JPH03234408A

JPH03234408A - スローアウェイ式ドリル

Info

Publication number: JPH03234408A
Application number: JP2026754A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Isobe; 和孝磯部; Kazuo Noguchi; 和男野口; Toshio Nomura; 俊雄野村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1990-02-05
Filing date: 1990-02-05
Publication date: 1991-10-18
Also published as: DE69111257D1; EP0441302B1; DE69111257T2; EP0441302A2; EP0441302A3; KR940005403B1; US5154549A

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】［産業上の利用分野コこの発明は、主として鋼の穿孔加工に供されるドリルの
構造に関し、特に耐摩耗性や靭性に優れ、高い品質を有
するスローアウェイ式ドリルの構造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
７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、主として切り屑の
排出と、ボール盤などの切削機械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、−殻内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
折損を生じる場合があった。

これらの改良として、高速度鋼の、切刃部に硬質のＴｉ
Ｎ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。

さらに近年では、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６２−４６
４８９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２重構造に成形したもの（特
開昭６２−２１８０１０号）、あるいはこの２重構造を
射出成形で形成する方法（特開昭６３−３８５０１号、
３８５０２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６２−２９２３０
７号）などがある。

［発明が解決しようとする課題］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
要求に応えるため、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、シャンク部が鋼の場合、刃先
の超硬合金との間で熱膨張係数に大きな差があり、ろう
付は時に割れや亀裂が発生しやすくなる。

さらにまた、近年、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。

また、上記のような刃先とシャンク部が分離不可能に一
体的に接合されたドリルの場合、所定の使用時間ごとに
刃先を再研削することにより継続使用が可能であるが、
再研削の回数にも限界があり、コストが高くなる。また
再研削の作業の好不調によって、切れ味や工具寿命にば
らつきが生ずるという問題があった。さらに、ドリルを
使用する切削機械のＮＣ化、自動化が進み、これに対応
してドリルの長さを逐次正確に把握する必要があるため
、再研削する度にその長さを計測するという煩雑な作業
を必要としていた。

そこで本発明は、上記のような問題点を解決するため、
ドリルの切刃部において優れた耐摩耗性と耐凝着性を有
し、かつシャンク部は耐折損性としての十分な靭性を有
するとともに、継続使用のための再研削を伴なわないス
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、切刃部が
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
ェイ式ドリルであって、その切刃部は炭化珪素ウィスカ
ー強化アルミナ焼結体からなり、シャンク部は鋼より構
成されている。

切刃部の炭化珪素ウィスカー強化アルミナ焼結体は、好
ましくは、炭化珪素ウィスカー（アスペクト比３〜２０
０）を３．　０〜４０容量％含むアルミナの焼結体が用
いられる。

本発明のスローアウェイ式ドリルの切刃部とシャンク部
との接合方式には、主として第５Ａ図〜第５Ｃ図に示す
もの、第６図に示すもの、および第１図〜第２Ｂ図に示
すものの３種類がある。これらのうち第５Ａ図〜第５Ｃ
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１１ａ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。また第６図に示すドリルは
、１枚刃のスローアウェイ式ドリルの典型的な例である
。このドリルは、切刃部２１がシャンク部２２に矢印で
示すように嵌め込まれ、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２１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。

第１図〜第２Ｂ図に示す切刃部とシャンク部との接合方
式は、切刃部３１を第１−図の矢印方向にシャンク部３
２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。本接合方式において切
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３３　ａ、　　３３　ｂ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図に示すように被挾持部３１ａの左右側部同
士のなす角度θ、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、被挟持部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、挟持部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
広げられる。θ１〉θ２の関係にある間は、被挟持部３
１ａと表示部３３ｂとは、挟持部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
挟持部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、挟持部３３ａの弾性変形によ
る弾性力で、被挾持部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３
２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。

シャンク部３２の他の例として、第４図に示すように挾
持部３３ａの側のみでなく挟持部３３ｂの側にもスリッ
ト３３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３３　ａ、　
　３３　ｂの双方が押し広げられ、その弾性力によって
被挟持部３１ａが挟圧される。

［作用コドリルに要求される特性は、切刃部の耐摩耗性および耐
凝着性と、シャンク部の靭性に代表される耐折損性とに
大別される。本発明において、切刃部の材質として炭化
珪素ウィスカー強化アルミナ焼結体を用いるのは、以下
の理由による。炭化珪素ウィスカー強化アルミナ焼結体
は、セラミックスの中でも著しく耐熱性が高く工具とし
ての耐摩耗性が高いアルミナ（Ａｌ２Ｏ２）焼結体中に
、炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）ウィスカーを含有させること
により、靭性を向上させるとともに耐衝撃性を増したも
のである。これは鉄との摩擦係数も小さく、耐摩耗性は
窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）の焼結体よりも優れている。ま
た、炭化珪素ウィスカー強化アルミナ焼結体を用いた切
刃部は、鋼、鋳物のみならず、耐熱Ｎｉ合金等の難削材
の加工にも適している。

なお、炭化珪素ウィスカーの含有量が３．０〜４０容量
％であることが好ましいのは、３０容量％未満では靭性
向上の効果が低下し、４０容量％以上では強度の低下が
みられるためである。

また、シャンク部の材質として鋼を用いているため、靭
性に優れ、耐折損性が良い。また材料コストも低くする
ことができる。

さらに本発明においては、切刃部とシャンク部を分離可
能に機械的に接合した構造を有するため、比較的損傷が
多く寿命の短い切刃部が容易に着脱可能であり、使い捨
てにすることができる。

［実施例コ以下、この発明の一実施例について説明する。

本発明の第１の実施例におけるスローアウェイ式ドリル
は、切刃部に炭化珪素ウィスカー強化アルミナ焼結体を
用い、シャンク部に鋼を用いて、両者を第１図に示す方
式で、分離可能なように機械的に接合することにより形
成される。

本実施例における切刃部を構成する炭化珪素ウィスカー
強化アルミナ焼結体は、その組成が焼結後において第１
表に示される数値となるように各種粉末を調合すること
によって作製される。シャンク部を構成する鋼は、第１
表に示される材質のものが用いられている。第１表に示
された本実施例における本発明品および比較品は、切刃
部とシャンク部がいずれも第１図に示す方式で接合され
たものである。なお本発明品Ａ−Ｄのうち試料りは、−
底本発明の範囲内に入るが零本を付したＳｉＣウィスカ
ーの容量％が好ましい値よりも上回る場合の例である。

また比較品Ｅは切刃部の材質の組成中にＳｉＣウィスカ
ーが含まれていない点が本発明品から外れている。比較
品Ｆはシャンク部の材質として本発明の範囲を外れるに
３０グレ一ド超硬合金を用いたものである。

（以下余白）ドリルの性能評価テストは、直径８ｍｍのドリルを用い
て以下に示される条件で行なわれた。

被削材：インコネル７１８切削速度：１００ｍ／分、湿式（水溶性切削油）送り：
　０．１２ｍｍ／ｒ　ｅ　ｖ。

深さ：２５ｍｍ判定基準：寿命まで加工後、その刃先状況などを観察す
る。

寿命二通常、外周面逃げ面の摩耗量が０，２ｍｍ以上に
なったときとする。

上記のドリル性能評価テストの結果は第２表に示される
。この結果から本発明品Ａ−Ｃについては、良好な結果
が得られている。本発明品りについて刃先欠けが生じた
のは、第工表において本本を付して示したように、切刃
部の超硬合金の結合相がね好ましい値である５〜３０容
量％よりも下回ることに起因している。なお、参考とし
て、従来の一般的な４種類のドリルについても、同様の
実験を行なった（第２表下段）が、この結果からも、本
発明品Ａ−Ｃが優れていることがわかる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

本実施例は、切刃部とシャンク部がそれぞれ上記第■の
実施例における試料Ａと同一の材質の、本発明品のスロ
ーアウェイ式ドリルについて、３種類の接合方式、すな
わち第１図に示すセルフグリップ式（試料Ｇ）、第５Ａ
図〜第５Ｃ図に示す２枚方ビス止めドリル（試料Ｈ）お
よび第６図に示す工枚刃ビス止めドリル（試料■）と、
本発明の範囲から外れる刃先超硬のろう付は接合ドリル
（試料Ｊ）について、その切削特性を比較したものであ
る。その切削条件は下記のとおりである。

被削材二５５０Ｃ，ＨＢ　＝２２０切削速度ｖ：５０ｍ／分、１５０ｍ／分（水溶性切削油
）送り：　０．２ｍｍ／ｒ　ｅ　ｖ。

深さ＋４０ｍｍ加工孔直径：２０ｍｍ本実施例における特性評価結果を第３表に示す。

なお、定定性に代表される切削特性は、第３表に示す、
切削抵抗によりドリルに作用する切削バランスの水平分
力およびスラストが全て小さいほど、また速度に対して
依存性が小さいほど良好な切削特性を示すといえる。

本実施例の結果から、本発明を適用するスローアウェイ
式ドリルの接合方式としては、試料Ｇのセルフグリップ
式が他の方式に比べて最も良好な切削特性を示すことが
わかる。

（以下余白）［発明の効果コ以上述べたように本発明によれば、切刃部の材質として
炭化珪素ウィスカー強化アルミナ焼結体を、シャンク部
の材質として鋼を用いることにより、刃先部は耐摩耗性
、耐凝着性あるいは耐熱亀裂性（耐チッピング性）に優
れ、シャンク部は靭性に富みかつ比較的コストを低くす
ることができる。したがって切刃部のチッピングやシャ
ンク部の突発的な折損などが発生することのない高い信
頼性、長い寿命および高い品質を有するスローアウェイ
式ドリルを低コストで提供することができる。

また、切刃部とシャンク部を分離可能に機械的に接合し
ているため、両者の装脱着が容易であり、比較的損傷が
多く寿命の短い切刃部が容易に脱着可能であり使い捨て
することができる。したがって、切刃部を再研削によっ
て継続使用することがなくなり、切刃部とシャンク部と
を分離不可能に一体化した従来のドリルに比べてさらに
低コスト化を図ることができる。また切刃部の再研削を
必要としないことにより、切れ味や工具寿命のばらつき
が減少するばかりでなく、ドリルの全長が一定に保たれ
、ドリル長の計測も不要である。また、切刃部の母材を
射出成形で高精度に造形可能であるため、チップブレー
カなどの形成も容易となり、加工コストがさらに低減さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するスローアウェイ式ドリルのう
ち、いわゆるセルフグリップ式ドリルの接合部を拡大し
て示す分解斜視図である。第２Ａ図は第１図に示したセルフグリップ方式のスロー
アウェイ式ドリルの正面図、第２Ｂ図はその右側面図で
ある。第３Ａ図は、第１図に示すスローアウェイ式ドリルにお
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、第１図に示すスローアウェイ式ドリルの接合
部の他の例であり、挟持部３３ａ、３３ｂの両側にスリ
ット３４を設けたものの断面図である。第５Ａ図は本発明を適用するスローアウェイ式ドリルの
うち、２栓刃ビス止め式スローアウェイ式ドリルの正面
図、第５Ｂ図は同右側面図、第５Ｃ図は切刃チップｌｌ
ａを拡大して示す斜視図である。第６図は、本発明を適用するスローアウェイ式ドリルの
１枚方ビス止め方式のスローアウェイ式ドリルを示す分
解斜視図である。第７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。図において、１，２１．３１は切刃部、２，１２．２２
．３２はシャンク部である。第１図第２Ａ図葛２Ｂ図第３Ａ図８３Ｂ図第４図第５Ａ図第５Ｂ図某ＳＣ図早６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）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、切刃部が
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
アウェイ式ドリルであって、前記切刃部は炭化珪素ウィスカー強化アルミナ焼結体か
らなり、前記シャンク部は鋼より構成されたことを特徴とするスローアウェイ式ドリル。
（２）前記炭化珪素ウィスカー強化アルミナ焼結体が、
炭化珪素ウィスカー（アスペクト比３〜２００）を３．
０〜４０容量％含むアルミナの焼結体であることを特徴
とする、請求項１記載のスローアウェイ式ドリル。