JP2012061586A

JP2012061586A - ドリル

Info

Publication number: JP2012061586A
Application number: JP2010209856A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Yanagida; 一也柳田; Koichiro Naruge; 康一郎成毛; Shunichi Igari; 俊一猪狩; Masakuni Takahashi; 正訓高橋; Satoru Higano; 哲日向野
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-29
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: JP5614198B2

Abstract

【課題】切削性能の向上を図れるのは勿論、それに加えて耐摩耗性の向上を図ることもできる。
【解決手段】軸線回りに回転されるドリル本体の先端側に設けられた切刃部の外周に後端側へ延びる切屑排出溝４が形成され、切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面と切刃部の先端逃げ面３との交差稜線部に切刃５が形成され、切刃部の外周に上記内壁面との交差稜線部に沿ってマージン７が形成され、かつ切刃部の表面に硬質被膜が被覆されたドリルである。マージンの先端部において、硬質皮膜に切刃まで達するチャンファ１０が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、被削材に穴明け加工に用いるドリル、なかでもＣＦＲＰのようにプラスチックの中にカーボン繊維を混合して強化した複合材料の被削材に貫通穴を形成するドリルに係わり、特に切刃部の表面にダイヤモンド被膜等の硬質被膜が施されたドリルに関するものである。

従来、切削工具において耐摩耗性及び切削性能の向上を図るため、工具基材の表面にダイヤモンド被膜が施されたものが知られている。
例えば、特許文献１には、工具基材の表面にダイヤモンド被膜を施すとともに、ダイヤモンド被膜を施すことに伴い切刃の刃先が丸みを帯びて切れ味が悪くなるのを回避するため、切刃となる部分の片面（例えば逃げ面）にチャンファを形成し、これにより切刃の刃先の角度を鋭利に保って良好な切れ味を確保する切削工具が提案されている。

特許第３４７７１８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された切削工具では、切刃となる部分の片面の逃げ面にチャンファを形成しており、刃先の角度が鋭利となるのに伴い確かに良好な切れ味が確保されるものの、切刃につながる逃げ面のダイヤモンド被膜の厚さが薄くなるため、ダイヤモンド被膜を施す目的の一つである耐摩耗性の向上を図ることが難しくなるという課題があった。

特に、切削工具において逃げ面は、被削材との接触によって強く擦られる部分であるため、摩耗が進行し易い。このように摩耗が進行し易い部分のタイヤモンド被膜の厚さを薄くすることは、耐摩耗性の向上を図る上で致命的な欠点となる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、切削性能の向上を図れるのは勿論、それに加えて耐摩耗性の向上を図ることができるドリルを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のドリルは、軸線回りに回転されるドリル本体の先端側に設けられた切刃部の外周に後端側へ延びる切屑排出溝が形成され、上記切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面と上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、上記切刃部の外周に上記切屑排出溝のドリル回転方向を向く側面との交差稜線部に沿ってマージンが形成され、かつ上記切刃部の表面に硬質被膜が被覆されたドリルであって、上記マージンの先端部において、上記硬質皮膜に上記切刃まで達するチャンファが形成されていることを特徴とする。

上記構成のドリルによれば、切刃部の表面に硬質被膜が被覆されており、上記チャンファを形成する際にも、切刃のすくい面に当たる切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面や先端逃げ面の硬質被膜の膜厚はそのままに保たれるので、耐摩耗性が向上する。

また、マージンの先端部に切刃まで達するチャンファが形成されており、切刃の最外部には、このようにチャンファが形成されることに伴い鋭いエッジが形成される。このエッジによって良好な切削性能が発揮される。
ドリルを用いた穴あけ加工時においては、被削材の材質によってドリル先端が抜け出る開口端にバリ等が発生しがちであるが、上記構成のドリルでは、切刃の最外部にエッジが形成されて良好な切削性能が発揮されるため、バリ等の発生を抑えることができる。また、同時に穴の加工精度も向上する。

ここで、上記チャンファはレーザーあるいは研磨によって形成されていることが好ましい。
この硬質被膜はそれ自体硬度が高いため所望形状への加工が困難である。レーザーを利用した加工であると、短時間で高精度の加工が行える。また、研磨を利用した加工であると、コンパクトかつ比較的安価で簡単な装置での加工が可能となり、チャンファの加工数が少ないときに有利となる。

また、上記チャンファは、先端側が上記ドリル中心に近づくように上記ドリル本体の軸線方向に対し０〜３０°の傾斜角を有するとともに、ドリル回転後方に向けて逃げをもつように周方向接線に対し０〜１５°の傾斜角を有するように形成されていることが好ましい。
チャンファのドリル本体軸線方向に対する傾斜角並びに周方向接線に対する傾斜角を上記のように設定することにより、チャンファのドリル回転方向前端があたかも副切刃のように作用することとなり、穴あけ加工時におけるバリ等の発生をより一層抑えることができる。

また、上記チャンファは、上記硬質被膜を残して形成されていることが好ましい。
硬質被膜を残してチャンファを形成するので、マージンについても良好な耐摩耗性が得られる。

以上説明したように本発明によれば、切削性能の向上を図れるのは勿論、それに加えて耐摩耗性の向上を図ることができる。

本発明に係るドリルの実施形態の先端部分の正面図である。図１に示す実施形態の先端部分を周方向の異なる角度から見た図である。図１に示す実施形態の先端部分の拡大斜視図である。図１に示す実施形態のチャンファ及びその周辺の拡大斜視図である。図４におけるＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

図１は本発明に係るドリルの実施形態の先端部分の正面図、図２は同実施形態の先端部分を周方向の異なる角度から見た図、図３は同実施形態の先端部分の拡大斜視図である。
本実施形態において、ドリル本体１は、軸線Ｏを中心とした概略円柱状をなし、図示されないその後端部は円柱状のままのシャンク部（図示略）とされるとともに、先端部は切刃部２とされ、上記シャンク部が工作機械の主軸に把持されて軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転されつつ該軸線Ｏ方向先端側（図１における上側）に送り出されることにより、例えば航空機用材料として使用されるＣＦＲＰのようにプラスチックの中にカーボン繊維を混合して強化した複合材料の被削材に貫通穴を形成する。

そして、このドリル本体１は、上記シャンク部から切刃部２の先端にかけてのその全体が超硬合金からなる工具基材１Ａによって一体に形成されるとともに、切刃部２の表面に工具基材１Ａの材料よりも高い硬度の材料からなる硬質被膜として例えばＣＶＤ法によるダイヤモンド被膜１Ｂが被覆されている（図５参照）。

切刃部２には、その外周に、ドリル本体１の先端側を向く先端逃げ面３から後端側に向けて延びる切屑排出溝４が、後端側に向かうに従い軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔの後方側に捩れるように、該軸線Ｏを挟んで対称に一対形成されている。

先端逃げ面３は、本実施形態ではドリル回転方向Ｔ後方側に向けて逃げ角が段階的に大きくなる第１〜第３の３つの逃げ面部３Ａ、３Ｂ、３Ｃにより形成されている。３つの逃げ面部のうちドリル回転方向Ｔ前方側の第１逃げ面部３Ａと切屑排出溝４のドリル回転方向を向く内壁面４Ａの先端側部分との交差稜線部に切刃５が形成されている。

なお、この内壁面４Ａ先端側部分の内周部には、上記先端逃げ面３のうちドリル回転方向Ｔ後方側の第３逃げ面部３Ｃと凹Ｖ字状をなして交差するようにシンニング面６が形成されていて、このシンニング面６と第１逃げ面部３Ａとの交差稜線部に切刃５の内周側において軸線Ｏに向かうシンニング刃５Ａが形成されるように、切刃５にはシンニングが施されている。

一方、切刃部２の外周面には、その切屑排出溝４のドリル回転方向Ｔを向く内壁面４Ａとの交差稜線部に沿って、切刃５の外径と等しい外径で軸線Ｏを中心とした断面凸円弧状をなす外周面を有するマージン７が形成されている。また、このマージン７のドリル回転方向Ｔ後方側に連なる外周面は、該マージン７よりも外径が僅かに一段小さくされた外周逃げ面８とされている。

図４は本実施形態のマージンの先端部分及びその周辺を示す拡大斜視図であり、図５は図４におけるＶ−Ｖ線に沿う断面図である。これらの図にも示すように、マージン７の先端部におけるダイヤモンド被膜１Ｂには、切刃５並びに先端逃げ面３まで達するチャンファ１０が形成されている。すなわち、切刃５につらなる上記第１の逃げ面部３Ａとマージン７の交差稜線部には、これら第１の逃げ面部３Ａとマージン７とにそれぞれ角度をもって交差するようにチャンファ１０が形成されている。

具体的には、チャンファ１０は、先端側がドリル中心に近づくように上記ドリル本体の軸線方向Ｌａに対し０〜３０°の傾斜角θａを有するとともに、回転後方に向けて逃げをもつように切刃５の外端の周方向接線Ｌｂに対し０〜１５°の傾斜角θｂを有するように形成されている。また、ドリル本体の軸線方向Ｌａと平行に測定したチャンファ１０の長さＬは、マージンの幅寸法Ｗに対して０．２×Ｗ〜５×Ｗの範囲程度に設定される。

また、チャンファ１０は、ダイヤモンド被膜１Ｂを残して形成されている。すなわち、図５に示すように、ダイヤモンド被膜１ＢはＣＶＤ法により通常５〜３０μｍ程度の厚さＴａとなるように被覆されるが、チャンファ１０が形成されることによりダイヤモンド被膜の一部が除去される場合でも、最も大きく除去される部分であるマージン７の先端において、ダイヤモンド被膜１Ｂの厚さＴｂが０．１〜２０μｍ程度残るようにチャンファ１０は形成される。
なお、チャンファ１０は、工具基材１Ａ上にダイヤモンド被覆１Ｂが被覆された後、レーザーあるいは研磨によって形成される。

次に、上記構成のドリルの作用について説明する。
上記のドリルでは、上述のようにドリル本体１が送り出されて切刃５により被削材に穴明け加工を行う。このとき、切刃５を含む切刃部２がダイヤモンド被膜１Ｂによって被覆されるので、穴明け加工時における良好な耐摩耗性並びに切削性能が得られる。

なお、先行技術として紹介した特許文献１に記載されたドリルでは、逃げ面部分のダイヤモンド被膜の厚さが薄くなるのに起因して耐磨耗性の問題があったが、上記構成のドリルでは、チャンファ１０をマージン７に形成しており、切刃５のすくい面に当たる切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面４Ａや先端逃げ面３のダイヤモンド被膜１Ｂの膜厚はチャンファ１０を形成する前後で何ら変わらずそのままの厚さに保たれるので、耐摩耗性に何ら問題が生じない。

一方、工具基材１Ａの表面にダイヤモンド被膜１Ｂを施すことに伴い、切刃５が丸みを帯びて切れ味が悪くなることが懸念される。しかしながら、ここでは、マージン７の先端部に切刃５まで達するチャンファ１０を形成しており、このようにチャンファ１０を形成することに伴い切刃５の最外部に鋭いエッジ５Ｂが形成され、このエッジ５Ｂによって切刃５の良好な切削性能が得られる。

すなわち、穴明け加工時において、穴内周面の加工精度を上げたり穴の開口端に生じるバリを抑えたりするには、切刃５の最外部の性状が最も大きく寄与するが、上記構成のリルでは、切刃５の最外部に鋭いエッジ５Ｂを形成しており、このエッジ５Ｂによって良好な切れ味を確保しているので、ドリルとして良好な切削性能が得られる。

特に、被削材がプラスチックの中にカーボン繊維を混合して強化したＣＦＲＰのような複合材料である場合、カーボン繊維が穴の内周面側に向けて突出する毛羽立ちやのカーボン繊維が穴の開口端から外方へ突出するバリの発生が問題となるが、上記構成のドリルでは、このようなカーボン繊維に起因する毛羽立ちやバリの発生を抑えることができる。

また、チャンファ１０を形成するにあたり、先端側がドリル中心に近づくように上記ドリル本体の軸線方向に対し０〜３０°の傾斜角を有するとともに、ドリル回転後方に向けて逃げをもつように周方向接線に対し０〜１５°の傾斜角を有するように形成しており、これにより、チャンファ１０のドリル回転方向前端１０Ａがあたかも副切刃のように作用する。この結果、プラスチックの中にカーボン繊維を混合して強化した複合材料からなる被削材に穴加工を施す際の、カーボン繊維に起因する毛羽立ちやバリ等の発生をより一層抑えることができる。

さらに、上記構成のドリルでは、チャンファ１０が工具基材１Ａまで至らずダイヤモンド被膜１Ｂを残して形成されているので、マージン７の良好な耐摩耗性を確保できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態では硬質被膜としてダイヤモンド被膜１Ｂを用いた例について説明したが、これに限られることなく、ＴｉＮ，ＴｉＣＮ、ＴｉＡＩＮなどのセラミックス材料を硬質被膜として用いても良い。

また、上記実施形態では、チャンファ１０を形成するのに、表面のダイヤモンド被膜１Ｂを残して形成しているが、これに限られることなく、工具基材１Ａを露出させるようにチャンファを形成しても良い。
また、チャンファ１０を形成するにあたり、必ずしもレーザや研磨を利用した加工に限られることなく、例えばＣＶＤ法の途中でマージン７の一部を被覆することによってチャンファ１０を形成するような方法を用いても良い。

１ドリル本体
１Ａ基材
１Ｂダイヤモンド被膜（硬質被膜）
２切刃部
３先端逃げ面
３Ａ第１の逃げ面部
３Ｂ第２の逃げ面部
３Ｃ第３の逃げ面部
４切屑排出溝
４Ａ切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面
５切刃
５Ｂ切刃の最外部のエッジ
５Ａシンニング刃
６シンニング面
７マージン
８外周逃げ面
１０チャンファ
１０Ａチャンファのドリル回転方向前端
Ｏドリル本体１の軸線
Ｔドリル回転方向
θａチャンファのドリル本体の軸線方向に対する傾斜角
θｂチャンファの周方向の接線に対する傾斜角
Ｌチャンファの長さ

Claims

軸線回りに回転されるドリル本体の先端側に設けられた切刃部の外周に後端側へ延びる切屑排出溝が形成され、上記切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面と上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、上記切刃部の外周に上記内壁面との交差稜線部に沿ってマージンが形成され、かつ上記切刃部の表面に硬質被膜が被覆されたドリルであって、
上記マージンの先端部において、上記硬質皮膜に上記切刃まで達するチャンファが形成されていることを特徴とするドリル。
上記チャンファはレーザーあるいは研磨によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
上記チャンファは、先端側が上記ドリル中心に近づくように上記ドリル本体の軸線方向に対し０〜３０°の傾斜角を有するとともに、ドリル回転後方に向けて逃げをもつように周方向接線に対し０〜１５°の傾斜角を有して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のドリル。
上記チャンファは、上記硬質被膜を残して形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のドリル。