(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリル体の直径（Ｄ１）より小さいステップ直径（Ｄ２）を持つステップ部を有するステップドリルであって、前記ドリル体に関しドリルの先端側に直径が減少するように傾斜したステップ部を形成して、該ステップ部により被削材への貫通時に発生するバリを除去するように構成し、該ステップ部はステップ角（θ２）と、前記ドリル体の直径と前記ステップ直径との差である段差の大きさ（Ｄ１-Ｄ２）とによって、前記ステップ角が５゜〜１０゜で且つ前記段差の大きさがドリル体の直径の３％〜１０％に定められていることを特徴とするステップドリル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステップドリルに関し、より詳細にはドリルのステップの角と直径とを変更することによって、穴あけ加工時のバリの形成を最小化するステップドリルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
穴あけ加工は、安価な費用と短い工程時間で良質の穴を生産するため、切削加工中の重要な比重を占めている。このような穴あけ加工時、寸法誤差の原因の一つである塑性変形によってバリが発生する。
【０００３】
このようなバリは入口バリと出口バリとに分けられるが、入口バリはドリルの進入時にドリルの端部によって被削材の上面にウェッジ状に形成され、出口バリはドリルの貫通直前に残っている被削材を押すことによって被削材の下面に形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
なかんずく、出口バリは部品の品質と組立に大きな影響を及ぼす。出口バリはその削除に追加の製造工程とデバリングが必要となり、追加の工程の大部分は手作業であることから、作業性が低下し、製品のコストが上昇するという問題がある。
【０００５】
バリの発生を減らすための先行研究として、ドリルの刃線部にラウンディング（Rounding）を施すような方法と、ねじれ角の増加、出口面を硬化させるような方法が提示されている。ところが、出口面の硬化はバリの生成は減少させるものの、除去がさらに困難なバリを生じるという問題がある。
【０００６】
他に、超音波加振と低周波加振によりバリの発生を減少させたり、移送量を変化させて推力を抑制させることによって、バリの発生を最小化する方法が提示されているが、これは切削方法によってバリの形成を減少させるもので、追加の装備が必要となり、加工コストが上昇するという問題がある。
【０００７】
従って、本発明は前記の問題点を解決するためになされたものであって、ドリルにステップ部を設け、該ステップ部のステップ角とステップ直径を変更することによって、穴あけ加工時のバリの形成を最小化するステップドリルを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のステップドリルは、図１に示すように一般のドリルとは異なり、一次にドリルの先端部が被削材を貫通した後、二次にステップ部によって未切削部の加工が行われる。ステップ角度 (θ２）の大きさを調節して未切削部の曲げに対する剛性を大きくすることによって、ステップ部が被削材から離脱する前まで、切削を延ばすことができ、ステップ直径 (Ｄ２）の大きさを変化させてドリル体の直径(Ｄ１）とステップ直径(Ｄ２）との差である段差の大きさ(Ｄ１-Ｄ２）を変化させることによって未切削部の大きさを調節することができる。
【０００９】
図１において、ｙ１、Ｒ１は切削が終了し曲げが生じて、残っている部分がバリに変化し始める臨界地点を示す。このような臨界地点は残っている部分の形状によって決められるが、ステップドリルの先端部から加えられる力による曲げ変形に対する剛性が大きいほど、ドリルが貫通するまで切削が続き、バリの形成が遅延し、結果的に小さなバリが形成されるのである。
【００１０】
従って、本発明によるステップドリルは、ドリル体の直径（Ｄ１）より小さいステップ直径（Ｄ２）を持つステップ部を有するステップドリルであって、前記ドリル体に関しドリルの先端側に直径が減少するように傾斜したステップ部を形成して、該ステップ部によりドリルの被削材への貫通時に発生するバリを除去するように構成し、該ステップ部は、ステップ角（θ２）と、前記ドリル体の直径と前記ステップ直径との大きさの差である段差の大きさ（Ｄ１-Ｄ２）とによって、前記ステップ角が５゜〜１０゜で且つ前記段差の大きさがドリル体の直径の３％〜１０％に定められていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のステップドリルの望ましい実施の形態（実施例）を図面に基づき詳しく説明する。
【００１３】
本発明の実施例によるステップドリルとしては、ステップ部の角度（ステップ角）とステップ部の最小直径たるステップ直径を変更したステップドリルを使用し、比較例として、高速度鋼(ＨＳＳ：Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｓｔｅｅｌ)ドリル、超硬(Ｃａｂｉｄｅ)ドリル、面取り(Ｃｈａｍｆｅｒ)ドリル、ラウンド(Ｒｏｕｎｄ)ドリルを使用する。
【００１４】
図２ａ〜ｅは本発明の実施例と比較例のドリルの形状を示す図であり、図３は使用したドリルの寸法を示す表であり、図４は図２ａ〜ｅにおける本発明の実施例及び比較例の切削条件を示す表である。
【００１５】
穴あけ加工は、ＣＮＣマシンニングセンター(Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒ；Ｈｙｕｎｄａｉ社のＭｏｄｅｌ Ｎｏ．ＳＰＴ１８Ｓを使用）で実施し、被削材はＳＭ４５Ｃを使用し、切削条件は図４に示すように、一定の切削速度でバリの形成に大きな影響を及ぼす要因である移送速度を５段階に増加させながら実験を行い、切削油の使用をしない乾式切削を行った。
【００１６】
図５ａ〜ｅは、穴あけ加工後に形成されたバリについて、非接触式レーザー測定装置を用いて、バリの高さと厚さに関するデータを求め、各ドリル別のバリの高さをグラフとして示したものである。
【００１７】
図５ａに、６０゜（図６ａ）と４０゜（図６ｂ）の面取り角を持つ面取りドリルを使用した比較例３と比較例４の実験の結果を示す。穴あけ加工は、一次に、４０゜の先端角により実施され、面取り部に達して６０゜あるいは４０゜の先端角を持つドリル加工と類似の穴あけ加工が実施される。面取りドリルは一般のドリルに比べ未切削部の量が小さく、ドリルの進行方向への曲げ変形に対する剛性が大きいため、ドリル離脱時の抵抗による曲げ変形が少ない。従って、比較例１と比較例２に比べさらに小さなバリが形成され、比較例４は比較例３より未切削部が小さいため、さらに小さなバリが形成される。
【００１８】
次に、ラウンドドリルのコーナー（Ｃｏｒｎｅｒ）の半径が１.５ｍｍ（図６ｃ）と２.５ｍｍ（図６ｄ）の比較例５及び比較例６に関する実験を行った。図５ｂに示すように、比較例６ではドリルの貫通直前、剛性が不充分な未切削部に曲げ変形が生じて、比較例５より大きなバリが形成された。
【００１９】
図５ｃ〜図５ｅは、実施例の結果を示すグラフである。
図５ｃについて述べると、ステップ角が１００゜の場合に移送速度が２００ｍｍ/minであれば、バリの高さが著しく高くなることがわかる。
【００２０】
従って、１００゜、１３０゜の場合は、７５゜、６０°、４０°、１０゜、５゜の場合よりバリの高さが著しく高くなることがわかり、ステップ角が７５゜以下の場合にはステップ角が小さくなるにつれ、バリの高さも小さくなることがわかる。
【００２１】
本発明によるステップドリルの実施例は、７種類のステップ角と３種類のステップ直径により分けられた実施例１から実施例１７に対して実験を行った。
【００２２】
ステップ角が１３０゜、１００゜であり、ステップ直径が８ｍｍの実施例１、２では、ステップ部による二次加工時に、未切削部のドリル進行方向への剛性の不充分なことから、一次加工時に形成されたキャップ（Cap）が押されることによって、ステップ部とドリル体との直径の段差ほどの破裂型のバリが形成される。
【００２３】
ところが、ステップ角が７５゜の実施例３では切削が最後まで進行されて小さなバリが形成され、特に、ステップ直径が９ｍｍの実施例８では未切削部の切削量が小さくて、相対的に小さなバリが形成される。
【００２４】
次に、それぞれ異なる物性値を持った被削材から発生するバリの特性に関する実験を行った。図８は被削材の物性値を示す表であり、図９は切削条件を示す表である。
【００２５】
実験対象の４種類の被削材への穴あけ加工後、比較例及び本発明の実施例で発生したバリの大きさの相関グラフを図７に示す。
【００２６】
Ａ６０６１とＳＳ４００では破裂型のバリと共に最大のバリが形成され、Ａ２０２４では全般に非常に小さなバリが形成された。多くの破裂型のバリが発生したＡ６０６１を除いた被削材ではステップドリルのステップ角が７５゜以下の実施例３乃至１７で比較的小さなバリが形成された。
【００２７】
また、ＳＭ４５Ｃではドリルの種類によってバリ形成の特徴が最も明確に現れる。これは延性の大きい他の材質に比べ、チップの排出が円滑で、塑性変形による曲げが小さいため、小さなバリが形成される。
【００２８】
ＳＳ４００とＡ６０６１では他の被削材に比べ、比較的大きなバリが形成され、ステップ角によって非常に大きな変化を示す。ステップ角が７５゜以上の実施例１、２、３、８、１３では破裂型に近い大きなバリが形成され、６０゜以下の実施例４、５、６、７、９、１０、１１、１２、１４、１５、１６、１７では小さなバリが形成される。
【００２９】
ＳＳ４００とＡ６０６１及びＳＭ４５Ｃでは、ステップ角が小さくなるにつれ、バリの高さも小さくなることがわかる。なお、ＳＳ４００とＡ６０６１では段差の大きさがドリル体の直径(Ｄ１）の２０%（２ｍｍ；一方の段差の大きさは１ｍｍ）から１０％（１ｍｍ；一方の段差の大きさは０.５ｍｍ）に減少時、バリの高さも減少することがわかる。
【００３０】
図３及び図７から、ステップ角が４０゜、段差の大きさがドリル体の直径の１０%（１ｍｍ；一方の段差の大きさは０.５ｍｍ）の実施例１０と、ステップ角が１０゜、段差の大きさがドリル体の直径の１０%（１ｍｍ；一方の段差の大きさは０.５ｍｍ）の実施例１１と、ステップ角が５゜、段差の大きさがドリル体の直径の１０%（１ｍｍ；一方の段差の大きさは０.５ｍｍ）の実施例１２と、ステップ角が１０゜、段差の大きさがドリル体の直径の３%（０．３ｍｍ；一方の段差の大きさは０.１５ｍｍ）の実施例１６と、ステップ角が５゜、段差の大きさがドリル体の直径の３%（０．３ｍｍ；一方の段差の大きさは０.１５ｍｍ）の実施例１７との場合に最小のバリがあらゆる材質で形成されることがわかる。
【００３１】
本発明によるステップドリル及び一般のドリルの切削力の変化を示す図１０と、ステップドリルに関し、ドリルの切削力の変化に従う各領域別のステップドリルの切削状態を図１１に示す。
【００３２】
図１０ａは一般のドリルの切削力を示すもので、切削の進行過程における進入地点と貫通地点とで比較的一定な値で増減していることを示し、被削材の内部切削時にはチップの円滑な排出と安定した切削によって均一な値を示す。
【００３３】
図１０ｂはステップドリルの切削力を示すものであり、図１１はこれを領域別に撮影した写真である。最初の進入地点から１〜２領域では一般のドリルと同一であり、ステップ角があり、ステップ段が現れる３領域では一定な増加を示す。
【００３４】
４領域では先端角とステップ角により同時に加工が進行される部分であって、加工の深さが深くなるほど推力と回転力は少しずつ増加する。
【００３５】
５領域では先端角が出口面を通過しながら推力が回転力に比べ急減し、６〜７領域では回転力が比較的に高い値を示す。これは６領域で既にドリルの先端部が出口部を通過してステップ端部だけが回転力に影響を及ぼすためである。６領域の長さはステップ長さのLによって決められ、先端部による加工とステップ部による加工に分け、先端部による加工によって形成されたバリを保持している状態である。この時の抵抗の大きさはステップ部の大きさにより決められ、ステップ部による２次のバリを形成するようになる。
【００３６】
ステップ角が比較的大きな１３０゜では残っている部分の曲げ変形によって急な抵抗の減少があり、ステップ角が４０゜、１０゜、５゜のように小さな場合には漸進的な抵抗の減少が発生し、切削量が多くなることによってバリの形成が最小化するのである。
【００３７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によるステップドリルは、穴あけ加工時のドリルの進行と共に曲げ変形が大きくなりながら発生する出口バリに関し、未切削部の領域を減らし、最終まで切削が行われるようにすることによってバリの形成を最小化するという効果がある。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明のこうした実施の形態に何ら限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステップドリルが被削材を切削する状態の模式図。
【図２ａ】高速度鋼ドリルの形状を示す側面図。
【図２ｂ】超硬ドリルの形状を示す側面図。
【図２ｃ】面取りドリルの形状を示す側面図。
【図２ｄ】ラウンドドリルの形状を示す側面図。
【図２ｅ】ステップドリルの形状を示す側面図。
【図３】本発明の実施例及び比較例で使用したドリルの寸法を示した表。
【図４】本発明の実施例及び比較例での切削条件を示す表。
【図５ａ】比較例１、２、３、４で測定されたバリの高さと移送速度との相関グラフ。
【図５ｂ】比較例２、５、６で測定されたバリの高さと移送速度との相関グラフ。
【図５ｃ】本発明の実施例１〜７で測定されたバリの高さと移送速度との相関グラフ。
【図５ｄ】本発明の実施例８〜１２で測定されたバリの高さと移送速度との相関グラフ。
【図５ｅ】本発明の実施例１３〜１７で測定されたバリの高さと移送速度との相関グラフ。
【図６ａ】比較例である面取りドリルのバリ形成の状態を示す断面図。
【図６ｂ】比較例である面取りドリルのバリ形成の状態を示す断面図。
【図６ｃ】比較例であるラウンドドリルのバリ形成の状態を示す断面図。
【図６ｄ】比較例であるラウンドドリルのバリ形成の状態を示す断面図。
【図６ｅ】実施例のステップドリルのバリ形成の状態を示す断面図。
【図６ｆ】実施例のステップドリルのバリ形成の状態を示す断面図。
【図６ｇ】実施例のステップドリルのバリ形成の状態を示す断面図。
【図７】被削材による実施例と比較例とのバリの高さの相関グラフ。
【図８】図７の実験に使用された被削材の物性値を示す表。
【図９】図７の実験の切削条件を示す表。
【図１０ａ】一般のドリルの切削進行過程に従う推力と回転力を示す切削状態図。
【図１０ｂ】本発明のステップドリルの切削進行過程に従う推力と回転力を示す切削状態図。
【図１１】（ａ）乃至（ｈ）は図１０ｂによるステップドリルの１〜８領域の写真。
【図１】
0003735584.tif 000002
【図２ａ】
0003735584.tif 000003
【図２ｂ】
0003735584.tif 000004
【図２ｃ】
0003735584.tif 000005
【図２ｄ】
0003735584.tif 000006
【図２ｅ】
0003735584.tif 000007
【図３】
0003735584.tif 000008
【図４】
0003735584.tif 000009
【図５ａ】
0003735584.tif 000010
【図５ｂ】
0003735584.tif 000011
【図５ｃ】
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【図５ｄ】
0003735584.tif 000013
【図５ｅ】
0003735584.tif 000014
【図６ａ】
0003735584.tif 000015
【図６ｂ】
0003735584.tif 000016
【図６ｃ】
0003735584.tif 000017
【図６ｄ】
0003735584.tif 000018
【図６ｅ】
0003735584.tif 000019
【図６ｆ】
0003735584.tif 000020
【図６ｇ】
0003735584.tif 000021
【図７】
0003735584.tif 000022
【図８】
0003735584.tif 000023
【図９】
0003735584.tif 000024
【図１０ａ】
0003735584.tif 000025
【図１０ｂ】
0003735584.tif 000026
【図１１】
0003735584.tif 000027