JP2001341021A

JP2001341021A - ツイストドリル

Info

Publication number: JP2001341021A
Application number: JP2001069799A
Authority: JP
Inventors: Tokuhide Onizuka; 徳英鬼塚; Takenori Shimizu; 武則清水; Isao Yokota; 勲横田
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2001-12-11

Abstract

(57)【要約】【目的】ステンレス鋼の様に比較的延性のある被削材の
穴明け加工に際して、２５ｍ以上の高速切削において、
外周部の溶着、圧着を防止し、耐久性に優れたツイスト
ドリルを提供することを目的とする。【構成】被覆した高速度鋼製からなるツイストドリルに
おいて、ねじれ角を３５度〜４５度の強ねじれ角、該ド
リルの先端視で、先端切れ刃をを凸状とし、かつ、該凸
状部の最凸部とシンニング刃とを結ぶ仮想線に対して、
先端切れ刃を刃径の１〜１０％回転方向後方側に設け、
先端刃と外周の繋ぎ部を面取りし、シンニング刃をＸ型
とすることにより構成する。更に、高速度鋼、特に粉末
ハイスを用い、また、ドリル本体の溝部の少なくとも刃
先先端を含めた部分にＴｉＡｌＮ膜又はＴｉＮ膜等から
なる硬質物質又はＤＬＣ、クロム化合物等の潤滑性被膜
を１層又は複層設けることにより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステンレス鋼、軟鋼等
の穴明けに使用するツイストドリルに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ステンレス鋼の穴明け加工では、加工時
間の短縮を狙い回転数を高くした高速切削が求められて
いるが、一般のツイストドリルを用いて概ね１０〜２０
ｍ／ｍｉｎで穴加工が行われているが、切削速度を３０
ｍ／ｍｉｎ以上で穴加工を行うと、次のような問題があ
る。１）切削速度が速いため刃先温度が上昇し、且つドリル
と穴壁の摩擦が大きくなり安定した加工穴精度が得られ
ない。２）切削速度が速いため、切りくずの速度も早く、また
切りくずのボリュームも大きくなるので、切りくずづま
りを起こしやすくなる。３）切削油が外部供給方式では、排出される切りくずに
より切削油が刃先までかからず一層工具寿命低下の原因
となる。そこで、従来、切削速度を速めるため、特開平９−１１
０１５号公報のように切り屑の通る経路を調整したもの
や、特開平１１−２６７９１２号のようにシンニング形
状を改善することにより、切り屑の排出をスムーズに行
うものなどが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステン
レス鋼等の穴明け加工では、従来の構成では上述したの
問題を十分に解消することができないという問題があ
る。先ず、切削速度を高めることにより、切削に伴う加
工硬化が著しく増加し、極端な寿命低下を招いている。
更に、生成される切り屑の形態も変化し、分断されず、
連続した切り屑が生成する。そのため、超硬合金製のド
リルは困難である。そこで、本発明の目的は、上述した
従来の技術が有する問題点を解消し、ステンレス鋼等を
２０ｍ／ｍｉｎ以上の切削においても、安定した加工穴
精度が得られ、切りくずの排出性が高められるツイスト
ドリルを提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】先ず、第１の発明は、被
覆した高速度鋼製からなるツイストドリルにおいて、ね
じれ角を３５度〜４５度の強ねじれ角、該ドリルの先端
視で、先端切れ刃をを凸状とし、かつ、該凸状部の最凸
部とシンニング刃とを結ぶ仮想線に対して、先端切れ刃
を刃径の１〜１０％回転方向後方側に設け、先端刃と外
周の繋ぎ部を面取りし、シンニング刃をＸ型としたこと
を特徴とするツイストドリルである。詳細には、ドリル
各部の形状を、例えば、マージン部の当たり幅をドリル
本体の先端部の外径Ｄの１／３０Ｄ〜１／１０Ｄとし、
溝幅比を５５〜７０％、バックテーパを０．０５／１０
０〜０．２／１００、心厚を１０〜２５％、該心厚のテ
ーパを０．５／１００〜２／１００としたツイストドリ
ルである。次に、第２の発明は、高速度鋼、特に粉末ハ
イスをを用いて、十分な耐摩耗性と耐欠損性を実現させ
た。また、第３の発明は、ドリル本体の溝部の少なくと
も刃先先端を含めた部分にＴｉＡｌＮ膜又はＴｉＮ膜等
からなる硬質物質又はＤＬＣ、クロム化合物等の潤滑性
被膜を１層又は複層形成したことを特徴とするものであ
る。

【０００５】

【作用】本願発明の図３乃至図５に基づき説明する。先
ず、軸方向すくい角であるねじれ角は、大きく採れば切
れ味をよくできるが、その反面、強度が低下する。ねじ
れ角が３５度未満だと切削抵抗が大きく拡大代が大きく
なり、穴精度が低下し、ねじれ角が４５度を超えると、
切り屑排出の妨げになるため３５度〜４５度の範囲とし
た。次に、凸部からシンニング切れ刃迄の先端切れ刃
は、切削抵抗の分散、軽減や切り屑の拘束に影響するた
め、該凸状部の最凸部とシンニング刃とを結ぶ仮想線に
対して、先端切れ刃を刃径の１〜１０％回転方向後方側
に設ける。先端切れ刃を刃径の１〜１０％回転方向後方
側としたのは、刃径の１％未満では、直線状切れ刃と同
様、切り屑の生成に関して効果がなく、また、刃径の１
０％を超えると、相対的にランド幅の肉厚が薄くなり、
強度的に劣るため、刃径の１〜１０％の範囲とした。更
に、該ドリルの先端視で、先端切れ刃をを凸状とするこ
とにより、先端切れ刃で受ける切削抵抗を外周側、内周
側に強制的に分断し、更に、外周刃側の繋ぎ部分を大き
な角度で設けることが出来るため、先端切れ刃と外周の
繋ぎ部分の強度を高めることができる。また、生成され
た切り屑は凸状部により拘束されて切り屑排出溝の軸方
向に強制的に移動され、排出される。特に、凸状部は、
図５に示す先端視における、最凸部の径方向の位置、凸
部差により制御することができる。最凸部の位置は、径
の９８％〜シンニング刃の端部の間の任意の位置でよい
か、好ましくは、径の７０〜９８％である。９８％を超
えると、外周端との繋ぎ部に十分な余裕がとれず、曲面
状につなぐことが難しくなる。また、７０％未満では、
シンニング刃との繋ぎが滑らかに行えないためである。
更に、最凸部の形状は緩やかな曲線状に設けると良い。
この際、図５に示すようにその差を定義する。該凸状部
の最凸部と外周刃との差は、刃径の０．５％未満では、
実質的な作用が少なく、また径の２０％を超えると、凸
部が出過ぎるため、径の０．５〜２０％とした。この凸
部の位置、差により切り屑の移動する方向を軸方向によ
り拘束することができる。これらにより、先端刃で受け
る切削抵抗を外周側、内周側に強制的に分断し、更に、
外周刃側の繋ぎ部分を大きな角度で設けることが出来る
ため、先端刃と外周の繋ぎ部分の強度を高めることがで
きる。また、生成された切り屑は凸部により拘束されて
切り屑排出溝の軸方向に強制的に移動され、排出され
る。特に、凸部は、図５に示す先端視における、最凸部
の径方向の位置、凸部差により制御することができる。
また、その強度の低下を径方向すくい角である先端刃と
の繋ぎかたで、図４に示すように凸状部から滑らかに面
取り状に繋ぐことにより、強度低下を補い、十分な刃先
強度を得られる。面取りはＣ面取り、Ｒ面取り及びそれ
らの組み合わせたもので良い。また、シンニングはＸ型
として求心性に優れ、切削抵抗の少ない形状とすること
により、ステンレス切削等での安定性を計った。

【０００６】次に、マージン部の当たり幅をドリル本体
の先端部の外径Ｄの１／３０Ｄ〜１／１０Ｄとしたの
は、マージン部の当たり幅は小さいと、穴明け加工時の
穴の直進性が悪くなり、大きいと、穴壁との接触長さが
長くなるので穴壁の摩擦熱発生が大きくなるためであ
る。溝幅比を５５〜７０％としたのは、溝幅比（断面図
における、切屑排出溝の溝幅を工具外周長さで除し、百
分率で表す。）５５％未満では、強ねじれと相まって溝
幅が狭くなり切屑詰まりを引き起こすことになり、７０
％を超えると、溝幅が広い分、切屑処理が不安定とな
り、特に切り屑が伸び勝手となり、制御しずらく、切削
動力が不安定になるため、溝幅比は５５〜７０％の範囲
とした。更に、大きな溝幅比は、溝のヒール部の形状に
より調整することもできる。ヒール部端を円弧状に形成
することにより、溝幅比を大きくとり、前述のような切
り屑の内壁との接触を少なめることができる。バックテ
ーパを０．０５／１００〜０．２／１００としたのは、
バックテーパは大きいほど切りくず排出性を良くするこ
とができるが、それが大き過ぎると、ドリル本体１のシ
ャンク側の径が細くなり、強度が低下する。これらの相
乗効果により、マージン部の当たり幅を小さく、且つバ
ックテーパを大きくすることによって、ドリルとドリル
穴壁の摩擦熱発生を抑えると共に、切りくず排出をスム
ーズに行うことができる。更に、ドリルの芯厚は、０．
１０Ｄ〜０．２５Ｄの範囲で、０．１０Ｄ未満では工具
剛性が不足して、穴加工時の被削材入口の拡大代の精度
が悪くなり、０．２５Ｄを越えると溝自体のスペースが
狭くなりすぎるため、内壁との接触が増え、切削抵抗が
大きくなると共に切屑排出性が悪くなり、切屑詰まりを
起し易くなるめである。該心厚のテーパを０．５／１０
０〜２／１００としたのは、ウェブテーパは大きいほど
切りくず排出溝を拡げることができるが、それが大き過
ぎると、ドリル本体１のシャンク側の径が細くなり、強
度が低下するためである。

【０００７】また、高速度工具鋼工具は、強度が高く、
シャープな刃型を採用しても、チッピング等を生じにく
いが、３５度〜４５度の強ねじれとなると、そうともい
えない場合がある。そのため、熔解ハイスに比して炭化
物粒度の細かい粉末ハイス製が良く、特に、バナジウム
添加量が２〜１０％程度の高硬度の粉末ハイスが適して
いる。

【０００８】ドリル本体１の溝部の少なくとも刃先先端
を含めた部分に、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ等からなるコーテ
ィング層を１層又は複層形成させることにより耐摩耗性
が向上し、特に、ステンレス鋼で生じやすい溶着や凝着
を少なくする。特にコーティング層としては、軟鋼やオ
ーステナイト系ステンレス鋼では、フェライト相、クロ
ム等の溶着が少なく硬さの高いＴｉＡｌＮ膜又はＴｉＮ
膜が好ましい。更に、切り屑排出においては、切り屑の
擦過により剥離しない低摩擦係数の膜、例えばＤＬＣ、
クロム化合物及び２硫化モリブデン等の被膜を設けると
良い。更に、それら被膜の平滑性を向上させるため、磁
気研磨等により被膜表面、特に刃溝内の被膜表面を研磨
し、ドロップレット等の異物や研削面の転写された凹凸
を研削除去してもよい。また、寿命向上、加工精度向上
を計るため、切削油剤をドリル先端から噴出させるため
の油穴をねじれ角に沿ってランド部内に設けても良い。
確実に刃先先端に切削油を供給できるので、刃先冷却に
より摩耗進行が遅らせ、刃先に生じる溶着が防げ、給油
圧により切りくず排出性が円滑になる、等の効果があ
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面を参照し
て説明する。図３は、本発明の実施例によるドリルの正
面図、図４は、図３に示すドリルの９０度回転させた上
面図、図５は、図３の先端視である。本実施例によるツ
イストドリル１は、高速度鋼（粉末ハイス）製、刃径６
ｍｍ、２枚刃、ねじれ角２は４０度で、ＴｉＡｌＮを被
覆した。図５に示すように、軸線Ｏの周りの先端刃３に
は凸部４が設けられ、最凸部５との差６は径の３％であ
る。また、先端刃３の外周端７は滑らかに繋ぎ、切屑排
出溝８が形成されている。先端刃のシンニングは、Ｘ型
とした。

【００１０】次に、本発明によるドリル、図１に示すね
じれ角３０度の従来ドリル１、図２に示す従来ドリル２
とについて、各種被削材の切削性能に関する試験を行っ
た。尚、従来ドリルは、同一径でＴｉＡｌＮ被覆を行っ
た。切削試験にあたっては、被削材として、ＳＵＳ３０
４を用い、穴加工深さ３Ｄとし、切削油剤は水溶性のエ
マルジョンタイプを用い、切削速度２５ｍ／ｍｉｎ、送
り量０．１５ｍｍ／ｒｅｖで行い、切れ刃のチッピング
状態、摩耗量・摩耗状態を一定数ごとに確認し、穴明け
を継続した。また、１穴目の加工で拡大代を測定し、更
に、定常摩耗域で測定した。先ず、１穴目で、本発明例
のドリルは、切り屑形態としては処理性の良いカールさ
れた切り屑が得られ、１穴目の拡大代は、入り口、中央
とも０．０２ｍｍと良好であり、チッピングもなく正常
な摩耗を示したが、従来例１では切削速度が速すぎるた
め、１穴も加工できずに寿命となった。従来例２のドリ
ルも、外周側部にチッピングを生じた。そのため拡大代
は、０．０８ｍｍと大きくなった。更に、穴明け試験を
継続した結果、１００穴目で、本発明例のドリルは、１
穴目の状態が継続し、逃げ面最大摩耗もＶＢｍａｘで
０．０８ｍｍ、正常な摩耗であつたが、従来例２のドリ
ルでは、外周端のチッピングが大きくなり、試験を止め
た。１００穴加工における拡大代は、本発明例０．０２
ｍｍに対し、従来例２は０．０８ｍｍであった。

【００１１】更に、試験を継続し、２００穴、４００
穴、６００穴で、徐々に溶着がみられるようになり、８
００穴加工でその一部が脱落し、逃げ面最大摩耗量が
０．３ｍｍを越えたため、切削試験を止めた。８００穴
加工での拡大代も０．０２ｍｍと良好であった。

【００１２】次に、先の実施例で用いた本発明例のねじ
れ角、凸部形状、面取り部を変化させて、同様に切削試
験を行った。先ず、ねじれ角を、３５度、３８度、４０
度、４５度、比較例１として５０度のものを製作した。
切削試験の結果、１穴目で、正常な摩耗は、ねじれ角３
５度のみで、他の３８度〜５０度のドリルはチッピング
を生じた。そのため、３８度〜５０度の本発明例、比較
例に繋ぎ部に面取りを実施した。面取り量は、ねじれ角
に対応して変化させた。それらを同様に切削試験を行っ
た。１穴目でのチッピング等の防止は、ねじれ角３８度
の本発明例〜比較例まで、面取りを行うことにより防止
でき、その処理量としては０．１〜１ｍｍ程度の面取り
で十分な効果が確認できた。試験を継続し、更に１０
０、２００穴と増やしていくに従い、小さな面取り量の
ものでは摩耗量により拡大代が大きな数値となった。

【００１３】次に、最凸部の位置５０％の試料を用い
て、差６を径の０．５％、２％、３％、４％、５％、１
０％の試料を製作し、同様に切削試験を行った。その結
果、１穴目で欠損を生じたのは、１０％の差６を設けた
試料のみで他は正常な摩耗を示した。凸部が出っ張りす
ぎているため欠損した。更に試験を継続し、１００穴加
工では、差６が５％の試料で凸部の摩耗が大きくなり、
溶着が認められた。他の試料は正常な摩耗を示した。更
に、５００穴まで試験を継続すると、差６が０．５％の
試料で、切り屑形態が変化し、連続する切り屑が排出さ
れようになった。他の試料は正常な摩耗を示した。

【００１４】外径Ｄが６ｍｍの高速度鋼製（ＪＩＳ、Ｓ
ＫＨ５９相当）のドリルを用いて、それぞれ溝幅比を変
え、３段階の切削速度にて切削試験を行なった。試験に
おける結果の評価は、振動の発生及び穴明け精度（穴の
面あらさ、拡大代）より判断し、良好なものから不良な
ものへ順次◎（優）、○（良）、△（可）、×（不良）
の記号で表１に示す。切削諸元は、被削材、オーステナ
イト系ステンレス鋼、立型マシニングセンタにて水溶性
切削油をノズルから外部給油し、１回の送り（ステップ
送りなし）で切削試験を行なった。尚、１回転当たりの
送り量は０．２０（ｍｍ／ｒｅｖ）、穴加工の深さは３
Ｄ＝１８ｍｍ、で実施した。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１よりねじれ角、溝幅比、マージン幅、
バックテーパは相互に係わるため、はっきりした分岐点
を見いだすのは難しいが、ステンレス鋼の穴加工を強ね
じれのドリルでは、溝幅比を５５％以上と大きめに取
り、マージン幅、バックテーパは接触する面積を大きめ
にしたときが優れる傾向にある。更に、外径の寸法の３
倍程度の穴加工では、当たり幅ｂの長さを外径Ｄの寸法
の１／１０〜１／３０倍とし、それ以降の外周部を刃先
径より小さくすると切り屑の擦過による発熱や切削油の
刃先への浸透の点で好ましい。又、寿命向上及び穴明け
精度向上の点で刃先先端を含む溝部に被削材との親和性
の低く、切り屑の擦過により剥げないクロム化合物、ダ
イヤライクカーボン膜等をコーティングすることや、更
に又油穴付きタイプにすると確実に刃先へ切削油を供給
することができ、刃先冷却、溶着防止及び切りくず排出
性も円滑になるので、より信頼性が向上する。尚、上述
の実施例においては高速度鋼を用いて説明したが、これ
に限定されることなく、超硬ソリッドタイプやスローア
ウェイタイプのドリル等であっても、同様に本発明を適
用できる。

【００１７】

【発明の効果】上記のように、本発明に係る穴明け工具
を用いることにより、切削抵抗が小さく、穴精度（拡大
代）の良い加工が行え、また、ドリルと被削材の穴壁の
摩擦がより小さくなるので、高速切削においても、安定
した加工穴精度を得ることができる。また、切屑の排出
性を高めることができる。第２の発明によれば、被膜の
効果により耐溶着性、耐摩耗性が改善でき寿命・加工精
度とも向上させることができ、より信頼性が向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来例のツイストドリルの正面図を示
す。

【図２】図２は、他の従来例のツイストドリルの正面図
を示す。

【図３】図３は、本発明例の実施例のドリルの正面図を
示す。

【図４】図４は、図３の要部拡大図を示す。

【図５】図５は、図３の先端視を示す。

【符号の説明】

１ツイストドリル２ねじれ角３先端刃４凸部５最凸部６最凸部と外周部との差７先端刃３の外周端８切屑排出溝９面取り１０マージン部Ｄ外径

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被覆した高速度鋼製からなるツイストドリ
ルにおいて、ねじれ角を３５度〜４５度の強ねじれ角、
該ドリルの先端視で、先端切れ刃をを凸状とし、かつ、
該凸状部の最凸部とシンニング刃とを結ぶ仮想線に対し
て、先端切れ刃を刃径の１〜１０％回転方向後方側に設
け、先端刃と外周の繋ぎ部を面取りし、シンニング刃を
Ｘ型としたことを特徴とするツイストドリル。
【請求項２】請求項１記載のツイストドリルにおいて、
該ツイストドリルのマージン部の当たり幅をドリル刃径
Ｄの１／３０〜１／１０としたことを特徴としたツイス
トドリル。
【請求項３】請求項１乃至２記載のツイストドリルにお
いて、該ツイストドリルの溝幅比を５５〜７０％ととし
たことを特徴とするツイストドリル。
【請求項４】請求項１乃至３記載のツイストドリルにお
いて、該ツイストドリルのバックテーパを０．０５／１
００〜０．２／１００としたことを特徴とするツイスト
ドリル。
【請求項５】請求項１乃至４記載のツイストドリルにお
いて、該ツイストドリルの心厚をドリル外径の１０〜２
５％としたことを特徴とするツイストドリル。
【請求項６】請求項５記載のツイストドリルにおいて、
該心厚のテーパが０．５／１００〜２／１００であるこ
とを特徴とするツイストドリル。
【請求項７】請求項１乃至６記載のツイストドリルにお
いて、該高速度鋼が粉末ハイス製で有ることを特徴とす
るツイストドリル。
【請求項８】請求項１乃至７記載のツイストドリルにお
いて、該被覆がＴｉＡｌＮ膜又はＴｉＮ膜等からなる硬
質物質又はＤＬＣ、クロム化合物等の潤滑性被膜を１層
又は複層形成したことを特徴とするツイストドリル。