JP2023165067A - ガンドリル用のボディ - Google Patents

Abstract

【課題】加工中における撓みを抑制することのできるボディ、を提供する。【解決手段】ボディ１００は、先端側に設けられ、切れ刃２１０が取り付けられる部分である第１取り付け部１０１と、先端側において、周方向に沿って第１取り付け部１０１とは異なる位置に設けられ、ガイドパッド３００が取り付けられる部分である第２取り付け部１０２と、を備える。ボディ１００の外周面には、先端側から基端側に向かって伸びる溝であって、基端側に向けて流体を案内し排出するための排出溝１１１が１本形成されており、排出溝１１１の少なくとも一部が屈曲している。【選択図】図５

Description

本発明は、ガンドリル用のボディに関する。

小径の深穴を形成するための工具として、ガンドリルが知られている。ガンドリルは、細長いボディの先端部分に切れ刃を有している。切れ刃は１つだけ設けられるか、回転中心軸の周りにおいて互いに非対称となる位置に複数設けられるのが一般的である。このような構成では、加工中において切れ刃に対し偏った方向の力が加えられてしまう。そこで、下記特許文献１に記載されているように、ガンドリルのボディの先端部分にはガイドパッドが設けられることが多い。加工中においては、被削材の穴の内面にガイドパッドが当接するため、上記力によるボディの変形等を抑制することができる。

特開２０１９－１０４１０２号公報

加工中において切れ刃が受ける力と、ガイドパッドが受ける力とは、ボディの長手方向に沿って互いに異なる位置に加えられる。このため、それぞれの力は相殺して０とはならず、ボディには、弓なりに撓ませるような曲げモーメントが加えられてしまう。

ボディには、クーラントを排出するための溝が設けられている。上記の曲げモーメントによってボディの長手方向中央部が変位しようとする方向と、溝の形成に伴い断面二次モーメントが小さくなる曲げ方向と、が一致すると、加工中においてボディが大きく撓んでしまう。その結果、ボディの一部が加工穴の内面に接触してしまい、加工の精度が低下してしまう可能性が有る。

本発明は、加工中における撓みを抑制することのできるボディ、を提供することを目的とする。

本発明に係るボディは、ガンドリル用のボディであって、先端側に設けられ、切れ刃が取り付けられる部分である第１取り付け部と、先端側において、周方向に沿って第１取り付け部とは異なる位置に設けられ、ガイドパッドが取り付けられる部分である第２取り付け部と、を備える。ボディの外周面には、先端側から基端側に向かって伸びる溝であって、基端側に向けて流体を案内し排出するための排出溝が１本形成されており、排出溝の少なくとも一部が屈曲している。

上記構成のボディでは、排出溝の少なくとも一部が屈曲しているので、加工中の曲げモーメントによってボディの長手方向中央部が変位しようとする方向と、溝の形成に伴い断面二次モーメントが小さくなる曲げ方向と、を互いに異ならせることができる。これにより、加工中におけるボディの撓みを従来よりも抑制することが可能となる。

更に好ましい態様として、排出溝の少なくとも一部は、先端側から基端側に行くほど、回転方向とは反対側に向かうように屈曲していてもよい。

更に好ましい態様として、回転中心軸に沿って見た場合において、先端側から基端側に向けて位置を変化させて行ったときの、排出溝の内面の角度の変化量が４０度以内であってもよい。

更に好ましい態様として、第１取り付け部及び第２取り付け部よりも基端側の部分を、回転中心軸に対し垂直に切断した場合の断面において、排出溝の占める割合が２０％以上であってもよい。

更に好ましい態様として、第２取り付け部は、周方向に沿って複数並ぶように設けられていてもよい。

本発明によれば、加工中における撓みを抑制することのできるボディ、が提供される。

図１は、本実施形態に係るガンドリルの全体構成を示す斜視図である。 図２は、本実施形態に係るガンドリルの全体構成を示す斜視図である。 図３は、本実施形態に係るガンドリルを、その回転中心軸に沿って先端側から見て描いた図である。 図４は、図１の一部を拡大して示す図である。 図５は、図２の一部を拡大して示す図である。 図６は、比較例に係るボディに対し、加工中に加えられる力について説明するための図である。 図７は、比較例に係るボディに対し、加工中に加えられる力について説明するための図である。 図８は、本実施形態に係るボディに対し、加工中に加えられる力について説明するための図である。 図９は、溝のねじれ角度と、ボディ中央部の変位量と、の関係を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施形態に係るガンドリル１０の構成について説明する。図１及び図２は、ガンドリル１０の全体構成を示す斜視図である。図３は、図１のガンドリル１０を、その回転中心軸ＡＸに沿って先端側から見て描いた図である、図４は、図１の一部、具体的にはガンドリル１０の先端部分を拡大して示す図である。図５は、図２の一部、具体的にはガンドリル１０の先端部分を拡大して示す図である。

図１等に示されるように、ガンドリル１０は、ボディ１００と、切削インサート２００と、ガイドパッド３００と、を備えている。

ボディ１００は、ガンドリル１０の概ね全体を構成する部材であって、鋼により形成されている。ボディ１００は、被把持部１２０と、切削部１１０と、を有している。被把持部１２０は、ボディ１００の長手方向に沿った一方側の部分であり、不図示の工作機械によって把持される部分である。

説明の便宜上、ボディ１００のうち被把持部１２０が設けられている方の端部側のことを、以下では「基端側」とも称する。また、基端側とは反対側のことを、以下では「先端側」とも称する。

切削部１１０は、ボディ１００のうち被把持部１２０よりも先端側の部分であって、被削材の切削に供される部分である。切削部１１０は、被把持部１２０から先端側に向かって直線状に伸びるように形成されている。図３に示されるように、切削部１１０は略円柱形状となっており、その側面には排出溝１１１が形成されている。排出溝１１１は、加工中においてクーラントを案内し排出するための溝であって、先端側から基端側に向かって伸びるように形成されている。クーラントは、切りくずの排出や、工具及び被削材の冷却、潤滑、及び防錆等を目的として、加工中において工作機械側から供給される流体である。排出溝１１１は、全体が切削部１１０の長手方向に沿って一直線状とはなっておらず、一部（図５で符号「Ｇ２」が付された部分）において屈曲している。このような構成としたことの理由については後に説明する。

切削インサート２００は、切れ刃２１０を有する部分であって、超硬材料により形成されている。切削インサート２００は、排出溝１１１の内面のうち先端側の端部近傍となる位置に、螺子１１によって締結固定されている。尚、ボディ１００の先端側のうち、切削インサート２００と対応する部分のそれぞれには、切削インサート２００を取り付けるための取付部１０１（取付座）が設けられており、それぞれの取付部１０１に対して切削インサート２００が取り付けられている。取付部１０１は、本実施形態における「第１取り付け部」に該当する。

切削インサート２００の切れ刃２１０は、切削部１１０の先端から、更に先端側に向かって突出している。被削材の加工時においては、ボディ１００が回転中心軸ＡＸの周りに回転する。その回転方向は、加工で生じた切りくずが切削インサート２００のすくい面に当たるような方向であって、具体的には、図３において矢印で示される方向である。ボディ１００が回転すると、切れ刃２１０が当たることによって被削材が切削され、被削材に深穴が形成されていく。本実施形態に係るガンドリル１０は、上記のように切れ刃２１０の部分が交換可能な別部品となっており、所謂「チップ交換式」の工具として構成されている。このような構成に換えて、切れ刃２１０の部分がボディ１００にろう付けされ一体となっている構成であってもよい。

本実施形態に係るガンドリル１０のボディ１００は、所謂「シングルフルートタイプ」の工具となっており、排出溝１１１は１本のみ形成されている。これに対応して、切れ刃２１０も１つだけ設けられている。

ガイドパッド３００は、加工中において穴の内面に当接することで、ボディ１００の変形等を抑制するための部材である。ガンドリル１０の加工によって被削材に形成される穴のことを、以下では「加工穴」とも称する。ガイドパッド３００が設けられていることにより、加工穴の真直性や真円度を保ちながら加工を行うことができる。尚、ボディ１００の先端側のうち、ガイドパッド３００と対応する部分のそれぞれにはガイドパッド３００を取り付けるための取付部１０２（ポケット）が設けられており、それぞれの取付部１０２に対してガイドパッド３００が取り付けられている。取付部１０２が設けられている位置は、周方向に沿って取付部１０１とは異なる位置である。取付部１０２は、本実施形態における「第２取り付け部」に該当する。

本実施形態のように、切れ刃２１０が周方向の１か所のみに設けられている場合には、加工中の切れ刃２１０には偏った方向の力が加えられる。このため、当該力を受け得る位置にガイドパッド３００を設けておくことで、加工中におけるボディ１００の変形等を抑制し、上記のように加工穴の真直性や真円度を保つことが可能となる。

図４に示されるように、ガイドパッド３００は、切削部１１０のうち先端側の端部近傍となる位置（ただし、周方向に沿って切れ刃２１０とは異なる位置）において、切削部１１０の外周面に取り付けられている。本実施形態では２つのガイドパッド３００が設けられており、これらが周方向に沿って並んでいる。それぞれのガイドパッド３００は、締結部材である螺子１２によって、切削部１１０に対して締結固定されている。尚、切削部１１０に取り付けられるガイドパッド３００の数は、１つだけであってもよく、３つ以上であってもよい。

図４に示されるように、切削部１１０のうちガイドパッド３００が取り付けられている部分の近傍には、吐出穴１１２と、溝１１３と、が形成されている。

吐出穴１１２は、加工中にクーラントを供給するための穴である。ボディ１００の内部には、クーラントを案内するための不図示の流路が形成されている。当該流路の一方側の端部は、被把持部１２０のうち基端側の端部において開口している。吐出穴１１２は、当該流路の他方側の端部に形成された開口である。加工中には、工作機械から上記流路へとクーラントが供給される。クーラントは、上記流路を通って吐出穴１１２から排出され、次に述べる溝１１３へと流入する。

溝１１３は、吐出穴１１２から排出されたクーラントを、先端側の切れ刃２１０まで案内するための溝であって、切削部１１０の外周面に沿って形成されている。加工中において、クーラントは、溝１１３の内面と、加工穴の内面と、の間に形成された空間を通って切れ刃２１０の方に流れる。その後、クーラントは、加工で生じた切りくずと共に、先に述べた排出溝１１１を通って加工穴の外へと排出される。

排出溝１１１の具体的な形状について、図５を参照しながら説明する。同図に示されるように、排出溝１１１は、直線部Ｇ１と、屈曲部Ｇ２と、直線部Ｇ３と、を有している。

直線部Ｇ１は、排出溝１１１のうち最も先端側の部分である。直線部Ｇ１の内面には、先に述べた切削インサート２００を取り付けるための凹部が形成されている。直線部Ｇ１は、切削インサート２００の位置から基端側に向けて、回転中心軸ＡＸに沿って直線状に伸びている。

屈曲部Ｇ２は、直線部Ｇ１のうち基端側の端部から、更に基端側に向かって伸びている部分である。屈曲部Ｇ２において、排出溝１１１は、先端側から基端側に行くほど、回転方向とは反対側に向かうように屈曲して伸びている。

直線部Ｇ３は、屈曲部Ｇ２のうち基端側の端部から、更に基端側に向かって伸びている部分である。直線部Ｇ３は、直線部Ｇ１と同様に、その全体が回転中心軸ＡＸに沿って直線状に伸びている。

尚、回転中心軸ＡＸに対し垂直に切断した場合における排出溝１１１の断面形状は、直線部Ｇ１、屈曲部Ｇ２、及び直線部Ｇ３のそれぞれにおいて略同一である。いずれの部分においても、排出溝１１１は、略平面状の２つの内面１１１Ａ、１１１Ｂが一定の角度をなしている。内面１１１Ａは切削インサート２００が取り付けられている方の内面であり、内面１１１Ｂは他方の内面である。

以上のように、本実施形態では、排出溝１１１の全体が直線状とはなっておらず、一部（屈曲部Ｇ２）において屈曲して伸びるような形状となっている。排出溝１１１をこのような形状としたことの利点について説明するに先立ち、比較例の構成について先に説明する。この比較例では、本実施形態のような屈曲部Ｇ２が設けられておらず、排出溝１１１の全体が回転中心軸ＡＸに沿って直線状に伸びている。図６は、この比較例に係るボディ１００の切削部１１０を、その先端側から見て模式的に描いた図である。

加工中においては、先に述べたようにボディ１００が回転中心軸ＡＸの周りに回転する。このとき、切れ刃２１０は被削材からの力を受ける。図６の矢印ＡＲ１は、このような切れ刃２１０が受ける力を表している。当該力の方向は、排出溝１１１がある方とは反対の方向であり、ガイドパッド３００の方を向いている。

矢印ＡＲ１が受ける上記力によって、ボディ１００の先端側は矢印ＡＲ１の方に変位しようとする。しかしながら、当該力によって、ガイドパッド３００が加工穴の内面に当接し押し付けられることにより、ガイドパッド３００はその反力を受ける。当該反力は、切れ刃２１０が受ける力の方向（矢印ＡＲ１）とは逆の方向に加えられる。その結果、ボディ１００の先端の変位は抑制されるので、加工穴の真直性や真円度が保たれる。

図７（Ａ）には、ボディ１００に加えられる力が模式的に描かれている。同図においては、左側が先端側であり、右側が後端側である。矢印ＡＲ１１は、切れ刃２１０が受ける力を表している。矢印ＡＲ１２は、ガイドパッド３００が加工穴の内面から受ける力を表している。先に述べたように、これらは互いに逆の方向に加えられる。

ただし、これら２つの力は、ボディの長手方向に沿って互いに異なる位置に加えられる。このため、それぞれの力は相殺して０とはならない。図７（Ａ）の点Ｐ１は、ガイドパッド３００の外周面のうち先端側の点である。矢印ＡＲ１１で示される力と、矢印ＡＲ１２で示される力と、が互いに逆方向に加えられる結果、ボディ１００には、点Ｐ１を中心として矢印ＡＲ１３の方向に回転させるような曲げモーメントが加えられる。この曲げモーメントは、長手方向に沿ったボディ１００の中央部を、矢印ＡＲ１４の方向に変位させる力として加えられる。これにより、ボディ１００は、図７（Ｂ）において誇張して描かれているように、加工中において弓なりに撓んだ状態となる。

ボディ１００をこのように撓ませる力（矢印ＡＲ１４）は、ガイドパッド３００がある方とは反対側を向く力となる。図６には、当該力が矢印ＡＲ２で示されている。当該力の方向は、排出溝１１１が形成されている方向を向いている。矢印ＡＲ２の方向は、ボディ１００が肉抜きされている部分を向く方向であって、排出溝１１１の形成に伴って断面二次モーメントが小さくなっている曲げ方向、ということができる。

つまり、この比較例では、上記の曲げモーメントによってボディ１００の長手方向中央部が変位しようとする方向と、排出溝１１１の形成に伴い断面二次モーメントが小さくなっている曲げ方向と、が互いに一致している。このため、ボディ１００は、上記の曲げモーメントによって中央部が大きく変位しやすくなっている。その変位量によっては、ボディ１００の一部が加工穴の内面に接触し、加工の精度が低下してしまう可能性が有る。

そこで、本実施形態に係るボディ１００では、排出溝１１１を一部（屈曲部Ｇ２）において屈曲させることにより、曲げモーメントによる中央部の変位を抑制することとしている。

図８では、本実施形態に係るボディ１００の切削部１１０が、図６と同様の方法で模式的に描かれている。図８においても、切れ刃２１０が受ける力が矢印ＡＲ１で示されており、曲げモーメントによりボディ１００を撓ませるように働く力が矢印ＡＲ２で示されている。

図８のうち、回転中心軸ＡＸから矢印ＡＲ２側の部分を見ると、本実施形態では、当該部分の全体が排出溝１１１で肉抜きされているのではなく、当該部分に屈曲部Ｇ２が重なっている。つまり、回転中心軸ＡＸに沿って見た場合において、直線部Ｇ１の内面１１１Ｂから、直線部Ｇ３の内面１１１Ｂまでの角度範囲内の部分に、ボディ１００を撓ませる力（矢印ＡＲ２）が加えられている。

このように、本実施形態では、排出溝１１１に屈曲部Ｇ２を設けたことの結果として、加工中の曲げモーメントによってボディの長手方向中央部が変位しようとする方向と、排出溝１１１の形成に伴い断面二次モーメントが小さくなる曲げ方向と、が互いに異なっている。これにより、加工中におけるボディ１００の撓みを従来よりも抑制することが可能となっている。

ここで、図８のように回転中心軸ＡＸに沿って先端側から見た場合において、直線部Ｇ１の内面１１１Ｂと、直線部Ｇ３の内面１１１Ｂと、の間の角度のことを、「ねじれ角度」と定義する。ねじれ角度は、先端側から基端側に向けて位置を変化させて行ったときの、排出溝の内面の角度の変化量、ということもできる。

図９には、このねじれ角度（横軸）と、加工中におけるボディ１００の中央部の変位量（縦軸）と、の関係が示されている。同図の「ＴＨ」は、精度よく加工するために許容し得る変位量の上限値を表している。

図９に示されるように、ねじれ角度が４０度以下であれば、中央部の変位量は上限値ＴＨ以内に収まっている。しかしながら、ねじれ角度が４０度を超えると、変位量は急激に増加し、上限値ＴＨを超えている。

従って、排出溝１１１をボディ１００に形成するにあたっては、ねじれ角度を４０度以内に収めることが好ましい。

尚、本実施形態では、排出溝１１１の全体を略直線状とした上で、排出溝１１１の一部のみを屈曲させている。このような態様に換えて、例えば排出溝１１１のうち、切削インサート２００やガイドパッド３００よりも基端側の部分全体を屈曲させることとしてもよい。

本実施形態では、排出溝１１１が１本だけ形成されているので、１本の排出溝１１１で全てのクーラントを排出する必要がある。このため、図８のように排出溝１１１は比較的大きな溝として形成されている。具体的には、ボディ１００のうち第１取り付け部１０１及び第２取り付け部１０２よりも基端側の部分を、回転中心軸ＡＸに対し垂直に切断した場合の断面においては、排出溝１１１の占める割合が２０％以上となっている。尚、上記の「割合」とは、排出溝１１１が無いとした場合におけるボディ１００の断面積（つまり円の面積）に対し、排出溝１１１の断面積が占める割合のことである。上記割合が２０％以上となっている構成においては、本実施形態のように排出溝１１１を屈曲させることの効果が特に大きくなる。

尚、上記割合は、３０％以上であれば更に好ましい。ただし、いずれの場合であっても、ボディ１００の剛性を確保するためには、上記割合は４０％以下としておくことが好ましい。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０：ガンドリル、１００：ボディ、１１１：排出溝、２１０：切れ刃、３００：ガイドパッド。

Claims (5)

1. ガンドリル用のボディであって、
   先端側に設けられ、切れ刃が取り付けられる部分である第１取り付け部と、
   先端側において、周方向に沿って前記第１取り付け部とは異なる位置に設けられ、ガイドパッドが取り付けられる部分である第２取り付け部と、を備え、
   外周面には、先端側から基端側に向かって伸びる溝であって、基端側に向けて流体を案内し排出するための排出溝が１本形成されており、
   前記排出溝の少なくとも一部が屈曲している、ボディ。
2. 前記排出溝の少なくとも一部は、先端側から基端側に行くほど、回転方向とは反対側に向かうように屈曲している、請求項１に記載のボディ。
3. 回転中心軸に沿って見た場合において、
   先端側から基端側に向けて位置を変化させて行ったときの、前記排出溝の内面の角度の変化量が４０度以内である、請求項２に記載のボディ。
4. 前記第１取り付け部及び前記第２取り付け部よりも基端側の部分を、回転中心軸に対し垂直に切断した場合の断面において、前記排出溝の占める割合が２０％以上である、請求項１に記載のボディ。
5. 前記第２取り付け部は、周方向に沿って複数並ぶように設けられている、請求項１に記載のボディ。
   

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