JP5220979B2 - 切削工具とこの切削工具を製造する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、切削工具に関し、より詳しくは、少なくとも一つのねじれ溝と、関連ランドと、前記溝とランドとを連結する湾曲したヒールを有するドリルのような切削工具に関する。

また、本発明は、少なくとも一つのねじれ溝とランドを有する切削工具を製造するための方法及び装置に関する。特に、研削砥石を使用して切削工具の溝及びランド部分の両方を形成することができる。

更に、本発明は、かかる研削砥石を成形するために使用されるクラッシュロールに関する。

ツイストドリルのような切削工具は、一般に少なくとも一つの溝及びランドを有する円筒状軸で構成されており、前記溝及びランドは、軸の先端にある先端切削エッジまで一つのねじれ角をもって形成されている。ランドは、それと関連してマージン及びこのマージンの後ろの余裕部を含む。側面切削エッジが、ランドのマージンと溝の交差により形成される。大半のドリルにおいて、側面切削エッジに対向するランドの部分が、通常、鋭利なエッジに仕上がる。しかし、かかるエッジは、切削作業中に機能することなく、単に、第１削砥石を使用してドリルの溝を形成し、第２研削砥石を使用してマージンを含むドリルのランドを形成する製造工程の結果に過ぎない。ところが、この鋭利なエッジは、一般に切削作業中にドリルに導入され得る任意の冷却剤の流れを遮る。また、かかるエッジが形成される時に材料が過度に削り取られることでドリルが弱体化し、また、穴あけ作業中における切屑の流れが妨害され、その結果、かかるドリルの挿入深さがドリルの外径の約４倍乃至５倍た制限される。切屑が溝から排出されるようにドリルを穴から後退させ、その後、再度穴に導入して穴開け作業を継続すると、より深い穴開けができる。これは、ペッキング（ｐｅｃｋｉｎｇ）として知られている。

ある種のドリルは、かかる鋭利なエッジを有しない。パラボリックドリルは、一般に溝とランドを有する円筒状軸で構成されている。第１の部分から離れている溝とランドの交差部での鋭利なエッジは、曲線エッジにすることで除かれる。パラボリックドリルは、通常、低速、低負荷の用例に使用される。パラボリックドリルは、深い穴開け用に設計され、その結果、比較的に大きいねじれ角と深い溝を有して、チップ穴掘りを促進する。溝が深いと、ドリルの外周エッジが比較的に薄くなり、これは、ドリルのねじれ強度を減少させる。また、ドリルの外周エッジでの断面積の減少により、ドリルが曲がり易くなり座屈する。しかし、かかる構造の結果として、パラボリックドリルは、通常、ペッキングを行うことなくドリルの外径の１０倍乃至１５倍の深さを有する穴を工作物に開けることができる。

発明の名称が“ツイストドリルの製造方法”であるソビエト特許番号９４８６２４号では、図１乃至図３に示すツイストドリルを示しているが、ここで、溝と側面切削エッジに対向するランドとの交差部は、曲線セクションである。しかし、曲線セクションの半径が小さいと、比較的に浅い溝と、前述した従来のドリルと非常に類似したその他の特徴がドリルにもたらされる。冷却剤の流れは、依然としてランドにより遮られ、また、望ましくないにもかかわらず溝とヒールとの交差部の鋭利な曲率を収容するためにドリルの中央からドリル材料を除去しなければならず、その結果、ドリルのコア径が減少する。

発明が解決しようとする課題

改善された冷却剤の流れ及び切屑の流れを許容しつつ、同時にドリルのコア径を最大にすることでドリルのねじれ強度を最も高くし、ドリル外径の４倍乃至５倍以上の深さで工作物に穴開けできる能力を有するドリルを提供するツイストドリル構造が有利である。

また、過去では、ねじれ溝とマージン付きランドの両方を有する切削工具の製造に２回の別の研削作業を必要とした。一方の作業では、溝を第１研削砥石で研削し、もう一方の作業では、ランドを第２研削砥石で研削する。

また、これらの２回の別の研削作業は、切削工具を２つの別の研削機械に取り付けることを必要とする。よって、切削工具を、溝とランドが同一のねじれ経路に沿って研削されることを保障すべく、各研削機械に精度よく取り付ける必要がある。更に、研削機械は、溝とランドが同一ねじれ角に沿って研削されることを保障すべく、同一のリード角に設定する必要がある。切削工具が適切に取り付けられず、溝とランドが正確に研削されないと、工具に欠陥が生じる可能性があり、その結果、工具の廃棄を余儀なくされる。また、２回の別の作業のための準備作業には時間がかかるのみならず、エラーが生じ易い。従って、切削工具を２回の研削作業を用いて研削することもできるが、１回の研削作業が好ましい。

１つの研削砥石とこの研削砥石を使用した方法を採用することにより、２回の別々の研削作業の必要性をなくすことが要求されている。

最後に、かかる研削砥石は、一点目立て工具またはＣＮＣ機械を使用して製造することができる。しかし、これらの方法は、それぞれ時間がかかり、また高価である。その結果、かかる研削砥石をより効果的な方式で製造可能な方法及び装置が有利である。

課題を解決するための手段

【課題を解決するための手段】
本発明に一様態では、長手方向軸線を有する軸を備えた切削工具に関し、前記軸は、先端部を有すると共に外周面を有する。この外周面は、長手方向軸線に垂直かつ先端部から離間した断面で見たとき、ねじれ角に沿って軸の長手方向軸線の周りを延びる溝を有し、この溝は、外部半径から内側に延在する第１の部分とこの第１の部分に隣接する第２の部分を有する。外周面は、溝に隣接し、ねじれ角に沿って軸の長手方向軸線の周りに延在するランドを更に有する。ランドは、第１の部分に隣接するマージンを有し、マージンの半径は、外部半径と同一である。ランドは、マージンに隣接する余裕部を有し、この余裕部の半径は、外部半径より小さい。凸状のヒールが、第２の部分と隣接する余裕部とを連結し、ウェブと余裕部との間に連続する表面を提供する。ヒールの半径は、外部半径の１５乃至７５％であることが好ましい。中心線での工具の最小幅は、任意の余裕部に沿う周距離より小さい。

本発明の他の様態は、長手方向軸線を有する軸を備えたヘリカル切削工具を製造する研削砥石に関する。切削工具の軸は、先端部を有し、半径方向深さを有すると共にねじれ角に沿って軸の長手方向軸線の周りを延びる溝と、この溝に隣接しているランドを有する。溝は、外部半径から内側に延在する第１の部分と、この第１の部分に隣接する第２の部分を有する。それぞれのランドは、第１の部分に隣接し外部半径と同一の半径を有するマージンと、このマージンに隣接する余裕部を有し、この余裕部と第２の部分とはヒールにより連結される。研削砥石は、ディスク中心線と平均半径方向寸法を有するディスクからなり、このディスクは、間に幅を画定する第１側部及び第２側部とこれらの側部の間のディスク外周エッジを有し、このエッジは、切削工具を研削するための研磨物質を含み、エッジのプロファイルは、
ａ）凸状を有し、第１側部から横方向に延在し、ディスク中心線から離れる方向に溝の半径方向深さと同一の半径方向距離だけ延びる第１の形削盤セグメントと、
ｂ）第１の形削盤セグメントに隣接し、第２側部に向けて横方向に延在し、ディスク中心線に向けて内側に延在する第２の形削盤セグメントと、
ｃ）曲線形状を有し、第１の形削盤セグメントから第２側部に向けて延在し、半径が工具の外部半径の８倍以上の余裕部形削盤セグメントと、
ｄ）余裕部形削盤セグメントから第２側部に向けて延在し、ディスク中心線に向けて内側に延在するマージン形削盤セグメントと、
により画定される。

本発明の他の様態では、長手方向軸線を有する軸を備えた切削工具を製造する方法に関し、この切削工具は、第１の部分及び第２の部分を有する溝と余裕部及びマージンを有する隣接ランドを有する。溝とランドは１つのねじれ角をもって形成され、マージンは外部半径を有し、余裕部は、マージンから凹んだ形状に窪んでいる。この方法は、
ａ）研削砥石を１回通すことで軸を研削することにより切削工具の溝及びランドの両方を形成するステップを含み、研削砥石は、切削工具に余裕部を形成するための余裕部形削盤セグメントを有し、余裕部形削盤セグメントの半径は、外部半径の１０倍よりも大きい。

本発明の他の様態では、長手方向軸線を有する軸を備えた切削工具に関し、この切削工具は、第１の部分及び第２の部分を有する溝と余裕部及びマージンを有する隣接ランドを有する。溝とランドはねじれ角をもって形成され、マージンは外部半径を有し、余裕部は、マージンから凹んだ形状に窪んでいる。この切削工具は、
ａ）１つの研削砥石を１回以上通すことで軸を研削することにより切削工具の溝及びランドの両方を形成するステップを含む方法により製造され、研削砥石は、切削工具に余裕部を形成するための余裕部形削盤セグメントを有し、余裕部形削盤セグメントの半径は、外部半径の１０倍よりも大きい。

本発明の最後の様態は、研削砥石を製造するクラッシュロールに関し、研削砥石は、長手方向軸線を有する軸を備えたヘリカル切削工具を製造するのに使用し、切削工具の軸は、先端部を有すると共に、半径方向深さを有しねじれ角に沿って軸の長手方向軸線の周りに延在する溝とこの溝に隣接するランドとからなる。溝は、外部半径から内側に延在する第１の部分とこの第１の部分に隣接する第２の部分を有する。それぞれのランドは、第１の部分に隣接し半径が外部半径と同一のマージンとこのマージンに隣接する余裕部を有し、余裕部と第２の部分とはヒールにより連結されている。クラッシュロールは、ディスク中心線と平均半径方向寸法を有するディスクからなり、このディスクは、間に幅を画定する第１側部及び第２側部とこれらの側部の間のディスク外周エッジを有し、このエッジは、切削工具を研削するための研磨物質を含み、エッジのプロファイルは、
ａ）第１側部から横方向に延在すると共に、ディスク中心線に向けて溝の半径方向深さと同一の半径方向距離に延在する第１の型セグメントと、
ｂ）第１の型セグメントに隣接し、第２側部に向けて横方向に延在し、ディスク中心線から外側に延在する第２の型セグメントと、
ｃ）曲線形状を有し、第２の型セグメントから第２側部に向けて延在し、半径が切削工具の外部半径の８倍以上の余裕部型セグメントと、
ｄ）余裕部型セグメントから第２側部に向けて延在し、ディスク中心線から外側に延在するマージン型セグメントと、
により画定される。

切削工具
一実施の形態において、本発明は、湾曲したヒール付きねじれ溝を有する切削工具に関する。説明のために、ツイストドリルを例に挙げているが、本発明が、例えば、エンドミル、タップ、リーマ及びホブのようにねじれ溝を有するその他の切削工具にも適用され得ることが理解できるはずである。かかる切削工具は、工作物に接触して工作物を切削可能な先端部を有していても、有していなくてもよい。図１は、切削工具１０を示し、この切削工具は、説明上、長手方向軸線２０を有する軸１５を備えたツイストドリルとする。軸１５は、工作物（図示せず）に接触して工作物を切削可能な先端部２５を有する。軸１５は外周面３０を有し、この外周面は、図５に示す断面からみて、溝３５、ランド４０及びこれらの間のヒール４５を有する。

軸１５の後端部２７にはシャンク２９があり、このシャンクは略円筒形であることがよく、チャック（図示せず）内部に嵌合するように非円筒形状であってもよい。シャンク２９は円筒形として例示されているが、シャンク２９がチャック内に把持されるように正方形、六角形、円錐形、または任意のその他の適当な非円筒形を有してよいことはいうまでもない。また、シャンク２９が円筒形である場合、シャンクの半径は、軸１５の半径より大きくても小さくてもよい。

溝３５は、ねじれ角ＨＡ（図２）に沿って軸１５の長手方向軸線２０の周りに延びる。図１及び図５を参照すると、溝３５は、外部半径ＯＲから内側に延在する第１の部分（リップ部）５０とこのリップ部５０に隣接する第２の部分（ノーズ部）５５とからなる。

ランド４０は、溝３５に隣接し、切削工具１０の周りの周距離ＬＤにわたってねじれ角ＨＡに沿って長手方向軸線２０の周りに延在する。距離ＬＤは、約５０°の弧に対応し得る。ランド４０はマージン６０を有し、マージン６０の半径ＭＲは外部半径ＯＲと同一である。ランド４０は、またマージン６０に隣接する余裕部６５を有し、この余裕部は、外部半径ＯＲにより決定されたエンベロープ内にある。図１に示す一実施の形態において、余裕部６５の余裕半径ＣＲは、外部半径ＯＲより小さい。しかし、余裕部６５は、その長さにわたって半径ＣＲが変化するようにテーパを有することもできる。

図１乃至図６に示す切削工具１０は、その長手方向に沿って延在する２つの溝を有する。本発明が１つの溝または複数の溝（例えば、２つ、２つ、４つまたはそれ以上の溝）を有するドリルに適用され得るということを理解されたい。１つの溝３５を有する場合、ランド４０は、溝３５から切削エッジ７０まで切削工具１０の周りに延びる。図５では、２つの溝があるため、ランド４０は、隣接する溝３７のリップ部５２に隣接すると共にこれと交差して、側面切削エッジ７０を形成する。

ノーズ部５５とランド４０の余裕部６５の間に連続する表面をもたらすべく、ヒール４５が溝３５のノーズ部５５と隣接する余裕部６５とを連結する。ヒール４５は、ヒール半径ＨＲを有し、この半径は、外部半径ＯＲの１５乃至７５％である。

図５を参照すると、ランド４０は、切削エッジ７０から余裕部６５のエッジ７５に至る切削工具１０の周りの距離ＬＤにより画定される。ランド４０の距離ＬＤは、長手方向軸線２０の周りの４０°乃至８０°の弧に対応する。長手方向軸線２０での切削工具の最も小さいウェブ厚Ｗは、余裕部６５の周距離ＰＤより小さい。

余裕部６５に沿う余裕周距離ＰＤは余裕部エッジ７５から始まり、切削エッジまでの約４０°の弧に対応する。

好適な実施の形態において、ヒール半径ＨＲは、外部半径ＯＲの少なくとも２５％である。更に、軸１５の最も小さいウェブ厚Ｗは、余裕部６５に沿う周距離ＰＤの３０乃至８０％であることがよい。

軸１５の最も小さいウェブ厚Ｗは、外部半径ＯＲの２５乃至７０％であることがよく、好適な実施の形態では、外部半径ＯＲの約５０％であることがよい。

好適な実施の形態において、軸１５の最も小さいウェブ厚Ｗは、余裕部６５に沿う周距離ＰＤの約３６％である。

ノーズ部５５はノーズ半径ＮＲを有し、この半径は一定であることがよい。ヒール半径ＨＲも一定であることがよい。従って、ウェブとヒール４５がそれぞれ一定の半径を有することができるのみならず、ノーズ部５５とヒール４５のそれぞれの一定の半径がＮＲ＝ＨＲになるように同一であることがよい。しかし、ウェブ半径ＮＲ対ヒール半径ＨＲの割合は、０．７乃至１．３であることが好ましい。

図５に示すリップ部５０は、凹んだ形状で半径ＬＲを有する。しかし、図４の先端部２５からみて、リップ部５０の突起８０は直線である。特定の環境において、この突起８０のプロファイルは曲線であってよく、これにより、切削工具１０の切削エッジ７０に正のすくい角がもたらされる。

再度図５を参照すると、余裕部６５は、長手方向軸線２０を中心に余裕半径ＣＲと同心になることがよく、これにより、切削エッジ７０の後でマージン６０に対し構造的支持がもたらされる。この特徴はパラボリックドリルとは対照的であり、パラボリックドリルの場合、その余裕半径は、周距離が切削エッジ７０から離れていくにつれて一般に減少する。

マージン６０と余裕部６５との間の移行部において、移行セグメント８５は、線形であることがよく、一般に長手方向軸線２０に対し半径方向にある。移行セグメント８５は、マージン６５と余裕部６５との間で傾斜することがよく、湾曲していても直線状あってもよい。

余裕部６５とヒール４５との交差地点９０は、余裕部６５とヒール４５の両方で同一の接線を有し得る。これは、余裕部６５とヒール４５との間に連続的な融合をもたらす。また、ヒール４５とノーズ部５５との交差地点９５も同一の接線を有することができる。溝３５とランド４０との間に連続する表面を提供するために、余裕部６５とヒール４５との交差地点９０での接線は同一であることがよく、ヒール４５とノーズ部５５との交差地点９５での接線も同一であることがよい。その結果として、余裕部６５、ヒール４５、ノーズ部５５間の外周面３０のプロファイルは連続的であることがよい。

図１乃至図５は、２つの溝を有するツイストドリル１０を示す。前述したように、本発明の思想は、２つの溝に限定されず、１つの溝または複数の溝を有する構造も本発明の思想内にあることを理解しなければならない。溝を更に有する場合、本発明のツイストドリルは、溝／ランド対を更に有し、それぞれの対は、ねじれ角ＨＡに沿って軸１５の長手方向軸線２０の周りに延在し、軸１５に沿って互いに隣接する複数の溝／ランド対を形成する。

図６は、図２の矢印ＶＩ−ＶＩに沿う断面図を示す。特に興味深いのはこの断面の非対称形状であり、この形状は、当該ドリルが所定の角度をなすプロファイルをとっている結果である。断面が対称構造である唯一の位置は、長手方向軸線２０に垂直する矢印Ｖ−Ｖに沿う断面と類似する断面である。

ドリルの一実施の形態において、直径が０．５０インチのドリルの場合は、次の寸法を用いることができる。

ねじれ角（ＨＡ）＝３０°
外部半径（ＯＲ）＝０．２５０インチ
ヒール半径（ＨＲ）＝０．０９２インチ
ノーズ半径（ＮＲ）＝０．０９８インチ
余裕半径（ＣＲ）＝０．２４１インチ
マージン半径（ＭＲ）＝０．２５０インチ
リップ半径（ＬＲ）＝０．４２０インチ
ウェブ厚（Ｗ）＝０．１３４インチ

切削工具を製造するための研削砥石
従来、ねじれ溝と関連ランドを有する切削工具は、通常２つの別の研削砥石で製造され、２回の別々の研削ステップが必要であった。前述したように、これらの２つのステップは、時間がかかるのみならず、第１研削作業後に切削工具をねじれ溝と関連ランドとが互いに平行になるように適切に整合することが重要であった。かかる関係を欠如すると、切削工具は欠陥があると考えられ、廃棄されていた。

本発明の発明者は、切削工具にねじれ溝と関連ランドの両方を同時に形成できる１つの研削砥石を製造した。この構造では、切削工具をより早く製造できるのみならず、切削工具の製造の精度をより改善し、また溝とランドとが互いに平行でない時に発生するスクラップを除去する。

図７は、長手方向軸線２０を有する軸１５を備えたヘリカル切削工具１０を製造するための研削砥石１１０を示す。円筒形であってもまたは円筒形でなくてもよいシャンク２９は図示していない。切削工具の軸１５は、先端部２５を有すると共に、半径方向深さ９７（図５）のある溝３５を有する。溝３５は、ねじれ角ＨＡに沿って軸１５の長手方向軸線２０の周りに延在する。ランド４０が溝３５に隣接しており、溝３５は、外部半径ＯＲから内側に延在するリップ部５０とこのリップ部５０に隣接するノーズ部５５を有する（図１）。それぞれのランド４０は、リップ部５０に隣接するマージン６０を有し、このマージンの半径ＭＲは外部半径ＯＲと同一である。余裕部６５がマージン６０に隣接しており、余裕部６５とノーズ部５５とはヒール４５により互いに連結されている。

再び図７を参照すると、研削砥石１１０は、ディスク中心線１１７を有するディスク１１５からなり、このディスクは、最外側半径方向地点１５７まで延在する最大半径ＧＲ、長手方向軸線１１８及び平均半径寸法を有する。ディスク１１５は、第１側部１２０及び対向する第２側部１２５を有し、これらの間に幅ＧＷを画定する。ディスクの外周エッジ１３０は、側部１２０、１２５の間に延在する。側部１２０、１２５と外周エッジ１３０は、切削工具１０を研削するための研磨物質を含む。かかる研磨物質は、炭化珪素を含む（ただしこれに限定されない）、金属を研削するのに使用される多数種の一般的な材料のいずれでもよい（例えば、立方晶窒化ホウ素、酸化アルミニウムまたはダイヤモンド）。通常、研削砥石１１０は、樹脂ボンドで接合された炭化珪素のような材料で製造することができる。樹脂ボンドは、衝撃及び撓みを伴う用例に適合する。従って、その構造は、衝撃及び撓みが低速及び低馬力容量の表面研削機で効果的に作用するよう、十分に脆い。または、金属ボンド（で接合された）研削砥石を使用することもできる。

図８は、研削砥石１１０の特徴が説明できる方式で、本発明に係る典型的な研削砥石１１０の側面図を示す。

研削砥石１１０のエッジ１３０の特定部分は、切削工具１０の溝３５及びランド４０の特定部分を形成すべく使用され、かかる理由にてこれらの特定部分に対する図面符号は、切削工具１０の関連部分に１００を加えたものである。

外周エッジ１３０は、凸状の第１形削盤セグメント（リップ形削盤セグメント）１５０を有し、このセグメントは、第１側部１２０から横方向に延在し、溝３５の半径方向深さ９７と同一の半径方向距離ＧＲだけディスク中心線１１７から離れて更に延在する（図５）。

第２形削盤セグメント(ノーズ形削盤セグメント）１５５がリップ形削盤セグメント１５０に隣接すると共に、第２側部１２５に向けて横方向に延在し、またディスク中心線１１７に向けて内側に延在する。

余裕部形削盤セグメント１６５が曲線形状を有し、ノーズ形削盤セグメント１５５から第２側部１２５に向けて延在する。余裕部形削盤セグメント１６５の半径は、工具の外部半径ＯＲの８倍よりも大きいことがよい。

マージン形削盤セグメント１６０が余裕部形削盤セグメント１６５から第２側部１２５に向けて延在し、またディスク中心線１１７に向けて内側に延在する。

一実施の形態において、リップ形削盤セグメント１５０の勾配とノーズ形削盤セグメント１５５の勾配とはそれらの交差地点１５７で同一でないことがある。

第１側部１２０に最も隣接するリップ形削盤セグメント１５０の部分１５２が第１側部１２０に平行であることがよい。

余裕部形削盤セグメント１６５の半径が、工具の外部半径ＯＲの８倍よりも大きいことは前述している。余裕部形削盤セグメント１６５の半径は、外部半径ＯＲの８倍乃至５０倍の範囲内であることがよい。また、余裕部形削盤セグメント１６５の半径は無限大であることがよく、セグメント１６５は直線をなすことがよい。

余裕部形削盤セグメント１６５は、２つの端部地点１６７、１６９により限定される。余裕部形削盤セグメント１６５のこれらの２つの端部地点１６７、１６９を連結する線は、ディスク１１５の中心線１１７に平行な線１７０と０乃至１５。の余裕角ＣＡをなすことが好ましい。一実施の形態において、半径ＧＲが１８インチの砥石の場合、通常の余裕角ＣＡは１０°である。

ノーズ形削盤セグメント１５５を参照すると、セグメント１５５は、半径が外部半径ＯＲの８倍乃至５０倍の凹んだ形状を有することがよい。ノーズ形削盤セグメント１５５の半径が実質的に無限大であり、よってセグメント１５５が直線状になってもよい。

マージン形削盤セグメント１６０を参照すると、セグメント１６０は曲線状であり、半径が外部半径ＯＲの８倍乃至５０倍と同一である。曲線は、切削工具の余裕部とマージンとの間の所望する移行に応じて凸状であるか、または凹んだ形状、または直線状であることがよい。上述のように、マージン形削盤セグメント１６０の半径は無限大であることがよいことから、図８に示すような直線的なセグメントがもたらされる。

ノーズ形削盤セグメント１５５から第２側部に向けて横方向に余裕部形削盤セグメント１６５まで延在するヒール形削盤セグメント１４５を有することも、もちろん可能である。ヒール形削盤セグメント１４５は、凹んだ形状を有することがよく、点１５９、１６７により限定されている。ノーズ形削盤セグメント１５５とヒール形削盤セグメント１４５との交差部での勾配は同一であることがよい。ヒール形削盤セグメント１４５と余裕部形削盤セグメント１６５との交差部での勾配も同一であることがよい。

図１１に示すようなまた他の実施の形態において、エッジ１３０は、余裕部形削盤セグメント１６５とマージン形削盤セグメント１６０との間に延在する凹んだ形状のフィレット形削盤セグメント１７５を更に有することができる。

本発明の一実施の形態において、研削砥石１１０は半径が９インチで、幅が０．７１インチであることがよい。リップ形削盤セグメント１５０は、第１側部１２０から延在し、半径が０．２４インチの凸状を有し、リップ形削盤セグメント１５０の開始部分は、第１側部１２０に接する。リップ形削盤セグメント１５０は、ディスクの長手方向軸線１１７に接するまで延在する。ノーズ形削盤セグメント１５５は直線であり、リップ形削盤セグメント１５０から長手方向軸線１１７に向けて軸線１１７と約３６°の角度をもって延びる。ノーズ形削盤セグメント１５５に隣接するヒール形削盤セグメント１４５は凹んだ形状であり、半径が０．１８８インチであり、軸線１１８に最も隣接する点まで延在し、その後、軸線１１８から離れて隣接余裕部形削盤セグメント１６５との接点１６７まで延在する。余裕部形削盤セグメント１６５は直線状であり、軸線１１７に平行な線との間に４°の角度を形成する。第１側部１２０から０．６６２インチの位置において、直線であるマージン形削盤セグメント１６０は、軸線１１７に平行な線との間に４°の角度を形成して延在し、ディスク１１５の第２側部１２５と交差する。ディスク１１５の第１側部１２０と第２側部１２５は、いずれも直線で互いに対し平行である。

図１は、本発明に係る切削工具１０の斜視図を示している。図９は、前記切削工具１０と、この切削工具１０の溝３５とランド４０を形成するために使用し得る研削砥石１１０とを示している。例示の便宜上、研削砥石１１０を切削工具１０から離しているが、研削砥石１１０は、これを横方向に変異することにより切削工具１０に対して適切に位置決めされるように、適切に位置合わせされる。実際の作業で、研削砥石１１０は、図９に示すＡの方向に進んで例削工具１０の外周面に到る。しかし、そのように研削砥石１１０を進めるまで、溝３５とランド４０は切削工具１０のボディに未だ形成されておらず、図９の右側に示す軸１５の部分と類似するということを理解されたい。

図１０は、溝３５とランド４０を完全に研削すべく位置決めされた研削砥石１１０を示している。かかる作業中に、軸１５は、矢印Ｒで示すように回転すると同時に、矢印Ｆで示す方向に並進動し、その間、研削砥石１１０が回転することで軸１５にねじれ溝３５と関連ランド４０を形成することができる。

切削工具の製造方法
ねじれ溝と関連ランドを形成するために２つの別々の研削砥石を使用する必要があった従来の技術とは異なって、本発明の一実施の形態では、１つの研削砥石１１０を使用して溝３５とランド４０の両方を同時に形成することができる。

特に、本発明の他の実施の形態では、かかる方法を提供する。再び図１と図８乃至図１０を参照して、前述したような切削工具１０を製造する方法を説明する。この方法は、研削砥石１１０を少なくとも１回通すことで軸１５を研削することにより切削工具１０の溝３５及びランド４０を形成するステップを含む。より低馬力の研削機械を使用する場合は、研削砥石１１０の１回以上通すことを必要とすることがあるが、砥石を通す毎に軸１１５（工作物）の溝とランドをより深くすることができる。

この方法は、同一の研削砥石１１０を少なくとも１回通すことでランド４０の余裕部６５と溝３５のノーズ部５５とを連結する凸状のヒール４５を形成するステップを更に含み、ノーズ部５５と余裕部６５との間に連続する表面がもたらされる。

作業時に、半径が９インチの研削砥石１１０を使用して外部半径が０．２５インチの切削工具１０を研削することができる。かかる状況で、研削砥石１１０は、１５００乃至４００ｒｐｍの速度で回転することができる。２０００ｒｐｍの速度で、切削工具１０を、４乃至６インチ／分の速度で砥石に対し軸方向に送る（投入）ことができる。ねじれ角ＨＡは、通常、送り速度に基づいて異なる研削機械に対し固定されており、また切削工具を砥石に向けて送る時の切削工具１０の回転速度の関数である。しかし、異なる研削機械を調整してねじれ角ＨＡを調整することもできる。研削機械の動力によっては、研削作業を、研削砥石を１回通すことで全体深さにすることで達成することができ、または、複数回通すことにより徐々により大きい深さにすることで達成することができる。

因みに、研削砥石１１０の外周エッジ１３０の鏡像を有するクラッシュロール４１０を研削砥石１１０に対し押し付けることでクラッシュロール４１０の形状を研削砥石１１０に与えることができる。これは、研削砥石１１０が可撓性のある樹脂ボンド研削砥石であり、頻繁に矯正する必要のある（そしてそのような頻繁な矯正が好ましい）場合に特に有利である。

再び図７を参照すると、溝３５とランド４０は、切削工具１０の長手方向軸線２０の周りに延在し、好ましくは２２°乃至３８°の値を有し得るねじれ角ＨＡを画定する。図７に更に示すように、研削砥石１１０の半径ＧＲは、切削工具１０の外部半径ＯＲより著しく大きく、研削砥石１１０は、研削砥石１１０が切削工具１０に接する接点、またかかる接点の前後の位置で切削工具１０と接触する。その結果、研削工程をより良好に制御すべく、研削砥石１１０は、研削砥石１１０を貫いて延びる長手方向軸線１１８に対しオフセットされる。研削砥石１１０は、ねじれ角ＨＡに対し３°乃至４°のオフセット角ＯＡをもってオフセットされ得る。

本発明の他の実施の形態において、切削工具１０の溝３５とランド４０は、研削砥石１１０を少なくとも１回通すことで軸１５を研削することにより形成することができる。これにより、溝３５のノーズ部５５とランド４０の余裕部６５とを連結する凸状のヒール４５が形成され、ノーズ部５５と余裕部６５との間に連続する表面が提供され、ヒール４５の半径は、外部半径ＯＲの１５乃至７５％である。

工程による切削工具製品
今まで溝付きの切削工具１０と、かかる溝付きの切削工具１０を製造するための研削砥石１１０と、かかる切削工具１０を製造するための方法を説明してきた。

１つの研削砥石１１０を使用してねじれ溝付きの切削工具１０を製造する一般的概念は、独自のものと考えられるため、本明細書で説明する切削工具１０のような製品も、かかる工程の結果として独自のものと考えられる。

クラッシュロール装置
理想的な条件下で作動する完全な研削砥石１１０は、自発的に鋭利になる。具体的には、研磨粒子が鈍くなると、これらの研磨粒子は研削力により破壊され砥石から除去されて、新たな鋭利な研磨粒子が露出される。精密な機械研削において、かかる理想的な研削は部分的に達成し得るものの、完全な達成はほとんど不可能である。一般に、研削砥石１１０は、精密な研削機械スピンドルに取り付けてから目立て（ｄｒｅｓｓｉｎｇ）して調整される必要があり、その後も周期的にそうした調整を行う必要がある。かかる特徴を与えるための１つの装置がクラッシュロール４１０であり、このクラッシュロールは、焼入れ鋼またはカーバイドロールであることがよく、またダイヤモンドを含浸してもよい。また、このロールは、回転自在であり且つ研削砥石１１０の所望する形態を有する。クラッシュロール４１０は、研削砥石１１０に対し徐々に送られ、この研削砥石は低速で運転される。クラッシュロール４１０は、粉砕作用により、砥石にクラッシュロール４１０と逆の形状を形成する。クラッシュロール４１０は、鋭利な粒子により快削砥石面を形成する。本発明に係る研削砥石１１０を目立てするための好適な方法は、図１２及び図１３に示すようなクラッシュロール４１０の使用を含む。

図から分かるように、クラッシュロール４１０のプロファイルは、研削砥石１１０の外周エッジ１３０の鏡像である。

再び図１２及び図１３と、切削工具が詳細に示された図１を参照して、研削砥石１１０を目立てするためのクラッシュロール４１０について説明する。ここで、研削砥石１１０は、上述のヘリカル切削工具１０を製造するのに使用される。クラッシュロール４１０は、ディスク中心線４１７を有し平均半径寸法がＣＲのディスク４１５からなる。ディスク４１５は、間に幅ＣＷを画定する第１側部４２０及び第２側部４２５と、これらの側部４２０、４２５の間のディスク外周エッジ４３０を有する。エッジ４３０は、研削砥石１１０を目立てするための研磨物質を含み、外周エッジ４３０はプロファイルを有する。

前記プロファイルは、第１側部４２０から横方向に延在する凹んだ形状の第１の型セグメント（リップ型セグメント）４５０により形成されるが、このセグメントは、溝３５の半径方向深さ９７と同じ半径方向距離だけディスク中心線４１７に向けて延在する。プロファイルは、リップ型セグメント４５０に隣接する第２の型セグメント（ノーズ型セグメント）４５５を更に有し、このノーズ型セグメントは、第２側部４２５に向けて横方向に延びると共に、ディスク中心線４１７から外側に更に延在する。余裕部型セグメント４６５がノーズ型セグメント４５５から第２側部４２５に向けて延在し、その半径は、切削工具１０の外部半径ＯＲの１０倍よりも大きい。マージン型セグメント４６０が余裕部型セグメント４６５から第２側部４２５に向けて延在し、ディスク中心線４１７から外側に延在する。

図１３に示すように、クラッシュロール４１０の外周エッジ４３０のプロファイルは、研削砥石１１０の外周エッジ１３０の鏡像である。

リップ型セグメント４５０の勾配とノーズ型セグメント４５５の勾配は、それらの交差地点４５７で同一でないことがある。

更に、第１側部４２０に最も隣接するリップ型セグメント４５０の部分４５２は、第１側部４２０に平行である。

余裕部型セグメント４６５を参照すると、このセグメント４６５の半径は、切削工具１０の外部半径ＯＲの８倍乃至５０倍であることがよい。変形例では、余裕部型セグメント４６５の直径は無限大であることがよく、直線セグメントを形成する。余裕部型セグメント４６５上の端部地点４６７と端部地点４６９とを連結する線は、ディスク４１５の中心線４１７に平行な線４７０との間で０°乃至１５°のクラッシュロール余裕角ＣＣＡを成す。

平均半径方向寸法ＣＲが４インチのクラッシュロール４１０の場合、余裕角ＣＣＡは、１０°であることが好ましい。

ノーズ型セグメント４５５を参照すると、このセグメント４５５は、半径が切削工具１０の外部半径ＯＲの８倍乃至５０倍の凹んだ形状を有してよい。更に、余裕部型セグメント４６５と同様に、ノーズ型セグメント４５５の半径を無限大にし、セグメントを直線状にしてもよい。

マージン型セグメント４６０を参照すると、このセグメント４６０は凹んだ形状であることがよく、またその半径が切削工具１０の外部半径ＯＲの８倍乃至５０倍であることがよい。上述のように、半径を無限大にして直線的なセグメントを形成してもよい。

クラッシュロール４１０は、ノーズ型セグメント４５５から第２側部に向けて余裕部型セグメント４６５にまで横方向に延在する凸上のヒール型セグメント４４５を更に有してよい。ヒール型セグメント４４５の半径は、切削工具１０の外部半径ＯＲの５０乃至１００％であることがよい。ノーズ型セグメント４５５とヒール型セグメント４４５との交差地点４４７での勾配は同一であることがよい。更に、ヒール型セグメント４４５と余裕部型セグメント４６５との交差地点４６７での勾配は同一であることがよい。

簡略に図１１を再び参照すると、研削砥石１１０がフィレット形削盤セグメント１７５を有し得ることと同様に、クラッシュロール４１０も余裕部型セグメント４６５とマージン型セグメント４６０との間を延びる凹んだ形状の、図１１に示すフィレット型セグメント４７５を有することができる。

ねじれ軸線に沿って溝３５を有し、溝３５のノーズ部５５とランド４０の余裕部６５とが凹んでいるヒール４５により連結されている切削工具１０を説明した。また、１回以上通すことでかかる切削工具１０を形成する１つの研削砥石１１０と、かかる研削砥石１１０を使用する方法を説明した。最後に、研削といしを製造すべく使用されるクラッシュロール４１０を説明した。

本発明を好適な実施形態を参考にして説明したが、前述の詳細な説明を読んで理解する人であれば、その変形例及び修正例も明白であろう。本発明は、添付された特許請求の範囲またはこれと均等物の範囲内にある限りは、かかる全ての変形例及び修正例を含むことと解釈される。

本発明に係るドリルの斜視図である。 本発明に係るツイストドリルの正面図である。 図２に示すドリルの側面図である。 図２に示すドリルの拡大平面図である。 図２の矢印Ｖ−Ｖに沿う断面図である。 図２に示す矢印ＶＩ−ＶＩに沿う断面図である。 最終の切削工具に隣接するが、間隔をおいて位置した研削砥石のオフセット角に沿う構成を示すスケッチである。 切削工具を製造するのに使用した研削砥石の詳細を示す図である。 要部を強調すべく互いに間隔をおいて配置された図７の研削砥石と切削工具を示す図である。 互いに接触した形状の図７の研削砥石と切削工具のオフセット角に沿う構成を示す図である。 研削砥石の変形例を示す図である。 研削砥石に作用して砥石を形削りするクラッシュロールを示すスケッチである。 要部を強調すべく互いに間隔をおいて配置された図１２の研削砥石とクラッシュロールを示す図である。

Claims (28)

1. 長手方向軸線を有する軸を備えた切削工具であって、
   前記軸が先端部と外周面を有し、この外周面が、長手方向軸線に垂直であって先端部から離間した断面からみて、
   ａ）ねじれ角に沿って軸の長手方向軸線の周りに延在する溝と、
   ｂ）前記溝に隣接し、ねじれ角に沿って軸の長手方向軸線の周りに延在するランドであって、半径が外部半径と同一なマージンを有するとともに、前記ランドはまた、前記マージンに隣接するとともに前記外部半径で包絡される包絡面よりも内側にある余裕部と、を有し、前記溝との境界部において切削エッジを形成するランドと、
   を備え、
   ｃ）前記溝は、前記切削エッジに隣接するとともに半径がＬＲの凹面部である第１の部分と、前記余裕部の前記マージンとは反対側のエッジに連続する凸面部であって、半径が外部半径の１５〜７５％であるヒールと、半径ＬＲよりも小さな半径ＮＲを有し、前記第１の部分と前記ヒールとを連続的に繋げる凹面部である第２の部分と、を備え、
   ｄ）前記切削工具の長手方向軸線の周りの最小幅であるウェブ厚が任意の余裕部に沿った周距離よりも小さく、
   ｅ）前記第２の部分とヒールとの半径の比は０．７〜１．３であり、
   ｆ）前記軸の前記先端部における前記第１の部分の突起は直線である
   切削工具。
   
2. 前記ヒールの半径が、外部半径の少なくとも２５％である請求項１に記載の切削工具。
   
3. 前記ウェブ厚が、任意の余裕部に沿う周距離の４０乃至８０％である請求項１に記載の切削工具。
   
4. 前記ウェブ厚が、任意の余裕部に沿う周距離の約３６％である請求項１に記載の切削工具。
   
5. 前記ウェブ厚が、外部半径の２５乃至７０％である請求項１に記載の切削工具。
   
6. 前記ウェブ厚が、外部半径の約５０％である請求項５に記載の切削工具。
   
7. 前記第２の部分の半径が一定である請求項１に記載の切削工具。
   
8. 凸状の前記ヒールの半径が一定である請求項１に記載の切削工具。
   
9. 前記第２の部分と前記ヒールの両方の半径が一定である請求項１に記載の切削工具。
   
10. 前記第２の部分の半径、前記ヒールの半径間の比が０．７乃至１．３である請求項９に記載の切削工具。
    
11. 前記第１の部分が凹んだ形状である請求項１に記載の切削工具。
    
12. 前記ランドが、前記長手方向軸線の周りを４０°乃至８０°延びる弧に沿って延在する請求項１に記載の切削工具。
    
13. 前記余裕部が、長手方向軸線と同心である請求項１に記載の切削工具。
    
14. 前記余裕部と対面する側部において、前記マージンが、前記余裕部と合わされる移行セグメントを有する請求項１に記載の切削工具。
    
15. 前記移行セグメントが直線状である請求項１４に記載の切削工具。
    
16. 前記移行セグメントが曲線状である請求項１５に記載の切削工具。
    
17. 各余裕部と各ヒールとの交差地点での接線が同一である請求項１に記載の切削工具。
    
18. 各ヒールと各第２の部分との交差地点での接線が同一である請求項１に記載の切削工具。
    
19. 各余裕部と各ヒールとの交差地点での接線と、各ヒールと各第２の部分との交差地点での接線とが同一である請求項１に記載の切削工具。
    
20. １以上の溝とランドとの対を有し、夫々の溝とランドとの対は、前記軸の長手方向軸線の周りにねじれ角に沿って延在し、前記軸に沿って互いに隣接する複数の溝とランドとの対を形成する請求項１に記載の切削工具。
    
21. 前記軸の先端部が工作物に接触して工作物を切削することができる請求項１に記載の切削工具。
    
22. 前記軸がドリル、タップまたはリーマのいずれかを含む請求項２１に記載の切削工具。
    
23. 前記軸がエンドミルを含む請求項２１に記載の切削工具。
    
24. 前記軸がツイストドリルを含む請求項２１に記載の切削工具。
    
25. 前記第１の部分は軸の先端部において直線状の切刃を有する請求項２１に記載の切削工具。
    
26. 前記余裕部の半径が外部半径より小さい請求項１に記載の切削工具。
    
27. 前記余裕部がテーパ部を有し、該テーパ部の長さにわたって半径が変化する請求項１に記載の切削工具。
    
28. 長手方向軸線を有する軸を備えた切削工具であって、
    前記軸が先端部と外周面を有し、この外周面が、長手方向軸線に垂直し先端部から離間した断面からみて、
    ａ）ねじれ角に沿って軸の長手方向軸線の周りに延在する溝と、
    ｂ）前記溝に隣接し、ねじれ角に沿って軸の長手方向軸線の周りに延在するランドであって、溝に隣接するとともに半径が外部半径と同一なマージンと、このマージンに隣接するとともに前記外部半径で包絡される包絡面よりも内側にある余裕部と、を有し、且つ、溝との境界部において切削エッジを形成するランドと、
    を備え、
    ｃ）前記溝は、前記切削エッジに隣接するとともに半径がＬＲの凹面部である第１の部分と、前記余裕部の前記マージンとは反対側のエッジに連続する凸面部であって、半径が外部半径の１５〜７５％であるヒールと、半径ＬＲよりも小さな半径ＮＲを有し、前記第１の部分と前記ヒールとを連続的に繋げる凹面部である第２の部分と、を備え、
    ｄ）前記切削工具の長手方向軸線の周りの最小幅であるウェブ厚が任意の余裕部に沿った周距離よりも小さく、
    ｅ）前記第２の部分とヒールとの半径の比は０．７〜１．３であり、
    ｆ）前記軸の前記先端部における前記第１の部分の突起は直線である
    切削工具。

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