JP4532120B2 - ホルダとインサートとの間に曲線形状の畝と溝とを設けた接続表面を備えた切屑除去加工用の工具及び切削インサート - Google Patents

Description

第１の態様では、本発明は、互いに係合するよう配置された接続表面を有した本体及び切削インサートのような二つの部品を備えるタイプの切屑除去加工用工具に関する。

上記で概括的に述べた種類の工具は、普通、鋼、アルミニウム、チタン等のような金属からなる被加工物（ワーク）を機械加工するために使用される。工具の本体は、例えば旋削目的の場合のように固定式に取り付けられることもあり、また可動式に、例えばフライス加工又はドリル加工目的の場合のように回転可能に取り付けられることもある。切削体は本体よりもかなり短い耐用寿命を有する消耗材料を構成するので、交換を可能とさせるために脱着可能に本体に取り付けられている。使用分野に応じて、切削インサートは極めて多様な形状を有し得る。よくある形態の切削インサートは、上面と少なくとも一つの側面又は周面と底面とを有し且つそれによって上面と周面との間の遷移部に一つ又は二つ以上の切刃が形成されるようになっているタイプの平坦な多角形体又は丸い物体からなる。他の切削インサートは、回転対称性の包絡面状表面を有し且つその上に切刃が形成されたタイプの回転可能な物体からなることもある。こうした切削インサートは例えば、ドリル、シャンク型カッタ等に見られる。

これまで、できる限り安定で信頼性が高くなるように切削インサートを本体に接続することが常に求められてきた。以前は、従来の平坦な切削インサートは例外なく平滑な底面を備えて形成され、それによって、切削インサートは、一方で切削インサートの底面が押し付けられる平坦な底面を有し且つ他方で切削インサートの側面が押し付けられる一つ又は二つ以上の側壁を有する台座すなわちいわゆるインサート座に取り付けられていた。しかしながら、最近では、相互に作用する畝を設けた接続表面すなわちいわゆる畝歯の使用が工具産業で支持されている。

特許文献には、相互に作用する畝を設けた接続表面の様々な実施形態がかなり多数記載されている。例えば、特許文献１（ツール・フロ・マニュファクチュアリング社）、特許文献２（サンドビック社）、特許文献３（サンドビック社）、特許文献４（サンドビック社）、特許文献５（セコ・ツールズ社）、特許文献６（スタニスラス・クルゼック）及び特許文献７（サンドビック社）を参照されたい。これらの特許文献から公知の工具では、相互に作用する二つの接続表面の各々が、溝によって離間され真っ直ぐで平行になっており且つ普通は台形状の断面形状の複数の細長い畝を含んでいる。互いに約６０°の角度をなす平坦又は平滑な側面を備えて形成される畝が最も一般的なタイプである。さらに、当該タイプの接続表面又は境界面の特徴は、畝の頂部又は頂端が対応する溝の底に接触しないことである。この方法では、畝の側面だけが互いに押し付けられ、それによって畝が互いにくさび止めされることを保証する。

米国特許第６，１０２，６３０号明細書 国際公開第９９／１９１０４号パンフレット 国際公開第９９／１９１０５号パンフレット 国勢公開第９７／１６２７６号パンフレット スエーデン特許第９７０２５００−１（５０９，５４０）号公報 オーストラリア特許第２１３，９２５号公報 米国特許第５，８１０，５１８号明細書

上記に関連するタイプの接続表面は、畝に角度をなして作用する力に対しては、切削インサートの非常に良好な把持又は良好な締め付けを与える。しかしながら、畝の基本形状が真っ直ぐである結果、畝は畝と平行に作用する力に対して何ら締め付け力を与えない。これが意味するのは、畝に平行な方向の切削インサートの固定は、他の支持表面、例えば、インサート座に形成され切削インサートの側面が押し付けられる支持表面に依存するようになるということである。実際には、この結果、切削インサートを正確に位置決めする際の精度が低下し、切削インサートが外れる危険が生じることがある。

第１の態様では、本発明は、既に公知の切削工具の上記の欠点を除去し、改良された切削工具を提供することを目的とする。従って、本発明の主たる目的は、本体及び切削インサートの接続表面が、簡単且つ有効な方式で所望の位置への切削インサートの確実な固定を保証するようになっている工具を提供することにある。さらに正確に言うと、接続表面は、前から、想定される座標系の三つの方向の一つの方向に切削インサートを押し付けること以外の手段によらずに、前記座標系の三つの方向全てについて切削インサートの正確な配置を保証すべきであった。換言すれば、切削インサートは、ｙ方向に締め付けるだけで、ｘ方向及びｚ方向でも堅固に固定できるべきであり、これらは全て、切削インサートの（単数又は複数の）側面に向けたあらゆる形態の別個の支持体を不要にすることを目的としている。

また、第２の態様では、本発明は、対応する本体又はシムプレートに安定して固定され得る切削インサートを提供することを目的とする。

本発明によれば、少なくとも主たる目的は、請求項１の特徴部分に記載の特徴によって達成される。さらに、本発明による工具の好ましい実施形態は従属請求項２〜１３に規定されている。

また、第２の態様の本発明による切削インサートの特徴は独立請求項１４に示されている。さらに、切削インサートの好ましい実施形態は従属請求項１５〜２４に規定されている。

切削インサートの本体と接続表面とに、それぞれ、本発明による曲線形態の相互に作用する畝及び溝を形成することによって、切削インサートが想定される座標系のｙ方向に作用する引張力によって定位置に保持されるや否や、切削インサートは想定される座標系のｘ方向又はｚ方向に移動できなくなるという利点が得られる。

図１〜図４では、本体１と脱着可能な切削インサート２とを備えた切屑形成又は切屑除去加工のための工具が示されている。この例では、本体は回転可能であると仮定されており、カッタヘッドからなる。複数の台座すなわちいわゆるインサート座３が本体の周囲に形成されており、そのうちの一つのみが図１に示されている。選択された実施形態の例では、切削インサート２は円形である。さらに正確に言うと、切削インサートは、上面４と、底面５と、回転対称形状を有する継ぎ目のない側面６とによって規定される。しかしながら、切削インサートは、特に、三角形、正方形、長方形、偏菱形等のような多角形といった任意の基本形状を有し得ることを指摘しておきたい。切削インサート２の材料は硬質で耐磨耗性を有していなくてはならない。例えば、切削インサートは、従来の超硬合金、セラミックス等から作成され得る。しかしながら、本体１は、鋼等のような一層の弾性を有した又は軟質の材料から製造することもできる。

切削インサートは、様々な方式で、インサート座３に取り付けられて、締め付けられ得る。この例では、従来の締め付けねじ７によって切削インサートがどのように取り付けられるかが示されており、締め付けねじ７が切削インサートの中心穴８に挿入され、本体から突出して形成されたインサート座３の部分の中心穴１１内の雌ねじ部１０に締め付けねじ７の雄ねじ９を螺合させた状態で締め付けられ得る。

第１の接続表面１２は切削インサート２の底面５に形成されており、インサート座３の第２の接続表面１３と相互作用するように配置されている。この例では、第１の接続表面１２は、溝１４によって離間された複数の畝１５を含んでおり、各畝は、個々に、周知の形で、断面がテーパ状に先細になった基本形状を有している。さらに正確に言うと、個々の畝は切削インサートから下向きにテーパ状に先細になっている一方、周囲の溝１４は上向きにテーパ状に先細になっている。同様に、第２の接続表面１３は、溝１７によって離間された複数の畝１６を含んでいる。個々の畝１６の断面形状は上向きにテーパ状に先細になっている一方、個々の溝１７は断面が下向きにテーパ状に先細になっている。

図１では、Ｃは、穴８、１１を通る幾何学的中心軸線を指している。
図示されている工具はこれまで説明した限り、本質的にはこれまで知られていたものと全く同じである。既に公知となっている工具では、二つの相互作用する接続表面における上記畝及び溝は直線の形状であった。それに反して、本発明による工具の接続表面の畝及び溝は、幾何学的な意味で、全体として曲線形状を有している。以下の説明から分かるように、この曲線は閉じているもの、すなわち継ぎ目のないものでもよく、有限のものでもよい。

図１〜図４（図７及び図８も参照）による例では、二つの接続表面１２、１３は、溝によって離間された複数の畝を含んでいる。さらに正確に言うと、接続表面１２、１３は、各々、閉じた回転対称すなわち円形の曲線形態を有する三つの畝１５、１６を含んでいる。個々の円がその外側に位置する各円より小さい直径を有しているという限りにおいて、前記円は異なる寸法である。切削インサート２の一番内側の畝はインサート座の接続表面の一番内側の溝と同じ直径を有し、以下順に、インサート座の接続表面のさらに外側の畝は切削インサートの接続表面のさらに外側の溝と同じ直径を有している。

必須ではないが有利には、全ての畝１５及び１６の頂部が共通の平面内に位置しているという限りにおいて、個々の接続表面１２及び１３は各々平面である。個々の畝は、各々、その長手方向全長に沿って連続して延びていてもよいが、一つ又は二つ以上の切れ目を畝を形成することも、それ自体は可能である。よって、本発明の範囲内では、間隔を開けて互いに続く複数のスタッド又は突起のある溝と係合するのに適した畝を形成することが可能である。しかしながら、畝は均一な厚さで連続しており、長手方向全長に沿って一つの同じ断面形状を有することが最も適している。同様に、個々の溝は、長手方向全長に沿って一つの同じ深さと一つの同じ断面形状とを有していることが有利である。

こうした接続では、接続表面は本体に対して切削インサートを回転方向にロックする手段を備えて形成され得ることを指摘したい。このような手段は、他の箇所では均一な厚さになっている畝に形成され且つ溝の底部に形成された同じ形状の皿穴に係合し得る突起から構成することができる。突起が皿穴に係合すると、インサート座に対する切削インサートの回転は不可能になる。

図３及び図４には、切削インサート２がどのようにして締め付けねじ７によってインサート座に締め付けられ得るのかが示されている。ねじが締め付けられると、単一の圧縮力が切削インサートに付与される。この圧縮力は想定される三次元座標系で系のｙ軸に沿って作用し、それによって、固定した状態の切削インサートは座標系のｘ軸及びｚ軸に沿って作用する力に抗して動かないようにロックされる。換言すれば、切削インサートと本体との間の境界面は、もっぱら切削インサートが単一の軸方向に押し付けられることによって、すなわち、接続表面の畝を対応する溝にくさび止めする一方で切削インサートを真っ直ぐ下向きにインサート座に押し付けるねじによって、三次元における切削インサートの正確な位置決めを保証する。このように、切削インサートとインサート座との間の境界面は、もっぱら圧縮力によって押し付けられるので、非常に高い負荷に耐える。

図５及び図６には、切削インサートをインサート座に固定する別の方式が例示されている。この場合、ねじの代わりにクランプ１８が利用されている。クランプ１８は、図５に示されているように、材料の固有の弾性によって、切削インサートをインサート座に締め付けることができる。クランプを図６の矢印の方向に上向きに曲げて切削インサートの取り付け及び取り外しをそれぞれ可能にするため、それぞれ、本体及びクランプの穴１９に挿入されるキー（図示せず）によってクランプ１８をインサート座から離してもよい。

図９には、本発明の代替実施形態が示されている。この場合、切削インサートは、両端部２１の間に延びる一つの曲線形状の畝２０を含んでいる。前記曲線の形状は、任意の形状でよいが、円形又は直線でないことを条件とする。畝はインサート座に形成された溝に係合するよう配置されているが、この溝がインサート座の接続表面を形成し、畝２０と同じ形状を有する。有利には、畝及び溝はほぼ等しい長さであるが、畝より長い溝を形成することも可能である。

図１０には、別の代替実施形態が示されているが、これによれば、切削インサートは二つの有限の曲線形状畝２０’を有している。この場合にも、曲線の形状は非円形でよい。この場合は、曲線を部分的に円形にすることも可能であるが、その円形は切削インサートの中心と同心ではないことを条件とする。この方式では、切削インサートがインサート座に対して回転できないことが保証される。

図１１には、閉じた曲線形状を有する畝１５’の追加例が示されている。この場合、畝は多角形の形状を有し、さらに正確に言うと、（辺２２より小さい弧半径を有する）丸みを帯びた角２３を互いの変わり目とする三つの弓形状の辺２２によって規定される多角形の形状を有している。

発明の利点
本発明の主な利点は、（座標系のｙ軸に沿って）単一の方向に圧縮力を切削インサートに付与する簡単な手段によって切削インサート（又は工具の別の部分）を本体に対して互いに結合し固定することができ、それによって切削インサートが座標系の所定の点に非常に正確に位置決めされることである。換言すれば、切削インサートの側面方向での支持表面の助けが一切なくても、本発明による接続表面は、座標系の原点に切削インサートの中心を自動位置決定できるようにする。実際には、これは、インサート座の支持表面が省略され得ることを意味し、工具の製造を大幅に容易にする。これに加えて、二つの接続表面によって形成される切削インサートと本体との間の境界面は、任意の負荷方向の非常に高い負荷に耐える。

発明の可能な改変形態
本発明は、上記で説明され図面で例示された実施形態だけに限定されない。よって、本発明は、フライスだけでなく、旋削工具、ドリル工具等のような他の任意の切削工具にも適用可能である。さらに、接続表面は必ずしも切削インサートと本体とにある必要はない。よって、接続表面は、例えば一つになって本体を形成する複数の延長部品のような二つ又は三つ以上の部品の間の境界面に含まれるものであってもよい。また、切削インサートと本体との間に見られるタイプのシムプレートに当該タイプの接続表面を形成することも可能である。さらに、畝及び溝の曲線形状はそれぞれ極めて多様なものでよいことを指摘したい。畝及び溝は、例えば、正確な円形及び多角形でない、例えば楕円形のような他の閉じた曲線形状を有してもよい。さらに、本発明は、ねじ及びクランプ以外の方法で切削インサートをインサート座に締め付ける可能性を提供する。例えば、切削インサートの底面に焼結され、本体内のインサート座に隣接する電磁石によって作動する磁石によって、磁気的な手法で、切削インサートを締め付けてもよい。また、例えば、インサート座内に配置された、中空の空間から空気を排気する装置、例えば稠密なねじ山を有するねじによって、切削インサートの底面の小さな中空の空間に作り出される負圧といった真空によって、切削インサートを締め付けることも可能である。最初に指摘したように、切削インサートは、実施形態の例に示されているように、正確な円形以外の形状を有してもよい。例えば、切削インサートは正方形、長方形、偏菱形、三角形等でもよい。

回転可能な本体と該本体から分離された切削インサートとを示している組立分解斜視図であり、本体及び切削インサートには、本発明による接続表面が形成されている。 切削インサートを装着した本体の側面図である。 図２のＡ−Ａに沿った拡大詳細断面図である。 本体のインサート座から離れた締め付けねじと共に切削インサートを示している、図３に対応する断面図である。 切削インサートをインサート座に締め付ける代替方法を示している詳細断面図である。 インサート座から離れた状態の切削インサートを示している図５に対応する断面図である。 本発明による切削インサート単体の断面図である。 四つの異なる代替実施形態の切削インサートの底面側の接続表面を下から（図７のＢ−Ｂから）見た平面図である。 四つの異なる代替実施形態の切削インサートの底面側の接続表面を下から（図７のＢ−Ｂから）見た平面図である。 四つの異なる代替実施形態の切削インサートの底面側の接続表面を下から（図７のＢ−Ｂから）見た平面図である。 四つの異なる代替実施形態の切削インサートの底面側の接続表面を下から（図７のＢ−Ｂから）見た平面図である。

符号の説明

１ 本体
２ 切削インサート
３ インサート座
４ 切削インサートの上面
５ 切削インサートの底面
６ 切削インサートの側面
７ 締め付けねじ
８ 穴
９ 雄ねじ
１０ 雌ねじ
１１ 穴
１２ 第１の接続表面
１３ 第２の接続表面
１４ 溝
１５ 畝
１６ 畝
１７ 溝
１８ クランプ
１９ 穴
２０ 畝
２１ 畝の端部
２２ 多角形の辺
２３ 角

Claims (24)

1. 本体（１）及び切削インサート（２）のような二つの部品を備え、互いに係合するよう配置された第１及び第２の接続表面（１２、１３）を有する切屑除去加工用工具であって、断面がテーパ形状を有し且つ前記第１の接続表面（１２）に形成された畝（１５、１５’、２０、２０’）と、断面がテーパ状であり且つ前記畝を受容する前記第２の接続表面（１３）の溝（１７）とが、前記第１及び第２の接続表面（１２、１３）に対して垂直方向から見たときに、曲線の形状であることを特徴とする切屑除去加工用工具。
2. 前記畝（１５、１５’、２０、２０’）と前記溝（１７）とが概略等しい長さであることを特徴とする、請求項１に記載の切屑除去加工用工具。
3. 前記曲線が閉じていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の切屑除去加工用工具。
4. 第１の接続表面（１２）は溝（１４）によって離間された複数の第１の畝（１５）を含み、前記第１の畝は、異なる寸法であり、前記第２の接続表面（１３）の相似形の第２の畝（１６）の間の対応する数の溝（１７）に係合するよう配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の切屑除去加工用工具。
5. 全ての畝（１５）の頂端が共通の平面内に位置しているという限りにおいて、個々の接続表面は平面であることを特徴とする、請求項４に記載の切屑除去加工用工具。
6. 個々の閉じた曲線が回転対称であることを特徴とする、請求項３から請求項５の何れか一項に記載の切屑除去加工用工具。
7. 個々の閉じた曲線が楕円形であることを特徴とする、請求項３から請求項５の何れか一項に記載の切屑除去加工用工具。
8. 個々の閉じた曲線が多角形の形態であることを特徴とする、請求項３から請求項５の何れか一項に記載の切屑除去加工用工具。
9. 前記多角形が、丸みを帯びた角（２３）を互いの変わり目とする三つの弓形の辺（２２）によって規定されることを特徴とする、請求項８に記載の切屑除去加工用工具。
10. 個々の畝（１５、１５’、２０、２０’）がその長手方向全長に沿って連続して延びていることを特徴とする、請求項３から請求項９の何れか一項に記載の切屑除去加工用工具。
11. 前記畝（１５、１５’、２０、２０’）がその長手方向全長に沿って均一な厚さであることを特徴とする、請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の切屑除去加工用工具。
12. 個々の溝（１４、１７）がその長手方向全長に沿って一つの同じ深さを有することを特徴とする、請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の切屑除去加工用工具。
13. 前記接続表面が、前記本体に対して前記切削インサートを回転方向に固定するための手段を含むことを特徴とする、請求項７に記載の切屑除去加工用工具。
14. 工具部品の相似形の接続表面と相互作用する接続表面（１２）を備える切屑除去加工用切削インサートであって、前記切削インサートの前記接続表面は、断面がテーパ状の畝（１５、１５’、２０、２０’）を備え、前記接続表面（１２）に対して垂直方向から見たときに、該畝は曲線の形態になっていることを特徴とする切屑除去加工用切削インサート。
15. 前記曲線が閉じていることを特徴とする、請求項１４に記載の切屑除去加工用切削インサート。
16. 前記接続表面（１２）が、溝によって離間された異なる寸法の複数の畝（１５）を含むことを特徴とする、請求項１４又は請求項１５に記載の切屑除去加工用切削インサート。
17. 全ての畝の頂端が共通の平面内に位置しているという限りにおいて、前記接続表面（１２）が平面であることを特徴とする、請求項１６に記載の切屑除去加工用切削インサート。
18. 個々の閉じた曲線が回転対称であることを特徴とする、請求項１５から請求項１７の何れか一項に記載の切屑除去加工用切削インサート。
19. 個々の閉じた曲線が楕円形であることを特徴とする、請求項１５から請求項１７の何れか一項に記載の切屑除去加工用切削インサート。
20. 個々の閉じた曲線が多角形の形態であることを特徴とする、請求項１５から請求項１７の何れか一項に記載の切屑除去加工用切削インサート。
21. 前記多角形が、丸みを帯びた角（２３）を互いの変わり目とする三つの弓形の辺（２２）によって規定されることを特徴とする、請求項２０に記載の切屑除去加工用切削インサート。
22. 個々の畝が閉じた曲線全体に沿って連続して延びていることを特徴とする、請求項１５から請求項２１の何れか一項に記載の切屑除去加工用切削インサート。
23. 個々の溝がその長手方向全長に沿った一つの同じ深さを有することを特徴とする、請求項１６から請求項１９の何れか一項に記載の切屑除去加工用切削インサート。
24. 前記畝がその長手方向全長に沿って均一な厚さであることを特徴とする、請求項２２又は請求項２３に記載の切屑除去加工用切削インサート。

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