JP2022013291A - 穴あけ工具 - Google Patents

Abstract

【課題】切りくず排出力不足となりにくい構造とする。【解決手段】先端部に切れ刃６２を有する切削インサート６０と、該切削インサート６０が取り付けられるボデー１０と、を備える穴あけ工具である。該穴あけ工具は、ボデー１０の外周面に設けられ、当該ボデー１０の先端１０Ａまで延伸する凹部１８と、該凹部１８の基端１８Ｂ側に設けられ、ボデー１０の内側を通った切削油を当該ボデー１０の外周側へ供給する油供給口１７と、を備える．穴あけ工具が、切削インサート６０により切削した穴の内壁面に当接するガイドパッド８０と、該ガイドパッド８０をボデー１０に固定する止めねじ８２と、をさらに備える場合、油供給口１７は、ボデー１０のうち止めねじ８２の位置よりも基端側の位置に設けられていてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、穴あけ工具に関する。

深穴の切削加工用の穴あけ工具として、刃先交換式ガンドリルが利用されている（例えば、特許文献１参照）。

従来の刃先交換式ガンドリルは、クーラントをボデー本体の内部にある穴（油穴）を通して穴底まで運び、穴底から跳ね返ったクーラントを切りくず排出溝（フルート）へと通し、それが切りくずを穴外まで運ぶという構造になっている。

特開２０１９－１０４１０２号公報

しかし、上記のごとき構造ではクーラントが穴底に当たった段階で速度が限りなく小さくなることや、そもそも油穴が非常に小さくならざるを得ないことから、特に小径（例示すれば、大体Φ１４以下）のドリルに対しては、切りくず排出力不足に繋がるという問題があった。

そこで、本発明は、切りくず排出力不足となりにくい構造の穴あけ工具を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、先端部に切れ刃を有する切削インサートと、該切削インサートが取り付けられるボデーと、を備える穴あけ工具であって、
ボデーの外周面に設けられ、当該ボデーの先端まで延伸する凹部と、
該凹部の基端側に設けられ、ボデーの内側を通った切削油を当該ボデーの外周側へ供給する油供給口と、
を備えることを特徴とする穴あけ工具である。

このような態様の穴あけ工具は、油供給口を凹部の基端側に配置する構造であることから、当該油供給口の穴径（開口面積）をより大きくしやすい。油供給口を大きくすれば、切りくず排出力不足という従来の問題を解消しやすくなる。

上記のごとき穴あけ工具は、切削インサートにより切削した穴の内壁面に当接するガイドパッドと、該ガイドパッドをボデーに固定する止めねじと、をさらに備え、油供給口は、ボデーのうち止めねじの位置よりも基端側の位置に設けられていてもよい。

上記のごとき穴あけ工具における油供給口は、ガイドパッドよりも基端側の位置に設けられていてもよい。

上記のごとき穴あけ工具における油供給口は、当該油供給口の一部とガイドパッドの基端との間隔が1mm以内となる位置に設けられていてもよい。

上記のごとき穴あけ工具において、油供給口と凹部とが繋がっていてもよい。

上記のごとき穴あけ工具において、凹部の少なくとも一部がガイドパッドに隣接していてもよい。

上記のごとき穴あけ工具において、凹部は軸方向に沿って延伸していてもよい。

上記のごとき穴あけ工具において、凹部は、ガイドパッドからみて、当該穴あけ工具の回転方向の前方側に設けられていてもよい。

上記のごとき穴あけ工具において、凹部および油供給口が複数設けられていてもよい。

上記のごとき穴あけ工具において、凹部の断面積は油供給口の開口面積よりも大きくてもよい。

上記のごとき穴あけ工具は、外径がΦ12以下であってもよい。

上記のごとき穴あけ工具において、切削インサートが着脱可能な刃先交換式の工具であってもよい。

本発明の一実施形態に係る穴あけ工具のボデー等の構造を示す斜視図である。 穴あけ工具のボデーを先端側から軸方向に沿ってみた図である。 本発明の一実施形態に係る穴あけ工具における切削油の流れを解析した結果を示す、（Ａ）構造の概略を表す斜視図、（Ｂ）解析用モデルの構造の概略を表す斜視イメージ図、（Ｃ）切削油の流量を表す解析画像である。 従来構造の穴あけ工具における切削油の流れを解析した結果を参考図として示す、（Ａ）内部構造の概略を表す斜視イメージ図、（Ｂ）解析用モデルの構造の概略を表す斜視イメージ図、（Ｃ）切削油の流量を表す解析画像である。 本発明の一実施形態に係る穴あけ工具の（Ａ）内部構造の概略を透視して表す斜視イメージ図、（Ｂ）切削油の流量を解析した結果を表す解析画像である。 従来構造の穴あけ工具の（Ａ）内部構造の概略を透視して表す斜視イメージ図、（Ｂ）切削油の流量を解析した結果を表す解析画像内部構造を表す透視斜視図を参考図として示すものである。 （Ａ）穴あけ工具の解析モデルにおける切削油の流速ベクトルを解析した結果を表す解析画像と、（Ｂ）従来構造の穴あけ工具の解析モデルにおける切削油の流速ベクトルを解析した結果を参考として表す解析画像である。 本発明の一実施形態に係る穴あけ工具（側面溝タイプ）における切削油の流速ベクトルを解析した結果を参考として示す、（Ａ）穴あけ工具を先端側から軸方向に沿ってみた図、（Ｂ）該図中のＢ-Ｂ面における切削油の流速ベクトルを解析した画像、（Ｂ）Ｃ-Ｃ面における切削油の流速ベクトルを解析した画像、（Ｄ）Ｃ-Ｃ面におけるpoint1-3の各点におけるx, y, z 各方向の流速を表す表である。 従来構造の穴あけ工具（先端穴タイプ）における切削油の流速ベクトルを解析した結果を参考として示す、（Ａ）穴あけ工具を先端側から軸方向に沿ってみた図、（Ｂ）該図中のＢ-Ｂ面における切削油の流速ベクトルを解析した画像、（Ｂ）Ｃ-Ｃ面における切削油の流速ベクトルを解析した画像、（Ｄ）Ｃ-Ｃ面におけるpoint1-3の各点におけるx, y, z 各方向の流速を表す表である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る切削工具の好適な実施形態について詳細に説明する。

本実施形態の穴あけ工具１は、深穴加工に用いられる工具であり、ボデー１０、油供給口１７、油溝（凹部）１８などを備え、回転軸１Ｃを中心に回転して被削材に穴あけ加工をする。当該穴あけ工具１は切削インサート６０が着脱可能な刃先交換式の工具であり、ボデー１０の先端１０Ａには、切れ刃６２を有する切削インサート６０が取り付けられる（図１等参照）。

ボデー１０は、金属材料により形成された棒形状の部材であり、穴あけ工具１の回転軸１Ｃに沿って基端１０Ｂから先端１０Ａに向け延伸した形状となっている（図１、図５等参照）。回転軸１Ｃは穴あけ工具１の回転中心となる仮想の直線であり、ボデー１０の中心を貫通している。本実施形態のボデー１０には、排出流路１２、取付座１６、油供給口１７、油溝（凹部）１８が形成されている。また、ボデー１０の側部（外周部）にはガイドパッド８０が取り付けられる（図２等参照）。

排出流路１２は、当該穴あけ工具１によって被削材に穴あけ加工をする際に生じる切りくずを排出するための流路である（図５等参照）。本実施形態では、穴あけ工具１の先端部１Ａにて生じた切りくずを基端部の方向へ誘導する中空状の排出流路１２が、ボデー１０の内側に形成されている。

取付座１６は、切削インサート６０を取り付けるための座である。本実施形態のボデー１０においては、その先端１０Ａに取付座１６が設けられている（図２等参照）。この取付座１６において、切削インサート６０は取付ねじ６４によって所定位置に取り付けられる。

油供給口１７は、穴あけ工具１の基端部側から供給される切削油（クーラントとしての機能も併せ持つ）を噴射する口である。ボデー１０の内側には筒状の切削油供給路（図面において符号１１で示す）が形成されており、該切削油供給路を通って油供給口１７から外周側へと噴射された切削油は油溝（凹部）１８を通過して先端部１Ａ側へと供給される。

油溝１８は、油供給口１７から噴射された切削油を誘導し先端部１Ａ側へ供給する溝である。本実施形態の油溝１８は、ボデー１０の外周面に、油供給口１７から当該ボデー１０の先端１０Ａまで延伸するように設けられた凹部によって形成されている（図１等参照）。

ガイドパッド８０は、切削インサート６０により切削した被削材の穴の内壁面に当接してガイドとして機能する部材である。ガイドパッド８０は、止めねじ８２によってボデー１０の側部（外周部）に取り付けられ固定される（図１等参照）。本実施形態では、ボデー１０に２個のガイドパッド８０を設けている（図２等参照）。

本実施形態の穴あけ工具１において、上記の油供給口１７は、該油溝１８の基端１８Ｂ側に設けられている（図１等参照）。油供給口１７を油溝１８の基端１８Ｂ側に配置することとした場合、当該油供給口１７のより大きな穴径（開口面積）を確保しやすい。油供給口１７と油溝１８とは、油供給口１７から噴射された切削油が油溝１８に円滑に流れ込むように繋がっている（図１等参照）。本実施形態では、油溝１８の流路断面積を油供給口１７の開口面積よりも大きくし、切削油が油溝１８にさらに円滑に流れ込むようにしている。

より大きな油供給口１７の穴径（開口面積）を確保するという観点からすれば、油供給口１７は、ボデー１０のうち止めねじ８２の位置よりも基端側の位置に設けられていることが好ましく、ガイドパッド８０よりも基端側の位置に設けられていることがより好ましい（図１等参照）。例えば、ガイドパッド８０を交換式にするために止めねじ８２で固定する構成である場合、先端部１Ａまで切削油供給路を穴で通すとすれば、ガイドパッド８０用のねじ穴８１と干渉しないように穴径が制限される（図４、図６参照）。この点、ねじ穴８１より基端側に油供給口１７を開口させれば、ねじ穴８１との干渉が回避できるので大きな穴径にできる。切削インサート６０を取り付けるための取付ねじ６４やそのねじ穴に関しても上記と同様の干渉の問題が生じうるが、本実施形態の穴あけ工具１では当該問題も解消することができる。

上述のように十分な空間のあるガイドパッド８０の基端側でボデー１０の側面に油供給口１７を通すことで、比較的大きな油供給口１７とすることが可能となり、切りくず排出力が不足するという問題を解消しやすくなる。ガイドパッド８０に対する油供給口１７の具体的な位置、離間距離は特に限定されるものではないが、例えば本実施形態では、当該油供給口１７の一部とガイドパッド８０の基端８０Ｂとの間隔（最短距離）が1mm以内となる位置に油供給口１７を設けている。

なお、上記の油溝１８の具体的な形状や配置は特に限定されないが、当該油溝１８の少なくとも一部がガイドパッド８０に隣接するように設けられていれば、油溝１８を流れる切削油にてガイドパッド８０を冷却し、ひいては当該ガイドパッド８０の寿命の向上を図ることが可能となる。本実施形態では、穴あけ工具１の軸方向に沿って延伸するように直線状の油溝１８を設け、当該油溝１８が全体的にガイドパッド８０に接触するようにしている（図１等参照）。こうした場合、油溝１８を流れる切削油にてガイドパッド８０を冷却する効果をさらに向上させることができる。

また、油溝１８は、ガイドパッド８０からみて当該穴あけ工具１の回転方向の前方側に設けられていてもよい。本実施形態では、先端部１Ａ側からみて反時計回りに回転する穴あけ工具１のガイドパッド８０からみて回転方向の反時計回り前方側（ガイドパッド８０に先行する位置）に油溝１８を設けている（図２等参照）。こうした場合、当該油溝１８を流れる切削油にてガイドパッド８０を冷却する効果をさらに向上させることができる。

上記のごとき本実施形態の穴あけ工具１によれば、切りくず排出力不足となりにくい構造を構築することができる。すなわち、従来の穴あけ工具（例えばガンドリル）であれば、クーラントが穴底に当たった段階で速度が小さくなること、油穴が非常に小さいことから、特に小径のドリルにおいて切りくず排出力不足に繋がることがあり（図４、図６参照）、小径工具には適さなかった（既存品の外径は一例として少なくともΦ18[mm]以上）のに対し、本実施形態の穴あけ工具１では、フルートや刃先付近のクーラント流速をより速くしたり、小さなスペースにより大きな油穴（油供給口１７）を確保したりすることで、比較的小さい油圧でも切りくず排出をスムーズに行うことが可能となる。したがって、切りくず排出性の確保の面で一定以上の外径（一例としてΦ18以上）としなければならなかったガンドリル等の穴あけ工具１を、剛性を確保しつつ、より小径（一例として、外径のレンジがΦ12以下）とすることが可能となる。このような本実施形態のごとき構造は、ガイドパッド８０を複数（一例として本実施形態では２個）備え、油供給口のスペースが確保しにくい構造の穴あけ工具１に適用して特に有効である。

本実施形態のごとき構造の刃先交換式ガンドリル型の穴あけ工具１における流体解析結果などを、従来構造におけるもの（参考例）と比較しつつ、以下に実施例として説明する（図３等参照）。なお、従来構造を示す参考例中では、本実施形態における穴あけ工具１と対応する部材を同じ番号の符号にダッシュ（’）を添えて示す。なお、図３～図９に示す流体解析結果は、カラー情報を含むデータに基づき作成されたものであるため、色による違いが十分には反映されていない部分があるものの、流速ベクトルの長さ、濃淡、粗密、さらには図中に記載された数字のデータなどによれば、従来構造との違いや本実施形態の優位性は十分に把握されるものと解する。

本実施形態のごとき構造の穴あけ工具１における切削油の流れを解析し（図３、図５参照）、従来構造の穴あけ工具における切削油の流れ（図４、図６参照）と比較した。これらの結果から、本実施形態の穴あけ工具１によれば、流れの減衰を小さくできるため切りくずの排出を促すべく流路内での流速が大きいことが確認された。最小加工油圧（切削加工実験の結果、穴加工が可能だった最小油圧を本明細書では「最小加工油圧」と呼称する）は、従来構造の場合には不水溶性で5.0MPa、本実施形態の場合には不水溶性で3.5MPaであった。

また、本実施形態のごとき構造の穴あけ工具１における切削油の流速ベクトルを解析し（図７（Ａ）、図８参照）、従来構造の穴あけ工具における切削油の流速ベクトル（図７（Ｂ）参照）および先端穴タイプ（本実施形態の穴あけ工具１は側面溝タイプ）の穴あけ工具における切削油の流速ベクトル（図９参照）と比較した。これらの結果から、本実施形態の穴あけ工具１によれば、軸方向（Ｘ方向）の流速が従来構造におけるものよりも倍近く速いことが確認された。また、従来のごとき先端穴タイプでは、油穴（切削油供給路１１’の開口部）が先端面に開口しており、隙間が狭いため、切削油の流速や流量が制限され、工具内の切削油供給路１１’を出た直後に刃先付近の被削材により急激に向きを変えさせられるのに対し、本実施形態のごとき側面溝タイプでは刃先まで距離があり、切削油の流れの向きが緩やかに変えられることが確認された。また、本実施形態のごとき側面溝タイプでは、切削油の出口（油供給口１７）が従来タイプよりも基端側の位置で開口し、油溝１８で先端部１Ａまで誘導することから、切削油の流速を速め、かつ流量を増やすことができることが確認された。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では油供給口１７と油溝（凹部）１８が一つずつ設けられた穴あけ工具１について説明したが（図１等参照）、もちろんこれは一例にすぎず、油供給口１７と油溝（凹部）１８を複数設けることとしてもよいことはいうまでもない。

また、本実施形態で説明した油溝（凹部）１８は断面一様であるが（図１等参照）、当該油溝１８の断面形状は一定である必要はない。油溝１８は、例えば油供給口１７から先端部１Ａに向けて末広がりになるような形状や、逆にノズル状に絞られていく形状であってもよい。

また、本実施形態で説明した、穴あけ工具１を先端側から軸方向に沿ってみた先端視の構成（図２参照）もまた一例にすぎず、切れ刃６２、ガイドパッド８０等の相対的な角度、配置関係は適宜変更することが可能である。

本発明は、穴あけ工具、特に小径の深穴加工用のガンドリルに適用して好適である。

１…穴あけ工具、１Ａ…先端部、１Ｃ…回転軸、１０，１０’…ボデー、１０Ａ…先端、１０Ｂ…基端、１１，１１’…切削油供給路、１２，１２’…排出流路、１６…取付座、１７…油供給口、１８…油溝（凹部）、１８Ｂ…（供給溝の）基端、６０，６０’…切削インサート、６２…切れ刃、６４…取付ねじ、８０，８０’…ガイドパッド、８０Ｂ…ガイドパッドの基端、８１…ねじ穴、８２…止めねじ

Claims (12)

1. 先端部に切れ刃を有する切削インサートと、該切削インサートが取り付けられるボデーと、を備える穴あけ工具であって、
   前記ボデーの外周面に設けられ、当該ボデーの先端まで延伸する凹部と、
   該凹部の基端側に設けられ、前記ボデーの内側を通った切削油を当該ボデーの外周側へ供給する油供給口と、
   を備えることを特徴とする穴あけ工具。
2. 前記切削インサートにより切削した穴の内壁面に当接するガイドパッドと、該ガイドパッドを前記ボデーに固定する止めねじと、をさらに備え、
   前記油供給口は、前記ボデーのうち前記止めねじの位置よりも基端側の位置に設けられている、請求項１に記載の穴あけ工具。
3. 前記油供給口は、前記ガイドパッドよりも基端側の位置に設けられている、請求項２に記載の穴あけ工具。
4. 前記油供給口は、当該油供給口の一部と前記ガイドパッドの基端との間隔が1mm以内となる位置に設けられている、請求項３に記載の穴あけ工具。
5. 前記油供給口と前記凹部とが繋がっている、請求項２から４のいずれか一項に記載の穴あけ工具。
6. 前記凹部の少なくとも一部が前記ガイドパッドに隣接する、請求項２から５のいずれか一項に記載の穴あけ工具。
7. 前記凹部は軸方向に沿って延伸している、請求項６に記載の穴あけ工具。
8. 前記凹部は、前記ガイドパッドからみて、当該穴あけ工具の回転方向の前方側に設けられている、請求項７に記載の穴あけ工具。
9. 前記凹部および前記油供給口が複数設けられている、請求項８に記載の穴あけ工具。
10. 前記凹部の断面積は前記油供給口の開口面積よりも大きい、請求項９に記載の穴あけ工具。
11. 外径がΦ12以下である、請求項１から８のいずれか一項に記載の穴あけ工具。
12. 前記切削インサートが着脱可能な刃先交換式の工具である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の穴あけ工具。

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