JP4472705B2 - ツールホルダとの係合を改良すべく構成されたカッティングツール - Google Patents

Description

本発明は、カッティング（切削）ツールに係り、より詳細には、カッティングツールとツールホルダの連動係合に関する。更に、詳細には、本発明は、ツールホルダと連動して、がたつきを生じる粉砕作業中の振動を最小とする改良されたカッティングツール構造に関する。

金属加工機械は周知である。従来の金属加工機械は、一般に、電気、液圧または空気圧モータなどの動力駆動装置、ドリル、穴あけ器、プローブ（測定子）などの好適なカッティングツール、および該カッティングツールを動力駆動装置に連結するためのツールホルダを含む。一般に、ツールホルダは、動力駆動装置に直接取り付けられ、カッティングツールを動力駆動装置に連結するためにカッティングツールを支持するように構成される、ソケットまたはスリーブ部材を含む。

代表的なカッティングツールは、ツールホルダのスリーブ部材内に精密公差で嵌入されるめされる特定の直径を有する円筒形のシャンクを含む。シャンクは単一または複数の（通常は２個の）軸心合わせされたフラット部を備えていてよい。これらのフラット部は、一般に、シャンクの外周面に沿って切削される。このタイプのシャンクは、一般に「ウェルダン・シャンク（Ｗｅｌｄｏｎ Ｓｈａｎｋ）」と呼ばれる。スリーブ部材は、各フラット部を止めネジで支持する。これらの止めネジはフラット部に対して締結されるように構成される。各止めネジの力はシャンクへ伝送され、フラット部の反対側（即ち、１８０°）にあるシャンクの一部に、スリーブ部材の内面と一致させるかまたは係合させて、該シャンク内部にカッティングツール１０を固着させる。

上記のツールとホルダの配置は、理論的には、結果として、カッティングツールとツールホルダの間で二つの接触点、即ち、単一接触ラインを生じる。これらの二つの接触点は、カッティングツールをツールホルダに対して移動させたり振動させたりする。これによって、ある条件下では、がたつき（びびり）が生じてしまう。これは、動力駆動装置、カッティングツール、およびツールホルダが組み合わされた時の自然周波数と、種々のパラメータでカッティングマシン（打抜き機）を操作する時のこれらの要素の倍振動性によるものである。がたつきが発生すると、材料の微粉がシャンクやスリーブ部材のいずれかから除去される。一般に、これらの粒子は、シャンクまたはスリーブ部材の対向する噛合面の１つに埋まってしまい、スリーブ部材よりシャンクの方がやわらかいことから、通常は、シャンク内に埋まることが多い。

上記のツールとホルダの配置構成には他の欠点がある。即ち、フラット部に対して止めネジを締結する時、シャンクまたはカッティングツールの中心がスリーブ部材またはツールホルダの中心からずれる場合が多いことである。

がたつき（びびり）を生じる原因となる振動を取り除くかまたは最小とし、カッティングツールの中心とツールホルダの中心のずれを削減できるツールとホルダの配置構成が要求される。

一般的に、本発明は、ツールホルダ内で均等にまたはより密着して嵌入されるべく構成された円筒形部分を含むシャンクを有するカッティングツールに関する。該シャンクは、第１の接触点でツールホルダの止めネジによって係合されるように構成される。すきま面は、該第１の接触点の反対側に設けられる。該すきま面は、止めネジを締結する際にツールホルダと接触するとともに周方向に離間された２点に隣接しながら、成端する。これらの接触点は、９０°より大きく２７０°より小さい角度距離で第１の接触点から周方向に離間される。

本発明の更なる特徴、これによって得られる利点は、図面についての以下の詳細な説明を参照することによってより明確となるであろう。

これらのいくつかの図面全体を通して同様の部品には同様の参照番号が付されている図面を参照する。図１には、本発明の一つの実施の形態によるカッティングツール１０が示されている。カッティングツール１０は、１つ以上の略円筒形の部分または主として円筒形の外周面２０を含むシャンク１２を有する。該シャンク１２は、ツールホルダ１６の略円筒形のアダプタ即ちスリーブ部材１４に噛合い、密着嵌入し、または精密公差（例えば、約０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）乃至約０．００５インチ（０．１２７ｍｍ））で嵌入するように、特定の直径を有する。該ツールホルダ１６は、動力駆動装置（図示なし）のスピンドルに取り付けられ、カッティングツール１０を該動力駆動装置に連結するためにカッティングツール１０を支持すべく構成されている。

該シャンク１２は、該シャンク１２の外周面２０の一側面に沿って、切削される場合もあれば、予め設けられる場合もある、１つ以上のフラット部１８を備え得る。本発明の好ましい実施の形態によれば、二つのフラット部１８は、図１に示されるように、シャンク１２の外周面に沿って軸心合わせされるように配置されている。

スリーブ部材１４は、各フラット部１８に対して止めネジ２２を支持する。該止めネジ２２は、該シャンク１２の一側面に沿った第１の接触点を協働的に画定するフラット部１８に対して締結されるように構成される。各止めネジ２２の締結力は、シャンク１２へ伝達される。この力は、シャンク１２の部分２４（即ち、図１から見た場合、シャンク１２の下位部分）に、スリーブ部材１４の内面２６を整合または係合させて、シャンク１２を該スリーブ部材１４内で固定させる。これらの部分２４は、それぞれが、好ましくは、角度距離でフラット部１８または第１の接触点から周方向に離間される、第２および第３の接触点を画定する。本発明の好ましい実施の形態において、第２および第３の接触点は、９０°より大きく２７０°より小さい角度距離でフラット部１８または第１の接触点から離間される。最も好ましくは、該第２および第３の接触点は、第１の接触点から１２０°離間される。

次に、図２及び図３を参照すると、シャンク１２の外周面２０は半径Ｒ１を有する。該半径Ｒ１は、シャンク１２の前後軸Ａ１またはカッティングツール１０に一致した焦点を含む。フラット部１８は、シャンク１２の外周面２０の一側面または一部分に沿って設けられる。本発明の好ましい実施の形態によれば、シャンク１２の全長に沿って、フラット面１８の反対側、または外周面２０の他側面（即ち、図２から見た場合にはシャンク１２の底部）に沿って設けられた該シャンク１２の部分２８（例えば、逃げ面または隙間面）は、拡径部Ｒ２を有する。該拡径部Ｒ２は、該シャンク１２の前後軸Ａ１に相対してずれた焦点Ａ２を含む。該拡径部Ｒ２の焦点Ａ２は、シャンク１２の軸Ａ１に対してよりフラット部１８により近接しているように示される。拡径部Ｒ２の大きさとその焦点Ａ２の位置が、シャンク１２の外周面２０の半径Ｒ１と拡径部Ｒ２の間の距離である、距離Ｄ１によって表されるクリアランス（すきま）をもたらす。拡径された部分２８は、スリーブ部材１４の内面２６に係合または接触するシャンク１２の部分２４に近接または隣接しながら、成端する。これによって、拡径部Ｒ２の大きさとその焦点Ａ２の位置は、スリーブ部材１４の内面２６と係合するかまたは接触するシャンク１２の部分間で角度θによって表される角度距離を表す。この角度θは、０°より大きいが、１８０°より小さく、最も好ましくは、１２０°である。これによって、好ましくは、等距離離間された（即ち、約１２０°離間した）三つの接触点が生じる。即ち、これらの三つの接触点の１つは、止めネジ２２がフラット部１８と係合する位置であり、他の二つの接触点は、シャンク１２の部分２４がスリーブ部材１４の内面２６と係合する位置である。

スリーブ部材１４と一緒に使用された場合、上記のカッティングツール１０は、結果としてがたつきを生じる振動を取り除くかまたは最小とする。さらに、逃げ面またはすきま面（即ち、部分２８）によって、該シャンク１２は、従来または公知のシャンクよりもスリーブ部材１４内で密着以上に嵌入することができるように大きさが決定され得る。これによって、本発明は、振れ、即ち、カッティングツール１０の中心とツールホルダ１６の中心との間のずれを減少させることができる。

図４および図５には、本発明の他の実施の形態によるカッティングツール３０が示される。このカッティングツール３０は、上記のカッティングツール１０と同様に、１つ以上の略円筒形の部分または主として円筒形の外周面４０を含むシャンク３２を有する。シャンク３２は、ツールホルダ１６のスリーブ部材１４に噛合い、密着嵌入し、または精密公差（例えば、約０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）乃至約０．００５インチ（０．１２７ｍｍ））で嵌入するように、特定の直径を有する。該ツールホルダ１６は、動力駆動装置（図示なし）のスピンドルに取り付けられ、カッティングツール３０を該動力駆動装置に連結するためにカッティングツール３０を支持すべく構成されている。

シャンク３２は、該シャンク３２の外周面４０の一側面に沿って切削されるか、あるいは、設けられてもよい１つ以上のフラット部３８を備えてもよい。本発明の好ましい実施の形態によれば、二つのフラット部３８は、上記のシャンク１２の外周面と同様に、シャンク３２の外周面４０に沿って軸心合わせされて配置される。

スリーブ部材１４は、各フラット部３８に対して止めネジ２２を支持する。これらの止めネジ２２は、フラット部３８に対して締結されるように構成される。これらのフラット部３８は、シャンク１２の一側面に沿って第１の接触点を協働的に画定する。各止めネジ２２の締結力は、シャンク３２へ伝達される。この力によって、フラット３８の反対側のシャンク３２の部分４４（図４および図５で見た場合にはシャンク３２の下部）がスリーブ部材１４の内面と整合または係合することによって、該シャンク３２がスリーブ部材１４内で固定される。これらの部分４４は、それぞれが、好ましくは、角度距離でフラット部３８または第１の接触点から周方向に離間される第２および第３の接触点を画定する。本発明の好ましい実施の形態において、第２および第３の接触点は、９０°より大きく２７０°より小さい角度距離でフラット部３８または第１の接触点から周方向に離間される。最も好ましくは、該第２および第３の接触点は、第１の接触点から１２０°離間される。

本実施の形態によれば、フラット３８は、シャンク３２の外周面４０の一側面または一部分に沿って設けられる。フラット面３８の反対側、または外周面４０の他側面または部分（即ち、図４において見た場合にはシャンク３２の底部）に沿って設けられた該シャンク３２の部分（例えば、逃げ面または隙間面）は、シャンク全長に沿って１つ以上のファセット４８（１つのみを示す）を有する。該ファセット４８の深さと位置によって、該ファセット４８とスリーブ部材１４の内面２６の間の距離Ｄ２によって測定されるすきま（クリアランス）がもたらされる。ファセット４８は、スリーブ部材１４の内面２６に係合または接触するシャンク３２の部分４４に近接または隣接しながら、成端する。これによって、ファセット４８の大きさと位置は、スリーブ部材１４の内面２６と係合するシャンク３２の部分４４間で角度φによって表される角度距離を表す。この角度φは、０°より大きいが、１８０°より小さく、最も好ましくは、１２０°である。これによって、好ましくは、等距離離間された（即ち、約１２０°離間した）三つの接触点が生じる。即ち、これらの三つの接触点の１つは、止めネジ２２がフラット部３８と係合する位置であり、他の二つの接触点は、シャンク３２の部分４４がスリーブ部材１４の内面２６と係合する位置である。

スリーブ部材１４と一緒に使用された場合、上記のカッティングツール３０は、結果としてがたつきを生じる振動を取り除くかまたは最小とする。さらに、逃げ面またはすきま面（即ち、部分４８）によって、該シャンク３２は、従来または公知のシャンクよりもスリーブ部材１４内で密着以上に嵌入することができるように大きさが決定され得る。これによって、本発明は、振れ、即ち、カッティングツール３０の中心とツールホルダ１６の中心との間のずれを減少させることができる。

上記の両実施の形態において、逃げ面またはすきま面の深さがシャンク１２、３２の一貫性を乱すことがないように、最小とされることが理解されよう。

本発明によるいくつかの実施の形態に関して説明されているが、種々の変更または追加を行うことが可能であることは当業者によって容易に理解されよう。本発明は、添付の請求の範囲のみによって限定されるものであり、これらの特許の範囲が逸脱されない限り、変更や追加を全て網羅することが可能であるように意図されている。

本発明の一つの実施の形態によるカッティングツールシャンクと、ツールホルダスリーブ部材を示す部分的分解斜視図である。 図１のライン２−２に沿って切断されたカッティングツールシャンクを示す断面図である。 ツールホルダスリーブ部材内に保持されたシャンクを示す断面図である。 本発明の他の実施の形態によるカッティングツールシャンクを示す断面図である。 図４に示されたシャンクがツールホルダスリーブ部材内に保持されている状態を示す断面図である。

Claims (8)

1. ツールホルダに密着して嵌入するように構成された円筒形部分を有するシャンクと、
   前記ツールホルダの止めネジによって係合されるように構成され、第１の接触点を画定するフラット部と、
   前記フラット部の反対側に位置するすきま面と、
   を含むカッティングツールであって、
   前記止めネジの締結時に前記すきま面が第２と第３の接触点で前記ツールホルダに接触し、これによって、前記第２と第３の接触点は、前記第１の接触点から、９０°より大きく２７０°より小さい角度距離で周方向に離間されることよりなり、
   前記シャンクは、前後軸と、前記シャンクの前記前後軸に一致する焦点を有する半径を有する外周面と、を含み、前記フラット部の反対側に位置する前記シャンクの一部が前記シャンクの前記前後軸に相対してずれた焦点を有する拡径部を有することによって前記すきま面がもたらされる、
   カッティングツール。
2. 前記第２と第３接触点が、前記フラット部から、約１２０°の等角度距離で周方向に離間される、請求項１に記載のカッティングツール。
3. 前後軸を有するシャンクと、
   前記前後軸に一致した焦点を有する第１の半径を有する円筒形部分と、
   前記シャンクの外周面内の第１の接触点であって、ツールホルダの止めネジによって前記シャンクのフラット部と係合されるべく構成される前記第１の接触点と、
   前記第１の接触点の周方向反対側に位置する拡径部と、
   を有するカッティングツールであって、
   前記拡径部が該シャンクの前記前後軸からずれた焦点を含み、前記シャンク上にすきま面をもたらし、前記すきま面が周方向に離間された第２と第３の接触点に隣接しながら成端し、前記止めネジの締結時に前記すきま面が前記第２と第３の接触点で前記ツールホルダに接触し、前記第２と第３の接触点が９０°より大きく２７０°より小さい角度距離で前記第１の接触点から更に周方向に離間されている、
   カッティングツール。
4. 前記第２と第３の接触点が、約１２０°の等角度距離で前記第１の接触点から周方向に離間される、請求項３に記載のカッティングツール。
5. カッティングマシンの動力駆動装置に直接連結されるツールホルダによって支持されるべく構成されたカッティングツールであって、前記ツールホルダが、略円筒形の内面を有するとともに少なくとも一つの止めネジを支持するスリーブ部材を含み、
   該カッティングツールが、
   前記ツールホルダの前記スリーブ部材へ嵌入されるべく構成される略円筒形の部分を有するシャンクを含み、
   前記シャンクが、前記止めネジによって係合されるべく構成される第１の接触点と前記第１の接触点の反対側に位置する逃げ面とを更に含み、
   該逃げ面が、前記止めネジによって前記第１の接触点に対して力を印加した時に前記スリーブ部材の前記略円筒形の内面と係合する第２と第３の接触点に隣接しながら、成端し、前記第２と第３の接触点が、２７０°未満で９０°より大きい角度距離で、前記第１の接触点から離間されること、からなり、
   前記シャンクが、前後軸と、前記シャンクの前記前後軸に一致する焦点を含む半径を有する外周面とを有し、前記第１の接触点の反対側に位置する前記シャンクの部分が前記シャンクの前記前後軸に相対してずれている焦点を含む拡径部を有する、
   カッティングツール。
6. 前記第２と第３の接触点が、約１２０°の等角度距離で前記第１の接触点から周方向に離間される、請求項５に記載のカッティングツール。
7. カッティングマシン動力駆動装置に取り付けられるツールホルダであって、円筒形の内面を含むスリーブ部材を含む、前記ツールホルダと、
   前記ツールホルダによって支持されたカッティングツールであって、該カッティングツールがシャンクとツールホルダスリーブ部材へ精密公差で嵌入されるように構成された特定の直径を有し、前記シャンクが外周面に沿って一つ以上のフラット部を更に有し、前記ツールホルダの一つ以上の止めネジが前記一つ以上のフラット部の第１の接触点を支持し、前記止めネジは、前記フラット部の反対側に位置する前記シャンクの第２と第３の接触点を、前記スリーブ部材の内面に係合させ、これによって、前記スリーブ部材内に前記シャンクを固着させるように前記フラット部に対して締結されるべく構成され、前記シャンクが、前記第２と第３の接触点間にすきま面を更に含み、前記第２と第３の接触点が２７０°未満から９０°より大きい角度距離で、前記第１の接触点から離間される、カッティングツールと、
   の組み合せであって、
   前記シャンクは、前後軸と、前記シャンクの前記前後軸に一致する焦点を有する半径を有する外周面と、を含み、前記フラット部の反対側に位置する前記シャンクの一部が前記シャンクの前記前後軸に相対してずれた焦点を有する拡径部を有することによって前記すきま面がもたらされる、組み合せ。
8. 前記第２と第３の接触点が、前記フラット部から、約１２０°の等角度距離で周方向に離間される、請求項７に記載の組み合せ。

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