JP5035189B2

JP5035189B2 - ドリル

Info

Publication number: JP5035189B2
Application number: JP2008232232A
Authority: JP
Inventors: 一也柳田; 康一郎成毛
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: JP2010064186A; WO2010029891A1; KR20110055612A; CN102149497B; EP2322303A1; CN102149497A; KR101230107B1; EP2322303B1; EP2322303A4; US20110211924A1; US8876445B2

Description

本発明は、被削材に穴明け加工を行うドリルに係わり、特にそのドリル本体先端の切刃部を案内するガイド部が形成されたドリルに関するものである。

この種のガイド部を備えたドリルとしては、例えば特許文献１に、ドリル先端から所定長さ後退した位置においてランド部に、加工穴の穴面に接触するドリル径と同一径又はドリル径よりも小径のガイド部を設けたガイド付きロングドリルが提案されている。また、特許文献２にも、先端切刃とマージン部とを有してなるチップが取り付けられた付刃ドリルにおいて、シャンクに螺旋状もしくは傾斜状のガイドパッドを設けた付刃ドリルが開示されている。

このようなガイド部が形成されたドリルでは、ドリル本体先端の切刃部によって形成された加工穴に、ドリル本体の送りに伴ってガイド部が挿入されて加工穴内壁面に摺接することにより、特に特許文献１に記載のような切刃の外径に対してドリル本体の切屑排出溝が形成された部分の長さが長いドリルにおいて、加工穴に食い付いた切刃部と工作機械の主軸に把持されるシャンク部との間でドリル本体が径方向に撓むようにして振れる、いわゆる縄跳び現象が抑制され、加工穴の直進性が維持されて穴曲がりを防止することができる。
特開２００７−１９６３１８号公報実開昭５６−４８４１６号公報

ところが、このようなガイド部が形成されたドリルでは、上述のようにガイド部が加工穴の内壁面に摺接しながら切刃部を案内するため、上記縄跳び現象によるドリル本体の撓みによってこの内壁面にガイド部が強く押し付けられたりすると、該内壁面が傷つけられてその面粗さの劣化を招くことになる。そして、例えば燃料噴射（フューエルインジェクション）式のエンジンのインジェクション穴を形成する場合に、その内壁面が傷つけられて面粗さが劣化したりすると、燃焼室への燃料の噴射に偏りを生じて均一な燃焼が妨げられるおそれが生じる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、縄跳び現象による穴曲がりをガイド部によって防ぎつつも、加工穴の内壁面が傷つけられるのを防いで面粗さの向上を図ることが可能な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、本発明は、軸線回りに回転される軸状のドリル本体の外周に、その先端逃げ面から後端側に向けて切屑排出溝が形成されていて、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面と上記先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されており、上記ドリル本体先端側の切刃部は、上記切刃の外径に対して上記軸線方向後端側の外径が小さくされているとともに、この切刃部の後端側には、該切刃部後端における外径よりも大径で上記切刃の外径に対しては小径または同径の最大外径部を先端外周側に有するガイド部が形成されており、このガイド部の上記最大外径部は、上記軸線回りの回転軌跡において滑らかな凸曲線状をなしていることを特徴とする。

このようなドリルによれば、被削材に加工穴を穿孔する切刃部の後端側に形成されたガイド部が加工穴に挿入されてその内壁面に摺接することにより、切刃部がこの加工穴内壁面に案内されるようにして軸線方向に直進させられるので、縄跳び現象による穴曲がりを防ぐことができる。そして、このように加工穴の内壁面に摺接することになるこのガイド部の最大外径部が、その軸線回りの回転軌跡において滑らかな凸曲線状をなしているので、この最大外径部が内壁面に押し付けられても被削材を削るように切れ込まれることはなく、このため該内壁面が傷付けられるのが防がれて面粗さの向上を図ることができる。

また、こうしてガイド部の最大外径部が凸曲線状をなしていることにより、上述のようにガイド部が加工穴に挿入される際にも円滑な挿入を図ることができて確実に切刃部を案内することが可能となる。一方、このガイド部が加工穴に挿入されるときの衝撃や最大外径部が加工穴内壁面に摺接することによる負荷は、この最大外径部が凸曲線状をなしていることによって分散されて緩和されるので、このような衝撃や負荷によってガイド部に損傷が生じたりするのも防ぐことができる。

ここで、上記ガイド部の最大外径部が上記軸線回りの回転軌跡においてなす凸曲線の曲率半径は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内とされていることが望ましい。この曲率半径が上記範囲を下回るほど小さいと、最大外径部が点当たりで加工穴内壁面に摺接する状態に近くなって内壁面が傷付けられるおそれが生じ、逆に曲率半径が上記範囲を上回るほど大きいと、最大外径部の加工穴内壁面への摺接長さが長くなりすぎて抵抗の増大を招くおそれがある。

また、上記ガイド部は、上記最大外径部に対して上記軸線方向後端側の外径が小さくされているとともに、上記切刃部の後端側には上記軸線方向に複数の当該ガイド部が形成されているのが望ましく、これにより個々のガイド部においては最大外径部の加工穴内壁面への摺接による抵抗の増大を抑えつつ、複数のガイド部で先端の切刃部を一層確実に案内することが可能となる。

なお、特にこうして上記切刃部の後端側には、上記軸線方向に複数の当該ガイド部が形成される場合は、これらのガイド部は、このうち最後端のガイド部の最大外径部が、切刃部の先端から切屑排出溝の軸線方向の溝長さＬに対してＬ／２までの範囲内に位置するように形成されるのが望ましい。すなわち、最後端のガイド部の最大外径部が上記範囲よりも後端側にまで位置していると、やはり抵抗の増大を招くおそれがある。

以上説明したように、本発明によれば、ガイド部によって切刃部を軸線方向に真っ直ぐ案内して加工穴の直進性を確保することができるとともに、このガイド部の摺接によって加工穴内壁面が傷付けられるのを防いでその面粗さの向上を図ることができ、例えば燃料噴射式エンジンのインジェクション穴を加工する場合でも、燃料噴射に偏りを生じることがなく燃焼室で均一な燃焼を促すことができるようなインジェクション穴を高い真直度で形成することが可能となる。

図１および図２は、本発明をソリッド（むく）ドリルに適用した場合の一実施形態を示すものである。すなわち、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一体に形成されて軸線Ｏを中心とした概略円柱軸状をなし、図示されない後端部（図１および図２に示された部分よりも右側の部分）はシャンク部とされ、このシャンク部が工作機械の主軸に把持されて上記軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転されつつ軸線Ｏ方向先端側（図１および図２において左側）に送り出されることにより、当該ドリル本体１先端側の切刃部２に形成された切刃２Ａによって被削材に加工穴を形成する。

ここで、図１および図２に示されるドリル本体１の先端部の外周には、該ドリル本体１の先端逃げ面３から後端側に向けて軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔの後方側に捩れる切屑排出溝４が、例えば上記シャンク部の先端に至るように形成されていて、この切屑排出溝４のドリル回転方向Ｔを向く壁面４Ａと先端逃げ面３との交差稜線部に上記切刃２Ａが形成される。なお、このドリル本体１先端部には一対の切屑排出溝４および切刃２Ａが軸線Ｏに関して１８０°回転対称となるように形成されるとともに、周方向においてこれらの切屑排出溝４の間に位置するランド部５には、切屑排出溝４と同様に捩れるクーラント穴１Ａがシャンク部後端からドリル本体１内に穿設されて、上記先端逃げ面３に開口させられている。

また、本実施形態では、上記ランド部５のドリル回転方向Ｔ側の縁部に、このドリル回転方向Ｔ側の切屑排出溝４の上記壁面４Ａと交差する第１マージン部５Ａが形成されるとともに、ドリル回転方向Ｔ後方側（ヒール側）の縁部には、このドリル回転方向Ｔ後方側に隣接する切屑排出溝４のドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面に交差する第２マージン部５Ｂが形成されている。これら第１、第２マージン部５Ａ、５Ｂは、軸線Ｏに直交する断面において該軸線Ｏを中心とした互いに等しい外径の円弧状をなすように形成されるとともに、これら第１、第２マージン部５Ａ、５Ｂの間のランド部５外周面は、第１、第２マージン部５Ａ、５Ｂの上記外径よりも一段僅かに小さな外径とされている。

さらに、ドリル本体１先端側の切刃部２においては、これら第１、第２マージン部５Ａ、５Ｂに例えば０．１５／１００〜０．２／１００程度の勾配のバックテーパが与えられることにより、それぞれその外径が先端逃げ面３との交差稜線から後端側に向かうに従い漸次小さくなるようにされており、従って該切刃部２の後端での外径Ｄ１は、上記切刃２Ａの外径Ｄよりも僅かに小さくされる。

そして、この切刃部２の後端側には、この切刃部２後端での外径Ｄ１よりも大径で、ただし切刃２Ａの外径Ｄに対しては、これよりも小径、または同径の外径Ｄ２の最大外径部６Ａを先端側に有するガイド部６が形成されており、このガイド部６の上記最大外径部６Ａは、軸線Ｏ回りの回転軌跡において滑らかな凸曲線状をなすように形成されている。言い換えれば、ドリル本体１先端側において、その最先端の切刃２Ａからこのガイド部６直前の外径Ｄ１とされた部分までが、本実施形態における切刃部２とされる。

ここで、本実施形態では、このガイド部６は、該ガイド部６における上記第１、第２マージン部５Ａ、５Ｂが、軸線Ｏ回りの回転軌跡において、上記切刃部２後端から半径Ｒの凸円弧状をなして外周側に拡径しつつ後端側に向けて延びて上記最大外径部６Ａに達し、この最大外径部６Ａから上記半径Ｒの凸円弧のまま極僅かに後端側に向けて内周側に延びた後に、該凸円弧に滑らかに接する直線状をなして後端側に向かうに従い内周側に向けて延びるように形成されることにより、上述のような最大外径部６Ａが先端側に位置するように形成されている。また、上記半径Ｒは、本実施形態では０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内とされている。

従って、このガイド部６においても、上記最大外径部６Ａがなす凸円弧よりも後端側では、第１、第２マージン部５Ａ、５Ｂにバックテーパが与えられることになり、その勾配は例えば０．１０／１００〜０．１５／１００程度と、切刃部２のバックテーパより緩やかとされている。また、本実施形態ではこうしてバックテーパが与えられることにより、ガイド部６の後端での外径Ｄ３は最大外径部６Ａの外径Ｄ２よりも小さくなる。ただし、このガイド部６後端での外径Ｄ３は、本実施形態では切刃部２後端の外径Ｄ１と等しくされている。

さらに、本実施形態では、このようなガイド部６が、切刃部２の後端側に軸線Ｏ方向に向けて複数（図２では４つ）連なるように形成されている。これらのガイド部６は、軸線Ｏ回りの回転軌跡が互いに同形同大で、先端側のガイド部６の外径Ｄ３とされた上記後端から、その後端側のガイド部６の最大外径部６Ａが軸線Ｏ回りの回転軌跡において上述のように凸円弧状をなして外周側に立ち上がるように形成されており、従って最大外径部６Ａの軸線Ｏ方向の間隔は等間隔となるように配置される。

さらにまた、こうして複数形成されたガイド部６は、そのうち最後端のガイド部６の最大外径部６Ａが、上記切刃部２の先端すなわちドリル本体１の最先端から上記シャンク部先端までの切屑排出溝４の軸線Ｏ方向における溝長さＬに対して、Ｌ／３〜Ｌ／２の範囲内に位置するようにされている。従って、これよりも後端側では、ガイド部６は形成されずに軸線Ｏ回りのドリル本体１の回転軌跡は図２に示すように外径Ｄ３の外形円柱状をなすことになり、このような外形に切屑排出溝４が形成されてシャンク部先端にまで延設させられている。

なお、この切刃部２の先端からの切屑排出溝４の軸線Ｏ方向における溝長さＬは、本実施形態では切刃２Ａの外径Ｄに対する比Ｌ／Ｄが１０以上とされるとともに、切刃２Ａの外径Ｄ自体は例えば０．１ｍｍ〜６ｍｍとされており、すなわち本実施形態のドリルは小径長尺のソリッドドリル（２枚刃ツイストドリル）とされる。また、切刃部２の軸線Ｏ方向の長さＭは、切刃２Ａの外径Ｄに対する比Ｍ／Ｄが２〜５の範囲とされて、本実施形態では切屑排出溝４のリードよりも短くされているとともに、個々のガイド部６の軸線Ｏ方向の長さＮの外径Ｄに対する比Ｎ／Ｄは１〜４の範囲とされて、本実施形態ではこのガイド部６の長さＮが切刃部２の長さＭより僅かに短くされている。

このように構成されたドリルにおいては、切刃部２の後端側に設けられたガイド部６が穴明け加工時のドリル本体１の送りに伴い切刃部２に後続して加工穴に挿入され、その最大外径部６Ａがこの加工穴の内壁面に摺接することにより、切刃部２部分における軸線Ｏが加工穴の中心と一致するように該切刃部２を支持して案内する。従って、これよりも後端側のドリル本体１がシャンク部との間で撓んで径方向に振れることにより縄跳び現象が生じても、加工穴は軸線Ｏに沿って真っ直ぐ穿孔することができ、すなわち穴曲がりを防いでその直進性や真直度を向上させることができる。

そして、さらに上記構成のドリルにおいては、このガイド部６の最大外径部６Ａが軸線Ｏ回りの回転軌跡において滑らかな凸曲線（凸円弧）状に形成されているので、上述のようにこの最大外径部６Ａが加工穴の内壁面に摺接するときに被削材に切り込まれて傷を付けるようなことがなく、このような傷により内壁面の面粗さが損なわれてしまうのを防ぐことができる。このため、例えば当該ドリルにより燃料噴射式エンジンのインジェクション穴を穿孔するような場合に、燃料噴射に偏りを生じることのない均一な燃焼を促すことが可能なインジェクション穴を形成することが可能となる。

また、このようにガイド部６の最大外径部６Ａが滑らかな凸曲線状に形成されることにより、このガイド部６が加工穴に挿入される際にも引っ掛かりを生じたりすることなく、スムーズにガイド部６を挿入して確実かつ速やかに切刃部２をガイドすることが可能となる。さらに、このガイド部６が加工穴に挿入されるときの衝撃や最大外径部６Ａが内壁面に摺接することによる負荷を分散して緩和することができるので、ガイド部６に欠け等の損傷が生じるのも防ぐことができる。

また、本実施形態では、このガイド部６の最大外径部６Ａが軸線Ｏ回りの回転軌跡においてなす上記凸曲線の曲率半径Ｒが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内とされており、これにより上述のような効果を一層確実に奏功することが可能となる。すなわち、この曲率半径が上記範囲を下回るほど小さいと、最大外径部６Ａが加工穴内壁面に点当たりで摺接する状態に近くなるため、内壁面に切り込まれて傷が付けられるおそれが生じる。その一方で、逆に曲率半径が上記範囲を上回るほど大きいと、最大外径部６Ａが加工穴内壁面に摺接する摺接長さが長くなりすぎ、ドリル本体１を回転させるときの抵抗が増大して、特に上述のような小径のドリルではドリル本体１の折損を招くおそれがある。

さらに、本実施形態では、このようなガイド部６が切刃部２の後端から軸線Ｏ方向後端側に向けて複数形成されているとともに、その最大外径部６Ａは個々のガイド部６の先端側に位置してこれよりも後端側はバックテーパが与えられることにより最大外径部６Ａよりも小径とされている。このため、ガイド部６がその全長に亙って最大外径部６Ａと同径である場合などに比べて摺接長さが長くなりすぎるのを防ぐことができ、しかしながら複数のガイド部６によって切刃部２を確実に案内できて直進性を一層向上させることが可能となる。

また、こうして複数のガイド部６が設けられている場合において、本実施形態では、そのうち最後端のガイド部６の最大外径部６Ａが、切刃部２の先端から切屑排出溝４の軸線Ｏ方向の溝長さＬに対してＬ／２までの範囲内に位置するように形成されており、これにより、やはりドリル本体１を回転させるときの抵抗は低減しつつも、より確実な切刃部２の案内を図ることができる。

すなわち、ドリル本体１が上記溝長さＬの半分以上も加工穴に挿入されてしまうと、それより後端側で縄跳び現象が生じても先端の切刃部２に影響が及ぶことはなく、むしろガイド部６があると回転抵抗が増大するおそれがある。その一方で、この切刃部２の先端から溝長さＬのＬ／２までの範囲内には複数のガイド部が配置されることになるので、これらによって確実に切刃部２の直進性を確保することができる。

なお、本実施形態ではガイド部６の最大外径部６Ａが軸線Ｏ回りの回転軌跡において、切刃部２の後端あるいは先端側に隣接するガイド部６の後端から凸円弧状をなして外周側に拡径するように形成されているが、この回転軌跡が滑らかな凸曲線状であれば、例えば楕円弧状等の他の凸曲線でもよく、また例えば切刃部２や先端側のガイド部６の後端から最大外径部６Ａに至る手前の部分では、回転軌跡が直線状や凹曲線状をなして拡径するようにされていてもよい。

さらに、本実施形態では複数のガイド部６が軸線Ｏ方向に等間隔に配置されているが、これらのガイド部６の間隔は不等間隔でもよい。例えば、複数のガイド部６が設けられた部分において、ドリル本体１の後端側ではガイド部６の最大外径部６Ａ同士の軸線Ｏ方向の間隔を大きくする一方、切刃部２に近いドリル本体１の先端側ではこの後端側よりもガイド部６の最大外径部６Ａ同士の軸線Ｏ方向の間隔を小さくすれば、抵抗の低減を図りつつ切刃部２の案内性を一層向上させることができる。

さらにまた、本実施形態ではドリル本体１のランド部５外周においてそのドリル回転方向Ｔ側とドリル回転方向Ｔの後方側とに第１、第２マージン部５Ａ、５Ｂが形成され、これら第１、第２マージン部５Ａ、５Ｂの回転軌跡が上述のような凸曲線状をなしてガイド部６の最大外径部６Ａを形成しているが、例えばマージン部を第１マージン部５Ａだけにしてこの第１マージン部５Ａにガイド部６を形成し、該第１マージン部５Ａのドリル回転方向Ｔ後方側のランド部５外周面はこの第１マージン部５Ａに対して径方向内周側に後退した逃げ面としてもよい。また、これとは逆に、第１マージン部５Ａから第２マージン部５Ｂまでの間のランド部５外周の全体を、軸線Ｏに直交する断面が該軸線Ｏを中心とした円弧状をなすマージン部として、その回転軌跡が凸曲線状の最大外径部６Ａを有するガイド部６となるようにしてもよい。

本発明の一実施形態を示すドリル本体１の先端部の側面図である。図１に示す実施形態のドリル本体１の先端部の軸線Ｏ回りの回転軌跡を示す概略図である（切刃部２およびガイド部６の形状やバックテーパは簡略化、あるいは誇張して示されている。）。

符号の説明

１ドリル本体
２切刃部
２Ａ切刃
３先端逃げ面
４切屑排出溝
５ランド部
５Ａ第１マージン部
５Ｂ第２マージン部
６ガイド部
６Ａガイド部６の最大外径部
Ｏドリル本体１の軸線
Ｔドリル回転方向
Ｄ切刃２Ａの外径
Ｒガイド部６の最大外径部６Ａがなす凸曲線の曲率半径
Ｌ切刃部２の先端からの切屑排出溝４の軸線Ｏ方向における溝長さ

Claims

軸線回りに回転される軸状のドリル本体の外周に、その先端逃げ面から後端側に向けて切屑排出溝が形成されていて、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面と上記先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されており、上記ドリル本体先端側の切刃部は、上記切刃の外径に対して上記軸線方向後端側の外径が小さくされているとともに、この切刃部の後端側には、該切刃部後端における外径よりも大径で上記切刃の外径に対しては小径または同径の最大外径部を先端外周側に有するガイド部が形成されており、このガイド部の上記最大外径部は、上記軸線回りの回転軌跡において滑らかな凸曲線状をなしていることを特徴とするドリル。
上記ガイド部の最大外径部が上記軸線回りの回転軌跡においてなす凸曲線の曲率半径が、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内とされていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
上記ガイド部は、上記最大外径部に対して上記軸線方向後端側の外径が小さくされているとともに、上記切刃部の後端側には上記軸線方向に複数の当該ガイド部が形成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。
上記切刃部の後端側には上記軸線方向に複数の当該ガイド部が形成されていて、このうち最後端のガイド部の上記最大外径部が、上記切刃部の先端から上記切屑排出溝の上記軸線方向の溝長さＬに対してＬ／２までの範囲内に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のドリル。