JP5666834B2 - ルーズトップタイプの穴あけ工具 - Google Patents

Description

本発明は、切り屑除去機械加工のための穴あけ工具であって、一方において、前端と後端を有しその間に第１の中心軸が延伸する基体（basic body）であって、基体がその中心軸のまわりで与えられた回転方向に回転できる基体を含み、他方において、前端と後端を含みその間に第２の中心軸が延伸しており、前端がひとつ以上の切れ刃を含むルーズトップ（loose top）を含んで成るタイプの穴あけ工具に関する。基体の前端は、軸方向に突出し周縁に位置する二つのブランチ（branch）の間にジョー（jaw）を含み、ブランチは弾性的に曲げることができ、その目的は、一方において、ブランチの内側支持面をルーズトップの外側側方接触面に押しつけることによってルーズトップをジョーにクランプすることであり、他方において、ブランチの接線方向の支持面と、協働動作するルーズトップの接線方向の接触面を介してそれにトルクを伝達することであり、個々のブランチの内側支持面は第１及び第２の接線方向に離れた側方境界線の間に延び、工具の回転の間その第１のものが先頭になりその第２のものがあとを追い、個々の側方接触面が第１及び第２の境界線の間に延び、そのうち回転であとを追うものはあとを追う部分面のエッジに含まれ、そのわきでルーズトップがジョーに挿入可能であり、ルーズトップを回してブランチと動作的に係合したり係合から脱したりできる。

問題としている種類の穴あけ工具は、鋼、鋳鉄、アルミニウム、チタン、イエローメタル、などの金属のワークピースの切り屑除去又は切削機械加工（特に穴あけ）に適する。この工具はいろいろなタイプの複合材料の機械加工にも使用できる。

ソリッドドリルと異なり、二つの部分で構成された穴あけ工具、すなわち基体又はドリルボディーと、それに着脱可能に結合され、交換可能なヘッドとから構成された穴あけ工具が開発されてきた。ヘッドは必要な切れ刃を含む。こうすると、工具の大きな部分は小さな弾性率の比較的安価な材料、例えば鋼、で製造することができ、小さな部分、すなわちヘッドはもっと硬い高価な材料、例えば超硬合金、サーメット、セラミックなど、から製造することができ、それによって、切れ刃には、良い切り屑除去能力、高い加工精度、及び長い使用寿命が与えられる。ヘッドは摩耗した後で廃棄できる摩耗部分となり、基体は何回でも（例えば１０回から２０回取り替えて）再使用できる。このような切れ刃がついたヘッドは“ルーズトップ”という呼び名が現在では認められており、この明細書でも以下ではこの呼び方を用いる。

ルーズトップタイプの穴あけ工具には、幾つかのことが要求されており、そのひとつは、駆動されて回転する基体から、トルクが信頼できる仕方で交換可能なルーズトップに伝達されなければならないということである。さらに、基体は、穴あけの動作中にルーズトップに加わる軸方向後方への力を問題なく担うことができなければならない。もうひとつの必要条件は、ルーズトップは正確かつ信頼できる仕方で基体に対して中心合わせして保持されなければならないということである。さらに別の必要条件は、穴を開けているときだけでなく、穴あけ工具を穴から引き抜くときにも、ルーズトップが基体にクランプされていることである。ユーザーはさらに、駆動する機械から基体を取り外す必要なしにルーズトップを迅速かつ簡単に取り付けたり外したりできるということを望んでいる。さらに、工具は、特に高価な材料で作られるルーズトップは、低いコストで製造できなければならない。

穴あけのためのルーズトップ工具であって、最初に一般的に述べたようなタイプのものは、以前に特許文献１によって知られている。この場合、基体の二つのブランチがアーチ状のポケットに取り付けるように配置される。このポケットは、ルーズトップに含まれ、切り屑フルートで分離される二つのバーの凸状包絡面の後部に凹設され、軸方向の延長が限られており、そのためブランチの可能な最大長さが制限される。ブランチの内側支持面、並びにルーズトップの外側接触面は、ルーズトップをブランチの間で弾力的にしっかりとつかむように互いに押しつけられ、回転対称な基本形を有し、ルーズトップの外側側方接触面の直径方向の寸法がブランチの内側支持面より大きく、ブランチを弾性的又は弾力的にたわませるようになっている。回したときの角度的な最終位置で、回転で先頭になるトルクを伝達するブランチの接線方向支持面は、ルーズトップにおける二つのポケットで端面となる二つの接線方向接触面にぴったりと接触して押し付ける必要がある。

特許文献１の工具はいくつかの点で長所があるが、そのひとつは、ブランチの間に位置し、基体のジョーで底面を形成する軸方向支持面に切り屑が引っかかる可能性がある溝又は空洞を設ける必要がないということである。もうひとつの利点は、ルーズトップを直径に対してかなり短く作ることができるということで、材料の節約になり、コストも減らせる。さらに、ルーズトップの軸方向接触面、並びに基体の軸方向支持面は、周縁に位置する端の間に延びている。このようにして、これらの面はたっぷりしたものになり、大きな軸方向の力を伝達するのに適したものになる。

しかし、従来の工具の欠点は、基体のジョーへのルーズトップの取り付けが信頼できないものになる危険があり、実行するのに厄介であるということである。二つのブランチをルーズトップのそれぞれのポケットに取り付けることを最初に始めるときにすでに、ブランチにクランプする力が作用し、その力はそれ以後、ブランチがポケットの端面に押しつけられる最終位置までの回動運動の間ずっと同じような大きさである。取り付けは手で行われ、ブランチはルーズトップの側方接触面に回動運動の間ずっと同じ大きさの力で弾力的にクランプされて保持されるので、ルーズトップが最終位置に達したのかどうかをオペレーターが判定することが難しくなる可能性がある。ルーズトップを十分に信頼できる仕方でクランプするためには、クランプする一様な力はかなり大きくなければならないので、この判定はさらに難しくなる。このことは、回し込み（turning in）の作業が面倒なものになり、したがってオペレーターが - 特に急いでいるとき - 回し込みを意図せずに早すぎる段階で、すなわちルーズトップがジョーにおける最終位置に達する前に、終了してしまう可能性があるということを意味する。ルーズトップの取り付けが正しく行われないと、それは特に、ワークピースの入れ方（entering）に関連した穴あけ工具の不適切なセンタリングとなって現れるであろう。

欧州特許第１０１３３６７号明細書

本発明は、従来の穴あけ工具の上記のような欠点を軽減し、改良された穴あけ工具を提供することを目指す。したがって、本発明の第１の目的は、ルーズトップ及び協働動作する基体のジョーが、回し込み（turning in）のさいにルーズトップが最終位置に達したことをオペレーターが ―触覚的及び／又は聴覚的に―はっきりと感受できるように形成されている穴あけ工具を提供することである。本発明のもうひとつの目的は、ブランチがルーズトップにたえず大きなクランプ力をかけることなく、したがって回し込みの全作業の間大きな一様な抵抗を引き起こさずにルーズトップを基体のジョーに取り付けることができる穴あけ工具を提供することである。本発明のさらに別の目的は、ルーズトップが基体のジョーに信頼できる仕方で、詳しくはブランチの内在的な弾性を利用してルーズトップの最適なグリップが得られるようにして、クランプされて保持される穴あけ工具を提供することである。本発明のさらなる目的は、直径との対比でルーズトップの長さが最小で、体積が最小になる穴あけ工具を提供することであり、これはすべて、ルーズトップの製造と関連して高価な材料の消費を最小にするということを目的としている。また、基体がルーズトップに大きなトルクを伝達できる穴あけ工具を提供することも本発明の目的である。さらに、ルーズトップを基体に対して正確な仕方で中心合わせすることができ、中心合わせした状態で保持する―ことができる穴あけ工具を提供することも本発明のさらに別の目的である。

本発明によれば、少なくとも第１の目的は、請求項１の特徴部分に定義されている特徴によって達成される。本発明による穴あけ工具の好ましい実施形態はさらに従属請求項２〜２２で定義されている。

本発明は、ルーズトップの側方接触面にエッジを形成するというアイディアに基づいており、それがブランチの内側支持面の間の適当に選択された距離と合わせて、回し込み（turning in）したときに予め定められたデッドポジション又は中間ポジションまで順次増加するブランチの曲がりを与える。予め定められたデッドポジション又は中間ポジションで、クランプする力は最大になり、その後最終ポジションに達するまでさらに短い距離続けて回す間は減少する。デッドポジションから最終ポジションまでの最終段階の回動運動で、ブランチのクランプする力はルーズトップを最終ポジションに速やかに到達させることを助ける。最終ポジションはオペレーターの指の触覚での感受又は耳に聴かれるクリック音として（又はそれらの発現の組み合わせとして）現れる。

組立状態にある穴あけ工具の基体とルーズトップを示す斜視図である。 ルーズトップを基体から分離して示す分解斜視図である。 下から見たルーズトップと、上から見た基体の前端とを示す拡大分解図である。 基体とルーズトップの側面分解図である。 ルーズトップの前端を示す図４のV-V端面図である。 基体を前方から見た図４のVI-VI端面図である。 ルーズトップを背後から見た図４のVII-VII端面図である。 ルーズトップの拡大側面図である。 図８のIX-IXでの断面図である。 ルーズトップが基体のジョーに挿入され、その回し込み（turning in）が開始されようとする状態を示す部分斜視図である。 図４のXI-XIでの断面図である。 図４のXII-XIIでの断面図である。 基体のジョーへのルーズトップの回し込みに関連してルーズトップの一つの位置を示す図である。 基体のジョーへのルーズトップの回し込みに関連してルーズトップの一つの位置を示す図である。 基体のジョーへのルーズトップの回し込みに関連してルーズトップの一つの位置を示す図である。 基体のジョーへのルーズトップの回し込みに関連してルーズトップの一つの位置を示す図である。 図４のXVII-XVIIでの断面図であり、ルーズトップがブランチの間の中間ポジションで示されている断面図である。 ルーズトップが最終回転位置で示されている、図１７に対応する断面図である。 協働動作するブランチをたわませているルーズトップのエッジのいろいろなポジションを示すきわめて大きく拡大した概略図である。 基体のジョーを示す拡大斜視図である。 本発明の別の実施形態を示す分解斜視図である。 図２１によるルーズトップを基体のジョー（図１３参照）の中に入れる前の初期位置で示す断面図である。 中に入った動作位置（図１６参照）でルーズトップを示す断面図である。

以下の説明とクレームでは、それぞれ基体とルーズトップの面のいくつかの協働動作する対が記載される。これらの面が基体に存在する場合、それは“支持面”と呼ばれ、ルーズトップの対応する面は“接触面”と呼ばれる（例えば、それぞれ、“軸方向支持面”と“軸方向接触面”）。さらに、ルーズトップは平面の形の後端を含み、それがこの例では基体の軸方向支持面に押しつけられる軸方向接触面の役目をするということを指摘しておかなければならない。文脈によるが、この面は“後端”又は“軸方向接触面”と呼ばれる。さらに、ブランチの内側支持面、並びにルーズトップの側方接触面は、一対の側方境界線によって画定され、回転でその一方は他方の先に立って動く。“前”及び“後”という概念と取り違えないように、これらの境界線は、それぞれ、“先頭の”及び“あとを追う”と呼ばれる。図面において、穴あけ工具の動作状態で互いに接触して協働動作する面は同様の面パタンで示される。

図１と２に示された穴あけ工具は、本発明にしたがって作られ、いわゆるツイストドリルの形をしており、基体１，並びにルーズトップ２を含み、ルーズトップに必要な切れ刃３が含まれる。図１による構成された動作状態で、穴あけ工具はＣで示された中心軸のまわりで、さらに詳しくは回転Ｒの方向に、回転できる。

図２で、基体１は前端４と後端５を含み、その間に基体に固有の中心軸Ｃ１が延伸していることが見られる。前端４から後方へ、円筒状の包絡面６が延びており、そこに二つの切り屑フルート７が凹設され、この場合、それはらせん形であるが、タップボーラーの場合のように真っ直ぐであってもよい。この例では、切り屑フルート７は、駆動機械（図示せず）に取り付けることを意図する後部９に含まれるカラー８の付近で終わっている。

ルーズトップ２も前端１０と後端１１１及び自身の中心軸Ｃ２を含み、この中心軸と包絡面の二つの部分１２が同心である。包絡部分面１２は二つのらせん形切り屑フルート１３によって分離される（図１３参照）。これらは、ルーズトップが基体に取り付けられたときに、基体の切り屑フルート７の延長になる。ルーズトップ２が基体１に対して正しく中心合わせされるならば、個々の中心軸Ｃ１とＣ２は構成された穴あけ工具の中心軸Ｃと合致する。

基体１の主要部分は本発明に関連した部分がないため、以下ではその前端部分だけをルーズトップ２と合わせて図示する、詳しくは拡大して図示する。

次に図３及びその他の図面を参照する。図３で、基体１は、その前端に二つの同一のブランチ又はシャンク１５の間で画定されるジョー１４、及び中間底面１６を含み、それがルーズトップに対して軸方向支持面を形成している。各ブランチ１５は内側支持面１７を含み、それはブランチの前方端面１８から軸方向後方に延びている。さらに、個々のブランチは接線方向支持面１９を含み、それは回転方向で前方に向いている、すなわち先頭になっている。反対側の追いかける接線方向支持面は凹面２０の前部２０ａとして含まれている。凹面２０は、二つのらせん形境界線２１，２２の間にあり、切り屑フルート７を画定している。個々のブランチ１５は、弾性的に曲がってルーズトップ２に対して弾力的にクランプ可能になる。これは、基体１の少なくとも前方部分の材料がある内在的な弾性（ルーズトップ２の材料よりも小さな弾性率）を有することによって、好適には鋼であることによって実現される。これに対し、ルーズトップの材料は、伝統的な仕方で、超硬合金（バインダー金属中の炭化物粒子）、サーメット、セラミックなどから成る。好適には、軸方向支持面１６は平面であり、中心軸Ｃ１に直角方向に延びる。さらに、軸方向支持面１６は、一緒になって包絡面６を形成する二つの部分面の間に直径方向に延びる。一般に軸方向支持面は§状の輪郭形状を有する。

図３にさらに見られるように、ルーズトップの後端は軸方向接触面１１で表され、それは軸方向支持面１６と同様に、最も適切には平面であり、中心軸Ｃ２に直角方向に延びる。軸方向接触面１１は、直径方向で対向する包絡部分面１２の間に延び、§状の輪郭形状を有する。さらに、ルーズトップ２は一対の外側の直径方向に対向する側方接触面２３を含み、側方接触面２３に対してブランチの内側支持面１７が弾力的に固定される。最も適切には、面１１と１６の輪郭形状が同一であり、工具の動作状態で完全な面接触が確立される。

切れ刃３が含まれるルーズトップ２の前端１０は、複数の部分面で構成される端面によって表され（図５と８を参照）、それらはこの場合ペアで同一であり、したがって、個々に記述されない。個々の切れ刃３の背後に（回転方向で見て）、第１逃げ面２４が形成される。これは小さな（moderate）逃げ角を有し、もっと大きな逃げ角を有する第２逃げ面２５に変わってゆく、より詳細には、境界線２６を介して変わってゆく。別の境界線２７を介して、第２逃げ面２５は第３逃げ面２８に変わってゆき、それはさらに、アーチ状の境界線２９を介して、背後にある切り屑フルート１３に変わってゆく。図８に最もよく見られるように、切り屑フルート１３を画定する凹面３０は部分的に個々の切れ刃３まで延び、その切れ刃の切り屑面を形成する。切れ刃の切り屑面に、凸面３１も含まれる。ルーズトップの前端のデザインはいろいろな仕方で変更することができ、ルーズトップが切り屑除去機械加工を行うことができる限り、付随的である。

さらに、包絡部分面１２に隣接して、ガイドパッド３２が形成されている（図３と５を参照）ことが認められる。その主な役割は穴あけ工具をガイドすることである。あけられた穴の直径は、切れ刃がガイドパッド３２と出会う周縁の点３３の間の直径方向の距離によって決定される。また、二つの切れ刃３は先端３４に収斂し、それがルーズトップの最先端部分を形成し、そこにいわゆるチゼルエッジ及び最小の芯出しポンチ（不図示）が含まれる。

次に図８を参照すると、ルーズトップ２の個々の側方接触面２３が第１及び第２の側方境界線３５，３６の間で画定されている。そのうち第１の側方境界線３５は工具が回転するときに先行し、第２の側方境界線３６は後行する。後方に（図では下向きに）、側方接触面２３は横向きの後方境界線３７によって定められ、他方その前方の限界は二つの斜めの境界線３８，３９である。そのうち最初にあげたものは第２逃げ面２５と境を接し、あとであげたものは第３逃げ面２８と境を接する。第２の側方境界線３６は、４０と記されたエッジに含まれ（又はエッジを形成し）、それは側方接触面２３と、回転方向後方の部分面４１の間の移行部を構成する。エッジ４０をシャープに形成することそれ自体は実行可能であるが、エッジ４０をアールがある移行部として、すなわち面２３と４１の間の移行部における凸状に湾曲した細長い面として作ることが好ましい。また、回転方向後方の部分面４１はこの場合はくさび形であり、回転方向後方の切り屑フルートの凹面３０と境を接するということを言っておかなければならない。さらに詳しくは、回転方向後方の部分面４１はエッジ４０と、エッジ４０と鋭角をなす境界線４２の間で定められている。エッジ４０と境界線４２は後方へ拡がっている。

側方接触面２３は、その第１の側方境界線３５で凹面４３に変わってゆき、それはさらに接線方向接触面４４と境を接し（図３を参照）、個々のブランチ１５がそれに押しつけられてトルクをルーズトップに伝達する。

図示された好ましい実施形態では、側方接触面２３は、ブランチ１５の内側支持面１７と同様、本質的に平面である。図９の断面図からさらに見られるように、ルーズトップ２の対向する二つの側方接触面２３は一定の角度αで後端から前端へ向かう方向に拡がっている。したがって、エッジ４０の前端４０ａのレベルにある基準面ＲＰ１において、ルーズトップの幅Ｗ１は、側方接触面の後方境界線３７のレベルにある基準面ＲＰ２における幅Ｗ２よりも少し大きい。実際には、幅Ｗ１とＷ２の差はきわめて小さく、拡がりの角度αが小さいことを意味する。図示された実施形態では、Ｗ１は8.00mmとなり、Ｗ２は7.97mmとなり、角度αは0.86°(α/2 = 0.43°)になる。この拡がり角はごく小さいものであるが、ブランチ１５を曲げてブランチがルーズトップにかなり大きな固定力を及ぼすようにするには全く十分である。

これに関連して、拡がり角αは0.86°から大きくも小さくも変わりうるということを指摘しておかなければならない。しかし、拡がり角αは少なくとも0.2°、そして高々2°でなければならず、最も適切には0.60-1.20°という範囲内にある。角度αの大きさは面１７，２３の軸方向の長さに依存する、もっと詳しく言うと、ルーズトップの動作状態で面接触が達成されるような仕方でこの角度はこれらの面の長さに適合しなければならない。

側方接触面２３は上述のような仕方で拡がるので、エッジ４０の前端４０ａはエッジ４０の後端４０ｂよりもルーズトップの中心軸から大きな径方向距離にある。言い換えると、ルーズトップをジョー１４に取り付けることに関連して、前端４０ａは個々のブランチの内側支持面１７に最初に接触する。また、エッジ４０はこの場合真っ直ぐである。

次に図２０を参照すると、この図から、個々のブランチ１５の内側支持面１７は協働動作するルーズトップの側方接触面２３と同様に、第１及び第２の側方境界線５１，５２の間で定められ、回転時、第１の側方境界線５１が先行し、第２の側方境界線５２が後行する。内側支持面１７と接線方向支持面１９の間には、凹面５３があり、そのアールは凹面４３のアールより大きい。

図１０にはルーズトップ２が初期位置で示されており、ルーズトップはブランチ１５の間のジョーの中へ軸方向にに挿入されているが、動作する最終ポジションにはない。その後の回し込みでルーズトップを大まかに中心合わせするために、すなわちルーズトップをかなり良く（しかし正確にではなく）中心合わせされた位置に暫定的に保持するために、ルーズトップの後部とブランチの内側部分に協働動作するガイド面が形成される。詳しく言うと、各側方接触面２３は（図３と４を見よ）は、中間面４６を介して軸方向背後にある凸の外側ガイド面４５に変わってゆく。外側ガイド面４５とルーズトップの軸方向接触面１１の間に、逃げ面４７が存在する。図７に見られるように、ルーズトップの中央部分の直径方向に対向する側面に形成される二つの外側ガイド面４５は回転対称な形を有する。これらの面は直径がＤ２と表される円Ｓ２に続く。円Ｓ２ − それにより面４５も − ルーズトップの中心軸Ｃ２と同心である。図示された好ましい実施形態では面４５は円筒状であるが、それらは円錐状であってもよい。

図３に、そして図６と２０を組み合わせて、見られるように、二つのブランチ１５には、その後端に一対の凹の内側ガイド面４８が形成され、それらがルーズトップの凸の外側ガイド面と協働動作する。個々の内側ガイド面４８は、内側支持面１７から内向き／後方に傾斜した中間面４９を介して、内側支持面１７に変わってゆく。二つの内側ガイド面４８も円筒状であり（又は、円錐状であり）、直径がＤ１で表される想像上の円Ｓ１（図６参照）によって定められる。円Ｓ１の直径Ｄ１は、円Ｓ２の直径Ｄ２よりも少し大きく、このことはルーズトップが基体のジョーに動作的にクランプされたときにガイド面４５，４８は互いに接触しないことを意味する。実際には直径の差は１０分の１乃至１０分の数ミリメートルになる。しかし、図１０に示された初期位置から行われる取り付けでルーズトップは大まかに中心合わせされる（すなわち、ブランチの間で近似的な中間位置を保持する）ことが保証される。直径Ｄ１とＤ２の大きさが異なることは、ガイド面４５，４８が製造に関連した寸法精度に何も条件を課さないということを意味する。

外側ガイド面４５（図８を見よ）は、切り屑フルート１３への境界線４５ａが側方接触面の限界エッジ４０に対して回転方向Ｒで後方に、すなわち図８で左の方へ、ずれるという形で側方接触面２３に対して接線方向に部分的にずれる。したがって、取り付け方向Ｖへのルーズトップの取り付けの間、境界線４５ａは限界エッジ４０の前に動く。その実際の結果は、限界エッジ４０がブランチの内側支持面１７と接触する前に、外側ガイド面４５がルーズトップを暫定的に大まかに中心合わせする目的で内側ガイド面４８との協働動作をスタートできるということである。

次に図１１を参照すると、同図においてＤＬ１は真っ直ぐな第１の直径を通る線分（diametrical line）を表し、これは中心軸Ｃ１と交わり、互いに向き合うブランチ１５の内側支持面１７の間で可能な最短距離に延び、したがって内側支持面と直角をなす。この可能な最短の直径を通る線分ＤＬ１の端点はＥａ，Ｅｂと表されている。内側支持面の間に引かれた中心軸Ｃ１と交わる他のどんな想像上の線（呼称なし）も最短の直径を通る線分ＤＬ１より長くなることは明らかである。これは、想像上の長い直径を通る線分が図１１に示される直径を通る線分ＤＬ１に対してＣ１のまわりで時計方向に回されるか又は反時計方向に回されるかに関わりなくあてはまる。

図１２で、ＤＬ２は第２の同様な真っ直ぐな直径を通る線分であり、二つの対向する側方接触面２３のエッジの間に延び、ルーズトップの中心軸Ｃ２と交わるものである。さらに詳しく言うと、直径を通る線分ＤＬ２は、エッジの前端点４０ａの間で延びている（図８参照）。個々の側方接触面２３は直径を通る線分ＤＬ２と鋭角βをなす。この例では角βはほぼ85°に成る。実際にはこの角は少なくとも75°、そして高々88°でなければならず、最も適切には80-86°の範囲内にある。図１２の拡大された細部断面図から、さらに、側方支持面２３と結合する部分面４１が互いに鈍角γをなすことが見られる。この例では、γは152°になる。角γが鈍角である（鋭角でない、それも可能であるが）ことによってエッジ４０を囲むルーズトップの部分が堅牢になり、エッジに作用する力に耐えることができる。

本発明によれば、直径を通る線分ＤＬ２は直径を通る線分ＤＬ１より少し長い。長さの差はきわめて小さく（１００分の数ミリメートル）、肉眼では見えないので、図１３−１６の一連の図、並びに図１９の拡大概略図を以下で参照する。図１３で、ルーズトップ２は図１０による初期位置Ｐ１で示されている。図１３は、この位置のルーズトップが、その側方接触面がブランチ１５と何も接触しないことによってジョーに軸方向に自由に挿入できることを示している。この位置で、ルーズトップの凸の外側ガイド面４５は一部分ブランチ１５の凹の内側ガイド面４８の間に位置している。最初のステップで、ルーズトップは図１４による位置Ｐ２に回され、そこで二つの対向するエッジ４０がブランチの内側支持面に接触する。さらに回した後、ルーズトップ２は図１５に示された位置Ｐ３に達し、そこで直径を通る線分ＤＬ１とＤＬ２が一致する。この位置で、エッジ４０はデッドポジション又は中間ポジションに達し、そこでブランチ１５のクランプ力が最大になる。このデッドポジションＰ３から、ルーズトップはさらに短い距離だけ回されて図１６による最終ポジションＰ４に達する。この位置で、エッジ４０は図１５によるデッドポジションＰ３を通過するが、ブランチ１５の弾性復元力又は引っ張り力は尽きていない。図１６による最終ポジションで、側方接触面２３は内側支持面１７に当接し、同時にトルクを伝達するブランチの接線方向支持面１９が圧されてルーズトップの接線方向接触面４４とぴったりと接触する。

図１９には、個々のブランチ１５に対するエッジ４０のいろいろな位置がもっとはっきりと図示されている。図１３による位置Ｐ１では、エッジ４０はブランチの内側支持面１７とのあらゆる接触が断たれている。位置Ｐ２では、内側支持面１７との接触が確立されている。この位置から先、ルーズトップのエッジ４０は、ブランチ１５が順次増大するクランプ力をルーズトップに加える間、ブランチ１５をたわませ始める。図１５によるデッドポジションＰ３で、ブランチのクランプ力は最大になる。それはここで直径を通る線分ＤＬ１とＤＬ２が一致するからである。最終ポジションＰ４に到達するために、ルーズトップがさらに短い距離回される（中心軸Ｃ１のまわりに時計方向に）。位置Ｐ３とＰ４の間で、エッジ４０がデッドポジションＰ３を通過したときの比較的短い動きの間、継続するルーズトップの回動は、全体的に又は部分的に、ブランチ１５によって行われる。これは、ブランチのクランプ力がルーズトップを最終ポジションに移動させることを目的としており、そこでは面の対２３，１７と１９，４４が互いにぴったりと押しつけられて保持されることでそれ以上回すことができなくなるためである。本発明による工具を用いて行われた実際の試験では、位置Ｐ３とＰ４の間の最終的な回動に続いて、作業者が指に顕著な触覚を感じる。ときにはクリック音が聞こえ、作業者はそれによってルーズトップがその動作する最終ポジションに到達したことを確認できる。

基体に対するルーズトップの正確な中心合わせは位置Ｐ２で、ルーズトップのエッジ４０が最初にブランチ１５の内側支持面１７と接触したときに開始される。エッジがその最終ポジションＰ４の方へ回されるにつれて、ブランチにおける保持力が増大する結果、中心合わせはますますはっきりし、正確になる。ブランチ１５は、最終ポジションＰ４において、位置Ｐ３における最大保持力と比べるとある程度減少した保持力を有するが、まだ余裕のある保持力を残している。選択されたＤＬ１とＤＬ２の間の長さの差に対するＰ３とＰ４の間の回動運動などの幾何的因子を適当に調整することによって、動作する最終ポジションにおけるクランプ力を予め決めることができる。例えば、最終ポジションＰ４における保持力力をデッドポジションにおける最大保持力の50%に決めることができる。

図１７と１８には、ルーズトップが動作する最終ポジションの方へ回されたときに、それぞれルーズトップ２とブランチ１５の協働動作するガイド面の対の間に、はっきりとした狭い間隙５０が生ずる様子が示されている。

さらに、本発明による穴あけ工具の重要な特徴は、ルーズトップ２の側方接触面２３がルーズトップの前端の近くに位置していること、及び対応するブランチ１５の内側支持面１７がブランチの前方遠くに位置していることである。したがって、側方接触面２３は、ルーズトップの前端１０における部分面として含まれる二つの逃げ面２５，２８から後方へ延びている。同様に、ブランチの内側支持面１７は、ブランチの前端面１８への移行部を形成するエッジラインから後方へ延びている。側方接触面と内側支持面それぞれのこの配置により、切れ刃に隣接するルーズトップの前方部分に沿って強力なグリップ又はつかみが得られる。なぜなら、ブランチは後端の付近よりも自由な前端（自由端）のエリアで最大の曲げ能力、 すなわち最適のグリップ能力を持つからである。

図８で、４４aは、部分包絡面１２とルーズトップの接線方向接触面４４の間の移行部を構成する真っ直ぐな境界線を表す（図３参照）。上記接線方向接触面４４はルーズトップの軸方向接触面１１に対して傾斜している、詳しくは角度δで傾斜しており、この例ではそれは76°になる。個々の接線方向接触面４４と協働動作する接線方向支持面１９（図１０と２０を見よ）も対応する形で傾斜している。それぞれの面のこの傾斜によって、ロック手段が設けられ、それがブランチ１５のつかむ効果（pinching effect）と組み合わされて、ジョー１４からルーズトップから意図せずに軸方向に外れること、例えばあけた穴から穴あけ工具が出すときに関連して、ルーズトップが外れることに対抗する。本発明の範囲内で、角度δは上にも下にも変わることができる。しかし、この角は、少なくとも65°、そして高々85°でなければならない。

図４と５には、ルーズトップ２が一対の周縁に位置するノッチ（切り欠き）又はシート５５の形のキーグリップ（key grip）を含むことが見られる。

本発明の根本的な利点は、作業者がルーズトップを回すさいに、ルーズトップがその動作する最終ポジションに到達したという明らかな確認を得られることである。別の利点は、ルーズトップを回した際に、曲がることができるブランチ抵抗がいつも大きいわけではなく、エッジが回りデッドポジションを過ぎる短い瞬間だけ最大になるということである。さらに、回動運動の最終段階において、デッドポジションから最終ポジションまでの回し込みが、ブランチに内在する弾性により、全体的又は部分的に行われる。言い換えると、作業者が意図せずに（例えば、急いでいるとき）、絶対的な最終ポジションまでの手動による回し込みを終了しないでしまうという危険に対する対策になる。別の利点は、ブランチが最も曲がることができ、最適の固定力を発揮できるブランチの前端の間にルーズトップが確実に保持されることである。さらに、ルーズトップがその直径に対して最小の体積になることができ、それによってルーズトップに高価な材料が消費されることも効果的に減らすることができる。さらに別の利点は、利用できるルーズトップの軸方向長さの範囲内でブランチの接線方向支持面に最適の長さを与えることができるので、基体がかなり大きなトルクをルーズトップに伝達できることである。さらに、ルーズトップは、シンプルなキー以外に他の手段なしで、簡単な仕方で取り付けたり、取り外したりできる。さらに、ルーズトップの二つの側方接触面は十分に露出しており、良い中心合わせを保証するために二つの側方接触面を研磨する必要がある場合にも容易に行うことができる。

次に図２１〜２３を参照すると、これらは別の実施形態を図示しており、そこでは各個々のブランチ１５の内側支持面１７に複数の部分面又は面部分１７a、１７ｂ、１７ｃが形成されている。第１の面部分１７aは、回転方向後方の境界線５２と面部分１７ｃの間で延び、面部分１７ｃは第２の面部分１７ｂへ凹状のアールで移行する移行部であり、面部分１７ｂはさらに境界線５１と結合している。三つのファセット（facet）面を含む移行面５３を介して、面部分１７ｂは接線方向支持面１９に変わってゆく。図示された実施形態では、面部分１７ｂは凹状の、詳しくは部分円筒状の形を有し、他方、面部分１７aは平面である（又は、場合によってわずかに反っている）。

内側軸方向支持面の軸方向背後に、前の実施形態と同様に、円筒状又はその他の回転対称な形の内側ガイド面４８があり、それがブランチ１５の肉厚の後方部分に含まれ、内側支持面１７から中間面４９によって隔てられている。

内側支持面と同様に、協働動作するルーズトップ２の側方接触面も二つの面部分２３a、２３ｂを含み、面部分２３aが面部分２３ｂに対して回転方向後方に位置する。面部分２３aは、一方で、面部分２３ｂの境界線２３ｃと、他方で、回転方向後方に位置する部分面４１への移行部を形成するエッジ４０の間に延びる。面２３ｂは凸であり、ブランチ１５の凹面部分１７ｂと同じ回転対称な形、好ましくは円筒状の形、を有する。境界線３５を介して、面部分２３ｂは凹面４３に変わってゆき、それはさらに接線方向接触面４４に変わってゆく。面部分２３aは、内側支持面１７に含まれる面部分１７aと同様に平面である（又は、わずかに反っている）。二つの面部分２３a、２３ｂの軸方向背後に、凹の内側ガイド面４８と協働動作する凸の、円筒状又はその他の回転対称の形のガイド面がある。

図２２にはルーズトップ２が、ブランチ１５の間のジョーに取り付ける前の最初の位置（Ｐ１）で示されている（図１３参照）。ブランチの二つの内側支持面に含まれる二つの平面の面部分１７aは互いに平行である。中心軸と交わり、面部分１７aに垂直な直径を通る線分ＤＬ１はこれらの面部分１７aの間の最短距離を表す。上記直径を通る線分ＤＬ１は面部分１７aに、それぞれ、その側方限界１７ｃと５２の間に位置する点で接触する。ＤＬ２はルーズトップの二つの対向する側方接触面２３に含まれる面部分２３aに沿ったエッジ４０の間に延びる第２の直径を通る線分である。第２の直径を通る線分ＤＬ２は第１の直径を通る線分ＤＬ１より１００分の数ミリメートル長い。しかし、中心軸Ｃと直径を通る線分ＤＬ２の端をなすエッジ４０の間の径方向距離は、中心軸Ｃと凹面１７ｂの間の径方向距離より少し短い。このことは、ルーズトップの回し込みがスタートしたとき、ルーズトップのエッジ４０は凹面１７ｂに接触しないということを意味する。

ルーズトップ２が図２２によるその初期位置（Ｐ１）から図２３による動作する最終ポジション（Ｐ４）まで回すと、次のことが起こる。最初、エッジ４０は面部分１７ｂをブランチ１５に影響を及ぼすことなく自由に通過する。エッジ４０がアール移行部１７ｃを過ぎると、エッジ４０は面部分１７aに接触し、ブランチをたわませることを順次開始する。エッジ４０のペアが直径を通る線分ＤＬ１とＤＬ２が互いに一致する回転角度位置（図１５の位置Ｐ３を参照）に達すると、曲がり及びそれによって弾性復元力が最大になる、すなわちデッドポジションを通過する。この状態で、ルーズトップの凸面２３ｂは、個々のブランチ１５の内側の凹面１７ｂに重なり始める。上記のデッドポジションから、ルーズトップの回し込みは、図２３に示されている動作する最終ポジション、そこではルーズトップの接線方向接触面４４がブランチの接線方向支持面１９に押しつけられて動作する最終ポジションまで主としてブランチの弾性復元力によって続けられる。回し込みの最終段階、すなわちデッドポジションと最終ポジションの間、ルーズトップの凸面２３ｂは凹面１７ｂに対向して位置し、そこではブランチの弾性復元力は面部分１７ｂと２３ｂの間の面接触によってルーズトップに伝達される。同時に、平面の面部分１７aはルーズトップの内部の、平面部分２３aから少し離れている。言い換えると、ブランチが及ぼすクランプ力は図２３による面のペア１７ｂ、２３ｂの間に直径方向に延びる軸方向平面ＡＰに沿って位置する。

図２１〜２３による実施形態はルーズトップの軸方向ロッキングのための別のタイプの手段を含む、すなわち、ブランチ１５の後端に形成された二つの座５４，並びにルーズトップの二つの雄部材５５である。座５４はこの場合、個々のブランチ１５にその接線方向支持面１９と基体の軸方向支持面１６の間に位置する凹設された樋である。それに対し、個々の雄部材５５は、ルーズトップの接線方向接触面４４の軸方向背後に位置し、軸方向接触面１１に結合する隆起である。言い換えると、隆起５５は側方接触面４４に対して側方に突出し、その後部が軸方向接触面１１に変わってゆく。ルーズトップがその動作位置に回されると、隆起５５がシュート５４と係合するが、隆起がシュートと面接触はしない。したがって、隆起５５は、ルーズトップにかかるネガティブの軸方向の力がブランチの弾性復元力に勝ったときにのみ活性化される。

以下のクレームにおいて定義されるような本発明の範囲内でいろいろな変更を加えることができる。だから、ルーズトップの側方接触面は必ずしも平面である必要はない。例えば、側方接触面は少し反っていても、又ははっきりと凸であって多少とも顕著に凹の形を与えられた内側支持面と協働動作するように配置されてもよい。本質的なことは、各側方接触面がブランチをデッドポジションにたわませて、そこでクランプ力が最大になり、その後クランプ力が減少するが尽きるわけではない最終ポジションまで動かされるということである。

Claims (22)

1. 切り屑除去機械加工のための穴あけ工具であって、
   前端と後端（４，５）を有する基体（１）であって、前端と後端（４，５）の間に第１の中心軸（Ｃ１）が延伸し、第１の中心軸（Ｃ１）の回りで与えられた回転方向（Ｒ）に回転できる基体（１）と、
   前端と後端（１０，１１１）を有するルーズトップ（２）であって、前端と後端（１０，１１１）の間に第２の中心軸（Ｃ２）が延伸し、前端（１０）がひとつ以上の切れ刃（３）を有するルーズトップ（２）と、を備え、
   基体（１）の前端（４）は、軸方向に突出し周縁に位置する二つのブランチ（１５）の間にジョー（１４）を有し、ブランチは弾性的に曲がることができ、一方において、ブランチ（１５）の内側支持面（１７）がルーズトップ（２）の外側接触面（２３）に弾力的に押しつけられることによってルーズトップ（２）をジョー（１４）に弾力的にクランプし、他方において、ブランチの接線方向支持面（１９）と協働動作するルーズトップの接線方向接触面（４４）を介してトルクをルーズトップに伝達し、
   個々のブランチ（１５）の内側支持面（１７）は、接線方向に分離した第１及び第２の側方境界線（５１，５２）の間に延び、工具の回転でその第１側方境界線（５１）が先行し、第２側方境界線（５２）が後行し、
   個々の外側接触面（２３）は第１及び第２の側方境界線（３５，３６）の間に延び、回転方向で後行する第２の側方境界線（３６）は後行する部分の面（４１）のエッジ（４０）に含まれ、
   ルーズトップ（２）はジョー（１４）に軸方向に挿入可能であり、ブランチ（１５）に対して回して着脱自在に取り付けることができる穴あけ工具において、
   ルーズトップ（２）の中心軸（Ｃ２）に垂直で、二つの外側接触面（２３）の前記エッジ（４０）の前端点（４０ａ）の間に延びる第２の直径を通る線分（ＤＬ２）は、ブランチ（１５）がルーズトップ（２）から力を受けていないときで、内側支持面（１７）の間の最短距離を延びる第１の直径を通る線分（ＤＬ１）より長く、第１の直径を通る線分（ＤＬ１）の対向する端点（Ｅａ，Ｅｂ）が、それぞれの内側支持面（１７）の第１の側方境界線（５１）及び第２の側方境界線（５２）から接線方向に所定距離離れて位置し、
   前記二つのブランチ（１５）の間に前記ルーズトップ（２）を係合させた状態で、前記ブランチ（１５）による最大のクランプ力を生ずる予め定められた中間ポジション（Ｐ３）まで前記ルーズトップ（２）を回すと、前記エッジ（４０）によって順次増加する前記ブランチ（１５）の曲がりが生じ、その後最終ポジション（Ｐ４）に達するまで前記ルーズトップ（２）を更に回す間、クランプ力は減少し、前記中間ポジション（Ｐ３）から前記最終ポジション（Ｐ４）までの最終段階の回動運動で、前記ブランチ（１５）によるクランプ力が前記ルーズトップ（２）を前記最終ポジション（Ｐ４）まで移動させることを助けることを特徴とする、穴あけ工具。
2. ブランチ（１５）の内側支持面（１７）の間の最短の第１の直径を通る線分（ＤＬ１）の端点（Ｅａ，Ｅｂ）が、回転方向で後行する内側支持面（１７）の第２の側方境界線（５２）に、回転方向で先行する第１の側方境界線（５１）より近くに位置していることを特徴とする、請求項１に記載の穴あけ工具。
3. ルーズトップ（２）の二つの外側接触面（２３）が、中間面（４６）を介して、第２の直径を通る線分（ＤＬ２）より短い直径を有する第２の円（Ｓ２）によって定められ、回転対称な形を有する軸方向背後にある一対の外側ガイド面（４５）に移行し、ブランチ（１５）が、内側支持面（１７）の軸方向背後にあり、円（Ｓ２）の直径より長く、第１の直径を通る線分（ＤＬ１）より短い直径（Ｄ１）を有する第１の円（Ｓ１）によって定められ、回転対称な形を有する一対の協働動作する内側ガイド面（４８）を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の穴あけ工具。
4. 外側及び内側ガイド面（４５，４８）が円筒状であり、それぞれが、ルーズトップ及び基体の中心軸（Ｃ２，Ｃ１）と同心であることを特徴とする、請求項３に記載の穴あけ工具。
5. ルーズトップ（２）の個々の外側接触面（２３）が少なくとも部分的に平面であり、ルーズトップの第２の直径を通る線分（ＤＬ２）と鋭角（β）をなし、個々のブランチ（１５）の協働動作する内側支持面（１７）は平面であり、外側接触面（２３）と内側支持面（１７）との面接触を可能にすることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の穴あけ工具。
6. 個々の外側接触面（２３）が二つの面部分を含み、
   第１の面部分（２３a）は回転で第２の面部分（２３ｂ）の回転方向後方に位置すると共にエッジ（４０）を含み、
   第２の面部分（２３ｂ）は断面が凸のアーチ状になっており、回転方向後方に位置する第１の面部分（１７a）と共に個々のブランチの内側支持面（１７）に含まれる凹のアーチ状になっている第２の面部分（１７ｂ）と協働動作することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の穴あけ工具。
7. ルーズトップの外側接触面（２３）の第２の面部分（２３ｂ）及びブランチの内側支持面（１７）の第２の面部分（１７ｂ）が、部分円筒状の形を有することを特徴とする、請求項６に記載の穴あけ工具。
8. 第２の直径を通る線分（ＤＬ２）と個々の外側接触面（２３）の間の角度（β）が大きくても88°であることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項に記載の穴あけ工具。
9. 角度（β）が少なくとも75°であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の穴あけ工具。
10. 角度（β）が80-86°の範囲内にあることを特徴とする、請求項５〜９のいずれか１項に記載の穴あけ工具。
11. ルーズトップの二つの外側接触面（２３）が、後端（１１１）から前端（１１）に向かって、拡がり角（α）で拡がっていることを特徴とする、請求項５〜１０のいずれか１項に記載の穴あけ工具。
12. 拡がり角（α）が少なくとも0.20°であることを特徴とする、請求項１１に記載の穴あけ工具。
13. 拡がり角（α）が大きくても3°であることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の穴あけ工具。
14. 拡がり角（α）が0.60-1.20°の範囲内にあることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の穴あけ工具。
15. ブランチ（１５）の二つの内側支持面（１７）が、ブランチ（１５）がルーズトップ（２）から力を受けていないときで、互いに対して、かつ、基体の中心軸（Ｃ１）に対して平行に延びていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の穴あけ工具。
16. ルーズトップ（２）の個々の外側接触面（２３）に沿った個々のエッジ（４０）が真っ直ぐであることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の穴あけ工具。
17. 個々の外側接触面（２３）に沿った個々のエッジ（４０）が、外側接触面（２３）と、外側接触面に接続する接続面（４１）との間でアールの形態で移行することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の穴あけ工具。
18. ルーズトップ（２）の個々の外側接触面（２３）と、エッジ（４０）に沿って外側接触面に接続する接続面（４１）とが、互いに鈍角（γ）をなすことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の穴あけ工具。
19. 外側接触面（２３）が、ルーズトップ（２）の前端（１０）に含まれ、切り屑除去する切れ刃（３）に続く少なくともひとつの逃げ面（２５，２８）から後方へ延びていることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の穴あけ工具。
20. 基体（１）とルーズトップ（２）が協働動作するロック手段を含み、ルーズトップがジョーから意図せずに軸方向に抜け出すことを防ぐことを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の穴あけ工具。
21. ロック手段が、個々のブランチ（１５）の後端に凹設された座（５４）を含み、ルーズトップ（２）の軸方向接触面（１１）に隣接して位置する雄部材（５５）が座（５４）に挿入可能であることを特徴とする、請求項２０に記載の穴あけ工具。
22. 座はブランチ（１５）の接線方向支持面（１９）の背後に位置する樋（５４）であり、雄部材はルーズトップの接線方向接触面（４４）の背後に位置する隆起（５５）であることを特徴とする、請求項２１に記載の穴あけ工具。

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