KR20150135130A

KR20150135130A - 드릴 및 드릴의 제조 방법

Info

Publication number: KR20150135130A
Application number: KR1020150070911A
Authority: KR
Inventors: 마나부 사이토; 다츠오 나카하타; 히데하루 다카하시; 마사오 와타나베; 도시오 니시노
Original assignee: 후지 주코교 카부시키카이샤
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2015-12-02
Also published as: JP6240559B2; CN105081413A; US20150336182A1; KR102361236B1; EP2946861A1; ES2820540T3; JP2015221467A; CN113351916A; EP2946861B1; US9827617B2

Abstract

본 발명은, 금속이나 복합재 등의 여러 가지 피삭재에 대하여, 보다 적합한 조건으로 천공을 행하는 것이 가능한 드릴을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시형태에 따른 드릴은, 공구축을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서의 능선의 통과 영역을 상기 공구축에 평행한 투영면에 투영시킨 경우에, 단일 또는 2개의 포물선 또는 타원을 따르는 선대칭이자 불연속인 선이 상기 투영면 상에 그려지는 형상을 갖는 절삭날을 갖는다. 또한, 실시형태에 따른 드릴은, 상이한 3개 이상의 복수의 선단각을 가지며, 상기 복수의 선단각을 형성하는 복수의 능선의 각 양단의 위치가 단일 또는 복수의 포물선 상이 되는 절삭날을 갖는다. 또한, 실시형태에 따른 드릴은, 상이한 4개 이상의 복수의 선단각을 가지며, 상기 복수의 선단각을 형성하는 복수의 능선이 단일 또는 복수의 포물선에 접하는 절삭날을 갖는다.

Description

드릴 및 드릴의 제조 방법{DRILL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명의 실시형태는, 드릴 및 드릴의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 금속뿐만 아니라 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass fiber reinforced plastics)이나 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics) 등의 복합재의 천공을 고정밀도로 행하는 것을 목표로 하여, 여러 가지 다각 드릴이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 1, 특허문헌 2 및 특허문헌 3 참조).

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2013-252588호 공보 [특허문헌 2] 일본 실용신안 공개 평성 제6-75612호 공보 [특허문헌 3] 일본 특허 공개 제2010-284783호 공보

본 발명은, 금속이나 복합재 등의 여러 가지 피삭재에 대하여, 보다 적합한 조건으로 천공을 행할 수 있는 드릴 및 드릴의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시형태에 따른 드릴은, 공구축을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서의 능선의 통과 영역을 상기 공구축에 평행한 투영면에 투영시킨 경우에, 단일 또는 2개의 포물선 또는 타원을 따르는 선대칭이자 불연속인 선이 상기 투영면 상에 그려지는 형상을 갖는 절삭날을 갖는다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 드릴은, 상이한 3개 이상의 복수의 선단각을 가지며, 상기 복수의 선단각을 형성하는 복수의 능선의 각 양단의 위치가 단일 또는 복수의 포물선 상이 되는 절삭날을 갖는다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 드릴은, 상이한 4개 이상의 복수의 선단각을 가지며, 상기 복수의 선단각을 형성하는 복수의 능선이 단일 또는 복수의 포물선에 접하는 절삭날을 갖는다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 드릴의 제조 방법은, 드릴의 소재를 세트하는 공정과, 공구축을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서의 능선의 통과 영역을 상기 공구축에 평행한 투영면에 투영시킨 경우에, 단일 또는 2개의 포물선 또는 타원을 따르는 선대칭이자 불연속인 선이 상기 투영면 상에 그려지는 형상을 갖는 절삭날을 상기 소재를 이용하여 형성하는 공정을 포함한다.

본 발명의 실시형태에 따른 드릴 및 드릴의 제조 방법에 의하면, 금속이나 복합재 등의 여러 가지 피삭재에 대하여, 보다 적합한 조건으로 천공을 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 드릴의 형상을 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 드릴의 절삭날의 설계 방법을 설명한 도면.
도 3은 2개의 포물선을 따르도록 드릴의 절삭날의 형상을 설계한 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 드릴의 형상을 도시한 도면.

본 발명의 실시형태에 따른 드릴 및 드릴의 제조 방법에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

(제1 실시형태)

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 드릴의 형상을 도시한 도면이다.

드릴(1)은, 절삭날(2)과, 절삭날(2)을 회전시키기 위한 섕크(3)를 갖는다. 절삭날(2)의 수는 임의이다. 즉, 드릴(1)은, 1장날, 2장날, 3장날, 4장날, 5장날 또는 6장날 이상의 드릴로 할 수 있다. 또한, 절삭날(2)은, 섕크(3)와 일체형으로서 솔리드 타입의 드릴(1)을 구성하는 것이 강성, 내마모성 및 인성(靭性) 등의 기계적 특성을 양호하게 하는 관점에서 바람직하다. 단, 교환 가능한 팁(tip)식의 절삭날(2)을 섕크(3)에 부착하는 구조로 하여도 좋다.

도 1에 있어서 (a)는, 절삭날(2)을 공구축(Tax)을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서의 절삭날(2)의 능선의 통과 영역을 공구축(Tax)에 수직인 투영면에 투영시킨 도면을 나타내고 있다. 한편, 도 1에 있어서 (b)는, 절삭날(2)을 공구축(Tax)을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서의 절삭날(2)의 능선의 통과 영역을 공구축(Tax)에 평행한 투영면에 투영시킨 도면을 나타내고 있다.

따라서, 절삭날(2)의 수가 짝수이면, 도 1의 (b)는, 절삭날(2)의 형상을 나타내는 드릴(1)의 단면도가 된다. 한편, 절삭날(2)의 수가 홀수이면, 도 1의 (b)는, 절삭날(2)을 따라 공구축(Tax)에서 절단 방향이 변화되는 드릴(1)의 단면도가 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 드릴(1)은, 복수의 선단각을 갖는 다각 드릴이다. 도 1에는, 3개의 상이한 선단각(α1, α2, α3)을 갖는 3단각의 드릴(1)이 예시되어 있다. 이 때문에, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 절삭날(2)은, 능선의 통과 영역을 공구축(Tax)에 평행한 투영면에 투영시킨 경우에, 복수의 직선적인 선분을 불연속으로 연결한 선대칭인 꺾은선이 불연속인 선으로서 투영면 상에 그려지는 형상을 갖는다.

단, 투영면 상에 있어서의 절삭날(2)의 형상을, 복수의 직선적인 선분을 연결하는 대신에, 복수의 연속적인 곡선을 연결한 형상이어도 좋다. 그 경우에는, 절삭날(2)은, 능선의 통과 영역을 공구축(Tax)에 평행한 투영면에 투영시킨 경우에, 복수의 연속적인 곡선을 불연속으로 연결한 선대칭인 곡선이 불연속인 선으로서 투영면 상에 그려지는 형상이 된다.

또한, 드릴(1)의 절삭날(2)은, 능선의 통과 영역을 공구축(Tax)에 평행한 투영면에 투영시킨 경우에, 단일 또는 2개의 포물선 또는 타원을 따르는 선대칭이자 불연속인 선이 투영면 상에 그려지는 형상을 갖고 있다. 도 1의 (b)에 도시된 예에서는, 단일 포물선을 따르는 선대칭이자 불연속인 꺾은선이 투영면 상에 그려져 있다.

이러한 설계 방법으로 절삭날(2)을 설계하면 절삭날(2)을 구성하는 복수의 능선에 의해 절삭되는 피삭재(워크)의 체적을 능선 사이에서 대략 일정하게 할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 드릴(1)의 절삭날(2)의 설계 방법을 설명한 도면이다.

도 2에 있어서 (a)는, 절삭날(2)을 공구축(Tax)을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서의 절삭날(2)의 능선의 통과 영역의, 공구축(Tax)에 수직인 투영면을 나타내고 있다. 한편, 도 2에 있어서 (b)는, 절삭날(2)을 공구축(Tax)을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서의 절삭날(2)의 능선의 통과 영역의, 공구축(Tax)에 평행한 투영면을 나타내고 있다.

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 공구축(Tax) 방향을 x축 방향, 공구축(Tax)을 포함하는 투영면 상에 있어서 공구축(Tax)에 수직인 방향을 y축 방향으로 하는 xy 좌표계를 정의하면, 드릴(1)의 절삭날(2)의 능선이 따르는 곡선의 식을 y=f(x)로 하여 함수로 나타낼 수 있다. 만일, 드릴(1)의 절삭날(2)의 능선이 y=f(x)로 표시되는 곡선이라고 하면, 공구축(Tax) 방향의 길이가 이송량(a)인 인접하는 능선들(C1, C2)의 부분들이 절삭하는 워크의 체적들(V1, V2)은, 수학식 (1-1) 및 수학식 (1-2)로 계산할 수 있다.

단, 수학식 (1-1) 및 수학식 (1-1)에 있어서, S1, S2는 도 2의 (a)에 도시된 각 영역의 면적, 즉 공구축(Tax)을 중심으로 절삭날(2)을 회전시킨 경우에 있어서의 각 능선(C1, C2)의 통과 영역을 공구축(Tax)에 수직인 투영면 상에 투영시켜 얻어지는 2차원 영역에 있어서의 각 면적을 나타낸다. 또한, x1은 능선들(C1, C2)의 경계점에 있어서의 x 좌표를 나타낸다.

따라서, 능선(C1)의 부분이 절삭하는 워크의 체적(V1)과 능선(C2)의 부분이 절삭하는 워크의 체적(V2)이 서로 같아지는 곡선 y=f(x)가 이상적인 곡선이 된다. 그래서, 수학식 (1-1) 및 수학식 (1-2)의 우변이 같다고 하는 식을 변형하면 수학식 (2)가 도출된다.

수학식 (2)의 조건을 만족하는 함수는, 수학식 (3)으로 표시되는 포물선이다.

단, 수학식 (3)에 있어서, b는 임의의 정수이다. 또한, 도 2의 (a)에 도시된 각 영역의 면적(S1, S2)이 서로 같아진다고 하는 조건으로 방정식을 풀어도, 마찬가지로 포물선이 해로서 얻어진다.

따라서, 수학식 (3)으로 표시되는 포물선을 능선으로 하는 절삭날(2)을 설계하면, 공구축(Tax) 방향의 단위 길이당의 능선이 절삭하는 워크의 체적을 일정하게 할 수 있다. 단, 곡률이 연속적으로 변화되는 포물선을 능선으로 하는 절삭날(2)을 제조하는 것은 제조비용의 증가로 이어진다.

그래서, 포물선을 근사시키는 불연속인 선분을 능선으로 하는 절삭날(2)을 설계하는 것이 적합하다. 또한, 타원의 일부도 국소적으로는 포물선과 동등한 곡선이라고 간주할 수 있는 경우가 있다. 따라서, 포물선 대신에 근사적으로 타원을 따르는 선대칭이자 불연속인 선이 투영면 상에 그려지도록 절삭날(2)의 형상을 설계할 수도 있다. 그 경우에 있어서도, 타원을 근사시키는 불연속인 선분을 능선으로 하는 절삭날(2)을 설계하는 것이 절삭날(2)의 제조비용의 저감화로 이어진다. 즉, 포물선 또는 타원을 다각 근사시킨 꺾은선 또는 불연속인 곡선을 능선으로 하는 다각 드릴의 절삭날(2)을 설계하는 것이 적합하다.

예컨대, 절삭날(2)의 형상을 복수의 직선적인 선분을 불연속으로 연결한 형상으로 하는 경우에는, 도 1에 예시된 바와 같이 절삭날(2)의 형상을 각각 양단의 위치가 포물선 상이 되는 6개 이상의 직선적인 선분을 불연속으로 연결한 선대칭인 꺾은선이 불연속인 선으로서 투영면 상에 그려지는 형상으로 하면, 특정 계수 b를 갖는 포물선을 근사시킨 절삭날(2)을 설계할 수 있다. 바꾸어 말하면 상이한 3개 이상의 복수의 선단각을 가지며, 복수의 선단각을 형성하는 복수의 능선의 각 양단의 위치가 단일 또는 복수의 포물선 상이 되는 절삭날(2)을 설계하는 것이 적합한 절삭날(2)의 설계 조건이 된다.

또한, 공구축(Tax)에 선대칭인 2개의 포물선도, 국소적으로는 공구축(Tax)에 선대칭인 단일 포물선과 동등한 곡선이라고 간주할 수 있는 경우가 있다. 그래서, 단일 포물선 대신에 2개의 포물선을 따르는 선대칭이자 불연속인 선이 투영면 상에 그려지도록 절삭날(2)의 형상을 설계할 수도 있다.

도 3은 2개의 포물선을 따르도록 드릴(1)의 절삭날(2)의 형상을 설계한 예를 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 공구축(Tax)에 선대칭인 2개의 포물선을 따르도록 드릴(1)의 절삭날(2)의 형상을 설계할 수도 있다.

다음에, 드릴(1)의 제조 방법에 대해서 설명한다.

드릴(1)은 임의의 방법으로 제조할 수 있다. 구체예로는, 절삭 또는 연삭에 의한 기계 가공 이외에, 분말을 소성하는 소결법을 들 수 있다. 이것은, 섕크(3)에 절삭날(2)을 형성한 솔리드 타입의 드릴(1)을 제조하는 경우에 한정되지 않고, 절삭날(2)을 팁으로서 제조하는 경우에 있어서도 동일하다.

구체적으로는 드릴(1)을 제조하기 위해서는, 우선 드릴(1)의 소재가 세트되는 공정이 실시된다. 다음에, 공구축(Tax)을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서의 능선의 통과 영역을 공구축(Tax)에 평행한 투영면에 투영시킨 경우에, 단일 또는 2개의 포물선 또는 타원을 따르는 선대칭이자 불연속인 선이 투영면 상에 그려지는 형상을 갖는 절삭날(2)을, 세트된 소재를 이용하여 형성하는 공정이 실시된다.

예컨대, 기계 가공에 의해 솔리드 타입의 드릴(1)을 제조하는 경우에는, 막대 형상의 소재가 드릴 가공기에 세트된다. 그리고, 막대 형상의 소재에 대한 절삭 또는 연삭에 의해 전술한 바와 같은 구조를 갖는 절삭날(2)이 형성된다.

한편, 소결법에 의해 드릴(1)을 제조하는 경우에는, 절삭날(2)의 형상 및 구조에 대응하는 몰드에 초경 재료 등의 분말이 소재로서 세트된다. 그리고, 분말의 소결에 의해 절삭날(2)이 형성된다.

즉 이상과 같은 드릴(1)은, 포물선 또는 타원을 따라 불연속인 능선들을 형성하는 다각 드릴이다.

이 때문에, 드릴(1)에 따르면, 절삭날(2)의 각 부분에 의해 절삭되는 워크의 체적을 균일하게 할 수 있다. 그 결과, 절삭날(2)을 따르는 방향에 있어서의 절삭 저항을 균일하게 할 수 있다. 절삭 저항이 균일해지면, 복합재의 가공에 있어서 현저한 박리(디라미네이션)의 저감에 덧붙여, 버어(burr)의 발생을 저감할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 이 때문에, 워크에 양호한 가공면을 형성할 수 있다. 한편, 드릴(1)의 마모를 저감시킴으로써, 드릴(1)의 수명을 향상시킬 수 있다.

게다가, 드릴(1)의 절삭날(2)의 형상은, 투영면 상에 있어서의 능선의 형상을 곡률이 일정하지 않은 연속적인 포물선 등의 자유 곡선으로 하는 경우에 비하여 단순하다. 이 때문에, 드릴(1)의 제조가 종래보다도 용이해진다.

예컨대, 드릴(1)의 절삭날(2)의 형상을, 투영면 상에 있어서 복수의 곡선을 불연속으로 연결한 불연속인 선이 그려지는 형상으로 하면, 제조가 용이한 특정한 곡률을 갖는 곡선 가공 또는 곡면 가공을 반복함으로써 드릴(1)을 제조할 수 있다. 즉, 곡선 가공 또는 곡면 가공에 있어서의 곡률을 연속적으로 변화시키는 범위를 한정할 수 있다.

또한, 드릴(1)의 절삭날(2)의 형상을, 투영면 상에 있어서 직선적인 복수의 선분을 불연속으로 연결한 꺾은선이 그려지는 형상으로 하면, 드릴(1)의 제조비용을 한층 더 저감시킬 수 있다. 예컨대, 절삭 또는 연삭에 의해 절삭날(2)을 형성하는 경우라면, 절삭 공구 또는 연삭 공구의 방향을 반드시 연속적으로 변화시킬 필요가 없게 된다. 또한, 소결법에 의해 절삭날(2)을 형성하는 경우라도, 몰드의 구조가 간단하고 용이해져, 제조비용을 낮출 수 있다.

특히, 최근에는, 매우 미세한 피치로 절삭날(2) 또는 절삭날(2)의 형상에 대응하는 몰드를 가공할 수 있다. 따라서, 다수의 선단각을 형성함으로써 포물선 또는 타원으로의 근사 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 드릴(1)의 제조비용의 증가를 회피하면서, 고정밀도의 천공 및 드릴(1)의 수명 향상을 실현할 수 있다.

(제2 실시형태)

도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 드릴의 형상을 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 제2 실시형태에 있어서의 드릴(1A)에서는, 절삭날(2)의 능선을 설계하기 위한 근사 방법이 제1 실시형태에 있어서의 드릴(1)과 상이하다. 제2 실시형태에 있어서의 드릴(1A)의 다른 구성 및 작용에 대해서는 제1 실시형태에 있어서의 드릴(1)과 실질적으로 동일하다. 이 때문에, 제2 실시형태에 있어서의 드릴(1A)의 동일 또는 대응하는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여 공통되는 사항의 설명을 생략한다.

도 4에 있어서 (a)는, 절삭날(2)을 공구축(Tax)을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서의 절삭날(2)의 능선의 통과 영역을 공구축(Tax)에 수직인 투영면에 투영시킨 도면을 나타내고 있다. 한편, 도 4에 있어서 (b)는, 절삭날(2)을 공구축(Tax)을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서의 절삭날(2)의 능선의 통과 영역을 공구축(Tax)에 평행한 투영면에 투영시킨 도면을 나타내고 있다.

제1 실시형태에서는, 양단의 위치가 포물선 또는 타원 상이 되는 복수의 선분을 연결함으로써 포물선 또는 타원의 근사를 행하였지만, 도 4에 도시된 바와 같이 포물선 또는 타원에 접하는 복수의 선분을 연결함으로써 포물선 또는 타원의 근사를 행할 수도 있다.

포물선의 직선 근사에 의해 절삭날(2)의 형상을 설계하는 경우에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 절삭날(2)의 형상은 각각 포물선에 접하는 8개 이상의 직선적인 선분을 불연속으로 연결한 선대칭인 꺾은선이 불연속인 선으로서 투영면 상에 그려지는 형상이 된다. 바꾸어 말하면, 상이한 4개 이상의 복수의 선단각을 가지며, 복수의 선단각을 형성하는 복수의 능선이 단일 또는 복수의 포물선에 접하는 절삭날(2)이 설계되게 된다. 또한, 도 4에는 상이한 4개의 선단각(β1, β2, β3, β4)을 갖는 드릴(1A)이 도시되어 있다.

이러한 제2 실시형태에 있어서의 드릴(1A)에 있어서도, 제1 실시형태에 있어서의 드릴(1)과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(다른 실시형태)

이상, 특정한 실시형태에 대해서 기재하였지만, 기재된 실시형태는 일례에 불과하고, 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 여기에 기재된 신규한 방법 및 장치는, 여러 가지 다른 양식으로 구현화할 수 있다. 또한, 여기에 기재된 방법 및 장치의 양식에 있어서, 발명의 요지로부터 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지 생략, 치환 및 변경을 행할 수 있다. 첨부된 청구범위 및 그 균등물은, 발명의 범위 및 요지에 포함되어 있는 것으로서, 그와 같은 여러 가지 양식 및 변형례를 포함하고 있다.

1, 1A : 드릴
2 : 절삭날
3 : 섕크
Tax : 공구축

Claims

공구축을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서의 능선의 통과 영역을 상기 공구축에 평행한 투영면에 투영시킨 경우에, 단일 또는 2개의 포물선 또는 타원을 따르는 선대칭이자 불연속인 선이 상기 투영면 상에 그려지는 형상을 갖는 절삭날을 갖는 드릴.
제 1항에 있어서,
상기 절삭날은, 복수의 직선적인 선분을 불연속으로 연결한 선대칭인 꺾은선이 상기 불연속인 선으로서 상기 투영면 상에 그려지는 형상을 갖는 드릴.
제 1항에 있어서,
상기 절삭날은, 복수의 연속적인 곡선을 불연속으로 연결한 선대칭인 곡선이 상기 불연속인 선으로서 상기 투영면 상에 그려지는 형상을 갖는 드릴.
제 2항에 있어서,
상기 절삭날은, 각각 양단의 위치가 상기 포물선 상이 되는 6개 이상의 직선적인 선분을 불연속으로 연결한 선대칭인 꺾은선이 상기 불연속인 선으로서 상기 투영면 상에 그려지는 형상을 갖는 드릴.
제 2항에 있어서,
상기 절삭날은, 각각 상기 포물선에 접하는 8개 이상의 직선적인 선분을 불연속으로 연결한 선대칭인 꺾은선이 상기 불연속인 선으로서 상기 투영면 상에 그려지는 형상을 갖는 드릴.
상이한 3개 이상의 복수의 선단각을 가지며, 상기 복수의 선단각을 형성하는 복수의 능선의 각 양단의 위치가 단일 또는 복수의 포물선 상이 되는 절삭날을 갖는 드릴.
상이한 4개 이상의 복수의 선단각을 가지며, 상기 복수의 선단각을 형성하는 복수의 능선이 단일 또는 복수의 포물선에 접하는 절삭날을 갖는 드릴.
드릴의 소재를 세트하는 공정과,
공구축을 중심으로 회전시킨 경우에 있어서의 능선의 통과 영역을 상기 공구축에 평행한 투영면에 투영시킨 경우에, 단일 또는 2개의 포물선 또는 타원을 따르는 선대칭이자 불연속인 선이 상기 투영면 상에 그려지는 형상을 갖는 절삭날을 상기 소재를 이용하여 형성하는 공정
을 포함하는 드릴의 제조 방법.
제 8항에 있어서,
상기 절삭날에 대응하는 몰드에 분말을 상기 소재로서 세트하고, 상기 분말의 소결에 의해 상기 절삭날을 형성하는 드릴의 제조 방법.
제 8항에 있어서,
막대 형상의 소재를 세트하고, 상기 막대 형상의 소재에 대한 절삭 또는 연삭에 의해 상기 절삭날을 형성하는 드릴의 제조 방법.