(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホルダ（２１）に選択的に固定可能なスペードドリルインサート（４０）であって、
中心軸線（２６）を有し、周囲がＶ字形状になっている前方部分（４０ａ）と、前記ホルダに固定可能な保持部分と、上面（８０）とを含んでいるプレート形状の本体と、
前記前方部分によって画定されており且つ前記中心軸線から前記本体の第１端縁まで延びている第１切り刃（４９）と、
前記前方部分（４０ａ）によって画定されており且つ前記中心軸線（２６）から前記本体の第２端縁まで延びている第２切り刃であって、前記中心軸線を中心として前記第１の切り刃から１８０度の位置に位置決めされている前記第２切り刃と、を備えており、
前記第１切り刃と第２切り刃とは、前記周囲のＶ字形状の脚部を規定しており、
短く且つ細い切屑を形成するための切屑制御構造を更に備えており、該切屑制御機構は、
前記第１切り刃に隣接した前記本体の表面によって画定された第１の凹状の切屑溝（４４）を備えており、該第１の凹状の切屑溝（４４）は、前記第１切り刃（４９）から下方に傾斜しているすくい面（７５）と該インサートの上方面（８０）へと上方に傾斜している切屑破壊面（７６）とを有し、該第１切屑溝（４４）は、前記切り刃と平行に延びており且つ細長い複数の互いに離間された切屑を分割破壊する突起部（４５）を有しており、該切屑を分割破壊する突起部（４５）は、前記第１の凹状切屑溝（４４）を横断して前記すくい面（７５）と前記切屑破壊面（７６）との間で前記切り刃に垂直に延びており、前記突起部（４５）の少なくとも一つがほぼ楕円形状である、ことを特徴とするスペードドリルインサート。
【請求項２】
請求項１に記載のスペードドリルインサートであり、
前記第２の切り刃に隣接した前記本体の表面によって画定された第２の凹状の切屑溝を更に備えており、該第２の切屑溝が、前記第２切り刃から下方に傾斜しているすくい面（７５）と、該インサートの前記上面（８０）へと上方に傾斜している切屑破壊面（７６）とを有し、該第２の切屑溝が前記第２の切り刃と平行に延びており且つ細長い複数の互いに離間された切屑を分割破壊する突起部（４５）を有しており、該切屑を分割破壊する突起部（４５）は、前記第２の凹状切屑溝（４４）を横断して前記すくい面（７５）と前記切屑破壊面（７６）との間で前記第２の切り刃に垂直に延びており、前記突起部（４５）の少なくとも一つがほぼ楕円形状である、ことを特徴とする請求項１に記載のスペードドリルインサート。
【請求項３】
請求項１に記載のスペードドリルインサートであって、
前記第１切り刃（４９）は、前記前方部分（４０ａ）によって画定されたランド領域によって、前記第１切屑溝（４４）から分離されている、スペードドリルインサート。
【請求項４】
請求項１に記載のスペードドリルインサートであって、
前記各突起部（４５）が丸い頂面（８１）を含む、スペードドリルインサート。
【請求項５】
請求項１に記載のスペードドリルインサートであって、
前記突起部（４５）のうちの２ないし１０個が前記第１の切屑溝（４４）内に含まれている、スペードドリルインサート。
【請求項６】
請求項１に記載のスペードドリルインサートであって、
前記本体の前記保持部分を介して画定された少なくとも部分的に開先を付けられた穴（４７）を更に含む、スペードドリルインサート。
【請求項７】
請求項１に記載のスペードドリルインサートであって、
前記本体は焼結炭化物からなる、スペードドリルインサート。
【請求項８】
請求項５に記載のスペードドリルインサートであって、
前記本体の前記保持部分によって画定された位置決め穴（４１）を更に含む、スペードドリルインサート。
【請求項９】
スペードドリルであって、
柄部分（２６）と、
周囲がＶ字形状になっている前方部分（４０ａ）を含んでいるプレート形状の本体と、
中心軸線（２６）と、
前記前方部分（４０ａ）によって画定されていて、前記中心軸線（２６）から前記本体の第１の端縁まで延びている第１の切り刃（４９）と、
前記前方部分によって画定された第２の切り刃であって、前記中心軸線（２６）から前記本体の第２端縁まで延びており、前記軸線を中心として前記第１切り刃から１８０度の位置に位置決めされている、前記第２の切り刃と、を備えており、
前記第１の切り刃と前記第２の切り刃とは、前記前方部分（４０ａ）の周囲のＶ字形状の脚部を画定しており、
短く且つ細い切屑を形成するための切屑制御構造を更に備えており、該切屑制御機構は、
前記第１切り刃に隣接した前記本体の表面によって画定された第１の凹状の切屑溝（４４）を備えており、該第１の凹状の切屑溝（４４）は、前記第１切り刃（４９）から下方に傾斜しているすくい面（７５）と該インサートの上方面（８０）へと上方に傾斜している切屑破壊面（７６）とを有し、該第１切屑溝（４４）は、前記切り刃と平行に延びており且つ細長い複数の互いに離間された切屑を分割破壊する突起部（４５）を有しており、該切屑を分割破壊する突起部（４５）は、前記第１の凹状切屑溝（４４）を横断して前記すくい面（７５）と前記切屑破壊面（７６）との間で前記切り刃に垂直に延びており、前記突起部（４５）の少なくとも一つがほぼ楕円形状である、ことを特徴とするスペードドリル。
【請求項１０】
請求項９に記載のスペードドリルであり、
前記第２の切り刃に隣接した前記本体の表面によって画定された第２の凹状の切屑溝を更に備えており、該第２の切屑溝が、前記第２切り刃から下方に傾斜しているすくい面（７５）と、該インサートの前記上面（８０）へと上方に傾斜している切屑破壊面（７６）とを有し、該第２の切屑溝が前記切り刃と平行に延びており且つ細長い複数の互いに離間された切屑を分割破壊する突起部（４５）を有しており、該切屑を分割破壊する突起部（４５）は、前記第１の凹状切屑溝（４４）を横断して前記すくい面（７５）と前記切屑破壊面（７６）との間で前記切り刃に垂直に延びており、前記突起部（４５）の少なくとも一つがほぼ楕円形状である、ことを特徴とする請求項１に記載のスペードドリル。
【請求項１１】
請求項９に記載のスペードドリルであって、
前記第２の切り刃が、前記前方部分（４０ａ）によって画定されたランド領域によって前記切屑溝から分離されている、スペードドリル。
【請求項１２】
請求項９に記載のスペードドリルであって、
前記各突起（４５）が丸い頂面（８１）を含む、スペードドリル。
【請求項１３】
請求項９に記載のスペードドリルであって、前記突起部（４５）のうちの２ないし１０個が前記第１の切屑溝（４４）内に含まれている、スペードドリル。
【請求項１４】
請求項９に記載のスペードドリルであって、
前記前方部分（４０ａ）が接合カーバイド材料からなる、スペードドリル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術分野及び産業上の利用可能性
本発明は、材料切削工具及び該材料切削工具の切屑制御の幾何学的形態に関するものである。より具体的には、本発明は、材料を金属加工物から除去しつつ、切屑の発生を改良し得るように切屑制御の幾何学的形態を有する切削インサートに関するものである。切削インサートの切屑制御の幾何学的形態は、加工物から材料が除去されるときの切屑の発生状態を制御し、これにより、切屑の詰まり及び切削インサートの損傷を防止する。
【０００２】
本発明の切屑制御の幾何学的形態は、例えば、旋削、穴開け、鉋かけ、整形、穿孔及び穴拡げ加工のような切削工程中、加工物から除去された材料から切屑の発生及び破断を制御することが望ましい任意の適用例に有用である。本発明の切屑制御の幾何学的形態は、スペードドリル切削刃に具体化されたとき、特に有利である。
【０００３】
発明の背景
スペードドリルは、１つ又はより多数の切削刃を有する回転切削工具である。スペードドリルは、全体として、ホルダ内に固着されたスペードドリルインサートを有しているが、単一体として製造することもできる。スペードドリルインサート及びホルダを含むスペードドリルは、直径２５．４乃至１５２．４ｍｍ（１乃至６インチ）の穴を穿孔するために最も広く使用される。スペードドリルは、金属加工物及び木及びプラスチックのようなその他の材料の加工物に穿孔するために使用することができる。スペードドリル及び特定のその他の切削工具は、切削刃に隣接して切屑制御の幾何学的形態を含む。この切屑制御の幾何学的形態は、切屑を発生させる切削工程中の切削性能を向上させる。切屑は、図１に図示した過程により、金属を切削する間に発生される。切削工具１０の切削刃１３は、図１に全体として矢印に示した方向に向けて加工物１２内に移動する。厚さ１８を残して、加工物１２から切屑１１が発生する。切削中の切削工具１０と、加工物１２との間の相対的な動作は、切削工具１０の前方の領域１４内で加工物の材料を圧縮し、切屑１１を発生させ始める加工物に一次変形すなわちせん断変形を生じさせる。次に、切屑１１は、切削工具１０のすくい面１６上を通り、切屑１１がせん断し且つ工具１０に対して摺動することに起因して二次的変形を受ける。その後、切屑１１は加工物１２から分離し、切屑の発生を完結させる。
【０００４】
切削すべき材料の物理的性質、送り量、切削速度、切削深さ、すくい角度、工具先端半径、アプローチ角を含む切削工程のパラメータが主として切屑の発生状態を制御する。著しく変形し又は長いカール曲げの形態とすることができる、長い連続的な金属ストリップから小さい破片に亙る多岐に亙る切屑が発生する。切屑の発生に影響する材料の性質は、降伏強度、圧縮荷重下のせん断強度、硬さ、延性及びその他の性質を含む。例えば、極めて延性の材料を切削することは、切屑を広範囲に塑性変化させることを含み、その結果、長く連続的な切屑も生じる。より長い切屑は、工具面とより長時間接触した状態を保ち、切削刃により摩擦熱の蓄積及び熱応力を生じさせる。また、長い連続的な切屑は、ホブの穴開け又は穿孔のような切削工程中、加工物の切削箇所から排出することはより困難である。
【０００５】
切屑の形成に影響する切削パラメータは、アプローチ角、切削刃の幾何学的形態、送り量、切削速度及び切削深さを含む。これらのパラメータは、切屑の形成に影響を与え得るように機械工が制御することができる。切屑は、それ自体破断する、切削工具に対して破断する又は加工物に対して破断するという、３つの基本的方法の１つにて加工物から分離することができる。機械工は、短く且つ自然に破断する切屑を発生せ得るように上記の切削パラメータを釣合わせようとする。この型式の切屑は、切削工程中、容易に排出され、加工物又は切削工具の何れをも損傷させることはない。
【０００６】
特定の材料は、切削中、望ましくない切屑の形状を形成する可能性がより大きい。例えば、ステンレス鋼は、切屑の詰まり及び電力の消費量を増す可能性がある、連続的で長いカール曲げした切屑を発生させ易い。従って、これらの材料を切削するとき、切屑の形成に影響するパラメータを機械工具が制御することが特に重要である。
【０００７】
図２に図示するように、従来の２部分からなるスペードドリルは、全体として、クランプ止めスロット２４を有するホルダ２１と、クランプ止めスロット２４内に固着することのできる板形状穿孔インサート２２とを備えている。スペードドリルインサート２２は、少なくとも１つのねじ付きピン２３によりクランプ止めスロット２４の張出し部２７、２８に対して固着されている。ねじ付きピン２３の頭部は、スペードドリルインサート２２の斜角を付した穴２５に係合し且つホルダ２１の張出し部２７又は２８のねじ付き穴３０内に固着されている。スペードドリルインサート２２は、中心決めスロット２９すなわちタブを設けることができ、該タブは、ホルダ２１の相応する要素とかみ合って、スペードドリルインサート２２がホルダ２１の回転軸２６に沿って確実に中心決めされるようにする。
【０００８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）には、図２の従来のスペードドリルインサート２２が図示されている。スペードドリルインサート２２は、全体として、板形状であり、また、一対の切削刃３１を有している。切削刃３１は、スペードドリルインサート２２の中心軸２６から半径方向外方に伸び且つ中心軸２６の周りで１８０°分離されている。上述したように、２部分スペードドリルは、直径２５．４乃至１５２．４ｍｍ（１乃至６インチ）の範囲の比較的大きい穴を穿孔するために最も広く使用されている。軸と切削刃を共に単一体として組み合わせる１部分スペードドリルは、典型的に、より小さい直径の穴を穿孔するために使用される。
【０００９】
加工物に穴を開けるため、従来のツイストドリルを使用することに代えて、スペードドリルを使用することは、幾つかの有利な点がある。スペードドリルは同等のツイストドリルよりも断面が厚い。この厚い断面が提供する追加的な強度は、切削点からスペードドリルの軸までの１つの線に沿って集中し、スペードドリルに対し、加工物がせん孔する間に経験する端部推進力に対するより大きい抵抗力を与える。この追加的な強度は、また、スペードドリルに対し、加工物の回転切削中に経験する大きいトルクに耐え且つ切削端部の振動、欠損及びドリルの破損を最小限にするより大きい能力をも与えることになる。更に、標準的なツイストドリルは、前方テーパー部分内に磨耗する可能性が大きく、このことは、また、くい込みを生じさせ易い。より大きい後方テーパーを付けたスペードドリルの短い切削刃は、また、くい込む傾向を減少させる。
【００１０】
一度び磨耗したならば、２部分スペードドリルのスペードドリルインサートは、交換することができる一方、停止点、破断調節を再調整し又は穿孔設定位置の長さを加減することを必要とせずに、ホルダは工作機に止まっている。また、スペードドリルは、従来のツイストドリルよりも自動及びコンピュータ数値制御工作機械にて一層容易に予め設定することもできる。
【００１１】
しかし、スペードドリルには短所もある。全ての材料の除去工程の場合と同様に、切屑の破断及び切屑の形成の制御は、切削工程の効率上、重要なファクタである。図３（ａ）及び図３（ｂ）に図示するように、従来のスペードドリルは、加工物から一次的に材料を除去するためその相応するすくい面３２を有する一次切削刃３１を備えている。従来のスペードドリルは、すくい面３２の何らの切屑制御の幾何学的形態を備えていない。この従来の設計は、典型的に、切削刃と同程度に幅の広い切屑を発生させ、このため、切屑の長さの制御を困難にする。大きい切屑は、形成される穴内に蓄積し、切削工具を加工物内で詰まらせ、電力消費量を増し、その結果、穿孔許容公差が不良となり且つ切削工具が過度に磨耗することとなる。
【００１２】
スペードドリルのインサートの切り刃に切屑の制御用の特徴を付与する試みがなされてきた。図３（ｃ）は、スペードドリルブレードの切り刃３６内にスリット型の刻み目溝３５を含むように変形されたスペードドリル３３の端面図である。これらのスリット型の刻み目溝は、切り刃と同じ広さの切屑の形成を防止する。その代わりに、切削作動パラメータが適切に設定されると、形成される切屑の幅は、スリット型の刻み目溝３５間の距離と同じである。なぜなら、切屑は、刻み目溝３５間のいくつかの切り刃３６によって形成されるからである。図３（ｃ）のスペードドリル３３によって形成される切屑は、図３（ａ）及び３（ｂ）のスペードドリルによって形成される切屑の幅より狭いけれども、切屑はまた、長さが長くなって不利であるかもしれない。このことは、一般的には、切屑が加工片内の穴の壁と接触するとき又は切屑が切削工具と接触したときに、薄い切屑がより変形し易く且つ破砕し難いために、生じる。スペードドリル３３によって形成された長い切屑はまた、ドリルにまとわり付いて切屑形成の制御を更に低下させることもある。
【００１３】
一般的なスペードドリルを作動させるとき、ドリル加工された穴は、切屑が急速に付加されることになるかもしれない。余分の切屑の付着は、特に深い穴をドリル加工するときに、ドリルの早期の摩耗及び破壊を生じさせるかもしれない。切屑の制御の欠落、大きな切屑の対応する形成及び蓄積によって、一般的なスペードドリルによりドリル加工は、ツイストドリルのような他のドリル加工工具による同様な大きさの穴をドリル加工する場合よりも、より大きなトルク及びスラスト方向の力を必要とする。加工片の穴開けの際に形成される長い切屑は、穴の中にとどまり且つ切削工具にまとわりつき且つ切削工具と加工片との間に詰まり、それによって、高い径方向の力、許容公差の問題及び大きい電力の消費を生じる傾向がある。
【００１４】
従って、改良された切屑の制御及び切屑の破砕制御を含み、加工片内の穴内に切屑が詰まる傾向を減らした、改良された切削性能を有する切削工具の必要性が存在する。改良された切屑形成制御及び切屑機械のための幾何学的形状を有し、種々の材料を切削するために使用された場合に、広範囲の切削パラメータで有利な大きさ及び形状の切屑を生じる、切削工具の必要性もまた存在する。
【００１５】
発明の概要
本発明は、切削工具及び切屑を制御する幾何学的形状を備えた切削工具用のインサートとを提供することによって、上記の必要性に応えている。この切削工具用のインサートは、保持部分と、少なくとも一つの切り刃を画成している前方部分と、を含んでいる。切り刃は、前方部分の中心軸線から前方部分の端縁まで径方向外方へ延びている。切削工具の保持部分は、工具ホルダーに固定されてもよく、これは、次いで、回転又はその他の動作のための機械工具上に取り付けても良い。付加的な実施形態における本発明の切削工具は、前方部分と、回転又は他の動作のための機械工具上に直接取り付けられても良い軸を含んでいても良い。
【００１６】
本発明の切断工具及び切削工具のインサートの切屑制御用の幾何学的形状は、切削工具の切り刃に隣接して形成された切屑溝と、切削工具のインサートと、を含んでいる。切屑溝は、下方に傾斜している、すくい面と、上方に傾斜している切屑破砕面と、を含んでいる。切屑溝は、隣接する切り刃にほぼ平行に延びるかもしれず且つほぼ一定の幅又は中心軸線から外側端縁まで切屑溝の長さに沿って変化する幅を有していても良い。本発明の切屑制御用の幾何学的形状は、切屑溝内に細長い突出部を含んでいる。これらの突出部は、切屑をその長さに沿って破壊するばかりでなく、形成される切屑を切片に分割する。ここで使用されている“細長い”という用語は、突出部は、幅寸法よりも大きな長さ寸法を有する、という事実を指している。
【００１７】
本発明は、特にスペードドリルとして応用されるのに適している。スペードドリルは、典型的には、ほぼプレート状をした本体を含んでおり、該本体はその前方部分に切り刃を有している。スペードドリルはまた、典型的には、二つの切り刃を備えており、該二つの切り刃は、ドリルの前方部分のＶ字形をした切削先端部上にて円周方向に沿って互いに１８０度離れて設けられている。スペードドリルの保持部分が、切削工具をマシンツールの工具ホルダに、または、直接マシンツールに、固定的に取り付けるようになされている。本発明のスペードドリルは、ドリルの切り刃に隣接し且つこれにほぼ平行な切り屑溝を有する。切り屑溝は、二つまたはそれ以上の切り屑分割突起を備えている。切り屑分割突起および切り屑溝は、材料の長さ方向および幅方向に沿って材料除去作業が行われる際に形成される切り屑を分割し、それによって、広くおよび／または長い切り屑が形成されるのを抑制するという、複合的な機能を提供する。
【００１８】
本発明による切削工具および切削工具挿入体は、機械加工の効率を向上させる。なぜならば、本発明における切削工具および切削工具挿入体の先端部の形態が、形成されつつある切り屑を破壊し且つ分割して小さな破片にしてしまうからである。切り屑分割突起は、切り屑溝と相俟って作用し、ドリル作業時のような材料除去作業時における、切り屑を破壊する効率を向上させ、且つ、切り屑の制御もよりよく行うことができる。切り屑破壊効率や切り屑制御の向上は、幅広い切削条件のもとで、しかも様々な被加工材料に対して有効に達成される。
【００１９】
以下の詳細な説明を読むことにより、これまでに述べてきた本発明の内容および技術的効果ないし利点が理解されよう。そしてまた、本発明が実施されたときの具体的な内容および効果ないし利点も併せて理解されよう。
【００２０】
発明の実施形態の詳細な説明
本発明は、工具が、工具の切屑溝又はインサート内の切屑制御のための幾何学的形状を含んでいる金属及びその他の材料を切削するための切削工具及び切削工具のためのインサートを提供する。本発明の一つの実施形態においては、本発明は、切削工具の切削部分の切屑溝内に切屑分割突出部を含んでいる切屑制御用幾何学的形状を有しているスペードドリルである。
【００２１】
ここで使用されている切削工具は、加工片に対して回転するか、さもなければ移動するように駆動される少なくとも一つの切り刃を有する工具である。従って、切削工具は、例えば、回転するように駆動される回転切削工具を含んでいる。更に、ここで使用されている、切屑は、切削作業によって加工片から削り取られる加工片の材料の一部分である。更に、ここに使用されている、切屑破砕機構は、切削工具の面内の切り欠き又は溝を指しており、これは、通常は、工具の切り刃にほぼ平行である。切屑機構は、切削作業中に形成される連続した切屑を破壊するように設計されている。適切な切屑の制御は、切屑が短い切片で加工品から除去されるとき、切屑がそれ自体で破砕するとき、切削過程が切削工具内又は加工片内に高い熱を発生させないときに達成される。切屑を適切に制御によって、切屑が形成された後に切屑を破砕するか又は変形させるのに必要とされる力の消費を最少にし且つ切屑の形成及び／又は変形によって生じる加工品及び／又は切削工具への損傷を最少にする。
【００２２】
本発明は、金属の加工部片に穴を加工する際に特に適用性がある。本発明による独特の切屑分割突出部は、広範囲の切削パラメータに亘って及び種々の加工片材料に対して、改良された切屑制御を提供する。材料がドリルで開けられた穴の内側の壁から除去される場合、この材料は、切屑溝内へと通過し且つ切削工具の切屑溝内に形成された複数の切屑分割突出部の上を通過する。切屑分割突出部は、両方とも、その幅に沿って形成される切屑に圧力を加え、切屑溝の切屑破砕面と共に作用して、切屑を破砕して短い部片にし且つ長い切屑の形成を避ける。本発明の切削工具によって形成される短く且つ狭い切片は、本発明に従って形成されるスペードドリルによって達成される改良された切屑の制御を証明するものである。
【００２３】
以下、本発明の切削工具の実施形態を、図４ないし８を参考にして詳細に説明する。図４は、本発明に従って形成されたスペードドリル用のインサート４０を示している。このインサートは、あらゆる種類の金属加工片材料をドリル加工するように設計されている。インサート４０は、１２．５ないし１３．５重量％のＣｏ、０．１７ないし１．３重量％の結合されたＴｉ、Ｎｂ、Ｔａ及び残余量を含むＷＣとしての焼結炭化物の基本的な組成物を有するＨ８１基材内のステルラム（Ｓｔｅｌｌｒａｍ）（テネシー州ラバーグン（Ｌａｖｅｒｇｎｅ））グレード  ＣＦＺによって製造されたものであった。このインサートは、化学蒸着（ＣＶＤ）技術の方法によるＴｉＮ／ＴｉＣＮ／ＴｉＮ複層コーティングによってコーティングされる。基材及びコーティングを含んでいるこのＳｔｅｌｌｒａｍグレードは、スペードドリルに対する靱性及び耐摩耗性を提供する。その他の切削インサートは、例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）技術によってコーティングされた基材としてＳｔｅｌｌｒａｍのその他の粉末金属のグレードを含む切削工具の特別な用途に依存するその他のあらゆる入手可能な材料によって形成されても良い。ここでは本発明の実施形態が一つだけ説明されているけれども、当業者は、本説明を考慮に入れた後に、過度の努力無しで、本発明を他の材料切削用途に適用することが出来るであろう。従って、限られた数の実施形態のみがここには提供されているという事実は、本発明の範囲を限定すると考えられるべきではない。
【００２４】
図４に示された本発明のインサート４０は、複数の切屑分割用突出部４５を含んでいる。インサート４０は、図２に図示された一般的なスペードドリル２２に似た方法で一般的な切削工具ホルダーに結合されても良い。この一般的なインサート４０は、一般的な切削工具ホルダー２１のリム（枝状の突出部）２７及び２８にインサート４０を結合するための一対の斜めの穴４７を含んでいる。インサート４０はまた、ねじが切られたピンが切削工具のリム２７及び２８の各々内の穴３０内に締結されるとき、一般的な切削工具ホルダー２１の対応する部材と係合ことができる中心合わせ穴４１をも含んでいる。この形状は、切削工具ホルダー２１の回転軸線２６とのインサート４０の正しい中心合わせを可能にし、従って、穴のドリル加工により大きな正確性を提供する。切削工具ホルダー上のドリル加工インサートを固定し且つ中心合わせするこの方法は、米国特許第号第５，４７４，４０７号により詳細に説明されており、この全体の開示がここに参考として組み入れられている。インサート４０を工具ホルダー上に固定し且つ芯合わせする上記の方法は、図示の目的のためであり且つ本発明をどのような方法でも限定することを意図していない。当業者は、あらゆる数の代替的な方法で工具ホルダー上にインサート４０を固定することができることを容易に認識するであろう。このような代替的な方法は、工具ホルダー内の穴に受け入れられるインサート上にタブを芯合わせすることを提供することである。
【００２５】
再び図４を参照すると、インサート４０は、一対の切り刃を有するＶ字形状の先端を備えた前方部分４１を有している。図４には、インサート４０の中心軸線におけるチゼル端縁４２からインサート４０の端縁まで径方向に延びている単一の切り刃４９が示されている。第二の切り刃が、同様に設計されているインサート４０（図４に示されていない）の対向面に設けられている。対向面上の切り刃４９と第二の切り刃とは、インサート４０の中心軸線を中心として１８０°だけ隔置されている。第一の逃げ面は、インサート４０の背面とドリル加工されるべき加工片との間にクリアランスを提供する。外径ランド領域４２は、加工片内にドリル加工されるべき穴の直径に等しいインサート４０の中心軸線からの直径で湾曲させてある。切り刃４９と同様に、インサート４０の径方向端縁には、ドリル加工ブレードインサート４０と加工片内にドリル加工された穴の内壁との間に切断クリアランスを提供するために、径方向の逃げ面が提供されている。第一の逃げ面４８と径方向の逃げ面４３とは、隅半径４６によって結合されている。
【００２６】
以下、インサート４０の切屑分割突起部４５及び切屑破砕構成を、図４乃至８を参照してより詳細に説明する。図７に最も良く示されているように、切屑溝４４は、インサート４０の前側部分４１の表面に形成される。切屑溝４４は、略凹状であり、切断端縁４９から下方に傾斜する、すくい面７５と、インサート４０の表面８０へと上方に傾斜する切屑破砕表面７６と、を有する。当業者は、これが、本発明で使用される切屑溝の唯一の可能な形態ではないことを理解するであろう。切屑溝４４は、例えば、平坦なすくい面を持っていてもよく、又は、このすくい面が様々な半径で湾曲してもよい。切屑溝４４は、切削工具へと構成される切屑破砕形態の一部分として、特定の材料除去用途に合致させるように、サイズ及びスタイルを様々に変えることができる。切屑溝の一般的な設計は、半加工品の材料、切断速度、切断耐性、掘削されるべき孔の深さ、及び、掘削されるべき孔の直径に基づいて、変更されてもよい。図７で詳細に示されたように、切屑溝４４を画定させるパラメータは、例えば、オプションのランド領域７０の長さ、すくい角７１、切屑溝７２の幅、溝７３の深さ、切断端縁の上方に持ち上げられる切屑破砕表面７４の背壁の高さである。これらのパラメータの全ては、同じ切削工具において変更されてもよく、また、１つの切削工具から他の切削工具間で変更されることができる。例えば、切屑溝７３のその中心部における深さは、切削工具の径方向端縁における切屑溝の深さより大きくても小さくてもよい。かくして、添付図面で示された切屑溝４４の特定の設計は、単に一例としてのみ与えられたものであり、本発明の範囲に限定を加えるものと考えるべきではない。
【００２７】
再び図４を参照すると、インサート４０は、切屑溝４４の表面から突出する、間隔を等しく隔てられた３つの切屑分割突起部４５を含む。これらの突起部のこの特定の形態及び配置は、半加工品からの切屑破砕を援助する間隔で形成され、切屑の幅に沿って応力を生成するように選択された。これら突起部の数、間隔及び形状は、変更されてもよく、添付図面に示された突起部に限定されるものではない。例えば、切屑分割突起部の数は、ドリル用インサートの直径及び厚さ、半加工品の構成材料、及び、他の理由に応じて、少なくとも２乃至１０以上の範囲に及ぶことができる。切屑分割突起部は、例えば細長い突起部４５の形状等、任意サイズ及び／又は形状に設けられてもよく、また、必ずしも必要ではないが、好ましくは等間隔に配置されるのがよい。一般には、切屑分割突起部は、スペードドリルインサートの切屑溝に構成される。そのような設計は、より良好な切屑制御、より滑らかな穴開け過程、切屑の詰まりがより少なくなる傾向、及び、かくして幅広い加工材料に亘ってより長いツール寿命を提供する。
【００２８】
本発明のインサート４０の突起４５の断面図が図８に描かれている。切り屑分割突起の形状及び寸法は丸味をおびた頂部８１を合体させるように設計される。突起４５の下方に向けてテーパーを付けた斜面８２は先端溝４４の表面に延びる。頂部８１は、ランド領域７０に隣接する、チップ溝４４の下方に傾斜するすくい面７５からチップ溝４４の上方に傾斜するチップ破断面７６に至るまで、チップ溝４４をほぼ横切って延びる。突起４５は、頂部に丸味を付けて設計されるのではなく、例えばチップ溝４４の底部に延びる真っ直ぐな側面をもつ尖った頂部で設計されることを要する。上述の説明を考慮し、過度の努力をすることなしに、本発明の切り屑分割突起のための、他の適当な形状を探し出すことは当業者にとって可能であろう。
【００２９】
図９及び図１１は、一般に図２、図３（ａ）、図３（ｂ）に示されるような設計の従来形状の切削インサートを使用し、加工品を通してドリル加工することにより製造される金属切り屑の写真である。図１０及び図１２は、図４乃至図８に示す本発明にしたがって構成されたスペードドリルインサートを使用して形成された金属切り屑の写真である。切屑破砕形成試験は、切削工具の回転速度が８５０ｒｐｍに一定に保持されたドリル加工送り率の範囲で実施された。試験には、２つの異なる材料の加工片、４１４０炭素鋼及び１０１８炭素鋼を使用した。各々は工業で広く使用されている代表的な材料である。図９乃至図１１に示すように、試験は、１分間当たりの送り率が１１．４３ｃｍ（４．５インチ、１回転当たり０．１３ｍｍ）、１３．９７ｃｍ（５．５インチ、１回転当たり０．１６ｍｍ）、１６．５２ｃｍ（６．５インチ、１回転当たり０．１９ｍｍ）及び１９．０５ｃｍ（７．５インチ、１回転当たり０．２２ｍｍ）であった。結果として生じた切り屑は、各々の設定された切削パラメータ及び選択された加工片材料のための各々のスペードドリルインサートによって提供された切り屑制御の証拠として集積され、比較された。
【００３０】
図９及び図１０は、４１４０炭素鋼加工片に穿孔された孔から取り除かれた金属切り屑の写真である。４１４０鋼は、スルー硬化（through-hardened）されたクロム−モリブデン−炭素鋼で、焼き戻し脆化せず、高負荷用として推奨されている。４１４０炭素鋼は、典型的には、歯車、軸、工具部品などの応用例に採用される。図９は、図２、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すような従来のスペードドリルで４１４０炭素鋼からなる加工片をドリル加工することにより生成された切り屑の写真である。図９を、図４乃至図８に示す本発明のスペードドリル切削インサートの実施例で４１４０炭素鋼からなる同様の加工片をドリル加工することにより生成された切り屑を描いた図１０と比較することが出来る。図９と図１０との比較から、本発明により切り屑制御の大幅な改良が達成されることが明らかであろう。本発明を使用して形成された切り屑は、従来のスペードドリル切削インサートにより形成された切り屑よりも十分により小さな切片で、より少なくカールし、十分に少ない変形を示すように分断される。動作試験の全ての供給率において、本発明のスペードドリル切削刃によって形成された形状の切り屑は、従来のスペードドリル切削インサートにより形成された切り屑よりも、穿孔された孔からより容易に排出され、切り屑のからみ或いは切り屑負荷のための動力消費の増加を引き起こすことがない。図９に示すような切り屑を形成するために要求される増加動力消費は、切り屑を、動力試験の全ての供給率において、不規則な形状に変形するのに要求されるエネルギーである。
【００３１】
本発明のスペードドリル刃は、試験された送り速度の範囲に亘り顕著なチップ制御をもたらすということが、ドリル性能試験から明らかである。従来のスペードドリルインサートは、送り速度の全範囲に亘り４１４０炭素鋼を通してドリル加工する場合、大きな変動性を有して切屑を生成していた。切屑の形態は長い螺旋形から多様に折り曲げられて変形した形状まで変化していた。このことは、試験された従来のインサートでは用途は制限された範囲に限定されることを示す。捻られかつ折り曲げられた形状は、切削作業の結果生じた切屑の排出、切屑の詰まりの排除、及びドリル作動中の動力消費の増大を排除することが困難であることを示す。本発明の切削インサートを使用して生成された切屑はより一定した形状でありかつ性能試験での全ての送り速度において小さい切片に破砕される。本発明の切削インサートの切り屑制御がドリル性能試験で試験された送り速度の範囲において改善されていることが、写真から理解される。それ故、本発明のインサートは従来のインサートよりも、用途の広い切削工具を提供する。
【００３２】
より顕著な結果が図１１及び図１２に表されている。図１１及び図１２は、１０１８炭素鋼で作られたワークピースにドリル加工された孔から除去された切屑の写真である。１０１８炭素鋼は比較的高いマンガンを含む（０．６％ないし０．９％）炭素鋼に対する呼称であり、この鋼は全ての用途において増大した硬化性を有する。１０１８炭素鋼は、典型的に機械的構成要素、炭化された構成要素、チェーン及びスプロケット、並びに同様な用途に使用される。図１１は、図２、３（ａ）及び３（ｂ）に示された従来のスペードドリルを使用して、１０１８炭素鋼で作られたワークピースをドリル加工することにより形成された切屑の形状を示す。図１１は図１２と比較される。図１２は、図４ないし８に全体的に示された本発明により構成された切削インサートを使用して、１０１８炭素鋼で作られた同様なワークピースをドリル加工することにより形成された切屑の形状を示す。これらの図により、本発明の切削インサートを使用して形成された切屑の形状はより小さい長さに破砕され、従来ほど曲がりくねらず、従来のスペードドリルインサートを使用して形成された切屑の形状よりも顕著に変形が小さいことが、更に明確に理解される。更に、図１１及び１２は、送り速度の範囲に亘り、本発明の切削インサートは広範囲な切削パラメータに亘り改善されたチップ制御を提供することを示していることは、明確に理解される。
【００３３】
本発明を、ある実施形態に関連して説明したが、上述の説明を考慮するに当たり、本発明の多くの修正や変形がなされ得ることは当業者には理解されるであろう。本発明のそのような修正や変形は前述の記載及び特許請求の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、材料切断作業における切屑形成過程を図示する概略図である。
【図２】  図２は、スペードドリル用切断インサートとスペードドリル用インサートホルダーとを備える、従来の二部品からなるスペードドリルの斜視図である。
【図３】  図３（ａ）は、図１に示す従来のスペードドリル用切断インサートの平面図である。
図３（ｂ）は、図１に示す従来のスペードドリル用切断インサートの端面図である。
図３（ｃ）は、インサートの切り刃にスリット型の切り込み溝が設けられた、従来のスペードドリル用切断インサートの端面図である。
【図４】  図４は、本発明により構成されるスペードドリル用切断インサートの一態様の斜視図である。
【図５】  図５は、図４に示すスペードドリル用切断インサートの態様の平面図であり、破線はインサートの反対側の表面の特徴を示す。
【図６】  図６は、図５に示すスペードドリル用切断インサートの態様の側立面図であり、破線は、この図で隠れているインサートの特徴を示す。
【図７】  図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線によるスペードドリル用切断インサートの態様の一部断面図であり、切屑を分断するための突起の位置と形状を示す。
【図８】  図８は、図５の矢印方向のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による、スペードドリル用切断インサートの態様の一部断面図であり、切屑を分断するための突起の位置と形状を示す。
【図９】  図９は、図２に概略を示す従来のスペードドリル用切断インサート切り刃を用い、８５０ＲＰＭ、毎分４．５、５．５、６．５、７．５インチの送り率で、２００ＨＲＢ  ＡＩＳＩ４１４０鋼を穿孔する際に形成された金属の切屑の写真である。
【図１０】  図１０は、図４に概略を示す本発明のスペードドリル用切断インサートを用い、８５０ＲＰＭ、毎分４．５、５．５、６．５、７．５インチの送り率で、２００ＨＲＢ  ＡＩＳＩ４１４０鋼を穿孔する際に形成された金属の切屑の写真である。
【図１１】  図１１は、図２に概略を示す従来のスペードドリル用切断インサートを用い、８５０ＲＰＭ、毎分４．５、５．５、６．５、７．５インチの送り率で、１０１８鋼を穿孔する際に形成された金属の切屑の写真である。
【図１２】  図１２は、図４に概略を示す本発明のスペードドリル用切断インサートを用い、毎分４．５、５．５、６．５、７．５インチの送り率で、１０１８鋼を穿孔する際に形成された金属の切屑の写真である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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