JPS6130845B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 開示技術は鋳鉄、或は、鋼材料等の穴あけ加工
に用いるドリル、特に、素材に超硬合金を使用し
た超硬ドリル構造の技術分野に属する。 〈要旨の概要〉 而して、この発明は鋼材料等の穴あけ加工に用
いる超硬合金製のドリルに関する発明であり、特
に、従来態様に比し、その芯厚をドリルの直径の
25〜35％と大きくし、又、溝巾比について0.4〜
0.8：１と小さくし、更に、切刃端面について半
径方向のすくい角が−５゜〜正にすると共に、切
刃に対向する溝壁が切刃に覆いかぶさる形状にさ
れ、それと切刃との距離とドリル径との比につい
て切削抵抗を減少し、切り屑の排出を良くするよ
うな値に近傍させたドリルに係る発明である。 〈従来技術〉 周知の如く一般鋼材や鋳鉄製品等の穿穴作業に
は従来より高速度鋼製のドリルが使用されてきた
が、穿穴作業の高能率化が強く要求されるに至つ
ている昨今ではドリルの回転数を高めてとの要求
に応える態様が増えており、それに伴なつて耐摩
耗性に優れる超硬合金をドリル材料として使用す
ることが多くなつてきた。 しかしながら、今日超硬合金は高速度鋼に比し
て抗析力に劣る等、強度的に満足のいく材料では
ないために用途が限定される不具合があつた。 ところで、一般にドリルの強度はそのねじれ剛
性と曲げ強度によつて左右されることが分つてい
るが、それれらを決定する要素としては芯厚と、
溝巾比があり、第１図にその値を変化させた時の
ねじれ剛性のデータを示している。 尚、この場合、ねじれ剛性の値は溝がない円形
断面を100％としてそれとの比率で示してある。 〈発明が解決しようとする問題点〉 而して、当該第１図からも明らかな如く、芯厚
を厚く、且つ、溝巾比を小さくした場合、強度は
向上する。 例えば、特開昭54―14089号公報開示のドリル
においては芯厚が0.35以上と大きく、溝巾比を
0.4〜0.66：１（明細書には1.5〜2.5）として強度
剛性を上げているが、切削抵抗減少、及び、切り
屑処理については戻し加工により切刃に直角なす
くい角を一定にする等加工手段が複雑でコスト高
になる不利点があつた。 又、第２図によつて従来のドリル形状を説明す
ると、Ｂ：Ａが溝巾比であり、Ｃは芯厚であり、
芯厚Ｃを厚くし、溝巾比Ｂ：Ａを小さくしてお
り、そのため、トルク、スラスト力等の切削抵抗
が大幅に増加する欠点があるだけでなく、切り屑
の排出も困難である難点があり、したがつて、芯
厚Ｃ、溝巾比Ｂ：Ａは自ずと限界があり、一般的
には芯厚Ｃはドリル径の15〜23％、溝巾比は１〜
1.3：１にとられていた。 そして、切削抵抗の増大の一因は第２図に於て
切刃１の半径方向の任意の位置のどの点であつて
も半径方向のすくい角θ_１が負であることによつ
ていたものであり、又、負の位置にある切刃１の
端面に於て該切刃１と対向する溝壁３との距離l₁
は切刃１の外端ａと該切刃１のドリル直径Ｄの2/
３の点ｂとを通る基準線イに対し対向する溝壁３
の外端Ｃから垂線口を引き、該垂線口と切刃１の
外端ａを通る平行線ハとの距離で表わすもと定義
すると、該距離l₁は従来ドリルでは大きいため、
第３図に示す様に排出される切り屑２は完全に溝
壁３に当たらない場合もあるが、加工された穴壁
にも及ぶ不具合があつた。 又、例えば、特開昭56―76314号公報のドリル
の如く半径方向のすくい角を０にするものもある
が、切刃は直線状であり、切削抵抗が大して減少
しないばかりでなく、切り屑の排出が溝穴のみで
行うことが出来ない不具合があつた 尚、上述従来技術のドリルの問題点の基礎とな
るデータは後述この発明の効果との対比において
表、及び、グラフにて示すものとする。 この発明の目的は上述従来技術に基づく超硬合
金製の穴あけ用のドリルの問題点を解決すべき技
術的課題とし、超硬合金の利点を充分に生かしな
がら曲げ強度、ねじれ剛性に優れ、穴あげ性能が
良く、切削抵抗をも軽減し、仕上げ面が可及的に
滑らかにされ、設計通りの穴径で穴あけが出来、
切り屑がスムースに排出されるようにして金属品
製造産業における機械加工利用分野に益する優れ
たドリルを提供せんとするものである。 〈問題点を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とす
るこの発明の構成は、前述問題点を解決するため
に超硬合金製のドリルの芯厚をドリル直径の25〜
35％としてねじれ剛性を向上させ、切り屑の排出
を良くし、溝巾比を0.4〜0.8：１にして切り屑の
カールや折断を良くすると共に、少なくともドリ
ル直径の2/3より外周部の切刃端面の直視形状を
半径方向のすくい角が−５℃〜正になるように直
線、又は、曲線で結び、切削抵抗を下げ、剛性を
維持すると共に、切れ味を良くするようにし、そ
して、切刃と相対する溝壁との距離を定義される
該距離をドリル径の47％以下にして切刃に覆いか
ぶさるように形成した溝壁を切刃に近づけて切り
屑の排出を溝穴のみで行えるようにした技術的手
段を講じたものである。 〈発明の背景〉 而して、この発明において芯厚をドリル直径の
25％以下とした場合には実験によるとねじれ剛性
が不足し、35％を越えると切り屑の排出が悪くな
る。 又、半径方向のすくい角が−５゜以下では切削
抵抗が高くなり、剛性不足を示し、切れ味が悪く
なる。 そして、半径方向のすくい角の範囲としては−
５゜〜正が適しているが、望ましくは０゜〜10゜
の範囲とするのが良い。 又、半径方向のすくい角が−５゜〜正に構成し
た位置をドリルの切刃端面視にてドリル直径の2/
３より外側にした理由は芯厚が30％であれば、切
刃の長さはドリル直径の2/3になり、したがつ
て、この切刃の1/2以上が正の切刃であれば充分
な機能は発揮出来るからである。 〈実施例〉 次に、この発明の実施例を第４図以下のに基づ
いて説明すれば以下の通りである。尚、第１〜３
図と同一態様部分については同一符号を用いて説
明するものとする。 第４図、第５図に示す実施例において、ドリル
５は周知の超硬合金製であつて、その切刃１の半
径方向のすくい角が０゜で切刃１に対向する溝壁
との距離l₂を従来のそれl₁（l₂，l₁とも前述定義に
よるものである。）より小さくした態様である
が、第６図に示す実施例は従来ドリルと逆にθ_２
が正の半径方向のすくい角をもつた態様を示して
いる。 又、第７図に示す実施例は切刃１の形状につい
てドリル外周部で半径方向のすくい角が−５゜〜
正となるような凹円弧状に形成された態様であ
る。 この場合、切り屑の生成はより長い切刃で分担
されるために後述する如くスムーズに行われ、且
つ、切刃１の長さが長くなることにより切刃１の
単位長さ当たりの仕事量が減り、耐摩耗性の向上
が可能となる。 次にこの発明の実施例に則す実験例を従来態様
と比較して示す。 まず、ねじれ剛性についてこの発明の実施例と
従来態様とを比較すると、従来態様のサンプルド
リルＢグループB₁，B₂，B₃，B₄に対し、この発
明の実施例サンプルドリルＡグループA₁，A₂，
A₃，A₄をその芯厚と溝巾比について対比させて
表に示すと次の表１の通りである。 尚、右欄のグラフモードについては第８図に示
すものである。

【表】

【表】 そして、この表１のデータを対比させてねじれ
剛性比につき実験した結果をグラフに示せば横軸
に芯厚／ドリル径を、又、縦軸にねじれ剛性比
（％）で表わすと、第８図に示す通りであり、こ
の発明の実施例が従来のものに比し遥かにねじれ
剛性が良い、即ち、強度が良いことが分る。 次に、曲げ強度実験についてはこの発明のサン
プルドリルＡは芯厚が2.4mm、溝巾比が0.5：１で
ドリル径は8.5mmで、又、従来態様サンプルドリ
ルＢは芯厚が1.5mm、溝巾比が1.1：１でドリル径
は8.5mmで行い、実験方法は片側固定で25mmオー
バーハングでフリー側に荷重をかけて行つたもの
である。 その結果は、横軸に撓み量mmを、縦軸に荷重Kg
をとつたグラフでは、第９図に示す通りであり、
やはり、この発明のサンプルドリルＡの方が強度
に優れていることが分る。 而して、上記ねじれ剛性、及び、曲げ強度はド
リル自体の物理的性能の試験であるが、次に実際
にワークに対応するドリルの穴あけ試験を行つた
データを従来態様の２つのサンプルドリルＢ，Ｃ
とこの発明の実施例の１つのサンプルドリルＡに
ついて比較試験を行つた。 先ず、用いられたサンプルドリルは次の表２に
示す通りである。

【表】 尚、上記表２における対向する距離は先述した
定義のものであるがドリル直径Ｄに対する比率倍
の長さで示してある。 但し、従来型の従来品のサンプルドリルＢにつ
いては一般には用いられないが、比較のために典
型的な態様としてサンプルモデルとして用いたも
のであり、各ドリルの直径は8.5mmで、材質は超
硬合金P30プラスTiCNコーテイングしたもので
ある。 そして、各サンプルドリルの切刃端面直視形状
について略示すると、サンプルドリルＡについて
は第１０図に、又、サンプルドリルＢについては
第１１図にサンプルドリルＣについては第１２図
に示す通りである。 試験については次の通りである。 第１実験 穴あけ試験 実験条件：切速(V)：50ｍ／分、 送り（ｆ）：0.5mm／回転、25mm貫通 被削材：SCM 440 Ｈ_B 300、水溶性切削油使用 結果は次の表３の通りである

【表】 尚、サンプルドリルＢについては強度が高く、
サンプルドリルＡなみのデータが得られることも
あるが、切り屑についての処理性が悪く、且つ、
切削抵抗が極めて高く破損した。 又、サンプルドリルＣについては切り屑処理や
切削抵抗が良好ではあるけれども、強度が弱かつ
た。 したがつて、この穴あけ試験のデータの結果か
ら見る限りにおいて、この発明の実施例のサンプ
ルドリルＡが従来品のサンプルドリルＢ，Ｃに比
しても良好であることが分る。 第２実験 切削抵抗試験 上記サンプルドリルＡ，Ｂ，Ｃについて切削抵
抗を行つた結果は横軸に送り（mm／rev）、縦軸に
スラスト力については（Kg）、トルクについては
（Kg―cm）、馬力については（）をとると、第１
３図に一括に示す通りである。 そして、この第１３図の各グラフを基にしてサ
ンプルドリルＣのドリルを１として各サンプルド
リルを対応する比率で表わしたものが次の表４で
ある。

【表】 尚、実験条件としては被削材がS48C（Ｈ_B
230）で、水溶性切削油を使用した。 この実験の結果から判断すると、従来態様のド
リルは断面を大きくして溝巾比を大にし、芯厚を
上げて強度だけを増強させても、結果的にスラス
ト力とトルクが上がり、又、馬力も上昇して結果
的にマイナスであり、これに対してこの発明の実
施例では芯厚が大きくなつたためにスラスト力は
僅かに上がるものの、結果的にトルクと馬力は低
減されて切削抵抗は低くなつていることが分る。 即ち、芯厚が大きくなつて、約25％のスラスト
力の増大を招いてはいるが、半径方向のすくい角
が約＋10゜のため、トルク、馬力ともかなり少な
くなつている。 勿論、従来態様のサンプルドリルＢは半径方向
のすくい角も−12゜のためにトルク、馬力とも大
であつて、スラスト力も大であり、良好なドリル
とはなつていない。 次に切削された仕上げ面粗さについてはこの発
明のサンプルＡのドリルによれば、半径方向のす
くい角が正になる設計によつて切れ味が良くな
り、又、、切刃に対向する溝壁の切刃との先述定
義に基づく距離が小さいことによつて切り屑には
穴壁６に当接することがなく、溝穴７内において
カールし、第１４図に示す様に溝穴７内で排出さ
れ、又、折れて排出されていく。 これに対し、従来態様のサンプルドリルＢ，Ｃ
では溝壁と切刃との距離が大きいために、又、切
れ味が良くないために、第１５図、１６図に示す
様に切り屑２は穴壁６に当つて折れることになり
そのために切削仕上げは粗くなる。 この仕上げ面粗さのデータは第１７，１８，１
９図に示す通りである。 尚、当該第１７，１８，１９図の各図面におい
て、周方向（横軸）は10倍に拡大され、縦軸（深
さ方向）は250倍にされているものである。而し
て、該各図からも分る通り、この発明のサンプル
ドリルＡの仕上げ面は極めて良好に仕上げられて
いることが分る。 又、切り屑２については切刃に対向する溝壁の
先述定義の距離が小さいことにより、又、切れ味
が良いことによつて切り屑２が溝穴７内にてカー
ルし、又、細かく短く折れ、切れてそれらも又小
さな半径でカールして巻かれることが第２０，２
１，２２図からも分る通りである。 したがつて、このことからもこの発明の実施例
では切り屑２が小さく切れ、折れ曲がり、カール
されて溝穴７内に於いて排出されることが分り、
その限り、上記実験のデータにあるように仕上げ
面を荒さず良好に出来ることが分る。 又、切削穴の拡大代についてはそれぞれが小さ
く、又、そのバラツキが少ない方が切削穴あけ精
度としては良好であることは明らかであるが、実
験によるデータは次の表５に示す通りである。

【表】 このように半径方向のすくい角が正であること
による効果とドリルのねじれ剛性曲げ強度が大で
ある効果により明らかに従来態様に比しこの発明
の実施例では切削穴の拡大代は著しく小さくなつ
ており、又、そのバラツキも小さいことが分り、
この発明のドリルの優れた点が証明されている。 次に、抜け際のかえり量は当然のことながら切
れ味の効果を示すものであるが、実験の結果につ
いては次の表６に示す通りである。

【表】 このデータから見られるように従来態様に比し
てこの発明では切れ味はそれほど変らないが、そ
のバラツキは著しく小さく、したがつて、反復使
用する場合の製品精度の向上を図ることが出来る
という効果を充分に理解することが出来る。 このような上述各実験データから従来態様とこ
の発明の実施例の各サンプルドリルについて総合
評価をすると、次の表７の通りであり、×印は好
ましくなく、〇は好ましく、◎は優れているとの
評価を与えれば、この発明のサンプルドリルが最
も良く、従来実際に使用されているサンプルドリ
ルが次に良く、単にモデルとして作製した従来態
様のサンプルドリルが最も悪いことが分る。

【表】 尚、この発明の種々の実験に使用するために実
際に使用可能なサンプルドリルを在来態様のサン
プルドリルと比較すべく作製したものは次の表８
に示す通りであつて、これらのものは実効上の問
題はともかくとして実際に使用し得たものであ
る。 尚、従来ドリル、この発明のドリルの芯厚、溝
巾比、すくい角、切刃と溝壁との距離の異なるも
のについては、全体強度、切刃の外周部強さ、切
削抵抗、切りくず処理の評価を最高点10点として
評価し、総合でこれらを合計し、評価マークを表
７の場合と同様に◎、〇、△、×で表示したもの
であり（△は〇と×との間の評価）、切刃と溝壁
との前述定義の距離47％以下のものが鋼用ドリル
として優れていることが分る。 そして、表中、芯厚の欄のＡ，Ｂ，Ｃは前述の
表２のサンプルドリルを示す。

【表】 〈発明の効果〉 以上、この発明のドリルには、基本的に大幅に
ねじれ剛性が向上し、又、曲げ強度についても向
上する効果がある。 そして、従来態様ドリルよりも少ないトルク、
馬力であつて、半径方向のすくい角が負である従
来品のドリルで芯厚大、溝巾比を大としたものに
比べれば、この発明では先述した如く半径方向の
すくい角が−５゜〜正であるように形成したこと
により、切削抵抗を小さくし、格段に穴あけ抵抗
が低下し、剛性を高め、切れ味を良くするという
優れた効果が奏される。 更に、ドリルの外周部での切刃とこれに対向す
る溝壁との距離をドリル径の47％以下に近づけた
ことにより、切り屑の排出がドリル溝穴だけで行
えるようになり、その排出性が向上し、穴壁を傷
つけないため仕上げ精度が向上し、製品歩留りを
良くするという優れた効果が奏される。 而して、この発明によれば、材質としての耐摩
耗性の良さ等の超硬質合金の利点を十分に生かす
と共に、上述の如く従来品以下の切削抵抗で加工
が可能となり、更に全体の剛性が向上しているた
めに、折損に対する心配がなく、工具用歩留が良
い効果も奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図はねじれ剛性に及ぼす芯厚の溝巾比の関
連グラフ図、第２図は従来のドリルの機能断面
図、第３図は従来のドリルの切り屑の動きを示す
正面拡大図、第４図以下はこの発明の実施例を示
すものであり、第４図は１実施例の模式正面図、
第５図は同部分側面図、第６，７図は他の実施例
の第４図相当模式正面図、第８図は芯厚／ドリル
径とねじれ剛性比の従来態様とこの発明の実施例
の対応説明グラフ図、第９図は撓み量と荷重の従
来態様とこの発明の対応曲げ強度説明グラフ図、
第１０，１１，１２図は試験のためのこの発明の
サンプルモデル、及び、従来のサンプルモデル、
及び、従来態様のサンプルモデルの各正面図であ
り、第１３図はサンプルドリルの送りと切削抵抗
の従来態様サンプルモデルとこの発明のサンプル
モデルとの比較データグラフ図、第１４，１５，
１６図は切り屑についてのこの発明のサンプルモ
デル、及び、サンプルモデル、及び、従来態様サ
ンプルモデルの比較正面模式図、第１７，１８，
１９図はこの発明のサンプルモデル、及び、従来
品のサンプルモデルの仕上面の精度のグラフ図、
第２０，２１，２２図は切り屑についてのこの発
明のサンプルモデルと従来態様サンプルモデルの
資料採取図である。 ５……ドリル、１……切刃。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超硬合金製のドリルにおいて、芯厚をドリル
   直径の25％〜35％、溝巾比を0.4〜0.8：１にする
   とともに、少なくともドリル直径の2/3より外側
   の切刃端面直視形状を半径方向のすくい角が−５
   ℃〜正に形成し、ドリル外周部にて切刃に対向す
   る溝壁が切刃に覆いかぶさる形状にされ、而して
   切刃外周端と切刃端面のドリル直径の2/3の点と
   を通る基準線に対向する溝壁外端からの該基準線
   への垂線と該切刃外周端との距離がドリル直径の
   47％以下であることを特徴とするドリル。 ２ 芯厚部よりドリル外周部に至る部分の切刃端
   面直視形状を少なくともドリル直径の2/3より外
   側の切刃部分の半径方向のすくい角が０゜〜正に
   なるように凹円弧で結ぶことを特徴とする上記特
   許請求の範囲第１項記載のドリル。