JPS5822283B2 - 穴明け工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ドリルまたは工具軸方向に切り下ろして加
工（穴明け）を行う底刃付エンドミル等の穴明は工具に
関するものである。

以下に、ドリルによりこの発明が案出されるまでの過程
について説明する。

従来、ドリルは切削機構並びに使用形態により工具形状
が制約されるため、切削力による曲げ及びねじりに対す
る強度及び剛性が宿命的に低いという短所があり、切刃
の損傷やドリル折損などの破損事故を起こし易い工具で
あった。

切削力としてドリルに働く荷重は、主としてトルク荷重
とスラスト荷重とであるが、破損事故は特に過大なスラ
スト荷重に起因する場合が多い。

このスラスト荷重増大の最大の原因は、ドリル特有のチ
ゼルエツジにある。

以下、第１図から第４図を参照してソリッドタイプのド
リルについて説明する。

ドリル本体１の先端には切刃部２が形成されている。

この切刃部２は、主切刃３ａ、３ｂ、逃げ面４ａ。

４ｂ１マ一ジン部５ａ、５ｂおよびチゼルエツジ６を有
して構成されている。

これらのうち特にチゼルエツジ６は逃げ面４ａ、４ｂを
先端角θに沿って互いに反対方向に傾斜させて形成する
ことにより、主切刃３ａ、３ｂが形成されると同時に形
成されるものである。

このため切削加工時において、主切刃３ ａ ｓ ３
ｂは軸線方向に形成されたすくい面が正のすくい角にな
されているから通常の切削を行い得るが、チゼルエツジ
６の部分はドリル先端角θの約に程度の著しい負のすく
い角となるため、切削というよりは押し分は現象に近く
、無理矢理切屑を生成していたことになる。

従って、第３図に示すように、ドリル全体に作用する全
スラスト荷重の３０〜５０係がチゼルエツジ６の部分よ
り受けることになる。

このためチゼルエツジ６の摩滅が著しくなり、更にはス
ラスト荷重の増大となって、この結果主切刃３ ａ ｔ
３ ｂが正常な状態であってもドリルの寿命が短くな
る場合があり、また破損事故を起こす場合があるなど種
々の問題があった。

また、最近は鋳鉄は勿論鋼やステンレスなどの難削材の
加工に対しても従来のバイスのドリルに代り超硬合金製
のドリルが使用される事が多くなって来た。

しかしながら、超硬合金は、バイスに比べて高い切削速
度を得ることができ耐摩耗性が高い反面、脆く低速切削
による溶着剥離に弱いという特性があるため、チゼルエ
ツジ６は著しい負のすくい角による切削やチゼルエツジ
６の部分（ドリルの先端中心部附近）の切削速度が遅い
（零に近い）などの理由から、被剛材の溶着およびその
剥離による工具の損傷が生じ易いという欠点があった。

また、チゼルエンシロの作用は、切削加工時にドリルの
先端中心が芯振れを行ういわゆる「みそすり運動」が生
じ易い。

すなわち、この「みそすり運動」はチゼルエツジ６の両
端６ａと６ｂとが交互に瞬間中心となるため、第４図イ
、唱こ示すように切削面が三角形、五角形等の多角形状
（おむすび状）となる。

このような運動が生じるとスラスト荷重とトルク荷重と
が大きく変動するいわゆる「びびり振動」となるため切
削不能となり、ドリルの破損を起こし易くなる。

また、これらの現象は特に切刃の脆い超硬ドリルにとっ
て即破損につながる致命的なものとなり、たとえ切削が
できたとしても、明けられた穴壁に螺線状のライフリン
グが生じ易く、また最初に中心軸線に対して偏心して喰
い付いたドリルが送りの進行とともに、先端の変位も増
大して穴の傾斜が増大し、穴精度が極端に悪化する。

なお、上記のようなドリルは、チゼルエッジ６自体が逃
げ面４ａ、４ｂｔ形成すると同時に形成されるため、ド
リルの回転中心に対して偏心した位置に形成され易く、
このような場合には前述した「みそすり運動」が更に促
進され、切削抵抗の増大、変動を来たし、加工穴精度が
著しく悪くなる。

このように、チゼルエツジ６があるために受ける弊害は
、切削抵抗の増大、ひびり振動、短寿命、ドリルの破損
、穴精度の悪化等長々あった。

以上のような問題点を幾分でも改善するために、従来、
シンニングと呼ばれるドリル成形法が行われていた。

このシンニングを最も一般的に知られているＳ形シンニ
ングを例に取り第５図から第８図に基づいて説明する。

このシンニングの目的は、切刃部２にシンニング面７ａ
、７ｂを形成するこ。

とによりチゼルエツジ８の長さｚｌ短くし、これにより
チゼルエツジから受ける弊害を減少することにある（第
５図参照〕。

しかし、この場合の問題点として、前記シンニング面７
ａ、７ｂを形成したとき、チゼルエツジ８近傍の肉厚が
薄くなる・ため先端部２ａ（チゼルエツジ８近傍）の強
度が低下してしまう。

このため、被削材や切削条件に適合したシンニング形状
にしないと、先端部２ａがねじ切れたりあるいは圧壊し
たりすることがしばしば生じた。

更に、上記のような強度的な問題に加えて、前記シンニ
ング面？ａ、７ｂにより形成されるシンニング切刃９ａ
、９ｂはチゼルエツジ８はとでは無いが大きな負のすく
い角を有するため、切味が低下するとともにこの部分の
摩耗進行が著しいなどの問題があった。

また、上記のようなＳ形シンニングとは別に、第９図か
ら第１１図に示すようなＸ形シンニングと呼ばれるシン
ニング法も比較的多く用いられてンいる。

このＸ形シンニングは、逃げ面４ａ、４ｂの終端に更に
逃げ面１０ａ、１０ｂを追加形成することにより、チゼ
ルエツジのすくい面が正のすくい角に近い（すくい角０
°）シンニング切刃１１ａ。

１１ｂを形成し、これにより上述したような弊害１を減
少しようとしたものである。

このＸ形シンニングを施したドリルは、薄板などの剛性
の低い加工物の穴明けに適しており、またＳ形シンニン
グに比べて一般的にスラスト荷重も小さいことが知られ
ている。

しかし、このようなＸ形シンニング；法は、チゼルエツ
ジの長さに相当するシンニング切刃１１ａ、１１ｂが形
成されているため、シンニング切刃１１ａ、Ｉｌｂを瞬
間中心とする「みそすり運動」が極めて生じ易く、しか
も先端部２ａの実質的な肉厚が薄くなって切刃強度が低
下し、負荷の大きな切削ができないなどの欠点があった
。

次に、上記のようなソリッドタイプのドリルとは別に、
第１２図から第１５図に示すような付刃ドリルの場合に
ついて説明する。

この付刃ドリルには、第１２図および第１３図に示すよ
うな、切刃内端縁１２が回転中心１３より偏心した位置
にある副チップ１４と、切刃内端縁１５が回転中心１３
を通って前記副チップ１４側に入り込んだ主チップ１６
とがドリル本体１７に固着されたドリルと、また第１４
図および第１５図に示すような、切刃内端縁１８が回転
中心１９より偏心した位置にある副チップ２０と、切刃
内端縁２１が回転中心に位置する主チップ２２とがドリ
ル本体２３に固着されたドリルとがある。

これら各付刃ドリルにあっては、少なくとも一方のチッ
プ（主チップ１６．２２）の切刃内端縁１５，２１が回
転中心１９に位置しているか、あるいは回転中心１３を
通過するように形成されているため、チゼルエツジによ
るスラスト荷重の増大や「みそすり運動」などの悪影響
を軽減することはできるが、切削加工時に送りを与えた
場合には、切刃の中心部に以下のような問題が生じる。

すなわち、送りを与えて切削加工を行う際、中心に近く
なるほど大きな逃げ角が必要となり、しかも理論上はど
んな小さな送りであっても中心部は９０°に近い逃げ角
を必要とする。

しかし、実際上はこのような逃げ角を設定することは不
可能で、特に超硬合金の場合には１０’前後に制約され
てしまう。

このため回転中心部には送りに相当する圧縮力（スラス
ト荷重）を受けることになり、この圧縮力により主チッ
プ１６，２２の圧壊や貝殻状の剥離を起こすなどの問題
から超硬合金などの使用が困難であった。

また、回転中心部とこの付近の切削速度が零になるため
、溶着、剥離などを起こすということも超硬化が困難で
あった理由のひとつである。

更に、上記の欠点に加えて、切刃内端縁２１を回転中心
に位置させることは非常に高い加工精度が要求されるた
め、製造コストが高くなり、また主チップ１６．２２と
副チップ１４゜２０との切刃が明らかに非対称であるた
め切削抵抗がアンバランスになり、ドリルの喰付き時に
おけるドリルの８振れや穴の曲がりおよび穴の拡大等の
悪影響を及ぼす。

更に、同様な理由から、チップの形状が異なるためチッ
プの共用化ができなくなることや、ドリル本体のチップ
着座加工の工程が別々になり、製造コストが高くなると
いう欠点があった。

なお、第３図、第４図イ２口および第５図に基づいた説
明は、共立出版株式会社の切削、研削加工掌上（昭和５
２年９月１５日発行）にも記載されている。

この発明は、以上のような種々の問題点に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、切刃部の回転中心
部から切刃を取りのぞくことにより、チゼルエツジによ
る多々の弊害や、シンニングによる先端強度の低下、あ
るいは製造の困難性などを解決し得るとともに、超硬合
金の使用を容易になし得る穴明工具を提供することであ
る。

以下、この発明の一実施例を第１６図から第１８図に基
づいて説明する。

第１６図および第１Ｔ図はソリッドタイプのドリルの切
刃部を示す図であって、この先端部でかつドリルの回転
中心部には、空隙部（非削域）３０が形成されている。

この空隙部３０は、被削材３４に対して切削を行わない
ため、この空隙部３０に対応する被削材３４（第１８図
Ａ参照）に微小な円柱状のコア（切り残り部分）が生成
しようとするが、この円柱状コアの成長過程で、前記ド
リルの回転（すなわち空隙部３０も回転する）によって
、ある範囲の空隙部幅ｄの時前記微小円柱状コアが空隙
部側壁から受ける主分力方向と背分力方向の切削抵抗に
耐えきれず空隙部底につきあたる前に、ねじ切られてし
まうことがわかった。

この時の前記空隙部幅ｄは０、２〜２．５ ｘｍが好ま
しい。

すなわち、０．２ｍｍ以下であるとドリルのスラスト力
が大きくドリル本来の欠点を生ずるため空隙部を形成し
た効果がでにくく、２．５ｍｍ以上であると円柱状コア
がねじ切られにくくなり空隙部底にあたってへしおられ
ることになる。

成長した微小円柱状コアはねじ切られてしまっても、第
１８図Ｂに示す如く、穴の底部中央に極めて小さい円錐
突起３５が残部として形成される。

また、前記空隙部３０が形成されることにより、必然的
に切刃３１ａ、３１ｂの各内端縁３２ａ 、３２ｂがド
リルの回転中心３３から離れて形成されることになり、
第１６図および第１１図に示す如く前記内端縁３２ａ
、３２ｂは前記回転中心３３に対して点対称に配置され
る。

また、前記空隙部３０の軸方向における深さは空隙部３
０の幅ｄ程度の大きさがあればよいが、再研削を要する
場所にはその再研削代を考慮してより深く決められねば
ならない。

このように構成されたドリルの作用について説明する。

まず、切削加工の開始時には、被削材３４の切削面に切
刃端縁３２ａ 、３２ｂがほぼ同時に喰い付くため両足
で踏んばる状態になり、この結果ドリルが振れようとす
る力（８振）を互いに規制し合う。

次に、切削加工が行われて第１８図に示すような穴が明
けられる際には、切刃部の回転中心に空隙部３０が形成
されているから、大きなスラスト荷重が加わることなく
円滑に切削加工が行われる。

また、切刃内端縁３２ａ、３２ｂが回転中心３３から互
いに等しく離れた位置にあるから、被削材３４の穴の底
部中央に生じる円錐突起３５の外周に沿って前記切刃内
端縁３２ａ。

３２ｂが回転し、この結果ドリルの８振および「みそす
り運動」が起こり難くなる。

更に、前記穴の底部中央に生じる円錐突起３５は円柱状
のコアが残ることなく非常に小さい高さＨの円錐状の突
起となる。

次に、残部の円錐突起３５の大きさについての実験例を
示す。

実験例 被削材にＦｅ１２，５Ｓ４１（硬さＨＢ１６０）。

５４５Ｃ（硬さＨＢ １８０ ）、ＳＮＣＭ８（硬さＨ
Ｂ２８０）、５ＵＳ３０４を用い、ドリルは外径２０１
ｔＴＩＬで空隙部３０の幅ｄを０．２〜２．５１ＬＴＩ
Ｌまで段階的に変え、またドリルの送りｆを０．１〜０
．７ａｍ／ｒｅｖとし回転数Ｎを７４Ｏｒｐｍ、８２０
ｒｐｍ。

９１０ｒｐｍとし、更に切削油エマルジョンを用いて湿
式にて実験を行った。

この結果、幅ｄが大きくなると、円柱状コア自体も長く
成長し、円錐突起３５の高さＨも若干大きくなるが、ね
じ切られた微小円柱状コアの長さは幅ｄよりも小さかっ
た。

また幅ｄが一定の場合に回転数Ｎが上昇すると、円錐突
起３５の高さＨが大きくなることが判ったが、前記幅ｄ
が０．２〜〜２．５朋の範囲内にあっては、実験したい
ずれの被削材でも微小円柱状コアがねじ切られた後の円
錐突起３５の高さＨは０．５ ｒｎｍ以下であり、しか
も。

ねじ切られる前の微小円柱状コアまたは前記円錐突起３
５の頂部が前記空隙部３０の底に突き当った形跡が見ら
れなかった。

これは、切削中に円柱状のコアが成長していく過程でド
リルの主分力方向と背分力方向の切削抵抗によってねじ
切られて。

しまうためで、円錐突起の表面を拡大してみると、明ら
かにねじ切られた痕跡があった。

このように上記実験例から、空隙部３０の幅ｄが０．２
〜２．５龍の範囲にあれば、切刃部の回転中心に切刃が
無くてもコアを残すことなく穴明は加。

工が可能であることが証明された。

また、中心部に切刃のないドリルには、これまでにもコ
アドリル、トレパニングツールがあるが、コアドリルは
予め下穴の明けられた穴の拡大に用いられるものであり
、またトレパニングツールは。

最後まで芯を削り残して穴を明ける、いわゆるトレパニ
ングを行うものでいずれもこの発明とは本質的に異なる
ことは明白である。

また、上記実施例はソリッドタイプのドリルについて説
明したが、この発明はこれに限られるこ・となく、例え
ば第１９図および第２０図に示すような付刃タイプのド
リルに用いたものであってもよい。

すなわち、ドリル本体の先端部に空隙部（ソリッドタイ
プのドリルと同様の非削域）４０を設けてなり、切刃４
４ａ、４４ｂと切刃内端縁４２ａ 、４２ｂを有するチ
ップ４１ａ、４１ｂをロー付固着したものであり、前記
空隙部４０は上述したソリッドタイプと同様に構成され
ている。

このように構成された付刃ドリルは、上述したソリッド
タイプのドリルと同様の作用を有するほかに、従来の欠
点が克服されるため超硬合金の使用を非常に有利に行う
ことができ、従って超硬合金製のチップの使用が容易に
なり、また切刃内端縁４２ａ、４２ｂが中心に対し点対
称になされているのでチップ４１ａ、４１ｂが同一形状
になるため、チップの共用化が行え、しかも製作が容易
で製造コストの低減を計ることができる。

また、この発明は、前述した各実施例に限られることな
く、例えば第２１図から第２５図に示すように、各切刃
８０・・・を工具本体の回転中心８１からその回転方向
に対し反対方向へ所定距離（空隙部（非削域）８２の幅
ｄの約￥）ずらし、しかも前記各切刃８０・・・の長さ
を工具本体の半径よりも長くしたものであってもよく、
また工具本体の半径よりも短くしたものであってもよい
。

要は、切削中に、被剛材に生成されるコアが工具本体の
回転によってねじ切られる程度の空隙部８２が形成され
るように前記各切刃８０・・・を設けたものであればよ
い。

なお、前述した各実施例は、いずれも工具が回転して穴
明は加工を行う場合について説明したが、これに限られ
ることなく、被削材を回転させて穴明は加工を行っても
よいことは勿論である。

以上詳細に説明したように、この発明は、工具本体の先
端部に切刃が、その内端縁を被削材に対する工具本体の
相対的な回転中心部から離して設けられ、かつ前記工具
本体の回転中心部には、円柱状のコアのある一定以上の
成長を被削材に対する工具本体の相対的な回転により拒
む空隙部が設けられた構成であるから、切刃部の強度を
低下することなく、またスラスト荷重を低減することが
でき、従来のようなチゼルエツジによる多々の弊害を防
止し、更に製造を容易にすることができる。

また、この発明は、前述したように特に超硬ドリルにと
っても極めて有利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第１５図は従来のドリルに関する図であって
、第１図は従来のソリッドタイプのドリルの一部省略正
面図、第２図は第１図の拡大底面図、第３図は第１図の
ドリルのスラスト分布図、第４図イ２口は「みそすり運
動」の説明図、第５図はスラスト荷重とチゼルエツジの
長さとの関係を示す図、第６図は第１図のドリルにＳ形
シンニングを施した底面図、第７図は第６図の正面図、
第８図は第６図の■−■線矢視断面図、第９図は第１図
のドリルにＸ形シンニングを施した底面図、第１０図は
第９図の正面図、第１１図は第９図のＸＩ−ＸＩ線矢視
断面図、第１２図は従来の付刃ドリルの一例を示す底面
図、第１３図は第１２図の正面図、第１４図は更に従来
の付刃ドリルを示す底面図、第１５図は第１４図の正面
図、第１６図から第２５図はこの発明の実施例を示す図
であって、第１６図はソリッドタイプのドリルの底面図
、第１７図は第１６図の正面図、第１８図は第１６図の
ドリルにより穴明けを行った場合の状況を示し、第１８
図Ａはその拡大底面図、第１８図Ｂはその拡大断面図、
第１９図は付刃ドリルの底面図、第２０図は第１９図の
正面図、第２１図はソリッドタイプのドリルの他の実施
例を示す底面図、第２２図は第２１図の正面図、第２３
図は付刃タイプのドリルの他の実施例を示す底面図、第
２４図は第２３図の正面図、第２５図は第２３図の側面
図である。 ３０．４０，８２・・・・・・空隙部（非削域）、３１
ａ。 ３１ｂ、４４ａ、４４ｂ、８０−−−−・・切刃、３２
ａ。 ３２ ｂ 、４２ ａ ｔ ４２ ｂ””切刃内端縁、
３３゜４３．８１・・・・・・回転中心。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 工具本体の先端部に２枚の切刃が、その内端縁を被
   削材に対する工具本体の相対的な回転中心部から等しく
   かつ対称に離して設けられ、かつ前記工具本体の回転中
   心部には、被削材に対する工具本体の相対的な回転によ
   り円柱状のコアのある一定以上の成長を拒む幅ａ（ｄ＝
   ｏ、２〜２．５ ｒａｍ ）をもつ空隙部が設けられた
   ことを特徴とする穴明は工具。