JP3452985B2 - 複合材料加工用コアドリル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、難削材を含む複数種類
の材料が積層されてなる複合材料に形成された下穴の内
周面を加工するための複合材料用コアドリルに関するも
のである。 【０００２】 【従来の技術】難削材を含む複数種類の材料が積層され
てなる複合材料に形成された下穴をそのリーマ加工など
に先立って拡径する際には、据置型回転駆動装置或いは
手持型回転駆動装置に装着されたコアドリルが、回転駆
動されつつその下穴内へ前進させられる。 【０００３】 【発明が解決すべき課題】ところで、上記複合材料に
は、たとえばβチタン、チタン合金などの耐食性や比強
度の高い構造材が積層されるが、その構造材は難削材で
あるため、たとえば図７に示す従来のコアドリル８０に
より仕上げ穴精度、仕上げ面粗さが充分に得られず、ま
た加工変質層の厚さを充分に薄く抑えることができなか
った。たとえば、航空機のスポイラー、ラダー、エレベ
ータなどに用いられる複合材料では、たとえばβチタ
ン、ＣＦＲＰ（カーボン繊維強化型樹脂）、アルミニウ
ム合金などが厚さ１ｍｍ程度の合成樹脂接着剤であるリ
キッドシムを介して積層されているが、βチタンの切削
時にはそのスプリングバック作用によって切削抵抗が極
めて大きくなることから、高接触圧下の摺動摩擦や切り
くずの巻き込みによって仕上がり穴精度や内周仕上げ面
の精度が低下するとともに、摩擦熱によって発生する加
工変質層が厚くなる欠点があった。また、切れ刃から発
生する切りくずの搬送される過程で、上記βチタンやＣ
ＦＲＰを相互に接着するリキッドシムを切りくずが接触
するので、そのリキッドシム部分の内周径が拡大される
欠点があった。さらに、難削材であるβチタンの切削
や、カーボン繊維の含有率の高いＣＦＲＰの切削によっ
て切れ刃が摩耗し易いので、コアドリルの寿命が短縮さ
れるとともに、ＣＦＲＰ側の穴の出口においてカーボン
繊維が毛羽立つという欠点もあった。 【０００４】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであり、その目的とするところは、難削材を含む複
数種類の材料が積層されてなる複合材料の下穴の内周面
を加工するに際し、仕上がり穴精度や内周仕上げ面の精
度が得られ、加工変質層の厚みを抑制し、リキッドシム
部分の内周径が拡大されないようにし、しかも耐久寿命
を長くしてカーボン繊維の毛羽立ちを防止できる複合材
料用コアドリルを提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】斯る目的を達成するため
の、本発明の要旨とするところは、シャンク部および円
柱状の刃部を備え、難削材を含む複数種類の材料が積層
されてなる複合材料に形成された下穴をその刃部によっ
て拡径加工する複合材料加工用コアドリルにおいて、先
端部に向かうに従って予め設定された回転方向と反対方
向へねじれるねじれ溝を前記刃部に形成してその回転方
向に対向する内壁面と外周面との間にリーディングエッ
ジを設け、前記刃部の先端から前記シャンク部に向かう
に従って外径が増加する食付き部を形成し、溝底が先端
部に向かうに従って中心軸に接近するスパイラルポイン
ト溝を前記ねじれ溝の先端側に形成することによりその
スパイラルポイント溝とそれに隣接するランドとの間の
稜線によって主切れ刃を構成し、そのスパイラルポイン
ト溝の軸方向長さがコアドリル径に対する比の０．４〜
１．５とし、そのスパイラルポイント溝の中心線に対す
る傾斜角が２５〜６０°としたことにある。 【０００６】 【作用】このようにすれば、先端部に向かうに従って予
め設定された回転方向と反対方向へねじれるねじれ溝を
前記刃部に形成してその回転方向に対向する内壁面と外
周面との間にリーディングエッジを設け、前記刃部の先
端から前記シャンク部に向かうに従って外径が増加する
食付き部を形成し、溝底が先端部に向かうに従って中心
軸に接近するスパイラルポイント溝を前記ねじれ溝の先
端側に形成することによりそのスパイラルポイント溝と
それに隣接するランドとの間の稜線によって主切れ刃を
構成し、そのスパイラルポイント溝の軸方向長さをコア
ドリル径に対する比の０．４〜１．５とし、そのスパイ
ラルポイント溝の中心線に対する傾斜角を２５〜６０°
としているので、専ら切削に関与する食付き部の主切れ
刃の切れ味が高められて切削抵抗が好適に低減される。
また、先端部に向かうに従って予め設定された回転方向
と反対方向へねじれるようにリーディングエッジが設け
られ且つその先端部側にはスパイラルポイント溝が形成
されているので、上記主切れ刃から発生した切りくずは
前方すなわちコアドリルの先端方向へ排出される。 【０００７】上記スパイラルポイント溝の軸方向長さが
コアドリル径に対する比の０．４未満となると、スパイ
ラルポイント溝が浅くなって食付き部の主切れ刃のすく
い角が得られなくなる。また、スパイラルポイント溝の
軸方向長さがコアドリル径に対する比の１．５を超える
と、主切れ刃の切れ味を高める効果が飽和すると同時
に、スパイラルポイント溝が深くなって主切れ刃或いは
ランドの剛性が低くなり、コアドリルの耐久寿命が短く
なる。 【０００８】上記スパイラルポイント溝の中心線に対す
る傾斜角が２５°未満となると、そのスパイラルポイン
ト溝の長さが長くなって主切れ刃或いはランドの剛性が
低くなり、コアドリルの耐久寿命が短くなるとともに、
主切れ刃から発生する切りくずの形状が詰まったカール
状となるため、切りくずの排出が困難となる。反対に、
上記スパイラルポイント溝の中心線に対する傾斜角が６
０°を超えると、主切れ刃から発生する切りくずの形状
が長く伸びた形状となってその排出が困難となるととも
に、主切れ刃の長さを確保できなくなる。 【０００９】 【発明の効果】したがって、本発明によれば、ねじれ溝
の先端部にスパイラルポイント溝を形成することにより
そのスパイラルポイント溝とそれに隣接するランドとの
間の稜線によって主切れ刃を構成し、そのスパイラルポ
イント溝の軸方向長さがコアドリル径に対する比の０．
４〜１．５とし、そのスパイラルポイント溝の中心線に
対する傾斜角が２５〜６０°としている結果、専ら切削
に関与する食付き部の主切れ刃の切れ味が高められ、β
チタンのような難削材によるスプリングバック作用の下
でも切削抵抗が好適に低減されるので、仕上がり穴精度
や内周仕上げ面の精度が高くなるとともに、加工変質層
の厚みが抑制される。また、先端部に向かうに従って予
め設定された回転方向と反対方向へねじれるようにねじ
れ溝が設けられ且つその先端部側にはスパイラルポイン
ト溝が形成されている結果、主切れ刃から発生した切り
くずは前方すなわちコアドリルの先端方向へ排出される
ので、リキッドシム部分の内周径が拡大されない。さら
に、難削材であるβチタンの切削や、カーボン繊維の含
有率の高いＣＦＲＰの切削によっても、上記のように高
接触圧下の摺動摩擦が軽減される結果、切れ刃が摩耗し
難くなってコアドリルの寿命が長くされるので、ＣＦＲ
Ｐ側の穴の出口においてカーボン繊維が毛羽立つという
ことも好適に解消される。 【００１０】ここで、好適には、前記リーディングエッ
ジは、高速度鋼、超硬合金、ダイヤモンド超高圧焼結体
のいずれかから構成される。 【００１１】また、好適には、前記コアドリルの刃部の
表面には、チタン（Ｔｉ）と、アルミニウム（Ａｌ）、
炭素（Ｃ）、および窒素（Ｎ）のうちの少なくとも１つ
とから成る硬質被膜、たとえばＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＡ
ｌＮなどが１〜５μｍの厚さで設けられる。 【００１２】また、好適には、前記シャンク部には、軸
方向にのびて前記ねじれ溝に連通するクーラント案内溝
が形成され、切削中の主切れ刃に対してそのクーラント
案内溝、ねじれ溝、およびスパイラルポイント溝を介し
てクーラントが供給される。このようにすれば、切削熱
がより低減されるので、仕上がり穴精度や内周仕上げ面
の精度が高くなるとともに、加工変質層の厚みが一層抑
制される。 【００１３】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は、コアドリル１０の側面図であ
り、図２は、上記コアドリル１０の先端部に設けられた
スパイラルポイント溝５０の角度βを示す図であり、図
３は上記コアドリル１０の先端面を示す図であり、図４
は上記コアドリル１０の後端面を示す図である。 【００１４】上記コアドリル１０は、たとえば図５およ
び図６に示す複合材料１２および１４に形成された下穴
１６および１８の内周面を拡径して仕上げ加工するため
に、据置型回転駆動装置或いは手持型回転駆動装置に装
着されて回転駆動されつつ、その下穴１６および１８内
で軸方向へ前進させられる。 【００１５】上記複合材料１２は、たとえば耐食性およ
び比強度の高いβチタン２０とＣＦＲＰ（カーボン繊維
強化型樹脂）２２とが合成樹脂接着剤であるリキッドシ
ム２４によって張り合わせられることにより構成された
２層型の航空機用のパネル材である。また、上記複合材
料１４は、βチタン２０、ＣＦＲＰ２２、およびβチタ
ン２０が順次積層され且つリキッドシム２４によってそ
れぞれ張り合わせられることにより構成された３層型の
航空機用のパネル材である。上記βチタン２０およびＣ
ＦＲＰ２２は、たとえば１０ｍｍ程度の厚みを備えた板
材であり、上記リキッドシム２４はたとえば０．５ｍｍ
程度の厚みに形成される。 【００１６】上記コアドリル１０は、全体として円柱状
を成し、図示しないチャック装置によって把持されるた
めのシャンク部３０と、リーディングエッジ４０が形成
された刃部３２とを備えている。この刃部３２には、先
端部に向かうに従って予め設定された回転駆動方向（右
まわり方向）Ａと反対方向へねじれ角θが２５°程度で
ねじれる３本のねじれ溝３４が周方向において等間隔で
形成されており、そのねじれ溝３４の回転方向Ａに対向
する内壁面と外周面すなわち正確にはランド３８との間
の稜線に上記リーディングエッジ４０が設けられてい
る。このリーディングエッジ４０のすくい角は−１６〜
−１８°程度に形成されている。本実施例のねじれ溝３
４は回転駆動方向Ａと反対方向へねじれることにより、
切りくず排出機能を備えておらず、専らクーラントを案
内する溝として機能している。このねじれ溝３４の深さ
は、コアドリル径Ｄの０．２〜０．３の範囲内の値に設
定される。 【００１７】上記刃部３２には、中心軸Ｃに対する傾斜
角αが６０°程度のテーパが形成されることにより、コ
アドリル径Ｄの０．５〜０．８の径寸法を有する先端面
４２からシャンク部３０に向かうに従って外径が増加す
る食付き部４４と、その食付き部４４に続いてシャンク
部３０に向かうに従って外径がコアドリル径Ｄの定径部
４６とが設けられている。 【００１８】上記刃部３２の先端部では、ねじれ溝３４
に続いてスパイラルポイント溝５０が形成されている。
このスパイラルポイント溝５０は、ガン溝或いは副溝な
どと称されるものであり、図２に示すようにその溝底線
Ｍの中心線Ｃとの成す角度βは２５°〜６０°の範囲内
の値とされている。また、そのスパイラルポイント溝５
０の軸方向長さＬは、コアドリル径Ｄの０．４〜１．５
の範囲内の値に設定されている。上記溝底線Ｍは図２の
紙面と平行である。 【００１９】上記のスパイラルポイント溝５０が形成さ
れる結果、食付き部４４において、スパイラルポイント
溝５０とランド３８との間の稜線によって、２６〜２８
°のすくい角を有する主切れ刃５２が構成される。この
主切れ刃５２は、下穴１２或いは１４を拡径するための
切削を専ら行い、前記リーディングエッジ４０は切削に
関与せず、専ら案内面として機能する。図３は、図１の
左端面視図であり、上記主切れ刃５２付近を詳しく示し
ている。図において、５４は１１〜１３°の逃げ角を有
する第１逃げ面であり、５６は１８〜２２°の逃げ角を
有する第２逃げ面である。図３の１点鎖線はウエブを示
している。 【００２０】そして、上記コアドリル１０のシャンク部
３０には、刃部３２に形成されたねじれ溝３４よりも幅
寸法が小さいがそれと同様の深さを有し且つ各ねじれ溝
３４のシャンク部３０側にそれぞれ連通する直線状の３
本のクーラント案内溝６０が形成されている。図４に示
すように、そのクーラント案内溝６０はコアドリル１０
の後端面に達しており、後端面において放射状に形成さ
れた放射状溝６２に連通させられている。このクーラン
ト案内溝６０は、コアドリル径Ｄの０．１〜０．３の範
囲内の深さたとえば１．５ｍｍ程度の深さを備えてい
る。 【００２１】ここで、上記コアドリル１０は、通常は高
速度鋼により構成されるが、好適には、その刃部３２或
いは食付き部４４の表面に、チタン（Ｔｉ）と、アルミ
ニウム（Ａｌ）、炭素（Ｃ）、および窒素（Ｎ）のうち
の少なくとも１つとから成る硬質被膜、たとえばＴｉ
Ｃ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮなどが１〜５μｍの厚さで設け
られる。或いは、上記コアドリル１０自体またはその刃
部３２或いは食付き部４４の表面は超硬合金またはダイ
ヤモンド超高圧焼結体により構成される。これらの場合
には、リーディングエッジ４０または主切れ刃５２は、
少なくとも超硬合金、ダイヤモンド超高圧焼結体のいず
れかから構成されることになる。 【００２２】本発明者等の実験によれば、コアドリル径
Ｄが９．１ｍｍであり、食付き部４４（主切れ刃５２）
の中心軸Ｃに対する傾斜角αが６０°であり、スパイラ
ルポイント溝５０の中心軸Ｃに対する傾斜角βが３０°
であり、スパイラルポイント溝５０の軸方向長さＬが
０．４５Ｄであり、先端面４２の径ｄが０．６５Ｄであ
り、ねじれ溝３４のねじれ角θが２５°であり、ねじれ
溝３４の幅および深さが２．５ｍｍおよび１．８ｍｍで
あり、クーラント案内溝６０の底の径が０．５５Ｄであ
り、材質が超硬合金であるコアドリル１０を用いて、切
削速度１８．５ｍ／ｍｉｎ（６５０ｍｉｎ^-1）、送り量
０．０５ｍｍ／ｒｅｖ、クーラント使用という切削条件
下で、前記複合材料１２の下穴１６を７．５ｍｍから
９．１ｍｍに加工すると、図７に示す従来のコアドリル
８０に比較して、充分な穴精度が得られるとともに、加
工変質層の厚みが大幅に抑制されて１０μｍ以下となっ
た。 【００２３】また、本発明者等の実験によれば、コアド
リル径Ｄが１２．２ｍｍであり、材質が超硬合金である
点の他は上記のものと同様なコアドリルを用いて、切削
速度２５ｍ／ｍｉｎ（６５０ｍｉｎ^-1）、送り量０．０
５ｍｍ／ｒｅｖ、クーラント使用という切削条件下で、
前記複合材料１２の下穴１６を９．１ｍｍから１２．２
ｍｍに加工すると、図７に示す従来のコアドリル８０に
比較して、充分な穴精度が得られるとともに、加工変質
層の厚みが大幅に抑制されて１０μｍ以下となった。 【００２４】因に、図７に示す従来のコアドリル８０
は、先端に向かうほど回転方向Ａ側へねじれるねじれ溝
８２を備える一方、スパイラルポイント溝が形成されて
いない。このため、上記の実験例と同様の条件で切削を
行うと、所望する穴の性状、穴精度、穴内周面粗さが得
られず、また切削熱のために発生する加工変質層が厚く
なるとともに、下穴を中心とする領域においてリキッド
シム２４の部分の剥離が発生していた。 【００２５】上述のように、本実施例のコアドリル１０
によれば、先端部に向かうに従って予め設定された回転
方向Ａと反対方向へねじれるねじれ溝３４を刃部３２に
形成してそのねじれ溝３４の回転方向Ａに対向する内壁
面と外周面との間にリーディングエッジ４０を設け、刃
部３２の先端からシャンク部３０に向かうに従って外径
が増加する食付き部４４を形成し、溝底が先端部に向か
うに従って中心軸に接近するスパイラルポイント溝５０
を前記ねじれ溝３４の先端側に形成し、そのスパイラル
ポイント溝５０の軸方向長さＬをコアドリル径Ｄに対す
る比の０．４〜１．５とし、そのスパイラルポイント溝
５０の中心線Ｃに対する傾斜角βを２５〜６０°として
いるので、専ら切削に関与する食付き部４４の主切れ刃
５２の切れ味が高められて切削抵抗が好適に低減され
る。また、先端部に向かうに従って予め設定された回転
方向Ａと反対方向へねじれるようにリーディングエッジ
４０が設けられ且つその先端部側にはスパイラルポイン
ト溝５０が形成されているので、上記主切れ刃から発生
した切りくずは前方すなわちコアドリルの先端方向へ排
出される。 【００２６】したがって、本実施例によれば、ねじれ溝
３４の先端部にスパイラルポイント溝５０が形成される
結果、専ら切削に関与する食付き部４４の主切れ刃５２
の切れ味が高められ、βチタンのような難削材によるス
プリングバック作用の下でも切削抵抗が好適に低減され
るので、仕上がり穴精度や内周仕上げ面の精度が高くな
るとともに、加工変質層の厚みが抑制される。また、回
転方向Ａと反対方向へねじれるようにねじれ溝３４が設
けられ且つその先端部側にはスパイラルポイント溝５０
が形成されている結果、主切れ刃５２から発生した切り
くずは前方すなわちコアドリル１０の先端方向へ排出さ
れるので、リキッドシム部分の内周径が拡大されない。
さらに、難削材であるβチタンの切削や、カーボン繊維
の含有率の高いＣＦＲＰの切削によっても、上記のよう
に高接触圧下の摺動摩擦が軽減される結果、切れ刃が摩
耗し難くなってコアドリルの寿命が長くされるので、Ｃ
ＦＲＰ側の穴の出口においてカーボン繊維が毛羽立つと
いうことも好適に解消される。 【００２７】ここで、上記スパイラルポイント溝５０の
軸方向長さＬがコアドリル径Ｄに対する比の０．４未満
となると、スパイラルポイント溝５０が浅くなって食付
き部４４の主切れ刃５２のすくい角が得られなくなる。
また、スパイラルポイント溝５０の軸方向長さＬがコア
ドリル径Ｄに対する比の１．５を超えると、主切れ刃５
２の切れ味を高める効果が飽和すると同時に、スパイラ
ルポイント溝５０が深くなって主切れ刃５２或いはラン
ド３８の剛性が低くなり、コアドリル１０の耐久寿命が
短くなる。 【００２８】さらに、上記スパイラルポイント溝５０の
中心線Ｃに対する傾斜角βが２５°未満となると、その
スパイラルポイント溝５０の長さＬが長くなって主切れ
刃５２或いはランド３８の剛性が低くなり、コアドリル
１０の耐久寿命が短くなるとともに、主切れ刃５２から
発生する切りくずの形状が詰まったカール状となるた
め、切りくずの排出が困難となる。反対に、上記スパイ
ラルポイント溝５０の中心線Ｃに対する傾斜角βが６０
°を超えると、主切れ刃５２から発生する切りくずの形
状が長く伸びた形状となってその排出が困難となるとと
もに、主切れ刃５２の長さを確保できなくなる。 【００２９】また、本実施例のコアドリル１０のシャン
ク部３０には、刃部３２に形成されたねじれ溝３４と同
様の深さを有し且つ各ねじれ溝３４のシャンク部３０側
にそれぞれ連通する直線状のクーラント案内溝６０が形
成されていることから、図示しない回転駆動装置のチャ
ック装置に装着された状態でそのチャック装置からクー
ラントが供給されると、上記クーラント案内溝６０を介
してねじれ溝３４内へクーラントが供給されるので、主
切れ刃５２から発生する切りくずがコアドリル１０の前
方へ飛ばされて切りくずに起因する内周面の粗れが一層
抑制されるとともに、主切れ刃５２の冷却が行われるの
で、耐久寿命が延長される利点がある。 【００３０】本実施例において、中心線Ｃに対する食付
き部４４の傾斜角αが６０°であり、ねじれ溝３４およ
びスパイラルポイント溝５０がそれぞれ３本以上であ
り、コアドリル径Ｄが３．１７０〜１５．８７５ｍｍの
範囲内であり、先端面４２の径が０．５〜０．８Ｄであ
るものに対して、前記本願発明の主要な構成要件、すな
わち、先端部に向かうに従って予め設定された回転方向
Ａと反対方向へねじれるねじれ溝３４の先端部に、スパ
イラルポイント溝５０を形成し、そのスパイラルポイン
ト溝５０の軸方向長さＬをコアドリル径Ｄに対する比の
０．４〜１．５とし、そのスパイラルポイント溝５０の
中心線Ｃに対する傾斜角βを２５〜６０°とするという
構成を適用すると、特に好適な結果が得られる。 【００３１】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明したが、本発明はその他の態様においても適用され
る。 【００３２】たとえば、前述の複合材料１２および１４
は、インコネルなどの耐熱合金部材がβチタン２０に替
えて用いられてもよいし、ケプラーなどの繊維により強
化されたプラスチック部材がＣＦＲＰ２２に替えて用い
られてもよい。また、上記複合材料１２および１４は、
アルミニウムリチウム合金シートとアミラド繊維層とが
交互に積層されたものなどであってもよい。 【００３３】また、前述の実施例のコアドリル１０にお
いて、クーラント案内溝６０とねじれ溝３４との深さは
相互に同じであってもよいし、異なっていてもよい。ま
た、そのクーラント案内溝６０に替えて、後端面から先
端面４２に軸方向に縦通するクーラント供給穴が設けら
れてもよい。 【００３４】また、前述の実施例において、刃部３２に
おけるリーディングエッジ４０および主切れ刃５２は周
方向において等間隔であったが、不等間隔に設けられて
いてもよい。この場合には、所謂びびり振動の防止効果
が得られる。 【００３５】なお、上述したのはあくまでも本発明の一
実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例のコアドリルを示す側面図あ
る。 【図２】図１の実施例の先端部に設けられたスパイラル
ポイント溝の傾斜角βを示す図である。 【図３】図１の実施例の先端面を示す図である。 【図４】図１の実施例の後端面を示す図である。 【図５】図１の実施例のコアドリルによって下穴の拡径
が行われる複合材料の一例の構成を説明する要部断面図
である。 【図６】図１の実施例のコアドリルによって下穴の拡径
が行われる複合材料の他の例の構成を説明する要部断面
図である。 【図７】従来のコアドリルの構成を説明する図である。 【符号の説明】 １０：コアドリル １２，１４：複合材料 １６，１８：下穴 ３０：シャンク部 ３２：刃部 ３４：ねじれ溝 ４４：食付き部 ５０：スパイラルポイント溝 ５２：主切れ刃

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 シャンク部および円柱状の刃部を備え、
   難削材を含む複数種類の材料が積層されてなる複合材料
   に形成された下穴を該刃部によって拡径加工する複合材
   料加工用コアドリルにおいて、 先端部に向かうに従って予め設定された回転方向と反対
   方向へねじれるねじれ溝を前記刃部に形成して該回転方
   向に対向する内壁面と外周面との間にリーディングエッ
   ジを設け、前記刃部の先端から前記シャンク部に向かう
   に従って外径が増加する食付き部を形成し、溝底が先端
   部に向かうに従って中心軸に接近するスパイラルポイン
   ト溝を前記ねじれ溝の先端側に形成することにより該ス
   パイラルポイント溝とそれに隣接するランドとの間の稜
   線によって主切れ刃を構成し、該スパイラルポイント溝
   の軸方向長さがコアドリル径に対する比の０．４〜１．
   ５とし、該スパイラルポイント溝の中心線に対する傾斜
   角が２５〜６０°としたことを特徴とする複合材料加工
   用コアドリル。