WO2023210572A1

WO2023210572A1 - ドリル

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Publication number: WO2023210572A1
Application number: PCT/JP2023/016092
Authority: WO
Inventors: 雄大山田; 孝介新木; 淳一野城
Original assignee: 株式会社不二越
Priority date: 2022-04-29
Filing date: 2023-04-24
Publication date: 2023-11-02

Abstract

【課題】加工孔の周囲におけるバリの発生を抑制するドリルを提供することを課題とする。【解決手段】本発明のドリル１０は、中心軸Ｏから外方へ向かって施された二以上の切れ刃１～４、中心軸Ｏから外方へ向かって形成された二段以上の逃げ面、中心軸Ｏ側に施されたシンニング面７、から構成し、当該切れ刃は、シンニング面７に隣接してチゼルエッジ１からドリル１０の外方へ延びる第１切れ刃１、第１切れ刃１の端部からドリル１０の外方へ延びる直線部分を有した第２切れ刃２、第２切れ刃２の端部からドリル１０の外方かつ周方向および後方側へ延びる第３切れ刃３、第３切れ刃３の端部からドリル１０の後方側へ延びてリーディングエッジに接続されている第４切れ刃４から形成する。さらに、第１切れ刃１が成す先端角（第１先端角）α１を第２切れ刃２が成す先端角（第２先端角）α２以下として、かつ第１切れ刃１が成す先端角（第１先端角）α１を９０°～１４０°の範囲とする。

Description

ドリル

　本発明は、穴あけ加工した後に被削材の貫通側の加工穴周囲に発生するバリ（かえり）を抑制できるドリルに関する。

　従来、ドリルを用いた鋼材等に代表される金属材料の穴あけ加工では加工後の貫通側の穴周辺にバリ（かえり）が発生するので、穴あけ加工後にバリ取りの工程を追加してバリを除去していた。
　そのため、穴あけ加工後に発生するバリを低減できるドリルが特許文献１ないし３に開示されている。

　しかし、これらのドリルは被削材の種類によって穴あけ加工後に、なおも貫通側の穴周辺にバリが残存するという問題があった。
　そこで、特許文献４において被削材ごとに分類された複数種の形態が異なるドリルが開示されている。

日本国実用新案登録第３１９９１２２号公報日本国特開２０２１－６５９６７号公報日本国特開２００５－２７９８４８号公報日本国特開２０２１－１５１６８１号公報

　しかしながら、特許文献４に開示されたドリルには、ドリル先端部の切れ刃とドリル後方側のマージンの接続箇所（つなぎ部分）に変曲点が生じることから、高速回転や高送りなど切削加工条件によっては被削材の貫通側の加工穴周囲にバリやかえりが発生するという問題があった。

　そこで、本発明は高速回転や高送りなど切削加工条件に関わらず、加工孔の周囲におけるバリの発生を抑制するドリルを提供することを課題とする。

　前述した課題を解決するために、本発明のドリルは中心軸から外方へ向かって施された複数の切れ刃、これらの各切れ刃に隣接する二段以上の逃げ面、中心軸側に施された複数のシンニング面をそれぞれ有するにおいて、当該切れ刃をシンニング面に隣接してチゼルエッジからドリルの外方へ延びる第１切れ刃（シンニング切れ刃）、当該第１切れ刃の端部からドリルの外方へ延びる直線部分を有した第２切れ刃（主切れ刃）、当該第２切れ刃の端部からドリルの外方かつ周方向および後方側へ延びる第３切れ刃、当該第３切れ刃の端部からドリルの後方側（シャンク側）へ延びてリーディングエッジに接続されている直線状または曲線状の第４切れ刃から形成する。
　当該第１切れ刃が成す先端角は第２切れ刃が成す先端角以下として、かつ第１切れ刃が成す先端角は９０°～１４０°の範囲とする。
　また、第３切れ刃および第４切れ刃が共に曲線状の切れ刃である場合には、記第４切れ刃の曲率半径ｒ４を第３切れ刃の曲率半径ｒ３よりも大きくすることもできる。

　さらに、当該第４切れ刃はドリルの最外径となる外周コーナを介してリーディングエッジに接続し、かつ第４切れ刃に隣接する逃げ面をドリルのマージンと連続的に形成して、第４切れ刃に隣接する逃げ面とマージンの境界である稜線がリーディングエッジと成す角度を４°以上２５°以下の範囲とすることもできる。
　なお、第３および第４切れ刃の逃げ角は５°以上１１°以下の範囲とすることが好適である。

　本発明のドリルは、被削材の種類や高速回転や高送りなど加工条件に関わらず、切削加工（穴あけ加工）時におけるドリルの求心性を保持しながら、切りくずを分断して外部へ排出して、さらに加工孔の周囲におけるバリの発生を抑制するという効果を奏する。

本発明のドリル１０の正面図である。図１に示すドリル１０の右側面図である。図1に示すドリル１０のＡ矢視図である。本発明のドリル１０の長手方向における模式投影図である。本発明のドリル１０の第３切れ刃３および第４切れ刃４近傍の模式拡大図（第１実施形態）である。本発明のドリル１０の第３切れ刃３および第４切れ刃４近傍の模式拡大図（第２実施形態）である。実施例で使用した比較材１（先端角：１８０°）であるドリル１００先端部の模式拡大図である。実施例で使用した比較材２（先端角：１３５°）であるドリル２００先端部の模式拡大図である。実施例の切削加工試験結果を表すグラフである。実施例における被削材の貫通穴Ｈ側に発生した蓋（笠）状のバリＢＲを示す模式図である。

　本発明のドリルの一実施形態について図面を用いて説明する。
　本発明の一実施形態であるドリル１０の正面図を図１、右側面図を図２、図１に示すドリル１０のＡ矢視図を図３に示す。
　本発明のドリル１０は、図１および図２に示す様にドリル１０の先端部分に位置するチゼルエッジＴからドリル１０の径方向（外方）へ延びる第１ないし第４切れ刃１～４、シンニング面６、および第１ないし第４切れ刃１～４に隣接して形成される各逃げ面１１（１１Ａ，１１Ｂ），５１（５１Ａ，５１Ｂ），５２（５２Ａ，５２Ｂ）を備えている。

　とりわけ、第１切れ刃１（１Ａ，１Ｂ）に隣接する逃げ面（第１逃げ面）５１（５１Ａ，５１Ｂ）と第２切れ刃２（２Ａ，２Ｂ）に隣接する逃げ面（第２逃げ面）５２（５２Ａ，５２Ｂ）は、図１ないし図３に示す様に互いに別個独立した逃げ面として形成されている。

　また、本発明のドリルは、図２に示す様に中心軸Ｏ側のチゼルエッジＴに隣接して形成される第１切れ刃（いわゆる内刃）１（１Ａ，１Ｂ）が、外周側に形成される第２切れ刃（いわゆる外刃）２（２Ａ，２Ｂ）に対して中心軸Ｏ（チゼルエッジＴ）へ向かうにしたがってドリル１０の先端方向へ突出した形状を呈している。

　すなわち、前述した第１切れ刃１（１Ａ，１Ｂ）に隣接する逃げ面（第１逃げ面）５１（５１Ａ，５１Ｂ）と第２切れ刃２（２Ａ，２Ｂ）に隣接する逃げ面（第２逃げ面）５２（５２Ａ，５２Ｂ）および中心軸Ｏ側のチゼルエッジＴに隣接して形成される第１切れ刃（いわゆる内刃）が、外周側に形成される第２切れ刃（いわゆる外刃）に対して中心軸（チゼルエッジ）へ向かうにしたがってドリルの先端方向へ突出した構成にすることで、切削加工（穴あけ加工）時におけるドリルの求心性を保持しながら、切りくずを分断して外部へ排出することができる。

　第１切れ刃１（１Ａ、１Ｂ）は、チゼルエッジＴからドリル１０の径方向へ向かって連続して形成されており、シンニング面６に隣接していることから「シンニング切れ刃」とも呼ばれる。
　当該第１切れ刃１は、本発明のドリルの穴加工時において、ドリルの振れ防止、いわゆるドリルの求心性を維持する役割を果たしている。
　また、当該第１切れ刃１の端部からドリル１０の外方へ延びる直線部を有した第２切れ刃２（２Ａ、２Ｂ）が連続して形成されており、この切れ刃は「主切れ刃」とも呼ばれている。

　なお、図１ないし図３に示す第２切れ刃２（２Ａ、２Ｂ）は、第１切れ刃１の端部から外方へ直線状に延びる切れ刃の形態であるが、第２切れ刃２（２Ａ、２Ｂ）は当該形態に限定されない。
　例えば、被削材がアルミニウム合金等の軽金属やステンレス鋼等の難削材の場合には、第２切れ刃２（２Ａ、２Ｂ）を一部分に直線部を含む形態や直線部と曲線部による組み合わせの形態とすることもできる。

　この第２切れ刃２（２Ａ、２Ｂ）は、図２および図３に示す様にすくい面７（７Ａ、７Ｂ）とそれに連続して形成され溝（ねじれ溝）８（８Ａ、８Ｂ）が形成されている。
　当該第２切れ刃２は直線部を有しているため、本発明のドリルの穴加工時において発生した切りくずを連続的に発生させることなく、分断して外部へ排出する役割を果たしている。
　また、本実施形態のドリル１０には２枚の第２切れ刃２Ａ、２Ｂを備えているが、これら２枚の第２切れ刃２Ａ、２Ｂ同士が成す先端角（第２先端角）α２は、図２および図３に示す様に２枚の第１切れ刃１Ａ、１Ｂ同士が成す先端角（第１先端角）α１以上の角度である。

　ここで「先端角」とは、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｂ０１７１にて規定されている通り、「ドリルの軸に平行な面に、切れ刃を平行にして投影したときの角」とする。
　つまり、第１切れ刃１Ａ、１Ｂ同士が成す先端角α１は図３に示すようにドリル１０の軸（中心軸Ｏ）に平行な面に２枚の第１切れ刃１Ａ、１Ｂを平行にして投影した角度であり、第２切れ刃２Ａ、２Ｂ同士が成す先端角α２は図２に示す様にドリル１０の軸（中心軸Ｏ）に平行な面に２枚の第２切れ刃２Ａ、２Ｂを平行にして投影した角度とする。

　なお、第１切れ刃１（１Ａ、１Ｂ）が成す先端角（第１先端角）α１は９０°～１４０°の範囲とすることで、穴加工開始時におけるドリル１０の求心性（ドリルの振れ防止）や食い付き性（平坦な被削材に対する初期加工性）を向上させる効果がある。

　次に、本実施形態のドリル１０の長手方向（軸方向）における模式投影図を図４、ドリル１０の第３切れ刃３および第４切れ刃４近傍の模式拡大図の第１および第２実施形態を図５および図６にそれぞれ示す。
　本実施形態のドリル１０は、図２および図３に示す様に当該第２切れ刃２（２Ａ、２Ｂ）の端部からドリル１０の外方かつ周方向およびドリル１０の後方側へ延びる第３切れ刃３（３Ａ、３Ｂ）と、当該第３切れ刃３（３Ａ、３Ｂ）の端部からドリル１０の後方側へ延びてリーディングエッジに接続されている第４切れ刃４（４Ａ、４Ｂ）が形成されている。
　第３切れ刃３（３Ａ、３Ｂ）および第４切れ刃４（４Ａ、４Ｂ）が形成されることによって、抜け穴（貫通穴）加工時における貫通側の穴周囲のバリ発生を抑制する。

　第３切れ刃３（３Ａ、３Ｂ）は、図１ないし図４に示す様に曲線状の切れ刃の形態とすることもできるので、例えば曲率半径が互いに異なる２以上の切れ刃を組み合わせても構わない。
　この場合、第２切れ刃２（２Ａ、２Ｂ）の端部に接続する切れ刃の曲率半径を、第４切れ刃４（４Ａ、４Ｂ）の端部に接続する切れ刃の曲率半径よりも小さくすることもできる。
　つまり、曲線状の切れ刃である第３切れ刃３（３Ａ、３Ｂ）の曲率半径をドリル１０の先端側から後端側に向かうにしたがって徐々に大きくすることもできる。

　第４切れ刃４は、曲線状または図示しない直線状のいずれかの形態であり、図５に示す様にドリル１０の後方側に向かって外周コーナを介してリーディングエッジ５に接続されている。
　すなわち、第４切れ刃４とリーディングエッジ５の接続部が本実施形態であるドリル１０の外周コーナに相当し、ドリル１０の最外位置となる。
　また、図４に示す様に第３切れ刃３および第４切れ刃４が曲線状に形成される場合には、当該第４切れ刃４の曲率半径ｒ４を第３切れ刃３の曲率半径ｒ３よりも大きくしても構わない。

　また、図５に示す様に第４切れ刃４に隣接する逃げ面１１は、本実施形態のドリル１０のマージン１２と連続的に形成されていて、第４切れ刃４の逃げ面１１からマージン１２への接続はドリル１０の先端側から後端側に向けて、少しずつ傾斜的に変化している。
　この第４切れ刃４に隣接する逃げ面１１とマージン１２の境界である直線状の稜線２０（第１実施形態）は、リーディングエッジ５との成す角度θ（θ１）が４°以上２５°以下の範囲とすることができる。

　さらに、逃げ面１１とマージン１２の境界についての異なる実施形態として、図６に示す様に逃げ面１１とマージン１２の境界である稜線２１（第２実施形態）が直線部分と曲線部分から構成された形態としても構わない。
　この場合も稜線２１は、リーディングエッジ５との成す角度θ（θ２）が４°以上２５°以下の範囲であることが好適である。

　また、当該角度θ（θ１，θ２）は、ドリル１０の直径（ドリル径）φＤ０，すくい面７（７Ａ、７Ｂ）の角度（すくい角），溝（ねじれ溝）８（８Ａ、８Ｂ）の角度（ねじれ角），第３切れ刃３（３Ａ、３Ｂ）および第４切れ刃４（４Ａ、４Ｂ）の軸方向の長さＬ１や曲率半径の大きさｒ３，ｒ４など各諸元に応じて最適化することができる。

　なお、本発明のドリル１０における第３切れ刃３（３Ａ、３Ｂ）および第４切れ刃４（４Ａ、４Ｂ）の軸方向の長さＬ１は、図４に示す様にドリル１０の直径Ｄ０を基準とした場合に０．１０～０．４０×Ｄ０の範囲とすることが好ましい。

　また、本発明のドリル１０において、第２切れ刃２（２Ａ、２Ｂ）の端部からドリル１０の最外周部（ドリル１０の軸方向に平行であり、外周コーナを通過する仮想直線）までの径方向の距離（最短距離）Ｅ１は、図４に示す様にドリル１０の直径Ｄ０を基準とした場合に０．０１～０．２０×Ｄ０の範囲とすることが好ましい。

　本発明の実施形態のドリルおよび従来のドリルを用いて切削加工試験（以下、本試験という）を行ったので、その試験結果について説明する。
　本試験で使用した本発明に係るドリル（以下、発明材という）は、図１ないし図４に示す形態と同一のドリル（第１先端角：１３５°、第２先端角：１３５°、第３切れ刃の曲率半径ｒ３：３．８ｍｍ、第４切れ刃の逃げ面とマージンの境界である直線状の稜線がリーディングエッジと成す角度θ＝１０°）とした。

　これに対して、従来のドリル（以下、比較材という）として、切れ刃が主に発明材の第２切れ刃に相当する切れ刃（主切れ刃）から構成されており、当該切れ刃により形成される先端角がほぼ１８０°である比較材１（図７に示すドリル１００）および同先端角が１３５°である比較材２（図８に示すドリル２００）の２種類を使用した。
　なお、発明材および比較材１,２のいずれも直径（ドリル径）６ｍｍの共通仕様として、発明材および比較材１,２の表面にはＡｌＴｉ系の硬質皮膜を被覆した。

　本試験に使用した被削材およびその加工条件などは、下記のとおりとした。
・被削材：厚さ２４ｍｍの炭素鋼（Ｓ５０Ｃ）
・回転数：４６７０ｍｉｎ－１（発明材），３９７９ｍｉｎ－１（比較材１），５３０５ｍｉｎ－１（比較材２）
・送り速度：１１２０ｍｍ／ｍｉｎ（発明材），４１８ｍｍ／ｍｉｎ（比較材１），１２７３ｍｍ／ｍｉｎ（比較材２）
・切削速度：８８．０ｍ／ｍｉｎ（発明材），７５．０ｍ／ｍｉｎ（比較材１），１００．０ｍ／ｍｉｎ（比較材２）
・送り量：０．２４ｍｍ／ｒｅｖ（発明材および比較材２），０．１０５ｍｍ／ｒｅｖ（比較材１）
・ステップ加工：なし
・突き出し長さ：４７ｍｍ
・加工形態：貫通穴（加工長２４ｍｍ）
・冷却方式：水溶性切削油剤を用いた外部給油
・使用設備：立形Ｍ／Ｃ（ＢＴ４０）

　本試験では発明材および比較材（２水準）の計３種類のドリルを使用して、前述した加工条件にて被削材（Ｓ５０Ｃ）に対して総加工穴数が（累積加工穴数）６０００穴に到達するまで切削加工し、加工穴（出口側）の周囲に発生するバリ（かえり）高さを非接触式３Ｄ形状測定器により測定した。
　本試験における切削加工後の加工穴周辺のバリ高さ測定結果を図９に示す。
　同時に、発明材と比較材２の各ドリルを使用した際に発生する穴明け加工時の切削抵抗（Ｘ分力、Ｙ分力）を動力計を用いて測定した結果を表１に示す。

　まず、本試験において、発明材と比較材２の各ドリルを使用した際に発生した穴明け加工時の切削抵抗値（Ｘ分力、Ｙ分力、振幅）の測定結果について説明する。
　表１に示す様に比較材２のドリルを使用した際に発生した切削抵抗の振幅のＸ分力が４６Ｎであったことに対して、発明材のドリルを使用した際に発生した切削抵抗の振幅のＸ分力は３５Ｎとなり、比較材２のドリルにおけるＸ分力と比較して、Ｘ分力の測定値が２４％低減した。

　同様に、比較材２のドリルを使用した際に発生した切削抵抗の振幅のＹ分力が５３Ｎであったことに対して、発明材のドリルを使用した際に発生した切削抵抗の振幅のＹ分力は３７Ｎとなり、比較材２のドリルにおけるＹ分力と比較して、Ｙ分力の測定値が３０％低減した。

　以上の測定結果より、発明材のドリルのように第１切れ刃が成す先端角（第１先端角）α１を第２切れ刃が成す先端角（第２先端角）α２以下とした上で、当該第１先端角α１を９０°～１４０°の範囲とすることで、穴加工開始時におけるドリルの求心性（ドリルの振れ防止）や食い付き性（平坦な被削材に対する初期加工性）を向上したことが確認された。

　次に、図９に示すグラフにおいて、横軸は本試験で使用した前述の３種類のドリルを用いた加工穴数の推移を示し、縦軸は各加工穴数における加工穴の縁部におけるバリ高さの最大値（単位：μｍ）をそれぞれ示す。
　図９に示す様に、発明材を用いた切削加工後の穴周囲に発生したバリ高さは、総加工穴数が５５００穴になるまでの間に第１穴目は１３μｍであったが、その後のバリ高さは１９～３９μｍの間で推移して、総加工穴数が６０００穴になった時点のバリ高さは９７μｍであった。

　これに対して比較材１および２を用いた試験では、加工後の穴Ｈ（貫通穴側）には初期から図１０に示す様な蓋（笠）状のバリＢＲが確認された。
　また、切削加工後の穴周囲に発生したバリ高さは、それぞれ第１穴目が９８μｍおよび１８０μｍとなり、その後は加工穴数が増えるにつれてバリ高さも増大して、総加工穴数が２０００穴目になると、バリ高さは１２５μｍおよび２０５μｍまで増大した。
　なお、比較材１のドリルを用いて総加工穴数が２０００穴目に到達すると、コーナ部（外周コーナ）に欠損が発生したため、その時点で比較材１のドリルによる切削加工試験は終了した。

　最終的には、比較材２のドリルを用いた切削加工試験を総加工穴数が６０００穴目になるまで行った結果、コーナ部（外周コーナ）の摩耗が大きく進行して、図９に示す様にバリ高さは４５１μｍとなった。
　以上の切削試験結果から、発明材のドリルは２種類の比較材のドリルに対して、穴加工時に発生するバリ高さを大幅に低減することが確認された。
　このように、発明材のドリルにおいて第３切れ刃３（３Ａ、３Ｂ）および第４切れ刃４（４Ａ、４Ｂ）は、抜け穴（貫通穴）加工時における貫通側の穴周囲のバリ発生を抑制する効果が認められた。

　本発明に係るドリルは、被削材の種類や加工条件に関わらず、穴あけ加工時のドリルの求心性に優れ、加工孔の周囲におけるバリの発生を抑えるので、切削加工用ドリルとして広く利用できる。

１　　　　　　　　　第１切れ刃
２　　　　　　　　　第２切れ刃
３　　　　　　　　　第３切れ刃
４　　　　　　　　　第４切れ刃
５　　　　　　　　　リーディングエッジ
６　　　　　　　　　シンニング面
７　　　　　　　　　すくい面
８　　　　　　　　　溝（ねじれ溝）
１０　　　　　　　　ドリル
１１　　　　　　　　逃げ面
１２　　　　　　　　マージン
２０，２１　　　　　逃げ面とマージンの境界である稜線
５１　　　　　　　　第１逃げ面
５２　　　　　　　　第２逃げ面
Ｄ０　　　　　　　　ドリルの直径（ドリル径）
Ｏ　　　　　　　　　中心軸
Ｔ　　　　　　　　　チゼルエッジ
ｒ３　　　　　　　　第３切れ刃の曲率半径
ｒ４　　　　　　　　第４切れ刃の曲率半径
α１　　　　　　　　第１切れ刃が成す先端角（第１先端角）
α２　　　　　　　　第２切れ刃が成す先端角（第２先端角）
θ（θ１，θ２）　　稜線とリーディングエッジの成す角度

Claims

　中心軸から外方へ向かって施された二以上の切れ刃と、
前記中心軸から外方へ向かって形成された二段以上の逃げ面と、
前記中心軸側に施されたシンニング面と、を有するドリルであり、
前記切れ刃は、
前記シンニング面に隣接してチゼルエッジから前記ドリルの外方へ延びる第１切れ刃と、
前記第１切れ刃の端部から前記ドリルの外方へ延びる直線部分を有した第２切れ刃と、
前記第２切れ刃の端部から前記ドリルの外方かつ周方向および後方側へ延びる第３切れ刃と、
前記第３切れ刃の端部から前記ドリルの後方側へ延びてリーディングエッジに接続されている直線状の第４切れ刃と、
から形成されており、
前記第１切れ刃が成す先端角α１は前記第２切れ刃が成す先端角α２以下であって、
かつ前記第１切れ刃が成す先端角α１は９０°～１４０°の範囲であることを特徴とするドリル。
　中心軸から外方へ向かって施された二以上の切れ刃と、
前記中心軸から外方へ向かって形成された二段以上の逃げ面と、
前記中心軸側に施されたシンニング面と、を有するドリルであり、
前記切れ刃は、
前記シンニング面に隣接してチゼルエッジから前記ドリルの外方へ延びる第１切れ刃と、
前記第１切れ刃の端部から前記ドリルの外方へ延びる直線部分を有した第２切れ刃と、
前記第２切れ刃の端部から前記ドリルの外方かつ周方向および後方側へ延びる第３切れ刃と、
前記第３切れ刃の端部から前記ドリルの後方側へ延びてリーディングエッジに接続されている曲線状の第４切れ刃と、から形成されており、
前記第１切れ刃が成す先端角α１は前記第２切れ刃が成す先端角α２以下であって、
かつ前記第１切れ刃が成す先端角α１は９０°～１４０°の範囲であることを特徴とするドリル。
　前記第３切れ刃は、曲線状の切れ刃であることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
　前記第３切れ刃は曲線状の切れ刃であって、かつ前記第４切れ刃の曲率半径ｒ４は前記第３切れ刃の曲率半径ｒ３よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のドリル。
　前記第４切れ刃は外周コーナを介してリーディングエッジに接続されており、
かつ前記第４切れ刃に隣接する逃げ面は前記ドリルのマージンと連続的に形成されていて、
前記第４切れ刃に隣接する逃げ面と前記マージンの境界となる稜線が前記リーディングエッジと成す角度θが４°以上２５°以下の範囲であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のドリル。
　前記第３および第４切れ刃の逃げ角は、５°以上１１°以下の範囲であることを特徴とする請求項５に記載のドリル。