ドリル
【課題】 ＣＦＲＰなど難削材を含む複合材料に対する課題であった表面層の捲れ上がりＰおよび裏面層の髭バリＱの発生を効果的に防止して加工精度の高いドリルを提供すること。
【解決手段】 ドリル本体１の外周面に所定のリード角βをもつ捩れリード溝３を形成し、先端面に先端角αにより形成される切り刃５を有するドリルにおいて、そのドリル本体の先端ヘッド部分１０，２０に、前記捩れリード溝の先端リード角βａを前記リード角βより小さな角度−１０°〜＋１０°の範囲の一定値に設定した先端リード部３ａを形成し、外周掬い角θの設定により前記切り刃５に刃先形状を鋭利にした外周刃部５ａを形成するとともに切り刃５の稜線を凹曲線状となしたこと。
【解決手段】 ドリル本体１の外周面に所定のリード角βをもつ捩れリード溝３を形成し、先端面に先端角αにより形成される切り刃５を有するドリルにおいて、そのドリル本体の先端ヘッド部分１０，２０に、前記捩れリード溝の先端リード角βａを前記リード角βより小さな角度−１０°〜＋１０°の範囲の一定値に設定した先端リード部３ａを形成し、外周掬い角θの設定により前記切り刃５に刃先形状を鋭利にした外周刃部５ａを形成するとともに切り刃５の稜線を凹曲線状となしたこと。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はドリルに関し、特に航空機用素材として多用されている炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）など難削材を含む材料が積層された複合材料に適用して有用なドリルであって、ドリル本体の外周面に捩れリード溝を形成し、先端面に先端角により形成される切り刃を有するツイストドリルの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、航空機の主要部品として多用されているＣＦＲＰなど難削材を含む複合材料Ｗをワーク（被穿孔材料）としてドリルで穿孔加工を行う場合に、炭素繊維の毛羽立ちが原因となって図１６に示すように、表面の孔周辺が捲れ上がった状態Ｐや裏面の孔周辺に髭バリが突出した状態Ｑが発生するなど加工精度および品質上の問題点があった。
上記問題点を解決せんとして、従来、ドリル本体の外径を変化させるバックテーパ部を形成し、捩れリード溝のリード角に対して先端角を二段変化させる改良（特許文献１）、あるいは、センタリング切刃を中心としてその両側円周面に先端が被穿孔面に対し弧状をなす略三日月形の主切刃を形成し、前記センタリング切刃と主切刃間には切込み刃を形成して、それらが正面から見て略Ｍ字形状の刃先形状となるような改良（特許文献２）などがみられた。
【０００３】
また、本願の発明者らは、特に高強度繊維複合材料、例えばミリ波レーダーアンテナのアンテナ基板を穿孔することに好適なドリルを開発し出願している（特許文献３：特願２００５−３３８８４１号）。
この先願ドリルの基本構造は、ドリル本体の先端部分に、先端角により形成される一対の切り刃および逃げ面が形成されるが、その逃げ面の外周肩部をＲ面取りした湾曲面とし、切り刃および前記肩部近傍の捩れリード溝に掬い部を設け、かつ切り刃の稜線を先端部から外周端に向けた凹曲線状とそれに続く湾曲状にし、全体として切り刃を側面視Ｓ字曲線からなる鋭利な刃先形状としたものであり、それにより、表面層の捲れ上がり、孔内の髭残りや裏面層の下バリ発生を防止するものである。
【０００４】
【特許文献１】実公昭５９−３３５４６号公報
【特許文献２】特開平８−７１８２４号公報
【特許文献３】特願２００５−３３８８４１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１や特許文献２の従来技術においても、ＣＦＲＰ材料Ｗを穿孔した際の捲れ上がりＰや強靱な繊維の髭バリＱの発生に対して十分に効果的な解決手段を得ることはできず、特許文献３の従来技術を採用したときでも、ＣＦＲＰ材料Ｗに適用した場合には、孔内の髭残りや裏面層の髭バリＱの発生を防止できたものの表面層の捲れ上がりＰの防止に十分ではなかった。
【０００６】
本発明は上記従来事情に鑑み、上記特許文献３のドリルをさらに改良することを基本として、ＣＦＲＰなど難削材を含む複合材料に対する課題であった表面層の捲れ上がりＰおよび裏面層の髭バリＱの発生を効果的に防止して加工精度の高いドリルを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、ドリル本体の先端ヘッド部分の構造や材質の改良によりドリルの製作性および耐久性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
斯る本発明は、ドリル本体の外周面に所定のリード角βをもつ捩れリード溝を形成し、先端面に先端角により形成される切り刃を有するドリルにおいて、そのドリル本体の先端ヘッド部分に、前記捩れリード溝の先端リード角βａを前記リード角βより小さな角度−１０°〜＋１０°の範囲の一定値に設定した先端リード部を形成し、外周掬い角の設定により前記切り刃に刃先形状を鋭利にした外周刃部を形成するとともに切り刃の稜線を凹曲線状となしたことを特徴とする（請求項１）。すなわち、一般的な捩れリード溝は先端まで一定であって、そのリード角βが２０°〜３０°であるところ、先端リード角βａを−１０°〜＋１０°の角度に変化させたことを第１の特徴とし、外周刃部を鋭利にし、かつ切り刃稜線を凹曲線状となしたことを第２の特徴とするものである。
なお、第２の特徴は、前記特許文献３の先願発明を実質的に応用した構成、第１の特徴が先願発明を改良・変更した構成である。
【０００８】
上記第１の特徴によれば、穿孔加工の初期において先端リード部３ａのラジアル方向に作用する力成分がスラスト方向寄りの向きになるので、外周刃部およびそれに続く先端リード部による切り上がりが抑制されて確実な切り込みが開始され、また第２の特徴によれば、穿孔加工の貫通直前に切り刃稜線の凹曲線内に切屑がリング状で残り、それが略そのままの状態で維持されて貫通時またはその直後に切り離されるので、孔出口部分の繊維部材が確実に切断される。
【０００９】
そして、上記外周刃部の具体的な構造は、外周掬い角を２０°〜４０°に設定することにより鋭利な刃先形状が形成される（請求項２）。この鋭利な外周刃部は、砥石を使用した掬い加工により形成する方式、あるいは後述の刃先交換可能な先端ヘッドのように型成形により形成する方式の何れでもよい。もっとも、前者の掬い加工により外周刃部を形成する場合には、先端切り刃稜線の凹曲線も必然的に同時に形成されものである。
また、上記先端切り刃は、直径方向の対向位置にそれぞれ切り刃が配置される二枚刃構造でもよいが、それに比べて求心性による安定した穿孔切削が可能な三枚刃であることが好ましい（請求項３）。
さらに、上記ドリル本体の先端切り刃を形成する先端角は、標準的には１１８°〜１３０°であるところ、前記切り刃稜線の凹曲線をより効果的にするために、標準より鈍角な１４０°〜１５０°とすることが好ましい（請求項４）。もっとも三枚刃構造の場合は、スラスト方向の切削抵抗が大きくなるので、その抵抗を軽減するために先端中央部を１２０°程度とし、その外周を１４０°〜１５０°として二段変化させることもよい（請求項５）。
【００１０】
上記ドリル本体には先端切り刃を冷却する構造を付設することが好ましい。
その冷却構造としては、ドリル本体の軸中心に冷媒路を穿孔し、その冷媒路より分岐させた冷却孔を上記各リード溝内の先方部に開口し、該冷却孔の開口より噴射する冷媒が先端切り刃の稜線に向けて噴射するようにする（請求項６）。
また、上記ドリル本体は刃先交換式、つまり、上記先端ヘッド部分がドリル本体と別体に成形され、ドリル本体の先端に着脱可能に取り付けられた構造であってもよい（請求項７）。その刃先交換式の場合、先端ヘッドは、超硬合金素材を砥石で切削・研削加工し、あるいは超高圧焼結体やダイヤモンド刃先を付設し、又は表面にダイヤモンドなどの硬質被膜を被覆する一般的な成形法でもよいが、複雑な形状に対応できる型成形とすることがよく、特に先端ヘッド全体が、ダイヤモンド粉末や超硬材料の高密度粉末を素材として超高圧で焼結させた成形品であることが好ましい（請求項８）。
【００１１】
さらに、上記先端ヘッドは、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナなどのセラミックス成形品であること（請求項９）、あるいは、それにダイヤモンド被覆を形成することが好ましい（請求項１０）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、穿孔加工の初期において、外周刃部およびそれに続く先端リード部による切り上がりが抑制されて確実な切り込みが開始されるので、ＣＦＲＰなど難削材を含む複合材料をワークとして穿孔加工する場合でも、その表面層の捲れ上がりＰが防止されるとともに、鋭利な外周刃部に形成される凹曲線状稜線によって、穿孔出口部分の繊維部材が確実に切断されるので裏面層の髭バリＱの発生も防止することができる。しかも、先端切り刃を三枚刃構造とすれば、前記捲れ上がりおよび髭バリの防止と併せて真円形状の穿孔が確保されるなど加工精度の高いドリルを提供することができる（請求項１〜５）。
また、ドリル本体に設けた冷媒路を通してエアーなどの冷媒を、先端ヘッド部分における捩れリード溝内から切り刃稜線に向けて直接に噴射することにより、切り刃の高い冷却効果が得られてドリルの耐久性を向上させることができるとともにリード溝内の先端で反転する冷媒流により切屑の排出効果が一段と向上する（請求項６）。
【００１３】
そして、請求項７のように先端ヘッド部分をドリル本体に着脱可能な刃先交換式とすれば、ＣＦＲＰ材料など刃先部分が摩耗し易い場合でも、先端ヘッドを交換または再研磨して常に最良な切削性を確保することができる。
しかも、刃先交換方式により請求項８のように先端ヘッド部分を型成形することもできるので、従来の研削・研磨加工では得られない複雑な構造・形状の先端ヘッドが得られ、これまで以上に機能的なドリルを提供することができる。
また、請求項９のように先端ヘッド部分をセラミックス成形体とすることにより当該部分の強靭性を高めることができ、さらに、請求項１０のように、ダイヤモンド被覆層を形成することによって耐摩耗性を向上させて特にＣＦＲＰなど難削性材料に好適なドリルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を図面により説明すると、図１〜図４は本発明ドリルＡの基本形態を例示するもので、図１は側面図、図２は先端面側をみた正面図、図３は（３）−（３）線に沿う断面図である。
ドリル本体１は、超硬合金や高速度鋼など超硬質材料製であって、軸線回りに回転される略円柱状の一側（後方側）にシャンク２を備え、先方側には切屑排出用の３条の捩れリード溝３，３，３を形成したランド部４を設けており、先端のヘッド部分１０には、先端角αにより形成される切り刃５，５，５と、各切り刃から円周方向へ連なる逃げ面６および切屑を排出しやすくするためのシンニング７と、シンニングにより形成されるチゼルエッジ８を備えている。
また、ドリル本体１は、前記シャンク２の端面から先端ヘッド部分１０に向けた軸中心に冷媒路９を開孔している。
【００１５】
上記切り刃５，５，５は、前記３条の捩れリード溝３，３，３により中心角１２０°毎に配置された三枚刃構造を例示しており、その各切り刃５は前記チゼルエッジ８の各端から外周端に向けて形成され、実質的には、チゼルエッジ８が一次切り刃として機能し、前記切り刃５が二次切り刃として機能するものである。
【００１６】
上記各捩れリード溝３は、先端ヘッド部分１０からシャンク２側へ向けて、一般には、リード角（捩れ角）βを２０°〜３０°の範囲の中から一定値で開溝されるものであるが、本発明においては、先端ヘッド部分１０だけのリード角（先端リード角）βａを、図１に示すようにリード角βより小さな角度（図示例では５°）に設定し、先端ヘッド部分１０に先端リード部３ａを形成する。すなわち、捩れリード溝３は、先端ヘッド部分１０においてリード角βａが５°の先端リード部３ａを有し、そこから所定のリード角β（特に限定されないが２０°〜３０°）に変化するものである。
なお、上記先端リード角βａは、前記５°に限定されるものではなく、捩れリード溝３のリード角やワークの材質等に対応して−１０°〜＋１０°の範囲の一定値で有効である（図４参照）。すなわち、リード角βａが１０°を超えると捲れ上がりＰを防止する機能が達成できず、−１０°未満になると切削性自体が低下することになるからである。さらに先端リード角βａの好ましい範囲は−５°〜＋５°である。
【００１７】
また、先端ヘッド部分１０においては、図２、図３に示すように、捩れリード溝３を大きな外周掬い角θに設定することにより前記先端切り刃５の外周に鋭利な刃先形状をもった外周刃部５ａを形成する。
この外周掬い角θは、外周刃部５ａの切削性および刃先強度を考慮して２０°〜４０°、好ましくは３０°〜４０°の中の一定値に設定する。外周掬い角θが２０°未満では所望の切削性が得られず、４０°を超えると刃先強度が低く耐久性が得られないからである。
【００１８】
そして、上記外周掬い角θの掬い面を形成することにより、各切り刃５は、鋭利な前記外周刃部５ａが形成されるばかりでなく、前記チゼルエッジ８の各端から外周刃部５ａに向けた切り刃稜線が凹曲線状に形成される。
この切り刃稜線の凹曲線形状は、外周掬い角θが同じ場合では前記先端角αにより変化する。具体的には、標準的な先端角αは１１８°〜１３０°であるので、図１においては先端角αが１２０°の場合を例示するが、図５のように先端角αを１４０°にすると、切り刃稜線の凹曲深さが図１の場合よりも大きく、すなわち、先端角αが大きい場合ほど凹曲線深さが深くなる。
なお、ＣＦＲＰ材料Ｗの加工においては、切屑が非常に硬く粉状になるため大容量の切屑を迅速に排出することが重要であることを考慮すると、前記切り刃稜線の凹曲線深さは深いことが好ましい。
【００１９】
一方、三枚刃構造のドリルＡにおいては、先端角αが大きくなるとスラスト方向（穿孔方向）の切削抵抗が大きくなることを考慮して、先端角αを標準角度より大きくする場合でも１４０°〜１５０°の範囲に設定する。
なお、切削抵抗をより軽減させるためには、上記の先端角１４０°〜１５０°の範囲であっても、先端角を二段変化、つまり中央部の先端角を１２０°前後にし、その外周先端角を１４０°〜１５０°の範囲に設定すればよい（図１４）。なお、図１４においては、刃先交換式の先端ヘッド２０について図示するが、前記先端ヘッド部分１０に適用できること勿論である。
【００２０】
上記冷媒路９は、その後端を前記シャンク２の後端面に開口してドリル本体１の軸中心に延設され、先端を先端ヘッド部分１０の前記先端リード部３ａの近傍、具体的には、先端リード部３ａの僅か後部位に配置して該先端に三本に分岐させた冷却孔９ａを形成し、その各冷却孔９ａの先端を前記捩れリード溝３内に開口する。
各冷却孔９ａには、ドリルの穿孔加工時に冷媒路９を介して冷媒が供給されるが、その冷媒が捩れリード溝３内から先端切り刃５の稜線に向けて、より好ましくは切り刃５の外周刃部５ａおよび先端リード部３ａに向けて噴射し該部分を冷却するとともに切削された切屑を捩れリード溝３内後方へ排出するようにする。
【００２１】
なお、冷媒としてはエアー、水、油などが使用されるが、ＣＦＲＰ材料Ｗを穿孔する場合には、切屑が非常に硬く粉状になるため水、油など液体の使用は不適合であることを考慮し、しかも膨張による冷却率の高いエアーを使用することが好ましい。
【００２２】
而して、上記ドリルＡ（先端角αは図５の１４０°を例示）を用いてＣＦＲＰ材料Ｗを穿孔加工する場合の作用について図６により説明する。
先ず、冷媒路９にエアーを供給しながらドリルＡを高速回転させてＣＦＲＰ材料Ｗに穿孔加工を開始するが、その初期には、先端ヘッド部分１０の中心が当接し各チゼルエッジ８により切削して芯出しがなされ、その直後から鋭利な外周刃部５ａがＣＦＲＰ材料Ｗの表面を先端リード部３ａで押し下げながら切り込みを開始する（図６（１）参照）。この切り込み初期において、外周刃部５ａが円形を描きながら切り込むとともに、外周刃部５ａに続く先端リード部３ａの先端リード角βａの設定により，先端リード部３ａのラジアル方向に作用する力成分がスラスト方向寄りの向き、すなわち外周刃部５ａによる炭素繊維の切削力がドリルの進行方向に対して上向きに作用するのでなく下向きに作用する。それによって、図１６に示したような表面の捲れ上がりＰを防止することができる。
【００２３】
次いで、ドリルＡが進行する穿孔中においては、外周刃部５ａの鋭利な刃先形状により切削されるので、炭素繊維が確実に切断されて孔内における髭残りが防止できるるとともに、穿孔が貫通する直前には、図６（２）に示すように、切り刃５の稜線で形成される凹曲線部内に切屑がリング状に残り、その切屑が穿孔貫通時に略そのままの状態で切り離されるので（図６（３）参照）、図１６に示したような裏面における髭バリＱの発生を防止することができる。
なお、上記穿孔加工中に冷媒路９に供給されたエアーにより、切屑が捩れリード溝３を通して後方へ排出され、また先端切り刃５の外周刃部５ａおよび先端リード部３ａに向けて噴射され冷却作用を及ぼすことは勿論である。特に、冷媒としてエアーの供給、切り刃稜線の凹曲線深さにより、ＣＦＲＰ材料Ｗの加工において、大容量の切屑を迅速に排出することが可能なことは前述のとおりである。
【００２４】
次に、図７〜図１２は本発明の他の実施例を示すもので、詳しくは、上述した先端ヘッド部分１０に相当する先端ヘッド２０をドリル本体１１と別体に成形し、それをドリル本体１１に着脱可能とした刃先交換式の場合である。
ドリル本体１１が、３条の捩れリード溝１３，１３，１３、ランド部１４，１４，１４を有することや材質を超硬合金等にすることは前示ドリル本体１と同様である。
ドリル本体１１は、その軸心部を貫通する冷媒路１９を形成し、先端面すなわち先端ヘッド２０を接合させる端面には、中心から各ランド部４へ放射状に延びる取付溝２１を形成し、各取付溝２１に先端ヘッド２０の係合突起２２を嵌め合ようにする。
また、ドリル本体１１には、前記冷媒路１９の先端外周面に各捩れリード溝３に冷却孔口１９ａを開口し、冷媒路１９へ供給される冷媒（エアー）が先端ヘッド２０の切れ刃１５へ向けて噴射するようにする。
【００２５】
先端ヘッド２０が、凹曲線状の稜線を有する切り刃１５を形成していること、その外周に鋭利な外周刃部１５ａを形成していること、および前記捩れリード溝１３のリード角βより小さな角度の先端リード角βａを有する先端リード部１３ａを形成していることは、それらの機能と併せて前示先端ヘッド部分１０と同様であるので詳細な説明は省略する。
この図７の先端リード部１３ａは、前記外周刃部１５ａから先端ヘッド２０の裏面つまり後面に至る区域に形成され、すなわち、その区域が一定の先端リード角βａに形成され、その後端においてドリル本体１１の捩れリード溝１３に接続、つまりリード角βに変位する場合を例示している。なお、その変位点においては、製作性および耐久性を高めるために滑らかな角度変化となるようにＲ接続にする。
【００２６】
この先端ヘッド２０は、その裏面に前記ドリル本体１１の各取付溝２１に嵌め合う係合突起２２を形成しており、各取付溝２１は略Ｖ形溝とし、各係合突起２２は略Ｖ形状として両者がガタツキなく嵌め合って位置決めされるようにする。すなわち、各取付溝２１と各係合突起２２との嵌合により、ドリル本体１１の各捩れリード溝１３が先端ヘッド２０へ連続するように接合可能にする。また、上記各取付溝２１と各係合突起２２との嵌合構造は、先端ヘッド２０の回転トルクを支承するものである。
【００２７】
上記先端ヘッド２０は、ドリル本体１１の先端面にろう付けすることにより一体的に結合し、再研磨時など必要に応じてろうを溶融させることによりドリル本体１１から取り外すことも可能である。また、ドリル径が大きい場合には、ろう付けに代えて、図１３に例示するように、３箇所をボルト止め２３により先端ヘッド２０をドリル本体１１に着脱可能に取り付けるようにすることも任意である。
なお、この刃先交換式のドリルを使用することにより、捲れ上がりＰおよび髭バリＱを防止する前述した作用が得られることは容易に理解されるので、説明の便宜上詳細は省略する。
【００２８】
図１４および図１５は上記先端ヘッド２０を改良した他の実施例を示すものである。
図１４の先端ヘッド２０aは、前述したとおり、先端角αを二段変化、具体的には中央部を１２０°、その外周部を１４０°に設定した場合である。それにより、先端ヘッド２０による切り込み時における切削抵抗を軽減させるとともに切り刃稜線の凹曲線深さを確保させて、ＣＦＲＰ材料Ｗの捲れ上がりＰおよび髭バリＱの発生を一層確実に防止させる構造としたものである。
【００２９】
図１５の先端ヘッド２０ｂは、先端リード部１３ａの長さを短くした場合である。すなわち、先の図７の先端ヘッド２０においては、先端リード部１３ａを外周刃部１５ａから先端ヘッド２０の裏面までの区域としたが、先端ヘッド２０ｂにおいては、その区域を短く形成したものである。
具体的には、先端リード部１３ａは、外周刃部１５ａから先端ヘッド２０ｂの裏面までの区域の略１／５程度の長さに形成し、その後方に捩れリード溝１３と同一のリード角βを有する繋ぎリード部１３ｂを介在させたものである。この先端ヘッド２０ｂによれば、先端リード部１３ａの長さが短いので、刃先部分を再研磨する場合にその加工作業が容易になる。
【００３０】
また、上記先端ヘッド２０ｂにおいては、先端リード角βａとして負角（−５°）の場合を例示しているとともに先端リード部１３ａと繋ぎリード部１３ｂが接続する変位点においては図７の先端ヘッド２０で説明したと同様にＲ接続としている。
上記繋ぎリード部１３ｂは、その後方の捩れリード溝１３のリード角βと同一のリード角とした場合を説明したが、先端リード部１３ａの先端リード角βａと捩れリード溝１３のリード角βとの角度差が大きい場合には、繋ぎリード部１３ｂのリード角を、前記先端リード角βａより大きく捩れリード溝１３のリード角βよりも小さくすること、すなわち、繋ぎリード部１３ｂの介在により、先端リード部１３ａから捩れリード溝１３を滑らかに接続するようにしてもよい。
なお、上記先端ヘッド２０ｂの構成を前記図１の先端ヘッド部分１０に適用することができることも勿論である。
【００３１】
上記ドリル本体１１、先端ヘッド２０または２０ａ，２０ｂの成形法について説明すると、ドリル本体１１は通常のドリル成形と同様に、回転砥石を用いて３条の捩れリード溝１３を研削・研磨するとともに取付溝２１を研削研磨加工する方法、あるいは捩れリード溝１３を押し出し成形する方法が採用される。
先端ヘッド２０または２０ａ，２０ｂの成形には、ドリル本体１１と同様に回転砥石を用いた研削・研磨加工とすることもよいが、好ましくは、ダイヤモンド粉末や超硬材料などの高密度粉末を素材として型成形する方法、具体的には、それら粉末素材を超高圧および高温で型成形することにより、又はそれに加えて放電加工や研削加工などの追加工を施すことにより先端ヘッド２０全体を焼結成形体とすることがよい。
この型成形法によれば、砥石が干渉して成形し得ない複雑、緻密な掬い部や先端リード溝などの形状を作製すること可能となり、また、特にダイヤモンド粉末を素材として使用すれば刃先部分の強度を高めて耐久性（寿命）の高いドリルが得られる。
【００３２】
また、先端ヘッド２０または２０ａ，２０ｂをセラミックス成形体とすること、詳しくは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、窒化ホウ素（ＣＢＮ）などのセラミックス粉末材料を、例えば静水圧加圧（ＣＩＰ，ＨＩＰ）処理を施して成形することもよい。
さらに、上記セラミックス成形体の表面にダイヤモンド被覆層を形成すること、好ましくはダイヤモンドのナノ粒子を用いた被覆層とすることがよい。そして、ダイヤモンド被覆層を形成する場合には、ダイヤモンド被覆層の密着強度を高めるために、セラミックス成形体とダイヤモンド被覆層との間に両材料に相互に馴染む中間層を形成することが好ましい。
【００３３】
なお、上記の型成形による焼結成形体を採用する場合、又はセラミック成形体、あるいはそれにダイヤモンド被覆層を形成した先端ヘッドの場合には、上記説明で開示した先端ヘッドの構造・形状に限定されることなく、通常の刃先交換式の先端ヘッドにも適用可能である。
【００３４】
上記実施の形態の説明において、図１，４，７，１４，１５に示す先端リード部３ａ，１３ａは、何れもその全長を直線状に形成した場合を例示したが、それに限定されるものではなく、例えば、滑らかな凸面状（凸Ｒ形）や凹面状（凹Ｒ形）とすることも任意である。
【００３５】
上記実施の形態の説明において、ドリル本体の芯厚の変化や捩れリード溝の溝幅、溝深さについて特に説明していないが、それらについて限定されるものではない。すなわち、芯厚については先端からシャンク側に向けて一定、増大、減少するもの、リード溝についても、その溝幅および深さが一定あるいは変化するもの、あるいはリード角βが途中から変化するものなどいずれでも本発明に適用できるものである。
各部寸法の具体値を例示すれば、ドリル径は１／８〜１インチ（約３．１７５〜２５．４ｍｍ）で、図示例のドリルＡでは約６ｍｍ、先端リード部３ａの長さはＣＦＲＰ材料Ｗなど被削材の厚さの５０％以下（図示例で１〜１．５ｍｍ）である。
また、図９〜図１１における溝幅比、芯厚、軸溝比を例示すれば表１のとおりである。
【００３６】
【表１】
【００３７】
また、上記実施の形態においては、難削材を含む複合材料としてＣＦＲＰ材料の場合について説明したが、それに限定されるものではなく、それと同程度の難削性を有する複合材料に適用可能であること、それより切削容易な複合材料その他のワークに適用可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明ドリルの側面図である。
【図２】同ドリルの先端拡大正面図である。
【図３】図１の（３）−（３）線に沿う拡大断面図である
【図４】本発明において適用される先端リード角の範囲を示す側面図である。
【図５】本発明において先端角を１４０°とした場合の側面図である。
【図６】本発明の作用を説明する断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態のドリルを示す部分拡大側面図である。
【図８】同ドリルの先端正面図である。
【図９】図７の（９）−（９）線に沿う断面図である。
【図１０】同（１０）−（１０）線に沿う断面図である。
【図１１】同（１１）−（１１）線に沿う断面図である。
【図１２】図７のドリルの斜視図であり、その（１）は組立状態、（２）は分解した先端ヘッドの裏側斜視図、（３）は分解したドリル本体である。
【図１３】先端ヘッドをボルト止めにより取り付ける実施例の先端正面図である。
【図１４】先端角を二段変化させた先端ヘッドの他の実施例の側面図である。
【図１５】先端リード部を改良した先端ヘッドのさらに他の実施例の側面図である。
【図１６】従来ドリルで加工した場合における問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：ドリル本体 ３：捩れリード溝
３ａ：先端リード部 ５：先端切り刃
５ａ：外周刃部 ９：冷媒路
９ａ：冷却孔 １０：先端ヘッド部分
β：捩れリード溝のリード角 βａ：先端リード角
θ：外周掬い角 １１：ドリル本体
１３：捩れリード溝 １３ａ：先端リード部
１５：先端切り刃 １５ａ：外周刃部
１９：冷媒路 １９ａ：冷却孔口
２０：先端ヘッド ２０ａ：先端ヘッド
２０ｂ：先端ヘッド ２１：取付溝
２２：係合突起 ２３：ボルト止め
【技術分野】
【０００１】
本発明はドリルに関し、特に航空機用素材として多用されている炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）など難削材を含む材料が積層された複合材料に適用して有用なドリルであって、ドリル本体の外周面に捩れリード溝を形成し、先端面に先端角により形成される切り刃を有するツイストドリルの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、航空機の主要部品として多用されているＣＦＲＰなど難削材を含む複合材料Ｗをワーク（被穿孔材料）としてドリルで穿孔加工を行う場合に、炭素繊維の毛羽立ちが原因となって図１６に示すように、表面の孔周辺が捲れ上がった状態Ｐや裏面の孔周辺に髭バリが突出した状態Ｑが発生するなど加工精度および品質上の問題点があった。
上記問題点を解決せんとして、従来、ドリル本体の外径を変化させるバックテーパ部を形成し、捩れリード溝のリード角に対して先端角を二段変化させる改良（特許文献１）、あるいは、センタリング切刃を中心としてその両側円周面に先端が被穿孔面に対し弧状をなす略三日月形の主切刃を形成し、前記センタリング切刃と主切刃間には切込み刃を形成して、それらが正面から見て略Ｍ字形状の刃先形状となるような改良（特許文献２）などがみられた。
【０００３】
また、本願の発明者らは、特に高強度繊維複合材料、例えばミリ波レーダーアンテナのアンテナ基板を穿孔することに好適なドリルを開発し出願している（特許文献３：特願２００５−３３８８４１号）。
この先願ドリルの基本構造は、ドリル本体の先端部分に、先端角により形成される一対の切り刃および逃げ面が形成されるが、その逃げ面の外周肩部をＲ面取りした湾曲面とし、切り刃および前記肩部近傍の捩れリード溝に掬い部を設け、かつ切り刃の稜線を先端部から外周端に向けた凹曲線状とそれに続く湾曲状にし、全体として切り刃を側面視Ｓ字曲線からなる鋭利な刃先形状としたものであり、それにより、表面層の捲れ上がり、孔内の髭残りや裏面層の下バリ発生を防止するものである。
【０００４】
【特許文献１】実公昭５９−３３５４６号公報
【特許文献２】特開平８−７１８２４号公報
【特許文献３】特願２００５−３３８８４１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１や特許文献２の従来技術においても、ＣＦＲＰ材料Ｗを穿孔した際の捲れ上がりＰや強靱な繊維の髭バリＱの発生に対して十分に効果的な解決手段を得ることはできず、特許文献３の従来技術を採用したときでも、ＣＦＲＰ材料Ｗに適用した場合には、孔内の髭残りや裏面層の髭バリＱの発生を防止できたものの表面層の捲れ上がりＰの防止に十分ではなかった。
【０００６】
本発明は上記従来事情に鑑み、上記特許文献３のドリルをさらに改良することを基本として、ＣＦＲＰなど難削材を含む複合材料に対する課題であった表面層の捲れ上がりＰおよび裏面層の髭バリＱの発生を効果的に防止して加工精度の高いドリルを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、ドリル本体の先端ヘッド部分の構造や材質の改良によりドリルの製作性および耐久性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
斯る本発明は、ドリル本体の外周面に所定のリード角βをもつ捩れリード溝を形成し、先端面に先端角により形成される切り刃を有するドリルにおいて、そのドリル本体の先端ヘッド部分に、前記捩れリード溝の先端リード角βａを前記リード角βより小さな角度−１０°〜＋１０°の範囲の一定値に設定した先端リード部を形成し、外周掬い角の設定により前記切り刃に刃先形状を鋭利にした外周刃部を形成するとともに切り刃の稜線を凹曲線状となしたことを特徴とする（請求項１）。すなわち、一般的な捩れリード溝は先端まで一定であって、そのリード角βが２０°〜３０°であるところ、先端リード角βａを−１０°〜＋１０°の角度に変化させたことを第１の特徴とし、外周刃部を鋭利にし、かつ切り刃稜線を凹曲線状となしたことを第２の特徴とするものである。
なお、第２の特徴は、前記特許文献３の先願発明を実質的に応用した構成、第１の特徴が先願発明を改良・変更した構成である。
【０００８】
上記第１の特徴によれば、穿孔加工の初期において先端リード部３ａのラジアル方向に作用する力成分がスラスト方向寄りの向きになるので、外周刃部およびそれに続く先端リード部による切り上がりが抑制されて確実な切り込みが開始され、また第２の特徴によれば、穿孔加工の貫通直前に切り刃稜線の凹曲線内に切屑がリング状で残り、それが略そのままの状態で維持されて貫通時またはその直後に切り離されるので、孔出口部分の繊維部材が確実に切断される。
【０００９】
そして、上記外周刃部の具体的な構造は、外周掬い角を２０°〜４０°に設定することにより鋭利な刃先形状が形成される（請求項２）。この鋭利な外周刃部は、砥石を使用した掬い加工により形成する方式、あるいは後述の刃先交換可能な先端ヘッドのように型成形により形成する方式の何れでもよい。もっとも、前者の掬い加工により外周刃部を形成する場合には、先端切り刃稜線の凹曲線も必然的に同時に形成されものである。
また、上記先端切り刃は、直径方向の対向位置にそれぞれ切り刃が配置される二枚刃構造でもよいが、それに比べて求心性による安定した穿孔切削が可能な三枚刃であることが好ましい（請求項３）。
さらに、上記ドリル本体の先端切り刃を形成する先端角は、標準的には１１８°〜１３０°であるところ、前記切り刃稜線の凹曲線をより効果的にするために、標準より鈍角な１４０°〜１５０°とすることが好ましい（請求項４）。もっとも三枚刃構造の場合は、スラスト方向の切削抵抗が大きくなるので、その抵抗を軽減するために先端中央部を１２０°程度とし、その外周を１４０°〜１５０°として二段変化させることもよい（請求項５）。
【００１０】
上記ドリル本体には先端切り刃を冷却する構造を付設することが好ましい。
その冷却構造としては、ドリル本体の軸中心に冷媒路を穿孔し、その冷媒路より分岐させた冷却孔を上記各リード溝内の先方部に開口し、該冷却孔の開口より噴射する冷媒が先端切り刃の稜線に向けて噴射するようにする（請求項６）。
また、上記ドリル本体は刃先交換式、つまり、上記先端ヘッド部分がドリル本体と別体に成形され、ドリル本体の先端に着脱可能に取り付けられた構造であってもよい（請求項７）。その刃先交換式の場合、先端ヘッドは、超硬合金素材を砥石で切削・研削加工し、あるいは超高圧焼結体やダイヤモンド刃先を付設し、又は表面にダイヤモンドなどの硬質被膜を被覆する一般的な成形法でもよいが、複雑な形状に対応できる型成形とすることがよく、特に先端ヘッド全体が、ダイヤモンド粉末や超硬材料の高密度粉末を素材として超高圧で焼結させた成形品であることが好ましい（請求項８）。
【００１１】
さらに、上記先端ヘッドは、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナなどのセラミックス成形品であること（請求項９）、あるいは、それにダイヤモンド被覆を形成することが好ましい（請求項１０）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、穿孔加工の初期において、外周刃部およびそれに続く先端リード部による切り上がりが抑制されて確実な切り込みが開始されるので、ＣＦＲＰなど難削材を含む複合材料をワークとして穿孔加工する場合でも、その表面層の捲れ上がりＰが防止されるとともに、鋭利な外周刃部に形成される凹曲線状稜線によって、穿孔出口部分の繊維部材が確実に切断されるので裏面層の髭バリＱの発生も防止することができる。しかも、先端切り刃を三枚刃構造とすれば、前記捲れ上がりおよび髭バリの防止と併せて真円形状の穿孔が確保されるなど加工精度の高いドリルを提供することができる（請求項１〜５）。
また、ドリル本体に設けた冷媒路を通してエアーなどの冷媒を、先端ヘッド部分における捩れリード溝内から切り刃稜線に向けて直接に噴射することにより、切り刃の高い冷却効果が得られてドリルの耐久性を向上させることができるとともにリード溝内の先端で反転する冷媒流により切屑の排出効果が一段と向上する（請求項６）。
【００１３】
そして、請求項７のように先端ヘッド部分をドリル本体に着脱可能な刃先交換式とすれば、ＣＦＲＰ材料など刃先部分が摩耗し易い場合でも、先端ヘッドを交換または再研磨して常に最良な切削性を確保することができる。
しかも、刃先交換方式により請求項８のように先端ヘッド部分を型成形することもできるので、従来の研削・研磨加工では得られない複雑な構造・形状の先端ヘッドが得られ、これまで以上に機能的なドリルを提供することができる。
また、請求項９のように先端ヘッド部分をセラミックス成形体とすることにより当該部分の強靭性を高めることができ、さらに、請求項１０のように、ダイヤモンド被覆層を形成することによって耐摩耗性を向上させて特にＣＦＲＰなど難削性材料に好適なドリルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態を図面により説明すると、図１〜図４は本発明ドリルＡの基本形態を例示するもので、図１は側面図、図２は先端面側をみた正面図、図３は（３）−（３）線に沿う断面図である。
ドリル本体１は、超硬合金や高速度鋼など超硬質材料製であって、軸線回りに回転される略円柱状の一側（後方側）にシャンク２を備え、先方側には切屑排出用の３条の捩れリード溝３，３，３を形成したランド部４を設けており、先端のヘッド部分１０には、先端角αにより形成される切り刃５，５，５と、各切り刃から円周方向へ連なる逃げ面６および切屑を排出しやすくするためのシンニング７と、シンニングにより形成されるチゼルエッジ８を備えている。
また、ドリル本体１は、前記シャンク２の端面から先端ヘッド部分１０に向けた軸中心に冷媒路９を開孔している。
【００１５】
上記切り刃５，５，５は、前記３条の捩れリード溝３，３，３により中心角１２０°毎に配置された三枚刃構造を例示しており、その各切り刃５は前記チゼルエッジ８の各端から外周端に向けて形成され、実質的には、チゼルエッジ８が一次切り刃として機能し、前記切り刃５が二次切り刃として機能するものである。
【００１６】
上記各捩れリード溝３は、先端ヘッド部分１０からシャンク２側へ向けて、一般には、リード角（捩れ角）βを２０°〜３０°の範囲の中から一定値で開溝されるものであるが、本発明においては、先端ヘッド部分１０だけのリード角（先端リード角）βａを、図１に示すようにリード角βより小さな角度（図示例では５°）に設定し、先端ヘッド部分１０に先端リード部３ａを形成する。すなわち、捩れリード溝３は、先端ヘッド部分１０においてリード角βａが５°の先端リード部３ａを有し、そこから所定のリード角β（特に限定されないが２０°〜３０°）に変化するものである。
なお、上記先端リード角βａは、前記５°に限定されるものではなく、捩れリード溝３のリード角やワークの材質等に対応して−１０°〜＋１０°の範囲の一定値で有効である（図４参照）。すなわち、リード角βａが１０°を超えると捲れ上がりＰを防止する機能が達成できず、−１０°未満になると切削性自体が低下することになるからである。さらに先端リード角βａの好ましい範囲は−５°〜＋５°である。
【００１７】
また、先端ヘッド部分１０においては、図２、図３に示すように、捩れリード溝３を大きな外周掬い角θに設定することにより前記先端切り刃５の外周に鋭利な刃先形状をもった外周刃部５ａを形成する。
この外周掬い角θは、外周刃部５ａの切削性および刃先強度を考慮して２０°〜４０°、好ましくは３０°〜４０°の中の一定値に設定する。外周掬い角θが２０°未満では所望の切削性が得られず、４０°を超えると刃先強度が低く耐久性が得られないからである。
【００１８】
そして、上記外周掬い角θの掬い面を形成することにより、各切り刃５は、鋭利な前記外周刃部５ａが形成されるばかりでなく、前記チゼルエッジ８の各端から外周刃部５ａに向けた切り刃稜線が凹曲線状に形成される。
この切り刃稜線の凹曲線形状は、外周掬い角θが同じ場合では前記先端角αにより変化する。具体的には、標準的な先端角αは１１８°〜１３０°であるので、図１においては先端角αが１２０°の場合を例示するが、図５のように先端角αを１４０°にすると、切り刃稜線の凹曲深さが図１の場合よりも大きく、すなわち、先端角αが大きい場合ほど凹曲線深さが深くなる。
なお、ＣＦＲＰ材料Ｗの加工においては、切屑が非常に硬く粉状になるため大容量の切屑を迅速に排出することが重要であることを考慮すると、前記切り刃稜線の凹曲線深さは深いことが好ましい。
【００１９】
一方、三枚刃構造のドリルＡにおいては、先端角αが大きくなるとスラスト方向（穿孔方向）の切削抵抗が大きくなることを考慮して、先端角αを標準角度より大きくする場合でも１４０°〜１５０°の範囲に設定する。
なお、切削抵抗をより軽減させるためには、上記の先端角１４０°〜１５０°の範囲であっても、先端角を二段変化、つまり中央部の先端角を１２０°前後にし、その外周先端角を１４０°〜１５０°の範囲に設定すればよい（図１４）。なお、図１４においては、刃先交換式の先端ヘッド２０について図示するが、前記先端ヘッド部分１０に適用できること勿論である。
【００２０】
上記冷媒路９は、その後端を前記シャンク２の後端面に開口してドリル本体１の軸中心に延設され、先端を先端ヘッド部分１０の前記先端リード部３ａの近傍、具体的には、先端リード部３ａの僅か後部位に配置して該先端に三本に分岐させた冷却孔９ａを形成し、その各冷却孔９ａの先端を前記捩れリード溝３内に開口する。
各冷却孔９ａには、ドリルの穿孔加工時に冷媒路９を介して冷媒が供給されるが、その冷媒が捩れリード溝３内から先端切り刃５の稜線に向けて、より好ましくは切り刃５の外周刃部５ａおよび先端リード部３ａに向けて噴射し該部分を冷却するとともに切削された切屑を捩れリード溝３内後方へ排出するようにする。
【００２１】
なお、冷媒としてはエアー、水、油などが使用されるが、ＣＦＲＰ材料Ｗを穿孔する場合には、切屑が非常に硬く粉状になるため水、油など液体の使用は不適合であることを考慮し、しかも膨張による冷却率の高いエアーを使用することが好ましい。
【００２２】
而して、上記ドリルＡ（先端角αは図５の１４０°を例示）を用いてＣＦＲＰ材料Ｗを穿孔加工する場合の作用について図６により説明する。
先ず、冷媒路９にエアーを供給しながらドリルＡを高速回転させてＣＦＲＰ材料Ｗに穿孔加工を開始するが、その初期には、先端ヘッド部分１０の中心が当接し各チゼルエッジ８により切削して芯出しがなされ、その直後から鋭利な外周刃部５ａがＣＦＲＰ材料Ｗの表面を先端リード部３ａで押し下げながら切り込みを開始する（図６（１）参照）。この切り込み初期において、外周刃部５ａが円形を描きながら切り込むとともに、外周刃部５ａに続く先端リード部３ａの先端リード角βａの設定により，先端リード部３ａのラジアル方向に作用する力成分がスラスト方向寄りの向き、すなわち外周刃部５ａによる炭素繊維の切削力がドリルの進行方向に対して上向きに作用するのでなく下向きに作用する。それによって、図１６に示したような表面の捲れ上がりＰを防止することができる。
【００２３】
次いで、ドリルＡが進行する穿孔中においては、外周刃部５ａの鋭利な刃先形状により切削されるので、炭素繊維が確実に切断されて孔内における髭残りが防止できるるとともに、穿孔が貫通する直前には、図６（２）に示すように、切り刃５の稜線で形成される凹曲線部内に切屑がリング状に残り、その切屑が穿孔貫通時に略そのままの状態で切り離されるので（図６（３）参照）、図１６に示したような裏面における髭バリＱの発生を防止することができる。
なお、上記穿孔加工中に冷媒路９に供給されたエアーにより、切屑が捩れリード溝３を通して後方へ排出され、また先端切り刃５の外周刃部５ａおよび先端リード部３ａに向けて噴射され冷却作用を及ぼすことは勿論である。特に、冷媒としてエアーの供給、切り刃稜線の凹曲線深さにより、ＣＦＲＰ材料Ｗの加工において、大容量の切屑を迅速に排出することが可能なことは前述のとおりである。
【００２４】
次に、図７〜図１２は本発明の他の実施例を示すもので、詳しくは、上述した先端ヘッド部分１０に相当する先端ヘッド２０をドリル本体１１と別体に成形し、それをドリル本体１１に着脱可能とした刃先交換式の場合である。
ドリル本体１１が、３条の捩れリード溝１３，１３，１３、ランド部１４，１４，１４を有することや材質を超硬合金等にすることは前示ドリル本体１と同様である。
ドリル本体１１は、その軸心部を貫通する冷媒路１９を形成し、先端面すなわち先端ヘッド２０を接合させる端面には、中心から各ランド部４へ放射状に延びる取付溝２１を形成し、各取付溝２１に先端ヘッド２０の係合突起２２を嵌め合ようにする。
また、ドリル本体１１には、前記冷媒路１９の先端外周面に各捩れリード溝３に冷却孔口１９ａを開口し、冷媒路１９へ供給される冷媒（エアー）が先端ヘッド２０の切れ刃１５へ向けて噴射するようにする。
【００２５】
先端ヘッド２０が、凹曲線状の稜線を有する切り刃１５を形成していること、その外周に鋭利な外周刃部１５ａを形成していること、および前記捩れリード溝１３のリード角βより小さな角度の先端リード角βａを有する先端リード部１３ａを形成していることは、それらの機能と併せて前示先端ヘッド部分１０と同様であるので詳細な説明は省略する。
この図７の先端リード部１３ａは、前記外周刃部１５ａから先端ヘッド２０の裏面つまり後面に至る区域に形成され、すなわち、その区域が一定の先端リード角βａに形成され、その後端においてドリル本体１１の捩れリード溝１３に接続、つまりリード角βに変位する場合を例示している。なお、その変位点においては、製作性および耐久性を高めるために滑らかな角度変化となるようにＲ接続にする。
【００２６】
この先端ヘッド２０は、その裏面に前記ドリル本体１１の各取付溝２１に嵌め合う係合突起２２を形成しており、各取付溝２１は略Ｖ形溝とし、各係合突起２２は略Ｖ形状として両者がガタツキなく嵌め合って位置決めされるようにする。すなわち、各取付溝２１と各係合突起２２との嵌合により、ドリル本体１１の各捩れリード溝１３が先端ヘッド２０へ連続するように接合可能にする。また、上記各取付溝２１と各係合突起２２との嵌合構造は、先端ヘッド２０の回転トルクを支承するものである。
【００２７】
上記先端ヘッド２０は、ドリル本体１１の先端面にろう付けすることにより一体的に結合し、再研磨時など必要に応じてろうを溶融させることによりドリル本体１１から取り外すことも可能である。また、ドリル径が大きい場合には、ろう付けに代えて、図１３に例示するように、３箇所をボルト止め２３により先端ヘッド２０をドリル本体１１に着脱可能に取り付けるようにすることも任意である。
なお、この刃先交換式のドリルを使用することにより、捲れ上がりＰおよび髭バリＱを防止する前述した作用が得られることは容易に理解されるので、説明の便宜上詳細は省略する。
【００２８】
図１４および図１５は上記先端ヘッド２０を改良した他の実施例を示すものである。
図１４の先端ヘッド２０aは、前述したとおり、先端角αを二段変化、具体的には中央部を１２０°、その外周部を１４０°に設定した場合である。それにより、先端ヘッド２０による切り込み時における切削抵抗を軽減させるとともに切り刃稜線の凹曲線深さを確保させて、ＣＦＲＰ材料Ｗの捲れ上がりＰおよび髭バリＱの発生を一層確実に防止させる構造としたものである。
【００２９】
図１５の先端ヘッド２０ｂは、先端リード部１３ａの長さを短くした場合である。すなわち、先の図７の先端ヘッド２０においては、先端リード部１３ａを外周刃部１５ａから先端ヘッド２０の裏面までの区域としたが、先端ヘッド２０ｂにおいては、その区域を短く形成したものである。
具体的には、先端リード部１３ａは、外周刃部１５ａから先端ヘッド２０ｂの裏面までの区域の略１／５程度の長さに形成し、その後方に捩れリード溝１３と同一のリード角βを有する繋ぎリード部１３ｂを介在させたものである。この先端ヘッド２０ｂによれば、先端リード部１３ａの長さが短いので、刃先部分を再研磨する場合にその加工作業が容易になる。
【００３０】
また、上記先端ヘッド２０ｂにおいては、先端リード角βａとして負角（−５°）の場合を例示しているとともに先端リード部１３ａと繋ぎリード部１３ｂが接続する変位点においては図７の先端ヘッド２０で説明したと同様にＲ接続としている。
上記繋ぎリード部１３ｂは、その後方の捩れリード溝１３のリード角βと同一のリード角とした場合を説明したが、先端リード部１３ａの先端リード角βａと捩れリード溝１３のリード角βとの角度差が大きい場合には、繋ぎリード部１３ｂのリード角を、前記先端リード角βａより大きく捩れリード溝１３のリード角βよりも小さくすること、すなわち、繋ぎリード部１３ｂの介在により、先端リード部１３ａから捩れリード溝１３を滑らかに接続するようにしてもよい。
なお、上記先端ヘッド２０ｂの構成を前記図１の先端ヘッド部分１０に適用することができることも勿論である。
【００３１】
上記ドリル本体１１、先端ヘッド２０または２０ａ，２０ｂの成形法について説明すると、ドリル本体１１は通常のドリル成形と同様に、回転砥石を用いて３条の捩れリード溝１３を研削・研磨するとともに取付溝２１を研削研磨加工する方法、あるいは捩れリード溝１３を押し出し成形する方法が採用される。
先端ヘッド２０または２０ａ，２０ｂの成形には、ドリル本体１１と同様に回転砥石を用いた研削・研磨加工とすることもよいが、好ましくは、ダイヤモンド粉末や超硬材料などの高密度粉末を素材として型成形する方法、具体的には、それら粉末素材を超高圧および高温で型成形することにより、又はそれに加えて放電加工や研削加工などの追加工を施すことにより先端ヘッド２０全体を焼結成形体とすることがよい。
この型成形法によれば、砥石が干渉して成形し得ない複雑、緻密な掬い部や先端リード溝などの形状を作製すること可能となり、また、特にダイヤモンド粉末を素材として使用すれば刃先部分の強度を高めて耐久性（寿命）の高いドリルが得られる。
【００３２】
また、先端ヘッド２０または２０ａ，２０ｂをセラミックス成形体とすること、詳しくは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、窒化ホウ素（ＣＢＮ）などのセラミックス粉末材料を、例えば静水圧加圧（ＣＩＰ，ＨＩＰ）処理を施して成形することもよい。
さらに、上記セラミックス成形体の表面にダイヤモンド被覆層を形成すること、好ましくはダイヤモンドのナノ粒子を用いた被覆層とすることがよい。そして、ダイヤモンド被覆層を形成する場合には、ダイヤモンド被覆層の密着強度を高めるために、セラミックス成形体とダイヤモンド被覆層との間に両材料に相互に馴染む中間層を形成することが好ましい。
【００３３】
なお、上記の型成形による焼結成形体を採用する場合、又はセラミック成形体、あるいはそれにダイヤモンド被覆層を形成した先端ヘッドの場合には、上記説明で開示した先端ヘッドの構造・形状に限定されることなく、通常の刃先交換式の先端ヘッドにも適用可能である。
【００３４】
上記実施の形態の説明において、図１，４，７，１４，１５に示す先端リード部３ａ，１３ａは、何れもその全長を直線状に形成した場合を例示したが、それに限定されるものではなく、例えば、滑らかな凸面状（凸Ｒ形）や凹面状（凹Ｒ形）とすることも任意である。
【００３５】
上記実施の形態の説明において、ドリル本体の芯厚の変化や捩れリード溝の溝幅、溝深さについて特に説明していないが、それらについて限定されるものではない。すなわち、芯厚については先端からシャンク側に向けて一定、増大、減少するもの、リード溝についても、その溝幅および深さが一定あるいは変化するもの、あるいはリード角βが途中から変化するものなどいずれでも本発明に適用できるものである。
各部寸法の具体値を例示すれば、ドリル径は１／８〜１インチ（約３．１７５〜２５．４ｍｍ）で、図示例のドリルＡでは約６ｍｍ、先端リード部３ａの長さはＣＦＲＰ材料Ｗなど被削材の厚さの５０％以下（図示例で１〜１．５ｍｍ）である。
また、図９〜図１１における溝幅比、芯厚、軸溝比を例示すれば表１のとおりである。
【００３６】
【表１】
【００３７】
また、上記実施の形態においては、難削材を含む複合材料としてＣＦＲＰ材料の場合について説明したが、それに限定されるものではなく、それと同程度の難削性を有する複合材料に適用可能であること、それより切削容易な複合材料その他のワークに適用可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明ドリルの側面図である。
【図２】同ドリルの先端拡大正面図である。
【図３】図１の（３）−（３）線に沿う拡大断面図である
【図４】本発明において適用される先端リード角の範囲を示す側面図である。
【図５】本発明において先端角を１４０°とした場合の側面図である。
【図６】本発明の作用を説明する断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態のドリルを示す部分拡大側面図である。
【図８】同ドリルの先端正面図である。
【図９】図７の（９）−（９）線に沿う断面図である。
【図１０】同（１０）−（１０）線に沿う断面図である。
【図１１】同（１１）−（１１）線に沿う断面図である。
【図１２】図７のドリルの斜視図であり、その（１）は組立状態、（２）は分解した先端ヘッドの裏側斜視図、（３）は分解したドリル本体である。
【図１３】先端ヘッドをボルト止めにより取り付ける実施例の先端正面図である。
【図１４】先端角を二段変化させた先端ヘッドの他の実施例の側面図である。
【図１５】先端リード部を改良した先端ヘッドのさらに他の実施例の側面図である。
【図１６】従来ドリルで加工した場合における問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：ドリル本体 ３：捩れリード溝
３ａ：先端リード部 ５：先端切り刃
５ａ：外周刃部 ９：冷媒路
９ａ：冷却孔 １０：先端ヘッド部分
β：捩れリード溝のリード角 βａ：先端リード角
θ：外周掬い角 １１：ドリル本体
１３：捩れリード溝 １３ａ：先端リード部
１５：先端切り刃 １５ａ：外周刃部
１９：冷媒路 １９ａ：冷却孔口
２０：先端ヘッド ２０ａ：先端ヘッド
２０ｂ：先端ヘッド ２１：取付溝
２２：係合突起 ２３：ボルト止め
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリル本体の外周面に所定のリード角βをもつ捩れリード溝を形成し、先端面に先端角により形成される切り刃を有するドリルにおいて、そのドリル本体の先端ヘッド部分に、前記捩れリード溝の先端リード角βａを前記リード角βより小さな角度−１０°〜＋１０°の範囲の一定値に設定した先端リード部を形成し、外周掬い角の設定により前記切り刃に刃先形状を鋭利にした外周刃部を形成するとともに切り刃の稜線を凹曲線状となしたことを特徴とするドリル。
【請求項２】
上記外周掬い角が２０°〜４０°であることを特徴とする請求項１記載のドリル。
【請求項３】
上記先端切り刃が、３条の捩れリード溝により中心角１２０°毎に配置される三枚刃であることを特徴とする請求項１または２記載のドリル。
【請求項４】
上記先端ヘッド部分の先端角を１４０°〜１５０°としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のドリル。
【請求項５】
上記先端角が、先端中央部を約１２０°とし、その外周を１４０°〜１５０°としたことを特徴とする請求項４記載のドリル。
【請求項６】
ドリル本体の軸中心に冷媒路を穿孔し、その冷媒路より分岐させた冷却孔を上記各リード溝内の先方部に開口し、該冷却孔の開口より噴射する冷媒が先端切り刃の稜線に向けて噴射するようにしたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載のドリル。
【請求項７】
上記先端ヘッド部分が、ドリル本体と別体であってドリル本体の先端に着脱可能に取り付けられた刃先交換式であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載のドリル。
【請求項８】
上記先端ヘッド部分が粉末材料を型成形により形成した焼結成形体であることを特徴とする請求項７記載のドリル。
【請求項９】
上記先端ヘッド部分が炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナなどのセラミックス成形体であることを特徴とする請求項８記載のドリル。
【請求項１０】
上記先端ヘッド部分がセラミックス成形体の表面にダイヤモンド被覆層を形成していることを特徴とする請求項９記載のドリル。
【請求項１】
ドリル本体の外周面に所定のリード角βをもつ捩れリード溝を形成し、先端面に先端角により形成される切り刃を有するドリルにおいて、そのドリル本体の先端ヘッド部分に、前記捩れリード溝の先端リード角βａを前記リード角βより小さな角度−１０°〜＋１０°の範囲の一定値に設定した先端リード部を形成し、外周掬い角の設定により前記切り刃に刃先形状を鋭利にした外周刃部を形成するとともに切り刃の稜線を凹曲線状となしたことを特徴とするドリル。
【請求項２】
上記外周掬い角が２０°〜４０°であることを特徴とする請求項１記載のドリル。
【請求項３】
上記先端切り刃が、３条の捩れリード溝により中心角１２０°毎に配置される三枚刃であることを特徴とする請求項１または２記載のドリル。
【請求項４】
上記先端ヘッド部分の先端角を１４０°〜１５０°としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のドリル。
【請求項５】
上記先端角が、先端中央部を約１２０°とし、その外周を１４０°〜１５０°としたことを特徴とする請求項４記載のドリル。
【請求項６】
ドリル本体の軸中心に冷媒路を穿孔し、その冷媒路より分岐させた冷却孔を上記各リード溝内の先方部に開口し、該冷却孔の開口より噴射する冷媒が先端切り刃の稜線に向けて噴射するようにしたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載のドリル。
【請求項７】
上記先端ヘッド部分が、ドリル本体と別体であってドリル本体の先端に着脱可能に取り付けられた刃先交換式であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載のドリル。
【請求項８】
上記先端ヘッド部分が粉末材料を型成形により形成した焼結成形体であることを特徴とする請求項７記載のドリル。
【請求項９】
上記先端ヘッド部分が炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナなどのセラミックス成形体であることを特徴とする請求項８記載のドリル。
【請求項１０】
上記先端ヘッド部分がセラミックス成形体の表面にダイヤモンド被覆層を形成していることを特徴とする請求項９記載のドリル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−８０６（Ｐ２００９−８０６Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３０７１４（Ｐ２００８−１３０７１４）
【出願日】平成２０年５月１９日（２００８．５．１９）
【出願人】（５０３０７１４２８）ＮＥＸＴ Ｉ＆Ｄ株式会社 (11)
【出願人】（５９６１５７０４５）ビーティーティー株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１９日（２００８．５．１９）
【出願人】（５０３０７１４２８）ＮＥＸＴ Ｉ＆Ｄ株式会社 (11)
【出願人】（５９６１５７０４５）ビーティーティー株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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