JPH0659566B2 - ドリル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明はドリルに係り、特に、チゼル部近傍に切り屑排
出用の副溝を形成してなるドリルの刃形状に関するもの
である。

【従来技術とその問題点】

一般に、ドリルによる穴明け加工において排出される切
り屑の形状および排出状態は、第４図に示す三つの段階
でそれぞれ異なる。 第Ｉ段階 ；先端角が付された円錐面状の端面 部が切り込んで行く状態の段階。 第II段階 ；上記端面部の全部がワーク内に切 り込んだ状態から、ドリルの先端部がワー
クを貫通して外部へ出るまでの段階。 第III段階；上記端面部がワークを貫通して外 部へ出ていく状態の段階。 第Ｉ段階では、第５図に示すように、螺旋状に巻かれて
比較的長く連なった形状の切り屑が、ワークの外側で切
り屑排出溝から出た後も長く連なっており、その連なっ
た部分がドリルの回転に伴って強い遠心力を受けるた
め、周辺へ勢いよく飛び散るように排出される。また、
第III段階では、第７図に示すように、最初の端部だけ
が螺旋状に巻かれてその他の部分は長く延びて連なる形
状の切り屑が、第１段階と同様に、ワークの外側で切り
屑排出溝から出た後も長く連なっており、その連なった
部分がドリルの回転に伴って強い遠心力を受けるため、
周辺へ勢いよく飛び散るように排出される。一方、第II
段階では、第６図に示すように、螺旋状に近い状態に巻
かれてはいるが短く切断された状態で排出され、このた
めワークの外側へ出た後に遠心力をさらに受けることは
なく、それほど勢いよく飛び散らない。 一方、ドリルによる穴明け加工において高能率化を図る
ためには切削速度（ドリルの回転数）の高速度化を可能
にしなければならず、これを可能にする一つの具体的な
手段として超硬合金等の硬度の高い材質でドリルを製作
するということが昨今では盛んに行なわれている。とこ
ろが、ドリルの回転数が大きくなるほど、上述の切り屑
排出に関して、ワークの外側に出て飛び散ろうとする切
り屑に大きな遠心力が作用し、その工作機械の周辺で作
業している者にとって非常に危険な環境を作り出すこと
になってしまう。したがって、超硬ドリルのように、特
に切削速度を高くして使用するドリルの場合には、切り
屑をできるだけ細かくブレイクして排出することが望ま
しい。 ところで、心厚を大きくしたり溝幅比を小さくして剛性
を高めたドリルにあって、その切削抵抗をできるだけ低
減する手法の一つとして、チゼル部の近傍に切り屑排出
用の副溝を形成する方法がある。特公昭６２−５７２７
号公報には、そのような副溝を有するドリルが開示され
ている。このドリルによれば、鋼のようなねばい材料の
穴明けでも、細かく分断された２種類の切り屑が生ず
る。これは主切刃による切り屑とチゼルエッジによる切
り屑とが分離して発生し、それらの流れの方向が少し異
なるので、互いに干渉しあって破砕が行なわれるためで
あると考えられている。

【発明が解決しようとする問題点】

ところが、上述のように細かく分断された切り屑が発生
するためには、２種類の切り屑が互いに干渉しあうこと
が必要であることから、上記三つの各段階のうち、第II
I段階で副切刃がワークを貫通した後に主切刃だけが切
削を行なっている状態では副切刃から出る切り屑がなく
なるので、主切刃からだけ出る切り屑はやはり長く延び
た切り屑となって排出されることになる。 したがって、ドリルがワークを貫通するとき即ち穴明け
加工の終了間際には、ワークの外側へ長く連なって出る
切り屑が発生し、特に超硬ドリルのように切削速度の高
い場合にはその勢いが激しく危険である。 本発明は上述のごとき問題点に鑑み、これらを有効に解
決すべく創案されたものである。したがってその目的
は、副溝を有するドリルにおいて、穴明け加工の切削し
始めから切削終了までの間に排出される切り屑を、総て
細かく分断された状態で排出できる切刃形状を持ったド
リルを提供することにある。

【問題点を解決するための手段】

本発明に係るドリルは、従来技術の問題点を解決し、目
的を達成するために以下のような構成を備えている。 すなわち、当該ドリルの切刃の外周側に位置する主切刃
を形成する主溝と、前記切刃の内周側に位置する副切刃
を形成する副溝とからなる切り屑排出溝を備えたドリル
にして、前記主切刃は回転方向に対して凹状に湾曲して
形成され、前記主切刃と副切刃との間の角度が１００度
以上にされ、当該ドリルの軸心から前記主切刃と副切刃
との交点までの距離がドリル径の０．２倍以下に設定さ
れている。

【発明の作用】

本発明に係るドリルを開発するにあたって、まず発明者
等はドリルによる穴明け加工における切り屑排出のメカ
ニズムについて解析を行なった。すなわち、第Ｉ段階で
排出される切り屑の１巻き分を第５図に示すＸ−Ｘ線に
沿って切断してみると、第８図に示すように、窄まって
巻かれていた方の切断片８ａは更に巻き径を縮めるよう
に変形し、一方、広がって巻かれていた方の切断片８ｂ
は巻かれた状態から更に広がるように展開される方向へ
変形することを知見し、この事実から次のような切り屑
生成のメカニズムを考察した。切り屑の切断片８ａはド
リルの切刃の中心側で切削された部分であり、切断片８
ｂは切刃の外周側で切削された部分であるから、切刃の
中心側から切り出される切り屑は中心側へ向かって流れ
ようとして小さく巻かれ、切刃の外周側から切り出され
る切り屑は周方向に沿って流れようとして長く延びる。
したがってチゼル部の近傍に副溝を形成してなるドリル
の場合、通常は２種類の切り屑が生成され、その一つは
中心側に位置する副切刃（副溝部分に形成される）から
出る切り屑であり、これは中心側へ向かおうとして小さ
く巻かれて排出される。他の一つは外周側に位置する主
切刃（主溝部分に形成される）から出る切り屑であり、
これは中心側へ向かおうとはせずに長く延びようとし、
このようにして生成される切り屑はブレイクするのが困
難である。 そこで本発明の基本思想として、中心側の副切刃から出
る切り屑の小さく巻いて中心側へ向かおうとする性質を
利用し、外周側の切刃から出る切り屑を中心側の切り屑
とともに中心側へ引き込ませて副溝の内周壁面に衝突さ
せるようにすればよいという結論を得た。すなわち、主
切刃から出る切り屑と副切刃から出る切り屑とを分断さ
せないで連続した状態に生成させればよいことになる。
そして、そのための構成要件として、主切刃と副切刃と
の間の角度をある程度以上に大きくし、実験結果からそ
の角度は大略１００度以上であれば主切刃から出る切り
屑と副切刃から出る切り屑とが分断されずに連続して生
成されることを得、そして副切刃から出る切り屑が中心
側へ向かおうとする性質は、副切刃がドリルの軸心から
ドリル径の０．２倍の半径内にあればよいことを得た。
また、中心側へ引き込んだ切り屑を確実に副溝の内周壁
面に衝突させてブレイクするために、主切刃の形状を切
削回転方向に対して凹湾曲状に窪ませているが、これは
主切刃から出る切り屑の断面形状を湾曲させることによ
って切り屑の剛性を高め、主切刃から削り出されて直ぐ
の切り屑が比較的長い距離に亙ってすくい面から離れず
これに沿って流れるように構成したものであり、その結
果、副溝の内周壁面に衝突する切り屑はあまり弾性変形
をせずに折れ曲がって細かくブレイクされる。すなわ
ち、主切刃から出る切り屑と副切刃から出る切り屑との
干渉によらずとも切り屑を細かくブレイクできるので、
上述の第Ｉ段階から第III段階までの総ての段階で細か
くブレイクされた切り屑を排出し、ドリルの切削速度が
高くとも切り屑がワークから出て勢いよく飛散するのを
抑制する。

【発明の効果】

以上の説明より明らかなように、本発明によれば次のご
とき優れた効果が発揮される。 すなわち、副溝を有するドリルにおいて、穴明け加工の
切削し始めから切削終了までの間に排出される切り屑
を、総て細かく分断された状態で排出できる切刃形状を
持っているので、ワークから外側へ出る切り屑に大きな
遠心力が作用することはなく、特に切削速度を高くして
用いる超硬ドリルの場合に、切り屑の飛散を抑制して極
めて安全な作業環境を提供しうる。

【実施例】

以下に本発明の好適一実施例について第１図ないし第３
図を参照して説明する。 第１図は本発明に係るドリルの切刃形状を示す端面図、
第２図は本発明に係るドリルの側面図である。第１図お
よび第２図に示すように、通常のドリルにおいて形成さ
れる切り屑排出溝を主溝１ｍとし、この主溝の最奥部周
辺からチゼル部２の方へ向かってさらに切り込んで副溝
１ｓを形成した状態で本発明に係るドリルの切り屑排出
溝１が構成されている。したがって、切刃３は主溝１ｍ
により形成される主切刃３ｍと、副溝１ｓにより形成さ
れる副切刃３ｓとから構成されている。 また主切刃３ｍは、第１図に示すように、回転方向に対
して大略凹状に湾曲して形成されており、厳密にはその
外周側端部にて切刃のチッピングを防止すべくネガティ
ブランド４が形成されるため、この部分において僅かに
回転方向へ突出して形成されている。このように、主切
刃３ｍが湾曲していることによって、主切刃３ｍから出
る切り屑の断面形状も湾曲することになり、切り屑はそ
れ自体の剛性が高められて折り曲げにくくなるため、主
切刃３ｍから削り出された直後に蔓巻状に巻かれること
なく、すくい面に長く沿って流れる。 一方、本実施例では副切刃３ｓ自体も僅かに凹状に湾曲
して形成されることになるが、主切刃３ｍと副切刃３ｓ
との間の角度（それぞれの接線間の角度）θは１００度
以上となるように設定されている。このθが１００度よ
りも大きければ主切刃３ｍから出る切り屑と副切刃３ｓ
から出る切り屑とは繋がって生成され、主切刃３ｍから
出る切り屑は、副切刃３ｓから出る切り屑の中心側へ向
かって巻こうとする力によって副溝１ｓ側へ引き込ま
れ、副切刃３ｓから出る切り屑とともに副溝１ｓの内周
壁面に衝突させることができる。 その場合、主切刃３ｍから出る切り屑はすくい面からあ
まり離れない状態で長く沿いながら流れて副溝１ｓの内
周壁面に衝突するので、蔓巻状の場合のように弾性的に
その衝突力を吸収してしまうことはなく、衝突すると座
屈に近い状態で折り曲げられ完全に細かくブレイクされ
る。因にこの角θが１００度よりも小さくなると、主切
刃３ｍから出る切り屑と副切刃３ｓから出る切り屑とが
分離されてしまい、副切刃３ｓから出る切り屑の中心側
へ向かって巻こうとする力を、主切刃３ｍから出る切り
屑に作用させることができず、副切刃３ｓから出る切り
屑だけが副溝１ｓの内周壁面に衝突し、主切刃３ｍから
出る切り屑はそのまま主溝１ｍに沿いながら流れて細か
くはブレイクされなくなる。なお、主切刃３ｍと副切刃
３ｓとをそのまま交差させると、その交点Ｐ_１における
切刃形状は極めて尖った状態となってしまい、チッピン
グの原因となることは明白であり、通常はこの部分にお
ける切刃形状は極めて常識的に丸められる。 ここでドリル径をＤとするとき、主溝形成部分の心厚寸
法（第１図において主溝１ｍの底部に接する破線の円で
示した心厚の直径寸法Ｗ）は０．２５Ｄ〜０．４Ｄの範
囲に設定される。この心厚寸法は、ドリル剛性を最低限
度に維持するためには０．２５Ｄ以上は必要であり、且
つ良好な切り屑排出性を維持すべく主溝１ｍの十分な断
面開口面積を得るためには、０．４Ｄ以下であることが
好ましい。ところで、軸心Ｏから主切刃３ｍと副切刃３
ｓとの交点Ｐ_１までの距離、すなわち軸心Ｏから副切刃
３ｓの最外周端までの距離は、点Ｐ_１が主溝１ｍの内壁
面上に位置するので、少なくとも最小心厚寸法の半分
（０．１２５Ｄ）よりも大きくなる。勿論、同じ考え方
からすれば最大心厚寸法の半分（０．２Ｄ）よりも大き
くなり得る。ところで、この０．４Ｄという最大心厚寸
法については、発明の作用の説明でも述べたように、主
切刃３ｍから出る切り屑を副切刃３ｓから出る切り屑に
よってドリルの中心側へ向かって巻き込むように流れさ
せるために、副切刃３ｓをドリルの十分軸心側の部分に
形成する必要がある（副切刃をドリルの外周側へ延長す
るほど、副切刃から出る切リ屑にはドリル中心方向へ向
かう力が弱くなる）という制約からすると、上述の軸心
Ｏから副切刃３ｓの最外周端までの距離を短くするのに
制限的に関与する心厚寸法は、やはり０．４Ｄ以下であ
ることが好ましい。ただし、幾何学的には点Ｐ_１の位置
は主溝１ｍの内壁面上の任意の位置にもってくることが
できるので、理論上では、ドリルが０．４Ｄの最大心厚
寸法をとるときには、軸心Ｏから点Ｐ_１までの距離を
０．２Ｄまで短くすることも可能であり、点Ｐ_１は限り
なくこの位置まで近付けられ得る。したがって、心厚寸
法が０．４Ｄよりも小さい範囲内では、軸心Ｏから点Ｐ
_１までの距離は０．２Ｄ以下とすることができる。な
お、第１図に示した例では、実物の約１０倍で図示して
いるが、ドリル径が１０mmに対して心厚寸法は３．３mm
であり、軸心Ｏから点Ｐ_１までの距離は１．７５mmであ
る。 副溝形成部分の心厚寸法は０．０４Ｄ〜０．１７Ｄの範
囲に設定されている。この寸法は、主溝形成部分の心厚
寸法の設定値範囲に応じるものであるが、チゼル部にお
いてシンニングを行なわなくとも十分に切削抵抗（スラ
スト）を低減できる寸法の設定値範囲であり、且つ副溝
１ｓとしての十分な深さおよび副切刃３ｓとしての十分
な長さを確保できる寸法の設定値範囲である。 副溝１ｓの長さ寸法は０．５Ｄ〜１．１Ｄの範囲に設定
されている。この寸法は、再研磨領域を最低限確保し、
且つ、特に主切刃３ｍから出る切り屑が、蔓巻状に巻か
れる方向へはあまり曲がらずに大略すくい面に沿いつ
つ、しかも副切刃３ｓから出る切り屑に引き込まれて当
該ドリルの中心側へ向かって流れた状態で衝突する位置
まで副溝１ｓを形成すべく０．５Ｄ以上とし、ドリル剛
性を確保するために必要な限界値として１．１Ｄ以下と
されている。この上限値については、ドリル剛性と寿命
との関係において十分な寿命が得られる寸法となってい
る。第３図は副溝１ｓの各種長さ寸法と穴明け加工数と
の関係を実験した結果を示すグラフ図である。 本発明に係るドリルは、溝幅比を０．８：１〜１．７：
１までの広範囲に亙って設定することが可能であり、現
実的に設定し得る溝幅比の殆ど全域で有効である。 また、第１図に示すように、ヒール部を破線ハッチング
で示すように削り落として主溝スペースを大きくするこ
とによって切り屑の排出性を高めるとともに切削油の浸
透をよくすることも可能である。 シンニングを施す代わりにチゼル部２を十分に小さくす
べく副溝１ｓを形成しているので、再研磨時のシンニン
グの必要がない。 副溝１ｓの形成により十分なチップスペースを確保でき
るので特に深穴加工に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るドリルの切刃形状を示す端面図、
第２図は本発明に係るドリルの側面図、第３図は副溝の
各種長さ寸法と穴明け加工数との関係を示すグラフ図、
第４図はドリルによる穴明け加工における三つの段階を
示す説明図、第５図は第Ｉ段階で排出される切り屑の形
状を示す図、第６図は第II段階で排出される切り屑の形
状を示す図、第７図は第III段階で排出される切り屑の
形状を示す図、第８図は第５図における切り屑の１巻分
をＸ−Ｘ線に沿って切断したときの二つの切断片の状態
を示す図である。 １…切り屑排出溝、１ｍ…主溝、１ｓ…副溝、２…チゼ
ル部、３…切刃、３ｍ…主切刃、３ｓ…副切刃、４…ネ
ガティブランド、θ…主切刃と副切刃との間の角度、Ｐ
_１…主切刃と副切刃との交点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】当該ドリルの切刃（３）の外周側に位置す
   る主切刃（３ｍ）を形成する主溝（１ｍ）と、前記切刃
   （３）の内周側に位置する副切刃（３ｓ）を形成する副
   溝（１ｓ）とからなる切り屑排出溝（１）を備えたドリ
   ルにして、 前記主切刃（３ｍ）は回転方向に対して凹状に湾曲して
   形成され、 前記主切刃（３ｍ）と副切刃（３ｓ）との間の角度
   （θ）が１００度以上であり、 当該ドリルの軸心から前記主切刃（３ｍ）と副切刃（３
   ｓ）との交点（Ｐ_１）までの距離がドリル径（Ｄ）の
   ０．２倍以下に設定されることを特徴とするドリル。
2. 【請求項２】前記主溝形成部分の心厚寸法はドリル径
   （Ｄ）の０．２５倍以上且つ０．４倍以下とし、前記副
   溝形成部分の心厚寸法はドリル径（Ｄ）の０．０４倍以
   上且つ０．１７倍以下とし、前記副溝（１ｓ）の長さ寸
   法はドリル径（Ｄ）の０．５倍以上且つ１．１倍以下と
   した特許請求の範囲第１項記載のドリル。
3. 【請求項３】前記主切刃（３ｍ）の外周側端部にネガテ
   ィブランド部（４）を有する特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載のドリル。