JP2007229899A - ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】ドリルが被切削材に食い付く際に発生する切屑によって加工穴入口周辺に擦過痕が発生することを防止できるドリルを提供する。
【解決手段】軸線Ｏ回りに回転されるドリル本体１０の先端側に設けられた切刃部の外周に、後端側に向けて延びる切屑排出溝２０が形成され、この切屑排出溝２０のドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面２１と前記切刃部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において、軸線Ｏ方向に直交する断面における溝幅比Ｗ１／Ｗ２が、０．３から０．６の範囲内に設定されるとともに、切屑排出溝２０の溝底部２２の曲率半径Ｒが、ドリル外径Ｄに対して、０．１×Ｄから０．２５×Ｄの範囲内に設定されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、被切削材に対して加工穴を形成する穴あけ加工に用いられるドリルに関するものである。

従来、このようなドリルとしては、軸線回りに回転されるドリル本体の先端側に切刃部が形成され、この切刃部の外周に後端側に向けて延びる一対の切屑排出溝が形成され、これら切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く壁面と切刃部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知られている。
このようなドリルでは、ドリル本体が軸線回りに回転されるとともに軸線方向に送りを与えられ、被切削材に押し当てられることにより、被切削材を切刃にて切削して所定の内径の加工穴を形成するものである。

このような構成とされたドリルでの切削加工時において、切削時に発生する切屑が加工穴の内部に堆積した場合には、切屑によって切削抵抗が増大してドリルが折損したり、切屑が切刃に溶着して切削加工ができなくなったり、切屑によって加工穴の内壁面が傷つけられたりするといった様々なトラブルが発生することが知られている。
そこで、従来のドリルにおいては、加工穴からの切屑排出を促進させるために、切刃部外周面に形成された切屑排出溝の溝幅Ｗ１を大きくして、軸線に直交する断面における切屑排出溝の溝幅Ｗ１と切屑排出溝以外の部分の幅Ｗ２との比率、つまり、溝幅比Ｗ１／Ｗ２を大きくしており、例えば特許文献１に開示されているドリルでは、溝幅比Ｗ１／Ｗ２が０．９から１．３とされている。
特開平１０−７６４１４号公報

しかしながら、このように溝幅比を大きくした従来のドリルにおいては、被切削材にドリルが食い付いた際における切屑が分断されずに長くなる傾向にあり、この長い切屑がドリルとともに回転して加工穴入口周辺に擦過痕を生じることがあった。この場合、擦過痕によって被切削材の面粗さが粗くなり、この加工穴にボルト等を締め込んだ際にボルトを十分に締め付けることができなくなったり、被切削材の表面状態が悪くなって美観が損なわれたりすることがあった。このため、加工穴を形成した後に被切削材の表面を研磨するなどの処置が必要となることがあった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたものであって、ドリルが被切削材に食い付く際に発生する切屑によって加工穴入口周辺に擦過痕が発生することを防止できるドリルを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、この発明は、軸線回りに回転されるドリル本体の先端側に設けられた切刃部の外周に、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前方側を向く壁面と前記切刃部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において、前記軸線方向に直交する断面における溝幅比Ｗ１／Ｗ２が、０．３から０．６の範囲内に設定されるとともに、前記切屑排出溝の溝底部の曲率半径Ｒが、ドリル外径Ｄに対して、０．１×Ｄから０．２５×Ｄの範囲内に設定されていることを特徴としている。

この構成のドリルにおいては、溝幅比Ｗ１／Ｗ２が０．６以下と小さく、かつ、切屑排出溝の溝底部、つまり、切屑排出溝のドリル本体径方向外側を向く壁面部分の曲率半径Ｒが、ドリル外径Ｄに対して０．２５×Ｄ以下と小さくされているので、この切屑排出溝内に案内された切屑が、小さな曲率半径Ｒでカールさせられることになり、切屑を短く分断することができる。したがって、被切削材にドリルが食い付く際に発生した切屑が長く延びたままドリルとともに回転することを防止でき、加工穴入口周辺での擦過痕の発生を防止できる。

また、切屑が短く分断されるとともに溝幅比Ｗ１／Ｗ２が０．３以上とされて溝幅Ｗ１が最低限確保されているので、切屑をドリル後端側へと排出することができ、切屑詰まりに起因するトラブルの発生を防止することができる。また、溝底部の曲率半径Ｒが０．１×Ｄ以上とされているので、切屑がこの曲率半径に確実に案内されることになり、切屑詰まりを防止して良好に切削加工することができる。
さらに、溝幅比Ｗ１／Ｗ２が小さくドリルの剛性を確保することができるので、ドリルを高速回転させた際の振動を防止して加工穴を精度良く形成することができる。

なお、このような作用効果を確実に奏功せしめるためには、前記溝幅比Ｗ１／Ｗ２を０．４から０．５の範囲内に設定することが好ましく、前記溝底の曲率半径Ｒを０．１５×Ｄから０．２×Ｄの範囲内に設定することが好ましい。

ここで、前記切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く壁面の曲率半径Ｒ１と、ドリル回転方向後方側を向く壁面の曲率半径Ｒ２とを、Ｒ１＞Ｒ２の関係となるように構成することにより、切刃によって生成されて切屑排出溝内に案内された切屑をドリル回転方向後方側を向く壁面において強制的にカールさせることができ、確実に切屑を短く分断することができる。

さらに、前記切屑排出溝のねじれ角θを１５°≦θ≦３５°の範囲内に設定することが好ましい。つまり、切屑排出溝のねじれ角θを１５°以上とすることにより、加工穴の底部で発生する切屑の排出が促進されて穴あけ加工を良好に行うことができるとともに、前記ねじれ角θを３５°以下とすることにより、軸線に直交する断面においてドリル本体を切り欠く部分が少なくなり、ドリル本体の剛性を向上させることができる。

本発明によれば、ドリルが被切削材に食い付く際に発生する切屑によって加工穴入口周辺に擦過痕が発生することを防止できるドリルを提供することができる。

本発明の実施の形態であるドリルについて、添付した図面を用いて説明する。図１から図３に本発明の実施の形態であるドリルを示す。
このドリルのドリル本体１０は、図１に示すように、軸線Ｏを中心とした概略円柱状に形成されており、ドリル本体１０後端側（図１において上側）部分が工作機械の回転軸に把持されるシャンク部１１とされるとともに、ドリル本体１０先端側（図１において下側）が切刃部１２とされている。

切刃部１２の外周には、先端逃げ面１３から軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがいドリル回転方向Ｔ後方側にねじれる一対の切屑排出溝２０、２０が軸線Ｏに対して１８０°回転対称に形成されている。この切屑排出溝２０は、ドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面２１とドリル本体１０径方向外側を向く溝底部２２とドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面２３とを有している。

また、これら切屑排出溝２０、２０のドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面２１、２１と先端逃げ面１３との交差稜線部にそれぞれ切刃１５、１５が形成されている。
ここで、切屑排出溝２０のドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面２１の先端側では、ドリル回転方向Ｔ後方側に凹むような凹曲面２１Ａとこの凹曲面２１Ａの外周端に連なりドリル回転方向Ｔ前方側に向けて凸となる凸曲面２１Ｂとで構成されており、これによりドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面２１と先端逃げ面１３との交差稜線部に形成された切刃１５は、ドリル回転方向Ｔ後方側に凹むような凹曲線状をなすとともに、外周端部分ではドリル回転方向Ｔ前方側に向けて突出する凸曲線状をなしている。ここで、本実施形態では、切刃１５の外周端におけるラジアルレーキ角が−８°に設定され、切屑排出溝２０の外周端部分のラジアルレーキ角は概略０°に設定されている。

切刃部１２の先端逃げ面１３は、図２に示すように、切屑排出溝２０、２０が交差することによって切刃１５、１５がドリル回転方向Ｔ前方側の稜線部に形成された第１逃げ面１３Ａ、１３Ａと、これら第１逃げ面１３Ａ、１３Ａのドリル回転方向Ｔ後方側に連なる第２逃げ面１３Ｂ、１３Ｂとから構成された多段面状をなしていて、切刃１５、１５には、ドリル回転方向Ｔ後方側に向かうにしたがい多段的に大きくなるような逃げが与えられている。本実施形態では、第１逃げ面１３Ａがなす逃げ角が７°とされ、第２逃げ面１３Ｂがなす逃げ角が２５°とされている。

さらに、この先端逃げ面１３はドリル本体１０径方向外側に向かうにしたがい漸次切刃部１２の後端側に向かうように傾斜させられており、切刃１５、１５に所定の先端角αが付されるようになっている。なお、本実施形態においては、前記先端角αは、α＝１３５°に設定されている。
また、切刃部１２には、切刃部１２後端側に向かうにしたがい外径が漸次小さくなるようにバックテーパが設けられており、本実施形態においては、バックテーパ量は０．３／１００から０．３５／１００とされている。

また、切刃部１２先端には、切屑排出溝２０の溝底部２２及びドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面２３と先端逃げ面１３（第１逃げ面１３Ａ及び第２逃げ面１３Ｂ）との交差稜線部分を、軸線Ｏに交差して切刃部１２の後端側に向かうにしたがい切屑排出溝２０の内側に向けて切り欠くようにしてシンニング部１６が形成されている。
したがって、切刃１５の内周端側には、このシンニング部１６と第１逃げ面１３Ａとの交差稜線部に形成されて軸線Ｏに向けて直線状に延びるシンニング切刃１７に連接されている。

ここで、切刃部１２における一対の切屑排出溝２０、２０を除く外周面、すなわちこのドリルにおけるランド部３０は、軸線Ｏに直交する断面において、図２に示すように、切屑排出溝２０のドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面２１の外周側稜線部に交差して、軸線Ｏを中心とした略円弧状をなすマージン部３１と、このマージン部３１のドリル回転方向Ｔ後方側に連なり、マージン部３１がなす円弧よりも一段小さい外径を有する軸線Ｏを中心とした略円弧状をなす二番取り面３２とから構成されており、二番取り面３２のドリル回転方向Ｔ後方側端、つまり、切屑排出溝２０のドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面の外周端部分がヒール部３３とされている。
また、これらマージン部３１と二番取り面３２とは、切屑排出溝２０と同様に、先端逃げ面１３に交差する部分から軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがいドリル回転方向Ｔ後方側にねじれるようにして形成されている。

そして、切刃部１２においては、図３に示すように、切屑排出溝２０の溝幅Ｗ１は、ランド部３０のランド幅Ｗ２よりも小さくされており、具体的には、軸線Ｏに直交する断面における切屑排出溝２０の溝幅Ｗ１とランド部３０のランド幅Ｗ２との比率である溝幅比Ｗ１／Ｗ２が、０．３≦Ｗ１／Ｗ２≦０．６の範囲内に設定され、より好ましくは０．４≦Ｗ１／Ｗ２≦０．５の範囲内に設定されている。なお、本実施形態では、溝幅比Ｗ１／Ｗ２＝０．４８とされている。

さらに、切屑排出溝２０は、前述のように、ドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面２１とドリル本体径方向外側を向く溝底部２２とドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面２３とを有しており、軸線Ｏに直交する断面において、前記溝底部２２がなす凹曲線の曲率半径Ｒは、ドリル外径Ｄに対して、０．１×Ｄ≦Ｒ≦０．２５×Ｄの範囲内に設定され、より好ましくは０．１５×Ｄ≦Ｒ≦０．２×Ｄ設定されている。なお、本実施形態では、曲率半径Ｒ＝０．１５×Ｄとされている。
また、軸線Ｏに直交する断面において、ドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面２１がなす凹曲線の曲率半径Ｒ１は、ドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面２３がなす凹曲線の曲率半径Ｒ２に対して、Ｒ１＞Ｒ２となる関係を有している。

また、切屑排出溝２０のねじれ角、つまり、軸線Ｏと切屑排出溝２０の中心線とがなす角度θは、１５°≦θ≦３５°の範囲内に設定され、より好ましくは２０°≦θ≦３０°の範囲内に設定されている。なお、本実施形態では、ねじれ角θ＝２５°とされている。

また、本実施形態においては、ドリル本体１０における切刃部１２の表面、すなわち、切刃部１２の外周面であるランド部３０、先端逃げ面１３、切屑排出溝２０及びシンニング部１６などの表面に対して、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどの硬質皮膜が被覆されている。

以上のような構成とされたドリルは、ドリル本体１０の後端に形成されたシャンク部１１が工作機械の回転軸に把持されて、軸線Ｏ回りに回転されるとともに、軸線Ｏ方向先端側に向けて送られて、被切削材に押し当てられ、被切削材に所定の内径の加工穴を形成するものである。また、本実施形態のドリルは、加工穴として、例えば板厚ｔがドリル外径Ｄに対してｔ＝１×Ｄとされたフランジ部に貫通穴を形成する際に使用されるものであり、加工穴の穴深さＬが、Ｌ＝１×Ｄとされている。

この構成のドリルにおいては、溝幅比Ｗ１／Ｗ２が０．５とされて切屑排出溝２０の溝幅Ｗ１が小さくされているとともに切屑排出溝２０の溝底部２２の曲率半径Ｒが、ドリル外径Ｄに対して０．１５×Ｄと小さくされているので、切刃１５によって生成されてこの切屑排出溝２０内に案内された切屑が溝底部２２がなす小さな曲率半径Ｒでカールさせられることになり、切屑を分断して短くすることができる。したがって、被切削材にドリルが食い付く際に発生する切屑の長さを短くして、切屑がドリルとともに回転することを防止でき、加工穴入口周辺での擦過痕の発生を防止できる。

また、切屑が短く分断されるとともに溝幅比Ｗ１／Ｗ２が０．５とされて切屑排出溝２０の溝幅Ｗ１が確保されているので、切屑排出溝２０を通じて切屑をドリル後端側へと排出することができ、切屑詰まりに起因するトラブルの発生を防止することができる。また、溝底部２２の曲率半径Ｒが０．１５×Ｄとされているので、切屑がこの溝底部２２に案内されて確実に曲げられることになり、切屑が曲がらずに詰まってしまうことを防止でき、良好に切削加工することができる。なお、本実施形態においては、加工穴の穴深さＬがドリル外径Ｄに対してＬ＝１×Ｄとされているので、切屑が切屑排出溝を通過する距離が短く、切屑詰まりが発生するおそれが少ない。
さらに、前記溝幅比Ｗ１／Ｗ２が０．５と小さくドリルの剛性が確保されているので、ドリルを高速回転させた際の振動の発生を防止でき、加工穴を寸法精度良く形成することができる。

さらに、切屑排出溝２０のドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面２１の曲率半径Ｒ１が、切屑排出溝２０のドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面２３の曲率半径Ｒ２に対して、Ｒ１＞Ｒ２の関係を有するように構成されているので、切刃１５によって生成された切屑を切屑排出溝２０のドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面２３において強制的にカールさせることができ、確実に切屑を短く分断することができる。

さらに、切屑排出溝２０のねじれ角θがθ＝２５°とされているので、加工穴の底部で発生する切屑を確実にドリル後端側へと排出して穴あけ加工を良好に行うことができるとともに、軸線Ｏに直交する断面においてドリル本体１０を切り欠く部分が少なくなり、ドリル本体１０の剛性を向上させることができ、ドリルを高速回転させた際の振動の発生を防止して、加工穴を寸法精度良く形成することができる。

また、本実施形態においては、切刃１５の外周端部分が凸曲線状に形成されてそのラジアルレーキ角が−８°とされているので、この外周端部分での切れ味が良好であり、加工穴の内壁面と切刃１５の外周端部分との摺動を防止して加工穴周辺に加工硬化層が形成されるのを防止できる。
また、ドリル本体１０における切刃部１２の表面に対して、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどの硬質皮膜が被覆されているので、耐摩耗性が向上してこのドリルの寿命延長を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、先端角や切刃の形状等は、本実施形態に限定されることはなく、任意の形状とすることができる。ただし、溝幅比Ｗ１／Ｗ２及び切屑排出溝の溝底部の曲率半径Ｒを本発明の範囲内に設定する必要がある。

また、本実施形態では、切刃部の表面にＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどのセラミックスコーティングを被覆したものとして説明したが、これに限定されることはなく、これら硬質被膜が被覆されていなくてもよい。
さらに、穴深さＬがドリル外径Ｄに対してＬ＝１×Ｄとされた加工穴を形成するドリルとして説明したが、これに限定されることはなく、Ｌ＞１×Ｄの深穴であってもよい。ただし、加工穴の穴深さＬがＬ≦１×Ｄの場合には、切屑が切屑排出溝を通過する距離が短くなり切屑詰まりが発生するおそれが少なくなるため好ましい。

以下に、本発明の効果を確認すべく実施した比較実験の結果について説明する。この比較実験では、溝幅比Ｗ１／Ｗ２、切屑排出溝の溝底部の曲率半径Ｒを変更したドリル（ドリル外径１４ｍｍ）を用いて、被切削材である炭素鋼板に深さ７ｍｍの穴あけ加工を施して切屑長さ及び加工穴入口周辺の擦過痕の発生状況を評価した。また、加工穴入口及び穴出口での拡大代、つまり、穴の内径とドリル外径Ｄとの差を測定した。なお、切削条件は、切削速度７３ｍ／ｍｉｎ，送り速度０．２３ｍｍ／ｒｅｖとした。
実験結果を表１及び表２に示す。

表１に示すように、溝幅比Ｗ１／Ｗ２が大きく溝底部の曲率半径Ｒが大きな比較例１においては、切屑長さが９０ｍｍと長く加工穴入口周辺に大きな擦過痕が発生しているのが確認された。溝幅比Ｗ１／Ｗ２、前記曲率半径Ｒを比較的小さくした比較例２、３においても、切屑長さは７０ｍｍであり加工穴入口周辺に擦過痕が発生している。これにより、被切削材の加工穴付近の面粗さが粗くなっている。
一方、本発明例によれば、切屑長さが２０ｍｍと比較例１〜３に比べて顕著に短くなっており、加工穴入口周辺にも擦過痕は全く発生しておらず、被切削材の加工穴付近の面粗さも小さくなっている。

また、表２に示すように、比較例１〜３においては、穴の拡大代が大きく、ドリルを高速回転させた際の振れが大きくなることが確認された。これは、切屑排出溝の溝幅が大きくドリル剛性が不足しているためである。
一方、本発明例においては、穴の拡大代が小さく抑えられており、ドリルを高速回転させた際の振れが小さいことが確認された。
この実験結果から、溝幅比及び切屑排出溝の溝底部の曲率半径Ｒを本発明の範囲内に設定することにより、擦過痕の発生を確実に抑制できるとともに、加工穴を寸法精度良く形成することができることが確認された。

本発明の実施の形態であるドリルの側面図である。 図１におけるＸ方向矢視図である。 図１におけるＹ−Ｙ断面図である。

符号の説明

１０ ドリル本体
１２ 切刃部
１３ 先端逃げ面
１５ 切刃
２０ 切屑排出溝
２１ ドリル回転方向前方側を向く壁面
２２ 溝底部
２３ ドリル回転方向後方側を向く壁面

Claims (3)

1. 軸線回りに回転されるドリル本体の先端側に設けられた切刃部の外周に、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前方側を向く壁面と前記切刃部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において、
   前記軸線方向に直交する断面における溝幅比Ｗ１／Ｗ２が、０．３から０．６の範囲内に設定されるとともに、
   前記切屑排出溝の溝底部の曲率半径Ｒが、ドリル外径Ｄに対して、０．１×Ｄから０．２５×Ｄの範囲内に設定されていることを特徴とするドリル。
2. 前記切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く壁面の曲率半径Ｒ１とドリル回転方向後方側を向く壁面の曲率半径Ｒ２とは、Ｒ１＞Ｒ２の関係を有していることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 前記切屑排出溝のねじれ角θが、１５°≦θ≦３５°の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のドリル。

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