JP2020023051A - ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】長い切り屑の発生を抑制することが可能なドリルを提供する。【解決手段】回転軸１を中心に回転可能なドリルであって、円弧状の切れ刃４とシンニング切れ刃２とを備える。切れ刃４は、回転軸１に沿った方向から見た先端側に配置される。シンニング切れ刃２は、切れ刃４から見て回転軸１側に位置するとともに切れ刃４と連なる。回転軸１に沿った方向から見た、ドリルの直径Ｄに対するシンニング切れ刃２の長さＬの比率が６％以上１４％以下である。回転軸１に沿った方向から見た、ドリルの直径Ｄに対する切れ刃４の曲率半径Ｒの比率が２５％以上４５％以下である。【選択図】図２

Description

この発明は、非鉄金属などの加工に適用可能なドリルに関する。

従来、金属などからなる機械部品の穴あけ加工に用いる工具としてドリルが知られている（たとえば、特開２０１４−８３６４６号公報参照）。特開２０１４−８３６４６号公報では、軽金属などの加工に用いるドリルであって、ドリル本体の先端側に形成された切れ刃と、切り屑排出用の螺旋状の溝とが形成されたドリルが開示されている。

特開２０１４−８３６４６号公報

従来のドリルを用いて機械部品に穴あけ加工を行う際、発生する切り屑の長さがたとえば３ｍｍ以上と長くなる場合があった。このような長い切り屑は、加工対象である機械部品に付着する恐れがある。たとえば、機械部品の表面に予め溝や凹部などが形成されている場合、当該溝や凹部に切り屑が入り込むことがある。そして、上述のような長い切り屑は、溝などの内部に引っかかり、機械部品を洗浄しても容易に溝の内部から排出されない場合がある。

このように機械部品の溝などの内部に切り屑が存在する場合、当該機械部品を組立てて機械装置を構成するときに、機械部品の組み付けができない、あるいは機械装置の動作不良が発生する、といった問題の原因となる。

そこで、長い切り屑の発生を抑制することが可能なドリルを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るドリルは、回転軸を中心に回転可能なドリルであって、円弧状の切れ刃とシンニング切れ刃とを備える。切れ刃は、回転軸に沿った方向から見た先端側に配置される。シンニング切れ刃は、切れ刃から見て回転軸側に位置するとともに切れ刃と連なる。回転軸に沿った方向から見た、ドリルの直径に対するシンニング切れ刃の長さの比率が６％以上１４％以下である。回転軸に沿った方向から見た、ドリルの直径に対する切れ刃の曲率半径の比率が２５％以上４５％以下である。

上記によれば、長い切り屑の発生を抑制することが可能なドリルを提供できる。

本発明の一態様に係るドリルの斜視模式図である。 図１に示したドリルの回転軸に沿った方向から見た先端部の模式図である。 図１に示したドリルの回転軸に対して直交する方向から見た側面模式図である。 本発明の一態様に係るドリルの変形例の先端部の模式図である。 本発明の一態様に係るドリルの変形例の先端部の模式図である。 本発明の一態様に係るドリルの変形例の先端部の模式図である。 本発明の一態様に係るドリルの変形例の先端部の模式図である。 図７に示したドリルの部分拡大模式図である。 本発明の一態様に係るドリルの変形例の先端部の模式図である。 図９に示したドリルの部分拡大模式図である。 本発明の一態様に係るドリルの変形例の先端部の模式図である。

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。なお、以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。

（１） 本発明の一態様に係るドリル１０は、回転軸１を中心に回転可能なドリル１０であって、円弧状の切れ刃４とシンニング切れ刃２とを備える。切れ刃４は、回転軸１に沿った方向から見た先端側に配置される。シンニング切れ刃２は、切れ刃４から見て回転軸１側に位置するとともに切れ刃４と連なる。回転軸１に沿った方向から見た、ドリル１０の直径Ｄに対するシンニング切れ刃２の長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）が６％以上１４％以下である。回転軸１に沿った方向から見た、ドリル１０の直径Ｄに対する切れ刃４の曲率半径Ｒの比率（Ｒ／Ｄ）が２５％以上４５％以下である。

このようにすれば、シンニング切れ刃２の長さＬと切れ刃４の曲率半径Ｒとの関係を上記のような関係とすることで、３ｍｍ以上の長さとなる長い切り屑の発生を抑制できる。ここで、ドリル１０の直径Ｄに対するシンニング切れ刃２の長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）の下限を６％としたのは、以下の理由による。すなわち、当該比率（Ｌ／Ｄ）が６％未満となるとドリルの回転軸付近での強度が低下する結果、実用上必要とされるドリルの耐久性を確保することが難しくなるからである。上記比率（Ｌ／Ｄ）の上限を１４％としたのは、以下の理由による。すなわち、比率（Ｌ／Ｄ）が１４％超えとなると、切り屑の分断性が低下する。そのため、ドリルでの穴あけ加工の初期に、３ｍｍ以上の長さとなる長い切り屑の発生確率が高くなる。その結果、長い切り屑の発生頻度が、実用上問題となる程度に高くなるからである。

また、ドリル１０の直径Ｄに対する切れ刃４の曲率半径Ｒの比率（Ｒ／Ｄ）の下限を２５％としたのは、以下の理由による。すなわち、当該比率（Ｒ／Ｄ）を２５％未満とすると、ドリルにおける切り屑の排出用溝において切り屑が詰まるといった不良の発生確率が高くなるためである。また、上記比率（Ｒ／Ｄ）の上限を４５％としたのは、以下に理由による。すなわち、上記比率（Ｒ／Ｄ）を４５％超えとすると、切り屑に対して切れ刃４により十分な変形抵抗を与えることができず、小さなカール半径で切り屑を切断することが難しくなる。このため、たとえば穴あけ加工における切り屑の分断が不十分となる。この結果、長い切り屑の発生確率が高くなるからである。

（２） 上記ドリルにおいて、回転軸１に沿った方向から見て切れ刃４を含む円弧とシンニング切れ刃２との接続点２２を考えたときに、接続点２２における円弧の接線とシンニング切れ刃２との間の角度αが１１０°以上１５０°以下であってもよい。

この場合、角度αの値を上記のような範囲に設定することで、切れ刃４とシンニング切れ刃２との接続部で切り屑が分断されず、全体としてほぼ一定の長さの切り屑を生成することができる。なお、上記角度αの下限を１１０°としたのは、以下の理由による。すなわち、当該角度αが１１０°未満となる場合には、穴あけ加工初期での長い切り屑の発生確率が高くなる。また、上記角度αの上限を１５０°としたのは、以下の理由による。すなわち、上記角度αが１５０°を超える場合も、長い切り屑の発生確率が実用上問題となる程度に大きくなる。

（３） 上記ドリル１０において、角度αは１２０°以上１４０°以下であってもよい。この場合、穴あけ加工初期での長い切り屑の発生確率を低減できる。

（４） 上記ドリル１０において、ドリル１０の直径Ｄに対するシンニング切れ刃２の長さＬの上記比率（Ｌ／Ｄ）は９％以上１１％以下であってもよい。ドリル１０の直径Ｄに対する切れ刃４の曲率半径Ｒの上記比率（Ｒ／Ｄ）は３０％以上３５％以下であってもよい。この場合、長い切り屑の発生確率をより低減できる。

（５） 上記ドリル１０は、切れ刃４とシンニング切れ刃２との間を繋ぐ直線部２１をさらに備えていてもよい。この場合、切れ刃４とシンニング切れ刃２との接続部での切り屑の分断を抑制できる。

（６） 上記ドリルは、切れ刃とシンニング切れ刃との間を繋ぐ曲線部をさらに備えていてもよい。この場合、切れ刃４とシンニング切れ刃２との接続部での切り屑の分断を抑制できる。

[本発明の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」とも記す）について説明する。ただし本実施形態はこれらに限定されるものではない。

＜ドリルの構成＞
図１〜図３に示すように、本実施形態に係るドリル１０は、回転軸１を中心に回転可能なドリル１０であって、円弧状の切れ刃４と、シンニング切れ刃２と、らせん状の溝８とを備える。回転軸１に対する溝８の交差角度であるねじれ角はたとえば２０°以上４０°以下である。当該ねじれ角は２５°以上３５°以下としてもよい。切れ刃４は、図２に示すように、回転軸１に沿った方向から見たドリル１０の先端側に配置される。図１〜図３に示したドリル１０では、２つの切れ刃４が形成されている。なお、切れ刃４の数は３以上であってもよい。

シンニング切れ刃２は、ドリル１０の先端部に形成される。シンニング切れ刃２は切れ刃４から見て回転軸１側に位置する。シンニング切れ刃２と切れ刃４とは接続部３を介して連なるように形成される。シンニング切れ刃２は、接続部３から回転軸１側に延びるように形成されている。シンニング切れ刃２はたとえば直線状である。異なる観点から言えば、切れ刃４は変曲点としての接続部３を介してシンニング切れ刃２と接続されている。シンニング切れ刃２は、ドリル１０の先端側に２つ形成されているが、３つ以上形成されていてもよい。なお、上述のように切れ刃４とシンニング切れ刃２とは連なるように形成されているので、切れ刃４の数とシンニング切れ刃２の数とは同じである。

回転軸１に沿った方向から見た、ドリル１０の直径Ｄに対するシンニング切れ刃２の長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）は６％以上１４％以下である。ここで、シンニング切れ刃２の長さＬは、シンニング切れ刃２において回転軸１に最も近接した位置から接続部３までの距離である。ドリル１０の直径Ｄに対するシンニング切れ刃２の長さＬの上記比率（Ｌ／Ｄ）は９％以上１１％以下であってもよい。

図２に示すように、回転軸１に沿った方向から見た、ドリル１０の直径Ｄに対する切れ刃４の曲率半径Ｒの比率（Ｒ／Ｄ）は２５％以上４５％以下である。なお、切れ刃４が円弧状とは異なる形状の部分を含む場合、切れ刃４の曲率半径Ｒは、切れ刃４のうち円弧状となっている部分における曲率半径とする。ドリル１０の直径Ｄに対する切れ刃４の曲率半径Ｒの上記比率（Ｒ／Ｄ）は３０％以上３５％以下であってもよい。

切れ刃４の外周側は、回転軸１から離れる方向である径方向に沿って延びる平坦部５となっている。切れ刃４のすくい面が溝８の内周面に連なっている。また、切れ刃４に隣接する逃げ面６は、ドリル１０の先端側の面を構成する。逃げ面６に連なる後面９にはオイルホール７が形成されている。後面９に連なる傾斜面１１は、ドリル１０の先端側から根元側に向けて傾斜した面である。傾斜面１１は溝８の内周面に連なっている。上述したシンニング切れ刃２において回転軸１に最も近接した位置は、上記後面９と傾斜面１１との境界線と連なっている。当該境界線は、回転軸１から離れる径方向に向けて直線状に延びている。境界線はドリル１０の外周部まで伸びている。

回転軸１に沿った方向から見て切れ刃４を含む円弧とシンニング切れ刃２との接続点である接続部３における円弧の接線とシンニング切れ刃２との間の角度αは１１０°以上１５０°以下である。当該角度αは１２０°以上１４０°以下であってもよい。

図３に示すように、ドリル１０の先端角θは１４０°以上１７０°以下とすることができる。先端角θはたとえば１６０°である。また、ドリル１０の直径Ｄはたとえば７．５ｍｍ以下である。ドリル１０の直径Ｄは７ｍｍ以下であってもよく、６ｍｍ以下であってもよい。ドリル１０の直径Ｄは１ｍｍ以上であってもよく、２ｍｍ以上であってもよい。

＜作用効果＞
上述したドリル１０において、シンニング切れ刃２の長さＬと切れ刃４の曲率半径Ｒとを上記のように規定することで、３ｍｍ以上の長さとなる長い切り屑の発生を抑制できる。すなわち、ドリル１０の直径Ｄに対するシンニング切れ刃２の長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）を上述のような数値範囲とすることで、結果的に切れ刃４とシンニング切れ刃２とからなる切れ刃全体におけるシンニング切れ刃２の割合を相対的に小さくしている。この結果、切り屑の分断性を向上させることができる。また、ドリル１０の直径Ｄに対する切れ刃４の曲率半径Ｒの比率（Ｒ／Ｄ）を上述のような数値範囲とすることで、結果的に切れ刃４の曲率半径Ｒを従来より小さくしている。このため、切り屑を変形させて、当該切り屑を小さなカール半径で切断することができる。

また、図２に示す角度αの値を上記のような範囲に設定することで、切れ刃４とシンニング切れ刃２との接続部３で切り屑が分断されず、穴あけ加工の初期から全体としてほぼ一定の長さの切り屑を生成することができる。

＜変形例の構成および作用効果＞
図４〜図１１に、本実施形態に係るドリル１０の変形例を示す。図４〜図７、図９、図１１は、それぞれ図２に対応する。

図４に示すドリル１０は、基本的には図１〜図３に示したドリル１０と同様の構成を備えるが、後面９と傾斜面１１との境界線の形状およびオイルホール７の位置が図１〜図３に示したドリル１０と異なっている。すなわち、図４に示したドリル１０では、後面９と傾斜面１１との境界線が曲線状となっている。当該境界線は後面９側に凸の曲線となっている。また、境界線はドリル１０の外周部まで伸びている。オイルホール７は、後面９と傾斜面１１との境界線と重なるように形成されている。異なる観点から言えば、オイルホール７は、後面９と傾斜面１１との両方にまたがるように形成されている。このような構成のドリル１０によっても、図１〜図３に示したドリル１０と同様の効果を得ることができる。

図５に示すドリル１０は、基本的には図１〜図３に示したドリル１０と同様の構成を備えるが、後面９と傾斜面１１との境界線の形状およびオイルホール７の位置が図１〜図３に示したドリル１０と異なっている。すなわち、図５に示したドリル１０では、後面９と傾斜面１１との境界線が円弧状の部分と直線状の部分とにより構成されている。当該境界線は後面９側に凸の曲線となっている。境界線は回転軸１側と反対側の端部が、溝８に繋がっている。すなわち、当該境界線はドリル１０の外周部まで伸びていない。オイルホール７は、後面９と傾斜面１１との境界線と重なるように形成されている。このような構成のドリル１０によっても、図１〜図３に示したドリル１０と同様の効果を得ることができる。

図６に示すドリル１０は、基本的には図１〜図３に示したドリル１０と同様の構成を備えるが、オイルホール７の位置および切れ刃４の形状が図１〜図３に示したドリル１０と異なっている。すなわち、図６に示したドリル１０では、オイルホール７が、後面９と傾斜面１１との境界線と重なるように形成されている。また、図６に示したドリル１０では、切れ刃４における回転軸１から離れた外周側の部分に平坦部５（図２参照）が形成されていない。つまり、図６に示したドリル１０では、円弧状の切れ刃４がドリル１０の外周部にまで伸びている。このような構成のドリル１０によっても、図１〜図３に示したドリル１０と同様の効果を得ることができる。

図７および図８に示すドリル１０は、基本的には図１〜図３に示したドリル１０と同様の構成を備えるが、切れ刃４とシンニング切れ刃２との接続部の形状およびオイルホール７の位置が図１〜図３に示したドリル１０と異なっている。すなわち、図７および図８に示したドリル１０では、切れ刃４とシンニング切れ刃２との接続部に、切れ刃４とシンニング切れ刃２との間をつなぐ直線部２１が形成されている。また、オイルホール７は、後面９と傾斜面１１との境界線と重なるように形成されている。このような構成のドリル１０によっても、図１〜図３に示したドリル１０と同様の効果を得ることができる。

なお、このような直線部２１が形成されている場合、シンニング切れ刃２の長さＬは、以下のように規定する。すなわち、回転軸１に沿った方向から見て切れ刃４を含む円弧とシンニング切れ刃２との仮想の接続点２２を考える。そして、シンニング切れ刃２において回転軸１に最も近接した位置から接続点２２までの距離をシンニング切れ刃２の長さＬとする。

図９および図１０に示すドリル１０は、基本的には図７および図８に示したドリル１０と同様の構成を備えるが、切れ刃４とシンニング切れ刃２との接続部の形状が図７および図８に示したドリル１０と異なっている。すなわち、図９および図１０に示したドリル１０では、切れ刃４とシンニング切れ刃２との接続部に、切れ刃４とシンニング切れ刃２との間をつなぐ曲線部２３が形成されている。このような構成のドリル１０によっても、図７および図８に示したドリル１０と同様の効果を得ることができる。

なお、このような曲線部２３が形成されている場合、シンニング切れ刃２の長さＬは、以下のように規定する。すなわち、図７および図８に示したドリル１０の場合と同様に、回転軸１に沿った方向から見て切れ刃４を含む円弧とシンニング切れ刃２との仮想の接続点２２を考える。そして、シンニング切れ刃２において回転軸１に最も近接した位置から仮想の接続点２２までの距離をシンニング切れ刃２の長さＬとする。

図１１に示すドリル１０は、基本的には図１〜図３に示したドリル１０と同様の構成を備えるが、オイルホールが形成されていない点が図１〜図３に示したドリル１０と異なっている。すなわち、図１１に示したドリル１０では、後面９にオイルホールが形成されていない。このような構成のドリル１０によっても、図１〜図３に示したドリル１０と同様の効果を得ることができる。

＜実施例＞
本実施形態の効果を確認するため、以下のような実験を行った。

１）試料
図１〜図３に示した構成であって、シンニング切れ刃２の長さＬ、切れ刃４の曲率半径Ｒ、切れ刃４とシンニング切れ刃２の間の角度αをそれぞれ変更した１８種類のドリルを試料として準備した。各試料とも、ドリルの直径Ｄは５．５ｍｍとした。また、ドリルの材質はＤＬ１３００（ＤＬＣコート）とした。ドリルの先端角θは１６０°とした。ドリルの溝８のねじれ角は２５°とした。

２）実験方法
被削材として、ＡＤＣ１２相当のアルミニウム合金からなる板材を準備した。当該板材の厚みは２０ｍｍであった。この被削材に対して、各試料のドリルを用いて設定寿命まで穴あけ加工を行って、このときの長い切り屑の発生割合を計測した。なお、長さ３ｍｍ以上の切り屑を長い切り屑として計測した。

切削条件としては、切削速度Ｖｃを１７０ｍｍ／ｓｅｃとし、送り量ｆを０．９ｍｍ／ｒｅｖとした。また、クーラントの供給条件としてはオイルホールを介しての供給とし、供給圧力は２ＭＰａとした。クーラントはエマルションタイプであって、２０倍希釈で用いた。

３）結果
試料の条件および実験結果を表１に示す。

表１においては、シンニング切れ刃長さＬの欄には、シンニング切れ刃の長さＬ（単位：ｍｍ）と、ドリルの直径Ｄ（単位：ｍｍ）に対するシンニング切れ刃の長さＬの比率（Ｌ／Ｄ）とが併記されている。たとえば、試料Ｎｏ．１のシンニング切れ刃長さＬの欄における０．２７５（５％）との表示は、シンニング切れ刃の長さＬが０．２７５ｍｍ、上記比率（Ｌ／Ｄ）が５％であることを示している。

また、表１の切れ刃曲率半径Ｒの欄には、切れ刃４の曲率半径Ｒ（単位：ｍｍ）と、ドリルの直径Ｄ（単位：ｍｍ）に対する切れ刃４の曲率半径Ｒの比率（Ｒ／Ｄ）とが併記されている。たとえば、試料Ｎｏ．１の切れ刃曲率半径Ｒの欄におけるＲ１．９（３５％）とは、曲率半径Ｒが１．９ｍｍ、上記比率（Ｒ／Ｄ）が３５％であることを示している。

また、表１の接触角の欄には、図２に示す切れ刃４とシンニング切れ刃２の間の角度αの値が記載されている。そして、３ｍｍ以上切り屑発生割合の欄のうち、初期の欄には穴あけ加工の初期（１００穴の穴あけ加工を行った時点まで）における、３ｍｍ以上の長さの切り屑発生割合を示している。また、設定寿命の欄には、設定寿命とした１００００穴の穴あけ加工を行った時点までの、３ｍｍ以上の長さの切り屑発生割合を示している。なお、ここでは３ｍｍ以上の長さの切り屑発生割合について、５％以下を合格基準とした。

表１に示すように、本実施形態の範囲外の試料であるＮｏ．１、６、７、１２、１３、１８については、長い切り屑の発生割合が５％を超えていたり、切り屑の詰まりが発生して評価できなかったり、途中で折損して評価できなかったりした。その一方、本実施形態に対応する試料であるＮｏ．２〜５、８〜１１、１４〜１７については、いずれも長い切り屑の発生割合が５％以下となっており、基準を満たしていた。さらに、試料Ｎｏ．３、４、９、１０、１５、１６については、特に長い切り屑の発生割合が低くなっていた。このように、本実施形態に対応する試料では、長い切り屑の発生を抑制できていることが示された。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、被削材に対する穴あけ加工に特に有利に適用される。

１ 回転軸
２ シンニング切れ刃
３ 接続部
４ 切れ刃
５ 平坦部
６ 逃げ面
７ オイルホール
８ 溝
９ 後面
１０ ドリル
１１ 傾斜面
２１ 直線部
２２ 接続点
２３ 曲面部

Claims (4)

1. 回転軸を中心に回転可能なドリルであって、
   前記回転軸に沿った方向から見た先端側に配置された円弧状の切れ刃と、
   前記切れ刃から見て前記回転軸側に位置するとともに前記切れ刃と連なるシンニング切れ刃とを備え、
   前記回転軸に沿った方向から見た、前記ドリルの直径に対する前記シンニング切れ刃の長さの比率が９％以上１１％以下であり、
   前記回転軸に沿った方向から見た、前記ドリルの直径に対する前記切れ刃の曲率半径の比率が３０％以上３５％以下であり、
   前記回転軸に沿った方向から見て前記切れ刃を含む円弧と前記シンニング切れ刃との接続点を考えたときに、前記接続点における前記円弧の接線と前記シンニング切れ刃との間の角度が１２０°以上１４０°以下であり、
   前記ドリルの直径は、１ｍｍ以上７.５ｍｍ以下であり、
   被削材として、厚み２０ｍｍのアルミニウム合金からなる板材に、切削速度１７０ｍｍ／ｓｅｃとし、送り量０．９ｍｍ／ｒｅｖとして穴あけ加工を行った場合、前記ドリルによる切り屑の長さが３ｍｍ未満となる、ドリル。
2. 前記ドリルの先端角は１６０°であり、
   前記切れ刃に隣接する逃げ面に連なる後面にオイルホールが設けられ、
   前記穴あけ加工は、さらに前記オイルホールを介してエマルションタイプのクーラントを供給圧力２ＭＰａで供給する、請求項１に記載のドリル。
3. 前記切れ刃と前記シンニング切れ刃との間を繋ぐ直線部をさらに備える、請求項１もしくは請求項２に記載のドリル。
4. 前記切れ刃と前記シンニング切れ刃との間を繋ぐ曲線部をさらに備える、請求項１もしくは請求項２に記載のドリル。

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