構成する超硬合金より小さな平均粒径0.6μm程度の組織を有するものであり、焼結後の硬さは前記シャンク部2を構成する超硬合金よりも硬く、ロックウェルA硬さ(JIS Z 2245)で94.0HRAである。また、熱膨張係数は5.0×10/℃である。
【0022】
これらシャンク部2及び刃先部3は、それぞれ個別に炭化タングステン粉末を基材とした超硬合金原料を所定形状とした後に焼結して成形される。したがって、シャンク部2のクーラント供給孔及び刃先部3の連通孔を、それぞれに最も適した径のものとすることができる。
このようにして、成形されたシャンク部2及び刃先部3は、シャンク部2のV字溝6と刃先部3の凸状部7とが嵌合されて同軸とされた状態でろう付けされてリーマ1となる。
【0023】
このリーマ1は、図3に示す切削工具10に装着されて使用される。切削工具10は、軸線M回りに回転される多段円柱状の工具本体11を有し、工具本体11の先端部外周には切削インサート12が配備されている。
この工具本体11の先端面11Aには、軸線Mに沿うように延びる装着孔13が穿設されている。この装着孔13の後端側に連通するように位置調整ボルト14が挿入されたクーラント孔15が設けられており、このクーラント孔15は工具本体11後端側に設けられた取付部16に開口されている。
また、工具本体11の側面に開口して装着孔13に連通されたネジ孔17が形成され、クランプネジ18が螺着されている。
【0024】
リーマ1は、工具本体11の先端面11Aに穿設された装着孔13に挿入され、シャンク部2の後端面が位置調整ボルト14の先端面に当接させられるとともにシャンク部2の平坦面5が工具本体11のネジ孔17が設けられた方向に向くように、かつ、リーマ1の軸線Oと工具本体11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11のネジ孔17に螺着されたクランプネジ18をねじ込んで平坦面5を押圧することにより、リーマ1が工具本体11に固定される。
【0025】
このようにリーマ1が装着された切削工具10は、工作機械の主軸端に取付部16を介して取り付けられ、リーマ1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1が例えばエンジンのシリンダーヘッドにおけるバルブ穴(被切削材に形成された下穴)に挿入され、このバルブ穴の内壁面を切削して所定の内径の加工穴を形成するとともに、工具本体11の先端部外周に配備された切削インサート12によって、このバルブ穴の開口部にバルブヘッドが当接されるバルブシート面を切削加工するものである。
【0026】
リーマ1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11のクーラント孔15に供給される。クーラント孔15に供給された切削油剤は、リーマ1のシャンク部2に形成されたクーラント供給孔を通じて刃先部3へ供給され、刃先部3に形成された連通孔及び吐出孔を通じて、切屑排出溝8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。
【0027】
本実施形態であるリーマ1によれば、シャンク部2及び刃先部3がともに超硬合金で構成されており、これらの熱膨張係数は5.0〜5.1×10/℃と略同一であるため、ろう付けの際に大きなひずみが発生することがなく、リーマ1が湾曲することがない。また、ろう付けした部分での熱影響による強度低下がないので、このリーマ1の剛性を確保することができ、高速回転時の振れを防止することができる。
【0028】
また、シャンク部2と刃先部3とがそれぞれ別々に焼結されて成形されているので、シャンク部2のクーラント供給孔と、刃先部3の連通孔をそれぞれ所定の径のものとでき、切削油剤をクーラント供給孔、連通孔及び吐出孔を介して下穴の内壁面へと確実に供給することができる。例えば、シャンク部2のクーラント供給孔の断面積を、刃先部3の連通孔の断面積や吐出孔の総断面積より大きくして、前記吐出口から高圧で切削油剤を吐出させたりすることができる。
したがって、こうして吐出させられた切削油剤により、切屑を確実に排出でき、また、刃先部3に形成された切刃9が下穴の内壁面に切り込む際の切削抵抗を小さくして、リーマ1のビビリを抑えて加工穴を精度良く形成することができるとともに、切刃9の摩耗を抑制してこのリーマ1の寿命延長を図ることができる。
【0029】
また、刃先部3は、平均粒径0.6μm程度の組織を有する超微粒合金にて構成されており、そのロックウェル硬さが94.0HRAとされているので、刃先部3に形成された切刃9の早期摩耗が防止され、リーマ1の寿命延長を図ることができるとともに、比較的硬質の被切削材であっても切削することができる。
また、シャンク部2は、平均粒径1.0μm程度の組織を有する超硬合金にて構成されており、そのロックウェル硬さが91.0HRAとされているので、シャンク部2の変形等が防止され、このリーマ1の寿命延長を図ることができる。
【0030】
さらに、このようなシャンク部2を構成する平均粒径の比較的大きな超硬合金は、刃先部3を構成する平均粒径の比較的小さな超微粒合金より安価で製造でき、このようなシャンク部2がリーマ1の大部分を占めているため、低廉な穴加工工具を提供することができる。すなわち、このように刃先部3とシャンク部2とでそれぞれ異なる超硬合金で構成しているので、一体焼結で成形する場合のようにシャンク部2を刃先部3と同じ超硬合金で構成する必要がなく、このリーマ1を低コストで製作することができるのである。
【0031】
また、本実施形態では、シャンク部2のV字溝6が有する2つの側壁面がなす角度αが90°とされ、刃先部3にこのV字溝6に嵌合する凸状部7が設けられているので、シャンク部2の回転トルクを刃先部3に伝達することができる。また、シャンク部2と刃先部3とのろう付け面積を確保することができ、これらを強固に接合することができる。
【0032】
以上、本発明の実施形態であるリーマ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、リーマを図3に示す切削工具に装着して使用するものとして説明したが、これに限定されることはなく、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。
【0033】
また、刃先部を超微粒合金で構成したもので説明したが、超硬合金のバインダーとして使用されるコバルト等の含有量を低減したものや、その他の超硬合金であっても良い。
さらに、切屑排出溝を6条備えたものとして説明したが、切屑排出溝の数や配置に制限はなく、被切削材の材質等を考慮して適宜決定することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明の実施形態であるリーマの側面図である。
【図2】図1に示すリーマの正面図である。
【図3】図1に示すリーマを装着して使用する切削工具の側面部分断面図である。
【符号の説明】
【0035】
1 リーマ
2 シャンク部
3 刃先部
8 切屑排出溝
9 切刃




 

 


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