JP2016078209A - ドリル - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物に穴をあけるドリルにおいて、切削加工の時間の短縮、ドリルの剛性の向上、および、切り屑の排出不良や切り屑の巻きつきによるドリルの折損の防止が求まられている。
【解決手段】切れ刃（４）がドリル（１）の先端部（２）の端面（２ａ）から成る逃げ面（６）と切屑排出溝（５）に続くすくい面（７）との間の交線（４）から成り、逃げ面上の交線が回転の方向に凹と成る凹曲線部（１５）を連続して２つ以上並べてある形状であるとともに回転の方向に凸と成る隣り合う凹曲線部の端同士を直結して成る凸部（１６）を１つ以上有する形状と成るように、交線から続くすくい面に当該交線の各凹曲線部から続けて断面が凹曲線でかつ同一直線方向、好ましくは、回転軸（Ｑｒ）の軸方向に平行な方向の各凹曲線断面溝（１７）を並べて形成して成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物に対して回転する工具の回転軸方向に穴あけを行なうための工具であるドリルに関する。

一般的にドリルは、棒状のドリル本体の先端に形成される円錐状の先端部と、ドリル本体の基部に回転駆動装置に保持される柄部となるシャンクと、ドリル本体の先端部に形成される切れ刃と、そして、ドリル本体のボデー（以下、胴部と称する）の外周面に形成されて切れ刃で切削された切り屑を外部に排出するための溝（以下、切屑排出溝と称する）と、を有して、ドリル本体の軸周りに回転させながらドリル本体の先端を被加工物に押し当てるようにして、被加工物に対してドリルの回転軸方向の穴をあけるための工具である。ここで、ドリルで加工される穴には、貫通孔や底付き穴などが含まれる。

ドリルの切れ刃は、ドリルの先端部の端面に形成される逃げ面と切屑排出溝に続くすくい面の間の交線から成る。そして、その交線は、例えば、先端部の回転中心の部分に形成されるチゼルエッジのコーナからドリルの外周と切れ刃とが交わる点から成る外周コーナまでの間であって、単純な一直線の場合が多い。また、切れ刃から続くすくい面は、例えば、ドリルの胴部の外周面にドリルの先端側から基部側にわたって螺旋状に形成される切屑排出溝に続くように形成されているので、ドリルの回転中心側から外周コーナ側に向って、すくい角が徐々に大きくなるように形成されて、ねじれ面のように形成されている。そうした切れ刃で切削される切り屑は、切れ刃の回転中央側と外周コーナ側で切削速度差やすくい角が異なることで横向きにカールする。また、切り屑は、切り屑速度よりも切削速度の方が速いことから、上向きにカールするように切削した穴の内面に巻き込まれやすい。また、切り屑は、例えば、すくい面がねじれ面であれば円錐螺旋形の切り屑になる。

そうしたドリルでは、例えば、被加工物の材料などに起因して、厚い切り屑が連続して生成されてしまうと、その切り屑がドリルに巻き付いてドリルを折損することがある。そのため、特許文献１の穴あけ工具では、先端部を逃げ面側から観たときに、逃げ面とすくい面の交線からなる切れ刃の形状がドリル本体の回転中心から外周側に向って順次それぞれ２個以上形成された滑らかな凸曲線部と滑らかな凹曲線部とから構成されて、凹曲線部に対して凸曲線部を切削回転方向に先行して突出させることを開示している。

特許文献１の穴あけ工具では、切り屑が切れ刃の凸曲線部および凹曲線部に対応して生じて、凸曲線部から生じる切り屑が、すくい面の凸曲面部で押し広げられて細かく分断されて、凹曲線部から生じる切屑が、凹曲線部に対応して断面円弧状となつて延び、この凹曲線部に隣接しかつ凹曲線部より回転中心側に位置する凸曲面部に押し当たつて急激にカールさせられて扇状に細かく分断される。そのうえ、切り屑は、隣接する凸曲線部の凹曲線部側の部分から生じる切り屑に干渉して、凹曲線部から生じる切り屑がより一層確実に分断される。しかも、凸曲線部と凹曲線部とを順次それぞれ２個以上設けているから、切刃から生じる切り屑はより一層細かく分断される。この結果、切り屑がドリルに巻きついてドリルが折損したり、あるいは切り屑が穴の壁面を擦って穴の面粗度が悪化したりすることを防止するようにしている。

実公昭６２−００８９７３号公報

しかしながら、特許文献１の穴あけ工具に限らずドリルは、更なる切削速度の高速化が望まれる。また、例えば、直径１．０ｍｍ以下のような微細な穴あけを行なうような直径の小さなドリルでは、特に切削加工中の穴に切り屑を詰まらせることなく、切削加工中の穴の外に適当な大きさに分断された切り屑を排出させて、切り屑がドリルに巻き付いてドリルを折損させることなく、加工後の穴の面粗度も悪化させないようにすることが望まれる。また、そうした微細な穴あけを行なう直径の小さなドリルでは、小さな切れ刃に対する微細な加工にも限界がある。

そこで、本発明のドリルでは、直径の大きなドリルから直径の小さなドリルまで容易に加工できる切れ刃の形状でありながら、切削抵抗を小さくして更なる切削速度の高速化を可能にすること、切り屑を適当な大きさに分断しながら確実に排出するとともに切り屑が巻きついてドリルを折損させることを防止すること、また、切れ刃の剛性を高めることを目的とする。

本発明のドリルでは、軸周りに回転してかつ当該軸方向に前進することで、先端部に有する切れ刃で被加工物を切削しかつ切り屑を胴部に有する切屑排出溝から排出するようにして、前記被加工物に前記軸方向に穴あけを行なうためのドリルであって、前記切れ刃が前記先端部の端面から成る逃げ面と前記切屑排出溝に続くすくい面との間の交線から成り、前記逃げ面上の前記交線が前記回転の方向に凹と成る凹曲線部を連続して２つ以上並べてある形状であるとともに前記回転の方向に凸と成る隣り合う前記凹曲線部の端同士を直結して成る凸部を１つ以上有する形状と成るように、前記交線から続く前記すくい面に当該交線の各前記凹曲線部から続けて断面が凹曲線でかつ同一直線方向の各凹曲線断面溝を並べて形成して成ることを特徴とする。

また、本発明のドリルでは、回転軸の軸方向に平行な方向の前記各凹曲線断面溝が並べて形成して成ると良い。

また、本発明のドリルでは、前記各凹曲線断面溝が、多結晶焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）から成る切削工具で加工して成ると良い。

本発明のドリルは、切れ刃が逃げ面とすくい面との間の交線から成り、逃げ面上の交線が回転の方向に凹と成る凹曲線部を連続して２つ以上並べてある形状であるとともに回転の方向に凸と成る隣り合う凹曲線の端同士を直結して成る凸部を１つ以上有する形状と成るように、切れ刃を成す交線から続くすくい面に当該交線の各凹曲線部から続けて断面が凹曲線でかつ同一直線方向の各凹曲線断面溝を並べて形成して成ることで、容易に加工できる切れ刃の形状でありながら、すくい面上に並ぶ同一直線方向、好ましくは、回転軸の軸方向に平行した直線方向の各凹曲線断面溝によって、すくい角がドリルの回転中心側から外周コーナ側までほぼ同じになってすくい面のねじれがなくなり、加えて切れ刃の凹曲線部によって切れ刃上の各位置における切れ刃の垂直な方向が当該位置に応じて異なることで流出角もなくなるので、そうしたすくい面に押し出されるようにして排出される切り屑は、横向きや上向きにカールすることを抑制されて、切り屑が連続する円錐螺旋形の切り屑にならずに、被加工物の材料の種類に応じて、ストレート形状または切り屑の連なる方向の断面が折り畳まれたようなジグザグ形状に形成されて、さらに切り屑の連なる方向に対して垂直の断面が切れ刃と同じ凹曲線部が複数並んだ形状に形成されて、切り屑が排出される中で外力を受けると適当な箇所で折れやすい形状となって、切屑排出溝の中の切り屑が詰まることなく適度な隙間を確保できて、また切屑排出溝の外部に排出されやすい大きさに切り屑を分断して排出させることができる。また、本発明のドリルでは、切り屑が折れやすく、分断されて確実に排出させることができるので、ドリルに切り屑が巻きついてドリルが折れるようなことも防止されることから、切屑排出溝の溝の深さを大きく形成して、すなわち、ドリルの回転軸に垂直な切屑排出溝の断面を大きく形成して、切り屑を排出しやすくすることも可能になり、切削速度の高速化も可能にする。また、本発明のドリルでは、ドリルの回転の方向に凸と成る隣り合う凹曲線の端同士を直結して成る凸部が切れ刃に形成されることで、切削抵抗が低減されることから、切削速度を高速にして、切削加工時間を短縮させることが可能になり、さらには、切れ刃の磨耗も抑制することができる。また、本発明のドリルでは、好ましくは回転軸の軸方向に平行した直線方向の各凹曲線断面溝をすくい面上に並べて形成して成ることで、切れ刃の剛性を高めることも可能になる。また、本発明のドリルでは、切れ刃と逃げ面とすくい面から成るドリル先端部の一部であるウェッジに断面が凹曲線でかつ直線方向の凹曲線断面溝を平行に連続して並べて加工すれば良いので、加工が容易なことで、特に、切削加工時に切り屑が巻きつくと折れやすい直径の小さなドリルであっても本発明を適用することができる。

本発明のドリルを先端部から当該ドリルの回転軸の軸方向に向かって観た後述される図２のＥ−Ｅ矢視の概略図を示す。 本発明のドリルの先端部を側方から観た図１のＤ−Ｄ矢視の概略図を示す。 本発明のドリルの切れ刃の凹部曲線部の断面図を示し、図（ａ）が図２のＡ１−Ａ１矢視断面図、図（ｂ）が図２のＢ１−Ｂ１矢視断面図、そして、図（ｃ）が図２のＣ１−Ｃ１矢視断面図を示す。 本発明のドリルの切れ刃の凸部の断面図を示し、図（ａ）が図２のＡ２−Ａ２矢視断面図、図（ｂ）が図２のＢ２−Ｂ２矢視断面図、そして、図（ｃ）が図２のＣ２−Ｃ２矢視断面図を示す。 本発明のドリルで被加工物に穴あけを行なった際に排出される切り屑の一部分の概略図を示し、図（ａ）が折り畳まれてジグザグ形状の切り屑の一部分の概略図を示し、図（ｂ）がストレート形状の切り屑の一部分の概略図を示す。 従来のドリルを先端部から当該ドリルの回転軸の軸方向に向かって観た後述される図７のＥ−Ｅ矢視の概略図を示す。 従来のドリルの先端部を側方から観た図６のＤ−Ｄ矢視の概略図を示す。 従来のドリルの切れ刃の凹部曲線部の断面図を示し、図（ａ）が図７のＡ−Ａ矢視断面図、図（ｂ）が図７のＢ−Ｂ矢視断面図、そして、図（ｃ）が図７のＣ−Ｃ矢視断面図を示す。

本発明のドリルを図１ないし図４に示すツイストドリルに適用された実施の態様を一例に挙げて説明する。図５に示す切り屑の一部を示す概略図は、本発明のドリルで被加工物に穴あけを行なった際に排出される切り屑の一例を示している。なお、図６ないし図８に示すツイストドリルの実施の態様は、従来のドリルの実施の態様を示しており、同じ構成が同じ符号で示されている。

図１ないし図４に示すドリル１は、円柱形状のような棒形状であって、先端に円錐状の先端部２を有して、基部に図示省略されるシャンクを有している。ドリル１は、図示省略される被加工物を切削加工するための切れ刃４を有して、実施の態様のツイストドリル１であれば一対の切れ刃４をドリル１の先端部２に形成してあり、切れ刃４で切削したあとの切り屑２０を外部に排出するための一対の切屑排出溝５をドリル１の胴部３の外周面３ａにドリル１の先端側から基部側に向って螺旋状に形成してある。それで、ドリル１は、例えば、ドリル１を回転させかつ進退させるためのドリル駆動装置等（図示省略）にシャンクが保持されて、ドリル１の軸心を回転軸Ｑｒにして回転しながら回転軸Ｑｒの軸方向に被加工物に対して前進することで、被加工物に回転軸Ｑｒの軸方向の穴（図示省略）をあけるためのものである。

円錐状の先端部２には、先端側の端面２ａに形成される一対の逃げ面６と、各切屑排出溝５にそれぞれ続く一対のすくい面７とを有して、逃げ面６とそれら逃げ面６に対応するすくい面７の間の各交線４から成る一対の切れ刃４と、そして、隣り合う一対の逃げ面６の間の交線から成るチゼルエッジ８とを有しいる。逃げ面６は、切れ刃４が被加工物に切り込んでいく際に、必要以上に被加工物の加工面とドリル１の先端部２の端面２ａの間に摩擦が生じることを避けるために逃がした面である。すくい面７は、切れ刃４から続く面であり、切屑排出溝５に続く面である。切れ刃４は、チゼルエッジ８の両端の各チゼルエッジコーナ８ａから円錐状の先端部２の円錐底面の円周に相当する円周上の各外周コーナ９の間に形成されている。切れ刃４からドリル１の回転方向（図１では、反時計周りに回転）に対して前方の部分は、切屑排出溝５の先端部側の開口と成る空間５ａが形成されている。各外周コーナ９からドリル１の回転方向に対して後方の部分には、それぞれマージン１０が形成されて、ドリル１の胴部３の外周面３ａにドリル１の基部まで螺旋状に形成されている。また、各マージン１０からドリル１の回転方向に対して後方の部分には、マージン１０の部分よりもニ番取り深さの寸法だけ先端部２の外径の小さい一対のニ番取り面１３が形成されて、ドリル１の胴部３の外周面３ａにドリル１の基部まで螺旋状に形成されている。その他、各二番取り面１３とドリル１の回転方向に対して後方にある各切屑排出溝５の間の交線は、ヒール１２と称される。また、マージン１０と切屑排出溝５の間の交線は、リーディングエッジ１１と称される。また、リーディングエッジ１１からヒール１２までは、ランドと称される。各構成は、例えば、図１に示されるツイストドリル１の実施の態様であれば、ツイストドリル１を先端部２側から回転軸Ｑｒの軸方向に向かって観て、ドリル１の回転軸Ｑｒを回転中心に１８０度の回転対称の位置にそれぞれ形成されている。

ここからは本発明の特有のドリル１の構成が説明される。本発明のドリル１は、逃げ面６の面上に形成される切れ刃４を成す交線４が、ドリル１の回転方向に凹と成る凹曲線部１５を連続して２つ以上並べてある形状であるとともにドリル１の回転方向に凸と成るように隣り合う凹曲線部１５の端同士を直結して成る凸部１６を１つ以上有する形状であって、切れ刃４から続くすくい面７に切れ刃４を成す交線４の各凹曲線部１５から続けて断面が凹曲線でかつ同一直線方向、好ましくは、回転軸Ｑｒの軸方向に平行する方向の各凹曲線断面溝１７を並べて形成して成る。

例えば、図１ないし図４に示すツイストドリル１の実施の態様では、チゼルエッジコーナ８ａから外周コーナ９までの間に形成されている各切れ刃４に、逃げ面６の面上に形成される切れ刃４を成す交線４が、ドリル１の回転方向にへこんでいる３つの同じ凹曲線部１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）を連続して並べてある形状であり、隣り合う凹曲線部１５ａと１５ｂの端同士を直結して成る部分、隣り合う凹曲線部１５ｂと１５ｃの端同士を直結して成る部分にドリルの回転方向に突き出る同じ２つの凸部１６（１６ａ、１６ｂ）および最もドリル１の外周に形成される凹曲線部１５ｃの端とドリル１の外周コーナ９を直結して成る部分にドリル１の回転方向に突き出る１つの凸部１６（１６ｃ）を有する形状に形成されている。切れ刃４の凸部１６は、被加工物を切削する際の切削抵抗を低減して、切削速度を高速にして、切削加工の時間を短縮することを可能にして、さらには、切れ刃４の磨耗も抑制することができる。

各切れ刃４に形成される３つの凹曲線部１５ａ、１５ｂ、１５ｃと３つの凸部１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、切れ刃４から続くすくい面７の少なくとも一部に切れ刃４に形成される３つの同じ凹曲線部１５ａ、１５ｂ、１５ｃから続けて、断面が同じ凹曲線でかつ回転軸Ｑｒの軸方向に平行する方向に３つの凹曲線断面溝１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）を加工することで形成されている。これら凹曲線断面溝１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、例えば、断面の凹曲線を成す両端部の間の直線距離よりも大きい直径のエンドミルをドリル１の回転軸Ｑｒと平行する軸周りに回転させて、切れ刃４、すくい面７および逃げ面６から成るウェッジ１４に断面が円弧の溝を切削加工するだけでも形成できることから加工が非常に容易である。したがって、本発明のドリル１は、例えば、直径が０．５ｍｍ以下のような極小さな直径のドリル１であっても適用が可能である。なお、ドリル１の切れ刃４を切削加工するエンドミル等の切削工具の切れ刃の材料は、ドリル１の切れ刃４の材料に対応して、高速度工具鋼、超硬合金、多結晶立方晶窒化珪素（ＰｃＢＮ）、多結晶焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）のように、ドリル１の切れ刃４より高い耐磨耗性を有する高硬度材から選ばれると良い。

それで、本発明のドリル１は、図３に示すように、すくい面７のうちの同じ直線方向に向って形成されている複数の凹曲線断面溝１７ａ、１７ｂ、１７ｃの内周面１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃが、チゼルエッジコーナ８ａから外周コーナ９に向って、すくい角θａ１、θｂ１、θｃ１が同じになるように形成されて（θａ１＝θｂ１＝θｃ１）、好ましくは、複数の凹曲線断面溝１７ａ、１７ｂ、１７ｃの内周面１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃがドリル１の回転軸Ｑｒに平行する方向に向って形成されて、チゼルエッジコーナ８ａから外周コーナ９に向って、すくい角θａ１、θｂ１、θｃ１がゼロになるように形成される（θａ１＝θｂ１＝θｃ１＝ゼロ）。また、本発明のドリル１は、図４に示すように、すくい面７のうちの隣り合う凹曲線断面溝１７同士の間（１７ａと１７ｂの間および１７ｂと１７ｃの間）の稜線１８（１８ａ、１８ｂ）および一番外周側の凹曲線断面溝１７ｃとリーディングエッジ１１の間の稜線１９が、チゼルエッジコーナ８ａから外周コーナ９に向って、すくい角θａ２、θｂ２、θｃ２が徐々に大きくなるように形成されて（θａ２＜θｂ２＜θｃ２）、また、複数の凹曲線断面溝１７ａ、１７ｂ、１７ｃの内周面１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃがドリル１の回転軸Ｑｒに平行する方向に形成することで、切れ刃４の剛性を高めることもできる。ここで、すくい角θａ１、θｂ１、θｃ１、θａ２、θｂ２、θｃ２の角度は、回転軸Ｑｒと平行する軸の角度をゼロとして、回転軸Ｑｒに平行する軸とすくい面７の所定の位置との間の角度とする。

したがって、本発明のドリル１は、チゼルエッジコーナ８ａ側から外周コーナ９側までの切れ刃４の大部分の範囲において、すくい角θａ１、θｂ１、θｃ１が略等しくなって、好ましくは、ドリル１の回転軸Ｑｒの軸方向に平行することによって、すくい面７のねじれがなくなり、さらには、切れ刃４の複数の凹曲線部１５によって切れ刃４上の各位置における切れ刃４に垂直な方向が当該位置に応じて異なることで流出角もなくなり、そのような形状のすくい面７に押し出されるようにして、例えば、被加工物の材料がチタンであれば、図５（ａ）に示す切り屑２０のように、切り屑２０の連なる方向の断面が折り畳まれたようなジグザグ形状の切り屑２０となり、例えば、被加工物の材料がアルミであれば、図５（ｂ）に示す切り屑２０のようなストレート形状の切り屑２０となるといったように、被加工物の材料の種類に応じてジグザグ形状またはストレート形状の切り屑２０に形成されて、さらに切り屑２０の連なる方向に対して垂直の断面が切れ刃４の凹曲線部１５で形成された凹曲線部２１ａ、２１ｂ、２１ｃと切れ刃４の凸部１６で形成された凸部２２ａ、２２ｂ、２２ｃを有する形状の切り屑２０となって、横向きや上向きにカールされることなく排出されることになる。本発明のドリル１によって切削加工中に排出される切り屑２０は、特に、切り屑２０の凹曲線部２１ａ、２１ｂ、２１ｃと凸部２２ａ、２２ｂ、２２ｃの形状によって、切屑排出溝５の中で外力を受けると適当な箇所で切れやすくまたは折れやすい形状であって、例えば、切り屑２０の連なる方向に対して略垂直な方向からの外力を受けると折れやすい形状であるので、切屑排出溝５の中で適度な隙間を確保しながら、確実に切屑排出溝５の外部に切り屑２０を排出させる大きさに短く分断される。また、そうした形状の切り屑２０は、ドリル１に巻きつこうとした場合にも、その前に切り屑が折れて分断されることから、ドリル１に切り屑２０が巻きついてドリル１を折損させることも防止できる。

本発明のドリル１は、切れ刃４に形成される凹曲線部１５の両端部の間の距離、凹曲線部１５の形状、凹曲線断面溝１７の形状を前述の実施の態様に限定されることなく、また、複数有することになる各凹曲線部１５および各凹曲線断面溝１７の形状および寸法がそれぞれ異なっていても良いし、それらの形状や寸法がすべて同じであっても良いし、それらの形状や寸法が同じものと異なるものを適宜合わせてあっても良い。また、本発明のドリル１は、ツイストドリルに限定されずに、少なくとも１つ以上の切れ刃４を有するドリルに適用が可能である。

本発明は、被加工物に対して回転する工具の回転軸方向に穴あけを行なうための工具であるドリルに利用できる。

１ ドリル
２ 先端部
２ａ 先端部の端面
３ 胴部
３ａ 胴部の外周面
４ 切れ刃（逃げ面とすくい面の間の交線）
５ 切屑排出溝
５ａ 切屑排出溝の先端部側の開口と成る空間
６ 逃げ面
７ すくい面
８ チゼルエッジ
８ａ チゼルエッジコーナ
９ 外周コーナ
１０ マージン
１１ リーディングエッジ
１２ ヒール
１３ ニ番取り面
１４ ウェッジ
１５ 切れ刃の凹曲線部
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 切れ刃の凹曲線部
１６ 切れ刃の凸部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 切れ刃の凸部
１７ 凹曲線断面溝
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ 凹曲線断面溝
１８ 凹曲線断面溝同士の間の稜線
１８ａ、１８ｂ 凹曲線断面溝同士の間の稜線
１９ 一番外周側の凹曲線断面溝とリーディングエッジの間の稜線
２０ 切り屑
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 切り屑の凹曲線部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 切り屑の凸部
１７０ａ、１７０ｂ、１７０ｃ 凹曲線断面溝の内周面
Ｑｒ ドリルの回転軸

Claims (3)

1. 軸周りに回転してかつ当該軸方向に前進することで、先端部に有する切れ刃で被加工物を切削しかつ切り屑を胴部に有する切屑排出溝から排出するようにして、前記被加工物に前記軸方向に穴あけを行なうためのドリルであって、
   前記切れ刃が前記先端部の端面から成る逃げ面と前記切屑排出溝に続くすくい面との間の交線から成り、前記逃げ面上の前記交線が前記回転の方向に凹と成る凹曲線部を連続して２つ以上並べてある形状であるとともに前記回転の方向に凸と成る隣り合う前記凹曲線部の端同士を直結して成る凸部を１つ以上有する形状と成るように、前記交線から続く前記すくい面に当該交線の各前記凹曲線部から続けて断面が凹曲線でかつ同一直線方向の各凹曲線断面溝を並べて形成して成ることを特徴とするドリル。
2. 回転軸の軸方向に平行な方向の前記各凹曲線断面溝が並べて形成して成ることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 前記各凹曲線断面溝が、多結晶焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）から成る切削工具で加工して成ることを特徴とする請求項１または２に記載のドリル。

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