ドリル
【課題】焼き入れ鋼等の高硬度材料に高精度で穴あけ加工を施すことができるとともにドリル本体の摩耗や欠損を防止することが可能なドリルを提供する。
【解決手段】ドリル１において、先端逃げ面２０Ａ、２０Ｂを二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂ、三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂ及びこれらを滑らかに接続する凸曲面２３Ａ、２３Ｂとから構成し、チゼルエッジ４０を二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂ同士が交差して形成される中心チゼル４１と、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと凸曲面２３Ａ、２３Ｂとが交差して形成されて、中心チゼル４０の両端にそれぞれ接続される一対の湾曲チゼル４２Ａ、４２Ｂとから構成して、ドリル本体１０の正面視にてＳ字状を呈するようにする。
【解決手段】ドリル１において、先端逃げ面２０Ａ、２０Ｂを二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂ、三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂ及びこれらを滑らかに接続する凸曲面２３Ａ、２３Ｂとから構成し、チゼルエッジ４０を二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂ同士が交差して形成される中心チゼル４１と、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと凸曲面２３Ａ、２３Ｂとが交差して形成されて、中心チゼル４０の両端にそれぞれ接続される一対の湾曲チゼル４２Ａ、４２Ｂとから構成して、ドリル本体１０の正面視にてＳ字状を呈するようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被削材に対して加工穴を形成するドリルに関するものであり、特に、焼き入れ鋼等の高硬度材料からなる被削材に対して加工穴を形成するのに好適なドリルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軸線回りに回転されるドリル本体の刃部の外周側面に、該刃部の先端から後端側に向けて延びる一対の切屑排出溝が形成され、該切屑排出溝のドリル回転方向前方を向く壁面の先端領域がそれぞれすくい面とされ、刃部の先端面に前記軸線を中心とする点対称とされた先端逃げ面が前記すくい面に対応するように一対形成され、すくい面と先端逃げ面との交差稜線部にそれぞれ切刃が形成されたドリルが知られている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００３】
このようなドリルの先端中央には、一対の先端逃げ面が交差することにより形成されるチゼルエッジが設けられている。被削材に穴あけ加工を施す際には、ドリル本体が軸線回りに回転させられながら軸線方向の先端側へ向かって送られ、ドリル先端中央のチゼルエッジが被削材の加工ポイントに喰い込むことにより穴あけ箇所が正確に定められる。
また、切削時には、チゼルエッジが被削材に喰い付きながら順次被削材を押し潰していくことによりドリル本体を軸線方向に沿って案内し、該ドリル本体の振れが抑制される。
【特許文献１】特開２００８−９３８０５号公報
【特許文献２】特開２００６−５５９６５号公報
【特許文献３】特開２００８−１４４６３０号公報
【特許文献４】特開２００８−２６８１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のドリルにおいては、特に焼き入れ鋼等の高硬度材料に複数連続して加工穴を形成する場合、加工回数が多くなるに連れてチゼルエッジに摩耗、欠損等が生じていく。これによって、チゼルエッジによる被削材の加工位置のポイントの正確性が低下するとともに被削材への喰い付きが悪くなり、加工穴間のピッチにばらつきが生じる等、加工精度が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、焼き入れ鋼等の高硬度材料に高精度で穴あけ加工を施すことができるとともにドリル本体の摩耗や欠損を防止することが可能なドリルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係るドリルは、軸線回りに回転されるドリル本体の刃部の外周側面に、該刃部の先端から後端側に向けて延びる一対の切屑排出溝が形成され、該切屑排出溝のドリル回転方向前方を向く壁面の先端領域がそれぞれすくい面とされ、前記刃部の先端面に前記軸線を中心とする点対称とされた先端逃げ面が前記すくい面とそれぞれ交差するように一対形成され、前記すくい面と前記先端逃げ面との交差稜線部にそれぞれ切刃が形成されてなるドリルにおいて、前記先端逃げ面が、前記切刃に連なる二番逃げ面と、前記二番逃げ面よりも大きな逃げ角を有して該二番逃げ面の工具回転方向後方側に連なる三番逃げ面とを有し、前記二番逃げ面と前記三番逃げ面との境界領域にこれら二番逃げ面及び三番逃げ面を滑らかに接続する凸曲面が形成され、前記先端逃げ面同士の交差稜線部であるチゼルエッジが、前記二番逃げ面同士が交差して形成される中心チゼルと、一方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面と他方の前記先端逃げ面の前記凸曲面とが交差して形成されるとともに他方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面と一方の前記先端逃げ面の前記凸曲面とが交差して形成されて、前記中心チゼルの両端にそれぞれ接続される一対の湾曲チゼルとを備え、前記ドリル本体の正面視にてＳ字状をなしていることを特徴とする。
【０００７】
このような特徴のドリルによれば、二番逃げ面と三番逃げ面との境界領域に凸曲面が形成されてチゼルエッジに湾曲チゼルが設けられたことによって、チゼルエッジが受ける切削抵抗が低下する。これにより、チゼルエッジの耐久性が向上し、摩耗、欠損等を防止することができる。
また、チゼルエッジがＳ字状をなしていることによりドリル本体の加工穴の中心への求心性が向上するため、該ドリル本体の振れを抑制して、所望の位置に精度高く加工穴を形成することができる。
【０００８】
また、本発明に係るドリルは、前記チゼルエッジが、一方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面と他方の前記先端逃げ面の前記三番逃げ面とが交差して形成されるとともに他方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面と一方の前記先端逃げ面の前記三番逃げ面とが交差して形成され、各前記湾曲チゼルにそれぞれ滑らかに接続されて前記ドリル本体外周側に向かって延びる一対の直線チゼルをさらに備え、これら直線チゼルはそれぞれドリル回転方向前方側に偏心しており、各前記直線チゼルの偏心量の合計が、前記ドリル本体の直径Ｄに対して０．０５Ｄ〜０．１Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
直線チゼルの偏心量の合計が０．０５Ｄ未満の場合、チゼルエッジのＳ字のカーブが小さくなることから、ドリル本体の加工穴の中心線への求心性が低下して加工精度の低下を招いてしまう。また、当該偏心量の合計が０．１Ｄを超えると、チゼルエッジによる被削材への喰い付きが弱くなるとともに切削抵抗が増大し、加工精度の低下及びドリル本体の摩耗や欠損等が生じ易くなる。
本発明のドリルによれば、直線チゼルの偏心量の合計が０．０５Ｄ〜０．１Ｄの範囲に設定されていることから、ドリル本体の加工穴中心への求心性及びドリル本体の耐久性を高く維持して、精度の高い穴加工を施すことが可能となる。
【００１０】
さらに、本発明のドリルは、前記凸曲面の正面視における延在方向に直交し、かつ、前記軸線に平行な断面における該凸曲面の曲率半径が、前記ドリル本体の直径Ｄに対して０．１Ｄ〜０．６Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする。
【００１１】
円弧面の曲率半径が０．１Ｄ未満の場合には工具剛性が低下する一方、０．６Ｄより大きい場合には、切削抵抗が増大して、摩耗及び欠損等が生じ易くなってしまう。この点、円弧面の曲率半径を０．１Ｄ〜０．６Ｄの範囲内に設定することで、工具の剛性を確保しつつ切削抵抗の増大を抑え、ドリルの寿命を延ばすことが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係るドリルは、前記二番逃げ面の逃げ角が３°〜７°の範囲に設定され、前記ドリル本体の心厚が該ドリル本体の直径Ｄの値に対して５０％〜７５％の範囲の値に設定され、さらに、前記切屑排出溝の外周すくい角が−１０°〜−３０°の範囲に設定されていることを特徴とする。
【００１３】
このような特徴のドリルによれば、二番逃げ面の逃げ角を３°〜７°に設定することにより、二番逃げ面が被削材に接触することはなく、また、刃先強度の低下を抑制してドリル本体の折損を防止することができる。
また、心厚をドリル本体の直径Ｄの大きさの５０％〜７５％の範囲に設定することにより、ドリル本体の剛性の低下を防ぎ、また、切屑排出溝による切屑の排出性を高く維持することができる。さらに、切屑排出溝の外周すくい角を−１０°〜−３０°の範囲に設定することにより、刃先強度を高く維持しながら切削負荷の増大を防止して、ドリル本体の折損を防止することができる。そして、二番逃げ面の逃げ角と切屑排出溝の外周すくい角とを上記範囲内に設定することで、特にドリル肩部の剛性を向上させてドリル自体の耐久性を大幅に向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るドリルによれば、先端逃げ面の二番逃げ面と三番逃げ面との境界領域に凸曲面を形成してチゼルエッジをＳ字に形成することにより、焼き入れ鋼等の硬質材料に高精度で穴あけ加工を施すことが可能となり、さらに、耐久性を向上させて摩耗や欠損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のドリルの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施形態に係るドリルの先端側部分の側面図、図２は実施形態に係るドリルの斜視図、図３は実施形態に係るドリルの正面図である。
【００１６】
図１に示すように、ドリル１は、超硬合金等の硬質材料からなり軸線Ｏを中心とした略円柱状に形成されたドリル本体１０を備えており、その後端側（図１における左側）の部分が工作機械の回転軸に把持されるシャンク部２とされる一方、先端側部分が被削材に加工を施す刃部１１とされている。
【００１７】
刃部１１の外周側面には、先端側（図１及び図２における右側）から軸線Ｏ方向の後端側に向かうに従い一定のねじれ角でドリル回転方向Ｔ後方側に捩れる一対の切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂが軸線Ｏに対して対称となるよう螺旋状に形成されている。また、これら切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂにおけるドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面１４Ａの先端領域がすくい面１５Ａ、１５Ｂとされている。
【００１８】
また、詳しくは図３に示すように、ドリル本体１０の先端面には軸線Ｏを中心とした点対称に配置された一対の先端逃げ面２０Ａ、２０Ｂが、それぞれすくい面１５Ａ、１５Ｂと交差するように形成されている。
そして、上記すくい面１５Ａと先端逃げ面２０Ａとの交差稜線部、すくい面１５Ｂと先端逃げ面２０Ｂとの交差稜線部には、それぞれ切刃３０Ａ、３０Ｂが形成されている。
【００１９】
また、図３に示すように、刃部１１における一対の切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂを除く外周側面、即ち、ランド部１６Ａ、１６Ｂは、これらランド部１６Ａ、１６Ｂの切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂに接するドリル回転方向Ｔ側の縁部に形成されて、切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂのドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面１４Ａ、１４Ｂの外周側稜線部に交差するマージン部１７Ａ、１７Ｂが設けられている。これらマージン部１７Ａ、１７Ｂは、その外周面が切刃３０Ａ、３０Ｂと略等しい外径で軸線Ｏを中心とした断面円弧状をなしている。また、マージン部１７Ａ、１７Ｂは、切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂと同様に先端側から後端側に向かうに従い一定のねじれ角でドリル回転方向Ｔ後方側に捩れており、該マージン部１７Ａ、１７Ｂと切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂとの交差稜線部は、同じく先端側から後端側に向かうに従い一定のねじれ角でドリル回転方向Ｔ後方側に捩れるリーディングエッジ１８Ａ、１８Ｂとされている。
【００２０】
また、ランド部１６Ａ、１６Ｂにおける上記マージン部１７Ａ、１７Ｂのドリル回転方向Ｔ後方側には、該マージン部１７Ａ、１７Ｂに連なり、マージン部１７Ａ、１７Ｂがなす円弧よりも一段小さい外径の軸線Ｏを中心とした略円弧状をなす二番取り面１９Ａ、１９Ｂが形成されている。これによって、図３に示すように、マージン部１７Ａ、１７Ｂと二番取り面１９Ａ、１９Ｂとの間には、いわゆる背中（段差部）３１Ａ、３１Ｂが設けられている。
【００２１】
そして、先端逃げ面２０Ａ、２０Ｂは、図２及び図３に示すように、すくい面１５Ａ、１５Ｂと交差することによって切刃３０Ａ、３０Ｂをドリル回転方向Ｔ前方側の稜線部に形成する二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと、これら二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂのドリル回転方向Ｔ後方側に連なる三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂとを備えた多段面状をなしている。
【００２２】
また、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと比べて三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂはその逃げ角が大きくなるように形成されており、これら二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂとの境界領域には一定の曲率をもった円筒面状をなす凸曲面２３Ａ、２３Ｂが形成されている。これら凸曲面２３Ａ、２３Ｂによって二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂとが滑らかに接続されている。
このようにして先端逃げ面２０Ａ、２０Ｂは、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂ、凸曲面２３Ａ、２３Ｂ及び三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂがドリル回転方向Ｔ後方側に連続的に連なるように配置された構成となる。
【００２３】
さらに、先端逃げ面２０Ａ、２０Ｂは、ドリル本体１０内周側からドリル本体１０外周側に向かうにしたがい軸線Ｏ方向の後端側に向けて傾斜させられており、これによって切刃３０Ａ、３０Ｂに所定の先端角が付され、さらに、先端逃げ面２０Ａ、２０Ｂが互いに交差することによ、その交差稜線部に正面視Ｓ字状をなすチゼルエッジ４０が形成される。
【００２４】
ここで、本実施形態のドリル１においては、詳しくは図３に示すように、上記チゼルエッジ４０が、中心チゼル４１、一対の湾曲チゼル４２Ａ、４２Ｂ及び一対の直線チゼル４３Ａ、４３Ｂとから構成されている。
中心チゼル４１は、互いに軸線Ｏを中心として点対称に配置された二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂとが交差することにより形成され、軸線Ｏを通って、かつ該軸線Ｏに直交するように直線状に延びている。
【００２５】
また、湾曲チゼル４２Ａ、４２Ｂはそれぞれ凸曲面２３Ａ、２３Ｂと二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂとが交差することにより形成されている。
より詳細には、一方の湾曲チゼル４２Ａは一方の先端逃げ面２０Ａにおける凸曲面２３Ａと他方の先端逃げ面２０Ｂにおける二番逃げ面２１Ｂとの交差稜線部に形成されており、そのドリル本体１０内周側の端部が上記中心チゼル４１の一端に滑らかに接続されるとともに、正面視にてドリル回転方向Ｔ前方側に凸状をなしている。また、他方の湾曲チゼル４２Ｂは他方の先端逃げ面２０Ｂにおける凸曲面２３Ｂと一方の先端逃げ面２０Ａにおける二番逃げ面２１Ａとの交差稜線部に形成されており、そのドリル本体１０内周側の端部が上記中心チゼル４１の他端に滑らかに接続されるとともに、正面視にてドリル回転方向Ｔ前方側に凸状をなしている。
これによって、チゼルエッジ４０の中央部分、即ち、中心チゼル４１及び湾曲チゼル４２Ａ、４２Ｂから形成される部分は、ドリル本体１０の正面視にてＳ字状を呈することになる。
【００２６】
さらに、直線チゼル４３Ａ、４３Ｂはそれぞれ二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂとが交差することにより形成されている。
より詳細には、一方の直線チゼル４３Ａは一方の先端逃げ面２０Ａにおける三番逃げ面２２Ａと他方の先端逃げ面２０Ｂにおける二番逃げ面２１Ｂとの交差稜線部に形成されており、一方の湾曲チゼル４２Ａに滑らかに接続されてドリル本体１０外周側に向かって延びている。また、他方の直線チゼル４３Ｂは他方の先端逃げ面２０Ｂにおける三番逃げ面２２Ｂと一方の先端逃げ面２０Ａにおける二番逃げ面２１Ａとの交差稜線部に形成されており、他方の湾曲チゼル４２Ｂに滑らかに接続されてドリル本体１０外周側に向かって延びている。
このようにして、直線チゼル４３Ａ、４３Ｂは軸線Ｏに直交する直線からドリル回転方向Ｔ前方側にそれぞれΔｔだけ偏心して、互いに平行となるように設けられている。
【００２７】
以上のような構成とされたドリル１においては、そのドリル本体１０が、軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転されながら軸線Ｏ方向の先端側へ向かって送られて、ドリル本体１０先端のチゼルエッジ４０が被削材の加工ポイントに喰い込むことにより穴あけ箇所が正確に定められる。また、切削の際には、チゼルエッジ４０が被削材に喰い付きながら順次被削材を押し潰していくことによりドリル本体１０を軸線Ｏ方向に沿って案内し、該ドリル本体１０の振れを抑制する。
【００２８】
本実施形態のドリル１によれば、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂとの境界領域に凸曲面２３Ａ、２３Ｂが形成されており、さらに、チゼルエッジ４０に湾曲チゼル４２Ａ、４２Ｂが設けられている。これによって、チゼルエッジ４０被削材に喰い付く際の切削抵抗が凸曲面２３Ａ、２３Ｂ及び湾曲チゼル４２Ａ、４２Ｂの円弧によって分散されるため、該切削抵抗を小さく抑えることができる。したがって、チゼルエッジの耐久性が向上し、摩耗、欠損等を防止することが可能となる。
また、チゼルエッジ４０が中心チゼル４１及び一対の湾曲チゼル４２Ａ、４２ＢによってＳ字状をなしていることにより、ドリル本体１０の加工穴の中心への求心性が向上する。これによって、ドリル本体１０の振れを抑制して、所望のポイントに精度高く加工穴を形成することができる。
【００２９】
次に、図４及び図５を用いて実施形態のドリル１の具体的構成についてさらに詳細に説明する。図４は実施形態に係るドリルの各寸法を説明するための正面図、図５は図４のＸ−Ｘ断面図、即ち、凸曲面２３Ａ、２３Ｂの正面視における延在方向に直交し、かつ、前記軸線に平行な断面図である。
【００３０】
実施形態のドリル１は、以下の５種類の穴あけ加工試験の試験結果に基いて、図４及び５に示す直線チゼル４３Ａ、４３Ｂの偏心量Δｔ、凸曲面２３Ａ、２３Ｂの曲率半径Ｒ、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂの逃げ角θ１、心厚Ｄ１、切屑排出溝の外周すくい角θ２の値が決定されている。
なお、これら５種類の試験においては、送りを数回に分けて加工するステップ加工にて同一の穴ピッチで複数の加工穴を形成した。これら５種類の試験に共通する切削条件としては、ドリル本体：φ０．５×５ｍｍ、被削材：ＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）、回転数１５０００ｍｉｎ−１、送り速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、ステップ量：０．０３ｍｍである。
【００３１】
第１の試験として一対の直線チゼル４３Ａ、４３Ｂのドリル回転方向Ｔへの偏心量の合計ΔＴ（＝Δｔ×２）と穴ピッチ精度（所望の穴ピッチとのズレ量）との関係を調査すべく、ΔＴをパラメータとして変更した５種のドリル１を作製し、それぞれのドリル１により２５０の加工穴を順次形成して、これら加工穴の穴ピッチ精度を測定した。測定結果を図６に示す。なお、Ｄはドリル本体１０の直径、即ち、切刃３０Ａ、３０Ｂの回転軌跡により形成される最大外径を表している。
【００３２】
図６からわかるように、ΔＴを０．０５Ｄ、０．０７５Ｄ、０．１Ｄとした場合には、形成した２５０の加工穴の全てについて穴ピッチ精度は０．０１ｍｍ未満であった。一方、ΔＴを０．０２５Ｄ、０．１２５Ｄとした場合には、５０の加工穴を形成したところから穴ピッチ精度が０．０１ｍｍを超えて、その後も加工穴の数が増加するに連れて穴ピッチ精度は大きなものとなった。
これは、ΔＴが０．０５Ｄ未満の場合には、チゼルエッジ４０のＳ字のカーブが小さくなることによってドリル本体１０の加工穴の中心線への求心性が低下して加工精度が低下し、また、ΔＴが０．１Ｄを超える場合にはチゼルエッジ４０による被削材への喰い付きが弱くなるとともに切削抵抗が増大し、加工精度の低下及びドリル本体１０の摩耗や欠損等が生じ易くなることに基づく。
【００３３】
これを踏まえて本実施形態のドリル本体１０においては、直線チゼル４３Ａ、４３Ｂのドリル回転方向Ｔへの偏心量の合計ΔＴが０．０５Ｄ〜０．１Ｄの範囲に設定されている。これによって、ドリル本体１０の加工穴中心への求心性及び耐久性を高く維持して、より精度の高い穴加工を施すことが可能となる。
【００３４】
第２の試験として、凸曲面２３Ａ、２３Ｂの曲率半径Ｒとドリル１の耐久性との関係を調査すべく、Ｒをパラメータとして変更した８種のドリル１を作製し、それぞれのドリル１が欠損することなく形成可能な加工穴の数を測定した。その測定結果を図７に示す。なお、ここでの凸曲面２３Ａ、２３Ｂの曲率半径Ｒとは、図５に示すように、該凸曲面２３Ａ、２３Ｂの正面視における延在方向に直交し、かつ、軸線Ｏに平行な断面における曲率半径Ｒのことを示している。
【００３５】
図７から、Ｒを０．１Ｄ〜０．６Ｄとした場合には５００を超える加工穴を形成することができるが、Ｒを０．０５Ｄ、０．７Ｄとした場合には形成可能な加工穴が極端に減少し、それぞれ３２０、２７０程の加工穴しか形成できないことがわかる。これは、Ｒが０．１Ｄの場合にはドリル本体１０の剛性が低下してしまい、０．６Ｄの場合には切削抵抗が大きくなりドリル本体１０に欠損が生じ易くなることに基づく。
【００３６】
これを踏まえて本実施形態のドリル本体１０においては、凸曲面２３Ａ、２３Ｂの曲率半径Ｒがドリル本体１０の直径Ｄに対して０．１Ｄ〜０．６Ｄの範囲に設定されている。これによって、ドリル本体１０の剛性を確保しつつ切削抵抗の増大を抑え、ドリル本体１０の耐久性を向上させることができる。
【００３７】
第３の試験として二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂの逃げ角θ１とドリル１の耐久性との関係を調査すべく、θ１をパラメータとして変更した８種のドリル１を作製し、それぞれのドリル１が欠損することなく形成可能な加工穴の数を測定した。その測定結果を図８に示す。なお、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂの逃げ角θ１とは、図５に示すように、軸線Ｏに直交する平面Ｓに対して二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂのなす角度のことを示している。
【００３８】
図８から、θ１を３°〜７°とした場合には５００を超える加工穴を形成することができるが、θ１を２°、８°、９°とした場合には、形成可能な加工穴が極端に減少し、５００を超える加工穴を形成することはできないことがわかる。これは、θ１が２°の場合には逃げ角が小さ過ぎることから二番逃げ面が被削材に摺接し、ドリル１が折損し易くなってしまう一方、θ１が８°、９°の場合には刃先強度が低下して摩耗の進行が早くなり折損してしまうことに基づく。
【００３９】
これを踏まえて本実施形態のドリル本体１０においては、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂの逃げ角θ１がは、３°〜７°の範囲に設定されている。これによって、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂが被削材に接触することはなく、また、刃先強度の低下を抑制してドリル本体１０の折損を防止することができる。
【００４０】
第４に、心厚Ｄ１とドリル１の耐久性との関係を調査すべく、Ｄ１をパラメータとして変更した７種のドリル１を作製し、それぞれのドリル１が欠損することなく形成可能な加工穴の数を測定した。測定結果を図９に示す。なお、心厚Ｄ１とは、ドリル本体１０の正面視における一対の切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂの溝底のそれぞれに外接する円の直径Ｄ１のことであり、ドリル本体１０の直径Ｄの値に対するパーセンテージで表示している。
【００４１】
図９から、Ｄ１を５０％〜７５％とした場合には５００を超える加工穴を形成することができるが、Ｄ１を３０％、４０％、８０％とした場合には、形成可能な加工穴が極端に減少し、５００を超える加工穴を形成することはできないことがわかる。これは、Ｄ１が５０％を下回る場合にはドリル本体１０の剛性が低下してしまう一方、Ｄ１が７５％を超える場合には、切屑排出溝による切屑の排出性が低下しドリル本体１０が受ける抵抗が増加してしまうことに基づく。
【００４２】
これを踏まえて本実施形態のドリル本体１０においては、心厚Ｄ１がドリル本体１０の直径Ｄの値に対して５０％〜７５％の範囲の値に設定されている。これによって、ドリル本体１０の剛性を確保しつつ切削抵抗の増大を抑え、ドリル本体１０の耐久性を向上させることができる。
【００４３】
第５に、切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂの外周すくい角θ２とドリル１の耐久性との関係を調査すべく、θ２をパラメータとして変更した７種のドリル１を作製し、それぞれのドリル１が欠損することなく形成可能な加工穴の数を測定した。測定結果を図１０に示す。なお、切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂの外周すくい角θ２とは、ドリル本体１０の正面視において軸線Ｏ及びリーディングエッジ１８Ａ、１８Ｂを通る直線ｋに対する、切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂのドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面１４Ａ、１４Ｂのなす角θ２のことを示している。
【００４４】
図１０から、θ２を−１０°〜−３０°とした場合には５００を超える加工穴を形成することができるが、θ２を０°、−５°、−３５°、−４０°とした場合には、形成可能な加工穴が極端に減少し、５００を超える加工穴を形成することはできないことがわかる。これは、θ２が−１０°を超える場合には、刃先強度が不足してドリル摩耗の進行が早くなってしまう一方、θ２が−３０°を下回ると切削負荷が増大してしまうことに基づく。
【００４５】
これを踏まえて本実施形態のドリル本体１０においては、切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂの外周すくい角θ２が−１０°〜−３０°（負角）の範囲に設定されている。これにより、ドリル本体１０の耐久性を向上させることができる。
【００４６】
また、特に二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂの逃げ角θ１と切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂの外周すくい角θ２との両方を上記範囲内に設定することで、図１に示すドリル肩部３２Ａ、３２Ｂ、即ち、リーディングエッジ１８Ａ、１８Ｂと切刃３０Ａ、３０Ｂとの境界領域の剛性を向上させてドリル本体１０自体の耐久性を大幅に向上させることが可能となる。
【００４７】
以上、本発明における実施形態のドリル１について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で設計変更も可能である。例えば、ドリル本体１０の表面には硬質被覆加工が施されていてもよい。
また、マージン部１７Ａ、１７Ｂと二番取り面１９Ａ、１９Ｂとの間に背中（段差部）３１Ａ、３１Ｂが形成されていないものであってもよく、即ち、マージン部１７Ａ、１７Ｂと二番取り面１９Ａ、１９Ｂとが滑らかに連なっているものであってもよい。
さらに、ドリル１は、本実施形態のようにドリル本体１０先端のみに切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂが形成されたいわゆるアンダーカットタイプのものでも良いし、ドリル本体１０の先端側から後端側まで切屑排出溝１３Ａ、１３が形成されたいわゆる全溝タイプであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施形態に係るドリルの側面図である。
【図２】実施形態に係るドリルの斜視図である。
【図３】実施形態に係るドリルの正面図である。
【図４】実施形態に係るドリルの各寸法を説明するための正面図である。
【図５】図４のＸ−Ｘ断面図である。
【図６】直線チゼルの偏心量の違いによる試験の試験結果である。
【図７】凸曲面の曲率半径Ｒの違いによる試験の試験結果である。
【図８】二番逃げ面の逃げ角θ１の違いによる試験の試験結果である。
【図９】心厚Ｄ１の違いによる試験の試験結果である。
【図１０】切屑排出溝の外周すくい角θ２の違いによる試験の試験結果である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ドリル
１０ ドリル本体
１１ 刃部
１３Ａ 切屑排出溝
１３Ｂ切屑排出溝
１４Ａ 壁面
１４Ｂ 壁面
１５Ａ すくい面
１５Ｂ すくい面
１９Ａ 二番取り面
１９Ｂ 二番取り面
２０Ａ 先端逃げ面
２０Ｂ 先端逃げ面
２１Ａ 二番逃げ面
２１Ｂ 二番逃げ面
２２Ａ 三番逃げ面
２２Ｂ 三番逃げ面
２３Ａ 凸曲面
２３Ｂ 凸曲面
３０Ａ 切刃
３０Ｂ 切刃
４０ チゼルエッジ
４１ 中心チゼル
４２Ａ 湾曲チゼル
４２Ｂ 湾曲チゼル
４３Ａ 直線チゼル
４３Ｂ直線チゼル
Ｏ 軸線
Ｔ ドリル回転方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被削材に対して加工穴を形成するドリルに関するものであり、特に、焼き入れ鋼等の高硬度材料からなる被削材に対して加工穴を形成するのに好適なドリルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、軸線回りに回転されるドリル本体の刃部の外周側面に、該刃部の先端から後端側に向けて延びる一対の切屑排出溝が形成され、該切屑排出溝のドリル回転方向前方を向く壁面の先端領域がそれぞれすくい面とされ、刃部の先端面に前記軸線を中心とする点対称とされた先端逃げ面が前記すくい面に対応するように一対形成され、すくい面と先端逃げ面との交差稜線部にそれぞれ切刃が形成されたドリルが知られている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００３】
このようなドリルの先端中央には、一対の先端逃げ面が交差することにより形成されるチゼルエッジが設けられている。被削材に穴あけ加工を施す際には、ドリル本体が軸線回りに回転させられながら軸線方向の先端側へ向かって送られ、ドリル先端中央のチゼルエッジが被削材の加工ポイントに喰い込むことにより穴あけ箇所が正確に定められる。
また、切削時には、チゼルエッジが被削材に喰い付きながら順次被削材を押し潰していくことによりドリル本体を軸線方向に沿って案内し、該ドリル本体の振れが抑制される。
【特許文献１】特開２００８−９３８０５号公報
【特許文献２】特開２００６−５５９６５号公報
【特許文献３】特開２００８−１４４６３０号公報
【特許文献４】特開２００８−２６８１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のドリルにおいては、特に焼き入れ鋼等の高硬度材料に複数連続して加工穴を形成する場合、加工回数が多くなるに連れてチゼルエッジに摩耗、欠損等が生じていく。これによって、チゼルエッジによる被削材の加工位置のポイントの正確性が低下するとともに被削材への喰い付きが悪くなり、加工穴間のピッチにばらつきが生じる等、加工精度が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、焼き入れ鋼等の高硬度材料に高精度で穴あけ加工を施すことができるとともにドリル本体の摩耗や欠損を防止することが可能なドリルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係るドリルは、軸線回りに回転されるドリル本体の刃部の外周側面に、該刃部の先端から後端側に向けて延びる一対の切屑排出溝が形成され、該切屑排出溝のドリル回転方向前方を向く壁面の先端領域がそれぞれすくい面とされ、前記刃部の先端面に前記軸線を中心とする点対称とされた先端逃げ面が前記すくい面とそれぞれ交差するように一対形成され、前記すくい面と前記先端逃げ面との交差稜線部にそれぞれ切刃が形成されてなるドリルにおいて、前記先端逃げ面が、前記切刃に連なる二番逃げ面と、前記二番逃げ面よりも大きな逃げ角を有して該二番逃げ面の工具回転方向後方側に連なる三番逃げ面とを有し、前記二番逃げ面と前記三番逃げ面との境界領域にこれら二番逃げ面及び三番逃げ面を滑らかに接続する凸曲面が形成され、前記先端逃げ面同士の交差稜線部であるチゼルエッジが、前記二番逃げ面同士が交差して形成される中心チゼルと、一方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面と他方の前記先端逃げ面の前記凸曲面とが交差して形成されるとともに他方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面と一方の前記先端逃げ面の前記凸曲面とが交差して形成されて、前記中心チゼルの両端にそれぞれ接続される一対の湾曲チゼルとを備え、前記ドリル本体の正面視にてＳ字状をなしていることを特徴とする。
【０００７】
このような特徴のドリルによれば、二番逃げ面と三番逃げ面との境界領域に凸曲面が形成されてチゼルエッジに湾曲チゼルが設けられたことによって、チゼルエッジが受ける切削抵抗が低下する。これにより、チゼルエッジの耐久性が向上し、摩耗、欠損等を防止することができる。
また、チゼルエッジがＳ字状をなしていることによりドリル本体の加工穴の中心への求心性が向上するため、該ドリル本体の振れを抑制して、所望の位置に精度高く加工穴を形成することができる。
【０００８】
また、本発明に係るドリルは、前記チゼルエッジが、一方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面と他方の前記先端逃げ面の前記三番逃げ面とが交差して形成されるとともに他方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面と一方の前記先端逃げ面の前記三番逃げ面とが交差して形成され、各前記湾曲チゼルにそれぞれ滑らかに接続されて前記ドリル本体外周側に向かって延びる一対の直線チゼルをさらに備え、これら直線チゼルはそれぞれドリル回転方向前方側に偏心しており、各前記直線チゼルの偏心量の合計が、前記ドリル本体の直径Ｄに対して０．０５Ｄ〜０．１Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
直線チゼルの偏心量の合計が０．０５Ｄ未満の場合、チゼルエッジのＳ字のカーブが小さくなることから、ドリル本体の加工穴の中心線への求心性が低下して加工精度の低下を招いてしまう。また、当該偏心量の合計が０．１Ｄを超えると、チゼルエッジによる被削材への喰い付きが弱くなるとともに切削抵抗が増大し、加工精度の低下及びドリル本体の摩耗や欠損等が生じ易くなる。
本発明のドリルによれば、直線チゼルの偏心量の合計が０．０５Ｄ〜０．１Ｄの範囲に設定されていることから、ドリル本体の加工穴中心への求心性及びドリル本体の耐久性を高く維持して、精度の高い穴加工を施すことが可能となる。
【００１０】
さらに、本発明のドリルは、前記凸曲面の正面視における延在方向に直交し、かつ、前記軸線に平行な断面における該凸曲面の曲率半径が、前記ドリル本体の直径Ｄに対して０．１Ｄ〜０．６Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする。
【００１１】
円弧面の曲率半径が０．１Ｄ未満の場合には工具剛性が低下する一方、０．６Ｄより大きい場合には、切削抵抗が増大して、摩耗及び欠損等が生じ易くなってしまう。この点、円弧面の曲率半径を０．１Ｄ〜０．６Ｄの範囲内に設定することで、工具の剛性を確保しつつ切削抵抗の増大を抑え、ドリルの寿命を延ばすことが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係るドリルは、前記二番逃げ面の逃げ角が３°〜７°の範囲に設定され、前記ドリル本体の心厚が該ドリル本体の直径Ｄの値に対して５０％〜７５％の範囲の値に設定され、さらに、前記切屑排出溝の外周すくい角が−１０°〜−３０°の範囲に設定されていることを特徴とする。
【００１３】
このような特徴のドリルによれば、二番逃げ面の逃げ角を３°〜７°に設定することにより、二番逃げ面が被削材に接触することはなく、また、刃先強度の低下を抑制してドリル本体の折損を防止することができる。
また、心厚をドリル本体の直径Ｄの大きさの５０％〜７５％の範囲に設定することにより、ドリル本体の剛性の低下を防ぎ、また、切屑排出溝による切屑の排出性を高く維持することができる。さらに、切屑排出溝の外周すくい角を−１０°〜−３０°の範囲に設定することにより、刃先強度を高く維持しながら切削負荷の増大を防止して、ドリル本体の折損を防止することができる。そして、二番逃げ面の逃げ角と切屑排出溝の外周すくい角とを上記範囲内に設定することで、特にドリル肩部の剛性を向上させてドリル自体の耐久性を大幅に向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るドリルによれば、先端逃げ面の二番逃げ面と三番逃げ面との境界領域に凸曲面を形成してチゼルエッジをＳ字に形成することにより、焼き入れ鋼等の硬質材料に高精度で穴あけ加工を施すことが可能となり、さらに、耐久性を向上させて摩耗や欠損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のドリルの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は実施形態に係るドリルの先端側部分の側面図、図２は実施形態に係るドリルの斜視図、図３は実施形態に係るドリルの正面図である。
【００１６】
図１に示すように、ドリル１は、超硬合金等の硬質材料からなり軸線Ｏを中心とした略円柱状に形成されたドリル本体１０を備えており、その後端側（図１における左側）の部分が工作機械の回転軸に把持されるシャンク部２とされる一方、先端側部分が被削材に加工を施す刃部１１とされている。
【００１７】
刃部１１の外周側面には、先端側（図１及び図２における右側）から軸線Ｏ方向の後端側に向かうに従い一定のねじれ角でドリル回転方向Ｔ後方側に捩れる一対の切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂが軸線Ｏに対して対称となるよう螺旋状に形成されている。また、これら切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂにおけるドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面１４Ａの先端領域がすくい面１５Ａ、１５Ｂとされている。
【００１８】
また、詳しくは図３に示すように、ドリル本体１０の先端面には軸線Ｏを中心とした点対称に配置された一対の先端逃げ面２０Ａ、２０Ｂが、それぞれすくい面１５Ａ、１５Ｂと交差するように形成されている。
そして、上記すくい面１５Ａと先端逃げ面２０Ａとの交差稜線部、すくい面１５Ｂと先端逃げ面２０Ｂとの交差稜線部には、それぞれ切刃３０Ａ、３０Ｂが形成されている。
【００１９】
また、図３に示すように、刃部１１における一対の切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂを除く外周側面、即ち、ランド部１６Ａ、１６Ｂは、これらランド部１６Ａ、１６Ｂの切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂに接するドリル回転方向Ｔ側の縁部に形成されて、切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂのドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面１４Ａ、１４Ｂの外周側稜線部に交差するマージン部１７Ａ、１７Ｂが設けられている。これらマージン部１７Ａ、１７Ｂは、その外周面が切刃３０Ａ、３０Ｂと略等しい外径で軸線Ｏを中心とした断面円弧状をなしている。また、マージン部１７Ａ、１７Ｂは、切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂと同様に先端側から後端側に向かうに従い一定のねじれ角でドリル回転方向Ｔ後方側に捩れており、該マージン部１７Ａ、１７Ｂと切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂとの交差稜線部は、同じく先端側から後端側に向かうに従い一定のねじれ角でドリル回転方向Ｔ後方側に捩れるリーディングエッジ１８Ａ、１８Ｂとされている。
【００２０】
また、ランド部１６Ａ、１６Ｂにおける上記マージン部１７Ａ、１７Ｂのドリル回転方向Ｔ後方側には、該マージン部１７Ａ、１７Ｂに連なり、マージン部１７Ａ、１７Ｂがなす円弧よりも一段小さい外径の軸線Ｏを中心とした略円弧状をなす二番取り面１９Ａ、１９Ｂが形成されている。これによって、図３に示すように、マージン部１７Ａ、１７Ｂと二番取り面１９Ａ、１９Ｂとの間には、いわゆる背中（段差部）３１Ａ、３１Ｂが設けられている。
【００２１】
そして、先端逃げ面２０Ａ、２０Ｂは、図２及び図３に示すように、すくい面１５Ａ、１５Ｂと交差することによって切刃３０Ａ、３０Ｂをドリル回転方向Ｔ前方側の稜線部に形成する二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと、これら二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂのドリル回転方向Ｔ後方側に連なる三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂとを備えた多段面状をなしている。
【００２２】
また、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと比べて三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂはその逃げ角が大きくなるように形成されており、これら二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂとの境界領域には一定の曲率をもった円筒面状をなす凸曲面２３Ａ、２３Ｂが形成されている。これら凸曲面２３Ａ、２３Ｂによって二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂとが滑らかに接続されている。
このようにして先端逃げ面２０Ａ、２０Ｂは、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂ、凸曲面２３Ａ、２３Ｂ及び三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂがドリル回転方向Ｔ後方側に連続的に連なるように配置された構成となる。
【００２３】
さらに、先端逃げ面２０Ａ、２０Ｂは、ドリル本体１０内周側からドリル本体１０外周側に向かうにしたがい軸線Ｏ方向の後端側に向けて傾斜させられており、これによって切刃３０Ａ、３０Ｂに所定の先端角が付され、さらに、先端逃げ面２０Ａ、２０Ｂが互いに交差することによ、その交差稜線部に正面視Ｓ字状をなすチゼルエッジ４０が形成される。
【００２４】
ここで、本実施形態のドリル１においては、詳しくは図３に示すように、上記チゼルエッジ４０が、中心チゼル４１、一対の湾曲チゼル４２Ａ、４２Ｂ及び一対の直線チゼル４３Ａ、４３Ｂとから構成されている。
中心チゼル４１は、互いに軸線Ｏを中心として点対称に配置された二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂとが交差することにより形成され、軸線Ｏを通って、かつ該軸線Ｏに直交するように直線状に延びている。
【００２５】
また、湾曲チゼル４２Ａ、４２Ｂはそれぞれ凸曲面２３Ａ、２３Ｂと二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂとが交差することにより形成されている。
より詳細には、一方の湾曲チゼル４２Ａは一方の先端逃げ面２０Ａにおける凸曲面２３Ａと他方の先端逃げ面２０Ｂにおける二番逃げ面２１Ｂとの交差稜線部に形成されており、そのドリル本体１０内周側の端部が上記中心チゼル４１の一端に滑らかに接続されるとともに、正面視にてドリル回転方向Ｔ前方側に凸状をなしている。また、他方の湾曲チゼル４２Ｂは他方の先端逃げ面２０Ｂにおける凸曲面２３Ｂと一方の先端逃げ面２０Ａにおける二番逃げ面２１Ａとの交差稜線部に形成されており、そのドリル本体１０内周側の端部が上記中心チゼル４１の他端に滑らかに接続されるとともに、正面視にてドリル回転方向Ｔ前方側に凸状をなしている。
これによって、チゼルエッジ４０の中央部分、即ち、中心チゼル４１及び湾曲チゼル４２Ａ、４２Ｂから形成される部分は、ドリル本体１０の正面視にてＳ字状を呈することになる。
【００２６】
さらに、直線チゼル４３Ａ、４３Ｂはそれぞれ二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂとが交差することにより形成されている。
より詳細には、一方の直線チゼル４３Ａは一方の先端逃げ面２０Ａにおける三番逃げ面２２Ａと他方の先端逃げ面２０Ｂにおける二番逃げ面２１Ｂとの交差稜線部に形成されており、一方の湾曲チゼル４２Ａに滑らかに接続されてドリル本体１０外周側に向かって延びている。また、他方の直線チゼル４３Ｂは他方の先端逃げ面２０Ｂにおける三番逃げ面２２Ｂと一方の先端逃げ面２０Ａにおける二番逃げ面２１Ａとの交差稜線部に形成されており、他方の湾曲チゼル４２Ｂに滑らかに接続されてドリル本体１０外周側に向かって延びている。
このようにして、直線チゼル４３Ａ、４３Ｂは軸線Ｏに直交する直線からドリル回転方向Ｔ前方側にそれぞれΔｔだけ偏心して、互いに平行となるように設けられている。
【００２７】
以上のような構成とされたドリル１においては、そのドリル本体１０が、軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転されながら軸線Ｏ方向の先端側へ向かって送られて、ドリル本体１０先端のチゼルエッジ４０が被削材の加工ポイントに喰い込むことにより穴あけ箇所が正確に定められる。また、切削の際には、チゼルエッジ４０が被削材に喰い付きながら順次被削材を押し潰していくことによりドリル本体１０を軸線Ｏ方向に沿って案内し、該ドリル本体１０の振れを抑制する。
【００２８】
本実施形態のドリル１によれば、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂと三番逃げ面２２Ａ、２２Ｂとの境界領域に凸曲面２３Ａ、２３Ｂが形成されており、さらに、チゼルエッジ４０に湾曲チゼル４２Ａ、４２Ｂが設けられている。これによって、チゼルエッジ４０被削材に喰い付く際の切削抵抗が凸曲面２３Ａ、２３Ｂ及び湾曲チゼル４２Ａ、４２Ｂの円弧によって分散されるため、該切削抵抗を小さく抑えることができる。したがって、チゼルエッジの耐久性が向上し、摩耗、欠損等を防止することが可能となる。
また、チゼルエッジ４０が中心チゼル４１及び一対の湾曲チゼル４２Ａ、４２ＢによってＳ字状をなしていることにより、ドリル本体１０の加工穴の中心への求心性が向上する。これによって、ドリル本体１０の振れを抑制して、所望のポイントに精度高く加工穴を形成することができる。
【００２９】
次に、図４及び図５を用いて実施形態のドリル１の具体的構成についてさらに詳細に説明する。図４は実施形態に係るドリルの各寸法を説明するための正面図、図５は図４のＸ−Ｘ断面図、即ち、凸曲面２３Ａ、２３Ｂの正面視における延在方向に直交し、かつ、前記軸線に平行な断面図である。
【００３０】
実施形態のドリル１は、以下の５種類の穴あけ加工試験の試験結果に基いて、図４及び５に示す直線チゼル４３Ａ、４３Ｂの偏心量Δｔ、凸曲面２３Ａ、２３Ｂの曲率半径Ｒ、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂの逃げ角θ１、心厚Ｄ１、切屑排出溝の外周すくい角θ２の値が決定されている。
なお、これら５種類の試験においては、送りを数回に分けて加工するステップ加工にて同一の穴ピッチで複数の加工穴を形成した。これら５種類の試験に共通する切削条件としては、ドリル本体：φ０．５×５ｍｍ、被削材：ＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）、回転数１５０００ｍｉｎ−１、送り速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、ステップ量：０．０３ｍｍである。
【００３１】
第１の試験として一対の直線チゼル４３Ａ、４３Ｂのドリル回転方向Ｔへの偏心量の合計ΔＴ（＝Δｔ×２）と穴ピッチ精度（所望の穴ピッチとのズレ量）との関係を調査すべく、ΔＴをパラメータとして変更した５種のドリル１を作製し、それぞれのドリル１により２５０の加工穴を順次形成して、これら加工穴の穴ピッチ精度を測定した。測定結果を図６に示す。なお、Ｄはドリル本体１０の直径、即ち、切刃３０Ａ、３０Ｂの回転軌跡により形成される最大外径を表している。
【００３２】
図６からわかるように、ΔＴを０．０５Ｄ、０．０７５Ｄ、０．１Ｄとした場合には、形成した２５０の加工穴の全てについて穴ピッチ精度は０．０１ｍｍ未満であった。一方、ΔＴを０．０２５Ｄ、０．１２５Ｄとした場合には、５０の加工穴を形成したところから穴ピッチ精度が０．０１ｍｍを超えて、その後も加工穴の数が増加するに連れて穴ピッチ精度は大きなものとなった。
これは、ΔＴが０．０５Ｄ未満の場合には、チゼルエッジ４０のＳ字のカーブが小さくなることによってドリル本体１０の加工穴の中心線への求心性が低下して加工精度が低下し、また、ΔＴが０．１Ｄを超える場合にはチゼルエッジ４０による被削材への喰い付きが弱くなるとともに切削抵抗が増大し、加工精度の低下及びドリル本体１０の摩耗や欠損等が生じ易くなることに基づく。
【００３３】
これを踏まえて本実施形態のドリル本体１０においては、直線チゼル４３Ａ、４３Ｂのドリル回転方向Ｔへの偏心量の合計ΔＴが０．０５Ｄ〜０．１Ｄの範囲に設定されている。これによって、ドリル本体１０の加工穴中心への求心性及び耐久性を高く維持して、より精度の高い穴加工を施すことが可能となる。
【００３４】
第２の試験として、凸曲面２３Ａ、２３Ｂの曲率半径Ｒとドリル１の耐久性との関係を調査すべく、Ｒをパラメータとして変更した８種のドリル１を作製し、それぞれのドリル１が欠損することなく形成可能な加工穴の数を測定した。その測定結果を図７に示す。なお、ここでの凸曲面２３Ａ、２３Ｂの曲率半径Ｒとは、図５に示すように、該凸曲面２３Ａ、２３Ｂの正面視における延在方向に直交し、かつ、軸線Ｏに平行な断面における曲率半径Ｒのことを示している。
【００３５】
図７から、Ｒを０．１Ｄ〜０．６Ｄとした場合には５００を超える加工穴を形成することができるが、Ｒを０．０５Ｄ、０．７Ｄとした場合には形成可能な加工穴が極端に減少し、それぞれ３２０、２７０程の加工穴しか形成できないことがわかる。これは、Ｒが０．１Ｄの場合にはドリル本体１０の剛性が低下してしまい、０．６Ｄの場合には切削抵抗が大きくなりドリル本体１０に欠損が生じ易くなることに基づく。
【００３６】
これを踏まえて本実施形態のドリル本体１０においては、凸曲面２３Ａ、２３Ｂの曲率半径Ｒがドリル本体１０の直径Ｄに対して０．１Ｄ〜０．６Ｄの範囲に設定されている。これによって、ドリル本体１０の剛性を確保しつつ切削抵抗の増大を抑え、ドリル本体１０の耐久性を向上させることができる。
【００３７】
第３の試験として二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂの逃げ角θ１とドリル１の耐久性との関係を調査すべく、θ１をパラメータとして変更した８種のドリル１を作製し、それぞれのドリル１が欠損することなく形成可能な加工穴の数を測定した。その測定結果を図８に示す。なお、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂの逃げ角θ１とは、図５に示すように、軸線Ｏに直交する平面Ｓに対して二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂのなす角度のことを示している。
【００３８】
図８から、θ１を３°〜７°とした場合には５００を超える加工穴を形成することができるが、θ１を２°、８°、９°とした場合には、形成可能な加工穴が極端に減少し、５００を超える加工穴を形成することはできないことがわかる。これは、θ１が２°の場合には逃げ角が小さ過ぎることから二番逃げ面が被削材に摺接し、ドリル１が折損し易くなってしまう一方、θ１が８°、９°の場合には刃先強度が低下して摩耗の進行が早くなり折損してしまうことに基づく。
【００３９】
これを踏まえて本実施形態のドリル本体１０においては、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂの逃げ角θ１がは、３°〜７°の範囲に設定されている。これによって、二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂが被削材に接触することはなく、また、刃先強度の低下を抑制してドリル本体１０の折損を防止することができる。
【００４０】
第４に、心厚Ｄ１とドリル１の耐久性との関係を調査すべく、Ｄ１をパラメータとして変更した７種のドリル１を作製し、それぞれのドリル１が欠損することなく形成可能な加工穴の数を測定した。測定結果を図９に示す。なお、心厚Ｄ１とは、ドリル本体１０の正面視における一対の切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂの溝底のそれぞれに外接する円の直径Ｄ１のことであり、ドリル本体１０の直径Ｄの値に対するパーセンテージで表示している。
【００４１】
図９から、Ｄ１を５０％〜７５％とした場合には５００を超える加工穴を形成することができるが、Ｄ１を３０％、４０％、８０％とした場合には、形成可能な加工穴が極端に減少し、５００を超える加工穴を形成することはできないことがわかる。これは、Ｄ１が５０％を下回る場合にはドリル本体１０の剛性が低下してしまう一方、Ｄ１が７５％を超える場合には、切屑排出溝による切屑の排出性が低下しドリル本体１０が受ける抵抗が増加してしまうことに基づく。
【００４２】
これを踏まえて本実施形態のドリル本体１０においては、心厚Ｄ１がドリル本体１０の直径Ｄの値に対して５０％〜７５％の範囲の値に設定されている。これによって、ドリル本体１０の剛性を確保しつつ切削抵抗の増大を抑え、ドリル本体１０の耐久性を向上させることができる。
【００４３】
第５に、切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂの外周すくい角θ２とドリル１の耐久性との関係を調査すべく、θ２をパラメータとして変更した７種のドリル１を作製し、それぞれのドリル１が欠損することなく形成可能な加工穴の数を測定した。測定結果を図１０に示す。なお、切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂの外周すくい角θ２とは、ドリル本体１０の正面視において軸線Ｏ及びリーディングエッジ１８Ａ、１８Ｂを通る直線ｋに対する、切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂのドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面１４Ａ、１４Ｂのなす角θ２のことを示している。
【００４４】
図１０から、θ２を−１０°〜−３０°とした場合には５００を超える加工穴を形成することができるが、θ２を０°、−５°、−３５°、−４０°とした場合には、形成可能な加工穴が極端に減少し、５００を超える加工穴を形成することはできないことがわかる。これは、θ２が−１０°を超える場合には、刃先強度が不足してドリル摩耗の進行が早くなってしまう一方、θ２が−３０°を下回ると切削負荷が増大してしまうことに基づく。
【００４５】
これを踏まえて本実施形態のドリル本体１０においては、切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂの外周すくい角θ２が−１０°〜−３０°（負角）の範囲に設定されている。これにより、ドリル本体１０の耐久性を向上させることができる。
【００４６】
また、特に二番逃げ面２１Ａ、２１Ｂの逃げ角θ１と切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂの外周すくい角θ２との両方を上記範囲内に設定することで、図１に示すドリル肩部３２Ａ、３２Ｂ、即ち、リーディングエッジ１８Ａ、１８Ｂと切刃３０Ａ、３０Ｂとの境界領域の剛性を向上させてドリル本体１０自体の耐久性を大幅に向上させることが可能となる。
【００４７】
以上、本発明における実施形態のドリル１について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で設計変更も可能である。例えば、ドリル本体１０の表面には硬質被覆加工が施されていてもよい。
また、マージン部１７Ａ、１７Ｂと二番取り面１９Ａ、１９Ｂとの間に背中（段差部）３１Ａ、３１Ｂが形成されていないものであってもよく、即ち、マージン部１７Ａ、１７Ｂと二番取り面１９Ａ、１９Ｂとが滑らかに連なっているものであってもよい。
さらに、ドリル１は、本実施形態のようにドリル本体１０先端のみに切屑排出溝１３Ａ、１３Ｂが形成されたいわゆるアンダーカットタイプのものでも良いし、ドリル本体１０の先端側から後端側まで切屑排出溝１３Ａ、１３が形成されたいわゆる全溝タイプであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施形態に係るドリルの側面図である。
【図２】実施形態に係るドリルの斜視図である。
【図３】実施形態に係るドリルの正面図である。
【図４】実施形態に係るドリルの各寸法を説明するための正面図である。
【図５】図４のＸ−Ｘ断面図である。
【図６】直線チゼルの偏心量の違いによる試験の試験結果である。
【図７】凸曲面の曲率半径Ｒの違いによる試験の試験結果である。
【図８】二番逃げ面の逃げ角θ１の違いによる試験の試験結果である。
【図９】心厚Ｄ１の違いによる試験の試験結果である。
【図１０】切屑排出溝の外周すくい角θ２の違いによる試験の試験結果である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ドリル
１０ ドリル本体
１１ 刃部
１３Ａ 切屑排出溝
１３Ｂ切屑排出溝
１４Ａ 壁面
１４Ｂ 壁面
１５Ａ すくい面
１５Ｂ すくい面
１９Ａ 二番取り面
１９Ｂ 二番取り面
２０Ａ 先端逃げ面
２０Ｂ 先端逃げ面
２１Ａ 二番逃げ面
２１Ｂ 二番逃げ面
２２Ａ 三番逃げ面
２２Ｂ 三番逃げ面
２３Ａ 凸曲面
２３Ｂ 凸曲面
３０Ａ 切刃
３０Ｂ 切刃
４０ チゼルエッジ
４１ 中心チゼル
４２Ａ 湾曲チゼル
４２Ｂ 湾曲チゼル
４３Ａ 直線チゼル
４３Ｂ直線チゼル
Ｏ 軸線
Ｔ ドリル回転方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転されるドリル本体の刃部の外周側面に、該刃部の先端から後端側に向けて延びる一対の切屑排出溝が形成され、該切屑排出溝のドリル回転方向前方を向く壁面の先端領域がそれぞれすくい面とされ、前記刃部の先端面に前記軸線を中心とする点対称とされた先端逃げ面が前記すくい面とそれぞれ交差するように一対形成され、前記すくい面と前記先端逃げ面との交差稜線部にそれぞれ切刃が形成されてなるドリルにおいて、
前記先端逃げ面が、前記切刃に連なる二番逃げ面と、前記二番逃げ面よりも大きな逃げ角を有して該二番逃げ面の工具回転方向後方側に連なる三番逃げ面とを有し、前記二番逃げ面と前記三番逃げ面との境界領域にこれら二番逃げ面及び三番逃げ面を滑らかに接続する凸曲面が形成され、
前記先端逃げ面同士の交差稜線部であるチゼルエッジが、前記二番逃げ面同士が交差して形成される中心チゼルと、一方の前記先端逃げ面の前記凸曲面と他方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面とが交差して形成されるとともに他方の前記先端逃げ面の前記凸曲面と一方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面とが交差して形成されて、前記中心チゼルの両端にそれぞれ接続される一対の湾曲チゼルとを備え、前記ドリル本体の正面視にてＳ字状をなしていることを特徴とするドリル。
【請求項２】
前記チゼルエッジが、一方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面と他方の前記先端逃げ面の前記三番逃げ面とが交差して形成されるとともに他方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面と一方の前記先端逃げ面の前記三番逃げ面とが交差して形成され、各前記湾曲チゼルにそれぞれ滑らかに接続されて前記ドリル本体外周側に向かって延びる一対の直線チゼルをさらに備え、
これら直線チゼルはそれぞれドリル回転方向前方側に偏心しており、各前記直線チゼルの偏心量の合計が、前記ドリル本体の直径Ｄに対して０．０５Ｄ〜０．１Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
【請求項３】
前記凸曲面の正面視における延在方向に直交し、かつ、前記軸線に平行な断面における該凸曲面の曲率半径が、前記ドリル本体の直径Ｄに対して０．１Ｄ〜０．６Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のドリル。
【請求項４】
前記二番逃げ面の逃げ角が３°〜７°の範囲に設定され、
前記ドリル本体の心厚が該ドリル本体の直径Ｄの値に対して５０％〜７５％の範囲の値に設定され、
さらに、前記切屑排出溝の外周すくい角が−１０°〜−３０°の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のドリル。
【請求項１】
軸線回りに回転されるドリル本体の刃部の外周側面に、該刃部の先端から後端側に向けて延びる一対の切屑排出溝が形成され、該切屑排出溝のドリル回転方向前方を向く壁面の先端領域がそれぞれすくい面とされ、前記刃部の先端面に前記軸線を中心とする点対称とされた先端逃げ面が前記すくい面とそれぞれ交差するように一対形成され、前記すくい面と前記先端逃げ面との交差稜線部にそれぞれ切刃が形成されてなるドリルにおいて、
前記先端逃げ面が、前記切刃に連なる二番逃げ面と、前記二番逃げ面よりも大きな逃げ角を有して該二番逃げ面の工具回転方向後方側に連なる三番逃げ面とを有し、前記二番逃げ面と前記三番逃げ面との境界領域にこれら二番逃げ面及び三番逃げ面を滑らかに接続する凸曲面が形成され、
前記先端逃げ面同士の交差稜線部であるチゼルエッジが、前記二番逃げ面同士が交差して形成される中心チゼルと、一方の前記先端逃げ面の前記凸曲面と他方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面とが交差して形成されるとともに他方の前記先端逃げ面の前記凸曲面と一方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面とが交差して形成されて、前記中心チゼルの両端にそれぞれ接続される一対の湾曲チゼルとを備え、前記ドリル本体の正面視にてＳ字状をなしていることを特徴とするドリル。
【請求項２】
前記チゼルエッジが、一方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面と他方の前記先端逃げ面の前記三番逃げ面とが交差して形成されるとともに他方の前記先端逃げ面の前記二番逃げ面と一方の前記先端逃げ面の前記三番逃げ面とが交差して形成され、各前記湾曲チゼルにそれぞれ滑らかに接続されて前記ドリル本体外周側に向かって延びる一対の直線チゼルをさらに備え、
これら直線チゼルはそれぞれドリル回転方向前方側に偏心しており、各前記直線チゼルの偏心量の合計が、前記ドリル本体の直径Ｄに対して０．０５Ｄ〜０．１Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
【請求項３】
前記凸曲面の正面視における延在方向に直交し、かつ、前記軸線に平行な断面における該凸曲面の曲率半径が、前記ドリル本体の直径Ｄに対して０．１Ｄ〜０．６Ｄの範囲に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のドリル。
【請求項４】
前記二番逃げ面の逃げ角が３°〜７°の範囲に設定され、
前記ドリル本体の心厚が該ドリル本体の直径Ｄの値に対して５０％〜７５％の範囲の値に設定され、
さらに、前記切屑排出溝の外周すくい角が−１０°〜−３０°の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のドリル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１１５７５３（Ｐ２０１０−１１５７５３Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９１３７８（Ｐ２００８−２９１３７８）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第３項適用申請有り 平成２０年１０月３０日〜１１月４日 社団法人日本工作機械工業会、株式会社東京ビッグサイト主催の「ＪＩＭＴＯＦ２００８（第２４回日本国際工作機械見本市）」に出品
【出願人】（０００１５２５２７）日進工具株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第３項適用申請有り 平成２０年１０月３０日〜１１月４日 社団法人日本工作機械工業会、株式会社東京ビッグサイト主催の「ＪＩＭＴＯＦ２００８（第２４回日本国際工作機械見本市）」に出品
【出願人】（０００１５２５２７）日進工具株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
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