JP2004050353A

JP2004050353A - 硬質焼結体付ドリル

Info

Publication number: JP2004050353A
Application number: JP2002211268A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Fukuda; 福田　博芳; Masatake Kawano; 川野　正剛
Original assignee: Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Kobe Tools Corp
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】切屑排出性を良好に保ち、切刃強度を高くする。
【解決手段】軸線Ｏ回りに一定のねじれ角αでねじれる一対の切屑排出溝４，４の先端外周側に、ダイヤモンド焼結体６，６を取り付けて、切刃５，５の切刃外周部５Ａ，５Ａをダイヤモンド焼結体６，６上に形成する。切刃外周部５Ａに連なる第１すくい面７Ａ及び第２すくい面７Ｂに与えられるすくい角β１，β２を、切屑排出溝４のねじれ角αよりも小さく設定する。第１すくい面７Ａのすくい角β１を、第２すくい面β２よりも小さく設定する。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドリル本体先端の切刃部分が、硬質焼結体によって形成された硬質焼結体付ドリルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、穴明け加工に用いられるドリルは、例えば超硬合金やハイス鋼などの材料から構成され、軸線回りに回転される外形略円柱状のドリル本体の先端部外周に、一対の切屑排出溝が形成されているものである。
この切屑排出溝は、ドリル本体の先端逃げ面から後端側に向けて、軸線回りにドリル回転方向の後方側に一定のねじれ角でねじれる螺旋状をなしており、さらに、切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面と、先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のドリルの切刃は、超硬合金やハイス鋼などのドリル本体と同一の材料で構成されるため、その硬度を十分に確保できないで、高い切刃強度を得ることができず、また、耐摩耗性に乏しいという欠点がある。
また、切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面の先端側部分が、切刃のすくい面をなすことになるため、この切刃に与えられるすくい角が、切屑排出溝のねじれ角と同一となってしまう。それゆえ、切屑排出性を確保するために、切屑排出溝のねじれ角にある程度の大きさの角度を設定してしまうと、これと同時に、切刃のすくい角も大きくなって刃先角が小さくなってしまい、この切刃が超硬合金やハイス鋼等の材料で構成されることとも相俟って、さらなる切刃強度の低下を招いてしまう。
とくに、深穴加工では、その切屑排出性が重要視されるために、切屑排出溝のねじれ角をより大きく設定したドリルが用いられることが多く、上記のような傾向が顕著になってしまっていた。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、切屑排出性を良好に保つとともに、切刃強度の高いドリルを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転される外形略円柱状のドリル本体の先端部外周に、前記軸線回りにねじれる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面の先端側の少なくとも外周部に硬質焼結体が設けられて、前記ドリル本体の先端中心部からこの硬質焼結体上を通って該ドリル本体の外周に達する切刃が形成されるとともに、前記硬質焼結体上を通る切刃のすくい角が、前記切屑排出溝のねじれ角よりも小さく、かつ、前記軸線方向の後端側に向けて大きくされていることを特徴とするものである。
このような構成とすると、切刃の少なくとも外周側部分が硬度の高い硬質焼結体によって形成されるため、その切刃強度を高く保つとともに、耐摩耗性の向上を図ることができる。なお、この硬質焼結体は、ダイヤモンド焼結体であることが好ましい。
また、硬質焼結体によって切刃の少なくとも外周側部分を構成すると、この切刃に連なるすくい面も硬質焼結体によって構成されることとなり、このすくい面のすくい角のみを適宜自由に設定することが可能となる。それゆえ、本発明では、硬質焼結体上を通る切刃のすくい角を、切屑排出溝のねじれ角よりも小さく設定したことにより、切屑排出性を良好に保つために切屑排出溝のねじれ角をある程度の大きさに設定したとしても、硬質焼結体上を通る切刃のすくい角がさほど大きくならないので、この切刃の刃先角を大きく確保できることとなって、高い切刃強度を得ることが可能となる。
さらに、硬質焼結体上を通る切刃のすくい角を、軸線方向の後端側に向けて大きくするように設定したことで、この切刃に近い部分では、適度に小さいすくい角を与えて、切刃強度を確保しながらも、この切刃から軸線方向の後端側に遠ざかった部分では、すくい角を大きくしていって、切屑排出性を良好に維持することに貢献できる。
【０００６】
また、硬質焼結体上を通る切刃のすくい角を軸線方向の後端側に向けて大きくするには、例えば、硬質焼結体上を通る切刃のすくい面が、軸線方向に配列される複数の面（第１すくい面、第２すくい面、…、第ｎすくい面）から構成された多段面状に形成することで可能である。
【０００７】
また、切屑排出溝のねじれ角を大きく設定しすぎると、切り屑詰まりが発生してしまうおそれが生じるので、切屑排出溝のねじれ角は、４０゜以下に設定されていることが好ましい。
さらに、切屑排出溝のねじれ角と、硬質焼結体上を通る切刃の最小すくい角との差を大きく設定しすぎてしまうと、硬質焼結体上を通る切刃のすくい角が小さくなりすぎ、この切刃に過大な切削抵抗がかかるので、切屑排出溝のねじれ角と、硬質焼結体上を通る切刃の最小すくい角との差は、３０゜以下に設定されていることが好ましい。
【０００８】
また、硬質焼結体は、ドリル本体における径方向での長さが、切刃の外径Ｄに対して、Ｄ／３以下に設定され、さらに、ドリル本体における軸線方向での長さが、切刃の外径Ｄに対して、１Ｄ以下に設定されていることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施形態による硬質焼結体付ドリルの側面図、図２は図１に示す硬質焼結体付ドリルを軸線方向の先端側から見た先端面図、図３は図２におけるＡ方向矢視図である。
【００１０】
本実施形態による硬質焼結体付ドリルのドリル本体１は、超硬合金等の硬質材料によって軸線Ｏを中心とする外形略円柱状に形成されており、その後端側（図１において右側）がシャンク部２とされて、このシャンク部２が工作機械の回転軸に取り付けられることにより、図中に符号Ｔで示すドリル回転方向に回転させられて穴明け加工に使用される。
【００１１】
また、ドリル本体１の先端部（図１において左側部分）は刃先部３とされ、この刃先部３の外周には、軸線Ｏを挟んで互いに反対側に一対の切屑排出溝４，４が、ドリル本体１の先端逃げ面１Ａから刃先部３の全長に亘って軸線Ｏに対して対称となるように形成されている。なお、この刃先部３は、切屑排出溝４，４も含めて軸線Ｏに関して対称となるように形成されている。
【００１２】
切屑排出溝４，４は、軸線Ｏに直交する断面において、ドリル回転方向Ｔを向く壁面４Ａと、この壁面４Ａに滑らかに接続され、ドリル回転方向Ｔの後方側を向いて、ドリル回転方向Ｔ側に凸となる断面曲線状をなす壁面４Ｂとから構成されている。そして、これら切屑排出溝４，４は、先端逃げ面１Ａから後端側に向けてドリル回転方向Ｔの後方側に一定のねじれ角αでねじれる螺旋状をなしている。
このとき、切屑排出溝４，４のねじれ角αは、５゜≦α≦４０゜の範囲に設定されており、本実施形態においては、α＝３５゜に設定されている。
【００１３】
また、周方向において両切屑排出溝４，４間に画成される刃先部３の外周面は、周方向で両切屑排出溝４，４にそれぞれ隣接する部分が軸線Ｏを中心とした断面円弧状をなすマージン部とされるとともに、これらマージン部の間の部分は、このマージン部よりわずかに小径の軸線Ｏを中心とする断面円弧状とされた２番取り面が形成されている。
【００１４】
一方、先端逃げ面１Ａは、軸線Ｏを中心とした概略円錐面状とされるとともに、切屑排出溝４，４の開口部から軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔの後方側に向かうにしたがい漸次後退するように形成されて、逃げが与えられている。
さらに、この先端逃げ面１Ａと両切屑排出溝４，４のドリル回転方向Ｔを向く壁面４Ａ，４Ａとの交差稜線部、すなわち壁面４Ａ，４Ａの先端縁には、先端逃げ面１Ａ上における軸線Ｏ周辺の先端中心部Ｃから外周側に向けて延びる略直線状の切刃５，５がそれぞれ形成されている。
【００１５】
また、先端逃げ面１Ａが概略円錐面状とされていることにより、切刃５，５は、先端逃げ面１Ａ上の先端中心部Ｃから外周側に向かうにしたがい略直線状に後端側に向かうように傾斜させられ、これによって両切刃５，５には所定の先端角が与えられる。
【００１６】
そして、これらの切刃５，５はその切刃外周部５Ａ，５Ａが、それぞれダイヤモンド焼結体６，６上（硬質焼結体）に形成されている。
すなわち、本実施形態では、切屑排出溝４のドリル回転方向Ｔを向く壁面４Ａの先端外周側の部分に、この壁面４Ａから一段凹んで先端逃げ面１Ａ及び外周面に開口する凹部９が形成され、この凹部９に、略平板状をなす硬質焼結体としてのダイヤモンド焼結体６が、その一方の面７をドリル回転方向Ｔに向けた状態で、一方の面７に対向する他方の面８をドリル本体１にろう付けすることにより接合されて取り付けられている。
【００１７】
このダイヤモンド焼結体６のドリル回転方向Ｔを向く一方の面７は、切刃外周部５Ａのすくい面とされるとともに、ダイヤモンド焼結体６の軸線Ｏ方向の先端側を向く面は、先端逃げ面１Ａと面一となるように逃げが与えられ、これらの面の交差稜線部に切刃外周部５Ａが形成されているのである。
【００１８】
また、図１及び図３に示すように（図３においては、主要部だけを示しており、先端逃げ面等は示していない）、ダイヤモンド焼結体６におけるドリル回転方向Ｔを向いて切刃外周部５Ａのすくい面とされる一方の面７は、軸線Ｏ方向に沿って配列された複数の面から構成された多段面状をなしており、本実施形態においては、この切刃外周部５Ａのすくい面が、軸線Ｏ方向の先端側から後端側に向けて順に配列された、第１すくい面７Ａ及び第２すくい面７Ｂの２つの面によって構成された多段面状をなしている。
なお、第１すくい面７Ａと第２すくい面７Ｂとの交差稜線部は、軸線Ｏ方向に直交する方向に延びる略直線状をなしている（軸線Ｏ方向に沿って配列された複数の面同士の交差稜線部が、軸線Ｏ方向に直交する方向に延びる略直線状をなしている）。
【００１９】
これら第１すくい面７Ａ，第２すくい面７Ｂについては、第１すくい面７Ａに与えられるすくい角β１（軸方向すくい角）が、第２すくい面７Ｂに与えられるすくい角β２（軸方向すくい角）よりも小さくなっていて（β２＞β１）、本実施形態においては、例えば、β１＝１５゜、β２＝２５゜に設定されている。
つまり、切刃外周部５Ａのすくい面（第１すくい面７Ａ，第２すくい面７Ｂ）に与えられるすくい角（β１，β２）が、軸線Ｏ方向の後端側に向けて大きくなるように設定されているのである。
【００２０】
さらに、これら第１すくい面７Ａのすくい角β１及び第２すくい面７Ｂのすくい角β２は、切屑排出溝４のねじれ角αよりも小さく（α＞β２＞β１）、かつ、α−β１≦３０゜となるように設定されており、本実施形態においては、α−β１＝２０゜に設定されている。
つまり、切刃外周部５Ａのすくい面における最小すくい角（第１すくい面７Ａのすくい角β１）と、切屑排出溝４のねじれ角αとの差が、３０゜以下に設定されているのである。
【００２１】
また、このダイヤモンド焼結体６の大きさについて説明すれば、ドリル本体１における径方向の長さａ、すなわち、図２に示すように、軸線Ｏ方向の先端側から見たときにおいて、ダイヤモンド焼結体６の、ドリル本体１の径方向における最大長さが、切刃５の外径Ｄ（マージン部を円弧とする仮想の円の直径）に対して、３／Ｄ以下となるように設定され、さらに、ダイヤモンド焼結体６のドリル本体１の軸線Ｏ方向の長さｂ、すなわち、図１に示すように、軸線Ｏに直交する方向から見たときにおいて、ダイヤモンド焼結体６の、ドリル本体１の軸線Ｏ方向での最大長さが、切刃５の外径Ｄに対して、１Ｄ以下となるように設定されている。
【００２２】
一方、切屑排出溝４のドリル回転方向Ｔを向く壁面４Ａと、ドリル回転方向Ｔの後方側を向く壁面４Ｂとの交差部分の先端側には、図２に示すように、これら壁面４Ａ，４Ｂに対して鈍角に交差して先端側に向かうにしたがい軸線Ｏ側に向けて傾斜するシンニング面１０が、ドリル本体１の先端中心部Ｃに向けて形成されている。
【００２３】
このシンニング面１０は、その先端逃げ面１Ａとの交差稜線部、すなわち、シンニング面１０の先端逃げ面１Ａ側の開口縁が、軸線Ｏ方向の先端側から見たときに、図２に示すように、軸線Ｏに向けて凸となる曲線を描いて軸線Ｏに接近する略円弧状の部分から、その両端が、切屑排出溝４のドリル回転方向Ｔの後方側を向く壁面４Ｂと、ドリル回転方向Ｔを向く壁面４Ａとに略直線状に切れ上がっており、この開口縁の切屑排出溝４のドリル回転方向Ｔを向く壁面４Ａに略直線状に切れ上がる部分が、切刃５の切刃内周部５Ｂの一部を構成している。
【００２４】
これにより、切刃５は、シンニング面１０の開口縁及び切屑排出溝４のドリル回転方向Ｔを向く壁面４Ａと先端逃げ面１Ａとの交差稜線部に形成された形成された切刃内周部５Ｂと、この切刃内周部５Ｂに連続して、ダイヤモンド焼結体６上に形成された切刃外周部５Ａとによって構成されて、先端中心部Ｃからドリル本体１の外周まで達することになる。
また、両切刃５，５の切刃内周部５Ｂ，５Ｂは、軸線Ｏ方向の先端側から見て軸線Ｏを越えて反対側に突き出すことはなく、これら切刃内周部５Ｂ，５Ｂ間には軸線Ｏに交差するチゼル部が画成されている。
【００２５】
上述のような構成とされた本実施形態による硬質焼結体付ドリルによれば、切刃外周部５Ａがダイヤモンド焼結体６上に形成されており、このダイヤモンド焼結体６が一般的な工具材料として用いられる超硬合金やハイス綱などの比べて高硬度であって耐摩耗性に優れるという性質を有することから、切刃外周部５Ａに高い切刃強度を与えるとともに、その耐摩耗性を向上させることができて、ドリル本体１の寿命を延長させることができる。
【００２６】
また、本実施形態のように、ダイヤモンド焼結体６によって切刃外周部５Ａが構成され、この切刃外周部５Ａに連なるすくい面（第１すくい面７Ａ，第２すくい面７Ｂ）もダイヤモンド焼結体６によって構成される場合には、切屑排出溝４のねじれ角αの大きさに関わらず、このすくい面（第１すくい面７Ａ，第２すくい面７Ｂ）のすくい角（β１，β２）のみを適宜自由に設定することが可能となる。
【００２７】
それゆえ、ドリル本体１の切屑排出溝４のねじれ角αは、切屑排出性を考慮して設定し、切刃外周部５Ａの第１すくい面７Ａ及び第２すくい面７Ｂのすくい角β１，β２は、切屑排出溝４のねじれ角αよりも小さく設定することにより、切屑排出性を良好に保ちつつも、ダイヤモンド焼結体６上を通る切刃外周部５Ａのすくい角β１，β２をさほど大きく設定せずに、切刃外周部５Ａの刃先角を大きく確保できることとなり、切刃外周部５Ａに対して、より高い切刃強度を与えることが可能となる。
【００２８】
さらに、このとき、切刃外周部５Ａの第１すくい面７Ａと第２すくい面７Ｂとに与えられるすくい角β１，β２が、β１＜β２とされて、軸線Ｏ方向の後端側に向けて大きくされていることから、切刃外周部５Ａに近い部分である第１すくい面７Ａには、切れ味を考慮しつつも適度に小さいすくい角β１を与えて、その切刃強度を確保し、切刃外周部５Ａから遠ざかった部分である第２すくい面７Ｂには、適度に大きいすくい角β２を与えて、切屑排出性を良好に維持することに貢献できるのである。
【００２９】
これにより、本実施形態による硬質焼結体付ドリルが、深穴加工に用いられるドリルのように、切屑排出性を重要視して、切屑排出溝４のねじれ角αを大きく設定した強ねじれの場合であったとしても、その切刃外周部５Ａの強度を十分に確保することが可能となって、切屑排出性を良好に維持することと切刃強度を高く保つことの両立を図ることができる。
【００３０】
ここで、切屑排出溝４のねじれ角αが小さくなりすぎると、良好な切屑排出性を得ることができなくなり、また、逆にねじれ角αが大きくなりすぎると、切り屑詰まりが発生してしまうおそれが生じるので、この切屑排出溝のねじれ角αは、４０゜以下に設定することが好ましい。
さらに、切屑排出溝４のねじれ角αと、切刃外周部５Ａの第１すくい面７Ａのすくい角β１（最小すくい角）との差α−β１が大きくなりすぎると、切刃外周部５Ａのすくい角βが小さくなりすぎることとなって、切刃外周部５Ａに過大な切削抵抗が加わってしまうので、このねじれ角αとすくい角β１との差α−β１は、３０゜以下に設定することが好ましい。
【００３１】
また、ダイヤモンド焼結体６は、ドリル本体１における径方向での長さａが、切刃５の外径Ｄに対して、Ｄ／３以下に設定され、さらに、ドリル本体１における軸線Ｏ方向での長さｂが、切刃の外径Ｄに対して、Ｄ／３＋５ｍｍ以下に設定されていることにより、比較的量の多い切り屑が生成される切刃外周部５Ａにおいて、切刃強度と切屑排出性を必要十分に確保して、高価であるダイヤモンド焼結体６を無駄に使用することがなく、コストを低減させることができる。
【００３２】
なお、本実施形態においては、ダイヤモンド焼結体６上を通る切刃外周部５Ａのすくい面を、第１すくい面７Ａ及び第２すくい面７Ｂの２つの面によって構成しているが、これに限定されることなく、例えば、切刃外周部５Ａのすくい面を、軸線Ｏ方向に配列される３つ以上の面（第１すくい面，第２すくい面，…，第ｎすくい面）によって構成し、それらのすくい角（β１，β２，…，βｎ）を軸線Ｏ方向の後端側に向けて順次大きくするようにしてもよいし、また、切刃外周部５Ａのすくい面を、そのすくい角を軸線Ｏ方向の後端側に向けて連続的に大きくするようにしてもよい。
さらに、本実施形態においては、硬質焼結体として、ダイヤモンド焼結体６を用いているが、これに限定されることなく、ｃＢＮ焼結体等の他の硬質焼結体を用いることも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、硬質焼結体上を通る少なくとも切刃の外周側部分を硬度の高い硬質焼結体によって形成したため、その切刃強度を高く保つとともに、耐摩耗性の向上を図ることができる
しかも、硬質焼結体によって形成された切刃の少なくとも外周側部分に与えられるすくい角が、切屑排出溝のねじれ角よりも小さく設定されていることに加えて、後端側に向けて大きくなるように設定されていることから、切屑排出溝のねじれ角を切屑排出性を良好に保つためにある程度の大きさに設定しながらも、硬質焼結体上を通る切刃の刃先角が大きく確保できるので、切刃の少なくとも外周側部分が硬質焼結体によって形成されていることとも相俟って、より高い切刃強度を得ることが可能となり、ドリル本体の一層の寿命の延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による硬質焼結体付ドリルの側面図である。
【図２】図１に示す硬質焼結体付ドリルを軸線方向の先端側から見た先端面図である。
【図３】図２におけるＡ方向矢視図である。
【符号の説明】
１　ドリル本体
１Ａ　先端逃げ面
３　刃先部
４　切屑排出溝
４Ａ　切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面
５　切刃
５Ａ　切刃外周部
６　ダイヤモンド焼結体（硬質焼結体）
７　ダイヤモンド焼結体の一方の面
７Ａ　第１すくい面
７Ｂ　第２すくい面
ａ　ダイヤモンド焼結体の径方向の長さ
ｂ　ダイヤモンド焼結体の軸線方向の長さ
Ｏ　軸線
Ｔ　ドリル回転方向
α　切屑排出溝のねじれ角
β１　第１すくい面のすくい角
β２　第２すくい面のすくい角

Claims

軸線回りに回転される外形略円柱状のドリル本体の先端部外周に、前記軸線回りにねじれる切屑排出溝が形成され、
この切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面の先端側の少なくとも外周部に硬質焼結体が設けられて、前記ドリル本体の先端中心部からこの硬質焼結体上を通って該ドリル本体の外周に達する切刃が形成されるとともに、
前記硬質焼結体上を通る切刃のすくい角が、前記切屑排出溝のねじれ角よりも小さく、かつ、前記軸線方向の後端側に向けて大きくされていることを特徴とする硬質焼結体付ドリル。
請求項１に記載の硬質焼結体付ドリルにおいて、
前記硬質焼結体上を通る切刃のすくい面が、前記軸線方向に配列される複数の面から構成された多段面状となっていることを特徴とする硬質焼結体付ドリル。
請求項１または請求項２に記載の硬質焼結体付ドリルにおいて、
前記切屑排出溝のねじれ角が、４０゜以下に設定されていることを特徴とする硬質焼結体付ドリル。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の硬質焼結体付ドリルにおいて、
前記切屑排出溝のねじれ角と、前記硬質焼結体上を通る切刃の最小すくい角との差が、３０゜以下に設定されていることを特徴とする硬質焼結体付ドリル。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の硬質焼結体付ドリルにおいて、
前記硬質焼結体は、前記ドリル本体における径方向での長さが、前記切刃の外径Ｄに対して、Ｄ／３以下に設定されていることを特徴とする硬質焼結体付ドリル。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の硬質焼結体付ドリルにおいて、
前記硬質焼結体は、前記ドリル本体における軸線方向での長さが、前記切刃の外径Ｄに対して、１Ｄ以下に設定されていることを特徴とする硬質焼結体付ドリル。
請求項１乃至請求項６に記載の硬質焼結体付ドリルにおいて、
前記硬質焼結体が、ダイヤモンド焼結体であることを特徴とする硬質焼結体付ドリル。