WO2019142355A1 - 段付きドリル及び段付きドリルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】段部の切れ刃の切削性能を向上させることができる段付きドリル及び段付きドリルの製造方法を提供すること。 【解決手段】溝５は、段部３の第２切れ刃３０を含む領域を形成する第１研削部５０と、その第１研削部５０よりも段部３のヒール７側の領域を形成する第２研削部５１と、を備えるので、第１研削部５０を研削する工程と、第２研削部５１を研削する工程との２回の溝研削において、第１研削部５０と第２研削部５１とを交差させて研削することにより、第１切れ刃２０に凸状刃部２０ａを形成することができる。即ち、第１研削部５０の研削時に第２切れ刃３０を所望の形状に形成できると共に、第２研削部５１の研削時に砥石が第２切れ刃３０に干渉することを抑制できるので、第２切れ刃３０の径方向すくい角が大きな負の角度になることを抑制できる。よって、第２切れ刃３０の切削性能を向上させることができる。

Description

段付きドリル及び段付きドリルの製造方法

　本発明は、段付きドリル及び段付きドリルの製造方法に関し、特に、段部の切れ刃の切削性能を向上させることができる段付きドリル及び段付きドリルの製造方法に関する。

　小径部と大径部とを接続するテーパ状の段部を備え、その段部に切れ刃が形成される段付きドリルが知られている。このような段付きドリルでは、特許文献１に記載されるように、小径部から段部にかけて一定のリードの溝を一度の研削で形成すると、段部の切れ刃がドリルの回転方向側を向く凸の湾曲形状に形成されやすくなる。よって、段部の切れ刃の径方向すくい角が大きな負の角度になり、段部の切れ刃の切削性能が低下する。

実開平０５－０５３８１７号公報（例えば、段落０００６、図５） 特開２００３－０２５１２５号公報（例えば、段落００１７、図１）

　ここで、例えば、特許文献２には、ドリルの先端部の切れ刃の外周端側に、ドリルの回転方向に凸状の凸状刃部（凸曲線状切刃部）を設けることで切削性能の向上を図る技術が記載されているが、上述した段付きドリルの小径部の切れ刃に凸状刃部を設けると、段部の切れ刃の径方向すくい角がより大きな負の角度になりやすいという問題点がある。この問題点について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、段付きドリル２０１に溝２０５を研削する従来の方法を示す模式図であり、図４（ｂ）は、従来の段付きドリル２０１の部分拡大側面図である。

　図４（ａ）に示すように、小径部２０２の先端部の切れ刃に凸状刃部（図示せず）を形成する場合、所望の溝２０５のねじれ角に対し、砥石Ｓに所定の振り角θを持たせた状態で溝２０５の研削を行う。この振り角θを持った砥石Ｓと小径部２０２との干渉により、小径部２０２の切れ刃の外周端側に凸状刃部を形成することができる。この一方で、砥石Ｓが振り角θを持つことにより、段部２０３及び大径部２０４の研削時においても砥石Ｓと段部２０３との干渉が大きくなる。

　よって、図４（ｂ）に示すように、段部２０３の切れ刃２３０が段付きドリル２０１の回転方向側を向く凸の湾曲形状に形成され、段部２０３の切れ刃２３０の径方向すくい角がより大きな負の角度になりやすくなる。このような切れ刃２３０の形状で皿もみ（小径部２０２で加工された穴の面取り）を行うと、面取り部分の面粗さ不良や、面のむしれが発生する。即ち、小径部２０２の切れ刃に凸状刃部を備える従来の段付きドリル２０１では、段部２０３の切れ刃２３０の切削性能が低下するという問題点があった。

　本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、段部の切れ刃の切削性能を向上させることができる段付きドリル及び段付きドリルの製造方法を提供することを目的としている。

　この目的を達成するために本発明の段付きドリルは、先端部に第１切れ刃を有する小径部と、その小径部の軸方向後端に接続されると共に第２切れ刃を有するテーパ状の段部と、前記小径部から前記段部にかけて一定のリードで形成される溝と、を備えるものであり、前記第１切れ刃は、その外周端側に形成されると共に前記小径部の回転方向に凸形状の凸状刃部を備え、前記溝は、前記段部の前記第２切れ刃を含む領域を形成する第１研削部と、その第１研削部よりも前記段部のヒール側の領域を形成する第２研削部と、を備え、前記第１研削部と前記第２研削部との交差部分によって前記凸状刃部が形成される。

　請求項１記載の段付きドリル及び請求項３記載の段付きドリルの製造方法によれば、第１切れ刃は、その外周端側に形成されると共に小径部の回転方向に凸形状の凸状刃部を備えるので、第１切れ刃の切削性能（切れ味）が向上する。この場合、溝は、段部の第２切れ刃を含む領域を形成する第１研削部と、その第１研削部よりも段部のヒール側の領域を形成する第２研削部と、を備えるので、第１研削部を研削する工程（第１工程）と、第２研削部を研削する工程（第２工程）との２回の溝研削において、第１研削部と第２研削部とを交差させて研削することにより、第１切れ刃に凸状刃部を形成することができる。即ち、第１研削部の研削時に（第１工程で）第２切れ刃を所望の形状に形成できると共に、第２研削部の研削時に（第２工程で）砥石が第２切れ刃に干渉することを抑制できるので、第２切れ刃の径方向すくい角が大きな負の角度になることを抑制できる。よって、第２切れ刃の切削性能を向上させることができるという効果がある。

　請求項２記載の段付きドリル及び請求項４記載の段付きドリルの製造方法によれば、請求項１記載の段付きドリル及び請求項３記載の段付きドリルの製造方法の奏する効果に加え、第２切れ刃は、その外周端に向けて略直線状に形成されるので、第２切れ刃の切削性能を向上させることができるという効果がある。

　なお、「略直線状」とは、段部の回転方向に凸の緩やかな湾曲形状で第２切れ刃が形成される構成も含むものと定義する。かかる湾曲形状で第２切れ刃が形成される場合には、第２切れ刃の外周端側の径方向すくい角を、切削性能の低下が抑制できる程度の角度（例えば、－２０°）以上に設定すれば良い。

　請求項５記載の段付きドリルの製造方法によれば、請求項３又は４に記載の段付きドリルの製造方法の奏する効果に加え、第１工程の後に第２工程が行われるので、第２切れ刃を容易に形成できる。即ち、第２工程を先に行うと、第１工程において第２切れ刃を形成しつつランド幅（リーディングエッジからヒールにかけての幅）の寸法を調節する必要があるところ、第１工程を先に行うことにより、第２切れ刃を形成しつつランド幅の寸法を調節することを不要にできる。よって、第２切れ刃を所望の形状に容易に形成できるので、第２切れ刃の切削性能を向上させることができるという効果がある。

（ａ）は、本発明の一実施形態における段付きドリルを模式的に示した側面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ－Ｉｂ線における段付きドリルの断面図であり、（ｃ）は、図１（ａ）のＩｃ－Ｉｃ線における段付きドリルの断面図である。 （ａ）は、図１（ａ）のＩＩａ－ＩＩａ線における段付きドリルの断面図であり、（ｂ）は、段付きドリルを模式的に示した部分拡大側面図である。 （ａ）は、１次溝が研削された状態を示す段付きドリルの断面図であり、（ｂ）は、２次溝を研削する方法を示す段付きドリルの断面図である。 （ａ）は、段付きドリルに溝を研削する従来の方法を示す模式図であり、（ｂ）は、従来の段付きドリルの部分拡大側面図である。

　以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１（ａ）を参照して、段付きドリル１の概略構成について説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態における段付きドリル１を模式的に示した側面図である。

　図１（ａ）に示すように、段付きドリル１は、加工機械（例えば、マシニングセンタ）から伝達される回転力によって被加工物に穴あけ加工や面取り加工を行う切削工具であり、タングステンカーバイト（ＷＣ）等を加圧焼結した超硬合金から形成される。

　段付きドリル１は、小径部２と、その小径部２の後端（図１（ａ）の右側の端部）に接続される段部３と、その段部３の後端に接続されると共に小径部２よりも大径に形成される大径部４と、それら小径部２、段部３、及び、大径部４の外周面に形成される螺旋状の溝５（図１（ｂ）参照）、とを備える。

　小径部２、段部３、及び、大径部４は、それらの軸を成す軸Ｏの方向で一体的に形成され、段部３は、その直径が小径部２の直径（本実施形態では、５ｍｍ）から大径部４の直径（本実施形態では、８ｍｍ）に連続的に変化するテーパ状に形成される。

　小径部２は、被加工物に穴開け加工を行う部位であり、その先端角は１４０°に設定される。段部３は、小径部２によって形成された穴の皿もみを行うか、若しくは、小径部２よりも大径の穴を加工する部位であり、そのステップ角が６０°に設定される。大径部４は、その後端側の一部の領域において溝５が非形成とされ、かかる領域が加工機械に保持されるシャンクとして構成される。

　溝５（図１（ｂ）参照）は、後述する第１切れ刃２０及び第２切れ刃３０（図２参照）のすくい面を構成すると共に被加工物の加工時に切り屑を排出するための部位である。溝５は、小径部２、段部３、及び、大径部４の外周面において軸Ｏに向けて凹設される溝であり、小径部２から大径部４にかけて一定のリードの螺旋状に形成される。

　次いで、図１（ｂ）を参照して、小径部２の第１切れ刃２０について説明する。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ－Ｉｂ線における段付きドリル１の断面図である。なお、図１（ｂ）は、小径部２の先端角（１４０°）と同一の角度に沿って切断した断面（以下、「１４０°断面」と称す）であって、第１切れ刃２０の稜線に沿った断面を平面に投影した図である。また、図１（ｂ）では、図面を簡素化するためにハッチングを省略しており、図１（ｃ）以降においても同様とする。

　図１（ｂ）に示すように、小径部２の先端面（逃げ面）と溝５とが交差する稜線部に３枚の第１切れ刃２０が形成され、それら３枚の第１切れ刃２０が軸Ｏを中心に等角度の間隔で設けられる。

　第１切れ刃２０は、その外周端側に形成されると共に小径部２の回転方向Ｒに凸状の凸状刃部２０ａを備える。第１切れ刃２０における凸状刃部２０ａの先端よりも内周側は、小径部２の回転方向Ｒの後方側に向けて凹む湾曲形状に形成される。

　回転方向Ｒ側を向く凸状刃部２０ａの先端から第１切れ刃２０の外周コーナ２０ｂにかけての領域（凸状刃部２０ａの外周側）の径方向すくい角は、負の角度（本実施形態では、－２０°）に設定される。即ち、凸状刃部２０ａの先端は、軸Ｏと外周コーナ２０ｂとを結ぶ直線よりも回転方向Ｒ側に向けて突出して形成されている。これにより、第１切れ刃２０による穴加工時に外周コーナ２０ｂに欠けやチッピングが生じることを抑制すると共に、第１切れ刃２０の切れ味を向上させることができる。

　次いで、図１（ｃ）を参照して、溝５の構成について説明する。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＩｃ－Ｉｃ線における段付きドリル１の断面図である。なお、図１（ｃ）では、段部３の１４０°断面が図示される。また、段部３における溝５の断面形状は、その内周側の一部の領域が、小径部２における断面形状と同一の形状となり、かかる領域が図１（ｃ）の破線Ｄに相当し、図２以降においても同様とする。即ち、小径部２の１４０°断面における溝５の形状は、図１（ｃ）の破線Ｄで取り囲まれる領域と同一の形状となる。

　図１（ｃ）に示すように、溝５は、段部３のリーディングエッジ６側の領域を構成する第１研削部５０と、その第１研削部５０よりもヒール７側の領域を構成する第２研削部５１と、を備える。溝５は、第１研削部５０と第２研削部５１とによって軸Ｏに向けて凹む湾曲形状に形成されるが、第１研削部５０及び第２研削部５１の交点Ｐは、回転方向Ｒに向けて凸状に形成される。交点Ｐは、破線Ｄよりも僅かに内周側に形成され、この交点Ｐは、溝５の研削時に第１切れ刃２０の凸状刃部２０ａ（図１（ｂ）参照）を形成した際に表れる部位である。

　即ち、１４０°断面における交点Ｐの断面形状（凸形状）は、１４０°断面における凸状刃部２０ａの形状と略同一の形状となる（図１（ｂ）及び図１（ｃ）の拡大部分参照）。なお、「略」同一の形状とは、溝５の形成後に凸状刃部２０ａにチャンファ加工が施されるため、実際の凸状刃部２０ａの形状と交点Ｐの形状とが若干異なることを示しているが、凸状刃部２０ａとほぼ同一形状の交点Ｐの稜線が小径部２から段部３にかけて溝５に形成されている。

　次いで、図２を参照して、段部３の第２切れ刃３０について説明する。図２（ａ）は、図１（ａ）のＩＩａ－ＩＩａ線における段付きドリル１の断面図であり、図２（ｂ）は、段付きドリル１を模式的に示した部分拡大側面図である。なお、図２（ａ）は、段部３のステップ角（６０°）に沿って切断した断面（以下、「６０°断面」と称す）であって、第２切れ刃３０稜線に沿った断面を平面に投影した図である。

　図２に示すように、段部３の先端面（逃げ面）と溝５とが交差する稜線部に３枚の第２切れ刃３０が形成され、それら３枚の第２切れ刃３０が軸Ｏを中心に等角度の間隔で設けられる。第２切れ刃３０は、６０°断面（段付きドリル１の先端視）において、その内周側の端部から外周端に向けて（小径部２側から大径部４側にかけて）略直線状に形成される。即ち、第２切れ刃３０の外周端側の一部は、回転方向Ｒに向けて凸の緩やかな湾曲形状に形成されるが、第２切れ刃３０の外周端の径方向すくい角θは、－２０°に設定されている。

　これにより、図４に示すような段部２０３の切れ刃２３０が回転方向側を向く凸の湾曲形状に形成される（切れ刃２３０の径方向すくい角が大きな負の角度である）従来の段付きドリル２０１に比べ、第２切れ刃３０で皿もみ（第１切れ刃２０で加工された穴の面取り）を行った場合に、面取り部分の面粗さ不良や、面のむしれが発生することを抑制できる。

　次いで、図３を参照して、段付きドリル１の製造方法について説明する。図３（ａ）は、１次溝Ｇ１が研削された状態を示す段付きドリル１の断面図であり、図３（ｂ）は、２次溝Ｇ２を研削する方法を示す段付きドリル１の断面図である。図３では、１４０°断面における溝５の断面形状が図示される。また、図３（ｂ）では、２次溝Ｇ２の溝形状を２点鎖線で図示している。

　図３に示すように、段付きドリル１の製造方法は、１次溝Ｇ１を研削する第１工程（図３（ａ）参照）と、２次溝Ｇ２を研削する第２工程（図３（ｂ）参照）と、を備える。第１工程および第２工程は、砥石による研削によって溝５を形成することで、第１切れ刃２０及び第２切れ刃３０を形成する（溝５の形状によって切れ刃形状を決める）工程である。

　より具体的には、第１工程は、軸Ｏに向けて所望の心厚よりも浅く１次溝Ｇ１を研削して、溝５の第１研削部５０を含む領域を研削する工程である。即ち、１次溝Ｇ１は、第１切れ刃２０の凸状刃部２０ａの外周側の部位（凸状刃部２０ａの先端から外周コーナ２０ｂまでの領域）と、第２切れ刃３０の全体の形状を決めるための溝であり、小径部２から段部３（大径部４）にかけて一定のリードの螺旋状に形成される。

　第１工程の後に行われる第２工程は、１次溝Ｇ１の溝底よりも軸Ｏに向けて深く２次溝Ｇ２を研削して、溝５の第２研削部５１を研削する工程である。即ち、２次溝Ｇ２は、凸状刃部２０ａの先端よりも内周側の第１切れ刃２０の形状を決めるための溝であり、小径部２から段部３（大径部４）にかけて一定のリード（１次溝Ｇ１と同一のリード）の螺旋状に形成される。

　これら第１工程および第２工程の２回の溝研削において、破線Ｄよりも僅かに内周側で１次溝Ｇ１と２次溝Ｇ２とを交差させる（回転方向Ｒの後方側に凹む湾曲面どうしを交差させる）ことにより、回転方向Ｒに向けて凸形状の凸状刃部２０ａ（交点Ｐ）を第１切れ刃２０の外周端側に形成しつつ、凸状刃部２０ａよりも内周側を、小径部２の回転方向Ｒの後方側に向けて凹む湾曲形状（即ち、第１切れ刃２０をフック型の切れ刃）に形成することができる。

　この場合、１次溝Ｇ１と２次溝Ｇ２とを交差させて凸状刃部２０ａを形成することにより、２次溝Ｇ２を研削する際の砥石が第１研削部５０（１次溝Ｇ１で形成したもの）に干渉することを抑制できる。よって、第２切れ刃３０の切れ刃形状が所望の形状となるよう、６０°断面における第１研削部５０（１次溝Ｇ１）の断面形状を設定すれば、第２切れ刃３０を所望の形状に形成しつつ、第１切れ刃２０に凸状刃部２０ａを形成することができる。

　なお、第２切れ刃３０の所望の形状とは、好ましくは、外周端に向けて直線状の形状であるが、内周側の一部の領域のみを直線状に形成する構成でも良い。即ち、第２切れ刃３０で皿もみ（第１切れ刃２０で形成した穴の面取り）を行う場合、第２切れ刃３０の全体を使用しない場合があるため、かかる場合には、少なくとも皿もみを行う領域よりも長い寸法で第２切れ刃３０を内周側から外周側にかけて直線状に形成すれば良い。また、完全な直線状ではなく、回転方向Ｒに凸の緩やかな湾曲形状で第２切れ刃３０を形成しても良い。かかる湾曲形状で第２切れ刃３０が形成される場合には、第２切れ刃３０の外周端の径方向すくい角を、切削性能の低下が抑制できる程度の角度（例えば、－２０°）以上に設定すれば良い。

　第１切れ刃２０で形成した穴より大径の穴を第２切れ刃３０で形成する場合には、第２切れ刃３０の全体を直線状に形成すれば良いが、完全な直線状ではなく、回転方向Ｒに凸の緩やかな湾曲形状で第２切れ刃３０を形成しても良い。この場合にも、第２切れ刃３０の外周端側の径方向すくい角を、切削性能の低下が抑制できる程度の角度（例えば、－２０°）以上に設定すれば良い。

　また、第２切れ刃３０で穴加工を行う場合には、第１切れ刃２０と同様、第２切れ刃３０の外周端に凸状刃部（回転方向Ｒ側に向けて凸形状の刃部）を形成しても良い。第２切れ刃３０に凸状刃部を形成することにより、第２切れ刃３０による穴加工時に、第２切れ刃３０の外周端に欠けやチッピングが生じることを抑制すると共に、第２切れ刃３０の切れ味を向上させることができる。

　即ち、第２切れ刃３０の形状は、目的に応じて所望の形状に形成すれば良い。第２切れ刃３０をいずれの形状に形成した場合であっても、本実施形態のように２回の溝研削を行えば、第１切れ刃２０に凸状刃部２０ａを形成しつつ、第２切れ刃３０の所望の形状に形成することができる。換言すれば、１度の溝研削で凸状刃部２０ａを形成する場合に比べ、第２切れ刃３０の径方向すくい角を大きな角度（例えば、－２０°以上）に設定することができる。

　ここで、２度の溝研削によって凸状刃部２０ａを形成する場合、２次溝Ｇ２を先に研削した後、１次溝Ｇ１を形成する工程を採用することも可能である。しかしながら、かかる工程では、段部３のランド幅（リーディングエッジ６からヒール７までの幅）を調節しつつ第２切れ刃３０を形成する必要がある（１次溝Ｇ１を研削して第２切れ刃３０を形成する場合、必ず段部３のランド幅が変化する）。よって、１次溝Ｇ１の研削（第２切れ刃３０を所望の形状に形成すること）に高い精度が必要となる。

　これに対して、本実施形態では、１次溝Ｇ１を先に研削してから２次溝Ｇ２を研削するので、第２切れ刃３０を形成する際にランド幅の寸法を調節することを不要にできる。よって、２次溝Ｇ２を先に研削する場合に比べ、第２切れ刃３０を所望の形状に容易に形成できるので、第２切れ刃３０の切削性能を向上させることができる。

　以上、上記実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、小径部２の直径や先端角、段部３のステップ角、大径部４の直径、凸状刃部２０ａの外周側の径方向すくい角、及び、第２切れ刃３０の外周端の径方向すくい角の数値は例示であり、適宜設定できる。

　上記実施形態では、１次溝Ｇ１の後に２次溝Ｇ２を研削する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、２次溝Ｇ２の後に１次溝Ｇ１を研削しても良い。この場合でも、２次溝Ｇ２及び１次溝Ｇ１の交差部分で凸状刃部２０ａを形成しつつ、１次溝Ｇ１で第２切れ刃３０を所望の形状に形成することができる。

１　　　　　　　　　段付きドリル
２　　　　　　　　　小径部
２０　　　　　　　　第１切れ刃
２０ａ　　　　　　　凸状刃部
３　　　　　　　　　段部
３０　　　　　　　　第２切れ刃
５　　　　　　　　　溝
５０　　　　　　　　第１研削部
５１　　　　　　　　第２研削部
Ｏ　　　　　　　　　軸

Claims (5)

1. 　先端部に第１切れ刃を有する小径部と、その小径部の軸方向後端に接続されると共に第２切れ刃を有するテーパ状の段部と、前記小径部から前記段部にかけて一定のリードで形成されると共に前記小径部の軸に向けて凹設される溝と、を備える段付きドリルにおいて、
   　前記第１切れ刃は、その外周端側に形成されると共に前記小径部の回転方向に凸形状の凸状刃部を備え、
   　前記溝は、前記段部の前記第２切れ刃を含む領域を形成する第１研削部と、その第１研削部よりも前記段部のヒール側の領域を形成する第２研削部と、を備え、
   　前記第１研削部と前記第２研削部との交差部分によって前記凸状刃部が形成されることを特徴とする段付きドリル。
2. 　前記第２切れ刃は、その外周端に向けて略直線状に形成されることを特徴とする請求項１記載の段付きドリル。
3. 　先端に第１切れ刃を有する小径部と、その小径部の軸方向後端に接続されると共に第２切れ刃を有するテーパ状の段部と、前記小径部から前記段部にかけて一定のリードで形成されると共に前記小径部の軸に向けて凹設される溝と、前記第１切れ刃の外周端に形成されると共に前記小径部の回転方向に凸形状の凸状刃部と、を備える段付きドリルの製造方法において、
   　前記溝を研削する工程であって前記小径部の回転方向に凸形状の凸状刃部を前記第１切れ刃の外周端側に形成する溝研削工程を備え、
   　前記溝研削工程は、前記段部の前記第２切れ刃を含む領域を形成する第１研削部を研削する第１工程と、前記第１研削部よりも前記段部のヒール側の領域を形成する第２研削部を研削する第２工程と、を備え、
   　前記第１工程および前記第２工程の２回の研削において、前記第１研削部と前記第２研削部とを交差させて研削することで前記凸状刃部を形成することを特徴とする段付きドリルの製造方法。
4. 　前記第１工程では、外周端に向けて略直線状に前記第２切れ刃を形成することを特徴とする請求項３記載の段付きドリルの製造方法。
5. 　前記第１工程の後に前記第２工程が行われることを特徴とする請求項３又は４に記載の段付きドリルの製造方法。

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