JP4689983B2 - 長穴加工用ドリルヘッドに使用するのに適した支持パッド、これを製造する方法、及び長穴ドリル加工用ドリルヘッド - Google Patents

Description

本発明は、特にＳＴＳ（シングルチューブシステム）の特性並びにＥｊｅｃｔｏｒ（登録商標）システムをベースにしたドリル工具の特性を改善させる金属加工のための長穴加工用ドリルのための支持パッドに関する。また、本発明は、支持パッドを備えた工具ヘッド、並びに、かかる支持パッドを製造する方法に関する。

金属のドリル加工は、大別して、長穴ドリル加工（深穴ドリル加工）と短穴ドリル加工（浅穴ドリル加工）の二つのタイプに分けられる。短穴ドリル加工とは、一般に、ドリル径の３〜５倍の深さまでのドリル加工を意味する。

短穴ドリル加工では、硬い超硬合金又は硬い工具鋼又は超硬合金インサートを備えた工具鋼から形成される単純な螺旋ドリルの使用を可能とさせるのに、大きな要求があるわけではない。

しかしながら、長穴ドリル加工は、良好な切屑形成、潤滑、冷却、切屑移送について大きな要求を課す。これは、ドリルロッドに締結され且つ上述の要求を満たす特別な設計のドリルヘッドを備え且つ特別に開発されたドリル加工システムにより達成される。ドリルヘッドは、硬い超硬合金とすることも可能であるが、一般には、互いと共に必要な切刃を形成するように配置された複数の超硬合金製の切削インサートを備えた工具鋼である。ドリルヘッドの中心には、一般に、丈夫な等級のインサートが使用され、外周には、より耐摩耗性に優れたインサートが使用される。切削インサートは、ろう付けされるか若しくは機械的に締め付けられる。一般に、切削インサートは、小径ドリルに対してはろう付けされ、大径ドリルに対しては機械的に留められる。さらに、ドリルヘッドは支持パッドを備えている。

切削インサート及び支持パッドは、ＷＣ（炭化タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、及び立方晶炭化物であるＴｉＣ（炭化チタン）、ＴａＣ（炭化タンタル）、ＮｂＣ（炭化ニオブ）といった様々な含有物を用途に応じて有した超硬合金から形成されている。切削インサート並びに支持パッドは、さらに、単層又は多層の耐摩耗性層で被覆されている。一般に、支持パッドは、ＴｉＮ（窒化チタン）の黄色の層で被覆されている。上述したようなインサート及び支持パッドの幾何学的形態を有した長穴加工用ドリルヘッドは、特許文献１に開示されている。

米国特許第６，６８２，２７５号明細書

本発明の主たる目的は、特にチタン系のワーク（すなわち、チタンを用いて作られたワーク）にドリル加工を行うときに、有効寿命及び強度を実質的に増加させる支持パッド及びかかる支持パッドと組み合わせた長穴加工用ドリルヘッドを提供することにある。

本発明の第２の目的は、耐熱材料、チタン系材料及び鋳鉄の加工特性、並びに、ニッケル系合金の加工特性を改善させる改良型の支持ヘッド及び長穴加工用ドリルヘッドを提供することにある。

本発明の目的は、長穴加工用ドリルヘッドで使用するのに適するように構成された支持パッドによって実現される。支持パッドは、底部の支持表面と、頂部の摩耗表面と、支持表面と摩耗表面との間に設けられた周囲表面とを備える。支持表面及び周囲表面とは、耐摩耗性を有したチタン含有の被覆によって形成される。摩耗表面は、耐摩耗性を有したチタン非含有の被覆によって形成される。

本発明の他の態様は、長穴加工用ドリルヘッドのための支持パッドを製造する方法に関する。支持パッドは、底部の支持表面と、頂部の摩耗表面と、摩耗表面と支持表面との間に設けられた周囲表面とを備える。この方法は、
Ａ）基材の周り全体に、耐摩耗性を有するチタン非含有の被覆を付与するステップと、
Ｂ）前記チタン非含有の被覆の周り全体に、チタン含有の被覆を付与するステップと、
Ｃ）前記チタン含有の被覆の頂部を除去し、前記底部の支持表面及び前記周囲表面が前記チタン含有の被覆によって形成されると共に、前記頂部の支持表面が前記チタン非含有の被覆によって形成されるようにするステップと、を含む。

本発明の別の態様は、上述したタイプの支持パッドを少なくとも一つ有した長穴加工用ドリルヘッドに関する。

以下は、添付図面を参照して説明される本発明の実施形態である。
本発明は、図１に示されている長穴加工用ドリル１に関する。本発明による長穴加工用ドリルは、ドリルヘッド本体と、これと一体的に形成された接続部３とを備え、接続部３は従来型の雄ネジ部を備えている。接続部３は、通常、雄ネジ部を介して、ドリルチューブ（図示せず）に接続され、さらにドリルチューブは、適宜の支持装置によって担持されている。ドリルヘッド１は、通常のように、切削インサート７を具備している。

ドリルヘッド本体１には、複数のポケット（すなわち、窪み部）がさらに設けられており、これらポケット内に、それぞれ、支持パッド９、１０が取り付けられる。示されている実施形態では、支持パッド９、１０は、割り出し可能な切削インサートと原理的に類似の相互に交換可能なユニットからなる。すなわち、支持パッド９、１０を１８０°回転させることによって、支持パッド９、１０は何れのポケットにおいても使用することができる。支持パッド９、１０は、接続部３側に向いた端部に、面取面（面取された面）１１、１２を備えている。その点に関し、面取面１１、１２とドリルヘッド１のうち該面取面１１、１２が当接する部分とに面位置の差が生まれないように面取面１１、１２とドリルヘッド本体１との当接が行われるように面取面１１、１２が形成されている。

本発明による長穴加工用ドリルのドリルヘッド本体１には、さらに、第１の外部冷却溝１３と、第２の外部冷却溝１４とが設けられている。これら溝は、潤滑と冷却の両方を改善させる。第１の外部冷却溝１３及び第２の外部冷却溝１４は、ドリルの軸線方向に延びており、好ましくは、長穴加工用ドリルの軸線方向と平行になっている。示されている実施形態では、第１の外部冷却溝１３及び第２の外部冷却溝１４は、ドリルヘッド本体１に凹状窪みとして形成されており、断面で見たときに、所定の曲率半径の滑らかな丸い底面を有している。

ドリルヘッド本体１には、通常のように、内部中央通路１６が設けられており、この内部中央通路１６を通して、生成された切屑の大部分が排出される。

図４を参照すると、基本本体２０を構成する基体のまわり全体にアンダーコート（下塗り部）２８を付与することによって、好ましい支持パッドが製造される。基本本体２０は、ＷＣ（炭化タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、立方晶炭化物であるＴｉＣ（炭化チタン）、ＴａＣ（炭化タンタル）、ＮｂＣ（炭化ニオブ）のうちから選択された含有物を用途に応じて有した超硬合金からなる。アンダーコート２８は、厚さ２〜４μｍのＴｉＣ又はＴｉＣＮ（炭窒化チタン）のチタン含有の被覆である。基本本体２０及びアンダーコート２８から構成される基体の周り全体に、厚さ２〜５μｍ、最も好ましくは厚さ３〜５μｍのＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）のチタン非含有の被覆３０が付与される。次に、基本本体２０及び被覆２８、３０から構成される基体の周り全体に、厚さ０．５〜２μｍのＴｉＮ（窒化チタン）のチタン含有の被覆３２が付与される。被覆は、従来のＣＶＤ（化学蒸着法）又はＰＶＤ（物理的気相成長法）によって容着又は蒸着される。図４に示されている支持パッドは、これまで商業的に作成、使用されてきたものである。

しかしながら、図４に示されている部材は、パッド製造方法における中間要素９ａを構成している。すなわち、本発明によれば、チタン含有の被覆３２の頂部が、例えばブラスト法又は機械加工によって、除去され、それによって、図５に示されているように、チタン非含有の被覆３０の頂部を露出させる。したがって、支持パッドの頂部の摩耗表面３４は、チタン非含有の被覆２４によって形成されていると共に、図面では誇張して示されているチタン含有の被覆３２の非常に薄い部分３２ａによって周囲を取り囲まれている。

このようなパッド構造体は、任意の材料に長穴をドリル加工するためにドリル上で使用され得るが、パッド寿命の改善は、特にチタン系ワークを機械加工するときに生じる。すなわち、摩耗表面から、すなわちワークと接触する表面から、チタン含有の被覆を除去することによって、支持パッドの支持表面がワークのチタンによって悪影響を受ける危険性なしに、チタン系ワークに長穴をドリル加工することができる。すなわち、チタンは、その性質上、チタンと結合する傾向を有している。よって、長穴のドリル加工の際に、支持パッドがチタン含有の被覆を有しているドリルを利用することは、摩耗表面のチタンをワークのチタンと結合させる結果を生じさせる。このような「化学的」摩耗は、通常の摩損に加えて、支持パッドの寿命をさらに短くする。

よって、本発明は、チタン含有の被覆の頂部を除去するステップを付加することを除いて図４の中間パッドの作成に関して記載された従来の何度も試して培われた製造工程を変更する必要なしに、より長い寿命の支持パッドを提供する。

また、摩耗表面におけるＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）被覆３０の色は支持パッドの底面３０及び周囲面４２の色と異なるので、本発明に従って作成された支持パッドであること並びにドリル上でのその適正な向きを使用者が識別することは容易である。

ニッケル系合金タイプのＩＮＣＯ７１８から作成された複雑な構成要素の機械加工では、従来のＴＢＴ中ぐり盤を用いて長穴ドリル加工が行われていた。使用される一つの長穴加工用ドリルヘッドは、支持パッドの周り全体にＴｉＮの外側被覆を有した従来の支持パッドを備えるものであった。このようなドリルの場合、ドリル加工は、８０ＲＰＭの回転、１５Ｍ／分の移動、２０ｍｍ／分の送りで行われる。このような機械では、支持パッドを交換しなければならなくなる前に、一つの構成要素を満足いくように製造することができた。対照的に、本発明による耐摩耗性被覆を備えた同じタイプの長穴加工用ドリルヘッドが使用されるときには、支持パッドを交換することが必要になるまでに、ＩＮＣＯ７１８合金からなる複雑な形状のこのような構成要素を二つ製造することができた。

本発明による支持パッドを有した従来の長穴加工用ドリルの正面図を示している。 図１の長穴加工用ドリルを斜め下方から見た斜視図を示している。 本発明による支持パッドの斜視図を示している。 従来技術の支持パッドの断面を示している。 本発明による支持パッドを示している図４に類似の図である。

符号の説明

１ 長穴加工用ドリル
９ 支持パッド
１０ 支持パッド
２０ 基本本体
２８ アンダーコート
３０ チタンを含まない被覆
３２ チタンを含有する被覆
３４ 摩耗表面

Claims (14)

1. 底部の支持表面と、頂部の摩耗表面と、該支持表面と該摩耗表面との間に設けられた周囲表面とを備え、前記支持表面及び前記周囲表面が、耐摩耗性を有したチタン含有の被覆によって形成されていると共に、前記摩耗表面が耐摩耗性を有したチタン非含有の被覆によって形成されていることを特徴とする、長穴加工用ドリルヘッドに使用するのに適した支持パッド。
2. 前記支持パッドは、アンダーコートによって全体を取り囲まれた超硬合金製基本本体をさらに備え、チタン非含有の被覆が前記アンダーコートを完全に取り囲んでいる、請求項１に記載の支持パッド。
3. 前記アンダーコートはチタンを含んでいる、請求項２に記載の支持パッド。
4. 前記チタン含有の被覆は、前記チタン非含有の被覆と異なる色を有している、請求項１に記載の支持パッド。
5. 前記チタン非含有の被覆はＡｌ₂Ｏ₃を含んでいる、請求項４に記載の支持パッド。
6. 前記チタン非含有の被覆の厚さは２μｍ〜５μｍである、請求項５に記載の支持パッド。
7. 前記チタン含有の被覆はＴｉＮを含んでいる、請求項６に記載の支持パッド。
8. 前記チタン含有の被覆の厚さは０．５μｍ〜２μｍである、請求項７に記載の支持パッド。
9. 前記チタン含有の被覆はＴｉＮを含んでいる、請求項４に記載の支持パッド。
10. 前記支持パッドは、１８０°回転させられると割り出し可能となるように構成されている、請求項１に記載の支持パッド。
11. 長穴加工用ドリルヘッドのための支持パッドを製造する方法であって、該支持パッドが、底部の支持表面と、頂部の摩耗表面と、該摩耗表面と該支持表面との間に設けられた周囲表面とを備え、該方法は、
    Ａ）基材の周り全体に、耐摩耗性を有したチタン非含有の被覆を付与するステップと、
    Ｂ）前記チタン非含有の被覆の周り全体に、耐摩耗性を有したチタン含有の被覆を付与するステップと、
    Ｃ）前記チタン含有の被覆の頂部を除去し、前記底部の支持表面と前記周囲表面とが、前記チタン含有の被覆によって形成されると共に、前記頂部の摩耗表面が、前記チタン非含有の被覆によって形成されるようにするステップと、
    を含むことを特徴とする、長穴加工用ドリルヘッドのための支持パッドを製造する方法。
12. 前記ステップＡは、チタン含有の被覆で全体を覆われた超硬合金基本本体によって構成される基体の周りに、チタン非含有の被覆を付与するステップからなる、請求項１１に記載の長穴加工用ドリルヘッドのための支持パッドを製造する方法。
13. 前記チタン非含有の被覆の色は前記チタン含有の被覆の色と異なる、請求項１２に記載の長穴加工用ドリルヘッドのための支持パッドを製造する方法。
14. ドリルヘッド本体と、
    前記ドリルヘッド本体に取り付けられる切削インサートと、
    前記ドリルヘッド本体の外周に取り付けられる少なくとも一つの支持パッドと、
    を備え、該支持パッドが、底部の支持表面と、頂部の摩耗表面と、該支持表面と該摩耗表面との間に設けられた周囲表面とを備え、前記支持表面及び前記周囲表面が耐摩耗性を有したチタン含有の被覆によって形成されていると共に、前記摩耗表面が耐摩耗性を有したチタン非含有の被覆によって形成されていることを特徴とする、長穴ドリル加工用ドリルヘッド。

Images