(57)【要約】【課題】ＦＲＰと金属が積層された重ね板やＴｉ合金、アルミニウムといった軽金属の加工を行うドリルについて、切れ刃の欠けを減少させ、同時に良好な切り屑排出性を得ることを課題としている。【解決手段】ドリル本体１の切れ刃軸方向端面視において回転中心から径方向外端まで直線的に延びる切れ刃２とねじれ溝３を備えたドリルを改善の対象にして、切れ刃２に連なるすくい面６に、回転軸ＣＬに対して傾斜して切れ刃の軸方向すくい角を負の角度にするシンニング面７を切れ刃の径方向内端から径方向外端に至る間の全領域に形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリル本体（１）の軸方向端面視において回転中心から径方向外端まで直線的に延びる切れ刃（２）とねじれ溝（３）を備えたドリルであって、
前記切れ刃（２）に連なるすくい面（６）に、回転軸（ＣＬ）に対して傾斜して切れ刃の軸方向すくい角を負の角度にするシンニング面（７）を形成し、そのシンニング面（７）を、前記切れ刃（２）の径方向内端から径方向外端に至る間の全領域に存在させ、前記ねじれ溝（３）のねじれ角を３０°以上としたことを特徴とするドリル。
【請求項２】
前記シンニング面（７）の回転軸（ＣＬ）に対する傾き角θについて、０°＜θ＜２５°の条件を満たした請求項１に記載のドリル。
【請求項３】
ランド部（１０）の外周に、前記ねじれ溝（３）に隣接する主マージン（４）とその主マージンよりもドリル回転方向後方に配置される副マージン（５）を形成し、両マージン間に形成されるクリアランス（ｇ）の大きさを０．３ｍｍ〜１．０ｍｍに設定した請求項１又は２に記載のドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、チタン合金やアルミ合金等の軽金属や、ＦＲＰ（繊維強化プラスチックス）と軽金属の重ね板を加工するのに特に適したドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車関係を主とする機械加工において、ＦＲＰ（繊維強化プラスチックス）やチタン合金やアルミニウムなどの軽金属が多用されている。
【０００３】
また、ＦＲＰの一面に金属を重ねたもの（以下では単に重ね板と言う）が用いられることもある。その重ね板は、例えば、飛行機の胴体や翼などを構成する場合、ボルトやリベットなどの締結材を通す穴をあける必要がある。
【０００４】
その穴あけのための工具として、例えば、下記特許文献１のようなドリルを使用することが考えられる。
【０００５】
特許文献１に記載されたドリルは、切り屑排出溝のねじれ角を４０°以上としている。このような構造とすることで、切れ刃のくさび角を小さくすることができ、切れ味を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のドリルは、切れ味が向上するがくさび角が小さくなるため、切れ刃の強度が低下し、チタン合金加工時に損傷し易いという問題がある。また、特許文献１のドリルでＦＲＰとチタン合金の重ね板加工をするときには、ダイヤモンド被覆を施したドリルは使えないため、摩耗進行がより顕著になる。
【０００８】
切れ刃の欠け対策として、いわゆるネガランドの付与やホーニングによる刃先強化処理が知られている。ところが、これ等の方法では、切れ味が鈍るため、チタン合金加工時の切り屑排出性の悪化、アルミ合金加工時の溶着、ＦＲＰ加工時の穴入口・出口部におけるデラミネーション（層間剥離）の発生などの問題が起こり易い。
【０００９】
そこで、この発明は、ＦＲＰやチタン合金、アルミ合金等の軽金属材料を加工するドリルについて、切れ刃の欠けを減少させると同時に、十分な切り屑排出性能を備えることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、この発明においては、ドリル本体の軸方向端面視において回転中心から径方向外端まで直線的に延びる切れ刃とねじれ溝を備えたドリルであって、前記切れ刃に連なるすくい面に、回転軸に対して傾斜して切れ刃の軸方向すくい角を負の角度にするシンニング面を形成し、そのシンニング面を、前記切れ刃の径方向内端から径方向外端に至る間の全領域に存在させ、前記ねじれ溝のねじれ角を３０°以上とした。
なお、回転中心部は、チゼル幅が０．５ｍｍ以下のチゼル刃を有していてもよい。
【００１１】
このドリルは、前記シンニング面の回転軸に対する傾き角（＝切れ刃の軸方向すくい角）θを、０°＜θ＜２５°、より良くは５°＜θ＜１０°に設定するとよい。
【００１２】
また、ランド部の外周に、前記ねじれ溝に隣接する主マージンとその主マージンよりもドリル回転方向後方に配置される副マージンを形成し、両マージン間に形成されるクリアランス（両マージン間に形成されるぬすみ）の大きさ（径方向寸法）を０．３ｍｍ〜１．０ｍｍに設定することが望ましい。
【００１３】
また、前記ねじれ溝のねじれ角は、３０°以上としている。ねじれ角の上限値は、強度を考慮して設定すればよいが、一般的な加工では４５°以下とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のドリルは、切れ刃を回転中心から径方向外端まで直線的に延びる形状にし、なおかつ、その切れ刃の全域を、シンニング面の設置によって負のすくい角を持つ刃にしたことで、デラミネーションの抑制と切れ刃の耐久性向上を両立させることができる。
【００１５】
また、切れ刃の全域のすくい角を、切れ刃に沿ったすくい面にシンニング面を設けて負の角度（ネガティブ）となしたことで、切れ刃の耐欠損性が改善されて切れ刃の欠けが抑制される。
【００１６】
さらに、シンニング面の設置によって切れ刃の耐欠損性を高める構造によれば、切れ味の鈍化がネガランドやホーニング処理で刃先を強化したドリルほどきつくならない。これに加えて、切れ刃を回転中心から径方向外端まで直線的に延びる形状にしたことでリーディングエッジが鋭角になり、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチックス）の加工でも炭素繊維が切断され易くなってデラミネーションの抑制機能も確保される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）：この発明のドリルの一例を示す側面図、（ｂ）：切れ刃外端近傍のマージン部を図１（ａ）のＸ方向に見た拡大図
【図２】図１のドリルの正面図
【図３】図２のIII−III線に沿った箇所の拡大断面図
【図４】この発明のドリルのマージン高さを高くした例を示す正面図
【図５】シンニング面の無いドリル（θ＝０°）を図２のIII−III線と同一箇所で切断した図
【図６】（ａ）：従来ドリルの芯上がり角度の説明図、（ｂ）：この発明でチゼルエッジを設けるドリルの芯上がり角度の説明図
【図７】ドリルの一般的刃型を示す正面図
【図８】被削材の一例を示す断面図
【図９】（ａ）、（ｂ）：発明品のドリルによる切り屑と比較品のドリルによる切り屑を比較して示す図
【図１０】（ａ）、（ｂ）：発明品のドリルによる加工穴と比較品のドリルによる加工穴を比較して示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面の図１〜図６に基づいて、この発明のドリルの実施の形態を説明する。図１〜図３に示したドリル１は、ソリッドタイプであって超硬合金や高速度鋼などで形成された本体部の先端に中心対称形状の２枚の切れ刃２，２を設けている。また、切屑排出用の２条のねじれ溝３、３と、主マージン４，４及び副マージン５，５を設けている。
【００１９】
切れ刃２，２は、図２に示すように、ドリルの軸方向端面視（正面図）において回転中心から径方向外端まで直線的に延びる刃になっている。図７のような一般的な刃型では、リーディングエッジ８の部分で、切れ刃２と被切削材との接触角βが大幅に鈍角（β＞９０°）となるのに対し、直線の切れ刃では図２に示すように、切れ刃２と被切削材との接触角βを９０度とすることができ、繊維が切れ易くなる。
【００２０】
このように、接触角βを９０°近傍に保つことができれば、発明の効果が得られるので、切れ刃２が微小の芯上がり量を有していてもよい。より具体的には、切れ刃２が、回転中心部にチゼルエッジを有していてもよく、このチゼルエッジの幅は、接触角βとの関係から０．５ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００２１】
そのチゼルエッジの幅が０．５ｍｍ以下であれば、芯上がり量Ｙも小さくて図６（ｂ）に示す芯上がり角度αが小さく抑えられるため、切れ刃外端の被削材に対する接触角が小さく保たれ、そのために、デラミネーションの抑制効果も期待通りに発揮される。そのことを実験で確認した。
【００２２】
切れ刃２に沿ったすくい面６には、シンニング面７を設けている。そのシンニング面７は、図３に示すように、ドリルの回転軸（中心の軸線）ＣＬに対して面の軸方向後部が離反する方向に傾いた面にして切れ刃の回転中心にある内端から径方向外端に至る領域に設けており、これにより、切れ刃２の全域に負のすくい角が付与される。
【００２３】
シンニング面７の回転軸ＣＬに対する傾き角θは、０°＜θ＜２５°、より好ましくは５°〜１０°の範囲に設定するとよい。その傾き角θが０°或いはそれ以下では刃先の強化効果が不足し、また、２５°を超えると切れ味の低下によってデラミネーションの抑制が不十分になる。
【００２４】
また、シンニング面７の切れ刃の径方向外端部における回転軸方向の寸法（図１のＷ）は、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍとするのが好ましい。刃先の強化効果を得るためには、この幅Ｗを０．２ｍｍ以上の大きさとするのが好ましいが、その幅Ｗが大きいと、ねじれ角やシンニング面の傾き角が大きいマージン付ドリルの場合、図１（ｂ）に示すように、切刃近傍のドリル回転方向マージン幅Ｗ２´が小さくなってしまう。マージン幅が小さくなる領域が大きいと、マージンのガイド効果が低下してしまうので、Ｗは１．０ｍｍ以下とするのがより好ましい。
【００２５】
先端の前逃げ面９の逃げ角γ（図３参照）は、１５°に設定している。逃げ角γは、この範囲に限定されるものではないが、この逃げ角が大き過ぎるとシンニング面７による刃先強化の効果が薄れて欠け発生の可能性が高まる。一方、その逃げ角が小さすぎると、被削材の弾性変形により前逃げ面９が擦れる可能性が高まり、加工時のスラスト増加による欠けの発生につながる。
【００２６】
主マージン４は、図２に示すように、ランド部１０の回転方向先端、即ち、リーディングエッジ８に沿った位置に設けている。その主マージン４から所定量回転方向後方に移動した位置のランド部外周に副マージン５を設けていわゆるダブルマージンの設計にしており、副マージンの設置によるガイド性の向上により被削材に喰いつくときの挙動の乱れが抑制される。
【００２７】
なお、下穴を有する加工の場合、下穴の軸中心と、工具の軸中心が同一軸上で無い場合があるため、切削中の挙動が乱れることがある。このため、ＦＲＰの加工では、粉化するなどした切り屑やチタン合金の切り屑がランド部外周の隙間（加工穴の内周面との間に形成される隙間）に入り込み易い。
【００２８】
この隙間への切り屑詰まりを軽減するため、下穴の無い穴加工に利用される通常の金属加工用ドリルのマージン高さに比べ、比較的高く設計する。図４において主マージン４と副マージン５間に形成されるクリアランス（両マージン間に形成されるぬすみ）ｇの大きさを０．３ｍｍ〜１．０ｍｍに設定して図４のようなマージン形状にすることが有効なことを見出した。主マージン４と副マージン５の幅は、０．４ｍｍ〜１．２ｍｍ程度がガイド性能を維持しながら被削材との接触面積を小さく抑えられて好ましかった。また、副マージン５の位置は、主マージン４から４０°〜６０°回転方向後方側に設けるのが好ましかった。
【００２９】
ドリルの先端角は、１３７°〜１４３°に設定しており、一般的な金属加工用のドリルの先端角（１３５°が一般的）よりも若干大きい。この範囲の先端角を選択し、さらに、ダブルマージンの設計にすることで、下穴があけられた重ね板を加工するときの下穴に対する喰いつきの挙動を安定させることができる。
【００３０】
また、ねじれ溝３のねじれ角は、３０°〜４５°に設定している。このように、ねじれ角を大きくすることで、切り屑排出性を向上させることができる。これにより、切り屑詰まりによるドリル折損や、穴壁面のライフルマーク（擦過痕）を低減することができる。
【００３１】
図２の１１は、必要に応じて設けられるオイルホールである。
【実施例】
【００３２】
−実施例１−
この発明のドリルの性能を評価するために、下記のドリルを使用して下記被削材の切削試験を行った。
・使用ドリルＡ（発明品）：ダブルマージン付きドリル。直径φ６．３５ｍｍ、切れ刃エッジに微小ホーニングを施したストレート刃型、シンニング面有り。シンニング面の傾斜角θ＝５°、ねじれ溝のねじれ角＝３５°、先端角＝１４０°、コーティングなし。
・使用ドリルＢ（比較品）：切れ刃エッジに微小ホーニングを形成した円弧状刃型、ねじれ角＝２５°、その他の仕様はドリルＡと同一。
被削材：厚みｔ１＝１０．０ｍｍのＣＦＲＰと、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖの組成の厚みｔ２＝１２．０ｍｍのチタン合金から成る重ね板（図８参照）。
切削条件：切削速度  Ｖｃ＝１７．６ｍ／ｍｉｎ（ｎ＝４００ｒｐｍ）
送り量    ｆ＝０．０５ｍｍ／ｒｅｖ（Ｖｆ＝２０ｍｍ／ｍｉｎ）
切削形式：オイルホールを通してのクーラント供給
【００３３】
ドリルは、先端側外周を治具でガイドして被削材に切り込ませた。その結果、比較品は、３穴加工後に切り屑詰まりが発生し、８穴加工段階で溶着による切れ刃欠損が生じた。これに対し、発明品は、３０穴加工時点でも切れ刃は健全であった。この加工で生じたチタン合金の切り屑の形状を図９に比較して示す。図９（ａ）は、発明品による切り屑であって細かく分断されている。図９（ｂ）は、比較品による切り屑であり、分断状態が良くない。
【００３４】
−実施例２−
リーディングエッジが鋭角になる実施例１のドリルＡ（発明品）と、リーディングエッジが鈍角になるドリルＢ（比較品）を使用して、実施例１で挙げた重ね板の穴加時の加工穴形状の観察を行った。切削条件は実施例１と同一である。
その結果、比較品による加工では、１１穴加工後にデラミネーションが発生したが、発明品による加工では２０穴加工後でもデラミネーションは起こらなかった。発明品による２０穴加工後の穴形状を図１０（ａ）に、比較品による１１穴加工後の穴形状を図１０（ｂ）にそれぞれ示す。発明品によって加工された穴は、高品質で精度にも優れる。
【符号の説明】
【００３５】
１          ドリル
２          切れ刃
３          ねじれ溝
４          主マージン
５          副マージン
６          すくい面
７          シンニング面
８          リーディングエッジ
９          前逃げ面
１０        ランド部
１１        オイルホール
ｇ          クリアランス
ＣＬ        回転軸
θ          シンニング面の傾き角
α          芯上がり角度
β          被削材との接触角
γ          逃げ角
Ｈ          マージンの高さ
Ｗ          シンニング面の切れ刃外端部における回転軸方向の幅寸法
Ｗ２        ドリル回転方向マージン幅
Ｗ２’      切れ刃近傍のドリル回転方向マージン幅
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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