JP7730165B2 - 樹脂用ドリル及び加工物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばアクリル樹脂等の樹脂からなる被削材に対して穴明け加工を行うための樹脂用ドリル、及びその樹脂用ドリルを用いた加工物の製造方法に関する。

例えば鉄鋼等の金属からなる被削材に対して穴明け加工を行うための金属用ドリルについては研究開発が進んでおり、多種類の金属用ドリルが市場に出回っている。これに対して、樹脂用ドリルについては研究開発が遅れており、僅かな種類の樹脂用ドリルの種類が市場に出回っているにすぎない。

なお、本発明に関連する先行技術として、特許文献１に示すものがある。

特許第６５０１３７４号公報

市販の樹脂用ドリル（後述の比較例２、３に係るドリル参照）は、樹脂からなる被削材に対して比較的小さい穴径（例えば３ｍｍ以下の穴径）の加工穴又は比較的浅い穴深さ（例えば２ｍｍ以下の穴深さ）の加工穴を高精度に穴明け加工することができる。一方、加工穴の穴径が大きくなったり又は加工穴の穴深さが深くなったりすると、穴明け加工時における樹脂用ドリルの先端部の摩擦熱が大きくなって、切屑が樹脂用ドリルの先端部に融着する。その結果、樹脂からなる被削材に対して比較的大きい穴径（例えば６ｍｍ以上の穴径）の加工穴又は比較的深い穴深さ（例えば５ｍｍ以上の穴深さ）の加工穴を穴明け加工する場合には、加工穴の形状が不正確な円形になり、加工穴の加工精度が低下する。

なお、金属用ドリルを用いて、樹脂からなる被削材に対して穴明け加工を行う場合には、金属用ドリルの先端部が被削材に食い込んで、被削材の割れ又は欠けを招くことになる。

そこで、本発明の一態様は、樹脂からなる被削材に対して比較的大きい穴径の加工穴又は比較的深い穴深さの加工穴を穴明け加工する場合に、加工穴の加工精度の高めることを目的とする。

前述の課題を解決するため、本願の発明者は、第１の知見を利用し、次に挙げる第２の知見を見出して、本発明を完成するに至った。第１の知見とは、樹脂用ドリルの先端部を三角形の平板状に形成することにより、樹脂からなる被削材に対して比較的大きい穴径の加工穴又は比較的深い穴深さの加工穴を穴明け加工する場合においても、樹脂用ドリルの先端部の摩擦熱を低減して、切屑が樹脂用ドリルの先端部に融着し難くなる、という知見のことである（後述の実施例参照）。また、第２の知見とは、樹脂用ドリルの先端部が、三角形の平板状の部位と、それに連続する矩形の平板状の部位を有することにより、樹脂からなる被削材に対して比較的大きい穴径の加工穴又は比較的深い穴深さの加工穴を穴明け加工する場合においても、切屑の排出性を高めて、切屑が樹脂用ドリルの先端部により融着し難くなる、という知見のことである（後述の実施例参照）。

本発明の一態様に係る樹脂用ドリルは、樹脂からなる被削材に対して穴明け加工を行うための樹脂用ドリルであって、軸心回りに回転する円柱状のドリル本体と、前記ドリル本体の先端に形成された平板状の切削チップと、を備える。前記ドリル本体は、前記ドリル本体の外周面に周方向に間隔を置いて形成され、前記ドリル本体の先端から基端側に向かって螺旋状に延びる複数の切屑排出溝と、各切屑排出溝における前記ドリル本体の回転方向に向かう側の壁面と前記ドリル本体の外周面との稜線部に形成された外周刃と、を有する。前記切削チップの少なくとも一部分は、先端角を有した三角形の平板状に形成されている。前記切削チップは、第１チップ面と、該第１チップ面の反対側に位置する第２チップ面と、前記第１チップ面と前記第２チップ面との間に位置し、前記軸心に対して対称に配置された一対のチップ端面と、前記第１チップ面と一方の前記チップ端面との稜線部に形成され、前記外周刃に繋がる第１先端刃と、前記第２チップ面と他方の前記チップ端面との稜線部に形成され、前記外周刃に繋がる第２先端刃と、を有する。

前記の構成によれば、前記切削チップの少なくとも一部分は、前記先端角を有した三角形の平板状に形成されている。換言すれば、前記樹脂用ドリルの先端部は、三角形の平板状に形成されている。そのため、前述の新規な第１の知見によると、樹脂からなる被削材に対して比較的大きい穴径の加工穴又は比較的深い穴深さの加工穴を穴明け加工する場合においても、樹脂用ドリルの先端部の摩擦熱を低減して、切屑が樹脂用ドリルの先端部に融着し難くなる。これにより、前記の場合においても、加工穴を正確な円形状に形成して、加工穴の加工精度を高めることができる。

本発明の一態様に係る樹脂用ドリルにおいては、前記切削チップは、前記先端角を有した三角形の平板状に形成された第１部位と、前記第１部位と前記ドリル本体の先端との間に位置し、矩形の平板状に形成された第２部位と、を有してもよい。

前記の構成によれば、樹脂用ドリルの先端部が、三角形の平板状の部位と、それに連続する矩形の平板状の部位を有している。そのため、前述の新規な第２の知見によると、被削材に対して比較的大きい穴径の加工穴又は比較的深い穴深さの加工穴を穴明け加工する場合においても、切屑の排出性を高めて、切屑が前記樹脂用ドリルの先端部により融着し難くなる。これにより、前記の場合においても、加工穴をより正確な円形状に形成して、加工穴の加工精度をより高めることができる。

本発明の一態様に係る樹脂用ドリルにおいては、前記切削チップの前記先端角は、６７度～７３度に設定されてもよい。

前記の構成によれば、前記切削チップの先端側の強度を十分に確保しつつ、切屑の排出性を高めて、切屑が前記樹脂用ドリルの先端部により融着し難くなる。これにより、前記樹脂用ドリルの耐久性を高めつつ、被削材に対して比較的大きい穴径の加工穴又は比較的深い穴深さの加工穴を穴明け加工する場合においても、加工穴の加工精度をより高めることができる。

また、本発明の一態様に係る加工物の製造方法は、樹脂からなる被削材に対して穴明け加工を行うことによって加工物を製造する方法であって、本発明の一態様に係る樹脂用ドリルを回転させる回転工程と、回転状態の前記樹脂用ドリルを被削材に接触させて、被削材に対して穴明け加工を行う加工工程と、前記樹脂用ドリルを穴明け加工済みの被削材である加工物から離反させる離反工程と、を含む。

前記の構成によれば、加工物が比較的大きい穴径の加工穴又は比較的深い穴深さの加工穴を有する場合においても、加工穴の加工精度を高めて、加工物の加工品質を高めることができる。

本発明の一態様によれば、樹脂からなる被削材に対して比較的大きい穴径の加工穴又は比較的深い穴深さの加工穴を穴明け加工する場合に、加工穴の加工精度の高めることができる。

本発明の実施形態に係る樹脂用ドリルの模式的な正面図である。 本発明の実施形態に係る樹脂用ドリルの一部の模式的な拡大正面図である。 本発明の実施形態に係る樹脂用ドリルの一部の模式的な拡大側面図である。 本発明の実施形態に係る樹脂用ドリルの先端から見た模式的な拡大図である。 本発明の実施形態に加工物の製造方法における回転工程を説明する模式図である。 本発明の実施形態に加工物の製造方法における加工工程を説明する模式図である。 本発明の実施形態に加工物の製造方法における離反工程を説明する模式図である。 実施例の場合、比較例１から比較例３の場合における加工試験の結果を示す写真図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

〔樹脂用ドリル１０〕
図１から図４を参照して、本発明の実施形態に係る樹脂用ドリル１０について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る樹脂用ドリル１０の模式的な正面図である。図２は、本発明の実施形態に係る樹脂用ドリル１０の一部の模式的な拡大正面図である。図３は、本発明の実施形態に係る樹脂用ドリル１０の一部の模式的な拡大側面図である。図４は、本発明の実施形態に係る樹脂用ドリル１０の先端から見た模式的な拡大図である。

（樹脂用ドリル１０の概要、ドリル本体１２、切削チップ１４）
図１から図３に示すように、本発明の実施形態に係る樹脂用ドリル１０は、例えばアクリル樹脂等の樹脂からなる被削材Ｗ（図５参照）に対して穴明け加工を行うための切削工具である。樹脂用ドリル１０は、高速度工具鋼、超合金等の硬質材料から構成される。樹脂用ドリル１０は、その軸心ＣＳ回りに回転可能である。樹脂用ドリル１０を用いた穴明け加工によって、被削材Ｗには加工穴Ｈ（図６及び図７参照）が形成される。

樹脂用ドリル１０は、その軸心ＣＳ回りに回転する円柱状のドリル本体１２と、ドリル本体１２の先端に形成された平板状の切削チップ１４とを備えている。切削チップ１４は、ドリル本体１２と一体形成されているが、ドリル本体１２と別体形成されてもよい。換言すれば、切削チップ１４は、溶接等によってドリル本体１２の先端に接合されてよい。

（シャンク部１６、切屑排出溝１８、副切屑排出溝２０）
図１から図４に示すように、ドリル本体１２は、その基端側に、ボール盤（不図示）又はドリルドライバ（不図示）のチャック部に装着されるシャンク部１６を有している。ドリル本体１２のうちシャンク部１６を除く部位の外径は、先端側から基端側に向かって漸次僅かに小さくなっている。ドリル本体１２の外周面１２ｐにおけるシャンク部１６よりも先端側には、切屑を排出するための一対の切屑排出溝１８が周方向に間隔を置いて形成されている。各切屑排出溝１８は、ドリル本体１２の先端から基端側に向かって螺旋状に
延びている。一対の切屑排出溝１８は、樹脂用ドリル１０の先端から見て、ドリル本体１２の軸心ＣＳを中心として回転対称に配置されている。

ドリル本体１２の外周面１２ｐにおける一対の切屑排出溝１８の間には、切屑を排出するための副切屑排出溝２０が形成されている。各副切屑排出溝２０は、ドリル本体１２の先端から基端側に向かって螺旋状に延びている。一対の副切屑排出溝２０は、樹脂用ドリル１０の先端から見て、ドリル本体１２の軸心ＣＳを中心として回転対称に配置されている。

（外周刃２２）
各切屑排出溝１８におけるドリル本体１２の回転方向Ｔに向かう側の壁面１８ｆとドリル本体１２の外周面１２ｐとの稜線部には、外周刃２２が形成されている。各切屑排出溝１８におけるドリル本体１２の回転方向Ｔに向かう側の壁面１８ｆは、各外周刃２２のすくい面になる。ドリル本体１２の外周面１２ｐにおける各外周刃２２に隣接する部位は、各外周刃２２の逃げ面になる。

（第１部位Ｐ１、第２部位Ｐ２）
図２及び図３に示すように、切削チップ１４は、先端角θを有した二等辺三角形の平板状に形成された第１部位Ｐ１と、第１部位Ｐ１とドリル本体１２の先端との間に位置しかつ矩形の平板状に形成された第２部位Ｐ２とを有している。切削チップ１４の第１部位Ｐ１の先端は、ドリル本体１２の軸心ＣＳに位置している。切削チップ１４の厚みは、切削チップ１４の基端側から先端側に向かって漸次に薄くなっている。なお、切削チップ１４の第１部位Ｐ１は二等辺三角形の平板状であるが、二等辺三角形以外の三角形の平板状であってもよい。切削チップ１４から第２部位Ｐ２を省略して、切削チップ１４が第１部位Ｐ１のみからなるようにしてもよい。

（第１チップ面１４ａ、第２チップ面１４ｂ、チップ端面１４ｃ）
図２から図４に示すように、切削チップ１４は、第１チップ面１４ａと、第１チップ面１４ａの反対側に位置する第２チップ面１４ｂと、第１チップ面１４ａと第２チップ面１４ｂとの間に位置する一対のチップ端面１４ｃとを有している。一対のチップ端面１４ｃは、ドリル本体１２の軸心（樹脂用ドリル１０の軸心）ＣＳに対して対称に配置されている。

（第１先端刃２４、第２先端刃２６）
図２から図４に示すように、切削チップ１４における第１チップ面１４ａと一方のチップ端面１４ｃとの稜線部には、第１先端刃２４が形成されている。第１先端刃２４は、一方の外周刃２２に滑らかに繋がっている。切削チップ１４の第１チップ面１４ａは、第１先端刃２４のすくい面なっており、切削チップ１４の一方のチップ端面１４ｃは、第１先端刃２４の逃げ面になっている。

切削チップ１４における第２チップ面１４ｂと他方のチップ端面１４ｃとの稜線部には、第２先端刃２６が形成されている。第２先端刃２６は、他方の外周刃２２に滑らかに繋がっている。切削チップ１４の第２チップ面１４ｂは、第２先端刃２６のすくい面なっており、切削チップ１４の他方のチップ端面１４ｃは、第２先端刃２６の逃げ面になっている。

（第１部位Ｐ１の先端角θ）
切削チップ１４の第１部位Ｐ１の先端角θは、６７度～７３度に設定されている。切削チップ１４の第１部位Ｐ１の先端角θを６７度以上にしたのは、その先端角θが６７度以上であると、切削チップ１４の第１部位Ｐ１の先端側の強度を十分に確保して、第１先端
刃２４又は第２先端刃２６の刃欠け等が生じ難くなるからである。切削チップ１４の第１部位Ｐ１の先端角θを７３度以下にしたのは、その先端角θが７３度以下であると、切屑の排出性を高めて、切屑が樹脂用ドリル１０の先端部に溶着し難くなるからである。

〔樹脂用ドリル１０の作用効果〕
続いて、本発明の実施形態に係る樹脂用ドリル１０の作用効果について説明する。

樹脂用ドリル１０においては、前述のように、切削チップ１４の第１部位Ｐ１は、先端角θを有した二等辺三角形の平板状に形成されている。換言すれば、樹脂用ドリル１０の先端部は、二等辺三角形の平板状に形成されている。そのため、前述の新規な第１の知見によると、例えばアクリル樹脂等の樹脂からなる被削材Ｗに対して比較的大きい穴径（例えば６ｍｍ以上の穴径）の加工穴Ｈ又は比較的深い穴深さ（例えば５ｍｍ以上の穴深さ）の加工穴Ｈを穴明け加工する場合においても、樹脂用ドリル１０の先端部の摩擦熱を低減して、切屑が樹脂用ドリル１０の先端部に融着し難くなる。これにより、前記の場合においても、加工穴Ｈを正確な円形状に形成して、加工穴の加工精度を高めることができる。

また、樹脂用ドリル１０においては、前述のように、切削チップ１４は、二等辺三角形の平板状に形成された第１部位Ｐ１と、第１部位Ｐ１とドリル本体１２の先端との間に位置しかつ矩形の平板状に形成された第２部位Ｐ２とを有している。換言すれば、樹脂用ドリル１０の先端部が、三角形の平板状の部位と、それに連続する矩形の平板状の部位を有している。そのため、前述の新規な第２の知見によると、被削材Ｗに対して比較的大きい穴径の加工穴Ｈ又は比較的深い穴深さの加工穴Ｈを穴明け加工する場合においても、切屑の排出性を高めて、切屑が樹脂用ドリル１０の先端部により融着し難くなる。これにより、前記の場合においても、加工穴Ｈをより正確な円形状に形成して、加工穴Ｈの加工精度をより高めることができる。

更に、樹脂用ドリル１０においては、前述のように、切削チップ１４の第１部位Ｐ１の先端角θが６７度～７３度に設定されている。そのため、切削チップ１４の先端側の強度を十分に確保しつつ、切屑の排出性を高めて、切屑が樹脂用ドリル１０の先端部により融着し難くなる。従って、これにより、樹脂用ドリル１０の耐久性を高めつつ、被削材Ｗに対して比較的大きい穴径の加工穴Ｈ又は比較的深い穴深さの加工穴Ｈを穴明け加工する場合においても、加工穴Ｈの加工精度をより高めることができる。

〔加工物の製造方法〕
続いて、図５から図７を参照して、本発明の実施形態に係る加工物の製造方法について説明する。図５は、本発明の実施形態に加工物の製造方法における回転工程を説明する模式図である。図６は、本発明の実施形態に加工物の製造方法における加工工程を説明する模式図である。図７は、本発明の実施形態に加工物の製造方法における離反工程を説明する模式図である。

（加工物の製造方法の概要）
図５から図７に示すように、本発明の実施形態に係る加工物の製造方法は、例えばアクリル樹脂等の樹脂からなる被削材Ｗに対して穴明け加工を行うことによって加工物Ｍを製造する方法である。本発明の実施形態に係る製造方法は、回転工程と、加工工程と、離反工程とを備えている。そして、本発明の実施形態に係る各工程の具体的な内容は、次の通りである。

（回転工程）
図５に示すように、樹脂用ドリル１０のドリル本体１２のシャンク部１６をボール盤（不図示）又はドリルドライバ（不図示）のチャック部に装着する。そして、ボール盤等を
駆動させて、樹脂用ドリル１０（ドリル本体１２）をその軸心ＣＳ周りに回転させる。

（加工工程）
次に、図５及び図６に示すように、回転状態の樹脂用ドリル１０を矢印方向Ｆ１へ被削材Ｗに対して相対的に移動させて、被削材Ｗに接触させる。更に、回転状態の樹脂用ドリル１０を矢印方向Ｆ１へ被削材Ｗに対して相対的に移動させて、被削材Ｗに対して穴明け加工を行う。これにより、被削材Ｗに加工穴Ｈを形成することができる。

（離反工程）
その後、図６及び図７に示すように、樹脂用ドリル１０を矢印方向Ｆ２へ穴明け加工済みの被削材Ｗである加工物Ｍに対して相対的に移動させて、加工物Ｍから離反させる。これにより、加工物Ｍの製造が終了する。

（加工物の製造方法の作用効果）
続いて、本発明の実施形態に係る加工物の製造方法の作用効果について説明する。

本発明の実施形態に係る加工物の製造方法においては、前述の構成からなる樹脂用ドリル１０を用いている。そのため、加工物Ｍが比較的大きい穴径（例えば６ｍｍ以上の穴径）の加工穴又は比較的深い穴深さ（例えば５ｍｍ以上の穴深さ）の加工穴Ｈを有する場合においても、加工穴Ｈの加工精度を高めて、加工物Ｍの加工品質を高めることができる。

図８を参照して、本発明の実施例について説明する。図８は、実施例の場合、比較例１から比較例３の場合における加工試験の結果を示す写真図である。

図８に示すように、ドリル径１２ｍｍの樹脂用ドリル１０（図１参照）を試作した実施例に係るドリルを用意した。また、神沢鉄工株式会社製の加工径１２ｍｍの板錐（イタギリ）を比較例１に係るドリルとして購入した。アクリルサンデー株式会社製のドリル径１２ｍｍのアクリル用ドリルビットを比較例２に係るドリルとして購入した。株式会社スターエム製のプラスチック用ドリルビットを比較例３に係るドリルとして購入した。

そして、実施例に係るドリル、比較例１から比較例３に係るドリルを用いて、被削材として厚み１０ｍｍのアクリル押出板に対して穴明け加工を行う加工試験を実施した。実施例の場合、比較例１から比較例３の場合における加工試験の結果は、次の通りである。

図８に示すように、比較例１の場合には、比較例１に係るドリルの先端部が薄板状でるため、比較例１に係るドリルの先端部の温度（切削温度）が４８．２℃になり、比較例１に係るドリルの先端部の摩擦熱を低減できることが分かった。一方、比較例１に係るドリルの先端部以外が細軸形状であるため、比較例１に係るドリルはぶれやすく、正確な円形状の加工穴を形成できなかった。

比較例２の場合には、比較例２に係るドリルの先端部の温度が８３．４℃になり、比較例２に係るドリルの先端部の摩擦熱が大きくなることが分かった。また、比較例２に係るドリルの先端部に切屑が融着して、加工穴の加工面が安定せず、正確な円形状の加工穴を形成できなかった。

比較例３の場合には、比較例３に係るドリルの先端部の温度が５６．８℃になり、比較例３に係るドリルの先端部の摩擦熱が大きくなることが分かった。また、比較例４に係るドリルの先端部に切屑が融着して、加工穴の加工面が安定せず、正確な円形状の加工穴を形成できなかった。

これに対して、実施例の場合には、実施例に係るドリルの先端部の温度が３３．２℃になり、実施例に係るドリルの先端部の摩擦熱を十分に低減できることが分かった。また、実施例に係るドリルの先端部に切屑が融着し難くなり、正確な円形状の加工穴を形成でき、加工穴の加工精度を高めることができた。

つまり、前述の加工試験の結果から、ドリルの先端部を三角形の平板状に形成することにより、樹脂からなる被削材に対して比較的大きい穴径の加工穴又は比較的深い穴深さの加工穴を穴明け加工する場合においても、ドリルの先端部の摩擦熱を低減して、切屑がドリルの先端部に融着し難くなることが分かった。また、ドリルの先端部が、三角形の平板状の部位と、それに連続する矩形の平板状の部位を有することにより、前記の場合においても、切屑の排出性を高めて、切屑が樹脂用ドリルの先端部により融着し難くなることが分かった。

〔付記事項〕
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

１０ 樹脂用ドリル
１２ ドリル本体
１２ｐ 外周面
１４ 切削チップ
１４ａ 第１チップ面
１４ｂ 第２チップ面
１４ｃ チップ端面
１６ シャンク部
１８ 切屑排出溝
１８ｆ 回転方向に向かう側の壁面
２０ 副切屑排出溝
２２ 外周刃
２４ 第１先端刃
２６ 第２先端刃
Ｐ１ 第１部位
Ｐ２ 第２部位
θ 先端角
Ｗ 被削材
Ｍ 加工物

Claims (2)

1. 樹脂からなる被削材に対して穴明け加工を行うための樹脂用ドリルであって、
   軸心回りに回転する円柱状のドリル本体と、
   前記ドリル本体の先端に形成された平板状の切削チップと、を備え、
   前記ドリル本体は、
   前記ドリル本体の外周面に周方向に間隔を置いて形成され、前記ドリル本体の先端から基端側に向かって螺旋状に延びる複数の切屑排出溝と、
   各切屑排出溝における前記ドリル本体の回転方向に向かう側の壁面と前記ドリル本体の外周面との稜線部に形成された外周刃と、を有し、
   前記切削チップの少なくとも一部分は、先端角を有した三角形の平板状に形成され、
   前記切削チップは、
   第１チップ面と、
   該第１チップ面の反対側に位置する第２チップ面と、
   前記第１チップ面と前記第２チップ面との間に位置し、前記軸心に対して対称に配置された一対のチップ端面と、
   前記第１チップ面と一方の前記チップ端面との稜線部に形成され、前記外周刃に繋がる第１先端刃と、
   前記第２チップ面と他方の前記チップ端面との稜線部に形成され、前記外周刃に繋がる第２先端刃と、を有し、
   前記切削チップは、
   前記先端角を有した三角形の平板状に形成された第１部位と、
   前記第１部位と前記ドリル本体の先端との間に位置し、矩形の平板状に形成された第２部位と、を有し、
   前記切削チップの前記先端角は、６７度～７３度に設定されている、樹脂用ドリル。
2. 樹脂からなる被削材に対して穴明け加工を行うことによって加工物を製造する方法であって、
   請求項１に記載の樹脂用ドリルを回転させる回転工程と、
   回転状態の前記樹脂用ドリルを被削材に接触させて、被削材に対して穴明け加工を行う加工工程と、
   前記樹脂用ドリルを穴明け加工済みの被削材である加工物から離反させる離反工程と、を含む、加工物の製造方法。