JP5319928B2 - ボーリング工具及び孔開け加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム合金等の板金に対して、細径の貫通孔を開けるのに好適なボーリング工具及び孔開け加工方法に関する。

例えば、アルミニウム合金等からなる金型に対して、ワークを吸引するための空気孔を削孔することがあり、ドリルやエンドミルを用いて孔開けをしている。

特許文献１には、孔開けから溝加工を連続的に行うエンドミルが記載されており、先端の３枚の切刃と、該切刃のコーナー部には面取り刃が設けられている。

特許文献２には、肩削り用のエンドミルが記載されており、端面のコーナー部には円弧状又は直線状を呈する面取り刃が設けられている。この肩削り用のエンドミルは、孔開け加工ではなく壁面加工に用いられるものであり、先端面には軸方向に直交する平面が構成されている。

つまり、孔開け加工をする工具の先端には必ず切刃が設けられており、斜面凹部は設けられていない。

特開２００５−２１９１７６号公報 実用新案登録第２５２５９８４号公報

ところで、金型に対して、ワークを吸引するための空気孔を削孔する場合において、ワークを均一に吸引するためには、多数の微小径の空気孔を削孔する必要があるが、細径のドリルにはあまり大きい力をかけられず、削孔に時間がかかる。

また、微小径で比較的深い孔を加工する場合、切刃を具える部分が長いボーリング工具では、強度の関係上、びびり（工具と材料の間の共振等による振動）や、折損などの懸念がある。特に、微小径で長いボーリング工具（例えば、切刃を具える部分の長さが外径に対して７倍以上の工具）で、さらに形状が不適切であると、工具にびびりが生じて精度のよい加工ができないことや、工具の折損などが生じると考えられている。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、微小径の孔を効率的に開けることが可能なボーリング工具及び孔開け加工方法を提供することを目的とする。

本発明に係るボーリング工具は、先端外周にＣ面取が設けられ、該Ｃ面取に接続され、内径側に向かって奥の方向に傾斜する複数の傾斜面と、前記傾斜面によって形成される傾斜凹部とを備えることを特徴とする。

このような、ボーリング工具によれば、先端に傾斜面を備えるとともに先端外周にＣ面取が設けられていることにより、微小径の孔を効率的に開けることができる。

この場合、前記Ｃ面取の寸法は、側面に切刃を備え、該切刃を備える部分の長さが外径の７倍以上であり、外径が０．０２〜０．１８ｍｍであり、前記Ｃ面取の寸法は、外径の０．０７５倍〜０．３５倍であってもよい。このような、ボーリング工具によれば、一層効率的に微小径で深い孔を開けることができる。

また、前記Ｃ面取の寸法は、外径の０．１５倍〜０．２８倍であってもよい。前記傾斜面は、周方向の傾斜角度が０°であってもよい。

本発明に係る孔開け方法は、前記のボーリング工具によって、アルミニウム合金に貫通孔を開けることを特徴とする。

このような、孔開け加工方法によれば、先端に傾斜面を備えるとともに先端外周にＣ面取が設けられていることにより、微小径の孔を効率的に開けることができる。

さらに、所定の工具により、前記アルミニウム合金に対して有底の中心穴を設ける第１工程と、前記中心穴によって位置決めをして前記ボーリング工具により貫通孔を開ける第２工程とを有してもよい。これにより、一層正確な位置に孔を開けることができる。

本発明に係るボーリング工具及び孔開け加工方法によれば、先端に傾斜面を備えるとともに先端外周にＣ面取が設けられていることにより、微小径の孔を効率的に開けることができる。

以下、本発明に係るボーリング工具及び孔開け加工方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１０を参照しながら説明する。本実施の形態に係るボーリング工具及び孔開け加工方法は、例えば、アルミニウム合金等からなる金型に対して、ワークを吸引するための微小な空気孔を開けることに用いられる。以下の説明では、ボーリング工具１０の軸方向をＺ方向、その基端側方向をＺ１方向、軸芯を基準とした径方向をＲ方向とも呼ぶ。

図１及び図２に示すように、本実施の形態に係るボーリング工具１０は、所定の工作機械３６（図６参照）のチャックに固定するための基部１２と、該基部１２と同軸上で先端側（図１における左側）に設けられた工具部１４とを有する。工具部１４の先端側には、側面に螺旋状の一対の切刃１５を備える切刃部１６が設けられている。基部１２と工具部１４は、例えば９°傾斜のテーパ部１８で接続されている。切刃１５の数は３以上であってもよい。螺旋形状は、図２のような緩やかな形状に限らない。ボーリング工具１０は、超硬合金製である。

工具部１４及び切刃部１６の外径Ｄは、０．０２〜０．１８ｍｍであるとよく、ボーリング工具１０では０．１４ｍｍである。ボーリング工具１０は、微小孔を開けるためのものであり、外径Ｄは０．１８ｍｍ以下に設定されている。一方、外径が０．０２ｍｍ未満の孔はあまり用いられることがなく、しかも工具製作が困難となるため、結果として外径Ｄは、０．０２〜０．１８ｍｍとなる。

切刃部１６の長さＬは、孔開け対象のアルミニウム材の厚みと同じかやや長く設定され、ボーリング工具１０では１．０ｍｍである。長さＬの外径Ｄに対する比Ｒは、Ｒ＝１．０／０．１４＝７．１４である。ボーリング工具１０は、微小径の孔をあけるボーリング工具を使用する使用者としては、ある程度深い孔を開けることができるように比Ｒが大きいことが望ましく、Ｒ≧７とするとよい。一方、長さＬは孔開け対象のアルミニウム材の厚みとの関係で設定され、過度に長い必要はなく、しかも過度に長いとボーリング工具１０の強度が低下するため、Ｒは７以上で、できるだけ小さい方がよい（例えば、１０以下）。

図３及び図４に示すように、ボーリング工具１０の先端１０ａには、中心点を基準に対象な一対の扇形の傾斜面２０を有する。傾斜面２０は、内径側に向かってＺ１方向（奥の方向）に緩やかに傾斜する面であり、傾斜角度θ１は、１°〜５°程度が好適であり、例えば３°にするとよい。

傾斜面２０は、Ｒ方向（径方向周）には傾斜しているが、周方向の傾斜角度は０°である。つまり、傾斜面２０においてＲ方向値が同じ地点では、Ｚ方向値も同じ値になる。

傾斜面２０は一対設けられており、断面視では、これらの傾斜面２０によって傾斜凹部２３が形成されている。

先端１０ａの外周（つまり、溝部２１のない傾斜面２０の外周側部分）にはＣ面取２２が設けられている。符号２１は溝部である。Ｃ面取２２と傾斜面２０は接続されている。

Ｃ面取り２２は、側面視（図１参照）で、軸に対して略４５°である。Ｃ面取２２には、側面の切刃１５と連続的につながる切刃２４が設けられている。Ｃ面取２２の寸法Ｃは、後述するように外径Ｄの０．０７５倍〜０．３５倍であるとよく、外径Ｄの０．１５倍〜０．２８倍であると一層好ましい。ボーリング工具１０では、Ｃ＝０．０３であり、外径Ｄ（＝０．１４）の０．２１倍である。Ｃ面取２２は、必ずしも軸に対して４５°である必要はなく、例えば角度θ２は２０°〜６０°に設定可能である。Ｃ面取２２の寸法Ｃは、先端１０ａからの軸方向長さで表すものとする。

次に、このように構成されるボーリング工具１０を用いて行う孔開け方法について説明する。孔開けの対象となるは、金型３０であり、図示しないワークを吸引するための微小径の空気孔３２（図６参照）を設けるためのものである。空気孔３２は貫通孔であり、径は０．１４ｍｍ、長さ１．０ｍｍであって比較的深い。金型３０はアルミニウム合金であり、例えば、ＪＩＳ Ｈ２２１１（１９９９）のＡＣ３Ａ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ７Ａ及びＡＣ８Ｃである。

先ず、図５に示すように、第１工程として、所定の工具（例えばドリル）３９により、金型３０に対して、浅い有底の中心穴３４を設ける。金型３０には、空気管路接続部３７が設けられている。反対側の金型面３８には、図示しない樹脂ワークに細かい模様をつけるためのシボが設けられている。

中心穴３４は、位置決め用であり、正確な位置に空気孔３２を開けることができる。中心穴３４の深さＹは、例えば０．２ｍｍである。なお、諸条件により第１工程は省略してもよい。第１工程は、連続して複数回行った中心穴３４を予め必要数設けておき、その後に第２工程に移るようにしてもよい。

次に、図６に示すように、第２工程として、中心穴３４によって位置決めをしてボーリング工具１０により空気孔３２を開ける。ボーリング工具１０は、工作機械３６のチャックに固定して回転させ、所定の力で金型３０に対して押し付けることにより微小径（Ｄ＝０．１４）の空気孔３２が設けられる。

従来、孔開けのためのボーリング工具の先端には、当然に切刃が必要であると考えられ、特に傾斜面２０のような面があると切削がなされないと考えられていた。ところが、本発明者が傾斜面２０を有するボーリング工具１０を試作して、金型３０に対して孔開け加工の実験をしてみたところ良好な結果が得られた。

実験は、Ｄ＝０．１４ｍｍの場合で、一般的な従来ドリルと、本実施の形態に係るボーリング工具１０でＣ０．０１、Ｃ０．０３、Ｃ０．０５及びＣ０．０７の場合に分けて、それぞれ１０回の孔開けを行った。従来ドリルとしては、株式会社サイトウ製作所製の基端側で、柄径と刃先径が異なるリーマ型ドリル（型番ＡＤＲＬ−００１４）を用いた。この従来ドリルは、超硬合金製である。

まず、得られた各空気孔３２について、ばりの形状を拡大写真で確認して点数付けをした。図７に示すように、ばり４０が同心状で歪みが小さいものを２点、図８に示すように、ばり４０がやや歪んでいるが空気孔３２自体はほぼ円形であり、あるものを１点、図９に示すように、ばり４０の形又は空気孔３２の形がかなり崩れている場合には０点として、１０個ずつの空気孔３２について合計点を求めた。その結果、従来ドリルでは１４点、ボーリング工具１０でＣ０．０１の場合には１７点、Ｃ０．０３の場合には１８点、Ｃ０．０５の場合には１６点、Ｃ０．０７の場合には１７点であった。つまり、ボーリング工具１０では従来ドリルよりも高得点であり、特にＣ０．０３の場合が最も高得点である。また、Ｃ０．０３及びＣ０．０５の場合には０点の孔が一つもなく、ばり４０が良好な状態であった。一般的な切削工具で、切削時にびびりが生じると、ばり４０が生じやすくなる傾向があるが、ボーリング工具１０ではびびりが少なかったと考えられる。また、本実施の形態に係るボーリング工具１０では、先端面に実質的な底刃がない構成であり、工具剛性が高まっている。特に、傾斜面２０は、周方向の傾斜角度が０°であり、実質的に切削をしていないことから、該傾斜面２０に加わる負荷が小さいと考えられる。

次に、得られた各１０回分の空気孔３２の径を計測して平均値Ｄａｖｅを求めた。その結果、従来ドリルではＤａｖｅ＝０．１３５４ｍｍ、ボーリング工具１０でＣ０．０１の場合にはＤａｖｅ＝０．１４２２ｍｍ、Ｃ０．０３の場合にはＤａｖｅ＝０．１３８９ｍｍ、Ｃ０．０５の場合にはＤａｖｅ＝０．１３７９ｍｍ、Ｃ０．０７の場合にはＤａｖｅ＝０．１４０５ｍｍであった。つまり、ボーリング工具１０では従来ドリルよりも、目標値であるＤ＝０．１４０に近い空気孔３２が得られた。

得られた各１０回分の空気孔３２の径の計測値を図１０に示す。図１０に示すように、径の標準偏差は、従来ドリルでは０．００６２４、ボーリング工具１０でＣ０．０１の場合には０．００１８７４、Ｃ０．０３の場合には０．００３５１、Ｃ０．０５の場合には０．００２３３１、Ｃ０．０７の場合には０．００２５０６であった。つまり、いずれの場合にもばらつきは十分に小さく、特に、ボーリング工具１０ではＣ０．０１、Ｃ０．０３及びＣ０．０５のときにばらつきが小さいことが分かる。

さらに、加工に要する時間を比較（前記の第２工程同士の比較）した。このとき、従来ドリルの加工条件は、回転数１８０００ｒｐｍ、送り５０ｍｍ／ｍｉｎであり、Ｃ０．０３のボーリング工具１０では、回転数５０００ｒｐｍ、送り５０ｍｍ／ｍｉｎとした。結果は、従来ドリルでは５７ｓｅｃを要したところ、Ｃ０．０３のボーリング工具１０では、回転数が小さいにも拘わらず５６ｓｅｃで足り、加工時間は略同等であり、微小径で比較的に深い空気孔３２を多数加工するのに好適に適用可能であることが分かった。

このように、ばり４０の形状、空気孔３２の平均値Ｄａｖｅ、標準偏差及び加工時間を総合的に勘案すると、ボーリング工具１０ではＣ０．０１、Ｃ０．０３及びＣ０．０５のときに良好な空気孔３２が安定して得られることが分かる。面取Ｃの寸法Ｃを外径Ｄとの比（Ｃ／Ｄ）で表せば、０．０１／０．１４＝０．０７１、０．０３／０．１４＝０．２１４、０．０５／０．１４＝０．３５７であり、寸法Ｃは、外径Ｄの０．０７５倍〜０．３５倍であると好適である。

特に、Ｃ０．０３の場合に良好な空気孔３２が得られることから、０．０３／０．１４＝０．２１４の近傍の値が好ましく、例えば±３０％程度であればほぼ同じように良好な結果が得られることから、寸法Ｃは、外径Ｄの０．１５倍〜０．２８倍であると一層好ましい。

上述したように、従来は、孔開けのためのボーリング工具の先端には、傾斜面２０に相当する面がなかったが、本発明者が行った実験の結果、傾斜面２０を有するボーリング工具１０により、良好な空気孔３２が得られることが分かった。これは、先端にＣ面取２２が設けられていることから、金型３０への噛み込みが向上し、さらに、切削された材料の少なくとも一部が傾斜面２０によって傾斜凹部２３に向かって塑性流動が促進されたためと思われる。傾斜凹部２３に向かって塑性流動した成分は、両脇の溝部２１に排出されていると思われる。

本発明に係るボーリング工具及び孔開け加工方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係るボーリング工具の側面図である。 本実施の形態に係るボーリング工具の斜視図である。 本実施の形態に係るボーリング工具の正面図である。 図３における矢視ＩＶ−ＩＶの断面側面図である。 第１工程において中心穴を設ける様子を示す図である。 第２工程において空気孔を設ける様子を示す図である。 ばりが同心状で歪みが小さい空気孔の正面図である。 ばりがやや歪んでいるが、ほぼ円形の空気孔の正面図である。 ばりの形がかなり崩れている空気孔の正面図である。 従来ドリル、本実施の形態に係る３種類のボーリング工具による各１０回分の実験結果で、各空気孔の径の計測値を示す表である。

符号の説明

１０…ボーリング工具 １０ａ…先端
１２…基部 １４…工具部
１５、２４…切刃 １６…切刃部
２０…傾斜面 ２２…Ｃ面取
３０…金型 ３２…空気孔
３６…工作機械
Ｄ…外径 Ｌ…切刃部の長さ
Ｃ…Ｃ面取寸法

Claims (6)

1. 金属製のワークに孔を開けるためのボーリング工具であって、
   先端外周にＣ面取が設けられ、
   該Ｃ面取に接続され、内径側に向かって奥の方向に傾斜すると共に周方向の傾斜角度が０°である複数の平坦な傾斜面と、
   前記傾斜面によって形成される傾斜凹部とを備え、
   複数の前記傾斜面は、工具先端面の中心の１点で交わるようにして前記傾斜凹部を形成していることを特徴とするボーリング工具。
2. 請求項１記載のボーリング工具において、
   側面に切刃を備え、該切刃を備える部分の長さが外径の７倍以上であり、
   外径が０．０２〜０．１８ｍｍであり、前記Ｃ面取の寸法は、外径の０．０７５倍〜０．３５倍であることを特徴とするボーリング工具。
3. 請求項１又は２記載のボーリング工具において、
   前記Ｃ面取の寸法は、外径の０．１５倍〜０．２８倍であることを特徴とするボーリング工具。
4. 先端外周にＣ面取が設けられ、
   該Ｃ面取に接続され、内径側に向かって奥の方向に傾斜すると共に周方向の傾斜角度が０°である複数の平坦な傾斜面と、
   前記傾斜面によって形成される傾斜凹部とを備え、
   複数の前記傾斜面は、工具先端面の中心の１点で交わるようにして前記傾斜凹部を形成しているボーリング工具によって、アルミニウム合金に貫通孔を開けることを特徴とする孔開け加工方法。
5. 請求項４記載の孔開け加工方法において、
   前記ボーリング工具の外径が０．０２〜０．１８ｍｍであり、前記Ｃ面取の寸法は、外径の０．０７５倍〜０．３５倍であることを特徴とする孔開け加工方法。
6. 請求項５記載の孔開け加工方法において、
   所定の工具により、前記アルミニウム合金に対して有底の中心穴を設ける第１工程と、
   前記中心穴によって位置決めをして前記ボーリング工具により貫通孔を開ける第２工程と、
   を有することを特徴とする孔開け加工方法。

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