(57)【要約】  ツールホルダ（１００）は、ポケット内に取り付けられたインサート（１３０）の切削先端（１３１）が、方形シャンク本体の頂面よりも下方に位置するように、本体の頂面（１１５）から下方へ延出するポケット（１２５）を備えた従来の方形シャンク本体（１０５）を有する。これにより、冷却液が切削インサート（１３０）に対して導入され方向付けられうる後壁をポケット（１２５）が有することを可能にする。一般的には、従来の方形シャンクツールホルダ（１００）の切削先端（１３１）は、ツールホルダの頂面（１１５）と位置合わせされる。さらに、このようなツールホルダ（１００）を複数含むツールホルダアセンブリが開示される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）貫通する中心線、前端、後端、および頂面を有する従来の方形シャンク本体を備え、
ｂ）前記シャンク本体の前記前端から後方に延出するツールヘッドを備え、
ｃ）前記シャンク本体の頂面から下方向に、且つ前記シャンク本体の前記前端から後ろ方向に、前記ツールヘッド内において延在するポケットであって、前記ポケットは前記シャンク本体の前記頂面から下方へ延出する壁を有するポケットを備え、
ｄ）前記ポケットの一部は切削インサートを収容し、前記インサートの切削先端を所定の深さで前記ポケット内に配置するように適用され、前記所定の深さは前記シャンク本体の前記頂面より下方であり、
ｅ）前記シャンク本体を通って前記ツールヘッドまで延在し、前記切削先端の前記所定の深さよりも上方の位置において前記ポケット壁を通じた少なくとも一つの冷却液排出口で終端する冷却液通路を備え、
ｆ）前記方形シャンク本体の中心線に垂直な断面図として見た場合の側部の長さが１．２５インチ以下である、
ことを特徴とするツールホルダ。
【請求項２】
前記ポケット内に取り付けられたインサートをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項３】
前記ポケットは、前記インサート先端が前記シャンク本体の前記中心線からオフセットされるように前記インサートを位置決めすることを特徴とする請求項２記載のツールホルダ。
【請求項４】
前記シャンク本体は側部を有し、前記ポケットは、前記インサートの前記先端が前記シャンク本体の前記側面と同じ高さとなるように前記インサートを方向付けることを特徴とする請求項２記載のツールホルダ。
【請求項５】
前記ポケットは、前記インサート先端が前記シャンク本体の前記中心線と位置合わせされるように前記インサート先端を位置決めすることを特徴とする請求項２記載のツールホルダ。
【請求項６】
前記冷却液通路は、前記シャンク本体の前記後端の冷却液供給口から開始することを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項７】
前記冷却液通路は、前記シャンク本体の前記側部の冷却液供給口から開始することを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項８】
前記少なくとも一つの冷却液排出口が、前記ポケット内に取り付けられるインサートの位置に向けられることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項９】
前記少なくとも一つの冷却液排出口が、前記ポケット内に取り付けられるインサートに向けられる複数の冷却液口で構成されることを特徴とする請求項８記載のツールホルダ。
【請求項１０】
前記ツールヘッドが前記シャンク本体の前記前端に形成されることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項１１】
前記ツールヘッドが前記シャンク本体に着脱可能に接続されることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項１２】
ａ）複数のツールホルダを収容するように仕切られた取り付けラックと、
ｂ）前記ラックに取り付けられるツールホルダと、を備え、
前記ツールホルダは、
１）貫通する中心線、前端、後端、および頂面を有する従来の方形シャンク本体を有し、
２）前記シャンク本体の前記前端から後方に延出するツールヘッドを有し、
３）前記シャンク本体の頂面から下方向に、且つ前記シャンク本体の前記前端から後ろ方向に、前記ツールヘッド内において延在するポケットであって、前記ポケットは前記シャンク本体の前記頂面から下方へ延出する壁を有するポケットを有し、
４）前記ポケットの一部は切削インサートを収容し、前記インサートの切削先端を所定の深さで前記ポケット内に配置するように適用され、前記所定の深さは前記シャンク本体の前記頂面より下方であり、
５）前記シャンク本体を通って前記ツールヘッドまで延在し、前記切削先端の前記所定の深さよりも上方の位置において前記ポケット壁を通じた少なくとも一つの冷却液排出口で終端する冷却液通路を有し、
６）前記方形シャンク本体の中心線に垂直な断面図として見た場合の側部の長さが１．２５インチ以下である、
ことを特徴とする工作機械アセンブリ。
【請求項１３】
少なくとも一つのツールヘッドのポケット内に取り付けられた切削インサートをさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の工作機械アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属加工作業に係り、より詳しくは、切削インサートをツールホルダ内の特殊な位置に固定することを可能とするように応用されたツールホルダおよびツールホルダアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの金属加工作業では、切削工具と被加工物との接触面において発生する高温や、接触面に絡み付く切屑に起因する切削工具や被加工物への損傷を防ぐために、切削工具と被加工物の接触面を冷却液で洗い流すことが望ましく、場合によっては必要である。しかし、被加工物に対する切削インサートの保持構成によっては、ツールホルダの外被を著しく変更せずにこの接触面領域に冷却液を効率的に散布することは不可能ではなくても困難であろう。
【０００３】
金属切削加工業において、回転動作を行う際の切削インサートを保持する最も一般的なハードウェアは、従来の方形シャンクツールホルダである。このツールホルダは、工作機械内に一般的に締め付けられる本体を有し、被締め付け部は同一長さの側部を画定する断面を有する。最も一般的な従来の正方形シャンクツールホルダ本体は、長さが１．２５インチ以下の側部を有し、以下、従来の方形シャンクツールホルダ本体と称する場合、各側部が１．２５インチ以下である被締め付け部を有する方形シャンクツールホルダ本体を指すものとする。このサイズは、コンパクトであるであるのみならず、多くの場所へのツールアクセスを可能とし、またサイズの大きいシャンクを有するツールホルダを収容できない多くの工作機械との併用を可能とする。従来の正方形シャンクツールホルダの中には、被締め付け部を超えて延出する前端を有し、この前端が被締め付け部より大きいことが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モジュール式ツールホルダでは、ツールヘッドに取り付けられた切削インサートの迅速な挿入および／または除去が可能である。しかし、内部ハードウェアがモジュールツーリングに関連しているために、モジュールツーリング用のツールホルダ本体は従来の方形シャンクツールホルダ本体より大きくなければならない。具体的には、モジュール式ツールホルダ本体の最小シャンクサイズは約１．５インチである。従って、モジュール式ツールホルダ本体はさらなる空間を占有し、別の方法で工作機械に固定されなければならない。
【０００５】
米国特許第６，２９９，３８８号には、冷却液を切削インサートへ下方向きに導くための、ツールホルダから上方へ延出するタワーを備えた従来の方形シャンクツールホルダが開示されている。このようなタワーの設置により、アセンブリは単なる方形シャンクツールホルダの外被と比べて著しく大きくなる。結果として、この構成はツールホルダの外被が従来の方形シャンクツールホルダの外被の大きさを上回らない各種用途に適していない。
【０００６】
米国特許第６,４４３，６７２号は、既述の如く、動作させるための追加のハードウェアを収容するために従来の方形シャンクツールホルダより大きくすることが必要となるホルダ２などのようなモジュール式ツールホルダを利用する切削工具に関する。その結果、モジュール式ツールホルダ用シャンクの幅は従来の同様の方形シャンクツールホルダのシャンク幅の２倍となりうる。
【０００７】
一般的に、従来の方形シャンク切削工具を用いる機械では、このようなツーリングに保持される切削インサートの切削エッジは方形シャンクの頂面と同一高さに配置される。例えば、図１は、頂面３を有する方形シャンクツールホルダ１と、方形シャンクツールホルダ１のポケット７に取り付けられた切削インサート５を示す。図１は、被締め付け部が方形であり、前端が大きくなっている従来の方形シャンクツールホルダの一例である。図１に示されたインサート５は割り出し可能であり、従って４つの側に使用可能な切削エッジを有していてもよい。本出願の目的では、切削エッジとは、ツールホルダ内に、被加工物と係合するように方向付けられた切削エッジをいう。切削エッジ８はその一例である。金属加工作業中に、切削エッジ先端９は、切削エッジ８において被加工物と係合する最初の部分であるように、ツールホルダ１内に位置されている。切削インサート５の主切削エッジ８は、ツールホルダ１の頂面３から延出するラインＬｌと重なるラインＬに沿って位置する。切削インサート５の切削エッジ先端９を方形シャンクツールホルダ１の頂面３と位置合わせすることは当該技術で慣行的に行われており、その結果、切削インサート５と被加工物の間の接触面に冷却液を導入しなければならない場合、上述したようなタワーが必要となる。しかし、上述したように、方形シャンクツールホルダ１にタワーを取り付けると、外被が多くの用途で許容可能な大きさより大きくなる。また、方形シャンクにタワーが取り付けられると、ツーリングにさらなる鋼および張出し長さが加わる。
【０００８】
ツールホルダポケットの壁を通じて冷却液が導入される、同様の作業用のモジュール式ツールホルダ構成が設計された。しかし、これらは中心線システムであり、図２に示されるように、そのようなツールホルダ１０は工作機械（図示せず）に取り付けられるフランジ１２に固定される。切削インサート１５はツールホルダ１０内のポケット１７に取り付けられる。切削インサート１５は切削エッジ１９を有する。切削インサート１５の切削エッジ１９は、この場合フランジ１２である、接続継ぎ目の中心線Ｌ４を通る面Ｌ３上に位置する。ツールホルダ１０は、切削インサート１５に対して冷却液を導くことのできるボアを受容するのに適した後部壁２０を有する。このようなシステムの利点の１つに、ＩＤ、ＯＤ機械加工に使用されるツールホルダ１０の回転用切削インサートと穿孔用切削インサートの互換性が挙げられるが、この構成の欠点は、サイズ上の制約により、このような中心線システムを小さな方形シャンクバイト外被に収容できない点にある。大部分のモジュール式ツールホルダは工作機械に適用されるためにダブル幅スロットを必要とする。すなわち、モジュール式ツールホルダ本体の幅は、同等の従来の方形シャンクツールホルダ本体の幅の２倍である。
【０００９】
米国特許第５，７１８，１５６号は、チタン部品を加工する過程に関する。当該特許の図１および図２に示されているように、正方形もしくは長方形のシャンクを有すると考えられるツールホルダは、シャンク内に凹部を形成するために、ツールホルダの頂面に位置する切削インサートを有する。しかし、クランプ（カラー２）は、インサートを所定位置に保持し、同時に先端の切削エッジに対しクランプを通じて冷却液を導くように、凹部内に固定される。このシステムはかなり複雑であるのみならず、ポケット内の凹部はクランプに必要なスペースを収容すべく相当な深さを有する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一の実施形態において、ツールホルダは、貫通する中心線、前端、後端、および頂面を有する従来の正方形シャンク本体を含む。ツールヘッドはシャンク本体の前端から後方に延出する。ポケットは、シャンク本体の頂面から下方向に且つシャンク本体の前端から後ろ方向に、ツールヘッド内において延在し、ポケットはシャンク本体の頂面から下方へ延出する壁を有する。ポケットの少なくとも一部は切削インサートを収容し、インサートの切削先端を所定の深さでポケット内に配置するように適用されており、所定の深さはシャンク本体の頂面より下方である。冷却液通路は、シャンク本体を通ってツールヘッドまで延在し、切削先端の所定の深さよりも上方の位置においてポケット壁を通じた少なくとも一つの冷却液排出口で終端する。
【００１１】
第二の実施形態は、ツールホルダラックアセンブリに関する。該アセンブリは、複数のツールホルダを収容すべく仕切られた取り付けラックを含む。少なくとも１つのツールホルダは、貫通する中心線、前端、後端、および頂面を有する従来の方形シャンク本体と、シャンク本体の前端から後方に延出するツールヘッドと、を含む。ポケットは、シャンク本体の頂面から下方向に且つシャンク本体の前端から後ろ方向に、ツールヘッド内において延在する。ポケットはシャンク本体の頂面から下方へ延出する壁を有する。ポケットの少なくとも一部は切削インサートを収容し、インサートの切削先端を所定の深さでポケット内に配置するように適用されており、所定の深さはシャンク本体の頂面より下方である。冷却液通路は、シャンク本体を通って、切削先端の所定の深さよりも上方の位置においてポケット壁を通じた少なくとも一つの冷却液排出口で終端する。
【００１２】
本発明のさらなる特徴およびそこから生ずる利点は、図面を参照して行われる以下の詳述より明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図３から図７は、本発明に従ったツールホルダの一つの実施形態を様々な見方で示している。ツールホルダ１００は、貫通する中心線１０７、前端１１０、後端１１３および頂面１１５を有するシャンク本体１０５を含む。ツールヘッド１２０は、シャンク本体１０５の前端１１０から後方に延出する。ポケット１２５は、シャンク本体１０５の頂面１１５から下方向に且つシャンク本体１０５の前端１１０から後ろ方向に、ツールヘッド１２０内において延在する。ポケット１２５はシャンク本体１０５の頂面１１５から下方へ延出する壁１２８を有する。図４の断面図に示されるように、ツールホルダ１００は、工作機械内における被締め付け部が正方形である従来の方形シャンクツールホルダである。
【００１４】
用語「ツールヘッド」は、シャンク本体から取り外し可能なツールヘッド、あるいは方形シャンク本体内に直接形成された方形シャンクツールホルダの一部を指してもよい。
【００１５】
ポケット１２５の少なくとも一部は、切削インサート１３０を収容し、且つインサート１３０の切削エッジ１３３の先端１３１をポケット１２５内の所定深さＤに位置決めするのに適している。所定深さＤはシャンク本体１０５の頂面１１５より下方である。これは本発明の重要な特徴であり、この特徴は、サイズが１インチ以下でありスイス式マシンに用いることのできる非中心線ツーリングのような極めて小さいツールホルダにおいて最も有用である。
【００１６】
スイス式マシンは、静止状態を維持する関連ツールホルダを有する工作機械である。回転被加工物は、金属加工作業を開始するために、静止ツールホルダに対し割り出される。このような工作機械の多用途性のため、インサートの切削エッジをツールホルダの頂部と同一平面となるように位置決めする必要がない。その結果、切削インサート１３０の先端１３１はツールホルダ１００の頂面１１５よりも低い位置となり、割り出される被加工物は切削インサート先端１３１に対して適切に位置してもよい。このような柔軟性があるため、切削インサート１３０を支持するツールホルダ部１０２（図６参照）が切削インサート１３０に付与されうる力を支持する十分な材料を有していなければならないという制限はあるが、ポケット１２５の壁１２８はツールホルダ１００の頂面１１５から可能な限り下降した位置にあってもよい。
【００１７】
冷却液通路１４０はシャンク本体１０５を通ってツールヘッド１２０まで延在し、切削エッジ１３３の所定深さＤの上の位置でポケット壁１２８を通った少なくとも１つの冷却液排出口１４３で終端する。図３から図７に図示されるように、ツールホルダ１００前端を超えるシャンク本体１０５は正方形である。その結果、シャンク本体１０５は図１に示すツールホルダ１のような従来の方形シャンクツールホルダの外被と同様の外被内に嵌合する。
【００１８】
切削インサート１３０はポケット１２５内に取り付けられる。ポケット１２５は、切削先端１３１をシャンク本体１０５の中心線１０７からオフセットするように形成されてもよい。この構成は、図７に最もよく示される。これらの状況の下では、シャンク本体１０５は側部１０６を有し、ポケット１２５は切削インサート１３０の先端１３１がシャンク本体１０５の側部１０６と同じ高さとなるように切削インサート１３０を方向つける。
【００１９】
別の実施形態において、図８に図示されるように、ポケット１２５は、切削インサート１３０が平面視でシャンク本体の中心線１０７と位置合わせされるように切削インサート１３０を位置決めする。
【００２０】
冷却液通路１４０はシャンク本体１０５の後端１１３における冷却液供給口１４５（図６参照）で開始する。冷却液通路１４０は、シャンク本体１０５の長さにわたって、ツールヘッド１２０へ向かって冷却液排出口１４３に至ってもよい。ツールヘッド１２０は、シャンク本体１０５に着脱可能に接続されてもよく、この場合、冷却液通路１４０は、ツールヘッド１２０とシャンク本体１０５の間の移行部分に位置合わせされる必要がある。さらに、図６に示されるようにシャンク本体１０５の側部１０６における冷却液供給口１４７を通じて冷却液を導入することが可能である。図６の冷却液供給口１４７は、あくまでこのような供給口の設置可能位置の例として示され、ツールヘッド１２０への流体の輸送に必要な内部通路は示されていない。
【００２１】
図３および図４には単一の冷却液排出口１４３が示されているが、ツールヘッド１２０は、ポケット１２５の壁１２８内の選択された位置に複数の冷却液排出口を含んでいても構わない。これらの多数の冷却液排出口１４３は、対向端部切削ユニット、ニュートラルツーリングおよびクイックチェンジタイプの締め付けユニットの半径方向の方向付けに利用されてもよい。この結果、ツールホルダは異なる切削エッジ位置を対応できる。切削インサート１３０の先端１３１をツールホルダ１００の頂面１１５よりも下に位置することを可能とすることで、張出し長さをより短くでき、既存の従来の方形シャンク外被内に嵌合されるツールホルダ１００中のツールを通る冷却液を提供することが可能となる。
【００２２】
図３および図４に図示されたツールヘッド１２０は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，７８６，１１９号の「ツールホルダアセンブリ」に記載されているような、クイックチェンジカップリングによって、シャンク本体１０５の残りの部分から着脱可能である。米国特許第６，７８６，１１９号の内容は、参照によって本願明細書に盛り込まれる。なお、当該特許には特定タイプのクイックコネクトカップリングが記載されているが、本発明と併用可能な別のタイプのクイックコネクトカップリングを提供する別の製造業者もあることから、本発明はこの特定のタイプに限定されない。
【００２３】
なお、図３から図７に図示されたツールホルダ１００は取り外し可能なヘッド１２０を有するが、ツールホルダ１００のシャンク本体１０５は、その前端においてポケットとこのポケットに挿入されたインサートを有する連続した部品であってもよい。上記実施形態は、切削インサート１３０が取り付けられるカッターポケット１２５を備えたツールヘッド１２０を有する従来の方形シャンクツールホルダ１００であった。図９は、上記ツールホルダ１００が等間隔に装着可能なツールホルダラック２０５を示している。ラック２０５は、特にスイス式工作機械に適用され、これにより、被加工物がツールホルダ１００のうちの１つに対し配置される。
【００２４】
各ツールホルダ１００は、金属加工業における当業者には周知のくさびのような機構により取り付けラック２０５に固定される。ツールホルダ１００は互いに一定間隔で配置される。
【００２５】
冷却液排出口３４３はポケット３２５内に取り付けられたインサート３３０の切削エッジ３３３に対して冷却液の流れを導くように方向つけられる。
【００２６】
本発明を通じて、冷却液は、中実なシャンクの前端にポケットを有するツールホルダ、もしくは接続部を有する着脱可能な接続ヘッドを利用するツールホルダを通じて容易に送液されうる。この構成によりアセンブリ内における冷却液のシーリングを簡単に行うことができ、こうした特徴は、小さいサイズのツールホルダアセンブリにおいて特に重要である。さらに、インサートエッジ面の深さは、インサートのエッジに最適な冷却液の流れを供給するように選択できる。これは、ポケット深さを調節することにより相当に直接且つ簡単な方法で行うことができる。本発明により示された特徴を用いることで、冷却液排出口が切削インサートの至近距離に位置するため、冷却液の流動方向が単純化され、これにより、冷却液排出口が冷却液を切削インサートに向けて直接に導き、冷却液排出口の「目標」角度が大幅に単純化される。
【００２７】
本願明細書中に引用された文献、特許および特許出願は、参照によって本願明細書に盛り込まれる。
【００２８】
本発明が特定の実施形態に関して説明されたが、これはあくまでも説明であり限定ではなく、添付の請求の範囲は従来技術の許容範囲と同様に広義に解釈されるべきであることが理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】方形シャンクツールホルダの斜視図である。
【図２】モジュール式ツールホルダアセンブリの側面図である。
【図３】本発明に従ったツールホルダの斜視図である。
【図４】図３に示すツールホルダの分解斜視図である。
【図５】図３に示すツールホルダの１８０度回転させた分解斜視図である。
【図６】図３に示すツールホルダの側面図である。
【図７】図３に示すツールホルダの平面図である。
【図８】図３から図７に示すツールホルダの別の実施形態の平面図である。
【図９】本発明に従った複数の方形シャンクツールホルダ用の取り付けシステムの斜視図である。
【図１】
2008540152.tif 000002
【図２】
2008540152.tif 000003
【図３】
2008540152.tif 000004
【図４】
2008540152.tif 000005
【図５】
2008540152.tif 000006
【図６】
2008540152.tif 000007
【図７】
2008540152.tif 000008
【図８】
2008540152.tif 000009
【図９】
2008540152.tif 000010
【国際調査報告】
2008540152.tif 000011