JP3657546B2 - ドリル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシリコンや各種セラミックス、ガラス、あるいは炭化タングステン（ＷＣ）などの超硬合金材を含む高硬度な脆性材料に穴明け加工を行うのに用いて特に好適なドリルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６および図７は、一般的な金属材料への穴明け加工に用いられるドリルを示すものであり、すなわち軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転させられる略円柱状のドリル本体１の先端部外周に、このドリル本体１先端に開口する２条の切屑排出溝２，２が軸線Ｏに関して対称に、ドリル本体１の後端側に向かうに従いドリル回転方向Ｔの後方側に捩れるように形成されるとともに、ドリル本体１の先端には、これらの切屑排出溝２，２の先端側開口縁からドリル回転方向Ｔの後方側に向かうに従いドリル本体１の後端側に向かうように傾斜させられ、かつ互いに軸線Ｏを含む平面上で交差させられた２つの先端面（先端逃げ面）３，３が形成されており、これらの先端面３，３と切屑排出溝２，２とのドリル回転方向Ｔ側の交差稜線がそれぞれ切刃４，４とされ、また上記軸線Ｏを含む平面上で交差したこれら２つの先端面３，３同士の交差稜線は、切刃４，４の内終端に連なるチゼル５とされている。なお、図示の例では、ドリル本体１先端部外周のヒール側の部分が一段後退するように二番取りされていて、切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔ後方側に連なる部分にマージン６が形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の一般的なドリルによってシリコンや各種セラミックス、ガラス、あるいは炭化タングステン（ＷＣ）などの超高合金材を含む高硬度な脆性材料に穴明け加工を行おうとした場合、かかるドリルでは切屑排出溝２がドリル本体１の後端側に向かうに従いドリル回転方向Ｔの後方側に捩れるように形成されるとともに先端面３がドリル回転方向Ｔの後方側に向かうに従いドリル本体１の後端側に向かうように傾斜させられていることから、切刃４の刃先角が図７に示すように鋭角側に鋭く設定されるためにこの切刃４にチッピングが生じ易く、その結果ドリル寿命が早期に費えてしまうことになる。また、切刃４の刃先強度を確保してこのようなチッピングを防ぐため、図８および図９に示すように切刃４を面取りしてホーニング面７を形成することも行われているが、このようなドリルを製造する場合、あるいは再研磨する場合には、ドリル本体１の先端に上記先端面３，３を形成して切刃４，４を研ぎ付けた後に、このホーニング面７を形成するためのホーニング工程を各切刃４，４ごとに行わなければならず、製造工程が煩雑化することが避けられないのは勿論、ホーニング工程が切刃４の形成工程とは別工程となるために精度良くホーニング面７を形成することが困難となるという問題も生じる。
【０００４】
本発明は、このような背景の下になされたもので、特にこれらシリコンや各種セラミックス、ガラス、あるいは炭化タングステン（ＷＣ）などの超硬合金材を含む高硬度な脆性材料に穴明け加工を行う際に、ホーニング工程によって切刃にホーニングを施すことなく切刃の刃先強度を確保してチッピング等の発生を防ぐことが可能なドリルを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転される略円柱状のドリル本体の先端部外周に、該ドリル本体の先端に開口する複数条の切屑排出溝を形成するとともに、これら切屑排出溝のドリル回転方向後方側に連なるようにマージンをそれぞれ形成して、このマージンのドリル回転方向後方側のドリル本体先端外周に二番取りを施して上記マージンに対し内周側に一段後退するようにし、また上記ドリル本体の先端には、上記軸線に対して傾斜して交差し、かつ互いの交差稜線が上記切屑排出溝の先端側開口縁に交差することなく上記ドリル本体の外周に達する複数の先端面を形成して、これらの先端面の上記交差稜線を切刃とし、この切刃とされる交差稜線の両端を、上記マージン上において、このマージンの周方向中央よりも僅かにドリル回転方向側において該マージンに交差して上記ドリル本体先端部外周に達するようにしたことを特徴とする。従って、このようなドリルにおいては、軸線に対して傾斜した上記先端面間において周方向に隣接する先端面同士の交差稜線に形成された上記切刃が、切屑排出溝の先端側開口縁に交差することなくドリル本体の外周に到達させられているため、この切刃とされる交差稜線のドリル回転方向側に連なる先端面が、このドリル回転方向に向かうに従いドリル本体の後端側に傾斜することとなって、切刃に沿って形成されたホーニング面として作用するので、切刃の刃先強度の確保を図ることができる。そして、このホーニング面として作用する先端面も、ドリル本体先端に上記複数の先端面を形成して切刃を研ぎ付ける際に同時に形成されるため、その後にホーニング工程を要することがなく、製造工程の煩雑化や精度の劣化を防ぐことができる。従って、このようなドリルは、その切刃により、シリコンや各種セラミックス、ガラス、あるいは炭化タングステン（ＷＣ）などの超硬合金材を含む高硬度な脆性材料よりなる加工物に加工穴を形成するのに用いて、特に好適である。
【０００６】
ところで、このように脆性材料に加工穴を形成する場合には、一般的な金属材料に加工穴を形成する場合のように切屑が弦巻状やチップ状に連続して生成されることはなく、細かな粉体状の切粉となって生成・排出されることとなる。そこで、特にそのような場合には、少なくとも上記ドリル本体先端の切刃部分に、硬質炭素皮膜またはダイヤモンド電着砥粒層を被覆するのが望ましく、この硬質炭素皮膜に成長したダイヤモンド等の硬質炭素粒子やダイヤモンド電着砥粒層に含まれるダイヤモンド砥粒によってこれら硬質炭素皮膜やダイヤモンド電着砥粒層の表面に微細かつ極めて硬質な凹凸が形成され、この凹凸によって脆性材料の粉砕が促進されて上述のような切粉を生成しつつ加工穴を確実に形成することが可能となるとともに、刃先強度の一層の向上を図ることができる。また、このような切粉を確実かつ効率的に排出して円滑な穴明け加工を図るには、上記ドリル本体の心厚を、上記切刃の外径Ｄに対して０．５Ｄ未満として、切屑排出溝の断面積を大きく確保するのが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３は、本発明の第１の実施形態を示すものである。本実施形態においても、ドリル本体１１の少なくとも先端部は軸線Ｏを中心とした略円柱状をなし、この軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転させられて穴明け加工に使用される。このドリル本体１１の先端部外周には２条の切屑排出溝１２，１２が軸線Ｏに関して対称に、ドリル本体１１の後端側に向かうに従いドリル回転方向Ｔの後方側に捩れるように形成されていて、ドリル本体１１の先端に開口させられている。また、このドリル本体１１の先端部外周には、これら切屑排出溝１２，１２のドリル回転方向Ｔの後方側に連なるようにマージン１３，１３がそれぞれ形成されていて、このマージン１３のドリル回転方向Ｔ後方側のドリル本体１１先端外周には二番取りが施されてマージン１３に対し内周側に一段後退するようにされている。
【０００８】
そして、さらにこのドリル本体１１の先端には、本実施形態では２つの先端面１４，１４が軸線Ｏに対して傾斜して交差するように、かつやはり該軸線Ｏに対して対称となるように形成されている。ここで、これらの先端面１４，１４は、本実施形態では軸線Ｏに斜交する平面状に形成されたものであり、これにより該先端面１４，１４同士の交差稜線Ｌは図３に示すように該軸線Ｏに直交するように形成されることとなって、先端面１４，１４は、この交差稜線Ｌに直交して軸線Ｏからドリル本体１１の外周側に向かう方向において該ドリル本体１１の後端側に向かうように、互いに等しい角度で傾斜させられている。
【０００９】
しかして、この交差稜線Ｌは、軸線Ｏ方向先端側から見て図１に示すように、その中点が該軸線Ｏ上に位置し、かつその両端が上記マージン１３上においてドリル本体１１の先端部外周に達する直線状に延設されていて、切屑排出溝１２，１２の先端側開口縁には交差したり接したりしないようになされており、この交差稜線Ｌが本実施形態のドリルの切刃１５とされている。言い換えれば、本実施形態のドリルでは、従来のドリルの軸線Ｏ方向先端視においてチゼル５が切刃４に対してなす交差角が１８０°とされることによりこのチゼル５と切刃４とが一致させられてそのままドリル外周のマージン６に達せられたような構成とされている。
【００１０】
ここで、この切刃１５とされる交差稜線Ｌの両端は、上記マージン１３上において、このマージン１３の周方向中央よりも僅かにドリル回転方向Ｔ側において該マージン１３に交差してドリル本体１１先端部外周に達するようにされていて、これにより上記先端面１４，１４のうち該マージン１３に交差する部分の長さは、上記交差稜線Ｌのドリル回転方向Ｔ側に位置する先端面１４よりもドリル回転方向Ｔの後方側に位置する先端面１４の方が長くなるようにされている。また、この交差稜線Ｌのドリル回転方向Ｔ側に位置する先端面１４の周方向の幅は、外周側に向かうに従い漸次小さくなるように形成されている。
【００１１】
さらに、本実施形態では、ドリル本体１１が超硬合金等の硬質材料により形成されており、しかも上記切屑排出溝１２，１２が形成されたその先端部の表面全体は、ダイヤモンドコーティングやＤＬＣコーティング等の硬質炭素皮膜、あるいはダイヤモンド砥粒を金属メッキ相によって電着してなるダイヤモンド電着砥粒層によって被覆されている。さらにまた、上記切屑排出溝１２，１２によるこのドリル本体１１の先端部の心厚ｄは、上記切刃１５の両端が軸線Ｏ回りになす円の直径、すなわち切刃１５の外径Ｄに対して、０．５Ｄ未満となるようにされている。
【００１２】
このように構成されたドリルは、そのドリル本体１１が上述のように軸線Ｏ回りに回転されつつ、該軸線Ｏ方向先端側に例えば０．０２５〜０．１５μｍ／ｒｅｖ度の極小さな送り量で送り出され、上記切刃１５によって、シリコンや各種セラミックス、ガラス、あるいは炭化タングステン（ＷＣ）などの超硬合金材を含む高硬度な脆性材料よりなる加工物に加工穴を形成する。なお、このときドリル本体１１はステップフィードされるのが望ましく、また加工穴の穴明け部位には切削油を供給するのが望ましい。
【００１３】
しかして、上記構成のドリルでは、上記先端面１４，１４がその交差稜線Ｌからドリル本体１１の外周に向けて後端側に向かうように傾斜させられるとともに、切刃１５となるこれら先端面１４，１４同士の上記交差稜線Ｌが、切屑排出溝１２，１２の先端側開口縁とは交差したりせずにドリル本体１１の外周に達するように延設されており、従ってこの切刃１５のドリル回転方向Ｔ側は図２に示すように交差稜線Ｌの該ドリル回転方向Ｔ側に連なる先端面１４によって面取りを施されたようなホーニング面状に形成されることとなる。従って、切屑排出溝１２がドリル本体１１の後端側に向かうに従いドリル回転方向Ｔの後方側に捩れるように形成されていても、切刃１５の刃先強度は十分に確保することができ、上述のような高硬度の脆性材料に対しても切刃１５にチッピングが生じるのを防いで円滑かつ安定した穴明け加工を行うことが可能となる。
【００１４】
その一方で、この切刃１５のドリル回転方向Ｔ側に形成されるホーニング状面は、ドリル本体１１の先端に先端面１４，１４を形成して切刃１５を研ぎ付ける際に、該先端面１４，１４によって同時に形成されるものであるから、従来のように切刃を形成したり再研磨したりした後に別にホーニング工程を要することもなく、当該ドリルの製造工程の簡略化を図ることができる。しかも、これらの先端面１４，１４は、ドリル本体１１の基準となる軸線Ｏに対して所定の角度で傾斜して交差する面として形成され、加えて本実施形態では平面状でもあるので、これら先端面１４，１４を精度良く形成することができ、従って上記ホーニング状面も高精度で形成されることとなるので、上記構成のドリルにおいては上述のチッピング防止効果をより確実に奏功することも可能となる。
【００１５】
さらに、本実施形態では、このように構成されたドリル本体１１の先端部の表面に、ダイヤモンドコーティングやＤＬＣコーティング等の硬質炭素皮膜、あるいはダイヤモンド砥粒を金属メッキ相によって電着してなるダイヤモンド電着砥粒層が被覆されている。このため、上記脆性材料に穴明け加工を施す際には、上記硬質炭素皮膜に成長したダイヤモンド粒子等の硬質炭素粒子や上記ダイヤモンド電着砥粒層に保持されたダイヤモンド砥粒による極細かな凹凸によって当該脆性材料が砥石による研削のように削り取られて細かな粉体状の切粉として生成されることとなり、従って加工穴の開口部にひび割れやコバ欠け等を生じることなく、かかる脆性材料に確実に穴明け加工を行うことが可能となる。また、このように硬質な炭素皮膜や電着砥粒層がドリル本体１１表面に形成されることにより、切刃１５のチッピング等をさらに確実に防止できるという効果も得られる。なお、これらのような効果を得るためには、上記硬質炭素皮膜やダイヤモンド電着砥粒層は少なくとも切刃１５の周辺部分に被覆されていればよい。
【００１６】
さらにまた、本実施形態では、このように脆性材料に穴明け加工を行うに際して粉体状に切粉が生成されるのに対し、ドリル本体１１の先端部の心厚ｄを切刃１５の外径Ｄに対して０．５Ｄ未満となるようにしており、従って切屑排出溝１２，１２の断面積は大きく確保することができるので、上述のように生成される切粉を円滑かつ速やかに排出するとともに切削液を確実に切削部位に供給することができて、一層安定した穴明け加工を行うことが可能となる。ただし、この心厚ｄが切刃１５の外径Ｄに対してあまりに小さすぎると、ドリル本体１１の剛性が劣化して損傷が生じるおそれがあるので、心厚ｄは切刃１５の外径Ｄに対して０．２Ｄ〜０．５Ｄの範囲とされるのが望ましい。
【００１７】
一方、本実施形態では、上記先端面１４，１４が平面状に形成されていて、これに伴い切刃１５とされるその交差稜線Ｌは軸線Ｏに直交する直線状とされており、従って切刃１５の全長が１度に加工物に食い付くこととなるので、特に上記脆性材料に穴明けを行う場合に食い付き時の負荷が１点に集中するのを防いでひび割れやコバ欠け等をより確実に防止することができるという効果を得ている。ただし、このような場合には、逆にドリル本体１１の求心性が損なわれて加工穴の直進度等の劣化を招くおそれがあるため、このような求心性を確保する場合には、例えば先端面１４，１４を軸線Ｏに斜交する交差する中心線を有する円錐面状に形成するなどして、図４に示す本発明の第２の実施形態のように切刃１５を軸線Ｏ上において凸Ｖ字状に曲折する折れ線状とし、所定の先端角が与えられるように形成してもよい。また、このような求心性の確保と食い付き時の負荷の集中防止とを両立させる場合には、例えば先端面１４，１４を軸線Ｏから偏心した位置に中心を有する球面状に形成するなどして、図５に示す本発明の第３の実施形態のように切刃１５を軸線Ｏ上に突端を有する凸曲線状に形成してもよい。なお、これら第２、第３の実施形態においても、先端面１４，１４が軸線Ｏに対して対称に形成されていれば、該軸線Ｏ方向先端視の形状は図１に示したものと同じとなる。
【００１８】
さらに、上記実施形態では、ドリル本体１１の先端部外周に２条の切屑排出溝１２，１２が形成されるとともに、先端面１４，１４も２つずつ形成されており、これらの先端面１４，１４の交差稜線Ｌが切刃１５とされているが、切屑排出溝１２や先端面１４の数は３以上であってもよく、また互いに異なる数であってもよい。さらにまた、上記切刃１５も、すべての先端面同士の交差稜線に形成されていなくてもよく、すなわちこの交差稜線部のうち切屑排出溝１２の先端側開口縁に交差したりすることなくドリル本体１１外周に達する交差稜線が切刃１５とされていればよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ドリル本体の先端に２つ以上の先端面を、その交差稜線が切屑排出溝の先端側開口縁に交差することなくドリル本体外周に達するように形成して、この交差稜線を切刃とすることにより、ホーニング工程を要することなく切刃のドリル回転方向側にホーニング状面を精度良く形成して刃先強度を確保することが可能となり、特に脆性材料に穴明け加工を行う場合でも切刃にチッピング等が生じるのを防いでドリル寿命の延長を図り、円滑かつ安定した穴明けを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態を示す、軸線Ｏ方向先端視の正面図である。
【図２】 図１における矢線Ａ方向視の側面図である。
【図３】 図１における矢線Ｂ方向視の側面図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態を示す、図１における矢線Ｂ方向視の側面図に相当する図である。
【図５】 本発明の第３の実施形態を示す、図１における矢線Ｂ方向視の側面図に相当する図である。
【図６】 従来のドリルの軸線Ｏ方向先端視の正面図である。
【図７】 図６における矢線Ａ方向視の側面図である。
【図８】 他の従来のドリルの軸線Ｏ方向先端視の正面図である。
【図９】 図８における矢線Ａ方向視の側面図である。
【符号の説明】
１１ ドリル本体
１２ 切屑排出溝
１３ マージン
１４ 先端面
１５ 切刃
Ｏ ドリル本体１１の軸線
Ｔ ドリル回転方向
Ｌ 先端面１４，１４の交差稜線
Ｄ 切刃１５の外径
ｄ ドリル本体１１の心厚

Claims (4)

1. 軸線回りに回転される略円柱状のドリル本体の先端部外周に、該ドリル本体の先端に開口する複数条の切屑排出溝が形成されるとともに、これら切屑排出溝のドリル回転方向後方側に連なるようにマージンがそれぞれ形成されていて、このマージンのドリル回転方向後方側のドリル本体先端外周には二番取りが施されて上記マージンに対し内周側に一段後退するようにされ、また上記ドリル本体の先端には、上記軸線に対して傾斜して交差し、かつ互いの交差稜線が上記切屑排出溝の先端側開口縁に交差することなく上記ドリル本体の外周に達する複数の先端面が形成されていて、これらの先端面の上記交差稜線が切刃とされ、この切刃とされる交差稜線の両端が、上記マージン上において、このマージンの周方向中央よりも僅かにドリル回転方向側において該マージンに交差して上記ドリル本体先端部外周に達するようにされていることを特徴とするドリル。
2. 上記切刃により、脆性材料よりなる加工物に加工穴を形成することを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 少なくとも上記ドリル本体先端の切刃部分には、硬質炭素皮膜またはダイヤモンド電着砥粒層が被覆されてい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。
4. 上記ドリル本体の心厚が、上記切刃の外径Ｄに対して０．５Ｄ未満とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のドリル。

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