WO2007010601A1

WO2007010601A1 - ドリル

Info

Publication number: WO2007010601A1
Application number: PCT/JP2005/013319
Authority: WO
Inventors: Norihiro Masuda
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2008-01-20
Also published as: US20080267726A1; JPWO2007010601A1; DE112005003639T5

Abstract

　【課題】　加工能率を確保しつつ、工具寿命の延長を図ることができるドリルを提供すること。　【解決手段】　本願発明のドリル１は、溝長ｌが切れ刃５の外径Ｄに対して６Ｄ以上かつ１０Ｄ以下の範囲内に、少なくとも切れ刃５の表面に被膜される硬質化合物の被膜寸法が１．０μｍ以下に、そして、切れ刃５の枚数が２枚に設定されている。これにより、切り屑の排出性及びドリル１の剛性を相乗的に向上させることができ、その結果、ドリル１の寿命を相乗的に向上させることができる。　

Description

ドリル

技術分野

[0001] 本発明は、ドリルに関し、特に、加工能率を確保しつつ、工具寿命の延長を図ることができるドリルに関するものである。

背景技術

[0002] 一般に、ワイヤーカット加工とは、主に黄銅製のワイヤーに電気を流し、生じる放電により加工を行うものである。力かる加工を行う際には、ワイヤーの通り穴となるスターティングホールを被削材に穿設する必要があり、特に高硬度の被削材に対しては、放電カ卩ェによりスターティングホールが穿設される。

[0003] し力しながら、放電カ卩ェでは、加工能率が著しく低いため、その分、全体としてワイヤーカット加工の加工能率が低下するという問題点があった。

[0004] また、高硬度材で φ 0. 5mmH7公差の高精度な穴加工を行う場合、従来は φ 0.

4mmのドリルで下穴加工を行い、その後、ワイヤーカットにてコンタリング加工を行い穴精度を確保して、たが、著しく加工時間を要すると、う問題点があった。

[0005] そこで、特開 2003— 266223号公報には、高硬度の被削材に対してもスターティングホールを穿設可能なドリルに関する技術が記載されて、る。この技術によれば、切り屑排出溝の軸方向長さ（溝長）が切れ刃の外径 Dに対して 2D以上かつ 5D以下の範囲内に設定されているので、ドリルの剛性を確保することができる。

[0006] その結果、上記ドリルは、折損することなく高硬度の被削材に対してスターティングホールを穿設することができると共に、放電加工と比較して加工能率を向上させて、その分、全体としてワイヤーカットの加工能率を向上させることができる。

[0007] また、ドリルカ卩ェ +ワイヤーカットの組み合わせによる H7公差穴仕上げカ卩ェを、本発明品で切削加工のみで置き換えることが可能となり、加工時間の短縮を可能とした特許文献 1 :特開 2003— 266223号公報 (段落 [0021]、図 2など）

発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0008] し力しながら、上述したドリルでは、切り屑の排出についての対策が十分でない。そのため、切り屑詰まりによるドリルの折損を引き起こし、工具寿命が低下するという問題点があった。

[0009] 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、加工能率を確保しつつ、工具寿命の延長を図ることができるドリルを提供することを目的としている。課題を解決するための手段

[0010] この目的を達成するために、請求項 1記載のドリルは、軸心回りに回転させられるドリル本体と、そのドリル本体の先端部力シャンクへ向けて外周面部に螺旋状又は略直線状に形成される溝部と、その溝部の回転方向を向く壁面と前記外周面部との稜線部に形成されるリーディングエッジと、前記ドリル本体の先端部に形成される切れ刃とを備えて構成されるものであり、前記溝部は、前記ドリル本体の軸心に沿う方向の寸法である溝長が前記切れ刃の外径 Dに対して 6D以上かつ 10D以下の範囲内に設定され、少なくとも前記切れ刃は、その表面が硬質化合物に被膜されて構成されるものであり、前記硬質化合物の膜厚寸法は、 1. 0 m以下に設定され、前記切れ刃は、 2枚で構成されている。

[0011] 請求項 2記載のドリルは、請求項 1記載のドリルにおいて、前記切れ刃の外径 Dは、 1. Omm以下に設定されている。

[0012] 請求項 3記載のドリルは、請求項 1又は 2に記載のドリルにおいて、前記溝部の溝底によって形成される心厚の厚み寸法は、前記切れ刃の外径 Dに対して 0. 35D以上かつ 0. 55D以下の範囲内に設定されている。

[0013] 請求項 4記載のドリルは、請求項 1から 3の、ずれかに記載のドリルにぉ、て、前記硬質化合物は、前記切れ刃に負のバイアス電圧を印加することで前記切れ刃の表面に正イオンを衝突させる表面荒し手段を行った後に、スパッタリング法により前記切れ刃に付着されるものであり、前記表面荒し手段は、前記バイアス電圧を OkHz以上かつ 350kHz以下の範囲内に設定された周波数で周期的に印加させる。

[0014] 請求項 5記載のドリルは、請求項 4記載のドリルにぉ、て、前記表面荒し手段は、前記バイアス電圧を 150kHz以上かつ 350kHz以下の範囲内に設定された周波数で周期的に印加すると共に、一周期毎の負電圧の非印加時間が 50nsec以上かつ 20 OOnsec以下の範囲内に設定されている。

発明の効果

[0015] 請求項 1記載のドリルによれば、溝部は、ドリル本体の軸心に沿う方向の寸法である溝長が切れ刃の外径 Dに対して 6D以上かつ 10D以下の範囲内に設定されている。ここで、溝長が 6Dより小さい場合には、切り屑の排出性が低下して、切り屑詰まりによるドリルの折損を引き起こす。一方、溝長が 10Dより大きい場合には、ドリルの剛性が低下して、ドリルの折損を引き起こす。以上のことから、溝長を 6D以上かつ 10D以下の範囲内に設定することにより、切り屑の排出性及びドリルの剛性を確保して、ドリルの折損防止を図り、ドリルの高寿命化を図ることができるという効果がある。

[0016] また、少なくとも切れ刃の表面は、硬質ィ匕合物に被膜されているので、切れ刃の耐摩耗性を確保して、ドリルの高寿命化を図ることができると!/、う効果がある。

[0017] 更に、硬質化合物の膜厚寸法が 1. 0 m以下に設定されている。ここで、硬質ィ匕合物の膜厚寸法が 1. 0 mより大きい場合には、切れ刃が丸みを帯びて、切れ味が低下する。これにより、切り屑の分断性能が低下して、切り屑詰まりによるドリルの折損を引き起こす。これに対し、上記のように、硬質化合物の膜厚寸法が 1. O /z m以下に設定されていれば、切れ味低下を抑制して、ドリルの折損防止を図り、ドリルの高寿命化を図ることができると、う効果がある。

[0018] また、切れ刃は、 2枚で構成されているので、切れ刃が 3枚で構成される場合と比較して、リーディングエッジ力ヒールまでの軸心方向視における厚み寸法である刃厚を確保できる。これにより、ドリルの剛性を確保して、ドリルの折損防止を図り、ドリルの高寿命化を図ることができると、う効果がある。

[0019] そして、溝長、硬質化合物の膜厚寸法及び切れ刃の枚数を上述した範囲内に設定して組み合わせることにより、切り屑の排出性及びドリルの剛性を相乗的に向上させることができ、その結果、ドリルの寿命を相乗的に向上させることができるという効果がある。

[0020] 請求項 2記載のドリルによれば、請求項 1記載のドリルの奏する効果に加え、切れ刃の外径 Dが 1. Omm以下に設定されたいわゆる小径ドリルで構成されているので、ドリルの折損防止を図ることで、多数の小径穴を加工することができる。

[0021] 即ち、上述したように、溝長が切れ刃の外径 Dに対して 6D以上かつ 10D以下の範囲内に設定されることで、切り屑の排出性及びドリルの剛性を確保でき、その結果、ドリル全体として剛性を確保することが困難である小径ドリルの高寿命化を図ることができるという効果がある。

[0022] また、上述したように、硬質化合物の膜厚寸法が 1. 0 m以下に設定されている。

ここで、小径ドリルの場合では、切れ刃に対して硬質化合物の膜厚寸法が相対的に大きくなり、切れ味に対して大きな影響を及ぼす。その結果、硬質化合物の膜厚寸法が 1. 0 mより大きい場合には、切れ刃が著しく丸みを帯びて、切れ味が著しく低下する。ここで、硬質化合物の膜厚寸法を 1. 0 m以下に設定することにより、ドリルの折損を効果的に防止することができるという効果がある。

[0023] また、上述したように、切れ刃の枚数が 2枚に設定されるので、ドリルの剛性を確保でき、その結果、ドリル全体として剛性を確保することが困難である小径ドリルの高寿命化を図ることができると、う効果がある。

[0024] 以上のことから、溝長、硬質化合物の膜厚寸法及び切れ刃の枚数を上述した範囲内に設定して組み合わせることにより、特に切れ刃の外径 Dが 1. Omm以下に設定された小径ドリルに対して、より効果的にドリルの高寿命化を図ることができる。

[0025] 請求項 3記載のドリルによれば、請求項 1又は 2に記載のドリルの奏する効果にカロえ、溝部の溝底によって形成される心厚の厚み寸法は、切れ刃の外径 Dに対して 0. 3 5D以上かつ 0. 55D以下の範囲内に設定されている。ここで、心厚の厚み寸法が 0. 35Dより小さい場合には、ドリルの剛性が低下して、ドリルが折損しやすい。

[0026] 一方、心厚の厚み寸法が 0. 55Dよりも大きい場合には、溝部が浅くなり、切り屑の排出性が低下する。その結果、切り屑の溶着を誘発して、ドリルの折損を引き起こす。以上のことから、心厚の厚み寸法を 0. 35D以上かつ 0. 55D以下の範囲内に設定することにより、ドリルの剛性及び切り屑の排出性を確保でき、その結果、ドリルの高寿命化を図ることができると、う効果がある。

[0027] 請求項 4記載のドリルによれば、請求項 1から 3のいずれかに記載のドリルの奏する効果に加え、硬質化合物は、切れ刃に負のバイアス電圧を OkHz以上かつ 350kHz 以下の範囲内に設定された周波数で周期的に印加させることにより切れ刃の表面に正イオンを衝突させて表面荒し処理を行った後に、スパッタリング法により切れ刃に付着される。このように、表面荒し処理を行う際に、バイアス電圧を周期的に変化させるため、切れ刃に対する硬質化合物の付着強度が向上し、例えば、スクラッチ試験における臨界荷重で 80N以上の優れた付着強度を得ることができるという効果がある。

[0028] 更に、硬質化合物は、スパッタリング法により切れ刃に付着されるため、例えば、硬質ィ匕合物表面に存在するマクロパーティカルと称する細かな粒子の最大径が 10 m以下で、かつ、マクロパーティカルが占める面積の割合が 10%以下となるようにできる。その結果、研磨等の加工を行うことなく比較的平滑な被膜表面を得ることができるという効果がある。

[0029] また、請求項 5記載のドリルによれば、請求項 4記載のドリルの奏する効果に加え、表面荒し処理を行う際のバイアス電圧を、 150kHz以上かつ 350kHz以下の範囲内に設定された周波数で周期的に印カロさせると共に、一周期毎の負電圧の非印加時間を 50nsec以上かつ 2000nsec以下の範囲内に設定したため、切れ刃に対する硬質ィ匕合物の付着強度を著しく向上させることができるという効果がある。

図面の簡単な説明

[0030] [図 1]本発明の一実施の形態におけるドリルの正面図である。

[図 2]ドリルの先端面図である。

[図 3]ドリルの表面を粗面化するエッチング工程を示した図であり、（a)は、エッチング工程におけるスパッタリング装置の模式図であり、（b)は、バイアス電圧の時間変化を示した状態図である。

[図 4]スパッタリング工程におけるスパッタリング装置の模式図である。

[図 5]ドリルの拡大写真を示した図であり、（a)は、本実施の形態におけるドリルの拡大写真を示した図であり、（b)は、従来のドリルの拡大写真を示した図である。

[図 6]第 1の耐久試験の試験結果を示した図である。

[図 7]耐久試験の試験結果を示した図であり、（a)は、第 2の耐久試験の試験結果を示した図であり、（b)は、第 3の耐久試験の試験結果を示した図である。

[図 8]能率試験の試験結果を示した図であり、（a)は、第 4の能率試験の試験結果を示した図であり、（b)は、第 5の能率試験の試験結果を示した図であり、（c)は、本発明のドリルを用いてカ卩ェしたカ卩ェ穴の断面写真を示した図であり、（d)は、放電加工でカ卩ェしたカ卩ェ穴の断面写真を示した図である。

[図 9]第 6の能率試験の試験結果を示した図である。

符号の説明

[0031] 1 ドリル

2 シャンク

3 ドリル本体

4 溝部

5 切れ刃

6 リーディングエッジ

1 溝長

D 切れ刃の外径

O 軸心

W 心厚の厚み寸法

発明を実施するための最良の形態

[0032] 以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図 1 は、本発明の一実施の形態におけるドリル 1の正面図である。なお、図 1では、シャンク 2及びドリル本体 3の軸方向長さの図示が省略されている。

[0033] ドリル 1は、加工機械 (ボール盤等)から伝達される回転力により、主にワイヤーカツト加工を行う際にワイヤーの通り穴となるスターティングホールを穿設するための小径の切削工具であり、図 1に示すように、上記加工機械に保持されるシャンク 2と、被削材の切削加工を行うドリル本体 3とを主に備えて構成されている。

[0034] また、ドリル 1は、後述するスパッタリング法により、その表面が硬質ィ匕合物である Ti A1Nに被膜されて構成され、その TiAINの膜厚寸法が 1. O /z m以下の範囲内に設定されている。なお、詳細については後述する（図 7 (a)参照)。

[0035] また、本実施の形態におけるドリル 1は、平均粒径が 1. 0 m以下である炭化タンダステンの微粉末に結合材であるコバルトを加えて加圧焼結した超硬合金により構成され、ドリル 1の硬度を確保している。し力しながら、必ずしもこれに限られるものではなぐサーメット、 CBN (立法晶窒化硼素)焼結体などの超高質工具材料でも良ぐまた、粉末ハイス (焼結高速度鋼)、高速度工具鋼及び合金工具鋼などスチール材料でも良い。

[0036] シャンク 2は、加工機械に保持される部位であり、本実施の形態では、その外径寸法が切れ刃 5の外径 Dよりも大径に設定され、かつ、軸心 Oと略平行なストレート状に構成されている。

[0037] ドリル本体 3は、その外周面部に螺旋状に形成される溝部 4と、ドリル本体 3の先端部に形成される切れ刃 5と、溝部 4の回転方向を向く壁面と外周面部との稜線部に形成されるリーディングエッジ 6と、切れ刃 5の回転方向後方に連接される逃げ面 7とを主に備え、つなぎ部 8を介してシャンク 2と一体に成形される。

[0038] 溝部 4は、切り屑の排出を行うためにドリル本体 3の外周面部に凹設される溝であり

、回転方向を向く壁面と外周面部との稜線部にリーディングエッジ 6が配設される。

[0039] なお、本実施の形態における溝部 4は、先端側（図 1左側）力シャンク 2へ向けて螺旋状に形成されているが、必ずしもこれに限られるものではなぐ軸心 Oと略平行な直線状に形成しても良い。

[0040] また、リーディングエッジ 6と軸心 Oと平行な直線とがなす角であるねじれ角は、 15 度以上かつ 35度以下の範囲内に設定することが望ましい。これにより、ドリル本体 3 の剛性及び切り屑の排出性を確保することができる。

[0041] また、溝部 4の軸心 Oに沿う方向の寸法である溝長 1は、切れ刃 5の外径 Dに対して

6D以上かつ 10D以下の範囲内に設定することが望ましい。なお、詳細については、後述する（図 6参照)。

[0042] 切れ刃 5は、加工機械の回転力により被削材の穴あけ力卩ェを行うためのものであり

、ドリル本体 3の先端部に配設される。

[0043] なお、本実施の形態では、切れ刃 5の先端角が 120度に設定されている力必ずしもこれに限られるものではなぐ 110度以上かつ 140度以下の範囲内に設定すれば良い。これにより、切れ刃 5の強度及び食い付き性を確保して、穴精度の確保及びドリル 1の高寿命化を図ることができる。 [0044] 逃がし面 7は、切削時における摩擦を軽減するために逃がした面であり、切れ刃 5 の回転方向後方に連接される。

[0045] つなぎ部 8は、シャンク 2とドリル本体 3とを連接する部位であり、ドリル本体 3からシヤンク 2へ向けて湾曲しつつ拡径するテーパ状に形成されている。なお、本実施の形態におけるつなぎ部 8は、そのテーパ角 Θが 20度、円弧半径 Rが 10に設定されている。これにより、特に、ドリル本体 3の軸方向寸法 L (図 1左右方向寸法）が大きい本実施の形態におけるドリル 1において、加工時の応力集中の発生を効果的に緩和して、ドリル 1の折損を防止することができる。

[0046] 次いで、図 2を参照して、ドリル本体 3の先端部について説明する。図 2は、ドリル 1 の先端面図である。

[0047] マージン 9は、加工穴の内壁面を研磨するためのものであり、切れ刃 5の回転方向後方（図 2中時計回り）に連設される。なお、本実施の形態では、 1つのマージン 9で構成されている力必ずしもこれに限られるものではなぐマージン 9の回転方向後方に 2つ目のマージンを配設しても良い。

[0048] また、溝部 4の溝底により形成される心厚の厚み寸法 Wは、切れ刃 5の外径 Dに対して 0. 35D以上かつ 0. 55D以下の範囲内に設定することが望ましい。ここで、心厚の厚み寸法 Wが 0. 35Dより小さい場合には、ドリル 1の剛性が低下して、ドリル 1が折損しやすい。

[0049] 一方、心厚の厚み寸法 Wが 0. 55Dよりも大きい場合には、溝部 4が浅くなり、切り屑の排出性が低下する。その結果、切り屑の溶着を誘発して、ドリル 1の折損を引き起こす。以上のことから、心厚の厚み寸法 Wを 0. 35D以上かつ 0. 55D以下の範囲内に設定することにより、ドリル 1の剛性及び切り屑の排出性を確保でき、その結果、ドリル 1の高寿命化を図ることができる。

[0050] なお、心厚の厚み寸法 Wは、被削材の硬度により種々に変更されるものであり、例えば、 50HRCを超える高硬度材の加工を行う場合には、ドリル 1の剛性を確保するために心厚の厚み寸法 Wを 0. 45D以上かつ 0. 55D以下の範囲内に設定することが望ましぐ一方、 40HRCの軟質材の加工を行う場合には、切り屑の排出性を確保するために心厚の厚み寸法 Wを 0. 35D以上かつ 0. 45D以下の範囲内に設定することが望ましい。

[0051] また、本実施の形態におけるドリル 1は、図 2に示すように、切れ刃 5の枚数が 2枚に設定され、リーディングエッジ 6からヒールまでの厚みである刃厚の厚み寸法 tを確保している。なお、詳細については後述する（図 7 (b)参照)。

[0052] 次いで、図 3から図 5を参照して、硬質化合物の被膜方法について説明する。図 3 は、ドリル 1の表面を粗面化するエッチング工程を示した図であり、図 3 (a)は、エッチング工程におけるスパッタリング装置 30の模式図であり、図 3 (b)は、ノィァス電圧の時間変化を示した状態図である。図 4は、スパッタリング工程におけるスパッタリング装置 30の模式図である。図 5は、ドリル 1の拡大写真を示した図であり、図 5 (a)は、本実施の形態におけるドリル 1の拡大写真を示した図であり、図 5 (b)は、従来のドリルの拡大写真を示した図である。

[0053] エッチング工程では、図 3 (a)に示すように、チャンバ一 32内に配置された工具母材 20にバイアス電源 34により負のバイアス電圧を印加することで、正のアルゴンィォン Ar+を工具母材 20に衝突させて粗面化する。

[0054] この際に、本実施の形態では、コントローラ 36により、図 3 (b)に示すように、バイァス電圧を周期的に変化させる。具体的には、—200Vの負のバイアス電圧を 250kH zの周波数でパルス状に印加するもので、一周期毎の負電圧の印加時間にはプラス側のリバース電圧 (例えば、 + 20V程度）を印加すると共に、その負電圧の非印加時間（リバース電圧の印加時間）であるパルスリバースタイムは約 5000nsecで、一周期 (4000nsec)の約 8分の 1である。なお、請求項 4記載の表面荒し工程とは、エツチング工程を意味するものである。

[0055] スパッタリング工程では、図 4に示すように、硬質化合物を構成して!/ヽる TiAl、 Ti等のターゲット 38に電源 40により負の一定のバイアス電圧（例えば、 50V〜一 60V 程度）を印加すると共に、バイアス電源 34により工具母材 20に負の一定のバイアス電圧 (例えば、 100V程度）を印加することで、アルゴンイオン Ar+をターゲット 38 に衝突させて TiAl、 Ti等の構成物質を叩き出す。チャンバ一 32内には、アルゴンガスの他に窒素ガスや炭化水素ガス (CH

4、 C H )の反応ガスが所定の流量で導入さ 2 2

れ、その窒素原子 Nや炭素原子 Cがターゲット 38から叩き出された TiAlN、 TiCN、 TiN等となり、工具母材 20の表面に硬質皮膜として付着させられる。なお、工具母材 20に正の電圧を印加するようにしても良!、。

[0056] ここで、図 5に示すように、 (a) ( (a— 1) , (a— 2)及び (a— 3) )は、超硬合金製のドリルに上記実施の形態と同様のコーティング方法（ 200V、 250kHz,パルスリバ一スタイム = 500nsecによるエッチング及びスパッタリング）で TiAINを被膜した場合であり、（b) ( (b—l)、（b— 2)及び (b— 3) )は、同形状のドリルにアークイオンプレーテイング法で TiAINを被膜した場合である。なお、（a— 1)と (b— 1)、（a— 2)と (b— 2) 及び (a— 3)と (b— 3)は、それぞれの切れ刃の同じ部分を走査型電子顕微鏡により 1000倍に拡大して撮影したものである。

[0057] 図 5の各写真から明らかなように、本発明のドリル 1 (図 5 (a)参照）は、アークイオンプレーティング法による従来のドリル（図 5 (b)参照）と比較して、表面のマクロパーティカルと称する細かな粒子が少なぐ極めて平滑な被膜表面が得られる。この写真で測定した範囲では、従来のドリルにおけるマクロパーティカルの最大径は 18 m程度で、占有面積は 20%であるのに対し、本発明のドリル 1におけるマクロパーティ力ルの最大径は 6 μ m程度で、占有面積は 6%であった。

[0058] 以上のことから、本実施の形態におけるドリル 1によれば、硬質化合物がスパッタリング法により付着されているため、その硬質ィ匕合物の表面に存在するマクロパーティカルの最大径は 10 m以下で、かつ、マクロパーティカルが占める面積の割合は 10 %以下になり、平滑な被膜表面が得られる。これにより、力かるドリル 1によって切削加工される被削材の加工面荒さが向上すると共に、マクロパーティカルに起因する被膜表面の突起を除去するための研磨加工等が不要となる。

[0059] また、スパッタリング法により硬質ィ匕合物を付着する際の前処理として、工具母材 2 0に 200Vのバイアス電圧を印加してエッチング (表面荒し処理)を行う際に、そのバイアス電圧を 250kHzの周波数で周期的に印加すると共に、一周期毎の負電圧の非印加時間（パルスリバースタイム）を 5000nsec程度としたため、工具母材 20に対する硬質化合物の付着強度が向上し、例えば、スクラッチ試験における臨界荷重で 1 OON以上の優れた付着強度が得られるようになり、剥離等による脱落が抑制されて、切削工具として実用上満足できる耐久性が得られる。 [0060] なお、本実施の形態におけるバイアス電圧は、パルス、即ち、矩形状に変化するように構成されている力必ずしもこれに限られるものではなぐ例えば、連続的に変化する波形状などの他の形状で変化させても良、。

[0061] また、一周期毎の負電圧の非印加時間を 50〜2000nsecの範囲内に設定したが、例えば、一周期を基準として 1Z2以下、あるいは一周期の 1Z100〜1Z2の範囲内、 1Z50〜1Z2の範囲内などとしても良い。

[0062] 次いで、図 6から図 9を参照して、上述のように構成されたドリル 1を用いて行った 6 種類の切削試験 (以下、それぞれ「第 1の耐久試験」から「第 3の耐久試験」、「第 4の能率試験」から「第 6の能率試験」と称す)の試験結果について説明する。なお、以下の説明では、上述したドリル 1と同一の記号 (例えば切れ刃 5の外径に「D」）を用いて説明する。

[0063] 図 6は、第 1の耐久試験の試験結果を示した図である。第 1の耐久試験は、溝長 1がドリル 1の耐久性に及ぼす影響を調べるための試験であり、図 6では、溝長 1の値を一定範囲内で種々に変更し、その他の切削条件を一定にして行う。

[0064] また、この試験では、所定の切削速度 V及び送り量 fにおいて、穴深さ 5mmの穴あけカロェを STEP力卩ェで行い、その穴あけカ卩ェされた力卩ェ穴数を算出することにより、ドリル 1の耐久性について比較を行う。

[0065] なお、 STEP加工とは、ドリル 1をカ卩ェ穴に対して出し入れしながら、脱出時に溝部 4内の切り屑を排出しつつ、加工穴の深さ寸法を段階的に深くする加工である。即ち、溝部 4が加工穴内に完全に埋没されるまでは、溝部 4を介して切り屑が排出されるため、一気に加工される。溝部 4が加工穴内に完全に埋没した後は、加工穴からドリル 1を抜き出すことで切り屑の排出を行う。そして、ドリル 1を加工穴内に進入させると共にあら力じめ設定された STEP量に基づいてカ卩ェ穴の切削加工を行い、再度、加ェ穴からドリル 1を抜き出して切り屑を排出する。以上の作業は、目的とする加工穴の深さ寸法に到達するまで、繰り返される。

[0066] 第 1の耐久試験の詳細諸元は、被削材： SKD11 (60HRC)、加工深さ： 5mm、切れ刃の外径 D : 0. 5mm、ドリル本体の軸方向寸法 L : 14D、切削速度 V： 31. 5m/ min、送り量 f : 0. 02mmZrev、 STEP量： 0. 05mmである。 [0067] 図 6に示すように、溝長 1が 4D及び 5Dに設定されたドリル 1を用いた場合では、カロェ穴数が 1本の時点でドリル 1が折損し、その後の加工が困難となった。

[0068] 次に、溝長 1が 6Dから 10Dに設定されたドリル 1を用いた場合では、加工穴数が 10 0本の時点でもドリル 1が折損せず、その後も継続して力卩ェが可能であった。

[0069] 次に、溝長 1が 11Dに設定されたドリル 1を用いた場合では、加工穴数が 15本の時点でドリル 1が折損し、その後の加工が困難となった。

[0070] 以上の結果から、溝長 1が 6Dより小さい場合では、切り屑の排出性を確保することができず、切り屑詰まりによるドリル 1の折損を引き起こすと考えられる。一方、溝長 1が 10Dより大きい場合では、ドリル 1の剛性が低下して、ドリル 1の折損を引き起こすと考えられる。

[0071] これにより、溝長 1を 6D以上かつ 10D以下の範囲内に設定した場合には、切り屑の排出性及びドリル 1の剛性を確保して、ドリル 1の折損防止を図り、ドリル 1の高寿命化を図ることができるといえる。

[0072] 次に、図 7は、耐久試験の試験結果を示した図であり、図 7 (a)は、第 2の耐久試験の試験結果を示した図であり、図 7 (b)は、第 3の耐久試験の試験結果を示した図である。

[0073] まず、図 7 (a)を参照して、第 2の耐久試験について説明する。第 2の耐久試験は、硬質ィ匕合物の膜厚寸法がドリル 1の耐久性に及ぼす影響を調べるための試験であり

、図 7 (a)では、硬質化合物の膜厚寸法の値を一定範囲内で種々に変更し、その他の切削条件を一定にして行う。

[0074] また、この試験では、所定の切削速度 V及び送り量 fにおいて、穴深さ 15mmの穴あけ力卩ェを STEP力卩ェで行い、その穴あけカ卩ェされた力卩ェ穴数を算出することにより

、ドリル 1の耐久性について比較を行う。

[0075] 第 2の耐久試験の詳細諸元は、被削材： SUS420、加工深さ： 15mm,切れ刃の外径 D : 0. 5mm、ドリル本体の軸方向寸法 L : 30D、切削速度 V： 25mZmin、送り量 f

: 0. Olmm/rev, STEP量： 0. 1mmである。

[0076] 図 7 (a)に示すように、膜厚寸法が 0. 5 /z m及び 0. 9 mに設定されたドリル 1を用いた場合では、加工穴数が 5000本の時点でもドリル 1が折損せず、その後も継続して加工が可能であった。

[0077] 次に、膜厚寸法が 1. 5 mに設定されたドリル 1を用いた場合では、加工穴数が 1 690本の時点でドリルが折損し、その後の加工が困難となった。

[0078] 次に、膜厚寸法が 2. 0 mに設定されたドリル 1を用いた場合では、加工穴数が 2 83本の時点でドリル 1が折損し、その後の加工が困難となった。

[0079] 以上の結果から、膜厚寸法が 1. 0 mより大きい場合では、切れ刃 5が丸みを帯びて、切れ味が低下すると考えられる。特に、本実施の形態におけるドリル 1は、外径 D が 0. 5mmに設定された小径ドリルで構成されているので、切れ刃 5に対して膜厚寸法が相対的に大きくなり、切れ味に大きな影響を及ぼす。その結果、切り屑の分断性能が著しく低下して、切り屑詰まりによるドリル 1の折損を引き起こすと考えられる。

[0080] これにより、硬質化合物の膜厚寸法が 1. 0 m以下に設定した場合には、切れ味低下による切り屑の分断性能低下を抑制して、切り屑詰まりによるドリル 1の折損防止を図り、ドリル 1の高寿命化を効果的に図ることができるといえる。

[0081] なお、本実施の形態における硬質ィ匕合物は T1A1Nが用いられている力必ずしもこれに限られるものではなぐ TiN、 TiC、 TiCn等の硬質ィ匕合物を用いても良い。更に、ドリル 1は、その表面全体が硬質ィ匕合物により被膜されているが、必ずしもこれに限られるものではなぐ少なくとも切れ刃 5の表面が被膜されていれば良い。

[0082] 次に、図 7 (b)を参照して、第 3の耐久試験について説明する。第 3の耐久試験は、切れ刃 5の枚数がドリル 1の耐久性に及ぼす影響を調べるための試験であり、図 7 (b )では、切れ刃 5の枚数、心厚の厚み寸法 W及び刃厚の厚み寸法 tの値を一定範囲内で種々に変更し、その他の切削条件を一定にして行う。

[0083] また、この試験では、所定の切削速度 V及び送り量 fにおいて、穴深さ 15mmの穴あけ力卩ェを STEP力卩ェで行い、その穴あけカ卩ェされた力卩ェ穴数を算出することにより、ドリル 1の耐久性について比較を行う。

[0084] なお、第 3の耐久試験の詳細諸元は、被削材を SKD11、切削速度 Vを 30mZmi nに固定した以外は、上述した第 2の耐久試験の詳細諸元と同様である。

[0085] No. 1欄に示すように、切れ刃 5の枚数が 2枚、心厚の厚み寸法 Wが 0. 19mm,そして刃厚の厚み寸法 tが 0. 27mmに設定された場合では、加工穴数が 74本の時点までドリル 1が折損することなぐ加工が可能であった。これは、切れ刃 5の枚数を 2枚に設定することで、刃厚の厚み寸法 tを確保、即ち、ドリル 1の剛性を確保して、ドリル 1の高寿命化を図ることができたものと考えられる。

[0086] 次に、 No. 2欄に示すように、切れ刃 5の枚数が 2枚、心厚の厚み寸法 Wが 0. 25 mm、そして刃厚の厚み寸法 tが 0. 36mmに設定された場合では、加工穴数が 81 本の時点までドリル 1が折損することなぐ加工が可能であった。これは、 No. 1のドリル 1と同様に、ドリル 1の剛性を確保して、ドリル 1の高寿命化を図ることができたものと考えられる。

[0087] また、 No. 2のドリル 1は、 No. 1のドリル 1と比較して、心厚の厚み寸法 W及び刃厚の厚み寸法 tが大きいため、ドリル 1の剛性を更に確保して、ドリル 1の高寿命化を更に図ることができたと考えられる。

[0088] 次に、 No. 3欄に示すように、切れ刃 5の枚数が 3枚、心厚の厚み寸法 Wが 0. 19 mm、そして刃厚の厚み寸法 tが 0. 13mmに設定された場合では、加工穴数が 9本の時点でドリル 1が折損し、その後の加工が困難となった。これは、切れ刃 5の枚数を 3枚に設定することで、刃厚の厚み寸法 tを確保、即ち、ドリル 1の剛性を確保できず、ドリル 1が折損したものと考えられる。

[0089] 次に、 No. 4欄に示すように、切れ刃 5の枚数が 3枚、心厚の厚み寸法 Wが 0. 25 mm、そして刃厚の厚み寸法 tが 0. 17mmに設定された場合では、加工穴数が 1本の時点でドリル 1が折損し、その後の加工が困難となった。これは、 No. 3のドリル 1と同様に、ドリル 1の剛性を確保できず、ドリル 1が折損したものと考えられる。

[0090] なお、 No. 4のドリル 1は、 No. 3のドリル 1と比較して、心厚の厚み寸法 W及び刃厚の厚み寸法 tが大きいにもかかわらず、ドリル 1の寿命が短い。これは、実験的な誤差よるちのと考免られる。

[0091] 以上の結果から、切れ刃 5の枚数を 2枚に設定することにより、切れ刃 5の厚み寸法 tを確保、即ち、ドリル 1の剛性を確保して、ドリル 1の高寿命化を図ることができる。特に、本実施の形態におけるドリル 1のように、外径 Dが 0. 5mmに設定された小径ドリルで構成される場合には、ドリル 1の剛性を確保することが困難であるので、切れ刃 5 の枚数を 2枚に設定することにより、ドリル 1の高寿命化を効果的に図ることができる。 [0092] 次に、図 8は、能率試験の試験結果を示した図であり、図 8 (a)は、第 4の能率試験の試験結果を示した図であり、図 8 (b)は、第 5の能率試験の試験結果を示した図であり、図 8 (c)は、本発明のドリル 1を用いてカ卩ェしたカ卩ェ穴の断面写真を示した図であり、図 8 (d)は、放電力卩ェでカ卩ェしたカ卩ェ穴の断面写真を示した図である。

[0093] まず、図 8 (a)及び (b)を参照して、第 4及び第 5の能率試験について説明する。第 4及び第 5の能率試験は、本発明のドリル 1の切削能率を調べるための試験であり、所定の切削速度 V及び送り量 fにおいて、加工深さ 15mmのスターティングホールを STEP力卩ェで行い、そのスターティングホール力卩ェに要する時間を算出することにより、本発明のドリル 1を用いたカ卩工及び放電力卩ェの能率性について比較を行う。

[0094] 第 4の能率試験の詳細諸元は、被削材： SKD11 (生材）、加工深さ： 15mm、切削油剤：水溶性切削油剤、切れ刃の外径 D : 0. 5mm、ドリル本体の軸方向寸法 L : 30 D、切削速度 V： 31. 4mZmin、送り量 f : 0. Olmm/rev, STEP量： 0. 1mmである。

[0095] また、第 5の能率試験の詳細緒言は、被削材を HPM31、送り量 fを 0. 015mm/r ev、そして STEP量を 0. 15mmに固定した以外は、上述した第 4の能率試験の詳細諸元と同様である。

[0096] 図 8 (a)に示すように、本発明のドリル 1を用いた場合では、加工に要した時間が 10 Os (秒）であるのに対し、放電カ卩ェでは、加工に要した時間が 200sであった。

[0097] また、図 8 (b)に示すように、本発明のドリル 1を用いた場合では、加工に要した時間が 60sであるのに対し、放電カ卩ェでは、加工に要した時間が 200sであった。

[0098] 以上の結果から、本発明のドリル 1を用いた場合では、放電加工の場合と比較して、切削能率を 2倍以上に向上させることができる。即ち、スターティングホールの切削能率を向上させて、その分、ワイヤーカット加工の加工能率の向上を図ることができる

[0099] なお、図 8 (c)及び図 8 (d)に示すように、本発明のドリル 1を用いてカ卩ェされたカロェ穴の断面は、放電加工により加工された加工穴の断面と比較して非常に平滑である。また、本発明のドリル 1を用いて加工された加工穴の表面荒さ Ry (最大高さ、 2001 年度日本工業規格 CFIS)参照）の値は、 1. 130 mであり、一方、放電加工により加ェされた加工穴の表面荒さ Ryの値は、 11. 349 /z mであった。

[0100] このことから、本発明のドリル 1は、放電加工と比較して、加工穴の表面が平滑となるように加工することができる、即ち、加工穴を精度良く加工することができる。

[0101] 次に、図 9は、第 6の能率試験の試験結果を示した図である。第 6の能率試験は、本発明のドリル 1の切削能率を調べるための試験であり、所定の切削速度 V及び送り量 fにおいて、穴深さ 5mmの穴あけ加工を STEP加工で行い、その穴あけ加工に要する時間を算出することにより、本発明のドリル 1を用いたカ卩工及びワイヤーカットカロェの能率性について比較を行う。なお、加工穴の要求精度は、直径寸法を 0. 5mm

、寸法公差を H7とする。

[0102] 第 6の能率試験の詳細諸元は、被削材： PD613 (63HRC)、加工深さ： 5mm、切れ刃の外径 D : 0. 5mm、ドリル本体の軸方向寸法： 10D、切削速度 V： 31. 5m/mi n、送り量 f : 0. 02mmZrev、 STEP量： 0. 05mmである。

[0103] 図 9に示すように、本発明のドリル 1を用いた場合では、加工に要した時間が 79s ( 秒）であるのに対し、ワイヤーカット加工では、加工に要した時間が 706sであった。

[0104] 以上の結果から、本発明のドリル 1を用いた場合では、ワイヤーカット力卩ェの場合と比較して、切削能率を 9倍に向上させることができる。同時に、本発明のドリル 1は、ヮィヤーカット加工と同程度の加工穴精度を得ることができる。

[0105] なお、ワイヤーカット加工に要した時間とは、スターティングホールを穿設した後から

、加工穴の加工終了までの時間を示すものである。このことから、本発明のドリル 1は

、スターティングホールの穿設に要する加工時間を不要として、その分、加工能率の向上を図ることができる。

[0106] 更に、スターティングホールにワイヤーを通す作業が不要となるので、作業の単純化及び、作業時間の短縮を図ることができる。

[0107] 以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に何ら限定されるものではなぐ本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

Claims

請求の範囲

[1] 軸心回りに回転させられるドリル本体と、そのドリル本体の先端部力もシャンクへ向けて外周面部に螺旋状又は略直線状に形成される溝部と、その溝部の回転方向を向く壁面と前記外周面部との稜線部に形成されるリーディングエッジと、前記ドリル本体の先端部に形成される切れ刃とを備えて構成されるドリルにおヽて、

前記溝部は、前記ドリル本体の軸心に沿う方向の寸法である溝長が前記切れ刃の外径 Dに対して 6D以上かつ 10D以下の範囲内に設定され、

少なくとも前記切れ刃は、その表面が硬質ィ匕合物に被膜されて構成されるものであり、

前記硬質化合物の膜厚寸法は、 1. O /z m以下に設定され、

前記切れ刃は、 2枚で構成されてヽることを特徴とするドリル。

[2] 前記切れ刃の外径 Dは、 1. Omm以下に設定されていることを特徴とする請求項 1 記載のドリル。

[3] 前記溝部の溝底によって形成される心厚の厚み寸法は、前記切れ刃の外径 Dに対して 0. 35D以上かつ 0. 55D以下の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項 1又は 2に記載のドリル。

[4] 前記硬質化合物は、前記切れ刃に負のバイアス電圧を印加することで前記切れ刃の表面に正イオンを衝突させる表面荒し手段を行った後に、スパッタリング法により前記切れ刃に付着されるものであり、

前記表面荒し手段は、前記バイアス電圧を OkHz以上かつ 350kHz以下の範囲内に設定された周波数で周期的に印カロさせることを特徴とする請求項 1から 3のいずれかに記載のドリル。

[5] 前記表面荒し手段は、前記バイアス電圧を 150kHz以上かつ 350kHz以下の範囲内に設定された周波数で周期的に印加すると共に、一周期毎の負電圧の非印加時間が 50nsec以上かつ 2000nsec以下の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項 4記載のドリル。