JP2006510492A - 深穴用ドリル - Google Patents

Abstract

ドリルヘッド（１）、シャンク（２）、クランプ要素（３）の３部分から構成される深穴用ドリルに関する。ドリルヘッド（１）及びシャンク（２）には少なくとも１個の好適には真直の加工溝（５）が設けられる。ドリル加工を改良された送り速度でより経済的に実施できるように、シャンク（２）は超硬合金から構成される。ドリルヘッド（１）はシャンク（２）の超硬合金とは異なる超硬合金から構成される。

Description

本発明はドリルヘッド、シャンク、クランプ要素の３部分から構成され、ドリルヘッド及びシャンクには少なくとも１個の真直な加工溝が設けられた深穴用ドリルに関する。

これらの深穴用ドリルは、直径が１．０から２０ミリメートルの穴をあけるために使用される。ドリルは、その長さと直径の比率が最大で２００：１であり、また一回の作動における個々の場合において、或いは予め穴があけられていない場合であっても、ストローク長さが直径の１００倍とされている。これらドリルは最近では、例えばエンジン及び船の製造、特に燃料噴射システムの製造に際して使用される。その際、直径が非常に小さく（１ミリメートルの範囲内）且つ直径に対して全長が極めて長い穴を形成することが要求される。

この場合、穴あけ加工は低速の送り速度で全部までもが行われる。少なくとも１個のドリル切刃がドリル先端に形成されており、この切刃が実際の切削作用を有する一方で、シャンクはクランプからドリル先端まで全長に亘り、要求トルクを伝達しなければならない。従って、一般的な深穴用ドリルは、ドリル先端に局部的に形成されるドリルヘッドと、ドリル全長に亘り延在するシャンクとが接合されている。ドリルヘッドとシャンクは材料が異なる。この場合、少なくとも１個のドリル切刃はドリルヘッドに直接構成され、或いは交換又は交替式カッティングプレートにねじ止めされたドリルヘッドが使用される。従って、ドリルのヘッド及びシャンクには、極端に異なる要求が課される。ドリルヘッドでは耐磨耗性及び硬度が特に重要である一方で、シャンクは高い靭性及びねじり抵抗を有していなければならない。このような要求を考慮してこれまでは、超硬合金から構成されるドリルヘッドを鋼製シャンクにはんだ付けしていた。

一般的な深穴用ドリルの鋼製シャンクを製造するために、２つの方法が利用可能である。
強度、ねじり抵抗、振動減衰に対する要求が高い時には、鋼製ロッドの周りに固体材料が使用され、必要であれば内部冷却管路が形成されて、例えばシングルリップ深穴用ドリルの場合では加工溝が挿入される。

シングルリップ深穴用ドリルの安価な変形物では、ドリルシャンクはより小さな負荷にしか耐えられないが、鋼製管を使用して製造されており、リップが丸められる。
従って、これら周知の深穴用ドリルを製造する間には、使用可能なシャンクの選択は品質及び価格の２つのカテゴリに限定される。深穴用ドリルの用途は広範囲であることから、例えばドリル加工される様々な材料において、周知の方法によって製造されるシャンクはいずれも、遭遇する作動状態に適していないことが頻繁にある。

従って、本発明の目的は改良された特性を備える深穴用ドリルを提供することにある。

上記目的は請求項１の特徴により解決される。
本発明において、シャンクは超硬合金から構成される。その結果、本発明に係る深穴用ドリル工具の負荷限界値は、鋼製シャンクを備えた通常のドリル工具に比べて大きく上昇するとともに、良好な送り速度において長さ／直径の高比率が達成可能である。現今では
、極度の超硬合金に加えて、深穴用ドリル工具のシャンクに課される要求を満たすのに最も適した強靭なコンシステンシーを有するものも利用可能である。超硬合金は金属製硬質材料及び結合剤又は主に鉄族（鉄、コバルト、亜鉛）からの結合金属から構成される。金属製硬質材料はその高い硬度のために比較的脆いと言われている。また、結合剤又は結合金属は比較的軟質且つ強靭であり、硬質材料と合わせて焼結される。セラミックス及び金属（サーメット）の混合物も超硬合金に含まれる。超硬合金において、金属性硬質材料の高い硬度、及びそれ故の耐摩耗性が結合金属の靭性と合わせられる。ドリルシャンクの望ましい特性は、混合の比率に応じて精確に調整される。

超硬合金は本来、確実に鋼よりも耐衝撃性に優れている。しかしながら、深穴用ドリルでは材料の入り口から出口の大部分に亘り、一定のトルク及び振動荷重が生じ、特に初期の穴あけ加工は常にパイロットホール及び／又はガイドスリーブを伴い、低速の送り速度で行われるので、超硬合金から構成されるドリルシャンクの衝撃吸収行為は、発生した衝撃に耐えるのに十分である。従って本発明は、鋼のみがシャンク材料として適切であるという技術的偏見を克服するのに成功した。超硬合金製シャフトの高い剛性及び良好な振動減衰性により、結果的に製造精度が高まることが試験で証明されている。

本発明に係る超硬合金により構成されたドリルシャンクを備えることにより、様々な使用法の中で特定して意図する使用法に特に適切なドリルシャンクの材料を選択することが更に可能になる。それ故、特定のドリルシャンクの特性は、実質的にコストを変化させる必要なく、特定の利用分野に適するように特別に調整される。従って、ドリルシャンクを設計する際には、２つの周知の鋼製シャンク変形物の特性に制限されることはもはやなく、コストを低く抑えたままで、金属加工におけるすべての利用分野の中で特にその利用分野に適合させられたドリルの耐用期間が特に長くなる。

また、シャンクだけでなくドリルヘッドまでもが超硬合金から構成されるならば、有利である。この場合、ドリルヘッド及びドリルシャンクの異なる要求プロフィールは、２個の異なる超硬合金を選択することにより考慮される。極めて硬い種類の金属は良好な耐摩耗性を保障し、ドリルヘッドに最適である。しかしながら、本発明の範囲内において、現在の高出力ドリルの材料として一般的に使用されるその他のいかなる材料、例えばＨＳＳ又はＨＳＳＥ等の高速鋼、ＨＳＳＥＢＭ、セラミック、サーメット、或いは他の焼結金属材料等もまた、少なくとも鋭利な切刃部分が通常に被覆されて適切であれば、ドリルヘッドの材料として適切である。本目的に有利なのは、好適には薄くなるように施される硬質材料層であり、層厚さは好適には０．５から３μｍの範囲内にある。

硬質材料層は例えばダイヤモンドから、好適にはモノクリスタルダイヤモンドから構成される。硬質材料層はまた、窒化チタン又は窒化チタンアルミニウム層として施されてもよい。これらの層は極めて薄くなるように付着される。また、窒化硬化層、立方晶窒化ホウ素、コランダム、サイアロン、又は他の非金属材料が被膜材料として適切である。ＨＳＳ又は超硬合金自体から構成され、交換又は交替式カッティングプレートに嵌合されたドリルヘッドを使用することも可能であり、この場合カッティングプレートはより硬い硬質材料、例えばセラミック、サーメットから構成され、或いはこの主の硬質材料被膜を備える。

加えて或いは代わりに、軟質材料層を使用することも可能である。軟質材料層は少なくとも溝部分に設けられる。この軟質材料被膜は好適にはＭｏＳ_２から構成される。
請求項３に記載の有利な実施形態において、ＩＳＯ５１３に準ずる分類Ｋ２０及び／又はＫ４０の材料が軸に提供される。ＩＳＯ５１３に準ずる分類Ｋ２０及び／又はＫ４０の材料はその他の種類の超硬合金と比べて硬度が高く、その他の種類の超硬合金と比べて極めて強靭であることから、破損することなく硬質材料の穴あけ加工の間に生じる高トルク
が伝達される。従って、耐用期間が長くなることに加えて、ドリルシャンクの全長を長くし、且つ送り速度を高速にすることができる。

ＩＳＯ５１３に準ずる分類Ｋ１０の材料はドリルヘッドに有利である。なぜならば、この材料はその他の種類の超硬合金と比べて耐摩耗性に極めて優れており、それ故、特に短チッピング且つ非常に硬い材料に穴あけ加工を施す際において、ドリルヘッドに作用する格別の高負荷に適する。Ｋ１０のドリルヘッドとＫ２０又はＫ４０のドリルとの組み合わせが特に好ましい。

シャンクは好適にはろう接又は接着によりドリルヘッドと接合される。その他の材料接続方法又はねじ込みも可能である。意図された目的を最適に達成するために、請求項６に記載の深穴用ドリル工具は更に好適にはいんげん豆形の内部冷却管路を有し、ドリルヘッドの切刃は切削加工の間に冷却液を使用して冷却されるとともに、切屑は加工された溝を通り穴あけ加工された穴の外へ押し出される。

このようにして、深穴用ドリルは製造され、全体が超硬合金の材料特性によって作動状態に著しく変更可能に適合させられる。
超硬合金は鋼よりも本質的に高価であるが、本発明に係る深穴用ドリル工具の製造方法において使用される超硬合金シャンクの押出し工程及び焼結工程は、特に長いシャンクを用いてとりわけ安価に行われる。なぜならば、これらの工程は半加工品を押出すために使用されるからである。半加工品はできる限り仕上げ寸法になるように再研磨しなければならないような形状を有する。即ち、半加工品はシャンクの加工が施された溝に実質的に対応するクリンプを有する。

本発明は特に、真直な加工溝を備えたシングルリップ深穴用ドリルに最適である。しかしながら、本発明はシングルリップの実施形態に限定されない。とりわけ、螺旋加工溝又は多リップ、特にダブルリップ工具は、単管又は二重管工具と同様に可能である。なぜならば、工具の押出し加工の間には、殆どの形状が製造され得るからである。

請求項に係る実施形態の個々の特徴は、論理的でありさえすれば任意に組み合わせることが可能である。
本発明の好適な実施形態を、概略図面を参照しつつ以下に詳細に説明する。

図１は本発明に係る３部分深穴用ドリルを図示しており、ドリルヘッド１と、シャンク２と、クランプ要素３とを含む。シャンク２及びドリルヘッド１は接合継目１０において合わせてはんだ付けされる。シャンク２はクランプ要素３の凹部内に案内されるとともに、その凹部においてクランプ要素３にはんだ付けされる。クランプ要素はクランプスリーブの形状を備える。また、内部冷却管路の出口開口がドリル先端に図示されており、冷却管路は工具全体の長さに亘り延在する。この場合、深穴用ドリルは真直溝となるように加工が施された溝５を備えたシングルリップドリルとして製造される。ドリルヘッド１はＫ１０／ＩＳＯ５１３の超硬合金から焼結されたものである一方、シャンク２はＫ２０／ＩＳＯ５１３の超硬合金から構成される。

高い硬度及び耐磨耗性を備えたドリルヘッド１による切削の間に生成される力は、強靭な材料のシャンク２を介してクランプ３へ伝達される。シャンク２は良好な固有の安定性及びねじれ抵抗を備えることから、磨耗値は低減される。切削の間に発生する切屑は、内部冷却管路４を通り高圧で供給される冷却液によって、真直加工溝５を介してドリル加工穴の外へ浮動させられる。冷却管路がいんげん豆形であることから、材料の弱化を可能な限り最小限に抑えつつ、多量の冷却液が流通させられるとともに良好な内部冷却が行われ
る。

図２は焼結された半加工品２０を示す断面図である。半加工品２０は、最終加工において加工溝から取り除かれる少量の材料を除き、シャンク２の最終形状に対応するものである。焼結半加工品２０の関連平面図を図３に示す。半加工品はクリンプ５０及び内部冷却管路４を備えるように押出し加工される。クリンプ５０の加工面６及び非加工面６には、最終処理、即ち最終研磨のみが施される。破線８はシャンク部の端部を表しており、この部分においてシャンクはクランプ要素３にはんだ付けされる。

当然のことならが、図示する実施形態からの変更は、本発明の範囲から逸脱することなく可能である。
従って、例えば切刃をシングルリップ深穴用ドリルのドリルヘッドに直接的に設けるのではなく、ねじ込み式交換又は交替プレートに設けることも可能である。１個よりも多い内部冷却管路、例えば２個の断面円形冷却管路を備えた深穴用ドリルの実施形態も可能である。更に、三角形状又は楕円形状も冷却管路形状として検討され得る。また、例えば２個の螺旋状クリンプ又は加工溝、並びに例えば断面が楕円形状とされた螺旋状冷却管路を備えた二重切刃構造において、超硬合金製シャフトを備えた螺旋ドリル形状も可能である。

本発明に係る深穴用ドリルの一実施形態を示す斜視図。 図１の深穴用ドリルのシャンクを示す断面図。 図１の深穴用ドリルのシャンクを示す平面図。

Claims (7)

1. ドリルヘッド（１）、シャンク（２）、クランプ要素（３）の３部分から構成され、ドリルヘッド（１）及びシャンク（２）には少なくとも１個の真直な加工溝（５）が設けられた深穴用ドリルであって、シャンク（２）は超硬合金から構成されることを特徴とする深穴用ドリル。
2. ドリルヘッド（１）はシャンク（２）の超硬合金とは異なる超硬合金から構成されることを特徴とする請求項１に記載の深穴用ドリル。
3. シャンク（２）は、ＩＳＯ５１３に準ずる分類Ｋ２０又はＫ４０の超硬合金から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の深穴用ドリル。
4. ドリルヘッド（１）はＩＳＯ５１３に準ずる分類Ｋ１０の超硬合金から構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の深穴用ドリル。
5. ドリルヘッド（１）はシャンク（２）にろう接又は接着されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の深穴用ドリル。
6. 少なくとも１個の好適にはいんげん豆形状の内部冷却管路（４）を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の深穴用ドリル。
7. シャンク（２）は焼結部材を含み、焼結部材は加工溝（５）にほぼ対応する少なくとも１個のクリンプ（５）を備えた焼結半加工品（２）から得られることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の深穴用ドリル。

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