JP6294095B2

JP6294095B2 - ドリルおよびそれを用いた切削加工物の製造方法

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Publication number: JP6294095B2
Application number: JP2014031575A
Authority: JP
Inventors: 睦政難波; 健一郎古賀
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: JP2015155137A

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、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、特許文献１に記載のドリルビットが知られている。特許文献１に記載のドリルビットは、先端に切刃を有している。切刃は、２つの主切刃と、これらの主切刃から中央側に向かって形成された２つの中央切刃と、これらの中央切刃を接続するチゼルエッジとによって構成されている。切刃の回転方向後方には逃げ面が形成されている。主切刃および中央切刃に連なる逃げ面は、平坦な一つの平面によって構成されている。

特表２０１２−５２９３７５号公報

内周側に位置する中央切刃（シンニング刃）は、外周側に位置する主切刃と比較して切削速度が相対的に遅い。そのため、主切刃およびシンニング刃に連なる逃げ面が、特許文献１に記載の逃げ面のように一つの平坦面によって構成されている場合には、逃げ面におけるシンニング刃に連なる部分が、逃げ面における主切刃に連なる部分よりも被削材に強く接触し易くなる。すなわち、主切刃と比較してシンニング刃には相対的に大きな圧縮応力が加わり易くなる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、シンニング刃に大きな圧縮応力が加わる可能性を小さくすることによって耐久性を良好なものとす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おり、前記回転軸に直交する方向からの側面視において、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直線形状の一対のシンニング刃と、前記先端部に位置しており、前記回転軸に沿った方向からの先端視において、前記回転軸と交差するとともに前記一対のシンニング刃を接続するチゼルエッジと、前記一対の主切刃から前記回転軸の回転方向の後方に向かって延び、前記回転軸に対して傾斜している平坦面形状の第１の逃げ面と、前記一対のシンニング刃から前記回転軸の回転方向の後方に向かって延び、前記回転軸に対して傾斜している平坦面形状の第２の逃げ面と、前記ドリル本体の外周に設けられた、前記一対の主切刃および前記一対のシンニング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。このとき、前記回転軸に平行であって前記第１の逃げ面を通る第１仮想直線を設定し、前記第１の逃げ面に直交するとともに前記第１仮想直線を含む断面における前記第１の逃げ面と前記第１仮想直線のなす角度を第１傾斜角度、前記回転軸に平行であって前記第２の逃げ面を通る第２仮想直線を設定し、前記第２の逃げ面に直交するとともに前記第２仮想直線を含む断面における前記第２の逃げ面と前記第２仮想直線のなす角度を傾斜角度θ２とした場合に、前記第２傾斜角度が、前記第１傾斜角度より大きい。

上記態様のドリルにおいては、主切刃およびシンニング刃に連なる逃げ面が、一つの平坦面ではなく、第１の逃げ面および第２の逃げ面の２つの平坦面によって構成されている。そして、第２の逃げ面の回転軸に対する傾斜角度が、第１の逃げ面の回転軸に対する傾斜角度より大きくなっている。このように、一対のシンニング刃に連なる第２の逃げ面の回転軸に対する傾斜角度が相対的に大きくなっている。そのため、一対のシンニング刃に連なる第２の逃げ面の逃げ角を容易に大きくすることができ、第２の逃げ面が被削材に強く接触する可能性を小さくできる。また、単に主切刃およびシンニング刃に連なる逃げ面の全体の傾斜角度を大きくするのではなく、一対の主切刃に連なる第１の逃げ面の回転軸に対する傾斜角度が相対的に小さくなっている。そのため、主切刃に連なるすくい面のすくい角も大きく確保し易くなる。

本発明の一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部分を拡大した斜視図である。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３に示すドリルにおけるＡ１方向からの側面図である。図４に示すドリルにおける領域Ａ２を拡大した側面図である。図３に示すドリルにおけるＤ１断面の断面図である。図３に示すドリルにおけるＤ２断面の断面図である。図３に示すドリルにおけるＤ３断面の断面図である。図３に示すドリルにおけるＤ４断面の断面図である。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、本発明の一実施形態のドリル１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、実施形態の構成部材のうち、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部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材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１＞
本実施形態のドリル１は、図１〜１０に示すように、ドリル本体３（以下、単に本体３ともいう）と、一対の主切刃５と、一対のシンニング刃７と、チゼルエッジ９と、第１の逃げ面１１と、第２の逃げ面１３と、切屑排出溝１５（以下、単に排出溝１５ともいう）とを備えている。

本体３は、回転軸（回転中心軸）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。本体３は切削加工時において回転軸Ｘを中心に回転軸Ｘの周りで矢印Ｙ１の方向に回転する。本実施形態における本体３は、シャンクと呼ばれる把持部１７と、この把持部１７の先端側に位置する、ボデーと呼ばれる切削部１９とによって構成されている。把持部１７は、工作機械（不図示）の回転するスピンドル等の形状に応じて設計される部位であり、スピンドル等によって把持される。切削部１９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。

また、本実施形態における切削部１９は、一対の主切刃５、一対のシンニング刃７、チゼルエッジ９、第１の逃げ面１１および第２の逃げ面１３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。当然ながら、切削部１９が上記の構成ではな
く一の部材からなる構成であっても何ら問題ない。

本実施形態における切削部１９は、回転軸Ｘに沿って延びる円柱から排出溝１５に該当する部分を除いた形状となっている。切削部１９の外周における排出溝１５を除く部分、すなわち、一対の排出溝１５の間に位置する部分は、ランド面２１となっている。本実施形態におけるランド面２１は、排出溝１５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２１ａと、このマージン２１ａ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２１ｂ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２１ａ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１９の外径に対応する。二番取り面２１ｂは、切削加工中にドリル１の外周と工作面との摩擦を避けるために隙間を付けた面である。そのため、二番取り面２１ｂは、マージン２１ａよりも回転軸Ｘからの距離が短くなっている。

本実施形態のドリル１は、例えば、切削部１９の外径が６．０ｍｍ〜４２．５ｍｍに設定される。また、本実施形態のドリル１は、例えば、軸線の長さ（切削部１９の長さ）をＬとし、径（切削部１９の外径）をＤとするとき、Ｌ＝３Ｄ〜１２Ｄに設定される。

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。

ドリル１は、被削材を切削する切刃を本体３の先端部に備えており、本実施形態においては、図２，３に示すように、切刃として一対の主切刃５、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９を備えている。一対の主切刃５、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９は、本体３の先端部、すなわち切削部１９の先端部分に形成されている。一対の主切刃５は、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９よりも外周側に位置しており、切刃における最も外周側に位置している。チゼルエッジ９は切刃における最も内周側に位置しており、中心軸Ｘと交差するように位置している。一対のシンニング刃７は、一対の主切刃５とチゼルエッジ９との間に位置している。

一対の主切刃５は、図２，３に示すように、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９を間に介して互いに離れて位置している。これら一対の主切刃５は、先端視（正面視）した場合に、本体３の回転軸Ｘを中心にして１８０°の回転対称となっている。一対の主切刃５が上記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の間で生じるブレを抑制できる。そのため、安定した穴あけ加工を行なうことが可能となる。

本実施形態における一対の主切刃５は、図２，３に示すように、先端視した場合に少なくとも一部が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１５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は回転軸Ｘを含む仮想平面で切断した場合において、一対の主切刃５の回転軌跡が回転軸Ｘに対して傾斜するように設けられている。一対の主切刃５の回転軌跡の回転軸Ｘに対する傾斜角は５０〜８０°程度に設定される。すなわち、一対の主切刃５の先端角は１００〜１６０°程度に設定される。

一対のシンニング刃７は、それぞれ直線形状であって、図５に示すように、回転軸Ｘに直交する方向からの側面視において、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。側面視において一対のシンニング刃７に沿って一対の仮想直線を引き伸ばした場合に、これらの仮想直線の交差する角度、言い換えれば一対のシンニング刃７の先端角は、例えば１３０〜１７０°程度に設定される。

チゼルエッジ９は、ドリル１における最も先端方向の側に突出している。このとき、チゼルエッジ９は、回転軸Ｘと交差する部分が最も先端方向の側に突出しており、回転軸Ｘから離れるにつれて本体３の後端側に向かうように傾斜した構成となっている。

チゼルエッジ９は、回転軸Ｘに沿った方向からの先端視において、回転軸Ｘと交差するとともに一対のシンニング刃７に接続されている。チゼルエッジ９と主切刃５とが直接に接続されている場合には、チゼルエッジ９と主切刃５とが交差する角度が大きいので、チゼルエッジ９と主切刃５との間に大きな負荷が加わり易くなる。しかしながら、本実施形態のドリル１においては、チゼルエッジ９と主切刃５との間にシンニング刃７が設けられている。そのため、上記のような大きな負荷が切刃の特定の領域に加わる可能性を小さくできる。

一対のシンニング刃７は、先端視した場合に、本体３の回転軸Ｘを中心にして１８０°の回転対称となっている。また、一対のシンニング刃７は、先端視した場合にチゼルエッジ９に対してそれぞれ傾斜している。そのため、切刃における一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９によって構成される部分は、先端視した場合においてＳ字を描くように構成されている。

本体３における切削部１９の外周には、一対の排出溝１５が設けられている。一対の排出溝１５は、先端側の端部がそれぞれ主切刃５およびシンニング刃７に接続されており、主切刃５およびシンニング刃７から本体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本体３を把持するため、一対の排出溝１５は切削部１９のみに形成されており、把持部１７には形成されていない。

一対の排出溝１５は、一対の主切刃５、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９によって生成される切屑を排出することを主な目的としている。そのため、一対の排出溝１５における主切刃５に接続する部分は、主切刃５のすくい面（第１のすくい面２３）として機能する。また、一対の排出溝１５におけるシンニング刃７に接続する部分は、シンニング刃７のすくい面（第２のすくい面２５）として機能する。切削加工時において、一対の主切刃５の一方で形成された切屑は、一対の排出溝１５のうち、この主切刃５に接続された排出溝１５を通って本体３の後端側へと排出される。

また、一対の主切刃５のもう一方で形成された切屑は、一対の排出溝１５のうち、もう一方の主切刃５に接続された排出溝１５を通って本体３の後端側へと排出される。一対の主切刃５のそれぞれで生じた切屑をそれぞれ良好に流すため、本実施形態における一対の排出溝１５の一方は、一対の排出溝１５の他方を回転軸Ｘの周りで１８０°回転させた場合に重なり合うように形成されている。

一対の排出溝１５それぞれの深さとしては、切削部１９の外径に対して１０〜４０％程度に設定できる。ここで、排出溝１５の深さとは、回転軸Ｘに直交する断面における、排出溝１５の底と回転軸Ｘとの距離を本体３の半径から引いた値を意味している。そのため、本体３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の直径としては、切削部１９の外径に対して２０〜８０％程度に設定される。具体的には、例えば、切削部１９の外径Ｄが２０ｍｍである場合、排出溝１５の深さは２〜８ｍｍ程度に設定できる。

螺旋状に延びている排出溝１５のねじれ角は、例えば、３〜４５°程度に設定される。このねじれ角は排出溝１５の先端から後端にかけて一定であってもよいが、特にこのような構成に限定されるものではない。すなわち、上記のねじれ角は、排出溝１５の先端から後端にかけて途中で変化していてもよい。なお、本実施形態におけるねじれ角とは、排出溝１５とマージン２１ａとで形成される交線であるリーディングエッジと、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。

本体３の先端には、一対の主切刃５に連なる第１の逃げ面１１と、一対のシンニング刃７に連なる第２の逃げ面１３とが形成されている。本実施形態における第１の逃げ面１１および第２の逃げ面１３はそれぞれ平坦面形状となっている。また、本実施形態における第１の逃げ面１１および第２の逃げ面１３は、同一平面上に形成されてはおらず、境界が凸形状の稜線となるように交差している。

そして、本実施形態のドリル１においては、図９に示す第２の逃げ面１３の回転軸に対する傾斜角度θ２が、図８に示す第１の逃げ面１１の回転軸に対する傾斜角度θ１より大きくなっている。すなわち、一対のシンニング刃７に連なる第２の逃げ面１３の回転軸に対する傾斜角度θ２が相対的に大きくなっている。回転軸に対する逃げ面の傾斜角度を大きくすることによって、逃げ面の逃げ角が大きくなり易くなる。そのため、一対のシンニング刃７に連なる第２の逃げ面１３の逃げ角θ４を容易に大きくすることができ、第２の逃げ面１３が被削材に強く接触する可能性を小さくできる。

また、主切刃５およびシンニング刃７に連なる逃げ面が単に一つの平坦面である場合において、この逃げ面の全体の傾斜角度を大きくすることによっても一対のシンニング刃７に連なる逃げ面の逃げ角が大きくなる。しかしながら、主切刃５に連なる逃げ面の逃げ角も大きくなる。そのため、主切刃５に連なるすくい面のすくい角を大きくすることが困難となる。

本実施形態のドリル１においては、単に主切刃５およびシンニング刃７に連なる逃げ面の全体の傾斜角度を大きくするのではなく、一対の主切刃５に連なる第１の逃げ面１１の回転軸Ｘに対する傾斜角度θ１が相対的に小さくなっている。そのため、主切刃５に連なるすくい面のすくい角が大きく確保され易くなる。したがって、本実施形態のドリル１においては、図７に示すように第２の逃げ面１３における逃げ角θ４が、図６に示すように第１の逃げ面１１における逃げ角θ３よりも大きくなっている。

なお、回転軸Ｘに平行であって第１の逃げ面１１を通る仮想直線Ｘ１を設定し、図８に示すように、第１の逃げ面１１に直交するとともに仮想直線Ｘ１を含む断面における第１の逃げ面１１と仮想直線Ｘ１のなす角度を傾斜角度θ１として評価することができる。同様に、回転軸Ｘに平行であって第２の逃げ面１３を通る仮想直線Ｘ２を設定し、図９に示すように、第２の逃げ面１３に直交するとともに仮想直線Ｘ２を含む断面における第２の逃げ面１３と仮想直線Ｘ２のなす角度を傾斜角度θ２として評価することができる。

本実施形態のドリル１においては、第１の逃げ面１１の回転軸に対する傾斜角度が９３〜１０５°程度に設定される。また、第２の逃げ面１３の回転軸に対する傾斜角度が９７〜１１０°程度に設定される。

なお、図６〜９はそれぞれ中心軸Ｘに平行な断面である。さらに、図６は先端視した場合において主切刃５と直交する断面である。図７は先端視した場合においてシンニング刃７と直交する断面である。図８は、第１の逃げ面１１と直交する断面である。図９は、第２の逃げ面１３と直交する断面である。

本実施形態のドリル１においては、一対のシンニング刃７の先端角が、一対の主切刃５の先端角よりも大きい。一対のシンニング刃７の先端角を相対的に小さな値とすることによって、本体３の先端部分の強度を向上させることができる。一方、シンニング刃７の先端角を相対的に小さな値とした場合には、切屑の切り取り厚みが大きくなる。そのため、シンニング刃７に連なる逃げ面と被削材との接触が起きやすくなる。

しかしながら、本実施形態のドリル１においては、シンニング刃７に連なる逃げ面である第２の逃げ面１３の回転軸に対する傾斜角度が相対的に大きな値とされている。そのため、一対のシンニング刃７の先端角が、一対の主切刃５の先端角よりも大きい場合であっても、シンニング刃７に連なる逃げ面と被削材との接触が生じる可能性を小さくできる。

また、本実施形態のドリル１においては、先端視した場合に、第２の逃げ面１３における一対のシンニング刃７に直交する方向の幅が、第１の逃げ面１１における一対の主切刃５に直交する方向の幅よりも小さい。第２の逃げ面１３は、回転軸に対する傾斜角度が相対的に大きい。そのため、第２の逃げ面１３が形成されている領域においては、ドリル１の芯厚が小さくなり易い。しかしながら、第２の逃げ面１３における上記の幅を相対的に小さくすることによって、第２の逃げ面１３が被削材に強く接触する可能性を小さくしつつ、ドリル１の芯厚が過度に小さくなることを抑制できる。

なお、先端視した場合において切刃が曲線形状である場合など、直線形状でない場合には、対象となる切刃の領域の両端を結ぶ直線に対して直交する方向の幅を上記の幅として評価すれば良い。

＜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、上述の実施形態のドリル１を用いる場合を例に挙げて詳細に説明する。以下、図１０〜１２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１１を配置する工程（図１０参照）。

（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を近づける工程（図１０，１１参照）。

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づ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とは相対的に近づけばよく、被削材１０１をドリル１に近づけてもよい。

（３）ドリル１をさらに被削材１０１に近づけることによって、回転しているドリル１の一対の主切刃５、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９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１０３（貫通孔）を形成する工程（図１１参照）。

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１９のうち後端側の一部の領域が被削材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、この一部の領域を切屑排出のための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１２参照）。

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とは相対的に離隔すればよく、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、加工穴１０３を有する切削加工物を得ることができる。

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う場合、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５、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９を接触させる工程を繰り返せばよい。

以上、本発明に係るドリル１に関して１つの実施形態を例示したが、本発明のドリル１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。

１・・・ドリル
３・・・ドリル本体（本体）
５・・・主切刃
７・・・シンニング刃
９・・・チゼルエッジ
１１・・・第１の逃げ面
１３・・・第２の逃げ面
１５・・・切屑排出溝（排出溝）
１７・・・把持部
１９・・・切削部
２１・・・ランド面
２１ａ・・・マージン
２１ｂ・・・二番取り面
２３・・・第１のすくい面
２５・・・第２のすくい面
１０１・・・被削材
１０３・・・加工穴

Claims

回転軸の周りに回転さ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おり、前記回転軸に直交する方向からの側面視において、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直線形状の一対のシンニング刃と、
前記先端部に位置しており、前記回転軸に沿った方向からの先端視において、前記回転軸と交差するとともに前記一対のシンニング刃を接続するチゼルエッジと、
前記一対の主切刃から前記回転軸の回転方向の後方に向かって延び、前記回転軸に対して傾斜している平坦面形状の第１の逃げ面と、
前記一対のシンニング刃から前記回転軸の回転方向の後方に向かって延び、前記回転軸に対して傾斜している平坦面形状の第２の逃げ面と、
前記ドリル本体の外周に設けられた、前記一対の主切刃および前記一対のシンニング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、
前記回転軸に平行であって前記第１の逃げ面を通る第１仮想直線を設定し、前記第１の逃げ面に直交するとともに前記第１仮想直線を含む断面における前記第１の逃げ面と前記第１仮想直線のなす角度を第１傾斜角度、前記回転軸に平行であって前記第２の逃げ面を通る第２仮想直線を設定し、前記第２の逃げ面に直交するとともに前記第２仮想直線を含む断面における前記第２の逃げ面と前記第２仮想直線のなす角度を傾斜角度θ２とした場合に、前記第２傾斜角度が、前記第１傾斜角度より大きいことを特徴とするドリル。
前記第２の逃げ面における逃げ角が、前記第１の逃げ面における逃げ角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のドリル。
前記一対のシンニング刃の先端角が、前記一対の主切刃の先端角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のドリル。
先端視した場合に、前記第２の逃げ面における前記一対のシンニング刃に直交する方向の幅が、前記第１の逃げ面における前記一対の主切刃に直交する方向の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のドリル。
請求項１〜４のいずれか１つ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、前記一対のシンニング刃および前記チゼルエッジ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。