JP2012035359A - ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】 切刃強度を向上させるとともに、切屑の排出方向を穴上方向に制御して効率よく排出されるようにすることにより高速加工が可能で長寿命なドリルを実現する。
【解決手段】 ドリル１の切刃１４は、ドリル１の外周方向に向かうに従い径方向のすくい角が大きくなるように、ドリル１の回転方向後方に向かって後退して形成されており、外周端部における径方向のすくい角αが−５０°≦α≦−１５°を満足するように形成されている。切刃１４は、ドリルの外周方向に向かうに従い先端角が大きくなるように形成されており、第２切刃１４ｂとチャンファー部１９とを併せた領域において先端角βが５０°≦β≦１１０°であるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、穴の高速加工に適したドリルに関する。

従来より、金属材料などに穴加工を行うために、先端に切刃が形成され、外周部に螺旋状に形成された切屑排出溝を備えたツイストドリルが広く使用されている。このようなドリルによれば、このドリルを回転させ、切刃によって金属材料などの被削材を切削し、切刃によって切削された切屑を、切屑排出溝を介して穴の外部に排出することにより穴加工を行うことができる。
近年、高速で穴加工を行うニーズが増大しているが、ドリルの送り量を増大させると、切刃、特に切刃の外周端部に大きな負荷がかかり、ドリルが欠損しやすいという問題があった。そこで、例えば、特許文献１には、切刃外周にコーナー切れ刃を形成して、外周端部の強度を向上させることにより切刃の強度を向上させたツイストドリルが開示されている。

特開２０００−１９８０１１号公報

しかし、切刃の強度を向上させるためにコーナー切れ刃を大きく形成すると、切屑が外周方向に向かって排出されるため、切屑が穴の壁面にぶつかって熱を発生したり、外部に排出されにくくなったりして、ドリルに大きな抵抗が加わり、切削性能の低下、ドリルの折損などが生じ、ドリルの寿命が短くなってしまう。そのため、ドリルの送り量を増大させることができず、十分に高速な穴加工を行うことができないという問題があった。

そこで、本発明は、切刃強度を向上させるとともに、切屑の排出方向を穴上方向に制御して効率よく排出されるようにすることにより高速加工が可能で長寿命なドリルを実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ドリルの外周部に切屑排出溝が形成され、切屑排出溝の内周面のすくい面とドリル先端に形成された逃げ面とにより稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、切刃は、外周方向に向かって、ドリルの回転方向後方に向かって後退して形成されており、ドリル先端を正面視したときの切刃の外周端部における径方向のすくい角αが−５０°≦α≦−１５°であるとともに、切刃の先端角は中央部が最大であり、切刃の外周端部からの幅Ｗが０．２Ｄ≦Ｗ≦０．４Ｄ（Ｄ：ドリルの直径）を満足する領域において先端角βが５０°≦β≦１１０°であるように形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、切刃を、外周方向に向かって、ドリルの回転方向後方に向かって後退して形成し、ドリル先端を正面視したときの切刃の外周端部における径方向のすくい角αが−５０°≦α≦−１５°であるように構成することにより、被削材と切刃との接触長さを長くして切刃の単位長さ当りの負荷を低減するとともに、切刃の外周端部の強度を向上させることができる。
また、切刃の先端角は中央部が最大であり、切刃の外周端部からの幅Ｗが０．２Ｄ≦Ｗ≦０．４Ｄ（Ｄ：ドリルの直径）を満足する領域において先端角βが５０°≦β≦１１０°であるように構成することにより、切屑の排出方向を穴上方向に制御して効率よく排出されるようにすることができる。
これにより、切刃強度を向上するとともに、切屑を効率的に排出することができるので、ドリルの送り量を増大させることが可能となり、高速加工が可能で長寿命なドリルとすることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のドリルにおいて、前記切刃の外周端部に面取りされたチャンファー部を備え、チャンファー部の幅Ｌが０．０５Ｄ≦Ｌ≦０．３Ｄである、という技術的手段を用いる。

本発明のドリルでは、切屑の排出方向を穴上方向に制御して効率よく排出されるようにすることができるので、請求項２に記載の発明のように、従来のドリルよりも幅が広いチャンファー部を設けることができる。これにより、切刃の外周端部の強度を更に向上させることができるので、高速加工が可能で長寿命なドリルとすることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のドリルにおいて、前記切刃は、ドリルの外周方向に向かうに従い先端角及び径方向のすくい角が小さくなる複数の直線状の切刃により構成されている、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明のように、切刃を複数の直線状の切刃により構成することにより、ドリルの製造及び使用後の切刃の再研磨を容易にすることができる。

本発明の一実施形態に係るドリルの先端部の正面図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。

本発明のドリルについて、図を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

図１に示すように、軸線回りに回転され穴加工を行うドリル１は、外周部の軸線方向にらせん状に形成された一対の切屑排出溝１１と、切屑排出溝１１のすくい面１１ａとドリル先端に形成された逃げ面（本実施形態では、第１逃げ面１２、第２逃げ面１３）とにより稜線部に所定の先端角を有する切刃１４が形成されている。

ドリル１の先端中央には、第１逃げ面１２が交差することによりチゼルエッジ１５が形成されている。また、切刃１４の先端部の内周側には、すくい面１１ａの内壁面が切り欠かれてシンニング部１６が形成されている。

切刃１４の外周面には、マージン部１７と、マージン部１７よりも外径が一段小さくされた二番取り面１８が形成されている。

切刃１４は、ドリルの外周方向に向かうに従い径方向のすくい角が小さくなるように、ドリルの回転方向後方に向かって後退して形成されている。本実施形態では、切刃１４は、直線状に形成された複数の切刃が連なって構成されており、中心側から、第１逃げ面１２とすくい面１１ａとにより形成される第１切刃１４ａ、第２逃げ面１３とすくい面１１ａとにより形成される第２切刃１４ｂが設けられている。
ここで、切刃１４を複数の直線状の切刃により構成することにより、ドリルの製造及び使用後の切刃の再研磨を容易にすることができる。

切刃１４の外周端部には、ドリルの回転方向後方に向かって面取りされたチャンファー部１９が形成されている。チャンファー部１９は、径方向のすくい角αが−５０°≦α≦−１５°を満足するように形成されている。また、チャンファー部の幅Ｌは、ドリルの直径Ｄに対し、０．０５Ｄ≦Ｌ≦０．３Ｄとなるように形成されている。
ここで、チャンファー部１９を形成しない場合には、切刃１４は外周端部における径方向のすくい角αが上記の条件を満足するように形成されている。

切刃１４は、ドリルの外周方向に向かうに従い先端角が小さくなるように形成されている。本実施形態では、第１切刃１４ａの先端角θは１１８°〜１５０°に形成されている。
また、切刃１４は、切刃の外周端部からの幅Ｗが０．２Ｄ≦Ｗ≦０．４Ｄ（Ｄ：ドリルの直径）を満足する領域において先端角βが５０°≦β≦１１０°であるように構成されている。
本実施形態では、第２切刃１４ｂ及びチャンファー部１９（切刃１４の外周端部からの幅Ｗの領域）が上記領域に相当する。

切刃１４は、外周方向に向かってドリルの回転方向後方に向かって後退して形成することにより、被削材と切刃１４との接触長さを長くして切刃の単位長さ当りの負荷を低減することができる。
すくい角αが大きすぎると外周端部の欠損などを防止する効果が低減し、すくい角αが小さすぎると切削抵抗が増大するため、−５０°≦α≦−１５°、好ましくは−４０°≦α≦−２０°であるように構成することが好適である。

本発明のドリル１では、後述のように切屑の排出方向を穴上方向に制御して効率よく排出されるようにすることができるので、従来のドリルよりも幅Ｌが広いチャンファー部１９を設けることができる。これにより、切刃１４の外周端部の強度を更に向上させることができる。
チャンファー部１９の幅Ｌが小さすぎると外周端部の欠損などを防止する効果が低減し、幅Ｌが大きすぎると切削抵抗が増大するため、幅Ｌはドリル１の直径Ｄに対し、０．０５Ｄ≦Ｌ≦０．３Ｄとなるように形成することが好適である。

本実施形態において、径方向のすくい角が負の値となる領域は、第１切刃１４ａ、第２切刃１４ｂ及びチャンファー部１９が相当する。径方向のすくい角が負の値となる領域では、切屑が外周方向に向かって排出されるが、切刃の外周端部からの幅Ｗが０．２Ｄ≦Ｗ≦０．４Ｄ（Ｄ：ドリルの直径）を満足する領域において先端角βが５０°≦β≦１１０°、好ましくは６０°≦β≦１００°であるように構成することにより、切屑の排出方向を穴上方向に制御して効率よく排出されるようにすることができる。
ここで、先端角βが５０°未満であると、切屑が中心方向に排出されやすくなるとともに、切刃が長くなるため切削抵抗が増大してしまう。
また、先端角βが１００°を超えても、切屑を穴面上方へ排出する作用が小さくなる。

これにより、切刃１４の強度を向上するとともに、切屑を効率的に排出することができ、ドリルの送り量を増大させることができるので、高速加工が可能で長寿命なドリルとすることができる。また、切屑が切屑排出溝１１を通して効率よく排出されるため、切屑排出溝１１を大きくしなくてもよいので、芯厚を大きくしてドリル１の剛性を高めることができる。これにより、ドリル１の寿命を長くすることができる。

（変更例）
上述の実施形態では、切刃１４が第１切刃１４ａ及び第２切刃１４ｂからなり、チャンファー部１９が形成された構成を例示したが、これに限定されるものではない。
例えば、切刃１４は、ドリル１の外周方向に向かうに従い先端角β及び径方向のすくい角αが小さくなるような３以上の直線状の切刃により構成してもよい。
また、切刃１４は、回転方向に凸な円弧や滑らかな曲線により形成することができる。これによれば、切刃１４に角部がないため応力集中が小さく、切刃１４の長さが長くなるので、切刃１４の強度を向上させることができる。この場合、チャンファー部１９を形成しなくてもよい。
先端角βが連続的に減少するような曲線状に形成することもできる。この場合、先端角βが１１０°以下になる箇所から外方が幅Ｗの領域に相当する。

（実施例１）
本発明の実施例に係るドリルと従来のドリルとを使用して穴加工を行い、各ドリルの寿命を評価した。

実施例のドリルは、上述の実施形態におけるドリル１において、直径Ｄが１ｍｍ、すくい角αが−３８°、第１切刃１４ａの先端角θが１４０°、第２切刃１４ｂの先端角βが９０°、チャンファー部１９の幅Ｌが０．１３ｍｍ（０．１３Ｄ）としたものを用いた。また、比較例のドリルとして、チャンファー部が形成されていない直線状の切刃からなり、先端角１２０°のツイストドリルを用いた。

被削材はＳ５０Ｃを用い、直径１ｍｍ、深さ４ｍｍの穴加工を行い、加工が可能であった穴数により寿命を評価した。加工条件及び寿命を表１に示す。
高速加工条件として、送り量を一般的な加工条件として採用されている０．０５ｍｍ／ｒｅｖの２倍の０．１ｍｍ／ｒｅｖとした。
実施例１及び比較例１は同一加工条件であり、実施例２は回転数を増大させた条件である。

従来のドリルによれば、比較例１に示すように３０００穴の加工により刃先が欠損し加工できなくなった。一方、本発明のドリルによれば、実施例１、２に示すように１７０００穴以上の加工が可能であり、大幅に寿命が長くなった。
また、１穴当たりの加工時間は従来加工条件では２秒程度必要であったが、０．４秒以内と大幅に短縮することができた。

以上より、本発明のドリルは、高速加工条件において従来のドリルよりも長寿命であることが確認された。

［実施形態の効果］
本発明のドリルによれば、切刃１４を、外周方向に向かって、ドリル１の回転方向後方に向かって後退して形成し、切刃１４の外周端部における径方向のすくい角αが−５０°≦α≦−１５°であるように構成することにより、被削材と切刃１４との接触長さを長くして切刃１４の単位長さ当りの負荷を低減するとともに、切刃１４の外周端部の強度を向上させることができる。
また、切刃の外周端部からの幅Ｗが０．２Ｄ≦Ｗ≦０．４Ｄ（Ｄ：ドリルの直径）を満足する領域において先端角βが５０°≦β≦１１０°であるように構成することにより、切屑の排出方向を穴上方向に制御して効率よく排出されるようにすることができる。
これにより、切刃強度を向上するとともに、切屑を効率的に排出することができるので、ドリルの送り量を増大させることが可能となり、高速加工が可能で長寿命なドリルとすることができる。

１…ドリル
１１…切屑排出溝
１１ａ…すくい面
１２…第１逃げ面
１３…第２逃げ面
１４…切刃、
１４ａ…第１切刃
１４ｂ…第２切刃
１５…チゼルエッジ
１６…シンニング部
１７…マージン部
１８…二番取り面
１９…チャンファー部

Claims (3)

1. ドリルの外周部に切屑排出溝が形成され、切屑排出溝の内周面のすくい面とドリル先端に形成された逃げ面とにより稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、
   切刃は、外周方向に向かって、ドリルの回転方向後方に向かって後退して形成されており、
   ドリル先端を正面視したときの切刃の外周端部における径方向のすくい角αが−５０°≦α≦−１５°であるとともに、
   切刃の先端角は中央部が最大であり、切刃の外周端部からの幅Ｗが０．２Ｄ≦Ｗ≦０．４Ｄ（Ｄ：ドリルの直径）を満足する領域において先端角βが５０°≦β≦１１０°であるように形成されていることを特徴とするドリル。
2. 前記切刃の外周端部に面取りされたチャンファー部を備え、チャンファー部の幅Ｗが０．０５Ｄ≦Ｗ≦０．３Ｄであることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 前記切刃は、ドリルの外周方向に向かうに従い先端角及び径方向のすくい角が小さくなる複数の直線状の切刃により構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のドリル。

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