JP2007015073A - ダブルマージン付２枚刃ツイストドリル - Google Patents

Abstract

【課題】深穴加工やドリルがワークを一旦突き抜けた後に再度ワークに切り込まれる特殊断続加工においてもダブルマージンの効果が発揮されて穴曲がりが抑制され、また、マージンによる擦過抵抗も小さく抑えられるダブルマージン構造の２枚刃ツイストドリルを提供する。
【解決手段】ランド部７のドリル正転方向前縁部に第1マージン８を、当該ランド部７の周方向途中に第２マージン９をそれぞれ設ける。その第1マージン８と第２マージン９は共にねじれ溝６と平行にしてねじれ溝６の終端近くまで延ばし、さらに、第２マージン９を、第１マージン８の位置からドリル逆転方向にθ＝４５°〜８０°回転した位置に配置した。
【選択図】図３

Description

この発明は、深穴加工や断続加工においても真直度の高い穴をあけられるダブルマージン付２枚刃ツイストドリルに関する。

一般的な２枚刃ツイストドリルは、中心対称位置の２つのマージンを加工穴の内面に接触させて加工のガイドを行う。この一般的な２枚刃ツイストドリルによる穴径精度の向上は、専ら工具剛性を高めることによって図られてきたが、この方法での穴径精度の向上には限界があることから、ツイストドリルにおいてもダブルマージン構造を採用することが考えられている。

たとえば、下記特許文献１は、超硬質工具材料からなる工具本体の外周のランド部に、ねじれ溝に沿う第１のマージンとこの第１のマージンから離間して配設された第２のマージンを備えさせ、第１のマージンのバックテーパを２段にして基部側のバックテーパを先端側のバックテーパよりも大きくし、さらに、第２のマージンの長さを、第１のマージンの先端側のバックテーパ付与領域の長さとほぼ等しくしたソリッドタイプのダブルマージン付ツイストドリルを提案している。

この特許文献１のドリルは、縦弾性係数が高くてたわみが起きにくく、また、高切削速度領域で使用しても切屑の溶着が起きにくい超硬質工具材料を工具素材として選択した場合、ダブルマージン構造にするとマージンでの擦過による抵抗が過大になりすぎてドリルが折損しやすくなるので、第１のマージンのバックテーパを途中から大きくして基部側での擦過抵抗を減少させ、第２のマージンもその長さを必要最小限に止めて擦過抵抗が過大になることを防止している。

しかしながら、同文献のドリルは、第２マージンの形成領域が狭く、また、２段バックテーパを付与したことによって第１マージンによるガイド機能が基部に近づくほど薄れるため、ドリル径に対する穴深さが８倍を超えるような深穴加工や、図６に示すように、ドリル２０がワークＷを一旦突き抜けた後に再度ワークＷに切り込まれ、そのときの再切込みが、ドリル２０の再食いつき点が横ずれしやすい斜面Ａに対してなされる特殊な断続加工に利用すると、加工中に発生する穴曲がりを十分に抑制するのが難しい。
特開平８−１５５７１３号公報

この発明は、２枚刃ツイストドリルのダブルマージン設置による擦過抵抗の増加を特許文献１が開示している方法とは異なる方法で抑え、それによって第２マージンを第１マージンと同様に広範な領域に形成することを可能にし、深穴加工や前述の特殊断続加工でもダブルマージンの効果が発揮されるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、ランド部のドリル正転方向前縁部に第1マージンを、当該ランド部の周方向途中に第２マージンをそれぞれ有し、その第1マージンと第２マージンが共にねじれ溝と平行にねじれ溝の終端近くまで延び、かつ、第２マージンが第1マージンの位置からドリル逆転方向に４５°〜８０°回転した位置にあるダブルマージン付２枚刃ツイストドリルを提供する。

このドリルは、第２マージンが第1マージンの位置からドリル逆転方向にほぼ６０°回転した位置にあるもの、あるいは、第２マージンの幅を第1マージンの幅の１〜３倍にしたものが好ましい。

この発明のドリルは、第１マージンと第２マージンをねじれ溝の終端まで延ばして設けたので、深穴加工や図６に示した特殊断続加工においても、加工中のガイドが第１、第２マージンの２者によってなされ、ダブルマージンによる安定したガイド効果が発揮されて加工中の穴曲がりが抑制される。

また、ランド部のドリル回転方向前後の縁部にそれぞれマージンを設けた２枚刃のツイストドリルは、第１マージンと第２マージンが周方向にほぼ９０°間隔で配置される（図４参照）。この構造では、第１マージンと第２マージン間のドリル軸方向段差（図４のＬ）が大きくなり、第２マージンが機能するまでの穴の加工深さが深くなって穴入り口の穴精度を確保できない。また、この構造は加工中ワークによるドリルの拘束がきつくなって切削音も大きくなる傾向があるのに対し、第２マージンがランド部の周方向途中にあると、第１マージンと第２マージン間のドリル軸方向段差Ｌが図５に示すように小さくなり、第１マージンと第２マージンによるガイド機能が加工開始から早いうちに発揮されるため、穴入り口でも高い穴精度が得られる。

なお、第１マージンと第２マージンの周方向設置間隔は、穴曲がりの抑制効果と穴入り口での穴精度を考えて４５°〜８０°の範囲に設定する。４５°以下では穴曲がりの抑制効果が不十分になり、また、８０°以上では第１マージンと第２マージンが周方向にほぼ９０°間隔で配置されるドリルと比較して大きな優位差が生じない。その設置間隔を６０°前後にすると、穴曲がりの抑制効果と穴入り口の精度確保の効果がバランス良く発揮される。

また、穴加工時のマージン損傷は、第１マージンに比べて第２マージンの損傷が大きくなる傾向があり、従って、第２マージンは、耐久性の面から第１マージンよりもその幅を大きくするのがよい。第１マージンは切削抵抗に影響を及ぼすため強度は損なわれない範囲でその幅をできるだけ小さくするのがよく、第１マージンの幅縮小によるガイド効果の減少を補うためにも第２マージンはその幅を第１マージンの幅よりも大きくするのが望ましい。ただし、第２マージンが大きくなるにつれて切削音が大きくなっていくため、第２マージンの幅は第１マージンの幅の３倍以内とするのが好ましい。

以下、この発明のドリルの実施形態を、添付図面の図１乃至図３に基づいて説明する。このドリル１は、ボディ２の後部にシャンク３を一体に連ならせて設けたソリッドツイストドリルに、この発明を特徴づける構成を付加したものである。このドリル１は、素材には特徴はなく、周知の超硬合金、被覆超硬合金、ハイス鋼などで形成される。

例示のドリル１は、ボディ２の先端に、回転中心を基準にして点対称になる２枚の切れ刃４、４とシンニング溝５、５を設け、さらに、ボディ２の外周に２条のねじれ溝６を設けている。また、各ねじれ溝６、６間に位置する２箇所のランド部７に、それぞれ、第１マージン８と第２マージン９を設けている。１０は油穴であり、必要に応じて設置される。

第１マージン８は、ランド部７のドリル正転方向前方の縁に沿って設け、一方、第２マージン９は、第１マージン８からドリル逆転方向にθ回転した位置に設けている。第１マージン８から第２マージン９までの回転角度θは４５°〜８０°、より好ましくは６０°前後に設定しており、ランド部７の周方向途中（ヒール１１よりもドリルの正転方向前方）に第２マージン９がある。

また、第１マージン８と第２マージン９は、ともにねじれ溝６と平行にしてねじれ溝６の終端近くまで延ばして設けている。例示のドリル１は、ねじれ溝６が切上げられる位置まで、第１、第２マージン８、９が延びている。

第１マージン８の幅Ｗ_１は、汎用のツイストドリルにおいて一般的に採用される数値、たとえば、ドリル径Ｄの３％〜１０％程度でよい。一方、第２マージン９の幅Ｗ_２は、狭すぎると第２マージンの設置効果が充分に発揮されず、一方、広すぎるとマージンの擦過抵抗が増加するので、第1マージンの幅Ｗ_１の１〜３倍の範囲で設定するのがよい。

以上の構成としたドリル１は、第１マージン８と第２マージン９がともにねじれ溝６の終端まで延びているので、深穴加工や、ドリルがワークを一旦突き抜けた後に再度ワークに切り込まれる特殊断続加工においても、加工中のガイドが第１、第２マージン８、９の２者によってなされ、ガイド効果が高まって穴曲がりが抑制される。

また、加工中に、マージン間間隔の２等分線すなわち、第１マージン８から第２マージン９までの回転角θの２等分線１２（図３参照）に対して直角方向にわずかに振れることが許容され、そのために、ワークによる拘束がゆるくなってドリルの負担が軽減され、加工中の折損が抑制される。さらに、ワークによる拘束がゆるくなることによって切削音も小さくなる。

なお、この発明は、直径Ｄと長さＬの比Ｌ／Ｄが１２以下のレギュラドリルにも勿論採用できるが、Ｌ／Ｄが１５を超える２枚刃のロングツイストドリルに適用するとその効果が特に顕著に発揮される。

この発明の効果を確認するために、直径Ｄ＝φ８．０ｍｍ、長さＬ＝２２０ｍｍ、ねじれ角３０°の２枚刃ロングツイストドリルを使用して比較実験を行った。実験に使用したドリルを表１にまとめて示す。表１のテスト工具No.１は、シングルマージンの従来品、テスト工具No.２，No.６，No.７は、第１マージン８から第２マージン９までの回転角θがこの発明で指定した範囲から外れた比較品、その他は発明品である。ワークはＳ５０Ｃとし、そのワークにNo.１〜No.１０のテスト工具でそれぞれ深さ４０ｍｍの貫通穴をあけてその穴の中心が入り口側に対して出口側でどれだけ振れたか（穴曲がり量）を調べた。また、加工中の切削音の大きさも同時に評価した。切削音は作業者が耳で聞いて大、中、小の区別を行った。その結果を表１に示す。

この実験結果からわかるように、発明品は、シングルマージンのドリルに比べて穴曲がり量が１／２以下に低減しており、また、切削音もさほど大きくなく、総合評価で良好な結果が得られている。

ワークの材質を変え、それ以外は実施例１と同じ条件で切削実験を行った。この実験では、穴曲がり量と、入り口側又は出口側の穴径とドリル外径との差（穴の拡大代）を測定した。その実験の結果と、ワークの材質を表２に示す。

なお、拡大代が大きいと言うことは、ドリルが回転中にぶれている可能性が高い。また、入り口側及び出口側のそれぞれの拡大代が小さい場合でも、入り口側と出口側での穴径差が大きくなると言うことは、ドリルが加工中に進行方向に対して傾いている可能性が高い。

この実験結果からわかるように、発明品は穴曲がり量、拡大代のいずれにおいても、好ましい値を示している。
本実施例のテストドリルNo.３〜No.５からわかるように、第２マージンの幅を広くするにつれて加工トルクが増大し、穴径差が大きくなる傾向があるため、第２マージンの幅は第１マージンの幅の３倍以内とすることが好ましい。
なお、テストドリルNo.１２については、拡大代、穴曲がり量が共に小さいが、これは、ワークの材質によるものであって、同一材質のワークを加工する場合には、テストドリルNo.１３との比較でわかるようにダブルマージン付ドリルに比べて穴曲がり量が大きくなる。

この発明のドリルの一例を示す側面図 図１のドリルの正面図 図１のドリルの正面の拡大図 （ａ）第２マージンをランド部のドリル正転方向後縁部に設けたドリルの第１マージンと第２マージン間の軸方向段差を示す側面図、（ｂ）同上のドリルの正面図 （ａ）第２マージンをランド部の周方向途中に設けたドリルの第１マージンと第２マージン間の軸方向段差を示す側面図、（ｂ）同上のドリルの正面図 ドリルの断続加工法の一例を示す図

符号の説明

１ ドリル
２ ボディ
３ シャンク
４ 切れ刃
５ シンニング溝
６ ねじれ溝
７ ランド部
８ 第１マージン
９ 第２マージン
１０ 油穴
１１ ヒール

Claims (4)

1. ランド部のドリル正転方向前縁部に第1マージンを、前記ランド部の周方向途中に第２マージンをそれぞれ有し、その第1マージンと第２マージンが共にねじれ溝と平行にねじれ溝の終端近くまで延び、かつ、第２マージンが、第1マージンの位置からドリル逆転方向に４５°〜８０°回転した位置にあるダブルマージン付２枚刃ツイストドリル。
2. 第２マージンを、第１マージンの位置からドリル逆転方向にほぼ６０°回転した位置に設けた請求項１に記載のダブルマージン付２枚刃ツイストドリル。
3. 第２マージンの幅を第１マージンの幅の1〜３倍に設定した請求項１又は２に記載のダブルマージン付２枚刃ツイストドリル。
4. 直径Ｄと有効長さＬの比Ｌ／Ｄを、７以上にした請求項１〜３のいずれかに記載のダブルマージン付２枚刃ツイストドリル。

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