JP2008296313A - ツイストドリル - Google Patents

Abstract

【課題】金属加工用ツイストドリルにおいて、先端中心部の刃先強度を維持しながらチゼルエッジを十分に小さくしてスラストの低減や、食い付き性、求心性の向上を図ることを課題としている。
【解決手段】各切れ刃３に対応させて設けるシンニング部６の溝底６ｃを凹曲面で形成し、各シンニング部６，６を、ドリル中心Ｏを越えて反対側切れ刃の逃げ面５側に入り込ませてドリルの正面視でシンニング部切れ刃３ａが延びる方向に所定量Ｙオーバーラップさせ、さらに、各シンニング部６，６のドリル先端に位置する部分に、チゼルエッジ８の幅を縮める副シンニング部７を設けた。
【選択図】図３

Description

この発明は、先端中心部の切れ刃の強度を維持しながらチゼルエッジの縮小によるスラストの低減や求心性向上を可能にした金属加工用のツイストドリルに関する。

金属加工用のツイストドリルについては、シンニング処理を施してスラストの低減、食い付き性や求心性の向上などを図ることが従来から行われている。図１０〜図１４に、従来用いられているシンニング形状の一例を示す。図１２は、Ｘ形シンニングであり、図１０のハッチング入れ部分をドリルの軸線ＣＬに対してα（図１１参照）の逃げ角をもつように加工してシンニング面６ａ，６ｂ間にβの開き角を有する溝（図１３参照）を生じさせている。片方のシンニング面６ａは逃げ面５に連なり、他方のシンニング面６ｂは、シンニング部切れ刃３ａ（シンニングによって生じる切れ刃）を生じさせてそのシンニング部切れ刃のすくい面となる。

図１４のシンニングは、切れ刃３を所定の芯上がり量（＝先端芯厚ｔの１／２）をもつ刃にするとともに、シンニング部６を、ドリル中心Ｏを越えて反対側切れ刃の逃げ面５側に入り込ませている。

これらのほかに、下記特許文献１〜３が開示しているようなシンニング形状も提案されている。これら特許文献のうち、文献１のドリルは、シンニング部切れ刃とシンニング部の逃げ面側の稜線とがなす角を１２０°〜１７０°の範囲に設定してシンニング処理によって作り出される切屑排出用の空間（この発明で言うシンニング部の溝）を大きくし、それにより、先端中心部で生成される切屑の排出性を向上させて食い付きの安定性や直進性を高めている。

また、特許文献２，３のドリルは、図１４のシンニングと同様に、芯上がりの切れ刃を有するドリルのシンニング部を、ドリル中心を越えて反対側切れ刃の逃げ面側に入り込ませてドリルの正面視で所定量オーバーラップさせたものであって、切れ刃側シンニング面と逃げ面側シンニング面が連なる部分（この発明では、溝底と言う）を凹曲面で形成することで先端中心部において生成される切屑の排出性を向上させている。なお、特許文献２，３のドリルは、前記凹曲面のＲ半径については０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、シンニング部のオーバーラップ量は０〜０．１ｍｍ、中心対象位置にあるシンニング部切れ刃間の切れ刃長手直角方向の距離は０〜０．３ｍｍ、チゼルエッジの幅は０〜０．１ｍｍの範囲にあるのが好ましいとしている。
特開２００５−１６９５７２号公報 特開２００３−２６６２２５号公報 特開２００７−１０１１号公報

図１２のＸ形シンニングは、切れ刃３をドリル中心Ｏに近づけてチゼルエッジの幅を縮めることができ、食い付き性や求心性を良くすることができるが、シンニング処理によって作り出される溝が小さいため先端中心部での切屑排出性に問題があり、切屑詰まりが発生してスラスト（スラスト力）の上昇、それによる中心部切れ刃の欠損が起こる。

また、図１４のシンニング形状は、シンニング部に形成される溝が大きく、切屑排出性が良くなってスラストが低減されるが、中心部の強度を確保するために先端芯厚ｔを厚くする必要があり、チゼルエッジの幅ｗが大きくなって求心性の低下、それによる穴曲がり（加工穴の曲がり）が起こり易い。剛性の低いロングドリルでは特に、その穴曲がりが顕著に現われる。

さらに、特許文献１が開示しているドリルは、シンニング部の逃げ面側の稜線をドリルの回転方向前方に延び出させてシンニング部に生じる溝を大きくしているため、先端中心部の切れ刃のバックメタル量が減少して先端中心部の強度が低下する。その先端中心部の強度は、シンニング部加工後の先端芯厚とシンニング部の溝底を構成する凹曲面のＲ半径の大きさにも左右され、２箇所のシンニング部をドリル中心側に寄せるほど弱くなる。このため、先端中心部に強度が要求されるときにはチゼルエッジの短縮を犠牲にせざるを得ず、スラストの低減と先端中心部強度の確保を両立させるのが難しい。

特許文献２，３が開示しているドリルは、シンニング部の溝底を凹曲面で形成して中心部での切屑排出性を高めているが、ドリルの場合、中心部の切削速度は０に近く、切屑は切削と言うよりは押し潰されるような状況で生成されて反対側切れ刃の逃げ面と被削材との間に入り込もうとするため、シンニング部をドリル中心部でオーバーラップさせることと、シンニング部の溝底を凹曲面で形成することだけでは十分でなく、先端中心部での切屑詰まりが起き易い。特に、切削送りが高くなると切屑の厚みが増し、反対側切れ刃の逃げ面と被削材との間に噛み込まれ易くなる。その噛み込みが起こると溶着が起こってスラストが高まり、中心切れ刃部の欠損に結びつく。

要するに、従来の技術では、先端中心部も含めた刃先強度の確保とスラストの低減や求心性向上のためのチゼルエッジの縮小を両立させることができない。

そこでこの発明は、金属加工用ツイストドリルを改善の対象にして、そのドリルの先端中心部の刃先強度を維持しながらチゼルエッジを十分に小さくしうるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、ドリル中心を間に挟んで片側と反対側にそれぞれ切れ刃を有し、さらに、各切れ刃に対応させた切屑排出溝と、チゼルエッジの幅を縮めるシンニング部を有するツイストドリルにおいて、前記シンニング部の溝底、即ち、切れ刃側シンニング面と逃げ面側シンニング面が交差した部分を凹曲面で形成し、各切れ刃のシンニング部を、ドリル中心を越えて反対側切れ刃の逃げ面側に入り込ませてドリルの正面視でシンニング部切れ刃が延びる方向に所定量オーバーラップさせ、さらに、各シンニング部のドリル先端に位置する部分に、前記チゼルエッジの幅をさらに縮める副シンニング部を設けた（以下では第１形態と言う）。

また、もうひとつの手法として、前提条件が上記と同じツイストドリルにおいて、前記シンニング部の溝底を凹曲面で形成し、各切れ刃のシンニング部のドリル先端に位置する部分に、ドリル中心を越えて反対側切れ刃の逃げ面側に入り込んでチゼルエッジの幅をさらに縮める副シンニング部を設けた（以下では第２形態と言う）。

これらのツイストドリルの副シンニング部は、切れ刃に刃先強化用のネガランドを形成し、そのネガランドに連ならせてネガランドの延長上に設けることができる。

また、第１形態のドリルは、切れ刃を所定の芯上がり量をもつ刃として構成し、ドリルの正面視で切れ刃に対して所定の角度をもってドリル中心側に入り込むようにその副シンニング部を形成することもできる。

その副シンニング部のドリル正面視におけるシンニング面間の開き角は、９０°以上が好ましい。

この発明のドリルは、シンニング部の溝底を凹曲面で形成しており、その凹曲面のＲ半径を大きくすることで先端中心部の強度を十分に確保することができる。また、凹曲面のＲ半径を単純に大きくすると先端芯厚が大きくなってチゼルエッジの幅も大きくなり、スラストの上昇や、食い付き性、求心性の悪化の問題が起こるが、第１形態のドリルは、各切れ刃のシンニング部を、ドリル中心を越えてオーバーラップするように反対側切れ刃の逃げ面側に入り込ませ、さらに、各シンニング部のドリル先端に位置する部分に副シンニング部を設けたので、チゼルエッジの幅が小さくなり、これに加えてシンニング部の溝が大きくなって切屑の排出性も良くなり、これらの相乗効果でスラストが低減される。また、チゼルエッジの幅が小さくなることで良好な食い付き性、求心性も確保される。

第２形態のドリルも、シンニング部の溝底を凹曲面で形成したことによって先端中心部の強度が確保され、さらに、副シンニング部によってチゼルエッジの幅が短縮される。また、シンニング部の溝底が凹曲面で形成されていることに加えて副シンニング部がドリル中心を越えて反対側切れ刃の逃げ面側に入り込んでいる（副シンニング部がシンニング部切れ刃の長手方向にオーバーラップした状態になる）ため、先端中心部での切屑の排出性もよくなり、スラストの低減と良好な食い付き性、求心性の確保が可能になる。

なお、第１形態のドリルで、正面視において芯上がりした切れ刃に対して所定の角度をもってドリル中心側に入り込むように副シンニング部を形成するものは、副シンニング部の大きさや形状を設定する際に刃先強化用ネガランドの大きさ、角度による制約を受けることがなく、設定の自由度が高まってより優れた機能をもつ副シンニング部を設けることが可能になる。

また、第１、第２形態のドリルで、副シンニング部を、切れ刃に形成する刃先強化用のネガランドに連ならせてネガランドの延長上に設けるものは、ネガランドの加工と副シンニング部の加工を連続作業で行うことができ、加工工程の短縮が図れる。

以下、添付図面の図１〜図９に基づいてこの発明のツイストドリルの実施の形態を説明する。図１に、この発明を適用するドリルの一例の全体を表す。このドリルは、本体部１の先端に着脱自在のヘッドピース２を設け、そのヘッドピース２に切れ刃３，３を設けた刃先交換式のドリルである。切れ刃３，３は、ドリル中心Ｏ（図２参照）を間に挟んで片側と反対側にあり、中心対象形状をなしている。

ヘッドピース２と本体部１には、各切れ刃に対応させた切屑排出溝（ねじれ溝）４，４を設けている。また、ヘッドピース２には、チゼルエッジ８の幅を縮めるシンニング部６，６と、副シンニング部７，７を各切れ刃に対応させて設けている。

シンニング部６は、切れ刃側シンニング面６ａと逃げ面側シンニング面６ｂとの間に溝を生じさせるものになっている。このシンニング部６のシンニング面６ｂは、逃げ面５のヒール側を削って生じさせた面であって、ドリルの軸心に対して図１１に示したαの逃げ角を付けている。そのシンニング面６ｂとシンニング面６ａとの交差部の溝底６ｃを半径Ｒ（図３参照）の凹曲面で形成している。

また、このシンニング部６は、ドリル中心Ｏを越えて反対側切れ刃の逃げ面側に入り込ませており、２つの切れ刃のシンニング部６，６は、ドリルの正面視（図３）において、シンニング部切れ刃３ａが延びる方向に所定量Ｙオーバーラップしている。このシンニング部６のドリルの正面視におけるシンニング部の広がり角θは、小さすぎると切屑の排出がスムーズになされず、大きすぎるとバックメタル量が減少して反対側切れ刃の強度に悪影響がでる。その２つのバランスを考えたときのθは、７５°〜１２０°の範囲が適正であった。また、シンニング部６，６のオーバーラップ量Ｙは、０．１２ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が先端部の芯厚の確保とスラスト低減の効果がバランスよく発揮されて適当であった。

副シンニング部７は、各シンニング部６のドリル先端に位置する部分に設けている。その副シンニング部７は、切れ刃３に沿って設けた刃先強化用のネガランド９（図５参照）
に連ならせてネガランド９の延長上に設けており、副シンニング部７の設置によって先端中心のチゼルエッジ８の幅が非常に小さくなっている。

副シンニング部７は、図４に示す逃げ角εを、シンニング部６の逃げ角αよりも大きくすると好ましく、そのようにすると、逃げ面側シンニング面６ｂや溝底６ｃに対する加工工具の干渉を生じさせずその副シンニング部７を加工することができる。また、副シンニング部７をネガランド９に連ならせてネガランド９の延長上に設けることで、ネガランド９の加工と副シンニング部７の加工を連続的に一工程で行うことができる。

溝底６ｃの半径Ｒは、その値が小さすぎると芯厚が薄くなって（図６の実線のＲと比較すると、半径の小さい一点鎖線のｒは芯厚を薄くする）先端中心部の強度が不足し、その値が大きすぎると芯厚が厚くなりすぎてスラスト低減の効果が損なわれるので、適切な値を選択する。その値は、シンニング部６のオーバーラップ量Ｙと同程度、具体的には半径Ｒ＝０．１５〜１．０ｍｍの範囲が特に良かった。一般に多用されている、直径がφ３ｍｍ〜５０ｍｍまでのドリルに採用してその範囲の数値が適切であることを確認したが、この数値は、φ５０ｍｍ以上のドリルにも適用できる。

副シンニング部７のドリルの正面視における広がり角η（図３）は、９０°以上にすると先端中心部において生成された切屑が排出され易くなり、また、溝底６ｃとの繋がりが滑らかになって繋ぎ部の強度低下も抑えられて好ましい。ηのより適切な値は９５°〜１２０°程度である。

図７は、ドリルの正面視におけるシンニング部６の広がり角θを、ドリルの正面視における副シンニング部７の広がり角ηよりも大きくした例を表している。この構造は、シンニング部に出来る溝がより大きくなって先端中心部で生成された切屑の排出性がより良くなる。

図８は、切れ刃３を所定の芯上がり量（ｔ／２）をもつ刃として構成し、副シンニング部７を、ドリルの正面視で、芯上がりした切れ刃（シンニング部切れ刃３ａ）に対して所定の角度σをもってドリル中心Ｏ側に入り込むように形成したものである。この構造は、副シンニング部７の大きさや形状を設定する際にネガランド９の大きさ、角度（図５のγ）による制約を受けることがなく、設定の自由度が高まってより優れた機能をもつ副シンニング部を設けることができる。チゼルエッジ８の幅は、０〜０．１ｍｍの範囲に設定すると優れた食い付き性や求心性が得られて好ましい。図８の構造は、ネガランド９による設置制約を受けないので、チゼルエッジ８の幅を０にすることも簡単である。図７のドリルの副シンニング部７は、ネガランド９の延長上に設けられているが、図８の副シンニング部７で代替してもよい。

図９は、シンニング部６の溝底６ｃを凹曲面で形成し、各切れ刃のシンニング部のドリル先端に位置する部分に、ドリル中心Ｏを越えて反対側切れ刃の逃げ面５側に入り込んでチゼルエッジ８の幅をさらに縮める副シンニング部７を設けたもの（第２形態）である。このドリルは、図１〜図８の第１形態と同様、シンニング部６の溝底６ｃがＲ半径の大きい凹曲面で形成されているが、第１形態と違って、シンニング部６，６のオーバーラップはなされていない。そこで、副シンニング部７を、ドリル中心Ｏを越えて反対側切れ刃の逃げ面５側に入り込ませ、その副シンニング部７をシンニング部切れ刃３ａの長手方向にオーバーラップさせている。この構造でも先端中心部での切屑の排出性が良くなり、スラストの低減と良好な食い付き性、求心性の確保が可能になる。また、シンニング部６の溝底６ｃをＲ半径の大きい凹曲面で形成したことによってシンニング部の芯厚が厚くなるため、先端中心部の強度も確保できる。芯厚の増加によるチゼルエッジの拡大を副シンニング部を設けることによって抑えており、その作用、効果は第１形態と同じである。

なお、以上の説明は、刃先交換式ドリルを例に挙げて行ったが、この発明は、全体が一体的に形成されるソリッドドリルにも適用できる。

以下に、より詳細な実施例を示す。
図３の形状のシンニング処理を行った外径φ＝１４ｍｍ、加工穴深さ５Ｄ（Ｄは直径）用の刃先交換式ドリル（発明品１）を製作した。このドリルの寸法諸元は、シンニング部のオーバーラップ量Ｙ＝０．３ｍｍ、ドリル正面視シンニング部広がり角θ＝１０５°、ドリル正面視副シンニング部広がり角η＝１００°、シンニング角δ＝１５０°、ネガランド傾斜角γ＝−２５°、ネガランド設置幅ｗ１＝０．１ｍｍ、チゼルエッジの幅ｗ＝０．０５ｍｍ、シンニング部逃げ角α＝３５°、シンニング部の溝の広がり角β＝１０５°、副シンニング部逃げ角ε＝４５°、シンニング部溝底のＲ半径＝０．５ｍｍである。

比較のために、同一径、同一長さの図１２のＸ形シンニングを施した従来品１（シンニング部溝底のＲ半径＝０．３ｍｍ、シンニング部のオーバーラップ量Ｙ＝０、チゼルエッジの幅ｗ＝０．０５ｍｍ）と、図１４のシンニングを施した従来品２（芯厚ｔ＝０．２５ｍｍ、シンニング部のオーバーラップ量Ｙ＝０．３ｍｍ、シンニング部溝底のＲ半径＝０．３ｍｍ、チゼルエッジの幅ｗ＝０．３５ｍｍ）も準備した。

次に、これらのドリルを用いてＳ５０Ｃの被削材に穴を加工した。そのときの条件として、Ｖ＝１００ｍ／ｍｉｎ、８０ｍ／ｍｉｎ、６０ｍ／ｍｉｎの各切削速度とｆ＝０．２ｍｍ／ｒｅｖ、０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、０．３ｍｍ／ｒｅｖの送りを組み合わせ、その条件でのスラストを比較した。その結果を図１５に示す。

また、各ドリルによる求心性を、Ｘ分力とＹ分力を測定して比較した。その結果を図１６に示す。

この試験結果から、発明品は従来品１，２に比べてスラストが低減されることがわかる。また、求心性は従来品２に比べると大幅に良くなっており、Ｘ形シンニングを施した従来品１と比較しても遜色のない結果が得られている。

この発明の第１形態のドリルを示す側面図 図１のドリルの拡大正面図 図２の中心部を拡大して示す正面図 副シンニング設置部を拡大して示す側面図 図３のＩ−Ｉ線に沿った断面図 シンニング部の溝底のＲ半径の違いによる芯厚の違いを比較した図 シンニング部の他の例を示す拡大正面図 シンニング部のさらに他の例を示す拡大正面図 この発明の第２形態のドリルの中心部を拡大して示す正面図 従来ドリルの一例を示す正面図 図１０のドリルのヘッド部の側面図 図１０のドリルの中心部（Ｘ形シンニング）を拡大して示す正面図 図１１のII−II線に沿った断面図 他のシンニングを施した従来ドリルの中心部を拡大して示す正面図 スラストの比較試験結果を示す図 求心性を現すＸ分力とＹ分力の測定結果を比較した図

符号の説明

１ 本体部
２ ヘッドピース
３ 切れ刃
３ａ シンニング部切れ刃
４ 切屑排出溝
５ 逃げ面
６ シンニング部
６ａ，６ｂ シンニング面
６ｃ 溝底
７ 副シンニング部
８ チゼルエッジ
９ 刃先強化用ネガランド
Ｏ ドリル中心
ＣＬ 軸線
α シンニング部の逃げ角
β シンニング部の溝の広がり角
γ ネガランドの傾斜角
ε 副シンニング部の逃げ角
η 副シンニング部の広がり角
θ シンニング部の広がり角
σ 副シンニング部の入り込み角
δ シンニング角
ｔ 先端芯厚
ｗ チゼルエッジの幅
ｗ１ ネガランド設置幅
Ｒ 凹曲面で形成される溝底の半径
Ｙ シンニング部のオーバーラップ量

Claims (5)

1. ドリル中心（Ｏ）を間に挟んで片側と反対側にそれぞれ切れ刃（３）を有し、さらに、各切れ刃に対応させた切屑排出溝（４）と、チゼルエッジ（８）の幅（ｗ）を縮めるシンニング部（６）を有するツイストドリルにおいて、
   前記シンニング部（６）の溝底（６ｃ）を凹曲面で形成し、各切れ刃のシンニング部（６，６）を、ドリル中心（Ｏ）を越えて反対側切れ刃の逃げ面（５）側に入り込ませてドリルの正面視でシンニング部切れ刃（３ａ）が延びる方向に所定量（Ｙ）オーバーラップさせ、さらに、各シンニング部（６，６）のドリル先端に位置する部分に、前記チゼルエッジ（８）の幅をさらに縮める副シンニング部（７）を設けたことを特徴とするツイストドリル。
2. 前記切れ刃（３）を所定の芯上がり量をもつ刃として構成し、前記副シンニング部（７）を、ドリルの正面視で、切れ刃（３）に対して所定の角度（σ）をもってドリル中心側に入り込むように形成した請求項１に記載のツイストドリル。
3. ドリル中心（Ｏ）を間に挟んで片側と反対側にそれぞれ切れ刃（３）を有し、さらに、各切れ刃に対応させた切屑排出溝（４）と、チゼルエッジ（８）の幅（ｗ）を縮めるシンニング部（６）を有するツイストドリルにおいて、
   前記シンニング部（６）の溝底（６ｃ）を凹曲面で形成し、各切れ刃のシンニング部（６，６）のドリル先端に位置する部分に、ドリル中心（Ｏ）を越えて反対側切れ刃の逃げ面（５）側に入り込んで前記チゼルエッジ（８）の幅をさらに縮める副シンニング部（７）を設けたことを特徴とするツイストドリル。
4. 前記切れ刃（３）に刃先強化用のネガランド（９）を形成し、前記副シンニング部（７）を、前記ネガランド（９）に連ならせて前記ネガランド（９）の延長上に設けた請求項１又は３に記載のツイストドリル。
5. 前記副シンニング部（７）のドリル正面視におけるシンニング面間の開き角（η）を９０°以上にした請求項１〜４のいずれかに記載のツイストドリル。

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