(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃部を有する切削ヘッドが、ホルダの円筒状の先端部に形成された取付孔に着脱可能に装着されるヘッド交換式切削工具であって、
上記取付孔には、該取付孔の開口部側に向かうに従い内径が漸次拡大するテーパ形状とされた嵌合部が形成されるとともに、上記ホルダの先端面の上記開口部の周縁は上記取付孔の中心線に垂直とされていて、このホルダの少なくとも上記先端面と上記嵌合部とは超硬合金により形成される一方、
上記切削ヘッドには、上記嵌合部に嵌合させられるテーパ形状とされた取付部が上記刃部の後端面から突出して上記中心線と同軸となるように形成されるとともに、上記刃部の後端面は上記中心線に垂直とされていて、上記切削ヘッドの少なくとも上記取付部と上記刃部の後端面とは超硬合金により形成されており、
上記切削ヘッドと上記ホルダとは、上記中心線を中心としてそれぞれに設けられた雌雄ねじ部が互いに螺合することにより、上記取付部と嵌合部とが嵌合するとともに上記先端面と後端面とが当接させられて取り付けられ、
上記取付部と嵌合部とが嵌合する前の状態において上記取付孔の開口部側における上記嵌合部の内径ｄが上記ホルダの先端部の外径Ｄ１に対してなす内外径比ｄ／Ｄ１が０．５〜０．８の範囲とされるとともに、
この取付部と嵌合部とが嵌合する前の状態における上記ホルダの先端部の外径Ｄ１に対して、上記取付部と嵌合部とが嵌合して上記切削ヘッドが上記ホルダに取り付けられた状態における上記ホルダの先端部の外径Ｄ２と上記外径Ｄ１との差Ｄ２−Ｄ１がなす外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）が、上記内外径比ｄ／Ｄ１に対して０．０２２×ｄ／Ｄ１−０．００３（％）〜０．３３×ｄ／Ｄ１−０．０６（％）の範囲とされていることを特徴とするヘッド交換式切削工具。
【請求項２】
上記ホルダの少なくとも上記先端面と上記嵌合部とを形成する超硬合金が、平均粒度１〜５μｍのＷＣ−Ｃｏ系超硬合金であって、Ｃｏを主成分とする結合相量が８〜２０wt％とされていることを特徴とする請求項１に記載のヘッド交換式切削工具。
【請求項３】
上記ホルダの上記嵌合部における上記取付孔の内周面は最大高さ粗さＲｚが３．２μｍ以下とされる一方、上記ホルダの先端面の上記開口部の周縁は最大高さ粗さＲｚが上記取付孔の内周面の最大高さ粗さ以上で６．３μｍ以下とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッド交換式切削工具。
【請求項４】
上記切削ヘッドの取付部は中空状とされていて、その内部には、該切削ヘッドの上記取付部を形成する超硬合金よりも低硬度の金属材料よりなる部材が収容されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のヘッド交換式切削工具。
【請求項５】
テーパ形状とされた上記嵌合部と上記取付孔のテーパが１／１０よりも小さくされていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のヘッド交換式切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刃部を有する交換式の切削ヘッドがヘッド交換式切削工具用のホルダに着脱可能に装着されたヘッド交換式切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このようなヘッド交換式切削工具として、特許文献１には、刃部を本体に着脱自在に固着してなるエンドミルにおいて、該刃部は一端に軸心回りに備えた切れ刃部を、他端にテーパ軸部とを有し、該テーパ軸部の端径が刃部の刃径より小さく、そのテーパは１／５０以下を有し、該刃部と該本体とをテーパ嵌合して固着し、該本体はアダプター部とシャンク部とからなり、該アダプター部は、平均粒径３ミクロン以上のＷＣを用いた超硬合金よりなり、かつ、シャンク側に向かって５度以下の勾配で増大するテーパで構成したヘッド交換式のエンドミルが記載されている。
【０００３】
また、この特許文献１には、刃部を超微粒超硬合金製とするとともに、シャンク部をＪＩＳＫ３０相当の超硬合金としたことも記載されており、更に、刃部は切れ刃部分とテーパ軸部との間に最大直径が本体先端の直径と等しい中間部を備え、刃部と本体とは刃部のフィレットと本体先端の端面とが、工具軸に対しほぼ直角に突接させることにより、固着用テーパ軸部の径が小さくとも該突接面で切削トルクを十分伝播することができるとも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５２８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この特許文献１に記載のヘッド交換式切削工具では、刃部はそのテーパ軸部をアダプター部のテーパ孔部に圧入させてテーパ嵌合させているだけであり、キーなどの回転拘束部があるわけではないので、切削時に刃部に作用する切削トルクは、テーパ軸部とテーパ孔部および刃部のフィレット（突接面）と本体先端の端面との摩擦力で受け止めることになる。しかしながら、これら刃部や本体（アダプター部）を形成する超硬合金同士の摩擦係数は低く、例えば捩れ刃で負荷の高い切削を行うと切削ヘッドが抜け出たり、抜けないにしても端面の圧力が減少して切削ヘッドが空転するおそれがある。
【０００６】
その一方で、このような負荷の高い切削時の切削トルクに抗するためには、テーパ軸部をテーパ孔部に高い圧力で圧入してテーパ軸部とテーパ孔部との接触圧力を高める必要があるが、こうしてテーパ軸部を高い圧力でテーパ孔部に圧入すると、テーパ孔部の内周面には周方向に高い引っ張り応力が作用するため、テーパ孔部が形成されるアダプター部が上述のような脆性材料である超硬合金であると、たとえこれがＷＣの平均粒径３μｍ以上の比較的靱性の高いものであっても、破損を生じるおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような背景の下になされたもので、切削ヘッドとホルダの互いに嵌合する部分が上述のように摩擦係数の低い超硬合金同士であっても、ホルダに損傷を生じたりすることなく、負荷の高い切削に対して切削ヘッドを確実に保持することができるヘッド交換式切削工具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、刃部を有する切削ヘッドが、ホルダの円筒状の先端部に形成された取付孔に着脱可能に装着されるヘッド交換式切削工具であって、上記取付孔には、該取付孔の開口部側に向かうに従い内径が漸次拡大するテーパ形状とされた嵌合部が形成されるとともに、上記ホルダの先端面の上記開口部の周縁は上記取付孔の中心線に垂直とされていて、このホルダの少なくとも上記先端面と上記嵌合部とは超硬合金により形成される一方、上記切削ヘッドには、上記嵌合部に嵌合させられるテーパ形状とされた取付部が上記刃部の後端面から突出して上記中心線と同軸となるように形成されるとともに、上記刃部の後端面は上記中心線に垂直とされていて、上記切削ヘッドの少なくとも上記取付部と上記刃部の後端面とは超硬合金により形成されており、上記切削ヘッドと上記ホルダとは、上記中心線を中心としてそれぞれに設けられた雌雄ねじ部が互いに螺合することにより、上記取付部と嵌合部とが嵌合するとともに上記先端面と後端面とが当接させられて取り付けられ、上記取付部と嵌合部とが嵌合する前の状態において上記取付孔の開口部側における上記嵌合部の内径ｄが上記ホルダの先端部の外径Ｄ１に対してなす内外径比ｄ／Ｄ１が０．５〜０．８の範囲とされるとともに、この取付部と嵌合部とが嵌合する前の状態における上記ホルダの先端部の外径Ｄ１に対して、上記取付部と嵌合部とが嵌合して上記切削ヘッドが上記ホルダに取り付けられた状態における上記ホルダの先端部の外径Ｄ２と上記外径Ｄ１との差Ｄ２−Ｄ１がなす外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）が、上記内外径比ｄ／Ｄ１に対して０．０２２×ｄ／Ｄ１−０．００３（％）〜０．３３×ｄ／Ｄ１−０．０６（％）の範囲とされていることを特徴とする。
【０００９】
このように構成されたヘッド交換式切削工具では、切削ヘッドとホルダは、上述のように上記雌雄ねじ部の螺合により、互いにテーパ形状とされた取付部と嵌合部とがテーパ嵌合するとともにホルダ先端面と刃部後端面とが当接させられて、いわゆる２面拘束により取り付けられる。そして、このとき、この雌雄ねじ部による螺合によって取付部が取付孔内に引き込まれることで、クサビ効果により嵌合部内周面と取付部外周面との間に大きな接触圧力を確保することができるので、これら切削ヘッドとホルダとが摩擦係数の小さい超硬合金同士であっても、高負荷の切削に抗し得るのに十分な摩擦力を生じさせることができる。
【００１０】
その一方で、雌雄ねじ部が一定量ねじ込まれてこのように取付部と嵌合部がテーパ嵌合した後、ホルダ先端面と刃部後端面とが当接すると、それ以上は取付部が引き込まれることがないので、切削ヘッドの交換時や切削抵抗が雌雄ねじ部のねじ込み方向に作用したときでも締め付け過ぎを生じることはなく、ホルダに過大な応力が作用するのを避けることができる。また、切削による発熱で切削ヘッドとホルダの温度が上昇したとき、ホルダの熱膨張係数が切削ヘッドよりも大きい場合はホルダの膨張量が大きくなってテーパ嵌合による保持力が小さくなるが、上述のように切削抵抗による雌雄ねじ部の締め付け過ぎが生じることがないため、この締め付けすぎにより切削終了後に切削ヘッドおよびホルダが冷却されたときにテーパ嵌合が強くなりすぎて切削ヘッドが外れなくなるような事態を生じることもない。
【００１１】
さらに、こうしてホルダ先端面と刃部後端面とが当接していることにより、これら先後端面でも切削トルクやモーメントを受け止めることができて切削ヘッドの取付剛性や取付強度の向上を図ることができるとともに、切削時に切削ヘッドに発生した熱を該先端面間でもホルダ側に伝達することができて、刃部の温度上昇を抑制することができる。また、切削ヘッドの上記中心線方向の取付位置が安定するため、切削ヘッドの製造時に刃部後端面から刃先までの長さを管理しておけば、切削ヘッドの交換時にはホルダを工作機械から取り外すことなく、機上で切削ヘッドのみを交換するだけで刃先位置を正確に把握することができる。
【００１２】
そして、さらにホルダの取付孔開口部側における嵌合部の内径ｄは、取付部と嵌合部との嵌合前の状態において、この取付孔が形成されたホルダの先端部の外径Ｄ１に対してなす内外径比ｄ／Ｄ１が０．５〜０．８の範囲とされるとともに、取付部と嵌合部との嵌合前後でホルダの先端部の外径が拡大する外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）は上記内外径比ｄ／Ｄ１に対して０．０２２×ｄ／Ｄ１−０．００３（％）〜０．３３×ｄ／Ｄ１−０．０６（％）の範囲とされているので、このホルダ先端部に必要な肉厚を与えるとともに上述のような接触圧力を確実に確保しつつ、その嵌合前後の変形をかかる接触圧力が得られる範囲で十分に抑えてホルダの破損を防止することが可能となる。しかも、嵌合した状態において応力自体を測定するのは困難であるとともに、締め代についても嵌合部の内径を高精度に測定するのは難しいのに対し、本発明では、嵌合した状態でも高精度に測定することが可能なホルダ先端部の外径Ｄ２に基づく上記外径拡大率を上記範囲としているので、一層確実に所望の接触圧力を得ることが可能となる。
【００１３】
すなわち、嵌合前の状態におけるホルダの取付孔開口部側の嵌合部の内径ｄが同じく嵌合前のホルダ先端部の外径Ｄ１に対してなす内外径比ｄ／Ｄ１が０．８を上回るほど大きいと、このホルダ先端部の外周面と取付孔内周面との間に十分な肉厚を確保することができなくなるとともに、ホルダ先端部の肉厚が小さくなるので拡径し易くなり、接触圧力は低下するため、高負荷の切削時に作用する切削トルクに抗しきれなくなるおそれがある。一方、この内外径比ｄ／Ｄ１が０．５を下回るほど小さいと、ホルダ先端部は肉厚が厚くなって強度も向上するとともに拡径し難くなるので接触圧力は増大するものの、嵌合部と取付部の接触半径が小さくなるため、やはり高負荷切削時の切削トルクに抗して切削ヘッドを保持することができなくなるおそれがある。
【００１４】
また、この内外径比ｄ／Ｄ１に対する嵌合の前後のホルダ先端部の外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）が０．３３×ｄ／Ｄ１−０．０６（％）を上回るほど大きいと、ホルダを形成する超硬合金の引張強さを超えてホルダ先端部が拡径して過大な引張応力が作用することにより、このホルダの先端部に破損を招くおそれが生じる一方、この外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）が上記内外径比ｄ／Ｄ１に対して０．０２２×ｄ／Ｄ１−０．００３（％）を下回るほど小さいと、十分な接触圧力を嵌合部と取付部の間に生じさせることができなくなって切削ヘッドの保持が不安定となるおそれが生じる。
【００１５】
さらに、上記ホルダの少なくとも上記先端面と上記嵌合部とを形成する超硬合金を、ＷＣ平均粒度が１〜５μｍの比較的粗粒のＷＣ−Ｃｏ系超硬合金として、Ｃｏを主成分とする結合相量を８〜２０wt％とすることにより、破壊靱性を向上させて切削中の衝撃などによる破損を防ぐとともに、熱伝導率を高めて切削時に切削ヘッドに生じる切削熱を速やかに発散させることができる。
【００１６】
すなわち、刃部からシャンク部までが一体に形成された通常のソリッドエンドミルに使用されるようなＷＣ平均粒度が１μｍよりも小さな超微粒子超硬合金は、硬度は高いが破壊靱性値は低いので、切削時等に特に衝撃的加重が作用すると、ホルダを製造する際に避けられない研削の筋目や微小な欠けが起点となって破損を生じるおそれがある。ただし、ＷＣ平均粒度が５μｍよりも大きいと、破壊靱性は向上するが硬度が低下するので、嵌合部の耐久性が損なわれて早期に切削ヘッドの取り付けが不安定となるおそれがある。
【００１７】
また、このようにＷＣ平均粒度が１〜５μｍのＷＣ−Ｃｏ系超硬合金においては、Ｃｏを主成分とする結合相量が８wt％以上であれば引張強さは１．５ＧＰａ程度以上となるため、重切削の場合でも十分な剛性や強度をホルダに確保することができる。ただし、この結合相量は、多くなるほど破壊靱性は向上するがヤング率は低下するため、２０wt％以下としている。
【００１８】
なお、上記ホルダの上記嵌合部における上記取付孔の内周面は、切削ヘッドの取付部外周面との接触に偏りが生じたりすると、上述のようにクサビ効果によって大きな接触圧力を確保することができなくなるとともに、切削ヘッドを正確にホルダの取付孔中心線に同軸に配置することができなくなるおそれがあるので、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１（ＩＳＯ  ４２８８７：１９９７）に規定される最大高さ粗さＲｚが３．２μｍ以下の比較的滑らかな表面粗さとされるのが望ましい。
【００１９】
その一方で、ホルダ先端面の取付孔開口部周縁は、切削ヘッドの刃部後端面と当接した後に雌雄ねじ部がさらにねじ込まれて上述のような締め付けすぎが生じるのを防ぐため、その最大高さ粗さＲｚを上記取付孔の内周面の最大高さ粗さ以上として摩擦係数を増大させ、当接してからねじ込もうとすると大きな摩擦抵抗が生じるようにするのが望ましい。ただし、この取付孔開口部周縁の表面粗さが粗すぎても、切削ヘッドの刃部後端面との当接に偏りを生じて安定的な保持性を損なうおそれがあるので、最大高さ粗さＲｚが６．３μｍ以下とされるのが望ましい。
【００２０】
さらに、切削ヘッドの取付部を中空状として、その内部には、該切削ヘッドの上記取付部を形成する超硬合金よりも低硬度の金属材料よりなる部材を収容することにより、切削ヘッドの取付部をホルダ取付孔の嵌合部にテーパ嵌合させると、ホルダ先端部の径が拡大するとともに取付部は径方向外周側から押圧されて内外径とも小さくなり、これに伴い上記部材も径方向外周側から押圧される一方で、その反力により取付部を内周側から押圧することになる。すなわち、取付部はその内外周から押圧力を受けて取付孔に強固にクランプされることになるので、ホルダ先端部の外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１（％）を上述のように小さくして引張応力を抑制しつつ、切削ヘッドを確実に保持することが可能となる。
【００２１】
なお、こうして切削ヘッドの取付部内部に超硬合金よりも低硬度の部材を収容した場合には、上記雌雄ねじ部のうち切削ヘッド側のねじ部をこの部材に形成することにより、脆性材料である超硬合金よりなる切削ヘッド取付部に直接ねじ部を形成する場合に比べて、ネジ山の欠けの発生を防ぐことが可能となるとともに、欠けを防ぐためにネジ山に例えば特殊な形状を要することがなくなってコストアップも防ぐことができる。これは、ホルダ側のねじ部についても同様であり、すなわち取付孔の例えば嵌合部よりも孔奥側に、超硬合金よりも低硬度の部材を収容してヘッド側ねじ部と螺合するホルダ側ねじ部を形成すれば、同様にコストアップを防ぎつつネジ山の欠けを防ぐことができる。
【００２２】
一方、テーパ形状とされた上記嵌合部と上記取付部のテーパは１／１０よりも小さくして、いわゆる自己保持型（Self-holding）のテーパ形状とするのが望ましい。すなわち、例えば特許文献１に記載されたようなエンドミルによる切削加工では、切刃の捩れ角が大きい場合に切削ヘッドが中心線方向に引っ張られることがあるが、テーパが大きい自己離脱型（Self-releasing）のテーパ形状であると、テーパの接触圧力によっても切削ヘッドがこのテーパ形状の嵌合部から押し出される方向の力が発生するため、雌雄ねじ部には切削による力とテーパからの力の合力が作用することになり、これに抗して切削ヘッドを保持するためには、雌雄ねじ部の締結時の締め付けを強くしなければならず、結果的に超硬合金製のホルダ先端部に過剰な応力が作用することになる。
【００２３】
ところが、これに対して上述のように小さなテーパとされた自己保持型のテーパ形状では、上記とは逆に切削力に対してテーパからの力と切削ヘッドとホルダの雌雄ねじ部の締め付け力との合力で抗することになるので、締め付け力自体はそれほど大きくしなくても切削ヘッドを確実に保持することができる。このため、ホルダ先端部に作用する引張応力を確実に軽減することができて、破損が生じるのをより効果的に防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、切削ヘッドとホルダとの少なくとも互いに嵌合する部分が超硬合金同士であっても、ホルダ先端部に必要以上の引張応力が作用することにより破損が生じたりするのを防ぎつつ、負荷の高い切削に対しても切削ヘッドを確実に保持して高い取付剛性や取付強度を確保することができ、安定的かつ高精度、高能率の切削加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のヘッド交換式切削工具の一実施形態を示す側断面図である。
【図２】図１に示す実施形態のホルダを示す側断面図である。
【図３】図２に示すホルダのホルダ本体を示す（ａ）側断面図、（ｂ）（ａ）におけるＺＺ断面図である。
【図４】図１に示す実施形態の連結部材を示す（ａ）塑性変形させる前の素材の斜視図、（ｂ）（ａ）の素材を塑性変形させて取付ねじ部を形成した後の連結部材の斜視図である（ホルダの取付孔に収容されて一体化されている連結部材を単体で見た図である。）。
【図５】図１に示す実施形態において連結部材を塑性変形させる場合を説明する図である。
【図６】図１に示す実施形態の変形例を示す（ａ）ホルダ本体の図２（ａ）におけるＺＺ断面図に相当する図、（ｂ）連結部材を塑性変形させる前の素材の斜視図、（ｃ）（ｂ）の素材を塑性変形させて取付ねじ部を形成した後の連結部材の斜視図である（ホルダの取付孔に収容されて一体化されている連結部材を単体で見た図である。）。
【図７】ホルダ本体先端部の外径Ｄ１が１０ｍｍ、設計応力が１００ＭＰａの場合の内外径比ｄ／Ｄ１と許容トルクＴとの関係を示す図である。
【図８】ホルダ本体先端部の外径Ｄ１が２０ｍｍ、設計応力が１００ＭＰａの場合の内外径比ｄ／Ｄ１と許容トルクＴとの関係を示す図である。
【図９】ホルダ本体先端部の外径Ｄ１が１０ｍｍ、設計応力が１．５ＧＰａの場合の内外径比ｄ／Ｄ１と許容トルクＴとの関係を示す図である。
【図１０】ホルダ本体先端部の外径Ｄ１が２０ｍｍ、設計応力が１００ＭＰａの場合の内外径比ｄ／Ｄ１と許容トルクＴとの関係を示す図である。
【図１１】ホルダ本体先端部の外径Ｄ１が１０ｍｍ、設計応力が１００ＭＰａの場合の内外径比ｄ／Ｄ１と外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）との関係を示す図である。
【図１２】ホルダ本体先端部の外径Ｄ１が２０ｍｍ、設計応力が１００ＭＰａの場合の内外径比ｄ／Ｄ１と外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）との関係を示す図である。
【図１３】ホルダ本体先端部の外径Ｄ１が１０ｍｍ、設計応力が１．５ＧＰａの場合の内外径比ｄ／Ｄ１と外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）との関係を示す図である。
【図１４】ホルダ本体先端部の外径Ｄ１が２０ｍｍ、設計応力が１．５ＧＰａの場合の内外径比ｄ／Ｄ１と外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は本発明のヘッド交換式切削工具の一実施形態を示すものであり、図２はこの実施形態のヘッド交換式切削工具のホルダ１を示すものであり、図３ないし図５は該ホルダ１を製造する工程を説明するものである。本実施形態のヘッド交換式切削工具は、本発明をヘッド交換式のエンドミルに適用したものである。
【００２７】
本実施形態のヘッド交換式切削工具におけるホルダ１は、ホルダ本体２と連結部材３とから構成されている。ホルダ本体２は、超硬合金により形成されていて、特に本実施形態ではＷＣ平均粒度１〜５μｍのＷＣ−Ｃｏ系超硬合金であって、Ｃｏを主成分とする結合相量が８〜２０wt％とされた超硬合金により形成されている。一方、連結部材３はホルダ本体２を形成する超硬合金よりも低硬度である一方で靱性の高いステンレス鋼やダイス鋼等の鋼材によって形成されている。
【００２８】
ホルダ本体２は、外形が中心線Ｏを中心とした略円柱状をなしており、ただしその先端側（図１、図２、図３（ａ）、および図５において左側）の部分は、後端側（図１、図２、図３（ａ）、および図５において右側）のシャンク部に対して外径が僅かに一段小さな円筒面状とされたネック部２Ａとされており、このネック部２Ａの外径がホルダ１の先端部の外径とされる。また、このホルダ本体２の先端面２Ｂには、後端側に向けて凹むように取付孔４が中心線Ｏを中心として形成されるとともに、ホルダ本体２の後端面２Ｃからはこの取付孔４の孔底に向けて連通するように、取付孔４よりも小径の貫通孔５が中心線Ｏに沿って形成されている。
【００２９】
取付孔４には、先端側から後端側に向けて順に、先端面２Ｂとの交差稜線部に形成された面取り部４Ａと、この面取り部４Ａから後端側に延びる嵌合部４Ｂと、嵌合部４Ｂの後端側の内径よりも極僅かに大きな内径とされた逃げ部４Ｃと、この逃げ部４Ｃや嵌合部４Ｂの後端側の内径よりも一段小さな内径とされた係合部４Ｄと、中心線Ｃに直交する断面がこの取付部４Ｄよりもさらに小さくされた凹所４Ｅとが形成されており、上記貫通孔５はこの凹所４Ｅの先端側を向く底面に開口させられている。
【００３０】
ここで、上記凹所４Ｅを除いた取付孔４の面取り部４Ａ、嵌合部４Ｂ、逃げ部４Ｃ、および係合部４Ｄと貫通孔５とは、中心線Ｏに直交する断面が該中心線Ｏを中心とした円形とされており、このうち逃げ部４Ｃおよび係合部４Ｄと貫通孔５とは、その内径がそれぞれ中心線Ｏ方向に亙って一定とされた円筒面状の内周面を有している。従って、逃げ部４Ｃと係合部４Ｄとの間には、この係合部４Ｄの開口部の周りに先端側を向く円環状の壁部４Ｆが形成される。
【００３１】
これに対して、本実施形態では上記面取り部４Ａは勿論、嵌合部４Ｂも、その内周面が中心線Ｏを中心として取付孔４の開口部側に向かうに従い内径が漸次拡大する凹円錐面とされたテーパ形状とされている。ここで、テーパ形状とされた嵌合部４Ｂのテーパは、面取り部４のテーパよりも小さく、本実施形態では１／１０以下とされていて、嵌合部４Ｂの内周面が中心線Ｏに沿った断面において該中心線Ｏに対してなす傾斜角度としては約３°以下の一定角度とされている。なお、この傾斜角度は１°〜３°の範囲とされるのが望ましく、具体的に本実施形態ではテーパが１／１４、上記傾斜角度としては２°とされている。従って、ホルダ１の先端部は、円筒状をなすことになるが、嵌合部４Ｂがテーパ形状であるため厳密な円筒になることはなく、これはホルダ１先端部の外周面についても同様であり、すなわち上記ネック部２Ａが先端側に向かうに従い漸次縮径するテーパネック部とされていてもよい。
【００３２】
一方、取付孔４の上記係合部４Ｄの内周面には、凹部が形成されている。この凹部は、上述のような超硬合金よりなるホルダ本体２を焼結形成した後に、中心線Ｏ回りの環状溝や中心線Ｏ方向に沿った直線溝、あるいは螺旋溝や点在する窪み等を機械加工等によって形成することにより、取付孔４の孔底側を向く壁部と上記中心線Ｏ回りの周方向を向く壁部との少なくとも一つが形成されたものであってもよいが、本実施形態では、こうしてホルダ本体２を圧粉成形して焼結する際の条件等を調整することにより、係合部４Ｄの内周面の表面粗さを、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１（ＩＳＯ  ４２８８７：１９９７）に規定される最大高さ粗さＲｚが５μｍ以上２００μｍ以下の凹凸面として、この凹凸面を上記凹部としている。
【００３３】
すなわち、このような超硬合金よりなるホルダ本体２は、ＷＣとＣｏ等の原料粉末をプレス成形金型により圧縮して圧粉体を成形し、これを加熱、焼結して、必要に応じ研磨等の仕上げ加工を施すことにより製造されるが、この圧粉体を成形する際に、上記係合部４Ｄの内周面を焼結後に上述のような表面粗さとなるように加工を施したり、焼結時の加熱温度や時間を調整したり、焼結後の研磨により表面粗さを調整したり、あるいは逆に係合部４Ｄの内周面は研磨を省略して焼結肌のままとしたりすることにより、この係合部４Ｄの内周面を上述のような表面粗さとすることができる。
【００３４】
勿論、これらの手段の１つにより係合部４Ｄ内周面の表面粗さを調整してもよく、または２つ以上の手段を適宜組み合わせて調整してもよい。さらに、こうして係合部４Ｄの内周面の表面粗さを調整した上で上述のような溝や窪みを形成したり、また例えば中心線Ｏ方向に沿った直線溝を形成する場合などは、圧粉体を成形する際にプレス成形金型よって溝を成形しておいたりしてもよい。
【００３５】
これに対して、上記嵌合部４Ｂの内周面の表面粗さは係合部４Ｄよりも滑らかとされ、同じくＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１（ＩＳＯ  ４２８８７：１９９７）に規定される最大高さ粗さＲｚが３．２μｍ以下となるようにされている。このような嵌合部４Ｂの表面粗さは、上述のような手段によって係合部４Ｄの表面粗さを調整するのに対して、さらに研磨等を施すことにより得ることができる。
【００３６】
また、取付孔４が開口するホルダ本体２の先端面２Ｂの表面粗さは、最大高さ粗さＲｚが６．３μｍ以下となるようにされ、ただし嵌合部４Ｂ内周面の表面粗さよりは粗くなるようにされている。なお、これらの最大高さ粗さＲｚは、基準長さ：０．８ｍｍ、カットオフ値λｓ＝０．００２５ｍｍ、λｃ＝０．８ｍｍという評価条件下で測定した結果である。また、この先端面２Ｂは、ホルダ本体２の中心線Ｏすなわち取付孔４の中心線Ｏに対して垂直な円環状の平坦面に形成されている。
【００３７】
一方、取付孔４の最奥部に位置する凹所４Ｅは、その中心線Ｏに直交する断面が、本実施形態では図２（ｂ）に示すように中心線Ｏに対する直径方向に長軸を有する長円状とされ、この長円状の一定断面のまま中心線Ｏ方向に延びるように形成されている。従って、この長軸を挟んだ両側には、中心線Ｏに直交する断面において直線状をなす壁面４Ｇが一対、中心線Ｏに平行かつ互いにも平行に延びるように形成される。
【００３８】
なお、取付孔４における各部の中心線Ｏ方向の長さは、本実施形態では係合部４Ｄが最も長くされて、次に嵌合部４Ｂが長くされている。次いで、凹所４Ｅが長くされて、逃げ部４Ｃはその次に長く、面取り部４Ａが最も短くされている。ただし、面取り部４Ａは形成されていなくてもよい。
【００３９】
連結部材３は、このように構成されたホルダ本体２の取付孔４に収容される。この連結部材３は、図４（ｂ）に示すように外形が中心線Ｏを中心とした多段の略円筒状をなすようにされていて、先端側（図４において下側）から後端側（図４において上側）に向けて順に、取付孔４の逃げ部４Ｃに収容される鍔部３Ａと、係合部４Ｄに収容される被係合部３Ｂと、凹所４Ｅに収容される回り止め部３Ｃとが、外径が段階的に小さくなるように一体形成されている。
【００４０】
このうち、鍔部３Ａは、取付孔４の係合部４Ｄの内径より大きく、逃げ部４Ｃの内径や嵌合部４Ｂの後端側の内径よりは僅かに小さな外径を有していて、中心線Ｏ方向の長さも逃げ部４Ｃより若干小さくされており、連結部材３がホルダ本体２に取り付けられた取付状態では、取付孔４の上記壁部４Ｆに先端側から当接させられている。また、回り止め部３Ｃは、中心線Ｏに直交する断面が取付孔４の凹所４Ｅに係合可能な形状、大きさの長円状をなしており、従ってこの長円の長軸を挟んだ両側には、中心線Ｏに直交する断面において直線状をなす側面３Ｄが一対、中心線Ｏに平行かつ互いにも平行に延びるように形成されていて、上記取付状態において凹所４Ｅの上記壁面４Ｇと間隔をあけて対向させられている。
【００４１】
さらに、連結部材３の内周部は中心線Ｏに沿って貫通させられており、このうち先端側には雌ねじ部３Ｅが形成されていて、本実施形態における取付ねじ部とされている。この雌ねじ部３Ｅは、連結部材３の内周部後端側の上記回り止め部３Ｃに貫通する貫通孔部３Ｆより大きな内径を有しており、上記取付状態において連結部材３の先端側から、被係合部３Ｂの後端よりも先端側の、例えば上記係合部４Ｄの中心線Ｏ方向の長さの１／２を超える当たりの部分にまで延設されている。なお、被係合部３Ｂの中心線Ｏ方向の長さは、係合部４Ｄの中心線Ｏ方向の長さより若干小さくされていて、上記取付状態では、この被係合部３Ｂの後端に突出する上記回り止め部３Ｃが、係合部４Ｄを抜けて上記凹所４Ｅに収容される。
【００４２】
さらにまた、上記被係合部３Ｂは、上記取付状態では、その外周面が、係合部４Ｄの内周面に密着して上記凹部に嵌め入れられるように係合させられている。すなわち、この凹部が上述のような表面粗さの凹凸面とされた本実施形態では、被係合部３Ｂの外周面は、この凹凸面に倣うような凸凹面とされて係合部４Ｄの内周面に密着させられ、この凹部に係合させられている。ただし、この被係合部３Ｂの外周面は、係合部４Ｄの内周面がなす凹凸面をそのまま反転させるようにして全面的に上記凹部に密着させられたものでなくともよく、連結部材３の取付強度が確保されていれば、凹部の深さの途中までに外周面が嵌め入れられて係合していてもよい。
【００４３】
このように連結部材３の被係合部３Ｂ外周面を取付孔４の係合部４Ｄ内周面に密着させて凹部に係合させるには、被係合部３Ｂの外径が係合部４Ｄの内径よりも僅かに小さくされた図４（ａ）に示すような連結部材３の多段円筒状の素材６を上記ステンレス鋼等により形成して図５に示すように取付孔４内に収容し、この素材６の内径よりも僅かに大きな外径を有する圧入部材（パンチ）７を該素材６の内周部に圧入して素材６を拡径するように塑性変形させることにより、被係合部３Ｂの外周面を係合部４Ｄの内周面に押圧して凹部（凹凸面）に嵌め入れられるようにすればよい。
【００４４】
ここで、上記素材６は、図４（ａ）および図５に括弧書きで示す連結部材３の各部に対して中心線Ｏ方向の長さは略等しくされ、また鍔部３Ａと回り止め部３Ｃはその外径や断面形状、大きさも等しくされている。ただし、この素材６の内周部は、雌ねじ部３Ｅが形成されておらず、中心線Ｏ方向において内周部先端側の上記鍔部３Ａに位置する部分が、これよりも後端側の回り止め部３Ｃに貫通する圧入孔部６Ａよりも僅かに一段大径とされた段付き孔とされており、この圧入孔部６Ａは、塑性変形させられて被係合部３Ｂが係合部４Ｄに係合した状態の連結部材３の貫通孔部３Ｆの内径より例えば０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度僅かに小さな一定の内径とされている。なお、素材６における被係合部３Ｂ部分の外径は、取付孔４の係合部４Ｄの内径よりも例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ小さくされている。
【００４５】
また、圧入部材７は、連結部材３および素材６を形成する上記ステンレス鋼等よりも硬質の材料により形成されて、中心線Ｏと同軸に配置される圧入軸線Ｘに直交する断面が円形をなす軸状に形成されている。この圧入部材７の素材６に圧入される側（図５において右側）の突端部７Ａは砲弾状に形成されていて、この突端部７Ａの後端に大径部７Ｂを有し、この大径部７Ｂから圧入部材７の基端側（図５において左側）に向かうに従い外径が僅かに縮径されるテーパ部７Ｃを介して、図示されない圧入装置に装着される基端部７Ｄに至るように形成されている。なお、上記大径部７Ｂとテーパ部７Ｃ後端側の小径となる部分との外径の差は、例えば２０μｍ〜２００μｍ程度である。
【００４６】
そして、上記大径部７Ｂの外径は、素材６における圧入孔部６Ａの内径よりも大きくされている。ここで、この大径部７Ｂの外径と圧入孔部６Ａの内径との差は、圧入部材７を圧入孔部６Ａに圧入した際に素材６が弾性変形の範囲を超えて塑性変形を生じる大きさ以上とされる。ただし、この径の差が大きすぎると、素材６が必要以上に拡径してホルダ本体２に割れを生じるおそれがあるので、この径の差の上限値はそのような事情を考慮して設定され、上述した圧入孔部６Ａと上記貫通孔部３Ｆとの内径の差と略等しい例えば０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の大きさとされる。
【００４７】
従って、図５に示したように素材６を取付孔４に収容してホルダ本体２を固定するとともに、上述のように圧入部材７の圧入軸線Ｘを中心線Ｏと同軸に配置し、上記圧入装置によって圧入部材７を図５に矢線で示すように素材６の内周部に挿入すると、まず圧入部材７の突端部７Ａが圧入孔部６Ａの開口部に当接して素材６がホルダ本体２の後端側に押し込まれ、鍔部３Ａ部分が取付孔４の上記壁部４Ｆに当接するとともに回り止め部３Ｃ部分が凹所４Ｅに収容されたところで、素材６の中心線Ｏ方向の移動が拘束される。
【００４８】
次いで、圧入部材７をさらに前進させて圧入孔部６Ａに圧入してゆくと、大径部７Ｂによって素材６の被係合部３Ｂ部分が拡径するように塑性変形を生じ、これによりこの被係合部３Ｂ部分の外周面が係合部４Ｄ内周面に密着して上記凹部に嵌入させられるように押圧され、該凹部に係合させられる。そこで、例えば大径部７Ｂが被係合部３Ｂ部分の後端に達したところで、圧入部材７を後退させて圧入孔部６Ａから引き抜くと、素材６が取付孔４に取り付けられてホルダ本体２と強固に一体化させられるとともに、圧入孔部６Ａが拡径させられて上記貫通孔部３Ｆが形成されるので、しかる後にこの貫通孔部３Ｆの先端側に、中心線Ｏを中心とした所定の内径のねじ下穴３Ｇと雌ねじ部３Ｅを形成することにより、上記構成のヘッド交換式切削工具用のホルダ１を得ることができる。なお、圧入部材７がホルダ本体２と干渉するおそれがなければ、大径部７Ｂが圧入孔部６Ａの後端から抜け出るところまで圧入したりしてもよい。
【００４９】
このように構成されたヘッド交換式切削工具用のホルダ１は、その先端部に図１に示すように交換式の切削ヘッド１０が連結されて取り付けられることにより本実施形態のヘッド交換式切削工具に構成され、ホルダ本体２後端側の上記シャンク部が工作機械に装着されて被削材の切削加工に使用される。この切削ヘッド１０は、先端部に刃部１１を有するとともに、この刃部１１の後端側にはホルダ本体２の取付孔４に取り付けられる取付部１２が形成され、さらにその後端側には連結部材３の取付ねじ部とされた上記雌ねじ部３Ｅに螺合するヘッド側ねじ部としての雄ねじ部１３が、中心線Ｏを中心とするように設けられている。
【００５０】
ここで、ヘッド交換式のエンドミルとされた本実施形態のヘッド交換式切削工具では、刃部１１の先端側部分にホルダ本体２の中心線Ｏを中心とするように複数の切刃１１Ａが形成されており、特に刃部１１の外周側に形成される切刃１１Ａは先端側から後端側に向かうに従い、後述する切削加工の際のヘッド交換式切削工具の回転方向の後方側に捩れるように形成されている。また、刃部１１の後端部外周には交換式の切削ヘッド１０を着脱する際にレンチ等の作業用工具が係合されて回転させられる回転部１１Ｂが形成されており、この回転部１１Ｂは中心線Ｏに対して平行、かつ互いにも平行となるような少なくとも一対の平行面とされ、円筒状の刃部１１後端部を切り欠くように形成されている。
【００５１】
また、上記回転部１１Ｂは刃部１１の後端面１１Ｃと間隔をあけて形成されており、これにより、これら回転部１１Ｂと後端面１１Ｃとの間には、中心線Ｏを中心とするようにして径方向の外側に突出するフランジ部１１Ｄが形成される。なお、後端面１１Ｃは、その外径がホルダ本体２の先端面２Ｂと略等しくされて、中心線Ｏに垂直となるような円環状の平坦面とされている。
【００５２】
さらに、取付部１２は、取付孔４の嵌合孔４Ｂに嵌合させられて取り付けられるものであって、この嵌合部４Ｂの内周面が取付孔４の開口部側に向かうに従い内径が漸次拡大するテーパ形状とされているのに対し、取付部１２も、該取付部１２の基端側（交換式の切削ヘッド１０の先端側。図１において左側）に向かうに従い嵌合部４Ｂと等しいテーパ（傾斜角度）および嵌合部４Ｂの内径より極僅かに大きな外径をなすようにして、この外径が漸次拡大する中心線Ｏを中心とした円錐台状のテーパ形状とされている。
【００５３】
そして、この取付部１２と刃部１１の後端面１１Ｃとは、ホルダ１のホルダ本体２と同様に超硬合金により形成されており、特に本実施形態では刃部１１の全体と取付部１２とが超硬合金によって一体に形成されている。なお、取付部１２の外周面の表面粗さは、嵌合部４Ｂの内周面と同じくＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１（ＩＳＯ  ４２８８７：１９９７）に規定される最大高さ粗さＲｚが３．２μｍ以下となるようにされ、またこの取付部１２が突出する刃部１１の後端面１１Ｃは、ホルダ２の先端面２Ｂと同じく最大高さ粗さＲｚが６．３μｍ以下となるようにされ、ただし取付部１２の外周面の表面粗さよりは粗くなるようにされている。
【００５４】
また、この切削ヘッド１０の刃部１１および取付部１２を形成する超硬合金は、ホルダ本体２を形成する超硬合金と同様にＷＣの平均粒度１〜５μｍ、Ｃｏを主成分とする結合相量が８〜２０wt％のＷＣ−Ｃｏ系超硬合金であってもよいが、ホルダ本体２とは異なる超硬合金とされていてもよく、例えばＷＣの平均粒度が１μｍより小さい超微粒子超硬合金とすれば、刃部１１の耐摩耗性の向上を図って工具寿命を延長することができる。
【００５５】
一方、ヘッド側ねじ部としての雄ねじ部１３は、刃部１１および取付部１２と一体に超硬合金により形成されていてもよいが、ネジ山の欠けや雄ねじ部１３の形成のし易さを考慮すると、上記連結部材３と同様に刃部１１および取付部１２を形成する超硬合金よりは低硬度の金属材料、例えば超硬合金よりも靱性の高いステンレス鋼やダイス鋼等の鋼材によって形成されるのが望ましい。
【００５６】
そこで、このように刃部１１および取付部１２に異なる材質により形成された雄ねじ部１３を取り付けるには、上記ホルダ１においてホルダ本体２に連結部材３を取り付けるのと同様に、上述のように超硬合金により一体に形成された刃部１１および取付部１２のうち少なくとも取付部１２を中空状として内周面に凹部を有するヘッド側取付孔を形成し、雄ねじ部１３が形成されるステンレス鋼等からなるヘッド側連結部材としての雄ねじ部材をこのヘッド側取付孔に収容し、その外周面をヘッド側取付孔内周面に密着させて上記凹部に係合させればよい。
【００５７】
より具体的に、本実施形態では刃部１１および取付部１２に中心線Ｏに沿うように上記ヘッド側取付孔が形成され、その内周面には、最大高さ粗さＲｚが５μｍ以上２００μｍ以下の凹凸面よりなる凹部や、ヘッド側取付孔の孔底側（切削ヘッド１０の先端側。）を向く壁部と、中心線Ｏ回りの周方向を向く、例えば中心線Ｏ方向に延びる平面状の壁部との少なくとも一つが形成された凹部が形成される。一方、雄ねじ部材は、雄ねじ部１３が形成される部分の内径よりもヘッド側取付孔に収容される部分の内径が小径とされた内周部を有する円筒状に形成する。
【００５８】
そして、この雄ねじ部材を、その内径が小径の部分をヘッド側取付孔に収容して孔底方向への移動を拘束した上で、ホルダ１において連結部材３の素材６に圧入部材７を圧入するのと同様に、その内周部に圧入部材（パンチ）を圧入して雄ねじ部材を塑性変形させることにより、この小径の部分の外周面をヘッド側取付孔の内周面に密着させてその凹部に嵌入させるように係合させれば、上述のように刃部１１および取付部１２が超硬合金で、雄ねじ部１３はこれよりも低硬度とされた交換式の切削ヘッド１０を得ることができる。
【００５９】
なお、やはり上記ホルダ１と同様に、圧入前の雄ねじ部材の内径が小径とされた部分は圧入後の同部分の内径および圧入部材の大径部の外径よりも０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ程度小さく、また圧入前の雄ねじ部材のこの内径小径部分における外径は、ヘッド側取付孔の凹部が形成された部分の内径よりも、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度小さくされ、さらに圧入部材の大径部とその後端側の小径となる部分との外径の差は、例えば２０μｍ〜２００μｍ程度とされる。また、雄ねじ部１３は、圧入後に雄ねじ部材の内径が大径とされた部分の外周に形成してもよいが、この大径部分の内径が圧入部材の大径部よりも大径であれば該大径部分は塑性変形しないので、予め雄ねじ部１３を形成しておいてから圧入をしてもよい。
【００６０】
このように構成された交換式の切削ヘッド１０は、上記ホルダ１に、上記雄ねじ部１３を雌ねじ部３Ｅに螺合させてねじ込まれ、取付部１２が取付孔４の嵌合部４Ｂに摺接してからは、上記回転部１１Ｂに作業用工具が係合させられて回転させられることにより、テーパ形状の嵌合部４Ｂに同じテーパ形状の取付部１２が密着して押圧させられ、これによりホルダ２先端部の上記ネック部２Ａが僅かに弾性変形してその外径が拡大しつつ、さらにねじ込まれて嵌合部４Ｂに取付部１２が嵌合させられ、刃部１１の後端面１１Ｃがホルダ本体２の先端面２Ｂに当接して密着させられたところで、切削ヘッド１０が中心線Ｏ方向に拘束され、連結されて取り付けられる。
【００６１】
さらに、こうして構成されたエンドミルである本実施形態のヘッド交換式切削工具は、上述のようにホルダ１におけるホルダ本体２後端部のシャンク部が工作機械に装着されて、中心線Ｏ回りに回転されつつ該中心線Ｏに交差する方向に送り出され、切削ヘッド１０における刃部１１の切刃１１Ａにより被削材を切削加工する。ここで、上記雌雄ねじ部３Ｅ、１３のねじ込み方向は、この切削加工の際のヘッド交換式切削工具の回転方向に対して反対向きとされる。
【００６２】
そして、上述のように取付部１２が嵌合部４Ｂに嵌合されるとともに、刃部１１の後端面１１Ｃがホルダ本体２の先端面２Ｂに当接して切削ヘッド１０が中心線Ｏ方向に拘束されることにより、切削ヘッド１０がホルダ１に取り付けられた状態において、僅かに拡大したホルダ１先端部の上記ネック部２Ａの外径Ｄ２は、取付部１２が嵌合部４Ｂに嵌合させられる前の切削ヘッド１０がホルダ１から取り外された状態における該ネック部２Ａの外径Ｄ１からの拡大量Ｄ２−Ｄ１の外径Ｄ１に対する外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）が、この外径Ｄ１に対して同じく嵌合前の取付孔４の開口部側における嵌合部４Ｂの内径ｄがなすホルダ１先端部の内外径比ｄ／Ｄ１に対し、０．０２２×ｄ／Ｄ１−０．００３（％）〜０．３３×ｄ／Ｄ１−０．０６（％）の範囲とされている。
【００６３】
また、この取付部１２と嵌合部４Ｂとが嵌合する前の状態において取付孔４の開口部側における嵌合部４Ｂの内径ｄがホルダ１先端部のネック部２Ａの外径Ｄ１に対してなす内外径比ｄ／Ｄ１自体は、０．５〜０．８の範囲とされている。なお、この取付孔４の開口部側における嵌合部４Ｂの内径ｄは、本実施形態のように取付孔４の開口部に面取り部４Ａが形成されている場合は、この面取り部４Ａが形成されていないと想定したときの嵌合部４Ｂとホルダ本体２の先端面２Ｂとの交差稜線がなす円の直径とし、また取付部１２の嵌合前後の外径Ｄ１、Ｄ２はホルダ１の先端における外径として、ホルダ１の先端部外周に面取りが施されている場合は、やはり面取りが施されていないと想定したときの外径とする。さらに、上述のようにホルダ１の先端部は厳密な円筒でなくてもよく、例えばネック部２Ａが上記テーパネック部であってもよく、その場合に面取りが施されている場合にはテーパネック部の延長面と先端面２Ｂとの交差稜線がなす円の直径を外径Ｄ１、Ｄ２とすればよい。また、ホルダ１先端部の外周面は、断面が円形に近い例えば正１２角形以上の多角形とされていてもよい。
【００６４】
このように構成されたヘッド交換式切削工具では、上述のように後端側のシャンク部が工作機械に装着されるホルダ１のホルダ本体２と、このホルダ１の先端部に取り付けられて刃部１１により切削を行う切削ヘッド１０とが、ともに硬質材料である超硬合金により形成されていて、これらが、嵌合部４Ｂおよび先端面２Ｂと取付部１２および後端面１１Ｃとの直接接触により取り付けられているので、切削工具全体として高い強度や剛性を確保することができ、切削加工に使用する際に折損やビビリ振動が生じるのを防いで高い加工精度や加工能率を得ることができる。
【００６５】
しかも、ホルダ１の中心線Ｏ方向に延びる嵌合部４Ｂおよび取付部１２の内外周面と、この中心線Ｏに垂直な方向に延びる平面とされた上記先後端面２Ｂ、１１Ｃとがそれぞれ接触することにより、いわゆる２面拘束で切削ヘッド１０が保持される。すなわち、これら内外周面と先後端面２Ｂ、１１Ｃとの一方が延びる方向への移動が他方によって互いに拘束されることになり、また先後端面２Ｂ、１１Ｃでも切削ヘッド１０に作用する切削トルクやモーメントを受け止めることができるので、一層高い取付剛性や取付強度で切削ヘッド１０を取り付けることが可能となるとともに、切削ヘッド１０が中心線Ｏに対して傾いてしまうようなこともない。
【００６６】
さらに、これら切削ヘッド１の取付部１２とホルダ１の嵌合部４Ｂとは互いに嵌合するテーパ形状とされて、該切削ヘッド１０と取付孔４の雌雄ねじ部３Ｅ、１３の螺合によりテーパ嵌合させられ、このとき雌雄ねじ部３Ｅ、１３のねじ込みによって取付部１２が取付孔４内に引き込まれることでクサビ効果により取付部１２が取付孔４を押し広げ、その反力で取付孔４が取付部１２を締め付けることにより、嵌合部４Ｂの内周面と取付部１２の外周面との間に大きな接触圧力を確保することができる。このため、これら取付部１２と嵌合部４Ｂとが摩擦係数の小さい超硬合金同士に形成されたものであっても十分な摩擦力を発生させることができ、切削時に高い負荷が作用してもこれに抗して切削ヘッド１０を確実に保持することができる。
【００６７】
一方、ホルダ１の上記先端面２Ｂと切削ヘッド１０の上記後端面１１Ｃとは中心線Ｏに垂直な平面とされていて、上述のように雌雄ねじ部３Ｅ、１３が一定量ねじ込まれて取付部１２と嵌合部４Ｂがテーパ嵌合した後、これら先後端面２Ｂ、１１Ｃとが当接すると切削ヘッド１０は中心線Ｏ方向に拘束され、それ以上は取付部１２が引き込まれることはない。従って、切削ヘッド１０を交換するときに雄ねじ部１３を雌ねじ部３Ｅにねじ込み過ぎたり、あるいは切削時に過大な切削抵抗が雌雄ねじ部３Ｅ、１３のねじ込み方向に作用したとき雄ねじ部１３が雌ねじ部３Ｅにねじ込まれすぎたりすることがなく、このためクサビ効果が過剰に作用して取付部１２が嵌合部４Ｂを押し広げ過ぎることによりホルダ１に過大な応力が作用したりするのを防ぐことができる。
【００６８】
また、例えば上述のようにホルダ本体２の超硬合金を切削ヘッド１０よりもＷＣ平均粒度の大きいものとして、ホルダ本体２の熱膨張係数も切削ヘッド１０より大きくなったときに、切削による発熱で切削ヘッド１０とホルダ本体２の温度が上昇してホルダ本体２の膨張量が大きくなり、これにより嵌合部４Ｂと取付部１２との接触圧力が小さくなってテーパ嵌合による保持力も低減した場合でも、こうして先後端面２Ｂ、１１Ｃが当接して切削ヘッド１０が拘束されることにより、雌雄ねじ部３Ｅ、１３がさらにねじ込まれて締め付け過ぎが生じることがないため、切削終了後に切削ヘッド１０およびホルダ１が冷却されたときにこのような締め付け過ぎによってテーパ嵌合が強くなり過ぎて切削ヘッド１０が取り外し不可能となるような事態を生じることもない。
【００６９】
さらに、嵌合部４Ｂと取付部１２の内外周面に加えてホルダ本体２の先端面２Ｂと刃部１１の後端面１１Ｃとが当接していることにより、切削ヘッド１０とホルダ１との接触面積が増大するので、上述のように切削時に切削ヘッド１０の刃部１１に発生した熱をホルダ１側に速やかに伝達することができ、刃部１１の温度上昇の抑制を図ることができる。特に、本実施形態のようにホルダ本体２を切削ヘッド１０の刃部１１より粗粒の超硬合金により形成した場合、例えばＷＣ平均粒度が１μｍより小さい超微粒子超硬合金の熱伝導率は７１Ｗ／ｍ・℃であるのに対して、ＷＣ平均粒度が１μｍ〜５μｍの粗粒超硬合金の熱伝導率は９１Ｗ／ｍ・℃であるので伝達熱量も増加し、しかもホルダ本体２は刃部１１よりも大きくて熱容量も大きいので、一層効果的に刃部１１の温度上昇を抑えることが可能となる。
【００７０】
そして、さらに上記構成のヘッド交換式切削工具では、取付部１２と嵌合部４Ｂとの嵌合前の状態のホルダ１において、ホルダ本体２の取付孔４開口部側における嵌合部４Ｂの内径ｄがホルダ本体２先端部の外径Ｄ１に対してなす内外径比ｄ／Ｄ１が０．５〜０．８の範囲とされて、本実施形態では０．６５とされるとともに、取付部１２と嵌合部４Ｂとの嵌合後のホルダ本体２先端部の外径Ｄ２と嵌合前の上記外径Ｄ１との差である外径拡大量Ｄ２−Ｄ１が外径Ｄ１に対してなす百分率である外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）は、上記内外径比ｄ／Ｄ１に対して０．０２２×ｄ／Ｄ１−０．００３（％）〜０．３３×ｄ／Ｄ１−０．０６（％）の範囲とされている。
【００７１】
ここで、嵌合前の状態のホルダ１において、そのホルダ本体２の取付孔４開口部側での嵌合部４Ｂの上記内径ｄがホルダ本体２先端部の外径Ｄ１に対してなす内外径比ｄ／Ｄ１が０．８よりも大きいと内径ｄが外径Ｄ１に近くなり過ぎ、ホルダ本体２の先端部における内外周面間の肉厚が小さくなって強度も低下する。また、ホルダ本体２の先端部の肉厚が小さくなるので拡径し易くなり、接触圧力は低下するため、切削時の負荷が高いときに切削ヘッド１０に作用する切削トルクやモーメントに抗しきれずに、切削ヘッド１０が空転するおそれがある。
【００７２】
一方、この内外径比ｄ／Ｄ１が０．５よりも小さいと、ホルダ本体２の先端部は肉厚が厚くなって強度も向上するとともに拡径し難くなるので接触圧力は増大するものの、こうして接触する嵌合部４Ｂと取付部１２との内外径すなわち両者の接触半径が小さくなるため、やはり高負荷の切削の際には切削トルクやモーメントに抗して切削ヘッド１０を保持することができなくなり、切削ヘッド１０の空転を生じるおそれがある。
【００７３】
また、この内外径比ｄ／Ｄ１に対して、嵌合前後のホルダ１におけるホルダ本体２先端部の外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）が０．３３×ｄ／Ｄ１−０．０６（％）よりも大きいと、ホルダ本体２を形成する超硬合金の引張強さを超えてこの先端部が拡径することにより過大な引張応力が該先端部に作用するおそれがあり、ホルダ１の先端部に破損を招くおそれが生じる。その一方で、この外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）が内外径比ｄ／Ｄ１に対して０．０２２×ｄ／Ｄ１−０．００３（％）よりも小さいと、上述のクサビ効果が不十分となって嵌合部４Ｂと取付部１２との間の接触圧力も不十分となり、やはり切削ヘッド１０を安定的に保持することができなくなって空転を生じるおそれがある。
【００７４】
言い換えれば、上記構成のヘッド交換式切削工具では、このようにホルダ１先端部の内外径比ｄ／Ｄ１および外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）を設定することにより、このホルダ１先端部に必要な肉厚を確保しつつ、後述する実施例でも説明するように、切削時の切削ヘッド１０を確実に保持可能な接触圧力が取付部１２と嵌合部４Ｂとの間に得られる範囲で、このホルダ１先端部におけるホルダ本体２が嵌合前後で大きく変形し過ぎるのを抑えてホルダ１の破損を防止することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、ホルダ１のホルダ本体２を形成する超硬合金を、ＷＣ平均粒度１〜５μｍの比較的粗粒のＷＣ−Ｃｏ系超硬合金として、Ｃｏを主成分とする結合相量を８〜２０wt％としており、これにより上述のようにホルダ本体２の熱伝導率を高めて切削ヘッド１０の切削熱を速やかに伝達、発散させることができる上、このホルダ１の破壊靱性を向上させて切削中の衝撃などによる破損を防ぐことも可能となる。
【００７６】
ここで、ＷＣ平均粒度が１μｍよりも小さな超微粒子超硬合金では、このような効果を得ることはできず、その一方でＷＣ平均粒度が５μｍよりも大きいと、破壊靱性は向上するものの硬度が低下して例えば嵌合部４Ｂの耐久性が損なわれるため、特に切削ヘッド１０をこれより高硬度の上記超微粒子超硬合金により形成した場合には、その取り付けが早期に不安定となるおそれがある。また、このようなＷＣ平均粒度が１〜５μｍのＷＣ−Ｃｏ系超硬合金では、Ｃｏを主成分とする結合相量が８wt％以上であれば１．５ＧＰａ程度以上の引張強度を得ることができるため、負荷の高い重切削の場合でも十分な剛性や強度をホルダに確保することができるが、結合相量が多くなるほど破壊靱性は向上するもののヤング率は低下して剛性が損なわれるので、上限は２０wt％としている。
【００７７】
一方、本実施形態では、ホルダ１のホルダ本体２における嵌合部４Ｂの内周面は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２００１（ＩＳＯ  ４２８８７：１９９７）に規定される最大高さ粗さＲｚが３．２μｍ以下の比較的滑らかな表面粗さとされており、これにより偏り無く切削ヘッド１０の取付部１２を嵌合部４Ｂ内周面に密着させてテーパ嵌合させ、上記クサビ効果により切削ヘッド１０を確実に保持することが可能となる。勿論、この嵌合部４Ｂの内周面に密着する切削ヘッド１０の取付部１２の外周面も、同様に最大高さ粗さＲｚが３．２μｍ以下とされるのが望ましい。
【００７８】
また、これに対して、ホルダ本体２の先端面２Ｂの表面粗さは、本実施形態ではこの嵌合部４Ｂの内周面の表面粗さよりも粗くされて、その最大高さ粗さＲｚの上限が６．３μｍとされている。従って、上述のようにこの先端面２Ｂに刃部１１の後端面１１Ｃが当接してから、さらに切削ヘッド１０の雄ねじ部１３を取付孔４の雌ねじ部３Ｅにねじ込もうとすると大きな摩擦抵抗が生じるので、取付部１２と嵌合部４Ｂとが締め付けられ過ぎるのを防ぐことができる。勿論、この先端面２Ｂに当接する切削ヘッド１０の上記後端面１１Ｃの表面粗さも、同様に最大高さ粗さＲｚが６．３μｍ以下の範囲で取付部１２外周面や嵌合部４Ｂ内周面の表面粗さより粗くされるのが望ましい。
【００７９】
さらに、上述のようにテーパ形状とされた取付孔４の嵌合部４Ｂと切削ヘッド１０の取付部１２のテーパは、これが大き過ぎると、取付部１２と嵌合部４Ｂとのテーパ嵌合によって取付部１２外周面に接触圧力が作用したときに、切削ヘッド１０を取付孔４から押し出す方向に分力が生じるおそれがあり、特に本実施形態のように刃部１１外周側の切刃１１Ａが捩れているときにその捩れ角が大きい場合には、この外周側の切刃１１Ａに作用する切削力と上記分力との合力に抗して切削ヘッド１０を保持するために雌雄ねじ部３Ｅ、１３の締め付けを強めなければならない。
【００８０】
ところが、これに対して、この嵌合部４Ｂと取付部１２のテーパを本実施形態のように１／１０よりも小さくすると、同じ接触圧力が作用したときでもテーパ嵌合によって切削ヘッド１０を取付孔４から押し出す方向に生じる分力は小さく、この接触圧力による摩擦力と雌雄ねじ部３Ｅ、１３による締め付け力との合力で、切刃１１Ａに作用する切削力に抗することになるので、締め付け力自体は小さく抑えることが可能となる。このため、ホルダ本体２の先端部に作用する引張応力は軽減してより効果的に破損を防ぎつつ、切削ヘッド１０は一層強固に保持することが可能となる。
【００８１】
さらにまた、本実施形態では切削ヘッド１０の取付部１２が中空状とされていて、その内部すなわち上記ヘッド側取付孔には、この切削ヘッド１０の取付部１２を形成する超硬合金よりも低硬度の金属材料よりなるヘッド側連結部材としての雄ねじ部材が収容されている。従って、取付部１２を嵌合部４Ｂにテーパ嵌合させると、ホルダ本体２先端部が拡軽するとともに取付部１２は外周側から押圧されて内外径が小さくなり、これに伴って上記雄ねじ部材も外周側から押圧されるとともにその反力で取付部１２を内周側から押圧することになるので、取付部１２をその内外周から強固にクランプすることができ、切削ヘッド１０をさらに一層確実に保持することが可能となる。
【００８２】
また、本実施形態では、こうして取付部１２の中空部に収容された低硬度の材料よりなる部材に雄ねじ部１３が形成されており、例えば高硬度である一方で脆性が高い超硬合金よりなる切削ヘッド１０に直接ねじ部を形成するのに比べ、ネジ山に欠けが生じるのを防ぐことができるとともに、このような欠けを防ぐために特殊なネジ山形状を採用する必要もなくなって、コストの低減を図ることができる。これは、ホルダ１の取付孔４に設けられる雌ねじ部３Ｅについても同様であり、すなわち本実施形態ではこの雌ねじ部３Ｅも、ホルダ本体２を形成する超硬合金よりも低硬度で高靱性の金属材料よりなる連結部材３に形成されて、この連結部材３が取付孔４に収容されているので、ネジ山の欠けがなく、また特殊なネジ山形状も必要としない。
【００８３】
さらに、こうしてホルダ本体２や切削ヘッド１０の刃部１１および取付部１２よりも低硬度で高靱性とされた連結部材３や雄ねじ部材は、その被係合部３Ｂの外周面が、ホルダ本体２の取付孔４における係合部４Ｄや上記ヘッド側取付孔の内周面に密着して、この内周面に形成された凹部に嵌め入れられるように係合させられ、すなわち被係合部３Ｂ外周面に、凹部に嵌入した凸部が形成されるようにすることにより、これら連結部材３や雄ねじ部材を強固に取付孔４やヘッド側取付孔に取り付けてホルダ本体２や刃部１１および取付部１２と一体化することができる。従って、切削時の負荷等によって交換式切削ヘッド１０にがたつきが生じたりするようなことはなく、ホルダ本体２が高剛性、高強度であることとも相俟って安定した切削加工を促すことが可能となる。
【００８４】
また、このように連結部材３や雄ねじ部材の被係合部３Ｂ外周面を取付孔４の係合部４Ｄ内周面やヘッド側取付孔内周面の凹部に係合させるのに、本実施形態では連結部材３や雄ねじ部材が筒状とされて、上述のように被係合部３Ｂ部分や内径小径部分の外径を係合部４Ｄやヘッド側取付孔の内径より小さくした連結部材３の素材６や雄ねじ部材を用いて、この素材６内周の圧入孔部６Ａや雄ねじ部材の内径小径部分に、その内径よりも大きな外径を有する圧入部材７を圧入させることにより、素材６や雄ねじ部材を拡径させるように塑性変形させて係合部４Ｄやヘッド側取付孔の内周面に密着させ、連結部材３の被係合部３Ｂ部分や雄ねじ部材の内径小径部分を凹部に係合させることができる。
【００８５】
このため、素材６や雄ねじ部材の外周面を均一かつ全面的に係合部４Ｄやヘッド側取付孔の内周面に押圧するように密着させ、これら係合部４Ｄやヘッド側取付孔に形成された凹部に塑性変形した外周面を満遍なく嵌入させるようにして、確実に係合させることができる。そして、ホルダ１においては、この素材６の圧入孔部６Ａから拡径した貫通孔部３Ｆの先端側に中心線Ｏを中心とした所定の内径のねじ下穴３Ｇと雌ねじ部３Ｅを形成して連結部材３とすることにより、この連結部材３を一層強固にホルダ本体２と一体化したものとすることができる。これは、切削ヘッド１０に関しても同様である。
【００８６】
その一方で、こうして凹部と係合してホルダ本体２や刃部１１および取付部１２と一体化した連結部材３や雄ねじ部材は、ろう付けなどによる接合とは異なって機械的に結合しているだけであるので、例えば治具等を使用して連結部材３や雄ねじ部材に凹部との係合力を上回る過大な引っ張り力を作用させることにより、連結部材３や雄ねじ部材を取付孔４やヘッド側取付孔から引き抜いて分離することができる。このため、万一破損等が生じて使用不可能となったヘッド交換式切削工具においても、材質の異なるホルダ本体２や刃部１１および取付部１２と連結部材３や雄ねじ部材とを分別して回収することができ、これらのリサイクルを容易とすることができる。
【００８７】
また、本実施形態では、取付孔４の係合部４Ｄやヘッド側取付孔の内周面に形成される凹部が、この内周面を最大高さ粗さＲｚが５μｍ以上２００μｍ以下の凹凸面とすることにより、この凹凸面の凹み自体を凹部としている。従って、係合部４Ｄやヘッド側取付孔の内周面全体に亙って凹部が形成されることになり、そのような凹部に、上述のように塑性変形した連結部材３の被係合部３Ｂや雄ねじ部材の内径小径部分の外周面が密着して係合させられることにより、係合部４Ｄ内周面と被係合部３Ｂ外周面との間およびヘッド側取付孔と雄ねじ部材との間には大きな摩擦力が生じることになるので、さらに安定的かつ強固に連結部材３をホルダ本体２と、また雄ねじ部材を刃部１１および取付部１２と、一体化することができる。
【００８８】
例えば、ホルダ本体２の取付孔４における係合部４Ｄ内周面の最大高さ粗さＲｚを７．０μｍに調整し、連結部材３に形成される上記素材６の被係合部３Ｂ部分の外周面の最大高さ粗さＲｚを２．０μｍに調整して、係合部４Ｄに収容した素材６に上記実施形態のように圧入部材７を圧入してホルダ本体２と一体化した後、ホルダ本体２を破壊して素材６の被係合部３Ｂ部分の外周面の表面粗さを測定したところ、最大高さ粗さＲｚが５．５μｍに変化していることが確認されており、これにより、上述のように係合部４Ｄ内周面の凹凸面に沿って素材６の外周面が塑性変形しているのが分かる。
【００８９】
また、ホルダ本体２や刃部１１および取付部１２を形成する超硬合金は焼結材料であるので、焼結前の圧粉体において係合部４Ｄやヘッド側取付孔の内周面となる面が焼結後に上記範囲の表面粗さとなるように加工を施したり、焼結時の加熱温度や加熱時間を調整したり、焼結後に内周面に研磨を施して表面粗さを小さくしたり、逆に表面を粗して表面粗さを大きくしたり、あるいは焼結後の内周面が上記範囲の表面粗さである場合には、この内周面に対しては研磨を省略して焼結肌のままとしたりすることにより、これら係合部４Ｄやヘッド側取付孔の内周面を確実に上述のような表面粗さとなるように調整することができる。
【００９０】
ここで、特に、本実施形態のようにホルダ本体２や刃部１１および取付部１２を形成するのがＷＣ−Ｃｏ系超硬合金であってＣｏを結合相（バインダー）として含有するものであって、これらホルダ本体２の取付孔４における係合部４Ｄやヘッド側取付孔に対して焼結後に研磨を施さずに焼結肌のままとして上記範囲の表面粗さに調整した場合、この係合部４Ｄやヘッド側取付孔の内周面表面には、Ｃｏを多く含むコバルトリッチ領域が形成される。このコバルトリッチ領域は、焼結材料の焼結工程において上記圧粉体を加熱することにより上記内周面表面に現れる領域であって、Ｃｏを主成分として０．５μｍ〜５μｍ程度の厚さを有しており、従って上記凹凸面はこのようなコバルトリッチ領域を含んで形成されていてもよい。
【００９１】
なお、この取付孔４における係合部４Ｄ内周面やヘッド側取付孔内周面の最大高さ粗さＲｚが５μｍ未満であると、十分な摩擦力が発生せずに連結部材３や雄ねじ部材をホルダ本体２や刃部１１および取付部１２と強固に一体化することができなくなるおそれが生じる。また、逆に最大高さ粗さＲｚが２００μｍよりも大きいと、上記素材６や雄ねじ部材を塑性変形させたときに被係合部３Ｂ部分や内径小径部分の外周面を確実に凹部とされる凹凸面に係合させるには、この係合部４Ｄ内周面やヘッド側取付孔内周面の内径と素材６における被係合部３Ｂ部分や雄ねじ部材の内径小径部分の外径との差を極小さくしなければならなくなり、素材６や雄ねじ部材の内径小径部分を取付孔４やヘッド側取付孔に挿入することが困難となるおそれがある。
【００９２】
また、本実施形態では、こうして係合させられた連結部材３に形成される取付ねじ部が雌ねじ部３Ｅであり、切削ヘッド１０に形成されるヘッド側ねじ部としての雄ねじ部１３に螺合させられる。そして、この雌ねじ部３Ｅは、連結部材３が取付孔４の上記係合部４Ｄに係合させられてホルダ本体２に取り付けられた上記取付状態において、本実施形態では連結部材３の先端側から係合部４Ｄの中心線Ｏ方向の長さの１／２を超える当たりまで延設されており、すなわち連結部材３の内外周においてこの雌ねじ部３Ｅが形成された範囲と、被係合部３Ｂが係合部４Ｄに係合させられた範囲とを、中心線Ｏ方向に重なり合わせることができる。
【００９３】
従って、取付孔４の係合部４Ｄと係合した連結部材３の被係合部３Ｂの直ぐ内周側で、雌ねじ部３Ｅに雄ねじ部１３が螺合させられて切削ヘッド１０が取り付けられるため、この切削ヘッド１０の刃部１１から切削時に作用する切削力が雄ねじ部１３に伝えられても、これを雌ねじ部３Ｅの直ぐ外周の被係合部３Ｂを介して係合部４Ｄによって受け止めることができ、より安定して切削ヘッド１０を支持して円滑な切削加工を図ることが可能となる。
【００９４】
ただし、本実施形態では、このようにホルダ１側の取付ねじ部が雌ねじ部３Ｅとされ、切削ヘッド１０のヘッド側ねじ部が雄ねじ部１３とされているが、これとは逆にホルダ１側の取付ねじ部を雄ねじ部とし、ヘッド側ねじ部を雌ねじ部とすることも可能ではある。この場合には、切削ヘッド１０の刃部１１および取付部１２に異なる材料よりなる雄ねじ部材を取り付けるのと同様に、先端部外周におねじ部が形成される円筒状の連結部材を取付孔４の係合部４Ｄに収容して、その内周部に圧入部材を圧入して該連結部材を塑性変形させることにより外周部を係合部４Ｄに係合させればよい。
【００９５】
さらにまた、本実施形態では、ホルダ１の取付孔４の最奥部に凹所４Ｅが形成されるとともに、連結部材３の後端部には回り止め部３Ｃが形成されており、これら凹所４Ｅと回り止め部３Ｃとには、中心線Ｏに直交する断面が直線状をなす壁面４Ｇと側面３Ｄとが形成されている。そして、連結部材３を取り付けた上記取付状態において、これら壁面４Ｇと側面３Ｄとが対向して回り止め部３Ｃが凹所４Ｅに収容されるので、連結部材３は、中心線Ｏ回りに回転しようとしても、この回り止め部３Ｃの側面３Ｄが凹所４Ｅの壁面４Ｇに当接することによっても中心線Ｏ回りの回転が拘束されることになり、切削加工時に切削ヘッド１０から連結部材３に過大な切削力が作用しても、連結部材３が取付孔４内で空回りすることにより凹部との係合が外れて切削ヘッド１０ごと脱落したりするのを防ぐことができる。
【００９６】
なお、本実施形態では回り止め部３Ｃを断面長円状に形成して一対の上記側面３Ｄを互いに平行かつ中心線Ｏにも平行に形成し、これらの側面３Ｄを、同じく断面長円状に形成された凹所４Ｅの一対の壁面４Ｇに対向させて当接させるようにしているが、図６（ａ）に示す変形例のように凹所４Ｅを中心線Ｏに直交する断面が略正方形状となるように形成して周方向に隣接するもの同士が互いに直交する２対の壁面４Ｇを形成するとともに、回り止め部３Ｃについても図６（ｂ）、（ｃ）に示す変形例のように周方向に隣接するもの同士が互いに直交するように２対の側面３Ｄを形成し、これらの側面３Ｄを壁面４Ｇに対向させて当接させることによって連結部材３の回転を拘束するようにしてもよい。
【００９７】
また、側面３Ｄと壁面４Ｇは、中心線Ｏに直交する断面において直線状をなして互いに対向して当接することにより連結部材３の回転を拘束することができれば、１つずつでも、３つでも、５つ以上でもよく、さらに後端側に向かうに従い中心線Ｏ側に向かう傾斜平面や湾曲面であってもよい。さらにまた、本実施形態では連結部材３の素材６の圧入孔部６Ａに圧入部材７を圧入する際に、この圧入部材７の大径部７Ｂが凹所４Ｅに収容された回り止め部３Ｃにまで達することがないように、圧入孔部６Ａの上記被係合部３Ｂ後端あたりで大径部７Ｂを止めて引き抜くようにしており、側面３Ｄが壁面４Ｇに当接せずに、周方向の位置が合わされて間隔をあけて対向していて、連結部材３が空転したときに当接して回り止めとなるようにされているが、上述のように圧入部材７がホルダ本体２と干渉するおそれがなければ、大径部７Ｂが圧入孔部６Ａの後端から抜け出るところまで圧入して、素材６の回り止め部３Ｃ部分も塑性変形させて拡径することにより、初めから側面３Ｄが壁面４Ｇに密着して当接させられるようにしてもよい。
【００９８】
さらに、上記実施形態および図６に示したその変形例では、連結部材３の最後端に回り止め部３Ｃを形成して取付孔４の最奥部に形成された凹所４Ｅに収容し、これら回り止め部３Ｃと凹所４Ｅに形成された側面３Ｄと壁面４Ｇとを当接させるようにしているが、例えば連結部材３の被係合部３Ｂに中心線Ｏに平行に延びる平面状の側面を形成するとともに、取付孔４の係合部４Ｄにはこの側面に対向するようにしてやはり中心線Ｏに平行に延びる平面状の壁面を形成し、連結部材３の素材６を塑性変形させる際にこれら側面と壁面とが密着して当接させられるようにすることにより、連結部材３の回り止めを図るようにすることも可能である。
【００９９】
なお、上述のように切削ヘッド１０において、刃部１１および取付部１２に中心線Ｏに沿うように内周面に凹部を有するヘッド側取付孔を形成するとともに、雄ねじ部１３が形成されるヘッド側連結部材としての雄ねじ部材をこのヘッド側取付孔に収容し、その圧入孔部に圧入部材を圧入することによって外周面をヘッド側取付孔内周面に密着させて上記凹部に係合させるようにした場合、この切削ヘッド１０にはヘッド側取付孔および圧入孔部が形成されているので、これらに連通して刃部１１の表面に開口するクーラント孔を形成すれば、ホルダ１におけるホルダ本体２の貫通孔５、凹所４Ｅ、連結部材３の貫通孔部３Ｆ、および雌ねじ部３Ｅを介してクーラントを工作機械側から供給することができ、刃部１１の切刃１１Ａの効率的な冷却を図ることができる。
【０１００】
ただし、本実施形態ではこうしてクーラントを供給できるように、連結部材３が貫通孔部３Ｆを有して内周部が貫通する筒状に形成されているが、孔部３Ｆが後端側の回り止め部３Ｃで閉塞された止まり孔とされた有底筒状の連結部材とされていてもよい。この場合には、上述のように連結部材３の素材６の圧入孔部６Ａに圧入部材７を圧入する際に、この圧入部材７の大径部７Ｂが閉塞された回り止め部３Ｃにまで達することがないように途中で止めて引き抜くようにすればよい。これは、切削ヘッド１０においてヘッド側取付孔に雄ねじ部材を係合させる場合でも同様である。
【実施例】
【０１０１】
次に、本発明におけるホルダ１の内外径比ｄ／Ｄ１および外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）について、実施例を挙げて説明する。本実施例では、上述した実施形態のヘッド交換式切削工具（ヘッド交換式エンドミル）に基づき、まず切削ヘッド１０の取付部１２が嵌合する前の状態におけるホルダ１のホルダ本体２先端部の外径Ｄ１を０．０１ｍ（１０ｍｍ）と０．０２ｍ（２０ｍｍ）とした２種のヘッド交換式切削工具について、嵌合部４Ｂの上記取付孔４開口部側の内径ｄを変化させたときの、内外径比ｄ／Ｄ１に対する許容トルクを、切削に使用するための最低限度としてホルダ１に発生する応力が１００ＭＰａとなるように設計した場合（例えば軽切削用として）と、超硬合金の強度的な上限としてホルダ１に発生する応力が１．５ＧＰａになるように設計した場合（例えば重切削用として）について計算した。
【０１０２】
すなわち、上記内径ｄにより、切削ヘッド１０とホルダ１との間で伝達可能なトルクである上記許容トルクが変化すると考えられるので、ホルダ１の嵌合部４Ｂの内周面周方向応力に許容応力を設定し、この許容応力に達するように締め代δを求め、この締め代δから接触圧力Ｐを計算して次式１により許容トルクＴを計算した。ただし、上記実施形態における１／１０よりも小さな例えば１／１４のテーパでは、嵌合部４Ｂ内周面と取付部１２外周面が中心線Ｏに対してなす傾斜の影響は無視できるので、解析においてはこれらを中心線Ｏを中心とした円筒面でモデル化して、締まり嵌めの解析を適用した。なお、式１においてＬ（ｍ）は嵌合部４Ｂと取付部１２との中心線Ｏ方向の接触長さで０．５×Ｄ１とし、μは嵌合部４Ｂと取付部１２との摩擦係数で０．１５である。
【０１０３】
【数１】
0005488374.tif 000002
【０１０４】
また、締め代δ（ｍ）と接触圧力Ｐ（Ｐａ）は次式２により、嵌合部４Ｂの内周面の周方向応力σθ（Ｐａ）は次式３により、ホルダ本体２先端部の半径方向変位ｕ（ｍ）は次式４により、それぞれ計算される。ここで、これら式２〜４において、Ｅ１は切削ヘッド１０の取付部１２のヤング率で５８０ＧＰａであり、Ｅ２はホルダ本体２先端部のヤング率で５６０ＧＰａであり、ν１は切削ヘッド１０の取付部１２のポアソン比で０．２１であり、ν２はホルダ本体２先端部のポアソン比で０．２２である。
【０１０５】
さらに、ｒａ（ｍ）は取付部１２に形成されたヘッド側取付孔の半径、ｒｂ（ｍ）は取付部１２の基端部における半径（取付部１２の外周面と刃部１１の後端面１１Ｃとの交線がなす円の半径）、ｒｃ（ｍ）は上記嵌合部４Ｂの取付孔４開口部側の半径（ｄ／２）、ｒｄ（ｍ）はホルダ本体１先端部の外径Ｄ１の半径（Ｄ１／２）であり、いずれも嵌合前の半径である。また、締め代δは、取付部１２を嵌合部４Ｂに嵌合する前の取付部１２の基端部と嵌合部４Ｂの取付孔４開口部側の直径差（２×ｒｂ−２×ｒｃまたは２×ｒｂ−ｄ）となり、すなわち上記取付部１２の基端部における直径（２×ｒｂ）は、嵌合部４Ｂの取付孔４開口部側の直径ｄにこの締め代δを加えた大きさとなる。
【０１０６】
【数２】
0005488374.tif 000003
【０１０７】
【数３】
0005488374.tif 000004
【０１０８】
【数４】
0005488374.tif 000005
【０１０９】
この結果について、ホルダ１の内外径比ｄ／Ｄ１を０．４〜１．０の範囲で変化させたときに、外径Ｄ１が１０ｍｍ、設計応力が１００ＭＰａの場合を図７に、外径Ｄ１が２０ｍｍ、設計応力が１００ＭＰａの場合を図８に、外径Ｄ１が１０ｍｍ、設計応力が１．５ＧＰａの場合を図９に、外径Ｄ１が２０ｍｍ、設計応力が１．５ＧＰａの場合を図１０に、それぞれ示す。なお、これら図７〜図１０において、ｒａは、外径Ｄ１が１０ｍｍの場合は０．００２ｍ（２ｍｍ）、外径Ｄ１が２０ｍｍの場合は０．００４ｍ（４ｍｍ）とした。
【０１１０】
これら図７〜図１０の結果より、外径Ｄ１が０．０１ｍ（１０ｍｍ）の場合も０．０２ｍ（２０ｍｍ）の場合も、また設計応力が１００ＭＰａの場合も１．５ＧＰａの場合も、ホルダ１の内外径比ｄ／Ｄ１が０．６５付近で最も高い許容トルクとなっていることが分かり、０．５〜０．８の範囲であれば切削ヘッド１０を確実に保持できると考えられる。
【０１１１】
そこで、次に、外径Ｄ１が０．０２ｍ（２０ｍｍ）、設計応力が１００ＭＰａの場合について、内外径比ｄ／Ｄ１を０．４５〜０．８５の範囲で変化させた５種のヘッド交換式切削工具により切削試験を行い、切削ヘッド１０に空転（切削抵抗による切削ヘッド１０の締め込まれ）が生じているか否かを確認することにより、切削ヘッド１０が確実に保持されているかどうかを検証した。その際に、嵌合部４Ｂ内周面と取付部１２外周面のテーパは上記実施形態の通り１／１４（中心線Ｏに対する傾斜角度として２°）とした。この結果を、内外径比ｄ／Ｄ１が０．５〜０．８の範囲の３種を実施例１〜３とし、この範囲外のものを比較例１、２として、締め代δ（ｍｍ）および計算上の許容トルクＴ（Ｎｍ）とともに次表１に示す。
【０１１２】
なお、この切削試験において、切削ヘッド１０は４枚刃のスクエアエンドミルとし、被削材は炭素鋼（硬度２２０ＨＢ）とした。また、切削条件は、主軸回転速度３１８０ｍｉｎ−１、軸方向切り込み１０ｍｍ、半径方向切り込み２０ｍｍの溝切削とし、１刃当たりの送りを０．０５ｍｍ／ｔとして、計算上１４Ｎｍの切削トルクが与えられるようにした。さらに、切削長は０．３ｍで、乾式切削であった。
【０１１３】
勿論、表１の試験結果の丸印は空転が生じていないもの、バツ印は空転が生じたものである。また、空転の有無の確認は、切削ヘッド１０のねじ込みの際に刃部１１の後端面１１Ｃがホルダ本体２の先端面２Ｂに接触してから僅かにねじ込む程度として、これら先後端面２Ｂ、１１Ｃを挟んでホルダ本体２先端部とフランジ部１１Ｄの外周面に合いマークを付け、切削後にマークがずれていれば空転が発生したものとした。この表１の結果より、内外径比ｄ／Ｄ１が０．５〜０．８の範囲の実施例１〜３では空転が生じていないことが確認できた。
【０１１４】
【表１】
0005488374.tif 000006
【０１１５】
次に、この結果を踏まえて、外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）について検証する。すなわち、上記表１の結果では、ホルダ１に発生する応力が１００ＭＰａとなるような接触圧力で切削が可能であったので、設計応力の下限値は１００ＭＰａとした。一方、設計応力の上限値については、ホルダ本体２を形成する超硬合金の引張強さまでとなり、およそ１．５ＧＰａとなる。ここで、接触応力Ｐを発生させるために締め代δを与えて嵌合部４Ｂにより取付部１２を締め付けると、ホルダ本体２先端部においては引張応力が発生し、この引張応力に比例してホルダ本体２先端部の外径が嵌合前の外径Ｄ１から嵌合後の外径Ｄ２へと拡大することになる。
【０１１６】
そこで、この外径の拡大量Ｄ２−Ｄ１が嵌合前の外径Ｄ１に対してなす外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）が、設計応力１００ＭＰａの場合と１．５ＧＰａの場合とで、上記内外径比ｄ／Ｄ１に対してどのように変化するかを、上記と同じく外径Ｄ１が０．０１ｍ（１０ｍｍ）の場合と０．０２ｍ（２０ｍｍ）の場合とで解析した。この解析結果を、外径Ｄ１が１０ｍｍ、設計応力が１００ＭＰａの場合を図１１に、外径Ｄ１が２０ｍｍ、設計応力が１００ＭＰａの場合を図１２に、外径Ｄ１が１０ｍｍ、設計応力が１．５ＧＰａの場合を図１３に、外径Ｄ１が２０ｍｍ、設計応力が１．５ＧＰａの場合を図１４に、それぞれ示す。
【０１１７】
なお、これら図１１〜図１４においても、ヘッド側取付孔の半径ｒａは、外径Ｄ１が１０ｍｍの場合は０．００２ｍ（２ｍｍ）、外径Ｄ１が２０ｍｍの場合は０．００４ｍ（４ｍｍ）である。また、図１１〜図１４において、実線で示すのは解析結果そのものであり、破線で示すのはこの解析結果を直線で近似したものであり、設計応力が１００ＭＰａの場合は内外径比ｄ／Ｄ１に対して０．０２２×ｄ／Ｄ１−０．００３（％）であり、設計応力が１．５ＧＰａの場合は内外径比ｄ／Ｄ１に対して０．３３×ｄ／Ｄ１−０．０６（％）であった。
【０１１８】
従って、これら図１１〜図１４の結果より、上述のように外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）が内外径比ｄ／Ｄ１に対して０．０２２×ｄ／Ｄ１−０．００３（％）〜０．３３×ｄ／Ｄ１−０．０６（％）の範囲であれば、空転を生じさせることなく切削ヘッド１０を確実に保持することが可能であるとともに、超硬合金よりなるホルダ本体２の引張強さを超える応力を発生させることなく、ホルダ本体２の破損を防止することが可能であることが分かる。
【０１１９】
そこで、このように外径拡大率（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１×１００（％）が内外径比ｄ／Ｄ１に対して０．０２２×ｄ／Ｄ１−０．００３（％）〜０．３３×ｄ／Ｄ１−０．０６（％）の範囲とされた実施例のヘッド交換式切削工具と、この範囲外とされた比較例のヘッド交換式切削工具により切削試験を行ったところ、実施例では切削ヘッド１０の空転やホルダ本体２先端部の破損を生じることなく切削が可能であったのに対し、外径拡大率が上記範囲よりも小さい比較例では切削ヘッドに空転が生じた一方、外径拡大率が上記範囲よりも大きい比較例では切削ヘッドをねじ込んだ際にホルダ本体先端部が破損して切削試験を行うこと自体が不可能であった。
【符号の説明】
【０１２０】
１  ホルダ
２  ホルダ本体
２Ａ  ネック部
２Ｂ  ホルダ本体２の先端面
３  連結部材
３Ｂ  被係合部
３Ｃ  回り止め部
３Ｄ  回り止め部３Ｃの側面
３Ｅ  雌ねじ部（取付ねじ部）
３Ｆ  貫通孔部
３Ｇ  ねじ下孔
４  取付孔
４Ｂ  嵌合部
４Ｄ  係合部
４Ｅ  凹所
４Ｇ  凹所４Ｅの壁面
５  貫通孔
６  連結部材３の素材
６Ａ  圧入孔部
７  圧入部材
１０  切削ヘッド
１１  刃部
１１Ａ  切刃
１１Ｃ  刃部１１の後端面
１２  取付部
１３  雄ねじ部（ヘッド側ねじ部）
Ｏ  ホルダ本体２の中心線（取付孔４の中心線）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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