JP5258677B2 - トリプルアングルドリル - Google Patents
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Description
本発明は先端角が段階的に変化しているドリルに係り、特に、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）に穴明け加工を行なう場合に生じ易いデラミネーションの発生を抑制する技術に関するものである。
工具先端に所定の第１先端角α１で第１切れ刃が設けられるとともに、その第１切れ刃の外周側に連続して前記第１先端角α１よりも小さい第２先端角α２で第２切れ刃が設けられているダブルアングルドリルが知られている（特許文献１参照）。このようなダブルアングルドリルは、先端角の変化でスラスト抵抗が段階的に変化するため、送り速度を手動で調整しつつ穴明け加工を行なう場合でも、その送り速度を適切に調整することができるとともに、外周コーナに達する第２切れ刃の先端角（第２先端角）α２を小さくできるため、ＦＲＰ等に穴明け加工を行なう場合でも最後（外周縁）まで適切に切削加工が行なわれるようになり、デラミネーション（層間剥離）やバリの発生が抑制されて加工穴品質が向上する。すなわち、単一先端角の通常のドリルの場合、穴明け加工の進行に伴ってスラスト抵抗が連続的に低下するため、特に加工穴品質に影響する最終段階の外周コーナ付近での切削加工時にドリルが進み過ぎてデラミネーションなどが生じ易いが、ダブルアングルドリルの場合は、先端角の変化でスラスト抵抗が段階的に変化し、その変化が作業者の手に伝わるため、穴明け加工の進行度合を認識し易く、送り速度を最後まで適切に制御することができるのである。
しかしながら、このようなダブルアングルドリルにおいても、前記第２先端角α２が一般に２０°〜４０°程度であるため、加工条件によっては依然としてデラミネーションやバリを生じることがあるとともに、外周コーナ摩耗により必ずしも十分な耐久性が得られないという問題があった。第２先端角を例えば１０°程度以下まで小さくすれば、デラミネーションの発生や外周コーナ摩耗を一層適切に抑制できるが、軸方向長さが長くなるためドリル先端側に大きな空きスペースが必要になるとともに、先端角の大きな変化によってスラスト抵抗が急に大きく変化するため、手動送り等の作業性が悪くなる。軸方向長さを短くするために第２切れ刃を外周側の狭い範囲に設ける場合は、機能的に従来の単一先端角のドリルとの差があまりなくなり、デラミネーションが発生し易くなるなど、ダブルアングルドリルとしてのメリットを十分に享受できない。
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、ＦＲＰに穴明け加工を行なう場合に生じ易いデラミネーションの発生が一層適切に抑制されるようにすることにある。
かかる目的を達成するために、第１発明は、軸心と平行に直溝が形成されるとともに、その直溝の開口縁に沿って切れ刃が設けられており、送り速度を手動で調整しつつ穴明け加工を行う場合に用いられる直刃ドリルであって、前記切れ刃は、(a) 工具先端に所定の第１先端角α１で設けられた第１切れ刃と、(b) その第１切れ刃の外周側に連続して前記第１先端角α１よりも小さい第２先端角α２で設けられた第２切れ刃と、(c) その第２切れ刃の外周側に連続して前記第２先端角α２よりも小さい第３先端角α３で設けられるとともに、外周端部でリーディングエッジに接続される第３切れ刃とを有し、且つ、(d) 前記第１先端角α１は６０°〜１６０°の範囲内で、前記第２先端角α２は１５°〜４０°の範囲内で、前記第３先端角α３は１°〜１１°の範囲内であり、(e) 前記第１切れ刃と前記第２切れ刃との境界である第１切れ刃径Ｄ１は、ドリル径Ｄｄに対して０．５Ｄｄ〜０．７Ｄｄの範囲内で、(f) 前記第２切れ刃と前記第３切れ刃との境界である第２切れ刃径Ｄ２は、０．８Ｄｄ〜０．９５Ｄｄの範囲内であることを特徴とする。
このようなトリプルアングルドリルにおいては、先端角の変化でスラスト抵抗が段階的に変化するため、送り速度を手動で調整しつつ穴明け加工を行なう場合でも、そのスラスト抵抗の変化から穴明け加工の進行度合を適切に認識して送り速度を調整することが可能で、ＦＲＰ等に穴明け加工を行なう場合でも最後（外周縁）まで適切に切削加工が行なわれるようにでき、進み過ぎに起因するデラミネーションやバリの発生が抑制されて良好な加工穴品質が得られる。特に、第２切れ刃の外周側に更に第３切れ刃が設けられ、その第３切れ刃の先端角（第３先端角）α３が１°〜１１°の範囲内であるため、軸方向長さを小さく維持しつつデラミネーションやバリの発生が一層適切に抑制されるとともに、外周コーナ摩耗が抑制されて摩耗によりデラミネーション等が発生するまでの耐久性が向上する。
また、第１先端角α１が６０°〜１６０°の範囲内で、第２先端角α２が１５°〜４０°の範囲内で、第３先端角α３が１°〜１１°の範囲内であるため、先端角の変化によるスラスト抵抗の変化を適切に認識することができ、送り速度を調整しながら穴明け加工を行なう際の作業性が向上する。
また、第１切れ刃径Ｄ１が０．５Ｄｄ〜０．７Ｄｄの範囲内で、第２切れ刃径Ｄ２が０．８Ｄｄ〜０．９５Ｄｄの範囲内であるため、第１切れ刃〜第３切れ刃のそれぞれの切削範囲（切削時間）が適切に確保され、送り速度を調整しながら穴明け加工を行なう際の作業性が向上し、送り速度の手動調整を容易に適切に行なうことができる。
本発明のトリプルアングルドリルは、軸心と平行な直溝を有する直刃ドリルに関するもので、第１切れ刃〜第３切れ刃を軸心に対して対称的に一対備えている２枚刃のドリルに好適に適用されるが、３枚刃以上のドリルにも適用され得る。
本発明のトリプルアングルドリルは、例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）等のＦＲＰに対する穴明け加工に好適に用いられるが、鉄鋼材料などの他の被削材に対する穴明け加工に使用することも可能である。また、スラスト抵抗の変化から穴明け加工の進行度合を認識して送り速度を調整する場合に好適に用いられるが、送り速度等が自動的に制御されるＮＣ工作機械等に使用することもできる。
工具母材としては、超硬合金または高硬度焼結体が好適に用いられるが、高速度工具鋼等の他の硬質工具材料を採用することも可能で、必要に応じてダイヤモンド被膜等の硬質被膜がコーティングされる。高硬度焼結体としては、例えば多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）の高圧焼結体が好適に用いられるが、単結晶ダイヤモンドや多結晶ＣＢＮ、単結晶ＣＢＮの高圧焼結体を用いることも可能である。
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トリプルアングルドリル１０を示す図で、(a) は軸心Ｏと直角な方向から見た正面図、(b) はドリル先端部の拡大図、(c) は(b) を先端側から見た先端面図、(d) は(b) に比較して軸心Ｏまわりの位相が９０°異なる方向から見た側面図である。このトリプルアングルドリル１０は、２枚刃の直刃ドリルで、円柱形状のシャンク１２およびボデー１４を同軸上に一体に備えており、ボデー１４には軸心Ｏと平行な一対の直溝１６が軸心Ｏに対して対称的に形成されている。ボデー１４の先端には、直溝１６の開口縁に沿って一対の切れ刃１８が対称的に設けられており、シャンク１２側から見て軸心Ｏの右まわり（図１(c) において軸心Ｏの左まわり）に回転駆動されることにより、それ等の切れ刃１８によって穴を切削加工する。このトリプルアングルドリル１０は超硬合金にて構成されており、ボデー１４には必要に応じてダイヤモンド被膜等の硬質被膜がコーティングされる。
図１は、本発明の一実施例であるトリプルアングルドリル１０を示す図で、(a) は軸心Ｏと直角な方向から見た正面図、(b) はドリル先端部の拡大図、(c) は(b) を先端側から見た先端面図、(d) は(b) に比較して軸心Ｏまわりの位相が９０°異なる方向から見た側面図である。このトリプルアングルドリル１０は、２枚刃の直刃ドリルで、円柱形状のシャンク１２およびボデー１４を同軸上に一体に備えており、ボデー１４には軸心Ｏと平行な一対の直溝１６が軸心Ｏに対して対称的に形成されている。ボデー１４の先端には、直溝１６の開口縁に沿って一対の切れ刃１８が対称的に設けられており、シャンク１２側から見て軸心Ｏの右まわり（図１(c) において軸心Ｏの左まわり）に回転駆動されることにより、それ等の切れ刃１８によって穴を切削加工する。このトリプルアングルドリル１０は超硬合金にて構成されており、ボデー１４には必要に応じてダイヤモンド被膜等の硬質被膜がコーティングされる。
上記切れ刃１８は、第１先端角α１の円錐面上に設けられた第１切れ刃１８ａと、その第１切れ刃１８ａの外周側に連続して第１先端角α１よりも小さい第２先端角α２の円錐面上に設けられた第２切れ刃１８ｂと、その第２切れ刃１８ｂの外周側に連続して第２先端角α２よりも小さい第３先端角α３の円錐面上に設けられた第３切れ刃１８ｃとから成り、第３切れ刃１８ｃの外周端部は外周コーナに達してリーディングエッジ２０に接続されている。第１先端角α１は６０°〜１６０°の範囲内で本実施例では約１００°であり、第２先端角α２は１５°〜４０°の範囲内で本実施例では約３０°であり、第３先端角α３は１°〜１１°の範囲内で本実施例では約６°である。また、第１切れ刃１８ａと第２切れ刃１８ｂとの境界である第１切れ刃径Ｄ１は、第３切れ刃１８ｃの外端部の直径であるドリル径Ｄｄに対して０．５Ｄｄ≦Ｄ１≦０．７Ｄｄの範囲内で、本実施例ではＤｄ≒９．５２５ｍｍ、Ｄ１≒５．７３ｍｍ（≒０．６Ｄｄ）である。第２切れ刃１８ｂと第３切れ刃１８ｃとの境界である第２切れ刃径Ｄ２は、０．８Ｄｄ〜０．９５Ｄｄの範囲内で、本実施例ではＤ２≒８．６０ｍｍ（≒０．９Ｄｄ）である。
ドリル先端にはシンニング２２が設けられており、上記第１切れ刃１８ａの略全域がそのシンニング２２によって形成されている。また、第１切れ刃１８ａ、第２切れ刃１８ｂ、第３切れ刃１８ｃには、それぞれ約２０°の２番角で２番面が設けられているとともに、約５０°の３番角で３番面が設けられており、更にそれらの切れ刃１８ａ〜１８ｃに共通の４番面が設けられている。符号２４は４番面である。
このようなトリプルアングルドリル１０においては、３つの第１切れ刃１８ａ〜第３切れ刃１８ｃの先端角α１〜α３の変化でスラスト抵抗が段階的に変化するため、送り速度を手動で調整しつつ穴明け加工を行なう場合でも、そのスラスト抵抗の変化から穴明け加工の進行度合を適切に認識して送り速度を調整することが可能で、ＦＲＰに穴明け加工を行なう場合でも最後（外周縁）まで適切に切削加工が行なわれるようにでき、進み過ぎに起因するデラミネーションの発生が抑制されて良好な加工穴品質が得られる。
特に、第２切れ刃１８ｂの外周側に第３切れ刃１８ｃが設けられ、その第３切れ刃１８ｃの先端角（第３先端角）α３が１°〜１１°の範囲内と小さいため、軸方向長さを小さく維持しつつデラミネーションの発生が一層適切に抑制されるとともに、外周コーナ摩耗が抑制されて摩耗によりデラミネーションが発生するまでの耐久性が向上する。
また、第１先端角α１が６０°〜１６０°の範囲内で、第２先端角α２が１５°〜４０°の範囲内で、第３先端角α３が１°〜１１°の範囲内であるため、送り速度を手動で調整しつつ穴明け加工を行なう場合に、先端角α１〜α３の変化によるスラスト抵抗の変化を適切に認識することができ、送り速度を調整しながら穴明け加工を行なう際の作業性が向上する。
また、第１切れ刃径Ｄ１が０．５Ｄｄ〜０．７Ｄｄの範囲内で、第２切れ刃径Ｄ２が０．８Ｄｄ〜０．９５Ｄｄの範囲内であるため、第１切れ刃１８ａ〜第３切れ刃１８ｃのそれぞれの切削範囲（切削時間）が適切に確保され、送り速度を調整しながら穴明け加工を行なう際の作業性が向上し、送り速度の手動調整を容易に適切に行なうことができる。
因に、第１先端角α１〜第３先端角α３が異なる９種類の試験品No１〜No９（図２(a) 参照）を用意し、以下の加工条件で穴明け加工を行ってデラミネーション発生までの工具寿命（加工穴数）を調べたところ、図２に示す結果が得られた。試験品No４〜No８は本発明品で、第１先端角α１〜第３先端角α３を除く基本形状は前記トリプルアングルドリル１０と同じである。試験品No１、No２は、単一先端角の通常ドリルで、試験品No３は、従来のダブルアングルドリルで、試験品No９は、第３先端角α３が大きい比較品である。なお、図２の(a) の「総合寿命」の欄は、上下面共にデラミネーションが認められない良好な加工穴品質が得られる穴数である。
《加工条件》
被削材 ：ＣＦＲＰ（ｔ１１ｍｍ）
ドリル径Ｄｄ：φ９．５２５ｍｍ
回転速度 ：４８５ｍｉｎ-1
送り ：手動
切削油 ：無し
《加工条件》
被削材 ：ＣＦＲＰ（ｔ１１ｍｍ）
ドリル径Ｄｄ：φ９．５２５ｍｍ
回転速度 ：４８５ｍｉｎ-1
送り ：手動
切削油 ：無し
図２において、第３切れ刃１８ｃの先端角（第３先端角）α３が１°〜１１°の範囲内の試験品No４〜No８（本発明品）は、何れも総合寿命が４０穴を超えており、デラミネーションの発生が抑制されるとともに優れた耐久性が得られる。第３先端角α３が１２°の試験品No９（比較品）では、２２穴で上面にデラミネーションが発生し、十分な耐久性が得られない。また、単一先端角の試験品No１、No２（通常ドリル）は数穴でデラミネーションが発生し、実質的に加工不可である。ダブルアングルドリルの試験品No３も、２０穴以下でデラミネーションが発生するようになり、この加工条件では十分な耐久性が得られない。
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。
１０：トリプルアングルドリル １６：直溝 １８：切れ刃 １８ａ：第１切れ刃 １８ｂ：第２切れ刃 １８ｃ：第３切れ刃 Ｏ：軸心 α１：第１先端角 α２：第２先端角 α３：第３先端角 Ｄｄ：ドリル径 Ｄ１：第１切れ刃径 Ｄ２：第２切れ刃径
Claims (1)
- 軸心と平行に直溝が形成されるとともに、該直溝の開口縁に沿って切れ刃が設けられており、送り速度を手動で調整しつつ穴明け加工を行う場合に用いられる直刃ドリルであって、
前記切れ刃は、
工具先端に所定の第１先端角α１で設けられた第１切れ刃と、
該第１切れ刃の外周側に連続して前記第１先端角α１よりも小さい第２先端角α２で設けられた第２切れ刃と、
該第２切れ刃の外周側に連続して前記第２先端角α２よりも小さい第３先端角α３で設けられるとともに、外周端部でリーディングエッジに接続される第３切れ刃と
を有し、且つ、
前記第１先端角α１は６０°〜１６０°の範囲内で、前記第２先端角α２は１５°〜４０°の範囲内で、前記第３先端角α３は１°〜１１°の範囲内であり、
前記第１切れ刃と前記第２切れ刃との境界である第１切れ刃径Ｄ１は、ドリル径Ｄｄに対して０．５Ｄｄ〜０．７Ｄｄの範囲内で、
前記第２切れ刃と前記第３切れ刃との境界である第２切れ刃径Ｄ２は、０．８Ｄｄ〜０．９５Ｄｄの範囲内である
ことを特徴とするトリプルアングルドリル。
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