JP2009530117A - ドリル工具並びにその工具ヘッド - Google Patents

Abstract

ドリル工具（２）においてドリル本体（４）とドリルヘッド（６）との間のトルク伝達を保証するために、受けポケット（３６）に係合するキャリヤ（回し金、２４）が設けられ、その受けポケット（３６）がキャリヤ（２４）の全周を取り囲む鉢巻状囲壁（３８）を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、ドリル本体と、端面側に形成されたトルク伝達用継手（キャリヤ継手）を介して前記ドリル本体に交換可能に取り付けられた工具ヘッドとを備え、前記キャリヤ継手がトルク伝達用部材受け（キャリヤ受け）と工具中心を越えて延びキャリヤ受けに係合するトルク伝達用部材（キャリヤ）を有しているドリル工具に関する。また本発明はかかるドリル工具における工具ヘッドに関する。

かかるドリル工具は国際公開第２００４／０８７３５５号パンフレットで知られている。そのドリル本体は端面側にキャリヤ受けとして、ドリル本体全直径にわたり延びるスリットを有し、そのスリットは両側がそれぞれキャリヤ板で境界づけられている。ドリルヘッドにおいてキャリヤは同様に全直径部位にわたって延びている。キャリヤはその中央における中心に補助心出しピンを有している。ドリルヘッドは半径方向に延びる固定ねじによってドリル本体に固定されている。

切削加工時、ドリル工具はドリル本体に続くシャンクで、ドリル工具を駆動する工作機械に締付け固定されている。発生回転力はキャリヤ継手を介して伝達されねばならない。この場合、大きな回転力のために、ドリル本体におけるキャリヤ板が弾性的に広げられる恐れがある。半径方向に延びる固定ねじのために、ドリル本体とドリルヘッドとの間に軸方向隙間が存在し、この隙間は運転中にチップ（削り屑）排出に問題を生じさせる。また、ドリル本体は、キャリヤ板を貫通する半径方向固定ねじによって弱められる。さらにまた、中央に配置された心出しピンによって、ドリル本体受けのコア横断面が弱められる。

本発明の課題は、非常に大きな負荷に対しても適用できる交換可能な工具ヘッドを備えたドリル工具を提供することにある。

この課題は、本発明に基づいて、特許請求の範囲の請求項１に記載のドリル工具によって解決される。このドリル工具は、ドリル本体と、端面側に形成されたキャリヤ継手を介して前記ドリル本体に交換可能に取り付けられた工具ヘッドを有している。そのキャリヤ継手は、特に工具ヘッドのドリル本体の側に面する端面に配置されたキャリヤ（回し金）と、ドリル本体の端面に形成されキャリヤの全周を受けるための鉢巻状囲壁（周縁リブ）を有する受けポケットとによって形成されている。従って、ドリル本体において端面側に、ほぼ楕円形に形成された鉢巻状囲壁が存在し、この鉢巻状囲壁はポケットの形態でキャリヤを完全に包囲する。この処置によって、ドリル本体における互いに分離された２個のキャリヤ板の形成が避けられる。囲壁を鉢巻状に形成することにより、伝達すべき回転力は、キャリヤ受けが弾性的に広がる恐れなしに、鉢巻状囲壁に完全に導かれる。

目的に適った実施態様において、キャリヤは全体をカバーする接触面で取り囲まれ、この接触面は受けポケットの周りの対応した接触面に密に接する。それらの接触面は平らに形成され、軸方向に対して垂直に延びている。それらの接触面は、平らに形成する代わりに、例えば円錐状外周面の形態で湾曲して形成できる。従って、キャリヤは全体として受けポケットに対応して形成され、直径の部分にわたってしか延びていない。運転中に互いに密に接するドリル本体と工具ヘッドの接触面を介して、ドリル本体におけるドリルヘッドのガタなし軸方向座りが保証される。これによって、一方では、チップ排出問題の恐れは低減される。また、その密の平面座りは、冷却材をドリル本体から工具ヘッドに接触面を貫通している冷却材孔を介して導入することを可能とする。

目的に適った実施態様において、キャリヤはその終端部に向かって増大するキャリヤ幅を有している。従って、ドリル中心に最も狭いキャリヤ幅が存在し、これにより、ドリル本体受けのコア横断面はほんの僅かしか弱められない。同時に、ドリル中心にも、受けポケットの鉢巻状囲壁の形成に対して十分な場所が存在する。同時に、キャリヤは、キャリヤのドリル中心から離れた周縁部位に向けての拡張によって、大きなトルク力を伝達する部位が強化される。幅広くされたキャリヤ幅のもう１つの利点は、この処置によって半径方向心出しが与えられることにある。

そのうえに、キャリヤの側壁面は半径方向において好適には湾曲して形成されている。これによって、特に回転方向においてキャリヤに作用する力が半径方向分力に分けられる。対称形状の場合、発生ラジアル力は逆向きに作用し、これによって、半径方向自動（自己）調心を生じさせる。

目的に適った実施態様において、工具ヘッドは、軸方向に延びるねじによってドリル本体に取り付けられている。従って、受けポケットの鉢巻状囲壁は、半径方向に配置されたねじによって弱められない。この場合、好適には、ねじは、キャリヤのドリル中心から離れた周縁部位を貫通して導かれ、受けポケットのポケット底にねじ込まれる。ねじが厚肉の周縁部位を貫通し、またコア横断面から離れてポケット底にねじ込まれるので、キャリヤの弱化並びにドリル本体受けの弱化は、僅かであるか安全範囲内となる。

目的に適った実施態様において、ねじ軸線は、工具ヘッドにおいてねじが貫通する孔の孔軸線に対してずれを有している。そのずれは、キャリヤが受けポケットの囲壁に対して締付け固定されるように定められている。従って、そのずれによって、キャリヤは囲壁に押し付けられ、これによって、ガタなしの当接が保証される。この場合、そのずれは、キャリヤが回転方向において囲壁に対して、特に受けポケットのキャリヤ面に対して押し付けられる、ように定められている。

それに加えてあるいはそれに代えて、キャリヤの鉢巻状側壁面と受けポケットの鉢巻状側壁面はそれぞれ少なくとも部分部位において、それらが互いに背面係合を形成するように形成されている。即ち、キャリヤ並びに囲壁の側壁面は、部分部位において互いに対応して傾斜して形成されているか、段状に形成されている。ここで傾斜形成とは、軸方向に対して角度を成した傾斜を意味する。段状形成とは、側壁が段部を有する形成を意味する。また、背面係合は、キャリヤが軸方向および／又は半径方向あるいは回転方向において受けポケットに対して締付け固定される、ように形成されている。このためにキャリヤおよび囲壁は、互いにダブテール継手（ありつぎ）状あるいはバヨネット継手状に互いに係合する。このダブテール継手ないしバヨネット継手を形成するために、キャリヤと受けポケットは、組立時に幾分相対回転される。即ち、これらは組立のために十分な隙間を有している。この場合、その継手は自己保持（もどり止め）形に形成され、これにより、穿孔過程中にダブテール継手ないしバヨネット継手は緩まない。背面係合の形成によって、特に受けポケット内における工具ヘッドの軸方向固定も達成される。特に軸方向締付け力が与えられる有利な実施態様において、工具ヘッドとドリル本体の両接触面が互いに締め付けられる。

受けポケット内におけるキャリヤのできるだけぴったりした座りを保証するために、有利な実施態様において、キャリヤは少なくとも部分部位において、受けポケットに関して過剰寸法を有している。この場合、組立のために、両部品の端面側にそれぞれ挿入案内斜面が設けられている。その過剰寸法によって、受けポケットの鉢巻状囲壁の僅かな弾性伸びが引き起こされ、これによって、キャリヤは圧力ばめを形成するために受けポケット内に摩擦接続でも保持される。その代わりに、ドリル本体への工具ヘッドの簡単な組込みを可能にするために、受けポケットに関して組込み遊びを設けることもできる。

キャリヤと受けポケットの正確な圧力ばめを可能とするために、目的に適った実施態様において、キャリヤの側壁面および／又は受けポケットの側壁面が、少なくとも部分部位において軸方向に円錐状に延びて形成されている。従って、それらの側壁面は軸方向に対して僅かに傾斜して形成されている。固定ねじを締め付ける際、キャリヤが受けポケットの中に引き入れられる。この場合、円錐状に延びる側壁面が互いに押し合わされる。

回り止め配置を保証するために、目的に適った実施態様において、キャリヤは非対称形状となっている。

また別の課題は、本発明に基づいて、かかるドリル工具に対して請求項１２に記載の工具ヘッドによって解決される。ドリル工具に関して述べた利点および有利な実施態様は、その工具ヘッドにも有意義に転用できる。この場合、工具ヘッドは、有利な実施態様において、中央きりもみインサートとその両側に交換可能に配置された切削プレート特に切削インサートを有している。このように形成されたドリルヘッドは、交換可能な切削プレートの採用に基づいて運転経費上有利であり、非常に高い切削速度並びに大きな送りが可能である。

以下図を参照して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が付されている。

図１における軸方向Ａに延びるドリル工具２はドリル本体４を有し、このドリル本体４の正面側端面に、ドリルヘッド６が交換可能に取り付けられている。ここでドリル本体４とは一般に、切削加工時に通常少なくとも部分的に被加工ワークにかみ合い、例えばチップ排出に用いられるか切削機能をも負うドリル工具の部分部位を意味する。この実施例において、ドリル本体４は両側に配置されたチップ用ねじれ溝８を有している。これらのねじれ溝８はドリルヘッド６の両側の溝部位に段差なしに移行している。ドリル本体４はその後方端（図示せず）に続くシャンクを有し、ドリル本体４はこのシャンクで工作機械に締付け固定される。

ドリルヘッド６は多分割構造で構成され、ヘッド本体１０を有し、このヘッド本体１０の中央にきりもみインサート１２がねじによって交換可能に取り付けられている。このきりもみインサート１２はいわゆるパイロットドリルを形成している。ヘッド本体１０においてきりもみインサート１２の半径方向横に切削インサート１６が交換可能に取り付けられている。ヘッド本体１０の両側周縁部位の端面に軸方向Ａに延びる孔１８が設けられ、ドリル本体４にドリルヘッド６を固定するためのねじ１４（図２参照）がその孔１８を通される。同じようにして中心にも、きりもみインサート１２を貫通して孔１８が設けられている。また、きりもみインサート１２はその両側周縁部位にそれぞれ冷却材出口２０を有し、これらの冷却材出口２０はドリルヘッド６を貫通している冷却材孔２２（図２参照）の端部である。

交換可能なドリルヘッド６を備えたかかるドリル工具において、ドリル本体４からドリルヘッド６へのしっかりした確実なトルク伝達が必要である。特に図１に示されたドリルヘッド６の使用時、通常、非常に高い切削速度並びに非常に大きな送りが発生され、従って、ドリルヘッド６は非常に大きく負荷され、非常に大きな力を受けねばならない。このために、ドリルヘッド６とドリル本体４との間のキャリヤ継手（回し金継手）の十分強固な形成が必要となる。また、できるだけ摩擦の少ないチップ排出に対して、ドリルヘッド６とドリル本体４との段差なしの移行が望まれる。

大きなトルク力をも伝達するための高度なキャリヤ継手を可能にするために、特に図２と図３に示されているようなキャリヤ継手が利用される。それに応じて、ドリルヘッド６の下側端面にヘッド本体１０の部分部材としてキャリヤ（回し金）２４が形成されている。このキャリヤ２４はドリル中心を越えて延びているが、その長手方向寸法はドリルヘッド６の直径より小さい。従って、キャリヤ２４は、この実施例では平らな第１接触面２６ａで完全に取り囲まれ、この第１接触面２６ａからキャリヤ２４が突出している。キャリヤ２４は鉢巻状側壁面２８ａ並びに端面３０を有している。この端面３０は接触面２６ａに対して面平行に形成されている。側壁面２８ａは、この実施例において、軸方向Ａに対して平行に延びている。

キャリヤ２４はキャリヤ幅ｂを有し、このキャリヤ幅ｂは、ドリル中心から出発して両側の終端部に向かってそれぞれ増大している。全体としてキャリヤ２４はその外側終端部に膨出状拡張部を有し、これにより、キャリヤ２４は全体として骨の形に形成されている。側壁面２８ａはドリル中心から出発して凹面湾曲線に沿って外側に向けて鎌状に延びている。その鎌の形状は、それぞれ１つの半径方向においてのみキャリヤ面３２の形に形成され、そのキャリヤ面３２においてトルク伝達が行われる。ドリル工具２は、加工中においてその中心軸線３４を中心として回転方向Ｒに回転する。従って、トルク伝達は主に、側壁面２８ａの回転方向Ｒと逆向きのキャリヤ面３２を形成する半径方向外側部位だけで行われる。側壁面２８ａは反対側の半径方向においてドリル中心から出発してそれぞれほぼ直線形状となっている。従って、キャリヤ２４の膨出状拡張部は非対称形となっている。しかし、キャリヤ２４全体は中心軸線３４に関して点対称形をしている。キャリヤ２４の半径方向に徐々に増大する幅によって、特に鎌状形成によって、半径方向の自律的な芯出しが達成され、これによって、他の中央の芯出しピンは必要なく、設けられない。

ドリル本体４の端面にキャリヤ２４に対応して受けポケット３６が形成されている。この受けポケット３６はその周りを完全に包囲する囲壁（周縁リブ）３８によって境界づけられている。この囲壁３８のドリルヘッド６の側に面した端面は同時に第２接触面２６ｂを形成している。組立状態において、ドリルヘッド６の第１接触面２６ａはその第２接触面２６ｂに平面的に隙間なしに接する。受けポケット３６は鉢巻状側壁面２８ｂによって境界づけられ、この側壁面２８ｂは鎌状部分においてキャリヤ面３２ｂを形成している。受けポケット３６の底は主に接触面２６ｂに対して面平行なポケット底４０によって形成されている。ポケット底４０の外側周縁部位にねじ孔４２が設けられ、ドリルヘッド６を固定するためのねじ１４がそのねじ孔４２にねじ込まれる。ポケット底４０の中央部位に冷却材供給部４４が開口し、この冷却材供給部４４は、ドリルヘッド６の両側冷却材孔２２に冷却材を分配するためのスリット状拡大部を有している。

受けポケット３６の形状はキャリヤ２４の形状に合わされ、詳しくは、キャリヤ２４が受けポケット３６にできるだけぴったりかみ合って係合する、ように合わされている。特に、組立時に圧力ばめが形成され、即ち、キャリヤ２４が少なくとも部分部位において受けポケット３６に対して過剰寸法を有している。この場合、ドリルヘッド６の組立を可能にするために、キャリヤ２４並びに受けポケット３６にそれぞれ挿入案内斜面４６が形成されている。その過剰寸法は好適には、厚肉の周縁部位にだけ過剰寸法が存在するように選定されている。この場合、好適には、ひねり方向すなわち回転方向Ｒ並びに半径方向における過剰寸法が用意され、これにより、キャリヤ２４が受けポケット３６に確実に締付け固定される。過剰寸法によって同時に、自律的な芯出しも支援される。

受けポケット３６に関連してのキャリヤ２４のここで述べた特別な形成によって、最大負荷されたドリル工具２においても永続的で確実なトルク伝達が行われる。このために、無端鉢巻状囲壁３８が、即ち、キャリヤ２４を受けるためのポケット状形成が有効である。従って、大きなトルク力の場合でも、弾性的広がりは全くあるいはほんの僅かしか生ぜず、これにより、最大負荷時でも、直接的トルク伝達が達成される。同時に、骨の形に形成された特殊形状によって、発生回転力が鎌状形成によってドリル中心に向けられた半径方向分力に分けられるので、半径方向自動調心が達成される。

軸方向Ａにおけるドリルヘッド６の固定は、ねじ１４によるねじ継手で行われる。同時に、この軸方向Ａに作用するねじ締付け力によって、両接触面２６ａ、２６ｂの平面接触がしっかりと確実に得られる。この場合、その両接触面２６ａ、２６ｂは互いに気密に接し、これによって、冷却材が流出する恐れはない。また、隙間なしの当接によって、チップ排出において問題が生ずる恐れもない。

また、ねじ継手は、キャリヤ２４および受けポケット３６の互いに対向するキャリヤ面３２ａ、３２ｂが互いに押し合わされる、ように形成されている。そのために、キャリヤ２４のキャリヤ面３２ａは回転方向Ｒと反対側にずれている。これは、ねじ頭部当接面５２の長手軸線５０に対するねじ長手軸線４８のずれｘによって達成され、そのずれｘは、図５から明らかなように、分力ｋが結果的に生ずるように定められている。

ここで図６Ａ〜図６Ｄを参照して、キャリヤ２４が受けポケット３６と共に軸方向Ａに作用するかみ合い結合を形成し、そのために、バヨネット継手の形態を利用している実施例について説明する。バヨネット継手を形成するためにキャリヤ２４と受けポケット３６との相対運動が必要であるので、これら両部品は互いに十分な遊びを有している。キャリヤ２４は特殊形状を有し、その上側部位５４ａが、図６Ｂと図６Ｄにハッチング付き面として示されている角が丸められた断面矩形の形に形成されている。また、下側部位５４ｂは図２で述べたような形状を有し、即ち、下側部位５４ｂにおいて、キャリヤ２４はその周縁部位に厚肉部を有し、これによって、全体としてその側壁面２８ａが鎌の形の骨状形状を有している。図６Ｂと図６Ｄにおいて、上側部位５４ａの外側輪郭は符号５６ａが付され、下側部位５４ｂの外側輪郭（図６Ｂ、図６Ｄに破線で図示）は符号５６ｂが付されている。それに応じて、受けポケット３６も上側部位５８ａと下側部位５８ｂを有している。図６Ｂと図６Ｄにおいて、その上側部位５８ａの外側輪郭は符号６０ａが付され、下側部位５８ｂの外側輪郭（図に破線で図示）は符号６０ｂが付されている。

図６Ａ、図６Ｃから理解できるように、側壁面２８ａ、２８ｂが外側周縁部の部分部位において段状に形成され、これにより、図６Ｃから分かるような組立状態において、軸方向Ａに作用するかみ合い結合および背面係合を形成する。この場合、側壁面２８ａ、２８ｂの段状形成は、軸方向Ａに関して斜めに延び、従って、ポケット底４０に対しても斜めに延びる段差面６２を有している。この傾斜して又は円錐状に延びる段差面６２によって、バヨネット継手を形成する際、同時に軸方向Ａに作用する押圧力が与えられ、これによって、両接触面２６ａ、２６ｂは互いに押し合わされる。従って、この継手は、その傾斜して形成された段差面６２によって、全体としてダブテール継手の形態で形成されている。

図６Ａ〜図６Ｄに示された実施例において、キャリヤ２４の特殊形状によって、図２に示されたキャリヤと同じようにして半径方向の自律的な芯出しが達成される。同時に、軸方向Ａに作用する自動締付け背面係合の形成によって、軸方向固定並びに確実な平面接触が達成され、従って、この実施例において、ねじ継手の追加的配置は不要であり、好適には利用もされない。継手を形成するために、ドリルヘッド６は、図６Ｂで理解できるように、最終的向きに対して数度だけ回転されて受けポケット３６にはめ込まれ、続いて、図６Ｄに示されているように、その設定位置に回転方向Ｒと逆向きに回転される。

図６Ａ〜図６Ｄは単純化された略図である。この実施例においても、例えば冷却材供給部の配置と形成並びにきりもみインサート１２と切削インサート１６とを備えたドリルヘッド６の特殊形状のような図１〜図５に関連して記載した他の特徴が好適に利用される。

上述した実施例においてキャリヤ継手が、ドリルヘッド６に配置されたキャリヤ２４およびドリル本体４に設けられた受けポケット３６を用いて説明されている。それに代えて、キャリヤ２４がドリル本体４の端面に設けられ、受けポケット３６がドリルヘッド６に設けられるようにもできる。しかし安定性の理由から、有利な実施例では、ドリルヘッド６にキャリヤ２４が配置される。

ドリル本体にドリルヘッドが交換可能に取り付けられたドリル工具の部分斜視図。 図１のドリルヘッドにおけるドリル本体の側に面しキャリヤが配置された端面の斜視図。 ドリル本体における受けポケット付き正面の斜視図。 ドリル本体における受けポケット付き正面の図３とは異なる方向の斜視図。 ドリル工具の軸方向に沿った部分断面図。 キャリヤと受けポケットが部分部位においてバヨネット継手の形態で相互にかみ合っている実施例を説明する図であって、バヨネット継手の形成前における断面図（図６ＢのＢ−Ｂ断面図）。 図６Ａに相応する正面図。 図６Ａの実施例を説明する図であって、バヨネット継手の形成後における断面図（図６ＤのＢ−Ｂ断面図）。 図６Ｃに相応する正面図。

符号の説明

２ ドリル工具
４ ドリル本体
６ 工具ヘッド（ドリルヘッド）
１２ きりもみインサート
１４ ねじ
１６ 切削プレート（切削インサート）
２４ キャリヤ（回し金）
２８ 側壁
３６ 受けポケット
４０ ポケット底
４８ ねじ軸線
５０ 孔軸線

Claims (13)

1. ドリル本体（４）と、端面側に形成されたトルク伝達用継手（キャリヤ継手）を介して前記ドリル本体（４）に交換可能に取り付けられた工具ヘッド（６）とを備え、前記キャリヤ継手が、トルク伝達用部材受け（キャリヤ受け）と、工具中心を越えて延びキャリヤ受けに係合するトルク伝達用部材（キャリヤ）（２４）を有している、ドリル工具（２）であって、
   前記キャリヤ受けが、キャリヤ（２４）の全体を受けるための鉢巻状囲壁（３８）を備えた受けポケット（３６）によって形成されていることを特徴とするドリル工具（２）。
2. キャリヤ（２４）が全体をカバーする接触面（２６ａ）で取り囲まれ、該接触面（２６ａ）が受けポケット（３６）の周りの対応した接触面（２６ｂ）に接することを特徴とする請求項１に記載のドリル工具（２）。
3. キャリヤ（２４）がその終端部に向かって増大するキャリヤ幅（ｂ）を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のドリル工具（２）。
4. キャリヤ（２４）が、半径方向において少なくとも部位的に凹面状に湾曲して延びる鉢巻状側壁面（２８ａ）を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のドリル工具（２）。
5. 工具ヘッド（６）が、軸方向（Ａ）に延びるねじ（１４）によってドリル本体（４）に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のドリル工具（２）。
6. ねじ（１４）がキャリヤ（２４）の周縁部位を貫通し、受けポケット（３６）のポケット底（４０）にねじ込まれていることを特徴とする請求項５に記載のドリル工具（２）。
7. ねじ軸線（４８）が、ねじ（１４）が貫通する孔（１８）の孔軸線（５０）に対して、キャリヤ（２４）が受けポケット（３６）に対して締付け固定されるように、ずれを有していることを特徴とする請求項５又は６に記載のドリル工具（２）。
8. キャリヤ（２４）および受けポケット（３６）がそれぞれ、部分部位において互いに背面係合を形成する鉢巻状側壁面（２８ａ、２８ｂ）を有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のドリル工具（２）。
9. キャリヤ（２４）が少なくとも部分部位において、受けポケット（３６）に関して過剰寸法を有していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載のドリル工具（２）。
10. キャリヤ（２４）および受けポケット（３６）がそれぞれ鉢巻状側壁面（２８ａ、２８ｂ）を有し、キャリヤ（２４）および／又は受けポケット（３６）の側壁面（２８ａ、２８ｂ）が少なくとも部分部位において軸方向（Ａ）に円錐状に延びて形成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のドリル工具（２）。
11. キャリヤ（２４）が非対称に形成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載のドリル工具（２）。
12. 端面側に配置され工具中心を越えて延びるキャリヤ（２４）を備えたドリル本体（４）に交換可能に配置するための、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載のドリル工具（２）における工具ヘッド（６）であって、
    キャリヤ（２４）が接触面（２６ａ）によって全周を取り囲まれていることを特徴とするドリル工具（２）における工具ヘッド（６）。
13. 中央きりもみインサート（１２）とその両側に交換可能に配置された切削プレート（１６）を有していることを特徴とする請求項１２に記載の工具ヘッド。

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