JP2012240132A - アングルヘッド切削工具およびアングルヘッド工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる幅の溝を加工できる切削工具および工作機械を提供すること。
【解決手段】工作機械に装着されてワークに溝加工を行うためのアングルヘッド切削工具１であって、工作機械に接続されるベース２０と、ベース２０に支持されて第１ロータ回転軸ＡＲ１まわりに回転自在な第１ロータ３０と、第１ロータ３０に支持されて第１ロータ回転軸ＡＲ１と交叉する第２ロータ回転軸ＡＲ２まわりに回転自在な第２ロータ４０と、第２ロータ４０に支持されて第２ロータ回転軸ＡＲ２に平行なカッタ回転軸ＡＣまわりに回転自在な複数のカッタ５０と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械に装着されてワークに溝を切削加工するアングルヘッド切削工具およびワークに溝を切削加工するアングルヘッド工作機械に関する。

従来、切削加工分野では様々な工作機械が用いられており、ＮＣ制御あるいは手動で操作される縦横のフライス盤や、工具交換装置を備えたマシニングセンタ等が用いられている。
工作機械では、スピンドル先端に切削工具を装着したうえでスピンドルを高速回転させるとともに、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸駆動系で工具の刃物位置を正確に制御することで、ワークの指定位置に対して高精度な加工を実現している。

工作機械に装着される切削工具として、ワークに対して例えば連続した溝加工を行う場合、外周に刃先が形成された工具が用いられる。このような工具としては、例えば棒状ないし円柱状の外周面に刃先を形成したもの（特許文献１参照）、あるいは円柱状の支持部分の外周に刃先を配列したもの（特許文献２参照）が知られている。

通常の工作機械において、工具はスピンドルの先端に支持されて一定の方向を向いている。しかし、近年の多様な加工要求にあっては、工具の向きをスピンドルの回転軸に対して例えば直角とし、その向きを任意に選択できるようにすることが求められる（アングルヘッド機能）。このような要求に応えるものとして、アングルヘッド切削工具が利用されている（特許文献３参照）。

特開２００８−０５５５９４号公報 特表２００１−５１９２４８号公報 特開２００４−１３０４２３号公報

前述した溝加工用の切削工具では、ワークに形成される溝の幅が工具によって決まる。つまり、工具の外周面に形成された刃先の最外周部分が描く回転軌跡の直径がワークの溝幅となって現れる。
従って、ワークの溝幅を変更したい場合あるいは異なる幅の溝加工を行う場合には、切削工具を交換する必要が生じていた。このような工具交換は、人手による場合は勿論のこと、工具交換装置による交換であっても所定の時間を要し、作業効率を低下させる原因となっていた。

なお、工具の外周径よりも大きい溝幅を加工する場合、溝加工を２回以上繰り返すことにより、工具交換なしに加工が可能である。しかし、この場合でも作業効率の低下は避けられない。
さらに、ワークに加工する溝が、溝の長手方向に沿ってその幅寸法が変化する形状である場合、同じ工具のまま１回で加工することは不可能であり、必ず幅寸法を規定する両側内面に沿った２回以上の切削が必要となっていた。
同様に、例えば横中ぐり盤など、ワークが切削工具に対して回転する形式の装置において、ワークにその回転中心に沿って延びる溝を加工する場合、溝内の対向する両側内面は正確にはワークの径方向の面となり、その結果、溝断面は矩形ではなく扇形となる。特に、溝幅がワーク直径に対して大きい場合、扇形が顕著となり、通常の矩形断面の溝を形成できないことになる。

前述のように、加工内容によっては、同じ切削工具による複数回の加工が必要になる場合がある。さらに、同じ切削工具では加工ができないため、異なる切削工具に取り替えて複数回の加工を行う場合もある。このような場合、切削工具の交換を伴う複数回の加工は避けられないものであった。

例えば、幅広い溝の底部に狭い溝を二段に形成する場合、狭い溝に対応した切削工具で全てを加工することも可能であるが、加工の繰り返し回数が多数となり煩雑で非効率的である。このため、先ず幅広い溝の幅に対応する大径の切削工具で１段目の溝を形成し、その底面に狭い溝の幅に対応する小径の切削工具で２段目の溝を形成することが行われる。しかし、このような場合でも工具交換を伴う２回の溝加工が必要となる。
工具交換が必要となる他の例として、表面仕上げ精度が異なる研削あるいは研磨を行う場合、粗密の２種類の工具を取り替えて２回の加工を行う必要がある。
このように、異なる幅や高さ等の寸法、異なる仕上げ精度、複雑な形状など、異なる条件での加工が必要な場合、複数の工具を交換しつつ２回以上の加工動作が必須であった。

本発明の目的は、異なる幅の溝を加工できるアングルヘッド切削工具およびアングルヘッド工作機械を提供することにある。

本発明のアングルヘッド切削工具は、工作機械に装着されてワークに溝加工を行うための切削工具であって、前記工作機械に接続されるベースと、前記ベースに支持されて第１ロータ回転軸まわりに回転自在な第１ロータと、前記第１ロータに支持されて前記第１ロータ回転軸と交叉する第２ロータ回転軸まわりに回転自在な第２ロータと、前記第２ロータに支持されて前記第２ロータ回転軸に平行なカッタ回転軸まわりに回転自在な複数のカッタと、を有することを特徴とする。
本発明において、複数のカッタとしては、同一仕様のカッタを複数用いるとしてもよく、仕様（例えば、径や高さ等の寸法、形状、刃物の配置や向き、加工精度など）の一部が異なるカッタを用いてもよい。
本発明において、カッタとしては、ワークの切削を行うものに限らず、研磨、研削あるいは穿孔など、ワークからその材料を除去することで加工を行うための手段を広く含む。

このような本発明によれば、同一仕様の複数のカッタを用いた場合、第２ロータに支持された複数のカッタを回転させ、各々の側面の刃物でワークを切削することで、溝加工を行うことができる。この際、ワークに切削される溝の幅は、第２ロータの角度位置によって変化させることができる。
例えば、第２ロータに設置されたカッタが２つとして、カッタが溝加工の方向に並んでいる状態では一方のカッタが切削した後、他方のカッタは形成された溝内を通過するだけであり、形成される溝の幅は最小幅であるカッタの外周面の直径寸法となる。一方、２つのカッタが溝加工の方向と直角に並んだ状態では、２つのカッタが並列に切削を行うことになり、２つのカッタの外側を結んだ最大幅の溝が加工されることになる。さらに、第２ロータを前述した二位置の中間にした場合、２つのカッタの外側を結んだ幅が、前述した最大幅より小さいが前述した最小幅より大きい中間的な任意の寸法とすることができる。
このように、本発明によれば、第２ロータの回転角度位置によって複数のカッタの配置を変更することができ、この配置変更により溝加工の幅を自由に変更することが可能となる。

さらに、本発明においては、第１ロータ回転軸と第２ロータ回転軸とを交叉方向に配置することで、第２ロータおよびカッタがスピンドルの回転軸方向に対して交叉方向に向けて配置される。そして、第１ロータを第１ロータ回転軸まわりに回転させることで、カッタの向きを自由に選択することができる（アングルヘッド機能）。
このため、例えば立方体状のワークの４つの側面に縦方向の溝加工を行う場合でも、第２ロータおよびカッタの向きを変えることで対応することができ、テーブルに固定されたワークの向きを変更する作業を解消することができる。

一方、仕様が異なる複数のカッタを用いる場合、ワークに対して適用されるカッタを第２ロータの回転角度位置によって選択することができ、工具交換を伴う２回の加工を１回で実行することができる。また、異なるカッタを用いることで、複数の加工内容の組み合わせ、あるいは複数の断面形状の組み合わせ等にも１回の加工で対応できる。
例えば、工具への負荷を軽減するために先溝加工を行う場合があるが、このような場合、先ず小径のカッタで狭い幅の溝を加工しておき、続いて狭い溝に沿って大径のカッタで幅の広い溝を加工してゆくことで、工具交換なしに加工を完了することができる。
あるいは、幅広い溝の底部に狭い溝を二段に形成する場合、高さ寸法が大きく小径のカッタと、高さ寸法が小さく大径のカッタとを組み合わせた切削工具とすることで、工具交換なしに加工を完了することができる。

本発明のアングルヘッド切削工具において、前記ベースに対して前記第１ロータを回転させる第１ロータ駆動モータと、前記第１ロータに対して前記第２ロータを回転させる第２ロータ駆動モータと、前記第２ロータに対して前記カッタを回転させるカッタ駆動モータとを有することが望ましい。
このような第１ロータ駆動モータ、第２ロータ駆動モータおよびカッタ駆動モータとしては、電動モータあるいは油圧あるいは空気圧などで駆動され流体圧モータなどが適宜利用できる。

このような本発明では、前述した第１ロータ、第２ロータおよびカッタの回転駆動に個別のモータを用いるため、構成を簡略にでき、保守性も向上できる。また、カッタおよび各ロータの駆動が独立しているため、カッタを回転させて溝加工を実行している最中であっても各ロータをそれぞれ回転させることができ、同時に回転させることで加工される溝幅を連続的に変化させることも可能である。

本発明のアングルヘッド切削工具において、前記工作機械は、先端に切削工具が装着されるスピンドルと、前記スピンドルを支持しかつ前記スピンドルをその中心軸廻りに回転駆動するヘッドとを有し、前記ベースは前記ヘッドに接続され、前記ベースには、前記スピンドルに接続されて前記スピンドルの回転により発電する発電機が設置され、前記第１ロータ駆動モータ、前記第２ロータ駆動モータおよび前記カッタ駆動モータは前記発電機が発電する電力を電源として回転する構成とすることができる。

このような本発明では、スピンドルの回転を動力源とするため、外部からの電源配線等が不要となり、切削工具周辺の設備簡素化が図れる。
なお、第１ロータ駆動モータ、第２ロータ駆動モータおよびカッタ駆動モータとして流体圧モータを用いる場合、発電機に変えて流体を加圧駆動するポンプを設置してもよい。但し、回転制御等の簡略化が可能であるため、電動モータを用いることが望ましい。

本発明のアングルヘッド切削工具において、前記工作機械は、先端に切削工具が装着されるスピンドルと、前記スピンドルを支持しかつ前記スピンドルをその中心軸廻りに回転駆動するヘッドとを有し、前記ベースは前記ヘッドに接続され、前記ベースには、前記スピンドルに接続されて前記スピンドルの回転を前記第１ロータ、前記第２ロータおよび前記カッタに伝達する動力伝達機構が設置された構成としてもよい。

このような動力伝達機構としては、スピンドルの回転を三系統に分けて第１ロータ、第２ロータおよびカッタに伝達する歯車機構を基本とし、第１ロータ、第２ロータおよびカッタへの経路中に各々への動力伝達を断続するクラッチ機構を設置し、スピンドルの回転をカッタに伝達することで切削を行うとともに、スピンドルの回転を第１ロータに伝達することで第２ロータの方向変更を行い、第２ロータに伝達することでカッタの配置変更を行うようにすればよい。なお、第１ロータ、第２ロータおよびカッタには、動力伝達がない場合に現状位置を保持するブレーキ機構を備えることが望ましい。
このような本発明では、スピンドルの回転を動力源とするため、外部からの電源配線等が不要となり、切削工具周辺の設備簡素化が図れる。

本発明のアングルヘッド工作機械は、ワークに溝加工を行うためのアングルヘッド工作機械であって、ワークを載置するテーブルと、前記テーブルに対して移動されるアングルヘッド切削工具とを有し、この切削工具は、ベースと、前記ベースに支持されて第１ロータ回転軸まわりに回転自在な第１ロータと、前記第１ロータに支持されて前記第１ロータ回転軸と交叉する第２ロータ回転軸まわりに回転自在な第２ロータと、前記第２ロータに支持されて前記ロータ回転軸に平行なカッタ回転軸まわりに回転自在な複数のカッタと、を有することを特徴とする。
このような本発明では、前述したアングルヘッド切削工具について述べた本発明の効果を得ることができる。

本発明によれば、第１ロータおよび第２ロータでカッタを支持することでアングルヘッド機能が得られるとともに、第２ロータの回転角度位置によって複数のカッタの配置を変更することができ、この配置変更により異なる幅の溝をワークに加工できるようになる。

本発明の第１実施形態を示す斜視図である。 前記第１実施形態の内部構成を概略的に示す側面図である。 前記第１実施形態の内部構成を概略的に示す側面図である。 前記第１実施形態の最小幅での溝加工を示す模式図である。 前記第１実施形態の中間幅での溝加工を示す模式図である。 前記第１実施形態の最大幅での溝加工を示す模式図である。 前記第１実施形態の溝幅を変更しながらの溝加工を示す模式図である。 本発明の第２実施形態の内部構成を概略的に示す側面図である。 本発明の第３実施形態の内部構成を概略的に示す側面図である。 本発明の第４実施形態を示す斜視図である。 前記第４実施形態を示す側面図である。 前記第４実施形態による溝加工を示す平面図である。 前記第４実施形態による他の溝加工を示す断面図である。 前記第４実施形態による他の溝加工を示す断面図である。 本発明の第５実施形態を示す側面図である。 本発明の第６実施形態を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１から図７には、本発明の第１実施形態が示されている。
図１において、本発明のアングルヘッド切削工具１は、シャンク１０、ベース２０、第１ロータ３０、第２ロータ４０、一対のカッタ５０を有し、図２および図３に示すように工作機械のスピンドル２およびこれを支持するヘッド３に装着されてワークに対する溝加工を行うものである。

シャンク１０は、通常の工具に多用されるテーパーシャンク１１および自動工具交換用の支持部１２を備え、このテーパーシャンク１１でスピンドル２に接続されることで、スピンドル２と一体に回転可能である。シャンク１０は、テーパーシャンク１１とは反対側（図３中下向き）に延びるシャフト１３を有し、このシャフト１３はベース２０内に挿入されている。

ベース２０は、全体として扁平な円筒形のケース２１を有し、ベアリング等（図示省略）によりシャンク１０に回転自在に支持されている。
ベース２０の外周面の一部には径方向に膨出した保持部２２が形成されている。保持部２２には円錐台状のサブシャンク２３が形成され、このサブシャンク２３はヘッド３から延びる延長部３Ａに接続可能である。この延長部３Ａとサブシャンク２３との接続により、ベース２０はヘッド３に対して固定される。

図３に示すように、第１ロータ３０は、円筒状のケース３１を有し、内部に設置されたベアリング３２を介してベース２０に回転自在に支持されている。
第１ロータ３０のベース２０に対する回転軸（ロータ回転軸ＡＲ）は、スピンドル２の回転軸ＡＳおよび前述したシャンク１０のシャフト１３の回転軸と同一になっている。
前述したシャンク１０のシャフト１３は、ベース２０を貫通して第１ロータ３０内まで延長され、その中間部にはフランジ１４が固定されている。
第１ロータ３０のケース３１の内側にはソレノイド３３を介してクラッチ板３４が設置されている。クラッチ板３４はフランジ１４に対向され、通常はフランジ１４との間に隙間があるが、ソレノイド３３を作動させることでフランジ１４に向けて付勢され、フランジ１４に圧接される。

第１ロータ３０においては、フランジ１４とクラッチ板３４が圧接された状態にあるとき、スピンドル２によりシャンク１０が回転駆動されることで第１ロータ３０が一体に回転し、ヘッド３およびベース２０に対する第１ロータ３０の回転方向の指定が行われる。これにより、スピンドル２のＣ軸制御（回転角度制御）により、第１ロータ３０の回転角度位置を制御することができる。
なお、ソレノイド３３を解除した際にはクラッチ板３４がフランジ１４から確実に離隔するように、他のばね等を用いてもよい。さらに、フランジ１４から離隔したクラッチ板３４がベース２０の一部に接触するように構成すれば、第１ロータ３０をベース２０に対して回転させないようにするブレーキ機能とすることができる。

第２ロータ４０は第１ロータ３０の側面に設置されている。
第２ロータ４０は、円盤状のケース４１を有し、このケース４１は内側に設置されたベアリング４２を介して第１ロータ３０に回転自在に支持されている。
ケース４１の裏面中央にはシャフト４５が接続され、このシャフト４５は傘歯車４６を介してシャフト１３に噛合されている。
第２ロータ４０においては、スピンドル２によりシャンク１０が回転駆動されることで、この回転がシャフト１３、傘歯車４６、シャフト４５を経由してケース４１に伝達され、第２ロータ４０の回転が行われる。これにより、スピンドル２のＣ軸制御（回転角度制御）により、第２ロータ４０の回転角度位置を制御することができる。
なお、第２ロータ４０の回転軸（第２ロータ回転軸ＡＲ２）は、第１ロータ３０の回転軸（第１ロータ回転軸ＡＲ１）と直角に交叉されている。

第２ロータ４０の裏面には一対のカッタ駆動モータ５５が設置され、各々には同じカッタ５０が装着されている。
カッタ駆動モータ５５は、高圧空気で駆動されるエアモータであり、配管５５Ａを介してシャフト１３の端面に連結され、シャフト１３ないしシャンク１０の中心に沿って形成された通路１３Ａを経由してスピンドル２に接続されている。従って、スピンドル２から高圧空気を供給することで、カッタ駆動モータ５５が駆動され、カッタ５０が回転する。

カッタ５０は、円筒状のホルダ５１の周面ないし端面にかけて複数の刃物５２を装着したものであり、カッタ駆動モータ５９で回転駆動されることで刃物５２によりワークに対する溝加工を行うことができる。
カッタ駆動モータ５５の回転軸つまりカッタ５０の回転軸であるカッタ回転軸ＡＣは、前述したロータ回転軸ＡＲと平行とされ、かつ一対のカッタ回転軸ＡＣは互いにロータ回転軸ＡＲの反対側に等距離で配置されている。
ここで、一対のカッタ５０のカッタ回転軸ＡＣは、スピンドル回転軸ＡＳおよび第１ロータ回転軸ＡＲ１に対して直角に交叉しており、これによりアングルヘッド機能が得られるようになっている。

本実施形態において、カッタ駆動モータ５５への空気供給は、サブシャンク２３を通る通路２３Ａから行うようにしてもよい。
本実施形態において、カッタ駆動モータ５５として油圧モータを用いてもよい。但し、この場合、作動油の回収用配管等が必要となるため、大気に排出できるエアモータを用いることが望ましい。
本実施形態において、カッタ駆動モータ５５として電動モータを用いてもよい。電動モータを用いる場合、給電用の配線経路としてサブシャンク２３を通る通路２３Ａを用いることができる。

このような本実施形態においては、スピンドル２から高圧空気を供給することでカッタ駆動モータ５５を回転させ、カッタ５０を用いたワークに対する溝加工を行うことができる。その際のカッタ５０の回転速度等はスピンドル２からの高圧空気の供給状態（圧力および流量）に基づき、これらは工作機械側から制御することができる。
溝加工を行う際、フランジ１４とクラッチ板３４が圧接していない状態でスピンドル２を回転（Ｃ軸制御）することにより、第２ロータ４０を第１ロータ３０に対して回転させることで、加工する溝に対するカッタ５０の並び方向を変更することができ、この並び方向により加工する溝幅を調整することができる。

さらに、フランジ１４とクラッチ板３４が圧接した状態でスピンドル２を回転（Ｃ軸制御）することにより、第１ロータ３０をベース２０に対して回転させることで、アングルヘッド機能として必要となるスピンドル回転軸ＡＳを中心としたカッタ５０の向きの変更を行うことができる。
このため、例えば、円筒状のワークをスピンドル２と同方向へ設置しておき、このワークの周面に沿ってスピンドル２を平行移動させながら第１ロータ３０を回転させることで、カッタ５０を常にワークの中心軸に向かうように制御することができる。

図４から図６には、ワーク４に溝５を加工する際の溝幅調整の具体例が示されている。
なお、各図において、一対のカッタ５０は各々のカッタ回転軸ＡＣを中心に、例えば反対方向に回転駆動され、ワーク４に対する切削を行う。また、溝５の連続方向となるカッタ５０の送り方向ＤＭ、カッタ５０単体の最大外径Ｄ、一対のカッタ５０の並び方向ＤＣ、溝５の最小幅Ｗ１、中間的な幅Ｗ２、最大幅Ｗ３とする。

図４において、溝５を最小幅Ｗ１とする場合、一対のカッタ５０を回転させてカッタ５０の並び方向ＤＣを溝５の方向ＤＭに合わせる。
この状態では、方向ＤＭから見ると、一対のカッタ５０は重なって最外側の距離はカッタ５０の最大外径Ｄひとつ分になる。
従って、この状態でカッタ５０を回転させて切削を行いつつ、カッタ５０を方向ＤＭへと送ることで、最小幅Ｗ１＝最大外径Ｄの溝５が形成される。

図５において、溝５を中間的な幅Ｗ２とする場合、一対のカッタ５０を回転させてカッタ５０の並び方向ＤＣを溝５の方向ＤＭに対して角度Ｓ２だけ傾斜させる。
この状態では、方向ＤＭから見ると、一対のカッタ５０が並び、最外側の距離はカッタ５０の最大外径Ｄひとつ分よりも大きくなる。
従って、この状態でカッタ５０を回転させて切削を行いつつ、カッタ５０を方向ＤＭへと送ることで、幅Ｗ２＞最大外径Ｄの溝５が形成される。

図６において、溝５を最大幅Ｗ３とする場合、一対のカッタ５０を回転させてカッタ５０の並び方向ＤＣを溝５の方向ＤＭに対して直交方向とする。
この状態では、方向ＤＭから見ると、一対のカッタ５０が互いに真横に並び、最外側の距離はカッタ５０の最大外径Ｄひとつ分と一対のカッタ回転軸の距離との和となる。
従って、この状態でカッタ５０を回転させて切削を行いつつ、カッタ５０を方向ＤＭへと送ることで、最大幅Ｗ３の溝５が形成される。

本実施形態のアングルヘッド切削工具１は、第２ロータ駆動モータ４９とカッタ駆動モータ５９とを同時に作動させることができるため、カッタ５０の並び方向ＤＣを変化させながら同時に加工を進めることができる。このような加工により、連続的に幅が変化する溝を加工することができる。

図７において、溝５は板状のワーク４の端面に加工されるテーパ溝である。このような溝５は本発明のアングルヘッド切削工具１で簡単に加工することができる。
先ず、一対のカッタ５０の最外側の距離が幅Ｗ４となるようにカッタ５０の並び方向ＤＣの傾きＳ４を調整しておく。この状態でカッタ５０をそれぞれ回転させてワーク４に切り込む。
続いて、切削と平行してカッタ５０の並び方向ＤＣの傾きを変化させつつ切削を進め、ワーク４の出口側でカッタ５０の最外側の距離が幅Ｗ５となるような並び方向ＤＣの傾きＳ５となるまで回転位置を調整する。

このような並び方向ＤＣの調整と平行して切削を進めることで、テーパ溝の加工が１パスで実施できる。
なお、図７において、一対のカッタ５０は、並び方向ＤＣがカッタ５０の送り方向ＤＭに対して傾斜しており、ふたつのカッタ５０は送り方向ＤＭに対して前後になる。一方、テーパ状の溝５は送り方向ＤＭに沿って幅が変化するため、それぞれカッタ５０がある位置では異なる幅となる。従って、送り動作にあたっては、送り方向ＤＭに対して幅方向にオフセットＯＦをとり、前後のカッタ５０が正確に溝５の内側を切削するように補正することが好ましい。

なお、本実施形態のアングルヘッド切削工具１は、第２ロータ駆動モータ４９とカッタ駆動モータ５９とを同時に作動させることができとともに、第１ロータ駆動モータ３９も同時に作動させることができる。このため、スピンドル２を円筒状のワークの周面に沿って平行移動させながら、第１ロータ３０によりカッタ５０を常にワーク周面に正対させることができ、この状態で前述した幅の変化する溝あるいは変化しない溝であっても自由に加工することができる。

〔第２実施形態〕
図８には、本発明の第２実施形態が示されている。
図８において、アングルヘッド切削工具１Ａは、前述した第１実施形態と同様なシャンク１０、ベース２０、第１ロータ３０、第２ロータ４０、カッタ５０を有する。これらの共通する構成については、簡略化のため同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態においては、第１ロータ３０、第２ロータ４０およびカッタ５０を動作させるための内部構成が異なる。

シャンク１０のシャフト１３は、ベース２０を貫通して第１ロータ３０内まで延長され、その中間部にはフランジ１４が固定されている。
第１ロータ３０のケース３１の内側にはソレノイド３３を介してクラッチ板３４が設置されている。クラッチ板３４はフランジ１４に対向され、通常はフランジ１４との間に隙間があるが、ソレノイド３３を作動させることでフランジ１４に向けて付勢され、フランジ１４に圧接される。フランジ１４とクラッチ板３４が圧接された状態では、シャフト１３の回転が第１ロータ３０に伝達され、ヘッド３に対するスピンドル２の回転により、ベース２０に対して第１ロータ３０が回転される。

なお、ソレノイド３３を解除した際にはクラッチ板３４がフランジ１４から確実に離隔するように、他のばね等を用いてもよい。さらに、フランジ１４から離隔したクラッチ板３４がベース２０の一部に接触するように構成すれば、第１ロータ３０をベース２０に対して回転させないようにするブレーキ機能とすることができる。

第２ロータ４０のケース４１は、ベアリング４２を介して第１ロータ３０のケース３１に回転自在に支持されている。ケース４１の裏面中央にはソレノイド３３およびクラッチ板３４を介してシャフト４５が設置され、シャフト４５は傘歯車４６を介してシャフト１３に噛合されている。ソレノイド４３を作動させてクラッチ板４４をケース４１に圧接させることで、スピンドル２の回転がシャフト１３、傘歯車４６、シャフト４５を経由してケース４１に伝達され、第２ロータ４０を回転させることができる。

なお、ソレノイド４３を解除した際にはクラッチ板４４がケース４１から確実に離隔するように、他のばね等を用いてもよい。さらに、クラッチ板４４がケース４１から離隔した際に第２ロータ４０を回転させないようにするために、図示しないブレーキ機能を設けることが望ましい。

一対のカッタ５０は、それぞれ第２ロータ４０に軸支されたシャフト５３に支持され、シャフト５３は歯車機構５４を介してシャフト４５に噛合されている。従って、クラッチ板３４がフランジ１４から離れて第２ロータ４０が回転しない状態では、シャフト４５の回転、つまりスピンドル２の回転により一対のカッタ５０が回転駆動され、ワークに対する切削を行うことができる。

なお、本実施形態ではシャフト１３ないしカッタ５０に至る伝達経路は常時噛み合いであり、クラッチ板３４により第１ロータ３０を回転させる際あるいはクラッチ板４４により第２ロータ４０を回転させる際にもカッタ５０が回転することになるが、実用上問題ない。あるいは、歯車機構５４などに噛み合いを解除する機構その他のクラッチ機構を設け、第１ロータ３０あるいは第２ロータ４０を回転させる際にはカッタ５０が回転しないように構成してもよい。

このような本実施形態によっても、一対のカッタ５０をそれぞれ回転駆動できるとともに、第２ロータ４０の回転により一対のカッタ５０の並び方向ＤＣ（図４〜図６参照）を調節することができ、かつ第１ロータ３０の回転によりアングルヘッドとしの向きを調節することができ、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
但し、カッタ５０および第２ロータ４０の動力源として、スピンドル２の回転をクラッチ板４４で切り替えて利用するため、カッタ５０および第２ロータ４０を同時に動作させることができず、このため図７の動作を行うためにはクラッチ板４４の切り替えを頻繁に行う等の処理が必要となる。

〔第３実施形態〕
図９には、本発明の第３実施形態が示されている。
図９において、アングルヘッド切削工具１Ｂは、前述した第１実施形態と同様なシャンク１０、ベース２０、第１ロータ３０、第２ロータ４０、カッタ５０を有する。これらの共通する構成については、簡略化のため同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
本実施形態においては、第１ロータ３０、第２ロータ４０およびカッタ５０を動作させるための内部構成が異なる。

第１ロータ３０は、円筒状のケース３１を有し、内部に設置されたベアリング３２を介してベース２０に回転自在に支持されている。
第１ロータ３０のケース３１の内部にはロータ駆動モータ３９（図３参照）が設置され、ベース２０のケース２１の内部には内歯車２４が設置されている。ロータ駆動モータ３９のシャフトには図示しないピニオンが装着され、このピニオンが内歯車２４に噛合されており、コントローラ２９からの指令によりロータ駆動モータ３９が回転することで、第１ロータ３０はベース２０に対して回転される。
なお、第１ロータ３０のベース２０に対する回転軸（第１ロータ回転軸ＡＲ１）は、スピンドル２の回転軸ＡＳおよび前述したシャンク１０のシャフト１３の回転軸と同一になっている。

第１ロータ３０の側面には第２ロータ４０が設置されている。
第２ロータ４０は、円盤状のケース４１を有し、内側に設置されたベアリング４２を介して第１ロータ３０に回転自在に支持されている。
第１ロータ３０のケース３１の内部には第２ロータ駆動モータ４９（図３参照）が設置され、そのシャフトはケース４１の中心に接続されており、コントローラ２９からの指令により第２ロータ駆動モータ４９が回転することで、第２ロータ４０は第１ロータ３０に対して回転される。
なお、第２ロータ４０の回転軸（第２ロータ回転軸ＡＲ２）は、第１ロータ３０の回転軸（第１ロータ回転軸ＡＲ１）と直角に交叉されている。

第２ロータ４０の表面には一対のカッタ５０が設置され、各々を駆動するために第２ロータ４０の裏面には一対のカッタ駆動モータ５９が設置されている。
カッタ５０は、円筒状のホルダ５１の周面ないし端面にかけて複数の刃物５２を装着したものであり、カッタ駆動モータ５９で回転駆動されることで刃物５２によりワークに対する溝加工を行うことができる。
一対のカッタ駆動モータ５９はコントローラ２９で制御される。コントローラ２９は保持部２２内には設置されている。サブシャンク２３および延長部３Ａには、それぞれ対応する配線用コネクタ（図示省略）が設置されており、これらの延長部３Ａおよびサブシャンク２３のコネクタ同士の接続により、ヘッド３側からコントローラ２９への制御信号等の電気的接続が得られるようになっている。

このような本実施形態によっても、一対のカッタ５０をそれぞれ回転駆動できるとともに、第２ロータ４０の回転により一対のカッタ５０の並び方向ＤＣ（図４〜図６参照）を調節することができ、かつ第１ロータ３０の回転によりアングルヘッドとしの向きを調節することができ、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
特に、カッタ５０および第２ロータ４０の動力源を独立した電動式のカッタ駆動モータ５９および第２ロータ駆動モータ４９としたため、前述した図７のようなカッタ５０および第２ロータ４０の同時動作も自由に行うことができる。
なお、本実施形態において、電動式のカッタ駆動モータ５９、第１ロータ駆動モータ３９および第２ロータ駆動モータ４９への電力供給は、サブシャンク２３および延長部３Ａを経てヘッド３から得るようにすればよいが、スピンドル２による発電による電力を用いてもよい。

図９において、ベース２０の内部には発電機１９が設置され、この発電機１９の回転子はシャフト１３に接続されている。前述の通り、ベース２０はヘッド３に固定され、スピンドル２が回転した際には発電機１９の回転子がスピンドル２によって駆動され、これによりスピンドル２の駆動力を用いて発電を行うことができる。
本実施形態においては、この発電機１９で発生した電力を前述した第１ロータ駆動モータ３９、第２ロータ駆動モータ４９およびカッタ駆動モータ５９の電源として用い、コントローラ２９により動作を制御するように構成されている。
なお、電力の安定化を図るために、発電した電力を蓄える二次電池などを併せて用いるようにしてもよい。また、電力負荷に応じて発電機１９およびスピンドル２の回転速度を調整してもよい。

〔他の実施形態〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、２つのカッタを用いたが、３つ以上のカッタを用いてもよい。３つ以上のカッタは、複数が一列に並ぶ配置、Ｖ字状の配置など、適宜な配置とすることができる。
本発明において、カッタとしては、ワークの切削を行うものに限らず、研磨、研削あるいは穿孔など、ワークからその材料を除去することで加工を行うための手段を広く含む。

前述した第１実施形態ないし第３実施形態では、２つのカッタ５０を同じものとしたが、一方を大径とし、他方を小径としてもよい。このような場合、並び方向ＤＣを送り方向ＤＭとした際の溝幅は大径のカッタの径となるが、小径のカッタを送り方向ＤＭの前側とすることで、先に小径の溝の切削を行い、続いて大径の溝に拡げるという二段切削を行うことができ、切削性が低い材料への適用などで効果的である。

同様に、２つのカッタ５０の一方を軸方向の高さが大きく、他方を高さが小さいものとしてもよい。このような構成では、溝の深さについての二段切削を行うことができる。さらに、高さおよび径の両方が異なるカッタを用いてもよい。

〔第４実施形態〕
図１０ないし図１４には、本発明の第４実施形態が示されている。
前述した第１実施形態ないし第３実施形態では、それぞれ２つのカッタ５０が同一仕様のものであった。これに対し、本実施形態では異なる仕様のカッタ５０Ａ，５０Ｂを用いる。
図１０および図１１において、本実施形態のカッタ５０Ａ，５０Ｂは、一方のカッタ５０Ａが比較的小径（外径Ｄ１）で軸方向長さ（高さ）が比較的大きい（長さＬ１）であるのに対し、他方のカッタ５０Ｂは比較的大径（外径Ｄ２＞Ｄ１）で軸方向長さ（高さ）が比較的小さい（長さＬ２＜Ｌ１）である。
本実施形態のカッタ５０Ａ，５０Ｂにおける、これらの寸法の相違は、基本的にホルダ４１Ａ，４１Ｂの相違であり、これらに装着された刃物５２は同じものとされている。

これらのカッタ５０Ａ，５０Ｂが装着されるアングルヘッド切削工具１は、カッタ部分を除いて前述した第１実施形態と同じであり、同一部分については同じ符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。なお、本実施形態において、第２実施形態のアングルヘッド切削工具１Ａあるいは第３実施形態のアングルヘッド切削工具１Ｂと同じ構成にカッタ５０Ａ，５０Ｂを装着してもよい。

このような本実施形態においては、小径のカッタ５０Ａによる先溝加工（図１２参照）を行うことができるほか、底面に狭い溝が形成された二段溝（図１３および図１４参照）の加工を行うことができる。
図１２において、先溝加工を行う場合、先ず第２ロータ４０を回転させてカッタ５０Ａ，５０Ｂの並びを溝の連続方向（図１２の左から右）に合わせ、先行するカッタ５０Ａによりワーク４に狭い溝５Ａを切り込んでゆく。さらに、追従するカッタ５０Ｂにより広い溝５Ｂを形成してゆく。
このような加工により、ワーク４に広い溝５Ｂを加工することができるとともに、先行する狭い溝５Ａの加工を同じ動作のなかで実行することができ、従来の工具交換および２回の繰り返し加工が不要となり、作業効率の向上が期待できる。
本実施形態では、第２ロータ４０を回転させてカッタ５０Ａ，５０Ｂが並ぶ方向を選択することができ、ワーク４における溝がどのような方向であっても適切に対応することができる。

二段溝を形成する場合、溝の連続方向に合わせて第２ロータ４０を回転させるとともに、溝の断面形状に応じて第２ロータ４０の回転角度位置を調整する。
図１３のように、広い溝５Ｂの底面の中間に狭い溝５Ａがある場合、溝の連続方向に対してカッタ５０Ａ，５０Ｂの整列方向が揃うようにすればよい。この状態でカッタ５０Ａ，５０Ｂによりワーク４を切り進むことで、図１３の断面形状が加工される。
図１４のように、広い溝５Ｂの一方の側壁に沿って狭い溝５Ａがある場合、溝の連続方向に対してカッタ５０Ａ，５０Ｂの整列方向を傾斜させ、カッタ５０Ａ，５０Ｂの各外径が溝の連続方向に揃うようにすればよい。この状態でカッタ５０Ａ，５０Ｂによりワーク４を切り進むことで、図１４の断面形状が加工される。

図１３および図１４の加工において、広い溝５Ｂの深さは、ワーク４に対するカッタ５０Ａ，５０Ｂの相対位置で決定される。一方、狭い溝５Ａの深さ（広い溝５Ｂの底面から）は、カッタ５０Ａ，５０Ｂの長さの差（Ｌ１−Ｌ２）に固定される。狭い溝５Ａの深さを変更したい場合には、カッタ５０Ａ，５０Ｂの長さを適宜変更することで対応できる。

〔第５実施形態〕
図１５には、本発明の第５実施形態が示されている。
前述した第１実施形態ないし第４実施形態では、それぞれ２つの同一のカッタ５０あるいは異なる仕様のカッタ５０Ａ，５０Ｂを用いており、各々は刃物５２が装着されて回転切削を行うものであった。これに対し、本実施形態ではカッタとして研磨ツール５０Ｃ，５０Ｄを用いる。
図１５において、研磨ツール５０Ｃ，５０Ｄは、第２ロータ４０に設置されたカッタ駆動モータ５９（図１参照）等で回転駆動される。第２ロータ４０は前述した第１実施形態ないし第３実施形態で説明したアングルヘッド切削工具１，１Ａ，１Ｂの一部であり、これらの全体の説明は省略する。

研磨ツール５０Ｃ，５０Ｄは、第１実施形態と同様なホルダ５１を有し、その端面に研磨材５２Ｃ，５２Ｄを張ったものである。研磨材５２Ｃは比較的粗とされ、この研磨材５２Ｃが張られた研磨ツール５０Ｃは粗研磨用とされる。研磨材５２Ｄは比較的密とされ、この研磨材５２Ｄが張られた研磨ツール５０Ｄは精密仕上げ用とされる。
このような本実施形態では、第２ロータ４０を回転させてワークに対して適用される研磨ツール５０Ｃ，５０Ｄを選択することで、粗研磨と精密仕上げとを切り替えることができ、工具交換なしに複数の加工を行うことができる。

〔第６実施形態〕
図１６には、本発明の第６実施形態が示されている。
前述した第１実施形態ないし第４実施形態では、それぞれ２つの同一のカッタ５０あるいは異なる仕様のカッタ５０Ａ，５０Ｂを用いており、各々は刃物５２が装着されて回転切削を行うものであった。これに対し、本実施形態ではカッタとしてエンドミル５０Ｅ，５０Ｆを用いる。
図１６において、エンドミル５０Ｅ，５０Ｆは、第２ロータ４０に設置されたカッタ駆動モータ５９（図１参照）等で回転駆動される。第２ロータ４０は前述した第１実施形態ないし第３実施形態で説明したアングルヘッド切削工具１，１Ａ，１Ｂの一部であり、これらの全体の説明は省略する。

エンドミル５０Ｅ，５０Ｆは、第１実施形態と同様なホルダ５１Ｆ，５１Ｅを有し、各々にエンドミル用の刃物５２Ｅ，５２Ｆが固定されている。
本実施形態において、エンドミル用の刃物５２Ｅは比較的小径とされ、この刃物５２Ｅが固定されたエンドミル５０Ｅは精密加工用とされる。エンドミル用の刃物５２Ｆは比較的大径とされ、この刃物５２Ｆが固定されたエンドミル５０Ｆは粗加工用とされる。
このような本実施形態では、第２ロータ４０を回転させてワークに対して適用されるエンドミル５０Ｅ，５０Ｆを選択することで、加工する孔径を切り替えることができ、工具交換なしに複数の加工を行うことができる。

本発明は、工作機械に装着されてワークに溝を切削加工するアングルヘッド切削工具およびワークに溝を切削加工するアングルヘッド工作機械として利用できる。

１，１Ａ，１Ｂ…アングルヘッド切削工具
２…スピンドル
３…ヘッド
３Ａ…延長部
４…ワーク
５，５Ａ，５Ｂ…溝
１０…シャンク
１１…テーパーシャンク
１２…支持部
１３…シャフト
１４…フランジ
１９…発電機
２０…ベース
２１…ケース
２２…保持部
２３…サブシャンク
２４…内歯車
２９…コントローラ
３０…第１ロータ
３１…ケース
３２…ベアリング
３３…ソレノイド
３４…クラッチ板
３９…第１ロータ駆動モータ
４０…第２ロータ
４１…ケース
４２…ベアリング
４３…ソレノイド
４４…クラッチ板
４５…シャフト
４６…傘歯車
４９…第２ロータ駆動モータ
５０，５０Ａ，５０Ｂ…カッタ
５０Ｃ，５０Ｄ…カッタとしての研磨ツール
５０Ｅ，５０Ｆ…カッタとしてのエンドミル
５１，５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｅ，５１Ｆ…ホルダ
５２，５２Ｅ，５２Ｆ…刃物
５２Ｃ，５２Ｄ…研磨材
５３…シャフト
５４…歯車機構
５５，５９…カッタ駆動モータ
ＡＲ１…第１ロータ回転軸
ＡＲ２…第２ロータ回転軸
ＡＳ…スピンドル回転軸
Ｄ…最大外径
ＤＣ…並び方向
ＤＭ…送り方向
ＯＦ…オフセット
Ｓ２…角度
Ｗ１…最小幅
Ｗ２…中間的な幅
Ｗ３…最大幅
Ｗ４，Ｗ５…幅

Claims (5)

1. 工作機械に装着されてワークに溝加工を行うためのアングルヘッド切削工具であって、
   前記工作機械に接続されるベースと、前記ベースに支持されて第１ロータ回転軸まわりに回転自在な第１ロータと、前記第１ロータに支持されて前記第１ロータ回転軸と交叉する第２ロータ回転軸まわりに回転自在な第２ロータと、前記第２ロータに支持されて前記第２ロータ回転軸に平行なカッタ回転軸まわりに回転自在な複数のカッタと、を有することを特徴とするアングルヘッド切削工具。
2. 請求項１に記載したアングルヘッド切削工具において、
   前記ベースに対して前記第１ロータを回転させる第１ロータ駆動モータと、前記第１ロータに対して前記第２ロータを回転させる第２ロータ駆動モータと、前記第２ロータに対して前記カッタを回転させるカッタ駆動モータとを有することを特徴とするアングルヘッド切削工具。
3. 請求項１または請求項２に記載したアングルヘッド切削工具において、
   前記工作機械は、先端に切削工具が装着されるスピンドルと、前記スピンドルを支持しかつ前記スピンドルをその中心軸廻りに回転駆動するヘッドとを有し、
   前記ベースは前記ヘッドに接続され、
   前記ベースには、前記スピンドルに接続されて前記スピンドルの回転により発電する発電機が設置され、
   前記第１ロータ駆動モータ、前記第２ロータ駆動モータおよび前記カッタ駆動モータは前記発電機が発電する電力を電源として回転することを特徴とするアングルヘッド切削工具。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載したアングルヘッド切削工具において、
   前記工作機械は、先端に切削工具が装着されるスピンドルと、前記スピンドルを支持しかつ前記スピンドルをその中心軸廻りに回転駆動するヘッドとを有し、
   前記ベースは前記ヘッドに接続され、
   前記ベースには、前記スピンドルに接続されて前記スピンドルの回転を前記第１ロータ、第２ロータおよび前記カッタに伝達する動力伝達機構が設置されていることを特徴とするアングルヘッド切削工具。
5. ワークに溝加工を行うためのアングルヘッド工作機械であって、ワークを載置するテーブルと、前記テーブルに対して移動されるアングルヘッド切削工具とを有し、この切削工具は、ベースと、前記ベースに支持されて第１ロータ回転軸まわりに回転自在な第１ロータと、前記第１ロータに支持されて前記第１ロータ回転軸と交叉する第２ロータ回転軸まわりに回転自在な第２ロータと、前記第２ロータに支持されて前記ロータ回転軸に平行なカッタ回転軸まわりに回転自在な複数のカッタと、を有することを特徴とするアングルヘッド工作機械。

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