JP4843317B2 - ガイド付きロングドリル - Google Patents

Description

この発明は、金属の深穴加工を、穴曲がりや刃先欠損などを招かずに安定して行えるロングドリル、詳しくは、ガイドを設けて加工の安定性を高めたガイド付きロングドリルに関する。なお、この発明では、ドリル径の５倍以上の深穴を加工するドリルをロングドリルと言う。

首記のロングドリルは、加工中に所謂縄跳び現象を起こしやすい。縄跳び現象とは、図
９に示すように、ドリル先端とドリルホルダ(図示せず)による支持点間でボディ２が撓んで外に膨らむように湾曲し、軸心Ｃの振れ（Δρが振れ量）を伴ってドリル１が回転する現象であり、高速回転になるほど発生しやすい。

ソリッドドリルは、ボディの外周に付されたバックテーパが原因となってガイド性が低下し、ドリル径の７倍以上の深穴を加工するものは特に、縄跳び現象を起こしやすい。また、ドリル本体の先端に切れ刃を有するドリルヘッドやチップを着脱自在に装着した刃先交換式のドリルやろう付けドリルは、ドリルヘッドやチップに設けた長さの短いマージンのみを加工穴の穴面に接触させてセルフガイドで穴あけを行うため、良好なガイド性が得られない。これに加えて、ドリル本体が超硬合金に比べて剛性の低い鋼で形成されており、そのために、加工穴深さがドリル径の５倍以上になると縄跳び現象を起こしやすい。

ここで、下記特許文献１は、穴深さがドリル径の１０倍以上の深穴加工に使用されるドリルの穴曲がり、穴の蛇行を抑制するために、刃先から柄部にかけてドリル径の３〜６倍までの範囲に第１、第２のマージンを設け、これらのマージンのバックテーパ付与領域を先端からドリル径の５〜１０倍までの範囲とし、残りのマージン部はバックテーパ量を０とすることを開示している。

しかしながら、特許文献１のドリルは、第１マージンと第２マージンを併設したダブルマージン範囲にバックテーパが付されているため、バックテーパに起因した縄跳び現象を無くすことができない。そのために、加工が不安定になり、穴曲がり、刃先欠損、マージン部損傷などの問題が発生する。

なお、ドリルの回転速度を落として縄跳び現象を抑制しようとすると、加工能率が低下して生産性が悪くなる。
特開２００５−５９１１６号公報

この発明は、高速回転でもロングドリルによる加工の安定性が損なわれないようにするために、縄跳び現象が起きても振れがドリル先端に伝わらないようにし、さらに、縄跳び現象自体も抑制されるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、ロングドリルのランド部のドリル先端から所定長さ後退した位置に、加工穴の穴面に接触するドリル径Ｄよりも小径のガイド部を設け、ドリル先端から前記ガイド部までの間に長さ１００ｍｍにつき０．３〜０．３５ｍｍのバックテーパを付与し、前記ねじれ溝を、ドリルのボディの全長にわたって形成した。

この発明は、刃先交換式ロングドリルやろう付けロングドリルに適用しても効果があるが、ボディにバックテーパが付されたソリッドロングドリル、中でも、撓み易く、そのために縄跳び現象を起こしやすい小径ソリッドロングドリルに適用すると特に大きな効果を期待できる。

この発明を適用したソリッドロングドリルは、ボディの前記ガイド部よりも後方に位置する部分を、マージンの無い構造にすることができる。

また、この発明のロングドリルは、前記ガイド部を、ドリル先端からドリル径Ｄの１〜５倍の範囲で後退した位置に設けたものが好ましい。

さらに、ガイド部の直径を、ドリル径Ｄとの径差が０．１ｍｍ以下、より好ましくは０．０５ｍｍ以下となる大きさに設定し、なおかつ、このガイド部の長さＬ２をドリル径Ｄの０．５倍以上にしたものが望ましい。

刃先先端からガイド部までの望ましい長さＬ１はドリルの種類によって変わる。その長さＬ１は、刃先交換式ロングドリルやろう付けロングドリルではドリル径Ｄの１倍以上、ソリッドロングドリルではドリル径Ｄの３倍以上が望ましい。バックテーパを有するソリッドロングドリルは、再研削によって刃部先端の外径（ドリル径）が小さくなるので、再研削量を考慮してガイド部の直径と長さＬ１を設定する必要がある。

ガイド部は、外径が一定したストレートのガイド部と、ガイド部の最小径部とドリル径との径差が０．１ｍｍ以内となるように勾配をつけたテーパのガイド部が考えられ、どちらを採用してもよい。

また、ガイド部のガイドの数は３個以上とするのがよく、その３個以上のガイドを同一円周上にできるだけ間隔をあけて設けたものが好ましい。また、より深い穴を加工するドリルは、軸方向に間隔をあけて複数個所にガイド部を設けるとより望ましいものになる。

このほか、刃先交換式ロングドリルやろう付けロングドリルは、ドリル先端から所定長さ後退した位置においてドリル本体のランド部にドリル本体よりも硬質の材料で形成された部材を取り付け、その部材でガイド部のガイドを構成したものが好ましい。

この発明のロングドリルは、先端側では刃部先端とガイド部による２点支持がなされて縄跳び現象の支点（ドリルの振れの支点）がガイド部によりガイド箇所に移る。そのために、ドリル先端の振れが抑えられて直進性が維持され、穴曲がりが防止される。また、振動による衝撃が刃部に加わらなくなって刃先欠損やマージン部損傷も減少し、ドリルの寿命が安定する。さらに、縄跳び現象の支点がガイド部の位置に移ることによってドリルが振れる部分の長さが短くなるため従来に比べて振れ量も小さくなり、加工の安定性も高まる。

なお、刃先交換式ロングドリルは、切れ刃を再生するための再研削を行わないので、ドリル先端にできるだけ近い位置（ドリル先端からドリル径Ｄの１倍ぐらいの位置）にガイド部を設けると望ましい。また、再研削を繰り返すソリッドロングドリルやろう付けロングドリルは、再研削量を考慮した位置でソリッドロングドリルはドリル先端からドリル径Ｄの３〜５倍、ろう付けロングドリルはドリル先端からドリル径Ｄの１倍ぐらいの位置にガイド部を設けるとガイド効果を維持しながら再研削量も確保して経済性を高めることができる。前もって加工されたドリル径と同一径又はドリル径よりも０．０５ｍｍ以下太径で深さがドリルのガイド部の半分以上までがガイドされる深さのガイド穴にロングドリルを挿入して穴加工することにより、縄跳び現象による刃部先端の振れは問題にならない。

ボディのガイド部よりも後方に位置する部分を、マージンの無い構造にしたものは、マージンの設置領域が減少して製造面で有利になる。

ガイド部の直径は、ガイド性の面ではドリル径Ｄと同径がよいが、ドリル径Ｄとの径差が０．１ｍｍ以下、より好ましくはその径差が０〜０．０５ｍｍの範囲にあれば満足できるガイド効果が得られる。

ガイド部の長さＬ２は、短すぎるとガイド効果が薄れ、長すぎると切削抵抗を増加させるので、大径ドリルではガイド長さが長すぎないようドリル径Ｄの０．５倍以上、小径ドリルではガイド長を確保するためにドリル径Ｄの３倍以上にするのがよい。

また、このガイド部は、ガイド性の面では勾配がゼロのストレートのガイド部が好ましいが、ガイド部の最小径部とドリル径との径差が０．１ｍｍ以内となるように勾配をつけたテーパのガイド部にしてもガイド性を維持できる。切削抵抗低減の面ではテーパのガイド部の方が有利である。

このほか、２個のガイドを１８０°回転した位置に設けたガイド部は９０°方向のガイド性が悪くなるのに対し、３個以上のガイドを同一円周上に間隔をあけて設けたものは良好なガイド機能が発揮される。さらに、軸方向に間隔をあけて複数個所にガイド部を設けたものは、加工穴深さが深くなったときに複数のガイド部によるガイドがなされてより良い効果が得られる。

また、ドリル本体よりも硬質の材料で形成された部材をドリル本体に取り付けてその部材でガイド部のガイドを構成した刃先交換式ロングドリルやろう付けロングドリルは、ガイド部の耐久性が向上する。

以下、添付図面の図１〜図８に基づいてこの発明のガイド付きドリルの実施の形態を説明する。図１〜図４は、ボディ２とシャンク３を一体に形成したソリッドロングドリル(以下単にドリルとも言う)への適用例を示している。このドリル１は、中心対称形状の切れ刃４とねじれ溝５とマージン６を有し、さらに、ボディ２のドリル先端ＴからＬ１の長さ後退した位置に、Ｌ２の長さをもつガイド部７を有している。

ボディ２のガイド部７を除く部分には、規定のバックテーパ、例えば、長さ１００ｍｍにつき０．３〜０．３５ｍｍのバックテーパが付されている。

ねじれ溝５は、ボディ２の全長にわたって設けているが、マージン６はガイド部７の位置までとし、ボディ２のガイド部７よりも後方に位置する部分はマージンの無い構造にしている。従って、マージンの加工はＬ１＋Ｌ２の長さ範囲について行えばよく、加工時間
の短縮が図れる。

ガイド部７は、２箇所のランド部８のドリル回転方向前後(図は回転方向前端の縁と回転方向後端のヒールに沿った位置)にそれぞれボディ２と一体のねじれたガイド７ａを設け、同一円周上に間隔をあけて配置された計４条のそのガイド７ａで構成している。ガイド７ａは、図に示すように、マージン６を兼用したものにすると無駄がでない。このガイド部７は、図に示すストレートのガイド部が好ましいが、勾配がドリル径との径差の範囲内で小さければ、テーパのガイド部にしてもガイド性を維持できる。ここで言うドリル径との径差とは、ガイド部の最小径部とドリル径との径差であり、その数値は０．１ｍｍ以内である。

ガイド部７の直径Ｄ１は、図示のドリルについてはドリル径Ｄと同径にした。この直径Ｄ１は、ドリル径Ｄよりも０．１ｍｍ以下、より好ましくは、０．０５ｍｍ以下の範囲で小さくしてもよい。また、ドリル先端Ｔからガイド部７までの長さＬ１は、ここではドリル径Ｄのほぼ３倍とし、ガイド部７の長さＬ２もドリル径Ｄのほぼ３倍にしたが、後述する刃先交換式ロングドリルや再研削回数の少ないろう付けロングドリルではドリル径Ｄの１倍程度、再研削を多く行うソリッドロングドリルではドリル径Ｄの５倍以内に設定するのがよい。また、ガイド部７の長さＬ２は、大きなガイド効果を必要としない撓み難い大径ロングドリル(例えばＤ≧１２ｍｍ)ではドリル径Ｄの０．５倍以上、大きなガイド効果を必要とする撓み易い小径ロングドリル(例えばＤ＜１２ｍｍ)ではドリル径Ｄの３倍以上とするのがよい。

なお、このドリル１には、必要に応じてクーラントを供給する油穴９（図３、図４参照）が内部に設けられる。

以上の如く構成したドリルの使用状況を図５に示す。ワークＷに前もって加工されるガイド穴Ｈの深さがＬ１を超えると、ガイド部７がガイド穴Ｈに入り込み、ドリル先端側でのドリルの支持が刃部先端とガイド部７の２箇所でなされる。この状況では、ドリル先端側における縄跳び現象の支点がガイド部７の位置に移っており、縄跳び現象による振動が刃部先端に伝わらない。そのため、刃部先端の振れが抑えられ、ドリルの直進性が維持されて穴曲がりが防止される。また、振動による衝撃が刃部に加わらなくなるため、刃先欠損やマージン部損傷も減少し、ドリルの寿命が安定する。
また、ドリル先端側における支点がガイド部７の位置に移ることによってドリルホルダ側の支点との間の距離が短縮されるので、ドリルが振れる部分の長さが短縮されて従来に比べて振れ量も小さくなり、加工の安定性が高まる。

高速度鋼などで形成されるボディの先端に超硬合金をろう付けし、その超硬合金でドリル先端の切れ刃を形成するろう付けロングドリル(図示省略)にも、この発明を特徴付けるガイド部を設ける。そのガイド部は、切れ刃を形成する超硬合金の後端よりも後退した位置に設けると好ましい。

図６〜図８は、刃先交換式ロングドリル(これも以下では単にドリルと言う)への適用例を示している。このドリル１０は、鋼で形成されたドリル本体１１の先端に超硬合金などで形成されたドリルヘッド１２を装着し、さらに、ドリル先端Ｔから所定長さを保った位置でドリル本体１１のランド部１８にガイド部７を設けて構成されている。

ガイド部７は、ランド部１８のドリル回転方向前後にドリル本体１１よりも硬質の材料、例えば超硬合金で形成された部材を取り付けてその部材でガイド７ａを構成し、そのガイド７ａを計４個設けて構成している。ガイド７ａとなす部材は、ランド部１８に植え込んでろう付けして固定すると支持構造が複雑にならない。このガイド部７の直径Ｄ１や長さＬ２、ドリル先端Ｔからガイド部７までの長さＬ１は、望ましいとした数値範囲に設定するとよい。

ドリル本体１１には、２条のねじれ溝１５と、２箇所のマージンの無いランド部１８と、一体のシャンク１３が設けられている。ねじれ溝１５は、ねじれ角が後部側で小さくなっているが、ねじれ溝１５の形状は任意に設定してよい。必要に応じて油穴１９も設けられる。油穴１９は、噴射口をドリル本体１１のランド部外周に設けているが、スペース的な余裕があればドリルヘッド１２にドリル本体１１の内部の油穴に連通する油穴を設けてドリルヘッド１２に形成された先端の逃げ面に噴射口を配置することもできる。

ドリルヘッド１２は、切れ刃１４と、ドリル本体側のランド部１８に連なるランド部と、ねじれ溝１５の一部と、マージン１６を有しており、ボルト２０でドリル本体１１に着脱自在に締結される。このドリルヘッド１２は、切れ刃１４が傷んだら再研削をせずに新しいものと交換される。

なお、刃先交換式ドリルの中には、ドリル本体の先端に座を設け、その座に切れ刃とマージンを有するチップを着脱自在に装着するものもある。この発明はそのような構造のドリルにも適用できる。また、より深い穴を加工するドリルは、ガイド部７を軸方向に間隔をあけて複数個所に設けると、加工穴深さが深くなったときに複数のガイド部によるガイドがなされ、発明の効果がより顕著に発揮される。

この発明のロングドリルの一例を示す側面図 図１のドリルの要部の拡大側面図 図１のドリルの拡大正面図 図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図 図１のドリルの使用状態を示す図 この発明のロングドリルの他の例を示す側面図 図６のドリルの正面図 図６のＹ−Ｙ線に沿った断面図 従来のロングドリルの縄跳び現象の解説図

符号の説明

１、１０ ドリル
２ ボディ
３、１３ シャンク
４、１４ 切れ刃
５、１５ ねじれ溝
６、１６ マージン
７ ガイド部
７ａ ガイド
８、１８ ランド部
９、１９ 油穴
１１ ドリル本体
１２ ドリルヘッド
２０ ボルト
Ｄ ドリル径
Ｄ１ ガイド部の径
Ｌ１ ドリル先端からガイド部までの長さ
Ｌ２ ガイド部の長さ
Ｔ ドリル先端
Ｗ ワーク
Ｈ ガイド穴

Claims (6)

1. ドリル先端から所定長さ後退した位置においてランド部（８）に、加工穴の穴面に接触するドリル径Ｄよりも小径のガイド部（７）を設け、
   ドリル先端から前記ガイド部（７）までの間に長さ１００ｍｍにつき０．３〜０．３５ｍｍのバックテーパを付与し、
   ねじれ溝（５）を、ドリルのボディ（２）の全長にわたって形成したガイド付きロングドリル。
2. 前記ボディ（２）の前記ガイド部（７）よりも後方に位置する部分を、マージンの無い構造にしたことを特徴とする請求項１に記載のガイド付きロングドリル。
3. ドリル先端（Ｔ）から前記ガイド部（７）までの長さＬ１をドリル径Ｄの１〜５倍の範囲に設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載のガイド付きロングドリル。
4. 前記ガイド部（７）の直径Ｄ１を、ドリル径Ｄとの径差が０．１ｍｍ以下となる大きさに設定し、さらに、このガイド部（７）の長さＬ２をドリル径Ｄの０．５倍以上としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガイド付きロングドリル。
5. 前記ガイド部（７）を、外径が一定したストレートのガイド部、又はガイド部の最小径部とドリル径との径差が０．１ｍｍ以内となる勾配を有するテーパのガイド部にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガイド付きロングドリル。
6. 前記ガイド部（７）のガイド（７ａ）を、同一円周上に間隔をあけて３個以上設けた請求項１〜５のいずれかに記載のガイド付きロングドリル。

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