JP6894069B2

JP6894069B2 - ドリル

Info

Publication number: JP6894069B2
Application number: JP2019046491A
Authority: JP
Inventors: 淳平元木
Original assignee: 株式会社小林ダイヤ
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2021-06-23
Anticipated expiration: 2039-02-25
Also published as: JP2020131420A

Description

本発明は、繊維質を含有する被削材の穴あけ加工に適するドリルに関する。

穴の仕上げ加工用のドリルとして切り刃をドリル中心から径外方に向かって階段状に複数の段差部を形成した段付き刃としたものがある（特許文献１）。かかるドリルは鋳物などの硬い金属の穴あけ加工に適するもので、このドリルにおける段部の傾斜は剛性を確保するため正の傾斜角となっている。

しかし、繊維質を含有する炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の被削材の穴あけ加工する場合、繊維質の切断に困難を伴う。先端切れ刃を階段状とし、段部を正の傾斜角としたものでは、繊維質の切断が難しく、ムシレやバリが発生して、良好な仕上げ面とすることが困難である。このため、いかに繊維質を切断できるかが加工面に大きな影響を及ぼすことになる。

特開２００１−１０５２１７号公報

そこで、本発明の目的は、繊維質を含有する被削材の穴あけ加工に好適なドリルを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によるドリルは、超硬合金層の上面側に多結晶ダイヤモンド層を一体に積層してなるチップを多結晶ダイヤモンド層をすくい面側に配置して刃台に接合したドリルであって、先端切れ刃をドリル中心から径外方に向けて階段状に複数の切れ刃に形成するとともに階段状の各段部に向心角を付与し、前記先端切れ刃をドリル中心部の中心刃、中間部の中間刃、最外周部の外周刃とし、前記中間刃及び外周刃はフラット刃としたこと、を特徴としている。
本発明の他の態様によるドリルは、超硬合金層の上面側に多結晶ダイヤモンド層を一体に積層してなるチップを多結晶ダイヤモンド層をすくい面側に配置して刃台に接合したドリルであって、先端切れ刃をドリル中心から径外方に向けて階段状に複数の切れ刃に形成するとともに階段状の各段部に向心角を付与し、前記先端切れ刃をドリル中心部の中心刃、中間部の中間刃、最外周部の外周刃とし、前記中間刃及び外周刃は逆傾斜刃としたこと、を特徴としている。
ここで、中間刃の外端部及び外周刃の外端部を中心刃の傾斜線の延長線上に位置させてなるものとすることができる。

本発明によるドリルによれば、先端切れ刃をドリル中心から径外方に向けて階段状に複数の切れ刃に形成するとともに階段状の各段部に向心角を付与したので、繊維質を含有する炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の被削材に穴あけ加工を施す際に、ムシレやバリの発生を低減でき、好適である。
中心刃、中間刃及び外周刃は同じ傾斜角とすれば、穴あけ加工の出口側をより綺麗に仕上げることができる。
中間刃及び外周刃をフラット刃とすれば、中心刃、中間刃及び外周刃を同じ傾斜角としたドリルと、中間刃と外周刃を逆傾斜刃としたドリルとの中間的な仕上げとなる。
中間刃及び外周刃を逆傾斜刃とすれば、逆傾斜刃のエッジが毛挽刃の役割を果たし、穴あけ加工の入口側をより綺麗に仕上げることができる。
中間刃の外端部及び外周刃の外端部を中心刃の傾斜線の延長線上に位置させてなるものとすれば、中間刃及び外周刃を形成する際の段部の切削量を少なくできるので、再研磨して使用する際の再研磨回数を多くとることができることになる。

第１の態様によるドリルの説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ），（ｄ）は刃先の詳細図（拡大図）である。第２の態様によるドリルの説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ），（ｄ）は刃先の詳細図（拡大図）である。第３の態様によるドリルの説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ），（ｄ）は刃先の詳細図（拡大図）である。比較例１よるドリルの説明図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。架台上へのワークの設置状態の説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。ワークの穴あけ加工位置を示す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて具体的に説明する。本発明によるドリル１は、超硬合金層２の上面側に多結晶ダイヤモンド層３を一体に積層してなるチップ４を多結晶ダイヤモンド層３をすくい面側に配置して刃台に接合したドリルである。図において、多結晶ダイヤモンド層３を斜線で描画してある。通常のドリルと同様、ボディーには螺旋状の切り屑排出溝５を形成してある。
そして、先端切れ刃６をドリル中心から径外方に向けて階段状に複数の切れ刃６ａ，６ｂ，６ｃに形成するとともに階段状の各段部７に向心角αを付与してある。

図において、先端切れ刃６に階段状の段部７を２段設けて、ドリル中心の中心刃６ａ、中間部の中間刃６ｂ、最外周部の外周刃６ｃとしたものを示してある。階段状に複数の切れ刃６ａ，６ｂ，６ｃで切削加工するので、各切れ刃６ａ，６ｂ，６ｃにかかる切削抵抗を小さくでき、円滑な切削加工が可能となる。また、階段状の各段部７に向心角αを付与したので、段部７における切削抵抗は発生しない。

図１に示す第１の態様によるドリル１は、中心刃６ａと中間刃６ｂと外周刃６ｃとの刃部の傾斜角を同じ傾斜角としたものである。具体的には各刃６ａ，６ｂ，６ｃの傾斜角を１２０°としたものである。そして、各段部７には１°３０′の向心角αを付与してある。また、刃数は２としてある。

図２に示す第２の態様によるドリル１は、中心刃６ａの傾斜角を１２０°とし、中間刃６ｂと外周刃６ｃをフラット刃（先端角０°（１８０°））としたものである。そして、第１の態様と同様、各段部７には１°３０′の向心角αを付与してある。また、刃数は２としてある。
この第２の態様によるドリル１は、中間刃６ｂの外端部と外周刃６ｃの外端部を中心刃６ａの傾斜線の延長線８上に位置するように中間刃６ｂ及び外周刃６ｃを形成してある。

図３に示す第３の態様によるドリル１は、中心刃６ａの傾斜角を１２０°とし、中間刃６ｂと外周刃６ｃを逆傾斜刃（先端角−１０°（２００°））としたものである。そして、第１の態様、第２の態様と同様、各段部７には１°３０′の向心角αを付与してある。また、刃数は２としてある。
この第３の態様によるドリル１は、第２の態様と同様、中間刃６ｂの外端部と外周刃６ｃの外端部を中心刃６ａの傾斜線の延長線８上に位置するように中間刃６ｂ及び外周刃６ｃを形成してある。

上記第１の態様〜第３の態様において、各段部７の向心角αは１°３０′としてあるが、これに限定されるものではなく、好ましくは０°３０′〜３°３０′、より好ましくは１°〜２°の範囲である。
また、上記第１の態様〜第３の態様において、中心刃６ａの傾斜角は１２０°としてあるが、これに限定されるものではなく、好ましくは９０°〜１６０°、より好ましくは１１８°〜１４０°の範囲である。ワークの材質等に応じて上記の範囲において適宜設定する。
また、第３の態様において、逆傾斜刃６ｂ，６ｃの先端角は−１０°としてあるが、これに限定されるものではなく、好ましくは−１°〜−２０°、より好ましくは−５°〜−１０°の範囲である。ワークの材質等に応じて上記の範囲において適宜設定する。

上記第１の態様〜第３の態様では、階段状の段部７を２段設けて、中心刃６ａ、中間刃６ｂ及び外周刃６ｃの３個の階段状の切れ刃としたものを示したが、ドリル径に応じて段数を増減することもできる。ドリル径が小さい場合は、段数を１段として中間刃６ｂを省略し、中心刃６ａと外周刃６ｃとの２個の階段状の切れ刃としてもよい。ドリル径が大きい場合は、段数を３段以上として中間刃６ｂを複数設け、併せて４個以上の階段状の切れ刃としてもよい。

上記第１の態様〜第３の態様において、第２の態様及び第３の態様によるドリルは、中間刃６ｂの外端部及び外周刃６ｃの外端部を中心刃６ａの傾斜線の延長線８上に位置させてなり、中間刃６ｂ及び外周刃６ｃを形成する際の段部の切削量を第１の態様よるドリルに比べ少なくできる。このため、再研磨して使用する際の再研磨回数を多くとることができ、有利である。

次に本発明の実施例をさらに具体的に説明する。寸法が１５８×１５２×２．０ｍｍの炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製の板材をワークとし、立フライス盤にて、加工条件が回転数４，０００ｒｐｍ、送り速度１６０ｍｍ／ｍｉｎで穴あけ加工を施した。
図５に示すように、１１０ｍｍの間隔を隔てて並列に配置した２０×２０ｍｍの角柱１０，１０からなる架台上にワーク１１を載置して固定する。図５（ｂ）における矢印方向はドリルの進行方向を示す。ワーク１１の穴あけ加工位置は、図６に示す▲１▼〜▲５▼の５箇所とした。▲１▼〜▲５▼において示した寸法は各穴１２の外周から各辺までの距離を示す。各穴１２の穴径は１０．５ｍｍである。

図１に示したドリル１を実施例１、図２に示したドリル１を実施例２とし、図３に示したドリル１を実施例３とした。また、図４に示したドリル１５を比較例１とした。比較例１のドリル１５は、材質が超硬合金製で先端刃の傾斜角１２０°、刃数２の汎用品のドリルである。これら、実施例１〜実施例３及び比較例１のドリルを用い、同じ条件でワーク１１に穴あけ加工を施した。

穴あけ加工後のワーク１１の上面、下面のバリ高さを測定した。測定機は、株式会社ミツトヨ製、面粗さ・形状測定機商品名ＦＯＲＭＴＲＡＣＥＲＳＶ−Ｃ３１００を用いた。上面バリ高さの測定結果を表１に、下面バリ高さの測定結果を表２に示す。

また、穴あけ加工後の穴１２の内径の真円度を測定した。測定機は、株式会社東京精密製、真円度測定機商品名ＲＯＮＤＣＯＭ４４Ｄ×３を用いた。真円度の測定結果を表３に示す。

これらの測定結果より、実施例１〜実施例３のドリル１は、比較例１の汎用品のドリル１５に比べて、上面バリ高さ、下面バリ高さ、真円度のいずれも大幅に小さいことが分かる。
上面バリ高さについては、実施例３、実施例２、実施例１の順となっている。
また、下面バリ高さについては、実施例１、実施例２、実施例３の順となっている。なお、実施例２と実施例３との差は小さい。
実施例１は、穴１２の出口側で良好な結果となった。これは、各段の先端角がプラス角のため、貫通時の抜け際がスムーズとなり、バリの発生が押さえられたためと考えられる。
実施例３は穴１２の入口側で良好な結果となった。これは、マイナス角の切り刃６ｂ，６ｃが毛挽刃の役割を果たし、穴１２の入口側を綺麗に仕上げることができたと考えられる。
実施例２は、これら実施例１と実施例２との中間的な結果となった。
加工後の穴１２の真円度については、実施例２、実施例１、実施例３の順となっている。なお、実施例１と実施例３との差は小さい。

ワークが１枚板の場合は、実施例１〜実施例３のドリルのいずれかを選択し、穴あけ加工の際に表裏を選択すれば所望の面を綺麗に仕上げることができるが、成形された材料（例えば箱のような形状）に穴あけ加工を施す場合は、穴あけの向きを選択できない。穴あけ加工をする材料のどの面を綺麗に仕上げことを優先させるかに応じて、実施例１〜実施例３のドリルを使い分けるようにすれば、選択肢を拡げることができることとなる。

本発明によるドリルは、繊維質を含有する被削材への穴あけ加工において、深穴用でも可能であるが、比較的厚さの薄い板材（厚さ０．５〜４．０ｍｍ程度）への穴あけ加工に好適である。繊維質を含有する被削材としては、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、炭素繊維強化熱可塑性プラスチック（ＣＦＲＴＰ）、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、プリント基板、炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）などが挙げられる。

なお、図１〜図３におけるランド幅について、ダイヤモンド刃の切削工具は、多結晶ダイヤモンド層の二番角と超硬合金層の三番角が切れ刃になる。ランド幅は二番角の幅を意味し、ランド幅０．５は、多結晶ダイヤモンド層が０．５ｍｍであることを示す。なお、ランド幅は０．１〜０．５ｍｍの範囲が好ましい。

１ドリル
２超硬合金層
３多結晶ダイヤモンド層
４チップ
５切り屑排出溝
６先端切れ刃
６ａ中心刃
６ｂ中間刃
６ｃ外周刃
７段部
８傾斜線の延長線
１１ワーク
１２穴
α 向心角

Claims

超硬合金層の上面側に多結晶ダイヤモンド層を一体に積層してなるチップを多結晶ダイヤモンド層をすくい面側に配置して刃台に接合したドリルであって、先端切れ刃をドリル中心から径外方に向けて階段状に複数の切れ刃に形成するとともに階段状の各段部に向心角を付与し、前記先端切れ刃をドリル中心部の中心刃、中間部の中間刃、最外周部の外周刃とし、前記中間刃及び外周刃はフラット刃としたことを特徴とするドリル。
超硬合金層の上面側に多結晶ダイヤモンド層を一体に積層してなるチップを多結晶ダイヤモンド層をすくい面側に配置して刃台に接合したドリルであって、先端切れ刃をドリル中心から径外方に向けて階段状に複数の切れ刃に形成するとともに階段状の各段部に向心角を付与し、前記先端切れ刃をドリル中心部の中心刃、中間部の中間刃、最外周部の外周刃とし、前記中間刃及び外周刃は逆傾斜刃としたことを特徴とするドリル。
中間刃の外端部及び外周刃の外端部を中心刃の傾斜線の延長線上に位置させてなる請求項１又は２に記載のドリル。