JP2001518021A - 穴あけ工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 穴あけ工具の軸に対して傾斜した、主および副切れ刃を備えた、好ましくは点対称の切れ刃配列を有する穴あけ工具、特に多刃穴あけ工具、が記述されている。切削力に限定された振動に対して工具を安定化させるために、副切れ刃は主たる軸方向に作用する長さにわたり切削方向に傾斜され、かつ、それにより負の横すくい角（γ^*）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 穴あけ工具 本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に基づく、主および副切れ刃を備 えた、たとえば点対称の切れ刃配列を有する穴あけ工具、特に多刃穴あけ工具、 に関する。その際本発明は、たとえば完全に穴明けするための穴あけ工具、穴ぐ り工具、かつまた、油穴付きドリルのような、種々の形式の穴あけ工具を含む。 穴あけ工具は、今日まだ主たる部分がツイストドリルもしくは捩りきり工具と して、すなわち螺旋形の溝を有する穴あけ工具として、形成されている。その際 ドリルねじれ部のねじれ角と、それによるドリルの横すくい角は、一般に０°〜 ５０°の範囲、すなわち正の範囲内にある。図８を利用してより詳しく説明する 。 シャンク１２と刃部１４とを有するツイストドリル１０が識別でき、該ドリル の中に、螺旋形の溝１６が組込まれている。横すくい角はγで表した。この横す くい角γは、回転方向ωと逆に開いているので、正である。 正の横すくい角は、第一に、その角度によりドリルの安定性が高いとき、副切 れ刃の領域で比較的好ましい切削条件が達成でき、さらにまた、該角度によりチ ップが確実に穿孔された穴から搬出できるようにするために、具備されている。 内部冷却式の穴あけ工具の場合、かつ、特に切削液が非常に高い圧力下で供給 される穴あけ工具の場合、穿孔された穴からチップを搬出するために、切削液お よび潤滑液を利用す ることができる。したがって、すでに短切削工具では、その際にツイストドリル よりも高い直刃工具の耐捩り性を利用できるので、直刃工具の使用に移行してい る。ただし鋳鉄またはＡｌＳｉ合金のような非常に短いチッピング工具用として の前記工具の使用は、これまで制限されたままである。 従来どおりに形成された工具、または、溝付き穴あけ工具に関する集中的な調 査は、特に工具が細い場合、すなわち直径に対する刃部長さの割合が５以上の領 域にある工具の場合、半径方向の該工具の安定化に問題が生ずることを示してい る。しばしばＣＮＣ制御式工作機械を援用して取付けられる最新式の刃物移動部 により、たしかに前述の振動を制限することに成功している。しかし、わずかな 非対称の摩耗現象が穴あけ工具の半径方向の安定性を大幅に損なうことが明らか になっており、これがすでに短期間の耐用年数後でも、穴あけ品質に悪影響を及 ぼす可能性がある。その場合には、穴あけの寸法安定性のみならず、表面品質に も注意しなければならない。この影響は、鋼または、たとえば超硬合金またはサ ーメットのような、耐摩耗性の切削材を含有する高速度鋼から成る穴あけ工具の 支持部が装着された工具の場合、特に激しく現われる。 したがって本発明が解決しようとする課題は、冒頭に述べた形式の穴あけ工具 、すなわち特許請求の範囲第１項の上位概念に基づき不安定な状態であっても静 粛かつ低振動で穴あけできる穴あけ工具、を提供することであり、この結果、良 好な表面および寸法精度を有する穴を作ることができる。 この課題は特許請求の範囲第１項の特徴により解決される。 本発明に基づき、工具を安定化させるために副切れ刃の延長部が利用される。 その際、本発明に基づく効果は、図８および１の対比を利用して具体的に最適に 示すことができる。 図８に、切削方向を指示する切削力Ｆｃを記入する。この切削力Ｆｃは、切れ 刃上に垂直に作用する垂直力Ｆｎと切削力成分Ｆｓとから生ずる力を示す。これ により、拡大尺度で切れ刃角に沿った力比を示した図８もしくは図８Ａから、力 成分Ｆｓが穴あけ工具１０のねじれ部もしくは刃部に圧力をかけることが分かる 。換言すれば、力成分Ｆｓは、座屈応力の比較的小さいドリル本体に作用するた め、この結果、穴あけ工具もしくは刃部のために、たとえば高速度鋼または超硬 合金のような、高強度工具を使用しなければならない。 図８および８Ａに記載した従来の穴あけ工具に比べ、本発明に基づく穴あけ工 具の場合、図１、１Ａおよび１Ｂに示したように、副切れ刃１１８が主たる軸方 向に作用する長さにわたり回転方向、すなわち切削方向に傾斜させ、かつ、それ により負の横すくい角γ^*を有するような配列が考慮される。垂直力成分Ｆｎと 、それに垂直に生ずる成分Ｆｚへの切削力Ｆｃの分解は、力成分Ｆｚが−図ＩＡ から明らかなように−穴あけ工具もしくは刃部１１４に引張応力を生じさせる。 この引張力Ｆｚは、穴あけ工具の形状が細くても、穴あけ工具の従来の形状に該 当する場合よりも本質的に大きい横力で初めて座屈が発生し得る効果を有するよ うに安定化させながら穴あけ工具本体に作用する。この引張力Ｆｚは、これによ り刃部にプレストレスとして作用し、かつ、このような方法で穴あけ工具の動的 安定性を高める。実験により、本発明に基づく穴あけ工具は、条件が不安定であ っても、従来の 穴あけ工具よりも本質的に静粛かつ低振動であり、この結果、良好な表面および 寸法精度を有する穴を製造できることが証明された。 これにより本発明の目的にとり本質的なことは、副切れ刃の延長部が穴あけ工 具を安定化させるために横力に抗して引込まれることである。その際、必ずしも 全体的に負の横すくい角を有する副切れ刃を形成する必要のないことが明らかに なった。むしろ副切れ刃は、主たる軸方向に作用する長さにわたり発生する動的 力の合計で上述の工具安定性を達成するために、切削方向に傾斜させるだけで十 分である。このような方法により、横すくい角を短い軸方向の区間にわたり正の 領域におき、かつ、それに続きこの角度を負の角度に移行させることも可能であ る。 本発明の好ましい継続形成は、従属請求項の目的である。 横すくい角は、好ましくは副切れ刃の刃物角に調整される。これにより、チッ プの形成を改善でき、しかも負の横すくい角が比較的大きくなるような場合であ っても改善することができる。 本発明に基づく方式は、シングルリップ穴あけ工具用として、様ざまな穴あけ 工具にも転用することができる。油穴付き穴あけ工具の場合、本発明に基づく方 式は、これらの工具が非常に高い細長比を有し、かつ、それにより規定応力にも 特に敏感に反応するので、特に効率的に使用される。 もう１つ別の特に好ましい適用範囲は、刃部に切れ刃配列が形成され、かつ、 刃部が支持部におかれた穴あけ工具である。このような穴あけ工具の形成は、支 持部に用いる高価な高強度材料を節約する必要がある場合に長所となる。本発明 に基づく穴あけ工具の形態は、支持部に用いる弱い材料を支援するために副切れ 刃の安定化作用を考慮することができる。 市販の刃部材料用として、本発明に基づく副切れ刃延長部の形態は、直ちに適 用できることが明らかになった。本発明に基づくコンセプトは、材料に過剰応力 を生じさせず、他方、本質的に改善された穴の寸法精度と表面品質とが生じる。 特許請求の範囲第１２項の継続形成は、副切れ刃が自動的に溝の延長部により 与えられるので、非常に簡単な工具形態が生じる。しかし必ずしも、この溝を刃 部の全長にわたり均一な螺旋ねじれを設ける必要がない。むしろ穴あけ工具の軸 方向長さにわたり、特許請求の範囲第１項の条件が満たされるまで、横すくい角 を可変することができ、この結果、副切れ刃は主たる軸方向に作用する長さにわ たり切削方向に傾斜したままになり、かつ、この領域で負の横すくい角を有する 。 特に特許請求の範囲第１６項の継続形成が長所を有する。 内設形の冷却通路システムにより、比較的高い圧力下で供給された切削液および 潤滑液は、穿孔された穴から、チップを負の螺旋（負のねじれ）の負の搬送作用 に逆らって搬出することを考慮することができる。負の横すくい角の場合、−１ ℃〜−１０℃の範囲で、切削液もしくは潤滑液の圧力を、従来の圧力よりも約２ ０％上昇させるだけで十分であることが分かった。 請求項２０の継続形成により、さらに副切れ刃の負荷を軽減することができ、 これを穴の表面品質の改善に利用することができる。 本発明に基づくドリル形態の安定化作用は、工具が回動工具として使用および 形成されるとき、特に効果的な影響を及ぼす。 本発明は、以下に概略図を利用してより詳しく説明する。 各図面は次のとおりである。 図１ 本発明に基づく工具の側面図 図１Ａ 図１の詳細ＩＡ 図１Ｂ 図１Ａの部分断面図ＩＢ−ＩＢ 図２Ａ 従来の穴あけ工具を使用する場合の穴あけ深さにわたる半径方向の振動 力の測定曲線 図２Ｂ 本発明に基づく形態を有する工具のための測定曲線の図２Ａに対応する 図示。 図３Ａ 従来の工具のための穴あけ行程全体の送り力の測定曲線。 図３Ｂ 本発明に基づく工具のための測定曲線の図３Ａに対応する図示。 図４Ａおよび図４Ｂ 測定曲線が従来の穴あけ工具（図４Ａ）と、本発明に基づ く穴あけ工具（図４Ｂ）とにより達成できるような、様ざまな穴の粗さを表示す るための測定曲線。図５Ａおよび図５Ｂ 穴の底部で達成できる表面うねりを示 すための測定曲線。その際、図５Ａに従来の穴あけ工具のための測定結果を、か つ、図５Ｂに本発明に基づく工具のための測定結果を、それぞれ示した。 図６および６Ａ 図１による図示に対応する本発明に基づく穴あけ工具の変化の 側面図。その際、負の横すくい角は単に先端区間の外側の領域に形成される。 図７および７Ａ 負のすくい角が単に先端区間にある本発明に基づく穴あけ工具 の変形態様の図６もしくは６Ａに対応する図示。 図８および８Ａ 従来どおりに形成された穴あけ工具の図１および１Ａに対応す る図。 図１に、むくドリルとして形成された、すなわち同一の材料から成る均等の本 体を有する穴あけ工具、を示す。そのための材料として、高速度鋼、超硬合金、 セラミック材料またはサーメットを使用することができる。１１６で表した溝は 、副切れ刃１１８によって制限され、この副切れ刃は刃部の全長にわたり一定の 負の横すくい角γ^*を有する。ただし本発明に基づく効果は、負の横すくい角が 領域ごとにのみ、ただし主たる軸方向に作用する長さにわたり負に設定される場 合にも、確実に生じることを強調しなければならない。この関連において、工具 が短い区間で正の横すくい角を備え、この角度が負の横すくい角に移行するだけ で十分である。 符号１２２により、内設形冷却通路のための流出口を示す。合流口は、ドリル １１０の主逃げ面１２４にあるため、この結果、溝は効果的に切削液もしくは潤 滑液で洗浄することができる。穴が深い場合、すなわちドリル径の２倍以上の深 さを有する穴の場合、従来の圧力を約２０％上回る切削液もしくは潤滑液の圧力 で加工することが好ましい。 図１Ｂに、ＩＢ−ＩＢ線に沿った断面案内部の部分断面図を示す。１１６によ り溝の延長部と位相１２６とが識別できる。変形された溝１１６^*の仮の延長部 を点線で示し、該溝の延長部により副切れ刃１１８の領域で刃物角κに及ぼす 影響を増大させることができる。この刃物角κは、さらに好ましい断面比が設定 されるように、好ましくは負の横すくい角γ^*の大きさに調整される。この角度 は、当然ながら切削する材料に依存して選択される。 以下、従来の穴あけ工具と本発明に基づく工具とにより実施された実験結果を 説明する図２ないし５を引用する。ここでは、円錐包絡線研磨部と直径Ｂ＝１０ ｍｍとを有するＲＴ１５０ＧＧタイプの「レシオドリル」が使用された。その際 、穴の深さがドリル径の１０倍に相当する穴が製造された。切削速度νｃは３８ ０ｍ／ｍｅｎで、かつ、送りｆが１回転あたり０．１６ｍｍで、加工された。被 切削材料は、ＡｌＳｉｇＣｕ３であった。比較実験は、角度γ^*が４°のねじれ 螺旋の負のねじれを用いて行われた。その他のパラメータはそのまま維持された 。図２は、穴深さ全体にわたる半径方向の振動力ｄＦｘの推移を示す。穴深さ３ ０ｍｍまでの著しく大きい振動特性が識別できる。それとの比較において、本発 明に基づく工具による実験は、振動傾向が非常に小さくかつ一定であることを示 す。 図３Ａおよび３Ｂに、穴あけ行程全体にわたる送り力Ｆｚの推移を示す。この 場合にも、従来どおりに形成された穴あけ工具を使用する際の不安定な力分布を 示し、その際、穴あけ行程３ｘｄまでの変動が著しく大きくなる。それに対し、 図３Ｂは単に穴あけの開始時の小さい送り力の振れを示し、かつ、その直後の非 常に良好な穴あけ行程の安定化を示す。 図４Ａおよび４Ｂは、実現できる穴あけ表面の粗さを比較する。それぞれ０． ２５ｍｍの測定区間が選択された。 図４Ａは、従来の工具を使用した場合に生じる粗さを示し、 図４Ｂは、本発明に基づく工具を使用した場合の粗さを示す。ここでは前述の材 料を使用して、ただし材料ＧＧ２５の工具を使用して、穿孔された。図４Ａによ る平均粗さは１．９９μｍであり、かつ、最大粗さは１８．８μｍであった。そ れに対し、図４Ｂに記載した本発明に基づくドリルによる実験結果では、平均粗 さＲａは１．０μｍに、かつ、最大粗さは８．６ｍｍになる。 最終的に本発明に基づく穴あけ工具を使用すれば−図５Ａおよび５Ｂから明ら かなように−マクロの領域でも良好な穴あけ品質が生じる。そのために穴底部の 表面うねりが測定された。図５Ａは、従来の工具を使用した実験による測定結果 を示す。この図から、非常に大きい穴底部の表面うねりが生じていることが分か る。それに対し本発明に基づく工具により−図５Ｂに示したように−非常に平滑 な穴底部の表面を達成することができる。 本発明に基づく穴あけ工具のもう１つ別の変形態様は、図６に示した。説明を 簡略にするため、図１に記載した工具の構成要素に相当する穴あけ工具の要素お よび部分は、類似の符号を付け、その際、先頭の「１」の代りに「２」を使用す る。図６および６Ａに記載した工具は、冒頭に述べた工具から、負のすくい角γ^* が単に先端区間２４０の外側の領域に設けられることにより区別される。先端 区間２４０自体において横すくい角は−図６Ａから明らかなように−正になる。 それにも拘わらず、工具は負の横すくい角を有する副切れ刃２１８の他の延長部 により十分に安定化されるため、この結果、振動傾向が低減される。図６Ａに内 設形冷却通路構成の流出口２２２が示されているが、この流出口は省くこ ともできる。 最後に図７は穴あけ工具の一実施態様を示し、この態様においては、本発明に 基づく副切れ刃３１８の方向が負の横すくい角を形成するためにもっぱら先端区 間３４０にのみ具備されている。刃部３１４の他の区間で、横すくい角γ^*は正 である。図７Ａに記載した開示から、この場合には引張力Ｆｚに基づきドリルを 安定化させる効果が区間３４０にのみ発生するため、この結果、この工具は、特 にたとえば３〜４ｘｄ（ドリル径）の深さ範囲までの、あまり深くない穴の穴あ けに適している。図７に記載した工具は、さらに切削液なしの穴あけに特に適し ている。ただし図７Ａには内設形冷却通路のための合流口は３２２で表されてい る。当然ながらこの工具の実施態様でも先端区間３４０に主および副切れ刃を形 成するための刃物差込部を具備することもできる。 当然ながら、本発明の基本思想の範囲内で、上述の実施例を変更することも可 能である。たとえば横すくい角の延長部の動的安定化作用は、切削方向と送りの ベクトル加算から生じる作用方向を、該切削方向の代りに考慮したときに達成す ることもできる。その場合に横すくい角は、作用方向角度(ＤＩＮ１４１２)だけ 拡大される。さらに、工具は必ずしも回転対称の切削形状にする必要がない。同 様に、シングルリップ油穴付き穴あけ工具で振動安定化を達成することも可能で ある。 これにより本発明は、穴あけ工具の軸に対して傾斜した、主および副切れ刃を 備えた、好ましくは点対称の切れ刃配列を有する穴あけ工具、特に多刃穴あけ工 具、を形成する。切削力に制約された振動に対して工具を安定化させるために、 副切れ刃は、主たる軸方向に作用する長さにわたり切削方向に傾斜され、かつ、 それにより負の横すくい角（γ^*）を有する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年７月２３日（１９９９．７．２３） 【補正内容】 請求の範囲 １． 穴あけ工具の軸に対して横すくい角（γ^*）で傾斜した、主および副切れ 刃を備えた、好ましくは点対称の切れ刃配列を有する穴あけ工具、特に多刃穴あ け工具、であって、 副切れ刃（１１８）が主たる軸方向に作用する長さにわたり切削方向に傾斜さ れ、かつ、それにより、前記切れ刃に係合する動的力（Ｆｃ）が穴あけ工具に引 張応力を生ぜしめるような負の横すくい角（γ^*）を有すること、を特徴とする 穴あけ工具。 ２． 横すくい角(γ^*)が副切れ刃(１１８)の刃物角（κ）に調整されること、 を特徴とする、請求項１記載の穴あけ工具。 ３． 横すくい角（γ^*）が−１°〜−１０°の範囲、好ましくは−２°〜−６ °の範囲、の領域にあること、を特徴とする、請求項１または２記載の穴あけ工 具。 ４． 切れ刃配列が刃部に形成されること、を特徴とする、請求項１ないし３の いずれか１項記載の穴あけ工具。 ５． 刃部が、鋼、高速度鋼、超硬合金、セラミックまたはサーメットまたはそ の類似物から成る支持部におかれること、を特徴とする、請求項４記載の穴あけ 工具。 ６． 刃部が刃物差込部により形成されること、を特徴とす ７． 刃物差込部が着脱可能に支持部と接続され、たとえば締付けられること、 を特徴とする、請求項６記載の穴あけ工具。 ８． 刃物差込部が一枚板により形成されること、を特徴とする、請求項６また は７記載の穴あけ工具。 ９． 刃部が、高速度鋼および／または超硬合金および／またはサーメットおよ び／またはセラミックおよび／またはＰＫＤ（多結晶ダイヤモンド）および／ま たはＣＢＮ（六方晶系窒化ホウ素）から成ること、を特徴とする、請求項４ない し８のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １０． 切れ刃配列が穴あけ工具（１１０）と一体型に形成されること、を特徴 とする、請求項１ないし３のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １１． 穴あけ工具が高速度鋼（ＨＳＳ）、超硬合金、セラミック材料またはサ ーメットから成ること、を特徴とする、請求項１０記載の穴あけ工具。 １２． 主切れ刃の数に相当する溝（１１６）の数が具備されること、を特徴と する、請求項１ないし１１のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １３． 副切れ刃（１１８）に沿った螺旋のねじれ角が、負 の横すくい角（γ^*）に相当すること、を特徴とする、請求項１２記載の穴あけ 工具。 １４． 油穴付きドリルとして形成されること、を特徴とする、請求項１ないし １３のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １５． 主逃げ面（１２４）に少なくとも１つの流出口（１２２）を有する内設 形の切削液もしくは潤滑液通路システムを特徴とする、請求項１ないし１４のい ずれか１項記載の穴あけ工具。 １６． 副切れ刃（１１８）が連続的に切削方向に並べられること、を特徴とす る、請求項１ないし１５のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １７． 副切れ刃（１１８）が、前設定された軸方向のドリル先端からの間隔か ら、初めて負の横すくい角（γ^*）を有すること、を特徴とする、請求項１ない し１６のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １８． 溝の中にチップ案内段が形成されること、を特徴とする、請求項１ない し１９のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １９． 副切れ刃に追従するもう１つ別の副切れ刃、を特徴とする、請求項１な いし１８のいずれか１項記載の穴あけ工具。 ２０． 回動工具として形成されること、を特徴とする、請求項１ないし１９の いずれか１項記載の穴あけ工具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 穴あけ工具の軸に対して横すくい角（γ^*）で傾斜した、主および副切れ 刃を備えた、好ましくは点対称の切れ刃配列を有する穴あけ工具、特に多刃穴あ け工具、であって、 副切れ刃（１１８）が主たる軸方向に作用する長さにわたり切削方向に傾斜さ れ、かつ、それにより負の横すくい角(γ^*)を有すること、を特徴とする穴あけ 工具。 ２． 横すくい角（γ^*）が副切れ刃(１１８)の刃物角（κ）に調整されること 、を特徴とする、請求項１記載の穴あけ工具。 ３． 横すくい角（γ^*）が−１°〜−１０°の範囲、好ましくは−２°〜−６ °の範囲、の領域にあること、を特徴とする、請求項１または２記載の穴あけ工 具。 ４． 切れ刃配列が刃部に形成されること、を特徴とする、請求項１ないし３の いずれか１項記載の穴あけ工具。 ５． 刃部が、鋼、高速度鋼、超硬合金、セラミックまたはサーメットまたはそ の類似物から成る支持部におかれること、を特徴とする、請求項４記載の穴あけ 工具。 ６． 刃部が刃物差込部により形成されること、を特徴とする、請求項４または ５記載の穴あけ工具。 ７． 刃物差込部が着脱可能に支持部と接続され、たとえば締付けられること、 を特徴とする、請求項６記載の穴あけ工具。 ８． 刃物差込部が一枚板により形成されること、を特徴とする、請求項６また は７記載の穴あけ工具。 ９． 刃部が、高速度鋼および／または超硬合金および／またはサーメットおよ び／またはセラミックおよび／またはＰＫＤ（多結晶ダイヤモンド）および／ま たはＣＢＮ（六方晶系窒化ホウ素）から成ること、を特徴とする、請求項４ない し８のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １０． 切れ刃配列が穴あけ工具（１１０）と一体型に形成されること、を特徴 とする、請求項１ないし３のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １１． 穴あけ工具が高速度鋼（ＨＳＳ）、超硬合金、セラミック材料またはサ ーメットから成ること、を特徴とする、請求項１０記載の穴あけ工具。 １２． 主切れ刃の数に相当する溝（１１６）の数が具備されること、を特徴と する、請求項１ないし１１のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １３． 溝（１１６）が螺旋形に延長すること、を特徴とする、請求項１２記載 の穴あけ工具。 １４． 副切れ刃（１１８）に沿った螺旋のねじれ角が、負の横すくい角（γ^* ）に相当すること、を特徴とする、請求項１３記載の穴あけ工具。 １５． 油穴付きドリルとして形成されること、を特徴とする、請求項１ないし １４のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １６． 主逃げ面（１２４）に少なくとも１つの流出口（１２２）を有する内設 形の切削液もしくは潤滑液通路システムを特徴とする、請求項１ないし１５のい ずれか１項記載の穴あけ工具。 １７． 副切れ刃（１１８）が連続的に切削方向に並べられること、を特徴とす る、請求項１ないし１６のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １８． 副切れ刃（１１８）が、前設定された軸方向のドリル先端からの間隔か ら、初めて負の横すくい角（γ^*）を有すること、を特徴とする、請求項１ない し１６のいずれか１項記載の穴あけ工具。 １９． 溝の中にチップ案内段が形成されること、を特徴とする、請求項１ない し１８のいずれか１項記載の穴あけ工具。 ２０． 副切れ刃に追従するもう１つ別の副切れ刃を特徴とする、請求項１ない し１９のいずれか１項記載の穴あけ工具。 ２１． 回動工具として形成されること、を特徴とする、請求項１ないし２０の いずれか１項記載の穴あけ工具。