JP2015139845A - ドリルおよびそれを用いた切削加工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドリルの心厚が大きくなった場合においては切屑を安定して排出することが困難であった。【解決手段】一態様のドリルは、回転軸を有するドリル本体と、ドリル本体の先端部に位置する一対の主切刃と、一対の主切刃から回転軸に向かってそれぞれ延びる直線形状の一対のシンニング刃と、回転軸と交差するとともに一対のシンニング刃を接続するチゼルエッジと、一対のシンニング刃からドリル本体の後端側に向かってそれぞれ延びる平坦な第１のすくい面と、一対の主切刃からドリル本体の後端側に向かってそれぞれ延びる第２のすくい面と、第２のすくい面からドリル本体の後端部へ向かってそれぞれ延びる一対の切屑排出溝とを備え、第１のすくい面と第２のすくい面との稜線が、ドリル本体の先端側から後端側に向かうにつれて内周側から外周側に向かうように傾斜している。【選択図】図２

Description

本発明は、切削加工に用いられるドリルおよび切削加工物の製造方法に関する。

従来、金属部材などの被削材の切削加工に用いられるドリルとして、特許文献１に記載のドリルが知られている。特許文献１に記載のドリルは、ドリル本体の先端に形成された切刃およびシンニング切刃部と、ドリル本体の外周において先端側から後端側に向けて延びる螺旋形状の切屑排出溝とを備えている。特許文献１に記載のドリルにおいては、切屑排出溝における回転方向の後方側を向く内壁面の面積を大きくしている。これにより、シンニング切刃部で生成される切屑と切刃で生成された切屑とを分断することが可能となり、切刃で生成される切屑が安定してカールすることになる。

特開２００５−１６９５２８号公報

近年、ドリルの強度を高めるためドリルの心厚を大きくすることが求められている。特に、ドリル本体の先端部分を交換することが可能な構成のドリルにおいては、先端部分とボディー部分とを連結するためにドリルの心厚をより大きくすることが求められている。しかしながら、このようにドリルの心厚が大きくなった場合には、シンニング刃およびチゼルエッジによって構成されるシンニング切刃部の長さが非常に長くなるため、シンニング切刃部で生成される切屑による影響が大きくなる。具体的には、シンニング切刃部が長くなることによって切屑のカールのピッチが大きくなるため、排出方向がコントロールしにくくなる。結果として、切屑の詰まりが生じる、あるいは、延びた切屑がホルダに絡まるといった課題が生じる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ドリルの心厚が大きくなった場合であっても切屑を安定して排出することが可能なドリルを提供することを目的とする。

本発明の一態様に基づくドリルは、回転軸の周りに回転される棒状のドリル本体と、該ドリル本体の先端部に位置する一対の主切刃と、前記先端部に位置しており、前記回転軸に直交する方向からの側面視において、前記一対の主切刃から前記回転軸に向かってそれぞれ延びる直線形状の一対のシンニング刃と、前記先端部に位置しており、前記回転軸に沿った方向からの先端視において、前記回転軸と交差するとともに前記一対のシンニング刃を接続するチゼルエッジと、前記一対のシンニング刃から前記ドリル本体の後端側に向かってそれぞれ延び、内周側から外周側に向かうにつれて回転方向の後方に向かって傾斜する平坦な第１のすくい面と、前記一対の主切刃から前記ドリル本体の後端側に向かってそれぞれ延び、前記第１のすくい面に対して回転方向の後方に向かって傾斜する一対の第２のすくい面と、前記ドリル本体の外周に設けられた、前記第２のすくい面から前記ドリル本体の後端部へ向かって前記回転軸の周りに螺旋状に延びている一対の切屑排出溝とを備えている。そして、前記第１のすくい面と前記第２のすくい面との稜線が、前記ドリル本体の先端側から後端側に向かうにつれて内周側から外周側に向かうように傾斜している。

チゼルエッジで生成される切屑と一対の主切刃で生成される切屑とは、形状が異なることから、これらの切屑の間に位置する一対のシンニング刃で生成される切屑には、チゼルエッジで生成される切屑および一対の主切刃で生成される切屑に引っ張られる力が加わる。しかしながら、第１のすくい面が平坦な面形状であることから、一対のシンニング刃で生成される切屑に亀裂が生じる可能性が低減される。

そして、上記態様のドリルにおいては、一対のシンニング刃に連続する第１のすくい面が、内周側から外周側に向かうにつれて回転方向の後方に向かって傾斜している。このようにチゼルエッジおよび一対のシンニング刃で生成される切屑が第２のすくい面の後端側に位置する切屑排出溝へと流れ易くなっている。

このとき、第１のすくい面と第２のすくい面との稜線が、ドリル本体の先端側から後端側に向かうにつれて内周側から外周側に向かうように傾斜している。そのため、チゼルエッジおよび一対のシンニング刃で生成され、ドリル本体の先端側から後端側に向かうにつれて内周側から外周側に向かうように進行する切屑を第２のすくい面の後端側に位置する切屑排出溝へと安定して誘導することができる。以上のことから、ドリルの心厚が大きくなった場合であっても切屑を安定して排出することが可能となる。

本発明の一実施形態のドリルを示す斜視図である。 図１に示すドリルにおける先端部分を拡大した斜視図である。 図１に示すドリルにおける先端方向からの正面図である。 図３に示すドリルの構成を簡略化した概念図である。 図３に示すドリルにおけるＡ１方向からの側面図である。 図５に示すドリルにおける領域Ａ３を拡大した側面図である。 図３に示すドリルにおけるＡ２方向からの側面図である。 図３に示すドリルにおけるＤ１−Ｄ１断面の断面図である。 図３に示すドリルにおけるＤ２−Ｄ２断面の断面図である。 図３に示すドリルにおけるＤ３−Ｄ３断面の断面図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の切削加工物の製造方法の一工程を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態のドリル１について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明のドリルは、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

＜ドリル＞
本実施形態のドリル１は、図１〜１０に示すように、ドリル本体３（以下、単に本体３ともいう）と、一対の主切刃５と、一対のシンニング刃７と、チゼルエッジ９と、第１のすくい面１１と、第２のすくい面１３と、切屑排出溝１５（以下、単に排出溝１５ともいう）とを備えている。

本体３は、回転軸（回転中心軸）Ｘを有しており、この回転軸Ｘに沿って延びた棒状の構成となっている。本体３は切削加工時において回転軸Ｘを中心に回転軸Ｘの周りで矢印Ｙ１の方向に回転する。本実施形態における本体３は、工作機械（不図示）の回転するスピンドル等で把持される、シャンクと呼ばれる把持部１７と、この把持部１７の先端側に位置する、ボデーと呼ばれる切削部１９と、を備えている。把持部１７は、工作機械におけるスピンドル等の形状に応じて設計される部位である。切削部１９は、被削材と接触する部位であり、被削材の切削加工において主たる役割を有する部位である。

また、本実施形態における切削部１９は、一対の主切刃５、一対のシンニング刃７、チゼルエッジ９、第１のすくい面１１および第２のすくい面１３を含む先端側の部位が後端側の部位に対して着脱可能な構成となっている。当然ながら、切削部１９が上記の構成ではなく一の部材からなる構成であっても何ら問題ない。

本実施形態における切削部１９は、回転軸Ｘに沿って延びる円柱から排出溝１５に該当する部分を除いた形状となっている。切削部１９の外周における排出溝１５を除く部分、すなわち、一対の排出溝１５の間に位置する部分は、ランド面２１となっている。本実施形態におけるランド面２１は、排出溝１５に対して回転軸Ｘの回転方向の後方において隣接するマージン２１ａと、このマージン２１ａに対して回転軸Ｘの回転方向の後方において隣接する二番取り面２１ｂとを有している。

回転軸Ｘを含み、回転軸Ｘに直交する断面において、マージン２１ａは、同一円上に位置する円弧形状となっている。この同一円の直径が切削部１９の外径に対応する。二番取り面２１ｂは、切削加工中にドリル１の外周と工作面との摩擦を避けるために隙間を付けた面である。そのため、二番取り面２１ｂは、マージン２１ａよりも回転軸Ｘからの距離が短くなっている。

本実施形態のドリル１は、例えば、切削部１９の外径が６．０ｍｍ〜４２．５ｍｍに設定される。また、本実施形態のドリル１は、例えば、軸線の長さ（切削部１９の長さ）をＬとし、径（切削部１９の外径）をＤとするとき、Ｌ＝３Ｄ〜１２Ｄに設定される。

本体３の材質としては、ＷＣ（タングステンカーバイド）を含有し、バインダとしてＣｏ（コバルト）を含有する超硬合金、この超硬合金にＴｉＣ（チタンカーバイド）またはＴａＣ（タンタルカーバイド）のような添加物を含んだ合金、ステンレスおよびチタンのような金属などが挙げられる。

ドリル１は、被削材を切削する切刃を本体３の先端部に備えており、本実施形態においては、図２，３に示すように、切刃として一対の主切刃５、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９を備えている。一対の主切刃５、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９は、本体３の先端部、すなわち切削部１９の先端部分に形成されている。一対の主切刃５は、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９よりも外周側に位置しており、切刃における最も外周側に位置している。チゼルエッジ９は切刃における最も内周側に位置している。一対のシンニング刃７は、一対の主切刃５とチゼルエッジ９との間に位置している。

一対の主切刃５は、図３，４に示すように、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９を間に介して離れて位置している。これら一対の主切刃５は、先端視（正面視）した場合に、本体３の回転軸Ｘを中心にして１８０°の回転対称となっている。一対の主切刃５が上記の通り回転対称であることによって、一対の主切刃５が被削材に対して食いつく際に一対の主切刃５の間で生じるブレを抑制できる。そのため、安定した穴あけ加工を行な
うことが可能となる。

本実施形態における一対の主切刃５は、図３，４に示すように、先端視した場合に少なくとも一部が凹曲線形状となるように構成されている。これにより、一対の主切刃５で生成される切屑をカールさせ易くなるので、一対の排出溝１５で切屑を排出し易くなる。また、切削性を高めるため、一対の主切刃５は回転軸Ｘを含む仮想平面で切断した場合において、一対の主切刃５の回転軌跡が回転軸Ｘに対して傾斜するように設けられている。一対の主切刃５の回転軌跡の回転軸Ｘに対する傾斜角は５０〜８５°程度に設定される。

一対のシンニング刃７は、それぞれ直線形状であって、図６に示すように、回転軸Ｘに直交する方向からの側面視において、一対の主切刃５から回転軸Ｘに向かってそれぞれ延びている。側面視において一対のシンニング刃７に沿って一対の仮想直線を引き伸ばした場合に、これらの仮想直線の交差する角度は、例えば１３０〜１７０°程度に設定される。

チゼルエッジ９は、ドリル１における最も先端方向の側に突出している。このとき、チゼルエッジ９は、回転軸Ｘと交差する部分が最も先端方向の側に突出しており、回転軸Ｘから離れるにつれて本体３の後端側に向かうように傾斜した構成となっている。

チゼルエッジ９は、回転軸Ｘに沿った方向からの先端視において、回転軸Ｘと交差するとともに一対のシンニング刃７に接続されている。チゼルエッジ９と主切刃５とが直接に接続されている場合には、チゼルエッジ９と主切刃５とが交差する角度が大きいので、チゼルエッジ９と主切刃５との間に大きな負荷が加わり易くなる。しかしながら、本実施形態のドリル１においては、チゼルエッジ９と主切刃５との間にシンニング刃７が設けられている。そのため、上記のような大きな負荷が切刃の特定の領域に加わる可能性を小さくできる。

一対のシンニング刃７は、先端視した場合に、本体３の回転軸Ｘを中心にして１８０°の回転対称となっている。また、一対のシンニング刃７は、先端視した場合にチゼルエッジ９に対してそれぞれ傾斜している。そのため、切刃における一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９によって構成される部分は、先端視した場合においてＳ字を描くように構成されている。

一対の主切刃５、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９に沿った領域には、それぞれすくい面が設けられている。一対のシンニング刃７に沿ったすくい面として、一対のシンニング刃７からドリル本体３の後端側に向かってそれぞれ延びた第１のすくい面１１が設けられている。第１のすくい面１１は、平坦な面形状であり、内周側から外周側に向かうにつれて回転方向の後方に向かって傾斜している。このとき、特に図示はしないが、回転軸Ｘに直交する断面において、回転軸Ｘから第１のすくい面１１の中心に向かって引き伸ばした直線と第１のすくい面１１との交差する角度が２０〜４０°程度に設定されている。

一対の主切刃５に沿ったすくい面としては、一対の主切刃５からドリル本体３の後端側に向かってそれぞれ延びた第２のすくい面１３が設けられている。第２のすくい面１３は、第１のすくい面１１に対して回転方向の後方に向かって傾斜している。このとき、回転軸Ｘに直交する断面において、第２のすくい面１３における内周側の端部に接する接線と第１のすくい面１１との交差する角度１５０〜１７０°程度に設定されている。

本体３における切削部１９の外周には、一対の排出溝１５が設けられている。一対の排出溝１５は、先端側の端部がそれぞれ第２のすくい面１３に接続されており、第２のすく
い面１３から本体３の後端部へ向かって回転軸Ｘの周りに螺旋状に延びている。このとき、工作機械で安定して本体３を把持するため、一対の排出溝１５は切削部１９のみに形成されており、把持部１７には形成されていない。

一対の排出溝１５は、一対の主切刃５、一対のシンニング刃７およびチゼルエッジ９によって生成される切屑を排出することを主な目的としている。切削加工時において、一対の主切刃５の一方で形成された切屑は、一対の排出溝１５のうち、この主切刃５に第２のすくい面１３を間に介して接続された排出溝１５を通って本体３の後端側へと排出される。

また、一対の主切刃５のもう一方で形成された切屑は、一対の排出溝１５のうち、もう一方の主切刃５に第２のすくい面１３を間に介して接続された排出溝１５を通って本体３の後端側へと排出される。一対の主切刃５のそれぞれで生じた切屑をそれぞれ良好に流すため、本実施形態における一対の排出溝１５の一方は、一対の排出溝１５の他方を回転軸Ｘの周りで１８０°回転させた場合に重なり合うように形成されている。

一対の排出溝１５それぞれの深さとしては、切削部１９の外径に対して１０〜４０％程度に設定できる。ここで、排出溝１５の深さとは、回転軸Ｘに直交する断面における、排出溝１５の底と回転軸Ｘとの距離を本体３の半径から引いた値を意味している。そのため、本体３における回転軸Ｘに直交する断面での内接円の直径によって示される芯厚の直径としては、切削部１９の外径に対して２０〜８０％程度に設定される。具体的には、例えば、切削部１９の外径Ｄが２０ｍｍである場合、排出溝１５の深さは２〜８ｍｍ程度に設定できる。

螺旋状に延びている排出溝１５のねじれ角は、例えば、３〜４５°程度に設定される。このねじれ角は排出溝１５の先端から後端にかけて一定であってもよいが、特にこのような構成に限定されるものではない。すなわち、上記のねじれ角は、排出溝１５の先端から後端にかけて途中で変化していてもよい。本実施形態のドリル１における排出溝１５は、排出溝１５の先端部分および後端部分よりもこれらの部分に挟まれた中央部分においてねじれ角が相対的に小さい構成となっている。

なお、本実施形態におけるねじれ角とは、排出溝１５とマージン２１ａとで形成される交線であるリーディングエッジと、この上の１点を通り回転軸Ｘに平行な仮想直線とがなす角を意味している。

本実施形態のドリル１においては、すくい面として第１のすくい面１１および第２のすくい面１３を有しており、第２のすくい面１３は、第１のすくい面１１に対して回転方向の後方に向かって傾斜している。このとき、第１のすくい面１１と第２のすくい面１３との稜線が、本体３の先端側から後端側に向かうにつれて内周側から外周側に向かうように傾斜している。

チゼルエッジ９で生成される切屑と一対の主切刃５で生成される切屑とは、形状が異なることから、これらの切屑の間に位置する一対のシンニング刃７で生成される切屑には、チゼルエッジ９で生成される切屑および一対の主切刃５で生成される切屑に引っ張られる力が加わる。しかしながら、第１のすくい面１１が平坦な面形状であることから、一対のシンニング刃７で生成される切屑に亀裂が生じる可能性が低減される。

そして、上記態様のドリル１においては、一対のシンニング刃７に連続する第１のすくい面１１が、内周側から外周側に向かうにつれて回転方向の後方に向かって傾斜している。このようにチゼルエッジ９および一対のシンニング刃７で生成される切屑が第２のすく
い面１３の後端側に位置する切屑排出溝１５へと流れ易くなっている。

このとき、第１のすくい面１１と第２のすくい面１３との稜線が、ドリル本体３の先端側から後端側に向かうにつれて内周側から外周側に向かうように傾斜している。そのため、チゼルエッジ９および一対のシンニング刃７で生成され、ドリル本体３の先端側から後端側に向かうにつれて内周側から外周側に向かうように進行する切屑を第２のすくい面１３の後端側に位置する切屑排出溝１５へと安定して誘導することができる。以上のことから、ドリル１の心厚が大きくなった場合であっても切屑を安定して排出することが可能となる。

また、本実施形態のドリル１において、第１のすくい面１１は、本体３の先端側から後端側に向かうにつれて回転軸Ｘに直交する方向の幅が小さくなっている。第１のすくい面１１がこのような構成である場合には、第１のすくい面１１の後端の付近で切屑の流れが急激に変化することを防止できる。そのため、チゼルエッジ９および一対のシンニング刃７で生成される切屑が排出溝１５に急激に流れ込むことが抑制されて、徐々に流れ込み易くなる。これにより、第１のすくい面１１の後端付近で切屑が詰まる可能性を低減できる。

本実施形態のドリル１において、第１のすくい面１１および第２のすくい面１３は、それぞれ本体３の先端側から後端側に向かうにつれて回転方向の後方に向かって傾斜している。このとき、第１すくい面の回転軸Ｘに対する傾斜角θ１が、第２のすくい面１３の回転軸Ｘに対する傾斜角θ２より大きくてもよいが、図９，１０に示すように、第１すくい面の回転軸Ｘに対する傾斜角θ１が、第２のすくい面１３の回転軸Ｘに対する傾斜角θ２よりも小さい部分を有することが好ましい。

このような場合には、主切刃５に接続された第２のすくい面１３のすくい角が一対のシンニング刃７に接続された第１のすくい面１１のすくい角よりも大きい部分を有することになる。そのため、第１すくい面の上を流れる切屑が第２のすくい面１３に流れ込み易くなる。また、第２のすくい面１３における切屑が流れる空間を広く確保できることから、切屑を良好に排出溝１５へと流すことができる。

なお、本実施形態のドリル１においては、図８に示すように、チゼルエッジ９における一対のシンニング刃７に近接する部分におけるすくい面の回転軸Ｘに対する傾斜角θ３も、第１のすくい面１１の回転軸Ｘに対する傾斜角θ１より大きくなるように構成されている。

＜切削加工物の製造方法＞
次に、本発明の実施形態に係る切削加工物の製造方法について、上述の実施形態のドリル１を用いる場合を例に挙げて詳細に説明する。以下、図１１〜１３を参照しつつ説明する。

本実施形態にかかる切削加工物の製造方法は、以下の（１）〜（４）の工程を備える。

（１）準備された被削材１０１に対して上方にドリル１を配置する工程（図１１参照）。

（２）ドリル１を、回転軸Ｘを中心に矢印Ｙ１の方向に回転させ、被削材１０１に向かってＹ２方向にドリル１を近づける工程（図１１，１２参照）。

本工程は、例えば、被削材１０１を、ドリル１を取り付けた工作機械のテーブル上に固
定し、ドリル１を回転した状態で近づけることにより行なうことができる。なお、本工程では、被削材１０１とドリル１とは相対的に近づけばよく、被削材１０１をドリル１に近づけてもよい。

（３）ドリル１をさらに被削材１０１に近づけることによって、回転しているドリル１１の一対の主切刃、一対のシンニング刃およびチゼルエッジを、被削材１０１の表面の所望の位置に接触させて、被削材１０１に加工穴１０３（貫通孔）を形成する工程（図１２参照）。

本工程において、良好な仕上げ面を得る観点から、ドリル１の切削部１９のうち後端側の一部の領域が被削材１０１を貫通しないように設定することが好ましい。すなわち、この一部の領域を切屑排出のための領域として機能させることで、当該領域を介して優れた切屑排出性を奏することが可能となる。

（４）ドリル１を被削材１０１からＹ３方向に離す工程（図１３参照）。

本工程においても、上述の（２）の工程と同様に、被削材１０１とドリル１とは相対的に離隔すればよく、例えば被削材１０１をドリル１から離してもよい。

以上のような工程を経ることによって、加工穴１０３を有する切削加工物を得ることができる。

なお、以上に示したような被削材１０１の切削加工を複数回行う場合、例えば、１つの被削材１０１に対して複数の加工穴１０３を形成する場合には、ドリル１を回転させた状態を保持しつつ、被削材１０１の異なる箇所にドリル１の一対の主切刃、一対のシンニング刃およびチゼルエッジを接触させる工程を繰り返せばよい。

以上、本発明に係るドリルに関して１つの実施形態を例示したが、本発明のドリルはこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

１・・・ドリル
３・・・ドリル本体（本体）
５・・・主切刃
７・・・シンニング刃
９・・・チゼルエッジ
１１・・・第１のすくい面
１３・・・第２のすくい面
１５・・・切屑排出溝（排出溝）
１７・・・把持部
１９・・・切削部
２１・・・ランド面
２１ａ・・・マージン
２１ｂ・・・二番取り面
１０１・・・被削材
１０３・・・加工穴

Claims (4)

1. 回転軸の周りに回転される棒状のドリル本体と、
   該ドリル本体の先端部に位置する一対の主切刃と、
   前記先端部に位置しており、前記回転軸に直交する方向からの側面視において、前記一対の主切刃から前記回転軸に向かってそれぞれ延びる直線形状の一対のシンニング刃と、
   前記先端部に位置しており、前記回転軸に沿った方向からの先端視において、前記回転軸と交差するとともに前記一対のシンニング刃を接続するチゼルエッジと、
   前記一対のシンニング刃から前記ドリル本体の後端側に向かってそれぞれ延び、内周側から外周側に向かうにつれて回転方向の後方に向かって傾斜する平坦な第１のすくい面と、前記一対の主切刃から前記ドリル本体の後端側に向かってそれぞれ延び、前記第１のすくい面に対して回転方向の後方に向かって傾斜する一対の第２のすくい面と、
   前記ドリル本体の外周に設けられた、前記第２のすくい面から前記ドリル本体の後端部へ向かって前記回転軸の周りに螺旋状に延びている一対の切屑排出溝とを備え、
   前記第１のすくい面と前記第２のすくい面との稜線が、前記ドリル本体の先端側から後端側に向かうにつれて内周側から外周側に向かうように傾斜していることを特徴とするドリル。
2. 前記第１のすくい面は、前記ドリル本体の先端側から後端側に向かうにつれて前記回転軸に直交する方向の幅が小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 前記第１のすくい面および前記第２のすくい面は、それぞれ前記ドリル本体の先端側から後端側に向かうにつれて回転方向の後方に向かって傾斜しており、
   前記第１のすくい面の前記回転軸に対する傾斜角が、前記第２のすくい面の前記回転軸に対する傾斜角よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のドリル。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のドリルを前記回転軸の周りに回転させる工程と、回転している前記ドリルの前記一対の主切刃、前記一対のシンニング刃および前記チゼルエッジを被削材に接触させる工程と、
   前記ドリルを前記被削材から離す工程と、を備えた切削加工物の製造方法。

Images