本発明は、例えば、エンジン部品等に穴をあけるドリルに関する。

例えば、深穴を切削する工程が必要とされるアルミ鋳造製のエンジン部品を連続的に製造する場合には、その切削を行うドリルに大きな負荷がかかるため、該深穴の切削に適したドリルを用いて加工を行っている。

特許文献１には、金属への深穴加工に適したドリルとして、刃部の全長又は一部のねじれ角を連続的に変化させると共に、該刃部の先端側のねじれ角を後端側のねじれ角より大きくしたドリルが開示されている。 これにより、該ドリルの切れ味が向上し、さらに、ドリルの剛性が増すと記載されている。

実公昭５３−３８９５３号公報

ところで、この種のドリルでは、前記ねじれ角の大きさによってドリルの曲げ強さ等の強度、いわゆる剛性や切削抵抗（切削反力）、さらには、切屑の形状や排出性等が変化する。 従って、ねじれ角の設定条件により、ドリル寿命も影響を受けることになる。 特に、深穴加工に用いられるドリルの場合には、その切削時のドリルにかかる負荷が極めて大きくなり、また、当該深穴の深部では切屑の排出も難しくなるため、詰まった切屑によりドリルが破損する可能性もある。

本発明は上記従来の課題を考慮してなされたものであり、例えば、深穴を切削する場合であってもドリルにかかる負荷を低減して工具寿命を長く維持することができ、しかも、切屑を円滑に排出することができるドリルを提供することを目的とする。

本発明に係るドリルは、先端側から後端側に向かう切削方向に沿って螺旋状の切刃が形成された刃部と、該刃部の後端側に連続して形成されたシャンク部とを備えるドリルであって、前記刃部は、該刃部の先端から前記切削方向に沿って設けられ、一定の第１ねじれ角で形成された先端側切刃と、前記先端側切刃から前記切削方向に沿って連続し、該切削方向に沿って前記第１ねじれ角から第２ねじれ角まで漸次変化するねじれ角で形成された中間溝と、前記中間溝から前記切削方向に沿って連続し、一定の前記第２ねじれ角で形成された後端側溝とを有し、前記後端側溝の方が前記先端側切刃よりも前記切削方向での長さが大きく設定され、且つ、前記第２ねじれ角が前記第１ねじれ角よりも大きな角度に設定されていることを特徴とする。

このような構成によれば、前記先端側切刃よりも前記後端側溝の方が、その形成距離及びねじれ角が大きく設定されることにより、先端側切刃において切屑を小さく生成することができ、また、後端側溝において当該切屑を効率よく排出させることができる。 従って、特に、ワークに対して深穴を切削する場合に、該深穴の深部からでも切屑を良好に排出することができる。 これにより、切削している穴の途中で切屑が詰まることを有効に防止してドリルへの負荷を減らすことができ、工具寿命を長く維持することが可能となる。 また、先端側切刃よりも長く形成された後端側溝では、切屑排出速度が向上するため、切屑の詰まりによる抵抗の増加を防止することができる。

また、前記刃部の先端に、ダイヤモンドが設けられていると、切屑の排出性が一層向上し、刃先の耐摩耗性も向上するため好ましい。

さらに、当該ドリルには、軸線方向に沿って先端から後端まで貫通する油路が形成され、該油路は、前記シャンク部側から前記中間溝が形成された位置まで１本で形成されると共に、該中間溝が形成された位置で２本に分岐した後、前記刃部の先端面に２箇所で開口していると、ドリルの軸線方向における大部分において、油路が軸心位置に１本のみ通されていることから、該油路内での切削油の流路抵抗を低くすることができる。

本発明によれば、刃部の先端側切刃よりも後端側溝の方が、その形成距離及びねじれ角が大きく設定されるため、先端側切刃において切屑を小さく生成することができ、また、後端側溝において当該切屑を効率よく排出させることができる。 従って、特に、ワークに対して深穴を切削する場合に、該深穴の深部からでも切屑を良好に排出することができるため、切削している穴の途中で切屑が詰まることを有効に防止してドリルへの負荷を減らすことができ、工具寿命を長く維持することが可能となる。

以下、本発明に係るドリルについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るドリル１０の斜視図であり、図２Ａは、図１に示すドリル１０の側面図であり、図２Ｂは、図１に示すドリル１０の刃部のねじれ角の変化を示す説明図である。 本実施形態に係るドリル１０は、ワークである金属部品に深穴を切削する場合に好適に用いることができ、該ワークとしては、例えば、アルミ鋳造製のエンジン部品であるシリンダブロック等が例示される。 この場合、深穴とは、例えば、穴の深さがドリル外径の５倍以上、深いものでは３０倍以上となるものであり、すなわち、このような深穴の切削では切削工具であるドリルに大きな負荷が生じることになる。 なお、ドリル１０は、このような深穴以外、例えば、比較的浅い穴や鋳抜き穴等の切削に対しても有効に用いることができることは言うまでもない。

図１及び図２Ａに示すように、本実施形態に係るドリル１０は、ワークに対する切削加工を行う刃部１２と、該刃部１２の後端側に設けられたシャンク部１４とから構成されている。 シャンク部１４は、ドリル１０を使用する際、図示しない工作機械に設けられた回転駆動源のチャック等にて把持される部分である。

刃部１２には、ドリル１０の先端側から後端側に向かう切削方向（軸線方向）に沿って二枚の切刃１６、１８が螺旋状に形成されている。 図１、図３Ａ及び図３Ｃに示すように、これら切刃１６及び１８は、ドリル１０の軸線方向に対して対称に配置された状態で、先端側から後端側へと螺旋状に延在している。 この場合、一方の切刃１６は、ドリル１０の回転方向（図３Ａの矢印Ａ方向）で前方側に位置する刃面１７ａと、該刃面１７ａの後方側に連続すると共に、ドリル１０の外径面を構成する突出面１７ｂと、該突出面１７ｂから連続する第１及び第２傾斜面１７ｃ及び１７ｄと、該第２傾斜面１７ｄから他方の切刃１８の刃面１９ａへと連なる壁面１７ｅとから構成されている。 同様に、他方の切刃１８は、刃面１９ａ、突出面１９ｂ、第１傾斜面１９ｃ、第２傾斜面１９ｄ及び壁面１９ｅにより構成されている。 なお、図３Ａから諒解されるように、切刃１６及び１８において、実際にワークへの切り込みを行う刃面１７ａ及び１９ａには、すくい角を設けている。

刃部１２の先端面２０は、ドリル１０の最先端となる頂点（チゼルポイント）２０ａを中心とした錐体状であり（図３Ｂ及び図３Ｃ参照）、図３Ｂに示す側面視において、前記頂点２０ａを中心とした所定の角度θ（例えば、１４０°）からなる扇形状となっている。 このように角度θを鈍角とすると、ドリル１０の回転方向での切削反力（ラジアル反力）を低減することができる。 そして、図３Ａ及び図３Ｃから諒解されるように、先端面２０は、頂点２０ａから一方の切刃１６方向に傾斜した第１先端傾斜面２２ａ、第２先端傾斜面２２ｂ及び第３先端傾斜面２２ｃと、他方の切刃１８方向に傾斜した第１先端傾斜面２４ａ、第２先端傾斜面２４ｂ及び第３先端傾斜面２４ｃとから構成されることによって、前記した錐体状に形成されている。 これら各先端傾斜面２２ａ〜２２ｃ及び２４ａ〜２４ｃは、それぞれ所定の角度を有して切刃１６及び１８へと連続している。

このような先端面２０において、頂点２０ａを挟んで対称位置に設けられた第２先端傾斜面２２ｂ及び２４ｂには、それぞれ開口２６ａ及び２６ｂが形成されている（図３Ａ及び図３Ｃ参照）。 これら開口２６ａ及び２６ｂは、ドリル１０の軸線方向に沿って先端から後端まで貫通した油路２８の先端側の開口部である。 すなわち、油路２８は、図２Ａに示すように、シャンク部１４の後端面の開口部から当該ドリル１０内を軸線方向に沿って貫通しており、先端寄りに設けられた分岐点２８ａで１本から２本（Ｙ字状）に分岐した後、開口２６ａ及び２６ｂへと連通している。

さらに、刃部１２において、上記のように螺旋状に延在する切刃１６及び１８の間には、これら切刃１６及び１８の刃面１７ａ及び１９ａにより切削されたワークの切屑を、刃部１２の後端側であるシャンク部１４側へと移送するための切屑排出溝３０、３２が形成されている。 すなわち、図３Ａに示すように、切屑排出溝３０は、切刃１６の刃面１７ａ及び切刃１８の壁面１９ｅにより形成され、主に刃面１７ａで切削された切屑を排出し、切屑排出溝３２は、切刃１８の刃面１９ａ及び切刃１６の壁面１７ｅにより形成され、主に刃面１９ａで切削された切屑を排出する。

ところで、上記したように、このようなドリル１０では、切刃１６（１８）の軸線方向に対する傾斜角、いわゆるねじれ角によって、当該ドリル１０の曲げ強さ等の強度（剛性）や切屑の形状（大きさ）及びその排出性が変化することになる。 すなわち、ねじれ角が小さく、例えば、０〜１５°程度の場合（以下、弱角度ともいう）には、その剛性が高い反面切削抵抗が大きい傾向にあり、また、切屑は小さいがその排出性は低くなる。 一方、前記ねじれ角が大きく、例えば、２５〜４５°程度の場合（以下、強角度ともいう）には、その剛性が低い反面切削抵抗が小さい傾向にあり、また、切屑は大きい（長い）がその排出性は高くなる。

そこで、本実施形態に係るドリル１０では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、刃部１２の先端からその切削方向に沿って距離Ｌ１の部分を一定の第１ねじれ角α１で形成した先端側切刃１６ａ及び１８ａとし、その後端側の距離Ｌ２の部分を前記第１ねじれ角α１から第２ねじれ角α２（前記第１ねじれ角α１とは異なる角度）まで漸次変化する可変のねじれ角αｘで形成した中間溝１６ｂ及び１８ｂとし、さらに、その後端側の距離Ｌ３の部分を一定の第２ねじれ角α２で形成した後端側溝１６ｃ及び１８ｃとして構成している。 なお、図２Ａから諒解されるように、後端側溝１６ｃ及び１８ｃがシャンク部１４に連なる刃部１２の後端をなしている。 従って、切刃１６は、一定の第１ねじれ角α１で形成された先端側切刃１６ａと、一定の第２ねじれ角α２で形成された後端側溝１６ｃと、これらの間を連結する可変のねじれ角αｘで形成された中間溝１６ｂとから構成され、切刃１８についても同様に構成されている。

すなわち、本実施形態に係るドリル１０では、図２Ｂのねじれ角の変化を示すグラフから諒解されるように、前記第１ねじれ角α１が、０〜１５°程度の弱角度（本実施形態の場合、１０°）に設定され、前記第２ねじれ角α２が、２５〜４５°程度の強角度（本実施形態の場合、３５°）に設定され、前記ねじれ角αｘが、０〜４５°程度の変化する角度、いわゆる可変角度（本実施形態の場合、１０〜３５°）に設定されている。 さらに、ドリル１０では、先端側切刃１６ａ及び１８ａが形成された距離Ｌ１と、中間溝１６ｂ及び１８ｂが形成された距離Ｌ２と、後端側溝１６ｃ及び１８ｃが形成された距離Ｌ３とは、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３、となるように設定しており、例えば、距離Ｌ２を距離Ｌ１の２〜３倍程度、距離Ｌ３を距離Ｌ１の１５倍程度としている。

なお、図２Ａに示すように、前記油路２８の分岐点２８ａは、例えば、前記中間溝１６ｂ及び１８ｂが形成された距離Ｌ２の領域内に設定されている。 当然、分岐点２８ａを、先端側切刃１６ａ及び１８ａが形成された距離Ｌ１の領域内やそれ以外の位置に設定することも可能であり、油路２８を先端から後端まで全て１本や２本で形成することも可能である。

次に、基本的には以上のように構成される本実施形態に係るドリル１０の作用及び効果について説明する。

先ず、図示しない工作機械に図示しないワークとして、例えば、アルミ鋳造製のシリンダブロックを配置すると共に、当該工作機械の回転駆動源に対し、チャック等を介してドリル１０のシャンク部１４を固定する。 その後、前記回転駆動源を始動して、ドリル１０を図３Ａの矢印Ａ方向に高速で回転させる。 次いで、ドリル１０の先端面２０をワークの深穴切削位置に当接させ、その軸線方向に沿って変位させると、刃部１２は前記ワークに対して切削を開始する。

本実施形態に係るドリル１０では、刃部１２に形成された切刃１６及び１８のうち、先端側に形成された先端側切刃１６ａ及び１８ａによって深穴の切削が開始され、次第に、中間溝１６ｂ及び１８ｂと、後端側溝１６ｃ及び１８ｃとがワーク内へと挿入されつつ切削が行われることになる。

この場合、ドリル１０では、先端側切刃１６ａ及び１８ａが、弱角度の第１ねじれ角α１で設定されている。 このため、先端側切刃１６ａ及び１８ａは、その剛性が高く且つワークに対する切り込み性が高いため、鋳抜き穴等の下穴がない場合であっても、ワークに対して確実に且つ安定して切り込むことができる。 しかも、先端側切刃１６ａ及び１８ａの切削により生じる切屑は十分に小さいものとなる。 そこで、ドリル１０が次第に穴の深部へと達した場合であっても、先端側切刃１６ａ及び１８ａの切削により生じた切屑は、中間溝１６ｂ及び１８ｂから後端側溝１６ｃ及び１８ｃへと大きくなるねじれ角の作用によって、強制的に穴の外へと排出される。 上記のように、ねじれ角が大きいと切屑の排出性が高まるからである。

すなわち、ドリル１０において、先端側切刃１６ａ及び１８ａでは、その弱角度の第１ねじれ角α１によって切屑を細かくすることができるため、可変のねじれ角αｘの中間溝１６ｂ及び１８ｂと強角度の第２ねじれ角α２の後端側溝１６ｃ及び１８ｃによる切屑排出性の高さとの相乗効果により、深穴の深部からでも当該深穴の外へと前記切屑を容易に且つ効率的に排出させることができる。 特に、鋳抜き穴等の下穴がないワークに対して深穴をあける場合には、切屑が大量に発生することになるため、本実施形態に係るドリル１０は一層好適に用いることができる。 しかも、ドリル１０では切屑の排出効率を向上させることができるため、当該ドリル１０の破損の一因となる穴の途中での切屑の詰まりを有効に防止することができる。 このため、ドリル１０への負荷を減らして、工具寿命を長く維持することが可能となる。

この場合、本実施形態に係るドリル１０では、先端側切刃１６ａ及び１８ａが形成された距離Ｌ１よりも、後端側溝１６ｃ及び１８ｃが形成された距離Ｌ３の方が十分に長く設定されている。 これにより、上記のように、大量の切屑が発生する深穴の切削であっても、該切屑のドリル１０の後端側（シャンク部１４側）方向への移送を一層確実に行うことが可能となる。 すなわち、深穴の切削時、実際には刃部１２の先端側の一部のみでほとんどの切削が行われるため、当該深穴の切削が進行した場合には、ドリル１０の先端側の一部を除く大部分では、深穴の開口側へと円滑に切屑を移送する切屑排出性の高さが要求されるからである。

また、後端側溝１６ｃ及び１８ｃは、先端側切刃１６ａ及び１８ａや中間溝１６ｂ及び１８ｂによってある程度切削された後の穴に挿入されることになるため、適度な剛性があれば破損することはない。 しかも、後端側溝１６ｃ及び１８ｃは、強角度の第２ねじれ角α２であることから、切屑排出速度が向上するため、切屑の詰まりによる抵抗の増加を防止することができる。 さらに、上記のように、先端側切刃１６ａ及び１８ａが形成された距離Ｌ１よりも、後端側溝１６ｃ及び１８ｃが形成された距離Ｌ３の方が十分に長いため、前記のような切屑の詰まりによる抵抗の増加を一層確実に防止することができる。

さらに、前記中間溝１６ｂ及び１８ｂのねじれ角αｘは、先端側切刃１６ａ及び１８ａの第１ねじれ角α１と後端側溝１６ｃ及び１８ｃの第２ねじれ角α２との角度差を次第になくす方向で漸次変化するように設定されている（図２Ｂ参照）。 このため、ねじれ角の違いにより、刃部１２が軸線方向で急激な特性変化を生じることを有効に抑えることができ、結果として、ドリル１０の切削時の負荷を抑え、ドリル１０の工具寿命を一層延ばすことが可能となる。

なお、ドリル１０では、複数回の切削や硬材への切削等により、刃部１２の先端側を再研磨する必要が生じる場合がある。 この場合、ドリル１０では、切刃１６及び１８の先端側を構成する先端側切刃１６ａ及び１８ａを、弱角度の第１ねじれ角α１で一定に設定すると共に、十分な距離Ｌ１を設定しているため、前記再研磨により、当該先端側切刃１６ａ及び１８ａの特性、すなわち、切削時の切屑の形状や大きさ等が変化することを有効に防止することができ、常に安定した切削特性を得ることができる。

さらに、ドリル１０における油路２８では、分岐点２８ａを、上記のように、中間溝１６ｂ及び１８ｂが位置する部分に設定している。 すなわち、シャンク部１４から後端側溝１６ｃ及び１８ｃと、中間溝１６ｂ及び１８ｂの一部までのドリル１０の軸線方向での大部分において、当該油路２８はドリル１０の軸心位置に１本通されている。 このため、該油路２８内での切削油の流路抵抗（通過抵抗）を低くすることができ、また、強角度の第２ねじれ角α２を有する後端側溝１６ｃ及び１８ｃでのねじれ形状の形成に係る制約をなくすことができ、自由なねじれを設定することができる。 しかも、先端側切刃１６ａ及び１８ａは、弱角度の第１ねじれ角α１とされていることから、分岐点２８ａから先端側にかけての油路２８のＹ字形状を容易に形成可能である。 また、分岐点２８ａを、上記のように、中間溝１６ｂ及び１８ｂが位置する部分に設定したことにより、前記再研磨によっても油路２８の先端側の開口２６ａ及び２６ｂの位置はほとんど変化させずに済み、すなわち、当該開口２６ａ及び２６ｂから切削部への給油特性が変化することを有効に防止して、一層安定した切削が可能となる。

また、ドリル１０では、先端側切刃１６ａ及び１８ａに対して、ダイヤモンド切刃を固着したり、ダイヤモンドコートを施したりすることもできる。 これにより、切屑の排出性が一層向上し、刃先の耐摩耗性も向上する。

以上、各実施形態により本発明を説明したが、これに限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

本発明の一実施形態に係るドリルの斜視図である。

図２Ａは、図１に示すドリルの側面図であり、図２Ｂは、図１に示すドリルの刃部のねじれ角の変化を示す説明図である。

図３Ａは、図２に示すドリルの正面図であり、図３Ｂは、図２に示すドリルの先端側を拡大した一部省略側面図であり、図３Ｃは、図２に示すドリルの先端側を拡大した一部省略斜視図である。

符号の説明

１０…ドリル １２…刃部１４…シャンク部 １６、１８…切刃１６ａ、１８ａ…先端側切刃 １６ｂ、１８ｂ…中間溝１６ｃ、１８ｃ…後端側溝 １７ａ、１９ａ…刃面２０…先端面 ２６ａ、２６ｂ…開口２８…油路 ２８ａ…分岐点３０、３２…切屑排出溝