JP2010201551A - 流体供給孔付き超硬ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】シャンク部材と刃部材とを嵌合して一体的に固設する形式の流体供給孔付き超硬ドリルにおいて、簡便な手法で流体が効率良く流体供給孔内に流入するようにして流体の供給性能を向上させる。
【解決手段】シャンク部材１２の貫通孔１６の後部側が所定の油溜寸法Ｌ２だけ残るように刃部材１４が嵌合されて一体的に接合されているため、刃部材１４の後端より後方の貫通孔１６の空間部分２６が油溜として機能し、流体供給孔１８を経てドリル先端部へ供給される流体の供給性能が向上する。すなわち、冷却油剤等の流体は、工具後端の比較的大きな流通断面から先ずシャンク部材１２の貫通孔１６内に流入し、その後その貫通孔１６に嵌合された刃部材１４の流体供給孔１８内に流入するため、流通断面積が段階的に小さくなり、流体の流速も段階的に増大させられることから、流速の急な変化に起因する乱流の発生が抑制されて供給性能が改善される。
【選択図】図１

Description

本発明は流体供給孔付き超硬ドリルに係り、特に、流体供給孔が設けられた刃部材と円筒形状のシャンク部材とが嵌合されて一体的に固設されている流体供給孔付き超硬ドリルの改良に関するものである。

(a) 超硬合金にて構成されているとともに軸心上に貫通孔が設けられた円筒形状のシャンク部材と、(b) 所定のリードＬ１でねじれた複数の流体供給孔が軸方向に縦通するように設けられているとともに、外周面にはその流体供給孔と同じ数だけ同じリードＬ１でねじれ溝が形成され、そのねじれ溝が軸方向の先端に開口する部分に切れ刃が形成された超硬合金製の刃部材と、を有し、(c) その刃部材の軸方向の後端部が前記シャンク部材の貫通孔内に嵌合されて一体的に固設されている流体供給孔付き超硬ドリルが提案されている。特許文献１に記載のドリルはその一例で、半焼結（予備焼結）の状態のシャンク部材に対して、本焼結された刃部材の後端部を嵌合し、シャンク部材を本焼結することにより、その本焼結に伴う収縮でシャンク部材が刃部材に対して一体的に接合されるようになっている。そして、このような流体供給孔付き超硬ドリルは、例えば刃部材の切れ刃の外径であるドリル径Ｄ１が４ｍｍ程度以下（特許文献１では１ｍｍ未満）の小径ドリルにおいて、シャンク径として６ｍｍ程度以上の寸法を確保したい場合等に好適に採用される。

特開２００３−２７７８０７号公報

ところで、このような従来の流体供給孔付き超硬ドリルは、刃部材の後端とシャンク部材の後端とが略一致し、両者の後端面が略面一になるように構成されていたため、冷却油剤等の流体は、工具ホルダの保持穴等によって定まる工具後端の比較的大きな流通断面（シャンクと略同じ断面）から一気に小径の流体供給孔内に流入するため、流速の急な変化によって乱流が生じ易く、流体の供給性能（供給量など）が阻害されるという問題があった。特に、流体供給孔の径寸法はドリル径Ｄ１に応じて設定され、小径ドリルにおいては流体供給孔の径寸法も小さくなるのに対し、シャンク部材は刃部材と別体に構成されることからドリル径Ｄ１に対してシャンク径を比較的大きくできるため、流通断面積の変化が一層大きくなり、流速の変化による供給性能の低下が顕著になる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、シャンク部材と刃部材とを嵌合して一体的に固設する形式の流体供給孔付き超硬ドリルにおいて、簡便な手法で流体が効率良く流体供給孔内に流入するようにして流体の供給性能を向上させることにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 超硬合金にて構成されているとともに軸心上に貫通孔が設けられた円筒形状のシャンク部材と、(b) 所定のリードＬ１でねじれた複数の流体供給孔が軸方向に縦通するように設けられているとともに、外周面にはその流体供給孔と同じ数だけ同じリードＬ１でねじれ溝が形成され、そのねじれ溝が軸方向の先端に開口する部分に切れ刃が形成された超硬合金製の刃部材と、を有し、(c) その刃部材の軸方向の後端部が前記シャンク部材の貫通孔内に嵌合されて一体的に固設されている流体供給孔付き超硬ドリルにおいて、(d) 前記刃部材は、前記シャンク部材の貫通孔の後部側が所定の油溜寸法Ｌ２だけ残るようにその貫通孔内に嵌合されて一体的に固設されていることを特徴とする。

第２発明は、第１発明の流体供給孔付き超硬ドリルにおいて、前記油溜寸法Ｌ２は、前記円筒形状のシャンク部材の内径Ｄ２に対して３×Ｄ２または１０ｍｍのうち大きい方の寸法以上であることを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明の流体供給孔付き超硬ドリルにおいて、前記流体供給孔の径寸法は、前記切れ刃の外径であるドリル径Ｄ１に対して０．０５×Ｄ１〜０．２×Ｄ１の範囲内であることを特徴とする。

第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかの流体供給孔付き超硬ドリルにおいて、前記切れ刃の外径であるドリル径Ｄ１は４ｍｍ以下で、前記リードＬ１は６．７４×Ｄ１以下であることを特徴とする。

このような流体供給孔付き超硬ドリルにおいては、シャンク部材の貫通孔の後部側が所定の油溜寸法Ｌ２だけ残るようにその貫通孔内に刃部材の後端部が嵌合されて一体的に固設されているため、刃部材の後端より後方の貫通孔の空間部分が油溜として機能し、流体供給孔を経てドリル先端部へ供給される流体の供給性能（供給量など）が向上する。すなわち、冷却油剤等の流体は、主軸等に設けられた工具ホルダの保持穴等によって定まる工具後端の比較的大きな流通断面から先ずシャンク部材の貫通孔内に流入し、その後その貫通孔に嵌合された刃部材の流体供給孔内に流入するため、流通断面積が段階的に小さくなり、流体の流速も段階的に増大させられることから、流速の急な変化に起因する乱流の発生が抑制されて供給性能が改善されるのである。

一方、シャンク部材と刃部材とを嵌合して一体的に固設する際に、貫通孔の後部側が油溜寸法Ｌ２だけ残るようにするだけで良いため、所定の固設強度が得られる限り格別な設計変更などは不要で、必要に応じてシャンク部材の長さ寸法を長くすれば良く、簡便に且つ安価に実施できる。

第２発明では、上記油溜寸法Ｌ２がシャンク部材の内径Ｄ２に対して３×Ｄ２または１０ｍｍのうち大きい方の寸法以上であるため、貫通孔内における流体の流通が安定した後に刃部材の流体供給孔内に流入するようになり、流体の供給性能が適切に改善される。

第３発明では、流体供給孔の径寸法がドリル径Ｄ１に対して０．０５×Ｄ１〜０．２×Ｄ１の範囲内であるため、例えばドリル径Ｄ１が４ｍｍ程度以下の小径ドリルにおいても、所定の工具強度や剛性を確保しつつその流体供給孔を経て流体がドリル先端部へ適切に供給されるようにすることができる。

第４発明は、ドリル径Ｄ１が４ｍｍ以下の小径ドリルに関するもので、流体供給孔およびねじれ溝のリードＬ１が６．７４×Ｄ１以下であるため、次式(1) の関係から、ドリル径Ｄ１と同じ径寸法で設けられるねじれ溝のねじれ角αは２５°以上になり、流体供給性能の向上と相まって切りくずがねじれ溝に沿って適切に排出されるようになり、切りくず詰まり等による工具折損が抑制される。
Ｌ１＝ｔａｎ（９０°−α）×Ｄ１×π ・・・(1)

本発明の一実施例である流体供給孔付き超硬ドリルを示す図で、(a) は工具軸心Ｏと直角な方向から見た一部を切り欠いた正面図、(b) は(a) の左側の工具後端側から見て拡大して示す後端面図、(c) は(a) の右側の工具先端側から見て拡大して示す先端面図である。 図１の流体供給孔付き超硬ドリルの製造工程を説明する図である。 図１の実施例の工具後端部を工具軸心Ｏと平行に切断した断面図で、刃部材およびシャンク部材の後端が略面一の従来品と比較して示す図である。 本発明の他の実施例を説明する図で、図１の(a) に対応する正面図である。

本発明の流体供給孔付き超硬ドリルは、例えば前記特許文献１に記載のドリルと同様に、半焼結（予備焼結）の状態のシャンク部材に対して、本焼結された刃部材の後端部を嵌合し、シャンク部材を本焼結することにより、その本焼結に伴う収縮でシャンク部材が刃部材に対して一体的に接合されるが、シャンク部材および刃部材を何れも本焼結した後に、接着剤やろう付け等の固設手段により一体的に固設することも可能である。本焼結による収縮でシャンク部材を刃部材に一体的に接合する場合、所定の接合強度を得る上でシャンク部材の肉厚は、本焼結による収縮後の寸法で１ｍｍ以上が望ましい。

所定のリードＬ１でねじれた流体供給孔を有する刃部材は、例えば前記特許文献１と同様に押出プレス成形等によって形成することができる。ねじれ溝については、例えば本焼結後に砥石による研削加工等によって形成することができ、本焼結の前に切削加工等による粗加工で粗ねじれ溝を形成しておくこともできる。流体供給孔およびねじれ溝は、例えば工具軸心Ｏに対して対称的にそれぞれ一対ずつ設けられるが、工具軸心Ｏまわりに等角度間隔でそれぞれ３本以上設けることも可能である。流体供給孔によって供給される流体は、潤滑作用や冷却作用などが得られる切削油剤や圧縮空気などである。

流体供給孔およびねじれ溝のリードＬ１は、ドリル径Ｄ１に対して６．７４×Ｄ１以下にすればねじれ溝のねじれ角αが２５°以上になって適切な切りくず排出性能が得られ、例えばＬ１≒５．４４×Ｄ１とすればねじれ角α≒３０°となり、剛性や強度を確保しつつ良好な切りくず排出性能が得られる。但し、第１発明の実施に際しては、リードＬ１が６．７４×Ｄ１よりも長く、ねじれ角αが２５°に満たない場合であっても良い。小径ドリルにおいて所定の剛性や強度を確保する上で、ねじれ角αが例えば４０°程度以下になるように、リードＬ１を３．７４×Ｄ１以上とすることが望ましい。

シャンク部材の貫通孔の残り寸法である油溜寸法Ｌ２は、その貫通孔内における流体の流通が安定するように内径Ｄ２に対して３×Ｄ２または１０ｍｍのうち大きい方の寸法以上であることが望ましく、５×Ｄ２以上或いは１５ｍｍ以上とすることが一層望ましい。但し、３×Ｄ２未満或いは１０ｍｍ未満であっても流速の急な変化を抑制して供給性能を向上させる効果は得られる。

流体供給孔の径寸法は、ドリル径Ｄ１に対して０．０５×Ｄ１未満だと流体の供給性能が損なわれ、０．２×Ｄ１を超えると小径ドリルの場合強度や剛性が損なわれるため、０．０５×Ｄ１〜０．２×Ｄ１の範囲内が適当で、０．１×Ｄ１〜０．２×Ｄ１の範囲内が望ましい。但し、第１発明の実施に際しては、０．０５×Ｄ１未満であったり０．２×Ｄ１を超えたりしても良い。

本発明は、ドリル径Ｄ１が４ｍｍ以下の小径ドリルに好適に適用されるが、ドリル径Ｄ１が４ｍｍを超えるドリルにも適用され得る。刃部材は、例えばドリル径Ｄ１と同じ一定の径寸法のストレート形状であるが、シャンク部材に嵌合される嵌合部（シャンク部材の内径Ｄ２）に比較して、シャンク部材から突き出してねじれ溝が形成される溝部の径寸法（ドリル径Ｄ１）が小さい段付き形状とすることも可能である。その場合に、押出プレス成形によって得られる流体供給孔を有する素材は一定の径寸法であるため、ねじれ溝が設けられる溝部のみ所定のドリル径Ｄ１になるまで切削加工や研削加工などで削り出すようにすれば良い。

以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である流体供給孔付き超硬ドリル１０（以下、単に超硬ドリル１０という）を示す図で、(a) は工具軸心Ｏと直角な方向から見た一部を切り欠いた正面図、(b) は(a) の左側の工具後端側から見て拡大して示す後端面図、(c) は(a) の右側の工具先端側から見て拡大して示す先端面図である。この超硬ドリル１０は、２枚刃のツイストドリルで、何れも超硬合金から成るシャンク部材１２および刃部材１４によって構成されている。

シャンク部材１２は、軸心上に貫通孔１６が設けられた円筒形状を成しており、軸方向の両端には面取り状のテーパ面が形成されているとともに、刃部材１４の後端部は、このシャンク部材１２の貫通孔１６内に嵌合されて一体的に固設されている。本実施例では、予め予備焼結された半焼結材である円筒形状のシャンク素材５０（図２参照）の貫通孔１６内に、本焼結された刃部素材５２を嵌合した状態で、そのシャンク素材５０が本焼結されることにより、その焼結に伴う収縮でシャンク素材５０が刃部素材５２に一体的に接合され、それ等が接合されたドリル素材５４に対して所定の研削加工等が施されることにより本実施例の超硬ドリル１０が構成されている。

刃部材１４は、所定のリードＬ１でねじれた一対の流体供給孔１８が軸方向に縦通するように設けられているとともに、外周面にはその流体供給孔１８と同じ数だけ同じリードＬ１でねじれ溝２０が形成され、そのねじれ溝２０が軸方向の先端に開口する部分に一対の切れ刃２２が設けられている。一対の流体供給孔１８およびねじれ溝２０は、何れも工具軸心Ｏに対して対称的に設けられており、流体供給孔１８は一対の切れ刃２２の逃げ面２４にそれぞれ開口している。この刃部材１４は、一対の切れ刃２２の外径であるドリル径Ｄ１と同じ一定の径寸法のストレート形状を成しているとともに、一対のねじれ溝２０はシャンク部材１２から突き出す部分のみに設けられており、シャンク部材１２に嵌合されて一体的に接合される部分は、ねじれ溝２０が無い円筒形状の外周面を有している。なお、図１(a) の刃部材１４の外周面形状は、ねじれ溝２０を含めて概略的に示したものである。

上記刃部材１４は、シャンク部材１２の貫通孔１６の後部側が所定の油溜寸法Ｌ２だけ残るように、貫通孔１６内に嵌合されて一体的に接合されている。油溜寸法Ｌ２は、シャンク部材１２の内径Ｄ２に対して３×Ｄ２または１０ｍｍのうち大きい方の寸法以上で、本実施例では内径Ｄ２≒３．０ｍｍで、油溜寸法Ｌ２≒１６ｍｍである。シャンク部材１２の外径であるシャンク径Ｄ３は、肉厚ｔが１ｍｍ以上となるように内径Ｄ２に応じて定められ、本実施例ではシャンク径Ｄ３≒６．０ｍｍで、肉厚ｔは約１．５ｍｍである。

前記ドリル径Ｄ１は内径Ｄ２と同じで約３．０ｍｍであり、前記リードＬ１はねじれ溝２０のねじれ角αが２５°以上になるように６．７４×Ｄ１＝２０．２２ｍｍ以下で、本実施例ではねじれ角αが約３０°となるようにＬ１≒１６．３２ｍｍとされている。また、流体供給孔１８の径寸法は、０．０５×Ｄ１〜０．２×Ｄ１の範囲内で、本実施例では約０．３ｍｍ（≒０．１×Ｄ１）とされており、そのピッチ（中心間距離）ｑは約１．０ｍｍである。なお、図は必ずしも正確な寸法割合で示したものではない。

図２は、本実施例の超硬ドリル１０の製造工程の一例を説明する図で、(a) は前記シャンク部材１２の元となるシャンク素材５０であり、超硬合金の原料を円筒形状に成形した後に予備焼結された半焼結材である。このシャンク素材５０は、本焼結による収縮を考慮して目的寸法よりも大き目に形成されており、貫通孔１６も前記内径Ｄ２より大きい。(b) は前記刃部材１４の元となる刃部素材５２で、超硬合金の原料を押出プレス成形することにより一対のねじれた流体供給孔１８を形成しつつ円柱形状に成形した後、予備焼結および本焼結を行うとともに、所定の外径寸法となるように荒研削加工を行ったものである。そして、(c) に示すように円筒形状のシャンク素材５０の貫通孔１６内に刃部素材５２の後端部を所定寸法だけ嵌合した状態で、そのシャンク素材５０を本焼結すると、(d) に示すようにシャンク素材５０は焼結に伴って例えば２０％〜２５％程度の収縮率で収縮し、貫通孔１６が刃部素材５２の外周面に密着させられて一体的に接合される。(d) の一点鎖線は焼結前のシャンク素材５０の大きさである。これにより、それ等のシャンク素材５０および刃部素材５２が一体的に接合されたドリル素材５４が製作され、更にシャンク素材５０に外周研削加工等が施されるとともに、刃部素材５２に前記ねじれ溝２０や逃げ面２４等が研削加工によって設けられることにより、前記シャンク部材１２および刃部材１４から成る超硬ドリル１０が得られる。

このような本実施例の超硬ドリル１０においては、シャンク部材１２の貫通孔１６の後部側が所定の油溜寸法Ｌ２だけ残るようにその貫通孔１６内に刃部材１４の後端部が嵌合されて一体的に接合されているため、刃部材１４の後端より後方の貫通孔１６の空間部分２６が油溜として機能し、流体供給孔１８を経てドリル先端部へ供給される流体の供給性能（供給量など）が向上する。すなわち、冷却油剤等の流体は、図３の(a) に示すように主軸等に設けられた工具ホルダ３０の保持穴３２によって定まる工具後端の比較的大きな流通断面から先ずシャンク部材１２の貫通孔１６内（上記空間部分２６）に流入し、その後その貫通孔１６に嵌合された刃部材１４の流体供給孔１８内に流入するため、流通断面積が段階的に小さくなり、流体の流速も段階的に増大させられることから、流速の急な変化に起因する乱流の発生が抑制されて供給性能が改善されるのである。

これに対し、図３の(b) に示す従来品は、刃部材１４の後端とシャンク部材１２の後端とが略一致し、両者の後端面が略面一になるように構成されているため、冷却油剤等の流体は、工具ホルダ３０の保持穴３２によって定まる工具後端の比較的大きな流通断面から一気に小径の流体供給孔１８内に流入するため、流速の急な変化によって乱流が生じ易く、流体の供給性能が阻害される。特に、流体供給孔１８の径寸法はドリル径Ｄ１に応じて設定され、小径ドリルにおいては流体供給孔１８の径寸法も小さくなるのに対し、シャンク部材１２は刃部材１４と別体に構成されることからドリル径Ｄ１に対してシャンク径Ｄ３を比較的大きくできるため、流通断面積の変化が一層大きくなり、流速の変化による供給性能の低下が顕著になる。

一方、本実施例の超硬ドリル１０は、シャンク部材１２と刃部材１４とを嵌合して一体的に接合する際に、貫通孔１６の後部側が所定の油溜寸法Ｌ２だけ残るようにするだけで良いため、所定の接合強度が得られる限り格別な設計変更などは不要で、必要に応じてシャンク部材１２の長さ寸法を長くすれば良く、簡便に且つ安価に実施できる。

また、本実施例では上記油溜寸法Ｌ２がシャンク部材１２の内径Ｄ２に対して３×Ｄ２または１０ｍｍのうち大きい方の寸法以上であるため、貫通孔１６内における流体の流通が安定した後に刃部材１４の流体供給孔１８内に流入するようになり、流体の供給性能が適切に改善される。

また、本実施例では流体供給孔１８の径寸法がドリル径Ｄ１に対して０．０５×Ｄ１〜０．２×Ｄ１の範囲内であるため、ドリル径Ｄ１≒３．０ｍｍの小径ドリルにおいても、所定の工具強度や剛性を確保しつつその流体供給孔１８を経て流体がドリル先端部へ適切に供給される。

また、本実施例は、ドリル径Ｄ１≒３．０ｍｍの小径ドリルに関するものであるが、流体供給孔１８およびねじれ溝２０のリードＬ１が６．７４×Ｄ１以下、具体的にはＬ１≒１６．３２ｍｍで、ドリル径Ｄ１と同じ径寸法のねじれ溝２０のねじれ角αが約３０°になるため、所定の工具強度や剛性を確保しつつ所定の切りくず排出性能が得られ、流体供給性能の向上と相まって切りくずがねじれ溝２０に沿って適切に排出されるようになり、切りくず詰まり等による工具折損が適切に抑制される。

また、本実施例では、予備焼結された半焼結材であるシャンク素材５０の貫通孔１６内に、本焼結された刃部素材５２を嵌合した状態で、そのシャンク素材５０が本焼結されることにより、その焼結に伴う収縮でシャンク素材５０が刃部素材５２に一体的に接合されてドリル素材５４が製作され、そのドリル素材５４を元に超硬ドリル１０が製造されるため、シャンク部材１２および刃部材１４から成る超硬ドリル１０を簡単且つ安価に製造できる。その場合に、焼結後のシャンク部材１２の肉厚ｔが１．０ｍｍ以上で本実施例ではｔ≒１．５ｍｍであるため、シャンク素材５０を本焼結して刃部素材５２に一体的に接合する際に十分な接合強度を得ることができる。

なお、上記実施例の超硬ドリル１０の刃部材１４は、ドリル径Ｄ１と同じ一定の径寸法のストレート形状を成していたが、図４に示す超硬ドリル４０のように、刃部材４２を段付き形状とすることも可能である。すなわち、シャンク部材１２に嵌合される嵌合部４２ａに比較して、シャンク部材１２から突き出してねじれ溝２０が形成される溝部４２ｂの径寸法を、ドリル径Ｄ１に応じて小さくするのである。押出プレス成形によって得られる前記刃部素材５２は一定の径寸法のストレート形状であるため、ねじれ溝２０が設けられる溝部４２ｂのみを研削加工等により削り出して小径にすれば良い。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０、４０：流体供給孔付き超硬ドリル １２：シャンク部材 １４、４２：刃部材 １６：貫通孔 １８：流体供給孔 ２０：ねじれ溝 ２２：切れ刃 Ｏ：工具軸心 Ｌ１：リード Ｌ２：油溜寸法 Ｄ１：ドリル径 Ｄ２：内径 Ｄ３：シャンク径

Claims (4)

1. 超硬合金にて構成されているとともに軸心上に貫通孔が設けられた円筒形状のシャンク部材と、
   所定のリードＬ１でねじれた複数の流体供給孔が軸方向に縦通するように設けられているとともに、外周面には該流体供給孔と同じ数だけ同じリードＬ１でねじれ溝が形成され、該ねじれ溝が軸方向の先端に開口する部分に切れ刃が形成された超硬合金製の刃部材と、
   を有し、該刃部材の軸方向の後端部が前記シャンク部材の貫通孔内に嵌合されて一体的に固設されている流体供給孔付き超硬ドリルにおいて、
   前記刃部材は、前記シャンク部材の貫通孔の後部側が所定の油溜寸法Ｌ２だけ残るように該貫通孔内に嵌合されて一体的に固設されている
   ことを特徴とする流体供給孔付き超硬ドリル。
2. 前記油溜寸法Ｌ２は、前記円筒形状のシャンク部材の内径Ｄ２に対して３×Ｄ２または１０ｍｍのうち大きい方の寸法以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体供給孔付き超硬ドリル。
3. 前記流体供給孔の径寸法は、前記切れ刃の外径であるドリル径Ｄ１に対して０．０５×Ｄ１〜０．２×Ｄ１の範囲内である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の流体供給孔付き超硬ドリル。
4. 前記切れ刃の外径であるドリル径Ｄ１は４ｍｍ以下で、前記リードＬ１は６．７４×Ｄ１以下である
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の流体供給孔付き超硬ドリル。

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