WO2014155527A1 - 切削液供給穴付3枚刃ドリル - Google Patents

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drill
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一輝 高井
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オーエスジー株式会社
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    • Y10T408/45Cutting by use of rotating axially moving tool with means to apply transient, fluent medium to work or product including Tool with duct
    • Y10T408/455Conducting channel extending to end of Tool

Definitions

  • the present invention relates to a three-flute drill with a cutting fluid supply hole for drilling holes by cutting, and particularly to a technique for supplying cutting fluid to the tip cutting edge as much as possible.
  • a three-flute drill with a cutting fluid supply hole provided with a cutting fluid supply hole for supplying a cutting fluid to the tip cutting edge side through the inside is frequently used as a drilling tool.
  • the drills described in Patent Documents 1 to 3 are an example. According to the three-blade drills described therein, since an oily or aqueous cutting fluid is supplied to the vicinity of the cutting edge through the cutting fluid supply hole in the vicinity of the cutting point of the cutting edge, the temperature rise at the processing point is suppressed. As shown in FIGS. 15, 16, 17, and 18, the cutting edge, its flank, corner, chisel edge chipping, chipping, breakage, and burn are suppressed, and the durability of the drill is improved. It has become. In particular, such an effect is expected when the work material is a difficult-to-cut material such as stainless steel or titanium alloy.
  • the cutting fluid supply hole is cut as much as possible without reducing the rigidity of the drill. It is desirable to increase the area.
  • the cutting fluid supply hole has a round cross-sectional shape, so that the cutting supplied near the cutting edge is performed. A sufficient amount of liquid was not always obtained.
  • it is conceivable to increase the supply pressure of the cutting fluid but it is necessary to modify the equipment to increase the pressure resistance of the pump, tool chuck, and piping connected to it to increase the supply pressure. There was a problem of becoming.
  • the 3-blade drill is supported at 3 points during cutting, so it can provide high hole accuracy and can share the feed amount per rotation with 3 cutting edges.
  • the present invention has been made against the background of the above circumstances, and its purpose is to supply cutting fluid through the cutting fluid supply hole without reducing the rigidity of the drill and increasing the cutting fluid supply pressure.
  • the object is to provide a three-edged drill with sufficient quantity.
  • the cross-sectional shape of the cutting fluid supply hole is determined such that the front inner wall surface positioned along the radial direction on the front side in the rotation direction of the drill, A rear side inner wall surface that is positioned along the radial direction on the rear side in the rotational direction and faces the front side inner wall surface in the circumferential direction; an outer peripheral side inner wall surface that is formed of a partial cylindrical surface centered on the center line of the drill; A fan-shaped cross section having a partial cylindrical surface centered on the center line of the drill and having a smaller radius of curvature than the outer peripheral inner wall surface and surrounded by the outer peripheral inner wall surface and the inner peripheral inner wall surface facing in the radial direction.
  • the flow rate of the cutting fluid can be increased without increasing the supply source pressure and cutting can be performed without increasing the cross-sectional area of the cutting fluid supply hole. It was found that the amount of liquid supply can be increased. The present invention has been made based on such knowledge.
  • a tool body provided with three cutting edges at the tip in the axial direction and three discharge grooves for discharging chips generated from the three cutting edges are provided on the tip side of the tool body.
  • a three-flute drill with a cutting fluid supply hole provided with a formed groove portion and a cutting fluid supply hole for supplying a cutting fluid to the cutting blade side through the groove portion, wherein the cutting fluid supply hole is the 3
  • the cutting fluid supply hole is the 3
  • a front inner wall surface that is located along the radial direction on the front side in the rotational direction of the single blade drill, and a radial surface that is located along the radial direction on the rear side in the rotational direction of the three-blade drill.
  • outer peripheral side inner wall surface consisting of a partial cylindrical surface centering on the center line of the three-edged drill, and centering on the center line of the three-edged blade drill and more than the outer peripheral side inner wall surface It consists of a partial cylindrical surface with a small radius of curvature, and is paired with the outer peripheral side inner wall surface in the radial direction. Characterized in that among a fan section surrounded by a peripheral inner wall surface of.
  • the cutting fluid supply hole provided in the groove portion is radially along the rotational direction front side of the three-flute drill.
  • a front-side inner wall surface, a rear-side inner wall surface that is positioned along the radial direction on the rear side in the rotational direction of the three-blade drill and faces the front-side inner wall surface in the circumferential direction, and the three-blade drill An outer peripheral side inner wall composed of a partial cylindrical surface centering on the center line of the outer periphery side, and a partial cylindrical surface centered on the center line of the three-blade drill and having a smaller radius of curvature than the outer peripheral side inner wall surface.
  • the core thickness can be secured and the tool rigidity is not lowered.
  • the width shape increases toward the outer peripheral side and the pressure based on the centrifugal force is increased as compared to the conventional cutting fluid supply hole having a round shape having the same cross-sectional area, so that it is not necessary to increase the supply pressure of the cutting fluid.
  • the speed of the cutting fluid in the cutting fluid supply hole can be increased, and the amount of cutting fluid supplied can be increased by utilizing the centrifugal force associated with the rotation of the three-blade drill.
  • an angle A formed by the front inner wall surface and the rear inner wall surface is 15 ° to 40 °
  • the diameter of the three-blade drill is set to When D
  • the radius of curvature R1 of the inner wall surface on the outer circumference side is 0.25D to 0.40D
  • the radius of curvature R2 of the inner wall surface on the inner circumference side is 0.15D to 0.25D.
  • the mutually adjacent surfaces have a radius of curvature of 0.01D to 0.03D. They are smoothly connected to each other through the fillet of R3. For this reason, since the adjacent surfaces are connected via the fillet, a reduction in tool rigidity is suppressed. If the curvature radius R3 of the fillet falls below 0.01D, the tool rigidity may be reduced. Further, when the curvature radius R3 of the fillet exceeds 0.03D, it becomes difficult to secure the cross-sectional area of the cutting fluid supply hole while maintaining the tool rigidity and the flow velocity.
  • the front inner wall surface and the rear side An angle A2 formed by a straight line indicating a half angle of the angle formed with the inner wall surface and the reference line is 20 ° to 50 °.
  • the cutting fluid supply hole is positioned inside the land in the circumferential direction, so that the tool rigidity is not lowered.
  • the angle formed between the straight line indicating the half angle of the angle A2 formed by the front inner wall surface and the rear inner wall surface and the reference line is less than 20 ° or more than 50 °, the cutting fluid supply hole is landed. Since the position is close to the discharge groove in the inner circumferential direction, the tool rigidity may be reduced.
  • FIG. 4 is a view for explaining a cross-sectional shape of a cutting fluid supply hole in a cross section perpendicular to the axis C of the three-blade drill of FIG. 1, and is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. It is a perspective view explaining the spiral shape of the cutting fluid supply hole of FIG. It is a figure explaining the measurement test conditions of cutting fluid discharge amount.
  • FIG. 1 is a view showing a three-edged drill 10 according to an embodiment of the present invention, and is a front view seen from a direction perpendicular to the axis C.
  • FIG. FIG. 2 is an enlarged view showing the distal end portion of the three-blade drill 10 provided with the three cutting edges 12 in an enlarged manner.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing the front end surface provided with the cutting edge 12 of the three-blade drill 10.
  • the three-blade drill 10 is a three-blade twist drill, and includes a shank portion 14 and a groove portion 16 adjacent to each other in the axial direction of the axial tool body 17.
  • the three-blade drill 10 is made of cemented carbide, and has a tip portion provided with three cutting blades 12 and the like, and three discharge grooves for discharging chips generated by the three cutting blades 12, respectively.
  • the surface of the groove 16 provided with 18 is coated with a hard film such as a TiAlN alloy.
  • three discharge grooves 18 twisted clockwise around the axis C at a predetermined twist angle ⁇ (for example, about 30 °) are formed at point target positions with respect to the axis C.
  • a margin 20 is provided along the chip discharge groove 18.
  • the pair of chip discharge grooves 18 are opened in a C shape on the tapered tip end surface of the three-blade drill 10, and the three-blade drill 10 of the opening edge on the shaft end side of the chip discharge groove 18 is formed.
  • a cutting edge 12 is provided on each side facing the rotational direction.
  • the margin 20 is, for example, about 1.0 mm in a state where it protrudes slightly outward, for example, about 0.4 mm, along the leading edge 26 which is the edge of the land 24 divided by the chip discharge groove 18 on the drill rotation direction side. It is provided in width.
  • the outer peripheral surface of the three-blade drill 10 includes an outer peripheral surface of the margin 20 and a second picking surface 28 provided with a constant diameter dimension following the margin 20.
  • the outer diameter of the margin 20 is the same as the drill diameter (outer diameter of the cutting edge 12) D at the tip of the three-blade drill 10, but the shank portion extends from the tip of the three-blade drill 10 by a predetermined back taper. The diameter is gradually reduced toward the 14th side.
  • the cutting edge 12 includes a convex curve cutting edge portion 12a formed on the outer peripheral side and a concave curve cutting edge portion 12b formed on the inner peripheral side.
  • a second flank 32 and a third flank 34 are provided behind the three cutting edges 12 in the direction of rotation of the tapered tip surface of the three-blade drill 10.
  • the third flank 34 is provided with a cutting fluid supply hole 22 formed in a spiral shape through the three-blade drill 10 in a substantially parallel manner with the discharge groove 18. Air or the like can be supplied to the cutting site.
  • an R-shaped thinning is applied to the axial center side portion, i.e., the core thickness portion, of the cutting edge 12, and an R-shaped axial center cutting edge portion 12c that smoothly curves in the bottom view of FIG. It is provided so as to be smoothly connected to the portion 12b.
  • FIG. 4 shows the groove portion of the three-blade drill 10 cut along a plane orthogonal to the axis C for explaining in detail the cross-sectional shape of the cutting fluid supply hole 22 provided in the groove portion 16, that is, in the land 24 thereof.
  • 16 is a cross-sectional view of FIG.
  • the cutting fluid supply hole 22 includes a front inner wall surface FH positioned along the radial direction on the front side in the rotation direction RT of the three-blade drill 10 and a rear side in the rotation direction RT of the three-blade drill 10.
  • the inner wall surface OH is composed of a partial cylindrical surface centered on the center line C of the three-blade drill 10 and having a radius of curvature R2 smaller than the radius of curvature R1 of the outer peripheral side inner wall surface OH. It has a fan-shaped cross section surrounded by the opposing inner peripheral side inner wall surface IH.
  • the angle A formed by the front inner wall surface FH and the rear inner wall surface RH is preferably 15 ° to 40 °.
  • the curvature radius R1 of the outer peripheral side inner wall surface OH is preferably 0.25D to 0.40D
  • the curvature radius R2 of the inner peripheral side inner wall surface IH is preferably 0.15D to 0.4. 25D.
  • the corners between adjacent surfaces of the front side inner wall surface FH, the rear side inner wall surface RH, the outer peripheral side inner wall surface OH, and the inner peripheral side inner wall surface IH are not pin angles, and preferably 0.01D to They are smoothly connected to each other through a fillet T having a radius of curvature R3 of 0.03D.
  • the front side The angle A2 formed by the straight line OP indicating the half angle A / 2 of the angle A formed by the inner wall surface FH and the rear side inner wall surface RH and the reference line OO ′ is preferably 20 ° to 50 °, and more preferably 40 °. ° to 45 °.
  • the three-blade drill 10 configured as described above includes a steel material (for example, high-speed steel) softened at a high temperature and three cores having the same cross-sectional shape as the cutting fluid supply hole 22 in a circular forming space.
  • the rod-shaped material M formed by extruding it through a forming die and pulling it out while adding a twist H is manufactured through normal grooving polishing processing, finish polishing processing, and tip cutting edge polishing processing.
  • FIG. 5 is a view showing the two cutting fluid supply holes 22 formed in the rod-shaped material, with the middle portion in the longitudinal direction of the rod-shaped material M removed, the arrow S being the extrusion direction, and the arrow H being Indicates the twist direction.
  • the drill diameter D is ⁇ 10 mm
  • the groove length is 80 mm
  • the sectional area of the cutting fluid supply holes is a total of 2.34 mm 2.
  • the cutting fluid supply hole has a round cross section as shown in FIG.
  • Two types of prototype tools of a conventional product for example, a product of the present invention having a fan-shaped cross-section cutting fluid supply hole as shown in FIGS.
  • the hole shapes of the conventional product and the present invention are shown below.
  • the unit of the hole shape is mm.
  • ⁇ d is the diameter of the cutting fluid supply hole of the conventional round section
  • PCD is the diameter of a circle passing through the center of the cutting fluid supply hole of the round section.
  • the coolant at normal temperature is supplied to the cutting fluid supply hole at a pressure of 1.5 MP, and the coolant discharged from the tip of the prototype drill is supplied to the chip discharge groove 18, the three-blade drill 10 and the work material BL.
  • the coolant was recovered and the coolant discharge amount was measured.
  • FIG. 7 shows the present invention having a cutting fluid supply hole with a fan-shaped cross section when the conventional product having a cutting fluid supply hole with a round cross section is defined as 100 with respect to the coolant discharge amount measured under the above test conditions. Is shown relatively.
  • the coolant discharge amount of the product of the present invention is 36.7 compared to the conventional product (comparative product 1) having a cutting fluid supply hole with a round cross section. % Increase. This is presumably because the pressure on the outer peripheral side of the cross section of the cutting fluid supply hole is higher due to the influence of centrifugal force, and the flow velocity increases accordingly.
  • the present invention product having the cutting fluid supply hole having the fan-shaped cross section has the same distance from the drill outer peripheral surface to the outer peripheral side inner wall surface. This is also because the ratio of the cutting fluid supply hole located on the outer peripheral side is relatively high.
  • Tool bending strength test Next, a tool bending strength test conducted by the present inventor will be described.
  • the prototype tool used in this test, the cross-sectional area of the cutting fluid supply hole, and the shape of the cutting fluid supply hole are the same as in the coolant discharge amount test.
  • Test conditions As shown in FIG. 8, the shank portion of the prototype 3-blade drill is completely restrained using the gripping device F, and a load of 100 N perpendicular to the axis is applied to the tip of the prototype 3-blade drill.
  • the displacement of the tip of the prototype 3-flute drill was measured using a displacement meter capable of measuring in ⁇ m units.
  • FIG. 9 shows a cutting fluid with a fan-shaped cross section when the displacement of the tip of a three-blade drill of a prototype measured under the above test conditions is defined as 100 for a conventional product having a cutting fluid supply hole with a circular cross section.
  • the product of the present invention having a supply hole is shown relatively.
  • the tip displacement of the product of the present invention in which the cutting fluid supply hole has the same cross-sectional area as that of the conventional product having the cutting fluid supply hole having a round cross section was 99.98. From this, it was confirmed that the product of the present invention having a cutting fluid supply hole with a fan-shaped cross section has the same bending strength or bending rigidity as a conventional product having a cutting fluid supply hole with a round cross section. It was.
  • a cutting fluid supply hole formed within the axial length of 50 mm of the three-blade drill has a temperature of 25 ° C. at a pressure of 1.5 MPa from one end thereof.
  • the pressure distribution of the cutting fluid in the cross-sectional area S of the cutting fluid supply hole is obtained from the supply pressure and centrifugal force, and the pressure distribution
  • FIG. 14 shows a comparative product 1 having a cutting fluid supply hole having an elliptical cross section when the conventional product having a cutting fluid supply hole having a round cross section is defined as 100 with respect to the coolant discharge amount measured under the CAE analysis conditions.
  • the comparative product 2 having a cutting fluid supply hole having an inverted triangular cross section and the present invention product having a cutting fluid supply hole having a fan-shaped cross section are shown relatively.
  • the coolant discharge amount of the comparative example product 1 is 19 compared with the conventional product having the cutting fluid supply holes having a round cross section.
  • the cutting fluid supply hole 22 provided in the groove portion 16 is on the front side in the rotation direction RT of the three-flute drill 10.
  • RH and outer peripheral side inner wall surface OH composed of a partial cylindrical surface centered on the center line C of the three-blade drill 10, and a radius of curvature R1 of the outer peripheral side inner wall surface OH centered on the center line C of the three-blade drill 10 Since it has a fan-shaped cross section that is composed of a partial cylindrical surface having a smaller radius of curvature R2 and surrounded by an outer peripheral side inner wall surface OH and an inner peripheral side inner wall surface IH that is radially opposed, the core thickness can be secured. Tool rigidity is not reduced.
  • the width shape increases toward the outer peripheral side and the pressure based on the centrifugal force is increased as compared to the conventional cutting fluid supply hole having a round shape having the same cross-sectional area, so that it is not necessary to increase the supply pressure of the cutting fluid.
  • the speed of the cutting fluid in the cutting fluid supply hole 22 can be increased, and the amount of cutting fluid supplied can be increased using the centrifugal force associated with the rotation of the three-blade drill 10.
  • the front inner wall surface FH and the rear inner wall surface RH are formed in a cross section orthogonal to the rotation center line C of the three-blade drill 10.
  • the angle A is 15 ° to 40 °, and when the diameter of the three-blade drill 10 is D, the radius of curvature R1 of the outer peripheral side inner wall surface OH is 0.25D to 0.40D, and the inner peripheral side inner wall surface
  • the curvature radius R2 of IH is 0.15D to 0.25D.
  • the inner peripheral side inner wall surface IH is a partial cylindrical surface having a radius of curvature R2 with the rotation center line C as the center, the center thickness of the three-blade drill 10 can be secured, so that the tool rigidity, particularly the bending rigidity is high. There is no decline.
  • the curvature radius R1 of the outer peripheral side inner wall surface OH is less than 0.25D, or when the curvature radius R2 of the inner peripheral side inner wall surface IH is less than 0.15D, the core thickness of the three-blade drill 10 and the cutting fluid It is difficult to ensure the cross-sectional area of the supply hole 22.
  • the front side inner wall surface FH, the rear side inner wall surface RH, the outer peripheral side inner wall surface OH, and the inner peripheral side inner wall surface IH are adjacent to each other.
  • the surfaces to be connected are smoothly connected to each other by the fillet T having a radius of curvature of 0.01D to 0.03D. Since such a fillet T is provided, the tool rigidity does not decrease. If the curvature radius R3 of the fillet T is less than 0.01D, the tool rigidity may be reduced. Further, if the curvature radius R3 of the fillet exceeds 0.03D, it becomes difficult to secure the cross-sectional area of the cutting fluid supply hole 22 while maintaining the tool rigidity and the flow velocity.
  • the center line C of the three-flute drill 10 and the outermost peripheral point O ′ of the sidewall 18f in the rotation direction of the discharge groove 18 are arranged.
  • the connecting straight line is defined as the reference line OO ′
  • the angle A2 formed by the reference line OO ′ and the straight line OP indicating the half angle A / 2 of the angle A formed by the front inner wall surface FH and the rear inner wall surface RH is 20 ° to 50 °.
  • the cutting fluid supply hole 22 is positioned at the center in the circumferential direction in the land 24, so that the tool rigidity is not lowered. If the angle A2 is less than 20 ° or more than 50 °, the cutting fluid supply hole 22 is positioned close to the discharge groove 18 in the circumferential direction in the land 24, so that the tool rigidity may be reduced. is there.
  • the three cutting fluid supply holes 22 formed in the groove portion 16 of the three-blade drill 10 of the above-described embodiment are one cutting fluid supply hole that passes vertically along the center line C in the shank portion 14. It may be connected to. In this way, the cutting fluid supply amount promoting effect by centrifugal force is further enhanced.
  • the three-blade drill 10 of the above-described embodiment is configured by the shank portion 14 and the groove portion 16, it may be of a type in which the groove portion 16 is provided at the tip portion of the tap.
  • the three-blade drill 10 of the above-described embodiment has been described as having a diameter D of about ⁇ 10 mm, it may have a large diameter of ⁇ 16 mm to ⁇ 56 mm, or may have a two-stage outer diameter ( (Processing diameter).
  • the three-blade drill 10 of the above-described embodiment can adopt other tool materials such as high speed steel, but can also be composed of a base material of super hard tool material such as cemented carbide. Moreover, as a hard film provided on the base material in order to improve cutting durability, a diamond film etc. other than an intermetallic compound can also be employ
  • intermetallic compound examples include IIIb group, IVa group, Va group, and VIa group metal of the periodic table of elements, such as carbides such as Al, Ti, V, and Cr, nitrides, carbonitrides, or mutual solid solutions thereof.
  • TiAlN alloy, TiCN alloy, TiCrN alloy, TiN alloy and the like are preferably used.
  • Such a hard film of an intermetallic compound is suitably provided by, for example, a PVD method such as an arc ion plating method or a sputtering method, but may be provided by another film forming method such as a plasma CVD method.

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Abstract

 ドリル剛性を低下させず、切削液供給圧を高めなくても切削液供給穴を通した切削液の供給量が十分に得られる3枚刃ドリルを提供する。 溝部16内に設けられた切削液供給穴22が、3枚刃ドリル10の回転方向RTの前方側に径方向に沿って位置する前方側内壁面FHと、3枚刃ドリル10の回転方向RTの後方側に径方向に沿って位置して前方側内壁面FHと周方向に対向する後方側内壁面RHと、3枚刃ドリル10の中心線Cを中心とする部分円筒面から成る外周側内壁面OHと、3枚刃ドリル10の中心線Cを中心とし且つ外周側内壁面OHの曲率半径R1よりも小さい曲率半径R2の部分円筒面から成り、外周側内壁面OHと径方向に対向する内周側内壁面IHとにより囲まれた扇状断面を有しているので心厚を確保でき、切削液の供給圧を高めなくても切削液供給穴22内の切削液の速度を高速化でき切削液の供給量が増大させられる。

Description

切削液供給穴付3枚刃ドリル
 本発明は切削により穴加工を行なう切削液供給穴付3枚刃ドリルに係り、特に切削液を可及的に先端切れ刃に供給する技術に関するものである。
 先端に3つの切れ刃が設けられた軸状工具本体と、前記3つの切れ刃から発生した切り粉をそれぞれ排出する3本の排出溝が該軸状工具本体に形成された溝部と、該溝部内を通して前記先端切れ刃側へ切削液を供給する切削液供給穴とを備えた切削液供給穴付3枚刃ドリルが、穴加工の工具として多用されている。
 特許文献1乃至特許文献3に記載のドリルはその一例である。それらに記載の3枚刃ドリルによれば、切れ刃の切削加工点近傍に切削液供給穴を通して切れ刃付近に油性或いは水性の切削液が供給されるので、加工点の温度上昇が抑制されて、図15、図16、図17、図18に示すような、切れ刃やその逃げ面、コーナ部、チゼルエッジのチッピングや欠損および折損、焼けなどが抑制されてドリルの耐久性が高められるようになっている。特に、被削材がステンレス鋼やチタン合金などの難削材である場合には、そのような効果が期待される。
特開昭63-2062604号公報 特開平08-039319号公報 再公表特許WO2010-095249号公報
 ところで、切れ刃付近に供給される切削液の量は多いほど、上記の切れ刃やその逃げ面のチッピングや折損、焼けなどが抑制されてドリルの耐久性が高められる効果が得られる。このため、切削液供給穴の断面積を大きくしようとすると、ドリルの剛性や強度が損なわれて折損が生じやすくなるので、ドリルの剛性を低下させないで、可及的に切削液供給穴の断面積を大きくすることが望まれる。
 しかしながら、特許文献1乃至特許文献3に記載されている従来の3枚刃ドリルでは、切削液供給穴は、丸型の断面形状を有したものであることから、切れ刃付近に供給される切削液の量が必ずしも十分に得られなかった。これに対して、切削液の供給圧を高めることが考えられるが、供給元圧をより高圧とするためのポンプや、工具チャック、それに接続される配管の耐圧を高めるなどの設備改造が必要となるという問題があった。また、3枚刃ドリルは2枚刃ドリルに比較して、切削中に3点で支持されることから高い穴精度が得られるとともに、1回転当たりの送り量を3枚の切れ刃で分担できることから高速送りが可能となるが、2枚刃ドリルよりも切り屑を排出する溝の断面積が小さく、切り屑排出性に劣る。そこで、工具を通してその先端に切削液を大量に供給することで切り屑排出性を高めたいが、溝の断面形状の制約により2枚刃ドリルよりも小さな断面積の切削液供給穴しか形成できないという問題があった。
 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、ドリルの剛性を低下させず、切削液供給圧を高めなくても切削液供給穴を通した切削液の供給量が十分に得られる3枚刃ドリルを提供することにある。
 本発明者は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、切削液供給穴の断面形状を、ドリルの回転方向前方側に径方向に沿って位置する前方側内壁面と、前記ドリルの回転方向後方側に径方向に沿って位置して該前方側内壁面と周方向に対向する後方側内壁面と、前記ドリルの中心線を中心とする部分円筒面から成る外周側内壁面と、前記ドリルの中心線を中心とし且つ該外周側内壁面よりも小さい曲率半径の部分円筒面から成り、該外周側内壁面と径方向に対向する内周側内壁面とにより囲まれた扇状断面を有する扇型とすると、同じ断面積の従来の形状に比較して、供給元圧を高くしなくても切削液の流速を高速化でき、切削液供給穴の断面積を増大させなくても切削液の供給量を多くできることを見いだした。本発明は斯かる知見に基づいて為されたものである。
 すなわち、本発明は、軸方向の先端に3つの切れ刃が設けられた工具本体と、前記3つの切れ刃から発生した切り粉をそれぞれ排出する3本の排出溝が該工具本体の先端側に形成された溝部と、該溝部内を通して前記切れ刃側へ切削液を供給する切削液供給穴とを備えた切削液供給穴付3枚刃ドリルであって、前記切削液供給穴は、前記3枚刃ドリルの回転方向前方側に径方向に沿って位置する前方側内壁面と、前記3枚刃ドリルの回転方向後方側に径方向に沿って位置して該前方側内壁面と周方向に対向する後方側内壁面と、前記3枚刃ドリルの中心線を中心とする部分円筒面から成る外周側内壁面と、前記3枚刃ドリルの中心線を中心とし且つ該外周側内壁面よりも小さい曲率半径の部分円筒面から成り、該外周側内壁面と径方向に対向する内周側内壁面とにより囲まれた扇状断面を有していることを特徴とする。
 上記のように構成された本発明の切削液供給穴付3枚刃ドリルによれば、溝部内に設けられた切削液供給穴が、前記3枚刃ドリルの回転方向前方側に径方向に沿って位置する前方側内壁面と、前記3枚刃ドリルの回転方向後方側に径方向に沿って位置して該前方側内壁面と周方向に対向する後方側内壁面と、前記3枚刃ドリルの中心線を中心とする部分円筒面から成る外周側内壁面と、前記3枚刃ドリルの中心線を中心とし且つ該外周側内壁面よりも小さい曲率半径の部分円筒面から成り、該外周側内壁面と径方向に対向する内周側内壁面とにより囲まれた扇状断面を有しているので、心厚を確保できて工具剛性が低下させられることがない。また、同じ断面積である丸型形状の従来の切削液供給穴に比較して外周側ほど幅形状が増加し且つ遠心力に基づく圧力が高められるので、切削液の供給圧を高めなくても切削液供給穴内の切削液の速度を高速化でき、3枚刃ドリルの回転に伴う遠心力を利用して切削液の供給量が増大させられる。
 ここで、好適には、前記回転中心に直交する断面において、前記前方側内壁面と前記後方側内壁面との成す角Aは、15°~40°であり、前記3枚刃ドリルの直径をDとしたとき、前記外周側内壁面の曲率半径R1は0.25D~0.40Dであり、前記内周側内壁面の曲率半径R2は0.15D~0.25Dである。このように、内周側内壁面が回転中心線を中心とする曲率半径の部分円筒面であることからドリルの心厚を確保できるために工具剛性,特に曲げ剛性が低下することがない。外周側内壁面の曲率半径R1が0.25Dを下まわるか、或いは内周側内壁面の曲率半径R2が0.15Dを下まわる場合は、ドリルの心厚および切削液供給穴の断面積の確保が困難となる。反対に、外周側内壁面の曲率半径R1が0.40Dを越え、或いは、内周側内壁面の曲率半径R2が0.25Dを越える場合は、ランド内における切削液供給穴の位置が外周側に偏在して3枚刃ドリルの強度の確保が困難となる。
 また、好適には、前記前方側内壁面、前記後方側内壁面、前記外周側内壁面、および前記内周側内壁面のうちの互いに隣接する面は、0.01D~0.03Dの曲率半径R3のすみ肉を介して滑らかに相互に接続されている。このため、それら隣接する面間がすみ肉を介して接続されているので工具剛性の低下が抑制される。上記すみ肉の曲率半径R3が0.01Dを下まわると、工具剛性が低下する可能性がある。また、上記すみ肉の曲率半径R3が0.03Dを上まわると、工具剛性や流速を維持しつつ切削液供給穴の断面積の確保が困難となる。
 また、好適には、前記3枚刃ドリルの中心線と前記排出溝の回転方向対向側壁面のうちの最外周点とを結ぶ直線を基準線としたとき、前記前方側内壁面と前記後方側内壁面との成す角の半角を示す直線と該基準線との成す角A2は、20°~50°である。このようにすれば、ランドの周方向内部に切削液供給穴が位置させられるので工具剛性が低下することがない。上記の前方側内壁面と後方側内壁面との成す角A2の半角を示す直線と前記基準線との成す角が20°を下まわるか、50°を上まわると、切削液供給穴がランド内の周方向において排出溝に近い位置となるので、工具剛性が低下する可能性がある。
本発明の一実施例である3枚刃ドリルを示す正面図である。 図1の実施例の3枚刃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3枚刃ドリルを、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3枚刃ドリルの軸心Cに直交する断面における切削液供給穴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の切削液供給穴の螺旋形状を説明する斜視図である。 切削液吐出量の測定試験条件を説明する図である。 図6の測定試験条件下で測定された従来品および本発明品の切削液吐出量の測定結果をそれぞれ示すグラフである。 3枚刃ドリルの曲げ強度の測定試験条件を説明する図である。 図8の測定試験条件下で測定された3枚刃ドリルの曲げ強度の測定結果をそれぞれ示すグラフである。 切削液吐出量を測定した試作品の切削液供給穴の丸型断面形状を説明する断面図である。 切削液吐出量を測定した試作品の切削液供給穴の楕円型断面形状を説明する断面図である。 切削液吐出量を測定した試作品の切削液供給穴の逆三角型断面形状を説明する断面図である。 切削液吐出量を測定した試作品の切削液供給穴の扇型断面形状を説明する断面図である。 切削液吐出量をCAE解析により算出した結果を切削液供給穴の断面形状毎に示すグラフである。 ドリルの損傷形態の一つである逃げ面磨耗の要部を説明する斜視図である。 ドリルの損傷形態の一つであるコーナー部の欠損の要部を説明する斜視図である。 ドリルの損傷形態の一つである折損の要部を説明する図である。 ドリルの損傷形態の一つである中心部欠けの要部を説明する先端面の図である。
 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3枚刃ドリル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3枚刃ドリル10の3つの切れ刃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、3枚刃ドリル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。
 3枚刃ドリル10は、3枚刃のツイストドリルであり、シャンク部14、および溝部16を軸状工具本体17の軸方向に隣接して一体に備えている。3枚刃ドリル10は超硬合金製であって、3つの切れ刃12等が設けられた先端部、およびそれら3つの切れ刃12でそれぞれ発生する切り屑を排出するための3本の排出溝18が設けられた溝部16の表面にはたとえばTiAlN合金等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3本の排出溝18が軸心Cに対して点対象の位置に形成されているとともに、その切り屑の排出溝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3枚刃ドリル10のテーパ状先端面にC字状に開口しており、切り屑の排出溝18の軸端側の開口縁のうちの3枚刃ドリル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、切り屑の排出溝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、僅かに外側へたとえば約0.4mm突き出した状態で約1.0mm幅で設けられている。3枚刃ドリル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、3枚刃ドリル10の先端部ではドリル直径(切れ刃12の外径)Dと同じ寸法であるが、所定のバックテーパにより3枚刃ドリル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。3枚刃ドリル10のテーパ状先端面において、3つの切れ刃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、排出溝18と略平行に3枚刃ドリル10を縦通して螺旋状に設けられた切削液供給穴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。
 図4は、溝部16内すなわちそのランド24の内部に設けられた切削液供給穴22の断面形状を詳細に説明するための、軸心Cに直交する面で切断した3枚刃ドリル10の溝部16の断面図である。図4において、切削液供給穴22は、3枚刃ドリル10の回転方向RTの前方側に径方向に沿って位置する前方側内壁面FHと、3枚刃ドリル10の回転方向RTの後方側に径方向に沿って位置して前方側内壁面FHと周方向に対向する後方側内壁面RHと、3枚刃ドリル10の中心線C即ち中心Oを中心とする部分円筒面から成る外周側内壁面OHと、3枚刃ドリル10の中心線Cを中心とし且つ外周側内壁面OHの曲率半径R1よりも小さい曲率半径R2の部分円筒面から成り、その外周側内壁面OHと径方向に対向する内周側内壁面IHとにより囲まれた扇状断面を有している。
 また、図4の回転中心線Cに直交する断面において、前方側内壁面FHと後方側内壁面RHとの成す角Aは、好適には15°~40°であり、3枚刃ドリル10の直径をDとしたとき、外周側内壁面OHの曲率半径R1は好適には0.25D~0.40Dであり、内周側内壁面IHの曲率半径R2は好適には0.15D~0.25Dである。前方側内壁面FH、後方側内壁面RH、外周側内壁面OH、および内周側内壁面IHのうちの互いに隣接する面の間のすみは、ピン角でなく、好適には0.01D~0.03Dの曲率半径R3を有するすみ肉Tを介して滑らかに相互に接続されている。そして、3枚刃ドリル10の中心線Cと,排出溝18の壁面のうち回転方向RTに向う側の壁面18fのうちの最外周点O’とを結ぶ直線を基準線Bとしたとき、前方側内壁面FHと後方側内壁面RHとの成す角Aの半角A/2を示す直線OPとその基準線OO’との成す角A2は、好適には20°~50°、さらに好適には40°~45°である。
 上記のように構成されている3枚刃ドリル10は、高温により軟化させた鋼材(たとえば高速度鋼)を、切削液供給穴22と同じ断面形状の3つの中子を円形の成形空間内に有する成形型を通して押し出して、それにひねりHを加えつつ引き抜くことにより成形された棒状素材Mに、通常の溝切研磨加工、仕上げ研磨加工、および先端切れ刃の研磨加工を経て、製造される。図5は、上記棒状素材内に形成された2本の切削液供給穴22を、その棒状素材Mの長手方向の中間部を除去して示す図であり、矢印Sは押し出し方向、矢印Hはひねり方向を示している。
[切削中クーラント吐出量試験]
 以下に、本発明者が行なった切削液供給量試験を説明する。
(試作工具)
先ず、ドリル径Dがφ10mm、溝長が80mm、切削液供給穴の断面積が3穴合計で2.34mm2であって、たとえば図10に示すような丸型断面の切削液供給穴を有する従来品、たとえば図4、図14に示すような扇型断面の切削液供給穴を有する本発明品の2種類の試作工具を製作した。以下に従来品および本発明品の穴形状を示す。それら穴形状の単位はmmである。φdとは上記従来品の丸型断面の切削液供給穴の直径であり、PCDとはその丸型断面の切削液供給穴の中心を通る円の直径である。
(穴形状)
        従来品            本発明品     
     φd    PCD    R1  R2  R3  A 
      0.9     5.1     2.9  2.0   0.1  20°
 
(試験条件)
 図6に示すように、試作品の3枚刃ドリルの先端を40mmだけ被削材BLの穴内に突き入れ、その試作品の3枚刃ドリルを2228min-1にて回転させた状態でシャンク端より1.5MPの圧力で常温のクーラントを切削液供給穴に供給し、その試作品ドリルの先端から吐出させたクーラントを、切り屑の排出溝18および3枚刃ドリル10と被削材BLとの間の隙間から排出させたとき、そのクーラントを回収してクーラント吐出量を測定した。
 図7は、上記試験条件にて測定されたクーラント吐出量について、丸型断面の切削液供給穴を有する従来品を100としたときの、扇型断面の切削液供給穴を有する本発明品とを相対的に示している。図7から明らかなように、同じ断面積であっても、丸型断面の切削液供給穴を有する従来品(比較例品1)に比較して、本発明品のクーラント吐出量は36.7%増加した。切削液供給穴の断面のうちの外周側ほど遠心力の影響で圧力が高く、それに伴って流速が高くなるからであると考えられる。また、逆三角型断面の切削液供給穴を有する比較品に対して、扇型断面の切削液供給穴を有する本発明品は、ドリル外周面から外周側内壁面までの距離が同じであっても、切削液供給穴の断面のうちの外周側に位置する割合が相対的に高いからであると考えられる。
[工具曲げ強度試験]
 次に、本発明者が行なった工具曲げ強度試験を説明する。この試験に用いた試作工具およびその切削液供給穴の断面積、切削液供給穴の形状は、上記のクーラント吐出量試験と同じである。
(試験条件)
 図8に示すように、試作品の3枚刃ドリルのシャンク部を把持装置Fを用いて完全拘束し、その試作品の3枚刃ドリルの先端にその軸心に直角方向の荷重100Nを加えたとき、その試作品の3枚刃ドリルの先端の変位をμm単位で測定できる変位計を用いて測定した。
 図9は、上記試験条件にて測定された試作品の3枚刃ドリルの先端の変位を、丸型断面の切削液供給穴を有する従来品を100としたときの、扇型断面の切削液供給穴を有する本発明品を相対的に示している。図9から明らかなように、丸型断面の切削液供給穴を有する従来品に比較して、切削液供給穴がそれと同じ断面積である本発明品の先端変位も99.98であった。このことから、扇型断面の切削液供給穴を有する本発明品は、丸型断面の切削液供給穴を有する従来品と同様の曲げ強度或いは曲げ剛性を備えたものであることが、確認された。
[クーラント吐出量のCAE解析試験]
 先ず、ドリル径Dがφ10mm、切削液供給穴の断面積が2穴合計で4.08mm2であって、図10に示す丸型断面の切削液供給穴を有する従来品(従来型ドリル)、図11に示す楕円型断面の切削液供給穴を有する比較品1、図12に示す逆三角型断面の切削液供給穴を有する比較品2、図4と同様の図13に示す扇型断面の切削液供給穴を有する本発明品の4種類の3枚刃ドリルにおいて、その3枚刃ドリルの軸長50mm内に形成された切削液供給穴にその一端から1.5MPaの圧力で25℃の水を供給し、その3枚刃ドリルが2228min-1で回転しているときに、上記供給圧力および遠心力から切削液供給穴の断面積S内の切削液の圧力分布を求め、その圧力分布から切削液の流速分布およびその平均流速Vを求め、切削液供給穴の他端から吐出される切削液の吐出量Q(=S×V)を、CAE解析を用いて算出した。
 図14は、上記CAE解析条件にて測定されたクーラント吐出量について、丸型断面の切削液供給穴を有する従来品を100としたときの、楕円型断面の切削液供給穴を有する比較品1と、逆三角型断面の切削液供給穴を有する比較品2と、扇型断面の切削液供給穴を有する本発明品とを相対的に示している。図14から明らかなように、同じ断面積の切削液供給穴を有していても、丸型断面の切削液供給穴を有する従来品に比較して、比較例品1のクーラント吐出量は19%増加し、比較例品2のクーラント吐出量は49%増加し、本発明品のクーラント吐出量は77%増加した。切削液供給穴の断面のうちの外周側ほど遠心力の影響で圧力が高く、それに伴って流速が高くなるからであると考えられる。また、楕円型断面の切削液供給穴を有する比較例品2および逆三角型断面の切削液供給穴を有する比較例品2に対して、扇型断面の切削液供給穴を有する本発明品は、ドリル外周面から外周側内壁面までの距離が同じであっても、切削液供給穴の断面のうちの外周側に位置する割合が相対的に高いからであると考えられる。
 上述のように、本実施例の切削液供給穴付3枚刃ドリル10によれば、溝部16内に設けられた切削液供給穴22が、3枚刃ドリル10の回転方向RTの前方側に径方向に沿って位置する前方側内壁面FHと、3枚刃ドリル10の回転方向RTの後方側に径方向に沿って位置して前方側内壁面FHと周方向に対向する後方側内壁面RHと、3枚刃ドリル10の中心線Cを中心とする部分円筒面から成る外周側内壁面OHと、3枚刃ドリル10の中心線Cを中心とし且つ外周側内壁面OHの曲率半径R1よりも小さい曲率半径R2の部分円筒面から成り、外周側内壁面OHと径方向に対向する内周側内壁面IHとにより囲まれた扇状断面を有しているので、心厚を確保できて工具剛性が低下させられることがない。また、同じ断面積である丸型形状の従来の切削液供給穴に比較して外周側ほど幅形状が増加し且つ遠心力に基づく圧力が高められるので、切削液の供給圧を高めなくても切削液供給穴22内の切削液の速度を高速化でき、3枚刃ドリル10の回転に伴う遠心力を利用して切削液の供給量が増大させられる。
 また、本実施例の切削液供給穴付3枚刃ドリル10によれば、3枚刃ドリル10の回転中心線Cに直交する断面において、前方側内壁面FHと後方側内壁面RHとの成す角Aは、15°~40°であり、3枚刃ドリル10の直径をDとしたとき、外周側内壁面OHの曲率半径R1は0.25D~0.40Dであり、内周側内壁面IHの曲率半径R2は0.15D~0.25Dである。このように、内周側内壁面IHが回転中心線Cを中心とする曲率半径R2の部分円筒面であることから3枚刃ドリル10の心厚を確保できるために工具剛性,特に曲げ剛性が低下することがない。外周側内壁面OHの曲率半径R1が0.25Dを下まわるか、或いは内周側内壁面IHの曲率半径R2が0.15Dを下まわる場合は、3枚刃ドリル10の心厚および切削液供給穴22の断面積の確保が困難となる。反対に、外周側内壁面OHの曲率半径R1が0.40Dを越え、或いは、内周側内壁面IHの曲率半径R2が0.25Dを越える場合は、ランド24内における切削液供給穴22の位置が外周側に偏在して3枚刃ドリル10の強度の確保が困難となる。
 また、本実施例の切削液供給穴付3枚刃ドリル10によれば、前方側内壁面FH、後方側内壁面RH、外周側内壁面OH、および内周側内壁面IHのうちの互いに隣接する面は、0.01D~0.03Dの曲率半径のすみ肉Tで滑らかに相互に接続されている。このようなすみ肉Tが設けられていることから工具剛性が低下することがない。上記すみ肉Tの曲率半径R3が0.01Dを下まわると、工具剛性が低下する可能性がある。また、上記すみ肉の曲率半径R3が0.03Dを上まわると、工具剛性や流速を維持しつつ切削液供給穴22の断面積の確保が困難となる。
 また、本実施例の切削液供給穴付3枚刃ドリル10によれば、3枚刃ドリル10の中心線Cと排出溝18の回転方向対向側壁面18fのうちの最外周点O’とを結ぶ直線を基準線OO’としたとき、前方側内壁面FHと後方側内壁面RHとの成す角Aの半角A/2を示す直線OPとその基準線OO’との成す角A2は、20°~50°である。このようにすれば、ランド24内の周方向の中央部に切削液供給穴22が位置させられるので工具剛性が低下することがない。上記の角A2が20°を下まわるか、50°を上まわると、切削液供給穴22がランド24内の周方向において排出溝18に近い位置となるので、工具剛性が低下する可能性がある。
 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3枚刃ドリル10の溝部16内に形成された3本の切削液供給穴22は、シャンク部14において中心線Cに沿って縦通する1本の切削液供給穴と接続されるものであってもよい。このようにすれば、遠心力による切削液供給量促進効果が一層高められる。
 また、前述の実施例の3枚刃ドリル10は、シャンク部14および溝部16から構成されていたが、タップの先端部に溝部16が設けられた形式であってもよい。
 また、前述の実施例の3枚刃ドリル10は、φ10mm程度の径Dを有するものとして説明されていたが、φ16mm乃至φ56mmの大径のものであってもよいし、2段の外径(加工径)を有するものであってもよい。
 また、前述の実施例の3枚刃ドリル10は、高速度鋼など他の工具材料を採用することもできるが、超硬合金などの超硬質工具材料の基材から構成されることもできる。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。
10:3枚刃ドリル
12:切れ刃
14:シャンク部
16:溝部
18:切り屑の排出溝
22:切削液供給穴
24:ランド
A:前方側内壁面FHと後方側内壁面RHとの成す角
A2:角Aの半角A/2を示す直線OPとその基準線OO’との成す角
C:軸心(回転中心)
R1、R2、R3:曲率半径

Claims (4)

  1.  軸方向の先端に切れ刃が設けられた工具本体と、前記切れ刃から発生した切り粉を排出する排出溝が該工具本体の先端側に形成された溝部と、該溝部内を通して前記切れ刃側へ切削液を供給する切削液供給穴とを備えた切削液供給穴付3枚刃ドリルであって、
     前記切削液供給穴は、前記3枚刃ドリルの回転方向前方側に径方向に沿って位置する前方側内壁面と、前記3枚刃ドリルの回転方向後方側に径方向に沿って位置して該前方側内壁面と周方向に対向する後方側内壁面と、前記3枚刃ドリルの中心線を中心とする部分円筒面から成る外周側内壁面と、前記3枚刃ドリルの中心線を中心とし且つ該外周側内壁面よりも小さい曲率半径の部分円筒面から成り、該外周側内壁面と径方向に対向する内周側内壁面とにより囲まれた扇状断面を有していることを特徴とする切削液供給穴付3枚刃ドリル。
  2.  前記回転中心に直交する断面において、前記前方側内壁面と前記後方側内壁面との成す角は、15°~40°であり、
     前記3枚刃ドリルの直径をDとしたとき、前記外周側内壁面の曲率半径は0.25D~0.40Dであり、前記内周側内壁面の曲率半径は0.15D~0.25Dであることを特徴とする請求項1に記載の切削液供給穴付3枚刃ドリル。
  3.  前記前方側内壁面、前記後方側内壁面、前記外周側内壁面、および前記内周側内壁面のうちの互いに隣接する面は、0.01D~0.03Dの曲率半径で滑らかに相互に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の切削液供給穴付3枚刃ドリル。
  4.  前記3枚刃ドリルの中心線と前記排出溝の回転方向対向側壁面のうちの最外周点とを結ぶ直線を基準線としたとき、前記前方側内壁面と前記後方側内壁面との成す角の半角を示す直線と該基準線との成す角は、20°~50°であることを特徴とする請求項2または3に記載の切削液供給穴付3枚刃ドリル。
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