(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、本開示の実施形態に係るドリルについて、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、各実施形態を構成する部材のうち主要な部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明のドリルは、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【0008】
<ドリル>
図1に示す一例のドリル1は、本体3と、切刃5と、すくい面6と、溝7と、を備えている。
【0009】
図1〜
図3に示すように、本体3は、回転軸Xを有しており、第1端3aから第2端3bに向かって回転軸Xに沿って延びた棒形状である。本体3は、被削材の切削加工時において回転軸Xを中心に回転することが可能である。なお、以下の記載においては、第1端3aを先端3a、第2端3bを後端3bと記載して説明する。また、第2端3bよりも第1端3aに近い第1端3aの側を先端3aの側、第1端3aよりも第2端3bに近い第2端3bの側を後端3bの側と記載して説明する。
【0010】
本体3は、把持部9及び切削部11を備えていてもよい。
図1に示す一例における把持部9は、工作機械(不図示)の回転するスピンドル等で把持される部位であり、工作機械におけるスピンドル等の形状に応じて設計される部位である。
図1に示す一例における切削部11は、把持部9に対して先端3aの側に位置して被削材と接触する部分を含む部位であり、被削材の切削加工において主たる役割を有する部位である。なお、
図1及び
図2における矢印Yは、回転軸Xを中心とした本体3の回転方向を示している。
【0011】
図3及び
図4に示す一例における切削部11は、切刃5、すくい面6及び溝7の一部を含む先端3aの側の部位(先端部位11a)が後端3bの側の部位(後端部位11b)に対して着脱可能な構成となっている。より具体的には、先端部位11aが後端部位11bに把持されて拘束されている。切削部11は、このような構成に限らず、先端部位11a及び後端部位11bが一体的に形成された構成であっても構わない。一般的に、先端部位11a及び後端部位11bが一体的に形成された構成のドリル1は、ソリッドドリルと呼ばれる。
【0012】
切削部11は、例えば、
図2に示すように回転軸Xに沿って延びる円柱から溝7に該当する空間部分を除いた形状となっていてもよい。この場合には、回転軸Xに直交する断面において、切削部11の外周面における溝7を除いたランドに相当する部分は、略同一円上に位置する円弧形状となっている。この略同一円の直径が切削部11の外径に対応する。
【0013】
切削部11の外径は、例えば6mm〜42.5mmに設定してもよい。また、軸線の長さ(切削部11の長さ)をLとし、径(切削部11の外径)をDとするとき、例えばL=2D〜20Dであってもよい。
【0014】
本体3の材質としては、WC(タングステンカーバイド)を含有し、結合相としてCo(コバルト)を含有する超硬合金、この超硬合金にTiC(チタンカーバイド)又はTaC(タンタルカーバイド)のような添加物を含んだ合金、ステンレス及びチタンのような金属などが挙げられる。
【0015】
以下、切刃5について説明する。切刃5は、本体3の先端3aに位置しており、被削材を切削するために用いることが可能な部位である。
図1に示す一例においては、切刃5は、本体3の先端3a、すなわち切削部11の先端部分に位置している。
【0016】
そして、
図2に示す一例の切刃5は、チゼルエッジ(chisel edge)5a、第1刃5b、及び第2刃5cを有している。チゼルエッジ5aは、本体3を先端視した場合において、曲線状であるとともに、回転軸Xと交差していてもよい。第1刃5bは、チゼルエッジ5aよりも本体3の外周側に位置していてもよい。第2刃5cは、チゼルエッジ5a及び第1刃5bの間に位置していてもよい。このとき、チゼルエッジ5a及び第1刃5bが、第2刃5cによって接続されていてもよい。
【0017】
第2刃5cがチゼルエッジ5a及び第1刃5bの間に位置している場合には、チゼルエッジ5a及び第1刃5bが直接に接続される場合と比較して、隣り合う刃の部分の交わる角度を小さくできる。そのため、切刃5の特定の領域に負荷が集中しにくく、切刃5の耐久性が高い。
【0018】
図2に示す一例における第1刃5bは、被削材を切削加工する際に、被削材を主として切削する部位であり、主切刃と見なしてもよい。また、
図2に示す一例における第2刃5cは、チゼルエッジ5a及び第1刃5bを接続する部位であり、接続刃あるいはシンニング刃と見なしてもよい。
【0019】
チゼルエッジ5a、第1刃5b及び第2刃5cは、それぞれ1つのみであってもよく、また、それぞれ複数であってもよい。
図2に示す一例においては、切刃5が、2つの第1刃5b及び2つの第2刃5cを有している。2つの第1刃5bは、
図2に示す一例のように、回転軸Xを中心として180°回転対称であって、対を成していてもよい。2つの第2刃5cは、
図2に示す一例のように、回転軸Xを中心として180°回転対称であって、対を成していてもよい。
【0020】
一対の第1刃5b及び一対の第2刃5cが、回転軸Xを中心として180°回転対称である場合には、切刃5が被削材に食いつく際のブレを低減できる。なお、切刃5が、3つ以上の第1刃5b及び3つ以上の第2刃5cを有していても何ら問題ない。
【0021】
一対の第2刃5cは、
図2に示す一例のように、チゼルエッジ5aの両端部にそれぞれ接続され、先端視した場合において、チゼルエッジ5aの両端から本体3の外周に向かってそれぞれ延びていてもよい。また、一対の第1刃5bは、一対の第2刃5cにおける外周側の端部にそれぞれ接続され、先端視した場合において、第2刃5cから本体3の外周に向かってそれぞれ延びていてもよい。
【0022】
チゼルエッジ5aが、切刃5における最も内周側に位置している部分であってもよい。そして、一対の第1刃5bは、チゼルエッジ5a及び一対の第2刃5cよりも本体3の外周側に位置しており、切刃5における最も外周側に位置している部分であってもよい。これらチゼルエッジ5a、一対の第1刃5b及び一対の第2刃5cによって被削材の切削を行うことが可能である。
【0023】
ここで、先端視とは、
図2に示すように、本体3を回転軸Xに沿って先端3aに向かって見ることを意味している。すなわち、先端視とは、本体3の先端3aの正面視のことであるとも言える。また、先端視において、回転軸Xよりも本体3の外周面に近い側を外周側、本体3の外周面よりも回転軸Xに近い側を内周側と記載している。
【0024】
チゼルエッジ5aは、
図4に示すように、ドリル1における最も先端方向の側に位置しており、第1刃5b及び第2刃5cに対して先端3aの側に突出していてもよい。
図4に示す一例におけるチゼルエッジ5aは、回転軸Xと交差する部分が最も先端方向の側に位置しており、回転軸Xから離れるにつれて本体3の後端3bの側に向かうように傾斜している。チゼルエッジ5aのいわゆるチゼル角は、例えば110〜170°程度に設定してもよい。
【0025】
一対の第1刃5bは、
図2に示すように、チゼルエッジ5aを間に介して離れて位置していてもよい。また、一対の第2刃5cは、
図2に示すように、チゼルエッジ5aを間に介して離れて位置していてもよい。
【0026】
第1刃5bは、
図2に示すように、先端視した場合に、少なくとも一部が凹曲線形状であってもよい。先端視した場合において、第1刃5bが凹曲線形状の部位を有している場合には、第1刃5bで生成される切屑がカールし易い。その結果、溝7で切屑が排出され易くなる。
【0027】
第2刃5cは、
図2に示すように先端視した場合に、内周側から順に、第1部分5c1及び第2部分5c2を有していてもよい。
図2に示す一例における第1部分5c1は、第2刃5cのうち、チゼルエッジ5aから本体3の外周に向かって延びている。第1部分5c1は、
図2に示すように直線形状であってもよい。
図2に示す一例における第2部分5c2は、第2刃5cのうち、第1部分5c1から第1刃5bに向かって延びるとともに第1部分5c1に対して傾斜して位置している。
【0028】
第1部分5c1は、
図4に示すように、回転軸Xに直交する方向からの側面視において、チゼルエッジ5aの端部から外周に向かって延びていてもよい。このとき、側面視において一対の第1部分5c1のそれぞれに沿って一対の仮想直線を引き伸ばした場合に、これらの仮想直線の交差する角度は、例えば130〜170°程度に設定してもよい。
【0029】
また、第2部分5c2も、
図4に示すように、回転軸Xに直交する方向からの側面視において、第1部分5c1から第1刃5bに向かって延びていてもよい。このとき、側面視において一対の第2部分5c2のそれぞれに沿って一対の仮想直線を引き伸ばした場合に、これらの仮想直線の交差する角度は、例えば130〜170°程度に設定してもよい。
【0030】
図2に示す一例においては、第1部分5c1は直線形状であり、第2部分5c2は第1部分5c1に対して傾斜して位置している。一方、チゼルエッジ5aは曲線状である。したがって、
図2に示す一例においては、切刃5のうち、回転軸Xと交差する部分であって曲線形状をなす部分が、チゼルエッジ5aである。そして、切刃5のうち、直線形状をなし、チゼルエッジ5aに接続する部分が、第1部分5c1であり、第1部分5c1に傾斜して接続する部分が、第2部分5c2である。
【0031】
次に、溝7について説明する。溝7は、本体3における切削部11において、回転軸Xよりも外周側に位置しており、
図1及び
図3に示すように、切刃5の近くから本体3の後端3bに向かって延びている。
【0032】
溝7は、
図1などに示すように、回転軸Xの周りに螺旋状に延びていてもよい。
図1に示す一例においては、切刃5が2つの第1刃5b及び2つの第2刃5cを有している。そのため、
図1に示す一例において、切刃5における一対の第1刃5bの近くから本体3の後端3bに向かって一対の溝7がそれぞれ螺旋状に延びている。このとき、工作機械で安定して本体3を把持するため、溝7は、切削部11のみに形成されており、把持部9には形成されていない。
【0033】
溝7は、切刃5(チゼルエッジ5a、第1刃5b及び第2刃5c)によって生成される切屑を外部に排出するために用いることが可能である。
図1に示す一例のドリル1を用いた切削加工時において、一対の第1刃5bの一方で形成された切屑は、一対の溝7のうち、この第1刃5bに向かって延びた溝7を通って本体3の後端3bの側へと排出される。また、一対の第1刃5bのもう一方(他方)で形成された切屑は、一対の溝7のうち、この他方の第1刃5bに向かって延びた溝7を通って本体3の後端3bの側へと排出される。
【0034】
このとき、一対の溝7の一方は、一対の溝7の他方を回転軸Xの周りで180°回転させた場合に重なり合うように形成されている。これにより、一対の第1刃5bのそれぞれで生じた切屑をそれぞれの溝7で良好に流すことができる。
【0035】
溝7の深さは、例えば、切削部11の外径に対して10〜40%程度に設定できる。ここで、溝7の深さとは、例えば、回転軸Xに直交する断面における、溝7の底と回転軸Xとの距離を本体3の半径から引いた値を意味する。ここで、溝7の底とは、溝7における回転軸Xに最も近い部分を意味している。切削部11の外径が20mmである場合には、例えば、溝7の深さは2〜8mm程度に設定できる。
【0036】
次に、すくい面6について説明する。
図1に示す一例の本体3において、切刃5に沿った領域には、すくい面6が設けられている。すなわち、すくい面6は、切刃5から本体3の後端3bの側に向かって延びている。より具体的には、すくい面6は、切刃5の各部分に沿った領域を有している。
【0037】
すくい面6は、
図4に示すように、第1部分5c1から延びた第1領域61と、第2部分5c2から延びた第2領域62とを有していてもよい。第1領域61の第1すくい角θ1は、ゼロ又は負の値であってもよい。
図5に示す一例においては、第1領域61の第1すくい角θ1がゼロである。
図6に示す一例においては、第2領域62の第2すくい角θ2が、負の値である。
【0038】
このとき、第2すくい角θ2の絶対値が、第1すくい角θ1の絶対値より大きくてもよい。
図5及び
図6に示す一例においては、第2刃5cが互いに屈曲して位置する2つの部分(第1部分5c1及び第2部分5c2)を有し、すくい面6のうち第2刃5cから延びた領域(第1領域61及び第2領域62)のすくい角θ1、θ2が上記の関係である。この場合には、切刃5の耐欠損性が高く、且つ、加工時に発生する切削力のうち後端3b側に向かって作用する成分(回転軸Xに沿って作用する成分)が大きいために本体3が径方向に振れにくい。そのため、切刃5が早期に欠損しにくく、加工穴の真直度が高い。
【0039】
ここで、第1領域61の第1すくい角θ1とは、回転軸Xに平行な仮想直線に対する第1領域61の傾斜角度として評価できる。第2領域62の第2すくい角θ2は、
図6に示すように、同様に評価すればよい。なお、
図5は、第1部分5c1に沿った方向から見た本体3の側面図であり、
図6は、第2部分5c2に沿った方向から見た本体3の側面図である。
【0040】
図5及び
図6に示す一例においては、第1すくい角θ1はゼロ又は負の値であり、第2すくい角θ2は負の値である。また、第2すくい角θ2の絶対値は、第1すくい角θ1の絶対値よりも大きい(|θ2|>|θ1|)、言い換えれば、第2すくい角θ2そのものの値は第1すくい角θ1そのものの値よりも小さくなっている(θ2<θ1)。
【0041】
なお、ここで、第1領域61の第1すくい角θ1及び第2領域62の第2すくい角θ2が各領域において一定ではない場合には、|θ2|と|θ1|の大小関係は、第2領域62の第2すくい角θ2の絶対値の最小値|θ2|Minと、第1領域61の第1すくい角θ1の絶対値の最大値|θ1|Maxと、を比較して評価できる。言い換えれば、この場合、|θ2|Min>|θ1|Maxであればよい。なお、このとき、第1領域61の第1すくい角θ1は、第1部分5c1に垂直な任意の断面において算出でき、同様に、第2領域62の第2すくい角θ2は、第2部分5c2に垂直な任意の断面において算出できる。
【0042】
また、第1領域61は、平面であるとともに、内周側から外周側に向かうにつれて回転方向Yの後方に向かって傾斜していてもよい。第2領域62もまた、平面であるとともに、内周側から外周側に向かうにつれて回転方向Yの後方に向かって傾斜していてもよい。
【0043】
第2すくい角θ2は、一定であってもよい。この場合には、第2領域62にかかる切削抵抗の変動が小さい。加えて、切削加工時に第2部分5c2にかかる切削力の向きが安定するため、被削材へ食いつき易い。その結果、切刃5の耐欠損性がより高く、また、加工精度が向上する。
【0044】
なお、第2すくい角θ2が一定であるとは、第2領域62の全域に渡って厳密に同じであることを意味するものではなく、実質的に同じであればよい。例えば、第2すくい角θ2が5%程度のばらつきを有していてもよい。
【0045】
また、第1すくい角θ1は、ゼロであってもよい。すなわち、
図5に示す一例においては、第1すくい角θ1がゼロであるため、回転軸Xに対して第1領域61が平行である。この場合には、例えば、切刃5の全長が被削材に食いついた後の加工において、切削部11が加工表面上で滑りにくくなるため、加工穴の真直度が向上する。このとき、第1領域61の全域に渡って第1すくい角θ1がゼロである場合には、より好適に被削材の食いつき性及び加工穴の真直度が向上する。
【0046】
図4及び
図5に示す一例においては、第1領域61における後端3bの側の稜線r61及び第2領域62における後端3bの側の稜線r62は、いずれも回転軸Xから外周側に向かうにつれて、後端3bの側に傾斜している。稜線r61及び稜線r62が上記のように位置している場合には、生成された切屑を安定して溝7に誘導できる。その結果、切屑排出性が向上する。
【0047】
図4に示すように、第2領域62の少なくとも一部が、第1領域61よりも後端3bの側に位置していてもよい。第2部分5c2が第1部分5c1よりも本体3の外周側に位置しているため、切削加工時に、第2部分5c2においては第1部分5c1よりも多くの切屑が生じ易い。このとき、第2領域62の少なくとも一部が、第1領域61よりも後端3bの側に位置している場合には、第2部分5c2で生じた切屑を安定して溝7に誘導できる。
【0048】
すくい面6は、チゼルエッジ5aから延びた第3領域63を更に有していてもよい。第3領域63の第3すくい角θ3は、負の値であってもよい。また、第3すくい角θ3の絶対値は、第3領域63における回転軸Xの近くに位置する部分から本体3の外周側に向かうにつれて小さくなっていてもよい。この場合には、回転軸Xから遠ざかるにつれて第3すくい角θ3がゼロに近づくため、チゼルエッジ5aの強度が高く、且つ、チゼルエッジ5aが被削材へ食いつき易い。
【0049】
図2に示す一例のように、先端視において、第1部分5c1及び第2部分5c2が、それぞれ直線形状であるとともに、第2部分5c2の長さL2が、第1部分5c1の長さL1より大きくてもよい(L2>L1)。このように、第2部分5c2が直線形状である場合には、第2部分5c2の被削材への食いつき性が高い。
【0050】
加えて、第1部分5c1よりも第2すくい角θ2の絶対値が相対的に大きい第2部分5c2の長さL2が第1部分5c1の長さL1よりも大きい場合には、加工時に発生する切削力のうち回転軸Xに沿った方向に作用する成分が大きい。そのため切削部11を把持部9に押し付ける力が大きい。その結果、被削材への食いつき性及び加工穴の真直度の両方が高い。
【0051】
図2に示す一例のように、先端視において、第2部分5c2が直線形状である場合に、第1部分5c1と第2部分5c2とのなす第1角度α及び第2部分5c2と第1刃5bとのなす第2角度βは、いずれも鈍角であるとともに、第2角度βは第1角度αより大きくてもよい(β>α)。第2角度βが第1角度αより大きい場合には、切削速度が相対的に速いため、より大きな切削負荷がかかり易い部分の強度が高い。その結果、切刃5がさらに欠損しにくい。
【0052】
第1刃5bは、例えば、先端視した場合において直線形状であってもよく、また、
図2に示すように先端視した場合において凹曲線形状であってもよい。第1刃5bが凹曲線形状である場合には、第1刃5bで生成される切屑をカールさせ易くなるので、溝7で切屑が排出され易い。第1刃5bの凹曲線形状としては、例えば、円孤形状が挙げられる。
【0053】
すくい面6は、第1刃5bから延びた第4領域64をさらに有していてもよい。第4領域64の第4すくい角θ4は正の値であるとともに徐変していてもよい。例えば、第4すくい角θ4は、回転軸Xから遠ざかるにつれて大きくなっていてもよい。この場合には、第4領域64のうち切削速度が相対的に速い外周側の領域において第4すくい角θ4が相対的に大きいため、切削抵抗が小さい。
【0054】
第4領域64は、回転軸Xに直交する断面において、直線形状であってもよく、また、凹曲線形状であってもよい。回転軸Xに直交する断面において第4領域64が凹曲線形状である場合には、切屑が本体3の外周面よりも外側へ飛び出しにくくなる。そのため、被削材の加工面が傷つきにくい。
【0055】
また、
図4に示すように側面視した場合に、第1領域61における回転軸Xに直交する方向の幅は、第1部分5c1から離れるにしたがって狭くなっていてもよい。この場合には、後端3bに向かうにしたがって第4領域64の幅を広く確保し易い。そのため、切刃5で生じた切屑を本体3の後端3bの側へと安定して排出し易い。
【0056】
同様に、
図4に示すように側面視した場合に、第2領域62における回転軸Xに直交する方向の幅は、第2部分5c2から離れるにしたがって狭くなっていてもよい。この場合にも、後端3bに向かうにしたがって第4領域64の幅を広く確保し易い。そのため、切刃5で生じた切屑を本体3の後端3bの側へと安定して排出し易い。
【0057】
第1領域61を正面視した場合に、第1領域61及び第2領域62の境界Bは、後端3bに向かうにしたがって回転軸Xから離れていてもよい。この場合には、第1領域61及び第2領域62を流れる切屑を第4領域64に向かって誘導し易い。そのため、切刃5で生じた切屑を本体3の後端3bの側へと安定して排出し易い。
【0058】
以上、本開示に係るドリル1について例示したが、本開示はこれに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができる。
【0059】
例えば、切削部11の形状は、上述の態様に限定されるものではなく、通常用いられる他の形状を採用してもよい。例えば、切削部11は、内接円の芯厚が先端3aの側から後端3bの側に向かうにしたがって厚くなるようなテーパー状であってもよい。また、切削部11は、ドリル径(外径)が先端3aの側から後端3bの側に向かうにつれて大きくなるか、あるいは小さくなるように傾斜していてもよい。さらに、切削部11には、いわゆるアンダーカットやクリアランスが設けられていてもよい。
【0060】
<切削加工物の製造方法>
次に、本開示の一実施形態に係る切削加工物の製造方法について、上述したドリル1を用いる場合を例に挙げて詳細に説明する。以下、
図7〜
図9を参照しつつ説明する。
【0061】
本実施形態にかかる切削加工物の製造方法は、以下の(1)〜(3)の工程を備える。
【0062】
(1)準備された被削材101に対して上方にドリル1を配置し、ドリル1を、回転軸Xを中心に矢印Yの方向に回転させ、被削材101に向かってZ1方向にドリル1を近づける工程(
図7参照)
(2)ドリル1をさらに被削材101に近づけることによって、回転しているドリル1の切刃を、被削材101の表面の所望の位置に接触させて、被削材101に加工穴103(貫通孔)を形成する工程(
図8参照)
(3)ドリル1を被削材101からZ2方向に離す工程(
図9参照)
(1)の工程は、例えば、被削材101を、ドリル1を取り付けた工作機械のテーブル上に固定し、ドリル1を回転した状態で近づけることにより行うことができる。なお、(1)の工程では、被削材101とドリル1とは相対的に近づけばよく、被削材101をドリル1に近づけてもよい。
【0063】
次に、(2)の工程においては、ドリル1の切削部のうち後端の側の一部の領域が加工穴103に挿入されないように設定する。このように、切削部のうち後端の側の一部の領域を切屑排出のための領域として機能させることで、当該領域を介して切屑をスムーズに排出できる。
【0064】
(3)の工程においても、上述の(1)の工程と同様に、被削材101とドリル1とは相対的に離隔すればよく、例えば被削材101をドリル1から離隔させてもよい。
【0065】
以上のような(1)乃至(3)の工程を経ることによって、本実施形態に係る製造方法によれば、長期間に渡って真直度の高い加工穴103を有する切削加工物を得ることができる。
【0066】
なお、以上に示したような被削材101の切削加工を複数回行う場合に、例えば、1つの被削材101に対して複数の加工穴103を形成する際には、ドリル1を回転させた状態を保持しつつ、被削材101の異なる箇所にドリル1の切刃を接触させる工程を繰り返せばよい。
【0067】
以上、本開示に係る実施形態について例示したが、本開示はこれに限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない限り任意のものにできる。