JP4644568B2 - ドリル - Google Patents

Description

本発明は、穿孔深さ／孔径比の大きい加工に好適なドリルに関する。

現在主流のドリルは、刃先研磨式とチップ交換式とに大別される。そして、一般的な刃先研磨式ドリルは、尖頭角約１１０〜１５０°で工具１回転当たり２枚の切刃を有するが、バランスカットつまり両切刃の切削抵抗が打ち消し合うような加工状態とする上で、両切刃が同一の径方向に並ぶ形になっている。一方、一般的なチップ交換式ドリルは、切削ヘッド部に一径方向に沿って取り付けられた３枚以上のスローアウェイチップが互いに一部重複する形で切削半径の一定幅を分担し、協働して工具１回転当たり１枚の切刃を構成するようになっており、切刃が摩耗してもチップ交換で対応できる上、該チップ自体を四角形、三角形、六角形等の回転対称形として複数の切刃部を設けることにより、その回転変位によって同じチップで２回又は３回の切刃更新を行えるという利点がある。

ところが、従来のチップ交換式ドリルにあっては、チップ配列の径方向の中心を境とした両側の切削抵抗がバランスするように、各スローアウェイチップの大きさ及び形状と配置を設定しているが、３枚以上のチップの切削抵抗を厳密にバランスさせるのは理論的にも困難である上、ドリル本体及びスローアウェイチップの加工精度に限界がある。従って、従来のチップ交換式ドリルによる加工では、前記両側の切削抵抗が多少アンバランスになることは不可避であり、その不均衡さよる負荷をシャンク部の剛性で吸収しながら切削してゆく形になっている。

しかしながら、ドリルのシャンク部は長く細いほど当然に剛性が低下するから、深く孔径の小さい穿孔では、吸収しきれない前記負荷によってドリルの振れを生じ、加工精度が悪化することになる。このため、従来においては、一般的に最大穿孔深さ（Ｌ）／切削孔径（Ｄ）の比Ｌ／Ｄが４以上となる加工は、チップ交換式ドリルでは困難であるとされていた。

本発明は、上述の情況に鑑み、穿孔深さ／孔径比の大きい加工でも高い加工精度が得られるドリルを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１は、図面の参照符号を付して示せば、切削ヘッド部１ａに、切削孔Ｈの最外周領域Ｃ１の切削を担う外側刃部２Ａと、この外側刃部２Ａとは略径方向反対側に配置して外側から２番目の領域Ｃ２の切削を担う中間刃部２Ｂと、これら外側刃部２Ａ及び中間刃部２Ｂと略同じ径方向Ｑに沿って配置して中間刃部２Ｂよりも内側領域Ｃ３の切削を担う少なくとも一つの内側刃部２Ｃとを備え、外周面に切屑排出溝４Ａ，４Ｂが形成されたドリルにおいて、前記内側刃部２Ｃが外側刃部２Ａ及び中間刃部２Ｂよりも穿孔方向Ｆの後位に位置し、全面切削状態にある外側刃部２Ａ／中間刃部２Ｂの切屑除去量比が４９／５１〜５１／４９の範囲内にあり、全刃部２Ａ〜２Ｃの全面切削状態における刃部配置径線（径方向Ｑ）上の片側半径領域と他側半径領域の切屑除去量比が前記範囲外にあり、切削ヘッド部１ａ外周の少なくとも内側刃部２Ｃによる切削反力の作用部位に、切削孔Ｈ内周に摺接するガイドパッド３Ａが取り付けられ、該ガイドパッド３Ａは、内側刃部２Ｃによる切削開始前に、外側刃部２Ａにて切削された環状溝部Ｇ内に前端部が嵌入するように位置設定されてなることを特徴としている。

請求項２の発明は、上記請求項１のドリルにおいて、外側刃部２Ａ及び中間刃部２Ｂと内側刃部２Ｃが、切削ヘッド部１ａに対して着脱可能なスローアウェイチップにて構成されてなるものとしている。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２のドリルにおいて、最大穿孔深さＬ／切削孔径Ｄの比が４以上であるものとしている。

請求項４の発明は、上記請求項１〜３のいずれかのドリルにおいて、内側刃部２Ｃによる切削反力の作用部位に取り付けられるガイドパッド３Ａが、前記内側刃部２Ｂからドリル回転方向後方側６０〜９０°の角度範囲の切削ヘッド部１ａ外周に位置してなるものとしている。

請求項５の発明は、上記請求項１〜４のいずれかのドリルにおいて、前記の内側刃部２Ａによる切削反力の作用部位に取り付けられるガイドパッド３Ａに加え、その略径方向反対側にもガイドパッド３Ｂが取付けられてなるものとしている。

請求項６の発明は、上記請求項５のドリルにおいて、内側刃部３Ｃによる切削反力の作用部位とその略径方向反対側に取り付けられるガイドパッド３Ａ，３Ｂ加え、中間刃部２Ｂ側の切削ヘッド部外周位置にもガイドパッド３Ｃが取付けられてなる構成としている。

請求項１の発明に係るドリルでは、加工の際、まず切削ヘッド部の径方向両側に配置する外側刃部と中間刃部とが被削材に切り込み、両刃部による切削で環状溝部を形成し、次いで内側刃部による切削反力の作用部位に取り付けられたガイドパッドが該環状溝部に嵌入したのち、このガイドパッドが環状溝部の外側内周に摺接している状態で、該環状溝部の内側に残る円形領域に内側刃部が切り込んで当該円形領域を切削し、以降は前記ガイドパッドの摺接状態で全ての刃部の協働による穿孔が進行してゆく。より詳しくは、外側刃部と中間刃部とで環状溝部を形成する初期段階の切削は両刃部の全面切削状態における切削抵抗が均衡するバランスカットでなされ、次の内側刃部の切り込み開始以降の切削はアンバランスカットとなる。しかしながら、該内側刃部による切削反力がガイドパッドと摺接する切削孔内周面で受け止められ、所謂バニッシング作用により、その摺接部位と内側刃部の切刃との位置関係が常に一定に保たれる。しかして、本発明によれば、内側刃部の切削に伴って刃部配置径線上の両側半径領域の切削抵抗がアンバランスになっても、切削ヘッド部が厳密に振れのない定軸線の回転状態に維持され、もって穿孔深さ／孔径比の大きい加工でも高い加工精度が得られる。

請求項２の発明によれば、チップ交換式ドリルとして、穿孔深さ／孔径比の大きい加工を高精度で行えるものが提供される。

請求項３の発明によれば、上記ドリルとして、穿孔深さ／孔径比が４以上となる穿孔加工を高精度で行えるものが提供される。

請求項４の発明に係るドリルによれば、内側刃部による切削反力の作用部位に取り付けられるガイドパッドが切削ヘッド部外周の特定位置にあるため、該切削反力を切削孔内周面に確実に受け止めさせることができるから、穿孔深さ／孔径比の大きい加工をより高精度で行える。

請求項５の発明に係るドリルによれば、内側刃部による切削反力の作用部位に加え、その略径方向反対側にもガイドパッドが取付けられているから、径方向両側からのバニッシング作用によって切削ヘッド部がより厳密に振れのない回転状態に保持され、加工精度が更に向上する。

請求項６の発明に係るドリルによれば、周方向３箇所のガイドパッドに基づく３方向からのバニッシング作用により、切削ヘッド部が更に安定した回転状態に保持され、加工精度がより一層向上する。

以下、本発明のドリルについて、図面を参照して具体的に説明する。図１〜図３は本発明の一実施形態に係る３チップタイプの油孔付きチップ交換式ドリルを示し、図４は同ドリルの切刃とガイドパッドの位置関係、図５〜図７は同ドリルによる加工状態を示す。

図１〜図３に示す油孔付きチップ交換式ドリルは、シャンク部１１及びドライバ部１２を一体化したドリル本体１の先端部分である切削ヘッド部１ａに、スローアウェイチップからなる外側、中間、内側の３つの刃部２Ａ〜２Ｃと、３つのガイドパッド３Ａ〜３Ｃとがねじ止めされてなる。

このドリル本体１には、シャンク部１１の基端部を除く外周面に、互いに径方向に対向しつつ緩い螺旋状をなす２本の切屑排出溝４Ａ，４Ｂが形成され、また切削ヘッド部１ａの手前からドライバ部１２の後端にわたって軸線方向に沿うクーラント供給孔５が形成されている。そして、切削ヘッド部１ａの前端面１０には、一方の対向する２象限（１／４円）に、両切屑排出溝４Ａ，４Ｂが互いの片側面４ａ，４ｂを略同一径方向に沿わせるように各々略Ｖ字形に開放すると共に、他方の対向する２象限の各々内側部と外側部とに、クーラント供給孔５から分岐したクーラント放出口５ａが開口している。

切削ヘッド部１ａの前端面１０に臨む切屑排出溝４Ａの片側面４ａには、ヘッド外周側と中心側とにチップ座６ａ，６ｃが凹設され、チップ座６ａには外側刃部２Ａのスローアウェイチップが直接にねじ止めされると共に、チップ座６ｃには内側刃部２Ｃのスローアウェイチップが支持部材２１に保持された状態でねじ止めされている。また、同様に切屑排出溝４Ｂの片側面４ｂにはチップ座６ｂが凹設され、このチップ座６ｂに中間刃部２Ｂのスローアウェイチップが直接にねじ止めされている。そして、これら外側刃部２Ａと中間刃部２Ｂ及び内側刃部２Ｃは、図２に示すように切刃２０が略同一径方向Ｑに沿うように配置している。

切削ヘッド部１ａの前端面１０は中央側が周辺側より低い凹陥部１０ａとなっており、内側刃部２Ｃを取り付けたチップ座６ｃは該凹陥部１０ａに位置している。しかして、穿孔方向を前方として、外側刃部２Ａの頂端が最前端（最高位）に位置し、それより僅かに後位（低位）に中間刃部２Ｂの頂端が位置し、より後位（低位）に内側刃部２Ｃの頂端が位置する。

外側刃部２Ａ及び中間刃部２Ｂのスローアウェイチップは、共に正面視略平行四辺形の厚板状をなし、その対向２辺に切刃２０を設けているため、取付姿勢を１８０度回転変位することにより、同じチップを新切刃として２回使用できる。一方、内側刃部２Ｃのスローアウェイチップは、正三角形の角部を斜めに切除した形の六角形で、周縁全体に切刃を設けており、鈍角の山形部を穿孔方向に向ける取付姿勢とするため、その１２０度の回転変位によって同じチップを新切刃として３回使用できる。

しかして、これら刃部２Ａ〜２Ｃの切削側つまり穿孔方向に臨む側の切刃２０は、外側刃部２Ａでは内側に高く傾斜する一方、中間刃部２Ｂ及び内側刃部２Ｃでは内側に低く傾斜している。また、これら刃部２Ａ〜２Ｃのスローアウェイチップは超硬材製であり、そのサイズは図示の如く外側刃部２Ａ＜中間刃部２Ｂ＜内側刃部２Ｃとなっている。

ガイドパッド３Ａ〜３Ｃは、鋼材製で略帯板状のパッド支持体３１上に、その長手方向両側部に超硬材製で蒲鉾形のパッド本体３２，３２をロウ付けした同じ寸法形状のものからなり、切削ヘッド部１ａの外周面に設けた軸方向に長い取付凹部７に嵌合して、パッド支持体３１の中央部でねじ止めすることにより、パッド本体３２，３２が外側刃部２Ａの側方突出量に対応して切削ヘッド部１ａの周面より僅かに突出した状態で、軸心方向Ｏについて同じ位置に固定されている。そのうち、ガイドパッド３Ａは、切削ヘッド部１ａの外周面における内側刃部２Ｃによる切削反力の作用部位、つまり内側刃部２Ｃからドリル回転方向後方側６０〜９０°の角度範囲に配置している。また、ガイドパッド３Ｂはガイドパッド３Ａと径方向で対向する位置、ガイドパッド３Ｃは刃部３Ａ〜３Ｃが沿う径方向Ｑにおける中間刃部２Ｂ側の外周位置、に各々配置している。

そして、穿孔方向Ｆを前方として、これらガイドパッド３Ａ〜３Ｃの前端３ａは、外側刃部２Ａの切削側に臨んで傾斜した切刃２０の下端と、中間刃部２Ｂの切削側に臨んで傾斜した切刃２０の下端との間に位置している。

図４に、刃部２Ａ〜２Ｃとガイドパッド３Ａの位置関係を示す。ただし、本図では、中間刃部２Ｂを外側刃部２Ａ及び内側刃部２Ｃと並べて示すと共に、これら刃部２Ａ〜２Ｃとは中心線Ｏを挟む反対側にガイドパッド３Ａを示している。図中、Ｆは穿孔方向、φは切削径、Ｃ１は外側刃部２Ａによる切削幅、Ｃ２は中間刃部２Ｂのみが担う切削幅、Ｃ３は内側刃部２Ｃのみが担う切削幅であり、φ＝２（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）、Ｃ１＜Ｃ２＜Ｃ３である。しかして、切削ヘッド部１ａにおける径方向Ｑの両側に配置する外側刃部２Ａと中間刃部２Ｂは、切削抵抗が略等しいバランスカット、つまり切屑除去量比として４９／５１〜５１／４９の範囲内になるように、切削幅Ｃ１，Ｃ２が設定されている。

図中のＳ１〜Ｓ６は、刃部３Ａ〜３Ｃの位置関係による穿孔加工開始からの各切削段階を示す。即ち、第一段階Ｓ１は外側刃部２Ａによる切削開始、第二段階Ｓ２は中間刃部２Ｂによる切削開始、第三段階Ｓ３は外側刃部２Ａの全面切削開始、第四段階Ｓ４は中間刃部２Ｂの全面切削開始、第五段階Ｓ５は内側刃部２Ｃによる切削開始、第六段階Ｓ６は内側刃部２Ｃの全面切削開始となる。なお、ガイドパッド３Ａ（３Ｂ，３Ｃ）の前端３ａの位置Ｐは、第三段階Ｓ３と第四段階Ｓ４との間になる。ここで、具体的な寸法関係を例示すれば、切削径φ＝６８ｍｍにおいて、Ｃ１＝７．７３２ｍｍ、Ｃ２＝１１．７６８ｍｍ、Ｃ３＝１４．５００ｍｍ、Ｓ１−Ｓ２＝０．２００ｍｍ、Ｓ１−Ｓ３＝１．８３６ｍｍ、Ｓ１−Ｓ４＝３．６１４ｍｍ、Ｓ１−Ｓ５＝７．２２４ｍｍ、Ｓ１−Ｓ６＝１０．４５６ｍｍ、Ｓ１−Ｐ＝２．２２４ｍｍといった具合である。

上記構成の油孔付きチップ交換式ドリルによる穿孔加工について、図４と図５〜図７を参照して説明する。なお、ガイドパッド３Ａについて、図５〜図７では作用が判り易いように内側刃部２Ｃの径方向反対側に図示しているが、実際は図２に示すように内側刃部２Ｃからドリル回転方向後方側６０〜９０°に配置しているものである。

穿孔加工においては、まず図５に示すように、被削材Ｗに対して、切削ヘッド部１ａの外側刃部２Ａが切り込み、続いて中間刃部２Ｂが切り込むが、後位（低位）にある内側刃部２Ｃが被削材Ｗに達するまでの間、つまり既述の第一段階Ｓ１から第五段階Ｓ５に至るまでの間は、外側及び中間の刃部２Ａ，２Ｂによる切削で被削材Ｗの表面に環状溝部Ｇが形成されることになる。そして、第三段階Ｓ３からは、外側刃部２Ａの全面切削により、当該環状溝部Ｇの外側内周が被削材Ｗの表面に対して垂直な環状壁面になるが、図６に示すように、この第三段階Ｓ３から中間刃部２Ｂが全面切削を開始する第四段階Ｓ４に至る間に、ガイドパッド３Ａの前端３ａが環状溝部Ｇに嵌入し、そのパッド本体３２の表面が該環状溝部Ｇの外側内周の環状壁面に摺接する。

第四段階Ｓ４から第五段階Ｓ５へ至るまでの間は、径方向Ｑの両側に配置する外側刃部２Ａと中間刃部２Ｂとが共に全面切削を行うため、予め切屑除去量比として設定したとおり、両刃部２Ａ，２Ｂの切削抵抗が均衡したバランスカットの状態で、安定した高精度の切削加工が進行する。また、第一段階Ｓ１から第四段階Ｓ４までの間は、全体としての切削抵抗が小さく、且つ極めて短い時間内に進行するから、シャンク部１１の剛性によって切削バランスが充分に保持される。

第五段階Ｓ５に至ると、図７に示すように、被削材Ｗの環状溝部Ｇの内側に凸部として残る円形領域Ｍに内側刃部２Ｃが切り込み、この円形領域Ｍを鈍角円錐状に切削してゆくが、これに伴い、外側刃部２Ａ及び内側刃部２Ｃのある一側半径部分と、中間刃部２Ｂのある他側半径部分との切削抵抗に大きな差異を生じ、アンバランスカットの状態になる。そして、このアンバランスカットの状態は、内側刃部２Ｃによる全面切削が開始する第六段階Ｓ６までより顕著になってゆき、第六段階Ｓ６より以降は加工終了まで続くことになる。

しかるに、内側刃部２Ｃによる切削開始前にガイドパッド３Ａが環状溝部Ｇに嵌入し、その外側内周の環状壁面にパッド本体３２の表面が摺接しており、その摺接位置が図２の如く内側刃部２Ｃによる切削反力の作用部位になるため、アンバランスカットに伴う不均衡な力がガイドパッド３Ａを介して環状溝部Ｇの環状壁面で受け止められ、所謂バニッシング作用によってガイドパッド３Ａの摺接部位と内側刃部２Ｃの切刃２０との位置関係が常に一定に保たれる。従って、アンバランスカットの状態であっても、切削ヘッド部１ａは厳密に振れのない定軸線の回転状態に維持され、穿孔深さ／孔径比が４以上と大きい場合でも高い加工精度が得られる。

なお、本実施形態では、第四段階Ｓ４から第五段階Ｓ５へ至る間に、ガイドパッド３Ａと同時に、その径方向反対側に位置するガイドパッド３Ｂと、刃部２Ａ〜２Ｃに沿う径方向Ｑの中間刃部２Ｂ側にあるガイドパッド３Ｃも、前端３ａが環状溝部Ｇに嵌入し、同様にパッド本体３２の表面が該環状溝部Ｇの外側内周の環状壁面に摺接することから、周方向３箇所のガイドパッド３Ａ〜３Ｃに基づく３方向からのバニッシング作用により、切削ヘッド部１ａが更に安定した回転状態に保持され、加工精度がより一層向上する。

上記実施形態のドリルは外側刃部２Ａ及び中間刃部２Ｂと内側刃部２Ｃの３つの刃部を有しているが、本発明を適用するドリルは、切削孔Ｈの最外周領域の切削を担う外側刃部と、この外側刃部とは略径方向反対側に配置して外側から２番目の領域の切削を担う中間刃部と、これら外側刃部及び中間刃部と略同じ径方向に沿って配置して中間刃部よりも内側領域の切削を担う少なくとも一つの内側刃部とを備え、外周面に切屑排出溝が形成されたものであればよく、複数の内側刃部を備えていてもよい。すなわち、同じ径方向に沿って配置する刃部の総数が４つの場合の内側刃部は２つ、同総数が５つの場合は内側刃部は３つとなる。

また、上記実施形態では各刃部が取付姿勢を変えて３回使用できるスローアウェイチップからなるチップ交換式ドリルを例示したが、本発明は、各刃部が１回又は２回使用のスローアウェイチップからなるチップ交換式ドリルにも適用できることは無論のこと、各刃部が切削ヘッド部に一体形成されたドリルにも適用可能である。

本発明の一実施形態に係るドリルの側面図である。 同ドリルの切削ヘッド部の正面図である。 同ドリルの切削ヘッド部の側面図である。 同ドリルの刃部とガイドパッドの位置関係を示す説明図である。 同ドリルによる穿孔加工の初期段階を示す縦断側面図である。 同穿孔加工の次の段階を示す縦断側面図である。 同穿孔加工のアンバランスカット状態を示す縦断側面図である。

１ ドリル
１ａ 切削ヘッド部
１０ 先端面
１１ シャンク部 ２Ａ 外側刃部
２Ｂ 中間刃部
２Ｃ 内側刃部
２０ 切刃
３Ａ〜３Ｃ ガイドパッド
４Ａ，４Ｂ 切屑排出溝
Ｆ 穿孔方向
Ｇ 環状溝部
Ｈ 切削孔
Ｏ 軸心
Ｑ 径方向
Ｗ 被削材

Claims (6)

1. 切削ヘッド部に、切削孔の最外周領域の切削を担う外側刃部と、この外側刃部とは略径方向反対側に配置して外側から２番目の領域の切削を担う中間刃部と、これら外側刃部及び中間刃部と略同じ径方向に沿って配置して中間刃部よりも内側領域の切削を担う少なくとも一つの内側刃部とを備え、外周面に切屑排出溝が形成されたドリルにおいて、
   前記内側刃部が外側刃部及び中間刃部よりも穿孔方向の後位に位置し、
   全面切削状態にある外側刃部／中間刃部の切屑除去量比が４９／５１〜５１／４９の範囲内にあり、全刃部の全面切削状態における刃部配置径線上の片側半径領域と他側半径領域の切屑除去量比が前記範囲外にあり、
   切削ヘッド部外周の少なくとも内側刃部による切削反力の作用部位に、切削孔内周に摺接するガイドパッドが取り付けられ、
   該ガイドパッドは、内側刃部による切削開始前に、外側刃部にて切削された環状溝部内に前端部が嵌入するように位置設定されてなることを特徴とするドリル。
2. 外側刃部及び中間刃部と内側刃部が、切削ヘッド部に対して着脱可能なスローアウェイチップにて構成されてなる請求項１記載のドリル。
3. 最大穿孔深さ／切削孔径の比が４以上である請求項１又は２に記載のドリル。
4. 前記の内側刃部による切削反力の作用部位に取り付けられるガイドパッドが、前記内側刃部からドリル回転方向後方側６０〜９０°の角度範囲の切削ヘッド部外周に位置してなる請求項１〜３のいずれかに記載のドリル。
5. 前記の内側刃部による切削反力の作用部位に取り付けられるガイドパッドに加え、その略径方向反対側にもガイドパッドが取付けられてなる請求項１〜４のいずれかに記載のドリル。
6. 前記の内側刃部による切削反力の作用部位とその略径方向反対側に取り付けられるガイドパッドに加え、中間刃部側の切削ヘッド部外周位置にもガイドパッドが取付けられてなる請求項５記載のドリル。
   

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