JP2005517539A - 交換可能な切刃インサートを備えた回転切削工具 - Google Patents

Abstract

回転切削工具（３）は、少なくとも１つの締付け溝（５）を備えた工具シャンク（２）と、交換可能な切刃インサート（１）からなり、シャンク先端（４）と締付け溝の壁に、切刃インサートを収容する凹所（６）を持ち、該凹所のシャンク側が、切刃インサートのシャンク側幅狭面（１２）が対向して接する縁部（７）で境界づけられる。切刃インサートは、工具中心軸線（Ａ）に対し同心的な工具シャンクの収容開口（１６）に収容するための固定ピン（１５）を有する。工具シャンクはその円周に、接触支持面（８）を備えた脚（９）を有し、該支持面が、工具中心軸線に対し傾斜し、切刃インサートの翼（１１）における傾斜された接触支持面（１０）に対応し、それら接触支持面（８、１０）の傾斜の向きが、工具回転方向（Ｄ）に相当する。接触支持面の傾斜により、工具シャンクに切刃インサートを保持する軸方向力が発生する。

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の、工具シャンクと交換可能な切刃インサートとから構成された回転切削工具、特に中ぐりバイトに関する。

交換可能な切刃インサートを備えた中ぐりバイトは、例えば欧州特許第０１１８８０６号明細書で公知である。このバイトは工具シャンクを有し、該シャンクは、切刃インサートの固定ピンをはめ込む受け部を備えている。切刃インサートをはめ込む際、固定ピンが工具シャンクに対し約４５°の角度だけ回転される。補助的な固定手段は備えていない。切刃インサートと工具本体は、切刃板（切刃インサート）のシャンク側幅狭面が工具シャンクにおける凹所のシャンク側縁部に締め付けられるように形成される。工具シャンクと切刃インサートの間の軸方向力は、凹所のシャンク側縁部が回し入れ方向に僅かに上昇していることで発生し、固定ピンは、シャンク側に広がっていることで、工具シャンクから抜け止めされている。この結果、切刃インサートをその受け座に回し入れする際、締付けが生じ、該締付けは、穴あけ加工時に切削力の増大と共に強くなる。締付けに伴い生ずる軸方向力は、工具本体から切刃インサートを引き離す。このため、工具シャンクにおける切刃インサートの保持の安定性並びに中ぐりバイト全体の機械的負荷容量が制限される。

欧州特許第０１１８８０６号明細書で公知の中ぐりバイトの異なる実施例では、固定ピンを切刃インサートに同心的に配置し、穴あけ回転方向に僅かに渦巻き状に上昇する接触支持面を設けている。該支持面は、それに応じて形成した工具シャンクの受け部の接触支持面に接触する。固定ピンの接触支持面をそのように僅かに渦巻き状に形成することで、工具本体に向かう軸方向力を切刃インサートに与える。工具直径に比べて小さな寸法を持ち、従って僅かしか機械的に負荷できない固定ピンに、軸方向力の全てが作用する。その他に固定ピンにトルクが生じ、そのトルクで、工具シャンクと切刃インサートとの継手の機械的負荷容量を更に制限される。

本発明の課題は、工具シャンクと切刃インサートとから構成され、特別な固定手段なしに工具シャンクと切刃インサートとの特に安定し、大きく負荷できる継手を形成する回転切削工具、特にドリルを提供することにある。

この課題は、請求項１の特徴事項により解決される。その際、回転切削工具の交換可能な切刃インサートを備えた工具シャンクは、その外周に、全体として工具中心軸線に対して傾斜した脚を有するとよい。この脚又は案内片に、それに応じて傾斜した切刃インサートの翼の接触支持面がかみ合う。工具外周の傾斜した接触支持面により、切刃インサートを工具シャンクに回し入れる際、切刃インサートを工具シャンクに押し付ける力が発生する。その軸方向押込み力は、工具の使用時、切削力の増大と共に上昇する。切刃インサートと工具シャンクの間のトルク伝達のため、切刃インサート又は工具シャンクの大きな直径領域を利用する。工具外周に接触支持面を配置することで、工具シャンクと切刃インサートとの間でトルクを伝達するために必要な力は、可能な最低レベルに限定できる。

切刃インサートは工具シャンクをその先端で一部しか覆っていない。特に工具シャンクの脚は、シャンク先端において、切刃インサートによって全く或いは一部しか覆われていない。このため、切刃インサートの接触支持面は、固定ピンを除いて、そのほぼ全長にわたって延ばせる。かくして、切刃インサートと工具本体との間の、特に大きな面による力およびトルク伝達が保証される。工具本体の外周でのトルク伝達用に設けた脚は、好適には切刃インサートの翼のほぼ全高さにわたって延び、そのためシャンク先端において、翼は脚からほんの僅かしか突出していない。

切刃体（切刃インサート）の直径は、工具シャンク直径より大きくするとよい。これに伴い、切削加工中、専ら切刃インサートでワーク表面を加工するようになし得る。

切刃インサートを工具シャンクにはめ込む際、まず固定ピンを収容開口にはめ込み、続いてバヨネット継手のように回転させる。切刃インサートのはめ込み後に回す前に、工具シャンクに対する切刃インサートの所定の軸方向位置を確保すべく、工具シャンク並びに切刃インサートに案内段部を設けるとよい。

切刃インサートを工具本体に引き入れる軸方向力は、切刃インサート並びに工具シャンクの接触支持面が工具中心軸線と成す角度に関係する。十分に大きな軸方向力並びに工具シャンクおよび切刃インサートの翼の安定した形成は、１５〜６０°、特に３０°の接触角で実現できる。締付け溝を渦巻き状に形成する場合、その接触角を、締付け溝のひねり角に対応させるとよい。

固定ピン並びにそれに対応した工具シャンクの受け部は、切刃インサートの工具シャンクへの回し入れ時に締め付けるように形成するとよい。そのため、固定ピンを断面楕円形とし、収容開口を断面円形とする。即ち、専ら固定ピンの断面楕円形形成は、工具の製造時、切刃インサートの外側輪郭だけを楕円形に形成するだけで済み、他方で、かなり高い製造費を要する孔の断面楕円形形成が不要となるという利点を有する。場合によっては僅かな断面楕円形をなす本質的に円筒状ピンの代わりに、切刃インサートが円錐形のピンを有してもよい。この場合、工具シャンクの円錐状受け部を、ピン横断面形状から僅かにずれた断面円形にすると製造技術的に有利である。このピンは下向きに、即ち工具シャンクに向かって円錐状に先細くなっており、このため工具シャンクへのピンの特に容易なはめ込みが可能となる。或いはピンを下向きに広げ、その結果断面楕円形と組み合わせて、工具シャンクにおける切刃インサートの締付けを強化できる。工具シャンクにおける切刃インサートのはめ込みと締付けは、工具シャンクの収容開口が締付け溝に向いて開いているので、いずれの場合も支障なしにできる。

有利な実施態様では、工具シャンクの脚と切刃インサートの翼は、各々接触支持面に加えて、工具中心軸線に関しその接触支持面と逆に傾斜した補助接触支持面を備える。それら補助接触支持面は、接触支持面に続くとよく、その際両接触支持面間に、接触支持面および補助接触支持面に対して小さな寸法の移行部を設ける。接触支持面がシャンク先端の側に向き、補助接触支持面が固定ピンの側に向いていることで、工具を規定通りにはめ込んだ際に機械的に特に負荷される工具シャンクの脚とそれに隣接する部分との移行部を強化できる。全体として、接触支持面と補助接触支持面は、工具シャンクと切刃インサートとの間で力とトルクを伝達すべく、大きな接触面を形成する。この際、接触支持面並びに補助接触支持面は、（場合によって存在する個々の面における面取り部を除いて）工具外周面に隣接し、この結果、トルク伝達に関して、特に良好な幾何学的状態が得られる。

工具中心軸線に対し好ましくは１５°〜６０°の角度を成す接触支持面と同じく、補助接触支持面が工具中心軸線に対し−１０°〜−６０°の補助接触角を成して傾斜するとよい。好適には、補助接触支持面は、接触支持面よりも小さな角度をもって傾斜する。

接触支持面により、切刃インサートを工具シャンクに引き寄せる軸方向力が生ずるが、補助接触支持面は、それと逆向きの軸方向力を生じさせる。その合力で切刃インサートを工具シャンクに固く引き締めるべく、工具中心軸線に関し脚の接触支持面が延びている所謂接触高さを、脚の補助接触支持面が延びている所謂対向接触高さより大きくする。これは切刃インサートの翼の接触支持面と保持接触支持面にも適用する。従って、一方では接触支持面、他方では補助接触支持面の異なった寸法づけは、異なった面の角度的に異なる傾斜と同じ作用効果、即ち工具の運転中に工具シャンクと切刃インサートとの間における引締め合力を発生する効果を有する。

以下図を参照し、本発明の実施例を詳細に説明する。なお、各図において同一部分には同一符号を付している。

図１〜３は、各々ドリルとして形成した回転切削工具３の切刃体或いは切刃インサート１、ドリルシャンク又は工具シャンク２を斜視図で示す。同様に、例えばもみ下げドリル、フライス、リーマが構成できる。切刃インサート１の材料として、特に被覆付き又は被覆なしの硬質金属、サーメット、セラミックおよびＨＳＳが考えられる。切刃インサート１にＰＫＤ（人工ダイヤモンド）やＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）を装備してもよい。切刃インサート１は、例えば通常の方式で研削加工で仕上げ加工するか、所謂「金属押出し成形法（ＭＩＭ）」で製造できる。切刃体１は、工具シャンク３の先端４にはめ込まれる。そのため並びにドリルシャンク２から切刃インサート１を緩めるために、キー（図示せず）を用いる。図においてＤは工具回転方向であり、Ａは工具中心軸線或いはドリル中心軸線である。好ましくは鋼或いは硬質金属からなるドリルシャンク２は、２つの渦巻き状の締付け溝５を備える。これら溝５は、ドリル受け（図示せず）からシャンク先端４迄延びている。ドリルシャンク２は、２つの渦巻き状締付け溝５の代わりに、それと異なる数の直線状或いは渦巻き状の締付け溝を有してもよい。シャンク先端４において両締付け溝５に各々隣接する２つの凹所６は、ドリル中心軸線Ａに対し垂直に延びる縁部７並びにドリル中心軸線Ａに対し傾斜して延びる接触支持面８を備える。該支持面８はドリルシャンク２の外周の脚９を境界づけている。ドリル３が組立構造の場合、脚９の接触支持面８に、切刃インサート１の翼１１の接触支持面１０が接する。それら両接触支持面８、１０は、回転切削工具の回転方向Ｄへの回転中に切刃インサート１をドリルシャンク２にしっかり締付け固定すべく、工具中心軸線Ａに対し傾斜している。この軸線Ａに対する接触支持面８、１０の傾斜は、締付け溝５のひねり角に相当する。切刃インサート１の翼１１は、ドリル中心軸線Ａに沿って、ほぼその全高さＨにわたり一定の幅Ｂを有している。

切刃体１の翼１１は、シャンク先端４でドリルシャンク２から僅かに突出している。脚９は、シャンク先端４では切刃インサート１で覆われていない。切刃インサート１の切刃体直径Ｄ_Sは工具シャンク直径Ｄ_Wより僅かに大きい。ドリルシャンク２の縁部７とそれに続く脚９の接触支持面８との移行部は、機械的な応力集中を回避すべく、丸みを持っている。切刃インサート１のシャンク側幅狭面１２が縁部７に接している。切刃体１をドリルシャンク２にはめ込む際、回し締めする前に、その接触支持面８は切刃体１を位置決めするために利用できない。回し締めに先立ち切刃体１を位置決めすべく、ドリルシャンク２に、脚９に隣接して案内段部１３を設け、更に切刃インサート１にそれに対応した案内段部１４を設ける。切刃インサート１の案内段部１４に、固定ピン１５が隣接する。このピン１５は、工具シャンク２の収容開口１６内に受容すべく設けている。シャンク先端４でドリル外周に配置された凹所６は、この凹所６に隣接する収容開口１６と共に、固定ピン１５を含めて切刃体１を工具シャンク１２にはめ込むための空間を形成する。固定ピン１５は、収容開口１６への挿入を容易にする斜面１７を有する。収容開口１６はドリル中心軸線Ａに対し同心的に配置され、断面円形をなしている。その横断面積はドリル中心軸線Ａに沿って変化する。前記開口１６は円筒状の代わりに円錐状でもよく、特に下向き、即ちシャンク先端４から離れる方向に先細に形成できる。逆に下向きに円錐状に広がる収容開口１６の場合、該開口により、工具シャンク２からの切刃インサート１の脱落や抜け出しを一層防止できる。収容開口１６は締付け溝５に向いて開き、従っていずれの場合にも、工具シャンク２への切刃インサート１の容易な挿入が可能となる。そのようないずれの固定ピン１５並びに収容開口１６の形成においても、切刃体１は簡単に心出しできる。

図４と５は、各々固定ピン１５を収容開口１６内にはめ込んだ工具シャンク２を、固定ピン１５を緩めた状態および締め付けた状態において、横断面図で示している。この有利な実施形状に応じ、固定ピン１５はほんの僅か断面楕円形をなしている。該ピン１５は、断面楕円形であることに伴い、収容開口１６にはめ込んだ時、少しの遊びを持つ。切刃インサート１を約４５°回転することで、固定ピン１５を収容開口１６内に締付け固定できる。固定ピン１５は、該ピンが締付け固定状態において締付け溝５の形状にぴったり合うよう、両側面を切削加工してある。固定ピン１５および／又は収容開口１６は、それらを断面楕円形にする代わりに、ドリルシャンク２の収容開口１６内に固定ピン１５の締付け固定を可能にする円形からずれた別の断面形状にしてもよい。そのような断面形状は、例えば軸をハブに回し押し込み締め結合するための独国特許出願公開第１９９４５０９７号明細書における締付け手段により公知である。

固定ピン１５のほんの僅かに断面楕円形の形状は、固定ピン１５の円筒基本形状、並びに収容開口１６および固定ピン１５の円錐形形状で実現できる。下向きに円錐状に広がる収容開口１６と、全体として同様に円錐状に形成された固定ピン１５の断面楕円形の場合に、固定ピン１５の収容開口１６への回し入れ時に軸方向力が生じ、この力が固定ピン１５を収容開口１６内に引き入れ、従って接触支持面８、１０によって切刃インサート１を工具シャンク２に保持する軸方向の力を支援する。

図６〜１０は、回転切削工具として、別の有利な実施態様におけるドリル３ないし工具シャンク２或いはドリル３の切刃インサート１を示す。この場合、工具シャンク２の脚９は、接触支持面８に加えて、補助接触支持面８ａを有している。同様に、切刃インサート１の翼１１も、工具シャンク２の補助接触支持面８ａに対応した補助接触支持面１０ａを有している。ちなみに、この第２実施例における回転切削工具１の形状は、本質的に第１実施例の形状に相応している。両補助接触支持面８ａ、１０ａは、工具中心軸線Ａに対して接触支持面８、１０と逆に傾斜している。翼１１の接触支持面１０と補助接触支持面１０ａとの間を、ドリル中心軸線Ａに対しほぼ平行に移行面１８が延びている。

これに対し接触支持面８は、脚９の補助接触支持面８ａに丸み部１９のみを経て続いている。従って、切刃インサート１を工具シャンク２にはめ込んだ際、移行面１８は工具シャンク２に接していない。ドリル３を組立てた際の切刃インサート１と工具シャンク２との相対回転は、従って、移行面１８によって制限されず、接触支持面８、１０および補助接触支持面８ａ、１０ａだけで制限される。

脚９の接触支持面８は、ドリル中心軸線Ａに関し接触高さＨ_aにわたり延びている。補助接触支持面８ａが延びる高さを対向接触高さＨ_gと呼ぶ。接触高さＨ_aの値は、対向接触高さＨ_gの値を約５０％上回っている。接触支持面８はドリル中心軸線Ａと接触角α₁を成し、補助接触支持面８ａはドリル中心軸線Ａと補助接触角α₂を成している。補助接触角α₂の大きさは、接触角α₁の大きさより小さい。図示の実施例において、接触角α₁は３０°であり、補助接触角α₂は２０°である。その角度差は、接触支持面８に比べての補助接触支持面８ａの小さな高さに加えて、補助接触支持面８ａ並びにそれに対応した切刃インサート１の補助接触支持面１０ａの傾斜によって切刃インサート１を工具シャンク２から引き離す軸方向力が、接触支持面８、１０の傾斜に基づく逆向きの軸方向力より小さくなるように貢献する。この結果、ワークをドリル３で加工する際、切刃インサート１を工具シャンク２に締付け固定する合力が保たれる。

接触支持面８と逆に傾斜した脚９の補助傾斜面８ａによって、穴あけ加工時に特に大きく負荷される工具シャンク２の脚９とそれに隣接する工具シャンク２の部分との移行部を強化できる。同時に、切刃インサート１の安定性がその翼１１における補助接触支持面１０ａによって害されない。同様に、工具シャンク２への切刃インサート１の簡単な挿入およびそこからの簡単な取り出しの可能性も、補助接触支持面８ａ、１０ａによって害されない。

ドリルシャンクと切刃インサートで構成された回転切削工具の斜視図。 図１における回転切削工具の工具シャンクの斜視図。 図１における回転切削工具の切刃インサートの斜視図。 切刃インサートの固定ピンが緩められた状態の工具シャンクの横断面図。 切刃インサートの固定ピンが締め付けられた状態の工具シャンクの横断面図。 ドリルシャンクと切刃インサートで構成された回転切削工具の異なった実施例の側面図。 図６における回転切削工具の工具シャンクの側面図。 図７における工具シャンクの部分拡大詳細図。 図６における回転切削工具の切刃インサートの部分拡大正面図。 図９における切刃インサートの部分詳細図

符号の説明

１ 切刃インサート、２ 工具シャンク、３ 回転切削工具、４ シャンク先端、５ 締付け溝、６ 凹所、８ 接触支持面、８ａ 補助接触支持面、９ 脚、１０ 接触支持面、１０ａ 補助接触支持面、１１ 翼、１２ 幅狭面、１５ 固定ピン、Ａ 工具中心軸線、Ｈ_a 接触高さ、Ｈ_g 補助接触高さ、α₁ 接触角、α₂ 補助接触角

Claims (14)

1. 少なくとも１つの締付け溝（５）を備えた工具シャンク（２）と、交換可能な切刃インサート（１）とから構成された回転切削工具（３）であって、シャンク先端（４）並びに締付け溝（５）の壁に、切刃インサート（１）を収容する凹所（６）が存在し、該凹所（６）のシャンク側が、切刃インサート（１）のシャンク側幅狭面（１２）が対向して接する縁部（７）により境界づけられ、切刃インサート（１）が、工具中心軸線（Ａ）に対し同心的な工具シャンク（２）の収容開口（１６）に収容する固定ピン（１５）を有する回転切削工具（３）において、
   工具シャンク（２）が外周に脚（９）を有し、該脚（９）が工具シャンク（２）の外周面に隣接する接触支持面（８）を備え、該面（８）が工具中心軸線（Ａ）に対し傾斜し、切刃インサート（１）の翼（１１）の傾斜した接触支持面（１０）に対応し、該両接触支持面（８、１０）の傾斜の向きが工具回転方向（Ｄ）に相当し、切刃インサート（１）が工具シャンク（２）のシャンク先端（４）を部分的に覆うことを特徴とする工具。
2. 切刃体の直径（Ｄ_S）が工具シャンクの直径（Ｄ_W）より大きいことを特徴とする請求項１記載の工具。
3. 工具シャンク（２）に案内段部（１３）が設けられ、それに対応した案内段部（１４）が切刃インサート（１）に設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の工具。
4. 接触支持面（８、１０）が、工具中心軸線（Ａ）に対し１５〜６０°の接触角（α₁）を成すことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の工具。
5. 締付け溝（５）のひねり角が、接触支持面（８、１０）の接触角（α₁）に相当することを特徴とする請求項１から４の１つに記載の工具。
6. 固定ピン（１５）が円筒形であることを特徴とする請求項１から５の１つに記載の工具。
7. 固定ピン（１５）が円錐形であることを特徴とする請求項１から５の１つに記載の工具。
8. 固定ピン（１５）が断面楕円形であることを特徴とする請求項１から７の１つに記載の工具。
9. 脚（９）に、工具中心軸線（Ａ）に関して脚（９）の接触支持面（８）と逆に傾斜した補助接触支持面（８ａ）が設けられ、この支持面（８ａ）が、切刃インサート（１）の翼（１１）における補助接触支持面（１０ａ）に対応することを特徴とする請求項１から８の１つに記載の工具。
10. 切刃インサート（１）の翼（１１）の接触支持面（１０）が、シャンク先端（４）の側に向き、切刃インサート（１）の翼（１１）における補助接触支持面（１０ａ）が、固定ピン（１５）の側に向くことを特徴とする請求項９記載の工具。
11. 補助接触支持面（８ａ、１０ａ）が、工具中心軸線（Ａ）に対し−１０〜−６０°の補助接触角（α₂）を成すことを特徴とする請求項９又は１０記載の工具。
12. 接触支持面（８、１０）の接触角（α₁）の大きさが、補助接触支持面（８ａ、１０ａ）の補助接触角（α₂）の大きさを上回ることを特徴とする請求項１１記載の工具。
13. 工具中心軸線（Ａ）に関し脚（９）の接触支持面（８）が延びる接触高さ（Ｈ_a）が、工具中心軸線（Ａ）に関し脚（９）の補助接触支持面（８ａ）が延びる対向接触高さ（Ｈ_g）より大きいことを特徴とする請求項９から１２の１つに記載の工具。
14. 請求項１ないし１３の１つに記載の回転切削工具（３）に利用されることを特徴とする切刃インサート。
    
    

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