JP2014058027A

JP2014058027A - ドリル

Info

Publication number: JP2014058027A
Application number: JP2012205935A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Suzuki; 安弘鈴木; Fumiya Yasue; 文也安江; Satoshi Kato; 智加藤; Yuji Koyama; 雄二小山
Original assignee: NIPPON CHOKO KK
Current assignee: NIPPON CHOKO KK
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: JP5781044B2

Abstract

【課題】高能率で高精度に加工可能なドリルの提供。
【解決手段】芯高が０ｍｍに形成され、ドリル中心側に位置するドリル中心側切れ刃１１と、ドリル中心側切れ刃１１の外周側に配置されるドリル外周側切れ刃１２とを有し、ドリル外周側切れ刃１２に対して、ドリル中心側切れ刃１１は角度α分だけ傾けて形成され、前記角度αが、２５°以上３５°以下の角度に設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドリルの加工性能を向上させる技術に関し、詳しくはドリルを用いて金属を穴加工する際に、穴の加工精度と加工能率を向上させる技術に関する。

ドリルを用いて金属の穴加工を行う際には、可能な限り高精度にかつ高速に加工出来ることが望ましい。したがって、ドリルにもそれを実現する為の性能が求められる。ドリルの切れ刃の形状を変えることで、加工能率や工具寿命、穴加工精度に複雑に影響することが知られており、従来、この手の課題に対しては様々なアプローチがなされている。その解決方法の一つとしてチゼル部分の改善について、検討されている。

特許文献１にはチゼル無し円錐面渦巻き刃ドリルに関する技術が開示されている。ドリルによる穴あけ加工において、ドリル切れ刃に形成されるチゼル部分は、チゼルエッジが長いと、チッピングや刃欠けを抑制する効果があるが、スラスト荷重が高くなり、加工初期の食いつき性及び求心性が悪化する問題がある。このため、円錐面渦巻き刃の先端チゼル部分に、切削回転方向に滑らかな突形状を成す一対の切れ刃を、その内周側端部が軸芯と一致する一円錐面の頂点に位置させ、底面視においてその軸芯上でお互いに滑らかに接続すると共に、それら一対の切れ刃の全長をその位置円錐面に形成している。こうすることで、チゼルを無くして加工初期より優れた食いつき性及び求心性を得られる。

特開平５−９６４１４号公報

しかしながら、特許文献１の技術は以下に説明する課題があると考えられる。

特許文献１の技術を用いたドリルは、シンニングによって形成された切れ刃の逃げ角がドリルの中心に近づくほど鈍角になる。これは、ドリル先端にシンニング加工をする場合に、ドリルの中心に近づくほど浅くなるような形状となる為である。ドリルの切れ刃が鈍角になるほど、加工中に生じるスラスト荷重は増大する傾向にある。この結果、特許文献１の技術を用いたとしても、ドリルの加工能率や加工精度は期待するほど上がらないと考えられる。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、高能率で高精度に加工可能なドリルを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様によるドリルは、以下のような特徴を有する。

（１）芯高が０ｍｍに形成され、ドリル中心側に位置するドリル中心側切れ刃と、前記ドリル中心側切れ刃の外周側に配置されるドリル外周側切れ刃とを有し、前記ドリル外周側切れ刃に対して、前記ドリル中心側切れ刃は角度α分だけ傾けて形成され、前記角度αが、２５°以上３５°以下の角度に設定されていること、を特徴とする。

上記（１）に記載の態様により、ドリル中心側切れ刃とドリル外周側切れ刃にそれぞれ異なる逃げ角を形成することが可能となる。角度αを２５°以上３５°以下に設定することで、ドリル中心側切れ刃にも鋭角な逃げ角を形成することが可能である。したがって、特許文献１に記載された技術のようにシンニングによって切れ刃を付けた場合と異なり、ドリル中心側切れ刃の逃げ角も鋭角に設けることが出来るため、スラスト荷重を減少させることが可能となる。この結果、高能率で高精度の加工が可能なドリルを提供することが可能となる。

（２）（１）に記載のドリルにおいて、前記ドリル中心側切れ刃の逃げ角は、前記ドリル外周側切れ刃より鋭角に形成されていること、を特徴とする。

上記（２）に記載の態様により、ドリル外周側切れ刃よりドリル中心側切れ刃の逃げ角が鋭角であるため、ドリル中心側切れ刃を鋭角にすることでスラスト荷重の発生をより抑え、加工初期の食いつきを良好にすることができる。また、加工が進むと、ドリル中心側切れ刃の外側に配置されるドリル外周側切れ刃が加工に作用する。ドリル外周側切れ刃は最適な角度の逃げ角に設定されているので、加工精度の向上を図ることができる。

第１実施形態の、バニシングドリルの底面視平面図である。第１実施形態の、バニシングドリルの側面図である。第１実施形態の、バニシングドリルの先端形状を示す図である。第１実施形態の、バニシングドリルの加工性能について片対数グラフである。第１実施形態の、スラスト荷重に関するグラフである。第１実施形態の、位置精度に関するグラフである。比較のために用意した、バニシングドリルの底面視図である。第２実施形態の、ツイストドリルの側面図である。

まず、本発明の第１の実施形態について、図面を用いて説明する。

図１に、第１実施形態の、バニシングドリル１０を底面視した平面図を示す。図２に、バニシングドリル１０の側面図を示す。図３に、バニシングドリル１０の先端形状を示す平面図及び側面図である。（ａ）に底面視平面図を、（ｂ）は４５度の角度から、（ｃ）は側面から、（ｄ）は７５度の角度からの側面図となっている。バニシングドリル１０はドリル中心側切れ刃１１とその外周にドリル外周側切れ刃１２を備え、４箇所にガイドパット１３を備えている。ドリル中心側切れ刃１１はドリル外周側切れ刃１２に対してバニシングドリル１０の回転方向に角度αだけ進角させて形成されている。バニシングドリル１０のドリル中心側切れ刃の芯高ｈ_１及びドリル外周側切れ刃の芯高ｈ_２は０ｍｍとなるように設定されており、チゼルエッジＣの長さも０ｍｍとなるように設定されている。そして、図２に示される様に、バニシングドリル１０はバニシングドリルと呼ばれる直刃のドリルとなっている。

ドリル中心側切れ刃１１の長さは、ドリル外周側切れ刃１２の長さに対して半分の長さに設定されている。ドリル中心側切れ刃１１と、ドリル外周側切れ刃１２との長さの比率は、１：２程度、或いは、バニシングドリル１０の直径に対してドリル中心側切れ刃１１の径が０．３〜０．４倍程度に設定されていることが望ましい。そして、ドリル中心側切れ刃１１とドリル外周側切れ刃１２にはそれぞれ異なる逃げ角が形成され、ドリル外周側切れ刃１２よりもドリル中心側切れ刃１１の逃げ角は鋭角に設定されている。なお、バニシングドリル１０の材質は、炭化タングステンとコバルトが配合された超硬合金が用いられており、高速切削性を高めているが、他の材質を用いることを妨げない。

バニシングドリル１０の先端角θは図２に示される様に１３５度に設定されており、ドリル中心側切れ刃１１とドリル外周側切れ刃１２は、バニシングドリル１０内周側に配置されるドリル中心側切れ刃１１とバニシングドリル１０外周側に配置されるドリル外周側切れ刃１２とが不連続な刃を形成している。そしてドリル中心側切れ刃１１は中心点Ｏを挟んで続くように形成されているので、前述したようにチゼルエッジＣの長さは０ｍｍとなる。バニシングドリル１０の刃先は、中心点Ｏを中心に点対称に形成されている。

第１実施形態のバニシングドリル１０は上記構成である為、以下に説明するような作用効果を奏する。

まず、バニシングドリル１０によって高能率で高精度に可能である点が挙げられる。これは、第１実施形態のバニシングドリル１０が、芯高が０ｍｍに形成され、ドリル中心側に位置するドリル中心側切れ刃１１と、ドリル中心側切れ刃１１の外周側に配置されるドリル外周側切れ刃１２とを有し、ドリル外周側切れ刃１２に対して、ドリル中心側切れ刃１１は角度α分だけ傾けて形成され、角度αが、２５°以上３５°以下の角度に設定されているものである。このため、直刃で高能率かつ高精度加工が可能なドリルの提供が可能となる。

図５に、切削抵抗に関するグラフを示す。図６に、位置精度に関するグラフを示す。なお、図５では、バニシングドリル１００を「従来ドリル」、バニシングドリル１０を「発明のドリル」として示している。図７に、従来ドリルとして示すバニシングドリル１００の底面視図を示す。従来ドリルとして示すバニシングドリル１００は、切れ刃１１１とガイドパット１１３を有している。芯高ｈは０．２ｍｍ程度、チゼルエッジＣの長さは０．５ｍｍ程度に設定されている。このバニシングドリル１００とバニシングドリル１０とを比べたものが、図５及び図６である。図５では、バニシングドリル１００とバニシングドリル１０とのスラスト荷重を比較している。バニシングドリル１０は送り量ｆ＝０．５ｍｍ／ｒｅｖにおいてバニシングドリル１００に対してバニシングドリル１０のスラスト荷重は２５％低減していることがわかる。これは、チゼルエッジＣを可能な限り短くした点が作用していると考えられる。

金属を加工するドリルには、バニシングドリル１００にも示される様に上述したチゼル部と呼ばれるすくい面の無い、加工に寄与しない部分がある。このチゼル部がドリル刃の中央付近にある結果、大きなスラスト荷重が発生する。バニシングドリル１０ではチゼルエッジＣの長さを０ｍｍに設定しているので、このスラスト荷重を低減でき、結果的に切削抵抗の低減に結びついているものと考えられる。

また、ドリル中心側切れ刃１１及びドリル外周側切れ刃１２がそれぞれ異なる逃げ角を形成可能であるため、それぞれの逃げ角を鋭角にすることが可能である。特許文献１に示すようにシンニングによって切れ刃を形成すると、逃げ角が中心に近づくほど鈍角になってしまう事が避けられないが、バニシングドリル１０の場合、ドリル中心側切れ刃１１はバニシングドリル１０の中心付近でも鋭角に形成されているので、スラスト荷重の低減に貢献することが可能となり、加工初期の食いつきを良くすることができる。この結果、切削抵抗の低減が実現できる。

なお、ドリル中心側切れ刃１１に比べてドリル外周側切れ刃１２はバニシングドリル１０の外周側に配置されるため、被加工物はドリル中心側切れ刃１１が先ず先に加工に作用し始めた後、ドリル外周側切れ刃１２が加工に作用し始める。この為、ドリル外周側切れ刃１２の逃げ角はドリル中心側切れ刃１１よりも鈍角であっても、バニシングドリル１００の逃げ角以上の角度であるため、切削抵抗はバニシングドリル１００よりも低減できる。

また、バニシングドリル１０を用いることで、バニシングドリル１００よりも、図６に示すように、加工位置精度が高くなる。これは、ドリル刃の求心性が良くなっていることによるものである。バニシングドリル１００のようにチゼルエッジＣの長さがある程度あると、被加工物に対してチゼル部は押し込み加工となるため、求心性も低下する。しかし、バニシングドリル１０のようにチゼルエッジＣを０ｍｍに設定できれば、求心性は向上する結果になる。

図４に、バニシングドリル１０の加工性能について片対数グラフで示す。縦軸に精度を表すＩＴ等級を示し、横軸に加工能率を片対数で示す方対数グラフになっている。ＩＴ等級は、等級の数字が小さくなるほど高精度の加工が可能とされ、加工能率Ｖ・ｆは数字が大きくなるほど高速で加工が可能となる事を示す。なお、図５では、バニシングドリル１００を「従来ドリル」、バニシングドリル１０を「発明のドリル」として示している。バニシングドリル１０によれば、加工能率を示すＶ・ｆ値が１００を達成しており、ＩＴ等級は７を達成している。つまり、高精度で高能率に被加工物が加工出来ることを示す。これは、従来のバニシングドリル１００に比べると、加工時間は１／３〜１／５となり、かつ加工精度も高いことを意味している。実際に、真円度や表面粗さを測定しているが、バニシングドリル１００に比べてバニシングドリル１０の値は良好な結果を示していた。また、貫通部のバリに関してもバリの生成は小さいことを確認している。

このような結果が得られる理由として、バニシングドリル１０は、ドリル中心側切れ刃１１とドリル外周側切れ刃１２とで分割された複合刃が形成されていることにより、切り屑が分断され、切り屑の排出がスムーズに行われると考えられる。切り屑は切れ刃の長さが長くなるとそれに従って長くなる傾向にあり、アルミニウム等の非鉄金属は特に切り屑排出性が悪化しやすい。この為、ドリル中心側切れ刃１１とドリル外周側切れ刃１２という分割された複合刃によって、被加工物を加工することで、切り屑を分断し易くなり、切り屑排出性が良くなると考えられる。また、ドリル外周側切れ刃１２の逃げ角は加工精度に寄与する割合が大きいので、ドリル外周側切れ刃１２の逃げ角を加工精度の向上に最適化することで、加工精度の向上にも寄与できる。ドリル外周側切れ刃１２にダイヤモンドコンバックス等をロウ付けすることで、被削材との親和性が低くなり、より加工精度の向上を図ることも可能となる。

次に本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態のツイストドリル５０は、第１実施形態のバニシングドリル１０とは異なり、本体に螺旋状の溝が２本切られた構造となっている。

図８に、ツイストドリル５０の側面図を示す。ツイストドリル５０は、第１実施形態で示されたバニシングドリル１０と同様に、ドリル中心側切れ刃１１がドリル外周側切れ刃１２に対して角度αだけ加工方向に進角した位置に形成されている。そしてドリル中心側切れ刃１１とドリル外周側切れ刃１２には、それぞれに逃げ角が設定され、それぞれの逃げ角は、ドリル外周側切れ刃１２よりドリル中心側切れ刃１１の方が鋭角になるよう形成されている。一方、ツイストドリル５０の側面図には、ツイストドリル５０に形成されるドリル中心側切れ刃１１及びドリル外周側切れ刃１２が螺旋状に形成されている様子が示されている。なお、底面視図は図１と同様となり、ガイドパット１３も同様に４箇所に設けられる。

そしてこの様な構成を採ることで、第１実施形態と同等の効果を得ることが可能となる。すなわち、ツイストドリル５０に鋭角な逃げ角を持つドリル中心側切れ刃１１と、それより鈍角なドリル外周側切れ刃１２を備えることで、加工初期の食いつきを良くすることが可能で、スラスト荷重の低減が実現でき加工能率の向上を図れる。また、ドリル中心側切れ刃１１とドリル外周側切れ刃１２とが不連続であるため、切り屑が分断され易くなり、切り屑の排出性が向上する。また、ドリル外周側切れ刃１２の逃げ角を最適化できることで、加工精度の向上を図ることが可能である。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記第１実施形態及び第２実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。例えば、第１実施形態においてバニシングドリル１０の材質を示しているが、これに限定されるものではないし、バニシングドリル１０に対して一般的に行われるコーティングを施すことを妨げない。例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等と言ったコーティングを加工目的に合わせて施したとしても、発明の目的を妨げない。

１０バニシングドリル（発明のドリル）
１１ドリル中心側切れ刃
１２ドリル外周側切れ刃
１３ガイドパット
５０ツイストドリル
１００バニシングドリル（従来ドリル）
１１１切れ刃
１１３ガイドパット
α 角度
Ｃチゼルエッジ
Ｏ中心点
ｈ芯高
ｈ_１ドリル中心側切れ刃の芯高
ｈ_２ドリル外周側切れ刃の芯高

Claims

芯高が０ｍｍに形成され、
ドリル中心側に位置するドリル中心側切れ刃と、前記ドリル中心側切れ刃の外周側に配置されるドリル外周側切れ刃とを有し、
前記ドリル外周側切れ刃に対して、前記ドリル中心側切れ刃は角度α分だけ傾けて形成され、
前記角度αが、２５°以上３５°以下の角度に設定されていること、
を特徴とするドリル。
請求項１に記載のドリルにおいて、
前記ドリル中心側切れ刃の逃げ角は、前記ドリル外周側切れ刃より鋭角に形成されていること、
を特徴とするドリル。