JP2905142B2

JP2905142B2 - ドリル

Info

Publication number: JP2905142B2
Application number: JP8113305A
Authority: JP
Inventors: 清貴志賀; 章雄福井; 和明寺田; 高裕山田; 晴康豊田; 仁三宅; 明広梅田
Original assignee: Fuji Seiko Co Ltd
Current assignee: Fuji Seiko Co Ltd
Priority date: 1996-05-08
Filing date: 1996-05-08
Publication date: 1999-06-14
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JPH09295209A; US5909985A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、互いに別部材であ
る刃部材とシャンクとを固定して成るドリルに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ドリルには、刃部をシャンクと一体に形
成して成るものと、互いに別部材である刃部材とシャン
クとを固定して成るものとがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、後者の刃部
材とシャンクとが別部材である形式のドリルであって、
構造が簡単で製造が容易なものを得ることを課題として
為されたものである。

【０００４】

【０００５】

【０００６】

【課題を解決するための手段，作用および効果】上記課
題は、ドリルを下記各態様のものとすることによって解
決される。なお、各態様はそれぞれ項に分け、項番号を
付し、必要に応じて他の項の番号を引用して請求項と同
じ形式で記載する。各項に記載の特徴を組み合わせて採
用することの可能性を明示するためである。（１）互いに別部材である刃部材とシャンクとを固定し
て成るドリルにおいて、前記刃部材を、平板の先端部に
切刃を形成したものとする一方、前記シャンクを、横断
面形状が円である部材の先端面に軸方向に延びかつ直径
方向に貫通した貫通嵌合溝を形成したものとし、その貫
通嵌合溝に刃部材の基端部を嵌合して固定し、その刃部
材の両側の空間をそのまま軸方向に延びる切屑排出溝と
したことを特徴とするドリル。上記刃部材は、全体が切
刃形成に適した材料から成るものとすることも、切刃形
成部のみを他の部分より硬度が高く、切刃の形成に適し
た材料から成るものとすることも可能である。前者の場
合は、刃部材自体の先端部に逃げ面を形成し、その逃げ
面と平板の側面から成るすくい面との交線を切刃とする
のであり、後者の場合は、平板に固着した硬度の高い材
料の部分に逃げ面とすくい面とを形成し、両者の交線を
切刃とすることになる。本態様におけるシャンクは、横
断面形状が円である部材の先端面に直径方向に貫通した
貫通嵌合溝を形成して成るものであるため、貫通してい
ない溝を形成する場合に比較して、容易に形成すること
ができる。非貫通の嵌合溝は例えば放電加工等により形
成する必要があるが、貫通嵌合溝は例えばすり割りフラ
イス等により容易に切削加工することができるのであ
る。また、貫通嵌合溝に刃部材の基端部を嵌合するので
あるため、刃部材の幅の広い部分を嵌合し得、刃部材の
シャンクへの固定部の剛性，強度も大きくすることがで
きる。さらに、シャンクの横断面形状は円である。すな
わち、シャンクの側面には、軸方向に延びた切屑排出用
溝が形成されていないのであり、その分安価に製造する
ことができる。刃部材の基端部をシャンクの貫通嵌合溝
に嵌合して固定することによってドリルが構成されるの
であるが、このドリルにおいては、刃部材の両側の空間
がそのまま軸方向に延びる切屑排出溝とされる。そのた
め、刃部材は勿論、シャンクにも切屑排出溝を形成する
必要がなくなり、製造が容易になってドリルのコストダ
ウンを図ることができる。（２）前記刃部材と前記シャンクとが、互いに異なる材
料から成る(1) 項に記載のドリル。例えば、刃部材の材
料を超硬合金，セラミック，サーメット等とし、シャン
クの材料を特殊鋼，工具鋼等とすることができる。刃部
材の材料は切削に耐え得る硬度を有する材料とする必要
があるが、シャンクの材料は刃部材を保持し得る強度お
よび剛性を有するものであればよい。このように、刃部
材とシャンクとを互いに異なる材料で製造すれば、刃部
材やシャンクの材料を、それらにそれぞれ適した材料と
することができ、ドリル全体を同一の材料で製造する場
合より材料費を安くすることができる。（３）前記刃部材の基端部が前記シャンクにロー付けに
より固定された(1) 項または(2) 項に記載のドリル。刃
部材の基端部とシャンクとをロー付けにより固定すれ
ば、刃部材をシャンクに簡単に十分な強度で固定するこ
とができ、切削に伴う発熱によって刃部材がシャンクか
ら離脱する恐れもない。ただし、後述するようにドリル
がクーラント供給穴を有するものである場合には、切削
により発生する熱がクーラントにより効果的に運び去ら
れるため、刃部材とシャンクとの固定箇所の温度上昇が
小さく、両者を半田付けや接着により固定することも可
能である。（４）前記貫通嵌合溝の内面の少なくとも一部に、前記
刃部材の基端部と接触しない非接触部が設けられた(1)
項ないし(3) 項のいずれか１つに記載のドリル。(3) 項
に関して説明したように、刃部材とシャンクとをロー付
けする場合に、両者の材料が(2) 項に関して記載したよ
うに互いに異なっていれば、これら材料の線膨張率の相
違に起因して、刃部材が破損する恐れがある。それに対
して、本態様におけるように、貫通嵌合溝の内面に非接
触部を設ければ、刃部材とシャンクとの固着面積をその
分小さくすることができ、刃部材の破損を回避すること
ができる。（５）前記非接触部が、前記シャンクの少なくとも前記
貫通嵌合溝が形成された部分に、その嵌合溝の幅より大
きい直径で軸方向穴が形成されたものである(4)項に記
載のドリル。このように、シャンクに軸方向穴を形成す
れば、嵌合溝の内面に容易に非接触部を設けることがで
きる。（６）前記刃部材の基端部が前記シャンクに着脱可能に
固定された(1) 項または(2) 項に記載のドリル。刃部材
の基端部をシャンクにボルトやピン等で着脱可能に固定
すれば、刃部材が摩耗により使用不能となった場合に、
刃部材のみを交換し、シャンクを繰返し使用することが
可能となる。（７）前記平板が先端側ほど幅が段階的に減少するもの
であり、幅が変化する段部に面取り用切刃が形成された
ことを特徴とする(1) 項ないし(6) 項のいずれか１つに
記載のドリル（請求項１）。本態様に係るドリルにおい
ては、刃部材の幅が先端側ほど段階的に減少させられ
る。そして、その先端部に穴あけ用切刃が形成され、幅
が変化する段部に面取り用切刃が形成される。刃部材
が、加工すべき穴の長さより長いものとされるため、刃
部材に形成した面取り用切刃により、加工穴の開口周縁
に面取りを施すことができるのである。本態様のドリル
によれば、１回の加工で、穴あけ加工と面取り加工との
両方を行うことができ、作業効率を向上させることがで
きる。（８）前記刃部材の幅方向の寸法が前記シャンクの直径
以下であり、かつ、その刃部材の軸方向の寸法が幅方向
の寸法の２倍以上である(1) 項ないし(7) 項のいずれか
１つに記載のドリル（請求項２）。刃部材の幅方向の寸
法がシャンクの直径以下である場合には、刃部材により
あけられた穴にシャンクが嵌入することはできず、形成
可能な穴の深さは刃部材のシャンクから突出した部分の
長さによって決まる。そして、一般に、刃部材の軸方向
の寸法を大きくするほどシャンクからの突出部の長さを
長くすることが可能となり、深い穴の加工が可能となる
のであって、この観点からすれば、刃部材の軸方向の寸
法を幅方向の寸法の３倍以上とすることが特に望まし
い。（９）前記刃部材の前記貫通嵌合溝に嵌合された基端部
の軸方向の寸法の、刃部材全体の軸方向寸法に対する比
率が０．１〜０．５である(1) 項ないし(8) 項のいずれ
か１つに記載のドリル。切削抵抗がそれほど大きくない
場合には、刃部材の基端部の寸法をそれほど大きくする
必要はないが、切削抵抗が増すにつれて大きくすること
が必要となる。一般的には０．１〜０．４とすることが
望ましく、０．２〜０．３とすることが特に望ましい。（１０）前記シャンクの中心にそのシャンクを軸方向に
貫通するクーラント穴が形成され、かつ、そのクーラン
ト穴の少なくとも前記貫通嵌合溝と軸方向において重な
り合う部分およびその近傍部の直径が貫通嵌合溝の幅よ
り大きくされた(1) 項ないし(9) 項のいずれか１つに記
載のドリル。クーラント穴にクーラント供給装置を接続
すれば、刃部材の両側面とクーラント穴の内周面との間
の隙間から加工部（被加工物および切刃の周辺）にクー
ラントを供給することができる。シャンクの中心に１本
のクーラント穴を形成するのみで、刃部材の両側にクー
ラント穴が開口することとなり、刃部材の両側に良好に
クーラントを供給することができるのである。クーラン
ト穴は全長にわたって直径を一定にしても、途中で変化
させてもよい。直径を一定にすれば一般にクーラント穴
の形成が容易となるが、クーラント穴の貫通嵌合溝と軸
方向において重なり合う部分を小径穴部、他の部分を大
径穴部とする方がよい場合がある。例えば、シャンクが
細い場合にはクーラント穴も細くなるため、シャンクに
それを軸方向に貫通するクーラント穴を形成することが
容易ではなく、その観点からすればクーラント穴の直径
は大きいほどよいのであるが、シャンクの先端部におい
ては、そのクーラント穴と共に貫通嵌合溝が形成される
ため強度が不足し易い。そこで、先端部の強度低下を極
力回避しつつクーラント穴の形成を容易にするために、
クーラント穴の先端部を小径穴部、他の部分を大径穴部
とすることが望ましい場合が生じるのである。逆に、ク
ーラント穴の貫通嵌合溝と軸方向において重なり合う部
分およびその近傍部分を大径穴部、他の部分を小径穴部
とすることが望ましい場合もある。クーラント穴の形成
さえ可能であれば、クーラント穴の先端部を大径穴部と
してその大径穴部の内周面と刃部材の側面との間の隙間
をクーラント噴射口として確保しつつ、他の部分は小径
穴部としてシャンク全体の剛性を高く保つことが望まし
いのである。なお、刃部材とシャンクとがロー付けされ
る場合には、クーラント穴の先端部が前記(4)項に記載
の非接触部として機能し、好都合である。（１１）前記クーラント穴の前記貫通嵌合溝と軸方向に
おいて重なり合う部分の直径のシャンクの直径に対する
比率が０．２〜０．６である(10)項に記載のドリル。ク
ーラント穴の、貫通嵌合溝と軸方向において重なり合う
部分の直径は貫通嵌合溝の幅（刃部材の厚さ）より大き
くする必要があるため、この部分の直径のシャンクの直
径に対する比率はシャンクの直径に対する貫通嵌合溝の
幅の比率も考慮して決める必要があるが、一般的には
０．２〜０．５とすることが望ましく、０．３〜０．４
とすることがさらに望ましい。

【０００７】

【実施の形態】本発明の一実施形態であるドリルについ
て図面に基づいて詳細に説明する。図１において，ドリ
ルは、互いに別部材である刃部材１０とシャンク１２と
から成るものであり、刃部材１０の材料は超硬合金であ
り、シャンク１２の材料は特殊鋼である。

【０００８】刃部材１０は、超硬合金製の矩形の板材の
先端部に切刃を形成することによって製造されたもので
ある。板材は、それの厚みｄがマージン幅と、幅ｗがシ
ャンク１２の直径Ｄとそれぞれ同じ大きさであり、それ
の軸方向の長さＬは幅ｗの２〜７倍のものである。板材
の先端部１４が他の部分より幅が小さくされており、こ
の先端部１４と他の部分との段部に面取り用切刃１８が
形成されている。先端部１４の幅は、被加工物に形成す
べき加工穴の直径とほぼ同じとされ、軸方向の長さは、
その加工穴の深さよりやや短めとされている。ただし、
加工穴が貫通穴である場合には、先端部１４の長さは加
工穴の深さより長くされる。

【０００９】また、平板の側面２０の側方空間を切屑排
出溝として利用することが可能であるため、軸方向に延
びる溝を形成する必要がない。そのため、刃部材１０の
製造工数が少なくて済み、ドリルのコストダウンを図る
ことができる。先端部１４の先端には、外周側ほどシャ
ンク１２に接近し、かつ、ドリルの回転方向と逆方向に
向かうに従ってシャンク１２に接近する向きに傾斜した
逃げ面２２が形成され、逃げ面２２と側面２０との交線
が切刃２４とされる。また、両逃げ面２２の交線である
チゼルエッジを小さくするためにシンニング２６が施さ
れるが、本実施形態においてはチゼルエッジ０のクロス
シンニングとされている。

【００１０】シャンク１２は概して丸棒状を成し、それ
の先端面３０から軸方向にすり割り溝３２が形成されて
いる。すり割り溝３２は、図２に示すように、円形であ
る先端面３０の一直径上に、シャンク１２の先端部を直
径方向に貫通する状態で形成されており、幅は刃部材１
０の厚みｄとほぼ同じに（厳密には厚みｄより僅かに大
きく）され、深さＬ_dは刃部材１０の軸方向の長さＬの
およそ１／５とされている。このすり割り溝３２に基端
部１６が嵌合されることになるため、すり割り溝３２の
深さＬ_dが基端部１６のシャンク１２との嵌合部の長さ
となり、この嵌合部の長さＬ_dの軸方向の長さＬに対す
る比率（Ｌ_d／Ｌ）がおよそ１／５とされているのであ
る。

【００１１】シャンク１２には、また、軸方向に延びた
クーラント穴３６が形成されている。クーラント穴３６
は段付き形状を成しており、すり割り溝３２が形成され
た部分およびその近傍部が、他の部分より大径の大径穴
部３８とされている。図２に示すように、その大径穴部
３８の直径Ｄ_hは、すり割り溝３２の幅（刃部材１０の
厚みｄ）より大きくされ（Ｄ_h＞ｄ）、大径穴部３８の
軸方向の長さＬ_hはすり割り溝３２の深さＬ_dより長く
されている（Ｌ_h＞Ｌ_d）。その結果、クーラント穴３
６は、すり割り溝３２と、それの底面および側面におい
て連通させられることになる。大径穴部３８の直径Ｄ_h
のシャンク１２の直径Ｄ（刃部材１０の幅ｗと同じ）に
対する比率（Ｄ_h／Ｄ）は、本実施形態においては、約
０．５とされている。シャンク１２の末端部にはトルク
伝達用の突起４０が、このクーラント穴３６の直径より
大きい厚みで形成されている。シャンク１２の素材とし
て市販の丸棒を使用すれば製造費を低減し得る。

【００１２】刃部材１０は、基端部１６においてシャン
ク１２のすり割り溝３２に嵌合され、ロー付けにより固
定されている。ロー付け後、刃部材１０の幅方向の両端
面と、シャンク１２のすり割り溝３２の深さよりやや長
い部分の外周面とが円筒研削加工されている。このよう
に、基端部１６には僅かな研削加工を施すのみでよいた
め、製造費を安くすることができる。また、刃部材１
０がシャンク１２に固定された状態において、刃部材１
０の側面２０と大径穴部３８の内周面との間に隙間が形
成され、この隙間がクーラントの噴射口となる。

【００１３】さらに、上述のように、大径穴部３８の直
径Ｄ_hがすり割り溝３２の幅ｄより大きく、軸方向の長
さＬ_hが深さＬ_dより長くされているため、刃部材１０
がシャンク１２に固定された状態において、刃部材１０
のすり割り溝３２に嵌合された部分の側面と末端面との
全体がすり割り溝３２の内側面に接触させられ、ロー付
けされるわけではなく、すり割り溝３２の底面と内側面
との各外周側の部分にのみロー付けされることとなる。
刃部材１０の幅方向の中央部にはシャンク１２に接触せ
ず、ロー付けされない非接触部が形成されることになる
のである。前述のように、刃部材１０とシャンク１２と
は異なる材料で製造されているため、ロー付け時にドリ
ルが加熱され、その後冷却されると、これらの間の線膨
張率の相違に起因して、刃部材１０（硬度が高く脆い
方）の基端部１６に図１０に示すようにクラック４６が
生じるおそれがある。それに対して、上記非接触部が形
成されていれば、線膨張係数の違いがシャンク１２の弾
性変形により吸収されるため、破損が回避される。

【００１４】上記構成のドリルによる被加工物の穴あけ
加工を説明する。シャンク１２が図示しない工具ホルダ
を介してボール盤等工作機械の主軸に固定され、クーラ
ント穴が工具ホルダ内のクーラント通路を経てクーラン
ト供給装置に接続される。ドリルが回転させられ、主軸
と被加工物とが主軸の軸方向において相対的に接近させ
られれば、被加工物に加工穴が形成される。この際、被
加工物と刃部材１０との切刃２４近傍部である加工部に
は、クーラント穴３６から刃部材１０の側面２０に沿っ
てクーラントが噴射される。一方、発生した切屑は逆向
きに刃部材１０の側面に沿って流れ、加工穴の外部へ排
出される。このように、刃部材１０にクーラント穴を設
けなくても加工部にクーラントを供給することができ、
切屑排出溝を形成しなくても切屑を排出することができ
るのである。

【００１５】図３，４は、本実施形態のドリルを用いて
被加工物に加工穴を８１個形成した後の、刃部材１０の
先端の状態を工具顕微鏡で観察した結果を示す図であ
る。図３は、本ドリルを回転数５０００rpm で回転しつ
つ送り速度１５０mm/minで前進させた場合におけるそれ
であり、図４は、回転数を２５００rpm 、送り速度を７
５．４mm/minとした場合のそれである。図３，４から、
回転数５０００rpm の場合も回転数２５００rpm の場合
も、切刃２４の周りには構成刃先５０が形成されるが、
その構成刃先５０の量が回転数５０００rpm の場合の方
が多いことがわかる。また、傷５２の状態から回転数５
０００rpm の場合の方が、磨耗が大きいことがわかる
が、その場合においても穴あけ加工に悪影響を及ぼすほ
どではない。また、本ドリルによる加工穴の拡大代およ
び面粗さを調べた。その結果、通常のドリルと比較し
て、面粗さは多少大きいが、拡大代は殆ど同じであるこ
とがわかった。この実験により、本ドリルが穴あけ加工
に十分使用可能なものであり、加工精度にも殆ど問題が
ないことが確認された。

【００１６】なお、上記実施形態においては、刃部材１
０が超硬合金製の平板から製造されたものであったが、
刃部材１０の材料は、セラミックスであっても、サーメ
ックであっても、工具鋼に表面処理を施したもの等であ
っても、平板の先端部１４に切刃用のボラゾン等を固着
したものであってもよい。また、刃部材１０の基端面に
形成した中央突部をシャンク１２の大径穴部３８に丁度
嵌合して、刃部材１０とシャンク１２との位置決めを行
えば、刃部材１０とシャンク１２との中心を精度よく一
致させることができ、刃部材１０の幅方向の端面を研削
加工することは不可欠ではなくなる。さらに、クーラン
ト穴３６は、段付き形状のものとしなくても、全長に渡
って直径が一定のものとしてもよい。さらに、クーラン
ト穴３６を省略することも可能である。

【００１７】また、上記実施形態においては刃部材１０
がシャンク１２にロー付けにより着脱不能に固定されて
いたが、ボルトやピン等により着脱可能に固定すること
もできる。図５，６に示すドリルにおいては、刃部材１
０が、基端部１６において、軸方向に並んだ２本のボル
ト７０，７２によりシャンク１２に固定されている。ボ
ルト７０，７２は、刃部材１０を貫通する部分とその両
側の一定長さの部分とには雄ねじが形成されておらず、
直径が正確に加工されており、同じく精度良く加工され
た刃部材１０の嵌合穴７３とシャンク部１２の嵌合穴７
４，７５とに嵌合されている。また、頭部７６がシャン
ク１２に形成された座ぐり穴７８に収容されるととも
に、先端の雄ねじ部７９によりシャンク１２の雌ねじ穴
に螺合されることにより、シャンク１２のすり割り溝３
２の両側壁部を互いに接近させ、刃部材１０の基端部を
強固に挟ませている。以上により、刃部材１０のシャン
ク１２に対する軸方向と幅方向との相対移動が防止され
ている。ボルト７０，７２は、ボルトと位置決めピンと
が一体化された、所謂リーマボルトなのである。ボルト
７０，７２を外せば、刃部材１０を外すことができ、新
しい刃部材１０と交換することができる。

【００１８】図７〜９に示すドリルにおいては、刃部材
１０が軸方向に並んだ２本のピン８０，８２と、それら
ピン８０，８２の間のボルト８４とによってシャンク１
２に固定されている。ピン８０，８２は雄ねじ部８６，
８８を有するものであり、雄ねじ部８６，８８がシャン
ク１２の雌ねじ部に螺合されることにより脱落を防止さ
れている。これらピン８０，８２によって刃部材１０と
シャンク１２との軸方向および幅方向の相対移動が防止
されるとともに、ボルト８４によりすり割り溝３２の両
側壁間の間隔が減少させられて、刃部材１０が両側壁に
より強固に挟まされている。これらピン８０，８２およ
びボルト８４を外せば、刃部材１０を交換することがで
きる。

【００１９】その他、刃部材１０およびシャンク１２の
形状は上記実施形態のものに限定されない等、いちいち
例示することはしないが、特許請求の範囲を逸脱するこ
となく当業者の知識に基づいて種々の変形，改良を施し
た態様で本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるドリルを示す正面・
側面図である。

【図２】上記ドリルのシャンクの先端面近傍を示す正面
・側面図である。

【図３】上記ドリルの使用後の先端を工具顕微鏡で観察
した状態を示す図である。

【図４】上記ドリルの別の使用後の先端を工具顕微鏡で
観察した状態を示す図である。

【図５】本発明の別の実施形態であるドリルのシャンク
先端近傍部の正面図である。

【図６】図５におけるＡＡ断面図である。

【図７】本発明のさらに別の実施形態であるドリルのシ
ャンク先端近傍部の正面図である。

【図８】図７におけるＢＢ断面図である。

【図９】図７におけるＣＣ断面図である。

【図１０】刃部材とシャンクとの間の線膨張率の相違に
起因した刃部材にクラックが生じた状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０刃部材１２シャンク１６基端部２０側面２４切刃３２すり割り溝３６クーラント穴３８大径部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田高裕愛知県豊田市吉原町平子26番地富士精工株式会社内 (72)発明者豊田晴康愛知県豊田市吉原町平子26番地富士精工株式会社内 (72)発明者三宅仁愛知県豊田市吉原町平子26番地富士精工株式会社内 (72)発明者梅田明広愛知県豊田市吉原町平子26番地富士精工株式会社内 (56)参考文献特開平３−234409（ＪＰ，Ａ) 特開平４−217413（ＪＰ，Ａ) 実開昭64−42814（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−15409（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23B 51/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】先端部に切刃が形成された平板状の刃部
材と、その刃部材と別部材であるシャンクとを固定して
成るドリルにおいて、前記刃部材を、先端側ほど幅を段階的に減少させ、幅が
変化する段部に面取り用切刃を形成したものとする一
方、前記シャンクを、横断面形状が円である部材の先端
面に軸方向に延びかつ直径方向に貫通した貫通嵌合溝を
形成したものとし、その貫通嵌合溝に前記刃部材の基端
部を嵌合して固定し、その刃部材の両側の空間をそのま
ま軸方向に延びる切屑排出溝としたことを特徴とするド
リル。
【請求項２】前記刃部材の幅方向の寸法が前記シャン
クの直径以下であり、かつ、その刃部材の軸方向の寸法
が幅方向の寸法の２倍以上である請求項１に記載のドリ
ル。