JP4802095B2 - ドリル - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２つの切刃と、各々の切刃から工具のシャンク片側端に向けて延びる少なくとも部分的にねじられたねじれ溝を備えたドリルに関する。この種ドリルは、例えば欧州特許第０７５０９６０号明細書で知られている。

切削工具、特にドリルは、通常、冷却潤滑材の使用下で運転される。冷却潤滑材は、工具の冷却材通路を経て工具の切刃に導かれる。欧州特許第０７５０９６０号明細書で公知の工具の場合、シャンク先端から出発する中央冷却材通路は複数の部分通路に分かれ、各部分通路に、ドリルの切刃側端において、直角に折れ曲がった溝状の交差通路に続いている。従って、冷却材供給路の形成には多くの経費を要する。

本発明の課題は、構造的に特に単純であり、且つ効果的に作用する冷却材供給路を備えたドリルを提供することにある。

この課題は請求項１に記載の特徴を有するドリルによって解決される。このドリルは、少なくとも２つの切刃と、各々ドリルの切刃側端からシャンク片側端に向けて延びる少なくとも部分的にねじられた２つのねじれ溝を備える。各切刃に冷却材通路が付属し、該通路は、冷却材又は潤滑材を工具長手方向に切刃に直接導くべく、シャンク片側端の入口開口からねじれ溝の出口開口迄延びている。冷却材通路は、その全長にわたり完全に、又は略直線的に延び、工具軸線から平行に間隔を隔てている。

切刃の数に相応した少なくとも２つの冷却材通路の完全に真っ直ぐな形成は、一方でドリルの合理的製造を可能とする。他方で通常の真っ直ぐな冷却材通路は、特に空気と油の混合物である潤滑材が最少量で済むことによる流れ技術的利点を有する。この場合、流れ抵抗が少ないと言う以上に、ドリルの内側における冷却潤滑材の転向が省けることが重要である。特に鋭角な転向時に生ずるような空気・油混合物の分解が回避される。従って、工具は高速加工速度でも、特に少量の油の利用で済まされる。

この工具の他の利点は、冷却潤滑材が、軸方向において工具尖端から後退した位置にある冷却材通路の流出開口から切刃に導かれることにある。

工具シャンクの方向に後退した位置ある冷却材通路の流出開口により、工具尖端の機械的に特に負荷される箇所での工具のあらゆる弱化を防止できる。冷却材通路の流出開口の中心と、工具円周において切刃に隣接する刃先隅との間における軸方向距離を、工具直径の少なくとも７５％から高々２倍にするとよい。

工具の少なくとも略長手方向への冷却材の噴射は、例えば工具の外側での冷材の流出に比べ、ドリルが被加工ワークに当たる際に既に冷却および潤滑作用が有効に働くという利点を有する。これに対し、流出開口を工具外周に配置した場合、その流出開口を経て、冷却潤滑材が半径方向外側に向いた運動成分をもって排出され、ドリルが流出開口を含めてワークにもぐり込む以前には、冷却潤滑材の所望の作用が生じない。

切削加工中、冷却材通路を経て導かれる冷却潤滑材が、切刃に直接衝突せず、その切刃で発生したチップ（切り屑）又はチップとすくい面との間に衝突するとよい。工具の横断面を考察した際、冷却材通路の流出開口と切刃との間のひねり角は、好適には少なくとも−２０°および最大＋４５°、特に少なくとも−５°および最大＋１５°である。ひねり角は、工具の回転中に冷却材通路の流出開口が切刃に先行する状態を、正（＋）と規定する。冷却材通路の流出開口から流出する冷却潤滑材で直接冷却されない切刃では、切削加工運転中、高温が生ずる。これは、硬い材料の加工にとり、温度に大きく左右される機械特性を的確に利用できるので、特に有利である。チップに直接衝突する冷却材噴射流でチップが急冷され、この結果、加工材料に関係して傾向的に短く折損する特性を持つ。従って望み通りに、切削加工熱の大部分のチップへの伝達と容易なチップ排出が達成される。これに対し、ドリルに伝達される切削加工熱分量が比較的低く抑えられ、この結果、ドリルは加工中に高々僅かしか伸びない。かくして穿孔時に特に高い製造精度が得られる。

冷却材通路の偏心的経過により、工具の軸線の箇所における弱化は防止される。工具全体の機械的強度は、本質的に、ねじれ溝の幾何学形状によって影響される。好適には、ねじれ溝の総ひねり角、即ちねじれ溝の切刃側端とシャンク側端との間における角度は、少なくとも９０°および高々１６０°であり、特に少なくとも１２０°および高々１６０°である。この結果、ねじれ溝のシャンク側端に、切削加工時に生ずる力を受けるために特に適したドリルの横断面幾何学形状が与えられる。上述の角度設定は二切刃形工具に関係している。三切刃形或いは多切刃形工具の場合、小さな総ひねり角が有利である。

ドリルのねじれ溝は、好適には、ドリル尖端の範囲において、シャンクの側の範囲におけるより大きなねじり角を有している。切刃に向けて増大するねじり角は横すくい角とも呼ばれ、容易なチップ排出を促進し、一方で、工具尖端とは反対の範囲における比較的小さなねじり角は、ドリル形状が長い場合でも、例えば、ドリル直径の３倍より深い穿孔時でも、冷却材通路の完全に真っ直ぐな形成を可能にする。好適には、ドリルは、シャンクに隣接する範囲において真っ直ぐに溝が付けられている。

ドリルは一体品として形成されているか、複数の部品で、例えばねじ止め或いはろう付けされた切刃インサートを備えて構成されている。有利な実施態様において、ドリルは、本体と、本体に付属の工具尖端とを有している。この場合、冷却材通路は、好適には専ら本体内を延びている。この結果、特に負荷される工具尖端の機械的強度が冷却材通路で害されることはない。従って、このドリルは、特に１６ｍｍ以下の小さな直径範囲にも適用される。工具尖端は本体に、ねじ継手なし、従って本体並びに工具尖端に相応した横断面弱点部なしに、保持されるとよい。

本発明の利点は特に、部分的に真っ直ぐなねじれ溝と部分的にひねられたねじれ溝とを備えたドリルにおいて、偏心的冷却材通路が完全に真っ直ぐに延び、加工時に生ずるチップに直接向けられている。

以下、図示の実施例を参照し本発明を詳細に説明する。なお各図において、同一部分には同一符号を付している。

図１と２は、本体２と工具尖端３からなり、以下で工具とも呼ぶドリル１の第１実施例を示す。本体２は鋼、工具尖端３は硬質合金からなるとよい。図示の実施例と別に、ドリル１を一体に、例えば硬質合金でも作れる。またドリル１は交換可能な複数の切刃インサート、例えば反転切刃プレートを有し得る。ドリル１又はその一部の材料として、切削技術で慣用的な全材料が利用でき、セラミックスも利用可能である。切刃インサートや被覆層に、例えばＰＫＤ（多結晶ダイヤモンド）やＣＢＮ（立方窒化硼素）が利用できる。

ドリル１はシャンク４と、該シャンク４に続き工具尖端を含む刃物部分５とを備える。この実施例で、シャンク４は円筒シャンクとして形成され、６はその先端である。それと異なったシャンク形状も実現できる。

工具尖端３は２つの刃先７、８を有し、両刃先７、８から各々シャンク先端６に向けてねじれ溝９、１０が延びている。１１、１２は刃先７、８とドリル１の工具外周面との間の移行部に形成された刃先隅である。刃先７、８に冷却材を供給すべく冷却材通路１３、１４が存在する。これら通路１３、１４の流出開口１５、１６はねじれ溝９、１０に配置されている。図１は流出開口１５のみを示す。工具軸線Ａに関し流出開口１５の中心と刃先隅１１、１２の軸方向距離ａは、ドリル１の工具直径Ｄより約１０〜２５％大きい。

図３ａ〜３ｄは、刃物部分５の長さが各々異なるドリル１の４つの実施例を示す。各実施例で、本体２はねじれ溝９、１０のひねり前方箇所を有し、該溝９、１０はこの箇所にで工具尖端３に移行している。ひねり角γ（図１）は工具尖端３の範囲で１５°より大きい。この結果、小さな切削力、良好なチップ（切り屑）形状および容易なチップ排出が可能となる。ねじれ溝９、１０のねじれ箇所又はひねり箇所に、シャンク４の方向に真っ直ぐな溝付き箇所が続いている。図示の実施例では、真っ直ぐな溝付き箇所にひねり箇所が連続して続き、該ひねり箇所は工具直径Ｄの２倍より短い長さ内で、一定したねじり角を示す。工具の形状が比較的短いとき（図３ａ）、真っ直ぐな溝付き箇所は省かれ、工具の形状が長いとき、該箇所は刃物部分５の長さの大部分に納められる。図３ａ〜図３ｄの実施例では、最大穿孔深さは、工具直径Ｄの３倍、５倍、７倍ないし１０倍である。何れの場合も、冷却材通路１３、１４は工具軸線Ａに対し平行に完全に真っ直ぐに延びている。冷却材通路１３、１４は、図では冷却材通路１３の流出開口１５しか見えていない。

図４は、図３ａ〜図３ｄの実施例に略相当した本体２と、該本体２にはめ込まれる工具尖端３を、互いに離して示す。工具尖端３の実行可能な形状は、例えば独国特許出願未公開第１０２０７２５７．４−１４号明細書およびそれに対応する国際公開第ＰＣＴ／ＥＰ０３／０１５２６号パンフレットに記載されている。本体２への工具尖端２の非ねじ込み式固定方式によって、ドリル１は、特に例えば１２ｍｍ以下の小さなドリル直径にも適用され得る。その工具尖端３に冷却材通路は存在しない。

図５は、図１および図２のドリル１の工具尖端３を正面図で示す。一体形切刃インサートとして形成した工具尖端３は、切刃７、８の数に応じ２つのブレード１７を有し、該ブレード１７は各々本体２の脚１８に支持されている。この結果、工具尖端３はバヨネット継手の形で本体２にはめ込まれる。工具尖端３と本体２との相対回転は、工具尖端３の２つの溝１９に係合する工具（図示せず）で行える。

図５から解るとおり、各切刃７、８は冷却材通路１３、１４の横断面を横切っている。切刃角１１、１２と冷却材通路１３、１４の中心とが成す角度はひねり角αと呼ばれ、該角度αは好適には−５〜＋１５°である。冷却材通路１３、１４は紙面に対し垂直に延びている。

図６は、分離して示した本体２の冷却材通路１３、１４を示す。冷却材通路１３、１４は、比較的大きな冷却材通路１３、１４であっても本体２の機械的強度が殆ど害されないよう、工具軸線Ａから、従って本体２の最低横断面積箇所から離している。冷却材通路直径ｄ（図７）は、工具尖端３における工具直径Ｄの約１０〜１５％である。

図８は、工具軸線Ａに沿ったねじれ溝９の経過を概略的に示す。シャンク４に続く真っ直ぐな溝付き箇所でのねじれ溝９の輪郭と、刃先隅１１の範囲でのねじれ溝９の輪郭を破線で示す。ねじれ溝９のねじられた総角度を総ひねり角βと呼ぶ。図８には第２ねじれ溝１０は示していない。シャンク４の側の真っ直ぐな溝付き箇所における原理的に本体２の横断面Ｈ形形状部が、刃先７、８から本体２に伝達される力をドリル１に特に小さな曲げしか生じないように受けるべく、総ひねり角βを９０〜１６０°に決めている。

図９は、冷却材通路１３、１４を備えた本体２を背面図で示す。冷却材通路１３、１４の入口開口２０、２１は、シャンク先端６の横溝２２内に配置してある。工具軸線Ａに対し対称に中央円錐部２３が存在している。この箇所には冷却材供給路は設けていない。

図１０は、本体２と工具尖端３で構成したドリル１の異なる実施例を詳細に示す。この場合、流出開口１５、１６はねじれ溝９、１０の縁、即ちドリル１の峰２４への移行箇所近くに存在している。図１１は、冷却材噴射流２５の経過を概略的に示す。この図から明らかなように、冷却材噴射流２５は切刃７、８の近くで工具尖端３に衝突する。冷却材噴射流２５の工具尖端３を貫通する部分は、工具軸線Ａに対しほぼ平行な冷却材の噴射方向Ｓを幾何学的に明瞭にするためだけに示してある。実際には、冷却材噴射流２５は、切刃７、８で生成したチップに衝突し、この結果、チップは、応力発生直後に冷却材の直接供給により強く冷却される。従ってチップからドリル１への熱伝達は十分に阻止される。同時に切刃７、８において、特に硬い材料の切削加工時、高温が生ずる。ドリル１の横断面内部において冷却材の噴射流２５を工具軸線Ａに沿って向けることで、被加工ワークにドリル１を当てた直後に既に、冷却および潤滑作用が有効となる。

図１２は図１１と同じく、概略的に示した冷却材噴射流２５を有するドリル１を示す。ドリル１を経ての冷却潤滑材の完全に真っ直ぐな貫流により、非常に抵抗の少ない流れが生じ、冷却潤滑材の分離作用は生じない。従って、ドリル１は特に最少潤滑材量による利用に適用される。

ドリルの側面図。 図１のドリルの斜視図。 ドリルの種々の実施例における斜視図。 ドリルの種々の実施例における斜視図。 ドリルの種々の実施例における斜視図。 ドリルの種々の実施例における斜視図。 多分割形ドリルの工具尖端と本体を互いに離した状態の側面図。 ドリルの工具尖端の正面図。 図４における本体の斜視図。 図６における切り離して示された本体の平面図。 異なったドリル概略横断面図。 図４における本体の背面図。 工具尖端がはめ込まれた本体の詳細斜視図。 工具尖端への冷却材供給の図１０に相当した概略図。 図１１における工具の全体図。

符号の説明

１ ドリル、２ 本体、３ 工具尖端、４ シャンク、５ 刃物部分、６ シャンク先端、７、８ 切刃、 ９、１０ ねじれ溝、１１、１２ 刃先隅、１３、１４ 冷却材通路、１５、１６ 流出開口、１７ ブレード、１８ 脚、１９ 溝、２０、２１ 入口開口、２２ 横溝、２３ 中央円錐部、２４ 峰、２５ 冷却材噴射流、Ａ 工具軸線、Ｄ 工具直径、ａ 距離、ｄ 冷却材通路直径、Ｓ 噴射方向、α ひねり角、β 総ひねり角、γ ねじり角

Claims (9)

1. 少なくとも２つの切刃（７、８）と、各切刃からシャンク片側端（６）に向けて延びる少なくとも部分的にねじられたねじれ溝（９、１０）とを備えたドリルにおいて、
   シャンク片側端（６）から出発して工具軸線（Ａ）に対し平行に延びる冷却材通路（１３、１４）を備え、この冷却材通路は、冷却材の流出開口（１５、１６）が、ねじれ溝（９、１０）に配置され、かつ切刃（７、８）に向けられており、さらに、前記流出開口から噴出した冷却材の少なくとも一部を、切削加工中に切刃で発生した切り屑（チップ）に直接衝突させるために、前記冷却材通路（１３、１４）の流出開口（１５、１６）と切刃（７、８）との間のひねり角（α）を、−５°〜＋１５°とすることにより、前記各切刃（７、８）が、前記冷却材通路（１３、１４）の横断面を横切るように構成したことを特徴とするドリル。
2. ねじれ溝（９、１０）の総ひねり角（β）が少なくとも９０°であることを特徴とする請求項１記載のドリル。
3. ねじれ溝（９、１０）の総ひねり角（β）が最大１６０°であることを特徴とする請求項１又は２記載のドリル。
4. ねじれ溝（９、１０）が、切刃（７、８）に向けて増大するねじり角（γ）を有することを特徴とする請求項１から３の１つに記載のドリル。
5. ねじれ溝（９、１０）が、ねじられていない箇所を有することを特徴とする請求項１から４の１つに記載のドリル。
6. 冷却材通路（１３、１４）の流出開口（１５、１６）と、工具円周上で切刃（７、８）に隣接する刃先隅（１１、１２）との間の軸方向距離（ａ）が、ドリル（１）の工具直径（Ｄ）の少なくとも７５％であることを特徴とする請求項１から５の１つに記載のドリル。
7. 冷却材通路（１３、１４）の流出開口（１５、１６）と、工具円周上で切刃（７、８）に隣接する刃先隅（１１、１２）との間の軸方向距離（ａ）が、工具直径（Ｄ）の２倍以下であることを特徴とする請求項１から６の１つに記載のドリル。
8. 工具尖端（３）が本体（２）上に付けられたことを特徴とする請求項１から７の１つに記載のドリル。
9. 冷却材通路（１３、１４）の流出開口（１５、１６）が本体（２）に配置されたことを特徴とする請求項８記載のドリル。

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