JP4858859B2 - ダブルマージン付きドリル - Google Patents

Description

この発明は、ひとつのランド部に２つのマージンを形成してそのマージンによるガイド効果を高めた、深穴加工などでも真直度の高い穴をあけられる２枚刃のダブルマージン付きドリルに関する。

第２マージンがランド部の周方向途中に形成されて第１マージンの位置からドリル逆転方向に４５°〜８０°回転した位置にあるダブルマージン付き２枚刃ツイストドリルが下記特許文献１に開示されている。その特許文献１は、マージンと加工穴の内面との接触抵抗を抑えながら穴加工時のガイド機能を得る目的で、第２マージンの幅を第１マージンの幅の１〜３倍にすることを述べている。第１マージンの幅は、切削抵抗に影響を及ぼすため、強度が損なわれない範囲でできるだけ小さくすることを推奨しており、一般的に採用される数値（例えば、ドリル径Ｄの３〜１０％程度）でよいとしている。

なお、シングルマージンのドリルでマージン幅とシンニングの傾斜角を規定し、マージンのドリル回転方向後端がシンニング斜面にかかるようにしてガイド性能を高めた構造が下記特許文献２に開示されている。特許文献２のドリルは、マージン幅をドリル直径の３０〜６０％に設定しており、その理由として、そのマージン幅がドリル直径の２０％以下では加工穴のうねりが発生し、そのマージン幅がドリル直径の７０％を越えると加工中のトルク抵抗が急激に増大するとの記載がある。
特開２００７−１５０７３号公報 特開２００７−２７６０７６号公報

特許文献１のダブルマージン付きドリルは、ワークにあけられた下穴の穴広げ加工では、良好な加工精度を長期にわたって得ることができないことが判明した。下穴入口部での加工においていわゆるビビリが発生しやすく、そのビビリ現象によって切れ刃の外周部が欠けるなどして加工精度の長期維持が難しい。

一方、特許文献２のドリルは、マージンと加工穴の界面への潤滑油の供給が不十分になり、切削抵抗の増加を招いてドリルが損傷するという問題が発生した。

この発明は、加工コストに占める工具費の低減や工具交換の回数削減による加工機の稼働率向上などを図るために、下穴の穴広げ加工でも優れた加工精度が長期にわたって発揮され、切削抵抗の増加も抑えられるダブルマージン付きドリルを実現して提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、ねじれ溝に沿った２箇所のランド部のドリル正転方向前方に第１マージンをそれぞれ有し、さらに、各ランド部の前記第１マージンよりもドリル正転方向後方に第２マージンを有する２枚刃ドリルにおいて、前記第１マージンの幅をドリル直径の１０〜２０％に設定した。

また、回転中心Ｏと第１マージンのドリル正転方向前後の縁とを結ぶ２つの直線Ｉ，ＩＩのなす角を第１マージンの領域角Ａ、回転中心Ｏと第２マージンのドリル正転方向前後の縁とを結ぶ２つの直線III，IVのなす角を第２マージンの領域角Ｂとして、前記第１、第２マージンの領域角Ａ，Ｂを合算した２箇所のランド部での総マージン領域角｛（Ａ＋Ｂ）×２｝を、１００°〜１４０°の範囲に設定した。そしてさらに、第２マージンの少なくとも一方が、ヒール部を始点にしてシンニング部を超えた位置までドリルの正転方向前方に広がっているものにした。
なお、総合性能は、各ランド部から第２マージンのドリル正転方向前縁に至る繋ぎ面を第２マージンに対して鈍角に交わらせたもの、中でも、第２マージンに対する繋ぎ面の接続角θ（ドリルの回転中心Ｏと第２マージンのドリル正転方向前縁とを結ぶ直線ＩＩＩを基準にした繋ぎ面の傾き角）を−１０°〜−６０°、より好ましくは−２０°〜−６０°の範囲に設定したものが優れていた。

この発明のドリルは、第１マージンの幅をドリル直径の１０〜２０％に設定したので、下穴の穴広げ加工でも安定したガイド性能が発揮され、そのために、ビビリに起因した切れ刃の損傷が抑えられ、優れた加工精度が長期にわたって維持される。

また、第１マージンの幅をドリル直径の１０〜２０％に設定したことにより、第１マージンと加工穴との界面への潤滑油の供給も十分になされ、切削抵抗の増加が抑えられてドリルの損傷なども起こり難くなる。ダブルマージン付きドリルでは、主たるガイドが第１マージンによってなされる。第２マージンは補助的な働きをするに過ぎず、第１マージンに比べると加工穴の内面に押し付けられる圧力が小さい。従って、第２マージンによる切削抵抗の増加は小さく、第２マージンの幅がある程度広くても、第１マージンの幅を適切に設定することでマージンの潤滑不良を防止できることがわかった。

なお、第２マージンが切削抵抗に与える影響は第１マージンによる影響に比べて小さいが、第２マージンも含めた総マージン領域角を１００°〜１４０°の範囲に設定したものは、その領域角が１００°以下のものや１４０°以上のものに比べてマージンの損傷が小さく抑えられることを評価試験において確認した。

以下、この発明のドリルの実施の形態を添付図面の図１〜図５に基づいて説明する。図１〜図３に示すダブルマージン付きドリル（以下では単にドリルと称する）１は、本体部２の後部にシャンク３を一体に連設した２枚刃のソリッドツイストドリルにこの発明を適用したものである。このドリルの材質は、被覆超硬合金、被覆のない超硬合金、高速度鋼などを使用できる。また、先端側を超硬合金で形成する先ムクドリルもこの発明の適用対象に含まれる。

本体部２の先端には、回転中心を基準にして点対称形状をなす切れ刃４、４と、各切れ刃に付属するシンニング溝５が設けられ、さらに、本体部２の外周に２条のねじれ溝６が設けられている。また、本体部２の内部には、先端の逃げ面７に開放する油穴８が設けられている。

９は、各ねじれ溝６，６間に形成されたランド部である。回転中心Ｏを基準にして点対称形位置にあるその２箇所のランド部９には、それぞれ、第１マージン１１と第２マージン１２が並行して設けられている。

第１マージン１１は、ねじれ溝６に沿って各ランド部９，９のドリル正転方向前方に設けられており、第２マージン１２は、第１マージン１１よりもドリル正転方向後方｛図のドリルは、ランド部９の周方向途中からドリル正転方向後縁（ヒール１０）までの範囲｝にある。

第１マージン１１の幅Ｗ（図３参照）は、ドリル直径Ｄの１０〜２０％に設定されている。また、回転中心Ｏと第１マージン１１のドリル正転方向前後の縁とを結ぶ２つの直線Ｉ，IIのなす角を第１マージンの領域角Ａ、回転中心Ｏと第２マージンのドリル正転方向前後の縁とを結ぶ２つの直線III，IVのなす角を第２マージンの領域角Ｂとして、２箇所のランド部の第１、第２マージン１１，１２の領域角Ａ，Ｂを合算した総マージン領域角｛（Ａ＋Ｂ）×２｝が、１００°〜１４０°の範囲に設定されている。

このほか、ランド部９から第２マージン１２のドリル正転方向前縁に至る部分に第２マージン１２に対して鈍角に交わる繋ぎ面１３が設けられている。一般的なダブルマージン付きドリルでは、第２マージン１２に対する繋ぎ面１３の接続角θ（前記直線IIIに対する傾き角）が０°に設定されているが、その接続角θが０°或いは−１０°以下（負の値が小さくなる方を以下とする）では、繋ぎ面１３と第２マージン１２の交差部にできるエッジが加工穴の内面を傷つけることがある。上記の接続角θを−１０°以上（負の値が大きくなる）にすることでその傷つきを抑制することができる。後述する評価試験では、その接続角θを−２０°にしたところ、前記エッジによる加工穴の内面の傷つきは全く発生しなかった。

なお、接続角θを極端に大きくしても、繋ぎ面１３と第２マージン１２との交差稜による加工穴の内面の傷つき防止の効果は飽和してさらに高まることを期待できないので、接続角θの上限は−６０°程度に止めるのがよい。

図４及び図５に示すように、２箇所のランド部９に設ける第１マージン１１の領域角Ａと第２マージン１２の領域角Ｂは異なっていてもよい。図４のドリルは、一方のランド部の第１マージン１１の領域角Ａ_１（付加記号は区別用、以下も同じ）が２３°、他方のランド部の第１マージン１１の領域角Ａ_２が１１．５°であり、弦の長さを算出する公式で第１マージンの長さを求めて計算した領域角２３°の第１マージンの幅は、ドリル直径の２０％、領域角１１．５°の第１マージンの幅は、ドリル直径の１３％である。

図４のドリルの第２マージン１２の領域角Ｂ_１、Ｂ_２は、それぞれ４７°、５８．５°であり、４箇所のマージンの総領域角は１４０°となっている。

図５のドリルも、一方のランド部の第１マージン１１の領域角Ａ_１は２３°、他方のランド部の第１マージン１１の領域角Ａ_２は１１．５°であり、各第１マージンのドリル直径に対する比率は図４のドリルと同じく前者が２０％、後者が１３％である。図５のドリルの第２マージン１２の領域角Ｂ_１、Ｂ_２は、それぞれ２７°、３８．５°であり、４箇所のマージンの総領域角は１００°となっている。このように、２箇所のランド部のマージンの大きさが異なっていても支障のない加工が行える。
なお、図４、図５では、第２マージン１２をランド部９のドリル正転方向後端に配置しているが、後端ではなく、正転方向前側（第１マージン側）にずらした位置に配置してもよい。このようにして第１マージンと第２マージン間の周方向距離を縮めることにより、第２マージンによるガイド効果を上記の距離が長いものに比べて早く作用させることができる。従って、総マージン領域を小さく設定した場合でも、ガイド効果を十分に発揮させることができる。

以下に、性能評価試験の結果を示す。この性能評価試験は、被覆超硬合金製の直径Ｄ＝φ１０ｍｍ、フルート長さＬ（図１参照）＝８０ｍｍで、図３に示した第１マージンの幅Ｗと、第１、第２マージンの総マージン領域角（Ａ＋Ｂ）×２を表１のように変化させた油穴付きドリル（コーティングドリル）を試作して行なった。試料No.１５はシングルマージンドリル、その他の試料は全てダブルマージン付きドリルである。試作したダブルマージン付きドリルは、図３の繋ぎ面１３の接続角θを全て−２０°に統一した。
被削材と切削条件は以下の通りとした。
被削材：ＳＣＭ４２０Ｈ
切削条件：切削速度Ｖｃ＝８０ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、穴加工深さＨ＝４０ｍｍ
加工穴形状：図６の直径ｄ＝φ８．０ｍｍの下穴１４の穴広げに続いて中実部を加工
給油方式：内部給油（２０倍希釈エマルジョン）

この評価試験では、ドリルの寿命が尽きるまでの加工穴数、寿命時の刃先の状態、加工穴の内面の性状、下穴穴広げ加工における切削抵抗、及び中実部穴あけ加工における切削抵抗をそれぞれ調べた。その結果を表２に示す。なお、表２における切削抵抗は、図７に示す振幅で表す。総合評価における○は良好、△はやや良好、×は悪いことを表している。

この試験結果から、この発明のドリルは、下穴の穴広げ加工でも安定したガイド性能が発揮されること、そのために、ビビリに起因した切れ刃の損傷が抑えられて優れた加工精度が長期にわたって維持されることがわかる。試料No.１，２、１５は、第１マージンの幅が狭すぎて下穴入口部でのガイド効果が不十分なっている。また、試料No.１１〜１４は、第１マージンの幅が広過ぎてマージンの焼きつきが発生している。発明品（試料No.３〜１０）にはこれらの不具合が見られない。

表１の試料の中から抽出したドリルによる加工穴の内面の性状を図８に示す。図８（ａ）〜図８（ｇ）は、いずれも、加工穴の内面を撮影した写真であって、図８（ａ）は試料No.１のドリル、図８（ｂ）は試料No.２のドリル、図８（ｃ）は試料No.４のドリル、図８（ｄ）は試料No.５のドリル、図８（ｅ）は試料No.９のドリル、図８（ｆ）は試料No.１０のドリル、図８（ｇ）は試料No.１５のドリル（シングルマージン）、による加工穴の内面を示している。

試料No.１，２及び１５の各ドリルで加工した穴の内面には、穴の入口部にビビリ痕が生じている。これに対し、試料No.４，５，９，１０の各ドリルによる加工穴は、良好な性状が得られている。

なお、この発明は、鋼材や鋳物加工用のドリルに利用すると特に顕著な効果が得られるが、アルミ系の材料など、他の材質の材料を加工するドリルに適用しても発明の効果を期待できる。

この発明のドリルの実施の形態を示す側面図 図１のドリルの先端部の拡大側面図 図1のドリルの拡大正面図 この発明のドリルの他の形態の拡大正面図 この発明のドリルのさらに他の形態の拡大正面図 性能評価試験における穴の加工状況の説明図 性能評価試験での切削抵抗（振幅）の説明図 （ａ）〜（ｇ）：性能評価試験で抽出した試料による加工穴の内面の性状を示す図

符号の説明

１ ダブルマージン付きドリル
２ 本体部
３ シャンク
４ 切れ刃
５ シンニング溝
６ ねじれ溝
７ 逃げ面
８ 油穴
９ ランド部
１０ ヒール
１１ 第１マージン
１２ 第２マージン
１３ 繋ぎ面
１４ 下穴
Ａ 第１マージンの領域角
Ｂ 第２マージンの領域角
Ｗ 第１マージンの幅
θ 第２マージンに対する繋ぎ面の接続角
Ｏ ドリルの回転中心
Ｉ ドリルの回転中心と第１マージンのドリル正転方向前縁とを結ぶ直線
II ドリルの回転中心と第１マージンのドリル正転方向後縁とを結ぶ直線
III ドリルの回転中心と第２マージンのドリル正転方向前縁とを結ぶ直線
IV ドリルの回転中心と第２マージンのドリル正転方向後縁とを結ぶ直線

Claims (2)

1. ねじれ溝（６，６）に沿った２箇所のランド部（９，９）のドリル正転方向前方に第１マージン（１１）をそれぞれ有し、さらに、各ランド部（９）の前記第１マージン（１１）よりもドリル正転方向後方に第２マージン（１２）を有する２枚刃ドリルであり、前記第１マージンの幅（Ｗ）がドリル直径（Ｄ）の１０〜２０％に設定され、
   ドリルの回転中心（Ｏ）と第１マージン（１１）のドリル正転方向前後の縁とを結ぶ２つの直線（Ｉ，II）のなす角を第１マージンの領域角Ａ、ドリルの回転中心（Ｏ）と第２マージン（１２）のドリル正転方向前後の縁とを結ぶ２つの直線（III，IV）のなす角を第２マージンの領域角Ｂとして、前記第１、第２マージン（１１，１２）の領域角（Ａ、Ｂ）を合算した２箇所のランド部での総マージン領域角｛（Ａ＋Ｂ）×２｝が、１００°〜１４０°の範囲に設定され、
   前記第２マージン（１２）の少なくとも一方が、ヒール部（１０）を始点にしてシンニング部を超えた位置までドリルの正転方向前方に広がっているダブルマージン付きドリル。
2. 前記ランド部（９）から前記第２マージン（１２）のドリル正転方向前縁に至る繋ぎ面（１３）を、第２マージン（１２）に対して鈍角に交わらせた請求項１に記載のダブルマージン付きドリル。