JP4839129B2 - ドリル - Google Patents

Description

本発明はドリルに係り、特に、スラスト抵抗を低減するシンニング形状に関するものである。

穴明け加工を行うドリルは、一般に、先端に複数の切れ刃が設けられているとともに、それ等の切れ刃のドリル軸心側端部には所定の径寸法ｄのチゼル部を残してそれぞれシンニングが施されている。このシンニングには、切れ刃のドリル軸心側部分のすくい角を大きくして切れ味を良くしたり、チゼルエッジ近傍から発生した切り屑の排出性能を向上させたりする狙いがある。特許文献１に記載のドリルはその一例で、切れ刃が２枚の場合であるが、切れ刃が３枚以上のドリルも提案されている（例えば特許文献２参照）。

図５は、３枚刃のドリルの先端中心部分を示す図で、ドリル軸心Ｏを中心として等角度間隔でシンニング１００ａ、１００ｂ、１００ｃが施されることにより、それ等のシンニング１００ａ、１００ｂ、１００ｃに沿って切れ刃１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが形成されている。これ等のシンニング１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、隣接する切れ刃１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと干渉しないように、その手前で止められているとともに、求心性を確保するために中心部分に所定の径寸法ｄのチゼル部１０４が残されるように設けられる。チゼル部１０４は、３つのチゼルエッジ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの外端縁までの範囲で、チゼルエッジ１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを稜線とする略三角錐形状を成しており、２枚刃のドリルに比べて優れた求心性が得られる。
特開２００３−３９２２０号公報 特開２００２−１０３１２３号公報

しかしながら、このようなシンニングを施したドリルにおいても、例えば高速送りを行って高能率加工を行う場合などに、スラスト抵抗により芯振れが生じて加工穴精度が低下したり、ドリルが折損したりすることがあるなど、未だ改善の余地があった。スラスト抵抗は、チゼル部の存在によるところが大きいが、チゼル部を小さくすると、軸心付近の切れ刃やチゼルエッジが薄くなってチッピングや欠けを生じ易くなる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、所定の大きさのチゼル部を残しながらスラスト抵抗を低減することにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、先端に複数の切れ刃が設けられているとともに、その切れ刃のドリル軸心側部分には所定の径寸法ｄのチゼル部を残してそれぞれシンニングが施されているドリルにおいて、(a) 前記複数の切れ刃のうちの少なくとも１つは、前記シンニングが隣接する切れ刃に達しないように設けられている一方、(b) 少なくとも１つ以上の他の切れ刃は、前記シンニングが隣接する切れ刃に達するように設けられていて、その隣接する切れ刃はそのシンニングの開口部を有することを特徴とする。

第２発明は、第１発明のドリルにおいて、３枚以上の切れ刃を有するとともに、ドリル軸心部分には角錐形状のチゼル部が残されていることを特徴とする。

第３発明は、第２発明のドリルにおいて、(a) ３枚の切れ刃を有するとともに、ドリル軸心部分には三角錐形状のチゼル部が残されている一方、(b) 前記３枚の切れ刃の１つは、前記シンニングが隣接する切れ刃に達しないように設けられており、(c) 他の２つの切れ刃は、前記シンニングが隣接する切れ刃に達するように設けられていて、その隣接する切れ刃はそのシンニングの開口部を有することを特徴とする。

第４発明は、第１発明〜第３発明の何れかのドリルにおいて、前記チゼル部の径寸法ｄは、ドリル直径Ｄに対して０．０６Ｄ以上で、前記切れ刃に開口している前記シンニングの開口部の幅寸法Ｗは０．０５Ｄ〜０．２５Ｄの範囲内で、且つ、ドリル軸心からその開口部の外端縁までの開口部外縁半径Ｒは０．１２Ｄ〜０．３０Ｄの範囲内であることを特徴とする。

このようなドリルにおいては、複数の切れ刃のうちの少なくとも１つはシンニングが開口していないため、ドリル軸心付近まで優れた切れ味で切削加工が行われる一方、他の切れ刃には隣接する切れ刃のシンニングが到達しているため、そのシンニングによってチゼルエッジ近傍のチップポケットが大きくなり、チゼルエッジ近傍で発生した切り屑が一層良好に排出されるようになってスラスト抵抗が低減される。すなわち、所定の径寸法ｄのチゼル部を残し、求心性や耐チッピング性を確保するとともに、シンニングが開口していない少なくとも１つの切れ刃によってドリル軸心付近の切削性能を維持しながら、スラスト抵抗を低減することができるのであり、これにより加工穴精度が向上するとともに、ドリルの折損等が抑制され、送り速度を速くして高能率加工を行うことができるようになる。

第２発明は、ドリル軸心部分に角錐形状のチゼル部が残されている３枚以上の切れ刃を有するドリルに関するもので、２枚刃のドリルに比較して、角錐形状のチゼル部により一層優れた求心性が得られ、ドリルを位置決めするガイドブッシュ等を必要とすることなく優れた加工穴精度が得られる。

第３発明は、３枚刃のドリルに関するもので、３枚の切れ刃のうちの２枚にシンニングが到達していて大きなチップポケットが形成されるため、良好な切り屑排出性能が得られてスラスト抵抗が低減される。

第４発明では、チゼル部の径寸法ｄが０．０６Ｄ以上で、切れ刃に開口しているシンニングの開口部の幅寸法Ｗが０．０５Ｄ〜０．２５Ｄの範囲内で、且つ、ドリル軸心からその開口部の外端縁までの開口部外縁半径Ｒが０．１２Ｄ〜０．３０Ｄの範囲内であるため、チゼル部により求心性や耐チッピング性を確保するとともに、シンニングの開口に起因する切れ刃の欠けやチッピングの発生を抑制しつつ、そのシンニングの拡張（延長）によってスラスト抵抗を良好に低減することができる。

本発明は、３枚刃以上のドリルに好適に適用されるが、２枚刃のドリルにも適用され得る。２枚刃の場合、一方の切れ刃にはシンニングが開口しており、他方の切れ刃にはシンニングが開口しないように構成されるが、チゼルエッジが直線状になって求心性が低下するため、必要に応じてガイドブッシュ等によりドリルを位置決めして穴明け加工を行うことが望ましい。

ドリルは、切り屑排出溝が捩じれたツイストドリルが適当であるが、切り屑排出溝が軸心と平行な直刃ドリルにも適用され得る。ドリルの材質は、超硬合金や高速度工具鋼等の種々の工具材料を使用できる。

第３発明では、３枚の切れ刃のうちの２枚にシンニングが到達しているが、第２発明の実施に際しては、３枚の切れ刃のうちの１枚にシンニングが到達しているだけでも良い。４枚刃以上のドリルの場合、シンニングが到達している切れ刃とシンニングが到達していない切れ刃とを交互に配置することも可能である。

チゼル部の径寸法ｄは、小さ過ぎるとチゼルエッジや切れ刃が薄くなって強度が低下したり求心性が損なわれたりするため、工具の材質によっても異なるが０．０６Ｄ以上が望ましい。実際の寸法では、０．３ｍｍ程度以上が望ましい。逆に、径寸法ｄが大きくなると、スラスト抵抗が大きくなるため、０．２５Ｄ以下、更には０．２２Ｄ以下が適当である。

シンニングの開口部の幅寸法Ｗは、小さ過ぎるとチップポケット拡大による切り屑排出性能の向上効果が十分に得られないため、シンニングの断面形状によっても異なるが０．０５Ｄ以上が望ましく、０．０８Ｄ以上が更に良い。実際の寸法では、０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度以上が望ましい。逆に、幅寸法Ｗが大きくなると、シンニングが開口していない切れ刃の負荷が大きくなるとともに、開口部近傍の切れ刃の負荷が大きくなって、欠けやチッピングが生じ易くなるため、０．２５Ｄ以下が適当である。

なお、第４発明の数値範囲は、ドリル径Ｄ＝６ｍｍで３枚刃の超硬ツイストドリルについて一定の加工条件で調べたものであり、径寸法が多少違っていても同様の結果が得られると考えられるが、第１発明〜第３発明の実施に際しては、必ずしも第４発明の数値範囲に限定されるものではない。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例であるドリル１０を示す図で、(a) は先端部分を軸心Ｏと直角方向から見た正面図、(b) は先端側から見た底面図、(c) は(b) の底面図の軸心Ｏ付近の拡大図である。このドリル１０は、超硬合金にて構成されているとともに、軸心Ｏまわりに等角度間隔で３本の切り屑排出溝１２ａ〜１２ｃがスパイラル状に形成されることにより、円錐形状の先端部に３枚の切れ刃１４ａ〜１４ｃが設けられた３枚刃のツイストドリルである。

上記切れ刃１４ａ〜１４ｃには、それぞれ軸心Ｏ側部分に所定の径寸法（チゼル径）ｄのチゼル部１６を残すようにシンニング１８ａ〜１８ｃが施されている。チゼル部１６は、切れ刃１４ａ〜１４ｃの逃げ面２０ａ〜２０ｃが互いに交差する稜線で形成された３つのチゼルエッジ１６ａ〜１６ｃを備えており、軸心Ｏを頂点とする略三角錐形状を成している。チゼル径ｄは、本実施例ではドリル直径Ｄに対して０．０６Ｄ〜０．２２Ｄの範囲内とされている。

上記シンニング１８ａ〜１８ｃのうち１８ａは、隣接する切れ刃１４ｂと干渉することが無いように、その切れ刃１４ｂの手前で止められているが、残りのシンニング１８ｂおよび１８ｃは、隣接する切れ刃１４ｃ、１４ａに達するまで設けられており、それ等の切れ刃１４ｃ、１４ａにはシンニング１８ｂ、１８ｃの開口部２２ｂ、２２ｃが設けられている。開口部２２ｂ、２２ｃの幅寸法（開口部幅）Ｗは互いに等しく、本実施例では０．０８Ｄ〜０．２５Ｄの範囲内とされている。また、ドリル軸心Ｏから開口部２２ｂ、２２ｃの外端縁までの開口部外縁半径Ｒは０．１２Ｄ〜０．３０Ｄの範囲内とされている。

このようなドリル１０においては、３枚の切れ刃１４ａ〜１４ｃのうちの１つ１４ｂにはシンニング１８ａが開口していないため、ドリル軸心Ｏ付近まで優れた切れ味で切削加工が行われる一方、他の切れ刃１４ａおよび１４ｃにはシンニング１８ｃ、１８ｂが到達しているため、そのシンニング１８ｃ、１８ｂによってチゼルエッジ１６ａ〜１６ｃ近傍のチップポケットが大きくなり、チゼルエッジ１６ａ〜１６ｃ近傍で発生した切り屑がシンニング１８ａ〜１８ｃから切り屑排出溝１２ａ〜１２ｃへ一層良好に排出されるようになってスラスト抵抗が低減される。

すなわち、本実施例のドリル１０は、所定の径寸法ｄのチゼル部１６を残し、求心性や耐チッピング性を確保するとともに、シンニング１８ａが開口していない１つの切れ刃１４ｂによってドリル軸心Ｏ付近の切削性能を維持しながら、切れ刃１４ａ、１４ｃに達するまで拡張されたシンニング１８ｃ、１８ｂによりスラスト抵抗を低減することができるのである。そして、このようにスラスト抵抗が低減されると、被加工部材の変形やドリル１０の芯振れが抑制され、加工穴精度が向上するとともに、ドリル１０の折損等が抑制され、送り速度を速くして高能率加工を行うことができるようになる。

特に、本実施例のドリル１０は３枚刃で、ドリル軸心Ｏ部分のチゼル径ｄの範囲には三角錐形状のチゼル部１６が残されているため、２枚刃のドリルに比較して優れた求心性が得られ、ドリル１０を位置決めするガイドブッシュ等を必要とすることなく優れた加工穴精度が得られる。

また、３枚の切れ刃１４ａ〜１４ｃのうちの２枚１４ａおよび１４ｃにシンニング１８ｃ、１８ｂが到達しているため、３枚の切れ刃１４ａ〜１４ｃの何れか１つのみにシンニングを到達させる場合に比較して、全体のチップポケットが大きくなり、良好な切り屑排出性能が得られてスラスト抵抗が低減される。

また、チゼル径ｄが０．０６Ｄ〜０．２２Ｄの範囲内で、切れ刃１４ａ、１４ｃに開口しているシンニング１８ｃ、１８ｂの開口部幅Ｗが０．０８Ｄ〜０．２５Ｄの範囲内で、且つ、ドリル軸心Ｏからその開口部２２ｃ、２２ｂの外端縁までの開口部外縁半径Ｒが０．１２Ｄ〜０．３０Ｄの範囲内であるため、チゼル部１６により求心性や耐チッピング性を確保するとともに、シンニング１８ｃ、１８ｂの開口に起因する切れ刃１４ａ〜１４ｃの欠けやチッピングの発生を抑制しつつ、そのシンニング１８ｃ、１８ｂの拡張（延長）によってスラスト抵抗を良好に低減することができる。

図２は、ドリル径Ｄ＝６ｍｍの本発明品と、シンニングが何れも切れ刃に達していない従来品とを用いて、以下の加工条件で穴明け加工を行い、スラスト荷重およびトルクを調べた結果を示す図である。本発明品は、前記実施例のドリル１０と同じ超硬合金のツイストドリルで、２つの切れ刃１４ａおよび１４ｃにシンニング１８ｃ、１８ｂが達しているものであり、チゼル径ｄ≒０．５ｍｍ（約０．０８Ｄ）、シンニング１８ｃ、１８ｂの開口部幅Ｗ≒０．９ｍｍ（約０．１５Ｄ）、開口部外縁半径Ｒ≒０．１９Ｄである。従来品は、図５のように３つのシンニング１００ａ、１００ｂ、１００ｃが何れも隣接する切れ刃１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ａと干渉しないように設けられているものである。
《加工条件》
・被削材質：Ｓ５０Ｃ（機械構造用炭素鋼）
・切削速度：８０ｍ／ｍｉｎ
・送り速度：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ
・切削油剤：５％エマルジョン型水溶性切削油剤
・切込み深さ：合計３０ｍｍ（６ｍｍ毎のステップ加工×５回）

図２において、色の濃い方がスラスト荷重の測定値で、色の薄い方がトルクの測定値であり、トルクについては余り大きな差はないものの、スラスト荷重については、従来品が９００Ｎ〜１０００Ｎ程度であるのに対し、本発明品は６００Ｎ程度であり、大幅に低減される。

また、図３の(a) は、チゼル径ｄおよび開口部幅Ｗを種々変更した多数の試験品を用意し、上記加工条件と同じ加工条件で穴明け加工を行って切削性能を調べた結果を示す図で、「○」は使用可、「×」は使用不可を意味しており、「×」の横は不可理由である。この結果から、チゼル径ｄ≒０．３ｍｍ（約０．０５Ｄ）の場合には、チゼルエッジが欠損したりドリルが折損したりして、使用不可である。また、チゼル径ｄが０．５ｍｍ（約０．０８Ｄ）以上の場合には、開口部幅Ｗの大きさによって使用可能となるが、開口部幅Ｗが大きくなると切れ刃にチッピングや欠損が生じたりして使用不可となる場合がある。

図３の(b) は、(a) の各試験品について、開口部外縁半径Ｒを計算して示したもので、(a) に対応する表であり、グレーで塗り潰した範囲が不可領域（図３(a) で「×」の使用不可の領域）である。この結果から、チゼル径ｄが０．０６Ｄ以上で、開口部幅Ｗが０．０５Ｄ〜０．２５Ｄの範囲内で、且つ、開口部外縁半径Ｒが０．１２Ｄ〜０．３０Ｄの範囲内で、良好な切削性能が得られることが分かる。

なお、上記実施例および性能試験では、何れも３枚刃のドリルについて説明したが、図４に示す２枚刃のドリル３０や４枚刃以上のドリルにも適用できる。図４は、図１の(b) に対応する底面図で、ドリル３０は、軸心Ｏに対して対称的に一対の切り屑排出溝３２ａ、３２ｂがスパイラル状に形成されることにより、円錐形状の先端部に２枚の切れ刃３４ａ、３４ｂが設けられた２枚刃のツイストドリルである。一対の切れ刃３４ａ、３４ｂには、それぞれ軸心Ｏ側部分に所定の径寸法（チゼル径）のチゼル部３６を残すようにシンニング３８ａ、３８ｂが施されているとともに、一方のシンニング３８ａは、隣接する他方の切れ刃３４ｂと干渉することが無いように、その切れ刃３４ｂの手前で止められている一方、他方のシンニング３８ｂは、隣接する一方の切れ刃３４ａに達するまで設けられており、その一方の切れ刃３４ａにはシンニング３８ｂの開口部４０が設けられている。チゼル部３６は、切れ刃３４ａ、３４ｂの逃げ面４２ａ、４２ｂが互いに交差する稜線で形成された直線状のチゼルエッジ４４を備えている。

このような２枚刃のドリル３０においても、他方の切れ刃３４ｂにはシンニング３８ａが開口していないため、ドリル軸心Ｏ付近まで優れた切れ味で切削加工が行われる一方、一方の切れ刃３４ａにはシンニング３８ｂが到達しているため、そのシンニング３８ｂによってチゼルエッジ４４近傍のチップポケットが大きくなり、チゼルエッジ４４近傍で発生した切り屑がシンニング３８ａ、３８ｂから切り屑排出溝３２ａ、３２ｃへ良好に排出されるようになる。これにより、スラスト抵抗が低減されるなど、前記実施例と同様の作用効果が得られる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例である３枚刃のツイストドリルの先端部を示す図で、(a) は正面図、(b) は底面図、(c) は軸心付近の拡大図である。 本発明品と従来品とを用いて穴明け加工を行い、スラスト荷重およびトルクを測定した結果を示す図である。 チゼル径ｄおよび開口部幅Ｗを種々変更した複数種類の試験品を用意し、穴明け加工を行って切削性能を調べた結果を示す図である。 本発明が２枚刃のドリルに適用された実施例を説明する図で、図１の(b) に相当する底面図である。 従来のドリルのシンニングを説明する図で、図１の(c) に相当する図である。

符号の説明

１０、３０：ドリル １４ａ〜１４ｃ、３４ａ、３４ｂ：切れ刃 １６、３６：チゼル部 １８ａ〜１８ｃ、３８ａ、３８ｂ：シンニング ２２ｂ、２２ｃ、４０：開口部 Ｏ：ドリル軸心 ｄ：チゼル径（チゼル部の径寸法） Ｗ：開口部幅（開口部の幅寸法）

Claims (4)

1. 先端に複数の切れ刃が設けられているとともに、該切れ刃のドリル軸心側部分には所定の径寸法ｄのチゼル部を残してそれぞれシンニングが施されているドリルにおいて、
   前記複数の切れ刃のうちの少なくとも１つは、前記シンニングが隣接する切れ刃に達しないように設けられている一方、
   少なくとも１つ以上の他の切れ刃は、前記シンニングが隣接する切れ刃に達するように設けられていて、該隣接する切れ刃は該シンニングの開口部を有する
   ことを特徴とするドリル。
2. ３枚以上の切れ刃を有するとともに、ドリル軸心部分には角錐形状のチゼル部が残されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. ３枚の切れ刃を有するとともに、ドリル軸心部分には三角錐形状のチゼル部が残されている一方、
   前記３枚の切れ刃の１つは、前記シンニングが隣接する切れ刃に達しないように設けられており、
   他の２つの切れ刃は、前記シンニングが隣接する切れ刃に達するように設けられていて、該隣接する切れ刃は該シンニングの開口部を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載のドリル。
4. 前記チゼル部の径寸法ｄは、ドリル直径Ｄに対して０．０６Ｄ以上で、前記切れ刃に開口している前記シンニングの開口部の幅寸法Ｗは０．０５Ｄ〜０．２５Ｄの範囲内で、且つ、ドリル軸心から該開口部の外端縁までの開口部外縁半径Ｒは０．１２Ｄ〜０．３０Ｄの範囲内である
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のドリル。