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WO2015025872A1 - ドリル - Google Patents

ドリル Download PDF

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WO2015025872A1
WO2015025872A1 PCT/JP2014/071738 JP2014071738W WO2015025872A1 WO 2015025872 A1 WO2015025872 A1 WO 2015025872A1 JP 2014071738 W JP2014071738 W JP 2014071738W WO 2015025872 A1 WO2015025872 A1 WO 2015025872A1
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WO
WIPO (PCT)
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drill
arc
axis
discharge groove
radius
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2014/071738
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English (en)
French (fr)
Inventor
康一郎 成毛
宗平 高橋
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
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Priority to EP14838711.1A priority patent/EP3037197B1/en
Priority to US14/913,000 priority patent/US9901991B2/en
Publication of WO2015025872A1 publication Critical patent/WO2015025872A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/02—Twist drills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2250/00—Compensating adverse effects during turning, boring or drilling
    • B23B2250/12—Cooling and lubrication
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/40—Flutes, i.e. chip conveying grooves
    • B23B2251/406—Flutes, i.e. chip conveying grooves of special form not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2251/00—Details of tools for drilling machines
    • B23B2251/40—Flutes, i.e. chip conveying grooves
    • B23B2251/408—Spiral grooves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T408/00—Cutting by use of rotating axially moving tool
    • Y10T408/89—Tool or Tool with support
    • Y10T408/909—Having peripherally spaced cutting edges
    • Y10T408/9095—Having peripherally spaced cutting edges with axially extending relief channel
    • Y10T408/9097—Spiral channel

Definitions

  • a chip discharge groove is formed on the outer periphery of the tip end portion of the drill body rotated about the axis, and a cross ridge line between a wall surface facing the drill rotation direction of the chip discharge groove and the tip flank surface at the tip of the drill body.
  • Patent Documents 1 and 2 describe an example in which the inner wall surface of the chip discharge groove is formed by two concave arcs having different radii in a cross section perpendicular to the axis.
  • the second extending from the core thickness circle to the heel side is larger than the radius of the arc formed by the cross section of the first concave curved surface portion extending from the leading edge side toward the core thickness circle.
  • the radius of the circular arc formed by the cross section of the concave curved surface portion is increased.
  • the radius of the first circle formed by the cross section on the leading edge side in the cross section orthogonal to the axis is made larger than the radius of the second circle on the heel side. .
  • the present invention was made under such a background, and while suppressing the expansion of the width of the chip discharge groove to ensure the rigidity and strength of the tip of the drill body, scraping marks, cutting edges, etc. due to chips It is possible to prevent occurrence of chipping and chip clogging, and to provide a drill suitable for use in high-efficiency machining.
  • a chip discharge groove is formed on the outer periphery of the tip of the drill body rotated about the axis, and the tip of the drill body is provided at the tip of the drill body.
  • a drill provided with a cutting edge, wherein a wall surface of the chip discharge groove facing the drill rotation direction has a concave curve shape along a first arc in a cross section perpendicular to the axis, and is connected to the wall surface.
  • the bottom surface of the chip discharge groove facing the outer peripheral side of the drill body has a concave curve shape along a second arc circumscribing the core circle at the tip of the drill body in a cross section perpendicular to the axis.
  • the first arc has a larger radius than the second arc, and is in contact with the second arc on the leading edge side with respect to the contact point between the second arc and the core thickness circle.
  • the first arc along the concave curve formed by the cross section of the wall surface facing the drill rotation direction of the chip discharge groove is the concave curve formed by the cross section of the bottom surface of the chip discharge groove facing the outer peripheral side of the drill body.
  • the first and second circles If the radius and the radius of the first and second arcs are the same, and the diameter of the core thickness circle and the outer diameter of the tip of the drill body are also equal, the first arc remains in contact with the second arc and the drill rotation direction side Therefore, the groove width of the chip discharge groove can be reduced. For this reason, it is possible to increase the cross-sectional secondary moment by increasing the cross-sectional area of the tip end portion of the drill body, particularly on the outer peripheral side, and to ensure rigidity and strength.
  • the radius of the first arc can be made larger. Therefore, the friction of the chips to the wall surface facing the drill rotation direction of the chip discharge grooves can be suppressed and scratched. It is possible to prevent the formation of a mark. Further, since the second arc can be lengthened because the contact point with the first arc is located on the leading edge side, the chips pushed into the heel side from the leading edge side by the rotation of the drill body can be removed. The chip can be sufficiently curled by being brought into sliding contact with the bottom surface of the chip discharge groove having a concave curve shape along the second arc.
  • the tip of the drill body is broken or re-polished. It is possible to prevent an increase in the grinding allowance, chipping of the cutting edge and its vicinity, or clogging of chips, extending the drill life and performing stable drilling. It becomes.
  • the position of the contact point of the first and second arcs in the cross section orthogonal to the axis is in the range of 0.1 ⁇ D to 0.35 ⁇ D with respect to the outer diameter D of the cutting blade from the axis. It is desirable to be located at. If the position of this contact point is closer to the axis than the above range and close to the contact point between the second arc and the core thick circle, there is a possibility that the above-described effects cannot be reliably achieved.
  • the surface of the chip discharge groove that forms a concave curve along the first arc in the cross section becomes too small to face the drill rotation direction, and even if the groove width can be reduced, the chip There is a possibility that the cross-sectional area of the discharge groove becomes insufficient, the capacity becomes insufficient, and chips are clogged.
  • the radius of the first arc is in the range of 1.0 ⁇ D to 3.0 ⁇ D with respect to the outer diameter D of the cutting edge, and the radius of the second arc is 0. Desirably, the range is 2 ⁇ D to 0.4 ⁇ D. If the radius of the first and second arcs is larger than the above range, the groove width of the chip discharge groove may be too wide. Conversely, if the radius is smaller than the above range, the wall surface or the drill body facing the drill rotation direction. There is a risk that the friction of chips on the bottom surface facing the outer peripheral side becomes too large.
  • the drill body 1 is formed in a cylindrical shape having an axis O as a center by a hard material such as cemented carbide, and a rear end portion (not shown) is a shank portion, which is a shank portion of a machine tool. While being gripped by the main shaft and rotated in the drill rotation direction T around the axis O, it is fed to the tip end side (left side in FIG. 2) in the axis O direction to drill a work material.
  • a chip discharge groove 2 that opens at the tip surface of the drill body 1 and twists toward the rear side in the drill rotation direction T around the axis O toward the rear end side.
  • a pair is formed to be 180 ° rotationally symmetric with respect to the axis O, and drill rotation is performed from the wall surface 2A facing the drill rotation direction T of the chip discharge groove 2 and the opening of the chip discharge groove 2 on the tip surface of the drill body 1.
  • Cutting edges 4 are respectively formed at intersection ridges with the tip flank 3 extending rearward in the direction T. That is, the drill of this embodiment is a two-blade twist drill.
  • the tip flank 3 inclines toward the rear end side of the drill body 1 toward the rear side of the drill rotation direction T, gives a clearance angle to the cutting edge 4, and moves toward the outer peripheral side of the tip portion of the drill body 1. Even if it is directed, the cutting edge 4 is inclined so as to be directed toward the rear end side, and a tip angle is given to the cutting edge 4.
  • the tip flank 3 is connected to the first flank 3A continuous to the rear side of the drill rotation direction T of the cutting edge 4 and further to the rear side of the first flank 3A in the drill rotation direction T.
  • a second flank 3B having a larger flank angle than the first flank 3A is formed.
  • the outer diameter D (not shown; outer periphery of the cutting blade 4 is not shown) of the cutting edge 4 at the intersecting ridge line portion with the wall surface 2 ⁇ / b> A facing the drill rotation direction T of the chip discharge groove 2.
  • the portion is a second picking surface 5B having a diameter slightly smaller than the outer diameter D.
  • the intersecting ridge line between the margin portion 5A and the wall surface 2A is the leading edge 1A of the tip end portion of the drill body 1, and the intersecting ridge line between the second picking surface 5B and the wall surface 2B facing the drill rotation direction T rear side of the chip discharge groove 2 is Heel 1B.
  • the margin portion 5A may be provided with a back taper.
  • a thinning portion 6 is formed on the inner peripheral side of the opening of the tip end face of the drill body 1 of the chip discharge groove 2, that is, on the axis O side.
  • the thinning portion 6 includes a thinning surface 6A facing the drill rotation direction T and a thinning that faces the rear side of the drill rotation direction T and intersects the second flank 3B of the tip flank 3 adjacent to the drill rotation direction T side.
  • a wall surface 6B is formed, and the thinning wall surface 6B extends to reach the heel 1B on the outer periphery of the tip of the drill body 1 in this embodiment.
  • the cutting edge 4 includes a main cutting edge 4A extending from the outer peripheral end of the cutting edge 4 to the inner peripheral side, and an inner periphery of the main cutting edge 4A.
  • the thinning surface 6A of the thinning portion 6 and the tip flank 3 A thinning blade 4B formed at a crossing ridge line portion with (first flank 3A) is formed.
  • the wall surface 2A facing the drill rotation direction T of the chip discharge groove 2 is a rake face of the main cutting edge 4A, and the main cutting edge 4A has a positive rake angle by twisting the chip discharge groove 2 as described above.
  • the thinning surface 6A is the rake face of the thinning blade 4B.
  • coolant holes 7 that are twisted by leads equal to these chip discharge grooves 2 are formed in a portion between the pair of chip discharge grooves 2 in the circumferential direction.
  • these coolant holes 7 are positioned on the drill rotation direction T side in the cross section perpendicular to the axis O, as shown in FIG. 3, and the distance between the chip discharge groove 2 and the wall surface 2A is substantially constant.
  • An outer peripheral hole wall surface that is concave and has a substantially constant interval with the second picking surface 5B is formed in a substantially triangular shape.
  • the front hole wall surface and the rear hole wall surface of the coolant hole 7 gradually increase in the circumferential gap toward the outer peripheral side, and the rate of increase in the gap gradually increases toward the outer peripheral side.
  • the corners of the triangle where the front and rear hole wall surfaces intersect and the corners where the front and rear hole wall surfaces intersect the outer peripheral hole wall surface are smoothly connected by a concave arc having a small radius.
  • Such a coolant hole 7 is opened to the second flank 3B at the tip flank 3 of the drill body 1 as shown in FIG.
  • the inner surface of the chip discharge groove 2 is positioned between the wall surface 2A facing the drill rotation direction T, the wall surface 2B facing the rear side of the drill rotation direction T, and the wall surfaces 2A and 2B. And a bottom surface 2C facing.
  • the wall surface 2A facing the drill rotation direction T has a concave curve along the first arc C1 and faces the outer peripheral side of the drill body 1.
  • the bottom surface 2C has a concave curve shape along the second arc C2 circumscribing the core thickness circle E at the tip of the drill body 1, and the radius R1 of the first arc C1 is larger than the radius R2 of the second arc C2.
  • the first arc C1 is in contact with the second arc C2 at the contact Q located on the leading edge 1A side with respect to the contact P between the second arc C2 and the core thickness circle E. .
  • the portion from the leading edge 1A to the contact point Q of the first and second arcs C1, C2 is the wall surface 2A facing the drill rotation direction T of the chip discharge groove 2, and this contact point A portion extending from Q to the heel 1B side through a contact point P between the second arc C2 and the core thickness circle E is a bottom surface 2C facing the outer peripheral side of the drill body 1 of the chip discharge groove 2.
  • the wall surface 2B facing the rear side in the drill rotation direction T of the chip discharge groove 2 is bent after extending substantially along the second arc C2 from the bottom surface 2C toward the heel 1B. Then, it is formed so as to reach the heel 1B while drawing a convex curve that slightly curves toward the rear side of the drill rotation direction T.
  • the contact point Q of the first and second arcs C1 and C2 in the cross section orthogonal to the axis O is 0. 0 to the outer diameter D of the cutting blade 4 from the axis O in the same cross section.
  • the distance L between the contact point Q and the axis O is set to be in the range of 0.1 ⁇ D to 0.35 ⁇ D so as to be in the range of 1 ⁇ D to 0.35 ⁇ D.
  • the diameter (heart thickness) d of the core thick circle E is in the range of 0.15 ⁇ D to 0.4 ⁇ D in this embodiment, but is smaller than 2 ⁇ L which is twice the interval L.
  • the radius R1 of the first arc C1 is in the range of 1.0 ⁇ D to 3.0 ⁇ D with respect to the outer diameter D of the cutting edge 4, and the radius R2 of the second arc C2 is 0.
  • the range is 2 ⁇ D to 0.4 ⁇ D.
  • the wall surface 2A facing the drill rotation direction T of the chip discharge groove 2 is thus a concave curve along the first arc C1 having a large radius R1 in the cross section perpendicular to the axis O, as described above.
  • the main cutting edge 4A of the cutting edge 4 having the wall surface 2A as a rake face is formed in a concave curve shape having a large radius when viewed from the front end side in the axis O direction, or substantially linear as shown in FIG.
  • the groove angle formed by the first radial line passing through the axis O and contacting the first circular arc C1 and the second radial line contacting the second circular arc C2 is 60 ° to 90 °. It is in the range of °. Furthermore, the center of the first arc C1 is more than the intersection of the diameter line that bisects the groove angle through the axis O and the circle with the diameter of the outer diameter D around the axis O. 1 is located on the outer peripheral side of the drill body 1 in the direction in which the radial line extends, and the center of the second arc C2 is located closer to the axis O than the intersection.
  • the radius R1 of the first arc C1 along the concave curve formed by the wall surface 2A facing the drill rotation direction T of the chip discharge groove 2 in the cross section orthogonal to the axis O is the outer peripheral side of the drill body 1 Larger than the radius R2 of the second arc C2 circumscribing the core thick circle E along the concave curve formed by the bottom surface 2C facing the first, and the first, first than the contact P between the second arc C2 and the core thick circle E Since the contact point Q of the second arcs C1 and C2 is located on the leading edge 1A side, the leading edge is compared with the case where the contact point Q coincides with the contact point P between the second arc C2 and the core thickness circle E. 1A will be located in the drill rotation direction T side more.
  • the groove width of the chip discharge groove 2 can be reduced and the land width can be increased, a large cross-sectional area at the tip of the drill body 1 can be secured.
  • the cross-sectional area becomes large especially on the outer peripheral side of the tip end portion of the drill body 1, it is possible to effectively increase the cross-section secondary moment to ensure the rigidity and strength of the tip end portion of the drill body 1 and to increase the load. It is possible to prevent breakage at the tip of the drill body 1 in the highly efficient machining.
  • the groove width of the chip discharge groove 2 is the same as that in the case where the contact point Q coincides with the contact point P between the second arc C2 and the core thickness circle E, the radius R1 of the first arc C1.
  • the friction of the chips to the wall surface 2A facing the drill rotation direction T of the chip discharge groove 2 is reduced. It is possible to reduce, and it is possible to prevent the formation of scratch marks on the wall surface 2A.
  • the polishing allowance is increased and the drill life is shortened, or a scratch mark is left on the cutting edge or the vicinity thereof. Therefore, it is possible to prevent defects from being easily generated.
  • the radius R1 of the first arc C1 along the concave curve formed by the cross section of the wall surface 2A facing the drill rotation direction T of the chip discharge groove 2 can be increased, the wall surface 2A and the tip clearance are increased.
  • the main cutting edge 4A formed at the intersecting ridge line portion with the surface 3 can also have a concave curve shape or a substantially straight shape with a large radius as described above. For this reason, the strength of the cutting edge 4 can be ensured not only after re-polishing but also at the beginning of use of the drill, and the occurrence of defects or the like can be prevented even in high-efficiency machining with a high load.
  • the second arc C2 Since the contact point Q of the first and second arcs C1 and C2 is located on the leading edge 1A side with respect to the contact point P between the second arc C2 and the core thickness circle E, the second arc C2 The length of the concave curve formed by the cross section of the bottom surface 2C of the chip discharge groove 2 along can be increased. Accordingly, the chips pushed into the bottom surface 2C along the second arc C2 having the small radius R2 from the leading edge 1A side with the rotation of the drill body 1 can be sufficiently slid in contact with the bottom surface 2C and curled. It is possible to prevent chip clogging and facilitate smooth chip discharge.
  • the position of the contact point Q of the first and second arcs C1 and C2 is within a range of 0.1 ⁇ D to 0.35 ⁇ D from the axis O with respect to the outer diameter D of the cutting edge 4.
  • the above-described effects can be more reliably achieved. That is, if the position of the contact Q is located closer to the axis O than the above range and is too close to the contact P between the second arc C2 and the core thickness circle E, the cross-sectional area of the tip of the drill body 1 is increased. If the contact point Q is positioned on the outer peripheral side of the above range, a small radius R2 in the cross section of the chip discharge groove 2 may be obtained. The portion along the second arc C ⁇ b> 2 becomes too large, and the capacity of the chip discharge groove 2 may be insufficient to cause chip clogging.
  • the radius R1 of the first arc C1 is sufficiently larger than the outer diameter D of the cutting blade 4 in the range of 1.0 ⁇ D to 3.0 ⁇ D.
  • the radius R2 of the second arc C2 is in the range of 0.2 ⁇ D to 0.4 ⁇ D, and this also stably maintains the rigidity and strength of the tip of the drill body 1 while maintaining stability. Drilling can be made possible. That is, if the radii R1 and R2 of the first and second arcs C1 and C2 are larger than the above ranges, respectively, the groove width of the chip discharge groove 2 becomes too wide, and the tip of the drill body 1 is moved during high-efficiency machining. On the contrary, if it is smaller than the above range, the friction of the chips to the wall surface 2A and the bottom surface 2C of the chip discharge groove 2 increases, and it becomes impossible to reliably prevent the formation of scratch marks or clogging of chips. May occur.
  • the outer diameter D of the cutting edge 4 is 8 mm
  • the radius R1 of the first arc C1 is 12.8 mm (1.6 ⁇ D)
  • the radius of the second arc C2 A drill made of cemented carbide with R2 of 1.76 mm (0.22 ⁇ D) and a distance L from the axis O to the contact Q of 1.92 mm (0.24 ⁇ D) was manufactured.
  • the diameter (heart thickness) d of the core thick circle E was 2.00 mm (0.25 ⁇ D) in both the example and the comparative examples 1 and 2 described below.
  • the outer diameter D of the cutting edge 4 is 8 mm as in the embodiment, and on the contrary, the radius R2 of the second arc C2 is larger than the radius R1 of the first arc C1.
  • a drill made of cemented carbide based on Patent Document 2 that coincides with the contact point P of the core thick circle E and the second arc C2 was also manufactured. These are referred to as Comparative Examples 1 and 2 in this order.
  • the radius R1 of the first arc C1 of Comparative Example 1 is 2.4 mm (0.3 ⁇ D)
  • the radius R2 of the second arc C2 is 2.64 mm (0.33 ⁇ D)
  • a contact point from the axis O is 1.0 mm (0.125 ⁇ D), which is equal to the radius d / 2 of the core thickness circle E
  • the radius R1 of the first arc C1 of Comparative Example 2 is 3.2 mm (0.4 ⁇ D)
  • the radius R2 of the second arc C2 is 0.24 mm (0.3 ⁇ D)
  • the distance L from the axis O to the contact Q is 1.0 mm (equal to the radius d / 2 of the core thickness circle E). 0.125 ⁇ D).
  • Comparative Example 1 when the cutting length reached 25 m (625 holes), a crack occurred in the main cutting edge, making it impossible to drill.
  • Comparative Example 2 the cutting length was 20 m (500 holes), and the outer periphery of the tip of the drill body was damaged, making it impossible to drill.
  • drilling was possible even when the cutting length reached 40 m (1000 holes), and the test was terminated at that point. In the drill of the example after the test, some wear was observed in the chip discharge groove 2, but no chipping or chipping was confirmed.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Drilling Tools (AREA)

Abstract

高能率加工に用いて好適なドリルを提供する。 軸線（Ｏ）回りに回転されるドリル本体（１）の先端部外周に切屑排出溝（２）が形成されるとともに、ドリル本体（１）の先端には切刃が設けられ、切屑排出溝（２）のドリル回転方向（Ｔ）を向く壁面（２Ａ）は、軸線（Ｏ）に直交する断面において第１の円弧（Ｃ１）に沿った凹曲線状とされるとともに、壁面（２Ａ）に連なってドリル本体（１）の外周側を向く切屑排出溝（２）の底面（２Ｃ）は、軸線（Ｏ）に直交する断面においてドリル本体（１）先端部の心厚円（Ｅ）に外接する第２の円弧（Ｃ２）に沿った凹曲線状とされ、第１の円弧（Ｃ１）は、第２の円弧（Ｃ２）よりも半径が大きく、第２の円弧（Ｃ２）と心厚円（Ｅ）との接点（Ｐ）よりもリーディングエッジ（１Ａ）側で第２の円弧（Ｃ２）と接している。

Description

ドリル
　本発明は、軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に切屑排出溝が形成されるとともに、ドリル本体先端には上記切屑排出溝のドリル回転方を向く壁面と先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルに係わり、特に高能率加工に用いて好適なドリルに関するものである。
　特許文献１、２には、上記切屑排出溝の内壁面を、軸線に直交する断面において半径の異なる２つの凹円弧によって形成したものが記載されている。このうち、特許文献１に記載されたドリルでは、リーディングエッジ側から心厚円に向けて延びる第１の凹曲面部の断面がなす円弧の半径よりも、心厚円からヒール側に延びる第２の凹曲面部の断面がなす円弧の半径が大きくなるようにされている。また、特許文献２に記載されたドリルでは、逆に軸線に直交する断面においてリーディングエッジ側の断面がなす第１の円の半径が、ヒール側の第２の円の半径よりも大きくされている。
特許第４１２０１８５号公報 特許第４８９４０５４号公報
　しかしながら、これら特許文献１、２に記載されたドリルでは、上記第１、第２の凹曲面部の断面がなす円弧、あるいは上記第１、第２の円が、いずれもドリル本体先端部の切屑排出溝に内接する心厚円において接するようにされている。このため、いずれのドリルにおいても切屑排出溝の溝幅が広くなり易く、ドリル本体先端部の断面積が小さくなって剛性や強度が低下するため、ドリル本体を高速で回転させて高い送り量で送り出す高能率加工では、ドリル本体先端部に折損等が生じるおそれがある。
　一方、切屑排出溝の溝幅を小さくしてドリル本体先端部の断面積を確保するために上記円弧や円の半径を小さくしようとすると、高能率加工の際に切屑排出溝内を高速で多量に通過する切屑が溝の内壁面を強く摩擦して内壁面に擦過痕が形成され、再研磨の際に研磨代を大きくしなければならなくなったり、切刃やその近傍に欠損を生じ易くなったりしてしまう。また、こうして上記円弧や円の半径を小さくすると、特にヒール側の第２の円の半径がリーディングエッジ側の第１の円の半径よりも小さくなる特許文献１に記載されたドリルでは、ドリル本体の回転によって切屑排出溝のヒール側に押し込まれた切屑が十分にカールさせられずに詰まりを生じるおそれもある。
　本発明は、このような背景の下になされたもので、切屑排出溝の溝幅が広がるのを抑えてドリル本体先端部の剛性や強度を確保しつつも、切屑による擦過痕や切刃等の欠損、切屑詰まりが生じるのは防ぐことが可能で、高能率加工に用いて好適なドリルを提供することを目的としている。
　上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に切屑排出溝が形成されるとともに、上記ドリル本体の先端には切刃が設けられたドリルであって、上記切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面は、上記軸線に直交する断面において第１の円弧に沿った凹曲線状とされるとともに、該壁面に連なって上記ドリル本体の外周側を向く上記切屑排出溝の底面は、上記軸線に直交する断面において上記ドリル本体先端部の心厚円に外接する第２の円弧に沿った凹曲線状とされており、上記第１の円弧は、上記第２の円弧よりも半径が大きく、上記第２の円弧と上記心厚円との接点よりもリーディングエッジ側で該第２の円弧と接していることを特徴とする。
　このように構成されたドリルでは、切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面の断面がなす凹曲線が沿う第１の円弧が、切屑排出溝のドリル本体外周側を向く底面の断面がなす凹曲線が沿う第２の円弧と心厚円との接点よりもリーディングエッジ側で第２の円弧と接しているので、例えば特許文献２に記載されたドリルに対して、第１、第２の円の半径と第１、第２の円弧の半径を等しく、心厚円の直径およびドリル本体先端部の外径も等しくしたとすると、第１の円弧が第２の円弧と接したままドリル回転方向側に位置することになるので、切屑排出溝の溝幅を小さくすることができる。このため、ドリル本体先端部の断面積を特に外周側で大きくして断面２次モーメントを増大させ、剛性や強度を確保することが可能となる。
　また、切屑排出溝の溝幅を等しくしたとすると、第１の円弧の半径をより大きくすることができるので、切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面への切屑の摩擦を抑制して、擦過痕が形成されるのを防ぐことができる。さらに、第１の円弧との接点がリーディングエッジ側に位置しているために第２の円弧を長くすることができるので、ドリル本体の回転によってリーディングエッジ側からヒール側に押し込まれる切屑を、この第２の円弧に沿った断面凹曲線状をなす切屑排出溝の上記底面に摺接させて十分にカールさせることができる。
　従って、上記構成のドリルによれば、高負荷で、多量の切屑が高速で切屑排出溝内を通過することになる高能率加工においても、ドリル本体の先端部が折損したり、再研磨の際の研磨代が増大したり、切刃やその近傍に欠損が生じたり、あるいは切屑詰まりが生じたりするのを防ぐことができ、ドリル寿命の延長を図るとともに安定した穴明け加工を行うことが可能となる。
　ここで、上記軸線に直交する断面における上記第１、第２の円弧の接点の位置は、上記軸線から上記切刃の外径Ｄに対して０．１×Ｄ～０．３５×Ｄの範囲に位置していることが望ましい。この接点の位置が上記範囲よりも軸線に近くて、第２の円弧と心厚円との接点に近い位置であると、上述のような効果を確実に奏功することができなくなるおそれがある一方、上記範囲よりも軸線から離れすぎていると、上記断面において第１の円弧に沿った凹曲線をなす切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面が小さくなりすぎ、溝幅は小さくできても切屑排出溝の断面積が不十分となって容量が不足し、切屑詰まりを生じるおそれがある。
　また、同様に上記切刃の外径Ｄに対して、上記第１の円弧の半径は１．０×Ｄ～３．０×Ｄの範囲とされるとともに、上記第２の円弧の半径は０．２×Ｄ～０．４×Ｄの範囲とされているのが望ましい。第１、第２の円弧の半径がそれぞれ上記範囲を上回るほど大きいと切屑排出溝の溝幅が広くなりすぎるおそれがあり、逆に上記範囲を下回るほど小さいとドリル回転方向を向く壁面やドリル本体外周側を向く底面への切屑の摩擦が大きくなりすぎるおそれが生じる。
　以上説明したように、本発明によれば、ドリル本体を高速で回転させて高い送り量で送り出す高能率加工でも、ドリル本体の損傷を防いで寿命の延長を図りつつ、切屑を円滑に排出して安定した穴明け加工を行うことが可能となる。
本発明の一実施形態を示す軸線方向先端側から見た正面図である。 図１に示す実施形態の側面図である。 図１に示す実施形態のドリル本体先端部の軸線に直交する断面図である。
　図１ないし図３は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態において、ドリル本体１は、超硬合金等の硬質材料によって軸線Ｏを中心とした外形円柱状に形成され、図示されない後端部がシャンク部とされて、このシャンク部が工作機械の主軸に把持されることにより軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転されつつ、該軸線Ｏ方向先端側（図２において左側）に送り出されて被削材に穴明け加工を行う。
　ドリル本体１の先端部の外周には、このドリル本体１の先端面に開口して後端側に向かうに従い軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔの後方側に捩れる切屑排出溝２が、本実施形態では軸線Ｏに関して１８０°回転対称に一対形成されており、これらの切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔを向く壁面２Ａと、上記ドリル本体１先端面における切屑排出溝２の開口部からドリル回転方向Ｔ後方側に延びる先端逃げ面３との交差稜線部に切刃４がそれぞれ形成されている。すなわち、本実施形態のドリルは２枚刃のツイストドリルである。
　先端逃げ面３は、ドリル回転方向Ｔ後方側に向かうに従いドリル本体１の後端側に向かうように傾斜して切刃４に逃げ角が付されるとともに、ドリル本体１の先端部外周側に向けても後端側に向かうように傾斜して、切刃４に先端角が与えられるようにされている。なお、この先端逃げ面３には、本実施形態では、切刃４のドリル回転方向Ｔ後方に連なる第１逃げ面３Ａと、この第１逃げ面３Ａのさらにドリル回転方向Ｔ後方側に連なり、第１逃げ面３Ａよりも大きな逃げ角が与えられた第２逃げ面３Ｂとが形成されている。
　また、ドリル本体１先端部の外周面には、切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔを向く上記壁面２Ａとの交差稜線部に、切刃４の外径Ｄ（図示略。切刃４の外周端が軸線Ｏ回りになす円の直径）と等しい外径の軸線Ｏを中心とした円筒面上に位置するマージン部５Ａが形成されるとともに、このマージン部５Ａよりもドリル回転方向Ｔ後方側の部分は、上記外径Ｄよりも僅かに小径とされた二番取り面５Ｂとされている。マージン部５Ａと上記壁面２Ａとの交差稜線がドリル本体１先端部のリーディングエッジ１Ａとされ、二番取り面５Ｂと切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面２Ｂとの交差稜線がヒール１Ｂとされる。なお、マージン部５Ａにはバックテーパが与えられていてもよい。
　さらに、切屑排出溝２のドリル本体１先端面における開口部の内周側すなわち軸線Ｏ側には、切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔを向く壁面の内周部を軸線Ｏ側に切り欠くようにしてシンニング部６が形成されている。このシンニング部６には、ドリル回転方向Ｔを向くシンニング面６Ａと、ドリル回転方向Ｔ後方側を向いてドリル回転方向Ｔ側に隣接する先端逃げ面３の上記第２逃げ面３Ｂと交差するシンニング壁面６Ｂとが形成されており、このシンニング壁面６Ｂは本実施形態ではドリル本体１先端部外周の上記ヒール１Ｂに達するように延びている。
　上記切刃４には、該切刃４の外周端から内周側に延びる主切刃４Ａと、この主切刃４Ａの内周に連なり、上記シンニング部６のシンニング面６Ａと先端逃げ面３（第１逃げ面３Ａ）との交差稜線部に形成されるシンニング刃４Ｂとが形成されている。切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔを向く上記壁面２Ａは主切刃４Ａのすくい面とされて、切屑排出溝２が上述のように捩れることにより主切刃４Ａには正のすくい角が与えられるとともに、シンニング面６Ａがシンニング刃４Ｂのすくい面とされる。
　さらに、ドリル本体１の先端部内には、周方向における一対の切屑排出溝２の間の部分に、これらの切屑排出溝２と等しいリードで捩れるクーラント穴７がそれぞれ形成されている。これらのクーラント穴７は、本実施形態では図３に示すように軸線Ｏに直交する断面において、ドリル回転方向Ｔ側に位置して切屑排出溝２の上記壁面２Ａとの間隔が略一定とされた凸曲する前穴壁面と、ドリル回転方向Ｔ後方側に位置して上記壁面２Ｂとの間隔が略一定とされた凸曲する後穴壁面と、ドリル本体１の外周側に位置して上記二番取り面５Ｂとの間隔が略一定とされた凹曲する外周穴壁面とを備えて、略三角形状に形成されている。
　従って、このクーラント穴７の上記前穴壁面と後穴壁面とは、外周側に向かうに従い互いの周方向の間隙が漸次増大し、しかもこの間隙が増大する割合も外周側に向けて漸次大きくなるようにされる。ただし、軸線Ｏに直交する断面において、これら前後穴壁面が交差する上記三角形の角部と、前後穴壁面と外周穴壁面とが交差する角部とは、半径の小さな凹円弧によって滑らかに連なるようにされている。このようなクーラント穴７は、図１に示すようにドリル本体１の先端逃げ面３において上記第２逃げ面３Ｂに開口させられている。
　切屑排出溝２の内面は、ドリル回転方向Ｔを向く上記壁面２Ａと、ドリル回転方向Ｔ後方側を向く上記壁面２Ｂと、これらの壁面２Ａ、２Ｂの間に位置してドリル本体１外周側を向く底面２Ｃとを備えている。そして、図３に示すように軸線Ｏに直交する断面において、このうちドリル回転方向Ｔを向く壁面２Ａは第１の円弧Ｃ１に沿った凹曲線状とされるとともに、ドリル本体１外周側を向く底面２Ｃはドリル本体１先端部の心厚円Ｅに外接する第２の円弧Ｃ２に沿った凹曲線状とされ、第１の円弧Ｃ１の半径Ｒ１は第２の円弧Ｃ２の半径Ｒ２よりも大きくされるとともに、第１の円弧Ｃ１は、第２の円弧Ｃ２と心厚円Ｅとの接点Ｐよりも上記リーディングエッジ１Ａ側に位置する接点Ｑにおいて第２の円弧Ｃ２に接するようにされている。
　言い換えれば、軸線Ｏに直交する断面において、リーディングエッジ１Ａから第１、第２の円弧Ｃ１、Ｃ２の接点Ｑまでの部分が切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔを向く壁面２Ａとされ、この接点Ｑから第２の円弧Ｃ２と心厚円Ｅとの接点Ｐを経てヒール１Ｂ側に延びる部分が切屑排出溝２のドリル本体１外周側を向く底面２Ｃとされる。なお、軸線Ｏに直交する断面において、切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面２Ｂは、底面２Ｃからヒール１Ｂ側に向けて上記第２の円弧Ｃ２に略沿って延びた後に曲折し、ドリル回転方向Ｔ後方側に僅かに凸曲する凸曲線を描いてヒール１Ｂに達するように形成されている。
　ここで、本実施形態では、軸線Ｏに直交する断面における第１、第２の円弧Ｃ１、Ｃ２の上記接点Ｑは、同断面において軸線Ｏから上記切刃４の外径Ｄに対して０．１×Ｄ～０．３５×Ｄの範囲に位置するように、すなわち接点Ｑと軸線Ｏとの間隔Ｌが０．１×Ｄ～０．３５×Ｄの範囲となるようにされている。また、心厚円Ｅの直径（心厚）ｄは、本実施形態では０．１５×Ｄ～０．４×Ｄの範囲とされ、ただし上記間隔Ｌの２倍の２×Ｌよりは小さくされる。
　さらに、第１の円弧Ｃ１の半径Ｒ１は切刃４の外径Ｄに対して１．０×Ｄ～３．０×Ｄの範囲とされるとともに、第２の円弧Ｃ２の半径Ｒ２は０．２×Ｄ～０．４×Ｄの範囲とされている。なお、このように切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔを向く上記壁面２Ａが軸線Ｏに直交する断面において大きな半径Ｒ１の第１の円弧Ｃ１に沿った凹曲線とされることにより、上述のようにこの壁面２Ａをすくい面とする切刃４の主切刃４Ａは、軸線Ｏ方向先端側から見て同じく半径の大きな凹曲線状、または図１に示すように略直線状に形成される。
　また、本実施形態では、上記断面において、軸線Ｏを通り第１の円弧Ｃ１に接する第１の径線と第２の円弧Ｃ２に接する第２の径線とがなす溝角度は６０°～９０°の範囲とされている。さらにまた、第１の円弧Ｃ１の中心は、軸線Ｏを通って上記溝角度を二等分する径線と軸線Ｏを中心とした上記外径Ｄの直径の円との交点よりも、上記第１の径線が延びる方向においてドリル本体１の外周側にあり、第２の円弧Ｃ２の中心は上記交点よりも軸線Ｏ側に位置している。
　このように構成されたドリルでは、軸線Ｏに直交する断面において切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔを向く壁面２Ａがなす凹曲線が沿う第１の円弧Ｃ１の半径Ｒ１が、ドリル本体１外周側を向く底面２Ｃがなす凹曲線が沿う心厚円Ｅに外接する第２の円弧Ｃ２の半径Ｒ２よりも大きく、そして第２の円弧Ｃ２と心厚円Ｅとの接点Ｐよりも第１、第２の円弧Ｃ１、Ｃ２の接点Ｑがリーディングエッジ１Ａ側に位置しているので、この接点Ｑが第２の円弧Ｃ２と心厚円Ｅとの接点Ｐと一致している場合に比べてリーディングエッジ１Ａがよりドリル回転方向Ｔ側に位置することになる。
　このため、切屑排出溝２の溝幅を小さくしてランド幅を広げることができるので、ドリル本体１の先端部における断面積を大きく確保することが可能となる。しかも、特にドリル本体１先端部の外周側において断面積が大きくなるので、断面２次モーメントを効果的に増大させて確実にドリル本体１先端部の剛性や強度を確保することができ、高負荷となる高能率加工においてドリル本体１先端部に折損が生じたりするのを防止することが可能となる。
　また、接点Ｑが第２の円弧Ｃ２と心厚円Ｅとの接点Ｐと一致している場合に比べて、切屑排出溝２の溝幅が同じであれば、第１の円弧Ｃ１の半径Ｒ１を上述のように大きくすることができるので、高能率加工において多量の切屑が切屑排出溝２内を通過しても、切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔを向く壁面２Ａへの切屑の摩擦を軽減することができ、該壁面２Ａに擦過痕が形成されるのを防ぐことができる。従って、再研磨の際にこのような擦過痕がない位置まで先端逃げ面３を研磨するために研磨代が増大してドリル寿命が短くなったり、あるいは切刃やその近傍に擦過痕が残されて欠損が生じ易くなったりするのを防ぐことができる。
　しかも、このように切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔを向く壁面２Ａの断面がなす凹曲線が沿う第１の円弧Ｃ１の半径Ｒ１を大きくすることができるのに伴い、この壁面２Ａと先端逃げ面３との交差稜線部に形成される主切刃４Ａも、上述のように半径の大きな凹曲線状または略直線状とすることができる。このため、再研磨した後は勿論、ドリル使用当初においても切刃４の強度を確保することができ、負荷の高い高能率加工においても欠損等の発生を防止することができる。
　さらに、第１、第２の円弧Ｃ１、Ｃ２の接点Ｑが第２の円弧Ｃ２と心厚円Ｅとの接点Ｐよりもリーディングエッジ１Ａ側に位置していることにより、第２の円弧Ｃ２に沿った切屑排出溝２の底面２Ｃの断面がなす凹曲線の長さを長くすることができる。従って、ドリル本体１の回転に伴いリーディングエッジ１Ａ側から小さい半径Ｒ２の第２の円弧Ｃ２に沿った底面２Ｃに押し込まれる切屑を、この底面２Ｃに十分に摺接させてカールさせることができ、切屑詰まりの発生を防止して円滑な切屑排出を促すことができる。
　また、本実施形態では、第１、第２の円弧Ｃ１、Ｃ２の接点Ｑの位置が、切刃４の外径Ｄに対して軸線Ｏから０．１×Ｄ～０．３５×Ｄの範囲とされており、これにより上述の効果を一層確実に奏功することが可能となる。すなわち、この接点Ｑの位置が上記範囲よりも軸線Ｏ側に位置していて、第２の円弧Ｃ２と心厚円Ｅとの接点Ｐに近すぎると、ドリル本体１先端部の断面積を大きくすることができずに剛性や強度を確保することができなくなったりするおそれがあり、逆に接点Ｑが上記範囲よりも外周側に位置していると、切屑排出溝２の断面において小さな半径Ｒ２の第２の円弧Ｃ２に沿った部分が大きくなりすぎ、切屑排出溝２の容量が不足して切屑詰まりを生じるおそれがある。
　さらに、本実施形態では、上述のように第１の円弧Ｃ１の半径Ｒ１が切刃４の外径Ｄに対して１．０×Ｄ～３．０×Ｄの範囲と十分に大きくされているとともに、第２の円弧Ｃ２の半径Ｒ２は０．２×Ｄ～０．４×Ｄの範囲とされており、これによってもドリル本体１先端部の剛性や強度を確実に維持しつつ、安定した穴明け加工を可能とすることができる。すなわち、第１、第２の円弧Ｃ１、Ｃ２の半径Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ上記範囲よりも大きいと切屑排出溝２の溝幅が広くなりすぎて、高能率加工の際にドリル本体１先端部が折損しやすくなるおそれがあり、逆に上記範囲よりも小さいと切屑排出溝２の上記壁面２Ａや底面２Ｃへの切屑の摩擦が大きくなり、擦過痕の形成を確実に防止できなくなったり切屑詰まりを生じたりするおそれがある。
　次に、本発明の実施例を挙げて、本発明の効果について説明する。本実施例では、上述した実施形態に基づいて、切刃４の外径Ｄが８ｍｍ、第１の円弧Ｃ１の半径Ｒ１が１２．８ｍｍ（１．６×Ｄ）、第２の円弧Ｃ２の半径Ｒ２が１．７６ｍｍ（０．２２×Ｄ）、軸線Ｏから接点Ｑまでの間隔Ｌが１．９２ｍｍ（０．２４×Ｄ）の超硬合金製のドリルを製造した。なお、心厚円Ｅの直径（心厚）ｄは、実施例および次述する比較例１、２ともに２．００ｍｍ（０．２５×Ｄ）であった。
　また、この実施例に対する比較例として、切刃４の外径Ｄは実施例と同じく８ｍｍで、実施例とは逆に第２の円弧Ｃ２の半径Ｒ２が第１の円弧Ｃ１の半径Ｒ１よりも大きくされた特許文献１に基づく超硬合金製のドリルと、第１の円弧Ｃ１の半径Ｒ１が第２の円弧Ｃ２の半径Ｒ２より大きいものの、第１、第２の円弧Ｃ１、Ｃ２の接点Ｑが心厚円Ｅと第２の円弧Ｃ２の接点Ｐと一致した特許文献２に基づく超硬合金製のドリルも製造した。これらを順に比較例１、２とする。
　なお、比較例１の第１の円弧Ｃ１の半径Ｒ１は２．４ｍｍ（０．３×Ｄ）、第２の円弧Ｃ２の半径Ｒ２は２．６４ｍｍ（０．３３×Ｄ）、軸線Ｏから接点Ｑまでの間隔Ｌは心厚円Ｅの半径ｄ／２と等しく１．０ｍｍ（０．１２５×Ｄ）であり、比較例２の第１の円弧Ｃ１の半径Ｒ１は３．２ｍｍ（０．４×Ｄ）、第２の円弧Ｃ２の半径Ｒ２は０．２４ｍｍ（０．３×Ｄ）、軸線Ｏから接点Ｑまでの間隔Ｌはやはり心厚円Ｅの半径ｄ／２と等しく１．０ｍｍ（０．１２５×Ｄ）であった。
　そして、これら実施例および比較例１、２のドリルによって、Ｓ５０Ｃよりなる厚さ４０ｍｍの板材に、切削速度２００ｍ／ｍｉｎ、送り０．３５ｍｍ／ｒｅｖの切削条件で貫通穴を形成する高能率穴明け加工試験を行い、加工可能であった切削長と試験後のドリルの状態を調べた。なお、試験には縦型マシニングセンターを使用して、クーラント穴７から１ＭＰａの圧力でクーラントを供給する湿式切削とした。
　その結果、比較例１では切削長２５ｍ（６２５穴）に達したところで主切刃にクラックが生じて穴あけ加工不能となった。また、比較例２は切削長２０ｍ（５００穴）でドリル本体先端部外周に欠損が生じて穴明け不能となった。これらに対して実施例では、切削長４０ｍ（１０００穴）に達したところでも穴明け加工が可能で、その時点で試験を終了した。試験後の実施例のドリルでは、切屑排出溝２内に多少の摩耗は認められたものの、欠損やチッピング等は確認されなかった。
　１　ドリル本体
　１Ａ　リーディングエッジ
　１Ｂ　ヒール
　２　切屑排出溝
　２Ａ　切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔを向く壁面
　２Ｂ　切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面
　２Ｃ　切屑排出溝２のドリル本体１外周側を向く底面
　３　先端逃げ面
　４　切刃
　Ｏ　ドリル本体１の軸線
　Ｔ　ドリル回転方向
　Ｃ１　第１の円弧
　Ｃ２　第２の円弧
　Ｅ　心厚円
　Ｐ　第２の円弧Ｃ２と心厚円Ｅとの接点
　Ｑ　第１、第２の円弧Ｃ１、Ｃ２の接点
　Ｒ１　第１の円弧Ｃ１の半径
　Ｒ２　第２の円弧Ｃ２の半径
　Ｌ　軸線Ｏと接点Ｑとの間隔 

Claims (3)

  1. 　軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に切屑排出溝が形成されるとともに、上記ドリル本体の先端には切刃が設けられたドリルであって、上記切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面は、上記軸線に直交する断面において第１の円弧に沿った凹曲線状とされるとともに、該壁面に連なって上記ドリル本体の外周側を向く上記切屑排出溝の底面は、上記軸線に直交する断面において上記ドリル本体先端部の心厚円に外接する第２の円弧に沿った凹曲線状とされており、上記第１の円弧は、上記第２の円弧よりも半径が大きく、上記第２の円弧と上記心厚円との接点よりもリーディングエッジ側で該第２の円弧と接していることを特徴とするドリル。
  2. 　上記軸線に直交する断面において上記第１、第２の円弧の接点は、上記軸線から上記切刃の外径Ｄに対して０．１×Ｄ～０．３５×Ｄの範囲に位置していることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
  3. 　上記切刃の外径Ｄに対して、上記第１の円弧の半径は１．０×Ｄ～３．０×Ｄの範囲とされるとともに、上記第２の円弧の半径が０．２×Ｄ～０．４×Ｄの範囲と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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