JP7205655B1

JP7205655B1 - ドリル本体およびドリル本体の製造方法

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Publication number: JP7205655B1
Application number: JP2022093571A
Authority: JP
Inventors: 広也志鎌
Original assignee: Tungaloy Corp
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 2022-06-09
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2023-01-17
Anticipated expiration: 2042-06-09
Also published as: JP2023180346A; US20230398611A1

Abstract

【課題】切れ刃部材をドリル本体の先端部に正しく装着しやすくすると共に、切削液を切削領域へ適切に供給できるドリル本体を提供する。
【解決手段】ドリル本体は、基端部から先端部へ向かって棒状に伸延する本体部と、本体部の内部を基端部側から先端部側へ流体を流通させるための流体孔と、先端部に設けられた、着脱可能な切れ刃部材を装着するための装着部とを備えるドリル本体であって、装着部は、先端部の端面から本体部の中心軸に沿って設けられた凹部を有し、切れ刃部材が装着部に規定通りに装着された場合に流体孔の先端部における吐出口が切れ刃部材の切れ刃に対向するように、流体孔が凹部の側方で屈曲されて設けられている。
【選択図】図６

Description

本発明は、ドリル本体およびドリル本体の製造方法に関する。

切削液をドリル本体の内部に設けた流通孔を介して切削領域へ供給する技術が知られている。ドリル本体の内部に流通孔を設けることにより、切削領域周りの空間を広く確保することができる（例えば、特許文献１参照）。

特許５９２６８７７号公報

ドリル本体の先端部に着脱可能な切れ刃部材を装着して利用するドリルが存在する。先端部に切れ刃部材を装着する場合、切削領域はドリル本体の先端部よりも更に先に存在することになる。したがって、ドリル本体の内部に切削液の流通孔を設ける場合には、切削液を切削領域へ適切に供給することが難しかった。また、切れ刃部材をドリル本体の先端部に設けられた装着部へ規定通りに装着することが難しかった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、切れ刃部材をドリル本体の先端部に正しく装着しやすくすると共に、切削液を切削領域へ適切に供給できるドリル本体、およびその製造方法を提供するものである。

本発明の第１の態様におけるドリル本体は、基端部から先端部へ向かって棒状に伸延する本体部と、本体部の内部を基端部側から先端部側へ流体を流通させるための流体孔と、先端部に設けられた、着脱可能な切れ刃部材を装着するための装着部とを備えるドリル本体であって、装着部は、先端部の端面から本体部の中心軸に沿って設けられた凹部を有し、切れ刃部材が装着部に規定通りに装着された場合に流体孔の先端部における吐出口が切れ刃部材の切れ刃に対向するように、流体孔が凹部の側方で屈曲されて設けられている。

本発明の第２の態様におけるドリル本体の製造方法は、基端部から先端部へ向かって棒状に伸延する本体部と、本体部の内部を基端部側から先端部側へ流体を流通させるための流体孔と、先端部に設けられた、着脱可能な切れ刃部材を装着するための装着部とを備えるドリル本体の製造方法であって、装着部は、先端部の端面から本体部の中心軸に沿って設けられた凹部を有し、切れ刃部材が装着部に規定通りに装着された場合に流体孔の先端部における吐出口が切れ刃部材の切れ刃に対向するように、流体孔が凹部の側方で屈曲されて設けられるように、中心軸に沿って鋼素材を積層し固化して成形する。

本発明により、切れ刃部材をドリル本体の先端部に正しく装着しやすくすると共に、切削液を切削領域へ適切に供給できるドリル本体、およびその製造方法を提供することができる。

本実施形態に係るドリルの全体斜視図である。切れ刃部材をドリル本体へ装着する様子を示す斜視図である。ドリル本体内に形成された流体孔の構造を示す図である。ドリルの側面図である。中心軸に直交する断面による断面図である。先端部近傍の拡大斜視図である。別実施例に係る第１流体孔の部分拡大図である。３Ｄプリンタによってドリル本体を製造する様子を模式的に示す図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。また、各図において、同一又は同様の構成を有する構造物が複数存在する場合には、煩雑となることを回避するため、一部に符号を付し、他に同一符号を付すことを省く場合がある。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係るドリル１０の全体斜視図である。ドリル１０は、ドリル本体１００の先端に着脱可能な切れ刃部材２００が装着されて構成される切れ刃交換式ドリルである。例えば、ワークを切削する切れ刃部材２００は超硬合金で形成され、ドリル本体は超硬でない鋼によって形成されている。このように、摩耗や損傷が生じやすい切れ刃部材２００を交換式にすることにより、刃先に要求される硬度とドリル全体の運用コストを両立させることができる。

ドリル本体１００は、排出溝１１３が螺旋状に設けられた本体部１１０と、ボール盤等の工作機械に固定される柄の部分であるシャンク部１５０とが、直線状に連続して構成されている。なお、本実施形態においては、ドリル１０が工作機械に固定された場合に、固定側を基端側と称し、ワークと対向する側を先端側と称する。

本体部１１０は、シャンク部１５０と連続する基端部１１１から、切れ刃部材２００が装着される先端部１１２へ向かって棒状に伸延する。本実施形態に係る本体部１１０は、シャンク部１５０と接続する基端部１１１が鍔状に拡径されているが、基端部１１１から先端部１１２まで同一径の円柱形状であってもよい。

排出溝１１３は、本体部１１０の中心軸周りに螺旋状に設けられた、ワークの切屑を排出するための溝であり、本実施形態においては２本の排出溝１１３が配列されている。ワークから切り出された切屑は、例えば、排出溝１１３に沿って本体部１１０を上昇し、鍔状にせり出した基端部１１１によってドリル１０の外周方向へ排出される。すなわち、鍔状にせり出した基端部１１１は、切屑がシャンク部１５０を支持する工作機械側に衝突したり付着したりすることを防ぐ役割を担う。これにより、例えばシャンク部１５０の固定時に切屑を噛み込んでしまうことを防いでドリル１０の取り付け精度を向上させ、ひいてはワークの加工精度を向上させることが期待できる。

ドリル本体１００の内部には、詳細については後述するが、シャンク部１５０の基端側から供給される切削液を流通させ、本体部１１０の先端部１１２に設けられた吐出口１３１、１４１から吐出させる流通孔が形成されている。切削液は、切削領域で発生する熱を除去したり、刃先とワークの摩擦力を低減したりするために供給されるクーラントと称される媒体である。本実施形態においては、水と油を混合したエマルジョンや切削油などの液体の利用を想定するが、クーラントの代わりに圧縮空気などの気体を用いることもできる。

図２は、切れ刃部材２００をドリル本体１００へ装着する様子を示す斜視図である。ドリル本体１００は、切れ刃部材２００を装着するための装着部である装着凹部１２０を先端部１１２に備えている。具体的には、装着凹部１２０は、先端部１１２の端面から本体部１１０の中心軸Ｐに沿って設けられた凹形状を成す。本実施形態においては、排出溝１１３が先端部１１２から設けられているので、凹形状の外周部は、実質的には排出溝１１３と重ならない部分が先端側へ突出する形状となっている。具体的には後述するが、吐出口１３１、１４１は、この突出形状部分に設けられている。

切れ刃部材２００は、ドリル本体１００の装着凹部１２０へ装着するための装着部である装着凸部２１０を備えている。具体的には、装着凸部２１０は、装着凹部１２０に嵌入可能な略円筒状を成す。また、切れ刃部材２００は、装着凸部２１０とは反対側のワークと対向する側に放射状に設けられた複数の切れ刃２２０を備える。作業者は、吐出口１３１、１４１と切れ刃２２０の位相を確認しつつ、装着凸部２１０を装着凹部１２０へ嵌入させることにより、切れ刃部材２００をドリル本体１００へ固定することができる。

図３は、ドリル本体１００内に形成された流体孔の構造を示す図である。本実施形態においては２本の排出溝１１３が設けられており、流体孔もこれに合わせて第１流体孔１３０と第２流体孔１４０の２本が設けられている。図３は、ドリル本体１００のおよその外形を点線で示し、その内部に設けられた第１流体孔１３０と第２流体孔１４０の配置がわかるように透視図として表すと共に、それぞれの流体孔の形状がわかるように抜き出し、互いに分離して表している。

第１流体孔１３０は、供給口１３２から供給された切削液を吐出口１３１まで導く。第１流体孔１３０は、シャンク部１５０の内部に位置する部分においては中心軸Ｐと平行な直進部１３３を、本体部１１０の内部に位置する大半の部分においては排出溝１１３と平行な螺旋部１３４を、本体部１１０のうち先端部１１２の内部に位置する部分においては屈曲部１３５を有する。吐出口１３１は、屈曲部１３５の直後に設けられている。

第２流体孔１４０は、供給口１４２から供給された切削液を吐出口１４１まで導く。第２流体孔１４０は、シャンク部１５０の内部に位置する部分においては中心軸Ｐと平行な直進部１４３を、本体部１１０の内部に位置する大半の部分においては排出溝１１３と平行な螺旋部１４４を、本体部１１０のうち先端部１１２の内部に位置する部分においては屈曲部１４５を有する。吐出口１４１は、屈曲部１４５の直後に設けられている。

したがって、直進部１３３と直進部１４３は互いに平行であり、螺旋部１３４と螺旋部１４４は中心軸Ｐ周りに互いにねじれた配置関係となる。また、屈曲部１３５と屈曲部１４５が互いに異なる方向へ屈曲されていることにより、切削液は、後述するように互いに異なる特定方向へ向けて吐出される。

図４は、ドリル１０の側面図である。図示するように、本体部１１０のうち基端側と先端側の中間付近であって中心軸Ｐに直交するＡ－Ａ断面と、装着凹部１２０を横断する先端付近であって中心軸Ｐに直交するＣ－Ｃ断面と、Ａ－Ａ断面とＣ－Ｃ断面の間であって中心軸Ｐに直交するＢ－Ｂ断面を定める。

図５は、中心軸Ｐに直交する各断面による断面図である。具体的には、図５（ａ）は図４に示すＡ－Ａ断面を表し、図５（ｂ）は図４に示すＢ－Ｂ断面を表し、図５（ｃ）は図４に示すＣ－Ｃ断面を表す。

図５（ａ）に示すように、Ａ－Ａ断面においては、第１流体孔１３０の孔断面および第２流体孔１４０の孔断面は、いずれも円形状である。そして、図３を用いて説明したように、Ａ－Ａ断面が位置する本体部１１０の中間付近では、第１流体孔１３０と第２流体孔１４０は中心軸Ｐを中心として互いにねじれ関係にあるので、それぞれの孔断面は、互いに中心軸Ｐに対して点対称の位置に現れる。また、それぞれの孔断面は、本体部１１０の外形円に対し、２つの排出溝１１３に径方向に挟まれた中心軸部１１４の外周側であって、円周方向に対してはこれらの排出溝１１３の溝間にあたる溝間肉部１１５に位置する。溝間肉部１１５は、換言すれば、中心軸Ｐまわりに螺旋状に設けられた２つの排出溝１１３間の肉部であり、したがって２つの溝間肉部１１５もまた中心軸部１１４の周りに螺旋状に形成される。

第１流体孔１３０と第２流体孔１４０は、それぞれがこの溝間肉部１１５の内部を通過するように設けられている。なお、それぞれの孔断面の一部が中心軸部１１４に重なっても構わない。第１流体孔１３０と第２流体孔１４０のそれぞれをこのように設けることにより、孔断面の比較的大きな面積と本体部１１０の高剛性を両立させることができる。なお、本体部１１０に１つの排出溝１１３が螺旋状に設けられている場合にも、中心軸Ｐ方向に前後する溝間に同様の溝間肉部１１５が形成される。また、３つ以上の排出溝１１３が螺旋状に設けられている場合にも、中心軸Ｐ方向に隣り合う溝間に同様の溝間肉部１１５が形成される。流体孔は、それぞれの溝間肉部の構造やドリル１０の仕様に応じてその数や大きさが決められればよい。

なお、第１流体孔１３０および第２流体孔１４０がそれぞれの流路方向に直交する断面が円形状となるように形成されていれば、厳密には中心軸Ｐの直交断面に対しては流路のねじれの影響を受けてその断面は若干楕円形状となる。しかし、ドリルにおける排出溝の一般的な螺旋角を考慮すると、そのような場合であっても孔断面の比較的大きな面積と本体部１１０の高剛性を両立させることができるので、実質的には孔断面が円形状であるとみなすことができる。

図５（ｂ）に示すように、Ｂ－Ｂ断面においては、第１流体孔１３０の孔断面および第２流体孔１４０の孔断面は、円形状に近い非円形状である。より具体的には、Ａ－Ａ断面における円形状に対して、本体部１１０の外形円に対する径方向の長さが短くなった長円形状である。

図５（ｃ）に示すように、Ｃ－Ｃ断面においては、第１流体孔１３０の孔断面および第２流体孔１４０の孔断面は、いずれも非円形状である。より具体的には、本体部１１０の外形円に対する円周方向に長い長円形状である。なお、Ｃ－Ｃ断面においては、中心軸部１１４に相当する領域に装着凹部１２０が形成されており、図においては、装着凸部２１０の断面が現れている。

図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）に示したように、第１流体孔１３０および第２流体孔１４０の孔断面は、本体部１１０において、基端部１１１から先端部１１２へ向かう経路の途中で円形状から本体部１１０の軸断面における径方向よりも円周方向に長い非円形状へ変化し、装着凹部１２０の側方を通過する部分では非円形状である。装着凹部１２０の側方を通過する部分で、孔断面を本体部１１０の軸断面における径方向よりも円周方向に長い非円形状とすれば、当該側方が先端側へ突出する形状であっても、高剛性を確保しつつ大きな孔断面を実現することができる。なお、本実施形態においては、非円形状として長円を採用したが、楕円や扇台形状、長方形などであっても構わない。

このように流体孔の断面形状を変化させることにより、ドリル本体の先端部に装着部を設けて切れ刃部材を装着する構成であっても、先端部を含めたドリル本体全体の剛性を確保しつつ、切削液をより切削領域付近まで供給することができる。なお、円形から非円形へ変化する位置は、本実施形態のように装着凹部１２０の側方を通過する位置よりも基端側であることが好ましいが、装着凹部１２０の側方に位置する場合であっても構わない。孔断面の大きさや装着凹部１２０の側方の肉厚などを考慮して円形から非円形へ変化する位置を決定すればよい。

また、非円形状である孔断面の断面積は、円形状である孔断面の断面積以下であることが好ましい。すなわち、図５（ａ）に示すように円形状である状態から、図５（ｃ）に示すように非円形状の状態へ変化する移行段階（図５（ｂ）に示す状態）で、孔断面の断面積が漸減することが好ましい。このような関係を満たせば、大量の切削液を供給できると共に、先端部近傍において絞り効果を得て吐出圧力を高めることができる。

なお、本実施形態における第１流体孔１３０および第２流体孔１４０は、シャンク部１５０の内部も通過する構成であるが、シャンク部１５０の内部を通過する部分（直進部１３３および直進部１４３）における孔断面は、円形状でなくても構わない。なお、その断面積は、図５（ａ）に示す円形状の断面積よりも大きいことが好ましい。

図６は、先端部１１２近傍の拡大斜視図である。より具体的には、切れ刃部材２００を装着した状態の先端部１１２近傍であって、第１流体孔１３０の吐出口１３１から吐出される切削液の流れを説明する図である。吐出口１３１は、図３を用いて説明したように第１流体孔１３０が装着凹部１２０の側方で屈曲され、その直後に設けられている。

図示するように、本実施形態における吐出口１３１は、装着凹部１２０の２つの端面（第１端面１２０ａおよび第２端面１２０ｂ）を跨ぐように設けられている。吐出口１３１のうち第１端面１２０ａに位置する開口部分から吐出された切削液は、主に、切れ刃部材２００の切れ刃２２０のうち、主切れ刃２２１へ直接的に到達する。一方、吐出口１３１のうち第２端面１２０ｂに位置する開口部分から吐出された切削液は、主に、切れ刃部材２００の切れ刃２２０のうち、シンニング切れ刃２２２へ直接的に到達する。このように、第１流体孔１３０が先端部１１２において屈曲されていることにより、切削液を切れ刃２２０へ直接的に供給することができる。

特に本実施形態においては、第１端面１２０ａに位置する開口部分は、主切れ刃２２１の延在方向に沿う方向がこれに直交する方向よりも長い非円形状に形成されているので、少ない切削液でも主切れ刃２２１を効果的に冷却することができる。なお、本実施形態においては、切れ刃２２０が主切れ刃２２１とシンニング切れ刃２２２の２つの領域に亘って設けられていることに合わせて、吐出口１３１を第１端面１２０ａと第２端面１２０ｂを跨ぐように設けたが、吐出口１３１の形状および配置については、切れ刃２２０の構成に合わせて決定すればよい。その場合、切れ刃の延在方向に沿う方向がこれに直交する方向よりも長い非円形状に形成されるとよい。

図６には表れていないが、第２流体孔１４０の吐出口１４１も、吐出口１３１と同様の開口形状を成し、吐出口１３１が対向する切れ刃２２０とは別の切れ刃２２０に対向してその主切れ刃２２１とシンニング切れ刃２２２へ直接的に切削液を供給する。換言すれば、切れ刃部材２００がドリル本体１００へ正しく装着されると、吐出口１３１および吐出口１４１は、それぞれが別々の切れ刃２２０と対向する位置関係となる。したがって、作業者は、吐出口１３１、１４１と切れ刃２２０の相対位置を確認しながら回転位相を合わせて装着凸部２１０を装着凹部１２０へ嵌入させれば、切れ刃部材２００をドリル本体１００へ正しく固定することができる。すなわち、流通孔が先端部で屈曲されて吐出口の向きが調整されていることは、切れ刃部材２００が規定通りにドリル本体１００へ装着されることに貢献する。

以上説明したドリル本体１００は、装着凹部１２０の側方を通過する部分で孔断面を非円形状にすることにより、当該側方が先端側へ突出する形状であっても、高剛性と大きな孔断面を実現したが、当該側方の構成やワークの材質等によっては、非円形状に変化させる必要がない場合もあり得る。そのような場合に対応する別実施例を説明する。図７は、別実施例に係る第１流体孔１３０’の部分拡大図である。具体的には、図３で示す第１流体孔１３０のうち先端側のおよそ半分に相当する部分に対応する拡大図である。別実施例は、特に言及しない限りドリル１０と同様の構成であるので、その説明を省略する。

第１流体孔１３０’は、第１流体孔１３０と同様の螺旋部１３４を有するが、螺旋部１３４から吐出口１３１’まで、屈曲部１３５’を含めて、螺旋部１３４における孔断面と同様に円形状の孔断面を有する。図示しない第２流体孔も同様の構成を有する。このような流体孔を備えるドリル本体１００であっても、ユーザは、吐出口と切れ刃の相対位置を確認しながら回転位相を合わせて装着凸部２１０を装着凹部１２０へ嵌入させることにより、切れ刃部材２００をドリル本体１００へ正しく固定することができる。

次に、ドリル本体１００の製造方法の一例について説明する。ドリル本体１００を超硬でない鋼によって形成する場合には、３Ｄプリンタを利用することができる。図８は、３Ｄプリンタによってドリル本体１００を製造する様子を模式的に示す図である。金属素材を扱う３Ｄプリンタはいくつかの方式が知られているが、ここではＦＤＭ方式を例に説明する。

３Ｄプリンタ４００は、図示するステージ４１０とヘッド４２０を含み、不図示の制御部によってヘッド４２０を制御してステージ４１０上にドリル本体１００を形成する。ヘッド４２０は、白抜き矢印で示すように、ステージ４１０に対して平面方向および高さ方向に移動可能である。ヘッド４２０は、ステージ４１０の方向へ向けられたノズル４２１を備える。積層材としては、鋼粉末を含む熱可塑性樹脂材が用いられる。ヘッド４２０へ供給された積層材は、加熱、溶融され、ノズル４２１から吐出される。ノズル４２１から吐出される積層材の吐出位置および吐出量は、制御部によって制御される。

３Ｄプリンタ４００は、ステージ４１０の面上から上方向へ、所定高さ分だけ吐出材を吐出して固化させ、これを繰り返すことにより積層してドリル本体１００を成形する。その後、脱脂により樹脂材を除去し、焼結工程を経ることにより、ドリル本体１００が完成する。

このような製造方法を採用すれば、上述のような第１流体孔１３０および第２流体孔１４０をドリル本体１００の内部に比較的容易に形成することができる。なお、本実施形態においては、ドリル本体１００が第１流体孔１３０と第２流体孔１４０の２本の流体孔を備える場合を説明したが、流体孔の数はこれに限らない。一本であってもよいし、３本以上であっても構わない。特に、３本以上の排出溝１１３を設ける場合には、その数に合わせて流体孔を設けてもよい。

また、以上説明した本実施形態においては、排出溝１１３が螺旋状である場合を説明したが、例えば直線的な排出溝を備えるドリル本体１００であっても構わない。

１０…ドリル、１００…ドリル本体、１１０…本体部、１１１…基端部、１１２…先端部、１１３…排出溝、１１４…中心軸部、１１５…溝間肉部、１２０…装着凹部、１２０ａ…第１端面、１２０ｂ…第２端面、１３０、１３０’…第１流体孔、１３１、１３１’…吐出口、１３２…供給口、１３３…直進部、１３４…螺旋部、１３５、１３５’…屈曲部、１４０…第２流体孔、１４１…吐出口、１４２…供給口、１４３…直進部、１４４…螺旋部、１４５…屈曲部、１５０…シャンク部、２００…切れ刃部材、２１０…装着凸部、２２０…切れ刃、２２１…主切れ刃、２２２…シンニング切れ刃

Claims

基端部から先端部へ向かって棒状に伸延する本体部と、
前記本体部の内部を前記基端部側から前記先端部側へ流体を流通させるための流体孔と、
前記先端部に設けられた、着脱可能な切れ刃部材を装着するための装着部と
を備えるドリル本体であって、
前記装着部は、前記先端部の端面から前記本体部の中心軸に沿って設けられた凹部を有し、
前記切れ刃部材が前記装着部に規定通りに装着された場合に前記流体孔の前記先端部における吐出口が前記切れ刃部材の切れ刃に対向するように、前記流体孔が前記凹部の側方で屈曲されて設けられており、
前記吐出口のうち前記切れ刃を形成する主切れ刃へ前記流体を吐出する開口部分は、前記主切れ刃に沿う第１方向が前記第１方向に直交する第２方向よりも長い非円形状であるドリル本体。
前記流体孔の孔断面は、前記凹部の側方を通過する部分では非円形状である請求項１に記載のドリル本体。
前記本体部は、鋼素材で形成された請求項１または２に記載のドリル本体。
基端部から先端部へ向かって棒状に伸延する本体部と、
前記本体部の内部を前記基端部側から前記先端部側へ流体を流通させるための流体孔と、
前記先端部に設けられた、着脱可能な切れ刃部材を装着するための装着部と
を備えるドリル本体の製造方法であって、
前記装着部は、前記先端部の端面から前記本体部の中心軸に沿って設けられた凹部を有し、
前記切れ刃部材が前記装着部に規定通りに装着された場合に前記流体孔の前記先端部における吐出口が前記切れ刃部材の切れ刃に対向するように、前記流体孔が前記凹部の側方で屈曲されて設けられ、
前記吐出口のうち前記切れ刃を形成する主切れ刃へ前記流体を吐出する開口部分は、前記主切れ刃に沿う第１方向が前記第１方向に直交する第２方向よりも長い非円形状であるように、
前記中心軸に沿って鋼素材を積層し固化して成形するドリル本体の製造方法。