(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＢＮ若しくはダイヤモンドの高硬度焼結体を第２層とし、この第２層を超硬合金などの工具材料からなる第１層及び第３層でサンドイッチした３層積層体をチップとし、このチップをシャンクに取付けたドリルであって、前記ドリルを正面から見ると、前記第２層は工具の回転中心を通る、前記第１層又は第３層よりも細い帯であり、この細い帯に切刃を形成するとともに、前記チップの外周に一対のランドを形成した穴仕上げ加工用のドリルにおいて、
前記切刃は、ドリル中心から径外方へ向って階段状に複数の段差部を形成した段付き刃とし、
該段付き刃に連ねて外周に、穴を仕上げる凸状の刃部が形成され、
ドリルのランドにチップの振れを防止するガイドパッドを突出形成し、
前記段付き刃、前記凸状の刃部、及び前記ガイドパッドを含む前記ドリルは、前記シャンク以外全て前記チップのみで形成されていることを特徴とする穴仕上げ加工用ドリル。
【請求項２】
前記シャンクの先端に、前記切刃の先端角と同様の角度の山形にチップ取付け部を形成し、該チップ取付け部に前記チップに形成したＶ溝が付けられていることを特徴とする請求項１記載の穴仕上げ加工用ドリル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は穴仕上げ加工用ドリルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
穴を仕上げる切削工具は、一般的にリーマ（ＪＩＳ  Ｂ  ４４０１〜４４１３）であり、このリーマで穴を加工することにより、精度のよい穴を得ることができる。リーマを用いた場合の穴の仕上げは次の手順で進める。まず、ドリル（ＪＩＳ  Ｂ  ４３０１，４３０２）で僅かに小径の穴を開け、次に、リーマで前記穴をさらうことで、穴径を所望の精度（例えば、寸法精度Ｈ７（ＪＩＳ  Ｂ  ０４０１））に仕上げる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
精度のよい穴を得るために、リーマが必要であり、工具の数が多く、工作機械の工具交換装置に多くの工具をセットしなければならず、準備に手間がかかる。また、リーマによる穴仕上げ時間が必要であり、穴加工の生産効率が低下する。さらに、ドリルからリーマへ工具交換を行うために、工作機械は加工を停止し、穴加工の生産効率が低下する。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、生産効率のよい穴仕上げ加工用ドリルを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１では、ＣＢＮ若しくはダイヤモンドの高硬度焼結体を第２層とし、この第２層を超硬合金などの工具材料からなる第１層及び第３層でサンドイッチした３層積層体をチップとし、このチップをシャンクに取付けたドリルであって、ドリルを正面から見ると、第２層は工具の回転中心を通る細い帯であり、この細い帯に切刃を形成するとともに、チップの外周に一対のランドを形成した穴仕上げ加工用のドリルにおいて、切刃は、ドリル中心から径外方へ向って階段状に複数の段差部を形成した段付き刃とし、ドリルのランドにチップの振れを防止するガイドパッドを突出形成したことを特徴とする。
【０００６】
ドリルのランドにガイドパッドを突出形成し、このガイドパッドを穴の壁面に接触させることで、チップの振れを防止する。その結果、穴の壁面は滑らかになるとともに、穴の寸法精度も向上する。従って、１本の穴仕上げ加工用ドリルのみで高精度の穴を開けることができる。
また、切刃は、ドリル中心から径外方へ向って階段状に複数の段差部を形成した段付き刃である。階段状の段付き刃によって、切屑を小さく破砕する。この結果、切屑排出溝の断面積を小さくすることができ、ドリルの剛性を増大することができる。
請求項２では、シャンクの先端に、切刃の先端角と同様の角度の山形にチップ取付け部を形成し、チップ取付け部にチップに形成したＶ溝が付けられている。その結果、チップに用いる３層積層体を無駄なく使用することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る穴仕上げ加工用ドリルの側面図であり、穴仕上げ加工用ドリル１０は、シャンク１１の端部にろー１２でチップ１３を固定した切削工具である。
シャンク１１は、超硬合金の丸棒を所定の外径に仕上げ、油孔を開け、先端を山形に形成したものである。先端を山形にすることで、チップ１３の位置合せの精度を高めるとともに、接着強度の向上を図ることができる。
【０００８】
図２は図１の２部拡大図であり、チップ１３に切刃１６、刃部１７、ランド１８並びにガイドパッド１９を形成したことを示す。
切刃１６は、ワークに穴を開ける刃であり、ドリル中心側に第１切刃２１を形成し、この第１切刃２１から径外方へ階段状の段差部であるところの第２切刃２２を形成し、この第２切刃２２から径外方へ階段状の段差部であるところの第３切刃２３を形成した段付き刃である。Ｓは第１切刃２１と第２切刃２２との段差、並びに第２切刃２２と第３切刃２３との段差を示す。２５は切刃１６及び刃部１７のすくい面、２６・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）は切刃１６の逃げ面であり、θは切刃１６の先端角である。
【０００９】
また、刃部１７は、穴を仕上げる刃であり、チップ１３の外周に凸状に形成したものである。２７は刃部１７の逃げ部である。
ガイドパッド１９は、チップ１３のランド１８に突出形成したものである。ガイドパッド１９を刃部１７の近傍に形成することで、長さＬを確保することができる。２８はガイドパッド１９の逃げ部である。
【００１０】
図３は図２の３矢視図であり、ガイドパッド１９を刃部１７の近傍、具体的には、刃部１７からガイドパッド１９までの距離をパッド角βとして形成したことを示す。パッド角βは４５゜である。
【００１１】
また、図３は穴仕上げ加工用ドリル１０を正面から見た状態を示し、チップ１３は、第２層３１と、この第２層３１を第１層３２及び第３層３３でサンドイッチしたものであり、第２層３１が工具の回転中心を通る縦長の細い帯であり、この細い帯に切刃１６を形成するとともに、第２層３１の両側を第１層３２及び第３層３３で補強する構造である。なお、チップ１３については次図で詳細に説明する。３５，３５は油穴、３６，３６は切屑排出溝である。
【００１２】
図中、逃げ面２６・・・、刃部１７の逃げ部２７並びにガイドパッド１９の逃げ部２８は、図において切刃１６の左側（第１層３２側）にも形成するが、符号が錯綜するので、符号の記入は省略した。
【００１３】
図４（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るチップの加工を示す斜視図である。
（ａ）において、チップは、ＣＢＮ若しくはダイヤモンドの高硬度焼結体を第２層３１とし、この第２層３１を超硬合金などの工具材料からなる第１層３２及び第３層３３でサンドイッチした３層積層体である。例えば第２層３１の厚さは１ｍｍ程度、第１層３２や第３層３３の厚さは５ｍｍ程度、全体の厚さは１１ｍｍ程度とする。
【００１４】
３層積層体の製造方法の一例を説明すると、先ず４〜１６μｍのダイヤモンド粒若しくはＣＢＮ粒を、ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）にて等圧的に加圧しながら焼結することで、第２層３１を製造し、この第２層３１の上下（図の左右）にＷＣ粉末を重ねＨＩＰで加圧しながら焼結することで、３層積層体を得る。
ＨＩＰをＨＰ（ホットプレス）やＣＩＰ（冷間静水圧プレス）に替えることは自在であり、周知の焼結法であれば製造法は特に限定するものではない。
そして、想像線３９に沿って且つ第１層３２の表面に直角若しくはほぼ直角に、３層積層体を切断することで、多数本の柱状素材４０を切出す。
【００１５】
（ｂ）において、柱状素材４０はａ×ｂの矩形断面の長尺材であり、第１層３２、第２層３１及び第３層３３の積層体である。この柱状素材４０を想像線４１・・・に沿って切断することで、チップ半完成品４２を切出す。具体的には、ワイヤカット放電加工法にて、切出す。このように切断することで、３層積層体を無駄なく使用することができる。
【００１６】
（ｃ）において、超硬合金の丸棒を所定の外径に仕上げてなるシャンク１１の先端を山形に切削してチップ取付け部４３を形成し、このチップ取付け部４３にチップ半完成品４２のＶ溝を合せ、位置決めを行うとともに、ろー１２にてろー付けする。その後、チップ半完成品４２に図２に示した切刃１６、ガイドパッド１９、切屑排出溝３６などを形成し、穴仕上げ加工用ドリル１０が完成する。
【００１７】
以上に述べた穴仕上げ加工用ドリルの作用を次に説明する。
図５（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る穴仕上げ加工用ドリルの第１作用図である。
（ａ）において、穴仕上げ加工用ドリル１０を回転させ、切削油５１を供給しながら、鋳物５２に穴仕上げ加工用ドリル１０を臨ませ、穴加工を開始する。
【００１８】
（ｂ）において、切刃１６で鋳物５２を切削し、鋳物５２に穴５３を形成する。切刃１６を第１切刃２１、第２切刃２２及び第３切刃２３に分けたので、各々の刃の長さを小さくすることができ、切屑５４・・・を小さくすることができる。切屑５４・・・が小さいと、切屑排出溝３６の断面積が小さくても切屑を容易に排出することができるので、切屑排出溝３６を小さくし、穴仕上げ加工用ドリル１０の剛性を確保することができる。従って、シャンク１１に振動（ビビリ）が起き難く、穴の精度が向上する。
【００１９】
また、切刃１６の材質はＣＢＮ若しくはダイヤモンドの高硬度焼結体なので、穴仕上げ加工用ドリル１０の切削速度（回転数）を上げることができ、生産効率の向上を図ることができる。
【００２０】
（ｃ）において、切刃１６に続いて、刃部１７，１７の角が穴５３の壁面５５を僅かに切削するとともに、刃部１７，１７で壁面５５を押し付けつつ、ガイドパッド１９を壁面５５に接触させて、振れを防止する。従って、穴５３の壁面５５は滑らかになり、壁面５５の表面粗さは小さくなるとともに、穴５３の寸法精度（寸法公差）が向上する。
【００２１】
このように、穴仕上げ加工用ドリル１０で穴５３を開けつつ、穴５３を仕上げるので、１回で穴加工工程、並びに穴仕上げ工程を実施することができ、加工時間を短縮することができる。例えば、直径１０ｍｍ、深さ５ｍｍの穴を所定の切削条件で加工した場合、１回の加工時間である０．２秒（往復）で高精度の穴を得ることができ、加工時間を５０％低減することができる。
また、１本の穴仕上げ加工用ドリル１０のみで穴の仕上げ加工まで実施するので、穴５３を開けるドリル並びに穴５３を仕上げるリーマを必要とせず、工具交換の時間を省くことができる。例えば、直径１０ｍｍ、深さ５ｍｍの穴を所定の切削条件で加工した場合、工具交換の時間は発生せず、約４秒の時間を短縮することができる。
【００２２】
図６は本発明に係る穴仕上げ加工用ドリルの第２作用図であり、図５の６−６線断面図である。
穴５３内で刃部１７，１７並びにガイドパッド１９，１９が図時計方向（矢印▲２▼の方向）に回転し、壁面５５を高精度に仕上げる。すなわち、刃部１７に切削抵抗が作用すると、ランド１８，１８に突出形成したガイドパッド１９，１９が壁面５５に矢印▲３▼，▲３▼の如く接触するので、チップ１３の軸心が大きく振れることはなく、穴５３の精度（表面粗さ、寸法公差）を確保することができる。
【００２３】
また、ガイドパッド１９をパッド角βの位置に形成したので、壁面５５の表面粗さが安定するとともに、穴５３の寸法精度（寸法公差）が安定する。
パッド角βが４５゜未満であれば、ガイドパッド１９は刃部１７に近過ぎて、ガイドパッド１９が壁面５５に接触し難くなり、チップ１３に振れが起きやすい。
パッド角βが４５゜であれば、チップ１３の振れを防止することができる。
パッド角βが４５゜を超えると、ガイドパッド１９は刃部１７から離れ過ぎて、ガイドパッド１９が壁面５５に容易に接触しても、チップ１３の振れを止め難くなる。
【００２４】
次に、パッド角βの試験の一例を説明する。
図７は本発明に係るパッド角の比較グラフであり、（ａ）並びに（ｂ）は横軸を１回転当たりの送り量とし、縦軸を穴の寸法差としたものであり、（ｃ）並びに（ｄ）は横軸を１回転当たりの送り量とし、縦軸を表面粗さとしたものである。
（ａ）：パッド角４５゜は、送り量の増加に対して穴の寸法差はほぼ一定であるから、穴の寸法は安定している。
（ｂ）：パッド角９０゜は、送り量の増加に比例して穴の寸法差は小さくなるため、穴の寸法にばらつきが発生する。
【００２５】
（ｃ）：パッド角４５゜は、送り量の増加に対して表面粗さは一定であるから、表面粗さは安定している。
（ｄ）：パッド角９０゜は、送り量の増減で表面粗さが大きくなる場合がある。
【００２６】
尚、本発明の実施の形態に示した図２の切刃１６に３段の段差部を形成したが、段数は３段に限定するものではなく、穴径の大きさにより任意の数で段差部を形成してもよい。
図３のガイドパッド１９の数は２個であるが、２個に限定するものではない。
また、切刃１６の数、並びに刃部１７の数は任意である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、穴仕上げ加工用ドリルの切刃を、ドリル中心から径外方へ向って階段状に複数の段差部を形成した段付き刃とし、段付き刃に連ねて外周に、穴を仕上げる凸状の刃部が形成され、ドリルのランドにチップの振れを防止するガイドパッドを突出形成し、段付き刃、凸状の刃部、及びガイドパッドを含むドリルは、シャンク以外全てチップのみで形成されているので、切屑を小さくすることができ、切屑排出溝の断面積を小さくすることができる。その結果、穴仕上げ加工用ドリルの剛性を確保することができ、穴仕上げ加工用ドリルのシャンクに振動が起き難く、穴の精度を向上させることができる。従って、穴開けと穴の仕上げを１回の工程で行うことができ、生産効率の向上を図ることができる。
また、段付き刃に連ねて外周に、穴を仕上げる凸状の刃部が形成され、ドリルのランドにチップの振れを防止するガイドパッドを突出形成し、段付き刃、凸状の刃部、及びガイドパッドを含むドリルは、シャンク以外全てチップのみで形成されているので、ガイドパッドが穴の壁面と接触し、チップは切削抵抗で振れることはなく、穴を仕上げる凸状の刃部とで穴を高精度に仕上げることができる。その結果、１回の加工で穴開け加工を実施しつつ、穴の仕上げ加工も実施することができ、生産効率の向上を図ることができる。
【００２８】
さらに、段付き刃に連ねて外周に、穴を仕上げる凸状の刃部が形成され、ドリルのランドにチップの振れを防止するガイドパッドを突出形成し、段付き刃、凸状の刃部、及びガイドパッドを含むドリルは、シャンク以外全てチップのみで形成されているので、１本の穴仕上げ加工用ドリルのみで穴の仕上げ加工まで行うことができ、工具交換の必要がなく、工具交換の時間を省くことができる。従って、生産効率の向上を図ることができる。
請求項２では、シャンクの先端に、切刃の先端角と同様の角度の山形にチップ取付け部を形成し、チップ取付け部にチップに形成したＶ溝が付けられているので、チップに用いる３層積層体を無駄なく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る穴仕上げ加工用ドリルの側面図
【図２】図１の２部拡大図
【図３】図２の３矢視図
【図４】本発明に係るチップの加工を示す斜視図
【図５】本発明に係る穴仕上げ加工用ドリルの第１作用図
【図６】本発明に係る穴仕上げ加工用ドリルの第２作用図
【図７】本発明に係るパッド角の比較グラフ
【符号の説明】
１０…穴仕上げ加工用ドリル、１１…シャンク、１３…チップ、１６…切刃、１７…刃部、１８…ランド、１９…ガイドパッド、２１…段差部（第１切刃）、２２…段差部（第２切刃）、２３…段差部（第３切刃）、３１…第２層、３２…第１層、３３…第３層、β…パッド角。
【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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【図６】
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【図７】
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