JP6411818B2 - ドリルおよびそれを用いた切削加工物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削加工に用いられるドリルおよび切削加工物の製造方法に関する。

従来、金属部材などの被削材に加工孔を形成する切削加工に用いられるドリルとして、特許文献１及び２に開示されたドリルが知られている。特許文献１に開示されたドリルは、先端に切刃が設けられた切削部と、切削部よりも後端側に位置するシャンク部と、切削部とシャンク部との間に位置するフランジ部とを備え、中心軸を有する棒形状の工具本体を備えている。また、工具本体には、フランジ部の周面および切削部の先端に開口する貫通孔（流路）が設けられており、フランジ部の周面に設けられた開口部から冷却用の油剤（冷却液）を供給することによって、切刃を冷却している。

一方、最近では特許文献３に開示されたドリルが知られるようになってきている。特許文献３に開示されたドリルにおいては、冷却液が供給される開口部がフランジ部の周面ではなく工具本体の後端面に設けられている。特許文献３に開示されたドリルを用いて切削加工を行う場合においては、ドリルのシャンク部が取り付けられる工作機械に冷却液を供給する供給口が設けられる必要がある。この供給口を工具本体の後端面に設けられた開口部に連結することによって、工具本体の内部に設けられた流路に冷却液を供給することができる。

特開平６−１８２６１３号公報 特開平７−３１４２３２号公報 特開２０１０−２３４４６１号公報

特許文献１に開示されたドリルが取り付けられる工作機械に特許文献３に開示されたドリルを取り付けた場合においては、冷却液を流路に供給することが困難となる。そのため、特許文献３に記載のドリルを用いるためには、ドリルが取り付けられる工作機械を改めて導入しなければならない。工作機械は非常に高価であることから、切削加工物の製造コストが大きくなってしまうという課題が生じていた。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、安価に切削加工物を製造することが可能なドリルを提供することを目的とする。

本発明の一態様に基づくドリルは、先端に切刃を有する切削部、該切削部よりも後端側に位置するシャンク部、および、前記切削部と前記シャンク部との間に位置するフランジ部を備え、中心軸を有する棒形状のドリル本体と、前記シャンク部が挿入されるとともに前記フランジ部の後端面に当接する円筒形状の冷却用アタッチメントとを備えている。

そして、前記ドリル本体は、後端面から先端側に向かって内部に設けられた、冷却液が
流れる流路を有し、前記シャンク部は、前記アタッチメントに挿入された部分から後端にかけて延在する切欠き部を有する第１部分と、該第１部分よりも先端側に位置して前記切欠き部が形成されていない第２部分とを有し、前記アタッチメントは、外周面側および内周面側に開口し、前記冷却液が流れる貫通孔を有し、該貫通孔における前記内周面側の開口部が前記切欠き部上に位置していることを特徴としている。

上記態様のドリルにおいては、ドリルが取り付けられる工作機械が、ドリル本体の後端面における流路の開口に対向するように位置する冷却液の供給口を有しない場合であっても、アタッチメントにおける外周面側の開口部から冷却液を供給することによって、切欠き部を通って流路に冷却液を流入させることができる。そのため、冷却液によって切刃を冷却することができる。また、工作機械が冷却液の供給口を有する場合には、アタッチメントを外した状態でドリル本体を工作機械に取り付ければよい。この場合には、工作機械における冷却液の供給口から流路に冷却液が直接に供給されるからである。

本発明の第１の実施形態のドリルを示す斜視図である。 図１に示すドリルにおける後端方向からの背面図である。 図２に示すドリルにおけるＡ１方向からの側面図である。 図２に示すドリルにおけるＡ２方向からの側面図である。 図１に示すドリルにおけるアタッチメントを示す斜視図である。 図５に示すアタッチメントにおける先端方向からの正面図である。 図５に示すアタッチメントにおけるＡ３方向からの側面図である。 図５に示すアタッチメントにおけるＡ４方向からの側面図である。 図１に示すドリルを工作機械に取り付けた状態を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態のドリルを示す斜視図である。 図１０に示すドリルにおける後端方向からの背面図である。 図１１に示すドリルにおけるＡ５方向からの側面図である。 図１１に示すドリルにおけるＡ６方向からの側面図である。 図１０に示すドリルにおけるアタッチメントを示す斜視図である。 図１４に示すアタッチメントにおける先端方向からの正面図である。 図１４に示すアタッチメントにおけるＡ７方向からの側面図である。 図１４に示すアタッチメントにおけるＡ８方向からの側面図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。

以下、本発明の各実施形態のドリル１について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明のドリル１は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

第１の実施形態のドリル１は、図１〜４に示すように、ドリル本体３（以下、単に本体３とも言う）と、冷却用の第１のアタッチメント５Ａとを備えている。

本体３は、中心軸Ｘを有しており、この中心軸Ｘに沿って延びた棒形状の構成となっている。本体３は、切削部７と、シャンク部９と、フランジ部１１とを備えている。切削部７は、被削材と接触する部位であり、被削材の切削加工において主たる役割を有する部位である。シャンク部９は、切削部７よりも後端側に位置している。シャンク部９は、工作
機械１０１の回転するスピンドル等（不図示）の形状に応じて設計される部位であり、スピンドル等によって把持される。

フランジ部１１は、切削部７とシャンク部９との間に位置しており、中心軸Ｘに直交する方向の径が、切削部７およびシャンク部９の径よりも大きい。フランジ部１１は、本体３を工作機械１０１に取り付ける際に、中心軸Ｘに沿った方向での工作機械１０１に対する位置決めをする機能を有している。

切削部７は、棒形状であって先端に切刃１３を有している。本実施形態における切削部７は、切刃１３を含む先端側の部位が後端側の部位に対して着脱可能な構成となっている。すなわち、切削部７が、ホルダ１５およびホルダ１５の先端部分に取り付けられた切削インサート１７によって構成されており、切削インサート１７が切刃１３を有している。なお、切削部７は、別体形成されたホルダ１５および切削インサート１７によって構成されていてもよいが、一体形成された構成であっても何ら問題ない。

切削部７の外周には、切屑の排出溝１９が設けられている。排出溝１９は、先端側の端部が切刃１３に接続されており、切刃１３から切削部７の後端へ向かって中心軸Ｘの周りに螺旋状に延びている。排出溝１９は、切刃１３によって生成される切屑を外部に排出することを主な目的としている。そのため、排出溝１９における切刃１３に接続する部分は、切刃１３のすくい面として機能する。切削加工時において、切刃１３で形成された切屑は、排出溝１９を通って切削部７の後端側へと排出される。

切削部７の外径は６．０ｍｍ〜６０ｍｍに設定される。また、中心軸Ｘに平行な方向での切削部７の長さをＬとし、切削部７の外径をＤとした場合に、Ｌ＝２Ｄ〜１２Ｄに設定される。

切削インサート１７を除く本体３の材質としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの材質の中で靱性の高い鋼を用いることが好ましい。切削インサート１７を構成する部材の材質としては、例えば、超硬合金あるいはサーメットなどが挙げられる。超硬合金の組成としては、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）にコバルト（Ｃｏ）の粉末を加えて焼結して生成されるＷＣ−Ｃｏ、ＷＣ−Ｃｏに炭化チタン（ＴｉＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ、あるいはＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏに炭化タンタル（ＴａＣ）を添加したＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏがある。また、サーメットは、セラミック成分に金属を複合させた焼結複合材料であり、具体的には、炭化チタン（ＴｉＣ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）などのチタン化合物を主成分とした焼結複合材料が挙げられる。

シャンク部９は、切削部７よりも後端側に位置している。シャンク部９は、切削部７と同様に棒形状である。本実施形態におけるシャンク部９の外径は、切削部７の外径よりも大きな値となっているが、これに限られるものではない。切削部７の外径が、シャンク部９の外径よりも大きな値となっていてもよい。

また、シャンク部９は、外周面に先端側から後端側に向かって延在する切欠き部２１を有している。このとき、切欠き部２１は、シャンク部９における第１のアタッチメント５Ａに挿入された部分から後端にかけて延在している。ただし、切欠き部２１はシャンク部９の先端まで形成されている必要はない。本実施形態におけるシャンク部は、先端部分に切欠き部２１が形成されておらず、中心軸Ｘに直交する断面が略円形状のままとなっている部分を有している。

切欠き部２１は、シャンク部９を工作機械１０１に取り付ける際に、中心軸Ｘを中心とする円の周方向での工作機械１０１に対する位置決めをする機能を有しているが、本実施
形態のドリル１においては、後述するように、冷却液を流すスペースとしての機能も有している。

本実施形態における切欠き部２１は、中心軸Ｘに直交する断面が略円形状である棒形状のシャンク部９の一部を切欠いたような構成となっている。ただし、切欠き部２１とは、シャンク部９の一部を実際に切削・除去することによって形成されるものには限定されない。具体的には、本実施形態においては、シャンク部９の外周面が曲面形状である一方で、切欠き部２１は平坦な面形状になっている。このとき、図４に示すように、側面視における切欠き部２１の中心軸Ｘに直交する方向の幅は、先端側から後端側に向かうにしたがって小さくなっている。このように切欠き部２１の幅が狭くなっていることによって、切欠き部２１の先端側から後端側へと進む冷却液の水圧を高めることができる。

なお、切欠き部２１の形状は上記の構成に限定されるものではない。たとえば、冷却液の流れるスペースを確保するため、中心軸Ｘに直交する断面において切欠き部２１は、中心軸Ｘに向かって窪んだ形状であってもよい。また、切り欠き部２１は、シャンク部９の先端側から後端側に向かって延びる溝形状であってもよい。

フランジ部１１は、円板形状であって切削部７とシャンク部９との間に位置している。フランジ部１１は、切削部７およびシャンク部９の外径よりも大きな外径を有する構成となっている。フランジ部１１は、切削部７の排出溝１９を流れてきた切屑がシャンク部９上にまで進行することを防ぐ障壁としての機能も有している。

本実施形態における本体３は、切削部７のホルダ１５、シャンク部９およびフランジ部１１が一体形成されているが、特にこのような構成に限定されるものではない。これらの部材が別体形成されていても何ら問題ない。

本体３の内部にはドリル１の使用時において冷却液が流れる流路２３が設けられている。流路２３は、本体３の中心軸Ｘに対して平行に直線形状に設けられている。冷却液を良好に流れさせることが可能であれば、流路２３の形状としては特に限定されるものではない。本実施形態においては、冷却液の流れる方向に直交した流路２３の断面は円形状であり、直径が１〜４ｍｍ程度に設定されている。

流路２３は一対の開口部を有している。一方の開口部２５は、本体３におけるシャンク部９の後端面において開口している。また、他方の開口部は、切削部７の先端側において開口している。冷却液は、一方の開口部２５から流路２３に供給され、他方の開口部から外部に放出される。他方の開口部から放出された冷却液によって、切削加工時に切刃１３が冷却される。

冷却液としては、例えば、油性形、不活性極圧形または活性極圧形などの不水溶性油剤、あるいは、エマルジョン、ソリューブルまたはソリューションなどの水溶性油剤からなり、被削材の材質に応じて適宜選択して用いられる。

本実施形態における第１のアタッチメント５Ａは、図５〜８に示すように、円筒形状であり、冷却液を流路２３に供給するために用いられる部材である。円筒形状の第１のアタッチメント５Ａの筒内部には、シャンク部９が挿入される。また、第１のアタッチメント５Ａの先端側の端面とフランジ部１１の後端面とが当接する。

このとき、第１のアタッチメント５Ａはフランジ部１１の後端面に対して環状に当接する。これは、第１のアタッチメント５Ａとフランジ部１１との間から冷却液が外部に漏れることを防ぐためである。また、第１のアタッチメント５Ａの後端側の端面は、本体３を
工作機械１０１に取り付ける際に工作機械１０１に当接する。このとき、第１のアタッチメント５Ａは工作機械１０１に対して環状に当接する。

第１のアタッチメント５Ａは、外周面側および内周面側に開口する貫通孔２７を有している。このとき、貫通孔２７における内周面側の開口部分がシャンク部９の切欠き部２１上に位置している。本実施形態において、貫通孔２７における内周面側の開口部分がシャンク部９の切欠き部２１上に位置しているとは、側面視した場合に、貫通孔２７における内周面側の開口の少なくとも一部が切欠き部２１と重なり合っていることを意味している。本実施形態においては、冷却液の流れる方向に直交した貫通孔２７の断面は円形状であり、直径が２〜１０ｍｍ程度に設定されている。

図９に示すように、切削加工時において、貫通孔２７における外周面側の開口部分から供給された冷却液が、貫通孔２７を通って切欠き部２１に流入する。なお、冷却液の流れを黒矢印にて示している。切欠き部２１に流入した冷却液は、工作機械１０１とシャンク部９の切欠き部２１との間のスペースを通って本体３の後端へと進み、シャンク部９の後端面において開口している流路２３の一方の開口部２５へと流入する。流路２３に流れた冷却液は、流路２３の他方の開口部から放出され、切刃１３を冷却する。

このように、従来から用いられてきた冷却液を供給する供給口が設けられていない構成の工作機械を使用する場合であっても、第１のアタッチメント５Ａの貫通孔２７から供給された冷却液を流路２３へと流すことができるので、切刃１３を良好に冷却することができる。

また、近年用いられるようになっている、冷却液を供給する供給口が設けられている構成の工作機械を使用する場合においては、第１のアタッチメント５Ａを外して本体３を工作機械に取り付ければよい。工作機械の供給口から本体３の流路２３に冷却液が直接供給されるからである。この場合には、第１のアタッチメント５Ａが外されていることから、第１のアタッチメント５Ａの貫通孔２７を冷却液が逆流して貫通孔における外周側の開口部分から外部に漏れることが防止される。

第１のアタッチメント５Ａの材質としては、例えば、真鍮または樹脂を用いることができる。

また、排出溝１９を流れてきた切屑が第１のアタッチメント５Ａに接触することを抑制するため、第１のアタッチメント５Ａは、切削部７よりも後端側に位置していることが好ましい。すなわち、第１のアタッチメント５Ａは、フランジ部１１よりも前端側に位置する部分を有していない。本実施形態のドリル１においては、第１のアタッチメント５Ａは、フランジ部１１よりも後端側に位置している。

また、特に図示はしないが、本体３と第１のアタッチメント５Ａとの間にシール材や銅ワッシャーなどを挿入してもよい。これにより、本体３と第１のアタッチメント５Ａとの間でのシール性を向上させることができる。

次に、第２の実施形態のドリル１について、図面を用いて詳細に説明する。

本実施形態のドリル１は、図１０〜１３に示すように、本体３と、第２のアタッチメント５Ｂとを備えている。本実施形態における本体３は、第１の実施形態における本体３と同じ構成である。そのため、本実施形態における本体３の説明は省略する。

第１の実施形態のドリル１が第１のアタッチメント５Ａを備えている一方で、本実施形
態のドリル１は第２のアタッチメント５Ｂを備えている。すなわち、本実施形態のドリル１は、第１の実施形態のドリル１と比較して冷却用アタッチメントの構成が異なる。なお、第２のアタッチメント５Ｂは、第１のアタッチメント５Ａに対して下記の通り形状が異なるが、第２のアタッチメント５Ｂの材質としては、第１のアタッチメント５Ａと同様に、鋼、鋳鉄などを用いることができる。

第２のアタッチメント５Ｂは、第１のアタッチメント５Ａと同様に、冷却液を流路２３に供給するために用いられる部材である。図１４〜１７に示すように、第２のアタッチメント５Ｂは、第１のアタッチメント５Ａと同様に円筒形状である。また、第２のアタッチメント５Ｂは、第１のアタッチメント５Ａと同様に外周面側および内周面側に開口する貫通孔２７を有している。このとき、第１の実施形態と同様に、貫通孔２７における内周面側の開口部がシャンク部９の切欠き部２１上に位置している。

そのため、第１の実施形態のドリル１と同様に、切削加工時において、貫通孔２７における外周面側の開口部から供給された冷却液が、流路２３の他方の開口部から放出され、切刃１３を冷却する。

第１のアタッチメント５Ａは、フランジ部１１よりも後端側に位置しており、第１のアタッチメント５Ａの先端側の端面とフランジ部１１の後端面とが当接している。しかしながら、第２のアタッチメント５Ｂは、内周面側に段差部２９を有しており、フランジ部１１の後端面および外周面に対してそれぞれ当接している。すなわち、第２のアタッチメント５Ｂの段差部２９の側面とフランジ部１１の後端面とが当接するとともに、第２のアタッチメント５Ｂの内周面とフランジ部１１の外周面とが当接している。

第２のアタッチメント５Ｂの内周面とフランジ部１１の外周面とが当接していることによって、中心軸Ｘを中心とする円の径方向での第２のアタッチメント５Ｂのフランジ部１１に対する位置決めを図ることができる。また、この部分で位置決めを図っていることから、アタッチメントとシャンク部９との間で径方向での位置決めを図る必要が無くなる。そのため、第２のアタッチメント５Ｂとシャンク部９との間にスペースを設け易くなる。したがって、切欠き部２１上に冷却液を流し易くすることができる。

なお、第２のアタッチメント５Ｂは、第１の実施形態における第１のアタッチメント５Ａと同様に、切削部７よりも後端側に位置していることが好ましい。すなわち、第２のアタッチメント５Ｂは、フランジ部１１よりも前端側に位置する部分を有していない。これは、排出溝１９を流れてきた切屑が第２のアタッチメント５Ｂに接触することを抑制するためである。本実施形態のドリル１においては、第２のアタッチメント５Ｂは、フランジ部１１の外周面と当接しているが、切削部７よりも後端側に位置している。

＜切削加工物の製造方法＞
次に、本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法について、上述の第２の実施形態のドリル１を用いる場合を例に挙げて詳細に説明する。以下、図１８〜２０を参照しつつ説明する。

切削加工物は、被削材２０１を切削加工することによって作製される。本実施形態における切削加工物の製造方法は、以下の工程を備えている。すなわち、
（１）被削材２０１を回転させる工程と、
（２）回転している被削材２０１に上記実施形態に代表されるドリル１の切刃１３を接触させる工程と、
（３）ドリル１を被削材２０１から離す工程と、
を備えている。

より具体的には、まず、図１８に示すように、被削材２０１を軸Ｙ１の周りで回転させるとともに、被削材２０１にドリル１を相対的に近付ける。次に、図１９に示すように、ドリル１における切刃１３を回転している被削材２０１に接触させて、被削材２０１を切削する。そして、図２０に示すように、ドリル１を被削材２０１から相対的に遠ざける。なお、被削材２０１の軸Ｙ１は、ドリル１の中心軸Ｘと同一直線上に位置している。

（２）の工程において、冷却液が第２のアタッチメントにおける外周面側の開口部から供給される。供給された冷却液は、第２のアタッチメントの貫通孔を通って切欠き部に流れる。冷却液は、切欠き部を通ってドリル本体の後端面側へと進み、ドリル本体の後端面に設けられた開口から流路を通って他方の開口部から外部に放出される。他方の開口部から放出された冷却液によって、切刃１３が冷却される。

本工程において、良好な仕上げ面を得る観点から、ドリル１の切削部のうち後端側の一部の領域が被削材２０１を貫通しないように設定することが好ましい。すなわち、この一部の領域を切屑排出のための領域として機能させることで、当該領域を介して優れた切屑排出性を奏することが可能となる。

本実施形態においては、軸Ｙ１を固定するとともに被削材２０１を回転させた状態でドリル１をＹ２方向に移動させることによって被削材２０１に近付けている。また、図１９においては、回転している被削材２０１にドリル１における切刃１３を接触させることによって被削材２０１を切削している。また、図２０においては、被削材２０１を回転させた状態でドリル１をＹ３方向に移動させることによって遠ざけている。

なお、本実施形態の製造方法における切削加工では、それぞれの工程において、ドリル１を動かすことによって、ドリル１を被削材２０１に接触させる、あるいは、ドリル１を被削材２０１から離しているが、当然ながらこのような形態に限定されるものではない。

例えば、（１）の工程において、被削材２０１をドリル１に近付けてもよい。同様に、（３）の工程において、被削材２０１をドリル１から遠ざけてもよい。切削加工を継続する場合には、被削材２０１を回転させた状態を維持して、被削材２０１の異なる箇所にドリル１における切刃１３を接触させる工程を繰り返せばよい。

なお、被削材２０１の材質の代表例としては、炭素鋼、合金鋼、ステンレス、鋳鉄、または非鉄金属などが挙げられる。

以上、本発明の一実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

１・・・ドリル
３・・・ドリル本体（本体）
５Ａ・・・第１のアタッチメント
５Ｂ・・・第２のアタッチメント
７・・・切削部
９・・・シャンク部
１１・・・フランジ部
１３・・・切刃
１５・・・ホルダ
１７・・・切削インサート
１９・・・排出溝
２１・・・切欠き部
２３・・・流路
２５・・・一方の開口部
２７・・・貫通孔
２９・・・段差部
１０１・・・工作機械
２０１・・・被削材
２０３・・・加工穴

Claims (4)

1. 先端に切刃を有する切削部、該切削部よりも後端側に位置するシャンク部、および、前記切削部と前記シャンク部との間に位置するフランジ部を備え、中心軸を有する棒形状のドリル本体と、
   前記シャンク部が挿入されるとともに前記フランジ部の後端面に当接する円筒形状の冷却用アタッチメントとを備えたドリルであって、
   前記ドリル本体は、後端面から先端側に向かって内部に設けられた、冷却液が流れる流路を有し、
   前記シャンク部は、前記アタッチメントに挿入された部分から後端にかけて延在する切欠き部を有する第１部分と、該第１部分よりも先端側に位置して前記切欠き部が形成されていない第２部分とを有し、
   前記アタッチメントは、外周面側および内周面側に開口し、前記冷却液が流れる貫通孔を有し、該貫通孔における前記内周面側の開口部が前記切欠き部上に位置していることを特徴とするドリル。
2. 前記アタッチメントは、前記フランジ部の外周面にも当接していることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 前記アタッチメントは、前記切削部よりも後端側に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載のドリル。
4. 被削材を回転させる工程と、
   回転している前記被削材に請求項１〜３のいずれかに記載の切削工具における前記切刃を接触させる工程と、
   回転している前記被削材から前記切削工具を離す工程とを備えた切削加工物の製造方法。