JP6447566B2 - 穴加工工具 - Google Patents

Description

本発明は、穴を切削加工する穴加工工具に関する。

従来の穴加工工具には、例えば特許文献１に示すものがある。すなわち、切削ヘッドとシャンクとを備え、切削ヘッドは、シャンクの先端側に固着されているガンドリルである。切削ヘッドの先端側から後端側に延在する１つの切りくず排出溝と、切りくず排出溝と切削ヘッドの先端面との交差稜線部に切れ刃とを有する。切りくず排出溝は、先端側から後端側に、工具中心軸線と平行に延在している。切りくず排出溝のすくい面は、切れ刃の一部に沿うチップブレーカを有する。チップブレーカは、隆起するチップブレーカ壁面を有する。

特開２０１４−１２４６８９号公報

特許文献１の穴加工工具は、切りくず処理性が改善され、切削条件である送りを高めることができるため、加工能率を高めるうえで一定の効果が得られる。しかし、まだ切りくず処理性が不十分な場合があった。

本発明の穴加工工具は、先端面を有する切削ヘッドと、切削ヘッドが先端側に固着されたシャンクと、切削ヘッドの先端側から後端側に延在する少なくとも１つの切りくず排出溝と、切りくず排出溝と先端面との交差稜線部に切れ刃とを有する穴加工工具であって、切りくず排出溝は、切れ刃の少なくとも一部に沿うチップブレーカを有する。切りくず排出溝と平行に先端側からみて、チップブレーカは、切れ刃に対して隆起するチップブレーカ壁面を有する。切れ刃に対するチップブレーカ壁面の高さをブレーカ高さとすると、ブレーカ高さは、０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である。

本発明の穴加工工具は、チップブレーカ壁面が適切な高さにされることで切りくず処理性が改善され、特に切削条件のうちの送りを高めることができるため、加工能率を高められる。

図１は、本発明の実施形態における穴加工工具の斜視図である。 図２は、図１の穴加工工具の平面図である。 図３は、図２の工具先端周辺の部分拡大平面図である。 図４は、図１の穴加工工具の切削ヘッド周辺の部分拡大右側面図である。 図５は、図１の穴加工工具の正面図である。 図６は、図５の工具先端周辺の部分拡大正面図である。 図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ切断線における切断面の模式図である。

本発明の穴加工工具の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１から図６に示すように、この実施形態における穴加工工具１は、１つ（１組）の切れ刃４および１つの切りくず排出溝５を有する１枚刃ガンドリルである。穴加工工具１は、略円柱状の全体形状を有し、先端６側から後端７側に延在する工具中心軸線Ｏが定められる。穴加工工具１は、シャンク３の先端側に切削ヘッド２が、ろう付けによって固着されている。シャンク３の後端側には、ドライバを有する。ドライバは、工具中心軸線Ｏを中心とする略円柱状である。なお、図がわかりやすくなるように、この実施形態における穴加工工具１は、シャンク３の長さが比較的短いものを例示している。すなわち、この実施形態における穴加工工具１は、工具径に対する工具の突き出し長さ（Ｌ／Ｄ）が約１０倍である。しかし、工具径に対する工具の突き出し長さが、１０倍を超えるような長い穴加工工具にも適用可能である。工具径に対する工具の突き出し長さや工具の全長は、加工される穴の形状（深さ）に応じて、適宜変更が可能である。

切りくず排出溝５は、工具中心軸線Ｏとおおむね平行な方向に延在している。すなわち図２から図４において、切りくず排出溝５が切削ヘッド２の先端６側から穴加工工具１の後端７側に延在しており、切りくず排出溝５が延在する方向は工具中心軸線Ｏの延在する方向と一致している。切れ刃４は、切削ヘッド２の先端面１０と切りくず排出溝５との交差稜線部の一部に少なくとも形成されている。切れ刃４は、切りくず排出溝５のすくい面５ａと、先端面１０の逃げ面１０ａとの交差稜線部である。図２および図３に示すように、すくい面５ａに対向する方向からみた平面視において、切れ刃４は屈曲している。換言すると、図５および図６に示すように、工具中心軸線Ｏと切れ刃４の外周側端部とを含む仮想平面を基準平面Ｂと定めるとき、図２および図３に示すように、基準平面Ｂに対向する方向からみて、切れ刃４は屈曲している。切れ刃４は、先端６を含んでいる。ここでは、切れ刃４のうち外周側に位置し、外周側から工具中心軸線Ｏ側に向かうにつれ先端６側に向かう部分を、外刃４ｂと呼ぶ。また、切れ刃４のうち工具中心軸線Ｏ側に位置し、外周側から工具中心軸線Ｏ側に向かうにつれ後端７側に向かう部分を、内刃４ｃと呼ぶ。外刃４ｂは、２つの段差部によって、３つの部分（分割切れ刃部分）４ｄ、４ｅ、４ｆに分割されている。ここでは、各々の分割切れ刃部分を、外周側から順に第１、第２および第３の分割切れ刃部分４ｄ、４ｅ、４ｆと呼ぶ。

切りくず排出溝５のすくい面５ａは、チップブレーカ８を有する。チップブレーカ８は、切れ刃４に沿って、外周部まで配置されている。工具中心軸線Ｏの近傍の切りくず排出溝５のすくい面５ａは、傾斜面９を有する。傾斜面９と先端面１０との交差稜線部は、切れ刃４の中心刃部分４ａと呼称する。チップブレーカ８の工具中心軸線Ｏ側は、傾斜面９に接続している。すなわち、チップブレーカ８は、切れ刃４の外周側の一部に沿うように配置されている。切れ刃４は、傾斜面９に接続する中心刃部分４ａと、チップブレーカ８が配置されている切れ刃部分とからなる。図６に示すように、穴加工工具１を先端６側からみた先端視において、中心刃部分４ａは、外周側から工具中心軸線Ｏ側に近づくにつれ、基準平面Ｂから漸次離間する。なおかつ中心刃部分４ａは、工具中心軸線Ｏから離間している。すなわち、図６の先端視において、中心刃部分４ａは、工具中心軸線Ｏよりも下側に位置する。ただし、この実施形態における穴加工工具１は、工具径が約８．５ｍｍであるのに対して、中心刃部分４ａと工具中心軸線Ｏとの距離は、約０．０５ｍｍと非常に小さい。したがって、図６のような縮尺では、中心刃部分４ａが工具中心軸線Ｏから離間していることが表現されず、中心刃部分４ａは、工具中心軸線Ｏの近傍に描かれている。そこで、図７の模式図は、中心刃部分４ａと基準平面Ｂ（工具中心軸線Ｏ）との距離を誇張して、中心刃部分４ａは工具中心軸線Ｏよりも下側に位置することがわかりやすいように描かれている。この実施形態における穴加工工具１は、先端視において、外刃４ｂが、基準平面Ｂにほぼ沿うように配置されている。すなわち、先端視において、外刃４ｂは基準平面Ｂと略平行である。先端視において、外刃４ｂは基準平面Ｂと完全に重なっていてもよい。先端視において、内刃４ｃのうちの中心刃部分４ａは、外刃４ｂに対して傾斜している。すなわち先端視において、切れ刃４は屈曲している。なお、穴加工工具１の工具径は、約８．５ｍｍに限定されず、加工される穴の形状（穴径）に応じて、適宜変更が可能である。また、中心刃部分４ａと工具中心軸線Ｏとの距離は、約０．０５ｍｍに限定されず、加工される被削材や切削条件などに応じて、適宜変更が可能である。

切りくず排出溝５のすくい面５ａと平行に先端６側からみるとき、チップブレーカ８は、切れ刃４に対して隆起するチップブレーカ壁面８ａを有する。すなわち、チップブレーカ８は、切れ刃４から工具中心軸線Ｏと平行に後端７側に延在した後、後端７側に向かうにつれ、工具回転方向の前方に向かって漸次隆起している。前述のとおり、この実施形態における穴加工工具１の切りくず排出溝５は、工具中心軸線Ｏと平行に延在している。したがって、この実施形態の穴加工工具１において、切りくず排出溝５のすくい面５ａに平行に先端側からみることは、先端視を意味している。しかし、本発明の穴加工工具は、切りくず排出溝が工具中心軸線と平行に延在するものに限定されない。切りくず排出溝が側面視においてねじれている場合などには、ねじれ（リード角）に沿って、実質的に切れ刃４に対して隆起するチップブレーカ壁面８ａを有していれば、チップブレーカ壁面８ａは、どのような形状にされてもよい。この実施形態における穴加工工具１は、先端視において、切れ刃４に対するチップブレーカ壁面８ａの高さが約０．２５ｍｍである。ここでは、切れ刃４に対するチップブレーカ壁面８ａの高さを、ブレーカ高さＡと呼称する。ブレーカ高さＡは、０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下が好ましい。ブレーカ高さＡは、０．１５ｍｍ未満では、切りくず処理性を改善する効果が小さい。逆に、ブレーカ高さＡは、０．３５ｍｍを超えると、切りくずを先端側に押し返す力が強くなり過ぎて、加工される穴の中から切りくずが排出されることを妨害する。なお、切れ刃４に対するチップブレーカ壁面８ａの高さは、チップブレーカ壁面８ａの全体にわたって一定の高さに形成されることに限定されない。外周側から工具中心軸線Ｏ側に向かうにしたがい、チップブレーカ壁面８ａの高さが変化するようにされてもよい。例えば、外周側のチップブレーカ壁面８ａの高さを高くし、工具中心軸線Ｏ側の高さを低くすることができる。または、その逆の変化にもできる。チップブレーカ壁面８ａの高さは、被削材や切削条件に応じて、適宜変化させることができる。ただし、チップブレーカ壁面８ａの高さが変化する場合は、高さの最大値をブレーカ高さＡとし、０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下とすることが好ましい。

切削ヘッド２の材料は、少なくともその切れ刃４付近に、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化ほう素を含有する焼結体などの硬質材料、それら硬質材料の表面にＰＶＤやＣＶＤによるコーティングを施された材料、またはダイヤモンドを含有する焼結体などを用いることが好ましい。なお切れ刃４付近以外の部分の材料も、同様の硬質材料などとされることが好ましい。

次に、本発明の穴加工工具の作用および効果について説明する。この実施形態における穴加工工具１は、切れ刃４に沿うようにチップブレーカ８が設けられているため、切りくずを小さく折断することができる。したがって、ガンドリルなどによる深い穴加工においても、切りくずの排出性がよく、特に切削条件のうちの送りを向上させることができて、高能率に穴の切削加工を行うことができる。しかし、チップブレーカ壁面８ａの高さ（ブレーカ高さＡ）が高過ぎると、切りくずを小さく折断する効果は高まるが、反面として、切りくずを先端側に押し戻す力が働き、必ずしも切りくず排出性が向上しないことがある。そこで、ブレーカ高さＡの適正な範囲を、実験によって求めた結果、０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下が好ましいことをつきとめた。ブレーカ高さＡをこの範囲にすることで、切りくずを細かく分断し、なおかつ切りくず排出溝５によって、スムーズに切りくずを加工される穴の外に排出できる。

なお工具中心軸線Ｏの近傍の切れ刃４、すなわち中心刃部分４ａは、工具中心軸線Ｏから離間させることが好ましい。なぜなら、工具中心軸線Ｏ上では、切削速度がゼロになるため、切れ刃４が欠損しやすくなるためである。また、穴加工工具１の製造ばらつきなどにより、工具中心軸線Ｏに切れ刃４を合わせることが難しい場合もある。これらのことから、中心刃部分４ａは、意図的に工具中心軸線Ｏから離間させることが好ましい。すなわち、工具の回転中心部は、被加工物に芯を残し、その芯をへし折るように切削加工されることが好ましい。工具中心軸線Ｏと中心刃部分４ａとの距離は、被削材などに応じて、適宜変更が可能である。

中心刃部分４ａを工具中心軸線Ｏから離間させるには、傾斜面９を設けることが効果的である。すなわち中心刃部分４ａを、傾斜面９と先端面１０との交差稜線部とすることで、チップブレーカ８が配置された切れ刃部分とは独立に、先端視における切れ刃の位置を調整することができる。図７の模式図に示すように、基準平面Ｂと直交し、かつ工具中心軸線Ｏと平行に傾斜面９を切断する図６のＶＩＩ−ＶＩＩ切断線の切断面において、傾斜面９は、基準平面Ｂに対して鋭角αをなしている。基準平面Ｂに対する傾斜面９のこの傾斜角度αは、５°以上３０°以下が好ましい。傾斜角度αは、５°未満とされると、中心刃部分４ａを工具中心軸線Ｏから離間させることが難しくなる。逆に、傾斜角度αは、３０°を超えると、切りくずを先端側に押し返す力が発生し、切りくずの排出性が急激に低下する。

前述のとおり、切れ刃４のうち、外刃４ｂは、３つの分割切れ刃部分４ｄ、４ｅ、４ｆを有する。このように切れ刃４が第１から第３の分割切れ刃部分４ｄ、４ｅ、４ｆに分割されることで、各々の切れ刃４の長さを短くし、切りくずの幅を小さく分断することができる。したがって、ますます切りくずの排出性が向上する。複数の分割切れ刃部分４ｄ、４ｅ、４ｆは、チップブレーカ８と協働することによって、ガンドリルなどによる深い穴加工においても、切りくずの排出性を向上し、特に切削条件のうちの送りを向上させることができて、高能率に穴の切削加工を行うことができる。なお、切れ刃４を分割する数については、３つに限定されず、２つにされても、４つ以上にされてもよく、分割する数は、被削材や工具径、切削条件などに応じて適宜変更が可能である。また工具径によっては、切れ刃４が分割されなくてもよい。

この実施形態における穴加工工具１は、分割切れ刃部分４ｄ、４ｅ、４ｆの各々の切れ刃４の長さが約１ｍｍとされている。したがって、分割切れ刃部分４ｄ、４ｅ、４ｆの各々の切れ刃４の長さは、ブレーカ高さＡに対して、約４倍とされている。少なくとも１つの分割切れ刃部分４ｄ、４ｅ、４ｆの切れ刃４の長さは、ブレーカ高さＡに対して、２倍以上２０倍以下が好ましい。すべての分割切れ刃部分４ｄ、４ｅ、４ｆの切れ刃４の長さは、ブレーカ高さＡに対して、２倍以上２０倍以下が、さらに好ましい。このような分割切れ刃部分４ｄ、４ｅ、４ｆの長さにされることで、チップブレーカ８との相乗効果が高まり、切りくずを細かく折断できるようになる。分割切れ刃部分４ｄ、４ｅ、４ｆの各々の切れ刃の長さは、ブレーカ高さＡに対して２倍未満のときは、切れ刃４を分割することにより切りくずを細かく折断する効果は得られるが、チップブレーカ８を設ける効果が失われる。逆に、分割切れ刃部分４ｄ、４ｅ、４ｆの各々の切れ刃の長さは、ブレーカ高さＡに対して２０倍を超えると、切れ刃４を分割することにより切りくずを細かく折断する効果が低下する。

この実施形態における穴加工工具１は、すくい面５ａに対向する方向からみたとき（平面視において）、切れ刃４からのチップブレーカ８の幅が約１ｍｍとされている。したがって、チップブレーカ８の幅は、ブレーカ高さＡに対して、約４倍とされている。少なくとも一部分のチップブレーカ８の幅は、ブレーカ高さＡに対して、２倍以上２０倍以下が好ましい。すべての部分のチップブレーカ８の幅は、ブレーカ高さＡに対して、２倍以上２０倍以下が、さらに好ましい。このようなチップブレーカ８の幅にされることで、切りくずを細かく折断できる。チップブレーカ８の幅は、ブレーカ高さＡに対して２倍未満のときは、チップブレーカ８の壁面８ａに切りくずが激しく衝突し、びびり振動などが発生しやすくなる場合がある。逆に、チップブレーカ８の幅は、ブレーカ高さＡに対して２０倍を超えると、チップブレーカ８の壁面８ａの作用が弱く、切りくずを細かく折断する効果が失われる。なお、切れ刃４からのチップブレーカ８の幅とは、すくい面５ａに対向する方向からみたとき（平面視において）、切れ刃４に直交する方向における切れ刃４からチップブレーカ壁面８ａの最高部までの寸法とする。ただし、切れ刃が屈曲または湾曲している場合は、切れ刃の両端を結んだ直線に直交する方向の幅とする。また、切れ刃の位置によってチップブレーカ８の幅が異なる場合は、最も狭い部分の幅について、ブレーカ高さＡに対して、２倍以上２０倍以下が好ましい。

この実施形態における穴加工工具１は、チップブレーカ８の部分のすくい角が０°とされている。すなわち、図４のように基準平面Ｂに平行な側面視において、チップブレーカ８のすくい面が、切れ刃４から工具中心軸線Ｏと平行な方向に延在している。しかし、これに限定されない。チップブレーカ８にすくい角が付与されてもよい。チップブレーカ８にすくい角を付与する場合は、正のすくい角にすることが好ましい。すなわち、図４において、切れ刃４から離れて右に向かうにつれ、下に下がるようにすくい角が付与されることが好ましい。チップブレーカ８のすくい角は、０°以上１０°以下が好ましい。チップブレーカ８のすくい角は、このような角度にされると、切削抵抗が軽減し、なおかつ切りくず処理性が向上する。

以上に説明した穴加工工具１は、ガンドリルマシンなどの工作機械に着脱自在に装着されて、被加工物に対して相対運動を与えられて、切削加工（穴あけ）を行う。工作機械に装着される部分はドライバなどと呼ばれる。工作機械には、マシニングセンタや旋盤などが用いられてもよく、穴加工工具はガンドリルに限定されない。

本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜、構成の変更、追加および削除が可能であることはいうまでもない。例えば、２つ以上の切れ刃を有するドリルなどにも適用可能である。

１ 穴加工工具
２ 切削ヘッド
３ シャンク
４ 切れ刃
４ａ 中心刃部分
４ｂ 外刃
４ｃ 内刃
４ｄ 第１の分割切れ刃部分
４ｅ 第２の分割切れ刃部分
４ｆ 第３の分割切れ刃部分
５ 切りくず排出溝
５ａ すくい面
６ 先端
７ 後端
８ チップブレーカ
８ａ チップブレーカ壁面
９ 傾斜面
１０ 先端面
１０ａ 逃げ面
Ａ ブレーカ高さ
Ｂ 基準平面
Ｏ 工具中心軸線
α 傾斜面の傾斜角度

Claims (7)

1. 先端面（１０）を有する切削ヘッド（２）と、前記切削ヘッド（２）が先端側に固着されたシャンク（３）と、前記切削ヘッド（２）の先端（６）側から後端側に延在する少なくとも１つの切りくず排出溝（５）と、前記切りくず排出溝（５）と前記先端面（１０）との交差稜線部に切れ刃（４）とを有する穴加工工具（１）であって、
   前記切りくず排出溝（５）は、前記切れ刃（４）の少なくとも一部に沿うチップブレーカ（８）を有し、
   前記切りくず排出溝（５）と平行に前記先端（６）側からみて、前記チップブレーカ（８）は、前記切れ刃（４）に対して隆起するチップブレーカ壁面（８ａ）を有し、
   前記切れ刃（４）に対する前記チップブレーカ壁面（８ａ）の高さをブレーカ高さ（Ａ）とすると、前記ブレーカ高さ（Ａ）は、０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下であり、
   前記先端（６）側から後端側に延在する工具中心軸線（Ｏ）を定め、
   前記工具中心軸線（Ｏ）近傍の前記切れ刃（４）に接続する前記切りくず排出溝（５）は、傾斜面（９）を有し、
   前記傾斜面（９）は、前記切れ刃（４）から離間するにつれ外方に向かう方向に傾斜し、
   前記工具中心軸線（Ｏ）と前記切れ刃（４）の外周側端部とを含む基準平面（Ｂ）と直交し、かつ前記工具中心軸線（Ｏ）と平行に前記傾斜面（９）を切断する切断面において、前記傾斜面（９）は、前記基準平面（Ｂ）に対して鋭角をなし、その傾斜角度（α）は、５°以上３０°以下であり、
   前記切れ刃（４）は、前記傾斜面（９）と前記先端面（１０）との交差稜線部に中心刃部分（４ａ）を有し、
   先端視において、前記中心刃部分（４ａ）は、前記工具中心軸線（Ｏ）と離間している穴加工工具。
2. 前記切りくず排出溝（５）は、前記先端（６）側から後端側に延在する工具中心軸線（Ｏ）と平行な方向に延在する請求項１に記載の穴加工工具。
3. 前記先端（６）側から後端側に延在する工具中心軸線（Ｏ）と、前記切れ刃（４）の外周側端部と、を含む基準平面（Ｂ）を定め、前記基準平面（Ｂ）に対向する方向からみて、前記切れ刃（４）は、外周側から前記工具中心軸線（Ｏ）側に向かうにつれ前記先端（６）側に向かう外刃（４ｂ）と、前記外周側から前記工具中心軸線（Ｏ）側に向かうにつれ後端側に向かう内刃（４ｃ）とを有する１枚刃のガンドリルである請求項１または２に記載の穴加工工具。
4. 前記外刃（４ｂ）は、少なくとも２つの部分（４ｄ、４ｅ、４ｆ）へ、段差部によって分割される請求項３に記載の穴加工工具。
5. 先端視において、段差部によって分割された前記外刃（４ｂ）の少なくとも１つの分割切れ刃部分（４ｄ、４ｅ、４ｆ）は、切れ刃（４）の長さが、前記ブレーカ高さ（Ａ）に対して、２倍以上２０倍以下である請求項４に記載の穴加工工具。
6. 前記切れ刃（４）からの前記チップブレーカ（８）の幅は、前記ブレーカ高さ（Ａ）に対して、２倍以上２０倍以下である請求項１から５のいずれか一項に記載の穴加工工具。
7. 前記チップブレーカ（８）のすくい角は、０°以上１０°以下である請求項１から６のいずれか一項に記載の穴加工工具。

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