(57)【要約】【課題】  相対的に軟質の第１の層と相対的に硬質の第２の層とが積層された板材に第１の層側から精度の高い貫通孔を穿孔できるようにする。【解決手段】  ボディ先端に径の小さな小径部が設けられた段付形状からなる。直径５〜１３ｍｍの貫通孔Ｈを穿孔する。大径部２２は小径部２１よりも直径が０．３〜２．０ｍｍ大きく形成されている。小径部２１と大径部２２との段部２３は１７５〜１８０度の角度を有して先端側に向けて近接するテーパ形に形成されている。小径部２１と大径部２２の各々の軸長は穿孔される貫通孔Ｈの軸長よりも長く形成されている。小径部２１と大径部２２との溝のねじれ角は１５〜４５度である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディ先端に径の小さな小径部が設けられた段付形状の穿孔用ドリルにおいて、相対的に軟質の第１の層と相対的に硬質の第２の層とが積層された板材に第１の層側から直径５〜１３ｍｍの貫通孔を穿孔する際に使用されるものであって、ボディ後端の径の大きな大径部は小径部よりも直径が０．３〜２．０ｍｍ大きく形成され、小径部と大径部との段部は１７５〜１８０度の角度を有して先端側に向けて近接するテーパ形に形成され、小径部と大径部の各々の軸長は穿孔される貫通孔の軸長よりも長く形成され、小径部と大径部との溝のねじれ角は１５〜４５度であることを特徴とする穿孔用ドリル。
【請求項２】
請求項１の穿孔用ドリルにおいて、板材の第１の層は繊維強化合成樹脂材からなり、板材の第２の層はチタン系金属材からなることを特徴とする穿孔用ドリル。
【請求項３】
請求項２の穿孔用ドリルにおいて、板材の第１の層は炭素繊維強化合成樹脂材からなり、板材の第２の層はアルミニウムとバナジウムとを含むチタン合金からなることを特徴とする穿孔用ドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異材質が積層された複合材からなる板材に貫通孔を穿孔する穿孔用ドリルに係る技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
最近、強度，軽量性を高める等のために、異材質が積層された複合材からなる板材が多数種類提供されてきている。このような複合材からなる板材が相対的に軟質の第１の層と相対的に硬質の第２の層とが積層されたものである場合に、穿孔用ドリルで第１の層側からボルト，リベット等の挿通用の貫通孔を穿孔すると、第２の層の切屑で第１の層の貫通孔の内周面を損傷してしまうことから、精度の高い貫通孔を工作することができないという不具合が生じている。
【０００３】
例えば、航空機用材料として提供されている第１の層が繊維強化合成樹脂材で第２の層がチタン系金属材からなる板材では、チタン系金属材が展性，延性，粘性に富んで引長強度が大きいという特性から、穿孔用ドリルの穿孔に伴って第２の層の切屑が破断せずにスパイラル状（カール状）に連続してしまって第１の層の貫通孔の内周面を強く擦過するという現象が起こる。
【０００４】
このため、相対的に軟質の第１の層と相対的に硬質の第２の層とが積層された板材に第１の層側から精度の高い貫通孔を工作することのできる技術の開発が期待されているが、特にいままで多用されてきた穿孔用ドリルによる穿孔技術の改良が要望されている。
【０００５】
従来、穿孔用ドリルとしては、例えば、特許文献１，２に記載のものが知られている。
【０００６】
特許文献１，２には、ボディ先端に径の小さな小径部が設けられた段付形状の穿孔用ドリルが記載されている。
【０００７】
特許文献１，２に係る穿孔用ドリルは、ボディ先端の小径部を荒加工用とし、後端の径の大きな大径部を仕上加工用として、貫通孔の出口側のバリ除去を行って精度の高い貫通孔を穿孔するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平１−９９５１７号公報
【特許文献２】特開２００１−５４８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１，２に係る穿孔用ドリルでは、貫通孔の出口側のバリ除去には有効であるものの、相対的に軟質の第１の層と相対的に硬質の第２の層とが積層された板材に第１の層側から精度の高い貫通孔を穿孔する場合に、第２の層の切屑で第１の層の貫通孔の内周面を損傷するのを防止することを確認することができないという問題点がある。
【００１０】
本発明者は、この問題点を解消するための段付形状の穿孔用ドリルについての研究から、第２の層の切屑で第１の層の貫通孔の内周面を損傷するのを防止するしきい値的特定を得ることができた。
【００１１】
本発明は、このような研究に基づいてなされたもので、相対的に軟質の第１の層と相対的に硬質の第２の層とが積層された板材に第１の層側から精度の高い貫通孔を穿孔することのできる穿孔用ドリルを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の課題を解決するため、本発明に係る穿孔用ドリルは、特許請求の範囲の各請求項に記載の手段を採用する。
【００１３】
即ち、請求項１では、ボディ先端に径の小さな小径部が設けられた段付形状の穿孔用ドリルにおいて、相対的に軟質の第１の層と相対的に硬質の第２の層とが積層された板材に第１の層側から直径５〜１３ｍｍの貫通孔を穿孔する際に使用されるものであって、ボディ後端の径の大きな大径部は小径部よりも直径が０．３〜２．０ｍｍ大きく形成され、小径部と大径部との段部は１７５〜１８０度の角度を有して先端側に向けて近接するテーパ形に形成され、小径部と大径部の各々の軸長は、穿孔される貫通孔の軸長よりも長く形成され、小径部と大径部の溝のねじれ角は１５〜４５度であることを特徴とする。
【００１４】
この手段では、各しきい値の設定によって第２の層の切屑で第１の層の貫通孔の内周面を損傷するのをかなり防止することを確認することができた。
【００１５】
また、請求項２では、請求項１の穿孔用ドリルにおいて、板材の第１の層は繊維強化合成樹脂材からなり、板材の第２の層はチタン系金属材からなることを特徴とする。
【００１６】
この手段では、板材の第１の層と第２の層とが具体的に特定されている。
【００１７】
また、請求項３では、請求項２の穿孔用ドリルにおいて、板材の第１の層は炭素繊維強化合成樹脂材からなり、板材の第２の層はアルミニウムとバナジウムとを含むチタン合金からなることを特徴とする。
【００１８】
この手段では、板材の第１の層と第２の層とがさらに具体的に特定されている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る穿孔用ドリルは、各しきい値の設定によって第２の層の切屑で第１の層の貫通孔の内周面を損傷するのをかなり防止することを確認することができたため、相対的に軟質の第１の層と相対的に硬質の第２の層とが積層された板材に第１の層側から精度の高い貫通孔を穿孔することができる効果がある。
【００２０】
さらに、請求項２として、板材の第１の層と第２の層とが具体的に特定され、この具体的な材質からなる板材についても精度の高い貫通孔を穿孔することができる効果がある。
【００２１】
さらに、請求項３として、板材の第１の層と第２の層とがさらに具体的に特定され、このさらに具体的な材質からなる板材についても精度の高い貫通孔を穿孔することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る穿孔用ドリルを実施するための形態の側面図である。
【図２】図１の穿孔工作過程を示す平面図である。
【図３】図１の穿孔工作における切屑流出角を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る穿孔用ドリルを実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
この形態では、図１に示すように、シャンク１の先に段付形状の刃溝が形成されたボディ２が設けられたものを示してある。
【００２５】
この形態が穿孔加工の対象とする板材Ｐは、図１に示すように、相対的に軟質である繊維強化合成樹脂材からなる第１の層Ｐａと、相対的に硬質であるチタン系金属材からなる第２の層Ｐｂとが積層されたものである。そして、この形態は、板材Ｐの第１の層Ｐａ側から板厚ａ方向に直径ｂが５〜１３ｍｍの貫通孔Ｈを穿孔する場合に有効性を発揮するものである。なお、この貫通孔Ｈの直径ｂについては、航空機産業，精密機器産業においてボルト，リベット等の挿通用として通常要求されている大きさである。
【００２６】
この形態のボディ２は、先端に径（直径）ｃの小さな小径部２１が設けられ、後端に径（直径）ｄの大きな大径部２２が設けられ、小径部２１，大径部２２の間にテーパ形の段部２３が設けられている。小径部２１，大径部２２に形成されている溝（刃）は、ねじれ角（すくい角）θ１が１５〜４５度に設定されて連続されている。
【００２７】
小径部２１は、先端部の先端角θ２が１００〜１４０度に設定され、軸長ｅが板材Ｐの板厚ａよりも長く設定されている。
【００２８】
大径部２２は、軸長ｆが板材Ｐの板厚ａよりも長く設定され、径ｄが小径部２１の径ｃよりも０．３〜２．０ｍｍ大きく設定されている。ちなみに、この径ｄは、貫通孔Ｈの直径ｂと一致している。
【００２９】
段部２３は、先端側に向けて近接するテーパ形に形成され、テーパ角であるくさび角θ３が１７５〜１８０度に設定されている。
【００３０】
この形態による穿孔においては、板材Ｐの第１の層Ｐａ側から板厚ａ方向に穿孔することになる。このとき、図２に示すように、小径部２１によって板材Ｐの比較的大きな容積Ｗが切削されて素孔（下孔）ｈが穿孔され、続いて大径部２２によって板材Ｐの比較的小さな容積Ｗが切削されて貫通孔Ｈが穿孔されることになる。即ち、前述の特許文献１,２に係る穿孔用ドリルのように、小径部２１が荒加工用として機能し、大径部２３が仕上加工用として機能する。
【００３１】
小径部２１による穿孔では、先端角θ２が１００〜１４０度に設定されていることによって板材Ｐへのいわゆる食いつきが良好になる。先端角θ２が１００度に満たない場合には工具（小径部２１）の軸長が長くなってしまい、先端角θ２が１４０度を超える場合には小径部２１の板材Ｐへの食いつきが不良となる。
【００３２】
大径部２２で形成された切屑は、１５〜４５度に設定されたねじれ角θ１によって、貫通孔Ｈ（ボディ２）の軸線Ｌと平行な方向へ案内される。従って、切屑は、スパイラル状にならずに多少湾曲した直線状に形成される。なお、ねじれ角θ１が１５度に満たないと段部２３の切れ刃の切削抵抗が高くなり、ねじれ角θ１が４５度を超えると切屑が軸線Ｌと直交する方向へ案内されてスパイラル状になりやくなる。
【００３３】
大径部２２で形成された切屑は、くさび角θ３が１７５〜１８０度に設定されている段部２３においてより軸線Ｌと平行な方向へ案内される。なお、図３に示すように、横軸をくさび角θ３とし縦軸を切屑流出角（軸線Ｌに対する角度）とした計算上のグラフを作成すると、くさび角θ３が１７５〜１８０度が好適であることが理解される。なお、くさび角θ３が１８０度を超えると、工具（段部２３の切れ刃）の摩耗が激しくなる。
【００３４】
段部２３を通過した切屑は、大径部２２において、軸線Ｌと平行な方向へ案内される。このとき、大径部２２の径ｄが小径部２１の径ｃよりも０．３〜２．０ｍｍ大きく設定されていることで、仕上加工としての切削が確実になされる。なお、大径部２２の径ｄが小径部２１の径ｃに対して０．３ｍｍに満たない大きさである場合には、板材Ｐの軟質である第１の層Ｐａにおいて、小径部２１において第２の層Ｐｂから発生したスパイラル状の切屑との擦過による損傷が貫通孔Ｈの直径ｂより外側まで拡大し、有効な切削が期待できなくなり、大径部２２の径ｄが小径部２１の径ｃに対して２．０ｍｍを超える大きさである場合には、仕上加工としての切削ではなく通常の切削機能しか期待できなくなる。
【００３５】
この結果、板材Ｐの第２の層Ｐｂから発生した切屑は、スパイラル状にならずに多少湾曲した直線状に形成されボディ２の溝に沿うような格好で第１の層Ｐａの表面に排出されてくることになる。このため、板材Ｐの硬質の第２の層Ｐｂから発生した切屑で第１の層Ｐａの貫通孔Ｈの内周面が擦過されて損傷することがない。これにより、硬いチタン合金切屑による樹脂加工面の損傷を軽減し、１工程での高効率、高品質な穿孔を可能とする。
【実施例】
【００３６】
前述の本発明に係る穿孔用ドリルを実施するための形態について、板材Ｐの第１の層Ｐａとして厚さ４ｍｍの炭素繊維強化合成樹脂材（ＣＦＲＰ）を選択し、板材Ｐの第２の層Ｐｂとしてアルミニウム（６％）とバナジウム（４％）とを含む厚さ４ｍｍのチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ））を選択して、直径ｂが６ｍｍの貫通孔Ｈを穿孔する実験を行った。
【００３７】
なお、切削速度を２５ｍ／ｍｉｎ以下とし、送り０．１ｍｍ／ｒｅｖ以下の条件で穿孔を行った。
【００３８】
実験の結果による貫通孔Ｈの算術平均粗さ（Ｒａ）は、２μｍ以下となった。
【００３９】
従来の穿孔用ドリルを使用した場合の算術平均粗さ（Ｒａ）が５μｍ程度であるため、極めて仕上げ精度が高くなっている。ちなみに、最も精度が要求される航空機産業で要求されている算術平均粗さ（Ｒａ）は、５μｍ以下である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る穿孔用ドリルは、相対的に軟質の第１の層と相対的に硬質の第２の層とが積層された広範な板材における貫通孔の穿孔に適用が可能である。  
【符号の説明】
【００４１】
２            ボディ
２１          小径部
２２          大径部
２３          段部
Ｈ            貫通孔
Ｐ            板材
Ｐａ          第１の層
Ｐｂ          第２の層
ａ            板厚（板材の）
ｂ            直径（貫通孔の）
ｃ，ｄ        径
ｅ，ｆ        軸長
θ１          ねじれ角  
θ３          くさび角
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014037008.tif 000005