JP2014520679A

JP2014520679A - ドリル工具

Info

Publication number: JP2014520679A
Application number: JP2014520146A
Authority: JP
Inventors: ベ，ビョンギュン
Original assignee: デグテックエルティーディー
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2014-08-25
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: US20140133931A1; KR101222291B1; JP5749400B2; US9221108B2; WO2013012266A1

Abstract

本発明によるドリル工具は、端部に内側インサートと外側インサートを有するドリル本体を含み、内側インサートと外側インサートは互いに回転対称な４つの切削刃を含む。中心軸から外側インサートまでの距離は内側インサートまでの距離より遠い。内側インサートと外側インサートの切削刃は、ドリル本体にそれぞれ装着される場合、ドリル本体の半径方向の前方側および後方側がそれぞれ面取りされている。内側インサートと外側インサートは鏡面対称であって、内側インサートの有効切削刃の長さと外側インサートの有効切削刃の長さとの比率が５０:５０を満たすようにドリル本体に装着される。
【選択図】図３

Description

本発明はドリル工具に関し、より詳しくは、正方形のインデクサブルインサート(ｉｎｄｅｘａｂｌｅｉｎｓｅｒｔ)を備え内側インサートの有効切削刃の長さと外側インサートの有効切削刃の長さとの比率が５０：５０を満たす、小径穴を加工するためのドリル工具に関する。

一般にドリル工具は円筒状のドリル本体と、ドリル本体の端部に脱着可能に装着される２つのインデクサブルインサートを含む。２つのインデクサブルインサートはドリル本体の中心軸に隣接するように装着される内側インサートとドリル本体の外周面に隣接するように装着される外側インサートからなり、通常図１に示すように４つの切削刃を備える正方形のインサートである。内側インサートと外側インサートは２つの回転するインサートの軌跡が重畳するように配置され、より正確には、被削材に対して内側インサートが加工する円形領域の内径が外側インサートが加工する環状領域の外径よりも少し大きい。

内側インサートの有効切削刃の長さと外側インサートの有効切削刃の長さとの比率は５０:５０を満たすのが望ましい。そうでないと、内側および外側インサートを介してドリル工具に伝えられる力が不均衡をなすようになるので、加工途中の振動が激しくなりドリルの加工性能にも否定的な影響を及ぼすおそれがある。

１４ｍｍ以下の小径穴を加工するためのインデクサブルインサートドリルにおいては、従来の正方形のインサートでは、上記したような５０:５０の内側および外側インサートの有効切削刃の長さの比率を実現するのに技術的な困難がある。超硬工具は、その特性上無制限に規模を小さくすることができない。例えば、インサートのサイズを小さくするために材料の量を減らせば、インサートが弱まる。また、インデクサブルインサートをドリル本体に固定させるためには、インサートはスクリュを結合させる空間を有しなければならない。従って、適正サイズ以上の正方形のインサートを備える小径ドリル工具を設計するにおいて、図１のように内接円の直径が４.５ｍｍの場合にみられるように、内側インサートおよび外側インサートの有効切削刃の長さの比率を５０:５０に合わせることができない。

正方形のインサートの代わりに長方形のインサートを用いて小径穴をあけつつ、５０:５０の有効切削刃の長さの比率を実現するためにインサートのスクリュ孔の周辺およびドリル工具の端部に十分な幅を保障して十分な剛性が維持できるようにする技術が提示された。しかし、この技術には、正方形のインサートは４つの切削刃を用いることができるのに対し長方形のインサートは２つの切削刃しか用いることができないという短所があり、また長方形形状のインサートの強度は正方形形状のインサートの強度に及ぶことができない。

本発明は前述した問題点を解決するためのものであって、４つの切削刃を備える正方形のインデクサブルインサートを用いて小径穴を加工するための、内側および外側インサートの有効切削刃の長さの比率が５０:５０を満たすドリル工具を提供することを目的とする。

本発明によるドリル工具は、中心軸を有するドリル本体と、互いに回転対称な４つの切削刃を含みドリル本体の端部に中心軸に隣接するように装着される内側インサートと、互いに回転対称な４つの切削刃を含み中心軸に対して内側インサートの対向する側に位置し、ドリル本体の端部に中心軸から内側インサートよりも遠い距離に装着される外側インサートと、を含む。内側インサートの切削刃は内側インサートがドリル本体に装着される場合、ドリル本体の半径方向における前方側が面取りされている。外側インサートの切削刃は外側インサートがドリル本体に装着される場合、半径方向における後方側が面取りされている。内側インサートと外側インサートは鏡面対称であり、内側インサートの有効切削刃の長さと外側インサートの有効切削刃の長さとの比率が５０:５０を満たすようにドリル本体に装着される。

好ましくは、本発明のドリル工具の一実施形態によれば、内側インサートがドリル本体に装着される場合、内側インサートの切削刃の半径方向における前方端部と中心軸に垂直の平面との間の角度が２０度以上である。内側インサートと外側インサートがドリル本体に装着される場合、内側インサートの切削刃の半径方向における前方端部と中心軸に垂直の平面との間の角度と、外側インサートの切削刃の半径方向における後方端部と中心軸に垂直の平面との間の角度とが同一であってもよい。また、内側インサートがドリル本体に装着される場合、内側インサートの切削刃の半径方向における後方端部と中心軸に垂直の平面との間の角度が２度であってもよい。

本発明のドリル工具のもう一つの実施形態によれば、切削刃は２つの段差を有する。また、外側インサートがドリル本体に装着される場合、外側インサートの切削刃の中間段と中心軸に垂直の平面との間の角度と、外側インサートの切削刃の半径方向における後方端部と中心軸に垂直の平面との間の角度との比率が３０％〜５０％の範囲である。

本発明によるドリル工具の内側および外側インサートは、ドリル工具に装着される場合、それぞれドリル本体の半径方向における前方側および後方側が面取りされており、内側および外側インサートの有効切削刃の長さの比率が５０:５０を満たすようにドリル本体に配置される。４つの切削刃を備える正方形のインサートを用いる小径穴ドリル工具において、インサートの内接円のサイズを小さくしなくとも５０:５０の内側および外側インサートの有効切削刃の長さの比率を実現できるので、正方形のインサートを用いることによって優れた強度および耐久性と、良好な有効切削刃の長さの比を実現して、切削性能の向上をすべて達成する。

従来の正方形のインサートを用いるドリル工具において内側インサートおよび外側インサートの回転軌跡の断面を示す図面である。本発明のドリル工具の結合状態を示す。本発明の一実施形態によるドリル工具の内側インサートおよび外側インサートの回転軌跡の断面を示す図面である。本発明のもう一つの実施形態によるドリル工具の内側インサートおよび外側インサートの回転軌跡の断面を示す図面である。

本発明によるドリル工具の一実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。

図２は本発明のドリル工具の結合状態を示す。ドリル工具はドリル本体１と、ドリル本体１の端部に装着される内側インサート２および外側インサート３を含む。ドリル本体１の端部には内側および外側インサート２、３を収容するための収容溝が設けられる。内側インサート２の収容溝はドリル本体１の中心軸Ｃに隣接するように形成されるのに対し、外側インサート３の収容溝は中心軸Ｃから内側インサート２よりも遠い距離に形成される。内側インサート２の収容溝と外側インサート３の収容溝が中心軸Ｃに対して対向する側にいるので、ドリル本体１が回転するに伴い内側インサート２と外側インサート３がそれぞれ形成する回転軌跡の一部が互いに重畳するように内側インサート２と外側インサート３を配置できる。内側および外側インサート２、３の各中央部には貫通孔が形成されて、内側および外側インサート２、３はスクリュ４を用いてドリル本体１に堅固に固定できる。内側および外側インサート２、３がドリル本体１に装着されると、それぞれのインサート２、３の切削刃のうちのいずれか１つがドリル本体１の端部から前方に突出するようになり、突出した切削刃が回転しながら被削材と接触して切削加工がなされる。

図３は本発明の一実施形態によるドリル工具において、内側および外側インサート２、３の回転軌跡が重畳するのを示す。

内側インサート２は正方形の基本形状を有し、互いに回転対称な４つの切削刃２１、２２、２３、２４を備える。それぞれの切削刃２１、２２、２３、２４は切削を行う位置に置かれるように装着される場合、ドリル本体１の半径方向における前方側、即ち中心軸Ｃ方向側が面取り処理（chamfer）されているように形成される。この実施形態においては、例えば、切削加工時に被削材と当接するようになる切削刃２１の半径方向における前方側が面取りされて、切削刃２１を互いに異なる傾斜角を有する２つの領域２１１、２１２に分ける。面取りによって領域２１２が領域２１１よりも中心軸Ｃに向かってさらに内側に傾くようになる。

内側インサート２は中心軸Ｃが内側インサート２を通り過ぎるように配置されるので、内側インサート２はドリル本体１が回転するに伴い被削材と接触しながら中心軸Ｃを中心とする円形領域を切削する。

外側インサート３は内側インサート２と同様に正方形の基本形状を有し、互いに回転対称な４つの切削刃３１、３２、３３、３４を備える。外側インサート３が内側インサート２と鏡面対称（mirror symmetry）であるため、それぞれの切削刃３１、３２、３３、３４は切削を行う位置に置かれるように装着される場合、ドリル本体１の半径方向における後方側、即ち中心軸Ｃから遠い方向側が面取り処理されているように形成される。この実施形態では、例えば、切削加工時に被削材と当接するようになる切削刃３１の半径方向における後方側が面取りされて、切削刃３１を互いに異なる傾斜角を有する２つの領域３１１、３１２に分ける。領域３１２が領域３１１よりも中心軸Ｃから外側にさらに傾いているようになる。

外側インサート３は中心軸Ｃから遠く離れているので、外側インサート３はドリル本体１が回転するに伴い被削材と接触しながら中心軸Ｃを中心とする環状領域を切削する。

内側インサート２は中心軸Ｃに向かって内側に若干傾くように配置されてもよい。この実施形態では、切削を行う切削刃２１の半径方向における後方端部と中心軸Ｃに垂直の平面との間の角度が２度であるように、内側インサート２は中心軸Ｃに向かって内側に傾いている。正方形の基本形状を有するインサートで切削を行う場合において、進入して先に被削材を切削するようになる内側インサート２が水平面と２度の角度を維持するようにすれば、切削力の均衡を維持するのに有利である。

これに対し、外側インサート３は中心軸Ｃから外側に若干傾くように配置されてもよい。

ドリリングによって形成する穴の半径Ｒは、外側インサート３の切削刃のうち中心軸Ｃから最も遠い距離に位置する地点と中心軸Ｃとの間の距離により決定される。半径Ｒを有する切削領域は、内側インサート２によって切削される領域と外側インサート３によって切削される領域とからなり、内側インサート２と外側インサート３のうち被削材の切削領域の一部と先に接するようになるインサートが当該部分を切削するようになる。図３に示すように、この実施形態でのような配置によると、内側インサート２で切削を行う切削刃の有効切削長さは、中心軸Ｃから内側インサート２と外側インサート３の回転軌跡が交差する地点Ｓまでの距離であるＥ１であり、外側インサート３で切削を行う切削刃の有効切削長さは地点Ｓから外側インサート３の切削刃上の中心軸Ｃから最も遠い地点までの距離であるＥ２である。内側インサート２と外側インサート３の傾斜角の程度と中心軸Ｃからの距離を調整することによって、内側インサート２と外側インサート３の回転軌跡が交差する地点Ｓを変更できるので、これを通じて内側インサート２の有効切削刃の長さと外側インサート３の有効切削刃の長さとの比率であるＥ１:Ｅ２の値が５０:５０を満たすように調整する。即ち、内側インサート２と外側インサート３はそれぞれ中心軸Ｃ方向側、中心軸Ｃから遠い方向側が面取りされており、面取りされた切削刃領域２１２、３１２が中心軸Ｃに垂直である平面と比較的大きい角度をなすので、有効切削長さの比率が５０:５０に近似するように調整することが可能である。

本発明によれば、４つの切削刃を備える正方形のインサートを用いる、例えば１２〜１４ｍｍの小径穴ドリル工具において、内側インサート対外側インサートの５０:５０の有効切削刃の長さ比を実現することによって内側および外側インサート２、３を介してドリルに伝えられる力が均衡をなすようにすることができる。従って、耐久性および強度に優れた正方形形状のインサートを用いて小径穴をあけることができ、良好な有効切削長さ比を実現して切削加工時に発生する振動を低減することができるので切削性能が向上する。

この実施形態では、内側インサート２の切削刃２１のドリル本体１の半径方向における前方端部領域２１２と中心軸Ｃに垂直の平面との間の角度Ａ１が２０度を満たす。切削加工時にフィード（feed）が増加するに伴い内側インサート２が干渉を引き起こすことがあるが、角度Ａ１が２０度以上になるように設計することによってこのような干渉を防止できる。

また、この実施形態では、外側インサート３の切削刃３１のドリル本体１の半径方向における後方端部領域３１２と中心軸Ｃに垂直の平面との間の角度Ａ２が角度Ａ１と同一の値を有する。角度Ａ１と角度Ａ２が実質的に対等な値を有するようにすれば、内側インサート２と外側インサート３が対称的な構造に配置されるようになるので内側インサート２と外側インサート３の切削時に均衡を維持できて好ましい。

以下、本発明によるドリル工具の他の一実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。

図４は、本発明の他の一実施形態によるドリル工具において、内側および外側インサート２、３の回転軌跡が重畳するのを示す。

この実施形態において、内側および外側インサート２、３はそれぞれ中心軸Ｃ方向側、中心軸Ｃから遠い方向側が面取りされる。内側インサート２の切削刃２１は２つの段差を有する３段の領域２１３、２１４、２１５に分けられ階段状をなす。同様に、外側インサート３の切削刃３１は２つの段差を有する３段の領域３１３、３１４、３１５に分けられ階段状をなす。面取りされる領域は正方形の内接円を侵さないようにし、面取り後の内接円が面取り前の内接円と同一のサイズを有するようにする。

本発明を適用するドリル工具では、切削加工時に外側の切削刃で切削がなされるようになる。特に、外側インサートの切削進入時に、切削力は常に一方に集中して、所望の穴径を得るのが難しい。また、角度Ａ２が大きい値を持つようになると、切削力の均衡は維持することができない。従って、この実施形態では、切削刃３１が２つの段差を有するように設計され、中心軸Ｃに垂直の平面と角度Ａ３をなす中間段領域３１４を角度Ａ２の半径方向前方に加えることによって、切削力を分散させて角度Ａ２が大きい角度を有することによる影響を相殺することができる。また、このような場合切削加工時のチップの分節にも役立つ。特に、角度Ａ３のサイズが角度Ａ２の３０％〜５０％に該当する場合にこのような効果が最大化される。

本発明の前述した実施形態は例示として記述したものであって本発明を限定するわけではない。本発明の範囲を逸脱することなく多様な変形および変更が当該分野の通常の知識を有する者によって行われ得る。

Claims

中心軸を有するドリル本体と、
互いに回転対称な４つの切削刃を含み、前記ドリル本体の端部に前記中心軸に隣接するように装着される内側インサートと、
互いに回転対称な４つの切削刃を含み、前記中心軸に対して前記内側インサートの対向する側に位置し、前記ドリル本体の端部に前記中心軸から前記内側インサートよりも遠い距離に装着される外側インサートと、を含み、
前記内側インサートの前記切削刃は前記内側インサートが前記ドリル本体に装着される場合、前記ドリル本体の半径方向における前方側が面取りされており、
前記外側インサートの前記切削刃は前記外側インサートが前記ドリル本体に装着される場合、前記半径方向における後方側が面取りされており、
前記内側インサートと前記外側インサートは鏡面対称であって、
前記内側インサートと前記外側インサートは前記内側インサートの有効切削刃の長さと前記外側インサートの有効切削刃の長さとの比率が５０:５０を満たすように前記ドリル本体に装着される、
ドリル工具。
前記内側インサートが前記ドリル本体に装着される場合、前記内側インサートの切削刃の前記半径方向における前方端部と前記中心軸に垂直な平面との間の角度が２０度以上である、請求項１に記載のドリル工具。
前記内側インサートの切削刃と前記外側インサートの切削刃は２つの段差を有する、請求項１に記載のドリル工具。
前記内側インサートが前記ドリル本体に装着される場合、前記内側インサートの切削刃の前記半径方向における後方端部と前記中心軸に垂直な平面との間の角度が２度である、請求項１に記載のドリル工具。
前記内側インサートおよび前記外側インサートが前記ドリル本体に装着される場合、前記内側インサートの切削刃の前記半径方向における前方端部と前記中心軸に垂直な平面との間の角度と、前記外側インサートの切削刃の前記半径方向における後方端部と前記中心軸に垂直な平面との間の角度とが同一である、請求項１に記載のドリル工具。
前記外側インサートが前記ドリル本体に装着される場合、前記外側インサートの切削刃の中間段と前記中心軸に垂直な平面との間の角度と、前記外側インサートの切削刃の前記半径方向における後方端部と前記中心軸に垂直な平面との間の角度との比率が３０％〜５０％の範囲である、請求項３に記載のドリル工具。