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JP5279848B2 - 先端ヘッド交換式回転工具、先端ヘッド、および工具本体 - Google Patents

先端ヘッド交換式回転工具、先端ヘッド、および工具本体 Download PDF

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Description

本発明は先端ヘッド交換式回転工具に係り、特に、先端ヘッドをワンタッチで容易且つ迅速に着脱できるとともに、緩んだりがたついたりすることがない強固な取付状態が安定して得られる先端ヘッド交換式回転工具に関するものである。
軸状の工具本体と、その工具本体と別体に構成された先端ヘッドとを有し、その先端ヘッドが工具本体の先端に同心に着脱可能に取り付けられて使用される先端ヘッド交換式回転工具が知られている。特許文献1に記載のドリルはその一例で、2本の締結ねじによって先端ヘッドが工具本体に一体的に固定されるとともに、両者の合わせ面には放射状に凹凸が設けられ、その凹凸を介してトルクが伝達されるようになっている。このような先端ヘッド交換式回転工具によれば、切れ刃の摩耗等により工具寿命に達した場合、先端ヘッドのみを交換して工具本体を再使用できるため、工具全体を廃棄する場合に比較して経済的であり、資源の有効利用を図ることができる。
特開2003−136319号公報
しかしながら、このように締結ねじを用いて先端ヘッドを工具本体に固定する場合、締結ねじが必要で部品点数が多くなるだけでなく、先端ヘッドと工具本体との軸心まわりの位相合わせを行って締結ねじをねじ込むという面倒な作業が必要であり、必ずしも十分に満足できるものではなかった。
また、例えば図6の(a) に示すように工具本体100の先端に工具軸心Oと直角方向にテーパ溝104を設け、先端ヘッド102に設けられた逆テーパ形状のテーパ突起108をそのテーパ溝104に嵌合し、すりわり溝106による弾性でテーパ溝104内に引き込むようにして固定することが考えられている。しかしながら、この場合はテーパ突起108のくびれ部分の応力集中を避けるためにテーパ角度を小さくする必要があり、加工抵抗で(b) に示すようにすりわり溝106が開いて先端ヘッド102ががたついたり、繰り返し使用でクランプ力が低下したりするなど、適切な取付状態が安定して得られないという問題がある。
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、先端ヘッドをワンタッチで容易且つ迅速に着脱できるとともに、緩んだりがたついたりすることがない強固な取付状態が安定して得られる先端ヘッド交換式回転工具を提供することにある。
かかる目的を達成するために、第1発明は、軸状の工具本体と、その工具本体と別体に構成された先端ヘッドとを有し、その先端ヘッドが工具本体の先端に同心に着脱可能に取り付けられて使用される先端ヘッド交換式回転工具であって、(a) 前記工具本体および前記先端ヘッドの一方および他方に工具軸方向に嵌合可能に設けられるとともに、工具軸心Oに対して直角な断面が非円形の結合凸部および結合凹所と、(b) その結合凸部の外周面および結合凹所の内壁面にそれぞれ周方向に分離して複数組設けられ、それ等の結合凸部および結合凹所が工具軸方向に嵌合された状態で、工具軸心Oまわりにおいて前記先端ヘッドに対して前記工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられることにより、各組毎に互いに噛み合わされてその先端ヘッドが工具本体に対して工具軸方向へ抜け出すことを阻止するセレーションと、(c) 前記工具本体および前記先端ヘッドにそれぞれ設けられ、前記セレーションが噛み合う状態で先端ヘッドに対して工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられることにより互いに当接させられ、工具軸心Oまわりの取付位相を規定する周方向当接部と、(d) 前記工具本体および前記先端ヘッドにそれぞれ設けられ、前記セレーションが噛み合う状態で先端ヘッドに対して工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられることにより、前記取付位相において所定の押圧荷重で互いに工具軸方向に密着させられる軸方向密着部と、を有することを特徴とする。
なお、「工具回転方向」とは、先端ヘッド交換式回転工具を回転駆動して穴明け等の所定の加工を行う際の工具の回転方向である。
第2発明は、第1発明の先端ヘッド交換式回転工具において、前記セレーションが噛み合う状態で前記先端ヘッドに対して前記工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられる際に、それ等の先端ヘッドと工具本体とが互いに工具軸方向へ接近させられるように、そのセレーションは工具軸心Oに対して直角な方向から所定の傾斜角φで傾斜させられていることを特徴とする。
第3発明は、第2発明の先端ヘッド交換式回転工具において、(a) 前記結合凸部側のセレーションおよび前記結合凹所側のセレーションの前記傾斜角φは0°≦φ≦15°の範囲内で、少なくとも何れか一方の傾斜角φが正とされ、それ等のセレーションが噛み合う状態で前記先端ヘッドに対して前記工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられる際に、その先端ヘッドと工具本体とが互いに工具軸方向へ接近させられる一方、(b) 前記工具本体および前記先端ヘッドにそれぞれ設けられる前記軸方向密着部は、工具軸心Oに対して略直角で互いに面接触させられる平坦な密着面であることを特徴とする。
第4発明は、第1発明〜第3発明の何れかの先端ヘッド交換式回転工具において、前記結合凸部側のセレーションおよび前記結合凹所側のセレーションは、互いに噛み合う状態で前記先端ヘッドに対して前記工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられることにより、前記取付位相において所定の噛合荷重で噛み合うように、それ等のセレーションの諸元が互いに相違させられていることを特徴とする。
第5発明は、第1発明〜第4発明の何れかの先端ヘッド交換式回転工具において、前記周方向当接部は、工具軸方向に互いに引き込む方向の力が作用するように工具軸心Oと平行な方向から所定の傾斜角θで傾斜させられた傾斜面を有することを特徴とする。
第6発明は、第1発明〜第5発明の何れかの先端ヘッド交換式回転工具において、前記結合凸部側のセレーションおよび前記結合凹所側のセレーションは、前記先端ヘッドに対して前記工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられて互いに噛み合わされる際に、容易に噛み合うようにその結合凸部側のセレーションの周方向の円弧の曲率が結合凹所側のセレーションよりも大きくされ、或いは結合凸部側および結合凹所側のセレーションの周方向の円弧の中心が互いに偏心させられていることを特徴とする。
第7発明は、第1発明〜第6発明の何れかの先端ヘッド交換式回転工具において、前記セレーションの凸条は、頂角が25°〜120°の範囲内の三角山形状を成していることを特徴とする。
第8発明は、第1発明〜第7発明の何れかの先端ヘッド交換式回転工具において、前記セレーションは工具軸方向に離間して複数の凸条を備えているとともに、前記結合凸部および前記結合凹所が工具軸方向において完全に嵌合した場合にのみ噛合可能なようにその複数の凸条の諸元が互いに相違していることを特徴とする。
第9発明は、第1発明〜第8発明の何れかの先端ヘッド交換式回転工具において、前記結合凸部の先端および前記結合凹所の底部の一方および他方の各々の工具軸心O上には、互いに相対回転可能に嵌合される位置決めピンおよび位置決め穴が設けられていることを特徴とする。
第10発明は、第1発明〜第9発明の何れかの先端ヘッド交換式回転工具において、前記先端ヘッドは超硬合金にて構成されており、前記結合凸部はその先端ヘッドに設けられている一方、前記結合凹所は前記工具本体に設けられていることを特徴とする。
第11発明は、第1発明〜第10発明の何れかの先端ヘッド交換式回転工具において、前記結合凸部は工具軸心Oに対して直角な断面がその工具軸心Oに対して対称的な長手形状を成していて、その長手方向の両端部に前記セレーションが設けられており、前記結合凹所の内壁面に工具軸心Oに対して対称的に設けられた一対のセレーションと噛み合わされることを特徴とする。
第12発明は、第1発明〜第11発明の何れかの先端ヘッド交換式回転工具において、(a) 前記先端ヘッド交換式回転工具は、前記先端ヘッドおよび前記工具本体に跨がって連続するように工具軸心Oに対して対称的に一対のねじれ溝が設けられた2枚刃のツイストドリルで、(b) 前記結合凹所は前記一対のねじれ溝に跨がって工具軸心Oと直角な方向に貫通するように設けられていることを特徴とする。
第13発明は、第12発明の先端ヘッド交換式回転工具において、前記工具本体には工具軸心O上に流体供給穴が設けられているとともに、前記先端ヘッドが取り付けられる先端近傍でY字状に分岐させられ、前記一対のねじれ溝にそれぞれ開口させられていることを特徴とする。
第14発明は、先端ヘッド交換式回転工具の先端ヘッドに関するもので、第1発明〜第13発明の何れかの先端ヘッド交換式回転工具に用いられる先端ヘッドである。
第15発明は、先端ヘッド交換式回転工具の工具本体に関するもので、第1発明〜第13発明の何れかの先端ヘッド交換式回転工具に用いられる工具本体である。
このような先端ヘッド交換式回転工具においては、工具本体および先端ヘッドの一方および他方に設けられた結合凸部および結合凹所を工具軸方向に嵌合した状態で、先端ヘッドに対して工具本体を相対的に工具回転方向へ回転させると、それ等の結合凸部および結合凹所に周方向に分離して設けられた複数組のセレーションがそれぞれ噛み合わされ、先端ヘッドの抜出しが阻止されるとともに、周方向当接部が互いに当接させられることによって工具軸心Oまわりの取付位相が規定される。また、先端ヘッドを工具本体から取り外す際には、先端ヘッドと工具本体とを上記と逆方向へ相対回転させれば良く、ワンタッチで容易且つ迅速に着脱することができる。
一方、上記複数組のセレーションがそれぞれ噛み合う状態で先端ヘッドに対して工具本体が前記取付位相まで相対回転させられると、それ等の先端ヘッドおよび工具本体にそれぞれ設けられた軸方向密着部が所定の押圧荷重で互いに工具軸方向に密着させられるため、その軸方向密着部の摩擦で先端ヘッドが緩んだりがたついたりすることが防止され、周方向当接部により工具軸心Oまわりの取付位相が規定されることと相まって、工具使用中を含めて強固な締結状態(取付状態)が安定して得られる。
第2発明では、セレーションが噛み合う状態で先端ヘッドに対して工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられる際に、それ等の先端ヘッドと工具本体とが互いに工具軸方向へ接近させられるように、そのセレーションが工具軸心Oに対して直角な方向から所定の傾斜角φで傾斜させられているため、このセレーションの傾斜により前記軸方向密着部が好適に密着させられ、強固な締結状態が安定して得られる。特に、第3発明では、傾斜角φが0°≦φ≦15°の範囲内で、軸方向密着部は工具軸心Oに対して略直角で互いに面接触させられる平坦な密着面であるため、その小さな傾斜角φによる楔作用で軸方向密着部が密着させられて摩擦により強固に固定され、先端ヘッドが緩んだりがたついたりすることが適切に防止されるとともに、先端ヘッドを工具本体に対して繰り返し着脱する場合でも締結強度が良好に維持される。
第4発明では、結合凸部側のセレーションおよび結合凹所側のセレーションの諸元(工具軸方向のピッチや前記傾斜角φなど)が互いに相違させられており、噛合状態で先端ヘッドに対して工具本体が前記取付位相まで相対回転させられると、それ等のセレーションが所定の噛合荷重で噛み合わされるため、その噛合荷重による摩擦で先端ヘッドが緩んだりがたついたりすることが防止され、安定した締結状態(取付状態)が一層良好に維持される。この諸元の相違により、セレーションが所定の押圧荷重で工具軸方向に密着させられる場合は、セレーションそのものを第1発明の軸方向密着部と見做すことができる。
第5発明では、周方向当接部が工具軸心Oと平行な方向から所定の傾斜角θで傾斜させられた傾斜面を有し、工具軸方向に互いに引き込む方向の力が作用するようになっているため、工具を回転駆動して加工する際に周方向当接部に加えられるトルクを介して軸方向密着部が一層強固に密着させられるようになり、加工トルク(回転抵抗)が大きい場合でも先端ヘッドが緩んだりがたついたりすること無く適切に加工を行うことができる。
第6発明では、先端ヘッドに対して工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられて互いに噛み合わされる際に、容易に噛み合うように結合凸部側のセレーションの円弧の曲率が結合凹所側のセレーションよりも大きくされ、或いは結合凸部側および結合凹所側のセレーションの円弧の中心が互いに偏心させられているため、セレーションが噛み合う際の引っ掛かりが抑制されて円滑に噛み合わせることができるとともに、周方向当接部が当接する取付位相まで相対回転させることによりセレーションが適切に噛み合わされて所定の締結強度が得られるようになり、先端ヘッドの取付作業(結合作業)を一層容易に行うことができる。
第7発明では、セレーションの凸条の頂角が25°〜120°の範囲内の三角山形状を成しているため、そのセレーション同士の噛合摩擦によっても締結状態が良好に維持される。
第8発明は、セレーションが複数の凸条を備えている場合で、結合凸部および結合凹所が工具軸方向において完全に嵌合した場合にのみ噛合可能なようにその複数の凸条の諸元が互いに相違しているため、不完全な嵌合のまま先端ヘッドを工具本体に取り付ける取付ミスを確実に防止することができる。
第9発明では、結合凸部の先端および結合凹所の底部の一方および他方の各々の工具軸心O上に位置決めピンおよび位置決め穴が設けられ、相対回転可能に嵌合されるようになっているため、先端ヘッドと工具本体とが同心に位置決めされ、それ等を相対回転させてセレーションを噛み合わせる際の取付作業を一層円滑且つ容易に行うことができる。
第10発明では、先端ヘッドが超硬合金にて構成されており、結合凸部はその先端ヘッドに設けられているため、その結合凸部やセレーション、および切れ刃等の加工部を有する先端ヘッドを成形型により容易に一体成形することができる。結合凹所が設けられる工具本体については、例えば高速度工具鋼等の工具材料によって構成され、切削加工や放電加工等により比較的容易に結合凹所やセレーションなどを設けることができる。
第11発明は、結合凸部の工具軸心Oに対して直角な断面がその工具軸心Oに対して対称的な長手形状を成していて、その長手方向の両端部にセレーションが設けられており、結合凹所の内壁面に工具軸心Oに対して対称的に設けられた一対のセレーションと噛み合わされるようになっているため、それ等の2組のセレーションにより先端ヘッドを工具本体に対して安定した取付姿勢で適切に取り付けることができる。
第12発明は、先端ヘッドおよび工具本体に跨がって連続するように一対のねじれ溝が設けられた2枚刃のツイストドリルに関するもので、結合凹所が一対のねじれ溝に跨がって工具軸心Oと直角な方向に貫通するように設けられることにより、本発明が好適に適用される。
第13発明は、上記ツイストドリルにおいて、工具本体の工具軸心O上に流体供給穴が設けられているとともに、先端ヘッドが取り付けられる先端近傍でY字状に分岐させられ、一対のねじれ溝にそれぞれ開口させられている場合で、潤滑油や冷却エア等の流体を先端ヘッドの近傍まで適切に供給することができるとともに、先端ヘッドには流体供給穴が必要ないため簡単且つ安価に構成される。
このような先端ヘッド交換式回転工具に用いられる先端ヘッドおよび工具本体に関する第14発明、第15発明においても、実質的に上記第1発明〜第13発明と同様の効果が得られる。
本発明の一実施例である先端ヘッド交換式ツイストドリルを示す図で、(a) は工具軸心Oと直角な方向から見た正面図、(b) はドリル先端部分の拡大図、(c) はドリル先端部分の縦断面図、(d) は(a) におけるID−ID断面の拡大図、(e) は(b) におけるIE矢視部分の拡大図である。 図1の実施例のドリル先端部分を工具軸心Oまわりの2方向から見た正面図乃至は斜視図である。 図1の実施例の工具本体の先端部分を工具軸心Oまわりの2方向から見た斜視図である。 図1の実施例の先端ヘッドを工具軸心Oまわりの2方向から見た正面図乃至は斜視図である。 本発明の他の実施例を説明する図で、それぞれ図1の(d) に対応する断面図である。 逆テーパ形状のテーパ突起により締結する従来の締結構造を説明する断面図である。
符号の説明
10:先端ヘッド交換式ツイストドリル 12:工具本体 14:先端ヘッド 20、22:ねじれ溝 30:結合凸部 32:結合凹所 34a、34b、36a、36b、50a、50b、60a、60b、62a、62b:セレーション 40:位置決めピン 42:位置決め穴 44a、44b:当接面(周方向当接部、傾斜面) 46a、46b:密着面(軸方向密着部) 48:流体供給穴 O:工具軸心 φ:セレーションの傾斜角 θ:周方向当接部の傾斜角
本発明の先端ヘッド交換式回転工具は、工具軸心Oまわりにねじれた複数のねじれ溝を有するツイストドリルやエンドミル、タップ、工具軸心Oと平行な直溝を有する直刃ドリル等の回転切削工具、或いは回転研削工具など種々の回転工具に適用され得る。
工具軸心Oに対して直角な断面が非円形の結合凸部および結合凹所は、例えば断面が長方形乃至長円形状を成すように構成されるが、三叉形状や十字形状、多角形状など、種々の断面の凸部や凹所を採用することが可能である。セレーションは、これ等の結合凸部、結合凹所の断面形状に応じて周方向に分離して複数組設けられる。また、これ等の結合凸部および結合凹所は、例えば工具軸心Oと平行に設けられるが、前記図6に示すような逆テーパ形状とすることも可能である。
周方向当接部は、例えば工具軸方向に互いに引き込む方向の力が作用するように工具軸心Oと平行な方向から所定の傾斜角θで傾斜させられた傾斜面を有して構成することが望ましく、例えば0°<θ≦30°程度の範囲内が適当である。但し、第1発明では傾斜角θ=0°であっても良く、少しであれば逆方向へ傾斜させることも可能である。この周方向当接部は、工具軸心Oまわりの複数箇所に等角度間隔で設けることが望ましい。
軸方向密着部は、例えばセレーションが所定の傾斜角φで傾斜させられ、先端ヘッドと工具本体とが互いに工具軸方向へ接近させられることにより密着させられるように構成され、結合凸部側および結合凹所側のセレーションの傾斜角φは例えば0°≦φ≦15°の範囲内で少なくとも一方の傾斜角φが正とされる。すなわち、結合凸部側および結合凹所側のセレーションの少なくとも一方の傾斜角φが正であれば、他方の傾斜角φ=0°であっても、遊びによって噛み合うことが可能で、且つ一方のセレーションの傾斜によって互いに工具軸方向へ接近させることができるのである。
上記結合凸部側および結合凹所側のセレーションの傾斜角φを共に0°とし、軸方向密着部を工具軸心Oに対して直角な方向から所定の傾斜角で傾斜する傾斜面とすることにより、所定の押圧荷重で工具軸方向に密着させられるようにすることもできる。要するに、セレーションおよび軸方向密着部の何れか一方或いは両方を傾斜させることにより、軸方向密着部が所定の押圧荷重で工具軸方向に密着させられるようになっていれば良く、セレーションの傾斜角φを15°より大きくしたり、負側すなわち逆方向へ傾斜させたりすることも可能である。この軸方向密着部は、工具軸心Oまわりの複数箇所に等角度間隔で設けることが望ましい。
結合凸部側および結合凹所側のセレーションの諸元、例えば凸条の工具軸方向のピッチや傾斜角φなどを互いに相違させることにより、噛合初期には小さな噛合荷重で噛み合い、取付位相では比較的大きな噛合荷重で噛み合わされて先端ヘッドが工具本体に対して強固に固定されるようにすることができるが、両方のセレーションの諸元が略同じで、軸方向密着部の摩擦を主体として先端ヘッドが工具本体に固定されるようになっていても良い。
結合凸部側のセレーションおよび結合凹所側のセレーションは、先端ヘッドに対して工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられて互いに噛み合わされる際に、容易に噛み合うように、言い換えれば噛み合い開始側で比較的大きな遊びを有するように、結合凸部側および結合凹所側のセレーションの円弧の曲率を互いに相違させたり円弧の中心を互いに偏心させたりすることが望ましいが、曲率を相違させたり円弧の中心を偏心させたりすることなく、工具軸心Oと同心に互いに略同じ有効径で設けることも可能である。また、噛合側の先端の稜線部分に面取りを設けるだけでも噛合を改善することができるなど、種々の態様が可能である。
セレーションの凸条は、頂角が25°〜120°の範囲内の三角山形状とすることが望ましいが、断面が四角形や半円弧等の円弧形状(波形形状)とすることもできるなど、種々の態様が可能である。このセレーションは、工具軸方向に離間して複数の凸条を備えているとともに、結合凸部および結合凹所が工具軸方向において完全に嵌合した場合にのみ噛合可能なように複数の凸条の諸元を互いに相違させることが望ましいが、一定の諸元で設けることもできるし、単一の凸条および凹溝を噛み合わせるだけでも良い。第8発明のように噛合を規制するために相違させる凸条の諸元は、例えば凸条の断面形状(幅寸法や高さ、傾斜角など)やピッチなどである。その凸条に噛み合う複数の凹溝の諸元も、凸条に対応して相違させられる。
結合凸部の先端および結合凹所の底部の一方および他方の各々の工具軸心O上に、互いに相対回転可能に嵌合される円柱形状の位置決めピンおよび断面円形の位置決め穴を設けることが望ましく、例えば結合凸部の先端に位置決めピンが突設され、結合凹所の底部に位置決め穴が設けられるが、それ等の位置決めピンおよび位置決め穴が無くても良い。
先端ヘッドは超硬合金製が望ましいが、高速度工具鋼や合金工具鋼等の他の硬質工具材料を採用することもできる。工具本体としては、例えば高速度工具鋼が好適に用いられるが、他の工具材料を採用することもできる。
第12発明では、結合凹所が一対のねじれ溝に跨がって工具軸心Oと直角な方向に貫通するように設けられているが、エンドミルなどでは必ずしも工具軸心Oと直角な方向に貫通するように設けられる必要はなく、全周に内壁面を有する非円形で有底の凹所(有底穴)が設けられても良い。
第13発明では、工具本体の工具軸心O上に流体供給穴を設けるとともに、先端ヘッドが取り付けられる先端近傍でY字状に分岐させ、一対のねじれ溝にそれぞれ開口させるようになっているが、例えば位置決めピンおよび位置決め穴を有する場合にはそれ等の軸心(工具軸心O)に流体供給穴を設けるとともに、先端ヘッドの逃げ面に開口するように分岐させ、その逃げ面から流体が吐出されるようにすることもできるなど、種々の態様が可能である。3枚刃以上のツイストドリルや、ドリル以外のエンドミル等においても、必要に応じて同様な流体供給穴を設けることができる。
工具本体および先端ヘッドにそれぞれ設けられる周方向当接部は互いに面接触させられる平坦な当接面とすることが望ましいが、何れか一方或いは両方を湾曲面や球面にしたり、点接触や線接触で当接するようにしたりすることもできるなど、種々の態様が可能である。軸方向密着部についても、互いに面接触させられる平坦な密着面とすることが望ましいが、何れか一方を湾曲面や球面にして線接触や点接触させるようにすることも可能である。
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例である先端ヘッド交換式ツイストドリル10を示す図で、(a) は工具軸心Oと直角な方向から見た正面図、(b) はドリル先端部分の拡大図、(c) はドリル先端部分の縦断面図、(d) は(a) におけるID−ID断面の拡大図、(e) は(b) におけるIE矢視部分の拡大図である。この先端ヘッド交換式ツイストドリル10は2枚刃のドリルで、軸状の工具本体12と、その工具本体12と別体に構成された先端ヘッド14とを有し、先端ヘッド14が工具本体12の先端に同心に着脱可能に取り付けられて使用される。図2は、先端ヘッド14が取り付けられた状態のドリル先端部分を工具軸心Oまわりの2方向から見た正面図乃至は斜視図で、図3は工具本体12の先端部分を工具軸心Oまわりの2方向から見た斜視図、図4は先端ヘッド14を工具軸心Oまわりの2方向から見た正面図乃至は斜視図である。
工具本体12は、円柱形状のシャンク16および溝部18を同軸上に一体に備えており、溝部18には工具軸心Oの右まわりにねじれた一対のねじれ溝20が工具軸心Oに対して対称的に形成されている。先端ヘッド14には、工具本体12に取り付けられた状態で上記一対のねじれ溝20に連続するようにねじれ溝22が設けられており、そのねじれ溝22の先端開口縁には一対の切れ刃24が対称的に設けられている。そして、工具本体12側から見て工具軸心Oの右まわりの工具回転方向へ回転駆動されることにより、切れ刃24によって穴を切削加工するとともに、切りくずがねじれ溝22、20を通ってシャンク16側へ排出される。工具本体12は高速度工具鋼製で、先端ヘッド14は超硬合金製であり、必要に応じてTiN、TiCN、TiAlN、ダイヤモンド等の硬質被膜がコーティングされる。
上記先端ヘッド14の後端面には結合凸部30が設けられている一方、工具本体12の工具軸方向の先端には、その工具軸方向において結合凸部30が嵌合可能な結合凹所32が設けられている。結合凸部30は、工具軸心Oに対して直角な断面が工具軸心Oに対して対称的な長手形状を成していて、その長手方向の両端部に一対のセレーション34a、34bが工具軸心Oに対して対称的に設けられている。結合凹所32は、前記一対のねじれ溝20に跨がって工具軸心Oと直角な方向に貫通させられ、且つ上記結合凸部30よりも広い幅寸法で設けられており、図1(d) において一点鎖線で示すように結合凸部30をその結合凹所32内に嵌合することができるとともに、その結合凹所32の一対の内壁面には上記セレーション34a、34bと噛合可能な一対のセレーション36a、36bが工具軸心Oに対して対称的に設けられている。互いに噛み合うセレーション34aおよび36a、34bおよび36bによって2組のセレーションが構成されている。
上記セレーション34aおよび36a、34bおよび36bは、図1の(d) に一点鎖線で示すように結合凸部30が結合凹所32内に嵌合された状態で、工具軸心Oまわりにおいて先端ヘッド14に対して工具本体12が相対的に工具回転方向へ回転させられることにより、すなわち図1の(d) では工具回転方向はリーディングエッジ38側の右回り方向で、一点鎖線で示す結合凸部30が矢印Aで示すように結合凹所32に対して相対的に工具軸心Oの左まわりに回転させられることにより、互いに噛み合わされて先端ヘッド14が工具本体12に対して工具軸方向へ抜け出すことを阻止する。このセレーション34aおよび36a、34bおよび36bの凸条は、図1の(c) から明らかなように三角山形状を成しており、その頂角は25°〜120°の範囲内で本実施例では約90°とされている。凸条の間の凹溝は、凸条に対応する三角溝形状を成している。なお、図面の各部の寸法比率や角度は、必ずしも正確に表したものではない。
また、セレーション34aおよび36a、34bおよび36bは、工具軸方向に離間して複数(実施例では2本)の凸条を有するとともに、結合凸部30および結合凹所32が工具軸方向において完全に嵌合した場合にのみ噛合可能なように複数の凸条の諸元、例えば断面形状が互いに相違している。この凸条の諸元の相違に対応して凹溝の諸元も相違させられている。これにより、複数の凸条の1本だけが噛み合う不完全な取付状態、すなわち図1(c) においてセレーション34aおよび36a、34bおよび36bの2本の凸条の中の一つだけが噛み合い、凸条一つ分だけ先端ヘッド14が浮き上がった状態で取り付けられる取付ミスが回避される。
また、結合凸部30側のセレーション34a、34bおよび結合凹所32側のセレーション36a、36bは、先端ヘッド14に対して工具本体12が相対的に工具回転方向へ回転させられて互いに噛み合わされる際に、容易に噛み合うように、言い換えれば噛み合い開始側の遊びが大きくなるように、結合凸部30側のセレーション34a、34bの周方向の円弧の曲率が結合凹所32側のセレーション36a、36bよりも大きくされている。具体的には、図1(d) に示すように、結合凹所32側のセレーション36a、36bの円弧は、工具軸心Oを中心とする円周上に位置しているのに対し、結合凸部30側のセレーション34a、34bの円弧の曲率は、凸条の外周および凹溝の溝底を含む全体としてセレーション36a、36bの円弧よりも大きく(半径は小さい)されており、容易に噛み合い開始することができる。結合凸部30側のセレーション34a、34bの円弧の中央部分では、結合凹所32側のセレーション36a、36bに対応する有効径を有し、その中央部分が結合凹所32側のセレーション36a、36bと噛み合うようになると、セレーション34aおよび36a、34bおよび36bが略隙間無く適正に噛み合わされる。なお、結合凸部30側のセレーション34a、34bの円弧の曲率は一定でなく、中央部分では比較的小さく(大径)、円弧の端部へ向かうに従って大きく(小径)されている。
更に、上記結合凸部30の軸方向先端には、工具軸心O上に円柱形状の位置決めピン40が突設されている一方、結合凹所32の底部には、位置決めピン40が相対回転可能に嵌合される位置決め穴42が工具軸心O上に設けられている。したがって、位置決めピン40が位置決め穴42内に嵌合されることにより、結合凸部30と結合凹所32とが工具軸心Oまわりに相対回転可能に位置決めされ、それ等を相対回転させることにより結合凸部30側のセレーション34a、34bと結合凹所32側のセレーション36a、36bとを一層容易に噛み合わせることができる。位置決めピン40の先端および位置決め穴42の開口部には、それぞれテーパ形状の面取りが設けられており、それ等が円滑に嵌合されるようになっている。
一方、工具本体12および先端ヘッド14には、上記セレーション34aおよび36a、34bおよび36bを互いに噛み合わせた状態で、先端ヘッド14に対して工具本体12が相対的に工具回転方向へ回転させられることにより、互いに当接させられ、工具軸心Oまわりの取付位相を規定する当接面44a、44bが、工具軸心Oに対して対称的な2箇所に設けられている。これにより、前記ねじれ溝20および22が滑らかに連続するように、工具本体12および先端ヘッド14の取付位相が規定される。また、これ等の当接面44a、44bは、図1の(e) に示すように、工具軸方向に互いに引き込む方向の力が作用するように工具軸心Oと平行な方向から、工具先端側へ向かうに従って工具回転方向へ所定の傾斜角θで傾斜させられた平坦な傾斜面で、互いに面接触させられるようになっている。傾斜角θは0°<θ≦30°の範囲内で、本実施例では約20°である。これにより、先端ヘッド交換式ツイストドリル10を工具回転方向へ回転駆動して穴空け加工を行う際に、当接面44aおよび44bを介して回転トルクが先端ヘッド14に適切に伝達されるとともに、切削抵抗が大きい場合でも先端ヘッド14が抜け出したりがたついたりすること無く適切に加工を行うことができる。当接面44a、44bは周方向当接部に相当する。
工具本体12および先端ヘッド14にはまた、セレーション34aおよび36a、34bおよび36bを互いに噛み合わせた状態で、先端ヘッド14に対して工具本体12が相対的に工具回転方向へ回転させられることにより、前記取付位相において所定の押圧荷重で互いに工具軸方向に密着させられる密着面46a、46bが、工具軸心Oに対して対称的な2箇所(実施例ではリーディングエッジ38に連続する部分)に設けられている。すなわち、セレーション34aおよび36a、34bおよび36bが互いに噛み合う状態で、先端ヘッド14に対して工具本体12が相対的に工具回転方向へ回転させられると、先端ヘッド14と工具本体12とが互いに工具軸方向へ接近させられるように、それ等のセレーション34aおよび36a、34bおよび36bは工具軸心Oに対して直角な方向から、工具回転方向へ向かうに従って工具先端側へ所定の傾斜角φ(図4(b) 参照)で傾斜させられている。この傾斜角φは0°≦φ≦15°の範囲内で、結合凸部30側のセレーション34a、34b、および結合凹所32側のセレーション36a、36bの少なくとも一方の傾斜角φが正であれば良いが、本実施例では何れも約8°である。また、密着面46a、46bは、工具軸心Oに対して略直角な平坦面で互いに面接触させられるようになっており、セレーション34aおよび36a、34bおよび36bの僅かな傾斜で先端ヘッド14と工具本体12とが互いに工具軸方向へ接近させられることにより、楔作用で密着面46a、46bが所定の押圧荷重で工具軸方向に密着させられ、その摩擦により先端ヘッド14が工具本体12に対して強固に固定される。これにより、先端ヘッド14が緩んだりがたついたりすることが適切に防止され、穴明け加工時においても安定した締結状態が得られるとともに、先端ヘッド14を工具本体12に対して繰り返し着脱する場合でも締結強度が良好に維持される。密着面46a、46bは軸方向密着部に相当する。
また、結合凸部30側のセレーション34a、34b、および結合凹所32側のセレーション36a、36bの諸元、例えば複数の凸条の工具軸方向のピッチ或いは傾斜角φは僅かに相違させられ、噛合初期には遊びにより小さな噛合荷重で噛み合うが、取付位相まで相対回転させられることにより遊びが無くなって比較的大きな噛合荷重で噛み合わされるようになっている。これにより、その噛合荷重によるセレーション34aおよび36a、34bおよび36bの相互の摩擦によっても先端ヘッド14が緩んだりがたついたりすることが防止され、前記密着面46aおよび46bの摩擦と相まって締結強度が一層大きくなり、安定した締結状態が一層良好に維持される。セレーション34aおよび36a、34bおよび36bの弾性変形などで、密着面46aおよび46bを所定の押圧荷重で密着させつつ、セレーション34aおよび36a、34bおよび36bを所定の噛合荷重で噛み合わせることができる。
工具本体12には、その後端から工具軸心O上に1本の流体供給穴48が設けられているとともに、先端ヘッド14が取り付けられる先端近傍でY字状に分岐させられ、前記一対のねじれ溝20にそれぞれ開口させられている。48hは流体供給穴48の開口部である。これにより、必要に応じて潤滑油や冷却エア等の流体を先端ヘッド14の近傍まで適切に供給することができるとともに、先端ヘッド14には流体供給穴が必要ないため簡単且つ安価に構成される。
このように本実施例の先端ヘッド交換式ツイストドリル10においては、工具本体12および先端ヘッド14の一方および他方に設けられた結合凸部30および結合凹所32を工具軸方向に嵌合した状態で、先端ヘッド14に対して工具本体12を相対的に工具回転方向へ回転させると、それ等の結合凸部30および結合凹所32に周方向に分離して設けられた2組のセレーション34aおよび36a、34bおよび36bがそれぞれ噛み合わされ、先端ヘッド14の抜出しが阻止されるとともに、当接面44a、44bが互いに当接させられることによって工具軸心Oまわりの取付位相が規定される。また、先端ヘッド14を工具本体12から取り外す際には、先端ヘッド14と工具本体12とを上記と逆方向へ相対回転させれば良く、ワンタッチで容易且つ迅速に着脱することができる。
一方、上記2組のセレーション34aおよび36a、34bおよび36bがそれぞれ噛み合う状態で先端ヘッド14に対して工具本体12が取付位相まで相対回転させられると、それ等の先端ヘッド14および工具本体12にそれぞれ工具軸心Oに対して対称的に設けられた2箇所の密着面46a、46bが所定の押圧荷重で互いに工具軸方向に密着させられるため、その密着面46a、46bの摩擦で先端ヘッド14が緩んだりがたついたりすることが防止され、当接面44a、44bにより工具軸心Oまわりの取付位相が規定されることと相まって、工具使用中を含めて強固な締結状態が安定して得られる。
本実施例では、2組のセレーション34aおよび36a、34bおよび36bがそれぞれ噛み合う状態で先端ヘッド14に対して工具本体12が相対的に工具回転方向へ回転させられる際に、それ等の先端ヘッド14と工具本体12とが互いに工具軸方向へ接近させられるように、そのセレーション34aおよび36a、34bおよび36bが工具軸心Oに対して直角な方向から所定の傾斜角φで傾斜させられているため、このセレーション34aおよび36a、34bおよび36bの傾斜により前記密着面46a、46bが好適に密着させられ、強固な締結状態が安定して得られる。特に、傾斜角φが0°≦φ≦15°の範囲内で、密着面46a、46bは工具軸心Oに対して略直角で互いに面接触させられる平坦面であるため、その小さな傾斜角φによる楔作用で密着面46a、46bが密着させられて摩擦により強固に固定され、先端ヘッド14が緩んだりがたついたりすることが適切に防止されるとともに、先端ヘッド14を工具本体12に対して繰り返し着脱する場合でも締結強度が良好に維持される。
また、本実施例では、結合凸部30側のセレーション34a、34b、および結合凹所32側のセレーション36a、36bの諸元が僅かに相違させられ、取付位相まで相対回転させられることにより比較的大きな噛合荷重で噛み合わされるため、その噛合荷重によるセレーション34aおよび36a、34bおよび36bの相互の摩擦によっても先端ヘッド14が緩んだりがたついたりすることが防止され、密着面46aおよび46bの摩擦と相まって締結強度が一層大きくなり、安定した締結状態が一層良好に維持される。
また、本実施例では、周方向当接部である当接面44a、44bが工具軸心Oと平行な方向から所定の傾斜角θで傾斜させられた傾斜面で、工具軸方向に互いに引き込む方向の力が作用するようになっているため、先端ヘッド交換式ツイストドリル10を工具回転方向へ回転駆動して穴明け加工を行う際にそれ等の当接面44a、44bに加えられるトルクを介して軸方向密着部である前記密着面46a、46bが一層強固に密着させられるようになり、加工トルク(回転抵抗)が大きい場合でも先端ヘッド14が緩んだりがたついたりすること無く適切に加工を行うことができる。
また、本実施例では、先端ヘッド14に対して工具本体12が相対的に工具回転方向へ回転させられてセレーション34aおよび36a、34bおよび36bが噛み合わされる際に、容易に噛み合うように結合凸部30側のセレーション34a、34bの円弧の曲率が結合凹所32側のセレーション36a、36bよりも大きくされているため、セレーション34aおよび36a、34bおよび36bが噛み合う際の引っ掛かりが抑制されて円滑に噛み合わされるとともに、当接面44a、44bが当接する取付位相まで相対回転させることによりセレーション34aおよび36a、34bおよび36bが適切に噛み合わされて所定の締結強度が得られるようになり、先端ヘッド14の締結作業を一層容易に行うことができる。
また、本実施例では、セレーション34aおよび36a、34bおよび36bの凸条の頂角が25°〜120°の範囲内の三角山形状を成しているため、そのセレーション34aおよび36a、34bおよび36b同士の噛合摩擦によっても締結状態が良好に維持される。
また、本実施例では、セレーション34aおよび36a、34bおよび36bがそれぞれ2本の凸条を備えているが、結合凸部30および結合凹所32が工具軸方向において完全に嵌合した場合にのみ噛合可能なようにその2本の凸条の諸元が互いに相違しているため、不完全な嵌合のまま先端ヘッド14を工具本体12に取り付ける取付ミスを確実に防止することができる。
また、本実施例では、結合凸部30の先端および結合凹所32の底部の各々の工具軸心O上にそれぞれ位置決めピン40、位置決め穴42が設けられ、相対回転可能に嵌合されるようになっているため、先端ヘッド14と工具本体12とが同心に位置決めされ、それ等を相対回転させてセレーション34aおよび36a、34bおよび36bを噛み合わせる際の締結作業を一層円滑且つ容易に行うことができる。
また、本実施例では、先端ヘッド14が超硬合金にて構成されており、結合凸部30はその先端ヘッド14に設けられているため、その結合凸部30やセレーション34a、34b、切れ刃24等を有する先端ヘッド14を成形型により容易に一体成形することができる。結合凹所32が設けられる工具本体12は高速度工具鋼によって構成されているため、切削加工や放電加工等により比較的容易に結合凹所32やセレーション36a、36bなどを設けることができる。
また、本実施例では、結合凸部30の工具軸心Oに対して直角な断面がその工具軸心Oに対して対称的な長手形状を成していて、その長手方向の両端部にセレーション34a、34bが設けられており、結合凹所32の内壁面に工具軸心Oに対して対称的に設けられた一対のセレーション36a、36bと噛み合わされるようになっているため、それ等の2組のセレーションセレーション34aおよび36a、34bおよび36bにより先端ヘッド14を工具本体12に対して安定した取付姿勢で適切に取り付けることができる。
また、本実施例は、先端ヘッド14および工具本体12に跨がって連続するように一対のねじれ溝20、22が設けられた2枚刃のツイストドリルに関するもので、結合凹所32が一対のねじれ溝20に跨がって工具軸心Oと直角な方向に貫通するように設けられることにより、その結合凹所32を適切に設けることができるとともに、その結合凹所32に対して結合凸部30を適切に嵌合することができる。
また、本実施例では、工具本体12の工具軸心O上に流体供給穴48が設けられているとともに、先端ヘッド14が取り付けられる先端近傍でY字状に分岐させられ、一対のねじれ溝20にそれぞれ開口させられているため、潤滑油や冷却エア等の流体を先端ヘッド14の近傍まで適切に供給することができるとともに、先端ヘッド14には流体供給穴が必要ないため簡単且つ安価に構成される。
なお、上記実施例では、先端ヘッド14に対して工具本体12が相対的に工具回転方向へ回転させられてセレーション34aおよび36a、34bおよび36bが噛み合わされる際に、容易に噛み合うように結合凸部30側のセレーション34a、34bの円弧の曲率が結合凹所32側のセレーション36a、36bよりも大きくされていたが、図5の(a) 、(b) に示すように、結合凸部30側のセレーション50a、50b、60a、60bおよび結合凹所32側のセレーション36a、36b、62a、62bの有効径部分の円弧の曲率は略同じで、その円弧の中心を互いに偏心させるようにしても良い。図5の(a) は、結合凹所32側のセレーション36a、36bは前記実施例と同じで工具軸心Oを中心とする円弧形状を成しているが、結合凸部30側のセレーション50a、50bの円弧の中心は工具軸心Oから偏心させられ、噛み合い開始側(工具軸心Oの左まわり方向の先端側)が工具軸心Oに接近させられてセレーション36a、36bとの間の遊びが大きくされている。また、図5の(b) は、結合凸部30側のセレーション60a、60bは工具軸心Oを中心とする円弧形状を成しているが、結合凹所32側のセレーション62a、62bの円弧の中心は工具軸心Oから偏心させられ、噛み合い開始側(工具軸心Oの右まわり方向の開口端側)が工具軸心Oから離間させられてセレーション60a、60bとの間の遊びが大きくされている。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

Claims (14)

  1. 軸状の工具本体と、該工具本体と別体に構成された先端ヘッドとを有し、該先端ヘッドが該工具本体の先端に同心に着脱可能に取り付けられて使用される先端ヘッド交換式回転工具であって、
    前記工具本体および前記先端ヘッドの一方および他方に工具軸方向に嵌合可能に設けられるとともに、工具軸心Oに対して直角な断面が非円形の結合凸部および結合凹所と、
    該結合凸部の外周面および該結合凹所の内壁面にそれぞれ周方向に分離して複数組設けられ、該結合凸部および該結合凹所が工具軸方向に嵌合された状態で、工具軸心Oまわりにおいて前記先端ヘッドに対して前記工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられることにより、各組毎に互いに噛み合わされて該先端ヘッドが該工具本体に対して工具軸方向へ抜け出すことを阻止するセレーションと、
    前記工具本体および前記先端ヘッドにそれぞれ設けられ、前記セレーションが噛み合う状態で該先端ヘッドに対して該工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられることにより互いに当接させられ、工具軸心Oまわりの取付位相を規定する周方向当接部と、
    前記工具本体および前記先端ヘッドにそれぞれ設けられ、前記セレーションが噛み合う状態で該先端ヘッドに対して該工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられることにより、前記取付位相において所定の押圧荷重で互いに工具軸方向に密着させられる軸方向密着部と、
    を有し、且つ、
    前記結合凸部側のセレーションおよび前記結合凹所側のセレーションは、前記先端ヘッドに対して前記工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられて互いに噛み合わされる際に、容易に噛み合うように該結合凸部側のセレーションの周方向の円弧の曲率が該結合凹所側のセレーションよりも大きくされ、或いは該結合凸部側および該結合凹所側のセレーションの周方向の円弧の中心が互いに偏心させられている
    ことを特徴とする先端ヘッド交換式回転工具。
  2. 前記セレーションが噛み合う状態で前記先端ヘッドに対して前記工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられる際に、該先端ヘッドと該工具本体とが互いに工具軸方向へ接近させられるように、該セレーションは工具軸心Oに対して直角な方向から所定の傾斜角φで傾斜させられている
    ことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の先端ヘッド交換式回転工具。
  3. 前記結合凸部側のセレーションおよび前記結合凹所側のセレーションの前記傾斜角φは0°≦φ≦15°の範囲内で、少なくとも何れか一方の傾斜角φが正とされ、該セレーションが噛み合う状態で前記先端ヘッドに対して前記工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられる際に、該先端ヘッドと該工具本体とが互いに工具軸方向へ接近させられる一方、
    前記工具本体および前記先端ヘッドにそれぞれ設けられる前記軸方向密着部は、互いに面接触させられる工具軸心Oに対して略直角で平坦な密着面である
    ことを特徴とする請求の範囲第2項に記載の先端ヘッド交換式回転工具。
  4. 前記結合凸部側のセレーションおよび前記結合凹所側のセレーションは、互いに噛み合う状態で前記先端ヘッドに対して前記工具本体が相対的に工具回転方向へ回転させられることにより、前記取付位相において所定の噛合荷重で噛み合うように、該セレーションの諸元が互いに相違させられている
    ことを特徴とする請求の範囲第1項〜第3項の何れか1項に記載の先端ヘッド交換式回転工具。
  5. 前記周方向当接部は、工具軸方向に互いに引き込む方向の力が作用するように工具軸心Oと平行な方向から所定の傾斜角θで傾斜させられた傾斜面を有する
    ことを特徴とする請求の範囲第1項〜第4項の何れか1項に記載の先端ヘッド交換式回転工具。
  6. 前記セレーションの凸条は、頂角が25°〜120°の範囲内の三角山形状を成している
    ことを特徴とする請求の範囲第1項〜第5項の何れか1項に記載の先端ヘッド交換式回転工具。
  7. 前記セレーションは工具軸方向に離間して複数の凸条を備えているとともに、前記結合凸部および前記結合凹所が工具軸方向において完全に嵌合した場合にのみ噛合可能なように該複数の凸条の諸元が互いに相違している
    ことを特徴とする請求の範囲第1項〜第5項、第7項の何れか1項に記載の先端ヘッド交換式回転工具。
  8. 前記結合凸部の先端および前記結合凹所の底部の一方および他方の各々の工具軸心O上には、互いに相対回転可能に嵌合される位置決めピンおよび位置決め穴が設けられている
    ことを特徴とする請求の範囲第1項〜第5項、第7項、第8項の何れか1項に記載の先端ヘッド交換式回転工具。
  9. 前記先端ヘッドは超硬合金にて構成されており、前記結合凸部は該先端ヘッドに設けられている一方、前記結合凹所は前記工具本体に設けられている
    ことを特徴とする請求の範囲第1項〜第5項、第7項〜第9項の何れか1項に記載の先端ヘッド交換式回転工具。
  10. 前記結合凸部は工具軸心Oに対して直角な断面が該工具軸心Oに対して対称的な長手形状を成していて、その長手方向の両端部に前記セレーションが設けられており、前記結合凹所の内壁面に工具軸心Oに対して対称的に設けられた一対のセレーションと噛み合わされる
    ことを特徴とする請求の範囲第1項〜第5項、第7項〜第10項の何れか1項に記載の先端ヘッド交換式回転工具。
  11. 前記先端ヘッド交換式回転工具は、前記先端ヘッドおよび前記工具本体に跨がって連続するように工具軸心Oに対して対称的に一対のねじれ溝が設けられた2枚刃のツイストドリルで、
    前記結合凹所は前記一対のねじれ溝に跨がって工具軸心Oと直角な方向に貫通するように設けられている
    ことを特徴とする請求の範囲第1項〜第5項、第7項〜第11項の何れか1項に記載の先端ヘッド交換式回転工具。
  12. 前記工具本体には工具軸心O上に流体供給穴が設けられているとともに、前記先端ヘッドが取り付けられる先端近傍でY字状に分岐させられ、前記一対のねじれ溝にそれぞれ開口させられている
    ことを特徴とする請求の範囲第12項に記載の先端ヘッド交換式回転工具。
  13. 請求の範囲第1項〜第5項、第7項〜第13項の何れか1項に記載の先端ヘッド交換式回転工具に用いられる先端ヘッド。
  14. 請求の範囲第1項〜第5項、第7項〜第13項の何れか1項に記載の先端ヘッド交換式回転工具に用いられる工具本体。
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