JP2003505259A - ３枚の切れ刃を有するドリルユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、冷却チャネル（２）を有するドリル（１）と、冷却剤をドリルのチャネルに供給するための装置と、を備えたドリルユニットに関する。本発明にしたがい、ドリル（１）は３枚の歯（３、４、５）を含み、それらの第１の歯（３）はドリルの周囲からその中心まで延在し、一方第２と第３との歯（４、５）はドリルの周辺から内側に向かって延在しそれらの中心に到達しない。さらに、冷却チャネルがドリルの中心を通って軸方向に延在し、且つドリルのビットポイントから偏心するので、中心、及び第２と第３との歯（４、５）の終結点との間の間隙に現れる。冷却剤の供給装置は高圧力で冷却剤を供給するために適用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 技術分野の説明 本発明は、冷却チャネルを有するドリルと、ドリルの冷却チャネルに冷却剤を
供給するための装置を備えたドリルユニットに関する。

【０００２】 発明の背景 技術工業は常に生産性の増加と品質の改良とを意図する。技術工業における最
も困難な作業を構成する穴切削作業においてこのことを達成するためには、ひと
つは、高い生産性を得るためにドリルの切削データを増加させることを目的とす
る。また、より高い切削速度は、バリの形成が減少するので、さらに仕上げられ
た表面を得ることができる。しかすながら、切削速度を増加させるに伴う課題は
、特に金属を穿孔加工する場合は、機械加工の際に生じる温度上昇のために、ド
リルのコーナに強烈な摩耗が発生することである。この摩耗を減少させるために
、最近はドリルに形成された冷却チャネルによって、冷却剤が供給される。この
ようなドリルの例は米国特許第A５,173,014号に記載され、これは、二つの完全
な歯と、二つの周辺作用歯と、二つの冷却チャネルを備えるドリルを開示する。
複数の歯を使用することによって、さらに有利なドリルの出力分布が達成され、
これがドリルの正確さを増加させる。米国特許第A5,174,691号は中央冷チャネル
を備える長尺ドリルを開示し、これは二つの開口を完成している。穿孔加工され
た長い穴においては切屑の良好な移送を可能にするために、冷却剤が約5500kPa
の圧力のもとで供給する。

【０００３】 大きな軸方向の力が必要となるために、ドリル送りを制限しなければならない
従来の穿孔加工を使用して、必要とする厳しい許容寸法を備えた穴を達成するこ
とは困難であることも示されている。良好な許容寸法を与え且つ小さな軸方向の
力を必要とすることが可能な方法は、ガンドリル加工である。しかしながら、こ
の方法においては、ドリルの良好な制御は、低生産速度となる低送り速度でなけ
ればならない。これらの必要条件においては、従来の穿孔加工が、ブローチ後処
理を用いずに、この方法を使用することをほとんど不可能とする。さらにその上
に、多くの場合に、穴をリーマ加工する必要がある。

【０００４】 本発明は、前述の欠点を考慮することなく且つ穴の品位とドリルの長い寿命と
をあきらめることなく高生産性を目的とするドリルユニットを達成することに関
する。

【０００５】 発明の概要 本発明の目的は、冷却チャネルを有するドリルと、ドリルの冷却チャネルに冷
却流体を供給するための装置と、を備えるドリルユニットによって達成され、ド
リルが３枚の歯を有し、第１の歯はドリルの周囲からドリルの中心まで延在し、
第２の歯と第３の歯とはドリルの周囲から内側に向かって延在するがドリルの中
心まで到達せず、冷却チャネルが、ドリルの中央且つ軸方向に向かって延在し且
つドリルのビットポイントから片寄ることにより、中心と第２と第３との歯の終
結点との間の間隙に現れ、並びに冷却流体の供給装置が高圧力で流体を供給する
ために適用することを特徴とする。３つの歯を有するドリルを形成することによ
って、高い生産性が穿孔された穴の厳しい許容寸法とともに可能となり、同時に
単に小さな軸方向の送り出力を必要とし、１つの歯だけが穴の中心に作用する。
高圧力のもとで冷却剤を供給することによって、さらに効果的な冷却が得られ、
これがドリルの低い摩耗をもたらし且つ機械加工された材料の組織変化の危険を
減少する。同時に切屑の輸送が促進され、切屑の滞留と、工具の破損と、穴表面
の損傷との危険が減少する。冷却チャネルがドリルの中心に実質的に延在するの
で、ドリルの最大剛性が得られる。

【０００６】 好ましい実施態様において、供給される冷却剤の圧力は、3000kPaより高く、
且つそれぞれの歯がドリルの円周に独特に分布することによって、第１の歯と、
第２の歯と、第３の歯との間の円周に存在する角度は、それぞれ110°及び200°
である。さらに、部分的に円錐のスロットが３つの歯の間のドリルコアに形成さ
れ、スロットはドリルの中心に向かって延在する。この部分的に円錐のスロット
は、円錐状に研削された工具からなる同一工具を使用して好ましく形成され、こ
の母線は、ドリルコアを形成するところで、ドリル軸に対して少なくとも３０°
の角度を形成する。

【０００７】 二つの歯がそこに延在することができる状態と比較して、回転中心まで延在す
る１つの切れ刃のみを備えることの最も著しい相違は、邪魔なチゼル歯と、切れ
刃よりむしろすきのようなマイナスの切削形態と、を完全（１００％）に無くす
ることである。チゼル刃が存在しないために、この出力図が優れた許容寸法をも
たらす穴の長さ方向の少ない弾性をさらに難しくするように変化する。

【０００８】 穴の中心において穴直径の２０％大きなチゼル刃を有するドリル対しては、軸
方向の８０％の力に相当する。軸方向力の減少の一部は高切削流体圧力で回復で
きる。

【０００９】 幾何学的観点からの逃げ角が、中心まで延在する二つまたはいくつかの刃を有
するドリルに十分大きくできない場合は、この課題は中心まで延在する１つの刃
のみを有することをかなり良く解決されることが、幾何学から明確である。これ
はマイナスの衝撃を抑制するために行なわれ、逃げ角が中心に存在する。

【００１０】 我々の判断に従えば、米国特許第A5,173,014号の発明は、軸方向に大きな送り
出力を備えるこの課題を可決できなく、これは１つの刃を有するより中心まで延
在する複数の歯を備える結果である。中心まで延在するただ１つの歯が中心でプ
ラスの切削角を得ることを可能にする。

【００１１】 別の態様は、種々の角度を備えた不利な出力図のために、完全な穴の優れた円
筒度が得られる３点より、円に一致させる４点を達成するためにかなり困難なこ
とであり、この場合、自己生成ねじれ振動のために危険を減少させる可能性があ
ることである。さらに、４枚歯のドリルは、狭い切屑間隙を有し、切屑課題を減
少させることをもたらす。

【００１２】 実施態様の説明 本発明を添付した図面を参照して次に記載する。

【００１３】 本発明の第１の好ましい実施態様の図１及び図２には、ドリルの最も下側の部
分を示すが、このドリルは図示していないドリルユニットに接続され、且つこの
ドリルはドリル１内の軸方向中央を通る冷却チャネル２に対して高圧力のもとで
冷却流体を供給するための装置を含む。

【００１４】 ドリル１は３つの歯３、４、５を備え、これらのうち第１の歯３だけが、ドリ
ルの周辺からドリルの中心までずっと延在する。歯４と歯５は中心の前方で終わ
り、これらの内部終点には中心から同一距離に位置する。それぞれの歯３、４及
び５の切れ刃６、７及び８は、周辺から中心に向かって半径方向に延在し、且つ
切れ刃６と切れ刃７、切れ刃７と切れ刃８、及び切れ刃８と切れ刃６との間の角
度は、それぞれ１４０，１１０及び１１０°である。切れ刃６、７、８は全てが
内側部分と外側部分を備えることによって、ドリルの中心に近接する内側部分は
ドリルの軸方向と大きな角度を形成し、一方外側部分はさらに鋭い角度を形成す
る。前述したように、歯３のみがドリルの中心まで延在する内側部分を備えた切
れ刃６を有する。このような形態によって、歯４と５とが、実質的に周辺部に作
用する。

【００１５】 歯４と５とはドリルの中心部まで延在していないので、これらの歯が歯３より
力に影響されないようになり、それぞれの歯がドリルの円周周辺に不均一に分布
することに伴って、穿孔するときに所望の出力分布が得られる。さらに、ドリル
の中心まで延在する歯３の内側部分は、加工物の材料に依存する全出力に対して
種々の寄与をする。中心に向かって延在する歯３と他の二つの歯との間の角度は
、それぞれ１３５〜１４５，１０５〜１１５及び２１５〜２２５°の間で変化さ
せることができる。

【００１６】 歯３、４及び５は、ドリル１に沿って軸方向に延在するそれぞれの円材部２、
１０及び１１へと代わっていく。この円材部９、１０及び１１には、それぞれマ
ージン帯１２、１３及び１４が備えられる。さらに、ドリルのビットポイントに
あるドリルコアには、スロット１５、１６、１７が備えられ、これらのスロット
は、それぞれに隣接する歯の間に、このコアの周辺からドリルの中心まで延在す
る。これらのスロット円錐本体の補助でもって達成されるので、同一の円錐本体
がそれぞれのスロットを達成するために好ましく使用される。すなわち、このス
ロットは円錐本体の包囲面の断面と同一形状を備える。この説明においては、こ
の形状は「部分円錐形」を意味する。円錐本体の円錐角は、好ましくは６０°よ
り大きくて、且つこの円錐本体は、ドリルコアの機械加工の際に、この母線がド
リル軸に対して少なくとも３０°の角度を形成するようにするのが良い。円錐本
体は、歯４、５の内側切れ刃部分がドリルの中心から意図する距離に完成するに
するために好ましく使用される。

【００１７】 冷却チャネル２は、歯３と４との内側部分の間の領域に出現し、すなわちドリ
ルのビットポイントのドリル軸に対しては片寄って設けられる。冷却チャネルが
ドリルの軸に沿って実質的に延在するので、ドリル１の最大剛性を確保できる。

【００１８】 歯３がドリルの中心まで延在するので、ドリル１はチゼル歯が存在しないこと
によって、いわゆる慣用の２枚歯切削ドリルのチゼル歯に生じるプラウ効果が抑
制され、穴の先端部において機械加工される材料の組成変形を非常に減少する。
それによって、ほんのわずかな焼き付きが穴の先端部で発生しても、機械加工さ
れた材料の小さな突出しが穿孔加工の際に発生する。ドリルの中心部で加工する
２枚歯のドリルと比較して、本発明のドリルの出力は１回転あたりの同一送りに
対して少なくてすむ。周辺に作用する歯４と、５は、たった１枚の歯を使用した
ときと比較して、より多くの体積の切削を行なうことが可能となり、３枚の歯の
間の出力バランスを達成することが可能となるので、ドリルは作業全体に渡って
安定した回転中心を備えるようになる。さらに歯４と５は維持される穴表面の優
れた品位を備えることに寄与し、これらの後処理が仕上げ穿孔加工後にいくつか
の場合において必要のない。ドリル１は、３つのマージン帯による出力釣り合い
と良好な指向性とでもって機械加工が成されるので、作業中はドリルの振動が少
なく、且つ穿孔された穴の遍心の危険が小さくなる。長尺ドリルの片寄りによる
遍心の危険が都合よく減少するのは、本発明のドリルを作用させる場合に、小さ
な軸方向の送り出力のみを必要とする。

【００１９】 記載したドリルを効果的にする方法、すなわち非常に高速の送り速度でもって
作用させるための前準備は、冷却剤を高圧力で供給することである。この目的の
ために、穿孔機械、ドリル１を支持する穿孔加工工具などは、高圧力のもとで冷
却剤を冷却チャネル２に供給するための装置が備えられる。例えばこの装置は、
米国製のタンクQUAKEからの切削流体エマルジョン例えばKFL360BIOを送り出す米
国製のギア駆動ポンプPAKEで構成することができる。このポンプは少なくともＫ ^* Ｄの排出量を備える必要があり、K=0.15l/minであり、D=ドリル直径であり、冷
却剤の圧力は少なくとも3000kPaにする必要がある。ポンプからドリルの回転す
る冷却チャネルまでの停止線との間の輸送は、回転継ぎ手、好ましくはドイツの
WTOスイベルによって与えられる。本発明にしたがうドリルユニットに含まれる
穿孔加工装置のほかの構成物、穿孔加工工具などは、従来の形式のものであり、
さらに詳細に記載する必要はない。このドリル1は、本発明にしたがう高圧力装
置が備えられる全ての穿孔加工工具に使用することができることが指摘される。
別の態様における穿孔加工工具の形状自体は、本発明の一部を構成するものでな
く、したがって図面に図示する必要はない。

【００２０】 冷却剤を供給するときに、流動膜が形成され、切れ刃の外側コーナに最も広い
延在部を有し、この膜は最高速度で走行する歯の一部分を形成する。この膜が取
り囲む冷却剤から切れ刃を覆って、そこからの熱の処理をさらに困難にする。高
圧力のもとで冷却剤を供給することによって、流動膜の厚み並びに延在がかなり
減少して、この熱の処理が相当促進される。それによって、切れ刃の温度を低く
維持することができ、特に外側コーナで注目されている摩耗を減少することがで
き、ならびに、機械加工した材料が組織的に変態する危険を阻止することが可能
である。例えばマージン帯における溶着による形成の危険が、かなり減少する。
ドリルの冷却のほかに、冷却剤は、マージン帯の良好な潤滑を与えるので、マー
ジン帯と穴の表面との間の摩擦を小さくする。

【００２１】 高圧力冷却剤が備える別の重要な利点は、ドリルのビットポイントから円材部
９、10、１１と間の領域まで、及びこの領域に沿って、切屑の排出が明確に改良
されることである。それによって、切屑の停滞、工具は買い、及び穴表面の損傷
の危険が実質的に減少する。

【００２２】 図３及び４は、図１及び図２と同様の図を示し、それぞれ本発明の第２の実施
態様にしたがうハーフねじれビット１８を示す。同様に、このドリルは、切れ刃
２２、２３、２４とともに３枚の歯１９、２９、２１を備え、歯１９の切れ刃２
２だけがドリルの中心で機械加工ができ、そして中心まで達する。歯２０と２１
の切れ刃２３と２４はドリルの中心の前で終了し、スロット２５と２６がこれら
の歯の端部とドリルの中心との間に延在する。図４に図示されていない冷却チャ
ネルは、ドリルコアの中心の中央に延在し、ドリルのドリルビットにおいて片寄
っている第１の実施態様のドリル同様であるのでドリル中心の側部に出現する。
冷却チャネル２７のオリフィスは、図３に図示される。歯１９，２０２１はらせ
ん円材部に変化し、これらのうち歯１９の円材部２８は、マージン帯２９が備え
られる。

【００２３】 ドリル１８の切れ刃は、ドリル１と同様であり、出力バランスが穿孔加工中に
発生するように形成される。ドリル１８は、ドリル１と同様の利点と良好な特性
を備える。

【００２４】 このドリルの材料は硬質金属が好ましいが、他の材料は高速度鋼(HSS)も使用
できる。シャフトはドリルのビットポイントより別の材料で形成することができ
る。

【００２５】 記載されるドリルユニットは、特に切れ刃の幾何学的形状に関しては本発明の
分野内で当然改良することができる。したがって、本発明は、添付する請求の範
囲に限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明にしたがうドリルユニットの好ましい実施態様における下から
のガンドリルの図を示す。

【図２】 図２は、図１に示すガンドリルのビットポイントの側面図を示す。

【図３】 図３は、本発明第２の実施態様にしたがうハーフねじれビットの図１と同様の
図を示す。

【図４】 図４は、本発明第２の実施態様にしたがうハーフねじれビットの図２と同様の
図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却チャネル（２）を有するドリルと、前記ドリルの冷却チ
   ャネルに冷却流体を供給するための装置と、を備えるドリルユニットであり、 前記ドリル（１）が３枚の歯（３、４、５）を有し、第１の歯（３）は前記ド
   リルの周囲からドリルの中心まで延在し、一方第２と第３との歯（４、５）は前
   記ドリルの周囲から内側に向かって延在するがドリルの中心まで到達せず、 前記冷却チャネルが、前記ドリルの中心に軸方向に向かって延在し、且つドリ
   ルのビットポイントから片寄ることにより、前記中心と前記第２と第３との歯（
   ４、５）の終結点との間の間隙に現れ、且つ 前記冷却流体の供給装置が高圧力で前記冷却流体を供給する、 ことを特徴とするドリルユニット。
2. 【請求項２】 供給される冷却流体の圧力が、３０００ｋｐａを超えること
   を特徴とする請求項１記載のドリルユニット。
3. 【請求項３】 前記歯（３、４、５）が、前記ドリルの円周周辺に独特に分
   散することを特徴とする請求項２記載のドリルユニット。
4. 【請求項４】 前記第１の歯（３）、前記第２の歯（４）及び前記第３の歯
   （５）の間の円周に対する角度のそれぞれが、１３５〜１４５°、１０５〜１１
   ５°及び２１５〜２２５°の間でそれぞれ変化することを特徴とする請求項３記
   載のドリルユニット。
5. 【請求項５】 前記第１の歯（３）、前記第２の歯（４）及び前記第３の歯
   （５）の間の円周に対する角度のそれぞれが、１００°及び２００°であること
   を特徴とする請求項３記載のドリルユニット。
6. 【請求項６】 部分円錐状スロット（１５、１６、１７）が、３つの歯（３
   、４、５）の間のドリルコアに形成され、各スロットがドリルの中心に向かって
   延在することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のドリルユニット。
7. 【請求項７】 前記部分円錐状スロット（１５、１６、１７）が、円錐研削
   工具から構成された同一工具で好ましく形成され、ドリルコアが合わさるところ
   で、前記円錐研削工具の母線は、ドリル軸に対して少なくとも３０°の角度を形
   成することを特徴とする請求項６記載のドリルユニット。