JP2001341019A

JP2001341019A - ツイストドリル

Info

Publication number: JP2001341019A
Application number: JP2001069797A
Authority: JP
Inventors: Tokuhide Onizuka; 徳英鬼塚; Takenori Shimizu; 武則清水; Isao Yokota; 勲横田
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2001-12-11

Abstract

(57)【要約】【目的】ステンレス鋼の様に比較的延性のある被削材の
穴明け加工に際して、より一層のシャープエツジな刃型
を適用し、２５ｍ以上の高速切削において、外周部の溶
着、圧着を防止し、バリが殆んど発生しない耐久性に優
れたツイストドリルを提供することを目的とする。【構成】被覆した超硬質合金製からなるツイストドリル
において、ねじれ角を３５度〜４５度の強ねじれ角と
し、該ドリルの先端視で、先端切れ刃をを凸状とし、か
つ、該凸状部の最凸部とシンニング刃とを結ぶ仮想線に
対して、先端切れ刃を刃径の１〜１０％回転方向後方側
に設け、先端刃と外周の繋ぎ部にチャンファを設けるこ
とにより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、延性のある被削材、
例えば、軟鋼、ステンレス鋼等の穴明け工具に関し、特
に高速度工具鋼を用いたステンレス鋼の穴明け工具にす
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、延性のある被削材、特にステンレ
ス鋼の穴あけ工具には多種多様なドリルが提案されてい
る。ステンレス鋼の穴加工においては、図１に示すよう
な、３０度前後のねじれ角を有する一般的なツイストド
リルでも切削できるが、加工硬化するために削りにく
く、切屑が分断されにくいという特性があり、切屑排出
性（切削動力）や穴精度（拡大代、特に被削材の入口で
の拡大代）が悪くなるという欠点がある。しかも、切削
点の温度を下げ、工具寿命の延長を図り、切削抵抗を下
げるため、切屑排出溝のねじれ角は３０度前後と大きく
設定されている。これを改良したものに特開平９−１１
０１５号公報に記載の穴あけ工具が有る。特開平９−１
１０１５号公報には、先端刃のみ、ねじれ角を大きく
し、切れ味は良くした例である。

【０００３】更に、ステンレス鋼を切削する際のチゼル
部の形状は、前記と同じ理由により、シャープな形状で
あるＸ型シンニングが用いられるが、切削抵抗の軽減や
求心性の向上を目的にＸ型シンニングを改良してその段
差を無くし、スムーズな切屑排出が行えるようにした特
開平１１−２６７９１２号公報の例が有る。また、先端
刃も凹状として、切り屑処理性を高めている。また、ス
テンレス鋼の様な強度の高い被削材では、穴明け加工
時、特に被加工物の下面側にバリが発生するので、この
バリの除去のために後加工において、やすりやたがね等
で取り除かなけらばならず、その除去作業に多大の時間
がかかりすぎることから、バリの発生しないドリルの開
発が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステン
レス鋼等の穴あけ加工では切削速度が速くなると極端に
短寿命となりやすく、例えば、図１のようなドリルでは
低速高送りである１０ｍ程度の切削速度では１００〜１
５０穴程度の加工が行えるが、３０ｍ前後の切削速度で
は１穴も加工できずに折損する。同様に、特開平９−１
１０１５号公報、特開平１１−２６７９１２号公報の例
でも、切削速度の影響を受ける外周側は寿命が短くな
り、特に特開平１１−２６７９１２号公報では、外周側
との繋ぎ部が尖っている分強度が低下するため、チッピ
ング等を生じやすく、能率を高めることが難しいのが現
状である。

【０００５】上記課題を解決するために、本願発明で
は、ステンレス鋼の様に比較的延性のある被削材の穴明
け加工に際して、より一層のシャープエツジな刃型を適
用し、２５ｍ以上の高速切削において、外周部の溶着、
圧着を防止し、バリが殆んど発生しない耐久性に優れた
ツイストドリルを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による穴明け工具
は、被覆した超硬質合金製からなるツイストドリルにお
いて、ねじれ角を３５度〜４５度の強ねじれ角とし、該
ドリルの先端視で、先端切れ刃を凸状とし、かつ、該凸
状部の最凸部とシンニング刃とを結ぶ仮想線に対して、
先端切れ刃を刃径の１〜１０％回転方向後方側に設け、
先端刃と外周の繋ぎ部にチャンファを設けたことを特徴
とするツイストドリルであり、先端刃を凸状として、先
端刃と外周の繋ぎ部に加わる負荷を分散、軽減し、切り
屑の排出を拘束させるように行い、更に、該チャンファ
を設けることによりバリ軽減を計ったものである。

【０００７】図３〜図５を参照して説明する。先ず、軸
方向すくい角であるねじれ角は、大きく採れば切れ味を
よくできるが、その反面、強度が低下する。ねじれ角が
３５度未満だと切削抵抗が大きく拡大代が大きくなり、
穴精度が低下し、ねじれ角が４５度を超えると、切り屑
排出の妨げになるため３５度〜４５度の範囲とした。更
に、先端刃を凸状とすることにより、先端刃で受ける切
削抵抗を外周側、内周側に強制的に分断し、更に、外周
側とのチャンファを大きな角度で設けることが出来るた
め、先端刃とチャンファの強度を高めることができる。
次に、凸部からシンニング切れ刃迄の先端切れ刃は、切
削抵抗の分散、軽減や切り屑の拘束に影響するため、該
凸状部の最凸部とシンニング刃とを結ぶ仮想線に対し
て、先端切れ刃を刃径の１〜１０％回転方向後方側に設
ける。先端切れ刃を刃径の１〜１０％回転方向後方側と
したのは、刃径の１％未満では、直線状切れ刃と同様、
切り屑の生成に関して効果がなく、また、刃径の１０％
を超えると、相対的にランド幅の肉厚が薄くなり、強度
的に劣るため、刃径の１〜１０％の範囲とした。また、
生成された切り屑は凸状部により拘束されて切り屑排出
溝の軸方向に強制的に移動され、排出される。特に、凸
状部は、図５に示す先端視における、最凸部の径方向の
位置、凸部差により制御することができる。また、その
強度の低下を径方向すくい角である先端刃との繋ぎかた
で、図４に示すようにチャンファを設けて繋ぐことによ
り、強度低下を補い、十分な刃先強度を得られるように
した。更に、強度をより確実なものとするため、超硬合
金製のツイストドリルで行われているような切れ刃処理
を行っても良い。チャンファを設けることにより、強ね
じれを採用しても先端刃と外周の繋ぎ部の強度を高める
ことができ、また、バリ対策ともなる。該チャンファ
は、回転中心線の垂線に対して２５度〜４５度の角度と
したのは、ドリル先端角として一般的に１１８度〜１３
５度程度のものが用いられており、本願の表し方では３
１度〜２２．５度となり、２５度未満では実質的に先端
角と重複しチャンファ自体を設けることが出来ず、また
６０度を超えると軸方向に長くなり、有効刃長等に影響
を及ぼすこととなるため、チャンファの角度は２５度〜
６０度の範囲とした。好ましくは２５度〜４５度であ
る。

【０００８】次に、チャンファの長さは０．１ｍｍ以上
としたのは、０．１ｍｍ未満では実質的に効果がなく、
強度を向上させることができないため０．１ｍｍ以上と
した。また、長く設けると、テーパと同様な効果が得ら
れ、バリ対策に効果が得られる。更に、チャンファは先
端刃と外周とを円弧状、略直線状でも同様な効果が得ら
れる。特に、角度が３０度前後ではチャンファの長さも
短いため円弧状が良いが、角度が大きくなるとチャンフ
ァも長くなるので略直線状で良く、更には略直線状の場
合でも先端刃との繋ぎ、外周との繋ぎ部はＲ結びとする
事が望ましい。最凸部の位置は、径の８０％〜シンニン
グ刃の端部の間の任意の位置でよいか、好ましくは、径
の３０〜７０％である。７０％を超えると、外周端との
繋ぎ部に十分な余裕がとれず、曲面状につなぐことが難
しくなる。また、３０％未満では、シンニング刃との繋
ぎが滑らかに行えないためである。更に、最凸部の形状
は緩やかな曲線状に設けることが良い。凸部差は、切削
抵抗の分散、軽減や切り屑の拘束に影響するため、径の
０．５〜５％とする。この際、図５に示すように定義す
る。径の０．５％未満では、実質的な作用が少なく、ま
た径の５％を超えると、凸部が出過ぎるため、径の０．
５〜５％とした。この凸部の位置、大きさにより切り屑
の移動する方向を軸方向により拘束することができる。
更に、図５に示すように、先端刃の外周端は上記説明し
た凸部の最凸部より曲面状に繋ぎ、より大きな角度とな
るように設ける。大きな角度とすることにより、切れ刃
の耐欠損性を高める。

【０００９】ドリルの芯厚は、０．１０Ｄ〜０．２５Ｄ
の範囲で、０．１０Ｄ未満では工具剛性が不足して、穴
加工時の被削材入口の拡大代の精度が悪くなり、０．２
５Ｄを越えると溝自体のスペースを狭くなりすぎるた
め、内壁との接触が増え、切削抵抗が大きくなると共に
切屑排出性が悪くなり、切屑詰まりを起し易くなるめで
ある。更に、溝幅比は（断面図における、切屑排出溝の
溝幅を工具外周長さで除し、百分率で表す。）５５〜７
０％とした。ここで、溝幅比５５％未満では、強ねじれ
と相まって刃溝の幅が狭くなり切屑詰まりを引き起こす
ことになり、７０％を超えると、溝幅が広い分、切屑処
理が不安定となり、特に切り屑が伸び勝手となり、制御
しずらく、切削動力が不安定になるため、溝幅比は５５
〜７０％の範囲とした。更に、大きな溝幅比は、溝のヒ
ール部の形状により調整することもできる。ヒール部端
を円弧状に形成することにより、溝幅比を大きくとり、
前述のような切り屑の内壁との接触を少なめることがで
きる。

【００１０】本発明のツイストドリルは、高速度鋼を用
いて説明してきたが、より好ましくは粉末ハイスが良
い。通常の溶製ハイスに比して炭化物の粒度が細かいた
め、ねじれ角が強い本発明のドリルには好都合である。
また、溶製ハイスでもねじれを生かし、切れ刃処理の大
小により適用することができる。更に、ステンレス鋼等
の延性に富む材料には被覆が必須なものであり、本発明
においても公知な被膜、例えば、ＴｉＮやＴｉＡｌＮ等
の物理蒸着法を用いて行われる膜が適している。特に、
切り屑の溶着や圧着を生じやすい先端切れ刃のチゼル近
傍には、潤滑性にとむＣｒ窒化物、ＤＬＣ及び２硫化モ
リブデン等の固体潤滑剤の被膜も有効である。

【００１１】３５〜４５度のねじれ角を採用することに
より、切れ味がよく高い穴精度が得られる。更に、穴精
度をより高めるため、シンニング形状をより求心性の高
い形状とした。図５の先端視の様に、シンニング角度を
大きく採り、図４に示すように、軸方向のすくい角を−
５度以上の負角とし、刃溝まで十分な距離を、滑らかに
結ぶように設けることにより、切り屑のつまりを防止
し、上記先端刃の凸状の作用と相まって、軸方向後方に
排出される。以下、実施例に基づき、本発明を具体的に
説明する。

【００１２】

【実施例】図３は、本発明の実施例によるドリルの正面
図、図４は、図３に示すドリルの９０度回転させた上面
図、図５は、図３の先端視である。本実施例によるツイ
ストドリル１は、高速度鋼（粉末ハイス）製、刃径６ｍ
ｍ、２枚刃、ねじれ角２は４０度で、ＴｉＡｌＮを被覆
した。図５に示すように、軸線Ｏの周りの先端刃３には
凸部４が設けられ、最凸部５との差６は径の３％であ
る。また、先端刃３の外周端にはチャンファ７を角度３
０度、長さ０．２５ｍｍで設けた。先端刃のシンニング
は、Ｘ型とした。

【００１３】次に、本発明によるドリル、図１に示すね
じれ角３０度の従来ドリル１、図２に示す従来ドリル２
とについて、各種被削材の切削性能に関する試験を行っ
た。尚、従来ドリルは、同一径でＴｉＡｌＮ被覆を行っ
た。切削試験にあたっては、被削材として、ＳＵＳ３０
４を用い、穴加工深さ３Ｄとし、切削油剤は水溶性のエ
マルジョンタイプを用い、切削速度３０ｍ／ｍｉｎ、送
り量０．１５ｍｍ／ｒｅｖで行い、切れ刃のチッピング
状態、摩耗量・摩耗状態を一定数ごとに確認し、穴あけ
を継続した。また、１穴目の加工で拡大代を測定し、更
に、定常摩耗域で測定した。先ず、１穴目で、本発明例
のドリルは、切り屑形態としては処理性の良いカールさ
れた切り屑が得られ、１穴目の拡大代は、入り口、中央
とも０．０２ｍｍと良好であり、チッピングもなく正常
な摩耗を示したが、従来例１では切削速度が速すぎるた
め、１穴も加工できずに寿命となった。従来例２のドリ
ルも、外周側部にチッピングを生じた。そのため拡大代
は、０．０８ｍｍと大きくなった。更に、穴あけ試験を
継続した結果、１００穴目で、本発明例のドリルは、１
穴目の状態が継続し、逃げ面最大摩耗もＶＢｍａｘで
０．０８ｍｍ、正常な摩耗であつたが、従来例２のドリ
ルでは、外周端のチッピングが大きくなり、試験を止め
た。１００穴加工における拡大代は、本発明例０．０２
ｍｍに対し、従来例２は０．０８ｍｍであった。

【００１４】更に、試験を継続し、２００穴、４００
穴、６００穴で、徐々に溶着がみられるようになり、８
００穴加工でその一部が脱落したため、逃げ面最大摩耗
量が０．３ｍｍを越えたため、切削試験を止めた。８０
０穴加工での拡大代も０．０２ｍｍと良好であった。

【００１５】次に、先の実施例で用いた本発明例のねじ
れ角、チャンファ等を変化させて、同様に切削試験を行
った。先ず、ねじれ角を、３５度、３８度、４０度、４
５度、比較例１として５０度のものを製作した。切削試
験の結果、１穴目で、正常な摩耗は、ねじれ角３５度の
みで、他の３８度〜５０度のドリルはチッピングを生じ
た。そのため、３８度〜５０度の本発明例、比較例にチ
ャンファを設けた。チャンファは、ねじれ角に対応して
３８度では０．１〜０．３ｍｍ、４０度では、０．１〜
０．５ｍｍ、４５度では０．１〜１ｍｍ、チャンファの
角度は２５度、３５度、４５度、６０度として直線状に
加工した後、各繋ぎ部をＲ状に追加工した。また、同様
な角度・長さでチャンファを円弧状に形成したものも同
様に製作し、切削試験を行った。１穴目でのチッピング
等の防止は、ねじれ角３８度の本発明例全てで、チャン
ファを設けることにより防止でき、その処理量としては
０．１ｍｍ程度のチャンファで十分な効果が確認でき
た。試験を継続し、更に１００、２００穴と増やしてい
くに従い、チャンファを設けることによりチャンファの
角度が大きいほどバリ発生が少なく良好な切削となる。

【００１６】最凸部の位置５０％の試料を用いて、差６
を径の０．５％、２％、３％、４％、５％、１０％の試
料を製作し、同様に切削試験を行った。その結果、１穴
目で欠損を生じたのは、１０％の差６を設けた試料のみ
で他は正常な摩耗を示した。凸部が出っ張りすぎている
ため欠損した。更に試験を継続し、１００穴加工では、
差６が５％の試料で凸部の摩耗が大きくなり、溶着が認
められた。他の試料は正常な摩耗を示した。更に、５０
０穴まで試験を継続すると、差６が０．５％の試料で、
切り屑形態が変化し、連続する切り屑が排出されように
なった。他の試料は正常な摩耗を示した。

【００１７】上記実施例で用いたツイストドリルを用い
て、５ミクロンのＴｉＡｌＮを被覆した後、磁気研磨に
より被覆後の刃先処理を行った。被覆後の刃先処理によ
り、切れ刃部は、被覆後の被膜表面の凹凸が交差するた
め、その凹凸をならし、刃先稜線を滑らかにすることが
できる。また、チゼル部に対しても同様な効果に加え、
被膜表面に存在するドロップレットや大きな粒子をなら
し、膜の表面を滑らかにできる。特に、軟鋼等の延性の
ある材料では、膜のドロップレット等の突部が圧着等の
原因となるため、効果が大きい。

【００１８】

【発明の効果】上記のように、本発明に係る穴明け工具
を用いることにより、切削抵抗が小さく、穴精度（拡大
代）の良い加工が行え、また、チャンファを設けること
により切削が安定し、バリ発生も少なく優れた工具寿命
を発揮する。チャンファの外径差によってバリ対策もで
き、寸法精度および加工面精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来例のツイストドリルの正面図を示
す。

【図２】図２は、他の従来例のツイストドリルの正面図
を示す。

【図３】図３は、本発明例の実施例のドリルの正面図を
示す。

【図４】図４は、図３の要部拡大図を示す。

【図５】図５は、図３の先端視を示す。

【符号の説明】

１ツイストドリル２ねじれ角３先端刃４凸部５最凸部６最凸部との差７チャンファ８切屑排出溝９チャンファの角度１０チャンファの長さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被覆した超硬質合金製からなるツイストド
リルにおいて、ねじれ角を３５度〜４５度の強ねじれ角
とし、該ドリルの先端視で、先端切れ刃を凸状とし、か
つ、該凸状部の最凸部とシンニング刃とを結ぶ仮想線に
対して、先端切れ刃を刃径の１〜１０％回転方向後方側
に設け、先端刃と外周の繋ぎ部にチャンファを設けたこ
とを特徴とするツイストドリル。
【請求項２】請求項１記載のツイストドリルにおいて、
該チャンファを回転中心線の垂線に対して２５度〜６０
度の角度で設けたことを特徴とするツイストドリル。
【請求項３】請求項１乃至２記載のツイストドリルにお
いて、該チャンファの長さが０．１ｍｍ以上としたこと
を特徴とするツイストドリル。
【請求項４】請求項１乃至３記載のツイストドリルにお
いて、該チャンファは略円弧状としたことを特徴とする
ツイストドリル。
【請求項５】請求項１乃至４記載のツイストドリルにお
いて、該チャンファは略直線状としたことを特徴とする
ツイストドリル。