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発明の名称 ドリル
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−15066(P2007−15066A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−200119(P2005−200119)
出願日 平成17年7月8日(2005.7.8)
代理人 【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
発明者 成毛 康一郎 / 柳田 一也
要約 課題
切削抵抗が小さくドリルの折損を防止できるとともに、加工穴の内周面の表面粗さを向上させ、加工穴を寸法精度良く形成できるドリルを提供することを目的とする。

解決手段
軸線O回りに回転されるドリル本体10の先端側部分である切刃部12の外周に後端側に向けて延びる切屑排出溝20が形成され、この切屑排出溝20のドリル回転方向T前方側を向く内壁面と切刃部12の先端逃げ面13との交差稜線部に切刃21が形成されたドリルにおいて、切刃部12は、その外径が軸線O方向に沿って略一定とされた先端側の第1切刃部12Aと、この第1切刃部12Aの後端に滑らかに連なるとともに、その外径が軸線O方向の後端側に向かうにしたがい漸次縮径するバックテーパが設けられた第2切刃部12Bとから構成されていることを特徴とする。
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部分である切刃部の外周に、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、
前記切刃部は、外径が前記軸線方向に沿って略一定とされた先端側の第1切刃部と、該第1切刃部の後端に滑らかに連なるとともに、外径が前記軸線方向の後端側に向かうにしたがい漸次縮径するバックテーパが設けられた第2切刃部とから構成されていることを特徴とするドリル。
【請求項2】
前記切刃の直径をDとしたときに、前記第1切刃部の前記軸線方向の長さL1が、0<L1≦5Dの範囲内とされたことを特徴とする請求項1に記載のドリル。
【請求項3】
前記第1切刃部の前記軸線方向の長さL1が、0.5D≦L1≦2Dの範囲内とされたことを特徴とする請求項2に記載のドリル。
【請求項4】
前記第1切刃部のバックテーパ量が0.05/100未満とされ、前記第2切刃部のバックテーパ量が0.05/100以上とされたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のドリル。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、被切削材に対して加工穴を形成する穴あけ加工に用いられるドリルに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、このようなドリルとしては、軸線回りに回転される切刃部の外周に後端側に向けて延びる一対の切屑排出溝が形成され、これら切屑排出溝のドリル回転方向前方側を向く内壁面と切刃部の先端逃げ面との交差稜線部に切刃が形成され、かつ、切刃部のランド部に、切屑排出溝のドリル回転方向後方側及び前方側に隣接する第1マージン部及び第2マージン部がそれぞれ形成されたものが提供されている。これらの第1マージン部及び第2マージン部には、加工穴の内周面に接触させて切刃部をガイドする役割を持たせている(特許文献1参照)。
【0003】
このような構成とされたドリルでは、形成される加工穴の内周面と接触することになるマージン部について、加工穴の内周面との接触面積を減少させて切削抵抗の低減を図るために、切刃部の外径が軸線方向の後端側に向かうにしたがい一定の割合で漸次縮径するように、この切刃部にバックテーパを付けることがある。
このようなバックテーパは、通常、切刃部の全長に亘って付けられるため、切刃部の外周面に対して十分な逃げを確保するために大きなバックテーパを付けたときには、切刃部の後端側部分において必要以上に外径が小さくなってしまい、切刃部の剛性低下を招き、切削抵抗によりドリルが折損するといった問題があった。
【0004】
そこで、特許文献2では、切刃部を、バックテーパを付けたバックテーパ部と、このバックテーパ部の後端に連なり外径が略一定とされたストレート部とで構成したドリルが開示されている。
この構成のドリルは、バックテーパが切刃部全長に亘って付けられていないので、切刃部の後端側の外径が必要以上に小さくならず、ドリルの剛性を確保することができるものである。
【特許文献1】特開平07−40117号公報
【特許文献2】特開2004−195561号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献2に開示されたドリルでは、切刃部の先端側にバックテーパ部が形成され、このバックテーパ部の後端側がストレート部とされているので、加工穴の内周面と接触する部分がバックテーパ部の先端側部分のみとなり、切削抵抗を小さくすることはできるものの、切刃部と加工穴とが十分に接触せずに切刃部のガイドが不十分となって、切刃部にブレや振動が生じて加工穴の内周面(加工面)の表面粗さが粗くなるとともに、形成される加工穴の寸法精度が劣化するといった問題があった。
このように、従来のドリルでは、切削抵抗の低減と加工穴の内周面(加工面)の表面粗さの向上及び加工穴の寸法精度の向上とを両立させることは困難であった。
また、切刃部のバックテーパを大きくした場合には、切刃部先端を再研磨した際に、ドリルの外径が大幅に小さくなってしまうといった問題があった。
【0006】
この発明は、このような事情を考慮してなされたものであって、切削抵抗が小さくドリルの折損を防止できるとともに、加工穴の内周面の表面粗さを向上させ、加工穴を寸法精度良く形成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部分である切刃部の外周に、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、前記切刃部は、外径が前記軸線方向に沿って略一定とされた先端側の第1切刃部と、この第1切刃部の後端に滑らかに連なるとともに、外径が前記軸線方向の後端側に向かうにしたがい漸次縮径するバックテーパが設けられた第2切刃部とから構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
この構成のドリルでは、切刃部の先端側に、外径が略一定とされた第1切刃部が備えられているので、この第1切刃部が加工穴の内周面と十分に接触して切刃部のブレや振動が防止され、加工穴を寸法精度良く形成することができる。また、第1切刃部の切屑排出溝以外の部分(ランド部)が加工穴の内周面に摺接するように押し当てられるので、加工穴の内周面にバニシング加工を施すことになって滑らかに仕上げることができ、加工穴の内周面の表面粗さを向上させることができる。
【0009】
また、第1切刃部の後端に連なり、外径が軸線方向後端側に向かうにしたがい漸次縮径された第2切刃部が備えられているので、第2切刃部の切屑排出溝以外の部分(ランド部)が加工穴の内周面と接触することが防止され、ドリルの切削抵抗を小さく抑えることができる。
また、切刃部の先端側に外径が略一定とされた第1切刃部が備えられているので、このドリルの切刃部先端を再研磨した際に、切刃の外径が大きく変化せず、このドリルの寿命を向上させることができる。
また、第1切刃部と第2切刃部とが滑らかに連なるように、つまり段差がないように構成されているので、第1切刃部と第2切刃部との接続部分の剛性を確保して、切削抵抗によるドリルの折損を防止できるとともに、このドリルの製造を簡単に行うことができ、製造コストを低減することができる。
【0010】
また、前記切刃の直径をDとしたときに、前記第1切刃部の前記軸線方向の長さL1を、0<L1≦5Dの範囲内とすることにより、ドリルの先端部に第1切刃部が確実に設けられ、加工穴の内周面の表面粗さを確実に向上させることができるとともに、加工穴を寸法精度良く形成することができる。ここで、第1切刃部の長さL1が5Dを超えると、加工穴を深く形成した際に切削抵抗が過剰に大きくなりドリルが折損するおそれがあるため、5D以下とすることが好ましい。
【0011】
なお、このような効果をさらに確実に奏効せしめるには、前記第1切刃部の前記軸線方向の長さL1を、0.5D≦L1≦2Dの範囲内とすることがより好ましい。
ここで、第1切刃部の長さL1が0.5Dよりも小さい場合には、切刃部の先端側を再研磨した際に、第1切刃部が消滅してしまうおそれがあるため、0.5D以上とすることが好ましい。
【0012】
また、前記第1切刃部のバックテーパ量を0.05/100未満とし、前記第2切刃部のバックテーパ量を0.05/100以上とすることにより、第1切刃部の外径が略一定とされ、加工穴の内周面と十分に接触して加工穴の内周面の表面粗さをさらに確実に向上させることができる。また、第2切刃部に一定量以上のバックテーパが形成されるので、加工穴の内周面と第2切刃部との間に逃げが確保され、加工穴を深く形成した場合でも、加工穴の内周面と第2切刃部との接触が確実に防止され、切削抵抗を小さくすることができる。
【0013】
なお、このような効果をさらに確実に奏功せしめるには、ドリルの前記切刃の直径が1mmから3mmとされた小径ドリルにおいては第2切刃部のバックテーパ量を0.1/100から0.2/100の範囲内とすることがより好ましく、前記切刃の直径が3mmから20mmとされた中径ドリルにおいては第2切刃部のバックテーパ量を0.2/100から0.4/100の範囲内とすることがより好ましい。
【0014】
以上のように本発明によれば、切削抵抗が小さくドリルの折損を防止できるとともに、加工穴の内周面の表面粗さを向上させ、加工穴を寸法精度良く形成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】
【0015】
本発明の実施の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に本発明の実施の形態であるドリルを示す。
このドリルのドリル本体10は、図1に示すように、軸線Oを中心とした概略円柱状に形成されており、ドリル本体10後端側(図1において上側)部分が工作機械の回転軸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。このドリル本体10の内部には、切刃部12先端部分に開口されるとともにドリル本体10の後端側まで貫通したクーラント孔(図示せず)が設けられている。
【0016】
切刃部12は、その外径が軸線O方向に沿って略一定とされた第1切刃部12Aと、この第1切刃部12Aの後退に滑らかに連なるとともに、その外径が軸線O方向の後端側へ向かうにしたがい一定の割合で漸次縮径するバックテーパが設けられた第2切刃部12Bとから構成されている。このとき、第1切刃部12Aの軸線O方向に沿った長さL1と、第2切刃部12Bの軸線O方向に沿った長さL2との比L1:L2は、本実施形態においては、概略1:8となるように設定されている。
また、第1切刃部12Aの軸線O方向に沿った長さL1は、このドリルの切刃の直径をDとしたときに、0<L1≦5D、より望ましくは0.2D≦L1≦2Dとなるように設定されている。
【0017】
この切刃部12の外周には、先端逃げ面13から軸線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20が軸線Oに対して対称に形成されていて、これら切屑排出溝20のドリル回転方向T前方側を向く内壁面と先端逃げ面13との交差稜線部にそれぞれ切刃21が形成されている。
また、切刃部12を軸線Oに直交する断面で見た場合に、切屑排出溝20が形成された以外の部分がランド部22とされており、このランド部22は、切屑排出溝20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して形成されている。
【0018】
第1切刃部12Aは、その外径が軸線O方向に沿って一定とされており、本実施形態では、この第1切刃部12Aのバックテーパ量は0とされている。すなわち、第1切刃部12Aの切屑排出溝20以外の部分(ランド部22A)の軸線Oに直交する断面を円弧とする仮想の円の外径が、軸線O方向に沿って一定とされているのである。
【0019】
この第1切刃部12Aの後端側に連なる第2切刃部12Bは、その外径が軸線Oの後端側に向かうにしたがい一定の割合で漸次縮径しており、本実施形態では、この第2切刃部12Bのバックテーパ量は0.15/100とされている。すなわち、第2切刃部12Bのランド部22Bの軸線Oに直交する断面を円弧とする仮想の円の外径が、軸線O方向の後端側に向かうにしたがい100mmにつき0.15mmの割合で漸次縮径していくようになっているのである。
【0020】
ここで、第2切刃部12Bの最も先端側の外径、すなわち、ランド部22Bの断面がなす円弧の外径は、第1切刃部12Aのランド部22Aの断面がなす円弧の外径と略同一に設定されており、第2切刃部12Bの先端は、第1切刃部12Aの後端に対して滑らかに連なるように形成されている。
【0021】
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が工作機械の回転軸に把持されて、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クーラント孔を通じてドリル先端部に向けてクーラントが供給され、切削加工をスムーズに行うことができる。
【0022】
この構成のドリルでは、切刃部12が、外径が軸線O方向に沿って一定とされた第1切刃部12Aと、外径が軸線O方向後端側に向かうにしたがい漸次縮径された第2切刃部12Bとから構成されているので、第1切刃部12Aのランド部22Aが加工穴の内周面と軸線O方向に長さをもって十分に接触し、切刃部12がガイドされて切刃部12のブレや振動を抑えられる。よって、加工穴の内周面の表面粗さを向上させることができるとともに、加工穴を寸法精度良く形成することができる。また、第1切刃部12Aのランド部22Aが加工穴の内周面に押し当てられてバニシング加工を施すことになり、加工穴の内周面滑らかに仕上げることができる。
【0023】
また、第1切刃部12Aの後端に連なる第2切刃部12Bが、その外径が軸線O方向後端側に向かうにしたがい漸次縮径されるように形成されているので、第2切刃部12Bのランド部22Bと加工穴の内周面との間に逃げが与えられて接触が抑えられる。よって、このドリルによって穴あけ加工を行う際に生じる切削抵抗を小さくして、ドリルの折損を防止できるとともに、ドリルのビビリや振動を防止して加工穴を寸法精度良く形成することができる。
【0024】
また、切刃部12の先端側に外径が一定とされた第1切刃部12Aが形成されているので、切刃部12先端を再研磨した際に、切刃21の外径が大きく変化せず、このドリルの寿命を向上させることができる。
また、第2切刃部12Bと第1切刃部12Aとが滑らかに連なっているので、この切刃部12の剛性を確保でき、切削抵抗による切刃部12の折損を防止できるとともに、このドリルの製造を比較的簡単に行うことができ、ドリルの製造コストを低減できる。
【0025】
また、第1切刃部12Aの軸線O方向に沿った長さL1が、このドリルの切刃21の直径をDとしたときに、0<L1≦5Dの範囲、より望ましくは0.2D≦L1≦2Dの範囲となるように設定されているので、このドリルを再研磨した際に第1切刃部12Aが消失してしまうことが防止され、このドリルの寿命を長くすることができる。また、加工穴の内周面との接触部分を必要かつ十分に確保されているので、切削抵抗を小さく抑えつつも、加工穴の内周面の表面粗さを向上させることができる。
【0026】
また、第1切刃部12Aのバックテーパ量が0.05/100未満、本実施形態では0とされるとともに、第2切刃部12Bのバックテーパ量が0.05/100以上、本実施形態では0.15/100とされているので、第2切刃部12Bと加工穴の内周面との間に確実に逃げが与えられて、この第2切刃部12Bと加工穴の内周面との接触を確実に防止でき、切削抵抗を小さくすることができる。
すなわち、第2切刃部12Bのランド部22Bの断面がなす円弧の外径は、第1切刃部12Aのランド部22Aの断面がなす円弧の外径よりも小さくされているので、加工穴の内周面と第1切刃部12Aのランド部22Aとが摺接されるともに、第2切刃部12Bのランド部22Bと加工穴の内周面の接触が防止されているのである。
【0027】
なお、第2切刃部12Bのバックテーパ量が0.5/100を超えた場合には、第2切刃部12B後端側でドリル外径が小さくなりすぎて剛性が不足するため、バックテーパ量を0.5/100以下とすることが好ましい。より具体的には、ドリルの切刃21の直径Dが1mmから3mmである小径ドリルにおいては第2切刃部12Bのバックテーパ量は0.1/100から0.2/100の範囲内に、直径Dが3mmから20mmである中径ドリルにおいては第2切刃部12Bのバックテーパ量が0.2/100から0.4/100の範囲内に設定することが好ましい。
【0028】
なお、本実施形態では、ドリル本体の内部にクーラント孔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、クーラント孔が形成されていないドリルであってもよい。
また、切刃部の表面に、TiN、TiCN、TiAlNなどの硬質皮膜を被覆してもよい。この場合には、切刃部の耐摩耗性が向上するので、ドリルの寿命を長くすることができる。
【実施例】
【0029】
以下に、本発明の有効性を検証するための比較試験を行った結果について説明する。
比較例1として、ドリルの呼び寸法(直径)Dが2.5mmで、切刃部全体にバックテーパが設けられ、そのバックテーパ量が0/100とされたドリルを比較試験に供した。
比較例2として、ドリルの呼び寸法(直径)Dが2.5mmで、切刃部全体にバックテーパが設けられ、そのバックテーパ量が0.15/100とされたドリルを比較試験に供した。
そして、実施例として、ドリルの呼び寸法(直径)Dが2.5mmで、第1切刃部の長さL1が4mmで、バックテーパ量が0/100とされ、第2切刃部の長さL2が 34mmで、バックテーパ量が0.15/100とされたドリルを比較試験に供した。
【0030】
比較実験では、被切削材としてSUS360を用いて、30mm深さの穴の形成を、切削速度Vc=20m/min,送り速度fr=0.06mm/revの条件下で行った。穴深さに対する切削抵抗の評価としてはドリルの回転させる主軸の動力値変化を測定し、加工穴の内周面の表面性状についてはうねり曲線の最大山高さWpを用いて評価した。
【0031】
比較試験結果を図2及び表1に示す。
【0032】
【表1】


【0033】
比較例1のドリルでは、切削抵抗は加工深さに関わらず小さく抑えられているが、加工穴の内周面のうねり曲線の最大山高さWpは30.2μmと大きく粗いものであった。比較例2では、加工穴の内周面のうねり曲線の最大山高さWpは16.2μmと良好であるが、加工深さが深くなるにつれて切削抵抗が著しく増加している。
これらに比べて、本発明の実施例では、加工穴の内周面のうねり曲線の最大山高さWp は17.0μmと良好であるとともに、切削抵抗も小さく抑えられており、加工深さが深くなっても切削抵抗の著しい増加は認められなかった。
したがって、この比較試験結果から、本発明の実施例によれば、切削抵抗を小さく抑えることができるとともに、加工穴の内周面の表面粗さを向上させることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明の実施の形態であるドリルの側面概略図である。
【図2】比較実験における切削抵抗の変化を示す図である。
【符号の説明】
【0035】
10 ドリル本体
12 切刃部
12A 第1切刃部
12B 第2切刃部
13 先端逃げ面
20 切屑排出溝
21 切刃





 

 


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