JP2012000664A - ろう付け工具 - Google Patents

Abstract

【課題】刃部のシャンク部に対する高いろう付け精度は維持しつつ、刃部への応力や振動の緩和を図ってその折損を防止するとともに、工具がコスト高となるのも防ぐ。
【解決手段】切刃３Ｂが形成された刃部３とシャンク部２とがろう付けにより接合されたろう付け工具であって、刃部３の後端部にはろう付け軸部５が形成されるとともに、シャンク部２の先端部にはろう付け軸部５が挿入されてろう付けされるろう付け穴部４が形成されており、このろう付け穴部４の先端側には、ろう付け穴部４の後端側部分４Ａよりも内径が大きくなる拡径部７が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、切刃が形成された刃部がシャンク部にろう付けされたろう付け工具に関するものである。

このようなろう付け工具としては、例えば特許文献１に、切削部および軸部を有する切刃本体部と、この切刃本体部が接合されるシャンク部とを備え、このうちシャンク部は、軸部が隙間を設けて挿入されるとともに、この隙間にロウ材を供給して該軸部を固着するための挿入孔部と、この挿入孔部に同軸的に連通し、軸部の端部側が嵌合する嵌合孔部とを有し、これら軸部またはシャンク部には、挿入孔部と嵌合孔部との間に位置して溝部が形成されるようにしたものが提案されている。

特開２００１−１０５２３０号公報

ところで、このようなろう付け工具では、刃部の先端部と外周部に切刃が形成されて、その軸線回りに回転されつつ該軸線に交差する方向に送り出されることにより溝加工等を行うエンドミルのような工具は勿論、刃部の先端部のみに切刃が形成されて、軸線回りに回転されつつ該軸線方向に送り出されることにより穴明け加工を行うドリルのような工具でも、刃部に撓みが生じることが避けられない。また、切削加工時における振動によっても、微小な撓みが刃部に生じることになる。

そして、この撓みによる応力は、シャンク部にろう付けされる刃部のろう付け軸部のうち、このろう付け軸部が挿入されるシャンク部のろう付け穴部の開口部に位置する部分において最も大きくなる。ところが、上記特許文献１に記載されたような従来のろう付け工具では、上記挿入孔部とこの挿入孔部に位置する軸部とは、これらの間に一定の隙間（クリアランス）が与えられるように、それぞれ一定の内外径とされているため、このクリアランスが小さいと、ろう付け穴部の上記開口部に位置する部分においてろう付け軸部に応力が集中して刃部の折損を招くおそれがある。

その一方で、刃部への応力や振動の緩和を図ってこのような折損を防ぐために、上記クリアランスを大きくすると、刃部のシャンク部に対するろう付け精度が損なわれて同軸度や平行度などが低下し、これに伴い切削加工時に刃部に振れが生じたりして切削精度も低下してしまうことになる。また、こうしてクリアランスが大きいと、刃部をろう付けするためのろう材も多く必要となり、ろう材が高価な銀ロウである場合などには工具がコスト高となってしまう。

本発明は、このような背景の下になされたもので、刃部のシャンク部に対する高いろう付け精度は維持しつつ、刃部への応力や振動の緩和を図ってその折損を防止するとともに、工具がコスト高となるのも防ぐことが可能なろう付け工具を提供することを目的としている。

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、切刃が形成された刃部とシャンク部とがろう付けにより接合されたろう付け工具であって、上記刃部の後端部にはろう付け軸部が形成されるとともに、上記シャンク部の先端部には上記ろう付け軸部が挿入されてろう付けされるろう付け穴部が形成されており、このろう付け穴部の先端側には、該ろう付け穴部の後端側部分よりも内径が大きくなる拡径部が形成されていることを特徴とする。

従って、このように構成されたろう付け工具では、刃部のシャンク部に対するろう付け精度は、ろう付け穴部の後端側部分とろう付け軸部とのクリアランスを適正な大きさとすることにより、高い精度に維持することができる。そして、このろう付け穴部の先端側には、この適正なクリアランスが与えられる後端側部分よりも内径の大きな拡径部が形成されており、この拡径部においてろう付け穴部とろう付け軸部との間に、刃部やシャンク部を構成する硬質金属材料よりも硬度が低いろう材が介在することにより、刃部の撓みや振動を吸収することができるので、上述のように刃部の撓みによる応力が集中するろう付け穴部の開口部においてこの応力を緩和することができ、刃部の折損等を防止することが可能となる。また、内径の大きな拡径部が形成されるのは、ろう付け穴部先端側の開口部周辺だけなので、ろう材を多く必要とすることもない。

ただし、この拡径部の内径が小さすぎると、ろう付け軸部とのクリアランスも小さくなって充分な応力緩和を図ることができなくなるおそれがある。また、この拡径部のろう付け穴部開口部からの深さが小さすぎても、同様に充分な応力緩和を図ることができなくなる一方、この深さが深すぎて、ろう付け穴部においてクリアランスの大きな拡径部の占める割合が大きくなると、ろう付け精度の維持に支障を来すおそれが生じる。

このため、上記拡径部の開口部におけるろう付け軸部との半径方向クリアランスは、上記ろう付け穴部の後端側部分におけるろう付け軸部との半径方向クリアランスに対して４倍以上とされるとともに、上記ろう付け穴部の開口部からの上記拡径部の深さは、該ろう付け穴部の深さに対して１／４以下で、ろう付け穴部の後端側部分におけるろう付け軸部との上記半径クリアランスの２倍以上とされていることが望ましい。

なお、この拡径部は、その内径が一定とされた円筒面状の内周面を有するものであってもよいが、応力の集中はろう付け穴部の開口部側で大きくなるので、この拡径部の内径が先端側に向かうに従い漸次大きくなるようにされたものであってもよく、また、こうして内径が先端側に向かうに従い漸次大きくなった後に一定とされたものであってもよい。これらの場合には、必要とされるろう材を一層少なくすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、刃部をシャンク部に高精度にろう付けすることができて、これにより切削精度も高精度とすることができるとともに、ろう付け軸部への撓みによる応力の集中を防止して折損等が発生するのを防ぐことができ、工具寿命の延長を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す一部破断側面図である。 図１に示す実施形態のろう付け穴部の拡大断面図である。 図１に示す実施形態の第１変形例を示すろう付け穴部先端側の拡大断面図である。 図１に示す実施形態の第２変形例を示すろう付け穴部先端側の拡大断面図である。 図１に示す実施形態の第３変形例を示すろう付け穴部先端側の拡大断面図である。 図１に示す実施形態の第４変形例を示すろう付け穴部先端側の拡大断面図である。

図１および図２は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態は、本発明をろう付け式のドリルに適用した場合を示すものであって、その工具本体１は、後端側（図１において右側）のシャンク部２と先端側（図１において左側）の刃部３とから構成されており、シャンク部２の先端部に形成されたろう付け穴部４に刃部３の後端側のろう付け軸部５が挿入されてろう材６によってろう付けされることにより、これらシャンク部２と刃部３とが工具軸線Ｏに関して同軸に接合されて一体化されている。

シャンク部２はその外形が工具軸線Ｏを中心とした略円柱状とされており、ろう付け穴部４は、同じく工具軸線Ｏを中心とした断面円形とされて、該シャンク部２の先端面に開口して工具軸線Ｏ方向後端側に延びるように穿設されている。そして、このろう付け穴部４は、その後端側部分４Ａが刃部３のろう付け軸部５を嵌挿可能な程度のクリアランスとなる一定の内径とされるとともに、こうして一定内径とされた後端側部分４Ａよりも先端側には、該後端側部分４Ａの内径よりも大きな内径とされた拡径部７とされている。

ここで、本実施形態では、この拡径部７は、図２に示すように一定内径とされたろう付け穴部４の後端側部分４Ａよりも大きな内径のやはり一定内径とされて、シャンク部２の先端面に開口するように形成された座ぐり形状とされており、従ってこの拡径部７とろう付け穴部４の後端側部分４Ａとの間には、先端側に向けてろう付け穴部４の内径が一段広がるような段差面が形成される。なお、本実施形態では、この段差面は工具軸線Ｏに垂直な平面状の円環面とされている。

一方、本実施形態の刃部３は、その外形がやはり工具軸線Ｏを中心とした略円柱状とされており、その外径は、上記ろう付け穴部４の後端側部分４Ａの内径よりも僅かに小さくされて、工具軸線Ｏ方向に亙って一定外径とされている。ただし、ドリルである本実施形態における刃部３の先端部外周には、この刃部３先端の先端逃げ面から後端側に向けて一対の切屑排出溝３Ａが工具軸線Ｏに関して対称に、使用時の工具回転方向後方側に向けて捩れるように形成されており、これらの切屑排出溝３Ａの工具回転方向を向く壁面と上記先端逃げ面との交差稜線部に切刃３Ｂが形成されている。

なお、この刃部３の先端部外周に形成される上記切屑排出溝３Ａは、該刃部３がシャンク部２にろう付けされた状態においてシャンク部２よりも手前で外周側に切り上げられており、上記拡径部７も含めたろう付け穴部４に挿入される刃部３後端側のろう付け軸部５は、上記一定外径の円柱状とされている。そして、このようにろう付け穴部４にろう付け軸部５が挿入されて、このろう付け軸部５の後端面がろう付け穴部４の底面に当接した状態で、銀ろう等の上記ろう材６により上述のように接合される。

ここで、こうして一定外径とされたろう付け軸部５に対して、ろう付け穴部４の内径は、図２に示すように拡径部７のシャンク部２先端面への開口部におけるろう付け軸部５との半径方向のクリアランスＡが、ろう付け穴部４の後端側部分４Ａにおけるろう付け軸部５との半径方向のクリアランスＣに対して４倍以上とされている。ただし、ろう付け軸部５はろう付けされた状態で上記クリアランスＣの範囲で偏心する可能性があるので、拡径部７の上記開口部における内径（直径）とろう付け軸部５の外径（直径）との差が、ろう付け穴部４の上記後端側部分４Ａの内径（直径）とろう付け軸部５の外径（直径）との差の４倍以上とされていてもよい。

また、ろう付け穴部４の拡径部７の上記開口部から上記段差面までの該拡径部７の深さＢは、拡径部７も含めたろう付け穴部４全体の深さＬ、すなわち拡径部７の上記開口部から後端側部分４Ａにおけるろう付け穴部４の上記底面までの深さに対して１／４以下とされるとともに、上記ろう付け穴部４の後端側部分４Ａにおけるろう付け軸部５との半径方向の上記クリアランスＣの２倍以上とされている。

このように構成されたろう付け工具においては、ろう付け穴部４の先端側に、このろう付け穴部４の後端側部分４Ａよりも内径の大きくなる拡径部７が形成されており、従って切削加工時に刃部３の切刃３Ｂに作用する切削負荷によって刃部３に撓みが生じても、このような撓みによる応力がろう付け穴部４の開口部において刃部３に集中するのを防ぐことができる。また、切削加工時における刃部３の振動も緩和することができる。

すなわち、このような拡径部７が形成されることにより、該拡径部７におけるろう付け穴部４の先端側のろう付け軸部５とのクリアランスＡは、後端側部分４ＡのクリアランスＣよりも大きくなる。そして、上記銀ろう等のろう材６は、通常は刃部３やシャンク部２を構成する硬質金属材料よりも柔らかいので、このように大きなクリアランスＡとされた拡径部７のろう材６により刃部３の撓みや振動を吸収して応力の集中を防ぐことができるのである。

ただし、この拡径部７におけるろう材６は、必ずしも図２に示すようにシャンク部２の先端面と面一となるように充填されていなくてもよく、例えば上記段差面から先端側に向けてシャンク部２先端面に至る途中までに充填されていてもよく、また逆にシャンク部２の先端面から僅かに盛り上がるようにして刃部３をろう付けしていてもよい。

その一方で、上記構成のろう付け工具においては、ろう付け穴部４の後端側部分４Ａでは、その内径が拡径部７より小さく、従ってろう付け軸部５とのクリアランスＣも小さくされているので、ろう付け穴部４全体の内径を拡径させるのに対し、ろう付け軸部５の偏心や傾きを防いで、シャンク部２に対する刃部３の同軸度や平行度などの高いろう付け精度を確保することができる。また、ろう付けに必要とされる高価な銀ろう等のろう材６の量も削減することができる。

従って、上記構成のろう付け工具によれば、高精度の切削加工を可能とすることができるとともに、応力集中による刃部３の折損等を防いで長い寿命を確保することができ、さらには工具コストの低減を図ることも可能となる。

なお、この拡径部７におけるろう付け軸部５とのクリアランスＡが小さすぎたり、拡径部７の深さＢが小さすぎたりすると、このような応力緩和効果を充分に奏功することができなくなるおそれがある。このため、本実施形態のように拡径部７の開口部における半径方向の上記クリアランスＡはろう付け穴部４の後端側部分４Ａにおける半径方向クリアランスＣの４倍以上とするのが望ましく、また、拡径部７の深さＢはこの後端側部分４Ａの半径方向クリアランスＣの２倍以上とされるのが望ましい。

ただし、この拡径部７の深さＢについては、これが深くなりすぎると、ろう付け穴部４の後端側部分４Ａが工具軸線Ｏ方向に短くなってろう付け精度の低下を招くおそれがあるので、ろう付け穴部４の深さＬに対して１／４以下とされるのが望ましい。また、拡径部７の半径方向クリアランスＡは大きくてもよいが、シャンク部２の先端面の外径によって決定される。

なお、本実施形態における拡径部７は、上述のようにろう付け穴部４の後端側部分４Ａよりも大きな内径の一定内径とされて、その円筒面状の内周面が段差面を介してろう付け穴部４の後端側部分４Ａに連なるようにされた座ぐり形状とされているが、刃部３の撓み等による応力が集中するのはろう付け穴部４のシャンク部２先端面における開口部であるので、この開口部でろう付け軸部５との半径方向クリアランスＡが十分に確保されていればよい。

そこで、例えば図３に示す上記実施形態の第１変形例のように、拡径部７の内周面を工具軸線Ｏ上に中心線を有する凹円錐面として面取り形状としたり、あるいは図４に示す第２変形例のように、拡径部７の内周面が工具軸線Ｏに沿った断面においてシャンク部２の外周側に凹むような凹曲線状をなすようにしたり、あるいは逆に図示は略するが工具軸線Ｏに沿った断面がシャンク部２の内周側に凸となる凸曲線状をなすようにしたりして、この拡径部７の内径が先端側に向かうに従い漸次大きくなるようにされていてもよい。これらの場合には、ろう材７の量をさらに削減することも可能となる。なお、これら図３〜図６に示す変形例において、上記実施形態と共通する部分には同一の符号を配して説明を省略する。

また、これらの変形例と上記実施形態とを組み合わせて、図５、図６に示す第３、第４変形例のように、拡径部７の内径が先端側に向かうに従い漸次大きくなった後に一定とされるようにしてもよい。図５に示す第３変形例では、拡径部７の内周面が、ろう付け穴部４の後端側部分４Ａ側では第２の変形例と同様に工具軸線Ｏに沿った断面においてシャンク部２の外周側に凹となる凹曲線状とされるとともに、ろう付け穴部４の開口部側では実施形態と同様に内径が一定の円筒面状とされている。

また、図６に示す第４変形例では、上記実施形態と第１変形例とを組み合わせて、拡径部７の内周面が、後端側部分４Ａから先端側に向けて工具軸線Ｏ上に中心を有する円錐面をなす面取り状に内径が漸次大きくされた後、後端側部分４Ａよりも大きな内径の一定内径とされて、シャンク部２の先端面に開口させられている。勿論、断面が凸曲線とされた変形例と上記実施形態を組み合わせてもよい。

以下、実施例を挙げて、拡径部７の上記半径方向クリアランスＡと深さＢについての本発明の効果について実証する。本実施例では、上記実施形態に応じて拡径部７の内径が一定とされたろう付け穴部４を有するろう付け工具（ドリル）において、このろう付け穴部４の後端側部分４Ａとろう付け軸部５との半径方向クリアランスＣを０．１ｍｍ、深さＬを１０．０ｍｍとしてそれぞれ一定とし、拡径部７のろう付け軸部５との半径方向クリアランスＡおよび深さＢを次表１に示すように変えた複数のろう付け工具を作成した（表１において丸印、二重丸印が付いたもの）。

また、比較として、ろう付け穴部４に拡径部７が設けられずに、ろう付け穴部４の深さＬ（１０．０ｍｍ）の全長に亙ってろう付け軸部５との半径方向クリアランスＡが０．１ｍｍで一定とされたもの、および０．４ｍｍで一定とされたものも作成した（表１において三角印、バツ印が付いたもの）。これらも併せて表１に示す。

そして、これら表１に示したろう付け工具であるドリルにより同一の加工条件で穴明け加工を行い、その際の穴明け可能であった穴数によって工具寿命の評価を行った。この結果を表１に示す。なお、表１において二重丸印は７５穴以上穴明け可能であったもの、丸印は５０穴〜７４穴を穴明け可能であったもの、三角印は２０穴〜４９穴を穴明け可能であったもの、バツ印は穴明け可能であった穴数が２０穴未満であったものである。また、表１に横線が入っているものは工具の作成、および穴明け加工を行っていない。

なお、これらのろう付け工具において、シャンク部２の材質はＳ４５Ｃ、刃部３の材質はＳＫＨ５１、ろう材はＪＩＳ Ｚ ３２６１におけるＢＡｇ−６であり、ろう付け穴部４の後端側部分４Ａにおけるろう付け軸部５との半径方向クリアランスＣは０．１ｍｍ、拡径部７も含めたろう付け穴部４全体の深さＬは１０．０ｍｍであった。また、刃部３の切刃３Ｂの外径（直径）は２．０ｍｍ、被削材はＳ５０Ｃ、加工穴は深さ５．０ｍｍの貫通穴であり、穴明け加工時の回転速度は３０００ｍｍ^−１であり、刃部３を下向きにして工具本体１に１．５Ｎの荷重を加えることにより送りを与えた。

この表１の結果より、まず、拡径部７の深さＢがろう付け穴部４の深さＬと同じ１０．０ｍｍで、言い換えればろう付け穴部４が拡径部７が形成されることなく一定内径とされたもののうち、このろう付け穴部４または拡径部７とろう付け軸部５との半径方向クリアランスＡが０．１ｍｍと、拡径部７を有するものにおけるろう付け穴部４の後端側部分４Ａとろう付け軸部５との半径方向クリアランスＡと等しくされたもの（表１の三角印のもの）では、２０穴以上は穴明け可能であったものの、ろう付け穴部４の開口部において応力が集中して、加工穴数が５０穴に達する前に刃部３に折損を生じて寿命となった。

また、同じく拡径部７の深さＢがろう付け穴部４の深さＬと同じ１０．０ｍｍとされたもののうち、ろう付け穴部４または拡径部７とろう付け軸部５との半径方向クリアランスＡが０．４ｍｍと大きくされたもの（表１のバツ印のもの）では、刃部３がシャンク部２に対して傾いてろう付けされてしまい、これにより穴明け加工時に切刃３Ｂに大きな振れが生じて、やはり加工穴数が２０穴に達することなく穴明け不能となった。

これらに対して、ろう付け穴部４の先端側に内径が大きくなる拡径部７が形成された本発明に係るろう付け工具（表１の丸印、二重丸印のもの）では、いずれにおいても５０穴以上の穴加工が可能であった。特に、拡径部７の開口部におけるろう付け軸部５との半径方向クリアランスＡがろう付け穴部４の後端側部分４Ａにおけるろう付け軸部５との半径方向クリアランスＣ（０．１ｍｍ）に対して４倍の０．４ｍｍ以上であるとともに、ろう付け穴部４の開口部からの拡径部７の深さＢが、ろう付け穴部４の深さＬ（１０．０ｍｍ）に対して１／４の２．５ｍｍ以下で、かつろう付け穴部４の後端側部分４Ｂにおける半径クリアランスＣの２倍の０．２ｍｍ以上とされたもの（表１の二重丸印のもの）では、７５穴以上加工を行っても折損等を生じることなく、高精度の穴明け加工を行うことが可能であった。

なお、このうち、上記半径方向クリアランスＡが半径方向クリアランスＣ（０．１ｍｍ）に対して４倍の０．４ｍｍで、上記拡径部７の深さＢが、ろう付け穴部４の深さＬ（１０．０ｍｍ）に対して１／５０で、かつ上記半径クリアランスＣの２倍の０．２ｍｍのものについては、上記実施形態のように拡径部７が座ぐり形状のもののほかに、図３に示した第１変形例のように拡径部７の内周面が凹円錐面状とされた面取り形状のものでも、同様の条件で穴明け加工を行った。その結果でも、表１に並べて示すように７５穴以上の穴明け加工が可能であった。

１ 工具本体
２ シャンク部
３ 刃部
３Ｂ 切刃
４ ろう付け穴部
４Ａ ろう付け穴部４の後端側部分
５ ろう付け軸部
６ ろう材
７ 拡径部
Ｏ 工具軸線
Ａ 拡径部７の開口部におけるろう付け軸部５との半径方向クリアランス
Ｂ ろう付け穴部４の開口部からの拡径部７の深さ
Ｃ ろう付け穴部４の後端側部分４Ａにおけるろう付け軸部５との半径方向クリアランス
Ｌ ろう付け穴部４の深さ

Claims (5)

1. 切刃が形成された刃部とシャンク部とがろう付けにより接合されたろう付け工具であって、上記刃部の後端部にはろう付け軸部が形成されるとともに、上記シャンク部の先端部には上記ろう付け軸部が挿入されてろう付けされるろう付け穴部が形成されており、このろう付け穴部の先端側には、該ろう付け穴部の後端側部分よりも内径が大きくなる拡径部が形成されていることを特徴とするろう付け工具。
2. 上記拡径部の開口部における上記ろう付け軸部との半径方向クリアランスが、上記ろう付け穴部の後端側部分における上記ろう付け軸部との半径方向クリアランスに対して４倍以上であるとともに、上記ろう付け穴部の開口部からの上記拡径部の深さが、該ろう付け穴部の深さに対して１／４以下で、上記ろう付け穴部の後端側部分における上記半径クリアランスの２倍以上とされていることを特徴とする請求項１に記載のろう付け工具。
3. 上記拡径部の内径が一定とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のろう付け工具。
4. 上記拡径部の内径が先端側に向かうに従い漸次大きくなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のろう付け工具。
5. 上記拡径部の内径が先端側に向かうに従い漸次大きくなった後に一定とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のろう付け工具。

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