(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリル本体の外周部に２条の切屑排出溝が形成され、その先端部には切刃チップが装着されてドリル刃が構成されるようにしたスローアウェイ式ドリルにおいて、該ドリルの先端視で、中心刃を含む側に配設される切刃チップは、基準軸ｙより心下がり平行状態に配設され、外周刃を含む側に配設される切刃チップは、基準軸ｙに対する心上がり平行状態から、中心方向すくい角βを変えることなく、軸線Ｏを中心としてドリルの回転方向後方に角度αだけ回転移動させられ、前記外周刃の最先端の心上がり量が減少する状態に配設され、前記軸線Ｏを中心として外周刃の最先端を通る円の接線が、中心刃の最先端を通る円の接線と平行となる方向に近づけられたことを特徴とするスローアウェイ式ドリル。
【請求項２】
前記回転の角度αは、１〜６゜であることを特徴とする請求項１に記載のスローアウェイ式ドリル。
【請求項３】
前記外周刃の最外点ｑが、ドリルの基準軸ｙの上にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスローアウェイ式ドリル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はスローアウェイ式ドリルに関し、特に深穴加工に好適する穴径精度の改良されたスローアウェイ式ドリルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来ドリルの代表例を示し、図１に示すような外観をもつスローアウェイ式ドリルの先端視の図である。切刃チップ５は、後述する本発明の実施形態と同形状のものであって、中心刃６および外周刃７として装着されている。そして中心刃６は心下がり、外周刃７は心上がり、かつ基準軸（ｘ，ｙ）のｙ軸に関し平行状態におかれている。切刃チップ５の軸線Ｏからの距離と心の上がり下がり位置が、中心刃６と外周刃７とで異なるために切削力の大きさと方向が異なり、切削のバランスを欠くことになって、直径の正確な穴明けが行われないという問題がある。
【０００３】
前記のような切削力の不釣り合いを解決の課題とした従来技術として、たとえば特公昭５７−５０６０５号公報に開示されたものが挙げられる。図１０および図１１は、この公報からそのまま転写したものではないが、切削中に図１０に示された中心刃６および外周刃７にかかる切削力はＦ1，Ｆ2で表され、それぞれ送り方向の分力Ｆa1，Ｆa2、および半径方向の分力Ｆr1，Ｆr2に分けることができる。そして、図１１に示される中心刃６および外周刃７にかかる切削の主分力Ｆt1，Ｆt2と、前記半径方向の分力Ｆr1，Ｆr2とにより合力Ｆ1’，Ｆ2’が求まる。この合力Ｆ1’，Ｆ2’の大きさと方向が穴径精度に影響するものと考えられる。この発明は、切削中の前記合力Ｆ1’とＦ2’とが平行となる位置まで中心刃６を角度γだけドリルの回転方向後方に回転させた位置に配置することを特徴としており、これにより切削力が相殺されて切削中の釣り合いが保たれるようになるので、精度の良い穴明けができるとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者の研究によって、ドリルによる加工穴の精度は、切削中における切削力の釣り合いよりも、加工物への食い付き時における切削力の釣り合いの方が大きく影響することが分かった。すなわち、食い付き時に不釣り合いが生じれば、たとえ切削中における釣り合いをとったドリルであっても、ドリルの剛性でもって自己修復することは難しく、食い付きでの不安定な状態がその後も引き継がれる。そしてその結果、穴径の拡大，縮小および穴曲がりなどが生じていることが分かった。この問題は、特に本体が細長くなる深穴加工用のドリルについて顕著となる。
【０００５】
そこで、前記図１０および図１１に例示した従来のドリルについて、食い付き時の切削力の状態を図１２および図１３を参照しながら検討する。まず、図１２に示すように、食い付きの瞬間は切刃先端の形状の影響は無視できるとみなせるから、外周刃７および中心刃６にはそれぞれ送り方向の切削力Ｆa1およびＦa2のみが発生し、半径方向の分力は派生しない。そうすると、円周方向の切削力は、図１３における主分力Ｆ1’およびＦ2’だけとなり、その合力としてＦrなる切削力がドリルの外方に向かって作用することになる。つまり、このドリルは、切削中の切削力のバランスに優れるとされるが食い付き時のバランスは非常に悪く、穴の入口部でドリル直径より拡大した穴明けが行われる。そして、この傾向が解消されないまま穴の奥の加工にも引き継がれることになる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記のような課題に鑑みなされたもので、請求項１は、ドリル本体の外周部に２条の切屑排出溝が形成され、その先端部には切刃チップが装着されてドリル刃が構成されるようにしたスローアウェイ式ドリルにおいて、該ドリルの先端視で、中心刃を含む側に配設される切刃チップは、基準軸ｙより心下がり平行状態に配設され、外周刃を含む側に配設される切刃チップは、基準軸ｙに対する心上がり平行状態から、中心方向すくい角βを変えることなく、軸線Ｏを中心としてドリルの回転方向後方に角度αだけ回転移動させられ、前記外周刃の最先端の心上がり量が減少する状態に配設され、前記軸線Ｏを中心として外周刃の最先端を通る円の接線が、中心刃の最先端を通る円の接線と平行となる方向に近づけられたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２は、前記回転の角度αは、１〜６゜であることを特徴とする。さらに請求項３は、前記外周刃の最外点ｑが、ドリルの基準軸ｙの上にあることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の一形態について、図を参照しながら説明する。図１および図２に示すスローアウェイ式ドリルは、シャンク１，フランジ２および本体３からなり、本体３の外周部には２条の切屑排出溝４が、ねじれを伴って配設されている。切屑排出溝４の先端部には、それぞれ切刃チップ５が、この場合１枚づつ着脱自在に装着され、その一方は中心刃６、他方は外周刃７となって一つのドリル刃を構成している。ドリルの後端からは油穴８が穿設されて、先端部で開口している。
【０００９】
図３および図４は、図１および図２における切刃チップ５を際だたせた説明図である。また、図５は、図４における外周刃７の部分の拡大図である。切刃チップ５は、略平行四辺形、詳しくは異形八角形の形状を有し、外周側面には逃げの付与されたポジチップである。図３には、中心刃６と外周刃７とでもって回転軌跡において一つの連続したドリル刃を形成する様子が示されている。そして、中心刃６の最先端点をＰ、外周刃７の最先端点をＱとすれば、食い付き時の送り方向の切削力は最先端点Ｐ，ＱにおいてそれぞれＦfi，Ｆfoで表される。この切削力Ｆfi，Ｆfoは、食い付き時は軸線Ｏに平行であり、半径方向の分力は生じないものとみなせる。
【００１０】
図４および図５に示されるように、中心刃６は、基準軸（ｘ、ｙ）のｙ軸より心下がり平行状態におかれる。本図で２点鎖線によって描かれた外周刃７は、一般的な従来ドリルを例示したものであり、基準軸ｙに対して心上がり平行状態におかれている。すなわち、中心刃６を心下がりとすることによって、切削性能に優れる正の中心方向すくい角を形成させる一方で、外周刃７については、外周逃げ角を確保して加工穴との干渉を避ける必要があることから、心上がり状態におかれるのである。心上がり量は、外周刃７の最外点ｑ0と軸線Ｏとを結ぶ線と、外周刃７の最外点ｑ0を通り基準軸ｙに平行な線とによって挟まれる角度が、予め設定した中心方向すくい角βと一致する位置に求められる。
【００１１】
このような従来のスローアウェイ式ドリルにおいて、ドリルの食い付き時における中心刃６の主分力Ｆiは、軸線Ｏを中心として最先端点Ｐを通る円の接線として求まる。同様にして、外周刃７の最先端点Ｑ0における主分力Ｆo0が求まる。ドリル中心側と外周側での切削速度の違いから、外周刃７の主分力Ｆo0は、中心刃６の主分力Ｆiより大きくなる。そして、２つの主分力Ｆi，Ｆo0に対し、基準軸ｙと平行する方向の分力をそれぞれ求めたときに、ともに同一方向を向くことになるので、ドリルの先端を外方に押しやろうとする分力が増幅されて作用し、食い付き部において拡大した穴明けとなる。
【００１２】
ところで、この発明の外周刃７は、図４および図５に示すように、外周刃７の中心方向すくい角βを維持したまま、軸線Oを中心としてドリルの回転方向後方に角度αだけ回転移動させた状態に配設される。したがって、外周刃７の最先端点ＱoがＱまで移動することになり、主分力もＦo0からＦoにその方向を変える。主分力Ｆoが中心刃６の主分力Ｆiと平行となる方向に近づくことで、穴の拡大に影響する分力が小さくなって食い付き時における穴の拡大が改善されるようになる。そして、このときの外周刃７の回転の角度αは１〜６゜が好適する。特に本体３が細長い深穴加工用のドリルでは、僅か１゜の差であってもドリル性能が改善されることを本発明者は確認している。反対に、最外点ｑが食い付くときに生じるドリル中心方向に向かう切削力に抵抗する分力を残すために、主分力Ｆoが中心刃６の主分力Ｆiと完全に平行となるまで回転移動することは好ましくない。したがって、角度αは１〜６゜が適切であり、角度αが大きくなるにつれ、ドリル直径より縮小傾向の穴明けに移行するようになる。
【００１３】
図６は切削データを示すもので、回転の角度αが０゜（従来のもの），３゜，６゜の３種類のドリルを使用している。α＝０゜のものは、穴の入口部での拡大代が大きい上に、穴の奥でさらに拡大している。ところがα＝３゜のものは拡大代が改善されているのに加え、穴の入口と奥でのバラツキも小さくなっている。α＝６゜のものは、さらに拡大代は小さくなるが、穴の奥で縮小する傾向に転じるようになる。６゜を超えると穴径そのものがドリル直径より縮小することになるから、推奨されない。
【００１４】
図７はこの発明の他の実施形態を示し、外周刃７の最外点ｑが基準軸ｙの上にくるように配設されたものである。このようなドリルは、たとえば旋盤に取り付けたドリルでもってオフセット加工するような場合の位置計算が簡単で、機械軸の調整がやりやすいという特長をもっている。
【００１５】
図８は、この発明の他の実施形態を示し、２本の切屑排出溝に装着される切刃チップ５がそれぞれ２枚の場合のものである。外周刃７に関して、中心方向すくい角が角度αだけ負となる方向に回転されている。このようにドリルの底刃を複数の切刃チップ５によって構成したものであっても、前記のような穴精度の改善効果は同様に観測される。
【００１６】
【発明の効果】
スローアウェイ式ドリルによる穴明けにおいて、心上がりに置かれた外周刃を、中心方向すくい角を維持しながらドリルの回転方向後方に僅か１〜６゜回転移動させることで、食い付き時の切削力の不釣り合いが改善され、ドリル直径に近い穴径をもつ穴明けが行われるようになる。食い付き時の切削力のバランスが穴奥の加工にも引き継がれるので、特に深穴加工において加工精度向上に効果的である。外周刃の最外点を基準軸に一致させたものとすれば、オフセット加工の際の位置決めが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スローアウェイ式ドリルの外観を示す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示し、図１の正面図である。
【図３】図１の先端部拡大図に相当し、切刃チップを強調した説明図である。
【図４】図３の正面図である。
【図５】図４の外周刃部分の拡大図である。
【図６】回転角度αと穴の拡大代との関係を表す実験結果である。
【図７】本発明ドリルの第２の実施形態を示す正面図である。
【図８】本発明ドリルの第３の実施形態を示す正面図である。
【図９】従来ドリルの切刃チップの配置を示す正面図である。
【図１０】従来ドリルにおける切削中の切削力を説明する先端部側面図である。
【図１１】図１０に示す従来ドリルの切削中の切削力を説明する先端部正面図である。
【図１２】従来ドリルにおける食い付き時の切削力を説明する先端部側面図である。
【図１３】図１２に示す従来ドリルの食い付き時の切削力を説明する先端部正面図である。
【符号の説明】
３  本体
４  切屑排出溝
５  切刃チップ
６  中心刃
７  外周刃
Ｐ  （中心刃の）最先端点
Ｑ  （外周刃の）最先端点
ｑ  （外周刃の）最外点
α  （回転の）角度
β  中心方向すくい角
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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