JP3783629B2 - ドリル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に高速乾式切削のような過酷な加工条件下でも円滑かつ安定した穴明け加工が可能なドリルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面と上記ドリル本体の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルとしては、例えば従来より特許第２６７４１２４号公報に記載されたものが知られている。また、上述のような乾式あるいは微量の切削油剤しか用いない過酷な加工条件に対応することを目的としたドリルとしては、例えば特開２０００−１９８０１１号公報に記載されたようなものが提案されており、すなわちこの公報記載のドリルでは、ドリル本体先端に形成される切刃の外周側に、この切刃の中間部から角度をつけてドリル回転方向に後退する外方コーナー切刃が形成されていて、この外方コーナ切刃とドリル本体外周のマージン部との交差角を鈍角にすることができるため、上述のような加工条件でも切刃の外周端に欠けが生じたりするのを防ぐことが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなドリルにおいては通常、上記切刃に直交する断面における該切刃のすくい角、すなわち切刃の直角すくい角は、ドリル本体の上記軸線側すなわち内周側から外周側に向かうに従い漸次大きくなるようにされており、これは、上記２つの公報に提案されたドリルでも例外ではない（例えば、後述するドリルＥ，Ｆ、および図１１参照。）。このため、切刃がドリル本体内周側のシンニング部を除いて直線状に形成された前者の公報に記載のドリルでは、上記すくい角は切刃の外周端において最大となり、逆に切刃の刃先角は最も小さくなるので、ドリル本体の回転中心となる上記軸線から離れて最も切削速度が大きくなるために上記乾式高速切削となる穴明け加工にあっても最も過酷な状態となる切刃の外周端において、その切刃強度を確保し難くなり、これにより切刃にチッピングや欠けが生じる可能性が高く、また逃げ面摩耗の進行も早いという問題が生じる。
【０００４】
一方、切刃の外周側にドリル回転方向に後退する外側コーナー切刃を設けた後者の公報に記載のドリルでは、この外側コーナー切刃で切刃の径方向すくい角が負角側に大きくなる分だけ切刃の直角すくい角も小さくなるが、このすくい角が外周側に向けて漸増させられていることには変わりはなく、従って上述のような過酷な条件に対しても十分な切刃強度を確保するには切刃の全長に亙ってすくい角を小さくしなければならない。このため、切刃全体で切れ味が悪くなってしまって切削抵抗の増大を招き、高速乾式切削のような過酷な切削条件では摩耗の進行が著しくなって早期に寿命が費えたり、場合によっては抵抗の増大によって過大なトルクが作用してドリル本体の折損を招いたりするおそれすらある。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたもので、切刃全体の切れ味の悪化を抑えながらも特に切刃の外周端側での強度を確保して、高速乾式切削等の過酷な加工条件でも摩耗や折損による工具寿命の短縮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。
【０００６】
【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ドリル本体の先端部外周に後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面と上記ドリル本体の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されてなるドリルにおいて、上記切刃を、この切刃に直交する断面におけるすくい角が、上記ドリル本体の内周から外周側に向かうに従い漸次増大させられて該切刃上の変移点に達し、この変移点よりも外周側では外周側に向かうに従い上記すくい角が漸次減少させられるようにしたことを特徴とする。従って、このように構成されたドリルでは、上記変移点よりも内周側では切刃の直角すくい角が外周側に向かうに従い大きくなるので、良好な切れ味を維持して切削抵抗を低く抑えることができる一方、この変曲点よりも外周側ではすくい角が減少させられるので刃先角は大きくなり、これにより切刃強度を確保してチッピングや欠け、逃げ面摩耗の早期の進行等を抑制することが可能となる。
【０００７】
ここで、切刃の上記すくい角が内周から外周側に向けて漸増傾向から漸減傾向へと変移する上記変移点は、上記軸線から径方向外周側に向けて上記切刃の回転半径の７０〜９０％の範囲内に位置させられるのが望ましい。これは、この変移点が軸線から切刃の回転半径の７０％よりも内周側にあると、外周側に向けてすくい角が漸減する切刃部分が長くなって切刃全体としての切削抵抗を十分に抑えることができなくなるおそれがあるからであり、逆に変移点が軸線から切刃の回転半径の９０％よりも外周側にあると、このすくい角が漸減する切刃部分が短すぎて外周側での切刃強度を確実に確保することができなくなるおそれがあるからである。
【０００８】
また、上記切刃の外周端側に、上記ドリル回転方向に凸となる曲線状をなす凸曲線状切刃部が形成されるとともに、この凸曲線状切刃部の内周側には、ドリル回転方向の後方側に凹となる曲線状をなして上記凸曲線状切刃部に滑らかに連なる凹曲線状切刃部を形成した場合には、上記凸曲線状切刃部の外周側、すなわちドリル本体外周のマージン部との交差部ではその交差角を大きくして切刃強度を一層向上させてチッピングや欠けの発生を防止することができる一方、この凸曲線状切刃部の内周側では上記凹曲線状切刃部から凸曲線状切刃部にかけての切刃の外周端までが滑らかな曲線状に形成されることとなるので、切刃がその中間部で角度をつけてドリル回転方向の後方側に後退している上記後者の公報に記載されたドリルのように切刃の内外周で切屑が分断されるようなことがなく、上記凹曲線状切刃部によって切屑を内周側に巻き込むようにして十分にカールさせ、円滑に処理することが可能となる。そして、さらにこの場合には、上記変移点をこの凹曲線状切刃部と上記凸曲線状切刃部との変曲部に位置させることにより、すくい角が漸増傾向から漸減傾向へと変移することによってこの変移点で切刃に生じる応力を分散させることができ、高速乾式切削における過酷な切削条件によりこの変移点に応力が集中して損傷が生じるような事態をも防止することが可能となる。
【０００９】
なお、このように内周から外周側に向けて上記変移点の前後で漸増・漸減傾向に変移する上記切刃のすくい角γは、上記軸線からの径方向外周側に向けての上記切刃の回転半径ｒの３７．５％以上８２．６％未満の範囲の位置では、上記回転半径ｒに対するこの位置の上記軸線からの半径の比率ｘについて次式１により近似される角度ｙの±７°の範囲において、上記切刃の回転半径ｒの８２．６％以上１００％までの範囲の位置では上記比率ｘについて次式２により近似される角度ｙの±７°の範囲において、それぞれ変移させられるのが望ましい。すなわち、この切刃のすくい角γが式１、２の範囲を上回ると、切刃に刃先角が小さくなりすぎる部分が生じて特に高速乾式切削ではその部分で切刃が損傷し易くなるおそれがある一方、逆に式１、２の範囲を下回ると、その部分で切削抵抗が増大して切刃の摩耗が促進されたり過大なトルクが生じたりするおそれがある。また、ドリル本体の少なくとも先端部の表面に、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜を被覆すれば、このドリル本体先端部の耐摩耗性の向上を図ってその寿命の一層の延長を促すことができる。
【００１０】
【数３】
【００１１】
【数４】
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１ないし図９は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態においてドリル本体１は、超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした略円柱状に形成されており、その先端部には、先端逃げ面２から後端側に向かうに従い一定の捩れ角でドリル回転方向Ｔの後方側に捩れる一対の切屑排出溝３，３が軸線Ｏに対して対称に形成されていて、これらの切屑排出溝３，３のドリル回転方向Ｔ側を向く内壁面４，４と上記先端逃げ面２との交差稜線部にそれぞれ切刃５，５が形成されている。なお、このドリル本体１先端部には、その外周面や先端逃げ面２、切屑排出溝３に、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜が被覆されている。
【００１３】
ここで、上記内壁面４は、その外周側に位置してマージン部６に交差し、軸線Ｏに直交する断面において図２に示すようにドリル回転方向Ｔに凸となる凸曲線をなす第１の凸曲面部７と、この第１凸曲面部７の内周側に位置して、上記断面においてドリル回転方向Ｔの後方側に凹む凹曲線状をなす第１凹曲面部８とから構成されており、これら第１の凸凹曲面部７，８の断面がなす上記凸凹曲線は接点Ｐ１において滑らかに接するように連ねられている。また、本実施形態では切屑排出溝３のドリル回転方向Ｔ後方側を向く内壁面９も、その外周側に位置してヒール部１０に達し、上記断面がドリル回転方向Ｔ後方側に凸となる凸曲線をなす第２凸曲面部１１と、この第２凸曲面部１１の内周側に位置してその断面がドリル回転方向Ｔ側に凹む凹曲線状をなす第２凹曲面部１２とから構成され、これら第２の凸凹曲面部１１，１２がなす上記凸凹曲線も接点Ｐ２において滑らかに接するように連ねられるとともに、両内壁面４，９の第１、第２凹曲面部８，１２同士も、その断面がなす凹曲線が接点Ｐ３において滑らかに接して連なるようにされている。なお、上記マージン部６からドリル回転方向Ｔ後方側に上記ヒール部１０に至るランド部の外周面は、マージン部６から一段内周側に後退した円筒面状に形成されている。
【００１４】
さらに、本実施形態では、上記断面において、第１、第２の凸凹曲面部７，８，１１，１２がなす凸凹曲線がそれぞれ点Ｃ１〜Ｃ４を中心とした半径Ｒ１〜Ｒ４の円弧となるようにされており、このうち第１凸曲面部７がなす凸円弧の中心Ｃ１は、この第１凸曲面部７とマージン部６との交点すなわち上記内壁面４の外周端１３において該マージン部６に接する直線Ｑ１よりも内周側に位置させられるとともに、第２凸曲面部１１がなす円弧の中心Ｃ３は、上記外周端１３が軸線Ｏ回りになす円と第２凸曲面部１１がなす円弧の延長線との交点１４において上記円に接する直線Ｑ２よりもやはり内周側に位置させられている。従って、上記第１凸曲面部７は、軸線Ｏと内壁面４の外周端１３とを結ぶ第１仮想直線Ｓ１よりもドリル回転方向Ｔ側に凸となって、この外周端１３における第１凸曲面部７の接線は、外周側に向かうに従いドリル回転方向Ｔ後方側に延びるように第１仮想直線Ｓ１に対して傾斜させられるとともに、この第１仮想直線Ｓ１と直交する上記直線Ｑ１とは鈍角をなして交差させられる。また、第２凸曲面部１１も、ヒール部１０との交点と軸線Ｏとを結ぶ直線よりもドリル回転方向Ｔ後方側に凸となるようにされている。一方、第１、第２凹曲面部８，１２がなす円弧の中心Ｃ２，Ｃ４は、これらの円弧が接点Ｐ３で接していることから、両者とも軸線Ｏからこの接点Ｐ３を通る直線の延長線上に位置することとなる。さらに、この接点Ｐ３が切屑排出溝３の溝底となることから、本実施形態では軸線Ｏを中心としてこの接点Ｐ３を通る円がドリル本体１の芯厚円となり、この芯厚円の直径すなわちドリル本体１の芯厚ｄは、上記切刃５の外周端１５が軸線Ｏ回りになす円の直径すなわち切刃５の外径Ｄに対し、０．１５×Ｄ〜０．３×Ｄの範囲に設定されている。
【００１５】
なお、第１凸凹曲面部７，８がなす凸凹曲線の接点Ｐ１は、軸線Ｏを中心として上記切刃５の外径Ｄの２／３の直径を有する円よりも外周側に位置させられており、より望ましくは軸線Ｏを中心として外径Ｄの５／６の直径を有する円よりも外周側に位置させられる。また、第１凹曲面部８のドリル回転方向Ｔ後方側への凹みの大きさは、上記第１仮想直線Ｓ１からの凹み量Ｌ１が切刃５の外径Ｄに対して−０．０６×Ｄ〜０の範囲に設定されるとともに、第２凹曲面部１２のドリル回転方向Ｔ側への凹みの大きさは、上記断面において第１仮想直線Ｓ１に軸線Ｏで直交する第２仮想直線Ｓ２からの凹み量Ｌ２が−０．０６×Ｄ〜０．０６×Ｄの範囲となるように設定されている。ただし、これらの凹み量Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ上記断面において第１、第２仮想直線Ｓ１，Ｓ２に平行で第１、第２凹曲面部８，１２がなす凹曲線に接する直線と第１、第２仮想直線Ｓ１，Ｓ２との間の距離とされており、かつ図２に示すように、第１凹曲面部８の凹み量Ｌ１については第１仮想直線Ｓ１からドリル回転方向Ｔ側を正、後方側を負とし、逆に第２凹曲面部１２の凹み量Ｌ２については第２仮想直線Ｓ２からドリル回転方向Ｔ側を負、後方側を正としている。従って、本実施形態においては、第１凹曲面部８の全体が上記第１仮想直線Ｓ１よりもドリル回転方向Ｔ側に位置することはない。
【００１６】
さらに、上記断面において第１、第２凸凹曲面部７，８，１１，１２がなす円弧の半径Ｒ１〜Ｒ４は、切刃５の外径Ｄに対し、第１凸曲面部７の半径Ｒ１が０．１〜０．８×Ｄの範囲に、第１凹曲面部８の半径Ｒ２が０．１８〜０．３５×Ｄの範囲に、第２凸曲面部１１の半径Ｒ３が０．１〜０．８×Ｄの範囲に、第２凹曲面部１２の半径Ｒ４が０．２〜０．５×Ｄの範囲に、それぞれ設定されている。そして、本実施形態では、このうち第２凹曲面部１２の半径Ｒ４が、第１凹曲面部８の半径Ｒ２よりも大きくされている。なお、こうして形成された切屑排出溝３の溝幅比は、本実施形態では０．８〜１．２：１の範囲とされている。
【００１７】
このような切屑排出溝３の上記内壁面４と先端逃げ面２との交差稜線部に形成される切刃５においては、この内壁面４が上記第１凸凹曲面部７，８によって形成されることにより、その外周端１５側には、ドリル回転方向Ｔに凸となる曲線状をなす凸曲線状切刃部１６が形成されてその後端側に上記第１凸曲面部７が連なるとともに、この凸曲線状切刃部１６の内周側には、ドリル回転方向Ｔの後方側に凹となる曲線状をなして凸曲線状切刃部１６に滑らかに接して連なる凹曲線状切刃部１７が形成され、その後端側に上記第１凹曲面部８が連なることになって、これら凸凹曲線状切刃部１６，１７間で切刃５は軸線Ｏ方向先端視に緩やかに湾曲するＳ字状を呈することとなる。ただし、この切刃５には、先端逃げ面２が内周側から外周側に向かうに従いドリル本体１の後端側に向けて傾斜させられることにより先端角が付されており、これと切屑排出溝３が螺旋状に捩れていることとから、この切刃５の凸凹曲線状切刃部１６，１７が軸線Ｏ方向先端視においてなす上記Ｓ字状の凸凹曲線は、内壁面４の第１凸凹曲面部７，８が軸線Ｏに直交する断面においてなす凸凹曲線が、内周側に向かうに従いドリル回転方向Ｔ側に漸次ずれたような形状をなすこととなる。従って、この軸線Ｏ方向先端視において上記凸曲線状切刃部１６は、その外周端１５における接線が、上記断面において第１凸曲面部７がなす凸曲線の外周端１３における接線よりも大きな傾斜で外周側に向かうに従いドリル回転方向Ｔ後方側に延びるようにされるとともに、マージン部６との交差角も第１凸曲面部７がなす鈍角より大きくされ、これにより切刃５が上記外周端１５においてなす径方向すくい角αは負角側に設定される。
【００１８】
一方、切屑排出溝３の内壁面４，９の先端側には、上記第１凹曲面部８の内周側から第２凹曲面部１２および第２凸曲面部１１までの先端逃げ面２との交差稜線部分を、ドリル本体１の後端側に向かうに従い切屑排出溝３の内側に向けて切り欠くようにして、ヒール部１０に達するシンニング部１８が形成されており、従って切刃５の内周端側は、このシンニング部１８と先端逃げ面２との交差稜線部に形成されて、上記凹曲面状切刃部１７の内周端から先端逃げ面２の中心の上記軸線Ｏに向けて延びるシンニング切刃部１９とされている。なお、切刃５においてこのシンニング切刃部１９と上記凹曲線状切刃部１７とが交差する部分は、軸線Ｏ方向先端視にドリル回転方向Ｔに凸となる曲線または直線によって滑らかに接続されている。
【００１９】
ここで、このシンニング部１８のうち、切屑排出溝３の内壁面４，９に交差して先端側に延びる部分は第１シンニング部２０とされており、この第１シンニング部２０は、ドリル回転方向Ｔ後方側を向く切屑排出溝３の内壁面９と交差してヒール部１０側に延びる部分においては平面状に形成される一方、この内壁面９とドリル回転方向Ｔ側を向く内壁面４とが交差する部分、すなわち上記第１、第２凹曲面部８，１２の接点Ｐ３部分から、先端逃げ面２の中心に向けて延びる部分は、図３に示すようにこの先端逃げ面２の中心に向かう方向から見た場合に凹曲面状の谷形をなすように形成されており、その凹曲する谷底部２１は、上記内壁面４，９に対してドリル本体１の内周側に後退するように傾斜しつつ、切刃５の内周端すなわちシンニング切刃部１９の内周端に向けて先端側に延びるように形成されている。なお、この第１シンニング部２０の凹曲する谷底部２１がその断面においてなす凹曲線の曲率半径は、０．１〜０．５mmの範囲に設定されている。なお、この谷底部２１の断面がなす凹曲線の曲率半径は、後端側に向かうに従い大きくなるようにされていてもよい。
【００２０】
さらに、この第１シンニング部２０の最先端の上記谷底部２１が切刃５の内周端に達しようとする部分には、この谷底部２１に対してさらにドリル本体１の内周側に後退するように一段傾斜しつつ切刃５内周端側に向けて延びる谷形の第２シンニング部２２が形成されており、先端逃げ面２の中心の軸線Ｏ近傍においてはこの第２シンニング部２２が先端逃げ面２に交差してその交差稜線部上に切刃５の内周端が形成される。ここで、この第２シンニング部２２の谷底部の曲率半径は、第１シンニング部２０の谷底部２１の曲率半径よりも小さく、０．１mm未満とされており、場合によっては曲率半径が０、すなわちこの谷底部が凹湾曲しないＶ字谷状に形成されていてもよく、さらに第１シンニング部２０の谷底部２１と同様にドリル本体１の後端側に向かうに従い大きくなるようにされていてもよい。また、このように第１シンニング部２０よりもさらに一段傾斜する第２シンニング部２２と先端逃げ面２との交差稜線部に切刃５の内周端が形成されることにより、ドリル本体１先端の一対の切刃５，５間の間隔すなわち先端逃げ面２の中心に画成されるチゼルの幅は、第１シンニング部２０をそのまま先端逃げ面２に交差させて切刃５の内周端を形成するのに比べて狭くなり、このチゼル幅は本実施形態では０〜０．２mmの範囲とされていて、すなわちこれら切刃５，５の内周端が軸線Ｏ上で一致するようにされていてもよい。
【００２１】
そして、さらにこの切刃５は、該切刃５に直交する断面におけるそのすくい角γすなわち直角すくい角が、ドリル本体１の内周から外周側に向かうに従い漸次増大させられて該切刃５上の変移点Ｘに達し、この変移点Ｘよりも外周側では外周側に向かうに従い漸次減少させられるようにされている。すなわち、本実施形態では、図４ないし図９に示すように上記すくい角γは、切刃５上の１点において該切刃５に直交する断面をとったとき、この切刃５に連なってすくい面となる上記内壁面４の第１凸凹曲面部７，８が該断面においてなす曲線が軸線Ｏを含んで上記１点を通る基準面に対し該１点においてなす角度とされており、このすくい角γが図１０に線Ｙで示すように、上記１点が切刃５に沿ってドリル本体１の内周側から外周側に向け移動したときには、該切刃５上の所定の位置に設定された上記変移点Ｘに至るまで漸次増大する傾向とされ、変移点Ｘで最大となり、この変移点Ｘを越えてさらに外周側に移動したときには変移してすくい角γが漸次減少する傾向となるようにされている。
【００２２】
さらに、本実施形態ではこの変移点Ｘは、切屑排出溝３の内壁面４の上記第１凸凹曲面部７，８が軸線Ｏに直交する断面においてなす凸凹曲線の接点Ｐ１を螺旋状の切屑排出溝４に沿って先端側に延長した位置、すなわち図１に示すように切刃５の凹曲線状切刃部１６と凸曲線状切刃部１７との変曲点周辺の変曲部に位置させられている。因みに本実施形態では、上記変移点Ｘは、ドリル本体１の軸線Ｏから径方向外周側に向けて、この切刃５の回転半径ｒ（＝Ｄ／２）の８２．６％の位置（ｒに対する比率ｘが０．８２６の位置）に配設され、図７に示すようにこの変移点Ｘで切刃５のすくい角γは３３°と最大となる。
【００２３】
なお、切刃５が、本実施形態のように上記凸凹曲線状切刃部１６，１７によってＳ字状に形成されている場合など曲線状である場合には、上記切刃５に直交する断面は上記１点におけるこの曲線の接線に直交する断面をとればよい。また、上述のように先端逃げ面２が内周側から外周側に向かうに従いドリル本体１の後端側に向けて傾斜させられることにより切刃５に先端角が付されている場合、この切刃５に直交する断面は上記１点から後端側に向かうに従い内周側に向けて傾斜させられて軸線Ｏに斜交する面となる。さらに、切刃５の内周端側にシンニング切刃部１９が形成されている場合には、このシンニング切刃部１９においてはすくい角γが上述のように外周側に向かうに従い漸増する傾向とならずともよい。すなわち、上記すくい角γはこのシンニング切刃部１９を除いたドリル本体１の内周から外周側で上述のような漸増・漸減傾向を呈すればよく、より具体的には、ドリル本体１の上記芯厚ｄの大きさなどにもよるが、図１０に示したように軸線Ｏからドリル本体１の径方向外周側に向けて、切刃５の外周端１５が軸線Ｏ回りになす円の半径すなわち切刃５の回転半径ｒ（＝Ｄ／２）の３７．５％の位置、すなわち軸線Ｏから０．３７５×ｒの位置（比率ｘが０．３７５の位置）よりも外周側でこのような傾向となればよい。
【００２４】
従って、このように構成されたドリルにおいては、上記切刃５に直交する断面における該切刃５のすくい角（直角すくい角）γが、シンニング切刃部１９を除いたドリル本体１の内周から外周側に向かうに従い漸次増大させられて該切刃５上の変移点Ｘに達するようにされているので、この変移点Ｘよりも内周側では、外周側に向かうに従い軸線Ｏからの回転半径が大きくなるために切削速度が漸次増大して切削抵抗も大きくなるのに対し、すくい角γも漸次大きくなってゆくため切刃５の切れ味を高めてゆくことができ、増大する抵抗を抑えることができてドリル本体１に過大なトルクが作用するのを防ぎ、ドリル本体１の折損や摩耗の進行を防止することができる。その一方で、この変移点Ｘよりも外周側では上記すくい角γは外周側に向かうに従い漸次減少させられるようにされているので、切刃５の刃先角は逆に漸次大きくなってゆくこととなり、このためドリル本体１の最も外周側に位置して最大の切削抵抗が作用する切刃５の外周端１５側では、高い切刃強度を確保することができ、この部分におけるチッピングや欠け、あるいは逃げ面摩耗の早期の進行を防止することができる。このため、上記構成のドリルによれば、たとえ高速乾式切削となるような過酷な加工条件においても、これら摩耗や損傷によってドリル寿命が短縮されてしまうのを防ぐことができ、長期に亙って安定かつ円滑な穴明け加工を行うことが可能となる。しかも、本実施形態のドリルでは、この切刃５を含めたドリル本体１の先端部にＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜が被覆されているので、ドリル本体１の耐摩耗性の向上を図ることができ、これによってもドリル寿命の一層の延長を促すことが可能となる。
【００２５】
なお、このように切刃５のすくい角γがドリル本体１の内周から外周側に向けて漸増傾向から漸減傾向へと変移する変移点Ｘは、これが切刃５上においてドリル本体１の内周側に位置しすぎていると、この変移点Ｘよりも内周側のすくい角γが外周側に向けて漸増傾向となる部分が短くなりすぎ、逆にすくい角γが外周側に向けて漸減傾向となる部分が長くなってしまうため、上記構成を採ることによる切削抵抗の低減効果が十分に奏功されなくなるおそれが生じる。しかしながら、かといってこの変移点Ｘが切刃５上においてドリル本体１の外周側に位置しすぎていると、上記とは逆にすくい角γが外周側に向けて漸減傾向となる部分が短くなり、特に高速乾式切削の場合において、最も大きな抵抗が作用する切刃５の外周端１５側において十分な切刃強度を確保することが困難となるおそれが生じる。このため、この変移点Ｘの位置は、ドリル本体１の軸線Ｏから径方向外周側に向けて、切刃５の回転半径ｒすなわち切刃５の外径Ｄの１／２に対し、７０〜９０％の範囲内に位置させられるのが望ましい。
【００２６】
ところで、本実施形態では上述のように、切刃５の外周端１５側にドリル回転方向Ｔに凸となる曲線状をなす凸曲線状切刃部１６が形成されるとともに、この凸曲線状切刃部１６の内周側には逆にドリル回転方向Ｔの後方側に凹となる曲線状をなして上記凸曲線状切刃部１６に滑らかに連なる凹曲線状切刃部１７が形成されている。このため、上記凸曲線状切刃部１６の外周側、すなわち最も大きな切削抵抗が作用する切刃５の外周側では、切刃５の径方向すくい角が外周側に向かうに従い漸次減少させられて負角側へ大きくされるために一層確実に切刃強度を確保することができるとともに、特にドリル本体１外周のマージン部６と切刃５との交差部の角度を大きくすることができるので、この交差部におけるドリル本体１の強度を向上させてチッピングや欠けの発生を防止することができる。その一方で、この凸曲線状切刃部１６とその内周側に形成される上記凹曲線状切刃部１７とは滑らかな連続して形成されているので、例えば切刃がその中間部で角度をつけてドリル回転方向の後方側に後退した外方コーナー切刃を有する上記特開２０００−１９８０１１号公報記載のドリルのように上記中間部の内外周で切屑が分断されることがなく、凹曲線状切刃部１７によって切屑を内周側に巻き込むようにして十分にカールさせ、円滑に処理することが可能となる。
【００２７】
そして、さらに本実施形態では、このように構成された切刃５の凹曲線状切刃部１７とが凸曲線状切刃部１６とが滑らかに接して曲線が変曲する変曲点近傍の変曲部に上記変移点Ｘが位置するようにされていて、この変曲部で切刃５の上記すくい角γが外周側に向けて漸増傾向から漸減傾向へと変移するようにされている。しかるに、このように切刃５のすくい角γが変移する部分では、該切刃５に作用する切削抵抗も外周側に向けて漸減傾向から漸増傾向へと変移させられるため、この切削抵抗による切刃５への応力も集中しがちであるのに対し、本実施形態においてはこの変移点を上述のように凹凸曲する切刃５の凸凹曲線状切刃部１６，１７が滑らかに接する変曲部に位置させることにより、例えばこの変移点Ｘが凸曲線状切刃部１６の回転方向Ｔに最も凸となる部分に位置していたり、逆に凹曲線状切刃部１７の回転方向Ｔ後方側に最も凹んだ部分に位置していたりした場合に比べ、かかる応力を分散させることができて、応力集中により変移点Ｘの近傍で切刃５に損傷が生じたりするのを防止することが可能となる。
【００２８】
なお、このように変移点Ｘを切刃５の変曲部に位置させる場合、本実施形態ではこの変曲部（変曲点）が上記内壁面４の第１凸凹曲面部７，８の接点Ｐ１の延長上に位置させられていて、このＰ１の位置が軸線Ｏを中心として切刃５の外径Ｄの２／３の直径を有する円よりも外周側、より望ましくは外径Ｄの５／６の直径を有する円よりも外周側に位置させられるとされているので、これと上述した変移点Ｘの切刃５の回転半径ｒに対する範囲とを勘案すると、この回転半径ｒに対して７０〜８３％の範囲内に位置させられるのがより一層望ましい。ただし、この変移点Ｘは必ずしも厳密に上記切刃５の変曲点と一致させられている必要はなく、上述のように凸曲線状切刃部１６の回転方向Ｔに最も凸となる部分や凹曲線状切刃部１７の回転方向Ｔ後方側に最も凹んだ部分に位置していたりしなければ、これらの部分の間の上記変曲点の近傍に配設されていてもよい。
【００２９】
さらに、本実施形態における切刃５の上記すくい角γの変移は図１０に線Ｙで示した通りであるが、本発明に係るドリルにおいては、この図１０に示した線Ａと線Ｂとで囲まれる範囲内ですくい角γが変移させられるのが望ましく、これを近似式で表すと、上記軸線Ｏからの径方向外周側に向けての上記切刃５の回転半径ｒの３７．５％以上８２．６％未満の範囲の位置では、回転半径ｒに対するこの位置の上記軸線Ｏからの半径の比率ｘについて次式１により近似される角度ｙの±７°の範囲において、また上記切刃５の回転半径ｒの８２．６％以上１００％までの範囲の位置では上記比率ｘについて次式２により近似される角度ｙの±７°の範囲において、それぞれ変移させられるのが望ましい。
【００３０】
【数５】
【００３１】
【数６】
【００３２】
これは、すなわち、上述のように変移する切刃５のすくい角γが上記式１、２で得られる角度ｙの＋７°の範囲を上回って、すくい角γが線Ｙに対し大きくなりすぎると、このすくい角γが大きくなった部分で切刃５の刃先角が小さくなりすぎ、特に高速乾式切削においては切刃強度を十分に確保することができなくなって切刃５に損傷が生じるおそれがあるからである。その一方で、逆にすくい角γの変移が式１、２の角度ｙの−７°の範囲を下回って、すくい角γが線Ｙに対し小さくなりすぎると、切削抵抗の低減が確実に図られなくなって切刃５の摩耗が促進されたり、過大なトルクが生じてドリル本体１の折損を招くおそれが生じる。このため、上記切刃５のすくい角γは、上述のように式１、２の角度ｙの±７°の範囲内とされるのが望ましいのである。
【００３３】
ここで、次表１は、図１０に線Ｙで示したすくい角γの変移をなす本実施形態のドリルＹと、すくい角γの変移が式１、２の角度ｙ＋７°を上回るようにされたドリルＡ、逆にすくい角γの変移が式１、２の角度ｙ−７°を下回るようにされたドリルＢ、およびこれらに対する比較例として上述した特許第２６７４１２４号公報に記載されたドリルＥと特開２０００−１９８０１１号公報に記載されたドリルＦとで、それぞれ切削速度ｖｃ＝８０，１５０ｍ／ｍｉｎで穴明け加工を行った場合の、ドリル寿命を比較したものである。また、図１１は、図１０と同様に本実施形態のドリルＹにおける切刃５の位置に対するすくい角γの変移を示す線Ｙと、比較例の上記ドリルＥ，Ｆにおける切刃の位置に対するすくい角（直角すくい角）の変移を示す線Ｅ，Ｆとをまとめて表したものである。
【００３４】
ここで、このときのドリルＹ，Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆはいずれも切刃の外径Ｄが８mmのものであり、Ｓ５０Ｃ材よりなる被削材に送り速度ｆｒ＝０．２mm/revで穴深さｌｄ＝２５mmの貫通穴を明ける加工を行って、その寿命に至るまでの切削長によりドリル寿命を比較した。なお、これらの加工は、当初乾式により行っていたが、特にドリルＥ，Ｆでは切削速度ｖｃ＝８０ｍ／ｍｉｎでも比較に至る間もなく損傷が生じて加工が不能となってしまったので、すべてのドリルについて水溶性切削油剤を用いた湿式切削とした。また、表１の結果として、○印で示されているのは切刃が正常摩耗を呈していて、しかも穴数４０００（切削長にして約１００ｍ）を加工してもさらに継続して使用可能であったものであり、△印は正常摩耗を呈してはいるが○印のものよりは早期に寿命が費えたものであって、表中の括弧内は○印のものによる上記加工穴数に対する穴明け可能であった切削長を示している。一方、×印は、穴明け加工中に異常摩耗が生じてその時点で寿命が費えたものであり、その原因を合わせて記載してある。
【００３５】
【表１】
【００３６】
この表１の結果より、切削速度ｖｃ＝８０ｍ／ｍｉｎと小さいときでも、比較のドリルＥ，Ｆではその寿命が実施形態のドリルＹやドリルＡの７０％程度であり、切削速度ｖｃ＝１５０ｍ／ｍｉｎと大きくなっては、肩部すなわち切刃の外周端とマージン部との交差部分でのドリル本体の欠損や初期のドリル本体の折損によって早期に寿命が費えてしまった。ところが、これに対して実施形態によるドリルＹでは、切削速度ｖｃ＝８０ｍ／ｍｉｎの場合は勿論、ｖｃ＝１５０ｍ／ｍｉｎの高速切削の場合でも上記穴数では寿命に至ることはなく、またすくい角γの変移が上記線Ａを上回ったり線Ｂを下回ったりしているドリルＡ，Ｂでも、すくい角γが外周側に向けて漸増傾向から漸減傾向に変移しているため、ドリルＹよりは寿命は短いものの、ある程度の穴数を加工可能なドリル寿命の延長を図ることができている。因みに、実施形態のドリルＹでは、上記と同じ課好条件の穴明けを乾式で行っても、上記穴数までは欠損や折損等の異常摩耗が生じることはなかった。
【００３７】
なお、これらに加えて上記実施形態では、切屑排出溝３の先端側にシンニング部１８が形成されていて、これにより切刃５の内周端側は先端逃げ面２の中心に向かうシンニング切刃部１９とされており、このシンニング切刃部１９と上記凹曲線状切刃部１７とが交差する部分が両切刃部１７，１９に滑らかに連なる凸曲線状または直線状とされるとともに、シンニング切刃部１９に連なる第１シンニング部２０は谷底部２１が凹曲した谷形とされているので、切刃５の全長に亙って上述のような折曲点が形成されることはなく、しかもこのシンニング切刃部１９によって生成された切屑の内周側部分をも、図３に黒塗り矢線で示すように第１シンニング部２０の谷底部２１断面がなす凹曲線に沿って内周側に巻き込むようにカールさせることができる。このため、上記凹曲線状切刃部１７によって切屑が内周側に巻き込まれるのと相俟って、一層の切屑処理性の向上を図ることができ、特に難削材の加工において効果的である。なお、本実施形態ではこの第１シンニング部２０の谷底部２１がなす凹曲線の曲率半径を０．１〜０．５mmとしているが、これは、この曲率半径がこれよりも大きいと上記切屑の内周側部分を十分に巻き込んでカールさせることができなくなるおそれがある一方、逆にこれよりも小さいとこの切屑の内周側部分がシンニング部１８内において詰まりを生じるおそれがあるからである。
【００３８】
また、このシンニング部１８の先端には、第１シンニング部２０の上記谷底部２１からさらに一段傾斜して先端逃げ面２に達する第２シンニング部２２が形成されていて、この第２シンニング部２２と先端逃げ面２との交差稜線部上に切刃５の内周端が形成されており、しかもこの第２シンニング部２２の溝底の曲率半径が０．１mm未満と上記谷底部２１よりも小さくされていることから、この切刃５の内周端はより内周側に配置されることとなり、これによってチゼルの幅が０〜０．２mmと極短い幅とされている。このため、当該ドリルが加工物に食い付く際の食い付き性や直進安定性の向上を図ってさらに安定かつ高精度の加工を行うことができるとともに、ドリル本体１にその軸線方向に作用するスラスト力を抑えることことができて、ドリル駆動力の一層の軽減を促すことも可能となる。しかも、このようにシンニング部１８が切刃５の内周端に向けて傾斜の大きくなる第１、第２の複数のシンニング部２０，２２によって形成されることにより、先端の第２シンニング部２２の溝底に沿った断面におけるドリル本体１の先端角度は、単一のシンニング部の溝底を同じチゼル幅となるように傾斜させた場合に比べて大きくなるので、本実施形態によればこのドリル本体１先端の回転中心周辺における強度も十分に確保して、食い付き時の衝撃的負荷などによっても損傷の生じることのないドリルを提供することができる。ただし、第１シンニング部２０だけでドリル本体１の食い付き性や直進安定性と強度とが確保できるのであれば、第２シンニング部２２はなくてもよい。
【００３９】
一方、このような凸凹曲線状切刃部１６，１７を備えた切刃５を形成するのに、本実施形態では、切屑排出溝３のドリル回転方向Ｔを向く内壁面４にこれら凸凹曲線状切刃部１６，１７にそれぞれ連なる第１凸凹曲面部７，８を形成しており、従ってこの切刃５によって分断されることなく幅方向に連続して生成された切屑は、全体的に内周側に巻き込まれて第１凹曲面部８に摺接しつつ押し付けられることによりさらに小さくカールさせられ、ドリル本体１の回転に伴い後端側に押し出されて排出される。さらに、この第１凹曲面部７の内周側には、ドリル回転方向Ｔ後方側を向く切屑排出溝３の内壁面９の第２凹曲面部１２が、この第１凹曲面部７と滑らかに連なるように形成されており、この第２凹曲面部１２は第１凹曲面部８とは逆にドリル回転方向Ｔに凹むように形成されているので、第１凹曲面部８によってさらに小さくカールされた切屑の流れを阻害することなく、上述のようにして円滑に排出される。しかも、本実施形態ではこの第２凹曲面部１２の外周側にやはり滑らかに連なるように第２凸曲面部１１が形成されており、従って切屑の流れがヒール部１０側で阻害されることもなく、またこのヒール部１０におけるドリル本体１の強度も確保することができる。
【００４０】
さらに本実施形態では、これら第１、第２凹曲面部８，１２の凹み量Ｌ１，Ｌ２を、第１凹曲面部８については軸線Ｏと内壁面４の外周端１３とを結ぶ第１仮想直線Ｓ１から切刃５の外径Ｄに対して−０．０６×Ｄ〜０の範囲となるように（ただし、ドリル回転方向Ｔ後方側が負）、また第２凹曲面部１２については軸線Ｏにおいて上記第１仮想直線Ｓ１と直交する第２仮想直線Ｓ２から−０．０６×Ｄ〜０．０６×Ｄの範囲となるように（ただし、ドリル回転方向Ｔ側が負）それぞれ設定されており、これにより切屑を強すぎず弱すぎずに第１、第２凹曲面部８，１２に摺接させて、適度なブレーキング作用を与えることができる。このため、過大なブレーキング作用によって切屑が潰れて円滑な排出性が損なわれたりドリル回転駆動力の増大を招いたりすることなく、しかしながら確実に切屑をカールさせて処理することができる。なお、このような作用効果をより確実に奏功せしめるには、本実施形態のように軸線Ｏに直交する断面において、第１凹曲面部８がなす凹曲線（凹円弧）の曲率半径Ｒ２は切刃５の外径Ｄに対して０．１８〜０．３５×Ｄの範囲に、また第２凹曲面部１２の曲率半径Ｒ４は０．２〜０．５×Ｄの範囲に、それぞれ設定されるのが望ましい。
【００４１】
また、本実施形態では、これら第１、第２凹曲面部８，１２間においても、軸線Ｏに直交する断面において第２凹曲面部１２がなす凹曲線の曲率半径すなわち上記半径Ｒ４が、第１凹曲面部８がなす凹曲線の曲率半径すなわち上記半径Ｒ２よりも大きくなるようにされており、従って切刃５によって生成された切屑を、まず比較的小さな半径Ｒ２の第１凹曲面部８に摺接させることにより、この切屑に十分な巻き癖をつけてカールさせるとともに、こうしてカールされた切屑を比較的大きな半径Ｒ４の第２凹曲面部１２側に流出させることにより、この第２凹曲面部１２においては切屑があまり強く押し付けられることがなくなり、より円滑な排出を促すとともにドリル回転駆動力の一層の軽減を図ることができる。しかも、これら第１、第２凹曲面部８，１２がなす凹曲線が、本実施形態では１の上記接点Ｐ３で接して連続する凹曲線を描くようにされており、第１凹曲面部８から第２凹曲面部１２への切屑の流れをよりスムーズにして、一層円滑な切屑排出を促すことが可能となる。
【００４２】
ただし、このように第１、第２凹曲面部８，１２を、その断面がなす凹曲線が１の接点Ｐ３で接して滑らかに連なるように形成する代わりに、例えば図１２に示すように、これら第１、第２凹曲面部８，１２の間に、軸線Ｏに直交する断面において第１凹曲面部８がなす凹曲線と第２凹曲面部１２がなす凹曲線との双方に接点Ｐ４，Ｐ５で接する接線状をなす接続面２３を形成して、この接続面２３を介して両凹曲面部８，１２が滑らかに連なるようにしてもよい。この場合にも、第１凹曲面部８によって巻き癖がつけられた切屑を、その流れを損なうことなく、しかもこの接続面２３に強く押し付けてドリル回転駆動力の増大を招いたりすることもなく、第２凹曲面部１２側に送り出して円滑に排出することが可能となる。また、その一方で、このような接続面２３を第１、第２凹曲面部８，１２間に介在させた場合には、これら第１、第２凹曲面部８，１２の曲率半径Ｒ２，Ｒ４に制限されることなく切屑排出溝３の溝幅を設定することができるので、例えば上記とは逆に加工物の材質などに応じて第２凹曲面部１２にも切屑を十分に摺接させてカールさせなければならない場合にその曲率半径Ｒ４を小さくしたとしても、溝幅は十分に大きく確保して円滑な切屑排出性を維持することも可能となる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、上記第１、第２凸曲面部７，１１が上記断面においてなす凸曲線（凸円弧）の曲率半径Ｒ１，Ｒ３が、切刃５の外径Ｄに対してそれぞれ０．１〜０．８×Ｄの範囲に設定されており、これにより、ドリル本体１の内壁面４や切刃５の外周端１３，１５におけるマージン部６周辺の強度やヒール部１０周辺における強度を十分に確保しつつ、第１、第２凹曲面部８，１２の径方向の幅が小さくなりすぎるのを防いで、確実な切屑処理性の向上を図ることができる。なお、高速乾式切削のような条件下でも、このようにドリル本体１の強度確保と切屑処理性の向上とをより確実に両立させるには、本実施形態のように上記断面において第１凸凹曲面部７，８がなす凸凹曲線の接点Ｐ１を、軸線Ｏから切刃５の外径Ｄの２／３の直径の円より外周側に、より望ましくは外径Ｄの５／６の直径の円よりも外周側に位置させ、また切屑排出溝３の溝幅比を０．８〜１．２：１の範囲とするのが望ましい。
【００４４】
さらにまた、本実施形態ではこのように切屑処理性の向上が図られてドリル回転駆動力の低減が図られるのに伴い、加工時にドリル本体１自体が受ける負荷も小さくなり、これによってその芯厚ｄも切刃５の外径Ｄに対して０．１５×Ｄ〜０．３×Ｄと比較的小さな範囲に設定することができる。このため、上記ドリル本体１が受ける負荷のうち特にスラスト力を軽減させるとともに、切屑排出溝３の断面積を大きくしてさらに円滑な切屑排出を促し、これらによって穴明け加工時の動力の一層の軽減を図ることができる。その一方で、ドリル本体１の断面積は、上記曲率半径Ｒ１〜Ｒ４が上述のように適当な範囲に設定されることと、特に第１、第２凸曲面部７，１１によって外周側で大きくなることとにより、必要かつ十分に確保することができ、従ってドリル本体１の剛性も維持することができるので、上述のように加工動力の一層の軽減が図られることとも相俟って、加工時に折損等が生じてドリル寿命が費えてしまうような事態をさらに確実に防止することが可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、切刃のすくい角がドリル本体の内周から外周側に向けて、この切刃上の変移点までは漸次増大させられ、この変移点よりも外周側では漸次減少させられているので、切刃全体の切れ味を良好に維持して切削抵抗の増大を抑えつつ、この切刃の特に大きな抵抗が作用する外周端側に高い切刃強度を与えることが可能となる。このため、たとえ高速乾式切削となる過酷な加工条件でもドリル寿命が早期に費えてしまうような事態を防止することができ、効率的な穴明け加工を円滑かつ安定して行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一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に示す実施形態の軸線Ｏに直交する断面図である。
【図３】 図１に示す実施形態のシンニング部１８を示すドリル本体１先端部の斜視図である。
【図４】 軸線Ｏから外周側に切刃５の回転半径ｒに対して０．５００×ｒの位置（ｘ＝０．５００の位置）において切刃５に直交する断面を示す斜視図である。
【図５】 軸線Ｏから外周側に切刃５の回転半径ｒに対して０．６２５×ｒの位置（ｘ＝０．６２５の位置）において切刃５に直交する断面を示す斜視図である。
【図６】 軸線Ｏから外周側に切刃５の回転半径ｒに対して０．７５０×ｒの位置（ｘ＝０．７５０の位置）において切刃５に直交する断面を示す斜視図である。
【図７】 軸線Ｏから外周側に切刃５の回転半径ｒに対して０．８２６×ｒの位置（ｘ＝０．８２６の位置）において切刃５に直交する断面を示す斜視図である。
【図８】 軸線Ｏから外周側に切刃５の回転半径ｒに対して０．９２５×ｒの位置（ｘ＝０．９２５の位置）において切刃５に直交する断面を示す斜視図である。
【図９】 切刃５の外周端１５の位置（回転半径ｒに対して１．０００×ｒ、ｘ＝１．０００の位置）において切刃５に直交する断面を示す斜視図である。
【図１０】 実施形態の切刃５のすくい角γの変移を示す線Ｙ、およびこの線Ｙに対して±７°となる線Ａ，Ｂを示す図である。
【図１１】 実施形態のドリルＹの切刃５のすくい角γの変移を示す線Ｙと、比較例となるドリルＥ，Ｆのすくい角の変移を示す線Ｅ，Ｆとを合わせて示した図である。
【図１２】 第１、第２凹曲面部８，１２間に接続面２３を形成した場合を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ドリル本体
２ 先端逃げ面
３ 切屑排出溝
４，９ 切屑排出溝３の内壁面
５ 切刃
１５ 切刃５の外周端
１６ 凸曲線状切刃部
１７ 凹曲線状切刃部
１９ シンニング切刃部
Ｏ ドリル本体１の軸線
Ｔ ドリル回転方向
γ 切刃５のすくい角（直角すくい角）
Ｘ 変移点
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に高速乾式切削のような過酷な加工条件下でも円滑かつ安定した穴明け加工が可能なドリルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面と上記ドリル本体の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルとしては、例えば従来より特許第２６７４１２４号公報に記載されたものが知られている。また、上述のような乾式あるいは微量の切削油剤しか用いない過酷な加工条件に対応することを目的としたドリルとしては、例えば特開２０００−１９８０１１号公報に記載されたようなものが提案されており、すなわちこの公報記載のドリルでは、ドリル本体先端に形成される切刃の外周側に、この切刃の中間部から角度をつけてドリル回転方向に後退する外方コーナー切刃が形成されていて、この外方コーナ切刃とドリル本体外周のマージン部との交差角を鈍角にすることができるため、上述のような加工条件でも切刃の外周端に欠けが生じたりするのを防ぐことが可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなドリルにおいては通常、上記切刃に直交する断面における該切刃のすくい角、すなわち切刃の直角すくい角は、ドリル本体の上記軸線側すなわち内周側から外周側に向かうに従い漸次大きくなるようにされており、これは、上記２つの公報に提案されたドリルでも例外ではない（例えば、後述するドリルＥ，Ｆ、および図１１参照。）。このため、切刃がドリル本体内周側のシンニング部を除いて直線状に形成された前者の公報に記載のドリルでは、上記すくい角は切刃の外周端において最大となり、逆に切刃の刃先角は最も小さくなるので、ドリル本体の回転中心となる上記軸線から離れて最も切削速度が大きくなるために上記乾式高速切削となる穴明け加工にあっても最も過酷な状態となる切刃の外周端において、その切刃強度を確保し難くなり、これにより切刃にチッピングや欠けが生じる可能性が高く、また逃げ面摩耗の進行も早いという問題が生じる。
【０００４】
一方、切刃の外周側にドリル回転方向に後退する外側コーナー切刃を設けた後者の公報に記載のドリルでは、この外側コーナー切刃で切刃の径方向すくい角が負角側に大きくなる分だけ切刃の直角すくい角も小さくなるが、このすくい角が外周側に向けて漸増させられていることには変わりはなく、従って上述のような過酷な条件に対しても十分な切刃強度を確保するには切刃の全長に亙ってすくい角を小さくしなければならない。このため、切刃全体で切れ味が悪くなってしまって切削抵抗の増大を招き、高速乾式切削のような過酷な切削条件では摩耗の進行が著しくなって早期に寿命が費えたり、場合によっては抵抗の増大によって過大なトルクが作用してドリル本体の折損を招いたりするおそれすらある。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたもので、切刃全体の切れ味の悪化を抑えながらも特に切刃の外周端側での強度を確保して、高速乾式切削等の過酷な加工条件でも摩耗や折損による工具寿命の短縮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。
【０００６】
【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ドリル本体の先端部外周に後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面と上記ドリル本体の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されてなるドリルにおいて、上記切刃を、この切刃に直交する断面におけるすくい角が、上記ドリル本体の内周から外周側に向かうに従い漸次増大させられて該切刃上の変移点に達し、この変移点よりも外周側では外周側に向かうに従い上記すくい角が漸次減少させられるようにしたことを特徴とする。従って、このように構成されたドリルでは、上記変移点よりも内周側では切刃の直角すくい角が外周側に向かうに従い大きくなるので、良好な切れ味を維持して切削抵抗を低く抑えることができる一方、この変曲点よりも外周側ではすくい角が減少させられるので刃先角は大きくなり、これにより切刃強度を確保してチッピングや欠け、逃げ面摩耗の早期の進行等を抑制することが可能となる。
【０００７】
ここで、切刃の上記すくい角が内周から外周側に向けて漸増傾向から漸減傾向へと変移する上記変移点は、上記軸線から径方向外周側に向けて上記切刃の回転半径の７０〜９０％の範囲内に位置させられるのが望ましい。これは、この変移点が軸線から切刃の回転半径の７０％よりも内周側にあると、外周側に向けてすくい角が漸減する切刃部分が長くなって切刃全体としての切削抵抗を十分に抑えることができなくなるおそれがあるからであり、逆に変移点が軸線から切刃の回転半径の９０％よりも外周側にあると、このすくい角が漸減する切刃部分が短すぎて外周側での切刃強度を確実に確保することができなくなるおそれがあるからである。
【０００８】
また、上記切刃の外周端側に、上記ドリル回転方向に凸となる曲線状をなす凸曲線状切刃部が形成されるとともに、この凸曲線状切刃部の内周側には、ドリル回転方向の後方側に凹となる曲線状をなして上記凸曲線状切刃部に滑らかに連なる凹曲線状切刃部を形成した場合には、上記凸曲線状切刃部の外周側、すなわちドリル本体外周のマージン部との交差部ではその交差角を大きくして切刃強度を一層向上させてチッピングや欠けの発生を防止することができる一方、この凸曲線状切刃部の内周側では上記凹曲線状切刃部から凸曲線状切刃部にかけての切刃の外周端までが滑らかな曲線状に形成されることとなるので、切刃がその中間部で角度をつけてドリル回転方向の後方側に後退している上記後者の公報に記載されたドリルのように切刃の内外周で切屑が分断されるようなことがなく、上記凹曲線状切刃部によって切屑を内周側に巻き込むようにして十分にカールさせ、円滑に処理することが可能となる。そして、さらにこの場合には、上記変移点をこの凹曲線状切刃部と上記凸曲線状切刃部との変曲部に位置させることにより、すくい角が漸増傾向から漸減傾向へと変移することによってこの変移点で切刃に生じる応力を分散させることができ、高速乾式切削における過酷な切削条件によりこの変移点に応力が集中して損傷が生じるような事態をも防止することが可能となる。
【０００９】
なお、このように内周から外周側に向けて上記変移点の前後で漸増・漸減傾向に変移する上記切刃のすくい角γは、上記軸線からの径方向外周側に向けての上記切刃の回転半径ｒの３７．５％以上８２．６％未満の範囲の位置では、上記回転半径ｒに対するこの位置の上記軸線からの半径の比率ｘについて次式１により近似される角度ｙの±７°の範囲において、上記切刃の回転半径ｒの８２．６％以上１００％までの範囲の位置では上記比率ｘについて次式２により近似される角度ｙの±７°の範囲において、それぞれ変移させられるのが望ましい。すなわち、この切刃のすくい角γが式１、２の範囲を上回ると、切刃に刃先角が小さくなりすぎる部分が生じて特に高速乾式切削ではその部分で切刃が損傷し易くなるおそれがある一方、逆に式１、２の範囲を下回ると、その部分で切削抵抗が増大して切刃の摩耗が促進されたり過大なトルクが生じたりするおそれがある。また、ドリル本体の少なくとも先端部の表面に、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜を被覆すれば、このドリル本体先端部の耐摩耗性の向上を図ってその寿命の一層の延長を促すことができる。
【００１０】
【数３】
【数４】
【発明の実施の形態】
図１ないし図９は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態においてドリル本体１は、超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした略円柱状に形成されており、その先端部には、先端逃げ面２から後端側に向かうに従い一定の捩れ角でドリル回転方向Ｔの後方側に捩れる一対の切屑排出溝３，３が軸線Ｏに対して対称に形成されていて、これらの切屑排出溝３，３のドリル回転方向Ｔ側を向く内壁面４，４と上記先端逃げ面２との交差稜線部にそれぞれ切刃５，５が形成されている。なお、このドリル本体１先端部には、その外周面や先端逃げ面２、切屑排出溝３に、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜が被覆されている。
【００１３】
ここで、上記内壁面４は、その外周側に位置してマージン部６に交差し、軸線Ｏに直交する断面において図２に示すようにドリル回転方向Ｔに凸となる凸曲線をなす第１の凸曲面部７と、この第１凸曲面部７の内周側に位置して、上記断面においてドリル回転方向Ｔの後方側に凹む凹曲線状をなす第１凹曲面部８とから構成されており、これら第１の凸凹曲面部７，８の断面がなす上記凸凹曲線は接点Ｐ１において滑らかに接するように連ねられている。また、本実施形態では切屑排出溝３のドリル回転方向Ｔ後方側を向く内壁面９も、その外周側に位置してヒール部１０に達し、上記断面がドリル回転方向Ｔ後方側に凸となる凸曲線をなす第２凸曲面部１１と、この第２凸曲面部１１の内周側に位置してその断面がドリル回転方向Ｔ側に凹む凹曲線状をなす第２凹曲面部１２とから構成され、これら第２の凸凹曲面部１１，１２がなす上記凸凹曲線も接点Ｐ２において滑らかに接するように連ねられるとともに、両内壁面４，９の第１、第２凹曲面部８，１２同士も、その断面がなす凹曲線が接点Ｐ３において滑らかに接して連なるようにされている。なお、上記マージン部６からドリル回転方向Ｔ後方側に上記ヒール部１０に至るランド部の外周面は、マージン部６から一段内周側に後退した円筒面状に形成されている。
【００１４】
さらに、本実施形態では、上記断面において、第１、第２の凸凹曲面部７，８，１１，１２がなす凸凹曲線がそれぞれ点Ｃ１〜Ｃ４を中心とした半径Ｒ１〜Ｒ４の円弧となるようにされており、このうち第１凸曲面部７がなす凸円弧の中心Ｃ１は、この第１凸曲面部７とマージン部６との交点すなわち上記内壁面４の外周端１３において該マージン部６に接する直線Ｑ１よりも内周側に位置させられるとともに、第２凸曲面部１１がなす円弧の中心Ｃ３は、上記外周端１３が軸線Ｏ回りになす円と第２凸曲面部１１がなす円弧の延長線との交点１４において上記円に接する直線Ｑ２よりもやはり内周側に位置させられている。従って、上記第１凸曲面部７は、軸線Ｏと内壁面４の外周端１３とを結ぶ第１仮想直線Ｓ１よりもドリル回転方向Ｔ側に凸となって、この外周端１３における第１凸曲面部７の接線は、外周側に向かうに従いドリル回転方向Ｔ後方側に延びるように第１仮想直線Ｓ１に対して傾斜させられるとともに、この第１仮想直線Ｓ１と直交する上記直線Ｑ１とは鈍角をなして交差させられる。また、第２凸曲面部１１も、ヒール部１０との交点と軸線Ｏとを結ぶ直線よりもドリル回転方向Ｔ後方側に凸となるようにされている。一方、第１、第２凹曲面部８，１２がなす円弧の中心Ｃ２，Ｃ４は、これらの円弧が接点Ｐ３で接していることから、両者とも軸線Ｏからこの接点Ｐ３を通る直線の延長線上に位置することとなる。さらに、この接点Ｐ３が切屑排出溝３の溝底となることから、本実施形態では軸線Ｏを中心としてこの接点Ｐ３を通る円がドリル本体１の芯厚円となり、この芯厚円の直径すなわちドリル本体１の芯厚ｄは、上記切刃５の外周端１５が軸線Ｏ回りになす円の直径すなわち切刃５の外径Ｄに対し、０．１５×Ｄ〜０．３×Ｄの範囲に設定されている。
【００１５】
なお、第１凸凹曲面部７，８がなす凸凹曲線の接点Ｐ１は、軸線Ｏを中心として上記切刃５の外径Ｄの２／３の直径を有する円よりも外周側に位置させられており、より望ましくは軸線Ｏを中心として外径Ｄの５／６の直径を有する円よりも外周側に位置させられる。また、第１凹曲面部８のドリル回転方向Ｔ後方側への凹みの大きさは、上記第１仮想直線Ｓ１からの凹み量Ｌ１が切刃５の外径Ｄに対して−０．０６×Ｄ〜０の範囲に設定されるとともに、第２凹曲面部１２のドリル回転方向Ｔ側への凹みの大きさは、上記断面において第１仮想直線Ｓ１に軸線Ｏで直交する第２仮想直線Ｓ２からの凹み量Ｌ２が−０．０６×Ｄ〜０．０６×Ｄの範囲となるように設定されている。ただし、これらの凹み量Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ上記断面において第１、第２仮想直線Ｓ１，Ｓ２に平行で第１、第２凹曲面部８，１２がなす凹曲線に接する直線と第１、第２仮想直線Ｓ１，Ｓ２との間の距離とされており、かつ図２に示すように、第１凹曲面部８の凹み量Ｌ１については第１仮想直線Ｓ１からドリル回転方向Ｔ側を正、後方側を負とし、逆に第２凹曲面部１２の凹み量Ｌ２については第２仮想直線Ｓ２からドリル回転方向Ｔ側を負、後方側を正としている。従って、本実施形態においては、第１凹曲面部８の全体が上記第１仮想直線Ｓ１よりもドリル回転方向Ｔ側に位置することはない。
【００１６】
さらに、上記断面において第１、第２凸凹曲面部７，８，１１，１２がなす円弧の半径Ｒ１〜Ｒ４は、切刃５の外径Ｄに対し、第１凸曲面部７の半径Ｒ１が０．１〜０．８×Ｄの範囲に、第１凹曲面部８の半径Ｒ２が０．１８〜０．３５×Ｄの範囲に、第２凸曲面部１１の半径Ｒ３が０．１〜０．８×Ｄの範囲に、第２凹曲面部１２の半径Ｒ４が０．２〜０．５×Ｄの範囲に、それぞれ設定されている。そして、本実施形態では、このうち第２凹曲面部１２の半径Ｒ４が、第１凹曲面部８の半径Ｒ２よりも大きくされている。なお、こうして形成された切屑排出溝３の溝幅比は、本実施形態では０．８〜１．２：１の範囲とされている。
【００１７】
このような切屑排出溝３の上記内壁面４と先端逃げ面２との交差稜線部に形成される切刃５においては、この内壁面４が上記第１凸凹曲面部７，８によって形成されることにより、その外周端１５側には、ドリル回転方向Ｔに凸となる曲線状をなす凸曲線状切刃部１６が形成されてその後端側に上記第１凸曲面部７が連なるとともに、この凸曲線状切刃部１６の内周側には、ドリル回転方向Ｔの後方側に凹となる曲線状をなして凸曲線状切刃部１６に滑らかに接して連なる凹曲線状切刃部１７が形成され、その後端側に上記第１凹曲面部８が連なることになって、これら凸凹曲線状切刃部１６，１７間で切刃５は軸線Ｏ方向先端視に緩やかに湾曲するＳ字状を呈することとなる。ただし、この切刃５には、先端逃げ面２が内周側から外周側に向かうに従いドリル本体１の後端側に向けて傾斜させられることにより先端角が付されており、これと切屑排出溝３が螺旋状に捩れていることとから、この切刃５の凸凹曲線状切刃部１６，１７が軸線Ｏ方向先端視においてなす上記Ｓ字状の凸凹曲線は、内壁面４の第１凸凹曲面部７，８が軸線Ｏに直交する断面においてなす凸凹曲線が、内周側に向かうに従いドリル回転方向Ｔ側に漸次ずれたような形状をなすこととなる。従って、この軸線Ｏ方向先端視において上記凸曲線状切刃部１６は、その外周端１５における接線が、上記断面において第１凸曲面部７がなす凸曲線の外周端１３における接線よりも大きな傾斜で外周側に向かうに従いドリル回転方向Ｔ後方側に延びるようにされるとともに、マージン部６との交差角も第１凸曲面部７がなす鈍角より大きくされ、これにより切刃５が上記外周端１５においてなす径方向すくい角αは負角側に設定される。
【００１８】
一方、切屑排出溝３の内壁面４，９の先端側には、上記第１凹曲面部８の内周側から第２凹曲面部１２および第２凸曲面部１１までの先端逃げ面２との交差稜線部分を、ドリル本体１の後端側に向かうに従い切屑排出溝３の内側に向けて切り欠くようにして、ヒール部１０に達するシンニング部１８が形成されており、従って切刃５の内周端側は、このシンニング部１８と先端逃げ面２との交差稜線部に形成されて、上記凹曲面状切刃部１７の内周端から先端逃げ面２の中心の上記軸線Ｏに向けて延びるシンニング切刃部１９とされている。なお、切刃５においてこのシンニング切刃部１９と上記凹曲線状切刃部１７とが交差する部分は、軸線Ｏ方向先端視にドリル回転方向Ｔに凸となる曲線または直線によって滑らかに接続されている。
【００１９】
ここで、このシンニング部１８のうち、切屑排出溝３の内壁面４，９に交差して先端側に延びる部分は第１シンニング部２０とされており、この第１シンニング部２０は、ドリル回転方向Ｔ後方側を向く切屑排出溝３の内壁面９と交差してヒール部１０側に延びる部分においては平面状に形成される一方、この内壁面９とドリル回転方向Ｔ側を向く内壁面４とが交差する部分、すなわち上記第１、第２凹曲面部８，１２の接点Ｐ３部分から、先端逃げ面２の中心に向けて延びる部分は、図３に示すようにこの先端逃げ面２の中心に向かう方向から見た場合に凹曲面状の谷形をなすように形成されており、その凹曲する谷底部２１は、上記内壁面４，９に対してドリル本体１の内周側に後退するように傾斜しつつ、切刃５の内周端すなわちシンニング切刃部１９の内周端に向けて先端側に延びるように形成されている。なお、この第１シンニング部２０の凹曲する谷底部２１がその断面においてなす凹曲線の曲率半径は、０．１〜０．５mmの範囲に設定されている。なお、この谷底部２１の断面がなす凹曲線の曲率半径は、後端側に向かうに従い大きくなるようにされていてもよい。
【００２０】
さらに、この第１シンニング部２０の最先端の上記谷底部２１が切刃５の内周端に達しようとする部分には、この谷底部２１に対してさらにドリル本体１の内周側に後退するように一段傾斜しつつ切刃５内周端側に向けて延びる谷形の第２シンニング部２２が形成されており、先端逃げ面２の中心の軸線Ｏ近傍においてはこの第２シンニング部２２が先端逃げ面２に交差してその交差稜線部上に切刃５の内周端が形成される。ここで、この第２シンニング部２２の谷底部の曲率半径は、第１シンニング部２０の谷底部２１の曲率半径よりも小さく、０．１mm未満とされており、場合によっては曲率半径が０、すなわちこの谷底部が凹湾曲しないＶ字谷状に形成されていてもよく、さらに第１シンニング部２０の谷底部２１と同様にドリル本体１の後端側に向かうに従い大きくなるようにされていてもよい。また、このように第１シンニング部２０よりもさらに一段傾斜する第２シンニング部２２と先端逃げ面２との交差稜線部に切刃５の内周端が形成されることにより、ドリル本体１先端の一対の切刃５，５間の間隔すなわち先端逃げ面２の中心に画成されるチゼルの幅は、第１シンニング部２０をそのまま先端逃げ面２に交差させて切刃５の内周端を形成するのに比べて狭くなり、このチゼル幅は本実施形態では０〜０．２mmの範囲とされていて、すなわちこれら切刃５，５の内周端が軸線Ｏ上で一致するようにされていてもよい。
【００２１】
そして、さらにこの切刃５は、該切刃５に直交する断面におけるそのすくい角γすなわち直角すくい角が、ドリル本体１の内周から外周側に向かうに従い漸次増大させられて該切刃５上の変移点Ｘに達し、この変移点Ｘよりも外周側では外周側に向かうに従い漸次減少させられるようにされている。すなわち、本実施形態では、図４ないし図９に示すように上記すくい角γは、切刃５上の１点において該切刃５に直交する断面をとったとき、この切刃５に連なってすくい面となる上記内壁面４の第１凸凹曲面部７，８が該断面においてなす曲線が軸線Ｏを含んで上記１点を通る基準面に対し該１点においてなす角度とされており、このすくい角γが図１０に線Ｙで示すように、上記１点が切刃５に沿ってドリル本体１の内周側から外周側に向け移動したときには、該切刃５上の所定の位置に設定された上記変移点Ｘに至るまで漸次増大する傾向とされ、変移点Ｘで最大となり、この変移点Ｘを越えてさらに外周側に移動したときには変移してすくい角γが漸次減少する傾向となるようにされている。
【００２２】
さらに、本実施形態ではこの変移点Ｘは、切屑排出溝３の内壁面４の上記第１凸凹曲面部７，８が軸線Ｏに直交する断面においてなす凸凹曲線の接点Ｐ１を螺旋状の切屑排出溝４に沿って先端側に延長した位置、すなわち図１に示すように切刃５の凹曲線状切刃部１６と凸曲線状切刃部１７との変曲点周辺の変曲部に位置させられている。因みに本実施形態では、上記変移点Ｘは、ドリル本体１の軸線Ｏから径方向外周側に向けて、この切刃５の回転半径ｒ（＝Ｄ／２）の８２．６％の位置（ｒに対する比率ｘが０．８２６の位置）に配設され、図７に示すようにこの変移点Ｘで切刃５のすくい角γは３３°と最大となる。
【００２３】
なお、切刃５が、本実施形態のように上記凸凹曲線状切刃部１６，１７によってＳ字状に形成されている場合など曲線状である場合には、上記切刃５に直交する断面は上記１点におけるこの曲線の接線に直交する断面をとればよい。また、上述のように先端逃げ面２が内周側から外周側に向かうに従いドリル本体１の後端側に向けて傾斜させられることにより切刃５に先端角が付されている場合、この切刃５に直交する断面は上記１点から後端側に向かうに従い内周側に向けて傾斜させられて軸線Ｏに斜交する面となる。さらに、切刃５の内周端側にシンニング切刃部１９が形成されている場合には、このシンニング切刃部１９においてはすくい角γが上述のように外周側に向かうに従い漸増する傾向とならずともよい。すなわち、上記すくい角γはこのシンニング切刃部１９を除いたドリル本体１の内周から外周側で上述のような漸増・漸減傾向を呈すればよく、より具体的には、ドリル本体１の上記芯厚ｄの大きさなどにもよるが、図１０に示したように軸線Ｏからドリル本体１の径方向外周側に向けて、切刃５の外周端１５が軸線Ｏ回りになす円の半径すなわち切刃５の回転半径ｒ（＝Ｄ／２）の３７．５％の位置、すなわち軸線Ｏから０．３７５×ｒの位置（比率ｘが０．３７５の位置）よりも外周側でこのような傾向となればよい。
【００２４】
従って、このように構成されたドリルにおいては、上記切刃５に直交する断面における該切刃５のすくい角（直角すくい角）γが、シンニング切刃部１９を除いたドリル本体１の内周から外周側に向かうに従い漸次増大させられて該切刃５上の変移点Ｘに達するようにされているので、この変移点Ｘよりも内周側では、外周側に向かうに従い軸線Ｏからの回転半径が大きくなるために切削速度が漸次増大して切削抵抗も大きくなるのに対し、すくい角γも漸次大きくなってゆくため切刃５の切れ味を高めてゆくことができ、増大する抵抗を抑えることができてドリル本体１に過大なトルクが作用するのを防ぎ、ドリル本体１の折損や摩耗の進行を防止することができる。その一方で、この変移点Ｘよりも外周側では上記すくい角γは外周側に向かうに従い漸次減少させられるようにされているので、切刃５の刃先角は逆に漸次大きくなってゆくこととなり、このためドリル本体１の最も外周側に位置して最大の切削抵抗が作用する切刃５の外周端１５側では、高い切刃強度を確保することができ、この部分におけるチッピングや欠け、あるいは逃げ面摩耗の早期の進行を防止することができる。このため、上記構成のドリルによれば、たとえ高速乾式切削となるような過酷な加工条件においても、これら摩耗や損傷によってドリル寿命が短縮されてしまうのを防ぐことができ、長期に亙って安定かつ円滑な穴明け加工を行うことが可能となる。しかも、本実施形態のドリルでは、この切刃５を含めたドリル本体１の先端部にＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜が被覆されているので、ドリル本体１の耐摩耗性の向上を図ることができ、これによってもドリル寿命の一層の延長を促すことが可能となる。
【００２５】
なお、このように切刃５のすくい角γがドリル本体１の内周から外周側に向けて漸増傾向から漸減傾向へと変移する変移点Ｘは、これが切刃５上においてドリル本体１の内周側に位置しすぎていると、この変移点Ｘよりも内周側のすくい角γが外周側に向けて漸増傾向となる部分が短くなりすぎ、逆にすくい角γが外周側に向けて漸減傾向となる部分が長くなってしまうため、上記構成を採ることによる切削抵抗の低減効果が十分に奏功されなくなるおそれが生じる。しかしながら、かといってこの変移点Ｘが切刃５上においてドリル本体１の外周側に位置しすぎていると、上記とは逆にすくい角γが外周側に向けて漸減傾向となる部分が短くなり、特に高速乾式切削の場合において、最も大きな抵抗が作用する切刃５の外周端１５側において十分な切刃強度を確保することが困難となるおそれが生じる。このため、この変移点Ｘの位置は、ドリル本体１の軸線Ｏから径方向外周側に向けて、切刃５の回転半径ｒすなわち切刃５の外径Ｄの１／２に対し、７０〜９０％の範囲内に位置させられるのが望ましい。
【００２６】
ところで、本実施形態では上述のように、切刃５の外周端１５側にドリル回転方向Ｔに凸となる曲線状をなす凸曲線状切刃部１６が形成されるとともに、この凸曲線状切刃部１６の内周側には逆にドリル回転方向Ｔの後方側に凹となる曲線状をなして上記凸曲線状切刃部１６に滑らかに連なる凹曲線状切刃部１７が形成されている。このため、上記凸曲線状切刃部１６の外周側、すなわち最も大きな切削抵抗が作用する切刃５の外周側では、切刃５の径方向すくい角が外周側に向かうに従い漸次減少させられて負角側へ大きくされるために一層確実に切刃強度を確保することができるとともに、特にドリル本体１外周のマージン部６と切刃５との交差部の角度を大きくすることができるので、この交差部におけるドリル本体１の強度を向上させてチッピングや欠けの発生を防止することができる。その一方で、この凸曲線状切刃部１６とその内周側に形成される上記凹曲線状切刃部１７とは滑らかな連続して形成されているので、例えば切刃がその中間部で角度をつけてドリル回転方向の後方側に後退した外方コーナー切刃を有する上記特開２０００−１９８０１１号公報記載のドリルのように上記中間部の内外周で切屑が分断されることがなく、凹曲線状切刃部１７によって切屑を内周側に巻き込むようにして十分にカールさせ、円滑に処理することが可能となる。
【００２７】
そして、さらに本実施形態では、このように構成された切刃５の凹曲線状切刃部１７とが凸曲線状切刃部１６とが滑らかに接して曲線が変曲する変曲点近傍の変曲部に上記変移点Ｘが位置するようにされていて、この変曲部で切刃５の上記すくい角γが外周側に向けて漸増傾向から漸減傾向へと変移するようにされている。しかるに、このように切刃５のすくい角γが変移する部分では、該切刃５に作用する切削抵抗も外周側に向けて漸減傾向から漸増傾向へと変移させられるため、この切削抵抗による切刃５への応力も集中しがちであるのに対し、本実施形態においてはこの変移点を上述のように凹凸曲する切刃５の凸凹曲線状切刃部１６，１７が滑らかに接する変曲部に位置させることにより、例えばこの変移点Ｘが凸曲線状切刃部１６の回転方向Ｔに最も凸となる部分に位置していたり、逆に凹曲線状切刃部１７の回転方向Ｔ後方側に最も凹んだ部分に位置していたりした場合に比べ、かかる応力を分散させることができて、応力集中により変移点Ｘの近傍で切刃５に損傷が生じたりするのを防止することが可能となる。
【００２８】
なお、このように変移点Ｘを切刃５の変曲部に位置させる場合、本実施形態ではこの変曲部（変曲点）が上記内壁面４の第１凸凹曲面部７，８の接点Ｐ１の延長上に位置させられていて、このＰ１の位置が軸線Ｏを中心として切刃５の外径Ｄの２／３の直径を有する円よりも外周側、より望ましくは外径Ｄの５／６の直径を有する円よりも外周側に位置させられるとされているので、これと上述した変移点Ｘの切刃５の回転半径ｒに対する範囲とを勘案すると、この回転半径ｒに対して７０〜８３％の範囲内に位置させられるのがより一層望ましい。ただし、この変移点Ｘは必ずしも厳密に上記切刃５の変曲点と一致させられている必要はなく、上述のように凸曲線状切刃部１６の回転方向Ｔに最も凸となる部分や凹曲線状切刃部１７の回転方向Ｔ後方側に最も凹んだ部分に位置していたりしなければ、これらの部分の間の上記変曲点の近傍に配設されていてもよい。
【００２９】
さらに、本実施形態における切刃５の上記すくい角γの変移は図１０に線Ｙで示した通りであるが、本発明に係るドリルにおいては、この図１０に示した線Ａと線Ｂとで囲まれる範囲内ですくい角γが変移させられるのが望ましく、これを近似式で表すと、上記軸線Ｏからの径方向外周側に向けての上記切刃５の回転半径ｒの３７．５％以上８２．６％未満の範囲の位置では、回転半径ｒに対するこの位置の上記軸線Ｏからの半径の比率ｘについて次式１により近似される角度ｙの±７°の範囲において、また上記切刃５の回転半径ｒの８２．６％以上１００％までの範囲の位置では上記比率ｘについて次式２により近似される角度ｙの±７°の範囲において、それぞれ変移させられるのが望ましい。
【００３０】
【数５】
【数６】
これは、すなわち、上述のように変移する切刃５のすくい角γが上記式１、２で得られる角度ｙの＋７°の範囲を上回って、すくい角γが線Ｙに対し大きくなりすぎると、このすくい角γが大きくなった部分で切刃５の刃先角が小さくなりすぎ、特に高速乾式切削においては切刃強度を十分に確保することができなくなって切刃５に損傷が生じるおそれがあるからである。その一方で、逆にすくい角γの変移が式１、２の角度ｙの−７°の範囲を下回って、すくい角γが線Ｙに対し小さくなりすぎると、切削抵抗の低減が確実に図られなくなって切刃５の摩耗が促進されたり、過大なトルクが生じてドリル本体１の折損を招くおそれが生じる。このため、上記切刃５のすくい角γは、上述のように式１、２の角度ｙの±７°の範囲内とされるのが望ましいのである。
【００３３】
ここで、次表１は、図１０に線Ｙで示したすくい角γの変移をなす本実施形態のドリルＹと、すくい角γの変移が式１、２の角度ｙ＋７°を上回るようにされたドリルＡ、逆にすくい角γの変移が式１、２の角度ｙ−７°を下回るようにされたドリルＢ、およびこれらに対する比較例として上述した特許第２６７４１２４号公報に記載されたドリルＥと特開２０００−１９８０１１号公報に記載されたドリルＦとで、それぞれ切削速度ｖｃ＝８０，１５０ｍ／ｍｉｎで穴明け加工を行った場合の、ドリル寿命を比較したものである。また、図１１は、図１０と同様に本実施形態のドリルＹにおける切刃５の位置に対するすくい角γの変移を示す線Ｙと、比較例の上記ドリルＥ，Ｆにおける切刃の位置に対するすくい角（直角すくい角）の変移を示す線Ｅ，Ｆとをまとめて表したものである。
【００３４】
ここで、このときのドリルＹ，Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆはいずれも切刃の外径Ｄが８mmのものであり、Ｓ５０Ｃ材よりなる被削材に送り速度ｆｒ＝０．２mm/revで穴深さｌｄ＝２５mmの貫通穴を明ける加工を行って、その寿命に至るまでの切削長によりドリル寿命を比較した。なお、これらの加工は、当初乾式により行っていたが、特にドリルＥ，Ｆでは切削速度ｖｃ＝８０ｍ／ｍｉｎでも比較に至る間もなく損傷が生じて加工が不能となってしまったので、すべてのドリルについて水溶性切削油剤を用いた湿式切削とした。また、表１の結果として、○印で示されているのは切刃が正常摩耗を呈していて、しかも穴数４０００（切削長にして約１００ｍ）を加工してもさらに継続して使用可能であったものであり、△印は正常摩耗を呈してはいるが○印のものよりは早期に寿命が費えたものであって、表中の括弧内は○印のものによる上記加工穴数に対する穴明け可能であった切削長を示している。一方、×印は、穴明け加工中に異常摩耗が生じてその時点で寿命が費えたものであり、その原因を合わせて記載してある。
【００３５】
【表１】
この表１の結果より、切削速度ｖｃ＝８０ｍ／ｍｉｎと小さいときでも、比較のドリルＥ，Ｆではその寿命が実施形態のドリルＹやドリルＡの７０％程度であり、切削速度ｖｃ＝１５０ｍ／ｍｉｎと大きくなっては、肩部すなわち切刃の外周端とマージン部との交差部分でのドリル本体の欠損や初期のドリル本体の折損によって早期に寿命が費えてしまった。ところが、これに対して実施形態によるドリルＹでは、切削速度ｖｃ＝８０ｍ／ｍｉｎの場合は勿論、ｖｃ＝１５０ｍ／ｍｉｎの高速切削の場合でも上記穴数では寿命に至ることはなく、またすくい角γの変移が上記線Ａを上回ったり線Ｂを下回ったりしているドリルＡ，Ｂでも、すくい角γが外周側に向けて漸増傾向から漸減傾向に変移しているため、ドリルＹよりは寿命は短いものの、ある程度の穴数を加工可能なドリル寿命の延長を図ることができている。因みに、実施形態のドリルＹでは、上記と同じ課好条件の穴明けを乾式で行っても、上記穴数までは欠損や折損等の異常摩耗が生じることはなかった。
【００３７】
なお、これらに加えて上記実施形態では、切屑排出溝３の先端側にシンニング部１８が形成されていて、これにより切刃５の内周端側は先端逃げ面２の中心に向かうシンニング切刃部１９とされており、このシンニング切刃部１９と上記凹曲線状切刃部１７とが交差する部分が両切刃部１７，１９に滑らかに連なる凸曲線状または直線状とされるとともに、シンニング切刃部１９に連なる第１シンニング部２０は谷底部２１が凹曲した谷形とされているので、切刃５の全長に亙って上述のような折曲点が形成されることはなく、しかもこのシンニング切刃部１９によって生成された切屑の内周側部分をも、図３に黒塗り矢線で示すように第１シンニング部２０の谷底部２１断面がなす凹曲線に沿って内周側に巻き込むようにカールさせることができる。このため、上記凹曲線状切刃部１７によって切屑が内周側に巻き込まれるのと相俟って、一層の切屑処理性の向上を図ることができ、特に難削材の加工において効果的である。なお、本実施形態ではこの第１シンニング部２０の谷底部２１がなす凹曲線の曲率半径を０．１〜０．５mmとしているが、これは、この曲率半径がこれよりも大きいと上記切屑の内周側部分を十分に巻き込んでカールさせることができなくなるおそれがある一方、逆にこれよりも小さいとこの切屑の内周側部分がシンニング部１８内において詰まりを生じるおそれがあるからである。
【００３８】
また、このシンニング部１８の先端には、第１シンニング部２０の上記谷底部２１からさらに一段傾斜して先端逃げ面２に達する第２シンニング部２２が形成されていて、この第２シンニング部２２と先端逃げ面２との交差稜線部上に切刃５の内周端が形成されており、しかもこの第２シンニング部２２の溝底の曲率半径が０．１mm未満と上記谷底部２１よりも小さくされていることから、この切刃５の内周端はより内周側に配置されることとなり、これによってチゼルの幅が０〜０．２mmと極短い幅とされている。このため、当該ドリルが加工物に食い付く際の食い付き性や直進安定性の向上を図ってさらに安定かつ高精度の加工を行うことができるとともに、ドリル本体１にその軸線方向に作用するスラスト力を抑えることことができて、ドリル駆動力の一層の軽減を促すことも可能となる。しかも、このようにシンニング部１８が切刃５の内周端に向けて傾斜の大きくなる第１、第２の複数のシンニング部２０，２２によって形成されることにより、先端の第２シンニング部２２の溝底に沿った断面におけるドリル本体１の先端角度は、単一のシンニング部の溝底を同じチゼル幅となるように傾斜させた場合に比べて大きくなるので、本実施形態によればこのドリル本体１先端の回転中心周辺における強度も十分に確保して、食い付き時の衝撃的負荷などによっても損傷の生じることのないドリルを提供することができる。ただし、第１シンニング部２０だけでドリル本体１の食い付き性や直進安定性と強度とが確保できるのであれば、第２シンニング部２２はなくてもよい。
【００３９】
一方、このような凸凹曲線状切刃部１６，１７を備えた切刃５を形成するのに、本実施形態では、切屑排出溝３のドリル回転方向Ｔを向く内壁面４にこれら凸凹曲線状切刃部１６，１７にそれぞれ連なる第１凸凹曲面部７，８を形成しており、従ってこの切刃５によって分断されることなく幅方向に連続して生成された切屑は、全体的に内周側に巻き込まれて第１凹曲面部８に摺接しつつ押し付けられることによりさらに小さくカールさせられ、ドリル本体１の回転に伴い後端側に押し出されて排出される。さらに、この第１凹曲面部７の内周側には、ドリル回転方向Ｔ後方側を向く切屑排出溝３の内壁面９の第２凹曲面部１２が、この第１凹曲面部７と滑らかに連なるように形成されており、この第２凹曲面部１２は第１凹曲面部８とは逆にドリル回転方向Ｔに凹むように形成されているので、第１凹曲面部８によってさらに小さくカールされた切屑の流れを阻害することなく、上述のようにして円滑に排出される。しかも、本実施形態ではこの第２凹曲面部１２の外周側にやはり滑らかに連なるように第２凸曲面部１１が形成されており、従って切屑の流れがヒール部１０側で阻害されることもなく、またこのヒール部１０におけるドリル本体１の強度も確保することができる。
【００４０】
さらに本実施形態では、これら第１、第２凹曲面部８，１２の凹み量Ｌ１，Ｌ２を、第１凹曲面部８については軸線Ｏと内壁面４の外周端１３とを結ぶ第１仮想直線Ｓ１から切刃５の外径Ｄに対して−０．０６×Ｄ〜０の範囲となるように（ただし、ドリル回転方向Ｔ後方側が負）、また第２凹曲面部１２については軸線Ｏにおいて上記第１仮想直線Ｓ１と直交する第２仮想直線Ｓ２から−０．０６×Ｄ〜０．０６×Ｄの範囲となるように（ただし、ドリル回転方向Ｔ側が負）それぞれ設定されており、これにより切屑を強すぎず弱すぎずに第１、第２凹曲面部８，１２に摺接させて、適度なブレーキング作用を与えることができる。このため、過大なブレーキング作用によって切屑が潰れて円滑な排出性が損なわれたりドリル回転駆動力の増大を招いたりすることなく、しかしながら確実に切屑をカールさせて処理することができる。なお、このような作用効果をより確実に奏功せしめるには、本実施形態のように軸線Ｏに直交する断面において、第１凹曲面部８がなす凹曲線（凹円弧）の曲率半径Ｒ２は切刃５の外径Ｄに対して０．１８〜０．３５×Ｄの範囲に、また第２凹曲面部１２の曲率半径Ｒ４は０．２〜０．５×Ｄの範囲に、それぞれ設定されるのが望ましい。
【００４１】
また、本実施形態では、これら第１、第２凹曲面部８，１２間においても、軸線Ｏに直交する断面において第２凹曲面部１２がなす凹曲線の曲率半径すなわち上記半径Ｒ４が、第１凹曲面部８がなす凹曲線の曲率半径すなわち上記半径Ｒ２よりも大きくなるようにされており、従って切刃５によって生成された切屑を、まず比較的小さな半径Ｒ２の第１凹曲面部８に摺接させることにより、この切屑に十分な巻き癖をつけてカールさせるとともに、こうしてカールされた切屑を比較的大きな半径Ｒ４の第２凹曲面部１２側に流出させることにより、この第２凹曲面部１２においては切屑があまり強く押し付けられることがなくなり、より円滑な排出を促すとともにドリル回転駆動力の一層の軽減を図ることができる。しかも、これら第１、第２凹曲面部８，１２がなす凹曲線が、本実施形態では１の上記接点Ｐ３で接して連続する凹曲線を描くようにされており、第１凹曲面部８から第２凹曲面部１２への切屑の流れをよりスムーズにして、一層円滑な切屑排出を促すことが可能となる。
【００４２】
ただし、このように第１、第２凹曲面部８，１２を、その断面がなす凹曲線が１の接点Ｐ３で接して滑らかに連なるように形成する代わりに、例えば図１２に示すように、これら第１、第２凹曲面部８，１２の間に、軸線Ｏに直交する断面において第１凹曲面部８がなす凹曲線と第２凹曲面部１２がなす凹曲線との双方に接点Ｐ４，Ｐ５で接する接線状をなす接続面２３を形成して、この接続面２３を介して両凹曲面部８，１２が滑らかに連なるようにしてもよい。この場合にも、第１凹曲面部８によって巻き癖がつけられた切屑を、その流れを損なうことなく、しかもこの接続面２３に強く押し付けてドリル回転駆動力の増大を招いたりすることもなく、第２凹曲面部１２側に送り出して円滑に排出することが可能となる。また、その一方で、このような接続面２３を第１、第２凹曲面部８，１２間に介在させた場合には、これら第１、第２凹曲面部８，１２の曲率半径Ｒ２，Ｒ４に制限されることなく切屑排出溝３の溝幅を設定することができるので、例えば上記とは逆に加工物の材質などに応じて第２凹曲面部１２にも切屑を十分に摺接させてカールさせなければならない場合にその曲率半径Ｒ４を小さくしたとしても、溝幅は十分に大きく確保して円滑な切屑排出性を維持することも可能となる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、上記第１、第２凸曲面部７，１１が上記断面においてなす凸曲線（凸円弧）の曲率半径Ｒ１，Ｒ３が、切刃５の外径Ｄに対してそれぞれ０．１〜０．８×Ｄの範囲に設定されており、これにより、ドリル本体１の内壁面４や切刃５の外周端１３，１５におけるマージン部６周辺の強度やヒール部１０周辺における強度を十分に確保しつつ、第１、第２凹曲面部８，１２の径方向の幅が小さくなりすぎるのを防いで、確実な切屑処理性の向上を図ることができる。なお、高速乾式切削のような条件下でも、このようにドリル本体１の強度確保と切屑処理性の向上とをより確実に両立させるには、本実施形態のように上記断面において第１凸凹曲面部７，８がなす凸凹曲線の接点Ｐ１を、軸線Ｏから切刃５の外径Ｄの２／３の直径の円より外周側に、より望ましくは外径Ｄの５／６の直径の円よりも外周側に位置させ、また切屑排出溝３の溝幅比を０．８〜１．２：１の範囲とするのが望ましい。
【００４４】
さらにまた、本実施形態ではこのように切屑処理性の向上が図られてドリル回転駆動力の低減が図られるのに伴い、加工時にドリル本体１自体が受ける負荷も小さくなり、これによってその芯厚ｄも切刃５の外径Ｄに対して０．１５×Ｄ〜０．３×Ｄと比較的小さな範囲に設定することができる。このため、上記ドリル本体１が受ける負荷のうち特にスラスト力を軽減させるとともに、切屑排出溝３の断面積を大きくしてさらに円滑な切屑排出を促し、これらによって穴明け加工時の動力の一層の軽減を図ることができる。その一方で、ドリル本体１の断面積は、上記曲率半径Ｒ１〜Ｒ４が上述のように適当な範囲に設定されることと、特に第１、第２凸曲面部７，１１によって外周側で大きくなることとにより、必要かつ十分に確保することができ、従ってドリル本体１の剛性も維持することができるので、上述のように加工動力の一層の軽減が図られることとも相俟って、加工時に折損等が生じてドリル寿命が費えてしまうような事態をさらに確実に防止することが可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、切刃のすくい角がドリル本体の内周から外周側に向けて、この切刃上の変移点までは漸次増大させられ、この変移点よりも外周側では漸次減少させられているので、切刃全体の切れ味を良好に維持して切削抵抗の増大を抑えつつ、この切刃の特に大きな抵抗が作用する外周端側に高い切刃強度を与えることが可能となる。このため、たとえ高速乾式切削となる過酷な加工条件でもドリル寿命が早期に費えてしまうような事態を防止することができ、効率的な穴明け加工を円滑かつ安定して行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一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に示す実施形態の軸線Ｏに直交する断面図である。
【図３】 図１に示す実施形態のシンニング部１８を示すドリル本体１先端部の斜視図である。
【図４】 軸線Ｏから外周側に切刃５の回転半径ｒに対して０．５００×ｒの位置（ｘ＝０．５００の位置）において切刃５に直交する断面を示す斜視図である。
【図５】 軸線Ｏから外周側に切刃５の回転半径ｒに対して０．６２５×ｒの位置（ｘ＝０．６２５の位置）において切刃５に直交する断面を示す斜視図である。
【図６】 軸線Ｏから外周側に切刃５の回転半径ｒに対して０．７５０×ｒの位置（ｘ＝０．７５０の位置）において切刃５に直交する断面を示す斜視図である。
【図７】 軸線Ｏから外周側に切刃５の回転半径ｒに対して０．８２６×ｒの位置（ｘ＝０．８２６の位置）において切刃５に直交する断面を示す斜視図である。
【図８】 軸線Ｏから外周側に切刃５の回転半径ｒに対して０．９２５×ｒの位置（ｘ＝０．９２５の位置）において切刃５に直交する断面を示す斜視図である。
【図９】 切刃５の外周端１５の位置（回転半径ｒに対して１．０００×ｒ、ｘ＝１．０００の位置）において切刃５に直交する断面を示す斜視図である。
【図１０】 実施形態の切刃５のすくい角γの変移を示す線Ｙ、およびこの線Ｙに対して±７°となる線Ａ，Ｂを示す図である。
【図１１】 実施形態のドリルＹの切刃５のすくい角γの変移を示す線Ｙと、比較例となるドリルＥ，Ｆのすくい角の変移を示す線Ｅ，Ｆとを合わせて示した図である。
【図１２】 第１、第２凹曲面部８，１２間に接続面２３を形成した場合を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ドリル本体
２ 先端逃げ面
３ 切屑排出溝
４，９ 切屑排出溝３の内壁面
５ 切刃
１５ 切刃５の外周端
１６ 凸曲線状切刃部
１７ 凹曲線状切刃部
１９ シンニング切刃部
Ｏ ドリル本体１の軸線
Ｔ ドリル回転方向
γ 切刃５のすくい角（直角すくい角）
Ｘ 変移点
Claims (5)
- 軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く内壁面と上記ドリル本体の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されてなるドリルであって、上記切刃は、この切刃に直交する断面におけるすくい角が、上記ドリル本体の内周から外周側に向かうに従い漸次増大させられて該切刃上の変移点に達し、この変移点よりも外周側では外周側に向かうに従い上記すくい角が漸次減少させられていることを特徴とするドリル。
- 上記変移点が、上記軸線から径方向外周側に向けて上記切刃の回転半径の７０〜９０％の範囲内に位置させられていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
- 上記切刃の外周端側には、上記ドリル回転方向に凸となる曲線状をなす凸曲線状切刃部が形成されるとともに、この凸曲線状切刃部の内周側には、ドリル回転方向の後方側に凹となる曲線状をなして上記凸曲線状切刃部に滑らかに連なる凹曲線状切刃部が形成されており、上記変移点はこの凹曲線状切刃部と上記凸曲線状切刃部との変曲部に位置させら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。
- 上記切刃のすくい角γが、上記軸線からの径方向外周側に向けての上記切刃の回転半径ｒの３７．５％以上８２．６％未満の範囲の位置では、上記回転半径ｒに対するこの位置の上記軸線からの半径の比率ｘについて次式１により近似される角度ｙの±７°の範囲において、上記切刃の回転半径ｒの８２．６％以上１００％までの範囲の位置では上記比率ｘについて次式２により近似される角度ｙの±７°の範囲において、それぞれ変移させら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。
- 上記ドリル本体の少なくとも先端部の表面には、硬質皮膜が被覆されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のドリル。
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