JP4120187B2 - ドリル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に高速乾式切削のような過酷な加工条件下でも円滑かつ安定した穴明け加工が可能なドリルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような乾式あるいは微量の切削油剤しか用いない過酷な加工条件に対応することを目的としたドリルとしては、例えば特開２０００−１９８０１１号公報に記載されたようなものが提案されている。すなわち、この公報記載のドリルでは、ドリル本体先端に形成される切刃の外周側に、この切刃の中間部から角度をつけてドリル回転方向に後退する外側コーナ切刃が形成されるとともに、切屑排出溝とマージン部とから形成されるリーディングエッジに上記コーナ切刃に続く直線形状または曲線形状の面取り部が設けられており、この外側コーナ切刃および面取り部とマージン部との交差角を鈍角にすることができるため、上述のような加工条件でも切刃や切屑排出溝の外周端に欠けが生じたりするのを防ぐことが可能となる。また、このように切刃や切屑排出溝の外周端側をドリル回転方向後方側に折曲させたドリルとしては、例えば特公平４−４６６９０号公報に記載のように切刃外周側の第１、第２次直線稜を略Ｖ字状の凸形状としたものも提案されており、この公報記載のドリルではさらにこの第２次直線稜の内周側を丸味を伴った凹形状としている。さらに、このように切刃を凹形状としたドリルとしては、例えば特公昭６１−５８２４６号公報などに、外周側の切刃部分の径方向すくい角が０°〜正になるように凹曲線で結んだものも提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このうち、特公昭６１−５８２４６号公報に記載のように外周側の切刃部分を凹曲線としたものは、通常の加工条件では切屑のカーリングによる処理も円滑で安定した穴明けが可能であるものの、切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面のマージン部との交差角が鋭角となってドリル本体の強度が不足するため、高速乾式切削のような過酷な条件下では直ぐにこの内壁面の外周端側に欠けやチッピングが発生してしまい、工具寿命が極めて短期で費えてしまう。一方、特開２０００−１９８０１１号公報や特公平４−４６６９０号公報に記載のようにこの切屑排出溝の内壁面の外周端側に面取り部を設けたものや、切刃の外周端側をＶ字状の凸形状とするのに伴い切屑排出溝の外周端側も断面凸Ｖ字状とされたものでは、切屑排出溝のマージン部との交差角を鈍角にすることができて欠けやチッピングの発生は抑えられるものの、切刃によって生成された切屑は、そのうちこれら切屑排出溝内壁面の上記面取り部や凸Ｖ字の外周側に流れた部分が外周側へと流出しようとするため、切屑全体としてのカーリング性が悪くなってしまい、こうして十分にカールされない切屑が切屑排出溝のドリル回転方向後方側を向く内壁面に強く押し付けられてしまうことにより、ドリル本体に大きな抵抗が与えられて摩耗が促進されたり加工時のドリル回転駆動力の増大を招いたりするおそれがある。
【０００４】
本発明は、このような背景の下になされたもので、高速乾式切削等の過酷な加工条件でも工具寿命の短縮を防ぐとともに優れた切屑処理性を奏して円滑かつ安定した穴明け加工が可能なドリルを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面と上記ドリル本体の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されてなるドリルであって、上記切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面には、その外周端側に位置してマージン部に交差し、ドリル回転方向に凸となる凸曲面状をなす凸曲面部を形成するとともに、この凸曲面部の内周側には、該凸曲面部に滑らかに連なってドリル回転方向後方側に凹となる曲面状をなす第１凹曲面部を形成する一方、上記切屑排出溝のドリル回転方向後方側を向く内壁面には、ドリル回転方向に凹となる曲面状をなす第２凹曲面部を上記第１凹曲面部に滑らかに接して連なるように形成し、上記軸線に直交する断面において、上記第２凹曲面部がなす凹曲線の曲率半径を、上記第１凹曲面部がなす凹曲線の曲率半径よりも大きくして、上記第１凹曲面部がなす凹曲線の曲率半径を、上記切刃の外径Ｄに対して０．１８×Ｄ〜０．３５×Ｄの範囲に設定するとともに、上記第２凹曲面部がなす凹曲線の曲率半径を、上記切刃の外径Ｄに対して０．２×Ｄ〜０．５×Ｄの範囲に設定したことを特徴とする。
【０００６】
従って、このように構成されたドリルにおいては、まず切屑排出溝の外周端側にドリル回転方向に凸となる凸曲面部が形成されているため、この凸曲線面部の外周側、すなわちドリル本体外周のマージン部との交差部ではその交差角を大きくして十分な強度を確保することができ、上述のような加工条件でも欠けやチッピングの発生を防止することができる。そして、この凸曲線面部の内周側には、ドリル回転方向後方側に凹となる第１凹曲面部が滑らかに連なるように形成されており、この第１凹曲面部に切屑を摺接させることにより、凸曲面部に流出した外周側の部分ごと切屑の全体を内周側に巻き込むようにしてカールさせることができる一方、切屑排出溝のドリル回転方向後方側を向く内壁面にはドリル回転方向に凹となる第２凹曲面部が第１凹曲面部と滑らかに連なるように形成されていて、この第２凹曲面部の曲率半径が第１の凹曲面部の曲率半径よりも大きくされているので、こうして全体的にカールされた切屑を、切屑排出溝のドリル回転方向後方側を向く内壁面側に強く押し付けすぎたりることなく円滑に流出させることが可能となり、加工時のドリル本体への抵抗を抑えて摩耗の低減やドリル回転駆動力の軽減を図ることができる。ただし、上記軸線に直交する断面において第１凹曲面部がなす凹曲線の曲率半径については、これが大きすぎると切屑を摺接させることによって十分にカールさせることができなくなるおそれがある一方、逆に小さすぎると切屑が急激にカールさせられてブレーキング作用が大きくなりすぎるおそれが生じるので、切刃の外径Ｄに対して０．１８×Ｄ〜０．３５×Ｄの範囲に設定される。さらに、軸線に直交する断面において第２凹曲面部がなす凹曲線の曲率半径についても、これが大きすぎると切屑はこの第２凹曲面部には摺接しなくなって第１凹曲面部によってのみカールさせられるようなこととなる一方、逆に小さすぎると切屑の第２凹曲面部への摺接が強くなりすぎてやはり大きなブレーキング作用が生じることとなるので、切刃の外径Ｄに対して０．２×Ｄ〜０．５×Ｄの範囲に設定される。なお、このときこれら第１、第２凹曲面部の曲率半径はそれぞれにおいて一定でもよく、すなわち上記断面において第１、第２凹曲面部が半径の異なる円弧を１の接点で互いに滑らかに接するようにした形状であってもよく、また第１凹曲面部側から第２凹曲面部側に向けて曲率半径が漸次大きくなるように、例えば上記断面において楕円状やトロコイド、サイクロイド、インボリュート等の各種曲線状を呈するようにされていてもよい。
【０００７】
ただし、この場合、上記第１凹曲面部のドリル回転方向後方側への凹みが小さすぎると、切屑の摺接による十分なカーリングが図られなくなるおそれがある一方、逆にこの凹みが大きすぎると、切屑の摺接によるブレーキング作用が強くなりすぎ、切屑が潰れて排出性が損なわれたりドリル駆動力の増大を招いたりするおそれがある。また、上記第２凹曲面部についても、ドリル回転方向への凹みが小さすぎると、第１凹曲面部から流れた切屑がこの第２凹曲面部に強く押し付けられて大きなブレーキング作用が生じるおそれがある一方、逆にこの凹みが大きすぎると、切屑が第１凹曲面部との摺接だけによってカーリングさせられることになって、十分にカールさせられなくなるおそれがある。このため、これら第１、第２凹曲面部の凹みは、上記軸線に直交する断面において、該軸線と上記ドリル回転方向を向く内壁面の外周端とを結ぶ第１仮想直線からの上記第１凹曲面部の凹み量Ｌ１を、上記切刃の外径Ｄに対して−０．０６×Ｄ〜０の範囲に設定するとともに、上記第１仮想直線に上記軸線において交差する第２仮想直線からの上記第２凹曲面部の凹み量Ｌ２を−０．０６×Ｄ〜０．０６×Ｄの範囲に設定するのが望ましい。
【０００８】
さらに、こうして切屑排出溝の内壁面に滑らかに連なる凸曲面部と第１，第２凹曲面部とを形成した場合、上記軸線に直交する断面においてまず上記凸曲面部がなす凸曲線の曲率半径は、これが大きすぎると切屑のカーリングが不十分となるおそれがある一方、逆に小さすぎるとマージン部との交差部における十分な強度確保が図られなくなるおそれが生じるので、切刃の外径Ｄに対して０．１×Ｄ〜０．８×Ｄの範囲に設定されるのが望ましい。さらにまた、上述のようにカールさせられた切屑の円滑な排出を促しつつも、ドリル本体の剛性を十分に確保するには、このドリル本体の芯厚を、上記切刃の外径Ｄに対して０．１５×Ｄ〜０．３×Ｄの範囲に設定するのが望ましい。さらにまた、ドリル本体の少なくとも先端部の表面に、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜を被覆すれば、このドリル本体先端部の耐摩耗性の向上を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態においてドリル本体１は、超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした略円柱状に形成されており、その先端部には、先端逃げ面２から後端側に向かうに従い一定の捩れ角でドリル回転方向Ｔの後方側に捩れる一対の切屑排出溝３，３が軸線Ｏに対して対称に形成されていて、これらの切屑排出溝３，３のドリル回転方向Ｔ側を向く内壁面４，４と上記先端逃げ面２との交差稜線部にそれぞれ切刃５，５が形成されている。なお、このドリル本体１先端部には、その外周面や先端逃げ面２、切屑排出溝３に、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜が被覆されている。
【００１０】
ここで、上記内壁面４は、その外周側に位置してマージン部６に交差し、軸線Ｏに直交する断面において図２に示すようにドリル回転方向Ｔに凸となる凸曲線をなす第１の凸曲面部７と、この第１凸曲面部７の内周側に位置して、上記断面においてドリル回転方向Ｔの後方側に凹む凹曲線状をなす第１凹曲面部８とから構成されており、これら第１の凸凹曲面部７，８の断面がなす上記凸凹曲線は接点Ｐ１において滑らかに接するように連ねられている。また、本実施形態では切屑排出溝３のドリル回転方向Ｔ後方側を向く内壁面９も、その外周側に位置してヒール部１０に達し、上記断面がドリル回転方向Ｔ後方側に凸となる凸曲線をなす第２凸曲面部１１と、この第２凸曲面部１１の内周側に位置してその断面がドリル回転方向Ｔ側に凹む凹曲線状をなす第２凹曲面部１２とから構成され、これら第２の凸凹曲面部１１，１２がなす上記凸凹曲線も接点Ｐ２において滑らかに接するように連ねられるとともに、両内壁面４，９の第１、第２凹曲面部８，１２同士も、その断面がなす凹曲線が接点Ｐ３において滑らかに接して連なるようにされている。なお、上記マージン部６からドリル回転方向Ｔ後方側に上記ヒール部１０に至るランド部の外周面は、マージン部６から一段内周側に後退した円筒面状に形成されている。
【００１１】
さらに、本実施形態では、上記断面において、第１、第２の凸凹曲面部７，８，１１，１２がなす凸凹曲線がそれぞれ点Ｃ１〜Ｃ４を中心とした半径Ｒ１〜Ｒ４の円弧となるようにされており、このうち第１凸曲面部７がなす凸円弧の中心Ｃ１は、この第１凸曲面部７とマージン部６との交点すなわち上記内壁面４の外周端１３において該マージン部６に接する直線Ｑ１よりも内周側に位置させられるとともに、第２凸曲面部１１がなす円弧の中心Ｃ３は、上記外周端１３が軸線Ｏ回りになす円と第２凸曲面部１１がなす円弧の延長線との交点１４において上記円に接する直線Ｑ２よりもやはり内周側に位置させられている。従って、上記第１凸曲面部７は、軸線Ｏと内壁面４の外周端１３とを結ぶ第１仮想直線Ｓ１よりもドリル回転方向Ｔ側に凸となって、この外周端１３における第１凸曲面部７の接線は、外周側に向かうに従いドリル回転方向Ｔ後方側に延びるように第１仮想直線Ｓ１に対して傾斜させられるとともに、この第１仮想直線Ｓ１と直交する上記直線Ｑ１とは鈍角をなして交差させられる。また、第２凸曲面部１１も、ヒール部１０との交点と軸線Ｏとを結ぶ直線よりもドリル回転方向Ｔ後方側に凸となるようにされている。一方、第１、第２凹曲面部８，１２がなす円弧の中心Ｃ２，Ｃ４は、これらの円弧が接点Ｐ３で接していることから、両者とも軸線Ｏからこの接点Ｐ３を通る直線の延長線上に位置することとなる。さらに、この接点Ｐ３が切屑排出溝３の溝底となることから、本実施形態では軸線Ｏを中心としてこの接点Ｐ３を通る円がドリル本体１の芯厚円となり、この芯厚円の直径すなわちドリル本体１の芯厚ｄは、上記切刃５の外周端１５が軸線Ｏ回りになす円の直径すなわち切刃５の外径Ｄに対し、０．１５×Ｄ〜０．３×Ｄの範囲に設定されている。
【００１２】
なお、第１凸凹曲面部７，８がなす凸凹曲線の接点Ｐ１は、軸線Ｏを中心として上記切刃５の外径Ｄの２／３の直径を有する円よりも外周側に位置させられており、より望ましくは軸線Ｏを中心として外径Ｄの５／６の直径を有する円よりも外周側に位置させられる。また、第１凹曲面部８のドリル回転方向Ｔ後方側への凹みの大きさは、上記第１仮想直線Ｓ１からの凹み量Ｌ１が切刃５の外径Ｄに対して−０．０６×Ｄ〜０の範囲に設定されるとともに、第２凹曲面部１２のドリル回転方向Ｔ側への凹みの大きさは、上記断面において第１仮想直線Ｓ１に軸線Ｏで直交する第２仮想直線Ｓ２からの凹み量Ｌ２が−０．０６×Ｄ〜０．０６×Ｄの範囲となるように設定されている。ただし、これらの凹み量Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ上記断面において第１、第２仮想直線Ｓ１，Ｓ２に平行で第１、第２凹曲面部８，１２がなす凹曲線に接する直線と第１、第２仮想直線Ｓ１，Ｓ２との間の距離とされており、かつ図２に示すように、第１凹曲面部８の凹み量Ｌ１については第１仮想直線Ｓ１からドリル回転方向Ｔ側を正、後方側を負とし、逆に第２凹曲面部１２の凹み量Ｌ２については第２仮想直線Ｓ２からドリル回転方向Ｔ側を負、後方側を正としている。従って、本実施形態においては、第１凹曲面部８の全体が上記第１仮想直線Ｓ１よりもドリル回転方向Ｔ側に位置することはない。
【００１３】
さらに、上記断面において第１、第２凸凹曲面部７，８，１１，１２がなす円弧の半径Ｒ１〜Ｒ４は、切刃５の外径Ｄに対し、第１凸曲面部７の半径Ｒ１が０．１〜０．８×Ｄの範囲に、第１凹曲面部８の半径Ｒ２が０．１８〜０．３５×Ｄの範囲に、第２凸曲面部１１の半径Ｒ３が０．１〜０．８×Ｄの範囲に、第２凹曲面部１２の半径Ｒ４が０．２〜０．５×Ｄの範囲に、それぞれ設定されている。そして、本実施形態では、このうち第２凹曲面部１２の半径Ｒ４が、第１凹曲面部８の半径Ｒ２よりも大きくされている。なお、こうして形成された切屑排出溝３の溝幅比は、本実施形態では０．８〜１．２：１の範囲とされている。
【００１４】
一方、このような切屑排出溝３の上記内壁面４と先端逃げ面２との交差稜線部に形成される切刃５においては、この内壁面４が上記第１凸凹曲面部７，８によって形成されることにより、その外周端１５側には、ドリル回転方向Ｔに凸となる曲線状をなす凸曲線状切刃部１６が形成されてその後端側に上記第１凸曲面部７が連なるとともに、この凸曲線状切刃部１６の内周側には、ドリル回転方向Ｔの後方側に凹となる曲線状をなして凸曲線状切刃部１６に滑らかに接して連なる凹曲線状切刃部１７が形成され、その後端側に上記第１凹曲面部８が連なることになって、これら凸凹曲線状切刃部１６，１７間で切刃５は軸線Ｏ方向先端視に緩やかに湾曲するＳ字状を呈することとなる。ただし、この切刃５には、先端逃げ面２が内周側から外周側に向かうに従いドリル本体１の後端側に向けて傾斜させられることにより先端角が付されており、これと切屑排出溝３が螺旋状に捩れていることとから、この切刃５の凸凹曲線状切刃部１６，１７が軸線Ｏ方向先端視においてなす上記Ｓ字状の凸凹曲線は、内壁面４の第１凸凹曲面部７，８が軸線Ｏに直交する断面においてなす凸凹曲線が、内周側に向かうに従いドリル回転方向Ｔ側に漸次ずれたような形状をなすこととなる。従って、この軸線Ｏ方向先端視において上記凸曲線状切刃部１６は、その外周端１５における接線が、上記断面において第１凸曲面部７がなす凸曲線の外周端１３における接線よりも大きな傾斜で外周側に向かうに従いドリル回転方向Ｔ後方側に延びるようにされるとともに、マージン部６との交差角も第１凸曲面部７がなす鈍角より大きくされ、これにより切刃５が上記外周端１５においてなす径方向すくい角αは負角側に設定される。
【００１５】
一方、切屑排出溝３の内壁面４，９の先端側には、上記第１凹曲面部８の内周側から第２凹曲面部１２および第２凸曲面部１１までの先端逃げ面２との交差稜線部分を、ドリル本体１の後端側に向かうに従い切屑排出溝３の内側に向けて切り欠くようにして、ヒール部１０に達するシンニング部１８が形成されており、従って切刃５の内周端側は、このシンニング部１８と先端逃げ面２との交差稜線部に形成されて、上記凹曲面状切刃部１７の内周端から先端逃げ面２の中心の上記軸線Ｏに向けて延びるシンニング切刃部１９とされている。なお、切刃５においてこのシンニング切刃部１９と上記凹曲線状切刃部１７とが交差する部分は、軸線Ｏ方向先端視にドリル回転方向Ｔに凸となる曲線または直線によって滑らかに接続されている。
【００１６】
ここで、このシンニング部１８のうち、切屑排出溝３の内壁面４，９に交差して先端側に延びる部分は第１シンニング部２０とされており、この第１シンニング部２０は、ドリル回転方向Ｔ後方側を向く切屑排出溝３の内壁面９と交差してヒール部１０側に延びる部分においては平面状に形成される一方、この内壁面９とドリル回転方向Ｔ側を向く内壁面４とが交差する部分、すなわち上記第１、第２凹曲面部８，１２の接点Ｐ３部分から、先端逃げ面２の中心に向けて延びる部分は、図３に示すようにこの先端逃げ面２の中心に向かう方向から見た場合に凹曲面状の谷形をなすように形成されており、その凹曲する谷底部２１は、上記内壁面４，９に対してドリル本体１の内周側に後退するように傾斜しつつ、切刃５の内周端すなわちシンニング切刃部１９の内周端に向けて先端側に延びるように形成されている。なお、この第１シンニング部２０の凹曲する谷底部２１がその断面においてなす凹曲線の曲率半径は、０．１〜０．５mmの範囲に設定されている。また、この谷底部２１の断面がなす凹曲線の曲率半径は、後端側に向かうに従い大きくなるようにされていてもよい。
【００１７】
さらに、この第１シンニング部２０の最先端の上記谷底部２１が切刃５の内周端に達しようとする部分には、この谷底部２１に対してさらにドリル本体１の内周側に後退するように一段傾斜しつつ切刃５内周端側に向けて延びる谷形の第２シンニング部２２が形成されており、先端逃げ面２の中心の軸線Ｏ近傍においてはこの第２シンニング部２２が先端逃げ面２に交差してその交差稜線部上に切刃５の内周端が形成される。ここで、この第２シンニング部２２の谷底部の曲率半径は、第１シンニング部２０の谷底部２１の曲率半径よりも小さく、０．１mm未満とされており、場合によっては曲率半径が０、すなわちこの谷底部が凹湾曲しないＶ字谷状に形成されていてもよく、さらに第１シンニング部２０の谷底部２１と同様にドリル本体１の後端側に向かうに従い大きくなるようにされていてもよい。また、このように第１シンニング部２０よりもさらに一段傾斜する第２シンニング部２２と先端逃げ面２との交差稜線部に切刃５の内周端が形成されることにより、ドリル本体１先端の一対の切刃５，５間の間隔すなわち先端逃げ面２の中心に画成されるチゼルの幅は、第１シンニング部２０をそのまま先端逃げ面２に交差させて切刃５の内周端を形成するのに比べて狭くなり、このチゼル幅は本実施形態では０〜０．２mmの範囲とされていて、すなわちこれら切刃５，５の内周端が軸線Ｏ上で一致するようにされていてもよい。
【００１８】
このように構成されたドリルにおいては、まず、切屑排出溝３のドリル回転方向Ｔを向く内壁面４の外周端１３側に第１凸曲面部７が形成されており、これによりこの外周端１３における切屑排出溝３の上記内壁面４とマージン部６との交差角を大きくすることができて、該外周端１４周辺のドリル本体１の強度を確保することができるので、高速乾式切削等の過酷な加工条件においても、この外周端１３周辺に欠けやチッピングが生じて工具寿命が短縮されたりするような事態を防止することができる。また、この第１凸曲面部７の内周側には、この第１凸曲面部７に滑らかに連なるように第１凹曲面部８が形成されており、第１凸曲面部７上に流れた切屑の外周側部分が外周側に流出しようとしても、この第１凹曲面部８上に流れた切屑内周側部分が該第１凹曲面部８に摺接しつつ押し付けられることにより、切屑を全体的に内周側に巻き込むようにして巻き癖をつけ、小さくカールさせることができる。
【００１９】
そして、さらに上記構成のドリルでは、この第１凹曲面部８とは反対側のドリル回転方向Ｔ後方側を向く切屑排出溝３の内壁面９の内周側に、該第１凹曲面部８とは逆にドリル回転方向Ｔに凹となる第２凹曲面部１２が滑らかに連なるように形成されるとともに、この第２凹曲面部１２が軸線Ｏに直交する断面においてなす凹曲線の曲率半径Ｒ４が、第１凹曲面部８がなす凹曲線の曲率半径Ｒ２よりも大きくされているので、上述のように第１凹曲面部８によって小さくカールされた切屑がこの第２凹曲面部１２に必要以上にさらに強く押し付けられて潰されたりするようなことはなく、切屑の流れを阻害せずに円滑に排出することが可能となる。また、こうして切屑が第２凹曲面部１２に強く押し付けられすぎることがないため、この切屑の擦過によって切屑排出溝３の内壁面９の摩耗が促進されたり、ドリル回転駆動力の増大を招いたりすることもない。しかも、本実施形態ではこの第２凹曲面部１２の外周側にやはり滑らかに連なるように第２凸曲面部１１が形成されており、従って切屑の流れがヒール部１０側で阻害されることもなく、またこのヒール部１０におけるドリル本体１の強度も確保することができる。さらに、この切刃５を含めたドリル本体１の先端部には、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜が被覆されているので、ドリル本体１の耐摩耗性の一層の向上を図ることができる。
【００２０】
また、本実施形態では、これら第１、第２凹曲面部８，１２が軸線Ｏに直交する断面においてなす凹曲線がそれぞれ半径Ｒ２，Ｒ４（Ｒ２＜Ｒ４）の円弧状とされ、これらの円弧が１の接点Ｐ３において共通の接線を有するように接して、連続した凹曲線を形成するように滑らかに連ねられている。このため、第１凹曲面部８側から第２凹曲面部１２側への切屑の流れをスムーズにして、上述のように第１凹曲面部８によって切屑が十分に小さくカールされる場合にはその排出をより円滑にすることができる一方、例えば加工物の材質などによってこの第１凹曲面部８では切屑を十分にカールしきれなかった場合でも、第２凹曲面部１２に緩やかに押し付けて必要な径にまでカールさせることができる。さらに、こうして第１、第２凹曲面部８，１２が連続させられることにより、切屑排出溝３の溝幅が必要以上に大きくなるのを避けることもでき、ドリル本体１の断面積を十分に確保してその剛性を維持することも可能となる。ただし、本実施形態ではこのように第１、第２凹曲面部８，１２がなす凹曲線を半径Ｒ２，Ｒ４の円弧としてその曲率半径をそれぞれ一定とし、これらが接点Ｐ３において接するようにしているが、第１凹曲面部８側から第２凹曲面部１２側に向けてその凹曲線の曲率半径が連続的または断続的に大きくなるようにしてもよく、すなわち上記円弧のほかに、楕円やトロコイド、サイクロイド、インボリュート等の各種曲線、あるいはこれらを組み合わせた凹曲線状の断面を呈するようにしてもよい。
【００２１】
さらに、本実施形態では、これら第１、第２凹曲面部８，１２の凹み量Ｌ１，Ｌ２を、第１凹曲面部８については軸線Ｏと内壁面４の外周端１３とを結ぶ第１仮想直線Ｓ１から切刃５の外径Ｄに対して−０．０６×Ｄ〜０の範囲となるように（ただし、ドリル回転方向Ｔ後方側が負）、また第２凹曲面部１２については軸線Ｏにおいて上記第１仮想直線Ｓ１と直交する第２仮想直線Ｓ２から−０．０６×Ｄ〜０．０６×Ｄの範囲となるように（ただし、ドリル回転方向Ｔ側が負）それぞれ設定されており、これにより切屑を強すぎず弱すぎずに第１、第２凹曲面部８，１２に摺接させて、適度なブレーキング作用を与えることができる。このため、過大なブレーキング作用によって切屑が潰れて円滑な排出性が損なわれたりドリル回転駆動力の増大を招いたりすることなく、しかしながら確実に切屑をカールさせて処理することができる。なお、このような作用効果をより確実に奏功せしめるには、本実施形態のように軸線Ｏに直交する断面において、第１凹曲面部８がなす凹曲線（凹円弧）の曲率半径Ｒ２は切刃５の外径Ｄに対して０．１８〜０．３５×Ｄの範囲に、また第２凹曲面部１２の曲率半径Ｒ４は０．２〜０．５×Ｄの範囲に、それぞれ設定されるのが望ましい。
【００２２】
また、本実施形態では、上記第１、第２凸曲面部７，１１が上記断面においてなす凸曲線（凸円弧）の曲率半径Ｒ１，Ｒ３が、切刃５の外径Ｄに対してそれぞれ０．１〜０．８×Ｄの範囲に設定されており、これにより、ドリル本体１の内壁面４の外周端１３におけるマージン部６周辺の強度やヒール部１０周辺における強度を十分に確保しつつ、第１、第２凹曲面部８，１２の径方向の幅が小さくなりすぎるのを防いで、確実な切屑処理性の向上を図ることができる。なお、高速乾式切削のような条件下でも、このようにドリル本体１の強度確保と切屑処理性の向上とをより確実に両立させるには、本実施形態のように上記断面において第１凸凹曲面部７，８がなす凸凹曲線の接点Ｐ１を、軸線Ｏから切刃５の外径Ｄの２／３の直径の円より外周側に、より望ましくは外径Ｄの５／６の直径の円よりも外周側に位置させ、また切屑排出溝３の溝幅比を０．８〜１．２：１の範囲とするのが望ましい。
【００２３】
さらにまた、本実施形態ではこのように切屑処理性の向上が図られてドリル回転駆動力の低減が図られるのに伴い、加工時にドリル本体１自体が受ける負荷も小さくなり、これによってその芯厚ｄも切刃５の外径Ｄに対して０．１５×Ｄ〜０．３×Ｄと比較的小さな範囲に設定することができる。このため、上記ドリル本体１が受ける負荷のうち特にスラスト力を軽減させるとともに、切屑排出溝３の断面積を大きくしてさらに円滑な切屑排出を促し、これらによって穴明け加工時の動力の一層の軽減を図ることができる。その一方で、ドリル本体１の断面積は、上記曲率半径Ｒ１〜Ｒ４が上述のように適当な範囲に設定されることと、特に第１、第２凸曲面部７，１１によって外周側で大きくなることとにより、必要かつ十分に確保することができ、従ってドリル本体１の剛性も維持することができるので、上述のように加工動力の一層の軽減が図られることとも相俟って、加工時に折損等が生じてドリル寿命が費えてしまうような事態をも防止することが可能となる。
【００２４】
一方、こうして切屑排出溝３のドリル回転方向Ｔを向く内壁面４に上記第１凸凹曲面部７，８が形成された本実施形態のドリルでは、その先端逃げ面２との交差稜線部に形成される切刃５の外周端１５側にも、ドリル回転方向Ｔに凸となる凸曲線状切刃部１６が形成され、従って軸線Ｏ方向先端視の外周端１５における凸曲線状切刃部１６とマージン部６との交差角を上述のように大きな角度に、しかも第１凸曲面部７との交差角よりも大きな角度にすることができ、この切刃５の外周端１５近傍におけるドリル本体１の強度も十分に確保することができる。このため、ドリル本体１外周に位置するために切削速度が最も高く、しかも切屑生成量も最も多くなるために過大な負荷が生じやすいこの切刃５の外周端１５に欠けやチッピングなどが発生するのも防止することができ、高速乾式切削等の加工条件下における工具寿命の一層の延長を図ることができる。しかも、本実施形態ではこの凸曲線状切刃部１６が軸線Ｏ方向先端視に切刃５の外周端１５と軸線Ｏとを結ぶ直線よりもドリル回転方向Ｔに凸となるように形成されていて、これにより上述のようにその径方向すくい角αが負角とされているので、マージン部６との上記交差角は鈍角になり、より確実にこの外周端１５周辺におけるドリル本体１の強度を確保することが可能となる。
【００２５】
また、この凸曲線状切刃部１６は、このようにドリル回転方向Ｔに凸となる曲線状をなしていて、上述した従来のドリルのように切刃が角度をもって凸Ｖ字状に折れ曲がっているために切刃上に折曲点が形成されたりすることがなく、しかもその内周側にはドリル回転方向Ｔ後方側に凹となる凹曲線状切刃部１７が該凸曲線状切刃部１６に滑らかに連なるように形成されており、従って切刃５により生成される切屑は上記折曲点で分断されたりすることなく、凹曲線状切刃部１７によって生成された部分が内周側に向けて流れ出るのに伴い、全体的に内周側に巻き込まれるように生成されつつ上記第２凹曲面部８に摺接させられて円滑にカールさせられる。このため、本実施形態では、従来のように切刃上の折曲点で切屑が分断されて絡まり合うことにより切屑詰まりを生じたりするようなおそれもなく、また折曲点の外周側に分断された切屑がそのまま外周側に流れ出て抵抗を増大させたりドリル本体の摩耗を速めたりするようなこともなく、より一層の切屑の円滑かつ安定した処理を促して穴明け加工時のドリル回転駆動力の低減を図るとともに、摩耗を抑えて工具寿命を延長させることが可能となる。
【００２６】
さらに、本実施形態では、切屑排出溝３の先端側にシンニング部１８が形成されていて、これにより切刃５の内周端側は先端逃げ面２の中心に向かうシンニング切刃部１９とされており、このシンニング切刃部１９と上記凹曲線状切刃部１７とが交差する部分が両切刃部１７，１９に滑らかに連なる凸曲線状または直線状とされるとともに、シンニング切刃部１９に連なる第１シンニング部２０は谷底部２１が凹曲した谷形とされているので、切刃５の全長に亙っても上述のような折曲点が形成されることはなく、しかもこのシンニング切刃部１９によって生成された切屑の内周側部分をも、図３に黒塗り矢線で示すように第１シンニング部２１の谷底部２１の断面がなす凹曲線に沿って内周側に巻き込むようにカールさせることができる。このため、上記凹曲線状切刃部１７によって切屑が内周側に巻き込まれるのと相俟って、一層の切屑処理性の向上を図ることができ、特に難削材の加工において効果的である。なお、本実施形態ではこの第１シンニング部２０の谷底部２１の断面がなす凹曲線の曲率半径を０．１〜０．５mmとしているが、これは、この曲率半径がこれよりも大きいと上記切屑の内周側部分を十分に巻き込んでカールさせることができなくなるおそれがある一方、逆にこれよりも小さいとこの切屑の内周側部分がシンニング部１８内において詰まりを生じるおそれがあるからである。
【００２７】
また、このシンニング部１８の先端には、第１シンニング部２０の上記谷底部２１からさらに一段傾斜して先端逃げ面２に達する第２シンニング部２２が形成されていて、この第２シンニング部２２と先端逃げ面２との交差稜線部上に切刃５の内周端が形成されており、しかもこの第２シンニング部２２の溝底の曲率半径が０．１mm未満と上記谷底部２１よりも小さくされていることから、この切刃５の内周端は先端逃げ面２のより内周側に配置されることとなり、これによってチゼルの幅が０〜０．２mmと極短い幅とされている。このため、当該ドリルが加工物に食い付く際の食い付き性や直進安定性の向上を図ってさらに安定かつ高精度の加工を行うことができるとともに、ドリル本体１にその軸線方向に作用するスラスト力を抑えることことができて、ドリル駆動力の一層の軽減を促すことも可能となる。しかも、このようにシンニング部１８が切刃５の内周端に向けて傾斜の大きくなる第１、第２の複数のシンニング部２０，２２によって形成されることにより、先端の第２シンニング部２２の溝底に沿った断面におけるドリル本体１の先端角度は、単一のシンニング部の溝底を同じチゼル幅となるように傾斜させた場合に比べて大きくなるので、本実施形態によればこのドリル本体１先端の回転中心周辺における強度も十分に確保して、食い付き時の衝撃的負荷などによっても損傷の生じることのないドリルを提供することができる。ただし、第１シンニング部２０だけでドリル本体１の食い付き性や直進安定性と強度とが確保できるのであれば、第２シンニング部２２はなくてもよい。
【００２８】
ここで、次表１は、図１〜図３に示した実施形態のドリルと、それぞれ第１凸曲面部７の半径Ｒ１の大きさ、第１、第２凹曲面部８，１２の大小、および芯厚ｄの大きさが異なる以外はこの実施形態と同様とされた比較ドリル１〜５とで、切削速度を変化させ、かつ乾式で穴明け加工試験を行ったときの結果を示すものであり、加工条件や評価は表下に示した通りである。
【００２９】
【表１】

【００３０】
この表１の結果より、まず第１凸曲面部７の半径Ｒ１が切刃５の外径Ｄに対して０．１×Ｄを下回る比較ドリル１では、この第１凸曲面部７の幅が小さくなるのに伴い先端の凸曲線状切刃部１６の幅も小さくなって、この凸曲線状切刃部１６ごと切刃５の肩すなわち上記外周端１５部分にチッピングが生じ、またこれとは逆に半径Ｒ１が０．８×Ｄを上回る比較ドリル２では、これら第１凸曲面部７および凸曲線状切刃部１６が幅広となって、相対的に第１凹曲面部８および凹曲線状切刃部１７が幅狭となり、これにより切屑のカーリング性が損なわれて切屑排出溝３の内壁面４，９に切屑が強く押し付けられ、大きな摩耗を生じる結果となった。また、上記実施形態とは逆に第１凹曲面部８の半径Ｒ２を第２凹曲面部１２の半径Ｒ４よりも大きくした比較ドリル３では、切屑が第２凹曲面部１２に強く押し付けられることによって図４（ロ）に示すように潰れを生じ、またこの第２凹曲面部１２の摩耗も著しかった。さらに、芯厚ｄを０．３×Ｄよりも大きくした比較ドリル４では、切屑排出溝３の断面積が小さくなってやはり切屑の擦過による摩耗が大きく、しかもスラスト力が増大してドリル駆動力も大きくなったのに対し、逆に芯厚ｄを０．１５×Ｄより小さくした比較ドリル５では、スラスト力は小さくなったものの、剛性不足によって折損が生じてしまった。
【００３１】
これらの比較ドリル１〜５に対して、上記実施形態のドリル１〜３では、いずれも排出された切屑が図４（イ）に示すように潰れを生じたりすることなく小さくカールさせられていて、切屑排出溝３の内壁面４，９等における工具摩耗も正常なものであり、特に芯厚ｄを０．２３×Ｄとした実施形態ドリル２ではスラスト力、水平分力とも小さく、より安定した穴明け加工を行うことが可能であった。なお、これに対して芯厚ｄを０．２０×Ｄとやや小さめにした実施形態ドリル３では、その分剛性も小さくなったため水平分力が大きくなる傾向となったが、比較ドリル５のように折損に至るようなことはなく、実用上十分な寿命を得ることができた。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面の外周端側に凸曲面部を形成することにより、この切屑排出溝の外周端におけるドリル本体強度を確保してチッピングや欠けの発生を防止することができる。そして、この凸曲面部の内周側に滑らかに連なる第１凹曲面部を形成することにより、切屑全体を内周側に巻き込むようにして巻き癖をつけてカールさせ、効率的な処理を図ることができるとともに、ドリル回転方向後方側を向く壁面には、この第１凹曲面部よりも断面がなす凹曲線の曲率半径が大きい第２凹曲面部を滑らかに連なるように形成することにより、第１凹曲面部でカールされた切屑が必要以上に強く第２凹曲面部に押し付けられすぎるるのを防いで、ドリル本体の摩耗やドリル回転駆動力の低減を図ることができる。従って、乾式でしかも高速切削となるような過酷な加工条件においても、ドリルの寿命の延長を図るとともに切屑の効率的な処理を促して、円滑かつ安定した穴明け加工を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示す軸線Ｏ方向先端視の正面図である。
【図２】 図１に示す実施形態の軸線Ｏに直交する断面図である。
【図３】 図１に示す実施形態のシンニング部１８を示すドリル本体１先端部の斜視図である。
【図４】 （イ）は本発明の実施形態によるドリルによって生成された切屑を示す図であり、（ロ）は実施形態とは第１、第２凹曲面部８，１２の半径Ｒ２，Ｒ４の大小が反対とされた比較ドリル３による切屑を示す図である。
【符号の説明】
１ ドリル本体
２ 先端逃げ面
３ 切屑排出溝
４，９ 切屑排出溝３の内壁面
５ 切刃
７ 第１凸曲面部
８ 第１凹曲面部
１１ 第２凸曲面部
１２ 第２凹曲面部
１３ 内壁面４の外周端
１５ 切刃５の外周端
１６ 凸曲線状切刃部
１７ 凹曲線状切刃部
１８ シンニング部
１９ シンニング切刃部
２０ 第１シンニング部
２１ 第１シンニング部２０の谷底部
２２ 第２シンニング部
Ｏ ドリル本体１の軸線
Ｔ ドリル回転方向
Ｒ１〜Ｒ４ 第１、第２凸凹曲面部７，８，１１，１２が軸線Ｏに直交する断面においてなす曲線の曲率半径
Ｓ１，Ｓ２ 第１、第２仮想直線
Ｌ１，Ｌ２ 第１、第２凹曲面部８，１２の凹み量
ｄ ドリル本体１の芯厚

Claims (5)

1. 軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面と上記ドリル本体の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されてなるドリルであって、上記切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面には、その外周端側に位置してマージン部に交差し、ドリル回転方向に凸となる凸曲面状をなす凸曲面部が形成されるとともに、この凸曲面部の内周側には、該凸曲面部に滑らかに連なってドリル回転方向後方側に凹となる曲面状をなす第１凹曲面部が形成される一方、上記切屑排出溝のドリル回転方向後方側を向く内壁面には、ドリル回転方向に凹となる曲面状をなす第２凹曲面部が上記第１凹曲面部に滑らかに接して連なるように形成されており、上記軸線に直交する断面において、上記第２凹曲面部がなす凹曲線の曲率半径が、上記第１凹曲面部がなす凹曲線の曲率半径よりも大きくされていて、上記第１凹曲面部がなす凹曲線の曲率半径が、上記切刃の外径Ｄに対して０．１８×Ｄ〜０．３５×Ｄの範囲に設定されるとともに、上記第２凹曲面部がなす凹曲線の曲率半径が、上記切刃の外径Ｄに対して０．２×Ｄ〜０．５×Ｄの範囲に設定されていることを特徴とするドリル。
2. 上記軸線に直交する断面において、該軸線と上記ドリル回転方向を向く内壁面の外周端とを結ぶ第１仮想直線からの上記第１凹曲面部の凹み量Ｌ１が、上記切刃の外径Ｄに対して−０．０６×Ｄ〜０の範囲に設定されるとともに、上記第１仮想直線に上記軸線において交差する第２仮想直線からの上記第２凹曲面部の凹み量Ｌ２が−０．０６×Ｄ〜０．０６×Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 上記軸線に直交する断面において上記凸曲面部がなす凸曲線の曲率半径が、上記切刃の外径Ｄに対して０．１×Ｄ〜０．８×Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のドリル。
4. 上記ドリル本体の芯厚が、上記切刃の外径Ｄに対して０．１５×Ｄ〜０．３×Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のドリル。
5. 上記ドリル本体の少なくとも先端部の表面には、硬質皮膜が被覆されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のドリル。

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