JP5851802B2 - 炭素繊維強化樹脂複合材用ドリル - Google Patents

Description

本発明は、切刃に耐摩耗被覆が施された炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルに関する。

炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルを用いて炭素繊維強化樹脂複合材に孔を加工する場合、デラミネーション（層間剥離）、繊維のほつれ、バリの発生等が問題となる。
従来、このような問題が生じにくいドリルとして特許文献１，２にも記載されるダブルアングルドリルが用いられていた。
特許文献１に記載のダブルアングルドリルにあっては、耐摩耗性を向上させるために先端部にダイヤモンド被覆が施されている。

実開平６−０７５６１２号公報 特開２００８−０３６７５９号公報

ここで、従来の典型的なドリルに耐摩耗被覆を施した場合につき説明する。
図１０に示すドリルは、従来の典型的な一例のドリルである。図１０に示すドリルにあっては、先端部１０１とシャンク部１０２の間の部分に２条の溝１０３が形成されている。図１０においては溝１０３として螺旋溝を例示する。先端部１０１に２対の切刃１０７，１０７が形成されている。切刃１０７の片側にすくい面１０６が、反対側に逃げ面１１０が形成されている。

先端部１０１はクロスシンニングされており、シンニング１１１に溝１０３が連続する。シンニング１１１及び溝１０３により窪んだ部分にすくい面１０６が形成されている。すくい面１０６と逃げ面１１０とが鋭角を成して切刃１０７の先端で合わさる。切刃１０７は、工具先端Ｏから切刃最大径位置ＲＸまで一定の先端角で形成されている。

切刃最大径位置ＲＸから軸ＡＸ方向後方にはマージン１０５が形成されている。すなわち、切刃最大径位置ＲＸにおいて切刃１０７の先端稜線１１６Ａ（図１０（ｃ）参照）とマージン１０５とが接続する。切刃１０７の先端稜線１１６Ａとマージン１０５とは、滑らかに連続せず、切刃最大径位置ＲＸにおいて相対角を成している。マージン１０５は、被加工穴の内面に当りドリルを支持する部分であり、被加工穴の内面に平行となるように形成されており、その一方で、切刃１０７は、工具先端Ｏから一定の先端角で形成されているから、切刃最大径位置ＲＸおける両者の角度は一致せず、不連続になる。

図１１(a1)(a2)(a3)(a4)の断面模式図に示すように、このドリルに切刃１０７からマージン１０５の形成部分に亘って耐摩耗被覆１１２が施されているとする。
未だ切削に使用されていない初期の状態において切刃１０７は、図１０(b)(c)において実線で示す先端稜線１１６Ａを有しており、摩耗が生じておらず、切刃形状と耐摩耗被覆１１２の状態は、図１１(a1)(a2)(a3)(a4)に示すとおりである。
このドリルを切削に使用すると、図１１(b1)(b2)(b3)(b4)に示すように被削材Ｗとの摩擦による摩耗によって耐摩耗被覆１１２が削られる。ある一定の摩耗後の切刃１０７にあっては、図１１(b1)(b2)に示すようにその母材が露出し、露出した母材の摩耗が始まり、さらに摩耗は進行する。半径が大きいほど被削材Ｗに対する速度が大きく切削負荷が高いため、図１１(b1)に示す比較的先端側のＡ−Ａ断面より、図１１(b2)に示す比較的後端側のＡ１−Ａ１断面において、摩耗が大きく進行する。
図１１(b3)(b4)に示すマージン形成部にあっても半径は大きいが、マージン１０５では切削を行わず、かつ、マージン１０５の幅の分だけ被削材Ｗとの接触面積が大きく単位面積当たりの摩擦負荷が小さくなるため、切刃１０７ほど摩耗は進行しない。

以上の結果、ある一定の摩耗後の切刃１０７にあっては、図１０(b)(c)に二点鎖線で示すように、マージン１０５との境である切刃最大径位置ＲＸ付近で抉られて変曲した切刃先端稜線１１６Ｂに変化してしまう。図１０(c)において、Ｈoは切刃最大径位置ＲＸを通り工具中心軸ＡＸに平行な補助線を示し、Ｈaは切刃最大径位置ＲＸにおける初期の切刃先端稜線１１６Ａの延長補助直線を示し、Ｈbは切刃最大径位置ＲＸにおける一定の摩耗後の切刃先端稜線１１６Ｂの延長補助直線を示す。この延長補助直線Ｈbでわかるように、切刃最大径位置ＲＸにおいて切刃先端角が１８０度に近づいてしまう。１８０度の先端角の切刃では、外周部のマージンが薄くなることによって穴径および穴の内面の面精度に悪影響を与える。したがって、切刃最大径位置ＲＸにおける切刃先端角が１８０度に近づいたある段階で、切削性能が著しく低下して炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルとしての使用寿命を迎えてしまうという問題がある。
この問題は、切刃の先端角を変化させたダブルアングルドリルを適用しても解消しない。また、切刃先端稜線とマージンとを滑らかに連続させても、切刃とマージン形成部とで摩耗量が異なることは変わらず、依然として解消しない。

本発明者らの研究により、切刃の逃げ角を小さくすることによって、上述したマージン形成部と同様に、被削材Ｗとの接触面積が大きくなり単位面積当たりの摩擦負荷が小さくなるため、摩耗の進行を小さく抑えられることが確認された。したがって、切刃とマージン形成部とで摩耗量を近づけることができる。しかしながら、次のような問題が生じる。図１２に示すように、切刃２０７の逃げ面２１０の逃げ角を小さくすると（１０度程度）、図１２(a)→(b) →(c) →(d)の順で摩耗が進行する。摩耗の進行に伴い逃げ面２１０上の耐摩耗被覆２１２の被削材Ｗとの接触面Ｓ１の面積が大きくなる。その一方で、すくい面２０６上の耐摩耗被覆２１２の被削材Ｗとの接触面の面積は、耐摩耗被覆２１２の層厚方向の断面積と常にほぼ等しい。そのため、すくい面２０６上の耐摩耗被覆２１２及び切刃先端２１５の露出した母材の摩耗が相変わらず進行する一方で、逃げ面２１０上の耐摩耗被覆２１２の摩耗進行が遅くなるから、切刃先端２１５のＲが大きくなり、切削性能が低下して炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルとしての使用寿命を迎えてしまうという問題が生じる。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、耐摩耗性に優れるとともに、切刃先端の摩耗に伴う切削性能の低下が抑えられ、より多くの加工数に亘り切削性能が持続する炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、
切刃が、その切刃先端を工具先端から軸方向後方に辿って初めて最大径となる切刃最大径位置よりさらに軸方向後方に及んで形成されており、
前記切刃のすくい面から逃げ面に跨って前記切刃の母材より耐摩耗性の高い材料の被覆が施され、
前記切刃の逃げ角が２０度以上４０度以下にされ、
被削材の切削中に、前記すくい面上の前記被覆の切刃先端の縁部が前記被削材との摩擦により摩耗し、その摩耗の半径方向内方への進行に従って、前記逃げ面上の前記被覆の切刃先端の縁部が前記被削材との摩擦により削られてその下の前記母材が露出し、さらにこの露出した母材が前記被削材との摩擦により摩耗することにより前記逃げ面が半径方向内方に後退することで、被削材との摩擦によって、前記切刃先端が摩耗し半径方向内方に変位しつつも、前記逃げ面が半径方向内方に後退することで前記切刃が研がれて前記切刃が鋭利に保持されるとともに、
被削材との摩擦による前記切刃の摩耗によって、前記切刃最大径位置が軸方向後方に後退することを特徴とする炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルである。

請求項２記載の発明は、被削材との摩擦によって、前記切刃先端が摩耗し半径方向内方に変位しつつも、前記切刃最大径位置が軸方向後方に後退することで前記切刃最大径位置の軸方向の前後に亘る前記切刃の先端稜線が変曲せず緩やかで凸な曲線に保持されることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルである。

請求項３記載の発明は、前記切刃は、その先端角が前記切刃最大径位置における先端角０度から軸方向前方に向かって連続した変化により増加しつつ、工具先端又は工具先端に至る途中まで連続して形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルである。
請求項４記載の発明は、超硬合金を母材として前記切刃が形成され、
前記被覆がダイヤモンド被覆であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一に記載の炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルである。

請求項５記載の発明は、高速度工具鋼を母材として前記切刃が形成され、
前記被覆は、ビッカース硬度（ＨＶ）が２５００以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルである。

本発明によれば、切刃のすくい面から逃げ面に跨って切刃の母材より耐摩耗性の高い材料の被覆が施されているので、耐摩耗性に優れ、鋭利な切刃で効率よく被削材を切削することができ、被削材の切削により切刃先端の摩耗が進行しても、逃げ面が半径方向内方に後退することで切刃が研がれて鋭利に保持され、さらには切刃最大径位置が軸方向後方に後退することで切刃最大径位置の軸方向の前後に亘る切刃の先端稜線が変曲せず緩やかで凸な曲線に保持されて切削に続けて使用することができる。
したがって、本発明によれば、耐摩耗性に優れるとともに、切刃先端の摩耗に伴う切削性能の低下が抑えられ、より多くの加工数に亘り切削性能が持続するという効果がある。

本発明の第１実施形態に係るドリルの全体側面図である。 本発明の第１実施形態に係り、図(a)はドリルの先端部側面図、図(b)は図(a)に示した矢印α方向から見た矢視図、図(c)は図(a)に示した矢印β方向から見た矢視図である。 本発明の第１実施形態に係り、図(a)はドリルの先端部側面図、図(b)は図(a)に示した矢印β方向から見た矢視図、図(c1)は切刃のＡ−Ａ断面模式図、図(c2)は切刃のＢ−Ｂ断面模式図、図(c3)は切刃のＢ１−Ｂ１断面模式図、図(c4)は切刃のＣ−Ｃ断面模式図である。なお、未だ被削材の切削に使用していない初期の状態を示す。 本発明の第１実施形態に係り、図(a)は図１に示したドリルの先端部の拡大図、図(b)は図(a)に示した矢印β方向から見た矢視図、図(c1)は切刃のＡ−Ａ断面模式図、図(c2)は切刃のＢ−Ｂ断面模式図、図(c3)は切刃のＢ１−Ｂ１断面模式図、図(c4)は切刃のＣ−Ｃ断面模式図である。但し、被削材の切削により摩耗が進行した中期の状態を示す。 本発明の第１実施形態に係り、図(a)は図１に示したドリルの先端部の拡大図、図(b)は図(a)に示した矢印β方向から見た矢視図、図(c1)は切刃のＡ−Ａ断面模式図、図(c2)は切刃のＢ−Ｂ断面模式図、図(c3)は切刃のＢ１−Ｂ１断面模式図、図(c4)は切刃のＣ−Ｃ断面模式図である。但し、被削材の切削によりさらに摩耗が進行した終期の状態を示す。 摩耗が進行した切刃の断面模式図である。 本発明の第２実施形態に係り、図(a)はドリルの先端部側面図、図(b)は図(a)に示した矢印β方向から見た矢視図、図(c1)は切刃のＡ−Ａ断面模式図、図(c2)は切刃のＢ−Ｂ断面模式図、図(c3)は切刃のＢ１−Ｂ１断面模式図、図(c4)は切刃のＣ−Ｃ断面模式図である。なお、未だ被削材の切削に使用していない初期の状態を示す。 本発明の第２実施形態に係り、図(a)は図１に示したドリルの先端部の拡大図、図(b)は図(a)に示した矢印β方向から見た矢視図、図(c1)は切刃のＡ−Ａ断面模式図、図(c2)は切刃のＢ−Ｂ断面模式図、図(c3)は切刃のＢ１−Ｂ１断面模式図、図(c4)は切刃のＣ−Ｃ断面模式図である。但し、被削材の切削により摩耗が進行した終期の状態を示す。 図８に示したＤ２部の詳細図である。 従来の一例に係り、図(a)はドリルの全体側面図、図(b)は先端部側面図、図(c)は図(b)に示したＤ１部の詳細図である。 図(a1)は切刃の図１０(b)に示したＡ−Ａ断面模式図、図(a2)は切刃の図９(b)に示したＡ１−Ａ１断面模式図、図(a3)は切刃の図１０(b)に示したＢ−Ｂ断面模式図、図(a4)は切刃の図１０(b)に示したＣ−Ｃ断面模式図であり、未だ被削材の切削に使用していない初期の状態を示す。図(b1)は切刃の図１０(b)に示したＡ−Ａ断面模式図、図(b2)は切刃の図１０(b)に示したＡ１−Ａ１断面模式図、図(b3)は切刃の図１０(b)に示したＢ−Ｂ断面模式図、図(b4)は切刃の図１０(b)に示したＣ−Ｃ断面模式図であり、被削材の切削により摩耗が進行した終期の状態を示す。 耐摩耗被覆が施された逃げ角が比較的小さい切刃の摩耗の進行の様子を示す断面模式図である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態につき図１から図５を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態のドリルは、先端部１とシャンク部２とを有する。先端部１とシャンク部２の間の部分に２条のストレート溝３が形成されている。

図２に示すように先端部１には、一対の切刃が中心軸ＡＸについて対称に設けられている。切刃は、先端から一次切刃７、二次切刃８により構成されている。一次切刃７は、二次切刃８の形成部位から突出した部分の前端に形成されており、二次切刃８と軸方向に分離されている。一次切刃７の最大径と、二次切刃８の最小径とが一致する。切刃７は、工具先端Ｏから一定の先端角で形成されている。二次切刃８が形成する先端稜線は、後方ほど先端角が減少するように滑らかな曲線で形成され、切刃最大径位置で先端角がゼロとなる。
すなわち、図３(a)に示すように、二次切刃８は、その先端角が切刃最大径位置ＲＸに
おける先端角０度から軸ＡＸ方向前方に向かって連続した変化により増加しつつ、工具先端Ｏに至る途中まで連続して形成されている。そのまま工具先端Ｏまで形成して、直線状の切刃７を排して、Ｒ形状の切刃８のみとして実施しても良い。

切刃にはそれぞれすくい面６及び逃げ面９，１０，１３が形成されている。
先端部１はクロスシンニングされており、シンニング１１，１１にストレート溝３，３が連続する。シンニング１１，１１及びストレート溝３，３により窪んだ部分にすくい面６が形成されている。
すくい面６と切刃二番逃げ面９とが鋭角を成して一次切刃７の先端で合わさる。また、すくい面６と切刃二番逃げ面１０とが鋭角を成して二次切刃８の先端で合わさる。切刃二番逃げ面１０の切削方向後方に連続して切刃三番逃げ面１３が形成されている。切刃三番逃げ面１３と切刃二番逃げ面１０とでつくる内角が１８０度より小さい角度を成す。

ストレート溝３，３の間の部分においては、ストレート溝３，３に沿った両縁にマージン５，５が形成されている。両縁のマージン５，５の間には、平面カット逃がし面４が形成されている。切削方向前縁のマージン５は、切刃二番逃げ面１０の軸ＡＸ方向後方に連続して形成されている。切刃三番逃げ面１３の軸ＡＸ方向後方には平面カット逃がし面４及び切削方向後縁のマージン５が連続して形成されている。４つのマージン５，５，５，５は、被加工穴の内面に当りドリルを支持する。

図３(a)(b)に示すように、二次切刃８は、切刃最大径位置ＲＸによりさらに軸ＡＸ方向後方に及んで形成されている。二次切刃８のうち初期の切刃最大径位置ＲＸより軸ＡＸ方向後方に形成された切刃を後方予備刃１４（初期の切刃最大径位置ＲＸを含まず）と呼ぶこととする。
後方予備刃１４は先端角ゼロで形成されている。図３(c1) (c2) (c3) に示すように後
方予備刃１４を含む二次切刃８は、逃げ角が設けられている。切刃７，８の逃げ角は、逃げ面の適度な摩耗性と切刃の必要な強度を得るために、１５度以上に４５度以下とされる。より好ましくは、２０度以上４０度以下である。

図３(c1) (c2)に示すように、切刃最大径位置ＲＸ及びこれより前方位置において二次
切刃８は、すくい面６と、切刃二番逃げ面１０とが切刃先端１５で合わさった鋭利な形状に形成される。後方予備刃１４も同様に、すくい面６と、切刃二番逃げ面１０とが切刃先端１５で合わさった鋭利な形状に形成してもよい。しかし、切刃二番逃げ面１０の形成誤差によって切刃先端１５の軸ＡＸからの半径が異なってしまうおそれがある。この形成誤差による切刃半径への影響を吸収するために、図３(c3)に示すように、すくい面６に対してわずかなマージン１７を設けて切刃二番逃げ面１０を形成することとしてもよい。この誤差吸収用のマージン１７は、上述のドリル支持用のマージン５と同様に、軸ＡＸを中心とした半径方向に垂直な面で形成されるが、マージン１７の幅は、０．１ｍｍ以下とされる。マージン５は、例えば１．０ｍｍとされる。

切刃の母材は超硬合金である。図３(c1) (c2) (c3) (c4)に示すように、一次切刃７、
二次切刃８（後方予備刃１４が含まれる）及びマージン５までに及んで、耐摩耗被覆１２が施されている。一次切刃７、二次切刃８に対しては、耐摩耗被覆１２は、すくい面６から逃げ面９，１０に跨って施されている。マージン５に対しては、耐摩耗被覆１２は、すくい面６からマージン５、逃がし面４に跨って施されている。耐摩耗被覆１２は、耐摩耗性を向上させる目的のものであるから、切刃の母材より耐摩耗性の高い材料であることが求められ、例えば、超硬合金の母材に対し耐摩耗被覆１２としてダイヤモンド被覆が施される。

次に、以上の本実施形態のドリルを切削に使用した際の作用につき説明する。被削材Ｗは炭素繊維強化樹脂複合材である。
本ドリルを被削材Ｗの切削に使用すると、図３に示す未だ被削材の切削に使用していない初期の状態に対し、図４、さらには図５に示すように、耐摩耗被覆１２及び、耐摩耗被覆１２から露出した母材の摩耗が進行する。

図３(c1)→図４(c1)→図５(c1)及び図３(c2)→図４(c2)→図５(c2)のように、被削材Ｗの切削中に、すくい面６上の耐摩耗被覆１２の切刃先端１５の縁部が被削材Ｗとの摩擦により摩耗する。その摩耗の半径方向内方への進行に従って、逃げ面１０上の耐摩耗被覆１２の切刃先端１５の縁部が被削材Ｗとの摩擦により削られてその下の母材が露出する。さらにこの露出した母材が被削材Ｗとの摩擦により摩耗することにより切刃先端１５に隣接する逃げ面が半径方向内方に後退する。このように、被削材Ｗとの摩擦によって、切刃先端１５が摩耗し半径方向内方に変位しつつも、逃げ面が半径方向内方に後退することで切刃が研がれて切刃が鋭利に保持される。

このような作用、すなわち、切刃を鋭利に保持するための逃げ面の適度な摩耗性を得るために、上述したように、逃げ角は１５度以上、好ましくは２０度以上にする。
図６に、逃げ角θと、逃げ面１０上の耐摩耗被覆１２の被削材Ｗとの接触幅ｘと、耐摩耗被覆１２の厚さｔを示す。そして、逃げ角θが５度、１０度・・・４５度、５０度を変化するとき、接触幅ｘは表１に示すように変化する。

逃げ角θが小さいほど、接触幅ｘは大きくなり、従って、被削材Ｗとの接触面積が大きくなり単位面積当たりの摩擦負荷が小さくなるため、摩耗の進行を小さく抑えられる。したがって、逃げ面１０上の耐摩耗被覆１２は、表１にも記載するように、逃げ角θが小さいほど擦り減りにくく、逃げ角θが大きいほど擦り減りやすい。
このことから、逃げ面の摩耗性を上げるには、逃げ角θを大きくすればよい。
なお、逃げ面１０上の耐摩耗被覆１２には、被削材Ｗとの摩擦により母材から引き剥がされる方向の力が作用する一方、すくい面６上の耐摩耗被覆１２には、被削材Ｗとの摩擦により母材に押し付けられる方向の力が作用する。この点においては、すくい面６上の耐摩耗被覆１２よりも逃げ面１０上の耐摩耗被覆１２のほうが擦り減りやすい傾向にある。この傾向と、逃げ角θを大きくすることによる逃げ面１０の摩耗性向上とがバランスし、すくい面６上の耐摩耗被覆１２の摩耗進行と逃げ面１０上の耐摩耗被覆１２との摩耗進行が釣り合うことになる。
その一方で、逃げ角θを大きくすれば、切刃が細くなり強度が低下して欠けやすくなる。切刃は、表１にも記載するように、逃げ角θが小さいほど欠けにくく、逃げ角θが大きいほど欠けやすい。
表１において項目Ｅ、Ｆ，Ｇは、切削耐久試験結果の相対評価である。
項目Ｅは「デラミネーションの発生度」で、◎、○、△、×の順で発生が多くなる。逃げ面が被加工面に近づくほどデラミネーションが発生しやすい。
項目Ｆは「寿命」で、◎、○、△の順で寿命が短くなる。項目Ｇは「切刃の破損の発生度」である。逃げ角θが大きすぎると、切刃が早期に摩耗しすぎたり、切刃に欠けが発生したりして寿命は短くなる。
以上のことから、逃げ面の適度な摩耗性と切刃の必要な強度を得るために、また耐摩耗被覆１２と逃げ面１０上の耐摩耗被覆１２における摩耗進行の不釣合を抑えるため、さらには炭素繊維強化樹脂複合材に対してはデラミネーションの発生を抑えるために、切刃７，８の逃げ角は、１５度以上に４５度以下、より好ましくは、２０度以上４０度以下とする。

また、図３(a)(b)→図４(a)(b) →図５(a)(b) のように、被削材Ｗの切削中に、被削材Ｗとの摩擦による切刃８の摩耗によって、切刃最大径位置ＲＸが軸ＡＸ方向後方に後退する。
図３(a)(b)に示す初期の状態にあっては、切刃最大径位置ＲＸはＢ−Ｂ断面に位置する。摩耗が進行して図４(a)(b)に示す状態にあっては、切刃最大径位置ＲＸはＢ−Ｂ断面より後方に移動している。後方予備刃１４が既に被削材の穴径拡大のための切削に使用され始めている。
さらに摩耗が進行して図５(a)(b)に示す状態にあっては、切刃最大径位置ＲＸはＢ１−Ｂ１断面より後方に移動している。後方予備刃１４が被削材の穴径拡大のための切削に半分以上の長さに亘って使用されている。
図３(a)に示す初期の状態における切刃先端先端稜線１６Ａを、同図において実線によ
り、図４(a)及び図５(a)において二点鎖線で示す。図４(a)における切刃先端先端稜線は
１６Ｂ、図５(a) における切刃先端先端稜線は１６Ｃである。
被削材Ｗとの摩擦によって、切刃先端が稜線１６Ａ→１６Ｂ→１６Ｃと、摩耗し半径方向内方に変位しつつも、切刃最大径位置ＲＸが軸ＡＸ方向後方に後退することで切刃最大径位置ＲＸの軸ＡＸ方向の前後に亘る切刃８の先端稜線が緩やかで凸な曲線に保持される。切刃最大径位置ＲＸが軸ＡＸ方向後方に後退することで切刃最大径位置ＲＸの軸ＡＸ方向の前後に亘る切刃８の先端稜線は、その曲率が初期の状態から増大せずに緩やかで凸な曲線に保持される。

以上説明した本実施形態のドリルによれば、切刃７，８のすくい面６から逃げ面９，１０に跨って切刃の母材より耐摩耗性の高い材料の被覆１２が施されているので、耐摩耗性に優れ、鋭利な切刃で効率よく被削材を切削することができ、被削材の切削により切刃先端の摩耗が進行しても、逃げ面が半径方向内方に後退することで切刃７，８が研がれて鋭利に保持され、さらには切刃最大径位置ＲＸが軸ＡＸ方向後方に後退することで切刃最大径位置ＲＸの軸ＡＸ方向の前後に亘る切刃の先端稜線が緩やかで凸な曲線に保持されて切削に続けて使用することができる。
したがって、耐摩耗性に優れるとともに、切刃先端の摩耗に伴う切削性能の低下が抑えられ、より多くの加工数に亘り切削性能が持続する。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態につき図７から図９説明する。本実施形態は、上記第１実施形態の後方予備刃１４の有効性を示すための比較実施形態である。したがって、図７に示すように本実施形態のドリルは、二次切刃８が後方予備刃１４を有さない点で異なっている。すなわち、本ドリルの二次切刃８は切刃最大径位置ＲＸによりさらに軸ＡＸ方向後方に及んで形成されておらず、二次切刃８の後方終端は切刃最大径位置ＲＸであり、切刃最大径位置ＲＸから後方はマージン５が形成されている。その他の形状は、上記第１実施形態と同様である。

このような後方予備刃１４を有さない本ドリルを切削に使用すると、図７に示す初期の状態から図８に示す状態に摩耗する。初期の切刃先端稜線１６Ａは、摩耗により図８(a)
に示す切刃先端稜線１６Ｄに変化する。切刃最大径位置ＲＸ付近における切刃先端稜線１６の形状は図９に示されるとおりとなる。図９において、Ｈoは切刃最大径位置ＲＸを通り工具中心軸ＡＸに平行な補助線を示す。補助線Ｈoは切刃最大径位置ＲＸにおける初期の切刃先端稜線１６Ａの延長直線にも相当する。また図９において、Ｈcは切刃最大径位置ＲＸにおける一定の摩耗後の切刃先端稜線１６Ｄの延長補助直線を示す。

図８(c2)(c3) (c4)に示すマージン形成部にあっては、マージン５では切削を行わず、
かつ、マージン５の幅の分だけ被削材Ｗとの接触面積が大きく単位面積当たりの摩擦負荷が小さくなるため、切刃８ほど摩耗は進行しない。その結果、ある一定の摩耗後の切刃８にあっては、図８(a)及び図９で示すように、マージン５との境である切刃最大径位置Ｒ
Ｘ付近で抉られて変曲した切刃先端稜線１６Ｄに変化してしまう。

この延長補助直線Ｈcでわかるように、切刃最大径位置ＲＸにおいて切刃先端角が１８０度に近づいてしまう。１８０度の先端角の切刃では切削することはできない。したがって、切刃最大径位置ＲＸにおける切刃先端角が１８０度に近づいたある段階で、切削性能が著しく低下して炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルとしての使用寿命を迎えてしまう。
図８、図９に示す本実施形態のドリルの使用寿命までの加工数は、図５に示した上記第１実施形態のドリルの使用寿命までの加工数には至っていないものである。すなわち、後方予備刃１４を有さない本実施形態のドリルにあっては、後方予備刃１４を有する上記第１実施形態のドリルより早期に使用寿命を迎えてしまう。
また、本実施形態のドリルにあっては、使用寿命までの加工数が少ないために、図８(c1)に示すように切刃８に施された耐摩耗被覆１２の摩耗は、図４(c1)や図５(c1)に示す上記第１実施形態のものほどは進行しない。したがって、切刃を鋭利に保持するための逃げ面の適度な摩耗性を得るために、逃げ角を１５度以上、好ましくは２０度以上にすることは、上記第１実施形態ほど有効に働くことなく使用寿命を迎える。

なお、本発明の炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルを有効に使用できる被削材としては、上掲の材料に限られない。図１２に示した切刃の摩耗現象が生じる被削材に対しては、本発明の炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルを有効に適用することができ、それにより本発明の効果が得られる。具体的には、繊維強化樹脂複合材、コンクリートなどに対しては本発明の炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルを有効に適用することができる。粘度の高い金属材料に対しては、切刃が使用不能になる過程が図１２に示すような摩耗現象によるものではないので、そのような材料には上述の本発明による切刃維持原理が有効に働かない。金属でも鋳物など粘度の低い材料に対しては、本発明の炭素繊維強化樹脂複合材用ドリルを有効に適用することができる。

なお、超硬合金にダイヤモンド被覆を施すために、超硬合金のコバルト含有率が６％（重量濃度、以下同じ）以下であることが必要であることが従来知られている。コバルト含有率が増大することにより、ダイヤモンド被覆が剥離するからである。
本発明の切刃維持原理は、逃げ面の母材を切削時の摩耗により減らすことにあるから、母材は低硬度であることが好ましい。したがって、ダイヤモンド被覆を適用する場合、超硬合金のコバルト含有率を従来の上限の６％いっぱいとすることが好ましい。
本発明の切刃維持原理を大いに活かすために、将来的には、「コバルト含有率が６％を超える超硬合金を母材として切刃が形成され、前記切刃にダイヤモンド被覆が施された切削工具」を構成することは有効である。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態につき説明する。
上述した本発明の切刃維持原理を活かすためには、高速度工具鋼を母材として切刃が形成されたドリルも有効である。本実施形態のドリルは、上記第１実施形態のドリルにおいて、母材を高速度工具鋼とし、耐摩耗被覆１２として以下に挙げるものを適用したものである。
例えば、母材の高速度工具鋼としてＳＫＨ５１やＨＡＰ７２を適用する。ＳＫＨ５１のビッカース硬度（ＨＶ）は７００、ＨＡＰ７２のビッカース硬度（ＨＶ）は９４０である。
切刃のすくい面から逃げ面に跨って施される耐摩耗被覆１２としては、物理蒸着法（Physical Vapor Deposition；ＰＶＤ）又は化学蒸着法（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）により母材上に形成された皮膜を適用できる。そのうち上掲のＳＫＨ５１上にも成膜できるものとしては、ＴｉＡｌＮ膜（例えば、エリコンバルザース社製ＢＡＬＩＮＩＴ−ＳＱ（ＢＡＬＩＮＩＴは登録商標）、ＨＶ＝３３００）、ＴｉＣＮ膜（例えば、エリコンバルザース社製ＢＡＬＩＮＩＴ−Ｂ（ＢＡＬＩＮＩＴは登録商標）、ＨＶ＝３０００）などを挙げることができる。
これらの皮膜のように、ビッカース硬度（ＨＶ）が２５００以上であれば、母材の高速度工具鋼の硬度に対して十分高く、耐摩耗性を向上できるとともに、摩耗進行により上述した本発明の切刃維持原理を良好に実現することができる。
切刃形状は上記第１実施形態と同じであり、上記第１実施形態で説明した耐摩耗被覆１２及び母材の摩耗進行による刃先形状の変遷が同様に生じ、より多くの加工数に亘り切削性能が持続する効果が同様に得られる。

すなわち、図３(c1)→図４(c1)→図５(c1)及び図３(c2)→図４(c2)→図５(c2)のように、被削材Ｗの切削中に、すくい面６上の耐摩耗被覆１２の切刃先端１５の縁部が被削材Ｗとの摩擦により摩耗する。その摩耗の半径方向内方への進行に従って、逃げ面１０上の耐摩耗被覆１２の切刃先端１５の縁部が被削材Ｗとの摩擦により削られてその下の母材が露出する。さらにこの露出した母材が被削材Ｗとの摩擦により摩耗することにより切刃先端１５に隣接する逃げ面が半径方向内方に後退する。このように、被削材Ｗとの摩擦によって、切刃先端１５が摩耗し半径方向内方に変位しつつも、逃げ面が半径方向内方に後退することで切刃が研がれて切刃が鋭利に保持される。

この効果を良好に奏するために、逃げ角は、上記第１実施形態と同様に１５度以上が好ましい。
なお、超硬合金に比して高速度工具鋼は靭性が高いため、母材を超硬合金とした場合に比較して、母材を高速度工具鋼とした本実施形態にあっては、逃げ角を大きくして切刃の剛性が弱くなっても、欠け等の破損を起こさない必要な強度を確保しやすい。したがって、逃げ角を２０度以上、さらには３０度以上、４０度以上とすることも容易である。

また、被削材Ｗとの摩擦によって、切刃先端が稜線１６Ａ→１６Ｂ→１６Ｃと、摩耗し半径方向内方に変位しつつも、切刃最大径位置ＲＸが軸ＡＸ方向後方に後退することで切刃最大径位置ＲＸの軸ＡＸ方向の前後に亘る切刃８の先端稜線が緩やかで凸な曲線に保持される。切刃最大径位置ＲＸが軸ＡＸ方向後方に後退することで切刃最大径位置ＲＸの軸ＡＸ方向の前後に亘る切刃８の先端稜線は、その曲率が初期の状態から増大せずに緩やかで凸な曲線に保持される。

本実施形態のドリルによれば、切刃７，８のすくい面６から逃げ面９，１０に跨って切刃の母材より耐摩耗性の高い材料の被覆１２が施されているので、耐摩耗性に優れ、鋭利な切刃で効率よく被削材を切削することができ、被削材の切削により切刃先端の摩耗が進行しても、逃げ面が半径方向内方に後退することで切刃７，８が研がれて鋭利に保持され、さらには切刃最大径位置ＲＸが軸ＡＸ方向後方に後退することで切刃最大径位置ＲＸの軸ＡＸ方向の前後に亘る切刃の先端稜線が緩やかで凸な曲線に保持されて切削に続けて使用することができる。
したがって、耐摩耗性に優れるとともに、切刃先端の摩耗に伴う切削性能の低下が抑えられ、より多くの加工数に亘り切削性能が持続する。

１ 先端部
２ シャンク部
３ ストレート溝
４ 平面カット逃がし面
５ マージン
６ すくい面
７ 一次切刃
８ 二次切刃
９ 切刃二番逃げ面
１０ 切刃二番逃げ面
１１ シンニング
１２ 耐摩耗被覆
１３ 切刃三番逃げ面
１４ 後方予備刃
１５ 切刃先端
１６Ａ〜Ｄ 切刃先端稜線
Ｗ 被削材
ＲＸ 切刃最大径位置

Claims (5)

1. 切刃が、その切刃先端を工具先端から軸方向後方に辿って初めて最大径となる切刃最大径位置よりさらに軸方向後方に及んで形成されており、
   前記切刃のすくい面から逃げ面に跨って前記切刃の母材より耐摩耗性の高い材料の被覆が施され、
   前記切刃の逃げ角が２０度以上４０度以下にされ、
   被削材の切削中に、前記すくい面上の前記被覆の切刃先端の縁部が前記被削材との摩擦により摩耗し、その摩耗の半径方向内方への進行に従って、前記逃げ面上の前記被覆の切刃先端の縁部が前記被削材との摩擦により削られてその下の前記母材が露出し、さらにこの露出した母材が前記被削材との摩擦により摩耗することにより前記逃げ面が半径方向内方に後退することで、被削材との摩擦によって、前記切刃先端が摩耗し半径方向内方に変位しつつも、前記逃げ面が半径方向内方に後退することで前記切刃が研がれて前記切刃が鋭利に保持されるとともに、
   被削材との摩擦による前記切刃の摩耗によって、前記切刃最大径位置が軸方向後方に後退することを特徴とする炭素繊維強化樹脂複合材用ドリル。
2. 被削材との摩擦によって、前記切刃先端が摩耗し半径方向内方に変位しつつも、前記切刃最大径位置が軸方向後方に後退することで前記切刃最大径位置の軸方向の前後に亘る前記切刃の先端稜線が変曲せず緩やかで凸な曲線に保持されることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維強化樹脂複合材用ドリル。
3. 前記切刃は、その先端角が前記切刃最大径位置における先端角０度から軸方向前方に向かって連続した変化により増加しつつ、工具先端又は工具先端に至る途中まで連続して形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の炭素繊維強化樹脂複合材用ドリル。
4. 超硬合金を母材として前記切刃が形成され、
   前記被覆がダイヤモンド被覆であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一に記載の炭素繊維強化樹脂複合材用ドリル。
5. 高速度工具鋼を母材として前記切刃が形成され、
   前記被覆は、ビッカース硬度（ＨＶ）が２５００以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の炭素繊維強化樹脂複合材用ドリル。

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