JPWO2017217184A1 - ドリルビット及び孔形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
切削加工補助潤滑材を被加工材料の被加工部分に接触させながらドリル加工により前記被加工部分を切削して孔を形成する際に使用されるドリルビットであって、
少なくとも一つの切れ刃と、
前記切れ刃の近傍に位置する面と、を備え、
前記面に、所定の平面形状を呈する凹部が設けられている、ドリルビット。
[2]
前記面が、前記切れ刃に隣接する2番面を有し、
前記凹部が、前記2番面に設けられている、[1]に記載のドリルビット。
[3]
前記面が、前記切れ刃に隣接する2番面と、前記2番面に隣接する3番面と、を有し、
前記凹部が、前記3番面に設けられている、[1]又は[2]に記載のドリルビット。
[4]
前記凹部が、前記切れ刃に対して略平行に形成された略直線状の溝である、[1]から[3]の何れか一項に記載のドリルビット。
[5]
前記切れ刃と前記溝との間の寸法が、0.25mm以上0.43mm以下に設定されている、[4]に記載のドリルビット。
[6]
前記溝の幅の平均値が、0.23mm以上0.30mm以下に設定されている、[4]又は[5]に記載のドリルビット。
[7]
前記凹部の最大深さが、0.05mm以上0.15mm以下に設定されている、[1]〜[6]の何れか一項に記載のドリルビット。
[8]
切削加工補助潤滑材を、ドリルビット及び被加工材料の被加工部分の少なくとも何れか一方に接触させながら、ドリル加工により前記被加工部分を切削して孔を形成する孔形成工程を含み、
前記孔形成工程において、[1]〜[7]の何れか一項に記載のドリルビットを使用する、
孔形成方法。
[9]
前記切削加工補助潤滑材が、シート状に形成されている、[8]に記載の孔形成方法。
[10]
前記被加工材料の厚みが、1.0mm以上であり、
前記孔形成工程によって形成される孔の直径が、3.0mm以上である、[8]又は[9]に記載の孔形成方法。
[11]
前記被加工材料が、難削金属材である、[8]〜[10]の何れか一項に記載の孔形成方法。
[12]
前記被加工材料が、繊維強化複合材である、[8]〜[10]の何れか一項に記載の孔形成方法。
[13]
前記被加工材料が、難削金属材と繊維強化複合材とが密着した材料である、[8]〜[10]の何れか一項に記載の孔形成方法。
[14]
前記難削金属材が、チタン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、低合金鋼、ステンレス鋼及び耐熱合金からなる群より選ばれる何れか一つである、[11]又は[13]に記載の孔形成方法。
[15]
前記難削金属材が、Ti−6Al―4Vのチタン合金である、[11]又は[13]に記載の孔形成方法。
<ドリルビット>
まず、図1〜図3を用いて、本発明の実施形態に係るドリルビット1の構成について説明する。本実施形態に係るドリルビット1は、図2に示すように、切削加工補助潤滑材(以下、「潤滑材」と称することがある)2を被加工材料Wの被加工部分に接触させながらドリル加工により被加工部分を切削して孔を形成する際に使用されるものである。ドリルビット1の先端部には、図1に示すように、一対の切れ刃10と、各切れ刃10の近傍に位置する面(切れ刃10に隣接する2番面20及び2番面20に隣接する3番面30)と、が設けられている。なお、本実施形態においては2つの切れ刃10を採用した例を示したが、切れ刃10は少なくとも一つ設けられていればよく、3つ以上設けられていてもよい。また、本実施形態においては、2番面20に隣接する3番面30を設けた例を示したが、3番面30を設けなくてもよい。なお、本発明において「2番面」とは、切れ刃のすぐ隣に配置されて切れ刃に接する面を意味しており、いわゆる「2番取り面」(切削中の摩擦を避ける目的でドリルの外周と被加工部分との間に間隙を形成するために、ドリルのランド部にマージン幅を残して形成される面)とは異なるものである。
<孔形成方法>
次に、本実施形態に係るドリルビット1を用いた孔形成方法について説明する。
〔接触工程〕
本実施形態に係る孔形成方法は、切削加工補助潤滑材2を、ドリルビット1及び/又は被加工材料Wの被加工部分に接触させながら、ドリル加工により被加工部分を切削して孔を形成する方法であれば特に限定されず、必要に応じて、接触工程を有していてもよい。接触工程は、孔形成前に、潤滑材2を、ドリルビット1に接触させる工程である。その方法は特に限定されない。例えば、潤滑材2をドリルビット1の進入面に配置することで、孔形成前に、潤滑材2をドリルビット1に付着させることができる。また、潤滑材2をドリルビット1に接触させながら孔形成をすることで、潤滑材2をドリルビット1に付着させることができる。また、予め、潤滑材2をドリルビット1に塗布することで、潤滑材2をドリルビット1に付着させることができる。さらには、孔形成前に、ドリルビット1で潤滑材2を切断、孔あけ加工することで、潤滑材2をドリルビット1に付着させることができる。
〔密着工程〕
また、本実施形態の孔形成方法は、被加工材料Wの被加工部分に予め潤滑材2を密着させる密着工程を有してもよい。被加工材料W上の潤滑材2の密着箇所は、ドリルビット1の入口となるべき部分であっても、ドリルビット1の出口となるべき部分及び入口となるべき部分の両方であってもよい。これにより、上述したようにドリルビット1への負荷を低減させることができ、孔周辺にできるバリ、欠け、又は繊維の切れ残りを低減させることができる。なお、「出口となるべき部分」とは、当該部分が面である場合には、出口となるべき面とも言い換えることができる。これに対応して、「入口となるべき部分」とは、入口となるべき面とも言い換えることができる。
〔孔形成工程〕
孔形成工程は、潤滑材2を、ドリルビット1及び/又は被加工材料Wの被加工部分に接触させながら、ドリル加工により被加工材料Wを切削して孔を形成する工程である。このように潤滑材2を用いることで、例えば、孔形成加工(特に、連続した孔形成加工)を行う場合、ドリルビット1の側面の溝表面を含めたドリル表面と加工孔内壁表面との間の潤滑性が高まり、ドリルビット1の切れ刃10が切削した材料(炭素繊維等)の排出を容易化して、ドリルビット1の切れ刃10と加工孔内壁表面との擦過頻度と度合いを軽減するので、ドリルビット1の切れ刃10の摩耗が低減されると考えられる。孔形成工程において形成される孔の直径は、特に限定されるものではなく、3mm以上である。なお、孔の直径は、用いるドリルビット1の径により調整することができる。
〔切削加工補助潤滑材〕
本実施形態の孔形成方法において用いられる切削加工補助潤滑材2は、特に限定されないが、例えば、高分子材料と無機充填材とを含むものが挙げられる。具体的には、水溶性又は非水溶性の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂などの高分子材料と、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、モリブデン化合物などの無機充填材と、を含有する潤滑材2が好ましく、より具体的には、重量平均分子量が5×104以上、1×106以下である高分子量化合物(A)と、重量平均分子量が1×103以上、5×104未満である中分子量化合物(B)と、カーボン(C)と、を含有する潤滑材2がより好ましい。このような潤滑材2を用いることにより、ドリルビット1への負荷をより低減させることができ、孔周辺にできるバリ、欠け、又は繊維の切れ残りをより低減させることができる傾向にある。
(高分子量化合物(A))
高分子量化合物(A)は潤滑剤として機能することができ、切削加工補助潤滑材2の潤滑性を向上させ、孔周辺にできる欠け、バリ、又は繊維の切れ残りを低減するという効果を発揮し得る。さらに、高分子量化合物(A)は成形剤として機能することができ、潤滑材2の成形性を向上させ、単層形成性(支持基材を用いることなく、それ自体で層(シート)を形成することが出来ること)という効果を発揮し得る。高分子量化合物(A)としては、重量平均分子量が5×104以上、1×106以下であれば、特に限定されず、水溶性若しくは非水溶性の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が挙げられる。このなかでも、水溶性熱可塑性樹脂及び/又は非水溶性熱可塑性樹脂が好ましく、水溶性熱可塑性樹脂がより好ましい。水溶性又は非水溶性の熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、例えば、以下で説明する水溶性樹脂及び非水溶性樹脂が挙げられる。なお、「水溶性樹脂」とは、25℃、1気圧において、水100gに対し、1g以上溶解する高分子化合物をいう。高分子量化合物(A)は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(中分子量化合物(B))
中分子量化合物(B)は潤滑剤として機能することができ、切削加工補助潤滑材2の潤滑性を向上させ、加工孔周辺にできる欠け、バリ、又は繊維の切れ残りを低減という効果を発揮し得る。中分子量化合物(B)としては、重量平均分子量が1×103以上、5×104未満であれば、特に限定されないが、例えば、水溶性又は非水溶性の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂が挙げられる。このなかでも、水溶性又は非水溶性の熱可塑性樹脂が好ましく、水溶性の熱可塑性樹脂がより好ましい。
(カーボン(C))
カーボン(C)は固体潤滑剤として機能することができ、切削加工補助潤滑材2の潤滑性を向上させ、ドリルビット1の加工寿命を延ばす効果を発揮し得る。さらに、カーボン(C)は切削加工時の温度において、体積を有する固体状で存在するため、切削加工時の潤滑性を維持できる。カーボン(C)としては、特に限定されないが、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、活性炭、アセチレンブラック、カーボンブラック、コロイド黒鉛、熱分解黒鉛、膨張化黒鉛、鱗辺状黒鉛が挙げられる。この中でも、鱗片状のものが好ましい。カーボン(C)が鱗片状黒鉛を有することにより、摩耗低減性能がより向上する傾向にある。カーボン(C)は1種を単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。
(その他の成分)
切削加工補助潤滑材2は、必要に応じて、その他の成分を含んでもよい。その他の成分としては、潤滑性向上成分、形成性向上成分、可塑剤、柔軟剤、表面調整剤、レベリング剤、帯電防止剤、乳化剤、消泡剤、ワックス添加剤、カップリング剤、レオロジーコントロール剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、光安定剤、核剤、有機フィラー、無機フィラー、固体潤滑剤、熱安定化剤、着色剤などが挙げられる。
切削加工補助潤滑材2は、被加工材料Wと接する面に、粘着層を有していてもよい。粘着層を有することにより、潤滑材2と被加工材料Wの密着性がより向上する傾向にある。
(厚さ)
粘着層を除く切削加工補助潤滑材2の厚さは、被加工材料Wの切削加工の際の切削方法、切断方法、加工する部分の面積や体積、孔形成加工する際に使用するドリルビット1の径、CFRPの構成、厚さなどによって適宜選択されるので、特に限定されない。このなかでも、潤滑材2の厚さは、好ましくは0.1mm以上であり、より好ましくは0.2mm以上であり、さらに好ましくは0.5mm以上である。また、潤滑材2の厚さは、好ましくは20mm以下であり、より好ましくは10mm以下であり、さらに好ましくは5mm以下である。潤滑材2の厚さが0.1mm以上であることにより、十分な切削応力低減が得られ、例えば、ドリル加工を行う場合、ドリルビット1への負荷が小さくなりドリルビット1の折損をより抑制できる傾向にある。また、潤滑材2の厚さが20mm以下であることにより、ドリル加工を行う場合、ドリルビット1への潤滑材2の巻き付きが減少し、潤滑材2における亀裂発生をより抑制できる傾向にある。
〔切削加工補助潤滑材の製造方法〕
切削加工補助潤滑材2の製造方法としては、特に制限されるものではなく、高分子材料などの樹脂と充填材(例えば、無機充填材)とを含む樹脂組成物を、シートや、丸棒の形状や角棒の形状などのブロック状態に成形する従来公知の方法を広く利用することができる。例えば、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)を、溶媒の存在下又は溶媒の非存在下で混合し、支持体に塗布、冷却、固化させてシートを形成し、その後、支持体を除去、剥離して潤滑材2を得る方法、高分子量化合物(A)、中分子量化合物(B)、及びカーボン(C)を、溶媒存在下又は溶媒非存在下で混合し、シートの形状に押出成形して、必要に応じて延伸することにより潤滑材2を得る方法などが挙げられる。
〔被加工材料〕
被加工材料Wとしては、難削金属材、繊維強化複合材、繊維強化複合材と難削金属材とが密着した複合材料、等が挙げられる。
〔実施例1〕
実施例1においては、ドリルビット1として、超硬合金ドリル(RG−GDN、オーエスジー株式会社製)の先端部に、ワイヤ放電加工機(AQ327L、Sodick製)を使用して、0.2mmΦのワイヤを用いて、ドリルビット先端部の2番面20に、切れ刃10に対して平行な直線状の溝40を形成し、ドリルビットd−1を作製した(表2参照)。この時、溝40の切れ刃10からの距離が363μm、溝40の幅の平均値が263μm、溝40の最大深さが81μmであった。ドリルビット先端部に形成した溝40の切れ刃10からの距離、幅、深さについては、溝加工後のドリルビット1の先端部を、V−LASER顕微鏡(VK−9700、株式会社キーエンス製)を用いて撮影し、撮影したデータから、解析ソフトを用いて計測した。
〔実施例2〜4〕
実施例2〜4においては、実施例1と同様の方法で、ドリルビット1の先端部に表2に示す形状の溝40を形成し、ドリルビットd−2〜d−4を作製した。また、実施例1と同様にして作製した切削加工補助潤滑シートを、被加工材料Wのドリルビット1の進入面に治具を用いて固定し、表3に示す条件で孔あけ加工を行った。ドリルビット1の出口側における加工孔周辺のバリと、切削加工時のドリルビット1の温度と、について評価した結果を表3に示した。図4は、実施例1〜4で使用したドリルビット1の先端部の写真である。
〔比較例1〕
比較例1においては、先端部に溝を形成していないドリルビットを使用した。そして、実施例1と同様にして作製した切削加工補助潤滑シートを、被加工材料Wのドリルビット進入面に治具を用いて固定し、表3に示す条件で孔あけ加工を行った。ドリルビットの出口側における加工孔周辺のバリと、切削加工時のドリルビットの温度と、について評価した結果を表3に示した。図5は、比較例1で使用したドリルビットの先端部の拡大図である。
〔評価:ドリルビット出口側加工孔のバリの高さ、切削加工時のドリルビットの温度〕
実施例1〜4及び比較例1において、加工後の貫通孔のドリルビット出口側を、V−LASER顕微鏡(VK−9700、株式会社キーエンス製)を用いて撮影し、撮影したデータから、解析ソフトを用いてドリルビット出口側における加工孔のバリの高さを計測した。この時、8箇所でバリの高さを測定し、その平均値をバリ高さとした(なお、本実施例及び比較例においては、5孔目のバリを測定した)。また、実施例1〜4及び比較例1において、切削加工時のドリルビットの温度を、赤外線放射温度計(InfReC Themo GEAR G120EX、NEC Avio赤外線テクノロジー株式会社製)を用いて測定した。サンプリング周期は10 fpsとし、ドリルビットが貫通する直前の試験片下面から、孔の貫通方向に対して45°の方向から測定した。
1…ドリルビット
2…切削加工補助潤滑材
10…切れ刃
20…2番面
30…3番面
40…溝(凹部)
W…被加工材料
Claims (15)
- 切削加工補助潤滑材を被加工材料の被加工部分に接触させながらドリル加工により前記被加工部分を切削して孔を形成する際に使用されるドリルビットであって、
少なくとも一つの切れ刃と、
前記切れ刃の近傍に位置する面と、を備え、
前記面に、所定の平面形状を呈する凹部が設けられている、ドリルビット。 - 前記面が、前記切れ刃に隣接する2番面を有し、
前記凹部が、前記2番面に設けられている、請求項1に記載のドリルビット。 - 前記面が、前記切れ刃に隣接する2番面と、前記2番面に隣接する3番面と、を有し、
前記凹部が、前記3番面に設けられている、請求項1又は2に記載のドリルビット。 - 前記凹部が、前記切れ刃に対して略平行に形成された略直線状の溝である、請求項1から3の何れか一項に記載のドリルビット。
- 前記切れ刃と前記溝との間の寸法が、0.25mm以上0.43mm以下に設定されている、請求項4に記載のドリルビット。
- 前記溝の幅の平均値が、0.23mm以上0.30mm以下に設定されている、請求項4又は5に記載のドリルビット。
- 前記凹部の最大深さが、0.05mm以上0.15mm以下に設定されている、請求項1〜6の何れか一項に記載のドリルビット。
- 切削加工補助潤滑材を、ドリルビット及び被加工材料の被加工部分の少なくとも何れか一方に接触させながら、ドリル加工により前記被加工部分を切削して孔を形成する孔形成工程を含み、
前記孔形成工程において、請求項1〜7の何れか一項に記載のドリルビットを使用する、
孔形成方法。 - 前記切削加工補助潤滑材が、シート状に形成されている、請求項8に記載の孔形成方法。
- 前記被加工材料の厚みが、1.0mm以上であり、
前記孔形成工程によって形成される孔の直径が、3.0mm以上である、請求項8又は9に記載の孔形成方法。 - 前記被加工材料が、難削金属材である、請求項8〜10の何れか一項に記載の孔形成方法。
- 前記被加工材料が、繊維強化複合材である、請求項8〜10の何れか一項に記載の孔形成方法。
- 前記被加工材料が、難削金属材と繊維強化複合材とが密着した材料である、請求項8〜10の何れか一項に記載の孔形成方法。
- 前記難削金属材が、チタン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、低合金鋼、ステンレス鋼及び耐熱合金からなる群より選ばれる何れか一つである、請求項11又は13に記載の孔形成方法。
- 前記難削金属材が、Ti−6Al―4Vのチタン合金である、請求項11又は13に記載の孔形成方法。
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