JP7138927B2 - ドリル - Google Patents

Description

本発明は、ドリルに関する。より特定的には、本発明は、高精度の穴を被切削物に形成することのできるドリルに関する。

従来のドリルは、たとえば下記特許文献１～４などに開示されている。

下記特許文献１には、軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に後端側に向けて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内壁面とドリル本体の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルが開示されている。このドリルにおいて、切刃の外周端側には、ドリル回転方向に凸となる曲線状をなす凸曲線状切刃部が形成されるとともに、この凸曲線状切刃部の内周側には、ドリル回転方向の後方側に凹となる曲線状をなして凸曲線状切刃部に滑らかに連なる凹曲線状切刃部が形成されている。

下記特許文献２には、軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に切屑排出溝が形成されるとともに、ドリル本体の先端には切刃が設けられたドリルが開示されている。このドリルにおいて、切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面は、軸線に直交する断面において第１の円弧に沿った凹曲線状とされるとともに、壁面に連なってドリル本体の外周側を向く切屑排出溝の底面は、軸線に直交する断面においてドリル本体先端部の心厚円に外接する第２の円弧に沿った凹曲線状とされている。第１の円弧は、第２の円弧よりも半径が大きく、第２の円弧と心厚円との接点よりもリーディングエッジ側で第２の円弧と接している。

下記特許文献３には、軸線回りに回転されるドリル本体の切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面が、ドリル本体内周側に位置して外周側に向かうに従いドリル回転方向とは反対側に凹んでからドリル回転方向に延びる凹曲面状の第１壁面と、ドリル本体の外周から内周側に向けて延びて第１壁面と鈍角に交差する凹曲面状の第２壁面と、第１壁面と先端逃げ面との交差稜線部に形成される第１切刃と、第２壁面と先端逃げ面の交差稜線部に形成されて第１切刃と鈍角に交差する第２切刃を備えたドリルが開示されている。

下記特許文献４には、溝幅比は、先端部からａ位置まで０．４～１．０：１で形成され、ａ位置からｂ位置に向かって溝幅が連続的に大きくなり、ｂ位置で０．８：１から１．５：１の範囲へ広くなる構成が開示されている。この構成では、ドリルの心厚は、刃部全体にわたって同一厚みで形成するか、又は刃部の後端側に向かってわずかに大きくなるように形成されている。

特開２００３－０２５１２５号公報 特開２０１５－０３９７４５号公報 特開２０１７－１２４４７５号公報 実開昭６４－０１２７１６号公報

一般的に、ドリルは、本体と、本体に設けられ、被切削物に当接する複数の切刃部とを含んでいる。複数の切刃部は、本体に形成された溝によって隔てられている。複数の切刃部による切削の際に生じる切り屑は、溝を通じて本体の先端側から後端側に進行し、溝の外部に排出される。

従来のドリルでは、剛性を確保するために、本体の心厚は本体の先端側から後端側に向かって徐々に増加しており、溝の深さは本体の先端側から後端側に向かって浅くなっていた。その結果、溝の容積が小さく、切り屑の排出性能が低く、高精度の穴を被切削物に形成することができないという問題があった。

ここで、溝の容積を大きくし、切り屑の排出性能を向上し、高精度の穴を被切削物に形成するために、本体の心厚を本体の先端側から後端側に向かって徐々に減少させ、溝の深さを本体の先端側から後端側に向かって深くした構造も想定される。しかしこの構造では、後端側での本体の心厚が薄くなるため、剛性の低下を招くという問題が生じる。

特許文献４の技術では、溝の内周面が単一の曲面により構成されているため、溝幅比およびドリルの心厚が刃部の後端側に向かって増加するように溝を加工することは困難であった。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、高精度の穴を被切削物に形成することのできるドリルを提供することである。

本発明の一の局面に従うドリルは、回転軸を中心として所定の回転方向に回転される本体と、本体における回転軸方向の所定の領域である溝形成領域の外周面に形成された溝とを備え、溝形成領域における本体の心厚は、回転軸に沿って本体の先端側から後端側に向かって増加し、溝形成領域は、溝形成領域内の本体の先端に最も近い側に設けられた第１の溝形成領域を含み、回転軸と直交する断面において、本体の外周面に沿った溝が形成されていない部分の幅に対する、本体の外周面に沿った溝の幅の比を溝幅比とした場合、第１の溝形成領域の溝幅比は、回転軸に沿って本体の先端側から後端側に向かって増加し、回転軸と直交する断面で見た場合に、溝の内周面と本体の外周面との回転方向の上流側の境界から溝の内周面に沿って溝の内周面と本体の外周面との回転方向の下流側の境界に向かう方向を一の方向としたとき、溝の内周面は、一の方向の最上流側の内周面である刃先面と、一の方向の下流側で刃先面と隣接する第１の内周面と、一の方向の下流側で第１の内周面と隣接する第２の内周面と、一の方向の下流側で第２の内周面と隣接する第３の内周面とを含み、回転軸と直交する断面で見た場合に、第１の内周面の長さおよび第３の内周面の長さは、それぞれ第２の内周面の長さよりも長く、第１、第２、および第３の内周面の各々は、溝の内部に向かって凹形状の内周面である。

上記ドリルにおいて好ましくは、溝形成領域は、回転軸に沿った本体の先端の側とは反対側で第１の溝形成領域と隣接する第２の溝形成領域をさらに含み、第２の溝形成領域における溝幅比は、回転軸に沿って本体の先端側から後端側に向かって減少する。

上記ドリルにおいて好ましくは、溝は２つであり、回転軸と直交する断面で見た場合に、２つの溝のうち一方の溝の内周面と本体の外周面との回転方向の上流側の境界を第１の境界とし、一方の溝の内周面と本体の外周面との回転方向の下流側の境界を第２の境界とし、２つの溝のうち他方の溝の内周面と本体の外周面との回転方向の上流側の境界を第３の境界とし、他方の溝の内周面と本体の外周面との回転方向の下流側の境界を第４の境界としたとき、溝における本体の先端に最も近い位置において、第１、第２、第３、および第４の境界の各々は、回転軸を中心として８９度以上９１度以下の角度の間隔で設けられる。

上記ドリルにおいて好ましくは、溝形成領域は、溝形成領域内の本体の先端に最も近い側に設けられた第１の心厚領域と、回転軸に沿った本体の先端の側とは反対側で第１の心厚領域と隣接する第２の心厚領域とをさらに含み、第１の心厚領域における本体の心厚は、回転軸に沿って本体の先端側から後端側に向かって第１の増加率で増加し、第２の心厚領域における本体の心厚は、回転軸に沿って本体の先端側から後端側に向かって第１の増加率よりも大きい第２の増加率で増加する。

上記ドリルにおいて好ましくは、本体に設けられ、被切削物に当接する切刃部をさらに備え、切刃部は、回転方向の下流側を向いた溝の内周面であるすくい面を含み、すくい面は、すくい面の外径側端部に設けられた刃先面と、刃先面よりも内径側に設けられた本体刃面とを含み、回転軸と直交する断面で見た場合に、刃先面および本体刃面の各々は曲面であり、回転軸と直交する断面で見た場合に、刃先面と本体刃面との境界点は、回転軸とすくい面の外径側端部とを結ぶ刃先中心線よりも回転方向の上流側に位置する。

上記ドリルにおいて好ましくは、すくい面と刃先中心線との交差位置からすくい面の外径側端部までの刃先中心線に沿った長さＨと、ドリルの半径ＲＡとは、０．５５ＲＡ≦Ｈ≦０．６５ＲＡの関係を有する。

上記ドリルにおいて好ましくは、刃先中心線に沿った刃先面の長さＴは、０より大きく１．０ｍｍ以下である。

上記ドリルにおいて好ましくは、回転軸と直交する断面で見た場合に、刃先面および本体刃面の各々は円弧形状を有しており、刃先面の曲率半径Ｒ１と本体刃面の曲率半径Ｒ２とは、０．９Ｒ２≦Ｒ１≦１．１Ｒ２の関係を有する。

上記ドリルにおいて好ましくは、切刃部は回転軸を中心として螺旋状に形成される。

上記ドリルにおいて好ましくは、切刃部は複数であり、回転軸と直交する断面で見た場合に、複数の切刃部の各々は回転軸に対して等間隔に配置されている。

上記ドリルにおいて好ましくは、切刃部は複数であり、本体の先端に最も近い位置を除く第１の溝形成領域内の位置での断面であって、回転軸と直交する断面で見た場合に、複数の切刃部の各々は回転軸に対して不等間隔に配置されている。

上記ドリルにおいて好ましくは、すくい面は被覆層で被覆されている。

本発明によれば、高精度の穴を被切削物に形成することのできるドリルを提供することができる。

本発明の一実施の形態におけるドリル１の外観の構成を模式的に示す斜視図である。 図１の位置Ｐ１におけるドリル１の断面図であり、回転軸ＡＸと直交する平面で切った場合の断面図である。 図１の位置Ｐ２におけるドリル１の断面図であり、回転軸ＡＸと直交する平面で切った場合の断面図である。 図１の位置Ｐ３におけるドリル１の断面図であり、回転軸ＡＸと直交する平面で切った場合の断面図である。 本発明の一実施の形態における回転軸ＡＸ方向の本体２の溝形成領域ＲＧの心厚ＷＢの変化を示す図である。 回転軸ＡＸ方向の溝形成領域ＲＧの溝幅比の変化を示す図である。 図３中Ａ部の拡大図である。 従来のドリルにおけるすくい面１１２の一の構成を示す断面図である。 従来のドリルにおけるすくい面１１２の他の構成を示す断面図である。 本発明の一実施の形態におけるドリル１において、刃先面４１が被切削物に当接する様子を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。

［ドリルの概略的な構成］

始めに、本実施の形態におけるドリル１の概略的な構成に付いて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態におけるドリル１の外観の構成を模式的に示す斜視図である。

図１を参照して、本実施の形態におけるドリル１（ドリルの一例）は、切削装置（図示無し）のチャックに取り付けられた状態で、切削装置により電動や手動などで回転駆動されることで被切削物を切削加工するものである。

ドリル１は、たとえばドリルビットであり、本体２（本体の一例）と、刃部１０と、溝３１および３２（溝の一例）と、シャンク５０とを備えている。本体２は、円筒形状を有しており、先端２ａおよび後端２ｂを有している。本体２は、切削加工を行う際に回転軸ＡＸを中心として回転方向Ｄに回転駆動される

刃部１０は、本体２の先端２ａ側に設けられており、被切削物に対する切削加工を行う部分である。シャンク５０は、本体２の後端２ｂ側に設けられており、ドリル１の使用時にチャックに取り付けられる部分である。

刃部１０は、切刃部１１および２１（図２）（切刃部の一例）を含んでいる。切刃部１１および２１は、本体２における溝形成領域ＲＧ（溝形成領域の一例）の外周面に形成されている。切刃部１１および２１は、被切削物に当接する部分であり、回転軸ＡＸを中心として螺旋状に形成されている。切刃部１１および２１は、回転軸ＡＸに対して点対称である。切刃部１１および２１は、溝３１および３２の各々によって隔てられている。切刃部１１および２１の各々は、溝３１および３２によって規定されている。

溝３１および３２は、切削加工の際に被切削物から生じる切り屑をドリル１の外部に排出するための溝であり、本体２における溝形成領域ＲＧの外周面に形成されている。溝形成領域ＲＧは、本体２における回転軸ＡＸ方向の所定の領域（ここでは刃部１０が形成された領域）である。溝３１および３２は、同一形状であり、回転軸ＡＸに沿って螺旋状に形成されている。溝３１および３２の各々は、回転軸ＡＸに対して互いに点対称である。

切刃部１１および２１は、同一形状であり、回転軸ＡＸに沿って螺旋状に形成されている。切刃部１１および２１の各々は、回転軸ＡＸに対して互いに点対称である。

図２は、図１の位置Ｐ１におけるドリル１の断面図であり、回転軸ＡＸと直交する平面で切った場合の断面図である。図３は、図１の位置Ｐ２におけるドリル１の断面図であり、回転軸ＡＸと直交する平面で切った場合の断面図である。図４は、図１の位置Ｐ３におけるドリル１の断面図であり、回転軸ＡＸと直交する平面で切った場合の断面図である。

図１～図４を参照して、切刃部１１は、すくい面１２（すくい面の一例）と、マージン部１３ａと、逃げ面１３ｂと、マージン部１３ｃと、壁面１４と、軸方向端面１５～１７とを含んでいる。すくい面１２は、溝３１の内周面であり、回転方向Ｄの下流側を向いている。すくい面１２は、被切削物に対して作用する面であり、外径側端部に刃先１２ａを有している。マージン部１３ａは、すくい面１２と隣接している。マージン部１３ａ、逃げ面１３ｂ、およびマージン部１３ｃの各々は、回転方向Ｄの上流側に向かってこの順序で設けられており、本体２の円筒形状の外周面を構成している。マージン部１３ａおよび１３ｃの各々は、逃げ面１３ｂよりも外径方向に突出している。壁面１４は、溝３２内の面であり、回転方向Ｄの上流側を向いている。壁面１４は、マージン部１３ｃと隣接しており、溝３２内において切刃部２１のすくい面２２へと連続している。

軸方向端面１５～１７は、本体２の先端２ａ側の面である。軸方向端面１５は、回転方向Ｄの下流側に位置しており、すくい面１２と隣接している。軸方向端面１７は、回転方向Ｄの上流側に位置しており、壁面１４と隣接している。軸方向端面１６は、軸方向端面１５と軸方向端面１７との間に位置している。軸方向端面１６の面積は、軸方向端面１５および１７の各々の面積よりも広い。軸方向端面１６には潤滑剤を供給するための供給穴１８が設けられている。

切刃部２１は、すくい面２２（すくい面の一例）と、マージン部２３ａと、逃げ面２３ｂと、マージン部２３ｃと、壁面２４と、軸方向端面２５～２７とを含んでいる。すくい面２２は、溝３２の内周面であり、回転方向Ｄの下流側を向いている。すくい面２２は、被切削物に対して作用する面であり、外径側端部に刃先２２ａを有している。マージン部２３ａは、すくい面２２と隣接している。マージン部２３ａ、逃げ面２３ｂ、およびマージン部２３ｃの各々は、回転方向Ｄの上流側に向かってこの順序で設けられており、本体２の円筒形状の外周面を構成している。マージン部２３ａおよび２３ｃの各々は、逃げ面２３ｂよりも外径方向に突出している。壁面２４は、溝３１内の面であり、回転方向Ｄの上流側を向いている。壁面２４は、マージン部２３ｃと隣接しており、溝３１内において切刃部１１のすくい面１２へと連続している。

軸方向端面２５～２７は、ドリル１の先端側の面である。軸方向端面２５は、回転方向Ｄの下流側に位置しており、すくい面２２と隣接している。軸方向端面２７は、回転方向Ｄの上流側に位置しており、壁面２４と隣接している。軸方向端面２６は、軸方向端面２５と軸方向端面２７との間に位置している。軸方向端面２６の面積は、軸方向端面２５および２７の各々の面積よりも広い。軸方向端面２６には潤滑剤を供給するための供給穴２８が設けられている。

軸方向端面１５～１７および２５～２７は、本体２の先端２ａを中心とした錐体状を構成している。

なお、軸方向端面１５とマージン部１３ａとの境界線、および軸方向端面２５とマージン部２３ａとの境界線の各々は、平面状や曲面状に面取りされていてもよい。マージン部１３ｃおよび２３ｃは設けられていなくてもよい。

すくい面１２および２２は被覆層で被覆されていてもよい。この被覆層は、たとえばＴｉＮやＴｉＣＮなどよりなり、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて形成されてもよい。また、すくい面１２および２２の他、軸方向端面１５および２５、ならびにマージン部１３ａおよび２３ａなどもこの被覆層で被覆されていてもよいし、刃部１０全体がこの被覆層で被覆されていてもよい。

［溝の内周面の形状］

次に、溝３１および３２の各々の内周面３３の形状について説明する。

図２～図４を参照して、溝３１の内周面３３と本体２の外周面との回転方向Ｄの上流側の境界（言い換えれば刃先１２ａ）を境界ＢＤ１（第１の境界の一例）とし、溝３１の内周面３３と本体２の外周面との回転方向Ｄの下流側の境界（言い換えればマージン部２３ｃと壁面２４との境界）を境界ＢＤ２（第２の境界の一例）とする。溝３２の内周面３３と本体２の外周面との回転方向Ｄの上流側の境界（言い換えれば刃先２２ａ）を境界ＢＤ３（第３の境界の一例）とし、溝３２の内周面３３と本体２の外周面との回転方向Ｄの下流側の境界（言い換えればマージン部１３ｃと壁面１４との境界を境界ＢＤ４（第４の境界の一例）とする。また、回転軸ＡＸと直交する断面で見た場合に、溝３１に沿って境界ＢＤ１から境界ＢＤ２に向かう方向、および溝３２に沿って境界ＢＤ３から境界ＢＤ４に向かう方向を方向Ｇとする。

溝３１および３２の各々の内周面３３は、刃先面４１（刃先面の一例）と、内周面３３１（第１の内周面の一例）と、内周面３３２（第２の内周面の一例）と、内周面３３３（第３の内周面の一例）とを含んでいる。刃先面４１は方向Ｇの最上流側の内周面である。内周面３３１は方向Ｇの下流側で刃先面４１と隣接している。内周面３３２は、方向Ｇの下流側で内周面３３１と隣接している。内周面３３３は、方向Ｇの下流側で内周面３３２と隣接している。

刃先面４１、内周面３３１、内周面３３２、内周面３３３の各々は、砥石を用いて本体２の外周面を削ることにより形成されている。特に内周面３３２は、内周面３３１および内周面３３３が形成された後で、内周面３３１と内周面３３３との境界に生じる凸部を砥石により凹形状に削ることにより形成されている。このため、回転軸ＡＸと直交する断面で見た場合に、内周面３３１の長さおよび第２の内周面３３３の長さは、それぞれ内周面３３２の長さよりも長い。

図２を参照して、回転軸ＡＸ方向のランド部の始点となる位置である位置Ｐ１において、境界ＢＤ１、ＢＤ２、ＢＤ３、およびＢＤ４の各々は、回転軸ＡＸを中心として８９度以上９１度以下の角度の間隔で設けられている。これにより、境界ＢＤ１、ＢＤ２、ＢＤ３、およびＢＤ４の各々が略等間隔となり、切削加工を行う際に本体２を安定して回転させることができる。

［本体の心厚および溝幅比］

次に、本体２の心厚および溝幅比について説明する。

図５は、本発明の一実施の形態における回転軸ＡＸ方向の本体２の溝形成領域ＲＧの心厚ＷＢの変化を示す図である。

図１および図５を参照して、溝形成領域ＲＧは、溝形成領域ＲＧ１（第１の溝形成領域および第１の心厚領域の一例）と、溝形成領域ＲＧ２（第２の溝形成領域および第２の心厚領域の一例）と、溝形成領域ＲＧ３とを含んでいる。溝形成領域ＲＧ１は、溝形成領域ＲＧ内の本体２の先端２ａに最も近い側に設けられた領域である。溝形成領域ＲＧ２は、回転軸ＡＸに沿った本体２の後端２ｂ側（先端２ａの側とは反対側、図５中右側）で溝形成領域ＲＧ１と隣接する領域である。溝形成領域ＲＧ３は、回転軸ＡＸに沿った本体２の後端２ｂ側で溝形成領域ＲＧ２と隣接する領域であり、本体２の先端２ａ側から最も遠い側に設けられた領域である。溝形成領域ＲＧ３は、溝３１および３２の各々が切り上がっている領域である。

溝形成領域ＲＧにおける本体２の心厚ＷＢは、回転軸ＡＸに沿って本体２の先端２ａ側から後端２ｂ側に向かって増加している。なお、本体２の心厚ＷＢとは、本体２の回転軸ＡＸを含む部分の最小の直径である。

具体的には、溝形成領域ＲＧ１における本体２の心厚ＷＢは、回転軸ＡＸに沿って本体２の先端２ａ側から後端２ｂ側に向かって（位置Ｐ１から位置Ｐ２に向かって）一定の増加率Ｃ１で増加している。溝形成領域ＲＧ２における本体２の心厚ＷＢは、回転軸ＡＸに沿って本体２の先端２ａ側から後端２ｂ側に向かって（位置Ｐ２から位置Ｐ３に向かって）一定の増加率Ｃ２（＞Ｃ１）で増加している。溝形成領域ＲＧ３における本体２の心厚ＷＢは、回転軸ＡＸに沿って本体２の先端２ａ側から後端２ｂ側に向かって（位置Ｐ３から離れるに従って）増加率Ｃ２を超える急激な増加率で増加している。一例として、増加率Ｃ１は、回転軸ＡＸ方向の長さ１００ｍｍ当たりの増加量が０ｍｍより大きく３ｍｍ以下となる増加率であり、増加率Ｃ２は、回転軸ＡＸ方向の長さ１００ｍｍ当たりの増加量が３ｍｍより大きくなる増加率である。

図６は、回転軸ＡＸ方向の溝形成領域ＲＧの溝幅比の変化を示す図である。

図２～図４および図６を参照して、回転軸ＡＸと直交する断面において、本体２の外周面に沿った溝３１および３２が形成されていない部分（ランド部）の幅Ｗ２に対する、本体２の外周面に沿った溝３１および３２の幅Ｗ１の比（Ｗ１／Ｗ２）を溝幅比とする。溝形成領域ＲＧ１の溝幅比（Ｗ１／Ｗ２）は、回転軸ＡＸに沿って本体２の先端２ａ側から後端２ｂ側に向かって（位置Ｐ１から位置Ｐ２に向かって）増加している。一方、溝形成領域ＲＧ２における溝幅比（Ｗ１／Ｗ２）は、回転軸ＡＸに沿って本体２の先端２ａ側から後端２ｂ側に向かって（位置Ｐ２から位置Ｐ３に向かって）減少している。溝幅比（Ｗ１／Ｗ２）は、たとえば１．０以上１．５以下の範囲内で変動する。

ここで、図２に対応する位置Ｐ１は、溝形成領域ＲＧ１の端部の位置である。図３の断面図に対応する位置Ｐ２は、溝形成領域ＲＧ１と溝形成領域ＲＧ２との境界の位置である。図４の断面図に対応する位置Ｐ３は、溝形成領域ＲＧ２と溝形成領域ＲＧ３との境界の位置である。図３に示す位置Ｐ２での溝幅比（Ｗ１／Ｗ２）は、図２に示す位置Ｐ１での溝幅比（Ｗ１／Ｗ２）よりも大きくなっている。

［切刃部の構成］

続いて、切刃部１１の構成について詳細に説明を行う。切刃部２１の構成については、切刃部１１の構成と同一であるため、その説明を繰り返さない。

図７は、図３中Ａ部の拡大図である。

図３および図７を参照して、すくい面１２は、刃先面４１と、本体刃面としての内周面３３１（本体刃面の一例）とを含んでいる。刃先面４１は、すくい面１２の刃先１２ａに設けられており、マージン部１３ａ（本体２の外周面）と隣接している。内周面３３１は、刃先面４１と隣接しており、刃先面４１よりも内径側に設けられている。位置ＰＯ１は、刃先面４１と内周面３３１との境界点である。刃先面４１は、図７の断面で見た場合に円弧形状の曲面を有しており、曲率半径Ｒ１を有している。内周面３３１は、図７の断面で見た場合に円弧形状の曲面を有しており、曲率半径Ｒ２を有している。刃先面４１の曲率半径Ｒ１は、内周面３３１の曲率半径Ｒ２の０．９倍以上の大きさであり、内周面３３１の曲率半径Ｒ２の１．１倍以下の大きさである（０．９Ｒ２≦Ｒ１≦１．１Ｒ２）ことが好ましい。曲率半径Ｒ１およびＲ２の各々は、たとえば２．１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。

特に曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との関係を上述のように設定した場合には、同一の砥石を用いて刃先面４１および内周面３３１を形成することができるので、製造工程の簡略化を図ることができる。

回転軸ＡＸと刃先１２ａ（すくい面１２の外径側端部）とを結ぶ直線を刃先中心線ＬＮとする。なお、刃先中心線ＬＮは刃先２２ａ（すくい面２２の外径側端部）も通過する。刃先中心線ＬＮは、ドリル１が被切削物を切削する際に被切削物に対して力を及ぼす中心線となる。

以降、刃先中心線ＬＮを基準として回転方向Ｄの下流側（すくい面１２付近の刃先中心線ＬＮにおける図７中右側）をネガ（ネガティブ）側、回転方向Ｄの上流側（すくい面１２付近の刃先中心線ＬＮにおける図７中左側）をポジ（ポジティブ）側と記すことがある。

すくい面１２における最内径側の部分（壁面２４と隣接する部分）は、ネガ側に存在している。すくい面１２は、回転方向Ｄの上流側に向かって窪んでいるため、すくい面１２と刃先中心線ＬＮとは位置ＰＯ２において交差する。すくい面１２における位置ＰＯ２から刃先１２ａまでの部分（位置ＰＯ１および刃先面４１全体を含む部分）は、ポジ側に存在している。

刃先中心線ＬＮに沿ったすくい面１２における位置ＰＯ２から刃先１２ａまでの部分の長さ（幅）Ｈの、ドリル１の半径ＲＡに対する比率（すくい比率）は、５５％以上６５％以下（０．５５ＲＡ≦Ｈ≦０．６５ＲＡ）であることが好ましい。長さＨが上記範囲にある場合には、内周面３３１の曲がり具合が急になる（内周面３３１の曲率半径Ｒ２が小さくなる）ため、刃先１２ａが回転方向Ｄの下流側へ一層突出した構成となる。本実施の形態では、このような構成であっても刃先１２ａの欠けを防ぐことができる。

刃先中心線ＬＮに沿った刃先面４１の長さ（幅）Ｔは、ドリル１の半径ＲＡに関わらず０より大きく１．０ｍｍ以下（０＜Ｔ≦１．０ｍｍ）、好ましくは０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下（０．２ｍｍ≦Ｔ≦０．３ｍｍ）という一定の範囲に設定されてもよい。

［実施の形態の効果］

次に、本実施の形態におけるドリル１の効果について説明する。

本実施の形態によれば、溝形成領域ＲＧにおける本体２の心厚ＷＢが回転軸ＡＸに沿って位置Ｐ１から位置Ｐ３に向かって増加しているので、後端側での本体２の心厚を厚くすることができ、剛性の低下を抑止することができる。また、溝形成領域ＲＧ１の溝幅比（Ｗ１／Ｗ２）が回転軸ＡＸに沿って位置Ｐ１から位置Ｐ２に向かって増加しているので、回転軸ＡＸに沿って位置Ｐ１から位置Ｐ２に向かって本体２の心厚ＷＢが増加することに伴う溝３１および３２の深さの減少を、溝３１および３２の幅Ｗ１の増加によって補うことができる。これにより、溝３１および３２の容積を確保することができ、切り屑の排出性能を向上することができる。その結果、高精度の穴を被切削物に形成することのできるドリルを実現することができる。

また、位置Ｐ１から位置Ｐ３に向かって内周面３３１と内周面３３３との位置関係を徐々に変えることにより、溝形成領域ＲＧ１の溝幅比（Ｗ１／Ｗ２）を回転軸ＡＸに沿って位置Ｐ１から位置Ｐ３に向かって連続的に変化させることが容易になる。内周面３３１と内周面３３３との間に内周面３３２を設けることにより、内周面３３１と内周面３３３との境界に発生する凸部をなだらかにすることができ、切り屑の排出性能を向上することができる。

本実施の形態によれば、溝３１および３２の各々の内周面を３つの内周面３３１～３３３で構成することで、溝のネジレ角度に関係なく、溝幅比を自由自在に変化させることができる。その結果、ウェブテーパーを設けることで剛性を確保しつつ、切り屑を滑らかに排出することができ、切削時のトルクを従来よりも低くすることができる。

溝形成領域ＲＧ２は、溝形成領域ＲＧ２よりも先端２ａ側に存在する溝形成領域ＲＧ１と比較して、被切削物と直接接触する可能性が低いので、切り屑が外部に比較的排出されやすく、切り屑の排出性能の低下の問題が生じにくい。本実施の形態では、溝形成領域ＲＧ２における本体２の心厚ＷＢの増加率が溝形成領域ＲＧ１における本体２の心厚ＷＢの増加率よりも大きく、溝形成領域ＲＧ２における溝幅比（Ｗ１／Ｗ２）が、回転軸ＡＸに沿って位置Ｐ２から位置Ｐ３に向かって減少している。これにより、溝形成領域ＲＧ２において、本体２の剛性を向上することができる。

加えて、本実施の形態の刃先面４１によれば、以下の効果を得ることができる。

図８および図９は、従来のドリルにおけるすくい面１１２の構成を示す断面図である。なお、図８および図９は、すくい面１１２における図７に対応する部分の断面図である。

図８を参照して、従来のドリルにおけるすくい面１１２は、外径側端部の刃先１１２ａに設けられた刃先面１４１と、刃先面１４１よりも内径側に設けられた内周面（本体刃面）１４２とを含んでいる。刃先１１２ａの欠けを抑止し寿命を向上する目的で、刃先１１２ａは面取りされている。刃先面１４１は、直線状の断面形状を有しており、刃先面１４１と内周面１４２との境界点である位置ＰＯ１０１から刃先１１２ａに向かってポジ側に窪んでいる。その結果、すくい面１１２における位置ＰＯ１０１付近の部分はネガ側に突出する。

図８に示すドリルの構成ではすくい角αが鈍角となるため、被切削物を切削する際に被切削物に対して刃先１１２ａが鋭利な角度で当たらない。このため、被切削物に対して力が加わりにくく、切れ味が悪い。

図９を参照して、一方、このドリルのすくい面１１２では、刃先１１２ａはドリルの外周面に対して直角に面取りされている。刃先面１４１は、直線状の断面形状を有しており、刃先中心線ＬＮに沿って延在している。

図９に示すドリルの構成では、すくい角αが直角となるため、被切削物を切削する際に、図８に示すドリルの場合よりも被切削物に対して力が加わり易くなる。一方で、刃先面１４１が刃先中心線ＬＮに沿って延在しているので、被切削物を切削する際に、刃先面１４１全体が被切削物から一様に負荷を受ける。その結果、刃先１１２ａが受ける荷重が大きくなり、刃先１１２ａが欠けやすくなる。

図１０は、本発明の一実施の形態におけるドリル１において、刃先面４１が被切削物に当接する様子を模式的に示す断面図である。

図１０を参照して、一方、本実施の形態のドリル１において、回転軸ＡＸと直交する断面で見た場合に、刃先面４１は曲面であり、位置ＰＯ１はポジ側に位置している。これにより、すくい角αが鋭角となり、被切削物を切削する際に被切削物に対して刃先１２ａが鋭利な角度で当たる。その結果、被切削物に対して力が加わり易くなり、切れ味を向上することができる。

また、従来のドリルにおいては、切刃稜線部に欠け防止のための刃先処理が施されているために切味が低下し、ドリルを用いて被切削物を切削する際に必要なスラスト方向の力が大きくなっていた。このため、ドリルを用いて被切削物に貫通穴を形成した場合に、貫通穴におけるドリルの抜け側にバリが発生していた。本実施の形態のドリルによれば、切れ味が向上するため、被切削物に貫通穴を形成した場合に、貫通穴におけるドリルの抜け側に発生するバリを抑制することができる。

また、刃先面４１が曲面であるため、被切削物を切削する際に、刃先面４１は矢印ＡＲで示すように、刃先１２ａから位置ＰＯ１に向かって徐々に被切削物に当接する。刃先１２ａが被切削物から受ける負荷は、矢印ＡＲで示す方向に沿って刃先面４１全体に分散される。これにより、刃先１２ａが欠けにくくなり、ドリル１の寿命の低下を抑止することができる。

［実施例］

続いて、本発明の一実施例について説明する。

本願発明者は、本発明例および比較例の２種類のドリルを用いて、被切削物に対して切削加工（貫通穴加工）を行い、切削性を評価した。被切削物としては、クロムモリブデン鋼（ＪＩＳ（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）に規定されるＳＣＭ４１５）を用いた。

本発明例：図１～図４に示す形状を有するドリルを準備した。

比較例：溝幅比は一定であった。本体の心厚が回転軸に沿って先端側から後端側に向かって単調減少していた。溝の内周面が切刃部と単一の曲面とで構成され、切刃部が図８の形状を有していた。

本発明例および比較例のドリルの工具径は６．４ｍｍであり、被切削物の加工深さは５Ｄ（Ｄは形成する穴の外径）であった。加工時のドリルの周速Ｖは１２０ｍ／ｍｉｎであり、切削速度Ｆは８９５ｍｍ／ｍｉｎであった。加工時にはドリルの外部および内部から被切削物の加工部分に対して切削加工液（クーラント）を注入した。

切削性の評価結果は次の通りであった。

本発明例：切刃部が被切削物に進入する際にドリルを安定して保持することができ、安定した加工を行うことが容易であった。切り屑の排出性能は良好であり、本体の溝に切り屑詰まり、巻付きがなかった。加工後、被切削物におけるドリルの抜け側端面においてバリは従来ドリルより１／２以下と小さく抑制された。加工面の面粗さが従来ドリルより１／２以下と良く、穴公差はＨ７以下という値であった。１穴目の切削時のトルクは１７４．９（Ｎ・ｃｍ）という小さい値であった。このトルクの値は、比較例の１穴目の切削時のトルクと比較して１０％以上小さい値であった。被切削物に対して１０００個の穴を形成する切削加工を行った結果、１０００穴目の切削時のトルクは１９１．７（Ｎ・ｃｍ）という小さい値であった。このトルクの値は、比較例の１穴目の切削時のトルクの値と同等以下の値であった。これにより、位置Ｐ１における切刃エッジ部の損傷を抑制することが可能であることが分かる。

比較例：切刃部が被切削物に進入する際にドリルを安定して保持することが難しく、安定した加工を行うことが難しかった。切り屑の排出性能が悪く、本体の溝に切り屑の巻付きがあった。加工後には、被切削物におけるドリルの抜け側端面において、形成された穴の周囲に環状のバリが発生した。加工面の面粗さが悪く、穴公差はＨ７より大きい値であった。１穴目の切削時のトルクは１９４．４（Ｎ・ｃｍ）という大きい値であった。

［その他］

上述の実施の形態では、第１の溝形成領域と第１の心厚領域とが一致し、第２の溝形成領域と第２の心厚領域とが一致する場合について示した。第１の溝形成領域と第１の心厚領域とが互いに異なり、第２の溝形成領域と第２の心厚領域とが互いに異なっていてもよい。

切刃部１１および２１、ならびに溝３１および３２の各々の形状は任意であり、上述のように回転軸ＡＸを中心とする螺旋状である場合の他、回転軸ＡＸに沿って直線状に延在していてもよい。また、回転軸ＡＸと直交する断面で見た場合に、切刃部１１および２２の各々は回転軸ＡＸに対して等間隔に配置されていてもよいし、回転軸ＡＸに対して不等間隔に配置されていてもよい。

切刃部２１は、切刃部１１と異なる構成を有していてもよい。

刃先面４１は、上述のように回転軸ＡＸに沿ったすくい面１２全体に設けられていてもよいし、すくい面１２の一部のみに設けられていてもよい。刃先面４１は、たとえば軸方向端面１５の付近のすくい面１２のみに設けられていてもよいし、２段ドリルにおいて先端側の切刃部には設けられず、後端側（シャンク部側）の切刃部のみに設けられていてもよい。

上述の実施の形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ドリル（ドリルの一例）
２ 本体（本体の一例）
２ａ 本体の先端
２ｂ 本体の後端
１０ 刃部
１１，２１ 切刃部（切刃部の一例）
１２，２２，１１２ すくい面（すくい面の一例）
１２ａ，２２ａ，１１２ａ 刃先
１３ａ，１３ｃ，２３ａ，２３ｃ マージン部
１３ｂ，２３ｂ 逃げ面
１４，２４ 壁面
１５～１７，２５～２７ 軸方向端面
１８，２８ 供給穴
３１，３２ 溝（溝の一例）
３３，１４２ 溝の内周面
３３１，３３２，３３３ 溝の内周面（第１、第２、および第３の内周面、ならびに本体刃面の一例）
４１，１４１ 刃先面（刃先面の一例）
５０ シャンク
ＡＸ 回転軸
ＢＤ１，ＢＤ２，ＢＤ３，ＢＤ４ 境界（第１、第２、第３、および第４の境界の一例）
Ｄ ドリルの回転方向
ＬＮ 刃先中心線
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 回転軸方向の位置
ＰＯ１，ＰＯ１０１ 刃先面と本体刃面との境界点
ＰＯ２ すくい面と刃先中心線との交差点
ＲＧ，ＲＧ１，ＲＧ２，ＲＧ３ 溝形成領域（溝形成領域、第１および第２の溝形成領域、ならびに第１および第２の心厚領域の一例）
Ｗ１ 本体の外周面に沿った溝の幅
Ｗ２ 本体２の外周面に沿った溝が形成されていない部分の幅
ＷＢ 本体の心厚
α すくい角

Claims (12)

1. 回転軸を中心として所定の回転方向に回転される本体と、
   前記本体における前記回転軸方向の所定の領域である溝形成領域の外周面に形成された溝とを備え、
   前記溝形成領域における前記本体の心厚は、前記回転軸に沿って前記本体の先端側から後端側に向かって増加し、
   前記溝形成領域は、前記溝形成領域内の前記本体の先端に最も近い側に設けられた第１の溝形成領域を含み、
   前記回転軸と直交する断面において、前記本体の外周面に沿った前記溝が形成されていない部分の幅に対する、前記本体の外周面に沿った前記溝の幅の比を溝幅比とした場合、前記第１の溝形成領域の前記溝幅比は、前記回転軸に沿って前記本体の先端側から後端側に向かって増加し、
   前記回転軸と直交する断面で見た場合に、前記溝の内周面と前記本体の外周面との前記回転方向の上流側の境界から前記溝の内周面に沿って前記溝の内周面と前記本体の外周面との前記回転方向の下流側の境界に向かう方向を一の方向としたとき、
   前記溝の内周面は、
   前記一の方向の最上流側の内周面である刃先面と、
   前記一の方向の下流側で前記刃先面と隣接する第１の内周面と、
   前記一の方向の下流側で前記第１の内周面と隣接する第２の内周面と、
   前記一の方向の下流側で前記第２の内周面と隣接する第３の内周面とを含み、
   前記回転軸と直交する断面で見た場合に、前記第１の内周面の長さおよび前記第３の内周面の長さは、それぞれ第２の内周面の長さよりも長く、
   前記第１、第２、および第３の内周面の各々は、前記溝の内部に向かって凹形状の内周面である、ドリル。
2. 前記溝形成領域は、前記回転軸に沿った前記本体の先端の側とは反対側で前記第１の溝形成領域と隣接する第２の溝形成領域をさらに含み、
   前記第２の溝形成領域における前記溝幅比は、前記回転軸に沿って前記本体の先端側から後端側に向かって減少する、請求項１に記載のドリル。
3. 前記溝は２つであり、
   前記回転軸と直交する断面で見た場合に、２つの前記溝のうち一方の溝の内周面と前記本体の外周面との前記回転方向の上流側の境界を第１の境界とし、前記一方の溝の内周面と前記本体の外周面との前記回転方向の下流側の境界を第２の境界とし、前記２つの溝のうち他方の溝の内周面と前記本体の外周面との前記回転方向の上流側の境界を第３の境界とし、前記他方の溝の内周面と前記本体の外周面との前記回転方向の下流側の境界を第４の境界としたとき、
   前記溝における前記本体の先端に最も近い位置において、前記第１、第２、第３、および第４の境界の各々は、前記回転軸を中心として８９度以上９１度以下の角度の間隔で設けられる、請求項１または２に記載のドリル。
4. 前記溝形成領域は、前記溝形成領域内の前記本体の先端に最も近い側に設けられた第１の心厚領域と、前記回転軸に沿った前記本体の先端の側とは反対側で前記第１の心厚領域と隣接する第２の心厚領域とをさらに含み、
   前記第１の心厚領域における前記本体の心厚は、前記回転軸に沿って前記本体の先端側から後端側に向かって第１の増加率で増加し、
   前記第２の心厚領域における前記本体の心厚は、前記回転軸に沿って前記本体の先端側から後端側に向かって前記第１の増加率よりも大きい第２の増加率で増加する、請求項１～３のいずれかに記載のドリル。
5. 前記本体に設けられ、被切削物に当接する切刃部をさらに備え、
   前記切刃部は、前記回転方向の下流側を向いた前記溝の内周面であるすくい面を含み、
   前記すくい面は、
   前記すくい面の外径側端部に設けられた刃先面と、
   前記刃先面よりも内径側に設けられた本体刃面とを含み、
   前記回転軸と直交する断面で見た場合に、前記刃先面および前記本体刃面の各々は曲面であり、
   前記回転軸と直交する断面で見た場合に、前記刃先面と前記本体刃面との境界点は、前記回転軸と前記すくい面の外径側端部とを結ぶ刃先中心線よりも前記回転方向の上流側に位置する、請求項１～４のいずれかに記載のドリル。
6. 前記すくい面と前記刃先中心線との交差位置から前記すくい面の外径側端部までの前記刃先中心線に沿った長さＨと、前記ドリルの半径ＲＡとは、０．５５ＲＡ≦Ｈ≦０．６５ＲＡの関係を有する、請求項５に記載のドリル。
7. 前記刃先中心線に沿った前記刃先面の長さＴは、０より大きく１．０ｍｍ以下である、請求項５または６に記載のドリル。
8. 前記回転軸と直交する断面で見た場合に、前記刃先面および前記本体刃面の各々は円弧形状を有しており、
   前記刃先面の曲率半径Ｒ１と前記本体刃面の曲率半径Ｒ２とは、０．９Ｒ２≦Ｒ１≦１．１Ｒ２の関係を有する、請求項５～７のいずれかに記載のドリル。
9. 前記切刃部は前記回転軸を中心として螺旋状に形成される、請求項５～８のいずれかに記載のドリル。
10. 前記切刃部は複数であり、
    前記回転軸と直交する断面で見た場合に、複数の前記切刃部の各々は前記回転軸に対して等間隔に配置されている、請求項５～９のいずれかに記載のドリル。
11. 前記切刃部は複数であり、
    前記本体の先端に最も近い位置を除く前記第１の溝形成領域内の位置での断面であって、前記回転軸と直交する断面で見た場合に、複数の前記切刃部の各々は前記回転軸に対して不等間隔に配置されている、請求項５～９のいずれかに記載のドリル。
12. 前記すくい面は被覆層で被覆されている、請求項５～１１のいずれかに記載のドリル。

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