JP2018130815A - 穴径拡大用の環状ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、既存の穴の径を拡大する際、ガイドピンを作成する必要がない、比較的低コストな環状ドリルを提供することである。【解決手段】本発明は、軸線方向に延び、回転駆動部に接続されるシャフト部と、前記シャフト部から先端側に延長する筒状の刃先保持部と、前記刃先保持部の先端面に、周方向に間隔をおいて設けられた刃先部と、を備えており、前記刃先部は、周方向にそれぞれ所定の個数ずつ交互に配置された、前記軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲した主刃先部と、前記軸線方向に対して垂直な面から大きく傾斜または湾曲して、内周側の方が高くなっている面取り刃状の副刃先部と、を有していることを特徴とする環状ドリルである。【選択図】図４

Description

本発明は、既存の穴の径を拡大するために有用な環状ドリルに関する。

環状ドリルは、穴をあけるために広く用いられている。図９に示すように、従来の環状ドリル５０は、軸線方向に延びて回転駆動部に接続されるシャフト部５１と、シャフト部５１から先端側に延長する筒状の刃先保持部５２と、刃先保持部５２の先端面に周方向に間隔をおいて設けられた６個または８個の刃先部５３と、を備えている。

各刃先部５３は、シャフト部５１の軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲した面を有している。そして、シャフト部５１が回転駆動部に接続され、当該回転駆動部よって回転駆動されることによって、各刃先部５３の僅かに傾斜または湾曲した面の縁部が切削縁として機能して、加工対象物を穿孔することができる（図１０及び図１１参照）。

また、シャフト部５１を貫通するセンターピン５７を併用することによって、穿孔時の位置合わせ（中心軸合わせ）をすることができる。センターピン５７は、例えばバネ等を介して保持されていて、シャフト部５１に対して摺動移動可能となっており、穿孔直後の材料排出機能をも担うことができる（図１１参照）。

ところで、既存の穴の径を拡大するために環状ドリルを利用する際には、センターピン５７を活用することができない。そこで、図１２に示すように、既存の穴の径に適合するようなガイドピン５８を、例えばセンターピン５７を改造して作成して、図１３及び図１４に示すように、既存の穴に対する当該ガイドピン５８の摺動を利用することで位置合わせ（中心軸合わせ）を実現している。

その他、特許文献１には、拡径用ドリルビットの発明が開示されている。

国際公開公報 ＷＯ２０１４／１２９１１９Ａ１

既存の穴の径を拡大する際、ガイドピン５８を作成してその摺動を利用しながら環状ドリルを利用することは、穿孔時の位置合わせ（中心軸合わせ）にとって有効で、広く活用されている。

しかしながら、既存の穴の径に対応するようにガイドピン５８を作成する必要があるため、加工の準備が面倒である。

一方、特許文献１に開示された拡径用ドリルビットは、構造が複雑であるため、コストも高い。

本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、既存の穴の径を拡大する際、ガイドピンを作成する必要がない、比較的低コストな環状ドリルを提供することである。

本発明は、軸線方向に延び、回転駆動部に接続されるシャフト部と、前記シャフト部から先端側に延長する筒状の刃先保持部と、前記刃先保持部の先端面に、周方向に間隔をおいて設けられた刃先部と、を備えており、前記刃先部は、周方向にそれぞれ所定の個数ずつ交互に配置された、前記軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲した主刃先部と、前記軸線方向に対して垂直な面から大きく傾斜または湾曲して、内周側の方が高くなっている面取り刃状の副刃先部と、を有していることを特徴とする環状ドリルである。

本発明によれば、刃先部が、軸線方向に対して垂直な面から大きく傾斜または湾曲して内周側の方が高くなっている面取り刃状の副刃先部を有することにより、当該副刃先部が既存の穴の内径に沿った状態を維持しながら加工が進行がするため、そのことによって自動的に穿孔時の位置合わせ（中心軸合わせ）が達成される。すなわち、ガイドピンを作成する必要なく、穿孔時の位置合わせ（中心軸合わせ）が達成される。

さらに、構成がシンプルであるため、本発明の環状ドリルは比較的低コストに製造することができる。例えば、各主刃先部及び各副刃先部を、刃先保持部とは別個に製造しておいて、ろう付け等によって所望の位置姿勢で刃先保持部に固定することで、本発明の環状ドリルを低コストに製造することができる。

例えば、φ２０程度の既存の穴径を拡大する場合には、６枚刃の環状ドリルを利用することが好ましい。６枚刃の環状ドリルにおいては、刃先部は、周方向にそれぞれ１個ずつ交互に配置された、前記軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲した３個の主刃先部と、前記軸線方向に対して垂直な面から大きく傾斜または湾曲して、内周側の方が高くなっている３個の面取り刃状の副刃先部と、を有する。

あるいは、φ３０程度の既存の穴径を拡大する場合には、８枚刃の環状ドリルを利用することが好ましい。８枚刃の環状ドリルにおいては、刃先部は、周方向にそれぞれ１個ずつ交互に配置された、前記軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲した４個の主刃先部と、前記軸線方向に対して垂直な面から大きく傾斜または湾曲して、内周側の方が高くなっている４個の面取り刃状の副刃先部と、を有する。

また、本発明において、前記主刃先部の各々は、前記軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲して、外周側の方が高くなっていることが好ましい（これは、従来の多くの環状ドリルの刃先部が採用している特徴でもある）。

また、本発明において、前記主刃先部の各々が、前記軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲しているというのは、例えば、前記軸線方向に対して垂直な面から１０°未満の角度範囲で傾斜または湾曲した面を有していることを意味する。

また、本発明において、前記副刃先部の各々が、前記軸線方向に対して垂直な面から大きく傾斜または湾曲しているというのは、例えば、前記軸線方向に対して垂直な面から３０°〜６０°の角度範囲、特には４５°、で傾斜または湾曲した面を有していることを意味する。

本発明によれば、刃先部が、軸線方向に対して垂直な面から大きく傾斜または湾曲して内周側の方が高くなっている面取り刃状の副刃先部を有することにより、当該副刃先部が既存の穴の内径に沿った状態を維持しながら加工が進行がするため、そのことによって自動的に穿孔時の位置合わせ（中心軸合わせ）が達成される。すなわち、ガイドピンを作成する必要なく、穿孔時の位置合わせ（中心軸合わせ）が達成される。

さらに、構成がシンプルであるため、本発明の環状ドリルは比較的低コストに製造することができる。例えば、各主刃先部及び各副刃先部を、刃先保持部とは別個に製造しておいて、ろう付け等によって所望の位置姿勢で刃先保持部に固定することで、本発明の環状ドリルを低コストに製造することができる。

本発明の一実施形態に係る環状ドリルの平面図である。 図１の環状ドリルの主刃先部の正面図である。 図１の環状ドリルの主刃先部の側面図である。 図１の環状ドリルの副刃先部の正面図である。 図１の環状ドリルを用いて既存の穴の径を拡大する加工を説明する図であって、拡径前の状態を示す概略断面図。 図１の環状ドリルを用いて既存の穴の径を拡大する加工を説明する図であって、拡径中の状態を示す概略断面図。 図１の環状ドリルを用いて既存の穴の径を拡大する加工を説明する図であって、拡径後の状態を示す概略断面図。 本発明の他の実施形態に係る環状ドリルの平面図である。 従来の環状ドリルを用いた穴あけ加工を説明する図であって、穴あけ前の状態を示す概略断面図。 従来の環状ドリルを用いた穴あけ加工を説明する図であって、穴あけ中の状態を示す概略断面図。 従来の環状ドリルを用いた穴あけ加工を説明する図であって、穴あけ後の状態を示す概略断面図。 従来の環状ドリルを用いて既存の穴の径を拡大する加工を説明する図であって、拡径前の状態を示す概略断面図。 従来の環状ドリルを用いて既存の穴の径を拡大する加工を説明する図であって、拡径中の状態を示す概略断面図。 従来の環状ドリルを用いて既存の穴の径を拡大する加工を説明する図であって、拡径後の状態を示す概略断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る環状ドリル１０の平面図であり、図２は、図１の環状ドリル１０の主刃先部１５の正面図であり、図３は、図１の環状ドリル１０の主刃先部１１の側面図である。また、図４は、図１の環状ドリル１０の副刃先部１６の正面図である。また、図５乃至図７は、図１の環状ドリル１０を用いて既存の穴の径を拡大する加工を説明する図である。詳しくは、図５は、拡径前の状態を示す概略断面図であり、図６は、拡径中の状態を示す概略断面図であり、図７は、拡径後の状態を示す概略断面図である。

図１乃至図７に示すように、本実施形態の環状ドリル１０は、軸線方向に延びて回転駆動部（不図示）に接続されるシャフト部１１と、シャフト部１１から先端側に延長する円筒状の刃先保持部１２と、刃先保持部１２の先端面に周方向に間隔をおいて設けられた６個の刃先部１３と、を備えている。

また、シャフト部１１を貫通するセンターピン１７が設けられている。センターピン１７は、例えばバネ等（不図示）を介して保持されていて、シャフト部１１に対して摺動移動可能となっており、穿孔加工を実施する際の位置合わせ（中心軸合わせ）機能と材料排出機能とを担っている（図９乃至図１１参照）。

そして、本実施形態の環状ドリル１０における刃先部１３は、周方向に６０°毎にそれぞれ１個ずつ交互に、３個の主刃先部１５と、３個の副刃先部１６と、を有している。

３個の主刃先部１５の各々は、シャフト部１１の軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲した面を有している。まず、本実施形態の各主刃先部１５について、図１乃至図３を参照して、具体的に説明する（なお、図１乃至図３は、それぞれ縮尺が異なっている）。

各主刃先部１５は、略平坦面からなる正面を有している。ここで、正面とは、環状ドリルの回転方向に見て前方側に位置する面である。図２は、シャフト部１１の軸線方向に垂直であって（図１の面内にあって）且つ当該正面の上端縁（切削縁である）１５ｅに対して垂直な方向（図１の矢印Ａ方向）から見た主刃先部１５の図（正面図）である。図２に示すように、当該正面における主刃先部１５の幅ｗ１は、約３．５ｍｍであり、外周端における高さｈ１は、約３．５ｍｍであり、上端縁（切削縁）１５ｅは、外周側から内周側へと約２°の傾斜で下がっている。

また、図３は、シャフト部１１の軸線方向に垂直であって且つ当該正面の上端縁（切削縁である）に対して平行な方向（図１の矢印Ｂ方向）から見た主刃先部１５の図（側面図）である。図３に示すように、上端縁（切削縁）１５ｅから環状ドリルの回転方向に見て後方側に延在する主刃先部１５の上面１５ｕは、前方側から後方側へと約４〜６°の傾斜で下がっている。

次に、３個の副刃先部１６の各々は、シャフト部１１の軸線方向に対して垂直な面から大きく傾斜または湾曲して内周側の方が高くなっている面取り刃状の面を有している。本実施形態の各副刃先部１６について、図１及び図４を参照して、具体的に説明する（なお、図１乃至図４は、それぞれ縮尺が異なっている）。

各副刃先部１６は、湾曲面からなる正面を有している。ここで、正面とは、環状ドリルの回転方向に見て前方側に位置する面である。図４は、シャフト部１１の軸線方向に垂直であって（図１の面内にあって）且つ当該正面の上端縁（切削縁である）１６ｅに対して略垂直な方向（図１の矢印Ｃ方向）から見た副刃先部１６の図（正面図）である。図４に示すように、当該正面における副刃先部１６の幅ｗ２は、約３．５ｍｍであり、内周端における高さｈ２は、約６．０ｍｍであり、主刃先部１５の外周端の高さよりも約２．５ｍｍだけ高くなっている。また、上端縁（切削縁）１６ｅは、内周側から外周側へと約４５°の傾斜で下がっている。

また、図示はされていないが、上端縁（切削縁）１６ｅから環状ドリルの回転方向に見て後方側に延在する副刃先部１６の面は、前方側から後方側へと下がるように傾斜ないし湾曲している。

以上のような主刃先部１５及び副刃先部１６が、刃先保持部１３に対して、ろう付け等によって所望の位置姿勢で固定されている。本実施形態では、図１に示すように、環状ドリルの径方向に対して各上端縁（切削縁）１５ｅ、１６ｅの内周側が２°だけ回転方向の後方側に後退した傾斜姿勢で、主刃先部１５及び副刃先部１６が刃先保持部１２に固定されている。

また、主刃先部１５及び副刃先部１６の内周側は、半径ｒ１（本実施形態では約６．３ｍｍ）の円筒面に倣うように仕上げられており、主刃先部１５及び副刃先部１６の外周側は、半径ｒ４（本実施形態では約１０．０ｍｍ）の円筒面に倣うように仕上げられている。なお、本実施形態では、刃先保持部１３の内径ｒ２は、約６．５ｍｍであり、刃先保持部１３の外径ｒ３は、約９．８ｍｍである。

次に、本実施の形態の作用について説明する。

本実施形態の環状ドリル１０は、シャフト部１１が回転駆動部（不図示）に接続され、当該回転駆動部よって回転駆動されることによって、各主刃先部１５の上端縁１５ｅ及び各副刃先部１６の上端縁１６ｅが切削縁として機能して、既存の穴の径を拡大する加工を実施することができる（図５乃至図７参照）。

この時、副刃先部１６の切削縁１６ｅが既存の穴の内に沿った状態を維持しながら加工が進行がするため、自動的に穿孔時の位置合わせ（中心軸合わせ）が達成される。

また、加工中に発生する切屑や切粉は、主刃先部１５と副刃先部１６との間の間隙から効果的に排出される。

以上に説明した通り、本実施形態の環状ドリル１０によれば、刃先部１４が、軸線方向に対して垂直な面から大きく傾斜または湾曲して内周側の方が高くなっている面取り刃状の副刃先部１６を有することにより、当該副刃先部１６の切削縁１６ｅが既存の穴の内径に沿った状態を維持しながら加工が進行がするため、そのことによって自動的に穿孔時の位置合わせ（中心軸合わせ）が達成される。すなわち、ガイドピンを作成する必要なく、穿孔時の位置合わせ（中心軸合わせ）が達成される。

更に、本実施形態の環状ドリル１０は、構成がシンプルであるため、比較的低コストに製造することができる。具体的には、前述のように、各主刃先部１５及び各副刃先部１６を刃先保持部１３とは別個に製造しておいて、ろう付け等によって所望の位置姿勢で刃先保持部１３に固定することで、環状ドリル１０を低コストに製造することができる。

なお、本件発明者は、６個全ての刃先部１４を副刃先部１６とした比較品を製造し、その性能についても評価したが、加工時の切削抵抗が高過ぎて、環状ドリルとしての寿命が著しく短くなってしまうことが確認された。

また、本件発明者の知見によれば、刃先部１４の数については、加工対象の穴径がφ２０程度であれば６個（６枚刃）が好ましく、加工対象の穴径がφ３０程度であれば８個（８枚刃）が好ましい。更に大径の穴を拡大するためには、刃先部１４の数は、１０個以上の偶数個であることが好ましい。

図８は、本発明の他の実施形態に係る８枚刃の環状ドリル２０の平面図である。本実施形態の環状ドリル２０における刃先部２４は、周方向に４５°毎にそれぞれ１個ずつ交互に、４個の主刃先部２５と、４個の副刃先部２６と、を有している。

主刃先部２５及び副刃先部２６の各要素の寸法は、図１乃至図４を参照して説明した各寸法と同様であり、主刃先部２５及び副刃先部２６の各要素間の角度も、図１乃至図４を参照して説明した角度と同様である。

本実施形態の環状ドリル２０によっても、シャフト部が回転駆動部（不図示）に接続され、当該回転駆動部よって回転駆動されることによって、各主刃先部２５の上端縁及び各副刃先部２６の上端縁が切削縁として機能して、既存の穴の径を拡大する加工を実施することができる。

なお、以上の各実施形態では、１個の主刃先部１５、２５と１個の副刃先部１６、２６とが交互に配置されているが、２個の主刃先部と１個の副刃先部とが交互に配置されて、刃先部の数が６（６０°おき）、９（４０°おき）、１２（３０°おき）・・・といった３の倍数である態様等も採用可能である。

１０ 環状ドリル
１１ シャフト部
１２ 刃先保持部
１３ 刃先部
１５ 主刃先部
１５ｅ 上端縁（切削縁）
１５ｕ 上面
１６ 副刃先部
１６ｅ 上端縁（切削縁）
２０ 環状ドリル
２５ 主刃先部
２６ 副刃先部
５０ 環状ドリル
５１ シャフト部
５２ 刃先保持部
５３ 刃先部
５７ センターピン
５８ ガイドピン

Claims (6)

1. 軸線方向に延び、回転駆動部に接続されるシャフト部と、
   前記シャフト部から先端側に延長する筒状の刃先保持部と、
   前記刃先保持部の先端面に、周方向に間隔をおいて設けられた刃先部と、
   を備えており、
   前記刃先部は、周方向にそれぞれ所定の個数ずつ交互に配置された、
   前記軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲した主刃先部と、
   前記軸線方向に対して垂直な面から大きく傾斜または湾曲して、内周側の方が高くなっている面取り刃状の副刃先部と、
   を有している
   ことを特徴とする環状ドリル。
2. 前記刃先部は、周方向にそれぞれ１個ずつ交互に配置された、
   前記軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲した３個の主刃先部と、
   前記軸線方向に対して垂直な面から大きく傾斜または湾曲して、内周側の方が高くなっている３個の面取り刃状の副刃先部と、
   を有している
   ことを特徴とする請求項１に記載の環状ドリル。
3. 前記刃先部は、周方向にそれぞれ１個ずつ交互に配置された、
   前記軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲した４個の主刃先部と、
   前記軸線方向に対して垂直な面から大きく傾斜または湾曲して、内周側の方が高くなっている４個の面取り刃状の副刃先部と、
   を有している
   ことを特徴とする請求項１に記載の環状ドリル。
4. 前記主刃先部の各々は、前記軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲して、外周側の方が高くなっている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の環状ドリル。
5. 前記主刃先部の各々は、前記軸線方向に対して垂直な面から１０°未満の角度範囲で傾斜または湾曲した面を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の環状ドリル。
6. 前記副刃先部の各々は、前記軸線方向に対して垂直な面から３０°〜６０°の角度範囲で傾斜または湾曲した面を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の環状ドリル。

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