JP4168612B2

JP4168612B2 - 穴明け工具

Info

Publication number: JP4168612B2
Application number: JP2001242342A
Authority: JP
Inventors: 正治滝口; 保彦川出
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: JP2003048110A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具本体の先端部外周に設けられた一対の切屑排出溝の先端にそれぞれ切刃が設けられた穴明け工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の穴明け工具としては、従来より例えば図６および図７に示すようなスローアウェイ式ドリルが提案されている。これらの図に示すスローアウェイ式ドリルでは、軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転される略多段円柱状の工具本体１先端側の切刃部１Ａ外周に、図７に示すように軸線Ｏに直交する断面において溝底面２Ａが１の凹円弧状をなす一対の切屑排出溝２，２が、軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い工具回転方向Ｔの後方側に捩れるように軸線Ｏを挟んで互いに反対側に対称に形成され、これらの切屑排出溝２，２の工具回転方向Ｔを向く壁面の先端に形成されたチップ取付座３，３に、それぞれスローアウェイチップ４がその切刃４Ａを工具先端に突出させてクランプネジ５により着脱可能に取り付けられている。なお、この例では、同形同大の略菱形平板状に形成されたスローアウェイチップ４，４が工具内周側と外周側とにずらされて取り付けられていて、これに伴い互いの切刃４Ａ，４Ａも工具内外周に偏って配設されて、その軸線Ｏ回りの回転軌跡がオーバーラップして加工穴を形成するようにされている。
【０００３】
また、工具本体１において、この切刃部１Ａの後端側には、後端側に向かうに従い漸次拡径する円錐台状の鍔部１Ｂが形成されていて、切屑排出溝２，２はこの鍔部１Ｂにおいて外周側に切り上げられているとともに、この鍔部１Ｂよりもさらに後端側は、工具本体１を工作機械に装着するための略円柱状のシャンク部１Ｃとされている。さらに、このシャンク部１Ｃの後端面からは上記軸線Ｏに沿って切削油剤等の供給孔６が切刃部１Ａに向けて穿設されており、この供給孔６は、切刃部１Ｃの先端側において２つに分岐して工具本体１の先端面に開口させられている。なお、この例では鍔部１Ｂの外周にも上記供給孔６に連通する連通孔６Ａが形成されてネジ止めされている。また、上述のように１の凹円弧によって形成された切屑排出溝２の溝底面２Ａの両縁部には、工具本体１の周方向において一対の切屑排出溝２，２の間に画成されるランド７，７の両側縁を断面直線状に切り欠くようにして、溝底面２Ａに鈍角に交差する幅の小さな面取り部２Ｂ，２Ｂがそれぞれ形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような穴明け工具においては、穴明けされる加工穴の内径に対して穴深さが深くなるほど、良好な切屑排出性と工具剛性や強度とが求められる。しかるに、切屑排出性の向上を図るには一般に切屑排出溝２の断面積を大きくすることが考えられるが、溝底面２Ａの断面が凹円弧状とされた上記従来の穴明け工具において、単純に切屑排出溝２の断面積を大きくしようとして例えばその溝深さを深くしたりすると、切刃部１Ａにおける工具本体１の芯厚が小さくなって工具剛性や強度が損なわれ、穴明け加工中に工具本体１に振れが生じて加工精度が著しく劣化したり、場合によっては工具本体１の折損を招くおそれが生じる。特に、上述のように軸線Ｏに沿って切削油剤等の供給孔６が工具本体１に形成されている場合には、芯厚が小さくなるとこの供給孔６と溝底面２Ａとの間の肉厚が薄くなるため、穴明け加工時に工具本体１に作用する捩りモーメントによってこの部分から容易に破断が生じてしまう。また、このように芯厚が小さくなるのを避けるために、例えば溝深さは一定としたまま溝底面２Ａがなす上記凹円弧の半径を大きくしたり、あるいはこの切屑排出溝２を工具本体１の周方向に延びる断面長円状に形成したりすると、この切屑排出溝２の溝幅が大きくなって逆にランド７の幅は小さくなり、工具外周側での切刃部１Ａの肉厚が削がれてしまうために、やはり工具剛性や強度の劣化を招くことになる。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたもので、深穴を穴明けする場合でも芯厚やランド幅を小さくすることなく切屑排出溝の断面積を大きくして、工具本体の剛性や強度と良好な切屑排出性とをともに確保することが可能な穴明け工具を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に、一対の切屑排出溝が上記軸線を挟んで互いに反対側に設けられるとともに、これらの切屑排出溝の工具回転方向を向く壁面の先端には切刃が設けられてなる穴明け工具であって、上記一対の切屑排出溝の少なくとも一方は、その溝底面を、上記軸線に直交する断面において、上記軸線を中心とした芯厚円の工具回転方向側と工具回転方向後方側に接する一対の凹曲線を含んだ複数の凹曲線によって構成し、上記凹曲線を円弧状とすることを特徴とする。従って、このような穴明け工具においては、従来の切屑排出溝の溝底面が１の凹円弧によって形成された穴明け工具と同じ芯厚および溝幅であっても、上記複数の凹曲線をこの凹円弧よりも凹ませて溝底面を形成することができ、これにより工具剛性や強度は確保したまま切屑排出溝の断面積を増大させて切屑排出性の向上を図ることができる。
また、上記凹曲線を円弧状とすることで、溝底面の形成の容易さや切屑に与えられる抵抗の安定性などが得られる。
【０００７】
ここで、この溝底面を構成する上記凹曲線としては、各種の曲線を適用することが可能ではあるが、溝底面の形成の容易さや切屑に与えられる抵抗の安定性などの理由から、上記複数の凹曲線は、互いに等しい曲率半径とされるのが望ましく、さらに工具回転方向側と工具回転方向後方側とで互いに対称な形状とされていることが望ましい。また、切屑排出溝の断面積をさらに増大させたりするのに、複数の凹曲線のうちの少なくとも一部を、他の凹曲線と異なる曲率半径としてもよい。さらにまた、工具本体の回転バランスを考慮すると、上記一対の切屑排出溝同士は軸線Ｏに対して回転対称に形成されるのが望ましいのであるが、例えば上記スローアウェイ式ドリルのように切刃が工具先端の内周側と外周側とに偏って設けられていて、生成される切屑の量や性状も異なる場合などには、上記一対の切屑排出溝同士の溝底面を、上記軸線に直交する断面において互いに異なる形状としてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１ないし図５は、それぞれ本発明の第１〜第５の実施形態を示す図６に示したスローアウェイ式ドリルの軸線Ｏに直交するＺＺ断面に相当する図であり、この図６や図７に示した従来の穴明け工具と共通する要素には同一の符号を配して説明を省略する。すなわち、これら第１〜第５の実施形態においては、工具本体１先端の切刃部１Ａに形成される一対の切屑排出溝２，２の少なくとも一方が、その溝底面２Ａが、工具本体１の軸線Ｏに直交する断面において、この軸線Ｏを中心とした芯厚円Ａの工具回転方向Ｔ側と工具回転方向Ｔの後方側とに間隔をあけて接する一対の凹曲線を含んだ複数の凹曲線によって構成されている。なお、図１ないし図５において符号Ｂで示すのは、これら第１〜第５の実施形態の切屑排出溝２と面取り部２Ｂ，２Ｂを含めて溝幅Ｗが等しく、かつ溝底面２Ａが同じ芯厚ｄの芯厚円Ａに接する切屑排出溝２を１の凹円弧によって形成した場合の該円弧を延長した円であり、すなわち第１〜第５の実施形態と溝幅Ｗおよび芯厚ｄが等しい従来の穴明け工具の切屑排出溝２の溝底面２Ａの断面を示すものである。ただし、上記面取り部２Ｂ，２Ｂの少なくとも一方は形成されていなくてもよい。
【０００９】
ここで、これら第１〜第５の実施形態において上記凹曲線は、図中に符号Ｃ１，Ｃ２，…で示した円の一部、すなわち円弧とされている（以下、凹曲線ＣまたはＣ１，Ｃ２，…と称する。）。ただし、これらの凹曲線Ｃ…の曲率半径、すなわち本実施形態では該凹曲線Ｃ…がなす円弧の半径は、上記円Ｂの半径よりも小さくされている。また、こうして複数の凹曲線Ｃ…によって溝底面２Ａが構成された切屑排出溝２においては、これら複数の凹曲線Ｃ…は、工具回転方向Ｔ側と工具回転方向Ｔ後方側とで互いに対称な形状とされており、すなわち軸線Ｏに直交する断面において、上記芯厚円Ａに接する一対の凹曲線Ｃ１，Ｃ２またはその延長線の交点と軸線Ｏとを結ぶ仮想直線Ｌに対して溝底面２Ａが対称となるように形成されている。従って、本実施形態では、溝底面２Ａが凹曲線Ｃ…によって構成された切屑排出溝２の該凹曲線Ｃ…の数は偶数となる。なお、これら芯厚円Ａに接する一対の凹曲線Ｃ１，Ｃ２が交差する部分は、該凹曲線Ｃ１，Ｃ２同士がそのまま凸Ｖ字状に交差するようにされていてもよいが、例えば上記芯厚円Ａや上記円Ｂに沿って面取りされていてもよく、またこれら芯厚円Ａに接する一対の凹曲線Ｃ１，Ｃ２同士以外の凹曲線Ｃ…同士が交差する部分や該凹曲線Ｃ…と上記面取り部２Ｂ，２Ｂとが交差する部分も、例えば円Ｂに沿って面取りされていてもよい。
【００１０】
これら第１〜第５の実施形態のうち、まず図１〜図３に示す第１〜第３の実施形態においては、上記一対の切屑排出溝２，２の溝底面２Ａ，２Ａの双方が複数の凹曲線Ｃ…によって構成されている。しかも、これら第１〜第３の実施形態では、これら一対の切屑排出溝２，２の溝底面２Ａ，２Ａが軸線Ｏに直交する断面においてなす形状が該軸線Ｏについて回転対称となるように、すなわち一方の溝底面２Ａを軸線Ｏ回りに回転させた形状が他方の溝底面２Ａと一致するようにされている。そして、さらにこのうち図１に示す第１の実施形態では、溝底面２Ａが、工具本体１の軸線Ｏに直交する断面において上記芯厚円Ａの工具回転方向Ｔ側と工具回転方向Ｔの後方側とに接する一対の凹曲線Ｃ１，Ｃ２によって構成されている。ただし、これらの凹曲線Ｃ１，Ｃ２の曲率半径、すなわち該凹曲線Ｃ１，Ｃ２がなす上記円弧の半径は互いに等しくされており、しかも上記円Ｂの半径の１／２よりも大きくされている。
【００１１】
また、図２に示す第２の実施形態では、芯厚円Ａに接する一対の凹曲線Ｃ３，Ｃ４を含めて４つの凹曲線Ｃ３〜Ｃ６によって溝底面２Ａが構成されており、すなわち芯厚円Ａの工具回転方向Ｔ側に接する凹曲線Ｃ３のさらに工具回転方向Ｔ側には凹曲線Ｃ５が、また芯厚円Ａの工具回転方向Ｔ後方側に接する凹曲線Ｃ４のさらに工具回転方向Ｔ後方側には凹曲線Ｃ６が、それぞれ配されている。ここでこれらの凹曲線Ｃ３〜Ｃ６は、その曲率半径すなわち該凹曲線Ｃ３〜Ｃ６がなす円弧の半径が互いに等しく、また上記円Ｂの円周方向に略等間隔に位置するように配設されている。ただし、この凹曲線Ｃ３〜Ｃ６の半径は、溝幅Ｗが同じ場合には第１の実施形態の凹曲線Ｃ１，Ｃ２よりも小さく、さらに上記円Ｂの半径の１／２や芯厚円Ａの半径（芯厚ｄの１／２）よりも小さくされている。
【００１２】
さらに、図３に示す第３の実施形態においては、上記第２の実施形態と同様に芯厚円Ａに接する一対の凹曲線Ｃ７，Ｃ８を含めた曲率半径の等しい４つの凹曲線Ｃ７〜Ｃ１０が円Ｂの円周方向に等間隔に形成された上で、工具回転方向Ｔ側の凹曲線Ｃ７，Ｃ９の間にさらに凹曲線Ｃ１１が、また工具回転方向Ｔ後方側の凹曲線Ｃ８，Ｃ１０の間にはさらに凹曲線Ｃ１２が形成され、合計６つの凹曲線Ｃ７〜Ｃ１２によって溝底面２Ａが構成されている。ここで、これらの凹曲線Ｃ１１，Ｃ１２は、その曲率半径が上記凹曲線Ｃ７〜Ｃ１０の曲率半径よりも僅かに大きくされ、すなわち一部の凹曲線Ｃ１１，Ｃ１２の曲率半径形の凹曲線Ｃ７〜Ｃ１０の曲率半径と異なる大きさとされている。また、凹曲線Ｃ１１，Ｃ１２がなす円弧の中心は、上記凹曲線Ｃ７〜Ｃ１０の円弧の中心が位置する円Ｂと同心の円上において、凹曲線Ｃ７，Ｃ９の中心同士の中央と凹曲線Ｃ８，Ｃ１０の中心同士の中央とに配置されている。従って、円Ｂの中心からの凹曲線Ｃ１１，Ｃ１２による切屑排出溝２の溝深さは、凹曲線Ｃ７〜Ｃ１０による溝深さよりも大きくされている。
【００１３】
一方、図４および図５に示す第４、第５の実施形態では、上記一対の切屑排出溝２，２同士で、軸線Ｏに直交する断面における溝底面２Ａ，２Ａの形状が互いに異なるものとされている。このうち、図４に示す第４の実施形態では、一方の切屑排出溝（図中左上の切屑排出溝）２の溝底面２Ａが第２の実施形態と同様に４つの凹曲線Ｃ３〜Ｃ６によって構成されているのに対し、他方の切屑排出溝（図中右下の切屑排出溝）２の溝底面２Ａは従来と同様に円Ｂに沿って形成された１つの凹曲線（凹円弧）だけで構成されている。また、図５に示す第５の実施形態では、一方の切屑排出溝（図中左上の切屑排出溝）２の溝底面２Ａが第３の実施形態と同様に６つの凹曲線Ｃ７〜Ｃ１０によって構成されているのに対し、他方の切屑排出溝（図中右下の切屑排出溝）２の溝底面２Ａは第１の実施形態と同様に一対の凹曲線Ｃ１，Ｃ２によって構成されている。なお、これら第４、第５の実施形態において、各切屑排出溝２の溝底面２Ａを構成する複数の凹曲線Ｃ１〜Ｃ１２の曲率半径や配置は、それぞれ対応する第１〜第３の実施形態の凹曲線Ｃ１〜Ｃ１２の曲率半径や配置と同様である。
【００１４】
従って、このように構成された穴明け工具では、その溝底面２Ａが複数の凹曲線Ｃ１〜Ｃ１２によって構成された切屑排出溝２において、従来の円Ｂによる１つの凹円弧によって構成された切屑排出溝と等しい溝幅Ｗおよび芯厚ｄ、あるいはランド幅Ｅであっても、図１〜図５において凹曲線Ｃ１〜Ｃ１２が円Ｂより凹んでいることからも分かるように、その断面積は大きくすることができ、これにより工具本体１の切刃部１Ａにおける剛性や強度は十分に確保したまま、切屑排出性の向上を図ることができる。このため、上記構成の穴明け工具によれば、たとえ穴明けされる加工穴の穴深さが内径に比べて大きく、従って切刃部１Ａもその切刃の外径に比べて軸線方向の長さが長い場合や、あるいは軸線Ｏに沿って切削油剤等の供給孔６が穿設されている場合であっても、穴明け加工中に工具本体１に振れが生じて加工精度が損なわれたり、この切刃部１Ａに折損や破断が生じたりするのを防ぐことができ、高精度の穴明け加工を長期に亙って安定して行うことが可能となる。
【００１５】
また、上記第１〜第５の実施形態においては、この切屑排出溝２の溝底面２Ａを構成する上記複数の凹曲線Ｃ１〜Ｃ１２がいずれも円弧とされており、切屑排出溝２内を通して排出される切屑がこの凹曲線Ｃ１〜Ｃ１２に沿って溝底面２Ａに摺接しながら流れ出ていっても、局部的に強い抵抗を該溝底面２Ａから受けて詰まりを生じたりするようなことはなく、しかも切屑排出溝２が螺旋状に形成されている場合でもその成形が比較的容易であるという効果が得られる。ただし、この溝底面２Ａを構成する複数の凹曲線の一部または全部を、このような円弧以外の凹曲線、例えば楕円やサイクロイド、トロコイドなどによる凹曲線とされていてもよい。さらに、第１、第２の実施形態のように、溝底面２Ａを構成する複数の凹曲線Ｃ１，Ｃ２やＣ３〜Ｃ６を互いに等しい曲率半径とすれば、これらの凹曲線Ｃ１，Ｃ２やＣ３〜Ｃ６部分を同一の工具（砥石やボールエンドミル）で形成することができて、その加工が一層容易となるとともに、溝底面２Ａに摺接した切屑が受ける抵抗も均一化されてより安定する。また、これら第１、第２の実施形態も含めて、上記第１〜第５の実施形態では、各々の切屑排出溝２において、その工具回転方向Ｔ側と工具回転方向Ｔ後方側とで溝底面２Ａを構成する凹曲線Ｃ１とＣ２、またはＣ３，Ｃ５とＣ４，Ｃ６、またはＣ７，Ｃ９，Ｃ１１とＣ８，Ｃ１０，Ｃ１２が互いに対称に形成されているので、非対称とされている場合に比べて、加工工具が比較的少なくて済み、また切屑の抵抗の変動も少なくすることができる。
【００１６】
一方、上記第３の実施形態のように、切屑排出溝２の溝底面２Ａを構成する凹曲線Ｃ７〜Ｃ１２のうち一部の凹曲線Ｃ１１，Ｃ１２の曲率半径を他の凹曲線Ｃ７〜Ｃ１０と異なる大きさとすれば、すべての凹曲線が同じ曲率半径である場合に比べて切屑排出溝２の断面積をさらに大きくすることができ、一層良好な切屑排出性を得ることができる。特に、この第３の実施形態では、溝底面２Ａの工具回転方向Ｔ側と工具回転方向Ｔ後方側とにおいて、その芯厚円Ａに接する工具内周側の凹曲線Ｃ７，Ｃ８と工具外周側の凹曲線Ｃ９，Ｃ１０とが曲率半径の小さなものとされているのに対し、これら凹曲線Ｃ７，Ｃ９間および凹曲線Ｃ８，Ｃ１０間に配される凹曲線Ｃ１１、Ｃ１２の曲率半径が大きくされているので、芯厚円Ａの周辺や工具外周側における工具本体１の肉厚は減少させることなく、切屑排出溝２の断面積を大きくすることができ、切屑排出性の向上と工具剛性や強度の確保とを一層高いレベルで両立させることができる。なお、このように一部の凹曲線の曲率半径を他の凹曲線と異なる大きさとするときには、各切屑排出溝２においてその溝底面２Ａが工具回転方向Ｔ側と工具回転方向Ｔ後方側とで対称とならなくてもよく、場合によってはすべての凹曲線の曲率半径が互いに異なる大きさとされていてもよい。
【００１７】
さらに、上記第１〜第３の実施形態においては、一対の切屑排出溝２，２が、軸線Ｏに直交する断面において、その溝底面２Ａ，２Ａ同士が工具本体１の軸線Ｏについて回転対称に形成されており、従って穴明け加工時に工具本体１が軸線Ｏ回りに回転する際の切刃部１Ａの回転バランスを均等に保つことができて、振れなどによる加工精度の劣化をより確実に防止することができるという効果を得ているが、上記第４の実施形態のように一対の切屑排出溝２，２の一方の溝底面２Ａが複数の凹曲線Ｃ３〜Ｃ６で形成されるとともに他方の溝底面２Ａが１の凹円弧で形成されていたり、あるいは第５の実施形態のように一対の切屑排出溝２，２の双方が複数の凹曲線Ｃ１，Ｃ２およびＣ７〜Ｃ１２で構成されているものの、その曲率半径や凹曲線の数、配置などが互いに異なるものとされていて、その結果これらの切屑排出溝が軸線Ｏについて対称とならなくなっていてもよい。特に、当該穴明け工具が上述した切刃が工具内外周に偏って設けられたスローアウェイ式ドリルである場合には、外周側に設けられた切刃からは内周側に設けられた切刃よりも多くの切屑が生成されるので、このように一対の切屑排出溝２，２同士を非対称として、外周側の切刃に連なる切屑排出溝２にはより大きな断面積が与えられるようにして良好な切屑排出性を確保する一方、内周側の切刃に連なる切屑排出溝２の断面積は小さくして工具本体１の剛性や強度をより高くすることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、工具本体の先端部外周に形成される一対の切屑排出溝の溝底面を、軸線に直交する断面において芯厚円の工具回転方向側と工具回転方向後方側に接する一対の凹曲線を含んだ複数の凹曲線によって構成することにより、芯厚を小さくしたり、溝幅を大きくしてランド幅を損なったりすることなく、切屑排出溝の断面積を大きくすることができ、これにより工具本体の剛性や強度は十分に確保したまま、切屑排出性の向上を図ることができる。従って、深穴を加工したり、工具軸線に沿って切削油剤等の供給孔が穿設されている場合でも、穴明け加工時の工具本体の損傷を防ぎつつ円滑に切屑を排出して安定した加工を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す軸線Ｏに直交した断面図（図６におけるＺＺ断面図に相当）である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す軸線Ｏに直交した断面図（図６におけるＺＺ断面図に相当）である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す軸線Ｏに直交した断面図（図６におけるＺＺ断面図に相当）である。
【図４】本発明の第４の実施形態を示す軸線Ｏに直交した断面図（図６におけるＺＺ断面図に相当）である。
【図５】本発明の第５の実施形態を示す軸線Ｏに直交した断面図（図６におけるＺＺ断面図に相当）である。
【図６】従来および本発明の第１〜第５の実施形態の穴明け工具の側面図である。
【図７】従来の穴明け工具の軸線Ｏに直交した断面図（図６におけるＺＺ断面図）である。
【符号の説明】
１工具本体
１Ａ切刃部
２切屑排出溝
２Ａ溝底面
４Ａ切刃
６切削油剤等の供給孔
７ランド
Ｏ工具本体１の軸線
Ｔ工具回転方向
Ｃ１〜Ｃ１２凹曲線
Ａ芯厚円
ｄ芯厚
Ｂ切屑排出溝２の溝底面２Ａの断面を１の凹円弧で形成した場合の該円弧がなす円
Ｗ溝幅
Ｅランド幅

Claims

軸線回りに回転される工具本体の先端部外周に、一対の切屑排出溝が上記軸線を挟んで互いに反対側に設けられるとともに、これらの切屑排出溝の工具回転方向を向く壁面の先端には切刃が設けられてなる穴明け工具であって、上記一対の切屑排出溝の少なくとも一方は、その溝底面が、上記軸線に直交する断面において、上記軸線を中心とした芯厚円の工具回転方向側と工具回転方向後方側に接する一対の凹曲線を含んだ複数の凹曲線によって構成され、上記凹曲線は、円弧状とされていることを特徴とする穴明け工具。
上記複数の凹曲線は、互いに等しい曲率半径とされていることを特徴とする請求項１に記載の穴明け工具。
上記複数の凹曲線のうちの少なくとも一部は、他の凹曲線と異なる曲率半径とされていることを特徴とする請求項１に記載の穴明け工具。
上記複数の凹曲線は、工具回転方向側と工具回転方向後方側とで互いに対称な形状とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の穴明け工具。
上記一対の切屑排出溝同士の溝底面が、上記軸線に直交する断面において互いに異なる形状とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の穴明け工具。