JPH02237710A - 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、繊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《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、ＣＦＲＰ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のみならず穴の内周にお
いても強化繊維がぼりやむしれとなって残ってしまい、
穴明け加工が不可能に近い状態であった。このため、繊
維強化Ｐｇ合材料の穴明け加工に適したドリルが強く要
望されていた。

［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、第１に、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、
ドリル本体の外周全域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Ｑ．４ｍｍ
　〜２ｍｍのハノクテーパを設けたものである。

また、第２に、ねじれ溝に沿うドリル本体の外周にマー
ジンが形成され、ドリル本体の外周に軸線方向１００ｍ
ｍにつき０，０４ｍｒｒ＋−０．４ｍｍ　（Ｄ　ハック
テーパが設けられたドリルにおいて、ねじれ溝を先端側
から基端側へ向がうに従って回転方向へ進む螺旋状に形
成し、マージン幅をドリル直径の４％以下に設定したも
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く
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がら、
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。

さらに上記第１の特徴を有するドリルでは、従来のドリ
ルに見られるようなマージンを形成せずにバノクテーバ
を太き《設定しているから、強化繊維がドリル本体の外
周で引っ掛けられるようなことがなく、しかも、穴とド
リル本体との間に生じる摩擦抵抗を少なくすることがで
きる。したかって、穴内周におけるパリやむしれの発生
を未然に防止することができるとともに、穴の内壁面か
溶けたり切粉が溶着することによる穴内周の肌荒れを防
ＩＦすることができ、穴の寸法精度や而粗度を向上させ
ることができる。

また、上記第２の特徴を有するドリルでは、従来ドリル
と同様のマージンを形成し、バックテーパを従来ドリ一
レとほぼ同じである０　０４〜０４ｍｍに設定している
ものの、マージン幅をドリル直径の４％以下と狭《設定
しているから、穴とドリル本体との間に生じる摩擦抵抗
を少な《することかでき、切粉の溶青等を未然に防止す
ることかできる。

［実施例］ 以下、第１図ないし第５図を参照しながら本発明の−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ｌはドリル本体である。

ドリル本体１は例尤ば超硬合金またはサーメッｌ・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１
の外周には２つのねじれ溝２が形成され、ねじれ溝２の
回転方向を向く壁面の先端稜線部には切刃３か形成され
ている。以上の点については従来のドリルと同一である
。

しか１７、ドリル本体１の外周１ａ全域は円柱状の滑ら
かな曲面とされ、従来ドリルのような・７一ジンは形成
されていない。また、ドリル本体１の外周１ａには、軸
線方向１００ｍｍにつき０．　　４ｍｒｎ〜２ｍｍのバ
ックテーバが設けられている。

また、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
る左ねしれとされている。

このため、切刃３のアキンヤルレーキ角はマイナスとな
っている。こ、二で、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。

また、ねじれ溝２の回転方向を向く壁面は、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３が回転方向後方一＼深く入り込んだ形状
となり、これによって、切刃３のラ／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３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シア
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、軸線を中心と１７で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３との交点と切
刃３の外周端部とを結んだ線分とのなす角度φは５°〜
６０°に設定され、好ましくはｌＯ０〜５０°、より好
ましくは１５°〜４００に設定される。この数値限定の
下限値は、切削抵抗をより減少させ得る範囲であり、上
限値は切刃３の外周喘部における強度をより高め得る範
囲である。

また、ねじれ溝２の形状を凹曲面としたことにより、側
面視における切刃３（第１図）も基端側へ凹んだ凹曲線
状となっている。このような切刃３の形状によって、繊
維強化複合材料の穴明１」加工を極めて容易に行うこと
ができる。

すなわら、ドリルの中にはローソクポイン１・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
部よりも太き《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」−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。実施例のドリルでは、側面視にお
ける切刃３か基端側へ入り込んだ四曲線状となっている
ため、切刃３の内周側ではローソクポイント型、切刃３
の外周側ではフィッシュテール型となり、したがって、
ドリルの振動を防止しつつパリやむしれの発生を防止す
ることができるのである。

ここで、切刃３の側面視形状を基端側へ深く凹んだ凹曲
線状とするためには、切刃３の先端角θを１５０°以上
とすることが望ましいが、切刃３の外周端部における欠
損やチソビングを防止するために、先端角０は１７５°
以下とすべきである。

なお、この場合の先端角θは軸線部Ｐと切刃３の外周端
Ｑとを結んだ線分のなす角度をいう。

さらに、ねじれ溝２の溝幅比Ａ：Ｂは、１．　　５：１
以上とされ、従来ドリルのもの（０．　　９　：　１程
度）よりも太き《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た
め、切屑の流出面積を大きくして排出性を向上させるた
めであるが、ドリル剛性を維持するために溝幅比Ａ：Ｂ
は３：ｌ以下であることが望ましい。

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。第５図は切刃３と直交する彼削材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３のアキシャルレー牛角がマイナスである
から、穴明け加工に際して切刃３に臨む強化繊維Ｆはす
くい面３ａによって被削材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３を上刃としてあたかも鋏で切断するように
断ら切られる。このため、切刃３による加工面Ｂに強化
繊維Ｆが残るようなことがない。しかも、ドリル本体ｌ
の外周１ａを円柱状の滑らかな曲面とし、バックテーバ
を上述のように大きく設定しているから、強化繊維Ｆが
ドリル本体ｌの外周１ａで引っ掛けられるようなことが
なく、また、ドリル本体ｌと穴との摩擦抵抗も少ない。

したがって、強化磯維Ｆを切れ味良く切断し得ることと
相俟って、穴の縁部及び内周でのパリやむしれの発生を
有効に防止することができる。

さらに、ドリル本体ｌと穴との摩擦抵抗が少ないので、
穴の内壁面が溶けたり切粉が溶着することが少なく、穴
内周の肌荒れを防止することができ、穴の寸法精度や面
粗度を向上させることかできる。したがって、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。

なお、上記ドリルでは、ドリル本体ｌの外周１ａ全体に
よってドリルがガイドされるので、バノクテーパを大き
く設定したことで何ら不都合を生じない。

次に、第６図および第７図を参照しながら本発明の第２
の特徴の実施例について説明する。

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４が形成されている点、バックテーパが軸線
方向１００ｍｍにつき０．０４ｍｍ〜Ｑ，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Ｄ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４が穴の内周に
食い込んだり、強化繊維が引っ掛かり易くなるので、ド
リル直径Ｄの２％以上とすることが望ましい。

第７図はマージン４と直交する断面を示すもので、マー
ジン４と二番取りされたランド５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ｌＯ
°〜３０°の傾斜而にしても良い。

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、バッ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《設定しているから、
穴とドリル本体ｌとの間に生じる摩擦抵抗を少な《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が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ノドドリルに適用した
ものであるが、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エ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を基端側から見て時計方向へ回転させ
るものであるから、ねじれ溝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］ 以上説明したようにこの発明のドリルでは、第１に、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、ドリル本体の外周全域を円柱状の
滑らかな曲面と１２、ドリル本体の外周に軸線方向１０
０ｍ’ｍにつき０．４ｍｍ〜２ｍｍのバックテーバを設
けたものであり、第２に、ねじれ溝に沿うドリル本体の
外周にマージンが形成され、ドリル本体の外周に軸線方
向１００ｍｍにつき０．０４ｍｍ　〜０．４ｍｍのバ．
，　クテーパが設けられたドリルにおいて、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、マージン幅をドリル直径の４％以下に設定
したものであるから、切刃のア牛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
ち切ることができる。このため、切刃による加工面に強
化繊維が残るようなことがなく、しかも、ドリル本体と
穴との摩擦抵抗か少ないから、強化繊維を切れ味良く切
断し得ることと相俟って、穴の縁部及び内周でのパリや
むしれの発生を有効に防止することができる。

さらに、ドリル本体と穴との摩擦抵抗が少ないので、穴
の内壁而が溶けたり切粉か溶ｔｉｔることか少なく、穴
内周の肌荒れを防止することかで古、穴の寸法精度や面
粗度を向上させることができる。

したかって、繊維強化複合材料の穴明け加工を金届材料
の穴明け加工と同様にスムーズに行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１の特徴の実施例を示
す図であって、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■方向矢視図
、第４図は第３図の■方向矢視図、第５図はＦＲＰの穴
明け加工を行っている状態を示す切刃と直交する断面図
、第６図および第７図は本発明の第２の特徴の実施例を
示し、第６図はドリルを示す側面図、第７図は第６図の
■一■線断面図である。 Ｉ・・・・・・ドリル本体、 ２・・・・・ねじれ溝、 ３・・・・・・切刃、 ４・・・・・・マージン。

Claims (7)

【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、ドリル本体の外周全
   域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ツイストドリル。
2. （２）軸線回りに回転させられるドリル本体の外周にね
   じれ溝が形成されるとともに、このねじれ溝に沿うドリ
   ル本体の外周にマージンが形成され、上記ねじれ溝の回
   転方向を向く壁面の先端稜線部に切刃が形成され、ドリ
   ル本体の外周に軸線方向１００ｍｍにつき０．０４ｍｍ
   〜０．４ｍｍのバックテーパが設けられたツイストドリ
   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、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ツ
   イストドリル。
3. （３）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項または第２項に記載のツイストドリル。
4. （４）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３
   項に記載のツイストドリル。
5. （５）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項ないし第４項の
   いずれか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）前記切刃の先端角を１５０°以上としたことを特
   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。