JP2775912B2 - 穴明け工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、被削材の穴明け加工に用いられる穴明け
工具に係り、詳しくは工具本体の外周面に切屑排出溝が
形成された穴明け工具に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の穴明け工具としては、例えば略円柱状
をなす工具本体の外周部に工具軸線回りに一定角度で捩
れる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝の回転方向
を向く壁面と工具本体の先端逃げ面との稜線部に切刃が
形成されてなる、いわゆるツイストドリルが知られてい
る。

ところが、このようなツイストドリルにおいては、切
屑排出溝の捩れ角を余りに大きく設定すると、切屑排出
溝の長さが加工深さよりも著しく長くなるために、工具
先端部に発生する切屑を工具基端側へ押し上げる力（以
下、切屑排出力と称する。）が切屑と切屑排出溝との間
に作用する摩擦抵抗で失われて切屑詰まりが発生し易く
なるという欠点があり、他方、捩れ角を余りに小さく設
定すると切屑排出溝の全長が短くなって切屑排出性は向
上するものの、切刃のすくい角が不足して切削抵抗の上
昇を招くという欠点を有していた。

加えて、上述のツイストドリルにおいては、工具剛性
を向上させるべく芯厚を工具基端側ほど大きく設定する
いわゆる芯厚テーパが設けられる場合があり、このよう
な場合には切屑排出溝の断面積が工具基端側ほど実質的
に減少するため、より一層切屑詰まりが発生し易くなる
欠点も指摘されていた。

そこで、切屑排出溝の切屑排出性を向上させると同時
に切削抵抗の増加をも防止し得るドリルとして、例えば
実開昭64−12716号公報に示すような穴明けドリルが提
案されている。

このドリルは、第８図ないし第10図に示すように、略
円柱状をなす工具本体１の外周部に、該工具本体１の先
端逃げ面２及び外周面３に開口する切屑排出溝４が形成
され、さらにこの切屑排出溝４の回転方向を向く壁面５
の先端部に、切刃６を有するチツプ７が、そのすくい面
８を上記壁面５と略面一に連続させた状態でロウ付けさ
れてなるもので、上記切屑排出溝４の工具先端からａ−
ａ断面までの部分を一定角度で捩れさせて切刃６に所定
のすくい角を与える一方で、ａ−ａ断面からｂ−ｂ断面
までの捩れ角を上記ａ−ａ断面の捩れ角から０゜に至る
まで漸次減少させるとともに、その溝幅（ｌ＋ｌ）の工
具外周長さに対する比率（以下、溝幅比と称する。）を
上記ａ−ａ断面までの溝幅比よりも増大させ、さらには
ｂ−ｂ断面から後端側に向かって捩れ角０゜の直線部を
配置することによって切屑排出溝全体の全長を従来より
も減少させ、切削抵抗の増加を防止しつつ切屑排出抵抗
の減少を図っている。

なお、この場合各部の寸法については、ａ−ａ断面ま
での捩れ角を25゜〜30゜の範囲の一定値、溝幅比を0.4
〜1.0の範囲の一定値に設定し、ａ−ａ断面からｂ−ｂ
断面の溝幅比を0.8から1.5の範囲で漸次増加させ、ｂ−
ｂ断面から工具基端側の部分の溝幅比を上記ｂ−ｂ断面
と同一若しくは0.8から1.5の範囲で増加させ、さらにａ
−ａ断面の位置を工具径Ｄに対して工具先端から0.6D〜
1.5Dの位置に、ｂ−ｂ断面の位置を工具先端から2D〜3.
5Dの位置に定めるべきである旨が指摘されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来のドリルにおいては、特
に切屑排出力が最も大きい工具先端部の一定範囲におい
て、切屑排出溝４の捩れ角が一定とされているため、未
だ切屑排出性を十分に向上させ得るものとは言い難かっ
た。

すなわち、上述のようなドリルにおいては、切削時に
切刃６の外周側と内周側との周速に差が生じるため、切
刃６で生成された切屑は、まずすくい面８上を工具の回
転中心側に向けて扇状に延びて切屑排出溝４のヒール側
壁面９に衝突し、該壁面９に沿ってカールする。そして
カールした切屑は、切刃６で新たに生成される切屑によ
って押し出され、以後各壁面５、９と擦過しつつ工具基
端側へと排出されてゆく。このため、切屑と切屑排出溝
４との間に作用する摩擦力は、切屑排出力が最も大きく
かつ切屑排出方向が変換される工具先端部において最も
大きく、従ってその損失も工具先端部において最も大き
いこととなる。

しかるに上述したドリルは、切屑排出溝４の捩れ角が
工具先端部で一定のため、壁面９に沿ってカールした切
屑が押し出される際に、該切屑と壁面９とが激しく擦過
することとなり、この点で従来のツイストドリルと変わ
りがない。このため、切屑排出抵抗の低減効果も一定の
範囲に止どまらざるを得ず、特に工具一回転当たりの送
り量を大きくした場合等、工具先端部における切屑摩擦
抵抗が大きくなる場合には、切屑排出性を十分に向上さ
せることができないおそれが大きいのである。

この発明は、以上のような背景の下になされたもので
あり、特に切屑排出溝の先端部における切屑摩擦抵抗を
十分に低減させることができて切屑排出性に優れ、同時
に切刃の切削抵抗の増加をも防止し得る穴明け工具を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、この発明の穴明け工具
は、略円柱状をなす工具本体の外周部に、該工具本体の
先端逃げ面及び外周面に開口する切屑排出溝が形成さ
れ、この切屑排出溝の回転方向を向く壁面と先端逃げ面
との稜線部に切刃が設けられてなる穴明け工具におい
て、切屑排出溝を、工具本体の先端逃げ面に開口しかつ
工具軸線回りに捩れる捩れ部と、この捩れ部の後端から
工具本体の基端側へ向けて工具軸線と平行に延在する直
線部とから構成し、捩れ部は、捩れ角を先端で10゜〜20
゜の範囲に設定して工具本体の基端側に向かって漸次減
少させ、溝幅比を0.6〜1.0の範囲に、工具軸線方向にお
ける全長を工具径Ｄに対して1.5D〜2.5Dの範囲にそれぞ
れ設定すると共に、直線部の溝幅比を上記捩れ部の溝幅
比に対して1.1〜1.4倍に設定したことを特徴とするもの
である。

［作用］ 上記構成の穴明け工具においては、切屑排出溝の先端
部の捩れ角が漸次減少するため、工具先端部におけるヒ
ール側壁面は、工具基端側へ向かう程、カールした後の
切屑の成長方向に対して工具の回転方向側に後退する。
このため、工具先端部における切屑と壁面との激しい摩
擦が回避され、摩擦抵抗が減少する。特に捩れ角を先端
で10゜〜20゜の範囲に設定したのは、10゜に満たないと
切刃のすくい角が小さくて切削抵抗を十分に低減でき
ず、20゜を越えると切屑の摩擦抵抗が相対的に大きくな
り切削抵抗を十分に低減できないからである。しかも、
捩れ部の捩れ角が直線部まで漸次減少しているために切
屑排出溝全体を捩れ溝状に形成する場合に比して切屑排
出溝の全長が大幅に短縮されて切屑の移動距離が減少
し、この結果、切屑排出溝全体の切屑摩擦抵抗が小さく
なる。

また、捩れ部の距離を1.5D〜2.5Dの範囲に設定したこ
とについて、1.5Dに満たないと捩れ角の変化が急激で切
屑排出性が悪くなり、2.5Dを越えると切屑の摩擦抵抗が
大きくなり、切屑排出性が劣化するおそれがある。

さらに、切屑排出溝の後端側に位置する直線部の溝幅
が捩れ部よりも1.1〜1.4倍と大きいので、直線部におけ
る切屑の摩擦抵抗も小さくなる。

一方、上記構成の穴明け工具によれば、捩れ部の捩れ
により切屑排出溝の壁面と先端逃げ面との稜線部に設け
られる切刃の正のすくい角が与えられるので、切削抵抗
が小さくなって切削能力も向上する。

そして、上記捩れ部の長さ、捩れ角、溝幅比及び上記
直線部の溝幅比を適当な範囲に設定することにより、工
具先端側におけるねじり剛性を損なうことなく、切削抵
抗の増大を防ぎつつ切屑排出性を向上させることができ
る。

［実施例］ 以下、第１図ないし第４図を参照して、本発明の実施
例を説明する。

第１図及び第２図に示すように、本実施例のドリル
は、上述した従来のドリルと同様、略円柱状をなす工具
体10の外周部に、該工具本体10の先端逃げ面11及び外周
面12に開口する２本の切屑排出溝13・13が形成され、こ
れら切屑排出溝13の回転方向を向く第１の壁面14・14と
上記先端逃げ面11との稜線部に、切刃15を有する２枚の
チツプ16・16が、各々のすくい面16aを上記壁面14に連
続させた状態でロウ付けされ、これらチツプ16の内周端
縁に挟まれた工具回転中心P₀に、上記先端逃げ面11から
工具基端側へ陥没する空隙部17が形成されてなるもので
ある。

ここで、上記切屑排出溝13は、工具本体10の先端側に
形成された捩れ部18と、この捩れ部18の後端から工具基
端側へ向かって工具軸線Ｏと平行に延在する直線部19と
から構成されてなるものである。

上記捩れ部18は、工具軸線Ｏの回りに捩れる捩れ溝状
に形成され、その捩れ方向は、後端側が工具回転方向後
方側に捩れるように、すなわち、当該工具本体10の先端
側からの正面視（第２図）において時計方向に捩れるよ
うに定められている。

捩れ部18の捩れ角は、上記先端逃げ面11に開口する先
端部において10゜〜20゜の範囲に設定され、この先端部
から工具基端側に向かうに従って連続的に減少させられ
て、上記直線部19と連続する後端部において０゜とされ
ている。

ここで先端部の捩れ角を10゜〜20゜の範囲に設定した
のは、10゜に満たないと切刃15のすくい角が小さくて切
削抵抗を十分に低減できないおそれが生じ、他方、20゜
を超えると捩れによる切屑の摩擦抵抗が相対的に大きく
なり、切屑抵抗を十分に低減できないおそれが生じるか
らである。

また、工具先端から捩れ部18の後端までの距離Ｌは、
被削材や切削条件に応じて適宜定められるが、工具径Ｄ
に対して1.5D〜2.5Dの範囲に設定することが好ましい。
距離Ｌが1.5Dに満たないと捩れ角が急激に変化し過ぎて
工具先端部の切屑排出性にかえって悪影響を与えるおそ
れがあり、他方、距離Ｌが2.5Dを超えると捩れ部18の全
長が長くなり過ぎて切屑の摩擦抵抗が大きくなり、全体
の切屑排出性が劣化するおそれが生じるからである。

第３図に示すように、捩れ部18は、上記チツプすくい
面16aに連なる上記第１の壁面14と、この第１の壁面14
の工具中心側の端部から工具外周面12に向かって円弧状
に延びる第２の壁面（ヒール側壁面）20とから構成され
ており、その溝幅l₁、すなわち各壁面14、20と工具外周
面12とが交わる点P₁、P₂間の距離は捩れ部18の全長に渡
って一定とされている。そして、捩れ部18の溝幅比、す
なわち工具外周長さに対する溝幅（l₁＋l₁）の比は、0.
6〜1.0の範囲に設定されている。

ここで、溝幅比を上記の範囲に定めるのは、溝幅比が
0.6に満たないと捩れ部18の断面積が不足して円滑な切
屑排出に支障を来すおそれが生じ、他方溝幅比が1.0を
超えると工具先端部における実断面積が不足し、工具の
ねじり剛性が過度に損なわれるおそれが生じるからであ
る。

一方、第１図及び第４図に示すように、上記直線部19
は、工具回転方向を向く平坦面21と、この平坦面21の工
具中心側の端部から工具外周面12に向かって円弧状に延
びる湾曲面22とを有し、かつ工具軸線Ｏと平行に延在す
る直線状の溝に形成されている。

この直線部19の溝幅l₂は、捩れ部18の溝幅l₁（第４図
中二点鎖線で示す）よりも全長に渡って一様に大きく定
められている。また、直線部19の溝幅比は、上記捩れ部
18の溝幅比の1.1〜1.4倍の範囲とされている。溝幅比が
捩れ部18の1.1倍に満たない範囲では、溝幅l₂の拡大に
よる摩擦抵抗の低減効果が十分に発揮されず、他方1.4
倍を超えると工具のねじり剛性が過度に損なわれるから
である。

また、上記空隙部17は、工具回転中心P₀からチゼルエ
ッジを除去して、切削中のスラスト荷重を低減させると
共に工具先端の芯振れ運動を防止するために設けられた
ものであり、その大きさは、被削材の空隙部17に対応す
る部分に成長するコアが当該空隙部17の側面から受ける
切削抵抗によって捩切られる程度とされ、より具体的に
はドリルの側面視における幅にして0.2mm〜2.5mmの範囲
に定められる。

また、上記工具本体10の内部には、工具本体10の基端
面に開口しかつ工具軸線Ｏ上を工具先端側に向けて延在
する供給孔23が形成され、この供給孔23からは、上記先
端逃げ面11に開口する油穴24が形成されている。

以上の構成からなるドリルを用いて被削材の穴明け加
工を行うには、供給孔23から高圧切削油を供給して油穴
24から吐出させつつ、工具本体10を工具軸線Ｏの回りに
回転させて切刃15で被削材を切削してゆく。

このとき、各切刃15で生成された切屑は、切刃15の外
周側と内周側との周速差により、工具外周側から工具の
回転中心側に向かって扇状に成長し、切屑排出溝13の第
２の壁面20に衝突してカールする。そしてカールした切
屑は、切刃15で新たに生成される切屑が先に生成された
切屑を押し上げる力を受けて押し出され、工具基端側へ
向けて排出される。

ここで、本実施例のドリルでは、工具先端側の捩れ部
18の捩れ角が工具先端から連続的に減少するため、上記
第２の壁面20は、工具基端側に向かうにつれて、壁面20
に衝突した後の切屑の成長方向に対し工具の回転方向側
へと漸次後退する。このため、切屑は壁面20と過度に擦
過することなく工具基端側へと円滑に排出されることと
なり、この結果、工具先端部において切屑と壁面20との
間に生じる摩擦抵抗が小さくなる。

加えて、捩れ部18の捩れ角は、その後端に至るまで連
続的に減少し、さらには工具軸線Ｏと平行に延在する直
線部19に連続するため、切屑排出溝13の全長が全体を捩
れ溝状に形成する場合に比して大幅に短縮されて切屑の
移動距離が減少する。このため、切屑排出溝13全体に生
じる切屑の摩擦抵抗も小さく、切屑排出溝13の後端側に
切屑の摩擦抵抗を超える十分な切屑排出力が作用して切
屑排出性が向上する。

さらに、本実施例では直線部19の溝幅比が捩れ部18の
それよりも大きく定められているため、捩れ部18の溝幅
に応じてカールした切屑と直線部19の各壁面21、22との
間に隙間が生じる。従って、直線部19における切屑排出
力の損失が小さくなり、上述した捩れ部18の摩擦抵抗の
減少効果とあいまって切屑排出性がより一層向上する。

一方、本実施例では捩れ部18の先端の捩れ角に応じて
切刃15に正のすくい角が与えられるので、切屑排出溝13
全体を直線状に形成する場合に比して切削抵抗も大幅に
小さくなる。

このため、本実施例によれば、切削抵抗の増加を防止
しつつ切削排出性を大幅に向上させることができ、しか
も、工具先端における切屑排出性も十分に向上するの
で、特に工具送り量が大きい領域でも上述の効果を十分
発揮し得るのである。

そして、上記捩れ部18の溝幅比、長さ及び捩れ角の変
化範囲と、直線部19の溝幅比とを上述した範囲に設定す
ることにより、工具のねじり剛性を過度に損なうことな
く、切刃15の切削抵抗を十分に減少させるとともに切屑
排出性をより確実に向上させることができる。

ここで、本発明の効果を確認すべく第８図ないし第10
図に示す従来のドリルと、第１図に示す本発明に係るド
リルとを用いて下記の加工条件で切削試験を行った。

この際、各ドリルの切削抵抗の比較のため工具の一回
転当たりの送り量を適宜変化させて所要切削動力を測定
し、また切削中の切屑の排出状況を監視した。

なお、各ドリルの諸寸法は別表１に示すように設定し
た。

（加工条件） ドリル径:20mm 被削材:SMC440（硬度:H_B200） 切削速度:70m/min. 工具送り量:0.15〜0.3mm/rev. 切削油：水溶性切削油剤 穴明け深さ:100mm 第５図は上記の切削試験における所要切削動力の測定
結果を示すもので、この図からも明らかなように、従来
のドリルでは、一回転当たりの送り量が0.15mm/rev.を
超える領域で切削動力が次第に増加し、0.2mm/rev.にお
いて切削詰まりが発生する。そして0.2mm/rev.を超える
送り量を与えた場合には切削動力が急激に増加し、0.25
mm/rev.に至った時点で切屑詰まりにより切削不可能と
なった。これは、従来のドリルでは切削排出溝先端の捩
れ角が25゜と大きく、しかも捩れ角の減少が工具の途中
から開始されることから切屑排出性が劣ること、及び捩
れ部分の全長が3Dと長いために切削排出溝の全長も長い
ためと推定される。

これに対して、本発明のドリルでは、工具送り量を0.
3mm/rev.まで上昇させても切削動力が微増に止どまり、
切屑詰まりも発生せず安定した切削を行うことができ
た。

なお、以上の実施例では捩れ部18の溝幅l₁を一定とし
ているが、本発明の穴明け工具はこれに限るものではな
く、捩れ部18の先端から後端にかけて徐々に溝幅l₁を拡
大させても良く、また、溝幅が拡大する直線部19が捩れ
部18の後端に幾らか入り込んでも構わない。

さらに、本実施例では工具本体10の先端にチツプ16を
ロウ付けする付刃ドリルについて説明したが、本発明の
穴明け工具はこれに限らず、スローアウエイ式のドリル
やソリッドドリル等にも当然に適用可能である。

また、本実施例では、特に工具先端部に空隙部17が設
けられたドリルについて説明したが、例えば第６図及び
第７図に示すように、切刃15が工具回転中心P₀まで延長
されたものであっても同様の効果を奏するものである。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の穴明け工具によれ
ば、捩れ部は、捩れ角を先端で10゜〜20゜の範囲に設定
して工具本体の先端から基端側に向かって漸次減少さ
せ、溝幅比を0.6〜1.0の範囲に、工具軸線方向における
全長を工具径Ｄに対して1.5D〜2.5Dの範囲にそれぞれ設
定すると共に、直線部の溝幅比を捩れ部の溝幅比に対し
て1.1〜1.4倍に設定したから、切屑排出溝の全長が捩れ
角一定の捩れ溝を形成する場合に比して短縮化され、切
屑排出溝全体の摩擦抵抗が減少する。しかも、捩れ部の
捩れ角の変化が工具の先端から開始されているので、工
具先端部における切屑と上記壁面との過度の擦過が回避
されて工具先端部における切屑排出性が特に向上する。

さらに、直線部の溝幅比が捩れ部よりも一様に大きく
設定されているので、特に切屑が詰まり易い工具基端側
における摩擦抵抗が減少し、切屑排出性がより一層向上
する。そして、捩れ部先端の捩れ角に応じて切刃に適度
のすくい角が与えられるので、切削抵抗も十分に低減さ
れ、この結果、本発明によれば切削抵抗の増加を防止し
つつ切屑排出性を十分に向上させることができる。

また、特に捩れ角を先端で10゜〜20゜の範囲に設定し
たのは、10゜に満たないと切刃のすくい角が小さくて切
削抵抗を十分に低減できず、20゜を越えると切屑の摩擦
抵抗が相対的に大きくなり切削抵抗を十分に低減できな
いからである。しかも、捩れ部の捩れ角が直線部まで漸
次減少しているために切屑排出溝の全長が大幅に短縮さ
れて切屑の移動距離が減少すると共に切屑排出の際の摩
擦抵抗が小さくなる。また、捩れ部の距離を1.5D〜2.5D
の範囲に設定したことについて、1.5Dに満たないと捩れ
角の変化が急激で切屑排出性が悪くなり、2.5Dを越える
と切屑の摩擦抵抗が大きくなり、切屑排出性が劣化する
おそれがある。さらに、切屑排出溝の後端側に位置する
直線部の溝幅が捩れ部よりも1.1〜1.4倍と大きいので、
直線部における切屑の摩擦抵抗も小さくなる。これによ
り、工具のねじり剛性を不当に損なうことなく、切刃の
切削抵抗を十分に減少させるとともに切屑排出性をより
確実に向上させることができ、実用性が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図はその側面図、第２図は第１図におけるＩ矢視
図、第３図は第１図中II−II線における断面図、第４図
は第１図中III−III線における断面図、第５図は本発明
に係るドリルと従来のドリルとを比較した切削試験の結
果を示す図、第６図及び第７図は本発明の他の例を示す
図で、第６図はその側面図、第７図はその正面図、第８
図ないし第10図は従来例を示す図で、第８図はその側面
図、第９図は第８図中のIV−IV線における断面図、第10
図は第８図中のＶ−Ｖ線における断面図。 10……工具本体、11……先端逃げ面、12……外周面、13
……切屑排出溝、14……第１の壁面（回転方向を向く壁
面）、15……切刃、18……捩れ部、19……直線部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 辰美 岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田 1528番地 三菱金属株式会社岐阜製作所 内 (56)参考文献 実開 昭64−12716（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−141008（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23B 51/00,51/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】略円柱状をなす工具本体の外周部に、該工
   具本体の先端逃げ面及び外周面に開口する切屑排出溝が
   形成され、この切屑排出溝の回転方向を向く壁面と上記
   先端逃げ面との稜線部に切刃が設けられてなる穴明け工
   具において、 上記切屑排出溝を、上記工具本体の先端逃げ面に開口し
   かつ工具軸線回りに捩れる捩れ部と、この捩れ部の後端
   から工具本体の基端側へ向けて工具軸線と平行に延在す
   る直線部とから構成し、 上記捩れ部は、捩れ角を先端で10゜〜20゜の範囲に設定
   して工具本体の基端側に向かって漸次減少させ、溝幅比
   を0.6〜1.0の範囲に、工具軸線方向における全長を工具
   径Ｄに対して1.5D〜2.5Dの範囲にそれぞれ設定すると共
   に、 上記直線部の溝幅比を上記捩れ部の溝幅比に対して1.1
   〜1.4倍に設定したことを特徴とする穴明け工具。