JP4554383B2 - スローアウェイ式ドリル - Google Patents

Description

本発明は、穴あけ加工するためのスローアウェイ式ドリルに関し、特に切りくず排出性とドリル本体の剛性を向上する技術に関する。

図６〜図８にそれぞれ従来スローアウェイ式ドリルの先端部の正面図、先端部の側面図、先端部の斜視図を示す。この従来スローアウェイ式ドリルは、中心刃（６）が装着される側のフルート溝（２）の先端部において、チップ座形成面（９）とヒール形成面（１１）とによって形成されるポケット（１２）に関し、ヒール形成面（１１）を、チップ座形成面（９）と略直交して外周側に位置するヒール近接面（１１ａ）と、その軸心側にあって凹みを形成する湾曲面（１１ｂ）とからなる面で構成するようにしたものである。そのようなポケット（１２）を有することにより中心刃（６）によって生成される切りくずの排出性を改善したものである（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−９０７１５号公報

しかしながら、上記の従来スローアウェイ式ドリルのドリル本体においては、図８のＹ部で示すように、ヒール近接面（１１ａ）から軸心側に凹みを形成する湾曲面（１１ｂ）と、この湾曲面（１１ｂ）の反対側にあって外周刃を装着するフルート溝（２）の先端部に切欠き形成されたチップ座（３）の隅部とが接近するため、前記隅部とドリル本体（１）の先端面とが交わる部分と前記挟まれた部分の幅（Ｔ’）が前記湾曲面（１１ｂ）と前記隅部とによって挟まれた部分は肉厚が非常に薄くなり剛性が低下してしまう。そのため、加工中の振動や過大な切削抵抗が発生すると、前記チップ座（３）の隅部とドリル本体（１）の先端面とが交わる部分からクラックが生じるおそれがあり、場合によってはドリル本体（１）が破損にいたるおそれがあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、中心刃から生成される切りくずの排出性を高めるとともに、ドリル本体の剛性向上、特に外周刃のチップ座の隅部の耐クラック性を高めたスローアウェイ式ドリルを提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、軸心（ＣＬ）を中心として回転される丸棒状のドリル本体には、その先端面から後端側に向かって前記軸心（ＣＬ）に沿って延在する一対のフルート溝が設けられ、少なくとも、一方のフルート溝の先端には中心刃、他方のフルート溝の先端には外周刃が着脱自在に装着されることにより穴あけ加工がなされるように構成されたスローアウェイ式ドリルにおいて、中心刃となるスローアウェイチップを装着する側のフルート溝の回転方向（Ｋ）後方側を向く壁面の先端部には前記壁面に凹みを形成する凹部が形成され、前記凹部は前記軸線（ＣＬ）方向先端側に行くにしたがって、外周刃となるスローアウェイチップを装着する側のフルート溝の先端部に切欠き形成されたチップ座の隅部から漸次離間するように湾曲していることを特徴とするスローアウェイ式ドリルである。

上記の発明において、前記凹部は、断面略円弧形状をなし切りくず排出方向に延びており、少なくともその先端部が球面で構成されるか、又は球面のみで構成されていることが好ましく、さらに、前記球面のＲ中心は、外周刃となるスローアウェイチップを装着する側のフルート溝の先端部に切欠き形成されたチップ座の隅部がドリル本体の先端面に開口する位置に対して、前記球面のＲ寸法の１０％〜８０％の範囲で軸心（ＣＬ）方向後端側に位置することがより好ましい。

上記の構成を有するスローアウェイ式ドリルによれば、中心刃となるスローアウェイチップを装着する側のフルート溝の回転方向（Ｋ）後方側を向く壁面の先端部に前記壁面に凹みを形成する凹部は、中心刃から生成される切りくずが押しつぶされないだけのポケット空間を確保するため、円錐螺旋状に規則的にカールした切りくずが円滑に加工穴の外に排出される。さらに、凹部は軸線（ＣＬ）方向先端側に行くにしたがって、外周刃となるスローアウェイチップを装着する側のフルート溝の先端部に切欠き形成されたチップ座の隅部から漸次離間するように湾曲していることから、前記隅部と前記凹部との間の肉厚が先端側に行くほど厚くなり、この部分の剛性が高められる。特に、ドリル本体の先端面に開口した前記隅部において前記肉厚（Ｔ）が最も厚くなるため、前記隅部の開口部におけるクラックの発生あるいは進展が抑制され、ひいてはドリル本体の破損が防止される。

前記凹部が、少なくともその先端部が球面で構成されるか、又は球面のみから構成されれば、フルート溝の回転方向（Ｋ）後方側を向く壁面を削除する領域が小さくなり、ドリル本体の剛性低下が抑えられる。前記球面のＲ中心については、外周刃となるスローアウェイチップを装着する側のフルート溝の先端部に切欠き形成されたチップ座の隅部がドリル本体の先端面に開口する位置に対して、前記球面のＲ寸法の１０％未満の範囲で軸線（ＣＬ）方向後端側に位置すると、上記の隅部の開口部におけるクラック所期の剛性向上の効果が得られないおそれがあり、８０％を超える範囲で軸線（ＣＬ）方向後端側に位置すると、ドリル本体の先端面付近まで前記球面を形成することができず切りくずの排出性を低下させるおそれがあり、逆に前記球面をドリル本体の先端面付近まで形成しようとするとフルート溝の壁面が前記球面によって深くえぐられてドリル本体の剛性が低下するおそれがある。

次に、本発明を適用した実施の形態について図を参照しながら説明する。図１及び図２はそれぞれ本発明を適用したスローアウェイ式ドリルの先端部の正面図及び側面図である。図３は図１に示すスローアウェイ式ドリルの先端部の斜視図である。図１〜図３に例示するように、軸心（ＣＬ）まわりに回転される丸棒状のドリル本体（１）には、その先端面（１ａ）から後端側に向かって軸心（ＣＬ）に沿ってねじれを伴って延在する一対のフルート溝（２Ａ、２Ｂ）が前記軸心（ＣＬ）を中心として対称的に設けられている。フルート溝（２Ａ、２Ｂ）の回転方向（Ｋ）前方側を向く壁面（２ａ）の先端部にはチップ座（３Ａ、３Ｂ）が切欠きされ、チップ座（３Ａ、３Ｂ）の底面中央に穿設されたねじ穴と螺合する締付けねじ（４）によってスローアウェイチップ（５Ａ、５Ｂ）が着脱自在に装着される。一方のフルート溝（２Ａ）には中心刃（６）となるスローアウェイチップ（５Ａ）、他方のフルート溝（２Ｂ）には外周刃（７）となるスローアウェイチップ（５Ｂ）が装着されている。ドリル本体（１）には、内部を貫通し先端部で開口する油穴（８）が穿設されて、切削液が当該スローアウェイ式ドリルの保持具側から内部供給できるようになっている。切削中に供給される切削液は、切削熱により高温となった切れ刃を冷却するほかフルート溝（２Ａ、２Ｂ）を流路として切りくずを加工穴の外へ押し流す作用がある。

図３からわかるように、中心刃（６）が装着されるフルート溝（２Ａ）の先端部には、回転方向（Ｋ）前方側を向いた、チップ座（３Ａ）が切欠き形成される略平坦なチップ座形成面（９）と、回転方向（Ｋ）後方側を向くとともにフルート溝（２Ａ）が切り上がってドリル本体（１）の外周面と交わる点であるヒール（１０）を含む側に形成されるヒール形成面（１１）とが形成されている。ヒール形成面（１１）は、チップ座形成面（９）に略直交する略平坦なヒール近接面（１１ａ）ならびにこのヒール近接面（１１ａ）に凹みを形成する凹部（１１ｄ）から構成されている。凹部（１１ｄ）は断面略円弧形状をなし、ほぼ一定の幅でヒール近接面（１１ａ）に沿って切りくず排出方向に延びる湾曲面（１１ｂ）と、この湾曲面（１１ｂ）の先端部に連なる球面（１１ｃ）とから構成され、この球面（１１ｃ）は軸心（ＣＬ）方向先端側に行くにしたがって、外周刃（７）となるスローアウェイチップ（５Ｂ）を装着する側のフルート溝（２Ｂ）の先端部に切欠き形成されたチップ座（３Ｂ）の隅部（３ｓ）（以下、「外周刃のチップ座隅部（３ｓ）」という。）から漸次離間するように湾曲している。球面（１１ｃ）のＲ中心は、前記隅部（３ｓ）がドリル本体（１）の先端面（１ａ）に開口する部分（以下、「外周刃のチップ座隅部の開口部（３ｋ）」という。）よりも軸心（ＣＬ）方向後端側に位置する。より好ましくは球面（１１ｃ）のＲ寸法の１０％〜８０％の範囲で後端側に、特に好ましくは前記Ｒ寸法の３０％〜８０％の範囲で後端側に位置している。さらに、球面（１１ｃ）はドリル本体（１）の先端面（１ａ）まで達し前記先端面（１ａ）の一部を切欠いているのが好ましい。なお、ヒール形成面（１１）においては、ヒール近接面（１１ａ）が省略され、フルート溝（２Ｂ）の回転方向（Ｋ）後方側を向く壁面（２ｂ）に直に凹部（１１ｄ）が形成されてもよい。

凹部（１１ｄ）は、例えばボールエンドミルを用いて加工される。すなわち、前記凹部（１１ｄ）の断面円弧と同一の曲率半径のボール刃を有するボールエンドミルを、前記凹部（１１ｄ）の延びる方向に沿って切削送りすることによって湾曲面（１１ｂ）が加工され、ボールエンドミルの切削送りを止めた箇所に球面（１１ｃ）が加工される。また、凹部（１１ｄ）の断面形状については、円弧形状に限らず、例えば、ラジアスエンドミルを用いることによって、底部を直線状とした曲線状に形成されてもよい。

上記の構成を有するスローアウェイ式ドリルによれば、凹部（１１ｄ）が懐となって切りくずが押しつぶされないだけのポケット空間を確保しているため、中心刃（６）から生成される切りくずは押しつぶされることなく変形することができ軸心点を頂点とする円錐状に変形する。このあと切りくずは規則的な円錐螺旋状に長くつながった切りくず形状となって、適当な長さになったところで自然発生的に分断される。このような円錐螺旋状の切りくずは、ドリル本体（１）に絡みつくことがないので、円滑に加工穴の外へ排出される。なお、当該ドリルの先端視において、チップ座形成面（９）とヒール近接面（１１ａ）とのなす角度は、ドリル本体（１）剛性と切りくず排出性との均衡を保つため、８０°〜１００°の範囲に設定されるのが好ましい。

さらに、ヒール形成面（１１）に形成された球面（１１ｃ）は、軸心（ＣＬ）方向先端側に行くにしたがって、外周刃のチップ座隅部（３ｓ）からから漸次離間するため、前記隅部（３ｓ）と前記凹部（１１ｄ）との間の肉厚が先端側に行くほど厚くなり、この部分の剛性が高められる。特に、図２のＸ部に示した、外周刃のチップ座隅部の開口部（３ｋ）において肉厚（Ｔ）が最も厚くなるため、前記開口部（３ｋ）におけるクラックの発生あるいは進展が抑制され、ひいてはドリル本体（１）の破損が防止される。特にこの効果は前記肉厚（Ｔ）が薄くなりやすい小径のスローアウェイ式ドリルにおいて顕著に得られる。球面（１１ｃ）のＲ中心は、外周刃のチップ座隅部の開口部（３ｋ）の位置よりも軸心（ＣＬ）方向後端側に位置するが、前記球面（１１ｃ）のＲ寸法の１０％未満の範囲で軸線（ＣＬ）方向後端側に位置すると、所期の剛性向上の効果が得られないおそれがあり、８０％を超える範囲で軸線（ＣＬ）方向後端側に位置すると、ドリル本体（１）の先端面（１ａ）付近まで前記球面（１１ｃ）を形成することができず切りくずの排出性を低下させるおそれがあり、逆に前記球面（１１ｃ）をドリル本体（１）の先端面（１ａ）付近まで形成しようとするとフルート溝（２Ｂ）の壁面（２ｂ）が前記球面（１１ｃ）によって深くえぐられてドリル本体（１）の剛性が低下するおそれがある。なお、球面（１１ｃ）の先端部は、ドリル本体（１）の先端面（１ａ）の一部を切欠くように形成されると、中心刃（６）から生成される切りくずの排出性の点で非常に好ましいが、特に剛性が低下しやすい小径のスローアウェイ式ドリルでは、ドリル本体（１）の剛性向上の点から前記先端面（１ａ）の手前で閉止するように形成されてもよい。その場合にも、中心刃（６）から生成される切りくずの排出性を低下させないように、球面（１１ｃ）のＲ中心は、外周刃のチップ座隅部の開口部（３ｋ）の位置に対して、前記球面（１１ｃ）のＲ寸法の１０％〜８０％の範囲で軸心（ＣＬ）方向後端側に、特に好ましくは前記Ｒ寸法の３０％〜８０％の範囲で軸心（ＣＬ）方向後端側に位置すべきである。

本実施の形態では、図１〜図３に例示するように、凹部（１１ｄ）の湾曲面（１１ｂ）は、略一定の幅でヒール近接面（１１ａ）の後端まで達しているが、前記幅が切りくず排出方向に向かって漸次拡大するように形成すれば切りくずの排出性がさらに向上する。また、切りくずの排出性に悪影響を及ぼさない範囲で、前記幅が切りくず排出方向に向かって漸次縮小するか、又は、図４に例示するように湾曲面（１１ｂ）がヒール近接面（１１ａ）の後端よりも先端側で閉止すると、ドリル本体（１）の剛性がさらに高められる。特に、ドリル本体（１）の剛性が低い小径スローアウェイ式ドリルにおいては、図５に例示するように湾曲面（１１ｂ）をなくし球面（１１ｃ）のみを形成すれば剛性向上の点でいっそう効果的である。

次に、本発明を適用したスローアウェイ式ドリルと従来スローアウェイ式ドリルとを用いて穴あけ加工を行い、そのときのドリル本体（１）のクラックの発生状況について、比較実験した結果について説明する。双方のスローアウェイ式ドリルにおいて、ドリル径、中心刃（６）並びに外周刃（７）のスローアウェイチップの形状、フルート溝（２）の形状、チップ座形成面（９）及びヒール近接面（１１ａ）の形状は同一である。また、ヒール近接面（１１ａ）に形成される湾曲面（１１ｂ）の断面形状についても同一に設定してある。従来スローアウェイ式ドリルでは、図６〜８に例示したようにヒール近接面（１１ａ）には、一様な断面円弧状を呈する湾曲面（１１ｂ）がドリル本体（１）の先端面まで形成されていて、軸心（ＣＬ）方向先端視において、前記湾曲面（１１ｂ）と外周刃のチップ座隅部の開口部（３ｋ）との間の肉厚（Ｔ’）が薄くなっているが、一方、本発明を適用したスローアウェイ式ドリルでは、図１〜図３に例示したように湾曲面（１１ｂ）の先端部に連なる球面（１１ｃ）が、軸心（ＣＬ）方向先端側に行くにしたがって、外周刃のチップ座隅部（３ｓ）から漸次離間し、前記球面（１１ｃ）と外周刃のチップ座隅部（３ｓ）との間の肉厚（Ｔ）が厚くなっている。

穴あけ加工の条件は、切削速度Vｃ＝２００ｍ／ｍｉｎ．，送り速度ｆｒ＝０．０８ｍｍ／ｒｅｖ．に設定し、切削油を用いた湿式切削により被削材ＳＣｒ４２０（ＪＩＳ Ｇ４１０４）に深さ４５ｍｍの止まり穴を連続して加工した。さらに、通常の穴あけ加工ではクラックを生じさせることが困難であることから、１ｍｍのステップ送りを行うことによって被削材に食いつく際の衝撃の回数を増し、クラックを積極的に生じさせるような特殊な穴あけ加工を行った。その結果、従来スローアウェイ式ドリルにおいては、外周刃（７）のチップ座（３）の隅部の開口部の肉厚が薄いことから、加工した穴深さの累計が３３３０ｍｍ（衝撃回数３３３０回）に達した時点で、前記隅部の開口部にクラックの発生が認められた。これに対し、本発明を適用したスローアウェイ式ドリルにおいては、外周刃のチップ座隅部の開口部（３ｋ）の肉厚を厚くしたことにより加工した穴深さの累計が従来の２倍である６６６０ｍｍ（衝撃回数６６６０回）に達しても外周刃のチップ座隅部の開口部（３ｋ）にクラックの発生がみられなかった。

本発明を適用したスローアウェイ式ドリルの先端部の正面図である。 図１に示すスローアウェイ式ドリルの先端部の側面図である。 図１に示すスローアウェイ式ドリルの先端部の斜視図である。 本発明を適用した他のスローアウェイ式ドリルの先端部の斜視図である。 本発明を適用したさらに他のスローアウェイ式ドリルの先端部の斜視図である。 従来スローアウェイ式ドリルの先端部の正面図である。 図６に示す従来スローアウェイ式ドリルの先端部の側面図である。 従来スローアウェイ式ドリルの先端部の斜視図である。

符号の説明

１ ドリル本体
２Ａ、２Ｂ フルート溝
２ａ フルート溝の回転方向前方側を向く壁面
２ｂ フルート溝の回転方向後方側を向く壁面
３Ａ、３Ｂ チップ座
３ｓ 外周刃のチップ座の隅部
３ｋ 外周刃のチップ座隅部の開口部
５Ａ、５Ｂ スローアウェイチップ
６ 中心刃
７ 外周刃
９ チップ座形成面
１０ ヒール
１１ ヒール形成面
１１ａ ヒール近接面
１１ｂ 湾曲面
１１ｃ 球面
１１ｄ 凹部

Claims (4)

1. 軸心（ＣＬ）を中心として回転される丸棒状のドリル本体には、その先端面から後端側に向かって前記軸心（ＣＬ）に沿って延在する一対のフルート溝が設けられ、少なくとも、一方のフルート溝の先端には中心刃、他方のフルート溝の先端には外周刃が着脱自在に装着されることにより穴あけ加工がなされるように構成されたスローアウェイ式ドリルにおいて、
   中心刃となるスローアウェイチップを装着する側のフルート溝の回転方向（Ｋ）後方側を向く壁面の先端部には前記壁面に凹みを形成する凹部が形成され、前記凹部は前記軸線（ＣＬ）方向先端側に行くにしたがって、外周刃となるスローアウェイチップを装着する側のフルート溝の先端部に切欠き形成されたチップ座の隅部から漸次離間するように湾曲していることを特徴とするスローアウェイ式ドリル。
2. 前記凹部は、断面略円弧形状をなし切りくず排出方向に延びており、少なくともその先端部が球面で構成されている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。
3. 前記凹部が球面のみで構成されている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。
4. 前記球面のＲ中心は、外周刃となるスローアウェイチップを装着する側のフルート溝の先端部に切欠き形成されたチップ座の隅部がドリル本体の先端面に開口する位置に対して、前記球面のＲ寸法の１０％〜８０％の範囲で軸心（ＣＬ）方向後端側に位置することを特徴とする請求項２又は請求項３記載のスローアウェイ式ドリル。

Images