交換式ドリルチップ式ドリルおよびその競争優位

交換式ドリルチップ式ドリルビットとその競争優位性。

公開日:

2022-06-25

設計の考え方

全体が超硬合金で構成されたドリルは脆く、しかも高価である。これに対し、高速度鋼製ドリルは靭性に優れ、価格も比較的安いが、ドリルの長さが過大になると加工精度を確保できない。交換式チップドリルはコストパフォーマンスが良好だが、ドリリング加工の後には必ず仕上げのリーマ加工やボーリング加工を実施する必要がある。また、溶接式超硬合金ドリルは摩耗した場合、再溶接が必要となる。そこで、鋼製の刀体に一体型の超硬合金ドリル冠または刃先を形成すれば、超硬合金製の切削刃と鋼製の刀体という両者の優位性を同時に享受できるのではないか——これが交換式チップ冠ドリルの設計思想である。

この複合構造のドリルは、超硬合金製ドリルの切削精度と切削速度という優れた性能と、スチール製シャンクの低コストという特長を両立させるだけでなく、ドリルの交換・チャッキングおよび刃先の再研磨という、時間とコストを要する二つの工程を不要にします。このドリルは、溶接式超硬合金ドリルと同等の精度を実現しつつ、生産性の向上と生産コストの低減を可能にします。一体型の超硬合金チップクラウンは自己中心化ジオメトリ設計を採用しており、寸法精度が厳しく求められる加工条件に最適で、ユーザーはより厳しい穴径公差にも対応できます。

主な利点

（1）迅速な交換

韓国のYESTOOL社のドリリング製品マネージャー、崔万値氏によれば、生産サイクルの短縮と生産コストの削減が、交換式ドリルチップ式ドリルの主な優位性である。同社が12年前に交換式ドリルチップ式ドリルを開発して以来、高速度鋼ドリルや溶着式超硬合金ドリルと競合してきたが、再研磨や再コーティングが不要である点が最も顕著な利点となっている。実際、交換式チップキャリアドリルは作業効率が非常に高く、一体型超硬合金ドリルに匹敵するほどであり、しかも一体型超硬合金ドリルに比べてスチール製のドリル本体がはるかに低価格である。
時間の節約とは、チップ交換の際にドリルチャックからボディを外す必要がなく、ボディからドリルチップを取り外して新しいチップに交換するだけで済むことを指します。作業者が穴径を拡大したい場合には、ボディを工作機械から取り外すことなく、チップアセンブリだけを交換すればよいのです。ひとつのボディで複数のサイズ・仕様のドリルチップに対応できます。ドリルチップとボディの接続方式にはいくつかのタイプがあります。YESTOOL社では、ドリルチップを貫通する2本のボルトによってチップとボディを結合しています。山高工具社では、プーリーに取り付けられたネジをチップ底部にねじ込み、チップをボディに安全かつ確実に締め付けています。イスカ社およびイングソール社では、キー構造を用いてチップをボディに回転固定しています。

崔万値氏は、歯冠の交換にはわずか20秒しかかからず、交換後には一切の調整を必要としないと説明しました。ただし、工具本体の損傷を防ぐため、接続面を圧縮空気で必ず清掃する必要があります。

イスカ社の研修マネジャー、マイク・ガジンスキー氏は、チップ交換には約30秒、一体型工具の交換には10分かかると推定しています。同氏は、自動車産業がこの技術を非常に歓迎しているのは、ダウンタイムの短縮が同業界にとって極めて重要だからだと述べています。

（2）コスト削減

交換式チップ付きドリルのメーカーは、通常、この工具の低コストを自慢しています。というのも、交換式チップ付きドリルでは、硬質合金製のチップのみが使用され、それがスチール製のボディに組み合わされているため、一体型の硬質合金ドリルに比べてはるかに安価なのです。また、交換式チップ付きドリルの価格は高速度鋼ドリルより高めですが、切削性能ははるかに優れています。さらに、ひとつのボディに複数の異なるサイズ・仕様のチップを装着できるため、購入するボディの数を最小限に抑えることができます。

崔万値氏は、交換式チップ式ドリルを用いた穴あけ加工が最もコスト効率に優れているものの、その金属除去率はKRUZ-Kシリーズの交換式チップ冠ドリルには及ばず、しかも穴あけ後に必ずといってよいほど追加のリーマ加工や仕上げボーリングが必要になると述べています。一方、交換式チップ冠ドリルの特長の一つは、追加の加工工程が不要である点です。一体型超硬合金ドリルで穴あけを行う場合、工作機械に装着されているのはたった一つのドリルにすぎないとしても、倉庫には別のドリルが一つ、重研磨工程の作業場にはもう一つ、さらに別のドリルは工作機械から取り外されたばかりで、また別のドリルは加工工程へ向かう途中——といった具合に、実際にはかなりの数のドリルが常時在庫として必要となります。ところが、交換式ドリルチップを使用すれば、引き出しにいくつかのドリルチップを備えておき、摩耗したら新しいものと交換するだけで済みます。

崔万値氏の見解によれば、実際の使用条件に応じて、1つの刃体は少なくとも15～20回、新しいチップを交換できる。さらに、適切なチャッキングおよび冷却技術（YESTOOL社では内部冷却の採用を推奨している）を用いれば、鋼材の加工においては各チップで約120分間連続加工が可能である。

異なる見解

REM販売会社の地域営業マネジャーであるダン・マーフィー氏は、交換式チップ付きコロナドリルが優れた補完的工具であると見ています。彼は、大径穴の加工にはターンテーブル式ドリルを、小径穴の加工には一体型超硬ドリルを推奨しています。その中間の径の穴については、大量生産の場合には再研磨可能な一体型超硬ドリルまたは溶着式ドリルを選択することがあります。しかし、中規模サイズの穴の加工においては、交換式チップ付きコロナドリルは多機能性を提供しつつも大きな投資を必要としないとダン・マーフィー氏は考えています。ユーザーは再研磨工程を心配する必要がなく、高速度鋼工具よりも優れた性能を求めながらも、加工量が一体型または溶着式超硬ドリルの採用に至るほど多くない場合には、交換式チップ付きコロナドリルがまさにそのギャップを埋めてくれるのです。さらに、穴加工の寸法精度要求が厳しいCNCスイス型工作機械にも、交換式チップ付きコロナドリルを適用することにダン・マーフィー氏は前向きです。というのも、このタイプのドリルは必要に応じて何度でもチップを交換できるため、ダウンタイムを短縮できるからです。

しかし、CNCドリル研削盤、検査システムおよびユーザー設備のサプライヤーであるゴードン・エンジニアリング社のカーク・ゴードン氏は、交換式チップキャリアドリルについて異なる見解を示しています。彼の考えでは、超硬合金製ドリルチップはドリリング時に高い剛性が求められる一方で、スチール製のブレード本体の剛性は不足しており、これはまるでエコノミーカーに高出力エンジンを搭載するようなものだといいます。高性能なドリルチップには、高強度かつ高剛性のブレード本体による支持、正確なアライメントおよび効率的な駆動が不可欠です。さらに、広告で謳われている「交換式チップキャリアドリルによる加工コストの削減」についても、ゴードン氏は懐疑的です。理論的にはこのタイプのドリルを使用することでコストを削減できる可能性はあると認めつつも、再研磨可能な一体型超硬合金工具と比較した場合、交換式チップキャリアドリルでは、実際の1切削刃あたりのコストがむしろ高くなるおそれがあると指摘しています。また、交換式チップキャリアドリルは、一体型超硬合金ドリルほど効果的ではないとも述べており、たとえば一部のケースでは、わずかな幾何公差の違いが工具性能に大きな影響を及ぼすことがあります。さらに、標準的な交換式チップキャリアドリルは一般に径1/4インチ（6.35mm）未満の穴のドリリングには適さず、そのためその適用範囲が制限されるとも指摘しています。

カーク・ゴードン氏は、総じてみて、一般的な超硬合金製ドリルビットに比べると、チップ交換式ドリルビットにはさほど大きな意義はないとの見解を示している。同氏は、チップ交換式ドリルビットの購入コスト、古いボディの交換コスト、チップを再研磨するのではなく交換する場合のコスト、さらに回転速度の低下や精度（穴の位置精度、直線度、円筒度および寸法精度）の低下に伴うコストを挙げている。彼の考えでは、チップ交換式ドリルビットの最適な用途は初心者向けである。こうした初心者はまだ工具全体を交換する能力が十分でないものの、チップだけを交換することは可能である。とはいえ、作業者は依然としてボディの先端部を清潔に保ち、その摩耗や損傷の状態を注意深く観察する必要がある。

REM販売会社のマーフィー氏は、この結論に同意しない。彼によれば、主な問題は人々が物を捨てることを嫌い、新しいものを学ぶことも好まない点にあるという。不安を解消するためにより高価な工具を購入するのは消極的な解決策であり、代替案として、加工担当者は交換式チップドリルを使用したマクロプログラムを工作機械のCNC加工プログラムに組み込み、適切な回数だけチップを交換した後にドリル本体を廃棄することができる。彼の見解では、交換式チップドリルは穴の深さが直径の3～5倍程度の加工に適しており、一方で一体型超硬ドリルはより深い穴の加工に適している。交換式チップドリルは「万能薬」ではなく、主に軟らかい材料で中小ロットかつ比較的浅い深さの穴を加工する場合に最適であり、こうした加工においては非常に有効に機能する。さらに、一連のワークピースに複数のサイズの穴がある場合でも、交換式チップドリルを用いれば、ドリル本体が適切なサイズ範囲をカバーできるため、交換するのはチップのみで済む。一方、一体型超硬ドリルはより硬い材料や深い穴の加工、および大量の専門生産向けに適しており、高速度鋼ドリルは使い捨てや試作部品の加工に適している。