(57)【要約】【課題】フルートのねじれ角を特定の設定式に基づき厳密に定めることによって、高い剛性と、高い切り屑排出性の双方を満たすことが可能なインサート式ドリルの提供を提供する。【解決手段】ホルダ１の軸線Ｏに垂直な任意の平面を基準平面Ｐ０とし、該基準平面Ｐ０に平行でかつ等間隔に並んだｎ個の平面を参考平面Ｐ１〜Ｐｎとした場合に、前記フルート５の開口部５Ａと該参考平面Ｐ１〜Ｐｎとの交点部（Ｃ１〜Ｃｎ）でのねじれ角を、ホルダ１先端側から、θ１、θ２、‥‥θｎとし、かつこのときの設定式を、「θｎ＝θ１＋（ｎ-１）ｄ（ｄ：係数）」に定めることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホルダの外周に先端側から基端側に向けて延びかつねじれ角が連続的に変化するようにフルートが形成され、該フルートの先端に、切れ刃を含むインサートを有するインサート式ドリルであって、
前記ホルダの軸線に垂直な一の平面を基準平面とし、該基準平面に平行でかつ等間隔に並んだｎ個の平面を参考平面とした場合に、該参考平面と前記フルートの開口部との交点部でのねじれ角を、ホルダ先端側から、θ１、θ２、‥‥θｎとし、かつこのときの設定式を、「θｎ＝θ１＋（ｎ-１）ｄ（ｄ：係数）」に定めることを特徴とする、インサート式ドリル。
【請求項２】
前記ホルダは、前記フルートが形成された切刃部と、略円柱状のシャンク部を有し、その中間部には、該切刃部と前記シャンク部との接続部となるテーパーフランジが設けられてなり、
前記ホルダの前記テーパーフランジの先端側における前記フルートの開口部が、ホルダ軸線と平行に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインサート式ドリル。
【請求項３】
前記フルートが先端側から基端側に向かうに従い、そのねじれ角が減少していくことを特徴とする請求項１または２に記載のインサート式ドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、剛性が高くかつ切り屑排出性に優れたインサート式ドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のドリルとしては特許文献１及び２に示される技術が示されている。
特許文献１に記載された技術は、略円柱状の工具本体の先端部に位置するドリル部（切刃部）の外周に、先端から基端側に向けて延びる切り屑排出溝が形成され、これらの切り屑排出溝の先端に切刃を備えたスローアウェイチップが装着される形態のスローアウェイ式穴明け工具であって、前記切り屑排出溝を、先端側から基端側に向かうに従って工具回転方向の後方側に向かうフルートとするとともに、そのねじれ角が基端側に向かうに従って小さくなるように形成しているものである。
特許文献２に記載された技術は、先部の切刃部に超硬合金製の刃先を有しシャンク側部にスパイラル側部にスパイラル状の切り屑排出用の溝を形成されているドリル構造であって、軸線に対して溝のねじれ角が、ドリル先端部から溝終端部の０°にかけて漸減する角度に形成される、具体的には、切り屑排出用の溝の軸線に対するねじれ角がドリル先端部から溝終端部の０°に漸減する角度が、２０°〜３０°から０°になるように形成されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２４４４１１号公報
【特許文献２】実開昭６２−１８８３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のようなドリルでは、切り屑排出用の溝となるフルートのねじれに沿って切り屑が送り出されるため、切り屑を円滑に送り出すには、この切り屑排出溝のねじれ角を大きくすればよい。しかしながら、ねじれ角を大きくすると、切り屑排出溝の全長が長くなってしまうため、先端で発生した生成された切り屑が、基端側に送り出される途中で溝内に滞留し、かえって切り屑排出性が損なわれるおそれが生じる。
一方、このような不具合を避けるために上述したフルートのねじれ角を小さくすると、切り屑排出溝の長さが短くなりかつドリルの剛性が高まるものの、切り屑を基端側に押し出す作用が小さくなる。その結果、切削時に切り屑を穴から外へ排出するための十分な推進力を得ることができず、特に深穴加工時に、切り屑詰まりによる切削抵抗が増大し、状況によっては、インサートが欠損し、穴加工が中断するといった結果を招く。
【０００５】
そして、このような問題を考慮して、特許文献１及び２に示すようなフルートのねじれ角が、基端側に向かうに従い漸次小さくなるように設定されているが、どのような定義に従ってフルートのねじれ角を設定すれば最良の切削が行えるのかが明確でなく、この点において新しい技術の提供が期待されていた。
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、フルートのねじれ角を特定の設定式に基づき厳密に定めることによって、高い剛性と、高い切り屑排出性の双方を満たすことができる、インサート式ドリルの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。すなわち、本発明では、ホルダの外周に先端側から基端側に向けて延びかつねじれ角が連続的に変化するようにフルートが形成され、該フルートの先端に、切れ刃を含むインサートを有するインサート式ドリルであって、前記ホルダの軸線に垂直な一の平面を基準平面とし、該基準平面に平行でかつ等間隔に並んだｎ個の平面を参考平面とした場合に、該参考平面と前記フルートの開口部との交点部でのねじれ角を、ホルダ先端側から、θ１、θ２、‥‥θｎとし、かつこのときの設定式を、「θｎ＝θ１＋（ｎ-１）ｄ（ｄ：係数）」に定めることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明では、前記ホルダは、前記フルートが形成された切刃部と、略円柱状のシャンク部を有し、その中間部には、該切刃部と前記シャンク部との接続部となるテーパーフランジが設けられてなり、前記ホルダの前記テーパーフランジの先端側における前記フルートの開口部が、ホルダ軸線と平行に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明では、前記フルートが先端側から基端側に向かうに従い、そのねじれ角が減少していくことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ホルダの軸線に垂直な一の平面を基準平面とし、該基準平面に平行でかつ等間隔に並んだｎ個の平面を参考平面とした場合に、前記フルートの開口部と該参考平面との交点部でのねじれ角を、ホルダ先端側から、θ１、θ２、‥‥θｎとし、かつこのときの設定式を、「θｎ＝θ１＋（ｎ-１）ｄ（ｄ：係数）」に定めることによって、高い剛性と、切り屑排出性とを同時に奏することができる。
【００１０】
すなわち、例えば、展開した場合にサイクロイド曲線となるフルートを有するドリルでは、高い切り屑排出性を奏するが、先端部のねじり形状となって部分のねじれ角が大きくまたフルートの長さも長くなるため、ホルダ剛性は低くなる。しかしながら、本願発明のドリルでは、先端部のねじり形状となっている部分のねじれ角が小さいために、展開した場合にサイクロイド曲線となるフルートを有するドリルと比較して、ホルダの剛性低下を防止することができる。また、切り屑排出性について、本発明のドリルでは、サイクロイド曲線となるフルートを有するドリルより劣るものの、一定のねじれ角を有するドリルとの比較では優れた性能を示している。
その結果、本願発明のインサート式ドリルでは、フルートのねじれ角を特定の設定式に基づき定めることによって、一定のねじれ角となるフルートを有するドリル及びサイクロイドとなるフルート溝を有するドリルでは同時に奏されない、高い剛性と、高い切り屑排出性の双方を満たすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係わるインサート式ドリルを示す図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。
【図２】本実施形態に係わるインサート式ドリルの各参考平面でのねじれ角を示す図であって、（Ａ）は参考平面Ｐ１でのねじれ角θ１、（Ｂ）参考平面Ｐ２でのねじれ角θ２、（Ｃ）は参考平面Ｐ３でのねじれ角θ３、（Ｄ）参考平面Ｐｎでのねじれ角θｎを示している。
【図３】平面の番号（＝ｎ）とねじれ角との関係を示すグラフであって、（Ａ）は本実施形態に係わる等差数列ねじれ角となるドリル、（Ｂ）は比較例となる等ねじれ角となるドリルを示している。
【図４】ホルダ１の長さ方向に沿う交点部の位置（横軸）と、該交点部におけるねじり角度（縦軸）を示すグラフである。
【図５】フルートのねじれ角の相違により、穴加工時に生じる切り屑の排出時間の違いを表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態に係わるインサート式ドリルについて図１〜図５を参照して説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、ドリル本体となるホルダ１は、鋼材等により軸線Ｏを中心としたほぼ円柱状に一体形成され、その基端側（図１において矢印ａで示す右側）がシャンク部２とされるとともに、これよりも先端側（図１において矢印ｂで示す左側）には切刃部３がテーパーフランジ部４を介して形成されている。
なお、このテーパーフランジ部４は切刃部３とシャンク部２との接続部であり、ホルダ１の中間部１Ａに位置している。
【００１３】
この切刃部３の外周には、切り屑排出溝となる一対のフルート５が形成されている。これらフルート５、軸線Ｏを挟んで互いに反対側に、ホルダ１の先端逃げ面６に開口して基端側に向かうに従いドリル回転方向Ｔの後方側に向かうようにねじれるようにして、上記テーパーフランジ部４に達するように形成されている。また、これらフルート５の開口部５Ａは、予め定めた設定式に基づきそのねじれ角が定められているが、これについては後述する。
【００１４】
本実施形態では、これらのフルート５のドリル回転方向Ｔを向く壁面の先端に、上記先端逃げ面６に開口するようにインサート取付座７がそれぞれ形成され、これらのインサート取付座７には、超硬合金等の硬質材料よりなる切削インサート８が、その切刃９を先端逃げ面６から突出させて着脱可能に取り付けられている。
なお、これらのインサート取付座７および切削インサート８はホルダ１の内周側と外周側とにずらされて配置されていて、互いの切刃９の軸線Ｏ回りの回転軌跡が重なり合うことで被削材に加工穴を形成する。
【００１５】
次に、ホルダ１の切刃部３にねじれるように配置されるフルート５の開口部５Ａの設置位置について、図２（Ａ）〜（Ｄ）及び図３（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。
まず、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、ホルダ１の軸線Ｏに垂直でかつインサート取付座７付近にある任意の平面を基準平面Ｐ０とし、該基準平面Ｐ０に平行となるように、かつ予め定めた一定の相互間隔（符号Ｌで示す）を有するようにｎ個の平面を形成する。
そして、これらｎ個の平面を「参考平面Ｐ１〜Ｐｎ」とし、さらに該参考平面Ｐ１〜Ｐｎと前記フルート５の開口部５Ａとの交点部（符号Ｃ１〜Ｃｎで示す）でのねじれ角を、ホルダ１の先端側から、θ１、θ２、‥‥θｎとした場合に、該ねじれ角θ１〜θｎの設定式は、「θｎ＝θ１＋（ｎ-１）ｄ（ｄ：係数）」に定めている。
【００１６】
ここで言うねじれ角θ１〜θｎとは、各交点部Ｃ１〜Ｃｎにおけるホルダ１の軸線Ｏと、フルート５（の中心軸線）とのなす角度を示し、具体的な値は、ホルダ１を長さ方向に一定間隔Ｌで分割する参考平面の個数（＝ｎ）と、これに基づき定められる既定値（ｄ）とから求められる。
また、ｎ個目に位置する参考平面Ｐｎとフルート５の開口部５Ａとの交点部Ｃｎは、図２（Ｄ）に示すようにホルダ１の長さ方向に沿う中間部１Ａに位置している。
【００１７】
そして、このような設定式により定められたねじれ角θ１〜θｎを、図２（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ示す。
これらの図に示されるように、ねじれ角θ１は交点部Ｃ１におけるホルダ１の軸線Ｏと、フルート５とのなす角度を示し（図２（Ａ）で示す）、また、ねじれ角θ２は交点部Ｃ２におけるホルダ１の軸線Ｏと、フルート５の軸線とのなす角度を示し（図２（Ｂ）で示す）、また、ねじれ角θ３は交点部Ｃ３におけるホルダ１の軸線Ｏと、フルート５とのなす角度を示している（図２（Ｃ）で示す）。また、最後のねじれ角θｎは交点部Ｃｎにおけるホルダ１の軸線Ｏと、フルート５とがなす角度を示している（図２（Ｄ）で示す）。
そして、本例では、上記設定式に基づいて、第１番目の参考平面Ｐ１のねじれ角θ１が１８．２°、第２番目の参考平面Ｐ２のねじれ角θ２が１４．３°、第３番目の参考平面Ｐ３のねじれ角θ３が１０．４°に定められた例を示している（ここで、上記設定式における係数ｄは−３．９°である）。また、ホルダ１の長さ方向に沿う中間部１Ａに位置する第ｎ番目のねじれ角θｎは、０°、に定められている。
【００１８】
そして、このような本実施形態に係わる基準平面Ｐ０及び参考平面Ｐ１〜Ｐｎの番号と、これら各平面Ｐ０〜Ｐｎにおけるフルート５のねじれ角θ０〜θｎとの関係は、図３及び図４に示される。
図３（Ａ）は、平面の番号が大きくなる従って、そのねじれ角θ０〜θｎが漸次減少して行き、ホルダ１の中間部１Ａに位置する第ｎ番目のねじれ角θｎ（図３（Ａ）ではｎ＝１０）が、０°となる本実施形態に係わる等差数列ねじれ角を示している。一方、図３（Ｂ）は、本実施形態のインサート式ドリルとの比較例を示すものであって、どの平面Ｐ０〜Ｐｎであっても、フルートのねじれ角θ０〜θｎが一定とされる一定ねじれ角を示している。なお、図３は、基準平面Ｐ０のねじれ角θ０を含むグラフを示しているが、このねじれ角θ０は、等差数列ねじれ角、一定ねじれ角の関係から外れていても良い。
【００１９】
図４は、ホルダ１の長さ方向に沿う交点部Ｃ１〜Ｃｎの位置（横軸）と、該交点部Ｃ１〜Ｃｎにおけるねじり角度（縦軸）を示すグラフである。そして、このグラフでは、フルート５の先端部と基端部の長さが８０ｍｍ、角度が５０度ねじれているとした場合、ホルダ１の長さ方向に沿って、本実施形態に係わる等差数列リード（符号（イ）で示す）、比較例となる一定リード（符号（ロ）で示す）及び展開した場合にサイクロイド曲線（符号（ハ）で示す）と言うように、フルートの形態を種々変更したときのねじれ角θ１〜θｎの変化を示すものである。
そして、ここで示すねじり角度（縦軸）は、ドリル１を平面状に展開したときの切り屑排出溝となるフルート５のねじれ角θ０〜θｎの変化を意味するものと言える。
【００２０】
また、図５は、本実施形態に係わる等差数列リード、比較例となる一定リード及び展開した場合にサイクロイド曲線について、穴加工時に生じる切り屑の排出時間の違いを表したものである。実際には、等差数列リード、一定リード及びサイクロイド曲線となるフルートに対応した坂を設け、この坂に沿ってボールを転がした時の、頂部から底部へ達するときの時間を割合で表したものであり、一定リードの排出時間を１００％としたときの等差数列リード、サイクロイド曲線の排出時間率を示している。
【００２１】
そして、図４のグラフを参照して分かるように、展開した場合にサイクロイド曲線となるフルートを有するドリル（符号（ハ）で示す）では、本実施形態に係わる等差数列リード（符号（イ）で示す）、及び比較例となる一定リード（符号（ロ）で示す）と比較して、先端部のねじり形状となっているねじれ角（縦軸のねじり角度）が大きくなり、またフルートの長さも長くなることから、剛性が低下するという問題がある。
また、図４に符号（ロ）で示されるように、一定リードとなるフルートを有するドリルでは、フルートのねじりが比較的少なく剛性の点で有利であるが、図５に示されるように、切り屑排出の時間率が高く、切り屑排出性が劣るという問題がある。
また、図５に示されるように、最も切り屑排出性の良いのは、展開した場合にサイクロイド曲線となるフルートを有するドリルであることが確認されるが、当該ドリルには、図４で述べたような剛性が低いという問題がある。
そして、このような点をまとめれば、本実施形態に係わる等差数列リードとなるフルート５を具備するドリルでは、サイクロイド曲線となるフルートを有するドリルより優れた剛性を有し、かつ一定リードのフルートを有するドリルより優れた切り屑排出性を有し、これによって剛性及び切り屑排出性の双方で高い効果を奏することが可能となる。
【００２２】
以上詳細に説明したように本実施形態に係わる加工用インサート式ドリルでは、ホルダ１の軸線Ｏに垂直な任意の平面を基準平面Ｐ０とし、該基準平面Ｐ０に平行でかつ等間隔に並んだｎ個の平面を参考平面Ｐ１〜Ｐｎとした場合に、前記フルート５の開口部５Ａと該参考平面Ｐ１〜Ｐｎとの交点部（Ｃ１〜Ｃｎ）でのねじれ角を、ホルダ１先端側から、θ１、θ２、‥‥θｎとし、かつこのときの設定式を、「θｎ＝θ１＋（ｎ-１）ｄ（ｄ：係数）」に定めることによって、高い剛性と、切り屑排出性とを同時に奏することができる。
すなわち、展開した場合にサイクロイド曲線となるフルートを有するドリルでは、高い切り屑排出性を奏するが、先端部のねじり形状となっているねじれ角が大きくかつフルートの長さが長くなるため、剛性が低い。しかしながら、本実施形態に係わるドリルでは、先端部のねじり形状となっている部分のねじれ角が小さいために、展開した場合にサイクロイド曲線となるフルートを有するドリルと比較して、該先端部の剛性低下を防止することができる。また、切り屑排出性について、本実施形態のドリルでは、サイクロイド曲線となるフルートを有するドリルより劣るものの（図４参照）、一定のねじれ角を有するドリルとの比較では優れた性能を示している（図５参照）。
その結果、本実施形態に係わるインサート式ドリルでは、フルートのねじれ角を特定の設定式に基づき定めることによって、一定のねじれ角を有するドリル及びサイクロイドとなるフルートを有するドリルでは同時に奏されない、高い剛性と、高い切り屑排出性の双方を満たすことが可能となる。
【００２３】
なお、参考平面Ｐ１〜Ｐｎの「ｎ」をいくつに定めるかは、ホルダ１の切刃部３の長さと、複数設けられる参考平面Ｐ１〜Ｐｎの間隔Ｌを基づき適宜決定されるものである。また、これらホルダ１の切刃部３の長さと、参考平面Ｐ１〜Ｐｎの間隔Ｌとの関係を定めたテーブルを、予め設けておいても良い。
【００２４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００２５】
１  ホルダ
１Ａ  ホルダの中間部
２  シャンク部
３  切刃部
４  テーパーフランジ部
５  フルート
５Ａ  開口部
８  切削インサート
Ｏ  ホルダ軸線
Ｐ０  基準平面
Ｐ１〜Ｐｎ  参考平面
Ｃ１〜Ｃｎ  交点部
θ１〜θｎ  ねじれ角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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