(57)【要約】【課題】炭素繊維強化プラスチックのような繊維強化プラスチックに穴明け加工を行う場合でも、アンカットファイバーやデラミネーションの発生を防ぎつつ、逃げ面摩耗を抑制する。【解決手段】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、この切屑排出溝２のドリル回転方向を向く壁面をすくい面４とする切刃６がドリル本体１の先端に形成され、切刃６は、ドリル本体１の先端内周側に位置する主切刃部６ａと、この主切刃部６ａよりも後端外周側に位置して主切刃部６ａの先端角αａよりも小さな先端角αｂが与えられたチャンファー部６ｂと、これら主切刃部６ａとチャンファー部６ｂとの間に位置して、すくい面４に対向する方向から見て凸曲線を描きつつ外周側に向かうに従い後端側に向かう凸曲線部６ｃとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面をすくい面とする切刃が上記ドリル本体の先端に形成されたドリルであって、上記切刃は、上記ドリル本体の先端内周側に位置する主切刃部と、この主切刃部よりも後端外周側に位置して該主切刃部よりも小さな先端角が与えられたチャンファー部と、これら主切刃部とチャンファー部との間に位置して、上記すくい面に対向する方向から見て凸曲線を描きつつ外周側に向かうに従い後端側に向かう凸曲線部とを備えていることを特徴とするドリル。
【請求項２】
上記チャンファー部には上記主切刃部よりも小さな逃げ角が与えられるとともに、上記凸曲線部においては、上記主切刃部から上記チャンファー部に向かうに従い逃げ角が連続的に小さくされていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）のような繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）よりなる被削材に穴明け加工を行うのに用いて好適なドリルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような繊維強化プラスチックよりなる被削材にドリルによって貫通穴を形成する穴明け加工を行う場合には、貫通穴の抜け際で特に炭素繊維のような強化繊維が切断されずに貫通穴開口部周縁から貫通方向に押し出されてバリを生じる、いわゆるアンカットファイバーの発生が問題となる。また、層状に積層された繊維強化プラスチックの貫通方向側の層が剥がれる、いわゆるデラミネーションも問題となる。
【０００３】
そこで、特許文献１などには、第１の先端角を有する第１の切刃と、第１の切刃の連続して形成され、かつ第１の先端角よりも小さい第２の切刃を備えた、２段の先端角を有するドリルが記載されている。また、特許文献２にも、同様にバリの発生を抑えるため、切刃の先端角を２段としたドリルが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０１７８１７号公報
【特許文献２】特開２００１−３２８０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、これら特許文献１、２に記載されたドリルでは、上述のように先端角の大きな第１の切刃と先端角の小さな第２の切刃とが連続しているため、第１、第２の切刃が連続して交差する部分は、ドリル本体の先端外周側に角度をもって突き出ることになる。このため、これら第１、第２の切刃が交差する部分での逃げ面摩耗が大きくなってしまい、頻繁に再研磨せざるを得なくなったり、これに伴ってドリル寿命が短縮されてしまったりするおそれがあった。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、特に炭素繊維強化プラスチックのような繊維強化プラスチックに穴明け加工を行う場合でも、アンカットファイバーやデラミネーションの発生を防ぎつつ、逃げ面摩耗を抑制することが可能で長寿命のドリルを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、この切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面をすくい面とする切刃が上記ドリル本体の先端に形成されたドリルであって、上記切刃は、上記ドリル本体の先端内周側に位置する主切刃部と、この主切刃部よりも後端外周側に位置して該主切刃部よりも小さな先端角が与えられたチャンファー部と、これら主切刃部とチャンファー部との間に位置して、上記すくい面に対向する方向から見て凸曲線を描きつつ外周側に向かうに従い後端側に向かう凸曲線部とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
このように構成されたドリルでは、切刃の後端外周側が先端内周側の主切刃部よりも先端角の小さいチャンファー部とされており、このチャンファー部では切刃が被削材を抜け出る際に被削材の貫通穴開口部周縁を貫通方向に押し付ける作用が小さくなる。従って、この開口部周縁の強化繊維を貫通方向に押し出すことなく切断することができ、アンカットファイバーの発生や、デラミネーションも防止することができる。また、上記凸曲線部においても、主切刃部からチャンファー部側に向かうに従い貫通穴開口部周縁を押し付ける作用が徐々に小さくなるので、一層確実にアンカットファイバーやデラミネーションを防止することができる。
【０００９】
そして、これら主切刃部とチャンファー部との間には、すくい面に対向する方向から見て凸曲線を描きつつ外周側に向かうに従い後端側に向かう凸曲線部が備えられていて、特許文献１、２に記載されたドリルのように第１、第２の切刃が連続して交差する部分がドリル本体先端外周側に角度をもって突き出る場合に比べ、この先端外周側への突き出しを小さく抑えることができるため、逃げ面摩耗を抑制することができる。
【００１０】
ここで、上記主切刃部は、ドリル本体がその軸線回りに回転されつつ該軸線方向先端側に送り出されることによって被削材に貫通穴の主たる部分を形成するものであるから、その逃げ角は大きく設定されるのが望ましい。その一方で、上記チャンファー部に例えばこの主切刃部と同等の逃げ角を与えると、刃物角が小さくなってチッピングや欠損を招くおそれがあるので、チャンファー部には上記主切刃部よりも小さな逃げ角が与えられるのが望ましい。
【００１１】
そして、このような場合に、上記凸曲線部においては、上記主切刃部から上記チャンファー部に向かうに従い逃げ角が連続的に小さくなるようにすることにより、例えばチャンファー部から凸曲線部の全体に亙って一定の小さな逃げ角を与えた場合と比べては、凸曲線部の主切刃部側での切削抵抗の低減を図ることができ、また主切刃部から凸曲線部の全体に亙って一定の大きな逃げ角を与えた場合と比べては、凸曲線部のチャンファー部側で切刃強度を確保してチッピングや欠損の発生を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、炭素繊維強化プラスチックのような繊維強化プラスチックよりなる被削材に穴明け加工を行う場合でも、切刃の後端外周側に位置する先端角の小さいチャンファー部によってアンカットファイバーやデラミネーションの発生を防止することができるとともに、主切刃部からこのチャンファー部に至る凸曲線部によって逃げ面摩耗を抑制して、ドリル寿命の延長を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態を示すドリル本体先端部のすくい面に対向する方向から見た側面図である。
【図２】図１に示す実施形態の正面図である。
【図３】図１におけるＡＡ拡大断面図である。
【図４】図１におけるＢＢ拡大断面図である。
【図５】図１におけるＣＣ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１ないし図５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、超硬合金や高速度工具鋼等の硬質材料により形成されて外形が軸線Ｏを中心とした略円柱状をなし、図示されない後端部は工作機械の主軸に把持されるシャンク部とされるとともに先端部は切刃部とされ、軸線Ｏ回りに図２に示すドリル回転方向Ｔに回転されつつ該軸線Ｏ方向先端側に送り出されることにより、例えば炭素繊維強化プラスチックのような繊維強化プラスチックよりなる被削材に貫通穴を形成するような穴明け加工を行う。
【００１５】
切刃部には、ドリル本体１の先端から後端側に向けて、後端側に向かうに従い軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔ後方側に捩れる一対の切屑排出溝２が軸線Ｏに関して対称に形成されており、切刃部の外周面には、この切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔを向く壁面の外周縁から一定の短い幅で、切屑排出溝２に沿って延びる逃げ角の与えられないマージン部３が形成されている。ただし、このマージン部３には、軸線Ｏ方向後端側に向けて極僅かに縮径するようにバックテーパが与えられている。
【００１６】
また、切屑排出溝２の先端部において、その上記ドリル回転方向Ｔを向く壁面は、すくい面４とされている。なお、本実施形態では、このすくい面４の内周部から切屑排出溝２先端部のドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面にかけてシンニングが施されており、すくい面４の内周部には、ドリル本体１内周側に向かうに従い上記軸線Ｏに向けて延びるようにシンニング面４ａが形成される。
【００１７】
さらに、切刃部の先端面、すなわちドリル本体１の先端面には、上記すくい面４に交差して切屑排出溝２のドリル回転方向Ｔ後方側に連なる先端逃げ面５が形成されており、この先端逃げ面５と上記すくい面４との交差稜線部には、切刃６が形成されている。先端逃げ面５は、ドリル回転方向Ｔ後方側に向かうに従い軸線Ｏ方向後端側に向けて延びて逃げ角が与えられるとともに、ドリル本体１の外周側に向けても軸線Ｏ方向後端側に向けて延びて、これにより切刃６には先端角が与えられる。
【００１８】
そして、切刃６は、ドリル本体１の先端内周側に位置する主切刃部６ａと、この主切刃部６ａよりも後端外周側に位置して主切刃部６ａの先端角αａよりも小さな先端角αｂが与えられたチャンファー部６ｂと、これら主切刃部６ａとチャンファー部６ｂとの間に位置して、図１に示すようにすくい面４に対向する方向から見て凸曲線を描きつつ外周側に向かうに従い後端側に向かう凸曲線部６ｃとを備えている。また、本実施形態では、上記シンニング面４ａと先端逃げ面５との交差稜線部に、主切刃部６ａのさらに先端内周側に位置して軸線Ｏに向けて延びる主切刃部６ａよりも大きな先端角のシンニング刃部６ｄが形成される。
【００１９】
本実施形態においては、すくい面４に対向する方向から見て、主切刃部６ａとチャンファー部６ｂはそれぞれ直線状に延び、凸曲線部６ｃはこれら主切刃部６ａとチャンファー部６ｂに接する例えば凸円弧状に形成されている。従って、凸曲線部６ｃの先端角は、主切刃部６ａとの接点における主切刃部６ａと等しい先端角αａから、凸曲線部６ｃに沿って後端外周側に向かうに従い連続的に小さくなり、チャンファー部６ｂとの接点においてチャンファー部６ｂと等しい先端角αｂとなる。
【００２０】
さらに、切刃６の逃げ角は、図３ないし図５に示すように、主切刃部６ａにおける逃げ角βａに対してチャンファー部６ｂの逃げ角βｂが小さくされるとともに、凸曲線部６ｃにおける逃げ角βｃは、主切刃部６ａからチャンファー部６ｂに向かうに従い、逃げ角βａ、βｂの間で連続的に小さくなるようにされている。本実施形態では、凸曲線部６ｃの逃げ角βｃは、凸曲線部６ｃの主切刃部６ａとの接点で逃げ角βａと等しくされるとともに、チャンファー部６ｂとの接点で逃げ角βｂと等しくされている。また、主切刃部６ａの逃げ角βａは例えば１０°とされ、チャンファー部６ｂの逃げ角βｂは例えば５°とされる。
【００２１】
なお、本実施形態では、切刃６の主切刃部６ａ、チャンファー部６ｂ、および凸曲線部６ｃのうち、主切刃部６ａが最も切刃長さが長くされており、次に凸曲線部６ｃの凸曲線に沿った長さが長く、チャンファー部６ｂの長さが最も短くされている。さらに、主切刃部６ａ、凸曲線部６ｃ、およびシンニング刃部６ｄの先端逃げ面５は、切刃６に連なる第１逃げ面５ａと、この第１逃げ面５ａのドリル回転方向Ｔ後方側に連なる第１逃げ面５ａよりも逃げ角が大きくされた第２逃げ面５ｂとを備えていて、主切刃部６ａおよび凸曲線部６ｃの逃げ角βａ、βｃは、図３および図４に示したように第１逃げ面５ａの逃げ角である。さらにまた、チャンファー部６ｂの逃げ面５はマージン部３に連なるようにされている。
【００２２】
このような構成のドリルでは、切刃６においてその後端外周側に、先端内周側の主切刃部６ａの先端角αａよりも小さい先端角αｂのチャンファー部６ｂが形成されており、炭素繊維強化プラスチックのような繊維強化プラスチックよりなる被削材に貫通穴を形成する際に、この貫通穴の抜け際において、その開口部周縁を切削しながら軸線Ｏ方向先端側に送り出されるチャンファー部６ｂが被削材を貫通方向に押し付ける作用を小さく抑えることができる。
【００２３】
また、これら主切刃部６ａとチャンファー部６ｂとの間に位置する凸曲線部６ｃにおいても、外周側に向かうに従いその先端角は小さくなるため、被削材を貫通方向に押し付ける作用も小さくなる。従って、上記構成のドリルによれば、このような被削材を作用によって開口部周縁における被削材中の炭素繊維等の強化繊維が貫通方向に押し出されてバリとなるのを防ぐことができ、強化繊維を確実に切断しながら貫通穴を形成して、アンカットファイバーの発生の発生を防止することが可能となる。また、層状に積層された繊維強化プラスチックの貫通方向側の層が剥がれる、いわゆるデラミネーションも防ぐことができる。
【００２４】
さらに、上記構成のドリルにおいては、こうして主切刃部６ａとチャンファー部６ｂとの間に、すくい面４に対向する方向から見て凸曲線を描きつつ外周側に向かうに従い後端側に向かう凸曲線部６ｃが形成されており、例えば切刃６において主切刃部６ａとチャンファー部６ｂとをそのまま延長して交差させる場合に比べて、ドリル本体１の先端外周側への切刃６の突き出しを小さくすることができる。
【００２５】
このため、上記構成のドリルによれば、こうして先端外周側に突き出た切刃６に連なる先端逃げ面５の逃げ面摩耗を抑制することができ、このような逃げ面摩耗によって先端逃げ面５に頻繁に再研磨を施さなければならなくなったり、これに伴いドリル寿命が短縮されたりするのを防いで、長寿命のドリルを提供することができる。従って、上記炭素繊維強化プラスチックのような被削材に対しても、長期に亙って安定した穴明け加工を行うことが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態では、チャンファー部６ｂに、主切刃部６ａの逃げ角βａよりも小さな逃げ角βｂが与えられており、チャンファー部６ｂにおける切刃６の刃物角を確保して切刃強度の向上を図り、チッピングや欠損が生じるのを防いでドリル寿命の一層の向上を図ることができる。逆に、主切刃部６ａには、チャンファー部６ｂの逃げ角βｂよりも大きな逃げ角βａが与えられることになるので、穴明け加工中の加工穴底面と主切刃部６ａの先端逃げ面５との干渉を防いで、切削抵抗の低減を図るとともに主切刃部６ａに連なる先端逃げ面５の逃げ面摩耗も抑制することができる。
【００２７】
そして、さらに本実施形態では、これら主切刃部６ａとチャンファー部６ｂの間の凸曲線部６ｃにおける逃げ角βｃは、主切刃部６ａからチャンファー部６ｂに向かうに従い連続的に小さくなるようにされている。このため、例えばこの凸曲線部６ｃの逃げ角βｃをチャンファー部６ｂと等しい小さな逃げ角βｂで一定とした場合に比べると、特に凸曲線部６ｃの主切刃部６ａ側で逃げ角βｃが不足して切削抵抗の増大を招いたり、逃げ面摩耗が促進されたりするのを防ぐことができ、安定して円滑な穴明け加工を行うことが可能となる。
【００２８】
また、例えば凸曲線部６ｃの逃げ角βｃを主切刃部６ａと等しい大きな逃げ角βａで一定とした場合と比べると、凸曲線部６ｃの特にチャンファー部６ｂ側で刃物角が小さくなり、チッピングや欠損を生じるおそれがある。すなわち、本実施形態によれば、このように凸曲線部６ｃの逃げ角βｃを主切刃部６ａからチャンファー部６ｂに向けて小さくすることにより、主切刃部６ａ側では切削抵抗の低減と逃げ面摩耗の抑制を図るとともに、チャンファー部６ｂ側では切刃強度を確保してチッピングや欠損を防止することができ、さらに安定的な穴明け加工が可能で長寿命のドリルを提供することが可能となる。
【００２９】
しかも、本実施形態では、この凸曲線部６ｃの逃げ角βｃは、凸曲線部６ｃの主切刃部６ａとの接点で逃げ角βａと等しくされるとともに、凸曲線部６ｃのチャンファー部６ｂとの接点では逃げ角βｂと等しくされていて、切刃６の逃げ角（第１逃げ面５ａの逃げ角）が切刃６に沿って不連続となることがない。従って、このように逃げ角が不連続となる部分で逃げ面摩耗が促進されたりするのも防ぐことができる。
【００３０】
また、本実施形態では、凸曲線部６ｃがすくい面４に対向する方向から見て主切刃部６ａとチャンファー部６ｂとに接するように形成されている。このため、主切刃部６ａからチャンファー部６ｂにかけては切刃６に角度をもって曲折するような部分が形成されることがないので、このような部分に切削抵抗による応力が集中してチッピングや欠損が生じたりするのも防ぐことができる。
【００３１】
ただし、凸曲線部６ｃは、すくい面４に対向する方向から見て凸曲線を描きつつ外周側に向かうに従い後端側に向かうものであるから、主切刃部６ａやチャンファー部６ｂと角度をもって曲折するように交差していても、その交差角は大きな鈍角となる。このため、凸曲線部６ｃは、主切刃部６ａとチャンファー部６ｂの少なくとも一方に角度をもって曲折するように交差していてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  ドリル本体
２  切屑排出溝
３  マージン部
４  すくい面
４ａ  シンニング面
５  先端逃げ面
６  切刃
６ａ  主切刃部
６ｂ  チャンファー部
６ｃ  凸曲線部
６ｄ  シンニング刃部
Ｏ  ドリル本体１の軸線
Ｔ  ドリル回転方向
αａ  主切刃部６ａの先端角
αｂ  チャンファー部６ｂの先端角
βａ  主切刃部６ａの逃げ角
βｂ  チャンファー部６ｂの逃げ角
βｃ  凸曲線部６ｃの逃げ角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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