JP5828217B2 - ドリル - Google Patents

Description

本発明は、ドリル本体の先端逃げ面が第１、第２の少なくとも２つの逃げ面によって構成されたドリルに関するものである。

このようなドリルとして、例えば特許文献１には、ドリル本体の先端に一対の先端切刃稜およびクロスシンニングによるチゼルエッジを備えた先端逃げ面が形成され、この先端逃げ面に第１逃げ面、第２逃げ面が形成されたドリルが提案されている。また、特許文献２にも、逃げ面を第１から第ｎ（ｎ≧３）まで形成し、第１逃げ面と第２逃げ面以外の逃げ面間境界部に油穴を開口させたドリルが提案されている。

特許第３２１５４９７号公報 特開平９−１６２０６号公報

ところで、これら特許文献１、２に記載されたドリルは、例えば特許文献１に「第１逃げ面３および第２逃げ面４による直線状の交差稜Ｌが軸中心を通る直径線として形成されている。」と記載されているように、第１、第２逃げ面の交線がドリル本体の回転軸線と交差して、この交線が先端逃げ面においてドリル本体の回転中心を通るように延びており、従って切刃の逃げ角は、シンニングによって形成されたシンニング刃も含めて、ドリル回転方向に位置する第１逃げ面の逃げ角によって決定されてしまう。

このため、この第１逃げ面の逃げ角が大きいと、切刃の刃物角が全体的に小さくなって切刃強度が低下し、特に高速切削の場合には内周側よりも周速が高速となるドリル本体外周側の切刃において逃げ面摩耗が不均一となったりチッピングが生じ易くなったりしてしまう。その一方で、逆に第１逃げ面の逃げ角が小さいと、刃物角は大きくなって切刃強度は確保されるものの、特に先端逃げ面におけるドリル本体内周側の上記回転中心周辺において二番当りを生じて摩耗が大きくなってしまい、スラスト荷重の異常な上昇を引き起こす結果となる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、切刃の外周側における逃げ面摩耗の不均一やチッピングを防ぐとともに内周側では二番当りを防止することが可能な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、軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に、上記ドリル本体の先端逃げ面に開口して後端側に延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く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てなるドリルにおいて、上記先端逃げ面には、上記ドリル回転方向からドリル回転方向後方側に向けて順に、第１先端逃げ面と、この第１先端逃げ面よりも逃げ角が大きい第２先端逃げ面と、この第２先端逃げ面よりもさらに大きな逃げ角が与えられた第３先端逃げ面とが少なくとも形成されているとともに、上記切刃の内周側にはシンニング刃が形成されており、上記第１、第２先端逃げ面の交線はこのシンニング刃に交差させられ、上記第２、第３先端逃げ面の交線は上記軸線方向先端視でこの軸線と交差するように延びていることを特徴とする。

このように構成されたドリルにおいては、先端逃げ面にあってドリル回転方向に位置する第１先端逃げ面と、そのドリル回転方向後方側に位置する第２先端逃げ面との交線が切刃に交差させられており、従って切刃の内周側はこの交線よりもドリル回転方向後方側の第１先端逃げ面よりも逃げ角の大きい第２先端逃げ面上に形成されることになる一方、これよりも外周側の切刃は上記交線よりもドリル回転方向側の第２先端逃げ面よりも逃げ角が小さくなる第１先端逃げ面上に形成されることになる。

このため、ドリル本体の外周側では切刃の刃物角を大きくして切刃強度を確保することができ、逃げ面摩耗を均一にするとともにチッピングの発生を防止することができる。その一方で、ドリル本体内周側では切刃の逃げ角を大きくして二番当りの発生を防ぐことができ、先端逃げ面の回転中心近傍において摩耗が大きくなるとともにスラスト荷重が異常上昇して過大なドリル押し込み力を要したり、ドリル本体に折損が生じたりするのを防止することが可能となる。

さらに、本発明では、上記切刃の内周側にシンニングが施されることによってシンニング刃が形成されており、上記第１、第２先端逃げ面の交線はこのシンニング刃に交差させられている。このため、第１先端逃げ面上に形成される切刃の長さを長くすることができて、切刃の摩耗を一層均一にすることができ、チッピングの発生を一層確実に防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、ドリル本体の外周側では切刃強度を確保して不均一な切刃の摩耗やチッピングの発生を防ぎつつ、内周側では二番当りを防止して先端逃げ面の回転中心周辺における摩耗を抑え、スラスト荷重の異常上昇が生じるのを避けることができる。

本発明の第１の実施形態を示すドリル本体の正面図である。 図１における矢線Ｘ方向視（図１においてシンニング刃６Ａに沿った方向視）の拡大側面図である。 図１における矢線Ｙ方向視（図１において軸線Ｏと切刃６の外周端とを結ぶ直線方向視）の拡大側面図である。 本発明の第１の実施形態に対する参考例を示すドリル本体の正面図である。 図１ないし図３に示した第１の実施形態に基づく実施例のドリルによって穴明け加工を行ったときの切刃の摩耗状態を示す（ａ）拡大正面図、（ｂ）すくい面側から見た拡大側面図である。 図５に示す実施例に対する第１の比較例のドリルによって穴明け加工を行ったときの切刃の摩耗状態を示す（ａ）拡大正面図、（ｂ）すくい面側から見た拡大側面図である。 図５に示す実施例に対する第２の比較例のドリルによって穴明け加工を行ったときの切刃の摩耗状態を示す（ａ）拡大正面図、（ｂ）すくい面側から見た拡大側面図である。

図１ないし図３は、本発明の第１の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軸線Ｏを中心とした概略円柱状をなし、図示されない後端側のシャンク部が工作機械の主軸に把持されて、軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転させられつつ該軸線Ｏ方向先端側に送り出されることにより、ドリル本体１の先端部に形成された刃部２によって被削材に穴明け加工を行う。

この刃部２の外周には、ドリル本体１の先端面である先端逃げ面３に開口して後端側に延びる切屑排出溝４が、本実施形態では一対、軸線Ｏに対して１８０°回転対称に形成されており、これらの切屑排出溝４のドリル回転方向Ｔを向く壁面をすくい面５として、この壁面と上記先端逃げ面３との交差稜線部に切刃６が形成されている。なお、本実施形態では切屑排出溝４は後端側に向かうに従い軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔの後方側に向かうように螺旋状に形成されていて、いわゆる２枚刃のツイストドリルとされている。

ここで、本実施形態では、先端逃げ面３のドリル回転方向Ｔ後方側の部分がドリル本体１の内周側から外周にかけて切り欠かれるようにしてシンニングが施されることにより、切刃６のドリル本体１内周側にシンニング刃６Ａが形成されており、このシンニング刃６Ａによって切刃６は、図１に示すように先端逃げ面６における軸線Ｏ上の回転中心近傍にまで延びている。

また、このシンニング刃６Ａよりも外周側において切刃６は、本実施形態では外周側に向けて順に、ドリル回転方向Ｔ側に凸となる凸曲線を描いた後、ドリル回転方向Ｔ後方側に凹となる凹曲線を描き、さらにドリル本体１の外周側において再びドリル回転方向Ｔに凸となる凸曲線を描いて切刃６の外周端に至るように形成されている。なお、これら切刃６がなす凹凸曲線同士および内周側の凸曲線とシンニング刃６Ａとは、互いに滑らかに連なるようにされている。また、切刃６にはホーニングが施されていてもよい。

一方、切刃６のドリル回転方向Ｔ後方側に連なることになる上記先端逃げ面３には、ドリル回転方向Ｔからドリル回転方向Ｔ後方側に向けて順に、ドリル回転方向Ｔの後方側に向かうに従い軸線Ｏ方向に後退するように第１の逃げ角αが与えられた第１先端逃げ面３Ａと、この第１先端逃げ面３Ａよりも大きな第２の逃げ角βが与えられた第２先端逃げ面３Ｂとが少なくとも形成されており、本実施形態ではこの第２先端逃げ面３Ｂのドリル回転方向Ｔ後方側に、第２の逃げ角βよりもさらに大きな逃げ角が与えられた第３先端逃げ面３Ｃが、上記シンニングにより切り欠かれた部分に連なるように形成されている。

そして、これら第１〜第３先端逃げ面３Ａ〜３Ｃのうち、第１先端逃げ面３Ａと第２先端逃げ面３Ｂとの交線Ｌは、図１に示すように切刃６と交差させられている。ここで、本実施形態では、この交線Ｌは、切刃６のうちドリル本体１の内周側に形成された上記シンニング刃６Ａと交差することによって該切刃６と交差するようにされている。

より詳しくは、本実施形態では、上記第２先端逃げ面３Ｂと第３先端逃げ面３Ｃとの交線Ｍが、軸線Ｏ方向先端視で図１に示すようにこの軸線Ｏと上記回転中心において交差するように直径方向に延びており、第１、第２先端逃げ面３Ａ、３Ｂの交線Ｌは同じく軸線Ｏ方向先端視において上記交線Ｍに平行にドリル回転方向Ｔ側に位置して切刃６と交差させられている。なお、第３先端逃げ面３Ｃにはクーラント穴７が開口させられている。なお、本実施形態では、第１〜第３先端逃げ面３Ａ〜３Ｃは傾斜平面状とされており、従って交線Ｌ、Ｍはともに直線状に延びることになる。

このように構成されたドリルでは、切刃６と交線Ｌとの交点よりもドリル本体１の外周側において、切刃６は、第２先端逃げ面３Ｂの第２の逃げ角βよりも小さな第１の逃げ角αが与えられた第１先端逃げ面３Ａのドリル回転方向Ｔ側の辺稜部に形成されることになり、図３に示すように刃物角θは第２先端逃げ面３Ｂの辺稜部に切刃６が形成された場合よりも大きくなる。このため、切刃強度の向上を図ることができて、特に高速切削の場合などでも、切刃６の摩耗の均一化を図るとともにチッピングの発生を防止することが可能となる。

その一方で、ドリル本体１の内周側すなわち先端逃げ面３の上記回転中心側では、切刃６は、上記第１の逃げ角αよりも大きな第２の逃げ角βが与えられた第２先端逃げ面３Ｂ上に形成されるので、この回転中心において先端逃げ面３に二番当りが生じるのを防ぐことができる。このため、この二番当りにより回転中心近傍の摩耗が大きくなるのを防ぐことができるとともに、スラスト荷重が異常に上昇するようなこともなく、ドリル本体１を送り出すときの押し込み力が増大したり過度のスラスト荷重によってドリル本体１に折損が生じたりすることもない。

従って、上記構成のドリルによれば、このようなドリル本体１の折損は勿論、切刃６の不均一な摩耗やチッピング、あるいは二番当りによる摩耗によってドリル寿命が短縮されるのを防ぐことができ、たとえ高速切削に用いた場合でも長期にわたって安定した穴明け加工を行うことが可能な長寿命のドリルを提供することができる。

また、本実施形態のドリルでは、ドリル本体１の内周側において切刃６にシンニングが施されることによってシンニング刃６Ａが形成されており、上記交線Ｌはこのシンニング刃６Ａに交差することにより切刃６と交差させられている。従って、切刃６は、その長さの１／２以上の大部分が第１先端逃げ面３Ａとすくい面５との交差稜線部に形成されることになり、一層の切刃強度の向上を図ることができるので、特に高速切削の場合に、内周側よりも周速が高速となる切刃６の外周側でも、不均一な摩耗やチッピングの発生を確実に防止することができる。

次に、図４に示すのは、第１の実施形態に対する参考例であって、この第１の実施形態では、このように交線Ｌをシンニング刃６Ａに交差させることによって切刃６に交差させているが、図４に示す参考例では、シンニング刃６Ａが形成されていても交線Ｌはこのシンニング刃６Ａに交差することなく、シンニング刃６Ａより外周側で切刃６と交差している。なお、この図４に示す参考例において、図１ないし図３に示した第１の実施形態と共通する部分には同一の符号を配して説明を省略する。

ここで、この参考例では、図４に示すように第１、第２先端逃げ面３Ａ、３Ｂの交線Ｌは上述のようにシンニング刃６Ａよりも外周側の凹凸曲線により形成された切刃６のうち、凹曲線をなす部分に交差するように形成されていて、切刃６は、この交線Ｌとの交点から上記凹曲線をなす部分とその外周側に延びて凸曲線状をなしつつ外周端に至る部分までの、切刃６の長さの１/２よりも短い部分が、第１先端逃げ面３Ａのドリル回転方向Ｔに形成されることになる。

このような参考例によれば、切刃６の外周側では十分な切刃強度を確保しつつ、交線Ｌとの交点よりも内周側の切刃６の大部分では、シンニング刃６Ａも含めて切刃６に大きな第２の逃げ角βを与えることができるので、例えばドリル本体１の送りを大きくして穴明け加工を行うような場合でも、二番当りを確実に防いで回転中心部における摩耗やスラスト荷重の増大を防止することができる。

なお、これら第１の実施形態および参考例では、シンニング刃６Ａよりも外周側で切刃６が軸線Ｏ方向先端視に凹凸曲線を描くように形成されているが、このような凹凸曲線を描くことなく、例えば切刃６が軸線Ｏ方向先端視に直線状をなすようなドリルにも本発明は適用可能である。このような場合に、交線Ｌは交線Ｍと平行ではなく、斜めに延びて切刃６と交差させられていてもよい。さらに、先端逃げ面３には第４以上の先端逃げ面が形成されていてもよく、また、これらの先端逃げ面の交線は２つ以上の交線が切刃６に交差するようにされていてもよい。

次に、実施例を挙げて本発明の効果について説明する。本実施例では、上述した第１の実施形態に基づくドリルによって被削材に高速切削を行い、その際の切刃６の摩耗を観察した。この結果を、１つの切刃（図１における左側の切刃）６について、先端逃げ面３側から見た拡大正面図を図５（ａ）に、すくい面５側から見た拡大側面図を図５（ｂ）に示す。ここで、これら図５（ａ）、（ｂ）においてハッチングで示してあるのは摩耗領域である。

なお、このときのドリル本体１は、切刃６の直径が１０ｍｍの超硬合金製であって表面にＰＶＤコーティングを施したものであり、第１の逃げ角αは２°、第２の逃げ角βは１２°、さらに第３先端逃げ面３Ｃの逃げ角は２５°であった。さらに、被削材はＳ５０Ｃ材、穴明け加工の条件は切削速度ｖｃ＝２００ｍ／ｍｉｎ、送りｆｒ＝０．２７ｍｍ／ｒｅｖで、クーラントを１ＭＰａの圧力で内部供給しながら、加工深さ２５ｍｍの加工穴を切削長４０ｍとなるまで穴明け加工した。

また、この実施例に対する第１の比較例として、上記第１の実施形態のドリルにおける第２、第３先端逃げ面３Ｂ、３Ｃの交線Ｍの位置からドリル回転方向Ｔ側に、実施例の第２の逃げ角βと等しい１２°の逃げ角で切刃６に達するように単一の逃げ面を形成したドリルと、第２の比較例として同じく上記交線Ｍの位置からドリル回転方向Ｔ側に、実施例の第１の逃げ角αと等しい２°の逃げ角で切刃６に達するように単一の逃げ面を形成したドリルとを製造し、実施例と同じ条件で穴明け加工を行った。

このときの切刃６の摩耗の状態を、それぞれ図６および図７に示す。なお、図５と同様にこれら図６（ａ）、（ｂ）および図７（ａ）、（ｂ）においてハッチングで示してあるのは摩耗領域である。また、図６（ａ）、（ｂ）において網掛けで示してあるのはチッピングが生じた部分である。なお、これら図６および図７において、先端逃げ面３のうち逃げ角α、βが等しくされた逃げ面３Ａ〜３Ｃを含めて上記第１の実施形態と共通する部分には同一の符号を配してある。

これら図５ないし図７の結果より、本発明に関わる図５に示した実施例のドリルでは、切刃６の摩耗がその全長に亙って略均一であり、異常な損傷やチッピングは生じていないのが分かる。これに対して、図６に示した第１の比較例のドリルでは、切刃６に連なる逃げ面３の逃げ角が第２の逃げ角βと等しく１２°と大きいため、切刃強度が確保できずに逃げ面摩耗が不均一で、チッピングが生じていた。一方、切刃６に連なる逃げ面３の逃げ角が第１の逃げ角αと等しい第２の比較例では、チッピングの発生は認められず、切刃６の外周側では摩耗も均一であったが、内周側の回転中心周辺で逃げ面摩耗が大きく、また切削抵抗も大きかった。

１ ドリル本体
３ 先端逃げ面
３Ａ 第１先端逃げ面
３Ｂ 第２先端逃げ面
３Ｃ 第３先端逃げ面
４ 切屑排出溝
５ すくい面
６ 切刃
６Ａ シンニング刃
Ｏ ドリル本体１の軸線
Ｔ ドリル回転方向
Ｌ 第１、第２先端逃げ面３Ａ、３Ｂの交線
Ｍ 第２、第３先端逃げ面３Ｂ、３Ｃの交線
α 第１の逃げ角
β 第２の逃げ角

Claims (2)

1. 軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に、上記ドリル本体の先端逃げ面に開口して後端側に延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く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てなるドリルにおいて、上記先端逃げ面には、上記ドリル回転方向からドリル回転方向後方側に向けて順に、第１先端逃げ面と、この第１先端逃げ面よりも逃げ角が大きい第２先端逃げ面と、この第２先端逃げ面よりもさらに大きな逃げ角が与えられた第３先端逃げ面とが少なくとも形成されているとともに、上記切刃の内周側にはシンニング刃が形成されており、上記第１、第２先端逃げ面の交線はこのシンニング刃に交差させられ、上記第２、第３先端逃げ面の交線は上記軸線方向先端視でこの軸線と交差するように延びていることを特徴とするドリル。
2. 上記第１、第２先端逃げ面の交線と上記第２、第３先端逃げ面の交線は、ともに直線状に延びているとともに、上記軸線方向先端視において平行とされていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。

Images