JP5526967B2 - 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おいて、螺旋状に捩れた切屑排出溝の間のランド部に、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。

このような切屑排出溝が螺旋状をなす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するとドリル本体の強度が損なわれて折損を生じるおそれがある。例えば、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平坦な２つの内壁面で画成される副孔とから構成したものでは、本孔の断面積が同じ場合に回転中心に向かって漸次減少するその内壁面間距離の減少する割合を小さくすると、これらの内壁面がなす挟角は小さくなってクーラント穴の断面積は大きくなるが、該内壁面と切屑排出溝の壁面との間隔は小さくなって肉厚が薄くなり、ドリル本体の強度は損なわれることになる。

これは、クーラント孔を断面楕円形とした特許文献２に記載のクーラント穴付きドリルでも同様であり、すなわちこの特許文献２では、上記楕円の長軸と短軸の比を１．２：１．０以上４．０：１．０以下とするとともに、この楕円の長軸方向を切刃と略平行から４５°回転方向後方側以下にすることが記載されているが、例えば長軸の長さが同じ場合にクーラント穴の断面積を増やそうとして長短軸比を小さくすると、短軸方向においてクーラント穴の内壁面と切屑排出溝壁面との肉厚が薄くなって折損を生じ易くなる。また、逆に長短軸比を大きくすると、先端逃げ面におけるクーラント穴の周方向の位置が上記角度の範囲で限定的となり、切刃側かヒール側のどちらか一方にクーラントの流れが偏ってしまうという問題もある。

さらに、特許文献３に記載された略三角形状のクーラント穴を有するドリルでは、この三角形が切刃側を底辺としヒール側に向けて高さを設け、高さと底辺の比率が０．４以上０．６以下である扁平した形状であって、この底辺が切刃と略平行または切刃より４５°回転方向後方側に設けられているので、やはりクーラントの流れに偏りが生じることが避けられず、しかもクーラント穴の断面積を大きくするには上記底辺自体を長くしなければならないため、クーラント供給量を増大させるにも自ずと限度がある。従って、これら従来のクーラント穴付きドリルでは、例えば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は、切削部位や切刃を十分に潤滑、冷却することができずに送りを小さくしたりしなければならず、効率的な穴明け加工を行うことは困難であった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、ドリル本体の強度は損なうことなくクーラント供給量を確実に増大させることができて、ステンレスのような難削材でも効率的で安定した穴明け加工を行う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切刃部が形成され、この切刃部の外周に、上記ドリル本体の先端逃げ面に開口して上記軸線回りに捩れつつ該軸線方向後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成されて、この切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く前溝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るとともに、上記切刃部において周方向に隣接する上記切屑排出溝の間に形成されるランド部には、上記切屑排出溝と並行して捩れつつ上記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して上記前溝壁面との間隔が一定とされた前穴壁面と、ドリル回転方向後方側に位置して上記切屑排出溝のドリル回転方向後方側を向く後溝壁面との間隔が一定とされた後穴壁面と、上記ドリル本体の外周側に位置して上記ランド部の外周壁面との間隔が一定とされた外周穴壁面とを備え、上記前穴壁面と上記後穴壁面が上記先端逃げ面と交差してなす上記クーラント穴のドリル回転方向前方側と後方側の開口縁は、該クーラント穴の内周側に凸となる凸曲線状を描いて、外周側に向かうに従い互いの周方向の間隙が漸次増大するとともに、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、そのクーラント穴を形成する前穴壁面と後穴壁面と外周穴壁面とが、ランド部を形成する切屑排出溝の前溝壁面と後溝壁面とランド部の外周壁面との間に、それぞれ一定の間隔を有しているので、これらの壁面間に形成される壁部の肉厚も一定として、肉厚の薄い部分が形成されるのを避けることができ、切刃部におけるドリル本体の強度を確保することができる。このため、ドリル本体に折損が生じたりするのを防いで、安定した穴明け加工を促すことができる。

そして、こうして強度が確保された上で、各穴壁面は各溝壁面および外周壁面に沿って延びることになるので、クーラント穴の断面積を大きくしてクーラントの供給量の増大を促すことが可能となるとともに、先端逃げ面におけるクーラント穴の前穴壁面と切刃との間隔、後穴壁面とヒール側の後溝壁面との間隔、および外周穴壁面とランド部の外周壁面との間隔も、それぞれ一定とすることができて、偏りのない均等なクーラントの供給を図ることができる。従って、加工穴の底面と先端逃げ面との間により多くのクーラントを満遍なく供給することができて、切削部位や切刃を効果的に潤滑、冷却するとともに切屑の円滑な排出を促すことが可能となる。

また、上記構成のクーラント穴付きドリルでは、上記外周穴壁面と上記外周壁面との間隔を、上記前穴壁面と上記前溝壁面との間隔、および上記後穴壁面と上記後溝壁面との間隔よりも大きくすることにより、ランド部の外周側でより大きな肉厚を確保することができて、ドリル本体の強度を一層向上させることができる。なお、この外周穴壁面と外周壁面との間隔は、上記切刃の外径の５〜２０％の範囲内であるのが望ましく、これよりも間隔が小さいとこれら外周穴壁面と外周壁面との間の肉厚も薄くなって十分な強度を確保することができなくなる一方、これよりも間隔が大きいとクーラント穴の断面積を十分に大きくすることができなくなるおそれが生じる。

さらに、上記前穴壁面と上記前溝壁面との間隔と、上記後穴壁面と上記後溝壁面との間隔とを、互いに等しくすることによっても、ランド部におけるドリル回転方向前方側の壁部の肉厚とドリル回転方向後方側の壁部の肉厚とを等しくして強度をバランスさせ、折損等が生じるのを防止することができるとともに、先端逃げ面においてクーラントを切刃側とヒール側とに略均等に分散することができて、偏りのないクーラント供給を促すことができる。なお、これらランド部のドリル回転方向前方側と後方側の壁部に十分な強度を確保しつつクーラント穴の断面積増大を図るには、上記前穴壁面と上記前溝壁面との間隔と、上記後穴壁面と上記後溝壁面との間隔とは、上記切刃の外径の３〜１５％の範囲内とされることが望ましい。

さらにまた、このように切屑排出溝の前後壁面との間隔がそれぞれ一定とされたクーラント穴の前後穴壁面は、ドリル本体の軸線側すなわち内周側に向けても上記前後壁面に沿うように延びることになるが、その内周端が上記軸線に近づきすぎると、例えば複数のクーラント穴が切刃部に形成されている場合においてこれらクーラント穴の内周端同士の間隔が小さくなりすぎて強度を確保することが困難となるおそれがある。他方、この間隔が大きすぎるとやはりクーラント穴断面積を大きくすることができなくなるおそれがあるため、上記軸線と上記クーラント穴との間隔は、軸線に直交する断面におけるクーラント穴の内周端との間隔として上記切刃の外径の５〜２５％の範囲内とされることが望ましい。

一方、こうしてクーラント穴の前穴壁面と後穴壁面と外周穴壁面とが、ランド部の前溝壁面と後溝壁面と外周壁面との間にそれぞれ一定の間隔をあけていても、クーラント穴自体が小さすぎると十分なクーラント供給量を確保することが困難となるおそれがあり、逆に大きすぎるとドリル本体強度を維持することができなくなるおそれがある。このため、クーラント穴は、上記軸線に対する径方向については、その幅が、上記切刃の外径の５〜３５％の範囲内であるのが望ましく、また周方向については、上記軸線に直交する断面において、上記前穴壁面と上記後穴壁面とがなす挟角が、上記前溝壁面と上記ランド部の外周壁面との交点と上記軸線を結ぶ直線と、上記後溝壁面と上記ランド部の外周壁面との交点と上記軸線を結ぶ直線とがなす挟角の５０〜８０％の範囲内と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、クーラント穴の断面積を大きくしてクーラント供給量を増大させつつも、ドリル本体の強度は十分に確保することができ、これにより、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、穴明け加工時に折損等が発生したりするのを確実に防ぎながら、加工穴の切削部位と切刃の効果的な潤滑、冷却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可能となる。

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。 クーラント穴の外周穴壁面と外周壁面（外周逃げ面）との間隔Ｃの切刃の外径Ｄに対する割合を変化させたときのＣＡＥ解析によるトルクに対する相対剛性の比較結果を示す図である。 クーラント穴の外周穴壁面と外周壁面（外周逃げ面）との間隔Ｃの切刃の外径Ｄに対する割合を変化させたときのクーラント穴の出口流量相対比較の結果を示す図である。 クーラント穴の前穴壁面と切屑排出溝の前溝壁面との間隔Ａの切刃の外径Ｄに対する割合と、クーラント穴の後穴壁面と切屑排出溝の後溝壁面との間隔Ｂの切刃の外径Ｄに対する割合を変化させたときのＣＡＥ解析によるトルクに対する相対剛性の比較結果を示す図である。 クーラント穴の前穴壁面と切屑排出溝の前溝壁面との間隔Ａの切刃の外径Ｄに対する割合と、クーラント穴の後穴壁面と切屑排出溝の後溝壁面との間隔Ｂの切刃の外径Ｄに対する割合を変化させたときのクーラント穴の出口流量相対比較の結果を示す図である。 ドリル本体の軸線Ｏとクーラント穴との間隔Ｅの切刃の外径Ｄに対する割合を変化させたときのＣＡＥ解析によるトルクに対する相対剛性の比較結果を示す図である。 ドリル本体の軸線Ｏとクーラント穴との間隔Ｅの切刃の外径Ｄに対する割合を変化させたときのクーラント穴の出口流量相対比較の結果を示す図である。 クーラント穴の軸線Ｏに対する径方向の幅Ｆの切刃の外径Ｄに対する割合を変化させたときのＣＡＥ解析によるトルクに対する相対剛性の比較結果を示す図である。 クーラント穴の軸線Ｏに対する径方向の幅Ｆの切刃の外径Ｄに対する割合を変化させたときのクーラント穴の出口流量相対比較の結果を示す図である。 ドリル本体の軸線Ｏに直交する断面において、クーラント穴の前穴壁面と後穴壁面とがなす挟角αが、切屑排出溝の前溝壁面とランド部の外周壁面との交点と軸線Ｏを結ぶ直線と、後溝壁面とランド部の外周壁面との交点と軸線Ｏを結ぶ直線とがなす挟角βに対してなす割合を変化させたときのＣＡＥ解析によるトルクに対する相対剛性の比較結果を示す図である。 ドリル本体の軸線Ｏに直交する断面において、クーラント穴の前穴壁面と後穴壁面とがなす挟角αが、切屑排出溝の前溝壁面とランド部の外周壁面との交点と軸線Ｏを結ぶ直線と、後溝壁面とランド部の外周壁面との交点と軸線Ｏを結ぶ直線とがなす挟角βに対してなす割合を変化させたときのクーラント穴の出口流量相対比較の結果を示す図である。

図１ないし図５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。

そして、このクーラント穴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前方側に位置して切屑排出溝４の上記前溝壁面６Ａとの間隔Ａが一定とされた前穴壁面１０Ａと、ドリル回転方向Ｔ後方側に位置して切屑排出溝４の上記後溝壁面６Ｂとの間隔Ｂが一定とされた後穴壁面１０Ｂと、ドリル本体１の外周側に位置してランド部７の外周壁面８のうち上記外周逃げ面８Ｃとの間隔Ｃが一定とされた外周穴壁面１０Ｃとを備えた形状とされている。

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って、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、そのクーラント穴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。

そして、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、クーラント穴１０の断面積を大きくすることができて、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、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、切刃９や被削材の切削部位（加工穴の底面）の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の全長に亙って均等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、例えば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。

特に、本実施形態では、このクーラント穴１０の断面形状が上述のように「銀杏の葉」形状をなしていて、このクーラント穴１０が開口する先端逃げ面５の開口部も略同様の形状となり、すなわち凹曲面部１０Ｄを除いて、上記前後穴壁面１０Ａ、１０Ｂが先端逃げ面５と交差してなすドリル回転方向前方側と後方側の開口縁は、クーラント穴１０の内周側に凸となるような凸曲線状を描いて、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るとともに、外周穴壁面１０Ｃが先端逃げ面５と交差してなす外周側の開口縁は、外周逃げ面８Ｃとの間隔が一定でクーラント穴１０の外周側に凹となる凹曲線状、つまり軸線Ｏを中心とした円筒面上に位置する凹曲線に形成されることになる。

従って、このようにクーラント穴１０の開口部の周方向の間隙が、ドリル本体１の回転によって遠心力が作用する外周側に向かうに従い、その増大割合を増加させつつ増大していることにより、上述のように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、より高速で上記開口部から吐出させて切刃９や切削部位等に行き渡らせることが可能となる。さらに、このクーラント穴１０の開口部の周方向の間隙は、その最外周の外周穴壁面１０Ｃが先端逃げ面５と交差してなす上記開口縁で概ね最大となるので、こうして高速で吐出させられるクーラントをより広範囲に分散させることができ、潤滑、冷却効果の偏りを一層確実に防ぐことが可能となる。

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間隔Ａ〜Ｃ、Ｅ、幅Ｆ、および挟角αの挟角βに対する割合について、それぞれ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、これら間隔Ａ〜Ｃ、Ｅ、幅Ｆ、および挟角αの挟角βに対する割合が上記範囲内にある実施例（ベンチマーク：ＢＭ）に対して、それぞれ上記範囲の上限値と下限値を越えている比較例とで、いずれもＣＡＥ解析により、実施例を１００％としたとき、トルクに対する剛性を相対評価にて解析するとともに、クーラント穴に流れるクーラントの流量を流体解析した。

なお、トルクに対する解析モデルとしては、上記実施形態における切刃９の外径Ｄを６ｍｍとして、外周逃げ面８Ｃの外径を５．８９２ｍｍとした長さ４６ｍｍの超硬合金製の円柱軸の外周に、実施例とこれらに対する比較例とで共通の断面の一対の切屑排出溝４を螺旋状に形成するとともに、これらの切屑排出溝４の間のランド部７に実施例と比較例とでそれぞれのクーラント穴１０を形成し、この円柱軸の一端を固定するとともに他端に５Ｎｍのトルクを与えたとして、この他端から一端側に１５ｍｍの位置におけるトルクに対する剛性を解析した。

また、クーラント穴に流れるクーラントの流量の解析モデルとしては、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を解析した。さらに、実施例（ＢＭ）における間隔Ａ、Ｂはともに切刃９の外径Ｄの１０％、間隔Ｃは切刃９の外径Ｄの１３％、間隔Ｅは切刃９の外径Ｄの１６％、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。

上述のようにクーラント穴１０の外周穴壁面１０Ｃと外周壁面（外周逃げ面８Ｃ）との間隔Ｃを切刃９の外径Ｄの１３％とした実施例（ＢＭ）を１００％とした場合に、この間隔Ｃを切刃９の外径Ｄの２０％を超える２３％とした比較例と、５％を下回る３％とした比較例との、ＣＡＥ解析によるトルクに対する相対剛性の結果を図６に、クーラント穴の出口流量相対比較の結果を図７に、それぞれ示す。

この結果より、外周穴壁面１０Ｃと外周壁面との間隔Ｃを上記範囲よりも大きな２３％としたものでは、剛性は実施例に対して３％弱しか増大していないのに対して、クーラントの流量は７６％以上も低減しており、十分な潤滑、冷却効果を得ることができなくなる。一方、逆に間隔Ｃを上記範囲よりも小さな３％としたものでは、クーラントの流量は１７３％も増大しているものの、剛性は３０％近く低下しており、剛性不足によって穴明け加工時に折損を生じるおそれがある。

クーラント穴１０の前穴壁面１０Ａと切屑排出溝４の前溝壁面６Ａとの間隔Ａと、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Ｂを、ともに上述のように切刃９の外径Ｄの１０％とした実施例（ＢＭ）を１００％とした場合に、これらの間隔Ａ、Ｂを切刃９の外径Ｄの１５％を超える１７％とした比較例と、３％を下回る２％とした比較例との、ＣＡＥ解析によるトルクに対する相対剛性の結果を図８に、クーラント穴の出口流量相対比較の結果を図９に、それぞれ示す。

この結果より、間隔Ａ、Ｂをともに上記範囲よりも大きな１７％としたものでは、剛性は実施例に対して３％弱しか増大していないのに対して、クーラントの流量は約８４％も低減しており、十分な潤滑、冷却効果を得ることができなくなる。一方、逆に間隔Ａ、Ｂを上記範囲よりも小さな２％としたものでは、クーラントの流量は３倍近く増大しているが、剛性は４５％以上も低下しており、剛性不足によって穴明け加工時に折損を生じるおそれがある。

ドリル本体１の軸線Ｏとクーラント穴１０との間隔Ｅを上述のように切刃９の外径Ｄの１６％とした実施例（ＢＭ）を１００％とした場合に、この間隔Ｅを切刃９の外径Ｄの２５％を超える２６％とした比較例と、５％を下回る４％とした比較例との、ＣＡＥ解析によるトルクに対する相対剛性の結果を図１０に、クーラント穴の出口流量相対比較の結果を図１１に、それぞれ示す。

この結果より、軸線Ｏとクーラント穴１０との間隔Ｅを上記範囲よりも大きな２６％としたものでは、剛性は実施例と略変わらないのに対して、クーラントの流量は６７％以上も低減しており、十分な潤滑、冷却効果を得ることができなくなる。一方、逆に間隔Ｅを上記範囲よりも小さな４％としたものでは、実施例と比べて剛性の低下やクーラント流量の増大は僅かであったが、芯厚部においてクーラント穴１０の間にクラックが生じるおそれがある。

クーラント穴１０の軸線Ｏに対する径方向の幅Ｆを上述のように切刃９の外径Ｄの１８％とした実施例（ＢＭ）を１００％とした場合に、この幅Ｆを切刃９の外径Ｄの３０％を超える３５％とした比較例と、１０％を下回る５％とした比較例との、ＣＡＥ解析によるトルクに対する相対剛性の結果を図１２に、クーラント穴の出口流量相対比較の結果を図１３に、それぞれ示す。

この結果より、クーラント穴１０の幅Ｆを上記範囲よりも大きな３５％としたものでは、クーラントの流量は実施例より１３５％も増大しているものの、剛性が１８％以上低下しており、剛性不足によって穴明け加工時に折損を生じるおそれがある。一方、逆にクーラント穴１０の径方向の幅Ｆを上記範囲よりも小さな５％としたものでは、剛性は実施例と略変わらないのに拘わらず、クーラントの流量は８５％も低下しており、十分な潤滑、冷却効果を得ることができなくなる。

ドリル本体１の軸線Ｏに直交する断面において、クーラント穴１０の前穴壁面１０Ａと後穴壁面１０Ｂとがなす挟角αを、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Ｐと軸線Ｏを結ぶ直線Ｍと、後溝壁面６Ｂとランド部７の外周壁面８との交点Ｑと軸線Ｏを結ぶ直線Ｎとがなす挟角βに対して７０％とした実施例（ＢＭ）を１００％とした場合に、この挟角α、βの割合α／βを８０％を超える８３％とした比較例と、５０％を下回る４８％とした比較例との、ＣＡＥ解析によるトルクに対する相対剛性の結果を図１４に、クーラント穴の出口流量相対比較の結果を図１５に、それぞれ示す。

この結果より、挟角α、βの割合α／βを上記範囲よりも大きな８３％としたものでは、クーラントの流量は実施例より６５％以上も増大しているものの、剛性が８％以上低下しており、剛性不足によって穴明け加工時に折損を生じるおそれがある。一方、逆に挟角α、βの割合α／βを上記範囲よりも小さな４８％としたものでは、剛性は実施例と略変わらないのに拘わらず、クーラントの流量は６４％以上も低下しており、十分な潤滑、冷却効果を得ることができなくなる。

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
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、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 (8)

1. 軸線回りに回転させられるドリル本体の先端側に切刃部が形成され、この切刃部の外周に、上記ドリル本体の先端逃げ面に開口して上記軸線回りに捩れつつ該軸線方向後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成されて、この切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く前溝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るとともに、上記切刃部において周方向に隣接する上記切屑排出溝の間に形成されるランド部には、上記切屑排出溝と並行して捩れつつ上記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して上記前溝壁面との間隔が一定とされた前穴壁面と、ドリル回転方向後方側に位置して上記切屑排出溝のドリル回転方向後方側を向く後溝壁面との間隔が一定とされた後穴壁面と、上記ドリル本体の外周側に位置して上記ランド部の外周壁面との間隔が一定とされた外周穴壁面とを備え、上記前穴壁面と上記後穴壁面が上記先端逃げ面と交差してなす上記クーラント穴のドリル回転方向前方側と後方側の開口縁は、該クーラント穴の内周側に凸となる凸曲線状を描いて、外周側に向かうに従い互いの周方向の間隙が漸次増大するとともに、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. 上記外周穴壁面と上記外周壁面との間隔が、上記前穴壁面と上記前溝壁面との間隔、および上記後穴壁面と上記後溝壁面との間隔よりも大きい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. 上記外周穴壁面と上記外周壁面との間隔が、上記切刃の外径の５〜２０％の範囲内であ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. 上記前穴壁面と上記前溝壁面との間隔と、上記後穴壁面と上記後溝壁面との間隔とは、互いに等しいことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のクーラント穴付きドリル。
5. 上記前穴壁面と上記前溝壁面との間隔と、上記後穴壁面と上記後溝壁面との間隔とが、上記切刃の外径の３〜１５％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のクーラント穴付きドリル。
6. 上記軸線と上記クーラント穴との間隔が、上記切刃の外径の５〜２５％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のクーラント穴付きドリル。
7. 上記クーラント穴の上記軸線に対する径方向の幅が、上記切刃の外径の１０〜３０％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のクーラント穴付きドリル。
8. 上記軸線に直交する断面において、上記前穴壁面と上記後穴壁面とがなす挟角が、上記前溝壁面と上記ランド部の外周壁面との交点と上記軸線を結ぶ直線と、上記後溝壁面と上記ランド部の外周壁面との交点と上記軸線を結ぶ直線とがなす挟角の５０〜８０％の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項７のうち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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