JP2004090172A - スローアウェイ式ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】切削ヘッド部を堅固に固定でき且つ孔加工時の応力を軽減できるスローアウェイ式ドリルを提供する。
【解決手段】切削ヘッド部５の基端面５ａに、工具本体２側に軸線上で突出する軸部１５を設け、基端面５ａに、軸部１５側から切削ヘッド部５の外周面に向かって延出すると共に幅が変化する一対のキー部１８，１８を設け、工具本体２の先端面２ａに、軸部１５に嵌合する受け部２２と、これに連なるスリット２６とを設け、一対のキー部１８，１８と嵌合する一対の本体キー溝２４，２４を設け、切削ヘッド部５の軸部１５と工具本体２の受け部２２とを嵌合させると共に、キー部１８，１８と本体キー溝２４，２４とを嵌合させ、基端面５ａと先端面２ａとを当接させた状態で、スリット２６を貫通する締結ボルト３０を締め込んで工具本体２に切削ヘッド部５を固定することを特徴とする。
【選択図】　図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切刃を有する切削ヘッド部を工具本体に交換可能に装着できるようにしたスローアウェイ式ドリルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、切刃を有する切削ヘッド部を工具本体に交換可能に装着できるようにしたスローアウェイ式ドリルとして、例えば実用新案登録第３０５４４４４号公報に記載されたものがある。
このスローアウェイ式ドリルは、ドリルの先端側領域からなる切削ヘッド部と工具シャンクの相互の連結部において、工具シャンクに弾性スリットを設け、弾性スリットの両側に対向する連結用の一対の凹面状固定壁とトルクを切削ヘッド部に伝達する一対のトルク伝導壁とをそれぞれ形成し、切削ヘッド部には工具シャンクの固定壁に係合する一対の凸面状固定壁と、工具シャンクのトルク伝導壁に嵌合する一対のトルク伝導壁とを有している。対向する凹面状固定壁の最小の間隔は凸面状固定壁の幅より広く設定されている。
【０００３】
そして工具シャンクに切削ヘッド部を連結するに当たって、工具シャンクの凹面状固定壁の間隙に切削ヘッド部の凸面状固定壁を通過させるようにして両固定壁を同軸で直交させ、次に切削ヘッド部を工具本体の回転方向と逆方向に回転させると、工具シャンク部のトルク伝導壁に切削ヘッド部のトルク伝導壁が当接すると共に凸面状固定壁と凹面状固定壁とが結合する。両固定壁の結合は工具本体の弾性スリットを弾性変形させて広げつつ行い、これによって切削ヘッド部と工具シャンクとが弾性的に結合されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構造では切削ヘッド部と工具シャンク部の結合は弾性スリットによる弾性的な結合でのみ行われるために、両者の結合力が小さく、孔加工時に大きな切削負荷がかかると、切削ヘッド部がずれたり外れたりし易く、孔加工精度が低下したり、工具破損の原因になり易いために加工コストの増大につながるという問題がある。
本発明は、このような実情に鑑み、切削ヘッド部の着脱が容易で堅固に固定でき、且つ孔加工時の応力を軽減できるスローアウェイ式ドリルを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、切刃が設けられた切削ヘッド部を工具本体に着脱可能に装着してなるスローアウェイ式ドリルにおいて、前記切削ヘッド部の基端面に、前記工具本体側に軸線上で突出する軸部を設け、前記基端面に、前記軸部側から切削ヘッド部の外周面に向かって延出すると共に幅が変化する一対のキー部またはキー溝を回転対称に設ける一方、前記工具本体の先端面に、前記軸部に嵌合する受け部と、これに連なるスリットとを設け、前記一対のキー部またはキー溝と嵌合する一対の本体キー溝または本体キー部を設け、前記切削ヘッド部の軸部と前記工具本体の受け部とを嵌合させると共に、前記キー部またはキー溝と前記本体キー溝または本体キー溝とを嵌合させ、前記基端面と前記先端面とを当接させた状態で、前記スリットを貫通する締結ボルトを締め込んで前記工具本体に前記切削ヘッド部を固定することを特徴とする。
【０００６】
このように構成することで、工具本体に切削ヘッド部を固定するに当たり、前記軸部と受け部とを嵌合させることで工具本体と切削ヘッド部との回転軸線が合致し、各キー部または各キー溝と各本体キー溝または各本体キー部とを各々嵌合させることで工具本体と切削ヘッド部との回転方向の相対移動が規制される。そして、切削ヘッド部の基端面と工具本体の先端面とを当接させた状態で工具本体に締結ボルトを締め込むと、工具本体がスリットの間隙を縮小するように弾性変形し、軸部を受け部で締め付けて工具本体に切削ヘッド部を堅固に固定することが可能となる。
また、切削ヘッド部の基端面のキー部またはキー溝の幅を任意に変化させ、切削ヘッド部の基端面を拡大させて、工具本体の先端面と広い面積で当接させることが可能となる。
【０００７】
請求項２に記した発明は、前記キー部または前記本体キー部の基端部が、その先端部よりも広く形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、キー部または本体キー部の基端部の断面積を拡大することが可能となる。また、キー部の側面と切削ヘッド部の基端面との角度、または本体キー部の側面と工具本体の先端面との角度を鈍角とし、キー溝または本体キー溝の側面及び底面のなす角度を鈍角とすることが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図１に示すように、本実施の形態によるスローアウェイ式ドリル（以下、ドリルということがある）１は、工具本体２がシャンク部３と刃部４とからなる略棒状に形成され、刃部４の先端には、テーパ状の先端面７に一対の切刃８を有するスローアウェイタイプの切削ヘッド部５が交換可能に装着されている。刃部４の外周面には、２つの切屑排出溝６，６及びそれらに隣接するランド部１０，１０がドリル本体の回転軸線Ｏを中心に対向して回転対称に形成されており、回転軸線Ｏ回りにねじれている。
【０００９】
工具本体２の内部には、回転軸線Ｏに沿って、好ましくは同軸上に、工具本体２の基端側（同図においては下方側）から切削ヘッド部５に向かって油孔２８が形成されている。この油孔２８は切削ヘッド部５に到達しない途中位置で複数（本実施の形態においては２つ）に分岐され、各分岐油孔２８ａ，２８ａはそれぞれ外周側に延びて切削ヘッド部５近傍のランド部１０，１０外周面に設けられた油溝２８ｂ，２８ｂに開口している。
【００１０】
図２に示すように、切削ヘッド部５において、各切屑排出溝６，６の回転方向（図中矢印Ｒで示す）を向く先端側の壁面と先端面７との各交差稜線部に一対の切刃８，８が形成されている。尚、切削ヘッド部５の外周面に設けられた凹面部５ｂ，５ｂは前記油溝２８ｂ，２８ｂの一部を構成するものである。
上述の基本構成を備えたドリル１は、図１に示すように、スローアウェイタイプの切削ヘッド部５に設けられた後述するキー部１８及び軸部１５と、工具本体２に設けられた後述する本体キー溝２４及び受け部２２とをそれぞれ嵌合させた状態で、工具本体２の受け部２２を２分するように設けられたスリット２６を締結ボルト３０によって弾性変形させることで、軸部１５を受け部２２で締め付けて工具本体２に切削ヘッド部５を堅固に固定している。
【００１１】
図３に示すように、切削ヘッド部５は、回転軸線Ｏの両側に回転対称に形成された一対のヘッドランド部１０ａ，１０ａが設けられ、これらヘッドランド部１０ａ，１０ａに隣接して略凹曲面状の一対の凹側面６ａ，６ａが形成されている。ヘッドランド部１０ａ，１０ａは前記ランド部１０，１０の一部を構成しており、凹側面６ａ，６ａは切屑排出溝６，６の一部を構成している。
先端面７は回転軸線Ｏを中心とした概略テーパ状に形成され、回転軸線Ｏ付近から径方向外側に延びる一対の前記切刃８，８と、各切刃８の回転方向後方に順次設けられた逃げ面１１とシンニング面１２とを有している。尚、図中矢印Ｒは回転方向を示す。
【００１２】
図４に示すように、切削ヘッド部５の先端面７の反対側の面である基端面５ａには、基端面５ａから回転軸線Ｏと同軸上に突出する軸部１５が形成されると共に、軸部１５の基端寄り（基端面５ａ寄り）の対向する周面から各々切削ヘッド部５の外周面に至る部位に渡って径方向で延びる一対のキー部１８，１８が形成されている。
ここで、各キー部１８は、その延設方向と直行する方向で、その先端部１８Ａの幅よりも基端部１８Ｂの幅が広くなるように形成されている。また、キー部１８の両側面１８ｂ，１８ｂと切削ヘッド部５の基端面５ａとの角度θ１、及びキー部１８の両側面１８ｂ，１８ｂとキー先端面１８ａとの角度θ２が、各々鈍角となるように形成されている。
そして、軸部１５の基端面５ａからの突出高さはキー部１８のそれよりも高く、つまり軸部１５の軸先端面１５ａはキー部１８のキー先端面１８ａよりも工具本体２側に突出している。この軸部１５の突出部分の前記キー部１８，１８方向に位置する周面を嵌合面１６，１６とする。
【００１３】
また、図３に示すように、軸部１５の周面の一部は凹側面６ａ，６ａで切除されており、その切除部分に隣接する軸部１５の周面が前記嵌合面１６，１６となる。そして、嵌合面１６，１６の基端面５ａ寄りの部位から各々径方向に延びるキー部１８，１８は、軸部１５側から切削ヘッド部５の外周面側に向かうにつれて、その延設方向と直行する方向の幅を狭めるように形成されている。
【００１４】
図５に示すように、工具本体２の刃部４には、切屑排出溝６，６に隣接して、回転軸線Ｏの両側に回転対称に形成された一対の本体ランド部１０ｂ，１０ｂが設けられており、この本体ランド部１０ｂ，１０ｂはヘッドランド部１０ａ，１０ａと共にランド部１０，１０を構成している。尚、図中矢印Ｒは回転方向を示す。
【００１５】
図６に示すように、工具本体２の先端面２ａには、前記軸部１５と嵌合可能な受け部２２が回転軸線Ｏと同軸上に形成されると共に、受け部２２の先端面２ａ寄りの対向する内周面から工具本体２の外周面に至る部位に渡って径方向で延びる、前記キー部１８，１８と嵌合可能な一対の本体キー溝２４，２４が形成されている。ここで、各本体キー溝２４は、キー部１８に対応して、その延設方向と直行する方向で、底部２４Ａの幅よりも開口部２４Ｂの幅が広くなるように形成されている。また、本体キー溝２４の両側面２４ｂ，２４ｂと工具本体２の先端面２ａとの角度θ３、及び本体キー溝２４の両側面２４ｂ，２４ｂと底面２４ａとの角度θ４が、各々鈍角となるように形成されている。
そして、受け部２２の前記本体キー溝２４，２４方向に位置し、前記嵌合面１６，１６と整合する内周面を挟持面２３，２３とする。
【００１６】
また、図５に示すように、受け部２２の内周面の一部は切屑排出溝６，６で切除されており、その切除部分に隣接する受け部２２の内周面が挟持面２３，２３となる。そして、挟持面２３，２３の先端面２ａ寄りの部位から各々径方向に延びる本体キー溝２４，２４は、前記キー部１８，１８に対応して、受け部２２側から工具本体２の外周面側に向かうにつれて、その延設方向と直行する方向の幅を狭めるように形成されている。
【００１７】
そして、受け部２２の底面２２ａには、挟持面２３，２３間であって工具本体２の先端部分をその径方向で略線対称に２分するように、つまり回転軸線Ｏ上にスリット２６が形成されている。
このスリット２６によって、工具本体２の先端部分は一対のハーフ部３２Ａ，３２Ｂに分割される。ハーフ部３２Ａには締結ボルト３０のヘッド受け部９ａを有する挿通孔９がスリット２６と回転軸線Ｏ付近で直交するように径方向で貫通形成されており、ハーフ部３２Ｂには締結ボルト３０を締め込むためのねじ部２９が挿通孔９の延長線上に貫通形成されている。
これらハーフ部３２Ａ，３２Ｂはスリット２６の間隔を増減するように弾性変形可能とされ、切削ヘッド部５の固定時には締結ボルト３０を締め込むことによって互いに接近するように弾性変形する。
【００１８】
ここで、締結ボルト３０は、本体キー溝２４，２４の延設方向と略平行に配置されており、切削ヘッド部５の固定時に締結ボルト３０を締め込んで各ハーフ部３２Ａ，３２Ｂを弾性変形させると、工具本体２の外周面側の幅が狭い各本体キー溝２４の側面２４ｂが、切削ヘッド部５の各キー部１８の側面１８ｂに接近することとなる。このとき、軸部１５の嵌合面１６，１６を受け部２２の挟持面２３，２３で挟み込んで切削ヘッド部５を固定した状態で、本体キー溝２４の側面２４ｂとキー部１８の側面１８ｂとの間に隙が生じるように設定されており、本体キー溝２４とキー部１８とが楔作用で圧着してしまうことを防止している。
尚、スリット２６の下端側には、スリット２６の長さを短くすると共に弾性変形時の応力集中を避けるためのヌスミ部２６ａが形成されている。
【００１９】
本実施の形態によるドリル１は上述の構成を有しており、次にこのドリル１の工具本体２に切削ヘッド部５を装着する手順について説明する。
まず、工具本体２に切削ヘッド部を、各回転軸線Ｏをほぼ一致させるように装着し、図７に示すように、切削ヘッド部５の軸部１５を工具本体２の受け部２２に嵌合させることで、切削ヘッド部５と工具本体２との回転軸線Ｏが合致し、且つ、切削ヘッド部５の各キー部１８を工具本体２の各本体キー溝２４に嵌合させることで、切削ヘッド部５と工具本体２との回転方向の相対移動が規制される。このとき、切削ヘッド部５の基端面５ａと工具本体２の先端面２ａとが当接した状態となる。
この状態で、切削ヘッド部５のヘッドランド部１０ａ，１０ａは工具本体２の本体ランド部１０ｂ，１０ｂに精密に重なり、ドリル１として切屑排出溝６，６とランド部１０，１０とが工具本体２から切削ヘッド部５まで滑らかに螺旋状に連結されて一体化される。
【００２０】
最後に、図８に示すように、締結ボルト３０を工具本体２の挿通孔９側からねじ部２９に螺合させ締め付けると、ハーフ部３２Ａ，３２Ｂがスリット２６の下端側を固定端として工具本体２側の先端面２ａ側、つまりスリット２６の開放端側が互いに接近するように弾性変形し、スリット２６の間隙を縮小させる。そして、切削ヘッド部５の軸部１５の各嵌合面１６を工具本体２の受け部２２の各挟持面２３によって締め付けることで、工具本体２に切削ヘッド部５を堅固に固定することができる。
【００２１】
このドリル１を用いて孔加工を行う場合、図示しない工作機械のスピンドル軸を介して工具本体２に伝達された駆動力が、各本体キー溝２４及び各キー部１８を介して切削ヘッド部５に伝達されて、ドリル１が回転軸線Ｏ回りに一体回転し、切刃８，８によって被削材の孔加工が行われる。切刃８で生成された切屑は切屑排出溝６を通して基端側に排出される。
【００２２】
このとき、各キー部１８が軸部１５側から切削ヘッド部５の外周面側に向かうにつれてその幅を狭めるように形成されているため、キー部１８が同一幅で形成されている場合と比べて基端面５ａの面積が拡大し、工具本体２の先端面２ａと広い面積で当接することとなる。つまり孔加工時の主分力であるスラスト荷重を支持する面積が増加することとなり、切削ヘッド部５の基端面５ａと工具本体２の先端面２ａとの当接部分にに発生する圧縮応力を軽減することができる。
また、各キー部１８は、先端部１８Ａの幅よりも基端部１８Ｂの幅が広くなるように形成されているため、キー部１８が同一幅で形成されている場合と比べてドライブ荷重によってキー部１８の基端部１８Ｂに発生するせん断応力を軽減することができる。
さらに、キー部１８の各側面１８ｂと切削ヘッド部５の基端面５ａとの角度θ１、及び本体キー溝２４の各側面２４ｂと底面２４ａとの角度θ４が、各々鈍角となるように形成されているため、キー部１８の側面１８ｂと基端面５ａとの境界部分における応力集中、及び本体キー溝２４の側面２４ｂと底面２４ａとの境界部分における応力集中を軽減することができる。
したがって、ドリル１の耐久性を向上でき、特に切削ヘッド部５に比べて破損しやすい工具本体２の破損を有効に防止できる。
【００２３】
加工によって切刃８が摩耗したり欠損して交換が必要な場合には、上述の装着工程と逆の手順で切削ヘッド部５を取り外し、他の切削ヘッド部５を上述と同一の手順で装着すれば良い。
【００２４】
上述のように本実施の形態によれば、切削ヘッド部５を工具本体２に堅固に固定することができ、ドリル１による孔加工時に高い負荷が切刃８を通して切削ヘッド部５にかかっても切削ヘッド部５がずれたり外れたりすることがなく、振動を抑えて孔加工精度が精密である上に工具寿命を向上させることができる。また、スラスト荷重及びドライブ荷重による応力及び応力集中を軽減して、ドリル１の耐久性を向上させることができる。
【００２５】
次に、上記実施の形態の変形例を、図９、図１０に基づいて説明する。
ここで、この変形例におけるドリル１０１は、切削ヘッド部１０５に前記本体キー溝２４に相当するキー溝１２４を設け、工具本体１０２に前記キー部１８に相当する本体キー部１１８を設けたものである。尚、以下の具体的な説明では、上記実施の形態と同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
【００２６】
図１０に示すように、切削ヘッド部１０５の基端面１０５ａには、軸部１５の基端近傍の対向する部位から各々切削ヘッド部１０５の外周面に至る部位に渡って径方向で延びる一対のキー溝１２４，１２４が凹設され、工具本体１０２の先端面１０２ａには、受け部２２の近傍から工具本体１０２の外周面に至る部位に渡って径方向で延びる、前記各キー溝１２４と嵌合可能な一対の本体キー部１１８，１１８が凸設されている。
【００２７】
ここで、各キー溝１２４は、前記本体キー溝２４と同様、その延設方向と直行する方向で底部の幅よりも開口部の幅が広くなるように形成されると共に、キー溝１２４の各側面及び底面がなす角度が鈍角となるように形成されている。また、各本体キー部１１８は、前記キー部１８と同様、キー溝１２４に対応して、その延設方向と直行する方向で先端部の幅よりも基端部の幅が広くなるように形成されると共に、本体キー部１１８の各側面と工具本体１０２の先端面１０２ａとの角度が鈍角となるように形成されている。
【００２８】
そして、図９に示すように、キー溝１２４，１２４は、軸部１５側から切削ヘッド部１０５の外周面側に向かうにつれて、その延設方向と直行する方向の幅を狭めるように形成されており、本体キー部１１８，１１８は、前記キー溝１２４，１２４に対応して、受け部２２側から工具本体１０２の外周面側に向かうにつれて、その延設方向と直行する方向の幅を狭めるように形成されている。
【００２９】
上記変形例におけるドリル１０１においても、切削ヘッド部１０５を工具本体１０２に堅固に固定することができ、切削ヘッド部１０５がずれたり外れたりすることがなく、振動を抑えて孔加工精度が精密である上に工具寿命を向上させることができる。　また、スラスト荷重及びドライブ荷重による応力及び応力集中を軽減して、ドリル１０１の耐久性を向上させることができる。
【００３０】
尚、本発明は上記実施の形態に限られるものではなく、例えば、キー部１８及び本体キー溝２４、またはキー溝１２４及び本体キー部１１８が、軸部１５側に向かうにつれて狭まるように形成してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、切削ヘッド部の基端面に、工具本体側に軸線上で突出する軸部を設け、前記基端面に、前記軸部側から切削ヘッド部の外周面に向かって延出すると共に幅が変化する一対のキー部またはキー溝を回転対称に設ける一方、工具本体の先端面に、前記軸部に嵌合する受け部と、これに連なるスリットとを設け、前記一対のキー部またはキー溝と嵌合する一対の本体キー溝または本体キー部を設け、切削ヘッド部の軸部と工具本体の受け部とを嵌合させると共に、前記キー部またはキー溝と前記本体キー溝または本体キー溝とを嵌合させ、前記基端面と前記先端面とを当接させた状態で、前記スリットを貫通する締結ボルトを締め込んで工具本体に切削ヘッド部を固定するため、工具本体に締結ボルトを締め込むと工具本体がスリットの間隙を縮小するように弾性変形し、軸部を受け部で締め付けて工具本体に切削ヘッド部を堅固に固定することが可能となり、孔加工時等に両者がずれたりすることがなく振動を抑えて高精度な加工を行えて長寿命が得られる。
【００３２】
また、切削ヘッド部の基端面のキー部またはキー溝の幅を任意に変化させ、切削ヘッド部の基端面を拡大させて、工具本体の先端面と広い面積で当接させることが可能となり、孔加工時のスラスト荷重による圧縮応力を軽減して耐久性を向上できる。
【００３３】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、キー部または本体キー部の基端部の面積を拡大することが可能となり、孔加工時のドライブ荷重によるせん断応力を軽減して耐久性をより一層向上できる。そして、キー部の側面と切削ヘッド部の基端面との角度、または本体キー部の側面と工具本体の先端面との角度を鈍角とし、キー溝または本体キー溝の側面及び底面がなす角度を鈍角とすることが可能となり、キー部または本体キー部における応力集中、及び本体キー溝またはキー溝における応力集中を軽減し破損を防止して耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるスローアウェイ式ドリルの正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】切削ヘッド部の平面図である。
【図４】図３の正面図である。
【図５】工具本体の先端部分の平面図である。
【図６】図５の正面図である。
【図７】工具本体に切削ヘッド部を装着した状態を示す平面図である。
【図８】図８の正面図である。
【図９】この実施の形態の変形例を示す図７に相当する平面図である。
【図１０】図９の正面図である。
【符号の説明】
１，１０１　スローアウェイ式ドリル
２，１０２　工具本体
２ａ，１０２ａ　先端面
５，１０５　切削ヘッド部
５ａ，１０５ａ　基端面
１５　軸部
１８　キー部
１１８　本体キー部
２２　受け部
２４　本体キー溝
１２４　キー溝
２６　スリット
３０　締結ボルト

Claims (2)

1. 切刃が設けられた切削ヘッド部を工具本体に着脱可能に装着してなるスローアウェイ式ドリルにおいて、
   前記切削ヘッド部の基端面に、前記工具本体側に軸線上で突出する軸部を設け、前記基端面に、前記軸部側から切削ヘッド部の外周面に向かって延出すると共に幅が変化する一対のキー部またはキー溝を回転対称に設ける一方、
   前記工具本体の先端面に、前記軸部に嵌合する受け部と、これに連なるスリットとを設け、前記一対のキー部またはキー溝と嵌合する一対の本体キー溝または本体キー部を設け、
   前記切削ヘッド部の軸部と前記工具本体の受け部とを嵌合させると共に、前記キー部またはキー溝と前記本体キー溝または本体キー溝とを嵌合させ、前記基端面と前記先端面とを当接させた状態で、前記スリットを貫通する締結ボルトを締め込んで前記工具本体に前記切削ヘッド部を固定することを特徴とするスローアウェイ式ドリル。
2. 前記キー部または前記本体キー部の基端部が、その先端部よりも広く形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスローアウェイ式ドリル。

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