JP2011183491A - クランプ機構および刃先交換式工具 - Google Patents

Abstract

【課題】切削インサートをインサート取付座に着脱する際にクランプ用の部材が摩滅することなく、クランプ用の部材を長期にわたって使用することができ、また、切削インサートのインサート取付座への取付強度を増す。
【解決手段】厚さ方向に貫通する貫通孔１０を有するとともに貫通孔から外方へ延びて開口するスリット１１を有する切削インサート６を、工具本体２のインサート取付座３に固定する、インサート押さえ部材７およびねじ部材８を有するクランプ機構５を備える。インサート押さえ部材は、切削インサートの貫通孔に係合する拡径頭部１２および拡径頭部から延びて貫通孔に挿入される胴部１３を有する。胴部にはねじ孔１４が形成される。ねじ部材は、両端にそれぞれ形成された雄ねじ部のうち一方が工具本体のインサート取付座に形成したねじ孔４にねじ合わされ、他方がインサート押さえ部材のねじ孔１４にねじ合わされる。
【選択図】図２

Description

本発明はクランプ機構およびこのクランプ機構を備えた刃先交換式工具に関するものである。

刃先交換式工具として、例えば特許文献１には、工具本体に形成されたインサート取付座に、貫通孔から外方へ延びて開口するスリットを有するいわゆるスリット付きの切削インサートを、クランプネジにより取り付けたものが提案されている。
この刃先交換式工具によれば、クランプネジを完全に取り外すことなく単に緩めるだけで、スリットを利用して切削インサートをインサート取付座に取り付けたり逆にインサート取付座から取り外したりすることができる。

米国特許第６９１８７１７号明細書

ところで、前述した刃先交換式転工具にあっては、以下の課題があった。
切削インサートをインサート取付座に取り付ける際あるいは逆にインサート取付座から取り外す際に、切削インサートが回転せずクランプネジのみが回転するため、クランプネジの頭部裏側が、切削インサートのスリットのエッジによって擦られること、加えて、切削インサートが超硬合金等の硬質材料で作られることから、クランプネジの頭部裏側が早期に摩滅するという課題があった。
また、切削インサートを取り付けるにあたりクランプネジを回転させる際に、クランプネジの頭部裏側が切削インサートのスリットのエッジによって擦られることとなり、このときエッジによる摩擦抵抗が大きいため、強く締め付けることができないという課題があった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、切削インサートをインサート取付座に着脱する際にクランプ用の部材が摩滅することなく、クランプ用の部材を長期にわたって使用することができ、また、切削インサートのインサート取付座への取付強度を増すことができるクランプ機構及びこのクランプ機構を備えた刃先交換式工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のクランプ機構は、厚さ方向に貫通する貫通孔を有するとともに該貫通孔から外方へ延びて開口するスリットを有する切削インサートを、工具本体のインサート取付座に固定するクランプ機構であって、前記切削インサートの前記貫通孔の開口部周縁に係合する拡径頭部および該拡径頭部から延びて前記貫通孔に挿入される胴部を有し、該胴部には胴部の少なくとも長さ方向中間部から胴部の端部まで達するねじ孔が形成されたインサート押さえ部材と、軸線方向の両端にそれぞれ形成された雄ねじ部のうち一方の雄ねじ部を前記工具本体のインサート取付座に形成したねじ孔にねじ合わされ、他方の雄ねじ部を前記インサート押さえ部材の前記ねじ孔にねじ合わされるねじ部材と、を備えることを特徴とする。

上記構成のクランプ機構にあっては、ねじ部材の一方の雄おねじ部を工具本体のインサート取付座に形成したねじ孔にねじ合わし、他方の雄ねじ部をインサート押さえ部材の胴部のねじ孔にねじ合わす。そして、スリットを利用し、切削インサートの貫通孔にインサート押さえ部材の胴部が挿入するように、切削インサートをインサート押さえ部材に係合させる。この状態で、ねじ部材を所定方向へ回転させると、ねじ部材の一方の雄おねじ部がインサート取付座のねじ孔に侵入し、他方の雄ねじ部がインサート押さえ部材の胴部のねじ孔内に侵入する。これにより、インサート押さえ部材がインサート取付座側へ近づき、インサート押さえ部材の頭部が切削インサートの貫通孔に係合して、切削インサートをインサート取付座に押圧して固定する。

ここで、インサート押さえ部材がインサート取付座側へ近づくとき、切削インサートに対し相対回転することなく所定の相対角度関係を維持したまま近づく。このため、インサート押さえ部材の拡径頭部の裏側は、切削インサートのスリットのエッジに接するものの、このエッジによって擦られることがなく、エッジによる擦りによって摩滅されるおそれはない。
また、ねじ部材を回転させる際に、このねじ部材が切削インサートのスリットに接しておらず、スリットのエッジによる摩擦抵抗の影響を受けない。このため、ねじ部材を強く締め付けることができ、この結果、従来のクランプ機構に比べて、切削インサートのインサート取付座への取付強度を増すことができる。

前記インサート押さえ部材には回り止めキーが外方へ突出するように形成され、この回り止めキーが切削インサートの前記スリットに係止されることが好ましい。
この場合、回り止めキーが切削インサートのスリットに係止されることによって、インサート押さえ部材は切削インサートに対し回り止めされている。切削インサートはもともとインサート取付座に回り止めされており、したがって、ねじ部材を回転させる際に、インサート押さえ部材を不用意に回転しないように押さえる必要がない。

前記インサート押さえ部材には回り止めキーが外方へ突出するように形成され、
前記工具本体には前記回り止めキーに係合する凹部が前記インサート取付座の前記ねじ孔につながって形成されていることが好ましい。
この場合、回り止めキーが工具本体の凹部に係止されることによって、インサート押さえ部材は切削インサートに対し回り止めされている。したがって、ねじ部材を回転させる際に、インサート押さえ部材を不用意に回転しないように押さえる必要がない。

以上説明したように、本発明によれば、切削インサートをインサート取付座に着脱する際に、インサート押さえ部材やねじ部材などのクランプ用の部材が摩滅することがなく、これらクランプ用の部材を長期にわたって使用することができる。また、切削インサートのインサート取付座への取付強度を増すことができる。

本発明の刃先交換式工具の第１実施形態である刃先交換式バイトの斜視図である。 図１に示す刃先交換式バイトから切削インサートを取り外した状態を示す斜視図である。 図１に示す刃先交換式バイトのクランプ機構を説明する断面図である。 図１に示す刃先交換式バイトのクランプ機構を説明する分解図である。 図１に示す刃先交換式バイトに用いるインサート押さえ部材を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 図１に示す刃先交換式バイトに用いる切削インサートの変形例を示すもので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はいずれも正面図である。 図１に示す刃先交換式バイトに用いる切削インサートの変形例を示すもので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はいずれも側面図である。 図１に示す刃先交換式バイトに用いるインサート押さえ部材の変形例を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 図１に示す刃先交換式バイトに用いるインサート押さえ部材の他の変形例を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 図１に示す刃先交換式バイトのクランプ機構の変形例を説明する断面図である。 本発明の刃先交換式工具の第２実施形態である刃先交換式回転工具の正面図である。 図１１に示す刃先交換式回転工具のクランプ機構を説明する分解図である。 図１１に示す刃先交換式回転工具に用いられる切削インサートを示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

〈第１実施形態〉
図１ないし図５は、本発明の刃先交換式工具の第１実施形態である刃先交換式バイトを示すものであり、図１は刃先交換式バイトの斜視図、図２は刃先交換式バイトから切削インサートを取り外した状態を示す斜視図、図３は刃先交換式バイトのクランプ機構を説明する断面図、図４は刃先交換式バイトのクランプ機構を説明する分解図である。

図１、図２に示すように、刃先交換式バイト１は工具本体２を有しており、この工具本体２は鋼材等からなり、軸状をなしていて、その延在方向（図１，２における左右方向）に直交する断面が略矩形状に形成されている。具体的には、工具本体２は略直方体状をなしているとともに、延在方向に沿う先端部以外の中央部及び基端部（ここでは、図１，図２における左方向が先端側、右方向が基端側）が工作機械等に回り止めされた状態で保持される。

工具本体２の先端部の左側面には、インサート取付座３が矩形状に切り欠かれて形成されている。インサート取付座３は、工具本体２の左側方を向く着座面３ａと、この着座面３ａから起立して工具本体の先端側を向く壁面３ｂと、工具本体の上方を向く壁面３ｃを有する。着座面３ａには該着座面３ａに直交し工具本体２の右側面まで達するねじ孔４が形成されている。このインサート取付座３に、クランプ機構５によって切削インサート６が装着される。

クランプ機構５は、切削インサート６の右側面をインサート取付座３の着座面３ａに押圧して固定するインサート押さえ部材７と、インサート押さえ部材７をインサート取付座３の着座面３ａ側及びその逆側へ移動させる差動ねじ８と備える。

切削インサート６は、超硬合金等の硬質材料により直方体状に形成されている。したがって、切削インサート６は、上面６ａ、下面６ｂ、左側面６ｃ、右側面６ｄ、前がわ側面６ｅ、後がわ側面６ｆを有する。上面６ａがすくい面とされ、前がわ側面６ｅと後がわ側面６ｆが逃げ面とされている。それらすくい面をなす上面６ａと逃げ面をなす前がわ側面６ｅおよび後がわ側面６ｆとの間に切り刃９が形成されている。この切削インサート６は、高さ寸法が厚さ寸法より長いいわゆる縦刃用である。

切削インサート６の中央には、左側面６ｃから右側面６ｄまで達する貫通孔１０が形成されている。貫通孔１０からはスリット１１が延びており、このスリット１１は下方に延びて切削インサートの下面６ｂに開口している。また、切削インサート６の貫通孔１０の左右の開口部周縁はそれぞれ面取りされて、後述するインサート押さえ部材７の拡径頭部１２の着座面１０ａとなっている。切削インサート６がインサート取付座３に装着されるとき、右側面６ｄが着座面３ａに、後がわ側面６ｆが壁面３ｂに、下面６ｂが壁面３ｃにそれぞれ当接する。なお、切削インサート６は左右対称に形成されており、左右を裏返して使用可能になっている。

図５は、図１に示す刃先交換式バイトに用いるインサート押さえ部材を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。図５に示すように、インサート押さえ部材７は、切削インサート６の貫通孔１０の開口部に係合する拡径頭部１２と、拡径頭部１２からインサート押さえ部材自体の軸線方向に沿って延びる胴部１３とを有する。拡径頭部１２の直径は貫通孔１０の内径より大に設定されており、胴部の直径は貫通孔１０の内径よりも小に設定されている。拡径頭部１２の下面部（裏側部）はテーパー状に狭まっており、前記切削インサート６の貫通孔１０の開口部周縁の着座面１０ａに当接可能となっている。

胴部１３は切削インサート６のスリット１１の幅よりも小径とされている。胴部１３には拡径頭部１２から胴部の下端まで達するねじ孔１４が形成されている。また、胴部１３には回り止めキー１５が、胴部の外方へ突出するようにかつ胴部の下端側へ寄った位置に形成されている。また、インサート押さえ部材７の長さは切削インサート６の厚さよりも長くなるように設定されており、これにより、回り止めキー１５は、インサート取付座の着座面３ａにねじ孔４から下方に向けて延びるように形成された凹部１６に係合可能になっている。

差動ねじ８は、中間部８ａを挟んで軸線方向両端に雄ねじ部８ｂ、８ｃが同軸状に形成されている。一方の雄ねじ部８ｂは工具本体２のインサート取付座３に形成したねじ孔４にねじ合わされ、他方の雄ねじ部８ｃはインサート押さえ部材のねじ孔１４にねじ合わされる。双方の雄ねじ部８ｂ、８ｃは、それぞれ互いに逆方向にねじが切られており、これに対応してインサート取付座３に形成したねじ孔４とインサート押さえ部材７のねじ孔１４もが互いに逆方向にねじが切られている。なお、双方の雄ねじ部８ｂ、８ｃの関係は、必ずしもピッチが異なる逆ねじである必要はなく、ピッチが同じの逆ねじであっても良い。なお、この場合には差動ねじではなく単なるねじ部材になる。また、差動ねじ８としては、双方の雄ねじ部８ｂ、８ｃの関係が同方向のねじでもよい。この場合ピッチが異なれば足りる。

次に、上記構成の刃先交換式バイト１及びこの刃先交換式バイトに用いられたクランプ機構５の作用について説明する。
前記構成のクランプ機構５によって切削インサート６をインサート取付座３に装着するには、まず、差動ねじ８の一方の雄おねじ部８ｂを工具本体２のインサート取付座３のねじ孔４にねじ合わし、他方の雄ねじ部８ｃをインサート押さえ部材７の胴部１３のねじ孔１４にねじ合わす。そして、スリット１１を利用し、切削インサート６の貫通孔１０にインサート押さえ部材７の胴部が挿入されるように、切削インサート６をインサート押さえ部材７に係合させる。

この状態で、差動ねじ８を所定方向へ回転させる。すると、差動ねじ８の一方の雄おねじ部８ｂがインサート取付座３のねじ孔４に侵入し、他方の雄ねじ部がインサート押さえ部材の胴部のねじ孔１４内に侵入する。これにより、インサート押さえ部材７が、インサート取付座３の着座面３ａ側へ近づく。そして、インサート押さえ部材の拡径頭部１２が貫通孔１０の開口部周縁の着座面１０ａに係合し、切削インサート６をインサート取付座３の着座面３ａ側に押圧して固定する。なお、差動ねじ８の回転は、差動ねじ８の端部に形成した六角穴（図示略）にレンチを嵌合させ、このレンチを回転させることにより行う。

一方、インサート取付座３に装着した切削インサート６を取り外すには、差動ねじ８を前記とは逆方向へ回転させる。すると、差動ねじ８の一方の雄おねじ部８ｂがインサート取付座３のねじ孔４から抜け出るように後退し、他方の雄ねじ部もインサート押さえ部材の胴部のねじ孔１４から抜け出るように後退する。これにより、インサート押さえ部材７が、インサート取付座３の着座面３ａから離間する方向へ移動する。そして、そのまま、差動ねじを同方向へ回転させ続けると、インサート押さえ部材７の拡径頭部１２が切削インサート６の貫通孔４の開口部周縁の着座面１０ａとの係合を解いてそこから離間し、同時に、切削インサート６のインサート取付座３側への押圧を解く。
切削インサート６は、スリット１１を利用することによって、差動ねじ８のインサート取付座３のねじ孔４やインサート押さえ部材の胴部のねじ孔１４とのねじ合わせを外すことなく、インサート押さえ部材７の胴部１３から取り外すことができる。

このように、差動ねじ８を回転させて、インサート押さえ部材７をインサート取付座３の着座面３ａ側へ近づけるとき、あるいは逆に同着座面３ａから遠ざけるときに、インサート押さえ部材７は切削インサート６に対し相対回転することなく所定の相対角度関係を維持したまま近づいたり、遠ざかったりする。このため、インサート押さえ部材７の拡径頭部１２の裏側は、切削インサート６のスリット１１のエッジに接するものの、このエッジによって擦られることがなく、エッジによる擦りによって摩滅するおそれはない。
また、差動ねじ８を回転させる際に、該差動ねじ８が切削インサート６のスリット１１に接しておらず、スリット１１のエッジによる摩擦抵抗の影響を受けない。このため、差動ねじ８を強く締め付けることができ、この結果、従来のクランプ機構に比べて、切削インサート６のインサート取付座３への取付強度を増すことができる。

また、インサート押さえ部材７に形成した回り止めキー１５がインサート取付座３の凹部１６に係止しており、これによって、インサート押さえ部材７は回り止めされている。したがって、差動ねじ８を回転させる際に、インサート押さえ部材７を不用意に回転しないように押さえる必要がない。

〈変形例〉
次に、図６〜図１０を参照して第一実施形態の変形例について説明する。
図６は切削インサートの変形例を示すもので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はいずれも正面図である。
切削インサートの下面６ｂの正面視形状としては、図２、図４、図６（ａ）に示すような直線のものに限られることなく、図６（ｂ）に示すように正面から見て下面６ｂの中央が下がるＶ字状のもの、図６（ｃ）に示すように正面から見て逆に下面６ｂの中央が上がる逆Ｖ字状のもの、さらに、図６（ｄ）に示すように正面から見て下面６ｂの中央が下がる凸状湾曲状のものであってもよい。

また、切削インサートの下面６ｂの側面視形状としては、図２、図４、図７（ａ）に示すような直線のものに限られることなく、図７（ｂ）に示すように側面から見て下面６ｂの中央が下がるＶ字状のもの、図７（ｃ）に示すように側面から見て逆に下面６ｂの中央が上がる逆Ｖ字状のもの、さらに、図７（ｄ）に示すように正面から見て下面６ｂの中央が下がる凸状湾曲状のものであってもよい。
このように下面６ｂの形状を変えることによって、切削インサート６の着座性が向上させることができる。
なお、これら下面６ｂの形状に合わせて、インサート取付座の壁面３ｃもそれに対応する形状にする必要がある。

図８，図９はインサート押さえ部材の変形例を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
インサート押さえ部材７に形成する回り止めキー１５としては、図４、図５に示すように、胴部１３の下端側に寄せて配置したものの他、図８に示すように拡径頭部１２と胴部１３とにまたがって配置したもの、あるいは図９に示すように胴部１３の長さ方向中間部に配置したものであってもよい。

図１０はクランプ機構の変形例を説明する断面図である。
ここで示すクランプ機構１８は、インサート押さえ部材７の回り止めキー１５を係合させるための凹部１６を工具本体２に有していない。
インサート押さえ部材７の長さは切削インサートの厚さと略同じ値に設定されていて、インサート押さえ部材７の回り止めキー１５は、切削インサート６のスリット１１に係合させている。
切削インサート６は、もともと壁面３ｂ、３ｃによって回転を拘束された状態でインサート取付座３に載置されるから、単に回り止めキー１５を切削インサート６のスリット１１に係合させることでも、インサート押さえ部材７を工具本体２や切削インサート６に対して回り止めできる。

〈第２実施形態〉
図１１ないし図１３は、本発明の刃先交換式工具の第２実施形態である刃先交換式回転工具のエンドミルを示すものであり、図１１はエンドミルの斜視図、図１２はエンドミルのクランプ機構を説明する分解図、図１３はエンドミルに用いられる切削インサートを示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
なお、この実施形態では、説明の便宜上、前記第１実施形態で説明した同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１１、図１２に示すように本実施形態のエンドミル２０の工具本体２１は、軸線Ｏを中心とした外形略円柱状をなしており、その後端部（図１１における上側部分）が工作機械の主軸側に取り付けられて上記軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転させられることにより、被削材の切削加工（転削加工）に使用される。

工具本体２１の外周面には、その先端から後端側に向けて軸線回りに工具回転方向Ｔの後方側に捩れる切屑排出溝２２が周方向に等間隔をあけて複数条形成されており、これらの切屑排出溝２２には、その工具回転方向Ｔを向く壁面と上記外周面とに開口する複数のインサート取付座２３が該切屑排出溝２２に沿って形成されていて、これらのインサート取付座２３に、それぞれクランプ機構５によって切削インサート２４が着脱可能に取り付けられる。

なお、これら複数の切屑排出溝２２および該切屑排出溝２２同士でこれに沿って形成される複数のインサート取付座２３は、軸線Ｏ回りに所定角度ずつ回転対称となるように形成されている。

図１３に示すように、本実施形態における切削インサート２４は、超硬合金等の硬質焼結体により多角形の平板状に形成されており、すなわち一対の多角形面とその周囲に配置される側面とを備えていて、これらの側面の１つをすくい面として工具回転方向Ｔに向けてインサート取付座２３に取り付けられる。具体的に、本実施形態の切削インサート２４は概略五角形平板状とされており、一対の五角形面２４ａと、これらの五角形面２４ａの周囲に配置されるすくい面２４ｂ、一対の側面２４ｃおよび着座面２４ｄとを備えていて、上記五角形面２４ａに対向する方向からみたときにこの着座面２４ｄが凸Ｖ字状をなすことにより概略五角形状となっている。
ここで、すくい面２４ｂは概略平行四辺形状に形成され、この平行四辺形の四辺のうち、すくい面２４ｂと上記五角形面２４ａとの交差稜線部には主切刃２４ｂａが、すくい面２４ｂと側面２４ｃとの交差稜線部には副切刃２４ｂｂが形成されている。

また、切削インサート２４には、これら一対の五角形面２４ａの間を貫通する貫通孔２５が両五角形面２４ａの略中央に開口するように形成されており、この貫通孔２５からはスリット２６が着座面側に延びるように形成されている。

この第２実施形態においても、前記第１実施形態と同様、切削インサートをインサート取付座２３に着脱する際に、インサート押さえ部材７や差動ねじ８などのクランプ用の部材が摩滅することがない、また、切削インサート２４のインサート取付座２３への取付強度を増すことができるという効果を奏するのは勿論、工具本体２１に多数の切削インサート２４を取り付けるタイプであるため、効果はより顕著に表れる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、前記各実施形態では、刃先交換式工具の例として、バイトとエンドミルを挙げたが、勿論他の刃先交換式工具にも本発明は適用可能である。
また、前記第１実施形態では、インサート押さえ部材７内にねじ孔１４を拡径頭部１２から胴部の下端まで達するように形成したが、これに限られることなく、ねじ孔１４を胴部の長さ方向中間部から胴部の下端まで達するように形成してもよい。

１刃先交換式バイト、 ２工具本体、 ３インサート取付座、 ３ａ着座面、 ３ｂ壁面、 ３ｃ壁面、 ４ねじ孔、 ５クランプ機構、 ６切削インサート、 ７インサート押さえ部材、８差動ネジ（ねじ部材）、 ９切り刃、 １０貫通孔、 １０ａ着座面、 １１スリット、 １２拡径頭部、 １３胴部、 １４ねじ孔、 １５回り止めキー、 １６凹部、 １８クランプ機構、 ２０エンドミル、 ２１工具本体、 ２２切屑排出溝、 ２３インサート取付座、 ２４切削インサート、 ２５貫通孔、 ２７スリット。

Claims (4)

1. 厚さ方向に貫通する貫通孔を有するとともに該貫通孔から外方へ延びて開口するスリットを有する切削インサートを、工具本体のインサート取付座に固定するクランプ機構であって、
   前記切削インサートの前記貫通孔の開口部周縁に係合する拡径頭部および該拡径頭部から延びて前記貫通孔に挿入される胴部を有し、該胴部には胴部の少なくとも長さ方向中間部から胴部の端部まで達するねじ孔が形成されたインサート押さえ部材と、
   軸線方向の両端にそれぞれ形成された雄ねじ部のうち一方の雄ねじ部を前記工具本体のインサート取付座に形成したねじ孔にねじ合わされ、他方の雄ねじ部を前記インサート押さえ部材の前記ねじ孔にねじ合わされるねじ部材と、
   を備えることを特徴とするクランプ機構。
2. 前記インサート押さえ部材には回り止めキーが外方へ突出するように形成され、
   該回り止めキーが切削インサートの前記スリットに係合することを特徴とする請求項１に記載のクランプ機構。
3. 前記インサート押さえ部材には回り止めキーが外方へ突出するように形成され、
   前記工具本体には前記回り止めキーに係合する凹部が前記インサート取付座の前記ねじ孔につながって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のクランプ機構。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のクランプ機構を備える刃先交換式工具。

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