JP3976797B2 - 乾式孔あけのためのツイストドリル - Google Patents

Description

本発明は、乾式孔あけのための、請求項１の上位概念に記載の構成を備えるツイストドリルに関する。
即ち、切りくずみぞ及びドリルウエブは通常のドリルと異なっておらず、通常のドリルの切りくずみぞ及びドリルウエブはドリル軸線に対して対称的に形成されている。
ドリルにおいて冷却潤滑剤の供給を省略することによって、廃棄物処理若しくは使用のための著しい費用が削減される。従って一般的に、ドリルは乾式孔あけを可能にする材料によって若しくは切刃形状で製作される。しかしながらこれによって他面では、切りくず排出の困難性、切刃エッジ及び当たり部の高い摩耗、ドリルの強い加熱、並びに孔あけ行程の後のドリルの抜き取りの際の火花発生若しくは破損を伴った大きな騒音の問題がある。切削力測定によって明らかなように、穿孔からのドリルの抜き取りに際して生じるトルクは孔あけに必要なトルクを越えている。さらにドリルの抜き取りの際に、ドリルの破壊を生ぜしめ得るような引っ張り力が別の力成分として生じる。
孔あけ行程の後のドリルの抜き取りの際に考慮すべき問題は、乾式孔あけの際にドリルの切刃の領域に生じる高い加熱に起因している。ドリルの、孔あけ行程中に上昇する加熱はドリルの直径を連続的に増大させ、ひいては穿孔も孔深さの増大に伴って増大する。このような増大量はドリルの切刃領域の温度に関連して簡単に算出できる。切削に基づく切削熱のほかに穿孔壁と当たり部若しくは周刃との摩擦による加熱が生じる。これによって切削（Schneiden）ではなく、負のすくい角で以て掻き取り（Schaben）が生じる。そこでも加熱に基づく直径増大が不都合に作用する。要するに、孔あけ行程の終端でドリル直径、ひいては穿孔の直径が穿孔始端部よりも大きくなっている。これによってドリルの抜き取りに際して穿孔内での強い締め付けが生じる。このような締め付けの結果として、工具の強い加熱が生じ、これに起因した工具のさらなる膨張、ドリルの高い騒音、及び穿孔からのドリルの抜き取りの際のトルク上昇が生じる。
関係文献には乾式孔あけの際の前述の問題を、圧縮空気を用いてドリルを冷却することによって解決することが記載してある。最小量潤滑若しくは特殊な滑り剤層の使用も解決手段ではある。
本発明の課題は、乾式孔あけのためのドリルを改善して、該ドリルがもっぱら切刃幾何学形状に基づき前述の欠点を避けるようにすることである。この課題は、切刃の、逃げ面がドリルウエブの領域に位置する部分、特にチゼル刃を非対称に形成することによって解決される。
すでに、プラスチックから形成されたガイドプレート（Leiterplatte）を孔あけするためのドリルにおいて、全体のドリル切刃を中心線の外側に、即ち非対称的に形成することは提案されている（ドイツ連邦共和国特許出願公開第２６５５４５２号公報）。これは特殊な使用分野のドリルであり、この場合、孔あけすべき材料、即ちプラスチックから形成されたガイドプレートはわずかな切削摩擦しか生ぜしめない。このような特殊な材料は切り粉の搬出の問題を生ぜしめ、このような問題の解決のために根本的に非対称の切刃構造が提案されている。このような解決策を汎用ドリルに転用することは、ポイント中心からはずれた切削のために問題である。さらに、非対称的な、すなわち異なる長さの主切刃は不都合な孔あけ結果をもたらす。ドリル分野の関係文献では、特に先端角の非対称、ドリル尖端の中心からのずれ、主切刃の切刃高さの違いは避けるように示されている。ドリルの切刃高さの違いは異なる切削横断面を生ぜしめ、ひいては強い摩耗を生ぜしめる。
米国特許第５０７８５５４号＝ヨーロッパ特許第０４２７８５７Ｂ１号明細書によって公知のドリルは、ドリル軸線に関連して非対称的なウエブ及び非対称的な切りくずみぞを有している。従ってチゼル刃経過も非対称的である。このようなドリルの全体的な非対称性は穿孔の、深さの増大に伴った直径の過度な拡大を避けることを目的としている。重要な使用例はクランク軸の釣り合いのための加工である。この場合、穿孔がクランク軸の釣り合い状態の変更のために設けられる。孔あけ過程は、釣り合い機械で、すなわち釣り合いのために緊締されたクランク軸で行われる。釣り合いのために、釣り合い機械に所属して配置されたセンサが用いられる。作業精度にとって、冷却水若しくは吹き付け水は不都合に影響を及ぼすことになるはずである。このような事情から乾式孔あけが必要である。この場合、穿孔の精度は意図的な迅速な材料排出よりも問題でない。
前述の公知の手段に対して、本発明に基づく非対称性は主切刃に影響を及ぼすことなく尖端切削面、すなわちチゼル刃の形状に限定してある。すなわち、軸線方向でドリルウエブの前に位置する切刃領域に所望の非対称性が施されている。本発明の手段によってドリルが孔あけに際して偏心的に切り出しを行う。尖端切削面は、ドリルがまず中心で旋削するように作用する。すなわち、ドリル尖端がドリル軸線上に位置している。引き続く孔あけ行程中に、チゼル刃の実際に非対称的な部分が作用するようになる。非対称的な部分が圧力成分を形成し、圧力成分がドリルを孔あけ行程中に穿孔軸線によって規定された基準線から半径方向でチゼル刃の方向に変位させる。これによって、回転するドリルで形成される穿孔の直径はドリルの実際直径よりもほぼ１‰乃至１％大きくなっている。これによって抜き取りの際の締め付けが避けられ、このことは切削力測定によって確認できる。この場合、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２６５５４５２号公報に記載の公知技術に基づく主切刃の非対称的な構造のドリルを一般的な使用分野で用いた際に予期される欠点がほぼ避けられる。すなわち、両方の部分チゼル刃によって切削すべき容積は、所望の非対称性にも係わらずほぼ同じである。
本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。
図面：
図１は乾式孔あけ（Trockenbohren）によって原理的に形成される穿孔の断面を誇張して示しており、
図２は異なる長さの部分チゼル刃を備えたドリル先端部の平面図、
図３は主切刃とチゼル刃との間の移行部の異なる半径を備えた、図２に類似のドリル先端部の平面図、
図４は部分チゼル刃と所属の主切刃との間の異なる角度を有する、図２若しくは図３に類似のドリル先端部の平面図、
図５は従来の構造のドリルにおける穿孔深さにわたる切削力ダイヤフラム、及び
図６は本発明に基づくチゼル刃で形成されたドリルの、図５に対応した切削力ダイヤフラムである。
図１に横断面を示す穿孔１はワーク４の上面から下面３に向かって形成されている。ｄはドリルのドリル進入時の穿孔直径であり、Ｄはドリル走出時の穿孔直径である。穿孔１の、ドリル進入部（ｄ）からドリル走出部（Ｄ）に向かって拡大する直径は、孔あけ行程中のドリルの、特に切刃の領域の連続的な加熱に因るものである。図１に示してある円錐は誇張してある。
全体を符号５で示すドリルは両方の主切刃６を有している。主切刃６のすくい面１６は切りくずみぞ（Spannut）若しくは切りくず室（Spankammer）１３の領域に位置している。主切刃６は、図２乃至図４の図平面に垂直に延びてドリル尖端（Bohrerspitze）１７を含むドリル軸線７に対して対称である。鎖線の円によって示すドリルウエブ（Bohrerkern）８は、ドリル尖端１７を含む端面にチゼル刃（Querschneide）９を設けられている。チゼル刃はドリル尖端１７の平面図（図２乃至図４）でＳ字形を成しており、チゼル刃の湾曲した両方の端部が半径方向１０で外側へ移行半径として鈍角Ｗ１，Ｗ２で主切刃６に移行している。
チゼル刃９全体は２つの部分チゼル刃１１，１２によって形成されており、チゼル刃のすくい面はドリルウエブ８の領域に位置していて、ドリル軸線７から半径方向１０に外側へ切りくずみぞ若しくは切りくず室１３まで延びている。両方の部分チゼル刃１１，１２は図２の実施例ではチゼル刃半径１４，１５内への移行部まで互いに異なる長さを有しており、該長さは図２に異なる寸法Ａ，Ｂによって表してある。図３の実施例ではチゼル刃半径１４，１５の大きさが互いに異なっていて、図３に矢印Ｒ１，Ｒ２で表してある。図４の実施例で示すように、ドリル軸線７から延びる部分チゼル刃１１，１２は所属の主切刃６に対して互いに異なる角度を成していてよい。このことは図４に異なる角度量（Winkelabmessung）Ｗ１，Ｗ２によって表してある。即ち、所望の非対称性にとって、変化可能なパラメータとして部分チゼル刃１１，１２の長さＡ，Ｂ（図２）、チゼル刃半径Ｒ１，Ｒ２（図３）、及び／又は異なる角度量Ｗ１，Ｗ２（図４）が用いられる。前記の非対称性は前記パラメータのもっぱら１つを変更することによって、若しくは複数若しくは３つのすべてのパラメータを一緒に変更することによって達成されてよい。
寸法量の点から請求項５乃至７に記載の寸法差が有利な実施態様として示してある。本発明に基づく非対称性は、一般的に二つみぞドリルに用いられる。しかしながら、該非対称性は三つみぞドリルに特に有利に用いられ、それというのは三つみぞドリルは切刃エッジで安定的に、即ち三点で穿孔壁に支えられ、従って半径方向の逃げ（Ausweichen）が二つみぞドリルに比べて困難であるからである。
主切刃６の製作方法及び幾何学形状はヨーロッパ特許第０２４９１０４Ｂ１号明細書に記載の手段に相応している。

Claims (9)

1. 乾式穿孔のためのツイストドリルであって、中央のウエブ（８）及びドリル軸線（７）上に位置するドリル尖端（１７）を備えており、ドリル軸線（７）が切りくずみぞ（１３）並びに主切刃（６）の対称軸線を成しており、即ち当該ツイストドリルは切刃の、逃げ面（１６）が切りくずみぞ（１３）の領域に位置する部分を備えている形式のものにおいて、切りくずみぞ（１３）及び主切刃（６）は対称にされたまま、ドリルウエブ（８）の領域に位置するチゼル刃（９）だけを非対称に形成してあることを特徴とする、乾式孔あけのためのツイストドリル。
2. ウエブ直径の領域に位置してドリル軸線（７）からほぼ半径方向（１０）に延びる部分チゼル刃（１１，１２）が、互いに異なる長さ（Ａ，Ｂ）を有している請求項１記載のドリル。
3. ウエブ直径の領域に位置してドリル軸線（７）からほぼ半径方向に延びる部分チゼル刃（１１，１２）が、主切刃（６）とチゼル刃（９）との間の移行部に互いに異なる半径（Ｒ１，Ｒ２）を有している請求項１又は２記載のドリル。
4. ウエブ直径の領域に位置してドリル軸線（７）からほぼ半径方向に延びる部分チゼル刃（１１，１２）が、所属の主切刃（６）に対して互いに異なる角度（Ｗ１，Ｗ２）を成している請求項１から３のいずれか１項記載のドリル。
5. ウエブ直径の領域に位置する部分チゼル刃（１１，１２）の長さの差（Ａ−Ｂ）が少なくとも５％である請求項２記載のドリル。
6. 半径の差（Ｒ２−Ｒ１）が少なくとも１０％である請求項３記載のドリル。
7. 角度の差（Ｗ２−Ｗ１）が少なくとも１°である請求項４記載のドリル。
8. ２つのドリル切刃（６）を有している請求項１から７のいずれか１項記載のドリル。
9. ３つのドリル切刃（６）を有している請求項１から７のいずれか１項記載のドリル。

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