JP4262658B2

JP4262658B2 - ドリルヘッド

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Publication number: JP4262658B2
Application number: JP2004269543A
Authority: JP
Inventors: 倬司野村
Original assignee: Unitac Inc
Current assignee: Unitac Inc
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: JP2006082180A

Description

本発明は、金属等からなる被削材を穿孔する切削刃として交換可能な複数のスローアウエイチップを用いるドリルヘッドに関する。

この種ドリルヘッドは、内部に切り屑排出路を有する円筒状のヘッド本体の前端が鈍角円錐形をなし、その前端面に中心角９０°の略扇形をなす２つの切粉排出口が径方向に対設され、これら切粉排出口の径方向に沿う側壁に凹陥した複数の取付座を備え、各取付座にスローアウエイチップが着脱可能にねじ止めされており、これらスローアウエイチップが中心軸周りに回転して被削材を切削する。なお、ドリル本体の外周面には、既に穿孔した穴の中でドリルヘッドの位置を正しく保持させるために、中心角９０°〜１１０°程度に離間した２ヵ所に軸方向に沿うガイドパッドが設けられている。

この種ドリルヘッドに用いるスローアウエイチップとしては、従来より様々な形態のものが知られるが、刃部が摩耗限界に達したり損傷を受けた際に刃面を替えて再使用できるように回転対称の形態にしたものがある。例えば、図１０に示すスローアウェイチップ４０では、一辺の長さ１０〜２０ｍｍ程度の略正三角形状であるが、各辺４１の中点が少し山形に隆起して厳密には六角形をなしており、その中心に設けたボルト挿通孔４２に通した固定ボルト（図示省略）により、一箇所の山形部分が刃部としてヘッド本体の前端に臨むよう取り付けるが、その刃部が摩耗限界に達したり損傷を受けた際、取付け姿勢を１２０°転回して新たな刃部を前端に臨ませることができ、もって都合３回にわたって使用できて長寿命となる（特許文献１〜３）。
実開昭５８−１６４６１５号公報特公昭６１−４０４８６号公報特開昭５９−１９６１０７号公報

しかして、図１０に示すようなスローアウェイチップ４０は、一般的にヘッド本体への取付状態で左右対称となる形、つまり刃部とした山形の頂点４３の両側に構成される内切刃角αと外切刃角βとが等しくなるように取り付けられる。従って、ヘッド本体の周辺側に取り付けられるスローアウェイチップ４０では、被削材の切削内周面に対して角部４４が点接触することになるから、この角部４４において摩耗が著しい上に欠け等の損傷も生じ易いという問題があった。

そこで、本発明者らは先に、本発明の先行技術として、図８及び図９に示すように、３回対称性を持つスローアウェイチップ５０として短辺５１と長辺５２とが交互に配置した六角形状のものを用い、その短辺５１と長辺５２との一対で構成する山形部分を刃部としてヘッド本体６０の前端に臨むよう取り付けた際に、他の一対の短辺５１がヘッド本体６０の回転軸心Ｚに対して平行になるようにしたドリルヘッドを提案している（特許文献４）。なお、図８中、６１はヘッド本体６０内の切り屑排出路、６２はヘッド本体６０の外周面にねじ止めされた軸方向に沿うガイドパッド、６３はチップ取付板、６４はスローアウェイチップ５０をチップ取付板６３に止着する取付けボルト、６５はチップ取付板をヘッド本体６０に止着する固定ボルトである。また、図９中、５３はスローアウェイチップ５０の中心に設けたボルト挿通孔である。
特許第２７０２０６１号公報

このドリルヘッドのスローアウェイチップ５０は、取付け姿勢を１２０°転回することより、新たな刃部を前端に臨ませて都合３回にわたって使用できるが、いずれの取付姿勢でも他の二対の内の一対の短辺５１がヘッド本体６０の回転軸心Ｚと平行になるから、ヘッド本体６０の周辺側に取り付けられたものでは被削材の孔内周に対して線接触となり、その接触部分の刃先の摩耗や損傷の発生が軽減され、またヘッド本体６０への取り付けに際し、各チップ５０の一つの短辺５１がヘッド本体６０の回転軸心Ｚに平行になるように位置決めすればよいから、その取付作業を容易に行えるという利点がある。

先の提案に係る先行技術のドリルヘッドは、上述のような優れた特徴によって好評を得て既に汎用品となっているが、スローアウェイチップ５０の耐久性の面でまだ改良の余地を残していた。それは、刃部としてヘッド本体６０の前端に臨ませた山形部分の頂部５４に往々にして欠損を生じ、もって寿命短縮を招くことである。その主因は、本発明者の実験研究によれば、切削位置では内切刃となる短辺５１がスローアウェイチップ５０の１２０°の転回でヘッド本体６０の回転軸心Ｚと平行になるには、その内切刃角αを３０°に設定する必要があり、ある程度の外切刃角βを設ける上で山形の頂角θが１４０°未満（実製品では頂角θ＝１３８°，外切刃角β＝１２°）になるため、頂部５４が切削の反力に抗し切れずに欠けることによると判明した。

本発明は、上述の情況に鑑み、切削刃に交換可能な複数のスローアウエイチップを用いるドリルヘッドとして、該スローアウエイチップが刃部を替えて３回にわたって使用でき、且つ穿孔中の刃部の欠損を生じにくく高耐久性を示すものを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るドリルヘッドは、円筒形のヘッド本体の前端面の少なくとも中心側と周辺側とを含む複数箇所にそれぞれ、協働して被削材を穿孔する切削刃体となるスローアウエイチップが周縁の刃先線を径方向に沿わせて同じ方位角でねじ止め固着され、各スローアウエイチップは、中心角１２０°で３区分した際の区分形状が等しくなる３回対称性を持ち、ヘッド本体への取付状態において前方に突出する切刃が内切刃と外切刃とで頂角１５０°以上の山形をなすと共に、内切刃が内切刃角の小さい頂点側内切刃部と内切刃角の大きい内端側内切刃部との連続した少なくとも２つの切刃部より構成されてなり、外切刃が外切刃角の小さい頂点側外切刃部と外切刃角の大きい外端側外切刃部との連続した少なくとも２つの切刃部より構成されてなるものとしている。

そして、上記請求項１のドリルヘッドにおける少なくとも周辺側のスローアウエイチップについて、請求項２の発明では前記内切刃が内切刃角３０°となる内端側内切刃部を有してなるもの、請求項３の発明では前記内切刃の内端側内切刃部の長さが３ｍｍ以下に設定されてなるもの、請求項４の発明では前記内切刃の内端側内切刃部の逃げ面側に、刃先線に沿って０．２〜１ｍｍの幅の傾斜面又は円弧面をなすマージンが設けられてなるもの、としている。

請求項１の発明によれば、ドリルヘッドに用いる各スローアウエイチップが３回対称性を持つために刃部を替えて３回にわたって使用できることに加え、ヘッド本体への取付状態において前方に突出する切刃が内切刃と外切刃とで頂角１５０°以上の山形をなすから、その山形の頂部が穿孔中に大きな切削反力を受けても欠損を生じにくく、もって極めて優れた耐久性が得られる。

しかして、頂角が１５０°以上であることによって両側の内切刃角と外切刃角とは両者を合わせて３０°未満になるが、内切刃を内端側内切刃部と頂点側内切刃部との連続した少なくとも２つの切刃部より構成するから、その内端側内切刃部を請求項２の発明のように１２０°転回時で軸平行になる３０°の内切刃角として、且つ切削に必要な外切刃角を充分に確保できる。また、請求項１の発明によれば、上記スローアウェイチップの外切刃が外端側外切刃部と頂点側外切刃部との連続した少なくとも２つの切刃部より構成されているから、その頂点側外切刃部の外切刃角を小さくして山形の頂角を大きく設定できる。

請求項３の発明によれば、周辺側に配置するスローアウェイチップにおける内切刃の内端側内切刃部の長さを３ｍｍ以下にするから、被削材の孔内周に線接触する軸平行部の長さが短くなり、それだけ該軸平行部による接触抵抗が低減され、穿孔の真直度および真円度が向上する。

請求項４の発明によれば、周辺側に配置するスローアウェイチップにおける内切刃の内端側内切刃部にマージンを有するから、被削材の孔内周に線接触する軸平行部が高強度になり、もって該軸平行部の損傷を生じにくくなる。

以下に本発明に係るドリルヘッドの一実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１及び図２はドリルヘッド全体、図３〜図７はスローアウェイチップを示す。

図１及び図２に示すように、このドリルヘッドは、円筒状のヘッド本体１と、このヘッド本体１の前端１ａに各々チップ取付板２を介して同じ方位角に取り付けられた中心側、中間部、周辺側の３個のスローアウェイチップ３Ｃ，３Ｍ，３Ｓと、ヘッド本体１の外周面の中心角約１１０°で離間した２箇所に固着された軸方向に長い二つのガイドパッド４とを備えている。しかして、３個のスローアウェイチップ３Ｃ，３Ｍ，３Ｓは同一の寸法形状であり、これらを以下で総称する場合にはスローアウェイチップ３と表現する。

ヘッド本体１は、鈍角円錐形をなす前端１ａの端面に、内部の切屑排出孔１０に連通した中心角９０°の略扇形をなす大小２つの切粉排出口１１，１２が径方向に対峙して開口しており、切粉排出口１１のヘッド径方向に沿う側壁のヘッド中心側及び周辺側の２箇所と、切粉排出口１２のヘッド径方向に沿う側壁の１箇所とに、それぞれ凹陥した取付座１３が形成されている。そして、各取付座１３に、スローアウェイチップ３を止着したチップ取付板２が固定ボルト５によって固着されている。また、各ガイドパッド４は、上端がヘッド本体１の前端１ａに臨む形で取付ボルト６によってねじ止めされている。

なお、切粉排出口１１のヘッド中心側に取り付けられたスローアウェイチップ３Ｃは、その内端側がヘッド本体１の回転軸線Ｚにかかる位置に配置している。また、切粉排出口１２に取り付けられたスローアウェイチップ３Ｍは、回転軸線Ｚからの距離（半径）が切粉排出口１１側の２つのスローアウェイチップ３Ｃ，３Ｓの中間にあり、これら３つのスローアウェイチップ３Ｃ，３Ｍ，３Ｓの切刃の軌跡が互いにオーバラップするように設定している。

各スローアウェイチップ３は、３回対称性を持っており、大まかには略正三角形の厚板状をなすが、図３及び図５に詳細に示すように、その正三角形の各辺が３箇所で少しずつ曲折して厳密には１２角形になっている。そして、この１２角形の輪郭をなす全周縁を刃先線３０として、該刃先線３０に臨む主面がすくい面３ａ、周側面が逃げ面３ｂをなし、中央に厚み方向に透通するボルト挿通孔３１を有しており、ヘッド本体１への取付状態では刃先線３０がヘッド本体１の径方向に沿うようになっている。

上記のスローアウェイチップ３の３回対称性とは、中心角１２０°で３区分した際の区分形状が等しくなる形態を持つことである。従って、例えば図３及び図５で示すように、各頂点にＡ〜Ｌの符号を付け、中心Ｏと頂点Ａ，Ｅ，Ｉの各々とを結ぶ中心角１２０°の３本の区分線ｘで分ければ、切刃領域Ａ〜ＥとＥ〜Ｉ及びＩ〜Ａは互いに中心Ｏ周りの１２０°回転で完全に重なり合う。すなわち、辺ＡＢとＥＦ及びＩＪ、辺ＢＣとＦＧ及びＪＫ、辺ＣＤとＧＨ及びＫＬ、辺ＤＥとＨＩ及びＬＡ、はそれぞれ中心Ｏ周りに回転対称の等価な辺であり、これら等価な辺同士の延長線交叉角（例えば図示する辺ＦＧとＪＫの延長線交叉角φや辺ＨＩとＬＡの延長線交叉角ψ）は全て６０°である。

ドリルヘッドにおける各スローアウェイチップ３の取付状態では、切刃領域Ａ〜ＥとＥ〜Ｉ及びＩ〜Ａのいずれかが使用刃部としてヘッド本体１の前端１ａに臨み、且つ辺ＤＥとＨＩ及びＬＡのいずれかがヘッド本体１の回転軸線Ｚに対して平行な軸平行部３２になる回転姿勢に設定される。従って、例えば切刃領域Ａ〜Ｅを使用刃部にしている場合、図３に示すように、この取付状態での切刃７は頂点Ｃを刃頂７ａとした山形をなし、該頂点Ｃから頂点Ｅまでが内切刃７１、同頂点Ｃから頂点Ａまでが外切刃７２を構成すると共に、不使用刃部となる切刃領域Ｉ〜Ａの辺ＬＡが軸平行部３２としてヘッド本体１の軸方向つまり穿孔方向Ｚ’に沿うことになる。しかして、内切刃７１は、辺ＣＤからなる小さい内切刃角α１の頂点側内切刃部７１ａと、辺ＤＥからなる大きい内切刃角α２の内端側内切刃部７１ｂとで構成される。また同様に、外切刃７２は、辺ＢＣからなる小さい外切刃角β１の頂点側外切刃部７２ａと、辺ＡＢからなる大きい外切刃角β２の外端側外切刃部７２ｂとで構成される。

ここで、刃頂７ａの頂角θは、本発明では既述のように１５０°以上に設定される。また、内切刃７１の内端側内切刃部７１ｂは、スローアウェイチップ３を１２０°転回した際に軸平行部３２になる部分であるから、その内切刃角α２は必然的に３０°になる。

内切刃７１の頂点側内切刃部７１ａの内切刃角α１と、外切刃７２の頂点側外切刃部７２ａ及び外端側外切刃部７２ｂの外切刃角β１，β２とは、前記の頂角θ＞１５０°、内切刃角α２＝３０°という条件を満たす範囲で任意に設定できるが、内切刃角α１は外切刃角β１より大きいこと（α１＞β１）が望ましい。なお、これらの角度設定の好適な１例を挙げれば、頂角θ＝１６３°、内切刃角α１＝１２°、内切刃角α２＝３０°、外切刃角β１＝５°、外切刃角β２＝１８°といったものである。

因みに、図４は、本実施形態で用いるスローアウェイチップ３と、既述した先行技術（特許文献４）による３回対称性のスローアウェイチップ５０との輪郭つまり刃先線形状の比較を示す。この図からも、本発明で用いるスローアウェイチップ３は、従来のものに比較して刃頂部の頂角が大きく、切削負荷による刃頂部の欠損を生じにくい刃先線形状であることが判る。

更に、このスローアウェイチップ３においては、内切刃７１の内端側内切刃部７１ｂとなる辺ＤＥ，ＨＩ，ＬＡは、その長さが３ｍｍ以下に設定されると共に、図５及び図６に示すようにマージン３３が形成される。このマージン３３は、逃げ面３ｂ側に、刃先線に沿って０．２〜１ｍｍ幅の傾斜面又は円弧面をなすものであり、これによって刃先角が大きくなるため、刃先が強化されることになる。なお、逃げ面３ｂの逃げ角δ（チップ厚み方向に対する角度）は一般的に１０°〜３０°程度であるが、マージン３３のチップ厚み方向に対する傾角γは１°〜６°程度に設定される。

図７は、スローアウェイチップ３をチップ取付板２に止着した状態を示す。このチップ取付板２は、角軸状をなし、その長手方向片側にスローアウェイチップ３が適嵌する窪み２１を有すると共に、長手方向両側にねじ孔２２を備え、その一方のねじ孔２２が窪み２１の底面に開いている。しかして、スローアウェイチップ３は、チップ取付板２の窪み２１に嵌合し、そのボルト挿通孔３１に通した止着ボルト８を一方のねじ孔２２に螺着することにより、切刃７を一端側に若干突出させた状態で当該チップ取付板２に回転不能に止着される。なお、チップ取付板２の他方のねじ孔２２は、既述した固定ボルト５によるヘッド本体１へのねじ止めに利用される。

上記構成のドリルヘッドでは、その回転駆動により、ヘッド本体１の前端に固定された３つのスローアウェイチップ３Ｃ，３Ｍ，３Ｓが協働して被削材を穿孔する。しかして、各スローアウエイチップ３は、３回対称性を持つため、使用刃部の切刃７が摩耗限度に達したり損傷した際に１２０°転回した取付姿勢にすることにより、新しい切刃７に更新する形で都合３回にわたって使用できるが、これに加えて各回の使用刃部は山形になった切刃７の刃頂７ａが頂角１５０°以上になっているから、その刃頂７ａが穿孔中に大きな切削反力を受けても欠損を生じにくく、もって極めて優れた耐久性が得られ、非常に長寿命となる。

また、各スローアウェイチップ３は、被削材の切削内周面に対して軸平行部３２で線接触する上、この軸平行部３２がマージン３３によって強化されているから、切削内周面との接触による摩耗が軽減されると共に損傷も生じにくくなり、特に線速度が大きくなる周辺側のスローアウェイチップ３Ｓの耐久性が顕著に向上する。一方、周辺側のスローアウェイチップ３Ｓにおける軸平行部３２と孔内周との接触抵抗が大きくなると穿孔の真直度及び真円度の低下に繋がるが、該軸平行部３２の長さを３ｍｍ以下に設定していることから、接触抵抗の低減によって穿孔精度が向上する。

ところで、使用刃部の山形の頂角が１５０°以上であれば、その両側における内切刃角と外切刃角とは両者を合わせて３０°未満になる一方、その内切刃が１２０°転回で軸平行になるためには内切刃角を３０°に設定する必要があるから、そのままでは切削作用を生じるのに必要な外切刃角を全く取れなくなる。しかるに、このドリルヘッドでは、内切刃７１が内切刃角の小さい頂点側内切刃部７１ａと内切刃角の大きい内端側内切刃部７１ｂとで構成されるから、内端側内切刃部７１ｂを１２０°転回で軸平行になる３０°の内切刃角として、且つ十分な外切刃角を確保でき、もって周辺側のスローアウェイチップ３Ｓとして良好な切削性能が得られる。

更に、本実施形態のスローアウェイチップ３においては、外切刃７２を頂点側外切刃部７２ａと外端側外切刃部７２ｂとで構成しているから、その頂点側外切刃部７２ａの外切刃角β１を小さくでき、これによって切刃７の頂角θを大きく設定することがより容易となる。

なお、上記実施形態では中心側、中間部、周辺側の３個のスローアウェイチップ３Ｃ，３Ｍ，３Ｓを用いるドリルヘッドを例示したが、本発明のドリルヘッドは、そのヘッド径（穿孔径）に応じてスローアウェイチップ３が中心側と周辺側の２個のみのものや、４個以上であるものも包含する。また、ドリルヘッドに用いる複数のスローアウェイチップのサイズは、同一に限らず、例えばヘッド回転に伴う線速度が大きい周辺側のチップサイズを大きくしてもよい。

しかして、スローアウェイチップ３の内切刃７１は、上記実施形態では２つの切刃部７１ａ，７１ｂにて構成されているが、本発明においては３つ以上の切刃部より構成してもよい。また、外切刃７２については、同様に３つ以上の切刃部より構成されるものに加え、一つの直線状の切刃部とすることも可能である。

その他、本発明のドリルヘッドにおいては、ヘッド本体１の細部構造、該ヘッド本体１に対するスローアウェイチップ３の取付構造、ガイドバッド４の取付位置等、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。例えば、各スローアウェイチップ３は、実施形態のようなチップ取付板２を用いず、ヘッド本体１に設けた凹所に直接にねじ止めする構成であってもよい。

本発明の一実施形態に係るドリルヘッドの正面図である。同ドリルヘッドの平面図である。同ドリルヘッドに使用されるスローアウエイチップの平面図である。同スローアウェイチップと従来提案のドリルヘッドに使用されるスローアウェイチップとの輪郭を対比した図である。本発明の一実施形態に係るドリルヘッドに使用されるスローアウエイチップの斜視図である。同スローアウエイチップの要部の縦断側面図である。同スローアウエイチップをチップ保持板に取り付けた状態を示す正面図である。先行技術のドリルヘッドの正面図である。先行技術のドリルヘッドに使用されるスローアウェイチップを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線の断面矢視図である。従来のドリルヘッドに使用されるスローアウェイチップの正面図である。

符号の説明

１ヘッド本体
１ａ前端
２チップ取付板
３スローアウェイチップ
３ａすくい面
３ｂ逃げ面
３Ｃ中心側のスローアウェイチップ
３Ｓ周辺側のスローアウェイチップ
３Ｍ中間のスローアウェイチップ
３０刃先線
３２軸平行部
３３マージン
７切刃
７ａ刃頂
７１内切刃
７１ａ頂点側内切刃部
７１ｂ内端側内切刃部
７２外切刃
７２ａ頂点側外切刃部
７２ｂ外端側外切刃部
α１頂点側内切刃部の内切刃角
α２内端側内切刃部の内切刃角
β１頂点側外切刃部の外切刃角
β２外端側外切刃部の外切刃角
θ 頂角
Ｚ回転軸線

Claims

円筒形のヘッド本体の前端面の少なくとも中心側と周辺側とを含む複数箇所にそれぞれ、協働して被削材を穿孔する切削刃体となるスローアウエイチップが周縁の刃先線を径方向に沿わせて同じ方位角でねじ止め固着され、
各スローアウエイチップは、中心角１２０°で３区分した際の区分形状が等しくなる３回対称性を持ち、ヘッド本体への取付状態において前方に突出する切刃が内切刃と外切刃とで頂角１５０°以上の山形をなすと共に、内切刃が内切刃角の小さい頂点側内切刃部と内切刃角の大きい内端側内切刃部との連続した少なくとも２つの切刃部より構成されてなり、外切刃が外切刃角の小さい頂点側外切刃部と外切刃角の大きい外端側外切刃部との連続した少なくとも２つの切刃部より構成されてなるドリルヘッド。
少なくとも周辺側のスローアウエイチップは、前記内切刃が内切刃角３０°となる内端側内切刃部を有してなる請求項１記載のドリルヘッド。
少なくとも周辺側のスローアウエイチップは、前記内切刃の内端側内切刃部の長さが３ｍｍ以下に設定されてなる請求項１又は２に記載のドリルヘッド。
少なくとも周辺側のスローアウエイチップは、前記内切刃の内端側内切刃部の逃げ面側に、刃先線に沿って０．２〜１ｍｍの幅の傾斜面又は円弧面をなすマージンが設けられてなる請求項１〜３のいずれかに記載のドリルヘッド。