JPWO2006109347A1

JPWO2006109347A1 - ドリル

Info

Publication number: JPWO2006109347A1
Application number: JP2007512392A
Authority: JP
Inventors: 典宏桝田
Original assignee: OSG Corp
Current assignee: OSG Corp
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2008-10-02
Also published as: US20090191016A1; DE112005003529T5; WO2006109347A1

Abstract

【課題】耐摩耗性を確保しつつ、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、少なくとも切れ刃５の表面が硬質化合物に被膜されて構成され、その硬質化合物の膜厚寸法は、０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲内に設定され、かつ、心厚の厚み寸法Ｘは、切れ刃５の外径Ｄに対して０．１５Ｄ以上かつ０．２５Ｄ以下の範囲内に設定されている。これにより、切り屑の排出性を相乗的に向上させることができる。その結果、切り屑の溶着を防止して、ドリル１の寿命を相乗的に向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ドリルに関し、特に、耐摩耗性を確保しつつ、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。

ドリルとは、先端部に形成される切れ刃により、加工物の切削加工を行う穴あけ工具である。一般に、ドリルの表面は、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮなどの硬質化合物により被膜されている。かかる被膜は、ドリルの表面を硬化させることにより、耐摩耗性を向上させて、工具寿命の延長を図っている。

しかしながら、ドリルの表面が被膜された場合には、切れ刃が丸みを帯びて、ドリルの切れ味が低下する。かかる切れ味低下は、切り屑の分断性能を低下させるため、切り屑詰まりを発生させて、加工穴精度の悪化やドリルの折損等のトラブルを引き起こす。

そこで、特開２００３−２５１５０３号公報には、被膜の膜厚寸法を０．０５μｍ以上かつ３．０μｍ以下の範囲内に設定する技術が記載されている。この技術によれば、膜厚寸法が０．０５μｍ以上に設定されているので、ドリルの耐摩耗性を確保することができる。また、膜厚寸法が３．０μｍ以下に設定されているので、切れ刃が丸みを帯びることを防止して、切り屑詰まりを抑制することができる。
特開２００３−２５１５０３号公報（段落［００２８］、図１など）

しかしながら、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。また、刃先にコーティング膜が厚く堆積しているため、刃先Ｒが大きくなり、切れ味も低下している。そのため、切り屑がドリルの先端部に堆積することで、ドリルの先端部に溶着を誘発する。その結果、ドリルの折損等のトラブルを引き起こし、工具寿命が低下するという問題点があった。

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、耐摩耗性を確保しつつ、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。

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から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、炭化タングステンを含む超硬合金により構成されるものであり、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、０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲内に設定され、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０．１５Ｄ以上かつ０．２５Ｄ以下の範囲内に設定されている。

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、前記炭化タングステンの平均粒径は、０．５μｍ以下に設定されている。

請求項１記載のドリルによれば、少なくとも切れ刃の表面は、硬質化合物に被膜されて構成され、その硬質化合物の膜厚寸法は、０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲内に設定されている。ここで、硬質化合物の膜厚寸法が０．１μｍより小さい場合には、切れ刃の表面を十分に硬化させることができず、耐摩耗性を確保することができない。

一方、硬質化合物の膜厚寸法が１．０μｍ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。その結果、切り屑の分断性能が低下して、切り屑詰まりによる加工穴精度の悪化及びドリルの折損を引き起こす。以上のことから、硬質化合物の膜厚寸法を０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲内に設定することにより、耐摩耗性の確保、加工穴精度の悪化及びドリルの折損防止を図ることができるという効果がある。

また、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０．１５Ｄ以上かつ０．２５Ｄ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０．１５Ｄより小さい場合には、ドリルの強度が低下して、ドリルが折損しやすい。一方、心厚の厚み寸法が０．２５Ｄ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、加工穴精度の悪化及び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０．１５Ｄ以上かつ０．２５Ｄ以下の範囲内に設定することにより、ドリル強度の確保、加工穴精度の悪化及びドリルの折損防止を図ることができるという効果がある。

そして、硬質化合物の膜厚寸法及び心厚を上述した範囲内に設定して組み合わせることにより、切り屑の排出性を相乗的に向上させることができる。その結果、切り屑の溶着を防止して、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。

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、ドリルを構成する炭化タングステンは、その平均粒径が０．５μｍ以下に設定されている。これにより、ドリルの硬度を確保して、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。

また、同一硬度の場合では、平均粒径が０．５μｍ以下に設定されたドリルは、平均粒径が０．５μｍより大きく設定されたドリルと比較して、靭性を確保して、チッピングの防止を図ることができるという効果がある。

本発明の一実施の形態におけるドリルの正面図である。ドリルの先端面図である。

符号の説明

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
Ｘ厚み寸法

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の軸方向長さの図示が省略されている。

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、シャフト部品、ノズル部品あるいは医療部品等のステンレス系の被削材に穴あけ加工を行う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、被削物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。

なお、ドリル１は、その表面が硬質化合物であるＴｉＡｌＮに被膜されて構成され、ＴｉＡｌＮの膜厚寸法が、０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲内に設定されている。ここで、ＴｉＡｌＮの膜厚寸法が０．１μｍより小さい場合には、ドリル１の表面を十分に硬化させることができず、耐摩耗性を確保することができない。

一方、ＴｉＡｌＮの膜厚寸法が１．０μｍより大きい場合には、切れ刃５が丸みを帯びて、切れ味が低下する。その結果、切り屑の分断性能が低下して、切り屑詰まりによる加工穴精度の悪化及びドリル１の折損を引き起こす。以上のことから、ＴｉＡｌＮの膜厚寸法を０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲内に設定することにより、耐摩耗性の確保、加工穴精度の悪化及びドリル１の折損防止を図ることができる。

また、本実施の形態における硬質化合物はＴｉＡｌＮが用いられているが、必ずしもこれに限られるものではなく、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣｎ等の硬質化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化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く、少なくとも切れ刃５の表面が被膜されていれば良い。

ここで、本実施の形態におけるドリル１では、小径の穴あけ加工を行うために切れ刃５の外径Ｄが３．０ｍｍ以下に設定されている。そのため、ドリル１が硬質化合物に被膜された場合では、切れ刃５は、被膜による丸みが顕著となり、切れ味が著しく低下する。以上のことから、上述したように、硬質化合物の膜厚寸法を１．０μｍ以下に設定することは、本実施の形態におけるドリル１を用いた場合に、加工穴精度の悪化及びドリル１の折損を防止する上で非常に有効である。

また、シャンク２及びドリル本体３は一体成形され、炭化タングステン（以下、ＷＣと称す）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ている。

ここで、ＷＣの平均粒径は、０．５μｍ以下に設定されている。これにより、ドリル１の硬度を確保して、ドリル１の高寿命化を図ることができる。

なお、本実施の形態におけるドリル１では、上述したように、切れ刃５の外径Ｄが３．０ｍｍ以下に設定されているため、ドリル１の強度を確保することができない。そのため、ＷＣの平均粒径を０．５μｍ以下に設定してドリル１の硬度と靭性を確保することは、本実施の形態におけるドリル１を用いた場合に、ドリル１の高寿命化を図る上で非常に有効である。

また、同一硬度の場合では、平均粒径が０．５μｍ以下に設定されたドリル１は、平均粒径が０．５μｍより大きく設定されたドリルと比較して、靭性を確保して、チッピングの防止を図ることができる。

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、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。

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とを主に備えて構成されている。

また、ドリル本体３とシャンク２との連接部位は、シャンク２側（図１右側）へ向けて拡径するテーパ状に構成されている。

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はリーディングエッジ６が配設される。

なお、本実施の形態における溝部４は、先端側（図１左側）からシャンク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く、軸心Ｏと略平行な直線状に形成しても良い。

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の剛性確保及び切り屑の排出性の両立を図ることができる。

切れ刃５は、加工機械の回転力により被削物の穴あけ加工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。

なお、本実施の形態では、切れ刃５の先端角は１２０度に設定されているが、必ずしもこれに限られるものではなく、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。

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。

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。

マージン８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８で構成されているが、必ずしもこれに限られるものではなく、マージン８の回転方向後方に２つ目のマージンを配設しても良い。

図２に示したように、溝部４の溝底により形成される心厚の厚み寸法Ｘは、切れ刃５の外径Ｄに対して０．１５Ｄ以上かつ０．２５Ｄ以下の範囲内に設定されている。ここで、心厚の厚み寸法Ｘが０．１５Ｄより小さい場合には、ドリル１の強度が低下して、ドリル１が折損しやすい。

一方、心厚の厚み寸法Ｘが０．２５Ｄより大きい場合には、溝部４が浅くなり、切り屑の排出性が低下する。その結果、切り屑の堆積による溶着を誘発して、加工穴精度の悪化及びドリル１の折損を引き起こす。以上のことから、心厚の厚み寸法Ｘを０．１５Ｄ以上かつ０．２５Ｄ以下の範囲内に設定することにより、ドリル１強度の確保、加工穴精度の悪化及びドリル１の折損防止を図ることができる。

ここで、上述のように構成されたドリル１を用いて行った耐久試験の試験結果について説明する。なお、耐久試験の試験結果の図示は省略する。

耐久試験は、硬質化合物の膜厚寸法、心厚の厚み寸法Ｘ及びＷＣの平均粒径が工具寿命に及ぼす影響を調べるための試験であり、膜厚寸法、厚み寸法及び平均粒径を所定の値に固定して、従来のドリルとの比較を行う。また、この試験では、穴深さ７．２ｍｍの穴あけ加工を連続して行い、穴あけ加工された本数と穴深さ７．２ｍｍとの積により算出される切削長により、工具寿命の比較を行う。

耐久試験の詳細諸元は、被削材：ＳＵＳ４２０Ｊ２、切削速度：４０ｍ／ｍｉｎ、送り量：０．０４ｍｍ／ｒｅｖ、穴深さ：７．２ｍｍ、切れ刃の外径Ｄ：１．８２ｍｍ、コーティング材質：ＴｉＡｌＮである。

また、本実施の形態におけるドリル１は、膜厚寸法が０．８μｍ、厚み寸法Ｘが０．１８Ｄ、平均粒径が０．３μｍに固定され、従来のドリル１は、膜厚寸法が２．５μｍ、厚み寸法Ｘが０．３Ｄ、平均粒径が１．２５μｍに固定されている。

本実施の形態におけるドリル１を用いた場合では、加工された加工穴数は５３０００穴（切削長：３８０ｍ）であり、その後はドリル１の折損により加工を継続することが不可能となった。

一方、従来のドリルを用いた場合では、加工された加工穴数は２００００穴（切削長：１４０ｍ）であり、その後はドリル１の折損により加工を継続することが不可能となった。

以上、耐久試験の結果より、硬質化合物の膜厚寸法を０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲内に設定することにより、耐摩耗性の確保及び切れ味低下の防止を図り、ドリル１の高寿命化を図ることができたと考えられる。

また、心厚の厚み寸法Ｘを０．１５Ｄ以上かつ０．２５Ｄ以下の範囲内に設定することにより、ドリル１の強度確保及び切り屑の排出性低下の防止を図り、ドリル１の高寿命化を図ることができたと考えられる。

更に、ＷＣの平均粒径を０．５μｍ以下に設定することにより、ドリル１の硬度を確保して、ドリル１の高寿命化を図ることができたと考えられる。

また、硬質化合物の膜厚寸法、心厚の厚み寸法Ｘ及びＷＣの平均粒径を上述した範囲内に設定することにより、切り屑の排出性を相乗的に向上させることができる。その結果、切り屑の溶着を防止して、ドリル１の寿命を相乗的に向上させることができる。

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く、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。

例えば、本実施の形態におけるドリル１はドリル本体３の先端部が極細の小径ドリルで構成されているが、ドリル本体３の先端部がシャンク２と略同径に設定されたドリルにより構成しても良い。

【０００２】
［０００６］
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、耐摩耗性を確保しつつ、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］
［０００７］
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から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、炭化タングステンを含む超硬合金により構成されるものであり、前記切れ刃の外径Ｄは、３．０ｍｍ以下に設定され、前記切れ刃の先端角は、１１０度以上かつ１４０度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、０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲内に設定され、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０．１５Ｄ以上かつ０．２５Ｄ以下の範囲内に設定され、前記炭化タングステンの平均粒径は、０．５μｍ以下に設定されている。
［０００８］
［発明の効果］
［０００９］
請求項１記載のドリルによれば、少なくとも切れ刃の表面は、硬質化合物に被膜されて構成され、その硬質化合物の膜厚寸法は、０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲内に設定されている。ここで、硬質化合物の膜厚寸法が０．１μｍより小さい場合には、切れ刃の表面を十分に硬化させることができず、耐摩耗性を確保することができない。
［００１０］
一方、硬質化合物の膜厚寸法が１．０μｍ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。その結果、切り屑の分断性能が低下して、切り屑詰まりによる加工穴精度の悪化及びドリルの折損を引き起こす。以上のことから、硬質化合物の膜厚寸法を０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲内に設定することにより、耐摩耗性の確保、加工穴精度の悪化及びドリルの折損防止を図ることができるという効果がある。
特に、切れ刃の外径Ｄが３．０ｍｍ以下に設定されるので、上述したように、硬質化合物の膜厚寸法を１．０μｍ以下に設定することは、加工穴精度の悪化及びドリルの折損を防止する上で非常に有効である。
また、切れ刃の先端角は、１１０度以上かつ１４０度以下の範囲に設定されるので、切れ刃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の高寿命化を図ることができるという効果がある。
［００１１］
また、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０．１５Ｄ以上かつ０．２５Ｄ以下の範囲内に設定されている。ここで、心厚の厚み寸

【０００３】
法が０．１５Ｄより小さい場合には、ドリルの強度が低下して、ドリルが折損しやすい。一方、心厚の厚み寸法が０．２５Ｄ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、加工穴精度の悪化及び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０．１５Ｄ以上かつ０．２５Ｄ以下の範囲内に設定することにより、ドリル強度の確保、加工穴精度の悪化及びドリルの折損防止を図ることができるという効果がある。
［００１２］
そして、硬質化合物の膜厚寸法及び心厚を上述した範囲内に設定して組み合わせることにより、切り屑の排出性を相乗的に向上させることができる。その結果、切り屑の溶着を防止して、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。
［００１３］
請求項１記載のドリルによれば、ドリルを構成する炭化タングステンは、その平均粒径が０．５μｍ以下に設定されている。これにより、ドリルの硬度を確保して、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。
［００１４］
また、同一硬度の場合では、平均粒径が０．５μｍ以下に設定されたドリルは、平均粒径が０．５μｍより大きく設定されたドリルと比較して、靭性を確保して、チッピングの防止を図ることができるという効果がある。
［図面の簡単な説明］
［００１５］
［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。
［符号の説明］
［００１６］
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
Ｘ厚み寸法

Claims

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から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、炭化タングステンを含む超硬合金により構成されるドリルにおいて、
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、０．１μｍ以上かつ１．０μｍ以下の範囲内に設定され、
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０．１５Ｄ以上かつ０．２５Ｄ以下の範囲内に設定されていることを特徴とするドリル。
前記炭化タングステンの平均粒径は、０．５μｍ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。