JP6174700B2 - ドリル - Google Patents

Description

本発明はドリルに関し、特に、ガイド穴や座ぐり穴の加工に用いられるドリルに関する。

斜面への深穴加工を必要とする場合、従来から２枚刃のスクエアエンドミルで座面を前加工し、その後ドリルにて穴加工を行うことが通常行われている。スクエアエンドミルは先端側の中心が窪んだ形状であるために、スクエアエンドミルで前加工された底面は中央部が盛り上がった加工面となり、その後でドリルにて穴加工する際にドリルが傾いた状態で加工されるおそれがあった。また、座ぐり穴加工を行う際にも、加工される底面は平面であることが求められる。

そこで、特許文献１では、先端角が１７０〜１９０°、ドリルの芯厚がドリルの直径の０．２０〜０．４０倍、切刃の中凹み量がドリルの直径に対して０．０１〜０．０６倍、切刃の外周端部に−１〜−２０°の後退角度を有する加工底面が平面となる座ぐり加工用のドリルが開示されている。そして、特許文献１のドリルでは、切刃に対して回転方向に設けられた溝の開き角が９０°より大きい形状からなる。また、特許文献２では、切刃に対して回転方向に設けられた溝の開き角（溝幅）が７５〜８５°で、切刃側の中凹み量がドリルの直径の０．０３〜０．０７倍、ヒール側の中凹み量がドリルの直径の０．３５〜０．７０倍のドリルが開示されている。そして、溝の開き角を７５〜８５°とすることにより、切屑を小さくカールさせて、切屑の排出性を高めることが記載されている。

特開２００９−５６５３４号公報 特開２０１２−３０３０６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたドリルでは、溝の開き角が広いために切屑は詰まりにくいものの、切屑が分断されずに溝の中に留まり、加工穴の内壁面を切屑が傷つけて加工面が荒れたり、切屑が切刃に噛みこんでドリルが折損してしまったりする場合があった。また、特許文献２では、溝の開き角が狭いために切屑は溝の壁面に当たってカールしやすくなるものの、切屑の排出量が多くなると切屑が排出されなくなって切屑が溝の中に留まり、同様に、加工面が荒れたりドリルが折損してしまったりする場合があった。

本発明は、この問題点を解決するものであり、切屑の排出量が多くなる加工条件であっても、切屑排出性が良好なドリルを提供することにある。

本発明のドリルは、回転中心軸を有するドリル本体と、該ドリル本体の先端側に設けられた２つの切刃と、該２つの切刃の後方でかつ各切刃からドリルの回転方向にそれぞれ設けられた切屑排出溝と、前記各切刃からドリルの逆回転方向にそれぞれ設けられた２つのヒールとを備えたものであって、ドリル先端角が１７０〜１９０°であり、芯厚が前記ドリルの直径に対して０．１０〜０．２５倍であり、前記切屑排出溝の開き角が８５〜１１０°であり、前記切屑排出溝を有する位置での前記回転中心軸に直交する断面において、前記切屑排出溝のうちの前記切刃側に位置する切刃側壁面の外周端から前記ヒール側に位置するヒール側壁面の外周端にかけて次第に曲率半径が小さくなる曲線を有し、前記２つのヒールの前記逆回転方向の端部にそれぞれ第１ギャッシュが設けられ、先端側から見た前記回転中心軸を中心とする円において、２つの前記第１ギャッシュ同士で挟まれた中心稜部が前記中心を含めて存在するとともに、ドリルの直径（Ｄ）に対する前記中心稜部の長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）が０．１５〜０．２５であり、かつ、側方から見たとき、前記中心稜部の前記中心に向かう中心稜部先端角が１７０〜１９０°である。

本発明のドリルによれば、ドリル先端角が１７０〜１９０°であることから、加工される溝底面は平面となり、座ぐり加工用に最適である。また、その後にドリルにて穴加工を行うガイド穴加工の場合でも、ドリルが傾いた状態で加工されることなく、位置精度の高い加工穴が形成できる。また、芯厚がドリルの直径に対して０．１０〜０．２５倍であり、切屑排出溝の開き角が８５〜１１０°であるとともに、切屑排出溝を有する位置での回転中心軸に直交する断面図において、切屑排出溝のうちの切刃側に位置する切刃側壁面からヒール側に位置するヒール側壁面に向かって次第に曲率半径が小さくなる曲線からなることによって、切屑は小さくカールされたり、分断されたりはしにくいが、切屑は適度にカールしながら切屑排出溝の曲面に沿って後方にスムーズに送られる状態となる。そのため、切屑の排出量が増えた場合でも切屑が切屑排出溝内に溜まることなく、良好な切屑排出性を維持できる。

本発明のドリルの実施態様について、（ａ）は側面図、（ｂ）は一部拡大側面図である。 図１のドリルを先端から見た正面図である。 図１のドリルの切屑排出溝を有する位置における、ドリルの回転中心軸に直交する断面図である。 図３のドリルにおける切刃側壁面付近の拡大図である。 図３のドリルにおけるヒール側壁面付近の拡大図である。

本発明のドリルについて、図１−５を用いて説明する。

図１−５のドリル１はソリッドタイプのドリルであり、少なくとも切刃３を含む部分が、超硬合金、サーメット、ｃＢＮ等の硬質材料からなり、ドリル１の回転中心軸Ｏを中心とした直径Ｄの略円柱状のドリル本体２を備えている。

図１、図２によれば、ドリル１は、回転中心軸Ｏを有するドリル本体２と、ドリル本体２の先端側に設けられた２つの切刃３と、２つの切刃３の後方でかつ各切刃３からドリル１の回転方向にそれぞれ設けられた切屑排出溝１０と、切屑排出溝１０に接して切刃３の対岸の位置に設けられたヒール４ とを具備している。

また、切刃３は、ドリル１の中心Ｏ１の近傍から直径Ｄの円の外周端に亘って設けられ、かつドリル本体２の側面に続いている。すなわち、ドリル本体２は、２つの切刃３と、２つの切屑排出溝１０と、２つのヒール４と、２つの第１ギャッシュ６とを具備している。また、ヒール４の切刃３とは反対側のヒール終端１３は、切屑排出溝１０に接して切刃３の対岸の位置に設けられている。

図２の先端から見た正面図 において、切刃３の逆回転方向には先端逃げ面５が設けられている。また、図１によれば、ドリル１の先端において、ヒール４の切刃３とは反対側のヒール終端１３から後方（ドリル１の後端側）に向かって第１ギャッシュ終点１７までの逆回転方向には第１ギャッシュ６が設けられている。 すなわち、逆回転方向に、切刃３−先端逃げ面５−ヒール４−第１ギャッシュ６−切屑排出溝１０の順に配置されている。第１ギャッシュ６は、ドリル１の先端の回転中心軸Ｏとその近傍である中心部における接触抵抗を低減する。

また、図１に示すように、切屑排出溝１０はドリル本体２の外周に、ドリル本体２の先端から所定の長さに亘ってらせん状に設けられる。切屑排出溝１０と先端逃げ面５との交差稜線が切刃３である。なお、図１において、回転中心軸Ｏは一点鎖線で示す。

本実施態様では、図１に示す側面図 において、ドリル先端角αが１７０〜１９０°である。すなわち、ドリル先端角αが１７０°よりも小さいと、加工される溝底面は中心の***が大きい凸形状となり、その後に深穴加工用のドリルにて穴加工を行う際に深穴加工用のドリルが傾いた状態で加工され、傾いた加工穴が形成される。また、ドリル先端角αが１９０°を超える場合でも、加工底面は中心の凹みが大きい凹形状となる。しかも、ドリル１の切刃３の外周側端部の肉厚が薄くなるので、外周側端部の強度が弱くなる。そのため、ドリル１の外周側端部が欠損しやすくなる。なお、ドリル先端角αは、側面視で２つの切刃３、３がなす角度と定義される。

また、図３に示す切屑排出溝１０を有する位置での回転中心軸Ｏに直交する断面において、芯厚ｄ がドリル１の直径Ｄに対して０．１０〜０．２５倍である。芯厚ｄがドリル１の直径Ｄに対して０．１０倍より小さいと、ドリル１の強度が低くなりドリル１が折損してしまう。芯厚ｄがドリル１の直径Ｄに対して０．２５倍より大きいと、切屑排出溝１０が小さくなり、切屑が詰まりやすくなる。なお、芯厚ｄは、ドリル１の中心部に描かれる最も大きな円ｃの直径で定義され、図３に示すように、２つの切屑排出溝１０の溝底１１間の距離に等しくなる。 なお、溝底１１、１４は２つの切屑排出溝１０のそれぞれに設けられている。また、本実施態様によれば、溝底１１は第１ギャッシュ６に含まれている。直径Ｄに対する芯厚ｄのより望ましい範囲は、０．１３〜０．２５倍であり、さらに望ましくは０．１５〜０．２０倍である。

第１ギャッシュ６は、中心Ｏ１に対して点対称に２つ設けられている。そして、ドリル１を先端側から見たとき、中心Ｏ１を含む部分には、２つの第１ギャッシュ６、６で挟まれた中心稜部８が設けられている。中心稜部８は、側方から見たときに、中心稜部８の両側から中心Ｏ１に向かう中心稜部先端角βが１７０〜１９０°であり、かつドリル１の直径（Ｄ）に対する中心稜部８の長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）が０．１５〜０．２５である。この構成からなる中心稜部８の存在によって、切屑の排出性が良好で、かつ中心稜部８の欠損を抑制できる。ここで、ドリル１の直径Ｄは、２つの切刃３、３の外周端間の距離を指し、直径Ｄのドリル１で穴加工をすると、直径Ｄの穴を形成することができる。また、中心稜部先端角βは、中心稜部８を側方から見たときの先端側の端部稜線について、回転中心軸Ｏを中心としてその両側の稜線がなす角を指す。さらに、中心稜部８の長さ（Ｌ）は、第１ギャッシュ６とヒール４との交差稜線である２つの第１ギャッシュ稜線９のそれぞれを延長して、中心Ｏ１における２本の第１ギャッシュ稜線９間の長さを指す。

また、本実施態様によれば、中心稜部８の長さ（Ｌ）に対する中心稜部８の幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｌ）が０．１５〜０．４０である。これによって、中心Ｏ１付近における切削抵抗を小さくできるとともに、中心稜部８の欠損を抑制できる。ここで、中心稜部８の幅（Ｗ）は、中心稜部８の中心Ｏ１における幅を指す。

なお、本実施態様では、切刃３から第１ギャッシュ６の終端までの距離（ａ）が、ドリルの直径（Ｄ）に対する比（ａ／Ｄ）で０．３〜０．５である。この第１ギャッシュ６は、切刃３の近傍における切屑排出溝１０を大きくして、発生した直後で進行方向が定まらない切屑が切屑排出溝１０内に詰まることを抑制するという働きをする。

さらに、図 ３において、切屑排出溝１０の開き角γが８５〜１１０°である。開き角γが８５°より小さいと切屑排出溝１０が小さくなり、切屑が詰まりやすくなる。開き角γが１１０°より大きいと、切屑が切屑排出溝１０によってカールされず切屑排出溝１０を飛び出してしまい、切屑が加工面に衝突して加工面が荒れる。なお、切屑排出溝１０の開き角γは、図 ３において、切屑排出溝１０の切刃３側の外周端Ｐと回転中心軸Ｏとを結ぶ直線Ｌ１（破線で示す。）と、切屑排出溝１０のヒール４側の外周端Ｑと回転中心軸Ｏとを結ぶ直線Ｌ２（破線で示す。）とのなす角度で定義される。

また、ドリル１は、図 ３の切屑排出溝を有する位置での回転中心軸Ｏに直交する断面において、切屑排出溝１０のうちの切刃３側に位置する切刃側壁面１４から、溝底１１を通り、ヒール４側に位置するヒール側壁面１５に向かって次第に曲率半径が小さくなる曲線からなる。 これによって、切屑は小さくカールされたり、分断されたりはしにくいが、切屑は適度にカールしながら切屑排出溝１０の曲面に沿って後方にスムーズに送られる状態となる。そのため、排出量が増えた場合でも切屑が切屑排出溝１０内に溜まることなく、良好な切屑排出性を維持できる。

ここで、本実施態様によれば、切刃側壁面１４の外周端Ｐにおける曲率半径はドリル１の直径Ｄに対して１．１０〜１．６０倍であり、溝底１１における曲率半径はドリル１の直径Ｄに対して０．５６〜０．９倍であり、ヒール側壁面１５の外周端Ｑにおける曲率半径はドリル１の直径Ｄに対して０．４５〜０．５５倍である。ここで、本発明においては、溝底１１は芯厚ｄの特定に用いられる直径ｄの円ｃとドリル１との交点と定義される。また、溝底１１よりも点Ｐ側が切刃側壁面１４ 、溝底１１よりも点Ｑ側がヒール側壁面１５と定義される。そして、本発明において、切刃側壁面１４からヒール側壁面１５までの曲率半径を測定する際には、図３ の断面図における切刃側壁面１４の曲線およびヒール側壁面１５の曲線をそれぞれ４等分して、８か所のそれぞれの部分での曲率半径を測定して比較する。また、溝底１１における曲率半径は、上記８か所のうちの溝底１１に隣接する２か所を含む範囲で曲率半径を求める。

また、本実施態様では、図４に示すように、切刃側壁面１４は、切刃側壁面１４の外周端Ｐと回転中心軸Ｏとを結ぶ直線Ｌ１に対して逆回転方向に中凹みしており、切刃側壁面１４の最大中凹み量ｗ１がドリルの直径Ｄに対して０．０１〜０．０４倍である。これによって、切刃側壁面１４に延在する切刃３も中凹みした形状となり、切刃３にすくいがついて切刃３の切れ味が良くなる。

ここで、本実施態様では、先端側から見たとき、切刃３はドリル１の逆回転方向に凹状をなしており、切刃３の凹部の高さ（Ｈ）が中心稜部８の幅（Ｗ）以下の大きさからなる。すなわち、ヒール４の切刃３側は凹状に窪んでおり、切刃３の凹部の高さ（Ｈ）に相当するヒール４の切刃３側の窪み量（Ｈ）が中心稜部８の幅（Ｗ）以下の大きさからなる。これによって、ドリル１で切削した加工面にできる凸部の高さを低くすることができ、 ドリル１の加工面がより平坦になる効果がある。なお、ドリル１で切削した加工面にできる凸部の高さは、切刃３の凹部の高さ（Ｈ）が反映される。Ｈ／Ｗの望ましい範囲は、０．５１〜０．７０である。

さらに、ヒール側壁面１５は、図５に示すように、ヒール側壁面１５の外周端Ｑと回転中心軸Ｏとを結ぶ直線Ｌ２に対して回転方向に中凹みしており、ヒール側壁面１５の最大中凹み量ｗ２がドリル１の直径Ｄに対して０．０５〜０．１０倍である。これによって、切屑の流れを妨げることなく、切屑を所望の形状にカールさせながら切屑を後方に排出させることができる。

また、切刃３の外周端、すなわち切刃３の先端面と外周面との間のコーナ部には、第２ギャッシュ１８が設けられている。これによって、コーナ部の欠損を抑制することができる。

さらに、本実施態様によれば、直径（Ｄ）が３ｍｍ以下、特に１〜３ｍｍと小さく、切屑排出溝１０の容積が小さいドリル１の場合であっても、切屑排出性が良好であり、特に有効である。

超硬合金製のドリル本体からなり（ＴｉＡｌ）Ｎ系の硬質層をコーティングした表１に示す形状のドリルを準備した。なお、切刃側壁面からヒール側壁面までの曲率半径は、切刃側壁面１４の曲線およびヒール側壁面１５の曲線をそれぞれ４等分して、８か所のそれぞれの部分での曲率半径を測定した。表１には、点Ｐを含む部分（表中Ｐと記載）、溝底、点Ｑを含む部分（表中Ｑと記載）のみを表記したが、点Ｐを含む部分と溝底との間、および溝底と点Ｑを含む部分との間の曲率半径は、両者の曲率半径の間の数値であった。そして、ドリルの性能を下記切削条件によって評価した。結果は表２に示した。
（切削条件）
被削材 ：Ｓ４５Ｃ
加工径 ：φ８ｍｍ
加工速度：７５ｍ／分
回転数 ：３０００回／分
送り ：０．１４ｍｍ／回転
切込深さ：１２ｍｍ
切削形態：突き加工
切削環境：湿式切削
評価項目：加工底面の形状、加工穴数２５０穴時点での切屑排出性、加工可能な穴数、加工終了時点でのドリルの状態

表１、２に示すように、ドリル先端角が１７０°よりも小さい試料Ｎｏ．Ｉ−１では加工底面が凹形状となり、ドリル先端角が１９０°よりも大きい試料Ｎｏ．Ｉ−５では加工底面が凸形状となり、底面を平面またはほぼ平面にできなかった。また、試料Ｎｏ．Ｉ−５では切刃の外周端に欠損が発生して加工穴数が少なくなった。さらに、芯厚がドリルの直径に対して０．１０倍よりも小さい試料Ｎｏ．Ｉ−６ではドリルが折損してしまった。また、芯厚がドリルの直径に対して０．２５倍よりも大きい試料Ｎｏ．Ｉ−２２および切屑排出溝の開き角が８５°より小さい試料Ｎｏ．Ｉ−１０では切屑排出溝が小さくなり、切屑が詰まり気味であった。切屑排出溝の開き角が１１０°より大きい試料Ｎｏ．Ｉ−１３では、切屑が切屑排出溝から飛び出して加工面に接触し、加工面の面粗度が悪くなった。さらに、切刃側壁面とヒール側壁面との曲率半径が同じで、かつヒール側壁面よりも溝底における曲率半径が小さい試料Ｎｏ．Ｉ−１４、およびヒール側壁面よりも溝底における曲率半径が小さい試料Ｎｏ．Ｉ−１５では、切屑が切屑排出溝の壁面に引っかかって切屑の流れが悪く、切屑が詰まり気味であった。

これに対して、ドリル先端角が１７０〜１９０°、芯厚がドリルの直径に対して０．１０〜０．２５倍、切屑排出溝の開き角が８５〜１１０°、切刃側壁面からヒール側壁面に向かって次第に曲率半径が小さくなる曲線からなる試料Ｎｏ．Ｉ−２〜４、７〜９、１１、１２、１６〜２１、２３〜２６では、加工底面の形状が平面またはほぼ平面であり、切屑排出性およびドリルの状態が良好で、加工穴数が多いものであった。

実施例１のドリル本体に実施例１の硬質層をコーティングした図１〜３の形状で、表３に示す寸法のドリルを準備した。なお、ドリルの直径は３ｍｍ、芯厚は０．４５ｍｍ、ドリル先端角αは１８０°、先端から見た切屑排出溝の開き角γは８９度、ａ／Ｄは０．４とした。そして、ドリルの性能を下記切削条件によって評価した。結果は表３に示した。
（切削条件）
被削材 ：Ｓ４５Ｃ
加工径 ：φ３ｍｍ
加工速度：７５ｍ／分
回転数 ：８０００回／分
送り ：０．０６５ｍｍ／回転
切込深さ：４．５ｍｍ
切削形態：突き加工
切削環境：湿式切削
評価項目：加工底面の形状、加工穴数２５０穴時点での切屑排出性、加工できた穴数、加工終了時点でのドリルの切刃状態

表３に示すように、
いずれの試料においても、加工底面の形状が平面または凹凸が１５０μｍより小さく、切屑排出性およびドリルの状態が良好で、加工穴数が多いものであった。特に、Ｌ／Ｄが０．１５〜０．２５であり、かつ、中心稜部先端角βが１７０〜１９０°である試料Ｎｏ．II−２〜４、７、８、１０〜１６では、切屑排出性およびドリルの状態が良好で、中心稜部にチッピングが発生することもなく、加工穴数が多いものであった。

１ ドリル
２ ドリル本体
３ 切刃
４ ヒール
５ 先端逃げ面
６ 第１ギャッシュ
８ 中心稜部
９ 第１ギャッシュ稜線
１０ 切屑排出溝
１１ 溝底
１３ ヒール終端
１４ 切刃側壁面
１５ ヒール側壁面

１７ 第１ギャッシュ終端
１８ 第２ギャッシュ
Ｏ 回転中心軸
Ｄ ドリルの直径
α ドリル先端角
β 中心稜部先端角
γ 切屑排出溝の開き角
ｃ 屑排出溝を有する位置での回転中心軸に直交する断面において、ドリルの中心部に描かれる最も大きな円
ｄ 芯厚
Ｐ 切屑排出溝の切刃側の外周端
Ｑ 切屑排出溝のヒール側の外周端
Ｌ１ 点Ｐと回転中心軸Ｏとを結ぶ直線
Ｌ２ 点Ｑと回転中心軸Ｏとを結ぶ直線
ｗ１ 切刃側壁面の最大中凹み量
ｗ２ ヒール側壁面の最大中凹み量

Claims (7)

1. 回転中心軸を有するドリル本体と、該ドリル本体の先端側に設けられた２つの切刃と、該２つの切刃の後方でかつ各切刃からドリルの回転方向にそれぞれ設けられた切屑排出溝と、前記各切刃からドリルの逆回転方向にそれぞれ設けられた２つのヒールとを備えたドリルであって、ドリル先端角が１７０〜１９０°であり、芯厚が前記ドリルの直径に対して０．１０〜０．２５倍であり、前記切屑排出溝の開き角が８５〜１１０°であり、前記切屑排出溝を有する位置での前記回転中心軸に直交する断面において、前記切屑排出溝のうちの前記切刃側に位置する切刃側壁面の外周端から前記ヒール側に位置するヒール側壁面の外周端にかけて次第に曲率半径が小さくなる曲線を有し、
   前記２つのヒールの前記逆回転方向の端部にそれぞれ第１ギャッシュが設けられ、先端側から見た前記回転中心軸を中心とする円において、２つの前記第１ギャッシュ同士で挟まれた中心稜部が前記中心を含めて存在するとともに、ドリルの直径（Ｄ）に対する前記中心稜部の長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）が０．１５〜０．２５であり、かつ、側方から見たとき、前記中心稜部の前記中心に向かう中心稜部先端角が１７０〜１９０°であるドリル。
2. 前記切刃側壁面は、該切刃側壁面の外周端と前記回転中心軸とを結ぶ直線に対して逆回転方向に中凹みしており、前記切刃側壁面の最大中凹み量が前記ドリルの直径に対して０．０１〜０．０４倍であり、前記ヒール側壁面は、該ヒール側壁面の外周端と前記回転中心軸とを結ぶ直線に対して回転方向に中凹みしており、前記ヒール側壁面の最大中凹み量が前記ドリルの直径に対して０．０５〜０．１０倍である請求項１に記載のドリル。
3. 前記切屑排出溝の溝底における曲率半径が前記ドリルの直径に対して０．５６〜０．９倍である請求項１または２に記載のドリル。
4. 前記中心稜部の長さ（Ｌ）に対する前記中心稜部の幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｌ）が０．１５〜０．４０である請求項１乃至３のいずれか記載のドリル。
5. 先端側から見たとき、切刃はドリルの逆回転方向に凹部を有しており、前記切刃の凹部の高さ（Ｈ）が前記中心稜部の幅（Ｗ）以下の大きさからなる請求項４記載のドリル。
6. 前記ドリルの直径（Ｄ）が３ｍｍ以下である請求項１乃至５のいずれか記載のドリル。
7. 前記切刃における外周側に、第２ギャッシュが設けられている請求項１乃至６のいずれ
   か記載のドリル。

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