JPH0747243B2 - 複合材穿孔用ドリル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複合材穿孔用ドリルに係り、特に重ね合わされ
た繊維樹脂硬化材と金属材料との複合材に対して穿孔す
るのに適した複合材穿孔用ドリルに関する。

［従来技術］ 繊維を積層し樹脂を含浸して硬化させた繊維樹脂硬化複
合材は、工業材料、特に航空機の材料として広く使用さ
れている。航空機製作の組立加工においては、複合材部
品とアルミ等の金属部品とを組合わせるために、両部品
に同径の孔を貫通穿孔しリベット止めする作業が多く行
われている。ところが、第11図に示すように複合材部品
１とアルミ部品２を重ね合せた状態で複合材１の側から
金属用のドリル３で穿孔すると、複合材は、層間の接着
力が弱いためドリル入口側（穿孔開始側）でドリルのね
じれ角α及びすくい角により複合材の繊維が持上げられ
てしまい、バリやクラックや層間剥離すなわちデラミネ
ーションか発生する。逆に、第12図に示すようにアルミ
部品２の側から穿孔した場合には、ドリルスラスト力が
ドリル出口側で繊維を剥離させて、デラミネーション等
を発生させる。このようなデラミネーション等は、複合
材の寿命を大幅に短縮させる。これを防止するために、
従来は、複合材の露出表面にバックアップ材を緊締した
後に穿孔することが行われている。しかしながら、この
バックアップ材緊締作業は、手間が掛かると共に、加工
品が箱状のものの場合には、バックアップ部材を内側に
装着することが不可能な場合がある。

デラミネーション等の発生を防止した複合材用のドリル
が種々開発されている。例えば実公昭59−33546号およ
び特開昭58−149114号公報には、アラミド繊維系の複合
材に特に適した複合材用ドリルが開示されている。しか
し、これらはカーボン系の複合材の金属に対しては刃先
の摩耗及び損傷が著しく使用できない。そこで、カーボ
ン系の複合材にも優れた性能を発揮するドリルとして、
米国特許第4,093,395号に開示のダガードリルが開発さ
れた。このダガードリルは、第13図乃至第15図に示した
ように、ドリル本体４の両面にすくい平面５が形成され
ている。この一対のすくい平面５は、先端６の方に収れ
んするテーパが付けられており、その先端が研削され前
逃げ面5Aを形成し、これにより先端角Ａが約35°の切刃
７が形成されている。この切刃７は、すくい角Ｂが負の
約５°、逃げ角Ｃが約55°に定められている。このよう
に先端切刃７は、すくい角Ｂが負であり、逃げ角Ｃが大
きいため、デラミネーション等の発生を防止できかつ切
刃の長寿命化を図ることができる。更に、一対のテーパ
平面５により切屑の排出が容易となる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、このダガードリルも、金属に使用すると摩耗
や破損が著しく、重ね合せた状態の複合材部品と金属部
品との穿孔には使用することはできなかった。

そこで、本発明の目的はバックアップ材を用いることな
く重ね合せ状態の複合材と金属とをデラミネーション等
の発生なしに穿孔することのできる耐久性に優れた複合
材穿孔用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］ この目的を達成するために、本発明は、ドリル先端部か
らシャンク部付近まで切屑排出用のねじれ溝が設けられ
ている複合材穿孔用ドリルにおいて、上記ドリル先端部
は、約90°の先端角を有する金属用ドリルの先端形状を
有する一次切刃に連続して形成され、約20°〜30°のア
ングル角を有するフラット状の二次切刃とから構成さ
れ、上記一次切刃の最大径ｄと上記二次切刃の最大径Ｄ
との比d/Dが約3/5〜2/3の範囲内に設定され、上記二次
切刃の逃げ角は約20°〜25°の範囲内に設定され、上記
ねじれ溝のねじれ角は約20°〜30°の範囲内に設定され
ていることを特徴とするものである。

また、上記二次切刃に連続して軸線とほぼ平行な切刃部
分を経て傾斜した三次切刃が段差状に形成されており、
この三次切刃は上記二次切刃とほぼ同じ先端角を有して
いるようにすることが好ましい。

［作用］ このような構成のドリルにより重ね合せ状態の複合材と
金属に穿孔加工を施すと、ドリル先端部のうちの一次切
刃がまず比較的小径の一次孔を穿ち、次いで二次切刃が
上記最先端により穿孔された一次孔の外周部を穿孔して
二次孔を形成する。このドリル先端部の一次切刃は金属
用ドリル先端部の形状であるので、摩耗や損傷の問題は
ないが、複合材の一次孔周囲にデラミネーションを発生
させる。しかしながら、この一次孔周囲のデラミネーシ
ョンは、上記二次切刃による一次孔外周部の穿孔の際に
除去される。また、上記二次切刃はフラット状の切刃で
あるので、金属の穿孔により摩耗や損傷を受け易いが、
二次切刃の切削量を一次切刃の切削量に比べ充分小さく
なるように定めることによって上記摩耗や損傷を実質的
に問題がなくなる程度に充分小さくすることができる ［実施例］ 以下本発明による複合材穿孔用ドリルの一実施例を第１
図乃至第10図を参照して説明する。

第１図において、複合材穿孔用ドリル10は、先端部11か
らシャンク部12付近までの外周面に切屑排出用のねじれ
溝13が刻設されており、この先端部11は、一次切刃11A
とこれに連続して形成された二次切刃11Bとから構成さ
れている。この一次切刃11Aは、形状が金属用ドリルの
先端の形状と同一又はほぼ同一であり、二次切刃11Bの
形状はダガードリルとして知られているフラット状の切
刃と同一又はほぼ同一である。

このような構成のドリルにより重ね合せ状態の複合材と
金属を穿孔加工すると、ドリル先端部11のうちの一次切
刃11Aがまず比較的小径の一次孔を穿ち、次いで二次切
刃11Bが一次切刃11Aにより穿孔された一次孔の外周部を
穿孔して二次孔を形成する。この一次切刃11Aは、金属
用ドリル先端部の形状であるので、摩耗や損傷の問題は
ないが、複合材の一次孔外周部にデラミネーションを発
生させる。しかしながら、この一次孔外周部のデラミネ
ーションは、二次切刃11Bが一次孔周囲部を穿孔する際
に除去され、かつこの二次切刃11Bは、フラット状の切
刃でありデラミネーションを生じないので、結局一次孔
にはデラミネーションの発生はない。また、二次切刃11
Bは、金属の穿孔の際に摩耗や損傷を受け易いが、二次
切刃11Bの切削量を一次切刃11Aの切削量に比べて充分少
なくなるように定めることによって上記摩耗や損傷を実
質的に問題がない程度に充分小さくすることができる。

なお、ねじれ溝13のねじれ角αは、約20°〜30°が最適
で、一次切刃11Aの先端角βは、穿孔すべき金属の種類
により定められ一般的には約90°程度が最適で、二次切
刃11Bの先端角γは、約20°〜30°が最適である。ま
た、第２図（ａ）及び（ｂ）に示したように、一次切刃
11Aの最大径ｄと二次切刃11Bの最大径Ｄとの比d/D（こ
の比をアングル位置比と称する。）は、約3/5〜2/3が最
適である。

また、第３図及び第４図に示したように、逃げ角δは約
20°〜25°が最適である。これらの諸値の具体的一例を
以下に示す。α＝20°、 β＝90°、γ＝30°、δ＝20°である。

第５図は横軸に、ドリルのねじれ角αと先端角βをと
り、縦軸にデラミネーション幅／孔径で示されるデラミ
ネーションファクタを示している。このグラフから明ら
かなように、ねじれ角α＝20°〜30°、先端角β＝90°
のときがデラミネーション発生の確率が最も低い。

第６図は二次切刃11Bのアングル角γとデラミネーショ
ン発生率との関係を調べたものであり、約20°〜30°の
範囲が最適であることを示している。また、第７図はア
ングル位置比d/Dとデラミネーション発生率との関係を
示したものであり、約3/5〜2/3の範囲が最適である。

さらに、第８図は逃げ角δとデラミネーション発生率の
関係を示したものであって、20°〜25°の範囲が最適で
ある。

第９図は、ドリル径が第１図のものよりもっと大きいも
の（約10〜20mm）に適した本発明の第２実施例を示した
もので、ドリル先端部11は、第１図と全く同様に金属用
ドリル先端形状の一次切刃11Aとダガードリル先端部形
状の二次切刃11Bとから構成されている。この二次切刃1
1Bの後方には、ほぼ軸線とほぼ平行な切刃部分14を経て
二次切刃11Bと同形状の三次切刃15が段差状に形成され
ている。この三次切刃15は、第10図（ａ）及び（ｂ）に
示すように角度γ、δを夫々約20°〜30°、約20°〜25
°とすることが好ましい。このような構成により、先端
部11の一次切刃11Aと二次切刃11Bとが先ずパイロット孔
を穿孔し、三次切刃15がこのパイロット孔の外周を穿孔
する。このように、三次切刃15は、パイロット孔の外周
を穿孔するだけであるので、穿孔負荷が小さく金属を切
削しても摩耗や損傷は非常に少ない。また、三次切刃15
は、先端部11とパイロット孔との係合により案内される
ので振動が抑えられ高精度の穿孔を行うことができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ドリ
ル先端部を、金属用ドリルの先端部形状を有する一次切
刃とこの最先端に連続したフラット状の二次切刃とから
構成したため、バックアップ材を用いることなく重ね合
せ状態の複合材と金属とをデノミネーション等の発生な
しに高精度に穿孔することができ、更に、耐久性の向上
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による異材料穿孔用ドリルの一実施例を
示した正面図、第２図（ａ）及び（ｂ）はドリル先端部
を拡大して示した側面図と正面図、第３図はドリル先端
部を拡大して示した正面図、第４図は第２図（ｂ）のIV
−IV線矢視の断面図、第５図はドリルのねじれ角および
先端角とデラミネーションファクタとの関係を示した線
図、第６図はアングル角γとデラミネーション発生率と
の関係を示した線図、第７図はアングル位置比d/Dとデ
ラミネーション発生率との関係を示した線図、第８図は
切刃の逃げ角δとデラミネーション発生率との関係を示
した線図、第９図は本発明の他の実施例による穿孔用ド
リルを示した正面図、第10図（ａ）は第２切刃部を拡大
して示した正面図、第10図（ｂ）は第10図（ａ）のＤ−
Ｄ線矢視の断面図、第11図及び第12図は夫々金属用ドリ
ルで複合材を穿孔したときの状態を示した説明図、第13
図は従来のダガードリルを示した斜視図、第14及び第15
図は夫々第13図のＥ−Ｅ線矢視及びＦ−Ｆ線矢視の側面
図及び平面図である。 10……複合材穿孔用ドリル、11……先端部、11A……一
次切刃、11B……二次切刃、12……シャンク部、13……
ねじれ溝。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドリル先端部からシャンク部付近まで切屑
   排出用のねじれ溝が設けられている複合材穿孔用ドリル
   において、上記ドリル先端部は、90°の先端角を有する
   金属用ドリルの先端形状を有する一次切刃と、この一次
   切刃に連続して形成され、20°〜30°のアングル角を有
   するフラット状の二次切刃とから構成され、上記一次切
   刃の最大径ｄと上記二次切刃の最大径Ｄとの比d/Dが3/5
   〜2/3の範囲内に設定され、上記二次切刃の逃げ角は20
   °〜25°の範囲内に設定され、上記ねじれ溝のねじれ角
   は20°〜30°の範囲内に設定されていることを特徴とす
   る複合材穿孔用ドリル。
2. 【請求項２】上記二次切刃に連続して軸線とほぼ平行な
   切刃部分を経て傾斜した三次切刃が段差状に形成されて
   おり、この三次切刃は上記二次切刃とほぼ同じ先端角を
   有していることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の複合材穿孔用ドリル。