JP5165484B2 - ドリルヘッドの製作方法及びドリルヘッド - Google Patents
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Description
本発明は、金属被削材の孔明け加工に使用するドリルヘッドを製作する方法に関する。本発明はさらに、この方法によって製作されるドリルヘッドに関する。
従来、ドリルヘッドを製作するには、先ず、ヘッド本体の先端側所要部に切削用チップ及びガイドパッドを銀鑞によって鑞付けし、その後、鑞付けした切削用チップ及びガイドパッドの、ヘッド本体の回転軸心を中心とする外径部を研磨加工することにより、外径部の部分的な出っ張り等を除去して、ドリルヘッドの外径を調整し、そして最後に切削用チップ、ガイドパッド及びヘッド本体の全体をコーティングするようになっている。
上記コーティングは、炭化チタンや窒化チタン等の硬質材料を用いてチップ、ガイドパッド及びヘッド本体の表面に厚さ３〜１６μｍの被膜を単層又は複層に形成するもので、その目的は、工具寿命、特にチップの寿命を延ばすためである。このコーティングには、ＣＶＤコーティングとＰＶＤコーティングの２種類がある。
ＣＶＤコーティングは、９００〜１１００℃の高温下でガスの化学反応により硬質材料を母材の表面に蒸着させる化学的気相蒸着法で、母材との密着強度が非常に高く、コーティング層は、超硬合金よりも優れた耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性、耐化学反応をもつために、ＣＶＤコーティングを施した工具はその寿命が長く、さらに高速切削に適している。一方、ＰＶＤコーティングは、電気エネルギーを利用し、３００〜８００℃という比較的低温下で蒸着物質をイオン化して反応させ蒸着させる物理的気相蒸着法で、被膜と母材との密着性はＣＶＤ法より劣るが、ＣＶＤ法では困難とされている鋭角部へのコーティングが可能で、チップの刃先部へのコーティングに適している。
ところで、従来のドリルヘッド製作において、工程の最後に行われるコーティングは、いわゆる低温コーティングであるＰＶＤコーティングである。即ち、従来のコーティングは、ヘッド本体に切削用チップ及びガイドパッドを銀鑞で鑞付けし、この鑞付けしたチップ及びガイドパッドの外径部分を研磨加工した後のコーティングであって、鑞付け温度が４００〜８００℃であることから、この鑞付け温度より高い温度でコーティングすると、鑞付け部分が動いたり、外れたりするため、鑞付け温度よりも低い温度で処理されるＰＶＤコーティングを適用しているわけである。
本発明は、上記のように従来ではＰＶＤコーティングしか適用できなかったドリルヘッド製作にあたって、ＣＶＤコーティングをも適用することにより、このＣＶＤ法の有する特徴を有効に活用することができ、それによってチップ寿命が一層長くなり、さらに高速切削に適したドリルヘッドを製作することができるドリルヘッドの製作方法を提供することを目的とする。さらに本発明の目的は、この方法によって製作されるドリルヘッドを提供することである。
上記課題を解決するための手段を、後述する図１に示す実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明のドリルヘッドの製作方法は、硬質材料によってＣＶＤコーティングした切削用チップ２をヘッド本体１の先端側所要部に鑞付けし、この鑞付けしたチップ２の、ヘッド本体１の回転軸心Ｇを中心とする外径部ＯＤを研磨加工し、その後に切削用チップ２及びヘッド本体１を硬質材料によって鑞付け温度よりも低温でＰＶＤコーティングするようにしたことを特徴とする。
請求項２は、請求項１に記載のドリルヘッドの製作方法において、ＣＶＤ及びＰＶＤの各コーティングに使用する硬質材料が、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及び又はアルミナであることを特徴とする。
請求項３に係る発明のドリルヘッドは、硬質材料で予めＣＶＤコーティングした切削用チップ２をヘッド本体１の先端側所要部に鑞付けし、この鑞付けしたチップ２の、ヘッド本体１の回転軸心Ｇを中心とする外径部ＯＤを研磨加工し、その後に切削用チップ２及びヘッド本体１を硬質材料でＰＶＤコーティングすることによって形成されたことを特徴とする。
請求項４は、請求項３に記載のドリルヘッドにおいて、ＣＶＤ及びＰＶＤの各コーティングに使用する硬質材料が、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及び又はアルミナであることを特徴とする。
上記解決手段による発明の効果を図１に示す実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明のドリルヘッドの製作方法は、先に、例えば約１０００℃の高温下でＣＶＤコーティングした切削用チップ２をヘッド本体１の先端側所要部に例えば約６００℃で鑞付けし、この鑞付けしたチップ２の、ヘッド本体１の回転軸心Ｇを中心とする外径部ＯＤを研磨加工した後に、切削用チップ２及びヘッド本体１を、鑞付け温度より低温、例えば約５００℃でＰＶＤコーティングする方法であって、ＣＶＤコーティングによって切削用チップ２の表面に形成されたＣＶＤコーティング層は、外径部ＯＤの研摩加工によって外周側刃先部２ｂのところが削り取られても、この外径部ＯＤ以外の部分、特に先端側刃先部２ａにはそのまま残っているので、この先端側刃先部２ａはＣＶＤコーティング層の特性を発揮することができる。即ち、ＣＶＤコーティング層の特性は、母材との密着強度が非常に高く、ＣＶＤコーティング層は、超硬合金よりも優れた耐摩耗性、耐熱性を有することであるから、切削用チップ２の先端側刃先部２ａに形成されたＣＶＤコーティング層によって、この刃先部２ａの耐摩耗性及び耐熱性が格段に向上し、切削用チップ２の使用寿命が長くなり、特に高速切削に好適なものとなる。
また、ヘッド本体１の回転軸心Ｇを中心とする切削用チップ２の外径部ＯＤの外周側刃先部２ｂに形成されたＣＶＤコーティング層が外径部ＯＤの研摩によって無くなっても、研摩加工後のＰＶＤコーティングによって、この外周側刃先部２ｂにＰＶＤコーティング層が形成されるから、この外周側刃先部２ｂの耐摩耗性及び耐熱性も確保されて、その使用寿命が延び、従って切削用チップ２の寿命を長く延ばすことができる。そして、ＰＶＤコーティング処理温度は鑞付け温度よりも低いから、鑞付け後のＰＶＤコーティング処理により、鑞付け部分が溶けて動いたり、外れたりすることがない。また、ＰＶＤコーティングによって、ＣＶＤコーティングでは比較的困難とされている鋭角部へのコーティングが可能となるから、刃先部２ａ，２ｂの刃先縁なども十分にコーティングすることができる。
請求項２に記載のように、請求項１に記載の方法において、ＣＶＤ及びＰＶＤの各コーティングに使用する硬質材料は、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及び又はアルミナとされる。
請求項３に係る発明のドリルヘッドは、請求項１に記載の方法によって形成されたもので、先にＣＶＤコーティングした切削用チップ２をヘッド本体１の先端側所要部に鑞付けし、この鑞付けしたチップ３の、ヘッド本体１の回転軸心Ｇを中心とする外径部ＯＤを研磨加工した後、切削用チップ２及びヘッド本体１を鑞付け温度より低温でＰＶＤコーティングすることによって形成されるから、切削用チップ２の使用寿命が長くなり、特に高速切削に好適なものとなる。
請求項４に記載のように、請求項３に記載の方法において、ＣＶＤ及びＰＶＤの各コーティングに使用する硬質材料は、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及び又はアルミナとされる。
本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１の(a) は本発明に係る方法によって製作されたドリルヘッドを示す正面図、(b) は平面図である。このドリルヘッドＡは、略円筒形状のヘッド本体１を有し、ヘッド本体１の先端面１ａにはその回転軸心Ｇから半径方向に１枚の切削用チップ２が鑞付けされている。この切削用チップ２は、先端部と外周側部に刃先部２ａ，２ｂを有する。また、ヘッド本体１の側面所要部にはガイドパッド６，６が切削用チップ２と同じく鑞付けされている。図１において、７はヘッド本体１の中空部１ｂに通じる切屑排出口である。
次に、このドリルヘッドＡの製作方法について説明する。
先ず、切削用チップ２を硬質材料でＣＶＤコーティングする。そして、このＣＶＤコーティングした切削用チップ２をヘッド本体１の先端側所要部に銀鑞によって鑞付けする。またガイドパッド６をヘッド本体１の側面所要部に銀鑞によって鑞付けする。それから、この鑞付けした切削用チップ２及びガイドパッド６の、ヘッド本体１の回転軸心Ｇを中心とする外径部ＯＤを研磨加工し、それによって切削用チップ２及びガイドパッド６を含むドリルヘッドＡの外径を調整する。その後、切削用チップ２、ガイドパッド６及びヘッド本体１の全部を硬質材料によって鑞付け温度より低い温度でＰＶＤコーティングする。
この製作方法において、切削用チップ２には超硬合金を使用し、このチップ３のＣＶＤコーティングには、硬質材料として、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及び又はアルミナを使用する。しかして、切削用チップ２の表面に、例えば約１０００℃の高温下での化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及び又はアルミナの被膜、即ちＣＶＤコーティング層を、膜厚が例えば６〜８μｍ程度で、単層（又は複層）に形成する。このＣＶＤコーティング層は、超硬合金よりも優れた耐磨耗性、耐熱性、耐酸化性、耐化学反応性を有する。
この場合、単層のＣＶＤコーティング層は、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン又はアルミナの何れか所望の一つの層からなるものとし、複層のＣＶＤコーティング層は、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及びアルミナのうちの何れか複数の層又はその全部の層からなるものとする。
ヘッド本体１に対する切削用チップ２及びガイドパッド６の鑞付けの温度は、例えば約６００℃とする。
また、ヘッド本体１の回転軸心Ｇを中心とするの切削用チップ２及びガイドパッド６の外径部ＯＤの研磨量は、ＣＶＤコーティング層の膜厚より少ない場合もあるし、それより多い場合もあり、従って研磨量が膜厚より少ない場合は、ＣＶＤコーティング層が残っており、研摩量が膜厚を越えると、ＣＶＤコーティング層は除去され、残存しなくなる。
また、外径部ＯＤの研磨加工後に行うＰＶＤコーティングでは、硬質材料として、ＣＶＤコーティングと同じく、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及び又はアルミナを使用する。しかして、研磨加工した切削用チップ２、ガイドパッド６及びヘッド本体１の表面に、前記切削用チップ２及びガイドパッド６の鑞付け温度の約６００℃より低い、例えば約５００℃での物理的蒸着（ＰＶＤ）法によって、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及び又はアルミナの被膜、即ちＰＶＤコーティング層を、膜厚が例えば３〜５μｍ程度で、単層（又は多層）に形成する。ＰＶＤコーティングは、ＣＶＤ法では困難とされている鋭角部へのコーティングが可能で、チップの刃先部へのコーティングに適しているから、切削用チップ２の刃先部２ａ，２ｂの鋭角部分にも的確にコーティング層が形成される。
この場合、単層のＰＶＤコーティング層は、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン又はアルミナの何れか所望の一つの層からなるものとし、複層のＰＶＤコーティング層は、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及びアルミナのうちの何れか複数の層又はその全部の層からなるものとする。
上記のようなドリルヘッドＡの製作方法によれば、硬質材料により例えば約１０００℃の高温下でＣＶＤコーティングした切削用チップ２を、ヘッド本体１の先端側所要部に例えば約６００℃で鑞付けし、この鑞付けしたチップ３の、ヘッド本体１の回転軸心Ｇを中心とする外径部ＯＤを研磨加工し、その後に切削用チップ２、ガイドパッド６及びヘッド本体１を硬質材料によって鑞付け温度より低温、例えば約５００℃でＰＶＤコーティングする方法であるから、ＣＶＤコーティングによって切削用チップ２の表面に形成されたＣＶＤコーティング層は、ＣＶＤコーティングによって切削用チップ２の表面に形成されたＣＶＤコーティング層は、外径部ＯＤの研摩加工によって外周側刃先部２ｂのところが削り取られても、この外径部ＯＤ以外の部分、特に先端側刃先部２ａにはそのまま残っているので、この先端側刃先部２ａはＣＶＤコーティング層の特性を発揮することができる。即ち、ＣＶＤコーティング層の特性は、母材との密着強度が非常に高く、ＣＶＤコーティング層は、超硬合金よりも優れた耐摩耗性、耐熱性を有することであるから、切削用チップ２の先端側刃先部２ａに形成されたＣＶＤコーティング層によって、先端側刃先部２ａにおける逃げ面１１及び掬い面１２の耐摩耗性、耐熱性が格段に向上して、切削用チップ２の使用寿命が長くなり、特に高速切削に好適となる。
また、ヘッド本体１の回転軸心Ｇを中心とする切削用チップ２の外径部ＯＤの外周側刃先部２ｂに形成されたＣＶＤコーティング層が外径部ＯＤの研摩によって無くなっても、研摩加工後のＰＶＤコーティングによって、この外周側刃先部２ｂにＰＶＤコーティング層が形成されるから、この外周側刃先部２ｂの耐摩耗性及び耐熱性も確保されて、その使用寿命が延び、従って切削用チップ２の寿命を長く延ばすことができる。そして、ＰＶＤコーティング処理温度は鑞付け温度よりも低いから、鑞付け後のＰＶＤコーティング処理により、鑞付け部分が溶けて動いたり、外れたりすることがない。また、ＰＶＤコーティングによって、ＣＶＤコーティングでは比較的困難とされている鋭角部へのコーティングが可能となるから、先端側刃先部２ａの刃先縁及び外周側刃先部２ｂの刃先縁も十分にコーティングすることができる。
図２の(a) は本発明に係る方法により製作された他のドリルヘッドを示す正面図、(b) は平面図である。このドリルヘッドＢは、略円筒形状のヘッド本体１を有し、ヘッド本体１の先端面１ａには中空部１ｂに通じる大小の切屑排出口７，８が相互に直径方向に対向して形成され、大きい切屑排出口７のヘッド本体半径方向に沿う開口側縁に中央側切削用チップ３及び周辺側切削用チップ４が、また小さい切屑排出口８のヘッド本体半径方向に沿う開口側縁に中間側切削用チップ５が夫々鑞付けされている。また、ヘッド本体１の側面所要部にはガイドパッド６，６が鑞付けされている。
このドリルヘッドＢの製作方法を簡単に説明すれば、先ず、中央側、周辺側及び中間側の切削用チップ３，４，５を硬質材料でＣＶＤコーティングする。そして、これらＣＶＤコーティングした切削用チップ３，４，５をヘッド本体１の先端側所要部に銀鑞によって鑞付けする。またガイドパッド６をヘッド本体１の側面所要部に銀鑞により鑞付けする。それから、この鑞付けした周辺側切削用チップ４及びガイドパッド６の、ヘッド本体１の回転軸心Ｇを中心とする外径部ＯＤを研磨加工して、周辺側切削用チップ４及びガイドパッド６を含むドリルヘッドＢの外径を調整する。その後、中央側、周辺側及び中間側の切削用チップ３，４，５、ガイドパッド６及びヘッド本体１の全体を硬質材料によって鑞付け温度よりも低い温度でＰＶＤコーティングする。この場合、ＣＶＤコーティング温度は約１０００℃、鑞付け温度は約６００℃、ＰＶＤコーティングは約５００℃で、ドリルヘッドＡの場合と同じとする。
このドリルヘッドＢの製作方法において、切削用チップ３〜５には超硬合金を使用し、これらのチップ３〜５のＣＶＤコーティング及びＰＶＤコーティングには、硬質材料として、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及び又はアルミナを使用するのは、ドリルヘッドＡの場合と同じである。
上記したドリルヘッドＢの製作方法は、ＣＶＤコーティングした中央側、周辺側及び中間側の３つの切削用チップ３，４，５をヘッド本体１の先端側所要部に鑞付けし、ヘッド本体１の回転軸心Ｇを中心とする周辺側切削用チップ３及びガイドパッド６の外径部ＯＤを研磨加工し、その後に切削用チップ３，４，５、ガイドパッド６及びヘッド本体１を鑞付け温度よりも低い温度でＰＶＤコーティングする方法であって、ＣＶＤコーティングによって周辺側、中央側及び中間側の３つの切削用チップ３，４，５の夫々表面にＣＶＤコーティング層が形成され、しかして中央側及び中間側の２つの切削用チップ３，５のＣＶＤコーティング層はそのまま残り、周辺側切削用チップ４では、その外径部ＯＤの研摩加工により、外周側刃先部４ｂのＣＶＤコーティング層は削り取られて無くなっても、その外径部ＯＤ以外の部分、特に先端側刃先部４ａにはＣＶＤコーティング層が残存しているから、ＣＶＤコーティング層の特性を発揮でき、従ってこの先端側刃先部４ａでは掬い面の耐摩耗性、耐熱性が格段に向上し、切削用チップ４の使用寿命が長くなる。また中央側及び中間側の切削用チップ３，５は夫々全部がＣＶＤコーティング層の特性を十分に発揮でき、これら切削用チップ３，４，５は使用寿命がより長くなる。従って、ドリルヘッドＢ自体の使用寿命が延びると共に、高速切削に最適なドリルヘッドとなる。
またＣＶＤコーティング層がヘッド本体１の回転軸心Ｇを中心とする周辺側切削用チップ３の外径部ＯＤの外周側刃先部３ｂに残存していない場合も、研摩加工後のＰＶＤコーティングによって、この外周側刃先部２ｂにもＰＶＤコーティング層が形成されるから、この外周側刃先部２ｂの使用寿命を延ばし、周辺側切削用チップ３の寿命を長く延ばすことができる。また、ガイドパッド６もＰＶＤコーティングされて、ＰＶＤコーティング層が形成されるから、その外周面部の耐摩耗性、耐熱性が向上し、使用寿命を延ばすことができる。
Ａ，Ｂ ドリルヘッド
１ ヘッド本体
２，３，４，５ 切削用チップ
６ ガイドパッド
ＯＤ 外径部
Ｇ ヘッド本体の回転軸心
１ ヘッド本体
２，３，４，５ 切削用チップ
６ ガイドパッド
ＯＤ 外径部
Ｇ ヘッド本体の回転軸心
Claims (4)
- 硬質材料によってＣＶＤコーティングした切削用チップをヘッド本体の先端側所要部に鑞付けし、この鑞付けしたチップの、ヘッド本体の回転軸心を中心とする外径部を研磨加工し、その後に切削用チップ及びヘッド本体を硬質材料によって鑞付け温度よりも低温でＰＶＤコーティングするようにしたドリルヘッドの製作方法。
- ＣＶＤ及びＰＶＤの各コーティングに使用する硬質材料が、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及び又はアルミナである請求項１に記載のドリルヘッドの製作方法。
- 硬質材料によってＣＶＤコーティングした切削用チップをヘッド本体の先端側所要部に鑞付けし、この鑞付けしたチップの、ヘッド本体の回転軸心を中心とする外径部を研磨加工し、その後に切削用チップ及びヘッド本体を硬質材料によって鑞付け温度よりも低温でＰＶＤコーティングすることによって形成されたドリルヘッド。
- ＣＶＤ及びＰＶＤの各コーティングに使用する硬質材料が、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン及び又はアルミナである請求項３に記載のドリルヘッド。
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