JP2001347410A - ツイストドリル刃先 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】耐久性や位置決性能を損わずに荷重の軽い作業
が出来るツイストドリル刃先で、製作時１チャックで全
行程の製作が出来るものを提供するものである。 【解決手段】ドリル逃面の研削時、旋回軸の取付け角β
による円錐６のドリル軸での回転成分αを利用して１チ
ャックにて研削可能とし、回転成分αは＋βの時は末広
がりとなりその逃面構成は主切刃１を補強し、シンニン
グ時は広大なチップポケットと円錐逃面６０か円錐６に
接線を有する中間の逃面を選択し切削時の切粉を排除す
る逃面とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転により被削材を切
削するツイストドリルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ツイストドリル刃先の作成方式
は、大きく分けて２通りに分けられる。一つは正円錐系
の刃先で旋回摺動方式やカムを使用した創成方式ものと
に区分され、残る一つは平面刃系の刃先に分類される。

【０００３】正円錐式ドリルの主切刃逃げ面は円錐を転
写したもので、外周部からドリル中心に向かうにつれて
逃げ角が徐々に減少してしまう欠点がある。また、その
防止策として円錐半径を大きめにすれば、もう片方の逃
げ面とで形成されるチゼルはドリル軸上に中心点がある
円弧の一部であり その半径を大きくすることとなるの
でチゼルは直線に近づき位置決め性 直進性が悪くなる
という欠点がある。

【０００４】また、ドリルを使用するうえで切削荷重を
軽減させるのにドリル中心部の厚みをシンニングするこ
とで解決していた。代表例として図６（ｃ）のようなス
ピリットポイント（クロスシンニングとも言う）やウエ
ブシンニング等がある。

【０００５】また、特許第１６９７７３２号などに見ら
れるように 複雑なカム機構を用いた研削方式により
主切刃とシンニングによる中心部切刃を１チャックにて
加工出来る研削盤も見られ 主切刃と中心部切刃との角
をＳ字形に丸めて、中心部切刃にて切削された切粉の排
出を迅速にさせる手法が見られ 主として超硬質素材の
ドリル研削用として用いられている。

【０００６】そして、特許第２２８４９６号等の２，３
番角を決定する調整板を用いた 図６（ｂ）に示す２段
平面研削法のドリル刃先は、主切刃２番逃面が平面なの
で正円錐逃面に比べて逃角が一定となるので良く切れ、
ドリル中心部分が四角錐状の山形のチゼルで位置決性と
真円度は良い。

【０００７】平面刃系ドリルのシンニングは 逃面段数
が２段以上が一般的で、２段目以降の逃面を研削すると
きに 図６（ｄ）のように砥石のカドをドリル中心付近
まで切込ませて芯厚部に中心部切刃を作る方法が用いら
れている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、ドリルで切削するとき 専用の工作機械で使用する
ときと同じく、手動の電気ドリルを使用するときにおい
ても 耐久性を損なわずに スラストやトルク荷重の軽
いツイストドリル刃先を提供するものである。

【０００９】また、ドリルの精度向上ならびにコストダ
ウンの必要から１チャックで全ての行程が容易に製作可
能な形状を提供せんとするものである。

【００１０】正円錐式刃先にシンニングを施したもので
最も多く見られるのがスピリットポイントであるが、初
期位置決時にふらつきが起きやすく 正確な位置に穴明
けする場合にセンターポンチを打つか、センタードリル
の使用が必要であった。ウエブシンニング式では、２段
平面研削法ドリルのチゼルのような四角錐状の山形や凹
面状の窪みを付したものが見られ初期位置決め性能は解
決されている。しかし切削時のスラスト、トルク荷重は
あまり軽くなっていない。

【００１１】カム機構を用いて主切刃と中心部切刃の接
合部をＳ字形に丸める特許１６９７７３２号等の場合
被削材に対応する丸め半径の変更や 切削送りによる切
粉溜りとして機能する中心部切刃のヌスミ部を 高速送
りに即した容積の拡大変更する場合には砥石径やカム機
構の変更を伴い、仕様の変更は現実的でない。また、近
年高性能の機器が発達しているがその機械剛性に期待す
るところが大きく過負荷の場合の自己求心性に乏しい。

【００１２】従来の２段研削法ドリル刃先は 特許第２
２８４９６号の（イ）にある計算式を用いて ２θが１
３０度、γ１が１３度、チゼルと主切刃を挟む角即ちチ
ゼル角が１２５度の時でγ２が約２０度となりγ１との
差が約７度となり直線に近くなる。また、図２（ｂ）δ
のことをここではポイント角とし約１７０度となる。

【００１３】近年マグネシウム等アルミニウム合金やベ
ークライト等の穴明けの高効率化が言われているが、こ
れらの材質にはγ１が１３度以上必要であり、ここで２
θを１３０度以上にするかγ１を１３度以上にするとポ
イント角は１８０度に近づき初期位置決め性能並びに直
進性が悪くなる。また 平面刃系のドリル刃先にシンニ
ングをする場合２段以上となると前述したが、３段目で
シンニングするとすれば ３段目をチゼル角に合わせて
ドリルを回転させた位置で再保持するか、別の機械で処
理しなくてはならなかった。

【００１４】そして、高効率化はドリル素材にもおよん
でおり 超硬質を素材としたドリルは その耐摩耗性か
ら多用されているが 靱性に難点があり振動などで使用
中に破損する場合があった。

【００１５】

【課題を解決する手段】上記目的を達成するために、２
番逃角γ１と３番逃角γ２の間を旋回可能でかつその両
端と任意の位置で固定可能な旋回軸１３に 砥石研削面
との角度がθ度となる様ドリル支持具を配しその中心線
をドリル軸１０とし、旋回軸１３と砥石研削面との取付
け角度がβでかつドリル軸１０とが交点をもち、旋回軸
１３の旋回動によりドリル軸１０がα度の回転成分を持
つ構成を用いたものである。

【００１６】ドリル先端９を砥石研削面カドに位置させ
て、２番逃面５及び逃角γ１と ３番逃面７及び逃角γ
２と 中心部の切刃２がなす三角形のスクイ面８とが再
保持の必要もなく研削され、旋回軸１３を旋回動する時
にできる円錐６に接線３と逃面５ 接線４と逃面７とで
接触させドリル軸回転成分αにて主切刃１を補強させ円
錐６を転写して円錐逃面６０としたものが、ドリル軸中
心に左右対称に配置され 旋回軸取付け角度βが砥石研
削面からθ度までの内０度を除いた範囲とする 平面刃
式ツイストドリルにシンニングをしたものであり、被削
材に合わせて円錐逃面６０に代えて 旋回軸１３の旋回
動両端の２番、３番逃面以外の任意の位置で固定して円
錐６と接線をもつ中間の平らな逃面にするか 又は円錐
逃面６０を除くかを選択可能とする。

【００１７】また、ドリル先端９を砥石研削面カド以外
の研削可能範囲内で位置させ、中心部切刃２及びスクイ
面８を廃し 円錐６によるドリル軸回転成分αにて主切
刃１を補強させることにより 初期位置決め性、直進度
を重視して耐久度を増したツイストドリルであり、被削
材に合わせて 円錐逃面６０に代えて 旋回軸１３の旋
回動両端の２番、３番逃面以外の任意の位置で固定して
円錐６と接線をもつ中間の平らな逃面にするか 又は円
錐逃面６０を除くかを選択可能とする。

【００１８】そして、逃面７を研削するとき 砥石カド
を支点として砥石を水平基準面から傾斜させるか又は砥
石の芯高を変更し 中心部切刃のスクイ角を変更させて
主切刃と中心部切刃の刃先強度を増大させるか 又は
中心部切刃にて発生する切粉をより迅速に排除させるも
のであり、被削材に合わせて 円錐逃面６０に代えて旋
回軸１３の旋回動両端の２番、３番逃面以外の任意の位
置で固定して円錐６と接線をもつ中間の平らな逃面にす
るか 又は円錐逃面６０を除くかを選択可能とする。

【００１９】旋回軸取付け角βが刃先角θ−１８０度未
満で０度を除く範囲にて 旋回軸取付け角度−βにおけ
るドリル軸回転成分−αを利用しての刃先角θ、２番逃
角γ１、３番逃角γ２の角度設定範囲を拡大可能とした
ものである。これらは２θを１３０度以上、２番逃角γ
１を１３度以上とすることが可能である。

【００２０】そして、３番逃面７を研削するとき 研削
砥石のカドを鈍角に成形させたものを用いて 中心部切
刃２の刃先強度を増大させたものである。これらのツイ
ストドリル刃先にて 問題を解決せんとするものであ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て説明する。

【００２２】図１は本発明により実施した一例の見取
図、図２（ａ）は本発明の平面図、図３（ａ）は請求項
１、２、３、４に該当し、図３（ｂ）はβがマイナス時
で請求項５、６に該当する ドリル円周方向にＸ位置で
の展開断面図である。図５の（ａ）は正円錐刃を研削す
るときの砥石研削面とドリルの位置関係を示すものであ
り、図５の（ｂ）は２段研削法、図５の（ｃ）は本発明
のドリル刃先を研削するときの旋回軸位置関係である。

【００２３】旋回軸１３は、砥石研削面とβの角度を持
たせ、その軸上に砥石研削面とが刃先角θとなるようド
リル支持具を取付けその中心線をドリル軸１０として、
ドリル先端９が砥石研削面上にある様配置され、さらに
旋回軸１３とドリル軸１０は交点を持っている。

【００２４】このような旋回軸に取付けられた支持具に
ドリルを取付け 旋回軸を旋回動させるとき砥石研削面
との取付け角度βとドリル軸１０上での回転成分αとが
連携し、この二つの角度により２番逃面５と３番逃面７
と又はそれらの延長面上で、接線３と接線４とで接触す
る 旋回軸１３を軸芯とした円錐６をもつこととなり、
それぞれ設定した２番逃角γ１と３番逃角γ２の角度で
研削する。このときの状態が 図４（ａ）で請求項１，
２、３、４の 砥石研削面と旋回軸がなす円錐の関係を
表し（ただし請求項３は、砥石の角を利用しないので中
心部切刃２とスクイ面８は現れない）、図４（ｂ）は請
求項５、６の 砥石研削面と旋回軸がなす円錐を表して
いる。（ただし請求項６は研削砥石カドを鈍角に成形し
シンニングするので鈍角なスクイ面８が現れる）

【００２５】シンニングする場合には、請求項１、２に
より ドリル先端９を砥石のカドに位置し 中心部切刃
２は、３番逃面７を研削するとき同時に作成され、接線
４に直角となるので中心部切刃２のなすチゼル角はαと
θによる補正角を計算すれば容易に設定できる。ここで
逃面５と逃面７を研削後に旋回軸の旋回動を利用して円
錐６をドリルに転写すれば 図１のように、主切刃は平
面刃であるが正円錐刃のごとく、円錐逃面６０を持つこ
とになる。また 旋回軸１３の旋回動両端以外の任意の
位置で固定して円錐６と接線をもつ逃面にすることも出
来る。ただし、被削材の硬度が高い場合の使用において
さらに強靱性が必要な場合には 図４（ａ）のドリル見
取図のごとく 円錐逃面６０の転写をしない場合もあ
る。

【００２６】シンニングをしないで直進性重視の場合
請求項３の旋回軸取付け角βの 砥石研削面〜θまでの
内０度を除いた範囲を用い 従来の２段式平面刃ドリル
に円錐逃面６０か 円錐６に接線を持たせた２段以上の
逃面を付加したような形状のツイストドリル刃先が製作
可能となる。これは旋回軸取付け角度βによる円錐６の
ドリル回転成分を利用したもので α度による主切刃１
と接線４の末広がりの状態は主切刃１の補強となる。ま
た 上記と同じ理由により円錐逃面６０や他の逃面の付
加をしない場合もある。

【００２７】また請求項５の範囲を使用すれば β度は
マイナスとなり図２（ａ）の平面図による接線３を基準
として反転し−α度となる。これは３番逃面７を加工す
るときに−α度ほど逃面７の研削面がドリル軸を中心に
回転することなので 対向する逃面５との干渉による中
心部切刃２も同方向に回転移動することとなる。ここで
一般的にチゼル角は１１８度を中心に±１５度前後が
最も多用されているが前記回転移動した分３番逃角γ２
の角度を増加すれば適正なチゼル角を保たせることが可
能となる。これらから 逃角γ１、γ２及び刃先角θの
角度設定範囲が拡大可能となり、結果として適正なポイ
ント角δの選択範囲も拡大する。

【００２８】そして請求項４の場合は 主切刃１を補強
させたドリルにシンニングを付加する時その中心部切刃
２のスクイ面８のスクイ角を変化させ 負のスクイ角を
強化して使用中に発生する切粉の排出をさらに迅速化さ
せたり、ドリル素材が超硬質材であれば逆に鈍角方向に
すれば中心部切刃２の補強となる。同様に請求項６の場
合には −αの影響でチゼル角は９０度に近いので 砥
石のカドを鈍角にすることでチゼル角やポイント角を適
正な範囲にすることが出来 かつ中心部切刃スクイ面の
スクイ角は鈍角であるので中心部切刃２の補強となる。

【００２９】

【実施例】このように構成された本発明をツイストドリ
ル刃先に施した例を図をもちいて説明する。

【００３０】図１は請求項１による一例で、ドリルを支
持具に取付ける時 研削完了時での主切刃１と接線３と
が平行となるべく 旋回軸１３の投影線がドリル軸平面
図上でα度となるよう調節後支持し、γ１を６度〜１８
度、γ２を１０度〜６５度の範囲で調整し 旋回軸のγ
１位置で逃面５、γ２位置で逃面７を切込研削した。こ
のとき接線３と接線４の交点位置を研削面上で砥石研削
面カドより僅かにずらし、ドリル先端９でドリル直径の
１／１００程度の幅を持たせるようにした。そして旋回
軸１３の旋回動による円錐６を研削し円錐逃面６０を付
加させた。

【００３１】また主切刃１と接線３が平行の前提で、従
来の２段研削法ではチゼル角は、θ、γ１、γ２の設定
により固定されるが、本発明によるドリル刃先のチゼル
角は旋回軸取付け角βによるαの回転成分によりほぼ決
定され、中心部切刃スクイ面８と円錐６との接線４は直
角となるので 刃先角θと２αの合成による僅かな補正
値を加えたものとなる。この様にβ度を可変とすればα
も追従し、従来のように３番逃面と対向する２番逃面と
の干渉によるチゼル角の固定化の影響は少なく 逃面角
度γ２が従来よりも大きく取れるので 中心部切刃２に
よるチップポケットは広大なものとなり切削性能の改善
に寄与した。

【００３２】研削砥石のカドを支点として研削装置の基
準水平面より砥石を傾斜させるかまたは研削砥石の芯高
を変化させ 研削砥石カドによる研削線が基準水平面に
垂直以外のドリル中心部切刃２のスクイ面８が鈍角とな
るように設置し、ドリルに超硬質の素材を選び上記と同
様な処理をした。このことにより逃面角度γ２が従来よ
りも大きくて同時に主切刃１と中心部切刃２とが補強さ
れた超硬質材使用の請求項４を用いたツイストドリルが
得られた。

【００３３】βをマイナス側に設定すれば図３（ｂ）の
ようになり 上記とは反対に 接線３と接線４が反転し
αも反時計回りに回転するのでチゼル角も追従し その
分γ２を大きめに出来、２θが１３０度、γ１が１３度
を超えてもポイント角δを小さく制作可能と成り 初期
位置決め、直進性が良好となった。また 図４（ｂ）は
逃面５と逃面７とを研削後の見取図に 旋回軸による円
錐が逃面の延長面上でそれぞれ接線３と接線４とで接し
ている状態を図示したものである。

【００３４】以下に、本実施例によるαを求める計算式
を 数１に示す。

【００３５】

【数１】

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によりシン
ニングを施した平面刃ツイストドリル刃先は均一な逃角
γ１をもつ主切刃１と広大なチップポケットを持つ中心
部切刃２とスクイ面８との構成により荷重の軽減を達成
している。

【００３７】また、従来の２段研削法に対しても中心部
切刃が改善され、円錐６によるドリル軸の回転成分αに
より刃先の強度が補強されており、そして円錐逃面６０
や円錐６に接線を持つ中間の逃面を選択した場合はドリ
ル使用時における切削粉をさらに迅速に排除させる効果
を発揮する。

【００３８】βをマイナスに設定したドリルは、γ１、
γ２を従来の２段式に比べて大きめに設定出来る。又ポ
イント角δも小さく設定出来るので、マグネシウムやア
ルミニウム合金、ベークライトなどの柔らかい素材を切
削するときの高速送りに適用出来、刃先角２θも１３０
度より大きく出来るので裏面のバリ対策にも効果を発揮
することとなった。

【００３９】そしてシンニングするときに 中心部切刃
の逃面角度を変更可能としたことにより 主切刃と中心
部切刃とを同時に補強する事も可能となり 耐久性を増
大し初期位置決め性や直進性を損なわず、真円度が良く
切削抵抗の少ないツイストドリル刃先が提供できること
となった。

【００４０】これらは、高炭素工具鋼やステンレス鋼な
どの重切削や手動の電気ドリルなどでの使用においても
軽荷重で均一な切削能力を提供することとなった。

【００４１】このようにして、主切刃と中心部切刃は、
平面刃での構成であり旋回軸１３の作用にてチゼル角に
対応させるドリルの再保持が不必要となり、容易に１チ
ャックで加工出来、１８０度反転させて残りの切刃を処
理すればその機械精度が反映させられるものとなった。

【００４２】

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明により実施された一例のツイストドリ
ル見取図である。

【図２】（ａ）は、図１に示すツイストドリル先端部の
平面図である。指示番号１が主切刃であり、接線３は主
切刃１の２番逃面５とドリル刃先角θと旋回軸の取付角
βとの旋回動にてなる円錐６との接線である。同じく、
接線４は３番逃面７との接線である。図２（ｂ）は、中
心部切刃２に直角に見たチゼル先端部の拡大図である。

【図３】（ａ）は、図２（ａ）のドリルを円周方向にＸ
位置で切断した、展開断面図である。図３（ｂ）は、β
がマイナスに位置する時のドリルを円周方向にＸ位置で
切断した展開断面図で、面５、面７の延長面上の３、４
とが円錐６とで接する。

【図４】（ａ）は本発明の請求項１、２、３、４による
旋回軸と円錐及び接線の位置関係を立体的に表したもの
で 逃面５と逃面７とを研削後の姿である。図４（ｂ）
は本発明の請求項５，６の旋回軸と円錐及び接線の位置
関係である。

【図５】（ａ）は正円錐刃先を研削する時の旋回軸１１
の位置関係を示したものである。旋回軸１１はドリル軸
１０と交差するが、刃先円錐面に逃角を与えるために離
れていてドリル軸１０との交点は無い。図５（ｂ）は２
段平面ドリルを研削する時の旋回軸１２の位置関係を示
したもので砥石研削面と接触し、なをかつ平行である。
旋回軸１２は、ドリル軸１０上のドリル先端で交点を持
つ。図５（ｃ）は本発明によるドリル刃先を研削する時
の旋回軸１３の位置関係を示したもので、ドリル軸１０
と砥石研削面とθの角度を保たせながら、旋回軸１３
は、砥石研削面とβの角度を持ち、かつドリル軸１０と
交点を持つ。

【図６】（ａ）は本発明の請求項３により実施されたド
リル見取図である。図６（ｂ）は２段平面研削法のドリ
ル見取図である。図６（ｃ）は正円錐スピリットポイン
トドリル見取図である。図６（ｄ）は３段目にてシンニ
ングを行った多段平面刃式ドリル見取図である。

【符号の説明】

１ ドリル主切刃 ２ ドリル中心部の切刃 ３ 面５と円錐６との接線 ４ 円錐６と面７との接線 ５ 主切刃の２番逃面 ６ 接線３、４とで接し砥石研削面とβ度の 旋回軸
１３を軸とした円錐 ７ ３番逃面 ８ ドリル中心部切刃のスクイ面 ９ ドリル刃先中心点 １０ ドリル軸 １１ 正円錐ドリルの旋回軸 １２ ２段平面研削法のドリルの旋回軸 １３ 本発明によるドリルの研削時旋回軸 ６０ 指示番号６の円錐を研削した円錐逃面 α 円錐６上で接線３と接線４との中心線が ドリル
軸平面上でなす角度 β 砥石研削面と旋回軸１３とがなす角度 θ 砥石研削面からドリル軸までの 刃先角度 δ 平面刃の中心部稜線がなす山形の角度 γ１ ２番逃角 γ２ ３番逃角 Ｘ ドリル円周方向の断面指示位置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ツイストドリル刃先において、２番逃角
   （γ１）と３番逃角（γ２）の間を旋回可能でかつその
   両端と任意の位置で固定可能な旋回軸（１３）と砥石研
   削面が（β）度で その軸に砥石研削面と（θ）度とな
   る様ドリル支持具を配しその中心線をドリル軸（１０）
   とし 砥石研削面上かその面上においてドリル径の１／
   ２０程度までの幅が有るように交点を持たせた旋回軸
   （１３）が旋回動するときに 砥石研削面との間に半角
   が（β）度の円錐（６）が出来、２番逃面（５）を２番
   逃角（γ１）で ３番逃面（７）を３番逃角（γ２）で
   研削する時にその円錐（６）との接線をそれぞれ接線
   （３）、接線（４）としドリル軸（１０）に直角な平面
   に投影させる時 その中心線が（α）度となるよう支持
   具にドリルを支持させる。このような配置でドリル軸
   （１０）中心に一対の刃先であり、２番逃面（５）と３
   番逃面（７）を研削し 円錐（６）によるドリル軸回転
   成分（α）にて主切刃（１）を補強させ、円錐（６）を
   転写し円錐逃面（６０）とし、３番逃面（７）を研削す
   るときに中心部切刃（２）とその逃面（８）とを研削砥
   石カドを用いて再保持の必要もなく研削させ、旋回軸
   （１３）取付け角度（β）が砥石研削面から刃先角
   （θ）度までの内 ０度を除いた範囲にあるツイストド
   リル刃先。
2. 【請求項２】請求項１に記載の内 円錐逃面（６０）に
   代えて、２番逃面（５）と３番逃面（７）との間で円錐
   （６）に接線を有する平らな逃面にするかあるいは円錐
   逃面（６０）を除くかを 被削材に合わせて選択可能と
   した ツイストドリル刃先。
3. 【請求項３】請求項１、２に記載の内 ドリル先端
   （９）を砥石研削面カド以外の研削可能範囲内で位置さ
   せ、中心部切刃（２）及びスクイ面（８）を廃した ツ
   イストドリル刃先。
4. 【請求項４】請求項１、２に記載の内 研削砥石カドの
   水平基準面を支点に傾斜させるか研削砥石の芯高の変更
   により 中心部切刃（２）スクイ面（８）の角度を変更
   させた ツイストドリル刃先。
5. 【請求項５】請求項３に記載の内 旋回軸取付け角度
   （β）が砥石研削面から刃先角（θ）−１８０度未満で
   ０度を除く範囲とする 旋回軸取付け角度−（β）度に
   おける円錐（６）のドリル軸回転成分−（α）を利用し
   ての刃先角（θ）、２番逃角（γ１）、３番逃角（γ
   ２）の角度設定範囲を拡大可能とした ツイストドリル
   刃先。
6. 【請求項６】請求項１、２に記載の内 旋回軸取付け角
   度（β）が砥石研削面から刃先角（θ）−１８０度未満
   で０度を除く範囲とする 旋回軸取付け角度−（β）度
   における円錐（６）のドリル軸回転成分−（α）を利用
   しての刃先角（θ）、２番逃角（γ１）、３番逃角（γ
   ２）の角度設定範囲を拡大可能としかつ逃面（７）を研
   削するときに研削砥石のカドを鈍角に成形させたものを
   用い中心部切刃（２）を補強させたツイストドリル刃
   先。