JP2008126339A - ドリルヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッド本体の切刃取付座に切刃チップをロウ付けする形態のドリルヘッドとして、高い寸法精度及び刃先精度を備えたものを容易に低コストで確実に製造する方法を提供する。
【解決手段】ねじシャンク２を深穴切削用ドリルの工具シャンク５の先端部に螺合連結し、雄ねじ２１部を挟む両側の拘束周面部２２，２３を工具シャンク５周面に密接させて用いるドリルヘッド１０の製造において、切刃チップ３０ａ〜３０ｃをロウ付けしたヘッド本体１の後端に、少なくとも拘束周面部２２，２３に削り代７を残すねじシャンク用筒材２０Ａを溶接一体化したのち、ねじシャンク用筒材２０Ａの削り代７を切削してねじシャンク２に仕上げ加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、深穴切削用ドリルの工具シャンクの先端に着脱自在に装着するドリルヘッド、特にヘッド本体の切刃取付座に切刃チップをロウ付けする形態のドリルヘッドの製造方法に関する。

この種ドリルヘッドは、例えば図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、前端面に大小扇形に開口した切屑流入口１１，１２の共通径方向の縁壁１１ａ，１２ａに沿って切刃３Ａ〜３Ｃを設けた略円筒形のヘッド本体１と、外周面のやや後部寄りの領域に雄ねじ２１を刻設した円筒状のねじシャンク２とで構成されている。その切刃３Ａ〜３Ｃは、一般的に、鋼製のヘッド本体１の前記縁壁１１ａ，１２ａに凹設した切刃取付座１３ａ〜１３ｃに、超硬合金からなる切刃チップ３０ａ〜３０ｃをロウ付けして形成されている。図中、４はヘッド本体１の外周面の前部側２カ所に凹設した各パッド取付座１４にロウ付けされた超硬合金からなるガイドパッド、１５は同外周面の後部側の径方向対向位置に形成された一対のチャッキング用溝部である。

そして、図６及び図７に示すように、上記ドリルヘッド１０の使用に際し、深穴切削用ドリルの丸パイプ状をなす工具シャンク（ボーリングバーとも称される）５の雌ねじ５１を設けた先端部に、ねじシャンク２を挿入して螺合連結するが、このときにねじシャンク２の雄ねじ２１部を挟む前後両側の外周部分が拘束周面部２２，２３として工具シャンク５の拘束内周部５２，５３に密接し、もって両者１０，５が強固に連結一体化されると共に、ヘッド本体１及びねじシャンク２の内側と工具シャンク５の中空内部が連通して切屑排出路１６を構成する。なお、前側の拘束周面部２２は、狭幅に構成され、それよりも前部側の非拘束面部２４よりも径大になっている。また、後部側の拘束周面部２２は、当該ねじシャンク２における雄ねじ２１部から後端の縁取り部までの間全体を占めている。

深穴切削加工は、工具シャンク５を工作機械のスピンドル等に連結して回転駆動するか、逆に被削材Ｗ側を回転させることによって行うが、この場合にはクーラントが外部供給方式となるため、図６に示すように、工具シャンク５を油密に包囲するクーラント供給ジャケット６を用い、このジャケット６をシールリング６１を介して被削材Ｗに押接した状態で、導入口６ａから該ジャケット６内にクーラントＣを高圧で導入する。しかして、導入されたクーラントＣは、工具シャンク５の外周面と切削穴Ｈの内周面との間隙Ｔよりドリルヘッド１０の先端側へ供給され、切削部で発生する切り屑Ｓと共にドリルヘッド２の切屑流入口１１，１２から切屑排出路１０内へ流入し、工具シャンク５の基部側から外部へ排出される。

従来、このようなドリルヘッド１０の製造においては、ヘッド本体１とねじシャンク２とを別個に製作し、その両者を溶接一体化するのが一般的であった。すなわち、ヘッド本体１は鋳造等によって図８（Ａ）（Ｂ）の如く切刃取付座１３ａ〜１３ｃ及びパッド取付座１４，１４を有する形態のものを製作する一方、円筒材の切削加工及びねじ切りによってねじシャンク２を製作し、図９に示すように、ヘッド本体１の取付座１３ａ〜１３ｃ、１４，１４に切刃チップ３０ａ〜３０ｃ及びガイドパッド４，４をロウ付けした上で、該ヘッド本体１の後端にねじシャンク２の前端を同心状に溶接している。

しかしながら、上記従来の製造方法では、ヘッド本体１とねじシャンク２との溶接に伴う熱歪みにより、真円に仕上げていたねじシャンク２が楕円状に変形し易く、その変形量が１００μｍに達することも多々あり、そのために得られたドリルヘッドによる加工精度が低下するという問題があった。また、切刃チップ３０ａ〜３０ｃはロウ付けであるため、刃先の位置精度がでにくく、特に中心部の切刃３Ａがヘッド軸心からずれた場合に、切削性能の低下に繋がるという難点もあった。なお、刃先精度は後加工による切削で修正することも不可能ではないが、操作的に非常に困難である上、工数が増えて製作コストの大幅な上昇を招くことになる。

本発明は、上述の情況に鑑み、この種ドリルヘッドとして、高い寸法精度及び刃先精度を備えたものを容易に且つ低コストで確実に製造する方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、図面の参照符号を付して示せば、ヘッド本体１に一体化されたねじシャンク２を深穴切削用ドリルの中空状をなす工具シャンク５の先端部に螺合連結すると共に、該ねじシャンク２のねじ（雄ねじ２１）部を挟む両側を拘束周面部２２，２３として工具シャンク５周面に密接させて用いるドリルヘッド１０の製造において、切刃取付座１３ａ〜１３ｃに切刃チップ３０ａ〜３０ｃをロウ付けしたヘッド本体１の後端に、少なくとも拘束周面部２２，２３に削り代７を残すねじシャンク用筒材２０Ａ（２０Ｂ）を溶接一体化したのち、このねじシャンク用筒材２０の削り代７を切削してねじシャンク２に仕上げ加工することを特徴としている。

請求項２の発明は、上記請求項１のドリルヘッド１０の製造方法において、ねじシャンク用筒材２０Ａが内外周２０ａ，２０ｂの全面に削り代７を残す円筒体からなり、上記仕上げ加工時にねじ（雄ねじ２１）部のねじ切りを行う構成としている。

請求項３の発明は、上記請求項１又は２のドリルヘッド１０の製造方法において、ねじシャンク２のねじ（雄ねじ２１）部及び両側の拘束周面部２２，２３を外周面側に設ける構成としている。

請求項４の発明は、上記請求項１〜３のいずれかのドリルヘッド１０の製造方法において、ヘッド本体１が鋼製であり、切刃チップ３０ａ〜３０ｃが超硬合金からなる構成としている。

請求項５の発明は、上記請求項１〜４のいずれかのドリルヘッド１０の製造方法において、ヘッド本体１及びねじシャンク２の内側が切屑排出路１６を構成し、ヘッド本体１の前端面に切屑排出路１６に連通する切屑流入口１１，１２が開口してなるものとしている。

請求項１の発明に係るドリルヘッドの製造方法では、ヘッド本体に対し、ねじシャンク用筒材として少なくとも工具シャンク連結時の拘束周面部となる部分に削り代を残すものを溶接し、この溶接後の削り代の切削によってねじシャンクに仕上げることから、溶接に伴う熱歪みが不可避であっても、工具シャンクとの連結精度を左右する拘束周面部の歪み変形は削り代の切削によって完全に解消される。また、切刃チップのロウ付けによって刃先精度が低下し、中心部の切刃がヘッド本体の軸心からずれても、溶接の際にヘッド本体とねじシャンク用筒材の軸心をずらすことにより、該切刃がヘッド軸心つまりねじシャンクの拘束周面部における中心に合致するように容易に調整できる。従って、この製造方法によれば、高い寸法精度及び刃先精度を備え、これらに基づいて優れた加工精度及び加工性能を発揮し得るドリルヘッドが容易に且つ低コストで確実に得られる。

請求項２の発明によれば、上記のドリルヘッドの製造方法において、ねじシャンク用筒材として内外周の全面に削り代を残す円筒体を用い、ねじシャンクのねじ部を含む全体形状を溶接後の後加工で定めることになるから、溶接に伴う熱歪みが大きくても支障を生じず、より高い寸法精度及び刃先精度を備えたドリルヘッドを提供できる。

請求項３の発明によれば、上記のドリルヘッドとして、ねじシャンクが外ねじ型で、ドリルの工具シャンクの先端に螺挿して装着するタイプのものを製造できる。

請求項４の発明によれば、上記のドリルヘッドとして、鋼製のヘッド本体に超硬合金からなる切刃チップを取り付けたものを製造できる。

請求項５の発明によれば、上記のドリルヘッドとして、切削に伴う切屑をクーラントと共に、ヘッド本体の前端面の切屑流入口から該ヘッド本体及びねじシャンクの内側を通して排出できるタイプのものを製造できる。

以下、本発明に係るドリルヘッドの製造方法の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１及び図２は第一実施形態、図３及び図４は第二実施形態を示す。なお、両実施形態では、既述の図５で示したものと同じ構造のドリルヘッドを製造対象とし、その構成各部には図５と共通の符号を付している。

このドリルヘッドの製造方法では、ヘッド本体１の製作については従来と同様であり、鋳造等によって図８（Ａ）（Ｂ）の如く切刃取付座１３ａ〜１３ｃ及びパッド取付座１４，１４を有する形態のものを製作する。すなわち、このヘッド本体１は、全体が略短円筒形をなし、前端面には内側の切屑排出路１６に連通する大小扇形の切屑流入口１１，１２が開口し、両切屑流入口１１，１２が共通径方向の縁壁１１ａ，１２ａを有し、その縁壁１１ａ側には中心と外側の切刃取付座１３ａ，１３ｃが、縁壁１２ａ側には中間の切刃取付座１３ｂが、それぞれ凹設されると共に、外周面の前部側の２か所には軸方向に長い凹部をなすパッド取付座１４，１４が、同外周面の後部側の径方向対向位置には軸方向に沿うチャッキング用の溝部１５，１５が、それぞれ形成されている。

そして、図１（Ａ）に示すように、上記のヘッド本体１には予め、切刃取付座１３ａ〜１３ｃに超硬合金からなる切刃チップ３０ａ〜３０ｃを、またパッド取付座１４，１４に同じく超硬合金からなるガイドパッド４，４を、それぞれロウ付けしておく。しかるに、第一実施形態の製造方法では、ねじシャンク２〔図５（Ｂ）参照〕側については、その原材として単純な厚肉パイプ状の円筒体をなすねじシャンク用筒材２０Ａを用い、その前端面を前記ロウ付け後のヘッド本体１の後端面に図２（Ｂ）の如く溶接する。なお、このねじシャンク用筒材２０Ａは、内外周２０ａ，２０ｂの全面にねじシャンク２とするための削り代７を有しており、もって目的とするねじシャンク２に対して外径が大きく且つ内径が小さくなっている。

次に、上記溶接でヘッド本体１に一体化したねじシャンク用筒材２０Ａの内周２０ａ及び外周２０ｂを所定の内外径になるまで真円に回転切削し、外周２０ｂ側については拘束周面部２２，２３と雄ねじ２１形成部及び非拘束周部２４の各外径に設定し、更に雄ねじ２１形成部にねじ切りを施すことにより、図２に示すようにねじシャンク２に仕上げる。この仕上げ加工は、ヘッド本体１側の溝部１５，１５を利用して全体をチャッキングし、常法に準じ、ワーク側又は仕上げ工具側の回転と軸方向相対移動によって容易に行える。なお、図２では、元のねじシャンク用筒材２０Ａの断面を仮想線で示しており、実線で示す断面との差だけ削り代７として切削及びねじ切りの仕上げ加工で薄肉化している。

このようなドリルヘッド１０の製造方法では、ヘッド本体１にねじシャンク用筒材２０Ａを溶接した際、その入熱に伴う不可避の熱歪みが発生するが、その歪み変形は該筒材２０Ａをねじシャンク２に仕上げる後加工の切削による真円化とねじ切りによって完全に解消される。なお、後加工の切削とねじ切りでも機械的応力による歪みを生じるが、その値は大きくても１０μｍ程度であり、溶接時の熱歪みに比べて一桁小さいので殆ど問題にならない。また、切刃３Ａ〜３Ｃは切刃チップ３０ａ〜３０ｃのロウ付けによって形成するため、接合界面にロウ材が介在する分、刃先精度を厳密に設定することは不可能であるが、切削性能を左右する中心部の切刃３Ａがヘッド本体１の軸心からずれても、溶接の際にヘッド本体１と筒材２０Ａの軸心をずらすことにより、該切刃３Ａがヘッド軸心つまりねじシャンク２の中心に合致するように容易に調整できる。

従って、この製造方法によれば、ドリルヘッド１０として、高い寸法精度及び刃先精度を備え、これらに基づいて優れた加工精度及び加工性能を発揮し得るものが容易に且つ低コストで確実に得られる。

第二実施形態の製造方法では、ヘッド本体１については前記第一実施形態と全く同様に予め切刃チップ３０ａ〜３０ｃ及びガイドパッド４，４をロウ付けしておくが、ねじシャンク２〔図５（Ｂ）参照〕側については、その原材として図３に示すような前加工を施したねじシャンク用筒材２０Ｂを用いる。すなわち、このねじシャンク用筒材２０Ｂは、前加工によって外周側に雄ねじ２１を形成しているが、この雄ねじ２１部の前後両側には拘束周面形成部２２ａ，２３ａとして形成すべき拘束周面２２，２３〔図４，図５（Ｂ）参照〕に対して削り代７を残すと共に、内周２０ａの全面にも削り代７を残した形態になっている。

そして、この製造方法においては、図３に示すように、ねじシャンク用筒材２０Ｂの前端面を前記ロウ付け後のヘッド本体１の後端面に溶接したのち、ヘッド本体１に一体化した該筒材２０Ｂの内周２０ａを所定内径まで真円に回転切削すると共に、外周側については拘束周面形成部２２ａ，２３ａを所定外径まで真円に回転切削して拘束周面２２，２３を形成し、図４に示すドリルヘッド１０に仕上げる。この仕上げ加工は、ヘッド本体１側の溝部１５，１５を利用して全体をチャッキングし、なお、図４では、元のねじシャンク用筒材２０Ｂの断面を仮想線で示しており、実線で示す断面との差が削り代７である。

この第二実施形態の製造方法に用いるねじシャンク用筒材２０Ｂは、外周側に予め雄ねじ２１が設けられて且つ非拘束周面部２４に削り代７を有さないが、拘束周面形成部２２ａ，２３ａには削り代７があるため、ヘッド本体１との溶接時の入熱に伴う不可避の歪み変形を生じても、後加工の拘束周面形成部２２ａ，２３ａの切削による真円化により、拘束周面部２２，２３の歪み変形が解消される。しかして、ドリルヘッド１０の工具シャンク５（図６，図７参照）に対する連結精度は専ら拘束周面部２２，２３によって担われるから、該拘束周面部２２，２３に歪み変形がないことにより、ドリルとして優れた加工精度及び加工性能が確保される。

上述した第一及び第二実施形態ではヘッド本体１に中心、中間、外側の３つの切刃３Ａ〜３Ｃを有するドリルヘッド１０を例示したが、本発明は切刃数が１つ、２つ、４つ以上の何れのドリルヘッドの製造にも適用できる。また、切刃チップについては、鋼製のヘッド本体には例示した超硬合金からなるものが推奨されるが、ヘッド本体に対してロウ付け可能な他の工具材料からなるものでもよい。また、ねじシャンク２については、例示した外ねじタイプの他に、内周面に雌ねじを備えてドリルの工具シャンクの先端に外嵌螺合させる内ねじタイプのものもあり、いずれにも本発明の製造方法を適用可能である。

しかして、上述した第一及び第二実施形態のドリルヘッド１０はシングルチューブ方式用、つまり図６の如く切削穴Ｈと工具シャンク５との間隙Ｔを通して切削部位へ供給されたクーラントＣを切屑Ｓと共に内側の切屑排出路１６より排出する方式用のものであるが、本発明はダブルチューブ方式用のドリルヘッドにも適用可能である。このダブルチューブ方式では、ドリルの工具シャンクが中心空間を切屑排出路、外側の環状空間をクーラント供給路とする二重筒をなし、その外筒の先端部にドリルヘッドを螺合連結することにより、内筒先端がドリルヘッドの内周段部に当接し、もってクーラント供給路の先端側が閉塞するが、ドリルヘッドの周壁部（ねじシャンク２の非拘束周面部２４に相当）に設けた導出孔からクーラントを外側へ導出して切削部位へ供給するようになっている。従って、このダブルチューブ方式用のドリルヘッドは、既述したシングルチューブ方式用に対し、前記の内周段部と導出孔を有することを除いて、基本的構造は略同様である。

本発明の第一実施形態による同ドリルヘッドの製造手順を示し、（Ａ）はヘッド本体と円筒体の溶接前の正面図、（Ｂ）は同溶接後の正面図である。 同第一実施形態による製造後のドリルヘッドの一部縦断正面図である。 本発明の第二実施形態による同ドリルヘッドの製造手順を示し、（Ａ）はヘッド本体と円筒体の溶接前の正面図、（Ｂ）は同溶接後の正面図である。 同第二実施形態による製造後のドリルヘッドの一部縦断正面図である。 本発明の製造方法を適用するドリルヘッドの一例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 同ドリルヘッドを用いた深穴切削用ドリルによる深穴切削加工を示す縦断側面図である。 同深穴切削用ドリルのドリルヘッドとねじシャンクとの連結状態を示す一部縦断側面図である。 同ドリルヘッドのヘッド本体を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 従来の製造方法による同ドリルヘッドのヘッド本体とねじシャンクの溶接前の正面図である。

符号の説明

１ ヘッド本体
１０ ドリルヘッド
１１，１２ 切屑流入口
１１ａ，１２ａ 縁壁
１３ａ〜１３ｃ 切刃取付座
１６ 切屑排出路
２ ねじシャンク
２０Ａ，２０Ｂ ねじシャンク用筒体
２０ａ 外周面
２０ｂ 内周面
２１ 雄ねじ（ねじ部）
２２，２３ 拘束周面部
３Ａ〜３Ｃ 切刃
３０ａ〜３０ｃ 切刃チップ
５ 工具シャンク
７ 削り代

Claims (5)

1. ヘッド本体に一体化されたねじシャンクを深穴切削用ドリルの中空状をなす工具シャンクの先端部に螺合連結すると共に、該ねじシャンクのねじ部を挟む両側を拘束周面部として工具シャンク周面に密接させて用いるドリルヘッドの製造において、
   切刃取付座に切刃チップをロウ付けしたヘッド本体の後端に、少なくとも前記拘束周面部に削り代を残すねじシャンク用筒材を溶接一体化したのち、このねじシャンク用筒材の削り代を切削してねじシャンクに仕上げ加工することを特徴とするドリルヘッドの製造方法。
2. ねじシャンク用筒材が内外周の全面に削り代を残す円筒体からなり、前記仕上げ加工時にねじ部のねじ切りを行う請求項１記載のドリルヘッドの製造方法。
3. ねじシャンクのねじ部及び両側の拘束周面部を外周面側に設ける請求項１又は２に記載のドリルヘッドの製造方法。
4. ヘッド本体が鋼製であり、前記の切刃チップが超硬合金からなる請求項１〜３のいずれかに記載のドリルヘッドの製造方法。
5. 前記ヘッド本体及びねじシャンクの内側が切屑排出路を構成し、ヘッド本体の先端面に該切屑排出路に連通する切屑流入口が開口してなる請求項１〜４のいずれかに記載のドリルヘッドの製造方法。

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