JP6122487B2 - ドリルおよびそれを用いた切削加工物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、切削加工に用いられるドリルおよび切削加工物の製造方法に関する。

従来から金属部材などの被削材の切削加工に用いられるドリルとして、特開２００４−３４２０２号公報（特許文献１）に記載のドリルが知られている。特許文献１に記載のドリルは、主切れ刃に滑らかに接続するチゼルエッジの一部がＸシンニングによって除去され、シンニング刃として機能する第２切れ刃を有している。これによれば、シンニング刃を含むチゼルエッジと比較して主切れ刃の切削速度が速いため、切削加工時にチゼルエッジで生成される切屑が主切れ刃で生成される切屑に引っ張られる。そのため、チゼルエッジで生成される切屑にクラックが入るので、切屑を細かく分断することができる。

近年、工具径に対するドリル穴の深さの大きな深孔加工に用いられる場合などにおいて切削工具の耐久性を向上させることが求められている。そのため、ドリル本体の芯厚を厚くするなどの対応が考えられている。しかしながら、ドリル本体の芯厚を厚くした場合には切屑排出溝が浅くなるため、主切れ刃で生成される切屑による、シンニング刃を含むチゼルエッジで生成される切屑を引っ張る力が小さくなる。そのため、切屑が分断されにくくなって長く伸びるので、切屑排出溝に切屑が詰まってしまうおそれがあった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ドリル本体の芯厚を厚くした場合であっても良好に切屑を分断できるドリルを提供することを目的とする。

本発明の一態様に基づくドリルは、回転軸の周りに回転させられる棒状のドリル本体と、該ドリル本体の先端部に位置する一対の主切刃と、前記先端部に位置して前記一対の主切刃を接続するとともに先端視において前記一対の主切刃に対して傾斜して配置される副切刃と、前記ドリル本体の外周に設けられた、前記一対の主切刃から前記ドリル本体の後端部へ向かって前記回転軸の周りに螺旋状に延びている一対の切屑排出溝とを備えている。前記副切刃は、前記一対の主切刃から前記回転軸に向かってそれぞれ延びる一対のシンニング刃、および該一対のシンニング刃の間に位置して前記回転軸と交差し、前記一対のシンニング刃よりも長さが短いチゼルエッジを有し、前記一対のシンニング刃の回転軌跡および前記チゼルエッジの回転軌跡を前記回転軸を含む断面で断面視した場合において、前記一対のシンニング刃それぞれの回転軌跡が直線形状であって、前記一対のシンニング刃の回転軌跡を前記回転軸に向かって延長したそれぞれの仮想直線が前記チゼルエッジの回転軌跡よりも前記ドリル本体の後端側に位置している。

本発明の第１の実施形態のドリルを示す斜視図である。 図１に示すドリルにおける先端方向からの正面図である。 図２に示すドリルの構成を簡略化した概念図である。 図２に示すドリルにおけるＡ１方向からの側面図である。 図２に示すドリルにおけるＡ２方向からの側面図である。 図５に示すドリルにおける先端部分を拡大した側面図である。 図５に示すドリルにおけるＤ１断面の断面図である。 図５に示すドリルにおけるＤ５断面の断面図である。 図２に示すドリルにおけるＤ２断面の断面図である。 図９に示すドリルにおける領域Ｂの拡大断面図である。 図２に示すドリルにおけるＤ３断面の断面図である。 図２に示すドリルにおけるＤ４断面の断面図である。 図４に示すドリルの変形例を示す側面図である。 図１３に示すドリルを異なる方向から示した側面図である。 図１３に示すドリルにおけるねじれ角を示す概念図である。 本発明の第２の実施形態のドリルを示す斜視図である。 図１６に示すドリルにおける先端方向からの構成を簡略化した正面図である。 図１７に示すドリルにおける領域Ｃの拡大図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。

以下、本発明の各実施形態のドリルについて、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態の構成のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明のドリルは、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

＜ドリル＞
まず、本発明の第１の実施形態のドリル１について、図１〜１２を用いて詳細に説明を行なう。

第１の実施形態のドリル１は、ドリル本体３と、一対の主切刃５と、副切刃７と、一対の切屑排出溝９（以下、単に排出溝９ともいう）と、一対のランド面（fluted land）１１とを備えている。

ドリル本体３は、回転軸Ｘを有しており、この回転軸Ｘに沿って延びた棒状の構成となっている。本実施形態のドリル本体３は、工作機械の回転するスピンドル等で把持される、シャンク（shank）と呼ばれる把持部１３と、この把持部１３の先端側に位置する、ボディー（body）と呼ばれる切削部１５とを備えている。把持部１３は、工作機械の回転軸Ｘの形状に応じて設計される部位である。切削部１５は、被削材と接触する部位であり、被削材の切削加工において主たる役割を有する部位である。なお、図１における矢印Ｙ１は、ドリル本体３の回転方向を示している。

一対の主切刃５は、ドリル本体３の先端部３ａ、すなわち切削部１５の先端部分に形成されている。また、ドリル本体３の先端部３ａには副切刃７も形成されている。副切刃７は、ドリル本体３の先端部３ａに位置して一対の主切刃５を接続している。これら一対の主切刃５および副切刃７によって被削材の切削が行なわれる。

本実施形態における一対の主切刃５は、先端視において凹曲線形状となるように構成されている。これにより、一対の主切刃５で生成される切屑をカールさせ易くなるので、一対の排出溝９で切屑を排出し易くなる。また、切削性を高めるため、一対の主切刃５の回転軌跡を回転軸Ｘを含む断面で断面視した場合において、一対の主切刃５の回転軌跡が回転軸Ｘに対してそれぞれ傾斜するように設けられている。

一対の主切刃５は、副切刃７を介して離れて位置している。これら一対の主切刃５は、先端視において、ドリル本体３の中心軸を基準にして１８０°の回転対称となっている。一対の主切刃５がこの通り回転対称であることによって、一対の主切刃５が被削材に対して食いつく際に一対の主切刃５の間で生じるぶれを抑制できる。そのため、安定した深孔加工を行なうことが可能となる。なお、本明細書において、先端視とは、ドリル１をドリル本体３の先端部３ａの側から見ることを意味する。

ドリル本体３における切削部１５の外周には、一対の排出溝９が設けられている。一対の排出溝９は、先端側の端部がそれぞれ一対の主切刃５に接続されており、一対の主切刃５からドリル本体３の後端部へ向かって回転軸Ｘの周りに螺旋状に延びている。このとき、工作機械で安定してドリル本体３を把持するため、一対の排出溝９は切削部１５のみに形成されており、把持部１３には形成されていない。

一対の排出溝９は、一対の主切刃５および副切刃７によって生成される切屑を排出することを主目的としている。切削加工時において、一対の主切刃５の一方５ａで形成された切屑は、一対の排出溝９のうち、この主切刃５ａに接続された排出溝９ａを通ってドリル本体３の後端側へと排出される。また、一対の主切刃５のもう一方５ｂで形成された切屑は、一対の排出溝９のうち、このもう一方の主切刃５ｂに接続された排出溝９ｂを通ってドリル本体３の後端側へと排出される。

本実施形態における一対の排出溝９のねじれ角（helix angle）は、一方の排出溝９ａのねじれ角と他方の排出溝９ｂのねじれ角とが同じになるように設計されている。また、本実施形態における一対の排出溝９のねじれ角は、それぞれ先端から後端にかけて一定となるように設計されているが、特にこのような構成に限定されるものではない。たとえば、図１３〜１５に示すように一対の排出溝９が複数のねじれ角を有する構成であってもよい。

図１３〜１５に示す変形例における一対の排出溝９は、それぞれ第１の領域９ｃ、第２の領域９ｄおよび第３の領域９ｅを具備している。第１の領域９ｃは排出溝９における最もドリル本体３の先端側に位置しており、主切刃５に接続されている。第２の領域９ｄは、第１の領域９ｃよりもドリル本体３の後端側に位置している。第３の領域９ｅは、第２の領域９ｄよりもドリル本体３の後端側であって、排出溝９の全体における最もドリル本体３の後端側に位置している。第９の領域９ｃはねじれ角α１を有しており、第２の領域９ｄはねじれ角α２を有しており、第３の領域９ｅはねじれ角α３を有している。

本変形例における一対の排出溝９のねじれ角は、それぞれ先端から後端にかけて一定というものではない。具体的には、図１５に示すように、第２の領域９ｄにおけるねじれ角α２が第１の領域９ｃにおけるねじれ角α１よりも小さい。また、第３の領域９ｅにおけるねじれ角α３が第２の領域９ｄにおけるねじれ角α２よりも大きい。

本変形例における排出溝９では、ねじれ角の相対的に大きい第１の領域９ｃが主切刃５に接続するように切削部１５の先端側に位置している。そのため、主切刃５で切削された切屑が、主切刃５の近くで滞ることなく、切削部１５の後端側へと速やかに送り出される。さらに、本変形例における排出溝９は、第１の領域９ｃよりも切削部１５の後端側に位置する第２の領域９ｄを具備している。そのため、第１の領域９ｃから速やかに送り出された切屑をさらに切削部１５の後端側へと送り出すことができる。また、第２の領域９ｄが相対的に小さいねじれ角α２を有していることから、ねじれ角α２がねじれ角α１と同じ値である場合と比較してドリル本体３の剛性を高めることができる。

このとき、第２の領域９ｄから送り出された切屑は第１の領域９ｃからの距離が遠くなるため、この切屑の流れが滞りやすい。しかしながら、排出溝９が、第２の領域９ｄよりも切削部１５の後端側に位置して、ねじれ角の相対的に大きい第３の領域９ｅを具備している。そのため、第２の領域９ｄから第３の領域９ｅに送り出された切屑を、ねじれ角の相対的に大きい第３の領域９ｅにおいて速やかに外部へと排出することができる。

ねじれ角α１としては、例えば１５〜４５°程度に設定できる。ねじれ角α２としては、例えば３〜２０°程度に設定できる。ねじれ角α３としては、例えば１５〜３０°程度に設定できる。

本変形例のドリル１においては、第１の領域９ｃのねじれ角α１が、第３の領域９ｅのねじれ角α３よりも大きく設定されている。排出溝９における第１の領域９ｃは、主切刃５に接続されており、この第１の領域９ｃのねじれ角が最も大きいことによって、切屑が主切刃５で生じた段階で切屑を押し出す力が大きく加わるので、切屑の排出性をさらに良好なものにできる。

本変形例における一対の排出溝９は、第１の領域９ｃ、第２の領域９ｄおよび第３の領域９ｅに加えて第１の接続領域１７および第２の接続領域１９をさらに具備している。第１の接続領域１７は、第１の領域９ｃと第２の領域９ｄとの間に位置している。すなわち、第２の領域９ｄは、第１の接続領域１７を介して第１の領域９ｃに接続されている。第１の接続領域１７におけるねじれ角は、切削部１５の先端側から後端側に向かってα１からα２に滑らかに変化している。そのため、第２の領域９ｄは、第１の接続領域１７を介して第１の領域９ｃに滑らかに接続されている。

第２の接続領域１９は、第２の領域９ｄと第３の領域９ｅとの間に位置している。すなわち、第３の領域９ｅは、第２の接続領域１９を介して第２の領域９ｄに接続されている。第２の接続領域１９におけるねじれ角は、切削部１５の先端側から後端側に向かってα２からα３に滑らかに変化している。そのため、第３の領域９ｅは、第２の接続領域１９を介して第２の領域９ｄに滑らかに接続されている。

第１の領域９ｃと第２の領域９ｄではねじれ角が異なるため、これらの領域の間において切屑の流れる方向が変わる。そのため、これらの領域の間では、切屑の流れが滞って切屑が詰まり易くなる。しかしながら、第１の領域９ｃと第２の領域９ｄとの間にこれらの領域を滑らかに接続する第１の接続領域１７が設けられていることによって、切屑が詰まるおそれを小さくできる。

同様に、第２の領域９ｄと第３の領域９ｅではねじれ角が異なるため、これらの領域の間においても切屑の流れる方向が変わる。しかしながら、第２の領域９ｄと第３の領域９ｅとの間にこれらの領域を滑らかに接続する第２の接続領域１９が設けられていることによって、切屑が詰まるおそれを小さくできる。

本変形例のドリル１においては、第２の領域９ｄの回転軸Ｘに平行な方向の長さが、第１の領域９ｃおよび第３の領域９ｅそれぞれの回転軸Ｘに平行な方向の長さよりも長い。切削加工時においては、切削加工に伴う負荷がドリル１に加わり、切削部１５がたわむことがある。この場合には、切削部１５の中央部分が切削部１５の先端部分および後端部分と比較して大きくたわみ易い。しかしながら、ねじれ角が相対的に小さく剛性の高い第２の領域９ｄの回転軸Ｘに平行な方向の長さが、第１の領域９ｃおよび第３の領域９ｅと比較して相対的に長く確保されていることから、切削部１５のたわみに対する耐久性を良好なものにできる。

本変形例のドリル１においては、第１の領域９ｃの回転軸Ｘに平行な方向の長さが、排出溝９の全体における回転軸Ｘに平行な方向の長さに対して１０〜２０％程度に設定されている。第２の領域９ｄの回転軸Ｘに平行な方向の長さが、排出溝９の全体における回転軸Ｘに平行な方向の長さに対して３０〜４０％程度に設定されている。第３の領域９ｅの回転軸Ｘに平行な方向の長さが、排出溝９の全体における回転軸Ｘに平行な方向の長さに対して１５〜２５％程度に設定されている。

なお、本変形例における排出溝９は、第１の接続領域１７および第２の接続領域１９を有していることから、第１の領域９ｃ、第２の領域９ｄおよび第３の領域９ｅの上記の長さの合計が排出溝９の全体における回転軸Ｘに平行な方向の長さに対して１００％にはならない。

また、ねじれ角が相対的に小さい第２の領域９ｄにおける上記の長さが、ねじれ角が相対的に大きい第１の領域９ｃおよび第３の領域９ｅにおける上記の長さよりも長い場合には、切屑の流れを過度に阻害することなく排出溝９の全体としての長さを短くすることができる。そのため、結果として切屑の排出性をより良好なものにできる。

本実施形態における切削部１５は、回転軸Ｘに沿って延びる円柱から一対の排出溝９に該当する部分などを除いた形状となっている。切削部１５における一対の排出溝９を除く部分、すなわち、一対の排出溝９の間に位置する部分は、ランド面１１となっている。本実施形態におけるランド面１１は、排出溝９に対して回転軸Ｘの回転方向の後方において隣接するマージン（margin）１１ａと、このマージン１１ａに対して回転軸Ｘの回転方向の後方において隣接する二番取り面（body clearance）１１ｂとを有している。

回転軸Ｘを含み、回転軸Ｘに直交する断面において、マージン１１ａは、同一円上に位置する円弧形状となっている。この同一円の直径が切削部１５の外径に対応する。二番取り面１１ｂは、切削加工中にドリル本体３の外周と工作面との摩擦を避けるように形成される面である。そのため、二番取り面１１ｂは、工作面との間に隙間が設けられるようにマージン１１ａよりも回転軸Ｘからの距離が短くなっている。

一対の排出溝９のそれぞれの深さＶとしては、切削部１５の外径に対して１０〜４０％程度に設定できる。ここで、排出溝９の深さＶとは、図７に示すように、回転軸Ｘに直交する断面における、排出溝９の底と回転軸Ｘとの距離をドリル本体３の半径から引いた値を意味している。そのため、切削部１５における回転軸Ｘに直交する断面での内接円の直径によって示される芯厚（web thickness）の直径Ｗとしては、切削部１５の外径に対して３０〜８０％程度に設定される。具体的には、例えば切削部１５の外径が２０ｍｍである場合には、排出溝９の深さＶは２〜８ｍｍ程度に設定できる。

なお、本実施形態におけるねじれ角とは、排出溝９とマージン１１ａとで形成される交線であるリーディングエッジ（leading edge of land）と、この上の１点を通り回転軸Ｘに平行な仮想直線とがなす角を意味している。

本実施形態のドリル１は、例えば切削部１５の外径を６ｍｍ〜４２．５ｍｍに設定すればよい。また、本実施形態のドリル１は、例えば軸線の長さ（切削部１５の長さ）をＬとし、径（切削部１５の外径）をＤとするとき、Ｌ＝３Ｄ〜１２Ｄに設定すればよい。

ドリル本体３の材質としては、ＷＣ（タングステンカーバイド）を含有し、バインダとしてＣｏ（コバルト）を含有する超硬合金、この超硬合金にＴｉＣ（チタンカーバイド）またはＴａＣ（タンタルカーバイド）のような添加物を含んだ合金、ステンレスおよびチタンのような金属などが挙げられる。

本実施形態における切削部１５は、一対の主切刃５、副切刃７、一対の排出溝９の一部および一対のランド面１１の一部を含む先端側の部位が後端側の部位に対して着脱可能な構成となっている。

本実施形態における副切刃７は、切削部１５の先端部分であって一対の主切刃５を接続するように位置している。副切刃７は、一対の第１のチゼルエッジ２１および第２のチゼルエッジ２３を有している。一対の第１のチゼルエッジ２１は、それぞれ一対の主切刃５から回転軸Ｘに近付くように延びている。そのため、一対の第１のチゼルエッジ２１は、一対の主切刃５から回転軸Ｘに向かってそれぞれ延びている。第２のチゼルエッジ２３は、一対の第１のチゼルエッジ２１を接続している。一対の第１のチゼルエッジ２１および第２のチゼルエッジ２３によって構成されるチゼルエッジ全体のうち、一対の第１のチゼルエッジ２１は、シンニング刃として機能する。

具体的には、図２に示すように、ドリル本体３を先端視した場合に、回転軸Ｘを含む中心部分に第２のチゼルエッジ２３が位置している。また、第２のチゼルエッジ２３の両端と一対の主切刃５との間に一対の第１のチゼルエッジ２１がそれぞれ位置している。第２のチゼルエッジ２３および一対の第１のチゼルエッジ２１は、先端視において、一対の主切刃５と同様に、ドリル本体３の回転軸Ｘを基準にして１８０°の回転対称となっている。第２のチゼルエッジ２３および一対の第１のチゼルエッジ２１は、一対の主切刃５とともに被削材を切削する役割を有している。

ドリル１の回転中心部では切削速度が遅いことから、一対の主切刃５と比較して副切刃７に加わる切削抵抗が大きくなる。そのため、切刃の強度を確保することを目的として、回転軸Ｘを含む仮想平面で切断した場合における回転軸Ｘに対する副切刃７の回転軌跡の傾斜角を大きくする必要がある。

このとき、第１のチゼルエッジ２１は、例えばチゼルエッジの一部をシンニングで除去することによって形成されることから、一対の第１のチゼルエッジ２１におけるすくい面と逃げ面の交差角が第２のチゼルエッジ２３におけるすくい面と逃げ面の交差角よりも小さくなる。そのため、第２のチゼルエッジ２３および第１のチゼルエッジ２１を比較した場合には、第１のチゼルエッジ２１の方が、耐久性が低くなる傾向にある。

本実施形態のドリル１では、一対の第１のチゼルエッジ２１の回転軌跡Ｘ１および第２のチゼルエッジ２３の回転軌跡Ｘ２を、回転軸Ｘを含む断面で断面視した場合において、一対の第１のチゼルエッジ２１それぞれの回転軌跡Ｘ１が直線形状である。これにより、第１のチゼルエッジ２１の強度が高められるので副切刃７の耐久性を良好なものにできる。

また、一対の第１のチゼルエッジ２１の回転軌跡Ｘ１を回転軸Ｘに向かって延長したそれぞれの仮想直線が第２のチゼルエッジ２３の回転軌跡Ｘ２よりもドリル本体３の後端側に位置している。これにより、第１のチゼルエッジ２１の耐久性の低下を抑えつつ、一対の主切刃５および副切刃７が被削材に対して食いつく際に生じるぶれを抑制することができる。結果として、副切刃７の耐久性を高めつつ良好に被削材を切削できるようになる。

また、上記の断面視において、第２のチゼルエッジ２３の回転軌跡Ｘ２における回転軌跡Ｘ１に近接する部分での軌跡の回転軸Ｘに対する傾斜角θ２が、一対の第１のチゼルエッジ２１の回転軌跡Ｘ１の回転軸Ｘに対する傾斜角θ１よりも小さい。これにより、第２のチゼルエッジ２３における被削材への食い付きを良好なものにできる。

本実施形態における一対の第１のチゼルエッジ２１は、先端視において、曲線部分のみではなく、図３に示すように、直線部分２１ａを有している。この直線部分２１ａは、曲線部分を介して隣接する第２のチゼルエッジ２３および主切刃５に滑らかに接続されている。

近年、工具径に対するドリル穴の深さの大きな深孔加工に用いられる場合などにおいて切削工具の耐久性を向上させることが求められている。そのため、ドリル本体の芯厚を厚くするなどの対応が考えられている。本実施形態において、芯厚が厚いドリルとは例えば芯厚の直径が切削部１５の直径Ｄに対して０．３Ｄ〜０．５Ｄであるドリルを意図している。

ドリル本体３の芯厚を厚くした場合においては、排出溝９が浅くなるため一対の主切刃５が短くなるとともに一対の第１のチゼルエッジ２１および第２のチゼルエッジ２３の長さが長くなる。そのため、一対の主切刃５で生成される切屑による第２のチゼルエッジ２３および一対の第１のチゼルエッジ２１で生成される切屑を引っ張る力が小さくなる。結果として、切屑が分断されにくくなって長く伸びるので、切屑排出溝９に切屑が詰まってしまうおそれがある。

しかしながら、一対の第１のチゼルエッジ２１の回転軌跡Ｘ１を回転軸Ｘに向かって延長したそれぞれの仮想直線が第２のチゼルエッジ２３の回転軌跡Ｘ２よりもドリル本体３の後端側に位置していることから、第１のチゼルエッジ２１の回転軌跡Ｘ１の延長線よりもさらに第２のチゼルエッジ２３が後端から離れる側に突出することになる。このように第１のチゼルエッジ２１および第２のチゼルエッジ２３の先端角に角度差をつけて第２のチゼルエッジ２３を後端から離れる側に突出させることによって、第２のチゼルエッジ２３と第１のチゼルエッジ２１との被削材への接触が連続的なものではなく段階的なものになる。

そのため、第２のチゼルエッジ２３で生成される切屑と第１のチゼルエッジ２１で生成される切屑との境界でのひずみが大きくなるので、第２のチゼルエッジ２３で生成される切屑にクラックが生じ易くなる。結果として、ドリル本体３の芯厚を厚くした場合であっても良好に切屑を分断できる。

さらに、先端視において、一対の第１のチゼルエッジ２１が直線部分２１ａを有している場合には、一対の第１のチゼルエッジ２１それぞれの長さを短くすることができる。そのため、排出溝９が浅くなって一対の主切刃５が短くなるとともに一対の第１のチゼルエッジ２１の長さが長くなった場合であっても、第１のチゼルエッジ２１の強度の低下を最小限に抑えることができる。結果として、ドリル本体３の芯厚を厚くした場合であっても副切刃７の耐久性を高めつつ、さらに良好に被削材を切削できるようになる。

また、先端視において、本実施形態における第２のチゼルエッジ２３は、直線部分２３ａを有している。第２のチゼルエッジ２３は、ドリル本体３を先端視した場合に回転軸Ｘを含むように位置しており、一対の第１のチゼルエッジ２１および一対の主切刃５と比較して回転軸Ｘに近い位置に形成されている。そのため、一対の第１のチゼルエッジ２１および一対の主切刃５においては被削材を切削するようにして切削加工が行なわれるが、第２のチゼルエッジ２３においては切削速度が相対的に遅いことから被削材を押しつぶすようにして切削加工が行なわれ易い。

このように第２のチゼルエッジ２３においては被削材を押しつぶすようにして切削加工が行なわれることから、第２のチゼルエッジ２３には被削材から回転軸Ｘに沿った方向に力が加わる。このような力に対する耐久性を高めるため、本実施形態においては第２のチゼルエッジ２３が、先端視において直線部分２３ａを有している。第２のチゼルエッジ２３がこのような直線部分２３ａを有していることによって、第２のチゼルエッジ２３の長さを短くできるので、副切刃７の耐久性を良好なものにできる。

また、先端視において、第２のチゼルエッジ２３の直線部分２３ａを両端からそれぞれ延長した仮想直線が、一対の第１のチゼルエッジ２１の直線部分２１ａを延長した仮想直線とそれぞれ交差している。切削部１５の芯厚を厚くした場合には、排出溝９が浅くなり一対の主切刃５の長さが短くなるとともに、第２のチゼルエッジ２３および第１のチゼルエッジ２１の長さが長くなる。そのため、主切刃５で生成される切屑による、第２のチゼルエッジ２３および第１のチゼルエッジ２１で生成される切屑を引っ張る力が小さくなる。したがって、切屑が分断されにくくなって過度に長く伸びてしまう可能性がある。

しかしながら、先端視において、第２のチゼルエッジ２３および第１のチゼルエッジ２１がそれぞれ直線部分２１ａ、２３ａを有し、これらの部分に沿った仮想直線が交差している。そのため、第２のチゼルエッジ２３で生成される切屑と第１のチゼルエッジ２１で生成される切屑との境界でのひずみが大きくなるので、第２のチゼルエッジ２３で生成される切屑にクラックが生じ易くなる。結果として、切削部１５の芯厚を厚くした場合であっても良好に切屑を分断できる。

第２のチゼルエッジ２３は、側面視において、一対の第１のチゼルエッジ２１に接続された両端部分２３ｂが回転軸Ｘと交差する中央部分２３ｃよりもドリル本体３の後端側に位置している。第２のチゼルエッジ２３の中央部分２３ｃが後端から離れた側に突出していることによって、第２のチゼルエッジ２３における回転軸Ｘと交差する部分が後端から離れた側に突出していることになる。そのため、一対の主切刃５および副切刃７が被削材に対して食いつく際に生じるぶれを抑制することができる。

具体的には、本実施形態における第２のチゼルエッジ２３は、図６に示すように、第２のチゼルエッジ２３における回転軸Ｘと交差する部分に対して直交する方向からの側面視において、中央部分２３ｃが凸曲面形状である。凸曲面の中心部分が第２のチゼルエッジ２３の中心部分２３ｃとなり、凸曲面の中心部分が後端から離れる側に突出した構成となっている。

第２のチゼルエッジ２３が後端から離れる側に向かって尖った形状である場合には、副切刃７が被削材に対して食いつく際に生じるぶれを抑制することができるが、一方で第２のチゼルエッジ２３の耐久性が低下する。

本実施形態のドリル１においては、第２のチゼルエッジ２３の直線部分に沿った方向から側面視した場合に、第２のチゼルエッジ２３のすくい面と逃げ面とが鋭角に交差している。そのため、副切刃７が被削材に対して食いつく際に生じるぶれを抑制することができる。加えて、第２のチゼルエッジ２３の直線部分２３ａおよび回転軸Ｘに対して直交する方向から側面視した場合には、第２のチゼルエッジ２３が鋭角状ではなく凸曲面であることから、上記のぶれを抑制しつつ第２のチゼルエッジ２３の耐久性を良好なものにできる。

既に示したように、本実施形態における一対の主切刃５は、先端視において凹曲線形状となるように構成されている。このように、一対の主切刃５が凹曲線形状の部分を有している場合には、図３に示すように、凹曲線形状の部分における第１のチゼルエッジ２１に接続する側の端部の接線と第２のチゼルエッジ２３における直線部分２３ａに沿った仮想直線との交わる角θ３が直角または鋭角であることが好ましい。

これにより第２のチゼルエッジ２３で生成される切屑と一対の主切刃５で生成される切屑との間で大きなひずみが生じ易くなる。そのため、第２のチゼルエッジ２３で生成される切屑にクラックがさらに発生し易くなるので、良好に切屑を分断できる。

このとき、一対の主切刃５における凹曲線形状の部分であって第１のチゼルエッジ２１に接続する側の端部の接線と、第１のチゼルエッジ２１における直線部分２１ａに沿った仮想直線とが鈍角で交わり、第１のチゼルエッジ２１における直線部分２１ａに沿った仮想直線と、第２のチゼルエッジ２３における直線部分２３ａに沿った仮想直線とが鈍角で交わることが好ましい。

第２のチゼルエッジ２３、一対の第１のチゼルエッジ２１および一対の主切刃５のうち、隣り合う切刃領域が直交、または鋭角に交わっていると、切屑に生じるひずみが過度に大きくなり、各々の切刃領域で生成された切屑が分断されてしまう可能性がある。この場合においては、第２のチゼルエッジ２３で生成された切屑に生じるクラックが一対の主切刃５で生成された切屑に伝わらなくなる。そのため、一対の主切刃５で生成された切屑を良好に分断することが困難になる。

しかしながら、第２のチゼルエッジ２３、一対の第１のチゼルエッジ２１および一対の主切刃５が上記のように構成されていることによって、第２のチゼルエッジ２３で生成される切屑にクラックを発生させ易くすると同時に、第２のチゼルエッジ２３で生成された切屑に生じたクラックを一対の主切刃５で生成された切屑に良好に伝えることができる。

本実施形態のドリル１においては、回転軸Ｘに平行な仮想直線に対する第１のチゼルエッジ２１のすくい面２５ａの傾斜角θ４が第２のチゼルエッジ２３のすくい面２５ｂの傾斜角θ５よりも大きく、かつ、回転軸Ｘに平行な仮想直線に対する一対の主切刃５のすくい面２５ｃの傾斜角θ６が第１のチゼルエッジ２１のすくい面２５ａの傾斜角θ４よりも大きい。このように第２のチゼルエッジ２３、第１のチゼルエッジ２１および主切刃５の切刃領域のうち、ドリル本体３の外周側に位置する切刃領域ほどすくい角が大きいことによって、さらにドリル本体３の外周側に位置する切刃領域ほど切削速度を高めることができる。

そのため、第２のチゼルエッジ２３で生成される切屑が第１のチゼルエッジ２１で生成される切屑に引っ張られ易くなり、さらに、第１のチゼルエッジ２１で生成される切屑が主切刃５で生成される切屑に引っ張られ易くなる。結果として、第２のチゼルエッジ２３および第１のチゼルエッジ２１で生成される切屑にクラックがさらに入り易くなるので、切屑をより細かく分断することができる。

第１のチゼルエッジ２１および主切刃５におけるすくい面２５ｂ、２５ｃの傾斜角をより大きくするためには、第１のチゼルエッジ２１のすくい面２５ｂの一部が第１のチゼルエッジ２１よりも回転方向Ｙ１の後方に位置するとともに、主切刃５のすくい面２５ｃの一部が主切刃５よりも回転方向Ｙ１の後方に位置していることが好ましい。

また、本実施形態のドリル１における一対の排出溝９は、後端部に位置する、溝の深さが急激に浅くなる、言い換えれば溝が切り上げられる部分を除く主要な部分において溝の幅および深さが略一定である。

このように排出溝９の幅または深さが略一定である場合においては、図８に示すように、一対のランド面１１の中心部分同士をつなぐ仮想直線Ｘ３が、第２のチゼルエッジ２３に対して直交していることが好ましい。言い換えれば、本実施形態のドリル１を先端透視した場合に、一対の排出溝９における上記の後端の間に位置する一対のランド面１１の中心部分同士をつなぐ仮想直線Ｘ３が第２のチゼルエッジ２３における直線部分２３ａに対して直交していることが好ましい。

なお、図８は、回転軸Ｘに直交するとともに一対の排出溝９における溝の幅または深さが略一定である主要な部分における後端を含む断面である。また、図８において主切刃５および副切刃７を投影したものを仮想線Ｘ４として示している。また、本明細書において「直交している」とは、厳密に９０°をなすことを意味するものではなく、−５°〜５°程度のずれも含むことを意味している。

また、上記のように本実施形態における一対の排出溝９の後端とは、溝の幅または深さが略一定である主要な部分における後端を意味するものである。したがって、排出溝９の全体における後端、すなわち上記した溝の深さが急激に浅くなる部分の後端を意味するものではない。

ドリル１を用いて切削加工を行なう際に、第２のチゼルエッジ２３における直線部分２３ａに対して直交する方向に負荷が加わり易い。特に、第２のチゼルエッジ２３から離れた切削部１５の後端部分には上記の負荷による影響が大きく加わるため、一対の排出溝９における上記の後端を起点として、いわゆるびびり振動（chatter vibration）が発生する。

一般的に回転軸Ｘに直交する方向での断面におけるドリル１の剛性は、一対のランド面１１の中心部分同士をつなぐ方向に対して最も大きくなる。そこで、上記の負荷による影響が大きい箇所、すなわち、一対の排出溝９の上記の後端における一対のランド面１１の中心部分同士をつなぐ仮想直線Ｘ３が第２のチゼルエッジ２３に対して直交していることによって、上記の負荷に対する耐久性を高めることができ、びびり振動を抑制することができる。

本実施形態のドリル１においては、副切刃７が、上記の第２のチゼルエッジ２３および一対の第１のチゼルエッジ２１によって構成され、一対の排出溝９の上記の後端における切削部１５の芯厚の直径Ｗが、第２のチゼルエッジ２３のチゼルエッジ長さよりも大きくなっている。

このように、第２のチゼルエッジ２３のチゼルエッジ長さと比較して、切削部１５の芯厚が十分に厚く確保されることになる。そのため、ドリル１の送り量が大きくなった場合などにおいても安定して切削加工を行なうことが可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態のドリル１について図１６〜１８を用いて詳細に説明する。なお、以下において、本実施形態のドリルでの第１の実施形態のドリルと異なる構成について詳細に説明する。そのため、本実施形態のドリルにおける第１の実施形態のドリルと同じ構成である部分については、同じ符号を用いるとともに詳細な説明を省略する。

本実施形態のドリル１は、図１６に示すように第１の実施形態のドリル１と同様にドリル本体３と、一対の主切刃５と、副切刃７と、一対の排出溝９と、一対のランド面１１とを備えている。また、本実施形態のドリル１における副切刃７は、第１の実施形態のドリル１と同様に、一対の第１のチゼルエッジ２１および第２のチゼルエッジ２３を有している。

第１の実施形態における一対の第１のチゼルエッジ２１は、先端視において直線部分２１ａを有している。一方、本実施形態における一対の第１のチゼルエッジ２１は、図１７および１８に示すように、先端視において回転軸Ｘの回転方向の後方に向かって凹んだ凹形状の曲線部分２１ｂをそれぞれ有している。具体的には、第１のチゼルエッジ２１は、第１のチゼルエッジ２１と第２のチゼルエッジ２３との交点と、第１のチゼルエッジ２１と主切刃５との交点とを結んだ仮想直線よりも、先端視において回転軸Ｘの回転方向の後方に向かって凹んだ凹形状の曲線部分２１ｂを有している。

既に示したように、第１のチゼルエッジ２１が直線部分２１ａを有している場合には、切削部１５の芯厚を厚くした場合であっても副切刃７の耐久性を高めることができる。一方、上記のように一対の第１のチゼルエッジ２１が先端視において回転軸Ｘの回転方向の後方に向かって凹んだ凹形状の曲線部分２１ｂをそれぞれ有している場合には、切屑の排出性を高めることができる。

切削加工を行なう際に、第１のチゼルエッジ２１が上記の形状である場合には、第１のチゼルエッジ２１で切削される切屑が、凹形状の曲線部分２１ｂの形状に合わせて湾曲する。そのため、第１のチゼルエッジ２１の端部において生じた切屑が第１のチゼルエッジ２１の中央部分において生じた切屑に引っ張られる。そのため、第１のチゼルエッジ２１に隣接する第２のチゼルエッジ２３において生じた切屑が第１のチゼルエッジ２１において生じた切屑に引っ張られるようになる。

第２のチゼルエッジ２３において生じた切屑が引っ張られることによって、第２のチゼルエッジ２３における回転軸Ｘの近傍で生じた切屑の部分にクラックが生じ易くなる。このクラックは、第２のチゼルエッジ２３で生じた切屑から第１のチゼルエッジ２１で生じた切屑および主切刃５で生じた切屑へと伝搬する。そのため、切屑が分断されるので切屑の排出性を高めることができる。

本実施形態のドリル１のように、先端視において、一対の主切刃５が凹曲線形状の部分を有している場合には、先端視した際における第１のチゼルエッジ２１における凹形状の曲線部分２１ｂの曲率が、一対の主切刃５における凹曲線形状の部分の曲率よりも小さいことが好ましい。このような場合には、第１のチゼルエッジ２１において生じた切屑が主切刃５において生じた切屑を引っ張る力よりも、主切刃５において生じた切屑が第１のチゼルエッジ２１において生じた切屑を引っ張る力が大きくなり易い。そのため、第１のチゼルエッジ２１において生じた切屑を、一対の主切刃５に接続された一対の排出溝９に流し易くなる。

＜切削加工物の製造方法＞
次に、本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法について、上述の実施形態に係るドリルを用いる場合を例に挙げて詳細に説明する。以下、図１９〜２１を参照しつつ説明する。

本実施形態にかかる切削加工物の製造方法は、以下の（１）〜（４）の工程を備える。

（１）準備された被削材１０１に対して上方にドリル１を配置する工程（図１９参照）。

（２）ドリル１を、回転軸Ｘを中心に矢印Ｙ１の方向に回転させ、被削材１０１に向かってＹ２方向にドリル１を近付ける工程（図１９、２０参照）。

本工程は、例えば、被削材１０１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付けることにより行なうことができる。なお、本工程では、被削材１０１とドリル１とは相対的に近付けばよく、例えば被削材１０１をドリル１に近付けてもよい。

（３）ドリル１をさらに被削材１０１に近付けることによって、回転しているドリル１の一対の主切刃および副切刃を、被削材１０１の表面の所望の位置に接触させて、被削材１０１に加工穴（貫通孔）１０３を形成する工程（図２０参照）。

本工程において、良好な仕上げ面を得る観点から、ドリル１の切削部のうち後端部側の一部領域が被削材１０１を貫通しないように設定することが好ましい。すなわち、この一部領域を切屑排出のためのマージン領域として機能させることで、当該領域を介して優れた切屑排出性を奏することが可能となる。

（４）ドリル１を被削材１０１からＹ３方向に離す工程（図２１参照）。

本工程においても、上述の（２）の工程と同様に、被削材１０１とドリル１とは相対的に離せばよく、例えば被削材１０１をドリル１から離してもよい。

以上のような工程を経ることによって、優れた加工性を発揮することが可能となる。

なお、以上に示したような被削材１０１の切削加工を複数回行なう場合であって、例えば、１つの被削材１０１に対して複数の加工穴１０３を形成する場合には、ドリル１を回転させた状態を保持しつつ、被削材１０１の異なる箇所にドリル１の一対の主切刃および副切刃を接触させる工程を繰り返せばよい。

以上、本発明に係るいくつかの実施形態について例示したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨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言うまでもない。

例えば、切削部１５の形状は、上述の実施形態の構成に限定されるものではなく、通常用いられる他の形状を採用することができる。例えば、切削部１５は、内接円の芯厚が先端部分から後端部分に向かって厚くなるようなテーパー状であってもよい。また、切削部１５は、ドリル径（外径）が先端部分から後端部分に向かうにつれて大きくなるか、あるいは小さくなるように傾斜していてもよい。さらに、切削部１５には、いわゆるアンダーカット部やクリアランス部を設けてもよい。

また、上述の実施形態においては、一対の排出溝９の溝幅を先端側から後端側にかけて一定としたが、これに代えて、一対の排出溝９の溝幅が、それぞれ先端部分から後端部分に向かうにつれて大きくなるか、あるいは小さくなるようにしてもよい。また、一対の排出溝９の溝幅が互いに異なっていてもよい。さらに、一対の排出溝９のいずれか一方、または双方のねじれ角を変化させて２つの溝が合流するようにしてもよい。

また、上述の実施形態においては、切削部１５を、先端を含む部位が後端部側の部位に対して着脱可能の構成とするドリル１について説明したが、これに代えて、切削部１５が一の部材からなるドリル１としてもよい。この場合においても、上述の実施形態に係るドリル１と同等の作用効果を得ることができる。

１・・・ドリル
３・・・ドリル本体
３ａ・・・先端部
５、５ａ、５ｂ・・・主切刃
７・・・副切刃
９、９ａ、９ｂ・・・切屑排出溝（排出溝）
９ｃ・・・第１の領域
９ｄ・・・第２の領域
９ｅ・・・第３の領域
１１・・・ランド面
１１ａ・・・マージン
１１ｂ・・・二番取り面
１３・・・把持部
１５・・・切削部
１７・・・第１の接続領域
１９・・・第２の接続領域
２１・・・第１のチゼルエッジ
２１ａ・・・直線部分
２１ｂ・・・曲線部分
２３・・・第２のチゼルエッジ
２３ａ・・・直線部分
２３ｂ・・・両端部分
２３ｃ・・・中央部分
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ・・・すくい面
１０１・・・被削材
１０３・・・加工穴

Claims (15)

1. 回転軸の周りに回転させられる棒状のドリル本体と、
   該ドリル本体の先端部に位置する一対の主切刃と、
   前記先端部に位置して前記一対の主切刃を接続するとともに先端視において前記一対の主切刃に対して傾斜して配置される副切刃と、
   前記ドリル本体の外周に設けられた、前記一対の主切刃から前記ドリル本体の後端部へ向かって前記回転軸の周りに螺旋状に延びている一対の切屑排出溝とを備え、
   前記副切刃は、前記一対の主切刃から前記回転軸に向かってそれぞれ延びる一対のシンニング刃、および該一対のシンニング刃の間に位置して前記回転軸と交差し、前記一対のシンニング刃よりも長さが短いチゼルエッジを有し、
   前記一対のシンニング刃の回転軌跡および前記チゼルエッジの回転軌跡を前記回転軸を含む断面で断面視した場合において、前記一対のシンニング刃それぞれの回転軌跡が直線形状であって、前記一対のシンニング刃の回転軌跡を前記回転軸に向かって延長したそれぞれの仮想直線が前記チゼルエッジの回転軌跡よりも前記ドリル本体の後端側に位置していることを特徴とするドリル。
2. 先端視において、前記一対のシンニング刃は、直線部分をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 先端視において、前記チゼルエッジは、直線部分を有していることを特徴とする請求項２に記載のドリル。
4. 先端視において、前記チゼルエッジの前記直線部分を両端からそれぞれ延長した仮想直線が、前記一対のシンニング刃の前記直線部分を延長した仮想直線とそれぞれ交差していることを特徴とする請求項３に記載のドリル。
5. 前記チゼルエッジは、前記一対のシンニング刃に接続された両端部分が前記回転軸と交差する中央部分よりも前記ドリル本体の後端側に位置していることを特徴とする請求項３に記載のドリル。
6. 前記チゼルエッジにおける前記回転軸と交差する部分に対する前記回転軸と直交する方向からの側面視において、前記チゼルエッジは、凸曲面形状であることを特徴とする請求項５に記載のドリル。
7. 先端視において、前記一対の主切刃が凹曲線形状の部分をそれぞれ有しており、該凹曲線形状の部分における前記シンニング刃に接続する側の端部の接線と前記チゼルエッジにおける直線部分を延長した仮想直線とが鋭角に交わることを特徴とする請求項３に記載のドリル。
8. 先端視において、前記一対のシンニング刃は、前記回転軸の回転方向の後方に向かって凹んだ凹形状の部分をそれぞれ有していることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
9. 先端視において、前記シンニング刃における前記凹形状の部分は、凹曲線形状であることを特徴とする請求項８に記載のドリル。
10. 先端視において、前記一対の主切刃が凹曲線形状の部分をそれぞれ有しており、
    前記シンニング刃における前記凹曲線形状の部分の曲率が、前記一対の主切刃の前記凹曲線形状の部分の曲率よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載のドリル。
11. 前記切屑排出溝は、前記ドリル本体の先端側に位置してねじれ角α１を有する第１の領域と、該第１の領域よりも前記ドリル本体の後端側に位置して前記ねじれ角α１よりも小さいねじれ角α２を有する第２の領域と、該第２の領域よりも前記ドリル本体の後端側に位置して前記ねじれ角α２よりも大きいねじれ角α３を有する第３の領域とを有していることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
12. 前記ねじれ角α１が、前記ねじれ角α３よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載のドリル。
13. 前記第２の領域は、ねじれ角が前記ドリル本体の先端側から後端側に向かって前記ねじれ角α１から前記ねじれ角α２に滑らかに変化する第１の接続領域を介して前記第１の領域に接続されており、
    前記第３の領域は、ねじれ角が前記ドリル本体の先端側から後端側に向かって前記ねじれ角α２から前記ねじれ角α３に滑らかに変化する第２の接続領域を介して前記第２の領域に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載のドリル。
14. 前記第２の領域の前記回転軸に平行な方向の長さが、前記第１の領域および前記第３の領域それぞれの前記回転軸に平行な方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１１に記載のドリル。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載のドリルを前記回転軸の周りに回転させる工程と、
    回転している前記ドリルの前記一対の主切刃および前記副切刃を被削材に接触させる工程と、
    前記ドリルを前記被削材から離す工程とを備えた切削加工物の製造方法。

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