JP6635574B2 - ドリル又はガンドリル - Google Patents

Description

本発明は、ドリルの先端側の切屑排出溝部分にクーラントの噴出穴を設け、この噴出穴から切削用のチップと被削材との接触部位を狙って高圧でクーラントを供給することにより、チップ刃先面及び切り屑の冷却と、切り屑の分断並びに排出とを行い、その結果、ドリルの送り速度を高めることができるようにし、効率の良い切削が可能なＵドリル又はガンドリルに関するものである。

従来、アルミ等の軽合金や鋼材料に穴開け加工する場合は、ドリルの刃先面と被削材との擦過による発熱に起因するドリルの損傷を防止し、長寿命化を図るためにドリルの先端側にクーラントの噴出穴を設けている。そして、ドリルの主軸内を貫通して設けられたクーラントの供給通路を通じて供給されたクーラントを前記噴出穴から噴出するようにしている。なお、工作機械用のドリルには、クーラントの供給通路が主軸と同様に捻られて形成されたツイストドリルと、製作時にツイスト加工されてないストレート形状のドリルがある。

図３は、従来のＵドリルで、主軸１とクーラントの供給通路２とが捻じられて形成されたツイストドリルを示すものである。Ｕドリルは、主軸１の先端が平坦面３に形成され、切屑排出溝４へ繋がる垂直壁面５に切削刃としてのチップ６を取り付け、チップ６が主軸先端の平坦面３から突出するようにしている。クーラントは、主軸部分の捻られたクーラント供給通路２を通って、主軸先端の平坦面３に開口された噴出穴７から噴出される。なお、この図３に示すＵドリルは、チップ６が交換できるタイプのものであり、別のタイプとしてチップが固定されたものもある。

一方、この種のツイストドリルのクーラントの供給圧力としては、７ＭＰａに満たない圧力で供給しているのが現状である。その理由は、解らないが、工作機械の対応がないこと、ホルダー工具がないこと、また７ＭＰａ以上のデーターがない事などが挙げられる。例外として、特許文献１に示すように、細穴加工の場合に圧力損失が大きいことを考慮して１０ＭＰａ〜１４ＭＰａ程度の高圧力で噴出するようにしている。

特開２００４−０４２２０９号公報

従来のＵドリルでは、前記した通り、クーラントが、主軸部分の捻られたクーラント供給通路２を通って、主軸先端の平坦面３に開口された噴出穴７から噴出される。この噴出は、主軸の前方側へ噴出されるだけであるので、切削刃により削り出された被削材の切り屑の上から噴出されるようになり、切削刃であるチップ６が被削材と直接接触する部位には供給されない。そのため、被削材との摩擦によりチップ６が高温になり、変形・摩耗が発生し、寿命が低下する等の問題があった。

また、特許文献２等に示す技術では、クーラントの供給圧力を１０ＭＰａ以上１４ＭＰａ程度までとしているが、これは細穴加工の場合のものであり、一般の穴加工においては、７ＭＰａに満たない圧力であった。そのため、加工部位へのクーラントの供給が不足し、切削刃の冷却及び切り屑の排出が不十分となっていた。従って、従来は、数ミリ穴加工した後、一旦、ドリルを後退させて切削刃の冷却と切り屑の排出とを行い、その後さらにドリルを前進させて切削を行うというように、ドリルの前進後退を繰り返して穴加工することが一般的に行われており、非効率的であった。

また７ＭＰａに満たない供給圧力であると、切り屑の分断効果に欠けるため、かなり長い寸法まで切り屑が連続して生成され、切り屑がドリルの排出溝から円滑に排出されなかったりすることがあった。しかも、長い切り屑は、ドリルに巻き付いてドリルや被削材を損傷させることがあった。更に、長い切屑は、嵩高くなり、任意の収容形態になり難いので、その処理に困ることがあった。

尚、これらの切削刃及び被削材の冷却の問題と、切屑処理の問題は、Ｕドリル以外のガンドリルにおいても同じであった。

本発明は、従来の前記問題点に鑑みてこれを改良除去したものであって、クーラントを直接、チップと被削材とが接触する部位へ供給することで、チップ及び被削材の優れた冷却を行い、また上記部位へのクーラントの供給とその供給圧力を高圧にすることとの相乗効果により、切り屑の細かい分断を実現し、切り屑の排出及びその後処理を容易化することのできるＵドリル又はガンドリルを提供せんとするものである。

前記課題を解決するために本発明が採用した手段は、ドリル本体の先端面が平坦に形成され、該平坦面に臨んで切削刃としてのチップが該ドリル本体に取り付けられたドリル又はガンドリルにおいて、切り屑の排出溝面にクーラントの噴出穴を設けて成り、該噴出穴はクーラントの供給通路に繋がる連絡通路の向きと該排出溝面の傾斜角度が、前記噴出穴から噴出されるクーラントが前記チップの刃先面に向けて直接噴出されるように設定され、７ＭＰａ以上で３０ＭＰａ以下の高圧で噴出されるクーラントを、前記チップと被削材との接触部分に直接噴出し、前記被削材から削り取られた切り屑を分断しながら該被削材を加工することを特徴とするドリル又はガンドリルである。

また、このドリルにおいて、クーラントの噴出穴には、オリフィスを形成して噴出勢いを強くするジェット噴射ノズルが脱着自在に取り付けられている。

本発明によれば、クーラントの噴出穴を切り屑の排出溝面に設けている。そして、この噴出穴から噴出されるクーラントが切削刃に向けて噴出される向き及び角度になるようにしている。必要であれば、切屑の排出溝面を研削加工し、目的とする向きと角度になるようにすればよい。これにより、切削刃としてのチップと被削材とが接触する部位へ直接にクーラントを供給することができる。従って、チップと被削材との冷却効果に優れ、チップの摩耗を抑制してその長寿命化を図ることが可能である。またその結果として、加工速度を上げることができ、優れた効率のよい穴加工が可能である。更に、チップと被削材とが直接接触する部位へクーラントを供給するので、削り出された切り屑が短い寸法で分断され易くなるという効果もある。

また、前記クーラントの噴出穴にジェット噴射ノズルを脱着自在に取り付ければ、該ノズルは、オリフィスを有し、供給されたクーラントを圧縮して強い水勢でジェット噴射する。これにより、チップと被削材との冷却効果と、切屑分断化の効果とが更に向上する。

また、クーラントを７ＭＰａ以上で３０ＭＰａ以下の高圧で噴出するようにしている。これにより、クーラントがチップと被削材との接触部位へ供給され、更にその供給圧力が前記の如く極めて高圧であるので、被削材から削り取られた切り屑は、極めて短い寸法の段階で直ぐに分断されてクーラントと共に排出溝へ流れていき、スムーズに排出溝からドリル外へ排出される。このように切り屑が極めて短い寸法に分断されているので、主軸の周囲に捻れて存在する排出溝を通り易くなる。またドリルから離れた後は、任意の形状の容器に収容することができ、その処理も容易である。

本発明の第一の実施の形態に係るＵドリルの先端部分の斜視図である。 本発明の第一の実施の形態に係るＵドリルの主軸先端部を示す一部縦断面側面図である。 本発明の第一の実施の形態に係るＵドリルのクーラント噴出穴に取り付けられるジェット噴射ノズルを示す拡大縦断面図である。 従来のＵドリルの先端部分の斜視図である。

以下に、本発明の構成を図１乃至図３に示すツイストされたＵドリルの場合の一実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。なお、Ｕドリルとは、先端面が平坦であり、チップが脱着可能なドリルのことをいい、図１に示すように、この実施の形態のドリルはハイス鋼や超硬合金で成形されたツイストタイプのＵドリルであり、チップ６が対称となる位置で切屑の排出溝面４に繋がる垂直壁面５の部分に中心刃と外周刃との合計二枚が取り付けられている。これらのチップ６は、ビスにより交換できるように設けられている。

而して、この実施の形態にあっては、切り屑の排出溝面４にクーラントの噴出穴８を設けている。この噴出穴８は、クーラントの供給通路２に繋がる連絡通路９を有している。これらの噴出穴８及び連絡通路９の形成は、主軸（ドリル本体）１の排出溝4及びクーラント供給通路２をツイストして連続したらせん状に形成した後、で行う。そのとき、図２に示すように、連絡通路９の向き及び傾斜角度が、前記噴出穴８から噴出されるクーラントが前記チップ６の刃先面に向けて噴出されるように設定されている

ところで、前記クーラントの噴出穴８及び供給通路９を形成するときに重要なことは、クーラントの供給通路２が主軸の捻れと同じ捻れ角度を以て形成されているため、クーラントの供給通路２を通じて供給されたクーラントが、前記噴出穴８から噴出される角度をチップ６の刃先面と被削材との接触部位に向けて噴出されるように定めるためには、供給通路２の捻じれ状態を把握することが重要である。

すなわち、ツイストされたＵドリルの場合、クーラントの供給通路２も捻られて形成されているので、その噴出穴８の開口を単に切屑排出溝４に設けただけでは、チップ６の刃先面と被削材とが接触する部位の近傍へ向けてクーラントが噴出されるだけであり、チップ６が被削材を削り出している部位へ直接供給することができないからである。このような条件を満たさない場合は、切屑排出溝４を切削加工し、主軸部分のクーラント供給通路２の捻れ方向と、前記切屑排出溝４の傾斜角度とを噛み合わせることにより、クーラントがチップ６と被削材との接触部位へ直接供給される位置を特定するようにしている。

このようにクーラント噴出穴８の開口位置及び噴出穴８とクーラント供給通路２の連絡通路９との向き及び傾斜角度を特定することにより、この実施の形態ではチップ６と被削材とが直接接触する部位へクーラント供給することができる。そのため、これらの冷却効果に優れ、チップ６の刃先面の摩耗を抑制してその長寿命化を図ることが可能である。またその結果として、加工速度を上げることができ、優れた効率のよい加工が可能である。従来の前進後退を繰り返す加工方法の場合に比較して７倍以上の速度で加工することが可能であった。

またクーラントの噴出穴８には、ジェット噴射ノズル（プラグ）１０がねじ込み方式により、脱着自在に取り付けられている。該ノズル１０は、先端面に脱着用の六角孔（四角でもその他の多角形状の孔や星形の孔でもよい）１１が設けられており、後端面側にはクーラントを絞り込む円錐状のテーパー孔１２が設けられている。そして、これらの六角孔１１とテーパー孔１２とを連絡する部分に、オリフィス１３が形成されている。ノズル１０の外周面には、螺子部１４が設けられており、六角レンチを前記六角孔１１へ差し込んで、ノズル１１の全体を回転させることで、噴出穴８に対してねじ込んだり、また取り外したりできるようにしている。

これにより、クーラントは、ノズル１０のテーパー孔１２により、圧縮されて水勢が増し、オリフィス１３を通過することでジェット噴射状態でチップ６の刃先面へ向けて噴射されるようになる。このジェット噴射により、チップ刃先面により削り取られる被削材の切屑は、ジェット噴射の強い水勢によりめくり上げられ、刃先面へ直接クーラントを供給することができるようになる。

また、本発明にあっては、自社製の高圧ポンプを用いて、各噴出穴８のジェット噴射ノズル１０から噴出されるクーラントの圧力を、７ＭＰａ以上で３０ＭＰａ以下になるようにしている。これにより、ジェット噴射ノズル１０から噴射されるクーラントがチップ６と被削材との接触部位へ直接供給されることとの相乗効果により、被削材から削り取られた直後の切り屑をめくり上げる効果が増す。それに加えて、切屑は、高圧でジェット噴射されるクーラントによって極めて短い寸法の段階で直ぐに分断されてクーラントと共に切屑排出溝４へ流れていき、スムーズに排出溝４からドリル外へ排出される。

実際に、ＳＣＭ４１５（クロムモリブデン鋼）の材料を旋盤で旋削加工した場合のクーラントの供給圧力と、切り屑の寸法との関係を示すと、次の通りである。クーラントの供給圧力が２ＭＰａのときの切り屑の長さ寸法は、５０ｍｍ以上、７ＭＰａのときは、３０ｍｍ前後、１０ＭＰａのときは、１５ｍｍ程度の寸法に分断され、１５ＭＰａのときは７ｍｍ程度の寸法になり、２０ＭＰａのときは５ｍｍ程度の寸法になり、２５ＭＰａのときは３ｍｍ程度の寸法になり、３０ＭＰａのときは３ｍｍ程度の寸法になった。

このように切り屑が極めて短い寸法に分断されるので、主軸の周囲に捻れて存在する排出溝４を通り易くなる。またドリルから排出された後は、任意の形状の容器に収容することができ、その処理も容易である。これにより、切屑の排出を自動的に行うオートローダーの使用も可能となり、切削加工の作業性を飛躍的に向上させることが可能である。

ところで、本発明は前記Ｕドリルの実施の形態に限定されるものではなく、切屑の排出溝がストレートに形成されたガンドリルへの適用も可能である。このガンドリルにおいては、供給されるクーラントの圧力が７ＭＰａ以上で３０ＭＰａ以下であるため、ガンドリル自体の長さが長くなってもクーラントの高水圧により、ドリル自体の真直度が増し、深穴加工を高精度に仕上げることができるという効果もある。
またクーラント噴出穴に脱着自在に取り付けたジェット噴射ノズルは、ねじ込み式の場合を説明したが、圧入方式のものであってもよい。この場合は、六角孔に代わって螺子孔を設け、取り外し用の工具をねじ込んだ後、工具を引き抜いてノズルを取り外すようにすればよい。

１…主軸（ドリル本体）
２…クーラント供給通路
４…切屑の排出溝
６…チップ
８…クーラントの噴出穴
９…連絡通路
１０…ジェット噴射ノズル
１１…六角孔
１２…テーパー孔
１３…オリフィス

Claims (2)

1. ドリル本体の先端面が平坦に形成され、該平坦面に臨んで切削刃としてのチップが該ドリル本体に取り付けられたドリル又はガンドリルにおいて、
   前記ドリル本体の周囲に捻れて存在する排出溝を備え、該ドリル本体の内部に形成されたクーラント供給通路の捻れ方向と、排出溝の傾斜角度とが、同じ捻れ角度を以て形成されて噛み合わされており、かつ、
   切り屑の排出溝面にクーラントの噴出穴を設けて成り、該噴出穴はクーラントの供給通路に繋がる連絡通路の向きと該排出溝面の傾斜角度が、前記噴出穴から噴出されるクーラントが前記チップの刃先面と被削材との接触部分に向けて直接噴出されるように設定され、
   ７ＭＰａ以上で３０ＭＰａ以下の高圧で噴出されるクーラントを前記チップの刃先面と被削材との接触部分に直接噴出し、前記被削材から削り取られた切り屑がクーラントにより分断されながらクーラントと共に前記排出溝へ流れていき、該排出溝からドリル外へ排出されながら該被削材を加工することを特徴とするドリル又はガンドリル。
2. クーラントの噴出穴には、噴出勢いを強くするジェット噴射ノズルが脱着自在に取り付けられていて、
   前記ジェット噴射ノズルは、先端面側にクーラントを噴出する孔と、後端面側にクーラントを絞り込むテーパー孔と、該孔と該テーパー孔を連絡するオリフィスとを具備する、請求項１に記載のドリル又はガンドリル。
   

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