JP5526361B2

JP5526361B2 - ツイストドリル

Info

Publication number: JP5526361B2
Application number: JP2010511981A
Authority: JP
Inventors: 直宏中村; 阿部　　誠
Original assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Hardmetal Corp
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: EP2286945B1; US20110081215A1; EP2286945A4; CN102026754B; CN102026754A; WO2009139377A1; JPWO2009139377A1; EP2286945A1

Description

この発明は、切れ刃を、回転中心側に配置される一次切れ刃と、その一次切れ刃の外端に連ならせた二次切れ刃（外周側切れ刃）とで構成して両切れ刃の先端角を異ならせたダブルアングル型のツイストドリルに関する。

ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）をはじめとした繊維強化複合材の穴あけ加工に用いるドリルは、先端角が小さいほど被削材の補強繊維の毛羽立ちが抑制されて少なくなる傾向がある。しかしながら、先端角を小さくしたドリルは切れ刃の長さが長くなっていわゆるビビリが発生しやすくなり、また、貫通穴の加工では特に、ドリルを深く突っ込む必要が生じて加工時間を多く要することになる。

首記のダブルアングル型のツイストドリルは、一次切れ刃と二次切れ刃の先端角に角度差をつけることで切れ刃の長さが長くなることを抑え、また、二次切れ刃の先端角を一次切れ刃の先端角よりも小さくすることで先端角を小さくしたドリルと比較して遜色のない加工品位を実現するドリルであり、繊維強化複合材などの穴あけに利用されている。このダブルアングル型ツイストドリル（以下では単にドリルという）については、下記特許文献１や特許文献２、３に開示されたものが知られている。

特許文献１に記載されたドリルは、図８に示すように、ねじれ溝６の溝面と先端の一番逃げの逃げ面７とが交差した位置の稜線で一次切れ刃４ａを、前記ねじれ溝６の溝面と二番逃げの逃げ面８とが交差した位置の稜線で二次切れ刃４ｂをそれぞれ構成しており、二次切れ刃４ｂに、ドリルの側面視で回転軸Ｏに対してねじれ溝６のねじれ角に近い角度のずれ角γがつく。

一方、特許文献２に記載されたドリルは、図９に示すように、ねじれ溝６内にドリルの軸心と平行な平面のすくい面１０_−１を設け、そのすくい面１０_−１と先端の二番逃げの逃げ面８とが交差した位置の稜線で二次切れ刃４ｂを形成しており、二次切れ刃の回転軸とのずれ角は０°になっている。特許文献３のドリルも、特許文献２のドリルと類似の構造を有しており、二次切れ刃の回転軸Ｏとのずれ角は小さい。

特開平９−２７７１０９号公報特開昭６３−３０６８１２号公報実開平６−７５６１２号公報

上記特許文献１のドリルは、二次切れ刃がドリルの側面視において回転軸に対してγのずれ角を生じてねじれ溝のねじれ方向に大きく傾き、そのために、二次切れ刃の長さが長くなると同時に、加工時に被削材に対してこれを引き上げる力が働き、強固な固定が行なえない薄板状の被削材では加工中のいわゆるビビリが発生して加工穴の内面にビビリ痕がついたり、繊維強化複合材の加工ではバリが発生したりする。

一方、特許文献２、３が開示しているドリルは、二次切れ刃の回転軸とのずれ角を小さくする平面のすくい面１０_−１を設けてねじれ溝６の溝面を削っており、そのことによって二次切れ刃４ｂのすくい角が二次切れ刃のすくい面をねじれ溝の溝面で構成するドリルよりも小さくなるため、二次切れ刃の切れ味が低下し、繊維強化複合材の加工では加工穴の出入り口部にバリが生じたり、補強繊維の毛羽立ちが発生したりして加工品位の低下を招く。また、平面のすくい面１０_−１を別途加工するための手間や時間が必要になる。

この発明は、製造の手間などを増加させずに加工品位を高めたダブルアングル型ツイストドリルを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、上述したダブルアングル型のツイストドリルを改善の対象にして、前記二次切れ刃を、ドリルの回転軸とほぼ平行にし、少なくともその二次切れ刃のすくい面をねじれ溝の溝面で構成した。なお、ここで言うほぼ平行とは、二次切れ刃のドリル側面視における回転軸とのずれ角が±５°程度までは許容される範囲を指す。ここで、「ねじれ溝の溝面で構成する」とは、特許文献２のようにすくい面１０_−１を別に形成するのではなく、一次切れ刃を形成するねじれ溝と同一の曲面で構成したことをいう。また、ドリル側面視とは、図３の状態において、二次切れ刃の外端（最外周に位置する点）Ｅ２とドリルの回転軸Ｏとの間の距離（芯高量Ｈ）が芯厚（図５のＷ参照）の半分の長さに等しくなった状態を指す。ねじれ溝のリーディングエッジに沿う位置の溝面をドリルの正転方向に対して凹形に湾曲させることで、その溝面と二番逃げの逃げ面とが交差した位置の稜線でドリル側面視における回転軸とのずれ角が、−５°〜＋５°程度になった二次切れ刃を構成することができる。

このドリルは、ねじれ溝のねじれ角を１０°〜４０°の範囲に設定してそのねじれ溝の溝面で二次切れ刃のすくい面を構成したものや、二次切れ刃の先端角α２を一次切れ刃の先端角α１よりも小さくし、その先端角α２を９０°〜２０°の範囲に設定したものが好ましい。

また、一次切れ刃の外端部の直径ｄをドリル径Ｄの７０％以上にしたものも好ましく、さらに、前記ねじれ溝を、その溝の溝面が本体部の外周のマージン面に対して鋭角に交わる溝にするのも好ましい。

この発明のドリルは、二次切れ刃の回転軸とのずれ角が±５°以内であるので、二次切れ刃の長さが短く、また、加工時に被削材に働く引き上げ力が小さく、被削材が強固な固定を行なえない薄板などである場合にも、ビビリを伴わない高品位の穴加工が可能である。

また、このドリルは、二次切れ刃のすくい面がねじれ溝の溝面で構成されたものになって二次切れ刃のすくい角が小さくなることがない。ねじれ溝の形状次第では、二次切れ刃のすくい角が図８の従来ドリルよりもむしろ大きくなって良好な切れ味が確保される。これにより、繊維強化複合材の加工での毛羽立ちが抑制され、切削抵抗も小さくなる。

さらに、平面のすくい面を加工する必要がないので、製造の手間や時間が増加しない。

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のドリルの二次切れ刃の回転軸とのずれ角を示す拡大側面図図１のドリルの拡大正面図図２のＸ−Ｘに沿った部分の拡大断面図二次切れ刃の刃物角を表す断面図（ａ）平面のすくい面の設置による二次切れ刃内端の変位状況を示す図、（ｂ）この発明のドリルの二次切れ刃とねじれ溝の溝面との関係を示す図（ａ）一般的なダブルアングル型ツイストドリルの要部の側面図、（ｂ）同上のドリルの二次切れ刃の回転軸とのずれ角を示す側面図、（ｃ）同上のドリルの正面図（ａ）平面のすくい面を設けたダブルアングル型ツイストドリルの要部の側面図、（ｂ）同上のドリルの二次切れ刃の回転軸とのずれ角を示す側面図、（ｃ）同上のドリルの正面図

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６に基づいて説明する。図１〜図４に示すドリル（ダブルアングル型ツイストドリル）１は、２枚刃のツイストドリルにこの発明を適用したものである。図示のドリル１は、本体部２の後部にシャンク３を一体に連設したソリッドであるが、先ムクドリルや刃先部に硬質の被膜が形成された被覆ドリル、刃先部を硬質焼結体で形成したドリルなどもこの発明の適用対象に含まれる。また、刃数も２枚に限定されず、３枚刃や４枚刃のツイストドリルにも適用することができる。

本体部２の先端には、回転中心（回転軸Ｏ）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。

切れ刃４は、回転中心（回転軸Ｏ）から径方向外側に向けて途中まで延びだす一次切れ刃４ａと、その一次切れ刃４ａの外端から本体部２の外周に至る二次切れ刃４ｂの２者によって構成されている。二次切れ刃４ｂの先端角α２は、一次切れ刃４ａの先端角α１よりも小さい。その二次切れ刃４ｂの先端角α２は、加工品位の面では小さいほどよいが、その先端角α２が小さくなるにつれて刃先摩耗が起こり易くなり、切れ刃の長さも長くなるので、先端角α２の上限は加工品位を確保するために９０°、下限は刃先保護のために２０°程度にするのがよい。

また、二次切れ刃４ｂのドリル側面視における回転軸Ｏとのずれ角γ（図３参照）を−５°〜＋５°にし、さらに、少なくとも二次切れ刃４ｂのすくい面１０がねじれ溝６の溝面で構成されるようにしている。図２〜図４の７は一番逃げの逃げ面、８は二番逃げの逃げ面であり、前者の逃げ面７とねじれ溝６の溝面とが交差した位置の稜線によって一次切れ刃４ａが、後者の逃げ面８とねじれ溝６の溝面とが交差した位置の稜線によって二次切れ刃４ｂがそれぞれ形成されている。

ねじれ溝６は、図５に示すように、リーディングエッジ９に沿う部分の溝面がドリルの正転方向に対して凹形に湾曲して本体部２の外周のマージン面１１に対して鋭角に交わる形状の溝にしてあり、そのために、ねじれ溝６の溝面に平面のすくい面を設けずに二次切れ刃４ｂの回転軸Ｏとのずれ角γを−５°〜＋５°にすることが可能になっている。この点に関して、従来ドリルとの相違をさらに説明する。

図７（ａ）に、図９のドリルにおいて平面のすくい面１０_−１を設けたことによる二次切れ刃４ｂの径方向内端（一次切れ刃との接点）の変位状況を示す。ねじれ溝６の溝面に平面のすくい面１０_−１を設けると、二次切れ刃４ｂの内端が、図７（ａ）及び図９（ｂ）のＩの位置（平面のすくい面を設ける前の位置）からIIの位置に移動する。これによって二次切れ刃４ｂの上述した回転軸Ｏとのずれ角γを０°にすることが可能になるが、平面のすくい面１０_−１を設けると二次切れ刃４ｂのすくい角が必然的に小さくなるため、その切れ刃の切れ味が低下する。図９のドリルは、一次切れ刃４ａの一部も、平面のすくい面１０_−１が設けられた部分ですくい角が小さくなって切れ味が低下する。

これに対し、この発明のドリルは、図７（ｂ）に示すように、二次切れ刃４ｂの回転軸とのずれ角γを例えば５°にし、この状態で二次切れ刃４ｂの全域がねじれ溝６の溝面と交差して二次切れ刃４ｂのすくい面１０がねじれ溝６の溝面で構成されるようにしており｛図７（ｂ）のΔθは、二次切れ刃４ｂの内端Ｅ１から外端Ｅ２に至る間のねじれ溝６のねじれ量（回転角）を表す｝、平面のすくい面は設置されていない。そのために、平面のすくい面を設けることによる二次切れ刃４ｂのすくい角の減少が起こらない。図６は二次切れ刃４ｂの刃物角βを表している。その刃物角βは、ねじれ溝６の凹形に湾曲した溝面ですくい面１０を構成したことによって鋭くなり、二次切れ刃４ｂのすくい角が図８の従来ドリルよりも大きくなる。

なお、ねじれ溝６のねじれ角θ（図２参照）が小さ過ぎると切れ刃のすくい角を大きく設定することが難しくなり、また、そのねじれ角θが大き過ぎると真のすくい角が大きくなって切れ刃の切れ味が高まる反面、刃先強度の低下が起こるので、ねじれ角θは、１０°〜４０°程度にするのがよい。

また、二次切れ刃４ｂの先端角α２は、繊維強化複合材の加工では、その角度が小さいほど補強繊維の毛羽立ちが少なくなる傾向があり、９０°以下の角度であれば穴品位面で問題のない加工が行える。その一方で、この角度が小さ過ぎると切れ刃の外端側の摩耗が激しくなるので、先端角α２は、２０°以上、９０°以下にするのがよい。

このほか、一次切れ刃４ａの外端部の直径ｄをドリル径Ｄの７０％以上にすると、二次切れ刃４ｂによる加工品位向上の効果を得ながら切れ刃長さが必要以上に長くなることを抑制することができる。

−実施例１−
ダブルアングル型ドリルにおいて二次切れ刃の回転軸とのずれ角γが穴加工に及ぼす影響を調べた。この試験は、ドリル径Ｄ＝φ１０ｍｍ、一次切れ刃先端角１２０°、二次切れ刃先端角６０°、一次切れ刃外端部の直径ｄ＝０．９Ｄで、二次切れ刃の前記ずれ角γを表１の通りに変化させたドリルを使用して行なった。
被削材は板厚３ｍｍのＣＦＲＰプレートである。切削条件は、切削速度Ｖｃ＝１００ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖとした。その結果を表１に併記する。
なお、表１のビビリの欄の○はビビリ無し、△はビビリ若干あり、×はビビリ有りを表す。また、毛羽立ちの欄の○は、毛羽立ちが無くて加工穴の内面の品位良好、△は毛羽立ちが少なくて加工穴の内面の品位がやや良好、×は毛羽立ちがあって加工穴の内面の品位が悪いことを表す。

この試験では、二次切れ刃の前記ずれ角γが１０°以上では加工時のビビリが確認され、−５°から＋５°ではビビリの無い安定した加工がなされた。また、−１０°では若干のビビリと毛羽立ちが確認された。

−実施例２−
次に、ダブルアングル型ドリルにおける二次切れ刃の先端角α２の違いが加工品位と刃先摩耗に与える影響を調べた。この試験は、ドリル径Ｄ＝φ６ｍｍ、一次切れ刃の先端角α１＝１４０°、一次切れ刃外端部の直径ｄ＝０．８３Ｄのドリルを使用して行なった。
被削材は板厚１０ｍｍのＣＦＲＰプレートである。切削条件は、切削速度Ｖｃ＝１００ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖとした。その結果を表２に示す。
表２の毛羽立ちの欄の○は、毛羽立ちが無くて加工穴の内面の品位良好、×は毛羽立ちがあって加工穴の内面の品位が悪いことを表す。また、刃先摩耗は、５００穴加工時での評価であり、評価の欄の刃先摩耗量は最大逃げ面摩耗量（ｍｍ）を表す。

二次切れ刃の先端角α２は、９０°以下で毛羽立ちが防止されている。この先端角α２は、試験では１０°でも刃先摩耗が抑えられていたが、摩耗抑制の面では２０°が下限の適正値と考える。

なお、刃先摩耗を生じやすいＣＦＲＰなどの被削材の加工に利用するドリルでは、ダイヤモンド被膜などの硬質被膜を刃先部の表面に設けることや刃先部を硬質焼結体で形成することが、寿命向上の面で有効になる。

１ドリル
２本体部
３シャンク
４切れ刃
４ａ一次切れ刃
４ｂ二次切れ刃
５シンニング溝
６ねじれ溝
７一番逃げの逃げ面
８二番逃げの逃げ面
９リーディングエッジ
１０，１０_−１すくい面
１１マージン面
Ｏ回転軸
Ｅ１二次切れ刃の内端
Ｅ２二次切れ刃の外端
γ 二次切れ刃のドリル側面視における回転軸とのずれ角
α１一次切れ刃の先端角
α２二次切れ刃の先端角
β 刃物角
θ ねじれ溝のねじれ角
Δθ 二次切れ刃の内端から外端に至る間のねじれ溝のねじれ量
Ｈ芯高量
Ｗ芯厚

Claims

切れ刃を、回転中心から径方向外側に向けて途中まで延びだす一次切れ刃（４ａ）と、
その一次切れ刃（４ａ）の外端から本体部（２）の外周に至る二次切れ刃（４ｂ）とで構
成し、前記二次切れ刃（４ｂ）の先端角（α２）と一次切れ刃（４ａ）の先端角（α１）
を異ならせたダブルアングル型のツイストドリルであって、
前記二次切れ刃（４ｂ）が、その二次切れ刃の外端（Ｅ２）とドリルの回転軸（Ｏ）と
の間の距離である芯高量（Ｈ）が芯厚の半分の長さに等しくなるような側面方向から見た
状態で、ドリルの回転軸（Ｏ）とほぼ平行であり、
ねじれ溝のリーディングエッジに沿う部分の溝面がドリルの正転方向に対して凹形に湾曲し、少なくとも前記二次切れ刃（４ｂ）のすくい面を、前記ねじれ溝におけるドリルの正転方向に対して凹形に湾曲した溝面で構成したツイストドリル。
前記二次切れ刃（４ｂ）の、前記芯高量（Ｈ）が芯厚の半分の長さに等しくなるような側面方向から見た状態における回転軸（Ｏ）とのずれ角（γ）が、−５°〜＋５°の範囲にある請求項１に記載のツイストドリル。
前記ねじれ溝（６）のねじれ角（θ）を１０°〜４０°の範囲に設定してそのねじれ溝（６）の溝面で前記二次切れ刃（４ｂ）のすくい面を構成した請求項１又は２に記載のツイストドリル。
前記二次切れ刃（４ｂ）の先端角（α２）を一次切れ刃（４ａ）の先端角（α１）よりも小さくし、その先端角（α２）を９０°〜２０°の範囲に設定した請求項１〜３のいずれかに記載のツイストドリル。
前記一次切れ刃（４ａ）の外端部の直径（ｄ）をドリル径（Ｄ）の７０％以上にした請求項１〜４のいずれかに記載のツイストドリル。
前記ねじれ溝（６）を、その溝の溝面が本体部（２）の外周のマージン面（１１）に対して鋭角に交わる溝にした請求項１〜５のいずれかに記載のツイストドリル。