JP2002301610A

JP2002301610A - 深穴用ドリル

Info

Publication number: JP2002301610A
Application number: JP2001108030A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Omi; 諭近江; Takashi Uejima; 隆司上島; Minoru Doi; 稔土肥
Original assignee: Hitachi Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2002-10-15

Abstract

(57)【要約】【目的】深穴加工用ドリルの切り屑排出性に優れたドリ
ルを提供し、深穴加工の高能率化をはかることを目的と
する。【構成】深穴を加工する被覆ツイストドリルにおいて、
該ドリルの心厚は先端側から基端側に向けて厚みが略一
定の第一心厚部、第二心厚部とを備え、第一心厚部の心
厚を第二心厚部の心厚より大とし、該ドリルの少なくと
も切り屑排出溝にクロム化合物を含む潤滑層と４ａ、５
ａ、６ａ族、Ａｌ、Ｓｉ及びＢの１種以上とからなる金
属成分と、Ｃ、Ｎ、Ｏから選択される少なくとも１種以
上の非金属成分とから構成される硬質層、とを被覆した
ことを特徴とする深穴用ドリルである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工深さがドリル径の
１０〜３０倍程度の深穴の加工用ドリルに関し、詳細に
は、切屑排出作用を円滑にすることにより、ノンステッ
プで加工できる深穴加工用ドリルに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に用いられているドリル径の２〜
３倍程度の通常の穴加工用ドリルでは、切屑がカールし
た連続切屑が生成され、ドリル径の５倍程度の加工深さ
で、切屑の排出が不能となり、溝中に詰まる事で切削ト
ルクの増大を招き、しいてはドリルの折損に至る。そこ
で、直径の５倍以上の深さを加工する場合、溝形状を通
常のコーンケーブからパラボリックにした深穴用ドリル
が用いられ（例として、実公平３−３３３７５号公
報）、切屑の排出方向をリード方向に制御し、リボン状
切屑形状にする事で穴内壁とドリル溝との空間から切屑
を排出しやすくし、直径の１０倍程度までノンステップ
加工できる深穴用ドリルが使用されている。さらに、深
穴加工性能を向上させるためドリル表面に高融点硬質被
膜をコーティングして切屑とドリル溝との摩擦抵抗を少
なくし、切屑の排出性を一屑改善する事も効果がある。
例えば、特開２０００−５２１１９号公報には、ドリル
の切刃及び溝部にＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌ
Ｎ等の高融点硬質物質を物理蒸着によりコーティングし
た後、前記溝部表面の微細突起部を除去した深穴用ドリ
ルが提案されている。

【０００３】一方、溝の表面処理としては、切り屑を滑
らせるようにするため、潤滑性の高い皮膜（例として、
特開平１１−２９１１０３号公報）がある。ツイストド
リルに用いられている硬質皮膜としては、ＴｉＮ、Ｔｉ
ＡｌＮ等の皮膜が実用に供されている。これらの皮膜
は、耐摩耗性に優れているため、ドリル径の２倍、３倍
程度の浅穴加工に広く用いられている。また、Ｃｒ系皮
膜を被覆すると、Ｃｒ系皮膜は硬度が低く、耐摩耗性が
十分ではなく、満足される安定した長寿命が達成されて
いない。加えて、ＣｒＮ、ＣｒＣ、ＣｒＣＮ等の皮膜は
ＴｉＡｌＮ等の皮膜と比較すれば、優れた潤滑性を有す
る特徴がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ドリル径の
１０倍以上の深穴をノンステップで加工できるツイスト
ドリルを検討したところ、切り屑排出、特に、切り屑排
出は、刃溝の中途で切り屑詰まりを起こし、一度、切り
屑が滞留すると、そのまま留まってしまい、ステップ送
り等、別の工程を入れて、排出しなければならない、と
言う課題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる深穴用ド
リルは、深穴を加工する被覆ツイストドリルにおいて、
該ドリルの心厚は先端側から基端側に向けて厚みが略一
定の第一心厚部、第二心厚部とを備え、第一心厚部の心
厚を第二心厚部の心厚より大とし、該ドリルの少なくと
も切り屑排出溝にクロム化合物を含む潤滑層と４ａ、５
ａ、６ａ族、Ａｌ、Ｓｉ及びＢの１種以上とからなる金
属成分と、Ｃ、Ｎ、Ｏから選択される少なくとも１種以
上の非金属成分とから構成される硬質層、とを被覆した
ことを特徴とする深穴用ドリルである。

【０００６】

【発明の実施の形態】先ず、深穴加工時に切り屑詰まり
が発生するのは、刃溝の中途であり、本願発明では、ド
リル先端部から一定距離迄の心厚（以下、第一心厚部と
称する。）より、ドリル溝切り上り部を除く、ドリル溝
の後端側（以下、第二心厚部と称する。）の心厚を小さ
くした。この構成により、刃溝の容積を拡げ、溝を拡幅
することもてき、切り屑詰まりを起こしにくくなる。

【０００７】ドリルによる穴加工では、先端切れ刃で切
削された切屑は、先端切れ刃より後方のドリル径の約
０．５倍程度の長さの位置でドリル溝と穴内壁により、
曲げや圧縮作用を受け、切屑の形状ならびに切屑体積が
ドリル溝と穴内壁に収まる形に成形される。形成された
切屑は、ドリルの切削力により溝中に順次押し出される
が、ドリル溝と穴内壁の摩擦抵抗により、切屑の押し出
される力は減じ、穴深さが深くなるに従って、やがては
切屑を押し出す力は失われ切削詰まりを起こす。この切
屑詰まりを起こす深さが深穴用ドリルではドリル径の８
〜１０倍である。この付近で、刃溝容積を拡大すること
により、切屑を押し出す力を阻害する摩耗抵抗をより減
じる事で改善が図られる。

【０００８】次に、潤滑層はＣｒＮ、ＣｒＣ、ＣｒＣＮ
や（ＴｉＡｌＣｒ）Ｎ、（ＴｉＣｒ）Ｎ層、硬質層はＴ
ｉＮ、ＴｉＣＮ、（ＴｉＡｌ）Ｎ、（ＴｉＳｉ）Ｎ等の
周知な皮膜が用いられる。Ｃｒを含む被膜は、摩擦係数
が小さく、切り屑の擦過にも十分な耐摩耗性があるが、
切れ刃としては不十分な特性である。そのため、本願発
明では、他の硬質皮膜との組み合わせ、多層構造にした
り、合金化した皮膜等を用いることにより、切れ刃に
も、すくい面から切り屑排出溝全体に被覆することによ
り、耐摩耗性と潤滑性を同時にもたせることができる。

【０００９】更に好ましくは、第二心厚部と第一心厚部
の差をドリル径の２％以上とすることによりこの作用を
確実なものとする。ドリルの第一心厚部と第二心厚部の
心厚の差がドリル径の２％以下では、切屑を押し出す際
のドリル溝と穴内壁の摩擦抵抗を減ずる事が出来ず、ド
リル径の１０〜１５倍程度の穴深さで切屑詰まりが発生
し、心厚の差が大きくなると、相対的に第二心厚部が薄
くなり、ドリルの剛性が不足し、加工時にドリルがたわ
んだり、柄部に与えられた回転トルクを切刃に充分に伝
達できず、ドリルに捩れが生ずる為、ドリル心厚の差を
２％以上とした。好ましくは２〜１５％程度である。ま
た、第一心厚部、第二心厚部の心厚を略一定とは、通常
のウェブテーパであっても、回転軸と略平行に設けても
良く、また、ドリル製作上の都合により発生する、１０
０ｍｍにつき±０．２ｍｍ程度の勾配なら、切屑の押し
出す力を大幅に減じたり、ドリル剛性を大きく損なう事
はない。

【００１０】更に、第一心厚部の長さは、ドリルリード
の１／２以下では、切刃で生成された切屑の方向を整え
る事が出来ず、起点の位置がドリルリードの５リード以
上では、ドリル溝と穴内壁による切屑擦過の摩擦が大き
く、切屑詰まりを解消できないため、第一心厚部の長さ
は、ドリルリードの１／２以上５以下の範囲とした。

【００１１】また、心厚を変化させるに伴い、刃溝底部
でのつなぎは、段差を滑らかに継いだ階段状とすること
により、穴加工時の応力等の集中による折損を防止す
る。また、刃溝の形状も同様に、刃溝を拡幅できるが、
切り屑形態は既に第一心厚部で決まっており、切り屑排
出性を考慮し、溝形状を概相似形にする事で溝途中での
切屑の方向が乱れる事を阻止している。以下実施例に基
づき本発明を具体的に説明する。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の実施例による深穴用ドリル
の正面図、図２は、一部断面図を示す。本発明例による
深穴用ドリルは、高速度鋼（粉末ハイス）製、刃径６ｍ
ｍ、２枚刃、ねじれ角２は３８度で、第一心厚部の長さ
＝０．７５リード、ＴｉＡｌＮ＋ＣｒＮを被覆した。先
端刃のシンニング形状はＸ型とした。

【００１３】次に、本発明例によるドリルを用いて、図
２に示す一定の心厚を以外は同形状のドリルを従来例と
して用い、切削試験を行った。尚、従来例はＴｉＡｌＮ
被覆のみを行った。切削試験にあたっては、被削材とし
て、Ｓ５０Ｃを用い、穴加工深さ２０Ｄ（１２０ｍｍ）
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１５ｍ／ｍｉｎ、送り量０．０８ｍｍ／ｒｅｖ
で行い、穴加工中の切削の状態を観察しつつ、切り屑詰
まりの状態を観察した。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、穴あけを継続し
た。

【００１４】切削試験の結果、本発明例は、１穴目、ス
テップ無しにて２０Ｄ迄加工でき、更に１０穴目まで継
続した。１０穴中、振動等に異常が見られ、ステップ送
りを行った穴数は２で、他の８例はステップ無しで穴加
工を行うことができた。形成された切り屑は図３に示す
ようにリボン状であり、滞ることなく切り屑排出を行う
ことができ、加工に要した時間は、２１分であった。従
来例も同様に試験を行い、１０穴加工行い、ステップ無
しにて加工できた穴は０、切り屑詰まりによる振動等が
観察されるたびにステップ送りを行って、加工を続けた
状態であった。形成された切り屑は図４に示すように破
断された形であり、深穴加工では滞りやすく、ステップ
送りにより排除する必要があり、そのため、加工に要し
た時間が３５分となった。両者とも正常な摩耗でステッ
プ送りの有無により、加工に要する時間を２／３程度に
短縮することができた。

【００１５】次に、本発明例によるドリルを用いて、比
較例として、潤滑性膜として周知な２硫化モリブデン
０．３ミクロンを被覆し、同様に切削試験を行った。そ
の結果、１０穴目迄で、ステップ送りを要したのは、本
発明例２、比較例３と略同じであり、加工に要した時間
も、本発明例２２分、比較例２３分であった。更に、試
験を継続して、５０穴迄加工した。本発明例は、５０穴
までに、７穴でステップ送りを要し、加工に要した時間
は９２分であったが、比較例では、穴加工数が増加する
に従い切り屑詰まりが発生しやすくなり、４０穴以降で
はほとんどがステップ送りとなってしまった。このた
め、加工に要した時間は１６４分と能率の悪い加工とな
った。ロングドリルにおいては、刃先が摩耗しても、再
研磨して用いるため、切り屑等の擦過により長期にわた
り潤滑性に優れる皮膜は、より高能率な深穴加工を行う
ことができた。また、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。

【００１６】

【発明の効果】上記のように、本発明に係る深穴用ドリ
ルを用いることにより、切り屑詰まりが減少し、ステッ
プ送りの回数を減少させることができ、深穴加工の能率
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明例のドリルの正面図を示す。

【図２】図２は、図１の心厚構成を示す。

【図３】図３は、本発明例の切屑形態を示す。

【図４】図４は、比較例の切屑形態を示す。

【符号の説明】

１第一心厚部の長さ２第二心厚部の長さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】深穴を加工する被覆ツイストドリルにおい
て、該ドリルの心厚は先端側から基端側に向けて厚みが
略一定の第一心厚部、第二心厚部とを備え、該第１心厚
部の心厚を該第二心厚部の心厚より大とし、該ドリルの
少なくとも切り屑排出溝にクロム化合物を含む潤滑層と
４ａ、５ａ、６ａ族、Ａｌ、Ｓｉ及びＢの１種以上とか
らなる金属成分と、Ｃ、Ｎ、Ｏから選択される少なくと
も１種以上の非金属成分とから構成される硬質層、とを
被覆したことを特徴とする深穴用ドリル。
【請求項２】請求項１記載の深穴加工用ドリルにおい
て、該第一心厚部の心厚は該第二心厚部の心厚よりドリ
ル直径の２％以上、厚くしたことを特徴とするツイスト
ドリル。
【請求項３】請求項１記載の深穴用ドリルにおいて、前
記皮膜がクロム窒化物であることを特徴とする深穴用ド
リル。
【請求項４】請求項１乃至３記載の深穴用ドリルにおい
て、前記皮膜がチタン、アルミ、クロムの窒化物である
ことを特徴とする深穴用ドリル。