JP5087735B2 - ドリル - Google Patents

Description

本発明は、位置により先端角が異なる切刃を有したドリルに関する。

位置により先端角が異なる切刃を有したドリルとしては、特許文献１、２に記載されるダブルアングルドリルがある。
このダブルアングルドリルは、先端部が金属用ドリルの先端形状を有する一次切刃とこの一次切刃に連続し一次切刃より小さい先端角を有するフラット状の二次切刃とから構成されている。
同文献によれば、このダブルアングルドリルは、繊維強化樹脂の複合材と金属との同時穿孔に適したものとされる。
このダブルアングルドリルによれば、先ず一次切刃により比較的小径の一次孔が穿たれ、次いで二次切刃が一次孔の外周を切削して目標径の二次孔が穿孔される。穿孔時において、複合材の一次孔の周囲に過渡的なデラミネーション（層間剥離）が発生するが、このデラミネーションは二次切刃による切削の際に除去される。
特開昭６３−３０６８１２号公報 実開平６−７５６１２号公報

しかし、特許文献２にも記載されるように、ダブルアングルドリルは、元来、耐摩耗性が優れないという欠点がある。特許文献２記載の発明にあっては、切刃を適当な膜厚のダイヤモンド被膜で被覆することにより耐摩耗性を改善する。
しかし、ダブルアングルドリルでは、一次切刃と二次切刃の境界及び二次切刃の最外周において角が生じており、この角は応力が集中しやすく欠損（チッピング）が生じやすいため、耐摩耗性を低下させる形状的原因となっている。

また、ダブルアングルドリルでは、金属材と繊維強化樹脂複合材とが合わされた構成材の穿孔において依然として次のような問題があった。
ダブルアングルドリルで上記構成材を金属材側から穿孔する場合に、金属材部穿孔後の繊維強化樹脂複合材部の穿孔において、一次切刃が繊維強化樹脂複合材部の繊維を切断しきれずに押し広げ貫通し二次切刃で切断が行われている。このとき、押し広げられた部位では、層間剥離や繊維ほつれが構成材内部に広がる。構成材内部に広がった層間剥離や繊維ほつれは、二次切刃でも切断及び切削されず除去されずに残ることがある。
逆に、ダブルアングルドリルで上記構成材を繊維強化樹脂複合材側から穿孔する場合に、繊維強化樹脂複合材部穿孔後の金属材部の穿孔においても、すくい角のついた二次切刃で繊維強化樹脂複合材をすくい上げて切断するために、穿孔部入口にバリや繊維のほつれが発生することがある。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、位置により先端角が異なる切刃を有したドリルにおいて、切刃の耐摩耗性を向上することを課題とする。これにより長期に亘る高精度の穿孔を可能とする。

また、金属材及び繊維強化樹脂複合材を穿孔する場合においても、繊維強化樹脂複合材に層間剥離や繊維ほつれが発生することを防止することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、すくい角がゼロである切刃の先端角が中心位置から最大径位置に向けて中心位置先端角Ａ°（但し、０°＜Ａ°＜１８０°）から最大径位置先端角０°まで連続した変化により減少し、切刃の逃げ角が中心位置から最大径位置に向けて連続した変化により減少し、最大径位置において逃げ角（ε）を有する形状に形成され、
さらに、２条のねじれ溝を有し、前記ねじれ溝の間に形成されたランド部の前記ねじれ溝に沿った両縁にマージンを有するドリルである。

請求項２記載の発明は、前記切刃の先端が放物線の一部からなる放物線状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のドリルである。

請求項３記載の発明は、前記切刃の先端が一つの円弧による円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のドリルである。

請求項４記載の発明は、前記中心位置における逃げ角をδとして、δ＞（１８０−Ａ）／２の関係が成立する中心位置先端角Ａ及び中心位置逃げ角δを有することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載のドリルである。

請求項５記載の発明は、前記切刃の中心軸に沿った長さが、前記最大径に対して１．６倍以上にされてなることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のドリルである。

本発明によれば、切刃の先端角が中心位置から最大径位置まで連続した変化により減少するので、刃先に欠損しやすい角が生じず、切刃の耐摩耗性が向上する。
また、本発明によれば、切刃の逃げ角が連続した変化により減少するので、逃げ面に摩耗しやすい角が生じず、切刃の耐摩耗性が向上する。
また本発明によれば、切刃先端が曲線（直線を一部に含む場合を含む）を構成するから、直線により切刃先端が構成された従来の切刃に対し、同じ大きさののみ刃部で比較して、刃長が長くなる。刃長が長くなることによって、一定の切削量に対し切刃先端の単位長さあたりの切削量は減少し、従って摩耗量も減少するから、切刃の耐摩耗性が向上する。
本発明によれば、以上のように切刃の耐摩耗性が向上することによって、長期に亘る高精度の穿孔を可能とする。

また、本発明によれば、最大径位置において逃げ角（ε）を有することにより、リーミング用の切刃部が形成され、切刃によるリーマ仕上げが可能となる。このようなリーミング用の切刃部は、それより先端側のドリリング用の切刃部に連続する。ドリリング用の切刃部からリーミング用の切刃部に掛けて切刃は一体で、切刃の先端角及び逃げ角は連続して変化しており、刃先に欠損しやすい角が生じず、逃げ面に摩耗しやすい角が生じず、このようなリーミング用の切刃部を設けても切刃の耐摩耗性を劣化させることがない。

以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態につき、図１〜図６を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態のドリルを示す側面図である。
図１に示すように、本実施形態のドリル２１は、のみ刃部１とシャンク部２とを有する。のみ刃部１とシャンク部２の間にはねじれ溝３が形成されている。

図１に示したドリル２１の先端部の拡大図を図２に示す。
のみ刃部１には、一対の切刃６，６が中心軸９について対称に設けられている。切刃６，６はそれぞれすくい面７及び逃げ面８を有する。
のみ刃部１はクロスシニングされており、シニングにより欠落した部分にすくい面７が形成されている。また、シニングにより欠落した部分は、ねじれ溝３に連続する。２条のねじれ溝３，３は、一定のねじれ角をもってねじれている。ねじれ溝３，３の間に形成されたランド部４のねじれ溝３，３に沿った両縁にマージン５，５が形成されている。このマージン５は、被加工穴の内面に当りドリルを支持するとともにバニシング加工を施す部分である。

図２に示すように、のみ刃部１は最大径φＤ１、長さＬ１を有する。中心位置における切刃６の先端角をＡ°とする（但し、０°＜Ａ°＜１８０°）。中心位置先端角Ａは９０°＜Ａ°＜１５０°の範囲とすることが適当である。最大径φＤ１を有する位置（Ｄ−Ｄ位置）において切刃６の先端角は０°となる。

切刃６の先端角は、中心位置先端角Ａ°から最大径位置先端角０°まで連続した変化により減少する形状に形成されている。これにより切刃６の先端は角（不連続点）のない滑らかな曲線を形成する。また、切刃６の先端が形成する曲線を変曲点の無い外側に膨らむ曲線とする。例えば、切刃６の先端は中心位置先端角Ａ°から最大径位置先端角０°までの曲線を放物線の一部として形成する。切刃６の先端の一部に直線を含んでも良いが、直線と曲線（直線を含まない）との移り変わりにおいても切刃６の先端角は連続して変化することにより角を設けない。

図３は、図２に示す矢印Ｆの方向から見たドリル２１の側面図である。なお、ドリル２１は軸９を中心とした対称な立体形状を有する。したがって、ドリル２１のいずれの角度から見た側面も１８０度反対側の側面と同一形状である。

図４(a1)は図２に示すＢ−Ｂ線における断面図である。図４(a2)は図２に示すＣ−Ｃ線における断面図である。図４(a3)は図２に示すＤ−Ｄ線における断面図である。図４(a4)は図２に示すＥ−Ｅ線における断面図である。図４(b1)は同図(a1)に示すＢ１部の詳細図である。図４(b2)は同図(a2)に示すＣ１部の詳細図である。図４(b3)は同図(a3)に示すＤ１部の詳細図である。図４(b4)は同図(a4)に示すＥ１部の詳細図である。

図３に示すように、中心位置における逃げ角をδ°とする。δ＞（１８０−Ａ）／２ の関係が成立する中心位置先端角Ａ及び中心位置逃げ角δとすることが好ましい。図３は、δ＝４５°の場合を示す。
図４(b1)(b2)(b3)に示すように、先端から中心軸９に沿って後方へ移行するに従って切刃６の逃げ角は中心位置逃げ角δから連続した変化により次第に減少し、Ｄ−Ｄ線における逃げ角εまで減少する。図３および図４は、δ＝４５°の場合、逃げ角３０°の位置をＢ−Ｂ線で、逃げ角２０°の位置をＣ−Ｃ線で示し、ε＝５°の場合を示している。このように、ドリル２１は、切刃６の逃げ角が中心位置から最大径位置（Ｄ−Ｄ線）に向けて連続した変化により減少する形状に形成されている。条件としてはε＜δである。ε＜１５°の範囲とすることが適当である。

また、図４(a4)に示すように、ねじれ溝３，３の間に形成されたランド部４のねじれ溝３，３に沿った両縁にマージン５，５が形成されている。マージン５は外周に沿って計４条形成されている。ランド部４には、マージン５，５の間に窪んだ逃げ部４ａが形成されている。例えば、マージン５の幅は0.1〜1.5mmとされ、逃げ部４ａの幅は2.5mmとされ、逃げ部４の深さは0.3〜1.2mmとされる。
また、図４(a1)〜(a3)及び(b1)〜(b3)に示すように、切刃６にすくい角を設けていない。即ち、すくい角はゼロであって、すくい面７は被削面に対し垂直である。

以上の構成のドリル２１は、切刃６にすくい角を設けていないためＣＦＲＰ等の繊維強化樹脂複合材の加工に適している。これは、繊維強化樹脂複合材は、せん断加工よりも削って加工する方が精度良く、繊維のほころび等が無いきれいな加工面が得られることによる。すなわち、すくい角を設けて切り込むよりも、すくい角を設けずに細かく削るようにして切削した方がデラミネーション（層間剥離）が発生しにくく、精度良くきれいに加工できるからである。

このドリル２１を繊維強化樹脂複合材の加工に適用する場合は、のみ刃部１の細長比（Ｌ１／φＤ１）を１．６以上とすることが好ましい。例えば、（Ｌ１／φＤ１）＝１．６とする。これにより、上述したダブルアングルドリルの二次切刃に相当するような比較的小さい先端角を有する切刃の刃長を十分とることができる。そして、ドリル先端側の比較的大きい先端角を有する切刃により穿孔された複合材の孔の周囲に過渡的なデラミネーションが発生しても、このデラミネーションはこれに続く比較的小さい先端角を有する切刃による切削の際に除去される。

さらに、本実施形態のドリル２１によれば、図４(a3)(b3)に示す切刃６は、先端角０°で、かつ、逃げ角εを有するリーミング用の切刃を構成する。穿孔に続き、この切刃によるリーマ仕上げが可能となる。さらに、切刃によるリーマ仕上げ加工に続き、マージン５によるバニシング仕上げ加工が施され、被加工穴は精密に仕上げられる。このような穿孔から仕上げ加工までをドリル２１により行うことができる。

また、本実施形態のドリル２１は、ねじり溝に沿った4条のマージン５を有している。この４つのマージンによりどの断面でもドリル２１は４点で支持され、ねじりが入ることにより４支点の位置が軸方向位置により移動する。そのため、被加工穴やブッシュガイドの内面に安定性よく保持され、曲がりの少ない穴加工が可能である。

本実施形態のドリル２１によれば、切刃６の先端角及び逃げ角は連続して変化しており、刃先に欠損しやすい角が生じず、逃げ面に摩耗しやすい角が生じず、耐摩耗性が良好であり、以上の高精度の穿孔を長期に亘り可能とする。

次に、ドリル２１の中心位置先端角Ａを１２０°とし、のみ刃部１の細長比（Ｌ１／φＤ１）を１．６としたドリル２１ａにより、図５に示す構成材３０を穿孔する場合につき説明する。図５に示すように構成材３０は金属材３１と繊維強化樹脂複合材３２とが合わされてなる。

図５(a)〜(c)は、ドリル２１ａにより構成材３０を金属材３１側から穿孔する場合を示す。ドリル２１ａの切刃の先端は滑らかな曲線に形成されているので、金属材３１から繊維強化樹脂複合材３２まで円滑に切削が進行する。図５(b)に示すように、ドリル先端側の比較的大きい先端角を有する切刃により繊維強化樹脂複合材３２が切削される。穿孔された繊維強化樹脂複合材３２の孔の周囲に過渡的なデラミネーションが発生しても、このデラミネーションはこれに続く比較的小さい先端角を有する切刃による切削の際に除去される（図５(b)→(c)）。さらに、図５(c)に示すように、先端角０°で逃げ角εの切刃が被削面に対し平行に当り切削するのでバリ等の発生が生じない。

図５(d)〜(f)は、ドリル２１ａにより構成材３０を繊維強化樹脂複合材３２側から穿孔する場合を示す。ドリル２１ａの切刃の先端は滑らかな曲線に形成されているので、繊維強化樹脂複合材３２から金属材３１まで円滑に切削が進行する。図５(ｄ)に示すように、ドリル先端側の比較的大きい先端角を有する切刃により繊維強化樹脂複合材３２が切削される。穿孔された繊維強化樹脂複合材３２の孔の周囲に過渡的なデラミネーションが発生しても、このデラミネーションはこれに続く比較的小さい先端角を有する切刃による切削の際に除去される。さらに、先端角０°で逃げ角εの切刃が繊維強化樹脂複合材３２及び金属材３１の被削面に対し平行に当り切削するのでバリ等の発生が生じない。

以上のドリル２１ａにより構成材３０を金属材３１側から穿孔する場合、及びドリル２１ａにより構成材３０を繊維強化樹脂複合材３２側から穿孔する場合のいずれにおいても、図６に示すように、繊維強化樹脂複合材３２及び金属材３１においてバリ等の発生が生じていない綺麗で精度の良い孔３３を加工することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態につき説明する。図７は本発明の第２実施形態のドリルを示す断面図である。断面の位置関係は図２と同様である。本実施形態のドリル２２は、すくい角の付いた切刃を持った金属加工に適したドリルである。
図７(a1)〜(a3)及び(b1)〜(b3)に示すように、切刃６ａにすくい角を設けている。すなわち、切刃６ａのすくい面７ａは、被削面に垂直な線１０より逃げ面８側に傾斜している。その他の形状は、第１実施形態のドリル２１と同様である。各部の寸法は用途に合わせて設計される。

このドリル２２を金属加工に適用する場合は、例えば図８に示すようにのみ刃部１の細長比（Ｌ１／φＤ１）を複合材用のものに比較して小さくする。この場合、ドリル２２の切刃６の先端を、図８に示すような曲率半径Ｒの一つの円弧による円弧状に形成することができる。一つの円弧による円弧状に形成すれば、ドリルの製作は比較的容易となる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態につき説明する。図９は本発明の第３実施形態のドリルを示す側面図である。図１０は、図９に示すＧ−Ｇ線における断面図である。本実施形態のドリル２３は、上記第１実施形態のドリル２１におけるねじれ溝３をＶ溝１１に代えたものである。

図９に示すようにドリル２３は、のみ刃部１ｂとシャンク部２とを有する。のみ刃部１ｂには、一対の切刃６ｂ，６ｂが中心軸９について対称に設けられている。切刃６ｂ，６ｂはそれぞれすくい面７ｂ及び逃げ面８ｂを有する。図９、図１０に示すように、のみ刃部１ｂとシャンク部２の間には２本のＶ溝１１，１１が形成されている。Ｖ溝１１は、のみ刃部１ｂのシニングによる欠落部分を含め中心軸９に沿ってストレートに形成されている。

図１０に示すように、Ｖ溝１１，１１の間に形成されたランド部１２のＶ溝１１，１１に沿った両縁にマージン１３，１３が形成されている。このマージン１３は、被加工穴の内面に当りドリルを支持するとともにバニシング加工を施す部分である。この４つのマージンによりどの断面でもドリル２３は４点で支持される。ねじりによる支持性は無いが、被加工穴やブッシュガイドの内面に安定性よく保持され、曲がりの少ない穴加工が可能である。

本発明の第１実施形態のドリルを示す側面図である。 図１に示したドリルの先端部の拡大図である。 図２に示す矢印Ｆの方向から見たドリルの側面図である。 (a1)は図２に示すＢ−Ｂ線における断面図である。(a2)はＣ−Ｃ線における断面図である。(a3)はＤ−Ｄ線における断面図である。(a4)はＥ−Ｅ線における断面図である。(b1)は(a1)に示すＢ１部の詳細図である。(b2)は(a2)に示すＣ１部の詳細図である。(b3)は(a3)に示すＤ１部の詳細図である。(b4)は(a4)に示すＥ１部の詳細図である。 本発明の第１実施形態のドリルによる穿孔の様子を示す図である。 本発明の第１実施形態のドリルにより穿孔された孔を示す断面図である。 本発明の第２実施形態のドリルを示す断面図である。 本発明の第２実施形態のドリルの一例を示す先端部側面図である。 本発明の第３実施形態のドリルを示す側面図である。 図９に示すＧ−Ｇ線における断面図である。

符号の説明

１ のみ刃部
２ シャンク部
３ ねじれ溝
４ ランド部
５ マージン
６ 切刃
７ すくい面
８ 逃げ面
１１ Ｖ溝
１２ ランド部
１３ マージン
φＤ１ 最大径

Claims (5)

1. すくい角がゼロである切刃の先端角が中心位置から最大径位置に向けて中心位置先端角Ａ°（但し、０°＜Ａ°＜１８０°）から最大径位置先端角０°まで連続した変化により減少し、切刃の逃げ角が中心位置から最大径位置に向けて連続した変化により減少し、最大径位置において逃げ角を有する形状に形成され、
   さらに、２条のねじれ溝を有し、前記ねじれ溝の間に形成されたランド部の前記ねじれ溝に沿った両縁にマージンを有するドリル。
2. 前記切刃の先端が放物線の一部からなる放物線状に形成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. 前記切刃の先端が一つの円弧による円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
4. 前記中心位置における逃げ角をδとして、δ＞（１８０−Ａ）／２ の関係が成立する中心位置先端角Ａ及び中心位置逃げ角δを有することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載のドリル。
5. 前記切刃の中心軸に沿った長さが、前記最大径に対して１．６倍以上にされてなることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のドリル。

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