JP2017087342A - ツイストドリル - Google Patents

Abstract

【課題】ドリルの耐久性及びドリルの切削能力を維持しつつ、バリ及びバリキャップを抑えるドリルの提供。
【解決手段】
ツイストドリルの先端角（θ）は、１１８°〜１４０°であって、チゼルエッジ（６０）から連続する一対のシンニング面（３０）を有し、１対のすくい面から連続する１対の逃げ面（１０）と、逃げ面（１０）から回転方向後方側に連続してなる１対の逃げ面（２０）を有し、逃げ面（１０）及び逃げ面（２０）の外縁部から連続する弓状に突出する１対の外周刃（４０）を有し、該外周刃（４０）は、刃先角（β）が５°〜２５°であるツイストドリルによってバリ突出量を抑制する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ツイストドリルに関する。より詳しくは、優れた切削能力により真円の穴が開けられ、加工後の被切削材のバリの発生を著しく軽減させると共にセンターずれせず切り屑を詰まらせることなく排出し長期間使用が可能なドリルに関する。

ツイストドリルとは、穴あけ加工用の工具であるドリルの一種で、丸棒に切りくず排出用の螺旋状の溝が２本切られ、円錐型に尖らせた先端に一対の切れ刃が設けられたものである。

穴あけ加工は機械加工の中でも量的に大きな比重を占めている。しかし、穴あけは時間のかかる様々で困難な問題を抱える作業である。中でも、穴あけ加工後のバリの発生は被切削材料によっては解決が困難であり、従来から、穴あけ加工後のバリを防止するために様々な工夫がなされてきた。

非常に多くのツイストドリルの先端部の形状が知られており、小さな形状の変更がドリルの切削能力に多大な影響を与えることから、目的にあったドリルの先端部の形状が作業時に選択される。

図１に示すドリルのポイント形状は、いわゆるろうそく研ぎと呼ばれるポイント形状であって、ドリルの先端部の内周側領域に第１の切り刃角（α１）を有する小径（Ｘ）の切れ刃（１０１）、及び前記先端部の外周側領域に第２の切り刃角（α２）を有する大径（Ｙ）の切れ刃（１０２）を備え、切れ刃（１０２）に対応する１対のねじれ溝（１０３）を有する。従来から知られているこのろうそく研ぎと呼ばれるポイント形状は、薄板等の貫通時のバリや振動の抑制効果があるものとして、この分野でよく知られている。しかしながら、このろうそく研ぎドリルを使用するには高度な技術を伴う。即ち、シンニングなどの追加加工がしにくく、また、外周側領域の切刃角（１０２）を１８０°を超える角度にすることによって、内周側領域の突出量が小さくなるので、求心性が低下し位置ずれを生じてしまう。したがって、加工の際の位置決めが困難である。また、このドリルはスラストが大きく振動によるビビリにより貫通時において素材に亀裂が生じ易かった。

特許文献１には、炭素繊維やケプラー繊維等により構成した繊維強化複合材の穴あけ加工に用いるのに好適なツイストドリルに関するものが開示されている。

図２にて特許文献１開示のドリルの軸線方向矢視図（ａ）、側面図（ｂ）、（ｂ）を軸回転した側面図（ｃ）を示す。文献１には、ねじれ溝（２）を先端側から基端部側へ向かうに従って回転方向へ進む螺旋状に形成し、ドリル本体（１）の先端部に、１０°〜４５°の逃げ角が付された平坦な第１逃げ面（４）を切れ刃（３）に沿って形成し、この第１逃げ面（４）の後ろ側に、第１逃げ面（４）の逃げ角よりも５°以上大きな逃げ角が付された平坦な第２逃げ面（５）を形成し、かつ第１、第２逃げ面の交叉稜線（６）と切れ刃（３）との軸線（Ｎ）方向先端視における離間距離（Ｖ）を１ｍｍ以下としたドリルが記載されている。

特許文献２には、ドリルの性能を維持しつつ、外バリおよびバリキャップの形成を抑えるツイストドリルを提供するものが開示されている。

図３にて、特許文献２のドリルの側面図の形状を示す。特許文献２には、リード角（α１）を有するドリルに於いて、切削粉排出用の溝（Ｍ）を２ヶ所または偶数個持ち、その先端に切刃（Ｌ１）、切刃（Ｌ３）、突出した切刃（Ｌ４）を１個または偶数個持ち、チゼルエッジ（Ｌ２）を１個持ち、切刃（Ｌ１）と切刃（Ｌ３）は先端角（θ１）をなし、それぞれ逃げ角（β１）をもち、また、ドリル先端から切刃（Ｌ４）の先端までの垂直距離（Ｈ）を持ち、切刃（Ｌ３）と切刃（Ｌ４）の隅に半径（Ｇ）を持つツイストドリルが記載されている。

特許文献３には、ツイストドリルに関し、特に高強度繊維複合材を穿孔することに好適なツイストドリルであって、詳しくは、軸線回りに回転されるドリル本体の外周部分に切屑排出用の捩れリード溝を形成したランド部を備え、先端部分には、先端角により形成される一対の切り刃および逃げ面が形成されるツイストドリルの改良に関するものが開示されている。

図４にて、特許文献３のドリルの軸線方向矢視図（ａ）、側面図（ｂ）、（ｂ）を軸回転した側面図（ｃ）を示す。文献３には、軸線回りに回転されるドリル本体（７）の外周部分に切屑排出用の捩れリード溝（８）を形成したランド部（９）を備え、先端部分には、先端角により形成される一対の切り刃（１１）および逃げ面（１２）が形成されるツイストドリルにおいて、上記逃げ面の外周肩部をＲ面取りした湾曲面（１５）とし、切り刃（１１）および前記肩部近傍のリード溝（８）に掬い部（２１）を設け、かつ切り刃の稜線を先端部から外周端に向けた凹曲線状とそれに続く湾曲状にし、全体として切り刃を側面視Ｓ字曲線からなる鋭利な刃先形状としたことを特徴とするツイストドリルが記載されている。

しかしながら、これら既開示のツイストドリルにはセンターずれや打ち抜きバリが出る等の欠点があった。

特開平２−２３７７１２号公報 特開平８−３００２０９号公報 特開２００７−１４４５２６号公報

本発明の目的は、切削材料に対し理想的な真円のバリのない打ち抜き穴形状を作成すること、及び加工の際に、センターずれせず、切り屑をつまらせることなく排出し、且つドリル本体が長寿命であるツイストドリルの提供にある。

請求項１に記載の発明は、棒状のドリル本体の先端部に、一対の外周へ向けて凹曲線をなす切れ刃を有し、先端に前記切れ刃を含み、軸線方向に沿って螺旋状に延びる一対のねじれ溝を有するツイストドリルであって、前記ツイストドリルの先端角は、１１８°〜１４０°であるとともに、チゼルエッジから連続する一対のシンニング面を有し、前記一対の切れ刃に対応する１対のすくい面から連続する１対の第１の逃げ面と、第１の逃げ面から連続する１対の第２の逃げ面を有し、第１の逃げ面及び第２の逃げ面の外縁部から連続してドリルの進行方向へ弓状に突出する１対の外周刃をランドの先端に有し、該外周刃は、刃先角が５°〜２５°であることを特徴とするツイストドリルに関する。

請求項２に記載の発明は、前記外周刃の先端とドリル本体先端との軸線方向の距離がドリルの１回転当たりの送り量以上であることを特徴とする請求項１に記載のツイストドリルに関する。

請求項３に記載の発明は、前記外周刃の基部の幅がドリル本体先端部の直径の３０％〜５０％であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のツイストドリルに関する。

請求項４に記載の発明は、前記シンニング面は略三角形であって、該三角を囲む最長の辺の長さはドリル先端の径の５％〜１０％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のツイストドリルに関する。

本発明によれば、先端角を１１８°〜１４０°とし、チゼルエッジに連続する一対のシンニング面を形成することにより、切り屑が分断されやすく、また、チップポケットが広く確保されていることから、切り屑が詰まることなく吐き出されることとなる。

更にスラスト抵抗の低減にも効果があり、ドリルの先端強度を高める効果がある。また、先端が尖っているため食いつきがよく、ビビリによる位置ずれが起こりにくい。したがって、穿孔の加工品位が高く誤差の少ない真円になることにより、切削断面が平坦となるので、副次的にバリが発生しにくいという効果も生じる。

本発明の先端逃げ面の逃げ角は、二段で構成されており、すくい面から連続する第一の逃げ面及び第１の逃げ面から回転方向後方側に連続する第２の逃げ面を構成する。このことにより、求心性が良好で刃付精度が良い。

外周刃の刃先角は５°〜２５°と小さく刃先が鋭利である。この外周刃で被切削材料を加工するのでバリを抑制することができる。

また、外周刃の刃先角は５°〜２５°と小さいことから、切れ刃の摩耗が小さく熱を生じにくく、発熱による焼き付きなどが生じにくい。また、発熱が起きにくいことにより切削材料の変形が抑制されるので、切削時にドリルと切削面とに隙間が生じにくく理想的な加工が可能となる。また、ビビリも生じにくい。よって、穿孔の加工品位が高くなることにより副次的にバリが発生しにくいという効果も生じる。

外周刃先端とドリル本体先端との軸線方向の距離（Ｈ）がドリルの１回転当たりの送り量以上であることにより、外周刃が被切削面に接触する前に切れ刃が案内刃となることでセンターずれを起こさない切削が可能となる。

外周刃の形状が第１の逃げ面及び第２の逃げ面に沿って弓状に突出していることによりチッピングが生じにくく、かつ材料への食いつきも良好である。また、この形状にすることにより被切削面の摩擦が起きにくいため、発熱を抑制することにより被切削面の変形を抑制し穿孔の加工品位を高く保つことができる。

外周刃端部と第１の逃げ面及び第２の逃げ面との接線は直線であり、外周刃の内側面、逃げ面１及び逃げ面２は平坦な面であり加工が容易になるよう工夫がなされている。

従来からあるバリの出にくいドリルの一例を示す図である。 （ａ）は特許文献１の第２図であり、（ｂ）は特許文献１の第３図であり、（ｃ）は特許文献１の第４図である。 特許文献２の図１である。 （ａ）は特許文献３の図２の（１）であり、（ｂ）は特許文献３の図２の（２）であり、（ｃ）は特許文献３の図２の（３）である。 図（ａ）は刃先部分を示す軸方向から見た端面図及び図面（ｂ）は側面図を示すいずれも本発明の一例である。 本発明の一例を示すものであって図（ａ）及び図（ｂ）は図５から角度を変えた刃先部分を示す軸方向から見た端面図及び側面図である。 本発明の一例に係るドリル先端の斜視図である。 図７の角度を変えたドリル先端の斜視図である。 本発明の一例に係るドリルの先端を示す側面図である。 従来のドリルの切削結果を示す図である。 本発明のドリルの切削結果を示す図である。

以下、添付図面の図５から図１１に基づき、この発明のツイストドリルの形態について説明する。本発明のツイストドリルは、ドリル本体の先端に凹曲線をなす切れ刃（５０）を有し前記先端から軸線方向に沿って一対のねじれ溝（Ｐ）を有する。

前記ツイストドリルの先端角（θ）は、１１８°〜１４０°である。好適には１２５°〜１３５°が望ましい。その理由は、ドリルの先端角（θ）が１１８°未満とすると、被切削材との接触長さが長くなり、実質切込み量が増加する。よって切り屑の厚さが増すことで、切り屑の詰まりが発生し、先端角（θ）が１４０°を超えるとスラスト抵抗が増加し、トルクが減少することにより、切削速度が低下するので、何れも好ましくないからである。

チゼルエッジ（６０）に連続する一対のシンニング面（３０）を有する。
本発明は一対のすくい面から連続する一対の第１の逃げ面（１０）及び第１の逃げ面（１０）から回転方向後方側に連続する一対の第２の逃げ面（２０）を形成する。

第１の逃げ面（１０）の逃げ角は６°〜１５°であり、第２の逃げ面（２０）の逃げ角は第１の逃げ面（１０）の逃げ角から更に６°〜１０°大きい。その理由は、第１の逃げ面（１０）の逃げ角が６°未満及び／又は第１の逃げ面の逃げ角からの第２の逃げ面の逃げ角が６°未満の大きさだと、被切削材との逃しが十分でなく発熱による焼き付きなどが生じやすく、第１の逃げ角が１５°を超え及び／又は第１の逃げ面の逃げ角からの第２の逃げ面の逃げ角が１０°を超えると刃先強度不足によるチッピング、欠け、及び／又はビビリの原因となるから、何れも好ましくないからである。

第１の逃げ面（１０）及び第２の逃げ面（２０）の外縁部から連続する弓状に突出する１対の外周刃（４０）を有し、該外周刃（４０）は、刃先角（β）が５°〜２５°である。その理由は、刃先角が、５°未満とすると刃先の強度が低くなり過ぎることによりチッピング、欠け及び／又はビビリが発生するからである。また、２５°を超えると刃先の鋭利性に影響し被切削材にバリが生じ、何れも好ましくないからである。

外周刃（４０）の弓状の基部の幅はドリル先端の径の３０％〜５０％である。その理由は、後述するように高さが決まっているので、３０％未満であれば、刃先の強度が低くなり過ぎることによりチッピング、欠け及び／又はビビリが発生するからである。また、５０％を超えると被切削材との接触長さが増大し、切り屑の厚さが増すことで、切り屑の詰まりが発生し、何れも好ましくないからである。

外周刃（４０）の基端から先端までの高さは、外周刃（４０）基部の幅の７％〜２０％であることが望ましい。その理由は、７％以下ではドリルと被切削面との接触長さが増大し、切り屑の厚さが増すことで、切り屑の詰まりが発生し、２０％を超えると外周刃（４０）の刃先の強度が低くなり過ぎることからチッピング、欠け及び／又はビビリが発生し、何れも好ましくないからである。

シンニング面（３０）の辺の長さはドリル先端部の径の５％〜１０％が好ましい。その理由は、５％未満とすると切り屑が分断されにくく、及びチップポケットが確保されないことから、切り屑が詰まり、１０％を超えるとドリルの先端強度が低下し、ドリルの寿命を縮めることとなり何れも好ましくないからである。

シンニングによる先端の角度（ε）は５°〜３５°である。その理由は、５°未満とすると切り屑が分断されにくく、及びチップポケットが確保されないことから、切り屑が詰まり、３５°を超えるとドリルの先端強度が低下し、ドリルの寿命を縮めることとなり何れも好ましくないからである。

本発明の切削過程は、まずドリル先端部の中心から切れ刃（５０）が案内刃となり切削を行い、次いで外周刃（４０）が切削を行う。外周刃（４０）が削り出す削り屑は切れ刃（５０）によって、逃げ面を通り、ねじれ溝を介して排出される。最終的に外周刃（４０）が被切削材を貫通することにより切削が完了する。

［実施例１］このように構成された本発明のツイストドリル及び市販のＸ型シンニングを施したツイストドリルを用いて、実際に充填剤入のフッ素樹脂の穴あけによる切削試験を行って比較した。

ドリル寸法は、φ６．８ｍｍ。ドリルの材質は超硬合金、被切削材は充填材入のフッ素樹脂。穴深さ７０ｍｍ通り穴。切削速度２２．６ｍ／ｍｉｎ。送り量０．１ｍｍ／ｒｅｖ。回転速度は１０６０ｒｐｍ。切削油材は不使用。

切削結果を、図１０及び図１１に示す。市販のドリルでは、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように「王冠」状の許容できないバリ（Ｒ）形状が発生している。図１０（ａ）の穿孔（Ｓ）の左側にはドリルによる切削が不完全であり、切り抜かれた非切削材料（Ｔ）が未だ穿孔外側と繋がっていることが示されている。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の切り抜かれた非切削材料（Ｔ）を上側に持ち上げた図である。

一方、本発明による穿孔（Ｕ）は、裂けがなくバリが発生していない優れた穿孔形状が図１１に示されている。
また、本発明は、長寿命であり同一素材でのツイストドリルとの比較では、従来のドリル(NACHI
鉄工用ドリル(ＮＡＣＨＩシンニング付き） ６．２ｍｍ １本入 ＳＤＸＪＰ６．２ 商品ＩＤ１５８７７４)では、工具の破損までは３，０００孔までであったが、本発明のドリルでは１１，０００孔まで可能であった。

本発明の加工対象は、炭素繊維やケプラー繊維等により構成した繊維強化複合材等の加工時にバリが発生しやすい材質のものに最適であるが、これらに限定されない。本実施形態の被切削材は、充填剤入りのフッ素樹脂であるが、充填材は、ガラス繊維、グラファイト、ブロンズ、カーボン繊維、ガラス繊維、ポリイミドまたはこれらの複合であってもよい。

本発明のドリルの材質は、工具鋼である炭素工具鋼（ＳＫ）、合金工具鋼（ＳＫＳ）、又は高速工具鋼（ＳＫＨ）（溶解ハイス又は粉末ハイス）、であってもよく、焼結合金である超硬合金（超微粒子等）、サーメット、セラミック、ＣＢＮ、又はダイヤであってもよい。

本発明のドリルに対する表面処理は、水蒸気処理、窒化処理、コーティング、又は電着であってもよい。

本発明は、優れた切削能力により理想的な真円の穴が開けられ、加工後の被切削材のバリの発生を著しく軽減させると共にセンターずれせず切り屑を詰まらせることなく排出し長期間使用が可能なドリルを提供することができる。

１０． 第１の逃げ面
２０． 第２の逃げ面
３０． シンニング面
４０． 外周刃
５０． 切削刃
６０． チゼルエッジ
７０． すくい面
Ｐ． 溝
Ｑ． ランド
Ｒ． バリ
Ｓ． 従来ドリルによる穿孔
Ｔ． 切り抜かれた被切削材料
Ｕ． 本発明による穿孔
θ． 先端角
α． リード角
β． 外周刃先角度
γ． 第１の逃げ角
δ． 第２の逃げ角
ε． シンニングの角度
Ｈ． 距離Ｈ

Claims (4)

1. 棒状のドリル本体の先端部に、一対の外周へ向けて凹曲線をなす切れ刃を有し、先端に前記切れ刃を含み、軸線方向に沿って螺旋状に延びる一対のねじれ溝を有するツイストドリルであって、
   前記ツイストドリルの先端角は、１１８°〜１４０°であるとともに、
   チゼルエッジから連続する一対のシンニング面を有し、
   前記一対の切れ刃に対応する１対のすくい面から連続する１対の第１の逃げ面と、第１の逃げ面から連続する１対の第２の逃げ面を有し、
   第１の逃げ面及び第２の逃げ面の外縁部から連続してドリルの進行方向へ弓状に突出する１対の外周刃をランドの先端に有し、
   該外周刃は、刃先角が５°〜２５°であることを特徴とするツイストドリル。
2. 前記外周刃の先端とドリル本体先端との軸線方向の距離がドリルの１回転当たりの送り量以上であることを特徴とする請求項１に記載のツイストドリル。
3. 前記外周刃の基部の幅がドリル本体先端部の直径の３０％〜５０％であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のツイストドリル。
4. 前記シンニング面は略三角形であって、該三角を囲む最長の辺の長さはドリル先端の径の５％〜１０％であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のツイストドリル。