JP6519971B2 - ドリル - Google Patents

Description

本発明は主として工作機械等で使用され、金属への穴あけ加工時の切り屑排出性を高め、特に高送りでの穴あけ加工時にも切り屑の生成を促し、切り屑の詰まりを抑制する機能を持たせたドリルに関するものである。

金型加工や部品加工等、工作機械に保持されて使用される穴あけ用ドリルによる加工では、切り屑の詰まり等によるドリルの損傷がドリルの寿命を早めるため、切り屑の排出性を高めることがドリルを製作する上での一つの目標になる。切れ刃が生成する切り屑の形状はドリルの食い付き開始時とその後の切削時とで異なるが、食い付き時以降には主に切れ刃が切り屑を生成し、切れ刃のすくい面に沿って成長させ、すくい面に面する溝へ排出させるため、切れ刃のすくい面と溝の形状との関係が切り屑の排出性を決定付ける要素になる。

切れ刃の半径方向中心側の回転方向前方側から、隣接する切れ刃の逃げ面の回転方向後方側までには、チゼルエッジの長さを短縮し、切削時のスラストを低減するシンニング部が形成されるが、このシンニング部は切れ刃の回転方向前方側の切れ刃側シンニング面と逃げ面の回転方向後方側の逃げ面側シンニング面から構成される。切れ刃側シンニング面は切れ刃の内、半径方向中心側の副切れ刃のすくい面を兼ね、逃げ面側シンニング面は切り屑排出用の溝に連続するため、切り屑の排出上、両シンニング面の交差部分は連続性を持つことが適切であり、凹曲面状に形成される（特許文献１〜５参照）。

切れ刃側シンニング面と逃げ面側シンニング面の交差部分である溝底が凹曲面状に形成されることで、副切れ刃が切削し、生成した切り屑が切れ刃側シンニング面（すくい面）に誘導されながら、逃げ面側シンニング面側へ送り込まれ、そのまま回転して切り屑排出用の溝へ排出されようとするため、切り屑の排出性が向上する利点があると考えられる（特許文献１）。

但し、切れ刃は半径方向には外周側の主切れ刃と内周（中心）側の、切れ刃側シンニング面に面する副切れ刃（シンニング刃）に区分され、副切れ刃が切削した切り屑は逃げ面側シンニング面側へ送り込まれようとし（特許文献１）、切り屑は副切れ刃のすくい面となる切れ刃側シンニング面に沿って成長しようとするため、生成される切り屑を成長させながら溝へ排出させる上では、シンニング部の溝底が凹曲面状であるだけでは十分とは言い難い。

切れ刃の内、主切れ刃が切削し、生成する切り屑は溝の表面に沿って成長し、そのままカールした形で溝から排出されるが（特許文献５）、副切れ刃は主切れ刃とは異なる方向を向くことから、副切れ刃が切削した切り屑は切れ刃側シンニング面（すくい面）から逃げ面側シンニング面側へ送り込まれた後に溝へ排出されようとするため、主切れ刃が切削した切り屑と同様には処理できないと考えられる。

特許文献１〜４ではドリルの回転軸（中心）に関して点対称位置で対になるシンニング面を互いにオーバーラップするように形成することで、シンニング部の容積を拡大し、切り屑の排出性を高めているが、シンニング面自体が全体として連続した曲面をなしていないため、切り屑はシンニング部内で円滑に生成されにくいと想像される。

特許文献５では切れ刃（シンニング刃５）のすくい面８とは別に切れ刃側シンニング面（第１のシンニング面６）を形成し、切れ刃すくい面８と切れ刃側シンニング面６との交差部を凹曲面に形成することで、すくい面８と切れ刃側シンニング面６との間の連続性を確保している（請求項２、図４−（ｂ））。

特開２００３−２６６２２５号公報（請求項１、段落００１２、００１４、００１７、図２） 特開２００９−１８３６０号公報（段落００１２、００１７、００２４、図３） 特開２００８−２９６３１３号公報（請求項１、段落００２３、図３、図６） 特開２００８−２１３１２１号公報（段落００１８、図３） 特開２００１−７９７０７号公報（請求項２、段落００１０〜００１８、図２、図４）

しかしながら、前記のように副切れ刃が切削した切り屑は副切れ刃のすくい面となる切れ刃側シンニング面に沿って成長しようとすることから、切れ刃側シンニング面と逃げ面側シンニング面との交差部を含め、両シンニング面の全体が曲面として連続していなければ、不連続となる境界線から切り屑に抵抗が作用することが想定されるため、切り屑の成長が阻害される可能性がある。

本発明は上記背景より、シンニング部内での切り屑の生成と成長を促し、切り屑の分断や詰まりが生じにくい形態のドリルを提案するものである。

請求項１に記載の発明のドリルは、シャンク部の軸方向先端部側に、複数枚の切れ刃と、周方向に隣接する前記切れ刃間に溝を有する刃部を備え、前記切れ刃が半径方向外周側の主切れ刃とこの主切れ刃に連続し、前記主切れ刃の半径方向中心側に位置する副切れ刃からなり、前記各切れ刃の逃げ面の回転方向後方側に前記溝に面するシンニング部が形成されたドリルであり、
前記シンニング部が前記逃げ面の回転方向後方側に形成される前方側シンニング面と、前記副切れ刃の回転方向前方側に形成され、前記副切れ刃のすくい面を兼ねる後方側シンニング面から構成され、
前記後方側シンニング面と前記前方側シンニング面がそれぞれ曲面を形成しながら、前記後方側シンニング面から前記前方側シンニング面へかけて連続した曲面を形成し、この前記前方側シンニング面が前記刃部の外周面にまで連続し、
前記後方側シンニング面と前記前方側シンニング面が、前記副切れ刃の長さ方向に前記副切れ刃の区間に相当する幅を有したまま、半径方向外周側まで帯状に連続し、前記後方側シンニング面及び前記前方側シンニング面と前記逃げ面との境界線が半径方向外周側まで前記シンニング部側が凹の曲線を描いていることを特徴とする。

切れ刃は図１に示すように半径方向外周側に位置し、溝５に面する主切れ刃５１と、主切れ刃５１に連続し、主切れ刃５１の半径方向中心側に位置する副切れ刃５２とに区分される。「半径方向」とは、ドリル１の回転軸（中心）Ｏに直交する断面上、ドリル１の回転軸Ｏを通る直線（直径）の方向を言う。シンニング部３０は前方側シンニング面３１と後方側シンニング面３２から構成され、前方側シンニング面３１は逃げ面１００の回転方向後方側の端縁（逃げ面側境界線Ｑ）から回転方向後方側に形成される。「回転方向」とは、図１に矢印Ｒで示すドリル１の回転する向きを言い、ドリル１の外周面が進む側を前方側、反対側を後方側と言う。

後方側シンニング面３２は副切れ刃５２のすくい面を兼ねるため、副切れ刃５２の区間から回転方向前方側に形成されて前方側シンニング面３１に連続する。この後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１がそれぞれ曲面をなしながら、後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１へかけて連続した曲面を形成する。後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１との間には明確な境界線はない。

後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１が形成する連続した曲面は、例えばドリル１の刃部２側からシャンク部３側へかけ、回転方向前方側から後方側へ向かって傾斜した直線（母線）が半径方向中心側から半径方向外周側へ向かい、ある曲線に沿って平行移動して描く曲面であり、曲率が連続的に変化する曲面である（請求項２）。但し、段差のない連続した曲面であれば、曲面の形態は問われない。母線が移動する曲線は例えばクロソイド曲線のように曲率が連続して変化する曲線であり（請求項３）、その場合の曲率（曲率半径）は半径方向中心側から半径方向外周側へかけて次第に小さく（大きく）なり、母線は「曲率が連続的に変化する曲面」を描く。クロソイド曲線は直線を含み得る（直線から曲線に移行し得る）ため、母線がクロソイド曲線に沿って移動したときにできる曲面である後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１には平面（平坦面）が含まれることもある。

図２には曲面を描く母線が移動する曲線を破線で示しており、この曲線は後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１にかけての領域を例えば図４にｚ−ｚ線で示す、後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１へかけ、先端部側からシャンク部３側へ向かって傾斜した平面で切断したときに表れる切断線を示している。図５は後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１にかけての領域を図２のｙ−ｙ線を通る切断面で切断したときの断面を概略的に示し、図６は回転軸Ｏに直交する、図４にｘ−ｘ線で示す切断面で切断したときの切断面を示している。

後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１のそれぞれが曲面をなし、且つ後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１へかけて連続した曲面を形成することで、後方側シンニング面３２の副切れ刃５２側の端縁から前方側シンニング面３１の端縁である外周面（２番取り面１２）までの領域は段差がない連続した曲面になる。この結果、副切れ刃５２が切削して形成した切り屑は副切れ刃５２のすくい面である後方側シンニング面３２に沿って回転しながら成長し、ドリルの回転に伴って前方側シンニング面３１側へ送り込まれ、そのまま溝５へ排出されようとするため、切り屑が溝５に到達するまでの間にシンニング部３０内では分断されにくくなり、シンニング部３０内での詰まりが生じにくくなる。

特に後方側シンニング面３２の副切れ刃５２側の端縁から前方側シンニング面３１の端縁までの領域が、曲率が連続的に変化する曲面を形成する場合（請求項２、３）には、曲面が不連続である場合に生じる突起になり得る不連続な境界線がなく、切り屑が成長する過程でシンニング面３２、３１から分断する力を受けにくくなるため、切り屑の成長と溝５への排出が円滑に生じ易くなる。図２に破線で示すように曲面の曲率が半径方向中心側から半径方向外周側へかけて次第に小さくなる場合（請求項３）には、切り屑がカールして成長するときに、シンニング面３２、３１が次第に増大する切り屑の外形寸法に対応した案内面になるため、切り屑の成長がより促されることになる。

切れ刃５０の内、主切れ刃５１が切削した切り屑と、副切れ刃５２が切削した切り屑を分割させて生成させることは、切れ刃５０の回転方向前方側にホーニング面１５を形成し、このホーニング面１５の回転方向前方側の、主切れ刃５１と副切れ刃５２の境界位置に、この境界位置以外の前記主切れ刃５１と前記副切れ刃５２より回転方向前方側に突出する突出部１５ａを形成することで確実になる（請求項４）。突出部１５ａの溝５側（回転方向前方側）の先端Ｖ１は図２、図３に示すようにホーニング面１５と後方側シンニング面３２との間のシンニング面側境界線Ｗ１と、ホーニング面１５と溝５との間の溝側境界線Ｗ２と、後方側シンニング面３２と溝５との間の外周側境界線Ｗ３とが交わる点に該当する。

切れ刃５０に形成されるホーニング面１５の回転方向前方側の、主切れ刃５１と副切れ刃５２の境界位置に、回転方向前方側に突出する突出部１５ａが形成されることで、切れ刃５０が被削材を切削するときに突出部１５ａの先端が切り屑を主切れ刃５１側と副切れ刃５２側とに切り離す（分離させる）働きをするため、切れ刃５０が被削材の切削を開始するときから、切り屑を主切れ刃５１が生成する切り屑と副切れ刃５２が生成する切り屑とに分割させることが可能になる。

主切れ刃５１が生成する切り屑と副切れ刃５２が生成する切り屑が互いに分割されることで、主切れ刃５１が生成する切り屑を溝５内で成長させながら溝５から排出する一方、副切れ刃５２が生成する切り屑を前方側シンニング面３１へ送り込みながら成長させた後に、溝５へ排出することが可能になる。切り屑の生成当初から切り屑が分割されることで、切れ刃５０が生成する切り屑が分割されない場合との対比では、溝５内へ直接、処理される切り屑とシンニング部３０内を経由してから溝５へ処理される切り屑とに分割されて排出されるため、シンニング部３０内、あるいは溝５内で切り屑が詰まる可能性が低下し、切り屑の排出性が向上する。

特に図２、図３に示すように突出部１５ａの回転方向前方側の先端Ｖ１から後方側シンニング面３２と溝５との間の外周側境界線Ｗ３がシャンク部３側へ向かって連続し、外周側境界線Ｗ３が凸の稜線をなしている場合（請求項５）には、先端Ｖ１から外周側境界線Ｗ３にかけての区間が切り屑を半径方向外周側と中心側に分断させる刃の役目を果たすため、切れ刃５０が生成する切り屑を主切れ刃５１側と副切れ刃５２側とに分割させる効果が高まり、切り屑の分割による排出効果が向上する。

副切れ刃のすくい面を兼ねる後方側シンニング面とその回転方向前方側の前方側シンニング面のそれぞれが曲面をなし、後方側シンニング面から前方側シンニング面へかけて連続した曲面を形成し、後方側シンニング面の副切れ刃側の端縁から前方側シンニング面の端縁である外周面（２番取り面）までの領域を段差がない連続した曲面にするため、副切れ刃が切削して形成した切り屑を後方側シンニング面に沿って成長させ、そのまま溝へ排出することができる。この結果、切り屑がシンニング部内で分断しにくくし、シンニング部内で詰まりにくくすることができる。

特に後方側シンニング面の副切れ刃側の端縁から前方側シンニング面の端縁までの領域が、曲率が連続的に変化する曲面を形成する場合には、切り屑が成長する過程でシンニング面から分断する力を受けにくくすることができるため、切り屑の成長と溝への排出を円滑に生じ易くすることができる。

刃部をドリルの軸方向に見たときの、切れ刃とシンニング部の様子を示した端面図である。 ドリルの軸方向に対して傾斜した角度で図１に示す刃部を見た様子を示した端面図である。 図２の副切れ刃部分の拡大図である。 図１のａ−ａ線の矢視図である。 図２のｙ−ｙ線の断面の概略図である。 図４のｘ−ｘ線の断面図である。 ドリルの全体を示した側面図である。

図１は図７に示すようにシャンク部３の軸方向先端部側に、複数枚の切れ刃５０と、周方向に隣接する切れ刃５０、５０間に切り屑排出用の溝５を有する刃部２を備え、各切れ刃５０の逃げ面１００の回転方向後方側に溝５に面するシンニング部３０が形成されたドリル１の刃部２の端面を示す。刃部２の先端部である刃先部４はドリル１の回転方向に均等に形成される複数の逃げ面１００からなり、各逃げ面１００の回転方向前方側に切れ刃５０が形成され、回転方向後方側にシンニング部３０が形成される。切れ刃５０は半径方向外周側の主切れ刃５１と、主切れ刃５１に連続し、主切れ刃５１の半径方向中心側に位置する副切れ刃５２からなる。図面では切れ刃５０が２枚の場合の例を示しているが、切れ刃５０は３枚以上の場合もある。

溝５のねじれ角は２０〜４０度程度に設定される。ねじれ角が２０度より小さければ切り屑が切削穴を通じて上昇しにくく、４０度より大きければ溝５の研削量（容積）が大きくなるためにドリル１の剛性が低下し、折損し易くなることによる。

シンニング部３０は逃げ面１００の回転方向後方側に形成される前方側シンニング面３１と、副切れ刃５２の回転方向前方側に形成され、副切れ刃５２のすくい面を兼ねる後方側シンニング面３２から構成される。後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１は図５、図６に示すようにそれぞれ曲面を形成しながら、後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１へかけて連続した曲面を形成する。「連続した曲面」とは、後方側シンニング面３２の曲面と前方側シンニング面３１の曲面との間に曲率が不連続になる曲面を挟まないことであり、後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１との間に明確な境界線が表れないことを言う。

図５は図２において副切れ刃５２と前方側シンニング面３１をｙ−ｙ線で示す方向の切断面で切断したときのドリル１の断面の概略を、図６は図４においてｘ−ｘ線で示す、回転軸Ｏに直交する方向の切断面で切断したときのドリル１の断面を示す。図２におけるｙ−ｙ線は回転軸Ｏに直交等、交差する方向を指しているが、実際には回転軸Ｏに平行な方向の切断面で切断した断面をｙ−ｙ線の方向に見たときの断面を示している。よって図５はドリル１を立てたときの鉛直断面（回転軸Ｏに平行な断面）を、図６は水平断面（回転軸Ｏに垂直な断面）を表している。図５、図６から、いずれの断面で見ても後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１がそれぞれ曲面を形成しながら、連続した曲面を形成していることが分かる。図４中、後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１との間にある破線は後述のシンニング面側境界線Ｗ１から外周側境界線Ｗ３にかけて後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１との境界を便宜的（仮想的）に示した境界線であるが、後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１に移行する区間は連続した曲面を形成しているため、実際にはこの境界線は見えない。

両シンニング面３２、３１の連続した曲面は具体的には、刃部２側からシャンク部３側へかけ、回転方向前方側から後方側へ向かって傾斜した母線（直線）が半径方向中心側から半径方向外周側へ向かい、例えば図２に破線で示すような、曲率が連続的に変化した曲線に沿って平行移動して描く曲面になっている。この連続した曲面は接線曲面や双曲放物面等になるが、一部に平面が含まれることもある。

逃げ面１００は切れ刃５０の回転方向後方側に向かって切れ刃５０に連続する２番面１０と、２番面１０の後方側に連続し、２番面１０の逃げ角より大きい逃げ角を持つ３番面１１からなり、３番面１１の回転方向後方側に逃げ面側境界線Ｑを境界として前方側シンニング面３１が形成される。後方側シンニング面３２は切れ刃５０の内、副切れ刃５２の回転方向前方側に形成され、前方側シンニング面３１に連続する。逃げ面１００の内、刃先部４の端面から見たときの面積が大きい３番面１１の領域内にオイルホール９の端部の開口が位置している。

オイルホール９の穴径は刃径Ｄの１５〜２０％が適切である。穴径が刃径Ｄの１５％未満であればクーラントの流量が十分に供給されずに安定した切削が困難になり、２０％を越えればドリル１の断面積が減少するためにドリル１の剛性が低下することによる。

図１では２番面１０と３番面１１との境界を境界線Ｐで示し、３番面１１と前方側シンニング面３１との境界を逃げ面側境界線Ｑで、２番面１０と前方側シンニング面３１との境界を中心側境界線Ｓでそれぞれ示している。また逃げ面側境界線Ｑの半径方向外周側の端点をＴ２、半径方向中心側の端点をＴ１で示し、中心側境界線Ｓの副切れ刃５２との境界点をＵ１で、副切れ刃５２と主切れ刃５１との境界点をＵ２で示している。図１ではまた、ドリル１の回転軸（中心）をＯで示すが、切れ刃５０が２枚の場合、切れ刃５０と逃げ面１００はドリル１の中心Ｏに関して点対称に形成され、中心Ｏを挟んだ副切れ刃５２、５２間にチゼルエッジ１３が形成される。

切れ刃５０は前記のように半径方向外周側に位置し、溝５側を向く主切れ刃５１と、その半径方向中心側に位置し、逃げ面１００（逃げ面側境界線Ｑ）側を向く副切れ刃５２とに区分されている。主切れ刃５１の半径方向外周側はランド８に連続し、ランド８はドリル１外周面のマージン６、７に連続する。ドリル１外周面のマージン６、７から回転方向後方側の区間には切削時の摩擦低減のための２番取り面１２が形成される。

ランド幅は刃径Ｄの１〜２５％程度、より好ましくは３〜２０％程度に設定される。ランド幅が刃径Ｄの１％未満であれば穴内でのドリル１の安定性が低下し、切削中、穴内で案内されにくくなり、２５％を越えると穴の内周面に接触する面積が増加し、摩擦抵抗が大きくなり過ぎることによる。

心厚は刃径Ｄの１０〜４０％程度に設定される。心厚が刃径Ｄの１０％未満であればドリル１の剛性が低下することで折損の可能性が高まり、４０％を越えると溝５の容積が小さくなることで切り屑の排出性が低下することによる。心厚は刃部２の全長に亘って一定である場合と、刃先部４からシャンク部３へかけて次第に増大する場合がある。

刃部２には０．１／１００〜０．４／１００程度のバックテーパ（テーパ深さ／溝長）が付けられる。バックテーパが０．１／１００より小さければマージン６、７が刃部２の全長に亘って穴の内壁に接触し易くなることで折損の可能性が高く、０．４／１００より大きければマージン６、７による穴内での案内の効果が低下することでドリル１が振動し易くなり、折損し易くなることによる。

主切れ刃５１と副切れ刃５２が異なる方向を向くことで、切れ刃５０が生成する切り屑は主切れ刃５１が生成する切り屑と副切れ刃５２が生成する切り屑とに区分されるため、主切れ刃５１が生成した切り屑は溝５内でカールしながら成長しようとし、副切れ刃５２が生成した切り屑はシンニング面３１に沿ってカールしながら成長しようとする。

ここで、後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１がそれぞれ曲面を形成しながら、後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１へかけて連続した曲面を形成することで、後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１へかけて不連続な境界線が存在しないため、成長過程にある切り屑がいずれかのシンニング面３２、３１から抵抗を受けにくい状態にあり、切り屑が破断する可能性が低下している。結果として副切れ刃５２が切削した切り屑は前方側シンニング面３１の半径方向外周側の端縁まで破断することなく成長し易く、そのまま溝５へ排出されようとする。

また後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１へかけて連続した曲面の曲率が半径方向中心側から半径方向外周側へかけて次第に小さくなっている場合には、副切れ刃５２が切削した切り屑がカールしながら円錐形状に成長するときに、次第に増大する切り屑の外径に曲面が適合するため、切り屑の成長が阻害されることがなくなっている。

切れ刃５０の回転方向前方側には、回転軸Ｏが紙面に垂直な状態にある図１の回転軸Ｏを傾斜させた状態を示す図２のように主切れ刃５１と副切れ刃５２に亘り、切れ刃５０の欠けを防止するホーニング面１５が形成される。ホーニング面１５の回転方向前方側の境界線は副切れ刃５２の区間のシンニング面側境界線Ｗ１と主切れ刃５１の区間の溝側境界線Ｗ２とに区分される。図２は図１に示す回転軸Ｏのシャンク部３側を手前（視点）側へ傾斜させた状態を示す。図２には図４におけるｚ−ｚ線の断面を取ったときに後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１にかけて表れる切断線を破線で示している。この破線は前記した母線が通る軌跡を示している。

シンニング面側境界線Ｗ１と溝側境界線Ｗ２の交点は図２、図３に示すようにシンニング面３１側、もしくはシャンク部３側へ突出した突出部１５ａの先端Ｖ１になる。この突出部１５ａの先端Ｖ１からは、後方側シンニング面３２と溝５との間の境界線である外周側境界線Ｗ３がシャンク部３側へ向かって連続する。この外周側境界線Ｗ３はシンニング部３０と溝５との間の境界線でもあり、図２に示すようにヒール１４にまで連続する。

図３に示すようにシンニング面側境界線Ｗ１と溝側境界線Ｗ２、及び外周側境界線Ｗ３は凸の稜線をなすが、特に外周側境界線Ｗ３が凸の稜線をなすことで、先端Ｖ１から外周側境界線Ｗ３にかけて連続した区間が、切れ刃５０が生成した切り屑を半径方向外周側と中心側に分断させる刃として機能するため、切れ刃５０が生成する切り屑を主切れ刃５１側の切り屑と副切れ刃５２側の切り屑とに分割させる効果を発揮する。

先端Ｖ１を始点とする外周側境界線Ｗ３が切り屑を半径方向に分割させる刃として機能することで、主切れ刃５１が切削した切り屑と副切れ刃５２が切削した切り屑が切り屑の生成時から分割され、それぞれの切り屑が溝５の表面とシンニング面３２、３１に沿って成長し易くなる。ドリル１による被削材の切削開始時から主切れ刃５１が生成した切り屑と副切れ刃５２が生成した切り屑とに分割されることで、切り屑が分割されない場合のように、成長の状況に応じて溝５へ直接、排出されずにシンニング部３０へ回り込み、切り屑がシンニング部３０内に集中して停滞するようなことがないため、切り屑のシンニング部３０での詰まりが生じにくくなる。

（実施例１）
以下、本発明の実施例のドリル１と、本発明の要件を備えない従来例のドリルを同一の条件下で穴あけ加工に使用した場合の対比を表１〜表３に示す。本発明の要件は「後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１がそれぞれ曲面を形成しながら、後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１へかけて連続した曲面を形成していること」である。実施例１以下では試料としてのドリルの製造むらを低減するために、本発明の要件を満たした一種類のドリルと従来例のドリルに付き、同一の５本の試料を用意し、５本の試料の平均を取って評価した。

実施例１のドリルと従来例のドリルは共に、シャンク径及びドリル直径が６．０ｍｍ 、全長が２５０ｍｍ、溝長が１９９ｍｍの寸法と、ピッチが３．２ｍｍ、穴径が０．７ｍｍの一対のオイルホールを持ち、ねじれ角は３０度で、厚さが３μｍのＴｉＳｉＮの硬質皮膜が施されている。

本発明のドリルの副切れ刃５２のすくい面である後方側シンニング面３２は前方側シンニング面３１に連続する曲面であるのに対し、従来例のドリルの後方側シンニング面は平面である点で、従来のドリルと本発明のドリルは相違する。本発明のドリルと従来のドリルは後方側シンニング面３２の形状が相違する点以外、同一の超硬合金を基材とした同一形状、同一寸法（同一諸元）の２枚刃である。

穴あけ加工は被削材としての、硬さ２２０ＨＢの炭素鋼（Ｓ５０Ｃ）に対し、オイルホールを通じた内部給油による湿式切削により、回転数３５００回転／ｍｉｎ、送り速度７００ｍｍ／ｍｉｎのステップなし（ノンステップ加工）で、深さ１８０ｍｍの穴をあけることを目標とした。１本のドリルでの加工はマージンが一定の逃げ面摩耗幅に到達することと、ドリルが折損することのいずれかがが起こった時点で終了し、加工が終了した穴の数をドリル寿命として評価した。マージンの逃げ面摩耗幅は０．４ｍｍとし、５本の同一の試料に対して同一の穴あけ加工を実施した。結果を表１に示すが、平均穴数が２００以上を良（○）、１５０〜２００を可（△）、１５０以下を不可（×）と評価している。

表１中の「開き角θ」は図１に示すように副切れ刃５２（直線Ｕ１Ｕ２）と、逃げ面側境界線Ｑの両端Ｔ１、Ｔ２を結ぶ直線とのなす角度であり、後方側シンニング面３２の回転方向後方側側端縁と前方側シンニング面３１の回転方向前方側端縁とのなす角度に対応する。この角度θが大きい程、後方側シンニング面３２の端縁と前方側シンニング面３１の端縁とのなす角度が大きく、両シンニング面３２、３１に挟まれた半径方向中心寄りの領域の容積が大きく、副切れ刃５２が生成した切り屑の収容能力（排出能力）が高いことを意味する。但し、開き角θが大き過ぎれば、心厚等、ドリル１本体の径が小さくなることで、ドリル１の剛性が低下し、切削時に振動を生じ易くなるため、開き角θの大きさは切り屑の排出性と剛性確保の両面から制限を受ける。

表１より本発明例１は加工穴数（寿命）が２００を超えているのに対し、従来例１は本発明例の半分強程度に留まっていることが分かる。両者は後方側シンニング面３２が前方側シンニング面３１に連続する曲面であるか、連続しない平面であるかの点と、開き角θの点で相違するだけであるから、本発明例１が前方側シンニング面３１に連続する曲面の後方側シンニング面３２を持ち、開き角θが鈍角であることの結果として、従来例１の２倍弱に近い穴あけ能力を持つと考えられる。

詳しくは、後方側シンニング面３２の端縁と前方側シンニング面３１の端縁とのなす角度が鈍角で、両面が連続した曲面を形成することで、切り屑の生成と成長が阻害されず、成長した後に円滑に溝５へ排出されていくためであると推測される。後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１が共に曲面であることで、両シンニング面３２、３１に挟まれた半径方向中心寄りの領域が曲面で構成された立体の空間になるため、円錐形状に生成される切り屑が収容され易くなっていると言える。

一方、従来例１では後方側シンニング面３２が平面であることで、両シンニング面３２、３１に挟まれた半径方向中心寄りの領域が切り屑の収容に適しない形状の立体になるために、切り屑の生成が阻害され易く、切り屑が詰まりを起こし易くなっていると言える。また後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１とのなす角度が鋭角であることで、両シンニング面３２、３１が構成する空間の容積が小さくなっていることも切り屑の生成を阻害した理由であると考えられる。

（実施例２）
実施例１の結果を受け、前記開き角θを１１０度に一定にしたまま、ドリル１を軸方向に見たときの、後方側シンニング面３２から前方側シンニング面３１へ移行する区間（Ｕ１〜Ｔ１）の曲率と、前方側シンニング面３１の区間（Ｔ１〜Ｔ２）の曲率の比率を変化させた本発明例と従来例のドリルに対して実施例１と同様の寿命を比較する試験を実施した。本発明例としてＵ１〜Ｔ１間の曲率：Ｔ１〜Ｔ２間の曲率の比率を３：１、４．５：１、５．５：１、６：１の４種類の試料２〜５を用意し、従来例としては２．５：１、６．５：１の２種類の試料２、３を用意した。本発明例と従来例のドリルの諸元は実施例１と同じであり、穴あけ加工の要領も同じである。

表２より従来例２、３では平均寿命が１５０穴を下回るのに対し、本発明例２〜５では１８０穴を上回り、特に本発明例２、３では２５０穴を超え、従来例２の２倍弱程度の寿命を得、本発明例４でも従来例２の１．６倍の寿命を得ていることが分かる。従来例２、３は後方側シンニング面３２が平面であり、前方側シンニング面３１に連続した曲面を形成していない点で本発明例２〜５と相違しているため、この点に起因する、上記した寿命への影響はあると考えられる。

そこで、本発明例２〜５の結果に着目すれば、Ｕ１〜Ｔ１間の曲率：Ｔ１〜Ｔ２間の曲率の比率（Ｕ１〜Ｔ１間の曲率／Ｔ１〜Ｔ２間の曲率）は３〜５．５：１（３〜５．５）程度の範囲にあることが最も適切であり、特に３〜４．５程度の範囲がより好ましく、この比率が３未満と６より大きい範囲では切削能力が低下する傾向を示すと言える。すなわち、Ｔ１〜Ｔ２間の曲率に対してＵ１〜Ｔ１間の曲率が小さくても、大き過ぎても切り屑の収容能力が低下し、Ｔ１〜Ｔ２間の曲率に対するＵ１〜Ｔ１間の曲率の比率には切り屑の生成と成長を阻害しない適切な範囲があり、その範囲が３〜５．５程度であることが言える。

Ｔ１〜Ｔ２間の曲率に対するＵ１〜Ｔ１間の曲率の比率が３未満であれば（Ｕ１〜Ｔ１間の曲率が小さければ）、副切れ刃５２のすくい面である後方側シンニング面３２が副切れ刃５２の下方に深く入り込む形になることで、副切れ刃５２の刃先強度が低下し、チッピングを生じ易いと考えられる。一方、比率が６を超えると（Ｕ１〜Ｔ１間の曲率が大きければ）、後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１との間の領域の容積が減少することで、切り屑の成長が阻害され易く、詰まりを生じ易くなると考えられる。

（実施例３）
実施例１、２の結果を受け、Ｕ１〜Ｔ１間の曲率：Ｔ１〜Ｔ２間の曲率の比率（Ｕ１〜Ｔ１間の曲率／Ｔ１〜Ｔ２間の曲率）を３：１（３）に一定にしたまま、前記開き角θを変化させた本発明例と従来例のドリルに対して実施例１と同様の試験を実施した。本発明例として開き角θを１２０度から９０度までの４種類の試料６〜９を用意し、従来例として１３０度と８０度の２種類の試料４、５を用意した。本発明例と従来例のドリルの諸元は実施例１と同じであり、穴あけ加工の要領も同じである。

表３より従来例４、５では平均寿命が１５０穴を下回るのに対し、本発明例６〜９では１６０穴を上回り、特に本発明例７、８では２１０穴を超え、従来例４、５より高い寿命を得ていることが分かる。本発明例７の寿命は従来例４の２倍を超えている。従来例２、３も後方側シンニング面３２が前方側シンニング面３１に連続した曲面を形成していない点で本発明例６〜９と相違しているため、この点に起因する寿命への影響は表れていると考えられる。

そこで、本発明例６〜９の結果に着目すれば、２枚刃の場合、開き角θは１００〜１１０度程度の範囲内にあることが適切であり、この範囲外では切削能力が低下する傾向を示すと言える。すなわち、開き角θは９０度未満でも、１１０度を超えても切り屑の収容能力が低下し、これらの数値の範囲内が良好で、１１０度前後が最もよい数値であることが言える。

開き角θは９０度未満では後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１との間の領域の容積が減少することで、切り屑の成長が阻害され易く、詰まりを生じ易くなり、１１０度を超えると、シンニング部３０の容積が大きくなることで、ドリル自体の剛性が低下気味になり、ドリルの寿命に影響したものと考えられる。従来例４は開き角θが大きいことで、ドリルの剛性低下を招き、従来例５は開き角θが小さいことで、後方側シンニング面３２と前方側シンニング面３１との間の領域の容積が減少し、切り屑が詰まり易くなっていることが寿命に影響していると考えられる。

１……ドリル、
２……刃部、３……シャンク部、４……刃先部、
５……溝、
６、７……マージン、８……ランド、９……オイルホール、
１００……逃げ面、１０……２番面、１１……３番面、１２……２番取り面、
１３……チゼルエッジ、１４……ヒール、
１５……ホーニング面、１５ａ……突出部、
３０……シンニング部、３１……前方側シンニング面、３２……後方側シンニング面（副切れ刃のすくい面）、
５０……切れ刃、５１……主切れ刃、５２……副切れ刃、
Ｏ……回転軸、
Ｐ……２番面と３番面との境界線、Ｑ……逃げ面側境界線（３番面と前方側シンニング面との境界線）、
Ｒ……回転方向、Ｓ……中心側境界線（２番面と前方側シンニング面との境界線）、
Ｔ１……境界線Ｑと境界線Ｓとの交点、Ｔ２……境界線Ｑのドリル外周側端点、
Ｕ１……境界線Ｓと副切れ刃との交点、Ｕ２……副切れ刃と主切れ刃との交点、
Ｖ１……溝と後方側シンニング面とホーニング面との交点、
Ｗ１……シンニング面側境界線、Ｗ２……溝側境界線、Ｗ３……外周側境界線、
θ……副切れ刃と境界線Ｑの両端Ｔ１、Ｔ２を結ぶ直線とのなす角度。

Claims (5)

1. シャンク部の軸方向先端部側に、複数枚の切れ刃と、周方向に隣接する前記切れ刃間に溝を有する刃部を備え、前記切れ刃が半径方向外周側の主切れ刃とこの主切れ刃に連続し、前記主切れ刃の半径方向中心側に位置する副切れ刃からなり、前記各切れ刃の逃げ面の回転方向後方側に前記溝に面するシンニング部が形成されたドリルであり、
   前記シンニング部は前記逃げ面の回転方向後方側に形成される前方側シンニング面と、前記副切れ刃の回転方向前方側に形成され、前記副切れ刃のすくい面を兼ねる後方側シンニング面から構成され、
   前記後方側シンニング面と前記前方側シンニング面がそれぞれ曲面を形成しながら、前記後方側シンニング面から前記前方側シンニング面へかけて連続した曲面を形成し、この前記前方側シンニング面は前記刃部の外周面にまで連続し、
   前記後方側シンニング面と前記前方側シンニング面が、前記副切れ刃の長さ方向に前記副切れ刃の区間に相当する幅を有したまま、半径方向外周側まで帯状に連続し、前記後方側シンニング面及び前記前方側シンニング面と前記逃げ面との境界線が半径方向外周側まで前記シンニング部側が凹の曲線を描いていることを特徴とするドリル。
2. 前記連続した曲面は前記刃部側から前記シャンク部側へかけ、回転方向前方側から後方側へ向かって傾斜した母線が半径方向中心側から半径方向外周側へ向かい、曲線に沿って平行移動して描く曲面であり、曲率が連続的に変化していることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
3. 前記曲率は半径方向中心側から半径方向外周側へかけて次第に小さくなっていることを特徴とする請求項２に記載のドリル。
4. 前記切れ刃の回転方向前方側にホーニング面が形成され、このホーニング面の回転方向前方側の、前記主切れ刃と前記副切れ刃の境界位置に、この境界位置以外の前記主切れ刃と前記副切れ刃より回転方向前方側に突出する突出部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のドリル。
5. 前記突出部の回転方向前方側の先端から前記後方側シンニング面と前記溝との間の外周側境界線が前記シャンク部側へ向かって連続し、この外周側境界線は凸の稜線をなしていることを特徴とする請求項４に記載のドリル。