JP5411130B2 - 切屑除去加工用のドリル本体 - Google Patents

Description

本発明は、一方で、ドリル本体の回転中心軸線と同心でかつ前端面に移行する包絡面と、他方で、切屑溝に隣接する前切刃とを備えるタイプのドリル本体であって、該切屑溝は包絡面において、より正確には、ドリル本体の回転方向に見て切刃の前方領域において皿もみ加工され、かつ前端面に延出する、ドリル本体に関する。

実際に、このようなドリル本体は、とりわけ、鋼、鋼合金、アルミニウム、鋳鉄、チタン等の金属の被加工物に切屑除去加工により孔を作製するために利用される。

概ね上述したタイプのドリル本体は、主に二つの種類に分類されることができる。すなわち、一方は自身で完全な、使用できる穿孔工具を形成する幾らか細長い本体であり、他方はより長い本体に接続され、本体と共に完全な穿孔工具を形成するかなり短いアタッチメントである。この接続は、切刃の摩耗後にドリル全体を廃棄する場合には、永久的なものとしてもよいし、あるいは、摩耗後に簡単に交換でき保持基体の長期にわたる使用を許容する、摩耗体、すなわち、いわゆるルーズトップ（ｌｏｏｓｅ ｔｏｐ）を該ドリル本体が形成する場合には、例えば、半田付けにより半永久的なものとしたり、着脱可能にしてもよい。

さらに他の点においてドリルおよびドリル本体は次のように異なる種類に分類されることができる。等角で離間した二つ以上の同一切刃を含むことにより対称的な幾何学形状を有するドリルもあれば、一方では、半径方向位置および／またはその形状の点で互いに異なる数個の切削インサートを含むことにより非対称的な幾何学形状を有するドリルもある。さらに、その全体または一部にらせん状で断面が凹状の切屑溝を有する形状のドリル（ツイストドリル）もあれば、また、平坦な制限表面によって画成される真っ直ぐな切屑溝を有する形状のドリルもある。

すべてのタイプのドリルに共通するのは、ブランクすなわち被加工物から切屑を除去するために設けられた個々の切刃は、ドリルの回転方向に見て切屑溝内の背部分表面を形成する切屑溝の前部の壁にまたは該壁に隣接して位置するという自明の事実である。切屑が作製される孔の底面から除去されると、その結果、切屑は、切屑溝の制限表面と穿孔中に形成される円筒状の孔壁とにより画成される、中空空間に収容される。切屑溝の目的は、放出された切屑を最善の方法で孔から排出し、切屑の詰まりその他障害となる現象を回避することである。この理由により、可能な限り、切屑は軸線方向に切屑溝内を移動させることが望ましい。しかしながら、切屑は本来軸線方向に移動する傾向を持っておらず、強制的に押圧して切屑溝内を通過させる必要がある。例えば、切屑溝がらせん状に設けられた、先の尖った、対称形ツイストドリルにより発生した、いわゆる開始時切屑、すなわち、係合または侵入と同時に最初に発生する切屑の先端部分、は当然幅が細く、切刃が完全に係合するまでの間、切屑の幅は増大する。こうしてできた完全な切屑は、らせん状または絡まった毛髪状の形状を得、その直径は、孔壁と切屑溝の凹状の制限表面とにより画成される溝空間の断面積により決定される。開始時切屑は本来軸線方向に移動する傾向を全く持たない。それどころか、同切屑は半径方向に押し出され、孔壁に衝突して向きを変える傾向を持ち、これが不十分な切屑制御の原因となる。

二つの切刃および二つのらせん状切屑溝を有する対称形ツイストドリルを示す、例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３において、ドリルの切屑溝の様々な実施例が開示されている。以前より知られるこれらのドリルに共通するのは、同一の略凹断面形状を有する夫々の切屑溝が、滑らかに弧を描く境界線を介してそれらが移行する前端面まで延在することである。凹断面形状は、切屑溝を設けるために使用する研削ディスクの輪郭形状により主に決定される。切屑溝の研削は、切屑がそのらせん状の外周縁を研削された表面に沿って出来る限り摩擦のないよう滑動することを許容するのが目的である。これに関し、ドリルのいくつかのタイプの切屑溝は摩擦抵抗を減らすために滑らかに研磨される。しかしながら、以前より知られるドリルの欠点は、それらが従来提供する開始時切屑の制御が優れているとは言えない点であり、幅の細い開始時切屑は孔壁に向かって押し出されやすい、すなわち、軸線方向ではなく半径方向に移動する傾向がある。切屑が孔壁とドリル本体の円筒状の包絡面との間に入り込む可能性すらある。

米国登録特許第６９８８８５９号 米国公開特許２００３／０１７５０８６号 スウェーデン国登録特許第５２８１５６号

本発明は以前より知られるドリル本体の上述の欠点を回避し、改善されたドリル本体を提供することを目的とする。従って、本発明の主たる目的は、優れた開始時切屑の制御を確実にすること、ひいては、切屑詰まりや、開始時切屑の孔壁とドリル本体の包絡面との間への侵入など、障害となる現象の発生リスクを減少させるドリル本体を提供することである。

本発明によれば、上述の目的は請求項１の特徴部分に定義される特徴により達成される。本発明によるドリル本体の好適な実施例はさらに従属請求項２ないし１０において定義される。

ツイストドリルの形で実現された本発明によるドリル本体の斜視図である。 ドリル本体の前端部すなわち先端部を示す拡大された斜視詳細断面図である。 ドリル本体の前部の部分側面図である。 ドリル本体の先端から見た端面図である。 図３における断面Ａ−Ａである。 先端部の一部を示す、さらに拡大された詳細断面図である。 図３における長手方向部分断面Ｂ−Ｂである。

図１に例示するドリル本体１は回転対称的な、略円筒形の基本形状を有するツイストドリルの形をしている。この例において、本体は堅固で、前端３と後端４との間に延在する包絡面２を含む。包絡面２は本体の回転中心軸線Ｃと、さらに正確には、回転方向Ｒにおいて同心である。前部においては、ドリル本体は、二つの切刃５を含む、いわゆる先端部を含み、該切刃から切屑溝６が本体に沿って後方に延びる。より正確には、切屑溝は先端部から延び、後部の円筒形固定部７で終結する。実際に、図示されるドリル本体は、完全な、使用できるドリルを成し、その長さは同本体の直径Ｄの３倍から８倍に達してもよい。

ドリル本体の、３で示される、前端部は数個の部分表面を含む端面に相当し、該部分表面は二つ一組で同一であるが故、切刃５の一つに関連して説明されるのみである。各々の切刃５の裏には第一逃げ面８がこのように形成され（図２参照）、該第一逃げ面は適度な逃げ角を有し、より大きな逃げ角を有する第二逃げ面９に、より正確には境界線１０を介して、移行する。さらなる境界線１１を介して、第二逃げ面９は、第二逃げ面９よりもさらに急勾配に傾斜する第三逃げ面１２に移行する。実施例において、二つの切刃５は真っ直ぐで、かつ略Ｓ字形のチゼルエッジ１３を介して相互に移行する。該チゼルエッジは厳密に中心軸線Ｃに沿って位置するセンターポンチ（目に見えない）を含んでもよい。

個々の切屑溝６は包絡面２において皿もみ加工され、本例では中心軸線Ｃの周りをらせん状に延在する。より正確には、個々の切屑溝は凹断面形状を有し、かつ、外側制限縁１５，１６の間に延在する滑らかに弧を描く制限表面１４により画成される。これらのうち、縁１５は、切刃５に接続し、かつ、いわゆるガイドバーより成る、第一の縁を形成し、これには幅の細い逃げ面１７が含まれる。実際に、該第１の縁すなわちガイドバー１５は鋭利で、第二の制限縁１６のそれより幾分大きな直径を有する。略Ｕ字形の凹断面形状のおかげで、切屑溝１４は対向する二つの側面すなわち片面、言い換えると、第一の制限縁１５に隣接するいわゆる第一の部分表面１４ａ、および第二の制限縁１６に隣接する第二の部分表面１４ｂ、を含む。該部分表面１４ａ、１４ｂの間の境界線は１４ｃで示される。個々の切屑溝６は、その前端部で、ドリル本体の前端面に延出する。より正確には、第一の部分表面１４ａはその末端で切刃５にぶつかり、一方、対向する第二の部分表面１４ｂは、湾曲した境界線１８を介して、端面３の第三の逃げ面１２に延出する。

二つの冷却液ダクト１９は第二逃げ面９において開口する。該冷却液ダクトはらせん状にドリル本体を貫通して後端４まで延び、そこで末端が注入口（目に見えない）にぶつかる。該注入口はドリル本体が使用される機械の冷却液供給源に連結することができる。図示されるドリル本体の今までの説明に関する限り、同ドリル本体はすべての本質的要素において既知である。

本発明によれば、凹部２０が個々の切屑溝６の前部に形成され（図２，図３および図６参照）、該凹部は互いに鈍角を成して延在する二つの部分表面２１、２２を含む。該部分表面の一方は、凹部内に底面２１を形成し、他方は、切刃５に対向し切刃により除去される切屑のための停止面２２を形成する。図示される、好適な実施例において、凹部２０は、ドリル本体の端面３に延出するシュートの形状を有し、かつ同端面に向かって連続的にその深さを増す。より正確には、シュートは、真っ直ぐな境界線２３を介して自身が移行する第三逃げ面１２に延出する。シュートは、その後端において、切屑溝６が凹状すなわちアーチ状の形状を有する結果として湾曲する境界線２４を介して、切屑溝に延出する。

実際に、シュート２０は研削ディスクを用いた研削により形成されるのが好ましく、その研削ディスクの輪郭形状によりシュートの断面形状は決定される。その際、研削ディスクは、シュートが停止面２２に対向する第三の部分表面２５をさらに含むように、材料に深く挿入される。図示される実施例では、研削は直線的に行われ、部分表面２２，２５は真っ直ぐに延び、かつ、底面２１は平坦になる。

図３で明示されるように、シュート２０は切刃５のそばに位置し、同切刃５に抵触しない。

シュートの底面２１と停止面２２との間の角α（図６参照）は鈍角でなければならないが、最大で１３５°にすべきである。実際には、せいぜい１１０°の鈍角αが好ましい。シュートの幅Ｗは０．１×Ｄ（ドリル直径）未満にすべきではなく、最大で０．３×Ｄにすべきである。停止面２２と底面２１との間の移行部２６は、最小の半径を有する半径移行部の形をとる直線的な内側縁の形状を有するのが有利である。

図７に見られるように、シュートの底面２１はドリル本体の中心軸線Ｃに鋭角βをなして延在する。角βは少なくとも１０°、最大で５０°にすべきである。角βは１５〜３０°の範囲内であると有利である。実施例では、βは１６°である。

また、図７における平面に９０°の角をなす平面において、図３に見られるように、シュートの底面はドリル本体の中心軸線に対して傾斜する。従って、半径移行部２６に画定される、シュートの長さ方向延長線は、中心軸線Ｃに対して鋭角γを形成する。この鋭角は３０°を超えてはならず、有利的には５〜２０°の範囲内にすることができる。

実施例では、ドリル本体の二つの収れんする切刃５の間の鈍角は１２２°に達する。実際には、この角（ドリルの刃先角）はそれより大きくも小さくも変更することができる。当然、切刃間の角は切屑形成にとって非常に重要である。それ故、上述のシュート２０の幾何学形状および配置はまさにこの１２２°の刃先角に適合させることを強調すべきである。

［本発明の機能および利点］
回転させられると同時に直線的な軸線方向への送り動作が付与されることによって、ドリルが被加工物に侵入すると、中央のチゼルエッジ１３およびそれにつづく主切刃５の連続的に次第に大きくなる部分により最初に生じる、開始時切屑が除去される。従って、最初のうち、切屑は細長く最小直径を有し、その後だんだん幅が広くなり、直径が次第に増大するらせん形の形状をなす。完全な係合が得られると、すなわち、切刃５がその全長に沿って切屑を除去すると、個々の切屑は付属の切屑溝の中で圧縮され、孔壁と切屑溝の制限表面１４とによって画定される溝空間内で後方に押しやられる。開始時切屑が発生すると、同切屑は切屑溝の制限表面に沿って円滑に滑動することはできないが、シュート２０の停止面２２とさらに底面２１とに突き当たる。これに関連して、とりわけ停止面２２は、ある程度ではあるが底面２１もまた、切屑を、切屑溝の第二の制限縁１６へ向かう半径方向ではなく、切屑溝の中央に向かって後方または内側方向に切屑をガイドする。言い換えると、シュート２０は、開始時切屑に半径方向ではなく軸線方向へ移動する傾向を付与することにより、瞬時の切屑制御を確実にする。

［本発明の実施可能な修正］
本発明は上述および図示された実施例のみに限定されるものではない。従って、案内停止面はドリル本体の前端面から幾分離れた凹部内に形成してもよい。言い換えれば、凹部は必ずしも端面に延出するシュートの形状をとる必要はない。さらに、凹部またはシュートの部分表面は様々な点で修正可能である。例えば、底面に、図示された平面形状ではなく、僅かにアーチ状をなす凹面形状を与えてもよい（これまでは底面の縁はアーチ状になる）。導入部で指摘されたように、ドリル本体は、適切な接続手段を介して保持基体に着脱可能に接続できる短い摩耗体すなわちルーズトップであってもよい。また、本発明は任意の数の切刃および切屑溝を有するドリルに適用することができ、その場合、切屑溝はらせん形でも真っ直ぐでもよい。最後に、本発明は短穴ドリルだけではなく、ドリル本体が非常に長いシャンクに連結される長穴ドリルにも適用できることも明記されるべきである。

Claims (9)

1. 切屑除去加工用のドリル本体であって、
   一方で、前記ドリル本体の回転中心軸線（Ｃ）と同心でかつ前端面（３）に移行する包絡面（２）と、
   他方で、切屑溝（６）に隣接する前切刃（５）とを備え、
   前記切屑溝（６）は前記包絡面（２）において、より正確には、前記ドリル本体の回転方向（２）に見て前記切刃（５）の前方領域において皿もみ加工され、かつ前記前端面（３）に延出する、
   ドリル本体において、
   前記切屑溝（６）の前部には、互いに鈍角（α）をなして延在する二つの部分表面（２１，２２）を含む凹部（２０）が形成され、
   前記部分表面の一方は前記凹部内の底面（２１）を形成し、他方は、回転方向に見て後方の前記切刃（５）に対向し前記切刃により除去される切屑のための停止面（２２）を形成し、
   各々の前記切屑溝（６）は、らせん状であり、かつ凹状断面を有する制限表面（１４）によって画成され、前記凹部（２０）は湾曲境界線（２４）を介して前記制限表面（１４）への境界を定められ、
   前記凹部（２０）は前記回転中心軸線（Ｃ）に対して傾斜し、前記停止面（２２）及び前記底面（２１）が前記切屑溝（６）の中央に向かって後方又は内側方向に開始時切屑をガイドすることを特徴とするドリル本体。
2. 前記凹部は、前記端面（３）に延出しかつ前記端面（３）に向かって連続的に深さを増す、シュート（２０）の形状をなす、ことを特徴とする請求項１に記載のドリル本体。
3. 前記停止面（２２）および前記底面（２１）は直線的な内縁部（２６）を介して互いに境を接する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のドリル本体。
4. 前記停止面（２２）と前記底面（２１）との間の前記鈍角（α）は最大で１３５°である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のドリル本体。
5. 前記停止面（２２）と前記底面（２１）との間の前記鈍角（α）は少なくとも１１０°である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のドリル本体。
6. 前記凹部（２０）は研削ディスクを用いた研削により設けられ、かつ前記停止面（２２）および前記底面（２１）によるだけでなく、前記停止面（２２）に対向する第三の部分表面（２５）によっても画成される、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のドリル本体。
7. 前記シュート（２０）の前記底面（２１）および前記ドリル本体の前記中心軸線（Ｃ）は互いに１０〜５０°の範囲内で角（β）を形成する、ことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載のドリル本体。
8. 前記シュート（２０）の前記停止面（２２）は前記ドリル本体の前記中心軸線（Ｃ）に関して、最大で３０°の鋭角をなして延在する、ことを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載のドリル本体。
9. 前記ドリル本体が対称形の基本形状を有し、かつ中心切刃（１３）に収れんする二つの切屑除去切刃（５）と、二つの切屑溝（６）とを備える、前記請求項のいずれか１項に記載のドリル本体において、前記二つの切屑溝（６）の各々は切屑案内停止面（２２）を有する前凹部（２０）を含む、ことを特徴とするドリル本体。

Images