JP2699527B2

JP2699527B2 - ツイストドリル

Info

Publication number: JP2699527B2
Application number: JP5705089A
Authority: JP
Inventors: 達雄服部; 義治芦野; 光二橋本; 伸一中村; 和男高崎; 秀司細野
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1989-03-09
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1998-01-19
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: JPH02237709A

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、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において強化繊維がばりやむしれ
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
繊維によるば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バリ
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図を参照しながら本発明の一
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ットか
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
１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、バ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１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
向く壁面へ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つの平坦な傾斜面3aに
よって構成され、溝３とねじれ溝２の回転方向を向く壁
面との交叉部には切刃４が形成されている。

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4bに分かれている。そして、これら内周刃4aと外周刃
4bとのなす角度θは30゜〜170゜に設定され、好ましく
は60゜〜150゜、より好ましくは80゜〜120゜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、上限値はバ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゜〜50゜、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の外周端部にお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（0.9:1程度）よりも
大きく設定され、ドリル本体１の芯厚はドリル直径の８
％〜20％とされ、従来ドリルのもの（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排出性を向上させるためであ
る。

さらに、ドリル本体１の外周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マージンは形成され
ず、しかも、ドリル本体１の外周には軸線方向100mmに
つき0.4mm〜2mmという大きなバックテーパが設けられて
いる。これによって、被削材内の強化繊維がドリル本体
１の外周で引っ掛けられるようなことがなく、また、穴
と摩擦抵抗を少なくすることができる。

またさらに、ドリル本体１の先端部には、内周刃4aに
連続する逃げ面の後ろ側の部分が削り取られてそこのシ
ンニング部５が形成され、軸線部から外周方向へ直線状
に延在するシンニング刃６が形成されている。このシン
ニング刃６と、軸線Ｏ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０゜〜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）、すくい面と
シンニング部５の先端研ぎ出し面5aとの谷線７が軸線Ｏ
となす角度λは20゜〜45゜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゜〜11
5゜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被削材
Ａに作用する押分け力が小さく、バリやむしれの発生が
防止される。ここで、第５図は切刃４と直交する被削材
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による加工面
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、バリやむしれの発生
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、シンニング刃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
端部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
テーパが軸線方向100mmにつき0.04mm〜0.4mm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、強化繊維が引っ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〜1.5mm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、バックテーパ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、バリやむ
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ッドドリルに適用し
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１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、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、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被削材に作用
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有効に防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の一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II
方向矢視図、第３図は第２図のIII方向矢視図、第４図
は第３図のIV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図は本発明の他の実施例を示し、第６図はドリ
ルの側面図、第７図は第６図のVII−VII線断面図であ
る。１……ドリル本体、２……ねじれ溝、４……切刃、Ｏ……軸線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村伸一岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田 1528番地三菱金属株式会社岐阜製作所内 (72)発明者高崎和男岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田 1528番地三菱金属株式会社岐阜製作所内 (72)発明者細野秀司岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田 1528番地三菱金属株式会社岐阜製作所内 (56)参考文献特開昭62−181814（ＪＰ，Ａ) 実開昭54−117987（ＪＰ，Ｕ) 実開昭55−11898（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。