JP2003205411A - 深穴加工用ドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ドリル直径の１５〜３０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。 【構成】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、第二心厚部と厚みを徐々に厚くし
た第三心厚部とを備え、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。

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１５〜３０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バ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１５〜３０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。さらに、横型での加工の
場合、深穴加工用ドリルは突き出し長さが長く、片持ち
梁りの状態となり、ドリル自重によりドリル先端部が撓
み、この状態でドリルを回転させるとドリル溝終端部を
頂点とした円錐状にドリル先端が回転とともに振られ、
ドリル溝終端部には繰り返し荷重が作用し、やがて材料
の疲労破壊によりドリル溝終端部より折損すると云う課
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１５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、第二心厚部と厚みを徐々に厚くした第
三心厚部とを備え、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、第一心厚部の心厚と第二心厚部の心
厚とを、ドリル直径の２％以上８％以下小さくし、該第
一心厚部の長さがドリル径の１／２以上１０以下で第三
心厚部の心厚がドリル径の０．４０倍以上１．０倍以下
で、第三心厚部の長さがドリル径の２倍以上１０倍以下
に設け、更に、ドリル溝底部の溝断面曲率が先端切刃側
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
下に設けることにより、切屑排出性を高めつつ溝終端部
の剛性を高めて耐折損性を改善し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、ドリル溝切り上り部を除く、ドリル溝
基端側の心厚（以下、第二心厚部と称する。）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
こともでき、切り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、先端切刃側断面曲率を
ドリル直径の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、溝底部の曲率を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を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
いすので、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を穴内壁に収まる形
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。

【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
ウ径の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、該第一心厚部を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
屑を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よい。

【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
屑のハサミ込みにより、切屑の排出性が劣り、ドリル径
の０．０５Ｄ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がほうが
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、溝終端に向って心厚を徐々に厚くし
た第三心厚部を設ける事により、特に深穴横型加工の際
のドリル自重によるドリル先端部の撓みを防止し、使用
切削速度上限値２５ｍ／ｍｉｎでの使用時の溝終端部で
の折損を防止するため、第三心厚部の心厚をドリル径の
０．４０倍以上にした。更に、溝中を押し上げられてき
たリボン状切屑の先端がドリル把持チャックやコレット
端面にぶつかって、切屑の排出を妨げる事があるので、
切屑を溝終端部で円心力により逆円錐状に外側に拡ろ
げ、ドリル把持チャックやコレットにぶつからなくする
と共に、ドリルより外れやすくするため、第三心厚部の
心厚をドリル径の１．０倍以下とした。また、ノンステ
ップ加工性能を維持するためには、ドリル溝の長さを第
三心厚部の長さと同等分長くする必要があり、第三心厚
部の長さがドリル径の２倍以下では、第二心厚部と第三
心厚部の継ぎ部分が急勾配となり、切削加工時の応力分
散が充分に行われず、折損の危険性が高かった。第三心
厚部の長さがドリル径の１０倍以上では、ドリル溝の長
さが長くなり、突き出し時のドリル自重による撓みが増
加し、加工時折損の危険性が高くなるので、第三心厚部
の長さをドリル径の２倍以上１０倍以下とした。尚、第
三心厚部の心厚と長さをこの範囲に設定すれば、該第三
心厚部の心厚形状が第二心厚より一定比率で増加、或い
は２つ以上の比率の組み合わせで増加、階段状の比率等
の組み合わせの増加でも効果は得られるが、一定比率で
増加する形状が応力の分散、切屑のドリルからの離脱状
況からして好ましい。更に、該ドリルクーラントホール
を設けて、クーラントとして油性切削油、水溶性切削
油、ミスト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出来る。以下、実
施例に基づき本発明を具体的に説明する。

【００１４】

【実施例】（実施例１）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＝２３０ｍｍ、全長＝３２
０ｍｍ、第一心厚部１＝０．４×Ｄ、第二心厚部２＝
０．３６×Ｄ、第三心厚部３＝０．５５×Ｄ、第一心厚
部の長さ＝６×ドリル径、第三心厚部の長さ＝５×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、ドリル
捩れ角＝４０°、表面処理＝酸化被膜処理を製作した。
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０．４Ｄの平行心厚
以外は本発明例１と同じドリルを製作した。

【００１５】次に、本発明例１、比較例２を５本用い
て、切削速度＝２５ｍ／ｍｉｎ、１回転の送り量＝０．
０７２ｍｍ／ｒｅｖ、水溶性切削油、横型マシニングセ
ンター（３．７ｋｗ、ＢＴ３０）を用い、Ｓ５０Ｃ、生
材をノンステプで横型マシニングセンターの電流計が５
０％ロードを越える地点（切屑が詰まってロードが上昇
する）まで、加工出来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。本発明例１では、各々の平均
で、３０Ｄ、３０Ｄ、３０Ｄ、３０Ｄ、３０Ｄで有り、
ステップ送りなし３０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、
１０．６Ｄ、１０．２Ｄ、１０．３Ｄまでの加工しかで
きず、いずれも切屑詰まりにより、折損の危険があり、
横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。形成された切屑は、図４に
示すようであり、切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。

【００１６】（実施例２）比較例３〜６として本発明例
１のドリルと同仕様で第三心厚をドリル径の０．３５
倍、０．４０倍、０．５５倍、１．０倍とし、第三心厚
部の長さをドリル径の１．０倍（溝長２０６ｍｍ）で製
作した。比較例３〜６のドリル各々３本を、切削速度＝
２５ｍ／ｍｉｎ、１回転の送り量＝０．０７２ｍｍ／ｒ
ｅｖ、水溶性切削油、横型マシニングセンター（３．７
ｋｗ、ＢＴ３０）を用いて、Ｓ５０Ｃ生材をノンステッ
プで１８０ｍｍ（３０Ｄ）を３０穴加工し、ドリルの状
態を確認した。その結果、いずれの第三心厚のドリルに
おいても１穴〜３穴加工時点で、第３心厚部が短く心厚
の変化が大きいため、溝終端部で折損した。

【００１７】（実施例３）比較例７、本発明例８〜１０
として、本発明例１のドリルと同仕様で、比較例７は第
三心厚をドリル径の０．３５倍、本発明例８〜１０は、
同０．４０倍、０．５５倍、１．０倍とし、第三心厚部
の長さをドリル径の２．０倍（溝長２１２ｍｍ）で製作
した。比較例７、本発明例８〜１０のドリル各々３本を
実施例２と同様に穴加工し、ドリルの状態を確認した。
その結果、比較例７は、１穴加工終了後ドリル先端が加
工ワークより外れた時点で、溝終端部で折損した。これ
以外のドリルは各々３０穴加工出来た。

【００１８】（実施例４）比較例１１、本発明例１２〜
１４として、本発明例１のドリルと同仕様で、比較例１
１は、第三心厚をドリル径の０．３５倍、本発明例１２
〜１４は、０．４０倍、０．５５倍、１．０倍とし、第
三心厚部の長さをドリル径の５．０倍（溝長２３０ｍ
ｍ）で製作した。比較例１１、本発明例１２〜１４のド
リル各々３本を実施例２と同様に穴加工し、ドリルの状
態を確認した。その結果、比較例１１は、１穴加工終了
後ドリル先端が加工ワークより外れた時点で、溝終端部
で折損した。本発明例１２〜１４は各々３０穴加工出来
た。

【００１９】（実施例５）比較例１５、本発明例１６〜
１８として、本発明例１のドリルと同仕様で、比較例１
５は、第三心厚をドリル径の０．３５倍、本発明例１６
〜１８は、同０．４０倍、０．５５倍、１．０倍とし、
第三心厚部の長さをドリル径の１０．０倍（溝長２３０
ｍｍ）で製作した。比較例１５、本発明例１６〜１８の
ドリル各々３本を実施例２と同様に穴加工し、ドリルの
状態を確認した。その結果、比較例１５は、１穴加工終
了後ドリル先端が加工ワークより外れた時点で、溝終端
部で折損した。本発明例１６〜１８は、各々３０穴加工
出来た。

【００２０】（実施例６）比較例１９、本発明例２０〜
２２として、本発明例１のドリルと同仕様で、比較例１
９は、第三心厚をドリル径の０．３５倍、本発明例２０
〜２２は、０．４０倍、０．５５倍、１．０倍とし、第
三心厚部の長さをドリル径の１２．０倍（溝長２７２ｍ
ｍ）で製作した。比較例１９、本発明例２０〜２２のド
リル各々３本を実施例２と同様に穴加工し、ドリルの状
態を確認した。その結果、比較例１９は、１穴加工終了
後、ドリル先端が加工ワークより外れた時点で、溝終端
部で折損した。本発明例２０は、３穴〜６穴で第三心厚
が、本発明例２１は、５〜９穴で、本発明例２２は、５
〜８穴でいずれも同様に折損した。

【００２１】（実施例７）本発明例２３〜２６として、
本発明例１のドリルと同仕様で、第三心厚をドリル径の
２倍の長さ毎に、ドリル径の０．４倍、０．６倍、０．
８倍、１．０倍とした第三心厚部階段状のドリル（溝長
２４８ｍｍ）を製作した。本発明例２３〜２６のドリル
各々３本を実施例２と同様に穴加工し、ドリルの状態を
確認した。その結果、各々３０穴加工出来たが、実施例
１の加工状態と比べて、切屑のドリルからの離脱が悪く
リボン状切屑がドリル溝中に二重に重なる現象が一部に
観られた。

【００２２】（実施例８）次に、本発明例２７として、
本発明例１のドリルと同様で、第三心厚をドリル径の４
倍の長さで、ドリル径の０．５５倍、本発明例２８とし
て、同ドリル径の８倍の長さでドリル径の１．０倍とし
た、２つの比率で第三心厚が構成され増加するドリル
（溝長２４８ｍｍ）を製作した。本発明例２７、２８の
ドリル各々３本を実施例２と同様に穴加工し、ドリルの
状態を確認した。その結果、各々３０穴加工出来たが実
施例１の加工状態を比べて加工中に工具の共振によるコ
モリ音の発生が観られた。

【００２３】

【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うえ、立型加工はもちろん、横
型加工においても第三心厚部の構成により、ドリル剛性
が向上するとともに応力が分散され折損防止を図りつ
つ、ノンステップでドリル直径の３０倍の切削加工が可
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 ２ 第二心厚部 ３ 第三心厚部

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、第二心厚部と厚みを徐々に厚
   くした第三心厚部とを備え、該第一心厚部の心厚を該第
   二心厚部の心厚より大とし、該第三心厚部の心厚をドリ
   ル直径の０．４０倍以上１．０倍以下とし、且つ、該ド
   リル溝底部の曲率を先端側と基端側とで異ならせたこと
   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３記載の深穴加工用ドリルに
   おいて、該第三心厚部の長さをドリル径の２倍以上１０
   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。
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、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。
7. 【請求項７】請求項１乃至７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。