JP4558884B2 - ドリル用スローアウェイチップおよびドリル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、穿孔加工に使用するドリル用のスローアウェイチップ、および前記スローアウェイチップをトリルホルダーに装着してなるスローアウェイ型のドリルに関するものである。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
穿孔加工に使用するドリルとして、その全体が一体に形成された通常のソリッド型ドリルの他に、ドリル本体(ホルダー)と別体のスローアウェイチップ上に切削用の刃を形成し、それをホルダーの先端に、ネジ等によって着脱自在に装着できるようにしたいわゆるスローアウェイ型ドリルがある。
また上記スローアウェイ型ドリルには、2チップ型のものと1チップ型のものとがあり、このうち前者の2チップ型のスローアウェイ型ドリルは、例えば特開平10−29108号公報に記載されているように、孔の中央部を削る内刃を有するチップと、孔の周縁部を削る外刃を有するチップの2つのチップを、ホルダーの先端に装着することで構成される。
【0003】
また上記公報記載の発明では、1つのチップ上に内刃と外刃の両方を形成しておき、ホルダーに装着する向きと位置とによって同じチップを内刃チップもしくは外刃チップとして兼用できるようにも構成される。
しかしこの2チップ型の構成は、加工径の大きな大型のドリルには適しているものの、例えば加工径がφ10前後より下といった小型のドリルにこれを適用しようとすると、ホルダーの先端にチップ取り付けのためのスペースや、あるいは切屑排出のためのスペースが十分に確保できなかったり、チップ取り付けのためのネジが非常に小さなものとなって十分な取り付け強度が得られなかったりするといった問題があった。
【0004】
また前記1チップ型のスローアウェイドリルとしては、例えば特開平10−328918号公報に記載されているように、従来のソリッド型ドリルの先端形状と類似した、穿孔方向に臨み、かつドリルの回転軸上に位置する頂部から、それぞれ両側へ延びる一対の、加工孔の半径の全長に亘る長い刃稜を有するチップを使用したものが一般的である。
しかし上記のチップ形状では、穿孔時にチップに加わる切削抵抗が大きいため、1つのチップを、上記公報の図にみるように2本のネジでもってホルダーの先端に強固に固定する必要がある上、チップの肉厚を大きくとる必要があり、その分、切屑排出のためのスペースを確保するのが容易でないという問題があった。
【0005】
そこで発明者は先に、孔の中央部を削る内刃と、孔の周縁部を削る外刃とを、2チップ型のスローアウェイ型ドリルにおける内刃チップの内刃、および外刃チップの外刃の配置と同様の配置として1つのチップ上に形成した、2チップ類似の、1チップ型のスローアウェイチップを開発した(特開平11−188518号公報)。
上記2チップ類似の1チップ型スローアウェイチップにおいて内刃は、孔の中央部を削るに足る長さを有していれば良く、また外刃も、孔の周縁部を削るに足る長さを有していればよいため、従来の1チップ型のものに比べて、穿孔時にチップに加わる切削抵抗を小さくすることができる。
【0006】
それゆえ、内刃および外刃の部分の肉厚を小さくできるとともに、ホルダーへの取り付けネジを1本にすることができ、切屑排出のためのスペースを十分に確保することが可能となる。
そこで発明者は今般、上記2チップ類似の1チップ型スローアウェイチップ、およびそれと組み合わせてスローアウェイドリルを形成するドリルホルダーについてさらに検討した結果、上記公報に記載の構造ではいずれも、特に切屑の排出性の点でさらに改善の余地があることを見出した。
【0007】
本発明の目的は、2チップ類似の1チップ型であって、従来に比べてさらに切屑の排出性が向上した、新規なドリル用スローアウェイチップ、ならびに前記スローアウェイチップをトリルホルダーに装着してなるドリルを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記2チップ類似の1チップ型スローアウェイチップを組み込んだドリルにおいては従来、切屑の排出をできるだけスムースに行うために、内刃からの切屑を排出するスペースを、外刃からの切屑を排出するスペースよりもできるだけ大きくとるようにしてきた。
これは、内刃と外刃とで、発生する切屑の形状が相違しており、切屑排出のメカニズムが異なるためである。
【0009】
つまりドリルの回転軸に対応する孔の中心を含む、孔の中央部の比較的広い領域を内刃によって切削加工した際に生じる切屑は、内刃による切削の速度が、孔の中心において0で、そこから外方へ向かうにしたがって増加することから、孔の中心に対応する部分を頂点とする円錐を上下に重ねたような立体的ならせん状を呈しており、かかる切屑をスムースに排出するためには、できるだけ切断させることなく連続した状態を維持して、穿孔加工による切屑の成長に伴って、ホルダーのフルート溝に連続的に送り出してやる必要がある。
【0010】
これに対し、孔の周縁部の比較的狭い領域を外刃によって切削加工した際に生じる切屑は、外刃の回転軌跡の、回転軸側と最外周側との切削速度の差が内刃の場合ほど大きくないことから、一定幅の帯状、ないしはそれが細かく切断された形状を呈し、内刃側の切屑に比べて排出が容易である。
このため上記チップを組み込んだドリルにおいては、前記のように内刃からの立体的な形状の切屑をできるだけスムースに排出するために、その排出のスペースを、外刃からの細かな切屑を排出するスペースよりもできるだけ大きくとるのが望ましいと考えていた。
【0011】
しかし単にスペースを大きく取るだけでは、前記のように立体的で複雑な形状を有する内刃からの切屑をスムースに排出できないことが、発明者の、その後の研究によって明らかとなった。
そこで発明者は、チップの、内刃より切屑の排出方向後方の部分を、上述した立体的で複雑な形状の切屑の排出に適した形状にすることを検討した。
その結果、上記のように内刃からの切屑排出のスペースを確保するために、内刃側のすくい面(第1すくい面)を、同じ側の、ホルダーへの取り付けのための座面(第2座面)より低くなるように段差をつけて配置したチップにおいて、上記両面間を、内刃で削られた切屑を案内する案内用曲面によって繋ぐと、切屑がこの案内用曲面によって案内されてスムースに排出されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0012】
すなわち、先端に、穿孔方向に交差する方向に配置された、孔の中央部を削る内刃および孔の周縁部を削る外刃を有し、穿孔加工に使用するドリル用のスローアウェイチップであって、
前記スローアウェイチップは、一方表面に第1すくい面、前記第1すくい面と背中合わせの他方表面に第1座面、および前記第1すくい面および前記第1座面と交差する穿孔方向前端面に第1前逃げ面を形成することで、前記第1すくい面と前記第1前逃げ面との交差稜に内刃が形成され、
前記他方表面に第2すくい面、前記第2すくい面と背中合わせの前記一方表面に第2座面、および前記第2すくい面および前記第2座面と交差する穿孔方向前端面に第2前逃げ面を形成することで、前記第2すくい面と前記第2前逃げ面との交差稜に外刃が形成され、
前記一方表面に形成された前記第1すくい面と前記第2座面とは、前記第1すくい面が低くなるように段差を形成するとともに、前記第1すくい面から前記第2座面にわたって凹状に湾曲する案内用曲面を含む段差面によって繋がっており、
前記他方表面に形成された前記第2すくい面と前記第1座面とは、前記第2すくい面が低くなるように段差を形成するとともに、前記第2すくい面から前記第1座面にわたって凹状に湾曲する曲面を含む段差面によって繋がっており、
前記案内用曲面の曲率半径R 1 が、前記曲面の曲率半径R 2 より大きいことを特徴とする。
【0013】
また上記チップの、一方表面に形成した内刃の切屑案内用曲面の曲率半径を、他方表面に形成した上記段差面の曲率半径より大きくすると、内刃側の切屑の排出性がさらに向上するだけでなく、外刃側に形成される切屑排出のためのスペースの幅を広く取ることができるので、外刃側の切屑の排出性も向上する。
【0014】
さらに、内刃側の第1すくい面にブレーカ凹部を設けると、内刃で発生した切屑を、このブレーカ凹部の底面に沿ってきれいにカールできるため、前述した複雑な形状を有する切屑を、よりスムースに生成させることが可能となり、当該切屑の排出性がさらに向上する。
【0015】
なお上記の効果をより一層、高めるとともに、外刃側で、前述したように切屑を細かく切断してその排出性を高めるためには、内刃側のブレーカ凹部の、穿孔方向に沿う幅を、外刃側のブレーカ凹部の幅より大きくするのが好ましい。
【0016】
さらにまた、内刃側の第1すくい面にブレーカ凹部を設け、このブレーカ凹部の、切屑の排出方向の後方に案内用曲面を膨出形成すると、これらの部材の連携によって、内刃で発生した切屑を、ブレーカ凹部の底面に沿ってきれいにカールさせながら、案内用曲面によって案内してスムースに排出することが可能となり、切屑の排出性がさらに向上する。
【0017】
また前記のように発明者は、上記ドリル用スローアウェイチップを装着してドリルを構成するためのドリルホルダーについても検討を行った。その結果、内刃側のフルート溝の、チップの第1すくい面に隣接する接続面を、らせんの傾斜と同方向に傾斜させると、内刃からの、複雑な形状を有する立体的な切屑を、チップからフルート溝にスムースに排出できることを見出した。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下には、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図1(a)は、本発明の一実施形態にかかるドリル用スローアウェイチップ1の、正面側から見た斜視図、同図(b)は背面側から見た斜視図である。また図2(a)は上記チップ1の正面図、同図(b)は、図(a)の正面から見た右側面図である。さらに図4(a)は上記チップ1の背面図、同図(b)は、穿孔方向に臨む前端面を示す底面図である。
【0020】
これらの図に見るように、この例のドリル用スローアウェイチップ1は、互いに背中合わせの2表面をホルダーへの取り付けのための第1座面1b、および第2座面1cとするとともに、上記第1座面1bから第2座面1cへ貫通させて、ホルダーへの取り付け用のネジが挿通される貫通孔1aを形成したものである。
上記チップ1の、図2(a)に黒矢印で示す穿孔方向先端には、当該穿孔方向と交差方向に、孔の中央部を削る内刃11と、孔の周縁部を削る外刃12とが配置されている。
【0021】
また上記チップ1を、穿孔方向に沿う回転軸Pvを中心として、穿孔加工のために、図4(b)に実線の矢印で示す方向に回転させた際に、第2座面1c側の、回転の前面側となる領域〔図2(a)において、回転軸Pvより右側の部分〕には、当該部分を、上記回転方向に対して第2座面1cより一段、低くなるように段差を設けることで、第1すくい面13aが形成されている。
そしてこの第1すくい面13aが形成されることで、チップ1の、貫通孔1aを形成した部分より薄肉とされた突出部13のうち、上記第1すくい面13a、およびこれと背中合わせの第1座面1bと交差する穿孔方向前端面に、第1前逃げ面13bが形成されており、この第1前逃げ面13bと、上記第1すくい面13aとの交差稜によって、上述した内刃11が形成されている。
【0022】
また同様に第1座面1b側の、回転の前面側となる領域〔図4(a)において、回転軸Pvより右側の部分〕には、当該部分を、上記回転方向に対して第1座面1bより一段、低くなるように段差を設けることで、第2すくい面14aが形成されている。
またこの第2すくい面14aが形成されることで、チップ1の、貫通孔1aを形成した部分より薄肉とされた突出部14のうち、上記第2すくい面14a、およびこれと背中合わせの第2座面1cと交差する穿孔方向前端面に、第2前逃げ面14bが形成されており、この第2前逃げ面14bと、上記第2すくい面14aとの交差稜によって外刃12が形成されている。
【0023】
さらに上記のように段差を設けることで、第1すくい面13aの、チップ1の回転方向の前方に形成された第2座面1cとの段差分の空間が、ホルダーとの間に、内刃11からの切屑〔図3(a)(b)中に符号Kで示す〕を排出するためのスペースを形成するための切屑ポケットとされており、同様に段差を設けることで、第2すくい面14aの、チップ1の回転方向の前方に形成された第1座面1bとの段差分の空間が、ホルダーとの間に、外刃12からの切屑を排出するためのスペースを形成する切屑ポケットとされている。
【0024】
内刃11は、穿孔方向に臨む頂部11aと、この頂部11aからチップ1の内方向および外方向の両方向へ下り傾斜で延びる刃稜11b、11cとを有する形状に形成されている。
一方、外刃12も同様に、穿孔方向に臨む頂部12aと、この頂部12aからチップ1の内方向および外方向の両方向へ下り傾斜で延びる刃稜12b、12cとを有する形状に形成されている。
【0025】
また内刃11と外刃12とは、内刃11による孔の中央部の切削と、外刃12による孔の周縁部の切削とをほぼ同時に行って、スムースな穿孔加工をするために、それぞれの頂部11a、頂部12aが、穿孔方向に対してほぼ同じ高さに配置されている。
さらに上記内刃11と外刃12とは、チップ1を、回転軸Pvを中心として回転させた際に、内刃11の外方向へ延びる刃稜11cと、外刃12の内方向へ延びる刃稜12bの回転軌跡が交差するように配置されている。
【0026】
上記各部のうち第1すくい面13aと第2座面1cとは、内刃11で削られた切屑Kを案内する、凹湾曲面状の案内用曲面15によって繋がれている。
詳しくは、内刃11側の第1すくい面13aにブレーカ凹部13cを設け、このブレーカ凹部13cの、切屑Kの排出方向〔図3(a)(b)に二点鎖線の矢印で示す〕の後方に、上記案内用曲面15を膨出形成している。
このように配置すると、前述したようにこれらの部材の連携によって、内刃11で発生した切屑Kを、上記二点鎖線の矢印で示すようにブレーカ凹部13cの底面に沿ってきれいにカールさせながら、案内用曲面15によって案内してスムースに排出することが可能となる。
【0027】
また一方、第2すくい面14aと第1座面1bとは、これも凹湾曲面状の曲面を含む段差面16によって繋がれており、それによって内刃11側よりも周速が大きいために切削抵抗が大きい、外刃12側の段差の隅部に集中する応力を緩和して、チップ1の強度を向上している。
また前記案内用曲面15は、チップ1の穿孔方向前端側から後方へ向けて、その曲率が徐々に大きくなるように形成されており、このうち実際に切屑Kの案内に寄与する部分、つまりこの例では前記膨出部分のうち、図3(a)に二点鎖線で示すように、回転軸Pvと内刃11との交点を頂点とする切屑Kの円錐が外接する位置での曲率半径R1が、段差面16の、図4(b)に示すすくい面14aの平坦部分の曲率半径R2より大きくされている(R1>R2)。
【0028】
そしてこれにより、先に述べたように内刃11側の切屑の排出性をさらに向上させるとともに、外刃12側に形成される切屑排出のためのスペースの幅を広く取って、外刃12側の切屑の排出性も向上させることが可能となる。
上記R1>R2の条件を満たしていれば、曲率半径R1、R2の具体的な範囲は特に限定されないが、曲率半径R1は、チップ1の、所定の加工径φ0〔図4(a)中にその半径であるφ0/2を示す〕の7〜15%程度であるのが好ましい。
【0029】
曲率半径R1が上記の範囲未満では曲率が小さ過ぎて、内刃11からの切屑が切断されやすくなる。このため切屑を、連続的にスムースに案内できなくなって、内刃11からの切屑の排出性が低下するおそれがある。
また逆に曲率半径R1が上記の範囲を超えた場合には、すくい面13aの、回転方向前方に形成される切屑排出のためのスペースの幅が狭くなって、却って内刃11からの切屑の排出性が低下するおそれがある。
【0030】
また曲率半径R2は、上記加工径φ0の5〜7%程度であるのが好ましい。
曲率半径R2が上記の範囲未満では、前述したように段差の隅部に集中する応力を緩和して、チップの強度を向上する効果が不十分になるおそれがあり、逆に上記の範囲を超えた場合には、すくい面14aの、回転方向前方に形成される切屑排出のためのスペースの幅が狭くなって、外刃12からの切屑の排出性が低下するおそれがある。
【0031】
すくい面14aの、外刃12の直後の位置には、当該外刃12からの帯状の切屑を細かく切断するためのブレーカ凹部14cが形成されており、このブレーカ凹部14cの、穿孔方向に沿う幅〔図4(a)中のW2〕よりも、前述した内刃11側のブレーカ凹部13cの、同方向の幅〔図2(a)中のW1〕の方が大きくされている(W1>W2)。
そしてこれにより、先に述べたように内刃11、および外刃12の両方からの切屑の排出性を、ともに向上させている。
【0032】
上記W1>W2の条件を満たしていれば、幅W1、W2の具体的な範囲は特に限定されないが、幅W1は、前記加工径φ0の15〜25%程度であるのが好ましい。
幅W1が上記の範囲未満では内刃11からの切屑が切断されやすくなり、逆に上記の範囲を超えた場合にはカールの曲率が大きくなりすぎるため、このいずれの場合にも、内刃11からの切屑をきれいにカールさせながらスムースに排出できなくなって、その排出性が低下するおそれがある。
【0033】
また幅W2は、加工径φ0の5〜15%程度であるのが好ましい。
幅W2が上記の範囲をその上限または下限のいずれかで外れた場合には、このいずれの場合にも、前述したように外刃12からの帯状の切屑を細かく切断することができなくなって、その排出性が低下するおそれがある。
なおこの例では、第1すくい面13aと第2座面1cとが曲面を含む段差面15によって繋がれているとともに、第2すくい面14aと第1座面とが曲面を含む段差面16によって繋がれている。
【0034】
このように繋ぐと、段差の隅部に集中する応力を緩和して、チップ1の強度をさらに向上することができる。
またこの例では、内刃11の、外方向へ延びる刃稜11cが、それに続く第1すくい面13aとともに、図4(b)に示すようにチップ1の回転方向に対して後退傾斜(傾斜角度θ3)するように、刃稜11bに対して屈曲配置されている。このように配置すると、第1すくい面13aの前面に切屑排出のスペースをより大きく取って、切屑を、このスペース内でよりスムースにカールさせるとともに、第1すくい面13aの後退傾斜に沿ってよりスムースに、ホルダーのフルート溝に排出できるという利点がある。
【0035】
また上記のように配置すると、穿孔加工時に発生する切削抵抗のうち、チップ1を外刃12の方向へ押圧する向きの分力が大きくなるため、上記切削抵抗のうち、外刃12を径方向内方へ押圧する向きの分力に抗して、穿孔加工の加工径を、定められた値に維持できるという利点もある。
上記各部を備えたこの例のチップ1は、例えば図5(a)(b)に実線の矢印で示すようにドリルホルダー2の先端の、一対の挟持片21、22間のポケット23に挿入されて位置決めされた状態で、上記挟持片21の貫通孔21aと、チップ1の貫通孔1aとにネジ3を挿通させて、挟持片22のネジ孔22aに螺着することで、上記ホルダー2の先端に固定されて、穿孔加工に使用される。
【0036】
またこの固定状態において、第1すくい面13a、第2すくい面14aのそれぞれ前面の、挟持片22、21との間に形成される切屑排出のためのスペースは、それぞれホルダー2の周面に形成されたらせん状のフルート溝24、25と連通され、それによって内刃11、および外刃12からの切屑が、上記フルート溝24、25を通ってスムースに孔外へ排出される。
また上記ホルダー2のうちフルート溝24の、チップ1の第1すくい面13aに隣接する接続面24aは、図5(b)並びに図6(b)に示すように、らせんの傾斜と同方向に傾斜されている。
【0037】
そしてこれによって、先に述べたように、内刃11からの立体的で複雑な形状の切屑を、チップ1からフルート溝24にスムースに排出することが可能となる。
なお図6(a)(b)において符号20は、その先端に上記挟持片21、22、およびポケット23が形成され、かつその周面にらせん状のフルート溝24、25が形成されたドリル本体、符号26は、上記ドリル本体20と同軸に一体形成された、工作機械などのチャックによって把持されるシャンク、符号26aは、上記シャンク26の側面に形成された回り止めのための平坦部である。
【0038】
なお本発明のドリル用スローアウェイチップ、およびドリルの構成は、以上で説明した図の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜、設計変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 同図(a)は、本発明の一実施形態にかかるドリル用スローアウェイチップの、正面側から見た斜視図、同図(b)は、背面側から見た斜視図である。
【図2】 同図(a)は、上記チップの正面図、同図(b)は、図(a)の正面から見た右側面図である。
【図3】 同図(a)(b)はそれぞれ、図2(a)(b)の要部を拡大した正面図、および右側面図である。
【図4】 同図(a)は、上記チップの背面図、同図(b)は、穿孔方向に臨む前端面を示す底面図である。
【図5】 同図(a)は、図1の例のチップをホルダーの先端に取り付ける構造を、チップの背面側から見た分解斜視図、同図(b)は、正面側から見た分解斜視図である。
【図6】 同図(a)は、本発明の一実施形態にかかるドリルを構成するドリルホルダーの正面図、同図(b)は、上記ドリルホルダーの側面図である。
Claims (5)
- 先端に、穿孔方向に交差する方向に配置された、孔の中央部を削る内刃および孔の周縁部を削る外刃を有し、穿孔加工に使用するドリル用のスローアウェイチップであって、
前記スローアウェイチップは、一方表面に第1すくい面、前記第1すくい面と背中合わせの他方表面に第1座面、および前記第1すくい面および前記第1座面と交差する穿孔方向前端面に第1前逃げ面を形成することで、前記第1すくい面と前記第1前逃げ面との交差稜に内刃が形成され、
前記他方表面に第2すくい面、前記第2すくい面と背中合わせの前記一方表面に第2座面、および前記第2すくい面および前記第2座面と交差する穿孔方向前端面に第2前逃げ面を形成することで、前記第2すくい面と前記第2前逃げ面との交差稜に外刃が形成され、
前記一方表面に形成された前記第1すくい面と前記第2座面とは、前記第1すくい面が低くなるように段差を形成するとともに、前記第1すくい面から前記第2座面にわたって凹状に湾曲する案内用曲面を含む段差面によって繋がっており、
前記他方表面に形成された前記第2すくい面と前記第1座面とは、前記第2すくい面が低くなるように段差を形成するとともに、前記第2すくい面から前記第1座面にわたって凹状に湾曲する曲面を含む段差面によって繋がっており、
前記案内用曲面の曲率半径R1が、前記曲面の曲率半径R2より大きいことを特徴とするドリル用スローアウェイチップ。 - 前記第1すくい面に内刃側のブレーカ凹部を設けたことを特徴とする請求項1記載のドリル用スローアウェイチップ。
- 前記内刃側のブレーカ凹部の切屑の排出方向の後方に、前記案内用曲面を膨出形成したことを特徴とする請求項2記載のドリル用スローアウェイチップ。
- 前記第2すくい面に外刃側のブレーカ凹部を設けるとともに、前記内刃側のブレーカ凹部の穿孔方向に沿う最外幅W1を、前記外刃側のブレーカ凹部の穿孔方向に沿う幅W2より大きくしたことを特徴とする請求項2または3記載のドリル用スローアウェイチップ。
- 請求項1ないし4のいずれか1項に記載のドリル用スローアウェイチップをドリルホルダーに装着してなるドリルにおいて、該ドリルホルダーが、
先端部に、前記ドリル用スローアウェイチップを挟んで保持する一対の挟持片と、この挟持片間にドリル用スローアウェイチップを挿入するポケットとを形成し、
外周面に、前記ポケットに挿入されたドリル用スローアウェイチップの、内刃および外刃からの切屑をそれぞれ孔外に排出するらせん状のフルート溝を形成するとともに、
内刃側のフルート溝の、ドリル用スローアウェイチップの第1すくい面に隣接する接続面を、らせんの傾斜と同方向に傾斜させたことを特徴とするドリル。
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