JP2007015066A - ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】 切削抵抗が小さくドリルの折損を防止できるとともに、加工穴の内周面の表面粗さを向上させ、加工穴を寸法精度良く形成できるドリルを提供することを目的とする。
【解決手段】 軸線Ｏ回りに回転されるドリル本体１０の先端側部分である切刃部１２の外周に後端側に向けて延びる切屑排出溝２０が形成され、この切屑排出溝２０のドリル回転方向Ｔ前方側を向く内壁面と切刃部１２の先端逃げ面１３との交差稜線部に切刃２１が形成されたドリルにおいて、切刃部１２は、その外径が軸線Ｏ方向に沿って略一定とされた先端側の第１切刃部１２Ａと、この第１切刃部１２Ａの後端に滑らかに連なるとともに、その外径が軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい漸次縮径するバックテーパが設けられた第２切刃部１２Ｂとから構成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、被切削材に対して加工穴を形成する穴あけ加工に用いられるドリルに関するものである。

従来、このようなドリルとしては、軸線回りに回転される切刃部の外周に後端側に向けて延びる一対の切屑排出溝が形成され、これら切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く内壁面と切刃部の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成され、かつ、切刃部のランド部に、切屑排出溝のドリル回転方向後方側及び前方側に隣接する第１マージン部及び第２マージン部がそれぞれ形成されたものが提供されている。これらの第１マージン部及び第２マージン部には、加工穴の内周面に接触させて切刃部をガイドする役割を持たせている（特許文献１参照）。

このような構成とされたドリルでは、形成される加工穴の内周面と接触することになるマージン部について、加工穴の内周面との接触面積を減少させて切削抵抗の低減を図るために、切刃部の外径が軸線方向の後端側に向かうにしたがい一定の割合で漸次縮径するように、この切刃部にバックテーパを付けることがある。
このようなバックテーパは、通常、切刃部の全長に亘って付けられるため、切刃部の外周面に対して十分な逃げを確保するために大きなバックテーパを付けたときには、切刃部の後端側部分において必要以上に外径が小さくなってしまい、切刃部の剛性低下を招き、切削抵抗によりドリルが折損するといった問題があった。

そこで、特許文献２では、切刃部を、バックテーパを付けたバックテーパ部と、このバックテーパ部の後端に連なり外径が略一定とされたストレート部とで構成したドリルが開示されている。
この構成のドリルは、バックテーパが切刃部全長に亘って付けられていないので、切刃部の後端側の外径が必要以上に小さくならず、ドリルの剛性を確保することができるものである。
特開平０７−４０１１７号公報 特開２００４−１９５５６１号公報

しかしながら、特許文献２に開示されたドリルでは、切刃部の先端側にバックテーパ部が形成され、このバックテーパ部の後端側がストレート部とされているので、加工穴の内周面と接触する部分がバックテーパ部の先端側部分のみとなり、切削抵抗を小さくすることはできるものの、切刃部と加工穴とが十分に接触せずに切刃部のガイドが不十分となって、切刃部にブレや振動が生じて加工穴の内周面（加工面）の表面粗さが粗くなるとともに、形成される加工穴の寸法精度が劣化するといった問題があった。
このように、従来のドリルでは、切削抵抗の低減と加工穴の内周面（加工面）の表面粗さの向上及び加工穴の寸法精度の向上とを両立させることは困難であった。
また、切刃部のバックテーパを大きくした場合には、切刃部先端を再研磨した際に、ドリルの外径が大幅に小さくなってしまうといった問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたものであって、切削抵抗が小さくドリルの折損を防止できるとともに、加工穴の内周面の表面粗さを向上させ、加工穴を寸法精度良く形成できるドリルを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、この発明は、軸線回りに回転されるドリル本体の先端側部分である切刃部の外周に、後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く内壁面と前記切刃部の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、前記切刃部は、外径が前記軸線方向に沿って略一定とされた先端側の第１切刃部と、この第１切刃部の後端に滑らかに連なるとともに、外径が前記軸線方向の後端側に向かうにしたがい漸次縮径するバックテーパが設けられた第２切刃部とから構成されていることを特徴とする。

この構成のドリルでは、切刃部の先端側に、外径が略一定とされた第１切刃部が備えられているので、この第１切刃部が加工穴の内周面と十分に接触して切刃部のブレや振動が防止され、加工穴を寸法精度良く形成することができる。また、第１切刃部の切屑排出溝以外の部分（ランド部）が加工穴の内周面に摺接するように押し当てられるので、加工穴の内周面にバニシング加工を施すことになって滑らかに仕上げることができ、加工穴の内周面の表面粗さを向上させることができる。

また、第１切刃部の後端に連なり、外径が軸線方向後端側に向かうにしたがい漸次縮径された第２切刃部が備えられているので、第２切刃部の切屑排出溝以外の部分（ランド部）が加工穴の内周面と接触することが防止され、ドリルの切削抵抗を小さく抑えることができる。
また、切刃部の先端側に外径が略一定とされた第１切刃部が備えられているので、このドリルの切刃部先端を再研磨した際に、切刃の外径が大きく変化せず、このドリルの寿命を向上させることができる。
また、第１切刃部と第２切刃部とが滑らかに連なるように、つまり段差がないように構成されているので、第１切刃部と第２切刃部との接続部分の剛性を確保して、切削抵抗によるドリルの折損を防止できるとともに、このドリルの製造を簡単に行うことができ、製造コストを低減することができる。

また、前記切刃の直径をＤとしたときに、前記第１切刃部の前記軸線方向の長さＬ１を、０＜Ｌ１≦５Ｄの範囲内とすることにより、ドリルの先端部に第１切刃部が確実に設けられ、加工穴の内周面の表面粗さを確実に向上させることができるとともに、加工穴を寸法精度良く形成することができる。ここで、第１切刃部の長さＬ１が５Ｄを超えると、加工穴を深く形成した際に切削抵抗が過剰に大きくなりドリルが折損するおそれがあるため、５Ｄ以下とすることが好ましい。

なお、このような効果をさらに確実に奏効せしめるには、前記第１切刃部の前記軸線方向の長さＬ１を、０．５Ｄ≦Ｌ１≦２Ｄの範囲内とすることがより好ましい。
ここで、第１切刃部の長さＬ１が０．５Ｄよりも小さい場合には、切刃部の先端側を再研磨した際に、第１切刃部が消滅してしまうおそれがあるため、０．５Ｄ以上とすることが好ましい。

また、前記第１切刃部のバックテーパ量を０．０５／１００未満とし、前記第２切刃部のバックテーパ量を０．０５／１００以上とすることにより、第１切刃部の外径が略一定とされ、加工穴の内周面と十分に接触して加工穴の内周面の表面粗さをさらに確実に向上させることができる。また、第２切刃部に一定量以上のバックテーパが形成されるので、加工穴の内周面と第２切刃部との間に逃げが確保され、加工穴を深く形成した場合でも、加工穴の内周面と第２切刃部との接触が確実に防止され、切削抵抗を小さくすることができる。

なお、このような効果をさらに確実に奏功せしめるには、ドリルの前記切刃の直径が１ｍｍから３ｍｍとされた小径ドリルにおいては第２切刃部のバックテーパ量を０．１／１００から０．２／１００の範囲内とすることがより好ましく、前記切刃の直径が３ｍｍから２０ｍｍとされた中径ドリルにおいては第２切刃部のバックテーパ量を０．２／１００から０．４／１００の範囲内とすることがより好ましい。

以上のように本発明によれば、切削抵抗が小さくドリルの折損を防止できるとともに、加工穴の内周面の表面粗さを向上させ、加工穴を寸法精度良く形成できるドリルを提供することができる。

本発明の実施の形態であるドリルについて、添付した図面を用いて説明する。図１に本発明の実施の形態であるドリルを示す。
このドリルのドリル本体１０は、図１に示すように、軸線Ｏを中心とした概略円柱状に形成されており、ドリル本体１０後端側（図１において上側）部分が工作機械の回転軸に把持されるシャンク部１１とされるとともに、ドリル本体１０先端側（図１において下側）が切刃部１２とされている。このドリル本体１０の内部には、切刃部１２先端部分に開口されるとともにドリル本体１０の後端側まで貫通したクーラント孔（図示せず）が設けられている。

切刃部１２は、その外径が軸線Ｏ方向に沿って略一定とされた第１切刃部１２Ａと、この第１切刃部１２Ａの後退に滑らかに連なるとともに、その外径が軸線Ｏ方向の後端側へ向かうにしたがい一定の割合で漸次縮径するバックテーパが設けられた第２切刃部１２Ｂとから構成されている。このとき、第１切刃部１２Ａの軸線Ｏ方向に沿った長さＬ１と、第２切刃部１２Ｂの軸線Ｏ方向に沿った長さＬ２との比Ｌ１：Ｌ２は、本実施形態においては、概略１：８となるように設定されている。
また、第１切刃部１２Ａの軸線Ｏ方向に沿った長さＬ１は、このドリルの切刃の直径をＤとしたときに、０＜Ｌ１≦５Ｄ、より望ましくは０．２Ｄ≦Ｌ１≦２Ｄとなるように設定されている。

この切刃部１２の外周には、先端逃げ面１３から軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい一定のねじれ角でドリル回転方向Ｔ後方側にねじれる一対の切屑排出溝２０が軸線Ｏに対して対称に形成されていて、これら切屑排出溝２０のドリル回転方向Ｔ前方側を向く内壁面と先端逃げ面１３との交差稜線部にそれぞれ切刃２１が形成されている。
また、切刃部１２を軸線Ｏに直交する断面で見た場合に、切屑排出溝２０が形成された以外の部分がランド部２２とされており、このランド部２２は、切屑排出溝２０と同様に、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがいドリル回転方向Ｔ後方側にねじれるようにして形成されている。

第１切刃部１２Ａは、その外径が軸線Ｏ方向に沿って一定とされており、本実施形態では、この第１切刃部１２Ａのバックテーパ量は０とされている。すなわち、第１切刃部１２Ａの切屑排出溝２０以外の部分（ランド部２２Ａ）の軸線Ｏに直交する断面を円弧とする仮想の円の外径が、軸線Ｏ方向に沿って一定とされているのである。

この第１切刃部１２Ａの後端側に連なる第２切刃部１２Ｂは、その外径が軸線Ｏの後端側に向かうにしたがい一定の割合で漸次縮径しており、本実施形態では、この第２切刃部１２Ｂのバックテーパ量は０．１５／１００とされている。すなわち、第２切刃部１２Ｂのランド部２２Ｂの軸線Ｏに直交する断面を円弧とする仮想の円の外径が、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい１００ｍｍにつき０．１５ｍｍの割合で漸次縮径していくようになっているのである。

ここで、第２切刃部１２Ｂの最も先端側の外径、すなわち、ランド部２２Ｂの断面がなす円弧の外径は、第１切刃部１２Ａのランド部２２Ａの断面がなす円弧の外径と略同一に設定されており、第２切刃部１２Ｂの先端は、第１切刃部１２Ａの後端に対して滑らかに連なるように形成されている。

以上のような構成とされたドリルは、ドリル本体１０の後端に形成されたシャンク部１１が工作機械の回転軸に把持されて、軸線Ｏ回りに回転されるとともに軸線Ｏ方向先端側に向けて送られて、被切削材に押し当てられ、被切削材に所定の内径の加工穴を形成するものである。このドリルでの切削加工の際には、ドリル本体１０の内部に形成されたクーラント孔を通じてドリル先端部に向けてクーラントが供給され、切削加工をスムーズに行うことができる。

この構成のドリルでは、切刃部１２が、外径が軸線Ｏ方向に沿って一定とされた第１切刃部１２Ａと、外径が軸線Ｏ方向後端側に向かうにしたがい漸次縮径された第２切刃部１２Ｂとから構成されているので、第１切刃部１２Ａのランド部２２Ａが加工穴の内周面と軸線Ｏ方向に長さをもって十分に接触し、切刃部１２がガイドされて切刃部１２のブレや振動を抑えられる。よって、加工穴の内周面の表面粗さを向上させることができるとともに、加工穴を寸法精度良く形成することができる。また、第１切刃部１２Ａのランド部２２Ａが加工穴の内周面に押し当てられてバニシング加工を施すことになり、加工穴の内周面滑らかに仕上げることができる。

また、第１切刃部１２Ａの後端に連なる第２切刃部１２Ｂが、その外径が軸線Ｏ方向後端側に向かうにしたがい漸次縮径されるように形成されているので、第２切刃部１２Ｂのランド部２２Ｂと加工穴の内周面との間に逃げが与えられて接触が抑えられる。よって、このドリルによって穴あけ加工を行う際に生じる切削抵抗を小さくして、ドリルの折損を防止できるとともに、ドリルのビビリや振動を防止して加工穴を寸法精度良く形成することができる。

また、切刃部１２の先端側に外径が一定とされた第１切刃部１２Ａが形成されているので、切刃部１２先端を再研磨した際に、切刃２１の外径が大きく変化せず、このドリルの寿命を向上させることができる。
また、第２切刃部１２Ｂと第１切刃部１２Ａとが滑らかに連なっているので、この切刃部１２の剛性を確保でき、切削抵抗による切刃部１２の折損を防止できるとともに、このドリルの製造を比較的簡単に行うことができ、ドリルの製造コストを低減できる。

また、第１切刃部１２Ａの軸線Ｏ方向に沿った長さＬ１が、このドリルの切刃２１の直径をＤとしたときに、０＜Ｌ１≦５Ｄの範囲、より望ましくは０．２Ｄ≦Ｌ１≦２Ｄの範囲となるように設定されているので、このドリルを再研磨した際に第１切刃部１２Ａが消失してしまうことが防止され、このドリルの寿命を長くすることができる。また、加工穴の内周面との接触部分を必要かつ十分に確保されているので、切削抵抗を小さく抑えつつも、加工穴の内周面の表面粗さを向上させることができる。

また、第１切刃部１２Ａのバックテーパ量が０．０５／１００未満、本実施形態では０とされるとともに、第２切刃部１２Ｂのバックテーパ量が０．０５／１００以上、本実施形態では０．１５／１００とされているので、第２切刃部１２Ｂと加工穴の内周面との間に確実に逃げが与えられて、この第２切刃部１２Ｂと加工穴の内周面との接触を確実に防止でき、切削抵抗を小さくすることができる。
すなわち、第２切刃部１２Ｂのランド部２２Ｂの断面がなす円弧の外径は、第１切刃部１２Ａのランド部２２Ａの断面がなす円弧の外径よりも小さくされているので、加工穴の内周面と第１切刃部１２Ａのランド部２２Ａとが摺接されるともに、第２切刃部１２Ｂのランド部２２Ｂと加工穴の内周面の接触が防止されているのである。

なお、第２切刃部１２Ｂのバックテーパ量が０．５／１００を超えた場合には、第２切刃部１２Ｂ後端側でドリル外径が小さくなりすぎて剛性が不足するため、バックテーパ量を０．５／１００以下とすることが好ましい。より具体的には、ドリルの切刃２１の直径Ｄが１ｍｍから３ｍｍである小径ドリルにおいては第２切刃部１２Ｂのバックテーパ量は０．１／１００から０．２／１００の範囲内に、直径Ｄが３ｍｍから２０ｍｍである中径ドリルにおいては第２切刃部１２Ｂのバックテーパ量が０．２／１００から０．４／１００の範囲内に設定することが好ましい。

なお、本実施形態では、ドリル本体の内部にクーラント孔を形成したドリルで説明したが、これに限定されることはなく、クーラント孔が形成されていないドリルであってもよい。
また、切刃部の表面に、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどの硬質皮膜を被覆してもよい。この場合には、切刃部の耐摩耗性が向上するので、ドリルの寿命を長くすることができる。

以下に、本発明の有効性を検証するための比較試験を行った結果について説明する。
比較例１として、ドリルの呼び寸法（直径）Ｄが２．５ｍｍで、切刃部全体にバックテーパが設けられ、そのバックテーパ量が０／１００とされたドリルを比較試験に供した。
比較例２として、ドリルの呼び寸法（直径）Ｄが２．５ｍｍで、切刃部全体にバックテーパが設けられ、そのバックテーパ量が０．１５／１００とされたドリルを比較試験に供した。
そして、実施例として、ドリルの呼び寸法（直径）Ｄが２．５ｍｍで、第１切刃部の長さＬ１が４ｍｍで、バックテーパ量が０／１００とされ、第２切刃部の長さＬ２が ３４ｍｍで、バックテーパ量が０．１５／１００とされたドリルを比較試験に供した。

比較実験では、被切削材としてＳＵＳ３６０を用いて、３０ｍｍ深さの穴の形成を、切削速度Ｖｃ＝２０ｍ／ｍｉｎ，送り速度ｆｒ＝０．０６ｍｍ／ｒｅｖの条件下で行った。穴深さに対する切削抵抗の評価としてはドリルの回転させる主軸の動力値変化を測定し、加工穴の内周面の表面性状についてはうねり曲線の最大山高さＷｐを用いて評価した。

比較試験結果を図２及び表１に示す。

比較例１のドリルでは、切削抵抗は加工深さに関わらず小さく抑えられているが、加工穴の内周面のうねり曲線の最大山高さＷｐは３０．２μｍと大きく粗いものであった。比較例２では、加工穴の内周面のうねり曲線の最大山高さＷｐは１６．２μｍと良好であるが、加工深さが深くなるにつれて切削抵抗が著しく増加している。
これらに比べて、本発明の実施例では、加工穴の内周面のうねり曲線の最大山高さＷｐ は１７．０μｍと良好であるとともに、切削抵抗も小さく抑えられており、加工深さが深くなっても切削抵抗の著しい増加は認められなかった。
したがって、この比較試験結果から、本発明の実施例によれば、切削抵抗を小さく抑えることができるとともに、加工穴の内周面の表面粗さを向上させることができることが確認された。

本発明の実施の形態であるドリルの側面概略図である。 比較実験における切削抵抗の変化を示す図である。

符号の説明

１０ ドリル本体
１２ 切刃部
１２Ａ 第１切刃部
１２Ｂ 第２切刃部
１３ 先端逃げ面
２０ 切屑排出溝
２１ 切刃

Claims (4)

1. 軸線回りに回転されるドリル本体の先端側部分である切刃部の外周に、後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く内壁面と前記切刃部の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、
   前記切刃部は、外径が前記軸線方向に沿って略一定とされた先端側の第１切刃部と、該第１切刃部の後端に滑らかに連なるとともに、外径が前記軸線方向の後端側に向かうにしたがい漸次縮径するバックテーパが設けられた第２切刃部とから構成されていることを特徴とするドリル。
2. 前記切刃の直径をＤとしたときに、前記第１切刃部の前記軸線方向の長さＬ１が、０＜Ｌ１≦５Ｄの範囲内とされたことを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 前記第１切刃部の前記軸線方向の長さＬ１が、０．５Ｄ≦Ｌ１≦２Ｄの範囲内とされたことを特徴とする請求項２に記載のドリル。
4. 前記第１切刃部のバックテーパ量が０．０５／１００未満とされ、前記第２切刃部のバックテーパ量が０．０５／１００以上とされたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のドリル。

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