(57)【要約】【課題】高能率な切削条件にて穴あけ加工を行ったときにおいても、工具の摩耗を抑制することにより、穴の入口側の端面及び穴の出口側の端面におけるデラミネーション（剥離）やバリの発生を防ぐことが可能となるクアドラプルアングルドリルを提供する。【解決手段】工具軸を通りなお且つ工具軸に平行な断面で見たときに、対向する第１切れ刃が成す第１先端角α１、対向する第２切れ刃が成す第２先端角α２、対向する第２切れ刃が成す第３先端角α３、及び対向する第２切れ刃が成す第４先端角α４は、α１＞α２＞α３＞α４の関係性にて設けられていることを特徴とするクアドラプルアングルドリルである。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具軸に沿って刃溝、リーディングエッジ、ランド及びマージンが設けられ、先端側には、直線状の第１切れ刃と、直線状の第２切れ刃と、直線状の第３切れ刃と、直線状の第４切れ刃とからなる主切れ刃が設けられたクアドラプルアングルドリルであって、
工具を回転させて得られる投影図で見たときに、対向する第１切れ刃が成す第１先端角α１、対向する第２切れ刃が成す第２先端角α２、対向する第３切れ刃が成す第３先端角α３、及び対向する第４切れ刃が成す第４先端角α４は、α１＞α２＞α３＞α４の関係性にて設けられていることを特徴とするクアドラプルアングルドリル。
【請求項２】
第１先端角α１は１４０°以上１６０°以下の範囲で設けられていることを特徴とする請求項１に記載のクアドラプルアングルドリル。
【請求項３】
第２先端角α２は８０°以上１００°以下の範囲で設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のクアドラプルアングルドリル。
【請求項４】
第３先端角α３は５０°以上７０°以下の範囲で設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクアドラプルアングルドリル。
【請求項５】
第４先端角α４は２０°以上４０°以下の範囲で設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のクアドラプルアングルドリル。
【請求項６】
第１切れ刃が、第１切れ刃の逃げ面とシンニング面とで形成され、前記シンニング面は、前記第１切れ刃と、前記第１切れ刃に対し回転方向前方側に設けられた第１切れ刃における第１切れ刃の逃げ面の後端とに接続するように形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のクアドラプルアングルドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば複合材料、特にＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）の切削加工に適したクアドラプルアングルドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年において、航空機の製造に使用される主な材料は、アルミ合金から複合材料へと移り変わっている。複合材料の中で特に多く用いられるのはＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック。以下ＣＦＲＰと記載する。）である。ＣＦＲＰは軽さと強度を併せ持つ性質があるため、航空機に用いることにより航空機の軽量化や燃費の向上に大きく貢献することが可能となる。
【０００３】
しかし、ＣＦＲＰはプラスチックなどの樹脂母材の中に炭素繊維を加えることにより強度を向上させているため、切削加工中においては工具の摩耗が早期に進行し、加工面においてはデラミネーション（剥離）やバリが発生してしまう。よって、通常の材料すなわち金属材料や樹脂材料と比較すると加工が非常に困難である。
【０００４】
特に、板状のＣＦＲＰに対し、ドリルを用いた穴あけ加工を行うときには、穴の入口側の端面及び穴の出口側の端面においてデラミネーション（剥離）やバリが発生しやすい。さらに前述した通り、ＣＦＲＰを切削加工する際には、工具の摩耗が早期に進行することから、切削抵抗が上昇し、デラミネーション（剥離）やバリがより一層発生しやすくなる。よって、良好な加工面の形成と工具寿命の向上を達成するためには、切削条件を低くせざるを得ず、ＣＦＲＰの穴あけ加工は高いコストが必要となる工程であった。
【０００５】
このような課題を解決するために、従来文献にてＣＦＲＰの穴あけ加工に用いるドリルが開示されている。
【０００６】
特許文献１は、第１切れ刃、第２切れ刃、及び第３切れ刃を有するトリプルアングルドリルに関するものであり、ＦＲＰに穴明け加工を行なう場合でも最後（外周縁）まで適切に切削加工が行なわれるようにでき、ドリルの進み過ぎに起因するデラミネーションの発生が抑制されて良好な加工穴品質が得られることが開示されている。
【０００７】
特許文献２は、切れ刃が径方向に少なくとも３部に分けられて各刃部の先端角が回転中心側から外周側の刃部にかけて段階的に減少している繊維強化複合材の穴あけ工具に関するものであり、最外周刃部の長さの増加を抑え、切れ刃が軸方向に長くなることによる加工能率低下の問題を回避することができることが開示されている。
【０００８】
特許文献３は、第１および第２の切れ刃を有するドリルのマージンに逃げ角を設けた第３の切れ刃を備えた繊維強化プラスチック用ドリルに関するものであり、穿孔部の融着の発生を防止し、高精度の穴加工が実現できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−２８４７８３号公報
【特許文献２】特開２００９−１７２７０８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１７８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、本発明が対象としているＣＦＲＰの穴あけ加工においては、前述した通り、加工面におけるデラミネーション（剥離）及びバリの発生や、切削工具すなわちドリルにおける工具寿命の低下が大きな課題となっている。
【００１１】
特許文献１に記載のトリプルアングルドリルは、第１切れ刃、第２切れ刃、及び第３切れ刃を有しているが、それぞれの切れ刃における先端角の変化が大きいことから、それぞれの切れ刃における切削抵抗の差が大きくなり、高能率な切削条件にて穴あけ加工を行った際におけるデラミネーション（剥離）及びバリの発生が抑制出来ないという問題がある。
【００１２】
特許文献１に記載のトリプルアングルドリルと同様に、特許文献２に記載の繊維強化複合材の穴あけ工具は、切れ刃が径方向に少なくとも３部に分けられて各刃部の先端角が回転中心側から外周側の刃部にかけて段階的に減少しているが、それぞれの切れ刃における先端角の変化が大きいことから、それぞれの切れ刃における切削抵抗の差が大きくなり、高能率な切削条件にて穴あけ加工を行った際におけるデラミネーション（剥離）及びバリの発生が抑制出来ないという問題がある。
【００１３】
特許文献３に記載の繊維強化プラスチック用ドリルは、第２の切れ刃における先端角が１０°〜９０°であり非常に大きいことから、穴の壁面においてデラミネーション（剥離）が発生しやすく、良好な穴の加工面が形成できないという問題がある。
【００１４】
本発明は、これらの課題を解決し、高能率な切削条件にて穴あけ加工を行ったときにおいても、工具の摩耗を抑制することにより、穴の入口側の端面及び穴の出口側の端面におけるデラミネーション（剥離）やバリの発生を防ぐことが可能となるクアドラプルアングル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】
【００１５】
上記課題を解決するための本発明は、工具の摩耗及びデラミネーション（剥離）やバリの発生を抑制するために、一枚の主切れ刃につき４つの直線状の切れ刃を設け、それぞれの切れ刃が成す先端角を工具軸側から外周側にかけて徐々に小さく設けたことを特徴とするクアドラプルアングルドリルである。
【００１６】
すなわち、本発明は工具軸に沿って刃溝、リーディングエッジ、ランド及びマージンが設けられ、先端側には、直線状の第１切れ刃と、直線状の第２切れ刃と、直線状の第３切れ刃と、直線状の第４切れ刃とからなる主切れ刃が設けられたクアドラプルアングルドリルであって、工具を回転させて得られる投影図で見たときに、対向する第１切れ刃が成す第１先端角α１、対向する第２切れ刃が成す第２先端角α２、対向する第３切れ刃が成す第３先端角α３、及び対向する第４切れ刃が成す第４先端角α４は、α１＞α２＞α３＞α４の関係性にて設けられていることを特徴とするクアドラプルアングルドリルである。
【００１７】
本発明において、第１先端角α１を１４０°以上１６０°以下の範囲で設けることが望ましい。
【００１８】
本発明において、第２先端角α２を８０°以上１００°以下の範囲で設けることが望ましい。
【００１９】
本発明において、第３先端角α３を５０°以上７０°以下の範囲で設けることが望ましい。
【００２０】
本発明において、第４先端角α４を２０°以上４０°以下の範囲で設けることが望ましい。
【００２１】
本発明において、第１切れ刃が、第１切れ刃の逃げ面とシンニング面とで形成され、前記シンニング面は、前記第１切れ刃と、前記第１切れ刃に対し回転方向前方側に設けられた第１切れ刃における第１切れ刃の逃げ面の後端とに接続するように形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、航空機の材料として用いられている複合材料（特にＣＦＲＰ）の穴あけ加工において生ずる、デラミネーション（剥離）やバリの発生を抑制し、良好な穴の加工面を形成することが可能となる。
【００２３】
さらに、本発明は一枚の主切れ刃につき４つの直線状の切れ刃を設けたことから、それぞれの直線状の切れ刃に生ずる切削抵抗の差を低減し、摩耗の早期進行や工具寿命の低下を抑えることが可能となる。よって、複合材料における高能率な穴あけ加工を低コストで実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のドリルの外観を示した図である。
【図２】図１に示す本発明のドリルの側面図を回転方向で９０°回転させ、拡大した図である。
【図３】図１に示す本発明のドリルを回転方向で９０°回転させ、ドリルの主切れ刃付近を拡大した図である。
【図４】図１に示す本発明のドリルの主切れ刃付近を拡大した図である。
【図５】本発明のドリルを、工具を回転させて得られる投影図で見たときの断面図である。
【図６】本発明のドリルを工具軸方向に所定の距離で送ったときにおける、それぞれの切れ刃で形成される切り屑の厚さを示す図である。
【図７】本発明例１による、切削長が１６８０ｍｍ（加工穴数が２８０穴）のときにおける加工面の撮影写真である。
【図８】従来例２による、切削長が１６８０ｍｍ（加工穴数が２８０穴）のときにおける加工面の撮影写真である。
【図９】本発明例１による、切削長が５０４０ｍｍ（加工穴数が８４０穴）のときにおける加工面の撮影写真である。
【図１０】従来例２による、切削長が５０４０ｍｍ（加工穴数が８４０穴）のときにおける加工面の撮影写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明のクアドラプルアングルドリル（本発明のドリルと記載する場合もある。）について、図１〜図４を用いて説明する。
【００２６】
図１は本発明のドリルの外観を示した図である。本発明のドリル１は、工具軸Ｏに沿って刃溝２、リーディングエッジ３、ランド４、第１マージン５及び第２マージン６が設けられ、先端側には、直線状の第１切れ刃と、直線状の第２切れ刃と、直線状の第３切れ刃と、直線状の第４切れ刃とからなる主切れ刃７が設けられたクアドラプルアングルドリルである。
【００２７】
図１には、シャンク部８の直径であるシャンク径Ｄと、刃部９の直径である刃径ｄとが同じであるストレートシャンクドリルを示しているが、シャンク径Ｄよりも刃径ｄを小さく設けた場合においても、本発明の有利な効果を奏する。
【００２８】
また図１には、刃数が２枚刃のクアドラプルアングルドリルを示している。本発明においては、刃数を２〜３枚刃とすることがより望ましい。ここで、「刃数が２〜３枚刃」であるということは、主切れ刃７が２〜３枚設けられていることを指す。
【００２９】
図２は図１に示す本発明のドリルの側面図を回転方向で９０°回転させ、拡大した図である。本発明のドリルにおける主切れ刃７は、工具軸Ｏに接続され、外周側に延びる第１切れ刃１０と、第１切れ刃１０の外周側の端部に接続され、外周側に延びる第２切れ刃１１と、第２切れ刃１１の外周側の端部に接続され、外周側に延びる第３切れ刃１２と、第３切れ刃１２の外周側の端部に接続され、外周側に延びる第４切れ刃１３とで構成される。また、第４切れ刃１３はリーディングエッジ３に接続される。
【００３０】
本発明における第１切れ刃１０は、第１切れ刃の逃げ面１４とシンニング面１５とで構成される稜線である。切削加工中に第１切れ刃１０により形成された切り屑はシンニング面１５を通り、刃溝２に排出される。
【００３１】
本発明における第２切れ刃１１は、第２切れ刃の逃げ面１６と刃溝３とで構成される稜線である。同様に、第３切れ刃１２は、第３切れ刃の逃げ面１７と刃溝３とで構成される稜線であり、第４切れ刃１３は、第４切れ刃の逃げ面１８と刃溝３とで構成される稜線である。
【００３２】
本発明のドリルは、一枚の主切れ刃７につき４つの直線状の切れ刃である第１切れ刃１０、第２切れ刃１１、第３切れ刃１２、第４切れ刃１３を設けたことを大きな特徴としている。これにより、それぞれの直線状の切れ刃に生ずる切削抵抗の差を低減し、摩耗の早期進行や工具寿命の低下を抑えることが可能となる。よって、複合材料における高能率な穴あけ加工を低コストで実現することが出来る。
【００３３】
図３は図１に示す本発明のドリルを回転方向で９０°回転させ、ドリルの主切れ刃付近を拡大した図である。図３に示す通り、第４切れ刃１１はリーディングエッジ３に接続され、第４切れ刃の逃げ面１８はランド４、第１マージン５及び第２マージン６に接続される。
【００３４】
図４は図１に示す本発明のドリルの主切れ刃付近を拡大した図である。前述した通り、第４切れ刃の逃げ面１８はランド４、第１マージン５及び第２マージン６に接続される。また、本発明のドリルにおけるシンニング面１５は、刃溝２と、第１切れ刃１０と、第２切れ刃の逃げ面１６の回転方向後方側の端部と、第３切れ刃の逃げ面１７の回転方向後方側の端部とを接続させるように設けられている。
【００３５】
図５は本発明のドリルを、工具を回転させて得られる投影図で見たときの断面図である。本発明においては、工具を回転させて得られる投影図で見たときに、対向する第１切れ刃が成す第１先端角α１、対向する第２切れ刃が成す第２先端角α２、対向する第３切れ刃が成す第３先端角α３、及び対向する第４切れ刃が成す第４先端角α４は、α１＞α２＞α３＞α４の関係性にて設けられている。
【００３６】
図６は本発明のドリルを工具軸方向に所定の距離で送ったときにおける、それぞれの切れ刃で形成される切り屑の厚さを示す図である。また、図６はドリルを１刃送り量ｆの距離で送ったときにおける、それぞれの切れ刃で形成される切り屑の厚さを示す図ともいえる。図６における斜線部は、ドリルを１刃送り量ｆの距離で送ったときに形成される切り屑の厚さを示すものである。
【００３７】
本発明のドリルは、それぞれの切れ刃が成す先端角α１、α２、α３及びα４を、α１＞α２＞α３＞α４の関係性にて設けているため、図６に示す通り、工具軸側から外周側にかけて段階的に切り屑の厚さ（それぞれの切れ刃に対し垂直な方向で測定したときの斜線部の幅）を小さくすることが出来る。
【００３８】
すなわち、第１切れ刃により形成される切り屑の厚さｔ１と、第２切れ刃により形成される切り屑の厚さｔ２と、第３切れ刃により形成される切り屑の厚さｔ３と、第４切れ刃により形成される切り屑の厚さｔ４との関係性が、ｔ１＞ｔ２＞ｔ３＞ｔ４の関係性となるようにそれぞれの切れ刃１０、１１、１２、１３が設けられている。よって、切削速度が高くなることに伴い、穴の加工面においてデラミネーション（剥離）やバリが発生する可能性が高くなる外周側での切削になるほど切り屑の厚さは小さくなるため、デラミネーション（剥離）やバリの発生を防ぐことが可能となる。外周側になるほど、切削加工により発生する切り屑の厚さは小さくなるため、外周側の切削抵抗も小さくすることが出来る。よって、一般的に穴あけ加工が困難であるといわれる複合材料においても、高能率な穴あけ加工を実現することが出来る。
【００３９】
本発明において、第１先端角α１を１４０°以上１６０°以下の範囲で設けることが望ましい。
【００４０】
本発明において、第２先端角α２を８０°以上１００°以下の範囲で設けることが望ましい。
【００４１】
本発明において、第３先端角α３を５０°以上７０°以下の範囲で設けることが望ましい。
【００４２】
本発明において、第４先端角α４を２０°以上４０°以下の範囲で設けることが望ましい。
【００４３】
図２、図４及び図６に示すように、本発明において、第１切れ刃が、第１切れ刃の逃げ面とシンニング面とで形成され、前記シンニング面は、前記第１切れ刃と、前記第１切れ刃に対し回転方向前方側に設けられた第１切れ刃における第１切れ刃の逃げ面の後端１９とに接続するように形成されていることが望ましい。これにより、中心側に短い第１切れ刃１０を形成することが可能となり、従来の３つの切れ刃を有するトリプルアングルドリルよりも高能率な穴あけ加工を実現するための、４つの切れ刃を有するクアドラプルアングルドリルを作製することが可能となる。
【００４４】
以下、本発明を下記の実施例により詳細に説明するが、それらにより本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００４５】
（実施例１）
本発明例１及び従来例２を用いて、一枚の主切れ刃に設けられた直線状の切れ刃の数の違いによる、ＣＦＲＰを切削したときにおける穴の加工面の比較テストを行った。
【００４６】
本発明例１は図２に示すような一枚の主切れ刃につき４つの直線状の切れ刃を設け、刃数を２枚刃とした本発明のクアドラプルアングルドリルであり、第１先端角α１を１４８°、第２先端角α２を９０°、第３先端角α３を６０°、第４先端角α４を３０°とした。また、刃径ｄが６．３７５ｍｍ、シャンク径Ｄを７ｍｍとし、刃溝２を工具軸の方向で測定したときの長さである溝長Ｌが５０ｍｍ（Ｌ／ｄ＝７．８４倍）、全長が１２０ｍｍ、刃溝２のねじれ角を３０°、心厚ｄ１を１．３８ｍｍとして、さらに切れ刃７にはダイヤモンドコートを被覆した。
【００４７】
従来例２は一枚の主切れ刃につき３つの直線状の切れ刃を設け、刃数を２枚刃とした特許文献１に記載のトリプルアングルドリルであり、第１先端角α１を１２０°、第２先端角α２を３０°、第３先端角α３を６°とした。また、刃径ｄが６．３７５ｍｍ、シャンク径Ｄを６．３５ｍｍとし、刃溝２を工具軸の方向で測定したときの長さである溝長Ｌが５１ｍｍ（Ｌ／ｄ＝８．０倍）、全長が１０１ｍｍ、刃溝２のねじれ角を０°、心厚ｄ１を１．４７ｍｍとして、さらに切れ刃７にはダイヤモンドコートを被覆した。
【００４８】
切削条件は、被削材として材質がＣＦＲＰであり、厚さ６ｍｍの板材を用いた。横型マシニングセンターにて、切削条件を回転数が５０００ｍｉｎ−１（切削速度約１００ｍ／ｍｉｎ）、一回転当たり送り量が０．１ｍｍ／回転、穴あけ深さが６ｍｍの貫通穴の加工を奥行き方向に行った。切削加工中においては、エアブローを使用した。
【００４９】
評価方法として、切削長が１６８０ｍｍ及び５０４０ｍｍすなわち加工穴数が２８０穴および８４０穴のときにおいて、それぞれ加工穴の入口側の端面及び加工穴の出口側の端面を顕微鏡にて観察し、デラミネーション（剥離）やバリの発生の有無を確認した。
【００５０】
評価基準として、切削長が１６８０ｍｍ及び５０４０ｍｍすなわち加工穴数が２８０穴及び８４０穴のときにおいて、加工穴の入口側の端面及び加工穴の出口側の端面にデラミネーション（剥離）やバリが発生しなかったものを良好とした。評価結果について、図７及び図８を用いて説明する。
【００５１】
図７は本発明例１による、切削長が１６８０ｍｍ（加工穴数が２８０穴）のときにおける加工面の撮影写真である。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す通り、加工穴の入口側の端面及び加工穴の出口側の端面にデラミネーション（剥離）やバリが発生しなかったため、良好であった。
【００５２】
図８は従来例２による、切削長が１６８０ｍｍ（加工穴数が２８０穴）のときにおける加工面の撮影写真である。図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す通り、従来例２による穴あけ加工においては、加工穴の入口側の端面にバリが発生したため、不良であった。
【００５３】
図９は本発明例１による、切削長が５０４０ｍｍ（加工穴数が８４０穴）のときにおける加工面の撮影写真である。切削長が１６８０ｍｍ（加工穴数が２８０穴）のときと同様に、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す通り、加工穴の入口側の端面及び加工穴の出口側の端面にデラミネーション（剥離）やバリが発生しなかったため、良好であった。
【００５４】
図１０は従来例２による、切削長が５０４０ｍｍ（加工穴数が８４０穴）のときにおける加工面の撮影写真である。切削長が１６８０ｍｍ（加工穴数が２８０穴）のときと同様に、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す通り、従来例２による穴あけ加工においては、加工穴の入口側の端面にバリが発生したため、不良であった。
【００５５】
以上のことから、一枚の主切れ刃につき４つの直線状の切れ刃を設けた本発明のクアドラプルアングルドリルは、一枚の主切れ刃につき３つの直線状の切れ刃を設けた従来のトリプルアングルドリルに対し、加工穴の入口側の端面及び加工穴の出口側の端面にデラミネーション（剥離）やバリが発生しない効果が非常に高いといえる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明のドリルを用いることで、航空機の材料として用いられている複合材料の穴あけ加工において生ずる、デラミネーション（剥離）やバリの発生を抑制し、良好な穴の加工面を形成することが可能となる。さらに、本発明は複合材料の穴あけ加工における摩耗の早期進行や工具寿命の低下を抑えることが可能となるため、特にＣＦＲＰの穴あけ加工において好適である。
【符号の説明】
【００５７】
１  本発明のドリル
２  刃溝
３  リーディングエッジ
４  ランド
５  第１マージン
６  第２マージン
７  主切れ刃
８  シャンク部
９  刃部
１０  第１切れ刃
１１  第２切れ刃
１２  第３切れ刃
１３  第４切れ刃
１４  第１切れ刃の逃げ面
１５  シンニング面
１６  第２切れ刃の逃げ面
１７  第３切れ刃の逃げ面
１８  第４切れ刃の逃げ面
１９  第１切れ刃の逃げ面の後端
２０  第２切れ刃の逃げ面の後端
２１  第３切れ刃の逃げ面の後端
α１  第１先端角
α２  第２先端角
α３  第３先端角
α４  第４先端角
ｔ１  第１切れ刃により形成される切り屑の厚さ
ｔ２  第２切れ刃により形成される切り屑の厚さ
ｔ３  第３切れ刃により形成される切り屑の厚さ
ｔ４  第４切れ刃により形成される切り屑の厚さ
Ｄ  シャンク径
ｄ  刃径
ｆ  １刃送り量
【図１】
2013252588.tif 000003
【図２】
2013252588.tif 000004
【図３】
2013252588.tif 000005
【図４】
2013252588.tif 000006
【図５】
2013252588.tif 000007
【図６】
2013252588.tif 000008
【図７】
2013252588.tif 000009
【図８】
2013252588.tif 000010
【図９】
2013252588.tif 000011
【図１０】
2013252588.tif 000012