JP4254024B2 - 切削工具及び切削工具の接合方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に刃先部とシャンク部とが異なる素材からなるコンポジットタイプで、例えばプリント基板に小径の孔部を穿設するのに用いられる小型ドリル（ミニチュアドリル）等の切削工具及び切削工具の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にミニチュアドリルは、穿孔すべき穴がきわめて小径であり、ドリル本体の先端に例えば直径０．１〜３．１７５ｍｍ程度の小径棒状の刃先部としてのドリル部が設けられ、後端側にドリル本体を工作機械の回転軸に把持するための比較的大径のシャンク部が設けられている。ドリル部の材質は、通常、硬質の超硬合金が採用される。
そのため、ミニチュアドリルを製造する場合、ドリル部とシャンク部が一体とされるソリッドタイプでは、例えば超硬合金の円柱状素材を削り出してドリル部とシャンク部を一体成形することになり、超硬合金素材が高価であることとドリル部成形のための加工量が大きいために、高コストになる欠点がある。
【０００３】
これに対して、小径のドリル部を略円柱状の超硬合金素材で成形し、大径のシャンク部をスチールやＳＵＳ等、ドリル部と異なる低廉な素材で成形して、シャンク部の先端側に穿孔された孔部内にドリル部の後部を嵌合するようにしたコンポジットドリルが提案されている。
シャンク部にドリル部を接合する方法として、例えばシャンク部の孔部の内径をドリル部の外径より大きく成形し、ドリル部の後部をシャンク部の孔部内に挿入してろう付けする方法や、ドリル部の外径よりシャンク部の孔部の内径を若干小さく成形して、この孔部を高周波で加熱して拡径させた状態でドリル部を挿入し、冷却して孔部を縮径させることで緊密に固定する焼き嵌め方法等が知られている。
しかしながら、前者の接合方法は煩雑で手間がかかるという欠点があり、後者の接合方法はドリル部とシャンク部を高温状態に保持するためにドリル部が変形するという欠点がある。
このような問題点を解決するために、例えば特開平１０−２１７０１７号公報に示されているような接合方法がある。この接合方法では、図４に示すように、シャンク部２の孔部３の内径を刃先部１の外径より若干小さく形成し、常温下で刃先部１の後部１ａをシャンク部２の孔部３内に強制的に圧入することで、孔部３を押し広げつつ孔部内壁３ａを削り、刃先部１がシャンク部２の孔部３に嵌合される。このとき、孔部内壁３ａの切り屑３ｂは孔部３の底面に設けられた切り屑たまりにためられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなミニチュアドリルの接合方法では、シャンク部２の孔部内壁３ａが圧入する刃先部１に削られるために刃先部を保持する締め代が減り、刃先部１の保持力が低下してしまうという問題があった。
本発明は、このような実情に鑑みて、刃先部を強固に保持できる切削工具及び切削工具の接合方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる切削工具は、刃先部をシャンク部の孔部に嵌合してなる切削工具において、前記刃先部は、シャンク部の孔部の内径より大きい外径を有する軸部と、該軸部より後端側にシャンク部の孔部の内径より小さい外径を有する小径軸部と、軸部と小径軸部とをつなぐ段差部とを備え、前記シャンク部の孔部内に刃先部の軸部が圧入して嵌合されていて、前記刃先部の軸部を前記シャンク部の孔部に圧入する際に該刃先部の前記段差部で前記孔部の内壁を削って形成された切り屑が、前記小径軸部と前記孔部の内壁及び底面との隙間に圧縮されながら溜まり、かつ該切り屑は塑性加工によって加工硬化していることを特徴とする。また、本発明にかかる切削工具の接合方法は、刃先部をシャンク部の孔部に嵌合してなる切削工具において、前記刃先部は、シャンク部の孔部の内径より大きい外径を有する軸部と、該軸部より後端側にシャンク部の孔部の内径より小さい外径を有する小径軸部と、軸部と小径軸部をつなぐ段差部とを備え、前記シャンク部の孔部内に前記刃先部の軸部を圧入して嵌合するようにし、この刃先部の軸部をシャンク部の孔部内に圧入して嵌合する際には、刃先部の段差部によってシャンク部の孔部の内壁が削られて形成する切り屑を、前記小径軸部と前記孔部の内壁及び底面との隙間に圧縮しながら溜め、かつ該切り屑を塑性加工によって加工硬化させて刃先部の小径軸部とシャンク部の孔部との間で保持したことを特徴とする。
また、前記刃先部におけるシャンク部の孔部に圧入されている部分の長手軸方向の長さＬと、前記刃先部の小径軸部の長手軸方向の長さＭとの比Ｍ／Ｌが０．１≦（Ｍ／Ｌ）≦０．７の範囲に設定されていることを特徴とする。
【０００６】
上記のようにして接合されるミニチュアドリルは、刃先部の軸部が圧入による締まり嵌めによって保持されるのに加え、刃先部をシャンク部の孔部に圧入する際、刃先部の段差部で孔部の内壁を削って形成された切り屑が小径軸部と孔部の内壁及び底面との隙間に圧縮されながらたまり、かつ切り屑は塑性加工によって加工硬化して、この切り屑が小径軸部を保持し、刃先部の保持力を高める。
また、Ｍ／Ｌの値が０．７より大きいと、刃先部の軸部において孔部に圧入され締まり嵌めによって保持されている部分の長さが小さい、さらに段差部によって削られる孔部の内壁の量が少なくなり小径軸部を保持する切り屑が少なくなるので安定して刃先部を保持できない。また、Ｍ／Ｌの値が０．１未満であると、刃先部の軸部における孔部に圧入される部分の長さが大きく、その部分は締め代が減って保持力が低下する、さらに、削られた内壁の切り屑によって保持される小径軸部の長さが短いので安定して刃先部を締結できない。
ここで、Ｍ／Ｌの値は０．１≦（Ｍ／Ｌ）≦０．６の範囲に設定されるのが好ましい。
また、刃先部におけるシャンク部の孔部に圧入されている長さＬと、シャンク部の孔部の内径Ｄとの比Ｌ／Ｄは３．０≦（Ｌ／Ｄ）≦７．０の範囲に設定されるのが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図３により説明する。
図１は実施の形態によるミニチュアドリルのドリル部とシャンク部を示す図、図２はドリル部をシャンク部の孔部に嵌め込む途中の工程を示す図、図３は接合完了状態のミニチュアドリルを示す図である。
【０００８】
本実施の形態によるミニチュアドリル１０は、例えば直径０．１〜３．１７５ｍｍ程度の小径で略円柱状とされ例えば超硬合金素材からなる刃先部としてのドリル部１１と、比較的大径（外径は例えば２〜６ｍｍ）で略円柱状の例えばＳＵＳやスチールからなるシャンク部１２を有している。
【０００９】
ドリル部１１の後部に設けた円柱状の軸部１１ａは、シャンク部１２の孔部１３の内径Ｄよりも若干大きい外径ｄ２をもち（好ましくは、１０μｍ≦（ｄ２−Ｄ）≦４０μｍ）、その軸部１１ａの後端側には、シャンク部１２の孔部１３の内径Ｄよりも若干小さい外径ｄ１をもつ（好ましくは、５μｍ≦（Ｄ−ｄ１）≦４０μｍ）小径軸部１１ｂが設けられている。軸部１１ａと小径軸部１１ｂのつなぎ部には、軸部１１ａと小径軸部１１ｂとの外径差によって長手方向に略直交する平面リング状の段差部１１ｃが形成されている。
【００１０】
シャンク部１２は、その先端面１２ａにシャンク部１２と同軸状に孔部１３が先端面１２ａからシャンク部１２内に向けて穿孔されている。シャンク部１２の孔部１３の開口部は面取りされておらず、先端面１２ａの外周縁は孔部１３との間に肩部１２ｂを残して面取りされている。また、後端部がテーパ状に面取り加工されて面取り部が形成されている。
【００１１】
本実施の形態は上述のような構成を備えており、次にこのミニチュアドリル１０の接合方法について説明する。
常温下で、まず、ドリル部１１の小径軸部１１ｂをガイドとしてシャンク部１２の孔部１３に挿入し、ついでそれに連続する段差部１１ｃと軸部１１ｂをシャンク部１２の先端面１２ａの孔部１３に同軸状に押し当て、強い力で圧入する（図１参照）。すると、孔部１３の内壁１３ａはドリル部１１の段差部１１ｃによって全周に亘ってわずかづつ押し広げられ、そして孔部１３の内壁１３ａが一部削られて、孔部１３内にドリル部１１の軸部１１ａが押し込まれていく（図２参照）。このときドリル部１１の段差部１１ｃによって削られて形成される切り屑１３ｃは加工硬化し、小径軸部１１ｂと孔部１３の内壁１３ａ及び底面１３ｂとの隙間に圧縮されながら次第にたまっていく。
そして図３に示すように、ドリル部１１の小径軸部１１ｂが孔部１３の底面１３ｂ付近まで押し込まれた状態で、ドリル部１１とシャンク部１２の嵌合が完了し、小径軸部１１ｂと孔部１３の内壁１３ａ及び底面１３ｂとの隙間にたまっている切り屑１３ｃが完全に圧縮される。ここで、孔部１３の内壁１３ａの切り屑１３ｃが孔部１３の底面１３ｂ付近にも存在するために、小径軸部１１ｂは孔部１３の底面１３ｂに届くまで圧入されない。
なお、この接合工程完了後に、ドリル部１１を図３の一点鎖線に示すように切削してより細径にドリル部１１を成形してもよい。
【００１２】
ここで、刃先部１１におけるシャンク部１２の孔部１３に圧入されている部分の長手軸方向の長さＬと、刃先部１１の小径軸部１１ｂの長手軸方向の長さＭとの比Ｍ／Ｌが０．１≦（Ｍ／Ｌ）≦０．７の範囲に設定されている。Ｍ／Ｌの値が０．７より大きいと、ドリル部１１の軸部１１ａにおいて孔部１３に圧入され締まり嵌めによって保持されている部分の長さが小さい、さらに段差部１１ｃによって削られる孔部１３の内壁１３ａの量が少なくなり小径軸部１１ｂを保持する切り屑１３ｃが少なくなるのでドリル部１１を安定して保持できない。また、Ｍ／Ｌの値が０．１未満であると、ドリル部１１の軸部１１ａにおける孔部１３に圧入される部分の長さが大きく、その部分は締め代が減って保持力が低下する、さらに、削られた内壁１３ａの切り屑１３ｃによって保持される小径軸部１１ｂの長さが短いので安定してドリル部１１を締結できない。
なお、Ｍ／Ｌの値は０．１≦（Ｍ／Ｌ）≦０．６の範囲に設定されるのが好ましい。
また、刃先部におけるシャンク部の孔部に圧入されている長さＬと、シャンク部の孔部の内径Ｄとの比Ｌ／Ｄは３．０≦（Ｌ／Ｄ）≦７．０の範囲に設定されるのが好ましい。
【００１３】
上述のような本実施の形態のミニチュアドリル１０によれば、ドリル部１１の軸部１１ａが圧入による締まり嵌めによって保持されるのに加え、ドリル部１１の軸部１１ａを圧入する際に、段差部１１ｃによる切削で形成された切り屑１３ｃが小径軸部１１ｂと孔部１３の内壁１３ａ及び底面１３ｂとの隙間に圧縮されながらたまり、かつ、切り屑１３ｃは塑性加工によって加工硬化しているので、この切り屑１３ｃが小径軸部１１ｂと孔部１３との間に詰まって小径軸部１１ｂを固定保持し、ドリル１１の保持力を高める。
【００１４】
なお、シャンク部１２の孔部１３やドリル部１１の軸部１１ａ及び小径軸部１１ｂは円柱状に限定されることなく角柱等でもよい。
また、ドリル部１１の材質は超硬合金に限らず、サーメット等、シャンク部１２より硬度の高い他の適宜の材質を採用でき、シャンク部１２の材質もＳＵＳやスチールに限らず、アルミニウム合金等、適宜の材質を採用できる。
本発明は、ミニチュアドリルだけに限らず、その他の穴明け工具や小径のエンドミル等各種の切削工具に適用できる。
【００１５】
【実施例】
本発明の一例による小型ドリルを実施例とし、上述した本発明よりもＭ／Ｌの値が小さいまたは大きい小型ドリルを比較例とし、さらに従来例として刃先部の軸部が設けられていない小型ドリルを用いて被削材の穴開け試験を行った。試験条件と結果を表１に示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
本実施例、比較例及び従来例ではドリル部が直径０．５ｍｍの小型ドリルを用いて、被削材（厚み１．６ｍｍのＦＲ−４の４層板を３枚重ねたもの）にあて板（厚み０．１５ｍｍアルミ板）と敷板（厚み１．６ｍｍベークライト板）をつけて、穴開け試験を行った。ドリルの回転数は７００００ｍｉｎ^-1(ｒｐｍ）とし、送り速度は０．０２９ｍｍ／rev.からはじめ、１００回の穴開けを行うごとに送り速度を０．００７ｍｍ／rev.ずつ加速して被削材の穴開け加工を行った。ここで表１における折損した送り速度とは、その送り速度で穴開け加工を行ったときに刃先が折損したことを示す。
表１に示すように、Ｍ／Ｌの値が０．１≦（Ｍ／Ｌ）≦０．７の範囲にある実施例１乃至実施例６では高い送り速度まで刃先が折損せず、安定した耐折損性を示した。ここで、Ｍ／Ｌの値が０．１である実施例１とＭ／Ｌの値が０．０５である比較例１とを比較すると、実施例１は送り速度０．０６４ｍｍ／rev.まで刃先が折損しなかったが、比較例１は圧入にて発生した切り屑でドリル部を保持する長さが短くなりドリル部が振動して０．０４３ｍｍ／rev.と低い送り速度で刃先が折損した。次にＭ／Ｌの値が０．７である実施例６とＭ／Ｌの値が０．８である比較例２とを比較すると、実施例６は０．０７１ｍｍ／rev.と高い送り速度まで刃先が折損しなかったが、比較例２は圧入にて発生した切り屑の量が少なくドリル部の保持力が弱いためドリル部が振動して０．０５０ｍｍ／rev.と低い送り速度で刃先が折損した。
以上のように、Ｍ／Ｌの値が０．１≦（Ｍ／Ｌ）≦０．７の範囲に設定されている実施例は高い送り速度まで刃先が折損せず、Ｍ／Ｌの値が本発明の範囲よりも小さいまたは大きい比較例に比べ、安定した耐折損性を示した。また、ドリル部に段差が形成されていない従来例では、０．０３６ｍｍ／rev.と低い送り速度で刃先が折損した。
【００１８】
【発明の効果】
上記のようにして接合される切削工具は、刃先部の軸部が圧入による締まり嵌めによって保持されるのに加え、刃先部をシャンク部の孔部に圧入する際に生じた内壁の切り屑が小径軸部と孔部の内壁及び底面との隙間に圧縮されながらたまり、かつ切り屑は塑性加工によって加工硬化しているので、この切り屑が小径軸部を保持し、刃先部を強固に保持できる。
また、Ｍ／Ｌの値が０．７より大きいと、刃先部の軸部において孔部に圧入され締まり嵌めによって保持されている部分の長さが小さい、さらに段差部によって削られる孔部の内壁の量が少なくなり小径軸部を保持する切り屑が少なくなるので安定して刃先部を保持できない。また、Ｍ／Ｌの値が０．１未満であると、刃先部の軸部における孔部に圧入される部分の長さが大きく、その部分は締め代が減って保持力が低下する、さらに、削れられた内壁の切り屑によって保持される小径軸部の長さが短いので安定して刃先部を保持できない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態によるミニチュアドリルの嵌合前のドリル部とシャンク部を示す概略断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態によるミニチュアドリルの嵌合途中のドリル部とシャンク部を示す概略断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態によるミニチュアドリルの嵌合完了後のドリル部とシャンク部を示す概略断面図である。
【図４】 従来のミニチュアドリルを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０ ミニチュアドリル
１１ ドリル部（刃先部）
１１ａ 軸部
１１ｂ 小径軸部
１１ｃ 段差部
１２ シャンク部
１３ 孔部
１３ａ 内壁
１３ｂ 底面
１３ｃ 切り屑
Ｍ 孔部に圧入されているドリル部（刃先部）の長さ
Ｌ 小径軸部の長さ

Claims (3)

1. 刃先部をシャンク部の孔部に嵌合してなる切削工具において、
   前記刃先部は、シャンク部の孔部の内径より大きい外径を有する軸部と、該軸部より後端側にシャンク部の孔部の内径より小さい外径を有する小径軸部と、軸部と小径軸部をつなぐ段差部とを備え、
   前記シャンク部の孔部内に前記刃先部の軸部が圧入して嵌合されていて、前記刃先部の軸部を前記シャンク部の孔部に圧入する際に該刃先部の前記段差部で前記孔部の内壁を削って形成された切り屑が、前記小径軸部と前記孔部の内壁及び底面との隙間に圧縮されながら溜まり、かつ該切り屑は塑性加工によって加工硬化していることを特徴とする切削工具。
2. 前記刃先部におけるシャンク部の孔部に圧入されている部分の長手軸方向の長さＬと、前記刃先部の小径軸部の長手軸方向の長さＭとの比Ｍ／Ｌが０．１≦（Ｍ／Ｌ）≦０．７の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の切削工具。
3. 刃先部をシャンク部の孔部に嵌合してなる切削工具において、
   前記刃先部は、シャンク部の孔部の内径より大きい外径を有する軸部と、該軸部より後端側にシャンク部の孔部の内径より小さい外径を有する小径軸部と、軸部と小径軸部をつなぐ段差部とを備え、
   前記シャンク部の孔部内に前記刃先部の軸部を圧入して嵌合するようにし、この刃先部の軸部を前記シャンク部の孔部内に圧入して嵌合する際に、該刃先部の前記段差部によって前記シャンク部の孔部の内壁が削られて形成する切り屑を、前記小径軸部と前記孔部の内壁及び底面との隙間に圧縮しながら溜め、かつ該切り屑を塑性加工によって加工硬化させて前記刃先部の小径軸部と前記シャンク部の孔部との間に保持したことを特徴とする切削工具の接合方法。

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