JPH03196909A - スローアウェイ式ドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、主として鋼の穿孔加工に供されるドリルの構
造に関し、特に切刃部がシャンク部に分離可能に機械的
に接合されたスローアウェイ式ドリルに関するものであ
る。

［従来の技術］ ドリルは、鋼材などの穿孔加工に用いられる切削工具の
１つである。その−例としてツイストドリルの構造が第
９図に示されている。ツイストドリルは、穿孔加工に供
される切刃部１と、切削に関与せず、主として切屑の排
出と、ボール盤などのチャック部などに装着するための
シャンク部２とから構成される。

従来より、一般的にドリルの材質は高速度鋼（ハイス）
および超硬合金である。高速度鋼は、靭性に富むが、耐
摩耗性が低く、高速切削に不適である。一方、超硬合金
は耐摩耗性や工具としての精度特性に優れる反面、脆い
性質を有し、たとえば剛性の低い工作機械に使用される
と折損する場合があった。

これらの改良として、高速度鋼の切刃部に硬質のＴＩＮ
をコーティングする構造、あるいは切刃部を超硬合金に
し、ろう付けする構造などが考えられてきた。

さらに、耐摩耗性および靭性の向上などを意図して、異
なる材質の超硬合金同士（Ｐ２ＯとＤ３０）をろう付け
した構造（実開昭５８−１４３１１５号）あるいは冶金
学的に一体化接合した構造（実公昭６２−４６４８９号
）、さらに、ドリルの中心部と外周部との要求される特
性の違いに着目し、その中心部と外周部との超硬合金の
材質を異ならせた二重構造に成形したもの（特開昭６２
−２１８０１０号）、あるいはこの二重構造を射出成形
で形成する方法（特開昭６３−３８５０１号、３８５０
２号）などが考案されている。また、ドリルの耐凝着性
の向上のために、ドリルの材質をサーメットで構成した
構造（特開昭６２−２９２３０７号）などがある。

ドリルの切刃部およびシャンク部は各々異なった負荷状
態で使用される。そのため、ドリルの各部に要求される
特性は異なる。たとえば、切刃部の刃先部では耐摩耗性
や耐凝着性などが要求され、シャンク部では工具として
の強度を保持するための靭性が要求される。また、切刃
部の刃先部についても、その中心部と外周部とでは切削
速度が大きく異なるため、要求される特性も異なる。

このようなドリルに備えられるべき特性に対する複雑な
要求に答えるため、その対策として切刃部にコーティン
グを施したものは、通常使用されるようにドリルの再研
削を実施すると、少なくとも前逃げ面側のコーティング
層が除去されてしまい、コーティングの効果の大半が失
われてしまうという欠点を有していた。また、切刃部に
超硬合金をろう付けする構造のものは、ろう付は自体が
本質的に熱的強度や機械的強度に劣る方法であり、難削
材の深孔加工には適用できないという欠点を有していた
。さらに、ドリルのシャンク部の靭性を向上させる目的
で、超硬合金の粗粒化や高結合相化を行なったものは、
逆に材料の強度を低下させたり、あるいは弾性限界の歪
を低下させ、被削材のぶれや切削機械の不安定な回転な
どにより、孔あけ加工中においてシャンク部が折損して
しまうという問題があった。

上記問題点を解決するものとして、近年では、切刃部と
シャンク部を別々に製作し、互いに分離可能に機械的に
接合することにより、それぞれに必要な特性を有する材
質の適用を可能にした、いわゆるスローアウェイ式ドリ
ルが考案されている。

従来のスローアウェイ式ドリルには、たとえば第１０Ａ
図ないし第１０Ｃ図および第１１図に示すものがある。

そのうち、第１０Ａ図ないし第１０Ｃ図に示すものは、
２枚刃のスローアウェイ式ドリルである。このドリルで
は、シャンク部１２の先端の外周部にチップｌｌａが、
内周部にチップｌｌｂがそれぞれねじ止めによって固定
されている。また１枚刃のスローアウェイ式ドリルの典
型的な例として、第１１図に示すものがある。このドリ
ルは、切刃部２１がシャンク部２２に矢印で示すように
嵌込まれ、ビス２３によってねじ孔２４に固定される。

クーラント供給孔２５からは切刃部１１の刃先に直接ク
ーラントが供給される。

また切刃部１１の刃先には切屑分断処理用のチップブレ
ーカ２６が形成されている。

その他の１枚刃のスローアウェイ式ドリルとしては、Ｊ
ＩＳ　　ＢＯ１７１−１６０９に規定されたスペードド
リルがある。このスペードドリルも、板状の切刃部をシ
ャンク部の先端にねじ止めにより固定する点では上記の
各スローアウェイ式ドリルと共通している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記した従来のスローアウェイ式ドリルは、切刃部とシ
ャンク部が別部材からなることにより、シャンク部が一
体でかつ同一材質からなる一体形ドリルや、切刃部に超
硬合金をろう付けしたろう付はドリルの種々の問題点を
解消することができる。

しかしながら、これらのスローアウェイ式ドリルはいず
れも切刃部とシャンク部をねじ止めによって接合してい
るため、次のような問題点を生ずる。

■　ビス孔を大きくするとチップ強度が低下する。

■　ビス孔を小さくするためには、小さいビスを用いる
ことが必要であり、ビスの許容荷重が低下して切刃部と
シャンク部の締結力が低下してしまう。

■　また、小さいビスは組立の際の操作性が悪い。その
結果従来のスローアウェイ式ドリルでは直径２０ｍｍ以
下の小径のドリルの場合、孔あけ加工中に刃先部の強度
不足やシャンク部との接合力の不足により、刃先部およ
びシャンク部の破損が生じやすくなっていた。

上記従来のスローアウェイ式ドリルの問題点を解消する
ため本発明は、ねじ止めによらないで切刃部とシャンク
部とを締結することのできるスローアウェイ式ドリルを
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため本発明のスローアウェイ式ドリ
ルは、被削物を切削するための切刃部と、切削機械の所
定位置に取付けるためのシャンク部とを備え、切刃部は
シャンク部と分離可能に機械的に接合されている。さら
に、切刃部とシャンク部とはその接合部においてそれぞ
れ相互に嵌合する部分を有し、切刃部またはシャンク部
の少なくとも一方にはスリットが形成され、嵌合時にお
いてこのスリットの対向面が相互に移動して弾性変形す
ることによりその弾性力で切刃部がシャンク部に固定さ
れる。

［作用］ 本発明によれば、切刃部とシャンク部の接合を、両者の
嵌合状態においてスリットの対向面が相互に移動して弾
性変形することによる弾性力を用いて行なうため、ビス
などの締結部品を使用することなく、切刃部をシャンク
部に対して圧入するのみで切刃部がシャンク部に接合固
定される。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。

まず本発明の第１の実施例について、第１図ないし第３
Ｂ図に基づいて説明する。同実施例のスローアウェイ式
ドリルは、第１図を参照して、切刃部３１を図の矢印方
向にシャンク部３２に嵌め込むことによって、ビスなど
を用いることなく切刃部３１とシャンク部３２を接合さ
せるいわゆるセルフグリップ方式を採用している。本実
施例において切刃部３１とシャンク部３２が接合された
状態は、第２Ａ図および第２Ｂ図に示すとおりである。

この接合状態においては、切刃部３１の被挾持部３１ａ
の側部がシャンク部３２の挾持部３３ａ、３３ｂの内側
端面と当接することによって生じる摩擦力により、切刃
部３１がシャンク部３２に固定される。本実施例におけ
る切刃部３１とシャンク部３２の嵌合による接合の様子
は、第３Ａ図および第３Ｂ図を参照して次のように説明
される。切刃部３１とシャンク部３２の嵌合前の状態に
おいては、第３Ａ図に示すように被挟持部３１ａの左右
側部同士のなす角度θ１は、挾持部３３ａ、３３ｂの対
向する内側の端面同士のなす角度θ２よりもわずかに大
きくなっている。切刃部３１をシャンク部３２に圧入し
ていくと、被挾持部３１ａの左右側部がテーパを有する
ことによるくさび作用と、挾持部３３ａの側にはスリッ
ト３４が形成されていることによって、角度θ２が徐々
に押し拡げられる。θ、〉θ２に関係にある間は、被挾
持部３１ａと表示部３３ａとは、挾持部３３ａの内側端
面の上端においてのみ接触している。θ２が０１に一致
した時点で、第３Ｂ図に示すように被挟持部３１ａの両
側部と挾持部３３ａの内側端面との接触面積が最大とな
る。この状態で圧入が止められ、挾持部３３ａの弾性変
形による弾性力で、被挟持部３１ａとの当接面に押圧力
が生じ、当接面間の摩擦力によって切刃部３１がシャン
ク部３２に接合固定されることになる。

クーラント供給孔３５からは切刃部３１の刃先に直接ク
ーラントが供給される。また切刃部３１の刃先には切屑
分断処理用のチップブレーカ３６が形成されている。

被挟持部３１ａの左右側部同士がなす角θ１は４°ない
し２０°の間、好ましくは８°ないし１５°の角度に設
定される。θ１の値の範囲をこのように設定する理由は
次のとおりである。まず、θ、が小さくなると、被挾持
部３１ａと挾持部３２の寸法精度により、第３Ｂ図に示
す接合状態における切刃部３１の位置決め精度が大きく
影響される。θ１〈４°であれば、切刃部３１の所望の
位置決め精度を得るための、被挾持部３１ａと３２の寸
法精度を実現することは極めて困難である。

またθ、が大きくなると、被挾持部３２ａが挾持部３２
から受ける押圧力のシャンク部３２の軸方向成分が大き
くなる。この力は摩擦力に抗して切刃部３１が抜ける方
向に作用するため、θ、が大きいほど切刃部３１を固定
するための力が弱くなることになる。θ１が２０°より
大きくなると、切刃部３１のシャンク部３２に対する所
望の固定力が得られないことが確認されている。

シャンク部３２の他の実施例として、第４図に示すよう
に挾持部３３ａの側のみでなく挾持部３３ｂの側にもス
リット３４を形成してもよい。この場合には切刃部３１
がシャンク部３２に圧入されるとともに挾持部３３ａ、
３３ｂの双方が押し拡げられ、その弾性力によって被挾
持部３１ａが挾圧される。この場合のθ、の値も上記と
同様に４°ないし２０°に設定される。

被挾持部３１ａと挾持部３３ａ、３３ｂの形状について
の他の実施例として、第５Ａ図および第５Ｂ図に示すも
のが挙げられる。本実施例においては、第５Ａ図に示す
ように、切刃部３１の被挾持部３１ａの側部は、平行部
３１ｂと角度θ３をなすテーパ部３１ｃからなる。また
シャンク部３２の挾持部３３ａ、３３ｂの内側端面ば、
第３Ａ図などに示した被挾持部のテーバ（角度θ、）と
は逆向きのテーパ（角度θ４）を有する。切刃部３１を
第５Ａ図の矢印方向に圧入するにつれて、テーパ部３１
ｃのくさび作用により、スリット３４の対向する面同士
が相対的に移動して挟持部３３ａが押し拡げられ、さら
に圧入すると第５Ｂ図に示す状態、すなわち挾持部３３
ａ、３３ｂの上端面が切刃部３１の左右の下端面と当接
した状態で固定される。この状態において挾持部３３ａ
。

３３ｂの内側端面ば互いに平行となって被挾持部３１ａ
の側部との接触面積が最大となるように、θ３とθ４を
設定しておく。本実施例においても、第３Ｂ図の実施例
と同様に、スリット３４を有する挾持部３３ａの弾性変
形に伴なう弾性力により被挾持部３１ａが挾圧され、摩
擦力によって切刃部３１がシャンク部３２に接合固定さ
れる。本実施例によれば、切刃部３１とシャンク部３２
の接合状態において挾持部３３ａ、３３ｂの上端面が切
刃部３１に当接するため、上記各実施例に比べて切刃部
３１のシャンク部３２に対する位置決めがより確実にな
されることになる。

第３Ｂ図および第５Ｂ図に示した実施例の各ＢＢ断面は
第６Ａ図に示すようになっている。本実施例においては
切刃部３１の非挾持部３１ａの横断面は平行四辺形にな
っており、また挾持部３３ａ、３３ｂの内側端面も共に
傾斜している。被挾持部３１ａの側部の傾斜角（図に示
すθ５）よりも挟持部３３ａ、３３ｂの内側端面の傾斜
角（図に示すθ６）の方が大きくなっている。そのため
第３Ｂ図あるいは第５Ｂ図に示す状態においては、挾持
部３３ａ、３３ｂの内側端面の一方の辺の近傍において
被挾持部３１ａの側部とほぼ線接触をなして、第６Ａ図
に示す方向の力Ｆが作用する。この力Ｆは被挾持部３１
ａの端面をシャンク部３２の内壁面に押しつける方向に
作用するため、切刃部３１とシャンク部３２との接合固
定がより確実なものとなる。またドリルは第６Ａ図の矢
印Ｃ方向に回転するため、ドリルによる孔あけ加工中に
切刃部３１に作用するトルクも、同様に被挾持部３１ａ
の端面をシャンク部３２の内壁面に押しつける方向に働
くようになっている。

第４図に示す実施例のＢ−Ｂ断面は第６Ｂ図に示すよう
になっており、挟持部３３ｂの側にもスリット３４が形
成されていることを除いて、傾斜角θ５．θＢ、力Ｆ１
回転方向Ｃの関係は第６Ａ図の場合と同様である。

また力Ｆを発生させる手段として、上記実施例のように
被挾持部３１ａの横断面を平行四辺形にする代わりに、
第６Ｃ図および第６Ｄ図に示すように、被教示部の両側
部および挾持部の内側端面を円筒面形状とし、それぞれ
の曲率半径を変えるとともにその中心位置を偏心させる
ことによっても実現できる。すなわち、第６Ｄ図に拡大
して示すように、挾持面の曲率半径Ｒ１と被挾持面の曲
率半径Ｒ２をＲ，＜Ｒ２となるように設定し、かつそれ
らの中心をわずかにずらすことにより、挾持部３３ａ、
３３ｂと被挾持部３１ａ、３１ｂとが線接触状態となっ
て、第６Ａ図、第６Ｂ図の実施例の場合と同様に力Ｆが
作用し、同様の作用効果を得ることができる。

本発明のさらに他の実施例を第７Ａ図ないし第７Ｃ図に
示す。本実施例においては、切刃部３１の被挾持部３１
ａの表裏両端面に窪み部３１ｄが形成され、そのほぼ中
央に突起３７が設けられている。この突起３７は、切刃
部３１がシャンク部３２に接合された状態において、シ
ャンク部３２の内壁に設けた凹部３８と嵌合する。これ
により、切刃部３１がシャンク部３２内において接合状
態の位置で係止され、抜けが防止される。

なお、上記各実施例においては、切刃部３１とシャンク
部３２を接合固定させるための弾性力を生じさせる手段
として、スリット３４をシャンク部３２の挟持部側に向
けたが、第８Ａ図および第８Ｂ図に示すように切刃部３
１側にスリット３９を設けることによっても、はぼ同様
の作用効果を得ることができる。この場合には、被挾持
部３１ａの側部の下テーパ部３１ｅと上テーパ部３１ｆ
はそれぞれ図に示す角度θ７．θ８をなしている。

切刃部３１をシャンク部３２に対し矢印方向に圧入して
いくと、まず下テーパ部３１ｅの傾斜により被挾持部３
１ａが挾持部３３ａ、３３ｂによって挟圧され、第８Ｂ
図に示す状態で固定される。

このときスリット３９の間隙が狭くなることにより、上
テーパ部３１ｂがほぼ平行になって挟持部３３ａ、３３
ｂの内側端面との接触面積が最大になるようになってお
り、被挾持部３１ａの弾性変形に伴なう押圧力と摩擦力
によって切刃部３１とシャンク部３２とが接合固定され
る。

また、上記各実施例のいずれの接合固定の場合において
も、治具を用いてシャンク部３２から容易に切刃部３１
を取外して切刃部の取替えを行なうことができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、切刃部とシャンク部
の接合を、スリットの対向面が相互に移動して弾性変形
することにより生じる弾性力で切刃部をシャンク部に固
定して行なうため、ビス止めなどの締結手段を別途必要
とすることなく切刃部とシャンク部が接合固定される。

したがって、ビス止めなどにより切刃部をシャンク部に
固定する従来の方式では実現しなかった、直径１０ｍｍ
以下の小径のスローアウェイ式ドリルの製作が可能にな
る。また切刃部とシャンク部の接合工程において、ねじ
締めなどの作業を必要とせずに、単に圧入するだけでド
リルを組立てることができるため、作業性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のスローアウェイ式ドリルの
切刃部３１とシャンク部３２の接合部近傍の様子を示す
分解斜視図、第２Ａ図は同実施例の正面図、第２Ｂ図は
同右側面図である。 第３Ａ図は、同実施例において切刃部３１をシャンク部
に圧入を開始する時点の状態を示す第２Ａ図のＡ−Ａ断
面矢視図、第３Ｂ図は同実施例において切刃部３１がシ
ャンク部３２と接合固定された状態を示す同断面矢視図
である。 第４図は、挾持部３３ａ、３３ｂの両側にスリット３４
を設けた本発明の実施例を示す断面図である。 第５Ａ図は本発明の他の実施例において、切刃部３１を
シャンク部３２に圧入開始する時点の様子を示す断面図
、第５Ｂ図は同実施例の接合固定状態を示す断面図であ
る。 第６Ａ図は、第３Ｂ図あるいは第５Ｂ図のＢＢ断面矢視
図、第６Ｂ図は第４図のＢ−Ｂ断面矢視図、第６Ｃ図は
第３Ｂ図あるいは第５Ｂ図のＢＢ断面の他の形状の例を
示す断面図、第６Ｄ図はその部分拡大断面図である。 第７Ａ図は、切刃部３１とシャンク部３２の接合部の抜
は防止手段を備えた切刃部の一実施例を示す図、第７Ｂ
図は同実施例の切刃部３１のシャンク部３２に嵌合した
状態で示す第７Ａ図のＤＤ断面矢視図、第７Ｃ図は同実
施例の切刃部３１の斜視図である。 第８Ａ図は本発明のさらに他の実施例において切刃部３
１をシャンク部３２に圧入を開始する時点の状態を示す
断面図、第８Ｂ図は同実施例において切刃部３１とシャ
ンク部３２が接合固定された状態を示す断面図である。 第９図は、従来の一般的なツイストドリルを示す構造図
である。 第１０Ａ図は従来の２枚刃のスローアウェイ式ドリルの
一例を示す正面図、第１０Ｂ図はその右側面図、第１０
Ｃ図はそのチップ”部を拡大して示す斜視図である。 第１１図は、従来の１枚刃のスローアウェイ式ドリルの
分解斜視図である。 図において、３１は切刃部、３１ａは被挾持部、３２は
シャンク部、３３ａ、３３ｂは挾持部、３４．３９はス
リットである。 なお、各図において同一番号を付した部分は、同一また
は相当の要素を示す。 第２Ａ図 第１図 ８２Ｂ暑 第３Ａ図 第３Ｂ図 第４図 、ｙ７５Ａ図 萬５Ｂ口 萬ｒ′７Ａ図 萬ｒ７ｃ図 ＪＩＱ。 、％’７Ｂ図 第８八図 萬（１１１図 を 第８Ｂ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被削物を切削するための切刃部と、切削機械の所定位置
   に取付けるためのシャンク部とを備え、前記切刃部は前
   記シャンク部と分離可能に機械的に接合されたスローア
   ウェイ式ドリルにおいて、前記切刃部と前記シャンク部
   とはそれぞれ相互に嵌合する部分を有し、 前記切刃部または前記シャンク部の少なくとも一方には
   スリットが形成され、 嵌合時においてこのスリットの対向面が相互に移動して
   弾性変形することにより生じる弾性力で前記切刃部が前
   記シャンク部に固定されることを特徴とする スローアウェイ式ドリル。