JP4941356B2 - 穴あけ工具 - Google Patents

Description

本発明は、穴あけ工具に関するものである。

近年、自動車のエンジン部品等の複雑な形状の加工物に穴あけ加工を行う場合などにおいて、切屑処理性向上の観点から、加工の際に生じる切りくずの微細化が強く要求されている。
この要求に応えるものとして、ドリル先端部の切れ刃の一部を逃げ面に沿って切り欠いた切りくずを分断するためのニックを設けたニック付きドリルが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このニック付きドリルは、複数の切刃のそれぞれに切刃に垂直な凹溝状のニックが複数形成されており、これらのニックが周方向に隣接する切刃同士で軸線周りの回転軌跡をずらすように配置されることで、ニック間ごとの短い範囲で切りくずをその幅方向に分断して生成することができるようになっている。
特開２００７−５０４７７号公報（第１図）

しかしながら、上記特許文献１の発明では、ニックが切刃から逃げ面に沿って設けられているため、ドリル先端部の切刃を再研磨する場合には再度ニックを研削加工しなければならないという問題があった。このようなニックの再加工を回避するために、ニックを切刃垂直方向に長く形成した場合、強度が低下するという問題があった。
また、ニックが周方向に隣接する切刃同士で軸線周りの回転軌跡をずらすように形成されることから、ニックの溝幅、位置、数などを自由に設定することができず、分断できる切りくずの幅には限界があった。
さらに、各切刃同士のニックの回転軌跡が径方向に不均等間隔となるように構成されていることから、生成される切屑の大きさや変形の仕方が周方向に隣接する切刃同士で異なってくる。そのため、一部の切りくずの厚みが他よりも厚くなって強度が増し、切りくずが長く延び出てしまったり、切削力が不均衡となり、びびり振動を誘発して穴の加工精度を悪化させたりするおそれがあった。
また、ドリル回転方向において先行する切刃により切削された加工孔のニックによる切り残しを、ニックの回転軌跡がずらされた後続する切刃によって切削するように構成されているので、１枚刃の回転工具には適用することができないという問題もあった。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、切りくずを分断して微細化することができ、切屑処理性に優れた回転工具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、軸線回りに回転される工具本体と、該工具本体の外周部にその先端から後端側に向けて延びるように形成された溝と、該溝の工具回転方向前方側を向く内周面に形成されたすくい面と、前記工具本体の先端面に形成された先端逃げ面と、該先端逃げ面と前記すくい面との交差稜線部に形成された切れ刃とを有する回転工具であって、前記すくい面が、前記工具本体の径方向に分割されて少なくとも一つの段部を有する階段状に形成されており、該段部の立ち上がり面が、この段部の角部が描く回転軌跡円の接線に対して工具回転方向後方側かつ径方向内側に傾斜していることを特徴とする回転工具を提供する。

本発明によれば、すくい面が工具本体の径方向に分割されて少なくとも一つの段部を有する階段状に形成されているので、切れ刃は、段部によって分割されたすくい面と先端逃げ面との交差稜線部に設けられることになり、径方向に向かって複数に分断される。したがって、これら分断された複数の切れ刃によって切削が行われるので、切りくずをその幅方向に分断させることが可能となる。
また、段部の立ち上がり面が、この段部の角部が描く回転軌跡円の接線に対して工具回転方向後方側かつ径方向内側に傾斜しているので、工具回転方向において先行する切れ刃の外周端部、すなわち、角部のすぐ後方に配された後続する切れ刃の内周端部は、切削に関与しないことになる。したがって、切削に伴い後続する切れ刃の内周端部に切りくずの一部が溶着する等して段差がなくなってしまうようなことがなく、段部の角部において切りくずを確実に分断させることができる。

この場合において、本発明によれば、段部の数や径方向の幅等を適宜設定し、分断された各切れ刃の径方向の長さを調整することで、切りくずを所望の幅に細分化させることが可能となる。そのため、切りくずの微細化により切屑処理性の向上を図ることができる。
また、従来のニック付きドリルと異なり、切れ刃を再研磨する度にニックを再加工するというような煩雑な作業が不要となる。また、一枚刃のガンドリルやリーマなどにも適用することが可能となる。

上記発明においては、前記立ち上がり面の前記接線に対する傾斜角αが、０°＜α≦４５°であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記段部の前記すくい面に対する垂直方向の段差Ｑが、０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることとしてもよい。

また、上記発明においては、前記すくい面が前記工具本体の径方向に略均等に分割されていることとしてもよい。
このようにすることで、略均等に分割されたすくい面と先端逃げ面との交差稜線部に設けられる分断された複数の切れ刃の長さは略等しくなる。その結果、生成される切りくずの幅や変形の仕方などが揃うため、分断された各切れ刃において安定して同じように切りくずを微細化することができる。

また、上記発明においては、前記溝が、前記軸線に対して回転対称の位置に２つ形成されるとともに、これらの溝に備えられた一対のすくい面に、前記段部が互いに前記軸線に対して回転対称となるように配置されることとしてもよい。
このようにすることで、一のすくい面において段部により分割されたすくい面と先端逃げ面との交差稜線部に設けられる複数の切れ刃と、他方のすくい面において段部により分割されたすくい面と先端逃げ面との交差稜線部に設けられる複数の切れ刃とが、互いに軸線に対して回転対称の位置に配置されることとなる。すなわち、一対の複数に分断されてなる切れ刃が互いに軸線に対して回転対称の位置に設けられて、２枚刃の回転工具を構成するようになっている。したがって、切削時において２枚の複数に分断されてなる切れ刃に作用する切削力の均衡が保たれる。換言すると、各切れ刃において切削抵抗をバランスよく受けることができる。その結果、工具本体の回転が安定し、振動の発生が抑制されるので加工精度に優れる。

本発明の回転工具によれば、切りくずを分断して微細化することができ、切屑処理性に優れるという効果を奏する。

以下、本発明に係る穴あけ工具の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態に係るガンドリル１は、図１に示されるように、略丸棒状をなし、刃部を備えドリルの基幹部となるボデー２と、このボデー２の後端に一体的に形成されてドリルの柄部となるシャンク３とから構成されている。このガンドリル１の直径φは、例えば、７ｍｍである。
前記ボデー２は、超硬合金、サーメット、セラミックス、超高圧焼結体等から構成され、軸線Ｏ回りに回転される軸線Ｏを中心とした略円柱状をなし、外周部に先端から後端側に向けて延びるように形成された切りくずを排出するための溝４と、ドリル回転方向Ｔ前方を向く溝４の内周面に形成されたすくい面５と、先端面に形成された先端逃げ面７と、先端逃げ面７とすくい面５との交差稜線部に形成された切れ刃８とを備えている。

前記溝４は、ボデー２の先端から後端側に向かって直線状に延びるストレート溝からなり、軸線Ｏに対して回転対称の位置に２つ設けられている。
前記すくい面５は、図２に示されるように、ドリル径方向に向かって略均等に３分割されて階段状に形成されており、２つの段部６，６を備えている。
前記段部６は、図３に示されるように、ドリル回転方向Ｔ前方を向く分割すくい面５ａと、この分割すくい面５ａと交差する立ち上がり面６ａと、これら分割すくい面５ａと立ち上がり面６ａとが交差する角部６ｂとを備えている。この段部６のドリル径方向の幅Ｗ（図４(ａ)参照。）は、例えば、０．８ｍｍに設定されている。この段部６のすくい面５に対する垂直方向の段差Ｑ（図４(ａ)参照。）は、例えば、０．５ｍｍに設定されている。前記立ち上がり面６ａは、図４(ｂ)に示されるように、この段部６の角部６ｂが描く回転軌跡円（図中、鎖線で示す円）の接線Ｌに対してドリル回転方向Ｔ後方側かつドリル径方向内側に傾斜している。この立ち上がり面６ａの接線Ｌに対する傾斜角αは、例えば１５°に設定されている。そして、２つの溝４，４のそれぞれに設けられる一対のすくい面５，５が互いに回転対称となるように、一対のすくい面５，５のそれぞれに備えられる各２つの段部(６，６)，(６，６)が互いに軸線Ｏに対して回転対称の位置に配置されている。

前記切れ刃８は、２つの段部６，６によってドリル径方向に向かって略３等分に分断されて形成されており、各分割すくい面５ａ，５ａ，５ａと先端逃げ面７との交差稜線部に３つの分断切れ刃８ａ，８ａ，８ａを備えている。これら分断切れ刃８ａ，８ａ，８ａの長さは略等しく、例えば、０．８ｍｍに設定されている。そして、一対の切れ刃８，８が、それぞれに備えられた各３つの分断切れ刃(８ａ，８ａ，８ａ)，(８ａ，８ａ，８ａ)が互いに軸線Ｏに対して回転対称に配置されるように設けられ、２枚刃のガンドリル１となるように構成されており、この２枚の切れ刃８，８によって穴あけ加工が行われるようになっている。

また、ガンドリル本体の中央部には、切削油剤を噴出するための油穴９が軸線Ｏに沿って穿設されている。
また、前記ボデー２の外周部には、溝４のドリル回転方向Ｔ後方側に隣接する円筒面部分にマージン１０が設けられている。また、このマージン１０と溝４との交線に備えられたリーディングエッジからヒールまでの堤状の幅をもった部分には、ランド１１が設けられている。また、このランド１１上には、マージン１０からドリル回転方向Ｔ後方に離間した位置にマージン１０と略同形のガイドパッド１２が設けられている。

このように構成された本実施形態に係るガンドリル１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るガンドリル１によれば、２枚の切れ刃８，８のそれぞれが段部６によって分断されて３つの分断切れ刃８ａ，８ａが形成されていることから、１枚の切れ刃８につき縦に３つに分断された切りくずが生成されることになる。
また、各段部６の立ち上がり面６ａが角部６ｂの描く回転軌跡円の接線Ｌに対してドリル回転方向Ｔ後方側かつドリル径方向内側に所定の角度αだけ傾斜しているので、ドリル回転方向Ｔにおいて先行する分断切れ刃８ａの外周端部にあたる角部６ｂのすぐ後方に配された後続する分断切れ刃８ａの内周端部８ｂは、切削に関与しない（図４(ｂ)参照。）。そのため、切削に伴い後続する分断切れ刃８ａの内周端部８ｂに切りくずの一部が溶着する等して段差Ｑがなくなってしまうようなこともない。
つまり、切りくずを確実にその幅方向に分断させることができる。そして、幅の狭い切りくずは弾性変形しやすく容易にカールさせられるので、切りくずを小片に破断させることができる。その結果、切りくず詰まりを起こすことがなく、切屑処理性に優れるため、仕上げ面品位、加工精度および工具寿命の向上を図ることができる。

この場合において、本実施形態に係るガンドリル１は、切削に関与する合計６つの分断切れ刃８ａのすべてが略等しい長さとなっているので、各分断切れ刃８ａごとの生成される切りくずの幅や変形の仕方などが揃うことになる。その結果、一部の切りくずのみが長く伸び出てしまうというようなことがなく、各分断切れ刃８ａにおいて安定して同じように切りくずを分断して微細化することができる。
また、一方の切れ刃８に備えられた３つの分断切れ刃８ａ，８ａ，８ａと、他方の切れ刃８に備えられた３つの分断切れ刃８ａ，８ａ，８ａとが、互いに軸線Ｏに対して回転対称の位置に設けられているので、切削時において２枚の切れ刃８，８に作用する切削力の均衡が保たれる。換言すると、各切れ刃８すなわちこれらに備えられた各分断切れ刃８ａにおいて切削抵抗をバランスよく受けることができる。その結果、ドリルの回転が安定し、振動の発生が抑制されるので、穴位置精度、穴径寸法、真円度、真直度、仕上げ面粗さ等の加工穴の加工精度に優れる。
また、切れ刃８は径方向に向かって分断されていることから、切れ刃８が軸方向に長く後退してしまうことによる切削ストロークの延び、穴底形状の悪化等の問題がなく、製造効率を維持できる。

また、設計上、ニックの溝幅、位置、数などが限定されてしまう従来のニック付きドリルと異なり、求められる切りくずの幅に合わせて段部の数や径方向の幅等を適宜設定することができる。つまり、分断切れ刃８ａの長さを設計上の制限を受けることなく適宜設定することができるので、切りくずの幅を４ｍｍ程度までにしか細分化できない従来のニック付きドリルと異なり、切りくずを所望の幅まで細分化させて、さらに微細化することができる。これにより、自動車用のコントロールバルブボディやエンジン部品などのような複雑形状の加工物に穴あけ加工を行う場合であっても、切りくずの微細化により容易に切りくずを外部に排出することができ、切りくずの残留を防止できる。
また、従来のニック付きドリルと異なり、切れ刃８を再研磨する度にニックを再加工するというような作業が必要ないため、排出される切りくずの幅が安定するとともに作業効率に優れる。

なお、本実施形態に係るガンドリル１においては、２枚の切れ刃８を設けた２枚刃ドリルとしたが、これに代えて、図５に示されるように、１枚刃ドリルとしてもよい。また、３枚刃ドリルとすることもできる。この場合、３枚の切れ刃８をそれぞれの分断切れ刃８ａが軸線Ｏに対して３回対称に配置されるように構成することで、ドリルの回転を安定させることができ、振動の発生を抑制して加工穴の加工精度の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態に係るガンドリル１においては、一のすくい面５に、幅Ｗが０．８ｍｍ、段差Ｑが０．５ｍｍ、立ち上がり面の傾斜角αが１５°の段部６を２つ設け、分断切れ刃８ａの長さを０．８ｍｍに設定することとしたが、段部６の数、段差Ｑ、幅Ｗ、立ち上がり面６ａの傾斜角α、分断切れ刃８ａの長さとしてはこれに限定されるものではなく、任意に設定することができる。
この段部６の数に対応する数だけ切りくずを幅方向に細分化することができるので、より細い切りくずが望まれる場合には段部６の数を多くすることが好ましい。例えば、ドリルの直径φが１２ｍｍであれば２〜４段、φ１６ｍｍであれば３〜５段程度設けることにより、切りくずを１〜４ｍｍ程度の幅まで細分化させることが可能となる。

この段部６の段差Ｑは、０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、より好ましくは０．２５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。段差Ｑが０．１５ｍｍより小さいと、切削に伴い発生する溶着物により段差Ｑが実質なくなってしまい、切りくずが幅方向に分断されないおそれがあるからである。また、段差Ｑが２．０ｍｍより大きいと、ボデー２の断面積が減少し、ボデー２の剛性が低下するおそれがあるからである。

この段部６の幅Ｗは、４．０ｍｍ以下、より好ましくは２．０ｍｍ以下であることが好ましい。段部６の幅Ｗが４．０ｍｍより大きいと、直径φの小さいドリルの場合には段部６の数を増やすことができず、段部６数の増加によって切りくずの微細化を図ることが難しくなるおそれがあるからである。また、段部６の幅Ｗが小さいほど分断切れ刃８ａの長さが短くなり、より細い切りくずが生成されることとなるので、切りくず細分化の観点からは段部６の幅Ｗは小さいほど好ましい。しかし、段部６の段差Ｑを大きくする場合においては、段部６の幅Ｗが小さすぎると、最外周側の段部６と加工された穴の内壁との間に狭くて深い溝ができ、その溝に切りくずが詰まりやすくなるため、切りくずが長く延び出てしまったり、切りくずが段部に溶着してしまったりするおそれがある。そのため、段部６の幅Ｗは、０．２ｍｍ以上、より好ましくは０．４ｍｍ以上とすることが好ましい。また、切りくず微細化の観点から段部６の幅Ｗを小さくする場合には、段部６の段差Ｑも小さく設定するのが効果的である。

この立ち上がり面６ａの傾斜角αは、０°＜α≦４５°、より好ましくは２°＜α≦２０°であることが好ましい。立ち上がり面６ａが角部６ｂの描く回転軌跡円の接線Ｌに対して工具回転方向Ｔ前方側に傾斜していると、後続する分断切れ刃８ａの内周端部８ｂにおいても切削が行われてしまうので、切りくずを径方向に分断することができない可能性があるからである。また、立ち上がり面６ａの傾斜角αが０°と小さくした場合には、切削に伴い後続する分断切れ刃８ａの内周端部８ｂに切りくずの一部が溶着する等して先行する分断切れ刃８ａの外周端部（角部）６ｂとつながってしまい、切りくずが幅方向に分断されないおそれがあるからである。また、立ち上がり面６ａの傾斜角αが４５°を超えると、分割すくい面５ａと立ち上がり面６ａとが交差する稜線部の強度を維持できなくなるおそれがあるからである。

また、本実施形態に係るガンドリル１においては、すくい面５をドリル径方向に略均等に３分割することとしたが、それぞれの使用目的に応じて均等に分割せず、各分断切れ刃８ａの長さが異なることとしてもよい。

また、本実施形態に係るガンドリル１においては、切屑処理性向上の観点から切削油剤をドリル先端から噴射させるための油穴９を設けることとしたが、これに限定されるものではない。浅穴加工などではドリル本体に油穴を設けなくても、外部から切削油剤を供給することで切屑排出性の向上を図ることができる。
また、本実施形態に係るガンドリル１においては、仕上げ面粗さ向上の観点からマージン１０を設けるとともに、ガイド性向上の観点からガイドパッド１２を設けることとしたが、これに代えて、マージン１１のみを設けることとしてもよい。
また、上記実施形態においては、本発明に係る穴あけ工具としてガンドリル１を例に挙げて説明したが、本発明に係る回転工具としてはこれに限定されるものではなく、一般的なむくドリル、付刃ドリル、先むくドリル、コアドリル、リーマ、ボーリングカッタ等の多種の穴あけ工具に適用することができる。

本発明の一実施形態に係るガンドリルを示す斜視図である。 図１に示すガンドリルの先端部拡大図である。 図１に示すガンドリルの左側面図である。 図１に示すガンドリルの先端部を示す縦断面図であり、（ａ）は段部の段差を説明する図、（ｂ）は立ち上がり面の傾斜角を説明する図である。 図１のガンドリルの変形例を示す図であり、（ａ）は先端部拡大図、（ｂ）は左側面図である。

符号の説明

１ ガンドリル
２ ボデー
４ 溝
５ すくい面
５ａ 分割すくい面
６ 段部
６ａ 立ち上がり面
６ｂ 角部
７ 先端逃げ面
８ 切れ刃
８ａ 分断切れ刃
Ｌ 接線
Ｏ 軸線
Ｑ 段差
Ｔ 回転方向
α 立ち上がり面の傾斜角

Claims (3)

1. 軸線回りに回転される工具本体と、該工具本体の外周部にその先端から後端側に向けて延びるように形成された溝と、該溝の工具回転方向前方側を向く内周面に形成されたすくい面と、前記工具本体の先端面に形成された先端逃げ面と、該先端逃げ面と前記すくい面との交差稜線部に形成された切れ刃とを有する回転工具であって、
   前記すくい面が、前記工具本体の径方向に分割されて少なくとも一つの段部を有する階段状に形成されており、
   該段部の立ち上がり面が、この段部の角部が描く回転軌跡円の接線に対して工具回転方向後方側かつ径方向内側に傾斜しており、
   前記立ち上がり面の前記接線に対する傾斜角αが、０°＜α≦４５°であり、
   前記段部の前記すくい面に対する垂直方向の段差Ｑが、０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、
   前記段部の幅Ｗが、０．２ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であることを特徴とする回転工具。
2. 前記すくい面が、前記工具本体の径方向に略均等に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の回転工具。
3. 前記溝が、前記軸線に対して回転対称の位置に２つ形成されるとともに、
   これらの溝に備えられた一対のすくい面に、前記段部が互いに前記軸線に対して回転対称となるように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の回転工具。
   

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