(57)【要約】【課題】ガンドリルとして、切削性に優れ、従来のものに比較して切削速度を飛躍的に速めることができ、高い深穴加工能率が得られ、切刃寿命が大幅に延び、特に小径の場合では再使用のための刃立ての頻度を少なくできるものを提供する。【解決手段】外面に長手方向に沿う断面Ｖ字状の切屑排出溝１１を有して内部をクーラント供給路１２とする中空シャンク部１の先端１ｂに、先端面３ａにクーラント供給路１２に連通するクーラント放出口３０を有する切削ヘッド３Ａが装着されたガンドリルにおいて、切削ヘッド３Ａの切刃部３２が超硬合金Ｗからなり、切削穴内周に摺接するガイドパッド５Ａ，５Ｂが超硬合金Ｗよりも高硬度の異種材料にて構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に長手方向に沿う断面Ｖ字状の切屑排出溝を有して内部をクーラント供給路とする中空シャンク部の先端に、先端面に前記クーラント供給路に連通するクーラント放出口を有する切削ヘッドが装着されたガンドリルにおいて、
前記切削ヘッドの切刃部が超硬合金からなると共に、この切刃部を除く切削ヘッドの切削穴内周に対する摺接部の少なくとも一部が超硬合金よりも高硬度の異種材料にて構成されていることを特徴とするガンドリル。
【請求項２】
前記異種材料が切削ヘッドの外周部に固着されたガイドパッドを構成する請求項１記載のガンドリル。
【請求項３】
前記異種材料が、焼結セラミックス又はサーメットである請求項１又は２に記載のガンドリル。
【請求項４】
前記焼結セラミックスが窒化珪素又は立方晶窒化ホウ素を主体とする焼結体である請求項３記載のガンドリル。
【請求項５】
前記焼結セラミックスがメタライジング加工法によって切削ヘッドの母材に固着されてなる請求項３〜４のいずれかに記載のガンドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深穴加工に使用されるガンドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
深穴加工方式としてガンドリル方式、エジェクタ方式（ダブルチューブ方式）、シングルチューブ方式等の種々の方式が知られるが、小径の深穴加工にはガンドリル方式が適している。すなわち、ガンドリル方式では、一般的に横断面２／３〜３／４円形の中空シャンク部の先端に同様横断外形の切削ヘッドを設けたガンドリルを用い、中空シャンク部の内部を通して供給されるクーラントを切削ヘッド先端面のクーラント放出口から切削部位へ供給しつつ切削を行うと共に、この切削に伴って発生する切屑をクーラントと一緒に中空シャンク部外周の長手方向に沿う断面Ｖ字状の切屑排出溝を通して外部へ排出するようになっており、切削穴が深くなってもクーラントの送り圧は工具長さによって決まるため、小径の深穴加工に適している。
【０００３】
従来、上記のガンドリルとして、鋼製の中空シャンク部の先端に、むくの超硬合金からなる切削ヘッドをロウ付けしたものが汎用されている。また、特に小径のガンドリルでは、切刃がある程度摩耗すれば、研磨で刃立てを行って再使用するのが普通である。
【０００４】
しかしながら、近年においては、深穴加工を含む切削加工の能率を高めることが希求されると共に、切削工具及びその部品の耐久性の向上と保全に要する労力及び費用の削減が要望されており、もはや上記従来のガンドリルでは切削性及び耐久性が不充分であり、特に小径のものでは再使用のための刃立てに要する手間が問題化している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述の情況に鑑み、ガンドリルとして、切削性に優れ、従来のものに比較して切削速度を飛躍的に速めることができ、もって高い深穴加工能率が得られると共に、切刃寿命が大幅に延び、特に小径の場合では再使用のための刃立ての頻度を少なくでき、それだけ手間を軽減できるものを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１は、図面の参照符号を付して示せば、外面に長手方向に沿う断面Ｖ字状の切屑排出溝１１を有して内部をクーラント供給路１２とする中空シャンク部１の先端１ｂに、先端面３ａに前記クーラント供給路１２に連通するクーラント放出口３１を有する切削ヘッド３Ａ〜３Ｃが装着されたガンドリルにおいて、上記切削ヘッド３Ａ〜３Ｃの切刃部３２が超硬合金Ｗからなると共に、この切刃部３２を除く切削ヘッド３Ａ〜３Ｃの切削穴内周に対する摺接部の少なくとも一部が超硬合金Ｗよりも高硬度の材料にて構成されていることを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明は、上記請求項１のガンドリルにおいて、上記異種材料が切削ヘッドの外周部に固着されたガイドパッドを構成するものとしている。
【０００８】
請求項３の発明は、上記請求項１又は２のガンドリルにおいて、上記異種材料が、焼結セラミックス、微結晶ダイヤモンド焼結体、サーメットより選ばれる少なくとも一種である構成としている。
【０００９】
請求項４の発明は、上記請求項３のガンドリルにおいて、焼結セラミックスが窒化珪素又は立方晶窒化ホウ素を主体とする焼結体であるものとしている。
【００１０】
請求項５の発明は、上記請求項３又は４のガンドリルにおいて、前記焼結セラミックスＣがメタライジング加工法によって切削ヘッド３Ａ，３Ｂの母材（超硬合金Ｗ）に固着されてなる構成としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明に係るガンドリルによれば、深穴切削加工において、被削材を切削ヘッドの超硬合金からなる切刃部で切削しつつ、該切削ヘッドが超硬合金よりも高硬度で靱性に乏しい周面部分で切削穴の内周に摺接し、その剛体的な摺接部分で切削に伴う反力が安定的に受け止められることから、該切削ヘッドのビビリのような細かな振れが防止され、もって切削速度を飛躍的に速めて高い加工能率を達成できる上、切刃部の欠損及び摩耗が抑えられ、切刃寿命が延びると共に、小径のものでは再使用のための刃立ての頻度が著しく低下し、その手間とコストが大幅に低減される。
【００１２】
請求項２の発明によれば、上記の異種材料が切削ヘッドのガイドパッドを構成するから、該切削ヘッドが構造的に簡素で容易に製作可能となる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、上記の異種材料が焼結セラミックス又はサーメットであることから、切削ヘッド全体が超硬合金からなるガンドリルに比較し、切削速度を飛躍的に速めることができ、且つ切刃寿命も延びるという利点がある。
【００１４】
請求項４の発明によれば、上記の焼結セラミックスが特定成分の焼結体からなるため、切削速度をより速めることができ、切刃寿命も大幅に延びるという利点がある。
【００１５】
請求項５の発明によれば、上記焼結セラミックスの構成部分が切削ヘッドの母材に対して極めて強固に確実に固着された状態となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係るガンドリルの実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１〜図４は第一実施形態、図５は第二実施形態、図６は第三実施形態、をそれぞれ示す。
【００１７】
図１に示すように、第一実施形態のガンドリルは、中空シャンク部１と、この中空シャンク部１の基端部１ａを挿嵌固着した径大筒状のドライバ部２と、中空シャンク部１のＶ字形にカットした先端１ｂにロウ付けされたドリリング用の切削ヘッド３Ａとで構成されている。
【００１８】
中空シャンク部１は、パイプ材からなるが、ダイス成形等によって基端部２ａ側を除いて横断面が図４の如く２／３円形をなし、もって外面側に断面Ｖ字形で長手方向に沿う切屑排出溝１１を形成すると共に、内部空間がクーラント供給路１２を構成している。
【００１９】
ドライバ部２は、図示省略した回転駆動軸のチャック等に把持されて回転駆動力を受ける部位であり、周面に把持用平坦部２１を有すると共に、中心線に沿って中空シャンク部１のクーラント供給路１２に連通するクーラント供給路２２を備えている。
【００２０】
切削ヘッド３Ａは、図２及び図３に示すように、中空シャンク部１に対応して横断面が２／３円形をなすヘッド本体４と、このヘッド本体４の外周部２箇所に固着された軸方向に長い厚板状で横断面略蒲鉾形のガイドパッド５Ａ，５Ｂとで構成され、先端面３ａに繭形のクーラント放出口３０が開口すると共に、横断面２／３円形の切欠部分が中空シャンク部１の切屑排出溝１１に連続する溝部３１を形成しており、該溝部３１の片側側縁を切刃部３２として、深穴切削時に図２の矢印Ｒ方向（右回り）に回転駆動するようになっている。なお、３３は切刃部３２に沿って０．２〜１ｍｍ幅の傾斜面又は円弧面をなすマージンである。
【００２１】
しかして、ヘッド本体４は、ＷＣ−Ｃｏ系の如きタングステンカーバイドを主体とした超硬合金Ｗにて形成されており、クーラント放出口３０と中空シャンク部１のクーラント供給路１２とに連通する断面繭形のクーラント導出路４１が軸方向に沿って貫設されると共に、外周部にガイドパッド５Ａ，５Ｂを嵌着させるための凹陥部４２ａ，４２ｂが設けてある。なお、凹陥部４２ａの中央は切刃部３２位置からヘッド回転方向後方側へ８５度の角度をなす位置にあり、また凹陥部４２ｂの中央は切刃３２に対して径方向反対側の位置にある。
【００２２】
ガイドパッド５Ａ，５Ｂは、超硬合金Ｗよりも高硬度の焼結セラミックスＣからなり、それぞれヘッド本体４の凹陥部４２ａ，４２ｂに嵌合してメタライジング加工法によって固着されている。
【００２３】
上記構成のガンドリルでは、深穴加工に際し、中空シャンク部１及びドライバ部２の内部クーラント供給路１２，２２を通して供給されるクーラントを切削ヘッド３Ａのクーラント導出路４１に導き、先端面３ａのクーラント放出口３０から切削部位へ供給しつつ、回転駆動する切削ヘッド３ａの超硬合金Ｗからなる切刃部３２で被削材の切削を行うと共に、この切削に伴って発生する切屑をクーラントと一緒に切削ヘッド３Ａの溝部３１と中空シャンク部１の切屑排出溝１１を通して外部へ排出する。
【００２４】
しかして、この切削加工中、切削ヘッド３Ａは切削穴の内周面に対してガイドパッド５Ａ，５Ｂの表面で摺接することになるが、これらガイドパッド５Ａ，５Ｂが超硬合金Ｗよりも高硬度で靱性に乏しい焼結セラミックスＣからなるため、その剛体的な摺接部分、特にガイドパッド５Ａ側の摺接部分で切削に伴う反力が安定的に受け止められる。従って、加工に伴う該切削ヘッド３Ａのビビリのような細かな振れが防止され、もって切刃部３２による被削材の切削状態の安定化で切削性が著しく向上するから、切削速度を飛躍的に速めて高い加工能率を達成できる上、切刃部３２の欠損及び摩耗が抑えられるため、切刃寿命が大幅に延び、特に小径のガンドリルでは消耗後の再使用のための刃立ての頻度が減るから、その手間とコストが大きく低減される。
【００２５】
ガイドパッド５Ａ，５Ｂを構成する焼結セラミックスＣとしては、酸化物、窒化物、炭化物等を粉末を焼結して超硬合金Ｗよりも高硬度の焼結体としたものであればよく、例えば窒化ホウ素系、窒化珪素系、炭化チタン系、アルミナ系等が代表的であるが、特に窒化珪素の焼結体と立方晶窒化ホウ素の焼結体が好適なものとして挙げられる。
【００２６】
すなわち、ガイドパッド５Ａ，５Ｂとして窒化珪素の焼結体を用いたガンドリルでは、切削ヘッドをムクの超硬合金Ｗとした従来構成のガンドリルに比較し、切削速度を４倍程度にも飛躍的に速めることが可能になる上、切刃部の寿命も大幅に延びることが判明している。また、同じく立方晶窒化ホウ素の焼結体を用いたガンドリルでは、切削ヘッド全体が超硬合金Ｗのガンドリルに比べ、特に被削材がアルミニウムやその合金である場合に格段に高い切削精度が得られると共に、被削材が焼入れ鋼の如き高硬度材である場合には刃先寿命が著しく延びることが判明している。
【００２７】
また、このような焼結セラミックスＣからなるガイドパッド５Ａ，５Ｂをヘッド本体４に固着するのに利用するメタライジング加工法は、一般的にロウ付け等による接合が不可能なセラミックスと金属材を接合する技術として知られており、セラミックス表面にチタン合金等の活性金属ペーストを塗布して高温真空下で処理することにより、セラミックス表面を金属化し、この金属化した表面部で相手の金属材にロウ付けを行うものである。しかして、このガンドリルの切削ヘッド３Ａの場合、ガイドパッド５Ａ，５Ｂの焼結セラミックスＣをメタライジング加工によってヘッド本体４の超硬合金Ｗに接合するが、その接合部は非常に緻密で高強度になる。
【００２８】
上述した第一実施形態のガンドリルでは切削ヘッド３Ａの２箇所のガイドパッド５Ａ，５Ｂを焼結セラミックスＣからなるものとしているが、本発明のガンドリルは、切削ヘッドの切刃部が超硬合金Ｗからなり、この切刃部を除く切削ヘッドの切削穴内周に対する摺接部の少なくとも一部が該超硬合金Ｗよりも高硬度の異種材料にて構成されておればよい。しかして、このような異種材料としては、上記の焼結セラミックスＣの他に、サーメットと、後述する微結晶ダイヤモンド焼結体Ｄ（図７参照）が好適であり、とりわけサーメットでは切削速度及び切刃部の寿命の両面で好結果が得られている。
【００２９】
また、これら異種材料からからなる摺接部は切削ヘッドの周面の一箇所又は３箇所以上にしてもよいが、少なくとも切刃部３２による切削の反力を主に受ける周面部位、つまり切刃部３２位置からヘッド回転方向後方側へ７０〜１００度程度の角度範囲に設ける摺接部を該異種材料にて構成することが推奨される。
【００３０】
例えば、図５に示す第二実施形態のガンドリルの切削ヘッド３Ｂでは、超硬合金Ｗからなるヘッド本体４に、切刃部３２位置からヘッド回転方向後方側へ８５度の角度をなす位置を中央とした凹陥部４１を設け、この凹陥部４１に超硬合金Ｗよりも高硬度の焼結セラミックスＣからなるガイドパッド５Ｃをメタライジング加工によって固着しているが、切刃部３２とは径方向反対側の位置には当該ヘッド本体４自体の膨らみによる摺接部４２を形成している。なお、ガイドパッド５Ｃをサーメットにて構成してもよい。
【００３１】
また、切削ヘッドの切刃部３２は切削刃としての靱性を付与するために超硬合金Ｗにて形成する必要があるが、超硬合金Ｗよりも高硬度の異種材料からなる部分は、前記第一及び第二実施形態における切削ヘッド３Ａ，３Ｂのガイドパッド５Ａ〜５Ｃのような摺接部のみならず、摺接部を含むヘッド本体の一部ないし主要部を構成するようにしてもよい。例えば、図６に示す第三実施形態のガンドリルの切削ヘッド３Ｃでは、摺接部６ａ，６ｂを含むヘッド本体６が焼結セラミックスＣにて構成され、このヘッド本体６に対し、切刃部３２を含む横断面楔形の超硬合金Ｗからなる刃先部材７がメタライジング加工によって固着されている。
【００３２】
更に、本発明のガンドリルは、切刃部を除く切削ヘッドの切削穴内周に対する摺接部の少なくとも一部を、微結晶ダイヤモンド焼結体にて構成してもよい。すなわち、このような微結晶ダイヤモンド焼結体は超硬合金Ｗよりも高硬度で靱性に乏しいため、前記第一〜第三実施形態のように摺接部に焼結セラミックスＣやサーメットを用いたガンドリルと同様に、その剛体的な摺接部分で切削に伴う反力が安定的に受け止められ、切削状態の安定化によって切削性が著しく向上するたら、切削速度を飛躍的に速めて高い加工能率を達成できると共に、切刃寿命が大幅に延びることになる。
【００３３】
このような微結晶ダイヤモンド焼結体は、一般的に、超硬合金の基材表面に超高圧高温技術によって微結晶ダイヤモンドを緻密に焼結させた多結晶人造ダイヤモンド層として得られる。従って、例えば前記第一及び第二実施形態のガンドリルにおける切削ヘッド３Ａ，３Ｂのガイドパッド５Ａ〜５Ｃとする場合、図７に示すように、超硬合金Ｗからなる基材８０の表面に微結晶ダイヤモンド焼結体Ｄの焼結層８１を設けた厚板状部品８の形で用いることになる。
【実施例】
【００３４】
図１〜図４に示す形態で各部が下記寸法・材質であるガンドリルＧ１〜Ｇ３と、そのガイドパッド５Ａ，５Ｂを図７に示す表面が微結晶ダイヤモンド焼結体からなる厚板状部品８に代えたガンドリルＧ４と、切削ヘッド全体が超硬合金からなること以外は同様構成のガンドリルＧ０とを用い、それぞれクーラントとして非水溶性切削油を圧力５０ｋｇ／ｃｍ2 、流量３５Ｌ／分で供給しつつ、Ｓ５０Ｃ（冷間引抜き、ＨB ２００〜３００）からなる被削材に対して口径１０ｍｍの深穴加工を行い、切削可能速度を比較すると共に、切刃部の再研磨を要する消耗度合に至るまでの累計切削穴深さによる刃先寿命を調べたところ、後記表１の結果が得られた。
【００３５】
〔ガンドリルＧ１〕
ドライバ部１    ・・・鋼製、長さ５５ｍｍ、外径２５ｍｍ、クーラント供給路の径８                      ｍｍ。
中空シャンク部２・・・鋼製、全長９３５ｍｍ、ドライバ部１からの突出長さ９０５ｍ                      ｍ、外径１７．４ｍｍ、内径１３．４ｍｍ。
切削ヘッド本体４・・・超硬合金（タンガロイ社製）製、長さ４０ｍｍ、外径１８．０                      ｍｍ、クーラント放出口面積１８．７ｍｍ2 。
ガイドパッド５Ａ，５Ｂ・・・窒化珪素の焼結体、長さ３０ｍｍ、幅５ｍｍ、中央部厚                      さ２ｍｍ。
【００３６】
〔ガンドリルＧ２〕
ガイドパッド５Ａ，５Ｂが立方晶窒化ホウ素の焼結体〔ｃＢＮ含有量９０容量％、結合相：Ａｌ化合物、硬さ（Ｈｃ）３９００〜４１００、抗折力（ＧＰａ）１．８０〜１．９０〕からなる以外は、ガンドリルＧ１と同じ。
【００３７】
〔ガンドリルＧ３〕
ガイドパッド５Ａ，５Ｂがノンコートサーメット（タンガロイ社製）からなる以外は、ガンドリルＧ１と同じ。
【００３８】
【表１】
2007152455.tif 000003
【００３９】
上表から明らかなように、本発明に係るガンドリルＧ１〜Ｇ３によれば、従来構成のガンドリルＧ０に比較して、切削速度が格段に向上すると共に、刃先寿命も大幅に延びることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る第一実施形態のガンドリルの側面図である。
【図２】同ガンドリルの切削ヘッドの正面図である。
【図３】図１のイーイ線の断面図である。
【図４】図１のローロ線の断面図である。
【図５】本発明に係る第二実施形態のガンドリルにおける切削ヘッドの横断面図である。
【図６】本発明に係る第三実施形態のガンドリルにおける切削ヘッドの横断面図である。
【図７】本発明のガンドリルにおける切削ヘッドのガイドパッドとして用いる厚板状部品の横断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１          中空シャンク部
１ｂ        先端
１１        切屑排出溝
１２        クーラント供給路
３Ａ〜３Ｃ  切削ヘッド
３ａ        先端面
３０        クーラント放出口
３２        切刃部
４          ヘッド本体
５Ａ〜５Ｃ  ガイドパッド
６ａ，６ｂ  摺接部
Ｃ          焼結セラミックス
Ｄ          微結晶ダイヤモンド焼結体
Ｗ          超硬合金
【図１】
2007152455.tif 000004
【図２】
2007152455.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007152455.tif 000009
【図７】
2007152455.tif 000010