JP6671678B1 - 深穴加工用１枚刃ドリル - Google Patents

Abstract

本体（２）とシャンク（３）とからなる１枚刃の深穴加工用ドリルであり、外周に１条の切屑排出溝（５）を具備し、本体（２）は、外周にクーラント送出溝（８）を有する大径部（２ａ）と小径部（２ｂ）を備え、大径部（２ａ）の先端側では芯厚が確保され、その他の箇所では、切屑排出溝（５）の溝底（５ａ）がドリルの回転中心（Ｏ）を超えて本体（２）は芯厚部が無くて軸直角断面が三日月状をなすものになっており、外部給油での加工において、小径部（２ｂ）の外周面と加工された穴の内径面との間にクーラント液の供給通路が形成される。

Description

この発明は、径比穴深さが２０Ｄ（Ｄはドリル径）を超えるような深穴を、外部給油方式で行ってステップフィードなし（ノンステップ）でＳ４５Ｃなどの金属の被削材に対して安定して加工できるようにした１枚刃の深穴加工用のドリルに関する。

深穴加工用のドリルの従来例として、例えば、下記特許文献１に示されるようなものや、ガンドリル等がある。また、２枚刃のツイストドリルの中にも、径比穴深さが、例えば、２０Ｄを超えるような深穴加工に対応したものがある（下記特許文献４〜５参照）。

下記特許文献１に記載されたドリルは、樹脂材に穴をあけるものであって、外部給油方式での加工によってクーラント液を刃部に供給する機能を備えている。

そのドリルは、刃部の先端からシャンクに向けてドリルの正回転方向にねじれる１条の切屑排出溝を有し、軸直角断面が半月状をなしている。

また、切屑排出溝を除く外周面は、全体がマージンとされている。そのマージンに、シャンクから刃部の先端に向けてドリルの回転軸回りに切屑排出溝とは反対向きにねじれていてポンプ作用を生じて刃部にクーラント液を供給する副溝を備えている。さらに、シャンクの外周にも副溝と同じ向きにねじれたクーラント誘導溝を備えている。

特許文献２のドリルも外部給油方式での穴あけを行うものである。この特許文献２のドリルは２枚刃である。２条の切屑排出溝間の外周面に、ドリルの正転方向と逆向きにねじれた切削油剤導入溝を複数条備え、さらに、前記切削油剤導入溝のドリル回転方向後端を連結して切削油剤導入溝に取り込まれた切削油剤（クーラント液）を刃先に到達させる縦長の切削油剤供給溝を備えている。

特許文献３の深穴加工用ドリルは、内部給油方式であり、溝長（切屑排出溝が設けられた箇所のドリル軸心方向の長さ）がドリル径Ｄの１０倍以上に設定されていて２以上の複数の刃を有する。マージンは、リーディングエッジに沿った位置とランド部の周方向中間位置の２箇所にあり、先端側の芯厚が０．３０Ｄ〜０．４０Ｄに設定されている。

また、切屑排出溝を備える部位の軸方向後部は、先端側の大径部よりも僅かに外径の小さい小径部として構成されている。

特許文献４の深穴加工用ドリルは、ツイストドリルであって、１５〜３０Ｄ程度の深穴を加工できるとされている。このドリルは、刃のある先端側（第１芯厚部）の芯厚がシャンクに至る後部側（第２芯厚部）の芯厚よりも大となっており、切屑排出溝の溝面粗さは１．５Ｓ以下になっている。

特許文献５の用ドリルもツイストドリルである。この特許文献５のツイストドリルは、
先端側の研磨代部の芯厚にバックテーパが付されて研磨代部の芯厚が軸線方向後方に向かって漸減しており、研磨代部よりも後方（シャンク側）の芯厚軸方向の各部において一定したものになっている。

特開２０１３−０７５３５５号公報 特開２００３−０８０４１１号公報 特開２０１２−０１１４８１号公報 特開２００４−１２２２９５号公報 特開２００５−１６９６００号公報

特許文献１のドリルは、外周のマージンに形成された副溝がクーラント液を強制的に刃先部に送り込む働きをする。その副溝を備えているため、クーラント供給設備の無い加工機を使用して穴あけを行うことができる。

しかしながら、同文献のドリルは、外部給油用のノズルから供給されたクーラント液が切屑排出溝に流入する。その切屑排出溝内のクーラント液が副溝に流入して副溝の働きで刃部に送り込まれるものになっている。そのため、刃先部に対するクーラント液の効率の良い供給と、切屑の円滑な排出の機能が最大に発揮されるものになっていない。

刃先部に向けて流れようとする供給側のクーラント液と、切屑と一緒に刃先部から流れ出ようとする排出側のクーラント液は、切屑排出溝の広範な領域で衝突する。そのために、クーラント液の相反する方向への流れが互いに打ち消し合ってクーラント液の循環性が悪くなる。

また、切屑の排出性能も、クーラント液による押し流しの効果が薄れて最大限に引き出されない。

このほか、特許文献１のドリルは、切屑排出溝の溝底が、凸円弧状をなしているため、切屑排出溝に取り込まれた切屑が径方向外側に向かって流れようとする。このため、被削材が金属であると、加工した穴の内径面が切屑によって傷つけられることも考えられる。

これに対し、ガンドリルは、内部給油を行うため、クーラントの供給方向への流れと排出方向への流れの衝突は起こらない。しかし、このガンドリルは、高圧のポンプを含む高価なクーラント供給装置を必要とする。

特許文献２のドリルは、切削油剤導入溝に流入したクーラント液を切削油剤供給溝に通して刃先に至らせるようにしているが、外部から供給されるクーラント液は、切削油剤導入溝に流入する前に切屑排出溝内の広範な領域で排出方向に流れようとするクーラント液と衝突する。そのために、クーラント液の循環と切屑の排出に関しては、特許文献１のドリルと同様の問題が生じる。

また、特許文献２のドリルは、中心部に芯厚を確保した２枚刃ドリルであるため、切屑排出溝の容積が小さい。そのために、加工条件によっては切屑詰まりが生じ易くなり、その問題を回避するために、ステップフィードをかけることが必要になったりする。

特許文献３の深穴加工用ドリルも、２枚刃である。このドリルは、外径の一定した小径部を先端側の大径部とシャンクとの間に有する。しかし、その小径部は、加工した穴との接触面積を減少させる目的で設けたと推測され、クーラント液の供給や切屑の排出性に影響を及ぼすものとは考え難い。

先端側の大径部をいわゆるダブルマージンにしているため、外部給油方式で使用すると、クーラント液の送り込みがまともになされないことが明らかである。

特許文献３のドリルは、先端の逃げ面に開口するオイルホールを設けることが望ましいとしており、クーラント液を使用する加工では、外部給油ではなく、クーラント液の供給装置が必要な内部給油を想定していると思われる。

特許文献４の深穴加工用ドリルは、第２芯厚部の芯厚を第１芯厚部の芯厚よりも小さくして切屑排出溝を拡幅している。そしてさらに、溝の面粗さを１．５Ｓ以下とすることで切屑の摩擦抵抗を減じて切屑の排出性を高めているが、溝の面粗さを１．５Ｓ以下とするためにＴｉＡｌＮ等の被膜を付しており、そのための表面処理が必要になってコストに影響する。

また、特許文献４のドリルは、切屑排出溝を拡幅しているが、中心部に芯厚が残存しているため、溝の拡幅に限界があり、加工条件次第では切屑詰まりを生じる虞がある。

特許文献５のドリルは、研磨代部の芯厚を軸線方向後方に向かって漸減させることで切屑の排出性を高めている。しかしながら、このドリルも中心部に芯厚が残存しているため、溝の拡幅に限界があり、加工条件次第では切屑詰まりを生じる虞がある。

特許文献５には、先端の逃げ面に開口するオイルホールを付した図が示されている。しかし、文献５のドリルも、クーラント液を使用する場合には、外部給油ではなく、クーラント液の供給装置が必要な内部給油を想定していると思われる。

この発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであって、被削材がＳ４５Ｃなどの金属であっても、径比穴深さが２０Ｄを超えるような深穴を、外部給油方式で行ってステップフィードなしで安定して加工できる１枚刃の深穴加工用のドリルを提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、先端に切れ刃を備える本体と、その本体の後方に連なるシャンクとからなる１枚刃の深穴加工用ドリルを以下の通りに構成した。即ち、
先端に切れ刃を備える本体の外周に、刃先部からシャンクに向けて軸心方向に延びる、凹形に湾曲した溝面を有する１条の切屑排出溝を具備し、
前記本体の先端からシャンクに向かって所定長さ範囲は、外周面がマージンとなっている大径部、その大径部と前記シャンクとの間は大径部よりも小径の小径部としてそれぞれ形成され、
前記大径部の外周には、ドリルの正転方向とは反対向きにねじれたクーラント送出溝が形成され、
前記大径部の全域又はその大径部の少なくとも先端側では、前記切屑排出溝の溝底がドリルの回転中心を超えない位置にあって芯厚が確保され、
その他の箇所では、前記切屑排出溝の溝底がドリルの回転中心を超えて前記本体が、芯厚部が無くて、軸直角断面が真円の１／３を除去した切欠円よりも大きな切欠円の外周面とその外周面よりも直径の小さな切欠円の溝面が組み合わさった三日月状をなしており、
外部給油方式での加工において、前記小径部の外周面と加工された穴の内径面との間にクーラント液の供給通路が形成されるものにした。

このドリルの好ましい形態を以下に列挙する。なお、以下で言うねじれ角は、全て、ドリルの中心軸を基準にした傾き角である。
１）ドリル径をＤとして、前記小径部の外径を前記大径部の外径に対して３０％以下の範囲で小さくする。（小さくする割合が０％では小径部が存在しないことになるので、０％は含まれない内容にしました）
２）前記切屑排出溝を、ドリルの正転方向にねじれた正のねじれ角を有するねじれ溝、好ましくは、ねじれ角が０°〜１５°のねじれ溝や、１５°を上限にして正のねじれ角が途中で変化するねじれ溝にする。
３）前記クーラント送出溝のねじれ角を−４５°〜−８９°にする。
４）前記クーラント送出溝の設置数を複数条にし、前記シャンクに近い側のクーラント送出溝ほど、始端（シャンクに近い側の端部）の位置を、ドリルの回転方向後方に後退させる。
５）前記クーラント送出溝の始端の位置を、前記切屑排出溝からドリルの回転方向後方に後退させ、切屑排出溝とクーラント送出溝の始端との間にマージンのないバイパス路を設ける。
６）前記小径部の外周に、前記クーラント送出溝と同方向にねじれた溝を設ける。
７）ドリル先端の逃げ面のドリル正転方向後方に、逃げ面の一部をドリルの後部側に窪ませて形成されたシンニングヒール面に至るクーラントチャンバを設け、そのクーラントチャンバに前記クーラント送出溝を連通させる。
８）前記クーラント送出溝の設置数を複数条にし、その複数条のクーラント送出溝の中の１条のクーラント送出溝の長手直角断面における断面積を他のクーラント送出溝の長手直角断面における断面積よりも大きくする。
９）前記本体の先端から所定長さ前記シャンク側に移動したＸ点までの間において、前記切屑排出溝にコアテーパを付して本体の先端から所定長さシャンク側に移動したＸ点までの間でその切屑排出溝の深さをシャンク側に向かって徐々に増加させ、前記Ｘ点よりもシャンク側では前記切屑排出溝の深さを終端の切れ上がり部に向かって一定させるか又は終端の切れ上がり部に向かって徐々に僅かに増加または減少させる。
１０）前記大径部の長さを、０．７５〜４Ｄに設定する。
１１）本体先端から所定長さの領域を再研磨のための芯厚を有する研磨代部として設定し、その研磨代部の長さを０．０８〜０．１５Ｄに設定する。

この発明のドリルは、外部から供給されたクーラント液が前記小径部の外周と加工された穴の内径面間生じた隙間を供給路にして大径部の後端（シャンクに近い側の端部）まで流れ込む。

そして、クーラント液が大径部の外周のクーラント送出溝による送り込み作用（ドリルが回転することによって生じるポンプ作用）によって本体の先端側に流れて刃先部に供給される。

また、刃先部に到達したクーラント液は、切れ刃によってすくい取られた切屑と共に切屑排出溝を通って排出される。

前記クーラント送出溝の始端が切屑排出溝に開放しているものは、供給されるクーラント液が前記大径部の後端から切屑排出溝経由でクーラント送出溝に流入するが、大径部の後端からクーラント送出溝の始端（入口）までの距離が極めて短い。

また、切屑排出溝を通ってクーラント送出溝に流れるクーラント液は、切屑排出溝のクーラント送出溝の始端が開口している側の面や加工された穴の内径面に沿って流れ、切屑排出溝のその他の領域では、クーラント液が排出方向に流れる。

このように、この発明のドリルでは、クーラント液の供給方向への流れと排出方向への流れが分離し、これにより、刃先部に至るクーラント液の単位時間当たりの供給量が増加する。

また、供給量の増加により、クーラント液の単位時間当たりの排出量も増加し、排出方向の流れにより切屑の押し流しの効果が高まる。これに加え、本体の大径部の全域又は先端側を除く箇所では、切屑排出溝の溝底がドリルの回転中心を超えてその切屑排出溝の軸直角断面での断面積が極めて大きくなっており、そのために、切屑の排出も良好になる。

これらの作用効果により、径比穴深さが２０Ｄを超える深穴であっても、内部給油設備の無い加工機を使用してステップフィードなしで、また、切屑排出溝の溝面の摩擦係数を低減するための処理も施さずに安定して加工することが可能になる。

このほか、切屑排出溝が円弧の外周面と円弧の溝面が組み合わさった三日月状をなしているため、その切屑排出溝に流入した切屑が溝面に沿って径方向外側に誘導されることがなく、加工された穴面の切屑による傷つきも効果的に防止される。

なお、上記１）〜１１）の好ましい形態に関する作用効果の説明は、発明を実施するための形態の項で行う。

この発明のドリルの一例を示す斜視図である。 図１のドリルの全体を示す側面図である。 図１のドリルの寸法諸元の一部を示す側面図である。 図１のドリルの要部を軸線に沿って切断した図である。 図１のドリルの先端部を拡大して示す斜視図である。 図１のドリルの先端部を図５とは反対方向から見た斜視図である。 図２のXI−XI線に沿った拡大断面図である。 図２のXII−XII線に沿った拡大断面図である。 クーラント送出溝の始端の変形例を示す要部の拡大斜視図である。 クーラント送出溝の始端の他の変形例を示す要部の拡大斜視図である。 この発明のドリルの他の例の全体を示す側面図である。 図１１のドリルの先端側の一部を拡大して示す斜視図である。 この発明のドリルのさらに他の例を示す拡大正面図である。 図１３のドリルの先端側の一部を拡大して示す斜視図である。 図１３のドリルの先端側の一部を拡大して示す側面図である。 この発明のドリルの小径部の設置効果を確認するために行った検証試験方法の説明図である。 この発明のドリルでＳ４５Ｃの被削材に穴をあけ、外部給油による実際の加工で刃先部にクーラント液が確実に送り込まれるかを調べた検証試験方法の説明図である。 この発明のドリルによる穴加工で発生した切屑の一形態を示す側面図である。

以下、添付図面の図１〜図１８に基づいて、この発明の深穴加工用１枚刃ドリルの実施の形態を説明する。

図１〜図４に示すように、例示の深穴加工用１枚刃ドリル１は、超微粒子の粉末を焼き固めた超硬丸棒素材を加工して作られたものであって、本体（ボディ）２と、その本体２の後方に連なったシャンク３とからなる。本体２は、高速度鋼などの他の素材で形成されたものであってもよい。

本体２は、先端に切れ刃４（図２、図３、図５参照）を備え、先端角α（図３参照）が１１０°〜１６０°に設定されている。また、外周に、刃先部からシャンク３に向けて軸心方向に延びる１条の切屑排出溝５を有する。また、切屑排出溝５の回転中心側に偏った箇所の溝面を掘り下げるシンニング溝２ｄ（図５参照）を先端部に有する。本体２の先端の径方向中心部には、通常のドリルと同様の微小幅のチゼル刃２ｆ（図１３〜図１５参照）が存在する。

例示のドリルの切屑排出溝５は、ドリルの正転方向にねじれており、溝面５ｃが図７、図８に示すように、凹形に湾曲した溝になっている。

本体２の先端からシャンク３に向かって所定長さＬ１の範囲（図３参照）は、外周面がマージン６となっている大径部２ａとして、また、その大径部２ａとシャンク３との間は、大径部２ａよりも外径の小さい小径部２ｂとしてそれぞれ形成されている。

小径部２ｂはストレート形状に限定されない。例えば、シャンク３側が僅かに大径となるように長手方向に外径が徐々に変化していてもよい。外径の変化は、小径部の強度向上を図るのに有効であり、外周面をテーパ面にしたり、緩やかな湾曲面にしたりして作り出すことができる。

大径部２ａの長さＬ１は、ドリルの直進性と後述するクーラント送出溝８の設置領域を考えると、０．７５Ｄ以上確保するのがよい。ドリルの機能再生のための再研磨を行うドリルについては、研磨代部の設定長さに０．７５Ｄを加算して、大径部２ａの最小長さを決定するとよい。

例示のドリルは、図３に示した大径部２ａの外径（＝ドリルの直径Ｄ）がφ３．２ｍｍであり、小径部２ｂの外径ｄは、φ２．７ｍｍとなっている。大径部２ａと小径部２ｂの径差は、直径で０．５ｍｍ、加工した穴の内径面と小径部２ｂの外周との間には、０．２５ｍｍの隙間ができる。

小径部２ｂの外径は、その小径部の強度維持を考えると、大径部の外径に対して３０％以下の範囲で小さくするのがよい。直径が１０ｍｍを超えるようなドリルについては、大径部２ａとの径差を０．５ｍｍ程度の一定値に固定しても、小径部２ｂの外周を通してクーラントの供給が不足なくなされる。

大径部２ａの外周には、ドリルの正転方向とは反対向きにねじれて本体２の先端の逃げ面７やマージン部（大径部２ａ）のドリル正転方向後方の縁に至るクーラント送出溝８が形成されている。そのクーラント送出溝８は、設置数を複数条にすると、刃先部に対するクーラント液の供給量が増えて好ましい。

そのクーラント送出溝８は、同一ねじれ角でねじれるものを３条設けたが、その溝の設置数は３条に限定されない。少なくとも１条あれば、クーラント液を送り込むポンプ作用が得られる。

クーラント送出溝８は、一部の溝の始端８ａが大径部２ａの軸方向後端に開放し、残りの溝の始端８ａは、大径部２ａのリーディングエッジ側において切屑排出溝５に開放している。

ただし、クーラント送出溝８の設置数が多いほど、ポンプ作用が強化される上に、既述の３）と４）の構成を採用することも可能になって有利となる。

なお、クーラント送出溝８の形状は、溝底が平坦な溝、凹円弧をなす溝、断面がＶ字状或いは溝底に向かって幅が狭くなる倒立台形状の溝のいずれであってもよい。断面がＶ字状の溝は、交差する２つの溝面の幅が等しい溝、不等幅の溝のどちらであってもよい。

切屑排出溝５は、本体２の先端から図４に示したＸ点までの範囲では、溝底５ａにδ（例示のドリルのδは３°）の傾き角を有するコアテーパが付されていて溝深さが徐々に増加し、コアテーパ部の終端であるＸ点で溝深さが最大となってＸ点から終端の切れ上がり部５ｂまでの溝深さは一定したものになっている。図のドリルのＸ点は、本体２の先端から約４Ｄ後退した位置にある。

切屑排出溝５の溝底５ａは、例示のドリルの場合、大径部２ａの後端付近でドリルの回転中心Ｏと重なる位置にあり、その位置よりも大径部２ａの先端側には芯厚が確保されている。

また、溝底５ａがドリルの回転中心Ｏと重なった位置よりも後部側では、溝底５ａがドリルの回転中心Ｏを超えて（図８を同時参照）切屑排出溝５の軸直角断面での断面積が大きく確保され、本体２が芯厚部の存在しない構造となっている。

その芯厚部の存在しない部位の軸直角断面は、真円の１／３を除去した形の切欠円よりも大きな（真円に近い）切欠円の外周面２ｃと、その外周面２ｃよりも直径の小さな切屑排出溝５の凹円弧（切欠円）の溝面５ｃが組み合わさった三日月状をなしている（図８参照）。

これにより、切屑排出溝５に流入した切屑は、切屑排出溝５の溝底５ａ側に取り込まれ、径方向外側に向かって誘導されることがなくなる。

切屑排出溝５のＸ点から切れ上がり部５ｂまでの溝深さは、例示のドリルについては一定させているが、僅かの量であれば、切れ上がり部５ｂに向かって徐々に増加または減少していてもよい。（増減による効果の説明は省きました。）

この発明のドリルでは、クーラント液による切屑の押し流しの効果が得られるので、切屑排出溝５はねじれ角が０度の溝であってもよいが、切屑排出溝５が正のねじれ角を有するねじれ溝であると、切屑の排出性がより優れたものになる。

その切屑排出溝５の図１に示した正のねじれ角βは、種々の実験の結果、ドリルの直径、１分間当たりの回転数、加工する穴の深さ（本体の有効長部の長さ）などにもよるが、０°〜１５°程度が適当である。正のねじれ角を有する切屑排出溝５は、正のねじれ角が途中で変化していても構わない。この場合もねじれ角の上限値は、１５°程度が好ましい。

また、クーラント送出溝８の図３に示したねじれ角γは、−４５°〜−８９°程度が適当である。

クーラント送出溝８が複数条設置されるドリルは、好ましい形態として、図９に示すように、シャンク３に近い側のクーラント送出溝８ほど、始端８ａの位置をドリルの回転方向後方に後退させたものが考えられる。

このように構成したものは、供給方向に流れるクーラント液が切屑排出溝５を通らずにクーラント送出溝８（最先端のクーラント送出溝を除く）に流入し、クーラント液の刃先部への供給がより円滑になる。

また、これも好ましい形態として、図１０に示すように、クーラント送出溝８の始端８ａを、切屑排出溝５からドリルの回転方向後方に後退させて切屑排出溝５とクーラント送出溝８の始端８ａとの間にバイパス路（マージンのない領域）９を形成したものが考えられる。

バイパス路９を作り出す部位の外径は、前記小径部２ｂの外径と等しくてもよいし、小径部２ｂの外径よりも小さくしてもよい。また、図１０のバイパス路９は、大径部２ａのリーディングエッジ２ｅからドリルの回転方向後方に後退した位置にある。

図のバイパス路９は、ドリルの軸芯と平行な溝になっているが、軸芯に対して−１５°〜１５°程度傾いていても差支えない。

このように構成したものは、供給方向に流れるクーラント液の一部がバイパス路９を通って刃先部に流れることができ、クーラント液が刃先部に向けて直接供給される。

さらに、これも好ましい形態として、図１１、図１２に示すように、小径部２ｂの外周に、クーラント送出溝８と同方向にねじれたねじれ溝２ｇを、好ましくは、クーラント送出溝８を延長した線上に配置して設けたものが考えられる。

ねじれ溝２ｇは、小径部２ｂの強度を損なわない深さの極く浅い溝にする。このねじれ溝２ｇを設けると、小径部２ｂの外周を通って供給されるクーラント液が供給方向に誘導され易くなるほか、整流効果も期待できる。

図１３〜図１５は、ドリル先端の逃げ面７のドリル正転方向後方に、逃げ面７の一部をドリルの後部側に窪ませて形成されたクーラントチャンバ１０を示している。図示のクーラントチャンバ１０は、凹形に湾曲していてシンニングヒール面１１に至っている。

そのクーラントチャンバ１０には、クーラント送出溝８が連通しており、クーラント送出溝８を通して送り込まれたクーラント液がクーラントチャンバ１０に流入する。そして、そこから切れ刃４による切削部に流れる。切削部の効率的な潤滑と冷却を考えると、これも好ましい構造と言える。

クーラント送出溝８は、設置数が複数条に設定される場合には、その複数条のクーラント送出溝の中の１条のクーラント送出溝の長手直角断面における断面積を、溝幅を大きくするなどして他のクーラント送出溝の長手直角断面における断面積よりも大きくしてその溝を主溝として機能させることができる（図１２と図１５参照）。

このほか、経済性を考慮すると、再研磨による機能再生が行えるドリルが望まれる。その要求に応えるために、大径部２ａの本体先端から所定長さの領域を再研磨のための研磨代部として設定する形態も考えられる。

その再研磨対応のドリルは、大径部２ａの研磨代部では、切屑排出溝５の溝底５ａがドリルの回転中心を超えない位置にある。

その再研磨対応のドリルは、例えばＤ＝φ３．２ｍｍのドリルの場合、研磨代部の長さの最小値を０．２５ｍｍ（０．２５／３．２≒０．０８）に設定すると、刃先部の摩耗が正常摩耗の場合、２回の再研磨を行うことができる。

研磨代部の軸方向長さは、０．０８〜０．１５Ｄ程度が適当と思われる。これを考慮すると、研磨代部を付与したドリルの大径部２ａの好ましい長さの最小値は、０．７５Ｄ+０．０８Ｄ＝０．８３Ｄとなる。

その設定によれば、再研磨がなされて研磨代がゼロになったときにも、クーラント送出溝８が残存してその溝によるクーラント液の送り込み性能が維持される。

上述したこの発明の深穴加工用１枚刃ドリル１は、本体２の小径部２ｂの外周面と加工された穴の内径面との間に生じる隙間が供給通路となってその通路経由で外部から供給されたクーラント液が本体２の大径部２ａに向けて流れる。

そして、そのクーラント液が大径部の外周のクーラント送出溝８に取り込まれ、そのクーラント送出溝８によるポンプ作用によって刃先側に強制的に送り込まれる。

また、刃先の冷却、潤滑を行ったクーラント液は、切れ刃４によってすくい取られた切屑と共に切屑排出溝５を通って外部に排出される。

このときに供給方向に流れるクーラント液が切屑排出溝５を通る量は極めて少ない（クーラント送出溝８の始端の位置によってはその量はほぼゼロになる）。

このように、小径部２ｂの外周面と加工された穴の内径面との間に隙間を生じさせ、その隙間を供給通路となしたことによってクーラント液の供給方向への流れと排出方向への流れが分離し、双方の流れが打ち消しあうことが無くなる。

これにより、刃先部に至るクーラント液の単位時間当たりの供給量が増加して刃先の冷却と潤滑の効果が高まる。

また、クーラント液の単位時間当たりの排出量も、供給量と共に増加し、排出方向の流れによる切屑の押し流しの効果が高まって切屑の排出も良好になる。

切屑の排出は、本体の先端側を除く部分が芯厚部の存在しない形状となって切屑排出溝５の軸直角断面での断面積が極めて大きくなっていることによっても高められる。

Ｓ４５Ｃの被削材に対するφ３．２ｍｍの試作ドリルによる穿孔試験では、図１８に示すように、連続的にカールした切屑Ｃが折れずに排出された。

これは、切屑排出溝５の軸直角断面での断面積が極めて大きくなっているからであり、切屑Ｃが折れずに排出されることで、切屑詰まりは全く起こらなかった。

（検証試験１）
クーラント送出溝の有効性を確認するための試験を行った。その試験は、透明な試験管をドリルによって穿孔された穴の拡大モデルと考え、外径が前記試験管の内径寸法に合致する大径部を備えた樹脂製のドリルのモデルを３Ｄプリンターを使って製作した。

製作したドリルのモデルは、大径部にクーラント送出溝を有する。そのモデルは、クーラント送出溝のねじれ角を種々変化させたものを１３種類用意した。

次に、光反射性のフィラーを混入して流れ方向を目視確認できるようにした水を前記試験管に入れ、その試験管にそれぞれのドリルモデルを挿入してクーラント送出溝のねじれ方向とは反対向き（ドリルの正転方向）に回転させ、このときの、フィラー混入水の流れを外部から目視確認した。

その結果、クーラント送出溝のねじれ角が−４５°〜−８９°のモデルは、フィラー混入水が試験管の底に向けて押し流され、ポンプ作用が確実に生じることを確認した。

この試験に基づき、本体２の大径部２ａに設けるクーラント送出溝８のねじれ角γは、−４５°〜−８９°が適当であると判断した。

（検証試験２）
本体の小径部の設置効果に関する確認試験を行った。
この試験に用いたテスト用ドリルは、図３に示した直径Ｄ＝３．２ｍｍ、大径部長さＬ１＝５．０ｍｍ、先端角α＝１３５°、小径部直径ｄ＝２．７ｍｍ、先端からシャンクまでの有効長Ｌ２＝８０ｍｍ、全長Ｌ３＝１２０ｍｍ、切屑排出溝のねじれ角β（図１参照）＝３°、クーラント送出溝のねじれ角γ（図３参照）＝５５°、小径部の溝底部厚みｔ（図４、図８参照）≒０．６ｍｍの仕様の試作ドリル（発明品１）と、市販の２枚刃の深穴加工用ツイストドリル２種（比較品）である。比較品はねじれ溝のねじれ角が４０°と３７°である。

試験は、図１６に示した透明アクリル樹脂ブロック２０を用意した。その透明アクリル樹脂ブロック２０は、上面にクーラント液をためる中央部の落ち込んだポケット２１を加工し、そのポケットの底にテスト用ドリルがピッタリと合う穴２２を貫通させて設けている。

そして、その透明アクリル樹脂ブロック２０の穴２２にテスト用ドリルを差し込み、実用面で採用される切削速度Ｖｃ≒２５〜８０ｍでドリルを回転させて前記ポケット２１に給油ノズル２３から吐出したクーラント液を流し入れ、そのクーラント液がドリルの先端部に流れるか否かを調べた。

その結果、発明品は、全切削速度領域においてクーラント液が穴の下方に円滑に流れた。これに対し、比較品は、Ｖｃ＝３０ｍ付近において切屑排出溝に流入したクーラント液がリフトアップされ、ポケット２１に供給されたクーラント液は減る様子が見られなかった。これでは、刃先部が無給油状態になる。

この試験の結果から、本体の小径部がクーラント液の供給路として有効に機能していることを確認した。

（検証試験３）
クーラント液のリフトアップが生じる切屑排出溝のねじれ角の大きさについて調べた。試験は、直径３．２ｍｍと５．９ｍｍの市販品の２枚刃のテスト用ツイストドリルを用いて行った。

直径３．２ｍｍのテスト用ツイストドリルは、切屑排出溝のねじれ角が１２°、１５°、２０°、２６°、３０°、３４°の６種類とした。また、直径５．９ｍｍのテスト用ツイストドリルは、切屑排出溝のねじれ角が１５°、２０°、２５°、３０°の４種類とした。

試験には、上面にクーラント液をためる中央部の落ち込んだポケットを加工し、そのポケットの底にテスト用ツイストドリルがピッタリと合う直径３．２ｍｍと直径５．９ｍｍの穴を貫通させて設けた透明アクリル樹脂ブロックを用いた。

その透明アクリル樹脂ブロックの穴に適合した直径を有しているテスト用ツイストドリルを挿入し、そのドリルを任意の回転数で回転させながら透明アクリル樹脂ブロックの上面のポケットにクーラント液を流し入れた。そして、この状態でドリルの回転数を増減させ、ポケット内のクーラント液がリフトアップ効果によって減らなくなる（穴に流入しなくなる）回転数を調べた。

その結果を下にまとめる。
・直径３．２ｍｍのテスト用ツイストドリル
切屑排出溝のねじれ角 １２°：９，０００ｒｐｍ、１５°：８，０００ｒｐｍ、２０°：７，０００ｒｐｍ、２６°：６，０００ｒｐｍ、３０°：５，０００ｒｐｍ、３４°：４，０００ｒｐｍ
・直径５．９ｍｍのテスト用ツイストドリル
切屑排出溝のねじれ角 １５°：３，１００ｒｐｍ、２０°：２，７００ｒｐｍ、２５°：２，５００ｒｐｍ、３０°：２，２００ｒｐｍ

切屑排出溝のねじれ角は、本体のねじれ剛性確保の観点からは小さいほどよい。一方、切屑排出性の面ではクーラント液のリフトアップが起こらない範囲でできるだけ大きくするのがよい。

その兼ね合いと、一般的に用いられる切削条件及びねじれ溝の加工性を考えると、発明品のドリルについては、切屑排出溝のねじれ角は０°〜１５°程度にするのが好ましいと推測される。

（検証試験４）
検証試験２の発明品を用いて透明アクリル樹脂のテストピースに穴をあけ、本体の小径部の外周を伝い降りたクーラント液が、大径部外周のクーラント送出溝のポンプ作用によって刃先部に回り込むかを目視確認した。この試験での切削速度は、Ｖｃ＝１０ｍとした。

この試験では、被削材がアクリル樹脂のため、延性が高く、切屑が金属のようにカールすることがなくて中実のスポンジ状の切屑が発生し、その切屑がクーラント送出溝の入口（始端）を塞いだために、径比穴深さが１１Ｄ付近までの状態しか確認できなかったが、確認できた範囲では、本体の小径部の外周を伝い降りたクーラント液がクーラント送出溝を流れて確実に刃先部に回り込むことを確認できた。

さらに、効果の違いを確かめるために、小径部の外径をφ２．５ｍｍにしたドリル（その他の諸元は発明品１と同じにした発明品２）を製作して試験を行ったところ、径比穴深さが１７Ｄまでの状態を確認することができた。これにより、小径部と加工した穴の壁面とのクリアランスの大きさなどによってクーラント液を誘導できる能力が左右されることを確認できた。この試験の被削材も、アクリル樹脂である。

同じ試験を検証試験３で用いた比較ドリルでも行った。その比較ドリルは、加工した穴深さが２Ｄ〜３Ｄ付近でクーラント液による刃先部が潤滑難しくなり、発明品との送り込みの差が歴然であった。

（検証試験５）
検証試験２の試作ドリル（直径Ｄ＝３.２ｍｍの発明品）Ｓ４５Ｃの被削材に穴をあけ、外部給油による実際の加工で刃先部にクーラント液が確実に送り込まれるかを調べた。

この試験は、図１７に示すように、被削材２４に対し、深穴をあける際に到達する各穴深さのポイントｐを複数箇所設定し、そのポイントｐの各々に窓穴２５となるアクリルの透明樹脂を埋め込み、ドリルがそのポイントｐに到達した瞬間を高速度カメラ（スーパースローカメラ）でアクリルの窓穴２５を透して撮影する方法で行った。

この試験の結果、各ポイントｐにドリルの先端が到達したときにドリルの刃先部にクーラント液が確実に供給されていることを確認した。径比穴深さが２０Ｄに到達した位置と、その位置に達するまでの各ポイントにおいてクーラント液はドリルの刃先部に良好に送り込まれていた。

（検証試験６）
直径Ｄ＝５．９ｍｍ、大径部長さＬ１＝９．２ｍｍ、先端角α＝１３５°、小径部直径＝５.０ｍｍ、先端からシャンクまでの有効長Ｌ３＝１４８ｍｍ、全長Ｌ４＝２２０ｍｍ、切屑排出溝のねじれ角β＝３°、クーラント送出溝のねじれ角γ＝５５°の仕様のドリル（これも発明品）も試作し、これを用いて検証試験５と同様の確認試験を行った。その結果は検証試験５と変わりがなかった。

（検証試験７）
検証試験５で用いた直径Ｄ＝３.２ｍｍの発明品と、検証試験６で用いた直径Ｄ＝５．９ｍｍの発明品を用いてＳ４５Ｃの被削材に対して、径比穴深さが２０Ｄの深穴を下記の切削条件で連続的に加工した。

・直径Ｄ＝３.２ｍｍのドリルの切削条件
切削速度Ｖｃ＝５０ｍ（回転数ｎ＝５，０００ｒｐｍ）、送りｆ＝０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
・直径Ｄ＝５.９ｍｍのドリルの切削条件
切削速度Ｖｃ＝２８ｍ（回転数ｎ＝１，５００ｒｐｍ）、送りｆ＝０．０３ｍｍ／ｒｅｖ
外部給油実施
なお、この加工はセンタードリルで穴あけ箇所に印をつけるいわゆるセンターモミを施して行った。

この試験の結果、どちらのドリルも、連続加工が問題なく実施できた。本体の小径部の大部分が芯厚のない構造となっているにもかかわらず、剛性不足に起因する加工中のドリル振動などは起こらず、３０穴の穴あけ後も何ら異常は見られなかった。

また、切屑排出溝の溝面が凹円弧に湾曲していること、および、本体の小径部の大部分が芯厚のない構造となっていて切屑排出溝の断面積が増大していることにより、上記の加工で発生した切屑はストレスなく回転しながら排出され、そのために、その切屑Ｃは、図１８に示すような綺麗な巻き形状を維持し、それが途中で分断されることなく連続的に排出された。

上記の検証試験結果からもわかるように、この発明のドリルは、径比穴深さが２０Ｄを超える深穴であっても、内部給油設備の無い加工機を使用してステップフィードなしで安定して加工することが可能になる。

なお、この発明のドリルは、Ｓ４５Ｃなどの金属に対する穴加工用として特に適しているが、被削材は金属に限定されない。

また、この発明は、オイルホールの加工が難しい直径の小さなドリルに適用すると、その有効性が特に顕著に発揮されるが、直径の大きなドリルも、この発明を適用するとクーラントの内部給油設備が不要であるので、十分な恩恵が期待できる。

１ 深穴加工用１枚刃ドリル
２ 本体
２ａ 大径部
２ｂ 小径部
２ｃ 外周面
２ｄ シンニング溝
２ｅ リーディングエッジ
２ｆ チゼル刃
２ｇ ねじれ溝
３ シャンク
４ 切れ刃
５ 切屑排出溝
５ａ 溝底
５ｂ 切れ上がり部
５ｃ 溝面
６ マージン
７ 逃げ面
８ クーラント送出溝
８ａ 始端
９ バイパス路
１０ クーラントチャンバ
１１ シンニングヒール面
α 先端角
β 切屑排出溝のねじれ角
γ クーラント送出溝のねじれ角
δ コアテーパの傾き角
Ｄ ドリル径
ｄ 小径部外径
Ｌ１ 大径部の軸方向長さ
Ｌ２ 有効長
Ｌ３ 全長
Ｘ コアテーパ部の終端
Ｏ ドリルの回転中心
２０ 透明アクリル樹脂ブロック
２１ ポケット
２２ 透明アクリル樹脂にあけた穴
２３ 給油ノズル
２４ 被削材
２５ 窓穴
ｐ 深穴加工での各穴深さのポイント
Ｃ 切屑

Claims (9)

1. 先端に切れ刃（４）を備える本体（２）と、その本体（２）の後方に連なるシャンク（３）とからなる１枚刃の外部給油を行って使用する深穴加工用ドリルであって、
   前記本体（２）の外周に、刃先部から前記シャンク（３）に向けて軸心方向に延びる、凹形に湾曲した溝面（５ｃ）を有する１条の切屑排出溝（５）を具備し、
   前記本体（２）の先端から前記シャンク（３）に向かって所定長さ範囲は、外周面がマージン（６）となっている大径部（２ａ）として、また、その大径部（２ａ）と前記シャンク（３）との間は前記大径部（２ａ）よりも小径の小径部（２ｂ）としてそれぞれ形成され、
   前記大径部（２ａ）の外周には、ドリルの正転方向とは反対向きにねじれたクーラント送出溝（８）が設けられ、
   前記大径部（２ａ）の全域又はその大径部（２ａ）の少なくとも先端側では、前記切屑排出溝（５）の溝底（５ａ）がドリルの回転中心を超えない位置にあって芯厚が確保され、
   その他の箇所では、前記切屑排出溝（５）の溝底（５ａ）がドリルの回転中心（Ｏ）を超えて前記本体（２）が、芯厚部が無くて軸直角断面が真円の１／３を除去した切欠円よりも大きな切欠円の外周面（２ｃ）とその外周面（２ｃ）よりも直径の小さな切欠円の溝面（５ｃ）が組み合わさった三日月状をなしており、
   前記小径部（２ｂ）の外周面と加工された穴の内径面との間にクーラント液の供給通路が形成されるものにした深穴加工用１枚刃ドリル。
2. 前記切屑排出溝（５）を、ドリルの正転方向にねじれた１５°以下の正のねじれ角を有するねじれ溝にした請求項１に記載の深穴加工用１枚刃ドリル。
3. 前記クーラント送出溝（８）のねじれ角を−４５°〜−８９°にした請求項１又は２に記載の深穴加工用１枚刃ドリル。
4. 前記クーラント送出溝（８）の設置数を複数条にし、前記シャンク（３）に近い側のクーラント送出溝（８）ほど始端（８ａ）の位置を、ドリルの回転方向後方に後退させた請求項１〜３のいずれかに記載の深穴加工用１枚刃ドリル。
5. 前記小径部（２ｂ）の外周に、前記クーラント送出溝（８）と同方向にねじれたねじれ溝（２ｇ）を設けた請求項１〜４のいずれかに記載の深穴加工用１枚刃ドリル。
6. ドリル先端の逃げ面（７）のドリル正転方向後方に、逃げ面（７）の一部をドリルの後部側に窪ませて形成されたクーラントチャンバ（１０）を設け、そのクーラントチャンバ（１０）をシンニングヒール面（１１）に至らせ、そのクーラントチャンバ（１０）に前記クーラント送出溝（８）を連通させた請求項１〜５のいずれかに記載の深穴加工用１枚刃ドリル。
7. 前記クーラント送出溝（８）の設置数を複数条にし、その複数条のクーラント送出溝（８）の中の１条のクーラント送出溝の長手直角断面における断面積を他のクーラント送出溝の長手直角断面における断面積よりも大きくした請求項１〜６のいずれかに記載の深穴加工用１枚刃ドリル。
8. 前記本体（２）の先端から所定長さ前記シャンク（３）側に移動したＸ点までの間において、前記切屑排出溝（５）の溝底（５ａ）にコアテーパを付して前記切屑排出溝（５）の溝深さを前記シャンク（３）側に向かって徐々に増加させ、前記Ｘ点よりも前記シャンク（３）側では前記切屑排出溝（５）の溝深さを終端の切れ上がり部（５ｂ）に向かって一定させるか又は前記切れ上がり部（５ｂ）に向かって徐々に僅かに増加もしくは減少させた請求項１〜７のいずれかに記載の深穴加工用１枚刃ドリル。
9. 前記大径部（２ａ）の長さを０．７５〜４．０Ｄに設定し、さらに、本体先端から所定長さの領域を再研磨のための研磨代部として設定し、芯厚を有するその研磨代部の長さを０．０８〜０．１５Ｄに設定した請求項１〜８のいずれかに記載の深穴加工用１枚刃ドリル。

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