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ツイストドリル - 日立ツール株式会社
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発明の名称 ツイストドリル
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−96416(P2001−96416A)
公開日 平成13年4月10日(2001.4.10)
出願番号 特願平11−277984
出願日 平成11年9月30日(1999.9.30)
代理人
発明者 上島 隆史 / 土肥 稔
要約 目的
本発明はツイストドリルの先端刃、切り屑排出溝を改良し、チッピングや被膜の剥離等に優れた安定した超硬合金又はTiCN系サーメット製のツイストドリルを提供する。

構成
超硬合金又はTiCN系サーメットで構成されたツイストドリルにおいて、前記ツイストドリルの軸直角断面視で切り屑排出溝の心厚と接する近傍からランド部側にS字状に拡げ、前記切り屑排出溝の底部を凹状、ヒール部を凸状とし、かつ、前記ツイストドリルの端面視で先端刃を直線状に設け、前記先端刃とシンニング刃とをドリル直径の0.15〜0.50倍の円弧で繋いだことを特徴とするツイストドリル。
特許請求の範囲
【請求項1】 超硬合金又はTiCN系サーメットで構成されたツイストドリルにおいて、前記ツイストドリルの軸直角断面視で切り屑排出溝の心厚と接する近傍からランド部側にS字状に拡げ、前記切り屑排出溝の底部を凹状、ヒール部を凸状とし、前記ツイストドリルの端面視で先端刃を直線状に設け、前記先端刃とシンニング刃とをドリル直径の0.15倍を越え0.50倍以下の円弧で繋ぎ、かつ、前記円弧部のホーニング幅を他の部位より大きく設けたことを特徴とするツイストドリル。
【請求項2】 請求項1記載のツイストドリルにおいて、前記ホーニングは外周端縁から心厚近傍を経由して軸心部へ向かう先端刃の刃先稜に外周側から軸心側に向かって漸次幅が広くなるように形成したことを特徴とするツイストドリル。
【請求項3】 請求項1乃至2記載のツイストドリルにおいて、前記ホーニングは外周側から軸心側に向かって漸次負の角度が小さくなるようにホーニングを形成したことを特徴とするツイストドリル。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超硬合金またはサーメットで構成されたツイストドリル(以下、単にドリルと略称する。)に係わり、特に、ドリル強度を損なうことなく、切り屑処理及び刃先の冷却効果の改善と、刃先の強化による穴あけ時の耐チッピング性を向上させ、優れた安定性と求心性が得られるドリルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、超硬合金製のツイストドリルが多用されつつある。超硬ドリルは、耐摩耗性に優れ、高送り切削や重切削を行うことができる半面、靭性が低いために抗折力などの機械的強度に劣り、このため、高速度鋼のドリルに比べて芯厚を大きくし、ランド幅に対する溝幅の比率を小さくして強度を補うようにしなければならない。例えば、特公昭61−30845号公報には、超硬合金製のドリル本体の外周に2つの切り屑排出溝が形成され、切り屑排出溝の回転方向を向く壁面の先端稜線部に切刃が形成されたものである。ここで、ドリル本体の芯厚はドリル直径の20〜35%と比較的大きく、ドリル本体の軸線と直交する断面におけるランド幅Bに対する溝幅Aの比率A/Bは0.6程度と比較的小さい値に設定されている。また、上記特許の改良として、特許2674124号には、溝幅比を大きくしたツイストドリルが提案されている。両例とも切り屑排出溝の形状は、切刃の外周端縁Qにこの端縁Qと上記ドリル本体1の軸線とを結んだ直線Nと直交する垂線Lを引いたときに、この垂線Lに対して凹となる形状とされている。このことは、切屑をある程度小さな曲率半径で強制的に曲げることにより、切屑が加工穴の内壁面と擦過することがないように設計している。また、刃先の強化による穴あけ時の耐チッピング性を向上させることも特許2674124号に述べられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これまでは、超硬合金の靱性が低いために、抗折力などの機械的強度が劣り、心厚を大きくし、ランド幅に対する溝幅の比率を小さくして強度を補っていた。しかし、この折損の原因を調べてみると、先端の鋭利な部分の欠けや、切り屑の噛み込み、切削油剤の不足により、折損に至ることが分かった。そこで、切り屑排出溝をランド部側にS字状に拡げることで、切り屑排出時における切り屑噛み込みでのチッピング防止や、切削油剤の切り屑排出溝への浸透促進による、切り屑排出溝、加工穴内壁、生成された切り屑の潤滑を計り、更にはヒール部に曲率を与えて工具取り扱い時の安全性を備え、かつ、切れ刃の刃先稜に、特に低速領域部のホーニングを大きく設け、優れた安定性が得られる工具を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】そのため、本願発明は、超硬合金又はTiCN系サーメットで構成されたツイストドリルにおいて、前記ツイストドリルの軸直角断面視で切り屑排出溝の心厚と接する近傍からランド部側にS字状に拡げ、前記切り屑排出溝の底部を凹状、ヒール部を凸状とし、前記ツイストドリルの端面視で先端刃を直線状に設け、前記先端刃とシンニング刃とをドリル直径の0.15倍を越え0.50倍以下の円弧で繋ぎ、かつ、前記円弧部のホーニング幅を他の部位より大きく設けたことを特徴とするツイストドリルである。
【0005】
【作用】図1〜図3を参照しつつ説明する。先ず、ツイストドリルの軸直角断面図における切り屑排出溝の心厚と接する近傍からヒール部にかけてその形状を略S字状としたことにより、刃先で生成された切り屑は、切り屑排出溝と加工穴内壁を擦過しながら、切り屑排出溝に沿って外部に排出されるが、その際加工穴内壁等との摩擦により、一部切り屑の流れが変化し、切り屑の噛み込みを引き起こし、その力が肉厚の薄いヒール部突端に加わった場合、チッピングが起こすことが分かった。略S字状は、ドリルの心厚と接する近傍からヒール部までの形状を現したものであるが、S字の上の部分は刃溝底部により形成する。S字の下の部分は、刃溝底部をそのまま延伸させずに、ヒール部で凸状の丸味を持たせることにより形成する。このように、切り屑排出溝の心厚と接する近傍からランド部側にS字状に拡げることにより、まず、S字状の上の部分、すなわち切り屑排出溝底部は、切り屑のカール(強圧縮)が行われるため適度な曲率(0.10D〜0.30D程度)を設けるが、その接触する長さはほとんど考慮されていない。本願発明ではその接触する長さをヒール部の曲率を設けることにより短し、心厚と接する近傍から30度〜120度で凹曲面から凸曲面へ変曲させている。従って、切り屑は十分にカールされて排出溝に沿って外部へ排出される。更に望ましくは、心厚と接する近傍から45度〜90度である。
【0006】また、従来のドリルでは切り屑が切り屑排出溝一杯になって排出され、十分に切削油剤をドリル先端部まで供給できず、切り屑排出溝の潤滑不足により、一部切り屑の方向が変化する。そのためS字状に、特にS字の下の部分のスペースにより、切削油剤が浸透し供給されるため切り屑排出溝の潤滑性を補うことができる。更に、ヒール部の丸味はドリル直径の0.05〜0.25程度の丸見て良いが、更に、前記ヒール部の頂部とランド部の切り屑排出溝側の端部とは、様々な態様がとりうる。図3では曲率をそのまま生かしてランド部の端部と結んでいる。この部分のスペースをより拡げる意味で直線状に結んでも良く、更には、凹む形状で結んでも良い。これらの場合には、いずれも切削油剤等の浸透により有効である。
【0007】先端刃を直線状に設けた場合、シンニング刃と先端刃が直線同士となるため、そのつなぎ部では使用初期に欠けたり、被膜が剥離したりする等の欠点を生じやすく、正常な摩耗を示していない。そのため、本願では、前記先端刃とシンニング刃とをドリル直径の0.15倍を越え0.50倍以下の円弧とする事により、つなぎ部に加わる負荷を分散し、使用初期に生じやすい微少な欠け、チッピングを防止することはもとより、特に被膜の剥離等の減少させる作用がある。そのため、円弧の大きさはドリル直径の0.15倍未満では、上記の作用がなく、また、0.50倍を超えると実質的にシンニング刃を直線状に保てなくなるため、円弧の大きさを0.15〜0.50倍、さらに好ましくはドリル直径の0.25〜0.40倍としたものである。
【0008】ホーニング形状は、特に超硬ドリルでは機械的強度が低いため低速域で生じやすく、そのため本発明では、シンニング刃と先端刃との繋ぎ部分の円弧部のホーニング量をシンニング刃、先端刃のホーニング量より大きくしたものである。円弧を大きく、更に円弧部のホーニングを大きくとることにより、機械的な衝撃が緩和され、円弧部の皮膜の剥離、切れ刃の微少なチッピングや欠損を減少させることができる。また、先端刃においても外周側から軸心側に向かって漸次幅が広くなるように形成する事により、先端刃ではその回転中心側でもっとも膜の剥離や、切れ刃のチッピングを生じやすく、ホーニングの幅、角度を軸心に向かうに従い、より幅を広く、角度はマイナス側に大きく設けることにより、前記円弧部の大きさと相乗し、被膜の剥離や切れ刃の耐チッピング性を高めることができる。また、外周側は軸心側に比較して切削速度が高いため、切れ刃のホーニング幅としては、ドリル直径の0.005を越え0.05以下設ければ良い。0.005以下では、刃先強度が不足し、皮膜の損傷やチッピングを防止できず、0.01を越えると、切り屑の生成が阻害され、スムーズな切削が行われないので0.005を越え0.05以下とした。また、切れ刃のホーニング角度としては、5度を越え40度以下に設ければ良い。5度以下では、刃先強度が不足し、皮膜の損傷やチッピングを防止できず、40度を越えると、切り屑の生成が阻害され、スムーズな切削が行われないので5度を越え40度以下とした。以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。
【0009】
【実施例】本発明例として、超微粒子超硬合金製のドリル直径=8mmを用いて、図3に示すようなS字状となし、先端刃とシンニング刃との繋ぎはドリル直径の0.35倍とし、ホーニング幅100ミクロン、ホーニング角度20度で、繋ぎの円弧部で120ミクロンと最大となるように、ホーニング幅を調整したツイストドリルを10本用いて、切削速度=60m/min、1回転当りの送り量=0.2mm/rev、加工深さ=24mm、湿式切削の条件で、SCM440(HB250〜300)を100穴加工し、加工後の先端刃、外周刃、ヒール部分の状態を観察した。尚、本発明例にはTiAlN膜を被覆し切削試験を行った。比較のため、従来のように先端刃との繋ぎを0.1倍の曲率としホーニング幅を100ミクロン、一定としたドリルも、同様に試験を10本行い、その結果も表1に併記する。
【0010】
【表1】

注)○:ヒール部、先端刃、外周切れ刃部にチッピング、欠けがないドリル×:ヒール部、先端刃、外周切れ刃部にチッピング、欠けが認められたドリル【0011】表1より、本発明例のように、ヒール部の溝形状をS字状とし、先端刃の円弧を大きくしたドリルでは、先端刃、ヒール部のチッピングの発生が1/10と減少し、それを起因として生じる外周刃のチッピングも無いのに対し、従来例では、9/10とヒール部に生じ、また外周刃部にもチッピングが生じていた。
【0012】更に、同様の切削条件で穴加工を継続した。2000穴加工後の逃げ面最大摩耗量VBmax(mm)を測定した結果を表2に示す。但し、2000穴加工に至らず寿命、または切削不能な状態になった場合には、穴加工数で示す。
【0013】
【表2】

【0014】表2より、穴加工数を2000穴まで行うと、本発明では先端刃が欠け等が生じにくく、また切削油剤の浸透促進により刃先の冷却を図ることができるため、摩耗量が減少し、良好な性能を示したが、従来例では、先端刃のチッピング、欠損等から逃げ面最大摩耗が大きくなり、2000穴加工できずに寿命となった。また、切り屑等の絡みつきが多くなり、絡みついた切り屑等の除去を行いながら穴加工を継続しなければならなかった。
【0015】
【発明の効果】本願発明を適用することにより、ドリルの先端刃の形状、刃溝をよりランド部側に拡げることが出来るため、切り屑排出溝をより広くする事ができ、安定した切削性能が可能となった。




 

 


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