JP2003275911A - 表面処理方法及び深穴加工用ドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被膜表面に凹部を存在させ、更には、凹部に
潤滑性に富む物質を加えることにより、平滑な表面性状
とした高い信頼性のある硬質被膜、更には深穴加工用ド
リルを提供することを目的とする。 【構成】 高速度工具鋼、超硬合金の表面に硬質被膜が
蒸着された工具の表面処理方法において、前記表面に部
分的に凹部を、単位面積当たり１０〜１００個、形成
し、且つ、前記凹部に潤滑性に富む物質を被覆及び／又
は塗布したことを特徴とする表面処理方法であり、深穴
加工用ドリルの刃溝の一部に凹部を単位面積当たり１０
〜１００個、設け、更には該ドリルの心厚は先端側から
基端側に向けて厚みが略一定の第一心厚部、第二心厚部
とを備え、該第１心厚部の心厚を該第二心厚部の心厚よ
り大しドリル直径の２％以上、厚くしたことを特徴とす
る深穴用ドリルである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速度工具鋼、超
硬合金等に硬質被膜を被覆してなる工具の表面処理方法
と、処理された表面を有する工具と、加工深さがドリル
直径の２０〜４０倍程度の深穴の加工用ドリルに関し、
詳細には、切屑排出作用を円滑にすることにより、ノン
ステップで加工できる深穴加工用ドリルに関する。

【０００２】

【従来の技術】深穴用ドリルには、高速度鋼、超硬合金
等に硬質被膜を被覆しているが、この硬質被膜は少なく
ともチタン、アルミニウム、クロム、バナジウム、金属
類と窒素、炭素、ホウ素のような非金属元素を含有す
る、窒化物、炭化物、炭窒化物およびホウ化物等から成
り、物理蒸着法により行わている。しかし、これらの表
面には、滑りを阻害する多様な要素が指摘されている。
先ず、使用初期、すなわち被覆した後では、表面全体と
して、硬質被膜に含まれる欠陥がある。この欠陥は、ド
ロップレットや基体自体の面の状況等が表面に露出した
ものであり、例えば、ラッピング、バニシングのような
処理である程度低減することができるが、完全に除去す
ることはできない。次に、定常域では、膜質そのものの
影響があり、高い耐摩耗性又は潤滑性を発揮する。例え
ば、特開２０００−３１７７０１号公報、特開２０００
−５２１１９号公報等には、前記ドロップレット等の個
数を単位面積当たりで規定した例がある。一般に用いら
れている直径の５倍〜８倍の深さを加工するドリルは、
溝形状を通常のコーンケープからパラボリックにした深
穴用ドリルが用いられ（例として、実公平３−３３３７
５号公報）、切屑の排出方向をリード方向に制御し、リ
ボン状切屑形状にする事で穴内壁とドリル溝との空間か
ら切屑を排出しやすくし、ドリル径の１０倍程度までノ
ンステップ加工できる深穴用ドリルが使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】また、深穴用ドリル等
のような刃溝中を切屑が擦過してゆく様な工具において
は、硬質被膜の表面には、特にバニシングにより、上記
ドロップレット等の欠陥部が接触し、上記欠陥が徐々に
除去されるため、使用初期と使用終期では著しい違いを
生ずる。使用初期は、被膜表面にドロップレット等を含
み、被膜表面に対し凸状のものが存在するが、使用終期
には、切屑の擦過等による摩耗により、凸状物は除去さ
れた状態となる。この結果、より平滑な表面性状とな
り、スムーズな切屑排出が行われる。上記のように、本
発明が解決しようとする課題は、ドリル直径の２０〜４
０倍程度の深穴をノンステップで加工できるツイストド
リルを検討したところ、切り屑排出、特に、切り屑排出
は、刃溝の中途で切り屑詰まりを起こし、一度切り屑が
滞留すると、そのまま留まってしまい、ステップ送り
等、別の工程を入れて、排出しなければならないという
課題があった。本発明の目的は、上述の被膜表面に凹部
を存在させ、更には、凹部に潤滑性に富む物質を加える
ことにより、平滑な表面性状とした高い信頼性のある硬
質被膜、更には深穴加工用ドリルを提供することであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願発明では、高速度工具鋼、超硬合金の表面に硬
質被膜が蒸着された工具の表面処理方法において、前記
表面に部分的に凹部を、単位面積当たり１０〜１００
個、形成し、且つ、前記凹部に潤滑性に富む物質を被覆
及び／又は塗布したことを特徴とする表面処理方法であ
り、深穴加工用ドリルの刃溝の一部に凹部を単位面積当
たり１０〜１００個、設け、更には該ドリルの心厚は先
端側から基端側に向けて厚みが略一定の第一心厚部、第
二心厚部とを備え、該第１心厚部の心厚を該第二心厚部
の心厚より大しドリル直径の２％以上、厚くしたことを
特徴とする深穴用ドリルである。

【０００５】

【発明の実施の形態】先ず、深穴加工時に切り屑詰まり
が発生するのは、刃溝の中途であり、本願発明では、ド
リル先端部から一定距離迄の心厚（以下、第一心厚部と
称する。）より、ドリル溝切り上り部を除く、ドリル溝
の後端側（以下、第二心厚部と称する。）の心厚を小さ
くした。この構成により、刃溝の容積を拡げ、溝を拡幅
することもてき、切り屑詰まりを起こしにくくなる。ド
リルによる穴加工では、先端切れ刃で切削された切屑
は、先端切れ刃より後方のドリル径の約０．５倍程度の
長さの位置でドリル溝と穴内壁により、曲げや圧縮作用
を受け、切屑の形状ならびに切屑体積がドリル溝と穴内
壁に収まる形に成形される。形成された切屑は、ドリル
の切削力により溝中に順次押し出されるが、ドリル溝と
穴内壁の摩擦抵抗により、切屑の押し出される力は減
じ、穴深さが深くなるに従って、やがては切屑を押し出
す力は失われ切削詰まりを起こす。この切屑詰まりを起
こす深さが深穴用ドリルではドリル径の８〜１０倍であ
る。この付近で、刃溝容積を拡大することにより、切屑
を押し出す力を阻害する摩耗抵抗をより減じる事で改善
が図られる。

【０００６】次に、硬質層はＴｉＮ、ＴｉＣＮ、（Ｔｉ
Ａｌ）Ｎ、（ＴｉＳｉ）Ｎ、（ＣｒＳｉ）Ｎ等の周知な
皮膜が、凹部は、コーティングパラメーターや逆スパッ
タ等により形成し、凹部を単位面積当たり１０〜１００
個、設ければ耐摩耗性被膜と切屑が接触する面積を減少
させ、切屑排出等をスムーズに行うことが出来る。更に
は、最表面に、潤滑材を設けても良い。潤滑剤としては
ＤＬＣ、ＣｒＮ、ＣｒＣＮや（ＴｉＡｌＣｒ）Ｎ、（Ｔ
ｉＣｒ）Ｎ層等の周知な皮膜を用いても良く、更には固
体潤滑材として用いられる白金族等の金属を用いても良
く、それらは、加工する被削材に応じて選択することが
出来る。潤滑性に富む被膜は、摩擦係数が小さく、切屑
の排出には十分であるが、刃先の耐摩耗性膜以上の期間
に亘って性能を維持しなければならず、切り屑の擦過に
も十分な耐摩耗性を備えるには、耐摩耗性膜と潤滑膜を
単位面積当たりで１０〜１００個、で設ければ耐摩耗性
と潤滑性を同時にもたせることができる。１０個未満で
は、凹部を設けた効果が無く、１００個を超えると、耐
摩耗性被膜の表面性状が劣化した状態となるため、１０
〜１００個の範囲とした。

【０００７】更に好ましくは、第二心厚部と第一心厚部
の差をドリル径の２％以上とすることによりこの作用を
確実なものとする。ドリルの第一心厚部と第二心厚部の
心厚の差がドリル径の２％以下では、切屑を押し出す際
のドリル溝と穴内壁の摩擦抵抗を減ずる事が出来ず、ド
リル径の１０〜１５倍程度の穴深さで切屑詰まりが発生
し、心厚の差が大きくなると、相対的に第二心厚部が薄
くなり、ドリルの剛性が不足し、加工時にドリルがたわ
んだり、柄部に与えられた回転トルクを切刃に充分に伝
達できず、ドリルに捩れが生ずる為、ドリル心厚の差を
２％以上とした。好ましくは２〜１５％程度である。ま
た、第一心厚部、第二心厚部の心厚を略一定とは、通常
のウェブテーパであっても、回転軸と略平行に設けても
良く、また、ドリル製作上の都合により発生する、１０
０ｍｍにつき±０．２ｍｍ程度の勾配なら、切屑の押し
出す力を大幅に減じたり、ドリル剛性を大きく損なう事
はない。

【０００８】更に、第一心厚部の長さは、ドリルリード
の１／２以下では、切刃で生成された切屑の方向を整え
る事が出来ず、起点の位置がドリルリードの５リード以
上では、ドリル溝と穴内壁による切屑擦過の摩擦が大き
く、切屑詰まりを解消できないため、第一心厚部の長さ
は、ドリルリードの１／２以上５以下の範囲とした。ま
た、心厚を変化させるに伴い、刃溝底部でのつなぎは、
段差を滑らかに継いだ階段状とすることにより、穴加工
時の応力等の集中による折損を防止する。また、刃溝の
形状も同様に、刃溝を拡幅できるが、切り屑形態は既に
第一心厚部で決まっており、切り屑排出性を考慮し、溝
形状を概相似形にする事で溝途中での切屑の方向が乱れ
る事を阻止している。以下、実施例に基づき本発明を具
体的に説明する。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明の実施例による深穴用ドリル
の正面図、図２は、一部断面図を示す。本発明例１の深
穴用ドリルは、高速度鋼（粉末ハイス）製、刃径６ｍ
ｍ、２枚刃、ねじれ角２は３８度で、第一心厚部の長さ
＝０．７５リード、ＴｉＡｌＮ＋ＣｒＮを被覆した。
尚、硬質被膜のＴｉＡｌＮは、蒸着処理によりその表面
は図３（３００倍）及び図４（１０００倍）に示すよう
に、単位面積当たり（５０μｍ×５０μｍ）の面積で２
０個設け、更に、ＣｒＮ膜をコーティングした。また、
先端刃のシンニング形状はＸ型とした。

【００１０】次に、本発明例１のドリルを用いて、図２
に示す一定の心厚を以外は同形状のドリルを従来例２と
して用い、切削試験を行った。尚、従来例２は通常のＴ
ｉＡｌＮ、ＣｒＮ被覆を行った。切削試験にあたって
は、被削材として、Ｓ５０Ｃを用い、穴加工深さ２０Ｄ
（１２０ｍｍ）とし、切削油剤は水溶性のエマルジョン
タイプを用い、切削速度１５ｍ／ｍｉｎ、送り量０．０
８ｍｍ／ｒｅｖで行い、穴加工中の切削の状態を観察し
つつ、切り屑詰まりの状態を観察した。切れ刃のチッピ
ング状態、摩耗量・摩耗状態を一定数ごとに確認し、穴
あけを継続した。

【００１１】切削試験の結果、本発明例１は、１穴目、
ステップ無しにて２０Ｄ迄加工でき、更に１０穴目まで
継続した。１０穴中、振動等に異常が見られ、ステップ
送りを行った穴数は０で、１０例ＳＭステップ無しで穴
加工を行うことができた。形成された切り屑は図５に示
すようにリボン状であり、滞ることなく切り屑排出を行
うことができ、加工に要した時間は、２０分であった。
従来例２も同様に試験を行い、１０穴加工行い、ステッ
プ無しにて加工できた穴は０、切り屑詰まりによる振動
等が観察されるたびにステップ送りを行って、加工を続
けた状態であった。形成された切り屑は図６に示すよう
に破断された形であり、深穴加工では滞りやすく、ステ
ップ送りにより排除する必要があり、そのため、加工に
要した時間が３５分となった。両者とも正常な摩耗でス
テップ送りの有無により、加工に要する時間を２／３程
度に短縮することができた。

【００１２】次に、本発明例１、従来例２のドリルを用
いて、潤滑性膜として周知な２硫化モリブデン０．３ミ
クロンを被覆し、本発明例３、比較例４を製作し、同様
に切削試験を行った。その結果、１０穴目迄で、ステッ
プ送りを要したのは、本発明例３は０、比較例４は２、
であり、加工に要した時間も、本発明例２０分、比較例
２３分であった。更に、試験を継続して、５０穴迄加工
した。本発明例３は、５０穴までに、１穴でステップ送
りを要し、加工に要した時間は８５分であったが、比較
例４では、穴加工数が増加するに従い切り屑詰まりが発
生しやすくなり、４０穴以降ではほとんどがステップ送
りとなってしまった。このため、加工に要した時間は１
６４分と能率の悪い加工となった。ロングドリルにおい
ては、刃先が摩耗しても、再研磨して用いるため、切り
屑等の擦過により長期にわたり潤滑性に優れる皮膜は、
より高能率な深穴加工を行うことができた。また、上述
の実施例においては高速度鋼を用いて説明したが、これ
に限定されることなく、超硬ソリッドタイプやスローア
ウェイタイプのドリルや他の工具にも、同様に本発明を
適用できる。

【００１３】

【発明の効果】上記のように、本発明に係る深穴用ドリ
ルを用いることにより、切り屑詰まりが減少し、ステッ
プ送りの回数を減少させることができ、深穴加工の能率
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明例のドリルの正面図を示す。

【図２】図２は、図１の心厚構成を示す。

【図３】図３は、本発明例の表面性状を示す。

【図４】図４は、図３の要部拡大図を示す。

【図５】図５は、本発明例の切屑形態を示す。

【図６】図６は、比較例の切屑形態を示す。

【符号の説明】

１ 第一心厚部の長さ ２ 第二心厚部の長さ ３ 凹部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速度工具鋼、超硬合金の表面に硬質被
   膜が蒸着された工具の表面処理方法において、前記表面
   に部分的に凹部を、単位面積当たり１０〜１００個、形
   成し、且つ、前記凹部に潤滑性に富む物質を被覆及び／
   又は塗布したことを特徴とする表面処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の表面処理方法を用いて、
   深穴加工用ドリルの刃溝の一部に凹部を単位面積当たり
   １０〜１００個、設けたことを特徴とする深穴加工用ド
   リル。
3. 【請求項３】 請求項２記載の深穴加工用ドリルにおい
   て、該ドリルの心厚は先端側から基端側に向けて厚みが
   略一定の第一心厚部、第二心厚部とを備え、該第１心厚
   部の心厚を該第二心厚部の心厚より大としたことを特徴
   とする深穴用ドリル。
4. 【請求項４】 請求項３記載の深穴加工用ドリルにおい
   て、該第一心厚部の心厚は該第二心厚部の心厚よりドリ
   ル直径の２％以上、厚くしたことを特徴とする深穴用ド
   リル。