(57)【要約】【課題】穿孔用の環状ドリルであって、特に重ね合わされた板材等を穿孔する際に有用であって、且つ、十分な切削寿命を有する環状ドリルを提供すること。【解決手段】本発明は、軸線方向に延び、回転駆動部に接続されるシャフト部と、前記シャフト部から先端側に延長する筒状の刃先保持部と、前記刃先保持部の先端面に、周方向に間隔をおいて設けられた刃先部と、を備え、前記刃先部は、周方向にそれぞれ所定の個数ずつ交互に配置された、前記軸線方向に対して垂直な主刃先縁と当該主刃先面の外周側に連続する第２主刃先縁とを有する主刃先部と、前記軸線方向に対して垂直な面から外周側が高く傾斜している副刃先縁を有する副刃先部と、を有しており、前記主刃先縁の高さは、前記副刃先縁の最外周の高さよりも高く、前記副刃先縁の最外周の高さは、前記第２主刃先縁の少なくとも外周側の一部の高さよりも高いことを特徴とする環状ドリルである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に延び、回転駆動部に接続されるシャフト部と、
前記シャフト部から先端側に延長する筒状の刃先保持部と、
前記刃先保持部の先端面に、周方向に間隔をおいて設けられた刃先部と、
を備え、
前記刃先部は、周方向にそれぞれ所定の個数ずつ交互に配置された、
前記軸線方向に対して垂直な主刃先縁と当該主刃先縁の外周側に連続する第２主刃先縁とを有する主刃先部と、
前記軸線方向に対して垂直な面から外周側が高く傾斜している副刃先縁を有する副刃先部と、
を有しており、
前記主刃先縁の高さは、前記副刃先縁の最外周の高さよりも高く、
前記副刃先縁の最外周の高さは、前記第２主刃先縁の少なくとも外周側の一部の高さよりも高い
ことを特徴とする環状ドリル。
【請求項２】
前記主刃先縁の高さと前記副刃先縁の最外周の高さとの差は、０．３〜１．０ｍｍである
ことを特徴とする請求項１に記載の環状ドリル。
【請求項３】
前記軸線方向に対して垂直な面に対する前記副刃先縁の傾斜角度は、１〜５°である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の環状ドリル。
【請求項４】
前記主刃先縁の径方向の長さは、１．０〜２．０ｍｍである
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の環状ドリル。
【請求項５】
前記第２主刃先縁は、前記主刃先縁の外周側に連続して更に外周側が低く傾斜しており、
前記軸線方向に対して垂直な面に対する前記第２主刃先縁の傾斜角度は、１０〜３０°である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の環状ドリル。
【請求項６】
前記主刃先部及び前記副刃先部は、それぞれ３個が、周方向にそれぞれ１個ずつ交互に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の環状ドリル。
【請求項７】
前記主刃先部及び前記副刃先部は、それぞれ４個が、周方向にそれぞれ１個ずつ交互に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の環状ドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穿孔用の環状ドリルであって、特に重ね合わされた板材等を穿孔する際に有用な環状ドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
環状ドリルは、穴をあけるために広く用いられている。図７に示すように、従来の環状ドリル５０は、軸線方向に延びて回転駆動部に接続されるシャフト部５１と、シャフト部５１から先端側に延長する筒状の刃先保持部５２と、刃先保持部５２の先端面に周方向に間隔をおいて設けられた６個または８個の刃先部５３と、を備えている。
【０００３】
各刃先部５３は、シャフト部５１の軸線方向に対して垂直な面から僅かに傾斜または湾曲した面を有している。そして、シャフト部５１が回転駆動部に接続され、当該回転駆動部によって回転駆動されることによって、各刃先部５３の僅かに傾斜または湾曲した面の縁部が切削縁として機能して、加工対象物を穿孔することができる（図８及び図９参照）。
【０００４】
また、シャフト部５１を貫通するセンターピン５７を併用することによって、穿孔時の位置合わせ（中心軸合わせ）をすることができる。センターピン５７は、例えばバネ等を介して保持されていて、シャフト部５１に対して摺動移動可能となっており、穿孔直後の材料排出機能をも担うことができる（図９参照）。
【０００５】
ところで、既存の刃先部５３の切削縁は、外周側の方が高いという傾斜を有するため、穿孔の結果として切り出される円筒体５８の外周側に、環状のバリ５８ｂが残存してしまう。この環状のバリ５８ｂは、単一の板材を穿孔する際には問題を生じないが、重ね合わされた板材等を穿孔する際には、大きな問題となる。
【０００６】
具体的には、図１０に示すように、重ね合わされた板材を穿孔する際、上の板材６１の穿孔が完了した直後から、当該上の板材６１から切り出された円筒体６１ｃが刃先部５３と一緒に連れ回ってしまって、ドリル５０が下の板材６２へと進行していくことを阻害する。
【０００７】
このため、上の板材６１の穿孔が完了した後、円筒体６１ｃを取り除くべく、刃先部５３を上方に一旦引き抜く工程が必要である。そして、例えば手作業で円筒体６１ｃを取り除いてから、下の板材６２の穿孔工程が再開されることになる。
【０００８】
その他、参考までに、特許文献１には、重ね板の穴明け方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開公報  ＷＯ２０１５／１１８６８４Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本件発明者は、切り出される円筒体と刃先部との連れ回りを回避するために、図１１に示すように、内周側の方が高いという傾斜の刃先縁を有する刃先部を試作し、その性能について評価検討した。
【００１１】
その評価検討の結果、切削性能としては非常に良好であるものの、刃先に僅かな欠損が生じただけで切削不能になってしまうということが知見された。すなわち、切削性能の寿命という点で、問題があることが知見された。
【００１２】
次に、軸線方向に対して垂直な刃先縁と当該刃先縁の外周側に連続して更に外周側が低く傾斜した第２主刃先縁とを有する刃先部を試作し、その性能について評価検討した。
【００１３】
その評価検討の結果、切削性能としては非常に良好であり、刃先に欠損が生じる頻度をも抑制できることが知見されたが、切削性能の寿命という点で、未だ十分とは言えないことも知見された。
【００１４】
その後、本件発明者は、そのような刃先部を主刃先部とし、当該主刃先部とは異なる形態を有する副刃先部をも採用し、それら主刃先部と副刃先部とを交互に配置する態様について種々の試作・検討を繰り返した。そして、ようやく、十分な切削性能の寿命を実現できる態様を発見するに至った。
【００１５】
本発明は、以上の知見に基づいて創案されたものである。本発明の目的は、穿孔用の環状ドリルであって、特に重ね合わされた板材等を穿孔する際に有用であって、且つ、十分な切削寿命を有する環状ドリルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、軸線方向に延び、回転駆動部に接続されるシャフト部と、前記シャフト部から先端側に延長する筒状の刃先保持部と、前記刃先保持部の先端面に、周方向に間隔をおいて設けられた刃先部と、を備え、前記刃先部は、周方向にそれぞれ所定の個数ずつ交互に配置された、前記軸線方向に対して垂直な主刃先縁と当該主刃先面の外周側に連続する第２主刃先縁とを有する主刃先部と、前記軸線方向に対して垂直な面から外周側が高く傾斜している副刃先縁を有する副刃先部と、を有しており、前記主刃先縁の高さは、前記副刃先縁の最外周の高さよりも高く、前記副刃先縁の最外周の高さは、前記第２主刃先縁の少なくとも外周側の一部の高さよりも高いことを特徴とする環状ドリルである。
【００１７】
本発明によれば、軸線方向に対して垂直な主刃先縁と当該主刃先縁の外周側に連続する第２主刃先縁による切削加工を、軸線方向に対して垂直な面から外周側が高く傾斜しており最外周の高さが第２主刃先縁の少なくとも外周側の一部の高さより高いという副刃先縁による切削加工によって補うことができる。これら２つの切削加工を協調させることによって、主刃先部の負荷を軽減することができ、結果として十分な切削寿命を実現することができる。
【００１８】
また、内周側に位置する主刃先縁が軸線方向に対して垂直であることにより、重ね合わされた板材等を穿孔する際でも、上方の板材から切り出される円筒体にバリが生じないため、当該円筒体が刃先部と一緒に連れ回ることがない。従って、加工途中で刃先部を引き抜いて前記円筒体を取り出す必要がなく、上下の板材の穿孔加工を連続的に実施することができる。
【００１９】
さらに、構成がシンプルであるため、本発明の環状ドリルは比較的低コストに製造することができる。例えば、各主刃先部及び各副刃先部を、刃先保持部とは別個に製造しておいて、ろう付け等によって所望の位置姿勢で刃先保持部に固定することで、本発明の環状ドリルを低コストに製造することができる。
【００２０】
例えば、φ３５以下の穴を穿孔する場合には、６枚刃の環状ドリルを利用することが好ましい。６枚刃の環状ドリルにおいては、主刃先部及び副刃先部は、それぞれ３個が、周方向にそれぞれ１個ずつ交互に配置される。
【００２１】
あるいは、φ３５以上の穴を穿孔する場合には、８枚刃の環状ドリルを利用することが好ましい。８枚刃の環状ドリルにおいては、主刃先部及び副刃先部は、それぞれ４個が、周方向にそれぞれ１個ずつ交互に配置される。
【００２２】
具体的な寸法例としては、主刃先縁の高さと副刃先縁の最外周の高さとの差は、好ましくは０．３〜１．０ｍｍであり、例えば約０．５ｍｍである。
【００２３】
また、軸線方向に対して垂直な面に対する副刃先縁の傾斜角度は、好ましくは１〜５°であり、例えば約２°である。
【００２４】
また、主刃先縁の径方向の長さは、好ましくは１．０〜２．０ｍｍであり、例えば約１．２ｍｍである。
【００２５】
また、第２主刃先縁は、主刃先縁の外周側に連続して更に外周側が低く傾斜していることが好ましい。この場合、軸線方向に対して垂直な面に対する第２主刃先縁の傾斜角度は、好ましくは１０〜３０°であり、例えば約２０°である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、軸線方向に対して垂直な主刃先縁と当該主刃先縁の外周側に連続する第２主刃先縁による切削加工を、軸線方向に対して垂直な面から外周側が高く傾斜しており最外周の高さが第２主刃先縁の少なくとも外周側の一部の高さより高いという副刃先縁による切削加工によって補うことができる。これら２つの切削加工を協調させることによって、主刃先部の負荷を軽減することができ、結果として十分な切削寿命を実現することができる。
【００２７】
また、内周側に位置する主刃先縁が軸線方向に対して垂直であることにより、重ね合わされた板材等を穿孔する際でも、上方の板材から切り出される円筒体にバリが生じないため、当該円筒体が刃先部と一緒に連れ回ることがない。従って、加工途中で刃先部を引き抜いて前記円筒体を取り出す必要がなく、上下の板材の穿孔加工を連続的に実施することができる。
【００２８】
さらに、構成がシンプルであるため、本発明の環状ドリルは比較的低コストに製造することができる。例えば、各主刃先部及び各副刃先部を、刃先保持部とは別個に製造しておいて、ろう付け等によって所望の位置姿勢で刃先保持部に固定することで、本発明の環状ドリルを低コストに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る環状ドリルの平面図である。
【図２】図１の環状ドリルの主刃先部の正面図である。
【図３】図１の環状ドリルの副刃先部の正面図である。
【図４】図１の環状ドリルの主刃先部と副刃先部の高さの関係を示す概略図である。
【図５】図１の環状ドリルを用いて重ね合わされた板材を穿孔した状態を示す概略断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る環状ドリルの平面図である。
【図７】従来の環状ドリルを用いた穴あけ加工を説明する図であって、穴あけ前の状態を示す概略断面図である。
【図８】従来の環状ドリルを用いた穴あけ加工を説明する図であって、穴あけ中の状態を示す概略断面図である。
【図９】従来の環状ドリルを用いた穴あけ加工を説明する図であって、穴あけ後の状態を示す概略断面図である。
【図１０】従来の環状ドリルを用いて重ね合わされた板材を穿孔しようとした状態を示す概略断面図である。
【図１１】本発明に至る過程で検討された環状ドリルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係る環状ドリル１０の平面図であり、図２は、図１の環状ドリル１０の主刃先部１５の正面図であり、図３は、図１の環状ドリル１０の副刃先部１６の正面図であり、図４は、図１の環状ドリル１０の主刃先部１５と副刃先部１６の高さの関係を示す概略図である。また、図５は、図１の環状ドリル１０を用いて重ね合わされた板材を穿孔した状態を示す概略断面図である。
【００３２】
図１乃至図５に示すように、本実施形態の環状ドリル１０は、軸線方向に延びて回転駆動部（不図示）に接続されるシャフト部１１と、シャフト部１１から先端側に延長する円筒状の刃先保持部１２と、刃先保持部１２の先端面に周方向に間隔をおいて設けられた６個の刃先部１３と、を備えている。
【００３３】
また、シャフト部１１を貫通するセンターピン１７が設けられている。センターピン１７は、例えばバネ等（不図示）を介して保持されていて、シャフト部１１に対して摺動移動可能となっており、穿孔加工を実施する際の位置合わせ（中心軸合わせ）機能と材料排出機能とを担っている（図７乃至図９参照）。
【００３４】
そして、本実施形態の環状ドリル１０における刃先部１３は、周方向に６０°毎にそれぞれ１個ずつ交互に、３個の主刃先部１５と、３個の副刃先部１６と、を有している。
【００３５】
３個の主刃先部１５の各々は、シャフト部１１の軸線方向に対して垂直な主刃先縁１５ｅと、主刃先縁１５ｅの外周側に連続する第２主刃先縁１５ｓと、を有している。まず、本実施形態の各主刃先部１５について、図１及び図２を参照して、具体的に説明する（なお、図１及び図２は、縮尺が異なっている）。
【００３６】
各主刃先部１５は、略平坦面からなる正面を有している。ここで、正面とは、環状ドリルの回転方向に見て前方側に位置する面である。図２は、シャフト部１１の軸線方向に垂直であって（図１の面内にあって）且つ当該正面の上端縁（切削縁）に対して垂直な方向（図１の矢印Ａ方向）から見た主刃先部１５の図（正面図）である。図２に示すように、当該正面における主刃先部１５の幅ｗ１は、約３．２５ｍｍであり、内周端における高さｈ１は、約６．５ｍｍである。
【００３７】
そして、主刃先部１５の上端縁（切削縁）が、軸線方向に対して垂直な主刃先縁１５ｅと、主刃先縁１５ｅの外周側に連続する第２主刃先縁１５ｓと、から構成されている。
【００３８】
主刃先縁１５ｅの径方向の長さｒは、好ましくは１．０〜２．０ｍｍであり、例えば約１．２ｍｍである。
【００３９】
第２主刃先縁１５ｓは、主刃先縁１５ｅの外周側に連続して更に外周側が低い傾斜縁（直線状、円弧状、または、それらに準ずる曲線状）である。そして、軸線方向に対して垂直な面に対する第２主刃先縁１５ｓの傾斜角度は、好ましくは１０〜３０°であり、例えば約２０°である。
【００４０】
また、図示はされていないが、上端縁（切削縁）１５ｅ、１５ｓから環状ドリルの回転方向に見て後方側に延在する主刃先部１５の面は、前方側から後方側へと下がるように傾斜ないし湾曲している。
【００４１】
次に、３個の副刃先部１６の各々は、シャフト部１１の軸線方向に対して垂直な面から外周側が高く傾斜している副刃先縁１６ｅを有している。本実施形態の各副刃先部１６について、図１及び図３を参照して、具体的に説明する（なお、図１及び図３は、縮尺が異なっている）。
【００４２】
各副刃先部１６も、略平坦面からなる正面を有している。前記の通り、正面とは、環状ドリルの回転方向に見て前方側に位置する面である。図３は、シャフト部１１の軸線方向に垂直であって（図１の面内にあって）且つ当該正面の上端縁（切削縁）に対して垂直な方向（図１の矢印Ｂ方向）から見た副刃先部１６の図（正面図）である。図３に示すように、当該正面における副刃先部１６の幅ｗ２は、約３．２５ｍｍであり、外周端における高さｈ２は、約６．０ｍｍである。
【００４３】
副刃先部１６の上端縁（切削縁）が、副刃先縁１６ｅを構成している。副刃先縁１６ｅは、内周側が低い傾斜縁（直線状、円弧状、または、それらに準ずる曲線状）である。そして、軸線方向に対して垂直な面に対する副刃先縁１６ｅの傾斜角度は、好ましくは１〜５°であり、例えば約２°である。
【００４４】
また、図示はされていないが、上端縁（切削縁）１６ｅから環状ドリルの回転方向に見て後方側に延在する副刃先部１６の面は、前方側から後方側へと下がるように傾斜ないし湾曲している。
【００４５】
図４は、図１の環状ドリル１０の主刃先部１５と副刃先部１６の高さの関係を示す概略図である。図４に示すように、主刃先縁１５ｅの高さは、副刃先縁１６ｅの最外周の高さよりも高くなっている。図４に示すように、主刃先縁１５ｅの高さと副刃先縁１６ｅの最外周の高さとの差は、好ましくは０．３〜１．０ｍｍであり、例えば約０．５ｍｍである。
【００４６】
一方、副刃先縁１６ｅの最外周の高さは、第２主刃先縁１５ｓの外周側領域の高さよりも高くなっている。図４に示すように、副刃先縁１６ｅの最外周の高さと第２主刃先縁１５ｓの最外周の高さとの差は、好ましくは０．３〜１．０ｍｍであり、例えば約０．５ｍｍである。
【００４７】
以上のような主刃先部１５及び副刃先部１６が、刃先保持部１２に対して、ろう付け等によって所望の位置姿勢で固定されている。本実施形態では、図１に示すように、環状ドリルの径方向に対して各上端縁（切削縁）１５ｅ、１５ｓ、１６ｅの内周側が１〜５°、例えば２°だけ回転方向の後方側に後退した傾斜姿勢で、主刃先部１５及び副刃先部１６が刃先保持部１２に固定されている。
【００４８】
また、主刃先部１５及び副刃先部１６の内周側は、半径ｒ１（＝ｒ４−３．２５ｍｍ）の円筒面に倣うように仕上げられており、主刃先部１５及び副刃先部１６の外周側は半径ｒ４（刃物各種サイズ）の円筒面に倣うように仕上げられている。なお、刃先保持部１２の内径ｒ２は、ｒ１+０．２５ｍｍであり、刃先保持部１２の外径ｒ３は、ｒ４−０．２５ｍｍである。
【００４９】
次に、本実施の形態の作用について説明する。
【００５０】
本実施形態の環状ドリル１０は、シャフト部１１が回転駆動部（不図示）に接続され、当該回転駆動部によって回転駆動されることによって、各主刃先部１５の主刃先縁１５ｅ及び第２主刃先縁１５ｓ並びに各副刃先部１６の副刃先縁１６ｅが切削縁として機能して、穿孔加工を実施することができる（図５参照）。
【００５１】
この時、内周側に位置する主刃先縁１５ｅが軸線方向に対して垂直であることにより、重ね合わされた板材等を穿孔する際でも、上方の板材から切り出される円筒体にバリが生じないため、当該円筒体が刃先部１３と一緒に連れ回ることがない。従って、加工途中で刃先部１３を引き抜いて当該円筒体を取り出す必要がなく、上下の板材の穿孔加工を連続的に実施することができる。
【００５２】
また、加工中に発生する切屑や切粉は、主刃先部１５と副刃先部１６との間の間隙から効果的に排出される。
【００５３】
以上に説明した通り、本実施形態の環状ドリル１０によれば、軸線方向に対して垂直な主刃先縁１５ｅ及び当該主刃先縁の外周側に連続する第２主刃先縁１５ｓによる切削加工を、軸線方向に対して垂直な面から外周側が高く傾斜しており最外周の高さが第２主刃先縁１５ｓの外周側領域の高さより高いという副刃先縁１６ｅによる切削加工によって補うことができる。これら２つの切削加工を協調させることによって、主刃先部１５の負荷を軽減することができ、結果として十分な切削寿命を実現することができる。
【００５４】
また、主刃先縁１５ｅが軸線方向に対して垂直であることにより、重ね合わされた板材等を穿孔する際でも、上方の板材から切り出される円筒体にバリが生じないため、当該円筒体が刃先部１３と一緒に連れ回ることがない。従って、加工途中で刃先部１３を引き抜いて前記円筒体を取り出す必要がなく、上下の板材の穿孔加工を連続的に実施することができる。
【００５５】
更に、本実施形態の環状ドリル１０は、構成がシンプルであるため、比較的低コストに製造することができる。具体的には、前述のように、各主刃先部１５及び各副刃先部１６を刃先保持部１２とは別個に製造しておいて、ろう付け等によって所望の位置姿勢で刃先保持部１２に固定することで、環状ドリル１０を低コストに製造することができる。
【００５６】
なお、本件発明者は、６個全ての刃先部１３を主刃先部１５とした比較品を製造し、その性能についても評価したが、加工時の切削抵抗が高く、環状ドリルとしての寿命が不十分であることが確認された（段落００１０及び段落００１１参照）。
【００５７】
また、本件発明者の知見によれば、刃先部１３の数については、加工対象の穴径がφ３５以下であれば６個（６枚刃）が好ましく、加工対象の穴径がφ３５以上であれば８個（８枚刃）が好ましい。更に大径の穴を穿孔するためには、刃先部１３の数は、１０個以上の偶数個であることが好ましい。
【００５８】
図６は、本発明の他の実施形態に係る８枚刃の環状ドリル２０の平面図である。本実施形態の環状ドリル２０における刃先部は、周方向に４５°毎にそれぞれ１個ずつ交互に、４個の主刃先部２５と、４個の副刃先部２６と、を有している。
【００５９】
主刃先部２５及び副刃先部２６の各要素の寸法は、図１乃至図４を参照して説明した各寸法と同様であり、主刃先部２５及び副刃先部２６の各要素間の相対関係（角度、高さの差等）についても、図１乃至図４を参照して説明した相対関係（角度、高さの差等）と同様である。
【００６０】
本実施形態の環状ドリル２０によっても、シャフト部が回転駆動部（不図示）に接続され、当該回転駆動部によって回転駆動されることによって、各主刃先部２５の主刃先縁及び第２主刃先縁並びに各副刃先部２６の副刃先縁が切削縁として機能して、穿孔加工を実施することができる（図５参照）。
【００６１】
なお、以上の各実施形態では、１個の主刃先部１５、２５と１個の副刃先部１６、２６とが交互に配置されているが、２個の主刃先部と１個の副刃先部とが交互に配置されて、刃先部の数が６（６０°おき）、９（４０°おき）、１２（３０°おき）・・・といった３の倍数である態様等も採用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  環状ドリル
１１  シャフト部
１２  刃先保持部
１３  刃先部
１５  主刃先部
１５ｅ  主刃先縁（上端縁の一部）
１５ｓ  第２主刃先縁（上端縁の一部）
１６  副刃先部
１６ｅ  副刃先縁（上端縁）
２０  環状ドリル
２５  主刃先部
２６  副刃先部
５０  環状ドリル
５１  シャフト部
５２  刃先保持部
５３  刃先部
５７  センターピン
５８  切り出された円筒体
５８ｂ  バリ
６１  板材
６１ｃ  切り出された円筒体
６２  板材
【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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【図１１】
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