穴あけ用ドリル
【課題】高精度の穴あけ精度を要求される工作物に対し、従来では必要であったリーマ加工の工程を省略し、ドリル加工の１工程のみで穴の拡大代、内周面粗さ、真円度で評価される高精度な穴あけを行うことができ、併せて加工工数の低減と、工具費の低減もできる穴あけ用ドリルを提供する。
【解決手段】ドリル先端から第１切れ刃、前記第１切れ刃よりドリル軸後部側に続く第２切れ刃、及び前記第２切れ刃よりさらにドリル後部側に続き、第３切れ刃を有する穴あけ用ドリルであって、第１先端角α１が１００°＜α１＜１２５°、第２先端角α２が１３５°＜α２＜１７０°、及び第３先端角α３が０°＜α３≦２０°の範囲であり、第３切れ刃長さＬ３が０．１Ｄ≦Ｌ３≦０．５Ｄであることを特徴とする穴あけ用ドリルである。
【解決手段】ドリル先端から第１切れ刃、前記第１切れ刃よりドリル軸後部側に続く第２切れ刃、及び前記第２切れ刃よりさらにドリル後部側に続き、第３切れ刃を有する穴あけ用ドリルであって、第１先端角α１が１００°＜α１＜１２５°、第２先端角α２が１３５°＜α２＜１７０°、及び第３先端角α３が０°＜α３≦２０°の範囲であり、第３切れ刃長さＬ３が０．１Ｄ≦Ｌ３≦０．５Ｄであることを特徴とする穴あけ用ドリルである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴あけ後の穴加工を不要とする良好な内周面粗さの穴を穿設するのに適した穴あけ用ドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ドリルには、穴あけ用ドリルと穴加工用ドリルとがある。穴あけ用ドリルとは、工作物に無垢の状態から穴を穿設するための切削工具であり、穴加工用ドリルとはあらかじめ工作物に設けられた穴に対してさらに穴を加工するための穴加工工具の一つである。
工作物に無垢の状態から所定の内径寸法で良好な内周面粗さの穴を穿設する穴あけ加工の要望は極めて多い。しかし、無垢の状態から内周面粗さの良好な穴を加工する場合、穴あけ用ドリルを用いた穴あけ後にリーマで仕上げ加工を行うという、２つの工程で加工するのが一般的な方法であった。このため、加工コストを低減すべく、リーマでの仕上加工の工程を省略し、穴あけのみの１工程で良好な内径寸法と内周面粗さを持つ穴を加工できる工具が求められている。内径寸法や内周面粗さの良好な穴を加工するためのドリルとして下記のような提案がある。
【０００３】
特許文献１には、ＦＲＭ等ファイバーを用いた材料の穴あけ用工具として、ドリルの先端角を２段とし、工具軸心から第１先端角を８０〜１４０度、第２先端角を１〜４０度とすることで、バリの発生を抑えることの出来る形状のドリルが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、自動車の車体のスポット溶接剥離用ドリルとして、ドリルのチゼルエッヂ長さが０．０５〜０．３ｍｍであり、且つシンニングがドリル先端側から見た場合において両切刃の刃先を結んだ直線に対して１〜４度傾いた角度で施されてなることで、高硬度の鋼板でも好適に用いることの出来るドリルとして記載されている。また、切れ刃の先端角を、中心付近で９０°〜１２０°の範囲に設け、シャンク側の第二先端角を１７８°〜１８６°の範囲に設けることで、薄い鋼板でも好適に用いることのできるドリルとして記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２８０１６号公報
【特許文献２】特開２００６−８８２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の工具で無垢の状態から内周面粗さの良好な穴を加工する場合には、充分に解決できていない問題が残っていた。
【０００７】
特許文献１に記載のドリルは、ドリル先端角を、第１段の先端角とシャンク側に第１段の先端角よりは小さい角度で続く第２段の先端角を有するダブルアングルドリルと称されるドリルの一種である。ダブルアングルドリルは穴の前後に発生するバリの原因である先端切れ刃の外周部端での切り残し部を軽減する効果がある。しかし、その効果は本発明が目標とする高精度加工用ドリルの性能である、穴公差：Ｈ７、内周面粗さ：６．３Ｓ以下、真円度：１０μｍを達成することは難しい。その理由の一つは、本発明の検討の途中で確認できたことであるが、特許文献１を含むダブルアングルドリルのタイプはドリル先端角を２段にするので、この部分は当然ながらドリル径（すなわち、穿孔された穴径）よりは切刃の径として縮径された部分（山の高さ）が普通のタイプのドリルと比較しても長くなり、長い切刃での切削抵抗も大きくなるので、穴の中でのふらつき（振動）が生じやすくなる。すなわち、ダブルアングルドリルのタイプは穴の両端部に発生するバリの除去に対してはそれなりの効果はあるが、穴内でのドリルのガイド性が劣化して切削抵抗も増大するのでドリルの振動が大きくなる傾向となり、穴加工面での粗さや真円度を劣化させやすくなることが分かった。
【０００８】
特許文献２に記載のドリルは、先端角を２段とし、中心付近で９０°〜１２０°の範囲に設け、シャンク側の第２先端角を１７８°〜１８６°に設けることで薄板への穴あけが容易になると記載されている。特許文献２に記載のドリルは、自動車の車体を構成する部品を接合するために用いられるスポット溶接の除去を目的として、作業者が手で持ってつかうエアー駆動又はハンドドリルで用いられるドリルであり、溶接部分を早く削り取るためにほぼ水平に広がった切れ刃を持つスポット溶接剥離作業に適する工具である。このドリルは外周コーナー付近の切れ刃の角度が鋭角なためドリルと穴の内周壁面の擦れにより穴の内周面粗さを良好に加工する効果に乏しく、本発明が目標とする加工穴の精度を達成することは難しい。
【０００９】
無垢の状態の工作物に穴あけ用ドリルで穴内面の面粗さが６．３Ｓ以下程度で、真円度が１０μｍ以下程度の良好な内周精度を確保する穴あけを行うには、バリの抑制を目的とした対策以外に、加工中のドリルの振れを抑制しつつ穴あけを行い、穴あけした穴の内周面精度を向上させるような穴あけができるドリルとする工夫が必要である。ドリル加工でのリーマなどによる仕上げの穴加工工程を省略するには、１）バリの発生防止と、２）穴の真円度と内周面粗さに代表される内周面精度を向上させるという２つの課題を達成する必要がある。本発明は上記１）と２）を同時に達成して、加工された穴の精度について定量的にいえば、穴公差がＨ７程度、穴内面の内周面粗さが６．３Ｓ以下、及び真円度が１０μｍ以下の高精度な穴あけができるドリルを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一般にドリルによる穴あけでは、穴の入り口から工具直径の２倍程度の深さまでがドリルのふらつきや振動が起こりやすく、仕上げの穴加工工程を省略するためには、穴の入り口から前記深さまでの穴の精度を良好にする穴あけ用ドリルが要求される。本発明者は、穴あけ用ドリルの切れ刃の形状を種々検討して製造して切削試験を行ない、高精度な穴あけができる形状を探った。
【００１１】
本発明者の検討によれば、機械部品や自動車部品に多く用いられる、構造用鋼や硬さが３５ＨＲＣ程度の炭素鋼や合金鋼に良好な内周面粗さを持つ穴あけを行う場合には、ドリルの先端角を外周コーナーに向かうに従い小さくするだけでは、良好な内周面粗さを持つ穴あけを行うことが難しいことがわかった。上記の発明の目的を達成するために種々検討した結果、被削材への食い付きを確実にして加工中のふらつき阻止する作用を持つ、径方向に最適な幅で広がる第１先端角の部分と、ドリル自体に穴の壁面を擦らせて仕上げる作用を持つ、先端角としては最も後端部に位置する第３先端角部分が必要であること、及び前記の第１先端角の部分と第３先端角の部分が全体として長くならないように、かつ切削抵抗が大きくならないように繋ぐ切刃部分としての第１先端角よりは大きい角度を有する第２先端角との組合せが必要であり、この最適な組合せが前記の定量的な精度で表現される発明の目的を達成する有効なドリル形状であることが分かった。
【００１２】
本発明はこのような加工を行うため、第１切れ刃、第２切れ刃及び第３切れ刃を設け、それぞれの先端角及び第３切れ刃の幅と回転軸方向の長さを検討した結果生まれたものである。
【００１３】
すなわち第１の本発明は、ドリル先端から第１切れ刃、前記第１切れ刃よりドリル軸後部側に続く第２切れ刃、及び前記第２切れ刃よりさらにドリル後部側に続き、第３切れ刃を有する穴あけ用ドリルであって、ドリル軸と外周コーナーを含む平面へ切れ刃を投影したとき、前記第１切れ刃の先端角を第１先端角α１、前記第２切れ刃の先端角を第２先端角α２、及び第３切れ刃の先端角を第３先端角α３とすると、前記α１が１００°＜α１＜１２５°、前記α２が１３５°＜α２＜１７０°、及び前記α３が０°＜α３≦２０°の範囲であり、前記ドリルの直径をＤとし、前記第３切れ刃の回転軸方向の長さを第３切れ刃長さＬ３とするとき、前記Ｌ３が０．１Ｄ≦Ｌ３≦０．５Ｄであることを特徴とする穴あけ用ドリルである。
【００１４】
第２の本発明の穴あけ用ドリルは、第１の本発明の穴あけ用ドリルにおいて、前記第１切れ刃の径方向の幅を第１切れ刃幅ｒ１とするとき、前記ｒ１が０．０７Ｄ＜ｒ１＜０．１８Ｄであることを特徴とする穴あけ用ドリルである。この範囲であれば、切削抵抗を上昇させることなく、ドリルの振れを抑える効果が大きくなる。
【００１５】
第３の本発明の穴あけ用ドリルは、第１または第２の本発明の穴あけ用ドリルにおいて、前記第３先端角α３が０°＜α３≦１０°の範囲であることを特徴とする穴あけ用ドリルである。α３をこの範囲とすると、ドリルを内周壁面へ擦らせる効果がより高まり、内周面粗さを向上させることができる。
【００１６】
第４の本発明の穴あけ用ドリルは、第１乃至第３の本発明のいずれかの本発明のドリルにおいて、前記第３先端角α３が０°＜α３＜１°の範囲であることを特徴とする穴あけ用ドリルである。α３をこの範囲にすると、ドリルを内周壁面へ擦らせる効果が一層高まり、内周面粗さを大きく向上させることができるので、より最適な範囲である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明を適用することにより、無垢の状態の工作物に対し、振れを抑制しつつ穴あけをすることができるので、本発明の効果として穴の拡大代が小さく、内周面粗さ及び真円度も良好な穴あけが可能となる。したがって、従来は高精度の穴あけでは必要であったリーマ加工の工程を省略し、ドリル加工の１工程のみで高精度な穴あけを行うことも出来るので、加工工数の低減と、工具費の低減ができる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る穴あけ用ドリルの一例の側面視図を示す図である。
【図２】図１に示した刃先部２の先端部分の拡大図である。
【図３】図１に示した本発明に係る穴あけ用ドリルを先端側より見たときの拡大図である。
【図４】本発明の第２切れ刃がある穴あけ用ドリルと、ダブルアングルドリルと称される従来の第２切れ刃が無いドリルの場合において、止り穴を加工する場合に生ずる加工長の違いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
前述したように、本発明の穴あけ用ドリルは、切れ刃を最適な角度を有する３つの切れ刃として設ける手段により、工作物への食い付きの際に発生するドリルの振れを抑え、切削抵抗を抑えることで加工中の工具の振動を抑制し、工具で加工穴の内周壁面を擦る効果を高めることで、内周面粗さの良好な穴あけを行うことができるように切れ刃を構成したものである。
【００２０】
図１は本発明に係る穴あけ用ドリルの一例の側面視図を示す図である。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、ドリルの回転軸Ｏを中心軸とする略円柱状に形成されており、その先端側部分には刃先部２が形成され、後端側部分は工作機械の回転軸に把持されるシャンク部３となっている。刃先部２には、刃先部２の先端部分にある切れ刃４からシャンク部３の方向に向かって一定のねじれ角でねじれた一対の切屑排出溝５がドリルの回転軸Ｏに対して対称に延設形成されている。
【００２１】
図２は、図１に示した刃先部２の先端部分の拡大図である。また、図３は図１に示した本発明に係る穴あけ用ドリルを先端側より見たときの拡大図である。図２及び図３に示すように本発明の穴あけ用ドリルは主に切れ刃４、切屑排出溝５及びランド６から構成される。ランド６にはマージン１５を３箇所設けている。切れ刃４は第１切れ刃７、第２切れ刃８、第３切れ刃９で構成され、第３切れ刃９とマージン１５により外周コーナー１４が形成される。
本発明において、第１切れ刃７をドリルの径方向で測定したときの幅を第１切れ刃幅ｒ１とし、２枚の第１切れ刃７から形成される先端角を第１先端角α１として設けている。また、第２切れ刃８を径方向で測定したときの幅を第２切れ刃幅ｒ２とし、２枚の第２切れ刃８から形成される先端角を第２先端角α２として設けている。さらに、第３切れ刃９を径方向で測定したときの幅を第３切れ刃幅ｒ３とし、２枚の第３切れ刃９から形成される先端角を第３先端角α３として設ける。第３切れ刃９を回転軸方向で測定したときの長さを第３切れ刃長さＬ３とする。また、本発明の穴あけ用ドリルは図２に示すように切屑排出をできるだけ容易にするためにオイルホール１０が設けられていることが望ましいが、本発明の実施には必須の要件ではない。
【００２２】
上記構成の本発明の穴あけ用ドリルにおいて、第１切れ刃７は工作物に食い付く際の振れの抑制や加工中の振れの発生を抑えながら強度を保つため、第１先端角α１を１００°＜α１＜１２５°の範囲に設ける。第１先端角α１が１００°以下の場合、先端の強度が損なわれ切削中にドリルのチッピングや欠損を引き起こす。第１先端角α１が１２５°以上の場合、工作物に食い付く際に工具の振れが発生するため、精度の良好な穴あけを行うことができない。
【００２３】
本発明の穴あけ用ドリルでは、第２先端角α２を１３５°＜α２＜１７０°の範囲として第１先端角α１や第３先端角α３より大きく設ける。第２先端角α２の角度が、第１先端角α１や第３先端角α３として設けられる範囲にある場合、切れ刃が長くなり切削抵抗が大きくなるため振動が発生して精度の良い穴を加工することができない。第２先端角α２をこの範囲に設けることで切れ刃は長さを短くすることでき、切削抵抗が軽減され、切削中のドリルの振動が抑えられる。第２先端角α２が１３５°以下の場合、切れ刃４の長さが長いため切削抵抗が増大し、振動の発生により精度の良い穴を加工することができない。第２先端角α２が１７０°以上の場合、第２切れ刃による切削抵抗が急激に増加するため、工具のふらつきや振動が発生してしまう。
本発明において、第２先端角α２をこの範囲に設けることで、切れ刃の回転軸方向の長さを短くすることができる。図４は本発明の特長である、第２先端角α２を第１先端角α１や第３先端角α３より大きくした第２切れ刃がある穴あけ用ドリルと、ダブルアングルドリルと称される従来の、第２先端角α２を第１先端角α１や第３先端角α３より大きくした第２切れ刃が無いドリルの場合において、止り穴を加工する場合に生ずる加工長の違いを示す図である。所定の精度を持った止り穴を決められた深さだけ加工する場合において、第２先端角α２を第１先端角α１や第３先端角α３より大きくした第２切れ刃が無い従来のドリル１１では切れ刃４の回転軸方向の長さが長くなるため、被削材の上面から測定したときの加工穴の深さすなわち希望する加工穴の深さ１２を得るためには、被削材の上面からドリルの先端までを測定したときの長さすなわち必要となる加工長１３が長くなってしまう。これに対し、本発明のドリル１では第２先端角α２が第１先端角α１や第３先端角α３より大きく設けられていることから、切れ刃４の回転軸方向の長さを短くすることでき、本発明のドリル１による加工長１３を短くすることができる。第２先端角α２が第１先端角α１や第３先端角α３より大きい第２切れ刃を本発明のドリルに用いることにより、希望する加工穴の深さを得るための加工長が短くなることから、本発明のドリルによる内周面粗さの良好な穴あけを行うことができるという効果を長時間維持できるようになる。
【００２４】
本発明の穴あけ用ドリルにおいて第３先端角α３を０°＜α３≦２０°の範囲に設ける。この範囲に設けることで、ドリルを内周壁面へ擦らせる効果が高まり、内周面粗さが向上する。第３先端角α３が２０°より大きい場合、外周コーナー１４の角度が小さいため内周壁面を引っかき、面粗さが粗くなる。第３先端角α３が小さいほどガイドの効果や内周面粗さを良好に加工することができるが、工具の製作や再研磨が困難にならない程度にするのが良い。第３切れ刃９を有さないものは第３先端角α３が０°となり、この場合は加工穴に生ずるバリの発生が抑制出来ず、内周面粗さを向上する効果が得られない。
【００２５】
本発明の穴あけ用ドリルで、第３切れ刃９の回転軸方向の長さを示す、第３切れ刃長さＬ３を、ドリルの直径をＤとしたときに０．１Ｄ≦Ｌ３≦０．５Ｄとすることで、切れ刃を適度な長さに設けられ、切削中のドリルの振動が抑えられる。第３切れ刃長さＬ３が０．５Ｄを超える場合、第３切れ刃９の長さが長くなるため切削抵抗の増大による振動の発生により精度の良い穴あけを行うことができない。また、第３切れ刃長さＬ３が０．１Ｄ未満の場合十分な内周面粗さを得ることができない。
【００２６】
本発明の穴あけ用ドリルにおいて、第１切れ刃の径方向の幅を第１切れ刃幅ｒ１とするとき、ドリルの直径をＤとしたときの第１切れ刃幅ｒ１を０．０７Ｄ＜ｒ１＜０．１８Ｄに設けることが好ましい。第１切れ刃幅ｒ１をこの範囲に設けることにより、切削中のドリルの振動や振れが抑えられるため精度の向上が期待できる。第１切れ刃幅ｒ１が０．０７Ｄ以下の場合、特に直径Ｄが３ｍｍ未満の小径の場合では、切れ刃長さが短すぎるため、振れを十分に抑えられないおそれがある。第１切れ刃幅ｒ１が０．１８Ｄ以上の場合、特に切削抵抗の大きくなる直径Ｄが１２ｍｍ以上のドリルでは、第２切れ刃を適正な角度で設けたとしても切れ刃長さが長くなりすぎ、切削抵抗の増大により振動が発生し、穴の精度を損なうおそれがある。
【００２７】
本発明の穴あけ用ドリルにおいて、第３先端角α３が０°＜α３≦１０°の範囲であることが好ましい。この範囲では、内周壁面を擦るより大きなバニシングの効果を得られるため、内周面粗さを良好に仕上げることができる。また、第３先端角α３が０°＜α３＜１°の範囲であれば、バニシングの効果をさらに高めることができるため、より良好な面粗さを得ることができる。
【００２８】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明の範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２９】
実施例については表１乃至表４に示すが、本発明例、比較例、及び従来例は全ての表を通して試料番号として１乃至２６までの番号で示している。
（実施例１）
本発明例３乃至６、比較例７乃至１１及び従来例１、２は、いずれも基本形状としてドリルの直径を６．０ｍｍ、全長を１００ｍｍ、溝長を５０ｍｍ、切屑排出溝のねじれ角を３０°、心厚を１．５ｍｍ、溝巾比を５２％、シャンク径を６．０ｍｍに設け、先端に切れ刃４を持ち、ランド６に幅０．３ｍｍのマージンを３箇所設けた形状のドリルとして仕様を統一した。ドリルの母材はＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下、Ｃｏ量は１２ｗ％からなる超微粒子超硬合金とし、ドリルの切れ刃部を含む表面にはＡｌＣｒＮ膜を被覆した。また、いずれのドリルも工具本体を通してクーラントを供給するためのオイルホールを有する形状とした。
【００３０】
本発明例３乃至６及び比較例７乃至１１においては、ドリルの切れ刃４に第１切れ刃、第２切れ刃、第３切れ刃を設け、第１切れ刃幅ｒ１を直径Ｄの０．１６倍である１．０ｍｍ、第３切れ刃長さＬ３を直径Ｄの０．５倍である３ｍｍとし、第１先端角α１、第２先端角α２、第３先端角α３について各先端角を表１に示すように変化させたものを作成して、切削試験に供した。なお表１乃至表４に記載される各先端角の値は、ある角度を狙ってドリルを製造したものを、製造後に新たに実際の仕上がり角度を測定した値として記載している。例えば本発明例３のドリルは第１先端角として１２５°を狙って製造し、実際の角度は実測の結果として公差内である１２５．２°であったという意味である。
【００３１】
従来例１においては、ドリルの切れ刃４に第１切れ刃のみを設け、第１先端角α１を１４０．３°とした。
従来例２はダブルアングルドリルと称されるドリルである。従来例２は本発明の特長である、第２先端角α２を第１先端角α１や第３先端角α３より大きくした第２切れ刃を有していない形状であり、第１先端角α１を１２０．１°、第２先端角α２を１４０．６°、第１切れ刃幅ｒ１を直径Ｄの０．１６倍である１．０ｍｍとした。
【００３２】
切削試験は、被削材はＳ５０Ｃ（硬さが２００ＨＢ）の長方形のブロック材を使用し、横型マシニングセンターを用いて穴あけ加工を行った。切削条件は回転数３２００ｍｉｎ−１（切削速度約６０ｍ／ｍｉｎ）、一回転当たり送り量０．１ｍｍ／ｒｅｖとして、穴あけ深さ３０ｍｍ（直径Ｄの５倍）の止まり穴の加工を行った。クーラントは水溶性切削液を使用し、オイルホールを通して供給した。
【００３３】
穴あけ精度の評価は、加工を行った穴の拡大代、内周面粗さ及び真円度を測定した。ドリルによる穴あけでは、穴の入り口からドリルの直径の２倍程度の深さまでがドリルのふらつきや振動が起こりやすいので、本発明の実施例では被削材に食い付く時の振れの影響を受け易く、比較的精度を損なうおそれのある、穴の深さ６ｍｍ（工具の直径の１．０倍に相当）の位置で、加工を行った穴の拡大代、内周面粗さ及び真円度の測定を行った。
測定の評価は、３本の工具を用いて、１本の工具あたり１０穴の加工を行い、穴の拡大代、内周面粗さ及び真円度は合計３０穴の加工穴について、それぞれ以下に示す測定方法に基づき評価を行った。
評価方法として、穴の拡大代は、加工された穴の入り口から６ｍｍの位置で内径寸法を３点式内径マイクロメータを用いて、１穴について周方向で３点の測定を実施し、３０穴の測定値における内径寸法の最大値と、使用前に測定したドリルの直径との差（ｍｍ）を穴の拡大代とした。内周面粗さは被削材を切断し、各々の穴について穴の入り口から６ｍｍでの位置における表面粗さの最大高さ（Ｒｚ）を、表面粗さ計を用いて評価した（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１に基づく）。真円度は真円度形状測定器（株式会社東京精密製 ＲＯＮＤＣＯＭ６０Ａ）を用いて測定を行った。穴の真円度の測定は穴の入り口から６ｍｍの位置で、接触式プローブで穴径に沿ってトレース曲線を測定し、前記トレース曲線の最小内接円と最大外接円の差異をμｍで評価したものである。
【００３４】
評価基準としては、穴の拡大代が嵌めあい公差Ｈ７（直径が６．０ｍｍの場合は０〜＋０．０１２ｍｍ）、内周面粗さが６．３Ｓすなわち６．３μｍ以下、真円度が１０μｍ以下の３つの条件を満たしたものを良好とした。結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表１に示す通り、本発明例３乃至６の穴あけ用ドリルによる加工穴は、穴の拡大代が嵌めあい公差Ｈ７（直径が６．０ｍｍの場合は０〜＋０．０１２ｍｍ）、内周面粗さが６．３Ｓすなわち６．３μｍ以下、真円度が１０μｍ以下であり、良好であった。本発明の穴あけ用ドリルは、加工中の工具のふらつきや振動を抑制し、なおかつ第３切れ刃を内周壁面へ擦らせる効果で、良好な精度を持つ穴を加工できたと考えられる。
比較例７のドリルは第３先端角α３が大きいため、ドリルの外周コーナーが鋭くなり内周面を傷つけるため内周面粗さが悪化し、穴の拡大代が０．０２０ｍｍ、内周面粗さが９．７μｍ、真円度が１１．７μｍであった。
比較例８のドリルは、第２先端角α２が小さく、切れ刃長さが長くなり切削抵抗が増大するため、穴の拡大代が０．０２５ｍｍ、内周面粗さが１０．０μｍ、真円度が１０．７μｍであった。
比較例９のドリルによる加工穴は、穴の拡大代が０．０４０ｍｍ、内周面粗さが１１．５μｍ、真円度が１４．０μｍであった。これは第２先端角α２が大きく、第２切れ刃による切削抵抗が急激に増加するため、工具のふらつきや振動が発生してしまったためだと考えられる。
比較例１０のドリルは、評価後に工具を観察したところ３本中２本の第１切れ刃にチッピングが観察された。また、加工穴の穴の拡大代が０．０１８ｍｍ、内周面粗さが１２．３μｍ、真円度が１１．１μｍであった。これは第１先端角α１が小さいため強度が不足したためと考えられる。
比較例１１のドリルは、第１先端角α１が大きく、工作物に食い付く際に工具の振れが発生したため、穴の拡大代が０．０３０ｍｍ、内周面粗さが９．８μｍ、真円度が１１．５μｍであった。
従来例１、２のドリルは第３切れ刃を設けておらず、ドリルを内周壁面へ擦らせる効果が薄いことから、従来例１は加工穴の穴の拡大代が０．０２４ｍｍ、内周面粗さが１４．２μｍ、真円度が１７．３μｍであり、従来例２は加工穴の穴の拡大代が０．０１７ｍｍ、内周面粗さが１５．４μｍ、真円度が１５．５μｍであった。
【００３７】
また、従来例１、２のドリルは穴の拡大代、内周面粗さ、真円度が大きく劣ることから、本発明例のドリルと同程度の穴あけ精度を得るためにはリーマによる穴加工が必要であった。すなわち、本発明の穴あけドリルは、従来例と比較してリーマによる穴加工の工程を省略でき、リーマの工具費を削減できることが確認できた。
【００３８】
（実施例２）
次に、第３切れ刃長さＬ３を変化させた本発明例１３乃至１５及び比較例１２、１６の穴あけドリルについて、第３切れ刃長さＬ３の短いものから順に評価を行った。
【００３９】
本発明例１３乃至１５は、第３切れ刃長さＬ３をそれぞれ直径Ｄの０．１０倍、０．３０倍、０．５２倍とし、第３切れ刃長さＬ３以外は本発明例３と同じ仕様とした。
比較例１２、１６は、第３切れ刃長さＬ３をそれぞれ直径Ｄの０．０７倍、０．５５倍とし、第３切れ刃長さＬ３以外は本発明例３と同じ仕様とした。
【００４０】
試験条件、評価方法および評価基準は実施例１と同様とした。結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】
表２に示す通り、本発明例１３乃至１５の穴あけ用ドリルは、穴の拡大代が嵌めあい公差Ｈ７（直径が６．０ｍｍの場合は０〜＋０．０１２ｍｍ）の範囲に納まり、内周面粗さは６．３μｍ以下、真円度は１０μｍ以下であり良好であった。第３切れ刃長さＬ３の長さを直径Ｄの０．０７倍とした比較例１２のドリルでは、穴の拡大代が０．０１６ｍｍ、内周面粗さが９．５μｍ、真円度が１２．２μｍであった。これは比較例１２のドリルは第３切れ刃の長さが短いため、加工穴の内周面を擦るバニシング効果が十分に現れなかったためと考えられる。また、第３切れ刃長さＬ３の長さを直径Ｄの０．５５倍とした比較例１６のドリルは、穴の拡大代が０．０２０ｍｍ、内周面粗さが１０．２μｍ、真円度が１４．０μｍであった。比較例１６のドリルは、第３切れ刃の長さが長いため切削抵抗が増大し、振動の発生によって穴の精度が悪化したと考えられる。
【００４３】
（実施例３）
本発明例１７乃至２１の穴あけ用ドリルを用いて、第１切れ刃幅ｒ１の影響について評価を行った。本発明例１７乃至２１は第１切れ刃幅ｒ１をそれぞれ直径Ｄの０．０５倍、０．０７倍、０．１２倍、０．１８倍、０．２０倍とし、第１切れ刃幅ｒ１以外は本発明例３と同じ仕様とした。
【００４４】
試験条件、評価方法および評価基準は実施例１と同様とした。調査した結果を表３に示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
本発明例１７乃至２１の穴あけ用ドリルは、穴の拡大代が嵌めあい公差Ｈ７（直径が６．０ｍｍの場合は０〜＋０．０１２ｍｍ）の範囲に納まり、内周面粗さは６．３μｍ以下、真円度は１０μｍ以下であり良好であった。また、第１切れ刃幅ｒ１が直径の０．０７乃至０．１８倍である本発明例１８乃至２０は穴の拡大代が０．０１０ｍｍ以下、内周面粗さは６．０μｍ以下、真円度は８．０μｍ以下であり、特に良好であった。第１切れ刃幅ｒ１がこの範囲であれば、大幅な切削抵抗の増大をまねくことなく、切削中の振動を抑えることができるため、特に穴の拡大代について精度の良好な穴を加工できることが分かった。
【００４７】
（実施例４）
本発明例２２乃至２６のドリルについて、第３先端角α３の影響を調査する試験を行った。本発明例２２乃至２６は第３先端角α３をそれぞれ１０．０°、５．１°、３．２°、０．９°、０．３°とし、第３先端角α３以外は本発明例３と同じ仕様とした。すなわち、第１先端角α１は１２０°として、第２先端角α２は１４０°を狙って製造し角度を揃えた。
【００４８】
ドリルによる穴あけの試験条件、評価方法および評価基準は実施例１と同様とした。結果を表４に示す。
【００４９】
【表４】
【００５０】
本発明例２２乃至２６の穴あけ用ドリルは、穴の拡大代が嵌めあい公差Ｈ７（直径が６．０ｍｍの場合は０〜＋０．０１２ｍｍ）の範囲に納まり、内周面粗さは６．３μｍ以下、真円度は１０μｍ以下であり、良好であった。また、第３先端角α３が０．９°である本発明例２５及び第３先端角α３が０．３°である本発明例２６は穴の拡大代が０．００８ｍｍ以下、内周面粗さは２．５μｍ以下、真円度は４μｍ以下であり、特に良好であった。
このことから第３切れ刃の先端角である第３先端角α３が小さいほど穴精度が良い傾向にあることが分かり、これは第３先端角α３が小さいほど加工穴の内壁面を擦るバニシング効果が高まるためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
高精度な穴を加工する場合、ドリルで穴あけ後にリーマを用いて仕上げ加工を行うのが一般的であるが、本発明のドリルを用いることで仕上げ加工を不要にして、１本のドリルで精度の良好な穴あけを加工することが出来る。そのために自動車部品、機械部品、及び金型の穴あけに本発明の穴あけ用ドリルを利用することができ、穴あけの加工コストを削減し製造期間を短縮することも出来る。
【符号の説明】
【００５２】
１ ドリル
２ 刃先部
３ シャンク部
４ 切れ刃
５ 切屑排出溝
６ ランド
７ 第１切れ刃
８ 第２切れ刃
９ 第３切れ刃
１０ オイルホール
１１ 従来のドリル
１２ 希望する加工穴の深さ
１３ 加工長
１４ 外周コーナー
１５ マージン
Ｏ 回転軸
ｒ１ 第１切れ刃幅
α１ 第１先端角
ｒ２ 第２切れ刃幅
α２ 第２先端角
ｒ３ 第３切れ刃幅
α３ 第３先端角
Ｌ３ 第３切れ刃長さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴あけ後の穴加工を不要とする良好な内周面粗さの穴を穿設するのに適した穴あけ用ドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ドリルには、穴あけ用ドリルと穴加工用ドリルとがある。穴あけ用ドリルとは、工作物に無垢の状態から穴を穿設するための切削工具であり、穴加工用ドリルとはあらかじめ工作物に設けられた穴に対してさらに穴を加工するための穴加工工具の一つである。
工作物に無垢の状態から所定の内径寸法で良好な内周面粗さの穴を穿設する穴あけ加工の要望は極めて多い。しかし、無垢の状態から内周面粗さの良好な穴を加工する場合、穴あけ用ドリルを用いた穴あけ後にリーマで仕上げ加工を行うという、２つの工程で加工するのが一般的な方法であった。このため、加工コストを低減すべく、リーマでの仕上加工の工程を省略し、穴あけのみの１工程で良好な内径寸法と内周面粗さを持つ穴を加工できる工具が求められている。内径寸法や内周面粗さの良好な穴を加工するためのドリルとして下記のような提案がある。
【０００３】
特許文献１には、ＦＲＭ等ファイバーを用いた材料の穴あけ用工具として、ドリルの先端角を２段とし、工具軸心から第１先端角を８０〜１４０度、第２先端角を１〜４０度とすることで、バリの発生を抑えることの出来る形状のドリルが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、自動車の車体のスポット溶接剥離用ドリルとして、ドリルのチゼルエッヂ長さが０．０５〜０．３ｍｍであり、且つシンニングがドリル先端側から見た場合において両切刃の刃先を結んだ直線に対して１〜４度傾いた角度で施されてなることで、高硬度の鋼板でも好適に用いることの出来るドリルとして記載されている。また、切れ刃の先端角を、中心付近で９０°〜１２０°の範囲に設け、シャンク側の第二先端角を１７８°〜１８６°の範囲に設けることで、薄い鋼板でも好適に用いることのできるドリルとして記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２８０１６号公報
【特許文献２】特開２００６−８８２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の工具で無垢の状態から内周面粗さの良好な穴を加工する場合には、充分に解決できていない問題が残っていた。
【０００７】
特許文献１に記載のドリルは、ドリル先端角を、第１段の先端角とシャンク側に第１段の先端角よりは小さい角度で続く第２段の先端角を有するダブルアングルドリルと称されるドリルの一種である。ダブルアングルドリルは穴の前後に発生するバリの原因である先端切れ刃の外周部端での切り残し部を軽減する効果がある。しかし、その効果は本発明が目標とする高精度加工用ドリルの性能である、穴公差：Ｈ７、内周面粗さ：６．３Ｓ以下、真円度：１０μｍを達成することは難しい。その理由の一つは、本発明の検討の途中で確認できたことであるが、特許文献１を含むダブルアングルドリルのタイプはドリル先端角を２段にするので、この部分は当然ながらドリル径（すなわち、穿孔された穴径）よりは切刃の径として縮径された部分（山の高さ）が普通のタイプのドリルと比較しても長くなり、長い切刃での切削抵抗も大きくなるので、穴の中でのふらつき（振動）が生じやすくなる。すなわち、ダブルアングルドリルのタイプは穴の両端部に発生するバリの除去に対してはそれなりの効果はあるが、穴内でのドリルのガイド性が劣化して切削抵抗も増大するのでドリルの振動が大きくなる傾向となり、穴加工面での粗さや真円度を劣化させやすくなることが分かった。
【０００８】
特許文献２に記載のドリルは、先端角を２段とし、中心付近で９０°〜１２０°の範囲に設け、シャンク側の第２先端角を１７８°〜１８６°に設けることで薄板への穴あけが容易になると記載されている。特許文献２に記載のドリルは、自動車の車体を構成する部品を接合するために用いられるスポット溶接の除去を目的として、作業者が手で持ってつかうエアー駆動又はハンドドリルで用いられるドリルであり、溶接部分を早く削り取るためにほぼ水平に広がった切れ刃を持つスポット溶接剥離作業に適する工具である。このドリルは外周コーナー付近の切れ刃の角度が鋭角なためドリルと穴の内周壁面の擦れにより穴の内周面粗さを良好に加工する効果に乏しく、本発明が目標とする加工穴の精度を達成することは難しい。
【０００９】
無垢の状態の工作物に穴あけ用ドリルで穴内面の面粗さが６．３Ｓ以下程度で、真円度が１０μｍ以下程度の良好な内周精度を確保する穴あけを行うには、バリの抑制を目的とした対策以外に、加工中のドリルの振れを抑制しつつ穴あけを行い、穴あけした穴の内周面精度を向上させるような穴あけができるドリルとする工夫が必要である。ドリル加工でのリーマなどによる仕上げの穴加工工程を省略するには、１）バリの発生防止と、２）穴の真円度と内周面粗さに代表される内周面精度を向上させるという２つの課題を達成する必要がある。本発明は上記１）と２）を同時に達成して、加工された穴の精度について定量的にいえば、穴公差がＨ７程度、穴内面の内周面粗さが６．３Ｓ以下、及び真円度が１０μｍ以下の高精度な穴あけができるドリルを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一般にドリルによる穴あけでは、穴の入り口から工具直径の２倍程度の深さまでがドリルのふらつきや振動が起こりやすく、仕上げの穴加工工程を省略するためには、穴の入り口から前記深さまでの穴の精度を良好にする穴あけ用ドリルが要求される。本発明者は、穴あけ用ドリルの切れ刃の形状を種々検討して製造して切削試験を行ない、高精度な穴あけができる形状を探った。
【００１１】
本発明者の検討によれば、機械部品や自動車部品に多く用いられる、構造用鋼や硬さが３５ＨＲＣ程度の炭素鋼や合金鋼に良好な内周面粗さを持つ穴あけを行う場合には、ドリルの先端角を外周コーナーに向かうに従い小さくするだけでは、良好な内周面粗さを持つ穴あけを行うことが難しいことがわかった。上記の発明の目的を達成するために種々検討した結果、被削材への食い付きを確実にして加工中のふらつき阻止する作用を持つ、径方向に最適な幅で広がる第１先端角の部分と、ドリル自体に穴の壁面を擦らせて仕上げる作用を持つ、先端角としては最も後端部に位置する第３先端角部分が必要であること、及び前記の第１先端角の部分と第３先端角の部分が全体として長くならないように、かつ切削抵抗が大きくならないように繋ぐ切刃部分としての第１先端角よりは大きい角度を有する第２先端角との組合せが必要であり、この最適な組合せが前記の定量的な精度で表現される発明の目的を達成する有効なドリル形状であることが分かった。
【００１２】
本発明はこのような加工を行うため、第１切れ刃、第２切れ刃及び第３切れ刃を設け、それぞれの先端角及び第３切れ刃の幅と回転軸方向の長さを検討した結果生まれたものである。
【００１３】
すなわち第１の本発明は、ドリル先端から第１切れ刃、前記第１切れ刃よりドリル軸後部側に続く第２切れ刃、及び前記第２切れ刃よりさらにドリル後部側に続き、第３切れ刃を有する穴あけ用ドリルであって、ドリル軸と外周コーナーを含む平面へ切れ刃を投影したとき、前記第１切れ刃の先端角を第１先端角α１、前記第２切れ刃の先端角を第２先端角α２、及び第３切れ刃の先端角を第３先端角α３とすると、前記α１が１００°＜α１＜１２５°、前記α２が１３５°＜α２＜１７０°、及び前記α３が０°＜α３≦２０°の範囲であり、前記ドリルの直径をＤとし、前記第３切れ刃の回転軸方向の長さを第３切れ刃長さＬ３とするとき、前記Ｌ３が０．１Ｄ≦Ｌ３≦０．５Ｄであることを特徴とする穴あけ用ドリルである。
【００１４】
第２の本発明の穴あけ用ドリルは、第１の本発明の穴あけ用ドリルにおいて、前記第１切れ刃の径方向の幅を第１切れ刃幅ｒ１とするとき、前記ｒ１が０．０７Ｄ＜ｒ１＜０．１８Ｄであることを特徴とする穴あけ用ドリルである。この範囲であれば、切削抵抗を上昇させることなく、ドリルの振れを抑える効果が大きくなる。
【００１５】
第３の本発明の穴あけ用ドリルは、第１または第２の本発明の穴あけ用ドリルにおいて、前記第３先端角α３が０°＜α３≦１０°の範囲であることを特徴とする穴あけ用ドリルである。α３をこの範囲とすると、ドリルを内周壁面へ擦らせる効果がより高まり、内周面粗さを向上させることができる。
【００１６】
第４の本発明の穴あけ用ドリルは、第１乃至第３の本発明のいずれかの本発明のドリルにおいて、前記第３先端角α３が０°＜α３＜１°の範囲であることを特徴とする穴あけ用ドリルである。α３をこの範囲にすると、ドリルを内周壁面へ擦らせる効果が一層高まり、内周面粗さを大きく向上させることができるので、より最適な範囲である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明を適用することにより、無垢の状態の工作物に対し、振れを抑制しつつ穴あけをすることができるので、本発明の効果として穴の拡大代が小さく、内周面粗さ及び真円度も良好な穴あけが可能となる。したがって、従来は高精度の穴あけでは必要であったリーマ加工の工程を省略し、ドリル加工の１工程のみで高精度な穴あけを行うことも出来るので、加工工数の低減と、工具費の低減ができる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る穴あけ用ドリルの一例の側面視図を示す図である。
【図２】図１に示した刃先部２の先端部分の拡大図である。
【図３】図１に示した本発明に係る穴あけ用ドリルを先端側より見たときの拡大図である。
【図４】本発明の第２切れ刃がある穴あけ用ドリルと、ダブルアングルドリルと称される従来の第２切れ刃が無いドリルの場合において、止り穴を加工する場合に生ずる加工長の違いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
前述したように、本発明の穴あけ用ドリルは、切れ刃を最適な角度を有する３つの切れ刃として設ける手段により、工作物への食い付きの際に発生するドリルの振れを抑え、切削抵抗を抑えることで加工中の工具の振動を抑制し、工具で加工穴の内周壁面を擦る効果を高めることで、内周面粗さの良好な穴あけを行うことができるように切れ刃を構成したものである。
【００２０】
図１は本発明に係る穴あけ用ドリルの一例の側面視図を示す図である。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、ドリルの回転軸Ｏを中心軸とする略円柱状に形成されており、その先端側部分には刃先部２が形成され、後端側部分は工作機械の回転軸に把持されるシャンク部３となっている。刃先部２には、刃先部２の先端部分にある切れ刃４からシャンク部３の方向に向かって一定のねじれ角でねじれた一対の切屑排出溝５がドリルの回転軸Ｏに対して対称に延設形成されている。
【００２１】
図２は、図１に示した刃先部２の先端部分の拡大図である。また、図３は図１に示した本発明に係る穴あけ用ドリルを先端側より見たときの拡大図である。図２及び図３に示すように本発明の穴あけ用ドリルは主に切れ刃４、切屑排出溝５及びランド６から構成される。ランド６にはマージン１５を３箇所設けている。切れ刃４は第１切れ刃７、第２切れ刃８、第３切れ刃９で構成され、第３切れ刃９とマージン１５により外周コーナー１４が形成される。
本発明において、第１切れ刃７をドリルの径方向で測定したときの幅を第１切れ刃幅ｒ１とし、２枚の第１切れ刃７から形成される先端角を第１先端角α１として設けている。また、第２切れ刃８を径方向で測定したときの幅を第２切れ刃幅ｒ２とし、２枚の第２切れ刃８から形成される先端角を第２先端角α２として設けている。さらに、第３切れ刃９を径方向で測定したときの幅を第３切れ刃幅ｒ３とし、２枚の第３切れ刃９から形成される先端角を第３先端角α３として設ける。第３切れ刃９を回転軸方向で測定したときの長さを第３切れ刃長さＬ３とする。また、本発明の穴あけ用ドリルは図２に示すように切屑排出をできるだけ容易にするためにオイルホール１０が設けられていることが望ましいが、本発明の実施には必須の要件ではない。
【００２２】
上記構成の本発明の穴あけ用ドリルにおいて、第１切れ刃７は工作物に食い付く際の振れの抑制や加工中の振れの発生を抑えながら強度を保つため、第１先端角α１を１００°＜α１＜１２５°の範囲に設ける。第１先端角α１が１００°以下の場合、先端の強度が損なわれ切削中にドリルのチッピングや欠損を引き起こす。第１先端角α１が１２５°以上の場合、工作物に食い付く際に工具の振れが発生するため、精度の良好な穴あけを行うことができない。
【００２３】
本発明の穴あけ用ドリルでは、第２先端角α２を１３５°＜α２＜１７０°の範囲として第１先端角α１や第３先端角α３より大きく設ける。第２先端角α２の角度が、第１先端角α１や第３先端角α３として設けられる範囲にある場合、切れ刃が長くなり切削抵抗が大きくなるため振動が発生して精度の良い穴を加工することができない。第２先端角α２をこの範囲に設けることで切れ刃は長さを短くすることでき、切削抵抗が軽減され、切削中のドリルの振動が抑えられる。第２先端角α２が１３５°以下の場合、切れ刃４の長さが長いため切削抵抗が増大し、振動の発生により精度の良い穴を加工することができない。第２先端角α２が１７０°以上の場合、第２切れ刃による切削抵抗が急激に増加するため、工具のふらつきや振動が発生してしまう。
本発明において、第２先端角α２をこの範囲に設けることで、切れ刃の回転軸方向の長さを短くすることができる。図４は本発明の特長である、第２先端角α２を第１先端角α１や第３先端角α３より大きくした第２切れ刃がある穴あけ用ドリルと、ダブルアングルドリルと称される従来の、第２先端角α２を第１先端角α１や第３先端角α３より大きくした第２切れ刃が無いドリルの場合において、止り穴を加工する場合に生ずる加工長の違いを示す図である。所定の精度を持った止り穴を決められた深さだけ加工する場合において、第２先端角α２を第１先端角α１や第３先端角α３より大きくした第２切れ刃が無い従来のドリル１１では切れ刃４の回転軸方向の長さが長くなるため、被削材の上面から測定したときの加工穴の深さすなわち希望する加工穴の深さ１２を得るためには、被削材の上面からドリルの先端までを測定したときの長さすなわち必要となる加工長１３が長くなってしまう。これに対し、本発明のドリル１では第２先端角α２が第１先端角α１や第３先端角α３より大きく設けられていることから、切れ刃４の回転軸方向の長さを短くすることでき、本発明のドリル１による加工長１３を短くすることができる。第２先端角α２が第１先端角α１や第３先端角α３より大きい第２切れ刃を本発明のドリルに用いることにより、希望する加工穴の深さを得るための加工長が短くなることから、本発明のドリルによる内周面粗さの良好な穴あけを行うことができるという効果を長時間維持できるようになる。
【００２４】
本発明の穴あけ用ドリルにおいて第３先端角α３を０°＜α３≦２０°の範囲に設ける。この範囲に設けることで、ドリルを内周壁面へ擦らせる効果が高まり、内周面粗さが向上する。第３先端角α３が２０°より大きい場合、外周コーナー１４の角度が小さいため内周壁面を引っかき、面粗さが粗くなる。第３先端角α３が小さいほどガイドの効果や内周面粗さを良好に加工することができるが、工具の製作や再研磨が困難にならない程度にするのが良い。第３切れ刃９を有さないものは第３先端角α３が０°となり、この場合は加工穴に生ずるバリの発生が抑制出来ず、内周面粗さを向上する効果が得られない。
【００２５】
本発明の穴あけ用ドリルで、第３切れ刃９の回転軸方向の長さを示す、第３切れ刃長さＬ３を、ドリルの直径をＤとしたときに０．１Ｄ≦Ｌ３≦０．５Ｄとすることで、切れ刃を適度な長さに設けられ、切削中のドリルの振動が抑えられる。第３切れ刃長さＬ３が０．５Ｄを超える場合、第３切れ刃９の長さが長くなるため切削抵抗の増大による振動の発生により精度の良い穴あけを行うことができない。また、第３切れ刃長さＬ３が０．１Ｄ未満の場合十分な内周面粗さを得ることができない。
【００２６】
本発明の穴あけ用ドリルにおいて、第１切れ刃の径方向の幅を第１切れ刃幅ｒ１とするとき、ドリルの直径をＤとしたときの第１切れ刃幅ｒ１を０．０７Ｄ＜ｒ１＜０．１８Ｄに設けることが好ましい。第１切れ刃幅ｒ１をこの範囲に設けることにより、切削中のドリルの振動や振れが抑えられるため精度の向上が期待できる。第１切れ刃幅ｒ１が０．０７Ｄ以下の場合、特に直径Ｄが３ｍｍ未満の小径の場合では、切れ刃長さが短すぎるため、振れを十分に抑えられないおそれがある。第１切れ刃幅ｒ１が０．１８Ｄ以上の場合、特に切削抵抗の大きくなる直径Ｄが１２ｍｍ以上のドリルでは、第２切れ刃を適正な角度で設けたとしても切れ刃長さが長くなりすぎ、切削抵抗の増大により振動が発生し、穴の精度を損なうおそれがある。
【００２７】
本発明の穴あけ用ドリルにおいて、第３先端角α３が０°＜α３≦１０°の範囲であることが好ましい。この範囲では、内周壁面を擦るより大きなバニシングの効果を得られるため、内周面粗さを良好に仕上げることができる。また、第３先端角α３が０°＜α３＜１°の範囲であれば、バニシングの効果をさらに高めることができるため、より良好な面粗さを得ることができる。
【００２８】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、本発明の範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２９】
実施例については表１乃至表４に示すが、本発明例、比較例、及び従来例は全ての表を通して試料番号として１乃至２６までの番号で示している。
（実施例１）
本発明例３乃至６、比較例７乃至１１及び従来例１、２は、いずれも基本形状としてドリルの直径を６．０ｍｍ、全長を１００ｍｍ、溝長を５０ｍｍ、切屑排出溝のねじれ角を３０°、心厚を１．５ｍｍ、溝巾比を５２％、シャンク径を６．０ｍｍに設け、先端に切れ刃４を持ち、ランド６に幅０．３ｍｍのマージンを３箇所設けた形状のドリルとして仕様を統一した。ドリルの母材はＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下、Ｃｏ量は１２ｗ％からなる超微粒子超硬合金とし、ドリルの切れ刃部を含む表面にはＡｌＣｒＮ膜を被覆した。また、いずれのドリルも工具本体を通してクーラントを供給するためのオイルホールを有する形状とした。
【００３０】
本発明例３乃至６及び比較例７乃至１１においては、ドリルの切れ刃４に第１切れ刃、第２切れ刃、第３切れ刃を設け、第１切れ刃幅ｒ１を直径Ｄの０．１６倍である１．０ｍｍ、第３切れ刃長さＬ３を直径Ｄの０．５倍である３ｍｍとし、第１先端角α１、第２先端角α２、第３先端角α３について各先端角を表１に示すように変化させたものを作成して、切削試験に供した。なお表１乃至表４に記載される各先端角の値は、ある角度を狙ってドリルを製造したものを、製造後に新たに実際の仕上がり角度を測定した値として記載している。例えば本発明例３のドリルは第１先端角として１２５°を狙って製造し、実際の角度は実測の結果として公差内である１２５．２°であったという意味である。
【００３１】
従来例１においては、ドリルの切れ刃４に第１切れ刃のみを設け、第１先端角α１を１４０．３°とした。
従来例２はダブルアングルドリルと称されるドリルである。従来例２は本発明の特長である、第２先端角α２を第１先端角α１や第３先端角α３より大きくした第２切れ刃を有していない形状であり、第１先端角α１を１２０．１°、第２先端角α２を１４０．６°、第１切れ刃幅ｒ１を直径Ｄの０．１６倍である１．０ｍｍとした。
【００３２】
切削試験は、被削材はＳ５０Ｃ（硬さが２００ＨＢ）の長方形のブロック材を使用し、横型マシニングセンターを用いて穴あけ加工を行った。切削条件は回転数３２００ｍｉｎ−１（切削速度約６０ｍ／ｍｉｎ）、一回転当たり送り量０．１ｍｍ／ｒｅｖとして、穴あけ深さ３０ｍｍ（直径Ｄの５倍）の止まり穴の加工を行った。クーラントは水溶性切削液を使用し、オイルホールを通して供給した。
【００３３】
穴あけ精度の評価は、加工を行った穴の拡大代、内周面粗さ及び真円度を測定した。ドリルによる穴あけでは、穴の入り口からドリルの直径の２倍程度の深さまでがドリルのふらつきや振動が起こりやすいので、本発明の実施例では被削材に食い付く時の振れの影響を受け易く、比較的精度を損なうおそれのある、穴の深さ６ｍｍ（工具の直径の１．０倍に相当）の位置で、加工を行った穴の拡大代、内周面粗さ及び真円度の測定を行った。
測定の評価は、３本の工具を用いて、１本の工具あたり１０穴の加工を行い、穴の拡大代、内周面粗さ及び真円度は合計３０穴の加工穴について、それぞれ以下に示す測定方法に基づき評価を行った。
評価方法として、穴の拡大代は、加工された穴の入り口から６ｍｍの位置で内径寸法を３点式内径マイクロメータを用いて、１穴について周方向で３点の測定を実施し、３０穴の測定値における内径寸法の最大値と、使用前に測定したドリルの直径との差（ｍｍ）を穴の拡大代とした。内周面粗さは被削材を切断し、各々の穴について穴の入り口から６ｍｍでの位置における表面粗さの最大高さ（Ｒｚ）を、表面粗さ計を用いて評価した（ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１に基づく）。真円度は真円度形状測定器（株式会社東京精密製 ＲＯＮＤＣＯＭ６０Ａ）を用いて測定を行った。穴の真円度の測定は穴の入り口から６ｍｍの位置で、接触式プローブで穴径に沿ってトレース曲線を測定し、前記トレース曲線の最小内接円と最大外接円の差異をμｍで評価したものである。
【００３４】
評価基準としては、穴の拡大代が嵌めあい公差Ｈ７（直径が６．０ｍｍの場合は０〜＋０．０１２ｍｍ）、内周面粗さが６．３Ｓすなわち６．３μｍ以下、真円度が１０μｍ以下の３つの条件を満たしたものを良好とした。結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表１に示す通り、本発明例３乃至６の穴あけ用ドリルによる加工穴は、穴の拡大代が嵌めあい公差Ｈ７（直径が６．０ｍｍの場合は０〜＋０．０１２ｍｍ）、内周面粗さが６．３Ｓすなわち６．３μｍ以下、真円度が１０μｍ以下であり、良好であった。本発明の穴あけ用ドリルは、加工中の工具のふらつきや振動を抑制し、なおかつ第３切れ刃を内周壁面へ擦らせる効果で、良好な精度を持つ穴を加工できたと考えられる。
比較例７のドリルは第３先端角α３が大きいため、ドリルの外周コーナーが鋭くなり内周面を傷つけるため内周面粗さが悪化し、穴の拡大代が０．０２０ｍｍ、内周面粗さが９．７μｍ、真円度が１１．７μｍであった。
比較例８のドリルは、第２先端角α２が小さく、切れ刃長さが長くなり切削抵抗が増大するため、穴の拡大代が０．０２５ｍｍ、内周面粗さが１０．０μｍ、真円度が１０．７μｍであった。
比較例９のドリルによる加工穴は、穴の拡大代が０．０４０ｍｍ、内周面粗さが１１．５μｍ、真円度が１４．０μｍであった。これは第２先端角α２が大きく、第２切れ刃による切削抵抗が急激に増加するため、工具のふらつきや振動が発生してしまったためだと考えられる。
比較例１０のドリルは、評価後に工具を観察したところ３本中２本の第１切れ刃にチッピングが観察された。また、加工穴の穴の拡大代が０．０１８ｍｍ、内周面粗さが１２．３μｍ、真円度が１１．１μｍであった。これは第１先端角α１が小さいため強度が不足したためと考えられる。
比較例１１のドリルは、第１先端角α１が大きく、工作物に食い付く際に工具の振れが発生したため、穴の拡大代が０．０３０ｍｍ、内周面粗さが９．８μｍ、真円度が１１．５μｍであった。
従来例１、２のドリルは第３切れ刃を設けておらず、ドリルを内周壁面へ擦らせる効果が薄いことから、従来例１は加工穴の穴の拡大代が０．０２４ｍｍ、内周面粗さが１４．２μｍ、真円度が１７．３μｍであり、従来例２は加工穴の穴の拡大代が０．０１７ｍｍ、内周面粗さが１５．４μｍ、真円度が１５．５μｍであった。
【００３７】
また、従来例１、２のドリルは穴の拡大代、内周面粗さ、真円度が大きく劣ることから、本発明例のドリルと同程度の穴あけ精度を得るためにはリーマによる穴加工が必要であった。すなわち、本発明の穴あけドリルは、従来例と比較してリーマによる穴加工の工程を省略でき、リーマの工具費を削減できることが確認できた。
【００３８】
（実施例２）
次に、第３切れ刃長さＬ３を変化させた本発明例１３乃至１５及び比較例１２、１６の穴あけドリルについて、第３切れ刃長さＬ３の短いものから順に評価を行った。
【００３９】
本発明例１３乃至１５は、第３切れ刃長さＬ３をそれぞれ直径Ｄの０．１０倍、０．３０倍、０．５２倍とし、第３切れ刃長さＬ３以外は本発明例３と同じ仕様とした。
比較例１２、１６は、第３切れ刃長さＬ３をそれぞれ直径Ｄの０．０７倍、０．５５倍とし、第３切れ刃長さＬ３以外は本発明例３と同じ仕様とした。
【００４０】
試験条件、評価方法および評価基準は実施例１と同様とした。結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
【００４２】
表２に示す通り、本発明例１３乃至１５の穴あけ用ドリルは、穴の拡大代が嵌めあい公差Ｈ７（直径が６．０ｍｍの場合は０〜＋０．０１２ｍｍ）の範囲に納まり、内周面粗さは６．３μｍ以下、真円度は１０μｍ以下であり良好であった。第３切れ刃長さＬ３の長さを直径Ｄの０．０７倍とした比較例１２のドリルでは、穴の拡大代が０．０１６ｍｍ、内周面粗さが９．５μｍ、真円度が１２．２μｍであった。これは比較例１２のドリルは第３切れ刃の長さが短いため、加工穴の内周面を擦るバニシング効果が十分に現れなかったためと考えられる。また、第３切れ刃長さＬ３の長さを直径Ｄの０．５５倍とした比較例１６のドリルは、穴の拡大代が０．０２０ｍｍ、内周面粗さが１０．２μｍ、真円度が１４．０μｍであった。比較例１６のドリルは、第３切れ刃の長さが長いため切削抵抗が増大し、振動の発生によって穴の精度が悪化したと考えられる。
【００４３】
（実施例３）
本発明例１７乃至２１の穴あけ用ドリルを用いて、第１切れ刃幅ｒ１の影響について評価を行った。本発明例１７乃至２１は第１切れ刃幅ｒ１をそれぞれ直径Ｄの０．０５倍、０．０７倍、０．１２倍、０．１８倍、０．２０倍とし、第１切れ刃幅ｒ１以外は本発明例３と同じ仕様とした。
【００４４】
試験条件、評価方法および評価基準は実施例１と同様とした。調査した結果を表３に示す。
【００４５】
【表３】
【００４６】
本発明例１７乃至２１の穴あけ用ドリルは、穴の拡大代が嵌めあい公差Ｈ７（直径が６．０ｍｍの場合は０〜＋０．０１２ｍｍ）の範囲に納まり、内周面粗さは６．３μｍ以下、真円度は１０μｍ以下であり良好であった。また、第１切れ刃幅ｒ１が直径の０．０７乃至０．１８倍である本発明例１８乃至２０は穴の拡大代が０．０１０ｍｍ以下、内周面粗さは６．０μｍ以下、真円度は８．０μｍ以下であり、特に良好であった。第１切れ刃幅ｒ１がこの範囲であれば、大幅な切削抵抗の増大をまねくことなく、切削中の振動を抑えることができるため、特に穴の拡大代について精度の良好な穴を加工できることが分かった。
【００４７】
（実施例４）
本発明例２２乃至２６のドリルについて、第３先端角α３の影響を調査する試験を行った。本発明例２２乃至２６は第３先端角α３をそれぞれ１０．０°、５．１°、３．２°、０．９°、０．３°とし、第３先端角α３以外は本発明例３と同じ仕様とした。すなわち、第１先端角α１は１２０°として、第２先端角α２は１４０°を狙って製造し角度を揃えた。
【００４８】
ドリルによる穴あけの試験条件、評価方法および評価基準は実施例１と同様とした。結果を表４に示す。
【００４９】
【表４】
【００５０】
本発明例２２乃至２６の穴あけ用ドリルは、穴の拡大代が嵌めあい公差Ｈ７（直径が６．０ｍｍの場合は０〜＋０．０１２ｍｍ）の範囲に納まり、内周面粗さは６．３μｍ以下、真円度は１０μｍ以下であり、良好であった。また、第３先端角α３が０．９°である本発明例２５及び第３先端角α３が０．３°である本発明例２６は穴の拡大代が０．００８ｍｍ以下、内周面粗さは２．５μｍ以下、真円度は４μｍ以下であり、特に良好であった。
このことから第３切れ刃の先端角である第３先端角α３が小さいほど穴精度が良い傾向にあることが分かり、これは第３先端角α３が小さいほど加工穴の内壁面を擦るバニシング効果が高まるためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
高精度な穴を加工する場合、ドリルで穴あけ後にリーマを用いて仕上げ加工を行うのが一般的であるが、本発明のドリルを用いることで仕上げ加工を不要にして、１本のドリルで精度の良好な穴あけを加工することが出来る。そのために自動車部品、機械部品、及び金型の穴あけに本発明の穴あけ用ドリルを利用することができ、穴あけの加工コストを削減し製造期間を短縮することも出来る。
【符号の説明】
【００５２】
１ ドリル
２ 刃先部
３ シャンク部
４ 切れ刃
５ 切屑排出溝
６ ランド
７ 第１切れ刃
８ 第２切れ刃
９ 第３切れ刃
１０ オイルホール
１１ 従来のドリル
１２ 希望する加工穴の深さ
１３ 加工長
１４ 外周コーナー
１５ マージン
Ｏ 回転軸
ｒ１ 第１切れ刃幅
α１ 第１先端角
ｒ２ 第２切れ刃幅
α２ 第２先端角
ｒ３ 第３切れ刃幅
α３ 第３先端角
Ｌ３ 第３切れ刃長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリル先端から第１切れ刃、前記第１切れ刃よりドリル軸後部側に続く第２切れ刃、及び前記第２切れ刃よりさらにドリル後部側に続き、第３切れ刃を有する穴あけ用ドリルであって、ドリル軸と外周コーナーを含む平面へ切れ刃を投影したとき、前記第１切れ刃の先端角を第１先端角α１、前記第２切れ刃の先端角を第２先端角α２、及び第３切れ刃の先端角を第３先端角α３とすると、前記α１が１００°＜α１＜１２５°、前記α２が１３５°＜α２＜１７０°、及び前記α３が０°＜α３≦２０°の範囲であり、前記ドリルの直径をＤとし、前記第３切れ刃の回転軸方向の長さを第３切れ刃長さＬ３とするとき、前記Ｌ３が０．１Ｄ≦Ｌ３≦０．５Ｄであることを特徴とする穴あけ用ドリル。
【請求項２】
請求項１の穴あけ用ドリルにおいて、第１切れ刃の径方向の幅を第１切れ刃幅ｒ１とするとき、前記ｒ１が０．０７Ｄ＜ｒ１＜０．１８Ｄであることを特徴とするドリル。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の穴あけ用ドリルにおいて、第３先端角α３が０°＜α３≦１０°の範囲であることを特徴とする穴あけ用ドリル。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の穴あけ用ドリルにおいて、第３先端角α３が０°＜α３＜１°の範囲であることを特徴とする穴あけ用ドリル。
【請求項１】
ドリル先端から第１切れ刃、前記第１切れ刃よりドリル軸後部側に続く第２切れ刃、及び前記第２切れ刃よりさらにドリル後部側に続き、第３切れ刃を有する穴あけ用ドリルであって、ドリル軸と外周コーナーを含む平面へ切れ刃を投影したとき、前記第１切れ刃の先端角を第１先端角α１、前記第２切れ刃の先端角を第２先端角α２、及び第３切れ刃の先端角を第３先端角α３とすると、前記α１が１００°＜α１＜１２５°、前記α２が１３５°＜α２＜１７０°、及び前記α３が０°＜α３≦２０°の範囲であり、前記ドリルの直径をＤとし、前記第３切れ刃の回転軸方向の長さを第３切れ刃長さＬ３とするとき、前記Ｌ３が０．１Ｄ≦Ｌ３≦０．５Ｄであることを特徴とする穴あけ用ドリル。
【請求項２】
請求項１の穴あけ用ドリルにおいて、第１切れ刃の径方向の幅を第１切れ刃幅ｒ１とするとき、前記ｒ１が０．０７Ｄ＜ｒ１＜０．１８Ｄであることを特徴とするドリル。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の穴あけ用ドリルにおいて、第３先端角α３が０°＜α３≦１０°の範囲であることを特徴とする穴あけ用ドリル。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の穴あけ用ドリルにおいて、第３先端角α３が０°＜α３＜１°の範囲であることを特徴とする穴あけ用ドリル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−７１９（Ｐ２０１２−７１９Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３７９３１（Ｐ２０１０−１３７９３１）
【出願日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（０００２３３０６６）日立ツール株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（０００２３３０６６）日立ツール株式会社 (299)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]