(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基部と複数の支持側面とから構成される少なくとも一つの植刃受容ポケットを持つ工具ホルダと、
（ｂ）前記ポケット内に受容可能な第一の植刃と、
（ｃ）前記第一の植刃に代えて前記ポケット内に受容可能な第二の植刃とからなるモジュール式切削工具アセンブリであって、
前記第一の植刃は、刃先に囲まれた上面、下面、そして外周側面を持ち、前記外周側面は、前記上面および下面の中心を通って上下に延びる第一の中心軸に直角な第一の断面の周囲形状のうち前記第一の植刃の下部を通る下部断面が、前記第一の中心軸を中心とする回転対称位置にあるｍ×ｎ個（但し、ｎ≧３及びｍ≧２）の突端点がそれぞれ隣の前記突端点に結合された回転対称な当接面形状を有して嵌込み形状を示すように形成されており、前記第一の植刃は前記ｍ×ｎ個の当接面が前記支持側面と当接することによりｍ×ｎ個の角度位置で前記工具ホルダにより保持可能であり、
前記第二の植刃は、刃先に囲まれた上面、下面、そして外周側面を持ち、前記外周側面は、前記上面および下面の中心を通って上下に延びる第二の中心軸に直角な第二の断面の周囲形状が、前記第二の中心軸を中心とする回転対称位置にあるｎ個（但し、ｎ≧３）の突端点がそれぞれ隣の前記突端点に結合された回転対称な当接面形状を有し、前記第二の植刃は前記ｎ個の当接面が前記支持側面と当接することによりｎ個の角度位置で前記工具ホルダにより保持可能であることを特徴とするモジュール式切削工具アセンブリ。
【請求項２】
前記第一の植刃の前記外周側面は、前記中心軸に直角で、前記上面の近位において前記第一の植刃を通る上側断面が、非嵌込み形状を示すように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式切削工具アセンブリ。
【請求項３】
前記上側断面が、ｍ×ｎ辺を持つ規則的な多角形にほぼ対応する請求項２に記載のモジュール式切削工具アセンブリ。
【請求項４】
前記上側断面がほぼ円形である請求項２に記載のモジュール式切削工具アセンブリ。
【請求項５】
前記第二の植刃の前記外周側面は、前記下面に近い点において前記中心軸に直角に前記第二の植刃の下部を通る下側断面が、嵌込み形状を示すように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモジュール式切削工具アセンブリ。
【請求項６】
前記第二の植刃の前記下側断面が、
回転対称となるｎ個の前記当接形状のそれぞれに前記外側側面から外方に突き出す支持突出部を有し、
前記支持突出部は、前記第二の植刃に対して前記突出部を前記中心軸の周りに３６０度／ｎ以下の角度で回転させたときに、前記突端点の輪郭の幾何学的なマッピング形状の下で、前記支持突出部がこの輪郭を超えて延びるように形成されていることを特徴とする請求項５に記載のモジュール式工具アセンブリ。
【請求項７】
前記突端点がｎ辺の規則的な多角形の角の部分にほぼ対応する請求項６に記載のモジュール式切削工具アセンブリ。
【請求項８】
前記第二の植刃の前記外周側面は、前記中心軸に直角で、前記上面の近位において前記第二の植刃を通る上側断面が、非嵌込み形状を示すように形成されていることを特徴とする請求項６に記載のモジュール式切削工具アセンブリ。
【請求項９】
前記ポケットの前記複数の支持側面が、第一、第二及び第三の支持側面を含み、これらの支持側面は、前記ポケットの中心軸の周りに角度的に間隔が決められると共にこの中心軸からほぼ等距離に位置し、前記ポケットが、さらに、
（ａ）前記第一及び第二の支持側面間に位置する第一の側面中空部、および
（ｂ）前記第二及び第三の支持側面間に位置する第二の側面中空部を含み、
前記第一及び第二の側面中空部は、前記軸の周りに３６０度／（ｍ×ｎ）だけ回転させたときの前記第一及び第二の支持側面の幾何学的なマッピング形状が、各々前記第一及び第二の側面中空部内に来るように形成されていることを特徴とする請求項１のモジュール式切削工具アセンブリ。
【請求項１０】
前記の第一、第二及び第三の支持側面により、各々第一、第二及び第三の平面を定義したときに、前記第一の平面は、前記第二の平面に対して、前記軸の周りに３６０度／ｎだけ回転した関係にある請求項９に記載のモジュール式切削工具アセンブリ。
【請求項１１】
前記第二及び第三の平面が、同一平面上に位置する請求項１０に記載のモジュール式切削工具アセンブリ。
【請求項１２】
ｎ＝４、そしてｍ＝２である請求項１に記載のモジュール式切削工具アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
発明の分野及び背景
本発明は切削工具に関する。特に、回転対称形状が異なる植刃を単一の工具ホルダに取り替えて用いることが可能なモジュール式切削工具アセンブリに関する。
植刃は、種々の硬質な材料から、円形、多角形あるいは回転対称に形成され、切削工具の工具ホルダのポケットに取り付けて用いられている。機械加工（丸削り、フライス削り等）では、通常、利用可能な刃先の一部分のみが実際に工作物を切削する。この部分の程度は切り口の深さに依存する。規則的な（例えば多角形の）植刃において、割出し可能な刃先の部分を用いる場合、植刃は、全く新しい刃先が提示されるように割り出される。
多角形の刃先を持つ植刃を正しく用いるには、使用中に生じる切削力に耐えるように、すなわち回転しないように植刃をポケット内に固定する必要がある。従来の方法では、植刃固有の多角形状から得られる当接面が用いられる。しかしながら、特にトルクの大きな用途、あるいは多数の側面を持つ多角形である場合には、この固有当接形状を利用するだけでは、切削力から生じるトルクに耐えるには不十分である。
円形の刃先を持つ植刃は、回転対称がある。このため、理論的には連続的に、あらゆる角度位置において割出しを行い、実際に観察した摩耗に適応させることができる。しかしながら、実際は、円形の植刃も、等シフト角度で角度的に間隔が定められた別個の割出位置での使用に限定されている。この割出位置間の角度シフトを植刃の「角ピッチ」と呼ぶ。
丸い植刃を最適に使用するために、切削加工中に植刃が割出位置から回転することがないようにし、刃先の定めた部分に摩耗を限定することが望ましい。これによって、刃先を置き直したときに新たに向く刃先の部分が、未使用状態であることが保証される。
円形の植刃を回転に対して固定するための、多くのデザインが提案されている。それらのデザインは二つのタイプ、すなわち「座へのピン止め」と「側面の当接」に分類できる。
座へのピン止めのデザインの例としては、フルエキゲル（Flueckiger）氏の米国特許第５,２３６,２８８、そしてサタシュコ（Stashko）氏の欧州特許公報第３００,１７２号がある。
側面当接のデザインの例としては、レシグノ（Rescigno）氏の米国特許第５,３４６,３３６号がある。これら全てのデザインは、接触面のサイズ、位置及び方向が不十分であるため、トルク抵抗性能が限られているという欠点がある。
上記の議論から明らかであるが、植刃の有効な抑制の必要性は、通常、刃先の形状によってかなり特定される。したがって、植刃の各タイプ、三角形、長方形、正方形あるいは円形に対して、対応するポケット形状を持つ専用の工具ホルダがデザインされている。その結果、多くのタイプの植刃を用いるは、多数の工具ホルダを用意し、それらを保存しなければならいため、出費が伴う。また、切削作業に応じて全工具を交換しなければならないという余分な作業が必要である。
これらコスト及び作業を減らす目的で、交換可能なカートリッジに基づくモジュール式のシステムが開発された。このようなシステムの例としては、サンドヴィック・コロマント社（SANDVIK  Coromant）からモジュルミル（Modulmill）システムが、そしてモンタンベルケ・ウォルタ社（Montanwerke Walter GmbH）からノヴェクス（NOVEX）Ｆ２０１０システムが市販されている。これらのシステムは、各々、特定な植刃に適する締め付け形状を持つポケットを提供する交換可能なアダプタ・カートリッジを用いている。これらのシステムは、主工具ホルダに、異なるタイプの植刃を用いることを可能にするが、カートリッジの取り換えには、不経済な分解及び組立作業が必要である。
したがって、単一の工具ホルダ・ポケット内において、異なる数の割出位置を持つ多数の植刃を交互に使用することを可能にするモジュール式切削工具アセンブリが必要である。また、このようなアセンブリに用いるための植刃及び工具ホルダが必要である。
発明の要約
本発明は、種々の異なる割出位置数あるいは異なる刃先形状を持つ植刃を、一般的な工具ホルダのポケット構造内に交互に用いることが可能なモジュール式切削工具アセンブリを提供する。
本発明の一つの局面によれば、植刃受容ポケットは、外接「三点」位置決めを行う支持構造を提供するように構成される。
さらに、本発明の特徴によれば、比較的に少ない対称性を持つ植刃には、植刃の割出しが、不適当な角度位置で、誤って行われることを防止するための突出部が設けられる。
本発明の割出可能な植刃によって、単一サイズ、そして単一形状の工具ホルダに用いるための調和のある交換可能な植刃セットの一部を構成してもよい。本発明の植刃及び受容ポケットは、限定せずに、フライス、ブローチ、丸削りバイト等の多くの用途に大変有利である。
一つの実施例においては、本発明は、複数の別個の当接面を持つ割出し可能な植刃を提供する。この構成の場合、これら複数の当接面の三面だけが、常時用いられる。
本発明によれば、（ａ）基部と複数の支持側面とを持つ少なくとも一つの植刃受容ポケットを含む工具ホルダと、（ｂ）ポケット内に受容可能な第一の植刃と、（ｃ）第一の植刃に代えてポケット内に受容可能な第二の植刃とからなるモジュール式切削工具アセンブリが提供される。第一の植刃は、刃先に囲まれた上面、下面及び外周側面を持ち、この外周側面は、上面および下面の中心を通って上下に延びる第一の中心軸に直角な第一の断面の周囲形状のうち第一の植刃の下部を通る下部断面が、第一の中心軸を中心とする回転対称位置にあるｍｘｎ個（但し、ｎ≧３及びｍ≧２）の突端点がそれぞれ隣の突端点に結合された回転対称な当接面形状を有して嵌込み形状を示すように形成されており、第一の植刃はｍｘｎ個の当接面が支持側面と当接することによりｍｘｎ個の角度位置で工具ホルダにより保持可能になっている。第二の植刃は、刃先に囲まれた上面、下面及び外周側面を持ち、外周側面は、上面および下面の中心を通って上下に延びる第二の中心軸に直角な第二の断面の周囲形状が、第二の中心軸を中心とする回転対称位置にあるｎ個（但し、ｎ≧３）の突端点がそれぞれ隣の突端点に結合された回転対称な当接面形状を有し、第二の植刃はｎ個の当接面が支持側面と当接することによりｎ個の角度位置で工具ホルダにより保持可能になっている。
さらに、本発明の特徴によれば、第一の植刃の外周側面は、中心軸に直角で、上面の近位において第一の植刃を通る上側断面が、非嵌込み形状を示すように形成される。
さらに、本発明の特徴によれば、上側断面は、ｍｘｎ辺を持つ規則的な多角形にほぼ対応する。
さらに、本発明の特徴によれば、上側断面はほぼ円形である。
さらに、本発明の特徴によれば、第二の植刃の外周側面は、下面に近い点において中心軸に直角に第二の植刃の下部を通る下側断面が、嵌込み形状を示すように形成される。
さらに、本発明の特徴によれば、第二の植刃の下側断面が、回転対称となるｎ個の当接形状のそれぞれに外周側面から外方に突き出す支持突出部を有し、この支持突出部は、第二の植刃に対して突出部を中心軸の周りに３６０度／ｎ以下の角度で回転させたときに、突端点の輪郭の幾何学的なマッピング形状の下で、支持突出部がこの輪郭を超えて延びるように形成される。
さらに、本発明の特徴によれば、突端点がｎ辺の規則的な多角形の角の部分にほぼ対応する。
さらに、本発明の特徴によれば、第２の植刃の外周側面は、中心軸に直角で、上面の近位において第二の植刃を通る上側断面が、非嵌込み形状を示すように形成される。
さらに、本発明の特徴によれば、ポケットの複数の支持側面が、第一、第二及び第三の支持側面を含み、これらの支持側面は、ポケットの中心軸の周りに角度的に間隔が決められると共にこの中心軸からほぼ等距離に位置し、このポケットが、さらに、次のものを含む。（ａ）第一及び第二の支持側面間に位置する第一の側面中空部。そして（ｂ）第二及び第三の支持側面間に位置する第二の側面中空部。この場合、第一及び第二の側面中空部は、軸の周りに３６０度／（ｍｘｎ）だけ回転させる第一及び第二の支持側面の幾何学的なマッピングが、各々第一及び第二の側面中空内に現れるように形成される。
さらに、本発明の特徴によれば、第一第二及び第三の支持側面は、各々、第一、第二及び第三の平面を定義する。この場合、第一の平面は、第二の平面に対して、軸の周りに３６０度／ｎだけ回転した関係にある。
さらに、本発明の特徴によれば、ポケットの第二及び第三の平面は、同一平面上に位置する。
さらに、本発明の特徴によれば、ｎ＝４、そしてｍ＝２である。
【図面の簡単な説明】
本発明を、次の添付図面を参照しながら実施例を用いて説明する。
図１Ａは、本発明によって構成され操作可能な、丸い刃先を持つ第一の植刃の斜視図である。
図１Ｂは、図１Ａに示す植刃の側面図である。
図１Ｃは、図１ＢのＩ−Ｉ矢視による断面図である。
図１Ｄは、図１Ｃの線分ＩＩ−ＩＩによる側面断面図である。
図１Ｅは、図１Ａに示す植刃の上面図である。
図２Ａは、本発明による幾何学的な創成切片を概略的に表し、本文の説明において言及する特定な角の定義を示すものである。
図２Ｂは、本発明によって構成した植刃を通る断面の形状を概略的に表すものである。この形状は、図２Ａに示す創成切片を回転させてコピーすることによって作成される。
図３は、本発明によって構成した工作機械の切削工具の部分分解斜視図である。工具ホルダのポケット内には、図１Ａに示す四つの植刃が取り付けられている。
図４は、図３に示す工具ホルダのポケットの一つを拡大した斜視図である。
図５は、図４に示すポケット内における、図１Ａに示す植刃の当接状態を示す水平断面図である。
図６は、図５の線分ＶＩ−ＶＩによる部分的な垂直断面図であり、図１Ａに示す植刃と、図４に示すポケットの一つの支持面との接触形状を示す。
図７Ａから図７Ｅは、本発明によって構成されて操作が可能な、多角形の刃先を持つ第二の植刃の、各々図１Ａから図１Ｅに類似する図である。
図８Ａは、本発明によって構成されて操作が可能な第三の植刃の斜視図である。この植刃は、少ない割出位置で図４のポケット内に取り付けが可能である。
図８Ｂは、図８Ａの植刃の側面図である。
図８Ｃは、図８Ａの植刃の側面断面図である。
図８Ｄは、図８Ａの植刃の上面図である。
図８Ｅは、図８Ａの植刃の底面図であり、植刃の当接側面の形状を強調するために、作図線が加えられている。
図８Ｆは、図８Ｅに同様な図であり、植刃の側面支持突出部の形状を、図１及び図７の植刃の高回転対称形状に比較するために、作図線が加えられている。
図９Ａは、本発明によって構成されて操作が可能な第四の植刃の斜視図である。この植刃は、少ない割出位置で図４のポケット内に取り付けが可能である。
図９Ｂは、図９Ａの植刃の側面図である。
図９Ｃは、図９Ａの植刃の側面断面図である。
図９Ｄは、図９Ａの植刃の上面図である。
図９Ｅは、図９Ａの植刃の底面図であり、植刃の当接側面の形状を強調するために、作図線が加えられている。
図９Ｆは、図９Ｅに同様な図である。植刃の側面支持突出部の形状を、図１及び図７の植刃の高度回転対称形状に比較するために、作図線が加えられている。
図１０及び図１１は、各々、図４のポケットに正確に取り付けられた状態にある、図８Ａ及び図９Ａの植刃の当接形状及び切込み角を示す図５に同様な図である。
図１２及び図１３は、各々、図４のポケット内に図８Ａ及び図９Ａの植刃を誤って取り付けた状態をを示す図１０及び図１１に同様な図である。
図１４は、図８Ａの植刃を、凹んだ刃先形状を持つように変形させたものの底面図である。
図１５は、三角及び六角対称形状を持つ植刃のセットの当接形状を示す概略的な水平断面図である。
図１６は、五角及び十角対称形状を持つ植刃のセットの当接形状を示す概略的な水平断面図である。
好適実施例の説明
本発明は、高トルクに対向する当接面を形成した外周側面を持つ円形及び多角形の植刃と、これに対応する植刃受容ポケットを持つ工具ホルダとを用いるモジュール式切削工具アセンブリに関する。当接面を効果的に配置することによって、任意の形状のポケット内には、割出位置数が異なる、そして切込み角が異なる植刃のセットの使用が可能になる。
本発明による切削工具アセンブリ、その構成要素である植刃及び工具ホルダの原理及び作用は、図面及びその説明文から明確に理解することができる。
さて、図面を参照する。図１Ａから１Ｅに、本発明によって構成した植刃の第一実施例を示す。この植刃は、全体して１０と符号が付けられている。
通常、植刃１０は、刃先１４によって境界が定まる上面１２、基部１６及び外周側面１８からなる。外周側面１８の形状は植刃１０の高さに沿って変化する。外周側面１８の最上部に近い部分では、刃先１４に対する支持部を提供するために、刃先の円形あるいは多角形の形状に順応している。植刃１０の低い部分では、外周側面１８は、溝等の凹部を持つ横方向の当接面を提供するように形成されることが好ましく、ある場合には山形の溝を設けることが好ましい。この後者の可能性によって、下側の断面形状を、ｎ個の突端を持つ星形に例えることが可能である。
明細書及び請求項で用いる用語「ｎ個の突端を持つ星形」とは、各点が、内向きの山形、すなわち「Ｖ形状」によってその隣の点に結合される、最も外側にｎ個の点を持つ回転対称な形状に言及する。図２Ｂに五つの突端を持つ星形の例を示す。下記により詳細に説明するが、突端そして／あるいは山形の基部が平らに形成されることもあるので、本発明における特定の植刃の下側外周側面は、「約」あるいは「ほぼ」ｎ個の突端を持つ星形と表現される。
本発明は、回転対称な刃先を持つ植刃に対して広範囲に適用できる。用語「回転対称」は、少なくともｎが３である３６０度／ｎの角度での回転下で不変である形状に言及するために、この説明文及び請求項に用いられる。この定義による用語は、直線の辺からなる、あるいは直線や曲線部分のより複雑な組合せから構成されるかどうかにかかわらず、三つ以上の辺を持つ規則的な多角形を含む。また、用語は、円形をも含み、反復パターンを基本的な形状の上に重ねた前述の形状の変種をも含む。このようなパターンの例としては、鋸歯状、扇形、あるいは波形の刃先がある。本発明における植刃の対称とは、特定しない限り、当接面形状の対称に言及し、この場合、刃先は、当接面に同等な、あるいは高度な対称形状をを示してもよい。
回転対称及びｎ個の突端を持つ星形のどちらも、鏡映下での対称を暗示するものではない。特定の切削用途において、主に一方向にのみトルクが生じる場合、本発明の構成は、主要なトルク成分に対向する当接面を持つ非対称な形状であってもよい。しかしながら、これら両ケースに対して、中心軸の周りのトルクに対向するための、対称な実施例を用いて本発明の説明を行う。
明細書及び請求項においては、植刃の中心軸に言及するが、この軸は刃先が回転対称を示す軸である。また、植刃の「頂部」及び「底部」にも言及するが、その場合、植刃は、刃先を上方に、そして基部を下向きにして、軸が垂直な状態で取り付けられているものとする。
下記に詳細に説明するが、当接面を効果的に配置することによって、高度な対称形状を持つ植刃を受容するようにデザインされたポケット内に、低対称度の植刃をも用いることが可能になる。
本文及び請求項においては、嵌込み及び非嵌込み形状に言及するが、用語「凹部」は、凹形状あるいは凹面、または中空な形状あるいは面の一部を示す。より正確には、凹部は、形状あるいは面の隣接部分を結ぶ仮想直線内に位置する形状あるいは面の一部であると識別でき、逆に、どの部分にも、このような定義の凹部を持たない形状を「非嵌込み」形状と呼ぶ。したがって、ｎ個の突端を持つ星形の山形は、ここに定義する「凹部」を形成するが、規則的な多角形は、非嵌込み形状として分類される。
さて、植刃１０の特徴をより詳細に説明する。この例では、上面すなわちすくい面１２は、刃先１４によって外周が定まり内向きに傾斜する外周環状部２０、そして植刃１０の軸に直角で平らな内周環状部２２を含む。
さらに、上面１２は、陥凹あるいは隆起パターン等のチップ制御機能を含んでもよい。そのような可能性の一つを図１Ｅに示す。この場合も、植刃は、上面に設けられた符号や他の特徴が、ここに定義した対称形に当てはまらなくても、回転対称形であると見なす。
図１Ｄに最も良く示すが、内周環状部２２は、内端において、標準の皿小ねじ型締付けねじ（図示せず）を通すための中央基準孔、すなわち「部分的に円筒状の」孔２６の円筒延長部２４に交差する。工具ホルダ内に植刃１０を締め付けるために用いる特定なクランプ技術は、本質的に本発明の一部をなすものではない。本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々なクランプ技術を用いてもよい。
さて、本発明の好ましい植刃の特徴である外周側面１８について説明する。外周側面１８は、中心軸に対して直角で、そして上面１２に近い、植刃を通る第一の断面が、非嵌込み形状を区画しないように形成されている。これに対して、基部１６に近い、中心軸に直角な植刃を通る第二の断面は、ｎ倍の回転対称を示し、中心軸の周りのトルクに対向するための当接面を提供する凹部を含む。
このため、外周側面１８は、植刃１０の高さに沿って、少なくとも二つ、通常三つの部分に分割してもよい。刃先１４に隣接する第一の部分は、逃げ側面２８を示し、非嵌込み断面形状を持つ。外周側面１８の下部はリブ付き側面３０を形成し、このリブ付き側面３０が、下記に説明するが、移行側面部３２によって逃げ側面２８に結ばれることが好ましい。移行側面部３２は、これら二つの形状間に緩やかな移行を提供する。これらの部分には、中心軸の周りのトルクに対向するための当接面が設けられる。
逃げ側面２８は、典型的に、使用刃先の形状に対応する。したがって、植刃１０においては、逃げ側面２８は、円形の刃先に対応する円形断面を持つ円錐切頭体の形状になっている。したがって、中心軸に直角な、逃げ側面２８の断面形状は、寸法が高さに応じて幾分変化するが、高さ全体においてほぼ一定な形になる。逃げ側面２８は、刃先１４から下方へ、少なくとも植刃１０の高さの約１０分の１だけ延びることが好ましい。
逃げ側面２８は、通常、植刃１０の中心軸に対して鋭角ψに傾斜する。角ψは、一般的に、植刃の「主直角逃げ角」を示し、約２０度以下が好ましく、通常約７度である。負の植刃に対しては、逃げ側面２８が円筒状になるように、角ψは約０度であってもよい。
さて、リブ付き側面３０の特徴をより詳細に説明する。これは、隆起したリッジ３６間に溝３４が形成された角錐切頭体のリブ付き面として具現されることが好ましい。また、溝３４は山形の断面を持つことが好ましい。
リブ付き側面３０は、基部１６から、図１Ｂにおける平面Ｉ−Ｉで示す植刃の軸に直角な平面まで延びている。リブ付き側面３０は、植刃の高さの少なくとも約８分の１だけ延びることが好ましい。通常は少なくとも約４分の１である。しかし、移行側面３２のデザインに応じ、リブ付き側面３０は、外周側面１８の高さの大部分を占めてもよい。
リブ付き側面３０は、各々峰があるｎ個のリッジ３６を持つものと見なすことができ、各峰は、一対の平らな反対方向に傾斜する当接側面３８に滑らかに融合している。隣接するリッジは、隣り合う当接面３８が滑らかに交差する根元領域４０で接合する。リッジ数は、植刃の利用可能な割出し位置の数に等しい。円形の刃先に対して、ｎは少なくとも５であることが好ましい。通常は８以上である。
図２Ａ及び図２Ｂを手短かに説明する。これらの図は、ここにｎ＝５で示すリブ付き側面３０の断面が、二等分半径の両側に対称な脚を持つ凹状の山形である「創成切片」（図２Ａ）を、ｎ−１回の回転コピーによって、ｎ個の突端を持つ星形（図２Ｂ）に定義できることを示すものである。創成切片は、３６０度／ｎに等しい中心ピッチ角βに対応する。
下記にさらに論じるが、植刃１０の好適実施例の特徴は、二つの離れた当接面３８に共平面性がある（すなわち、二つの離れた当接面３８が同一平面上に位置する関係にある）ということである。単純な例としてはｎ＝８であり、これは、創成切片の対称な脚が、二等分半径に対する角γが（９０度−β／２）に等しくなるように形成されることによって達成される。対応する角αは（９０度−β）に等しい。したがって、この八つのコーナのある例では、α＝４５度、β＝４５度、そしてγ＝６７．５度である。より多くの角が用いられる場合、共平面（すなわち、同一平面上に位置する二つの離れた平面）は、二つ以上のリッジを挟んで離れて存在する。
さらに、植刃１０の好適実施例の特徴は、二つの離れた当接面３８が、軸に直角な、植刃１０を通る断面に対して直角に交差するということである。面自体は、リブ付き側面３０にテーパがあるために、直角からずれることもあるが、説明の便宜上、そのような面を「直角な当接面」として言及する。この要求は、単純な幾何学上の条件によって定義されるもので、一例としては、上記の八つのコーナのある植刃の角によって提供される。さらに、少なくともいくつかの相互に直角な当接面は、ｎが４の倍数である場合に発生する。
望ましいケースでは、リブ付き側面３０は、理想的には角錐切頭体である。これは、他の意味もあるが、すべての当接側面３８が、図１Ｂに示すように、植刃１０の軸に対して同じ角度ηを形成することを意味する。直接的な結果として、各リッジ３６の側面３８の対が交差する想像直線は、上記に定義したような理想的な星形多角形の横断面の、配列されたコーナを通過し、基部に対する直角線と角φを形成する。角φは、α及びηの関数であって、φ＝Ｔａｎ-1［ｓｉｎ（α）ｔａｎ（η）］で与えられる。角φは、最上部の逃げ側面部２８に関する逃げ角ψよりも大きい。圧力角αが９０度よりも小さいならば、φ＞ηである。当然、理想的な星形多角形の横断面のすべては、互いに相似である、すなわち、尺度を変化させるだけよい。
図１Ｃは、図１Ｂの平面Ｉ−Ｉ断面、すなわちリブ付き側面３０と移行側面３２との接合部におけるリブ付き側面３０を示す。リブ付き側面３０の星形多角形状は、理想的な形状から、リッジ３６及び根元領域４０が切り落とされ、そして／あるいは丸くされて修正されている。実際、本体最下部のすべての水平平面上におけるすべての星形多角形状は、通常、同一形状になるように修正される。すなわちリッジ３６及び根元領域４０は、図１Ｂに示すようにリッジ及び根元領域を一定の幅に形成するために、同じ幅で面取りされる。リッジ３６及び根元領域４０は、全長に渡って一定の幅を持つため、当接側面３８間の交差想像線を考慮した場合、基部に対する直角線に対して同一角φを形成する。
移行側面３２に移るときに根元領域４０がテーパ面４２に変化して、星形多角形状の、根元領域４０に最も近い部分が次第に消失する。他方、リッジ３６に近い当接面３８の形状は、リッジ３６自体が逃げ側面２８に統合される移行側面部３２と逃げ側面２８との接合部まで維持される。
移行側面部３２自体は、図１Ｄに最も良く示されているが、リブ付き側面３０のリブ部分の延長がテーパ面４２と重ね合わされた、あるいは結合されたものである。その結果、移行側面部３２は、外周側面１８内の溝３４の深さが逃げ側面２８に向かって次第に減少する緩やかな移行を提供する。移行側面部３２は、少なくとも植刃の高さの約３分の１だけ延びることが好ましい。
粉末冶金の技術的な理由のため、そして構造的な理由のため、上逃げ側面２８及び刃先１４は、テーパ面４２によって支持されることが好ましい。テーパ面４２の形状の詳細は、かなり異なってもよい。例えば、円錐切頭体（すなわち、丸い面）あるいは角錐切頭体（すなわち、平らな面）であることが好ましい。
さて、本発明によって構成され操作可能な、概して５０と符号を付けた工作機械切削工具すなわち工具ホルダを示す図３から図６を参照する。この工具ホルダは、植刃受容ポケット５２内に取り付けた複数の植刃１０を用いる。
各ポケット５２には、植刃の基部を支持する基部支持面５４、そして植刃１０の、角度的な間隔がある当接面３８に当接するように位置した少なくとも二つ、なるべくなら三つの支持側面が形成されていることが好ましい。この例においては、これらは、第一の支持面６０、第２の支持面５８と第三の支持面５６である。これら支持側面の組合せは、相当なトルクに構造的に抵抗することが可能な側面支持抑制システムを提供する。
受容ポケットは、工具ホルダと一体であっても、あるいは適当な方法で工具ホルダに連結したアダプタであってもよい。後者の場合は、適当な範囲のアダプタを介して、単一の工具ホルダによって、対応する範囲の割出し可能な植刃を受けるようにしてもよい。下記に説明するが、各ポケットは、それ自体で、植刃の全セットを受容することが可能である。
さらに、図５及び図６の概略的な断面図に、ポケット５２の特徴を示す。ポケット５２には、２つの概して直角な側壁６２及び６４があり、壁６２に支持側面５６及び５８が、そして壁６４に支持面６０が一体に形成されている。支持面５６、５８及び６０は、植刃受容ポケット５２の基部５４までは延びないことが好ましい。支持面は、最下部の辺縁において、植刃から離れるように傾いて凹んだ底部に至る。例として、図５の平面ＶＩ−ＶＩによる部分断面図である図６に、側壁６２の支持面５８と、同壁の凹んだ底部６８とを示す。
側壁６２の一番奥の支持面すなわち支持面５８は、残った支持面５６及び６０が完全に有効な側面支持抑制システムを区画形成するため、省いてもよいことは明らかである。しかしながら、多くの場合、三点、すなわち正確には三面支持形状が好ましい。
また、図６に示すように、支持面は、植刃当接側面３８の傾斜に調和するように傾いた平面上に存在する。すなわち、受容ポケットのプラットホームの基部に対する直角線に対して、植刃側面３８によって形成される角ηにほぼ等しい角を形成する。図６に示す角は、説明を明快にするために誇張されている。受容ポケットは、属する受容ポケットに植刃を初めて取り付けるときに、接触が支持面の上部の領域から始まるように、当接面の傾斜角に許容を持たせて製造される。主に最初の締め付け中に、この面の塑性変形によって、接触が上部の領域から次第に広がり、支持面の全領域に至る。このようにして、当接面の「フット・プリント」として当接面３８ａが、リブ付き側面３０の最上部に向かって並置された側面３８上に、当接面の深さに対応する深さ「ｂ」の帯の形態で確立され、移行面部３２内へ約ｂ／２だけ延びる。
さて、工具ホルダ５０の多くの特徴について説明する。図４は、基部５４がほぼ平面で中央にねじ孔７２を持つポケット５２を示す。ねじ孔７２は、植刃が締付けねじで受容ポケット内に固定された状態で、植刃の貫通孔２６から僅かに編心している。これは、植刃の当接面が、受容ポケットの対応する支持面に対して付勢されることを保証するものである。
側壁６２には、先に述べた支持面５６及び５８、凹んだ底部６６及び６８、そして中空逃げ７４がある。側壁６４には、支持面６０、凹んだ底部７０、そして中空逃げ７６がある。通常、支持面５６、５８及び６０は、ほぼ平らであり、接触平面を形成すると見なすことができる。しかしながら、例えば凸面等の、他の当接面形状を用いてもよい。すべての支持面は、典型的に、ポケットの中心軸からほぼ等距離にある。
上記の当接面３８の形状に対応して、通常、支持面６０は、共平面関係（すなわち、同一平面上に位置する関係）となる面５６及び５８に直角である。この場合も、本文における「直角」とは、（ポケット内に取り付けた植刃の軸に対応する）ポケット軸に直角な断面上において、面が相互に９０度にある状態を意味する。支持面５８及び６０が、９０度の回転対称の関係にある当接面３８を支持するようにデザインされているという条件で、面５８も、面６０に対して９０度の回転対称の関係にある。
側面の中空逃げ７４及び７６は、植刃のリッジ３６’及び３６”を受容するように構成されなくてはならない（図５を参照）。なお、この例における中空逃げは、植刃を位置決めするためのものではない。ポケット５２の幾何学的な特性に関して、この状態を表すことが可能である。特に、中空７６の開口は、支持側面６０を支持面５８の方向へポケット軸の周りに４５度回転させた場合の幾何学なマッピングが中空７６内に来るように形成される。同様に、中空７４の開口も、支持側面５８を支持面５６の方向へポケット軸の周りに４５度回転させた場合の幾何学的なマッピングが中空７４内に来るように形成される。本文において言及する「支持面」とは、植刃の対応する当接側面３８を支持するように構成された部分あるいは面のことである。
図１Ａに示すように、植刃１０は、八つの割出し可能な位置を持つ。このことは、上面１２の環状部２２上に、識別のための、対応するローマ数字が付されていること、そして八つの回転対称的なリッジが使用されていることから明らかである。しかしながら、本発明は、多数の割出位置を設けることを可能にする。
さて、図７Ａから図７Ｅを参照する。これは、全体として８０と符号が付された、本発明によって構成され操作可能な植刃の第二の形態を示す。概略的に、植刃８０は、八つの割出し可能な刃先８４からなる多角形の刃先８２を持つことを除いて、植刃１０と同じである。これらの刃先は、上記のリブ付き側面３０に同様な、八つのリッジを持つ側面８６に調和している。
図７Ａから明らかなように、この場合の逃げ側面８８が、刃先８２に調和する多角形の形状を持ち、そして移行面部のテーパ面９０が、角錐切頭体であることが好ましい。また、任意にポケット支持面の配置に応じて、側面のリッジを刃先の形状に対して回転させてもよい。この例においては、図７Ｄに最も良く示すように、１５度の回転を導入した。
さらに本発明の特徴を説明する。これまで説明した当接形状は、モジュール式切削工具アセンブリの基礎として利用することができる。既に明らかであるが、植刃８０は、交換可能な植刃のモジュール式セットの二つの部材として、植刃１０と切り替えてポケット５２内に用いることができる。これらに加えて、本発明の好適実施例においては、切削用途に応じて、異なる割出位置数と、異なる切込み角とを持つ交換可能な植刃が切削工具アセンブリに提供される。これらの、そして他の特徴を、図９から図１３を参照しながら、同じポケット５２（図３を参照）内に用いることが可能な、追加の二つの植刃１００及び１０２の説明を介して述べる。
図を参照する前に、分かり易いように、この説明文の残りの箇所及び請求項で用いる特定な用語を明らかにする。ここまでは、任意の割出位置数に対応する回転対称性を持つ個々の植刃に言及した。説明を容易にするために、これを「ｎ倍の対称」として述べた。しかしながら、この時点で、異なる割出位置数に対応する異なる回転対称度を持つ交換可能な植刃を区別することが必要である。
説明すべき交換可能な植刃のセットあるいは「ファミリー」のすべては、最低対称度の植刃の倍数である複数の割出位置を持たなくてはならない。したがって、一つのセットは３倍、６倍、９倍、さらに１１倍の対称形状を含むことができ、もう一つのセットは、５倍及び１０倍の対称形状を含むことができる。普遍化するため、セットから選択した二つの植刃を、各々ｎ倍及びｍｘｎ倍の対称形状を持つとして説明する。この場合、ｎは３以上の整数であり、ｍは２以上の整数である。
例として、植刃１０及び８０は両方とも８倍の回転対称形状を持ち、ここに説明する植刃１００及び１０２は両方とも４倍の回転対称形状を持つ。したがって、この例における二つの対称度は、ｎ＝４及びｍ＝２に対応する。
さて、図８Ａから図８Ｆを参照する。これは、全体として１００と符号が付された、ｎ倍の回転対称形状（この場合は４倍）を持つ第一の植刃を示す。植刃１００における好適実施例の特徴は、ｎ倍の回転対称を持つ植刃とｍｘｎ倍の回転対称とを持つ植刃とを交互に受容するように構成された植刃受容ポケット内で、ｎ個の割出位置において割出しが可能であることにある。なお、この場合は４倍及び８倍の回転対称形状である。
一般的に、植刃１００は、刃先１０６に囲まれた上面１０４、基部１０８、そして外周側面１１０が設けられたユニット式の構造を持つ。外周側面は、中心軸１１７に直角に植刃の下部を通る第一の断面の輪郭が、ｎ倍の回転対称形状の当接側面を提供するために、中心軸の周りに角度的に間隔が決められたｎコーナ部１１２と、コーナ部間に外周側面から外方へ突き出す支持突出部１１４とを含む嵌込み形状を持つように形成される。支持突出部１１４は、中心軸の周りに３６０度／ｎよりも小さな角度で回転させたコーナ部１１２の輪郭の幾何学的なマッピングよりも、支持突出部が外方へ突き出すように形成されることが好ましい。
特に図８Ｅ及び図８Ｆに、この幾何学上の関係を明確に示す。これらの図の両方は植刃１００の同様な底面図を示すが、説明の便宜のために、異なる作図線が加えられている。ここに示す例では、この必要な形状は、植刃の下部に現われて基部１０８へ続いているため、その形状の特徴を示す底面図を用いることができる。一般的なケースでは、この形状は、必ずしも基部にまで及ぶ必要はないが、植刃の下部におけるいくつかの点を通る横断面には、同等な特徴が存在する。この文脈における用語「下部」は、植刃の底部７０％に言及し、典型的には植刃の下側２分の１を示す。
図８Ｅは、基部１０８を示すが、これには、コーナ部１１２間を結ぶ４本の真っ直ぐな作図線１１８が加えられている。上記の側面リッジ３６に同等なコーナ部１１２は、ｎ個の辺を持つ規則的な多角形にほぼ対応する。このケースでは正方形である。これらのコーナ部は、上記の植刃１０及び８０の当接面に同等な、しかし僅かに４倍の対称形状による構成の当接面を提供する。この場合も、当接面の形状は、任意のポケット構造に対して、刃先の所望の切込み角（この場合、図１０に示すが、Ｋ＝９０度）を得るために、ここに示すように、例えば１５度反時計回りに刃先形状に対して回転させてもよい。図１０は、植刃が正確に挿入されたときの、これらの当接面の、ポケット５２の支持面に対する位置合わせを示すものである。
図８Ｆは、基部１０８を示すが、これには、高対称度を持つ八つのリッジがある植刃１０及び８０の下部の構造に対応する高対称線１１９を重ね合わせている。コーナ部１１２は、リッジの形状にほぼ対応するため、同等な当接面を提供するように形成されていることを示す。他方、支持突出部１１４は、リッジ形状とはかなり異なるように形成されている。これは、中間位置における植刃の不正確な割出しを抑制するためである。基本的な実施例では、正方形の基部を設けるために、全突出部１１４を単純に除いてもよい。この場合は、勘合が「緩い」こと、そして位置合わせの精度が完全に欠如していることから、不正確な割出しは素早く識別することが可能である。しかしながら、支持突出部１１４は、可能な限り刃先に近づけて追加の支持部を提供するように形成されることが好ましい。さらに、好適実施例においては、突出部１１４は、ポケット内での植刃の不正確な割出しを機械的に妨げるように形成される。
この機械的な妨害のための基準は、突出部１１４がポケット５２の支持面内に「フィットしない」ことである。より正確な構成においては、支持突出部１１４は、上記のリッジに対応するコーナ部１１２の輪郭が、割出位置間のステップ（４倍の対称形状の場合には９０度）以下の角度で回転させても、支持突出部１１４の一部分が、その輪郭を越えて延びるように形成されることが好ましい。この幾何学上の特性は、植刃が不正確な角度でポケットに配置された場合に正しく収まらないことによって過失を自明なものにすることを保証する。このため、この植刃デザインは、「フールプルーフ」であると見なすことができる。図１２は、ポケット５２内に誤って植刃１００を取り付けようとした状態を示す。
典型的に、必ずしもそうではないが、中心軸に直角に、そして上面１０４に近位に植刃１００を通る断面の輪郭によって区画される刃先１０６の形状は、非嵌込み形状を示す。この例では、刃先の形状はほぼ正方形である。ここに示す刃先の形状は、それ自体、従来のものであり、各割出位置において、主要な刃先をほぼ９０度の切込み角Ｋに提示すると共に副次的なワイパ・エッジ１０６’を提示する（図１０参照）。この説明文及び請求項に用いる「切込み角」とは、工具内に取り付けた植刃の主要な刃先と、工具の送り方向１１６との間に形成される角Ｋを示す。
さて、図９Ａから図９Ｆを参照する。これらは、全体として１０２と符号が付いた、ｎ倍の回転対称形状（この場合は４倍）を持つ第二の植刃を示す。植刃１０２は、概念的に、そして構造的に植刃１００に同様であり、同等な部分には同じ符号が付されている。植刃１０２は、ほぼ４５度の切込み角を提供するように変更されているという点において植刃１００とは異なる。したがって、図９Ｅから明らかなように、コーナ部１１２の方向は、主要な刃先の形状に対して３０度時計回りに回転させている。これによって、図１１に示すように、ポケット５２内に植刃を取り付けたときにほぼ４５度の必要な切込み角が提供される。図１３に、ポケット５２内に植刃１０２を誤って取り付けようとした状態を示す。
この場合も、植刃１０２の刃先の形状は、それ自体は、４５度の正方形の植刃に対する従来の構成である。
この段階で、植刃１００及び１０２の特徴は、ポケット５２に新たな幾何学的必要条件を規定することは明らかである。特に、側面の中空逃げ７４及び７６は、ポケット５２に用いる植刃セットのすべての部材の支持突出部１１４を受容するように形成されなくてはならない。
本発明の切削工具アセンブリは、凹みのない形状を持つ刃先の植刃に限定されるものではないことは明らかである。例として、図１４に、上記の植刃１００に類似する、凹んだ刃先１２２を持つ植刃１２０を示す。
先に述べたように、本発明のモジュール式の植刃アセンブリと、対応するポケット及び植刃の原理は、上記の４倍及び８倍の対称形状のセットに限定されるものではない。概要図として、図１５及び図１６に、各々、３倍及び６倍、そして５倍及び１０倍の対称形状を持つ植刃セットの当接形状の可能性を示す。いずれの場合も、刃先形状は、適切な対称性を持つ所望の形状であってよく、対称度の低い方の植刃の基部側面は、図示のような規則的な構成であっても、あるいは機能上、上記の突出部１１４に同等な側面支持突出部（図示せず）を持つ「フールプ・ルーフ」構成であってもよい。
また、植刃の各セットは、二つ以上の異なるレベルの対称形状を含んでもよい。例えば、上記のポケット５２は、少しの改良で、１１倍の対称形状を持つ植刃に用いることもできる。
本発明を、特定の実施例を参照しながら説明したが、上記の実施例及び変形は単に模範的なものであり、本発明は、その意図から外れることなく、あるいは特許請求の範囲を超えることなく、多くの他の機械的な改善及び改良が行えることは明らかである。
【図１Ａ】
0003834067.tif 000002
【図１Ｂ】
0003834067.tif 000003
【図１Ｃ】
0003834067.tif 000004
【図１Ｄ】
0003834067.tif 000005
【図１Ｅ】
0003834067.tif 000006
【図２Ａ】
0003834067.tif 000007
【図２Ｂ】
0003834067.tif 000008
【図３】
0003834067.tif 000009
【図４】
0003834067.tif 000010
【図５】
0003834067.tif 000011
【図６】
0003834067.tif 000012
【図７Ａ】
0003834067.tif 000013
【図７Ｂ】
0003834067.tif 000014
【図７Ｃ】
0003834067.tif 000015
【図７Ｄ】
0003834067.tif 000016
【図７Ｅ】
0003834067.tif 000017
【図８Ａ】
0003834067.tif 000018
【図８Ｂ】
0003834067.tif 000019
【図８Ｃ】
0003834067.tif 000020
【図８Ｄ】
0003834067.tif 000021
【図８Ｅ】
0003834067.tif 000022
【図８Ｆ】
0003834067.tif 000023
【図９Ａ】
0003834067.tif 000024
【図９Ｂ】
0003834067.tif 000025
【図９Ｃ】
0003834067.tif 000026
【図９Ｄ】
0003834067.tif 000027
【図９Ｅ】
0003834067.tif 000028
【図９Ｆ】
0003834067.tif 000029
【図１０】
0003834067.tif 000030
【図１１】
0003834067.tif 000031
【図１２】
0003834067.tif 000032
【図１３】
0003834067.tif 000033
【図１４】
0003834067.tif 000034
【図１５】
0003834067.tif 000035
【図１６】
0003834067.tif 000036