JP2014237213A - 切削工具及び切削工具の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好に切粉を排出することが可能な切削工具及び切削工具の製造方法を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る切削工具は、被削材を切削するための切刃と、少なくとも前記切刃側の端部において円形でない横断面を有する吸塵孔を長さ方向に設けたシャンクとを有する。また、実施形態に係る切削工具の製造方法は、シャンクに、被削材を切削するための切刃又は前記切刃としてのチップを取付けるための取付部を形成し、かつ少なくとも前記切刃側の端部において円形でない横断面を有する吸塵孔を長さ方向に設けるものである。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、切削工具及び切削工具の製造方法に関する。

従来、金属材料に限らず、複合材又は複合材に金属材料を重ねた二層材を良好に穿孔することが可能なドリルとして、切刃の先端角が中心位置から最大径位置に向けて連続的に減少し、かつ切刃のラジアル方向における逃げ角が中心位置から最大径位置に向けて連続的に減少する形状に形成されたドリルが考案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−３６７５９号公報

本発明は、良好に切粉を排出することが可能な切削工具及び切削工具の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る切削工具は、被削材を切削するための切刃と、少なくとも前記切刃側の端部において円形でない横断面を有する吸塵孔を長さ方向に設けたシャンクとを有する。
また、本発明の実施形態に係る切削工具は、被削材を切削するための切刃としてのチップを取付けるための取付部と、少なくとも前記切刃側の端部において円形でない横断面を有する吸塵孔を長さ方向に設けたシャンクとを有する。
また、本発明の実施形態に係る切削工具の製造方法は、シャンクに、被削材を切削するための切刃又は前記切刃としてのチップを取付けるための取付部を形成し、かつ少なくとも前記切刃側の端部において円形でない横断面を有する吸塵孔を長さ方向に設けるものである。

本発明の実施形態に係る切削工具及び切削工具の製造方法によれば、良好に切粉を排出することができる。

本発明の第１の実施形態に係る切削工具の一例としてのドリルの正面図。 図１に示すドリルの右側面図。 図１に示すドリルの左側面図。 図１に示すドリルのＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面及びＣ−Ｃ断面における断面図。 本発明の第２の実施形態に係る切削工具の一例としてのドリルの正面図。 図５に示すドリルの右側面図。 図５に示すドリルの左側面図。 図５に示すドリルのＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面における断面図。 図５に示すドリルを３枚刃とした場合におけるＡ−Ａ断面における断面図。 図５に示すドリルを４枚刃とした場合におけるＡ−Ａ断面における断面図。

本発明の実施形態に係る切削工具及び切削工具の製造方法について添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
（構成および機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係る切削工具の一例としてのドリルの正面図、図２は図１に示すドリルの右側面図、図３は図１に示すドリルの左側面図、図４は図１に示すドリルのＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面及びＣ−Ｃ断面における断面図である。

ドリル１は、シャンク２に切刃３を形成して構成される。このため、ドリル１は、本体部４及び刃部５を有する。刃部５は、被削材を切削するための切刃３を有する部分である。また、本体部４は、切刃３が設けられないシャンク２の部分である。本体部４の刃部５と逆側の端部には、ホルダでドリル１を保持するための保持部６が形成される。

図示されたドリル１は、２枚刃の刃部５を有している。但し、３枚刃、４枚刃又は５枚刃以上の刃部５をドリル１に設けてもよい。すなわち、切刃３は、２枚刃に限らず３枚刃又は４枚刃とすることができる。

切刃３は、先端角Ａが中心位置から最大径位置Ｄに向けて０度でない角度から０度まで連続的に減少し、かつラジアル方向における逃げ角εが中心位置から最大径位置Ｄに向けて連続的に減少する形状とすることが好適である。更に、切刃３は、最大径位置Ｄにおいて０度でない（好適には１５度以下の）ラジアル方向の逃げ角εを有する形状とすることが好適である。これらの条件を満たす切刃３を刃部５に形成すると、被削材が金属である場合に限らず、複合材又は複合材と金属とを重ね合わせた２層材であっても被削材の剥離を低減させて良好な精度で穿孔を行うことが可能となる。

図示された例では、最大径位置Ｄにおいて逃げ角εが形成されるように、シャンク２の刃部５と保持部６との間における直径が、刃部５及び保持部６における直径よりも短くなっている。

シャンク２には、長さ方向に吸塵孔７が設けられる。シャンク２内に形成される吸塵孔７は、少なくとも切刃３側の端部において円形でない横断面を有する。図示された例では、中心の位置が異なる複数の円形の孔をオーバーラップさせた形状の横断面を少なくとも一部に有する吸塵孔７がシャンク２に設けられている。

具体的には、シャンク２の軸に平行でシャンク２の軸と異なる第１の軸を有し、かつ切刃３の先端まで到達しない第１の孔８と、シャンク２の軸に平行で第１の軸と異なる第２の軸を有し、かつ切刃３の先端まで到達しない第２の孔９とを連結させた形状の吸塵孔７がシャンク２に設けられている。つまり、互いに中心軸が異なる平行な２つの第１の孔８と第２の孔９とがオーバーラップした状態で吸塵孔７を形成している。

第１の孔８及び第２の孔９は、いずれも貫通しないめくら孔である。但し、刃部５では、先端に向かって徐々に芯が細くなる。このため、第１の孔８及び第２の孔９は切刃３間の各溝１０において外部に開放される。逆に、切刃３間の各溝１０において第１の孔８及び第２の孔９が外部に開放するように、第１の孔８の第１の軸及び第２の孔９の第２の軸の各位置が決定される。従って、第１の軸と第２の軸を通る平面は、２つの溝１０を横切る平面となる。

Ａ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面及びＣ−Ｃ断面において吸塵孔７の形状は、だるま形状となる。但し、刃部５では、先端に向かって徐々に芯が細くなる。このため、刃部５の先端に近づく程、だるま形状を有する吸塵孔７の横断面は徐々に小さくなる。そして、吸塵孔７を構成する第１の孔８の先端及び第２の孔９の先端が、切刃３の先端よりもシャンク２の保持部６側にそれぞれ円錐状の凹部として形成される。

一方、保持部６側における吸塵孔７の端部には、例えばパイプ状の吸引管を取付けられるように、横断面が円形の空隙１１が形成される。すなわち、図示された例では、保持部６側の端部における吸塵孔７の横断面が、単純な円形となっている。

尚、図示されたドリル１は２枚刃であるため、切刃３間の２つの溝１０において外部に開放されるように第１の孔８及び第２の孔９をオーバーラップさせて吸塵孔７が形成されているが、刃数（または切刃数）に応じてオーバーラップさせる孔の数を変えることができる。

例えば、３枚刃であれば、切刃３間に３つの溝が形成される。このため、３つの溝でそれぞれ外部に開放されるように３つの孔をオーバーラップさせて吸塵孔７を形成することができる。また、４枚刃であれば、切刃３間に４つの溝が形成される。このため、４つの溝でそれぞれ外部に開放されるように４つの孔をオーバーラップさせて吸塵孔７を形成することができる。この場合、外部に開放される吸塵孔７の部分が増えるため、吸塵能力を向上させることができる。

逆に、刃数に関わらず、任意の数の孔をオーバーラップさせて吸塵孔７を形成することもできる。例えば、刃数に関わらず、２つの孔をオーバーラップさせて吸塵孔７を形成すれば、吸塵孔７の構造を簡易にすることができる。このため、ドリル１の製造を容易にすることができる。

尚、ドリル１の素材としては、高速度工具鋼（ハイス）等の炭素鋼や超硬など、任意の素材を使用することができる。もちろん、耐摩耗性や耐食性の向上等の所望の目的のコーティングを施すこともできる。

そして、上述のような構造を有するドリル１は、エア吸引系と接続されたハンドツールタイプのドリル駆動装置やスピンドルと連結されたエア吸引系を備えた工作機械に取付けて被削材の穿孔用に使用することができる。

次に、ドリル１の製造方法について説明する。

ドリル１は、シャンク２に、被削材を切削するための切刃３を形成し、かつ少なくとも切刃３側の端部において円形でない横断面を有する吸塵孔７を長さ方向に設けることによって製造することができる。吸塵孔７を有するシャンク２を製造する代表的な方法としては、穿孔工具を用いて吸塵孔７を穿孔する方法と、型押しによって焼結体として吸塵孔７を有するシャンク２を形成する方法が挙げられる。もちろん、他の公知の方法によって吸塵孔７を有するシャンク２を製造することもできる。

穿孔工具を使用する場合には、穿孔工具の位置を変えてシャンク２の長さ方向に、切刃３の先端まで各孔が到達しないように複数回穿孔することによって吸塵孔７を設けることができる。吸塵孔７を穿孔するための穿孔工具としては、深孔加工用エンドミルや深孔加工用ドリル等が挙げられる。図示されたドリル１は、深孔加工用ドリルで吸塵孔７を加工した例を示している。このため、吸塵孔７の切刃３側の端部には、円錐状の凹みが形成されている。

従って、先端がフラットな深孔加工用エンドミルで吸塵孔７の加工を行う場合には、吸塵孔７の切刃３側の端部もフラットとなる。また、Ｒ面取りを施した深孔加工用エンドミルで吸塵孔７の加工を行う場合には、吸塵孔７の切刃３側の端部にもＲ面取りが施される。つまり、吸塵孔７の切刃３側の端部の形状は、穿孔工具の形状に対応する形状となる。

穿孔工具を使用してシャンク２に吸塵孔７を形成する製法では、既存の汎用性のあるドリルに付加的に吸塵孔７を設けることが可能である。また、機械加工のみでシャンク２に吸塵孔７を形成することができる。

一方、型押しによって吸塵孔７を有するシャンク２を形成する場合には、吸塵孔７の形状に対応する形状を有する引抜体が型押体に挿入される。そして、引抜体が挿入された型押体にシャンク２の素材となる超硬材料等の粉末が充填される。この状態で、粉末が加圧圧縮される。

次に、引抜体が型押体及び加圧圧縮後の粉末から引き抜かれる。続いて、加圧圧縮後の粉末が一定時間高温加熱される。これにより、粉末の焼結体として吸塵孔７を有するシャンク２を製造することができる。粉末が超硬材料であれば、超硬合金として吸塵孔７を有するシャンク２を得ることができる。

型押しによって吸塵孔７を形成する場合には、加圧圧縮された粉末から引抜体を引抜くことが必要となる。従って、引抜くことが可能な引抜体の形状に対応する吸塵孔７がシャンク２に形成される。このため、より複雑な形状を有する吸塵孔７をシャンク２内に形成することが可能である。

例えば、図示された例では、吸塵孔７の横断面の形状が複数の円を重ねた形状であるが、刃部５の横断面の外形に沿って肉厚が均等となるような吸塵孔をシャンク２内に形成することもできる。但し、その場合には、応力集中を避けるために面取りを施すことが好適である。また、引抜体を容易に引抜くことができるように、引抜体及び吸塵孔７をテーパさせてもよい。

以上のようなドリル１は、穿孔工具による穿孔や型押し等によってシャンク２内に横断面が非円形の吸塵孔７を形成したものである。より具体的には、ドリル１は、シャンク２内に、刃部５の横断面の外形に応じた形状の横断面を有する吸塵孔７を形成したものである。

（効果）
このため、ドリル１によれば、吸塵口の断面積を一定とすれば、吸塵孔の横断面を円形とする場合に比べて、ドリル１の肉厚を平均的に厚くすることができる。従って、吸塵効率を維持しつつ、ドリル１の剛性を向上させることができる。逆に、ドリル１の剛性を維持しつつ、吸塵孔の横断面を円形とする場合に比べて、吸塵孔７の断面積を大きくすることができる。従って、切粉の吸塵効率を向上させることができる。

特に、複合材を含む材料を被削材とする場合には複合材の粉塵による目詰まりや粉塵による穿孔精度の劣化が課題となる。このため、複合材の加工においては、効果的な粉塵処理が重要である。これに対して、上述したような複合材加工に好適な特徴を有する切刃３を備えたドリル１のシャンク２に、上述したような吸塵孔７を形成することによって、複合材の粉塵を除去しながら良好な精度で複合材を含む被削材の穿孔を行うことが可能となる。

一方、複合材加工に好適化された切刃３を有さないドリルであっても、上述のような吸塵孔７を設けることによって、切粉を効率的に除去しつつ、高剛性のドリルで良好な精度での穿孔を行うことができる。

（第２の実施形態）
（構成および機能）
図５は本発明の第２の実施形態に係る切削工具の一例としてのドリルの正面図、図６は図５に示すドリルの右側面図、図７は図５に示すドリルの左側面図、図８は図５に示すドリルのＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面における断面図である。

図５に示された第２の実施形態におけるドリル１Ａでは、吸塵孔７の形状が図１に示す第１の実施形態におけるドリル１と相違する。第２の実施形態におけるドリル１Ａの他の構成および作用については第１の実施形態におけるドリル１と実質的に異ならないため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

ドリル１Ａのシャンク２には、シャンク２の軸に平行な軸を有する第１の孔２０とシャンク２の軸に平行でない軸を有する第２の孔２１とを連結させた形状の吸塵孔７が設けられる。図示された例では、シャンク２に、シャンク２の軸と共通の軸を有する断面が円形の孔を第１の孔２０とし、貫通する長孔を第２の孔２１とする吸塵孔７が設けられている。

ドリル１Ａの製造方法としては、穿孔工具でシャンク２の本体部４及び刃部５に吸塵孔７を加工することが現実的である。これは、型押しによってドリル１Ａを製造する場合には、第１の孔２０を形成するための引抜体と第２の孔２１を形成するための引抜体が必要となり、かつ引抜体を引抜く方向が複数の方向となるためである。

具体的には、穿孔工具でシャンク２の長さ方向に、切刃３の先端まで孔が到達しないように穿孔し、かつ同一又は他の穿孔工具でシャンク２の長さ方向と異なる方向に、上述した孔に到達するように穿孔することによって吸塵孔７を設けることができる。

例えば、第１の孔２０の直径に対応する深孔加工用エンドミルや深孔加工用ドリル等の第１の穿孔工具でシャンク２に長手方向のめくら孔を穿孔を行うことにより、第１の孔２０を形成することができる。一方、長孔である第２の孔２１のサイズに対応するエンドミル等の第２の穿孔工具をシャンク２の軸に傾斜させて刃部５の加工を行うことによって第２の孔２１を形成することができる。尚、第１の孔２０の加工及び第２の孔２１の加工の順序は任意である。

第２の穿孔工具による加工の容易性の観点からは、図示されるように、第２の孔２１の深さ方向を、第１の孔２０及びシャンク２の軸方向に対して垂直にすることが好適である。但し、第２の孔２１の深さ方向と、第１の孔２０及びシャンク２の軸方向とのなす角度を、９０度以外の角度としてもよい。具体例として、第２の穿孔工具を傾斜させて刃部５側から保持部６側に向かって刃部５の加工を行うことによって、工具軸に対して傾斜する第２の孔２１を刃部５に形成することができる。

第２の孔２１のサイズ及び位置は、第２の孔２１が切刃３の刃先を欠落させることなく第１の孔２０と連結し、かつ第２の孔２１によって十分な吸塵効果を得ることが可能となるサイズ及び位置とされる。従って、切刃３間の溝１０に第２の孔２１が設けられることになる。ドリル１Ａが２枚刃である場合には、切刃３間の２つの溝１０が互いに対向している。このため、一方の溝１０側から他方の溝１０側に貫通する孔を加工することによって第２の孔２１を形成することができる。

また、ドリル１Ａが３枚刃以上である場合には、切刃３間の溝１０の数に応じた数の第２の孔２１を刃部５に形成することができる。

図９は、図５に示すドリル１Ａを３枚刃とした場合におけるＡ−Ａ断面における断面図であり、図１０は、図５に示すドリル１Ａを４枚刃とした場合におけるＡ−Ａ断面における断面図である。

図９に示すように、ドリル１Ａが３枚刃である場合には、切刃３間の３つの溝１０に向かってそれぞれ直線的に貫通しない孔を加工することにより、第１の孔２０とそれぞれ連結する３つの第２の孔２１を形成することができる。一方、図１０に示すように、ドリル１Ａが４枚刃である場合には、対向する２つの溝１０を連結させる直線的な貫通孔を２方向から加工することによって第１の孔２０とそれぞれ連結する４つの第２の孔２１を形成することができる。

つまり、刃数が奇数である場合には切刃３間の溝１０が対向しないため、直線的に貫通しない孔を各溝１０に向かって加工することにより、第２の孔２１を形成することができる。一方、刃数が偶数である場合には切刃３間の溝１０が対向するため、直線的に貫通する孔を対向する溝１０に向かって加工することにより、第２の孔２１を形成することができる。

但し、図９及び図１０に示す例に限らず、切刃３間の一部の溝１０にのみ第２の孔２１を形成するようにしてもよい。例えば、３枚刃のドリル１Ａであれば、１つ又は２つの第２の孔２１を設けるようにしてもよい。また、４枚刃のドリル１Ａであれば、１対の対向する溝１０を連結する直線的な貫通孔のみを加工することによって、２つの第２の孔２１を設けるようにしてもよい。

尚、第１の孔２０の横断面の形状を円形でない形状としてもよい。すなわち、第１の実施形態におけるドリル１の刃部５に、シャンク２の軸に平行でない第２の孔２１を形成することによって第２の実施形態におけるドリル１Ａを製造することもできる。換言すれば、第１の実施形態における特徴と、第２の実施形態における特徴の双方を有するドリル１Ａを製造することができる。

（効果）
第２の実施形態によれば、シャンク２の軸に平行な第１の孔２０の直径又は深さが、刃部５において第１の孔２０を外部に開放するために必要な長さ又は深さでなくても、第２の孔２１によって第１の孔２０を外部と連結することができる。このため、本体部４の肉厚が厚くなり、ドリル１Ａの剛性を向上させることができる。

また、刃部５に形成される吸塵口のサイズを、第１の孔２０の直径及び深さに依存しない任意のサイズにすることができる。この結果、ドリル１Ａの用途に合わせて吸塵効率と剛性とのバランスを適切に調整することができる。

更に、ドリル１Ａによれば、第１の孔２０の深さを浅くできるので、製造を容易にできるという効果を得ることもできる。

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

例えば、上述した各実施形態では切削工具としてドリル１、１Ａを例示したが、リーマやエンドミル等のドリル以外の切削工具に対しても、同様な吸塵孔を設けることができる。更に、ソリッドの切削工具に限らず、スローアウエイチップをシャンクに着脱して使用する切削工具に対しても、同様な吸塵孔を設けることができる。

スローアウエイチップを使用するシャンクの刃部には、被削材を切削するための切刃としてのチップを取付けるための取付部が設けられる。そして、ソリッドタイプの切削工具と同様に、シャンクに少なくとも切刃側の端部において円形でない横断面を有する吸塵孔を長さ方向に設けることによって、切削工具を構成することができる。

スローアウエイチップを使用するシャンクは、シャンクに、被削材を切削するための切刃としてのチップを取付けるための取付部を形成し、かつ少なくとも切刃側の端部において円形でない横断面を有する吸塵孔を長さ方向に設けることによって製造することができる。つまり、スローアウエイチップを使用するシャンクもソリッドタイプのシャンクと同様な方法で製造することができる。

そして、上述したような吸塵孔の形成によって、切削工具の材質や用途に応じた適切な剛性と吸塵効率を切削工具に具備することができる。すなわち、トレードオフの関係にある剛性と吸塵効率を、切削工具に関する条件に応じて調整することができる。

１、１Ａ ドリル
２ シャンク
３ 切刃
４ 本体部
５ 刃部
６ 保持部
７ 吸塵孔
８ 第１の孔
９ 第２の孔
１０ 溝
１１ 空隙
２０ 第１の孔
２１ 第２の孔
Ａ 先端角
ε 逃げ角
Ｄ 最大径位置

Claims (12)

1. 被削材を切削するための切刃と、
   少なくとも前記切刃側の端部において円形でない横断面を有する吸塵孔を長さ方向に設けたシャンクと、
   を有する切削工具。
2. 被削材を切削するための切刃としてのチップを取付けるための取付部と、
   少なくとも前記切刃側の端部において円形でない横断面を有する吸塵孔を長さ方向に設けたシャンクと、
   を有する切削工具。
3. 前記シャンクに、中心の位置が異なる複数の円形の孔をオーバーラップさせた形状の横断面を少なくとも一部に有する吸塵孔を設けた請求項１又は２記載の切削工具。
4. 前記シャンクに、前記シャンクの軸に平行な軸を有する第１の孔と前記シャンクの軸に平行でない軸を有する第２の孔とを連結させた形状の吸塵孔を設けた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の切削工具。
5. 前記シャンクに、前記シャンクの軸に平行で前記シャンクの軸と異なる第１の軸を有しかつ前記切刃の先端まで到達しない第１の孔と、前記シャンクの軸に平行で前記第１の軸と異なる第２の軸を有し、前記切刃の先端まで到達しない第２の孔とを連結させた形状の吸塵孔を設けた請求項１乃至３のいずれか１項に記載の切削工具。
6. 前記シャンクに、前記シャンクの軸と共通の軸を有する断面が円形の孔を前記第１の孔とし、貫通する長孔を前記第２の孔とする吸塵孔を設けた請求項４記載の切削工具。
7. 前記切刃は、２枚刃、３枚刃又は４枚刃の切刃を形成する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の切削工具。
8. 前記切刃は、先端角が中心位置から最大径位置に向けて０度でない角度から０度まで連続的に減少し、ラジアル方向における逃げ角が中心位置から最大径位置に向けて連続的に減少し、かつ前記最大径位置において逃げ角を有する形状である請求項７記載の切削工具。
9. シャンクに、被削材を切削するための切刃又は前記切刃としてのチップを取付けるための取付部を形成し、かつ少なくとも前記切刃側の端部において円形でない横断面を有する吸塵孔を長さ方向に設ける切削工具の製造方法。
10. 穿孔工具の位置を変えて前記シャンクの長さ方向に、前記切刃の先端まで各孔が到達しないように複数回穿孔することによって前記吸塵孔を設ける請求項９記載の切削工具の製造方法。
11. 穿孔工具で前記シャンクの長さ方向に、前記切刃の先端まで孔が到達しないように穿孔し、かつ前記又は他の穿孔工具で前記シャンクの長さ方向と異なる方向に前記孔に到達するように穿孔することによって前記吸塵孔を設ける請求項９記載の切削工具の製造方法。
12. 前記シャンクの素材となる粉末を、前記吸塵孔の形状に対応する形状を有する引抜体を挿入した型押体に充填して加圧圧縮し、前記引抜体を引抜いた後に前記加圧圧縮された前記粉末を加熱することによって前記粉末の焼結体として前記吸塵孔を有する前記シャンクを製造する請求項９記載の切削工具の製造方法。

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