JP2008213124A - スローアウェイチップとそれを用いたドリル - Google Patents

Abstract

【課題】ドリル用スローアウェイチップに関して、切屑処理性能を損なわずに切屑の流出抵抗を低下させて良好な切屑処理性能の確保と切削抵抗の低減を両立させることを課題としている。
【解決手段】切屑処理用のチップブレーカ７を切れ刃６に沿って上面２に設けたドリル用スローアウェイチップ１であって、チップブレーカ７の長手途中に１以上の切欠き部８を設け、その切欠き部８がチップブレーカ７の切れ上り端７ｂから０．２ｍｍ以上チップ中心側に入り込んでいるか又はその切欠き部の内端がチップの中心穴５に切り抜けているものにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、多角形状のスローアウェイチップと、そのスローアウェイチップを複数個組み合わせて切れ刃を構成したドリル（スローアウェイドリル）に関する。

金属の穴あけに用いるドリルの中に、切れ刃を複数個のスローアウェイチップ（以下では単にチップとも言う）で構成したものがある。その種のドリルは、下記特許文献１，２などに示されている。

特許文献１は、チップブレーカに工夫を加えて切屑処理の円滑化を図ったドリル用スローアウェイチップとそのチップで切れ刃を構成したドリルを開示している。また、特許文献２は、切れ刃の全域に沿ってすくい面にブレーカ溝を設けた全周ブレーカ型のドリル用スローアウェイチップと、ブレーカ溝内にさらに突起（突条物）を設けたスローアウェイチップを開示している。

なお、ブレーカ溝に代えてブレーカ壁を切れ刃に沿って設けたスローアウェイチップ（これも全周ブレーカ型）や、すくい面にブレーカ小突起を点在させて設けたスローアウェイチップもある。また、全周ブレーカ型のスローアウェイチップの中には、切屑の処理性能（分断性能）を高める目的で切屑の流出抵抗を局部的に高める溝を付加したものもある。
実用新案登録第２５８２８１２号公報 特開２００２−３０７２２１号公報

特許文献１、２などが開示しているスローアウェイチップは、チップブレーカの働きによって流出する切屑に効果的に歪が加わり、切屑の処理が良好になされるが、チップブレーカの表面に対する切屑の接触面積が大きくなるため、流出抵抗が大きく、切削抵抗が高くなる。

全周ブレーカ型のチップで溝を追設したものも同様である。このタイプのスローアウェイチップは、溝によって切屑の流出抵抗が局部的に高められるため、切削抵抗がさらに高まる。

また、ブレーカ小突起を点在させて設けたスローアウェイチップは、切屑の流出抵抗が下がって切削抵抗が低減する利点がある反面、ブレーカ小突起に対する切屑の接触が点接触になるためチップブレーカの効果が小さくて切屑の処理性能が悪くなる欠点がある。

この発明は、ドリル用スローアウェイチップに関して、切屑処理性能を損なわずに切屑の流出抵抗を低下させて良好な切屑処理性能の確保と切削抵抗の低減を両立させることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、チップブレーカを切れ刃に沿って上面に設けた多角形状のドリル用スローアウェイチップを改善の対象にしてそのチップの前記チップブレーカの長手途中に１以上の切欠き部を設けた。そして、その切欠き部を、チップブレーカの切れ上り端から０．２ｍｍ以上チップ中心側に入り込んでいるか又はその切欠き部の内端がチップの中心穴に切り抜けているものにした。

ここで言うチップブレーカは、ブレーカ溝を伴うもの、ブレーカ溝が無いものを問わない。

このスローアウェイチップは、前記切欠き部が、チップの側端からチップ幅の２５〜６０％離間した領域にあるもの、切欠き部の内端から中心穴までの距離を０．５ｍｍ以上確保したもの、切欠き部の深さを０．１ｍｍ以上にしたもの、或いは、チップブレーカの切れ上り端の位置を切れ刃の位置よりも高くしたものが好ましい。ここで言う、チップの側端とチップ幅については、後に明らかにする。

また、切欠き部の内端がチップブレーカの切れ上り端からチップ中心側に０．２ｍｍ以上入り込んでいても、その内端から中心穴までの距離が０．５ｍｍに満たない場合には、内端を中心穴に切り抜けさせるのがよい。

このように構成したスローアウェイチップを複数個組み合わせて切れ刃を構成してドリルを完成させる。そのドリルは、ドリル本体の先端の複数ある設置点に各１個、ドリル中心からの設置距離を異ならせて着脱自在に装着し、ドリル中心からドリル外径部までの切削領域が各スローアウェイチップによって分担して切削されるように構成されたものになる。この発明はそのドリルも併せて提供する。

この発明のスローアウェイチップは、切れ刃に沿って設けられたチップブレーカの長手途中に切欠き部を形成しており、その切欠き部がある部分で切屑とチップとの間に隙間ができてチップに対する切れ刃の接触面積が減少し、そのために切屑の流出抵抗が小さくなって切削抵抗が低減される。

また、チップブレーカを切れ刃長手方向に連続するものにしたので、ブレーカ壁面に対する切屑の接触面積がブレーカ小突起採用時のように大きく減少することがなく、切屑の処理性能も損なわれない。

このチップは、切欠き部内端のチップブレーカ切れ上り端からのチップ中心側への入り込み量を０．２ｍｍ以上確保するか、又は切欠き部を中心穴に切り抜けさせることによって切屑が切欠き部の底や内端に接触することが防止され、切欠き部による効果が確実に発揮される。

なお、好ましいとしたその他の構成の作用、効果は次項で説明する。

添付図面の図１〜図１３に基づいて、この発明の実施形態を説明する。図１〜図４はこの発明のスローアウェイチップの第１実施形態を、図５は第２実施形態を、図６は第３実施形態をそれぞれ表している。例示のスローアウェイチップ１は、いずれも平面視形状が平行四辺形のポジティブチップであって、上面２の外周の４辺、すなわち、上面２と側面３、４が鋭角に交差した位置の４箇所の稜線によってそれぞれ切れ刃６が構成されており（図２、図３参照）、各々が平行配置の２組の切れ刃のうち、一方の組の切れ刃６_−１（付加記号は２種類の切れ刃を区別するために付けた）がドリルの外周刃として使用され、他方の組の切れ刃６_−２がドリルの中心刃として使用されるようになっている。このスローアウェイチップ１は、ドリルの外周刃となる切れ刃と中心刃となる切れ刃を２つずつ有する図示のチップが種類の統合が図れて好ましいが、形状は平行四辺形以外の多角形でもよい。

これらのスローアウェイチップ１には、取り付け用の中心穴５が設けられ、また、切れ刃６の全域に沿って上面２に切れ刃長手方向に連続したチップブレーカ７が設けられ、さらに、各チップブレーカ７の長手途中にそれぞれ切欠き部８が設けられている。９は、上面２の一部が盛り上がって形成される平坦なランド部である。

図示のチップブレーカ７は、切れ刃６よりも高い位置に切れ上がるブレーカ壁７ａと、切れ刃近傍のすくい面（上面）を一旦切れ刃６よりも低い位置に落ち込ませるブレーカ溝を組み合わせたものになっている。このチップブレーカ７の幅Ｗは、実施例については０．５〜２．０ｍｍに設定したが、それに限定されるものではなく、切削条件や被削材の材質を考慮して適切な値を選択する。チップブレーカ７の切れ上り端７ｂは、図２、図３に示すように、切れ刃６の位置よりも高くするとよく、こうすると切屑がチップブレーカに当たり易くなって良好な切屑処理性能が発揮される。

切欠き部８は、前記切れ上り端７ｂからのチップ中心側への入り込み量Ｈを０．２ｍｍ以上確保する。図１に示すチップブレーカ７の切れ上り端７ｂから中心穴５までの距離Ｄが０．２ｍｍ以下の場合にはその要求に応えることができないので、図７に示すように、切欠き部８を中心穴５に切り抜けさせる。また、切欠き部８の内端から中心穴５までの距離（図１のＥ）が０．５ｍｍ以下では、ランド部９の切欠き部８と中心穴５間に位置する部分（図７のＦ部）の強度確保が難しくなってチップの使用時や製造時にその部分に亀裂などが発生しやすくなるので、その不具合を回避するためにこの場合も切欠き部８を中心穴５に切り抜けさせるとよい。切欠き部８をチップブレーカの切れ上り端７ｂからチップ中心側へ０．２ｍｍ以上入り込ませると、切屑が切欠き部８の底や内端に接触せずに排出され、流出抵抗低減の効果が損なわれない。

切欠き部８は、中心穴５に到達しないもののみ、或いは中心穴５に切り抜けるもののみを設けてもよいし、図１に示すように、中心穴５に到達しないものと中心穴５に切り抜けたものを混在させて設けてもよい。また、図５に示すように、同一切れ刃に沿った位置に切欠き部８を適当な間隔をあけて複数個設けてもよい。

さらに、その切欠き部８は、チップの側端からチップ幅の２５〜６０％離間した領域に配置するのがよい。ここで言うチップの側端及びチップ幅とは、図５、図６に示すように、ドリルの外周刃として使用する部分については、切れ刃６_−２，６_−２間の寸法をチップ幅Ａとし、チップ使用時に実質的に外周刃として機能する部分の端をチップの側端と考える。また、ドリルの中心刃として使用する部分については、切れ刃６_−１，６_−１間の寸法をチップ幅Ｂとし、チップ使用時に実質的に中心刃として機能する部分の端をチップの側端と考える。この条件を満足させると、切屑は幅方向両端も確実にチップブレーカ７の壁面に接して排出されることになり、切欠き部８を付加することによる切屑処理性能の低下が起こらない。

後述するように、例示のチップ１は、隣り合う辺（切れ刃）の一方をドリルの外周刃、他方を中心刃として使用し、その外周刃と中心刃の軌跡のオーバーラップ量を変化させることによってドリル径の変化に対応することができるが、そのときに切屑処理性能の低下が起こらないようにするためにも、切欠き部８はチップの側端からチップ幅の２５〜６０％離間した領域に配置するのがよい。

切欠き部８の深さＧ（図２、図３参照）は、０．１ｍｍ以上確保するのがよい。その深さＧが０．１ｍｍ以上あると、切欠き部８の底と切屑との間に隙間が形成され、切欠き部による切削抵抗低減の効果が確実に発揮される。この切欠き部８の幅Ｃは、広すぎると切欠き部８の底に切屑が接触しやすくなるので、切削条件や被削材の材質を考慮して適性値を求める。

このほか、チップブレーカ７の一辺当たりの有効部合計長さをチップ幅Ａ或いはＢの４０％以上確保したもの、或いは、チップ幅Ａ，Ｂの２０％以上の長さ（切れ刃に沿った方向の長さ）を有する直線のブレーカ壁面をチップブレーカ７に含ませたものは、一般的な切削条件での使用において要求される切屑処理性能を確保することができる。ここで言う一般的な切削条件とは、切削速度が７０〜４００ｍ／ｍｉｎ、送りが０．０５ｍｍ／ｒｅｖ以上である。送りが０．０５ｍｍ／ｒｅｖ以下では生成される切屑は厚みが薄すぎて切欠き部８による接触面積低減の効果が発揮されにくい。

図８、図９は、上述したスローアウェイチップ１を使用して切れ刃を構成したこの発明のドリルの一例を示している。図の１１は、外周に２条の切屑排出溝１２を設けたドリル本体である。このドリル本体１１の先端には、ほぼ１８０°回転した位置にそれぞれチップ座１３が設けられている。２箇所のチップ座１３，１３は、ドリル中心Ｏからの設置距離が異なる位置にあり、そのチップ座１３，１３に、この発明のスローアウェイチップ１がクランプねじ１４を使用して着脱自在に装着されている。

２個のスローアウェイチップ１，１は、どちらも上面２がすくい面となる姿勢にして装着されている。ドリル本体１１の外径側に配置された一方のスローアウェイチップ１は、図１０に示すように、一方の鋭角コーナを最外周、かつ、最先端に位置させており、そのチップの切れ刃６_−１によってドリルの軸心と直角な線に対してθの傾きを持つドリルの外周刃が形成される。また、もうひとつのスローアウェイチップ１は、図１１に示すように、一方の鈍角コーナが外径側に、一方の鋭角コーナがドリル中心を越えた位置にそれぞれあるようにしており、そのチップの外周刃と同じ方向に傾いた切れ刃６_−２によってドリルの中心刃が形成される。

切れ刃６_−１によって形成されるドリルの外周刃と、切れ刃６_−２によって形成されるドリルの中心刃は、ドリル中心からドリル外径部までの切削領域を分担して切削する。この生成される切屑は、図１２に示すように、切欠き部８の中に入り込むが、切欠き部８のサイズをその切欠き部８の底部と切屑１０との間に隙間ができるように設定しておく（切欠き部８の適正サイズは、切削条件や被削材の性質によって変わる）ことで、チップ１に対する切屑の接触面積を減少させて切削抵抗を低減することができる。

−実施例１−
チップブレーカの切欠き部の有無による切削抵抗低減効果を確認する評価試験を行った。その試験は、チップブレーカの長手途中にこの発明を特徴づける切欠き部を形成した図１の形状のチップと、チップブレーカに切欠き部がなく、その他の形状が図１と同じチップを用いて行った。外周刃と中心刃をそれぞれのチップで構成した直径φ２０．０ｍｍのドリルを準備し、ＳＣＭ４１５とＳＵＳ３０４の被削材を、切削速度Ｖ：１７５ｍ／ｍｉｎ、送りｆ：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、湿式切削の条件で加工してそのときのスラスト荷重を測定した。測定結果を図１３に示す。この試験結果からわかるように、チップブレーカに切欠き部のあるチップを使用したドリルは、切欠き部の無いチップを使用したドリルに比べてスラスト荷重が小さく、切削抵抗の低減効果が認められる。なお、切屑の形状や破断状況には殆ど差がなく、切欠き部の有無による切屑処理性への影響は認められなかった。

−実施例２−
次に、チップブレーカに切欠き部を設けたチップで外周刃と中心刃を構成したドリルを準備し、そのドリルでＳ５０ＣとＳＳ４００の被削材を実施例１と同じ条件で加工した。この試験では、図２、図３に示した切欠き部８のチップブレーカ切れ上り端７ｂからのチップ中心側への入り込み量Ｈと、切欠き部８の深さＧをそれぞれ変化させ、切欠き部８による切削抵抗（スラスト荷重）低減の効果が発揮されるか否かを確認した。その結果を表１、表２に示す。

この試験からわかるように、切欠き部８のチップブレーカ切れ上り端からのチップ中心側への入り込み量Ｈが０．２ｍｍ以下の場合、被削材によっては切欠き部設置の効果が発揮されていない。生成された切屑には、切欠き部に入り込んだ部分に高さが最大で０．１ｍｍ程度の段部が形成されており、その段部が、切欠き部８の内端に接触しない寸法として切欠き部８内端のチップブレーカの切れ上り端からの入り込み量Ｈを０．２ｍｍに規定した。

切欠き部の深さＧも同様の理由から０．１ｍｍ以上確保するのがよく、試験結果もそれを裏付けるものになっている。

この発明のスローアウェイチップの第１実施形態を示す平面図 図１のＹ−Ｙ線に沿った位置の拡大断面図 図１のＺ−Ｚ線に沿った位置の拡大断面図 図２の一部をさらに拡大して示す断面図 この発明のスローアウェイチップの第２実施形態を示す平面図 この発明のスローアウェイチップの第３実施形態を示す平面図 切欠き部を中心穴に切り抜けさせた例を示す要部の拡大断面図 この発明のドリルの要部を示す側面図 図８のドリルの正面図 図８のドリルの外周刃の配置を簡略化して示す図 図８のドリルの中心刃の配置を簡略化して示す図 切欠き部における切屑の接触状態を模式化して示す図 性能評価試験で測定したスラスト荷重の比較図

符号の説明

１ スローアウェイチップ
２ 上面
３，４ 側面
５ 中心穴
６ 切れ刃
７ チップブレーカ
７ａ ブレーカ壁
７ｂ 切れ上り端
８ 切欠き部
９ ランド部
１０ 切屑
Ａ，Ｂ チップの幅
Ｃ 切欠き部の幅
Ｄ チップブレーカの切れ上り端から中心穴までの距離
Ｅ 切欠き部から中心穴までの距離
Ｆ 切欠き部から中心穴までの距離が小さくなった部分
Ｇ 切欠き部の深さ
Ｈ 切欠き部の入り込み量
Ｗ チップブレーカの幅
θ 切れ刃の傾き

Claims (6)

1. チップブレーカ（７）を切れ刃（６）に沿って上面（２）に設けた多角形状のドリル用スローアウェイチップであって、前記チップブレーカ（７）の長手途中に１以上の切欠き部（８）を有し、その切欠き部（８）がチップブレーカ（７）の切れ上り端（７b）から０．２ｍｍ以上チップ中心側に入り込んでいるか又はその切欠き部の内端がチップの中心穴（５）に切り抜けていることを特徴とするドリル用スローアウェイチップ。
2. 前記切欠き部（８）が、切れ刃の有効領域の端部からチップ幅の２５〜６０％離間した領域にある請求項１に記載のドリル用スローアウェイチップ。
3. 前記切欠き部（８）の内端から前記中心穴（５）までの距離を０．５ｍｍ以上確保した請求項１又は２に記載のドリル用スローアウェイチップ。
4. 前記切欠き部（８）の深さＧを０．１ｍｍ以上にした請求項１〜３のいずれかに記載のドリル用スローアウェイチップ。
5. チップブレーカ（７）の切れ上り端（７ｂ）の位置を、切れ刃（６）の位置よりも高くした請求項１〜３のいずれかに記載のドリル用スローアウェイチップ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のスローアウェイチップ（１）を、チップブレーカ（７）を設けた上面（２）がすくい面となる姿勢にしてドリル本体（１１）の先端の複数ある設置点に各１個、ドリル中心Ｏからの設置距離を異ならせて着脱自在に装着し、ドリル中心からドリル外径部までの切削領域を各スローアウェイチップ（１）で分担して切削するようにしたドリル。

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