(57)【要約】【課題】被削材との摩擦をコスト低減が図れる構造で軽減してドリルの長寿命化などを図ることを課題としている。【解決手段】ドリルのランド部６のドリル回転方向前方の縁に沿った位置にランド部の二番取り領域６ａよりも径方向外側に突出するガイド部７を設け、そのガイド部の外周面７ｂをドリルの軸心から偏心した位置に中心を有する偏心円弧面で形成して回転方向後方に向かって逃げ量が漸増する逃げ部１２をガイド部７の外周の全幅にわたる領域に設けた。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランド部（６）のドリル回転方向前方の縁に沿った位置にランド部の二番取り領域（６ａ）よりも径方向外側に突出するガイド部（７）をマージン部に代わる要素として設け、そのガイド部（７）にバックテーパを付与し、かつ、そのガイド部（７）の外周面（７ｂ）をドリルの軸心から偏心した位置に中心を有する偏心円弧面で形成して回転方向後方に向かって逃げ量が漸増する逃げ部（１２）をガイド部（７）の外周の全幅にわたる領域に設けたドリル。
【請求項２】
前記ガイド部（７）のドリル回転方向前端に位置するリーディングエッジ（７ａ）の外径と、ドリル回転方向後端のエッジ（７ｃ）の外径との差を０．１ｍｍ以下に設定した請求項１に記載のドリル。
【請求項３】
前記ガイド部（７）の幅（Ｗ）をドリル径（Ｄ）の３％〜１０％の範囲に設定した請求項１又は２に記載のドリル。
【請求項４】
表面に耐摩コーティング膜（１３）を有する被覆ドリルとして構成された請求項１〜３のいずれかに記載のドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被削材(ワーク)との摩擦をコスト低減が図れる構造で軽減して長寿命化などを図った金属加工用のドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の穴あけに用いるドリルで、マージンと被削穴の内径面との接触領域を減少させる工夫を施したものが下記特許文献１、２に開示されている。
【０００３】
特許文献１が開示しているドリルは、図６に示すように、ドリルの軸心と同心円上にあるマージン部１５の円筒面１６をリーディングエッジ１７側に一定幅（その幅ｔは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍで、しかも本来のマージン幅の２／３以下）だけ残し、そこからマージン部１５の回転方向後端までの部分に角度θの逃げをつけており、そのような構造にすることで、マージン部と被削穴の内壁面との接触面積を小さくして摩擦熱や摩耗などに起因する寿命低下を抑制し、また、摩耗を抑制することで切れ味を維持して切削トルクの増大なども抑制するようにしている。
【０００４】
また、特許文献２が開示しているドリルは、マージン部をドリルの外径線に接する部分と接しない部分とで構成してマージン部と被削穴の内壁面との接触面積を小さくしている。この特許文献２は、摩擦熱を減少させて被削材に加工変質層が形成されるのを抑制することを目的としているが、マージン部の摩擦を軽減する手法は特許文献１と共通している。なお、この特許文献２は、マージン部のドリル外径線に接する部分の幅をドリル径の５％以下にし、接しない部分は逃げ角が１°〜２°の直線状テーパで成型している。
【特許文献１】特開２００２−１２６９２３号公報
【特許文献２】特開２００２−２０５２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前掲の特許文献１が開示しているドリルは、マージン部の外周に残された円筒面が被削穴の内壁面と擦れて摩耗し、その円筒面が幅をもっているため、摩耗領域が広くなる。また、表面に耐摩耗性のコーティング膜を設けた被覆ドリルに適用すると、マージン部の外周が被削穴の内壁面と面接触することによってコーティング膜の剥離が起こり易くなる。その剥離は、溶着が起こりやすいステンレス鋼などの場合には特に著しく、加工初期にマージン外周のコーティング膜が剥離してドリルの寿命が短縮され易い。
【０００６】
また、マージン部の円筒面の加工とマージン部の外周の一部を逃がす逃げ面の加工を別工程で行うことになるため、加工工程が１工程増えてコストも上昇する。
【０００７】
なお、マージン部に残す円筒面の幅を最小にすれば被削穴内壁面との摩擦が軽減されるが、マージン部の外周に設ける逃げ面の逃げ角を特許文献１が推奨している１０°〜２０°にしたものは、逃げ面によるガイド能力が小さく、ガイド機能の低下が起こる。
【０００８】
特許文献２が開示しているドリルも上記と同様の不具合を有する。この特許文献２の図１に示されたドリルは、マージン部の外周の円筒面をなくしており、摩擦の低減効果が最大に引き出されるが、一方でマージン部のドリル外径線に接しない部分に形成される直線状テーパ面(逃げ面)の逃げ角θが１°〜２°であるので、マージン部によるガイド機能が低下する。マージン部の外周に直線の逃げ部を設けると、（ドリル径Ｄ／２×ｓｉｎθ）×２の式で求まる逃げ面の幅Ｌ（図７参照）は、例えば直径１０ｍｍのドリルの場合、最大で０．３５ｍｍとなり、マージン幅は０．３ｍｍ（ドリル径の３％）程度以下となる。一般的なドリルのマージン部１５（図８参照）の幅Ｗはドリル径の３％〜１０％程度であり、これに比べるとマージン幅が大幅に小さくなるため、マージンによるガイド機能が著しく低下する。
【０００９】
この発明は、従来ドリルに見られる上記の不具合点をなくすること、具体的には、被削材との摩擦をコスト低減が図れる構造で軽減してドリルの長寿命化などを図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、ランド部のドリル回転方向前方の縁に沿った位置にランド部の二番取り領域よりも径方向外側に突出するガイド部をマージン部に代わる要素として設けた。また、そのガイド部にバックテーパを付与し、さらに、そのガイド部の外周面をドリルの軸心から偏心した位置に中心を有する偏心円弧面で形成して回転方向後方に向かって逃げ量が漸増する逃げ部をガイド部の外周の全幅にわたる領域に設けた。
【００１１】
このドリルは、前記ガイド部のドリル回転方向前端に位置するリーディングエッジの外径と、ドリル回転方向後端のエッジの外径との差を０．１ｍｍ以下（ガイド部の外周面の逃げ量が０．０５ｍｍ以下）、望ましくはその差を０．０６ｍｍ以下（前記逃げ量が０．０３ｍｍ以下）に設定したものや、前記ガイド部の幅をドリル径の３％〜１０％の範囲に設定したものが好ましい。また、表面に耐摩コーティング膜を有する被覆ドリルにこの発明を適用すると、特に顕著な効果を期待できる。
【００１２】
なお、ランド部に付与するバックテーパは、ドリルに採用される一般的なバックテーパの大きさと同程度、例えば、０．１〜１／１００（単位ｍｍ）程度でよい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明のドリルは、一般的なドリルに用いられているマージンの円筒面がない。また、ガイド部の外周が偏心円弧面（エキセントリック形状の面）で形成されてガイド部の外周の全幅にわたる領域にテーパの逃げが付いている。そのために、ランドのリーディングエッジ部が被削穴の内壁面に接触し、擦過よって摩耗を生じる領域が少なくなる。ガイド部にバックテーパを付けたこともガイド部の摩耗領域を少なくすることに役立っており、従来品に比べると摩耗による機能低下が抑えられてドリル寿命が長くなる。
【００１４】
また、被覆ドリルでは、被削穴の内壁面に対して広い面で接触することがなくなるため溶着によるコーティング膜の早期剥離が減少し、コーティング膜による耐摩耗性向上の効果が持続してドリルの寿命が延びる。
【００１５】
さらに、ガイド部の外周に円筒面が無いため、ガイド部外周面の加工を１工程で行え、コスト低減も図れる。
【００１６】
なお、ガイド部のリーディングエッジの外径とドリル回転方向後端のエッジの外径の差を０．１ｍｍ（逃げ量を０．０５ｍｍ）以下に設定したものは、穴加工中のドリルの振れなどに対してガイド部の外周面がそれを抑制する面として働き、ガイド機能を損なわずにガイド部の摩耗領域の減少や被覆ドリルにおけるコーティング膜の剥離抑制を実現することができる。
【００１７】
ガイド部の幅をドリル径の３％〜１０％の範囲に設定したもの、特に、ガイド部の外周の逃げ量を０．０５ｍｍ以下に設定し、併せて、ガイド部の幅をドリル径の３％〜１０％の範囲に設定したものは、通常ドリルのマージン幅並みのガイド部幅が確保されているのでガイド機能の低下が少なく、加工穴の穴径精度の低下（穴径の拡大）も抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面の図１〜図５に基づいて説明する。図１〜図４は、刃先交換式ツイストドリルへの適用例を示したものであって、このドリルは、切削ヘッド１をドリル本体２の先端に締結ボルト３で締め付けて着脱自在に取り付けて構成されている。
【００１９】
切削ヘッド１は、先端に中心対称形状の２枚の切れ刃４、４を、外周に各２条のねじれ溝５、５とランド部６、６とガイド部７、７をそれぞれ有している。また、ドリル本体２は、外周に切削ヘッド１の各ねじれ溝に連なる２条のねじれ溝８、８と、ランド部６、６に連なるランド部９、９と、一体のシャンク１０を有している。ガイド部７は、切削ヘッド１のみに設けられており、ドリル本体２にはそのガイド部７は無い。
【００２０】
切削ヘッド１とドリル本体２は、相互突合せ面に断面Ｖ字状の凹凸１１を回転中心基準で放射状配置にして設け、位置の対応した相互突合せ面の凹凸１１を互いに嵌合させてトルク伝達を行う構造にしている（この構造の詳細は特開２００３−１３６３１９号公報などに開示されている）が、両者の嵌合部は例示の構造に限定されない。
【００２１】
各ガイド部７は、ランド部６のドリル回転方向前方の縁に沿った位置に設けており、ランド部６の二番取り領域６ａよりも径方向外側に突出している。このガイド部７は通常ドリルのマージン部に代わる要素として設けられたものであって、０．１〜１／１００（単位ｍｍ）程度のバックテーパが付与されている。ドリル回転方向前端のリーディングエッジ７ａの外径Ｄ１（厳密にはそのエッジの先端外径）はドリル径と等しく、また、このガイド部７の幅Ｗ１は、ドリル径Ｄ（図１参照）の３％〜１０％の範囲に設定されている。
【００２２】
このガイド部７は、図４に示すように、外周面７ｂを、ドリルの軸心から偏心した位置に中心を有する偏心円弧面（エキセントリック形状の面）で形成しており、外周に円筒面が無い。そのために、ガイド部外周面の加工を１工程で行える。また、その偏心円弧面をドリルの回転方向後方側がドリル中心側に入りこむ方向に傾けることでガイド部７の外周にガイド部の全幅にわたって逃げ部１２を設けている。その逃げ部１２は、逃げ量がドリルの回転方向後方に向かって漸増しており、被削穴内壁面との接触がリーディングエッジ７ａの近辺でのみ起こる。
【００２３】
逃げ部１２の逃げ量Ｓは、リーディングエッジ７ａの外径Ｄ１とガイド部のドリル回転方向後端のエッジ７ｃの外径Ｄ２との差の１／２の値になる。ここでは、（Ｄ１−Ｄ２）の寸法を０．１ｍｍ以下に設定しており、そのために、エッジ７ｃの部分における逃げ量Ｓは、０．０５ｍｍ以下となっている。その位置での逃げ量Ｓは、望ましくは０．０３ｍｍ以下である。
【００２４】
図５に示すように、表面に耐摩コーティング膜１３を設けた被覆ドリルにこの発明を適用すると、ガイド部７の外周面に被覆された耐摩コーティング膜１３の早期剥離防止の効果が得られる。この耐摩コーティング膜１３は、図１に示したような刃先交換式ドリルでは少なくとも切削ヘッド１に形成される。そのために、通常のマージンを形成したドリルや円筒面を残してマージン幅を狭めたドリルでは被削材の材質によってはその膜の早期剥離が考えられるようになるが、この発明のドリルであれば、溶着が起こりやすい材質の被削材を加工するときにもドリルの良好な性能を長く維持することができる。
【００２５】
耐摩コーティング膜１３は、周期律表の４ａ族元素、例えば、チタンなどの酸化物、炭化物、窒化物、アルミナ、あるいはこれらを組み合わせた材料などで形成される膜が広く知られており、そのような周知の膜でよい。
【００２６】
なお、この発明は、全体を一体に形成したソリッドドリル、本体部の先端側が超硬合金で形成された先むくドリル、本体部の先端に板状チップを鑞付けしてそのチップで切れ刃を構成した付け刃ドリルなどにも適用できる。
【００２７】
−実施例１−
この発明のドリルの効果の確認試験を行った。試験は、円筒マージンを有する通常のドリル（比較品１）と、外周面が偏心円弧面で形成されたガイド部をマージン部に代わる要素として２箇所のランド部に設け、そのガイド部の逃げ量（図４のＳ）を異ならせたドリル{逃げ量０．０３ｍｍのドリル（発明品１）と０．１ｍｍのドリル（発明品２）}と、特許文献１が示している図６の構造でマージン部１５の円筒面１６の幅ｔを０．２ｍｍに、また、逃げ角θを２０°にそれぞれ設定したドリル（比較品２）を用いて以下の条件で穴あけを行った。そして、そのときのＸ、Ｙ分力と加工穴の穴径拡大量を測定した。そのＸ、Ｙ分力と加工穴の穴径拡大量によってドリルのガイド性の良否を判断することができる。
【００２８】
使用した各ドリルは、φ１８ｍｍ×５Ｄ（加工可能穴深がドリル径の５倍）のロングドリルであり、マージン部、ガイド部の幅はいずれもドリル径の４．４％とした。
−切削条件−
被削材：Ｓ５０Ｃ
切削速度Ｖ：８０ｍ／ｍｉｎ
切削送りｆ：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
【００２９】
この試験におけるＸ、Ｙ分力の測定値を図９に示す。また、穴径拡大量の測定値を表１に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
この試験の結果、発明品１は通常ドリルと大差の無いＸ、Ｙ分力が得られ、穴径拡大量も通常ドリルに近い数値に抑えられている。これは、ガイド機能の低下が抑えられていることを意味する。これに対し、比較品２は、Ｘ、Ｙ分力、穴径拡大が共に大きく、ガイド性が悪い。発明品２はガイド部の外周の逃げ量が大きいためにガイド性能が比較品２と同程度にまで低下し、穴径拡大量も大きくなっているが、ガイド部の摩耗は比較品１、２比べて小さく抑えられる。
【００３２】
−実施例２−
ランド部に設けたガイド部の逃げ量を０．０１５ｍｍに設定した被覆ドリル(発明品３)と、円筒マージンを有する通常の被覆ドリル（比較品３）を使用して以下の条件で穴あけを行い、耐摩コーティング膜の剥離状況を調べた。
【００３３】
ドリルは、いずれもφ１４ｍｍであり、マージン部、ガイド部の幅はドリル径の５％とした。耐摩コーティング膜は、ＰＶＤ法で形成されたＴｉＡｌＮ膜である。
−切削条件−
被削材：Ｓ５０Ｃ
切削速度Ｖ：８０ｍ／ｍｉｎ
切削送りｆ：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切削形態：湿式（水溶性切削油剤使用）
切削長：３１ｍ
【００３４】
発明品３、比較品３の試験後の発明品のガイド部の外周面と比較品のマージンの円筒面の状況を図１０に示す。この図１０からわかるように、比較品３は、マージン部の円筒面１６の全域が摩耗していた（斜線が摩耗痕）が、発明品３の摩耗領域は、ガイド部のリーディングエッジ７ａ近傍のわずかな部分（領域Ｉの部分）のみであった。また、比較品３は耐摩コーティング膜の剥離（黒く塗りつぶした部分）が認められたが、発明品３は、ガイド部の外周面のほぼ全域に耐摩コーティング膜が残されており、初期性能からの性能低下が少ないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明のドリルの一例を示す側面図
【図２】図１のドリルの先端側を拡大して示す図
【図３】図１のドリルの拡大正面図
【図４】図３の鎖線枠部を拡大して示す図
【図５】被覆ドリルの一例の要部を示す拡大断面図
【図６】特許文献１が開示しているドリルの要部の拡大断面図
【図７】特許文献２が開示しているドリルの要部の拡大断面図
【図８】従来ドリルのマージンを示す拡大断面図
【図９】発明品と比較品のＸ、Ｙ分力の測定値を比較して示す図
【図１０】発明品と比較品のガイド部の摩耗状況を比較して示す図
【符号の説明】
【００３６】
１          切削ヘッド
２          ドリル本体
３          締結ボルト
４          切れ刃
５、８      ねじれ溝
６、９      ランド部
６ａ        二番取り領域
７          ガイド部
７ａ        リーディングエッジ
７ｂ        外周面
７ｃ        後端エッジ
１０        シャンク
１１        凹凸
１２        逃げ部
１３        耐摩コーティング膜
１５        マージン部
１６        円筒面
１７        リーディングエッジ
【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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