JP4418408B2

JP4418408B2 - 段付ドリル

Info

Publication number: JP4418408B2
Application number: JP2005195160A
Authority: JP
Inventors: 剛広山本
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2025-07-04
Also published as: JP2007007831A

Description

本発明は段付ドリルに係り、特に、段部切れ刃の加工精度を確保しながら欠けや摩耗を抑制して耐久性を向上させる技術に関するものである。

(a) 大径部と、(b) 径寸法が連続的に小さくなる段部を介して、前記大径部の先端側にその大径部と同軸に設けられた小径部と、(c) それ等の大径部および小径部に跨がって連続して設けられた切り屑排出用のねじれ溝と、(d) そのねじれ溝が前記小径部の先端に開口する部分に設けられた先端切れ刃と、(e) 前記段部において前記ねじれ溝の側端縁に設けられた段部切れ刃と、を有する段付ドリルが、例えば特許文献１等に記載されている。
実公平３−５３７１号公報

図４の段付ドリル１０は一例で、(a) は軸心Ｏと直角な方向から見た正面図、(b) は段部切れ刃２６を軸心Ｏに対して直角な方向から見た拡大図である。この段付ドリル１０は、超硬合金にて一体に構成されている２枚刃のツイストドリルで、シャンク１２およびボデー１４を軸方向に一体に備えているとともに、ボデー１４は、大径部１６と、径寸法が連続的に小さくなる段部１８を介して大径部１６の先端側に同軸に設けられた小径部２０とを有している。そして、それ等の大径部１６および小径部２０に跨がって連続して一対の切り屑排出用のねじれ溝２２が設けられ、そのねじれ溝２２が小径部２０の先端に開口する部分に先端切れ刃２４が形成されているとともに、段部１８におけるねじれ溝２２の側端縁に段部切れ刃２６が形成されている。先端切れ刃２４、段部切れ刃２６は、何れも軸方向において径寸法が直線的に変化するように設けられており、それぞれ所定のテーパ角度（例えば１２０°、６０°）のテーパ面状に切削加工を行う。

この段付ドリル１０は、シャンク１２側から見て軸心Ｏの右まわりに回転駆動されることにより切削加工を行うもので、ねじれ溝２２は右まわりに設けられており、先端切れ刃２４、段部切れ刃２６によって切り出された切屑はねじれ溝２２を通ってシャンク１２側へ排出される。ねじれ溝２２は一定のリードで設けられており、大径部１６におけるねじれ角は小径部２０よりも大きく、例えば３０°程度である。また、上記先端切れ刃２４、段部切れ刃２６にはそれぞれ逃げ面２８、３０が設けられているとともに、大径部１６および小径部２０の外周面には、それぞれマージン３４、３６を残して二番取りが施されている。

そして、このような段付ドリル１０によれば、例えば図５の(a) に示すように径寸法が途中で変化している段付穴１００や、図５の(b) に示すように開口部に面取り１０２が設けられた面取付き穴１０４を、それぞれ一度に加工することができる。すなわち、段付穴１００の小径穴部１００ａは前記先端切れ刃２４によって形成され、大径穴部１００ｂは前記段部切れ刃２６によって形成される。また、面取付き穴１０４の穴部分は先端切れ刃２４によって形成され、面取り１０２は段部切れ刃２６によって形成される。

しかしながら、このような段付ドリルにおいては、周速が大きい段部切れ刃の負荷が大きくなるため、例えばＳ５０Ｃ等の鋼材に対して穴明け加工を行う場合、段部切れ刃の特に外周コーナー付近（図４の符号２６ｃ参照）で欠けが発生し易く、加工面粗さが悪くなったり工具寿命が短かくなったりするという問題があった。欠け防止のために段部切れ刃にチャンファを設けたり、切り屑排出溝を軸心と平行にして直刃にしたりすることが考えられるが、何れも切れ味が悪くなって加工精度が損なわれるとともに、切削抵抗が大きくなって摩耗が促進されたり加工面にむしれが生じたりして工具寿命が短くなる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、段部切れ刃の加工精度を確保しつつ欠けや摩耗を抑制して耐久性を向上させることにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 大径部と、(b) 径寸法が連続的に小さくなる段部を介して、前記大径部の先端側にその大径部と同軸に設けられた小径部と、(c) それ等の大径部および小径部に跨がって連続して設けられた切り屑排出用のねじれ溝と、(d) そのねじれ溝が前記小径部の先端に開口する部分に設けられた先端切れ刃と、(e) 前記段部において前記ねじれ溝の側端縁に設けられた段部切れ刃と、を有する段付ドリルにおいて、(f) 前記ねじれ溝のうち前記段部切れ刃が形成される側の側端縁であって、前記段部から前記大径部に跨がる部分には、直線状に刃当て研削が施され、前記段部切れ刃は、軸心Ｏに対して前記ねじれ溝のねじれ角よりも小さく且つ１０°〜２５°の範囲内で定められた所定の傾斜角度θで傾斜させられていることを特徴とする。

第２発明は、第１発明の段付ドリルにおいて、前記刃当て研削によって前記大径部が研削される軸方向の研削寸法ｔは１ｍｍを超えていることを特徴とする。

このような段付ドリルにおいては、段部から大径部に跨がる部分に刃当て研削が施されることにより、段部切れ刃の傾斜角度θが１０°〜２５°の範囲内とされ、ねじれ溝のねじれ角よりも小さくされているため、それだけ段部切れ刃の強度が高くなって欠けが抑制される。また、上記傾斜角度θは軸方向のすくい角に相当するため、すくい角が０°の直刃にしたりチャンファを設けたりする場合に比較して切れ味が良く、優れた加工精度が得られるとともに摩耗が抑制され、上記欠けの抑制と相まって優れた耐久性が得られるようになる。

第２発明では、刃当て研削によって大径部が研削される軸方向の研削寸法ｔが１ｍｍを超えているため、周速が最も速くて加工条件が厳しい段部切れ刃の外周コーナー部分においても所定の強度が得られるようになり、欠けが一層確実に防止されるようになって耐久性が向上する。

本発明は、硬度が高くて欠けが発生し易い超硬合金等の硬質材料製の段付ドリルに好適に適用されるとともに、ねじれ溝のねじれ角が２５°より大きい場合に好適に適用されるが、その他の段付ドリルにも適用され得る。必要に応じてＴｉＡｌＮ等の硬質被膜をコーティングすることも可能である。

また、ねじれ溝の溝数が２本の２枚刃の段付ドリルに好適に適用されるが、１枚刃や３枚刃のドリルにも適用され得る。ねじれ溝は、リードが一定となるように設けても良いが、径寸法の相違に拘らずねじれ角が一定となるように設けることもできる。

先端切れ刃や段部切れ刃は、例えば軸方向において径寸法が直線的に変化するように設けられて、所定のテーパ角度のテーパ面状に切削加工を行うように構成されるが、軸方向において径寸法が凸曲線状或いは凹曲線状に変化するものでも良いなど、連続的に変化する種々の態様が可能である。

本発明は、少なくとも小径部および大径部を一つずつ備えておれば良く、径寸法が３段階以上で変化している段付ドリルにも適用され得る。

段部から大径部に跨がって設ける直線状の刃当て研削は、ドリル軸心に対して研削砥石を前記傾斜角度θだけ傾斜させた姿勢で段付ドリルに接近させたり、その傾斜角度θの傾斜方向へ相対移動させたりすることによって施すことができるが、研削砥石を傾斜角度θだけ傾斜させた姿勢で段付ドリルを軸心まわりに回転させつつ研削砥石をドリルの軸方向へ相対移動（リード送り）させるようにしても良いなど、種々の態様が可能である。すなわち、刃当て研削は完全な直線である必要はなく、ドリル軸心まわりにねじれた略直線のものであっても良いのであり、その研削態様により段部切れ刃の傾斜角度が連続的に変化する場合があるが、段部切れ刃の全域の傾斜角度の平均値が前記θの要件、すなわち１０°〜２５°の範囲内であれば良い。

刃当て研削によって大径部が研削される軸方向の研削寸法ｔは、１ｍｍを超えることが望ましく、更に好適には２ｍｍ以上、或いは３ｍｍ以上とするのが良いが、研削寸法ｔが１ｍｍ以下であっても、少なくとも大径部に達しておれば良い。大径部の研削寸法ｔの上限は特に制限がないが、段部切れ刃の強度を高くする上では５ｍｍ〜７ｍｍ程度あれば十分であり、結局研削寸法ｔは２〜７ｍｍ程度の範囲内が適当である。

また、上記刃当て研削は、段部切れ刃のうち実際に切削加工に寄与する部分、すなわち先端切れ刃よりも径寸法が大きい部分の全域に施されるように、例えば小径部のマージンの外径に達する切込み寸法で行われるが、マージン外径よりも深い切込み寸法で研削加工しても差し支えない。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１の段付ドリル５０は、本発明が前記図４の段付ドリル１０に適用された場合で、前記段部切れ刃２６が設けられた部分には、段部１８から大径部１６に跨がって直線状に刃当て研削が施され、その刃当て研削部５２に沿って段部切れ刃５４が設けられている点が相違するが、それ以外は段付ドリル１０と同じ構成であるため、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。なお、図１の(a) 、(b) は、それぞれ図４の(a) 、(b) に対応する。

上記刃当て研削は、例えば軸心Ｏに対して研削砥石を所定の傾斜角度θだけ傾斜させた姿勢で段付ドリル５０に接近させたり、その傾斜角度θの傾斜方向へ相対移動させたりすることによって施すことができるが、研削砥石を傾斜角度θだけ傾斜させた姿勢で段付ドリル５０を軸心まわりに回転させつつ研削砥石をドリルの軸方向へ相対移動（リード送り）させるようにしても良い。したがって、段部切れ刃５４の傾斜角度θが、厳密には軸方向において連続的に変化する場合があるが、段部切れ刃５４の全域の傾斜角度θの平均値が１０°〜２５°の範囲内とされている。なお、ねじれ溝２２は、一定のリードで設けられており、大径部１６におけるねじれ角βは約３０°であり、段部切れ刃５４の傾斜角度θは、その大径部１６におけるねじれ角βよりも小さい。

また、上記刃当て研削は、小径部２０におけるマージン３６の外径に達する切込み寸法で、本実施例では刃当て研削部５２がマージン３６と略面一になるように行われている。また、段部１８から大径部１６に達するように施されており、大径部１６における軸方向の研削寸法ｔは１ｍｍを超え、本実施例では２〜７ｍｍの範囲内とされている。

このような段付ドリル５０においては、段部１８から大径部１６に跨がる部分に刃当て研削が施されることにより、段部切れ刃５４の傾斜角度θが１０°〜２５°の範囲内とされ、ねじれ溝２２のねじれ角βよりも小さくされているため、それだけ段部切れ刃５４の強度が高くなって欠けが抑制される。また、上記傾斜角度θは軸方向のすくい角に相当するため、すくい角が０°の直刃にしたりチャンファを設けたりする場合に比較して切れ味が良く、優れた加工精度が得られるとともに摩耗が抑制され、上記欠けの抑制と相まって優れた耐久性が得られるようになる。

また、刃当て研削によって大径部１６が研削される軸方向の研削寸法ｔが１ｍｍを超え、２〜７ｍｍの範囲内とされているため、周速が最も速くて加工条件が厳しい段部切れ刃５４の外周コーナー５４ｃにおいても所定の強度が得られるようになり、欠けが一層確実に防止されるようになって耐久性が向上する。

図２は、図４に示す従来品（段付ドリル１０）と、図１に示す段付ドリル５０のように刃当て研削を行った改良品で、前記段部切れ刃５４の傾斜角度θを２５°、２０°、１０°、５°、０°としたものを用意し、以下の加工条件で穴明け加工を行って耐久性を調べた結果である。従来品は、大径部１６におけるねじれ溝２２のねじれ角が約３０°で、段部切れ刃２６の傾斜角度も３０°程度である。改良品は、大径部１６における刃当て研削の研削寸法ｔが何れも５ｍｍで、傾斜角度θが２５°、２０°、１０°の３本は本発明品である。
（加工条件）
被削材：Ｓ５０Ｃ（機械構造用炭素鋼）
加工穴サイズ：φ２０×φ３０の段付穴
穴深さ：２５ｍｍ
切削速度Ｖ：７０ｍ／ｍｉｎ
送り量ｆ：０．２０ｍｍ／ｒｅｖ
切削油剤：水溶性切削油

図２から明らかなように、刃当て研削を施さない従来品は、１００穴程度の穴明け加工で段部切れ刃２６に欠けが生じ、加工面粗さが悪くなって加工不可になったのに対し、刃当て研削によって形成される段部切れ刃５４の傾斜角度θが２５°の改良品（本発明品）は、５００穴近くまで穴明け加工を行うことができるとともに、段部切れ刃５４の摩耗形態は通常の正常摩耗であった。傾斜角度θが２０°の改良品（本発明品）は、５００穴まで穴明け加工を行っても、まだ継続使用が可能であった。傾斜角度θが１０°の改良品（本発明品）は、３５０穴程度まで穴明け加工を行うことができるとともに、段部切れ刃５４の摩耗形態は通常の正常摩耗であった。傾斜角度θが５°および０°の改良品は、何れも１００穴程度の穴明け加工で段部切れ刃５４の摩耗が許容量を超え、加工不可になった。したがって、刃当て研削を行って段部切れ刃５４の傾斜角度θを適宜設定した改良品においても、傾斜角度θを１０°〜２５°の範囲内とした場合に優れた耐久性が得られることが分かる。

また、図３は、図１に示す段付ドリル５０において、前記傾斜角度θが２０°で、大径部１６における刃当て研削の刃当て幅すなわち研削寸法ｔを１ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍとした４種類の試験品を用意し、前記図２の場合と同じ加工条件で穴明け加工を行って耐久性を調べた結果である。この図３の試験結果から明らかなように、刃当て幅（研削寸法ｔ）が３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍの場合には、５００穴まで穴明け加工を行っても未だ継続使用が可能であったのに対し、刃当て幅（研削寸法ｔ）が１ｍｍのものは、２００穴程度の穴明け加工で段部切れ刃５４に欠けが発生して加工不可になった。このことから、大径部１８における刃当て幅（研削寸法ｔ）が１ｍｍを超えるように、刃当て研削を行うことが望ましい。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例である段付ドリルを示す図で、(a) は正面図、(b) は段部切れ刃が設けられた部分を軸心Ｏに対して直角な方向から見た拡大図である。刃当て研削を行わない従来品と、刃当て研削によって形成される段部切れ刃の傾斜角度θが異なる複数の改良品とを用いて穴明け加工を行い、耐久性を調べた結果を示す図である。大径部の刃当て幅（研削寸法ｔ）が異なる複数の改良品を用いて穴明け加工を行い、耐久性を調べた結果を示す図である。従来の段付ドリルの一例を示す図で、図１に対応する図である。図１、図４の段付ドリルによって加工できる段付穴、および面取付き穴を示す図である。

符号の説明

１６：大径部１８：段部２０：小径部２２：ねじれ溝２４：先端切れ刃５０：段付ドリル５２：刃当て研削部５４：段部切れ刃 θ：段部切れ刃の傾斜角度 β：ねじれ溝のねじれ角ｔ：大径部の研削寸法

Claims

大径部と、
径寸法が連続的に小さくなる段部を介して、前記大径部の先端側に該大径部と同軸に設けられた小径部と、
該大径部および小径部に跨がって連続して設けられた切り屑排出用のねじれ溝と、
該ねじれ溝が前記小径部の先端に開口する部分に設けられた先端切れ刃と、
前記段部において前記ねじれ溝の側端縁に設けられた段部切れ刃と、
を有する段付ドリルにおいて、
前記ねじれ溝のうち前記段部切れ刃が形成される側の側端縁であって、前記段部から前記大径部に跨がる部分には、直線状に刃当て研削が施され、前記段部切れ刃は、軸心Ｏに対して前記ねじれ溝のねじれ角よりも小さく且つ１０°〜２５°の範囲内で定められた所定の傾斜角度θで傾斜させられている
ことを特徴とする段付ドリル。
前記刃当て研削によって前記大径部が研削される軸方向の研削寸法ｔは１ｍｍを超えている
ことを特徴とする請求項１に記載の段付ドリル。