JP2011500340A - 回転工具、詳細にはドリル - Google Patents

Abstract

特に通し穴のような高品質のドリル穴が加工できると共に長寿命をもつ回転工具、詳細にはドリル（２）を提供するために、本発明は、回転軸（１０）に沿って延び、複数の主切刃（６、８）を有する切削ヘッド（４）を有する。複数の主切刃（６、８）は半径方向外側に延び、複数の主切刃（６、８）の各々がコーナ面取り付きの切削コーナ（１６）で終端する。各コーナ面取りは別個の構成とされ、具体的には、粗削り用面取り（１８）の形態および仕上げ用面取り（２０）の形態とされる。

Description

本発明は、切削ヘッドを有する回転工具、詳細には、ドリルに関し、切削ヘッドは回転軸に沿って延び、複数の主切刃を有する。これら主切刃は半径方向外側に延び、切削ヘッドの周縁部において、切削ヘッドのそれぞれがコーナ面取り付きの切削コーナで終端する。

回転工具として設計されたかかる切削工具は、例えば、独国実用新案第２０２ ０９ ７６７号明細書に見ることができる。

例えば、ドリルを用いた、あるいはリーマ、フライス特にエンドミル、段付きドリル、深穴ドリル、または「３リップカッタ（ｔｈｒｅｅ−ｌｉｐｐｅｄ ｃｕｔｔｅｒ）」を用いた切削作業時には、これらの回転工具の切削コーナが機械的および熱的な高負荷を受けるという問題が一般的に生じる。この負荷を軽減するために、切削コーナに「コーナ面取り（ｃｏｒｎｅｒ ｂｅｖｅｌｓ）」を設けることは公知である。このコーナ面取りがあるために、主切刃は周縁部まで直線的に延びることがない。つまり、主切刃と外周部との間の移行部には、先のとがった切削コーナは何ら形成されない。したがって、この対策により切削コーナが受ける負荷が全体的に小さくなり、ひいては切削工具の有効寿命を延ばすことができる。一方、それと同時に、貫通開口、例えば、通し穴を形成しているときに、ドリル穴の出口の望ましくないばりが増大するという問題がある。これにより、要求される穴あけ品質を達成するのに、次にばり取り処理が必要となることが多い。

「このドリル穴の不安定性（ｆｒａｙｉｎｇ）」に対処するために、独国実用新案第２０２ ０９ ７６７号明細書に見ることができるツイストドリルには、再加工用補助切刃がそれぞれの主切刃に隣接して設けられる。したがって、主切刃に隣接する逃げ面が、それぞれの主切刃に割り当てられたそれぞれの再加工用補助切刃のすぐそばまで延びる。この場合に、補助切刃は、主切刃から軸方向に後退して配置される。

独国実用新案第２０２ ０９ ７６７号明細書 独国特許出願第１０ ２００６ ０２５ ２９４．２号明細書

本発明の目的は、長寿命を保証し、それと同時に、可能な限りばりが小さい貫通開口を形成できる回転式切削工具を提示することである。

この目的は、本発明により、請求項１の特徴を有する回転工具を用いて達成される。この場合に、回転工具は、詳細にはドリルとする。ただし、例えば、リーマ、フライス特にエンドミル、段付きドリル、深穴ドリルなどの他の回転工具において本発明による特徴を使用することもできる。この場合に、回転工具は、一体部品でありかつモジュール設計とすることができる。モジュール式工具では、切削ヘッドは通常、独立した要素として母体に交換可能に固定される。

回転工具は、回転軸に沿って延び、複数の主切刃、特に、２つの主切刃を有する切削ヘッドを備え、主切刃は半径方向外側に延びる。これらの主切刃の各々は、切削ヘッドの周縁部において、それぞれのコーナ面取りが付いた切削コーナで終端する。各々の主切刃のコーナ面取りは別個に構成される。これらのコーナ面取りは、粗削り用面取りおよび仕上げ用面取りと称される。また、粗削り用面取りを有する主切刃は以下のように案内面取りと称され、仕上げ用面取りを有する主切刃は自由切刃と称される。２つの主切刃は、特に、軸方向に見て同じ軸方向高さに配置されることを特徴とする。これは、回転軸によって形成される中心軸から同じ半径方向距離にあるコーナ面取りの領域内を除いて、主切刃の部分が同じ軸高さに配置されることを意味する。

この構成の決定的な利点は、各コーナ面取りが、その構成が別個になっているため、異なる機能を割り当てられるという点にある。すなわち、粗削り用面取りは初期加工または粗加工に適し、仕上げ用面取りは、再加工または仕上げ加工に適する。この対策により、仕上げ用面取りで通し穴のばりをほぼなくすことができる。それと同時に、粗削り用面取りの構成により、切削コーナの負荷が確実に低減され、それによって有効寿命が全体的に延びる。

さらなる補助切刃を使用しないで済ますことが可能であり、したがって、補助切刃の使用をやめるのが好ましく、それによって、回転工具が、簡単かつ安価に製造できる単純な形状になる。面取りを別個に構成し、粗削り用面取りおよび仕上げ用面取りとして構成することは、特に、切削能力が各主切刃に不均等に割り当てられる回転工具において有益である。したがって、２つの主切刃を有する回転工具では、一方の主切刃は、他方の主切刃よりも切削能力が高い。切削能力が高い方は案内切刃と称され、切削能力が低い方は自由切刃と称される。より高い負荷を受ける案内切刃は粗削り用面取りを有し、より低い負荷を受ける自由切刃は仕上げ用面取りを有する。

したがって、粗削り用面取りが仕上げ用面取りよりも大きくなるようにするのが得策である。この場合の「より大きい」という表現は、面取りを形成するのに、仕上げ用面取りにおいてよりも粗削り用面取りにおいて、切削ヘッドからより多くの材料が取り除かれることを意味する。特に、「より大きい面取り」という表現は、面取りの幅がより大きいことを意味する。この場合に、面取りの幅は、一方の、主切刃への移行点と、他方の、溝部に沿って延びる補助切刃への移行点、またはドリル周縁部への移行点との間の距離によって定義される。

可能な限りばりを除去し、第２に、可能な限り寿命を延ばすためには、２つの面取りの寸法が著しく異なっていて、粗削り用面取りの大きさが、仕上げ用面取りの大きさの２倍を超え、特に、５倍を超えるのが得策である。特に、仕上げ用面取りと粗削り用面取りとの寸法比は、１：２〜１：５０であり、好ましくは１：２５〜１：５０である。用途に応じて、特に、切削すべき材料および／または回転工具の材料の性質に応じて、従来の傾斜面取り、丸面取り、または２段面取りとして面取りを構成することができる。この場合に、仕上げ用面取りおよび粗削り用面取りに同じ構成の面取りを使用することが好ましい。あるいは、例えば、粗削り用面取りを丸面取りとして構成し、仕上げ用面取りを傾斜面取りとして構成するなど、仕上げ用面取りおよび粗削り用面取りを互いに異なるように構成することも可能である。

さらに、回転軸に対して同じ傾斜角で傾いた２つの面取りを設けるのが得策である。２つの面取り角は、それらの間で、通常０°と主切刃によって画定される先端角との間にある面取り先端角をなすのが得策である。主切刃によって画定される先端角は、ドリルの場合、ドリル先端角と称される。この場合の面取り先端角は、４０°〜１００°の範囲内にあるのが好ましい。

別個の構成の面取りは、各主切刃が異なる切削能力を有する、非対称に構成された回転工具で使用されるのが好ましい。これは、全体的な非対称構成によって達成される。

この場合に、２つの主切刃を有する構成において、２つの主切刃が１８０°とは異なるピッチ角で互いに配置されるようにするのが好ましい。この場合に、ピッチ角は１８５°〜２００°の範囲内にあるのが好ましい。ピッチ角は、素数、特に、１９３°に限定するのが得策である。ｎが主切刃の個数とすると、通常の場合では、ピッチ角は、３６０°の１／ｎに等しくない。

さらに、そのような非対称構成において、十分な同心性で回転するのを保証するために、回転方向において案内切刃に続く工具の外周部に、支持用面取りを設けるのが得策である。また、第１の支持用面取りが、正確には案内切刃を起点として、外周部に設けられる。非対称構成と案内切刃のより高い切削能力とのために、切削工具は、片側を穴壁に押し付けられるので、二重に支持することによって、改良された心振れのない回転が得られる。対照的に、自由切刃には、案内面取りが何ら設けられないか、または最大限でも外周部に沿って軸方向に同様に延びる小さい案内面取りしか設けられない。この場合に、支持用面取りおよび案内面取りは、いずれの場合も溝部に沿って延びるのが好ましい。別個の構成のコーナ面取りは、特に、独国特許出願第１０ ２００６ ０２５ ２９４．２号明細書に記載された回転工具または穴あけ工具で使用され、これに関して、本明細書にてその特許を参照するものとする。

本発明の例示的な実施形態が図を参照して以下にさらに詳細に説明される。各図面では、いずれの場合も、概略的で一部簡略化した図となっている。

ツイストドリルとして設計された回転工具の、ドリル先端領域の側面図である。 図１ａによるドリル先端部の、その回転軸のまわりに１８０°回転させた側面図である。 図１ａの中の「Ｘ」で特定した領域の拡大図である。 面取りが２段面取りとして構成された第２の構成のドリル先端部の側面図である。 図２ａの中の「Ｘ」で特定した領域を拡大図である。 面取りを形成する場合にコーナ丸みを設けた第３の変形実施形態の、図２ａに相当する図である。 面取りを形成する場合にコーナ丸みを設けた第３の変形実施形態の、図２ｂに相当する図である。 ２つの面取りが異なる構成とされた第４の変形実施形態の、図２ａに相当する図である。 ２つの面取りが異なる構成とされた第４の変形実施形態の、図２ｂに相当する図である。 非対称に構成されたドリル先端部の端面図である。 図５に示したドリル先端部を有するドリルの断面図である。 図６ａの中の円で特定した領域の拡大図である。

効果が同じ部品には、図面中に同じ参照数字を付与している。

ツイストドリル２として設計された回転工具に関連して、個々の詳細および特徴を以下に説明する。一部だけを示したツイストドリル２は、切削ヘッドとしてドリル先端部４を有し、このドリル先端部には、例示的な実施形態では２つであるが、複数の主切刃６、８が端面に形成されている。一方の主切刃は案内切刃６と称され、他方の主切刃は自由切刃８と称される。２つの主切刃６、８は、同時に回転軸１０を形成する、ドリル２の中心軸の領域にあるチゼル１２によって互いに連結されている。使用時、ドリル２は、回転軸１０のまわりに回転方向Ｄで回転する。ドリル先端部４は、略円錐側面形状で構成されており、主切刃６、８は、チゼル１２から斜め外側に延びている。それぞれの主逃げ面１４は、図で見て回転方向Ｄとは反対の方向でそれぞれの主切刃６、８に隣接している。それぞれの溝部１５は、ドリル本体に作られていて、回転方向Ｄで主切刃６、８の前方にある。溝部１５は、例示的な実施形態では螺旋状に延びている。それぞれの主切刃６、８は、概略的にはほぼ半径方向に切削コーナ１６まで延びていて、それぞれのコーナ面取りが切削コーナ１６に形成されている。この場合に、案内切刃６は、粗削り用面取り１８と称されるコーナ面取りを有し、自由切刃８は、仕上げ用面取り２０と称されるコーナ面取りを有する。

図１〜４からすぐに分かるように、２つの面取り１８、２０は、寸法が大きく異なるように構成されている。この場合に、粗削り用面取り１８は幅ｂ１を有し、仕上げ用面取り２０は幅ｂ２を有していて、幅ｂ２は、幅ｂ１よりもはるかに小さい。この場合の幅は、それぞれの主切刃６、８のほぼ直線の経路からそれぞれの面取り１８、２０への移行点または曲がり点Ｐ１と、それぞれの面取り１８、２０が、円周面の「ドリル山部」２２と合流するさらなる移行点または曲がり点Ｐ２との間の距離によって定義される。この場合に、２つの面取り１８、２０は、それぞれの溝部１５に沿って延びるそれぞれの補助切刃２４と合流する。

比ｂ２：ｂ１は、好ましくは１：２〜１：５０の範囲内であり、特に、１：２５〜１：５０の範囲内である。２つの山部１８、２０は、回転軸１０に対して同じ傾斜角で傾いている。必要に応じて、異なる傾斜角を付与することもできる。２つの案内面取り１８、２０は、共同して面取り先端角αをなしていて、この先端角αは、例示的な実施形態ではほぼ６０°〜９０°の範囲内であり、好ましくは、ほぼ８０°である。

図１の例示的な実施形態では、２つの面取り１８、２０が単純な傾斜面取りとして構成されているのに対して、図２の例示的な実施形態によれば、各面取り１８、２０が、２段面取りとして、すなわち２つの傾斜面取りが互いに直接隣接するように構成されて設けられている。２つまたはさらに多くの傾斜面取りを順々に配置する代わりに、それぞれの粗削り用面取り１８または仕上げ用面取り２０を、図３に示すように、丸形で構成することもできる。最後に、所望する任意の組み合わせが可能であり、この組み合わせは、いずれの場合もそれぞれの仕様要求に応じて選択することができる。したがって、図４に示すように、粗削り用面取り１８を丸面取りで構成し、仕上げ用面取り２０を傾斜面取りで構成することが可能である。反対に、仕上げ用面取りを丸面取りで構成し、粗削り用面取り１８を傾斜面取りまたは２段面取りなどで構成することもできる。

図１〜４に示すドリルは、図５および図６を参照して以下にさらに詳細に説明するように、回転軸１０に関して全体として非対称である。すでに示しているように、図１ａおよび図１ｂの２つの側面図を比較すると、案内切刃６に隣接するドリル山部２２の縁部に第１および第２の支持用面取り２６ａ、２６ｂが設けられており、支持用面取り２６ａ、２６ｂは、いずれの場合もそれぞれの溝部１５に沿って延びている。それに対して、自由切刃８に隣接するドリル山部２２は、残留物案内面取り２８と称されるただ１つの案内面取りを有する。２つの切刃６、８は、１８０°回転に対して、正確には互いに正反対の位置に配置されているわけではないことも、図１ｂの自由切刃８の破線図によってすでに示されている。

２つの主切刃６、８は、チゼル１２によって互いに連結されていることが、図５による平面図から分かる。２つの主切刃６、８は、切削コーナ１６で測定して、それらの間にピッチ角εをなし、このピッチ角は１８０°未満であり、特に、１６０°〜１７５°の範囲内である。例示的な実施形態では、ピッチ角εは、１６７°であるのが好ましい。図５の平面図から分かるように、ドリル２はまた、対称軸（回転軸１０）に対する材料分布に関して非対称に構築されている。正確に言うと、案内切刃６に隣接する第１のドリル半体３０ａは、自由切刃８に隣接する第２のドリル半体３０ｂよりも大きく構成されている。平面図では、略Ｓ字形状に湾曲したチゼル１２は、ドリル２の２つの半体部分を互いに分離している。第１の支持用面取り２６ａは、粗削り用面取り１８を有する切削コーナ１６から始まり、ドリル山部２２によって形成された周縁壁に隣接している。第２の支持用面取り２６ｂは、図で見て回転方向Ｄとは反対の方向で、ドリル山部２２の端部に配置されている。支持用面取り２６ｂは、広さまたは幅が第１の支持用面取り２６ａのおよそ半分から２倍である。第１の支持用面取り２６ａは、およそ１０°〜１５°の範囲内の回転角にわたって広がる。案内切刃６に隣接する第１のドリル半体３０ａは、９０°よりも大きい、特に、約９５°〜約１２０°の角度範囲にわたって広がる。それに対して、第２のドリル半体３０ｂは、より小さい、特に９０°未満の、好ましくは７０°より大きい角度範囲にわたって広がる。

図５の平面図にも見られるように、明瞭に分かる粗削り用面取り１８は、案内切刃６に隣接するように構成されている。それに対して、例えば、単に１０°の小角度範囲にわたって広がる、著しく小さい仕上げ用面取り２０は、自由切刃８の切削コーナ１６に形成されている。対照的に、粗削り用面取り１８は、第１の支持用面取り２６ａから第２の支持用面取り２６ｂまで切れ目なく延びている。

さらに、端面でドリルから出てくる２つの切削液路３２を図５および図６に見ることができる。

ホール壁または穴壁３４が図６にさらに示されている。２つの支持用面取り２６ａ、２６ｂは、ドリル半径で画定される円周線上に配置されており、切削作業時に形成された穴壁２４に表面積全体で支持される。こうして、全体的に良好な支持が達成される。それと同時に、残留物案内面取り２８は、特に、図６ｂの拡大図からから分かるように、穴壁３４に小区域でのみ支持されている。この場合に、残留物案内面取り２８の支持は、好ましくは１°未満の角度範囲にわたる。もっと正確に言えば、すき間角γが残留物案内面取り２８に形成されていて、大きい表面積を穴壁３４で支持することができない。この場合に、すき間角γは、ほぼ数度、例えば、ほぼ１０°である。ピッチ角εに対して相補的なピッチ角ε’が図６に示されている。さらに、例示的な実施形態に対して選択された角度値を図６に見ることができる。これらの角度仕様は、代替の変形形態では当然異なる。さらに、すき間角γに対して相補的なすき間角γ’を図６ａに見ることができ、すき間角γ’は、例示的な実施形態において８１°である。

ドリルの非対称構成のために、上述のドリルでは、力分布が意図的な非対称となる。したがって、回転軸１０のまわりに回転しているときに、半径方向力Ｆが結果として生じ、この結果的に生じた半径方向力Ｆにより、ドリル半体３０ａが穴壁３４に対接して、ドリル３０が支持される。その結果、矢印で示すように（図５を参照のこと）支持用面取り２６ａ、２６ｂに負荷がかかる。同時に、反対側の残留物案内面取り２８は負荷が緩和されて、ドリル全体にかかる非対称の負荷が発生する。

支持用面取り２６ａ、２６ｂで限定的に支持するとともに、粗削り用面取り１８と仕上げ用面取り２０との構成を異なるようにすることによって、非常に良好な同心性で回転することができ、かつ穴の円筒形状が良好になる。

Claims (11)

1. 切削ヘッド（４）を含む回転工具（２）、詳細にはドリルであって、前記切削ヘッド（４）は回転軸（１０）に沿って延び、かつ複数の主切刃（６、８）を有し、前記複数の主切刃（６、８）は半径方向外側に延び、前記主切刃（６、８）の各々が前記切削ヘッド（４）の周縁部においてコーナ面取り付きの切削コーナ（１６）で終端する回転工具（２）において、
   前記コーナ面取りが、粗削り用面取り（１８）および仕上げ用面取り（２０）として別個に構成されることを特徴とする回転工具（２）。
2. 前記粗削り用面取り（１８）は、前記仕上げ用面取り（２０）よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の回転工具（２）。
3. 前記粗削り用面取り（１８）の大きさは、前記仕上げ用面取り（２０）の大きさの２倍を超えることを特徴とする、請求項２に記載の回転工具（２）。
4. 前記仕上げ用面取り（２０）と前記粗削り用面取り（１８）との間の寸法比は、１：２５〜１：５０であることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の回転工具（２）。
5. 前記仕上げ用面取り（２０）および前記粗削り用面取り（１８）は同一であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転工具（２）。
6. 前記仕上げ用面取り（２０）および前記粗削り用面取り（１８）は異なることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転工具（２）。
7. 前記仕上げ用面取り（２０）および前記粗削り用面取り（１８）は、前記回転軸（１０）に対して同じ傾斜角で傾いていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転工具（２）。
8. 前記仕上げ用面取り（２０）および前記粗削り用面取り（１８）は、それらの間で４０°〜１００°の面取り先端角（α）をなすことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転工具（２）。
9. 前記切削ヘッド（４）は、前記回転軸（１０）に関して非対称になるように構成され、前記粗削り用面取り（１８）を有する前記主切刃は、案内切刃（６）として構成され、前記仕上げ用面取り（２０）を有する前記主切刃は、自由切刃（８）として構成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転工具（２）。
10. 前記案内切刃（６）および前記自由切刃（８）は、１８０°とは異なるピッチ角（ε）、特に、１８５°〜２００°の範囲内のピッチ角（ε）で配置されることを特徴とする、請求項９に記載の回転工具（２）。
11. 回転方向（Ｄ）において前記案内切刃（６）に続く前記外周部に、支持用面取り（２６ｂ）が設けられることを特徴とする、請求項９または請求項１０に記載の回転工具（２）。

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