JP3457988B2 - スパイラルドリル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は中央インサートと周辺イ
ンサートを具備し、チップ溝を有するドリル、特に工作
物に貫通孔をドリル加工するに有利なドリルに関する。

【０００２】

【従来の技術】１個の中央インサートと１個の周辺イン
サートを含む割出可能（インデキシャブル）な切削イン
サートを具備したドリルはＵＳＰ４，１４９，８２１や
その他の先行文献から公知である。また、これらの文献
から、両種インサートの切削角と相対的配位の適宜な選
択により切削力のバランスを計り、インサートの切削稼
動時にドリルに半径方向力が生じないようにすることが
出来ることも公知である。

【０００３】この種のドリルを貫通孔の穿設（ドリル）
加工するのに使用すると、中央インサートは周辺インサ
ートが孔壁の最終部分を工作しているときに既に切削稼
動を終了してしまう。そのときには、周辺インサートの
切削力はバランスがとれていない状態になり、そしてこ
の切削力が通常半径内方向成分を有しているために、ド
リルが半径内方向へたわみ（deflect)、穿孔最終部分の
直径が低減してしまう可能性が生じる。この現象は幅広
チップ（切粉）溝を有するドリルでは特に顕著である。
それはドリル曲げ剛性が溝方向において低いことによ
る。

【０００４】中央と周辺のインサートが共に切削稼動し
ていても大きな半径方向力が生じるドリルに関するＤＥ
３５４５５８６においては、チップ溝の深さを小さく
し、且つピッチ角度をドリルチップ（先端部）からの距
離が増加するに従って鋭い角度に変化させることが提案
されている。これによれば、曲げモーメントが増大する
と、曲げ剛性を増大させる。更に、チップ溝をドリルに
対し、好ましくは２５０−２７０度に亘り周回するよう
に設計することが提案されている。この設計により、両
種のインサートが切削稼動しているときの曲げモーメン
トがチップ溝端と溝深さがなおも大きい中間点において
その最大曲げ剛性を発揮する方向にドリルを曲げようと
する傾向が生れる。しかし、これは貫通穿設孔の終端に
おけるドリルたわみを最少限度に抑えたり、或いはこの
たわみが特定の方向性を有していることを意味するもの
ではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来ドリルの欠陥とさ
れる切削力の不均衡から生じるドリルたわみによる穿孔
終端部の孔径の低減を最少限に抑えることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、基本の
最大曲げ剛性方向を規定する２本のチップ溝を有するド
リル円柱部、相対的に大径であって遷移部（１４）にお
いて円柱部に接続しているドリル付設部及び周辺インサ
ートと中央インサートを含む割出し可能切削インサート
を具備したドリル先端部を含んで構成されたドリルにお
いて、両種のチップ溝はドリル先端部からチップ溝とし
て、ドリル遷移部に至るまで、ドリル先端部における第
１角位置からドリル遷移部における第２角位置までの角
度Ｃが下記の範囲にある斯ゝる周回角度Ｃだけ前記基本
方向を角変位させるようにドリル円柱部を周回している
螺旋形の溝を形成したことに特徴がある。上記周回角度
Ｃは最小値で０．６Ａ＋１．２Ｂ＋４７°、最大値で
０．６Ａ＋１．２Ｂ＋６２°である。但し、Ａは周辺イ
ンサートのコーナにおける接線方向とドリル先端部から
見て周辺インサートに作用する切削力Ｐの方向との挾角
である。Ｂは該接線方向とドリル先端部における該基本
方向との挾角である。周回角度Ｃは好ましくは１１０°
−１２５°である。

【０００７】

【作用】上記の角度Ｃに係る螺旋チップ溝により、周辺
インサートの切削力Ｐがドリルの半径内方向たわみを最
少限度に抑える作用を奏するが、接線方向のたわみは幾
分大きくなり得る。本発明ドリルの切削力は、中央と周
辺の両種のインサートが切削稼動している限りにおい
て、バランスがとれて、結果としてはドリルに対するト
ルクを生み出すことになるが、ドリルに作用する力は発
生させないようにすることが出来る。これは両インサー
トを異なる平面上でドリル軸に対し異なる角度で以って
配置することにより達成される。周辺インサートのみが
切削稼動するときには、切削力は軸方向成分と接線方向
成分に加えて、半径方向成分をインサートエッジ（切
刃）の傾斜により有することになる。本発明によれば、
ドリルは、当該半径方向成分によるドリルたわみが出来
るだけ小さくなるように設計される。

【０００８】ドリル先端部（チップ）からの距離がいづ
れにあっても、各距離におけるドリル断面は、最大曲げ
剛性の方向と最小曲げ剛性の方向である２種の基本方向
の慣性（イナーシャ）を有している。理論計算と実験
は、両基本方向がドリル先端部からチップ溝の終端まで
に周辺インサートのコーナにおける接線平面間の角度と
切削力とドリル先端部における最大曲げ剛性の方向との
単純な関数により規定された関係で変化するならば、周
辺インサートのみが切削稼動する場合にドリルの半径方
向たわみが驚く程顕著に低減する。結果のたわみは、チ
ップ溝が真直な場合に生じるたわみの僅か数％に過ぎな
い。

【０００９】

【実施例】図１に示すドリルは、１個の周辺インサート
（２）と１個の中央インサー（１３）、螺旋（スパイラ
ル）チップ溝（１５，１６）を有する円柱部及びドリル
工作機にドリルを確保するための先細り大径付設部（ア
タッチメント部）を有している。ドリル直径は付設部か
ら円柱部に向けて減小し、遷移部（１４）を介して付設
部と円柱部が接続している。

【００１０】図１のドリルが工作物（１０）に貫通孔を
殆んど穿設し終えたとき、中央インサート（１３）は切
削稼動を停止しているが、周辺インサートは工作物外面
から孔に延在するリップ部（１１）をなおも工作中の状
態にある。インサート（１２，１３）の切削力はこの事
態に至る前までは、即ち両インサートが切削稼動してる
時点では互いにバランスしていたとしても、この事態に
なったときは図２と図３に示す方向（２１）において周
辺インサート（１２）に大きな不均衡力Ｐが発生する。
この力Ｐはドリル円柱部の曲げたわみ（bending deflec
tion) を生み出すが、先細りした付設部（３０）は剛性
が相対的に大きいので、この力Ｐによっては無視出来る
程度の小さいたわみを生じるに過ぎない。貫通孔の直径
が変動するのを回避するためには、周辺インサート（１
２）の外端を通る半径方向平面（２４）上でのドリル変
位量を出来るだけ小さくすべきである。この半径方向平
面（２４）に直角な接線方向（２０）における変位量は
孔径に殆んど影響せず、これは耐容可能である。

【００１１】チップ溝（１５，１６）を有するドリルは
図示のようにチップ溝を横切っていない基本方向（２
２，２３）において最大曲げ剛性を有し、他方この基本
方向に直角な方向において最小曲げ剛性を有しており、
従ってこれら両方向間で最大の剛性差が生じることにな
る。本発明のドリルは螺旋状に周回するチップ溝を有
し、該基本方向はドリル先端部における第１角位置（２
２に相当する）から遷移部（１４）での角位置（２３に
相当する）まで漸次回動している。２種のチップ溝（１
５，１６）は同じである必要はなく、即ち一定断面を有
する必要はないが、好ましくは製造の容易さを考えて一
定ピッチ角度で形成される。

【００１２】切削力Ｐ（２１）とこれに直角な接線方向
（２０）の挾角Ａは周辺インサート（１２）の切削角に
よって定まり、ドリル先端部における基本方向（２２）
と接線方向（２０）との挾角Ｂは両インサートをドリル
に固定するのに充分な材料厚の必要な程度によって定め
る。なお、接線方向（２０）とは、周辺インサート（１
２）のコーナにおける接線方向である。ドリル先端部に
おける基本方向（２２）と遷移部（１４）における基本
方向（２３）との挾角Ｃの選定具合にドリルたわみが影
響され得る。周辺インサートに半径方向（２４）の最小
変位量を与えるときの角度Ｃは角度ＡとＢの単純な関数
として表すことが出来る。チップ溝がドリル先端部から
遷移部（１４）まで一定ピッチ角度で続いているなら
ば、しかも剛性の最小値と最大値がドリル円柱部に沿っ
て一定であるならば、角度Ｃの最適値は次式で表され
る。 Ｃ＝０．６Ａ＋１．２Ｂ＋５７° この式はドリル長に無関係に、しかも剛性の最大値と最
小値の差に無関係に有効である。代表的な角度Ａ，Ｂの
値を夫々Ａ＝２１°、Ｂ＝４２°としたときには、角度
Ｃの最適値はＣ＝１２０°となる。

【００１３】角度Ｃをこの式で算出したＣの値に設定す
ると、半径方向変位量が最小に抑えられる。この場合、
チップ溝を剛性の最小値と最大値の比が２０％より小さ
くなるようなチップ溝幅にすれば、特に小さな変位量に
抑えられる。半径方向変位量は、いづれにしても真直な
対応するチップ溝を有するドリルの場合の変位量の１０
％未満に減少させることが出来る。角度Ａのある程度の
変化はインサートの摩耗状態に依存して起こり、その結
果は角度Ｃを５°程度変化させる可能性がある。チップ
溝をドリル先端において幾分真直にして、Ｃの値を更に
５°程度減少させるのが望ましい。これは、（Ｃ−０．
６Ａ−１．２Ｂ）の値が最小４７°、最大６２°（即
ち、４７°−６２°の範囲）になる要件として表現する
ことが出来る。通常の切刃の場合には、チップ溝の周回
角度Ｃは最小１１０°、最大１２５°にすべきである。

【００１４】

【発明の効果】本発明のドリルによれば、工作物に貫通
孔をドリル加工すると、孔の全長に亘り均一の孔径が実
質的に得られる、具体的には孔終端部で孔径が減少する
不都合な事態が実質的に回避される。

【図面の簡単な説明】

【図１】貫通孔が殆んどドリル加工された状態の工作物
に係わるドリルを示す側面図である。

【図２】ドリル先端から見たドリルの平面図である。

【図３】チップ溝とドリル径が増大してドリル残部の剛
性が著しく高められているドリル先端からの距離の個所
に配位したドリルの横断面である。

【符号の説明】

１０…工作物 １１…リップ部 １２…周辺インサート １３…中央インサート １４…ドリル遷移部 １５，１６…チップ溝 ２０…周辺インサートのコーナにおける接線方向 ２２…ドリル先端部におけるドリル曲げ剛性が最大にな
る方向 ２３…ドリル遷移部におけるドリル曲げ剛性が最大にな
る方向 ２４…周辺インサートのコーナが配位している半径方向
平面 ３０…ドリル付設部（アタッチメント部） Ｐ…周辺インサートに作用する切削力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23B 51/00 B23B 51/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 最大曲げ剛性基本方向(２２、２３)を規
   定する２本のチップ溝(１５、１６)を有するドリル円柱
   部、大径であってドリル遷移部(１４)において前記ドリ
   ル円柱部に接続しているドリル付設部（３０）、及び周
   辺インサートと中央インサート(１３)とを含む割り出し
   可能切削インサートを具備したドリル先端部含んで構成
   されたドリルにおいて、前記 チップ溝(１５、１６)は、前記ドリル先端から前記
   ドリル遷移部(１４)に至るまで前記ドリル円柱部を周回
   して螺旋形の溝を形成し、且つ前記ドリル先端部におけ
   る第１角位置(２２)から前記ドリル遷移部(１４)におけ
   る第２角位置(２３)までの角Ｃが、最小値で０．６Ａ＋
   １．２Ｂ＋４７°、最大値で０．６Ａ＋１．２Ｂ＋６２
   °である斯かる範囲の周回角度Ｃだけ前記基本方向を角
   変位し、 但し、Ａは前記周辺インサート(１２)のコーナにおける
   接線方向（２０）と、前記ドリル先端部から見て前記周
   辺インサート(１２)に作用する切削力Ｐの方向と、の狭
   角であり、Ｂは前記接線方向(２０)と前記ドリル先端部
   における前記基本方向(２２)との狭角である、 ことを特徴とするスパイラルドリル。
2. 【請求項２】 最大曲げ剛性基本方向(２２、２３)を規
   定する２本のチップ溝(１５、１６)を有するドリル円柱
   部、大径であってドリル遷移部(１４)において前記ドリ
   ル円柱部に接続しているドリル付設部（３０）、及び周
   辺インサートと中央インサート(１３)とを含む割り出し
   可能切削インサートを具備したドリル先端部含んで構成
   されたドリルにおいて、前記 チップ溝(１５、１６)は、前記ドリル先端から前記
   ドリル遷移部(１４)に至るまで前記ドリル円柱部を周回
   して螺旋形の溝を形成し、且つ前記ドリル先端部におけ
   る第１角位置(２２)から前記ドリル遷移部(１４)におけ
   る第２角位置(２３)までの角Ｃが、最小値で１１０°、
   最大値で１２５°である斯かる範囲の周回角度Ｃだけ前
   記基本方向を角変位した、 ことを特徴とするスパイラルドリル。