JP5447129B2 - クーラント穴付きドリル - Google Patents

Description

本発明は、穴明け加工を行うドリル本体先端部の切刃部に、切削油剤等のクーラントを供給するクーラント穴が形成されたクーラント穴付きドリルに関するものである。

このようなクーラント穴付きドリルにおいては、クーラント穴は一般的に断面円形状のものが多いが、クーラントの供給量の増大や効率的な供給を図るため、例えば特許文献１にはクーラント穴の軸断面形状を、内壁面間距離がクーラント穴の略中央から回転中心へ向かうに従って漸次減少する滴形に形成したものが、特許文献２にはクーラント穴の軸断面形状を楕円としたものが、特許文献３にはクーラント穴の少なくとも開口部を略三角形としたものが、それぞれ提案されている。

実開昭６４−４２８１６号公報 特開２００４−１５４８８３号公報 特開２００５−５２９４０号公報

ところで、このようなクーラント穴付きドリルにおいてクーラントの供給量を増大させるには、クーラント穴の断面積を大きくすればよいのであるが、徒に断面積を大きくしただけでは、供給量が増大したクーラントを、特に軸線からの回転半径が大きくて切屑生成量や切削負荷、切削熱の発生が大きい外周側の切刃や、この外周側の切刃による被削材の切削部位に効率的に供給することはできない。

すなわち、特許文献１に記載のドリルのようにクーラント穴を断面滴形、すなわち断面円形の本孔と、この本孔がなす円弧にそれぞれ接し回転中心寄りで交叉するほぼ平坦な２つの壁面によって画成される副孔とから構成したものでは、副孔の２つの壁面間の周方向の間隔は外周側に向けて漸次増大するものの、その増大する割合は外周側に向けて一定であり、この外周側で効率的なクーラントの供給を図ることができなくなって、例えばステンレスのような熱伝導率の低い被削材に対して十分な冷却効果を得ることができない。

これは、特許文献３に記載のドリルのようにクーラント穴の開口部を略三角形としたものでも同様である。しかも、この特許文献３のように上記三角形の底辺を先端切刃と略平行又は先端切刃より４５°回転方向後方側に設けたり、あるいは特許文献２のように楕円形状のクーラント穴の長軸方向をドリル切刃とほぼ平行からドリル切刃平行より４５°回転方向後方側以下に設けたりすると、このクーラント穴開口部は、外周側では周方向の幅が漸次小さくなってしまうため、効率的なクーラントの供給が一層困難となる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、切屑生成量や切削負荷、切削熱の発生が大きくなる切刃の外周側部位や、この切刃の外周側部位によって切削される被削材の加工穴外周側の切削部位に多くのクーラントを効率的に供給することが可能なクーラント穴付き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、軸線回りに回転させられるドリル本体の先端側に形成された切刃部に、この切刃部の先端逃げ面に開口するクーラント穴が穿設されており、このクーラント穴は、上記軸線に直交する断面において、ドリル回転方向前方側に位置する前穴壁面と、ドリル回転方向後方側に位置する後穴壁面と、上記ドリル本体の外周側に位置する外周穴壁面とを備えていて、このうち上記前穴壁面と後穴壁面とは、外周側に向かうに従い互いの周方向の間隙が漸次増大し、しかもこの間隙が増大する割合も外周側に向けて漸次大きくなるように形成されていることを特徴とする。

このように構成されたクーラント穴付きドリルでは、クーラント穴の前穴壁面と後穴壁面との周方向の間隙が、外周側に向かうに従い漸次増大し、しかもこの間隙が増大する割合も外周側に向けて漸次大きくなるようにされているので、例えば特許文献１に記載のドリルにおける上記副孔の２つの平坦な壁面をそのまま外周側に延長した場合のようにこれら内壁面間の間隙が外周側に向けて一定の割合で大きくなるのに比べ、この外周側における前後穴壁面間の間隙をより大きなものとすることができる。

従って、これら前後穴壁面の間隙を通るクーラントの供給量も外周側でより多くすることができ、その一方で、ドリル本体が軸線回りに回転されつつ該軸線方向先端側に送り出されて被削材に穴明け加工を行うドリルでは、クーラント穴を通って供給されるクーラントにも外周側に向けて遠心力が作用することになるので、こうして外周側で供給量を増大させることが可能となったクーラントを加速して、より高速で先端逃げ面の開口部から吐出させることができ、この外周側における切刃や加工穴の切削部位に効率的に行き渡らせることが可能となる。

ここで、クーラント穴の上記前後穴壁面が、互いの周方向の間隙が上述のように外周側に向かうに従い漸次増大し、かつこの間隙が増大する割合も外周側に向けて漸次大きくなるようにされるには、ドリル本体の軸線に直交する断面において、少なくとも一方がクーラント穴の内側に凸となる凸曲線状とされていればよく、他方は、同断面において直線状であったり、上記間隙が増大する割合が外周側に向けて漸次大きくなる範囲では、クーラント穴の外側に凹となる凹曲線であったりしてもよいが、前穴壁面と後穴壁面とがともにクーラント穴の内側に凸となる凸曲線状断面をなすように形成することにより、ドリル本体の外周側においてドリル回転方向側とドリル回転方向後方側との広範囲にクーラントを行き渡らせることが可能となる。

また、クーラント穴の上記外周穴壁面は、こうして外周側で大きくされた前後穴壁面間の間隙を狭めるものでなければ、例えば軸線に直交する断面において直線状をなしていてもよいが、同断面においてクーラント穴の外側に凹となるような凹曲線状をなすように形成することにより、外周側で供給量がより多くされたクーラントを、特に加工穴の外周側の切削部位に偏り無く行き渡らせることができる。なお、この外周穴壁面と上記前後穴壁面とのそれぞれの交差稜線部や前後穴壁面同士の交差稜線部は、クラック等の発生を防ぐために上記断面において曲率半径の小さな凹曲線をなす凹曲面部によって滑らかに接続されるのが望ましい。

一方、上記軸線に直交する断面において、上記前穴壁面と後穴壁面との周方向の間隙が増大する割合は、これが小さすぎると、特許文献１に記載のドリルにおける副孔の２つの平坦な壁面をそのまま外周側に延長した場合と変わらなくなって、外周側でのクーラント供給量を十分に増大させることができなくなるおそれがある。ただし、この割合が大きすぎても、軸線に直交する断面におけるクーラント穴内壁面の周長が長くなって圧力損失が大きくなり、先端逃げ面におけるクーラント穴開口部からのクーラントの吐出圧が低下して効率的な供給を図ることができなくなるおそれが生じるので、この前後穴壁面の周方向の間隙が増大する割合は、上記軸線に対する径方向に外周側に向けて１ｍｍごとに１３０％〜１９０％の範囲内で大きくなるようにされるのが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、穴明け加工時の切屑生成量や切削負荷、切削熱の発生が大きくなる切刃の外周側部位や、この切刃の外周側部位によって切削される被削材の加工穴外周側の切削部位により多くのクーラントを効率的に供給することが可能となり、例えばステンレスのような熱伝導率の低い難削材に対しても、効果的な冷却、潤滑を図るとともに切屑の円滑な排出を促して、安定的かつ効率的な穴明け加工を行うことができる。

本発明の一実施形態を示す側面図である。 図１に示す実施形態の平面図である。 図１に示す実施形態の正面図である。 図１に示す実施形態の先端部の斜視図である。 図１に示す実施形態の軸線Ｏに直交する断面図である。 図１に示す実施形態の軸線Ｏに直交する断面におけるクーラント穴１０の拡大図である。 本発明の実施例と比較例１〜３におけるクーラント穴の断面積の比率を示す図である。 本発明の実施例と比較例１〜３におけるクーラント穴の流量を相対的に比較した図である。 本発明の実施例と比較例１〜３におけるクーラントの圧力損失を相対的に比較した図である。

図１ないし図６は、本発明のクーラント穴付きドリルの一実施形態を示すものである。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、外形が軸線Ｏを中心とした概略円柱状をなし、その後端側部分（図１および図２において右側部分）が円柱状のままのシャンク部２とされるとともに、先端側部分（図１および図２において左側部分）には切刃部３が形成されている。このようなクーラント穴付きドリルは、シャンク部２が工作機械に把持されて軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転されつつ、軸線Ｏ方向先端側に送り出されて被削材に穴明け加工を行う。

切刃部３の外周には、本実施形態では一対の切屑排出溝４が、軸線Ｏに関して互いに対称に、ドリル本体１の先端逃げ面５に開口して、軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い軸線Ｏ回りに例えば４０°以下の捩れ角でドリル回転方向Ｔ後方側に捩れつつ延び、シャンク部２の手前で切れ上がるように形成されている。これらの切屑排出溝４は、軸線Ｏに直交する断面においてその溝壁面６が図５に示すように概ね滑らかな凹曲線状をなすように形成されており、ただしこの溝壁面６のうちドリル回転方向Ｔ前方側を向く前溝壁面６Ａの外周側部分は、この凹曲線に滑らかに接する凸曲線をなすように形成される一方、ドリル回転方向Ｔ後方側を向く後溝壁面６Ｂの外周側部分（ヒール部）には面取り部６Ｃが形成されている。

このように一対の切屑排出溝４が形成されることにより、切刃部３には周方向に隣接する切屑排出溝４の間に、該切屑排出溝４と同じく軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔ後方側に捩れる一対のランド部７が形成される。ここで、このランド部７の外周壁面８は、本実施形態ではドリル回転方向Ｔ前方側に位置して軸線Ｏを中心とした円筒面上に延び、上記前溝壁面６Ａと交差することによりリーディングエッジを形成する幅の小さなマージン部８Ａと、このマージン部８Ａのドリル回転方向Ｔ後方側に凹曲面状の段部８Ｂを介して連なり、該マージン部８Ａから僅かに一段縮径した軸線Ｏを中心とする円筒面上に位置して上記面取り部６Ｃに交差する、外周壁面８の大部分を占める外周逃げ面（二番取り面）８Ｃとから構成されている。

また、先端逃げ面５は、本実施形態ではドリル回転方向Ｔ後方側に向けて逃げ角が段階的に大きくなる第１〜第３の３つの逃げ面部５Ａ、５Ｂ、５Ｃにより形成されており、このうちドリル回転方向Ｔ前方側の第１逃げ面部５Ａと切屑排出溝４の上記前溝壁面６Ａの先端側部分との交差稜線部に、切刃９が形成されている。なお、この前溝壁面６Ａ先端側部分の内周部には、上記先端逃げ面５のうちドリル回転方向Ｔ後方側の第３逃げ面部５Ｃと凹Ｖ字状をなして交差するようにシンニング面６Ｄが形成されていて、このシンニング面６Ｄと第１逃げ面部５Ａとの交差稜線部に切刃９の内周側において軸線Ｏに向かうシンニング刃９Ａが形成されるように、切刃９にはシンニングが施されている。

さらに、ドリル本体１には、そのシャンク部２の後端面から切屑排出溝４の捩れと等しいリードで軸線Ｏ回りに捩れつつ先端側に向かう一対のクーラント穴１０が軸線Ｏに関して対称に穿設されており、これらのクーラント穴１０は、切刃部３においては上記ランド部７内を切屑排出溝４に並行して螺旋状に延び、先端逃げ面５のうち第２逃げ面部５Ｂにそれぞれ開口させられている。

これらのクーラント穴１０は、軸線Ｏに直交する断面における形状、寸法がドリル本体１の全長に亙って一定とされて、この軸線Ｏに直交する断面において、ドリル回転方向Ｔ前方側に位置する前穴壁面１０Ａと、ドリル回転方向Ｔ後方側に位置する後穴壁面１０Ｂと、ドリル本体１の外周側に位置する外周穴壁面１０Ｃとを備えた形状とされている。そして、このうち前穴壁面１０Ａと後穴壁面１０Ｂとは、ドリル本体１の外周側に向かうに従い互いの周方向の間隙が漸次増大し、しかもこの間隙が増大する割合も外周側に向けて漸次大きくなるように形成されている。

ここで、本実施形態では、前穴壁面１０Ａは切屑排出溝４の上記前溝壁面６Ａとの間隔Ａが一定とされるとともに、後穴壁面１０Ｂは切屑排出溝４の上記後溝壁面６Ｂとの間隔Ｂが一定とされている。さらに、外周穴壁面１０Ｃは、ランド部７の外周壁面８のうち上記外周逃げ面８Ｃとの間隔Ｃが一定となるようにされている。従って、切屑排出溝４の溝壁面６が上述のように断面凹曲線状をなすように形成された本実施形態のクーラント穴付きドリルでは、前穴壁面１０Ａと後穴壁面１０Ｂはクーラント穴１０の内周側に凸となるような断面凸曲線状をなすとともに、外周穴壁面１０Ｃはクーラント穴１０の外周側に凹となるような断面凹曲線状をなすことになる。

すなわち、クーラント穴１０自体は軸線Ｏに直交する断面において「銀杏の葉」形を呈することになり、これによって前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの周方向の間隙が、図６に符号Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３で示すように単位長さＬずつ径方向外周側に向かうに従いＷ１＜Ｗ２＜Ｗ３と漸次増大し、かつその増大する割合もＷ２−Ｗ１＜Ｗ３−Ｗ２となるように外周側に向けて漸次大きくなることになる。ただし、これら前穴壁面１０Ａ、後穴壁面１０Ｂ、および外周穴壁面１０Ｃがそれぞれ互いに交差する３つの交差稜線部は、該穴壁面１０Ａ〜１０Ｃや切屑排出溝４の溝壁面６および外周逃げ面８Ｃが軸線Ｏに直交する断面においてなす凹凸曲線よりも小さな曲率半径の凹曲面部１０Ｄによって滑らかに接続されており、前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの間隙はこれらの凹曲面部１０Ｄを除いた部分で、外周側に向けて漸次増大し、かつその増大する割合も漸次大きくなるようにされている。

ここで、本実施形態では、これら前穴壁面１０Ａと前溝壁面６Ａとの間隔Ａ、後穴壁面１０Ｂと後溝壁面６Ｂとの間隔Ｂ、および外周穴壁面１０Ｃと外周壁面８（外周逃げ面８Ｃ）との間隔Ｃの大きさは、間隔Ｃが最も大きくされるとともに間隔Ａ、Ｂは互いに等しくされている。なお、これらの間隔Ａ〜Ｃが一定であるとは、各穴壁面１０Ａ〜１０Ｃが形成された部分における溝壁面６Ａ、６Ｂおよび外周壁面８（外周逃げ面８Ｃ）との間隔Ａ〜Ｃが一定となる正規寸法に対して寸法差がそれぞれ±１０％の範囲にあればよく、また間隔Ａ、Ｂが等しいとは、これらの間隔Ａ、Ｂが等しくなる位置を基準としてクーラント穴１０が軸線Ｏを中心に±５°の範囲内に形成されていればよい。また、間隔Ａ、Ｂは、切刃９の外径（切刃９の外周端が軸線Ｏ回りになす円の直径）Ｄの３〜１５％の範囲内とされており、間隔Ｃは外径Ｄの５〜２０％の範囲内とされており、さらに上記凹曲面部１０Ｄの曲率半径は外径Ｄの１５％以下とされている。

また、ドリル本体１の軸線Ｏとクーラント穴１０との間隔Ｅ、すなわちクーラント穴１０の前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの交差稜線部に形成された上記凹曲面部１０Ｄに接する軸線Ｏを中心とした円の半径は、上記切刃９の外径Ｄの５〜２５％の範囲内とされており、特に本実施形態では軸線Ｏを中心として切屑排出溝４の溝壁面６に接する心厚円の半径よりも大きくされている。さらに、このクーラント穴１０の軸線Ｏに対する径方向の幅Ｆは切刃９の外径Ｄの１０〜３０％の範囲内とされ、クーラント穴１０の周方向の最大幅Ｇも同様に切刃９の外径Ｄの１０〜３０％の範囲内とされている。

一方、これら穴壁面１０Ａ〜１０Ｃのうち前穴壁面１０Ａと後穴壁面１０Ｂは、ドリル本体１の内周側に向かうに従い互いに接近するように延びることになるが、軸線Ｏに直交する断面において、これら前穴壁面１０Ａと後穴壁面１０Ｂとがなす挟角αは、切屑排出溝４の前溝壁面６Ａとランド部７の外周壁面８との交点（マージン部８Ａとの交点）Ｐと軸線Ｏを結ぶ直線Ｍと、後溝壁面６Ｂと外周壁面８との交点（面取り部６Ｃと外周逃げ面８Ｃとの交点）Ｑと軸線Ｏを結ぶ直線Ｎとがなす挟角βの５０〜８０％の範囲内とされている。

なお、本実施形態では上記前穴壁面１０Ａと後穴壁面１０Ｂは上述のようにクーラント穴１０の内周側に凸となるような断面凸曲線状をなし、その両端部で、互いの交差稜線部に形成された凹曲面部１０Ｄと、それぞれの外周穴壁面１０Ｃとの交差稜線部に形成された凹曲面部１０Ｄとに滑らかに連なるように接続されているので、図５に示すように上記挟角αは、これら前穴壁面１０Ａと後穴壁面１０Ｂの両端部にそれぞれ接する接線同士がなす交差角とすればよい。

このように構成されたクーラント穴付きドリルでは、上述のようにクーラント穴１０の前穴壁面１０Ａと後穴壁面１０Ｂとの周方向の間隙Ｗ１〜Ｗ３が、単位長さＬごとに外周側に向かうに従いＷ１＜Ｗ２＜Ｗ３となるように漸次増大し、しかもこの間隙が増大する割合もＷ２−Ｗ１＜Ｗ３−Ｗ２となるように外周側に向けて漸次大きくなるようにされているので、これら前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの間隙が外周側に向けてＷ２−Ｗ１＝Ｗ３−Ｗ２となるように一定の割合で大きくなるのに比べて、外周側における間隙をより大きなものとすることができ、これに伴いクーラントの供給量もクーラント穴１０の外周側でより多くすることができる。

その一方で、こうしてクーラント穴１０を通って供給されるクーラントには、穴明け加工時にドリル本体１が高速で軸線Ｏ回りに回転されることにより、外周側に向けて遠心力が作用する。従って、こうして外周側で供給量を増大させることが可能となったクーラントを遠心力によって加速して、より高速で先端逃げ面５における開口部から吐出させることができ、特に軸線Ｏからの回転径が大きいために切屑生成量や切削負荷、切削熱の発生が大きくなる切刃の外周側部位や、この切刃の外周側部位によって切削される被削材の加工穴外周側の切削部位により多くのクーラントを効率的に供給することが可能となる。このため、上記構成のクーラント穴付きドリルによれば、例えばステンレスのような熱伝導率の低い難削材に対しても、効果的な冷却、潤滑を図るとともに切屑の円滑な排出を促して、安定的かつ効率的な穴明け加工を行うことができる。

また、本実施形態では、こうしてクーラント穴１０の前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの周方向の間隙を外周側に向かうに従い漸次増大させ、かつこの間隙が増大する割合も外周側に向けて漸次大きくなるようにするのに、これら前穴壁面１０Ａと後穴壁面１０Ｂとを、軸線Ｏに直交する断面において、ともにクーラント穴１０の内側に凸となる凸曲線状をなすように形成しており、これによってドリル本体１の外周側におけるドリル回転方向Ｔ側とドリル回転方向Ｔの後方側とに広範囲にクーラントを行き渡らせることが可能となる。

すなわち、このようにクーラント穴１０の前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの間隙を外周側に向かうに従い漸次増大し、かつこの間隙が増大する割合も外周側に向けて漸次大きくなるようにするには、ドリル本体１の軸線Ｏに直交する断面において、これら前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの少なくとも一方がクーラント穴１０の内側に凸となる凸曲線状とされていればよく、他方は、同断面において直線状であっても、また間隙が増大する割合が外周側に向けて漸次大きくなっていればクーラント穴１０の外側に凹となる凹曲線であったりしてもよい。

ただし、これらの場合には、クーラント穴１０の内側に凸となる断面凸曲線状とされた前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂのうちの一方の側にクーラントが偏って供給されがちとなるのに対し、本実施形態では上述のように前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂをともにクーラント穴１０の内側に凸となる断面凸曲線状とすることにより、このような偏りを防いで周方向すなわちドリル回転方向Ｔとその後方側との広範囲にクーラントを行き渡らせることが可能となるのである。なお、クーラント穴１０の軸線Ｏに直交する断面形状自体は、上述の場合のように周方向に非対称であってもよいが、このような効果をさらに確実に奏功するには、周方向の中心線に対して対称形状とされるのが望ましい。

また、本実施形態では、クーラント穴１０の外周穴壁面１０Ｃは、軸線Ｏに直交する断面においてクーラント穴１０の外側に凹となるような凹曲線状をなすように形成されている。しかるに、この外周穴壁面１０Ｃについても、前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの間隙部分にまで突出してこの間隙を狭めるものでなければ前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂと同様にクーラント穴１０の内側に凸となる断面凸曲線状であったり、あるいは直線状であったりしてもよいが、上述のように断面凹曲線状とすることにより、先端逃げ面５のクーラント穴１０の開口部において、外周穴壁面１０Ｃと加工穴の穴底外周側の切削部位や加工穴内壁面との間隔を小さくすることができるので、本実施形態によれば、クーラント穴１０の外周側に効率的に供給された上記クーラントを、これら加工穴の外周側の切削部位に偏り無く行き渡らせることができる。

ところで、上述のように前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの間隙Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が単位長さＬごとに外周側に向けて大きくなる割合、すなわち（Ｗ３−Ｗ２）／（Ｗ２−Ｗ１）が小さすぎて例えば１（１００％）に近くなると、Ｗ３−Ｗ２≒Ｗ２−Ｗ１となって、上述のように外周側でのクーラントの供給量を十分に増大させることができなくなるおそれがある。その一方で、この割合が大きすぎても、クーラントの供給量は増大する反面、クーラント穴１０の上記断面における全穴壁面の周長が長くなることにより圧力損失が増大し、先端逃げ面５におけるクーラント穴１０の開口部からのクーラント吐出圧が低下して、クーラントの供給効率が損なわれるおそれがある。このため、前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの間隙が増大する割合は、後述する実施例で実証するように、軸線Ｏに対する径方向に外周側に向けての単位長さＬを１ｍｍとした場合に、この単位長さＬごとに１．３倍〜１．９倍の範囲すなわち１３０％〜１９０％の範囲で大きくなるようにされるのが望ましい。

一方、本実施形態では、このクーラント穴１０が、ランド部７を形成する切屑排出溝４の前溝壁面６Ａと一定の間隔Ａをあけた前穴壁面１０Ａと、後溝壁面６Ｂと一定の間隔Ｂをあけた後穴壁面１０Ｂと、外周壁面８の外周逃げ面８Ｃと一定の間隔Ｃをあけた外周穴壁面１０Ｃとを備えており、これら穴壁面１０Ａ〜１０Ｃと溝壁面６Ａ、６Ｂおよび外周壁面８との間に残されるドリル本体１の壁部の肉厚も該間隔Ａ〜Ｃとそれぞれ等しく一定とされる。このため、これらの壁部において肉厚が薄くなる部分が形成されるのを防いで、ドリル本体１の切刃部３における強度を確保することができ、穴明け加工時にドリル本体１に折損が生じたりするのを防止することができる。

さらに、これらの穴壁面１０Ａ〜１０Ｃは、こうして壁部の強度を確保したまま、それぞれ溝壁面６Ａ、６Ｂおよび外周壁面８に沿って延びるように、ある程度の幅をもって形成することができるので、これによりクーラント穴１０の断面積自体を大きくすることができて、総クーラント供給量を増大させることが可能となる。従って、本実施形態によれば、上述のように外周側に向けて前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの間隙を増大させるとともにその増大割合も大きくするのと相俟って、こうして多量に供給されるクーラントにより、穴明け加工時のドリル本体１の送りを大きくしても一層確実かつ効果的な潤滑、冷却を図ることができるとともに、生成された切屑を、切屑排出溝４を通して円滑に排出することが可能となる。

しかも、こうして間隔Ａ〜Ｃがそれぞれ一定とされることにより、先端逃げ面５におけるクーラント穴１０の開口部においても、前穴壁面１０Ａと切刃９との間隔を該切刃９に沿って略一定とすることができて、この切刃９の外周側だけでなく、内周側も含めて全長に亙って効率的にクーラントを供給することが可能となる。従って、切刃９や切削部位の潤滑、冷却効果に偏りが生じたりするのを防ぐことができて、やはりステンレスのような熱伝導率の低い難削材の穴明け加工においても、切刃９に部分的に溶着が発生したりするのを防止して安定した穴明け加工を行うことが可能となる。

これは、先端逃げ面５におけるクーラント穴１０の開口部の後穴壁面１０Ｂと切屑排出溝４の後溝壁面６Ｂとの間隔や、外周穴壁面１０Ｃと外周逃げ面８Ｃとの間隔についても同様であり、例えばこの外周穴壁面１０Ｃと外周逃げ面８Ｃとの間隔が一定とされることにより、外周逃げ面８Ｃと加工穴の内周面との間にも均等にクーラントを供給することが可能となって、マージン部８Ａの擦過により摩擦熱が生じた加工穴内周面の効率的な冷却や、これらマージン部８Ａと加工穴内周面との潤滑を図ることができる。また、クーラント穴１０の後穴壁面１０Ｂと切屑排出溝４の後溝壁面６Ｂとの間隔が一定とされることで、この後溝壁面６Ｂ側から切屑排出溝４に流入して切屑を押し出すクーラントの流れも切屑排出溝４内で略均等となるようにして、切刃９により生成された切屑を滞留させることなく速やかに排出することができる。

また、本実施形態では、このクーラント穴１０の外周穴壁面１０Ｃと外周壁面８（外周逃げ面８Ｃ）との間隔Ｃが、他の前穴壁面１０Ａと前溝壁面６Ａとの間隔Ａや後穴壁面１０Ｂと後溝壁面６Ｂとの間隔Ｂよりも大きくされており、これらの間隔Ａ〜Ｃ部分に残されるドリル本体１の肉厚も外周側で大きく確保される。このため、クーラント穴１０の断面積を増大させてクーラント供給量を増大させても、切刃部３におけるドリル本体１の強度をより効果的に維持あるいは向上させることができる。

ただし、この間隔Ｃが小さすぎると上記肉厚も小さくなって、このようなドリル本体１の強度を確保することができなくなり、逆に大きすぎるとクーラント穴１０の断面積が小さくなることになって、クーラント供給量の増大が望めなくなるおそれがある。このため、上記間隔Ｃは本実施形態のように切刃９の外径Ｄに対して５〜２０％の範囲内とされるのが望ましい。

一方、本実施形態では、上記間隔Ｃより小さくされた前穴壁面１０Ａと前溝壁面６Ａとの間隔Ａと、後穴壁面１０Ｂと後溝壁面６Ｂとの間隔Ｂとが互いに等しくされていて、上述のように肉厚が大きくされた間隔Ｃ部分の壁部を、その周方向の両端で、これら互いに等しい大きさとされた間隔Ａ、Ｂ部分の壁部で支持するような形状となり、ランド部７のドリル回転方向Ｔ前方側と後方側とでドリル本体１の強度のバランスをとることができるので、例えばいずれか一方の壁部が薄肉となるような場合に比べ、折損等の発生を一層確実に防止することができる。また、こうして間隔Ａ、Ｂが等しくされることにより、先端逃げ面５における前穴壁面１０Ａから切刃９までの間隔と、後穴壁面１０Ｂから後溝壁面６Ｂまでの間隔も等しくできるので、クーラントを切刃９側とヒール側とに一層均等に分散させることができる。

なお、互いに等しくされたこれら間隔Ａ、Ｂについても、これが小さすぎると当該間隔Ａ、Ｂ部分に残される壁部の肉厚も小さくなって、ドリル本体１の強度を十分に確保することができなくなるおそれがあり、逆にこの間隔Ａ、Ｂが大きすぎるとクーラント穴１０の断面積が小さくなって、クーラント供給量を増大することができなくなるおそれが生じる。このため、間隔Ａ、Ｂは本実施形態のように切刃９の外径Ｄに対して３〜１５％の範囲内とされるのが望ましい。

また、本実施形態では、ドリル本体１の軸線Ｏとクーラント穴１０との間隔Ｅが、軸線Ｏに直交する断面における該軸線Ｏと、クーラント穴１０の前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂに形成された凹曲面部１０Ｄとの間隔として、切刃９の外径Ｄの５〜２５％の範囲内とされている。

このため、ドリル本体１の軸線Ｏ周辺のウェブ部分にはクーラント穴１０が形成されることがなく、このウェブ部分に十分な肉厚を確保してドリル本体１の強度や捩れに対する剛性をさらに確実に維持することができる。ただし、この間隔Ｅが上記範囲より大きすぎると、軸線Ｏから大きく離れた位置から外周側にクーラント穴１０が形成されることになって、そのようなクーラント穴１０において上記間隔Ａ、Ｂを一定にしようとするとクーラント穴１０の断面積は小さくならざるを得ない。

一方、本実施形態では、このクーラント穴１０自体の大きさとして、軸線Ｏに対する径方向の幅Ｆが切刃９の外径Ｄの１０〜３０％の範囲内とされ、周方向の幅Ｇも外径Ｄの１０〜３０％の範囲内とされ、さらに前穴壁面１０Ａと後穴壁面１０Ｂとがなす挟角αは、切屑排出溝４の前溝壁面６Ａとランド部７の外周壁面８との交点（マージン部８Ａとの交点）Ｐと軸線Ｏを結ぶ直線Ｍと、後溝壁面６Ｂと外周壁面８との交点（面取り部６Ｃと外周逃げ面８Ｃとの交点）Ｑと軸線Ｏを結ぶ直線Ｎとがなす挟角βの５０〜８０％の範囲内とされており、これによっても十分な断面積を確保しつつ、ドリル本体１の強度の低下を防いでいる。

すなわち、これら幅Ｆや幅Ｇ、挟角αがそれぞれ上記範囲よりも大きすぎるとクーラント穴１０が大きくなりすぎて、間隔Ａ〜Ｃを一定としてもドリル本体１の強度を維持することができなくなる一方、逆に上記範囲よりも小さいとクーラント穴１０の断面積を切刃９の外径Ｄに対して大きくできずに、十分な潤滑、冷却効果を得ることができなくなるおそれがある。また、特に挟角αについては、上記範囲を上回った場合も、下回った場合も、間隔Ａ、Ｂを一定とすることができなくなるおそれも生じるので、これら幅Ｆや幅Ｇ、挟角αについても、本実施形態の範囲内とされるのが望ましい。

以下、上記実施形態におけるクーラント穴１０の前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの間隙が外周側に向けて増大する割合について、実施例を挙げて上記範囲が好適であることを実証する。本実施例では、この割合が上記範囲内の１６０％である実施例に対して、この実施例のクーラント穴１０に内接する円形断面の丸穴のクーラント穴を備えた比較例１と、上記割合がそれぞれ上記範囲の下限値を下回る１１６％とされた比較例２、および上限値を上回る１９７％とされた比較例３とで、いずれもＣＡＥ流体解析により、クーラントの流量と圧力損失とを、丸穴の比較例１を１００％として比較した。

なお、この流体解析モデルとしては、切刃９の外径Ｄが６ｍｍのドリルにおいて、軸線Ｏ方向の長さが８５ｍｍのクーラント穴１０を１つのみモデル化し、クーラントを水として、クーラントの供給圧を３ＭＰａ、クーラント穴１０の開口部における圧力を大気圧として流量および圧力損失を解析した。ここで、実施例におけるクーラント穴１０の幅Ｆは切刃９の外径Ｄの１８％、挟角αの挟角βに対する割合は７０％とした。

また、上記割合がそれぞれ上記範囲の下限値と上限値を越えている比較例２、３については、前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの交差稜線部の凹曲面部１０Ｄの両端における間隙（図６における間隙Ｗ１）およびクーラント穴１０の幅Ｆを実施例と同じとして、間隙がＬ＝１ｍｍごとに増大する割合をそれぞれ上述のように比較例２では１１６％、比較例３では１９７％とした。これら実施例および比較例１〜３について、クーラント穴１０の断面形状の外観、実施例および比較例２、３についての前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの間隙が外周側に向けて増大する割合、クーラント穴１０の断面積、周長、比較例１を１００％としたときの断面積比、クーラント流量を次表１に示すととともに、断面積比、クーラント流量、および圧力損失については図７〜図９にも示す。

これらの結果より、比較例１は勿論、前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの間隙が増大する割合が上記範囲よりも小さい比較例２においても、クーラントの圧力損失は少ないものの絶対的なクーラント穴１０の断面積が小さく、従ってクーラントの流量も少なくなるため、切刃９や被削材の切削部位の十分な冷却、潤滑、および良好な切屑排出を図ることができなくなるおそれがある。一方、逆に前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの間隙が増大する割合が上記範囲よりも大きい比較例３においては、クーラント穴１０の断面積および流量は実施例と比べても大きいが、図９に示すように実施例と比べて圧力損失の増大分が特に流量の増大分を上回るほど大きく、開口部からの吐出圧が不十分となって効率的なクーラントの供給が損なわれる結果となる。

これら比較例１〜３に対して、実施例では、クーラント穴１０の断面積およびクーラント流量は比較例１、２と比べて大きく、その一方で圧力損失は比較例３ほど大きくならないので、効率よくクーラント流量を増大させることができて、切刃９や被削材の切削部位に十分にクーラントを供給することができ、その確実な冷却や潤滑、および切屑の円滑な排出を図ることができる。

１ ドリル本体
３ 切刃部
４ 切屑排出溝
５ 先端逃げ面
６ 切屑排出溝４の溝壁面
６Ａ 前溝壁面
６Ｂ 後溝壁面
７ ランド部
８ 外周壁面
８Ａ マージン部
８Ｃ 外周逃げ面
９ 切刃
１０ クーラント穴
１０Ａ 前穴壁面
１０Ｂ 後穴壁面
１０Ｃ 外周穴壁面
Ｏ ドリル本体１の軸線
Ｔ ドリル回転方向
Ａ 前穴壁面１０Ａと前溝壁面６Ａとの間隔
Ｂ 後穴壁面１０Ｂと後溝壁面６Ｂとの間隔
Ｃ 外周穴壁面１０Ｃと外周壁面８（外周逃げ面８Ｃ）との間隔
Ｄ 切刃９の外径
Ｅ 軸線Ｏとクーラント穴１０との間隔
Ｆ クーラント穴１０の軸線Ｏに対する径方向の幅
Ｇ クーラント穴１０の周方向の最大幅
Ｗ１〜Ｗ３ クーラント穴１０の前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂの周方向の間隙
α 軸線Ｏに直交する断面において、前穴壁面１０Ａと後穴壁面１０Ｂとがなす挟角
β 軸線Ｏに直交する断面において、前溝壁面６Ａと外周壁面８との交点Ｐと軸線Ｏを結ぶ直線Ｍと、後溝壁面６Ｂと外周壁面８との交点Ｑと軸線Ｏを結ぶ直線Ｎとがなす挟角

Claims (4)

1. 軸線回りに回転させられるドリル本体の先端側に形成された切刃部に、この切刃部の先端逃げ面に開口するクーラント穴が穿設されており、このクーラント穴は、上記軸線に直交する断面において、ドリル回転方向前方側に位置する前穴壁面と、ドリル回転方向後方側に位置する後穴壁面と、上記ドリル本体の外周側に位置する外周穴壁面とを備えていて、このうち上記前穴壁面と後穴壁面とは、外周側に向かうに従い互いの周方向の間隙が漸次増大し、しかもこの間隙が増大する割合も外周側に向けて漸次大きくなるように形成されていることを特徴とするクーラント穴付きドリル。
2. 上記軸線に直交する断面において、上記前穴壁面と後穴壁面とは、上記クーラント穴の内側に凸となる凸曲線状をなしていることを特徴とする請求項１に記載のクーラント穴付きドリル。
3. 上記軸線に直交する断面において、上記外周穴壁面は、上記クーラント穴の外側に凹となるような凹曲線状をなしていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクーラント穴付きドリル。
4. 上記軸線に直交する断面において、上記前穴壁面と後穴壁面との周方向の間隙が増大する割合は、上記軸線に対する径方向に外周側に向けて１ｍｍごとに１３０％〜１９０％の範囲内で大きくなるように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クーラント穴付きドリル。

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