JPWO2013035166A1 - ドリル - Google Patents

Abstract

カールし且つ針状突起が無くてその分全長が短い切り屑の形状が得られ、その排出を一層円滑とすることで、工具寿命を一層向上させるドリルを提供する。ドリル１０の軸心Ｃに直交する断面において、凸曲線切れ刃部１２ａに対応する第１凸曲線ＣＬ１と凹曲線切れ刃部１２ｂに対応する第１凹曲線ＣＬ２とが交点Ａにおいて相互に交差していることから、切れ刃１２から発生する切り屑は、カールし且つ針状突起の無くその分全長が比較的短い形状となって、その排出が円滑となって排出性が高められるので、ドリル１０の工具寿命が一層向上させるられる。

Description

本発明は切削により穴加工を行なう回転切削工具であるドリルに係り、特に切り屑をカールしつつ針状突起の無い短い形状としてその排出を円滑とすることで、ドリルの損傷を抑制して工具寿命を一層向上させる技術に関するものである。

従来の技術

軸方向の先端に切れ刃が設けられるとともに軸方向に切り屑排出溝が設けられ、軸心まわりに回転させられることにより、先端の切れ刃で切削加工を行うとともに切り屑排出溝を通して切屑を排出するドリルが、穴工具として多用されている。

特許文献１および特許文献２に記載のドリルはその一例である。それらによれば、切れ刃の内周側部分を凹曲線とし且つ外周側分を凸角形状とすることで、ドリル断面においてマージン部との交差角を鈍角として、切り屑のカーリングと切れ刃の外周部の強度向上とが得られ、ドリルの耐久性が得られるとされている。しかし、それらによれば、切れ刃の外周部に角凸部が設けられているため、生成される切り屑のうち上記角凸部に対応する部分で分断され易く、切り屑同士が絡み合って切り屑詰まりを発生させるとともに、角凸部よりも外周側で切削される切り屑は外周側へ流出しようとするのでカーリング性が悪くて排出性が低いので、ドリルに与える抵抗が大きくなってドリルの耐久性を損なう場合があった。

これに対し、特許文献３に記載のドリルが提案されている。これによれば、切れ刃の外周端側に、ドリル回転方向に凸となる凸曲線状を成す凸曲線状切れ刃部が形成され、この凸曲線状切れ刃部の内周側に、ドリル回転方向後方に凹となる凹曲線状を成す凹曲線状切れ刃部が形成され、それら凸曲線状切れ刃部と凹曲線状切れ刃部とが滑らかに連ねられている。このため、切れ刃とドリル本体の外周のマージン部との交差角が鈍角とされて強度が高められて欠けやチッピングの発生が防止されるとともに、切れ刃により切削された切り屑は切れ刃の内外周で分断されることがなく、凸曲線状切れ刃部によって切り屑は内周側へ巻き込むようされて十分にカールされるので、切り屑が円滑に排出されて、工具の耐久性が高められるようになっている。

特開２０００−１９８０１１号公報 特開２００６−３２６７９０号公報 特開２００３−０２５１２５号公報

しかしながら、上記特許文献３に記載された従来のドリルでは、切れ刃から生成される切り屑がカールされてはいるが、ストレート型切れ刃で発生する切り屑のような針状突起を有して全長が長い切れ屑の割合が多いことから、切り屑の排出性が未だ十分ではなく、切削を重ねる過程でドリルに欠けやチッピングが発生し、ドリルの耐久性が必ずしも十分とは言えないという問題があった。特に、深穴加工を行なうロングドリルには、このような課題が顕著となる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、カールし且つ針状突起が無くてその分全長が短い切り屑の形状が得られ、その排出を一層円滑とすることで、工具寿命を一層向上させるドリルを提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、先端面に開口する切り屑排出溝と、該切り屑排出溝のうちドリル回転方向に向かう内壁面と前記先端面に形成された先端逃げ面との交差部分に形成された切れ刃とを備え、該切れ刃は、内周側に形成された凹曲線切れ刃部と外周側に形成された凸曲線切れ刃部とから構成されるドリルにおいて、軸心に直交する断面において、前記凸曲線切れ刃部に対応する第１凸曲線と前記凹曲線切れ刃部に対応する第１凹曲線とが相互に交差していることを特徴とする。

かかる目的を達成するために、本発明のドリルによれば、先端面に開口する切り屑排出溝と、該切り屑排出溝のうちドリル回転方向に向かう内壁面と前記先端面に形成された先端逃げ面との交差部分に形成された切れ刃とを備え、該切れ刃は、内周側に形成された凹曲線切れ刃部と外周側に形成された凸曲線切れ刃部とから構成されるドリルの軸心に直交する断面において、前記凸曲線切れ刃部に対応する第１凸曲線と前記凹曲線切れ刃部に対応する第１凹曲線とが相互に交差していることから、切れ刃から発生する切り屑は、カールし且つ針状突起が無くその分全長が比較的短い形状となって、その排出が円滑となって排出性が高められるので、ドリルの工具寿命が一層向上させられる。

ここで、好適には、前記軸心に直交する断面において、ドリルの外周面と前記第１凸曲線とが交差する外周点とドリル中心点とを結ぶ基準線に対して、前記第１凹曲線の凹み量ＬＦは、０．０１Ｄ〜０．０５Ｄ（但し、Ｄはドリル刃径）である。このようにすれば、切り屑形状が全長が比較的短いカール状となり、耐久性能が高められ且つ切削中のスラスト荷重が軽減される。第１凹曲線の凹み量ＬＦが０．０１Ｄ未満となると、ドリルの摩耗が大きくなって耐久性能が損なわれる

また、好適には、前記軸心に直交する断面において、前記第１凸曲線と前記第１凹曲線との交点を通る前記基準線に直交する直線と該基準線との交点と、前記外周点との間の距離であるすくい面取り幅ＬＷは、０．００８Ｄ〜０．０６Ｄ（但し、Ｄはドリル刃径）である。このようにすれば、切り屑形状が全長が比較的短いカール状となり、耐久性能が高められ且つ切削中のスラスト荷重が軽減される。

また、好適には、前記外周点における前記基準線と前記第１凸曲線との角度であるすくい角が負である。このようにすれば、その外周点に対応するコーナ部の強度が高められてその欠損が防止され、ドリルの耐久性能が高められる。

また、好適には、前記ドリルは、０．１５Ｄ〜０．４Ｄ（但し、Ｄはドリル刃径）の芯厚ＣＤを有する。このようにすれば、切り屑の排出性能が得られる範囲でドリルの抗折強度が高くされるので、ドリルの耐久性能が高められる。

また、好適には、前記軸心に直交する断面において、前記切り屑排出溝のうちドリル回転方向とは反対の回転方向に向かう内壁面は、内周側に形成された第２凹曲線と該第２凹曲線に隣接して外周側に形成された第２凸曲線から構成されており、該第２凸曲線は、ヒール部に到達している。このようにすれば、切り屑形状が全長が比較的短いカール状となり、耐久性能が高められ且つ切削中のスラスト荷重が軽減されるとともに、切り屑排出溝の先端面にＣ字状乃至Ｕ字状に開口する開口縁の両端部すなわちヒール部およびマージン部に対応するコーナ部が第１凸曲線および第２凸曲線によってそれぞれ補強されるので、それらコーナ部およびマージン部の欠損が防止されてドリルの耐久性が高められる。

また、好適には、前記第１凸曲線の曲率半径をＲ１、前記第１凹曲線の曲率半径をＲ２、前記第２凹曲線の曲率半径をＲ３、前記第２凸曲線の曲率半径をＲ４としたとき、Ｒ１：０．０２Ｄ〜０．４Ｄ、Ｒ２：０．１５Ｄ〜０．５Ｄである。このようにすれば、切り屑形状が全長が比較的短いカール状となり、耐久性能が高められ且つ切削中のスラスト荷重が軽減される。

また、好適には、前記第１凹曲線の曲率半径と前記第２凹曲線の曲率半径との関係は、０．７５≦Ｒ３／Ｒ２≦１．２５である。このようにすれば、ドリルの剛性が確保される範囲で切り屑排出溝が切り屑の詰まりが無い大きさの断面形状とされる。Ｒ３／Ｒ２が０．７５未満となると、切り屑排出溝の断面積が小さくなり過ぎて切り屑の詰まりが発生し、ドリルの折損が発生する。

本発明の一実施例であるドリルを示す正面図である。 図１の実施例のドリルの先端部分を拡大して示す拡大図である。 図１の実施例のドリルを、その一端から見た先端面を拡大して示す図である。 図１のドリルの軸心Ｃに直交する断面における切り屑排出溝の断面形状を説明する図であって、図１のIV−IV視断面図である。 図４の切り屑排出溝の断面形状のうち、第１凸曲線と第１凹曲線との接続形状を詳細に説明する拡大図である。 図１の実施例のドリルが切削加工に用いられる被削材の材質を示す図表である。 切削試験１において、切削に用いたストレート刃型ドリルの断面形状を示す図である。 切削試験１において、切削に用いたストレート刃型ドリルの先端面形状を示す図である。 切削試験１に用いたフック刃型ドリルの断面形状を示す図である。 切削試験１にに用いたフック刃型ドリルの先端面形状を示す図である。 切削試験１に用いたストレート刃型ドリルおよびフック刃型ドリルの耐久結果を示す図である。 切削試験１において、ストレート刃型ドリルの切削により発生した切り屑の形状を示す写真である。 切削試験１において、フック刃型ドリルの切削により発生した切り屑の形状を示す写真である。 切削試験２に用いたＴＹＰＥ２ドリルの断面形状を示す図である。 切削試験２に用いたＴＹＰＥ２ドリルの先端面形状を示す図である。 切削試験２に用いたＴＹＰＥ１ドリルおよびＴＹＰＥ２ドリルの耐久結果を示す図である。 切削試験２において、ＴＹＰＥ１ドリルの切削により発生した切り屑形状を示す写真である。 切削試験２において、ＴＹＰＥ２ドリルの切削により発生した切り屑形状を示す写真である。 切削試験３に用いたＴＹＰＥ１ドリルであって、相互に形状が相違するの１１種類のドリルNo.1〜No.12 の断面形状を示す図表である。 切削試験３における切削試験結果を、１１種類のドリルNo.1〜No.12 毎に示す図表である。 切削試験結果におけるコーナー部欠損を具体的に説明する図である。 切削試験結果における摩耗大を具体的に説明する図である。 切削試験結果におけるドリル折損を具体的に説明する図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例であるドリル１０を示す図であって、軸心Ｃに対して直角な方向から見た正面図である。図２は、そのドリル１０の切れ刃１２が設けられた先端部を拡大して示す拡大図である。図３は、ドリル１０の切れ刃１２が設けられた先端面を拡大して示す図である。図４は、軸心Ｃに直交する面で切断したドリル１０の断面図である。図５は、その断面図のうちの切り屑排出溝１８のドリル回転方向側の内壁面の端縁部を拡大して示す図である。

ドリル１０は、２枚刃のツイストドリルであり、シャンク部１４とおよび溝部１６を軸方向に一体に備えている。ドリル１０は超硬合金製であって、切れ刃１２等が設けられた先端部、および切り屑排出溝１８が設けられた溝部１６の表面にはＴｉＡｌＮ合金の硬質被膜がコーティングされる。溝部１６には、所定のねじれ角γ（例えば３０°程度）で軸心Ｃの右まわりに捩れた一対の切り屑排出溝１８が形成されているとともに、その切り屑排出溝１８に沿ってマージン２０が設けられている。一対の切り屑排出溝１８はドリル１０のテーパ状先端面にＣ字状に開口しており、切り屑排出溝１８の開口縁のうちのドリル１０の回転方向に向かう側には、それぞれ切れ刃１２が設けられている。

マージン２０は、切り屑排出溝１８によって分断されたランド２４のドリル回転方向側の端縁であるリーディングエッジ２６に沿って設けられている。ドリル１０の外周面は、マージン２０の外周面と、マージン２０に続いて一定の径寸法で設けられた二番取り面２８とにより構成されている。マージン２０の外径は、ドリル１０の先端部ではドリル直径（切れ刃１２の外径）Ｄと略同じ寸法であるが、所定のバックテーパによりドリル１０の先端部からシャンク部１４側へ向かうに従って徐々に小径とされている。

切れ刃１２は、外周側に形成された凸曲線切れ刃部１２ａと内周側に形成された凹曲線切れ刃部１２ｂとから構成される。ドリル１０のテーパ状先端面において、一対の切れ刃１２の回転方向の後方には、二番逃げ面３２および三番逃げ面３４が設けられている。その三番逃げ面３４には、切り屑排出溝１８と略平行にドリル１０を縦通して螺旋状に設けられたオイルホール２２が開口させられており、必要に応じて切削油剤やエアなどを切削部位へ供給できるようになっている。また、切れ刃１２の軸心側部分すなわち心厚部分には、Ｒ型シンニングが施され、図３の底面視において滑らかに湾曲するＲ形状の軸心側切れ刃部１２ｃが、凹曲線切れ刃部１２ｂと滑らかに接続するように設けられている。

切り屑排出溝１８は、複数種類の溝加工用砥石を用いて研削加工されたもので、溝断面形状が非対称とされている。図４および図５に示すように、切り屑排出溝１８の内壁面はＣ字状を成しており、ドリル回転方向側の内壁面は、凸曲線切れ刃部１２ａに対応し曲率半径Ｒ１を有する第１凸曲線ＣＬ１と、凹曲線切れ刃部１２ｂに対応し曲率半径Ｒ２を有する第１凹曲線ＣＬ２とが相互に交差して形成されている。また、図４に示すように、切り屑排出溝１８の内壁面のうちのドリル回転方向後方側の内壁面は、曲率半径Ｒ３を有して第１凹曲線ＣＬ２に滑らかに接続された第２凹曲線ＣＬ３と、曲率半径Ｒ４を有して第２凹曲線ＣＬ３に滑らかに接続された第２凸曲線ＣＬ４とから構成されている。本実施例では、凸曲線切れ刃部１２ａに対応する第１凸曲線ＣＬ１が回転方向に向かって突き出す曲率半径Ｒ１を有する凸面であるので、面取り状の平面とされている特許文献１および２のドリルに比較して、欠損に対する強度が高められている。

図５に示すように、上記切れ刃１２を構成する、外周側の凸曲線切れ刃部１２ａと内周側の凹曲線切れ刃部１２ｂとは、それらに対応する第１凸曲線ＣＬ１と第１凹曲線ＣＬ２とが相互に交差させられていて、その交点Ａに図２の１点鎖線で示す僅かな稜線が形成されている。切れ刃から発生する切り屑は、第１凹曲線ＣＬ２に対応する凹曲線切れ刃部１２ｂおよび内壁面により生成されるので、全長の短いカール状を切り屑を得るために、上記交点Ａは、なるべく外周側に位置することが望まれる。本実施例のドリル１０では、上記のように外周側の凸曲線切れ刃部１２ａに対応する第１凸曲線ＣＬ１と、内周側の凹曲線切れ刃部１２ｂに対応する第１凹曲線ＣＬ２とが相互に交差させられているので、第１凸曲線ＣＬ１と第１凹曲線ＣＬ２とが接線方向に滑らかに接続されている特許文献３に記載の従来のドリルに比較して、第１凸曲線ＣＬ１と第１凹曲線ＣＬ２との接続点である交点Ａが、好適に外周側に位置させられている。

また、図４において、本実施例のドリル１０は、ドリル１０の外周面と第１凸曲線ＣＬ１とが交差する外周点Ｂと、ドリル中心点である軸心Ｃとを結ぶ基準線Ｋに対する第１凹曲線ＣＬ２の凹み量ＬＦは、０．０１Ｄ〜０．０５Ｄ（但し、Ｄはドリル刃径）の範囲内に設定されている。凹み量ＬＦがその範囲内とされている第１凹曲線ＣＬ２に対応する凹曲線切れ刃部１２ｂおよび内壁面により生成される切り屑は、全長が比較的短い好適なカール形状とされ、ドリル１０の耐久性能が高められ且つ切削中のスラスト荷重が軽減される。

また、図４において、本実施例のドリル１０は、第１凸曲線ＣＬ１と第１凹曲線ＣＬ２との交点Ａを通る基準線Ｋに直交する直線と基準線Ｋとの交点Ｅと、外周点Ｂとの間の径方向距離であるすくい面取り幅ＬＷは、０．００８Ｄ〜０．０６Ｄ（但し、Ｄはドリル刃径）の範囲内に設定されている。すくい面取り幅ＬＷがその範囲内とされている第１凸曲線ＣＬ１の径方向寸法が、特許文献３に記載の従来のドリルに比較して、好適に小さくされているので、切り屑形状が全長が比較的短いカール状となり、針状突起が小さくされる。

また、図４において、本実施例のドリル１０は、外周点Ｂにおける基準線Ｋと第１凸曲線ＣＬ１との角度であるすくい角θが負に設定されており、外周点Ｂ付近に対応するコーナ部の強度が高められている。また、本実施例のドリル１０は、０．１５Ｄ〜０．４Ｄ（但し、Ｄはドリル刃径）の芯厚ＣＤに設定されており、抗折強度を確保しつつ、切り屑排出溝１８の断面積が可及的に大きくされている。

また、図４において、本実施例のドリル１０は、切り屑排出溝１８の回転方向後方に向かう内壁面は、内周側に形成された第２凹曲線ＣＬ３とその第２凹曲線ＣＬ３に隣接して外周側に形成された第２凸曲線ＣＬ４とから構成されており、その第２凸曲線ＣＬ４は、ランド２４のヒール部に到達するように設定されている。この第２凸曲線ＣＬ４によりランド２４のヒール部が補強されている。

また、図４において、本実施例のドリル１０は、第１凸曲線ＣＬ１の曲率半径Ｒ１、第２凹曲線ＣＬ２の曲率半径Ｒ２、第２凹曲線ＣＬ３の曲率半径Ｒ３、第２凸曲線ＣＬ３の曲率半径Ｒ４は、Ｒ１：０．０２Ｄ〜０．４Ｄ、Ｒ２：０．１５Ｄ〜０．５Ｄの範囲内にそれぞれ設定されており、第１凹曲線ＣＬ２の曲率半径Ｒ２と第２凹曲線ＣＬ３の曲率半径Ｒ３との関係は、０．７５≦Ｒ３／Ｒ２≦１．２５の範囲内に設定されている。

図６は、本実施例のドリル１０の切削加工に用いられる被削材の種類が示されている。図６の◎印はドリル１０の切削加工に最も適した材料を示し、○印はドリル１０の切削加工に適した材料を示している。

（切削試験１）
以下に、本発明者等が行なった切削試験１を説明する。この切削試験１では、本発明品である上記ドリル１０に対応するフック刃型ドリルと切れ刃が直線とされたストレート刃型ドリルとを用いて以下に示す切削試験条件下で行われた。
＜ストレート刃型ドリル＞
工具材質：超硬合金
全長：８２ｍｍ
溝長：３０ｍｍ
ドリル径：６ｍｍφ
先端角：１４０°
切り屑排出溝の形状：Ｒ２＝０．９４、
Ｒ３＝０．２４、Ｒ４＝０．２１
ドリル形状：図７の断面図および図８の端面図で示されるもの。
＜フック刃型ドリル＞
工具材質：超硬合金
全長：８２ｍｍ
溝長：３０ｍｍ
ドリル刃径：６ｍｍφ
先端角：１４０°
切り屑排出溝の形状：Ｒ１＝０．１６、Ｒ２＝０．２９、
Ｒ３＝０．２９、Ｒ４＝０．２１
ドリル形状：図９の断面図および図１０の端面図で示されるもの。
芯厚：０．２８Ｄ
凹み量ＬＦ：０．０２Ｄ
すくい面取り幅ＬＷ：０．０５Ｄ
＜試験条件＞
被削材：ＳＣＭ４４０（３０ＨＲＣ）
加工深さ：２０ｍｍ（止まり穴)
切削速度：７０ｍ／ｍｉｎ
送り量：０．１８ｍｍ／ｒｅｖ
ステップ：無し
切削油：水溶性クーラント（外部給油)
クーラント：３ＭＰａ
芯厚：０．２８Ｄ

図１１に耐久試験結果を示し、図１２にストレート刃型ドリルによる切り屑形状を示し、図１３にフック刃型ドリルによる切り屑形状を示す。図１１に示すように、ストレート刃型ドリルを用いた穴加工では、１７２０個の穴数に到達するとドリルが折損した。しかし、フック刃型ドリルを用いた穴加工では、２０１０個の穴数に到達してもドリルの折損が発生しなかった。少なくとも、耐久寿命が約２０％以上高められた。図１２に示すストレート刃型ドリルによる切り屑形状と図１３に示すフック刃型ドリルによる切り屑形状とを比較すると、ストレート刃型ドリルによる切り屑形状はカールが少なく且つ針状突起が形成されているのに対して、フック刃型ドリルによる切り屑形状はカールが進行しており且つ針状突起が形成されいないので全長が小さくされているので、フック刃型ドリルによる切り屑は相対的に高い排出性が得られると考えられる。

（切削試験２）
以下に、本発明者等が行なった切削試験２を説明する。この切削試験２では、本発明品である上記ドリル１０に対応して第１凸曲線ＣＬ１と第１凹曲線ＣＬ２とが相互に交差しているＴＹＰＥ１ドリルと、特許文献３のドリルに対応して第１凸曲線ＣＬ１と第１凹曲線ＣＬ２とが相互に滑らかに接続されているＴＹＰＥ２ドリルとを用いて以下に示す切削試験条件下で行われた。
＜ＴＹＰＥ１ドリル＞
工具材質：超硬合金
全長：１００ｍｍ
溝長：４８ｍｍ
ドリル径：６ｍｍφ
先端角：１４０°
切り屑排出溝の形状：Ｒ１＝０．１６、Ｒ２＝０．２９、
Ｒ３＝０．２９、Ｒ４＝０．２１
ドリル形状：図４の断面図および図３の端面図で示される、第１凸曲線ＣＬ１と第１凹曲線ＣＬ２とが相互に交差しているドリル。
芯厚：０．２８Ｄ
凹み量ＬＦ：０．０２Ｄ
すくい面取り幅ＬＷ：０．０５Ｄ
＜ＴＹＰＥ２ドリル＞
工具材質：超硬合金
全長：１００ｍｍ
溝長：４８ｍｍ
ドリル刃径：６ｍｍφ
先端角：１４０°
切り屑排出溝の形状：Ｒ１＝０．１６、Ｒ２＝０．２９、
Ｒ３＝０．２９、Ｒ４＝０．２１
ドリル形状：図１４の断面図および図１５の端面図で示される、第１凸曲線ＣＬ１と第１凹曲線ＣＬ２とが滑らかに連続しているドリル。
芯厚：０．２８Ｄ
凹み量ＬＦ：０．００５Ｄ
すくい面取り幅ＬＷ：０．０９Ｄ
＜試験条件＞
被削材：Ｓ４５Ｃ
加工深さ：２５ｍｍ（貫通穴)
切削速度：１００ｍ／ｍｉｎ
送り量：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
ステップ：無し
切削油：水溶性クーラント（ドリル内部給油)
クーラント：１．５ＭＰａ

図１６に耐久試験結果を示し、図１７にＴＹＰＥ１ドリルによる切り屑形状を示し、図１８にＴＹＰＥ２ドリルによる切り屑形状を示す。図１６に示すように、ＴＹＰＥ２ドリルを用いた穴加工では、１５００個の穴数に到達するとドリルが切れ刃の欠けが発生した。しかし、ＴＹＰＥ１ドリルを用いた穴加工では、２５００個の穴数に到達してもドリルの折損が発生しなかった。少なくとも、耐久寿命が約６０％以上高められた。図１７に示すＴＹＰＥ１ドリルによる切り屑形状と図１８に示すＴＹＰＥ２ドリルによる切り屑形状とを比較すると、共にカールは同様に形成されているが、ＴＹＰＥ１ドリルによる切り屑形状は針状突起が形成されておらず全長が短いのに対して、ＴＹＰＥ２ドリルによる切り屑形状は針状突起が形成された全長が相対的に長くなっているので、ＴＹＰＥ２ドリルによる切り屑は相対的に排出性が低いと推定され、これが耐久試験結果の原因であると考えられる。

（切削試験３）
切削試験２で用いたＴＹＰＥ１ドリルの変形品を図１９に示すように１１種類試作してドリルNo.1〜No.12 とし、それらドリルNo.1〜No.12 を用いて切削試験２と同様の条件で切削を行なった。図２０は、それらのドリルNo.1〜No.12 の試験結果を示している。図２０において○印は優れた結果を示し、△印は○印に比較してやや好ましくない結果を示し、×印は好ましくない結果を示している。また、図２０において、コーナー部欠損は図２１に例示される部位の欠け状態を示し、摩耗大は図２２に示す部位の摩耗が大きい状態を示し、折損とは図２３に示すドリルの折れ状態を示している。

図２０の研削試験結果に示すように、ドリルNo.1〜No.3によれば、切り屑形状、スラスト荷重、および耐久性能において優れた結果が得られた。すなわち、たとえば図１７に示すように針状突起が形成されておらず全長が短い形状の排出性が良い形状の切り屑が得られるとともに、切削試験３において送り量０．１５ｍｍ／ｒｅｖでドリルを軸心Ｃ方向へ送るためのスラスト荷重が比較的軽いものであった。また、図１６のＴＹＰＥ１に示す耐久結果と同様の耐久性能が得られた。しかし、ドリルNo.4〜No.12 によれば、切り屑形状およびスラスト荷重の少なくとも一方が△印のやや好ましくないか或いは×印の好ましくないという結果であって、ドリス折損、コーナー部欠損、摩耗大のいずれかであるという耐久性能評価であった。

耐久性能評価が得られなかったドリルNo.4〜No.12 の構成から以下のように解析できる。先ず、ドリルNo.4およびドリルNo.11 の切り屑詰まりによる折損は、切り屑排出溝１８の断面積が過小であることに由来する排出性の低下に起因するものと考えられる。すなわち、ドリルNo.4は、半径比Ｒ３／Ｒ２が０．７という小さすぎる値とされて相対的に曲率半径Ｒ３が曲率半径Ｒ２に比較して小さいので切り屑排出溝１８の断面積が過小となっており、また、ドリルNo.11 は、その芯厚が０．４２Ｄという大きすぎる値であるので、切り屑排出溝１８の断面積が過小となっていると推定される。次に、ドリルNo.5およびドリルNo.10 の工具剛性不足による折損は、ドリル断面積不足に起因するものと考えられる。すなわち、ドリルNo.5は、その半径比Ｒ３／Ｒ２が１．３という大きすぎる値とされて相対的に曲率半径Ｒ３が曲率半径Ｒ２に比較して大きいので切り屑排出溝１８の断面積が過小となっており、ドリルNo.10 は、その芯厚が０．１３Ｄという小さすぎる値であるので、切り屑排出溝１８の断面積が過小となっていると推定される。次いで、ドリルNo.6〜No.8、No.12 のコーナー部欠損に関してはコーナー部の強度或いは剛性不足が起因していると考えられる。すなわち、ドリルNo.6は、そのすくい面取り幅ＬＷが０．００５Ｄという小さすぎる値とされ且つ第１凸曲線ＣＬ１の曲率半径Ｒ１が０．０１８Ｄという小さすぎる値とされているので、コーナー部の強度が得られていないと考えられる。ドリルNo.7は、その半径比Ｒ３／Ｒ２が１．５３という大きすぎる値とされて曲率半径Ｒ２の基準線Ｋよりも回転方向後方側への凹み量ＬＦが０．０６Ｄという大き過ぎる値とされてその分コーナー部の強度が得られていないと考えられる。ドリルNo.8は、その第１凸曲線ＣＬ１の曲率半径Ｒ１が０．４２Ｄという大きすぎる値とされているので、第１凸曲線ＣＬ１に対応する凸曲線切れ刃部１２ａの回転方向側へ膨出する量が少なく、直線に近くなるため、凸曲線切れ刃部１２ａの強度すなわちコーナー部の強度が得られていないと考えられる。ドリルNo.12 は、曲率半径Ｒ２が０．１２Ｄという小さすぎる値とされているので、コーナー部の欠損が生じ易いと考えられる。さらに、ドリルNo.9の摩耗大に関しては、切削能率が低く所定の送り量（０．１５ｍｍ／ｒｅｖ) を維持するためのスラスト荷重が大きくなることが起因していると考えられる。すなわち、ドリルNo.9は、その曲率半径Ｒ２の基準線Ｋよりも回転方向後方側への凹み量ＬＦが−０．０２Ｄという負の値とされ、半径比Ｒ３／Ｒ２が０．５６という小さすぎる値とされて相対的に曲率半径Ｒ２が曲率半径Ｒ３に比較して２倍程度に大きい値とされ、曲率半径Ｒ２が０．５２Ｄという大きな値とされ、しかもすくい面取り幅ＬＷが０．０９Ｄという大きすぎる値とされていて、基準線Ｋよりも回転方向側にあって曲率半径Ｒ２が大きい切れ刃１２はその切削量が相対的に少なくなって、その分、スラスト荷重が大きくなると考えられる。

上記ドリルNo.4〜No.12 において耐久性能が得られない原因と推定される過大な値或いは過小な値をそれぞれ考慮すると、第１凹曲線ＣＬ２の凹み量ＬＦは０．０１Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内、すくい面取り幅ＬＷは０．００８Ｄ〜０．０６Ｄの範囲内、芯厚は０．１５Ｄ〜０．４Ｄの範囲内、第１凸曲線ＣＬ１の曲率半径Ｒ１は０．０２Ｄ〜０．４Ｄの範囲内、第１凹曲線ＣＬ２の曲率半径Ｒ２は０．１５Ｄ〜０．５Ｄの範囲内、第１凹曲線ＣＬ２と第２凹曲線ＣＬ３との曲率半径比Ｒ３／Ｒ２は、０．７５〜１．２５の範囲内であることが、望ましい。

上述のように、本実施例のドリル１０によれば、軸心Ｃに直交する断面において、凸曲線切れ刃部１２ａに対応する第１凸曲線ＣＬ１と凹曲線切れ刃部１２ｂに対応する第１凹曲線ＣＬ２とが交点Ａにおいて相互に交差していることから、切れ刃１２から発生する切り屑は、カールし且つ針状突起の無くその分全長が比較的短い形状となって、その排出が円滑となって排出性が高められるので、ドリル１０の工具寿命が一層向上させるられる。

また、本実施例のドリル１０によれば、その軸心Ｃに直交する断面において、ドリル１０の外周面と第１凸曲線ＣＬ１とが交差する外周点Ｂとドリル中心点である軸心Ｃとを結ぶ基準線Ｋに対して、第１凹曲線ＣＬ１の凹み量ＬＦは、０．０１Ｄ〜０．０５Ｄであることから、切り屑形状が全長が比較的短いカール状となり、耐久性能が高められ且つ切削中のスラスト荷重が軽減される。第１凹曲線ＣＬ１の凹み量ＬＦが０．０１Ｄ未満となると、ドリル１０の摩耗が大きくなって耐久性能が損なわれる。第１凹曲線ＣＬ１の凹み量ＬＦが０．０５Ｄを上まわると、ドリルのコーナー部の欠損が発生する。

また、本実施例のドリル１０によれば、軸心Ｃに直交する断面において、第１凸曲線ＣＬ１と第１凹曲線ＣＬ２との交点Ａを通る前記基準線Ｋに直交する直線と基準線Ｋとの交点Ｅと、前記外周点Ｂとの間の距離であるすくい面取り幅ＬＷは、０．００８Ｄ〜０．０６Ｄ（但し、Ｄはドリル刃径）であることから、切り屑形状が全長が比較的短いカール状となり、耐久性能が高められ且つ切削中のスラスト荷重が軽減される。すくい面取り幅ＬＷが０．００８Ｄ未満となると、ドリルのコーナー部の欠損が発生する。また、すくい面取り幅ＬＷが０．０６Ｄを上まわると、ドリルの摩耗が大きくなって耐久性能が損なわれる。

また、本実施例のドリル１０によれば、外周点Ｂにおける基準線Ｋと第１凸曲線ＣＬ１との角度であるすくい角θが負であるので、その外周点Ｂの近傍のそれに対応するコーナ部の強度が高められてその欠損が防止され、ドリル１０の耐久性能が高められる。

また、本実施例のドリル１０によれば、０．１５Ｄ〜０．４Ｄの芯厚ＣＤを有することから、切り屑の排出性能が得られる範囲でドリルの抗折強度が高くされるので、ドリルの耐久性能が高められる。芯厚ＣＤが０．１５Ｄ未満となると、強度が低下してドリルの折損が発生する。芯厚ＣＤが０．４Ｄを超えると、切り屑排出溝が相対的に小さくなって切り屑の排出が不良となって詰まりが発生し、ドリル折損の原因となる。

また、本実施例のドリル１０によれば、軸心Ｃに直交する断面において、切り屑排出溝１８のうちドリル回転方向とは反対の回転方向に向かう内壁面は、内周側に形成された第２凹曲線ＣＬ３とその第２凹曲線ＣＬ３に隣接して外周側に形成された第２凸曲線ＣＬ４とから構成されており、その第２凸曲線ＣＬ４は、ヒール部に到達していることから、切り屑形状が全長が比較的短いカール状となり、耐久性能が高められ且つ切削中のスラスト荷重が軽減されるとともに、切り屑排出溝１９の先端面にＣ字状乃至Ｕ字状に開口する開口縁の両端部すなわちヒール部およびマージン部に対応するコーナ部が第１凸曲線および第２凸曲線によってそれぞれ補強されるので、それらコーナ部およびマージン部の欠損が防止されてドリルの耐久性が高められる。

また、本実施例のドリル１０によれば、第１凸曲線ＣＬ１の曲率半径をＲ１、第１凹曲線ＣＬ２の曲率半径をＲ２としたとき、Ｒ１：０．０２Ｄ〜０．４Ｄ、Ｒ２：０．１５Ｄ〜０．５Ｄであるので、切り屑形状が全長が比較的短いカール状となり、耐久性能が高められ且つ切削中のスラスト荷重が軽減される。Ｒ１が０．０２Ｄ未満又は０．４Ｄを超えるとスラスト荷重が大きくなる。曲率半径Ｒ２が０．１５Ｄ未満となるとコーナー部の欠損が生じ易くなり、０．５Ｄを超えると摩耗が大となる。

また、本実施例のドリル１０によれば、第１凹曲線ＣＬ１の曲率半径Ｒ１と第２凹曲線ＣＬ２の曲率半径Ｒ２との半径比は、０．７５≦Ｒ３／Ｒ２≦１．２５の範囲内であるので、ドリル１０の剛性が確保される範囲で切り屑排出溝が切り屑の詰まりが無い大きさの断面形状とされる。Ｒ３／Ｒ２が０．７５未満となると、切り屑排出溝の断面積が小さくなり過ぎて切り屑の詰まりが発生し、ドリルの折損が発生する。Ｒ３／Ｒ２が１．２５を上まわると、切り屑排出溝の断面積が大きくなってドリル本体の断面積が小さくなり、剛性不足によりドリルの折損が発生する。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例のドリル１０において、交点Ａで交差する第１凸曲線ＣＬ１および第１凹曲線ＣＬ２は、曲率半径Ｒ１およびＲ２を有する円弧であったが、必ずしも円弧でなくてもよい。

前述の実施例のドリル１０の溝部１６には、所定のねじれ角γ（例えば３０°程度）で軸心Ｃの右まわりに捩れた一対の切り屑排出溝１８が形成されていたが、切り屑排出溝１８が軸心Ｃまわりに左まわりに捩れているツイストドリルや、切り屑排出溝１８が軸心Ｃと平行な直刃ドリル、切り屑排出溝１８の溝数が１本、２本、或いは３本以上のドリル、１つのランドに２つのマージンが設けられたダブルマージンドリルなど、種々のドリルに適用可能である。

また、前述の実施例のドリル１０には、オイルホール２２が軸心Ｃ方向に縦通して設けられているが、このオイルホール２２は被削材の材質等に応じて必要に応じて設けられれば良い。また、マージン２０は、必ずしも設けられていなくてもよい。

また、前述の実施例のドリル１０は、その軸心Ｃに直交する断面において切り屑排出溝１８の内壁面のうち回転方向の反対側に向かう内壁面は、内周側に形成された第２凹曲線ＣＬ３とその第２凹曲線ＣＬ３に隣接して外周側に形成された第２凸曲線ＣＬ４とから構成されて、その第２凸曲線ＣＬ４は、ランド２４のヒール部に到達するように設定されていたが、この第２凸曲線ＣＬ４はランド２４のヒール部を補強するためのものであるから、必ずしも曲線でなくてもよいし、材質によっては適宜除去されてもよい。上記第２凹曲線ＣＬ３は、切り屑のカールの形成にそれほど関与する部分ではなく、切り屑との間に隙間が形成される程度のものでよいので、その曲率半径Ｒ３は切り屑のカールや切り屑の排出に影響しない範囲で変更され得る。

また、前述の実施例のドリル１０は、超硬合金などの超硬質工具材料の基材から構成されていたが、高速度鋼など他の工具材料を採用することもできる。また、切削耐久性を高めるためにその基材に設ける硬質被膜としては、金属間化合物の他、ダイヤモンド被膜などを採用することもできる。

上記金属間化合物としては、元素の周期表の IIIｂ族、IVａ族、Ｖａ族、VIａ族の金属、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒなどの炭化物、窒化物、炭窒化物、或いはこれらの相互固溶体が適当で、具体的には、ＴｉＡｌＮ合金、ＴｉＣＮ合金、ＴｉＣｒＮ合金、ＴｉＮ合金などが好適に用いられる。このような金属間化合物の硬質被膜は、例えばアークイオンプレーティング法やスパッタリング法等のＰＶＤ法によって好適に設けられるが、プラズマＣＶＤ法等の他の成膜法で設けることもできる。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施形態であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。

１０：ドリル
１２：切れ刃
１２ａ：凸曲線切れ刃部
１２ｂ：凹曲線切れ刃部
ＣＬ１：第１凸曲線
ＣＬ２：第１凹曲線
１８：切り屑排出溝
２８：二番取り面（ドリル外周面)
３２：二番逃げ面（先端逃げ面）
３４：三番逃げ面（先端逃げ面）
Ａ：第１凸曲線と前記第１凹曲線との交点
Ｂ：外周点
Ｃ：軸心（回転中心）
ＬＦ：第１凹曲線の凹み量
ＬＷ：すくい面取り幅
Ｋ：基準線
θ：すくい角
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、：曲率半径
ＣＬ３：第２凸曲線
ＣＬ４：第２凹曲線

また、図４において、本実施例のドリル１０は、第１凸曲線ＣＬ１の曲率半径Ｒ１、第１凹曲線ＣＬ２の曲率半径Ｒ２、第２凹曲線ＣＬ３の曲率半径Ｒ３、第２凸曲線ＣＬ４の曲率半径Ｒ４は、Ｒ１：０．０２Ｄ〜０．４Ｄ、Ｒ２：０．１５Ｄ〜０．５Ｄの範囲内にそれぞれ設定されており、第１凹曲線ＣＬ２の曲率半径Ｒ２と第２凹曲線ＣＬ３の曲率半径Ｒ３との関係は、０．７５≦Ｒ３／Ｒ２≦１．２５の範囲内に設定されている。

また、本実施例のドリル１０によれば、その軸心Ｃに直交する断面において、ドリル１０の外周面と第１凸曲線ＣＬ１とが交差する外周点Ｂとドリル中心点である軸心Ｃとを結ぶ基準線Ｋに対して、第１凹曲線ＣＬ２の凹み量ＬＦは、０．０１Ｄ〜０．０５Ｄであることから、切り屑形状が全長が比較的短いカール状となり、耐久性能が高められ且つ切削中のスラスト荷重が軽減される。第１凹曲線ＣＬ２の凹み量ＬＦが０．０１Ｄ未満となると、ドリル１０の摩耗が大きくなって耐久性能が損なわれる。第１凹曲線ＣＬ２の凹み量ＬＦが０．０５Ｄを上まわると、ドリルのコーナー部の欠損が発生する。

また、本実施例のドリル１０によれば、軸心Ｃに直交する断面において、切り屑排出溝１８のうちドリル回転方向とは反対の回転方向に向かう内壁面は、内周側に形成された第２凹曲線ＣＬ３とその第２凹曲線ＣＬ３に隣接して外周側に形成された第２凸曲線ＣＬ４とから構成されており、その第２凸曲線ＣＬ４は、ヒール部に到達していることから、切り屑形状が全長が比較的短いカール状となり、耐久性能が高められ且つ切削中のスラスト荷重が軽減されるとともに、切り屑排出溝１８の先端面にＣ字状乃至Ｕ字状に開口する開口縁の両端部すなわちヒール部およびマージン部に対応するコーナ部が第１凸曲線および第２凸曲線によってそれぞれ補強されるので、それらコーナ部およびマージン部の欠損が防止されてドリルの耐久性が高められる。

また、本実施例のドリル１０によれば、第１凹曲線ＣＬ２の曲率半径Ｒ２と第２凹曲線ＣＬ３の曲率半径Ｒ３との半径比は、０．７５≦Ｒ３／Ｒ２≦１．２５の範囲内であるので、ドリル１０の剛性が確保される範囲で切り屑排出溝が切り屑の詰まりが無い大きさの断面形状とされる。Ｒ３／Ｒ２が０．７５未満となると、切り屑排出溝の断面積が小さくなり過ぎて切り屑の詰まりが発生し、ドリルの折損が発生する。Ｒ３／Ｒ２が１．２５を上まわると、切り屑排出溝の断面積が大きくなってドリル本体の断面積が小さくなり、剛性不足によりドリルの折損が発生する。

１０：ドリル
１２：切れ刃
１２ａ：凸曲線切れ刃部
１２ｂ：凹曲線切れ刃部
ＣＬ１：第１凸曲線
ＣＬ２：第１凹曲線
１８：切り屑排出溝
２８：二番取り面( ドリル外周面)
３２：二番逃げ面（先端逃げ面）
３４：三番逃げ面（先端逃げ面）
Ａ：第１凸曲線と前記第１凹曲線との交点
Ｂ：外周点
Ｃ：軸心（回転中心）
ＬＦ：第１凹曲線の凹み量
ＬＷ：すくい面取り幅
Ｋ：基準線
θ：すくい角
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、：曲率半径
ＣＬ３：第２凹曲線
ＣＬ４：第２凸曲線

Claims (8)

1. 先端面に開口する切り屑排出溝と、該切り屑排出溝のうちドリル回転方向に向かう内壁面と前記先端面に形成された先端逃げ面との交差部分に形成された切れ刃とを備え、該切れ刃は、内周側に形成された凹曲線切れ刃部と外周側に形成された凸曲線切れ刃部とから構成されるドリルにおいて、
   軸心に直交する断面において、前記凸曲線切れ刃部に対応する第１凸曲線と前記凹曲線切れ刃部に対応する第１凹曲線とが相互に交差していることを特徴とするドリル。
2. 前記軸心に直交する断面において、ドリルの外周面と前記第１凸曲線とが交差する外周点とドリル中心点とを結ぶ基準線に対して、前記第１凹曲線の凹み量は、０．０１Ｄ〜０．０５Ｄであることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 前記軸心に直交する断面において、前記第１凸曲線と前記第１凹曲線との交点を通る前記基準線に直交する直線と該基準線との交点と、前記外周点との間の距離であるすくい面取り幅は、０．００８Ｄ〜０．０６Ｄであることを特徴とする請求項２に記載のドリル。
4. 前記外周点における前記基準線と前記第１凸曲線との角度であるすくい角が負であることを特徴とする請求項２または３に記載のドリル。
5. ０．１５Ｄ〜０．４Ｄの芯厚を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のドリル。
6. 前記軸心に直交する断面において、前記切り屑排出溝のうちドリル回転方向とは反対の回転方向に向かう内壁面は、内周側に形成された第２凹曲線と該第２凹曲線に隣接して外周側に形成された第２凸曲線から構成されており、該第２凸曲線は、ヒール部に到達していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のドリル。
7. 前記第１凸曲線の曲率半径をＲ１、前記第１凹曲線の曲率半径をＲ２、前記第２凹曲線の曲率半径をＲ３、前記第２凸曲線の曲率半径をＲ４としたとき、
   Ｒ１：０．０２Ｄ〜０．４Ｄ
   Ｒ２：０．１５Ｄ〜０．５Ｄ
   であることを特徴とする請求項６に記載のドリル。
8. 前記第１凹曲線の曲率半径と第２凹曲線の曲率半径との関係は、
   ０．７５≦Ｒ３／Ｒ２≦１．２５
   であることを特徴とする請求項７に記載のドリル。

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