JP2003340623A - ドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 細深穴加工において、バックテーパを有する
ドリルであってもドリルの剛性の低下を防止でき、ドリ
ルの外周と加工された穴の壁面とのクリアランスでの切
屑の噛み込みを防止できるドリルを提供する。 【解決手段】 ドリル１０の先端部１１と先端部から根
元部１３までの間に位置する中間位置１４との間に外径
が先端部から漸次減少するバックテーパ部１５と、中間
位置から根元部の間に外径が一定であるストレート部１
６とを有することを特徴とするドリル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、深穴加工に用いら
れるドリルに関する。

【０００２】

【従来の技術】ドリルの外径が先端部から根元部まで一
定である場合、切削に寄与する刃先の隅部以外のドリル
の外周と加工された穴の壁面とが、全長にわたって接触
する。このため、ドリルの外周の摩耗が大きくなり、ド
リルの耐久性が低下する。これを解決するために、ドリ
ルの先端部から根元部にかけてドリル外径を漸減するバ
ックテーパが形成されたドリルが知られている。

【０００３】ドリルを用いた切削加工により発生する切
屑は、螺旋状となってドリルに設けられた溝によるスク
リュー効果によって押し出され、ドリル穴から外側に排
出される。このとき、ドリルの送り速度と回転数との関
係にもよるが、切屑は連続した螺旋状とはならずに、送
りによって破断しながら排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したドリルでは、
ドリルの外周と加工された穴の壁面とのクリアランスが
徐々に大きくなっていくため、ドリルの外周と加工面と
の接触を防止し、ドリルの外周の摩耗を防止することが
できる。しかしながら、クリアランスがドリルの送りに
よって生じる切屑の破断部よりも大きくなると、クリア
ランスに破断部が入り込んで切屑を噛み込みやすくな
る。そのため、ドリルの溝と加工された穴の壁面で囲ま
れる通路内の切屑全体の排出が、クリアランスにおいて
噛み込まれた切屑の破断部によって阻害され易くなる。
したがって、切屑の堆積が助長され、ドリルにかかる負
荷が大きくなる。また、バックテーパにより根元部の径
が最も小さくなり、すなわち断面積が小さくなるため、
根元部におけるドリルの剛性が低下する。ドリルが大径
で短い場合には、さほど問題とはならない。しかし、ド
リルが細長状である場合には、ドリルの破壊要因にもな
り得る。

【０００５】本発明は、上記従来技術に伴う課題に鑑み
てなされたものであり、ドリルの剛性の低下を防止で
き、ドリルの外周と加工された穴の壁面とのクリアラン
スでの切屑の噛み込みを防止できるドリルを提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記す
る手段により達成される。

【０００７】（１）ドリルの先端部と先端部から根元部
までの間に位置する中間位置との間に外径が先端部から
漸次減少するバックテーパ部と、中間位置から根元部の
間に外径が一定であるストレート部とを有することを特
徴とするドリル。

【０００８】（２）切削加工時における、前記ドリルに
より切削された穴の壁面と前記ストレート部の外周との
間のクリアランスは、前記ドリルの送りにより生じる切
屑の破断部の最小厚さよりも小さく設定されることを特
徴とする（１）に記載のドリル。

【０００９】（３）前記ドリルの内部に切削油剤とガス
との混合物を供給するための通路と、前記ドリルの先端
部に前記通路に連通する孔を有することを特徴とする
（１）または（２）に記載のドリル。

【００１０】

【発明の効果】上記のように構成した本発明は以下の効
果を奏する。

【００１１】請求項１に記載の発明によれば、先端側は
バックテーパを有しており、加工された穴の壁面との摩
耗が低減されるためにドリルにかかる負荷を低減でき、
折損を防止することができる。さらに、中間位置より根
元部までのバックテーパが無くなるため、切削加工時に
ドリル外周と加工された穴の壁面との間のクリアランス
が一定以上に大きくならない。したがって、切屑の噛み
込みを防止し、ドリルの溝と加工された穴の壁面とで囲
まれた通路において切屑の堆積が助長され難く、ドリル
にかかる負荷を低減することができる。ドリルの最小径
は、ドリルの全長にわたってバックテーパを有するドリ
ルの最小径よりも大きくなり、断面積が大きいために剛
性の低下を防止することができ、ドリルの折損を防止す
ることができる。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、ドリルに
より切削された穴の壁面とストレート部の外周との間の
クリアランスが、ドリルの送りにより生じる切屑の破断
部の最小厚さよりも小さく設定してあるため、破断部の
厚さの小さい部位が前記クリアランスに入り込んで詰ま
ることなく、切屑全体がドリル溝に拘束されつつドリル
穴から排出が可能となり、そのため、切削負荷が低減で
きてドリルが細長状であっても折損することがない。

【００１３】請求項３に記載の発明によれば、通路を介
してドリルの先端部の孔から切削油剤とガスとの混合物
を供給するため、切削油剤が節約できて作業環境が良好
となるのみならず、切削負荷が低減できる。すなわち、
切削加工時に発生する熱が切削油剤により過剰に冷却さ
れることなく、切屑の熱膨張によってドリルにより切削
された穴の壁面との間の摩擦力が大きくなり、切屑の破
断が促進される。そのため、ドリルの送りにより切屑が
早期に破断するようになり、この破断部も細長く残るこ
とがないことから、破断部の最小厚さが極めて大きなも
のとなる。そのため、ドリルにより切削された穴の壁面
とストレート部の外周との間のクリアランスに対して切
屑の破断部を十分大きくすることができるので、前記破
断部の厚さの小さい部位がクリアランスに入り込むのを
確実に防止でき、切削負荷が低減できて、ドリルが細長
状であっても折損することがない。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。

【００１５】図１は、本発明に係るドリル１０の側面図
である。

【００１６】図１において、ドリル１０は、先端部１１
と先端部１１から根元部１３までの間に位置する中間点
１４（中間位置に相当する）との間に、外径が先端部１
１から漸次減少するバックテーパ部１５を有している。
さらに、中間点１４から根元部１３の間に、外径が一定
であるストレート部１６を有している。

【００１７】図２（Ａ）は、ドリル１０を先端部１１か
ら見た正面図、図２（Ｂ）は、ドリル１０の先端部１１
近傍の側面図である。

【００１８】図１および図２（Ａ）において、ドリル１
０は内部に切削油剤または切削油剤とガスとしてのエア
ーとの混合物を供給するための供給路２１（通路に相当
する）を有している。供給路２１は、図１に示されるド
リル１０の後端１９より、図示しない切削油剤の供給源
に連通している。図２（Ａ）および（Ｂ）において、ド
リル１０は先端部１１に供給路２１に連通する供給孔２
２（孔に相当する）を有している。供給孔２２から切削
油剤とガス（エアー）との混合物がドリル１０に供給さ
れ、切削加工時に発生する摩擦熱の低減と切屑の排出の
促進とが行われる。

【００１９】本実施形態では、切削油剤の使用量を極力
少なくするため、供給路２１に切削油剤とガス（エア
ー）との混合物を供給し、供給孔２２からミスト状にし
てドリル１０に供給するセミドライ方式を用いる。

【００２０】図２（Ａ）には、心厚２３が示されてい
る。心厚２３が小さいとドリル１０の断面積が減少する
ために剛性が低下し、ドリル１０が折損し易くなる。一
方、心厚２３が大きいと切削に寄与する部分が少なくな
る。好適な心厚２３の厚みは、例えば、ドリル１０が超
硬であって被削材が自動車のクランクシャフト材の場
合、先端部１１の径に対して２８〜３５％程度である。

【００２１】図３は、切削加工中のドリル１０と被削材
との関係を示す概略図である。

【００２２】切削加工時における、ドリル１０により切
削された加工面３１（穴の壁面に相当する）とストレー
ト部１６の外周１７との間のクリアランス３２は、外周
１７が摩耗しない程度に大きく、かつ、切削加工時の送
りにより生じる切屑の破断部を噛み込まない程度、すな
わち切屑の破断部の最小厚さよりも小さく設定されてい
る。例えば、ドリル１０が超硬であって被削材が自動車
のクランクシャフト材の場合に好ましい値を次に示す。
ドリル１０の送りにより生じる切屑の破断部の最小厚さ
（図５（Ａ）に示すｔ１、および、同図（Ｂ）に示すｔ
２に相当する）が平均して０．１ｍｍ程度の場合、ドリ
ル１０は細長状となっていて、その先端部１１の外径が
５ｍｍ〜１０ｍｍ、バックテーパ部１５の長さが５０ｍ
ｍについて、バックテーパは１００ｍｍにつき０．１〜
０．１５ｍｍである。すなわち、ストレート部１６にお
けるクリアランス３２は０．０５〜０．０７５ｍｍが好
ましい。

【００２３】かかる構成により、バックテーパを先端部
から根元部までつける場合と比較して根元部１３の径が
大きくなる。すなわち、根元部１３の断面積が大きいた
め、ドリル１０の剛性を向上することができ、ドリル１
０の折損を防止することができる。先端部１１以外の外
周１７と加工面３１との間隔であるクリアランス３２が
十分に確保される。したがって、先端部１１以外の外周
１７の摩耗が低減され、ドリル１０の耐久性が向上す
る。中間点１４からバックテーパが無くなるため、中間
点１４における間隔以上にはクリアランス３２が大きく
ならない。外周１７と加工面３１との間のクリアランス
３２の最大値はドリル１０の送りにより生じる切屑の破
断部の最小厚さよりも小さいため、切屑を噛み込む虞が
少なく、切屑の堆積の助長を防止することができる。以
上のように、ドリル１０にかかる負荷を低減でき、ドリ
ルの耐久性を向上することができる。

【００２４】切削油剤の供給をセミドライ方式で行う
と、切屑を排出する能力が切削油剤のみを多量に使用す
る場合と比較して低下するように思われるが、本実施形
態では切屑排出性の高いドリル１０を用いるため、効率
的な切屑の排出を行うことができ、これについての詳細
は後述する。

【００２５】他の実施形態として、前述した実施形態に
加えて先端部１１の溝幅比を他の部位よりも小さい構造
にすることもできる。ここで、溝幅比を小さくした部位
を前部１２と称する。溝幅比の小さい前部１２により、
切削加工時に発生する切屑が小さくなり、排出に必要と
なる力が小さくなる。一方、前部１２以外の溝幅比は大
きいままであり、前部１２以外における溝１８と加工面
３１とで囲まれる排出路３３は小さくならない。そのた
め、切屑の堆積の発生をより好適に防止することがで
き、切屑がスムーズに排出される。なお、溝幅比を小さ
くした前部１２の長さは、長すぎると切屑排出性の向上
効果が薄れ、短すぎると切刃の再研削可能回数が少なく
なるため、ドリル径の１〜２倍程度が好ましい。

【００２６】（実施例）実施例では、自動車のクランク
シャフトに細長穴を形成するための深穴加工用のドリル
１０を作製した。

【００２７】実施例は、先端部１１の径が６ｍｍ、フル
ート長さ４１が２０５ｍｍである。溝幅比はクランクシ
ャフトの深穴加工用に一般的に用いられている０．８：
１である。ただし、切屑を小さくすることによって排出
に必要な力を低減するため、前部１２の溝幅比は他の部
位よりも小さい０．７：１にした。切屑排出性の向上効
果と、切刃の再研削可能回数とを考慮し、前部１２の長
さは９ｍｍである。先端部１１の心厚２３は、先端部１
１の外径に対して３５％の厚さである。先端部１１から
中間点１４までは５０ｍｍである。バックテーパは１０
０ｍｍあたり０．１ｍｍであり、ストレート部１６の外
径は５．９ｍｍである。バックテーパ量とストレート部
１６との大きさは、外周１７と加工面３１とで発生する
摩耗の防止と、発生する切屑をクリアランス３２におい
て噛み込まないこととの観点からトライアンドエラーに
よって決定した。ドリル１０の材質はＡＣＺ７０Ｓであ
る。

【００２８】実施例におけるバックテーパ部１５とスト
レート部１６とを有する構造による効果を明確にするた
めに、全長にわたってバックテーパを有しているドリル
を対比例として作製した。

【００２９】対比例は、先端部の径が６ｍｍ、フルート
長さが２０５ｍｍである。溝幅比は先端部から根元部ま
で０．８：１で一定である。先端部から根元部まで１０
０ｍｍあたり０．３ｍｍのバックテーパを有している。
ドリルの材質はＡＣＺ７０Ｓである。

【００３０】図４（Ａ）は、対比例のドリルと切削油剤
とを用いた場合における、加工穴の深さと切削負荷との
関係を示した図である。図４（Ｂ）は、実施例のドリル
１０と微少量の切削油剤をエアーで送出する方法（セミ
ドライ方式）とを用いた場合における、加工穴の深さと
切削負荷との関係を示した図である。図５（Ａ）は、図
４（Ａ）の対比例の切屑形状を示した図であり、図５
（Ｂ）は、図４（Ｂ）の実施例の切屑形状を示した図で
ある。

【００３１】評価試験は、被削材としてクランクシャフ
トに用いられるＳＶ４０Ｃを用い、これに次の条件で穴
をあけて切削負荷の変動を調べた。それぞれ、切削速度
Ｖ＝８０ｍ／ｍｉｎ、送りｆ＝０．１６ｍｍ／ｒｅｖ、
加工穴深さ１００ｍｍである。

【００３２】図４（Ａ）に示される対比例のドリルを用
いた結果では、穴の深さが４０ｍｍを超えた付近から切
削負荷が急激に増大している。対比例では、バックテー
パが先端部から根元部まで全長にわたってついているた
め、ドリルの外周と加工面との間が大きくなる部分で切
屑の噛み込みが発生し易い。切屑の噛み込みが切削深さ
４０ｍｍ以上で発生し易くなったため、それよりも深い
位置での切削負荷が大きくなった。対比例においては、
切屑の排出を促進するために切削油剤のみを多量に供給
している。しかし、図５（Ａ）に示すように、ドリルの
送りにより生じる破断部は細長く残り、最小厚さｔ１は
小さくなり、ドリル外周と加工面とのクリアランスが破
断部の最小厚さｔ１よりも大きくなって、ドリルの外周
と加工面とのクリアランスに噛み込まれた切屑の破断部
が堆積し、大きな負荷が発生した。

【００３３】これは、切削加工時に発生する摩擦熱が切
削油剤により過剰に冷却されて切屑が収縮し、ドリルに
より切削された穴の壁面との間の摩擦力が小さくなっ
て、破断が助長されず、ドリルの送りによって徐々に切
屑が破断して細長く残るため、破断部の最小厚さｔ１が
小さくなったと考えられる。

【００３４】一方、図４（Ｂ）に示される実施例のドリ
ル１０を用いた結果では、図５（Ｂ）に示すように、ド
リルの送りにより生じる破断部の最小厚さｔ２は大き
く、ドリルの送りにより切削された穴の壁面とストレー
ト部の外周との間のクリアランスが破断部の最小厚さｔ
２よりも小さくなって、クリアランスに切屑の破断部が
噛み込むこと無く、そのため、切削負荷が安定して小さ
く、切削油剤を多く使用した対比例の切削負荷の最大値
と比較して半分程度の負荷で加工をすることができた。
これは、切削加工時に発生する摩擦熱が切削油剤により
過剰に冷却されることなく、切屑の熱膨張によってドリ
ルにより切削された穴の壁面との間の摩擦力が大きくな
り、切屑の破断が促進される。そのため、ドリルの送り
により切屑が早期に破断するようになり、この破断部も
細長く残ることが無いことから、破断部の最小厚さｔ２
が大きくなったと考えられる。

【００３５】また、クリアランス３２において噛み込み
が発生し難く、ドリル１０にかかる負荷を低減すること
ができた。前部１２の溝幅比を小さくして発生する切屑
を小さくしており、前部１２以外の部位の溝幅比は対比
例と同じであることから、切屑に対して排出路３３の容
積が大きくなり、切屑の排出を容易にしたことも良好な
結果をもたらしている。さらに、本実施例では切削油剤
の使用量が少ないため、切削油剤の廃棄等の後処理も容
易に行うことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明に係るドリルの側面図であ
る。

【図２】 図２（Ａ）は、ドリルを先端部から見た正面
図、図２（Ｂ）は、ドリルの先端部近傍の側面図であ
る。

【図３】 図３は、切削加工中のドリルと被削材の関係
を示す概略図である。

【図４】 図４（Ａ）は、対比例のドリルと水溶性切削
油剤とを用いた場合における加工穴の深さと切削負荷と
の関係を示した図であり、図４（Ｂ）は、実施例のドリ
ルと微少量切削油剤をエアーで送出する方法とを用いた
場合における加工穴の深さと切削負荷との関係を示した
図である。

【図５】 図５（Ａ）は、図４（Ａ）の対比例の切屑形
状を示した図であり、図５（Ｂ）は、図４（Ｂ）の実施
例の切屑形状を示した図である。

【符号の説明】 １０…ドリル １１…先端部 １３…根元部 １４…中間点（中間位置） １５…バックテーパ部 １６…ストレート部 １７…外周 ２１…供給路（通路） ２２…供給孔（孔） ３１…加工面（切削された穴の壁面） ３２…クリアランス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドリルの先端部と先端部から根元部まで
   の間に位置する中間位置との間に外径が先端部から漸次
   減少するバックテーパ部と、 中間位置から根元部の間に外径が一定であるストレート
   部とを有することを特徴とするドリル。
2. 【請求項２】 切削加工時における、前記ドリルにより
   切削された穴の壁面と前記ストレート部の外周との間の
   クリアランスは、 前記ドリルの送りにより生じる切屑の破断部の最小厚さ
   よりも小さく設定されることを特徴とする請求項１に記
   載のドリル。
3. 【請求項３】 前記ドリルの内部に切削油剤とガスとの
   混合物を供給するための通路と、 前記ドリルの先端部に前記通路に連通する孔を有するこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載のドリル。