JP7375329B2

JP7375329B2 - ドリル

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Publication number: JP7375329B2
Application number: JP2019078605A
Authority: JP
Inventors: 匡山本; 貴大日比
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2023-11-08
Anticipated expiration: 2039-04-17
Also published as: EP3957421A4; US20220212272A1; JP2020175465A; EP3957421A1; WO2020213482A1; US11992887B2

Description

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、ドリル本体の先端逃げ面に開口して後端側に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壁面と先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルに関するものである。

このようなドリルにおいて、例えば特許文献１には、座ぐり加工用ドリルとして、上記切刃が、ドリル回転方向前方側から見てドリル本体の外周側から順に、切刃の外周端から内周側に向かうに従い凹曲しつつ軸線方向後端側に延びた後に軸線方向先端側に延びる第１の凹曲線状切刃と、この第１の凹曲線状切刃に連なり、内周側に向かうに従いさらに凹曲しつつ軸線方向先端側に延びる第２の凹曲線状切刃と、この第２の凹曲線状切刃に鈍角をなして凹曲折するように交差して内周側に向かうに従い軸線方向に切刃の外周端を越えて先端側に直線状に延びる中心切刃とを備えたものが記載されている。

ここで、上記第１、第２の凹曲線状切刃は軸線方向先端視においても凹曲線状をなすとともに、軸線方向先端視における第１の凹曲線状切刃の曲率半径が第２の凹曲線状切刃の曲率半径よりも大きくされている。また、第１の凹曲線状切刃が軸線方向後端側に最も後退する位置までの軸線からの半径Ｒ４は、切刃の外径Ｄに対して０．２５×Ｄ～０．４×Ｄの範囲とされている。

特開２０１１－１０４７５１号公報

ところで、この特許文献１に記載されたドリルは、上述のように座ぐり加工用ドリルであるが、この特許文献１に記載されたドリルのように、切刃が外周端から内周側に向かうに従い軸線方向後端側に延びた後に軸線方向先端側に延びるドリルは、ステンレス鋼のような鋼材やアルミニウム等の金属材料よりなる被削材、またはこのような金属材料とＦＲＰなどとの重ね板材に貫通穴をあける際に、抜け際のバリの発生を抑えることができる、いわゆるろうそくドリルとして知られている。

このようなろうそくドリルは、例えば被削材の厚さすなわち貫通穴の深さが切刃の外径（直径）Ｄの３倍程度までの浅穴加工では、一定のバリの抑制効果を期待することができる。ところが、これ以上の深さの貫通穴をあける深穴加工では、切屑の分断が不十分となってしまい、切屑詰まりによるドリル本体の折損を招いたり、切屑がドリル本体に絡まって被削材を傷つけたりするおそれがある。

特に、特許文献１に記載されたドリルにおいては、切刃が外周端から内周側に向かうに従い軸線方向後端側に延びる部分と軸線方向先端側に延びる部分とでは、切屑が生成される方向が反対向きとなるため、切屑が幅方向に２つに分割されて生成される。このため、上述のように分断が不十分であると、これらの切屑が絡まり合って切屑詰まりを生じ易くなる。

また、特許文献１に記載されたドリルのように、第１の凹曲線状切刃が軸線方向後端側に最も後退する位置までの軸線からの半径Ｒ４が、切刃の外径Ｄに対して０．２５×Ｄ～０．４×Ｄの範囲とされていて、切刃が外周端から内周側に向かうに従い軸線方向後端側に延びる部分が大きい場合にも、略等しい幅の２つの切屑が分割されて生成されるので、これらの切屑同士が絡まり易くなる。さらに、切刃の外周端においては、外周端から内周側に向かうに従い軸線方向後端側に延びる部分とドリル本体の外周面とが鋭角に交差することになるため、強度が不足して欠損が生じ易い。

本発明は、このような背景の下になされたもので、貫通穴の深さが深い深穴加工でも、切屑詰まりや切屑の絡まりを防いでドリル本体が折損したり被削材が傷ついたりするのを防止するとともに、切刃の欠損も防ぎつつ、バリの発生を抑制することが可能なドリルを提供することを目的としている。

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、上記ドリル本体の先端逃げ面に開口して後端側に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壁面と上記先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルであって、上記切刃は、上記軸線に対する径方向内周側に位置する内周切刃と、この内周切刃の径方向外周側に連なる外周切刃とを備え、これら内周切刃と外周切刃とは、上記軸線に対する径方向外周側に向かうに従い上記ドリル本体の後端側に向かうように傾斜しており、上記内周切刃は、上記軸線に対する内周側の部分の先端角が９０°～１７０°の範囲内とされ、上記外周切刃は、上記軸線回りの回転軌跡の該軸線に沿った断面における上記軸線に対する径方向の幅が上記切刃の直径の５％～２０％の範囲内とされるとともに、上記内周切刃の先端角よりも大きな先端角とされ、上記内周切刃は、さらに上記軸線に対する径方向内周側に位置する内周シンニング切刃と、この内周シンニング切刃の径方向外周側に連なる内周主切刃とを備え、上記内周シンニング切刃の先端角が上記軸線に対する内周側の部分の上記内周切刃の先端角とされて９０°～１７０°の範囲内とされるとともに、上記内周主切刃の先端角は、上記内周シンニング切刃の先端角よりも小さく、上記内周シンニング切刃は、上記軸線方向先端側から見て直線状に形成され、上記内周主切刃は、上記軸線方向先端側から見て、上記内周シンニング切刃と鈍角に交差してドリル回転方向とは反対側に凹む凹曲線状に形成され、上記外周切刃は、上記軸線方向先端側から見て、上記内周主切刃と鈍角に交差する直線状に形成されていることを特徴とする。

このように構成されたドリルでは、内周切刃と外周切刃とが、先端角は異なるものの、ともに上記軸線に対する径方向外周側に向かうに従いドリル本体の後端側に傾斜しているので、切屑が生成される方向が同じ向きとなる。このため、内周切刃によって生成される切屑と外周切刃によって生成される切屑が幅方向に分割されるのを防いで、こうして分割された切屑同士が絡まり合うのを防ぐことができる。

また、上記軸線回りの回転軌跡の該軸線に沿った断面における外周切刃の上記軸線に対する径方向の幅が切刃の直径の５％～２０％の範囲内とされていて、内周切刃の径方向の幅に対して幅狭であるので、内周切刃によって生成された幅広の切屑により、外周切刃によって生成された幅狭の切屑を巻き込むように流出させることができ、切屑が分割されるのを一層確実に防ぐことができる。

そして、こうして生成された切屑は、上記軸線に対する内周側の部分の先端角が９０°～１７０°の範囲内とされた内周切刃によってドリル本体の後端側に向かうに従いドリル本体の内周側に押し込まれるように案内され、切刃のすくい面とされる切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面に摺接させられることにより、抵抗が与えられて分断される。従って、深穴加工においても、切屑詰まりが生じてドリル本体が折損したり、分割された切屑が絡まって被削材が傷付けられたりするのを防ぐことが可能となり、安定した穴明け加工を行うことができる。

その一方で、外周切刃の先端角は、内周切刃の先端角よりも大きな角度とされているので、この外周切刃が貫通穴の抜け際で被削材を押し広げる作用を抑えることができ、ステンレス鋼のような鋼材やアルミニウム等の金属材料よりなる被削材、あるいはこのような金属材料とＦＲＰなどとの重ね板材のような被削材に対しても、バリの発生を抑制することが可能となる。しかも、切刃の外周端において外周切刃はドリル本体の外周面と鈍角に交差することになるので、この切刃の外周端の強度を確保して欠損等が生じるのも防ぐことができる。

ここで、上記軸線に対する内周側の部分の内周切刃の先端角が９０°を下回ると、内周切刃の先端部が鋭く尖りすぎてしまい、被削材への食い付きの際に欠損等を生じるおそれがあり、逆に上記軸線に対する内周側の部分の内周切刃の先端角が１７０°を上回ると、内周切刃の先端部が平坦に近くなって被削材に食い付き難くなる。また、軸線回りの回転軌跡の軸線に沿った断面における外周切刃の軸線に対する径方向の幅が切刃の直径の５％を下回ると、外周切刃が短くなりすぎて隣接する内周切刃の外周部によりバリが発生し易くなり、逆にこの外周切刃の径方向の幅が切刃の直径の２０％を上回ると、切屑が分割されて生成されるおそれがある。

なお、上記内周切刃が、さらに上記軸線に対する径方向内周側に位置する内周シンニング切刃と、この内周シンニング切刃の径方向外周側に連なる内周主切刃とを備え、上記内周シンニング切刃の先端角を上記軸線に対する内周側の部分の上記内周切刃の先端角として９０°～１７０°の範囲内とする。上記内周主切刃の先端角を、上記内周シンニング切刃の先端角よりも小さくすることにより、内周切刃によって切屑が分割されて生成されるのも防ぐことができる。

さらに、上記切屑排出溝を、２０°～４０°の範囲内の捩れ角で上記ドリル本体の後端側に向かうに従いドリル回転方向とは反対側に捩れるように形成することにより、上述のように切刃のすくい面とされる切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面に摺接されて抵抗が与えられることにより分断された切屑を、円滑にドリル本体の後端側に排出することができる。

以上説明したように、本発明によれば、貫通穴の深さが深い深穴加工でも、切屑詰まりや切屑の絡まりを防いでドリル本体が折損したり被削材が傷ついたりするのを防止することができるとともに、切刃の外周端における欠損も防ぐことができ、さらにバリの発生を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態を示す軸線方向先端側から見た正面図である。図１における矢線Ｘ方向視の側面図である。図１に示す実施形態の切刃の外周部の軸線回りの回転軌跡における軸線に沿った断面図である。図１～図３に示す実施形態の第１の変形例を示す、図１における矢線Ｘ方向視の側面図に相当する側面図である。図１～図３に示す実施形態の第２の変形例を示す、図１における矢線Ｘ方向視の側面図に相当する側面図である。

図１～図３は、本発明の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って軸線Ｏを中心とした概略円柱状に形成されている。このドリル本体１の図示されない後端部（図２において下側となる部分）は円柱状のままのシャンク部とされ、図１に示す先端部が切刃部２とされる。

このようなドリルは、上記シャンク部が工作機械の主軸に把持されて、ドリル本体１が軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転されつつ、軸線Ｏ方向先端側（図２において上側）に送り出されることにより、ステンレス鋼のような鋼材やアルミニウム等の金属材料や、このような金属材料とＦＲＰなどとの重ね板材よりなる被削材に、上記切刃部２に形成された切刃３によって被削材に貫通穴等の穴明け加工を行う。

切刃部２の先端部外周には、ドリル本体１の先端面である先端逃げ面４に開口して後端側に延びる切屑排出溝５が形成されている。本実施形態では、２つの切屑排出溝５が軸線Ｏに関して１８０°回転対称に形成されており、これらの切屑排出溝５は、２０°～４０°の範囲内の捩れ角でドリル本体１の後端側に向かうに従いドリル回転方向Ｔとは反対側に捩れている。

上記切刃３は、この切屑排出溝５のドリル回転方向Ｔを向く壁面と上記先端逃げ面４との交差稜線部に形成されている。従って、この切刃３において先端逃げ面４と交差する切屑排出溝５のドリル回転方向Ｔを向く上記壁面５Ａは、切刃３のすくい面とされる。さらに、先端逃げ面４は、ドリル本体１の外周側とドリル回転方向Ｔとは反対側とに向かうに従いドリル本体１の後端側に向かうように傾斜させられており、これにより、切刃３もドリル本体１の外周側に向かうに従い後端側に向けて傾斜させられて１８０°未満の先端角が与えられるとともに、逃げ角が与えられる。

切刃３は、ドリル本体１の軸線Ｏに対する径方向内周側に位置する内周切刃３Ａと、この内周切刃３Ａの径方向外周側に連なる外周切刃３Ｂとを備えている。そして、１８０°未満の先端角が与えられて上記径方向外周側に向かうに従いドリル本体１の後端側に傾斜する内周切刃３Ａは、上記軸線Ｏに対する内周側の部分の先端角θＡが９０°～１７０°の範囲内とされるとともに、同じく上記径方向外周側に向かうに従いドリル本体１の後端側に傾斜する外周切刃３Ｂの先端角θＢは、内周切刃３Ａの先端角θＡよりも大きな角度とされている。なお、外周切刃３Ｂの先端角θＢは、１８０°未満であればよい。

ここで、内周切刃３Ａは、さらに軸線Ｏに対する径方向内周側に位置する内周シンニング切刃３ａと、この内周シンニング切刃３ａの径方向外周側に連なる内周主切刃３ｂとを備えている。内周切刃３Ａの上記軸線Ｏに対する内周側の部分の上記先端角θＡは、このうち内周シンニング切刃３ａの先端角であり、内周主切刃３ｂの先端角は、内周シンニング切刃３ａの先端角θＡよりも小さく、従って外周切刃３Ｂの先端角θＢよりも小さい。

なお、切刃３のすくい面とされる切屑排出溝５のドリル回転方向Ｔを向く壁面５Ａの内周部には、ドリル本体１の内周側に向かうに従い軸線Ｏ側に向けて延びる平面状のシンニング面５ａが形成されており、内周シンニング切刃３ａは、このシンニング面５ａと先端逃げ面４との交差稜線部に形成されている。従って、内周シンニング切刃３ａは、軸線Ｏ方向先端側から見て図１に示すように直線状に形成される。

これに対して、内周切刃３Ａの内周主切刃３ｂは、軸線Ｏ方向先端側から見て図１に示すように、内周シンニング切刃３ａと鈍角に交差してドリル回転方向Ｔとは反対側に凹む凹曲線状に形成されている。さらに、外周切刃３Ｂは、同じく軸線Ｏ方向先端側から見て図１に示すように、内周切刃３Ａの内周主切刃３ｂと鈍角に交差する直線状に形成されている。

また、先端逃げ面４は、内周切刃３Ａに連なる第１先端逃げ面４Ａと、外周切刃３Ｂに連なる第２先端逃げ面４Ｂとを備えており、この第２先端逃げ面４Ｂは、第１先端逃げ面４Ａよりも軸線Ｏに対して大きな角度でドリル本体１の外周側に向かうに従い後端側に傾斜するように形成されている。

さらに、外周切刃３Ｂは、図３に示すようにドリル本体１の軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面における軸線Ｏに対する径方向の幅Ｗが、切刃３の直径（切刃３の外径またはドリル径）Ｄ、すなわち切刃３の外周端Ｐが軸線Ｏ回りの回転軌跡においてなす円の直径の５％～２０％の範囲内とされている。

このような構成のドリルにおいては、内周切刃３Ａ（内周シンニング切刃３ａと内周主切刃３ｂ）と外周切刃３Ｂとが、いずれも軸線Ｏに対する径方向外周側に向かうに従いドリル本体１の後端側に傾斜しているので、切屑が生成される方向が同じ向きとなる。このため、これら内周切刃３Ａによって生成される切屑と外周切刃３Ｂによって生成される切屑とが幅方向に分割されるのを防ぐことができ、こうして分割された切屑同士が絡まり合うのを防止することができる。

また、軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面における外周切刃３Ｂの軸線Ｏに対する径方向の幅Ｗが、切刃３の直径Ｄの５％～２０％の範囲内とされていて、内周切刃３Ａの径方向の幅に対して幅狭とされている。このため、内周切刃３Ａによって生成された幅広の切屑により、外周切刃３Ｂによって生成された幅狭の切屑を巻き込むように流出させることができるので、これによっても切屑が分割されるのを一層確実に防ぐことができる。

そして、このように分割されずに生成された切屑は、上記軸線Ｏに対する内周側の部分の先端角θＡが９０°～１７０°の範囲内とされた内周切刃３Ａによってドリル本体１の後端側に向かうに従い内周側に押し込まれるように案内され、切刃３のすくい面とされる切屑排出溝５のドリル回転方向を向く壁面５Ａに摺接させられることにより、抵抗が与えられて分断される。従って、深穴加工においても、切屑排出溝５に切屑詰まりが生じてドリル本体１が折損したり、分割された切屑が絡まって被削材が傷付けられたりするのを防ぐことができ、安定した穴明け加工を行うことが可能となる。

その一方で、外周切刃３Ｂの先端角θＢは、内周切刃３Ａの上記軸線Ｏに対する内周側の部分の先端角θＡよりも大きな角度とされているので、貫通穴を穴明け加工する場合でも、この外周切刃３Ｂが貫通穴の抜け際で被削材を押し広げる作用を抑えることができ、ステンレス鋼のような鋼材やアルミニウム等の金属材料、あるいはこのような金属材料とＦＲＰ等との重ね板材よりなる被削材においても、バリの発生を抑制することが可能となる。また、切刃３の外周端Ｐにおいて外周切刃３Ｂはドリル本体１の外周面と鈍角に交差するので、この切刃３の外周端Ｐの強度を維持することができ、欠損等が生じるのも防ぐことができる。

ここで、上記軸線Ｏに対する内周側の部分の内周切刃３Ａの先端角θＡが９０°を下回ると、内周切刃３Ａの先端部が鋭く尖りすぎてしまい、被削材への食い付きの際に欠損等を生じるおそれがある。また、逆に上記軸線Ｏに対する内周側の部分の内周切刃３Ａの先端角θＡが１７０°を上回ると、内周切刃３Ａの先端部が平坦に近くなって被削材に食い付き難くなる。

さらに、軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面における外周切刃３Ｂの軸線Ｏに対する径方向の幅Ｗが切刃３の直径Ｄの５％を下回ると、外周切刃３Ｂが短くなりすぎ、外周切刃３Ｂに隣接する内周切刃３Ａの外周部によって貫通穴の抜け際にバリが発生し易くなる。一方、逆にこの外周切刃３Ｂの径方向の幅Ｗが切刃３の直径Ｄの２０％を上回ると、外周切刃３Ｂによって生成される切屑が幅広となって内周切刃３Ａにより生成される切屑と分割されるおそれがある。

また、本実施形態では、内周切刃３Ａが、軸線Ｏに対する径方向内周側に位置する内周シンニング切刃３ａと、この内周シンニング切刃３ａの径方向外周側に連なる内周主切刃３ｂとを備えており、上記軸線Ｏに対する内周側の部分の内周切刃３Ａの先端角θＡは、内周シンニング切刃３ａの先端角とされて９０°～１７０°の範囲内とされている。そして、内周主切刃３ｂの先端角は、この内周シンニング切刃３ａの先端角θＡよりも小さくされているので、内周切刃３Ａの内周シンニング切刃３ａと内周主切刃３ｂとによって切屑が分割されて生成されるのも防ぐことができる。

さらに、本実施形態では、切屑排出溝５が、２０°～４０°の範囲内の捩れ角でドリル本体１の後端側に向かうに従いドリル回転方向Ｔとは反対側に捩れるように形成されている。このため、上述のように切刃３のすくい面とされる切屑排出溝５のドリル回転方向Ｔを向く壁面５Ａに摺接されて抵抗が与えられることにより分断された切屑を、ドリル本体１の回転に伴い円滑にドリル本体１の後端側に排出することが可能となる。

次に、図４および図５は、それぞれ上記実施形態のドリルの第１および第２の変形例を示す、図１における矢線Ｘ方向視の側面図に相当する側面図であり、図１～図３に示した実施形態と共通する部分には同一の符号を配してある。このうち図４に示す第１の変形例は、上記軸線Ｏに対する内周側の部分の内周切刃３Ａの先端角θＡが１５０°の場合であり、図５に示す第２の変形例は、上記軸線Ｏに対する内周側の部分の内周切刃３Ａの先端角θＡが９０°の場合である。

このような第１および第２の変形例のドリルにおいても、上記軸線Ｏに対する内周側の部分の内周切刃３Ａは先端角θＡが９０°～１７０°の範囲内とされ、外周切刃３Ｂは、軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面における軸線Ｏに対する径方向の幅Ｗが切刃３の直径Ｄの５％～２０％の範囲内とされるとともに、外周切刃３Ｂの先端角θＢが内周切刃３Ａの先端角θＡよりも大きな角度とされているので、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

１ドリル本体
３切刃
３Ａ内周切刃
３ａ内周シンニング切刃
３ｂ内周主切刃
３Ｂ外周切刃
４先端逃げ面
５切屑排出溝５
５Ａ切屑排出溝５のドリル回転方向Ｔを向く壁面（すくい面）
Ｏドリル本体１の軸線
Ｔドリル回転方向
Ｐ切刃３の外周端
Ｄ切刃３の直径
Ｗ軸線Ｏ回りの回転軌跡の軸線Ｏに沿った断面における外周切刃３Ｂの軸線Ｏに対する径方向の幅
θＡ軸線Ｏに対する内周側の部分の内周切刃３Ａの先端角（内周シンニング切刃３ａの先端角）
θＢ外周切刃３Ｂの先端角

Claims

軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に、上記ドリル本体の先端逃げ面に開口して後端側に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壁面と上記先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルであって、
上記切刃は、上記軸線に対する径方向内周側に位置する内周切刃と、この内周切刃の径方向外周側に連なる外周切刃とを備え、
これら内周切刃と外周切刃とは、上記軸線に対する径方向外周側に向かうに従い上記ドリル本体の後端側に向かうように傾斜しており、
上記内周切刃は、上記軸線に対する内周側の部分の先端角が９０°～１７０°の範囲内とされ、
上記外周切刃は、上記軸線回りの回転軌跡の該軸線に沿った断面における上記軸線に対する径方向の幅が上記切刃の直径の５％～２０％の範囲内とされるとともに、上記内周切刃の先端角よりも大きな先端角とされ、
上記内周切刃は、さらに上記軸線に対する径方向内周側に位置する内周シンニング切刃と、この内周シンニング切刃の径方向外周側に連なる内周主切刃とを備え、
上記内周シンニング切刃の先端角が上記軸線に対する内周側の部分の上記内周切刃の先端角とされて９０°～１７０°の範囲内とされるとともに、
上記内周主切刃の先端角は、上記内周シンニング切刃の先端角よりも小さく、
上記内周シンニング切刃は、上記軸線方向先端側から見て直線状に形成され、
上記内周主切刃は、上記軸線方向先端側から見て、上記内周シンニング切刃と鈍角に交差してドリル回転方向とは反対側に凹む凹曲線状に形成され、
上記外周切刃は、上記軸線方向先端側から見て、上記内周主切刃と鈍角に交差する直線状に形成されていることを特徴とするドリル。
上記切屑排出溝は、２０°～４０°の範囲内の捩れ角で上記ドリル本体の後端側に向かうに従いドリル回転方向とは反対側に捩れていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。