JP2003053610A

JP2003053610A - 穴開け工具

Info

Publication number: JP2003053610A
Application number: JP2001244144A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Omi; 諭近江; Takashi Uejima; 隆司上島; Minoru Doi; 稔土肥
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2003-02-26

Abstract

(57)【要約】【目的】深穴用穴開け工具の切り屑排出性に優れたドリ
ルを提供し、深穴加工の高能率化をはかることを目的と
する。【構成】深穴を加工する穴開け工具において、該穴開け
工具は、ドリル部、コンベア部及び把持部とからなり、
該ドリル部はツイストドリルからなり、該コンベア部は
該ツイストドリルの軸方向後方に該ドリル径より小径の
スパイラルコンベアを設けたことを特徴とする穴開け工
具。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工深さがドリル径の
１０〜５０倍程度の深穴の加工用ドリルに関し、詳細に
は、ツイストドリル部と切屑排出用のコンベア部とを１
つの工具とした穴開け工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】ツイストドリルではドリル径の５倍程度
の加工深さで、切屑の排出が不能となり、溝中に詰まる
事で切削トルクの増大を招き、しいてはドリルの折損に
至る。そこで、ドリル径の５倍以上の深さを加工する場
合には、溝形状を通常のコーンケーブからパラボリック
にした深穴用ドリルが用いられ（例として、実公平３−
３３３７５号公報）、切屑の排出方向をリード方向に制
御し、リボン状切屑形状にする事で穴内壁とドリル溝と
の空間から切屑を排出しやすくし、直径の１０倍程度ま
でノンステップ加工できる深穴用ドリルが使用されてい
る。さらに、深穴加工性能を向上させるためドリル表面
に高融点硬質被膜をコーティングして切屑とドリル溝と
の摩擦抵抗を少なくし、切屑の排出性を一屑改善する事
も効果がある。例えば、特開２０００−５２１１９号公
報には、ドリルの切刃及び溝部にＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ
ＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の高融点硬質物質を物理蒸着により
コーティングした後、前記溝部表面の微細突起部を除去
した深穴用ドリルが提案されている。

【０００３】一方、溝の表面処理としては、切り屑を滑
らせるようにするため、潤滑性の高い皮膜（例として、
特開平１１−２９１１０３号公報）がある。ツイストド
リルに用いられている硬質皮膜としては、ＴｉＮ、Ｔｉ
ＡｌＮ等の皮膜が実用に供されている。これらの皮膜
は、耐摩耗性に優れているため、ドリル径の２倍、３倍
程度の浅穴加工に広く用いられている。また、Ｃｒ系皮
膜を被覆すると、Ｃｒ系皮膜は硬度が低く、耐摩耗性が
十分ではなく、満足される安定した長寿命が達成されて
いない。加えて、ＣｒＮ、ＣｒＣ、ＣｒＣＮ等の皮膜は
ＴｉＡｌＮ等の皮膜と比較すれば、優れた潤滑性を有す
る特徴がある。更に、最近では、切屑排出の例として、
特開平１０−３４４８５号公報のように、ドリルより排
出される切屑をスパイラルコンベア中で受け、そのまま
被加工面より移動・排出する工作機械が提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ドリル径の
１０倍〜５０倍以上の深穴をノンステップで加工できる
穴開け工具を検討したところ、切り屑排出、特に、切り
屑排出は、刃溝の中途で切り屑詰まりを起こし、一度、
切り屑が滞留すると、そのまま留まってしまい、ステッ
プ送り等、別の工程を入れて、排出しなければならな
い、と言う課題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる穴開け工
具は、深穴を加工する穴開け工具において、該穴開け工
具は、ドリル部、コンベア部及び把持部とからなり、該
ドリル部はツイストドリルからなり、該コンベア部は該
ツイストドリルの軸方向後方に該ドリル径より小径のス
パイラルコンベアを設けたことを特徴とする穴開け工具
であり、深穴加工の際のドリル部と切屑を搬送し排出す
る刃溝とを別に設けることにより、ドリル径の１０〜５
０倍程度の深穴に適する穴開け工具としたものです。

【０００６】

【発明の実施の形態】先ず、深穴加工時に切り屑詰まり
が発生するのは、刃溝の中途であり、本願発明では、ド
リル先端部から一定距離迄はドリルの溝をそのまま用
い、そこから、スパイラルコンベアにつなげ、切屑を軸
方向後方に排出させる穴開け工具である。該ドリル部の
溝長は、ドリル径の４〜１０倍程度の長さとし、高速度
鋼製の深穴用のドリルを用いる。ドリルの先端切れ刃か
ら刃溝形状は、切屑形態として最も排出性の良い、遷移
折断型や長ピッチ型切屑が得られる刃型を用い、溝長全
域にわたり、いわゆるパラボリック型の刃溝形状を用い
れば良い。すなわち、ドリルによる穴加工では、先端切
れ刃で切削された切屑は、先端切れ刃より後方のドリル
径の約０．５倍程度の長さの位置でドリル溝と穴内壁に
より、曲げや圧縮作用を受け、切屑の形状ならびに切屑
体積がドリル溝と穴内壁に収まる形に成形される。形成
された切屑は、ドリルの切削力により溝中に順次押し出
されるが、ドリル溝と穴内壁の摩擦抵抗により、切屑の
押し出される力は減じ、穴深さが深くなるに従って、や
がては切屑を押し出す力は失われ切削詰まりを起こす。
この切屑詰まりを起こす深さが深穴用ドリルではドリル
径の８〜１０倍である。

【０００７】この付近より、スパイラルコンベアに繋
ぐ。スパイラルコンベアは、ドリル外径より小径とし、
ねじれ角を４５度以上に設ける。本願発明の穴開け工具
では、ドリル径の１０倍〜５０倍程度の深穴を加工する
ので、コンベア部の長さはドリル径の１０〜６０倍程度
となり、ドリル径より小径に設ける必要がある。また、
一般的に穴開けは横方向又は軸方向に行われるため、コ
ンベア部のねじれ角は切屑を移動させる、すなわち横に
移動又は軸方向を上方に移動させるため、そのねじれ角
は４５度以上に設け、スパイラルコンベアの回転に伴い
横方向又は軸方向上方に、切屑を移動させる作用を持た
せることが出来る。

【０００８】上記のように、コンベア部では切屑をキャ
リーするため、そのねじれ角は４５度以上に設ける。ド
リル部の刃溝のねじれ角よりも強いねじれ角となるた
め、軸直角断面における刃溝の容積は減少する。そうす
ると、ドリル部で形成された切屑は、コンベア部の狭い
刃溝で切屑詰まりを起こしやすくなる。そのため、ドリ
ルで言う心厚、溝幅比及び刃溝底部の形状等を調節する
ことにより、刃溝容積を調節し、切屑の滞留や詰まりを
防止し、コンベアの回転により切屑をキャリー出来るよ
うに行う。更に、上記心厚等の調節により、心厚を太く
することによって工具自体の剛性を高めることもでき
る。溝幅比は、ランド部を小さくすることにより、刃溝
を拡幅し、その容積をドリル部より拡げても良いし、刃
溝自体の形状、コーンケーブ、パラボリックでも良い。
更には、ドリル部とコンベア部とは別に製作し、メカ的
に、又は冶金的に接合しても良い。比較的小径の場合に
は、冶金的に接合し、ドリル部は高速度工具鋼、コンベ
ア部は鋼の中でも剛性の高い鋼種が良い。径が大きくな
るに従い、メカ的な接合でも良い。ドリル部は刃先交換
式のドリルとし、コンベア部も長くなるため強度の高い
鋼で十分である。また、刃先交換式ドリルとコンベア部
の接合は焼き嵌め等も用いることが出来る。

【０００９】また、該コンベア部に潤滑性のある皮膜を
ほどこすことにより、一層切屑を移動させやすくするこ
とが出来る。これら潤滑性に富む皮膜としては、少なく
ともコンベア部の溝にクロム化合物を含む皮膜や、４
ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌ、Ｓｉ及びＢの１種以上とから
なる金属成分と、Ｃ、Ｎ、Ｏから選択される少なくとも
１種以上の非金属成分とから構成される皮膜とを被覆す
ることにより、摩擦係数を軽減し、スムーズな切屑の移
動を行うことが出来る。具体的には、潤滑層はＣｒＮ、
ＣｒＣ、ＣｒＣＮや（ＴｉＡｌＣｒ）Ｎ、（ＴｉＣｒ）
Ｎ層、硬質層はＴｉＮ、ＴｉＣＮ、（ＴｉＡｌ）Ｎ、
（ＴｉＳｉ）Ｎ等の周知な皮膜が用いられる。Ｃｒを含
む被膜は、摩擦係数が小さく、切り屑の擦過にも十分な
耐摩耗性があるが、切れ刃としては不十分な特性であ
る。そのため、本願発明では、ドリル部、コンベア部と
は別の皮膜を設けても良く、皮膜の組み合わせ、多層構
造にしたり、合金化した皮膜等を用いることにより、切
れ刃にも、すくい面から切り屑排出溝全体に被覆するこ
とにより、耐摩耗性と潤滑性を同時にもたせることがで
きる。

【００１０】更に好ましくは、該ドリル部の心厚をテー
パ状又は階段状に軸方向後方に向かって小さくすること
により、刃溝を拡幅し、切屑の排出性をより確実なもの
とすることも出来る。このような場合では、ドリル先端
刃より第一心厚部、第二心厚部とした場合、第一心厚部
は切屑形態に直接関わる部分であるため通常の略一定な
心厚とし、第二心厚部は、テーパ状及び／又は略一定と
して、第一心厚部の差をドリル径の２％以上とすること
によりこの作用を確実なものとする。ドリルの第一心厚
部と第二心厚部の心厚の差がドリル径の２％以下では、
切屑を押し出す際のドリル溝と穴内壁の摩擦抵抗を減ず
る事が出来ず、ドリル径の１０〜１５倍程度の穴深さで
切屑詰まりが発生し、心厚の差が大きくなると、相対的
に第二心厚部が薄くなり、ドリルの剛性が不足し、加工
時にドリルがたわんだり、柄部に与えられた回転トルク
を切刃に充分に伝達できず、ドリルに捩れが生ずる為、
ドリル心厚の差を２％以上とした。好ましくは２〜１５
％程度である。また、第一心厚部、第二心厚部の心厚を
略一定とは、通常のウェブテーパであっても、回転軸と
略平行に設けても良く、また、ドリル製作上の都合によ
り発生する、１００ｍｍにつき±０．２ｍｍ程度の勾配
なら、切屑の押し出す力を大幅に減じたり、ドリル剛性
を大きく損なう事はない。

【００１１】更に、第一心厚部の長さは、ドリルリード
の１／２以下では、切刃で生成された切屑の方向を整え
る事が出来ず、起点の位置がドリルリードの５リード以
上では、ドリル溝と穴内壁による切屑擦過の摩擦が大き
く、切屑詰まりを解消できないため、第一心厚部の長さ
は、ドリルリードの１／２以上５以下の範囲とした。ま
た、心厚を変化させるに伴い、刃溝底部でのつなぎは、
段差を滑らかに継いだ階段状とすることにより、穴加工
時の応力等の集中による折損を防止する。また、刃溝の
形状も同様に、刃溝を拡幅できるが、切り屑形態は既に
第一心厚部で決まっており、切り屑排出性を考慮し、溝
形状を概相似形にする事で溝途中での切屑の方向が乱れ
る事を阻止している。以下、実施例に基づき本発明を具
体的に説明する。

【００１２】

【実施例】（実施例１）図１は、本発明例１による深穴
用穴開け工具１の正面図でドリル部２、コンベア部３、
柄部４からなり、図２は、ドリル部２の一部断面図、図
３は、コンベア部３の一部断面図を示す。本発明例によ
るドリル部２は、高速度鋼（溶製ハイス）製、刃径６ｍ
ｍ、２枚刃、溝長はドリル径の８倍とし、ねじれ角４は
３８度で、第一心厚部の長さ＝０．７５リードで略一定
とし、ＴｉＡｌＮを被覆した。先端刃のシンニング形状
はＸ型とした。コンベア部３は、ねじれ角を４５度と
し、溝長はドリル径の４２倍とし、ドリル部とあわせド
リル径の５０倍の長さの穴開けが行えるよう工具とし
た。

【００１３】図２、図３を対比すると、ドリルのすくい
面５、逃げ面６により形成されるランド部７と、コンベ
ア部３のすくい面８と逃げ面９により形成されるランド
部１０とは、コンベア部は切屑の移動による擦過のみで
あるため、ランド部１０は狭め、刃溝を拡幅し、コンベ
ア部の刃溝容積を拡大し、切屑排出が工具の回転による
コンベアの引き上げ作用により上方に移動・排出出来る
ようした。更には、コンベア部の心厚１１は、ドリル部
の心厚１２より厚くし、工具全体の剛性を高めている。
次に、比較例２として本発明例のドリル部の構成をその
まま延長し、溝長をドリル径の５０倍の穴開け工具を製
作した。尚、コーティングはドリル部と同じＴｉＡｌＮ
被覆とした。

【００１４】切削試験にあたっては、被削材として、Ｓ
５０Ｃを用い、穴加工深さ５０Ｄ（２５０ｍｍ）とし、
切削油剤は、水溶性のエマルジョンタイプを用い、切削
速度１５ｍ／ｍｉｎ、送り量０．０５ｍｍ／ｒｅｖで行
い、穴加工中の切削の状態を観察しつつ、切り屑詰まり
の状態を観察した。切れ刃のチッピング状態、摩耗量・
摩耗状態を一定数ごとに確認し、穴あけを継続した。

【００１５】切削試験の結果、本発明例は、１穴目、ス
テップ無しにて５０Ｄ迄加工でき、更に１０穴目まで継
続した。１０穴中、振動等に異常が見られ、ステップ送
りを行った穴数は１で、他の９例はステップ無しで穴加
工を行うことができた。加工に要した時間は、６０分で
あった。従来例も同様に試験を行い、１０穴加工行い、
ステップ無しにて加工できた穴は０、切り屑詰まりによ
る振動等が観察されるたびにステップ送りを行って、加
工を続けた状態であった。加工に要した時間は、２４０
分であった。両者とも正常な摩耗でステップ送りの有無
により、加工に要する時間を１／６程度に短縮すること
ができた。

【００１６】（実施例２）次に、本発明例１によるドリ
ルを用いて、比較例３、本発明例４として、基端側捻れ
角を４０度、５０度、６０度（本発明例１と同じ）を製
作し、同様に切削試験を行った。その結果、１０穴目迄
で、ステップ送りを要したのは、比較例３では５例、本
発明例４では０であり、加工に要した時間も、本発明例
４が６０分に対し、比較例３では２００分であった。更
に、試験を継続して、３０穴迄加工した。本発明例４
は、３０穴までに、７穴でステップ送りを要し、加工に
要した時間は、１９２分であったが、比較例３では、穴
加工数が増加するに従い、切り屑詰まりが発生しやすく
なり、基端側の捻れ角が小さいため、ほとんどがステッ
プ送りとなってしまう結果となった。このため、加工に
要した時間は、３６４分と能率の悪い加工となった。ロ
ングドリルにおいては、刃先が摩耗しても、再研磨して
用いるため、切り屑等の擦過により長期にわたり潤滑性
に優れる皮膜は、より高能率な深穴加工を行うことがで
きた。又、上述の実施例においては、高速度鋼を用いて
説明したが、これに限定されることなく、超硬ソリッド
タイプやスローアウェイタイプのドリル等であっても、
同様に本発明を適用できる。

【００１７】

【発明の効果】上記のように、本発明に係る深穴用ドリ
ルを用いることにより、切り屑詰まりが減少し、ステッ
プ送りの回数を減少させることができ、深穴加工の能率
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明例のドリルの正面図を示す。

【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線軸直角断面図を示す。

【図３】図３は、図１のＢ−Ｂ線の軸直角断面図を示
す。

【符号の説明】

１深穴用穴開け工具２ドリル部３コンベア部４柄部５ドリル部のすくい面６ドリル部の逃げ面７ランド部８コンベア部のすくい面９コンベア部の逃げ面１０コンベア部のランド部１１コンベア部の心厚１２ドリル部の心厚

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】深穴を加工する穴開け工具において、該穴
開け工具は、ドリル部、コンベア部及び把持部とからな
り、該ドリル部はツイストドリルからなり、該コンベア
部は該ツイストドリルの軸方向後方に該ドリル径より小
径のスパイラルコンベアを設けたことを特徴とする穴開
け工具。
【請求項２】請求項１記載の穴開け工具において、該ド
リル部の溝長は、ドリル径の４〜１０倍としたことを特
徴とする穴開け工具。
【請求項３】請求項１記載の穴開け工具において、該コ
ンベア部の溝長は、ドリル径の１０〜６０倍としたこと
を特徴とする穴開け工具。
【請求項４】請求項３記載の穴開け工具において、該コ
ンベア部のねじれ角を４５度以上としたことを特徴とす
る穴開け工具。
【請求項５】請求項１乃至４記載の穴開け工具におい
て、該コンベア部の軸直角断面における刃溝の容積を該
ドリル部の刃溝容積と同等乃至大きくしたことを特徴と
する穴開け工具。
【請求項６】請求項１乃至５記載の穴開け工具におい
て、該コンベア部の心厚を該ドリル部の心厚より大とし
たことを特徴とする穴開け工具。