JPH02237709A - ツイストドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、炭素繊維やケブラー繊維等により構成した
繊維強化複合材料の穴明け加工に用いて好適なツイスト
ドリルに関するものである。

［従来の技術とその課題］ 近年、ｍ維強化複合材料の開発が急速に進められ、ＦＲ
Ｐ等で構成した素材を機械加工する場合が多くなってい
る。たとえば、ＣＦＲＰは、合成樹脂を炭素繊維で強化
したもので、合成樹脂内に織った炭素繊維を介在させる
ことにより合成樹脂の引張り強度を高めたものである。

ところが、ＣＦ　Ｒ　ｌ）等の機械加工は、その内部の
強化繊維の存在により極めて困難であった。特に、ツイ
ストドリル（以下、ドリルと略称する）で穴明け加工を
する場合に、ドリルの入り側と抜け側において強化繊維
がぼりやむしれとなって残ってしまい、このため、繊維
強化複合材料の穴明け加工はほとんど不可能な状態であ
った。

［発明の目的］ この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、強化繊
維によるぼりやむしれを発生させることなく穴明け加工
を行うことが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］ この発明のドリルは、ねじれ溝を、先端側から基端側へ
向かうに従って回転方向へ進む螺旋状に形成し、切刃を
外周端部および内周端部からそれらの中間部へ向かうに
従って基端側へ向かうように形成したものである。

［作用］ たとえば、細い糸を鋏で切断する場合を考えてみると、
鋏の２枚の刃の間に隙間が生じていると糸はうまく切れ
ない。つまり、２枚の刃が互いに強く押し付けられ、こ
れによって、２枚の刃で糸を強く挟まないと糸はうま《
切れず、これは、ＣＦＲＰ等の強化繊維を切刃で切断す
る場合も同じである。上記構成のドリルにあっては、ね
じれ溝のねじれ方向を従来ドリルと逆にしているから、
切刃のアキシャルレーキ角は必然的にマイナスとなる。

このような切刃で例えばＣＦＲＰの穴明け加工を行うと
、切刃のアキシャルレーキ角がマイナスであるから強化
繊維はすくい面によって合成樹脂゛側に強く押し付けら
れる。これによって、強化繊維は合成樹脂とともに合成
樹脂を下刃、切刃を上刃としてあたかも鋏で切断するよ
うに断ち切られる。したがって、切刃による加工面に強
化繊維が残るようなことがなく、強化繊維によるばりの
発生を未然に防止することができる。

さらに、切刃を外周端部および内周端部がらそれらの中
間部へ向かうに従って基端側へ向かうように形成してい
るから、繊維強化複合材料の穴明け加工をさらに容易に
行うことができる。

すなわち、ドリルの中にはローソクポイント型やフィッ
シュテールポイント型と呼ばれる特殊な先端形状のもの
がある。これらは、主に薄板の穴明け加工に使用される
もので、前者は、ドリル先端の中央部の先端角を外周部
よりも大きくすることにより鋼板への食付きを良くして
ドリルの振動を防止したものである。一方、後者は、先
端角を１８０°以上としたもので、穴の輪郭線に沿って
切削することによって、切削推力に起因する穴縁部のむ
しれを防止することができるが、ドリルが振動し易いと
いう欠点がある。本発明のドリルで．は、切刃の内周側
ではローソクポイント型、切刃の外周側ではフィッシュ
テール型となり、したがって、強化繊維を切れ味良く切
断し得ることと相俟って、ドリルの振動を防止しつつパ
リやむしれの発生をより有効に防止することができるの
である。

［実施例］ 以下、第１図ないし第４図を参照しなから本発明の一実
施例について説明する。第１図は実施例のドリルを示す
側面図である。図において符号１はドリル本体である。

ドリル本体１は例えば超硬合金またはサーメソトから構
成されたもので、基端側から見て時計方向、つまり右方
向へ回転させられるようになっている。ドリル本体ｌの
外周には２つのねじれ溝２が形成されている。ねじれ溝
２は、先端側から基端側へ向かうに従って回転方向へ進
む螺旋状に形成されている。つまり、ねじれ溝２は軸線
方向先端視において反時計方向へねじれる左ねじれとさ
れている。ここで、ねじれ溝２のねじれ角は、１５°〜
７５°に設定され、好ましくは２０°〜６０°、より好
ましくは３０°〜５０°に設定される。この数値限定の
下限値は、パリやむしれの発生をより有効に防止し得る
範囲であり、上限値は切屑の流出をより円滑に行い、切
屑詰まりを防止し得る範囲である。

ドリル本体ｌの先端部には、一方のねじれ溝２の回転方
向を向く壁面から他方のねじれ溝２の回転方向後方を向
く壁面・＼直線状に延在する溝３が形成されている。溝
３は、断面Ｖ字状をなすように２つの平坦な傾斜而３ａ
によって構成され、溝３とねじれ溝２の回転方向を向《
壁面との交叉部には切刃４か形成されている。

切刃４の回転方向から見た形状は、溝３の断面形状に応
じてＶ字状をなし、溝３の底を挟んで内周刃４ａと外周
刃４１〕に分かれている。そして、これら内周刃４ａと
外周刃４　ｂとのなす角度Ｏは３００〜１７０’に設定
され、好ましくは６０°〜１５０°、より好ましくは８
０°〜１２００に設定される。この数値限定の下限値は
、刃先強度をより高め得る範囲であり、上限値はパリの
発生をより有効に防止し得る範囲である。

また、ねじれ溝２の回転方向を向く壁面は、軸線Ｏと直
交する断面における形状が回転方向後方へ凹む凹曲線状
となるように凹曲面に形成されている。このため、ねじ
れ溝２を左ねじれとしたことと相俟って、軸線方向先端
視における切刃４が回転方向後方へ深く入り込んだ形状
となり、これによって、切刃４のラジアルレーキ角は大
きくプラス方向となっている。つまり、切刃４のアキシ
ャルレーキ角がマイナス側に大きくなればなる程ラジア
ルレーキ角がプラス側へ大きくなり、これによって切削
抵抗が極端に増加しないようになっている。ここで、軸
線Ｏを中心として直径がドリル直径の６０％である円を
描いたときに、この円と切刃４との交点と切刃の外周端
部とを結んだ線分と、軸線Ｏから切刃の外周端部へ延ば
した線分とのなす角度φは５°〜６０°に設定され、好
ましくは１０’〜５００、より好ましくは１５°〜４０
°に設定される。この数値限定の下限値は加工穴におけ
るむしれの発生をより有効に防止し得る範囲であり、上
限値は切刃４の外周端部にわける刃先強度をより高め得
る範囲である。

また、ねじれ溝２の溝幅比（溝幅：ランド幅）は、１．
５〜３：１とされ、従来ドリルのもの（０９：１程度）
よりも大きく設定され、ドリル本体ｌの芯厚はドリル直
径の８％〜２０％とされ、従来ドリルのものく２５％程
度）よりも小さく設定されている。これは、ねじれ溝２
を左ねじれとしたことにより切屑が流出しにくくなるこ
とから、切屑の流出面積を大きくしてｒｊ１出性を向」
ニさせるためである。

さらに、ドリル本体ｌの外周全域は円柱状の消らかな曲
而とされ、従来ドリルのようなマー／ンは形成されず、
しかも、ドリル本体ｌの外周には軸線方向１００ｍｍに
つき０　．　　４　ｍ　ｍ　〜２ｔｎ　ｍという大きな
バックテーバが設けられている。これによって、彼削村
内の強化繊維かドリル本体１の外周で引っ掛けられるよ
うなことがなく、また、穴との摩擦抵抗を少なくするこ
とかできる。

またさらに、ドリル本体ｌの先端部には、内周刃４ａに
連続する逃げ而の後ろ側の部分が削り取られてそこにシ
ンニング部５が形成され、軸線部から外周方向へ直線状
に延在するンンニング刃６か形成されている。このシン
ニング刃６と、軸線０と外周刃４ｂの外周端部とを結ん
だ線分とのなす軸線方向先端視における角度γは００〜
３０°に設定されている。また、シンニング刃６に沿う
すくい面６ａと直交する方向から見て（第４図）、す《
い面とシンニング部５の先端研ぎ出し而５ａとの谷線７
が軸線Ｏとなす角度λは２０’〜４５０に設定されてい
る。さらに、すくい面６ａと先端研ぎ出し面５ａとのな
す角度は９５°〜＋１５０に設定されている。

次に、上記構成のドリルにより、例えばＣＦＲＰの穴明
け加工を行う場合の作用について第５図を参照しながら
説明する。

まず、シンニング刃６および外周刃４ｂの先端部の２箇
所が被削材Ａに食付き、穴の中心側では切削部が内周側
から外周側へ広がり、ドリル本体１の振動が防止される
。一方、外周刃４ｂでは逆に穴の輪郭線から内周側へと
切削部が広がるため、スラスト荷重の反力として彼削材
Ａに作用する押分け力が小さ《、パリやむしれの発生が
防止される。ここで、第５図は切刃４と直交する披削材
Ａの断面を示すもので、被削材Ａの内部には無数の強化
繊維Ｆが平面視において縦横に織り込まれている。第５
図から判るように、切刃４のアキシャルレーキ角がマイ
ナスであるから、穴明け加工に際して切刃４に臨む強化
繊維Ｆはすくい面４ａによって彼削材Ａ側に強く押し付
けられる。つまり、強化繊維Ｆは合成樹脂Ｍとともに合
成樹脂Ｍを下刃、切刃４を上刃としてあたかも鋏で切断
するように断ち切られる。このため、切刃４による加工
而Ｂに強化繊維Ｆが残るようなことがない。したがって
、押分け力が小さいことと相俟って、パリやむしれの発
生を一層有効に防止することができ、繊維強化複合材料
の穴明け加工を金属材料の穴明け加工と同様にスムーズ
に行うことができる。

さらに、／ンニング刃６で生成された切屑がねじれ溝２
へ延出する際の抵抗が少なく、切屑排出性を向上させる
ことができるのは勿論のこと、切削抵抗や穴の内壁面と
の摩擦抵抗が小さいために発熱を防止することができ、
合成樹脂の溶着等を未然に防止することができる。

なお、上記実施例では溝３を直線状に延在させているが
、回転方向に沿って延在させても良い。

また、溝３の断面形状をｖ字状としているが、切刃４が
外周端部および内周端部からそれらの中間部へ向かうに
したがって基端側へ向かうものであれば、溝３の断面形
状は任意である。

次に、第６図および第７図は本発明の他の実施例を示す
ものである。この図に示すドリルは、前記実施例のドリ
ルとほぼ同様の構成を有しているため、同一構成要素に
は同符号を付してあるが、ねじれ溝２に沿うドリル本体
１の外周１ａにマージン７が形成されている点、バック
テーバが軸線方向１００ｍｍにつき０．０４ｍｍ〜Ｏ、
４ｍｍに設定されている点が異なっている。しかも、マ
ージン幅Ｗは、ドリル直径の４％以下に設定されている
。なお、マージン幅Ｗが極端に狭くなるとマージン７が
穴の内周に食い込んだり、強化繊維が引２掛かり易くな
るので、ドリル直径の２％以上とすることが望ましい。

第７図はマージン７と直交する断面を示すもので、マー
ジン７と二番取りされたランド８との境界は円弧状の凹
曲面とされ、凹曲面の曲率半径ｒは０．３ｍｍ〜１．５
ｍｍに設定されている。なお、マージン４とランド５と
の境界は、第７図中破線で示すように、逃げ角αが１０
’〜３０’の傾斜面にしても良い。

このドリルにおいては、従来ドリルと同様のマージン４
を有し、バ，クテーバを従来ドリルとほぼ同じである０
．０４〜０．４ｍｍに設定しているものの、マージン幅
Ｗをドリル直径Ｄの４％以下と狭く設定しているから、
穴とドリル本体１との間に生じる摩擦抵抗を少なくする
ことができる。

したがって、このドリルにおいても、パリやむしれの発
生を未然に防止することかできるのは勿論のこと、切粉
の溶着等を未然に防止することができる。

なお、上記実施例は本発明をソリッドドリルに適用した
ものであるか、その他、切刃のみを超硬合金等で構成し
たろう付けドリルやスローアウェイ式ドリルに適用して
も同様の効果を奏することができる。また、上記実施例
は、ドリル本体１を居端側から見て時計方向へ回転させ
るらのであるから、ねじれ背２を左ねじれとしているが
、ドリル本体ｌを反時計方向へ回転させる場合には右ね
じれとなることは勿論である。

［発明の効果］ 以七説明（７たようにこの発明のドリルでは、ねじれ溝
を先端側から基端側へ向かうに従って回転方向へ進む螺
旋状に形成し、切刃を外周端郎および内周喘部からそれ
らの中間部へ向かうに従って基端側へ向かうように形成
１，ているから、切刃のアキシャルレーキ角がマイナス
となり、強化繊維をあたかも鋏で切断するように断ち切
ることかでΔる。このため、切刃による加工而に強化繊
維が残るようなことがなく、しかも、加工穴の輪郭線に
沿って切削するから、切削推力の反力として披削材に作
用する押分け力が小さく、強化繊維を切れ味良く切断し
得ることと相俟ってむしれの発生をよりａ効に防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の−実施例を示１図であっ
て、第１図はドリルを示す側面図、第２図は第１図の■
方向矢視図、第３図は第２図のＩＩ１方向欠視図、第４
図は第３図のＩＶ方向矢視図、第５図はＦ　Ｒ　Ｐの穴
明け加工を行っている伏熊を示す切刃と直交４”る断而
図、第６図および第７図は本発明の他の実施例を示し、
第６図はトリルの側面図、第７図は第６図の■−■線断
而図である。 １・・・・１・リル本体、２・・・・・ねじれ溝、４　
・・切刃、０　・・・・軸線。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸線回りに回転させられるドリル本体の外周にね
   じれ溝が形成され、このねじれ溝の回転方向を向く壁面
   の先端稜線部に切刃が形成されたツイストドリルにおい
   て、上記ねじれ溝を、先端側から基端側へ向かうに従っ
   て回転方向へ進む螺旋状に形成し、上記切刃を、外周端
   部および内周端部からそれらの中間部へ向かうに従って
   基端側へ向かうように形成したことを特徴とするツイス
   トドリル。
2. （２）前記切刃を回転方向から見て内周部と外周部とが
   それらの中間部で交叉するＶ字状に形成し、切刃の内周
   部と外周部とのなす角度を３０°〜１７０°としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のツイストド
   リル。
3. （３）前記ねじれ溝のねじれ角を１５°〜７５°とした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
   記載のツイストドリル。
4. （４）前記ねじれ溝の回転方向を向く壁面を、軸線と直
   交する断面における形状が回転方向後方へ凹む凹曲線状
   となるように凹曲面に形成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のツイス
   トドリル。
5. （５）軸線を中心とし直径がドリル直径の６０％である
   円と切刃との交点と切刃の外周端部とを結んだ線分と、
   軸線と切刃の外周端部とを結んだ線分とのなす角度を５
   °〜６０°としたことを特徴とする特許請求の範囲第４
   項に記載のツイストドリル。
6. （６）溝幅比を１．５〜３：１としたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の
   ツイストドリル。
7. （７）前記ドリル本体の芯厚をドリル直径の８％〜２０
   ％としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第６項のいずれかに記載のツイストドリル。
8. （８）前記ドリル本体の外周全体を円柱状の滑らかな曲
   面とし、ドリル本体の外周に軸線方向１００ｍｍにつき
   ０．４ｍｍ〜２ｍｍのバックテーパを設けたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに
   記載のツイストドリル。
9. （９）前記ドリル本体のねじれ溝に沿う外周にマージン
   を形成し、このマージンに軸線方向１００ｍｍにつき０
   ．０４ｍｍ〜０．４ｍｍのバックテーパを設けるととも
   に、マージン幅をドリル直径の４％以下に設定したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第７項のいず
   れかに記載のツイストドリル。