JP2003127015A - 深穴加工用ドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ドリル直径の２０〜４０倍程度の深穴をノンス
テップで加工できるツイストドリルを提供することを目
的とする。 【解決手段】深穴を加工するツイストドリルにおいて、
該ドリルの刃部の心厚が先端側から基端側に向けて、厚
みが略一定の第一心厚部１、第二心厚部２とを備え、該
第一心厚部の心厚を該第二心厚部の心厚より大とし、且
つ、該ドリル溝底部の曲率を先端側と基端側で異ならせ
たことを特徴とする深穴加工用ドリルであり、更には、
第一心厚部の心厚を、ドリル直径の２％以上８％以下小
さくし、該第一心厚部の長さをドリル径の１／２以上１
０以下に設けることにより、切屑排出性を高めた深穴加
工用ドリルである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、加工深さがドリル直
径の２０〜４０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、切り屑排出溝中に詰まる
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プ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３−３３３７
５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、ドリル径の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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、ドリル直
径の２０〜４０倍程度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
ばならないという課題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願発明では、上記の課
題を解決するため、ドリル直径の３０倍以上の深穴をノ
ンステップ加工できるツイストドリルを鋭意研究した結
果、深穴を加工するツイストドリルにおいて、該ドリル
の刃部の心厚が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、該第一心厚部の
心厚を該第二心厚部の心厚より大とし、且つ、該ドリル
溝底部の曲率を先端側と基端側で異ならせたことを特徴
とする深穴加工用ドリルである。また、第一心厚部の心
厚を、ドリル直径の２％以上８％以下小さくし、該第一
心厚部の長さをドリル径の１／２以上１０以下に設け、
更に、ドリル溝底部の溝断面曲率が先端側と基端側で異
なり、先端切刃側のドリル溝底部の溝断面曲率半径が、
ドリル直径の０．０５倍以上０．５０倍以下とし、更
に、第二心厚部の軸直角断面で、ヒール面をドリル径の
１〜２５％回転方向前方側に直線状或いは、曲線状に傾
斜させることにより、切屑排出性を高めた深穴加工用ド
リルである。

【０００５】

【発明実施の形態】先ず、深穴加工時に切屑詰りが発生
するのは、刃溝の途中であり、本願発明では、ドリル先
端部から一定距離までの心厚（以下、第一心厚部と称す
る）より、ドリル溝切り上がり部を除く、ドリル基端側
の心厚（以下、第二心厚部と称する）を小さくし、更に
第二心厚部の軸直角断面で、ヒール面をドリル径の１〜
２５％回転方向前方側へ傾斜させた。この構成により、
切削ならびに切屑の搬送作用を行う掬い面の形状を変え
ることなく、刃溝の容積を拡げ、溝を拡幅することもで
き、切屑詰まりを起こしにくくなる。また、ドリル溝底
部の溝断面曲率を先端切れ刃側と基端側で異なる値と
し、切屑の溝面への接触部分を少なくして、切屑の溝中
の流れを良くすると共に、先端切れ刃側溝断面曲率をド
リル径の０．０５倍以上０．５０倍以下とする事で、切
屑の流出方向を制御し、リボン状切屑の生成を促し、切
屑の排出性を良好にする。

【０００６】パラボリック溝形状の深穴ドリルによる穴
加工では、喰い付き時、加工穴内壁の拘束を受けない累
線状切屑を除いて、先端切刃で切削された切屑の先端部
は、ドリル中心部とドリル外周切刃の切削速度の差によ
りドリル中心を支点として、扇状に切屑が生成され、溝
掬い面を滑りながら、溝底部の曲率と穴内壁の接触によ
りカールし、曲げや圧縮作用を受け、切屑の先端部分
は、形状並びに切屑体積がドリル溝と穴内壁に収まる形
に成形されるこの位置が、ドリル切刃の長さに該当し、
ドリル先端より基端側へ向けて、ドリル径の約１／２倍
以上の位置である。さらに、切屑の先端部分は、ドリル
溝と穴内壁に拘束され、ドリル溝面に添って流れ、この
先端部分に続いて切削された切屑は継ながりながら連続
しているので、切屑本来の形態である切削速度の差によ
る扇状に切屑が回り込もうとする力を溝に添う形に矯正
され、リボン状切屑として、連続的に生成される。切屑
がこの溝に添う形に矯正される際には、リボン状切屑の
内側にクラックが入ったり、ドリル掬い面（溝面）に密
着し、ドリルの芯を絞め付ける力も働く。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耗抵抗により、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。この付近では、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擦抵抗をより
減じる事で改善が図られる。

【０００７】ドリル直径の２０倍以上の加工の際には、
切屑排出道程が長くなり、切屑排出抵抗が著しく増加す
る。この排出抵抗の大きなものとして、切屑の加工穴内
壁との摩擦及びリボン状切屑のドリル溝面へ密着する摩
擦がある。先ず、加工穴内壁との摩擦は、ドリルによる
穴加工で、先端切れ刃で切削された切屑は、先端切れ刃
より後方のドリル直径の約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
くになるに従って、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、ドリル直径の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】より好ましくは、第二心厚部と第一心厚部
の差をドリル直径の２％以上８％以下とすることによ
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直径の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、ドリル直径の１０〜１５倍程度の穴深さ
で切屑詰まりが発生し、心厚の差が８％以上では、相対
的に第二心厚部の心厚が薄くなり、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
ずるため、ドリル心厚の差を２％以上８％以下とした。
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、１
００ｍｍにつきプラスマイナス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。

【０００９】更に、第一心厚部の長さは、ドリル径の１
／２倍以下では、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径の１０倍以上では、
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
ル径の１／２倍以上１０倍以下の範囲とした。

【００１０】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、刃溝の容積を拡げた
り、拡幅でき、切り屑形態は既に第一心厚部で決まって
いるため、溝形状が変化しても、溝途中での切屑の方向
が乱れる事はない。更に、概第一心厚部を２段以上とす
ることにより、多数の階段状で構成しても同様な効果が
得られる。

【００１１】また、切刃で生成されたリボン状切屑は、
ドリル掬い面（溝面）に密着し、溝中を流れるため、切
屑とドリル掬い面の摩耗により、切屑排出力が失われ
る。それ由、先端切刃側と溝基端側のドリル溝底部の曲
率を異なるものとし、切屑の溝面への接触を面接触から
線接触へする事で、摩擦力を減ずる事ができ、切屑排出
力の減衰を緩和できる。第一心厚部のドリル溝底部の曲
率は、切屑の成形や切屑の流出方向を制御する重要な要
因である為、これらの作用がなくなる地点、第一心厚部
の終縁以降溝底部の曲率が異なれば良い。

【００１２】尚、溝底部の曲率は、先端切刃側部分は、
切屑の生成、制御に大きく影響し、溝底部の曲率がドリ
ル径の０．０５Ｄ以下では、溝底が狭くなりすぎて、切
り屑のハサミ込みにより、切屑の排出性が劣り、ドリル
径の０．５０Ｄ以上では、切屑が溝内で連続してカール
し、螺旋状切屑となり、切屑の体積が増加し、切屑詰ま
りを起こす。更に、溝基端側の溝底曲率は、先端切刃側
と異なるものであれば、溝と切屑の接触ポイントが変化
し、面接触から線接触へ変化するので、摩擦の減少効果
は認められるが、曲率を小さくした場合は、切屑が溝底
より浮き上がり、穴内壁へ接し穴内壁との摩擦が生じる
ので、曲率を大きくし、切屑周辺に隙間を与えたが方が
効果的であり、この曲率の大きさはドリル剛性を損なわ
ない範囲であれば、任意の値でよい。また、基端側溝底
部の曲率は、基端側途中において、幾つかの曲率をそれ
ぞれ用いても効果を得る事が出来る。

【００１３】また、切れ刃で生成されるほぼ同一形状の
切屑は、第一心厚部で圧縮成形されるが、加工材料の組
織分布の不均衡等により、まれに、異なった切屑が生成
される場合があり、この切屑によって、定常的な切屑の
排出作用が乱され、安定性を欠く事態が発生することが
ある。そこで、第二心厚部の軸直角断面で、ヒール面を
ドリル回転方向前方側へドリル径の１％以上傾斜させる
ことで、更に溝を拡幅し、切屑形状の不測の事態におい
ても、安定した切屑排出作用が維持される。ドリル径の
２５％以上では、ドリル剛性が不足し、切削自体が不安
定となり折損の危険性が増大する。

【００１４】更に、該ドリルにクーラントホールを設け
て、クーラントとして油性切削油、水溶性切削油、ミス
と及びエアー等々を送ることにより、穴開け加工によっ
て生ずる切削熱を冷却し、また潤滑性を高め、切屑排出
をよりスムーズに行うことができる。以下、実施例に基
づき本発明を具体的に説明する。

【００１５】

【実施例】本発明例１として、図１に示すパラボリック
溝で、図２に示す心厚構成を有したコバルトハイス製ス
トレートシャンク深穴ドリル、すなわち、ドリル径＝
６．０ｍｍ、溝長＝２００ｍｍ、全長２５０ｍｍ、第一
心厚部＝０．４×Ｄ、第二心厚部＝０．３６×Ｄ、第一
心厚部の長さ＝６×ドリル径、ドリル溝底部の曲率半
径：第一心厚部側０．１５×ドリル径、第二心厚部側
０．３８×ドリル径、第二心厚部の軸直角断面でヒール
面を曲面状にドリル径の１８％回転方向前方側に傾斜、
ドリル捩れ角＝４０°、表面処理＝酸化皮膜処理を製作
した。また。比較例２として、コバルトハイス製ストレ
ートシャンク深穴ドリル、ドリルの心厚が０．４ Ｄの
平行心厚で、第二心厚部の軸直角断面が回転方向前方側
に傾斜しておらず、それ以外は本発明例１と同じドリル
を製作した。次に、本本発明例１、比較例２を５本用い
て、切削速度＝２５／ｍｉｎ、１回転の送り量＝０．０
７２ｍｍ／ｒｅｖ、水溶性切削油、立て型マシニングセ
ンター（３．７ＫＷ、ＢＴ３０）を用い、Ｓ５０Ｃ、生
材をノンステップで立て型マシニングセンターの電流計
が５０％ロードを超える地点（切屑が詰まってロードが
上昇する）まで、加工できた穴深さとその時の切屑の状
態を各１０穴加工して調べた。

【００１６】本発明例１では、各々の平均で、２５Ｄ、
２５Ｄ、２５Ｄ、２５Ｄ、２５Ｄで有り、ステップ送り
なしで２５倍の深穴加工を行うことができ、形成された
切屑は、図３に示すようにリボン状であり、切り屑排出
に障害とならない良好な形態を示した。また、比較例２
では、各々の平均で１０．６Ｄ、１０．４Ｄ、１０．６
Ｄ、１０．２Ｄ、１０．３Ｄまでの加工しかできず、い
ずもれ切り屑詰まりにより、折損の危険があり、立型マ
シニングセンターの電流計の値５０％オーバーの加工深
さで試験を中止した。形成された切り屑は、図４に示す
ようであり、切り屑排出の障害となった。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。

【００１７】

【発明の効果】本願発明を適用することにより第二心厚
部の刃溝及び穴内壁と切屑の摩擦を減少し、切屑の押し
出す力を長く維持出来るため、ノンステップでドリル直
径の３０倍以上の切削加工が可能になった。

【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の断面図を示す。

【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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 深穴を加工するツイストドリルにおい
   て、該ドリルの刃部の心厚が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、
   該第一心厚部の心厚を該第二心厚部の心厚より大とし、
   且つ、該ドリル溝底部の曲率を先端側と基端側で異なら
   せたことを特徴とする深穴加工用ドリル。
2. 【請求項２】 請求項１記載の深穴加工用ドリルにおい
   て、該第二心厚部の心厚は、第一心厚部の心厚よりドリ
   ル直径の２％以上８％以下、小さくしたことを特徴とす
   るツイストドリル。
3. 【請求項３】 請求項１記載の深穴加工用ドリルにおい
   て、該第一心厚部の長さをドリル径の１／２以上１０以
   下としたことを特徴とする深穴加工用ドリル。
4. 【請求項４】 請求項１乃至２記載の深穴加工用ドリル
   において、該ドリル溝底部の溝断面曲率半径が、先端切
   刃側でドリル直径の０．０５倍以上０．５０倍以下とし
   たことを特徴とする深穴加工用ドリル。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４記載の深穴加工用ドリル
   において、該第一心厚部が２段以上の階段状としたこと
   を特徴とする深穴加工用ドリル。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５記載の深穴加工用ドリル
   において、第二心厚部の軸直角断面で、ヒール面をドリ
   ル径の１〜２５％回転方向側に、直線状或いは曲線状に
   傾斜させたことを特徴とする深穴加工用ドリル。
7. 【請求項７】 請求項１乃至５記載の深穴加工用ドリル
   において、該ドリルにクーラントホールを設けたことを
   特徴とする深穴加工用ドリル。