JP2012024852A

JP2012024852A - ドリル

Info

Publication number: JP2012024852A
Application number: JP2010162528A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Kitamori; 一範北森; Manabu Yasukawa; 学安川
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: JP5593910B2

Abstract

【課題】ドリルによる穴あけ加工時に被削材に対する食付き性を十分に確保し、切削抵抗が安定化するまでの時間を短縮できるドリルを提供する。
【解決手段】チゼルエッジコーナから外周コーナまでの切れ刃の二番角がチゼルエッジコーナから外周コーナへ向けて連続的に減少しているドリルとする。また、チゼルエッジコーナにおける切れ刃の二番角を１５°を超えて２５°以下の範囲として、外周コーナにおける切れ刃の二番角を３°以上８°未満の範囲とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、主に一般鋼材などの金属材料の穴あけ加工で使用するドリルに関する。

自動車や航空機などの金属材料からなる部品（部材）の穴あけ加工を行う際には、その穴の寸法や形状に応じた種々のドリルが使用されている。しかし、その部品の材質や加工すべき穴の数が、使用するドリルの許容範囲を超えると、ドリルの刃先が欠けたり、ドリル自体が折れたりするなどの不具合が生じていた。また、加工する穴の位置がずれたり、穴の加工面が粗くなるなどの問題も生じていた。

そこで、特許文献１では、ドリルの切れ刃の二番角（二番面の逃げ角）を８°以上１２°以下とした上で、二番面に連なる三番面を設けることで、ドリルの中心側での逃げ面を大きく確保できるので、刃先の強度確保と切削抵抗の低減ができるドリルが開示されている。

また、特許文献２では主にプリント配線板の穴開けに使用するドリルの切れ刃の二番角を１０°以上１５°以下とすることで、刃先が強くなる形状となるために刃先の欠けを防止できると共に穴位置精度および穴の面粗さを良好に出来るドリルが開示されている。

特開２００６−７５９３８号公報特開２００５−１１８９２３号公報

しかし、特許文献１に開示されたドリルにおいては、切れ刃の二番角を８°以上１２°以下の範囲で一定角度とすると、チゼルエッジ付近の切れ刃の切れ味が低下する。その結果、ドリルが被削材と接触する瞬間に必要な被削材に対する食付き性が十分に確保できないという問題があった。また、ドリルに三番面を設けることで、ドリルの製作工数が増加し、ドリル形状の品質管理面も煩雑になるという問題もあった。

また、特許文献２に開示されたドリルにおいては、切れ刃の二番角を１０°以上１５°以下の範囲で一定角度とすると、外周コーナ付近の切れ刃の切れ味が低下する。その結果、ドリルと被削材との間に発生する切削抵抗が安定するまでに時間を要するという問題があった。

これは、ドリル切れ刃の中心側であるチゼルエッジコーナとドリル切れ刃の外周側である外周コーナとでは、切削加工における切れ刃の二番角の役割がそれぞれ異なることに起因しているものと考えられる。すなわち、チゼルエッジコーナにおける切れ刃の二番角は、切削加工において被削材と最初に接触する切れ刃の二番角であるので、その二番角の如何によって被削材との食い付き性が大きく左右される。また、外周コーナにおける切れ刃の二番角は、切削加工が進む中でドリル径に相当する穴径を確保していくので、その二番角の如何によってドリル自体の振れや穴位置精度に大きく左右される。

そのため、例えばチゼルエッジコーナと外周コーナの切れ刃の二番角のみを２０°や５°に変化させて、切れ刃の他の部分の二番角を１０°で一定としたドリル、もしくはドリルのチゼルエッジから外周コーナに向けて、切れ刃の二番角が段階的に減少するように変化するドリルとすることも考えられる。

しかし、前者のドリルでは、切削加工中に切れ刃の二番角が変化する部分で大きなスラスト（切削抵抗）が発生するので、ドリルと被削材の双方にとって好ましくない。また、後者のドリルも上記と同様に切削加工中に切れ刃の二番角が変化する部分で大きなスラストが発生するので、ドリルと被削材の双方にとって好ましくない。

そこで、本発明においては前述した問題点に鑑みて、ドリルによる穴あけ加工時に被削材に対する食付き性を十分に確保し、切削抵抗が安定化するまでの時間を短縮できるドリルを提供することを課題とする。

前述した課題を解決するために、本発明においては、切れ刃の二番角がチゼルエッジコーナから外周コーナへ向けて連続的に減少するドリルを提供することにより、切削加工においてドリルと被削材の双方に発生するスラスト値を大きく緩和できる。

また、請求項２に係る発明においては、チゼルエッジコーナにおける切れ刃の二番角が１５°を超えて２５°以下の範囲とするドリルとしたので、チゼルエッジコーナ付近の切れ刃の切れ味低下を防止できる。チゼルエッジコーナにおける二番角を一定範囲に限定した理由は、その最大値が２５°を超えるか若しくは、その最小値が１５°以下の場合には、後述するように切削加工中のスラスト値やスラスト幅が大きくなるためである。

さらに、請求項３に係る発明においては、外周コーナにおける切れ刃の二番角が３°以上８°未満の範囲とするドリルとしたので、外周コーナにおける切れ刃の切れ味低下を防止できる。外周コーナにおける二番角を一定範囲に限定した理由は、その最大値が８°以上であるか若しくは、その最小値が３°未満である場合には、後述するように切削加工中のスラスト値やスラスト幅が大きくなるためである。また、例えばドリル径が１．０ｍｍ以下の小径ドリルであると、そのドリルと被削材との間の逃げ量が十分に確保できず、ドリルが被削材に接するために切削抵抗が大きくなる可能性があるためでもある。

以上述べたように、本発明においては、切れ刃の二番角がチゼルエッジコーナから外周コーナへ向けて連続的に減少するドリルを用いることにより、ドリルと被削材の双方に発生するスラストを大きく緩和するので、ドリルによる穴あけ加工時に被削材に対する食付き性を十分に確保できるという効果を奏する。

また、チゼルエッジコーナにおける切れ刃の二番角を１５°を超えて２５°以下の範囲とするドリルを用いることにより、チゼルエッジコーナ付近の切れ刃の切れ味低下を防止できるので、ドリルと被削材との間の逃げ量を確保し、スラスト値の上昇を抑制できる。

さらに、外周コーナにおける切れ刃の二番角を３°以上８°未満の範囲とするドリルを用いることにより、外周コーナにおける切れ刃の切れ味低下を防止するため、加工穴径がドリル径と同一になってからのドリルの振れが少なくなり、加工開始からスラスト値が安定するまでの時間も短縮できる。

本発明の実施の形態の一例であるドリル１の正面図である。図１のドリル１先端部の右側面図である。（ａ）は図１のＸ−Ｘ線矢視の断面図であり、（ｂ）は図１のＹ−Ｙ線矢視の断面図である。本発明に係るドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角３°）を用いた切削試験中のスラスト値の経時変化を示すグラフである。本発明外の比較ドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角１°）を用いた切削試験中のスラスト値の経時変化を示すグラフである。は本発明外の比較ドリル（二番角１０°で一定）を用いた切削試験中のスラスト値の経時変化を示すグラフである。（ａ）は本発明の実施例１に係るドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角３°）を用いた切削試験中のＸＹ方向におけるスラスト値の変化を示し、（ｂ）は本発明外の比較ドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角１°）を用いた切削試験中のＸＹ方向におけるスラスト値の変化を示すグラフである。

本発明の実施の形態について、本発明に係るドリル１を二つのねじれ溝を有するツイストドリルに適用した場合について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例であるドリル１の正面図、図２は図１のドリル１先端部の右側面図、図３（ａ）は図１のＸ−Ｘ線矢視の断面図、同図（ｂ）は図１のＹ−Ｙ線矢視の断面図である。

図１および図２に示すように、二つのねじれ溝６、６を持つドリル１は、その先端部のチゼルエッジの端部であるチゼルエッジコーナ２から延びる稜線である切れ刃３を有する。また、切れ刃３とドリル１の外周との交点では外周コーナ４が形成されている。さらに、ドリル１の逃げ面５は、二番面５ａと、二番面５ａに連続して形成される三番面５ｂから構成されている。

また、ドリル１の切れ刃３における二番面の逃げ角（二番角）は、チゼルエッジコーナ２から外周コーナ４に向けて連続的に減少するように形成されており、図３（ａ）に示すようにチゼルエッジコーナ２に位置する二番角α１を１５°を超えて２５°以下の範囲に設定し、図３（ｂ）に示すように外周コーナ４に位置する二番角α２を３°以上８°未満の範囲になるように設定している。

本発明に係るドリルの切れ刃の二番角の変化によるドリル又は被削材に対する影響を確認するため、種々の仕様によるドリルを用いて切削試験を行った。その結果について表１および図４ないし図６を用いて説明する。

本切削試験に用いたドリルは、ドリル径６．０ｍｍ、ドリル長さ８１ｍｍ、溝長さ４１ｍｍ、ねじれ角３０°、先端角１３４°、シャンク径６．０ｍｍを共通仕様として、チゼルエッジコーナにおける二番角を１０°、１５°、２０°、２５°および３０°の５水準、外周コーナにおける二番角を１°、３°、５°、７°、１０°および１５°の６水準にそれぞれ変化させた計３０種類のドリルを用いた。その他に、従来のドリルとして、ドリル径６．０ｍｍ、ドリル長さ８２ｍｍ、溝長さ４１ｍｍ、ねじれ角３０°、先端角１３６°、シャンク径６．０ｍｍ、切れ刃の二番角１０°（一定角度）とする仕様のドリルを比較ドリルとして使用した。

本切削試験は、以下の条件で行い、加工穴が１９ｍｍ深さに到達するまでにドリルにかかるドリルの軸方向の切削抵抗（スラスト値）を動力計により測定しながら、切削試験を行った。
・切削速度：８０ｍｍ／ｍｉｎ
・ドリルの送り量：０．１１６ｍｍ／ｒｅｖ
・ドリルの送り速度：４９１．７ｍｍ／ｍｉｎ
・ドリル回転数：４２５０ｍｉｎ^-1
・被削材：炭素鋼Ｓ５０Ｃ
・切削油：水溶性切削油剤
・ドリル加工機：ファナック社製縦型ＭＣ（型番：ＢＴ３０）
・切削抵抗測定機器：キスラー社製動力計（型番：９２７３）

表１は、上述した３０種類のドリルを用いた本切削試験結果である。同表中の「×Ａ」とは切削試験中にドリル刃先に欠けが発生したもの、「×Ｂ」は切削試験中のスラスト値が６００Ｎ以上であったもの、「×Ｃ」は切削加工中のスラスト変動幅が１００Ｎ以上であったものとし、ドリルの不具合判断の基準とした。また、同表中の「○」は上記いずれにも該当しない、つまりドリル刃先に欠けが発生せず、切削試験中のスラスト値が６００Ｎ未満であり、かつスラスト変動幅が１００Ｎ未満であったものであることを示し、不具合のないドリルと判断することにした。

表１に示すように、チゼルエッジコーナの二番角が１０°および３０°であるドリルは、外周コーナの二番角が１°〜１５°の６水準全てにおいて「×Ａ」、「×Ｂ」または「×Ｃ」のいずれかの不具合、すなわち切削試験中にドリル刃先に欠けが発生したか、切削試験中のスラスト値が６００Ｎ以上であったか、もしくは切削加工中のスラスト変動幅が１００Ｎ以上であったという不具合が発生した。また、チゼルエッジコーナの二番角が１５°、２０°および２５°であるドリルは、外周コーナの二番角が１°、１０°および１５°の場合には同様に「×Ａ」または「×Ｃ」のいずれかの不具合、すなわち切削試験中にドリル刃先に欠けが発生したか、もしくは切削加工中のスラスト変動幅が１００Ｎ以上であったという不具合が発生した。なお、従来の比較ドリルの試験結果は「×Ｂ」であり、切削試験中のスラスト値が約６４０Ｎであった。

これに対して、チゼルエッジコーナの二番角が１５°、２０°および２５°であり、かつ外周コーナの二番角が３°、５°および７°のドリルの試験結果は、表１に示すように「○」であり、すなわち刃先に欠けが発生せず、切削試験中のスラスト値も６００Ｎ未満であり、そしてスラスト変動幅も１００Ｎ未満であり、不具合は発生しなかった。

図４は、本発明に係るドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角３°）を用いた切削試験中のスラスト値の経時変化を示し、図５は、本発明外の比較ドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角１°）を用いた切削試験中のスラスト値の経時変化を示し、図６は、本発明外のドリル（二番角１０°で一定）を用いた切削試験中のスラスト値の経時変化を示す。

本発明に係るドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角３°）を用いた切削加工試験中のスラスト値の経時変化は、図４に示すように切削開始から０．１４秒（Ａ１で示す区間）後にスラスト値が約５３０Ｎ（同図内の破線で示した値）で安定になり、６００Ｎ未満であった。また、スラスト値が安定になってからのスラスト変動幅は、約９０Ｎ（Ａ２で示すスラスト値の幅）であり、１００Ｎ未満であった。

これに対して、本発明外のドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角１°）を用いた切削加工試験中のスラスト値の経時変化は、図５に示すように切削開始から０．１８秒（Ｂ１で示す区間）後にスラスト値が約５６０Ｎ（同図内の破線で示した値）で安定になった。このことから、スラスト値および切削開始からスラスト値が安定するまでに要する時間に関しては、図４に示す本発明に係るドリルの場合と同様の結果となった。しかし、切削加工中のスラスト変動幅は図４に示すように本発明に係るドリルでは約９０Ｎ（Ａ２で示すスラスト変動幅）であったのに対して、本発明外のドリルでは図５に示すように約１８０Ｎ（Ｂ２で示すスラスト変動幅）まで上昇して、結果的に本発明に係るドリルの場合の２倍のスラスト変動幅となった。

このことから、ドリルのチゼルエッジコーナにおける二番角が同一角（本実施例では２０°）でも、外周コーナにおける二番角を３°以上の角度とすることで切削加工中のスラスト変動幅を抑制するができる。したがって、ドリル自体の振れを抑制し、同時に穴位置精度を確保できることになる。

また、従来ドリルのように切れ刃の二番角が一定のドリルの場合は、図６に示すように本発明外の比較ドリル（二番角１０°で一定）では、切削加工中のスラスト変動幅は約９０Ｎ（Ｃ４で示すスラスト変動幅）であったので、図４に示す本発明に係るドリルの場合と同様の結果となった。しかし、スラスト値およびスラスト値が安定するまでに要する時間については、切削開始から０．１８秒（Ｃ１で示す区間）後にスラスト値が約６００Ｎで一旦停滞したが、その後再び０．２９秒（Ｃ２で示す区間）後にスラスト値が約６４０Ｎ（同図内の破線で示した値）まで上昇し、最終的には切削開始から０．４７秒（Ｃ３で示す区間）後にスラスト値が約６４０Ｎ（同図内の破線で示した値）で安定となった。このことから、本発明外の比較ドリルでは、本発明に係るドリルに比べてスラスト値が安定するまでに要する時間が長く、そのスラスト値も大きいことを示すことになった。

このことから、本発明に係るドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角３°）は、従来の切れ刃の二番角が一定のドリルに比べて、スラスト値が低下したことから、切削加工においてドリルと被削材の双方に発生するスラスト値が大きく緩和することになる。同時にスラスト値が安定するまでに要する時間も短縮される。

以上の結果より、本発明に係るドリル、すなわちチゼルエッジコーナにおける二番角が１５°を超えて２５°以下の範囲であり、外周コーナにおける二番角が３°以上８°未満の範囲であるドリルは、本発明外のドリルと比較して、切削開始からスラスト値が安定するまでの時間を短縮し、同時にスラスト値および切削加工中のスラスト変動幅も小さくできた。

次に、上述した切削加工試験において、被削材への食い付き性を確認するために、本発明に係るドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角３°）および本発明外のドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角１°）を用いて同一平面内のＸＹ方向におけるスラスト値の変化を測定したので、その結果について図７を用いて説明する。本試験で用いたドリルの仕様および切削加工試験の条件は、実施例１と同様である。

図７（ａ）は、本発明に係るドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角３°）を用いた切削試験時のＸＹ方向におけるスラスト値の変化を示し、同図（ｂ）は本発明外の比較ドリル（チゼルエッジコーナにおける二番角２０°、外周コーナにおける二番角１°）を用いた切削試験時のＸＹ方向におけるスラスト値の変化を示す。本発明に係るドリルを用いて行った切削試験時のドリルにかかるスラスト値は、図７（ａ）に示すようにＸＹ方向のいずれの方向にも３０Ｎ以下であった。それに対して、本発明外のドリルは、図７（ｂ）に示すようにＸ方向には約３０Ｎのスラスト値を示しているが、Ｙ方向は約４０Ｎのスラスト値まで上昇した。

以上の結果より、本発明に係るドリルは、本発明外のドリルと比較して同一平面内のスラスト値の上昇を抑制しているので、ドリルの振れが少なくなり、被削材への食い付き性も改善された。

１ドリル
２チゼルエッジコーナ
３切れ刃
４外周コーナ
α１、α２二番角

Claims

切れ刃の二番角がチゼルエッジコーナから外周コーナへ向けて連続的に減少していることを特徴とするドリル。
前記チゼルエッジコーナにおける切れ刃の二番角が１５°を超えて２５°以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
前記外周コーナにおける切れ刃の二番角が３°以上８°未満の範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のドリル。