JP7477308B2 - 切削工具用のシャンク、切削工具及び切削加工方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、切削工具用のシャンク、切削工具及び切削加工方法に関する。

従来、手持ち式の工具回転装置にドリルやリーマ等の切削工具を取り付けて穿孔等の切削加工を行う方法が知られている（例えば特許文献１参照）。典型的な手持ち式の工具回転装置にはチャックが設けられ、ドリルやリーマ等の切削工具のシャンクが工具回転装置のチャックに交換可能に保持される。

シャンクとチャックで構成されるツーリングシステムのうち、できるだけ少ない段取りで切削工具を交換できるようにした簡易な構造を有するシャンクとチャックが知られている（例えば非特許文献１参照）。このシャンクとチャックはクイックチェンジシャンク及びクイックチェンジシャンク用チャックという名称で流通している。

クイックチェンジシャンク及びクイックチェンジシャンク用チャックには、Ａ－ＴＹＰＥとＢ－ＴＹＰＥがある。Ａ－ＴＹＰＥは通常の切削加工用の仕様であり、Ａ－ＴＹＰＥのクイックチェンジシャンク及びチャックはそれぞれＱＡシャンク及びＱＡチャックと呼ばれて流通している。一方、Ｂ－ＴＹＰＥは狭隘部における切削加工用の仕様であり、Ｂ－ＴＹＰＥのクイックチェンジシャンク及びチャックはそれぞれＱＢシャンク及びＱＢチャックと呼ばれて流通している。

図１１は従来のＱＡシャンクの正面図であり、図１２は図１１に示す従来のＱＡシャンクの側面に半径方向に向かって形成される３つの止まり孔の位置における横断面図である。

図１１及び図１２に示すように、Ａ－ＴＹＰＥのクイックチェンジシャンクであるＱＡシャンクの寸法を含む形状は規格化されている。具体的には、ＱＡシャンクは、円柱の側面に長さ方向が円柱の周方向となるように環状の溝を設け、かつ環状の溝の底面に等間隔に３つの止まり孔を深さ方向が円柱の半径方向となるように設けた形状を有している。

このような形状を有するＱＡシャンクは、３つのスチールボールを備えたＱＡチャックに着脱することができる。すなわち、正三角形の頂点となる位置に配置された３つのスチールボールをＱＡシャンクの半径方向にスライドさせ、ＱＡシャンクに形成される３つの止まり孔にそれぞれ３つのスチールボールを挿入及び退避させることによって、ＱＡシャンクをＱＡチャックに着脱することができる。

典型的なチャックは回転させて工具を保持することが必要であるのに対して、ＱＡチャックは、エアカプラのように長さ方向にスライドする部材をスライドさせてスチールボールの位置を変化させるのみで、容易にＱＡシャンクを着脱することができる。

図１３は従来のＱＢシャンクの正面図である。

図１３に示すように、Ｂ－ＴＹＰＥのクイックチェンジシャンクであるＱＢシャンクの寸法を含む形状も規格化されている。ＱＢシャンクの長さは、ＱＡシャンクの長さに比べて短い。このため、ＱＢシャンクに設けられる３つの止まり孔の各中心軸の端面からの距離も、ＱＡシャンクに設けられる３つの止まり孔の各中心軸の端面からの距離よりも短くなっている。ＱＢシャンクの長さ及びＱＢシャンクの長さ方向における３つの止まり孔の位置以外のＱＢシャンクの形状についてはＱＡシャンクと同様である。

ＱＢシャンクの長さはＱＡシャンクの長さよりも短いため、ＱＢチャックの長さもＱＡチャックの長さより短くなる。このため、長さが短いＱＢチャックを典型的なコーナードリルのホルダとして採用することができる。すなわち、ＱＢシャンク及びＱＢチャックを、狭隘部における切削加工用のシャンク及びチャックとして用いることができる。

実開平０２－１３５１０８号公報

、［令和１年７月１８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍａｇｎａｖｏｎ．ｃｏｍ／ｃａｔａｌｏｇ／ｑｕｉｃｋ＞、ＭＡＧＮＡＶＯＮ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳカタログ

しかしながら、ＱＡシャンクをＱＢチャックに着脱することはできない。その理由は、ＱＡシャンクの長さがＱＢチャックの挿入孔の深さよりも長く、ＱＡシャンクの止まり孔の位置までＱＢチャックに差し込むことができないためである。逆に、長さが短いＱＢシャンクをＱＡチャックに取付けると剛性が不十分となり、切削工具の振れ幅が大きくなる。その結果、切削工具に欠けや破損が発生したり、被削材（ワーク）の加工品質が著しく劣化する場合がある。

従って、ＱＡシャンクはＱＡチャックに、ＱＢシャンクはＱＢチャックに、それぞれ取付けて使用することが必要である。また、典型的な工具回転装置にドリル等の切削工具を取付けて切削加工を行う場合には、コーナードリル等に切削工具を取付けて局所的な切削加工を行う場合に比べて切削抵抗が大きくなる加工条件で切削加工を行うことが加工効率の向上に繋がることから、剛性が確保されたＱＡシャンクを用いて切削工具を工具回転装置に取付けることが好ましい。つまり、あらゆる切削加工を行うためにＱＢシャンクとＱＢチャックを使用することは加工効率を向上させる観点から好ましくない。

このため、切削抵抗が小さくなる加工条件で切削加工を行わざるを得ない狭隘部と、切削抵抗が大きくなる加工条件で切削加工を行うべき狭隘部ではない部分の切削加工を行う場合には、コンパクトなＱＢシャンクを有する切削工具と、剛性が高いＱＡシャンクを有する切削工具の双方を準備することが必要となる。

そこで、本発明は、手持ち式の工具回転装置に切削工具を簡易に着脱できるようにしつつ、狭隘部であるか否かを問わず共通の切削工具で穿孔やリーマ加工等の切削加工を行えるようにすることを目的とする。

本発明の実施形態に係る切削工具用のシャンクは、切削工具のボディを工具回転装置のチャックで保持するための円筒状又は円柱状の切削工具用のシャンクである。この切削工具用のシャンクは、前記ボディの端部を挿入してろう付けするための、深さが５ｍｍ以上の止まり孔を有する接合部と、前記接合部と一体化され、前記チャックで保持するための保持部とを有する。
前記保持部は、前記チャック側の端面から前記シャンクの長さ方向に１０．９ｍｍだけ離れた第１の位置に形成され、第１のチャックに着脱するための第１の着脱構造と、前記チャック側の端面から前記シャンクの長さ方向に３．３ｍｍだけ離れた第２の位置に形成され、前記第１のチャックよりもシャンクを差し込む長さが短い第２のチャックに着脱するための第２の着脱構造とを有する。
更に、前記第１の着脱構造は、正三角形の３つの頂点の位置に移動可能に配置された第１の３つの球体でシャンクを保持する構造を有する前記第１のチャックに着脱できるように、前記第１の位置において最も深くなり、かつ長さ方向が前記シャンクの周方向となるように形成された第１の環状の凹みと、前記シャンクの半径方向をそれぞれの深さ方向とし、かつ前記第１の位置において前記シャンクの長さ方向に垂直となる第１の平面上において各中心軸が１２０°の角度差で等間隔となっている第１の３つの止まり孔とを有する。
一方、前記第２の着脱構造は、正三角形の３つの頂点の位置に移動可能に配置された第２の３つの球体でシャンクを保持する構造を有する前記第２のチャックに着脱できるように、前記第２の位置において最も深くなり、かつ長さ方向が前記シャンクの周方向となるように形成された第２の環状の凹みと、前記シャンクの半径方向をそれぞれの深さ方向とし、かつ前記第２の位置において前記シャンクの長さ方向に垂直となる第２の平面上において各中心軸が１２０°の角度差で等間隔となっている第２の３つの止まり孔とを有する。
そして、前記接合部の長さと前記保持部の長さを合わせた前記シャンク全体の長さを１９ｍｍ以上２８ｍｍ以下とした。

また、本発明の実施形態に係る切削工具は、上述したシャンクと、先端に切れ刃を設ける一方、後端に前記シャンクをろう付けしたボディとを有し、前記ろう付けを行う範囲を、前記シャンクの長さ方向において５ｍｍ以上の範囲としたものである。

また、本発明の実施形態に係る切削加工方法は、上述した切削工具で被削材を切削することによって製品又は半製品を製造するものである。

本発明の第１の実施形態に係るシャンクを有する切削工具の一例としてのドリルの正面図。 図１に示すドリルの切れ刃の形状を示す左側面図。 図１に示すドリルのシャンクに設けられる止まり孔の中心軸を含む断面における詳細寸法例を含む横断面図。 図１に示すシャンクの詳細寸法例を示す図。 図１に示すシャンクの別の詳細寸法例を示す図。 第２の実施形態に係るシャンクを有する切削工具の一例としてのドリルの正面図。 第３の実施形態に係るシャンクを有する切削工具の一例としてのドリルの切れ刃の第１の形状例を示す投影図。 第３の実施形態に係るシャンクを有する切削工具の一例としてのドリルの切れ刃の第２の形状例を示す投影図。 第３の実施形態に係るシャンクを有する切削工具の一例としてのドリルの切れ刃の第３の形状例を示す投影図。 第３の実施形態に係るシャンクを有する切削工具の一例としてのドリルの切れ刃の第４の形状例を示す投影図。 従来のＱＡシャンクの正面図。 図１１に示す従来のＱＡシャンクの側面に半径方向に向かって形成される３つの止まり孔の位置における横断面図。 従来のＱＢシャンクの正面図。

本発明の実施形態に係る切削工具用のシャンク、切削工具及び切削加工方法について添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
（構成及び機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係るシャンクを有する切削工具の一例としてのドリルの正面図、図２は図１に示すドリルの切れ刃の形状を示す左側面図、図３は図１に示すドリルのシャンクに設けられる止まり孔の中心軸を含む断面における詳細寸法例を含む横断面図、図４は図１に示すシャンクの詳細寸法例を示す図である。

切削工具の一例であるドリル１は、ボディ２とシャンク３で構成される。ボディ２もシャンク３も、ワークの材質に応じてダイス鋼や高速度鋼等のスチール或いは超硬等の所望の材料で構成することができる。もちろん、ダイヤモンド等でコーティングしても良い。

ボディ２の先端には切れ刃４が設けられる。一方、ボディ２の後端にシャンク３が接合される。シャンク３は、切削工具の一例であるドリル１のボディ２を手持ち式等の工具回転装置のチャックで保持するための円筒状又は円柱状の構成要素である。

従って、シャンク３の一端には、ボディ２の端部を接合するための接合部５が設けられ、シャンク３の他端には、工具回転装置のチャックで保持するための保持部６が設けられる。そして、接合部５と保持部６が一体化されることによってシャンク３が構成される。

ボディ２の後端をシャンク３にろう付けすることによって、ボディ２の端部をシャンク３に接合する場合には、接合部５にボディ２の端部を挿入してろう付けするための止まり孔５Ａが設けられる。すなわち、シャンク３の接合部５は、ボディ２側が開口端であり、保持部６及びチャック側が閉口端である中空の円筒構造となる。

一方、シャンク３の保持部６は、第１のチャックの一例であるＱＡチャックと、第２のチャックの一例であるＱＢチャックの双方に着脱できる構造を有している。すなわち、シャンク３の保持部６は、ＱＡチャックに着脱するための第１の着脱構造７Ａと、ＱＢチャックに着脱するための第２の着脱構造７Ｂとを有する。

第１の着脱構造７Ａは、ＱＡチャック側の端面からシャンク３の長さ方向に第１の距離Ｄ１だけ離れた第１の位置Ｐ１に形成される。一方、第２の着脱構造７Ｂは、ＱＢチャック側の端面からシャンク３の長さ方向に第１の距離Ｄ１よりも短い第２の距離Ｄ２だけ離れた第２の位置Ｐ２に形成される。これは、ＱＢチャックにシャンク３を差し込む長さが、ＱＡチャックにシャンク３を差し込む長さよりも短いためである。

ＱＡチャックは、正三角形の３つの頂点の位置に移動可能に配置された３つの球体でシャンクを保持する構造を有する。従って、シャンク３の保持部６をＱＡチャックに着脱できるようにするためには、図１１に示す従来のＱＡシャンクと同様の構造をシャンク３の保持部６に設けることが必要である。

具体的には、シャンク３をＱＡチャックに着脱するための第１の着脱構造７Ａとして、図示されるように、ＱＡチャック側の端面からシャンク３の長さ方向に第１の距離Ｄ１だけ離れた第１の位置Ｐ１において最も深くなり、かつ長さ方向がシャンク３の周方向となるように形成された第１の環状の凹み８Ａと、シャンク３の半径方向をそれぞれの深さ方向とし、かつ第１の位置Ｐ１においてシャンク３の長さ方向に垂直となる第１の平面上において各中心軸が１２０°の角度差で等間隔となっている第１の３つの止まり孔９Ａを、保持部６に設けることが必要である。

同様に、ＱＢチャックも正三角形の３つの頂点の位置に移動可能に配置された３つの球体でシャンクを保持する構造を有する。従って、シャンク３の保持部６をＱＢチャックに着脱できるようにするためには、図１３に示す従来のＱＢシャンクと同様の構造をシャンク３の保持部６に設けることが必要である。

具体的には、シャンク３をＱＢチャックに着脱するための第２の着脱構造７Ｂとして、図示されるように、ＱＢチャック側の端面からシャンク３の長さ方向に第２の距離Ｄ２だけ離れた第２の位置Ｐ２において最も深くなり、かつ長さ方向がシャンク３の周方向となるように形成された第２の環状の凹み８Ｂと、シャンク３の半径方向をそれぞれの深さ方向とし、かつ第２の位置Ｐ２においてシャンク３の長さ方向に垂直となる第２の平面上において各中心軸が１２０°の角度差で等間隔となっている第２の３つの止まり孔９Ｂを、保持部６に設けることが必要である。

尚、図３は、第１の３つの止まり孔９Ａの各中心軸を含む横断面及び第２の３つの止まり孔９Ｂの各中心軸を含む横断面の双方の形状を表している。図示された例では、製造容易化の観点から第２の３つの止まり孔９Ｂの位置が、第１の３つの止まり孔９Ａの位置をシャンク３の中心軸方向にそれぞれ平行移動した位置となっているが、機能的にはシャンク３の中心軸方向への相対的な平行移動に加えて、シャンク３の中心軸を中心に相対的に回転移動させた位置となるように、第１の３つの止まり孔９Ａの位置及び第２の３つの止まり孔９Ｂの位置を決定することができる。

第１の環状の凹み８Ａ及び第１の３つの止まり孔９Ａが形成される第１の位置Ｐ１と、ＱＡチャック側におけるシャンク３の端面との間における第１の距離Ｄ１は、図４に示すように、従来のＱＡシャンクと同様に１０．９ｍｍとなる。他方、第２の環状の凹み８Ｂ及び第２の３つの止まり孔９Ｂが形成される第２の位置Ｐ２と、ＱＢチャック側におけるシャンク３の端面との間における第２の距離Ｄ２は、図４に示すように、従来のＱＢシャンクと同様に３．３ｍｍとなる。

シャンク３全体の長さＬは、接合部５の長さＬ１と保持部６の長さＬ２を合わせた長さとなる。保持部６には、第１の環状の凹み８Ａと第１の３つの止まり孔９Ａがシャンク３の端面から第１の距離Ｄ１＝１０．９ｍｍだけ離れた第１の位置Ｐ１に形成される一方、第２の環状の凹み８Ｂと第２の３つの止まり孔９Ｂがシャンク３の端面から第２の距離Ｄ２＝３．３ｍｍだけ離れた第２の位置Ｐ２に形成されるため、保持部６の長さＬ２は、少なくとも第１の距離Ｄ１＝１０．９ｍｍに第１の環状の凹み８Ａの一部の幅を加えた長さとなる。一方、接合部５の長さＬ１は、少なくともボディ２の端部を十分な強度で接合するために必要な長さとすることが肝要である。

そこで、ドリルのボディとシャンクとの接合強度を評価するために、実際にドリル１の試作品、図１１に示す従来のＱＡシャンクを取付けたドリル及び図１３に示す従来のＱＢシャンクを取付けたドリルにトルク試験機でトルクを掛ける試験を行った。その結果、従来のＱＡシャンクのろう付けの長さは、従来のＱＢシャンクのろう付けの長さよりも長いが、少なくともＱＢシャンクのろう付けの長さが確保できれば、ドリルのボディとシャンクとの接合強度が十分となり、トルク試験機でドリルの先端にトルクを掛けるとシャンクのろう付け部分よりも先にドリルのボディが折れるかシャンクがチャックに対して滑ることが確認された。

従って、少なくとも従来のＱＢシャンクのろう付けの長さを確保できれば、図１に示すシャンク３の長さが従来のＱＢシャンクの長さよりも長かったとしても、ボディ２の端部を十分な強度で接合することができると考えられる。従来のＱＢシャンクの工具軸ＡＸ方向におけるろう付けの長さは５ｍｍである。

そこで、図１に示すシャンク３を、銀ろう等のろう材を用いたろう付けによってボディ２と接合し、かつシャンク３の接合部５には、ボディ２の端部をろう付けするための止まり孔５Ａを、深さＬＤが５ｍｍ以上となるように設けることができる。これにより、ボディ２の後端と、シャンク３の接合部５との間においてろう付けを行う範囲を、シャンク３の長さ方向において５ｍｍ以上の範囲とし、回転切削加工を行う上で、十分な接合強度を確保することができる。

そうすると、接合部５の長さＬ１は、少なくとも５ｍｍの深さの止まり孔５Ａを、止まり孔５Ａの底面の厚さが確保できる程度の長さとなる。そこで、図４に例示されるように、シャンク３全体の長さＬを、ボディ２との接合強度を確保しつつ、ＱＡチャック及びＱＢチャックの双方に着脱できるように、１９ｍｍに決定することができる。

この場合、ＱＡチャック及びＱＢチャックにシャンク３をセットした場合に、ＱＡチャック及びＱＢチャックからのシャンク３の突き出し長さが短くなり、狭隘部の孔加工においてワークとの干渉を回避する観点から有利となる。換言すれば、シャンク３を含むドリル１のＱＡチャック及びＱＢチャックからの突き出し長さを短くし、ワークとの干渉を起きにくくすることができる。そのための、シャンク３全体の長さＬの最小長さは図４に例示されるように１９ｍｍとなる。

他方、シャンク３全体の長さＬを変えて行った試作試験の結果、表１に示すように、シャンク３全体の長さＬを短くすると、切れ刃４の振れ幅が大きくなることが確認された。

具体的には、シャンクからの突き出し長さが８５ｍｍとなるようにドリルのボディを、長さが約１０ｍｍの従来のＱＢシャンク、長さが１９ｍｍの図４に示すシャンク３、長さを２４ｍｍとした図１に示すシャンク３、長さが２８ｍｍの従来のＱＡシャンクにそれぞれろう付けしてボール盤にセットし、各ドリル先端における振れ幅をダイヤルゲージで測定した。

その結果、表１に示すように、長さが１０ｍｍである従来のＱＢシャンクの場合には振れ幅が１．７ｍｍ、長さが１９ｍｍのシャンク３の場合には振れ幅が０．８ｍｍ、長さが２４ｍｍのシャンク３の場合には振れ幅が０．６ｍｍ、長さが２８ｍｍである従来のＱＡシャンクの場合には振れ幅が０．５ｍｍとなった。

従って、図４に例示される長さＬを１９ｍｍとしたシャンク３を取付けたドリル１で、従来のＱＡシャンクを取付けたドリルと同じ切削抵抗が生じる切削条件で切削加工を行うと、従来のＱＡシャンクを取付けたドリルで切削加工を行う場合に比べて、切れ刃４の振れ幅が大きくなる。切れ刃４の振れ幅が大きくなると、切れ刃４に欠損が生じるリスクが大きくなる。

このため、従来のＱＡシャンクを取付けたドリルと同程度に切れ刃４の欠損リスクを低減させて工具寿命を確保する観点からは、シャンク３の長さＬをＱＡシャンクの長さと同じく２８ｍｍにすることが適切であると考えられる。

図５は図１に示すシャンク３の別の詳細寸法例を示す図である。

図４はシャンク３の長さＬを最小長さである１９ｍｍとした例を示しているのに対して、図５はシャンク３の長さＬを、切れ刃４の振れ幅を小さくし、欠損リスクを低減できるように従来のＱＡシャンクの長さに合わせて２８ｍｍにした例を示している。図４に例示されるように、シャンク３の長さＬを１９ｍｍにすればワークとの干渉を起こりにくくできる一方、図５に例示されるようにシャンク３の長さＬを２８ｍｍにすれば、切れ刃４の欠損リスクを低減することができる。

また、シャンク３の長さＬを１９ｍｍと２８ｍｍとの間における長さとし、ワークとの干渉回避と、切れ刃４の欠損リスクの低減を重要度に応じてバランスさせるようにしても良い。従って、シャンク３全体の長さＬを１９ｍｍ以上２８ｍｍ以下の範囲とすることができる。シャンク３の長さＬを１９ｍｍよりも長くする場合には、シャンク３の長さＬを長くした分だけ止まり孔５Ａの深さＬＤを５ｍｍよりも深くしてろう付けによるボディ２の接合強度を向上させても良いし、逆にろう付けの労力を低減するために、止まり孔５Ａの深さＬＤを５ｍｍとしても良い。

一方、シャンク３全体の長さＬのみならず、切れ刃４の形状を好適化することによっても、切れ刃４の欠損リスクを低減し、工具寿命を増加させることができる。換言すれば、切れ刃４の形状を好適化することによって切れ刃４の欠損リスクを低減すれば、シャンク３全体の長さＬを短くしても、切れ刃４の欠損リスクの増加を抑えることができる。

具体例として、図１及び図２に例示されるように、切れ刃４の先端角を、先端において０°よりも大きく１８０°未満とし、先端側から後端側に向かって連続的に減少させることができる。他方、切れ刃４の逃げ面１０と切削後におけるワークの表面とのなす角度である切れ刃４の逃げ角を、先端側から後端側に向かって連続的に減少させ、かつ切れ刃４の最大径位置において逃げ角が形成されるように切れ刃４の形状を設計することができる。

そうすると、ドリル１は、ワークの材質がガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）及び金属のいずれであっても穿孔可能なドリルとなる。すなわち、金属及びＦＲＰの少なくとも一方からなるワークをドリル１で穿孔することによって、良好な品質で孔を設けた製品又は半製品を製造することが可能となる。尚、ＦＲＰは複合材とも呼ばれる。

そのメカニズムは以下の通りである。切れ刃４の先端における先端角が０°よりも大きく１８０°未満であるドリル１、すなわち、フラットドリルやろうそく研ぎドリルではないドリル１の切れ刃４の先端角を、工具軸ＡＸ方向に向かって後端側に連続的に減少させると欠損が発生し易い角が切れ刃４の稜線に生じないため欠損が生じるリスクを低減させることができる。

加えて、ＦＲＰを穿孔する場合にデラミネーション（層間剥離）の発生を低減できる。これは、ドリル１の先端側における相対的に大きな先端角を有する切れ刃４によるＦＲＰの穿孔によってデラミネーションが一時的に発生しても、後方に続く相対的に小さな先端角を有する切れ刃４による穿孔では切削抵抗が小さくなり、デラミネーションが除去されるためである。

また、工具軸ＡＸに平行な投影面上における切れ刃４の稜線の形状が放物線に近づく程、工具軸ＡＸ方向の単位長さ当たりの稜線が切削するワークの体積が均一となる。このため、切れ刃４全体に亘って切削抵抗を均一にできるという効果が得られる。切れ刃４全体に亘る切削抵抗を均一にできれば、ＦＲＰの穿孔時におけるデラミネーションやバリの発生のみならず、切れ刃４の摩耗を低減することが可能となる。

一方、工具軸ＡＸに平行な投影面上における切れ刃４の稜線の形状を楕円に近づけると、工具軸ＡＸ方向の単位長さ当たりの稜線が切削するワークの体積を切れ刃４の後方程一定の割合で減少させることができる。このため、回転半径が異なることから切削速度が相対的に速い切れ刃４の後方における摩耗が、切削速度が相対的に遅い切れ刃４の前方における摩耗よりも先に進行してしまう事態を回避し、切れ刃４全体に亘る摩耗の進行の度合いを均一にできるという効果が得られる。切れ刃４全体に亘る摩耗の進行の度合いを均一にできれば、切れ刃４の寿命を向上させることができる。

従って、重視する効果に応じて投影面上における切れ刃４の稜線の形状を放物線又は楕円に近づけることができる。もちろん、投影面上において一部が楕円に近い形状となり、別の一部が放物線に近い形状となるように切れ刃４の稜線の形状を決定することもできる。

尚、工具軸ＡＸに平行な投影面上における切れ刃４の稜線の形状を放物線又は楕円とすると、切れ刃４の先端における先端角が１８０°となってしまうため、切れ刃４の先端における先端角がワークの穿孔に好ましい角度で形成されるように、切れ刃４の稜線の形状を決定することが必要である。そこで、例えば、図１に例示されるように切れ刃４の稜線の先端付近のみ、投影面上において直線となるように切れ刃４の稜線の形状を決定することができる。

他方、切れ刃４の逃げ角を徐々に減少させると、切れ刃４の耐摩耗性を向上できるという効果が得られる。これは、切れ刃４の逃げ角を連続的に滑らかに減少させると、摩耗し易い角が切れ刃４の逃げ面に生じないためである。また、先端角が０°となった切れ刃４の最大径位置において逃げ角を形成すると、切れ刃４の先端側で加工した孔の内面に最大径位置の切れ刃４が平行に当たるため、バリを発生させることなくリーマ仕上げを行うことができる。その結果、ワークに良好な品質で孔を加工することができる。尚、切れ刃４の最大径位置における逃げ角は、切れ刃４の欠けや摩耗防止の観点から１５°未満とすることが好ましい。

切れ刃４のすくい角、すなわち切れ刃４のすくい面１１と、ワークの切削方向となる切れ刃４の回転方向に垂直な面とのなす角度については、ワークの材質に応じて決定することができる。切れ刃４のすくい角を０°、すなわち切れ刃４のすくい面をワークの切削面に対して垂直にすると、ＦＲＰを穿孔する際にデラミネーションを発生し難くする効果が得られる。これは、切れ刃４にすくい角を設けなければＦＲＰが細かく削れ、ＦＲＰに含まれる繊維のほころびを低減できるためである。従って、ＦＲＰに加工する孔の品質を良好にすることを重視する場合には、切れ刃４のすくい角をゼロにすることができる。

逆に、切れ刃４にすくい角を設けると、金属を穿孔する際の穿孔条件を好適化することができる。従って、金属に加工する孔の品質を良好にすることを重視する場合には、切れ刃４にすくい角を設けるようにしても良い。尚、図２に示す例では、切れ刃４のすくい角が０°となっている。すなわち、切れ刃４にすくい角が設けられていない。

このように、工具寿命の改善と良好な品質で孔を加工できるように形状が特殊化された切れ刃４を有するボディ２を、シャンク３と接合することにより、シャンク３の長さ等の形状に自由度を持たせることが可能となるのみならず、ＱＡチャックやＱＢチャック等の剛性やシャンク３の差し込み長さが異なるチャックでシャンク３を保持しても、ワークに良好な品質で孔を加工することが可能となる。

以上のような切削工具用のシャンク３並びにシャンク３を取付けたドリル１に代表される切削工具は、ＱＡチャック及びＱＢチャック等の剛性及び差し込み長さが異なる複数のチャックのいずれでも保持できるように、従来のＱＡシャンクに形成される第１の着脱構造７Ａと、従来のＱＢシャンクに形成される第２の着脱構造７Ｂの双方を設けたものである。

（効果）
このため、シャンク３を用いれば、手持ち式の工具回転装置に切削工具を簡易に着脱できるようにしつつ、狭隘部であるか否かを問わず共通の切削工具で穿孔やリーマ加工等の切削加工を行うことが可能となる。具体的には、シャンク３を取付けた切削工具であれば、ＱＡチャックとＱＢチャックの両方に取付けることができる。このため、ＱＡチャック用の切削工具と、ＱＢチャック用の切削工具をそれぞれ製作せずに、共通の切削工具を使用することができる。

加えて、シャンク３とボディ２の接合方法や切れ刃４の形状を適切に決定することによって、剛性や差し込み長さが異なるＱＡチャックとＱＢチャックでドリル１を保持しても、ワークに良好な品質で孔加工を行うことが可能となるのみならず、ドリル１の工具寿命の低下も回避することができる。

実際に、図１に示すシャンク３を有する直径が０．１９３５ｉｎｃｈのドリル１を回転数が２９００ｒｐｍ程度の手持ち式の工具回転装置に取付けて、穿孔板と穿孔ブッシュで位置決めされた厚さが１２．６ｍｍのＣＦＲＰに１０箇所程度の孔を加工する試験を行った。その結果、良好な精度及び品質で孔を加工できることが確認された。

（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態に係るシャンクを有する切削工具の一例としてのドリルの正面図である。

図６に示された第２の実施形態におけるドリル１Ａは、切れ刃４を含むボディ２の形状が第１の実施形態におけるドリル１と相違する。第２の実施形態におけるドリル１Ａの他の構成及び作用については第１の実施形態におけるドリル１と実質的に異ならないためドリル１Ａの正面図のみ図示し、同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態におけるドリル１Ａの切れ刃４は、第１の切れ刃４Ａ、第２の切れ刃４Ｂ及びマージン４Ｃを有する。第１の切れ刃４Ａは、切れ刃４の先端側に形成され、ワークに下孔を穿孔するための切れ刃である。一方、第２の切れ刃４Ｂは、第１の切れ刃４から後端側に離れた位置に形成されることによって下孔のリーマ加工を行うための切れ刃である。従って、第２の切れ刃４Ｂは、リーマ刃である。

第１の切れ刃４Ａは、第１の実施形態における切れ刃４と同様に、先端において０°よりも大きく１８０°未満である先端角が先端側から後端側に向かって連続的に減少する一方、逃げ角も先端側から後端側に向かって連続的に減少する形状を有している。このため、第１の実施形態で説明したメカニズムによって、ＦＲＰ及び金属のいずれを穿孔する場合であっても、工具の摩耗を図りつつワークに下孔を加工することができる。

他方、リーマ刃として機能する第２の切れ刃４Ｂの最大径位置には逃げ角が形成される。このため、第１の実施形態で説明したメカニズムと同様に、第１の切れ刃４Ａで加工した下孔の内面に最大径位置の第２の切れ刃４Ｂが平行に当たるため、バリを発生させることなくリーマ仕上げを行うことができる。その結果、ＦＲＰ及び金属のいずれを穿孔する場合であっても、ワークに良好な品質で孔を加工することができる。

加えて、第１の切れ刃４Ａと第２の切れ刃４Ｂとの間には、第１の切れ刃４Ａで加工された下孔に挿入されることによって第２の切れ刃４Ｂの振れを低減させるマージン４Ｃが形成される。このため、第２の切れ刃４Ｂで孔のリーマ仕上げ加工を行う際における第２の切れ刃４Ｂの振れを防止することができる。

更に第２の切れ刃４Ｂの後端側に、第２の切れ刃４Ｂと連続するマージン２０を設けることもできる。そうすると、第２の切れ刃４Ｂの前方にあるマージン４Ｃと、第２の切れ刃４Ｂの後方にあるマージン２０で、第２の切れ刃４Ｂの両側から第２の切れ刃４Ｂの振れを抑止することができる。

その結果、ドリル１Ａのシャンク３を、剛性及び差し込み長さが異なるＱＡチャック及びＱＢチャックのいずれに取付けても、孔のリーマ仕上げ加工時における第２の切れ刃４Ｂの振れ幅を飛躍的に低減することができる。このため、シャンク３の長さを、例えば、図４に例示されるように短くしても、第１の切れ刃４Ａ及び第２の切れ刃４Ｂの欠損リスクを低減しつつ、良好な品質で孔を加工することが可能となる。

以上の第２の実施形態におけるドリル１Ａは、ドリル１Ａの切れ刃４及び切れ刃４の後方の少なくとも一方にマージン４Ｃ、２０を形成することによって、ドリル１Ａのシャンク３を、剛性及び差し込み長さが異なるＱＡチャック及びＱＢチャックのいずれに取付けても、ドリル１Ａの切れ刃４の振れ幅が大きくならないようにしたものである。このため、第２の実施形態によれば、共通の形状を有するシャンク３をＱＡチャック及びＱＢチャックの双方に取付けることによって生じる切れ刃４の振れ幅の拡大という弊害を一層回避することができる。その結果、ドリル１Ａの欠損リスクの一層の低下と、穿孔品質の一層の向上を図ることができる。

（第３の実施形態）
図７は第３の実施形態に係るシャンクを有する切削工具の一例としてのドリルの切れ刃の第１の形状例を示す投影図、図８は第３の実施形態に係るシャンクを有する切削工具の一例としてのドリルの切れ刃の第２の形状例を示す投影図、図９は第３の実施形態に係るシャンクを有する切削工具の一例としてのドリルの切れ刃の第３の形状例を示す投影図、図１０は第３の実施形態に係るシャンクを有する切削工具の一例としてのドリルの切れ刃の第４の形状例を示す投影図である。

図７乃至図１０に示された第３の実施形態におけるドリル１Ｂは、切れ刃４の形状が第１の実施形態におけるドリル１と相違する。第３の実施形態におけるドリル１Ｂの他の構成及び作用については第１の実施形態におけるドリル１と実質的に異ならないため切れ刃４の投影図のみ図示し、同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

図７乃至図１０は、ドリル１Ｂの切れ刃４を回転させて工具軸ＡＸに平行な投影面上に投影して得られる形状を示している。図７乃至図１０に例示されるように、切れ刃４の先端角及び逃げ角を、ドリル１Ｂの先端側から後端側に向かって連続的に減少させる代わりに、断続的に減少させても良い。その場合、ドリル１Ｂは複数の先端角を有する多角ドリルとなる。

具体例として、図７に例示されるように工具軸ＡＸに平行な投影面上において、工具軸ＡＸの投影線を中心として線対称な単一の放物線を基準線ＲＬとし、各両端の位置が単一の放物線上となっている６本以上の複数の線分を連結した、工具軸ＡＸの投影線を中心に線対称な折れ線が切れ刃４の稜線の投影線となるように切れ刃４の形状を決定することができる。この場合、切れ刃４は、少なくとも３つ以上の先端角α１、α２、α３を有する３段以上の多段切れ刃となる。尚、基準線ＲＬを放物線から楕円に置き換えても良い。

或いは、図８に例示されるように工具軸ＡＸに平行な投影面上において、工具軸ＡＸの投影線を中心として線対称な単一の放物線を基準線ＲＬとし、それぞれ単一の放物線に接する８本以上の複数の線分を連結した、工具軸ＡＸの投影線を中心に線対称な折れ線が切れ刃４の稜線の投影線となるように切れ刃４の形状を決定することができる。この場合、切れ刃４は、少なくとも４つ以上の先端角α１、α２、α３、α４を有する４段以上の多段切れ刃となる。尚、基準線ＲＬを放物線から楕円に置き換えても良い。

別の例として、図９に例示されるように工具軸ＡＸに平行な投影面上において、工具軸ＡＸの投影線を中心として線対称な２本の楕円を基準線ＲＬとし、各両端の位置が工具軸ＡＸの投影線に近い側の２本の楕円上となっている６本以上の複数の線分を連結した、工具軸ＡＸの投影線を中心に線対称な折れ線が切れ刃４の稜線の投影線となるように切れ刃４の形状を決定することができる。この場合、切れ刃４は、少なくとも３つ以上の先端角α１、α２、α３を有する３段以上の多段切れ刃となり、図９に示す例では、４つの先端角α１、α２、α３、α４が形成されている。尚、基準線ＲＬを２本の楕円から２本の放物線に置き換えても良い。

更に別の例として、図１０に例示されるように工具軸ＡＸに平行な投影面上において、切れ刃４の稜線の投影線となる折れ線を構成する複数の線分の一部を放物線や楕円等の基準線ＲＬに接する線分とし、他の一部を両端が基準線ＲＬ上にある線分としても良い。図１０に示す例では、切れ刃４の最大の先端角α１を形成する稜線の投影線が工具軸ＡＸの投影線を中心として線対称な単一の放物線又は楕円からなる基準線ＲＬに接する２本の線対称な線分となっており、その他の先端角α２、α３、α４を形成する稜線の投影線が、各両端が基準線ＲＬ上にある線対称な線分となっている。

尚、工具軸ＡＸに平行な投影面上において切れ刃４の稜線の投影線を構成する線分の一部を円弧等の曲線に置き換えても良い。例えば、線分と線分との間を円弧で連結すれば、切れ刃４の形状を角の無い滑らかな形状にすることができる。その場合、切れ刃４に欠けが生じるリスクを低減し、工具寿命を長くすることができる。

先端における最大の先端角を形成する稜線の投影線を構成する線分を除く全ての線分を円弧等の曲線に置き換えたものは、第１の実施形態で例示したドリル１の切れ刃４の一例に相当する。特に、先端における最大の先端角を形成する切れ刃４の稜線の投影線のみが線分となり、他の稜線の部分の投影線が異なる半径を有する円弧を滑らかに連結した曲線となるように、切れ刃４の稜線の形状を決定することが設計及び製造の容易化の観点から実用的である。

以上の第３の実施形態によれば、切れ刃４の各稜線の形状を単純化し、製造労力及び製造コストを低減することができる。もちろん、第２の実施形態におけるドリル１Ａの切れ刃４を構成する第１の切れ刃４Ａの形状を図７乃至図１０に例示されるように単純化しても良い。

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

例えば、上述した各実施形態では、ドリル１、１Ａが直刃ドリルである場合の例を示しているが、ツイスト（ねじれ）ドリルとしても良い。また、上述した各実施形態では、切削工具が特殊な形状を有するドリル１、１Ａである場合について説明したが、切削工具が単純な形状を有するドリルや他の特殊な形状を有するドリルである場合はもちろん、切削工具が単純なリーマ、エンドミル或いはサイドカッタ等の回転切削工具である場合においても、同様にリーマ刃等の切れ刃を先端に形成したボディとシャンク３で回転切削工具を構成することができる。

１、１Ａ、１Ｂ ドリル
２ ボディ
３ シャンク
４ 切れ刃
４Ａ 第１の切れ刃
４Ｂ 第２の切れ刃
４Ｃ マージン
５ 接合部
５Ａ 止まり孔
６ 保持部
７Ａ 第１の着脱構造
７Ｂ 第２の着脱構造
８Ａ 第１の環状の凹み
８Ｂ 第２の環状の凹み
９Ａ 第１の止まり孔
９Ｂ 第２の止まり孔
１０ 逃げ面
１１ すくい面
２０ マージン
ＡＸ 工具軸
Ｄ１ 第１の距離
Ｄ２ 第２の距離
Ｐ１ 第１の位置
Ｐ２ 第２の位置
ＲＬ 基準線
Ｌ シャンクの長さ
Ｌ１ 接合部の長さ
Ｌ２ 保持部の長さ
ＬＤ 止まり孔の深さ
α１、α２、α３、α４ 先端角

Claims (5)

1. 切削工具のボディを工具回転装置のチャックで保持するための円筒状又は円柱状の切削工具用のシャンクであって、
   前記ボディの端部を挿入してろう付けするための、深さが５ｍｍ以上の止まり孔を有する接合部と、
   前記接合部と一体化され、前記チャックで保持するための保持部と、
   を有し、
   前記保持部は、
   前記チャック側の端面から前記シャンクの長さ方向に１０．９ｍｍだけ離れた第１の位置に形成され、第１のチャックに着脱するための第１の着脱構造と、
   前記チャック側の端面から前記シャンクの長さ方向に３．３ｍｍだけ離れた第２の位置に形成され、前記第１のチャックよりもシャンクを差し込む長さが短い第２のチャックに着脱するための第２の着脱構造と、
   を有し、更に
   前記第１の着脱構造は、正三角形の３つの頂点の位置に移動可能に配置された第１の３つの球体でシャンクを保持する構造を有する前記第１のチャックに着脱できるように、
   前記第１の位置において最も深くなり、かつ長さ方向が前記シャンクの周方向となるように形成された第１の環状の凹みと、
   前記シャンクの半径方向をそれぞれの深さ方向とし、かつ前記第１の位置において前記シャンクの長さ方向に垂直となる第１の平面上において各中心軸が１２０°の角度差で等間隔となっている第１の３つの止まり孔と、
   を有する一方、
   前記第２の着脱構造は、正三角形の３つの頂点の位置に移動可能に配置された第２の３つの球体でシャンクを保持する構造を有する前記第２のチャックに着脱できるように、
   前記第２の位置において最も深くなり、かつ長さ方向が前記シャンクの周方向となるように形成された第２の環状の凹みと、
   前記シャンクの半径方向をそれぞれの深さ方向とし、かつ前記第２の位置において前記シャンクの長さ方向に垂直となる第２の平面上において各中心軸が１２０°の角度差で等間隔となっている第２の３つの止まり孔と、
   を有し、かつ
   前記接合部の長さと前記保持部の長さを合わせた前記シャンク全体の長さを１９ｍｍ以上２８ｍｍ以下とした切削工具用のシャンク。
2. 前記第２の３つの止まり孔の位置は、前記第１の３つの止まり孔の位置を前記シャンクの中心軸方向に平行移動した位置である請求項１記載の切削工具用のシャンク。
3. 請求項１又は２記載のシャンクと、
   先端に切れ刃を設ける一方、後端に前記シャンクをろう付けしたボディと、
   を有し、
   前記ろう付けを行う範囲を、前記シャンクの長さ方向において５ｍｍ以上の範囲とした切削工具。
4. 前記切れ刃は、
   前記先端側に形成され、被削材に下孔を穿孔するための第１の切れ刃と、
   前記第１の切れ刃から前記後端側に離れた位置に形成されることによって前記下孔のリーマ加工を行うための第２の切れ刃と、
   前記第１の切れ刃と前記第２の切れ刃との間に形成され、前記第１の切れ刃で加工された前記下孔に挿入されることによって前記第２の切れ刃の振れを低減させる第１のマージンと、
   を有し、
   前記第２の切れ刃の前記後端側に、更に前記第２の切れ刃と連続する第２のマージンを設けた請求項３記載の切削工具。
5. 請求項３又は４記載の切削工具で被削材を切削することによって製品又は半製品を製造する切削加工方法。

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