(57)【要約】【課題】ＣＦＲＰ等の複合材料に対して穴あけ加工を行う際に、バリや毛羽立ちの発生を防止できるとともに、寿命の延長を図ることができるドリルを提供する。【解決手段】軸線Ｏ回りに回転されるドリル本体１０の先端側に設けられた切刃部１２の外周に、後端側に向けて延びる切屑排出溝１３が形成され、この切屑排出溝１３のドリル回転方向Ｔ前方側を向く内壁面１３Ａと切刃部１２の先端逃げ面１５との交差稜線部に切刃１６が形成されたドリルにおいて、切刃部１２の軸線Ｏに直交する断面において、切屑排出溝１３の外周端１３Ｂにおけるラジアルレーキ角が＋５°から＋２５°の範囲内に設定されているとともに、先端逃げ面１５に形成された切刃１６のラジアルレーキ角が−２０°から０°の範囲内に設定され、ドリル本体１０の先端角αが８０°から１２０°の範囲内に設定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に設けられた切刃部の外周に、後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く内壁面と前記切刃部の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、
前記切刃部の前記軸線に直交する断面において、前記切屑排出溝の外周端におけるラジアルレーキ角が＋５°から＋２５°の範囲内に設定されているとともに、前記先端逃げ面に形成された前記切刃のラジアルレーキ角が−２０°から０°の範囲内に設定され、
前記ドリル本体の先端角が８０°から１２０°の範囲内に設定されていることを特徴とするドリル。
【請求項２】
前記切刃部の表面には、硬質被膜が被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
【請求項３】
前記ドリル本体には、前記先端逃げ面に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請求項１または請求項２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、例えば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）等の複合材料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、複合材料に穴あけ加工を施すドリルとして、例えば特許文献１、特許文献２に示すような各種ドリルが提案されている。
特許文献１には、外周コーナ部にＲを設け、切刃にネガランドを設けるとともに、先端角を１２５〜１４５°としたドリルが開示されている。また、特許文献２には、切刃部の先端側にバックテーパ部を設けるとともに、このバックテーパ部の後端側に外径を一定した小径部を形成したドリルが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３２６１０９号公報
【特許文献２】特開平０８−７１８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、航空機用材料として使用されるＣＦＲＰは、プラスチックの中にカーボン繊維を混合して強化した複合材料であり、このＣＦＲＰに穴あけ加工を施した場合には、ドリルが加工穴開口端から抜け出る際に、加工穴開口端の周縁からカーボン繊維が加工穴の内周側に向けて突出するいわゆる毛羽立ちが発生したり、開口端周縁にバリが発生することがあった。
【０００４】
特許文献１に開示されたドリルは、アルミや銅などの金属にＳｉＣやＡｌ２Ｏ３などの強化粒子を分散させた金属基複合材（ＭＭＣ：Ｍｅｔａｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）に対して穴あけ加工を施すものである。このドリルを使用してＣＦＲＰの穴あけ加工を施した場合には、通常のドリルと同様に、加工穴開口端に毛羽立ちやバリが発生してしまう。
【０００５】
また、特許文献２に開示されたドリルは、ＣＦＲＰとチタン合金等とを積層させた複合材料に対して穴あけ加工を施すものである。前記小径部によりドリルとチタン合金等との摺動摩擦を低減して切刃の摩耗を抑えるものであり、ＣＦＲＰ単独で加工する際に発生する毛羽立ちやバリを抑えることはできない。
このように、ＣＦＲＰ等の複合材料に対して穴あけ加工を良好に施すことができるドリルは、これまで提案されていなかった。
【０００６】
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等の複合材料に対して穴あけ加工を行う際に、バリや毛羽立ちの発生を防止できるとともに、寿命の延長を図る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】
【０００７】
このような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に設けられた切刃部の外周に、後端側に向けて延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く内壁面と前記切刃部の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成されたドリルにおいて、前記切刃部の前記軸線に直交する断面において、前記切屑排出溝の外周端におけるラジアルレーキ角が＋５°から＋２５°の範囲内に設定されているとともに、前記先端逃げ面に形成された前記切刃のラジアルレーキ角が−２０°から０°の範囲内に設定され、前記ドリル本体の先端角が８０°から１２０°の範囲内に設定されていることを特徴としている。
【０００８】
この構成のドリルでは、先端角が１２０°以下とされているので、ドリルの１回転当たりの切削量が小さく、加工穴がドリル挿入側とは反対側に開口する際に、開口端が徐々に広がるように加工され、開口端周縁に肉厚の薄い未加工部分が残存することがなくバリの発生が防止されるとともに、加工穴開口端において加工穴の内周面に向けて延びるよう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、このカーボン繊維が確実に切断されて毛羽立ちが防止される。ただし、この先端角αが小さくなりすぎると加工穴開口端が外周側に押し広げられる力が強くなって、却って毛羽立ちやバリが発生し易くなるおそれがあるので、前記先端角αは８０°から１２０°の範囲内としている。さらに、先端角を８０°以上とすることにより、ドリル先端部の剛性が確保され、切削抵抗によるドリルの欠損が防止される。
【０００９】
また、切屑排出溝の外周端におけるラジアルレーキ角、つまり、軸線に直交する断面において、切屑排出溝の外周端が延びる方向とドリル本体径方向とがなす角度が＋５°以上とされており、切屑排出溝の外周端が延びる方向はドリル本体径方向よりもドリル回転方向前方側に向くように傾斜させられているので、加工穴の内周壁と前記外周端とが摺接する際の抵抗が小さく抑えられ、このような摺接により毛羽立ちが発生するのを防ぐことができる。さらに、前記外周端における前記ラジアルレーキ角が＋２５°以下とされているので、前記外周端の剛性が確保され、ドリルの欠損を防止することができる。
【００１０】
また、前記切刃のラジアルレーキ角が−２０°以上とされているので、切刃に作用する切削抵抗を比較的小さく抑えることができるとともに、被切削材に対する切り込みが鋭くなって切削を良好に行うことができ、毛羽立ちやバリの発生を一層確実に防止することができる。さらに、前記切刃のラジアルレーキ角が０°以下とされているので、この切刃の剛性が確保されて切刃の欠損が防止される。
【００１１】
ここで、前記切刃部の表面に硬質被膜を被覆することにより、切刃の耐摩耗性が向上してドリルの寿命延長を図ることができる。硬質被膜としては、ＣＶＤ法によるダイヤモンドコーティング、ＰＶＤ法によるＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどのセラミックスコーティングを採用することができる。
【００１２】
さらに、前記ドリル本体に、前記先端逃げ面に開口する流体供給孔を穿設することにより、切削加工を行う際に、この流体供給孔を通じてエア等を切刃に向けて供給することができ、切刃の温度上昇が抑えられるとともに切屑の排出が促進される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＣＦＲＰ等の複合材料に対して穴あけ加工を行う際に、バリや毛羽立ちの発生を防止できるとともに、寿命の延長を図る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】
【００１４】
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に本発明の実施形態であるドリルを示す。このドリルは、ＣＦＲＰに穴加工を施す際に使用されるものである。
【００１５】
本実施形態であるドリルは、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）部分が工作機械の主軸端等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。
【００１６】
この切刃部１２の外周には、軸線Ｏ方向の後端側に向かうにしたがい一定のねじれ角でドリル回転方向Ｔ後方側にねじれる一対の切屑排出溝１３が軸線Ｏに対して対称に形成されている。
また、切刃部１２の外周面、つまり、切刃部１２のうち切屑排出溝１３が形成された以外の部分がランド部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後方側にねじれるように形成されている。
【００１７】
そして、切刃部１２を軸線Ｏに直交する断面で見て、図２に示すように、ランド部１４と切屑排出溝１３のドリル回転方向Ｔ前方側を向く内壁面１３Ａとの交差稜線部は、ドリル回転方向Ｔ前方側に突出するように突き出されている。言い換えると、切屑排出溝１３のドリル回転方向Ｔ前方側を向く内壁面１３Ａの外周端１３Ｂの延びる方向がドリル本体１０の径方向よりもドリル回転方向Ｔ前方側に傾いているのである。本実施形態では、前記内壁面１３Ａの外周端１３Ｂが延びる方向とドリル本体１０の径方向とがなす角度、つまり、前記外周端１３Ｂにおけるラジアルレーキ角θ１が＋５°〜＋２５°の範囲内となるように設定されている。
【００１８】
これら切屑排出溝１３のドリル回転方向Ｔ前方側を向く内壁面１３Ａと連接するドリル本体１０の先端面１０Ａが先端逃げ面１５とされており、この先端逃げ面１５は軸線Ｏからドリル本体１０後端側に向かうにしたがいドリル本体１０径方向外側に向けて傾斜させられており、ドリル本体１０の先端面１０Ａは、側面視してドリル本体１０先端側に向けて突出するＶ字状をなしている。このＶ字の交差角いわゆる先端角αは、８０°〜１２０°の範囲内に設定されており、本実施形態では９０°とされている。
【００１９】
先端逃げ面１５は、切刃１６に連なる第１逃げ面１５Ａと、この第１逃げ面１５Ａのドリル回転方向Ｔ後方側に連なるとともに前記第１逃げ面１５Ａの逃げ角よりも大きな逃げ角が与えられた第２逃げ面１５Ｂとから構成され、多段面状をなしている。本実施形態では、第１逃げ面１５Ａの逃げ角が１０°とされ、第２逃げ面１５Ｂの逃げ角が３０°とされており、切刃１６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。
【００２０】
また、ドリル本体１０の先端面１０Ａには、切屑排出溝１３のドリル本体１０径方向外側を向く壁面部分からドリル本体１０先端面１０Ａの中心に位置する軸線Ｏに近接する位置までの領域が、軸線Ｏ方向の先端側に向かうにしたがいドリル回転方向Ｔ前方側に向かうように斜めに切り欠かれることによって、切刃１６の内周端側に連なるように交差してこのドリル先端面１０Ａの中心に位置する軸線Ｏに向けて延びるシンニング面１７が形成されている。これにより、切刃１６の内周端側の部分には、軸線Ｏに向けて延びる略直線状をなすシンニング切刃１８が配置されている。
【００２１】
このドリル本体１０を先端視した場合において、図３に示すように、軸線Ｏから直線状に延びるシンニング切刃１８が配置され、このシンニング切刃１８の外周端には、ドリル回転方向Ｔ後方側に向けて凹んだ凹曲線状をなす切刃１６が連設されている。ただし、この切刃１６の外周端側は、先端視した場合に軸線Ｏに対する径方向または外周側に向かうにしたがいドリル回転方向Ｔ後方側に向かうように凸曲折させられており、これにより、この切刃１６の外周端におけるラジアルレーキ角θ２は、−２０°から０°の範囲内に設定されている。
【００２２】
また、切刃部１２には、硬質被膜としてＣＶＤ法によるダイヤモンドコーティングが施されている。
さらに、ドリル本体１０の内部には、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の後端側まで貫通した流体供給孔１９が穿設されている。
【００２３】
以上のような構成とされたドリルは、ドリル本体１０の後端に形成されたシャンク部１１が工作機械の主軸端等に把持されて、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、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の内部に形成された流体供給孔１９を通じて切刃１６近傍に向けてエアが供給される。
【００２４】
本実施形態であるドリルによれば、その先端角αが８０°から１２０°の範囲内に設定され、より具体的には９０°とされているので、ドリルの１回転当たりの切削量が小さく、加工穴が他方の面に開口する際に開口部が徐々に広がるように加工されることになり、開口部の縁部に肉薄の未加工部分が大きく残存することがなく、未加工部分が開口部から突出してバリが発生することを抑制することができる。さらに、開口部において加工穴の内周面に向けて延びるように配置されたカーボン繊維に対して切刃１６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することができ毛羽立ちを抑制することができる。また、先端角αが小さくなり過ぎて加工穴開口端が外周側に押し広がられる力が大きくなることを防止でき、やはり毛羽立ちやバリの発生を防止できる。さらに、ドリル本体１０先端部の剛性が確保されているので切削抵抗によるドリルの欠損を防止できる。
【００２５】
また、切刃部１２を軸線Ｏに直交する断面で見て、切屑排出溝１３のドリル回転方向Ｔ前方側を向く内壁面１３Ａの外周端１３Ｂの延びる方向がドリル本体１０の径方向よりもドリル回転方向Ｔ前方側に傾いており、前記内壁面１３Ａの外周端１３Ｂが延びる方向とドリル本体１０の径方向とがなす角度、つまり、前記外周端１３におけるラジアルレーキ角θ１が＋５°〜＋２５°の範囲内となるように設定されているので、加工穴の内周壁と切屑排出溝１３のドリル回転方向Ｔ前方側を向く内壁面１３Ａの外周端１３Ｂとが摺接する際の抵抗を小さく抑えることができ、カーボン繊維の毛羽立ちを防止できるとともに、この外周端１３Ｂの剛性を確保して欠損を防止することができる。
【００２６】
また、切刃１６のラジアルレーキ角θ２が−２０°以上とされているので、切刃１６に作用する切削抵抗を小さく抑えることができるとともにＣＦＲＰに対する切り込みが鋭くなって切削加工を良好に行うことができる。さらに、切刃１６のラジアルレーキ角が０°以下とされているので、この切刃１６の剛性が確保されて切削抵抗による切刃１６の欠損を防止できる。
【００２７】
さらに、切刃部１２に、ダイヤモンドコーティングが施されているので、切刃１６や切屑排出溝１３の外周端１３Ｂの耐摩耗性を向上させることによりドリルの寿命延長を図ることができる。また、切刃１６の摩耗が防止されるので、長期間にわたってＣＦＲＰを鋭い切刃１６で切削することができ、毛羽立ちやバリの発生を防止できる。
【００２８】
また、ドリル本体１０には、ドリル本体１０の先端面１０Ａに開口部を有するとともにドリル本体１０の後端側まで貫通した流体供給孔１９が穿設されているので、切削加工を行う際に、この流体供給孔１９を通じて切刃１６に対してエアを供給することができ、切刃１６の温度上昇を抑えることにより切刃１６の寿命延長を図ることができる。また、例えば深穴を形成する場合においても、エアによって切屑の排出が促進されるので、切削加工を良好に行うことができる。
【００２９】
このように本実施形態であるドリルによれば、ＣＦＲＰに対して穴あけ加工を行う際に、バリや毛羽立ちの発生を防止できるとともに、欠損や摩耗を防止してドリルの寿命延長を図ることができる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態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、本実施形態では、切刃部１２の表面にダイヤモンドコーティングを施したものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えばＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮなどのセラミックスコーティングを被覆しても良いし、これら硬質被膜が被覆されていなくてもよい。
【００３１】
また、ドリル本体１０の内部に流体供給孔１９を形成したドリルで説明したが、これに限定されることはなく、流体供給孔１９が形成されていないドリルであってもよい。
さらに、バックテーパや切刃１６の逃げ角などの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８０°〜１２０°、切刃１６のラジアルレーキ角θ２は−２０°から０°、切屑排出溝１３の外周端１３Ｂにおけるラジアルレーキ角θ１は＋５°から＋２０°の範囲内となるように設定する必要がある。
【実施例】
【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。この比較実験では、先端角を変更したドリルを用いて板厚５ｍｍのＣＦＲＰに穴あけ加工を施して加工穴開口端におけるバリ、毛羽立ちの発生状況を確認した。切削条件は、切削速度１２８ｍ／ｍｉｎ、送り速度０．０６ｍｍ／ｒｅｖとし、切削油は使用しなかった。
実験結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2007260843.tif 000003
【００３４】
表１に示すように、先端角が１４０°のものでは、毛羽立ちとともに大きなバリが認められた。また、先端角が４０°のものでは、毛羽立ちが確認された。一方、先端角が９０°及び１２０°のものでは、毛羽立ち、バリともに認められなかった。
この実験結果から、先端角を本発明の範囲内に設定することにより毛羽立ち及び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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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におけるＸ−Ｘ断面図である。
【図３】図１におけるＹ方向矢視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ドリル本体
１２  切刃部
１３  切屑排出溝
１３Ｂ  外周端
１６  切刃
１９  流体供給孔
【図１】
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【図２】
2007260843.tif 000005
【図３】
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