JP4721413B2 - 着脱式工具の締結構造及び先端着脱式回転工具 - Google Patents
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Description
本発明は、脱着可能な先端部材が中間部材を介して工具保持部に締め付け固定される締結構造、及びかかる締結構造を用いた着脱式回転工具に関する。
回転工具としては、経年劣化により先端部が摩耗、欠損等するため、先端部材を交換可能とする着脱式回転工具が汎用されている。かかる着脱式工具においては、脱着可能な先端部材を保持部等の本体に強固に締結する必要がある。そのため、着脱式回転工具として種々の締結構造が開発されている。
例えば、特許文献１には、中空円錐形凹部を有した中間部材（第１工具部材）と、円錐形突起を有した先端部材（第２工具部材）の結合部についての開示がある。かかる結合部は、円錐形凹部と円錐形突起とは同一のテーパ角度を有し、さらに円錐形突起が非可撓性材料によって構成され、円錐形凹部が可撓性材料によって構成されている。
また特許文献２には、先端部材が中間部材（連結用軸体）を介してシャンクに着脱可能に連結されているエンドミルについての記載がある。ここで連結用軸体とシャンクには、嵌合軸部と嵌合穴部とが形成され、また嵌合軸部と嵌合穴部との対向側面がそれぞれ同一のテーパ角度を有する旨の開示がある（請求項４）。
ここで先端部材と中間部材との対向側面が開拡するようにテーパ角度を有していると、凹部が凸部を保持する力が開拡方向に弱いため先端部材が脱落するおそれがある。またテーパ角度を有さない場合であっても、工具の継続使用によって締め付け力が経時的に不十分となる可能性があった。特に口径の小さい先端部材と中間部材とを堅固に嵌合するのは加工精度の観点からも容易ではない。さらに中間部材を超硬質合金よりも柔らかい材料（鋼）で形成すると、工具の剛性が不足する。他方、先端部材と中間部材を両者とも同時に超硬質合金で形成すると、工具の剛性が高くなり過ぎ、特に先端部材における被切削材との接触部に負荷がかかり刃先が欠損しやすいという問題が考えられる。
特開２００２−１５４０２５
特開平１０−２４９６２７
本発明は、上記問題に鑑みて、より強固に着脱式工具の締め付け固定を行うための締結構造を提供するものである。
さらに中間部材を先端部材より高硬度の合金で形成することにより、工具の耐久性を向上するとともに、中間部材の凹部の欠損を防止することを目的とする。
さらに中間部材を先端部材より高硬度の合金で形成することにより、工具の耐久性を向上するとともに、中間部材の凹部の欠損を防止することを目的とする。
（１）本発明は、脱着可能な先端部材が中間部材を介して保持部に締め付け固定されている締結構造であって、先端部材の締結端が螺合部を有する中空凸部であり、中間部材の先端部材との締結端が中空凸部と相似形状の開口部を有する凹部であり、該凹部の底面より保持部側へ連通孔若しくは連結坑及び該連通孔に連なる保持部の連結坑若しくは連通孔が形成されており、該中間部材の少なくとも凹部を先端部材より高硬度である超硬合金で形成し、締結前における先端部材の中空凸部の断面が中間部材の凹部の開口面より大であり、先端部材の中空凸部と中間部材の凹部との対向面が軸方向に平行であって、保持部の底面側から連結坑若しくは連通孔、連通孔若しくは連結坑及び凹部を介して中空凸部まで一本のネジを螺入することによって先端部材が中間部材に圧入され保持部に締め付け固定されていることを特徴とする着脱式工具の締結構造である。
ここで、先端部材の中空凸部の断面形状は、凹部の開口部と相似形状であれば、円形であっても、多角形等であってもよい。様々な形状の先端部材に対応するためである。
また、連通孔とは孔を形成する内周面にねじ切りが形成されてないものをいい、連結坑とは内周面にねじ切りが形成されたものをいう。
また中間部材として用いられる材料としては、先端部材より高硬度である超硬合金、被覆超硬合金及び超微粒子超硬合金等が好ましい。この中でも金属及び硬質の金属合金からなり、その硬質相中の主成分が炭化タングステンである超硬合金が特に好ましい。超硬合金は、ＪＩＳ Ｂ４０５３に定めるところの超硬合金Ｐ種、Ｍ種、Ｋ種及び超微粒子超硬合金Ｚ種などいずれの種類であっても良い。例えば、Ｐ２０種（住友電工ハードメタル社製 材質名ＳＴ２０Ｅ）、Ｋ１０種（住友電工ハードメタル社製 材質名Ｈ１）、Ｋ２０種（住友電工ハードメタル社製 材質名Ｇ１０Ｅ）等が挙げられる。
また、連通孔とは孔を形成する内周面にねじ切りが形成されてないものをいい、連結坑とは内周面にねじ切りが形成されたものをいう。
また中間部材として用いられる材料としては、先端部材より高硬度である超硬合金、被覆超硬合金及び超微粒子超硬合金等が好ましい。この中でも金属及び硬質の金属合金からなり、その硬質相中の主成分が炭化タングステンである超硬合金が特に好ましい。超硬合金は、ＪＩＳ Ｂ４０５３に定めるところの超硬合金Ｐ種、Ｍ種、Ｋ種及び超微粒子超硬合金Ｚ種などいずれの種類であっても良い。例えば、Ｐ２０種（住友電工ハードメタル社製 材質名ＳＴ２０Ｅ）、Ｋ１０種（住友電工ハードメタル社製 材質名Ｈ１）、Ｋ２０種（住友電工ハードメタル社製 材質名Ｇ１０Ｅ）等が挙げられる。
超硬合金による中間部材の製造方法の一例を示す。本発明に係る中間部材の製造方法は、以下のものに限定されるものではない。まずＷＣ（炭化タングステン）やＴｉＣ（炭化チタン）などの硬質材料とＣｏ（コバルト）やＮｉ（ニッケル）などの金属材料の粉末をアルコールやヘキサンなどの有機溶剤の中で混合した後、造粒する。次に顆粒化された材料をプレスと金型を用いて所定の形状に押し固めたのち、焼結炉に入れて約１，４００〜１，５００℃で焼成し、緻密焼結体を得る。そして研削などの機械加工を経て所定の形状を得ることができる。
さらに先端部材として用いられる材料は特に限定されるものではないが、炭素鋼（例えば、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５３Ｃ）、クロム鋼（例えば、ＳＣＲ４３０、ＳＣＲ４４０）、クロムモリブテン鋼（例えば、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４４０）等が挙げられる。
さらに先端部材として用いられる材料は特に限定されるものではないが、炭素鋼（例えば、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５３Ｃ）、クロム鋼（例えば、ＳＣＲ４３０、ＳＣＲ４４０）、クロムモリブテン鋼（例えば、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４４０）等が挙げられる。
（２）本発明は、中間部材の凹部の開口部近傍に、緩みを防止するための被覆層が形成されていることを特徴とする上記（１）記載の着脱式工具の締結構造である。
ここで被覆層としては、開口端の緩みが防止できれば何れの材料であってもよい。例えばタングステン、ニッケル及びチタン等によって形成される。
被覆層は、先端部材と接触するように形成されることになる。先端部材を中間部材に圧入した後に、先端部材と中間部材の摩擦係数が被覆層を介することによって上昇し、工具使用時における先端部材と中間部材との緩みを防止する。
ここで被覆層としては、開口端の緩みが防止できれば何れの材料であってもよい。例えばタングステン、ニッケル及びチタン等によって形成される。
被覆層は、先端部材と接触するように形成されることになる。先端部材を中間部材に圧入した後に、先端部材と中間部材の摩擦係数が被覆層を介することによって上昇し、工具使用時における先端部材と中間部材との緩みを防止する。
（３）本発明は、上記（１）又は（２）記載の締結構造によって脱着可能な先端部材が中間部材を介して保持部に締め付け固定されていることを特徴とする着脱式回転工具である。
本発明は、先端部材を中間部材に圧入することにより、着脱式工具の締め付け固定をより強固に行うことができる。
さらに中間部材を先端部材より高硬度の合金で形成することにより、工具の耐久性が向上し、中間工具の凹部の欠損が防止される。
さらに中間部材を先端部材より高硬度の合金で形成することにより、工具の耐久性が向上し、中間工具の凹部の欠損が防止される。
以下、図面に基づいて本発明の実施態様の一例を説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明に係る締結構造を説明するための断面図である。
図１に示すように、本発明に係る締結構造は、脱着可能な先端部材１と、中間部材２が内嵌された保持部３とから構成される。ここで先端部材１の締結端は、内部に螺合部４が形成された円筒形状の中空凸部５となっている。そして中間部材２側の先端部材１との締結端には、真円状の開口部を有する凹部７が形成されている。また中間部材２の開口縁には被覆層６が円環状に形成されている。ここで中空凸部５の断面直径（ｌ１）は、凹部７の開口径（ｌ２）より約１５μｍほど長めに形成されている。また凹部７の底面８より保持部３側へ連通孔１０が形成されている。また保持具３には、締結時に連結坑１１が連通孔１０に連接するように形成されている。ここで本実施の形態における先端部材１は、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４４０）であり、中間部材２は超硬質合金［超硬合金Ｋ２０種（住友電工ハードメタル社製 材質名Ｇ１０Ｅ）］であり、被覆層６はタングステンによって形成される。また先端部材１の中空凸部５の外周面と対向する中間部材２の凹部７の内周面とは共に軸方向に平行である。
（実施形態１）
図１は、本発明に係る締結構造を説明するための断面図である。
図１に示すように、本発明に係る締結構造は、脱着可能な先端部材１と、中間部材２が内嵌された保持部３とから構成される。ここで先端部材１の締結端は、内部に螺合部４が形成された円筒形状の中空凸部５となっている。そして中間部材２側の先端部材１との締結端には、真円状の開口部を有する凹部７が形成されている。また中間部材２の開口縁には被覆層６が円環状に形成されている。ここで中空凸部５の断面直径（ｌ１）は、凹部７の開口径（ｌ２）より約１５μｍほど長めに形成されている。また凹部７の底面８より保持部３側へ連通孔１０が形成されている。また保持具３には、締結時に連結坑１１が連通孔１０に連接するように形成されている。ここで本実施の形態における先端部材１は、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４４０）であり、中間部材２は超硬質合金［超硬合金Ｋ２０種（住友電工ハードメタル社製 材質名Ｇ１０Ｅ）］であり、被覆層６はタングステンによって形成される。また先端部材１の中空凸部５の外周面と対向する中間部材２の凹部７の内周面とは共に軸方向に平行である。
さらに保持部３側から連結坑１１、連通孔１０及び凹部７を介して中空凸部５の螺合部４に一本の締め付けネジ１２が螺入される。締め付けネジ１２を締め付け方向に回転させることにより、連結坑１１及び先端部材１の螺合部４の内周面に形成された雌ネジと締め付けネジ１２の外周面に形成された雄ネジとが噛合って、先端部材１が中間部材２に圧入されることにより堅牢な締結構造が形成される。なお保持部３の連結坑１１に雌ネジを形成しない構造（連通孔）や、先端部材１の螺合部４のみと噛合うように締め付けネジ１２の先端部分にのみ雄ネジを形成する構造も本発明の範囲である。
上述の圧入工程においては、先端部材１の方が中間部材２よりも軟らかいので、先端部材１の中空凸部５における余剰長さ（約１５μｍ）だけ潰れて中間部材２の凹部７に圧入されることになる。完全なる締結状態では、先端部材１の鍔部１５が中間部材の開口縁に形成された被覆層６に圧着するので、工具使用時における先端部材と中間部材の緩みが防止される。
上述の圧入工程においては、先端部材１の方が中間部材２よりも軟らかいので、先端部材１の中空凸部５における余剰長さ（約１５μｍ）だけ潰れて中間部材２の凹部７に圧入されることになる。完全なる締結状態では、先端部材１の鍔部１５が中間部材の開口縁に形成された被覆層６に圧着するので、工具使用時における先端部材と中間部材の緩みが防止される。
なお、中空凸部の断面直径（ｌ１）や凹部７の開口径（ｌ２）は、回転工具の寸法によって変わる。円筒形状の回転工具における一般的な各部位の寸法に基づいて例示すると、中間部材の径がφ５〜３０ｍｍ、中間部材の軸方向長さ１０〜７０ｍｍ、中間部材の凹部深さ２〜２５ｍｍ、先端部材の中空凸部長さ２〜２０ｍｍ、中空凸部の断面直径（ｌ1）φ３．０ｍｍ以上φ２４．０ｍｍ未満、凹部の開口径（ｌ2）φ３．０ｍｍを超えφ２４．０ｍｍ以下である。各部位の寸法は例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。
１ 先端部材
２ 中間部材
３ 保持部
４ 螺合部
５ 中空凸部
６ 被覆層
７ 凹部
１０ 連通孔
１１ 連結坑
１２ 締め付けネジ
２ 中間部材
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４ 螺合部
５ 中空凸部
６ 被覆層
７ 凹部
１０ 連通孔
１１ 連結坑
１２ 締め付けネジ
Claims (3)
- 脱着可能な先端部材が中間部材を介して保持部に締め付け固定されている締結構造であって、先端部材の締結端が螺合部を有する中空凸部であり、中間部材の先端部材との締結端が中空凸部と相似形状の開口部を有する凹部であり、該凹部の底面より保持部側へ連通孔若しくは連結坑及び該連通孔に連なる保持部の連結坑若しくは連通孔が形成されており、該中間部材の少なくとも凹部を先端部材より高硬度である超硬合金で形成し、締結前における先端部材の中空凸部の断面が中間部材の凹部の開口面より大であり、先端部材の中空凸部と中間部材の凹部との対向面が軸方向に平行であって、保持部の底面側から連結坑若しくは連通孔、連通孔若しくは連結坑及び凹部を介して中空凸部まで一本のネジを螺入することによって先端部材が中間部材に圧入され保持部に締め付け固定されていることを特徴とする着脱式工具の締結構造。
- 中間部材の凹部の開口部近傍に、緩みを防止するための被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の着脱式工具の締結構造。
- 請求項１又は２記載の締結構造によって脱着可能な先端部材が中間部材を介して保持部に締め付け固定されていることを特徴とする着脱式回転工具。
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| JPS59196142A (ja) * | 1983-03-15 | 1984-11-07 | フオルガクソロスゼルスザミパリ・バララツト | モジユ−ル型工具のカツプリング装置 |
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| JP2001079725A (ja) * | 1999-09-10 | 2001-03-27 | Nt Tool Corp | 工具ホルダー |
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| JPS57108802U (ja) * | 1980-12-22 | 1982-07-05 | ||
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