KR20120130143A

KR20120130143A - 드릴

Info

Publication number: KR20120130143A
Application number: KR1020120114363A
Authority: KR
Inventors: 마나부 사이토; 마사노리 호소이; 다츠오 나카하타; 히데하루 다카하시
Original assignee: 후지 쥬코교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2012-11-29
Also published as: KR101286901B1; EP2202018A1; CN101767216A; JP2010155289A; US20100166517A1; EP2298476A1; JP5341502B2; ES2625150T3; EP2298476B1; US9168593B2; CN101767216B; KR20100076888A; EP2202018B1

Abstract

본 발명은 위치에 따라 선단각이 상이한 절삭날을 갖는 드릴에 있어서, 절삭날 전체 중 보다 후단측의 절삭날부에 의한 리머 다듬질성을 추구하는 것, 더 나아가서는 보다 선단측의 절삭날부에 의한 절삭 성능을 추구하는 것을 목적으로 한다.
드릴의 절삭날의 선단을 잇는 능선은 타원(f1) 일부와 직선(f2)으로 구성된다. 타원부와 직선부의 분리점을 H(x0, y0)로 한다. 직선(f2)은 분리점(H)에서의 타원(f1)의 접선이다. X축 상에서 드릴의 선단으로부터 x0까지의 범위를 a1, x0에서 원점까지의 범위를 a2, 마이너스의 범위를 a3으로 한다. 절삭날의 선단을 잇는 능선은, 범위 a1에서 접선(f2)을 따른 직선형으로 형성되고, 범위 a2에서 기준 타원(f1)을 따라 형성된다. 범위 a3에는 절삭날의 여유면에 계속해서 마진이 형성된다.

Description

드릴{DRILL}

본 발명은, 위치에 따라 선단각이 상이한 절삭날을 갖는 드릴에 관한 것이다.

위치에 따라 선단각이 상이한 절삭날을 갖는 드릴로서는, 특허문헌 1, 2에 기재된 더블 앵글 드릴이 있다.

이 더블 앵글 드릴은, 선단부가 금속용 드릴의 선단 형상을 갖는 1차 절삭날과, 이 1차 절삭날에 연속하고 1차 절삭날보다 작은 선단각을 갖는 플랫형의 2차 절삭날로 구성되어 있다.

상기 특허 문헌에 의하면, 이 더블 앵글 드릴은, 섬유 강화 수지의 복합재와 금속과의 동시 천공에 적합한 것이다.

이 더블 앵글 드릴에 의하면, 우선 1차 절삭날에 의해 비교적 작은 직경의 1차 구멍이 뚫리고, 이어서 2차 절삭날이 1차 구멍의 외주를 절삭하여 목표 직경의 2차 구멍이 천공된다. 천공시에, 복합재의 1차 구멍 주위에 과도한 디라미네이션(층간 박리)이 발생하지만, 이 디라미네이션은 2차 절삭날에 의한 절삭시에 제거된다.

그러나, 특허문헌 2에도 기재된 바와 같이, 더블 앵글 드릴은 원래, 내마모성이 우수하지 않다고 하는 결점이 있다. 특허문헌 2에 기재된 발명에 있어서는, 절삭날을 적당한 막 두께의 다이아몬드 피막으로 피복함으로써 내마모성을 개선한다.

그러나, 더블 앵글 드릴에서는, 1차 절삭날과 2차 절삭날의 경계 및 2차 절삭날의 최외주에서 각이 생기며, 이 각은 응력이 집중하기 쉽고 결손(치핑)이 생기기 쉽기 때문에, 내마모성을 저하시키는 형상적인 원인으로 되어 있다.

그래서 본건 출원인은, 절삭날의 내마모성을 향상시키는 것을 과제로서 특허문헌 3에 의해, 절삭날의 선단각이 중심 위치로부터 최대 직경 위치를 향해 갈수록 중심 위치 선단각 A˚(단, 0˚＜A˚＜180˚)로부터 최대 직경 위치 선단각 0˚까지 연속된 변화에 의해 감소하고, 절삭날의 여유각이 중심 위치로부터 최대 직경 위치를 향해 갈수록 연속된 변화에 의해 감소하는 형상으로 형성된 드릴을 출원하였다.

특허문헌 3에는 절삭날의 선단각에 대해서 「절삭날의 선단각은, 중심 위치 선단각 A˚로부터 최대 직경 위치 선단각 0˚까지 연속된 변화에 의해 감소하는 형상으로 형성되어 있다. 이것에 의해 절삭날의 선단은 각(불연속점)이 지지 않은 매끄러운 곡선을 형성한다. 또한, 절삭날의 선단이 형성하는 곡선을 변곡점이 없는 외측으로 팽창되는 곡선으로 한다. 예컨대, 절삭날의 선단은, 중심 위치 선단각 A˚로부터 최대 직경 위치 선단각 O˚까지의 곡선을 포물선의 일부로서 형성한다. 절삭날의 선단의 일부에 직선을 포함하여도 좋지만, 직선과 곡선(직선을 포함하지 않음)의 변천부에 있어서도 절삭날의 선단각은 연속하여 변화함으로써 각이 지지 않는다.」라고 기재되어 있다. 또한, 포물선 외에, 절삭날의 선단을 하나의 원호에 의한 원호형으로 형성하는 것도 기재되어 있다.

특허문헌 3에 기재된 드릴에 의하면, 절삭날의 선단각이 중심 위치로부터 최대 직경 위치까지 연속된 변화에 의해 감소하기 때문에, 날 끝에 결손되기 쉬운 각이 생기지 않고, 절삭날의 내마모성이 향상된다.

또한 특허문헌 3에 기재된 드릴에 있어서는, 절삭날 전체 중 보다 선단측에 드릴링 작용이 강한 절삭날부가 형성되고, 보다 후단측에 연속하여 리밍 작용이 강한 절삭날부가 형성되며, 드릴링 작용이 강한 절삭날로부터 리밍 작용이 강한 절삭날로 차츰 변천되어 간다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 소화 제63-306812호 공보

[특허문헌 2] 일본 실용 공개 평성 제6-75612호 공보

[특허문헌 3] 일본 특허 공개 제2008-36759호 공보

본 발명은, 본원 발명자 등이 특허문헌 3에 기재된 타입의 드릴을 섬유 강화 수지의 복합재 대상으로 더 연구한 결과, 발명하기에 이른 것이다. 섬유 강화 수지의 복합재에 대한 천공에 적합하게 이용된다.

본원 발명자 등은 본 연구에서는, 보다 후단측의 절삭날부에 의한 리머 다듬질성을 추구하는 것을 제1 과제로 하였다.

또한, 본원 발명자 등은 본 연구에서는, 보다 선단측의 절삭날부에 의한 절삭 성능을 추구하는 것을 제2 과제로 하였다.

즉, 본 발명은, 위치에 따라 선단각이 상이한 절삭날을 갖는 드릴에 있어서, 절삭날 전체 중 보다 후단측의 절삭날부에 의한 리머 다듬질성을 추구하는 것과, 더 나아가서는 보다 선단측의 절삭날부에 의한 절삭 성능을 추구하는 것을 과제로 한다.

이상의 과제를 해결하기 위한 청구항 1에 기재된 발명은, 절삭날의 선단을 잇는 능선의 전부 또는 일부가 기준 타원의 일부를 따라 형성되고, 상기 절삭날은, 드릴 최선단측 위치에서 여유각 δ1을 갖고, 최대 직경 위치에서 여유각 δ2를 가지며, δ1＞δ2의 대소 관계를 갖고, 상기 절삭날이 마련된 치즐날부의 최대 직경을 φD, 상기 치즐날부의 길이를 L, 상기 절삭날의 선단각을 θ라고 하면, L/φD의 값이 1.4 ~ 1.6의 범위이고, θ의 값이 100˚ ~ 140˚의 범위로 되는 드릴이다.

청구항 2에 기재된 발명은, 최대 직경 위치보다 드릴 선단측에 위치하는 미리 정해놓은 점으로부터 최대 직경 위치까지 연속되는 절삭날의 선단을 잇는 능선이, 기준 타원의 일부를 따라 형성되고, 상기 절삭날은, 드릴 최선단측 위치에서 여유각 δ1을 갖고, 최대 직경 위치에서 여유각 δ2를 가지며, δ1＞δ2의 대소 관계를 갖고, 상기 절삭날이 마련된 치즐날부의 최대 직경을 φD, 상기 치즐날부의 길이를 L, 상기 절삭날의 선단각을 θ라고 하면, L/φD의 값이 1.4 ~ 1.6의 범위이고, θ의 값이 100˚ ~ 140˚의 범위로 되는 드릴이다.

청구항 3에 기재된 발명은, 상기 미리 정해놓은 점으로부터 드릴 선단 방향으로 연속되는 절삭날의 선단을 잇는 능선이, 상기 미리 정해놓은 점에서의 상기 기준 타원의 접선을 따른 직선형으로 형성되는 청구항 2에 기재된 드릴이다.

청구항 4에 기재된 발명은, 절삭날의 선단을 잇는 능선의 전부 또는 일부가, 복수의 원호가 끝점끼리 연속되어 생기는 기준 곡선을 따라 형성되고, 상기 각 원호는 그 양 끝점이 기준 타원 상에 있으며, 같은 기준 타원과 공유 접선을 갖거나 또는 같은 기준 타원과 상기 양 끝점 이외에 공유점을 갖고, 상기 절삭날은, 드릴 최선단측 위치에서 여유각 δ1을 갖고, 최대 직경 위치에서 여유각 δ2를 가지며, δ1＞δ2의 대소 관계를 갖고, 상기 절삭날이 마련된 치즐날부의 최대 직경을 φD, 상기 치즐날부의 길이를 L, 상기 절삭날의 선단각을 θ라고 하면, L/φD의 값이 1.4 ~ 1.6의 범위이고, θ의 값이 100˚ ~ 140˚의 범위로 되는 드릴이다.

청구항 5에 기재된 발명은, 최대 직경 위치보다 드릴 선단측에 위치하는 미리 정해놓은 점으로부터 최대 직경 위치까지 연속되는 절삭날의 선단을 잇는 능선이, 복수의 원호가 끝점끼리 연속되어 생기는 기준 곡선을 따라 형성되고, 상기 각 원호는 그 양 끝점이 기준 타원 상에 있으며, 같은 기준 타원과 공유 접선을 갖거나 또는 같은 기준 타원과 상기 양 끝점 이외에 공유점을 갖고, 상기 절삭날은, 드릴 최선단측 위치에서 여유각 δ1을 갖고, 최대 직경 위치에서 여유각 δ2를 가지며, δ1＞δ2의 대소 관계를 갖고, 상기 절삭날이 마련된 치즐날부의 최대 직경을 φD, 상기 치즐날부의 길이를 L, 상기 절삭날의 선단각을 θ라고 하면, L/φD의 값이 1.4 ~ 1.6의 범위이고, θ의 값이 100˚ ~ 140˚의 범위로 되는 드릴이다.

청구항 6에 기재된 발명은, 상기 미리 정해놓은 점으로부터 드릴 선단 방향으로 연속되는 절삭날의 선단을 잇는 능선이, 상기 미리 정해놓은 점에서의 상기 기준 곡선의 접선을 따른 직선형으로 형성되는 청구항 5에 기재된 드릴이다.

청구항 7에 기재된 발명은, 상기 기준 타원은, 그 단축(短軸)을 최대 직경 위치에 배치한 타원인 것인, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 드릴이다.

청구항 8에 기재된 발명은, 상기 절삭날은, 드릴 최선단측 위치로부터 미리 정해놓은 범위에서 일정한 여유각을 갖는 것인, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 드릴이다.

청구항 9에 기재된 발명은, 상기 절삭날의 상기 미리 정해놓은 점보다 드릴 선단측에서 일정한 여유각을 갖는 것인, 청구항 3 또는 6에 기재된 드릴이다.

청구항 10에 기재된 발명은, 상기 절삭날은, 드릴 최선단측 위치로부터 최대 직경 위치까지 이르는 범위 중 일부 범위에서 여유각이 δ1로부터 점감하여 δ2에 이르는 것인, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 드릴이다.

청구항 11에 기재된 발명은, 상기 절삭날은, 상기 미리 정해놓은 점으로부터 최대 직경 위치까지의 범위에서 여유각이 δ1로부터 점감하여 δ2에 이르는 것인, 청구항 3 또는 6에 기재된 드릴이다.

청구항 12에 기재된 발명은, 상기 절삭날의 여유면에 대하여 드릴 후단 방향으로 연속하는 마진을 가지며, 상기 마진은 여유각 δ2를 갖는 것인, 청구항 10에 기재된 드릴이다.

청구항 13에 기재된 발명은, 상기 절삭날의 여유면에 대하여 드릴 후단 방향으로 연속하는 마진을 가지며, 상기 마진은 여유각 δ2를 갖는 것인, 청구항 11에 기재된 드릴이다.

본 발명에 의하면, 절삭날의 선단을 잇는 능선이 타원을 따라 형성된다. 즉, 본 발명에 의하면, 타원의 팽창된 곡선을 이용함으로써, 리밍 작용을 담당하는 후단측일수록 보다 얕은 선단각으로 할 수 있다. 그리고 본 발명에 의하면, 후단일수록 선단각을 보다 얕게 할 수 있기 때문에, 후단측의 최대 직경 부근에서의 절삭 부하를 억제하면서 리밍 작용을 크게 발휘할 수 있고, 절삭날 전체 중 보다 후단측의 절삭날부에 의한 리머 다듬질성이 향상된다고 하는 효과가 있어, 보다 깨끗한 절삭면을 얻을 수 있다.

또한, 드릴 선단측에 절삭날 선단을 잇는 능선이 직선형으로 된 직선부를 마련하고, 이 직선부에서의 선단각을 적절히 선택함으로써, 천공 시작시에 드릴 선단부가 피삭재에 절입 포착하는 포착성이나, 구심성, 유지 안정성이 양호해지며, 드릴링 작용을 담당하는 선단부의 절삭 성능이 향상된다고 하는 효과가 있고, 하나의 드릴로, 선단측의 우수한 절삭 성능과 후단측의 우수한 리머 다듬질성을 함께 가질 수 있다.

또한, 상기 직선부에서 여유면을 일정하게 함으로써, 유지 안정성이 더 양호해진다.

또한, 청구항 4 또는 5에 기재된 드릴에 의하면, 절삭날의 선단을 잇는 능선이, 직접 기준 타원을 기준으로 하지 않고, 대략 기준 타원을 따르는 복수의 원호의 연속을 기준으로 하여 형성된다. 따라서, 상기 각 원호에 따른 드릴의 정형(整形)을 순차적으로 행함으로써, 절삭날의 선단을 잇는 능선이 대략 타원을 따라 형성된 드릴을 얻을 수 있어, 제조성이 향상된다.

도 1은 본 발명을 적용할 수 있는 일례인 비틀림 홈을 갖는 드릴의 측면도.
도 2는 도 1에 도시한 드릴의 선단부의 확대도.
도 3은 도 2에 도시하는 화살표 방향에서 본 드릴의 측면도.
도 4는 본 발명을 적용할 수 있는 일례인 스트레이트 홈을 갖는 드릴의 측면도.
도 5는 도 4에 도시하는 선 G-G를 따라 취한 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 타원부와 직선부로 이루어지는 절삭날을 갖는 드릴의 측시 외형도이다.
도 7은 본 발명의 드릴에 있어서 절삭날의 선단부와 후단부에서의 절삭 체적을 비교하기 위한 모식도.
도 8은 드릴의 절삭날의 선단을 잇는 능선의 기준으로 하는 타원(본 발명)과 포물선을 비교한 도면.
도 9는 도 6에 도시한 기준 타원(f1)에 기초하여, 복수의 원호가 끝점끼리 연속하여 생기는 기준 곡선을 작도하는 방법을 도해한 도면(후단측).
도 10은 도 6에 도시한 기준 타원(f1)에 기초하여, 복수의 원호가 끝점끼리 연속하여 생기는 기준 곡선을 작도하는 방법을 도해한 도면(중간부).
도 11은 도 6에 도시한 기준 타원(f1)에 기초하여, 복수의 원호가 끝점끼리 연속하여 생기는 기준 곡선을 작도하는 방법을 도해한 도면(선단측).
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 타원부와 직선부로 이루어지는 절삭날을 갖는 드릴의 측시 외형도.
도 13은 도 12에 도시한 선 A-A를 따라 취한 단면도 (a) 및 A1부 상세도.
도 14는 도 12에 도시한 선 B-B를 따라 취한 단면도 (a) 및 B1부 상세도.
도 15는 도 12에 도시한 선 C-C를 따라 취한 단면도 (a) 및 C1부 상세도.
도 16은 도 12에 도시한 선 D-D를 따라 취한 단면도 (a) 및 D1부 상세도.
도 17은 도 12에 도시한 선 E-E를 따라 취한 단면도 (a) 및 E1부 상세도.
도 18은 도 12에 도시한 선 F-F를 따라 취한 단면도 (a) 및 F1부 상세도.
도 19는 본 발명의 일 실시형태에 따른 타원부와 직선부로 이루어지는 절삭날을 갖는 드릴의 측시 외형도.
도 20은 도 19에 도시한 선 A-A를 따라 취한 단면도 (a) 및 A1부 상세도.
도 21은 도 19에 도시한 선 B-B를 따라 취한 단면도 (a) 및 B1부 상세도
도 22는 도 19에 도시한 선 D-D를 따라 단면도 (a) 및 D1부 상세도.
도 23은 도 19에 도시한 선 F-F를 따라 취한 단면도 (a) 및 F1부 상세도.
도 24는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전체적으로 타원의 일부를 따른 절삭날을 갖는 드릴의 측시 외형도.
도 25는 도 24에 도시한 기준 타원(f4)에 기초하여, 복수의 원호가 끝점끼리 연속하여 생기는 기준 곡선을 작도하는 방법을 도해한 도면(선단측).

이하에 본 발명의 일 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 이하 설명하는 본 발명의 일 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

우선, 본 발명의 드릴 형상을 적용할 수 있는 드릴의 2가지 예를 나타낸다. 하나는 비틀림 홈을 갖는 드릴(도 1∼도 3 참조)이고, 다른 하나는 스트레이트 홈을 갖는 드릴(도 4, 도 5 참조)이다.

도 1은 비틀림 홈을 갖는 드릴의 측면도이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 드릴(21)은 치즐날부(1)와 생크부(2)를 갖는다. 치즐날부(1)와 생크부(2) 사이에는 비틀림 홈(3)이 형성되어 있다.

도 1에 도시한 드릴(21)의 선단부 확대도를 도 2에 도시한다.

치즐날부(1)에는, 한 쌍의 절삭날(6, 6)이 중심축(9)에 대해서 대칭으로 형성되어 있다. 절삭날(6, 6)은 각각 경사면(7) 및 여유면(8)을 갖는다.

치즐날부(1)는 크로스 씨닝(cross thinning)되어 있고, 씨닝에 의해 결락(缺落)된 부분에 경사면(7)이 형성되어 있다. 또한, 씨닝에 의해 결락된 부분은, 비틀림 홈(3)에 연속된다. 2조의 비틀림 홈(3, 3)은, 일정한 비틀림 각을 가지고 비틀어져 있다. 비틀림 홈(3, 3) 사이에 형성된 랜드부(4)의 비틀림 홈(3, 3)을 따른 양측 가장자리에 마진(5, 5)이 형성되어 있다. 이 마진(5)은, 피가공 구멍의 내면에 닿아서 드릴을 지지한다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 치즐날부(1)는 최대 직경(φD), 길이(L)를 갖는다. 중심 위치에서의 절삭날(6)의 선단각을 θ˚로 한다(단, 0˚＜θ˚＜180˚). 최대 직경(φD)을 갖는 위치에서 절삭날(6)의 선단각은 0˚가 된다.

절삭날(6)의 선단각은, 중심 위치 선단각 θ˚로부터 최대 직경 위치 선단각 0˚까지 연속된 변화에 의해 감소하는 형상으로 형성되어 있다. 이것에 의해 절삭날(6)의 선단은 각(불연속점)이 지지 않은 매끄러운 곡선을 형성한다.

도 3은, 도 2에 도시하는 화살표 방향에서 본 드릴(21)의 측면도이다. 또한, 드릴(21)은 축(9)을 중심으로 한 대칭인 입체 형상을 갖는다. 따라서, 드릴(21)의 어느 각도에서 본 측면도 180도 반대측의 측면과 동일 형상이다.

도 4는 스트레이트 홈을 갖는 드릴의 측면도이다. 도 5는 도 4에 도시하는 선 G-G를 따라 취한 단면도이다. 본 드릴(23)은, 상기 드릴(21)에서의 비틀림 홈(3)을 V홈(11)으로 바꾼 것이다. 대응하는 부분을 동일한 부호로 나타낸다.

도 4, 도 5에 도시하는 바와 같이, 본 드릴(23)에서는, 치즐날부(1)와 생크부(2) 사이에는 2개의 V홈(11, 11)이 형성되어 있다. V홈(11)은, 치즐날부(1)의 씨닝에 의한 결락 부분을 포함하고 중심축(9)을 따라 스트레이트로 형성되어 있다.

도 5에 도시하는 바와 같이, V홈(11, 11) 사이에 형성된 랜드부(12)의 V홈(11, 11)을 따른 양측 가장자리에 마진(13, 13)이 형성되어 있다. 이 마진(13)은 피가공 구멍의 내면에 닿아서 드릴을 지지한다. 이 4개의 마진에 의해 어느 단면에서도 드릴(23)은 4점으로 지지된다. 비틀림에 의한 지지성은 없지만, 피가공 구멍이나 부시 가이드의 내면에 안정성 좋게 유지되고, 굴곡이 적은 구멍 가공이 가능하다.

이제, 본 발명의 드릴 형상에 대해 설명한다. 도 6은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 타원부와 직선부로 이루어지는 절삭날을 갖는 드릴의 측시(側視) 외형도이다.

여기서는 드릴의 형상에 대해서 설명하고, 드릴의 크기는 문제가 되지 않기 때문에, 도 6에 도시하는 바와 같이 φD=1로 한다. 드릴의 중심축을 X축으로 하고, X축의 플러스 방향을 드릴 선단 방향으로 하며, X축에 직교하고 드릴의 최대 직경 위치를 통과하는 축을 Y축으로 한 X-Y 좌표를 상정한다. 기준 타원(f1)은 중심을 X-Y 좌표의 원점에 두고, 단축이 Y축에 일치하며, 단축 상의 반경이 0.5인 타원이다. 따라서, 기준 타원(f1)의 장축(長軸)은 X축에 일치한다. 기준 타원(f1)의 장축 상의 반경은 임의로 설정되고, 이것을 a로 한다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 드릴의 절삭날의 선단을 잇는 능선은 타원의 일부와 직선으로 구성된다. 타원부와 직선부의 분리점 H의 좌표를 (x0, y0)로 한다. x0에서의 본 드릴의 직경, 즉 직선부의 최대 직경은 임의로 설정되고, 이것을 φA로 한다. 따라서, φA=2×y0이다.

직선(f2)은, 분리점(H)에서의 타원(f1)의 접선이다. X축 상에서 드릴의 선단으로부터 x0까지의 범위를 a1, x0부터 원점까지의 범위를 a2, 마이너스의 범위를 a3으로 한다. 절삭날의 선단을 잇는 능선은, 범위 a1에서 접선(f2)을 따른 직선형으로 형성되고, 범위 a2에서 기준 타원(f1)을 따라 형성된다. 즉, 절삭날의 선단을 잇는 능선은, 범위 a1에서 접선(f2)에 중첩되고, 범위 a2에서 기준 타원(f1)에 중첩된다. 범위 a3에는 절삭날의 여유면에 계속해서 마진이 형성된다.

이상 설명한 조건으로부터, θ, φA, L의 관계식을 도출하면 다음 수학식 1과 같아진다. 수학식 1을 이용하여 드릴의 형상 설계가 가능하다.

다음에, 도 7, 도 8을 참조하여 절삭날의 타원부의 절삭성에 대해 추가로 설명한다.

절삭날의 선단각이 위치에 상관없이 일정하면, 반경이 큰 후단측일수록 절삭날 단위 길이당 절삭 체적이 증대되지만, 도 7에 도시하는 바와 같이 본 드릴의 경우, 타원 형상을 따라 후단측일수록 절삭날의 선단각이 감소하기 때문에, 절삭날 단위 길이당 절삭 체적을 선단으로부터 후단에 이르기까지 대략 일정해지도록 증가를 억제하거나, 감소시킬 수 있다. 그리고, 타원(f1)을 기준으로 하는 경우에는, 절삭날 단위 길이당 절삭 체적이 후단측일수록 일정 이상으로 감소되기 때문에, 절삭날 전체에 걸쳐 마모의 진행 정도를 일정하게 하는 것이 가능해진다. 마모의 진행 정도를 일정하게 하기 위해서는, 절삭날의 위치에 따라 절삭 속도가 상이한 것을 고려해야 한다. 즉, 절삭날의 절삭 속도, 즉 원주 속도는 드릴 선단으로부터 후단으로 이동함에 따라 빨라진다. 이것에 의해, 절삭날의 후단일수록 마모되기 쉽기 때문에, 절삭날 단위 길이당 절삭 체적을 후단일수록 감소시킴으로써, 절삭날의 위치에 상관없이 절삭 부하가 일정해지고, 마모의 진행 정도도 일정해진다. 그리고, 마모의 진행 정도를 일정하게 함으로써, 사용 후에 절삭날을 재연마할 때, 적은 재연마량으로 절삭날 전체를 예리하게 할 수 있어 재연마의 작업도 용이해진다.

또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 타원(f1)을 기준으로 하는 경우는, 최대 직경 위치(x=0)에서 절삭날의 선단각은 0이 되는데 비하여, 포물선(f3)을 기준으로 하는 경우는 0이 되지 않는다. 따라서, 포물선(f3)에 비교하여도 타원(f1)의 경우는, 최대 직경 부근 a4에서 절삭날의 선단각이 작아지고, 후단일수록 선단각을 보다 얕게 할 수 있기 때문에, 후단측의 최대 직경 부근 a4에서의 절삭 부하를 현저히 억제하며, 리밍 작용을 크게 발휘할 수 있고, 절삭날 전체 중 보다 후단측의 절삭날부에 의한 리머 다듬질성이 향상된다.

또한, 타원(f1)을 기준으로 하는 경우에는, 최대 직경 위치(x=0)에서 절삭날의 선단각이 0이 되고 마모되기 쉬운 각이 생기지 않기 때문에 드릴의 고수명화를 도모할 수 있다.

다음에, 복수의 원호가 끝점끼리 연속하여 생기는 기준 곡선의 결정 방법에 대해 설명한다. 도 9∼도 11은, 도 6에 도시한 기준 타원(f1)에 기초하는 기준 곡선의 작도법을 설명한 도면이다.

한 끝점이 최대 직경 위치에 있는 원호에 대해서는 다음과 같이 결정한다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 기준 타원(f1) 상의 최대 직경 위치인 점 A와, 점 A와 분리점(H) 사이의 임의의 점 B를 끝점으로 하는 원호 AB를, 기준 곡선을 만드는 하나의 원호로 한다. 이 원호 AB는, 선분 AB의 수직 이등분선과 Y축과의 교점 C를 중심으로 하고, 선분 AC(=선분 BC)를 반경(R1)으로 하는 원호로 한다. 점 A에서의 원호 AB의 접선은, 점 A를 통과하며 X축에 평행한 직선이고, 이 직선은 점 A에서의 기준 타원(f1)의 접선이기도 하다.

끝점이 점 A도 분리점(H)도 아니고, 점 A와 분리점(H) 사이에 있는 임의의 원호에 대해서는 다음과 같이 결정한다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 기준 타원(f1) 상의 임의의 점 D와, 점 D와 분리점(H) 사이의 임의의 점 E를 끝점으로 하는 원호 DE를, 기준 곡선을 만드는 하나의 원호로 한다. 점 D를 점 B(도 9 참조)와 동일점으로 하여, 원호 AB와 원호 DE를 연속시킨다. 원호 DE는, 선분 DE의 수직 이등분선과 기준 타원(f1)의 교점을 점 F로 하여, 선분 DE의 수직 이등분선과 선분 DF의 수직 이등분선의 교점 G를 중심으로 하고, 선분 DG(=선분 FG=선분 EG)를 반경(R2)으로 하는 원호로 한다. 점 F는, 원호 DE와 기준 타원(f1)의 공유점이 된다.

끝점이 점 A도 분리점(H)도 아니고, 점 A와 분리점(H) 사이에 있는 원호를 마련할지, 마련하지 않을 지도, 마련하는 경우에 몇 개를 마련할지도 임의이다.

한 끝점이 분리점(H)인 원호에 대해서는 다음과 같이 결정한다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 분리점(H)과, 기준 타원(f1) 상의 점 A와 분리점(H) 사이의 임의의 점 I를 끝점으로 하는 원호 HI를, 기준 곡선을 만드는 하나의 원호로 한다. 단, 전술한 도 10에 도시하는 방법으로 결정한 원호 DE 중 가장 드릴의 선단측에 있는 끝점을 점 I로 한다. 이 원호 HI는, 선분 HI의 수직 이등분선과 점(H)을 통과하는 기준 타원(f1)의 법선과의 교점 J를 중심으로 하고, 선분 HJ(=선분 IJ)를 반경(R3)으로 하는 원호로 한다. 점(H)에서의 원호 HI의 접선은, 점(H)에서의 기준 타원(f1)의 접선이기도 한다.

이상과 같이 하여 결정한 기준 곡선을 따라 절삭날의 선단을 잇는 능선을 형성한다. 즉, 절삭날의 선단을 잇는 능선은 기준 곡선에 중첩된다. 도 9∼도 11에 도시하는 바와 같이, 원호의 반경은 드릴 선단측일수록 반경이 작아진다. 각 원호의 길이를 취하는 방법은 임의이지만, 기준 타원(f1)과의 일치도를 높이기 위해, 드릴 선단측일수록 짧게 하는 것이 바람직하다. 이러한 성질은, 드릴 중심축 방향으로 기준 타원(f1)의 장축이 배치되고, 드릴 선단일수록 기준 타원(f1)의 곡률이 커지기 때문이다.

다음에, 절삭날 및 마진의 여유각에 대해 설명한다. 도 12는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 타원부와 직선부로 이루어지는 절삭날을 갖는 드릴의 측시 외형도이다. 절삭날의 선단각에 대해서는 도 6에 도시한 것에 따른 것이다. 도 12에 단면의 위치 A-A, B-B, C-C, D-D, E-E, F-F를 도시하고, 이들 각 위치의 단면도를 도 13의 (a), 도 14의 (a), 도 15의 (a), 도 16의 (a), 도 17의 (a), 도 18의 (a)에 도시하며, 각 단면에서의 절삭날 부분 확대도를 도 13의 (b), 도 14의 (b), 도 15의 (b), 도 16의 (b), 도 17의 (b), 도 18의 (b)에 도시한다.

도 12∼도 18에 도시하는 드릴에 있어서, 드릴 선단으로부터 단면 E-E까지의 범위에서는, 절삭날의 여유각은 일정하고, 이 여유각을 δ1로 한다. δ1로서는 40[˚]∼50[˚]가 적당하다. 단면 E-E부터 단면 C-C까지의 범위에서, 본 드릴의 절삭날의 여유각은 δ1(단면 E-E에서 δ1)로부터 점감하여 δ2에 이른다(단면 C-C에서 δ2). 단면 C-C보다 드릴 후단측의 절삭날 및 마진의 여유각은 δ2로 일정하다. δ2로서는 5[˚]∼15[˚]가 적당하다.

다음에, 절삭날 및 마진의 여유각의 다른 형태에 대해 설명한다. 도 19는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 타원부와 직선부로 이루어지는 절삭날을 갖는 드릴의 측시 외형도이다. 절삭날의 선단각에 대해서는 도 6에 도시한 것에 따른 것이다. 도 19에 단면의 위치 A-A, B-B, C-C, D-D, E-E를 도시하고, 이들 각 위치의 단면도를 도 20의 (a), 도 21의 (a), 도 22의 (a), 도 23의 (a)에 도시하며, 각 단면에서의 절삭날 부분 확대도를 도 20의 (b), 도 21의 (b), 도 22의 (b), 도 23의 (b)에 도시한다.

도 19∼도 23에 도시하는 드릴에서는, 드릴 선단으로부터 단면 D-D[분리점(H)의 위치]까지의 범위에서, 절삭날의 여유각은 일정하고, 이 여유각을 δ1로 한다. δ1로서는 40[˚]∼50[˚]이 적당하다. 단면 D-D부터 단면 A-A까지의 범위에서, 본 드릴의 절삭날의 여유각은 δ1(단면 D-D에서 δ1)로부터 점감하여 δ2에 이른다(단면 A-A에서 δ2). 단면 A-A보다 드릴 후단측 마진의 여유각은 δ2로 일정하다. δ2로서는 5[˚]∼15[˚]가 적당하다.

이상의 도 12∼도 23에서 도시하는 바와 같이, 주로 드릴링 작용을 담당하는 드릴 선단측의 절삭날부의 여유각 δ1을 비교적 크게 취하고, 주로 리머 다듬질 작용을 담당하는 드릴 후단측의 절삭날부 및 마진의 여유각 δ2를 비교적 작게 취함으로써, 선단측의 드릴링 작용 및 후단측의 리머 다듬질 작용이 보다 효과적이게 된다. 또한, δ1로부터 δ2로의 변천 범위를 들어 δ1∼δ2로 점감시킴으로써, 전체적으로 매끄러운 절삭날을 형성할 수 있다.

도 12∼도 18에 도시하는 드릴과, 도 19∼도 23에 도시하는 드릴을 비교하면, 이하의 점에서 특성이 상이하다.

(1) 분리점(H)보다 드릴 선단측에 있고 주로 드릴링 작용을 담당하는 절삭날부에 있어서, 전자(前者)는 비교적 큰 여유각인 δ1의 범위가 짧고, 이 때문에 절삭 저항이 큰데 비하여, 후자인 δ1의 범위는 길고 절삭 저항이 작아진다. (2) 전자에 비해 후자는 δ1로부터 δ2로의 여유각의 변화가 완만하기 때문에 편마모하기 어렵고, 구멍 품질이 잘 악화되지 않으며 드릴 수명이 길어지는 경향이 있다, (3) 분리점(H)보다 후단측에 있고 주로 리머 다듬질 작용을 담당하는 절삭날부에 있어서, 전자는 비교적 작은 여유각인 δ2의 범위가 대략 전체 영역이고, 이 때문에 절삭 저항이 큰데 비하여, 후자의 여유각은 δ1로부터 δ2로의 변천 영역에 있기 때문에 평균 여유각이 크고, 이 때문에 절삭 저항이 작아진다.

이상을 지침으로 하여, 우선하는 특성에 따라서 여유각의 분포를 설계할 수 있다.

다음에, 선단각의 다른 형태에 대해 설명한다. 도 24는 본 발명의 일 실시형태에 따른 전체적으로 타원의 일부를 따른 절삭날을 갖는 드릴의 측시 외형도이다.

도 6에 도시한 드릴에서는, 드릴의 절삭날의 선단을 잇는 능선은 타원의 일부와 직선으로 구성되었다. 이에 비하여, 도 24에 도시하는 드릴은, 직선부를 배제하고, 드릴의 절삭날의 선단을 잇는 능선 전체를 기준 타원(f4)의 일부로 구성한 것이다. 즉, 절삭날의 선단을 잇는 능선 전체는, 기준 타원(f4)에 중첩된다.

이와 같이, 기준 타원(f4)을 따라 절삭날의 선단을 형성하는 경우에는, 도 24에 도시하는 바와 같이 타원(f4)의 장축 b를 드릴 중심축(X축)에 대하여 오버랩되도록 시프트한다. 이 시프트량을 설정함으로써, 중심 위치 선단각을 설정할 수 있다. 시프트량을 제로로 하는 경우는, 중심 위치 선단각이 180[˚]가 된다.

또한, 기준 타원(f4)의 단축이 Y축에 일치하는 점은, 도 6에 도시한 드릴과 같다. 또한, 여유각에 관해서는, 드릴 최선단측 위치에서 여유각 δ1을 가지며, 최대 직경 위치에서 여유각 δ2를 갖고, δ1＞δ2의 대소 관계를 가지며, 드릴 최선단측 위치로부터 최대 직경 위치까지 이르는 범위 중 어느 일부의 범위에서도 여유각이 δ1로부터 점감하여 δ2에 이르도록 하는 것이 바람직하다.

드릴의 절삭날의 선단을 잇는 능선의 전체를 기준 타원(f4)의 일부로 구성하는 경우에 있어서, 복수의 원호가 끝점끼리 연속하여 생기는 기준 곡선의 결정 방법에 대해 설명한다. 도 25는 도 24에 도시한 기준 타원(f1)에 기초하는 기준 곡선의 작도법을 설명한 도면이다.

한 끝점이 최대 직경 위치에 있는 원호에 대해서는, 도 9에 도시하여 전술한 방법과 같이 결정한다. 끝점이 점 A도 드릴 선단점 K도 아니고, 점 A와 드릴 선단점 K 사이에 있는 임의의 원호에 대해서는, 도 10에 도시하는 전술한 방법과 같이 결정한다.

한 끝점이 드릴 선단점 K에 있는 원호에 대해서는 다음과 같이 결정한다.

도 25에 도시하는 바와 같이, 드릴 선단점 K와, 기준 타원(f4) 상의 점 A와 드릴 선단점 K 사이의 임의의 점 L을 끝점으로 하는 원호 KL을, 기준 곡선을 만드는 하나의 원호로 한다. 단, 전술한 도 10에 도시하는 방법으로 결정한 원호 중 가장 드릴의 선단측에 있는 끝점을 점 L로 한다. 이 원호 KL은, 선분 KL의 수직 이등분선과 점 K를 통과하는 기준 타원(f4)의 법선과의 교점 M을 중심으로 하고, 선분 KM(=선분 LM)을 반경(R4)으로 하는 원호로 한다. 점 K에서의 원호 KL의 접선은, 점 K에서의 기준 타원(f4)의 접선이기도 한다.

이상과 같이 하여 결정한 기준 곡선을 따라 절삭날의 선단을 잇는 능선을 형성한다. 즉, 절삭날의 선단을 잇는 능선은 기준 곡선에 중첩된다.

또한, 도 6에 도시한 드릴에 있어서도, 도 24에 도시한 드릴에 있어서도, 드릴 선단부에 치즐 에지가 남아 있어도 좋다. 이 경우, 드릴 후단측으로부터 치즐 에지까지의 범위에 대하여 전술한 본 발명의 드릴 형상을 적용한다.

다음에, 섬유 강화 수지 복합재의 천공에 적합한 φD, L, θ, φA의 결정 방법에 대해 설명한다. 섬유 강화 수지 복합재로서는 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)를 예로 든다. 표 1은 φD에 대한 L의 크기, 즉 L/φD에 따른 각 특성의 변화를 나타낸 표이다.

표 1에 나타내는 바와 같이, L/φD를 크게 해 가면, 절삭날 길이는 길어지고, 천공에 필요한 스트로크는 길어진다. 또한, 천공 반력 및 절삭 저항은 절삭날 길이에 비례하기 때문에 커진다. 또한, 절삭날 길이가 길어짐에 따라 절삭날 단위 길이당 절삭량이 줄고, 잘 마모되지 않기 때문에, 구멍 품질(디라미네이션 발생의 정도, 구멍 내면 거칠기)은 좋아지며, 드릴 수명은 연장된다. L/φD의 값 1.0∼2.0에 대해서 CFRP에 대한 각 특성의 종합 평가를 표 1의 최우측란에 기재하였다. 이에 나타내는 바와 같이, L/φD의 값 1.5를 중심으로 1.4∼1.6의 범위에서 양호한 결과를 얻었다.

이상의 결과를 근거로, L/φD=1.5로 한다. 표 2는 L/φD=1.5일 때의 θ에 따른 φA/φD의 값 및 각 특성의 변화를 나타낸 표이다.

표 2에 나타내는 바와 같이 θ의 값을 60[˚]∼180[˚]의 범위로 취하였다. θ의 각 값에 대한 φA/φD의 값은, 수학식 1 및 L/φD=1.5로부터 구하고, 표 2에 나타내는 바와 같다. θ의 값을 180[˚] 로부터 60[˚]로 작게 해 가면, 구심성(선단의 흔들림, 홀드성)은 양호해진다. 이것은 θ가 작을수록 드릴 선단이 예리해지고, 잘 흔들리지 않게 되기 때문이다. 또한, 천공 반력, 절삭 저항은 작아진다. 이것은 φD에 대한 φA의 비율이 클수록 피삭재에 대해 절삭날이 잘 들어가게 되기 때문이다. 또한, φA/φD의 값이 작을수록 분리점(H)보다 후단측에 있고 주로 리머 마무리 작용을 담당하는 절삭날부가 길어지기 때문에, 구멍 품질(디라미네이션 발생의 정도, 구멍 내면 거칠기)은 좋아진다. 또한, θ가 작을수록 드릴 선단이 예리해지고 이지러지기 쉬워지기 때문에, 드릴 선단부의 이지러짐에 대한 내구성은 악화된다.

θ의 값 60[˚]∼180[˚]의 범위에 대해서 CFRP에 대한 각 특성의 종합 평가를 표 2의 최우측란에 기재하였다. 이에 나타내는 바와 같이, θ의 값은 100[˚]∼140[˚]의 범위에서 양호한 결과가 얻어진다.

이상의 결과로부터, CFRP의 천공용 드릴로서는, L/φD의 값이 1.4∼1.6의 범위이고, θ의 값이 100[˚]∼140[˚]인 범위가 양호하다.

1: 치즐날부
2: 생크부
3: 비틀림 홈
4: 랜드부
5: 마진
6: 절삭날
7: 경사면
8: 여유면
11: V홈
12: 랜드부
13: 마진
φD1: 최대 직경
H: 타원부와 직선부의 분리점
φA: 직선부의 최대 직경
θ: 중심 위치 선단각
f1: 기준 타원
f4: 기준 타원

Claims

절삭날의 선단을 잇는 능선의 전부 또는 일부가 기준 타원의 일부를 따라 형성되고, 상기 절삭날은, 드릴 최선단측 위치에서 여유각 δ1을 갖고, 최대 직경 위치에서 여유각 δ2를 가지며, δ1＞δ2의 대소 관계를 갖고, 상기 절삭날이 마련된 치즐날부의 최대 직경을 φD, 상기 치즐날부의 길이를 L, 상기 절삭날의 선단각을 θ라고 하면, L/φD의 값이 1.4 ~ 1.6의 범위이고, θ의 값이 100˚ ~ 140˚의 범위로 되는 드릴.
최대 직경 위치보다 드릴 선단측에 위치하는 미리 정해놓은 점으로부터 최대 직경 위치까지 연속되는 절삭날의 선단을 잇는 능선이, 기준 타원의 일부를 따라 형성되고, 상기 절삭날은, 드릴 최선단측 위치에서 여유각 δ1을 갖고, 최대 직경 위치에서 여유각 δ2를 가지며, δ1＞δ2의 대소 관계를 갖고, 상기 절삭날이 마련된 치즐날부의 최대 직경을 φD, 상기 치즐날부의 길이를 L, 상기 절삭날의 선단각을 θ라고 하면, L/φD의 값이 1.4 ~ 1.6의 범위이고, θ의 값이 100˚ ~ 140˚의 범위로 되는 드릴.
제2항에 있어서, 상기 미리 정해놓은 점으로부터 드릴 선단 방향으로 연속되는 절삭날의 선단을 잇는 능선이, 상기 미리 정해놓은 점에서의 상기 기준 타원의 접선을 따른 직선형으로 형성되는 것인 드릴.
절삭날의 선단을 잇는 능선의 전부 또는 일부가, 복수의 원호가 끝점끼리 연속되어 생기는 기준 곡선을 따라 형성되고, 상기 각 원호는 그 양 끝점이 기준 타원 상에 있으며, 같은 기준 타원과 공유 접선을 갖거나 또는 같은 기준 타원과 상기 양 끝점 이외에 공유점을 갖고, 상기 절삭날은, 드릴 최선단측 위치에서 여유각 δ1을 갖고, 최대 직경 위치에서 여유각 δ2를 가지며, δ1＞δ2의 대소 관계를 갖고, 상기 절삭날이 마련된 치즐날부의 최대 직경을 φD, 상기 치즐날부의 길이를 L, 상기 절삭날의 선단각을 θ라고 하면, L/φD의 값이 1.4 ~ 1.6의 범위이고, θ의 값이 100˚ ~ 140˚의 범위로 되는 드릴.
최대 직경 위치보다 드릴 선단측에 위치하는 미리 정해놓은 점으로부터 최대 직경 위치까지 연속되는 절삭날의 선단을 잇는 능선이, 복수의 원호가 끝점끼리 연속되어 생기는 기준 곡선을 따라 형성되고, 상기 각 원호는 그 양 끝점이 기준 타원 상에 있으며, 같은 기준 타원과 공유 접선을 갖거나 또는 같은 기준 타원과 상기 양 끝점 이외에 공유점을 갖고, 상기 절삭날은, 드릴 최선단측 위치에서 여유각 δ1을 갖고, 최대 직경 위치에서 여유각 δ2를 가지며, δ1＞δ2의 대소 관계를 갖고, 상기 절삭날이 마련된 치즐날부의 최대 직경을 φD, 상기 치즐날부의 길이를 L, 상기 절삭날의 선단각을 θ라고 하면, L/φD의 값이 1.4 ~ 1.6의 범위이고, θ의 값이 100˚ ~ 140˚의 범위로 되는 드릴.
제5항에 있어서, 상기 미리 정해놓은 점으로부터 드릴 선단 방향으로 연속되는 절삭날의 선단을 잇는 능선이, 상기 미리 정해놓은 점에서의 상기 기준 곡선의 접선을 따른 직선형으로 형성되는 것인 드릴.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기준 타원은, 그 단축(短軸)을 최대 직경 위치에 배치한 타원인 것인 드릴.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절삭날은, 드릴 최선단측 위치로부터 미리 정해놓은 범위에서 일정한 여유각을 갖는 것인 드릴.
제3항 또는 제6항에 있어서, 상기 절삭날의 상기 미리 정해놓은 점보다 드릴 선단측에서 일정한 여유각을 갖는 것인 드릴.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절삭날은, 드릴 최선단측 위치로부터 최대 직경 위치까지 이르는 범위 중 일부 범위에서 여유각이 δ1로부터 점감하여 δ2에 이르는 것인 드릴.
제3항 또는 제6항에 있어서, 상기 절삭날은, 상기 미리 정해놓은 점으로부터 최대 직경 위치까지의 범위에서 여유각이 δ1로부터 점감하여 δ2에 이르는 것인 드릴.
제10항에 있어서, 상기 절삭날의 여유면에 대하여 드릴 후단 방향으로 연속하는 마진을 가지며, 상기 마진은 여유각 δ2를 갖는 것인 드릴.
제11항에 있어서, 상기 절삭날의 여유면에 대하여 드릴 후단 방향으로 연속하는 마진을 가지며, 상기 마진은 여유각 δ2를 갖는 것인 드릴.