JPH04217413A - スローアウェイ式ドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主として鋼の穿孔加
工に供されるドリルの構造に関し、特に耐摩耗性や靭性
に優れ、高い品質を有するスローアウェイ式ドリルの構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ドリルは、鋼材などの穿孔加工に用いら
れる切削工具の１つである。その一例としてツイストド
リルの構造が図７に示されている。ツイストドリルは、
穿孔加工に供される切刃部１と、切削に関与せず、主と
して切り屑の排出と、ボール盤などの切削機械のチャッ
ク部などに装着するためのシャンク部２とから構成され
る。

【０００３】従来より、一般的にドリルの材質は高速度
鋼（ハイス）および超硬合金である。高速度鋼は、靭性
に富むが耐摩耗性が低く、高速切削に不適である。一方
、超硬合金は耐摩耗性や工具としての精度特性に優れる
反面、脆い性質を有し、たとえば剛性の低い工作機械に
使用されると折損を生じる場合があった。

【０００４】これらの改良として、高速度鋼の、切刃部
に硬質のＴｉＮをコーティングする構造、あるいは切刃
部を超硬合金にし、ろう付けする構造などが考えられて
きた。

【０００５】さらに近年では、耐摩耗性および靭性の向
上などを意図して、異なる材質の超硬合金同士（Ｐ３０
とＤ３０）をろう付けした構造（実開昭５８−１４３１
１５号）あるいは冶金学的に一体化接合した構造（実公
昭６２−４６４８９号）、さらに、ドリルの中心部と外
周部との要求される特性の違いに着目し、その中心部と
外周部との超硬合金の材質を異ならせた２重構造に成形
したもの（特開昭６２−２１８０１０号）、あるいはこ
の２重構造を射出成形で形成する方法（特開昭６３−３
８５０１号、３８５０２号）などが考案されている。ま
た、ドリルの耐凝着性の向上のために、ドリルの材質を
サーメットで構成した構造（特開昭６２−２９２３０７
号）などがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ドリルの切刃部および
シャンク部は各々異なった負荷状態で使用される。その
ため、ドリルの各部に要求される特性は異なる。たとえ
ば、切刃部の刃先部では耐摩耗性や耐凝着性などが要求
され、シャンク部では工具としての強度を保持するため
の靭性が要求される。また、切刃部の刃先部についても
、その中心部と外周部とでは切削速度が大きく異なるた
め、要求される特性も異なる。

【０００７】このようなドリルに備えられるべき特性に
対する複雑な要求に応えるため、その対策として切刃部
にコーティングを施したものは、通常使用されるように
ドリルの再研削を実施すると、少なくとも前逃げ面側の
コーティング層が除去されてしまい、コーティングの効
果の大半が失われてしまうという欠点を有していた。

【０００８】また、切刃部に超硬合金をろう付けする構
造のものは、ろう付け自体が本質的に熱的強度や機械的
強度に劣る方法であり、難削材の深孔加工には適用でき
ないという欠点を有していた。さらに、シャンク部が鋼
の場合、刃先の超硬合金との間で熱膨張係数に大きな差
があり、ろう付け時に割れや亀裂が発生しやすくなる。

【０００９】さらにまた、近年、ドリルのシャンク部の
靭性を向上させる目的で、超硬合金の粗粒化や高結合相
化を行なったものは、逆に材料の強度を低下させたり、
あるいは弾性限界の歪を低下させ、被削材のぶれや切削
機械の不安定な回転などにより、孔あけ加工中において
シャンク部が折損してしまうという問題があった。

【００１０】また、上記のような刃先とシャンク部が分
離不可能に一体的に接合されたドリルの場合、所定の使
用時間ごとに刃先を再研削することにより継続使用が可
能であるが、再研削の回数にも限界があり、コストが高
くなる。また再研削の作業の好不調によって、切れ味や
工具寿命にばらつきが生ずるという問題があった。さら
に、ドリルを使用する切削機械のＮＣ化，自動化が進み
、これに対応してドリルの長さを逐次正確に把握する必
要があるため、再研削する度にその長さを計測するとい
う煩雑な作業を必要としていた。

【００１１】そこで本発明は、上記のような問題点を解
決するため、ドリルの切刃部において優れた耐摩耗性と
耐凝着性を有し、かつシャンク部は耐折損性としての十
分な靭性を有するとともに、継続使用のための再研削を
伴なわないスローアウェイ式ドリルを提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のスローアウェイ式ドリルは、被削物を切削する
ための切刃部と、切削機械の所定位置に取付けるための
シャンク部とを備え、切刃部がシャンク部と分離可能に
機械的に接合されたスローアウェイ式ドリルであって、
その切刃部は表面被覆超硬合金または超硬合金からなり
、シャンク部は鋼より構成されている。

【００１３】切刃部の超硬合金の表面被覆材としては、
好ましくは、Ａｌ２Ｏ３　やＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ
，ＴｉＡｌＮなどの、周期律表のＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ
族の金属の炭化物、窒化物、硼化物、炭窒化物、炭酸化
物、炭酸窒化物、硼窒化物から選ばれた１種もしくはそ
れ以上の材料を用いる。この表面被覆は１層のみならず
複数層形成してもよい。また上記材料の２種以上を混合
した被覆層を複数層形成した混合多重層としてもよい。

【００１４】超硬合金の表面被覆の方法としては、いわ
ゆる物理蒸着法、化学蒸着法のいずれの表面処理法を用
いることも可能である。

【００１５】切刃部の母材の超硬合金は、好ましくは、
ＷＣと、周期律表のＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族の金属の炭
化物、窒化物、炭窒化物のうちの１種もしくはそれ以上
からなるＢ１型固溶体からなる硬質相と、５〜３０容量
％のＣｏを主体とする鉄族金属からなる結合相で構成さ
れている。

【００１６】本発明のスローアウェイ式ドリルの切刃部
とシャンク部との接合方式には、主として図５（ａ）〜
（ｃ）に示すもの、図６に示すもの、および図１，図２
（ａ），（ｂ）に示すものの３種類がある。これらのう
ち図５（ａ）〜（ｃ）に示すものは、２枚刃のスローア
ウェイ式ドリルである。このドリルでは、シャンク部１
２の先端の外周部にチップ１１ａが内周部にチップ１１
ｂがそれぞれねじ止めによって固定されている。また図
６に示すドリルは、１枚刃のスローアウェイ式ドリルの
典型的な例である。このドリルは、切刃部２１がシャン
ク部２２に矢印で示すように嵌め込まれ、ビス２３によ
ってねじ孔２４に固定される。クーラント供給孔２５か
らは切刃部２１の刃先に直接クーラントが供給される。 また切刃部１１の刃先には切り屑分断処理用のチップブ
レーカ２６が形成されている。

【００１７】図１および図２（ａ），（ｂ）に示す切刃
部とシャンク部との接合方式は、切刃部３１を図１の矢
印方向にシャンク部３２に嵌め込むことによって、ビス
などを用いることなく切刃部３１とシャンク部３２を接
合させる、いわゆるセルフグリップ方式を採用している
。本接合方式において切刃部３１とシャンク部３２が接
合された状態は、図２（ａ），（ｂ）に示すとおりであ
る。この接合状態においては、切刃部３１の被挾持部３
１ａの側部がシャンク部３２の挾持部３３ａ，３３ｂの
内側端面と当接することによって生じる摩擦力により、
切刃部３１がシャンク部３２に固定される。本実施例に
おける切刃部３１とシャンク部３２の嵌合による接合の
様子は、図３（ａ），（ｂ）を参照して次のように説明
される。切刃部３１とシャンク部３２の嵌合前の状態に
おいては、図３（ａ）に示すように被挾持部３１ａの左
右側部同士のなす角度θ１　は、挾持部３３ａ，３３ｂ
の対向する内側の端面同士のなす角度θ２　よりもわず
かに大きくなっている。切刃部３１をシャンク部３２に
圧入していくと、被挾持部３１ａの左右側部がテーパを
有することによるくさび作用と、挾持部３３ａの側には
スリット３４が形成されていることによって、角度θ２
　が徐々に押し広げられる。θ１　＞θ２　の関係にあ
る間は、被挾持部３１ａと表示部３３ｂとは、挾持部３
３ａの内側端面の上端においてのみ接触している。θ２
　がθ１　に一致した時点で、図３（ｂ）に示すように
被挾持部３１ａの両側部と挾持部３３ａの内側端面との
接触面積が最大となる。この状態で圧入が止められ、挾
持部３３ａの弾性変形による弾性力で、被挾持部３１ａ
との当接面に押圧力が生じ、当接面間の摩擦力によって
切刃部３１がシャンク部３２に接合固定されることにな
る。

【００１８】クーラント供給孔３５からは切刃部３１の
刃先に直接クーラントが供給される。また切刃部３１の
刃先には切屑分断処理用のチップブレーカ３６が形成さ
れている。

【００１９】シャンク部３２の他の例として、図４に示
すように挾持部３３ａの側のみでなく挾持部３３ｂの側
にもスリット３３を形成してもよい。この場合には切刃
部３１がシャンク部３２に圧入されるとともに挾持部３
３ａ，３３ｂの双方が押し広げられ、その弾性力によっ
て被挾持部３１ａが挾圧される。

【００２０】

【作用】ドリルに要求される特性は、切刃部の耐摩耗性
および耐凝着性と、シャンク部の靭性に代表される耐折
損性とに大別される。本発明において、切刃部の材質と
して超硬合金を用いることにより、耐熱性と硬度が向上
する。それにより高速切削が可能となり、高速度鋼（ハ
イス）を用いた場合と比べて、耐摩耗性および耐凝着性
が優れる。また、超硬合金からなる切刃部の表面を被覆
することにより、耐摩耗性および耐凝着性がさらに向上
する。また、シャンク部の材質として鋼を用いているた
め、靭性に優れ、耐折損性が良い。また材料コストも低
くすることができる。

【００２１】さらに本発明においては、切刃部とシャン
ク部を分離可能に機械的に接合した構造を有するため、
比較的損傷が多く寿命の短い切刃部が容易に着脱可能で
あり、使い捨てにすることができる。

【００２２】

【実施例】以下、この発明の一実施例について説明する
。

【００２３】第１の実施例 本発明の第１の実施例におけるスローアウェイ式ドリル
は、切刃部に表面被覆超硬合金を用い、シャンク部に鋼
を用いて、両者を図１に示す方式で、分離可能なように
機械的に接合することにより形成される。

【００２４】本実施例における切刃部を構成する表面被
覆超硬合金は、硬質相および結合相の組成が焼結後にお
いて表１に示される数値となるように各種粉末を調合す
ることによって作製される。シャンク部を構成する鋼は
、表１に示される材質のものが用いられている。表１に
示された本実施例における本発明品および比較品は、切
刃部とシャンク部がいずれも図１に示す方式で接合され
たものである。なお本発明品Ａ〜Ｄのうち試料Ｄは、一
応本発明の範囲内に入るが＊＊を付した結合相の容量％
が好ましい値よりもかなり下回る場合の例である。また
比較品Ｅは切刃部が超硬合金ではあるが、表面被覆され
ていない点が本発明品から外れている。比較品Ｆはシャ
ンク部の材質として本発明の範囲を外れるＫ３０グレー
ド超硬合金を用いたものである。それぞれ本発明の範囲
から外れている数字には＊が付されている。

【００２５】

【表１】

【００２６】ドリルの性能評価テストは、直径１８ｍｍ
のドリルを用いて以下に示される条件で行なわれた。

【００２７】 被削材：Ｓ５０Ｃ（ＨＢ　＝２３０） 切削速度：１００ｍ／分、湿式（水溶性切削油）　　送
り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ． 深さ：３５ｍｍ 判定基準：寿命まで加工後、その刃先状況などを観察す
る。

【００２８】寿命：通常、外周面逃げ面の摩耗量が０．
２ｍｍ以上になったときとする。上記のドリル性能評価
テストの結果は表２に示される。この結果から本発明品
Ａ〜Ｃについては、良好な結果が得られている。本発明
品Ｄについて刃先欠けが生じたのは、表１において＊＊
を付して示したように、切刃部の超硬合金の結合相が好
ましい値である５〜３０容量％よりも下回ることに起因
している。なお、参考として、従来の一般的な４種類の
ドリルについても、同様の実験を行なった（表２下段）
が、この結果からも、本発明品Ａ〜Ｃが優れていること
がわかる。

【００２９】

【表２】

【００３０】第２の実施例 次に本発明の第２の実施例について説明する。本実施例
は、切刃部とシャンク部がそれぞれ上記第１の実施例に
おける試料Ａと同一の材質の、本発明品のスローアウェ
イ式ドリルについて、３種類の接合方式、すなわち図１
に示すセルフグリップ式（試料Ｇ）、図５の（ａ）〜（
ｃ）に示す２枚刃ビス止めドリル（試料Ｈ）および図６
に示す１枚刃ビス止めドリル（試料Ｉ）と、本発明の範
囲から外れる刃先超硬のろう付け接合ドリル（試料Ｊ）
について、その切削特性を比較したものである。その切
削条件は下記のとおりである。

【００３１】 被削材：Ｓ５０Ｃ，ＨＢ　＝２２０ 切削速度Ｖ：５０ｍ／分、１５０ｍ／分（水溶性切削油
） 送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ． 深さ：４０ｍｍ 加工孔直径：２０ｍｍ 本実施例における特性評価結果を表３に示す。なお、定
定性に代表される切削特性は、表３に示す、切削抵抗に
よりドリルに作用する切削バランスの水平分力およびス
ラストが全て小さいほど、また速度に対して依存性が小
さいほど良好な切削特性を示すといえる。

【００３２】本実施例の結果から、本発明を適用するス
ローアウェイ式ドリルの接合方式としては、試料Ｇのセ
ルフグリップ式が他の方式に比べて最も良好な切削特性
を示すことがわかる。

【００３３】なお、本実施例において資料Ｇの接合方式
として適用された、図１に示すセルフグリップ式のスロ
ーアウェイ式ドリルは、切刃部とシャンク部の接合を、
シャンクに形成されたスリットにより発生しやすくなっ
たはがねの弾性力を利用して固定している。そのため、
ビス止めなどの締結手段を別途必要としない。したがっ
て、従来のビス止め方式では締結強度およびねじの潰れ
などのために実現しなかった、直径１０ｍｍ以下の小計
のスローアウェイ式ドリルの製作が可能となる。また、
加工現場において切刃部とシャンクの接合工程でねじ止
めが不要であり、単に圧入するだけでドリルを組み立て
ることができるため、作業性が向上する。

【００３４】

【表３】

【００３５】第３の実施例 次に本発明の第３の実施例について説明する。本実施例
においては、第１の実施例の本発明品Ｂと同一の超硬部
材、すなわち高質層がＷＣ：（ＤｉＴａ）（ＣＮ）＝７
：３で、結合層が１３容積％の超硬合金を直径１０ｍｍ
のドリル用の形状に加工し、表面被覆材として、ぼざい
表面にＴｉＣＮを２μｍ、その上にＡｌ２　Ｏ３　を２
μｍ、さらにその上の最上層にＤｉＮを１μｍの厚さで
被覆した。

【００３６】このドリルを、以下の条件で性能評価テス
トを行なった。 被削材：Ｓ５０Ｃ（ＨＢ　＝２２０） 切削速度：８０ｍ／分，湿式（水溶性切削ゆ）送り：０
．１８ｍｍ／ｒｅｖ 深さ：２０ｍｍ その結果、切削長４０ｍで２０００孔を加工することが
可能であり、摩耗状態も正常であった。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、切刃
部の材質として表面被覆超硬合金を、シャンク部の材質
として鋼を用いることにより、刃先部は耐摩耗性，耐凝
着性あるいは耐熱亀裂性（耐チッピング性）に優れ、シ
ャンク部は靭性に富みかつ比較的コストを低くすること
ができる。したがって切刃部のチッピングやシャンク部
の突発的な折損などが発生することのない高い信頼性、
長い寿命および高い品質を有するスローアウェイ式ドリ
ルを低コストで提供することができる。

【００３８】また、切刃部とシャンク部を分離可能に機
械的に接合しているため、両者の装脱着が容易であり、
比較的損傷が多く寿命の短い切刃部が容易に脱着可能で
あり使い捨てすることができる。したがって、切刃部を
再研削によって継続使用することがなくなり、切刃部と
シャンク部とを分離不可能に一体化した従来のドリルに
比べてさらに低コスト化を図ることができる。また切刃
部の再研削を必要としないことにより、切れ味や工具寿
命のばらつきが減少するばかりでなく、ドリルの全長が
一定に保たれ、ドリル長の計測も不要である。また、切
刃部の母材を射出成形で高精度に造形可能であるため、
チップブレーカなどの形成も容易となり、加工コストが
さらに低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するスローアウェイ式ドリルのう
ち、いわゆるセルフグリップ式ドリルの接合部を拡大し
て示す分解斜視図である。

【図２】（ａ）は図１に示したセルフグリップ方式のス
ローアウェイ式ドリルの正面図 、（ｂ）はその右側面図である。

【図３】（ａ）は、図１に示すスローアウェイ式ドリル
において切刃部３１をシャンク部に圧入を開始する時点
の状態を示す第２Ａ図のＡ−Ａ断面矢視図、（ｂ）は切
刃部３１がシャンク部３２と接合固定された状態を示す
同断面矢視図である。

【図４】図１に示すスローアウェイ式ドリルの接合部の
他の例であり、挾持部３３ａ，３３ｂの両側にスリット
３４を設けたものの断面図である。

【図５】（ａ）は本発明を適用するスローアウェイ式ド
リルのうち、２枚刃ビス止め式スローアウェイ式ドリル
の正面図、（ｂ）は同右側面図、（ｃ）は切刃チップ１
１ａを拡大して示す斜視図である。

【図６】スローアウェイ式ドリルの１枚刃ビス止め方式
のスローアウェイ式ドリルを示す分解斜視図である。

【図７】従来の一般的なツイストドリルを示す構造図で
ある。

【符号の説明】

１，２１，３１　　切刃部 ２，１２，２２，３２　　シャンク部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被削物を切削するための切刃部と、切
   削機械の所定位置に取付けるためのシャンク部とを備え
   、切刃部が前記シャンク部と分離可能に機械的に接合さ
   れたスローアウェイ式ドリルであって、前記切刃部は表
   面被覆超硬合金または超硬合金からなり、前記シャンク
   部は鋼より構成されたことを特徴とするスローアウェイ
   式ドリル。
2. 【請求項２】　　前記切刃部の超硬合金の表面被覆材と
   して、Ａｌ２　Ｏ３　および周期律表のＩＶａ，Ｖａ，
   ＶＩａ族の金属の炭化物、窒化物、硼化物、炭窒化物、
   炭酸化物、炭酸窒化物、硼窒化物の中から選ばれた１種
   もしくはそれ以上の材料を１層もしくは２層以上被覆し
   、前記切刃部の母材の超硬合金として、ＷＣと、周期律
   表のＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族の金属の炭化物、窒化物、
   炭窒化物のうちの１種もしくはそれ以上からなるＢ１型
   固溶体からなる硬質相と、５〜３０容量％のＣｏを主体
   とする鉄族金属からなる結合相で構成されたことを特徴
   とする、請求項１記載のスローアウェイ式ドリル。