(57)【要約】【課題】硬脆材料の高能率加工において突発的なドリル本体の折損を確実に防止することが可能なドリルを提供する。【解決手段】軸線Ｏ回りに回転される軸状のドリル本体１の先端部外周に切屑排出溝４が形成されるとともに、ドリル本体１の先端には切刃が形成されたドリルであって、軸線Ｏに直交する断面において、切屑排出溝４の底面６は、ドリル本体１の周方向における中央部６Ａが凸曲線状に形成されるとともに、周方向における両端部６Ｂ、６Ｃは、中央部６Ａの凸曲線に接してこの凸曲線の延長線Ｌよりも凹むことのない凹曲線状または直線状に形成されている。【選択図】図４
2018161717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転される軸状の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形成されたドリルであって、
上記軸線に直交する断面において、上記切屑排出溝の底面は、上記ドリル本体の周方向における中央部が凸曲線状に形成されるとともに、周方向における両端部は、上記中央部の凸曲線に接してこの凸曲線の延長線よりも凹むことのない凹曲線状または直線状に形成されていることを特徴とするドリル。
【請求項２】
上記ドリル本体の先端部の表面には、ダイヤモンド被膜、ＣＶＤ被膜、および電着砥粒被膜のうちの１種が被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
【請求項３】
上記ドリル本体の先端部の心厚は、上記切刃の直径Ｄに対して０．５×Ｄ〜０．９×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。
【請求項４】
上記軸線に直交する断面において、上記切屑排出溝の底面の周方向における中央部がなす凸曲線の曲率半径は、上記切刃の直径Ｄに対して０．２５×Ｄ以上の範囲とされていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のドリル。
【請求項５】
上記ドリル本体の先端部外周には複数の上記切屑排出溝が周方向に間隔をあけて形成されていて、周方向に隣接する切屑排出溝の間の部分はマージン部とされ、上記軸線に直交する断面における上記マージン部の幅が、上記切刃の直径Ｄに対して０．０５×Ｄ以上で上記ドリル本体の先端部の心厚の大きさ以下の範囲とされていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばセラミックスのような硬脆材料よりなるワークに穴明け加工を行う小径のドリルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような小径のドリルによる硬脆材料の穴明け加工では、ドリル本体の摩耗による寿命の他に、特に高能率加工条件下における突発的なドリル本体の折損による寿命が問題となる。穴明け加工中にドリル本体が折損すると、加工孔の内部に折損したドリル本体の先端部が残ってしまって、非常に高価なワークが不良となる場合もあり、大きな損失を被ることになる。そのため、高能率加工を行うことが困難で加工時間が長くなり、コスト高を招く結果となっている。
【０００３】
ここで、このような突発的な折損の原因として、切屑詰まりが挙げられる。小径のドリルによって硬脆材料に穴明け加工を行う場合、切削量が極めて小さいこともあり、切屑は微小な粉末状となる。この微小粉末状の切屑が切削油剤と混ざってペースト状になり、切屑排出溝内に付着する。そして、加工穴数が増えるに従い付着量が多くなり、切屑詰まりによって抵抗が一気に増大して突発的な折損が生じてしまう。特に、高能率加工条件下においては、切屑排出量が多くなり、突発的な折損が生じ易くなる。
【０００４】
このような原因による突発的な折損を防ぐには、細かいステップ加工によってドリル本体をワークから引き抜いて切屑排出を行うとともに、引き抜いた際に切削油剤をドリル本体に吹きかけて切屑排出溝から付着した切屑を洗い流すことが考えられる。ところが、一般的なドリルのようにドリル本体の軸線に直交する断面が凹曲線をなす切屑排出溝では、確実に切屑を洗い流すことができない場合が多い。
【０００５】
また、小径のドリルの場合には切削油剤を高圧でドリル本体に吹きかけると折損のおそれもある一方で、低圧で切削油剤を吹きかける代わりに洗浄時間を長くすると、細かいステップ加工においては加工時間が非常に長くなる。さらに、切削油剤を使用しない乾式加工ではドリルの寿命が極端に低下する。
【０００６】
そこで、特許文献１には、このようなセラミックス等の硬脆材料に切削加工を行う工具として、軸線回りに回転される工具本体の先端部が、この軸線に直交する断面が多角形状をなす多角柱状に形成されて、その先端に切刃部が設けられたものが提案されている。このような切削工具によれば、上述した断面が凹曲線状の切屑排出溝を有するドリルと比べて付着した切屑を切削油剤によって洗い流し易く、また切屑排出溝の断面積が同じなら、心厚を大きく確保して剛性を向上させることができ、突発的な折損を発生し難くすることも可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０２２１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このような切削工具（ドリル）においては、断面が多角形状とされた工具本体の先端部における切屑排出溝の周方向の両端部にペースト状の切屑が付着し易い。そして、一旦こうして周方向の両端部に切屑が付着してしまうと、その間の周方向の中央部に付着した切屑は逃げ場を失ってしまい、切削油剤を吹きかけても付着し続けて堆積することになり、やはり切屑詰まりを生じるおそれがあって硬脆材料の高能率加工では突発的な折損を確実に防止することは困難である。
【０００９】
本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のような硬脆材料の高能率加工において突発的なドリル本体の折損を確実に防止することが可能な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】
【００１０】
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軸状の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形成されたドリルであって、上記軸線に直交する断面において、上記切屑排出溝の底面は、上記ドリル本体の周方向における中央部が凸曲線状に形成されるとともに、周方向における両端部は、上記中央部の凸曲線に接してこの凸曲線の延長線よりも凹むことのない凹曲線状または直線状に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
このように構成されたドリルにおいては、軸線に直交する断面において、ドリル本体先端部の周方向における切屑排出溝の底面の中央部が凸曲線状に形成されているので、ステップ加工においてドリル本体の先端部をワークから引き抜いたときに切削油剤を吹きかけると、この中央部に吹きかけられた切削油剤は上記凸曲線に沿って切屑排出溝の底面の周方向における両端部に流れ込む。
【００１２】
そして、この両端部において切屑排出溝の底面の断面は、中央部の凸曲線に接してこの凸曲線の延長線よりも凹むことのない凹曲線状または直線状に形成されているので、中央部から流れ込んだ切削油剤によって押し出すように両端部に付着した切屑を流れ易くして速やかに洗い流すことができる。このため、洗浄時間が短くても切屑詰まりが生じるのを防ぐことができる。
【００１３】
また、切屑排出溝の底面の周方向における中央部が断面凸曲線状なので、ドリル本体先端部の心厚をさらに大きく確保することができ、剛性を一層向上させることができる。従って、セラミックスのような硬脆材料に穴明け加工を行う小径のドリルにおいて、ステップ加工における１回のステップ量を大きくした高能率加工であっても、突発的なドリル本体の折損が生じるのを確実に防止することが可能となる。
【００１４】
ここで、上記ドリル本体の先端部の表面に、ダイヤモンド被膜、Ａｌ２Ｏ３やＴｉＣＮ等のＣＶＤ被膜、および電着砥粒被膜のうちの１種が被覆することにより、被覆された被膜のダイヤモンド粒子やＣＶＤ粒子、あるいは電着砥粒によって硬脆材料を研削するようにして穴明け加工を行うことが可能となる。
【００１５】
また、上記ドリル本体の先端部における心厚は、上記切刃の直径Ｄに対して０．５×Ｄ〜０．９×Ｄの範囲とされていることが望ましい。この心厚が上記範囲よりも大きいと切屑排出溝が浅くなって切屑詰まりを生じてしまうおそれがある一方、上記範囲よりも小さいとドリル本体先端部における剛性が損なわれて折損が生じ易くなってしまうおそれがある。
【００１６】
さらに、上記軸線に直交する断面において、上記切屑排出溝の底面の周方向における中央部がなす凸曲線の曲率半径は、上記切刃の直径Ｄに対して０．２５×Ｄ以上の範囲とされていることが望ましい。この底面の中央部の断面がなす凸曲線の曲率半径が上記範囲よりも小さいと、上記心厚ｄが小さくなってドリル本体先端部の剛性が損なわれるおそれがある。
【００１７】
さらにまた、上記ドリル本体の先端部外周に複数の上記切屑排出溝が周方向に間隔をあけて形成されていて、周方向に隣接する切屑排出溝の間の部分がマージン部とされている場合に、上記軸線に直交する断面における上記マージン部の幅は、上記切刃の直径Ｄに対して０．０５×Ｄ以上で上記ドリル本体の先端部の心厚の大きさ以下の範囲とされていることが望ましい。このマージン部の幅が上記範囲よりも小さいとドリル本体先端部を十分にガイドすることが困難となるおそれがあり、上記範囲よりも大きいと抵抗が増大するおそれがある。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、硬脆材料の穴明け加工においてステップ量を大きくした高能率加工を行っても、ドリル本体の切屑詰まりによる突発的な折損が生じるのを防止することができ、折損したドリル本体がワークの内部に残されるような事態を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるドリル本体の先端部の斜視図である。
【図２】図１に示す実施形態におけるドリル本体の先端部の側面図である。
【図３】図１に示す実施形態におけるドリル本体の先端部の正面図である。
【図４】図１に示す実施形態におけるドリル本体の先端部の軸線に直交する断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態におけるドリル本体の先端部の斜視図である。
【図６】図５に示す実施形態におけるドリル本体の先端部の側面図である。
【図７】図５に示す実施形態におけるドリル本体の先端部の正面図である。
【図８】図５に示す実施形態におけるドリル本体の先端部の軸線に直交する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１ないし図４は、本発明の第１の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り軸線Ｏを中心とした外形略多段円柱形の軸状に形成され、その先端部は直径が６ｍｍ以下程度の小径の切刃部２とされるとともに、図示されない後端部は切刃部２よりも大径の円柱形のシャンク部とされる。このようなドリルは、上記シャンク部が工作機械の主軸に把持されて軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転されつつ該軸線Ｏ方向先端側に送り出され、セラミックス等の硬脆材料よりなるワークに上記切刃部２によって穴明け加工を行う。
【００２１】
切刃部２の先端面は、本実施形態では図１ないし図３に示すように軸線Ｏに関して１８０°回転対称で不等分割の四角錐面状に切り欠かれており、このうち正面視において軸線Ｏを中心とした扇角が大きな錐面と、そのドリル回転方向Ｔとは反対側に位置する扇角が小さな錐面との交差稜線部には切刃３が形成されている。この切刃３の外周端が軸線Ｏ回りになす円の直径が切刃部２の上記直径であり、切刃３の直径Ｄとされる。
【００２２】
また、切刃部２の外周には、この先端面から後端側（図２において左側）に向かうに従いドリル回転方向Ｔとは反対側に捩れる複数条（２条）の切屑排出溝４が、ドリル本体１の周方向に上記切刃３の外周端を間にして、やはり軸線Ｏに関して１８０°回転対称に形成されている。周方向におけるこれらの切屑排出溝４の間の部分はマージン部５とされて軸線Ｏを中心とした円筒面上に配置されており、切刃３はこのマージン部５と交差している。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。
【００２３】
そして、この切屑排出溝４の底面６は、軸線Ｏに直交する断面において図４に示すように、ドリル本体１の周方向における中央部６Ａが凸曲線状に形成されるとともに、周方向における両端部６Ｂ、６Ｃは、上記中央部６Ａの凸曲線に接してこの凸曲線の延長線Ｌよりも凹むことのない凹曲線状または直線状に形成されて、上記マージン部５に交差している。
【００２４】
ここで、本実施形態では、軸線Ｏに直交する断面において、切屑排出溝４の底面６の周方向における中央部６Ａは軸線Ｏを中心とする凸円弧状に形成されており、この凸円弧の曲率半径（凸円弧の半径）Ｒは上記切刃３の直径Ｄに対して０．２５×Ｄ以上とされていて、本実施形態ではこの曲率半径Ｒの２倍がドリル本体１の先端部である切刃部２の心厚ｄとされる。本実施形態における心厚ｄは、上記切刃３の直径Ｄに対して０．５×Ｄ〜０．９×Ｄの範囲とされている。なお、このように底面６の周方向における中央部６Ａが軸線Ｏを中心とする凸円弧状に形成されていない場合は、心厚ｄは軸線Ｏを中心として中央部６Ａに内接する円の直径となる。
【００２５】
また、本実施形態では、切屑排出溝４の底面６の周方向における両端部６Ｂ、６Ｃのうち、ドリル回転方向Ｔとは反対側の端部６Ｂは中央部６Ａがなす凸曲線に接して、この凸曲線の延長線Ｌよりも凹むことのない凹曲線状、特に凹円弧とされている。この凹曲線の曲率半径（凹円弧の半径）は、本実施形態では上記切刃の直径Ｄに対して１．０×Ｄ以上とされている。
【００２６】
一方、両端部６Ｂ、６Ｃのうち、ドリル回転方向Ｔ側の端部６Ｃは、本実施形態では中央部６Ａがなす凸曲線に接して、この凸曲線の延長線Ｌよりも凹むことのない直線状とされている。すなわち、この切屑排出溝４の底面６におけるドリル回転方向Ｔ側の端部６Ｃの曲率半径は無限大である。
【００２７】
また、このようなドリル本体１の切刃部２の表面には、上記先端面とマージン部５および切屑排出溝４の底面６も含めて、ダイヤモンド被膜、Ａｌ２Ｏ３やＴｉＣＮ等のＣＶＤ被膜、および電着砥粒被膜のうちの１種が被覆されている。さらに、本実施形態では、上記マージン部５の幅Ｗは、上記切刃３の直径Ｄに対して０．０５×Ｄ以上で心厚ｄの大きさ以下の範囲とされている。
【００２８】
このような小径のドリルによってセラミックス等の硬脆材料よりなるワークに穴明け加工を行う場合には、ドリル本体１を軸線Ｏ方向先端側に所定のステップ量で送り出して切刃部２によりワークを穴明けした後、切刃部２をワークから引き抜いて切屑を排出し、また次のステップ量で送り出して穴明けした後、ワークから引き抜いて切屑を排出するという操作を繰り返すステップ加工を行う。穴明け中は勿論、切刃部２がワークから引き抜かれたときには、切刃部２に切削油剤が吹きかけられて切屑排出溝４からの切屑の排出を促進する。
【００２９】
このとき、上記構成のドリルでは、切屑排出溝４の底面６が、軸線Ｏに直交する断面において、中央部６Ａが凸曲線状に形成されているので、こうしてステップ加工において切刃部２をワークから引き抜いたときに切削油剤を吹きかけると、この中央部６Ａに吹きかけられた切削油剤は中央部がなす凸曲線に沿って切屑排出溝４の底面６の周方向における両端部６Ｂ、６Ｃに流れ込む。
【００３０】
そして、この両端部６Ｂ、６Ｃにおいては、切屑排出溝４の底面６の軸線Ｏに直交する断面が、中央部６Ａの凸曲線に接してこの凸曲線の延長線Ｌよりも凹むことのない凹曲線または直線状に形成されているので、中央部６Ａから流れ込んだ切削油剤によって押し出すように中央部６Ａに付着した切屑ごと両端部６Ｂ、６Ｃに付着した切屑を流れ易くして速やかに洗い流すことができる。
【００３１】
すなわち、これら両端部６Ｂ、６Ｃの少なくとも一方が断面凹曲線であっても中央部６Ａの延長線Ｌに対して凹んでいると、こうして凹んだ部分に切屑が溜まって付着してしまうが、上記構成のドリルでは中央部６Ａに対して両端部６Ｂ、６Ｃが滑らかに連続して外周側に向かうように延びることになるので、両端部６Ｂ、６Ｃに切屑が付着したままとなるのを防ぐことができるとともに、切削油剤の吹きかけによる洗浄時間も短くて済む。
【００３２】
また、切屑排出溝４の底面６の中央部６Ａが断面凸曲線状なので、切刃部２の心厚ｄをさらに大きく確保することができ、この切刃部２の剛性自体も一層向上させることができる。従って、上記構成のドリルによれば、セラミックスのような硬脆材料に穴明け加工を行う小径のドリルにおいて、ステップ加工における１回のステップ量を大きくした高能率加工を行っても、突発的なドリル本体１の折損が生じるのを確実に防止することが可能となり、折損したドリル本体１がワークに残されるような事態を防ぐことができる。
【００３３】
さらに、本実施形態では、ドリル本体１の先端部である切刃部２の表面に、ダイヤモンド被膜、Ａｌ２Ｏ３やＴｉＣＮ等のＣＶＤ被膜、および電着砥粒被膜のうちの１種が被覆されており、セラミックスのような硬脆材料でも、被覆された被膜のダイヤモンド粒子やＣＶＤ粒子、あるいは電着砥粒によって研削するようにして確実に穴明け加工を行うことが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態では、切刃部２の心厚ｄが切刃３の直径Ｄに対して０．５×Ｄ〜０．９×Ｄの範囲とされており、より高い剛性を確保しつつ切屑詰まりの発生を確実に防止することができる。すなわち、心厚ｄが０．５×Ｄよりも小さいと切刃部２の剛性が不足して切屑を流れ易くしても折損を生じるおそれがあり、心厚ｄが０．９×Ｄよりも大きいと切屑排出溝４が浅くなりすぎて、やはり切屑詰まりによる折損が生じ易くなるおそれがある。
【００３５】
さらに、本実施形態では、軸線Ｏに直交する断面において、切屑排出溝４の底面６の周方向における中央部６Ａがなす凸曲線の曲率半径Ｒが、切刃３の直径Ｄに対して０．２５×Ｄ以上の範囲とされており、切刃部２の剛性を維持しつつ、良好な切屑排出性を確保することができる。すなわち、この底面６の中央部６Ａの断面がなす凸曲線の曲率半径Ｒが上記範囲よりも小さいと、上記心厚ｄが小さくなって切刃部２の剛性が損なわれたり、中央部６Ａの周方向の長さを短くしなければならなくなって、切屑排出性が損なわれたりするおそれがある。ただし、この中央部６Ａがなす凸曲線の曲率半径Ｒが大きすぎても、中央部６Ａの断面が直線状に近くなり、特に両端部６Ｂ、６Ｃの断面を直線状にした場合には特許文献１に記載されたドリルと同様に切刃部２の断面が多角形状に近くなってしまうので、この中央部６Ａがなす凸曲線の曲率半径Ｒは５．０×Ｄ以下とされるのが望ましい。
【００３６】
さらにまた、本実施形態では、切刃部２の外周にマージン部５が形成されており、このマージン部５の幅Ｗが、切刃３の直径Ｄに対して０．０５×Ｄ以上で上記心厚ｄ以下の範囲とされているので、加工穴との抵抗を必要以上に大きくすることなく切刃部２を軸線Ｏに沿って確実にガイドして直進度の高い加工穴を形成することができる。すなわち、このマージン部５の幅Ｗが０．０５×Ｄよりも小さいと切刃部２を確実にガイドすることができなくなるおそれがある一方、心厚ｄよりも大きいと抵抗が大きくなるとともに切屑排出溝４の断面積も小さくなってしまう。
【００３７】
また、特に本実施形態では、切屑排出溝４の底面６の周方向における両端部６Ｂ、６Ｃのうち、ドリル回転方向Ｔとは反対側の端部６Ｂは中央部６Ａがなす凸曲線に接して、この凸曲線の延長線Ｌよりも凹むことのない凹曲線状に形成される一方、ドリル回転方向Ｔ側の端部６Ｃは中央部６Ａがなす凸曲線に接して、この凸曲線の延長線Ｌよりも凹むことのない直線状とされている。このため、マージン部５のドリル回転方向Ｔとは反対側に大きな肉厚を確保することができ、マージン部５の損傷も防止して切刃部２のガイド性を維持することができる。
【００３８】
ただし、本実施形態では、このようにドリル回転方向Ｔとは反対側の端部６Ｂが凹曲線状に形成されるとともに、ドリル回転方向Ｔ側の端部６Ｃは直線状とされているが、これとは逆にドリル回転方向Ｔ側の端部６Ｃが凹曲線状に形成されるとともに、ドリル回転方向Ｔとは反対側の端部６Ｃが直線状とされていてもよい。また、切屑排出溝４の両端部６Ｂ、６Ｃがともに中央部６Ａがなす凸曲線に接する凹曲線状とされていたり、ともに直線状とされていたりしてもよい。
【００３９】
次に、図５ないし図８は、本発明の第２の実施形態を示すものであり、第１の実施形態と共通する部分には同一の符号を配している。この第２の実施形態では、切刃部２が軸線Ｏに関して１２０°回転対称に形成されて、切屑排出溝４が切刃部２の外周に周方向に等間隔に３条形成されるとともに、切刃部２の先端面は正三角錐状とされていて、周方向に隣接する錐面同士の交差稜線部に合計３つの切刃３が形成されている点が第１の実施形態と異なっている。すなわち、この第２の実施形態のドリルは、３枚刃のツイストドリルである。
【００４０】
このような第２の実施形態のドリルにおいても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本発明は、切刃３や切屑排出溝４が４つ以上のドリルや１つのドリルにも適用可能である。なお、上記第１の実施形態では、軸線Ｏに直交する断面における切屑排出溝４の底面６の中央部６Ａやドリル回転方向Ｔとは反対側の端部６Ｂが凸または凹の円弧状とされていて、曲率半径が一定とされているが、第２の実施形態も含めて、曲率半径が変化するようにされていてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  ドリル本体
２  切刃部
３  切刃
４  切屑排出溝
５  マージン部
６  切屑排出溝４の底面
６Ａ  底面６の周方向における中央部
６Ｂ  底面６のドリル回転方向Ｔとは反対側の端部
６Ｃ  底面６のドリル回転方向Ｔ側の端部
Ｏ  ドリル本体１の軸線
Ｔ  ドリル回転方向
Ｄ  切刃３の直径
ｄ  切刃部２の心厚
Ｒ  軸線Ｏに直交する断面における底面６の周方向の中央部６Ａがなす凸曲線の曲率半径
Ｗ  軸線Ｏに直交する断面におけるマージン部５の幅
【図１】
2018161717.tif 000003
【図２】
2018161717.tif 000004
【図３】
2018161717.tif 000005
【図４】
2018161717.tif 000006
【図５】
2018161717.tif 000007
【図６】
2018161717.tif 000008
【図７】
2018161717.tif 000009
【図８】
2018161717.tif 000010