JP5661755B2 - リップと二次切れ刃との間に負の軸方向すくい角の移行部を有するツイストドリル - Google Patents

Description

本発明は、ツイストドリル、特に、ツイストドリルのドリル先端の一次切れ刃（リップ）と二次切れ刃との間の移行部に関する。

ツイストドリルは、典型的に、このようなドリルで得られる比較的複雑な形状を形成するために、ブランクを中心に所定のパターンで移動される研削砥石を利用する研削動作によって製造される。特に、フルートとそのフルートに隣接する関連するギャッシュとを形成することによって、ドリル先端の主面が得られる。

図１〜図３を参照すると、典型的な先行技術のドリル５は、長手方向軸線１５に沿って延びる本体１０と、その本体１０の端部１２から延びるドリル先端２０とを有する。第１の研削動作によって形成された少なくとも１つのフルート２５は、本体１０に沿って延び、ドリル先端２０で終端する。フルート２５とドリル先端２０との交点は一次切れ刃又はリップ３０を形成する。さらに、ドリル先端２０は、長手方向軸線１５から外側にチゼルエッジ外端４０まで延びるチゼルエッジ３５によって画定される。チゼルエッジ外端４０から二次切れ刃４５が延びている。この二次切れ刃４５は第２の研削動作によって形成され、この第２の研削動作により、ギャッシュ５０が形成され、そして二次切れ刃４５が形成されるだけでなく、二次切れ刃４５に正の軸方向すくい角も設けられる。図１〜図３に示したドリル５は一対のフルート２５と一対の一次切れ刃３０と一対の二次切れ刃４５とを有する。明瞭にするために、ドリルの１つのみの側面について説明し、したがって、他の組の要素が対の第１の組の要素と対称であることを理解した上で、一組の要素のみについて説明する。

リップ又は一次切れ刃３０は、フルート２５を形成するために使用される同じ研削工程（ｐａｓｓ）によって形成され、二次切れ刃４５は、ギャッシュ５０を同時に形成する第２の研削工程によって形成される。しかし、これにより、一次切れ刃３０と二次切れ刃４５との交点に形成される不連続部５５が生じる。この不連続部５５の結果として、ドリルが方向Ｒに回転するときに不連続部５５がワークピースに接触し、材料が不連続部５５を中心に蓄積して、望ましくない隆起エッジ（ｂｕｉｌｔ−ｕｐ ｅｄｇｅ）を形成する。この隆起エッジは、切削動作を妨げるだけでなく、ドリル先端の表面を長時間にわたって熱劣化させる集中熱源としても作用する。

典型的に、一次切れ刃３０は、０〜１０度の軸方向すくい角Ｙを有してもよく、一方、二次切れ刃４５は、フルートのねじれ角に依存する正の軸方向すくい角を有する。真っ直ぐなフルートについて、ねじれ角はゼロとなる。これらの２つの切れ刃の関係に応じて、不連続部５５は更に大きくなる。一次切れ刃３０が、大きな正の軸方向すくい角を有し、二次切れ刃４５が中立又は正のすくい角を有する場合、これらの２つの切れ刃の交点が、より突出した不連続部５５を形成し、隆起エッジ（ｂｕｉｌｔ−ｕｐ ｅｄｇｅｓ）を形成しやすい。

一次切れ刃の正のすくい角と二次切れ刃のすくい角とによって提供される利点を提供し、さらに、これらの望ましいドリルの特徴に対して逆効果となる不連続部を生じさせないこのような利点を提供し続けるための設計が必要となる。

ワークピース内に穴を形成するためのドリルは、長手方向軸線に沿って延びる本体と、その本体に沿って延びる少なくとも１つのフルートと、本体の端部から延びるドリル先端とを有する。ドリル先端は、長手方向軸線を中心とする周囲及び端部セグメントを有する。各セグメントは、長手方向軸線から外側にチゼルエッジ外端まで延びるチゼルエッジと、周囲から内側に延びる一次切れ刃と、チゼルエッジ外端から外側に延びる二次切れ刃であって、正又は中立の軸方向すくい角を有する二次切れ刃と、一次切れ刃と二次切れ刃とを接続する三次切れ刃であって、負の軸方向すくい角を有する三次切れ刃とを有する。

このようなドリルを製造するための方法は、１）１つの研削工程において、二次切れ刃のすくい角を形成するギャッシュを研削するステップと、２）別の研削工程において、二次切れ刃の部分を研削して、負の軸方向すくい角を有する三次切れ刃を形成するステップとを含む。

従来のドリル先端を有するツイストドリルの先行技術の斜視図である。 図１に示したツイストドリルの端部の拡大図である。 図１に示したツイストドリルの端面図である。 本発明によるツイストドリルの斜視図である。 図４に示したドリルのドリル先端の拡大図である。 図４に示したドリルの端面図である。 図６の線「７−７」に沿った断面図である。 図６の線「８−８」に沿った断面図である。 図６の線「９−９」に沿った断面図である。

図４及び図５は、本発明によるドリルの斜視図を示している。一方、図６は、本発明によるドリルの端面図を示している。

特に、図４〜図６は、ワークピース内に穴を形成するためのドリル１０５を示している。ドリル１０５は、長手方向軸線１１５に沿って延びる本体１１０を有する。少なくとも１つのフルート１２０が本体１１０に沿って延びる。しかし、本発明は、最大４つのフルートを有するドリルに適用可能である。上述のように、明瞭にするために、対向するフルートに関連する切れ刃が対称であることを理解した上で、１つのフルートに関連する切れ刃のみについて説明する。特に、端部セグメント１３０（図６）は、線１２９の上の領域によって画定され、並びに最初の一次切れ刃１４５、二次切れ刃１５０及び三次切れ刃１５５の右側に画定される。このことから分かるように、他方の端部セグメント１３０ａは線１２９の上の切れ刃の左側にあるが、端部セグメント１３０の説明で十分であることを理解した上で説明を行わない。

ドリル先端１２５は本体１１０の端部１１２から延びる。ドリル先端１２５は、長手方向軸線１１５を中心とする周囲１２７（図６）及び端部セグメント１３０、１３０ａを有する。各端部セグメント１３０、１３０ａは、長手方向軸線１１５から外側にチゼルエッジ外端１４０まで延びるチゼルエッジ１３５を備える。一次切れ刃１４５は周囲１２７から内側に延びる。二次切れ刃１５０はチゼルエッジ外端１４０から外側に延びる。図６の線「７−７」に沿った断面図である図７を参照すると、二次切れ刃１５０は、０〜１０度の値を有し得る正又は中立の軸方向すくい角Ｘを有する。

さらに、図８は、一次切れ刃１４５に対して垂直な断面図を示している。一次切れ刃１４５は、フルートのねじれ角に依存する正の軸方向すくい角Ｙを有する。真っ直ぐなフルートについて、ねじれ角はゼロとなる。一次切れ刃１４５の軸方向すくい角Ｙが、主に、ドリル１０５の本体１１０に沿ったフルート１２０の形成によって決定されることを理解されたい。

図６を参照すると、本発明に関する特に重要なものは一次切れ刃１４５と二次切れ刃１５０との間の移行領域である。先行技術で説明されているように、これらの２つの切れ刃の間の移行部は、しばしば、機械加工動作中に隆起エッジを生じさせる鋭い角部又は不連続部を形成している。本発明によれば、端部セグメント１３０は、一次切れ刃１４５と二次切れ刃１５０とを含むだけでなく、一次切れ刃１４５と二次切れ刃１５０とを接続する三次切れ刃１５５を有する移行セグメント１６０も含む。しかし、正の軸方向すくい角を有する一次切れ刃１４５、及び正又は中立の軸方向すくい角を有し得る二次切れ刃とは異なり、図９に示したような三次切れ刃１５５は、−５〜−１５度、好ましくは約−１０度であり得る負の軸方向すくい角Ｚを有する。

フルート１２０の形成と共に、一次切れ刃１４５が形成され、ギャッシュ１５２の形成と共に、二次切れ刃１５０が形成される間、−５〜−１５度の範囲の負の軸方向すくい角Ｚを形成する三次切れ刃１５５には、その三次切れ刃１５５を有する移行セグメント１６０を形成する別の研削動作が必要となる。

三次切れ刃１５５を参照すると、本体１１０の周囲１２７はドリル外径１６５を画定し、図６に示したように、本体１１０の端部１１２から見ると、三次切れ刃１５５は、ドリル外径１６５の５〜２０％の半径Ｓを有する半径方向円弧１７０を有し、好ましくは、円弧１７０の半径Ｓは外径１６５の１０％である。さらに、図９に示したように、側面から見ると、移行セグメント１６０は、半径Ｔを有する軸方向円弧１７５を有してもよい。図６に示した半径方向円弧１７０の形成により、一次切れ刃１４５と二次切れ刃１５０との間に、先行技術で提供されていない滑らかな移行部が提供される。図６に示した軸方向円弧１７０はすくい角Ｚを形成してもよく、このすくい角Ｚは、依然として負であるが、軸方向円弧１７０の長さに沿って６〜９度で変化してもよい。

図９に示したように、三次切れ刃１５５は、軸方向円弧１７５を形成する研削動作によって形成されるが、平坦且つ平面である移行セグメント１６０を形成することも可能である（図示せず）。

上述したように、ドリル１０５は方向Ｒに回転し、この方向は前方回転方向と呼ばれる。各一次切れ刃１４５の後方（図６）にはクリアランス１８０があり、このクリアランス１８０は、一次切れ刃１４５から回転方向Ｒと反対方向に延びるにつれて、（チゼルエッジ１３５から離れて）下方に角度がつけられている。ドリル本体１１０の他の部分が干渉することなく、ドリル先端１２５が切れ刃のみに沿ってワークピースに係合することを可能にすることが、このクリアランス１８０の目的である。クリアランス１８０は、一次切れ刃１４５の後方に少なくとも逃げ面１８５を備え、第１のクリアランス１９０を提供するために、意図された回転方向Ｒから下方に角度がつけられている（図８）。さらに、クリアランス１８０は、一次切れ刃１４５から角度がつけられて延びるクリアランス面１９５を含んでもよく、このクリアランス面１９５は第２のクリアランス２００を画定する。あるいは、クリアランス１８０は単一の非平面の起伏面を備えてもよい。

図３に示したように、ドリル１０５は、２つのフルートを有し得るか、あるいは、全部で４つのフルートを有してもよい。このような状況下で、端部セグメント１３０が各ドリルフルート１２０に関連する。

さらに、本発明は、長手方向軸線１１５に沿って延びる本体１１０を有し、かつその本体１１０に沿って延びる少なくとも１つのフルート１２０を有するドリル１０５を製造するための方法に関する。ドリル１０５は、本体１１０の端部１１２から延びるドリル先端１２５を含み、ドリル先端１２５は、長手方向軸線１１５を中心とする周囲１２７及び端部セグメント１３０を有する。各端部セグメント１３０は、長手方向軸線１１５から外側にチゼルエッジ外側角部１４０まで延びるチゼルエッジ１３５を備え、周囲１２７から内側に延びる一次切れ刃１４５を含む。さらに、ドリル先端１２５は、チゼルエッジ外端１４０から外側に延びる二次切れ刃１５０を含み、二次切れ刃１５０は正又は中立の軸方向すくい角Ｘを有する。その上、ドリル先端１２５は、一次切れ刃１４５と二次切れ刃１５０とを接続する三次切れ刃１５５を含み、三次切れ刃１５５は負の軸方向すくい角Ｚを有する。このようなドリル１０５を製造するための方法は、第１の研削工程において、二次切れ刃１５０の軸方向すくい角Ｘを形成するギャッシュ１５２を研削するステップと、別の研削工程において、二次切れ刃１５０の部分を研削して、負の軸方向すくい角Ｙを有する三次切れ刃１５５を形成するステップとを含む。特に、この別の研削工程は、−５〜−１５度、好ましくは約−１０度の三次切れ刃１５５の軸方向すくい角を形成するステップを含む。

概して、負の軸方向すくい角Ｚをこの三次切れ刃１５５に設け、その三次切れ刃１５５を一次切れ刃１４５と、正の軸方向すくい角Ｘを有する二次切れ刃１５０との間に配置することにより、機械加工動作中における隆起エッジの発生が最小化され、工具の寿命が延びる。

本発明の特定の実施形態について詳細に説明してきたが、本開示の全体の教示を考慮すれば、それらの実施形態の詳細に対する種々の変更及び代替形態を行い得ることが当業者によって理解されるであろう。本明細書で説明した現在好ましい実施形態は、例示的なものに過ぎず、添付の特許請求の全範囲及びそれらのあらゆる等価物を提供すべき本発明の範囲を限定するものではないことが意図される。

Claims (16)

1. ワークピース内に穴を形成するためのドリルであって、前記ドリルが、
   ａ）長手方向軸線に沿って延びる本体と、
   ｂ）前記本体に沿って延びる少なくとも１つのフルートと、
   ｃ）前記本体の端部から延びるドリル先端であって、前記長手方向軸線を中心とする周囲及び端部セグメントを有するドリル先端と、
   を備え、各端部セグメントが、
   １）前記長手方向軸線から外側にチゼルエッジ外端まで延びるチゼルエッジと、
   ２）前記周囲から内側に延びる一次切れ刃と、
   ３）前記チゼルエッジ外端から外側に延びる二次切れ刃であって、正又は中立の軸方向すくい角を有する二次切れ刃と、
   ４）前記一次切れ刃と前記二次切れ刃とを接続する三次切れ刃であって、負の軸方向すくい角を有する三次切れ刃と、を備え、
   前記本体の周囲がドリル外径を画定し、前記本体の前記端部から見ると、前記三次切れ刃が、前記ドリル外径の５〜２０％の半径を有する半径方向円弧を有する、ドリル。
2. 前記三次切れ刃の前記軸方向すくい角が−５〜−１５度である、請求項１に記載のドリル。
3. 前記三次切れ刃の前記軸方向すくい角が約−１０度である、請求項２に記載のドリル。
4. 前記半径方向円弧の前記半径が前記ドリル外径の１０％である、請求項１に記載のドリル。
5. 側面から見ると、前記三次切れ刃が軸方向円弧を有する、請求項１に記載のドリル。
6. 前記軸方向円弧に沿った前記軸方向すくい角が前記軸方向円弧に沿って約６〜９度で変化する、請求項５に記載のドリル。
7. 側面から見ると、前記三次切れ刃が真っ直ぐである、請求項１に記載のドリル。
8. 前記二次切れ刃が０〜１０度の軸方向すくい角を有する、請求項１に記載のドリル。
9. 前記一次切れ刃の後方のクリアランスをさらに含む、請求項１に記載のドリル。
10. 前記一次切れ刃の後方に第１の逃げ面があり、前記第１の逃げ面が前記チゼルエッジから前記本体に向かって角度がつけられて延び、前記第１の逃げ面が第１のクリアランスを画定する、請求項９に記載のドリル。
11. 前記第１の逃げ面の後方に第２の逃げ面があり、前記第２の逃げ面が前記チゼルエッジから前記本体に向かって角度がつけられて延び、前記第２の逃げ面が第２のクリアランスを画定する、請求項１０に記載のドリル。
12. 前記ドリルの前記本体が２つのフルートを有する、請求項１に記載のドリル。
13. 前記一次切れ刃が、前記フルートの向きに基づく軸方向すくい角を有する、請求項１に記載のドリル。
14. 長手方向軸線に沿って延びる本体と、前記本体に沿って延びる少なくとも１つのフルートと、前記本体の端部から延びるドリル先端とを有するドリルを製造するための方法であって、前記ドリル先端が、前記長手方向軸線を中心とする周囲及び端部セグメントを有し、各端部セグメントが、前記長手方向軸線から外側にチゼルエッジ外端まで延びるチゼルエッジと、前記周囲から内側に延びる一次切れ刃と、前記チゼルエッジ外端から外側に延びる二次切れ刃であって、正又は中立の軸方向すくい角を有する二次切れ刃と、前記一次切れ刃と前記二次切れ刃とを接続する三次切れ刃であって、負の軸方向すくい角を有する三次切れ刃とを備え、前記本体の周囲がドリル外径を画定し、前記本体の前記端部から見ると、前記三次切れ刃が、前記ドリル外径の５〜２０％の半径を有する半径方向円弧を有し、前記方法が、
    ａ）１つの研削工程において、前記二次切れ刃の前記すくい角を形成するギャッシュを研削するステップと、
    ｂ）別の研削工程において、前記二次切れ刃の部分を研削して、負の軸方向すくい角を有する三次切れ刃を形成するステップと、
    を含む方法。
15. 前記二次切れ刃を研削して、前記三次切れ刃を形成する前記ステップが、−５〜−１５度の前記三次切れ刃の軸方向すくい角を形成するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記三次切れ刃の前記軸方向すくい角が約−１０度になるように研削される、請求項１５に記載の方法。

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