(57)【要約】【課題】  ミスト噴霧などの最少量潤滑で使用する場合でも、主軸負荷が安定して実用上満足できる穴明け性能が得られるようにする。【解決手段】  中心側切れ刃２０の凸円弧形状の半径ｒが２．８ｍｍで、ドリル直径Ｄ（＝８．０ｍｍ）に対して０．３５Ｄであるため、十分な大きさのチップルームが形成されて切り屑が良好に排出されるとともに、中心側切れ刃２０のすくい角αは略０°で、所定の刃先強度を確保しつつ切れ味が向上するため、主軸負荷が低減されるとともに安定した切削作用が得られる。また、ボデー１４の大径部１４ａには約０．０５／５Ｄの小さなテーパ比でバックテーパが設けられているため、細かな切り屑に対しても噛み込みが良好に防止され、その噛み込みに起因する外周摩耗が抑制される。【選択図】      図１
2005144630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒシンニングによって軸心Ｏ付近に設けられた凸円弧形状の中心側切れ刃と、
該中心側切れ刃に滑らかに接続されるとともに、切り屑排出溝の開口端に沿って外周端まで設けられた外周側切れ刃と、
から成る先端切れ刃を、前記軸心Ｏに対して対称的に一対備えているＲシンニングドリルにおいて、
底面視における前記中心側切れ刃の凸円弧形状の半径ｒは、ドリル直径Ｄに対して０．３Ｄ〜０．４Ｄの範囲内で、
前記軸心Ｏと平行な断面における前記中心側切れ刃のすくい角αは−５°〜＋５°の範囲内である
ことを特徴とするＲシンニングドリル。
【請求項２】
前記ドリル直径Ｄ（ｍｍ）に対して０．１／５Ｄ以下のテーパ比で、先端からシャンク側へ向かうに従ってドリルの外径が小径となるようにバックテーパが設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のＲシンニングドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はドリルに係り、特に、先端の中心付近に凸円弧形状の中心側切れ刃がシンニングによって設けられるＲシンニングドリルの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
(a) Ｒシンニングによって軸心付近に設けられた凸円弧形状の中心側切れ刃と、(b) その中心側切れ刃に滑らかに接続されるとともに、切り屑排出溝の開口端に沿って外周端まで設けられた外周側切れ刃と、から成る先端切れ刃を、前記軸心に対して対称的に一対備えているＲシンニングドリルが、例えば特許文献１などに記載されている。また、特許文献２には、潤滑油剤をミスト（霧状）にして最少量で加工部位に噴霧する最少量潤滑（ＭＱＬ；Minimum Quantity Lubrication）により、各種の切削加工を行なう技術が提案されている。
【特許文献１】特開平１０−５８２９１号公報
【特許文献２】特許第３４４９９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のＲシンニングドリルを用いて最少量潤滑で穴明け加工を行なった場合、主軸負荷が大きくて且つ加工が不安定となり、初期より異音を発生することがあるなど、必ずしも十分に満足できる穴明け性能（工具寿命や加工精度）が得られなかった。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、ミスト噴霧などの最少量潤滑で使用する場合でも主軸負荷が安定し、実用上満足できる穴明け性能が得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) Ｒシンニングによって軸心Ｏ付近に設けられた凸円弧形状の中心側切れ刃と、(b) その中心側切れ刃に滑らかに接続されるとともに、切り屑排出溝の開口端に沿って外周端まで設けられた外周側切れ刃と、から成る先端切れ刃を、前記軸心Ｏに対して対称的に一対備えているＲシンニングドリルにおいて、(c) 底面視における前記中心側切れ刃の凸円弧形状の半径ｒは、ドリル直径Ｄに対して０．３Ｄ〜０．４Ｄの範囲内で、(d) 前記軸心Ｏと平行な断面における前記中心側切れ刃のすくい角αは−５°〜＋５°の範囲内であることを特徴とする。
【０００６】
第２発明は、第１発明のＲシンニングドリルにおいて、前記ドリル直径Ｄ（ｍｍ）に対して０．１／５Ｄ以下のテーパ比で、先端からシャンク側へ向かうに従ってドリルの外径が小径となるようにバックテーパが設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
このようなＲシンニングドリルにおいては、中心側切れ刃の凸円弧形状の半径ｒが、ドリル直径Ｄに対して０．３Ｄ〜０．４Ｄの範囲内であるため、十分な大きさのチップルームが形成されて切り屑が良好に排出されるとともに、その中心側切れ刃のすくい角αは−５°〜＋５°の範囲内であるため、所定の刃先強度を確保しつつ切れ味が向上し、主軸負荷が低減されるとともに安定した切削作用が得られるようになる。これにより、ミスト噴霧などの最少量潤滑で使用する場合でも、加工が安定して高速、長寿命の加工が可能になるなど、実用上満足できる穴明け性能が得られるようになる。
【０００８】
また、第２発明では、ドリル外径のバックテーパが０．１／５Ｄ以下の小さなテーパ比で設けられているため、細かな切り屑に対しても噛み込みが良好に防止され、その噛み込みに起因する外周摩耗が抑制されて工具寿命が一層向上する。なお、この第２発明は、バックテーパが設けられることを前提とするもので、テーパ比＝０を含まない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のＲシンニングドリルは、ミスト噴霧やミスト雰囲気などの最少量潤滑により穴明け加工を行なう場合に好適に用いられるが、潤滑油剤を供給するウェット加工で使用することができることは勿論、被削材などの加工条件によってはエアブローやドライ加工で使用することもできるなど、種々の使用態様が可能である。
【００１０】
中心側切れ刃の半径ｒは、少なくとも０．３Ｄ≦ｒ≦０．４Ｄの範囲内であれば良く、０．３Ｄ未満であるとチップルームが小さくなって切り屑排出性能が悪くなる一方、０．４Ｄを越えると外周側切れ刃が短くなって好ましくない。この中心側切れ刃は、底面視において必ずしも完全な円弧である必要はなく、半径ｒが上記数値範囲内において漸増或いは漸減していたり増減していたりしても良い。すなわち、例えば中心側切れ刃を含む先端切れ刃の逃げ面に対して垂直な方向から見た場合に完全な円弧形状となるように設けられても良い。また、一対の中心側切れ刃は、必ずしも軸心Ｏで一致させて繋ぐ必要はなく、加工コストや加工精度、刃先強度等を考慮して０を含まない０．１ｍｍ以下の範囲で、例えば０．０５ｍｍ程度のチゼルエッジが存在しても差し支えない。
【００１１】
中心側切れ刃のすくい角αは−５°〜＋５°の範囲内で、例えばその中の所定のすくい角（例えば＋３°等）をねらいとしてその±１°或いは±２°の許容範囲内などでＲシンニングが施される。このすくい角αは、必ずしも中心側切れ刃の全域で一定である必要はなく、上記数値範囲内において漸増或いは漸減していたり増減していたりしても良い。
【００１２】
外周側切れ刃は、例えば底面視において直線を成すように設けられるが、切り屑排出溝の断面形状に応じて凹形状などでも良い。なお、外周側切れ刃の内側端部の位置は、凸円弧形状の中心側切れ刃に接線接続などにより滑らかに接続されるように定められる。
【００１３】
ドリル外径のバックテーパのテーパ比は、第２発明では切り屑の噛み込み防止のために０．１／５Ｄ以下とされるが、摩擦によるトルク増大を回避する上で０．０１／５Ｄ以上、更には０．０２／５Ｄ以上であることが望ましい。なお、第２発明以外では、０．１／５Ｄよりも大きなテーパ比でバックテーパを設けることも可能である。
【００１４】
切り屑排出溝は、切り屑を良好に排出するために軸心に対してねじれたスパイラル溝が好適に用いられる。また、先端切れ刃を含むボデー部分は超硬合金等の超硬質工具材料が好適に用いられるが、高速度工具鋼等の他の工具材料を採用することもできる。また、例えばＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ等の硬質被膜を単層または多層でコーティングすることが望ましい。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例であるＲシンニングドリル１０を示す図で、(a) は軸心Ｏと直角な方向から見た正面図、(b) は先端側から見た拡大底面図、(c) は(b) におけるＣ−Ｃ断面で軸心Ｏと平行な断面図である。このＲシンニングドリル１０は、超硬質工具材料である超硬合金にて一体に構成されている２枚刃のツイストドリルで、主軸に把持されて回転駆動されるシャンク１２とボデー１４とを軸方向に同心に備えており、ボデー１４の表面にはＴｉＡｌＮの多層構造の硬質皮膜がコーティングされている。ボデー１４の先端には一対の先端切れ刃１６が軸心Ｏに対して対称的に設けられているとともに、その先端切れ刃１６のすくい面に連続して一対の切り屑排出溝１８が軸心Ｏに対して対称的にボデー１４の略全長に亘って設けられている。切り屑排出溝１８は、切り屑をシャンク１２側へ排出するように右まわりにねじれたスパイラル溝で、図１の(a) の外周形状は、切り屑排出溝１８に沿って設けられたリーディングエッジの回転軌跡形状に相当する。
【００１６】
ボデー１４は、先端側の大径部１４ａとシャンク１２側の小径部１４ｂとから成り、大径部１４ａは、一対の先端切れ刃１６の外周コーナ間の寸法であるドリル直径Ｄに対して５Ｄの長さ寸法を有するとともに、約０．０５／５Ｄのテーパ比で先端からシャンク１２側へ向かうに従って小径となるバックテーパが設けられている。本実施例では、ドリル直径Ｄ＝８．０ｍｍであり、大径部１４ａの長さ寸法は約４０ｍｍ、バックテーパのテーパ比＝０．０５／４０で、大径部１４ａの後端部分の直径は８−０．０５＝７．９５ｍｍとなる。また、小径部１４ｂは、ドリル直径Ｄよりも約０．１ｍｍ小さい一定の直径寸法（本実施例では７．９ｍｍ）の円柱形状を成していて、大径部１４ａとの間に所定の段差が設けられている。なお、図１は各部の寸法を正確な割合で図示したものではない。
【００１７】
一対の先端切れ刃１６は、それぞれＲシンニングによって軸心Ｏ付近に設けられた凸円弧形状の中心側切れ刃２０と、その中心側切れ刃２０に滑らかに接続されるとともに切り屑排出溝１８の開口端に沿って外周端まで設けられた外周側切れ刃２２とから構成されている。外周側切れ刃２２は、図１(b) に示す底面視において略直線状を成すように設けられているとともに、中心側切れ刃２０は、同じく図１(b) に示す底面視において、前記ドリル直径Ｄに対して０．３Ｄ≦ｒ≦０．４Ｄを満足する一定の半径ｒの凸円弧形状を成しており、その円弧に対して外周側切れ刃２２が接線方向へ延びるように滑らかに接線接続されている。本実施例では、ｒ＝０．３５Ｄ＝２．８（ｍｍ）で、一対の中心側切れ刃２０の間には、加工コストや加工精度、刃先強度等を考慮して、約０．０５ｍｍの幅寸法でチゼルエッジが設けられている。
【００１８】
また、図１(c) に示すように、軸心Ｏと平行な断面における中心側切れ刃２０のすくい角αは、−５°〜＋５°の範囲内で、本実施例では−１°〜＋１°程度の範囲内となるように、±０°を狙いとしてＲシンニングが施されている。中心側切れ刃２０のすくい面２４はＲシンニングによって形成されたもので、逃げ面側には、外周側切れ刃２２と共通の第１逃げ面２６、第２逃げ面２８が設けられている。第２逃げ面２８には、切り屑排出溝１８に沿って螺旋状に設けられたオイルホール３０が開口しており、穴明け加工時に必要に応じて潤滑油剤や冷却エアーなどを供給できるようになっている。このオイルホール３０の他端は、シャンク１２を縦通して後端面に開口している。なお、中心側切れ刃２０および外周側切れ刃２２の刃先には、その略全域に幅寸法が０．０４〜０．０７ｍｍ程度の小さなチャンファが設けられている。
【００１９】
このような本実施例のＲシンニングドリル１０においては、中心側切れ刃２０の凸円弧形状の半径ｒが２．８ｍｍで、ドリル直径Ｄ（＝８．０ｍｍ）に対して０．３５Ｄであり、０．３Ｄ〜０．４Ｄの範囲内であるため、十分な大きさのチップルームが形成されて切り屑が良好に排出されるとともに、中心側切れ刃２０のすくい角αは−５°〜＋５°の範囲内で、本実施例では略０°とされているため、所定の刃先強度を確保しつつ切れ味が向上し、主軸負荷が低減されるとともに安定した切削作用が得られるようになる。これにより、ミスト噴霧などの最少量潤滑で使用する場合でも、加工が安定して高速、長寿命の加工が可能になるなど、実用上満足できる穴明け性能が得られるようになる。
【００２０】
また、ボデー１４の大径部１４ａには約０．０５／５Ｄの小さなテーパ比でバックテーパが設けられているため、細かな切り屑に対しても噛み込みが良好に防止され、その噛み込みに起因する外周摩耗が抑制されて工具寿命が向上する。
【００２１】
次に、図２に示す４種類のドリルNo１〜No４を用いて、炭素鋼、合金鋼、非鉄金属等の比較的軟らかい被削材に対して穴明け加工を行い、折損や刃欠け、摩耗などにより工具寿命に達するまでの加工穴数を調べた結果を説明する。使用ドリルは何れもドリル直径Ｄ＝８．０ｍｍの２枚刃のツイストドリルで、工具No１は、前記実施例と同様に中心側切れ刃２０の半径ｒ＝２．８ｍｍですくい角α＝０°のＲシンニングが施されたＲシンニングドリルである。工具No２は、中心側切れ刃２０の半径ｒ＝２．８ｍｍですくい角α＝５°のＲシンニングが施されたＲシンニングドリルで、工具No３は、中心側切れ刃２０の半径ｒ＝２．８ｍｍですくい角α＝６°のＲシンニングが施されたＲシンニングドリルで、工具No４は、すくい角α＝０°でｘシンニングが施された従来品である。また、工具No１〜No３は、何れも０．０５／５Ｄのテーパ比でバックテーパが設けられており、工具No４は、０．１５／５Ｄのテーパ比でバックテーパが設けられている。
【００２２】
そして、以下の加工条件で穴明け加工を行なった。
被削材種：ＳＣＭ４１５
穴明け深さ：６４ｍｍ
周速Ｖ：８０ｍ／ｍｉｎ
送り速度ｆ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
潤滑方法：最少量潤滑（ミスト雰囲気）
加工方法：ノンステップ
【００２３】
図２の結果から明らかなように、すくい角αが０°および５°の工具No１およびNo２では、ｘシンニングの従来品（No４）に対して工具寿命が大幅に向上する。また、すくい角α＝６°の工具No３は、ｘシンニングの従来品（No４）よりは優れた工具寿命が得られるものの、工具No１、No２の本発明品に比較して耐久性が劣る。これ等の工具No１〜No４の寿命原因は、何れも切り屑形状の悪化とそれに伴う切削異音の発生で、ｘシンニングの工具No４の場合、シンニング部の摩耗により切り屑をカールして分断する能力が低下し、早期に加工不可となった。
【００２４】
図３は、同じく４種類のドリルNo１〜No４を用いて、調質鋼、高硬度鋼などの比較的硬い被削材に対して穴明け加工を行い、折損や刃欠け、摩耗などにより工具寿命に達するまでの加工穴数を調べた結果である。使用ドリルは何れもドリル直径Ｄ＝８．０ｍｍの２枚刃のツイストドリルで、工具No１は、前記実施例と同様に中心側切れ刃２０の半径ｒ＝２．８ｍｍですくい角α＝０°のＲシンニングが施されたＲシンニングドリルである。工具No２は、中心側切れ刃２０の半径ｒ＝２．８ｍｍですくい角α＝−５°のＲシンニングが施されたＲシンニングドリルで、工具No３は、中心側切れ刃２０の半径ｒ＝２．８ｍｍですくい角α＝−６°のＲシンニングが施されたＲシンニングドリルで、工具No４は、すくい角α＝０°でｘシンニングが施された従来品である。また、工具No１〜No３は、何れも０．０５／５Ｄのテーパ比でバックテーパが設けられており、工具No４は、０．１５／５Ｄのテーパ比でバックテーパが設けられている。
【００２５】
そして、以下の加工条件で穴明け加工を行なった。
被削材種：ＳＫＤ６１（４０ＨＲＣ）
穴明け深さ：４０ｍｍ
周速Ｖ：６０ｍ／ｍｉｎ
送り速度ｆ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
潤滑方法：最少量潤滑（ミスト雰囲気）
加工方法：ノンステップ
【００２６】
図３の結果から明らかなように、すくい角αが０°および−５°の工具No１およびNo２では、ｘシンニングの従来品（No４）に対して工具寿命が向上するが、すくい角α＝−６°の工具No３は、ｘシンニングの工具No４よりも早期に寿命に達した。工具No１、No２の寿命原因は、逃げ面摩耗ＶB の摩耗幅が０．２ｍｍ以上となったことで、工具No３の寿命原因は切削抵抗増大による異音の発生で、工具No４の寿命原因はシンニング部の欠けであった。工具No３の場合、シンニング部の摩耗に伴って急激に切削トルクが増大し、早期に加工不可となった。また、ｘシンニングの工具No４では、シンニングの角が立っているため、このような高硬度材の加工では欠けが発生し易い。
【００２７】
図４は、中心側切れ刃２０の半径ｒが３．６ｍｍ（０．４５Ｄ）、３．２ｍｍ（０．４０Ｄ）、２．４ｍｍ（０．３０Ｄ）、２．０ｍｍ（０．２５Ｄ）の４種類のドリルを用いて穴明け加工を行い、折損や刃欠け、摩耗などにより工具寿命に達するまでの加工穴数を調べた結果である。使用ドリルは何れもドリル直径Ｄ＝８．０ｍｍの２枚刃のツイストドリルで、中心側切れ刃２０の半径ｒが異なるだけで他の諸元は前記実施例と同じであり、中心側切れ刃２０のすくい角α＝０°で、０．０５／５Ｄのテーパ比でバックテーパが設けられている。
【００２８】
そして、以下の加工条件で穴明け加工を行なった。
被削材種：ＳＣＭ４１５
穴明け深さ：６４ｍｍ
周速Ｖ：８０ｍ／ｍｉｎ
送り速度ｆ：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
潤滑方法：最少量潤滑（ミスト雰囲気）
加工方法：ノンステップ
【００２９】
図４から明らかなように、半径ｒ＝３．２ｍｍ（０．４０Ｄ）、２．４ｍｍ（０．３０Ｄ）の本発明品によれば、半径ｒ＝３．６ｍｍ（０．４５Ｄ）、２．０ｍｍ（０．２５Ｄ）の比較品に比べて加工穴数が約３倍以上になる。寿命原因は何れも逃げ面摩耗ＶB の摩耗幅が０．２ｍｍ以上となったことで、半径ｒが大きい場合には、直線形状の外周側切れ刃２２の長さが短くなって負荷が大きくなるため、摩耗が進行し易いとともに切削抵抗も大きくなる。また、半径ｒが小さいと、シンニングのチップポケットが小さくなって切り屑排出性が悪化し、主軸負荷が増大するとともに振動を有する加工となり、肩部損傷が激しくなる。
【００３０】
なお、半径ｒを更に大きくすると、ｘシンニングに近い形となり、中心側切れ刃２０と外周側切れ刃２２との繋ぎが滑らかでなくなって欠け易くなる。
【００３１】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施例であるＲシンニングドリルを示す図で、(a) は軸心と直角な方向から見た正面図、(b) は先端側から見た拡大底面図、(c) は(b) におけるＣ−Ｃ断面の拡大図である。
【図２】シンニング形状が異なる４種類のドリルを用いて行なった耐久性能試験を説明する図である。
【図３】シンニング形状が異なる４種類のドリルを用いて行なった別の耐久性能試験を説明する図である。
【図４】半径ｒが異なる４種類のＲシンニングドリルを用いて行なった更に別の耐久性能試験を説明する図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０：Ｒシンニングドリル    １６：先端切れ刃    ２０：中心側切れ刃    ２２：外周側切れ刃    Ｏ：軸心    ｒ：中心側切れ刃の半径    Ｄ：ドリル直径
【図１】
2005144630.tif 000003
【図２】
2005144630.tif 000004
【図３】
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【図４】
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