(57)【要約】【課題】径比穴深さが２０程度までの深穴加工を超硬合金製ドリルで可能ならしめる。【解決手段】本体部２とシャンク３が一体のメソッドドリル１を靱性に優れる超硬合金で形成する。また、断面変化点Ａを境にして本体部の先端側の領域２ａの断面積よりも後部側領域２ｂの断面積を小さくし、領域２ａの長さを好ましくはＬ／５〜Ｌ／４とし、切削時の荷重によるたわみを領域２ｂ部で起こさせるようにした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部とシャンクが靱性に優れる超硬合金で一体に形成されており、最大加工穴深さＬに対して本体部の先端からほぼＬ／５以上後退した位置に断面変化点を有し、その断面変化点を境にして本体部の先端側の断面積ＺＡ　よりも後部側の断面積ＺＸ　を小さくした深穴加工用ツイストドリル。
【請求項２】
本体部の先端側の断面積ＺＡ　と芯厚を可及的に大きくし、そのＺＡ　と後部側の断面積ＺＸ　の比ＺＸ　／ＺＡ　をほぼ０．９〜０．８とした請求項１記載の深穴加工用ツイストドリル。
【請求項３】
外周にバックテーパを、表面に良熱伝導性の硬質コーティング膜を、内部にオイルホールを各々設けた請求項１又は２記載の深穴加工用ツイストドリル。
【請求項４】
ドリル径Ｄと最大加工穴深さＬの比Ｌ／Ｄを約２０とした請求項１乃至３のいずれかに記載の深穴加工用ツイストドリル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、径比で約２０倍までの深穴加工を可能ならしめた超硬合金製のソリッドタイプのツイストドリルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在深穴加工に用いられているロングドリルは高速度鋼で形成されており、硬度の高いワーク材質には対応できず、高速切削も望めない。
【０００３】
このため、超硬合金製の深穴加工用ドリルが切望されているが超硬合金製のソリッドドリルは、径Ｄと最大加工穴深さＬ（＝有効部長さ）の比（Ｌ／Ｄ）を大きくするのが難しい。径比の穴深さが大きくなるとドリルが折れ易くなる。
【０００４】
そこで、折損対策として、工具材質、工具形状などの工夫がなされている。例えば、材質面では、原料粉の微粒子化等で靱性を高めた超硬合金が開発されている。また、表面に良熱伝導性のコーティング膜を設けて放熱性や切屑の流出性を高めることも行われており、これ等は折損防止に役立つ。
【０００５】
一方、形状面では、（１）ウェブテーパをつけるなどして断面積（即ち剛性）を先端から後部に向かって次第に増大させる。（２）溝の面積や形状を工夫して切屑を詰まり難くする。（３）溝のねじれ角を途中から変化させて切屑の流出経路を短縮する。と言ったことがなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
材質、形状面での工夫の組み合わせ、及び適正給油圧の設定などにより、超硬合金製ドリルについてもＬ／Ｄの値を大きくすることが可能になってきているが、従来の策では径比の穴深さが大きくなるとドリルの折損が生じ、一般のマシニングセンタで水溶性切削液を使用して行う加工ではＬ／Ｄが２０にもなるような深穴加工は実現されていない。
【０００７】
このため、高速度鋼製ドリルで対応できないワークの深穴加工は専らガンドリルを用いて行っているが、ガンドリルでは高能率穿孔が望めない。
【０００８】
なお、最近ではＭＱＬ（Ｍｉｎｉｍｕｍ　Ｑｕａｎｔｉｔｙ　Ｌｉｑｕｉｄ　）装置を使用することにより一部の加工についてはＬ／Ｄ＝２０の深穴加工が可能になっているが、この方法は機内にＭＱＬ装置を必要とし、使用する加工機が制限される。
【０００９】
この発明は、加工の高能率化のために、超硬合金製ドリルではこれまで困難とされていた径比の穴深さＬ／Ｄが２０程度の深穴加工も安定して行えるようにすることを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、本体部とシャンクが一体になっているソリッドドリルを、靱性に優れる超硬合金で形成する。また、最大加工穴深さＬに対して本体部の先端からほぼＬ／５以上後退した位置、好ましくはＬ／４点付近に断面変化点を有し、その断面変化点を境にして本体部の先端側の断面積ＺＡ　よりも後部側の断面積ＺＸ　を小さくしたものにする。
【００１１】
このドリルは、本体部の先端側の断面積ＺＡ　と芯厚を可及的に大きくし、そのＺＡ　と後部側の断面積ＺＸ　の比ＺＸ　／ＺＡ　をほぼ０．９〜０．８としたものが特に好ましい。
【００１２】
外周にバックテーパを、表面に良熱伝導性の硬質コーティング膜を、内部にオイルホールを各々設けると更に好ましい。
【００１３】
このように構成したドリルは、径比の穴深さＬ／Ｄを約２０まで高めることができる。
【００１４】
【作用】
この発明では、断面変化点を境にして本体部の後部側の断面積を先端側の断面積よりも減少させており、従来、ドリルとは逆に後部側の剛性が先端側の剛性よりも低くなる。
【００１５】
その作用について以下に述べる。
【００１６】
ドリルの折損の原因としては、下記のことなどが考えられる。
▲１▼　刃先不具合等による切屑詰まり。
▲２▼　ドリルの座屈荷重。
▲３▼　ドリルの撓み変化。
▲４▼　たわみの繰り返しによる金属熱疲労。
▲５▼　ねじり応力。
【００１７】
このうち、▲１▼に対しては、刃先形状、溝の形状、サイズなどの適正化で、また、▲２▼、▲５▼に対しては、安全率を見込んだ座屈荷重、ねじり剛性の設定でそれぞれ対応することができる。しかし、▲１▼、▲２▼、▲５▼に対する対応を講じてもなおドリルが折れる。それは、▲３▼に対する対応が充分でなかったからであると考えられる。
【００１８】
ドリルがたわむと、図４に示すように、ワークに対する先端の当り角θがθ１　に変化する。その当り角の変化で切削が不安定になって溝に詰まり易い切屑が発生し、切削抵抗も変動する。また、ドリルの直進性も不安定になり、穴曲がりが生じる。超硬合金製のドリルは、穴曲がりが生じて曲げ荷重を受けると簡単に折れてしまう。
【００１９】
上述したように、シャンクに近い後部側の本体部剛性を先端側の剛性よりも低くすると、図５に示すように、剛性の低い部分でたわみが生じるようになり、たわみの一次変曲点の位置が断面変化点Ａ付近まで後退する。また、たわみの曲率半径中心Ｏの位置もシャンク側、即ち、チャックＣによる拘束点側に移動し、通常のドリルに比べて最大曲げモーメント量も小さくなる。このため最大たわみ量ｈ２　（＝Ｄ／２＋α）が図４の従来ドリルの最大たわみ量ｈ１　に比べて小さくなる。
【００２０】
これにより、たわみによる当り角θの変化が小さく抑えられ、ドリルの直進性が向上し、たわみ変化による切屑の性状悪化やそれによる切屑詰まりも少なくなる。
【００２１】
また、剛性の高い本体部の先端側が加工穴面により垂直拘束に近い状態に拘束されてガイドの役目をなす。これに加え、先端側の拘束により前後の拘束点間の距離が短くなり、オイラーの長柱の公式で言う拘束係数もアップして座屈に対する強度も高まる。
【００２２】
さらに、剛性の低い後部側は適度な曲がりのバランスが保たれ、それにより切削時の振動や小さな衝撃なども吸収される。また、たわみの減少により回転時にいわゆる縄跳び現象（ドリルがたわんだまま回転する現象）が発生しても、ドリルそのものが加工穴の口元付近に接触することが回避され（この接触も破損原因となる）、これ等の相乗効果で加工が安定し、Ｌ／Ｄがほぼ２０でも折損を招かずに加工が行えるようになったと推測される。
【００２３】
なお、断面変化点は、オイラーの長柱の公式によって座屈強さを高める拘束点を求めた結果、ドリル先端からほぼＬ／５以上後退した位置、中でもＬ／４付近が適当と考えられたのでその値を選んだ。ドリルの再研磨を考慮すると、Ｌ／４に再研磨量を加算した付近を断面変化点の上限となすのがよい。
【００２４】
本体部の後部側の断面積ＺＸ　は、先端側の断面積ＺＡ　の９割を超えると、この発明が狙いとしている効果が薄れ、また、ＺＡ　の８割以下では耐座屈荷重の低下が著しくなってそれに起因したドリルの折損が起こり易くなる。従って、ＺＸ　／ＺＡ　は０．９〜０．８の範囲とするのがよい。
【００２５】
このほか、バックテーパ、良熱伝導性の硬質コーティング膜、及びオイルホールも、径比での穴深さを大きくするのに役立つ。バックテーパがあると、ドリルと加工穴面間にバックテーパによるクリアランスが生じるため、断面変化点よりも後部側の本体部がワークに進入してもたわみの一次変曲点の位置変動が起こらず、後部側でたわみを起こさせることによる効果が安定して引き出される。
【００２６】
また、硬質コーティング膜は放熱性と切屑の流出性を向上させ、オイルホールを通しての切削油供給は、冷却と潤滑及び切屑の強制排出効果を生じさせる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。この深穴加工用ドリル１は、本体部２とシャンク３が一体に形成された２枚刃のソリッドタイプのツイストドリルであり、全体が靱性に優れる超硬合金で形成されている。
【００２８】
図では判らないが、本体部２の外周には０．３／１００〜０．４／１００程度のバックテーパが付されている。また、表面には熱伝導率の良い硬質コーティング膜（例えばＴｉやＡｌなどの化合物膜）４が設けられ、さらに、内部にオイルホール５が設けられている。
【００２９】
以上の構成は従来ドリルと変わるところがない。即ち、図示のドリル１は、本体部２の長手途中に断面変化点Ａを有し、その断面変化点Ａよりも先端側の領域２ａの断面積をＺＡ　、断面変化点よりも後部側の領域２ｂの断面積をＺＸ　としてＺＡ　＞ＺＸ　の条件を満足させている。
【００３０】
図３（ａ）に領域２ａの前端位置の断面を、図３（ｂ）に領域２ｂの前端位置の断面を各々示す。
【００３１】
断面変化点Ａは、最大加工穴深さをＬ（有効部長さ）として、ドリル先端からほぼＬ／５〜Ｌ／４後退した位置に設定している。また、この断面変化点Ａは、断面変化が急激過ぎるとそこに応力が集中するので若干幅をもたせ、領域２ａから２ｂに移る間に断面積をＺＡ　からＺＸ　に徐々に変化させている。領域２ａ、２ｂの断面積は、たわみの一次変曲点の位置と曲率半径中心点の位置をシャンク３側に近づける目的が損なわれなければ各領域の前端から終端までの間で多少変化していてもよい。この発明では、これは断面変化とは見なさない。
【００３２】
領域２ａは、切屑排出に支障を来さない範囲で芯厚Ｗと断面積ＺＡ　をできる限り大きくするのがよい。
【００３３】
領域２ｂの断面積ＺＸ　は、領域２ａの断面積ＺＡ　の９割から８割に設定している。この中には、バックテーパによる断面積減少分も含まれている。なお、領域２ａ、２ｂの断面積が各領域で一定していない場合には、各領域の平均値をＺＡ　、ＺＸ　とする。
【００３４】
次に、この発明のドリルの好ましい使用法について述べる。
【００３５】
まず、加工法であるが、ワークに予め、Ｄ／２〜１Ｄ程度の深さの精度の良いドリルガイド用の下穴（好ましくは穴底が平坦な穴）をあけておくのがよい。この下穴でドリルの先端をガイドして穿孔を開始する。このとき、オイルホール５から切削油を供給する。給油圧力は穴深さにもよるが、約２ＭＰａ以上が目安となる。
【００３６】
また、ドリルに加える推力（スラスト荷重）は、座屈荷重よりも当然に小さくするが、その推力によるドリルのたわみ量がバックテーパによって加工穴の内面との間に生じるクリアランスよりも大きくならないように送り量を設定する。
【００３７】
この発明のドリルは、従来ドリルに比べてたわみの一次変曲点及び曲率半径中心点がシャンク側に移動してたわみによる先端の当り角の変化が小さく抑えられるため、領域２ａの部分が直進性良くワークに切り込まれ、その領域２ａ部が加工穴に拘束されてガイドの役目を果たす。また、領域２ｂが適度にたわんで切削時の振動や衝撃を吸収し、これにより加工の安定性が高まり、たわみ変動による切屑の性状悪化、それによる切屑詰まり、先端当り角の変化による穴曲がりが減少し、折損に至る無理な負荷が加わらなくなる。
【００３８】
なお、直径Ｄ＝７ｍｍの試作ドリルで材質Ｓ５５Ｃ相当のワークを加工したところ、深さがほぼ１５０ｍｍの穴（Ｌ／Ｄ≒２０）をトラブル無くあけることができた。通常のマシニングセンタを用いた超硬合金製ドリルによるこのような深穴加工は、特殊なワークを除いて過去に成功した例がない。
【００３９】
同径、同深さの穴をガンドリルで穿孔する場合、１分強の時間を要しているが、この発明のドリルによる加工所要時間は僅か１８秒であり、加工能率を飛躍的に向上させることができた。
【００４０】
この発明のドリル、ガンドリルとも、使用した加工機は縦型マシニングセンタであり、ワークに前述の下穴を予め設けて加工を行った。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明のドリルは、たわみの一次変曲点と曲率半径中心点を拘束点側（シャンク側）に近づけ、かつ座屈に対する拘束係数を高める工夫を施したので、たわみを小さくしてたわみによる先端の当り角の変化を小さく抑えることができ、また、断面積の少ない後部側のたわみで切削時の振動や小さな衝撃なども吸収でき、加工の安定性が向上し、たわみ変化による切屑の性状悪化、それによる切屑詰まりも減少する。
【００４２】
また、たわみの減少により、加工穴口元部へのドリル接触、それに起因した破損も防止でき、このため、超硬合金製ドリルでは過去に例のない径比穴深さが２０程度までの深穴加工をトラブルなく行えるようになり、高速度鋼製のロングドリルやガンドリルでなされていた穿孔をこの発明のドリルで行って穿孔能率を飛躍的に向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のドリルの実施形態を示す側面図
【図２】同上のドリルの拡大正面図
【図３】（ａ）図１のＩ−Ｉ部の拡大断面図
（ｂ）同じくＩＩ−ＩＩ部の拡大断面図
【図４】従来ドリルのたわみの説明図
【図５】この発明のドリルのたわみの説明図
【符号の説明】
１　ドリル
２　本体部
２ａ　先端側領域
２ｂ　後部側領域
３　シャンク
４　硬質コーティング膜
５　オイルホール
Ａ　断面変化点
Ｃ　チャック
θ　先端の当たり角
θ１　　変動した当たり角
Ｏ　曲率半径中心点
ｈ１　、ｈ２　　最大たわみ量
ｒ１　、ｒ２　　たわみの曲率半径
【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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