JP2010214478A - ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】２枚刃ドリルのような高い切削性能を実現しつつ、４枚刃を効果的かつ支障なく導入することにより、２枚刃ドリルより孔品質の向上、長使用寿命化が図られた部分的に４枚の切刃を有したドリルを提供する。
【解決手段】本ドリルは、ドリル先端部からドリル後端側Ｇまで形成された一対の主刃Ａ，Ａにより全体的に２枚刃の構成し、最大径位置Ｅ前後Ｆ−Ｇにのみ一対の副刃Ｂ，Ｂが設けられて部分的に４枚刃を構成する。主刃の先端Ａ１からドリル回転方向後方の９０°より小さい角度内に副刃の先端Ｂ１が位置する。主刃及び副刃の最大径位置からドリル先端側への先端角の増加率が最大径位置からの一定範囲において主刃より副刃の方が高いことにより、最大径位置よりドリル先端側において副刃の先端が主刃の先端よりドリル中心側に位置するとともに副刃の先端角が主刃の先端角より大きい。磨耗に伴い副刃の切削範囲が徐々に拡大し４枚刃が円滑に導入される。
【選択図】図６

Description

本発明は、部分的に４枚の切刃を有したドリルに関する。

周知のように穿孔工具としてドリルが利用されている。２枚刃ドリルは多用されている（例えば特許文献１）。２枚刃ドリルにあっては、切刃の枚数が比較的少ないことから、溝を大きく形成することができるため切粉の排出性が良好である。切粉の排出性が良好であれば、ドリルの送り速度を上げることができ、ドリルによる穿孔時間を短くすることができる。しかし、２枚刃ドリルにあっては、切刃の枚数が比較的少ないことから、切刃の磨耗進行が比較的速いという難点を有する。
図７は、典型的な４枚刃ドリルの断面図である。４枚刃ドリルにあっては、２枚刃ドリルに比較して切刃の枚数が多くなることから、図７に示すように回転方向切刃前方の溝を大きく形成することができず、切粉の排出性が低下する。そのため、ドリルの送り速度を上げること、ドリルによる穿孔時間を短くすることが難しくなる。その反面、４枚刃ドリルにあっては、切刃の枚数が比較的多いことから、切刃の磨耗進行が比較的遅いという利点、長期に亘り良好な孔品質に仕上げることができるという利点を有する。

特開２００８−３６７５９号公報

本発明は、以上の従来技術に鑑みてなされてものであって、２枚刃ドリルのような高い切削性能を実現しつつ、４枚刃を効果的かつ支障なく導入することにより、２枚刃ドリルに比して孔品質の向上、長使用寿命化が図られた部分的に４枚の切刃を有したドリルを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、互いにドリル中心軸について相対する位置に形成される一対の主刃により２枚刃の構成を有するとともに、
前記主刃と異なる周方向位置であって、互いにドリル中心軸について相対する位置に形成される一対の副刃を有し、
前記主刃の軸方向形成範囲が、ドリル後端側から最大径位置を跨ってドリル先端側に亘り、
前記副刃の軸方向形成範囲が、ドリル後端側から最大径位置を跨ってドリル先端側に亘り、
前記副刃の軸方向形成範囲のドリル先端側の終端は、前記主刃の軸方向形成範囲のドリル先端側の終端よりドリル後端側に位置し、
前記主刃の先端からドリル回転方向後方に辿って９０°より小さい角度範囲内に前記副刃の先端が位置し、
前記主刃及び前記副刃の先端は、最大径位置及びそのドリル後端側に亘って先端角が０°で同半径位置に形成されており、最大径位置からドリル先端側に向けて先端角が増加し、その増加率が最大径位置からの一定範囲において前記主刃より前記副刃の方が高いことにより、最大径位置よりドリル先端側において前記副刃の先端が前記主刃の先端よりドリル中心側に位置するとともに前記副刃の先端角が前記主刃の先端角より大きいドリルである。

請求項２記載の発明は、最大径位置から少なくとも前記副刃のドリル先端側の終端までの軸方向範囲の前記主刃の先端の形状が、最大径位置に端点を持ち最大径位置における接線がドリル中心軸に平行な円弧であり、
最大径位置から前記副刃のドリル先端側の終端までの軸方向範囲の前記副刃の先端の形状が、最大径位置に端点を持ち最大径位置における接線がドリル中心軸に平行な円弧であり、
前記副刃の前記円弧の半径が前記主刃の前記円弧の半径より小さいことを特徴とする請求項１に記載のドリルである。

本発明によれば、先行して主刃による２枚刃構成で切削作業を行い、主刃の磨耗進行に伴って被加工孔に対する副刃の切削範囲が拡大し、副刃による切削範囲においては主刃も有効に切削作用を奏するので、主刃及び副刃の４枚刃による切削作用が奏される。磨耗進行に伴って最大径位置は後退する。磨耗進行に伴い主刃及び副刃の４枚刃による切削範囲は、初期の最大径位置からドリル先端方向及びドリル後端方向へ延びるように拡大していく。
したがって、本発明のドリルによる穿孔作業は、先行して主刃による２枚刃構成で切削作業を行い、主刃が穿孔のための材料の切削作業の大部分を担い荒加工を済ませ、後方で主刃及び副刃の４枚刃による仕上げ加工を行う。
また、以上の最大径位置における磨耗進行に伴う４枚刃化により、２枚刃ドリルに比較してさらに最大径位置を後退さるような磨耗進行を抑えることができ、使用寿命が長期化する。また、最大径位置の後退に伴う必要送り量の増加を抑えられる。
したがって、本発明によれば、主刃単独による切削範囲によって２枚刃ドリルのような高い切削性能を実現することができ、磨耗進行により円滑に支障なく主刃及び副刃の４枚刃による切削を導入でき、４枚刃に仕上げ加工を担わせるという効果的な導入が可能であり、２枚刃ドリルのような高い切削性能を持ちながら２枚刃ドリルに比して仕上がり孔品質の向上、長使用寿命化が図られるという効果がある。
すなわち、本発明のドリルによれば、仕上がり品質の良い孔を短時間で加工でき、より多くの孔を繰返し加工することができるという効果がある。

本発明の一実施形態に係るドリルの全体側面図である。 図１に示す矢印ａ方向から見たドリルの正面図である。 図２に示す矢印ｂ方向から見たドリルの側面拡大図である。 図２に示す矢印ｃ方向から見たドリルの側面拡大図である。 本発明の一実施形態に係るドリルの主刃及び副刃の刃先曲線を同一平面に描いた模式図である。 (a)は図５の部分拡大図であり、（ｂ）は同対象部分の磨耗進行した後の状態を示す部分拡大図である。 典型的な４枚刃ドリルの断面図である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
図１に示すように、本実施形態のドリルは、のみ刃部１とシャンク部２とを有する。のみ刃部１とシャンク部２の間には２条のストレートＶ溝３ａが形成されている。

図２に示すように、のみ刃部１には、一対の主刃Ａ，Ａ及び一対の副刃Ｂ，Ｂがドリル中心軸について対称に設けられている。
図２において矢印ｄは切削時のドリル回転方向である。主刃Ａ，Ａはそれぞれ先端Ａ１で互いに接するすくい面Ａ２及び二番逃げ面Ａ３を有する。二番逃げ面Ａ３の回転方向後方には三番逃げ面Ａ４が連続して形成されている。
先端Ａ１の回転方向前方には溝Ａ５が形成されている。すくい面Ａ２は溝Ａ５の一側壁面として形成されている。図３に示すように溝Ａ５はドリル軸方向にストレートＶ溝３ａと連続する。

図２に示すように溝Ａ５は、先端Ａ１から回転方向前方のほぼ９０°の範囲に大きく形成されている。
副刃Ｂ，Ｂはそれぞれ先端Ｂ１で互いに接するすくい面Ｂ２及び逃げ面Ｂ３を有する。逃げ面Ｂ３の回転方向後方には溝Ａ５が連続して形成されている。先端Ｂ１の回転方向前方には溝Ｂ４が形成されている。すくい面Ｂ２は溝Ｂ４の一側壁面として形成されている。図３に示すように溝Ｂ４はドリル軸方向にストレートＶ溝３ｂと連続する。

図２に示すように主刃Ａの先端Ａ１からドリル回転方向後方に辿って９０°より小さい角度範囲内に副刃Ｂの先端Ｂ１が位置する。すなわち、図示する角度θ１，θ２は、θ１＜９０°、θ２＞９０°となる。
なお、主刃Ａ，Ａは互いにドリル中心軸について相対する位置に形成される。すなわち、主刃Ａ，Ａの先端Ａ１，Ａ１同士のドリル中心軸回りの相対角は１８０°である。副刃Ｂ，Ｂも互いにドリル中心軸について相対する位置に形成される。すなわち、副刃Ｂ，Ｂの先端Ｂ１，Ｂ１同士のドリル中心軸回りの相対角は１８０°である。

図２〜図４に示すように、副刃Ｂのドリル軸方向前方には溝Ｂ５が形成されている。溝Ｂ５は、溝Ｂ４及び逃げ面Ｂ３の前端に連続しドリル中心軸に垂直な面と、すくい面Ａ２と間隔を隔てすくい面Ａ２に平行な面とで切り取られる態様で形成されている。

次に、本実施形態のドリルの刃の軸方向形成範囲及び刃先形状につき説明する。
図５はドリル使用前の初期の形状を示している。図５に示すように主刃Ａは、ドリル先端部から最大径位置Ｅより後端側までの範囲ＬＡに形成されている。但し、ドリル先端部にチゼルエッジが残っていてもよい。この場合、ドリル後端側からチゼルエッジまでの範囲に主刃Ａが形成される。
図５に示すように副刃Ｂの軸方向形成範囲ＬＢは、主刃Ａと同様に、ドリル後端側から最大径位置Ｅを跨ってドリル先端側に亘るが、副刃Ｂの軸方向形成範囲ＬＢのドリル先端側の終端ＬＢ１は、主刃Ａの軸方向形成範囲ＬＡのドリル先端側の終端ＬＡ１よりドリル後端側に位置する。
主刃Ａの軸方向形成範囲ＬＡのドリル後端側の終端と、副刃Ｂの軸方向形成範囲ＬＢのドリル後端側の終端とは一致する。その一致点を図面上点Ｇとする。点Ｇよりドリル後端側はマージン形成範囲Ｍである。点Ｇで主刃Ａ，Ａ及び副刃Ｂ，Ｂのそれぞれに連続してマージンが範囲Ｍに形成されている。

図５に示すように、主刃Ａ及び副刃Ｂの先端Ａ１，Ｂ１は、最大径位置Ｅ及びそのドリル後端側の点Ｇに亘って先端角が０°で同半径位置に形成されている。

主刃Ａ及び副刃Ｂの先端Ａ１，Ｂ１は、最大径位置Ｅからドリル先端側に向けて先端角が連続した変化により単調増加する。ここで、「単調増加」は、一部に直線部、すなわち、先端角一定の部分を含むことを排除せず、先端角が減少する部分を含むことを排除する意味である。また、「連続した変化により」とするのは、不連続変化による角部を設けないためである。
主刃Ａは、ドリル先端部に向けて比較的緩やかにその先端角が増加する。

一方、副刃Ｂは、最大径位置Ｅからドリル先端側に向けての先端角の増加率が主刃Ａのそれより高く、図５に示すように、最大径位置Ｅよりドリル先端側において副刃Ｂの先端が主刃Ａの先端よりドリル中心側に位置するとともに副刃Ｂの先端角が主刃Ａの先端角より大きい。
例えば、最大径位置Ｅからドリル先端側の範囲において、副刃Ｂの刃先形状に半径Ｒ１の円弧形状を適用し、主刃Ａの刃先形状に半径Ｒ２の円弧形状を適用した場合であれば、Ｒ１＜Ｒ２との条件とする。この場合、詳しくは、最大径位置Ｅから少なくとも副刃Ｂのドリル先端側の終端ＬＢ１までの軸方向範囲の主刃Ａの先端の形状が、最大径位置Ｅに端点を持ち最大径位置Ｅにおける接線がドリル中心軸に平行で半径Ｒ２の円弧である。また、最大径位置Ｅから副刃Ｂのドリル先端側の終端ＬＢ１までの軸方向範囲の副刃Ｂの先端の形状が、最大径位置Ｅに端点を持ち最大径位置Ｅにおける接線がドリル中心軸に平行で半径Ｒ１の円弧である。
結果的に終端ＬＢ１で主刃Ａと副刃Ｂの先端位置にギャップＴ（Ｔ＞０）が生じる。
最大径位置Ｅからドリル先端側に向けての先端角の増加率が主刃Ａより副刃Ｂの方が高い範囲は、最大径位置Ｅから終端ＬＢ１までの範囲の全体としてもよいが、最大径位置Ｅから終端ＬＢ１よりドリル後端寄りの点までの一部としてもよい。後者の場合でも、最大径位置Ｅから終端ＬＢ１までの全範囲において、いずれの軸方向位置においても、副刃Ｂの先端Ｂ１を主刃Ａの先端Ａ１よりドリル中心側に位置させるとともに、副刃Ｂの先端角を主刃Ａの先端角より大きくする。

次に、本実施形態のドリルの作用につき説明する。
図６(a)に示すように、ドリル使用開始時は主刃Ａのみで被削材の切削を行う。矢印Ｈは主刃Ａの磨耗進行方向を示す。
図６(b)に示すように、主刃Ａの磨耗進行に伴い最大径位置Ｅがドリル後端方向へ後退する。それとともに、最大径位置Ｅよりドリル先端側の主刃Ａの先端Ａ１がドリル中心側へ近づき、副刃Ｂによる切削が開始される。したがって、副刃Ｂによる切削範囲は、矢印ｅ、ｆで示すように初期の最大径位置Ｅ（図６(a) ）からドリル先端方向及びドリル後端方向へ延びるように拡大する。図６(b)の点Ｅ−点Ｆ間が副刃Ｂによる切削範囲であるとともに、主刃Ａ及び副刃Ｂの４枚刃による切削範囲である。上述したように図２においてθ１＜９０°、θ２＞９０°であるため、４枚刃の範囲において主刃Ａの方が副刃Ｂより切削負荷が大きく、そのため主刃Ａの方が早く磨耗する。４枚刃による切削範囲Ｅ−Ｆは磨耗の進行によりさらに拡大していく。

したがって、本実施形態のドリルによる穿孔作業は、先行して主刃Ａによる２枚刃構成で切削作業を行い、主刃Ａが穿孔のための材料の切削作業の大部分を担い荒加工を済ませ、後方で主刃Ａ及び副刃Ｂの４枚刃による仕上げ加工を行う。
また、以上の最大径位置Ｅにおける磨耗進行に伴う４枚刃化により、２枚刃ドリルに比較してさらに最大径位置Ｅを後退さるような磨耗進行を抑えることができ、使用寿命が長期化する。また、最大径位置Ｅの後退に伴う必要送り量の増加を抑えられる。
したがって、本実施形態のドリルによれば、主刃Ａ，Ａ単独による切削範囲によって２枚刃ドリルのような高い切削性能を実現することができ、磨耗進行により円滑に支障なく主刃Ａ及び副刃Ｂの４枚刃による切削を導入でき、４枚刃に仕上げ加工を担わせるという効果的な導入が可能であり、２枚刃ドリルのような高い切削性能を持ちながら２枚刃ドリルに比して仕上がり孔品質の向上、長使用寿命化が図られる。

仮に、未使用時に副刃Ｂの先端Ｂ１の半径を主刃Ａの先端Ａ１と一致させておくと、使用開始から副刃の形成範囲にて４枚刃による切削が行われるが、主刃は２枚刃の範囲と４枚刃の範囲とで磨耗進行が著しく異なり、２枚刃と４枚刃との境で段差の付いた形状に磨耗してしまい、早期に使用不能になるという支障が生じる。
これに対し、本実施形態のドリルによれば、磨耗進行に伴い４枚刃による切削範囲を徐々に拡大し、２枚刃と４枚刃との境が移動していくから、主刃を滑らかな形状に維持することができ、４枚刃による切削範囲が点Ｇ又は終端ＬＢ１に到達するまで使用することができる。

本実施形態のドリルによれば、２枚刃ドリルと同等もしくはそれ以上の切粉の排出性が実現される。これは、２枚刃ドリルと同程度の大きさの溝Ａ５と、溝Ｂ５が設けられていることによる。２枚刃ドリルと同程度の大きさの溝Ａ５を設けることができたのは、θ１＜９０°という条件が１つの要因となっている。
また、副刃の主刃に対する角度θ１は、従来の４枚刃ドリルのようなθ１＝９０°ではなく、θ１＜９０°の条件下である程度選択できることから、θ１を抑振設計のパラメータとすることができ、共振しにくいドリルを構成することができる。

なお、副刃Ｂの終端ＬＢ１をドリル先端の方まで延ばさないのは、終端ＬＢ１をドリル先端の方へ延ばすほど、溝Ｂ４を深く、大きく形成しなければならず、切刃の強度低下の問題が生じるからである。そのため、終端ＬＢ１はドリル先端より最大径位置Ｅに近くなった。

以上の実施形態にあっては、ドリルの溝をストレート溝としたが、ねじり溝としてもよいことは勿論である。また、以上の実施例においては、主刃Ａと副刃Ｂの先端角がドリル先端側から０°となる互いの最大径位置を同じ点（最大径位置Ｅ）に配置する例について説明したが、本発明はこれに限らず、副刃Ｂの最大径位置を主刃Ａのそれよりもドリル後方側に位置するように互いの最大径位置を異ならせても良い。

１ のみ刃部
２ シャンク部
３ａ 溝
３ｂ 溝
Ａ 主刃
Ａ１ 先端
Ａ２ すくい面
Ａ３ 二番逃げ面
Ａ４ 三番逃げ面
Ａ５ 溝
Ｂ 副刃
Ｂ１ 先端
Ｂ２ すくい面
Ｂ３ 逃げ面
Ｂ４ 溝
Ｂ５ 溝
Ｅ 最大径位置
Ｆ 点
ＬＡ 主刃の軸方向形成範囲
ＬＢ 副刃の軸方向形成範囲
ＬＢ１ 副刃のドリル先端側の終端
Ｍ マージン形成範囲

Claims (2)

1. 互いにドリル中心軸について相対する位置に形成される一対の主刃により２枚刃の構成を有するとともに、
   前記主刃と異なる周方向位置であって、互いにドリル中心軸について相対する位置に形成される一対の副刃を有し、
   前記主刃の軸方向形成範囲が、ドリル後端側から最大径位置を跨ってドリル先端側に亘り、
   前記副刃の軸方向形成範囲が、ドリル後端側から最大径位置を跨ってドリル先端側に亘り、
   前記副刃の軸方向形成範囲のドリル先端側の終端は、前記主刃の軸方向形成範囲のドリル先端側の終端よりドリル後端側に位置し、
   前記主刃の先端からドリル回転方向後方に辿って９０°より小さい角度範囲内に前記副刃の先端が位置し、
   前記主刃及び前記副刃の先端は、最大径位置及びそのドリル後端側に亘って先端角が０°で同半径位置に形成されており、最大径位置からドリル先端側に向けて先端角が増加し、その増加率が最大径位置からの一定範囲において前記主刃より前記副刃の方が高いことにより、最大径位置よりドリル先端側において前記副刃の先端が前記主刃の先端よりドリル中心側に位置するとともに前記副刃の先端角が前記主刃の先端角より大きいドリル。
2. 最大径位置から少なくとも前記副刃のドリル先端側の終端までの軸方向範囲の前記主刃の先端の形状が、最大径位置に端点を持ち最大径位置における接線がドリル中心軸に平行な円弧であり、
   最大径位置から前記副刃のドリル先端側の終端までの軸方向範囲の前記副刃の先端の形状が、最大径位置に端点を持ち最大径位置における接線がドリル中心軸に平行な円弧であり、
   前記副刃の前記円弧の半径が前記主刃の前記円弧の半径より小さいことを特徴とする請求項１に記載のドリル。

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