KR20110108421A

KR20110108421A - 선단 헤드 교환식 회전 공구, 선단 헤드, 및 공구 본체

Info

Publication number: KR20110108421A
Application number: KR1020117020261A
Authority: KR
Inventors: 지로 오사와; 다스쿠 이토
Original assignee: 오에스지 가부시키가이샤
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2011-10-05
Also published as: CN102307693A; US8864425B2; JP5279848B2; DE112009004410T5; US20120121347A1; JPWO2010089861A1; KR101529368B1; CN102307693B; WO2010089861A1

Abstract

선단 헤드 (14) 및 공구 본체 (12) 에 형성된 결합 볼록부 (30), 결합 오목부 (32) 를 끼워 맞추고, 선단 헤드 (14) 에 대해 공구 본체 (12) 를 공구 회전 방향으로 상대 회전시키면, 결합 볼록부 (30) 및 결합 오목부 (32) 에 형성된 2 세트의 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 맞물려 선단 헤드 (14) 의 발출이 저지됨과 함께, 맞닿음면 (44a, 44b) 이 서로 맞닿아 장착 위상이 규정된다. 이로써, 원터치로 용이하고 또한 신속하게 착탈할 수 있는 한편, 2 세트의 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 맞물린 상태에서 선단 헤드 (14) 에 대해 공구 본체 (12) 가 장착 위상까지 상대 회전하게 되면, 2 지점의 밀착면 (46a, 46b) 이 소정의 압압 하중에 의해 밀착되고, 그 밀착면 (46a, 46b) 의 마찰에 의해 선단 헤드 (14) 가 느슨해지거나 덜컹거리는 것이 방지되어 공구 사용 중을 포함하여 강고한 체결 상태가 안정적으로 얻어진다.

Description

선단 헤드 교환식 회전 공구, 선단 헤드, 및 공구 본체{BEVEL HEAD REPLACEMENT ROTARY TOOL, TIP HEAD, AND TOOL BODY}

본 발명은 선단 헤드 교환식 회전 공구에 관한 것으로, 특히, 선단 헤드를 원터치로 용이하고 또한 신속하게 착탈할 수 있음과 함께, 느슨해지거나 덜컹거리는 경우가 없는 강고한 장착 상태가 안정적으로 얻어지는 선단 헤드 교환식 회전 공구에 관한 것이다.

축 형상의 공구 본체와, 그 공구 본체와 별체로 구성된 선단 헤드를 갖고, 그 선단 헤드가 공구 본체의 선단에 동심으로 착탈할 수 있게 장착되어 사용되는 선단 헤드 교환식 회전 공구가 알려져 있다. 특허문헌 1 에 기재된 드릴은 그 일례로, 2 개의 체결 나사에 의해 선단 헤드가 공구 본체에 일체적으로 고정됨과 함께, 양자의 맞댐면에는 방사 형상으로 요철이 형성되고, 그 요철을 통하여 토크가 전달되게 되어 있다. 이와 같은 선단 헤드 교환식 회전 공구에 의하면, 절삭날의 마모 등에 의해 공구 수명에 이르렀을 경우, 선단 헤드만을 교환하여 공구 본체를 재사용할 수 있기 때문에, 공구 전체를 폐기하는 경우와 비교하여 경제적이며, 자원의 유효 이용을 도모할 수 있다.

일본 공개특허공보 제2003-136319호

그러나, 이와 같이 체결 나사를 사용하여 선단 헤드를 공구 본체에 고정시키는 경우, 체결 나사가 필요하여 부품 점수가 많아질 뿐만 아니라, 선단 헤드와 공구 본체의 축심 주위의 위상 맞춤을 실시하여 체결 나사를 조인다는 번거로운 작업이 필요하여, 반드시 충분히 만족시킬 수 있는 것은 아니었다.

또, 예를 들어 도 6 의 (a) 에 나타내는 바와 같이 공구 본체 (100) 의 선단에 공구 축심 O 와 직각 방향으로 테이퍼 홈 (104) 을 형성하고, 선단 헤드 (102) 에 형성된 역테이퍼 형상의 테이퍼 돌기 (108) 를 그 테이퍼 홈 (104) 에 끼워 맞추고, 슬롯 홈 (106) 에 의한 탄성에 의해 테이퍼 홈 (104) 내로 끌어당기도록 하여 고정시키는 것이 고려되고 있다. 그러나, 이 경우에는 테이퍼 돌기 (108) 의 잘록한 부분의 응력 집중을 피하기 위해서 테이퍼 각도를 작게 할 필요가 있어, 가공 저항에 의해 (b) 에 나타내는 바와 같이 슬롯 홈 (106) 이 열려 선단 헤드 (102) 가 덜컹거리거나 반복 사용에 의해 클램프력이 저하되거나 하여, 적절한 장착 상태가 안정적으로 얻어지지 않는다는 문제가 있다.

본 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 선단 헤드를 원터치로 용이하고 또한 신속하게 착탈할 수 있음과 함께, 느슨해지거나 덜컹거리는 경우가 없는 강고한 장착 상태가 안정적으로 얻어지는 선단 헤드 교환식 회전 공구를 제공하는 데에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해서, 제 1 발명은, 축 형상의 공구 본체와, 그 공구 본체와 별체로 구성된 선단 헤드를 갖고, 그 선단 헤드가 공구 본체의 선단에 동심으로 착탈할 수 있게 장착되어 사용되는 선단 헤드 교환식 회전 공구로서, (a)상기 공구 본체 및 상기 선단 헤드의 일방 및 타방에 공구축 방향으로 끼워 맞출 수 있게 형성됨과 함께, 공구 축심 O 에 대해 직각인 단면이 비원형의 결합 볼록부 및 결합 오목부와, (b) 그 결합 볼록부의 외주면 및 결합 오목부의 내벽면에 각각 둘레 방향으로 분리되어 복수 세트 형성되고, 그들의 결합 볼록부 및 결합 오목부가 공구축 방향으로 끼워 맞춰진 상태에서, 공구 축심 O 주위에 있어서 상기 선단 헤드에 대해 상기 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전됨으로써, 각 세트마다 서로 맞물려, 그 선단 헤드가 공구 본체에 대해 공구축 방향으로 발출되는 것을 저지하는 세레이션과, (c) 상기 공구 본체 및 상기 선단 헤드에 각각 형성되고, 상기 세레이션이 맞물린 상태에서 선단 헤드에 대해 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전됨으로써 서로 맞닿아, 공구 축심 O 주위의 장착 위상을 규정하는 둘레 방향 맞닿음부와, (d) 상기 공구 본체 및 상기 선단 헤드에 각각 형성되고, 상기 세레이션이 맞물린 상태에서 선단 헤드에 대해 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전됨으로써, 상기 장착 위상에 있어서 소정의 압압 하중에 의해 서로 공구축 방향으로 밀착되는 축방향 밀착부를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 「공구 회전 방향」이란, 선단 헤드 교환식 회전 공구를 회전 구동하여 천공 등의 소정의 가공을 실시할 때의 공구의 회전 방향이다.

제 2 발명은, 제 1 발명의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서, 상기 세레이션이 맞물린 상태에서 상기 선단 헤드에 대해 상기 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전될 때에, 그들 선단 헤드와 공구 본체가 서로 공구축 방향으로 접근되도록, 그 세레이션은 공구 축심 O 에 대해 직각 방향으로부터 소정의 경사각 φ 로 경사져 있는 것을 특징으로 한다.

제 3 발명은, 제 2 발명의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서, (a) 상기 결합 볼록부측의 세레이션 및 상기 결합 오목부측의 세레이션의 상기 경사각 φ 는 0°≤φ≤15°의 범위 내이고, 적어도 어느 일방의 경사각 φ 가 정 (正) 이 되고, 그들 세레이션이 맞물린 상태에서 상기 선단 헤드에 대해 상기 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전될 때에, 그 선단 헤드와 공구 본체가 서로 공구축 방향으로 접근되는 한편, (b) 상기 공구 본체 및 상기 선단 헤드에 각각 형성되는 상기 축방향 밀착부는, 공구 축심 O 에 대해 대략 직각이고 서로 면접촉되는 평탄한 밀착면인 것을 특징으로 한다.

제 4 발명은, 제 1 발명 ∼ 제 3 발명 중 어느 하나의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서, 상기 결합 볼록부측의 세레이션 및 상기 결합 오목부측의 세레이션은, 서로 맞물린 상태에서 상기 선단 헤드에 대해 상기 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전됨으로써, 상기 장착 위상에 있어서 소정의 맞물림 하중에 의해 맞물리도록, 그들 세레이션의 제원이 서로 상이하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 5 발명은, 제 1 발명 ∼ 제 4 발명 중 어느 하나의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서, 상기 둘레 방향 맞닿음부는, 공구축 방향으로 서로 끌어당기는 방향의 힘이 작용하도록 공구 축심 O 와 평행한 방향으로부터 소정의 경사각 θ 로 경사진 경사면을 갖는 것을 특징으로 한다.

제 6 발명은, 제 1 발명 ∼ 제 5 발명 중 어느 하나의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서, 상기 결합 볼록부측의 세레이션 및 상기 결합 오목부측의 세레이션은, 상기 선단 헤드에 대해 상기 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전되어 서로 맞물릴 때에, 용이하게 맞물리도록 그 결합 볼록부측의 세레이션의 둘레 방향의 원호의 곡률이 결합 오목부측의 세레이션보다 크게 되거나, 혹은 결합 볼록부측 및 결합 오목부측의 세레이션의 둘레 방향의 원호의 중심이 서로 편심되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 7 발명은, 제 1 발명 ∼ 제 6 발명 중 어느 하나의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서, 상기 세레이션의 볼록조 (條) 는, 꼭지각이 25°∼ 120°의 범위 내인 삼각형 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 한다.

제 8 발명은, 제 1 발명 ∼ 제 7 발명 중 어느 하나의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서, 상기 세레이션은 공구축 방향으로 이간되어 복수의 볼록조를 구비하고 있음과 함께, 상기 결합 볼록부 및 상기 결합 오목부가 공구축 방향에 있어서 완전히 끼워 맞춰진 경우에만 맞물릴 수 있도록 그 복수의 볼록조의 제원이 서로 상이한 것을 특징으로 한다.

제 9 발명은, 제 1 발명 ∼ 제 8 발명 중 어느 하나의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서, 상기 결합 볼록부의 선단 및 상기 결합 오목부의 바닥부의 일방 및 타방의 각각의 공구 축심 O 상에는, 서로 상대 회전할 수 있도록 끼워 맞춰지는 위치 결정 핀 및 위치 결정 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 10 발명은, 제 1 발명 ∼ 제 9 발명 중 어느 하나의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서, 상기 선단 헤드는 초경합금으로 구성되어 있고, 상기 결합 볼록부는 그 선단 헤드에 형성되어 있는 한편, 상기 결합 오목부는 상기 공구 본체에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 11 발명은, 제 1 발명 ∼ 제 10 발명 중 어느 하나의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서, 상기 결합 볼록부는 공구 축심 O 에 대해 직각인 단면이 그 공구 축심 O 에 대해 대칭적인 직사각형 형상을 이루고 있고, 그 길이 방향의 양 단부 (端部) 에 상기 세레이션이 형성되어 있고, 상기 결합 오목부의 내벽면에 공구 축심 O 에 대해 대칭적으로 형성된 1 쌍의 세레이션과 맞물리는 것을 특징으로 한다.

제 12 발명은, 제 1 발명 ∼ 제 11 발명 중 어느 하나의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서, (a) 상기 선단 헤드 교환식 회전 공구는, 상기 선단 헤드 및 상기 공구 본체에 걸쳐 연속되도록 공구 축심 O 에 대해 대칭적으로 1 쌍의 비틀림 홈이 형성된 2 장 날의 트위스트 드릴이고, (b) 상기 결합 오목부는 상기 1 쌍의 비틀림 홈에 걸쳐 공구 축심 O 와 직각 방향으로 관통하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 13 발명은, 제 12 발명의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서, 상기 공구 본체에는 공구 축심 O 상에 유체 공급 구멍이 형성되어 있음과 함께, 상기 선단 헤드가 장착되는 선단 근방에서 Y 자 형상으로 분기되어, 상기 1 쌍의 비틀림 홈으로 각각 개구되어 있는 것을 특징으로 한다.

제 14 발명은, 선단 헤드 교환식 회전 공구의 선단 헤드에 관한 것으로, 제 1 발명 ∼ 제 13 발명 중 어느 하나의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 사용되는 선단 헤드이다.

제 15 발명은, 선단 헤드 교환식 회전 공구의 공구 본체에 관한 것으로, 제 1 발명 ∼ 제 13 발명 중 어느 하나의 선단 헤드 교환식 회전 공구에 사용되는 공구 본체이다.

이와 같은 선단 헤드 교환식 회전 공구에 있어서는, 공구 본체 및 선단 헤드의 일방 및 타방에 형성된 결합 볼록부 및 결합 오목부를 공구축 방향으로 끼워 맞춘 상태에서, 선단 헤드에 대해 공구 본체를 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전시키면, 그들의 결합 볼록부 및 결합 오목부에 둘레 방향으로 분리되어 형성된 복수 세트의 세레이션이 각각 맞물려 선단 헤드의 발출이 저지됨과 함께, 둘레 방향 맞닿음부가 서로 맞닿게 됨으로써 공구 축심 O 주위의 장착 위상이 규정된다. 또, 선단 헤드를 공구 본체로부터 떼어낼 때에는, 선단 헤드와 공구 본체를 상기와 역방향으로 상대 회전시키면 되고, 원터치로 용이하고 또한 신속하게 착탈할 수 있다.

한편, 상기 복수 세트의 세레이션이 각각 맞물린 상태에서 선단 헤드에 대해 공구 본체가 상기 장착 위상까지 상대 회전하게 되면, 그들 선단 헤드 및 공구 본체에 각각 형성된 축방향 밀착부가 소정의 압압 하중에 의해 서로 공구축 방향으로 밀착되기 때문에, 그 축방향 밀착부의 마찰에 의해 선단 헤드가 느슨해지거나 덜컹거리는 것이 방지되고, 둘레 방향 맞닿음부에 의해 공구 축심 O 주위의 장착 위상이 규정되는 것과 함께, 공구 사용 중을 포함하여 강고한 체결 상태 (장착 상태) 가 안정적으로 얻어진다.

제 2 발명에서는, 세레이션이 맞물린 상태에서 선단 헤드에 대해 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전될 때에, 그들 선단 헤드와 공구 본체가 서로 공구축 방향으로 접근되도록, 그 세레이션이 공구 축심 O 에 대해 직각 방향으로부터 소정의 경사각 φ 로 경사져 있기 때문에, 이 세레이션의 경사에 의해 상기 축방향 밀착부가 바람직하게 밀착되고, 강고한 체결 상태가 안정적으로 얻어진다. 특히, 제 3 발명에서는, 경사각 φ 가 0°≤φ≤15°의 범위 내이고, 축방향 밀착부는 공구 축심 O 에 대해 대략 직각으로 서로 면접촉되는 평탄한 밀착면이기 때문에, 그 작은 경사각 φ 에 의한 쐐기 작용에 의해 축방향 밀착부가 밀착되고, 마찰에 의해 강고하게 고정되어, 선단 헤드가 느슨해지거나 덜컹거리는 것이 적절히 방지됨과 함께, 선단 헤드를 공구 본체에 대해 반복 착탈하는 경우에도 체결 강도가 양호하게 유지된다.

제 4 발명에서는, 결합 볼록부측의 세레이션 및 결합 오목부측의 세레이션의 제원 (공구축 방향의 피치나 상기 경사각 φ 등) 이 서로 상이하고, 맞물림 상태에서 선단 헤드에 대해 공구 본체가 상기 장착 위상까지 상대 회전하게 되면, 그들 세레이션이 소정의 맞물림 하중에 의해 맞물리기 때문에, 그 맞물림 하중에 의한 마찰에 의해 선단 헤드가 느슨해지거나 덜컹거리는 것이 방지되어 안정적인 체결 상태 (장착 상태) 가 더욱 양호하게 유지된다. 이 제원의 상이에 의해, 세레이션이 소정의 압압 하중에 의해 공구축 방향으로 밀착되는 경우에는, 세레이션 그 자체를 제 1 발명의 축방향 밀착부로 간주할 수 있다.

제 5 발명에서는, 둘레 방향 맞닿음부가 공구 축심 O 와 평행한 방향으로부터 소정의 경사각 θ 로 경사진 경사면을 갖고, 공구축 방향으로 서로 끌어당기는 방향의 힘이 작용하게 되어 있기 때문에, 공구를 회전 구동하여 가공할 때에 둘레 방향 맞닿음부에 가해지는 토크를 통하여 축방향 밀착부가 더욱 강고하게 밀착되게 되어, 가공 토크 (회전 저항) 가 큰 경우에도 선단 헤드가 느슨해지거나 덜컹거리지 않아 적절히 가공을 실시할 수 있다.

제 6 발명에서는, 선단 헤드에 대해 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전되어 서로 맞물릴 때에, 용이하게 맞물리도록 결합 볼록부측의 세레이션의 원호의 곡률이 결합 오목부측의 세레이션보다 크게 되거나, 혹은 결합 볼록부측 및 결합 오목부측의 세레이션의 원호의 중심이 서로 편심되어 있기 때문에, 세레이션이 맞물릴 때의 걸림이 억제되어 원활히 맞물릴 수 있음과 함께, 둘레 방향 맞닿음부가 맞닿는 장착 위상까지 상대 회전시킴으로써 세레이션이 적절히 맞물려 소정의 체결 강도가 얻어지게 되어, 선단 헤드의 장착 작업 (결합 작업) 을 더욱 용이하게 실시할 수 있다.

제 7 발명에서는, 세레이션의 볼록조의 꼭지각이 25°∼ 120°의 범위 내인 삼각형 형상을 이루고 있기 때문에, 그 세레이션끼리의 맞물림 마찰에 의해서도 체결 상태가 양호하게 유지된다.

제 8 발명은, 세레이션이 복수의 볼록조를 구비하고 있는 경우로, 결합 볼록부 및 결합 오목부가 공구축 방향에 있어서 완전히 끼워 맞춰진 경우에만 맞물릴 수 있도록 그 복수의 볼록조의 제원이 서로 상이하기 때문에, 불완전하게 끼워 맞춰진 상태에서 선단 헤드를 공구 본체에 장착하는 장착 미스를 확실하게 방지할 수 있다.

제 9 발명에서는, 결합 볼록부의 선단 및 결합 오목부의 바닥부의 일방 및 타방의 각각의 공구 축심 O 상에 위치 결정 핀 및 위치 결정 구멍이 형성되고, 상대 회전할 수 있도록 끼워 맞춰지게 되어 있기 때문에, 선단 헤드와 공구 본체가 동심으로 위치 결정되고, 그들을 상대 회전시켜 세레이션이 맞물릴 때의 장착 작업을 더욱 원활하고 또한 용이하게 실시할 수 있다.

제 10 발명에서는, 선단 헤드가 초경합금으로 구성되어 있고, 결합 볼록부는 그 선단 헤드에 형성되어 있기 때문에, 그 결합 볼록부나 세레이션, 및 절삭날 등의 가공부를 갖는 선단 헤드를 성형형에 의해 용이하게 일체 성형할 수 있다. 결합 오목부가 형성되는 공구 본체에 대해서는, 예를 들어 고속도 공구강 등의 공구 재료에 의해 구성되고, 절삭 가공이나 방전 가공 등에 의해 비교적 용이하게 결합 오목부나 세레이션 등을 형성할 수 있다.

제 11 발명은, 결합 볼록부의 공구 축심 O 에 대해 직각인 단면이 그 공구 축심 O 에 대해 대칭적인 직사각형 형상을 이루고 있고, 그 길이 방향의 양단부에 세레이션이 형성되어 있고, 결합 오목부의 내벽면에 공구 축심 O 에 대해 대칭적으로 형성된 1 쌍의 세레이션과 맞물리게 되어 있기 때문에, 그들의 2 세트의 세레이션에 의해 선단 헤드를 공구 본체에 대해 안정적인 장착 자세로 적절히 장착할 수 있다.

제 12 발명은, 선단 헤드 및 공구 본체에 걸쳐 연속되도록 1 쌍의 비틀림 홈이 형성된 2 장 날의 트위스트 드릴에 관한 것으로, 결합 오목부가 1 쌍의 비틀림 홈에 걸쳐 공구 축심 O 와 직각 방향으로 관통하도록 형성됨에 따라, 본 발명이 바람직하게 적용된다.

제 13 발명은, 상기 트위스트 드릴에 있어서, 공구 본체의 공구 축심 O 상에 유체 공급 구멍이 형성되어 있음과 함께, 선단 헤드가 장착되는 선단 근방에서 Y 자 형상으로 분기되어, 1 쌍의 비틀림 홈으로 각각 개구되어 있는 경우로, 윤활유나 냉각 에어 등의 유체를 선단 헤드의 근방까지 적절히 공급할 수 있음과 함께, 선단 헤드에는 유체 공급 구멍이 필요없기 때문에 간단하고 또한 저렴하게 구성된다.

이와 같은 선단 헤드 교환식 회전 공구에 사용되는 선단 헤드 및 공구 본체에 관한 제 14 발명, 제 15 발명에 있어서도, 실질적으로 상기 제 1 발명 ∼ 제 13 발명과 동일한 효과가 얻어진다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시예인 선단 헤드 교환식 트위스트 드릴을 나타내는 도면으로, (a) 는 공구 축심 O 와 직각 방향에서부터 본 정면도, (b) 는 드릴 선단 부분의 확대도, (c) 는 드릴 선단 부분의 종단면도, (d) 는 (a) 에 있어서의 ID-ID 단면의 확대도, (e) 는 (b) 에 있어서의 IE 화살표 부분의 확대도이다.
도 2 는, 도 1 의 실시예의 드릴 선단 부분을 공구 축심 O 주위의 2 방향에서부터 본 정면도 내지는 사시도이다.
도 3 은, 도 1 의 실시예의 공구 본체의 선단 부분을 공구 축심 O 주위의 2 방향에서부터 본 사시도이다.
도 4 는, 도 1 의 실시예의 선단 헤드를 공구 축심 O 주위의 2 방향에서부터 본 정면도 내지는 사시도이다.
도 5 는, 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 도면으로, 각각 도 1 의 (d) 에 대응하는 단면도이다.
도 6 은, 역테이퍼 형상의 테이퍼 돌기에 의해 체결되는 종래의 체결 구조를 설명하는 단면도이다.

본 발명의 선단 헤드 교환식 회전 공구는, 공구 축심 O 주위에 비틀린 복수의 비틀림 홈을 갖는 트위스트 드릴이나 엔드 밀, 탭, 공구 축심 O 와 평행한 직 (直) 홈을 갖는 직인 (直刃) 드릴 등의 회전 절삭 공구, 혹은 회전 연삭 공구 등 여러 가지 회전 공구에 적용될 수 있다.

공구 축심 O 에 대해 직각인 단면이 비원형의 결합 볼록부 및 결합 오목부는, 예를 들어 단면이 직사각형 내지 타원 형상을 이루도록 구성되는데, 세 갈래 형상이나 십자 형상, 다각 형상 등, 여러 가지 단면의 볼록부나 오목부를 채용할 수 있다. 세레이션은, 이들의 결합 볼록부, 결합 오목부의 단면 형상에 따라 둘레 방향으로 분리되어 복수 세트 형성된다. 또, 이들의 결합 볼록부 및 결합 오목부는, 예를 들어 공구 축심 O 와 평행하게 형성되는데, 상기 도 6 에 나타내는 역테이퍼 형상으로 할 수도 있다.

둘레 방향 맞닿음부는, 예를 들어 공구축 방향으로 서로 끌어당기는 방향의 힘이 작용하도록 공구 축심 O 와 평행한 방향으로부터 소정의 경사각 θ 로 경사진 경사면을 갖고 구성하는 것이 바람직하고, 예를 들어 0°<θ≤30°정도의 범위 내가 적당하다. 단, 제 1 발명에서는 경사각 θ=0°이어도 되고, 약간이라면 역방향으로 경사시킬 수도 있다. 이 둘레 방향 맞닿음부는, 공구 축심 O 주위의 복수 지점에 등 각도 간격으로 형성하는 것이 바람직하다.

축방향 밀착부는, 예를 들어 세레이션이 소정의 경사각 φ 로 경사지고, 선단 헤드와 공구 본체가 서로 공구축 방향으로 접근됨으로써 밀착되도록 구성되며, 결합 볼록부측 및 결합 오목부측의 세레이션의 경사각 φ 는 예를 들어 0°≤φ≤15°의 범위 내이고 적어도 일방의 경사각 φ 가 정이 된다. 즉, 결합 볼록부측 및 결합 오목부측의 세레이션의 적어도 일방의 경사각 φ 가 정이면, 타방의 경사각 φ=0°이어도, 유격에 의해 맞물리는 것이 가능하고, 또한 일방의 세레이션의 경사에 의해 서로 공구축 방향으로 접근시킬 수 있는 것이다.

상기 결합 볼록부측 및 결합 오목부측의 세레이션의 경사각 φ 를 함께 0°로 하고, 축방향 밀착부를 공구 축심 O 에 대해 직각 방향으로부터 소정의 경사각으로 경사진 경사면으로 함으로써, 소정의 압압 하중에 의해 공구축 방향으로 밀착되도록 할 수도 있다. 요컨데, 세레이션 및 축방향 밀착부의 어느 일방 혹은 양방을 경사지게 함으로써, 축방향 밀착부가 소정의 압압 하중에 의해 공구축 방향으로 밀착되게 되어 있으면 되고, 세레이션의 경사각 φ 를 15°보다 크게 하거나, 부측 (負側), 즉 역방향으로 경사지게 할 수도 있다. 이 축방향 밀착부는, 공구 축심 O 주위의 복수 지점에 등 각도 간격으로 형성하는 것이 바람직하다.

결합 볼록부측 및 결합 오목부측의 세레이션의 제원, 예를 들어 볼록조의 공구축 방향의 피치나 경사각 φ 등을 서로 상이하게 함으로써, 맞물림 초기에는 작은 맞물림 하중에 의해 맞물리고, 장착 위상에서는 비교적 큰 맞물림 하중에 의해 맞물려 선단 헤드가 공구 본체에 대해 강고하게 고정되도록 할 수 있는데, 양방의 세레이션의 제원이 대략 동일하고, 축방향 밀착부의 마찰을 주체로 하여 선단 헤드가 공구 본체에 고정되도록 되어 있어도 된다.

결합 볼록부측의 세레이션 및 결합 오목부측의 세레이션은, 선단 헤드에 대해 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전되어 서로 맞물릴 때에, 용이하게 맞물리도록, 바꿔 말하면, 맞물림 개시측에서 비교적 큰 유격을 갖도록, 결합 볼록부측 및 결합 오목부측의 세레이션의 원호의 곡률을 서로 상이하게 하거나 원호의 중심을 서로 편심시키는 것이 바람직하지만, 곡률을 상이하게 하거나 원호의 중심을 편심시키지 않고, 공구 축심 O 와 동심으로 서로 대략 동일한 유효 직경으로 형성할 수도 있다. 또, 맞물림측의 선단의 능선 부분에 모따기를 형성하는 것만으로도 맞물림을 개선시킬 수 있는 등, 여러 가지 양태가 가능하다.

세레이션의 볼록조는, 꼭지각이 25°∼ 120°의 범위 내인 삼각형 형상으로 하는 것이 바람직하지만, 단면이 사각형이나 반원호 등의 원호 형상 (파형 형상) 으로 할 수도 있는 등, 여러 가지 양태가 가능하다. 이 세레이션은, 공구축 방향으로 이간되어 복수의 볼록조를 구비하고 있음과 함께, 결합 볼록부 및 결합 오목부가 공구축 방향에 있어서 완전히 끼워 맞춰진 경우에만 맞물릴 수 있도록 복수의 볼록조의 제원을 서로 상이하게 하는 것이 바람직하지만, 일정한 제원으로 형성할 수도 있고, 단일 볼록조 및 오목홈을 맞물리게 하기만 해도 된다. 제 8 발명과 같이 맞물림을 규제하기 위해서 상이하게 하는 볼록조의 제원은, 예를 들어 볼록조의 단면 형상 (폭 치수나 높이, 경사각 등) 이나 피치 등이다. 그 볼록조에 맞물리는 복수의 오목홈의 제원도, 볼록조에 대응하여 상이해진다.

결합 볼록부의 선단 및 결합 오목부의 바닥부의 일방 및 타방의 각각의 공구 축심 O 상에, 서로 상대 회전할 수 있도록 끼워 맞춰지는 원주 형상의 위치 결정 핀 및 단면 원형의 위치 결정 구멍을 형성하는 것이 바람직하고, 예를 들어 결합 볼록부의 선단에 위치 결정 핀이 돌출 형성되고, 결합 오목부의 바닥부에 위치 결정 구멍이 형성되는데, 그들의 위치 결정 핀 및 위치 결정 구멍이 없어도 된다.

선단 헤드는 초경합금제가 바람직하지만, 고속도 공구강이나 합금 공구강 등의 다른 경질 공구 재료를 채용할 수도 있다. 공구 본체로는, 예를 들어 고속도 공구강이 바람직하게 사용되는데, 다른 공구 재료를 채용할 수도 있다.

제 12 발명에서는, 결합 오목부가 1 쌍의 비틀림 홈에 걸쳐 공구 축심 O 와 직각 방향으로 관통하도록 형성되어 있는데, 엔드 밀 등에서는 반드시 공구 축심 O 와 직각 방향으로 관통하도록 형성될 필요는 없고, 전체 둘레에 내벽면을 갖는 비원형으로 바닥이 있는 오목부 (바닥이 있는 구멍) 가 형성되어도 된다.

제 13 발명에서는, 공구 본체의 공구 축심 O 상에 유체 공급 구멍을 형성함과 함께, 선단 헤드가 장착되는 선단 근방에서 Y 자 형상으로 분기시켜, 1 쌍의 비틀림 홈으로 각각 개구시키게 되어 있는데, 예를 들어 위치 결정 핀 및 위치 결정 구멍을 갖는 경우에는 그들의 축심 (공구 축심 O) 에 유체 공급 구멍을 형성함과 함께, 선단 헤드의 플랭크면으로 개구하도록 분기시켜, 그 플랭크면으로부터 유체가 토출되도록 할 수도 있는 등, 여러 가지 양태가 가능하다. 3 장 날 이상의 트위스트 드릴이나, 드릴 이외의 엔드 밀 등에 있어서도, 필요에 따라 동일한 유체 공급 구멍을 형성할 수 있다.

공구 본체 및 선단 헤드에 각각 형성되는 둘레 방향 맞닿음부는 서로 면접촉되는 평탄한 맞닿음면으로 하는 것이 바람직하지만, 어느 일방 혹은 양방을 만곡면이나 구면으로 하거나, 점 접촉이나 선 접촉에 의해 맞닿도록 하거나 할 수도 있는 등, 여러 가지 양태가 가능하다. 축방향 밀착부에 대해서도, 서로 면접촉되는 평탄한 밀착면으로 하는 것이 바람직하지만, 어느 일방을 만곡면이나 구면으로 하여 선 접촉이나 점 접촉시키도록 할 수도 있다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예를, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시예인 선단 헤드 교환식 트위스트 드릴 (10) 을 나타내는 도면으로, (a) 는 공구 축심 O 와 직각 방향에서부터 본 정면도, (b) 는 드릴 선단 부분의 확대도, (c) 는 드릴 선단 부분의 종단면도, (d) 는 (a) 에 있어서의 ID-ID 단면의 확대도, (e) 는 (b) 에 있어서의 IE 화살표 방향에서 본 부분의 확대도이다. 이 선단 헤드 교환식 트위스트 드릴 (10) 은 2 장 날의 드릴이고, 축 형상의 공구 본체 (12) 와, 그 공구 본체 (12) 와 별체로 구성된 선단 헤드 (14) 를 갖고, 선단 헤드 (14) 가 공구 본체 (12) 의 선단에 동심으로 착탈할 수 있게 장착되어 사용된다. 도 2 는, 선단 헤드 (14) 가 장착된 상태의 드릴 선단 부분을 공구 축심 O 주위의 2 방향에서부터 본 정면도 내지는 사시도이고, 도 3 은 공구 본체 (12) 의 선단 부분을 공구 축심 O 주위의 2 방향에서부터 본 사시도, 도 4 는 선단 헤드 (14) 를 공구 축심 O 주위의 2 방향에서부터 본 정면도 내지는 사시도이다.

공구 본체 (12) 는, 원주 형상의 섕크 (16) 및 홈부 (18) 를 동축상에 일체로 구비하고 있고, 홈부 (18) 에는 공구 축심 O 의 오른쪽 방향으로 비틀어진 1 쌍의 비틀림 홈 (20) 이 공구 축심 O 에 대해 대칭적으로 형성되어 있다. 선단 헤드 (14) 에는, 공구 본체 (12) 에 장착된 상태에서 상기 1 쌍의 비틀림 홈 (20) 에 연속되도록 비틀림 홈 (22) 이 형성되어 있고, 그 비틀림 홈 (22) 의 선단 개구 가장자리에는 1 쌍의 절삭날 (24) 이 대칭적으로 형성되어 있다. 그리고, 공구 본체 (12) 측에서 보아 공구 축심 O 의 오른쪽 방향의 공구 회전 방향으로 회전 구동됨으로써, 절삭날 (24) 에 의해 구멍을 절삭 가공함과 함께, 절삭 부스러기가 비틀림 홈 (22, 20) 을 통해 섕크 (16) 측으로 배출된다. 공구 본체 (12) 는 고속도 공구강제이고, 선단 헤드 (14) 는 초경합금제이며, 필요에 따라 TiN, TiCN, TiAlN, 다이아몬드 등의 경질 피막이 코팅된다.

상기 선단 헤드 (14) 의 후단면에는 결합 볼록부 (30) 가 형성되어 있는 한편, 공구 본체 (12) 의 공구축 방향의 선단에는, 그 공구축 방향에 있어서 결합 볼록부 (30) 를 끼워 맞출 수 있는 결합 오목부 (32) 가 형성되어 있다. 결합 볼록부 (30) 는, 공구 축심 O 에 대해 직각인 단면이 공구 축심 O 에 대해 대칭적인 직사각형 형상을 이루고 있고, 그 길이 방향의 양 단부에 1 쌍의 세레이션 (34a, 34b) 이 공구 축심 O 에 대해 대칭적으로 형성되어 있다. 결합 오목부 (32) 는, 상기 1 쌍의 비틀림 홈 (20) 에 걸쳐 공구 축심 O 와 직각 방향으로 관통되고, 또한 상기 결합 볼록부 (30) 보다 넓은 폭 치수로 형성되어 있고, 도 1 의 (d) 에 있어서 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이 결합 볼록부 (30) 를 그 결합 오목부 (32) 내에 끼워 맞출 수 있음과 함께, 그 결합 오목부 (32) 의 1 쌍의 내벽면에는 상기 세레이션 (34a, 34b) 과 맞물릴 수 있는 1 쌍의 세레이션 (36a, 36b) 이 공구 축심 O 에 대해 대칭적으로 형성되어 있다. 서로 맞물리는 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 에 의해 2 세트의 세레이션이 구성되어 있다.

상기 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 은, 도 1 의 (d) 에 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이 결합 볼록부 (30) 가 결합 오목부 (32) 내에 끼워 맞춰진 상태에서, 공구 축심 O 주위에 있어서 선단 헤드 (14) 에 대해 공구 본체 (12) 가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전됨으로써, 즉 도 1 의 (d) 에서는 공구 회전 방향은 리딩 에지 (38) 측의 오른쪽 회전 방향이고, 일점쇄선으로 나타내는 결합 볼록부 (30) 가 화살표 A 로 나타내는 바와 같이 결합 오목부 (32) 에 대해 상대적으로 공구 축심 O 의 왼쪽 방향으로 회전됨으로써, 서로 맞물려 선단 헤드 (14) 가 공구 본체 (12) 에 대해 공구축 방향으로 발출되는 것을 저지한다. 이 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 의 볼록조는, 도 1 의 (c) 로부터 명확한 바와 같이 삼각산 형상을 이루고 있고, 그 꼭지각은 25°∼ 120°의 범위 내이고, 본 실시예에서는 약 90°로 되어 있다. 볼록조 사이의 오목홈은, 볼록조에 대응하는 삼각홈 형상을 이루고 있다. 또한, 도면의 각 부의 치수 비율이나 각도는, 반드시 정확하게 나타낸 것은 아니다.

또, 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 은, 공구축 방향으로 이간되어 복수 (실시예에서는 2 개) 의 볼록조를 가짐과 함께, 결합 볼록부 (30) 및 결합 오목부 (32) 가 공구축 방향에 있어서 완전히 끼워 맞춰진 경우에만 맞물릴 수 있도록 복수의 볼록조의 제원, 예를 들어 단면 형상이 서로 상이하다. 이 볼록조의 제원의 상이에 대응하여 오목홈의 제원도 상이하게 되어 있다. 이로써, 복수의 볼록조의 1 개만이 맞물리는 불완전한 장착 상태, 즉 도 1 의 (c) 에 있어서 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 의 2 개의 볼록조 중 1 개만이 맞물려, 볼록조 1 개분만 선단 헤드 (14) 가 부상된 상태에서 장착되는 장착 미스가 회피된다.

또, 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (34a, 34b) 및 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b) 은, 선단 헤드 (14) 에 대해 공구 본체 (12) 가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전되어 서로 맞물릴 때에, 용이하게 맞물리도록, 바꿔 말하면, 맞물림 개시측의 유격이 커지도록, 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (34a, 34b) 의 둘레 방향의 원호의 곡률이 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b) 보다 크게 되어 있다. 구체적으로는, 도 1 의 (d) 에 나타내는 바와 같이, 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b) 의 원호는, 공구 축심 O 를 중심으로 하는 원주상에 위치하고 있는 데에 반해, 결합 볼록부 (30) 측 세레이션 (34a, 34b) 의 원호의 곡률은, 볼록조의 외주 및 오목홈의 홈 바닥을 포함하는 전체로서 세레이션 (36a, 36b) 의 원호보다 크게 (반경은 작다) 되어 있고, 용이하게 맞물림을 개시할 수 있다. 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (34a, 34b) 의 원호의 중앙 부분에서는, 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b) 에 대응하는 유효 직경을 갖고, 그 중앙 부분이 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b) 과 맞물리게 되면, 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 대략 간극없이 적정하게 맞물리게 된다. 또한, 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (34a, 34b) 의 원호의 곡률은 일정하지 않고, 중앙 부분에서는 비교적 작고 (대 직경), 원호의 단부로 향함에 따라 크게 (소 직경) 되어 있다.

또한, 상기 결합 볼록부 (30) 의 축방향 선단에는, 공구 축심 O 상에 원주 형상의 위치 결정 핀 (40) 이 돌출 형성되어 있는 한편, 결합 오목부 (32) 의 바닥부에는, 위치 결정 핀 (40) 이 상대 회전할 수 있도록 끼워 맞춰지는 위치 결정 구멍 (42) 이 공구 축심 O 상에 형성되어 있다. 따라서, 위치 결정 핀 (40) 이 위치 결정 구멍 (42) 내에 끼워 맞춰짐으로써, 결합 볼록부 (30) 와 결합 오목부 (32) 가 공구 축심 O 주위에 상대 회전할 수 있도록 위치 결정되고, 그들을 상대 회전시킴으로써 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (34a, 34b) 과 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b) 을 더욱 용이하게 맞물리게 할 수 있다. 위치 결정 핀 (40) 의 선단 및 위치 결정 구멍 (42) 의 개구부에는, 각각 테이퍼 형상의 모따기가 형성되어 있고, 그들이 원활히 끼워 맞춰지게 되어 있다.

한편, 공구 본체 (12) 및 선단 헤드 (14) 에는, 상기 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 을 맞물리게 한 상태에서, 선단 헤드 (14) 에 대해 공구 본체 (12) 가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전됨으로써, 서로 맞닿아, 공구 축심 O 주위의 장착 위상을 규정하는 맞닿음면 (44a, 44b) 이, 공구 축심 O 에 대해 대칭적인 2 지점에 형성되어 있다. 이로써, 상기 비틀림 홈 (20 및 22) 이 매끄럽게 연속되도록, 공구 본체 (12) 및 선단 헤드 (14) 의 장착 위상이 규정된다. 또, 이들의 맞닿음면 (44a, 44b) 은, 도 1 의 (e) 에 나타내는 바와 같이, 공구축 방향으로 서로 끌어당기는 방향의 힘이 작용하도록 공구 축심 O 와 평행한 방향으로부터, 공구 선단측으로 향함에 따라 공구 회전 방향에 소정의 경사각 θ 로 경사진 평탄한 경사면에서, 서로 면접촉되게 되어 있다. 경사각 θ 은 0°<θ≤30°의 범위 내이고, 본 실시예에서는 약 20°이다. 이로써, 선단 헤드 교환식 트위스트 드릴 (10) 을 공구 회전 방향으로 회전 구동시켜 천공 가공을 실시할 때에, 맞닿음면 (44a 및 44b) 을 통하여 회전 토크가 선단 헤드 (14) 에 적절히 전달됨과 함께, 절삭 저항이 큰 경우에도 선단 헤드 (14) 가 발출되거나 덜컹거리지 않아, 적절히 가공을 실시할 수 있다. 맞닿음면 (44a, 44b) 은 둘레 방향 맞닿음부에 상당한다.

공구 본체 (12) 및 선단 헤드 (14) 에는, 또, 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 을 맞물리게 한 상태에서, 선단 헤드 (14) 에 대해 공구 본체 (12) 가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전됨으로써, 상기 장착 위상에 있어서 소정의 압압 하중에 의해 서로 공구축 방향으로 밀착되는 밀착면 (46a, 46b) 이, 공구 축심 O 에 대해 대칭적인 2 지점 (실시예에서는 리딩 에지 (38) 에 연속하는 부분) 에 형성되어 있다. 즉, 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 서로 맞물린 상태에서, 선단 헤드 (14) 에 대해 공구 본체 (12) 가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전하게 되면, 선단 헤드 (14) 와 공구 본체 (12) 가 서로 공구축 방향으로 접근되도록, 그들 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 은 공구 축심 O 에 대해 직각 방향으로부터, 공구 회전 방향을 향함에 따라 공구 선단측에 소정의 경사각 φ (도 4 의 (b) 참조) 로 경사져 있다. 이 경사각 φ 는 0°≤φ≤15°의 범위 내이고, 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (34a, 34b), 및 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b) 의 적어도 일방의 경사각 φ 가 정이면 되고, 본 실시예에서는 모두 약 8°이다. 또, 밀착면 (46a, 46b) 은, 공구 축심 O 에 대해 대략 직각인 평탄면에서 서로 면접촉되게 되어 있고, 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 의 약간의 경사에 의해 선단 헤드 (14) 와 공구 본체 (12) 가 서로 공구축 방향으로 접근됨으로써, 쐐기 작용에 의해 밀착면 (46a, 46b) 이 소정의 압압 하중에 의해 공구축 방향으로 밀착되고, 그 마찰에 의해 선단 헤드 (14) 가 공구 본체 (12) 에 대해 강고하게 고정된다. 이로써, 선단 헤드 (14) 가 느슨해지거나 덜컹거리는 것이 적절히 방지되어, 천공 가공시에 있어서도 안정적인 체결 상태가 얻어짐과 함께, 선단 헤드 (14) 를 공구 본체 (12) 에 대해 반복 착탈하는 경우에도 체결 강도가 양호하게 유지된다. 밀착면 (46a, 46b) 은 축방향 밀착부에 상당한다.

또, 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (34a, 34b), 및 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b) 의 제원, 예를 들어 복수의 볼록조의 공구축 방향의 피치 혹은 경사각 φ 는 약간 상이하여, 맞물림 초기에는 유격에 의해 작은 맞물림 하중에 의해 맞물리지만, 장착 위상까지 상대 회전됨으로써 유격이 없어져 비교적 큰 맞물림 하중에 의해 맞물리게 되어 있다. 이로써, 그 맞물림 하중에 의한 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 의 상호의 마찰에 의해서도 선단 헤드 (14) 가 느슨해지거나 덜컹거리는 것이 방지되어, 상기 밀착면 (46a 및 46b) 의 마찰과 함께 체결 강도가 더욱 커져, 안정적인 체결 상태가 더욱 양호하게 유지된다. 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 의 탄성 변형 등에 의해, 밀착면 (46a 및 46b) 을 소정의 압압 하중에 의해 밀착시키면서, 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 을 소정의 맞물림 하중에 의해 맞물리게 할 수 있다.

공구 본체 (12) 에는, 그 후단으로부터 공구 축심 O 상에 1 개의 유체 공급 구멍 (48) 이 형성되어 있음과 함께, 선단 헤드 (14) 가 장착되는 선단 근방에서 Y 자 형상으로 분기되어, 상기 1 쌍의 비틀림 홈 (20) 으로 각각 개구되어 있다. 48h 는 유체 공급 구멍 (48) 의 개구부이다. 이로써, 필요에 따라 윤활유나 냉각 에어 등의 유체를 선단 헤드 (14) 의 근방까지 적절히 공급할 수 있음과 함께, 선단 헤드 (14) 에는 유체 공급 구멍이 필요없기 때문에 간단하고 또한 저렴하게 구성된다.

이와 같이 본 실시예의 선단 헤드 교환식 트위스트 드릴 (10) 에 있어서는, 공구 본체 (12) 및 선단 헤드 (14) 의 일방 및 타방에 형성된 결합 볼록부 (30) 및 결합 오목부 (32) 를 공구축 방향으로 끼워 맞춘 상태에서, 선단 헤드 (14) 에 대해 공구 본체 (12) 를 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전시키면, 그들의 결합 볼록부 (30) 및 결합 오목부 (32) 에 둘레 방향으로 분리되어 형성된 2 세트의 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 각각 맞물려 선단 헤드 (14) 의 발출이 저지됨과 함께, 맞닿음면 (44a, 44b) 이 서로 맞닿음으로써 공구 축심 O 주위의 장착 위상이 규정된다. 또, 선단 헤드 (14) 를 공구 본체 (12) 로부터 떼어낼 때에는, 선단 헤드 (14) 와 공구 본체 (12) 를 상기와 역방향으로 상대 회전시키면 되고, 원터치로 용이하고 또한 신속하게 착탈할 수 있다.

한편, 상기 2 세트의 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 각각 맞물린 상태에서 선단 헤드 (14) 에 대해 공구 본체 (12) 가 장착 위상까지 상대 회전하게 되면, 그들의 선단 헤드 (14) 및 공구 본체 (12) 에 각각 공구 축심 O 에 대해 대칭적으로 형성된 2 지점의 밀착면 (46a, 46b) 이 소정의 압압 하중에 의해 서로 공구축 방향으로 밀착되기 때문에, 그 밀착면 (46a, 46b) 의 마찰에 의해 선단 헤드 (14) 가 느슨해지거나 덜컹거리는 것이 방지되고, 맞닿음면 (44a, 44b) 에 의해 공구 축심 O 주위의 장착 위상이 규정됨과 함께, 공구 사용 중을 포함하여 강고한 체결 상태가 안정적으로 얻어진다.

본 실시예에서는, 2 세트의 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 각각 맞물린 상태에서 선단 헤드 (14) 에 대해 공구 본체 (12) 가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전될 때에, 그것 등의 선단 헤드 (14) 와 공구 본체 (12) 가 서로 공구축 방향으로 접근되도록, 그 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 공구 축심 O 에 대해 직각 방향으로부터 소정의 경사각 φ 로 경사져 있기 때문에, 이 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 의 경사에 의해 상기 밀착면 (46a, 46b) 이 바람직하게 밀착되고, 강고한 체결 상태가 안정적으로 얻어진다. 특히, 경사각 φ 가 0°≤φ≤15°의 범위 내이고, 밀착면 (46a, 46b) 은 공구 축심 O 에 대해 대략 직각으로 서로 면접촉되는 평탄면이기 때문에, 그 작은 경사각 φ 에 의한 쐐기 작용에 의해 밀착면 (46a, 46b) 이 밀착되고, 마찰에 의해 강고하게 고정되어, 선단 헤드 (14) 가 느슨해지거나 덜컹거리는 것이 적절히 방지됨과 함께, 선단 헤드 (14) 를 공구 본체 (12) 에 대해 반복 착탈하는 경우에도 체결 강도가 양호하게 유지된다.

또, 본 실시예에서는, 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (34a, 34b), 및 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b) 의 제원이 약간 상이하고, 장착 위상까지 상대 회전됨으로써 비교적 큰 맞물림 하중에 의해 맞물리기 때문에, 그 맞물림 하중에 의한 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 의 상호의 마찰에 의해서도 선단 헤드 (14) 가 느슨해지거나 덜컹거리는 것이 방지되고, 밀착면 (46a 및 46b) 의 마찰과 함께 체결 강도가 더욱 커져, 안정적인 체결 상태가 더욱 양호하게 유지된다.

또, 본 실시예에서는, 둘레 방향 맞닿음부인 맞닿음면 (44a, 44b) 이 공구 축심 O 와 평행한 방향으로부터 소정의 경사각 θ 로 경사진 경사면에서, 공구축 방향으로 서로 끌어당기는 방향의 힘이 작용하게 되어 있기 때문에, 선단 헤드 교환식 트위스트 드릴 (10) 을 공구 회전 방향으로 회전 구동하여 천공 가공을 실시할 때에 그것 등의 맞닿음면 (44a, 44b) 에 가해지는 토크를 통하여 축방향 밀착부인 상기 밀착면 (46a, 46b) 이 더욱 강고하게 밀착되게 되어, 가공 토크 (회전 저항) 가 큰 경우에도 선단 헤드 (14) 가 느슨해지거나 덜컹거리지 않아 적절히 가공을 실시할 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 선단 헤드 (14) 에 대해 공구 본체 (12) 가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전되어 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 맞물릴 때에, 용이하게 맞물리도록 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (34a, 34b) 의 원호의 곡률이 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b) 보다 크게 되어 있기 때문에, 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 맞물릴 때의 걸림이 억제되어 원활히 맞물림과 함께, 맞닿음면 (44a, 44b) 이 맞닿는 장착 위상까지 상대 회전시킴으로써 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 적절히 맞물려 소정의 체결 강도가 얻어지게 되어, 선단 헤드 (14) 의 체결 작업을 더욱 용이하게 실시할 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 의 볼록조의 꼭지각이 25°∼ 120°의 범위 내인 삼각형 형상을 이루고 있기 때문에, 그 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 끼리의 맞물림 마찰에 의해서도 체결 상태가 양호하게 유지된다.

또, 본 실시예에서는, 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 각각 2 개의 볼록조를 구비하고 있는데, 결합 볼록부 (30) 및 결합 오목부 (32) 가 공구축 방향에 있어서 완전히 끼워 맞춰진 경우에만 맞물릴 수 있도록 그 2 개의 볼록조의 제원이 서로 상이하기 때문에, 불완전하게 끼워 맞춰진 상태에서 선단 헤드 (14) 를 공구 본체 (12) 에 장착하는 장착 미스를 확실하게 방지할 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 결합 볼록부 (30) 의 선단 및 결합 오목부 (32) 의 바닥부의 각각의 공구 축심 O 상에 각각 위치 결정 핀 (40), 위치 결정 구멍 (42) 이 형성되고, 상대 회전할 수 있도록 끼워 맞춰지게 되어 있기 때문에, 선단 헤드 (14) 와 공구 본체 (12) 가 동심으로 위치 결정되어, 그것 등을 상대 회전시켜 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 을 맞물리게 할 때의 체결 작업을 더욱 원활 또한 용이하게 실시할 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 선단 헤드 (14) 가 초경합금으로 구성되어 있고, 결합 볼록부 (30) 는 그 선단 헤드 (14) 에 형성되어 있기 때문에, 그 결합 볼록부 (30) 나 세레이션 (34a, 34b), 절삭날 (24) 등을 갖는 선단 헤드 (14) 를 성형형에 의해 용이하게 일체 성형할 수 있다. 결합 오목부 (32) 가 형성되는 공구 본체 (12) 는 고속도 공구강에 의해 구성되어 있기 때문에, 절삭 가공이나 방전 가공 등에 의해 비교적 용이하게 결합 오목부 (32) 나 세레이션 (36a, 36b) 등을 형성할 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 결합 볼록부 (30) 의 공구 축심 O 에 대해 직각인 단면이 그 공구 축심 O 에 대해 대칭적인 직사각형 형상을 이루고 있고, 그 길이 방향의 양단부에 세레이션 (34a, 34b) 이 형성되어 있고, 결합 오목부 (32) 의 내벽면에 공구 축심 O 에 대해 대칭적으로 형성된 1 쌍의 세레이션 (36a, 36b) 과 맞물리게 되어 있기 때문에, 그것 등의 2 세트의 세레이션 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 에 의해 선단 헤드 (14) 를 공구 본체 (12) 에 대해 안정적인 장착 자세로 적절히 장착할 수 있다.

또, 본 실시예는, 선단 헤드 (14) 및 공구 본체 (12) 에 걸쳐 연속되도록 1 쌍의 비틀림 홈 (20, 22) 이 형성된 2 장 날의 트위스트 드릴에 관한 것으로, 결합 오목부 (32) 가 1 쌍의 비틀림 홈 (20) 에 걸쳐 공구 축심 O 와 직각 방향으로 관통하도록 형성됨에 따라, 그 결합 오목부 (32) 를 적절히 형성할 수 있음과 함께, 그 결합 오목부 (32) 에 대해 결합 볼록부 (30) 를 적절히 끼워 맞출 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 공구 본체 (12) 의 공구 축심 O 상에 유체 공급 구멍 (48) 이 형성되어 있음과 함께, 선단 헤드 (14) 가 장착되는 선단 근방에서 Y 자 형상으로 분기되어, 1 쌍의 비틀림 홈 (20) 으로 각각 개구되도록 되어 있기 때문에, 윤활유나 냉각 에어 등의 유체를 선단 헤드 (14) 의 근방까지 적절히 공급할 수 있음과 함께, 선단 헤드 (14) 에는 유체 공급 구멍이 필요없기 때문에 간단하고 또한 저렴하게 구성된다.

또한, 상기 실시예에서는, 선단 헤드 (14) 에 대해 공구 본체 (12) 가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전되어 세레이션 (34a 및 36a, 34b 및 36b) 이 맞물릴 때에, 용이하게 맞물리도록 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (34a, 34b) 의 원호의 곡률이 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b) 보다 크게 되어 있었는데, 도 5 의 (a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (50a, 50b, 60a, 60b) 및 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b, 62a, 62b) 의 유효 직경 부분의 원호의 곡률은 대략 동일하여, 그 원호의 중심을 서로 편심시키도록 해도 된다. 도 5 의 (a) 는, 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (36a, 36b) 은 상기 실시예와 동일하고, 공구 축심 O 를 중심으로 하는 원호 형상을 이루고 있는데, 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (50a, 50b) 의 원호의 중심은 공구 축심 O 로부터 편심되고, 맞물림 개시측 (공구 축심 O 의 왼쪽 회전 방향의 선단측) 이 공구 축심 O 에 접근되어, 세레이션 (36a, 36b) 과의 사이의 유격이 크게 되어 있다. 또, 도 5 의 (b) 는, 결합 볼록부 (30) 측의 세레이션 (60a, 60b) 은 공구 축심 O 를 중심으로 하는 원호 형상을 이루고 있는데, 결합 오목부 (32) 측의 세레이션 (62a, 62b) 의 원호의 중심은 공구 축심 O 로부터 편심되고, 맞물림 개시측 (공구 축심 O 의 오른쪽 회전 방향의 개구 단측) 이 공구 축심 O 로부터 이간되어 세레이션 (60a, 60b) 과의 사이의 유격이 크게 되어 있다.

이상, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명했는데, 이것들은 어디까지나 일 실시형태이고, 본 발명은 당업자의 지식에 기초하여 여러 가지 변경, 개량을 가한 양태로 실시할 수 있다.

10 : 선단 헤드 교환식 트위스트 드릴
12 : 공구 본체
14 : 선단 헤드
20, 22 : 비틀림 홈
30 : 결합 볼록부
32 : 결합 오목부
34a, 34b, 36a, 36b, 50a, 50b, 60a, 60b, 62a, 62b : 세레이션
40 : 위치 결정 핀
42 : 위치 결정 구멍
44a, 44b : 맞닿음면 (둘레 방향 맞닿음부, 경사면)
46a, 46b : 밀착면 (축방향 밀착부)
48 : 유체 공급 구멍
O : 공구 축심
φ : 세레이션의 경사각
θ : 둘레 방향 맞닿음부의 경사각

Claims

축 형상의 공구 본체와, 그 공구 본체와 별체로 구성된 선단 헤드를 갖고, 그 선단 헤드가 그 공구 본체의 선단에 동심으로 착탈할 수 있게 장착되어 사용되는 선단 헤드 교환식 회전 공구로서,
상기 공구 본체 및 상기 선단 헤드의 일방 및 타방에 공구축 방향으로 끼워 맞출 수 있게 형성됨과 함께, 공구 축심 O 에 대해 직각인 단면이 비원형의 결합 볼록부 및 결합 오목부와,
그 결합 볼록부의 외주면 및 그 결합 오목부의 내벽면에 각각 둘레 방향으로 분리되어 복수 세트 형성되고, 그 결합 볼록부 및 그 결합 오목부가 공구축 방향으로 끼워 맞춰진 상태에서, 공구 축심 O 주위에 있어서 상기 선단 헤드에 대해 상기 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전됨으로써, 각 세트마다 서로 맞물려, 그 선단 헤드가 그 공구 본체에 대해 공구축 방향으로 발출되는 것을 저지하는 세레이션과,
상기 공구 본체 및 상기 선단 헤드에 각각 형성되고, 상기 세레이션이 맞물린 상태에서 그 선단 헤드에 대해 그 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전됨으로써 서로 맞닿아, 공구 축심 O 주위의 장착 위상을 규정하는 둘레 방향 맞닿음부와,
상기 공구 본체 및 상기 선단 헤드에 각각 형성되고, 상기 세레이션이 맞물린 상태에서 그 선단 헤드에 대해 그 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전됨으로써, 상기 장착 위상에 있어서 소정의 압압 하중에 의해 서로 공구축 방향으로 밀착되는 축방향 밀착부를 갖고, 또한,
상기 결합 볼록부측의 세레이션 및 상기 결합 오목부측의 세레이션은, 상기 선단 헤드에 대해 상기 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전되어 서로 맞물릴 때에, 용이하게 맞물리도록 그 결합 볼록부측의 세레이션의 둘레 방향의 원호의 곡률이 그 결합 오목부측의 세레이션보다 크게 되거나, 혹은 그 결합 볼록부측 및 그 결합 오목부측의 세레이션의 둘레 방향의 원호의 중심이 서로 편심되어 있는 것을 특징으로 하는 선단 헤드 교환식 회전 공구.
제 1 항에 있어서,
상기 세레이션이 맞물린 상태에서 상기 선단 헤드에 대해 상기 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전될 때에, 그 선단 헤드와 그 공구 본체가 서로 공구축 방향으로 접근되도록, 그 세레이션은 공구 축심 O 에 대해 직각 방향으로부터 소정의 경사각 φ 로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 선단 헤드 교환식 회전 공구.
제 2 항에 있어서,
상기 결합 볼록부측의 세레이션 및 상기 결합 오목부측의 세레이션의 상기 경사각 φ 는 0°≤φ≤15°의 범위 내이고, 적어도 어느 일방의 경사각 φ 가 정이 되고, 그 세레이션이 맞물린 상태에서 상기 선단 헤드에 대해 상기 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전될 때에, 그 선단 헤드와 그 공구 본체가 서로 공구축 방향으로 접근되는 한편,
상기 공구 본체 및 상기 선단 헤드에 각각 형성되는 상기 축방향 밀착부는, 서로 면접촉되는 공구 축심 O 에 대해 대략 직각이고 평탄한 밀착면인 것을 특징으로 하는 선단 헤드 교환식 회전 공구.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결합 볼록부측의 세레이션 및 상기 결합 오목부측의 세레이션은, 서로 맞물린 상태에서 상기 선단 헤드에 대해 상기 공구 본체가 상대적으로 공구 회전 방향으로 회전됨으로써, 상기 장착 위상에 있어서 소정의 맞물림 하중에 의해 맞물리도록, 그 세레이션의 제원이 서로 상이하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 선단 헤드 교환식 회전 공구.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 둘레 방향 맞닿음부는, 공구축 방향으로 서로 당기는 방향의 힘이 작용하도록 공구 축심 O 와 평행한 방향으로부터 소정의 경사각 θ 로 경사진 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 선단 헤드 교환식 회전 공구.
(2009년 7월 6일자 국제단계 19조 보정에서 삭제)
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세레이션의 볼록조는, 꼭지각이 25°∼ 120°의 범위 내인 삼각형 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 선단 헤드 교환식 회전 공구.
제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 세레이션은 공구축 방향으로 이간되어 복수의 볼록조를 구비하고 있음과 함께, 상기 결합 볼록부 및 상기 결합 오목부가 공구축 방향에 있어서 완전히 끼워 맞춰진 경우에만 맞물릴 수 있도록 그 복수의 볼록조의 제원이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 선단 헤드 교환식 회전 공구.
제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항, 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결합 볼록부의 선단 및 상기 결합 오목부의 바닥부의 일방 및 타방의 각각의 공구 축심 O 상에는, 서로 상대 회전할 수 있도록 끼워 맞춰지는 위치 결정 핀 및 위치 결정 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선단 헤드 교환식 회전 공구.
제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선단 헤드는 초경합금으로 구성되어 있고, 상기 결합 볼록부는 그 선단 헤드에 형성되어 있는 한편, 상기 결합 오목부는 상기 공구 본체에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선단 헤드 교환식 회전 공구.
제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 결합 볼록부는 공구 축심 O 에 대해 직각인 단면이 그 공구 축심 O 에 대해 대칭적인 직사각형 형상을 이루고 있고, 그 길이 방향의 양단부에 상기 세레이션이 형성되어 있고, 상기 결합 오목부의 내벽면에 공구 축심 O 에 대해 대칭적으로 형성된 1 쌍의 세레이션과 맞물리는 것을 특징으로 하는 선단 헤드 교환식 회전 공구.
제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선단 헤드 교환식 회전 공구는, 상기 선단 헤드 및 상기 공구 본체에 걸쳐 연속되도록 공구 축심 O 에 대해 대칭적으로 1 쌍의 비틀림 홈이 형성된 2 장 날의 트위스트 드릴이고,
상기 결합 오목부는 상기 1 쌍의 비틀림 홈에 걸쳐 공구 축심 O 와 직각 방향으로 관통하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선단 헤드 교환식 회전 공구.
제 12 항에 있어서,
상기 공구 본체에는 공구 축심 O 상에 유체 공급 구멍이 형성되어 있음과 함께, 상기 선단 헤드가 장착되는 선단 근방에서 Y 자 형상으로 분기되어, 상기 1 쌍의 비틀림 홈으로 각각 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 선단 헤드 교환식 회전 공구.
제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 선단 헤드 교환식 회전 공구에 사용되는 선단 헤드.
제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 선단 헤드 교환식 회전 공구에 사용되는 공구 본체.