JPS625725B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は軸端刃の回転中心に切れ味の良い切刃
を有し、かつ切削力による曲げモーメントが、全
切刃切削状態においてすべての方向について相殺
することをねらつた回転切削工具に関するもの
で、その目的とするところは、スラストが小さ
く、加工精度が良く、かつ折損の少い切削工具を
得ることにある。ここに切刃とは切削作用をする
刃先の部分を意味し、刃部とは刃物本体に取り付
け少なくともその一部に切刃を有する部品を意味
し、切刃欠落部とは刃部の一部で切刃の延長線上
に切刃の無い部分を意味するものとする。 一般に用いられているドリルにおける最大の難
点はチゼルポイントおよびその近傍の切れ味の悪
さとそれに基づくスラストの過大なることであ
る。この欠点を避けるために種々の発明考案がな
されている。その一つとして一方の切刃はドリル
先端の中心から外周に向かう直線切刃（外周に達
しないものもある）とし、他方の切刃は中心部を
欠き外周に達する直線切刃としている超硬ドリル
があるが、両切刃による切削抵抗によつて生ずる
曲げモーメントがごく一部しか相殺されず、その
ためドリルの曲がりを生じやすく、穴の寸法精度
や真直度に問題があり、長穴には不向きとされて
いる。 本発明は各側の限定された位置に限定された幅
の切刃欠落部を設けることによつて、切削抵抗に
よる曲げモーメントの完全な相殺をねらつたもの
で、理論計算によつて諸元を定めることにより、
ほぼ目的を達することができ、実験によつて補正
すれば更に精度を高めることができる。 さて軸端部の回転中心に切刃を有する心有り刃
を設けると、中心部における工具本体の強度を確
保するためには、他の側は中心部に切刃を欠落し
たものとなる。そうすると左右切刃の切削抵抗に
よる曲げモーメントに不均合いを生ずるので、そ
の対策として心有り側に切刃欠落部を設けその切
削抵抗の減少を図ることが考えられる。しかしそ
うすることだけでは工具に働らく曲げモーメント
を十分に除くことはできないので、中心部に切刃
をもたない心無し側の外周側にさらに切刃欠落部
を設けて、曲げモーメントの釣合いを図つたとこ
ろ、適当な条件を与えることによつてそれが可能
であることが理論的に証明され、実験によつて確
認された。 以下、第１図に示すように、ドリル軸線００と
それぞれ角αを成す左右に角間隔180゜の直線切
刃によつて穴明け加工をする場合について、本発
明の実施の態様を説明する。 心有り側（左側）の刃部１０の切刃はドリル先
端の回転中心Ａを起点として外周G₁に向かつて
延びる直線形とし、中間のC₁−D₁間を切刃欠落
部１１とする。心無し側（右側）の刃部２０の切
刃は、点Ａから離れた点B₂から外周G₂に至る直
線形とし、中間のE₂−F₂間を切刃欠落部２２と
する。心有り側の刃部１０のＡ−C₁間において
点B₂と同径の点をB₁とし、その半径をｒ_Bとす
る。同様にしてC₁に対してC₂およびｒ_C、D₁に対
してD₂およびｒ_D、E₂に対してE₁およびｒ_E、F₂
に対してF₁およびｒ_Fを定義する。ここにｒ_B≦
ｒ_C＜ｒ_D≦ｒ_E＜ｒ_F≦ｒ_G、ただしｒ_G＝₁＝
₂。ただし簡単のため刃端の丸味は省略し尖端
となつているものとして解析的取扱いをする。ま
た、すくい角および逃げ角は切刃上の位置に無関
係に一定に保ち、切削速度の差異による影響も無
視して比切削抵抗は一つの切刃上の各点で同値に
保たれるものとして取扱う。 さて切刃に沿つた長さｓの単位長さ当りの主切
削抵抗（円周方向）を_c、軸線００と切刃直線
とを含む平面内で切刃に直角な切削抵抗成分を
_oとし、ｋを定数として_o＝_c／ｋと表わす。
左右切刃が同時に切削する場合は１切刃の場合の
切削抵抗のλ倍とする。λ≒1/2と見てよい。 切刃上の任意の点Ｐ（半径ｒ）における切刃の
微小長さds（＝dr／sinα）に対する切削抵抗の
成分は円周方向に _cds＝ｋ_o・dr／sin α、 スラスト方向に_t ds＝_osin α・dr／sin α＝_odr 半径方向に _rds＝_ocos α・dr／sin α＝_ocot α・dr と表わされる。 ドリル軸線００上の点Ｏ（＝ａ）を通る水
平線（第１図における）のまわり、および軸
線と水平軸とに垂直な軸のまわりの各
曲げモーメントを考え、それぞれを零とおけば、
ドリルに働く曲げモーメントをなくする条件が得
られ、下記の式が導かれる。 軸のまわりの曲げモーメントについて ∫^Ｇ１ _Ａ（ａ−ｒ cot α）_cds−∫^Ｇ２ _Ａ（ａ−ｒ cot α）_cds＝０ これを書直すと ∫^Ｇ１ _Ａｋ_ｏ／ｓｉｎ α（ａ−ｒ cot α）dr−∫^Ｇ２ _Ａｋ_ｏ／ｓｉｎ α（ａ−ｒ cot α）dr＝
０(1) _oを定数として積分を実行すると次式を得
る。 ［ｋ_ｏ／ｓｉｎ α（ar−ｒ^２／２cot α）］^Ｇ１ _Ａ−［ｋ_ｏ／ｓｉｎ α（ar−ｒ^２／２cot α］
^Ｇ２ _Ａ＝０(1)′ 軸のまわりの曲げモーメントについて ｛∫^Ｇ１ _Ａ（ａ−ｒ cot α）_rds−∫^Ｇ１ _Ａｒ_tds｝ −｛∫^Ｇ２ _Ａ（ａ−ｒ cot α）_rds−∫^Ｇ２ _Ａｒ_tds＝０ これを書直すと ∫^Ｇ１ _{Ａ o}（ａ cot α−ｒ／ｓｉｎ^２α）dr−∫^Ｇ２ _{Ａ o}（ａ cot α−ｒ／ｓｉｎ^２α）dr＝０ (2) _oを定数として積分を実行すると次式を得
る。 ［_ocot α・（ar−ｒ^２／ｓｉｎ２α）］^Ｇ１ _Ａ−［_ocot α・（ar−ｒ^２／ｓｉｎ２α）］^Ｇ２ _Ａ＝０
(2)′ 分割された各積分領域における_oの値は下記
の通りである。

【表】 _o＝λＫの領域では曲げモーメントは相殺す
る。 式(1)′および(2)′を計算した結果、それぞれ下式
が得られる。 ａ（ｒ_B＋ｒ_F−ｒ_E−ｒ_D＋ｒ_C）−ｃｏｔ α／２（ｒ^２ _Ｂ＋ｒ^２ _Ｆ−ｒ^２ _Ｅ−ｒ^２ _Ｄ＋ｒ^２ _Ｃ）＝０、 ａ（ｒ_B＋ｒ_F−ｒ_E−ｒ_D＋ｒ_C）−１／ｓｉｎ２α（ｒ^２ _Ｂ＋ｒ^２ _Ｆ−ｒ^２ _Ｅ−ｒ^２ _Ｄ＋ｒ^２ _Ｃ）＝０ これよりａ、αに無関係に下記の関係式を得
る。 ｒ_B＋ｒ_F＋ｒ_C−ｒ_E−ｒ_D＝０ (3) ｒ^２ _Ｂ＋ｒ^２ _Ｆ＋ｒ^２ _Ｃ−ｒ^２ _Ｅ−ｒ^２ _Ｄ＝０ (4) いまｒ_B／ｒ_F＝ｂ、ｒ_C／ｒ_F＝ｃ、ｒ_D／ｒ_F＝
ｄ、ｒ_E／ｒ_F＝ｅとおけば ｂ＋ｃ−ｄ−ｅ＋１＝０ (5) b²＋c²−d²−e²＋１＝０ (6) 未知数４個に対し方程式２個であるから、互い
に独立な２個の条件を与えれば未知数の値は定ま
る。たとえば ｂおよびｅの値を与えれば ｃ＝ｅ−ｂ／１＋ｂ−ｅ、ｄ＝１−ｂ（ｅ−ｂ）／１
＋ｂ−ｅ(7) よりｃ、ｄが求められる。 ｂ＝ｃ、ｄ＝ｅ、すなわちＢ_iとＣ_i、Ｄ_iとＥ_i
（ｉ＝１、２）をそれぞれ合致させるとすると ｂ＝ｃ＝0.25、ｄ＝ｅ＝0.75 (8) となる。すなわち ｒ_B＝ｒ_C＝ｒ_F／４、ｒ_D＝ｒ_E＝3r_F／４、ｒ_G＝任意（≧ｒ_F） F₁−G₁およびF₂−G₂は仕上げ切刃として設
けものとし、ｒ_G＝（５／４）ｒ_Fとすれば第２
図のようになる。 ₁＝_{1 1}、_{1 1}＝_{1 1}、すなわちｃ＝１
−ｄ、ｃ−ｂ＝ｅ−ｄとすると 式(5)より ｂ＋ｅ＝１ を得、これを用いて式(6)より ｅ−ｂ＝2e を得る。すなわち_{2 2}＝2₁を得る。この場
合、切刃欠落部の幅_{1 1}（＝ｄ−ｃ）を調節
することにより、同じ₁（＝ｃ）を用いて外
径の異なるドリルを形成することができる。 なお上記の諸関係はドリル先端角２αに無関
係に成り立つので、これらの関係を用いかつα
を変えることにより、同じ₁の値を用いて広
範囲にドリル外径を変えることができる。 曲げモーメントの相殺に必要な部分はＡ−
F₁、B₂−F₂であり、F₁−G₁、F₂−G₂は全等の形
状で角間隔180゜であれば、刃幅（０の場合、す
なわちF₁−G₁、F₂−G₂の部分を欠く場合を含
む）も頂角も任意でよいから、Ａ−F₁の部分と
B₂−F₂の部分とを共通にしてｒ_Fをより大きい任
意の半径ｒ_Gのドリルを構成することができる。
その例を第３図に示し、附加外周切刃１３，２３
はそれぞれF₁−G₁、F₂−G₂に相当するもので、
その位置を調整することによつてドリル外径を調
整できる。附加外周切刃は切削速度は大きいが、
切屑厚さは1/2になるので寿命の上からは好都合
である。 本発明のドリルは超硬合金チツプを用いて構成
するに適しているが、チツプの切刃の逃げ角が指
定されると、逃げ面が被削円錐面と干渉しないた
めにはドリル先端角２αに制限がある。 ドリル軸線００を含む平面とチツプ逃げ面（平
面）との交線が軸線００と成す角γは、前者の平
面が切刃と軸線００との成す平面に直角な場合に
最大値γ_naxになる。従つて干渉を起さぬための
条件はγ_nax＜αである。 第４図において、ドリル軸線００を₁、切刃
１０１を₁とし、₁と₁との成す平面（紙
面に一致）に垂直で₁を含む平面と切刃逃げ面
との交線を₁とする。₁上の一点Ｑから₁
に下した垂線の足をＰとし、点Ｑから₁に下し
た垂線の足をＨとすれば、三垂線の定理により
⊥、⊥である。∠HPQをδとすれ
ば、δは点Ｐにおける切刃の逃げ角τの余角であ
る。また∠HAP＝α、∠HAQ＝γ_naxである。さ
て＝ｈとすれば tan α＝／＝ｈ cot δ／ｈ cot γ_naxcos α ∴tan γ_nax＝sin α tan δ (9) tan γ_nax＜tan αの条件から cos α＜cot δ (10) を得る。数値計算例を示すと τ δ α＞ ５゜ 85゜ 84゜59′ 10゜ 80゜ 79゜51′ 12゜ 78゜ 77゜44′ 15゜ 75゜ 74°27′ 従つて実用的にはドリル頂角２αは ２α≧180゜−２τ (11) であれば良いと言える。 切刃欠落部を作るには、その部分の逃げ面、す
くい面のいずれか一方もしくは双方を一部除去す
るか、またはその部分の切刃を全く設けないこと
にするか、そのいずれでもよい。第１図〜第３図
には切刃欠落部をわかりやすく示すため、逃げ面
とすくい面の両方の該当部分を除去した場合を示
している。 切刃に適当なすくい角をつけて切味を良くする
こともある。 さて以上のようにして簡単な仮定のもとに曲げ
モーメントを生じない工具の設計は可能である
が、実際には仮定による誤差のためそのままでは
多少の曲げモーメントが残ることがある。しかし
多少の曲げモーメントは残つても加工精度は著し
く向上する。また計算値とは多少異なつた寸法を
与えても曲げモーメント減少の効果はある程度期
待できる。要は各刃部の切刃欠落部が、工具回転
軸に直交しかつ相互に直交する二方向の軸線のま
わりの曲げモーメントが零になることを条件とし
て決定された位置と大さに近いものにすることを
目標とすることである。上例において心有り側の
切刃欠落部を第５図に示すように二分して中間に
切刃_{11 11}を設けて切屑幅を小さくすることもあ
る。この場合の最適寸法も一応計算で求め得る。
各場合、実験によつて計算値を補正すればさらに
よい。なお切刃欠落部の幅はなるべく小さくする
のが切削効率の上からは望ましい。上述のように
厳密な寸法関係は実用上必要ではないが、過大な
曲げモーメントが残らないようにするため少くと
も心有り側の切刃欠落部総幅は心無し側の各切刃
欠落部の幅のいずれよりも大きいことが望まし
い。 これまで頂角が180゜より小さいドリルの場合
を例にとつて本発明の実施の態様を示したが、外
周部の切刃幅を長くしてエンドミルを兼ねたもの
にも適用でき、また第６図に示すように頂角が
180゜より大きい場合や、極限の場合として頂角
が180゜の平頭のエンドミルにも適用できる。第
６図のものは薄板や傾斜面への穴明けに有用であ
る。 なお切刃欠落部の左右に隣接する切刃、たとえ
ば１０１と１０２とは第１図第２図のように材料
的に一体で構成してもよく、第３図のように別個
のチツプで構成されてもよい。また各刃部の切刃
は必ずしも一直線にある必要はなく、山形や曲線
でもよいが、その場合は切刃の配置に面倒な補正
を要することがある。チツプの固定方法にはろう
付け、機械的クランプなど公知の方法が用いられ
るので、その関係の図および説明は省略する。切
屑排出のみぞはストレートみぞ、ヘリカルみぞ、
ストレート・ヘリカル併用みぞのいずれも用いう
るが、これも公知のものであるから説明を省略す
る。 また、みぞ０３，０４の軸直角断面の形状・寸
法は一定である必要はなく、工具の強度・剛性を
高めるため、切屑の排出に支障を起こさない範囲
で刃元に近いほどみぞ底を浅くするのがよい。 チツプが摩耗した場合、点Ａの対角点A′をＡ
の位置にもつて来て、対辺′′₁を₁の代りに
用いるようにすれば経済的である。標準化された
付刃（チツプ）を用いる場合は特に下記の諸点に
注意する。 第７図は前述のの場合を標準化された付刃を
用いて構成した場合を示し、菱形付刃を組合せて
用いている。ドリル先端の中心部では、付刃コー
ナー部の丸味円の中心は、ドリル中心から僅かに
外にオフセツト（図中δ_１で示す）することが大
切である。これは公知のように、刃の先端が切削
された穴の円錐面と干渉しないためには、刃の最
先端部がドリル中心か、中心から外にオフセツト
していることが必要だからである。同様の理由
で、先端に面取りあるいは補助切刃を付けてある
場合は、第７図３に示すように、刃の最先端の角
Ｐは中心から僅かに外にオフセツト（オフセツト
量をδ_２で示す）されていることが必要である。
刃無し側の切刃２０１は２個の付刃２０１１と２
０１２とを側面を密着させて用いる。切刃２０１
の中点部２０１０は両付刃の丸味円で構成される
ニツクと見てよく、幅広い切屑を分断する役をす
る。心有り側の外周側切刃１０２は付刃１０２１
と１０２２とを側面を密着させて用いる。丸味円
の密着部１０２０もニツクの役割を有する。最外
周付刃１０２２と２０２は同形同大であるがその
寸法は任意（０を含む）で、外径調整に用いるこ
とができ、該寸法０として１０２２と２０２の双
方を欠く場合もある。 付刃の形状としては、αの大きさによつて、正
五角形、正方形、正三角形を一部または全部に、
もしくはこれらを混用することもできる。ｒ_Fよ
り大きい半径の部分に対しては、切削力がバラン
スする限りいかなる刃形も切刃配置も利用できる
ことは言うまでもない。 本発明によれば、切削力による曲げモーメント
が、全切刃切削状態においてすべての方向におい
て相殺し、その結果加工穴の真直度が向上し、従
来長穴の加工に不向きとされていた植刃ドリル
を、長穴の加工に使用可能にするという利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は頂角２αの円錐の母線上に左右に刃を
配したドリルに本発明を適用した場合における切
刃各部の寸法関係を示す図で、１図は平面図、２
図は正面図である。第２図は第１図における心有
り側の切刃欠落部の中心側端部と心無し側の中心
側端部とが同一半径の円周上にあり、また心有り
側の切刃欠落部の外周側端部と心無し側の外周側
切刃欠落部の中心側端部とが他の同一半径の円周
上にある場合について切刃各部の寸法関係を示す
図で、１図は平面図、２図は正面図、３図は側面
図である。第３図は曲げモーメント相殺の機能を
有する基本刃構造に、外径調整を可能にする平衡
切刃を付加した工具を示し、１図は平面図、２図
は正面図である。第４図は切刃の逃げ角の関係を
示す説明図、第５図は心有り側の切刃欠落部の中
間に切刃を設けた場合の該部説明図である。第６
図は頂角２αが180゜より大きい場合を示し、１
図は平面図、２図は正面図である。第７図は切刃
を標準付刃を用いた場合の構成を示し、１は先端
に丸味円のある場合の平面図、２は同じく正面
図、３は正三角形チツプの先端に直線補助切刃を
付けた場合の先端部の正面図である。なお第１，
２，３，６，７図において左右の刃部の対比を明
示するため、各図の２図の左刃部は１図の下方か
ら矢印００１の方向に見たところ、２図の右刃部
は１図の上方から矢印００２の方向に見たところ
を示している。図中の主要部に用いる記号の意味
は下記の通りである。 ００……ドリル軸線（回転軸）、０１，０２…
…ドリル本体、０３，０４……切屑排出部、１…
…心有り側の刃本体、００１……１を正面から見
る方向を示す矢印、１０……心有り側の刃部、１
０１……心有り側のうち中心側切刃、１０２……
心有り側のうち外周側切刃、１１……心有り側の
切刃欠落部、１１１……心有り側の切刃欠落部を
分割した場合の第一切刃欠落部、１１２……心有
り側の切刃欠落部を分割した場合の第二切刃欠落
部、２……心無し側の刃本体、００２……１を正
面から見る方向を示す矢印、２０……心無し側の
刃部、２０１……心無し側のうち中心側切刃、２
０２……心無し側のうち外周側切刃、２１……心
無し側の中心側切刃欠落部、２２……心無し側の
外周側切刃欠落部、１３，２３……附加外周切
刃、１０３……心有り側の切刃欠落部を分割した
場合の中間切刃、１０２１，１０２２……切刃１
０２の構成付刃、１０２０……切刃１０２の中点
部、２０１１，２０１２……切刃２０１の構成付
刃、２０１０……切刃２０１の丸味円の密着部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸端部に外周切刃を含む複数の切刃を備えた
   回転切削工具の刃部として、軸端部の回転中心Ａ
   に切刃を有する心有り側の刃部１０と該回転中心
   に切刃を有しない心無し側の刃部２０とを、工具
   中心軸のまわりに180゜の角間隔を以て配置し、
   心有り側および心無し側の刃部に切刃欠落部をそ
   れぞれ設けるものとし、各切刃上の点を中心から
   外周に向けてアルフアベツト順に添字をつけて表
   し、添字１は心有り側を、添字２は心無し側を表
   し、同一アルフアベツト文字の点は半径が等しい
   ものとして、記号ｒに各点を表すアルフアベツト
   文字を添字として半径を表すものとし、心有り側
   に設けた切刃欠落部_{1 1}と、心無し側に設けた
   二つの切刃欠落部₂および_{2 2}について ｒ_B≦ｒ_C＜ｒ_D≦ｒ_E＜ｒ_F≦ｒ_G とし、ｒ_B／ｒ_F＝ｂ、ｒ_C／ｒ_F＝ｃ、ｒ_D／ｒ_F＝
   ｄ、ｒ_E／ｒ_F＝ｅとおくとき、 ｂ＋ｃ−ｄ−ｅ＋１＝０、 b²＋c²−d²−e²＋１＝０ の二式を少なくとも近似的に満足するｂ、ｃ、
   ｄ、ｅの値に基本的に対応する寸法をもつ切刃お
   よび切刃欠落部を有することを特徴とする回転切
   削工具。