JPS6347563B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ この発明は、高速、高送り穴明け加工を行うこ
とができる超硬ドリルに関する。 ［従来の技術とその問題点］ 一般に、超硬ドリルにおいては、切刃を高速度
鋼より硬度が高い超硬合金によつて構成している
から、高速度鋼製ドリルに比して高速切削を行う
ことができ、したがつて穴明け加工の能率を向上
させることができるという利点が得られる。 しかしながら、送り速度については向上させる
ことができなかつた。これは、超硬合金が硬い半
面脆いため、ドリル先端の軸線近傍部分がそこに
作用するスラスト荷重によつて圧壊するおそれが
あるからであり、高送りしようとするとそれに伴
つてスラスト荷重が増大し、より一層圧壊の危険
性が増大することになる。したがつて、従来の超
硬ドリルにおいては、穴明け加工の能率向上を図
るにも一定の限度があり、また寿命の点でも充分
に満足し得るものとはいい難かつた。 なお、軸線近傍部分の圧壊の危険性を軽減する
ために、より靭性に富む超硬合金を用いることが
考えられるが、靭性に富む超硬合金は硬度が低い
ため、切削速度の低下を余儀なくされ、したがつ
て根本的解決とはいえなかつた。さらに、特開昭
59−187407号公報には、ドリル本体の中心部を外
周側よりも靭性の高い超硬合金で構成し、外周側
を中心部よりも耐摩耗性の高い超硬合金で構成し
たものが開示されているが、この超硬ドリルで
は、ドリルの先端面における中心部と外周部との
接合部で局所摩耗が生じ、その部分が侵食されて
割れや欠けが発生し易いという新たな問題があつ
た。 ［発明の目的］ 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、超
硬ドリルの中心部における圧壊を防止することが
できるのは勿論のこと、ドリルの先端面における
局所摩耗を防止し、ドリルの割れや欠損の発生を
未然に防止することができる超硬ドリルを提供す
ることを目的としている。 ［発明の構成］ この発明は、上記の目的を達成するために、超
硬合金によつて構成された部分を、２つの切屑排
出溝から離れてそれらの間に位置し、かつドリル
の軸線を含む中心部と、この中心部の外側に設け
られた筒状をなす外周部とから構成し、中心部を
外周部より靭性が高い超硬合金によつて構成する
一方、外周部を中心部より硬度が高い超硬合金に
よつて構成し、さらに少なくとも切屑排出溝と前
記中心部との間における外周部の先端部にシンニ
ングを施し、前記中心部の横断面形状を円形とし
てその軸線をドリル本体の軸線からずらすかまた
は横断面形状を楕円形または正多角形状とし、し
かも、中心部を、ドリルの軸線を中心として半径
がドリル直径の1/30〜1/10である円弧内に配置し
たものである。 ［実施例］ 以下、この発明の実施例について第１図ないし
第７図を参照して説明する。 第１図ないし第３図はこの発明の一実施例を示
すもので、これらの図に示すように、この発明は
超硬合金製のドリル本体を２層構造として点に特
徴がある。すなわち、ドリル本体１はその軸線Ｏ
を含む中心部１ａと、この中心部１ａの外側に設
けられた筒状をなす外周部１ｂとから構成されて
いる。中心部１ａは、外周部１ｂを構成する超硬
合金より靭性が高い超硬合金によつて構成され、
他方外周部１ｂは中心部１ａを構成する超硬合金
より硬度が高い超硬合金によつて構成されてい
る。中心部１ａ、外周部１ｂを構成する超硬合金
としては、炭化タングステン（WC）または炭化
チタン（TiC）を主成分超硬合金を用いるのが望
ましい。また、上記中心部１ａは円柱状をなすも
ので、その位置関係は第２図に示すように、中心
線ｌを軸線Ｏからずらすことによつて偏心して形
成されている。ただし、その偏心量は、中心部１
ａがドリルの軸線Ｏを含む範囲内のものとし、し
かも、中心部１ａは後述する切屑排出溝２，２か
ら離して形成する。 また、中心部１ａの中心線ｌを軸線Ｏと一致さ
せても良いが、この場合の中心部１ａの横断面形
状は、第３図に示すような楕円形状、その他正三
角形状、正四角形状等の正多角形状とする。 さらに、中心部１ａは、軸線Ｏを中心として半
径がドリル直径の1/30〜1/10となる円弧内に配置
されている。これは、中心部１ａが上記円弧の上
限からはみ出すと、中心部１ａと外周部１ｂとの
接合部における切削速度が速く、このため、接合
部において局所摩耗が生じ易くなるからである。
一方、中心部１ａを上記円弧の下限内に配置する
と、中心部１ａの圧壊を防止し得なくなるからで
ある。 そして、上記のように形成されたドリル本体１
には、従来のドリルと同様に、外周に切屑排出溝
２，２が形成され、各切屑排出溝２，２の回転方
向を向く壁面と先端逃げ面３とのなす稜に切刃
４，４がそれぞれ形成されている。これら切刃
４，４間には、チゼル部５が形成されている。こ
のチゼル部５は、シンニング６が施されることに
より、中心部１ａにのみ形成されている。このシ
ンニング６を施した理由は次のとおりである。 すなわち、一般のドリルにおいて過大なスラス
ト荷重が作用し、圧壊の危険性があるのはチゼル
部である。したがつて、チゼル部の圧壊を単に防
止するのであれば、中心部の直径をチゼル部（シ
ンニングがほどこされない状態におけるチゼル
部）の長さと同等もしくはそれより若干大きくす
るのがよい。ところが、このようにすると、必然
的に外周部が筒状になり得なくなつてしまい、外
周部は中心部を挾んで存する２つの部分に分割さ
れることになる。このため、ねじりモーメントに
対する外周部の強度が低下し、穴明け加工時の切
削荷重によつて外周部が折損するおそがある。ま
た、外周部が２つの部分に分割される場合には、
それらを中心部に強固に接合するために金属的に
接合するが、中心部の直径が小さく接合面積が狭
いため、中心部と外周部とが接合部から剥離する
おそれもある。なお、中心部の直径を大きくし
て、接合面積を広くすれば剥離を防止することが
できるが、そのようにすると、チゼル部以外の切
刃の部分までもが軟質の超硬合金によつて構成さ
れることになるため、切削速度を速めることがで
きなくなつてしまう。 この点、この発明の超硬ドリルにおいては、外
周部１ｂを筒状にして全体を一体に形成している
から、外周部１ｂの強度を向上させることができ
る。しかも、外周部１ｂを筒状に形成すると、外
周部１ｂにおける中心部１ａと切屑排出溝２との
間の部分にチゼル部が形成され、そこが圧壊する
おそれがあるが、このドリルにおいては、外周部
１ｂの中心部１ａと切屑排出溝２との間の部分に
シンニング６を施しているから、そこに過大なス
ラスト荷重が作用することがなく、したがつて圧
壊を防止することができる。 なお、この場合にはドリル本体１全体を超硬合
金によつて構成しているが、その先端部のみを超
硬合金によつて構成してもよい。例えば、ドリル
本体を刃部とシヤンク部とからなし、刃部を上記
のような２層構造とする一方、シヤンク部を鋼製
とし、このシヤンク部に刃部をろう付け固定する
ようにしてもよい。 上記のように構成された超硬ドリルによつて穴
明け加工を行つた場合には、ドリル本体１の中心
部１ａを外周部１ｂより靭性の高い超硬合金によ
つて構成しているから、軸線Ｏ近傍部分の圧壊を
防止することができる。したがつて、高送り穴明
け加工を行うことができる。一方、外周部１ｂを
中心部１ａより硬度が高い超硬合金によつて構成
しているから、切削速度を高めることができる。
このように、高速、高送り穴明け加工を行うこと
ができるから、穴明け加工の能率を大幅に向上さ
せることができる。また、軸線Ｏ近傍部分の圧壊
を防止することができるから、ドリルの寿命を向
上させることができる。 さらに、上記超硬ドリルでは、中心部１ａの中
心線ｌをドリルの軸線Ｏに対してずらしているか
ら、中心部１ａと外周部１ｂとの接合部がその回
転方向に対して交叉しており、接合部における局
所摩耗を防止することができる。さらに、中心部
１ａを軸線Ｏを中心として半径がドリル直径の1/
３０〜1/10である円弧内に配置しているから、接合
部における切削速度が遅く、接合部における局所
摩耗を一層少なくすることができる。したがつ
て、ドリル先端面における割れや欠けの発生を未
然に防止することができる。 また、この発明の超硬ドリルにおいては、超硬
合金からなる部分を筒状体１１と棒状体１２とか
ら構成しているから、その超硬合金からなる部分
の折損を防止することができる。 すなわち、超硬合金からなる部分を２層構造と
するのであれば、筒状体１２に代えて、筒状体１
２と同一直径を有し、かつ先端面に再研削長さよ
り若干長い挿入孔を有する外周部構成体を成形
し、この外周部成形体に棒状体を挿入することが
考えられる。ところがこのようにすると、外周部
構成体の肉厚が挿入孔の底部において大きく変化
するため、その底部を境にして先端側と後端側と
で収縮率に差異が生じ、このため挿入孔の底部に
対応する部分に焼結割れが発生するおそれがあ
り、このようにして製造したドリルは穴明け加工
中にその焼結割れの部分から折損するおそれがあ
る。しかも、外周部構成体の挿入孔に対応する部
分には、肉厚の変化に起因する応力集中が作用
し、このためドリル折損の危険性がより一層増大
する。 この点、この発明の超硬ドリルにおいては、外
周部構成体として筒状体１１を用いているから、
肉厚の変化がなく、したがつて焼結時の割れ、あ
るいは応力の集中を防止することができる。した
がつて、ドリル折損の危険性を大幅に低減するこ
とができる。 次に、高速度鋼製ドリル、従来の超硬ドリルお
よびこの発明に係る超硬ドリルによる穴明け加工
を行つた際の実験データを示すことにより、上記
の効果を明らかにする。なお、実験において、ド
リルの直径その他の諸元を三者共同一にしたのは
勿論である。また、被削材は鋳鉄であり、穴の直
径８mm、穴明け深さ30mmである。実験データは次
のとおりである。

【表】 上表から明らかなように、この発明の超硬ドリ
ルによれば、高速度鋼製ドリルおよび従来の超硬
ドリルのいずれより穴明け加工の能率を向上させ
ることができ、しかも、従来の超硬ドリルが高速
度鋼製ドリルに比して短寿命であつたのに対し、
高速度鋼製ドリルよりも長寿命とすることができ
た。 次に、上記構成の超硬ドリルを製造するのに好
適な製造方法を３例紹介する。 ［第１の製造方法］ この製造方法においては、第５図に示すよう
に、超硬合金の圧粉体からなる筒状体１１をまず
製造する。この場合、予め柱状体を圧縮成形し、
その柱状体の中心部を繰り抜いて筒状体１１とな
してもよく、圧縮成形によつて筒状体１１そのも
のを得るようにしてもよい。 次に、筒状体１１内に棒状体１２を挿入する。
この棒状体１２は筒状体１１を構成する超硬合金
より靭性が高くかつ焼結時の収縮率が小さい超硬
合金を圧縮成形してなるものである。なお、その
外径については、焼結後における筒状体１１と棒
状体１２との収縮量の差を考慮して決定される
が、一般的には筒状体１１の内径より0.01〜0.5
mm程度小さくしておくのがよい。 その後、筒状体１１内に棒状体１２を組み込ん
だ状態で、それらを焼結する。すると、筒状体１
１が棒状体１２より大きく収縮するので、それら
が一体化される。 次いで、第６図に示すように、焼結体に切屑排
出溝１３、切刃１４等の形状加工を施す。この形
状加工については、焼結する前に行い、その後焼
結するようにしてもよい。 なお、上記の場合には、筒状体１１を単なる円
筒状にしているが、たとえば切屑排出溝１３が形
成される部分に予め凹溝を成形しておいてもよ
い。 ［第２の製造方法］ この第２の製造方法は、棒状体を予め焼結して
おく点が上記第１の製造方法と異なり、その他の
工程は第１の製造方法と同様である。したがつ
て、この場合には、棒状体を構成する超硬合金と
筒状体を構成する超硬合金との収縮率の差を考慮
する必要がない。 ［第３の製造方法］ この第３の製造方法は、中心部に外周部を構成
する超硬合金より靭性が高く、かつ焼結時の収縮
率が小さい超硬合金を配し、これら中心部と外周
部とを同時に圧縮成形して棒状の圧粉体を製造
し、その後この圧粉体を焼結し、次いで形状加工
を行うものである。なお、形状加工工程と焼結工
程とも前後逆にしてもよいことは勿論である。 ［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の超硬ドリルに
よれば、ドリル本体を、棒状をなす中心部と筒状
をなす外周部とからなる２層構造とし、中心部を
外周部より靭性が高い超硬合金によつて構成する
一方、外周部を中心部より硬度が高い超硬合金に
よつて構成し、さらに、少なくとも切屑排出溝と
中心部との間における外周部の先端部にシンニン
グを施し、中心部を、その横断面形状が円形でそ
の中心線が前記ドリルの軸線からずらすように配
置するかまたは横断面形状が楕円形または正多角
形状とし、しかも、中心部を、ドリルの軸線を中
心として半径がドリル直径の1/30〜1/10である円
弧内に配置したものであるから、中心部に圧壊を
生じさせることなく高速、高送り穴明け加工を行
うことができるのは勿論のこと、ドリルの先端面
における中心部と外周部との境目での局所摩耗を
防止することができ、ドリルの割れや欠け等の発
生を未然に防止することができる。したがつて穴
明け加工の能率を大幅に向上させることができ、
しかも寿命を向上させることができる。また、超
硬合金からなる部分の折損事故の発生を防止する
ことができる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明に係る超硬ドリ
ルの一実施例を示し、第１図はその軸線方向先端
視図、第２図は一部省略側面図、第３図は第１図
に示す超硬ドリルの変更例を示す軸線方向先端視
図、第４図はその一部省略側面図、第５図および
第６図はこの発明に係る超硬ドリルの製造方法の
一例を説明するための図であつて、第５図は組み
立て工程を示す斜視図、第６図は形状加工後の超
硬ドリルを示す一部省略側面図である。 １……ドリル本体、１ａ……中心部、１ｂ……
外周部、６……シンニング、１１……筒状体、１
２……棒状体、Ｏ……軸線、ｌ……中心線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ドリル本体の少なくとも先端部が超硬合金に
   よつて構成され、そのドリル本体の外周部に２つ
   の切屑排出溝が形成されてなる超硬ドリルにおい
   て、前記超硬合金によつて構成された部分は、前
   記２つの切屑排出溝から離れてそれらの間に位置
   し、かつドリルの軸線を含む中心部と、この中心
   部の外側に設けられた筒状をなす外周部とからな
   り、前記中心部は前記外周部より靭性が高い超硬
   合金によつて構成され、前記外周部は前記中心部
   より硬度が高い超硬合金によつて構成され、さら
   に少なくとも前記切屑排出溝と前記中心部との間
   における前記外周部の先端部にシンニングが施さ
   れ、前記中心部は、その横断面形状が円形でかつ
   中心線が前記ドリルの軸線からずらされているか
   または横断面形状が楕円形または正多角形状とさ
   れ、しかも、前記中心部は、前記ドリルの軸線を
   中心として半径がドリル直径の1/30〜1/10である
   円弧内に配置されていることを特徴とする超硬ド
   リル。