JP5377992B2 - ドリルおよび該ドリルを用いる切削方法 - Google Patents

Description

本発明は、ドリルおよびこのドリルを用いる切削方法に関する。

３枚刃ドリルは、２枚刃ドリルに比べて、穿孔加工において良好な真円性が得られる、操作時において振動（ビビリ）が少ないなどの利点を有している。そのため、特に下穴がある場合の穿孔加工などに多く用いられている。例えば、特許文献１には、アルミ材などの柔らかい材質の穿孔加工に３枚刃ドリルを用いることが開示されている。

一方で、３枚刃ドリルは、２枚刃ドリルに比べて切屑排出溝の空間が狭いため、生成した切屑が溝内で暴れて加工面を傷つけてしまう場合がある。そのため、特に、高品位の仕上げ面が要求される部品の加工においては、穿孔加工後、さらにリーマ加工しなければならず、加工コストが高くなるといった問題がある。

特開平５−３０１１０８号公報

本発明の目的は、良好な真円性が得られ、かつリーマ加工を特に必要とせず、良好な仕上げ面が得られるドリルを提供することにある。本発明の目的はまた、上記ドリルを用いる切削方法を提供することにある。

本発明のドリルは、先端部に形成される複数の切刃と、該切刃から生成される切屑を排出するために、該切刃の後端部側から外周部に形成される捩れ溝と、該切刃と該捩れ溝の切刃側端部との間に形成されるすくい面とを備えるドリルであって、該すくい面は、軸線から外周部に向かうに従って該切刃からの距離が小さくなる第１の面と、該第１の面の外周部側に形成され、かつ軸線から外周部に向かうに従って該切刃からの距離が大きくなる第２の面と、を含んで構成されることを特徴とする。

ある実施態様においては、前記切刃から前記すくい面に沿って所定距離離れた位置において、軸線から外周部に向かって前記第１の面、捩れ溝面、および前記第２の面の順で構成されている。

ある実施態様においては、前記第１の面と前記第２の面との境界部または最近接部が、前記切刃の中点より外周部側に形成される。

ある実施態様においては、前記すくい面は、さらに前記第１の面の軸線側に形成され、かつ軸線から外周部に向かうに従って該切刃からの距離が大きくなる第３の面を含む。

ある実施態様においては、前記第１の面と前記捩れ溝との境界と、第２の面と前記捩れ溝との境界とが、それぞれ湾曲して形成されている。

ある実施態様においては、前記すくい面のすくい角が、前記捩れ溝の捩れ角よりも小さくなるように構成される。

本発明の切削方法は、上記ドリルを用いて被削材に穴あけ加工する切削方法であって、前記ドリルを回転させながら、前記ドリルと前記被削材とを相対的に近づける工程、前記ドリルの切刃を前記被削材の表面に接触させて、前記被削材に穴あけ加工する工程、および前記被削材と前記ドリルとを相対的に離間させる離間工程を包含する。

本発明のドリルによれば、すくい面を構成する軸線側の第１の面と外周部側の第２の面との間に捩れ溝が切刃側に張り出すように形成されている。そのため、切刃から生成された切屑は、ある程度送られると、すくい面および捩れ溝の張り出し部分の両方の面を同時に通過することになり、このとき、切屑の捩れ溝の面を通過する部分が捩れ溝の面の形状に沿うように変形（湾曲）される。これによって、切屑が切れ刃の幅より小さくなり（切屑の一部が絞られ）、従来切屑により生じていた被削材の内壁の傷を低減することが可能である。その結果、良好な仕上げ面が得られる。

本発明の一実施形態であるドリル１の側面図である。 図１に示すドリルを先端側で見た図である。 図２におけるＸ方向からみた図である。 図２におけるＹ方向からみた図である。 図３の要部拡大図である。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を用いて、詳細に説明する。
＜ドリル＞
図１において、ドリル１は、軸線Ｏを中心とする略円柱状であり、被削材と接触する切削部１０と、工作機械の回転軸に把持されるシャンク部２０とからなる。

切削部１０の先端部には複数の切刃１１が形成され、外周部には切刃１１から生成される切屑を排出するための捩れ溝１２が形成されている。さらに、図３に示すように、切刃１１と捩れ溝１２の切刃側端部との間には、すくい面１３が形成されている。

切削部１０の先端部の先端角αは、切刃の食い付き、ドリルの操作性を考慮して適宜設定すればよい。例えば、本実施形態のような３枚刃のドリルの場合、先端角αは、１００〜１３５°、好ましくは１１０〜１３０°程度である。本実施形態においては、１２０°に設定されており、この場合、特に、ドリルの暴れ、および食い付きが良好になる。

切刃１１は、ドリルの使用目的などに応じて複数形成され、軸線Ｏに対して回転対称となるように形成されている。例えば、ハンドドリルなどの場合は、操作性を考慮すると切刃は多い方が好ましい。本実施形態においては、図２に示すように、切刃１１が３枚形成された３枚刃ドリルであり、これらの切刃１１が軸線Ｏに対して１２０°の回転対称となるように形成されている。

捩れ溝１２は、切刃から生成される切屑を排出することを目的とするため、各切刃１１に対応してそれぞれ形成されている。そしてこの捩れ溝１２は、外周部に形成されており、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい軸線Ｏとのなす角（捩れ角）βで捩れるように形成されている。この捩れ角βは、１０〜４５°が好適であり、２０〜３０°がより好適である。本実施形態において、捩れ角βは２４°である。なお、切削部１０の外周部のうち、捩れ溝１２が形成されていない部分には、ランド部１４が形成されており、これも捩れ溝１２と同様に捩れ角βで捩れるように形成されている。

捩れ溝１２において、切刃側の端部には、切刃１１との距離が最も近くなるような張り出し端部１２１が形成されている。すなわちこの張り出し端部１２１は、軸線Ｏ側および外周部側にそれぞれすくい面１３が配置されるように形成されている。なお、この張り出し端部１２１は、切刃１１に接していてもよい。この張り出し端部１２１は、切刃１１から生成される切屑が送られる場合に、切屑の一部がこの張り出し端部１２１を通過すると同時に、切屑の残りの一部がすくい面１３を通過するように形成されている。このような構成とすることによって、すくい面１３で切屑の排出方向（送り方向）を安定にしつつ、張り出し端部１２１近傍の捩れ溝で切屑の一部を捩れ溝１２の面に沿うように変形させる（折り曲げる）ことを可能とする。このような変形した切屑は、切刃１１よりも小さくなり、しかも切屑の端部が内側に折り曲げられるため、切屑の端部で仕上げ面を傷つけることが少なく、良好な仕上げ面が得られる。

すくい面１３は、図３に示すように、切刃１１と捩れ溝１２の切刃側端部との間に形成されている。すくい面１３は、上述のように、切屑が捩れ溝１２により変形される際に切屑の排出方向を安定させる役割を有する。すくい面１３は、図４に示すような軸線Ｏに対して正のすくい角γを有するように形成されている。このすくい角γは、捩れ溝１２の捩れ角βより小さければよく特に制限されない。例えば、本実施形態である３枚刃ドリルの場合、ドリルの穿孔工程の際に振動が少なく、さらに操作性が良好である観点から、すくい角γは８°以上、好ましくは８°〜２０°、より好ましくは８°〜１５°である。本実施形態においては、１０°に設定している。

すくい面１３は、軸線Ｏから外周部に向かうに従って切刃１１からの距離が小さくなる第１の面１３ａと、第１の面１３ａの外周部側に形成され、かつ軸線Ｏから外周部に向かうに従って切刃１１からの距離が大きくなる第２の面１３ｂとを含んで構成される。このような構成によって、第１の面１３ａと第２の面１３ｂとの間に捩れ溝１２（捩れ溝の張り出し端部１２１）が形成される。すなわち、切刃１１から前記すくい面１３に沿って所定距離離れた位置において、軸線から外周部に向かって第１の面、捩れ溝面、および第２の面の順で構成されている。例えば、図５に示すように、ドリルの送り量をｆとしたときの切屑の先端位置は、軸線Ｏから外周部に向かって第１の面１３ａ、捩れ溝１２の面、および第２の面１３ｂの順で構成されている。このような位置において、切屑は、すくい面１３に接触する部分がすくい面に沿って送られる一方で、かつ捩れ溝１２に接触する部分が上述のような作用により強制的に変形される。具体的には、図５に示すような一部が変形した断面形状を有する切屑が得られる。

第２の面１３ｂは、図３に示すように、すくい面１３を正面から見た場合に略三角形の形状をとることが好ましい。上記切屑の変形に際しては、切削部１０の外周部側に、より大きな力が加わるため、外周部近傍において損傷を生じやすい。しかしながら、本実施形態においては、第２の面１３ｂが、軸線側から外周部に向うにつれて、徐々に広がるような略三角形状を形成しているため、応力集中が緩和され、上記のような切削部１０の外周部近傍の損傷が抑制される。特に、３枚刃ドリルのような溝幅の狭いドリルでは、より大きな変形作用が必要となるため、前記第２の面１３ｂを三角形状とすることが切削部１０の外周部近傍の損傷抑制に大いに有効である。

上記第１の面１３ａと、上記第２の面１３ｂとは、連続していてもよいし、あるいは離間していてもよい。第１の面１３ａと、上記第２の面１３ｂとの境界部、あるいはこれらが離間している場合は最も近接する部分（最近接部）の位置は特に制限されないが、切屑の変形が良好である観点から、例えば、切刃１１の中点より外周部側に形成されることが好ましい。

また、上記第１の面１３ａと捩れ溝１２との境界と、第２の面１３ｂと捩れ溝１２との境界とは、すくい面１３を正面から見た場合にそれぞれ切刃１１側に湾曲して形成されていることが好ましい。なお、これらの境界は左右対称に形成されることが好ましい。

なお、本実施形態のすくい面１３においては、第１の面１３ａおよび第２の面１３ｂに加えて、さらに前記第１の面１３ａの軸線Ｏ側に連続して形成され、かつ軸線Ｏから外周部にむかうに従って該切刃からの距離が大きくなる第３の面１３ｃから構成されている。

また、本実施形態においては、図３に示すように、ドリルの先端に、軸線Ｏで互いに交差するシンニング面１５が形成されている。シンニング面１５の外周部側端部は、すくい面１３に接続されている。実施形態によっては、すくい面の第３の面をシンニング面として用いてもよい。

以上のような構成を有するドリルは、切削部１０の後端側に形成されるシャンク部１１を工作機械のドリル保持部に挿入して用いる。このような工作機械は、当業者が通常用いるものであればよく特に制限されないが、例えば、ハンドドリル、マシニングセンタなどの種々の機械が用いられる。特にハンドドリルで用いる場合、作業者が手動による送り制御を行いやすく、操作性に優れている。このような工作機械に取り付けられたドリルは、軸線Ｏ回りに回転されるとともに軸線Ｏ方向先端側に向けて送られて、例えば、被削材に押し当てられ、被切削材に所定の内径の加工穴を形成することができる。被削材は、例えば、ＣＦＰＲとアルミ二ウム合金との積層材料からなる被切削材などが挙げられる。特にＣＦＰＲとアルミニウム合金との積層材料に本実施形態のドリルを用いる場合、良好な真円性および仕上げ面が得られるとともに操作性も良好である。
＜切削方法＞
本発明の切削方法は、上記構成のドリルを用いて被削材に穴あけ加工する方法である。この方法は、ドリルと被削材とを相対的に近づける工程、ドリルの切刃を被削材の表面に接触させて、被削材に穴あけ加工する工程、および被削材とドリルとを相対的に離間させる離間工程を包含する。上記切削方法に用いる被削材としては、例えば、ＣＦＰＲとアルミ二ウム合金との積層材料からなる被切削材、チタン合金などが挙げられる。

ドリルと被削材とを近づける工程は、例えば、被削材を、ドリル１を取り付けた工作機械のテーブル上に固定し、ドリル１を回転した状態で近づけることによって行われる。ドリル１は被削材と相対的に近付けばよく、被削材をドリル１に近づけてもよい。

次いで、上記ドリルの切刃を被削材の表面の所望の位置に接触させて穴あけ加工し、最後に被削材からドリル１を離間させる。なお、１つの被削材に対して複数の孔をあける場合、上記工程を繰り返して行えばよい。

以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、発明の目的を逸脱しない限り任意のものとすることができることはいうまでもない。

１ ドリル
１０ 切削部
１１ 切刃
１２ 捩れ溝
１２１ 張り出し端部
１３ すくい面
１３ａ 第１の面
１３ｂ 第２の面
１３ｃ 第３の面
１４ ランド部
１５ シンニング面
２０ シャンク部

Claims (7)

1. 先端部に形成される複数の切刃と、該切刃から生成される切屑を排出するために、該切刃の後端部側から外周部に沿って形成される捩れ溝と、該切刃と該捩れ溝の切刃側端部との間に形成されるすくい面とを備えるドリルであって、
   該すくい面は、
   軸線から外周部に向かうに従って該切刃からの距離が小さくなる第１の面と、
   該第１の面から離れて前記第１の面の外周部側に形成され、かつ軸線から外周部に向かうに従って該切刃からの距離が大きくなる第２の面と、
   を含んで構成され、
   前記第１の面と前記第２の面との間において前記捩れ溝の表面が前記切刃に接していることを特徴とする、ドリル。
2. 前記切刃から前記すくい面に沿って所定距離離れた位置において、軸線から外周部に向かって前記第１の面、捩れ溝面、および前記第２の面の順で構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. 前記第１の面と前記第２の面との最近接部が、前記切刃の中点より外周部側に形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のドリル。
4. 前記切刃は、軸線から外周部に向かうに従って後端側に位置するように傾斜しており、
   前記第１の面の後端部よりも前記第２の面の後端部が後端側に位置している、請求項１から３のいずれかの項に記載のドリル。
5. 前記第１の面と前記捩れ溝との境界と、第２の面と前記捩れ溝との境界とが、それぞれ湾曲して形成され、これらの前記境界が左右対称に形成されている、請求項１から４のいずれかの項に記載のドリル。
6. 前記すくい面のすくい角が、前記捩れ溝の捩れ角よりも小さくなるように構成される、請求項１から５のいずれかの項に記載のドリル。
7. 請求項１から６のいずれかの項に記載のドリルを用いて被削材に穴あけ加工する切削方法であって、
   前記ドリルを回転させながら、前記ドリルと前記被削材とを相対的に近づける工程、
   前記ドリルの切刃を前記被削材の表面に接触させて、前記被削材に穴あけ加工する工程、および
   前記被削材と前記ドリルとを相対的に離間させる離間工程
   を包含する、切削方法。

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