JP2004507373A - ドリルなどの回転式切削工具 - Google Patents

Abstract

回転式切削工具、特にドリルは硬質のチップ材料から成る工具ヘッド（１）および工具ヘッド（１）を着脱自在なように工具軸（２）の軸線方向へ突出している２つのクランプブラケット（１３，１４）の間にクランプ固定する工具軸（２）を有する。固定位置には互いに接触する工具ヘッド（１）のクランプ面および工具軸（２）の長手軸（６）と同心的な円錐台状の固定短軸（７）の外被上の工具軸（２）のクランプブラケット（１３，１４）が存在する。固定短軸は工具軸（２）の装着端（１２）に向いた取り付け方向（１７）へ先細になる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念の特徴を有するドリル、フライス、リーマーなどの回転式切削工具に関する。
【０００２】
公知の超硬合金ドリル（ＶＨＭドリル）は通常一体的に製造される。この種のドリルの場合、ドリル先端とドリル軸は分離不可能である。しかし、ＶＨＭ切削体が軸内にろう付けされているかＶＨＭ切削体が着脱自在に鋼軸に連結されているドリルも公知である。国際特許出願公開第９６／１１０７９号パンフレットから公知のドリルの場合は、一体の工具ヘッドが、工具鋼から成る工具軸から軸線方向へ突出している２つのクランプブラケットのフランクの間にはさまれている。鋼軸と交換可能な超硬合金先端との併用ドリルは、ドリル直径が１０ｍｍ以上の比較的大きい場合にのみ製造技術的に問題なく実現可能である。１つの問題は特に工具の確実な交換および回転精度が保証されるかどうかである。
【０００３】
請求項１の上位概念の特徴を有する欧州特許第０１１８８０６号から公知のドリル工具の場合は、ドリルヘッドに配設されかつドリル軸に対して同心的な固定短軸を介して工具ヘッドの締め付けが行われ、この短軸によって、工具ヘッドを形成している切削チップが工具軸の短軸収容部に保持される。固定短軸は、切削溝から側面的に短軸収容部に取り付けることができるように短軸円周面にアンダーカットされている。短軸収容部内に取り付け後に切削チップはそれと一体となっている固定短軸と一緒にバヨネット差し込み結合方式でドリル回転方向と逆向きに回転させられ、固定短軸に設けられている当接面が短軸収容部の相応の当接面に当るまでこの回転が行われる。切削チップに求められる摩擦作用による締め付け力は、固定短軸の外被が短軸円周面にアンダーカットされている当接面を有することによりもたらされる。切削力に対して切削チップは、その収容部として定められている支持凹部の後壁および軸側辺縁により支持される。切削力は切削チップをその正しい位置内に押し込み、その結果切削チップは補足的な固定手段なしに固定される。これによって、切削チップの交換に手間と時間を要するような固定ねじが不要となる。しかし短軸円周面におけるアンダーカットは所望の回転の障害となる。
【０００４】
本発明は、冒頭に挙げた種類の回転式切削工具において、ドリル直径が１０ｍｍ以下の場合にも問題なく製造可能であり、かつ高度な交換および回転精度を有するようにすることにある。この課題は請求項１の特徴により解決される。この解決法は欧州特許第０１１８６０６号の場合とは異なり、固定位置で互いに接触する工具ヘッドの両側のクランプ面および工具軸のクランプブラケットがすべて工具軸の長手軸と同心的な円錐台の外被上に存在し、この円錐台が工具軸の工作機械側の装着端の方向に先細になっていることにある。これによって、チャックのクランプ背面と同様に作用する工具軸の工具側の端部にあるクランプ円錐台の中空円錐部分の間で、工具ヘッドが、取り付け方向へ突き出ている固定短軸の円錐外被面と旋盤の心押し台の止まりセンターと同様に当接することになる。シャフト軸に対する固定短軸の円錐外被面の傾斜角は約３°である。円錐台は特に傾斜比１：１０を有する。
【０００５】
工具ヘッドの固定短軸の円錐形の基礎円直径は半径方向スパン、特に工具ヘッドの基体の直径よりも小さい。工具ヘッドは端面を有する固定位置でリングフランクの形式で軸ストッパであるクランプブラケットの端面に当たる。クランプブラケットは工具ヘッドの軸方向のストッパ位置でわずかに弾力的に互いにはずむ。このことが工具ヘッドの固定短軸のクランプ面に対するクランプブラケットの円錐外被面の摩擦力によるクランプ作用を高めることになる。
【０００６】
原理的には、特にドリル直径が小さい場合回転トルクの伝達には、工具ヘッドの円錐状のクランプ面と工具軸ないしそのクランプブラケットとの間の摩擦結合で十分である。比較的大きな回転トルクも伝達できるようにするためには、請求項３に示すように、工具ヘッドのクランプ円錐の軸線端の領域に少なくとも１つの連行体面が、工具軸から工具ヘッドへ嵌合作用により回転トルクも伝達するために配置されている。これらの連行体面は工具ヘッドの固定位置で工具軸の相応する対向面に接する。互いに平行な少なくとも２つの連行体面が工具ヘッドに互いに直径上に向かい合って配設されていることが目的に適っている。これらの連行体面は、工具ヘッドが工具軸の固定位置にある場合には、工具軸の相応する連行体面に対応する、請求項３による実施態様が有用である。
【０００７】
補足的に嵌合作用による回転トルク伝達を行うための１つないし複数の連行体面が、工具軸の端面にあって相応の回転トルク伝達に最適な凹部と一致する、取り付け方向へ先細になるクランプ円錐端の前に設置された結合板の一部でもあることが目的に適っている（請求項５）。
【０００８】
請求項７によれば、クランプブラケットおよび工具ヘッドないしその固定短軸を貫通するクランプ固定ねじ、ボルト、スパイラル支持ピン、リベットなどにより嵌合作用による回転トルク伝達が補足的に作動ないし支持されるようになっている。この種の回転トルク伝達を行う連行体は、工具軸のクランプブラケット側で円錐クランプ面に対して作用する鉗子状のクランプ固定圧力の増大も引き起こす。このような回転トルク伝達を行うためもしくは半径方向のクランプ固定圧力を上昇させるための手段がクランプ円錐台を半径方向へ貫通する孔にはめ込まれているのが目的に適っている（請求項８）。効果が同等である場合は、クランプ固定ねじもしくは同様のものがクランプ円錐台を半径方向に貫通し先細のクランプ円錐端に向かって開放し直径上で長手方向のスリット溝内にはめ込まれるようにすることも可能である（請求項９）。これによって工具ヘッドの交換が容易となる。
【０００９】
最後に、工具軸にある工具ヘッドを軸方向へも有効な嵌合作用的固定を行うために工具ヘッドの固定位置で作用するような着脱自在なスナップ結合部を設けることも可能である（請求項１０）。このようなスナップ結合部の構造形態は請求項１１の対象である。この場合、スナップノブが円錐外被もしくは軸線方向で円錐外被に隣接する連行体領域の一部であるか、スナップノブの対向面が工具軸のないしそのクランプブラケットの一部であるか、あるいは逆に、スナップノブが工具軸の一部であるか、また対向面としての凹部が工具ヘッドの一部であるか否かは作用の点ではあまり意味がない。
【００１０】
固定位置では切削工具の切削溝、たとえばドリルのヘリカル溝がクランプブラケットの間の中間スペースに延びている。この場合、切削溝の底は固定短軸の表面内に深く入り込んでいるが、この固定短軸はクランプブラケットの間の中間スペースにおいて受動的クランプ機能を持たないが（請求項１２および１３）、半径方向に外へ向かって開放している溝案内のためには十分に有効である。
【００１１】
本発明の対象を図面に示されている実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
回転式切削工具の実施例として示されているドリルは、主要な構成成分として硬質チップ材料、たとえば超硬合金、酸化セラミックなどから成る工具ヘッド１および工具用鋼もしくはその他の金属材料から成る工具軸２を有する。工具ヘッド１は刃３の担持体である。先端４とは反対側の工具軸２の方へ向いた工具の基体５の側面から工具長手軸６と同心的に固定短軸７が突出しており、これが円錐軸としての長手軸線６を有し工具軸２の方向へ先細になる円錐台８を形成している。
【００１３】
工具ヘッド１の円周面には、刃３から出発して切削溝として作用する２つのヘリカル溝９が形成されている。これらの２つのヘリカル溝９は基体５の円周面だけでなく、その固定短軸７の円周面上にも延びている。このため、これらのヘリカル溝９は固定短軸７ないし円錐台８の外被をほぼ直径上で互いに向かい合った２つの円錐台外被面１０，１１に分割し、工具軸２の円周面に続いている。
【００１４】
工具軸２は工具ヘッド１を、工具軸２のほぼ軸線方向へ突出した２つのクランプブラケット１３，１４の互いに向かい合ったフランク間の工作機械側の装着端１２の反対側の支持端に交換可能なようにクランプ固定する。２つのヘリカル溝９により円周方向へ互いに分離され直径上に互いに向かい合った固定短軸７の円錐台外被面１０，１１は、工具軸２の２つのクランプブラケット１３，１４の互いに向かい合ったフランクのクランプ位置で当たる。クランプブラケット１３，１４の互いに向かい合った内側フランク１５，１６は、固定短軸７の凸面の円錐台外被面１０，１１に対応して凹面に形成され、固定位置（図１、３，５，８，９，１４、１５）で固定短軸７の円錐台外被面１０，１１に全面が当たるようになっている。工具軸２内への工具ヘッド１の軸線方向の取り付け方向は矢印１７で示されている。
【００１５】
工具ヘッド１の固定短軸７の受動的な円錐台外被面１０，１１ないしこれらにより規定される円錐外被は基礎円直径を有し、この直径は工具ヘッド１の基体５の半径方向スパンないし直径１８よりも小さい。この結果、基体５から固定短軸７への移行部はヘリカル溝９の間に軸方向ストッパ１９を形成する。２つの軸方向ストッパ１９によって、工具ヘッド１は固定位置で工具ヘッドに向いているクランプブラケット１３，１４の端面２０に当接する。
【００１６】
固定短軸７ないしその円錐台外被面１０，１１の軸端の領域において工具ヘッド１は、工具軸２から工具ヘッド１への嵌合作用による回転トルク伝達を行うための半径方向に作用する少なくとも１つの連行体面２１および／もしくは２２を有する。これらの連行体面２１ないし２２は、工具ヘッド１の固定位置で工具軸２の対応する対向面と接する、すなわち当たる。図１〜３による実施例では、連行体面２１は固定短軸７から基体５への移行部領域に存在する。
【００１７】
図４〜７および図１６，１７による実施例では連行体面２２が先細になる固定短軸端２３の領域に存在し、取り付け方向１７で固定短軸端の前に設置されている。２つの連行体面２１，２２は平坦面としてキー溝方式で形成されており、かつ作用する。先細になる固定短軸端２３の領域での位置決めの場合、連行体面２２が先細になる固定短軸端ないしクランプ円錐端２３の前に取り付け方向１７に設置されている連行体短軸２４の円周面の一部である。この場合、連行体短軸２４は２つのクランプブラケット１３，１４の間の工具軸２のクランプ端の中央凹部２５内へ回転トルク結合によりはめ込まれている。この場合連行体面２２は、中央凹部２５を両側で接している対向面３１に、２つのクランプブラケット１３，１４の円錐外被状にへこんだ内側フランク１５，１６の下側で接触結合的に当たる。
【００１８】
図１〜３および図１２〜１５による実施態様では工具軸２の円周面側からねじ込まれているクランプ固定ねじ２６が、固定短軸７およびそれをクランプ固定しているクランプブラケット１３，１４を貫通している。クランプ固定ねじ２６は、クランプブラケット１３，１４と固定短軸７の間の嵌合作用結合を生じさせるだけでなく、さらにクランプブラケット１３，１４から連行体短軸２４の円錐台外被面１０，１１に対して鉗子状に作用する半径方向のクランプ固定圧力を増大させる。
【００１９】
図１〜３による実施態様ではクランプ固定ねじ２６は固定短軸７を半径方向に貫通する孔２７にはめ込まれている。図１１〜１５による実施態様ではクランプ固定ねじ２６は固定短軸７を半径方向に貫通しかつ先細の固定短軸端２３に向って開いている直径上の長手方向スリット溝２８の中にはめ込まれている。
【００２０】
図１６および１７による実施態様では工具軸２の工具ヘッド１の固定位置に着脱自在なスナップ結合部が存在する。このスナップ結合部は工具ヘッド１の固定位置に軸方向に作用する嵌合作用による補足的なずれ防止作用も行う。スナップ結合部は円錐外被ないし円錐台外被面１０ないし１１と結合され、互いに直径上に向かい合ったスナップノブ２９を含む。固定位置で、固定短軸７のスナップノブ２９が、対向面としてのクランプブラケット１３，１４の内側フランク１５，１６における対応する凹部内へスナップ留めされる。
【００２１】
工具軸２の反対側の工具ヘッド１の固定位置にはヘリカル溝９が２つのクランプブラケット１３，１４の間の中間スペースに存在する。これによって、ヘリカル溝９はドリルの円周面に向かって完全に開放され、その結果切削溝としての機能が妨害ないし障害を受けることがない。ヘリカル溝９の底は固定短軸７の円錐台外被面１０，１１内にへこんで形成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ドリル先端にクランプ固定により取り付けられる、硬質チップ材料、たとえばＨＭから成る工具ヘッドを有するドリルの全体図。
【図２】
図１による工具ヘッドの分離側面図。
【図３】
図１および２に示す矢印方向ＩＩＩから見たドリル先端の詳細図。
【図４】
対向側の固定取り付けに適したないし調整された回転位置での工具軸および工具ヘッドの工具ヘッド側の端部の分解斜視図。
【図５】
クランプ固定位置で取り付けられた工具ヘッドを有する工具軸の全体斜視図。
【図６】
工具ヘッドの別の実施態様の固定先端部の全体斜視図。
【図７】
図４，５および６による工具ヘッドの側面図。
【図８】
工具軸におけるクランプ固定位置に取り付けられた工具ヘッドを有するドリル全体の側面図。
【図９】
図８の矢印方向ＩＸ−ＩＸに相応する断面図。
【図１０】
図８の矢印方向Ｘから見たドリル先端の正面図。
【図１１】
工具ヘッドの別の実施態様の側面図。
【図１２】
図１１による工具ヘッドを収容するのに適した工具軸の側面図（部分的に断面図で示されている）。
【図１３】
クランプ固定位置に取り付けられる工具ヘッドを有するドリル先端の側面図。
【図１４】
クランプ固定位置に取り付けられ図１１による工具ヘッドを有する、図１２による工具軸の側面図（部分的に断面図で示されている）。
【図１５】
図１４によるドリルの矢印方向ＸＶから見た側面図。
【図１６】
工具ヘッドの別の実施態様の概略側面図。
【図１７】
図１６により形成された工具ヘッドを収容するための工具軸の工具側端部の側面図。
【符号の説明】
１　　工具ヘッド
２　　工具軸
３　　刃
４　　先端
５　　基体
６　　長手軸
７　　固定短軸
８　　円錐台
９　　ヘリカル溝、切削溝
１０　円錐台外被面
１１　円錐台外被面
１２　装着端
１３　クランプブラケット
１４　クランプブラケット
１５　内側フランク
１６　内側フランク
１７　取り付け方向
１８　直径
１９　軸方向ストッパ
２０　端面
２１　連行体面
２２　連行体面
２３　固定短軸端
２４　連行体短軸
２５　中央凹部
２６　クランプ固定ねじ
２７　貫通孔
２８　スリット溝
２９　スナップノブ
３０　凹部
３１　対向面

Claims (13)

1. 硬質のチップ材料、たとえば超硬合金、酸化セラミックなどから成る工具ヘッド（１）と、工具ヘッド（１）を同心的に固定する工具軸（２）とを有し、この工具軸（２）が工作機械側の装着端（１２）と反対側の支持端において、この工具軸に向かって軸方向ストッパ（１９）として作用する工具ヘッド（１）の工具軸側の端面から突出してこの突出方向へ円錐形に先細になる固定短軸（７）に、ほぼ工具軸（２）の軸方向へ突出し工具軸（２）と一体となっている２つのクランプブラケット（１３，１４）の内側フランクでもって摩擦結合的に当たっているような回転式切削工具、たとえばドリル、フライス、リーマーなどにおいて、固定短軸（７）のクランプ面が、工具ヘッド（１）の基体（５）からその取り付け方向（１７）へ突出し工具軸（２）の長手軸に対して同心的な円錐台の外被面（１０，１１）を形成することを特徴とする回転式切削工具。
2. 固定短軸（７）の基礎円の直径が半径方向スパン、特に工具ヘッド（１）の基体（５）の直径（１８）よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の切削工具。
3. 工具ヘッドが固定短軸（７）の軸端領域に工具軸（２）から工具ヘッド（１）への補足的な回転トルク伝達を行うための少なくとも１つの連行体面（２１，２２）を有し、この連行体面（２１，２２）は工具ヘッド（１）の固定位置で工具軸（２）の対向面に当たることを特徴とする請求項１又は２記載の切削工具。
4. 連行体面（２１）が回転トルクの伝達を行うため工具ヘッド（１）の基体（５）から固定短軸（７）への移行部に形成されていることを特徴とする請求項３記載の切削工具。
5. 連行体面（２２）が先細になる固定短軸端（２３）の領域に位置決めされ、取り付け方向（１７）へ先細になる固定短軸端（２３）の前に配置され、工具ヘッドの固定位置で工具軸（２）のクランプ端の中央凹部（２５）内へ回転トルクで結合されるようにはめ込まれることを特徴とする請求項３記載の切削工具。
6. 連行体面（２１，２２）がキー溝形式の平坦面として形成されていることを特徴とする請求項４又は５記載の切削工具。
7. 固定短軸（７）およびそれをクランプ固定するクランプブラケット（１３，１４）をほぼ直径上に貫通する回転トルク連行体、たとえばクランプブラケット（１３，１４）からクランプ円錐面（１０，１１）に対して半径方向へ鉗子状に作用するクランプ固定圧力をも増大させるための工具軸の円周面からねじ締め可能なクランプ固定ねじ（２６）を有することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の切削工具。
8. クランプ固定ねじ（２６）が、固定短軸（７）を半径方向へ貫通する孔にはめ込まれることを特徴とする請求項７記載の切削工具。
9. クランプ固定ねじ（２６）が、固定短軸（７）を半径方向へ貫通し先細の固定短軸端（２３）に向って開いている直径上長手方向のスリット溝（２８）内にはめ込まれることを特徴とする請求項７記載の切削工具。
10. 工具ヘッド（１）と工具軸（２）、特に工具軸（２）の固定短軸（７）との間に、工具ヘッド（１）の固定位置で特に軸方向に作用する補足的なずれ防止のための着脱自在なスナップ結合部が設けられることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の切削工具。
11. 円錐外被もしくは円錐外被と軸方向に隣接する連行体領域と一体に形成され円錐外被から半径方向へ突出しているスナッパとしてのスナップノブ（２９）と、その対向面としてクランプブラケット（１３，１４）もしくは工具軸（２）に形成される凹部（３０）とを有することを特徴とする請求項１０記載の切削工具。
12. ほぼ軸方向に配設され軸方向に工具ヘッドから工具軸の円周面まで延びている少なくとも１つの切削溝、たとえばドリルのヘリカル溝（９）が設けられ、工具ヘッド（１）の固定位置で切削溝（９）がクランプブラケット（１３，１４）の間の中間スペース内に延びていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の切削工具。
13. 切削溝（９）が固定短軸（７）の外被内に、場合によっては連行体短軸（２４）の円周面の一部に形成されていることを特徴とする請求項１２記載の切削工具。