ドリル
【課題】位置により先端角が異なる切刃を有したドリルにおいて、切刃全体のうちより後端側の切刃部によるリーマ仕上げ性を追求すること、さらにはより先端側の切刃部による切削性能を追求する。
【解決手段】ドリルの切刃の先端を繋ぐ稜線は楕円ｆ１の一部と直線ｆ２とで構成される。楕円部と直線部との分離点Ｈ（ｘ０、ｙ０）とする。直線ｆ２は、分離点Ｈにおける楕円ｆ１の接線である。Ｘ軸上においてドリルの先端からｘ０までの範囲をａ１、ｘ０から原点までの範囲をａ２、負の範囲をａ３とする。切刃の先端を繋ぐ稜線は、範囲ａ１において接線ｆ２に沿った直線状に形成され、範囲ａ２において基準楕円ｆ１に沿って形成される。範囲ａ３には切刃の逃げ面に続いてマージンが形成される。
【解決手段】ドリルの切刃の先端を繋ぐ稜線は楕円ｆ１の一部と直線ｆ２とで構成される。楕円部と直線部との分離点Ｈ（ｘ０、ｙ０）とする。直線ｆ２は、分離点Ｈにおける楕円ｆ１の接線である。Ｘ軸上においてドリルの先端からｘ０までの範囲をａ１、ｘ０から原点までの範囲をａ２、負の範囲をａ３とする。切刃の先端を繋ぐ稜線は、範囲ａ１において接線ｆ２に沿った直線状に形成され、範囲ａ２において基準楕円ｆ１に沿って形成される。範囲ａ３には切刃の逃げ面に続いてマージンが形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置により先端角が異なる切刃を有したドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
位置により先端角が異なる切刃を有したドリルとしては、特許文献１、２に記載されるダブルアングルドリルがある。
このダブルアングルドリルは、先端部が金属用ドリルの先端形状を有する一次切刃とこの一次切刃に連続し一次切刃より小さい先端角を有するフラット状の二次切刃とから構成されている。
同文献によれば、このダブルアングルドリルは、繊維強化樹脂の複合材と金属との同時穿孔に適したものとされる。
このダブルアングルドリルによれば、先ず一次切刃により比較的小径の一次孔が穿たれ、次いで二次切刃が一次孔の外周を切削して目標径の二次孔が穿孔される。穿孔時において、複合材の一次孔の周囲に過渡的なデラミネーション（層間剥離）が発生するが、このデラミネーションは二次切刃による切削の際に除去される。
【０００３】
しかし、特許文献２にも記載されるように、ダブルアングルドリルは、元来、耐摩耗性が優れないという欠点がある。特許文献２記載の発明にあっては、切刃を適当な膜厚のダイヤモンド被膜で被覆することにより耐摩耗性を改善する。
しかし、ダブルアングルドリルでは、一次切刃と二次切刃の境界及び二次切刃の最外周において角が生じており、この角は応力が集中しやすく欠損（チッピング）が生じやすいため、耐摩耗性を低下させる形状的原因となっている。
【０００４】
そこで本件出願人は、切刃の耐摩耗性を向上することを課題として特許文献３により、切刃の先端角が中心位置から最大径位置に向けて中心位置先端角Ａ°（但し、０°＜Ａ°＜１８０°）から最大径位置先端角０°まで連続した変化により減少し、切刃の逃げ角が中心位置から最大径位置に向けて連続した変化により減少する形状に形成されたドリルを出願した。
特許文献３には切刃の先端角について「切刃の先端角は、中心位置先端角Ａ°から最大径位置先端角０°まで連続した変化により減少する形状に形成されている。これにより切刃の先端は角（不連続点）のない滑らかな曲線を形成する。また、切刃の先端が形成する曲線を変曲点の無い外側に膨らむ曲線とする。例えば、切刃の先端は中心位置先端角Ａ°から最大径位置先端角０°までの曲線を放物線の一部として形成する。切刃の先端の一部に直線を含んでも良いが、直線と曲線（直線を含まない）との移り変わりにおいても切刃の先端角は連続して変化することにより角を設けない。」と記載される。また、放物線のほか、切刃の先端を一つの円弧による円弧状に形成することも記載されている。
特許文献３に記載のドリルによれば、切刃の先端角が中心位置から最大径位置まで連続した変化により減少するので、刃先に欠損しやすい角が生じず、切刃の耐摩耗性が向上する。
また特許文献３に記載のドリルにあっては、切刃全体のうちより先端側にドリリングの作用の強い切刃部が形成され、より後端側に連続してリーミングの作用の強い切刃部が形成され、ドリリングの作用の強い切刃からリーミングの作用の強い切刃へと次第に移り変わる。
【特許文献１】特開昭６３−３０６８１２号公報
【特許文献２】実開平６−７５６１２号公報
【特許文献３】特開２００８−３６７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、本願発明者らが特許文献３に記載のタイプのドリルをさらに繊維強化樹脂の複合材向けに研究した結果、発明するに至ったものである。繊維強化樹脂の複合材に対する穿孔に好個に用いられる。
本願発明者らは本研究においては、より後端側の切刃部によるリーマ仕上げ性を追求することを第一の課題とした。
また本願発明者らは本研究においては、より先端側の切刃部による切削性能を追求することを第二の課題とした。
【０００６】
すなわち、本発明は、位置により先端角が異なる切刃を有したドリルにおいて、切刃全体のうちより後端側の切刃部によるリーマ仕上げ性を追求すること、さらにはより先端側の切刃部による切削性能を追求することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、切刃の先端を繋ぐ稜線の全部又は一部が基準楕円の一部に沿って形成されてなるドリルである。
【０００８】
請求項２記載の発明は、最大径位置よりドリル先端側に位置する所定の点から最大径位置まで連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が基準楕円の一部に沿って形成されてなるドリルである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記所定の点からドリル先端方向へ連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が前記所定の点における前記基準楕円の接線に沿った直線状に形成される請求項２に記載のドリルである。
【００１０】
請求項４記載の発明は、切刃の先端を繋ぐ稜線の全部又は一部が、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線に沿って形成され、前記各円弧はその両端点が基準楕円上にあり、かつ、同基準楕円と共有接線を有するか又は同基準楕円と前記両端点以外に共有点を有してなるドリルである。
【００１１】
請求項５記載の発明は、最大径位置よりドリル先端側に位置する所定の点から最大径位置まで連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線に沿って形成され、前記各円弧はその両端点が基準楕円上にあり、かつ、同基準楕円と共有接線を有するか又は同基準楕円と前記両端点以外に共有点を有してなるドリルである。
【００１２】
請求項６記載の発明は、
前記所定の点からドリル先端方向へ連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が前記所定の点における前記基準曲線の接線に沿った直線状に形成される請求項５に記載のドリルである。
【００１３】
請求項７記載の発明は、前記基準楕円は、その短軸を最大径位置に配置した楕円である請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載のドリルである。
【００１４】
請求項８記載の発明は、前記切刃は、ドリル最先端側位置から所定範囲において一定の逃げ角を有する請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載のドリルである。
【００１５】
請求項９記載の発明は、前記切刃の前記所定の点よりドリル先端側において一定の逃げ角を有する請求項３又は請求項６に記載のドリルである。
【００１６】
請求項１０記載の発明は、前記切刃は、ドリル最先端側位置において逃げ角δ１を有し、最大径位置において逃げ角δ２を有し、δ１＞δ２ の大小関係を有し、ドリル最先端側位置から最大径位置までに至る範囲のうちの一部の範囲において逃げ角がδ１から漸減してδ２に至る請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載のドリルである。
【００１７】
請求項１１記載の発明は、前記切刃は、ドリル最先端側位置において逃げ角δ１を有し、最大径位置において逃げ角δ２を有し、δ１＞δ２ の大小関係を有し、前記所定の点から最大径位置までの範囲において逃げ角がδ１から漸減してδ２に至る請求項３、請求項６又は請求項９に記載のドリルである。
【００１８】
請求項１２記載の発明は、前記切刃の逃げ面に対しドリル後端方向に連続するマージンを有し、前記マージンは逃げ角δ２を有する請求項１０又は請求項１１に記載のドリルである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、切刃の先端を繋ぐ稜線が楕円に沿って形成される。すなわち、本発明によれば、楕円の膨張した曲線を利用することにより、リーミング作用を担う後端側ほどより浅い先端角にすることができる。そして本発明によれば、後端ほど先端角をより浅くすることができたことから、後端側の最大径付近における切削負荷を抑えつつリーミング作用を大いに発揮することができ、切刃全体のうちより後端側の切刃部によるリーマ仕上げ性が向上するという効果があり、より綺麗な切削面を得ることができる。
【００２０】
なお、ドリル先端側に切刃先端を繋ぐ稜線が直線状にされた直線部を設け、この直線部における先端角が適度に選択されることにより、穿孔開始時にドリル先端部が被削材に切込み捉える捕捉性や、求心性、保持安定性が良好となり、ドリリング作用を担う先端部の切削性能が向上するという効果があり、一本のドリルで、先端側の優れた切削性能と後端側の優れたリーマ仕上げ性を併せ持つことができる。
また、上記直線部において逃げ面を一定にすることにより、さらに保持安定性が良好になる。
【００２１】
また、請求項４又は５に記載のドリルによれば、切刃の先端を繋ぐ稜線が、直接基準楕円を基準にすることなく、ほぼ基準楕円に沿う複数の円弧の連なりを基準として形成される。したがって、上記各円弧に沿ったドリルの整形を順次行うことにより、切刃の先端を繋ぐ稜線がほぼ楕円に沿って形成されたドリルを得ることができ、製造性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００２３】
まず、本発明のドリル形状を適用可能なドリルの２つの例を示す。一つはねじれ溝を有したドリル（図１〜図３参照）、他の一つは、ストレート溝を有したドリル（図４、図５参照）である。
【００２４】
図１は、ねじれ溝を有したドリルの側面図である。
図１に示すように、ドリル２１は、のみ刃部１とシャンク部２とを有する。のみ刃部１とシャンク部２の間にはねじれ溝３が形成されている。
【００２５】
図１に示したドリル２１の先端部の拡大図を図２に示す。
のみ刃部１には、一対の切刃６，６が中心軸９について対称に設けられている。切刃６，６はそれぞれすくい面７及び逃げ面８を有する。
のみ刃部１はクロスシニングされており、シニングにより欠落した部分にすくい面７が形成されている。また、シニングにより欠落した部分は、ねじれ溝３に連続する。２条のねじれ溝３，３は、一定のねじれ角をもってねじれている。ねじれ溝３，３の間に形成されたランド部４のねじれ溝３，３に沿った両縁にマージン５，５が形成されている。このマージン５は、被加工穴の内面に当りドリルを支持する。
【００２６】
図２に示すように、のみ刃部１は最大径φＤ、長さＬを有する。中心位置における切刃６の先端角をθ°とする（但し、０°＜θ°＜１８０°）。最大径φＤを有する位置において切刃６の先端角は０°となる。
切刃６の先端角は、中心位置先端角θ°から最大径位置先端角０°まで連続した変化により減少する形状に形成されている。これにより切刃６の先端は角（不連続点）のない滑らかな曲線を形成する。
【００２７】
図３は、図２に示す矢印の方向から見たドリル２１の側面図である。なお、ドリル２１は軸９を中心とした対称な立体形状を有する。したがって、ドリル２１のいずれの角度から見た側面も１８０度反対側の側面と同一形状である。
【００２８】
図４はストレート溝を有したドリルの側面図である。図５は、図４に示すＧ−Ｇ線における断面図である。本ドリル２３は、上記ドリル２１におけるねじれ溝３をＶ溝１１に代えたものである。対応する部分を同一の符号で示す。
【００２９】
図４、図５に示すように、本ドリル２３においては、のみ刃部１とシャンク部２の間には２本のＶ溝１１，１１が形成されている。Ｖ溝１１は、のみ刃部１のシニングによる欠落部分を含め中心軸９に沿ってストレートに形成されている。
【００３０】
図５に示すように、Ｖ溝１１，１１の間に形成されたランド部１２のＶ溝１１，１１に沿った両縁にマージン１３，１３が形成されている。このマージン１３は、被加工穴の内面に当りドリルを支持する。この４つのマージンによりどの断面でもドリル２３は４点で支持される。ねじりによる支持性は無いが、被加工穴やブッシュガイドの内面に安定性よく保持され、曲がりの少ない穴加工が可能である。
【００３１】
さて、本発明のドリル形状につき説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る楕円部と直線部とからなる切刃を有したドリルの側視外形図である。
ここではドリルの形状について説明し、ドリルの大きさは問題とならないから、図６に示すようにφＤ＝１とする。ドリルの中心軸をＸ軸とし、Ｘ軸の正の方向をドリル先端方向にとり、Ｘ軸に直交しドリルの最大径位置を通る軸をＹ軸としたＸ−Ｙ座標を想定する。基準楕円ｆ１は、中心をＸ−Ｙ座標の原点に置き、短軸がＹ軸に一致し、短軸上の半径が0.5である楕円である。しがたって、基準楕円ｆ１の長軸はＸ軸に一致する。基準楕円ｆ１の長軸上の半径は任意に設定され、これをａとする。
【００３２】
図６に示すように、ドリルの切刃の先端を繋ぐ稜線は楕円の一部と直線とで構成される。楕円部と直線部との分離点Ｈの座標を（ｘ０、ｙ０）とする。ｘ０における本ドリルの直径、すなわち、直線部の最大径は任意に設定され、これをφＡとする。したがって、φＡ＝２×ｙ０ である。
直線ｆ２は、分離点Ｈにおける楕円ｆ１の接線である。Ｘ軸上においてドリルの先端からｘ０までの範囲をａ１、ｘ０から原点までの範囲をａ２、負の範囲をａ３とする。切刃の先端を繋ぐ稜線は、範囲ａ１において接線ｆ２に沿った直線状に形成され、範囲ａ２において基準楕円ｆ１に沿って形成される。すなわち、切刃の先端を繋ぐ稜線は、範囲ａ１において接線ｆ２に重なり、範囲ａ２において基準楕円ｆ１に重なる。範囲ａ３には切刃の逃げ面に続いてマージンが形成される。
【００３３】
以上説明した条件から、θ，φＡ，Ｌの関係式を導き出すと次式１の通りとなる。式１を用いてドリルの形状設計が可能である。
【数１】
【００３４】
次に、図７、図８を参照して切刃の楕円部の切削性につき補足説明する。
切刃の先端角が位置によらず一定であると、半径の大きい後端側ほど切刃単位長さあたりの切削体積が増大するが、図７に示すように本ドリルの場合、楕円形状に沿って後端側ほど切刃の先端角が減少するため、切刃単位長さあたりの切削体積を先端から後端に至るにあたってほぼ一定となるように増加を抑えたり、減少させることができる。そして、楕円ｆ１を基準とする場合には、切刃単位長さあたりの切削体積を後端ほど一定以上に減少させられるため、切刃全体に亘って磨耗の進行度合いを一定にすることが可能となる。磨耗の進行度合いを一定にするには、切刃の位置により切削速度が異なることを考慮する必要がある。すなわち、切刃の切削速度すなわち周速はドリル先端から後端に移るに従い速くなる。これにより、切刃の後端ほど磨耗しやすいため、切刃単位長さあたりの切削体積を後端ほど減少させることで、切刃の位置によらず切削負荷が一定となり、磨耗の進行度合いも一定になる。そして、磨耗の進行度合いを一定することで、使用後に切刃を再研磨する際、少ない追い込み量で切刃全体を鋭利にすることができ再研磨の作業も容易となる。
また、図８に示すように、楕円ｆ１を基準とする場合は、最大径位置（ｘ＝０）において切刃の先端角は０となるのに対して、放物線ｆ３を基準とする場合は０とならない。したがって、放物線ｆ３に比較しても楕円ｆ１の場合は、最大径付近ａ４において切刃の先端角が小さくなり、後端ほど先端角をより浅くすることができることから、後端側の最大径付近ａ４における切削負荷を顕著に抑えるとともに、リーミング作用を大いに発揮することができ、切刃全体のうちより後端側の切刃部によるリーマ仕上げ性が向上する。
さらに、楕円ｆ１を基準とする場合には、最大径位置（ｘ＝０）において切刃の先端角が０となり磨耗しやすい角が生じないためドリルの高寿命化を図ることができる。
【００３５】
次に、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線の決定方法につき説明する。図９〜図１１は、図６に示した基準楕円ｆ１に基づく基準曲線の作図法を説明した図である。
【００３６】
一端点が最大径位置にある円弧については次のように決定する。
図９に示すように、基準楕円ｆ１上の最大径位置の点Ａと、点Ａと分離点Ｈとの間の任意の点Ｂとを端点とする円弧ＡＢを、基準曲線をつくる一つの円弧とする。この円弧ＡＢは、線分ＡＢの垂直二等分線とｙ軸との交点Ｃを中心とし、線分ＡＣ（＝線分ＢＣ）を半径（Ｒ１）とする円弧とする。点Ａにおける円弧ＡＢの接線は、点Ａを通りｘ軸に平行な直線であり、この直線は、点Ａにおける基準楕円ｆ１の接線でもある。
【００３７】
端点が点Ａにも分離点Ｈにもなく、点Ａと分離点Ｈとの間にある任意の円弧については次のように決定する。
図１０に示すように、基準楕円ｆ１上の任意の点Ｄと、点Ｄと分離点Ｈとの間の任意の点Ｅとを端点とする円弧ＤＥを、基準曲線をつくる一つの円弧とする。点Ｄを点Ｂ（図９参照）と同一点として、円弧ＡＢと円弧ＤＥとを連続させる。円弧ＤＥは、線分ＤＥの垂直二等分線と基準楕円ｆ１との交点を点Ｆとして、線分ＤＥの垂直二等分線と線分ＤＦの垂直二等分線との交点Ｇを中心とし、線分ＤＧ（＝線分ＦＧ＝線分ＥＧ）を半径（Ｒ２）とする円弧とする。点Ｆは、円弧ＤＥと基準楕円ｆ１の共有点となる。
端点が点Ａにも分離点Ｈにもなく、点Ａと分離点Ｈとの間にある円弧を設けるか、設けないかも、設ける場合にいくつ設けるかも任意である。
【００３８】
一端点が分離点Ｈにある円弧については次のように決定する。
図１１に示すように、分離点Ｈと、基準楕円ｆ１上の点Ａと分離点Ｈとの間の任意の点Ｉとを端点とする円弧ＨＩを、基準曲線をつくる一つの円弧とする。但し、上述の図１０に示した方法で決定した円弧ＤＥの最もドリル先端側の端点を点Ｉとする。この円弧ＨＩは、線分ＨＩの垂直二等分線と点Ｈを通る基準楕円ｆ１の法線との交点Ｊを中心とし、線分ＨＪ（＝線分ＩＪ）を半径（Ｒ３）とする円弧とする。点Ｈにおける円弧ＨＩの接線は、点Ｈにおける基準楕円ｆ１の接線でもある。
【００３９】
以上のようにして決定した基準曲線に沿って切刃の先端を繋ぐ稜線を形成する。すなわち、切刃の先端を繋ぐ稜線は基準曲線に重なる。図９〜図１１に示すように、円弧の半径は、ドリル先端側ほど半径が小さくなる。各円弧の長さの取り方は任意であるが、基準楕円ｆ１との一致度を高めるため、ドリル先端側ほど短くすることが好ましい。これらの性質は、ドリル中心軸方向に基準楕円ｆ１の長軸が配置され、ドリル先端ほど基準楕円ｆ１の曲率が大きくなるためである。
【００４０】
次に、切刃及びマージンの逃げ角につき説明する。図１２は、本発明の一実施形態に係る楕円部と直線部とからなる切刃を有したドリルの側視外形図である。切刃の先端角については図６に示したものに従ったものである。図１２に断面の位置Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄ，Ｅ−Ｅ，Ｆ−Ｆを示し、これら各位置の断面図を図１３(a)，図１４(a)，図１５(a)，図１６(a)，図１７(a)，図１８(a)に示し、各断面における切刃分拡大部図を図１３(b)，図１４(b)，図１５(b)，図１６(b)，図１７(b)，図１８(b)に示す。
【００４１】
図１２〜図１８に示すドリルにおいて、ドリル先端から断面Ｅ−Ｅまで範囲においては、切刃の逃げ角は一定であり、この逃げ角をδ１とする。δ１としては４０[°]〜５０[°]が適当である。断面Ｅ−Ｅから断面Ｃ−Ｃまでの範囲においては、本ドリルの切刃の逃げ角はδ１（断面Ｅ−Ｅでδ１）から漸減してδ２に至る（断面Ｃ−Ｃでδ２）。断面Ｃ−Ｃよりドリル後端側の切刃及びマージンの逃げ角はδ２で一定である。δ２としては５[°]〜１５[°]が適当である。
【００４２】
次に、切刃及びマージンの逃げ角の他の形態につき説明する。図１９は、本発明の一実施形態に係る楕円部と直線部とからなる切刃を有したドリルの側視外形図である。切刃の先端角については図６に示したものに従ったものである。図１９に断面の位置Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄ，Ｅ−Ｅを示し、これら各位置の断面図を図２０(a)，図２１(a)，図２２(a)，図２３(a)に示し、各断面における切刃分拡大部図を図２０(b)，図２１(b)，図２２(b)，図２３(b)に示す。
【００４３】
図１９〜図２３に示すドリルにおいて、ドリル先端から断面Ｄ−Ｄ（分離点Ｈの位置）までの範囲において、切刃の逃げ角は一定であり、この逃げ角をδ１とする。δ１としては４０[°]〜５０[°]が適当である。断面Ｄ−Ｄから断面Ａ−Ａまでの範囲においては、本ドリルの切刃の逃げ角はδ１（断面Ｄ−Ｄでδ１）から漸減してδ２に至る（断面Ａ−Ａでδ２）。断面Ａ−Ａよりドリル後端側のマージンの逃げ角はδ２で一定である。δ２としては５[°]〜１５[°]が適当である。
【００４４】
以上の図１２〜図２３で示したように、主にドリリングの作用を担うドリル先端側の切刃部の逃げ角δ１を比較的大きくとり、主にリーマ仕上げ作用を担うドリル後端側の切刃部及びマージンの逃げ角δ２を比較的小さくとることにより、先端側のドリリング作用及び後端側のリーマ仕上げ作用をより効果的にする。また、δ１からδ２への変遷範囲をとってδ１〜δ２へ漸減させることにより、全体的に滑らかな切刃を形成できる。
【００４５】
図１２〜図１８に示すドリルと、図１９〜図２３に示すドリルとを比較すると、以下の点で特性が異なる。
（１）分離点Ｈよりドリル先端側の主にドリリングの作用を担う切刃部において、前者は比較的大きい逃げ角のδ１の範囲が短く、そのため切削抵抗が大きいのに対し、後者のδ１の範囲は長く切削抵抗が小さくなる。（２）前者に比較して後者はδ１からδ２への逃げ角の変化が緩やかであるため偏磨耗しにくく、孔品質が悪化しにくいとともにドリル寿命が長くなる傾向にある、（３）分離点Ｈより後端側の主にリーマ仕上げ作用を担う切刃部において、前者は比較的小さい逃げ角のδ２の範囲がほぼ全域であり、そのため切削抵抗が大きいのに対し、後者の逃げ角はδ１からδ２への変遷域にあるから平均の逃げ角が大きく、そのため切削抵抗が小さくなる。
以上を指針として、優先する特性に応じて逃げ角の分布を設計することができる。
【００４６】
次に、先端角の他の形態につき説明する。図２４は、本発明の一実施形態に係る全体として楕円の一部に沿った切刃を有したドリルの側視外形図である。
図６に示したドリルにあっては、ドリルの切刃の先端を繋ぐ稜線は楕円の一部と直線とで構成された。これに対し、図２４に示すドリルは、直線部を排し、ドリルの切刃の先端を繋ぐ稜線の全体を基準楕円ｆ４の一部で構成したものである。すなわち、切刃の先端を繋ぐ稜線の全体は、基準楕円ｆ４に重なる。
このように、基準楕円ｆ４に沿って切刃の先端を形成する場合には、図２４に示すように楕円ｆ４の長軸ｂをドリル中心軸（ｘ軸）に対しオーバーラップするようにシフトする。このシフト量を設定することにより、中心位置先端角を設定することができる。シフト量をゼロとする場合は、中心位置先端角が１８０[°]となる。
なお、基準楕円ｆ４の短軸がＹ軸に一致する点は、図６に示したドリルと同様である。また、逃げ角に関しては、ドリル最先端側位置において逃げ角δ１を有し、最大径位置において逃げ角δ２を有し、δ１＞δ２ の大小関係を有し、ドリル最先端側位置から最大径位置までに至る範囲のうちいずれか一部の範囲において逃げ角がδ１から漸減してδ２に至るようにすることが好ましい。
【００４７】
ドリルの切刃の先端を繋ぐ稜線の全体を基準楕円ｆ４の一部で構成する場合において、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線の決定方法につき説明する。図２５は、図２４に示した基準楕円ｆ１に基づく基準曲線の作図法を説明した図である。
【００４８】
一端点が最大径位置にある円弧については、図９に示し上述した方法と同様に決定する。端点が点Ａにもドリル先端点Ｋにもなく、点Ａとドリル先端点Ｋとの間にある任意の円弧については、図１０に示す上述した方法と同様に決定する。
一端点がドリル先端点Ｋにある円弧については次のように決定する。
図２５に示すように、ドリル先端点Ｋと、基準楕円ｆ４上の点Ａとドリル先端点Ｋとの間の任意の点Ｌとを端点とする円弧ＫＬを、基準曲線をつくる一つの円弧とする。但し、上述の図１０に示した方法で決定した円弧の最もドリル先端側の端点を点Ｌとする。この円弧ＫＬは、線分ＫＬの垂直二等分線と点Ｋを通る基準楕円ｆ４の法線との交点Ｍを中心とし、線分ＫＭ（＝線分ＬＭ）を半径（Ｒ４）とする円弧とする。点Ｋにおける円弧ＫＬの接線は、点Ｋにおける基準楕円ｆ４の接線でもある。
以上のようにして決定した基準曲線に沿って切刃の先端を繋ぐ稜線を形成する。すなわち、切刃の先端を繋ぐ稜線は基準曲線に重なる。
【００４９】
なお、図６に示したドリルにあっても、図２４に示したドリルにあっても、ドリル先端部にチゼルエッジが残っていてもよい。この場合、ドリル後端側からチゼルエッジまでの範囲に対し上述した本発明のドリル形状を適用する。
【００５０】
次に、繊維強化樹脂複合材の穿孔に適合させたφＤ，Ｌ，θ，φＡの決定方法につき説明する。繊維強化樹脂複合材としてはＣＦＲＰ （Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を例とする。表１は、φＤに対するＬの大きさ、すなわち、Ｌ／φＤによる各特性の変化を示した表である。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１に示すように、Ｌ／φＤを大きくしていくと、切刃長さは長く、穿孔に必要なストロークは長くなる。また、穿孔反力及び切削抵抗は切刃長さに比例するため大きくなる。また、切刃長さが長くなるにつれて切刃単位長さあたりの切削量が減り、磨耗しにくくなるため、孔品質（デラミネーション発生の程度、孔内面粗さ）は良くなり、ドリル寿命は延びる。Ｌ／φＤの値1.0〜2.0についてＣＦＲＰに対する各特性の総合評価を表１最右欄に記載した。これに示すように、Ｌ／φＤの値1.5を中心に1.4〜1.6の範囲に良好な結果を得た。
【００５３】
以上の結果を踏まえて、Ｌ／φＤ＝1.5とする。表２は、Ｌ／φＤ＝1.5のときのθによるφＡ／φＤの値及び各特性の変化を示した表である。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表２に示すとおりにθの値を60[°]〜180[°]の範囲でとった。θの各値に対するφＡ／φＤの値は、式１及びＬ／φＤ＝1.5から求まり、表２に示すとおりである。θの値を180[°]から60[°]へと小さくしていくと、求心性（先端の振れ、ホールド性）は良好となる。これはθが小さいほどドリル先端が鋭利になり、ぶれにくくなるためである。また、穿孔反力、切削抵抗は小さくなる。これはφＤに対するφＡの割合が大きいほど被削材への切刃の食い込みが良くなるためである。また、φＡ／φＤの値が小さいほど分離点Ｈより後端側の主にリーマ仕上げ作用を担う切刃部が長くなるため、孔品質（デラミネーション発生の程度、孔内面粗さ）は良くなる。また、θが小さいほどドリル先端が鋭利となり欠けやすくなるため、ドリル先端部の欠けに対する耐久性は悪化する。
θの値60[°]〜180[°]の範囲についてＣＦＲＰに対する各特性の総合評価を表２最右欄に記載した。これに示すように、θの値は、100[°]〜140[°]の範囲に良好な結果を得た。
【００５６】
以上の結果より、ＣＦＲＰの穿孔用のドリルとしては、Ｌ／φＤの値が1.4〜1.6の範囲で、θの値が100[°]〜140[°]の範囲が良好である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を適用可能な一例のねじれ溝を有したドリルの側面図である。
【図２】図１に示したドリルの先端部の拡大図である。
【図３】図２に示す矢印の方向から見たドリルの側面図である。
【図４】本発明を適用可能な一例のストレート溝を有したドリルの側面図である。
【図５】図４に示すＧ−Ｇ線における断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る楕円部と直線部とからなる切刃を有したドリルの側視外形図である。
【図７】本発明のドリルにおける切刃の先端部と後端部における切削体積を比較するための模式図である。
【図８】ドリルの切刃の先端を繋ぐ稜線の基準とする楕円（本発明）と放物線とを比較した図である。
【図９】図６に示した基準楕円ｆ１に基づいて、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線を作図する方法を図解した図（後端側）である。
【図１０】図６に示した基準楕円ｆ１に基づいて、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線を作図する方法を図解した図（中間部）である。
【図１１】図６に示した基準楕円ｆ１に基づいて、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線を作図する方法を図解した図（先端側）である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る楕円部と直線部とからなる切刃を有したドリルの側視外形図である。
【図１３】図１２に示したＡ−Ａ線における断面図(a)及びＡ１部詳細図である。
【図１４】図１２に示したＢ−Ｂ線における断面図(a)及びＢ１部詳細図である。
【図１５】図１２に示したＣ−Ｃ線における断面図(a)及びＣ１部詳細図である。
【図１６】図１２に示したＤ−Ｄ線における断面図(a)及びＤ１部詳細図である。
【図１７】図１２に示したＥ−Ｅ線における断面図(a)及びＥ１部詳細図である。
【図１８】図１２に示したＦ−Ｆ線における断面図(a)及びＦ１部詳細図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る楕円部と直線部とからなる切刃を有したドリルの側視外形図である。
【図２０】図１９に示したＡ−Ａ線における断面図(a)及びＡ１部詳細図である。
【図２１】図１９に示したＢ−Ｂ線における断面図(a)及びＢ１部詳細図である。
【図２２】図１９に示したＤ−Ｄ線における断面図(a)及びＤ１部詳細図である。
【図２３】図１９に示したＦ−Ｆ線における断面図(a)及びＦ１部詳細図である。
【図２４】本発明の一実施形態に係る全体として楕円の一部に沿った切刃を有したドリルの側視外形図である。
【図２５】図２４に示した基準楕円ｆ４に基づいて、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線を作図する方法を図解した図（先端側）である。
【符号の説明】
【００５８】
１ のみ刃部
２ シャンク部
３ ねじれ溝
４ ランド部
５ マージン
６ 切刃
７ すくい面
８ 逃げ面
１１ Ｖ溝
１２ ランド部
１３ マージン
φＤ１ 最大径
Ｈ 楕円部と直線部との分離点
φＡ 直線部の最大径
θ 中心位置先端角
ｆ１ 基準楕円
ｆ４ 基準楕円
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置により先端角が異なる切刃を有したドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
位置により先端角が異なる切刃を有したドリルとしては、特許文献１、２に記載されるダブルアングルドリルがある。
このダブルアングルドリルは、先端部が金属用ドリルの先端形状を有する一次切刃とこの一次切刃に連続し一次切刃より小さい先端角を有するフラット状の二次切刃とから構成されている。
同文献によれば、このダブルアングルドリルは、繊維強化樹脂の複合材と金属との同時穿孔に適したものとされる。
このダブルアングルドリルによれば、先ず一次切刃により比較的小径の一次孔が穿たれ、次いで二次切刃が一次孔の外周を切削して目標径の二次孔が穿孔される。穿孔時において、複合材の一次孔の周囲に過渡的なデラミネーション（層間剥離）が発生するが、このデラミネーションは二次切刃による切削の際に除去される。
【０００３】
しかし、特許文献２にも記載されるように、ダブルアングルドリルは、元来、耐摩耗性が優れないという欠点がある。特許文献２記載の発明にあっては、切刃を適当な膜厚のダイヤモンド被膜で被覆することにより耐摩耗性を改善する。
しかし、ダブルアングルドリルでは、一次切刃と二次切刃の境界及び二次切刃の最外周において角が生じており、この角は応力が集中しやすく欠損（チッピング）が生じやすいため、耐摩耗性を低下させる形状的原因となっている。
【０００４】
そこで本件出願人は、切刃の耐摩耗性を向上することを課題として特許文献３により、切刃の先端角が中心位置から最大径位置に向けて中心位置先端角Ａ°（但し、０°＜Ａ°＜１８０°）から最大径位置先端角０°まで連続した変化により減少し、切刃の逃げ角が中心位置から最大径位置に向けて連続した変化により減少する形状に形成されたドリルを出願した。
特許文献３には切刃の先端角について「切刃の先端角は、中心位置先端角Ａ°から最大径位置先端角０°まで連続した変化により減少する形状に形成されている。これにより切刃の先端は角（不連続点）のない滑らかな曲線を形成する。また、切刃の先端が形成する曲線を変曲点の無い外側に膨らむ曲線とする。例えば、切刃の先端は中心位置先端角Ａ°から最大径位置先端角０°までの曲線を放物線の一部として形成する。切刃の先端の一部に直線を含んでも良いが、直線と曲線（直線を含まない）との移り変わりにおいても切刃の先端角は連続して変化することにより角を設けない。」と記載される。また、放物線のほか、切刃の先端を一つの円弧による円弧状に形成することも記載されている。
特許文献３に記載のドリルによれば、切刃の先端角が中心位置から最大径位置まで連続した変化により減少するので、刃先に欠損しやすい角が生じず、切刃の耐摩耗性が向上する。
また特許文献３に記載のドリルにあっては、切刃全体のうちより先端側にドリリングの作用の強い切刃部が形成され、より後端側に連続してリーミングの作用の強い切刃部が形成され、ドリリングの作用の強い切刃からリーミングの作用の強い切刃へと次第に移り変わる。
【特許文献１】特開昭６３−３０６８１２号公報
【特許文献２】実開平６−７５６１２号公報
【特許文献３】特開２００８−３６７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、本願発明者らが特許文献３に記載のタイプのドリルをさらに繊維強化樹脂の複合材向けに研究した結果、発明するに至ったものである。繊維強化樹脂の複合材に対する穿孔に好個に用いられる。
本願発明者らは本研究においては、より後端側の切刃部によるリーマ仕上げ性を追求することを第一の課題とした。
また本願発明者らは本研究においては、より先端側の切刃部による切削性能を追求することを第二の課題とした。
【０００６】
すなわち、本発明は、位置により先端角が異なる切刃を有したドリルにおいて、切刃全体のうちより後端側の切刃部によるリーマ仕上げ性を追求すること、さらにはより先端側の切刃部による切削性能を追求することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、切刃の先端を繋ぐ稜線の全部又は一部が基準楕円の一部に沿って形成されてなるドリルである。
【０００８】
請求項２記載の発明は、最大径位置よりドリル先端側に位置する所定の点から最大径位置まで連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が基準楕円の一部に沿って形成されてなるドリルである。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記所定の点からドリル先端方向へ連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が前記所定の点における前記基準楕円の接線に沿った直線状に形成される請求項２に記載のドリルである。
【００１０】
請求項４記載の発明は、切刃の先端を繋ぐ稜線の全部又は一部が、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線に沿って形成され、前記各円弧はその両端点が基準楕円上にあり、かつ、同基準楕円と共有接線を有するか又は同基準楕円と前記両端点以外に共有点を有してなるドリルである。
【００１１】
請求項５記載の発明は、最大径位置よりドリル先端側に位置する所定の点から最大径位置まで連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線に沿って形成され、前記各円弧はその両端点が基準楕円上にあり、かつ、同基準楕円と共有接線を有するか又は同基準楕円と前記両端点以外に共有点を有してなるドリルである。
【００１２】
請求項６記載の発明は、
前記所定の点からドリル先端方向へ連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が前記所定の点における前記基準曲線の接線に沿った直線状に形成される請求項５に記載のドリルである。
【００１３】
請求項７記載の発明は、前記基準楕円は、その短軸を最大径位置に配置した楕円である請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載のドリルである。
【００１４】
請求項８記載の発明は、前記切刃は、ドリル最先端側位置から所定範囲において一定の逃げ角を有する請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載のドリルである。
【００１５】
請求項９記載の発明は、前記切刃の前記所定の点よりドリル先端側において一定の逃げ角を有する請求項３又は請求項６に記載のドリルである。
【００１６】
請求項１０記載の発明は、前記切刃は、ドリル最先端側位置において逃げ角δ１を有し、最大径位置において逃げ角δ２を有し、δ１＞δ２ の大小関係を有し、ドリル最先端側位置から最大径位置までに至る範囲のうちの一部の範囲において逃げ角がδ１から漸減してδ２に至る請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載のドリルである。
【００１７】
請求項１１記載の発明は、前記切刃は、ドリル最先端側位置において逃げ角δ１を有し、最大径位置において逃げ角δ２を有し、δ１＞δ２ の大小関係を有し、前記所定の点から最大径位置までの範囲において逃げ角がδ１から漸減してδ２に至る請求項３、請求項６又は請求項９に記載のドリルである。
【００１８】
請求項１２記載の発明は、前記切刃の逃げ面に対しドリル後端方向に連続するマージンを有し、前記マージンは逃げ角δ２を有する請求項１０又は請求項１１に記載のドリルである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、切刃の先端を繋ぐ稜線が楕円に沿って形成される。すなわち、本発明によれば、楕円の膨張した曲線を利用することにより、リーミング作用を担う後端側ほどより浅い先端角にすることができる。そして本発明によれば、後端ほど先端角をより浅くすることができたことから、後端側の最大径付近における切削負荷を抑えつつリーミング作用を大いに発揮することができ、切刃全体のうちより後端側の切刃部によるリーマ仕上げ性が向上するという効果があり、より綺麗な切削面を得ることができる。
【００２０】
なお、ドリル先端側に切刃先端を繋ぐ稜線が直線状にされた直線部を設け、この直線部における先端角が適度に選択されることにより、穿孔開始時にドリル先端部が被削材に切込み捉える捕捉性や、求心性、保持安定性が良好となり、ドリリング作用を担う先端部の切削性能が向上するという効果があり、一本のドリルで、先端側の優れた切削性能と後端側の優れたリーマ仕上げ性を併せ持つことができる。
また、上記直線部において逃げ面を一定にすることにより、さらに保持安定性が良好になる。
【００２１】
また、請求項４又は５に記載のドリルによれば、切刃の先端を繋ぐ稜線が、直接基準楕円を基準にすることなく、ほぼ基準楕円に沿う複数の円弧の連なりを基準として形成される。したがって、上記各円弧に沿ったドリルの整形を順次行うことにより、切刃の先端を繋ぐ稜線がほぼ楕円に沿って形成されたドリルを得ることができ、製造性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の一実施の形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００２３】
まず、本発明のドリル形状を適用可能なドリルの２つの例を示す。一つはねじれ溝を有したドリル（図１〜図３参照）、他の一つは、ストレート溝を有したドリル（図４、図５参照）である。
【００２４】
図１は、ねじれ溝を有したドリルの側面図である。
図１に示すように、ドリル２１は、のみ刃部１とシャンク部２とを有する。のみ刃部１とシャンク部２の間にはねじれ溝３が形成されている。
【００２５】
図１に示したドリル２１の先端部の拡大図を図２に示す。
のみ刃部１には、一対の切刃６，６が中心軸９について対称に設けられている。切刃６，６はそれぞれすくい面７及び逃げ面８を有する。
のみ刃部１はクロスシニングされており、シニングにより欠落した部分にすくい面７が形成されている。また、シニングにより欠落した部分は、ねじれ溝３に連続する。２条のねじれ溝３，３は、一定のねじれ角をもってねじれている。ねじれ溝３，３の間に形成されたランド部４のねじれ溝３，３に沿った両縁にマージン５，５が形成されている。このマージン５は、被加工穴の内面に当りドリルを支持する。
【００２６】
図２に示すように、のみ刃部１は最大径φＤ、長さＬを有する。中心位置における切刃６の先端角をθ°とする（但し、０°＜θ°＜１８０°）。最大径φＤを有する位置において切刃６の先端角は０°となる。
切刃６の先端角は、中心位置先端角θ°から最大径位置先端角０°まで連続した変化により減少する形状に形成されている。これにより切刃６の先端は角（不連続点）のない滑らかな曲線を形成する。
【００２７】
図３は、図２に示す矢印の方向から見たドリル２１の側面図である。なお、ドリル２１は軸９を中心とした対称な立体形状を有する。したがって、ドリル２１のいずれの角度から見た側面も１８０度反対側の側面と同一形状である。
【００２８】
図４はストレート溝を有したドリルの側面図である。図５は、図４に示すＧ−Ｇ線における断面図である。本ドリル２３は、上記ドリル２１におけるねじれ溝３をＶ溝１１に代えたものである。対応する部分を同一の符号で示す。
【００２９】
図４、図５に示すように、本ドリル２３においては、のみ刃部１とシャンク部２の間には２本のＶ溝１１，１１が形成されている。Ｖ溝１１は、のみ刃部１のシニングによる欠落部分を含め中心軸９に沿ってストレートに形成されている。
【００３０】
図５に示すように、Ｖ溝１１，１１の間に形成されたランド部１２のＶ溝１１，１１に沿った両縁にマージン１３，１３が形成されている。このマージン１３は、被加工穴の内面に当りドリルを支持する。この４つのマージンによりどの断面でもドリル２３は４点で支持される。ねじりによる支持性は無いが、被加工穴やブッシュガイドの内面に安定性よく保持され、曲がりの少ない穴加工が可能である。
【００３１】
さて、本発明のドリル形状につき説明する。図６は、本発明の一実施形態に係る楕円部と直線部とからなる切刃を有したドリルの側視外形図である。
ここではドリルの形状について説明し、ドリルの大きさは問題とならないから、図６に示すようにφＤ＝１とする。ドリルの中心軸をＸ軸とし、Ｘ軸の正の方向をドリル先端方向にとり、Ｘ軸に直交しドリルの最大径位置を通る軸をＹ軸としたＸ−Ｙ座標を想定する。基準楕円ｆ１は、中心をＸ−Ｙ座標の原点に置き、短軸がＹ軸に一致し、短軸上の半径が0.5である楕円である。しがたって、基準楕円ｆ１の長軸はＸ軸に一致する。基準楕円ｆ１の長軸上の半径は任意に設定され、これをａとする。
【００３２】
図６に示すように、ドリルの切刃の先端を繋ぐ稜線は楕円の一部と直線とで構成される。楕円部と直線部との分離点Ｈの座標を（ｘ０、ｙ０）とする。ｘ０における本ドリルの直径、すなわち、直線部の最大径は任意に設定され、これをφＡとする。したがって、φＡ＝２×ｙ０ である。
直線ｆ２は、分離点Ｈにおける楕円ｆ１の接線である。Ｘ軸上においてドリルの先端からｘ０までの範囲をａ１、ｘ０から原点までの範囲をａ２、負の範囲をａ３とする。切刃の先端を繋ぐ稜線は、範囲ａ１において接線ｆ２に沿った直線状に形成され、範囲ａ２において基準楕円ｆ１に沿って形成される。すなわち、切刃の先端を繋ぐ稜線は、範囲ａ１において接線ｆ２に重なり、範囲ａ２において基準楕円ｆ１に重なる。範囲ａ３には切刃の逃げ面に続いてマージンが形成される。
【００３３】
以上説明した条件から、θ，φＡ，Ｌの関係式を導き出すと次式１の通りとなる。式１を用いてドリルの形状設計が可能である。
【数１】
【００３４】
次に、図７、図８を参照して切刃の楕円部の切削性につき補足説明する。
切刃の先端角が位置によらず一定であると、半径の大きい後端側ほど切刃単位長さあたりの切削体積が増大するが、図７に示すように本ドリルの場合、楕円形状に沿って後端側ほど切刃の先端角が減少するため、切刃単位長さあたりの切削体積を先端から後端に至るにあたってほぼ一定となるように増加を抑えたり、減少させることができる。そして、楕円ｆ１を基準とする場合には、切刃単位長さあたりの切削体積を後端ほど一定以上に減少させられるため、切刃全体に亘って磨耗の進行度合いを一定にすることが可能となる。磨耗の進行度合いを一定にするには、切刃の位置により切削速度が異なることを考慮する必要がある。すなわち、切刃の切削速度すなわち周速はドリル先端から後端に移るに従い速くなる。これにより、切刃の後端ほど磨耗しやすいため、切刃単位長さあたりの切削体積を後端ほど減少させることで、切刃の位置によらず切削負荷が一定となり、磨耗の進行度合いも一定になる。そして、磨耗の進行度合いを一定することで、使用後に切刃を再研磨する際、少ない追い込み量で切刃全体を鋭利にすることができ再研磨の作業も容易となる。
また、図８に示すように、楕円ｆ１を基準とする場合は、最大径位置（ｘ＝０）において切刃の先端角は０となるのに対して、放物線ｆ３を基準とする場合は０とならない。したがって、放物線ｆ３に比較しても楕円ｆ１の場合は、最大径付近ａ４において切刃の先端角が小さくなり、後端ほど先端角をより浅くすることができることから、後端側の最大径付近ａ４における切削負荷を顕著に抑えるとともに、リーミング作用を大いに発揮することができ、切刃全体のうちより後端側の切刃部によるリーマ仕上げ性が向上する。
さらに、楕円ｆ１を基準とする場合には、最大径位置（ｘ＝０）において切刃の先端角が０となり磨耗しやすい角が生じないためドリルの高寿命化を図ることができる。
【００３５】
次に、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線の決定方法につき説明する。図９〜図１１は、図６に示した基準楕円ｆ１に基づく基準曲線の作図法を説明した図である。
【００３６】
一端点が最大径位置にある円弧については次のように決定する。
図９に示すように、基準楕円ｆ１上の最大径位置の点Ａと、点Ａと分離点Ｈとの間の任意の点Ｂとを端点とする円弧ＡＢを、基準曲線をつくる一つの円弧とする。この円弧ＡＢは、線分ＡＢの垂直二等分線とｙ軸との交点Ｃを中心とし、線分ＡＣ（＝線分ＢＣ）を半径（Ｒ１）とする円弧とする。点Ａにおける円弧ＡＢの接線は、点Ａを通りｘ軸に平行な直線であり、この直線は、点Ａにおける基準楕円ｆ１の接線でもある。
【００３７】
端点が点Ａにも分離点Ｈにもなく、点Ａと分離点Ｈとの間にある任意の円弧については次のように決定する。
図１０に示すように、基準楕円ｆ１上の任意の点Ｄと、点Ｄと分離点Ｈとの間の任意の点Ｅとを端点とする円弧ＤＥを、基準曲線をつくる一つの円弧とする。点Ｄを点Ｂ（図９参照）と同一点として、円弧ＡＢと円弧ＤＥとを連続させる。円弧ＤＥは、線分ＤＥの垂直二等分線と基準楕円ｆ１との交点を点Ｆとして、線分ＤＥの垂直二等分線と線分ＤＦの垂直二等分線との交点Ｇを中心とし、線分ＤＧ（＝線分ＦＧ＝線分ＥＧ）を半径（Ｒ２）とする円弧とする。点Ｆは、円弧ＤＥと基準楕円ｆ１の共有点となる。
端点が点Ａにも分離点Ｈにもなく、点Ａと分離点Ｈとの間にある円弧を設けるか、設けないかも、設ける場合にいくつ設けるかも任意である。
【００３８】
一端点が分離点Ｈにある円弧については次のように決定する。
図１１に示すように、分離点Ｈと、基準楕円ｆ１上の点Ａと分離点Ｈとの間の任意の点Ｉとを端点とする円弧ＨＩを、基準曲線をつくる一つの円弧とする。但し、上述の図１０に示した方法で決定した円弧ＤＥの最もドリル先端側の端点を点Ｉとする。この円弧ＨＩは、線分ＨＩの垂直二等分線と点Ｈを通る基準楕円ｆ１の法線との交点Ｊを中心とし、線分ＨＪ（＝線分ＩＪ）を半径（Ｒ３）とする円弧とする。点Ｈにおける円弧ＨＩの接線は、点Ｈにおける基準楕円ｆ１の接線でもある。
【００３９】
以上のようにして決定した基準曲線に沿って切刃の先端を繋ぐ稜線を形成する。すなわち、切刃の先端を繋ぐ稜線は基準曲線に重なる。図９〜図１１に示すように、円弧の半径は、ドリル先端側ほど半径が小さくなる。各円弧の長さの取り方は任意であるが、基準楕円ｆ１との一致度を高めるため、ドリル先端側ほど短くすることが好ましい。これらの性質は、ドリル中心軸方向に基準楕円ｆ１の長軸が配置され、ドリル先端ほど基準楕円ｆ１の曲率が大きくなるためである。
【００４０】
次に、切刃及びマージンの逃げ角につき説明する。図１２は、本発明の一実施形態に係る楕円部と直線部とからなる切刃を有したドリルの側視外形図である。切刃の先端角については図６に示したものに従ったものである。図１２に断面の位置Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄ，Ｅ−Ｅ，Ｆ−Ｆを示し、これら各位置の断面図を図１３(a)，図１４(a)，図１５(a)，図１６(a)，図１７(a)，図１８(a)に示し、各断面における切刃分拡大部図を図１３(b)，図１４(b)，図１５(b)，図１６(b)，図１７(b)，図１８(b)に示す。
【００４１】
図１２〜図１８に示すドリルにおいて、ドリル先端から断面Ｅ−Ｅまで範囲においては、切刃の逃げ角は一定であり、この逃げ角をδ１とする。δ１としては４０[°]〜５０[°]が適当である。断面Ｅ−Ｅから断面Ｃ−Ｃまでの範囲においては、本ドリルの切刃の逃げ角はδ１（断面Ｅ−Ｅでδ１）から漸減してδ２に至る（断面Ｃ−Ｃでδ２）。断面Ｃ−Ｃよりドリル後端側の切刃及びマージンの逃げ角はδ２で一定である。δ２としては５[°]〜１５[°]が適当である。
【００４２】
次に、切刃及びマージンの逃げ角の他の形態につき説明する。図１９は、本発明の一実施形態に係る楕円部と直線部とからなる切刃を有したドリルの側視外形図である。切刃の先端角については図６に示したものに従ったものである。図１９に断面の位置Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄ，Ｅ−Ｅを示し、これら各位置の断面図を図２０(a)，図２１(a)，図２２(a)，図２３(a)に示し、各断面における切刃分拡大部図を図２０(b)，図２１(b)，図２２(b)，図２３(b)に示す。
【００４３】
図１９〜図２３に示すドリルにおいて、ドリル先端から断面Ｄ−Ｄ（分離点Ｈの位置）までの範囲において、切刃の逃げ角は一定であり、この逃げ角をδ１とする。δ１としては４０[°]〜５０[°]が適当である。断面Ｄ−Ｄから断面Ａ−Ａまでの範囲においては、本ドリルの切刃の逃げ角はδ１（断面Ｄ−Ｄでδ１）から漸減してδ２に至る（断面Ａ−Ａでδ２）。断面Ａ−Ａよりドリル後端側のマージンの逃げ角はδ２で一定である。δ２としては５[°]〜１５[°]が適当である。
【００４４】
以上の図１２〜図２３で示したように、主にドリリングの作用を担うドリル先端側の切刃部の逃げ角δ１を比較的大きくとり、主にリーマ仕上げ作用を担うドリル後端側の切刃部及びマージンの逃げ角δ２を比較的小さくとることにより、先端側のドリリング作用及び後端側のリーマ仕上げ作用をより効果的にする。また、δ１からδ２への変遷範囲をとってδ１〜δ２へ漸減させることにより、全体的に滑らかな切刃を形成できる。
【００４５】
図１２〜図１８に示すドリルと、図１９〜図２３に示すドリルとを比較すると、以下の点で特性が異なる。
（１）分離点Ｈよりドリル先端側の主にドリリングの作用を担う切刃部において、前者は比較的大きい逃げ角のδ１の範囲が短く、そのため切削抵抗が大きいのに対し、後者のδ１の範囲は長く切削抵抗が小さくなる。（２）前者に比較して後者はδ１からδ２への逃げ角の変化が緩やかであるため偏磨耗しにくく、孔品質が悪化しにくいとともにドリル寿命が長くなる傾向にある、（３）分離点Ｈより後端側の主にリーマ仕上げ作用を担う切刃部において、前者は比較的小さい逃げ角のδ２の範囲がほぼ全域であり、そのため切削抵抗が大きいのに対し、後者の逃げ角はδ１からδ２への変遷域にあるから平均の逃げ角が大きく、そのため切削抵抗が小さくなる。
以上を指針として、優先する特性に応じて逃げ角の分布を設計することができる。
【００４６】
次に、先端角の他の形態につき説明する。図２４は、本発明の一実施形態に係る全体として楕円の一部に沿った切刃を有したドリルの側視外形図である。
図６に示したドリルにあっては、ドリルの切刃の先端を繋ぐ稜線は楕円の一部と直線とで構成された。これに対し、図２４に示すドリルは、直線部を排し、ドリルの切刃の先端を繋ぐ稜線の全体を基準楕円ｆ４の一部で構成したものである。すなわち、切刃の先端を繋ぐ稜線の全体は、基準楕円ｆ４に重なる。
このように、基準楕円ｆ４に沿って切刃の先端を形成する場合には、図２４に示すように楕円ｆ４の長軸ｂをドリル中心軸（ｘ軸）に対しオーバーラップするようにシフトする。このシフト量を設定することにより、中心位置先端角を設定することができる。シフト量をゼロとする場合は、中心位置先端角が１８０[°]となる。
なお、基準楕円ｆ４の短軸がＹ軸に一致する点は、図６に示したドリルと同様である。また、逃げ角に関しては、ドリル最先端側位置において逃げ角δ１を有し、最大径位置において逃げ角δ２を有し、δ１＞δ２ の大小関係を有し、ドリル最先端側位置から最大径位置までに至る範囲のうちいずれか一部の範囲において逃げ角がδ１から漸減してδ２に至るようにすることが好ましい。
【００４７】
ドリルの切刃の先端を繋ぐ稜線の全体を基準楕円ｆ４の一部で構成する場合において、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線の決定方法につき説明する。図２５は、図２４に示した基準楕円ｆ１に基づく基準曲線の作図法を説明した図である。
【００４８】
一端点が最大径位置にある円弧については、図９に示し上述した方法と同様に決定する。端点が点Ａにもドリル先端点Ｋにもなく、点Ａとドリル先端点Ｋとの間にある任意の円弧については、図１０に示す上述した方法と同様に決定する。
一端点がドリル先端点Ｋにある円弧については次のように決定する。
図２５に示すように、ドリル先端点Ｋと、基準楕円ｆ４上の点Ａとドリル先端点Ｋとの間の任意の点Ｌとを端点とする円弧ＫＬを、基準曲線をつくる一つの円弧とする。但し、上述の図１０に示した方法で決定した円弧の最もドリル先端側の端点を点Ｌとする。この円弧ＫＬは、線分ＫＬの垂直二等分線と点Ｋを通る基準楕円ｆ４の法線との交点Ｍを中心とし、線分ＫＭ（＝線分ＬＭ）を半径（Ｒ４）とする円弧とする。点Ｋにおける円弧ＫＬの接線は、点Ｋにおける基準楕円ｆ４の接線でもある。
以上のようにして決定した基準曲線に沿って切刃の先端を繋ぐ稜線を形成する。すなわち、切刃の先端を繋ぐ稜線は基準曲線に重なる。
【００４９】
なお、図６に示したドリルにあっても、図２４に示したドリルにあっても、ドリル先端部にチゼルエッジが残っていてもよい。この場合、ドリル後端側からチゼルエッジまでの範囲に対し上述した本発明のドリル形状を適用する。
【００５０】
次に、繊維強化樹脂複合材の穿孔に適合させたφＤ，Ｌ，θ，φＡの決定方法につき説明する。繊維強化樹脂複合材としてはＣＦＲＰ （Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を例とする。表１は、φＤに対するＬの大きさ、すなわち、Ｌ／φＤによる各特性の変化を示した表である。
【００５１】
【表１】
【００５２】
表１に示すように、Ｌ／φＤを大きくしていくと、切刃長さは長く、穿孔に必要なストロークは長くなる。また、穿孔反力及び切削抵抗は切刃長さに比例するため大きくなる。また、切刃長さが長くなるにつれて切刃単位長さあたりの切削量が減り、磨耗しにくくなるため、孔品質（デラミネーション発生の程度、孔内面粗さ）は良くなり、ドリル寿命は延びる。Ｌ／φＤの値1.0〜2.0についてＣＦＲＰに対する各特性の総合評価を表１最右欄に記載した。これに示すように、Ｌ／φＤの値1.5を中心に1.4〜1.6の範囲に良好な結果を得た。
【００５３】
以上の結果を踏まえて、Ｌ／φＤ＝1.5とする。表２は、Ｌ／φＤ＝1.5のときのθによるφＡ／φＤの値及び各特性の変化を示した表である。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表２に示すとおりにθの値を60[°]〜180[°]の範囲でとった。θの各値に対するφＡ／φＤの値は、式１及びＬ／φＤ＝1.5から求まり、表２に示すとおりである。θの値を180[°]から60[°]へと小さくしていくと、求心性（先端の振れ、ホールド性）は良好となる。これはθが小さいほどドリル先端が鋭利になり、ぶれにくくなるためである。また、穿孔反力、切削抵抗は小さくなる。これはφＤに対するφＡの割合が大きいほど被削材への切刃の食い込みが良くなるためである。また、φＡ／φＤの値が小さいほど分離点Ｈより後端側の主にリーマ仕上げ作用を担う切刃部が長くなるため、孔品質（デラミネーション発生の程度、孔内面粗さ）は良くなる。また、θが小さいほどドリル先端が鋭利となり欠けやすくなるため、ドリル先端部の欠けに対する耐久性は悪化する。
θの値60[°]〜180[°]の範囲についてＣＦＲＰに対する各特性の総合評価を表２最右欄に記載した。これに示すように、θの値は、100[°]〜140[°]の範囲に良好な結果を得た。
【００５６】
以上の結果より、ＣＦＲＰの穿孔用のドリルとしては、Ｌ／φＤの値が1.4〜1.6の範囲で、θの値が100[°]〜140[°]の範囲が良好である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を適用可能な一例のねじれ溝を有したドリルの側面図である。
【図２】図１に示したドリルの先端部の拡大図である。
【図３】図２に示す矢印の方向から見たドリルの側面図である。
【図４】本発明を適用可能な一例のストレート溝を有したドリルの側面図である。
【図５】図４に示すＧ−Ｇ線における断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る楕円部と直線部とからなる切刃を有したドリルの側視外形図である。
【図７】本発明のドリルにおける切刃の先端部と後端部における切削体積を比較するための模式図である。
【図８】ドリルの切刃の先端を繋ぐ稜線の基準とする楕円（本発明）と放物線とを比較した図である。
【図９】図６に示した基準楕円ｆ１に基づいて、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線を作図する方法を図解した図（後端側）である。
【図１０】図６に示した基準楕円ｆ１に基づいて、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線を作図する方法を図解した図（中間部）である。
【図１１】図６に示した基準楕円ｆ１に基づいて、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線を作図する方法を図解した図（先端側）である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る楕円部と直線部とからなる切刃を有したドリルの側視外形図である。
【図１３】図１２に示したＡ−Ａ線における断面図(a)及びＡ１部詳細図である。
【図１４】図１２に示したＢ−Ｂ線における断面図(a)及びＢ１部詳細図である。
【図１５】図１２に示したＣ−Ｃ線における断面図(a)及びＣ１部詳細図である。
【図１６】図１２に示したＤ−Ｄ線における断面図(a)及びＤ１部詳細図である。
【図１７】図１２に示したＥ−Ｅ線における断面図(a)及びＥ１部詳細図である。
【図１８】図１２に示したＦ−Ｆ線における断面図(a)及びＦ１部詳細図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る楕円部と直線部とからなる切刃を有したドリルの側視外形図である。
【図２０】図１９に示したＡ−Ａ線における断面図(a)及びＡ１部詳細図である。
【図２１】図１９に示したＢ−Ｂ線における断面図(a)及びＢ１部詳細図である。
【図２２】図１９に示したＤ−Ｄ線における断面図(a)及びＤ１部詳細図である。
【図２３】図１９に示したＦ−Ｆ線における断面図(a)及びＦ１部詳細図である。
【図２４】本発明の一実施形態に係る全体として楕円の一部に沿った切刃を有したドリルの側視外形図である。
【図２５】図２４に示した基準楕円ｆ４に基づいて、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線を作図する方法を図解した図（先端側）である。
【符号の説明】
【００５８】
１ のみ刃部
２ シャンク部
３ ねじれ溝
４ ランド部
５ マージン
６ 切刃
７ すくい面
８ 逃げ面
１１ Ｖ溝
１２ ランド部
１３ マージン
φＤ１ 最大径
Ｈ 楕円部と直線部との分離点
φＡ 直線部の最大径
θ 中心位置先端角
ｆ１ 基準楕円
ｆ４ 基準楕円
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切刃の先端を繋ぐ稜線の全部又は一部が基準楕円の一部に沿って形成されてなるドリル。
【請求項２】
最大径位置よりドリル先端側に位置する所定の点から最大径位置まで連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が基準楕円の一部に沿って形成されてなるドリル。
【請求項３】
前記所定の点からドリル先端方向へ連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が前記所定の点における前記基準楕円の接線に沿った直線状に形成される請求項２に記載のドリル。
【請求項４】
切刃の先端を繋ぐ稜線の全部又は一部が、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線に沿って形成され、前記各円弧はその両端点が基準楕円上にあり、かつ、同基準楕円と共有接線を有するか又は同基準楕円と前記両端点以外に共有点を有してなるドリル。
【請求項５】
最大径位置よりドリル先端側に位置する所定の点から最大径位置まで連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線に沿って形成され、前記各円弧はその両端点が基準楕円上にあり、かつ、同基準楕円と共有接線を有するか又は同基準楕円と前記両端点以外に共有点を有してなるドリル。
【請求項６】
前記所定の点からドリル先端方向へ連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が前記所定の点における前記基準曲線の接線に沿った直線状に形成される請求項５に記載のドリル。
【請求項７】
前記基準楕円は、その短軸を最大径位置に配置した楕円である請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載のドリル。
【請求項８】
前記切刃は、ドリル最先端側位置から所定範囲において一定の逃げ角を有する請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載のドリル。
【請求項９】
前記切刃の前記所定の点よりドリル先端側において一定の逃げ角を有する請求項３又は請求項６に記載のドリル。
【請求項１０】
前記切刃は、ドリル最先端側位置において逃げ角δ１を有し、最大径位置において逃げ角δ２を有し、δ１＞δ２ の大小関係を有し、ドリル最先端側位置から最大径位置までに至る範囲のうちの一部の範囲において逃げ角がδ１から漸減してδ２に至る請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載のドリル。
【請求項１１】
前記切刃は、ドリル最先端側位置において逃げ角δ１を有し、最大径位置において逃げ角δ２を有し、δ１＞δ２ の大小関係を有し、前記所定の点から最大径位置までの範囲において逃げ角がδ１から漸減してδ２に至る請求項３、請求項６又は請求項９に記載のドリル。
【請求項１２】
前記切刃の逃げ面に対しドリル後端方向に連続するマージンを有し、前記マージンは逃げ角δ２を有する請求項１０又は請求項１１に記載のドリル。
【請求項１】
切刃の先端を繋ぐ稜線の全部又は一部が基準楕円の一部に沿って形成されてなるドリル。
【請求項２】
最大径位置よりドリル先端側に位置する所定の点から最大径位置まで連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が基準楕円の一部に沿って形成されてなるドリル。
【請求項３】
前記所定の点からドリル先端方向へ連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が前記所定の点における前記基準楕円の接線に沿った直線状に形成される請求項２に記載のドリル。
【請求項４】
切刃の先端を繋ぐ稜線の全部又は一部が、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線に沿って形成され、前記各円弧はその両端点が基準楕円上にあり、かつ、同基準楕円と共有接線を有するか又は同基準楕円と前記両端点以外に共有点を有してなるドリル。
【請求項５】
最大径位置よりドリル先端側に位置する所定の点から最大径位置まで連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が、複数の円弧が端点同士で連なってできる基準曲線に沿って形成され、前記各円弧はその両端点が基準楕円上にあり、かつ、同基準楕円と共有接線を有するか又は同基準楕円と前記両端点以外に共有点を有してなるドリル。
【請求項６】
前記所定の点からドリル先端方向へ連続する切刃の先端を繋ぐ稜線が前記所定の点における前記基準曲線の接線に沿った直線状に形成される請求項５に記載のドリル。
【請求項７】
前記基準楕円は、その短軸を最大径位置に配置した楕円である請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載のドリル。
【請求項８】
前記切刃は、ドリル最先端側位置から所定範囲において一定の逃げ角を有する請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載のドリル。
【請求項９】
前記切刃の前記所定の点よりドリル先端側において一定の逃げ角を有する請求項３又は請求項６に記載のドリル。
【請求項１０】
前記切刃は、ドリル最先端側位置において逃げ角δ１を有し、最大径位置において逃げ角δ２を有し、δ１＞δ２ の大小関係を有し、ドリル最先端側位置から最大径位置までに至る範囲のうちの一部の範囲において逃げ角がδ１から漸減してδ２に至る請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載のドリル。
【請求項１１】
前記切刃は、ドリル最先端側位置において逃げ角δ１を有し、最大径位置において逃げ角δ２を有し、δ１＞δ２ の大小関係を有し、前記所定の点から最大径位置までの範囲において逃げ角がδ１から漸減してδ２に至る請求項３、請求項６又は請求項９に記載のドリル。
【請求項１２】
前記切刃の逃げ面に対しドリル後端方向に連続するマージンを有し、前記マージンは逃げ角δ２を有する請求項１０又は請求項１１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１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
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【図１１】
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【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１０−１５５２８９（Ｐ２０１０−１５５２８９Ａ）
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３３３８０（Ｐ２００８−３３３３８０）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
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