深穴加工用ドリル
【課題】所定の切りくず排出性能を確保しつつ心厚を大きくして折損強度を向上させるとともに、加工開始当初から安定した穴明け加工を行うことができるようにする。
【解決手段】シンニングを施す際に形成されるギャッシュ３４の底部３６に０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒの丸みが設けられているため、切りくずがカールし易くなって切りくず排出性能が向上し、心厚Ｗ１を０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内まで大きくすることにより、切りくず詰まりを抑制しつつ折損強度を高くすることができる。また、一対のランドには第２マージン角度αが３５°〜４５°の範囲内となる位置に第２マージン５６が設けられているため、穴明け加工の開始後速やかにその第２のマージン５６によるサポート作用が得られるようになってドリル姿勢が安定する。これにより、溝長Ｌが長い深穴加工用ドリル１０においても実用上満足できる工具寿命が得られるようになる。
【解決手段】シンニングを施す際に形成されるギャッシュ３４の底部３６に０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒの丸みが設けられているため、切りくずがカールし易くなって切りくず排出性能が向上し、心厚Ｗ１を０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内まで大きくすることにより、切りくず詰まりを抑制しつつ折損強度を高くすることができる。また、一対のランドには第２マージン角度αが３５°〜４５°の範囲内となる位置に第２マージン５６が設けられているため、穴明け加工の開始後速やかにその第２のマージン５６によるサポート作用が得られるようになってドリル姿勢が安定する。これにより、溝長Ｌが長い深穴加工用ドリル１０においても実用上満足できる工具寿命が得られるようになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はドリルに係り、特に、溝長がドリル径の１０倍以上の深穴加工用ドリルの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
(a) 所定のねじれ角で外周面に設けられた複数の切りくず排出溝と、(b) その切りくず排出溝が工具先端に開口する部分に設けられた複数のドリル刃と、(c) そのドリル刃のうち軸心Ｏに近い内端部に研削砥石によりシンニングが施されることによって形成されたシンニング刃と、(d) 前記ドリル刃の外端部から連続して前記切りくず排出溝の開口縁に設けられたマージンと、を有し、(e) 前記切りくず排出溝が設けられた溝長Ｌがドリル径Ｄの１０倍以上の深穴加工用ドリルが知られている（特許文献１参照）。また、特許文献２には、上記マージンの他に、ランドの周方向の中間位置に第２のマージンを設け、ドリルの姿勢を安定化させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２２２８８号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の深穴加工用ドリルにおいて、高速加工等のために折損強度を高める上で心厚を大きくすると、切りくず詰まりが生じ易くなり、却って折損し易くなるなど、必ずしも十分に満足できる耐久性が得られず、未だ改善の余地があった。また、第２のマージンを有する特許文献２に記載の深穴加工用ドリルにおいても、第２のマージンが加工穴に達するまでの加工開始当初のドリル姿勢が不安定で、振動等を生じる可能性があった。
【０００５】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、所定の切りくず排出性能を確保しつつ心厚を大きくして折損強度を向上させるとともに、加工開始当初から安定した穴明け加工を行うことができるようにして、全体としてドリルの耐久性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 所定のねじれ角で外周面に設けられた複数の切りくず排出溝と、(b) その切りくず排出溝が工具先端に開口する部分に設けられた複数のドリル刃と、(c) そのドリル刃のうち軸心Ｏに近い内端部に研削砥石によりシンニングが施されることによって形成されたシンニング刃と、(d) 前記ドリル刃の外端部から連続して前記切りくず排出溝の開口縁に設けられたマージンと、を有し、(e) 前記切りくず排出溝が設けられた溝長Ｌがドリル径Ｄの１０倍以上の深穴加工用ドリルにおいて、(f) 前記シンニングが施されることにより前記シンニング刃の軸心Ｏ側の端部に形成されるギャッシュの底部には、０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒの丸みが設けられているとともに、(g) 前記複数の切りくず排出溝の間の複数のランドの周方向の中間位置であって、リーディングエッジから軸心Ｏまわりの角度αが３５°〜４５°の範囲内となる位置には、第２のマージンがその切りくず排出溝と平行に設けられており、(h) 工具先端部のウェブ厚さである心厚Ｗ１が０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内であることを特徴とする。
【０００７】
第２発明は、第１発明の深穴加工用ドリルにおいて、前記ドリル刃の外端部から、前記研削砥石によってシンニングが施されることにより前記ギャッシュの底部を挟んで前記シンニング刃と反対側に形成される研削面の稜線の外端部までの、軸心Ｏまわりの角度βが６５°以上であることを特徴とする。
【０００８】
第３発明は、第１発明または第２発明の深穴加工用ドリルにおいて、前記ギャッシュの底部が軸心Ｏと直角な方向から軸心Ｏ方向へ傾斜する傾斜角度γは５５°〜６５°の範囲内であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このような深穴加工用ドリルによれば、シンニングが施されることによって形成されるギャッシュの底部に０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒの丸みが設けられているため、切りくずがカールし易くなって切りくず排出性能が向上し、シンニング面（すくい面）の摩耗が抑制されるとともにスラスト荷重が低減される一方、心厚Ｗ１を０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内まで大きくしても切りくず詰まりを生じることが抑制され、折損強度を高くすることができる。また、複数のランドの周方向の中間位置であってリーディングエッジからの角度αが３５°〜４５°の範囲内となる位置、すなわちリーディングエッジに比較的近い位置には、第２のマージンが設けられているため、穴明け加工の開始後速やかにその第２のマージンによるサポート作用が得られるようになってドリル姿勢が安定し、振動等が抑制されて優れた加工精度（加工穴の倒れなど）が得られるとともに加工負荷が安定する。このように加工負荷が安定することから、上記のように折損強度が高くなることと相まって耐久性が向上し、溝長Ｌが長い深穴加工用ドリルにおいても実用上満足できる工具寿命が得られるようになる。
【００１０】
第２発明では、ドリル刃の外端部からギャッシュの底部を挟んでシンニング刃と反対側に形成される研削面の稜線の外端部までの角度βが６５°以上であるため、それだけギャッシュの開き角が小さくなり、前記半径Ｒのギャッシュの底部の丸みによって切りくずが適切にカールさせられる。これにより、切りくずが一層良好に排出されるようになってスラスト荷重が低減される。
【００１１】
第３発明では、ギャッシュの底部が軸心Ｏと直角な方向から軸心Ｏ方向へ傾斜する傾斜角度γが５５°〜６５°の範囲内であるため、その傾斜角度γが大き過ぎてドリル自身の強度が低下したり切りくずがカールし難くなったりすることを回避しつつ、その傾斜に沿って切りくずが良好に切りくず排出溝内へ排出される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例である深穴加工用ドリルを示す図で、(a) は正面図、(b) は切りくず排出溝を直溝で示した縦断面図、(c) は工具先端部分の拡大図、(d) はドリルを先端側から見た先端面図、(e) は(d) の先端面図の軸心Ｏ付近の拡大図である。
【図２】図１の深穴加工用ドリルのギャッシュ部分を示す断面図で、研削砥石を用いてシンニングを施す際の加工方法を併せて説明する図である。
【図３】図１の深穴加工用ドリルの性能をＣＡＥ解析で評価するためにギャッシュ部分を簡略化した３Ｄモデルを示す図である。
【図４】ギャッシュ部分の最適チップルーム形状を選定するためにＬ９列直交配列実験を行う際の因子およびわりつけ表を示す図である。
【図５】図４の各因子について水準毎にスラスト荷重の平均を求めた効果グラフを示す図である。
【図６】図１の深穴加工用ドリルの先端部分を、第２のマージンがランドのヒール部分に設けられた従来のダブルマージンドリルと比較して示した図である。
【図７】加工負荷に関する性能試験を行う際に用いた試験品の仕様および試験条件を説明する図である。
【図８】図７の性能試験で主軸負荷を測定した結果を示す図である。
【図９】加工精度（偏心量）に関する性能試験を説明する図で、(a) は試験品の仕様、(b) は試験条件、(c) は試験結果を示した図である。
【図１０】耐久性に関する性能試験を説明する図で、(a) は試験品の仕様、(b) は試験条件、(c) は試験結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の深穴加工用ドリルは、ドリル直径Ｄが例えば２ｍｍ〜１２ｍｍ程度の小径のドリルに好適に適用されるが、１２ｍｍより大径のドリルにも適用され得る。溝長Ｌは１０Ｄ以上で、例えば１０Ｄ、１５Ｄ、２０Ｄ、３０Ｄ等のロングドリルに適用される。
【００１４】
ドリルを構成している工具材料としては超硬合金やサーメット、立方晶窒化ほう素（ＣＢＮ）焼結体等の超硬質工具材料が好適に用いられるが、高速度工具鋼等の他の工具材料を採用することもできる。必要に応じてＴｉＡｌＮやＴｉＣＮ、ダイヤモンドなどの硬質皮膜をコーティングすることが望ましい。
【００１５】
本発明は、２枚刃のドリルに好適に適用されるが、３枚刃以上のドリルにも適用され得る。また、軸心を縦通したりランドに沿ってねじれたりして先端の逃げ面に開口するオイルホールを設け、穴明け加工時に必要に応じて潤滑油剤や冷却エアーなどを供給できるようにすることが望ましい。
【００１６】
本発明は、例えば４０ＨＲＣ或いは３５ＨＲＣ程度以下の比較的低硬度の被削材に対して穴明け加工を行う深穴加工用ドリルに好適に適用され、切りくず排出溝は例えば２０°〜４０°程度の比較的大きなねじれ角で設けられるが、４０ＨＲＣ以上の高硬度材に対して穴明け加工を行う深穴加工用ドリルに適用したり、ねじれ角が２０°以下の切りくず排出溝を設けたりすることもできる。
【００１７】
外周面に切りくず排出溝が設けられた溝部の外径は略一定（ドリル径Ｄ）であっても良いが、シャンク側へ向かうに従って徐々に小径となる所定のバックテーパを設けたり、先端側の一部分、例えば５Ｄ〜１０Ｄ程度の範囲だけドリル径Ｄと略同じで、それよりもシャンク側の部分はドリル径Ｄよりも僅かに小径の段付き形状としたりしても良い。
【００１８】
切りくず排出溝の溝底径であるウェブ厚さは、溝部の全長に亘って一定すなわち心厚Ｗ１と同じであっても良いが、先端側の一部（例えば３Ｄ〜７Ｄ程度の範囲）または全域に徐々に小径となるバックテーパを設けたり、逆に徐々に大径となる逆テーパを設けたりすることも可能である。
【００１９】
シンニングは、例えば軸心Ｏ側の端部に研削砥石を回転させながら切り込み、その状態で研削砥石とドリルとを相対移動させてＳ字形状等のシンニング刃を形成するように施されるが、逆に軸心Ｏに接近させる方向へ相対移動させながらシンニング刃を形成することも可能である。何れの場合も、そのシンニングが施された部分の軸心Ｏ側の端部には、断面Ｖ字形状のギャッシュが形成され、そのギャッシュの底部に０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒの丸みが設けられるようにする。半径Ｒが０．０３Ｄよりも小さいと、切りくずの流れが悪くなって詰まり易くなる一方、０．０５Ｄよりも大きいと切りくずが適切にカールし難くなる。
【００２０】
第２のマージンは、リーディングエッジからの角度αが３５°〜４５°の範囲内となるように設けられるが、この角度αは、リーディングエッジから第２のマージンの前端、すなわちリーディングエッジ側の角部までの角度である。この角度αが３５°より小さいと、ドリル姿勢を安定させる効果が十分に得られない一方、角度αが４５°よりも大きくなると、ドリル先端からの離間寸法が大きくなって加工開始当初のドリル姿勢が不安定になる。
【００２１】
心厚Ｗ１は０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内で、０．３０Ｄよりも小さいと十分な折損強度が得られない一方、０．４０Ｄよりも大きくなると、切りくずの流れが悪くなって切りくず詰まりが生じ易くなる。
【００２２】
ドリル刃の外端部から、ギャッシュの底部を挟んでシンニング刃と反対側に形成される研削面の稜線の外端部までの角度βは、６５°よりも小さいとスラスト荷重が大きくなるため、６５°以上が望ましい。スラスト荷重が大きくなるのは、角度βが小さくなると、ギャッシュの開き角が大きくなって切りくずがカールし難くなり、切りくずの排出性が悪くなるためと考えられる。角度βの上限は、研削砥石の形状およびシンニング刃の形状によって制限されるが、ギャッシュの開き角が小さくなり過ぎると、切りくずの流れが悪くなるため、例えばβ＝７５°程度以下が適当である。シンニングを施すための研削砥石は、外周角部が略直角の円筒形状の砥石が好適に用いられるが、必要に応じて外周角部が鋭角とされたカップ形状（円錐形状）の砥石を採用することもできる。
【００２３】
ギャッシュの底部が軸心Ｏと直角な方向から軸心Ｏ方向へ傾斜する傾斜角度γは５５°〜６５°の範囲内が望ましい。傾斜角度γが６５°を超えると、ドリル自身の強度が低下するとともに、切りくずがカールし難くなる一方、傾斜角度γが５５°より小さいと、切りくず排出溝への切りくずの流れが悪くなる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である深穴加工用ドリル１０を示す図で、(a) は軸心Ｏと直角な方向から見た正面図、(b) は軸心Ｏを含む縦断面図、(c) は工具先端部分の拡大図、(d) は先端側から見た先端面図、(e) は(d) の先端面図の軸心Ｏ付近の拡大図である。この深穴加工用ドリル１０は、超硬質工具材料である超硬合金にて一体に構成されている２枚刃のツイストドリルで、主軸に把持されて回転駆動されるシャンク１２と溝部１４とを軸方向に同心に備えており、溝部１４には一対の切りくず排出溝１８が軸心Ｏに対して対称的に溝部１４の全長に亘って設けられているとともに、その切りくず排出溝１８が工具先端側に開口する部分にはそれぞれドリル刃１６が軸心Ｏに対して対称的に設けられている。切りくず排出溝１８は、切りくずをシャンク１２側へ排出するように約３０°のねじれ角で右まわりにねじれたねじれ溝であるが、図１の(b) では、切りくず排出溝１８の底部によって形成されるウェブ２０の厚さ（径寸法）Ｗを明確に示すため、切りくず排出溝１８が軸心Ｏと平行な直溝で示されている。すなわち、図１の(b) のウェブ２０の形状は、切りくず排出溝１８の溝底の回転軌跡形状に相当する。切りくず排出溝１８が設けられた溝部１４の長さ寸法、すなわち溝長Ｌは、ドリル刃１６の直径であるドリル径Ｄの１０倍以上で、本実施例では２０倍であり、ドリル径Ｄ＝８ｍｍ、溝長Ｌ＝１６０ｍｍである。なお、図１は各部の寸法の比率や角度を正確に図示したものではない。
【００２５】
溝部１４は、ドリル径Ｄと略同じ径寸法の先端側の大径部１４ａと、ドリル径Ｄよりも僅かに小径の小径部１４ｂとから構成されている。大径部１４ａの軸方向長さＬ１は約８Ｄすなわち６４ｍｍで、小径部１４ｂ側へ向かうに従って径寸法が僅かに小さくなるようにバックテーパが設けられている一方、小径部１４ｂは、その全長に亘って略一定の径寸法（本実施例では約７．７ｍｍ）で設けられている。また、大径部１４ａのうち、ドリル刃１６を含む先端側の所定の範囲には、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜がコーティングされている。
【００２６】
前記ウェブ２０は、ウェブ厚さＷがシャンク１２側へ向かうに従って小さくなるバックテーパが設けられたドリル先端側のバックテーパ部２０ａと、ウェブ厚さＷがバックテーパ部２０ａにおける最小厚さと同じ一定の寸法Ｗ２でそのバックテーパ部２０ａに連続してシャンク１２側へ向かって設けられた平行部２０ｂとを備えている。バックテーパ部２０ａの軸方向長さＬ２は、ドリル径Ｄに対して３Ｄ〜７Ｄの範囲内で、本実施例では約５Ｄ（＝４０ｍｍ）であり、ドリル先端のウェブ厚さである心厚Ｗ１は０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内で、本実施例では約０．３５Ｄ（＝２．８ｍｍ）である。平行部２０ｂのウェブ厚さＷ２は、０．２５Ｄ〜０．３５Ｄの範囲内で、本実施例では約０．３Ｄ（＝２．４ｍｍ）である。
【００２７】
前記ドリル刃１６のうち軸心Ｏに近い内端部には、シンニングが施されることによりＳ字形状のシンニング刃３０が形成されている。このシンニングは、例えば図２に示すように円筒形状の研削砥石３２を軸心まわりに回転駆動して、軸心Ｏの近傍の所定位置に切り込ませ、その状態で形成すべきシンニング刃３０の形状に沿って深穴加工用ドリル１０を研削砥石３２に対して相対移動させることによって行われ、そのシンニングの開始位置、すなわちシンニング刃３０のうち軸心Ｏに近い側の端部には、断面が略Ｖ字形状を成すギャッシュ３４が形成される。図２は、そのギャッシュ３４の底部３６の長手方向（ギャッシュ切込方向）に対して直角な断面で、この底部３６にはドリル径Ｄに対して０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒ（本実施例ではＲ＝０．０４Ｄ＝０．３２ｍｍ）の丸みが設けられている。図２のギャッシュ３４の一方の壁面３８は、シンニング刃３０のすくい面として機能するシンニング面で、他方の壁面４０は、研削砥石３２の外周面４２によってドリル刃１６の逃げ面（底刃３番面）４６の一部が研削加工されたギャッシュ面である。このギャッシュ面４０は、請求項２に記載の研削面に相当する。なお、ドリル刃１６と逃げ面（底刃３番面）４６との間には、逃げ面（底刃２番面）４４が設けられている。
【００２８】
上記ギャッシュ３４に関し、図１の(c) に示すギャッシュ切込角γは５５°〜６５°の範囲内で、本実施例では約６０°である。図１(c) は、図１(d) の状態の深穴加工用ドリル１０を左側から見た正面図で、ドリル刃１６とシンニング刃３０との境界Ａと、ドリル刃１６の外周側の凸部の頂点Ｂとを結ぶ直線に対して直角方向から見た図であり、ギャッシュ切込角γは、この図１(c) の状態においてギャッシュ３４の底部３６が軸心Ｏと直角な方向から軸心Ｏ方向へ傾斜する傾斜角度である。また、ギャッシュ３４の底部３６は、研削砥石３２の外周面４２の端部によって研削加工された部分で、厳密にはその研削砥石３２の外周形状（本実施例ではφ１２５×幅１４）に対応する円弧形状を成していて傾斜角度も僅かに変化しているが、ギャッシュ切込角γは、その切込開始点すなわちドリル先端側における傾斜角度である。
【００２９】
また、図１の(d) に示すシンニング開始角βは６５°以上で、本実施例では約７０°である。このシンニング開始角βは、ドリル刃１６の外端部（図１(d) におけるリーディングエッジ５０と同じ）から、前記ギャッシュ面４０と逃げ面（底刃３番面）４６との間の稜線５２の外端部までの、軸心Ｏまわりの角度である。
【００３０】
一方、前記ドリル刃１６の外端部に連続する前記切りくず排出溝１８の開口縁には、ドリル径Ｄと略同じ径寸法で第１マージン５４が設けられているとともに、一対の切りくず排出溝１８の間に位置する一対のランドの周方向の中間位置には、同じくドリル径Ｄと略同じ径寸法で第２マージン５６が切りくず排出溝１８と平行に設けられている。これ等の第１マージン５４および第２マージン５６は、前記溝部１４の大径部１４ａに設けられているとともに、第１マージン５４の周方向の前端角部に相当するリーディングエッジ５０から第２マージン５６の周方向の前端角部までの軸心Ｏまわりの第２マージン角度αは、３５°〜４５°の範囲内で、本実施例ではα＝４０°である。大径部１４ａのマージン５４、５６以外の外周面（二番取り面）の径寸法は、約７．８ｍｍで、マージン５４、５６の高さ寸法は約０．１ｍｍである。第１マージン５４は通常のマージンで、第２マージン５６は第２のマージンに相当する。
【００３１】
上記一対のランドには、それぞれ切りくず排出溝１８に沿って螺旋状にねじれたオイルホール２４が設けられ、一端はドリル先端の逃げ面（底刃３番面）４６に開口しているとともに、他端はシャンク１２を縦通して端面に開口しており、穴明け加工時に必要に応じて潤滑油剤や冷却エアーなどを供給できるようになっている。
【００３２】
ここで、前記ギャッシュ３４の底部３６に半径Ｒの丸みを設けた本実施例の深穴加工用ドリル１０に関し、図３に示すようにギャッシュ３４部分を簡略化した３Ｄモデル６０を用いてＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析を行った。深穴加工用ドリル１０は回転切削であるが、直線切削にて近似的に切りくず排出性能の評価を実施したところ、底部３６に半径Ｒの丸み（Ｒ＝０．３２ｍｍ）を追加した方が、半径Ｒ＝０ｍｍの場合に比較して、シンニング面３８と切りくずとの接触面積が小さくなる。このことから、シンニング面３８の摩耗の抑制が期待できる。
【００３３】
また、ギャッシュ３４部分の最適チップルーム形状を選定するためにＬ９列直交配列実験を実施した。図４の(a) は３種類の因子と水準で、(b) はわりつけ表である。そして、スラスト荷重を評価値としてＣＡＥ解析を行い、各因子について水準毎にスラスト荷重の平均を求めたところ、図５に示す効果グラフが得られた。この結果から、ギャッシュ切込角γについては６０°前後が適当で、ギャッシュ３４の底部３８の丸み半径Ｒについては０．３ｍｍ（ドリル径Ｄに対して０．０３７５Ｄ）前後が適当で、シンニング開始角βについては６５°以上が適当であることが分かった。
【００３４】
上記ギャッシュ切込角γが小さ過ぎるとシンニング刃３０によって生成された切りくずの流れが悪くなり、切りくず詰まりによってスラスト荷重が大きくなるものと考えられる。反対にギャッシュ切込角γが大き過ぎると、切りくずがカールできなくなって排出性能が悪くなり、切りくず詰まりによってスラスト荷重が大きくなるものと考えられる。底丸み半径Ｒが小さ過ぎると、切りくずの流れが悪くなって詰まり易くなり、スラスト荷重が大きくなるものと考えられる。反対に底丸み半径Ｒが大き過ぎると、切りくずがカールできなくなって排出性能が悪くなり、切りくず詰まりによってスラスト荷重が大きくなるものと考えられる。また、シンニング開始角βが小さいと、ギャッシュ３４の開き角θ（図３参照）が大きくなるため、底丸み半径Ｒが小さくても切りくずがうまくカールできなくなり、切りくずの排出性能が悪くなって切りくず詰まりによりスラスト荷重が大きくなるものと考えられる。
【００３５】
図６は、第２マージン角度α＝４０°の位置に第２マージン５６が設けられた本実施例の深穴加工用ドリル１０（図６の(a) ）と、その深穴加工用ドリル１０において第２マージン５６の位置のみを変更し、ランドのヒール部分に第２マージン７２が設けられた比較品ドリル７０（図６の(b) ）とについて、ドリル肩部から第２マージン５６または７２までの後退量Ｈ１、Ｈ２を比較して示す図である。本実施例の深穴加工用ドリル１０の後退量Ｈ１は小さく、穴明け加工の開始後、第１マージン５４に続いて速やかに第２マージン５６が加工穴内に挿入されてサポート作用が得られるようになり、加工開始当初から４点支持により安定した穴明け加工を実現できる。これに対し、比較品ドリル７０の後退量Ｈ２は比較的大きいため、第２マージン７２が加工穴内に挿入されてサポート作用が得られるようになるまでの時間が長く、その間のドリル姿勢が不安定で振動等を生じる可能性がある。なお、上記第２マージン角度αが小さ過ぎると、４点支持によるサポート作用が適切に得られず、ドリル姿勢が不安定になるため、第２マージン角度αは３５°〜４５°の範囲内が適当である。
【００３６】
図７および図８は、図７の(a) の試験工具仕様に示すように心厚Ｗ１、ギャッシュ切込角γ、底丸み半径Ｒ、第２マージン角度αが異なる３種類の試験品（従来品、比較品、本発明品）を用意し、図７の(b) に示す試験条件で穴明け加工を行って主軸負荷（モータ電圧）を調べた場合で、図８に示す結果が得られた。試験工具の基本諸元（図７(a) 以外の諸元）は、前記実施例の深穴加工用ドリル１０と同じで、ドリル径Ｄ＝８ｍｍ、溝長Ｌ＝１６０ｍｍ（２０Ｄ）、２枚刃、シンニング開始角β＝７０°である。また、従来品はシングルマージンで、第２マージン５６を備えていない。図７(b) の被削材の欄の「ＳＣＭ４４０」は、ＪＩＳの規定によるクロムモリブデン鋼鋼材である。
【００３７】
図８は、４９穴目〜７０穴目の穴明け加工時の主軸負荷の波形である。本発明品によれば、主軸負荷が約０．７Ｖで、０．８Ｖ程度の従来品や比較品に比べて小さいとともに、１．０Ｖを超えるような負荷波形の突発的な上昇も見られず、比較的安定していることが分かる。比較品は、ランドの中間位置に第２マージン５６が設けられたダブルマージンドリルであるが、第２マージン角度αが２５°と小さいため、４点支持によるサポート作用が十分に得られず、シングルマージンの従来品と殆ど差がなかった。
【００３８】
図９は、(a) の試験工具仕様に示す２種類の試験品（比較品、本発明品）を用意し、(b) に示す試験条件で穴明け加工を行って加工精度、すなわち貫通穴の両端の開口部の偏心量を調べた場合で、(c) に示す結果が得られた。試験工具の基本諸元（図９(a) 以外の諸元）は、前記実施例の深穴加工用ドリル１０と同じで、ドリル径Ｄ＝８ｍｍ、溝長Ｌ＝１６０ｍｍ（２０Ｄ）、２枚刃である。また、比較品は、ランドのヒール部分に第２マージンが設けられた通常のダブルマージンドリルである。
【００３９】
図９の(c) は、比較品および本発明品を用いてそれぞれ３穴加工した場合に、その３穴の偏心量をそれぞれ調べた結果である。比較品の偏心量は約０．１５５ｍｍであるのに対し、本発明品は約０．１２ｍｍであり、１５０ｍｍの貫通穴を加工する場合で約０．０３５ｍｍ改善された。
【００４０】
図１０は、(a) の試験工具仕様に示す４種類の試験品（従来品、比較品１、比較品２、本発明品）を用意し、(b) に示す試験条件で穴明け加工を行って耐久性、すなわち折損までの加工穴数を調べた場合で、(c) に示す結果が得られた。試験工具の基本諸元（図１０(a) 以外の諸元）は、前記実施例の深穴加工用ドリル１０と同じで、ドリル径Ｄ＝８ｍｍ、溝長Ｌ＝１６０ｍｍ（２０Ｄ）、２枚刃、シンニング開始角β＝７０°である。また、従来品はシングルマージンで、第２マージン５６を備えていない。
【００４１】
図１０の(c) の試験結果から明らかなように、本発明品によれば２００穴加工しても折損することなく、更に継続して穴明け加工を行うことが可能であった。これに対し、心厚Ｗ１が０．４１Ｄと大きい比較品２は、切りくず詰まりによって１０穴で折損した。また、心厚Ｗ２が０．２８Ｄと小さい比較品１は、従来品に比較して加工穴数が多くなるものの、本発明品に比べて半分程度の１１０穴で折損した。この結果から、心厚Ｗ１は０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内が適当と考えられる。
【００４２】
このように、本実施例の深穴加工用ドリル１０によれば、シンニングが施されることによって形成されるギャッシュ３４の底部３６に０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒの丸みが設けられているため、シンニング刃３０によって生成される切りくずがカールし易くなって切りくず排出性能が向上する。これにより、シンニング面（すくい面）３８の摩耗が抑制されるとともにスラスト荷重が低減される一方、心厚Ｗ１を０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内まで大きくしても切りくず詰まりを生じることが抑制され、折損強度が高くなって耐久性が向上する。
【００４３】
また、一対のランドの周方向の中間位置であってリーディングエッジ５０からの第２マージン角度αが３５°〜４５°の範囲内となる位置、すなわちリーディングエッジ５０に比較的近い位置には、第２マージン５６が設けられているため、穴明け加工の開始後速やかにその第２のマージン５６によるサポート作用が得られるようになってドリル姿勢が安定し、振動等が抑制されて優れた加工精度（加工穴の倒れなど）が得られるとともに加工負荷が安定する。このように加工負荷が安定することから、上記のように折損強度が高くなることと相まって耐久性が向上し、溝長Ｌが長い深穴加工用ドリル１０においても実用上満足できる工具寿命が得られるようになる。
【００４４】
また、本実施例では、ドリル刃１６の外端部から、シンニングを施す際に形成される稜線５２の外端部までのシンニング開始角βが６５°以上であるため、それだけギャッシュ３４の開き角θが小さくなり、ギャッシュ３４の底部３６の半径Ｒの丸みによって切りくずが適切にカールさせられる。これにより、切りくずが一層良好に排出されるようになってスラスト荷重が低減される。
【００４５】
また、本実施例では、ギャッシュ３４の底部３６が軸心Ｏと直角な方向から軸心Ｏ方向へ傾斜する傾斜角度であるギャッシュ切込角γが５５°〜６５°の範囲内であるため、そのギャッシュ切込角γが大き過ぎてドリル自身の強度が低下したり切りくずがカールし難くなったりすることを回避しつつ、その傾斜に沿って切りくずが良好に切りくず排出溝１８内へ排出される。
【００４６】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０：深穴加工用ドリル １６：ドリル刃 １８：切りくず排出溝 ３０：シンニング刃 ３２：研削砥石 ３４：ギャッシュ ３６：底部 ４０：ギャッシュ面（研削面） ５０：リーディングエッジ ５２：稜線 ５４：第１マージン（マージン） ５６：第２マージン（第２のマージン） Ｄ：ドリル径 Ｏ：軸心 Ｌ：溝長 Ｒ：底丸み半径 α：第２マージン角度 β：シンニング開始角 γ：ギャッシュ切込角（傾斜角度） Ｗ１：心厚
【技術分野】
【０００１】
本発明はドリルに係り、特に、溝長がドリル径の１０倍以上の深穴加工用ドリルの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
(a) 所定のねじれ角で外周面に設けられた複数の切りくず排出溝と、(b) その切りくず排出溝が工具先端に開口する部分に設けられた複数のドリル刃と、(c) そのドリル刃のうち軸心Ｏに近い内端部に研削砥石によりシンニングが施されることによって形成されたシンニング刃と、(d) 前記ドリル刃の外端部から連続して前記切りくず排出溝の開口縁に設けられたマージンと、を有し、(e) 前記切りくず排出溝が設けられた溝長Ｌがドリル径Ｄの１０倍以上の深穴加工用ドリルが知られている（特許文献１参照）。また、特許文献２には、上記マージンの他に、ランドの周方向の中間位置に第２のマージンを設け、ドリルの姿勢を安定化させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２２２８８号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の深穴加工用ドリルにおいて、高速加工等のために折損強度を高める上で心厚を大きくすると、切りくず詰まりが生じ易くなり、却って折損し易くなるなど、必ずしも十分に満足できる耐久性が得られず、未だ改善の余地があった。また、第２のマージンを有する特許文献２に記載の深穴加工用ドリルにおいても、第２のマージンが加工穴に達するまでの加工開始当初のドリル姿勢が不安定で、振動等を生じる可能性があった。
【０００５】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、所定の切りくず排出性能を確保しつつ心厚を大きくして折損強度を向上させるとともに、加工開始当初から安定した穴明け加工を行うことができるようにして、全体としてドリルの耐久性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 所定のねじれ角で外周面に設けられた複数の切りくず排出溝と、(b) その切りくず排出溝が工具先端に開口する部分に設けられた複数のドリル刃と、(c) そのドリル刃のうち軸心Ｏに近い内端部に研削砥石によりシンニングが施されることによって形成されたシンニング刃と、(d) 前記ドリル刃の外端部から連続して前記切りくず排出溝の開口縁に設けられたマージンと、を有し、(e) 前記切りくず排出溝が設けられた溝長Ｌがドリル径Ｄの１０倍以上の深穴加工用ドリルにおいて、(f) 前記シンニングが施されることにより前記シンニング刃の軸心Ｏ側の端部に形成されるギャッシュの底部には、０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒの丸みが設けられているとともに、(g) 前記複数の切りくず排出溝の間の複数のランドの周方向の中間位置であって、リーディングエッジから軸心Ｏまわりの角度αが３５°〜４５°の範囲内となる位置には、第２のマージンがその切りくず排出溝と平行に設けられており、(h) 工具先端部のウェブ厚さである心厚Ｗ１が０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内であることを特徴とする。
【０００７】
第２発明は、第１発明の深穴加工用ドリルにおいて、前記ドリル刃の外端部から、前記研削砥石によってシンニングが施されることにより前記ギャッシュの底部を挟んで前記シンニング刃と反対側に形成される研削面の稜線の外端部までの、軸心Ｏまわりの角度βが６５°以上であることを特徴とする。
【０００８】
第３発明は、第１発明または第２発明の深穴加工用ドリルにおいて、前記ギャッシュの底部が軸心Ｏと直角な方向から軸心Ｏ方向へ傾斜する傾斜角度γは５５°〜６５°の範囲内であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
このような深穴加工用ドリルによれば、シンニングが施されることによって形成されるギャッシュの底部に０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒの丸みが設けられているため、切りくずがカールし易くなって切りくず排出性能が向上し、シンニング面（すくい面）の摩耗が抑制されるとともにスラスト荷重が低減される一方、心厚Ｗ１を０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内まで大きくしても切りくず詰まりを生じることが抑制され、折損強度を高くすることができる。また、複数のランドの周方向の中間位置であってリーディングエッジからの角度αが３５°〜４５°の範囲内となる位置、すなわちリーディングエッジに比較的近い位置には、第２のマージンが設けられているため、穴明け加工の開始後速やかにその第２のマージンによるサポート作用が得られるようになってドリル姿勢が安定し、振動等が抑制されて優れた加工精度（加工穴の倒れなど）が得られるとともに加工負荷が安定する。このように加工負荷が安定することから、上記のように折損強度が高くなることと相まって耐久性が向上し、溝長Ｌが長い深穴加工用ドリルにおいても実用上満足できる工具寿命が得られるようになる。
【００１０】
第２発明では、ドリル刃の外端部からギャッシュの底部を挟んでシンニング刃と反対側に形成される研削面の稜線の外端部までの角度βが６５°以上であるため、それだけギャッシュの開き角が小さくなり、前記半径Ｒのギャッシュの底部の丸みによって切りくずが適切にカールさせられる。これにより、切りくずが一層良好に排出されるようになってスラスト荷重が低減される。
【００１１】
第３発明では、ギャッシュの底部が軸心Ｏと直角な方向から軸心Ｏ方向へ傾斜する傾斜角度γが５５°〜６５°の範囲内であるため、その傾斜角度γが大き過ぎてドリル自身の強度が低下したり切りくずがカールし難くなったりすることを回避しつつ、その傾斜に沿って切りくずが良好に切りくず排出溝内へ排出される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例である深穴加工用ドリルを示す図で、(a) は正面図、(b) は切りくず排出溝を直溝で示した縦断面図、(c) は工具先端部分の拡大図、(d) はドリルを先端側から見た先端面図、(e) は(d) の先端面図の軸心Ｏ付近の拡大図である。
【図２】図１の深穴加工用ドリルのギャッシュ部分を示す断面図で、研削砥石を用いてシンニングを施す際の加工方法を併せて説明する図である。
【図３】図１の深穴加工用ドリルの性能をＣＡＥ解析で評価するためにギャッシュ部分を簡略化した３Ｄモデルを示す図である。
【図４】ギャッシュ部分の最適チップルーム形状を選定するためにＬ９列直交配列実験を行う際の因子およびわりつけ表を示す図である。
【図５】図４の各因子について水準毎にスラスト荷重の平均を求めた効果グラフを示す図である。
【図６】図１の深穴加工用ドリルの先端部分を、第２のマージンがランドのヒール部分に設けられた従来のダブルマージンドリルと比較して示した図である。
【図７】加工負荷に関する性能試験を行う際に用いた試験品の仕様および試験条件を説明する図である。
【図８】図７の性能試験で主軸負荷を測定した結果を示す図である。
【図９】加工精度（偏心量）に関する性能試験を説明する図で、(a) は試験品の仕様、(b) は試験条件、(c) は試験結果を示した図である。
【図１０】耐久性に関する性能試験を説明する図で、(a) は試験品の仕様、(b) は試験条件、(c) は試験結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の深穴加工用ドリルは、ドリル直径Ｄが例えば２ｍｍ〜１２ｍｍ程度の小径のドリルに好適に適用されるが、１２ｍｍより大径のドリルにも適用され得る。溝長Ｌは１０Ｄ以上で、例えば１０Ｄ、１５Ｄ、２０Ｄ、３０Ｄ等のロングドリルに適用される。
【００１４】
ドリルを構成している工具材料としては超硬合金やサーメット、立方晶窒化ほう素（ＣＢＮ）焼結体等の超硬質工具材料が好適に用いられるが、高速度工具鋼等の他の工具材料を採用することもできる。必要に応じてＴｉＡｌＮやＴｉＣＮ、ダイヤモンドなどの硬質皮膜をコーティングすることが望ましい。
【００１５】
本発明は、２枚刃のドリルに好適に適用されるが、３枚刃以上のドリルにも適用され得る。また、軸心を縦通したりランドに沿ってねじれたりして先端の逃げ面に開口するオイルホールを設け、穴明け加工時に必要に応じて潤滑油剤や冷却エアーなどを供給できるようにすることが望ましい。
【００１６】
本発明は、例えば４０ＨＲＣ或いは３５ＨＲＣ程度以下の比較的低硬度の被削材に対して穴明け加工を行う深穴加工用ドリルに好適に適用され、切りくず排出溝は例えば２０°〜４０°程度の比較的大きなねじれ角で設けられるが、４０ＨＲＣ以上の高硬度材に対して穴明け加工を行う深穴加工用ドリルに適用したり、ねじれ角が２０°以下の切りくず排出溝を設けたりすることもできる。
【００１７】
外周面に切りくず排出溝が設けられた溝部の外径は略一定（ドリル径Ｄ）であっても良いが、シャンク側へ向かうに従って徐々に小径となる所定のバックテーパを設けたり、先端側の一部分、例えば５Ｄ〜１０Ｄ程度の範囲だけドリル径Ｄと略同じで、それよりもシャンク側の部分はドリル径Ｄよりも僅かに小径の段付き形状としたりしても良い。
【００１８】
切りくず排出溝の溝底径であるウェブ厚さは、溝部の全長に亘って一定すなわち心厚Ｗ１と同じであっても良いが、先端側の一部（例えば３Ｄ〜７Ｄ程度の範囲）または全域に徐々に小径となるバックテーパを設けたり、逆に徐々に大径となる逆テーパを設けたりすることも可能である。
【００１９】
シンニングは、例えば軸心Ｏ側の端部に研削砥石を回転させながら切り込み、その状態で研削砥石とドリルとを相対移動させてＳ字形状等のシンニング刃を形成するように施されるが、逆に軸心Ｏに接近させる方向へ相対移動させながらシンニング刃を形成することも可能である。何れの場合も、そのシンニングが施された部分の軸心Ｏ側の端部には、断面Ｖ字形状のギャッシュが形成され、そのギャッシュの底部に０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒの丸みが設けられるようにする。半径Ｒが０．０３Ｄよりも小さいと、切りくずの流れが悪くなって詰まり易くなる一方、０．０５Ｄよりも大きいと切りくずが適切にカールし難くなる。
【００２０】
第２のマージンは、リーディングエッジからの角度αが３５°〜４５°の範囲内となるように設けられるが、この角度αは、リーディングエッジから第２のマージンの前端、すなわちリーディングエッジ側の角部までの角度である。この角度αが３５°より小さいと、ドリル姿勢を安定させる効果が十分に得られない一方、角度αが４５°よりも大きくなると、ドリル先端からの離間寸法が大きくなって加工開始当初のドリル姿勢が不安定になる。
【００２１】
心厚Ｗ１は０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内で、０．３０Ｄよりも小さいと十分な折損強度が得られない一方、０．４０Ｄよりも大きくなると、切りくずの流れが悪くなって切りくず詰まりが生じ易くなる。
【００２２】
ドリル刃の外端部から、ギャッシュの底部を挟んでシンニング刃と反対側に形成される研削面の稜線の外端部までの角度βは、６５°よりも小さいとスラスト荷重が大きくなるため、６５°以上が望ましい。スラスト荷重が大きくなるのは、角度βが小さくなると、ギャッシュの開き角が大きくなって切りくずがカールし難くなり、切りくずの排出性が悪くなるためと考えられる。角度βの上限は、研削砥石の形状およびシンニング刃の形状によって制限されるが、ギャッシュの開き角が小さくなり過ぎると、切りくずの流れが悪くなるため、例えばβ＝７５°程度以下が適当である。シンニングを施すための研削砥石は、外周角部が略直角の円筒形状の砥石が好適に用いられるが、必要に応じて外周角部が鋭角とされたカップ形状（円錐形状）の砥石を採用することもできる。
【００２３】
ギャッシュの底部が軸心Ｏと直角な方向から軸心Ｏ方向へ傾斜する傾斜角度γは５５°〜６５°の範囲内が望ましい。傾斜角度γが６５°を超えると、ドリル自身の強度が低下するとともに、切りくずがカールし難くなる一方、傾斜角度γが５５°より小さいと、切りくず排出溝への切りくずの流れが悪くなる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例である深穴加工用ドリル１０を示す図で、(a) は軸心Ｏと直角な方向から見た正面図、(b) は軸心Ｏを含む縦断面図、(c) は工具先端部分の拡大図、(d) は先端側から見た先端面図、(e) は(d) の先端面図の軸心Ｏ付近の拡大図である。この深穴加工用ドリル１０は、超硬質工具材料である超硬合金にて一体に構成されている２枚刃のツイストドリルで、主軸に把持されて回転駆動されるシャンク１２と溝部１４とを軸方向に同心に備えており、溝部１４には一対の切りくず排出溝１８が軸心Ｏに対して対称的に溝部１４の全長に亘って設けられているとともに、その切りくず排出溝１８が工具先端側に開口する部分にはそれぞれドリル刃１６が軸心Ｏに対して対称的に設けられている。切りくず排出溝１８は、切りくずをシャンク１２側へ排出するように約３０°のねじれ角で右まわりにねじれたねじれ溝であるが、図１の(b) では、切りくず排出溝１８の底部によって形成されるウェブ２０の厚さ（径寸法）Ｗを明確に示すため、切りくず排出溝１８が軸心Ｏと平行な直溝で示されている。すなわち、図１の(b) のウェブ２０の形状は、切りくず排出溝１８の溝底の回転軌跡形状に相当する。切りくず排出溝１８が設けられた溝部１４の長さ寸法、すなわち溝長Ｌは、ドリル刃１６の直径であるドリル径Ｄの１０倍以上で、本実施例では２０倍であり、ドリル径Ｄ＝８ｍｍ、溝長Ｌ＝１６０ｍｍである。なお、図１は各部の寸法の比率や角度を正確に図示したものではない。
【００２５】
溝部１４は、ドリル径Ｄと略同じ径寸法の先端側の大径部１４ａと、ドリル径Ｄよりも僅かに小径の小径部１４ｂとから構成されている。大径部１４ａの軸方向長さＬ１は約８Ｄすなわち６４ｍｍで、小径部１４ｂ側へ向かうに従って径寸法が僅かに小さくなるようにバックテーパが設けられている一方、小径部１４ｂは、その全長に亘って略一定の径寸法（本実施例では約７．７ｍｍ）で設けられている。また、大径部１４ａのうち、ドリル刃１６を含む先端側の所定の範囲には、ＴｉＡｌＮ等の硬質皮膜がコーティングされている。
【００２６】
前記ウェブ２０は、ウェブ厚さＷがシャンク１２側へ向かうに従って小さくなるバックテーパが設けられたドリル先端側のバックテーパ部２０ａと、ウェブ厚さＷがバックテーパ部２０ａにおける最小厚さと同じ一定の寸法Ｗ２でそのバックテーパ部２０ａに連続してシャンク１２側へ向かって設けられた平行部２０ｂとを備えている。バックテーパ部２０ａの軸方向長さＬ２は、ドリル径Ｄに対して３Ｄ〜７Ｄの範囲内で、本実施例では約５Ｄ（＝４０ｍｍ）であり、ドリル先端のウェブ厚さである心厚Ｗ１は０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内で、本実施例では約０．３５Ｄ（＝２．８ｍｍ）である。平行部２０ｂのウェブ厚さＷ２は、０．２５Ｄ〜０．３５Ｄの範囲内で、本実施例では約０．３Ｄ（＝２．４ｍｍ）である。
【００２７】
前記ドリル刃１６のうち軸心Ｏに近い内端部には、シンニングが施されることによりＳ字形状のシンニング刃３０が形成されている。このシンニングは、例えば図２に示すように円筒形状の研削砥石３２を軸心まわりに回転駆動して、軸心Ｏの近傍の所定位置に切り込ませ、その状態で形成すべきシンニング刃３０の形状に沿って深穴加工用ドリル１０を研削砥石３２に対して相対移動させることによって行われ、そのシンニングの開始位置、すなわちシンニング刃３０のうち軸心Ｏに近い側の端部には、断面が略Ｖ字形状を成すギャッシュ３４が形成される。図２は、そのギャッシュ３４の底部３６の長手方向（ギャッシュ切込方向）に対して直角な断面で、この底部３６にはドリル径Ｄに対して０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒ（本実施例ではＲ＝０．０４Ｄ＝０．３２ｍｍ）の丸みが設けられている。図２のギャッシュ３４の一方の壁面３８は、シンニング刃３０のすくい面として機能するシンニング面で、他方の壁面４０は、研削砥石３２の外周面４２によってドリル刃１６の逃げ面（底刃３番面）４６の一部が研削加工されたギャッシュ面である。このギャッシュ面４０は、請求項２に記載の研削面に相当する。なお、ドリル刃１６と逃げ面（底刃３番面）４６との間には、逃げ面（底刃２番面）４４が設けられている。
【００２８】
上記ギャッシュ３４に関し、図１の(c) に示すギャッシュ切込角γは５５°〜６５°の範囲内で、本実施例では約６０°である。図１(c) は、図１(d) の状態の深穴加工用ドリル１０を左側から見た正面図で、ドリル刃１６とシンニング刃３０との境界Ａと、ドリル刃１６の外周側の凸部の頂点Ｂとを結ぶ直線に対して直角方向から見た図であり、ギャッシュ切込角γは、この図１(c) の状態においてギャッシュ３４の底部３６が軸心Ｏと直角な方向から軸心Ｏ方向へ傾斜する傾斜角度である。また、ギャッシュ３４の底部３６は、研削砥石３２の外周面４２の端部によって研削加工された部分で、厳密にはその研削砥石３２の外周形状（本実施例ではφ１２５×幅１４）に対応する円弧形状を成していて傾斜角度も僅かに変化しているが、ギャッシュ切込角γは、その切込開始点すなわちドリル先端側における傾斜角度である。
【００２９】
また、図１の(d) に示すシンニング開始角βは６５°以上で、本実施例では約７０°である。このシンニング開始角βは、ドリル刃１６の外端部（図１(d) におけるリーディングエッジ５０と同じ）から、前記ギャッシュ面４０と逃げ面（底刃３番面）４６との間の稜線５２の外端部までの、軸心Ｏまわりの角度である。
【００３０】
一方、前記ドリル刃１６の外端部に連続する前記切りくず排出溝１８の開口縁には、ドリル径Ｄと略同じ径寸法で第１マージン５４が設けられているとともに、一対の切りくず排出溝１８の間に位置する一対のランドの周方向の中間位置には、同じくドリル径Ｄと略同じ径寸法で第２マージン５６が切りくず排出溝１８と平行に設けられている。これ等の第１マージン５４および第２マージン５６は、前記溝部１４の大径部１４ａに設けられているとともに、第１マージン５４の周方向の前端角部に相当するリーディングエッジ５０から第２マージン５６の周方向の前端角部までの軸心Ｏまわりの第２マージン角度αは、３５°〜４５°の範囲内で、本実施例ではα＝４０°である。大径部１４ａのマージン５４、５６以外の外周面（二番取り面）の径寸法は、約７．８ｍｍで、マージン５４、５６の高さ寸法は約０．１ｍｍである。第１マージン５４は通常のマージンで、第２マージン５６は第２のマージンに相当する。
【００３１】
上記一対のランドには、それぞれ切りくず排出溝１８に沿って螺旋状にねじれたオイルホール２４が設けられ、一端はドリル先端の逃げ面（底刃３番面）４６に開口しているとともに、他端はシャンク１２を縦通して端面に開口しており、穴明け加工時に必要に応じて潤滑油剤や冷却エアーなどを供給できるようになっている。
【００３２】
ここで、前記ギャッシュ３４の底部３６に半径Ｒの丸みを設けた本実施例の深穴加工用ドリル１０に関し、図３に示すようにギャッシュ３４部分を簡略化した３Ｄモデル６０を用いてＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析を行った。深穴加工用ドリル１０は回転切削であるが、直線切削にて近似的に切りくず排出性能の評価を実施したところ、底部３６に半径Ｒの丸み（Ｒ＝０．３２ｍｍ）を追加した方が、半径Ｒ＝０ｍｍの場合に比較して、シンニング面３８と切りくずとの接触面積が小さくなる。このことから、シンニング面３８の摩耗の抑制が期待できる。
【００３３】
また、ギャッシュ３４部分の最適チップルーム形状を選定するためにＬ９列直交配列実験を実施した。図４の(a) は３種類の因子と水準で、(b) はわりつけ表である。そして、スラスト荷重を評価値としてＣＡＥ解析を行い、各因子について水準毎にスラスト荷重の平均を求めたところ、図５に示す効果グラフが得られた。この結果から、ギャッシュ切込角γについては６０°前後が適当で、ギャッシュ３４の底部３８の丸み半径Ｒについては０．３ｍｍ（ドリル径Ｄに対して０．０３７５Ｄ）前後が適当で、シンニング開始角βについては６５°以上が適当であることが分かった。
【００３４】
上記ギャッシュ切込角γが小さ過ぎるとシンニング刃３０によって生成された切りくずの流れが悪くなり、切りくず詰まりによってスラスト荷重が大きくなるものと考えられる。反対にギャッシュ切込角γが大き過ぎると、切りくずがカールできなくなって排出性能が悪くなり、切りくず詰まりによってスラスト荷重が大きくなるものと考えられる。底丸み半径Ｒが小さ過ぎると、切りくずの流れが悪くなって詰まり易くなり、スラスト荷重が大きくなるものと考えられる。反対に底丸み半径Ｒが大き過ぎると、切りくずがカールできなくなって排出性能が悪くなり、切りくず詰まりによってスラスト荷重が大きくなるものと考えられる。また、シンニング開始角βが小さいと、ギャッシュ３４の開き角θ（図３参照）が大きくなるため、底丸み半径Ｒが小さくても切りくずがうまくカールできなくなり、切りくずの排出性能が悪くなって切りくず詰まりによりスラスト荷重が大きくなるものと考えられる。
【００３５】
図６は、第２マージン角度α＝４０°の位置に第２マージン５６が設けられた本実施例の深穴加工用ドリル１０（図６の(a) ）と、その深穴加工用ドリル１０において第２マージン５６の位置のみを変更し、ランドのヒール部分に第２マージン７２が設けられた比較品ドリル７０（図６の(b) ）とについて、ドリル肩部から第２マージン５６または７２までの後退量Ｈ１、Ｈ２を比較して示す図である。本実施例の深穴加工用ドリル１０の後退量Ｈ１は小さく、穴明け加工の開始後、第１マージン５４に続いて速やかに第２マージン５６が加工穴内に挿入されてサポート作用が得られるようになり、加工開始当初から４点支持により安定した穴明け加工を実現できる。これに対し、比較品ドリル７０の後退量Ｈ２は比較的大きいため、第２マージン７２が加工穴内に挿入されてサポート作用が得られるようになるまでの時間が長く、その間のドリル姿勢が不安定で振動等を生じる可能性がある。なお、上記第２マージン角度αが小さ過ぎると、４点支持によるサポート作用が適切に得られず、ドリル姿勢が不安定になるため、第２マージン角度αは３５°〜４５°の範囲内が適当である。
【００３６】
図７および図８は、図７の(a) の試験工具仕様に示すように心厚Ｗ１、ギャッシュ切込角γ、底丸み半径Ｒ、第２マージン角度αが異なる３種類の試験品（従来品、比較品、本発明品）を用意し、図７の(b) に示す試験条件で穴明け加工を行って主軸負荷（モータ電圧）を調べた場合で、図８に示す結果が得られた。試験工具の基本諸元（図７(a) 以外の諸元）は、前記実施例の深穴加工用ドリル１０と同じで、ドリル径Ｄ＝８ｍｍ、溝長Ｌ＝１６０ｍｍ（２０Ｄ）、２枚刃、シンニング開始角β＝７０°である。また、従来品はシングルマージンで、第２マージン５６を備えていない。図７(b) の被削材の欄の「ＳＣＭ４４０」は、ＪＩＳの規定によるクロムモリブデン鋼鋼材である。
【００３７】
図８は、４９穴目〜７０穴目の穴明け加工時の主軸負荷の波形である。本発明品によれば、主軸負荷が約０．７Ｖで、０．８Ｖ程度の従来品や比較品に比べて小さいとともに、１．０Ｖを超えるような負荷波形の突発的な上昇も見られず、比較的安定していることが分かる。比較品は、ランドの中間位置に第２マージン５６が設けられたダブルマージンドリルであるが、第２マージン角度αが２５°と小さいため、４点支持によるサポート作用が十分に得られず、シングルマージンの従来品と殆ど差がなかった。
【００３８】
図９は、(a) の試験工具仕様に示す２種類の試験品（比較品、本発明品）を用意し、(b) に示す試験条件で穴明け加工を行って加工精度、すなわち貫通穴の両端の開口部の偏心量を調べた場合で、(c) に示す結果が得られた。試験工具の基本諸元（図９(a) 以外の諸元）は、前記実施例の深穴加工用ドリル１０と同じで、ドリル径Ｄ＝８ｍｍ、溝長Ｌ＝１６０ｍｍ（２０Ｄ）、２枚刃である。また、比較品は、ランドのヒール部分に第２マージンが設けられた通常のダブルマージンドリルである。
【００３９】
図９の(c) は、比較品および本発明品を用いてそれぞれ３穴加工した場合に、その３穴の偏心量をそれぞれ調べた結果である。比較品の偏心量は約０．１５５ｍｍであるのに対し、本発明品は約０．１２ｍｍであり、１５０ｍｍの貫通穴を加工する場合で約０．０３５ｍｍ改善された。
【００４０】
図１０は、(a) の試験工具仕様に示す４種類の試験品（従来品、比較品１、比較品２、本発明品）を用意し、(b) に示す試験条件で穴明け加工を行って耐久性、すなわち折損までの加工穴数を調べた場合で、(c) に示す結果が得られた。試験工具の基本諸元（図１０(a) 以外の諸元）は、前記実施例の深穴加工用ドリル１０と同じで、ドリル径Ｄ＝８ｍｍ、溝長Ｌ＝１６０ｍｍ（２０Ｄ）、２枚刃、シンニング開始角β＝７０°である。また、従来品はシングルマージンで、第２マージン５６を備えていない。
【００４１】
図１０の(c) の試験結果から明らかなように、本発明品によれば２００穴加工しても折損することなく、更に継続して穴明け加工を行うことが可能であった。これに対し、心厚Ｗ１が０．４１Ｄと大きい比較品２は、切りくず詰まりによって１０穴で折損した。また、心厚Ｗ２が０．２８Ｄと小さい比較品１は、従来品に比較して加工穴数が多くなるものの、本発明品に比べて半分程度の１１０穴で折損した。この結果から、心厚Ｗ１は０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内が適当と考えられる。
【００４２】
このように、本実施例の深穴加工用ドリル１０によれば、シンニングが施されることによって形成されるギャッシュ３４の底部３６に０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒの丸みが設けられているため、シンニング刃３０によって生成される切りくずがカールし易くなって切りくず排出性能が向上する。これにより、シンニング面（すくい面）３８の摩耗が抑制されるとともにスラスト荷重が低減される一方、心厚Ｗ１を０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内まで大きくしても切りくず詰まりを生じることが抑制され、折損強度が高くなって耐久性が向上する。
【００４３】
また、一対のランドの周方向の中間位置であってリーディングエッジ５０からの第２マージン角度αが３５°〜４５°の範囲内となる位置、すなわちリーディングエッジ５０に比較的近い位置には、第２マージン５６が設けられているため、穴明け加工の開始後速やかにその第２のマージン５６によるサポート作用が得られるようになってドリル姿勢が安定し、振動等が抑制されて優れた加工精度（加工穴の倒れなど）が得られるとともに加工負荷が安定する。このように加工負荷が安定することから、上記のように折損強度が高くなることと相まって耐久性が向上し、溝長Ｌが長い深穴加工用ドリル１０においても実用上満足できる工具寿命が得られるようになる。
【００４４】
また、本実施例では、ドリル刃１６の外端部から、シンニングを施す際に形成される稜線５２の外端部までのシンニング開始角βが６５°以上であるため、それだけギャッシュ３４の開き角θが小さくなり、ギャッシュ３４の底部３６の半径Ｒの丸みによって切りくずが適切にカールさせられる。これにより、切りくずが一層良好に排出されるようになってスラスト荷重が低減される。
【００４５】
また、本実施例では、ギャッシュ３４の底部３６が軸心Ｏと直角な方向から軸心Ｏ方向へ傾斜する傾斜角度であるギャッシュ切込角γが５５°〜６５°の範囲内であるため、そのギャッシュ切込角γが大き過ぎてドリル自身の強度が低下したり切りくずがカールし難くなったりすることを回避しつつ、その傾斜に沿って切りくずが良好に切りくず排出溝１８内へ排出される。
【００４６】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０：深穴加工用ドリル １６：ドリル刃 １８：切りくず排出溝 ３０：シンニング刃 ３２：研削砥石 ３４：ギャッシュ ３６：底部 ４０：ギャッシュ面（研削面） ５０：リーディングエッジ ５２：稜線 ５４：第１マージン（マージン） ５６：第２マージン（第２のマージン） Ｄ：ドリル径 Ｏ：軸心 Ｌ：溝長 Ｒ：底丸み半径 α：第２マージン角度 β：シンニング開始角 γ：ギャッシュ切込角（傾斜角度） Ｗ１：心厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のねじれ角で外周面に設けられた複数の切りくず排出溝と、
該切りくず排出溝が工具先端に開口する部分に設けられた複数のドリル刃と、
該ドリル刃のうち軸心Ｏに近い内端部に研削砥石によりシンニングが施されることによって形成されたシンニング刃と、
前記ドリル刃の外端部から連続して前記切りくず排出溝の開口縁に設けられたマージンと、
を有し、前記切りくず排出溝が設けられた溝長Ｌがドリル径Ｄの１０倍以上の深穴加工用ドリルにおいて、
前記シンニングが施されることにより前記シンニング刃の軸心Ｏ側の端部に形成されるギャッシュの底部には、０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒの丸みが設けられているとともに、
前記複数の切りくず排出溝の間の複数のランドの周方向の中間位置であって、リーディングエッジから軸心Ｏまわりの角度αが３５°〜４５°の範囲内となる位置には、第２のマージンが該切りくず排出溝と平行に設けられており、
工具先端部のウェブ厚さである心厚Ｗ１が０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内である
ことを特徴とする深穴加工用ドリル。
【請求項２】
前記ドリル刃の外端部から、前記研削砥石によってシンニングが施されることにより前記ギャッシュの底部を挟んで前記シンニング刃と反対側に形成される研削面の稜線の外端部までの、軸心Ｏまわりの角度βが６５°以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の深穴加工用ドリル。
【請求項３】
前記ギャッシュの底部が軸心Ｏと直角な方向から軸心Ｏ方向へ傾斜する傾斜角度γは５５°〜６５°の範囲内である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の深穴加工用ドリル。
【請求項１】
所定のねじれ角で外周面に設けられた複数の切りくず排出溝と、
該切りくず排出溝が工具先端に開口する部分に設けられた複数のドリル刃と、
該ドリル刃のうち軸心Ｏに近い内端部に研削砥石によりシンニングが施されることによって形成されたシンニング刃と、
前記ドリル刃の外端部から連続して前記切りくず排出溝の開口縁に設けられたマージンと、
を有し、前記切りくず排出溝が設けられた溝長Ｌがドリル径Ｄの１０倍以上の深穴加工用ドリルにおいて、
前記シンニングが施されることにより前記シンニング刃の軸心Ｏ側の端部に形成されるギャッシュの底部には、０．０３Ｄ〜０．０５Ｄの範囲内の半径Ｒの丸みが設けられているとともに、
前記複数の切りくず排出溝の間の複数のランドの周方向の中間位置であって、リーディングエッジから軸心Ｏまわりの角度αが３５°〜４５°の範囲内となる位置には、第２のマージンが該切りくず排出溝と平行に設けられており、
工具先端部のウェブ厚さである心厚Ｗ１が０．３０Ｄ〜０．４０Ｄの範囲内である
ことを特徴とする深穴加工用ドリル。
【請求項２】
前記ドリル刃の外端部から、前記研削砥石によってシンニングが施されることにより前記ギャッシュの底部を挟んで前記シンニング刃と反対側に形成される研削面の稜線の外端部までの、軸心Ｏまわりの角度βが６５°以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の深穴加工用ドリル。
【請求項３】
前記ギャッシュの底部が軸心Ｏと直角な方向から軸心Ｏ方向へ傾斜する傾斜角度γは５５°〜６５°の範囲内である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の深穴加工用ドリル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１１４８１（Ｐ２０１２−１１４８１Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４８６４５（Ｐ２０１０−１４８６４５）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００１０３３６７）オーエスジー株式会社 (180)
【Ｆターム（参考）】
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