JP4350161B2 - 深穴加工用小径ドリルおよび微細深穴加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ドリル径が１ｍｍ以下であり、金型や部品加工等に用いられる新しい形状の深穴加工用小径ドリル、および前記深穴加工用小径ドリルを用いて、特に加工穴径（以下、Ｄと称する。）が１ｍｍ以下で、加工穴深さ（以下、Ｌと称する。）との比であるＬ／Ｄが１５倍以上の深穴、貫通穴の場合にはＬ／Ｄが１０倍以上の深穴、特にＬ／Ｄが５０倍以上である極めて深い穴を精度良く加工する微細深穴加工方法に関する。本発明は、細くて深い止まり穴と貫通穴のいずれも対象とし、それぞれに適した深穴加工用小径ドリルおよび微細深穴加工方法に関する。

ドリル径に対する工具の突き出し長さが長い場合には、工具の剛性が小さくなる。そのために、加工中に工具のたわみが発生し、加工穴の真直度が劣化したり、ドリルが折損したりする。深穴加工にドリルを用いる場合には、ドリルの溝長を加工穴の深さより短くしてステップ加工で穴加工するのが普通である。ドリル加工でのステップ加工とは、ドリルを穴に対して前進と後進をステップ状に繰り返して穴あけ加工する方法である。

特許文献１(日本国 特開２００３−２６６２２３号公報)には、ステップ加工で使用する深穴加工用小径ドリルとして、溝を短く設けて機械的強度を上げて、ＨＲＣ４５以上の高硬度材にドリル径の１０倍以上の深穴を加工するものが記載されている。

特許文献２（日本国 特開平８−７１８２４号公報）には、ドリルの先端から減径するバックテーパ部、ドリル径より小さい径を有する小径部、ドリル径と同じ径を有する定径部を持つドリルが記載されている。

特許文献３（日本国 特開平４−３４８８０３号公報）には、下穴を形成した後、加工用ドリルが下穴付近に接触しているときに、ドリルに作用する面内の分力を検出し、この分力が小さくなる向きにドリルの先端位置を移動させる穴加工方法が記載されている。

特許文献４（日本国 特開平６−１３４６４８号公報）には、ボールエンドミルを用い、該ボールエンドミルとワークとに螺旋状にかつダウンカットになるように切込みとＸ軸およびＹ軸方向の相対送りを与えて穴あけ加工を行う切削加工方法が記載されている。

特許文献５（日本国 特開２００３−２６０６１１号公報）には、板材に傾斜した孔加工を施す際に、孔あけ部に位置決めに用いる半球面状の孔加工を施し、次に孔あけ用の加工治具を板材に傾斜して取りつけ、板材に穿孔する傾斜孔の穿孔方法が記載されている。
特開２００３−２６６２２３号公報 特開平８−７１８２４号公報 特開平４−３４８８０３号公報 特開平６−１３４６４８号報 特開２００３−２６０６１１号公報

深穴加工に用いる小径ドリルは、Ｌ／Ｄが大きく加工穴が深いために切屑が加工穴内を移動して排出されるまでの時間が長い。この間、切屑が溝のねじれの影響により、溝の終端まで移動してドリル部の後方や首部の外周面と加工穴の内周面の間に噛み込み、切削中のドリルに振動を与えて穴の真直度を悪化させたり、小径ドリルの折損に至ったりする問題があった。特に溝が長いと剛性がなく、小径の深穴加工をする場合は真直度等が著しく悪くなり、折損の恐れもあった。さらに仮に溝を短く設けて機械的強度を上げてもドリル径が１ｍｍ以下になるとより切屑がドリル部の後方に流れて加工穴に噛み込みやすく深穴加工をすることはできなかった。

本発明は以上のような背景に鑑み、Ｌ／Ｄが１５倍以上、特にＬ／Ｄが３０〜５０倍を超える深穴加工を対象にして、ドリル径が１ｍｍ以下の新規な深穴加工用小径ドリルおよびそれを用いた新規な微細深穴加工方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明のドリルは、ドリル径が１ｍｍ以下の深穴加工用小径ドリルであって、ドリル部は切刃と溝と拡径部を有し、前記の溝長は前記ドリル径の５倍以上で１０倍以下であり、前記ドリル部は、切刃からドリル部の後方に向かって縮径した後に拡径し、前記溝の終端でのドリル部の外径は、前記ドリル径の０．９倍以上０．９８倍以下であり、前記ドリル部の後端には、前記溝の終端の外径より前記ドリル径の１倍以下まで拡径した拡径部を設け、シャンクにつながる前記首部の外径は前記ドリル径より小さく、かつ、首部の長さはドリル径の１０倍以上であることを特徴とする深穴加工用小径ドリルである。

さらに本発明の深穴加工用小径ドリルは、ドリル径が１ｍｍ以下の深穴加工用小径ドリルにおいて、ドリル部は切刃と溝と拡径部を有し、前記の溝長は前記ドリル径の５倍以上で１０倍以下であり、前記ドリル部は、ドリル部長手方向の途中に縮径部の最小径部を有し、前記溝の終端でのドリル部の外径は、前記ドリル径の０．９倍以上０．９８倍以下であり、前記ドリル部の後端には、前記溝の終端の外径より前記ドリル径の１倍以下まで拡径した拡径部を設け、シャンクにつながる前記首部の外径は前記ドリル径より小さく、かつ、首部の長さはドリル径の１０倍以上であることを特徴とする深穴加工用小径ドリルである。

本発明の深穴加工用小径ドリルにおいて、溝長は前記ドリル径の５倍以上で１０倍以下で設定できるが、溝長が長くなると切削抵抗が大きくなり、ドリルの振動などで加工穴の直進性に悪影響を及ぼす可能性が高くなる。したがって溝長はできればドリル径の７倍以下が望ましい。

本発明の深穴加工用小径ドリルにおいて、首部の外径は前記ドリル径より小さくすることが必要であるが、首部の外径は前記ドリル径の０．８５倍〜０．９８倍未満とするのがより望ましい。さらに望ましくは、首部にはドリル径の０．９８倍以上で１．０倍以下の外径を有するガイド部を一箇所以上設けると良い。

加工穴の深さに対してドリル部からガイド部までの距離が長い場合、ガイド部が加工穴へ収容されるまでの真直性が損なわれ、ガイド部の効果で真直性を保つことができないおそれがある。このため、ガイド部の間隔をドリル径の５倍以上１０倍以下とし、ガイド部の位置の配置もドリル部に近いほど間隔を狭くすると良い。また、ガイド部の個々の長さはドリル径の０．２倍から２倍以下に設けるとするのがより望ましい。これにより、ドリルのたわみを全体にわたって抑制することができる。

本発明の微細深穴加工方法は、ガイド穴を精度良く加工するために、ガイド穴の底面を特定の形状を有する略半球面状に設けることを主目的として新規にボールエンドミルを利用した方法を組み合わせた方法である。

すなわち、本発明の微細深穴加工方法は、加工穴径が１ｍｍ以下、深さが加工穴径の１０倍以上の穴、特に深さが加工穴径の１５倍以上の穴を、予め設けたガイド穴に深穴加工用小径ドリルをガイドさせて加工する微細深穴加工方法であって、前記ガイド穴の加工には、ボールエンドミルを用いることを特徴としている。

本発明の微細深穴加工方法は、深穴加工に先立って前記ボールエンドミルを回転軸方向に送ることにより、ガイド穴の穴径が、前記深穴加工用小径ドリルのドリル径に対して０．９０倍以上１．０５倍以下、前記ガイド穴の深さが、前記深穴加工用小径ドリルのドリル径に対して０．６倍以上２．０倍以下とし、前記ガイド穴の底面を略半球面状に設ける。続いて、深穴加工用小径ドリルの溝長が、ドリル径の５倍以上１０倍以下、首部の長さがドリル径の１０倍以上であるドリルを用いて、ステップを繰り返しながら加工をすることを特徴とする微細深穴加工方法である。

この加工方法を採用することにより、加工穴径が１ｍｍ以下で、加工穴径に対する加工穴深さが加工穴径の１５倍以上である深穴加工、特にＬ／Ｄが５０倍以上である深穴加工において、良好で安定した位置決め精度が得られ、真直度の高い穴あけを実現し、かつ深穴加工用小径ドリルの長寿命化をも実現することができる。

ボールエンドミルで形成した特定のガイド穴を用いた本発明の微細深穴加工方法において、用いる深穴加工用小径ドリルは、好ましくは溝の終端と首部の間にシャンク側に向かって拡径したテーパ状の拡径部を有し、前記深穴加工用小径ドリルの溝長は、ドリル径の５倍以上１０倍以下、首部の長さをドリル径の１０倍以上に設けた本発明の深穴加工用小径ドリルを用い、ステップを繰り返しながら加工をすることが望ましい。

これにより、溝の終端から飛び出した切屑が溝へ押し戻され、切屑を溝内に確実に滞留させることができるため、ドリルの首部に切屑が噛み込むことなく、切屑は排出され、加工穴の良好な真直度が得られる。

本発明の前記微細深穴加工方法は、いずれも本発明の深穴加工用小径ドリルを用いるのが良い。

本発明の微細深穴加工方法において、加工穴径の５０倍以上の長さの穴をドリル加工する場合、ステップバックした時の前記深穴加工用小径ドリルの外周コーナの位置が加工穴内にあり、前記外周コーナの位置は加工穴入り口端面から深穴加工用小径ドリル径の０．０３倍以上１．０倍以下であるのが良い。

また、本発明の微細深穴加工方法において、非加工時の深穴加工用小径ドリルの移動送り速度が１ｍ／ｍｉｎ以上４ｍ／ｍｉｎ以下であることが望ましい。

さらに、本発明のドリルの他の発明は、ドリル径が１ｍｍ以下の深穴加工用小径ドリルであって、ドリル部は切刃と溝と拡径部を有し、前記の溝長は前記ドリル径の５倍以上で１０倍以下であり、前記ドリル部は、切刃からドリル部の後方に向かって縮径した後に拡径し、前記溝の終端でのドリル部の外径は、前記ドリル径の０．９倍以上０．９８倍以下であり、ドリル部の後端にある拡径部は、溝の終端の外径よりテーパ状にドリル径とほぼ同径まで拡径するか、または前記テーパ状とドリル径とほぼ同径の円筒部との組み合わせにより、拡径部の最大径がドリル径とほぼ同径であることを特徴とする深穴加工用小径ドリルである。また、ほぼ同径とは、ドリル径２の０．９５倍以上〜１．００倍以下であり、好ましくは０．９５倍を超えるものが望ましい。

拡径部が溝の終端の外径よりテーパ状にドリル径まで拡径するか、または前記テーパ状とドリル径とほぼ同径の円筒部との組み合わせにより、拡径部の最大径がドリル径とほぼ同径であるものは、止まり穴、貫通穴の加工に適用できるが、特に拡径部を加工穴の外まで完全に通過させる貫通穴をあけるときに有効である。

本発明によれば、拡径部の最大径部がドリル径とほぼ同径なので、小径ドリルの拡径部が加工穴の内面を軽く研磨する作用、またはリーマ加工に匹敵する作用をして、加工穴の内面粗さを向上し加工穴の真直度を向上する。したがって、本発明によれば、従来ではドリル加工の後に度々行われるリーマ加工が不要となり、各貫通穴に対して一本のドリルによる一回の加工で微細深穴加工が可能となる。

本発明の深穴加工用小径ドリルによれば、拡径部の最大径部がドリル径とほぼ同径なのでステップ加工中においてドリルの軸心方向のガイドの役割も果たすために、深い微細加工穴の真直度が良好となる。

本発明の貫通穴をあける方法は、本発明の深穴加工用小径ドリルのうち、拡径部の最大径部がドリル径とほぼ同径のドリルを用いて加工する方法である。すなわち、その発明は、加工穴径が１ｍｍ以下、深さが加工穴径の１０倍以上、特に深さが加工穴径の１５倍以上の貫通穴を加工する方法であって、既述の本発明の深穴加工用小径ドリルを用いて、少なくとも前記最大径部、又は前記円筒部が加工穴を貫通するまでステップ加工を繰り返しながらドリル加工をすることを特徴とする微細深穴加工方法である。

本発明の前記の貫通穴の加工方法は、特定の形状を有するボールエンドミルで予め設けたガイド穴に前記の深穴加工用小径ドリルをガイドさせて加工するのが良い。すなわち、本発明の他の微細深穴加工方法は、加工穴径が１ｍｍ以下、深さが加工穴径の１０倍以上、特に深さが加工穴径の１５倍以上の貫通穴を加工する方法であって、ボールエンドミルで予め設けたガイド穴に本発明の深穴加工用ドリルをガイドさせて加工し、前記深穴加工用小径ドリルのドリル径とほぼ同径の拡径部が加工穴を貫通するまでステップ加工を繰り返しながらドリル加工をすることを特徴とする微細深穴加工方法である。

ガイド穴の加工は既に述べた方法のように、ボールエンドミルを用い、エンドミル回転軸方向に送ることにより、前記ガイド穴の穴径が、前記深穴加工用小径ドリル径に対して０．９０倍以上１．０５倍以下、前記ガイド穴の深さが、前記深穴加工用小径ドリル径に対して０．６倍以上２．０倍以下、前記ガイド穴の底面を略半球面状に設けるのが良い。

本発明によれば、Ｌ／Ｄが１５倍以上の深穴加工であって、加工穴の内面は段差等のない良好な内面粗さが得られ、かつ真直度の優れた微細深穴加工が可能となる。

また、本発明によれば、新規なドリル形状と加工方法の組み合わせにより、深穴加工用小径ドリルの長寿命化をも実現することができる。

本発明によれば、貫通穴の加工に適用した場合に、深い微細加工穴の加工穴の内面粗さが大幅に改善され、真直度が良好となる。したがって、従来ではドリル加工の後に度々行われるリーマ加工が不要となり、貫通穴に対して一本のドリルによる一回の加工で微細深穴加工が可能となる。

本発明の深穴加工用小径ドリルの例を図１、図２に示す。以下、本発明の深穴加工用小径ドリルのことを便宜上小径ドリルとも略称する。図１は首部６にガイド部１３のないもの、図２は首部６にガイド部１３のある例である。いずれの図でも、小径ドリル１は切刃３、溝４と縮径部１４の最小径部８を有するドリル部５、溝４の終端９、テーパ状の拡径部１０、略円柱状の首部６、首部６より大径のシャンク部７を有する。図２に示す例ではさらに首部６にガイド部１３を有する。ドリル径２は図１の切刃３の最大径で定義され、溝長１１とは切刃３の最大径部分から溝４の終端９までの直線距離である。

本発明の小径ドリル１のドリル部５は、ドリル部５の長手方向の途中に縮径部１４の最小径部８を有する。前記縮径部１４の最小径部８の形状は、切刃３からドリル部５の後方に向かって縮径した後に拡径した形状が望ましい。前記溝４の終端９でのドリル部５の外径は、前記ドリル径２の０．９倍以上０．９８倍以下であり、前記ドリル部５の後端は、前記溝４の終端９の外径より前記ドリル径２の１倍以下まで拡径する拡径部１０を有し、シャンク部７につながる前記首部６の外径は前記ドリル径２より小さく、かつ、首部６の長さ１２はドリル径２の１０倍以上である。

本発明の小径ドリル１のドリル部５は、切刃３からドリル部５の後方に向かって縮径部１４の最小径部８まで縮径した後に拡径し、前記溝４の終端９でのドリル部５の外径は、前記ドリル径２の０．９倍以上０．９８倍以下とするのが望ましい。ドリル部５が切刃３からドリル部５の後方に向かって縮径した後に拡径するとは、切刃３から見たドリル部５の後方のいずこかに、ドリル部５の最小径部８を有することと言い換えることが出来る。

溝４の終端９でのドリル部５の外径は縮径部１４から見れば拡径していることになる。この形状により、切屑が溝４の終端９からドリル部５の後方へ飛び出し、ドリル部５の外周面や首部６の外周面に噛み込むことを抑制し、折損を抑制できる。また、切削中に切屑が溝４の終端９を乗り越えて首部６に噛み込むことを抑制して切屑が溝４の内部に滞留し、切削を安定させ、良好な真直度が得られる。

ドリル部５の外径が、溝４の終端９でドリル径２の０．９倍未満であると、切屑がドリル部５の後方へ移動して首部６へ移動し、切削トルクの変動を起こし、真直度が悪化する。また、折損のおそれもある。一方、ドリル部５の外径が、溝４の終端９でドリル径２の０．９８倍を超えると、後述するテーパ状の拡径部１０を十分な外径に設けることができない。ドリル部５の最小径部８から溝４の終端９に至るまでは、ドリル部５はテーパ状で拡径することが好ましい。

ドリル部５の縮径部１４の作用により、縮径部１４での切屑が小径ドリル１と加工穴に噛み込むことなく切屑の排出を容易にする。この縮径部１４の最小径部８は、ドリル径２の０．８５倍以上０．９６倍以下に設ける。この範囲の縮径部１４を設けることで、縮径部１４の外周面前端が加工穴の内周面と擦過することを抑制し、切削トルクの増加を抑制でき、真直度の良好な穴が加工できる。

小径ドリル１の縮径部１４の最小径部８は、ドリル径２の０．８５倍未満の場合、大きな切屑が入り込みやすくなるため、内周面の面粗さを損ない、また、小径ドリル１の剛性を損ない折損が発生しやすくなる。ドリル部５の縮径部１４の最小径部８がドリル径２の０．９６倍を超える場合には、切屑を押し戻すための効果を得るテーパ状の拡径を十分に設けることができない。

本発明の小径ドリル１の形状的な大きな特徴の一つは、ドリル部５後端に、前記ドリル径２の１倍以下まで拡径した拡径部１０が設けられていることである。拡径部１０の最大径部１８までは、ドリル部５の溝４の終端９から、首部６に向かって、テーパ状にドリル径２の１倍まで拡径するのが良い。

この拡径部１０の作用は、前述した溝４の終端９の構成により大半の切屑の噛み込みが抑制されるものの、それよりも細かい切屑が溝４から飛び出した場合には、拡径部１０により小径ドリル１の先端側へ押し戻すことができる。さらに切屑を溝４の内部に滞留させて、縮径部１４の外周面や首部６の外周面に切屑を噛み込むことを抑制する。拡径部１０はこれらの作用によって加工穴の良好な真直度を得ることと、小径ドリル１の折損を抑制する効果を発揮する。

拡径部１０は図１のように直線的にテーパ状に拡径するのが小径ドリル１の製造上容易であるが、曲線状に拡径しても良い。テーパ状の拡径部１０の最大径がドリル径２に近いほど、この拡径部１０がドリル部５をガイドし、加工穴の真直度を高めることができる。

ドリル部５の縮径の態様は、ドリル部５を拡大して図３〜５に示すように、バックテーパを設ける態様（図３）、アンダーカットを設ける態様（図４）、あるいはバックテーパとアンダーカットの形状の組み合わせた態様（図５）などが良い。いずれの場合にも、ドリル部５には縮径部１４の最小径部８を有する。前記バックテーパの量は０．４／１００ｍｍ以上２．０／１００ｍｍ以下であることが好ましい。

更に、本発明の小径ドリル１において、前記溝長１１は前記ドリル径２の５倍以上１０倍以下とする。この範囲での溝長１１は、溝４の容積を確保し、小径ドリル１が深穴内を移動する間、切屑を溝４にため込むことができる。溝長１１がドリル径２の５倍を下回ると、ステップ加工におけるステップ毎の小径ドリル１の送り量を小さくせざるを得ず、切刃３の摩耗が進行しやすい。また、１０倍を超えると小径ドリル１の剛性低下により、真直度が悪化する。特に小径ドリル１の剛性を確保するためにはできるだけ７倍以下であることが好ましい。

ドリル部５の長さはドリル径２の１２倍以下とする。ドリル部５の長さがドリル径２の１２倍を超えると小径ドリル１の剛性が劣化するので好ましくないからである。ドリル径２の１２倍以上の深い穴加工には首部６を長くすることで対応することが出来る。首部６の外径はドリル径２の０．８５倍以上１．０倍未満が良い。

首部６の外径がドリル径２の０．８５倍未満では細すぎて小径ドリル１の折損の危険性が高まるからであり、１．０倍になると首部６の外径がドリル径２と同一ということであり、ドリル切削の抵抗が大きくなるので問題となるからである。

本発明では、Ｌ／Ｄが大きい加工穴深さには首部６の長さ１２を長くすることで対応するため、首部６の長さ１２はドリル径２の１０倍以上とする。本発明のドリル加工の最終段階では、ドリル部５は加工穴内へ収容される。小径ドリル１のたわみを抑制して真直度の高い深穴を加工するためには、首部６の外径をドリル径２の０．８５倍ないし０．９８倍未満とし、前記首部６には図２に示すように、ドリル径２の０．９８倍以上１．０以下の外径のガイド部１３を少なくとも１箇所以上設けると良い。

ガイド部１３の外径をドリル径２の０．９８倍以上１．０倍以下とすることでガイド部１３を加工穴内面と接触させることができ、首部６がドリル部５によって加工された深穴部を進行するときに、加工穴の壁に沿ってドリル部５をガイドできる。

望ましくは、このガイド部１３の個々の長さはドリル径２の０．２倍以上０．５倍以下とするのが良い。一箇所のガイド部１３の長さ４７はガイド部１３の強度面から長いほうが良いが、ガイド部１３の長さ４７が０．５倍を超えると部分的に切削抵抗が増大して振動が発生し、加工穴の真直性を損なうおそれがある。ガイド部１３の一箇所の長さが０．２倍未満の場合には、ガイド部１３の強度を確保することが困難になり、ガイド部１３のチッピングの発生によりガイドの効果が十分に得られなくなったり、チッピングの発生した部分が加工穴面に接触することで加工穴の内周面の面粗さを損なうおそれがある。

ガイド部１３の間隔はドリル径２の５倍以上１０倍以下とするのが良い。ガイド部１３が、加工穴へ収容され、加工穴の内周面と接触することでガイドの効果を得ることができ、加工穴の真直性を良好なものにする作用がある。しかし、ドリル径２の５倍未満の場合、たわみを抑制する効果は十分に得られると考えられるが、ガイド部１３の間隔が小さいため部分的な切削抵抗の増大が発生し、振動の発生により、加工穴の真直性を損なうおそれがある。一方、ドリル径２の１０倍を超えるとガイド部１３の間隔が大きいため、次のガイド部１３が加工穴へ収容されるまでの間に発生するたわみを十分に抑制することが困難になり、加工穴の真直性を損なうおそれがある。

ガイド部１３は、先に加工穴へ収容された部分でガイドの効果が得られるので、ガイド部１３は首部６全体にわたり、均等な間隔で設ける必要はなく、ガイド部１３の他の態様として、図６〜７に示すように、切刃３側ほどガイド部１３の数や面積を多くしてガイドの効果を持たせたほうが好ましい。

これは、加工穴の深さに対してドリル部５からガイド部１３までの距離が短いほどガイド部１３が加工穴へ収容されるのが早くなり、ガイド部１３で真直性を保つ効果を早期に発揮させるためである。このガイド部１３には、小径ドリル１のたわみを抑え、小径ドリル１が真直度を保つ作用があり、特にＬ／Ｄが５０倍から１００倍の深穴加工の場合にはたわみやすくなるのでガイド部１３が顕著な効果を発揮する。

本発明の小径ドリル１の溝４の溝長１１は、ドリル径２の５倍以上１０倍以下に設ける。これにより、溝４の容積を確保し、小径ドリル１が深穴内を移動する間、切屑を溝４内にため込むことができる。溝長１１がドリル径２の５倍を下回ると、ステップ加工におけるステップ毎の小径ドリル１の送り量を小さくせざるを得ず、切刃３の摩耗が進行しやすい。また、溝４の溝長１１がドリル径２の１０倍を超えると小径ドリル１の剛性低下により、真直度が悪化する。

本発明でいう微細深穴加工方法とは、ドリル径が１ｍｍ以下、望ましくは０．５ｍｍ以下の小径ドリル１を用いて、加工穴の形状がＬ／Ｄで１５倍以上である深穴加工、特に望ましくはＬ／Ｄが今まで実現されていなかった５０倍以上の深穴加工を行う場合をいう。

このような微細深穴加工方法の場合には、従来はドリルでガイド穴を形成するのが通常である。例えば、特許文献３、特許文献５のドリルを用いて位置決め加工を施したとしても、ドリルには外周刃がないため、穴の内周面の加工が不十分で、ガイド穴の真円度が悪く、それにより、小径ドリル１がガイド穴を通って食い付く際に、極めて不安定な状態となり、高精度な穴あけ加工ができない。また、小径ドリル１の刃先に異常摩耗が発生したり、加工穴の入り口にバリが発生したりして、折損を起こすという問題があった。

特許文献４に記載されているようなドリルによるガイド穴加工についてもドリル加工特有の問題点があり、それを図８〜図１１で説明する。

図８に示すように、ガイド穴の底形状はある一定の開き角１９をもっており、そこに所定の小径ドリル１を用いて深穴加工を行うことになるが、仮に小径ドリル１の先端角１６がガイド穴に形成された開き角１９よりも小さい場合、図８からもわかるように、小径ドリル１は被削材２０に形成された案内部２１に接触する際、特定の幅をもったチゼル２２から切削することになる。

その後、図９に示すように、徐々に切削点２３が外周方向へ、つまり切削点移動方向へと移動していく。小径ドリル１を用いる場合は、チゼル２２があたると不安定な状態になりやすく穴精度にばらつきが生じる可能性があるため、このような切削は問題である。

また、小径ドリル１の先端角１６がガイド穴に形成された開き角１９よりも大きい場合、図１０からもわかるように、小径ドリル１は外周コーナ２６から切削を開始し、切削点移動方向に向かって切削点２３が移動していくが、切削初期ではチゼル２２の部分は切削しないため、小径ドリル１がより振られやすく安定した穴精度が得にくいため、このような切削は問題である。

また小径ドリル１の先端角１６と開き角１９が同じ角度とした場合、図１１からもわかるように、小径ドリル１の切刃３全体が同時に切削に関与するため、急に抵抗が上がりすぎ、振動が発生し、穴精度を確保できなくなる。

これに対して、図１２の１〜４で本発明の小径ドリル１を用いたステップ加工の動作順序を示す、図１２の１に示す所定の切込み２８を行った後に、すなわちステップ量分切り込んだ後に、図１２の２に示す小径ドリル１をステップバック３０により一旦、加工穴入り口外まで戻し、次のステップ量分を切り込むために、図１２の３に示すように再度小径ドリル１をステップフォワード３１により加工点付近まで戻して、図１２の４に示す次の所定の切込み２９を行う。

ステップ加工とは図１２の１〜４までの動作の繰り返しを行う加工のことをいう。このステップ加工により、深穴であっても溝４にたまった切屑を確実に外部へ排出することができる。ここでいうステップバック３０とは、ステップ量分切り込んだ後に、小径ドリル１を一旦、加工穴外まで移動することをいう。また、ステップフォワード３１とは、ステップバック３０を行った後、小径ドリル１を加工点付近まで戻すことをいう。

本発明の微細深穴加工方法において、特に加工穴径の５０倍以上の深穴加工をする場合を図１３によって説明をする。図１３はステップバック３０した時の本発明の小径ドリル１の外周コーナ２６の外周コーナの位置３３を示す。図１３に示すように、ステップバック３０した時の前記小径ドリル１の外周コーナの位置３３が、加工穴入り口端面３２より穴加工方向（マイナス方向とする。）すなわち加工穴内にあり、外周コーナの位置３３は前記加工穴入り口端面３２からドリル径２の０．０３倍以上１．０倍以下とするのが望ましい。

本来、一般的にステップ加工を行う場合は所定の切込み２８を行った後に、小径ドリル１の外周コーナの位置３３が加工穴入り口端面３２から確実に抜ける位置（プラス方向とする。）すなわち加工穴外まで戻し、そこで確実に切屑を外部に排出させる。

しかし、Ｌ／Ｄが５０倍を超えるような極めて深い微細深穴加工を行う場合、首部６の長さ１２が極めて長い小径ドリル１を使用することになり、ステップバック３０時に前記小径ドリル１の外周コーナ２６を加工穴入り口端面３２から確実に抜ける位置まで戻すと、工具回転によって小径ドリル１が左右に振られ、再度小径ドリル１を加工穴の中に戻す際に、位置ずれや折損を起こす恐れがある。

そのため、ステップバック３０した時の前記小径ドリル１の外周コーナ２６は、加工穴入り口端面３２より穴加工方向、すなわち加工穴内が好ましい。これにより、工具回転した小径ドリル１が左右に振られることなく、より安定して加工ができる。

従来のように工具径が太い場合やＬ／Ｄがそれ程大きくない場合の工具の移動送り速度は、一般的に１０〜２０ｍ／ｍｉｎである。しかし、加工穴径が１ｍｍ以下で、加工穴深さが穴径の５０倍を超えるような極めて深い穴を加工する微細深穴加工の場合、非加工時の小径ドリル１の移動送り速度が速すぎると、小径ドリル１の首下長さ１７が長いため工具の振動が起こりやすく、逆に遅すぎても、切屑と加工穴の内周面の接触時間が長くなるため、内周面を悪化させる恐れがあり、さらに実用的に考えて加工能率が低くなってしまう。ここでいう非加工時とは、一連のステップ加工の中で、小径ドリル１を一旦、加工穴入り口端面３２付近まで戻し、再度小径ドリル１を加工点付近まで戻す間のことをいう。

そのために本発明の微細深穴加工方法においては、ステップ加工中における非加工時の小径ドリル１の移動送り速度は１ｍ／ｍｉｎ以上４ｍ／ｍｉｎ以下であることが望ましい。

以上のような条件で本発明を適用することにより、新しいガイド穴の形成法で良好で安定した位置決め精度が得られ、ステップを繰り返しながらドリル加工をすることで、Ｌ／Ｄが１５倍以上であっても真直度の高い穴あけを実現し、また真円度の高いガイド穴が形成されることで、本発明の小径ドリル１が振動することなく安定して加工できるため、小径ドリル１自体の長寿命化が可能となる。

本発明は、外周刃を有するボールエンドミルを用いてガイド穴を加工することを特徴とする。このガイド穴加工の第１の作用として、ボールエンドミルが外周刃を有することにより、ガイド穴の内周面を良好に切削でき、ガイド穴の精度が向上し、バリの少ない良好な真円度でガイド穴が形成される。

エンドミルの種類としては、スクエアエンドミルやコーナラジアスエンドミルにおいても外周刃を有しているが、突っ込み時に外周エンド付近から接触するため安定せず良好な真円度が得られない。それに対して、ボールエンドミルの場合、チゼル部付近が接触して徐々に工具径が大きくなって接触するため、安定した突っ込み加工が可能となり、さらに外周刃で加工されるガイド穴の真円度が極めて良くなる。

ボールエンドミルは一般的なドリルのように切屑を処理するために極端にチップポケットを設ける必要がなく、剛性のある状態で加工ができるため格段にガイド穴の精度が向上することになる。ボールエンドミルはその用途上、基本的にボール刃しか使用しないことから、一般的なドリルのように溝長を長くする必要がなく、外周刃を短く外周溝を浅く設計できる。また、用途的にも３次元切削を行うためにボール刃は高精度に研削されているため、ボールエンドミルが振られず、ガイド穴の真円度の精度を向上できる。

本発明でボールエンドミルをガイド穴加工に用いる第２の作用を図１４、図１５によって説明する。図１４、図１５は微細深穴加工で使用する本発明の小径ドリル１の食い付き時に発生する振動を大幅に抑制することができる理由を示す図である。

本発明の例示である図１４、図１５に示すように、一般的にエンドミル回転軸直角方向に移動して加工するボールエンドミルをエンドミル回転軸方向のみに送る。つまり本発明でのボールエンドミルの先端を利用したガイド穴加工法は、ガイド穴の底面を略半球面状に設けることができ、小径ドリル１を用いた微細深穴加工において、小径ドリル１の先端角１６に関わらず、ガイド穴コーナ２７に外周コーナ２６が食い付き、切削点２４が切削点移動方向に向かって移動していく。またそれと同時に、小径ドリル１のチゼル２２が被削材２０に食い付き、切削点２５が切削点移動方向に向かって移動していく。つまり、切削点２４と切削点２５の両方の切削箇所で微細深穴加工で使用する小径ドリル１が保持され、安定した微細深穴加工が可能となる。

微細深穴加工に用いる小径ドリル１の安定性は前記小径ドリル１の食い付き開始時からガイド穴底面部が完全に加工されるまでの間で、いかに工具の振動を抑えるかによって大きく変わる。本発明のボールエンドミルによるガイド穴加工は、この段階で大きな効果を発揮する。これに対して、従来のドリルによるガイド穴加工のように、ガイド穴底面部の加工中に振動が大きくなると最終的に精度が著しく低下し小径ドリル１の損傷も受けやすくなる。

本発明のボールエンドミルと従来の全長の短いドリルでそれぞれ実際に加工したガイド穴の状態を図１６に示す。テスト条件として、回転数が２００００ｍｉｎ−１、送り速度１００ｍｍ／ｍｉｎ、１回当たりのステップ量を０．１６ｍｍ／回で被削材であるＳＵＳ３０４のブロック材の一面に、０．４８ｍｍの深さまでガイド穴の加工を湿式切削で行った。

図１６に示すように、ボールエンドミルを用いたガイド穴の精度は極めて真円度が良好な結果であるのに対して、ドリルでガイド穴を加工すると、ガイド穴にバリが発生し真円度が極めて悪く精度が十分得られていない。これにより微細深穴加工で用いる小径ドリル１が、ガイド穴の内周面でガイドされる際に、ふらついて振動が発生して、小径ドリル１の異常摩耗を誘発し、加工穴の真直度が悪化することがわかる。

また、好ましくは、ボールエンドミルの刃数が少ない方が、より切屑排出性が向上して高精度にガイド穴を形成できるので、２枚刃が望ましい。さらに、ボールエンドミルのチゼル幅を０．０１ｍｍ以下の範囲に設けることが好ましい。これはチゼル刃が被削材に食い付く時の切削抵抗を低減でき、ボールエンドミルが振られず、より高精度なガイド穴が形成できるからである。

本発明は、ガイド穴の穴径を、小径ドリル１のドリル径２の０．９０倍〜１．０５倍に設けることを発明の条件の一つとしており、これにより、微細深穴加工に用いる小径ドリル１の負荷を抑制できる。

ガイド穴の穴径が小径ドリル１のドリル径２の０．９０倍未満であると、微細深穴加工に用いる小径ドリル１の負荷が大きくなりすぎて小径ドリル１の曲げが発生してしまい、真直度の高い微細穴加工ができない。また、ガイド穴の穴径が、小径ドリル１のドリル径２の１．０５倍を超えると、微細深穴加工で使用する小径ドリル１との間に隙間が発生しすぎて加工中に小径ドリル１が不安定な状態となって真直度に影響を及ぼす。

本発明はガイド穴の深さを、小径ドリル１のドリル径２の０．６倍以上２倍以下に加工する。これにより、ガイド穴に小径ドリル１の外周をガイドするための深穴方向の穴径が一定の内周面を設けることができ、微細深穴加工に用いる小径ドリル１のふらつきを抑制し、真直度の良好な微細深穴加工することができる。前記深さであれば、ボールエンドミルでガイド穴加工を行っても、切屑がボールエンドミルの溝に詰まることがなく、ガイド穴の真円度、位置決め精度が優れる。

ここで、ガイド穴の深さが小径ドリル１のドリル径２の０．６倍未満であると、ガイド穴の深さが短すぎて微細深穴加工に用いる小径ドリル１を十分にガイドすることができず、不安定な状態となり穴精度が十分に得られない。また、ガイド穴の深さが小径ドリル１のドリル径２の２倍を超えると、ガイド穴を形成させる際に、ボールエンドミルに切屑がつまり、振動が発生し十分な精度のガイド穴ができない。

本発明に使用するステップを繰り返しながらドリル加工をする小径ドリル１の形状的特徴について以下に説明する。本発明の微細深穴加工方法で使用する小径ドリル１の一例は、図１７に示すように溝長１１が小径ドリル１のドリル径２の５倍以上１０倍以下、首部６の長さ１２が小径ドリル１のドリル径２の１０倍以上である。

前記小径ドリル１を用いてステップを繰り返しながらドリル加工をすることで、切屑を溝４内に滞留させ、ステップバック３０に確実にその切屑は排出し、切屑の噛み込みを抑制することで、加工穴の良好な真直度が得られる。この効果は、本発明の加工方法の特徴である、新しいガイド穴加工方法による工具の安定性との相乗効果で得られるものである。

また本発明の微細深穴加工方法で使用する小径ドリル１の他の実施形態は図１８に示すように溝４と首部６の間にシャンク部７に向かって拡径したテーパ状の拡径部１０を有し、溝長１１が小径ドリル１のドリル径２の５倍以上１０倍以下、首部６の長さ１２が小径ドリル１のドリル径２の１０倍以上である。

前記小径ドリル１を用いてステップを繰り返しながら深穴加工をすることで、溝長１１と首部６の間に設けられたテーパ状の拡径部１０を有しているため、溝４の終端９から飛び出した切屑が溝４へ押し戻され、切屑を溝４内に確実に滞留させることができるため、首部６に切屑が噛み込むことなく、ステップバック３０した時に確実にその切屑は排出され、加工穴の良好な真直度が得られる。

テーパ状の拡径部１０は本発明の加工方法としては必ずしも必要ではないが、テーパ状の拡径部１０の存在は、首部６への切屑の噛み込み防止により、さらに安定した微細深穴加工ができるという効果をもたらす。

加工穴径が１ｍｍ以下で加工深さが加工穴径の５０倍を超えるような微細深穴加工は、切削においては精度に関係なく加工すること自体不可能に等しかった。これは、加工穴深さがドリル径２の５０倍以上の首下長さ１７を持つ小径ドリル１を使用するため、ドリル剛性が著しく小さく、その安定性は、ガイド穴の精度に大きく依存するためである。しかし、本発明では上記で説明したように、外周刃を有するボールエンドミルを用いてエンドミル回転軸方向のみに送ることによりガイド穴を加工するので、外周刃で加工される案内部の真円度が極めて良くなる。

また本発明ではガイド穴の底面を略半球面状に設けることができるため、図１４、図１５で説明したように微細深穴加工に用いる小径ドリル１の先端角１６に関わらず、小径ドリル１の振動を大幅に抑制することができ、安定した微細深穴加工が可能となる。さらに、本発明では、本発明の上記のガイド穴の効果に加えて小径ドリル１を用いてステップを繰り返しながらドリル加工をすることで、加工中の切屑の噛み込みを抑制し、加工穴の真直度が一層向上するのである。

本発明では、工具の回転時の左右への振動を極めて小さくするために、望ましくは、ステップバック３０した時の前記小径ドリル１の外周コーナの位置３３が、加工穴入り口端面３２より穴加工方向にあり、その位置は前記加工穴入り口端面３２から小径ドリル１のドリル径２の０．０３倍以上１．０倍以下であることが好ましい。

Ｌ／Ｄが５０倍を超えるような極めて深い微細深穴加工を行う場合、首部６の長さ１２が極めて長い小径ドリル１を使用することになり、ステップバック３０時に前記小径ドリル１の外周コーナ２６を加工穴入り口端面３２から確実に抜ける位置まで戻すと、工具回転によって小径ドリル１が左右に振られ、再度小径ドリル１を加工穴の中に戻す際に、位置ずれを起こす恐れがある。

そのため、ステップバック３０した時の前記小径ドリル１の外周コーナの位置３３は、加工穴入り口端面３２より穴加工方向、すなわち、加工穴入り口端面３２から確実に抜ける位置まで戻さない方が好ましい。これにより、工具回転した小径ドリル１が左右に振られることなく、より安定して加工ができる。

外周コーナの位置３３の範囲としては、加工穴入り口端面３２から小径ドリル１のドリル径２の０．０３倍より小さいと、左右への振動を十分に抑制することができず、ドリル径２の１倍を超えると、溝４に滞留した切屑を確実に排出するという点で問題がでる可能性があるため上記のような範囲がより好ましい。この方法により、ステップバック３０した時の小径ドリル１の挙動が安定し、左右に振られることなく、より真直度が向上する。

本発明の微細深穴加工方法において、非加工時の小径ドリル１の移動送り速度が１ｍ／ｍｉｎ以上４ｍ／ｍｉｎ以下であることが好ましい。従来より工具の移動送り速度は、工具の直径が太い場合やＬ／Ｄがそれ程大きくない場合には、一般的に１０ｍ／ｍｉｎ〜２０ｍ／ｍｉｎである。

しかし、加工穴径が１ｍｍ以下で加工穴深さが穴径の５０倍を超えるような極めて深い穴を加工する微細深穴加工の場合において、非加工時の小径ドリル１の移動送り速度が１ｍ／ｍｉｎ未満では、遅すぎて切屑と加工穴の内周面の接触時間が長くなるため、内周面を悪化させる恐れがあり、さらに実用的に考えて加工能率が低くなってしまう。

また、非加工時の小径ドリル１の移動送り速度が２０ｍ／ｍｉｎを超えて速すぎると、小径ドリル１の首部６の長さ１２が長いため工具の振動が起こりやすくなり、加工穴の内周面を悪化させる恐れがある。

以下に、本発明の微細深穴加工方法のうち、貫通穴加工について図２５及び図２６に基づいて説明する。従来、微細な貫通穴加工をする場合、ドリルを用いて加工すると、精度を維持することが難しく、特に内面精度が必要な場合は、ドリル加工を行った後にリーマ加工をする必要があり、高能率な加工はできなかった。また深穴加工になってくるとドリルで加工することができない状態であった。

本発明者は、図１のようにテーパ状の拡径部１０の最大径を、ドリル径２とほぼ同径とすると、貫通穴加工のときに、拡径部１０はガイド効果だけではなく、加工穴の精度を向上させるリーマ効果があることを見出した。

特に拡径部１０の最大径部１８は、小径ドリル１の長さ方向にドリル径２とほぼ同径の円筒状であり、ある程度の長さを有している方が、貫通穴精度をより向上させるのに最適であり、加工時のドリル部５のガイドの役割も向上することを見出した。ここで、拡径部１０の最大径部１８にいたる形状としては、直線状のテーパ部以外に例えば、図２０〜図２２に示すような形状が選択できる。

本発明のうち、貫通した微細深穴を精度良く加工するための微細深穴加工方法は、図１、図２３、図２４に示すような特殊な形状をした小径ドリル１を用いる。すなわち、小径ドリル１は、ドリル部５と首部６の間に、少なくともシャンク部７に向かって最大径部１８がドリル径２とほぼ同径まで拡径した拡径部１０を有している。

本発明は、小径ドリル１の溝長１１はドリル径２の５倍以上１０倍以下、首部６の長さ１２がドリル径２の１０倍以上である小径ドリル１を用いて、少なくとも前記小径ドリル１のドリル径２とほぼ同径である拡径部１０の最大径部１８、またはドリル径２とほぼ同径の円筒部が加工穴を完全に貫通するまでステップ加工を繰り返しながらドリル加工をすることを特徴とする微細深穴加工方法である。

本発明の加工方法は途中の段階までは、図２５に示すように、本発明では（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の加工順番で、ある一定のステップ量４１で切り込みながら下矢印の方向へ切り込み加工を行うが、そのステップ加工を繰り返しながら加工を行う際に、拡径部１０の最大径部１８、または前記拡径部１０と同一径の円筒部の組み合わせによる最大径部１８が加工穴の内面をこすり、こすり効果によって加工穴の内面粗さ及び内面精度を向上させる働きがある。これにより、工具が摩耗しても内面粗さが悪化することなく、摩耗の影響での段差等も発生しない。

また、前記最大径部１８によるこすり効果で内面精度は極めて良くなり、小径ドリル１のみの加工で高能率仕上げ加工を可能にするものである。さらにドリル径２とほぼ同径の前記最大径部１８を有するので、ステップ加工のガイドの役割もはたして、加工穴の中における小径ドリル１の左右の振れを抑制し、加工穴の真直度の向上にも貢献する。またこの最大径部１８があることで、加工中に生成された切屑が首部６などに噛みこむことを抑制して、真直度の向上も図ることができる。

本発明の加工方法による加工の貫通最終段階の状況を図２６（ａ）に示し、貫通最終段階の従来例を図２６（ｂ）に示した。従来の貫通深穴加工方法であれば、ドリル先端が被加工材から突き出た長さで定義される小径ドリル1の貫通量３９は、図２６（ｂ）のように穴深さよりも少し抜け出る程度あれば十分である。

しかし本発明の加工方法においては、意図的に穴深さよりもさらに深く小径ドリル１を貫通させ、ドリル部５の後端に設けられた拡径部１０の最大径部１８が完全に加工穴の出口部３８を抜け出るまで加工する。すなわち、本発明の方法によれば図２６（ａ）のように、シャンク部７に向かってドリル径２まで拡径したテーパ部を有する拡径部１０はその最大径部１８が加工穴を抜け出るまで加工することになる。本発明のドリル加工とはこの段階までを意味する。

したがって、本発明の小径ドリル１の貫通量３９は、図２６（ａ）に示すように従来の加工方法に比較してかなり大きいものとなる。本発明の加工方法は、使用する小径ドリル１の形状の特徴と加工方法の特徴の相乗効果によって、貫通穴において穴の入り口３７から出口３８までの全面において高精度な内面精度が得られ、加工穴径が１ｍｍ以下、深さが加工穴径の１０倍以上という条件の厳しい貫通穴にもかかわらずに、優れた加工穴の真直度をも得ることができる。この部分を図２６（ａ）では、拡径部１０の最大径部１８の効果が得られた内面４３として示している。

本発明ではステップ加工を繰り返しながらドリル加工を行う際に、貫通穴精度向上手段である拡径部１０の最大径部１８が加工穴の内面をこすり、こすり効果によって加工穴の内面粗さ及び内面精度を向上させる働きがあり、内面４３のように、加工穴の入り口から出口まで全面で高精度な内面精度を得ることができる。またこの拡径部１０の最大径部１８で内面をこすっていくことから、工具が摩耗しても内面粗さが悪化することなく、摩耗の影響で段差等も発生しない。

また、拡径部１０の最大径部１８によるこすり効果で内面精度は極めて良くなり、小径ドリル１のみの加工で高能率仕上げ加工を可能にするものである。すなわち、従来の加工法であればドリル加工の後に度々行われるリーマ加工が不要となる。

本発明においては、加工に用いる小径ドリル１の貫通穴精度向上手段は、前記のこすり効果と共に、ドリル径２とほぼ同径の拡径部１０を有するので、ステップ加工のガイドの役割も果たして、加工穴の中における小径ドリル１の左右の振れを極小にすることになり、貫通穴の真直度の向上にも貢献する。

一方、図２６（ｂ）に示すように、従来の加工方法では、たとえ本発明のような小径ドリル１を用いたとしても、途中までは拡径部１０の最大径部１８の効果が得られた内面４３が得られるが、内面４４に関しては、拡径部１０の最大径部１８の効果が得られない内面４４となってしまう。

本発明の微細深穴とは、加工穴径が１ｍｍ以下、深さが加工穴径の１０倍以上、特に深さが加工穴径の１５倍以上の貫通穴をいう。このような微細深穴は特に加工時の精度の維持が大切であり、予め設けたガイド穴に前記小径ドリル１をガイドさせて加工することが望ましい。予め加工されるガイド穴は小径ドリル１の軸方向を、目的とする加工穴の中心の位置がずれないように制御する作用をする。

すなわち、本発明の他の微細深穴加工方法は、加工穴径が１ｍｍ以下、深さが加工穴径の１０倍以上の貫通穴を、予め設けたガイド穴に小径ドリル１をガイドさせて加工する深穴加工方法であって、小径ドリル１は、ドリル部５と首部６の間にシャンク部７に向かって拡大し、最大径がドリル径２とほぼ同径の拡径部１０を有し、溝長１１がドリル径２の５倍以上１０倍以下、首部６の長さ１２がドリル径２の１０倍以上である小径ドリル１を用いて、少なくとも前記小径ドリル１のドリル径２とほぼ同径である拡径部１０の最大径部１８が加工穴を完全に貫通するまでステップ加工を繰り返しながらドリル加工をすることを特徴とする微細深穴加工方法である。

拡径部１０の最大径部１８は小径ドリル１の長さ方向に最大径と同径で円筒状である程度の長さを有している方が、より貫通穴精度を向上させるのに最適であり、加工時のガイドの役割も向上する。

したがって、本発明の他の加工方法は、加工穴径が１ｍｍ以下、深さが加工穴径の１０倍以上の貫通穴を小径ドリル１で加工する深穴加工方法であって、前記小径ドリル１はドリル部５と首部６の間に、シャンク部７に向かって最大径部１８がドリル径２とほぼ同径まで拡径したテーパ部、及び最大径と同径の円筒部からなる拡径部１０を有し、溝長１１がドリル径の５倍以上１０倍以下、首部６の長さ１２がドリル径２の１０倍以上である小径ドリル１であって、小径ドリル１を用いて少なくとも前記小径ドリル１のドリル径２とほぼ同径である拡径部１０の最大径部１８、またはドリル径２とほぼ同径の円筒部が加工穴を完全に貫通するまでステップ加工を繰り返しながらドリル加工をすることを特徴とする微細深穴加工方法である。

この方法の場合にも、予め設けたガイド穴に小径ドリル１をガイドさせて加工することが望ましい。本発明方法は、特にＬ／Ｄが３０倍以上である貫通深穴加工に特に威力を発揮する。

ドリル径２とほぼ同径の最大径部１８につながる最大径と同径の円筒部の長さはドリル径２の２倍以下の長さであるのが良い。２倍を超えて長くなると、切削時の抵抗が大きくなるからである。

溝４のねじれ角は、ステンレスなどの高強度の展延性に富んだ鋼の穴あけの場合は３０度〜４０度、アルミ合金、銅合金といった低強度の展延性に富んだ合金の場合は４０度〜５０度に設定するとよい。これらのねじれ角により切削トルクを低減できるので、小径ドリル１が屈曲してドリル部５や首部６が加工穴の内周面に接触して切削トルクの変動を起こし、真直度が悪化することを抑制できる。

溝４のウェブ厚さはドリル径２の４０％〜５０％に設けることが剛性の観点から好ましい。本発明の小径ドリル１は、１回のステップ送り量が１５％以上でも折損することなく使用できる。
以下、具体的に実施例に基づき本発明を説明する。

本発明の基本的な効果として真直度を評価した実施例１を説明する。
（実施例１）
本発明例、比較例として、２枚刃、ドリル径を０．２ｍｍ、溝のねじれ角を３０度、ウェブ厚さ０．０７ｍｍ（ドリル径の３５％）、シャンク径を３ｍｍに設け、ドリル部５の長さを１．１ｍｍとしたドリルにおいて、溝長、外径の縮径（バックテーパ量）、溝の終端での外径、直線で設けたテーパ状の拡径部の最大径、について表１に示すものを種々作成した。表１において、溝長、溝の終端での外径、直線で設けたテーパ状の拡径部の最大径は、ドリル径に対する倍率を表している。ドリルの母材はＷＣの平均粒径が０．６μｍ以下、Ｃｏ量は１３ｗ％の超微粒子超硬合金とし、ドリル部と首部にＡｌＣｒＮ膜を被覆した。

試験条件は、被削材にＳＵＳ３０４の長方形のブロック材を用意し、その長方形の一面を基準面とし、加工穴の深さ方向が基準面に対して平行になるように穴加工を行った。そして、縦型マシニングセンターにて、切削条件を回転数２４０００ｍｉｎ^−１（切削速度約１５ｍ／ｍｉｎ）、一回転当たりの送り量０．００２ｍｍ／回転、一回当たりのステップ量０．０３ｍｍ（ドリル径の１５％）、穴あけ深さ８ｍｍ（ドリル径の４０倍）として、通り穴の加工を５０穴行った。クーラントは水溶性切削油を外部供給した。また、加工に際し、予め被削材に径が０．２ｍｍ、深さ０．２ｍｍの略半円球状のガイド穴を設けた。

評価方法として、加工後、加工穴の位置で基準面に平行に被削材を切断し、基準面から加工穴の内周面までの距離を加工穴の深さ方向に５点測定し、その距離の最大値と最小値の差を真直度とした。そして、１０穴目、３０穴目、５０穴目のそれぞれの真直度の平均値を求め、結果とした。結果を表１に示す。

その結果、本発明例Ａ１〜Ａ８は全て５０穴まで加工でき、真直度が１０μｍ以下と良好であり、切屑の噛み込みが少なく、安定して深穴加工を行うことができた。特に溝長がドリル径の５〜７倍である本発明例Ａ４〜Ａ５と、テーパ状の拡径の程度が大きい本発明例Ａ７は、真直度が８μｍ未満と良好であった。これに対して溝長がドリル径に対して３倍である比較例Ａ９は、１穴目の深さ０．１ｍｍに達する直前に折損した。また、比較例Ａ１０〜Ａ１４は５０穴加工できたものの、真直度は１０μｍを超え、不十分であった。

ガイド部の効果について評価した実施例を実施例２、３に示す。
（実施例２）
本発明例、比較例として、２枚刃、ドリル径を０．２ｍｍ、ドリル部を１．１ｍｍ、首部の長さを９．０ｍｍ、全長が４０ｍｍ、溝のねじれ角を３０度、ウェブ厚さ０．０７ｍｍ（ドリル径の３５％）、シャンク径を３ｍｍに設け、ガイド部を首部の切刃側から２．０ｍｍの位置に設け、首部の外径、ガイド部の外径、ガイド部の長さ、溝長、外径の縮径（バックテーパ量）、溝の終端での外径、直線で設けたテーパ状の拡径部の最大径、について表１に示すものを種々作成した。ドリルの母材はＷＣの平均粒径が０．６μｍ以下、Ｃｏ量は１３ｗ％の超微粒子超硬合金とし、ドリル部と首部にＡｌＣｒＮ膜を被覆した。

試験条件は、被削材にＳＵＳ３０４の長方形のブロック材を用意し、その長方形の一面を基準面とし、加工穴の深さ方向が基準面に対して平行になるように穴加工を行う。そして、縦型マシニングセンターにて、切削条件を回転数１５０００ｍｉｎ−１（切削速度約９．４ｍ／ｍｉｎ）、一回転当たり送り量０．００２ｍｍ／回転、一回当たりステップ量０．０２ｍｍ（ドリル径の１０％）、穴あけ深さ１０ｍｍ（ドリル径の５０倍）として、通り穴の加工を３０穴行った。クーラントは水溶性切削油を外部供給した。また、加工に際し、予め被削材に穴径が０．２ｍｍ、深さ０．２ｍｍのガイド穴を設けた。

評価として、ガイド穴の位置決め精度、平均穴径は光学顕微鏡を用いて測定し、また真直度は被削材の基準面からの座標距離を表面と裏面の両方から光学顕微鏡を用いて加工穴の中心位置のずれを測定して真直度とした。結果を表２に示す。

その結果、本発明例Ｂ１からＢ１８は全て３０穴まで加工でき、本発明の特徴あるドリル形状によって、切屑を溝へ滞留させられ首への切屑の見込みを防ぐことができた。特に真直度に関しては、ガイド部の効果で、真直度が１０μｍ以下と良好な真直度の穴加工を行うことができた。また、特に首の外径を０．１９６ｍｍとした本発明例Ｂ３はドリルの剛性が高いため真直度が７μｍと良好であり、ガイド部の外径を０．２ｍｍとした本発明例Ｂ５はガイドの効果がより高く、真直度が６μｍと良好であり、また、ガイド部の長さを０．３５ｍｍとした本発明例Ｂ９は、ガイドの効果が高く真直度が６μｍと良好であった。

これに対して、比較例Ｂ１９は、首部の外径が小さいため剛性が不足して真直度が２０μｍと不十分であった。比較例Ｂ２０は、１穴目の加工穴深さ２．０ｍｍ付近で折損した。首の外径が大きいため加工中に加工穴と首が接触し、切削抵抗の増大により折損したと考えられる。比較例Ｂ２１は、ガイド部の外径が小さいためガイドの効果が十分に得られず真直度が１８μｍと大きくなった。比較例Ｂ２２は、加工穴深さ１．１ｍｍ、すなわちガイド部が加工穴へ入るところで折損した。加工穴より、ガイドの外径が大きいため、ガイド部に大きな切削抵抗がかかったためと考えられる。

比較例Ｂ２３は、ガイド部が短いためガイドの効果が十分に得られず真直度が１８μｍと大きくなり、加工後のドリルを観察したところガイド部にチッピングが発生していた。比較例２４は、ガイド部が長いため、真直度が１８μｍと大きくなった。ガイド部での切削抵抗の増大により、振動が発生したためと考えられる。比較例Ｂ２５は、溝の長さが０．６ｍｍと短いため、一回のステップで生成される切屑が溝に詰まり、加工穴深さが０．２２ｍｍ付近で折損した。比較例Ｂ２６からＢ２９は、溝に切屑を十分に滞留させることができず、真直度が１０μｍを超え、悪くなった。

（実施例３）
次に、本発明例Ｂ５と同じ仕様で首部の長さを１５ｍｍ、全長を５０ｍｍとし、ガイド部の間隔を変化させたものを作成した。試験条件は、加工穴深さを穴あけ深さ１０ｍｍ（ドリル径の８０倍）の通り穴として、他は実施例２と同様とした。評価としては実施例２と同様とした。結果を表３に示す。

その結果、ガイド部の間隔を１．０ｍｍから２．０ｍｍとした本発明例Ｂ３０からＢ３２は、首部に設けたガイド部の効果により、真直度が１０μｍ以下と良好な真直度の穴加工を行うことができた。

これに対して、比較例Ｂ３３および比較例Ｂ３４は十分な真直度を得ることができなかった。ガイドの間隔が小さいため、部分的に切削抵抗が増大することで振動の発生により真直度がえられなかったものと考えられる。比較例Ｂ３５および比較例Ｂ３６はガイド部の間隔が大きいため、次のガイド部が加工穴へ収容されるまでに真直性が損なわれ、良好な真直度が得られなかったものと考えられる。

主に最適なガイド穴を決定するために行った微細深穴加工方法の別の実施例について実施例４、５、６、７について説明する。

（実施例４）
本発明例Ｃ１、従来例Ｃ２〜Ｃ４として、本発明例Ｃ１のガイド穴あけ用ボールエンドミルは、刃数が２枚、刃径が０．２ｍｍ、ボール刃、外周刃を有し、外周刃の刃長が０．４ｍｍ、外周刃の逃げ角が１５度、シャンクの外径が４ｍｍのものを用意し、従来例Ｃ２〜Ｃ４のガイド穴あけ用ドリルは、刃数が２枚、刃径が０．２ｍｍ、溝長が０．４ｍｍ、シャンクの外径が４ｍｍのもので、先端角１６が１３０°、１４０°、１５０°の３種類を用意した。

ガイド穴あけ用ボールエンドミルとドリルは、基材としてＣｏ含有量が８重量パーセント、ＷＣ平均粒径が０．４〜０．６μｍ、刃部または溝部にＴｉＡｌＮ膜を２μｍ被覆した。また、微細深穴加工に用いる小径ドリルとして、刃数が２枚、直径が０．２ｍｍ、溝のねじれ角を３０度、ウェブ厚さ０．０７ｍｍ（ドリル径の３５％）、シャンクの外径を３ｍｍに設け、溝長１６が１．０ｍｍ、バックテーパ量が０．５／１００ｍｍ、首径が０．１８５ｍｍ、首下長さ１７が４．３ｍｍ、先端角１６が１４０°のものを使用した。

本発明例Ｃ１として、上記ボールエンドミルを用いて、ガイド穴を穴径０．２ｍｍ、穴深さ０．２ｍｍで底面を略半球面状に加工し、図１７に示す前記小径ドリルを用いて繰り返しステップ加工によりドリル加工を行った。従来例Ｃ２〜Ｃ４として、それぞれ上記先端角が１３０°〜１５０°のガイド穴あけ用ドリルを用いて、本発明例Ｃ１と同様のガイド穴を加工し、同様にドリル加工を行った。

テスト条件として、被削材であるＳＵＳ３１６のブロック材の一面に、穴位置の間隔を０．２５ｍｍピッチでガイド穴を連続加工して行い、その後、微細深穴加工に用いる小径ドリルにて、穴径０．２ｍｍ、穴深さ４ｍｍ、すなわち加工深さが小径ドリルのドリル径の２０倍の貫通穴を加工した。ボールエンドミル、ドリル、小径ドリル共に、回転数が２５０００ｍｉｎ−１、送り速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、１回当たりのステップ量を０．０２ｍｍ／回として、湿式切削を行った。

また、非加工時の小径ドリルの移動送り速度は、すべて１５ｍ／ｍｉｎとした。今回のテストでは本発明例、従来例ともに、ステップバック３０した時の前記小径ドリルの外周コーナの位置３３が、加工穴入り口端面３２からプラス方向へ０．１ｍｍとして、確実に抜ける位置で繰り返しステップ加工を行った。

評価として、穴位置の間隔の平均、平均穴径は光学顕微鏡を用いて測定し、また真直度は被削材の基準面からの座標距離を表面と裏面の両方から光学顕微鏡を用いて加工穴の中心位置のずれを測定した。また、小径ドリルがそれらガイド穴を用いた時にチッピングや折損を起こした時点の加工穴数を記録した。さらに加工穴数が２００穴まで安定した加工ができたものはその時点で加工終了とした。結果を表４に示す。

その結果、本発明例Ｃ１のボールエンドミルを用いたガイド穴の加工では、小径ドリルは２００穴まで安定して加工ができ、加工できた微細穴精度は平均穴径が０．２０３ｍｍ、穴位置の間隔は平均で０．２５４ｍｍ、真直度は０．００５ｍｍと良好な結果を示した。これはガイド穴形成時の位置決め精度、穴精度が極めて良好であり、ガイド穴の底面が略半球面状になっているため、小径ドリルの開き角によらずガイド穴の入り口から徐々に中心側へと加工が行われ途中で先端部が接触し固定されるため、より安定した加工が実現できた結果と考えられる。

ガイド穴あけ用ドリルを用いた従来例Ｃ２のガイド穴では、小径ドリルは５０穴目で折損し、加工できた穴精度も平均穴径が０．２２０ｍｍ、穴位置の間隔は平均で０．２８０ｍｍと大きなズレを生じた。さらに真直度は０．０２０ｍｍであった。これはガイド穴形成時の位置決め精度、穴精度が悪かったためと考えられる。またガイド穴として形成された開き角が１３０°に対し、小径ドリルの先端角が１４０°のため先端部が当たらないことになり、左右に振られて穴径が悪化し、最終的に小径ドリルの折損に繋がったと考えられる。

ガイド穴あけ用ドリルを用いた従来例Ｃ３のガイド穴では、小径ドリルは６２穴目で折損し、加工できた穴精度も平均穴径が０．２１８ｍｍ、穴位置の間隔は平均０．２７５ｍｍと大きなズレを生じた。さらに真直度は０．０１８ｍｍであった。これはガイド穴として形成された開き角が１４０°に対し、小径ドリルの先端角が１４０°と同じため、工具サイズが微細であるがゆえに、食い付き時の抵抗が上がりすぎてそこで振動を発生しやすくなり、精度が悪化し、最終的に小径ドリルの折損に繋がったと考えられる。

ガイド穴あけ用ドリルを用いた従来例Ｃ４のガイド穴では、小径ドリルは３０穴目で折損し、加工できた穴精度も平均穴径が０．２３０ｍｍ、穴位置の間隔は平均０．３００ｍｍと本発明例Ｃ１より大きなズレを生じた。さらに真直度は０．０２３ｍｍであった。

これはガイド穴形成時の位置決め精度、穴精度が悪かったためと考えられる。さらにガイド穴として形成された開き角が１５０°に対して小径ドリルの先端角が１４０°のためガイド穴を通って先端が接触する。本来工具径の大きいドリルであれば安定することが予想されるが、微細深穴加工に用いる小径ドリルの場合は剛性不足から真円度が悪いガイド穴に沿って大きく振られ、より穴径が広がり途中での折損に繋がったと考えられる。

（実施例５）
次に本発明例Ｃ５〜Ｃ８、比較例Ｃ９、Ｃ１０として、ドリル径に対するガイド穴の穴径の最適化を図るためにテストを行った。テスト方法としては、本発明例Ｃ１と同様の仕様で、ガイド穴用ボールエンドミルを刃径が０．１７ｍｍ〜０．２２ｍｍとなるよう、すなわちガイド穴の穴径が、ドリル径に対して０．８５倍〜１．１倍となるよう６種類を製作し、実施例４と同様の加工と評価を行った。結果を表５に示す。

表５より、本発明例Ｃ５〜Ｃ８では、すべてにおいて２００穴まで安定して加工ができ、穴精度も平均穴径が０．２１０ｍｍ以下、穴位置の間隔は平均０．２６０ｍｍ以下の良好な結果を示した。

比較例Ｃ９では、ガイド穴の穴径が小さいためドリルの負荷が大きくなりすぎてドリルの曲げが発生してしまい結果的に安定した穴あけができず、加工穴数が８０穴で小径ドリルが折損した。比較例Ｃ１０では、ガイド穴の穴径が大きいため、次工程で使用するドリルとの間に隙間が発生しすぎて加工中にドリルが不安定な状態となり、首部への切屑の噛み込みが発生し、９５穴で小径ドリルが折損したと考えられる。

（実施例６）
次に本発明例Ｃ１１〜Ｃ１３、比較例Ｃ１４、Ｃ１５として、ガイド穴の深さの最適化を図るために実験を行った。テスト方法としては、本発明例Ｃ１と同様の仕様のガイド穴あけ用ボールエンドミルを用いて、ガイド穴深さが０．１ｍｍ〜０．４２ｍｍとなるように、すなわちガイド穴の深さが、小径ドリルのドリル径に対して０．５倍〜２．１倍となるようにガイド穴加工を行い、実施例４と同様の加工と評価を行い、テストに供した。結果を表６に示す。

本発明例Ｃ１１〜Ｃ１３では、すべてにおいて２００穴まで安定して加工ができ、穴精度も平均穴径が０．２１０ｍｍ以下、穴位置の間隔は平均０．２６０ｍｍ以下の良好な結果を示した。

比較例Ｃ１４では、ガイド穴深さが浅く、使用した小径ドリルは１０６穴目で折損し、加工できた穴精度も平均穴径が０．２１２ｍｍ、穴位置の間隔は平均０．２６９ｍｍとなった。ドリル加工において、十分に小径ドリルをガイドすることができずに不安定な状態となって加工が行われたため、小径ドリルの折損に繋がったと考えられる。

比較例Ｃ１５では、ガイド穴深さが深く、ボールエンドミルを用いてガイド穴を形成する際に、切屑がつまって十分な精度のガイド穴ができないため、使用した小径ドリルは１０３穴目で折損し、加工できた穴精度も平均穴径が０．２２０ｍｍ、穴位置の間隔は平均０．２６５ｍｍとなり結果的に、精度の良い穴あけ加工ができず、小径ドリルの折損に繋がったと考えられる。

（実施例７）
次に本発明例Ｃ１６〜Ｃ１８において、小径ドリルのテーパ状の拡径部１０の効果について評価を行った。

本発明例１６は、テーパ状の拡径部１０をもたないもの、本発明例Ｃ１７は、テーパ状の拡径部１０を有して、溝長の終端での外径が０．１９ｍｍ、直線で設けたテーパ状の拡径部１０の最大径が０．１９４ｍｍ、としたもの、本発明例Ｃ１８は、テーパ状の拡径部１０を有して、溝長の終端での外径が０．１９ｍｍ、直線で設けたテーパ状の拡径部１０の最大径が０．１９８ｍｍとしたのもので、いずれもバックテーパ量を１．０／１００ｍｍ、その他は実施例４と同様の仕様で小径ドリルを製作した。

また、ガイド穴加工として、本発明例Ｃ１と同仕様のガイド穴あけ用ボールエンドミルを用いてガイド穴深さ０．２ｍｍとし、実施例４と同様の加工と評価を行い、テストに供した。結果を表４に示す。

結果は、本発明例Ｃ１６〜Ｃ１８ともに、２００穴加工しても安定した加工ができ、穴精度も極めて良好な結果を示した。また、テーパ状の拡径部を有したものは、切屑が溝内に確実に押し戻され、切屑の噛み込み防止により、特に本発明例Ｃ１８は、加工できた微細穴精度は平均穴径が０．２０１ｍｍ、穴位置の間隔は平均０．２５２ｍｍと安定し、真直度は０．００１ｍｍと極めて良好な結果を示した。

加工穴径の５０倍以上の加工をする場合のステップ加工方法について実施例８、９で説明する。

（実施例８）
次に本発明例Ｃ１９〜Ｃ２４として、小径ドリルのバックテーパ量が１．０／１００ｍｍ、溝長の終端での外径が０．１９ｍｍ、直線で設けたテーパ状の拡径部１０の最大径が０．１９８ｍｍ、首下長さ１７が１０．３ｍｍのものを使用した。それ以外は実施例４と同様の仕様とした。

本発明例Ｃ１９として、ステップバック３０した時の小径ドリルの外周コーナの位置３３を、加工穴入り口端面３２よりプラス方向へ＋０．１ｍｍとして、確実に抜ける位置で繰り返しステップ加工を行い、本発明例Ｃ２０〜Ｃ２４として、ステップバック３０した時の小径ドリルの外周コーナの位置３３が、加工穴入り口端面３２より穴加工方向にあり、その位置がそれぞれ前記加工穴入り口端面３２からマイナス方向へ−０．０４ｍｍ〜−０．２２ｍｍの位置で繰り返しステップ加工を行った。

テスト条件として、被削材であるＳＵＳ３１６の被削材の一面に、穴位置の間隔を０．２５ｍｍピッチでガイド穴を連続加工し、その後、小径ドリルにて、穴径０．２ｍｍ、穴深さ１０ｍｍ、すなわち加工深さが加工穴径の実に５０倍の貫通穴を５０穴加工した。また、その際の非加工時の小径ドリルの移動送り速度は、３ｍ／ｍｉｎで設定した。本発明例Ｃ１と同仕様のガイド穴あけ用ボールエンドミルを用いて深さ０．２ｍｍのガイド穴を設け、その他は実施例４と同様の加工と評価を行い、テストに供した。その結果を表８に示す。

結果より、本発明例Ｃ１９〜Ｃ２４は、すべて５０穴加工しても安定した加工ができ、穴精度も平均穴径が０．２１０ｍｍ以下、穴位置の間隔は平均０．２６０ｍｍ以下の良好な結果を示した。特に、本発明例Ｃ２１〜Ｃ２３は、加工できた穴精度は平均穴径がすべて０．２０５ｍｍ以下、穴位置の間隔は平均０．２５６ｍｍ以下、真直度は０．００５ｍｍ以下と極めて良好な結果を示した。

（実施例９）
次に本発明例Ｃ２５〜Ｃ２９として、加工穴深さが穴径の５０倍の貫通穴を５０穴加工した。実施例５と同様の仕様で、ステップバック３０した時の小径ドリルの外周コーナの位置３３が、加工穴入り口端面３２より穴加工方向にあり、その位置が−０．１ｍｍとし、繰り返しステップ加工を行い、非加工時の小径ドリルの移動送り速度を変化させて、実施例８と同様のガイド穴あけ用ボールエンドミルと小径ドリルを用いて、試験、評価を行った。その結果を表９に示す。

結果より、本発明例Ｃ２５〜Ｃ２９は、すべて５０穴加工しても安定した加工ができ、穴精度も平均穴径が０．２１０ｍｍ以下、穴位置の間隔は平均０．２６０ｍｍ以下の良好な結果を示した。特に、本発明例Ｃ２６〜Ｃ２８は、加工できた穴精度は平均穴径がすべて０．２０５ｍｍ以下、穴位置の間隔は平均０．２５５ｍｍ以下、真直度は０．００５ｍｍ以下と極めて良好な結果を示した。

図１９に本発明による加工方法で切削した被削材の加工断面及び穴あけ工程で使用した実際の工具を示す。まず実験にあたり、ガイド穴あけ用ボールエンドミルは、刃数が２枚、刃径が０．５ｍｍ、ボール刃、外周刃を有し、外周刃の刃長が１ｍｍ、外周刃の逃げ角が１５度、シャンクの外径が４ｍｍのものを用意した。

微細深穴加工に用いる小径ドリル３６は、刃数が２枚、直径が０．５ｍｍ、溝のねじれ角を３０度、ウェブ厚さ０．１７５ｍｍ（ドリル径の３５％）、シャンクの外径を３ｍｍに設け、溝長２．５ｍｍ、バックテーパ量が１．０／１００ｍｍ、溝長の終端での外径が０．４７５ｍｍ、直線で設けたテーパ状の拡径の最大径が０．４９５ｍｍ、首径が０．４７５ｍｍ、首下長さが４０．５ｍｍ、先端角が１４０°である。

実験方法としては、ＳＵＳ３０４の被削材３４の一面に、上記ボールエンドミルを用いて、ガイド穴を穴径０．５ｍｍ、穴深さ０．５ｍｍでガイド穴の底面を略半球面状に加工した。その後、微細深穴加工に用いる小径ドリル３６にて、穴径０．５ｍｍ、穴深さ４０ｍｍ、すなわち加工深さが穴径の実に８０倍の貫通穴３５として、また、ステップバック３０した時の小径ドリルの外周コーナの位置３３が、加工穴入り口端面３２より穴加工方向にあり、その位置を−０．１ｍｍとして、繰り返しステップ加工を行い加工した。

テスト条件としては、ガイド穴用のボールエンドミル、小径ドリル共に、回転数が９５５０ｍｉｎ−１、送り速度２８ｍｍ／ｍｉｎ、１回当たりのステップ量を０．０２５ｍｍ／回として、非加工時の小径ドリル３６の移動送り速度を２ｍ／ｍｉｎに設定して湿式切削を行った。その後、加工した被削材３４を切断し、加工断面の様子を観察した。

図１９からも確認できるように、従来は切削加工でも到底なしえなかった加工を切削で実現できた。この例により、ステップ加工を行う条件を最適化することによって加工深さが穴径の８０倍の貫通穴でも本発明で実現することが証明された。本発明方法によれば工具径が１ｍｍ以下の場合で、Ｌ／Ｄが１２０倍〜１３０倍程度でも実現可能である。

本発明のうち、貫通穴加工を実施した例について実施例１０、１１で説明する。

（実施例１０）
図１に本発明例、比較例の微細深穴加工に用いた小径ドリル１の外観図を示す。
本発明例、比較例として、微細深穴加工に用いる小径ドリル１として、刃数が２枚、ドリル径が０．３ｍｍ、溝のねじれ角を３０度、ウェブ厚さ０．１０５ｍｍ（ドリル径の３５％）、シャンク径を３ｍｍに設け、ドリル部の長さを１．４８ｍｍとした小径ドリル１において、溝長１．５ｍｍ、拡径部の長さが０．０５ｍｍ、拡径部の最大径が０．２９８ｍｍ、バックテーパ量が０．５／１００ｍｍ、首部の外径が０．２８ｍｍ、首下長さが９．１ｍｍ、先端角が１４０°のものを使用した。

テスト条件として、被削材であるＳＵＳ３０４のブロック材の一面に、ピッチ０．２ｍｍの間隔で、刃数が２枚、刃径が０．２９５ｍｍ、ボール刃のＲが０．１５ｍｍ、ボール刃、外周刃を有し、外周刃の刃長が０．３ｍｍ、外周刃の逃げ角が１５度、シャンク部の外径が４ｍｍのガイド穴あけ用ボールエンドミルを用いて、ガイド穴を深さ０．２ｍｍとなるように連続加工し、その後、微細深穴加工に用いる小径ドリルにて、穴径０．３ｍｍ、穴深さ７．５ｍｍ、すなわち加工深さが刃径の２５倍の貫通穴を加工した。ボールエンドミル、小径ドリル共に、回転数が２５０００ｍｉｎ−１、送り速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、１回当たりのステップ加工量を０．０３ｍｍ／回として、湿式切削を行った。

本発明例１として、予め設けたガイド穴に小径ドリルをガイドさせて、繰り返しステップ加工により図２７に示すように、小径ドリルの貫通量３９が１．５３ｍｍになるように、すなわち小径ドリルが穴出口から１．５３ｍｍ突き出るまでドリル加工を行った。また比較例２として、図２８に示すように、小径ドリルの貫通量３９が０．１ｍｍになるように、すなわち小径ドリルが穴出口から０．１ｍｍ突き出るまでドリル加工を行った。

評価としては１００穴まで穴加工を行い、１〜９９穴すべてに基準ピンを挿入しスムーズにピンが通るかをチェックした。また１００穴目の加工穴は切断し、穴内面の仕上げ面粗さの測定及び穴内面の観察を走査型電子顕微鏡で行った。結果を表１０に示す。

その結果、本発明例Ｄ１の加工方法においては、１〜９６穴まで基準ピンがスムーズに挿入できた。また１００穴目の加工穴の内面粗さは０．９μｍと極めて良好であり、穴の入り口部３７から穴の出口部３８まですべての内面性状をみても段差もなく非常に良好な穴精度を示した。

図２９に本発明例Ｄ１での穴中間付近及び出口付近の加工穴の内面性状を示す。図２９の写真からも、本発明例Ｄ１では穴中間付近及び出口付近でも加工穴の内面性状が滑らかな面になっていることが分かる。これは、ドリル径とほぼ同径の拡径部が加工穴の内面をこすり、こすり効果によって加工穴の内面粗さ及び内面精度を向上させたためと考えられる。さらに小径ドリルが穴出口から１．５３ｍｍ突き出るまでドリル加工を行ったことで、貫通穴において穴の入り口から出口まで全面でこすれの効果が得られたためと考えられる。

それに対して、比較例Ｄ２の加工方法においては、１〜１０穴までは基準ピンがなんとかスムーズに挿入できたが、１１穴目以降の加工穴は基準ピンが途中で止まり挿入することができなかった。また１００穴目の加工穴の内面粗さは２．４８μｍと悪く、特に穴の出口付近において段差を確認した。

図３０に穴中間付近及び出口付近の加工穴の内面性状を示す。これは比較例Ｄ２の加工方法においては、小径ドリルが穴出口からわずか０．１ｍｍ突き出たところまでしか加工していないため、中間付近においてはドリル径とほぼ同径の拡径部が加工穴の内面をこすり、内面性状が向上したものの、こすれの効果がない出口付近においては写真に「段差あり」と注釈されているように工具の摩耗にともなって内面性状が荒れ、結果的に大きな面粗さになってしまったと考えられる。

貫通穴を開ける工具として、最適な形状にするための実施例を実施例１１として説明する。

（実施例１１）
次に本発明例Ｄ３〜Ｄ９、比較例Ｄ１０として、小径ドリル１の形状の最適化を図るためにテストを行った。

テスト方法としては、本発明例Ｄ１と同様の仕様で、拡径部のない比較例Ｄ１０と、拡径部の最大径が０．２８８ｍｍ、長さが０．１５ｍｍである本発明例Ｄ８と、拡径部の最大径が０．２８５ｍｍ、長さが０．１５ｍｍである本発明例Ｄ９と、拡径部の円筒部をあわせた長さが０．１５ｍｍ〜０．８５ｍｍ、すなわち円筒部の長さが０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ、首下長さが９．２ｍｍ〜９．９ｍｍとなるような本発明例Ｄ３〜Ｄ７を用いて、実施例１０と同様の加工と評価を行った。結果を表１１に示す。

表１１より、本発明例Ｄ３〜Ｄ９を用いた加工方法では、すべて８８穴まで基準ピンがスムーズに挿入できた。特に本発明例３，４は９９穴すべて基準ピンがスムーズに挿入できた。特に本発明例Ｄ４による１００穴目の加工穴の内面粗さは０．６μｍと極めて良好な結果を示した。これは円筒部によって、加工中のこすり効果が大きく作用したためと考えられる。

また本発明例Ｄ７は円筒部が少し長く、こすれる面積が大きくなったため、１００穴目の加工穴の内面粗さは若干大きな値となった。また本発明例Ｄ９は他の発明例に比べると基準ピンが挿入できた穴数が少なくなったが、これは拡径部の最大径がドリル径に対して０．９５倍であり、他の発明例に比べて拡径部の最大径がドリル径に対してクリアランスが少し大きく、こすれの効果がやや少なかったためと考えられる。

一方、比較例Ｄ１０はすべての加工穴において基準ピンは挿入できず、１００穴目の加工穴の内面も段差が多数発生しており、面粗さも５．５μｍと極めて悪い結果となった。これは比較例Ｄ１０では拡径部がないため、加工中に小径ドリルが不安定となり、さらに切屑の噛みこみも発生して真直度そのものも悪化したためと考えられる。

ドリル部の後端にある拡径部がドリル径とほぼ同径の円筒部を有する場合の、リーマ効果について評価した実施例を実施例１２で説明する。

（実施例１２）
次に従来ではなし得なかったＬ／Ｄ＝８０倍の超深穴加工のテストを行った。テスト終了後の小径ドリル４６と加工切断後の被削材４５を図３１に示す。

本発明例Ｄ１１として、微細深穴加工に用いる小径ドリル４６として、刃数が２枚、ドリル径が０．５ｍｍ、溝のねじれ角を３０度、ウェブ厚さ０．１７５ｍｍ（ドリル径の３５％）、シャンク径を３ｍｍに設け、ドリル部の長さを２．４８ｍｍとした小径ドリル４６において、溝長２．５ｍｍ、拡径部の円筒部をあわせた長さが０．１５ｍｍ、すなわち円筒部の長さが０．１ｍｍ、拡径部の最大径が０．４９８ｍｍ、ガイド部を首部の切刃側から４．０ｍｍの位置と８．０ｍｍの位置に設け、バックテーパ量が０．５／１００ｍｍ、首径が０．４８ｍｍ、首下長さが４３ｍｍ、先端角が１４０°のものを使用した。

テスト条件として、ＳＵＳ３０４の被削材４５の一面に、ピッチ０．２ｍｍの間隔で、刃数が２枚、刃径が０．４９５ｍｍ、ボール刃のＲが０．２５ｍｍ、ボール刃、外周刃を有し、外周刃の刃長が０．５ｍｍ、外周刃の逃げ角が１５度、シャンク部の外径が４ｍｍのガイド穴あけ用ボールエンドミルを用いて、ガイド穴を深さ０．３ｍｍとなるように連続加工し、その後、微細深穴加工に用いる小径ドリル４６にて、穴径０．５ｍｍ、穴深さ４０ｍｍ、すなわち加工深さが刃径の８０倍の貫通穴を加工した。

ボールエンドミル、小径ドリル４６共に、回転数が７０００ｍｉｎ−１、送り速度３０ｍｍ／ｍｉｎ、１回当たりのステップ加工量を０．０５ｍｍ／回として、湿式切削を行った。

加工方法としては、予め設けたガイド穴に小径ドリル４６をガイドさせて、繰り返しステップ加工により図２７に示すように、小径ドリル４６の貫通量３９が２．６３ｍｍになるように、すなわち小径ドリル４６が穴出口から２．６３ｍｍ突き出るまでドリル加工を行った。

評価としては３０穴まで穴加工を行い、１〜２９穴すべてに基準ピンを挿入しスムーズにピンが通るかをチェックした。また３０穴目の加工穴は切断し、穴内面の仕上げ面粗さの測定及び穴内面の観察を走査型電子顕微鏡で行った。結果を表１２に示す。

表１２より、本発明例Ｄ１１を用いた加工方法では、２９穴すべて基準ピンがスムーズに挿入できた。図３２（ａ）に本発明例Ｄ１１での穴出口付近の加工穴の内面性状を示す。

図３２（ａ）の写真からも、本発明例Ｄ１１では穴出口付近でも加工穴の内面性状が滑らかな面になっていることが分かる。一方図３２（ｂ）に比較として、被削材の両面から穴あけ加工を行い、つなぎ合わせることで貫通穴加工をおこなう、俗に言うとんぼ加工により、穴あけ放電加工を行った後にワイヤー放電で仕上げた加工穴の内面性状を示す。図３２（ｂ）の写真からも穴表面に放電加工異常層が生じ、さらに大きな段差を確認することができる。

すなわち本発明により、従来到底なし得なかったＬ／Ｄ＝８０倍以上の微細超深穴加工であっても、加工穴の内面精度を優れた範囲に確保しながら行うことが可能である。

本発明の深穴加工用小径ドリルが適用できる産業分野を例示すれば、金型や部品の加工等において、加工穴径が１ｍｍ以下の極めて細い微細穴あけ加工であって、加工穴径に対する加工穴深さが加工穴径の１５倍以上はもとより、たとえ５０倍以上の止まり穴、貫通穴でも加工が可能である。特にＬ／Ｄが５０倍以上の微細深穴加工は従来の切削加工では成し得なかった範囲であるが、この深穴の加工も可能にする。具体的な適用分野は、例えば金型の水冷孔やダイカスト金型の突き出しピンの穴の加工、機能性を大幅にあげるため、より細く深い穴を加工する必要のある自動車分野や繊維分野の特殊ノズル等に適している。

図１は、本発明に係る小径ドリルの外観図の一例を示す。 図２は、本発明に係る別の小径ドリルの外観図の一例を示す。 図３は、図１のドリル部５の略図を示す。 図４は、他の実施態様を図３と同じ略図で示す。 図５は、他の実施態様を図３と同じ略図で示す。 図６は、図２の他の実施態様を示す正面図である。 図７は、図２の他の実施態様を示す正面図である。 図８は、従来の加工方法の加工初期の一例を示す。 図９は、従来の加工方法の加工途中の一例を示す。 図１０は、ドリルの先端角より開き角が大きい場合の一例を示す。 図１１は、ドリルの先端角と開き角が同じ角度の場合の一例を示す。 図１２は、ステップ加工の加工順序を示す。 図１３は、ステップバックした時の外周コーナの位置を示す。 図１４は、本発明の加工方法の一例を示す。 図１５は、本発明の加工方法の他の一例を示す。 図１６は、本発明例と従来例とのガイド穴比較の一例を示す。 図１７は、本発明の小径ドリルの正面図である。 図１８は、図１７の他の実施形態の正面図を示す。 図１９は、本発明例の加工方法で、切削した被削材の加工断面及び使用した実際の工具を示す。 図２０は、図２の拡径部の他の形状を示す略図である。 図２１は、拡径部の他の形状を図２０と同じ略図で示す。 図２２は、拡径部の他の形状を図２０と同じ略図で示す。 図２３は、本発明に係る小径ドリルの正面図を示す。 図２４は、本発明に係る小径ドリルの他の一例を示す。 図２５は、本発明例の加工方法の加工詳細の一部を示す。 図２６は、本発明例と比較例の貫通最終段階の加工状況の比較を示す。 図２７は、本発明例の貫通最終段階の加工状況を示す。 図２８は、比較例の貫通最終段階の加工状況を示す。 図２９は、本発明例の穴内面性状の結果を示す。 図３０は、比較例の穴内面性状の結果を示す。 図３１は、本発明例の加工方法で、切削したワークの加工断面及び使用した実際の工具を示す。 図３２は、本発明例と従来の放電加工による穴内面性状の比較結果を示す。

符号の説明

１ 小径ドリル
２ ドリル径
３ 切刃
４ 溝
５ ドリル部
６ 首部
７ シャンク部
８ 縮径部の最小径部
９ 溝の終端
１０ 拡径部
１１ 溝長
１２ 首部の長さ
１３ ガイド部
１４ 縮径部
１６ 先端角
１７ 首下長さ
１８ 拡径部の最大径部
１９ 開き角
２０ 被削材
２１ 案内部
２２ チゼル
２３ 従来加工方法による切削点
２４ 本発明方法による切削点
２５ 本発明方法による切削点
２６ 外周コーナ
２７ ガイド穴コーナ
２８ 所定の切込み
２９ 次の所定の切込み
３０ ステップバック
３１ ステップフォワード
３２ 加工穴入り口端面
３３ 外周コーナの位置
３４ 被削材
３５ 貫通孔
３６ 穴あけ行程で使用した小径ドリル
３７ 穴の入り口部
３８ 穴の出口部
３９ 小径ドリルの貫通量
４０ 穴内面のこすれ部分
４１ ステップ量
４３ 内面
４４ 内面
４５ 加工切断後の被削材
４６ ３０穴加工後の小径ドリル
４７ ガイド部の長さ

Claims (11)

1. ドリル径が１ｍｍ以下の深穴加工用小径ドリルにおいて、ドリル部は切刃と溝を有し、前記の溝長は前記ドリル径の５倍以上で１０倍以下であり、前記ドリル部は、切刃からドリル部の後方に向かって縮径した後に拡径し、前記溝の終端でのドリル部の外径は、前記ドリル径の０．９倍以上０．９８倍以下であり、前記ドリル部と首部の間には、前記溝の終端の外径より前記ドリル径の１倍以下まで拡径した拡径部を設け、シャンクにつながる前記首部の直径は前記ドリル径より小さく、かつ、首部の長さはドリル径の１０倍以上であることを特徴とする深穴加工用小径ドリル。
2. ドリル径が１ｍｍ以下の深穴加工用小径ドリルにおいて、ドリル部は切刃と溝を有し、前記の溝長は前記ドリル径の５倍以上１０倍以下であり、前記ドリル部は、ドリル部長手方向の途中に縮径部の最小径部を有し、前記溝の終端でのドリル部の外径は、前記ドリル径の０．９倍以上０．９８倍以下であり、前記ドリル部の後端には、前記溝の終端の外径より前記ドリル径の１倍以下まで拡径した拡径部を設け、シャンクにつながる前記首部の直径は前記ドリル径より小さく、かつ、首部の長さはドリル径の１０倍以上であることを特徴とする深穴加工用小径ドリル。
3. ドリル部の後端にある拡径部は、溝の終端の外径よりテーパ状にドリル径とほぼ同径まで拡径するか、または前記テーパ状とドリル径とほぼ同径の円筒部との組み合わせにより、拡径部の最大径がドリル径と実質同一であることを特徴とする請求項１乃至２に記載の深穴加工用小径ドリル。
4. 請求項１乃至３いずれかに記載の深穴加工用小径ドリルにおいて、溝長は前記ドリル径の５倍以上で７倍以下であることを特徴とする深穴加工用小径ドリル。
5. 請求項１乃至３いずれかに記載の深穴加工用小径ドリルにおいて、首部の外径は、ドリル径の０．８５倍〜０．９８倍未満であり、前記首部にはドリル径の０．９８倍以上で１．０倍以下の外径を有するガイド部を一箇所以上設けたことを特徴とする深穴加工用小径ドリル。
6. 請求項１乃至３いずれかに記載の深穴加工用小径ドリルにおいて、首部の外径は、ドリル径の０．８５倍〜０．９８倍未満であり、前記首部にはドリル径の０．９８倍以上で１．０倍以下の外径を有するガイド部を一箇所以上設け、前記ガイド部の個々の長さはドリル径の０．２倍から２倍以下であることを特徴とする深穴加工用小径ドリル。
7. 加工穴径が１ｍｍ以下、深さが加工穴径の１５倍以上の穴を、予め設けたガイド穴に深穴加工用小径ドリルをガイドさせて加工する微細深穴加工方法であって、前記ガイド穴は、ボールエンドミルを用い、前記ボールエンドミルの回転軸方向に送ることにより、前記ガイド穴の穴径が、前記深穴加工用小径ドリルのドリル径に対して０．９０倍以上１．０５倍以下、前記ガイド穴の深さが、前記深穴加工用小径ドリルのドリル径に対して０．６倍以上２．０倍以下とし、前記ガイド穴の底面を略半球面状に設け、請求項１乃至６いずれかに記載の深穴加工用小径ドリルを用いて、ステップを繰り返しながらドリル加工をすることを特徴とする微細深穴加工方法。
8. 請求項７に記載の微細深穴加工方法において、加工穴径の５０倍以上のドリル加工をする場合、ステップバックした時の前記深穴加工用小径ドリルの外周コーナの位置が加工穴内にあり、前記外周コーナの位置は加工穴入り口端面から深穴加工用小径ドリル径の０．０３倍以上１．０倍以下であることを特徴とする微細深穴加工方法。
9. 請求項８に記載の微細深穴加工方法において、非加工時の深穴加工用小径ドリルの移動送り速度が１ｍ／ｍｉｎ以上４ｍ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする微細深穴加工方法。
10. 加工穴径が１ｍｍ以下、深さが加工穴径の１０倍以上の貫通穴を加工する方法であって、請求項１乃至６に記載のいずれかの深穴加工用小径ドリルを用いて、少なくとも前記最大径部、又は前記円筒部が加工穴を貫通するまでステップ加工を繰り返しながらドリル加工をすることを特徴とする微細深穴加工方法。
11. 加工穴径が１ｍｍ以下、深さが加工穴径の１０倍以上の貫通穴を加工する方法であって、予め設けるガイド穴は、穴径が前記深穴加工用小径ドリル径に対して０．９０倍以上１．０５倍以下であり、前記ガイド穴の深さが前記深穴加工用小径ドリル径に対して０．６倍以上２．０倍以下であり、前記ガイド穴の底面を略半球面状に設けて、前記ガイド穴に請求項１乃至６に記載のいずれかの深穴加工用小径ドリルをガイドさせて加工し、少なくとも最大径部、又は前記円筒部が加工穴を貫通するまでステップ加工を繰り返しながらドリル加工をすることを特徴とする微細深穴加工方法。

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