JP5359066B2

JP5359066B2 - 穴あけ工具

Info

Publication number: JP5359066B2
Application number: JP2008171988A
Authority: JP
Inventors: 尊洋木津川
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2008-07-01
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: EP2140960A3; EP2140960A2; US20100003097A1; JP2010012523A; US8388279B2

Description

本発明は、穴あけ工具に関し、特に加工時に粉状の細かい切りくずが発生する穴あけ加工に好適に用いられる穴あけ工具に関するものである。

近年、軽量で強度の高い材料としてガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、カーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の複合材料が注目され、宇宙・航空産業をはじめバイク、自動車、鉄道、建設産業、医療分野等さまざまな分野で用いられている。
このような複合材料を被削材とする切削加工を行う場合、切削に伴ってガラス繊維やカーボン繊維等を含む有害な粉塵が発生し、作業者がその有害な粉塵を吸い込んだり触れたりして健康を害するおそれがあるので、作業者は防塵マスクや防護服等をつけて作業に取り組む必要がある。そのため、作業環境の改善が強く要求されている。
一方、コンクリート穿孔用ドリルとしては、ドリル本体の軸線上に貫通するコンクリート粉塵吸引用の吸塵孔を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０９−２７２１１８号公報

特許文献１には、ドリル本体と、その本体の先端の直径線上に埋設固定されて、その先端部および両側部が前記本体から突出するように配置された刃先チップとを具備し、前記刃先チップは、平板状に形成されその平面の一端側外周が山形に形成され、前記本体の軸線上に貫通する吸塵孔がその先端部で前記チップの両側にＹ字状に分岐し、その両分岐端が、前記チップの平面視で両側部の後縁とほぼ同位置またはそれより先端よりに位置して開口されたことを特徴とするコンクリート穿孔用ドリルが開示されている。
しかしながら、特許文献１のドリルでは、吸塵孔がチップの先端部から離間した位置にチップの側部後縁に向かって開口しているので、粉状の切りくずが発生するような切削加工において、チップの先端部に設けられた切れ刃によって生成される切りくずが吸引されずに飛び散るおそれがある。また、吸塵孔が細く、Ｙ字状に分岐した先端部も同径であるので、吸塵孔の開口部が吸引手段から離れるほど吸引力が弱くなるという不都合がある。ドリルの全長が長い場合には、切りくずがドリル本体の基端側へ排出されずに吸塵孔の途中で詰まってしまうおそれもある。したがって、切りくずの飛散を確実に防止することができず、特に有害な粉塵が発生するような切削加工において作業環境の改善を図れないという問題がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、粉状の細かい切りくずが発生するような切削加工を行う場合であっても、切りくずの飛散を確実に防止して作業環境の改善を図ることができる穴あけ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略円柱状の工具本体と、該工具本体の先端部に設けられた切れ刃と、該切れ刃により生成された切りくずを吸引するためのものであって、前記工具本体の中央部に前記軸線方向に貫通形成された切屑吸引孔とを有し、該切屑吸引孔が、前記軸線に沿って工具基端側に向けて延びる主孔部と、該主孔部の先端部に設けられた主孔部より小径の細孔部と、該細孔部の先端部に設けられた細孔部より大径の前記切れ刃近傍に開口する吸引口とを備えることを特徴とする穴あけ工具を提供する。

本発明によれば、切屑吸引孔の基端側に吸引手段を連結することにより、加工時に発生した粉状の細かい切りくずが吸引されて、切屑吸引孔を通して工具本体の基端側に排出され捕捉されるようになっている。
この場合において、吸引口から流れ込んだ流体は、この吸引口より縮径された細孔部によってその流れが絞られることによって流速が増加させられて、この細孔部より拡径された主孔部によって吸い込まれることになるので、吸引力を向上させることができる。
また、吸引口が切れ刃近傍に開口しているので、切れ刃によって生成される切りくずを効率よく確実に吸引することができる。
したがって、粉状の細かい切りくずが発生するような切削加工を行う場合であっても、切りくずの飛散を確実に防止して作業環境の改善を図ることができる。

上記発明においては、前記主孔部の内径寸法が、前記工具本体の直径の４０％以上８０％以下であることが好ましい。
このようにすることで、既存の油穴を利用したような細い切屑吸引孔を備えた従来技術と異なり、吸引手段によって吸引する際の圧力損失を最小限に抑えて、吸引効率を向上させることができる。また、主孔部の孔径が大きいので切屑詰まりを防止することができる。
また、上記発明においては、前記吸引口の形状が漏斗形状であることが好ましい。
このようにすることで、吸い込み時の抵抗が減少するので、吸引効率を向上させることができる。

また、上記発明においては、前記工具本体の外周部に前記軸線方向に亘って形成された溝部を備えることとしてもよい。
このようにすることで、加工穴の内周と工具本体の外周に設けられた溝部との間に流路が確保されるため、加工穴が真空状態となって工具本体との間が密閉されてしまい外部から流体が流入されない事態を防止することができる。これにより、安定して外部から吸引口へと流体を供給することができる。

本発明の穴あけ工具によれば、粉状の細かい切りくずが発生するような切削加工を行う場合であっても、切りくずの飛散を確実に防止して作業環境の改善を図ることができ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。
本実施形態に係るスローアウェイドリルは、図１〜図３に示されるように、ドリル本体１と、このドリル本体１の先端部に切れ刃２として着脱可能に装着されたスローアウェイチップ３とを備える２枚刃ドリルからなる。
前記ドリル本体１は、クロムモリブデン鋼、高速度工具鋼、ステンレス鋼、超硬合金、サーメット、セラミックス等から構成され、軸線Ｏを中心とした略円柱状をなし、中央部に軸線Ｏ方向に向かって貫通する切りくずを吸引するための切屑吸引孔４が穿設されるとともに、外周部に軸線Ｏ方向に延びる溝５が形成されている。また、このドリル本体１の先端部には、スローアウェイチップ３を取り付けるためのチップ取付座とねじ孔が設けられている。

前記切屑吸引孔４は、図３(ａ)および図４に示されるように、主孔部４ａと、この主孔部４ａの先端部からドリル本体１の先端側方向に分岐されてなる２つの細孔部４ｂと、この細孔部４ｂの先端部に一体形成された吸引口４ｃとから構成されている。そして、この切屑吸引孔４の基端側には吸引チューブ（図示せず）が連結され、この吸引チューブを介して吸引ポンプと集塵器とを備える吸塵装置（図示せず）が備えられるようになっている。

前記主孔部４ａは、軸線Ｏに沿ってドリル基端側に向かって延びるように形成されており、その内径寸法ｄ１は、ドリル直径Ｄの４０％以上８０％以下の範囲内で設定されており、例えば、ドリル直径Ｄの７０％とされている。
前記２つの細孔部４ｂは、軸線Ｏと交差する方向に２枚の切れ刃２，２夫々の中央部に向かって直線状に延びるように形成されており、その内径寸法ｄ２は、主孔部４ａより小径で主孔部４ａの直径ｄ１の１０％以上５０％以下の範囲内で設定され、例えば、１５％〜３０％とされている。
前記吸引口４ｃは、外気（空気）の入り口側から細孔部４ｂへ向かって漸次縮径された漏斗形状であって、細孔部４ｂより拡径された外気（空気）の入り口側が外側に向かって円弧状に反り返る滑らかな曲面からなるラッパ形状に形成されており、ドリル先端視において略半円形状をなしている。そして、ドリル回転Ｔ方向前方を向くすくい面側から切れ刃２を臨むようにして、切れ刃２近傍のドリル本体１の先端側に開口している。

前記溝５は、図１および図３(ｂ)に示されるように、ドリル全体に亘って先端側から基端側に向かって直線状に延びるように形成されており、周方向にほぼ等間隔で８本設けられている。また、この溝５の断面形状は、略円弧状となっている。

前記スローアウェイチップ３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、略五角形平板状をなし、その五角形面における山形部の辺稜部に２枚の切れ刃２が山形部の頂点を通る中心線に対し対称に形成されるとともに、チップ厚さ方向に貫通する２つの取付孔が形成されている。この山形部は略二等辺三角形をなし、その頂角はドリルの先端角に対応し、例えば、１３５°に設定されている。また、この山形部の中心線に直交するスローアウェイチップ３の幅は、ドリル本体１の外径と同等かわずかに大きく設定されている。そして、このスローウェイチップ３は、ドリル本体１のチップ取付座に山形部が突出するように着座させて、取付ねじを取付孔を介してねじ孔に螺入することにより、山形部の中心線を軸線Ｏと一致させてドリル本体１の先端部に着脱可能に装着されるようになっている。

このように構成されたスローアウェイドリルは、工作機械の主軸に取り付けられて、軸線Ｏ回りに回転されつつ軸線Ｏ方向先端側に送られることにより、被削材に接触させられて穴あけ加工に使用される。
この穴あけ加工に際しては、吸引ポンプ（図示せず）が作動させられて、外気（空気）が加工穴の内周とドリル本体１の外周との間の流路を通って吸引口４ｃから吸い込まれ、切屑吸引孔４へと導かれて吸引チューブを介して吸引ポンプに吸引されることにより、切屑吸引孔４内が負圧とされる。これにより、加工時に発生した切りくずは、切屑吸引孔４に吸い込まれて、吸引される外気（空気）の流れに沿ってドリル本体１の基端側に送られ、集塵器（図示せず）によって捕捉されるようになっている。

このように構成された本実施形態に係るスローアウェイドリルの作用について以下に説明する。
本実施形態に係るスローアウェイドリルによれば、吸引ポンプの吸引力により、外気（空気）が加工穴の内周とドリル本体１の外周との間の流路を通って吸引口４ｃから吸い込まれ、切屑吸引孔４へと導かれて、吸引チューブを介して吸引ポンプにより吸引されることになる。これにより、加工時に発生した切りくずを、この外気（空気）の流れにのせて切屑吸引孔４を通して吸引することで、吸引チューブを介してドリル本体１の基端側へ排出し、集塵器により捕捉することができる。その結果、粉状の細かい切りくずが発生するような穴あけ加工を行う場合における切りくずの飛散を防止することができる。
また、切りくずがドリル本体１内に設けられた切屑吸引孔を通って吸引、排出されることから、加工穴の内周に切りくずが接触して傷つけてしまうようなことがなく、仕上げ面粗さ等の加工精度に優れる。

この場合において、本実施形態に係るスローアウェイドリルによれば、切りくずを吸引するための切屑吸引孔４が、主孔部４ａと、この主孔部４ａより小径の２つの細孔部４ｂと、これら細孔部４ｂより大径の吸引口４ｃとから構成されているので、２つの吸引口４ｃの夫々から流れ込んだ外気（空気）は、これら吸引口４ｃより縮径された２つの細孔部４ｂによって外気（空気）の流れが絞られた後、これら細孔部４ｂよりも拡径された主孔部４ａにおいて合流させられて、ドリル本体１の基端側へと吸い込まれることになる。このとき流路の狭くなっている細孔部４ｂを外気（空気）が流れることで、いわゆるベンチュリ効果により、外気（空気）の流速が増加させられ、圧力が低くなる。この圧力の低下により、高圧側の吸引口４ｃから低圧側の主孔部４ａへと外気（空気）の流れが促進されるため、吸引力を向上させることができる。その結果、切りくずを確実に吸引してドリル本体１の基端側へ排出することが可能となる。また、加工穴の深さが深い場合などに、ドリル本体１の基端側で切りくずの排出力が弱まって切りくずが滞留してしまうようなこともない。

また、従来の既存の油穴を利用したような一般的な切屑吸引孔と異なり、主孔部４ａの内径寸法ｄ１がドリル直径Ｄの７０％と大きく設定されているので、吸引ポンプによって吸引する際の圧力損失を最小限に抑えて、吸引効率を向上させることができる。また、このように主孔部４ａの孔径を大きくすることで切屑詰まりを防止することができ、切りくずをスムーズに排出することが可能となる。

また、切れ刃近傍に設けられた吸引口４ｃが、切削点方向に向かって、ドリル回転Ｔ方向前方を向くすくい面側から切れ刃２全体を臨むように開口しているので、切れ刃２によって生成される切りくずを効率よく吸引することができる。
さらに、この吸引口４ｃが、外気（空気）の入り口側から細孔部４ｂへ向かって漸次縮径された漏斗形状となっているので、吸い込み時の抵抗を減少させ、吸引効率を向上させることができる。このような漏斗形状とした場合、外気（空気）が吸引口４ｃの外側から細孔部４ｂへと集め込まれて吸引されることになる。しかも、外気（空気）の入り口側が外側に向かって円弧状に反り返る滑らかな曲面からなる略ラッパ状に形成されているので、外気（空気）の流れが外周側入り口において乱れてしまうようなことがなく、図５(ａ)に示されるように、吸引口４ｃの形状に沿って外側から巻き込むように整流されてスムーズに吸引されることとなる。その結果、吸込口４ｃ付近において吸引される外気（空気）の層流がドリル本体1の先端外周側まで覆うことになるので、ドリルの回転に伴う遠心力によって先端外周側へと飛ばされてしまうような粉状の細かい切りくずも、この層流にのせて吸引することができる。

これに対し、円筒状の先端開口部をそのまま吸込口としたにすぎない従来のものでは、図５(ｂ)に示されるように、吸引される外気（空気）の吸引方向は一定方向に限定されてしまうため、先端外周側へ飛散する切りくずを吸引することができない。

したがって、本実施形態に係るスローアウェイドリルによれば、吸引力に優れ、切りくずを確実に吸引して捕捉することができることから、特に、人体に有害な粉塵が発生する材料、例えば、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、カーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の複合材料を被削材として穴あけ加工を行う場合に、切りくずの飛散を防止して作業環境の改善を図ることができる点で有用である。

さらに、本実施形態に係るスローアウェイドリルによれば、ドリル本体１の外周部に軸線Ｏ方向に亘って延びる溝５を備えているので、加工穴の内周とこの溝５との間に流路が確保されることになる。その結果、加工穴の開口部から安定して外気（空気）を取り込むことができ、吸引口４ｃへと外気（空気）が十分に供給されることになる。これにより、加工穴が真空状態となってドリル本体１との間が密閉されてしまい、加工穴の開口部から外気（空気）が流入されなくなってしまうような事態を防止することができる。

なお、本実施形態に係るスローアウェイドリルにおいては、２つの細孔部４ｂを、軸線Ｏと交差する方向に２枚の切れ刃２，２夫々の中央部に向かって延びるように形成することとしたが、細孔部４ｂの数および形状としては、これに限定されるものではなく、他の任意の数、形状を採用することができる。
また、本実施形態に係るスローアウェイドリルにおいては、吸引口４ｃを、円弧状の曲面から構成される丸みを帯びたラッパ形状とし、ドリル回転Ｔ方向前方を向くすくい面側から切れ刃２全体を臨んでドリル本体１の先端側に開口するように配置することとしたが、吸引口４ｃの形状および配置としては、これに限定されるものではなく、他の任意の形状、配置を採用することができる。

例えば、図６に示されるように、６つ細孔部４ｂを放射状に設けるとともに、ドリル本体１の先端側のみならず外周側にも開口する吸引口４ｃを設けることにしてもよい。このようにすることで、例えば、外周刃を備えるエンドミルに適用した場合に、外周刃によって生成される切りくずについても効率よく吸引することができるようになる。
また、図７に示されるように、軸線Ｏと平行に延びる８つの細孔部４ｂを設けるとともに、ドリル先端視において略円形状の吸引口４ｃを設けることにしてもよい。
また、図８(ａ)に示されるように、ドリル回転Ｔ方向前方を向くすくい面側のみならずドリル回転Ｔ方向後方を向く逃げ面側にも開口する、スローアウェイチップ３の山形部全体を臨むような吸引口４ｃを設けることにしてもよい。
また、図８(ｂ)に示されるように、ドリル先端視において略コの字状の吸引口４ｃを設けることにしてもよい。

また、本実施形態に係るスローアウェイドリルにおいては、主孔部４ａの内径寸法ｄ１をドリル直径Ｄの７０％に設定したが、主孔部４ａの内径寸法をドリル直径Ｄの４０％以上８０％以下の範囲内における任意の寸法とすることにより、吸引効率の向上および切屑詰まりの防止を図ることができる。実質的には、５０％以上７０％以下の範囲内に設定することが好ましい。主孔部４ａの内径寸法は可能な限り大きく設定することが望ましいが、剛性維持の観点から制限がある。

また、本実施形態に係るスローアウェイドリルにおいては、細孔部４ｂの内径寸法ｄ２は特に限定されないが、主孔部４ａの直径ｄ１の１０％以上５０％以下の範囲内で設定することが好ましい。
また、本実施形態に係るスローアウェイドリルにおいては、ドリル本体１の外周部に軸線Ｏ方向に直線状に延びる溝５を周方向にほぼ等間隔で８本設けることとしたが、加工穴の開口部から外気（空気）を取り込むための流路を確保できるものであればよく、他の任意の構成を採用してもよい。例えば、溝５の断面形状を略円弧状に代えて、略四角形状や略三角形等とすることができ、また、ドリル本体１の直径Ｄに合わせて任意の本数とすることができる。

また、本実施形態においては、本発明に係る穴あけ工具として２枚刃のスローアウェイドリルを例に挙げて説明したが、これに代えて、１枚刃のドリル、むくドリル、付刃ドリル、ガンドリル、エンドミル、リーマ等の他の穴あけ工具にも適用することができる。
また、本実施形態においては、スローアウェイチップ３として略五角形平板状のものを例に挙げて説明したが、スローアウェイチップの形状としては特に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。

本発明の一実施形態に係るスローアウェイドリルを示す斜視図である。図１に示すスローアウェイドリルの正面図である。 (ａ)は図１に示すスローアウェイドリルの右側面図であり、(ｂ)は図１に示すスローアウェイドリルの先端部を拡大した右側面図である。図２のＸ矢視図である。図１に示すスローアウェイドリルの吸引口付近における吸引状態を説明する図であり、(ｂ)は従来の吸引状態を説明する図である。図１に示すスローアウェイドリルの変形例を示す図であり、(ａ)は先端部を拡大した斜視図、(ｂ)はその右側面図である。図１に示すスローアウェイドリルの他の変形例を示す図であり、(ａ)は先端部を拡大した斜視図、(ｂ)はその右側面図である。 (ａ)は図１に示すスローアウェイドリルの吸引口の変形例を示す斜視図であり、(ｂ)は他の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１ドリル本体（工具本体）
２切れ刃
３スローアウェイチップ
４切屑吸引孔
４ａ主孔部
４ｂ細孔部
４ｃ吸引口
５溝（溝部）
Ｄドリル直径（工具本体の直径）
ｄ１主孔部の内径

Claims

軸線回りに回転される略円柱状の工具本体と、
該工具本体の先端部に設けられた切れ刃と、
該切れ刃により生成された切りくずを吸引し、前記工具本体の中央部に前記軸線方向に貫通形成された切屑吸引孔と、を有し、
前記切屑吸引孔が、前記軸線に沿って工具基端側に向けて延びる主孔部と、
該主孔部に連続して設けられ、該主孔部の内径より小さい内径の細孔部と、
該細孔部に連続して設けられ、前記工具本体の外に向かって開口し、その開口部から前記細孔部にかけて漸次内径が縮小する漏斗形状である吸引口と、
を備えることを特徴とする穴あけ工具。
前記吸引口の内壁が外方に向かって凸に湾曲する曲面で構成されるラッパ状形状であり、ドリル先端視で該吸引口を見ると略半円形状であることを特徴とする請求項１記載の穴明け工具。
スローアウェイチップをさらに備え、前記切れ刃は前記スローアウェイチップに形成された切れ刃であることを特徴とする請求項１または２記載の穴明け工具。
ドリル先端視するとき、前記吸引口が前記切れ刃のすくい面側および逃げ面側に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の穴明け工具。