JP2003534927A - スパイラルドリル用のドリル刃先およびスパイラルドリル用のドリル刃先領域に切削溝を形成するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スパイラルドリル（２）用のドリル刃先（３）は、ドリル長手方向（Ｌ）で切削溝（１０）に沿って延びる副刃（１４）に通じかつ横刃（６）を介して互いに接続されている複数の主刃（４）を有し、この場合副刃（１４）に属する副切削角（γ）はドリル長手方向（Ｌ）に変化する。この場合特に、主刃（４）は直線的に形成されているので、この領域では０°の副切削角がみられる。その後、副切削角（γ）は連続的に増大する。これによって、ドリル刃先（３）が主刃（４）の領域でより大きな負荷を吸収すること、および加工すべき加工物の穿孔壁からの迅速な切粉排出を保証することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、ドリルの長手方向に切削溝に沿って延びる副刃に通じかつ互いに横
刃を介して接続されている複数の主刃を有し、各副刃の内側面に当接しかつドリ
ル長手方向へ向かう接線と半径方向との間に副切削角が規定されているスパイラ
ルドリル用のドリル刃先に関する。

【０００２】 従来のスパイラルドリル用のドリル刃先では通常２つの主刃が横刃を介して互
いに“Ｓ”状に弧を描きながら延びている。主刃にはそれぞれ主逃げ面が通じて
おり、この逃げ面はドリル長手方向へらせん状に延びるように形成されている切
削溝へ移行する。各切削溝の辺縁側面の１つにはいずれも、切削角を形成しなが
ら主刃へ移行する副刃が形成されている。したがって、副刃はドリルの長手方向
へらせん状に各切削溝に沿って延びている刃である。この場合ドリル刃先とは、
端面刃（主刃および横刃）から始まってほぼ２倍のドリル直径に相当する長さを
有するドリルの長手部分と解される。

【０００３】 上に定義されているように副切削角は、半径方向、すなわちドリル長手軸に対
して垂直方向に副刃を形成するくさびの幾何学的配向を示す。くさびの先が鋭角
になる場合はプラスの副切削角、すなわち切削角が０°より大きいといえる。こ
れに応じてマイナスの切削角はくさびの先が鈍角になっていることを意味する。
主刃および横刃が弧を描いて形成されている従来のドリル刃先の場合は、プラス
の副切削角がみられる。この角はドリルの全刃長にわたり定数値で延びている。

【０００４】 副切削角がプラスであることは、ドリル工程において加工物から出る切粉と加
工物の穿孔壁との間の接触面ができるだけ小さくなるという利点を持つ。したが
って切粉はきわめて迅速に排出される。しかし主刃の領域では副切削角がプラス
であることは、刃端の領域におけるくさびの先が鋭角的形状となるため比較的弱
いという欠点を持つ。特に刃端の領域では穿孔時にきわめて大きな力が生じる。
さらに負荷も上昇する。というのは、刃端は穿孔時にいわば加工材料へ食い込む
からである。このため特にこの部位でドリルが離脱する危険が生じる。さらに、
排出される切粉が曲げられ、その結果追加的なエネルギー消費および追加的な切
削作業が必要となるという欠点もある。

【０００５】 主刃の領域におけるプラスの副切削角に生じるこのような問題を回避するため
に、０°の副切削角を設ける方法がある。したがってこの場合、主刃は横刃の方
向へ直線的に延びる。これによって刃端の領域におけるくさびは比較的中実にな
り、その結果安定的に形成される。したがってこの領域における過重負荷の危険
は小さく抑えられる。ただし０°の副切削角は、ドリルの刃長にわたる経過にお
いて切粉が穿孔壁から十分迅速には排出されないという本質的な欠点を持つ。場
合によってはこの結果穿孔壁に望ましくない表面の粗面化が生じることになる。
さらに０°の副切削角を形成する場合には、ドリルの研磨時に手間のかかる形状
を有する高価な形状研磨盤が必要となる。これに対しプラスの副切削角の場合に
は、簡略な形状を有し比較的好都合ないわゆる標準研磨盤を用いることができる
。

【０００６】 本発明の課題は上記の欠点を除去することにある。

【０００７】 本発明によれば、この課題は、ドリルの長手方向に切削溝に沿って延びる副刃
に通じかつ互いに横刃を介して接続されている複数の主刃を有しているスパイラ
ルドリル用のドリル刃先において、ドリル長手方向に異なった副切削角が設けら
れることにより解決される。

【０００８】 これは、ドリルの刃長の異なった部位に異なった負荷が生じること、ならびに
異なった負荷に対しては異なった副切削角、すなわちドリル長手方向での副切削
角度が可変性の経過をとることが有用であるという考え方に基づく。したがって
ドリル長手方向に可変性の副切削角を持つドリル刃先を形成することにより、そ
れぞれ局部的負荷に対して位置依存性の最適な副切削角を設けることが可能とな
る。

【０００９】 副切削角はドリル長手方向に増大、特に連続的に増大するようにすると好適で
ある。この結果、刃端の領域におけるドリル刃先は副切削角が小さくなるので比
較的安定的に形成されること、ならびに副刃のその後の経過において迅速な切粉
排出に役立つような常に増大するプラスの副切削角が形成されることが達成され
る。

【００１０】 この場合主刃における副切削角は＋５°〜−５°の範囲内にあると好適である
。特にこの場合副切削角は０°〜−５°の間が望ましい。副切削角を持たない、
もしくはごくわずかにマイナスの副切削角を有するこのような実施態様は、刃端
におけるくさびの高い安定性が保証されるという効果がある。一方、ドリル刃先
が加工材料に食い込む際に刃端が動かなくなることが回避される。この場合特殊
な副切削角を選択することは、加工すべき材料に依存する。マイナスの切削角、
すなわち鈍角の副刃は特殊なケースでのたとえば軽金属やプラスチックなど柔ら
かい材料の場合に適用される。

【００１１】 特に目的に適った実施態様によれば、主刃は横刃の方向へ直線的に延びている
。したがって副切削角は刃端の領域で０°である。このため高い安定性のもとで
特に良好な切削が達成される。これにより刃端はきわめて頑丈となり、耐久力も
ある。このように形成されたドリル刃先は特に連続的な研磨方法で作成される。
またプラスの副切削角を有し刃端の領域で弧を描く主刃を有するような従来のド
リル刃先の場合は、主刃が別個の研磨工程で研磨されるようにしてドリル刃先を
作ることも可能である。ただしこれは障害となる移行部、すなわち稜が刃の領域
に生じるという欠点を持つ。

【００１２】 ドリルの刃、特に副刃は防護面なしに、すなわち切り子面なしに形成されてい
るのが望ましい。しかし防護面を配備することも可能である。この場合、各主刃
は副刃まで完全に直線的に延びるのではなく、防護面までとなる。

【００１３】 ドリルの刃長のその後の経過において穿孔壁からの切粉の迅速な排出を達成す
るためには、副切削角は最高＋２５°という比較的大きな最終値となるまで増大
するのが望ましい。

【００１４】 刃の離脱の問題は主刃に直接接する領域でのみ生じるので、最終値はドリル長
手方向へドリル直径の０．２５〜１．５倍、特に１倍に相当する長さを過ぎたと
ころで達成される。

【００１５】 ドリル刃先および特にスパイラルドリル全体は、芯直径が一定のもしくはドリ
ル長手方向で減少するようなドリル芯を有する。芯直径が一定のスパイラルドリ
ルは特に簡単に作成できる。ドリル長手軸方向で減少する芯直径は、それにより
切削溝がより深くなり、その結果より大きな切削空間が得られるという利点を持
つ。これによってより良好な切粉排出が達成され、切粉の滞留が回避される。芯
直径の減少は約１００ｍｍの長さでは特に１０〜２０％の範囲とされる。

【００１６】 またスパイラルドリル用のこのようなドリル刃先領域に切削溝を形成するため
の本発明の課題は、ドリル長手方向に異なった副切削角を作ることによって解決
される。この角度の値はドリル長手方向に連続的に増大するようにすると好適で
ある。

【００１７】 この方法によれば、主刃の領域で特に頑丈なドリルが得られ、同時に副刃の領
域における穿孔の際に迅速な切粉排出が行われ、高い表面品質のドリル孔が得ら
れることが保証される。

【００１８】 この場合、簡単かつ安価な製造のためには連続的な研磨工程において異なった
副切削角が作られる。

【００１９】 このためには、研磨工程の際に研磨盤およびドリル刃先が相対的に互いに空間
的に多次元的運動で案内されると良い。空間におけるこの種の多次元的運動は現
在市販のＣＮＣ工作機械により実施可能である。この場合研磨盤およびドリル刃
先は互いに比較的複雑な運動を実施する。

【００２０】 研磨方法には複数のドリル型に適用可能な標準研磨盤として形成されている研
磨盤が使用されると良い。この場合のドリル型は、たとえば異なった副切削角経
過を有するスパイラルドリルと解される。この種の標準研磨盤はたとえば同様に
刃長にわたり一定のプラスの副切削角を有する従来型のスパイラルドリルを製造
するのに適しており、この型のドリルでは横刃を通じて主刃がＳ状に弧を描いて
延びている。

【００２１】 異なった副切削角を作るための研磨作業の代替として、副切削角はダイカスト
法によって製造することも可能であり、この方法も有用である。この種のダイカ
スト法の利点は、ドリル刃先の複雑な形状も迅速かつ簡単に製造できることにあ
る。形状の複雑性は、ダイカスト法の技術的制限ならびにドリル刃先の型作りに
よる制限にのみその限界を見出す。

【００２２】 このように製造されるドリル刃先はたとえば別個のドリル刃先部分として形成
されており、これは少なくとも部分的に副刃を含む相応に形成されたドリル本体
に交換部分として差し込み可能である。代わりの方法ではドリル刃先は、スパイ
ラルドリルの一体部品として、すなわちスパイラルドリルと一体に形成される。
この一体化の実施態様の場合は、ドリル刃先の領域の切削溝の研磨に直接続けて
簡単かつ迅速な方法で全刃長にわたり切削溝全体が研磨されるか、あるいはドリ
ル全体が鋳造される。

【００２３】 本発明の実施例を以下に図面に基づき詳細に説明する。図はいずれも概略図で
ある。

【００２４】 これらの図では同一作用部分には同一の符号が付されている。

【００２５】 図１に示されている従来のスパイラルドリル２（簡単にドリルと呼ぶ）はその
ドリル刃先３の端面端に横刃６を介して互いに接続されている２つの主刃４を有
する。主刃４ならびに横刃６はほぼＳ状に弧を描いている。これらの２つの主刃
４にそれぞれ切削溝１０へ移行する主逃げ面８が通じている。

【００２６】 ２つの主刃２はほぼドリル２の半径方向へ延びている。主逃げ面８は、それを
介して穿孔工程の際に冷却可能である冷却材孔９をそれぞれ有する。主刃４には
末端側でそれぞれ刃端１２を形成しながら副刃１４が接続されており、この副刃
１４はドリル長手方向Ｌへ、すなわち紙面の中へ延びている。図１ではドリル長
手方向Ｌは円内に配置された十字で示されている。

【００２７】 主刃４が弧を描いて形成されることにより、刃端１２の領域にプラスの副切
削角γが作られる。この角は、副刃１４の内側面１６に当接する接線Ｔと半径方
向Ｒとの間の角により規定されている。接線Ｔと半径方向Ｒはドリル長手方向Ｌ
に対して垂直に延びているので、共通の平面にある。副切削角γの定義は図３ｃ
から最も良好にみてとれる。図３ｃに示されているドリル長手方向に対して垂直
な断面は同時に接線Ｔおよび半径方向Ｒの共通の平面である。

【００２８】 図１の場合と同様に、刃端１２の先が鋭角的である場合、すなわち刃端１２が
特にドリル中心を越えている場合は副切削角γはプラスと表記される。逆に、鈍
角の刃端１２が形成されている場合はマイナスの副切削角γが生じる。副刃１４
に沿って破線で示されている切り子面として防護面１３が配設されている。

【００２９】 図１による従来のドリル２の場合、刃端１２がドリル中心を越えていることに
より、刃端１２が比較的薄く形成されているので刃端１２の耐容しうる負荷はき
わめて少ない。なぜならば、切削溝１０がらせん状に延びているので刃端１２は
半径方向Ｒおよびドリル長手方向Ｌへオーバーハングを形成するからである。刃
端１２は、ドリル２がその端面で加工すべき加工物内へ食い込む部位であるので
、そこにはきわめて大きな負荷が生じる。

【００３０】 図１によるプラスの副切削角γは従来のドリル２の場合、全副刃１４にわたり
一定に延びている。この結果、切削溝が、切削された切粉が加工すべき加工物の
穿孔壁から迅速に排出されることに役立つような湾曲を有することになる。副刃
１４に接続する切削溝１０の湾曲は切粉が、ほぼ切削溝１０の湾曲半径に合わせ
られている湾曲半径を形成する。

【００３１】 図１に示されているドリル刃先３と異なり、図２に示されているドリル刃先３
は、横刃６の方向でほぼ半径方向へ延びかつそれぞれ直線的に延びる主刃４を有
する。したがってこの場合、副切削角γは主刃において０°である。これによっ
て、刃端１２がはるかに安定的に形成されるので、より大きな力を吸収すること
が可能になり、離脱の危険がなくなる。同時に、ドリル長手方向での副刃１４の
その後の経過におけるプラスの副切削角γの有利な効果を達成するために、ドリ
ル長手方向Ｌでの副切削角γは特に連続的に増大する。

【００３２】 ドリル長手方向Ｌでの副切削角γの連続的増大は図３ａ〜３ｃから最も良好に
みてとれる。これらの図はいずれも２つに分割されており、上部にはドリル刃先
３の横断面が示され、そのすぐ下にはドリル長手方向に対する横断面の位置が示
されている。このために、図にはそれぞれその前方領域に刃領域１８を有するド
リル２が側面図で示されている。横断面の位置は垂直線により示されている。図
３ａは主刃４に直接接する、すなわち刃端１２の領域に当接する断面Ａ‐Ａを示
している。図３ｂは刃端１２のすぐ後のドリル２の断面Ｂ‐Ｂを示しており、図
３ｃは副切削角γがすでに最終値γｎに達している長さＡにおけるドリルの断面
Ｃ‐Ｃを示している。これらの図にはドリル芯１９がいずれも破線で示されてい
る。このドリル芯は、ドリル長手方向Ｌにわたり一定の芯直径Ｋを有する。この
芯直径Ｋは代替としてドリル刃先３からドリル長手方向Ｌへ減少させることも可
能である。

【００３３】 図３ａからみてとれるように、主刃４は当初は直線的に、すなわち半径方向に
ドリル中心に延びている。したがって副切削角γは０°となる。

【００３４】 図３ｂおよび図３ｃからみてとれるように、副切削角γの値は連続的に増大す
るので切削溝１０はますます湾曲し、その結果副刃１４は切削溝１０によって後
方に食い込まれることになる。このため切削溝１０は副刃１４に向かって凹面状
に曲がっている。

【００３５】 副切削角γの最終値γｎは好ましくは約２５°であり、ドリル直径Ｄの０．２
５〜１．５倍に相当する長さＡのところで達成される。最終値γｎはドリル直径
Ｄの１倍のところで達成されると特に良い。

【００３６】 以下に図４〜図７に基づき、増大する副切削角γｎを有するドリル刃先３を製
造するための研磨法について説明する。図４および図５によれば、ドリル２は特
にＣＮＣ工作機械の収容部２０に装着されている。収容部２０は送り軸線Ｚに沿
って移動可能である。収容部２０はさらに側面で横軸線Ｘに沿って移動可能なよ
うに支承されている。さらに、ドリル２は、ドリル長手方向Ｌの方向へ延びる回
転軸線Ｃを中心に回転可能である。研磨のためドリル２は、標準研磨盤として形
成され回転軸線Ｓを中心に回転可能な研磨盤２２に近づけられる。この研磨盤２
２は側面の移動方向Ｙでドリル２の回転軸線Ｃに近づいたり遠ざかったりする。
したがって移動方向Ｙは回転軸線Ｓに対して垂直に位置しており、回転軸線Ｓも
ドリル２の回転軸線Ｃに対して垂直に位置している。また図５からみてとれるよ
うに、研磨盤２２は旋回軸線Ｂを中心に旋回可能でもある。各軸線Ｂ、Ｃ、Ｘ、
Ｙ、Ｚの異なった移動方向はそれぞれ＋ないし−で示されている。

【００３７】 図６によるドリル刃先３の領域の拡大図からみてとれるように、研磨工程の開
始時に主刃４は研磨盤２２の側面２４により加工され、その結果直線として延び
る主刃４が形成される。研磨盤２２の端面２６は斜めに延びており、湾曲３０を
形成しながら側面２４へ移行する。研磨盤２２の湾曲３０により、切削溝１０の
湾曲半径がほぼ決定される。図７には、標準研磨盤として形成されている研磨盤
２２の典型的形状が断面図で拡大されて示されている。ここでは、研磨盤２２の
回転軸線Ｓに対する左横断面のみが示されている。研磨盤２２はほぼ台形状の横
断面を有し、２つの平行する台形面の上面は側面２４を形成し、この側面２４は
湾曲３０を形成しながら端面２６へ移行している。この種の研磨盤２２は通常、
図１に記載されているようなドリル２を研磨するために使用される。

【００３８】 このような研磨盤２２により所望の異なった副切削角γを得るためには、研磨
盤２２とドリル２との間の空間に多次元的相対運動が必要である。

【００３９】 ドリル２を研磨するには収容部２０は送り軸線Ｚに沿って全研磨工程を通じて
位置調節される。研磨工程の開始時には回転軸線Ｃを中心にした回転はまったく
行われないか、あるいはごくわずか行われるだけである。回転軸線Ｃはドリル２
の長手軸に相当する。まず研磨盤２２はプラスのＹ方向に連続的に移動させられ
、同時に収容部２０も横軸線Ｘのプラスの方向に移動させられる。これらの運動
方向に旋回軸線Ｂを中心にした研磨盤２２の旋回運動が回転点Ｂ´を中心に重畳
し、しかも旋回軸線Ｂのマイナス方向へ重畳する。

【００４０】 この種の研磨工程の場合、主刃４はまず研磨盤２２の側面２４により研磨され
、その結果主刃４は直線的に延びている。次に、プラスの切削角を形成するため
に研磨盤２２は、図３ｃからみてとれるように、研磨盤２２の湾曲した端面２６
が副刃６に接し切削溝１０の湾曲半径を形成するようにドリル２に向かって旋回
させられる。

【００４１】 主刃４に直接接する領域での研磨工程の異なった研磨時点に関する経過は図８
ａ〜８ｃからみてとれる。図８ａ〜８ｃはいずれもドリル刃先３の断面ＶＩＩＩ
‐ＶＩＩＩを示している（図９参照）。したがって、主刃４はこれらの３つの図
ではいずれも直線的に延びている。研磨工程が続行するにつれて、切削溝１０の
形状が大幅に変化する。研磨工程の開始時には図８ａによるドリル刃先３が形成
されている。切削溝１０の形状は図７による研磨盤２２の横断面の形状にほぼ一
致している。工程が進むにつれて、研磨盤２２は図８ｂからみてとれるように、
ますますドリル中心の方向へ案内される。その後の経過において研磨盤２２の旋
回軸線Ｂを中心にした旋回運動により主刃４の対向側にある切削溝１０の辺縁領
域３２が弧を描くように形成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 弧を描いた主刃を有する従来のドリルのドリル刃先の平面図。

【図２】 直線的に延びる主刃を有する本発明によるドリルのドリル刃先の平面図。

【図３】 ａ〜ｃは図２によるドリル刃先のドリル長手方向に異なった長さ位置での概略
断面図。

【図４】 研磨法を説明するための研磨盤に対して相対的な収容部内のドリルの側面図。

【図５】 図４の平面図。

【図６】 研磨盤とドリル刃先との接触領域での図５の円で示されている部位の拡大図。

【図７】 標準研磨盤の一断面図。

【図８】 ａ〜ｃは研磨工程における異なった時点における一定のドリル長さでのドリル
刃先による部分断面図。

【図９】 図８ａ〜ｃによる断面位置を示すドリルの側面図。

【符号の説明】

２ ドリル ３ ドリル刃先 ４ 主刃 ６ 横刃 ８ 主逃げ面 ９ 冷却材孔 １０ 切削溝 １２ 刃端 １３ 防護面 １４ 副刃 １６ 内側面 １８ 刃領域 １９ ドリル芯 ２０ 収容部 ２２ 研磨盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュヴェーゲルル、ユルゲン ドイツ連邦共和国 92648 フォーエンシ ュトラウス グストル‐ヴァルダウ‐シュ トラーセ ３ Ｆターム(参考） 3C037 BB00 3C058 AA03 AA09 AA11 CA01 CB03 CB05

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドリルの長手方向（Ｌ）に切削溝（１０）に沿って延びる副刃
   （１４）に通じかつ互いに横刃（６）を介して接続されている複数の主刃（４）
   を有し、各副刃（１４）の内側面（１６）に当接しかつドリル長手方向（Ｌ）へ
   向かう接線（Ｔ）と半径方向（Ｒ）との間に副切削角（γ）が規定されているス
   パイラルドリル（２）用のドリル刃先（３）において、ドリル長手方向（Ｌ）に
   異なった副切削角（γ）が設けられることを特徴とするドリル刃先。
2. 【請求項２】 副切削角（γ）がドリル長手方向（Ｌ）に増大することを特徴
   とする請求項１記載のドリル刃先（３）。
3. 【請求項３】 主刃（４）における副切削角（γ）が＋５°〜−５°の範囲、
   特に０°〜−５°の間にあることを特徴とする請求項１又は２記載のドリル刃先
   （３）。
4. 【請求項４】 主刃（４）が横刃（６）の方向へ直線的に延びていることを特
   徴とする請求項３記載のドリル刃先（３）。
5. 【請求項５】 副切削角（γ）が最高＋２５°の最終値（γｎ）となるまで増
   大することを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のドリル刃先（３）。
6. 【請求項６】 最終値（γｎ）がドリル長手方向（Ｌ）へドリル直径（Ｄ）の
   ０．２５〜１．５倍、特に１倍に相当する長さ（Ａ）を過ぎたところで達成され
   ることを特徴とする請求項５記載のドリル刃先（３）。
7. 【請求項７】 芯直径（Ｋ）が一定のもしくはドリル長手方向（Ｌ）へ減少す
   るようなドリル芯（１９）を有することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記
   載のドリル刃先（３）。
8. 【請求項８】 ドリルの長手方向（Ｌ）に切削溝（１０）に沿って延びる副刃
   （１４）に通じかつ互いに横刃（６）を介して接続されている複数の主刃（４）
   を有し、各副刃（１４）の内側面（１６）に当接しかつドリル長手方向（Ｌ）へ
   向かう接線（Ｔ）と半径方向（Ｒ）との間に副切削角（γ）が規定されているス
   パイラルドリル（２）用のドリル刃先（３）の領域に切削溝（１０）を形成する
   ための方法において、ドリル長手方向（Ｌ）に異なった副切削角（γ）を作るこ
   とを特徴とする方法。
9. 【請求項９】 ドリル長手方向（Ｌ）へ副切削角（γ）を増大することを特徴
   とする請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 異なった副切削角（γ）を連続的な研磨工程で作ることを特
    徴とする請求項８又は９記載の方法。
11. 【請求項１１】 研磨工程時に研磨盤（２２）とドリル刃先（３）を相対的に
    互いに空間的に多次元的運動で案内することを特徴とする請求項１０記載の方法
    。
12. 【請求項１２】 研磨盤（２２）を複数のドリル型に適用可能な標準研磨盤と
    して形成することを特徴とする請求項１０又は１１記載の方法。
13. 【請求項１３】 異なった副切削角（γ）をダイカスト法により作ることを特
    徴とする請求項８又は９記載の方法。