JP6546732B2 - 工具 - Google Patents

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Description

本発明は、工具に関する。
航空機、及び軽量化を目的にした車両、自動車等の構造部材として、炭素繊維強化プラスチック又はガラス繊維強化プラスチックのような複合材が使用される。複合材の穴あけ加工において、例えば特許文献1に開示されているようなドリルが使用される。
特開2009−000806号公報
複合材は、難削材である。そのため、ドリルを使って複合材の穴あけ加工が実施されると、デラミと呼ばれる剥離が複合材に発生する可能性がある。デラミが発生すると、複合材の強度が低下し、外観等、品質も低下する。
本発明の態様は、複合材のようなワークを円滑に穴あけ加工することができる工具を提供することを目的とする。
本発明の一態様に従えば、ドリルの少なくとも一部に固定される固定部と、前記固定部よりも前記ドリルの先端側において前記ドリルの回転軸の周囲に少なくとも一つ配置される刃部と、を備える工具が提供される。
本発明の一態様によれば、ドリルの少なくとも一部に固定される固定部と、ドリルの回転軸の周囲に配置される刃部とが設けられるので、ドリルが回転することによって、少なくとも一つの刃部が、ドリルと一緒に回転軸の周囲において回転する。回転する少なくとも一つの刃部によってワークが削られることにより、デラミの発生を抑制して、ワークを円滑に穴あけ加工することができる。
本発明の一態様において、前記刃部の先端部は、前記ドリルの先端部よりも前記ドリルの基端側に配置されてもよい。
これにより、工具の刃部よりもドリルの先端部が先にワークに接触する。そのため、ドリル及び工具とワークとがドリルの先端部によって位置決めされた状態で穴あけ加工が円滑に実施される。これにより、デラミの発生が抑制された品質が良い穴がワークに形成される。
本発明の一態様において、前記刃部は、前記ドリルの先端切れ刃から離れていてもよい。
これにより、工具の刃部及びドリルの先端切れ刃の両方を使って、ワークを円滑に穴あけ加工することができる。
本発明の一態様において、前記ドリルの周囲に配置され、前記固定部を含むリング部材を有し、複数の前記刃部は、前記リング部材に設けられてもよい。
これにより、リング部材がドリルに固定されることによって、適切な位置に刃部が配置される。
本発明の一態様において、前記ドリルの捩れリード溝と前記リング部材との間に空間が設けられてもよい。
これにより、穴あけ加工により発生した切屑の少なくとも一部は、ドリルの捩れリード溝とリング部材との間の空間を通って排出される。
本発明の一態様において、前記リング部材の外面に設けられたリーマ部を有してもよい。
これにより、穴あけ加工により形成された穴がリーマ加工されるので、品質が良い穴が形成される。
本発明の一態様において、前記リング部材は、焼嵌め又はろう付けにより前記ドリルに固定されてもよい。
これにより、安価で効率良くリング部材とドリルとを固定することができる。
本発明の一態様において、前記ドリルの周囲に間隔を開けて配置され、前記固定部を含む複数の固定部材を有し、前記刃部は、前記固定部材に少なくとも一つ設けられてもよい。
これにより、固定部材がドリルに固定されることによって、適切な位置に刃部が配置される。
本発明の態様によれば、複合材のようなワークを円滑に穴あけ加工することができる工具が提供される。
図1は、第1実施形態に係る工具及びドリルの一例を示す斜視図である。 図2は、第1実施形態に係る工具の一例を示す斜視図である。 図3は、第1実施形態に係る工具の一部を示す拡大図である。 図4は、第1実施形態に係る工具及びドリルを先端側から見た図である。 図5は、第1実施形態に係る工具及びドリルの一例を模式的に示す図である。 図6は、第1実施形態に係る工具及びドリルの一例を模式的に示す図である。 図7は、第1実施形態に係る穴あけ加工方法の一例を模式的に示す図である。 図8は、第1実施形態に係る穴あけ加工方法の一例を模式的に示す図である。 図9は、第2本実施形態に係る工具の一例を示す図である。 図10は、第3本実施形態に係る工具の一例を示す図である。 図11は、第4本実施形態に係る工具の一例を示す図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
<第1実施形態>
第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る工具10及びドリル50の一例を示す斜視図である。図1に示すように、工具10は、ドリル50に固定された状態で使用される。
ドリル50は、例えば、超硬合金又は高速度鋼のような超硬質材料で形成される。工具10は、超硬合金又は高速度鋼のような超硬質材料で形成される。なお、工具10の材料とドリル50の材料とは同種類でもよいし、異種類でもよい。工具10の材料の硬度は、ドリル50の材料の硬度と等しくてもよいし、ドリル50の材料の硬度よりも高くてもよい。
本実施形態において、ドリル50は、ツイストドリルである。ドリル50は、回転軸(中心軸)AXを中心に回転する。ドリル50の基端側にシャンク51が設けられる。シャンク51は、駆動装置のチャックに固定される。ドリル50の先端側にドリル刃が設けられる。
ドリル50は、ドリル50の先端部に設けられたセンター刃52と、センター刃52に隣接する一対の先端切れ刃53とを有する。ドリル50のドリル刃は、センター刃52及び先端切れ刃53を含む。センター刃52は、尖っている。回転軸AXは、センター刃52を通る。センター刃52は、一対の先端切れ刃53の間に配置される。一方の先端切れ刃53と他方の先端切れ刃53とがなす角度(先端角)は、鋭角でもよいし鈍角でもよい。センター刃52は、一次切り刃として機能する。先端切れ刃53は、二次切り刃として機能する。
ドリル50は、ドリル50の外周部に設けられ、切屑を排出するための捩れリード溝54を有する。捩れリード溝54は、リード部(凸部、外周刃)55の間に設けられる。
工具10は、ドリル50の先端側に配置される。工具10の少なくとも一部は、ドリル50のドリル刃の周囲に配置される。本実施形態において、工具10は、先端切れ刃53の周囲及び捩れリード溝54の周囲に配置される。
工具10は、ドリル50の少なくとも一部に固定される固定部11と、固定部11よりもドリル50の先端側においてドリル50の回転軸AXの周囲に少なくとも一つ配置される刃部12と、を備える。本実施形態においては、刃部12は、回転軸AXの周囲に複数配置される。なお、刃部12は、回転軸AXの周囲において1つだけ配置されてもよい。
本実施形態において、工具10は、刃部12の先端部がドリル50の先端部(先端切れ刃53)よりもドリル50の基端側に配置されるように、ドリル50に固定される。すなわち、本実施形態において、ドリル50の先端切れ刃53は、工具10の刃部12よりも先端側に突出する。
刃部12は、先端切れ刃53の周囲に配置される。回転軸AXに対する放射方向に関して、刃部12は、先端切れ刃53の外側に配置される。固定部11がドリル50に固定された状態で、刃部12は、ドリル50の先端切れ刃53から離れている。
図2は、本実施形態に係る工具10の一例を示す斜視図である。図3は、本実施形態に係る工具10の一部を示す拡大図である。図1、図2、及び図3に示すように、工具10は、リング部材13を有する。複数の刃部12は、リング部材13に設けられる。リング部材13は、ドリル50の周囲に配置される。リング部材13とドリル50とが固定される。本実施形態において、リング部材13は、ドリル50の少なくとも一部に固定される固定部11を含む。
刃部12は、リング部材13に複数設けられる。刃部12は、回転軸AXの周囲に等間隔で配置される。本実施形態において、刃部12は、4つ設けられる。なお、刃部12の数は、任意である。刃部12は、2つでもよいし、3つでもよいし、5つでもよいし、6つでもよいし、7つでもよいし、8つでもよいし、9つでもよいし、10以上の任意の複数でもよい。
刃部12は、リング部材13の先端側の端面13Tから先端側に突出する。本実施形態において、刃部12の刃のすくい角αは、鋭角である。すなわち、すくい角αは、90[°]よりも小さい。すくい角αは、例えば、30[°]以上80[°]以下に定められる。本実施形態において、刃部12の刃のすくい角αとは、回転軸AXと平行な軸(仮想線)と刃部12の刃とがなす角度をいう。
図2及び図3に示すように、リング部材13は、円筒状の部材である。リング部材13は、回転軸AXに対する放射方向に関して内側を向く内面13Aと、回転軸AXに対する放射方向に関して外側を向く外面13Bと、を有する。外面13Bは、内面13Aの反対方向を向く。
刃部12は、回転軸AXに対する放射方向に関して内側を向く内面12Aと、回転軸AXに対する放射方向に関して外側を向く外面12Bと、を有する。外面12Bは、内面12Aの反対方向を向く。
本実施形態においては、回転軸AXに対する放射方向に関して、リング部材13の寸法(幅)W13と、刃部12の寸法(幅)W12とは、実質的に等しい。リング部材13の寸法W13は、均一である。
リング部材13の内面13Aと刃部12の内面12Aとは、実質的に同一面内に配置される。リング部材13の外面13Bと刃部12の外面12Bとは、実質的に同一面内に配置される。換言すれば、刃部12は、リング部材13の内面13Aよりも内側に突出しない。刃部12は、リング部材13の外面13Bよりも外側に突出しない。リング部材13は、刃部12の内面12Aよりも内側に突出しない。リング部材13は、刃部12の外面12Bよりも外側に突出しない。内面12Aと内面13Aとの間に段差が設けられない。外面12Bと外面13Bとの間に段差が設けられない。
図4は、本実施形態に係る工具10及びドリル50を先端側から見た図である。図4に示すように、工具10の固定部11がドリル50の少なくとも一部に固定された状態で、ドリル50の捩れリード溝54と工具10のリング部材13との間に空間60が設けられる。すなわち、本実施形態においては、固定部11において、工具10とドリル50とは接触する。固定部11とは異なる工具10の部位において、工具10とドリル50とは離れている。
図5及び図6は、本実施形態に係る工具10及びドリル50の一例を模式的に示す図である。図5に示すように、工具10とドリル50とは別の部材である。本実施形態においては、回転軸AXと直交する面内において、ドリル50の第1部分50Aの外形(直径)は、第2部分50Bの外形(直径)よりも小さい。第1部分50Aは、ドリル50の先端部を含む先端側の一部分である。第2部分50Bは、第1部分50Aよりもドリル50の基端側の一部分である。
第1部分50A及び第2部分50Bのそれぞれに、捩れリード溝54及びリード部55が設けられる。なお、図5及び図6においては、捩れリード溝54の図示を省略する。第1部分50Aの直径は、第1部分50Aのリード部55の直径である。第2部分50Bの直径は、第2部分50Bのリード部55の直径である。本実施形態においては、第1部分50Aと第2部分50Bとで、リード部55の直径(回転軸AXに対する放射方向に関する高さ)が異なる。
図6に示すように、工具10は、第1部分50Aに設けられる。工具10の固定部11は、第1部分50Aのリード部55に固定される。本実施形態において、工具10のリング部材13は、焼嵌めによりドリル50の第1部分50Aに固定される。なお、工具10のリング部材13が、ろう付けによりドリル50の第1部分50Aに固定されてもよい。リング部材13の内面13Aと、第1部分50Aのリード部55とが固定される。
本実施形態においては、回転軸AXと直交する面内において、ドリル50の第2部分50Bの外形(直径)は、第1部分50Aに配置された工具10の外形(直径)と実質的に等しい。上述のように、第2部分50Bの外形(直径)は、第2部分50Bのリード部55の外形(直径)を含む。第2部分50Bのリード部55の外面と、第1部分50Aに配置された工具10の外面10Bとは、実質的に同一面内に配置される。工具10の外面10Bは、刃部12の外面12B及びリング部材13の外面13Bを含む。
次に、図7及び図8を参照して、本実施形態に係る工具10を用いてワークを穴あけ加工する例について説明する。図7及び図8は、本実施形態に係る穴あけ加工方法の一例を模式的に示す図である。ワークは、炭素繊維強化プラスチック又はガラス繊維強化プラスチックのような複合材を含む。
図7に示すように、工具10がドリル50に固定された状態で、ドリル50が回転軸AXを中心に回転する。工具10はドリル50に固定されている。したがって、ドリル50が回転すると、工具10は、ドリル50と一緒に回転する。刃部12は、回転軸AXに対する放射方向に関して、回転軸AXから離れている。刃部12は、回転軸AXの外側で、回転軸AXの周囲において回転する。
刃部12の先端部は、ドリル50の先端部(センター刃52)よりもドリル50の基端側に配置されている。したがって、ワークを穴あけ加工するとき、刃部12の先端部よりも先に、ドリル50の先端部(センター刃52)がワークに接触する。
ドリル50の先端部(センター刃52)は尖っている。また、回転軸AXは、先端部(センター刃52)を通る。したがって、ドリル50の先端部(センター刃52)がワークに接触することにより、ドリル50及び工具10とワークとが位置決めされる。
ドリル50がワークを押すように、ドリル50とワークとが回転軸AXと平行な方向に相対移動する。これにより、ワークの表面の少なくとも一部が、ドリル50のセンター刃52及び先端切れ刃53によって削られる。
ドリル50のセンター刃52及び先端切れ刃53による穴あけ加工が進行すると、図8に示すように、工具10の12とワークとが接触する。ドリル50が回転することによって、複数の刃部12が、ドリル50と一緒に回転軸AXの周囲において回転する。回転する複数の刃部12によってワークが削られる。
複数の刃部12によって、所謂、鋸刃が構成される。鋸刃は、回転軸AXの周囲においてリング状に配置される。鋸刃の回転力によって、ワークが削られる。これにより、ワークの穴あけ加工が実施される。
ドリル50は、ワークを押し付ける力(押圧力)を使って、ワークを加工する。ドリル50の押圧力を使ってワークを加工すると、デラミと呼ばれる剥離がワークに発生する可能性がある。デラミが発生すると、ワークの品質が低下する。
本実施形態においては、ドリル50に固定された工具10の刃部12(鋸刃)を使って、ワークを加工する。ワークの少なくとも一部は、刃部12(鋸刃)により、リング状に削られる。リング状に設けられた鋸刃の回転力を使ってワークを加工することにより、デラミの発生が抑制される。
ワークにおいて刃部12によりリング状に削られた部分の内側の部分は、ドリル50によって削られる。これにより、穴あけ加工が円滑に実施される。
穴あけ加工により発生した切屑の少なくとも一部は、工具10とドリル50との間の空間60を介して排出される。切屑は、第1部分50Aの捩れリード溝54及び第2部分50Bの捩れリード溝54を通って排出される。
以上説明したように、本実施形態によれば、ドリル50の少なくとも一部に固定される固定部11と、ドリル50の回転軸AXの周囲に少なくとも一つ配置される刃部12とが設けられる。そのため、ドリル50が回転することによって、刃部12が、ドリル50と一緒に回転軸AXの周囲において回転する。回転する刃部12によってワークが削られることにより、デラミの発生を抑制して、ワークを円滑に穴あけ加工することができる。
本発明者の知見によると、ドリル50の押圧力を使ってワークを加工すると、デラミが複合材のワークに発生する可能性が高くなる。リング状に配置された複数の刃部12(鋸刃)を使って、ワークを加工することによって、デラミの発生が抑制される。
また、本実施形態によれば、刃部12の先端部は、ドリル50の先端部よりもドリル50の基端側に配置されている。これにより、工具10の刃部12よりもドリル50の先端部(センター刃52)が先にワークに接触する。そのため、ドリル50及び工具10とワークとがドリル50の先端部によって位置決めされた状態で穴あけ加工が円滑に実施される。これにより、デラミの発生が抑制された品質が良い穴がワークに形成される。
また、本実施形態によれば、刃部12は、ドリル50の先端切れ刃53から離れていている。これにより、工具10の刃部12及びドリル50の先端切れ刃53の両方を使って、ワークを円滑に穴あけ加工することができる。複数の刃部12は、ワークをリング状に削る。ドリル50の刃先端切れ刃53は、複数の刃部12によりリング状に削られた部分の内側の部分を削る。これにより、穴あけ加工が円滑に実施される。
また、本実施形態においては、工具10は、リング部材13を有し、そのリング部材13がドリル50に固定される。これにより、ドリル50と工具10との固定は安定する。リング部材13がドリル50に固定されることによって、適切な位置に刃部12が配置される。
また、本実施形態においては、ドリル50の捩れリード溝54と工具10のリング部材13との間に空間60が設けられる。これにより、穴あけ加工により発生した切屑の少なくとも一部は、ドリル50の捩れリード溝54と工具10のリング部材13との間の空間60を通って排出される。
また、本実施形態においては、リング部材13は、焼嵌め又はろう付けによりドリル50に固定される。これにより、安価で効率良くリング部材13とドリル50とを固定することができる。
また、本実施形態においては、リング部材13の内面13Aと刃部12の内面12Aとは、同一面内に配置される。リング部材13の外面13Bと刃部12の外面12Bとは、同一面内に配置される。第1部分50Aに配置された工具10の外面10Bと第2部分50Bの外面(リード部55の外面)とは、同一面内に配置される。これにより、穴あけ加工において、ドリル50及び工具10に応力集中が発生することが抑制され、円滑に穴あけ加工が実施される。また、品質が良い望みの形状を有する穴が形成される。
<第2実施形態>
第2実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図9は、本実施形態に係る工具10の一例を示す図である。本実施形態において、工具10は、回転軸AXの回転方向に関するドリル50と工具10との相対移動を規制する規制部材70を有する。規制部材70は、工具10の内面10Aから内側に突出する凸部を含む。規制部材70を、まわり止め構造、と称してもよい。規制部材70は、ドリル50の少なくとも一部と接触する。規制部材70は、回転方向を向くドリル50の端面と接触する。これにより、穴あけ加工において、ドリル50と工具10との相対移動(空回り)が抑制される。
<第3実施形態>
第3実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図10は、本実施形態に係る工具10の一例を示す図である。本実施形態において、工具10は、リング部材13の外面13Bに設けられたリーマ部80を有する。リーマ部80は、工具10の12及びドリル50の先端切れ刃53よりもドリル50の基端側に配置される。
刃部12及び先端切れ刃53によりワークが穴あけ加工された後、ワークに形成された穴の内面にリーマ部80が接触する。これにより、穴あけ加工により形成されたワークの穴がリーマ加工される。そのため、リーマ部80によって形状が整えられた品質が良い穴が形成される。
<第4実施形態>
第4実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
図11は、本実施形態に係る工具100の一例を示す図である。本実施形態において、工具100は、ドリル50の周囲に間隔を開けて配置され、固定部11を含む複数の固定部材101を有する。刃部12は、固定部材101に少なくとも一つ設けられる。本実施形態においては、刃部12は、複数の固定部材101のそれぞれに1つずつ設けられる。なお、刃部12は、1つの固定部材101に対して複数設けられてもよい。
すなわち、工具100は、複数の部材に分かれていてもよい。固定部材101は、ろう付けにより、ドリル50に固定される。複数の固定部材101がドリル50に固定されることによって、適切な位置に刃部12が配置される。
なお、上述の各実施形態においては、ワークが複合材であることとした。ワークは複合材に限られない。ワークが、チタンのような金属を含んでもよい。
なお、上述の各実施形態においては、刃部12の先端部は、ドリル50の先端部(センター刃52)よりもドリル50の基端側に配置されることとした。回転軸AXと平行な方向に関して、刃部12の先端部とドリル50の先端部(センター刃52)とが同じ位置に配置されてもよい。
なお、上述の各実施形態においては、刃部12は、ドリル50の先端切れ刃53から離れていることとした。刃部12の少なくとも一部が、先端切れ刃53に接触してもよい。
なお、上述の各実施形態においては、工具10(工具100)の外面が、ドリル50の第2部分50Bの外面と同一面内に配置されることとした。工具10の外面がドリル50の第2部分50Bの外面よりも外側に配置されてもよい。ドリル50の第2部分50Bの外面が工具10の外面よりも外側に配置されてもよい。
なお、上述の各実施形態においては、リング部材13(又は固定部材101)の外面と、刃部12の外面とが同一面内に配置されることした。リング部材13の外面が刃部12の外面よりも外側に配置されてもよい。刃部12の外面がリング部材13の外面よりも外側に配置されてもよい。
なお、上述の各実施形態においては、リング部材13(又は固定部材101)の内面と、刃部12の内面とが同一面内に配置されることした。リング部材13の内面が刃部12の内面よりも内側に配置されてもよい。刃部12の内面がリング部材13の内面よりも内側に配置されてもよい。
なお、上述の各実施形態においては、リング部材13(又は固定部材101)の幅と、刃部12の幅とが等しいこととした。リング部材13の幅が刃部12の幅よりも小さくてもよいし、大きくてもよい。
なお、上述の各実施形態においては、刃部12は複数配置することとしたが、刃部12は一つでもよい。
10 工具
10A 内面
10B 外面
11 固定部
12 刃部
12A 内面
12B 外面
13 リング部材
13A 内面
13B 外面
13T 端面
50 ドリル
50A 第1部分
50B 第2部分
51 シャンク
52 センター刃
53 先端切れ刃
54 捩れリード溝
55 リード部
60 空間
70 規制部材
80 リーマ部
100 工具
101 固定部材
AX 回転軸
W12 寸法(幅)
W13 寸法(幅)
α すくい角

Claims (6)

  1. ドリルの少なくとも一部に固定される固定部と、
    前記固定部よりも前記ドリルの先端側において前記ドリルの回転軸の周囲に少なくとも一つ配置される刃部と、
    を備え、
    前記刃部は、前記ドリルの先端部が炭素繊維強化プラスチック又はガラス繊維強化プラスチックを含むワークに先に接触するように当該刃部の先端部が前記ドリルの先端部よりも前記ドリルの基端側に配置され、かつ、前記ドリルによって前記ワークの加工が進行する際に前記ドリルの先端切れ刃と一緒に前記ワークを加工可能となるように、前記ドリルの回転軸に対する放射方向に関して、前記ドリルの先端切れ刃の周囲であって前記先端切れ刃に対して前記回転軸に対する放射方向上に当該先端切れ刃から離れて当該刃部が配置されている工具。
  2. 前記ドリルの周囲に配置され、前記固定部を含むリング部材を有し、
    前記刃部は、前記リング部材に設けられる請求項1に記載の工具。
  3. 前記ドリルの捩れリード溝と前記リング部材との間に空間が設けられる請求項に記載の工具。
  4. 前記リング部材の外面に設けられたリーマ部を有する請求項又は請求項に記載の工具。
  5. 前記リング部材は、焼嵌め又はろう付けにより前記ドリルに固定される請求項から請求項のいずれか一項に記載の工具。
  6. 前記ドリルの周囲に間隔を開けて配置され、前記固定部を含む複数の固定部材を有し、
    前記刃部は、前記固定部材に少なくとも一つ設けられる請求項1に記載の工具。
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