JP4819234B2 - 穿孔工具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、その前端に切れ刃備える切削ボディがねじ取り付けにより着脱可能に取り付けられるシャフトを備える形式の穿孔工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近は、穿孔工具だけでなく、シャフト形式のカッター及びねじ切りカッターなどその他の形式の切屑形成工具も二つの別々の部品から構成するように製造するのが一般的になっていて、すなわち、二つの別々の構成部品は、一つははほとんどの場合細長い円筒形のシャフトであり、もう一方はシャフトの前端に着脱可能に取り付けられる切れ刃を備える切削ボディである。最近の工作機械においては、工具のシャフトは高度化し高価なので、経済的理由で、シャフトを工具の磨耗部分すなわち切削ボディと一体化して、切削ボディが磨耗してしまったとき廃棄せざるを得ない単一の工具を構成することができない。言い換えると、取り替えることのできる着脱可能なユニットとして実際の切削ボディを作り、高価なシャフトは長期間使用できると有利である。
【０００３】
一般的に言って、工具の切削ボディは、ねじ取り付けによってシャフトに組み立てられる。フライス削り用工具（例えばUS 5 607 263およびDE 3 448 086を参照のこと）などある種の工具においては、切削ボディの通し穴からシャフトの前端のねじ穴に素早くねじ込まれる単純なねじが使用される。しかし、この設計に伴う重大な短所は、切削ボディの前端領域に切屑形成刃を形成できないので、穴あけ用に切削ボディを設計できないことである。このため、取り換え可能な切削ボディを持つ既知の穿孔工具は構造的に複雑化され、切削ボディの固定のためにねじ、ばねまたは引っ張り棒など複数の細部を必要とする。すなわち、実用においては、切削ボディをシャフトに対して正確に位置出しするのが難しくなると同時に、切削ボディの組み立ても解体も複雑化し、時間がかかるようになる。さらに、作業中最初に位置出しされた位置から切削ボディが移動するかも知れないので、固定が信頼できなくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、取り換え可能な切削ボディを持つ既知の穿孔工具の上記の欠点を除去し、改良された穿孔工具を提供することを目的とする。従って、本発明の第一の目的は、単純な数少ない手段により切削作業中確実に保持される位置出し状態でシャフト上の工具の切削ボディを保護することができる穿孔工具を提供することである。もう一つの目的は、それぞれ単純に素早く組み立ておよび解体できる切削ボディを持つ穿孔工具を作ることである。さらにもう一つの目的は、切削ボディが最初に不正確に組み立てられる場合にも穴あけ作業に関係する切削ボディが正しい位置を自動的にとるような、自動位置出しの切削ボディを持つ穿孔工具を作ることである。所定の態様において、本発明は、改良された冷却能力を持つ穿孔工具を提供することも目的としている。
【０００５】
本発明に従って、少なくとも第一の目的は、請求項１の前段部分において定義される特徴により達成される。本発明の望ましい実施態様は、さらに、従属項において定義されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
シャフト１および全体が２で示される切削ボディを含む穿孔工具の前端が、図１と図２において反対方向から示されている。従来通り、シャフト１は、細長い円筒形の基本形状、および切削ボディから後方向にシャフトに沿ってらせん状に伸びる二つの相対する切屑溝３、３’を持つ。切削ボディ２は、シャフト１の前端に形成される台座に組み立てられる。台座については、図３〜図５を参照してもっと詳しく説明する。前記の台座は、当業者には切削シートと呼ばれるものであり、間隔を置いて軸方向に突き出す二つの突起部４、５により形成される。切削ボディ２の前部または外側部分は、一つまたはそれ以上の切屑形成刃を有する。例においては、穿孔工具は、図１および図２において略図的に示される二つのエッジ６、６’が切削ボディの中心の共通先端まで鈍角に伸びる、いわゆるDELTA形式のものと想定される。図１において、番号８はねじを示す。その目的については、下でもっと詳しく説明する。
【０００７】
次に図３〜図５を参照すると、切削ボディ２が収められる台座がさらに明確に示されている。前記の図において、軸方向に突き出す二つの突起部４、５が平らな底面９の間隔を置いて配置され、前記の底面がドリル・シャフト１の幾何学上の長さつまり中心軸に垂直の平面上に伸びることが分かる。突起部４、５の内側は、それぞれ平らな表面すなわち内面１０および１１によって形成され、これらの内面は相互に平行であり、シャフトの中心軸に平行に、すなわち底面９に垂直に伸びると有利である。突起部の外面１２、１３は、逆に、主にシャフトの円筒形基本形状に合うように、アーチ形を成す。ねじ穴１４は第一の突起部４に形成され、必ずしもそうである必要はないが通し穴すなわち内面１０から外面１２まで伸びる穴であると有利である。ねじ８は、このねじ穴１４に留めることができる。
【０００８】
支持ショルダー１５は、第二の突起部５の内面１１に形成され、突合せ面１６（下で第一の突合せ面と呼ばれている）並びに突起部４の内面１０に平行である(必ずしもそうである必要はないが突起部５の内面１１にも平行であると有利である)支持面１７（下で第一の支持面と呼ばれている）を持つ。図４および図５に示される実施態様例において、ショルダー１５は、その内側端または後方端の領域に細いウェスト部１５’を持つよう形成される。ウェスト部は、平らな底面９のアーチ形のさら穴面とともにショルダーと底面９の間の曲線コーナー・スペースを形成するアーチ形の面１８により形成される。冷却液用のダクト２０は二つの突起部４、５に収めることができる。
【０００９】
次に図６〜図９を参照すると、切削ボディ２の設計が詳細に示されている。切削ボディは、切れ刃６、６’と軸方向に相対する平らな面２１の形の底面を持つ。二つの面、外面２２、２３は前記の面に垂直に伸び、そのうち最初に言及される外面は、突起部４の内面１０に面するためのものであるのに対して、第二の外面は突起部５の内面１１に面するためのものである。この実施態様例において、切削ボディ２は、その相対する短い端部に、底面２１から切れ刃６、６’の領域まで伸びるアーチ形の逃げ面２４、２５を持つ。従来どおり、この逃げ面はある種のクリアランスを持つ。すなわち、エッジの外端から内向きに後方に向かって小さい角度の傾斜で伸びている（必要なクリアランスを別の方法で設けることもできる）。アーチ形の面２６が、平らな面２３と逃げ面２４との間に広がり、切屑溝３と同じ基本形状を持つ。従って、切削ボディが付属台座に組み立てられるとき、面２６は突起部５のアーチ形の面２７(図１を参照のこと)と共に、切屑溝３を形成するドリルシャフトのアーチ形の面の延長部を形成する。これと同様、アーチ形の面２８が、切削ボディの平らな面２２と逃げ面２５の間に広がって、突起部４のアーチ形面２９（図２を参照のこと）と共に付属切れ刃まで切屑溝３’の延長部を形成する。
【００１０】
ねじ切りされていない通し穴３０は、図６の左に示される通り切削ボディの逃げ部分を貫いて伸び、面２６と２２の間に形成される。面２２に到る穴３０の部分はねじ８の軸より僅かだけ大きい直径を持つ。しかし、その反対端で、この穴は、ねじのヘッドを収められるスペース３０’まで広がる。これにより、スペース３０’の底面を形成するリング状面３１にねじのヘッドを押し付けることができる。本発明に特徴的な方法で、穴１４および３０は、それ自体既知の方法でねじの締め付けに関連して切削ボディ２に一定のプレストレス力を与えるために、相互に対して非同心的または偏心的である。穴１４と３０の間のこの偏心性は、様々な方法で実現できる。一つの方法は、二つの穴のいずれかを一方に対して傾かせることである。例えば、ねじ穴１４は、面１０に対してある角度（非常に緩やかな角度）で伸びるのに対し、ねじの無いねじ穴３０は面２２に対して垂直に伸びる。別の方法は、相互に横方向に多少ずれるが、穴を相互に平行に形成するものである。穴の偏心性と合わせて、ねじ８および穴１４のねじ山を、それぞれ一定の遊びを持って作ることができ、ねじの材料は一定の弾性を持つ。穴１４と３０の間の偏心性がねじ山の遊びおよびねじの一定の弾性と結合して、ねじは、異なる方向に作用する二つのプレストレス力、すなわち図３においてＸで略図的に示される横方向に作用する力および切削ボディに軸方向内向きまたは後向きにプレストレスを与えるための軸力Ｙを、切削ボディに与えることになる。従って、ねじ８の締め付けに応じて、切削ボディはその平らな面２２が突起部４の内面１０に押し付けられるだけでなく、その底面２１が台座の底面９に押し付けられ、切削ボディは、Ｘ方向の横力も受ける。これに関連して、底面９に対する底面２１の押し付けは、特に、穴３０およびねじ８に最も近い位置にある切削ボディの逃げ部において特に顕著であることを指摘しなければならない。
【００１１】
平らな面２３と逃げ面２５の間の領域に、切削ボディは、第二の突合せ面３３および第二の支持面３４により形成される窪み３２を持つ。前記の面３３、３４は、それぞれ支持ショルダー１５の上記の面16および17と協同するものである。面33と34の間には、支持ショルダー15の面１６と１７の間のエッジ部が窪み３２の底に触れられないようにする空隙３５がある(前記のエッジ部と面３３と３４の間のコーナーとの接触を防ぐために、エッジ部を適切な半径で丸めることもできる)。ここで、支持ショルダー１５は、窪み３２の深さより少なくとも多少大きい厚みを持つことを指摘しておかなければならない。つまり、切削ボディが台座に組み立てられ支持面３４が支持ショルダー１５の同様の支持面１７に押し付けられるとき、切削ボディの平らな面２３は突起部５の平らな内面１１と接触することができない。
【００１２】
図６〜図９に示される望ましい実施態様において、突合せ面３３は、その後端から軸方向前向き/内向きにある一定の角度αだけ傾く。前記の角度αが５〜１２°の範囲内であり、たとえば８°にできれば、有利である。しかし、他の角度も実施可能である。従って、角度は、１°から約１５°までどの角度にも変わりうる。この突合せ面３３の傾きにより、切削ボディは、ねじ８により固定されるとき、後向きに切削ボディを圧するためのくさび作用を受ける。言い換えると、特に切削ボディの底面２１のねじから離れた部分は、台座の底面９に押し付けられる。したがって、突合せ面１６と３３の間の協同によって得られるくさび作用が、実際のねじによりすでに得られているＹ方向のプレストレス力と協同することにより、切削ボディの相対する二つの逃げ部分は、同時に顕著な力で台座の底面９に押し付けられる。
【００１３】
さらに図８において分かるとおり、突合せ面３３は、支持面３４に対してある一定の角度で伸びる。一般的に言って、この角度は、６０〜８９°の範囲内で変動することができるので、補角βは３０〜１°の範囲内で変動することができる。角度βは、５〜２０°の範囲内であると有利である。例えば、角度は、約１５°とすることができる。支持面３４に対する突合せ面３３の傾斜により付加的くさび作用が得られ、切削ボディがＸ方向にプレストレス力を受けるとき、支持面３４がショルダー１５の対応する支持面１７に明らかに押し付けられるようにする。前に指摘した通り、ショルダー１５の厚みは窪み３２の深さより多少大きいので、面２３は、突起部５の内面１１に接しない。このようにして、切削ボディ2が付属台座における固定に関連して過剰に固定されないことが保証される。特に、二つの突起部４、５の幅はシャフト１の直径より小さいので、突起部が相互に横方向にずらされる（すなわち、相対して配置されない）ことを指摘しておかなければならない。このようにして、ねじ８を突起部５のそばに露出して触れることができる状態で配置することを可能にする。
【００１４】
窪み３２の幅並びに協同する支持ショルダー１５の同じ幅は、非常に大幅に変わり得る。従って、この幅の寸法は、図６〜図９に従う実施態様例に比べて大幅に増大できる。例えば、突合せ面３３を切削ボディの中央付近に配置することにより、面２３のサイズは同程度に減少される。窪み３２の深さは非常に大幅に変わり得ることも、記しておかなければならない。
【００１５】
さらに、各切れ刃６、６’に関係する切屑ブレーカ面３６は、それぞれアーチ形の面２６および２８から移行面37分の間隔を置く結果比較的狭い。言い換えると、アーチ形の面２６、２８は、切屑面３６に対して多少沈んでいる。同様に、付随切れ刃６、６’の背後の各逃げ面は、移行部分４０を通じてさら穴面３９から間隔を置くことにより比較的狭い。面３６、３８が比較的狭いため、切削ボディの製造に関連する精密研削の必要性が最小限に抑えられる。
【００１６】
シャフト１および切削ボディ２には異なる材料を使用することができる。実際のシャフトは鋼で作るのに適し、一方、切削ボディはもっと硬いもっと耐磨耗性の材料で作られる。実用的には、切削ボディは部品によって異なる材料で構成することができ、切れ刃に関連する実際の切屑形成部分は、鋼、高速度鋼、焼結炭化物、立方晶系窒化ホウ素、多結晶ダイアモンドなどで構成できる。このエッジ部は、また、多結晶ダイアモンドと組み合わせた焼結炭化物など、異なる材料で構成することもできる。切削ボディのその他の部分は、例えば、アルミニウム、スティール、高速度鋼、重合金、焼結炭化物などから製造できる。
【００１７】
実際には、穿孔工具は、さらに大きな直径も実現可能であるが１０〜４０ｍｍの範囲内の有効直径を持つことができる。
【００１８】
【実施例及び発明の効果】
シャフトの第一の前部台座に切削ボディを組み立てる方法は簡単である。すなわち、切削ボディを、切削ボディの突合せ面３３および支持面３４を支持ショルダー１５の対応する突合せ面１６および支持面１７に合わせて台座に組み立てた後、穴１４で１本のねじを締める。上に指摘した通り、切削ボディは、これに関連してプレストレス力を受け、この力が、ねじ８に近接する切削ボディの逃げ部分の底面２１を台座の底面９にはっきりと押し付け、かつ突合せ面３３を突合せ面１６にまた支持面３４を支持面１７にはっきりと押し付けて、支持ショルダーのくさび作用は切削ボディの相対する逃げ部を底面９に押し付ける。ねじの軸張力により外面２２は、同時に突起部４の内面に押し付けられるが、反対側の外面２３は、突起部５の内面１１に接しない。言い換えると、切削ボディは、過剰に固定されることなく台座に固定される。たまたま切削ボディが台座に始めに不正確に配置された場合でも、切削ボディは、上に説明した切削ボディと支持ショルダーの間の力の相互作用の結果として所望の位置に位置出しされる。
【００１９】
本発明の本質的な長所は、切削ボディを１本の簡単なねじにより所望の位置出しされた状態に固定でき、ねじをそれぞれ単純な従来のキーまたはねじ回し（ドライバー）により締めたり緩めたりできる点である。言い換えると、切削ボディの反復的な取り換えを単純な迅速な方法で行うことができる一方で、穿孔工具の良好な工作精度を維持できる。
【００２０】
次に図１０〜図１３を参照すると、切削ボディ２の代替実施態様が示されている。この場合、窪み３２は、逃げ面２５の一部に沿って伸びているだけであり、それぞれ突合せ面３３および支持面３５を境界とするだけでなく、底面４１もその境界とする。台座の内側の窪みと協同する支持ショルダー(図には示されていない)は、これに応じて短くなる。もっと正確に言うと、支持ショルダーの端は、下面において台座の底面９から距離を置く。この際、前記の支持ショルダーの下面は、切削ボディの過剰な固定を防ぐために、窪み３２の底面に接しないように配置される。
【００２１】
図１４〜図１７において、切削ボディの付加的代替実施態様が示されている。この場合、切削ボディの平らな外面２２、２３の各々に溝４２が形成され、各々の溝が切削ボディの底面２１から各逃げ面３８の背後のさら穴面３９の領域まで伸びる。溝４２の内側端の間に、付加的溝４３が伸びて、２本の溝４２を接続する。切削ボディが付属台座に組み立てられると、これらの溝４２、４３は、面９、１０、１１と一緒にダクトを形成し、これを通じて切削ボディのエッジ部に冷却液を送ることができる。従って、この場合、冷却液ダクトは、ドリルシャフト１の中央を通って伸び台座の底面９に収まることができる。言い換えると、従来のダクト２０（図５を参照のこと）排除することができる。図１４〜図１７に従った切削ボディの長所は、溝４２、４３により形成される冷却液ダクトが、図５に示される通り冷却液ダクトがシャフトに収まるように形成される場合より、切削ボディのエッジに大幅に近づく点である。言い換えると、実際の切れ刃への冷却液の供給がより効率よくなる。
【００２２】
ここで、溝４２の各々は、面３９に沿った様々な位置にある複数の異なる微細な溝に細分するように形成することができることを指摘しておく必要がある。
本発明は、上に説明され図面に示される実施態様のみに限定されない。上に説明する通り傾斜する支持ショルダー１５および窪み３２の協同する突合せ面１６、３３を形成することが望ましいが、前記の突合せ面は別の方法で形成することもできる。例えば、二つの突合せ面を軸方向に伸ばして、面２３に対して斜めにあるいは垂直に向けることができる。穿孔工具の軸方向の延長部に対して突合せ面を傾斜させることも実施可能であるが、これを切削ボディの外面２３に対して直交させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従った穿孔工具の部分斜視図であり、切削ボディはシャフトの自由端の台座に配置されて示されている。
【図２】図２は、反対側から見た同じ工具を示す同様の斜視図である。
【図３】図３は、図１と同じ側から見た工具の実際のシャフトのみを示す斜視図である。
【図４】図４は、図２と同じ側から見たシャフトを示す同様の斜視図である。
【図５】図５は、図３及び図４より急勾配の角度で示される同じシャフトの斜視図である。
【図６】図６は、第一のフランク面から見た本発明に従った切削ボディの斜視図である。
【図７】図７は、反対側から見た同じ切削ボディを示す斜視図である。
【図８】図８は、前斜めから見た同じ切削ボディの斜視図である。
【図９】図９は、後斜めから見た切削ボディを示す斜視図である。
【図１０】図１０は、切削ボディの代替実施態様を示す図６に対応する斜視図である。
【図１１】図１１は、切削ボディの代替実施態様を示す図７に対応する斜視図である。
【図１２】図１２は、切削ボディの代替実施態様を示す図８に対応する斜視図である。
【図１３】図１３は、切削ボディの代替実施態様を示す図９に対応する斜視図である。
【図１４】図１４は、切削ボディの付加的代替実施態様を示す同様の斜視図である。
【図１５】図１５は、切削ボディの付加的代替実施態様を示す同様の斜視図である。
【図１６】図１６は、切削ボディの付加的代替実施態様を示す同様の斜視図である。
【図１７】図１７は、切削ボディの付加的代替実施態様を示す同様の斜視図である。
【符号の説明】
１…シャフト
２…切削ボディ
３、３’…切屑溝
４…第１の突起部
５…第２の突起部
６、６’…切削ボディ
５…第２の突起部
８…第１のねじ穴のねじ
９…台座の底面
１０…第１の突起部の内面
１１…第２の突起部の内面
１４…第１のねじ穴
１５…支持ショルダー
１５’…支持ショルダーのウエスト部
１６…突合せ面
１７…ショルダーの第２の支持面
２１…切削ボディの底面
２２…平らな外面
２３…平らな外面
２４…逃げ面
２５…逃げ面
２６…アーチ形の面
２８…アーチ形の面
３０…ねじの無い第２の穴
３０’…ねじの無い第２の穴の広げられた部分
３２…窪み
３３…突合せ面
３４…第２の支持面
３５…空隙
３６…切削面
３７…切削ボディの支持面
３８…逃げ面
３９…穴面
４０…底面
４１…溝
４２…溝
４３…溝
α…角度
β…角度

Claims (8)

1. 切れ刃を備えた切削ボディ（２）がねじ結合により着脱可能に接続される前端を備えたシャフト（１）を備えた穿孔工具であり、
   前記切削ボディ（２）を受ける台座が前記シャフト（１）の前記前端に形成され、前記台座が底面（９）の両側に配置され内面（１０、１１）を持つ二つの突起部（４、５）により形成され、前記突起部（４，５）のうち第一の突起部（４）が、前記切削ボディの締結手段としてのみ作用するねじ（８）用の第一のねじ穴（１４）を備え、
   切削ボディ（２）内の該ねじと協同するがねじ溝の無い第二の穴（３０）が、前記ねじ（８）を締めると、切削ボディが突起部（４）の内面（１０）に押し付けられる方向の押付力を切削ボディに与えるように前記第一のねじ穴（１４）に対して非同心的に配置され、
   第一の突合せ面（１６）を持つ支持ショルダー（１５）が前記第二の突起部（１５）の前記内面に形成され、より正確に言うと、前記ねじを締めることによって得られる押付力による切削ボディのずれによって、前記切削ボディ（２）の窪み（３２）と関連して前記第１の突合せ面に第二の突合せ面（３３）を押し付けることができ、
   前記切削ボディ（２）の第二の支持面が前記支持ショルダーの第一の支持面（１７）に押し付けられ、付近の切削ボディの外面（２３）が前記第二の突起部（５）の内面（１１）に接しない状態で前記切削ボディ（２）が支えられるようにするために、前記支持ショルダー（１５）の厚みは前記窪み（３２）の深さより大きいこと、および
   前記切削ボディが前記台座に組み立てられるとき、前記第二の突起部（５）に隣接する前記切削ボディ（２）の前記第二の穴（３０）と該第二の穴（３０）に挿入する前記ねじ（８）とが見えるようにするために、切削ボディが突起部（４）の内面（１０）に押し付けられるように、二つの突起部（４、５）が相互にずれた状態で配置されること、
   を特徴とする穿孔工具。
2. 前記切削ボディの底面（２１）を前記台座の底面（９）に押し付けるために前記ねじの締め付けに関連して、前記切削ボディが突起部（４）の内面（１０）に押し付けられる方向にずれるときに前記切削ボディを後方に移動させるようにするために、前記支持ショルダー（１５）の前記第一の突合せ面（１６）並びに該突合せ面と協同する前記切削ボディの前記第二の突合せ面（３３）が、軸方向に前向き且つ内向きに斜めであることを特徴とする請求項１に記載の穿孔工具。
3. 前記シャフトの幾何学的中心軸に対する前記二つの突合せ面（１６、３３）の角度が１〜１５°の範囲内である請求項２に記載の穿孔工具。
4. 前記ねじの締め付けに関連して、前記切削ボディが突起部（４）の内面（１０）に押し付けられる方向にずれるとき、それぞれ前記ショルダーおよび前記切削ボディの支持面（１７、３７）をくさび作用により相互に押し付けるように、前記支持ショルダー（１５）の前記第一の突合せ面（１６）が前記第二の突起部（５）の前記内面（１１）に対して斜めであり、同時に前記切削ボディ（２）の前記第二の突合せ面（３３）が前記切削ボディの隣接する外面（２３）に対して斜めであることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の穿孔工具。
5. 前記第二の突起部の内側および前記切削ボディの外面に対する二つの突合せ面（１６、３３）の角度が６９〜８９°の範囲内であることを特徴とする請求項４に記載の穿孔工具。
6. 前記ねじを締めるとき切削ボディが突起部（４）の内面（１０）に押し付けられるように前記ねじが前記切削ボディに押付力を与えるだけでなく前記台座の底面（９）に前記切削ボディの底面（２１）を押し付けるための後ろ向きの押付力を与えるように、前記第二の穴（３０）が第一のねじ穴（１４）に対して偏心的であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の穿孔工具。
7. 前記ねじの頭部のための前記第二の穴（３０）の広げられた部分（３０’）が、前記切削ボディに形成され前記シャフトの外面の切屑溝（３）の延長部に配置されるアーチ形の面（２６）に存することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の穿孔工具。
8. 前記切削ボディ（６）の相対する二つの平らな外面（２２，２３）のうち少なくとも一方に溝（４２）が形成され、前記溝が前記切削ボディの底面（２１）から前記切削ボディの前部エッジ部の領域に向かって伸びて、突起部（４，５）の内側と一緒に前記エッジ部に冷却液を送るためのダクトを形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の穿孔工具。

Images