(57)【要約】【課題】ＣＦＲＰとアルミ二ウム合金の積層材料等に対して穴あけ加工を行う際に、加工穴開口端にバリが生じることを防止できるとともに、加工穴底部からの切屑の排出を促進して切削加工を良好に行うことができるドリルを提供する。【解決手段】ドリル本体１０の先端側外周に切屑排出溝１３が形成され、ドリル本体１０の先端側に向けて開口する凹溝１５に、切刃２２を備えた刃先部材１８が固定されてなるドリルにおいて、刃先部材１８は、ダイヤモンド層の両側に超硬合金層が配置され、切刃２２がダイヤモンド層に形成されており、切刃２２の先端角αが１３５°≦α≦１４５°の範囲内に設定され、切屑排出溝１３は、後端側に向かうにしたがいドリル回転方向Ｔ後方側に向けてねじれ角θでねじれており、ねじれ角θが２５°≦θ≦３５°の範囲内に設定され、ドリル本体１０には、先端側に向けて開口する流体供給孔３０が穿設されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転されるドリル本体の先端側外周に、後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、前記ドリル本体には、その先端側に向けて開口する凹溝が形成され、該凹溝に、先端に切刃を備えた刃先部材が固定されてなるドリルにおいて、
前記刃先部材は、ダイヤモンド層の両側に超硬合金層が配置された多層構造とされて、前記ダイヤモンド層に、前記切刃が前記ドリル本体の外周側に向かうにしたがい後端側に向けて延びるように形成されており、
前記切刃の先端角αが１３５°≦α≦１４５°の範囲内に設定されるとともに、
前記切屑排出溝は、ドリル本体後端側に向かうにしたがいドリル回転方向後方側に向けてねじれ角θでねじれるように形成され、前記ねじれ角θが２５°≦θ≦３５°の範囲内に設定されており、
前記ドリル本体には、先端側に向けて開口する流体供給孔が穿設されていることを特徴とするドリル。
【請求項２】
前記刃先部材の外径Ｄ２が、前記ドリル本体の外径Ｄ１よりも一段大きくされていることを特徴とする請求項１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、航空機用材料として使用される炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）とアルミ二ウム合金との積層材料等に対して穴あけ加工を施す際に使用されるドリルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＦＲＰ等の複合材料に対して穴あけ加工を行うドリルとして、例えば特許文献１に示すようなドリルが提案されている。
特許文献１に開示されているドリルは、板状硬質焼結体の両面に焼結金属等を配した３層構造の複合硬質焼結体をドリル本体の先端にろう付け等で固着して、複合硬質焼結体に切刃を形成し、すくい面の一部を凹曲面状に形成することで切刃のラジアルレーキ角及びアキシャルレーキ角をともに正としたものである。
【０００３】
この構成のドリルでは、切刃及びすくい面が硬質焼結体で構成されることになり、切削時の摩耗を防止できるとともに、ラジアルレーキ角及びアキシャルレーキ角が正とされているので切削抵抗を低減でき、ＣＦＲＰを良好に切削できるものである。
【特許文献１】特開昭６１−９５８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記構成のドリルにおいては硬質焼結体からなるすくい面の一部を凹曲面状に加工する必要があり、ドリルの製作コストが増大してしまうとともに、凹曲面状とされた部分の肉厚が薄くなって強度が低下してしまうため、切削抵抗によって欠損してしまうおそれがあった。
【０００５】
また、近年、航空機用材料としてＣＦＲＰとアルミ二ウム合金の板材を積層した積層材料が使用されているが、前記構成のドリルは、ＣＦＲＰ単独での加工またはアルミニウム合金単独での加工を対象としたものであり、これらの積層材料を良好に切削加工することができない。
特に、このようなドリルによってＣＦＲＰとアルミ二ウム合金の板材との積層材料に穴あけ加工を施した場合に、ドリルの抜け側にアルミニウム合金の板材が配設されると、アルミ二ウム合金側の加工穴開口部に大きなバリが発生してしまうことになる。
【０００６】
さらに、ＣＦＲＰとアルミ二ウム合金との積層材料に、例えば深さ２５ｍｍ以上の深穴を形成する場合には、加工穴底部に切屑が堆積し易く、切削加工ができなくなるといった問題があった。
このように、従来、ＣＦＲＰとアルミ二ウム合金の積層材料等を良好に切削加工できるドリルは提供されていなかった。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ＣＦＲＰとアルミ二ウム合金の積層材料等に対して穴あけ加工を行う際に、加工穴開口端にバリが生じることを防止できるとともに、加工穴底部からの切屑の排出を促進して切削加工を良好に行うことができるドリルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するために、この発明は、軸線回りに回転されるドリル本体の先端側外周に、後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、前記ドリル本体には、その先端側に向けて開口する凹溝が形成され、該凹溝に、先端に切刃を備えた刃先部材が固定されてなるドリルにおいて、前記刃先部材は、ダイヤモンド層の両側に超硬合金層が配置された多層構造とされて、前記ダイヤモンド層に、前記切刃が前記ドリル本体の外周側に向かうにしたがい後端側に向けて延びるように形成されており、前記切刃の先端角αが１３５°≦α≦１４５°の範囲内に設定されるとともに、前記切屑排出溝は、ドリル本体後端側に向かうにしたがいドリル回転方向後方側に向けてねじれ角θでねじれるように形成され、前記ねじれ角θが２５°≦θ≦３５°の範囲内に設定されており、前記ドリル本体には、先端側に向けて開口する流体供給孔が穿設されていることを特徴としている。
【０００９】
この構成のドリルでは、切刃の先端角αが１３５°以上とされているので、アルミ二ウム合金の板材側にドリルが貫通する際に、切刃が一気に抜け出ることになりアルミ二ウム合金側の加工穴開口部のバリを抑えることができる。また、前記先端角αが１４５°以下とされているので、１回転あたりの切削量が大きくなって切削抵抗が増大することを防止できるとともに、切刃が刃先部材のダイヤモンド層に形成されていて、ＣＦＲＰの内部に配置されているカーボン繊維に対して切刃が角度を持って交差することになり、カーボン繊維を確実に切断してＣＦＲＰの切削加工を良好に行うことができる。
【００１０】
さらに、切屑排出溝のねじれ角θが２５°以上とされているので、加工穴の底部で発生する切屑の排出が促進されて穴あけ加工を良好に行うことができる。また、前記ねじれ角θが３５°以下とされているので、軸線に直交する断面においてドリル本体を切り欠く部分が少なくなり、ドリル本体の剛性を向上させることができる。
さらに、ドリル本体先端に開口する流体供給孔が形成されているので、この流体供給孔からエア等の流体を吐出させることで、加工穴底部の切屑の排出を促進できる。さらに、吐出したエア等の流体によって切刃が冷却されることになり、切刃の寿命延長を図ることができる。
【００１１】
ここで、前記刃先部材の外径Ｄ２を、前記ドリル本体の外径Ｄ１よりも一段大きくするように構成することにより、アルミ二ウム合金とドリル本体との摺動を防止して、ドリル本体にアルミ二ウム合金が溶着することを防止できる。さらに、加工穴の底部外周側に位置する切屑が刃先部材のすくい面によって切屑排出溝へと案内されるため、切屑の排出をさらに促進できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＣＦＲＰとアルミ二ウム合金の積層材料等に対して穴あけ加工を行う際に、加工穴開口端にバリが生じることを防止できるとともに、加工穴底部からの切屑の排出を促進して切削加工を良好に行うことができるドリルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態であるドリルについて、添付した図面を用いて説明する。図１から図５に本発明の実施の形態であるドリルを示す。このドリルは、ＣＦＲＰとアルミ二ウム合金の積層材料に穴あけ加工を施す際に使用されるものである。
このドリルは、図１に示すように、軸線Ｏを中心とした概略円柱状をなすドリル本体１０を有しており、このドリル本体１０後端側（図１において上側）部分が工作機械の回転軸に把持されるシャンク部１１とされるとともに、ドリル本体１０先端側（図１において下側）が切刃部１２とされている。
【００１４】
切刃部１２の外周には、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがいドリル回転方向Ｔ後方側にねじれる一対の切屑排出溝１３が、軸線Ｏに対して１８０°回転対称となるように形成されている。
そして、この切屑排出溝１３と軸線Ｏとがなす角度、いわゆるねじれ角θは、２５°≦θ≦３５°の範囲内となるように設定されており、本実施形態においては、θ＝３０°とされている。
【００１５】
また、切刃部１２の外周面のうち切屑排出溝１３が形成されていない部分がランド部１４とされており、このランド部１４は、切屑排出溝１３と同様に、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがいドリル回転方向Ｔ後方側にねじれ角θでねじれるように形成されている。この切刃部１２の軸線Ｏに直交する断面においてランド部１４がなす円の外径が、このドリル本体１０の外径Ｄ１とされる。
【００１６】
ドリル本体１０の先端には、ドリル本体１０の先端面１０Ａに開口するとともにドリル本体１０後端側に凹んで軸線Ｏを通る直径方向に延びる凹溝１５が形成されている。この凹溝１５は、軸線Ｏ方向先端側を向いて軸線Ｏに直交する底面１６と、この底面１６から屹立して軸線Ｏに平行に延びて、ドリル本体１０の先端面１０Ａに交差する一対の側壁面１７、１７とを備えている。これら一対の側壁面１７、１７の間の距離、つまり凹溝１５の溝幅は、その延在方向及び深さ方向において一定とされている。この凹溝１５は、底面１６と側壁面１７とに沿った側面視において、ドリル本体１０の先端面１０Ａに向けて「コ」の字状に開口するように構成されている。
【００１７】
詳述すると、凹溝１５は、ドリル本体１０の先端において、切屑排出溝１３のドリル本体１０先端側におけるドリル回転方向Ｔ前方側を向く壁面同士の間が、軸線Ｏを通る直径方向に切り欠かれるようにして形成されたものであり、その延在方向の両端側部分において、切屑排出溝１３にそれぞれ連通させられている。
【００１８】
この凹溝１５に、後述する刃先部材１８が挿入されて、刃先部材１８とドリル本体１０とがろう付け等によって固定されることによりドリルが構成される。
刃先部材１８は、その外形が五角形平板状とされ、ダイヤモンド焼結体（ＰＣＤ：Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｄｉａｍｏｎｄ）からなるダイヤモンド層１９の両側に超硬合金からなる超硬合金層２０が配置された３層構造とされている。
【００１９】
刃先部材１８が凹溝１５に固定された状態において、刃先部材１８のドリル回転方向Ｔ前方側を向く面がすくい面２１とされており、このすくい面２１部分は前記超硬合金層２０が除去されてダイヤモンド層１９が露呈されている。また、刃先部材１８の先端面は軸線Ｏから外周側に向かうにしたがい漸次後退する２等辺三角形状をなすように形成されており、この先端面と前記すくい面２１との交差稜線部に、それぞれ切刃２２が形成されている。すくい面２１にダイヤモンド層１９が露呈されていることから、この切刃２２もダイヤモンド層１９部分に形成されている。また、すくい面２１が平面状に形成されているので、先端視において切刃２２は直線状をなしている。
【００２０】
刃先部材１８の先端面には、前記切刃２２のドリル回転方向後方側に連なる第１先端逃げ面２３が形成されており、このドリルには、一対の第１先端逃げ面２３が軸線Ｏを中心として１８０°回転対称に配置されている。
また、第１先端逃げ面２３のドリル回転方向Ｔ後方側には、第１先端逃げ面２３よりも逃げ角が大きくされた第２先端逃げ面２４が設けられている。この第２先端逃げ面２４は、ダイヤモンド層１９及び超硬合金層２０からドリル本体１０の先端面１０Ａにわたって形成されている。
本実施形態では、第１先端逃げ面２３の逃げ角は１０°とされ、第２先端逃げ面２４の逃げ角が２５°とされており、切刃２２には、ドリル回転方向Ｔ後方側に向かうにしたがい多段的に大きくなるような逃げが与えられている。
【００２１】
そして、切刃２２の先端角αは、１３５°≦α≦１４５°の範囲内となるように設定されており、本実施形態においては、α＝１４０°とされている。
また、切刃２２の外周端からドリル回転方向Ｔ後方側に連なる外周面のうちダイヤモンド層１９が露呈された部分にマージン部２６が形成され、このマージン部２６のドリル回転方向Ｔ後方側には、ダイヤモンド層１９、超硬合金層２０、ドリル本体１０にわたって、二番取り面２７が形成されている。
【００２２】
また、ドリルの先端には、軸線Ｏで互いに交差して、それぞれ第２先端逃げ面２４の一部を切り欠くようにして延びる一対のシンニング面２８が形成されており、これらシンニング面２８同士が交差する角度、いわゆるシンニング角βは、９０°≦β≦１３０°の範囲内となるように設定されており、本実施形態ではβ＝９０°とされている。
このシンニング面２８と第１先端逃げ面２３との交差稜線部には直線状をなすシンニング切刃２９が形成され、シンニング切刃２９の外周端が切刃２２の内周端と接続されている。
【００２３】
そして、このシンニング面２８のドリル本体１０の先端面１０Ａ部分には、ドリル本体１０後端面にまで延びる流体供給孔３０が開口されている。
さらに、軸線Ｏに直交する断面において、それぞれの切刃２２の外周端を結んだ距離が刃先部材１８の外径Ｄ２とされ、この刃先部材１８には、後端側に向かうにしたがい漸次この外径Ｄ２が小さくなるようにバックテーパが付されており、本実施形態では、０．３５／１００から０．４０／１００のバックテーパが付されている。
そして、この刃先部材１８の外径Ｄ２は、ドリル本体１０の外径Ｄ１よりも大きくなるように形成されている。
【００２４】
以上のような構成とされたドリルは、ドリル本体１０の後端側に形成されたシャンク部１１が工作機械の主軸端に把持されて、軸線Ｏ回りに回転されるとともに軸線Ｏ方向先端側に向けて送られて、ＣＦＰＲとアルミ二ウム合金の板材との積層材料からなる被切削材に押し当てられ、被切削材に所定の内径の加工穴を形成するものである。このドリルでの切削加工の際には、ドリル本体１０に形成された流体供給孔３０を通じて切刃２２に向けてエアが供給される。
【００２５】
本実施形態であるドリルによれば、切刃２２の先端角αが１３５°≦α≦１４５°の範囲内に設定され、より具体的にはα＝１４０°とされているので、アルミ二ウム合金側にドリルが貫通する際に切刃２２が一気に突き抜けることになり、アルミ二ウム合金側の加工穴開口部のバリを抑えることができるとともに、ドリル１回転あたりの切削量が抑えられて切削抵抗が小さくなり切削加工を良好に行うことができる。さらに、ＣＦＲＰの内部に配置されたカーボン繊維に対して切刃２２が角度を持って交差することになり、ＣＦＲＰの切削加工を良好に行うことができる。
【００２６】
また、切屑排出溝１３のねじれ角θが２５°≦θ≦３５°の範囲内に設定され、より具体的にはθ＝３０°とされているので、加工穴の底部で発生する切屑の排出が促進されて穴あけ加工を良好に行うことができるとともに、ドリル本体１０が大きく切り欠かれることがなくドリル本体１０の剛性を確保することができる。
また、ドリル本体１０のシンニング面２８に開口する流体供給孔３０が形成されているので、切削加工中にこの流体供給孔３０からエアを吐出することで、加工穴底部の切屑の排出をさらに促進できる。また、このエアによって切刃２２が冷却されることになり、切刃２２の寿命延長を図ることができる。
【００２７】
さらに、刃先部材１８の外径Ｄ２が、ドリル本体１０の外径Ｄ１よりも一段大きくされているので、アルミ二ウム合金とドリル本体１０とが摺動することを防止でき、アルミ二ウム合金がドリル本体１０に溶着することを防止できる。さらに、加工穴底部の外周側に位置する切屑がすくい面２１によって切屑排出溝１３へと案内されるため、切屑の排出をさらに促進できる。
【００２８】
また、すくい面２１、切刃２２及びマージン部２６が、切刃部材１８のダイヤモンド層１９部分に形成されているので、これらすくい面２１、切刃２２及びマージン部２６の耐摩耗性が向上し、このドリルの寿命延長を図ることができる。
【００２９】
このように本実施形態であるドリルによれば、ＣＦＲＰとアルミ二ウム合金との積層材料に対して穴あけ加工を行う際に、アルミ二ウム合金側の加工穴開口部にバリが発生することを防止できるとともに、加工穴からの切屑の排出を促進して長時間にわたって穴あけ加工を良好に行うことができる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態であるドリルについて説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、ドリル形状については、本実施形態に制限されることはなく、被削材の形状や加工条件を考慮して適宜設定することが好ましい。ただし、先端角αは１３５°≦α≦１４５°、切屑排出溝１３のねじれ角θは２５°≦θ≦３５°の範囲内となるように設定する必要がある。
【００３１】
また、本実施形態では、ＣＦＲＰとアルミ二ウム合金との積層材料に対して穴あけ加工を行うドリルとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば、ＣＦＲＰとチタン合金との積層材料などに対して適用しても良い。
【実施例１】
【００３２】
以下に、本発明の効果を確認すべく実施した比較実験の結果について説明する。
比較実験１では、先端角αを変更してアルミ二ウム合金側の加工穴開口部のバリの発生状況を確認した。被削材であるＣＦＲＰ２０ｍｍ＋アルミ二ウム合金３ｍｍの積層材料に、φ８ｍｍの貫通孔を、切削速度６３ｍｍ／ｍｉｎ，送り速度０．０５ｍｍ／ｒｅｖの切削条件で３００穴を加工した。実験結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2008142834.tif 000003
【００３４】
表１に示すように、先端角αが９０°、１１８°、１２０°のものでは、アルミ二ウム合金側の加工穴開口部に大きなバリが発生した。一方、先端角αを１４０°としたものでは、バリの発生は認められなかった。比較実験１の結果から、先端角αを本発明の範囲内に設定することによりバリの発生を効果的に抑えることができることが確認された。
【実施例２】
【００３５】
比較実験２では、ねじれ角θを変更して切屑の排出状態を確認した。被削材であるＣＦＲＰ２０ｍｍ＋アルミ二ウム合金３ｍｍの積層材料に、φ８ｍｍの貫通孔を、切削速度６３ｍｍ／ｍｉｎ，送り速度０．０５ｍｍ／ｒｅｖの切削条件で３００穴を加工した。実験結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
2008142834.tif 000004
【００３７】
表２に示すように、ねじれ角θが０°、１０°のものでは、切削加工中に切屑詰まりが発生し、穴あけ加工ができなくなってしまった。ねじれ角θを３０°としたものでは、切屑詰まりは発生せず、最後まで穴あけ加工を良好に行うことができた。比較実験２の結果から、ねじれ角θを本発明の範囲内に設定することにより切屑の排出を促進でき、穴あけ加工を良好に行うことができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態であるドリルの側面図である。
【図２】図１に示すドリルを先端側から見た図である。
【図３】図２おけるＸ方向矢視図である。
【図４】図２おけるＹ方向矢視図である。
【図５】図２おけるＺ方向矢視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ドリル本体
１３  切屑排出溝
１５  凹溝
１８  刃先部材
１９  ダイヤモンド層
２０  超硬合金層
２２  切刃
３０  流体供給孔
【図１】
2008142834.tif 000005
【図２】
2008142834.tif 000006
【図３】
2008142834.tif 000007
【図４】
2008142834.tif 000008
【図５】
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