JPH09501109A - ツイストドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はツイストドリル、特に金属のためのツイストドリルに関する。ツイストドリルはシャンク２と切断部分３に分けることのできる、ほぼ円筒形の基体１を有している。この基体の中心長手軸線５はツイストドリルの回転軸線を成している。基体の円筒周面には複数のチップ溝４，４′が形成され、これらのチップ溝はシャンク２からドリル先端もまで一貫して螺旋状に延び、それぞれ１つのチップ室３５を制限している。ツイストドリルの心厚直径はドリル先端からシャンク２に向かって連続的に減少している。すくい面９，９の曲率は、チップフォーミングにとって重要な主チップフォーミング範囲３６がドリル先端６からの距離が増大するにつれて増大するチップフォーミング半径３５を有している。

Description

【発明の詳細な説明】 ツイストドリル 本発明はツイストドリル、特に金属を加工するためのツイストドリルに関する 。このようなドリルは通常、シャンクと切断部分とに区別される円筒形の基体を 有している。切断部分の周面には複数のチップ溝が形成され、該チップ溝はドリ ルの中心長手軸線もしくはドリルの心厚を中心として螺旋状に延びておりかつド リル先端を形成する端面に開口している。ドリル直径の３倍よりも大きいか又は これに等しい目標ドリル深さのために規定されているドリルはロングドリルと呼 ばれる。したがってロングドリルの場合には最小ドリル深さはドリル直径の３倍 である。 ロングドリルの場合には、ドリル直径に対するドリル長さの比に基づき、所望 されないねじり振動が発生するという問題がある。別の問題はドリル深さが増大 する場合のチップの排出である。穴あけの場合には、ドリル先端もしくはドリル の主切刃の作用範囲において、切り取られたチップはすくい面、すなわちチップ 溝上面とドリル穴の内壁との間に丸まり込んで、ほぼ螺旋状の物体を成す。穴あ け過程が進行するとチップもしくはチップの破片はチップ溝内をドリルシャフト 端部に向かって搬送される。この際にチップはすくい 面とドリル穴の内壁との両方を擦る。これに起因する摩擦はチップ排出速度を減 少し、最終的にはチップ詰まりを惹き起す。チップがさらに搬送されることに基 づき摩擦力はさらに増大し、ひいては切断力が著しく上昇し、熱の発生が大きく なる。この結果としてドリルの主切刃は超比例的に摩耗する。極端な場合にはチ ップ詰まりによりドリルが折れることになる。 自動穴あけ機はしばしば電子的な監視システムと連結されている。このような 電子監視システムは切断力の超比例的な上昇を、きわめて大きなドリル摩耗の示 唆としてもしくは切刃欠損として評価し、穴あけ機を停止させる。しかしながら 実際にはドリル切刃はまだ摩耗しきってはおらず、むしろ、単に機械を切るだけ では克服することのできないチップ詰まりが生じているに過ぎない場合がある。 このチップ詰まりを除くためにはドリル工具は送りなしで引続き回転させられ、 詰まったチップがチップ溝を介してドリル穴の外へ排出されなければならない。 このあとで穴あけは正常に続行される。 ＤＥ−ＤＡ３９２７６１５号明細書によって公知であるロングドリルの場合に は、ねじり振動の問題は、ドリル心厚を先端からシャンクに向かって増大させる ことで解決されている。しかしながらこの処置ではチップの排出が妨げられる。 何故ならばチップ溝の深さがドリル先端から離れるほど減少するからである。こ れを回避するために公知のドリルにおいては、チップ溝の幅が大きく拡大されて いる。これは溝幅に対するヒール幅もしくは幅逃げ面の比０.８〜０.９で表現さ れている。しかしながらこのチップ溝幅の拡大ではチップ排出の改善は不十分で ある。何故ならばチップ溝の深さはドリル先端から遠くなるほど減少しているか らである。したがってドリル先端範囲におけるチップ溝深さに相当する直径を有 する、ドリル主切刃の作用範囲において形成される円形もしくは螺旋状のチップ は、ドリル先端から遠ざかるほど、すくい面と穴内壁とによって制限されたチッ プ室に適合しなくなる。この結果、チップはチップ排出速度を減じながら次第に 強くすくい面と穴の内壁とを擦ることになる。 さらに公知技術によれば、一方では心厚直径がシャンクに向かって太くされ、 他方ではねじれ角がチップ排出を改善するために同じ方向に小さくされているツ イストドリルも公知である。 以上の記述から出発して、本発明の課題は、記述したチップ詰まりが抑制され 、ドリルが高い切断値で全穴深さに亙ってもしくは切断長さに亙って、問題とな るようなねじり振動を発生することなく加工できるように、ツイストドリルを構 成することである。この課題を解決するために本発明は公知技術とは完全に異な る仕方を採った。公知技術とは異って、ドリルの心厚直径はドリル先端からシャ ンクに向かって拡大されて おらず、心厚直径は本発明によれば少なくとも、ドリル先端に続く切刃部分範囲 において連続的に減少させられている。心厚直径の減少は必然的にドリル溝の深 さ、すなわち穴の内壁と心厚直径に接するすくい面範囲との間の間隔を拡大する 。チップ溝深さの拡大でチップ溝の横断面もしくは容積の拡大が生じるが、この 横断面もしくは容積の拡大は顕著ではなく、実質的にはチップ溝深さの拡大だけ が決定的である。ドリル先端の作用範囲において分離されたチップは、ドリルの 先端範囲におけるチップ溝の深さにほぼ相応する直径を有している。チップはド リルの先端に近い範囲においてはすくい面と穴内壁との両方を擦るのに対し、チ ップは先端から遠い穴範囲ではほぼチップ溝のすくい面だけで、したがって小さ な摩擦で案内される。いまや実質的に穴内壁における摩擦がなくなるので、一方 ではチップを搬送するために費やされる力が減少する。チップが小さな抵抗で案 内されることにより、チップの制動は阻止もしくは軽減され、これによってチッ プ排出速度は実質的にツイストドリルの全切断長さに亙ってコンスタントになり 、チップの詰まりは効果的に回避される。他方では、チップがすくい面の上で小 さな摩擦で案内されることは、摩擦による熱の発生を減少させる。 さらに心厚直径をツイストドリルのシャンクに向かって減少させたにも拘らず 、問題となるようなねじり 振動は発生しないことが判った。この理由の主たるものとしては抵抗の少ないチ ップの排出と穴深さ全体に亙ってほぼ変らない切断力とを挙げることができる。 さらに有利であることは電子的な監視システムと連結した場合に、チップ詰まり に基づく切断力の上昇により穴あけ作業の中断が行なわれなくなったことである 。 すでに述べたようにチップ溝の横断面もしくは容積の拡大はさほど重要ではな く、重要であるのは穴内壁とすくい面との間の間隔、すなわちチップ溝深さであ る。付加的にチップ溝の横断面形状もしくはすくい面の曲率経過（横断で見た） をコンスタントに保つことにより、本発明のツイストドリル何度もあとから研き 直すことができる。これは全硬質金属ドリルのようなことも高価なドリルの場合 にはコスト的にきわめて有利である。ツイストドリルを研ぎ直した場合には周知 のようにツイストドリルの穴あけもしくは切断長さは、ドリル先端の範囲におけ る材料の減りによって短くなる。チップ溝の横断面の拡大だけを意図したチップ 溝の拡大はツイストドリルを何度も研ぎ直すこと妨げる。何故ならばチップ溝の 幅を広げることで、相応する先端から遠い範囲においては、チップ形成及びフォ ーミングには不適当である全く別のチップ溝横断面の形状もしくはチップ面の曲 率が存在することになるからである。これに対し、請求項２による本発明のドリ ルにおいては、チップ溝の横断面形状もしくはチップ溝の曲率経過は穴あけに利 用可能な全範囲に亙って、すなわちドリル切断部分の切断長さに亙ってほぼ一定 である。したがって各研ぎ直しの後でもツイストドリルの先端範囲にはチップの 形成とフォーミングとに適したすくい面形状が常に存在することになる。これは もちろん、請求項１に記載したように本発明によるツイストドリルの心厚直径が 飛躍的にではなく、連続的に減少することでしか達成できない。しかしながらド リル心厚直径の連続的な減少は必ずしも全切断部分長さに亙っていなければなら ないことはない。すなわち、しばしば研ぎ直されかつ元の長さを有していないド リルでは元々大きな穴深さはもはや達成されない。チップ排出の問題は穴深さが 減少するにつれて減じるのでドリルのシャンクに近い切断部分範囲においてはド リル心厚直径をさらに減少させることは行なわない方が有利である。さらにドリ ル直径を減少させることにはきわめて長いドリルの場合には安定性の理由から限 界がある。 チップフォーミングに主として影響を及ぼすすくい面の範囲は、最小の曲率半 径を有する面区分である。請求項３によれば、以後チップフォーミング半径と呼 ぶ前記曲率半径はドリル先端から遠ざかるほど増大する。この場合にも、これに よって場合により生ぜしめられるチップ溝の横断面の拡大は決定的ではなく、次 のような効果をもたらす。すなわち、チップのフォーミングに際しては、チップ フォーミング半径が螺旋状に巻かれたチップの湾曲度もしくは直径を決定する。 チップフォーミング半径がツイストドリルの切断長さに亙って一定であると、す くい面のチップフォーミング特性は先端から遠い個所では最適ではなくなる。す なわち、チップフォーミングには、すくい面だけではなく穴内壁及び、特にドリ ル直径とドリル心厚直径との差とチップフォーミング半径との比も関係する。ド リル先端からの距離の増大と共に、チップ溝深さ、すなわちチップフォーミング にとって重要なすくい面区分と穴内壁との間の半径間隔もしくはドリル直径とド リル心厚直径との間の差が増大するので、前述の寸法比はチップフォーミング半 径が変らないものとした場合に、ドリル先端からの距離が増大するにつれて、最 適な値範囲からさらに離れた値をとることになる。数度の研ぎ直しの後でドリル の作用範囲を形成する、先端から遠いチップ溝範囲のチップフォーミング特性は 、次第に劣化する。 請求項４によれば、前述の寸法比は最大値として４.０の値をとる。この値はチ ップフォーミング半径がチップ溝深さの半分の大きさであると達成される。本発 明によれば前述の寸法比は４.０と２.７との間で変動することができる。値２. ７はチップフォーミング半径がチップ溝深さのほぼ３／４に相応していると達成 される。前記値範囲内では満足できるチップフォーミングとチップ排出とが保証 される。有利な形式で、一度選ばれた寸法比は切断長さもしくはばあいによって は寸法の短い研ぎ直し長さに亙って維持され、ツイストドリルを研ぎ直した後で ドリル先端の作用範囲において同じ幾何学的な比率、ひいてはチップフォーミン グ特性が得られるようにすることができる。しかしながら前記比がドリル先端か らの距離が増大することで縮小することも考えられる。しかしながら縮小はドリ ル先端に元来存在していた値の最大４０％を越えないようにしたい。 本発明によるツイストドリルの心厚直径は０.２２Ｄ〜０.３５Ｄの範囲に位置 するように選ばれている。この場合、Ｄはドリルもしくは切断部分の直径である 。値０.２２Ｄはドリル心厚直径の最小寸法である。ドリル心厚がさらに細く構成 されていると、ドリルの折損を覚悟しなければならない。これに対し、値０.３ ５Ｄはチップ溝の下限を表わしている。ドリルコアをさらに太くすると、摩擦の 少ないチップの排出という本発明による効果を保証するためには、チップ溝深さ は小さくなりすぎる。ドリル先端から遠ざかるにつれて心厚直径を減少させるこ とは、それが１００mmのドリル長さに対して０.２mm〜０.８mmになるように選択 されている。本発明によるツイストドリルは完全硬質ドリルとして構成されてい ると有利である。 したがってチップ溝の本発明による構成は、ツイストドリルをきわめて広い範 囲で研ぎ直しすることを可能にする。しばしば研ぎ直されて深穴をあけるために は短くなり過ぎたツイストドリルは、ひきつづき穴深さの短い穴あけに使用する ことができる。チップ溝深さを連続的に拡大しかつチップ溝横断面をほぼ切断長 さの全長に亙って維持することにより、本発明によるツイストドリルは製造長さ に比して著しく短くなった状態でもまだ使用することができる。 さらに、ツイストドリルの本発明による構成は、切断力の低減をもたらす。切 断力の低減は切断材料の負荷の減少をもたらす。前述のファクタは耐久時間の著 しい改善をもたらす。実験によれば耐久時間は本発明によるドリルでは２倍もし くは３倍になることが証明されている。記述した耐久時間の増大に関連した経済 性と生産性の上昇は明白である。 以下、本発明のツイストドリルの実施例について記述し、添付の線図を用いて 本発明によるドリルの利点を明らかにする。 第１図は本発明のツイストドリルの側面図。 第２図は第１図のドリルを、概略的に示した、破断したドリル心厚と共に示し た概略的側面図。 第３図は第１図のIII−III線に沿った断面図。 第４図は第１図のIV−IV線に沿った横断面図。 第５図は第１図のＶ−Ｖ線に沿った横断面図。 第６図は第１図のVI−VI線に沿った横断面図。 第７図は第図から第５図までの横断面を正確に重ねた拡大図。 第８図は第４図の横断面図にチップを書入れた図。 第９図は第５図の横断面図にチップを書入れた図。 第１図に示されたツイストドリル（以後単にドリルと呼ぶ）は、シャンク２と 切断部分３とに区別されるほぼ円筒形の基体１を有している。切断部分２の周面 には直径方向で向き合ってチップ溝４，４′が形成されている。チップ溝は螺旋 状にドリルの中心長手軸線５を中心として延びており、ドリルのドリル先端６を 形成する端面に開口している。切断部分３自体は２つの区分に分けることができ る。すなわち、１つの区分はドリル先端６から補助線７まで延びる有効な区分で ある。この場合、この区分は切断部分３の切断長さ８である。切断長さ８を規定 する区分とシャンク２との間には中間区分が配置されている。この中間区分にお いてはチップ溝４，４′が浅くなりかつ切断部分３の周面に移行しかつ切断部分 ３の端部１１を形成している。ドリルの中心長手軸線５は、使用中に矢印１２の 方向にドリルが回転可能である回転軸でもある。 第１図のドリルは通常の形状的特徴を有するツイストドリルの場合のように２ つの主切刃１３，１３′と２つの主逃げ面１４，１４′とそれぞれ１つの案内ラ ンド１６，１６′を有する２つの副逃げ面１５，１５′ とを有している。主切刃１３，１３′は仮定した作業平面１７との間に側方逃げ 角αを成している。チップ溝４，４′のねじれ角は有利には全切断長さ８に亙っ てコンスタントである。 第２図においては、切断部分３は断面したドリル心厚１８と共にされている。 ドリル心厚１８の側部を延びる補助線２１は横方向２２で測った切断部分３の寸 法を表わしている。この補助線２１は切断部分３の直径２３に相応する直径を有 する仮想の包絡円筒の長手方向断面線である。第２図からはっきり判るように、 ドリル心厚１８はドリル先端６からシャンク２に向かって連続的に先き細になっ ている。したがってドリル心厚直径２４は切断部分３の先端に近い範囲では切断 部分３のシャンクに近い範囲よりも大きい。ドリル心厚さの先き細りはドリル心 厚直径２４が１００mmの長さに亙って０.２〜０.８mm減少するように選択されて いる。切断部分の端部はドリル直径２３の１.５倍である長さを有している。 第３図から第５図までの横断面図においては、断面された切断部分を取囲む円 形の線は切断部分の円筒周面の包絡線２６である。第図３から第５図までからは っきり判るようにドリル心厚直径３４はドリルの先端範囲における横断（第１図 のＶ−Ｖ線）を示す第５図から、切断部分３のシャンクに近い範囲の横断面（第 １図の線III−III）を示す第３図に向かって減少する。 この減少はチップ溝深さ２７の増大をもたらす。チップ溝深さ２７は図面を見や すくするために両方のチップ溝４，４′の一方のチップ溝４だけに示されている 。第３図から第５図までと第６図からはすくい面９，９′の曲率経過が判る。す くい面は案内ランド１６，１６′の、副切刃２８，２８′を形成する前方の縁か ら発してコンベックスにかつほぼ半径方向内方へ中心長手軸線５に向かって延び 、切断部分３の中心でドリル心厚に接する。そこからすくい面はほぼ同じ湾曲度 で再び半径方向外方へ延び、湾曲反転点において湾曲方向を変える。すくい面９ ，９′の、半径方向外方に延びる範囲は工作物から分離されたチップの形には実 質的に影響を及ぼさない。この範囲は通常はヒール線除去と呼ばれかつ製作技術 的に必要とされる。 すくい面９，９′の曲率経過は横断面で見て楕円３２（第６図）の部分弧と見 なすことができる。この場合、楕円３２の縦軸３３はドリルの中心長手軸線５に 対してほぼ半径方向に向けられている。しかしながら、すくい面４，４′の曲率 経過をより円弧に近づけることもできる。 さらに第３図から第５図からは、ドリル心厚１８に境界を接し、チップフォー ミングにとってかつ特にチップの曲率半径にとって主として重要である主チップ フォーミング範囲３４が、以後チップフォーミング半径３５と呼ぶ曲率半径を有 していることが判る。この 曲率半径は第５図から第３図に向かって増大する。これによってチップのフォー ミングにとって重要であるすくい面９，９′の半径はチップフォーミング半径３ ５である。チップフォーミング半径３５はドリル先端６からの距離が増大するに つれて増大する。換言すれば主チップフォーミング範囲３４の湾曲は平らになる 。 第７図においては第３図から第５図までの横断面が正確に重ねられかつ拡大さ れて示されている。個々の曲線は第１図の断面線に相応して符号III，IV及びＶ で示してある。この図からもドリル心厚直径２４の減少が明らかである。さらに この図からはチップ溝深さ２７の増加とこれに伴うチップ室３６の横断面の拡大 の他にチップ室３６の付加的な拡大が行なわれることが判る。これは、案内ラン ド１６，１６′に続くすくい面範囲がドリル先端６からの距離が増すにつれてさ らに内方へ膨らむことによって生じる。これによって得られる。横断面増加３７ は横断面線IIIとＶとによって制限された、ほぼ鎌形の、案内ランド１６，１６ ′からほぼドリル心厚１８まで延びる面セグメントに相応する。しかしながらこ の横断面増加はあとで詳述するように本発明のツイストドリルにとっては順位的 に下位の意義しか持たない。さらに第７図からは、ヒール縁除去の経過、すなわ ち湾曲反転点３１から半径方向外方へ延びるすくい面範囲の経過がドリル先端６ から の距離の増大と共にどのように変化しているかが判る。この変化は主として製作 技術的に与えられ、ドリルのチップ排出にもチップフォーミング特性にも大きな 影響はもたない。もちろん、前記拡幅によって冷却液の供給が改善される。ドリ ル先端６からの距離の増大につれて変化するヒール除去部の経過に基づきチップ 溝４，４′は拡大する。この拡大は、チップ溝４，４′のねじれ方向４２に対し て横方向で測ったチップ溝幅４１が示されている第１図からも明らかである。チ ップ溝幅４はシャンク２に向かって増大するので、第１図で見て隣接するチップ 溝４，４′のチップ溝幅４１は異なる。シャンク側に近いチップ溝範囲はより大 きなチップ溝幅４１を有している。 次に本発明によるドリルの作用形式を第８図と第９図とを用いて説明する。第 ８図においてはドリル先端６の作用範囲、すなわち第１図の断面線Ｖ−Ｖに相応 する範囲におけるチップ形成が概略的に示されている。ドリルが矢印１２の方向 に回転すると、第８図においてほぼ中心線４３に向かって延びる主切刃１３，１ ３′によりチップ４４が分離される。このチップ４４は矢印１２の方向でドリル の回転が進行するとすくい面９，９′に沿って移動し、すくい面９，９′の湾曲 に基づき矢印４５の方向に変向されかつ螺旋状に変形される。チップ４４の外側 湾曲にとって重要なすくい面９，９′の範囲は、ドリル心厚１８に境界を接する 主フォーミング範囲３４である。この範囲は全すくい面９，９′の最小の曲率半 径、すなわちチップフォーミング半径３５を有し、チップ４４をもっとも強く変 向する。チップ４４は内周において、第８図と第９図とに圧縮線４６で示されて いるように圧縮される。チップは穴あけ深さが大きくなるにつれて作用部位、す なわちドリルの先端範囲からドリル２のシャンク２に向かって移動させられる。 チップ溝９，９′もしくはチップ室３６の、先端から遠い前記範囲においては心 厚直径２４、ひいてはチップ溝深さ２７は大きい。第８図のように先端範囲にお いて主チップフォーミング範囲３４に与えられている曲率により、チップ４４に は相応する湾曲が与えられ、チップ４４はこの湾曲にほぼ相当するチップ直径４ ７を有するようになる。ドリル先端６から遠ざかるにつれてチップ溝深さ２７と チップ直径４７との差は目に見えて大きくなる。この結果、チップもしくはチッ プ破片は、先端から遠い範囲では第８図と第９図の包絡線２６に相当する穴内壁 にもはや接触しなくなるかもしくはこの穴内壁を擦らなくなる。むしろこの場合 には案内ランドとしてはチップ４４の外周と接触するすくい面範囲だけが用いら れる。したがって先端から遠いチップ溝範囲においては、チップ４４の案内は実 質的にチップ４４の外周と接触するすくい面範囲（第９図参照）だけを介して行 なわれる。この結果、チップ排出に対する抵抗はチッ プ発生個所から遠ざかるほど小さくなる。したがって公知の付随現象、すなわち 、切断力とドリル及び工作物の温度の上昇を伴うチップ圧縮は効果的に回避され る。 本発明のドリルは何度も研ぎ直しすることができる。何故ならばドリルは実質 的にその全切断長さ８にわたって、元の先端範囲に相応するチップ溝４，４′も しくはチップ室３６の横断面形状を有しているからである。例えばドリルが第１ 図のIV−IV線に相当する残留長さまで研ぎ直されると、第９図に示された横断面 形状にほぼ相応するドリルの横断面形状が達成される。もちろん、形成されたチ ップ４４は第８図に示したように穴壁（零線２６と接触するであろう。すなわち 、主チップフォーミング範囲３４のフォーミング特性にとって重要なチップフォ ーミング半径３５はシャンク２に向かって増大するので、発生するチップ４４は 相応に大きな外側湾曲、ひいては相応に大きなチップ直径４７を有する。このチ ップ直径４７は第９図におけるチップ溝深さ２７に相当する。 ドリル直径２３（Ｄ）とドリル心厚直径２４（Ｄ_K）との差は、チップ溝深さ ２７ ２倍に相当する。したがってチップ溝深さはＤ−Ｄ_K／２で得られる。チ ップ４４が所定のチップ溝深さ２７を有するチップ室３６に適合するようにチッ プフォーミング半径３５はチップ溝深さのほぼ半分、すなわちＤ−Ｄ_K／４でな け ればならない。これよりも小さいチップフォーム半径３５（Ｒ_F）は不都合であ る。何故ならばこの場合には穴内壁とすくい面９，９′との協働はもはや保証さ れないからである。しかしＲ_Fはより大きな値を有することができる。上限とし てはＤ−Ｄ_K／２.７であるチップフォーミング半径Ｒ_Fmaxが設定されている。 線図１と２はツイストドリルの切断力と回転モーメントとの関係を、穴深さに 関連して表わしている。線図１は公知技術によるドリル（工具１）における関係 を示している。この線図１から判るように切断力及び切断力と相関関係にある回 転モーメントはほぼ４０mmの穴深さからはゆっくりと増大し、ほぼ４５mmの穴深 さから飛躍的に上昇する。 本発明によるドリル（工具２）を用いた同様の実験は線図２に示されている。 この線図からはっきり判るように、一方では切断力も回転モーメントも明らかに 線図１の比較値の下にあり、このパラメータの上昇は穴深さが大きい場合にも発 生しない。この場合には実質的に全切断長さもしくは穴深さに亙って一定の切断 力と一定の回転モーメントが発生する。 実験条件と使用した種々の材料は以下の表に記載した通りである。 工作物：乗用車の車輪保持体 材 料 ４５Ｍ５ＵＡ２¹⁾硬度：２６９ＨＢ²⁾ 穴直径 １１mm 穴深さ：５５mm 機 械：スピンドルを通して加工中心に冷却媒体を供給 冷却媒体圧 １８バール 切断データ： 回転数： ２３１５ １／min 切断速度： ８０ m／min 送り速度： ６９５ mm／min 回転あたりの送り：０.３mm 工具１：４つの案内ランドを有し、一般的なチップ溝幾何学的形状を有し、し たがってドリル先端からチップ溝切上がりまで一定の心厚直径とチップ溝プロフ ィールを有する完全硬質金属製の冷却通路ドリル 切断材料：使用範囲Ｐ４０のＰＶＤ³⁾コーティングされた硬質金属 ドリル先端の研削：ＥＰ０２４９１０４Ａ１号明細書に相応 心厚直径：３.２mm チップフォーミング半径 ２.７mm 比（Ｄ−Ｄ_K）／Ｒ_S：２.９ 工具２：４案内ランドを有し、本発明によるチップ溝幾何学的形状を有する完 全硬質金属製の冷却通路ドリル 切断材料：使用範囲Ｐ４０のＰＶＤ³⁾−コーティングされた硬質金属 ドリル先端切削：ＥＰ０２４９１０４Ａ１号明細書に相応 ドリル先端における心厚直径：３.２mm チップ室切り上がりにおける直径：３.０mm ドリル先端のチップフォーミング半径：２.０mm チップ室切上がりのチップフォーミング半径：２.５mm ドリル先端における 比（Ｄ−Ｄ_K）／Ｒ_S：３.９ チップ室切上がりにおける 比（Ｄ−Ｄ_K）／Ｒ_S：３.２ ¹⁾ フランスＡＶＮＯＲ−材料基準 ²⁾ ビンネル硬さ ³⁾ プラズマ−バポールデポジション

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月１３日 【補正内容】 請求の範囲 1. ツイストドリル、特に金属用のツイストドリルであって、 −シャンク（２）と切断部分（３）とに分けられる、ほぼ円筒形の基体（１） を有し、基体（１）の中心長手軸線（５）がツイストドリルの回転軸線を成して おり、 −切断部分（３）の円筒周面に形成され、シャンク（２）からドリル先端（６ ）まで一貫して螺旋状に延び、それぞれ１つのチップ室（３６）を形成する複数 のチップ溝（４，４′）を有しており、 −ツイストドリルの心厚直径がドリル先端（６）からシャンク（２）に向かっ て、少なくとも、ドリル先端に続く部分範囲において連続的に減少している 形式のものにおいて、 チップ溝（４，４′）の横断面形状もしくはチップ溝の内壁を形成するすくい 面（９，９′）の曲率経過が、すくい面（９，９′）の、チップフォーミングに とって重要な主チップフォーミング範囲（３４）がドリル先端（６）から離れる につれて増大するチップフォーミング半径（３５）を有するように設定されてい ることを特徴とする、ツイストドリル。 2. 切断部分（３）の、穴あけに有効でかつドリルの 切断長さを規定する範囲の、ドリル先端（６）からシャンク（２）に向かって延 びる少なくとも部分範囲において、チップ溝（４，４′）の横断面もしくはチッ プ溝の内壁を形成するすくい面（９，９′）がほぼコンスタントである曲率経過 を有している、請求項１記載のツイストドリル。 3. 比（Ｄ−Ｄ_K）：Ｒ_Sが２.７と４.０との間の値を有し、Ｄがドリル直径（２ ３）、Ｄ_Kがドリルコア直径（２４）、Ｒsがチップフォーミング半径（３５）で ある、請求項１又は２記載のツイストドリル。 4. 比（Ｄ−Ｄ_K）：Ｒ_Sが切断長さ（８）の少なくとも１部分に亙ってコンスタ ントである、請求項３記載のツイストドリル。 5. 比（Ｄ−Ｄ_K）：Ｒ_Sの値が切断長さに亙って、ドリル先端（６）の範囲にお ける前記比の値に較べて最大４０％小さく選ばれている、請求項３記載のツイス トドリル。 6. ドリル心厚直径（２４）が０.２２Ｄから０.３５Ｄの範囲にある、請求項１ から５までのいずれか１項記載のツイストドリル。 7. ドリル心厚直径（２４）の先細りが１００mmドリル長さに関し、０.２mmか ら０.８mmである、請求項１から６までのいずれか１項記載のツイストドリル。 8. ツイストドリルが完全硬質金属ドリルである、請求項１から７までのいずれ か１項記載のツイストドリル。 ＤＥ１１０６１４４号明細書には、チップ溝の深さがシャンクに向かって増大 するツイストドリルが開示されている。これによってはチップ排出は搬出される チップの摩擦の減少に基づき先端から遠い範囲では改善されるが、ドリルの研ぎ 直しに伴うドリルの短縮によって、先端範囲、すなわちドリルのチップ形成範囲 においてチップ溝深さが元のチップ溝深さに較べて増大することが考慮されてい ない。短縮されていないドリルにおいて元々存在していたチップ形成及びチップ 排出特性は、短縮が進行すると次第に大きく変化する。 これから出発して本発明の課題は前述のチップ詰まりが抑制されかつ何度も研 ぎ直したあとでもチップ形成及びチップ排出特性が維持されるようにすることで ある。この課題はドリルの心厚直径がドリル先端からシャンクに向かって、少な くともドリル先端に続く切断部分範囲において連続的に小さくされており、この 処置に加えて、すくい面の、チップ形成にとって重要な主チップフォーミング範 囲がドリル先端から遠ざかるにつれて増大するチップフォーミング半径を有する ように、チップ溝の横断面の形状もしくはチップ溝の内壁を形成するすくい面の 曲率の経過が設定されている。心厚直径の減少は必然的にチップ溝深さ、すなわ ち穴の内壁と心厚直径に接するすくい面範囲との間の間隔を拡大する。チップ溝 深さの拡大でチップ溝の横 断面もしくは容積の拡大が生じるが、この横断面もしくは容積の拡大は顕著では なく、実質的にはチップ溝深さの拡大と主チップフォーミング範囲の形態とが決 定的である。ドリル先端の作用範囲において分離されたチップは、ドリルの先端 範囲におけるチップ溝の深さにほぼ相応する直径を有している。チップはドリル の先端に近い範囲においてはすくい面と穴内壁との両方を擦るのに対し、チップ は先端から遠い穴範囲ではほぼチップ溝のすくい面だけで、したがって小さな摩 擦で案内される。いまや実質的に穴内壁における摩擦がなくなるので、一方では チップを搬送するために費やされる力が減少する。チップが小さな抵抗で案内さ れることにより、チップの制動は阻止もしくは軽減され、これによってチップ排 出速度は実質的にツイストドリルの全切断長さに亙ってコンスタントになり、チ ップの詰まりは効果的に回避される。他方では、チップがすくい面の上で小さな 摩擦で案内されることは、摩擦による熱の発生を減少させる。 チップフォーミングに主として影響を及ぼすすくい面の範囲は、最小の曲率半 径を有する面区分である。この、以後チップフォーミング半径と呼ぶ曲率半径は ドリル先端から遠ざかるほど増大する。この場合にも、これによって場合により 生ぜしめられるチップ溝の横断面の拡大は決定的ではなく、次のような効果をも たらす。すなわち、チップのフォーミングに際しては 、チップフォーミング半径が螺旋状に巻かれたチップの湾曲度もしくは直径を決 定する。チップフォーミング半径がツイストドリルの切断長さに亙って一定であ ると、すくい面のチップフォーミング特性は先端から遠い個所では最適ではなく なる。すなわち、チップフォーミングにはすくい面だけではなく、穴内壁及び、 特にドリル直径とドリル心厚直径との差とチップフォーミング半径との比も関係 する。ドリル先端からの距離の増大と共に、チップ溝深さ、すなわちチップフォ ーミングにとって重要なすくい面区分と穴内壁との間の半径間隔もしくはドリル 直径とドリル心厚直径との間の差が増大するので、前述の寸法比はチップフォー ミング半径が変らないものとした場合に、ドリル先端からの距離が増大するにつ れて、最適な値からさらに離れた値をとることになる。数度の研ぎ直しの後でド リルの作用範囲を形成する、先端から遠いチップ溝範囲のチップフォーミング特 性は、次第に劣化する。 請求項２に記述されているようにチップ溝の横断面の形状もしくはすくい面の 曲率の経過（同様に横断面で見た）がほぼコンスタントに保たれていることによ り、チップ形成及びチップフォーミング特性は、研ぎ直し可能な範囲全体に亙っ て実質的にコンスタントに保たれる。これは特にきわめて高価なドリル、例えば 完全硬質金属ドリルの場合にはコスト的に顕著な利点をもたらす。周知のように ツイストドリルの研ぎ直し に際してはツイストドリルのドリル長さもしくは切断長さはドリル先端の範囲に おける材料の除去によって短縮される。チップ溝の横断面の拡大だけを目差した チップ溝の幅の拡大は、ツイストドリルを何度も研ぎ直しすることを許さない。 何故ならばチップ溝の幅を拡大することにより、先端から遠い相応する範囲にお いてはチップ形成及びフォーミングには不適当である、完全に別のチップ溝横断 面形状もしくはすくい面曲率が存在することになるからである。これに対して本 発明のドリルの場合にはチップ溝の横断面形状もしくはその曲率経過は有利には 穴あけに利用可能な範囲、すなわちドリル切断部分の切断長さに亙ってほぼコン スタントである。したがって各研ぎ直し過程のあとでツイストドリルの先端範囲 においてはチップの形成とフォーミングに適したすくい面形状が存在する。もち ろんこれは請求項１に記述したように本発明のツイストドリルの心厚直径が飛躍 的にではなく、連続的に減少する場合だけに達成される。しかしながらドリル心 厚直径の連続的な減少は必ずしも全切断長さに亙って存在する必要はない。すな わち、しばしば研ぎ直されかつ元の長さの１部しか有していないドリルは元々大 きすぎる穴深さに到達することはできない。チップ排出の問題は穴深さが減少す るにつれて少なくなるので、ドリルのシャンクに近い切断部分範囲において心厚 直径をさらに減少させることは行なわないことが有利 である。しかも、ドリル心厚直径を減少させることには、きわめて長いドリルの 場合には安定性の理由から限界がある。 請求項３によれば、前述の寸法比は最大値として４.０の値をとる。この値はチ ップフォーミング半径がチップ溝深さの半分の大きさであると達成される。本発 明によれば前述の寸法比は４.０と２.７との間で変動することができる。値２. ７はチップフォーミング半径がチップ溝深さのほぼ３／４に相応していると達成 される。前記値範囲内では満足できるチップフォーミングとチップ排出とが保証 される。有利な形式で、一度選ばれた寸法比は切断長さもしくはばあいによって は寸法の短い研ぎ直し長さに亙って維持され、ツイストドリルを研ぎ直した後で ドリル先端の作用範囲において同じ幾何学的な比率、ひいてはチップフォーミン グ特性が得られるようにすることができる。しかしながら前記比がドリル先端か らの距離が増大することで縮小することも考えられる。しかしながら縮小はドリ ル先端に元来存在していた値の最大４０％を越えないようにしたい。 本発明によるツイストドリルの心厚直径は０.２２Ｄ〜０.３５Ｄの範囲に位置 するように選ばれている。この場合、Ｄはドリルもしくは切断部分の直径である 。値０.２２Ｄはドリル心厚直径の最小寸法である。ドリル心厚がさらに細く構成 されていると、ドリルの折 損を覚悟しなければならない。これに対し、値０.３５Ｄはチップ溝の下限を表 わしている。ドリルコアをさらに太くすると、摩擦の少ないチップの排出という 本発明による効果を保証するためには、チップ溝深さは小さくなりすぎる。ドリ ル先端から遠ざかるにつれて心厚直径を減少させることは、それが１００mmのド リル長さに対して０.２mm〜０.８mmになるように選択されている。本発明による ツイストドリルは完全硬質ドリルとして構成されていると有利である。 したがってチップ溝の本発明による構成は、ツイストドリルをきわめて広い範 囲で研ぎ直しすることを可能にする。しばしば研ぎ直されて深穴をあけるために は短くなり過ぎたツイストドリルは、ひきつづき穴深さの短い穴あけに使用する ことができる。チップ溝深さを連続的に拡大しかつチップ溝横断面をほぼ切断長 さの全長に亙って維持することにより、本発明によるツイストドリルは製造長さ に比して著しく短くなった状態でもまだ使用することができる。 さらに、ツイストドリルの本発明による構成は、切断力の低減をもたらす。切 断力の低減は切断材料の負荷の減少をもたらす。前述のファクタは耐久時間の著 しい改善をもたらす。実験によれば耐久時間は本発明によるドリルでは２倍もし くは３倍になることが証明されている。記述した耐久時間の増大に関連した経済 性と生産性の上昇は明白である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. ツイストドリル、特に金属用のツイストドリルであって、 −シャンク（２）と切断部分（３）とに分けられる、ほぼ円筒形の基体（１） を有し、基体（１）の中心長手軸線（５）がツイストドリルの回転軸線を成して おり、 −切断部分（３）の円筒周面に形成され、シャンク（２）からドリル先端（６ ）まで一貫して螺旋状に延び、それぞれ１つのチップ室（３６）を形成する複数 のチップ溝（４，４′）を有する 形式のものにおいて、 ツイストドリルの心厚直径がドリル先端（６）からシャンク（２）に向かって 、少なくとも、ドリル先端に続く部分範囲において連続的に減少していることを 特徴とする、ツイストドリル。 2. 切断部分（３）の、穴あけに有効でかつドリルの切断長さを規定する範囲の 、ドリル先端（６）からシャンク（２）に向かって延びる少なくとも部分範囲に おいて、チップ溝（４，４′）の横断面もしくはチップ溝の内壁を形成するすく い面（９，９′）がほぼコンスタントである曲率経過を有している、請求項１記 載のツイストドリル。 3. すくい面（９，９′）のチップフォーミングに重 要な主チップフォーミング範囲がドリル先端からの距離の増大と共に増大するチ ップフォーミング半径（３５）を有するように、すくい面（９，９′）の曲率経 過が設定されている、請求項２記載のツイストドリル。 4. 比（Ｄ−Ｄ_K）：Ｒ_Sが２.７と４.０との間の値を有し、Ｄがドリル直径（２ ３）、Ｄ_Kがドリルコア直径（２４）、Ｒ_Sがチップフォーミング半径（３５）で ある、請求項３記載のツイストドリル。 5. 比（Ｄ−Ｄ_K）：Ｒ_Sが切断長さの少なくとも１部に亙ってコンスタントであ る、請求項４記載のツイストドリル。 6. 比（Ｄ−Ｄ_K）：Ｒ_Sの値が切断長さ（８）に亙って、ドリル先端（６）の範 囲における前記比の値に較べて最大４０％小さく選ばれている、請求項４記載の ツイストドリル。 7. ドリル心厚直径（２４）が０.２２Ｄから０.３５Ｄの範囲にある、請求項１ から６までのいずれか１項記載のツイストドリル。 8. ドリル心厚直径（２４）の先細りが１００mmドリル長さに関し、０.２mmか ら０.８mmである、請求項１から７までのいずれか１項記載のツイストドリル。 9. ツイストドリルが完全硬質金属ドリルである、請求項１から８までのいずれ か１項記載のツイストド リル。