JP2009023055A

JP2009023055A - ドリル

Info

Publication number: JP2009023055A
Application number: JP2007189436A
Authority: JP
Inventors: Haruyoshi Kutsuna; 晴賢沓名; Hideki Morimoto; 英樹森本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-02-05

Abstract

【課題】高能率加工であっても、加工精度を低下させることなく、工具寿命を長くすることのできるドリルを提供する。
【解決手段】本ドリルは、一対のシンニング面１４、１５により各切刃の軸芯部分に各シンニング刃６ａ、７ａが形成されており、一対のシンニング面１４、１５の径方向におけるオーバーラップ量Ａをドリル径の略５％に設定すると共に、各シンニング刃６ａ、７ａ間に、長さが０ｍｍ以上０．２ｍｍ以下のチゼルエッジを設けているので、高能率加工を行っても、切屑を各切屑排出溝からスムーズに排出することができ、しかも、刃先部分に作用するスラスト荷重を低減させることができ、ひいては、加工精度を低下させることなく、工具折損等の不具合も低減されて工具寿命を長くすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ドリル本体の外周面に、回転軸を中心に対称で回転軸周りをねじれ方向に延びる一対の切屑排出溝が形成されると共に、ドリル先端に、各切屑排出溝の回転方向の各壁面と各先端逃げ面との交差稜線に各切刃が形成され、各切屑排出溝の底部の先端部分に、先端に向かって互いに近接する一対のシンニング面を形成することで、該各切刃の軸芯部分に各シンニング刃が形成されるドリルに関するものである。

従来、アルミ合金材に穴開け加工するドリルでは、切削抵抗を低減させるために、ドリル先端のウェブの幅を薄くしたシンニングが採用されており、このシンニングには、例えば、Ｓ型、Ｘ型やＮ型シンニングがある。なお、Ｓ型シンニングが、最も一般的なシンニングで、鋼、鋳鉄、非鉄金属などに幅広く使用されている。また、Ｘ型及びＮ型シンニングは、クランクシャフトの油穴等の深穴加工に使用されており、特に、Ｘ型シンニングは、穴開け加工の際のドリルの直進性に優れている。

そこで、従来のＸ型やＮ型シンニングを採用したドリルによって、アルミ合金材に穴開け加工する際、高能率加工で行うと、加工の際の切屑排出性の悪化によって刃先中心部に切屑が圧着する状態が発生し、これが影響して加工穴の精度不良や工具折損等が頻繁に発生していた。なお、高能率加工とは、加工条件（送り速度３３００ｍｍ／ｍｉｎ）が、通常の加工条件に比べ略４倍相当の加工のことを意味する。

すなわち、従来のＸ型やＮ型シンニングを採用したドリルによって、アルミ合金材に穴開け加工する際、高能率加工で行うと、単位時間当りの切屑排出量が通常の加工条件に比べて大幅に増加するため、切屑が各切屑排出溝にスムーズに導かれず、切屑の逃げ場が無くなり、該切屑がドリル先端の刃先中心部に圧着されようになる。しかも、高能率加工を行うと、ドリル先端に作用するスラスト荷重が通常の加工条件に比べて倍近くまで高くなる。このため、加工穴の精度不良や工具折損等の不具合が頻繁に発生していた。

なお、スラスト荷重を低減するドリルの従来技術として、特許文献１には、丸棒状をなすドリル本体の一端には、軸線方向にねじれを伴なって延在するフルート溝が配設されて、フルート溝の先端には主切刃が備わり、その軸心部にはＸ形のシンニングが付設されてシンニング切刃の形成されたツイストドリルにおいて、前記シンニング切刃は、軸方向すくい角が正角にあってその大きさが＋５゜〜＋１５゜となるすくい角を有するツイストドリルが開示されている。
特開２０００−２７１８１１号公報

しかしながら、上述した特許文献１のドリルであっても、上述したような、高能率加工した際の、刃先中心部への切屑の圧着や刃先部分への高スラスト荷重等の原因による、加工穴の精度不良や工具折損等の不具合を是正することは困難であった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高能率加工を行っても、加工精度を低下させることなく、工具寿命を長くすることのできるドリルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のドリルは、ドリル本体の外周面に、回転軸を中心に対称で、回転軸周りをねじれ方向に延びる一対の切屑排出溝が形成されると共に、ドリル先端に、前記各切屑排出溝の回転方向の各壁面と各先端逃げ面との交差稜線に各切刃が形成され、前記各切屑排出溝のドリル先端の底部に、先端に向かって互いに近接するように傾斜する一対のシンニング面を形成することで、該各切刃の軸芯部分に各シンニング刃が形成されるドリルであって、前記一対のシンニング面が径方向でオーバーラップする量をドリル径の略５％に設定すると共に、前記各シンニング刃間に、長さが０ｍｍ以上０．２ｍｍ以下のチゼルエッジを設けたことを特徴としている。
これにより、高能率加工を行っても、切屑を各切屑排出溝からスムーズに排出することができ、しかも、刃先部分に作用するスラスト荷重を低減させることができるので、加工精度が低下することなく、工具折損等の不具合も低減されて工具寿命を長くすることができる。
なお、本発明のドリルの各種態様およびそれらの作用については、以下の（発明の態様）の項において詳しく説明する。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。なお、各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付して、必要に応じて他の項を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施の形態等に参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要件を付加した態様も、また、各項の態様から構成要件を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項乃至（４）項の各々が、請求項１乃至４の各々に相当する。

（１）ドリル本体の外周面に、回転軸を中心に対称で、回転軸周りをねじれ方向に延びる一対の切屑排出溝が形成されると共に、ドリル先端に、前記各切屑排出溝の回転方向の各壁面と各先端逃げ面との交差稜線に各切刃が形成され、前記各切屑排出溝のドリル先端の底部に、先端に向かって互いに近接するように傾斜する一対のシンニング面を形成することで、該各切刃の軸芯部分に各シンニング刃が形成されるドリルであって、前記一対のシンニング面が径方向でオーバーラップする量をドリル径の略５％に設定すると共に、前記各シンニング刃間に、長さが０ｍｍ以上０．２ｍｍ以下のチゼルエッジを設けたことを特徴とするドリル。
従って、（１）項のドリルでは、高能率加工を行っても、切屑を各切屑排出溝からスムーズに排出することができ、しかも、刃先部分に作用するスラスト荷重を低減させることができる。これにより、加工穴の精度が低下されることなく、工具折損等の不具合も低減されて工具寿命を長くすることができる。

（２）前記各シンニング面の軸方向に対する傾斜角度を２５°〜３２°の範囲内で設定することを特徴とする（１）項に記載のドリル。
従って、（２）項のドリルでは、各シンニング面の軸方向に対する傾斜角度を従来のＮ型シンニングよりも小さく設定し、２５°〜３２°の範囲内で設定しているので、切屑がさらにスムーズに切屑排出溝に導かれるようになる。

（３）ドリル先端のウェブの幅をドリル径の略１５％に設定すると共に、前記各シンニング刃の周方向の角度を、各切刃が延びる方向を基準として、１５５°〜１６５°の範囲内に設定することを特徴とする（１）項または（２）項に記載のドリル。
従って、（３）項のドリルでは、ウェブの幅を従来のウェブ幅よりも大きく設定しているので、刃先部分の強度を確保することができ、また、各シンニング刃の周方向の角度は、各切刃が延びる方向を基準として、１５５°〜１６５°の範囲内で設定されており、従来のＮ型シンニングよりも大きく設定されているので、さらに切屑排出性が向上される。

（４）前記ドリル本体の外周に、外方に向かって突設されるガイドパッドを前記各切屑排出溝の対向する壁部に沿って設け、ドリル先端の正面視において、前記各切刃が延びる方向の外周部分に設けた各ガイドパッドの始端部と、前記各切刃が延びる方向と直交する方向の外周部分に設けた各ガイドパッドの始端部との間の軸方向の距離を０．３ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内に設定することを特徴とする（１）項〜（３）項のいずれかに記載のドリル。
従って、（４）項のドリルでは、ドリル先端の正面視において、各切刃が延びる方向の外周部分に設けた各ガイドパッドの始端部と、各切刃が延びる方向と直交する方向の外周部分に設けた各ガイドパッドの始端部との間の軸方向の距離が０．３ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内で設定され、従来のＮ型シンニングより短く設定されているので、各切刃が延びる方向の外周部分に設けた各ガイドパッドが加工穴の内周面に当接してから各切刃が延びる方向と直交する方向の外周部分に設けられた各ガイドパッドが加工穴の内周面に当接するまでの時間が従来のＮ型シンニングより短縮されるため、従来のＮ型シンニングよりもドリル先端の振れを低減できその直進性が向上される。

本発明によれば、高能率加工を行っても、加工精度を低下させることなく、工具寿命を長くすることのできるドリルを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図５に基いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係るドリルは、図１及び図２に示すうに、ドリル本体１の外周面に、回転軸を中心に対称で、回転軸周りをねじれ方向に延びる一対の切屑排出溝２、３が形成される。
各切屑排出溝２、３は、図１に示すように、底部が湾曲状で繋がる略Ｕ字状に形成され、ドリル先端の正面視において略１／４の範囲に形成されており、回転軸を介して対称に一対形成されている。
図１及び図３に示すように、ドリル先端には、各切屑排出溝２、３の回転方向の各壁面と、各先端第１逃げ面（先端逃げ面）４、５との交差稜線に各切刃６、７が形成される。また、各先端第１逃げ面４、５の各切屑排出溝２、３側とは反対側に交差稜線２２、２３を介して各先端第２逃げ面８、９が形成されている。これら先端第２逃げ面８、９に油供給孔１０がそれぞれ形成されている。
なお、図４に示すように、先端第１逃げ面４と先端第２逃げ面８との間の交差稜線２２と、先端第１逃げ面５と先端第２逃げ面９との間の交差稜線２３とは、平行でその間隔が後述するチゼルエッジ２４の長さに相当する。

図１に示すように、各切屑排出溝２、３のドリル先端の底部には、ドリル先端のウェブ１２の幅を薄くするために先端に向かって互いに近接するように傾斜する、回転軸を中心に対称である一対のシンニング面１４、１５（図１の斑点部分）が形成されている。この一対のシンニング面１４、１５の形成により、各切刃６、７の軸芯部分に各シンニング刃６ａ、７ａが形成される。
図１及び図３に示すように、本ドリルの各シンニング面１４、１５は、回転軸付近で径方向に互いにオーバラップしており、該オーバーラップ量Ａはドリル径の５％±０．０５ｍｍに設定される。例えば、ドリル径が１１ｍｍである場合には、オーバーラップ量Ａが０．５〜０．６ｍｍの範囲内で設定される。
なお、本ドリルのオーバーラップ量Ａは、従来のＮ型シンニングに比べてドリル径１１ｍｍの場合、略０．３ｍｍ程度大きいことになる。

また、図２に示すように、本ドリル１の各シンニング面１４、１５の軸方向に対する傾斜角度Ｂは、２５°〜３２°の範囲内で設定されており、最も好ましい形態として２８°±１°で設定される。
なお、本ドリルの各シンニング面１４、１５の傾斜角度Ｂは、最も好ましい形態が採用されると、従来のＮ型シンニングに比べて、略８°程度小さいことになる。
さらに、図１に示すように、本ドリルの各シンニング刃６ａ、７ａの周方向の角度Ｃは、各切刃６、７が延びる方向を基準として、１５５°〜１６５°に設定されており、最も好ましい形態として１６０°±２°で設定される。
なお、本ドリルの各シンニング刃６ａ、７ａの角度Ｃは、最も好ましい形態が採用されると、従来のＮ型シンニングに比べて、略２５°程度大きいことになる。
さらにまた、図３に示すように、本ドリルの一対のシンニング面１４、１５の形成により先端に向かって細くなったウェブ１２の最小幅Ｄは、ドリル径の１５％±０．０５ｍｍで設定される。例えば、ドリル径が１１ｍｍである場合には、ウェブ１２の最小幅Ｄは１．６ｍｍ〜１．７ｍｍの範囲内で設定される。
なお、本ドリル先端のウェブ１２の幅Ｄは、従来のＮ型シンニングに比べてドリル径１１ｍｍの場合、略１．４ｍｍ程度大きいことになる。
さらにまた、本ドリルのリップハイトは、０．２ｍｍ以下に設定されており、従来のＮ型シンニングと同様に設定されている。

次に、図３及び図４に示すように、本ドリル先端の刃先中心部には、シンニング面１４（切屑排出溝２）に臨む、先端第１逃げ面４と、先端第２逃げ面９との間の交差稜線２０が形成され、また、シンニング面１５（切屑排出溝３）に臨む、先端第１逃げ面５と、先端第２逃げ面８との間の交差稜線２１が形成され、これら交差稜線２０及び２１は、周方向で同じ方向に延びている。
さらに、図４に示すように、本ドリル先端の刃先中心部には、交差稜線２０と２１との間に、先端第２逃げ面８と先端第２逃げ面９との間の交差稜線（チゼルエッジ）２４が形成される。このチゼルエッジ２４の長さ（交差稜線２２と交差稜線２３の間の間隔）Ｆは、０ｍｍ以上０．２ｍｍ以下に設定されており、最も好ましい形態として、０ｍｍ以上０．１ｍｍ以下に設定される。
なお、本ドリルのチゼルエッジ２４の長さＦは、最も好ましい形態が採用されると、従来のＮ型シンニングに比べて、略０．２ｍｍ程度小さいことになる。
また、チゼルエッジ２４の長さＦが０ｍｍである場合は、チゼルエッジ２４の部分が、先端第１逃げ面４及び５と、先端第２逃げ面８及び９とで構成される山形状の頂点となり、鋭利なものとなる。

次に、図１及び図２に示すように、本ドリル本体１の外周に、外方に向かって突設されるガイドパッド３０〜３３を各切屑排出溝２、３の対向する壁部に沿ってそれぞれ設け、図１に示すドリル先端の正面視において、ガイドパッド３０、３２が、各切刃６、７が延びる方向の外周部分に２箇所設けられ、各ガイドパッド３１、３３が、各切刃６、７が延びる方向と直交する方向の外周部分に２箇所設けられている。
各切刃６、７が延びる方向の外周部分に設けられた各ガイドパッド３０、３２の始端部は、それぞれ軸方向に対してその位置が略一致しており、一方、各切刃６、７が延びる方向と直交する方向の外周部分に設けられた各ガイドパッド３１、３３の始端部も、それぞれ軸方向に対してその位置が略一致している。
そして、図２に示すように、各切刃６、７が延びる方向の外周部分に設けられた各ガイドパッド３０、３２の始端部と、各切刃６、７が延びる方向と直交する方向の外周部分に設けられた各ガイドパッド３１、３３の始端部との間の軸方向の距離Ｇが０．３ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内に設定されている。
なお、この距離Ｇは、従来のＮ型シンニングに比べて略０．９ｍｍ程度短いことになる。
これにより、本ドリルの各切刃６、７が延びる方向の外周部分に設けた各ガイドパッド３０、３２が加工穴の内周面に当接してから、各切刃６、７が延びる方向と直交する方向の外周部分に設けられた各ガイドパッド３１、３３が加工穴の内周面に当接するまでの時間が従来のＮ型シンニングよりも短縮されるために、ドリルの直進性が向上される。

そこで、本発明の実施の形態に係るドリルにより高能率加工（送り速度３３００ｍｍ／ｍｉｎ）を行った際のドリル先端に作用するスラスト荷重及びドリルの直進性について、従来のＸ型及びＮ型シンニングを採用したドリルと比較した結果を説明する。
スラスト荷重においては、本ドリルは、Ｘ型シンニングに比べて略６０％低減されており、Ｎ型シンニングと比べると略１０％低減されている。また、図５に示すように、直進性においては、本ドリルは、Ｎ型シンニングよりも優れ、直進性に優れているＸ型シンニングと略同等であることが解る。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係るドリルによれば、一対のシンニング面１４、１５の径方向におけるオーバーラップ量Ａをドリル径の略１５％に設定し、且つ、各シンニング面１４、１５の軸方向に対する傾斜角度Ｂを２５°〜３２°の範囲内で設定しているので、高能率加工を行っても、切屑を各切屑排出溝２、３へスムーズに導くことができ、刃先部分に切屑が圧着するのを防ぐ。
また、本発明の実施の形態に係るドリルでは、各シンニング刃６ａ、７ａの間に、長さＦが０ｍｍ以上０．２ｍｍ以下のチゼルエッジ２４を設け、且つ、ドリル本体の外周で、各切屑排出溝２、３の対向する壁部に沿って設けられたガイドパッド３０〜３３において、各切刃６、７が延びる方向の外周部分に設けられた各ガイドパッド３０、３２の始端部と、各切刃６、７が延びる方向と直交する方向の外周部分に設けられた各ガイドパッド３１、３３の始端部との間の軸方向の距離Ｇを０．３ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内で設定しているので、ドリルの直進性を、Ｘ型シンニングと略同等まで向上させることができる。

このように、本発明の実施の形態に係るドリルは、高能率加工を行っても、刃先部分に切屑が圧着することがなく、また、ドリルの直進性が優れているので、加工精度を低下させることなく、工具折損等の不具合も低減されて工具寿命を長くすることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るドリル先端の正面図である。図２は、本発明の実施の形態に係るドリル先端の側面図である。図３は、図１のＺ部の拡大図である。図４は、図３のＹ部の拡大図である。図５は、本ドリルと、従来のＸ型及びＮ型シンニングとの直進性を比較した図である。

符号の説明

１ドリル本体，２、３切屑排出溝，４、５先端第１逃げ面（先端逃げ面），６、７
切刃，６ａ、７ａシンニング刃，１２ウェブ，１４、１５シンニング面，２４チゼルエッジ，３０〜３３ガイドパッド

Claims

ドリル本体の外周面に、回転軸を中心に対称で、回転軸周りをねじれ方向に延びる一対の切屑排出溝が形成されると共に、ドリル先端に、前記各切屑排出溝の回転方向の各壁面と各先端逃げ面との交差稜線に各切刃が形成され、前記各切屑排出溝のドリル先端の底部に、先端に向かって互いに近接するように傾斜する一対のシンニング面を形成することで、該各切刃の軸芯部分に各シンニング刃が形成されるドリルであって、
前記一対のシンニング面が径方向でオーバーラップする量をドリル径の略５％に設定すると共に、前記各シンニング刃間に、長さが０ｍｍ以上０．２ｍｍ以下のチゼルエッジを設けたことを特徴とするドリル。
前記各シンニング面の軸方向に対する傾斜角度を２５°〜３２°の範囲内で設定することを特徴とする請求項１に記載のドリル。
ドリル先端のウェブの幅をドリル径の略１５％に設定すると共に、前記各シンニング刃の周方向の角度を、各切刃が延びる方向を基準として、１５５°〜１６５°の範囲内に設定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。
前記ドリル本体の外周に、外方に向かって突設されるガイドパッドを前記各切屑排出溝の対向する壁部に沿って設け、ドリル先端の正面視において、前記各切刃が延びる方向の外周部分に設けた各ガイドパッドの始端部と、前記各切刃が延びる方向と直交する方向の外周部分に設けた各ガイドパッドの始端部との間の軸方向の距離を０．３ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内に設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のドリル。