JPH09295209A

JPH09295209A - ドリル

Info

Publication number: JPH09295209A
Application number: JP8113305A
Authority: JP
Inventors: Seiki Shiga; 清貴志賀; Akio Fukui; 章雄福井; Kazuaki Terada; 和明寺田; Takahiro Yamada; 高裕山田; Haruyasu Toyoda; 晴康豊田; Hitoshi Miyake; 仁三宅; Akihiro Umeda; 明広梅田
Original assignee: Fuji Bellows Co Ltd; Fuji Seiko Co Ltd
Current assignee: Fuji Bellows Co Ltd; Fuji Seiko Co Ltd
Priority date: 1996-05-08
Filing date: 1996-05-08
Publication date: 1997-11-18
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JP2905142B2; US5909985A

Abstract

(57)【要約】【課題】互いに別部材である刃部材とシャンクとを固
定して成るドリルのコストダウンを図る。【解決手段】刃部材１０は超硬合金製平板の先端部に
切刃２４を形成したものである。逃げ面２２と側面２０
との交線を切刃２４とし、側面２０の側方空間を経て切
屑を排出し得るため、軸方向に延びた切屑排出溝を形成
する必要がない。シャンク１２は、特殊鋼製丸棒の先端
面３０から軸方向にすり割り溝３２を形成したものであ
り、このすり割り溝３２に刃部材１０の基端部１６を嵌
合してロー付けする。シャンク１２にはさらに、大径穴
部３８を有するクーラント穴３６を形成する。本ドリル
は構造が簡単であるため、安価に製造することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、互いに別部材であ
る刃部材とシャンクとを固定して成るドリルに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】ドリルには、刃部をシャンクと一体に形
成して成るものと、互いに別部材である刃部材とシャン
クとを固定して成るものとがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、後者の刃部
材とシャンクとが別部材である形式のドリルであって、
構造が簡単で製造が容易なものを得ることを課題として
為されたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段，作用および効果】上記課
題は、刃部材を平板の先端部に切刃を形成したものと
し、その刃部材の基端部を、シャンクの先端面にその先
端面の中心を通り、シャンクの軸方向に延びる状態で形
成した嵌合溝に嵌合して固定することにより解決され
る。上記平板は全体が切刃形成に適した材料から成るも
のとすることも、切刃形成部のみを他の部分より硬度が
高く、切刃の形成に適した材料から成るものとすること
も可能である。前者の場合は、刃部材自体の先端部に逃
げ面を形成し、その逃げ面と平板の側面から成るすくい
面との交線を切刃とするのであり、後者の場合は、平板
に固着した硬度の高い材料の部分に逃げ面とすくい面と
を形成し、両者の交線を切刃とすることになる。

【０００５】いずれにしても、平板の両側の空間をその
まま軸方向に延びる切屑排出溝として利用することがで
き、切屑排出溝を形成するための加工を行う必要がない
ため、ドリルのコストダウンを図ることができる。ま
た、シャンクの先端面に嵌合溝を形成し、その嵌合溝に
刃部材の基端部を嵌合するのであるため、刃部材をシャ
ンクに容易にかつ強固に固定することができる。

【０００６】

【発明の補足説明】本発明は、上記請求項に記載された
態様の他、以下の態様でも実施することができる。実施
の態様は便宜上請求項と同じ形式の実施態様項として記
載する。（１）前記刃部材と前記シャンクとが、互いに異なる材
料から成る請求項１に記載のドリル。例えば、刃部材の
材料を超硬合金，セラミック，サーメット等とし、シャ
ンクの材料を特殊鋼，工具鋼等とすることができる。刃
部材の材料は切削に耐え得る硬度を有する材料とする必
要があるが、シャンクの材料は刃部材を保持し得る強度
および剛性を有するものであればよい。このように、刃
部材とシャンクとを互いに異なる材料で製造すれば、刃
部材やシャンクの材料を、それらにそれぞれ適した材料
とすることができ、ドリル全体を同一の材料で製造する
場合より材料費を安くすることができる。（２）前記シャンクの嵌合溝がシャンクの横断面形状が
円である先端部を直径方向に貫通したすり割り溝である
請求項１または実施態様項１に記載のドリル。嵌合溝を
直径方向に貫通するすり割り溝とすれば、直径方向に貫
通しない嵌合溝に比較して形成が容易になる。非貫通の
嵌合溝は例えば放電加工等により形成する必要がある
が、貫通嵌合溝は例えばすり割りフライス等により容易
に切削加工することができるのである。（３）前記刃部材の基端部が前記シャンクにロー付けに
より固定された請求項１，実施態様項１，２のいずれか
１つに記載のドリル。刃部材の基端部とシャンクとをロ
ー付けにより固定すれば、刃部材をシャンクに簡単に十
分な強度で固定することができ、切削に伴う発熱によっ
て刃部材がシャンクから離脱する恐れもない。ただし、
後述するようにドリルがクーラント供給穴を有するもの
である場合には、切削により発生する熱がクーラントに
より効果的に運び去られるため、刃部材とシャンクとの
固定箇所の温度上昇が小さく、両者を半田付けや接着に
より固定することも可能である。（４）前記嵌合溝の内面の少なくとも一部に、前記刃部
材の基端部と接触しない非接触部が設けられた実施態様
項３に記載のドリル。実施態様項３におけるように刃部
材とシャンクとをロー付けする場合に、両者の材料が実
施態様項１におけるように互いに異なっていれば、これ
ら材料の線膨張率の相違に起因して、刃部材が破損する
恐れがある。それに対して、本実施態様項におけるよう
に、嵌合溝の内面に非接触部を設ければ、刃部材とシャ
ンクとの固着面積をその分小さくすることができ、刃部
材の破損を回避することができる。（５）前記非接触部が、前記シャンクの少なくとも前記
嵌合溝が形成された部分に、その嵌合溝の幅より大きい
直径で軸方向穴が形成されたものである実施態様項４に
記載のドリル。このように、シャンクに軸方向穴を形成
すれば、嵌合溝の内面に容易に非接触部を設けることが
できる。（６）前記刃部材の基端部が前記シャンクに着脱可能に
固定された請求項１，実施態様項１，２のいずれか１つ
に記載のドリル。刃部材の基端部をシャンクにボルトや
ピン等で着脱可能に固定すれば、刃部材が摩耗により使
用不能となった場合に、刃部材のみを交換し、シャンク
を繰返し使用することが可能となる。（７）前記シャンクにそれを軸方向に貫通するクーラン
ト穴が形成され、かつ、そのクーラント穴の少なくとも
前記嵌合溝と軸方向において重なり合う部分およびその
近傍部の直径が嵌合溝の幅より広くされた請求項１，実
施態様項１〜６のいずれか１つに記載のドリル。クーラ
ント穴にクーラント供給装置を接続すれば、刃部材の側
面とクーラント穴の内周面との間の隙間から加工部（被
加工物および切刃の周辺）にクーラントを供給すること
ができる。刃部材に貫通穴を形成しなくても、クーラン
トを加工部に供給することができるのである。クーラン
ト穴は全長にわたって直径を一定にしても、途中で変化
させてもよい。直径を一定にすれば一般にクーラント穴
の形成が容易となるが、クーラント穴の嵌合溝と軸方向
において重なり合う部分を小径穴部、他の部分を大径穴
部とする方がよい場合がある。例えば、シャンクが細い
場合にはクーラント穴も細くなるため、シャンクにそれ
を軸方向に貫通するクーラント穴を形成することが容易
ではなく、その観点からすればクーラント穴の直径は大
きいほどよいのであるが、シャンクの先端部において
は、そのクーラント穴と共に嵌合溝が形成されるため強
度が不足し易い。そこで、先端部の強度低下を極力回避
しつつクーラント穴の形成を容易にするために、クーラ
ント穴の先端部を小径穴部、他の部分を大径穴部とする
ことが望ましい場合が生じるのである。逆に、クーラン
ト穴の嵌合溝と軸方向において重なり合う部分およびそ
の近傍部分を大径穴部、他の部分を小径穴部とすること
が望ましい場合もある。クーラント穴の形成さえ可能で
あれば、クーラント穴の先端部を大径穴部としてその大
径穴部の内周面と刃部材の側面との間の隙間をクーラン
ト噴射口として確保しつつ、他の部分は小径穴部として
シャンク全体の剛性を高く保つことが望ましいのであ
る。なお、刃部材とシャンクとがロー付けされる場合に
は、クーラント穴の先端部が前記実施態様項５における
軸方向穴として機能する。（８）前記クーラント穴の前記嵌合溝と軸方向において
重なり合う部分の直径のシャンクの直径に対する比率が
０．２〜０．６である実施態様７に記載のドリル。クー
ラント穴の、嵌合溝と軸方向において重なり合う部分の
直径は嵌合溝の幅（刃部材の厚さ）より大きくする必要
があるため、この部分の直径のシャンクの直径に対する
比率はシャンクの直径に対する嵌合溝の幅の比率も考慮
して決める必要があるが、一般的には０．２〜０．５と
することが望ましく、０．３〜０．４とすることがさら
に望ましい。（９）前記刃部材の幅方向の寸法が前記シャンクの直径
以下であり、かつ、その刃部材の軸方向の寸法が幅方向
の寸法の２倍以上である請求項１，実施態様項１〜８の
いずれか１つに記載のドリル。刃部材の幅方向の寸法が
シャンクの直径以下である場合には、刃部材によりあけ
られた穴の開口をシャンクが塞ぐ状態となれば、切屑の
排出が不可能になるため、形成可能な穴の深さは刃部材
のシャンクから突出した部分の長さによって決まる。そ
して、一般に、刃部材の軸方向の寸法を大きくするほど
シャンクからの突出部の長さを長くすることが可能とな
り、深い穴の加工が可能となるのであって、この観点か
らすれば、刃部材の軸方向の寸法を幅方向の寸法の３倍
以上とすることが特に望ましい。（１０）前記刃部材の前記嵌合溝に嵌合された基端部の
軸方向の寸法の、刃部材全体の軸方向寸法に対する比率
が０．１〜０．５である請求項１，実施態様項１〜９の
いずれか１つに記載のドリル。切削抵抗がそれほど大き
くない場合には、刃部材の基端部の寸法をそれほど大き
くする必要はないが、切削抵抗が増すにつれて大きくす
ることが必要となる。一般的には０．１〜０．４とする
ことが望ましく、０．２〜０．３とすることが特に望ま
しい。

【０００７】

【実施の形態】本発明の一実施形態であるドリルについ
て図面に基づいて詳細に説明する。図１において，ドリ
ルは、互いに別部材である刃部材１０とシャンク１２と
から成るものであり、刃部材１０の材料は超硬合金であ
り、シャンク１２の材料は特殊鋼である。

【０００８】刃部材１０は、超硬合金製の矩形の板材の
先端部に切刃を形成することによって製造されたもので
ある。板材は、それの厚みｄがマージン幅と、幅ｗがシ
ャンク１２の直径Ｄとそれぞれ同じ大きさであり、それ
の軸方向の長さＬは幅ｗの２〜７倍のものである。板材
の先端部１４が他の部分より幅が小さくされており、こ
の先端部１４と他の部分との段部に面取り用切刃１８が
形成されている。先端部１４の幅は、被加工物に形成す
べき加工穴の直径とほぼ同じとされ、軸方向の長さは、
その加工穴の深さよりやや短めとされている。ただし、
加工穴が貫通穴である場合には、先端部１４の長さは加
工穴の深さより長くされる。

【０００９】また、平板の側面２０の側方空間を切屑排
出溝として利用することが可能であるため、軸方向に延
びる溝を形成する必要がない。そのため、刃部材１０の
製造工数が少なくて済み、ドリルのコストダウンを図る
ことができる。先端部１４の先端には、外周側ほどシャ
ンク１２に接近し、かつ、ドリルの回転方向と逆方向に
向かうに従ってシャンク１２に接近する向きに傾斜した
逃げ面２２が形成され、逃げ面２２と側面２０との交線
が切刃２４とされる。また、両逃げ面２２の交線である
チゼルエッジを小さくするためにシンニング２６が施さ
れるが、本実施形態においてはチゼルエッジ０のクロス
シンニングとされている。

【００１０】シャンク１２は概して丸棒状を成し、それ
の先端面３０から軸方向にすり割り溝３２が形成されて
いる。すり割り溝３２は、図２に示すように、円形であ
る先端面３０の一直径上に、シャンク１２の先端部を直
径方向に貫通する状態で形成されており、幅は刃部材１
０の厚みｄとほぼ同じに（厳密には厚みｄより僅かに大
きく）され、深さＬ_dは刃部材１０の軸方向の長さＬの
およそ１／５とされている。このすり割り溝３２に基端
部１６が嵌合されることになるため、すり割り溝３２の
深さＬ_dが基端部１６のシャンク１２との嵌合部の長さ
となり、この嵌合部の長さＬ_dの軸方向の長さＬに対す
る比率（Ｌ_d／Ｌ）がおよそ１／５とされているのであ
る。

【００１１】シャンク１２には、また、軸方向に延びた
クーラント穴３６が形成されている。クーラント穴３６
は段付き形状を成しており、すり割り溝３２が形成され
た部分およびその近傍部が、他の部分より大径の大径穴
部３８とされている。図２に示すように、その大径穴部
３８の直径Ｄ_hは、すり割り溝３２の幅（刃部材１０の
厚みｄ）より大きくされ（Ｄ_h＞ｄ）、大径穴部３８の
軸方向の長さＬ_hはすり割り溝３２の深さＬ_dより長く
されている（Ｌ_h＞Ｌ_d）。その結果、クーラント穴３
６は、すり割り溝３２と、それの底面および側面におい
て連通させられることになる。大径穴部３８の直径Ｄ_h
のシャンク１２の直径Ｄ（刃部材１０の幅ｗと同じ）に
対する比率（Ｄ_h／Ｄ）は、本実施形態においては、約
０．５とされている。シャンク１２の末端部にはトルク
伝達用の突起４０が、このクーラント穴３６の直径より
大きい厚みで形成されている。シャンク１２の素材とし
て市販の丸棒を使用すれば製造費を低減し得る。

【００１２】刃部材１０は、基端部１６においてシャン
ク１２のすり割り溝３２に嵌合され、ロー付けにより固
定されている。ロー付け後、刃部材１０の幅方向の両端
面と、シャンク１２のすり割り溝３２の深さよりやや長
い部分の外周面とが円筒研削加工されている。このよう
に、基端部１６には僅かな研削加工を施すのみでよいた
め、製造費を安くすることができる。また、刃部材１
０がシャンク１２に固定された状態において、刃部材１
０の側面２０と大径穴部３８の内周面との間に隙間が形
成され、この隙間がクーラントの噴射口となる。

【００１３】さらに、上述のように、大径穴部３８の直
径Ｄ_hがすり割り溝３２の幅ｄより大きく、軸方向の長
さＬ_hが深さＬ_dより長くされているため、刃部材１０
がシャンク１２に固定された状態において、刃部材１０
のすり割り溝３２に嵌合された部分の側面と末端面との
全体がすり割り溝３２の内側面に接触させられ、ロー付
けされるわけではなく、すり割り溝３２の底面と内側面
との各外周側の部分にのみロー付けされることとなる。
刃部材１０の幅方向の中央部にはシャンク１２に接触せ
ず、ロー付けされない非接触部が形成されることになる
のである。前述のように、刃部材１０とシャンク１２と
は異なる材料で製造されているため、ロー付け時にドリ
ルが加熱され、その後冷却されると、これらの間の線膨
張率の相違に起因して、刃部材１０（硬度が高く脆い
方）の基端部１６に図１０に示すようにクラック４６が
生じるおそれがある。それに対して、上記非接触部が形
成されていれば、線膨張係数の違いがシャンク１２の弾
性変形により吸収されるため、破損が回避される。

【００１４】上記構成のドリルによる被加工物の穴あけ
加工を説明する。シャンク１２が図示しない工具ホルダ
を介してボール盤等工作機械の主軸に固定され、クーラ
ント穴が工具ホルダ内のクーラント通路を経てクーラン
ト供給装置に接続される。ドリルが回転させられ、主軸
と被加工物とが主軸の軸方向において相対的に接近させ
られれば、被加工物に加工穴が形成される。この際、被
加工物と刃部材１０との切刃２４近傍部である加工部に
は、クーラント穴３６から刃部材１０の側面２０に沿っ
てクーラントが噴射される。一方、発生した切屑は逆向
きに刃部材１０の側面に沿って流れ、加工穴の外部へ排
出される。このように、刃部材１０にクーラント穴を設
けなくても加工部にクーラントを供給することができ、
切屑排出溝を形成しなくても切屑を排出することができ
るのである。

【００１５】図３，４は、本実施形態のドリルを用いて
被加工物に加工穴を８１個形成した後の、刃部材１０の
先端の状態を工具顕微鏡で観察した結果を示す図であ
る。図３は、本ドリルを回転数５０００rpm で回転しつ
つ送り速度１５０mm/minで前進させた場合におけるそれ
であり、図４は、回転数を２５００rpm 、送り速度を７
５．４mm/minとした場合のそれである。図３，４から、
回転数５０００rpm の場合も回転数２５００rpm の場合
も、切刃２４の周りには構成刃先５０が形成されるが、
その構成刃先５０の量が回転数５０００rpm の場合の方
が多いことがわかる。また、傷５２の状態から回転数５
０００rpm の場合の方が、磨耗が大きいことがわかる
が、その場合においても穴あけ加工に悪影響を及ぼすほ
どではない。また、本ドリルによる加工穴の拡大代およ
び面粗さを調べた。その結果、通常のドリルと比較し
て、面粗さは多少大きいが、拡大代は殆ど同じであるこ
とがわかった。この実験により、本ドリルが穴あけ加工
に十分使用可能なものであり、加工精度にも殆ど問題が
ないことが確認された。

【００１６】なお、上記実施形態においては、刃部材１
０が超硬合金製の平板から製造されたものであったが、
刃部材１０の材料は、セラミックスであっても、サーメ
ックであっても、工具鋼に表面処理を施したもの等であ
っても、平板の先端部１４に切刃用のボラゾン等を固着
したものであってもよい。また、刃部材１０の基端面に
形成した中央突部をシャンク１２の大径穴部３８に丁度
嵌合させ、あるいは、シャンク１２の先端面に、その先
端面の中心を通るが外周面までは貫通しない嵌合溝を放
電加工等で形成し、その嵌合溝に刃部材１０の基端部を
嵌合するなどして、刃部材１０とシャンク１２との位置
決めを行えば、刃部材１０とシャンク１２との中心を精
度よく一致させることができ、刃部材１０の幅方向の端
面を研削加工することは不可欠ではなくなる。さらに、
クーラント穴３６は、段付き形状のものとしなくても、
全長に渡って直径が一定のものとしてもよい。さらに、
クーラント穴３６を省略することも可能である。

【００１７】また、上記実施形態においては刃部材１０
がシャンク１２にロー付けにより着脱不能に固定されて
いたが、ボルトやピン等により着脱可能に固定すること
もできる。図５，６に示すドリルにおいては、刃部材１
０が、基端部１６において、軸方向に並んだ２本のボル
ト７０，７２によりシャンク１２に固定されている。ボ
ルト７０，７２は、刃部材１０を貫通する部分とその両
側の一定長さの部分とには雄ねじが形成されておらず、
直径が正確に加工されており、同じく精度良く加工され
た刃部材１０の嵌合穴７３とシャンク部１２の嵌合穴７
４，７５とに嵌合されている。また、頭部７６がシャン
ク１２に形成された座ぐり穴７８に収容されるととも
に、先端の雄ねじ部７９によりシャンク１２の雌ねじ穴
に螺合されることにより、シャンク１２のすり割り溝３
２の両側壁部を互いに接近させ、刃部材１０の基端部を
強固に挟ませている。以上により、刃部材１０のシャン
ク１２に対する軸方向と幅方向との相対移動が防止され
ている。ボルト７０，７２は、ボルトと位置決めピンと
が一体化された、所謂リーマボルトなのである。ボルト
７０，７２を外せば、刃部材１０を外すことができ、新
しい刃部材１０と交換することができる。

【００１８】図７〜９に示すドリルにおいては、刃部材
１０が軸方向に並んだ２本のピン８０，８２と、それら
ピン８０，８２の間のボルト８４とによってシャンク１
２に固定されている。ピン８０，８２は雄ねじ部８６，
８８を有するものであり、雄ねじ部８６，８８がシャン
ク１２の雌ねじ部に螺合されることにより脱落を防止さ
れている。これらピン８０，８２によって刃部材１０と
シャンク１２との軸方向および幅方向の相対移動が防止
されるとともに、ボルト８４によりすり割り溝３２の両
側壁間の間隔が減少させられて、刃部材１０が両側壁に
より強固に挟まされている。これらピン８０，８２およ
びボルト８４を外せば、刃部材１０を交換することがで
きる。

【００１９】その他、刃部材１０およびシャンク１２の
形状は上記実施形態のものに限定されない等、いちいち
例示することはしないが、特許請求の範囲を逸脱するこ
となく当業者の知識に基づいて種々の変形，改良を施し
た態様で本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるドリルを示す正面・
側面図である。

【図２】上記ドリルのシャンクの先端面近傍を示す正面
・側面図である。

【図３】上記ドリルの使用後の先端を工具顕微鏡で観察
した状態を示す図である。

【図４】上記ドリルの別の使用後の先端を工具顕微鏡で
観察した状態を示す図である。

【図５】本発明の別の実施形態であるドリルのシャンク
先端近傍部の正面図である。

【図６】図５におけるＡＡ断面図である。

【図７】本発明のさらに別の実施形態であるドリルのシ
ャンク先端近傍部の正面図である。

【図８】図７におけるＢＢ断面図である。

【図９】図７におけるＣＣ断面図である。

【図１０】刃部材とシャンクとの間の線膨張率の相違に
起因した刃部材にクラックが生じた状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０刃部材１２シャンク１６基端部２０側面２４切刃３２すり割り溝３６クーラント穴３８大径部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田高裕愛知県豊田市吉原町平子26番地富士精工株式会社内 (72)発明者豊田晴康愛知県豊田市吉原町平子26番地富士精工株式会社内 (72)発明者三宅仁愛知県豊田市吉原町平子26番地富士精工株式会社内 (72)発明者梅田明広愛知県豊田市吉原町平子26番地富士精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに別部材である刃部材とシャンクと
を固定して成るドリルにおいて、前記刃部材を平板の先端部に切刃を形成したものとし、
その刃部材の基端部を、前記シャンクの先端面にその先
端面の中心を通り、シャンクの軸方向に延びる状態で形
成した嵌合溝に嵌合して固定したことを特徴とするドリ
ル。