KR102032079B1

KR102032079B1 - 드릴 비트 및 구멍 형성 방법

Info

Publication number: KR102032079B1
Application number: KR1020187034066A
Authority: KR
Inventors: 요우스케 마츠야마; 다카아키 오가시와; 노리츠구 우메하라; 신타로우 오야마
Original assignee: 미츠비시 가스 가가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2019-10-14
Also published as: PH12018502588A1; JP6425194B2; JPWO2017217184A1; KR20190003622A; EP3470155A1; US20200282471A1; MY196529A; US11097357B2; BR112018075766A2; EP3470155B1; BR112018075766B1; JP2018183872A; CN109311103B; PH12018502588B1; US20190275593A1; CN109311103A; TW201801826A; RU2693230C1; TWI719219B; SG11201811039XA

Abstract

피가공 재료가 난삭 금속재나 섬유 강화 복합재인 경우에 있어서도 고품질의 구멍을 형성할 수 있는 구멍 형성 방법을 제공함과 함께, 이 방법에 사용되는 드릴 비트를 제공한다. 드릴 비트 (1) 는, 적어도 1 개의 절삭날 (10) 과, 절삭날 (10) 의 근방에 위치하는 면 (2 번면 (20) 및 3 번면 (30)) 을 구비하고, 이 면에, 소정의 평면 형상을 나타내는 오목부 (홈 (40)) 를 형성한다. 구멍 형성 방법은, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분에 접촉시키면서 드릴 가공에 의해 피가공 부분을 절삭하여 구멍을 형성하는 구멍 형성 공정을 포함하고, 구멍 형성 공정에 있어서 드릴 비트 (1) 를 사용한다.

Description

드릴 비트 및 구멍 형성 방법

본 발명은, 드릴 비트 및 구멍 형성 방법에 관한 것이다.

현재, 항공기의 기체 구조용 재료 (구조재) 로서 금속재 (주로 알루미늄 합금) 가 채용되고 있다. 기체 구조 중에서 보다 고온이 될 수 있는 지점, 예를 들어, 제트 배기 지점이나 애프터 버너 주변에는, 내열 합금인 티탄 합금이나 스테인리스강 등이 사용되고 있지만, 장래 항공기의 고속화가 진행되면, 공력 가열에 의해 종래의 알루미늄 합금에서는 강도가 저하하게 된다. 그 때문에, 향후에는, 기체 구조의 주체로서 보다 단단한 티탄 합금이나 스테인리스강이 구조재로서 사용되는 것이 전망된다. 이들, 항공기의 기체를 구성하는 구조재는, 금속재끼리, 혹은 금속재와 CFRP 등의 다른 재질의 구조재를 볼트로 체결하기 위해서, 드릴에 의해 구멍 뚫기 가공을 할 필요가 있다.

이들 금속의 구멍 뚫기 가공에 있어서는, 이미 몇 가지 기술이 제안되어 있다. 예를 들어, 티탄 합금재는 난삭재이기 때문에, 드릴 구멍 뚫기 가공 수명이 매우 짧다. 이와 같은 과제에 대하여, 절삭유제를 분무하여 가공하는 방법이나 드릴의 형상을 변경함으로써 드릴에 대한 부하를 저감시켜, 드릴의 가공 수명 저하를 회피하는 방법이 예시되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

또한, 최근에 있어서는, 섬유 강화 복합재 (특히, 인장 강도나 인장 탄성력이 큰 탄소 섬유 강화 플라스틱 (CFPR)) 이, 항공기나 차량의 외판 등으로서 다용되는 경향이 있다. 여기서, CFRP 란, 탄소 섬유에 매트릭스 수지를 함침시킨 프리프레그를 1 장 또는 2 장 이상 적층하고, 가열 성형 또는 가열 가압 성형하여 이루어지는 플라스틱을 가리킨다. 이 CFRP 로 형성된 부재는, 볼트나 리벳 등의 체결 요소를 사용하여 구조체에 고정된다. 이 때문에, 항공기 부품 등의 구조체에 CFRP 를 고정시킬 때에는, 절삭 가공, 그 중에서도 체결 요소를 통과하기 위한 구멍을 CFRP 에 다수 뚫는 구멍 뚫기 가공이 필요하게 된다.

CFRP 의 구멍 뚫기 가공에 있어서 고품질의 구멍을 얻기 위해서, 이미 몇 가지 기술이 제안되어 있다. 예를 들어 공구의 형상, 예를 들어 드릴의 레이크면의 곡률이나 선단각을 단계적으로 변경하는 등의 방법이 예시되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조).

일본 공개특허공보 2006-150557호 일본 공개특허공보 2012-210689호

그런데, 통상적으로, 금속에 대한 구멍 뚫기는 드릴을 사용하여 실시되지만, 금속 전용의 드릴을 사용해도, 드릴 구멍 뚫기 가공 수명은 짧고, 일반적인 드릴을 사용한 경우에는, 드릴 구멍 뚫기 가공 수명은 극단적으로 짧다. 또한, 가공 구멍수가 증가해 감에 따라, 드릴의 날에 마모가 발생하여, 가공 구멍의 품질이 저하한다. 구체적으로는 가공한 구멍의 내경이 작아지기 쉽고, 드릴이 관통하는 출구측에 버도 발생하기 쉬워진다. 또한, 드릴의 마모에 의해, 볼트 체결하는 금속재와 CFRP 등의 다른 재질의 구조재 사이에 간극이 발생하여, 이들 구조재 사이에 들뜸이 발생하거나, 발생한 간극에 가공 찌꺼기가 들어가는 경우가 있다. 이와 같은 현상은 중대 결함으로 인식되고 있다. 이와 같이, 드릴의 날의 마모에서 기인하여, 가공 구멍에 품질 상의 문제가 발생할 가능성이 높다. 이와 같은 상황에 있어서, 항공기용의 티탄 합금재를 사용한 구조체의 제조 등에서는, 특히, 고품질의 구멍 뚫기 가공이 요구되고 있어, 상기한 드릴 구멍 뚫기 가공 수명이나 금속재와 이종 구조재 사이에 발생하는 들뜸 등의 문제를 해결하는 것이 매우 중요해진다.

또한, 드릴을 사용하여 금속의 구멍 뚫기 가공을 실시하는 경우, 회전하는 드릴과 금속 사이에서 마찰열이 발생하여, 국소적으로 가공 구멍 주변의 온도가 상승한다. 따라서, 가공 구멍수가 많은 경우, 가공 구멍수가 증가해 감에 따라, 드릴 및 피가공 재료인 금속에 축열되게 된다. 열 전도율이 낮은 금속의 경우, 열 방출이 불충분하기 때문에, 가공 구멍 주변의 온도가 상승한다. 그 때, 금속의 온도가 높아지면 금속이 연화하게 되기 때문에, 가공 구멍의 드릴이 관통하는 출구측에 버가 발생하게 된다. 또한, 금속의 가공 찌꺼기가, 가공 열에 의해 드릴에 용착하게 되어, 과잉의 부하가 드릴에 가해져 가공 장치가 정지하는 경우도 있다. 이와 같이, 구멍 뚫기 가공시의 축열에서 기인하여, 가공 구멍에 품질 상의 문제가 발생할 가능성이 높다. 이와 같은 상황에 있어서, 항공기용의 티탄 합금재를 사용한 구조체의 제조 등에서는, 특히, 고품질의 구멍 뚫기 가공이 요구되고 있어, 상기한 버에 관한 문제를 해결하는 것이 매우 중요해진다.

이와 같은 가공 지점 및 드릴의 축열을 방지하기 위해서, 종래, 절삭유 등을 사용한 습식 가공이 실시되고 있다. 그러나, 습식 가공의 경우, 절삭 가공 종료시에 세정 공정이 필요하다. 또한, 유분이 가공 구멍 주변이나 내부에 잔류하고 있는 경우, 관통공으로 체결할 때의 체결 도구인 나사의 열화나 체결부에서 느슨해짐이 발생할 가능성이 있고, 이들 문제는 치명적인 사고로 연결될 우려가 있다. 이 점, 특허문헌 1 에 기재된 바와 같이, 구멍 뚫기 가공이 어려운 금속의 가공성 개량은, 절삭 공구나 절삭 가공 방법의 면에서 검토되고 있지만, 그 효과는 불충분하였다.

또한, 섬유 강화 복합재에 대한 구멍 뚫기도 통상적으로, 드릴을 사용하여 이루어진다. 일반적인 드릴에 의한 구멍 뚫기에서는, 드릴 구멍 뚫기 가공 수명이 극단적으로 짧고, 가공 구멍수가 증가해 감에 따라, 드릴의 날에 마모가 발생하여, 가공 구멍의 품질이 저하한다. 구체적으로는 가공한 구멍의 내경이 작아지기 쉽고, 드릴이 관통하는 출구측에 탄소 섬유의 보풀 현상 (이하, 「섬유 절단 잔여물」 이라고도 한다. 섬유 강화 복합재를 형성하는 섬유의 일부가 절단되지 않고, 절단 잔여물로서 가공 구멍의 주위에 남는 현상이다.) 이 발생하기 쉽고, 섬유 강화 복합재를 형성하는 프리프레그의 적층 사이의 박리 (이하, 층간 박리라고 한다) 도 발생하기 쉬워진다. 또한, 드릴의 날의 마모에 의해, 가공 구멍의 내경이 불균일해져, 가공 구멍의 요철을 기점으로 층간 박리가 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 현상은 중대 결함으로 인식되고 있다. 이와 같이, 드릴의 날의 마모에서 기인하여, 가공 구멍에 품질 상의 문제가 발생할 가능성이 높다. 이에 대하여, 항공기용의 CFRP 를 사용한 구조체의 제조 등에서는, 특히, 고품질의 구멍 뚫기 가공이 요구되고 있어, 상기의 보풀 현상이나 층간 박리 등의 문제를 해결하는 것이 매우 중요해진다.

CFRP 의 구멍 뚫기 가공에 있어서, 공구 마모가 진행되어, 절삭 저항이 커질수록, 가공 구멍의 품질 문제는, 발생하기 쉬워진다. 특히, 고강도의 항공기 용도의 CFRP 등에서는, 탄소 섬유가 고밀도로 존재하기 때문에, 드릴이 탄소 섬유를 찰과하는 빈도가 증가하게 되어, 절삭 공구의 마모가 보다 빠르게 진행한다. 대책으로서, 구멍 품질 유지를 위해서 공구 교환을 앞당기게 되어, 가공 비용에서 차지하는 공구비의 비율이 높아지고 있는 것이 현 상황이다. 이 점, 특허문헌 2 에 기재된 바와 같이, 구멍 뚫기 가공이 어려운 섬유 강화 복합재 (예를 들어, CFRP) 의 가공성 개량은, 공구의 면에서 검토되어 오고는 있지만, 그 효과는 불충분하였다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 피가공 재료가 난삭 금속재나 섬유 강화 복합재인 경우에 있어서도 고품질의 구멍을 형성할 수 있는 구멍 형성 방법을 제공함과 함께, 이 방법에 사용되는 드릴 비트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토하였다. 그 결과, 절삭 가공 보조 윤활재와, 선단부 표면에 오목부를 형성한 드릴 비트를 사용하여 피가공 재료를 절삭함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 알아내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 이하와 같다.

[1]

절삭 가공 보조 윤활재를 피가공 재료의 피가공 부분에 접촉시키면서 드릴 가공에 의해 상기 피가공 부분을 절삭하여 구멍을 형성할 때에 사용되는 드릴 비트로서,

적어도 1 개의 절삭날과,

상기 절삭날의 근방에 위치하는 면을 구비하고,

상기 면에, 소정의 평면 형상을 나타내는 오목부가 형성되어 있는, 드릴 비트.

[2]

상기 면이, 상기 절삭날에 인접하는 2 번면을 갖고,

상기 오목부가, 상기 2 번면에 형성되어 있는, [1] 에 기재된 드릴 비트.

[3]

상기 면이, 상기 절삭날에 인접하는 2 번면과, 상기 2 번면에 인접하는 3 번면을 갖고,

상기 오목부가, 상기 3 번면에 형성되어 있는, [1] 또는 [2] 에 기재된 드릴 비트.

[4]

상기 오목부가, 상기 절삭날에 대하여 대략 평행하게 형성된 대략 직선형의 홈인, [1] 내지 [3] 의 어느 한 항에 기재된 드릴 비트.

[5]

상기 절삭날과 상기 홈 사이의 치수가, 0.25 ㎜ 이상 0.43 ㎜ 이하로 설정되어 있는, [4] 에 기재된 드릴 비트.

[6]

상기 홈의 폭의 평균치가, 0.23 ㎜ 이상 0.30 ㎜ 이하로 설정되어 있는, [4] 또는 [5] 에 기재된 드릴 비트.

[7]

상기 오목부의 최대 깊이가, 0.05 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 이하로 설정되어 있는, [1] ∼ [6] 의 어느 한 항에 기재된 드릴 비트.

[8]

절삭 가공 보조 윤활재를, 드릴 비트 및 피가공 재료의 피가공 부분의 적어도 어느 일방에 접촉시키면서, 드릴 가공에 의해 상기 피가공 부분을 절삭하여 구멍을 형성하는 구멍 형성 공정을 포함하고,

상기 구멍 형성 공정에 있어서, [1] ∼ [7] 의 어느 한 항에 기재된 드릴 비트를 사용하는,

구멍 형성 방법.

[9]

상기 절삭 가공 보조 윤활재가, 시트상으로 형성되어 있는, [8] 에 기재된 구멍 형성 방법.

[10]

상기 피가공 재료의 두께가, 1.0 ㎜ 이상이고,

상기 구멍 형성 공정에 의해 형성되는 구멍의 직경이, 3.0 ㎜ 이상인, [8] 또는 [9] 에 기재된 구멍 형성 방법.

[11]

상기 피가공 재료가, 난삭 금속재인, [8] ∼ [10] 의 어느 한 항에 기재된 구멍 형성 방법.

[12]

상기 피가공 재료가, 섬유 강화 복합재인, [8] ∼ [10] 의 어느 한 항에 기재된 구멍 형성 방법.

[13]

상기 피가공 재료가, 난삭 금속재와 섬유 강화 복합재가 밀착된 재료인, [8] ∼ [10] 의 어느 한 항에 기재된 구멍 형성 방법.

[14]

상기 난삭 금속재가, 티탄 합금, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 저합금강, 스테인리스강 및 내열 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 1 개인, [11] 또는 [13] 에 기재된 구멍 형성 방법.

[15]

상기 난삭 금속재가, Ti-6Al-4V 의 티탄 합금인, [11] 또는 [13] 에 기재된 구멍 형성 방법.

본 발명에 의하면, 피가공 재료가 난삭 금속재나 섬유 강화 복합재인 경우에 있어서도 고품질의 구멍을 형성할 수 있는 구멍 형성 방법을 제공함과 함께, 이 방법에 사용되는 드릴 비트를 제공하는 것이 가능해진다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 드릴 비트의 선단부의 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 관련된 구멍 형성 방법의 일 양태를 나타내는 개략도이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태에 관련된 드릴 비트의 선단부의 확대도이다.
도 4 는 본 발명의 실시예 1 ∼ 4 에서 사용한 드릴 비트의 선단부의 사진이다.
도 5 는 비교예 1 에서 사용한 드릴 비트의 선단부의 확대도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 실시형태는 어디까지나 바람직한 적용예로서, 본 발명의 적용 범위가 이것에 한정되는 것은 아니다.

＜드릴 비트＞

먼저, 도 1 ∼ 도 3 을 사용하여, 본 발명의 실시형태에 관련된 드릴 비트 (1) 의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 관련된 드릴 비트 (1) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 절삭 가공 보조 윤활재 (이하, 「윤활재」 라고 칭하는 경우가 있다) (2) 를 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분에 접촉시키면서 드릴 가공에 의해 피가공 부분을 절삭하여 구멍을 형성할 때에 사용되는 것이다. 드릴 비트 (1) 의 선단부에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 1 쌍의 절삭날 (10) 과, 각 절삭날 (10) 의 근방에 위치하는 면 (절삭날 (10) 에 인접하는 2 번면 (20) 및 2 번면 (20) 에 인접하는 3 번면 (30)) 이 형성되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 2 개의 절삭날 (10) 을 채용한 예를 나타냈지만, 절삭날 (10) 은 적어도 1 개 형성되어 있으면 되고, 3 개 이상 형성되어 있어도 된다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 2 번면 (20) 에 인접하는 3 번면 (30) 을 형성한 예를 나타냈지만, 3 번면 (30) 을 형성하지 않아도 된다. 또한, 본 발명에 있어서 「2 번면」 이란, 절삭날의 바로 옆에 배치되어 절삭날에 접하는 면을 의미하고 있고, 이른바 「2 번 취면」 (절삭 중의 마찰을 피할 목적으로 드릴의 외주와 피가공 부분 사이에 간극을 형성하기 위해서, 드릴의 랜드부에 마진폭을 남겨 형성되는 면) 과는 상이한 것이다.

드릴 비트 (1) 의 각 2 번면 (20) 에는, 소정의 평면 형상을 나타내는 오목부가 형성되어 있다. 오목부로는, 예를 들어 도 3 에 나타내는 바와 같이, 각 절삭날 (10) 에 대하여 대략 평행하게 형성된 대략 직선형의 홈 (40) 을 채용할 수 있다.

오목부로서 이와 같은 홈 (40) 을 채용한 경우에는, 절삭날 (10) 과 홈 (40) 사이의 치수를 0.25 ㎜ 이상 0.43 ㎜ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 절삭날 (10) 과 홈 (40) 사이의 치수가 0.25 ㎜ 미만이면, 홈 (40) 에 의해 일시적으로 유지된 윤활재 (2) 가 2 번면 (20) 전체에 공급되기 어려워지고, 윤활 효과가 작아져 절삭 가공시의 온도가 상승할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 절삭날 (10) 과 홈 (40) 사이의 치수가 0.43 ㎜ 를 초과하면, 윤활재 (2) 가 절삭날 (10) 에 공급되기 어려워져, 드릴 비트 (1) 가 관통할 때의 절삭성이 유지되기 어려워지는 점에서, 드릴 비트 (1) 의 출구가 되어야 하는 부분 (출구측) 의 버가 발생하기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 홈 (40) 의 (최대) 깊이를, 0.05 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 홈 (40) 의 깊이가 0.05 ㎜ 미만이면, 윤활재 (2) 가 드릴 비트 (1) 의 선단부에 확산되기 어려워져, 윤활 효과가 작아져 피가공 재료 (W) 에 버가 발생하기 쉬워지는 것에 더하여, 피가공 재료 (W) 와 드릴 비트 (1) 의 선단부의 접촉면 사이의 마찰 계수가 커져, 마찰 온도가 상승할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 홈 (40) 의 깊이가 0.15 ㎜ 를 초과하면, 드릴 비트 (1) 의 홈 (40) 을 형성한 면의 강도가 저하하여, 가공 중에 당해 면이 파손될 가능성이 있고, 구멍 품질이 저하할 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 홈 (40) 의 폭 (평균치) 을, 0.23 ㎜ 이상 0.30 ㎜ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 홈 (40) 의 폭이 0.23 ㎜ 미만이면, 윤활제 (2) 가 드릴 비트 (1) 의 선단부에 확산되기 어려워지고, 윤활 효과가 작아져 피가공 재료 (W) 에 버가 발생하기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 홈 (40) 의 폭이 0.30 ㎜ 를 초과하면, 드릴 비트 (1) 의 홈 (40) 을 형성한 면의 강도가 저하하여, 가공 중에 당해 면이 파손될 가능성이 있고, 구멍 품질이 저하할 우려가 있기 때문에 바람직하지 않다.

오목부는, 각 절삭날 (10) 에 대하여 대략 평행하게 형성된 대략 직선형의 홈 (40) 에 한정되는 것이 아니고, 다양한 평면 형상을 나타내는 것을 채용할 수 있다. 예를 들어, 오목부로서, 각 절삭날 (10) 에 대하여 소정의 각도 (예를 들어 약 30°) 를 갖도록 형성된 대략 직선형의 홈, 드릴 비트 (1) 의 회전 중심으로부터 반경 방향 외측이 됨에 따라 폭이 점차 증대하도록 구성된 홈, 격자상으로 형성된 홈, 파형으로 형성된 홈, 평면 형상이 대략 원 형상이나 대략 타원 형상이나 대략 다각 형상을 나타내는 오목부, 등을 채용할 수도 있다. 또한, 오목부는, 드릴 비트 (1) 의 2 번면 (20) 뿐만 아니라 3 번면 (30) 에 형성할 수도 있다 (2 번면 (20) 에 형성하는 대신에 3 번면 (30) 에 오목부를 형성해도 된다).

드릴 비트 (1) 는, 이미 서술한 바와 같이, 적어도 1 개의 절삭날 (10) 과, 각 절삭날 (10) 의 근방에 위치하는 면 (2 번면 (20) 이나 3 번면 (30)) 과, 이 면에 형성된 소정의 평면 형상을 나타내는 오목부 (예를 들어 홈 (40)) 를 가지고 있으면 되고, 그 밖의 형상이나 구조 (절삭날 (10) 의 수, 드릴 비트 (1) 의 선단각, 홈의 비틀림각 등) 는 적절히 선택할 수 있다. 드릴 비트 (1) 의 재질로는, 경질의 금속 탄화물의 분말을 소결하여 만들어지는 초경 합금인 것이 바람직하다. 이와 같은 초경 합금으로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 탄화텅스텐과 결합제인 코발트를 혼합하여 소결한 금속을 들 수 있다. 이와 같은 초경 합금에는, 사용 목적에 따라 재료 특성을 더욱 향상시키기 위해서, 탄화티탄이나 탄화탄탈 등이 첨가되는 경우도 있다. 드릴 비트 (1) 의 직경은, 1 ㎜φ 이상 10 ㎜φ 이하인 것이 바람직하고, 항공기용 기재의 구멍 뚫기 가공에 많이 이용되고 있는 2 ㎜φ 이상 7 ㎜φ 이하인 것이 보다 바람직하다.

＜구멍 형성 방법＞

다음으로, 본 실시형태에 관련된 드릴 비트 (1) 를 사용한 구멍 형성 방법에 대하여 설명한다.

본 실시형태에 관련된 구멍 형성 방법은, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를, 드릴 비트 (1) 및/또는 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분에 접촉시키면서, 드릴 가공에 의해 피가공 부분을 절삭하여 구멍을 형성하는 구멍 형성 공정을 포함하고, 이 구멍 형성 공정에 있어서, 본 실시형태에 관련된 드릴 비트 (1) 를 사용하는 것이다.

도 2 에, 본 실시형태의 구멍 형성 방법의 일 양태를 나타내는 개략도를 나타낸다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 윤활재 (2) 는, 피가공 재료 (W) (특히 난삭재) 의 구멍 형성 가공에 있어서 사용되는 것이다. 구체적으로는, 윤활재 (2) 를 피가공 재료 (W) 의 드릴 비트 (1) 의 입구가 되어야 하는 부분 (진입면) 에 배치하고, 드릴 비트 (1) 를 사용하여 피가공 재료 (W) 를 가공한다. 또한, 본 실시형태의 구멍 형성 방법에 있어서는, 윤활재 (2) 를, 드릴 비트 (1) 및/또는 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분에 접촉시키면서, 드릴 가공에 의해 피가공 부분을 절삭하여 구멍을 형성하는 것이면 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 윤활재 (2) 를 미리 접촉시킨 드릴 비트 (1) 를 사용하여 드릴 가공을 실시해도 된다. 또한, 「접촉시키면서」 란, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 드릴 가공을 실시하기 전에, 윤활재 (2) 를, 드릴 비트 (1) 에 부착시키는 접촉 공정을 거친 후, 윤활재 (2) 가 부착된 드릴 비트 (1) 에 의해 드릴 가공을 실시하는 경우와, 윤활재 (2) 를 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분에 밀착시키는 밀착 공정을 거친 후, 윤활재 (2) 측으로부터 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분을 절삭하는 경우와, 또는 이들 양방을 병용하는 경우를 들 수 있다.

이러한 방법을 채용하면, 윤활재 (2) 를 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분에 접촉시키면서 드릴 가공에 의해 피가공 부분을 절삭하여 구멍을 형성할 때에, 각 절삭날 (10) 의 근방에 위치하는 면 (예를 들어 2 번면 (20)) 에 오목부 (예를 들어 홈 (40)) 가 형성된 드릴 비트 (1) 를 사용하기 때문에, 윤활재 (2) 의 윤활 성분을 드릴 비트 (1) 의 오목부에서 일시적으로 유지할 수 있다. 따라서, 드릴 비트 (1) 의 선단부 (절삭날 (10), 2 번면 (20), 3 번면 (30) 등) 에 윤활재 (2) 의 윤활 성분을 확산되기 쉽게 할 수 있기 때문에, 윤활재 (2) 에 의한 윤활 효과를 높일 수 있다. 이 결과, 피가공 재료 (W) 가 난삭 금속재인 경우에 있어서도 피가공 재료 (W) 의 드릴 비트 (1) 의 출구측의 버의 발생을 억제할 수 있고, 피가공 재료 (W) 가 섬유 강화 복합재인 경우에 있어서도 피가공 재료 (W) 의 결손이나 섬유의 절단 잔여물을 줄일 수 있어, 고품질의 구멍을 형성할 수 있다. 또한, 윤활재 (2) 에 의한 윤활 효과를 높일 수 있는 점에서, 피가공 재료 (W) 와 드릴 비트 (1) 의 표면 사이의 마찰 저항을 저감시켜, 드릴 비트 (1) 에 대한 부하를 경감시킬 수 있다. 이 결과, 드릴 비트 (1) 의 1 개 당의 수명을 늘릴 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

〔접촉 공정〕

본 실시형태에 관련된 구멍 형성 방법은, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를, 드릴 비트 (1) 및/또는 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분에 접촉시키면서, 드릴 가공에 의해 피가공 부분을 절삭하여 구멍을 형성하는 방법이면 특별히 한정되지 않고, 필요에 따라, 접촉 공정을 가지고 있어도 된다. 접촉 공정은, 구멍 형성 전에, 윤활재 (2) 를, 드릴 비트 (1) 에 접촉시키는 공정이다. 그 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 윤활재 (2) 를 드릴 비트 (1) 의 진입면에 배치함으로써, 구멍 형성 전에, 윤활재 (2) 를 드릴 비트 (1) 에 부착시킬 수 있다. 또한, 윤활재 (2) 를 드릴 비트 (1) 에 접촉시키면서 구멍 형성을 함으로써, 윤활재 (2) 를 드릴 비트 (1) 에 부착시킬 수 있다. 또한, 미리, 윤활재 (2) 를 드릴 비트 (1) 에 도포함으로써, 윤활재 (2) 를 드릴 비트 (1) 에 부착시킬 수 있다. 나아가, 구멍 형성 전에, 드릴 비트 (1) 로 윤활재 (2) 를 절단, 구멍 뚫기 가공함으로써, 윤활재 (2) 를 드릴 비트 (1) 에 부착시킬 수 있다.

〔밀착 공정〕

또한, 본 실시형태의 구멍 형성 방법은, 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분에 미리 윤활재 (2) 를 밀착시키는 밀착 공정을 가져도 된다. 피가공 재료 (W) 상의 윤활재 (2) 의 밀착 지점은, 드릴 비트 (1) 의 입구가 되어야 하는 부분이어도 되고, 드릴 비트 (1) 의 출구가 되어야 하는 부분 및 입구가 되어야 하는 부분의 양방이어도 된다. 이에 의해, 상기 서술한 바와 같이 드릴 비트 (1) 에 대한 부하를 저감시킬 수 있고, 구멍 주변에 발생하는 버, 결손, 또는 섬유의 절단 잔여물을 저감시킬 수 있다. 또한, 「출구가 되어야 하는 부분」 이란, 당해 부분이 면인 경우에는, 출구가 되어야 하는 면으로도 바꾸어 말할 수 있다. 이에 대응하여, 「입구가 되어야 하는 부분」 이란, 입구가 되어야 하는 면으로도 바꾸어 말할 수 있다.

피가공 재료 (W) 와 윤활재 (2) 를 밀착시키는 방법으로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 윤활재 (2) 와 피가공 재료 (W) 를 클립이나 지그로 물리적으로 고정시키는 방법, 피가공 재료 (W) 인 금속과 접하는 윤활재 (2) 표면에 점착성을 갖는 화합물의 층 (점착층) 을 형성하는 방법, 등을 들 수 있다. 이 중에서도, 점착층을 형성한 윤활재 (2) 를 사용하는 방법이, 지그 등에 의한 고정의 필요가 없기 때문에, 바람직하다. 또한, 본 명세서에서는, 피가공 재료 (W) 와 윤활재 (2) 를 고정시키기 위해서 사용하는 점착성을 갖는 화합물의 층을 점착층이라고 정의하는 것으로 한다.

〔구멍 형성 공정〕

구멍 형성 공정은, 윤활재 (2) 를, 드릴 비트 (1) 및/또는 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분에 접촉시키면서, 드릴 가공에 의해 피가공 재료 (W) 를 절삭하여 구멍을 형성하는 공정이다. 이와 같이 윤활재 (2) 를 사용함으로써, 예를 들어, 구멍 형성 가공 (특히, 연속한 구멍 형성 가공) 을 실시하는 경우, 드릴 비트 (1) 의 측면의 홈 표면을 포함한 드릴 표면과 가공 구멍 내벽 표면 사이의 윤활성이 높아져, 드릴 비트 (1) 의 절삭날 (10) 이 절삭한 재료 (탄소 섬유 등) 의 배출을 용이화하여, 드릴 비트 (1) 의 절삭날 (10) 과 가공 구멍 내벽 표면의 찰과 빈도와 정도를 경감시키기 때문에, 드릴 비트 (1) 의 절삭날 (10) 의 마모가 저감되는 것으로 생각된다. 구멍 형성 공정에 있어서 형성되는 구멍의 직경은, 특별히 한정되는 것이 아니고, 3 ㎜ 이상이다. 또한, 구멍의 직경은, 사용하는 드릴 비트 (1) 의 직경에 따라 조정할 수 있다.

구멍 형성 공정에 있어서는, 일반적인 절삭 가공에 있어서의 기술을 사용할 수 있다. 예를 들어, 절삭 가공을 실시할 때, 가스나 액체를 사용하여 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분 및/또는 드릴 비트 (1) 를 냉각시키면서 절삭 가공하는 것 등을 들 수 있다. 가스를 사용하여 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분 및/또는 드릴 비트 (1) 를 냉각시키는 방법으로는, 예를 들어, 압축한 가스를 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분 및/또는 드릴 비트 (1) 에 공급하는 방법, 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분 및/또는 드릴 비트 (1) 부근의 가스를 흡인하는 것에 의해, 주위로부터 가스를 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분 및/또는 드릴 비트 (1) 에 공급하는 방법을 들 수 있다.

〔절삭 가공 보조 윤활재〕

본 실시형태의 구멍 형성 방법에 있어서 사용되는 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 고분자 재료와 무기 충전재를 포함하는 것을 들 수 있다. 구체적으로는, 수용성 또는 비수용성의 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지 등의 고분자 재료와, 흑연, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 몰리브덴 화합물 등의 무기 충전재를 함유하는 윤활재 (2) 가 바람직하고, 보다 구체적으로는, 중량 평균 분자량이 5 × 10⁴ 이상, 1 × 10⁶ 이하인 고분자량 화합물 (A) 와, 중량 평균 분자량이 1 × 10³ 이상, 5 × 10⁴ 미만인 중분자량 화합물 (B) 와, 카본 (C) 를 함유하는 윤활재 (2) 가 보다 바람직하다. 이와 같은 윤활재 (2) 를 사용함으로써, 드릴 비트 (1) 에 대한 부하를 보다 저감시킬 수 있어, 구멍 주변에 발생하는 버, 결손, 또는 섬유의 절단 잔여물을 보다 저감시킬 수 있는 경향이 있다.

절삭 가공 보조 윤활재 (2) 의 형상은, 윤활재 (2) 를 드릴 비트 (1) 및/또는 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분에 접촉시키면서 드릴 가공에 의해 피가공 부분을 절삭하여 구멍을 형성할 수 있는 양태이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 시트상의 윤활재 (2), 환봉의 형상이나 각봉의 형상 등의 블록 상태의 윤활재 (2), 용융 상태의 윤활재 (2), 등을 들 수 있다. 이 중에서도, 시트상의 양태가 바람직하다.

또한, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 는, 고분자 재료와 무기 충전재를 포함하는 단층체여도 되고, 고분자 재료와 무기 충전재를 포함하는 층과, 다른 층을 구비하는 적층체여도 된다. 다른 층으로는, 윤활재 (2) 와 피가공 재료 (W) 의 밀착성을 향상시키기 위한 점착층, 윤활재 (2) 표면의 긁힘 흠집을 방지하기 위한 보호층, 등을 들 수 있다. 이하, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 의 구성에 대하여 설명한다.

(고분자량 화합물 (A))

고분자량 화합물 (A) 는 윤활제로서 기능할 수 있고, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 의 윤활성을 향상시켜, 구멍 주변에 발생하는 결손, 버, 또는 섬유의 절단 잔여물을 저감시킨다는 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 고분자량 화합물 (A) 는 성형제로서 기능할 수 있고, 윤활재 (2) 의 성형성을 향상시켜, 단층 형성성 (지지 기재를 사용하지 않고, 그 자체로 층 (시트) 을 형성할 수 있는 것) 이라는 효과를 발휘할 수 있다. 고분자량 화합물 (A) 로는, 중량 평균 분자량이 5 × 10⁴ 이상, 1 × 10⁶ 이하이면, 특별히 한정되지 않고, 수용성 혹은 비수용성의 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지를 들 수 있다. 이 중에서도, 수용성 열 가소성 수지 및/또는 비수용성 열 가소성 수지가 바람직하고, 수용성 열 가소성 수지가 보다 바람직하다. 수용성 또는 비수용성의 열 가소성 수지로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 이하에서 설명하는 수용성 수지 및 비수용성 수지를 들 수 있다. 또한, 「수용성 수지」 란, 25 ℃, 1 기압에 있어서, 물 100 g 에 대하여, 1 g 이상 용해되는 고분자 화합물을 말한다. 고분자량 화합물 (A) 는, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.

수용성 수지를 사용한 경우, 수용성 수지가 갖는 윤활성에 의해, 절삭 가공시의 절삭 찌꺼기의 배출성이 향상되는 경향이 있다. 또한, 수용성 수지를 사용함으로써, 절삭 가공 보조 윤활 시트의 표면 경도가 적당한 부드러움이 되기 때문에, 드릴 비트 (1) 에 대한 부하를 더욱 저감시킬 수 있는 경향이 있다. 또한, 절삭 가공 후에 피가공 재료 (W) 의 피가공 부분에 부착된 수지 성분을 용이하게 제거하는 것이 가능하다. 수용성 수지로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체 등의 폴리알킬렌옥사이드 화합물 ; 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜 ; 폴리알킬렌글리콜의 에스테르 화합물 ; 폴리알킬렌글리콜의 에테르 화합물 ; 폴리에틸렌글리콜모노스테아레이트, 폴리프로필렌글리콜모노스테아레이트, 폴리글리세린모노스테아레이트 등의 폴리알킬렌글리콜의 모노스테아레이트 화합물 ; 수용성 우레탄 ; 폴리에테르계 수용성 수지 ; 수용성 폴리에스테르 ; 폴리(메트)아크릴산 소다 ; 폴리아크릴아미드 ; 폴리비닐피롤리돈 ; 폴리비닐알코올 ; 셀룰로오스 및 그 유도체 등의 당류 ; 변성 폴리아미드를 들 수 있다. 이 중에서도 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에테르계 수용성 수지가 상기 관점에서 바람직하다.

비수용성 수지를 사용한 경우, 수용성 수지를 사용한 경우와 비교하여, 절삭 가공 보조 윤활 시트의 표면 경도가 높아지는 경향이 있다. 그 때문에, 예를 들어, 드릴 가공시의 드릴 비트 (1) 의 물림성이 향상되어, 설계대로의 위치에 구멍을 뚫을 수 있고, 또한, 절삭 가공 보조 윤활 시트의 강성이 향상되어, 핸들링성이 향상된다. 비수용성 수지로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 우레탄계 중합체 ; 아크릴계 중합체 ; 아세트산비닐계 중합체 ; 염화비닐계 중합체 ; 폴리에스테르계 중합체 ; 폴리에틸렌 왁스, 스티렌 단독 중합체 (GPPS), 스티렌-부타디엔 공중합체 (HIPS), 스티렌-(메트)아크릴산 공중합체 (예를 들어 MS 수지) 등으로 예시되는 폴리스티렌계 수지 ; 및 그들의 공중합체 등을 들 수 있다.

고분자량 화합물 (A) 의 중량 평균 분자량은, 5 × 10⁴ 이상이고, 바람직하게는 6 × 10⁴ 이상이고, 보다 바람직하게는 1 × 10⁵ 이상이고, 더욱 바람직하게는 1.25 × 10⁵ 이상이다. 또한, 고분자량 화합물 (A) 의 중량 평균 분자량은, 1 × 10⁶ 이하이고, 바람직하게는 8 × 10⁵ 이하이고, 보다 바람직하게는 7 × 10⁵ 이하이고, 더욱 바람직하게는 6 × 10⁵ 이하이다. 고분자량 화합물 (A) 의 중량 평균 분자량이 5 × 10⁴ 이상임으로써, 성형성이 보다 향상된다. 또한, 고분자량 화합물 (A) 의 중량 평균 분자량이 1 × 10⁶ 이하임으로써, 윤활성이 보다 향상된다. 또한, 고분자량 화합물 (A) 를 2 종 이상 사용하는 경우에는, 각각의 화합물이, 상기 중량 평균 분자량을 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 중량 평균 분자량은, 실시예에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다 (이하 동일하다).

고분자량 화합물 (A) 는, 중량 평균 분자량이 3 × 10⁵ 이상, 1 × 10⁶ 이하인 고분자량 화합물 (A-1) 및/또는 중량 평균 분자량이 5 × 10⁴ 이상, 3 × 10⁵ 미만인 고분자량 화합물 (A-2) 를 포함해도 되고, 고분자량 화합물 (A-1) 및 고분자량 화합물 (A-2) 를 모두 포함하는 것이 바람직하다. 고분자량 화합물 (A-1) 및 고분자량 화합물 (A-2) 를 병용함으로써, 성형성 그리고 윤활성이 보다 향상되는 경향이 있다.

고분자량 화합물 (A-1) 의 중량 평균 분자량은, 3 × 10⁵ 이상이고, 바람직하게는 4 × 10⁵ 이상이고, 보다 바람직하게는 4.5 × 10⁵ 이상이고, 더욱 바람직하게는 5 × 10⁵ 이상이다. 또한, 고분자량 화합물 (A-1) 의 중량 평균 분자량은, 1 × 10⁶ 이하이고, 바람직하게는 8 × 10⁵ 이하이고, 보다 바람직하게는 7 × 10⁵ 이하이고, 더욱 바람직하게는 6 × 10⁵ 이하이다.

절삭 가공 보조 윤활재 (2) 중의 고분자량 화합물 (A-1) 의 함유량은, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B), 및 카본 (C) 의 합계 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 5 질량부 이상이고, 보다 바람직하게는 10 질량부 이상이고, 더욱 바람직하게는 15 질량부 이상이다. 또한, 윤활재 (2) 중의 고분자량 화합물 (A-1) 의 함유량은, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B), 및 카본 (C) 의 합계 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 35 질량부 이하이고, 보다 바람직하게는 30 질량부 이하이고, 더욱 바람직하게는 25 질량부 이하이다. 고분자량 화합물 (A-1) 의 함유량이 5 질량부 이상임으로써, 성형성이 보다 향상되는 경향이 있다. 또한, 고분자량 화합물 (A-1) 의 함유량이 35 질량부 이하임으로써, 윤활성이 보다 향상되는 경향이 있다.

고분자량 화합물 (A-2) 의 중량 평균 분자량은, 5 × 10⁴ 이상이고, 바람직하게는 6 × 10⁴ 이상이고, 보다 바람직하게는 1 × 10⁵ 이상이고, 더욱 바람직하게는 1.25 × 10⁵ 이상이다. 또한, 고분자량 화합물 (A-2) 의 중량 평균 분자량은, 3 × 10⁵ 미만이고, 바람직하게는 2.5 × 10⁵ 이하이고, 보다 바람직하게는 2 × 10⁵ 이하이다.

절삭 가공 보조 윤활재 (2) 중의 고분자량 화합물 (A-2) 의 함유량은, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B), 및 카본 (C) 의 합계 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 5 질량부 이상이고, 보다 바람직하게는 10 질량부 이상이고, 더욱 바람직하게는 15 질량부 이상이다. 또한, 윤활재 (2) 중의 고분자량 화합물 (A-2) 의 함유량은, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B), 및 카본 (C) 의 합계 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 35 질량부 이하이고, 보다 바람직하게는 30 질량부 이하이고, 더욱 바람직하게는 25 질량부 이하이다. 고분자량 화합물 (A-2) 의 함유량이 5 질량부 이상임으로써, 윤활성이 보다 향상되는 경향이 있다. 또한, 고분자량 화합물 (A-2) 의 함유량이 35 질량부 이하임으로써, 성형성이 보다 향상되는 경향이 있다.

절삭 가공 보조 윤활재 (2) 중의 고분자량 화합물 (A) 의 함유량은, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B), 및 카본 (C) 의 합계 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 20 질량부 이상이고, 보다 바람직하게는 25 질량부 이상이고, 더욱 바람직하게는 30 질량부 이상이다. 또한, 윤활재 (2) 중의 고분자량 화합물 (A) 의 함유량은, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B), 및 카본 (C) 의 합계 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 60 질량부 이하이고, 보다 바람직하게는 55 질량부 이하이고, 더욱 바람직하게는 50 질량부 이하이다. 고분자량 화합물 (A) 의 함유량이 20 질량부 이상임으로써, 윤활성이 보다 향상되는 경향이 있다. 또한, 고분자량 화합물 (A) 의 함유량이 60 질량부 이하임으로써, 성형성이 보다 향상되는 경향이 있다. 또한, 고분자량 화합물 (A) 의 함유량이 상기 범위 내임으로써, 드릴 비트 (1) 에 대한 부하가 보다 저감되어, 가공 구멍 주변에 발생하는 버, 결손, 또는 섬유의 절단 잔여물이 보다 저감되는 경향이 있다.

(중분자량 화합물 (B))

중분자량 화합물 (B) 는 윤활제로서 기능할 수 있고, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 의 윤활성을 향상시켜, 가공 구멍 주변에 발생하는 결손, 버, 또는 섬유의 절단 잔여물을 저감시킨다는 효과를 발휘할 수 있다. 중분자량 화합물 (B) 로는, 중량 평균 분자량이 1 × 10³ 이상, 5 × 10⁴ 미만이면, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 수용성 또는 비수용성의 열 가소성 수지 또는 열 경화성 수지를 들 수 있다. 이 중에서도, 수용성 또는 비수용성의 열 가소성 수지가 바람직하고, 수용성의 열 가소성 수지가 보다 바람직하다.

또한, 수용성 또는 비수용성의 열 가소성 수지로는, 상기 서술한 수용성 수지 및 비수용성 수지와 동일한 종류의 수지이고, 중량 평균 분자량이 상기 범위인 수지를 사용할 수 있다. 또한, 그 밖의 중분자량 화합물 (B) 로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜 화합물 ; 폴리에틸렌옥사이드올레일에테르, 폴리에틸렌옥사이드세틸에테르, 폴리에틸렌옥사이드스테아릴에테르, 폴리에틸렌옥사이드라우릴에테르, 폴리에틸렌옥사이드노닐페닐에테르, 폴리에틸렌옥사이드옥틸페닐에테르 등의 폴리알킬렌옥사이드의 모노에테르 화합물 ; 폴리에틸렌옥사이드모노스테아레이트, 폴리에틸렌옥사이드소르비탄 모노스테아레이트, 폴리글리세린모노스테아레이트 등의 폴리알킬렌옥사이드의 모노스테아레이트 화합물 ; 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체 등의 폴리알킬렌옥사이드 화합물을 들 수 있다. 이 중에서도, 폴리에틸렌옥사이드모노스테아레이트가 바람직하다. 이와 같은 중분자량 화합물 (B) 를 사용함으로써, 윤활성이 보다 향상되는 경향이 있다. 중분자량 화합물 (B) 는, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 병용해도 된다.

분자량이 상이한 고분자량 화합물 (A) 와 중분자량 화합물 (B) 는, 각각, 용융 점도 및 융점도 상이할 수 있다. 이와 같은 고분자량 화합물 (A) 와 중분자량 화합물 (B) 를 병용함으로써, 예를 들어, 고분자량 화합물 (A) 만을 사용함으로써, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 가 현저하게 고점도화하거나, 융점이 현저하게 높아지는 것에서 기인하여, 윤활재 (2) 의 성형성이나 윤활성이 저하하는 것을 억제할 수 있고, 또한, 중분자량 화합물 (B) 만을 사용함으로써, 윤활재 (2) 가 현저하게 저점도화하거나, 융점이 현저하게 낮아지는 것에서 기인하여, 윤활재 (2) 의 성형성이나 윤활성이 저하하는 것을 억제할 수 있다. 결과적으로, 드릴 비트 (1) 에 대한 부하가 보다 저감되어, 가공 구멍 주변에 발생하는 버, 결손, 또는 섬유의 절단 잔여물이 보다 저감되는 경향이 있다.

중분자량 화합물 (B) 의 중량 평균 분자량은, 1 × 10³ 이상이고, 바람직하게는 1.25 × 10³ 이상이고, 보다 바람직하게는 1.5 × 10³ 이상이고, 더욱 바람직하게는 2 × 10³ 이상이고, 보다 더욱 바람직하게는 2.5 × 10³ 이상이고, 특히 바람직하게는 3 × 10³ 이상이다. 또한, 중분자량 화합물 (B) 의 중량 평균 분자량은, 5 × 10⁴ 미만이고, 바람직하게는 2.5 × 10⁴ 이하이고, 보다 바람직하게는 2 × 10⁴ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1 × 10⁴ 이하이고, 보다 더욱 바람직하게는 7.5 × 10³ 이하이고, 특히 바람직하게는 5 × 10³ 이하이다. 중분자량 화합물 (B) 의 중량 평균 분자량이 1 × 10³ 이상임으로써, 성형성이 보다 향상된다. 또한, 중분자량 화합물 (B) 의 중량 평균 분자량이 5 × 10⁴ 미만임으로써, 윤활성이 보다 향상된다.

절삭 가공 보조 윤활재 (2) 중의 중분자량 화합물 (B) 의 함유량은, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B), 및 카본 (C) 의 합계 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 10 질량부 이상이고, 보다 바람직하게는 20 질량부 이상이고, 더욱 바람직하게는 30 질량부 이상이다. 또한, 윤활재 (2) 중의 중분자량 화합물 (B) 의 함유량은, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B), 및 카본 (C) 의 합계 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 75 질량부 이하이고, 보다 바람직하게는 60 질량부 이하이고, 더욱 바람직하게는 45 질량부 이하이고, 보다 더욱 바람직하게는 40 질량부 이하이다. 중분자량 화합물 (B) 의 함유량이 10 질량부 이상임으로써, 윤활성이 보다 향상되는 경향이 있다. 또한, 중분자량 화합물 (B) 의 함유량이 75 질량부 이하임으로써, 성형성이 보다 향상되는 경향이 있다. 또한, 중분자량 화합물 (B) 의 함유량이 상기 범위 내임으로써, 드릴 비트 (1) 에 대한 부하가 보다 저감되어, 가공 구멍 주변에 발생하는 버, 결손, 또는 섬유의 절단 잔여물이 보다 저감되는 경향이 있다.

(카본 (C))

카본 (C) 는 고체 윤활제로서 기능할 수 있고, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 의 윤활성을 향상시켜, 드릴 비트 (1) 의 가공 수명을 늘리는 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 카본 (C) 는 절삭 가공시의 온도에 있어서, 체적을 갖는 고체상으로 존재하기 때문에, 절삭 가공시의 윤활성을 유지할 수 있다. 카본 (C) 로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 활성탄, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 콜로이드 흑연, 열 분해 흑연, 팽창화 흑연, 인편상 (鱗片狀) 흑연을 들 수 있다. 이 중에서도, 인편상의 것이 바람직하다. 카본 (C) 가 인편상 흑연을 가짐으로써, 마모 저감 성능이 보다 향상되는 경향이 있다. 카본 (C) 는 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.

절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를 사용한 절삭 가공, 특히, 연속 절삭 가공에 있어서, 카본 (C) 는, 드릴 비트 (1) 의 표면이나 홈, 및 피가공 재료의 가공 구멍의 내측면에 부착함으로써 윤활성을 나타낸다. 그 때, 카본 (C) 는, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B) 에 비하여, 온도 변화에 수반하는, 체적 및 경도의 변화가 작기 때문에, 절삭 가공을 실시하는 경우, 드릴 비트 (1) 나 가공 지점의 온도가 상승해도, 일정한 체적 및 경도를 유지할 수 있다. 즉, 카본 (C) 는, 예를 들어, 절삭 가공을 실시하는 경우, 드릴 비트 (1) 와 피가공 재료 사이에 상주하여 윤활성을 높여, 베어링과 같은 효과를 나타낼 수 있기 때문에, 드릴 비트 (1) 의 마모를 억제하는 효과가 있다. 카본 (C) 는 다른 고체 윤활제와 비교하여 적당히 높은 경도를 갖기 때문에, 상기 베어링 효과가 우수하고, 윤활성이 우수하다. 결과적으로, 드릴 비트 (1) 에 대한 부하가 보다 저감되어, 가공 구멍 주변에 발생하는 버, 결손, 또는 섬유의 절단 잔여물이 보다 저감되는 경향이 있다.

카본 (C) 의 평균 입자경은, 바람직하게는 50 ㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 100 ㎛ 이상이고, 더욱 바람직하게는 150 ㎛ 이상이고, 특히 바람직하게는 200 ㎛ 이상이다. 또한, 카본 (C) 의 평균 입자경은, 바람직하게는 1000 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 750 ㎛ 이하이고, 더욱 바람직하게는 500 ㎛ 이하이고, 특히 바람직하게는 300 ㎛ 이하이다. 카본 (C) 의 평균 입자경이 50 ㎛ 이상임으로써, 윤활성 그리고 성형성이 보다 향상되고, 결과적으로, 드릴 비트 (1) 에 대한 부하가 보다 저감되어, 드릴 수명이 신장되어, 가공 구멍 주변에 발생하는 버, 결손, 또는 섬유의 절단 잔여물이 보다 저감되는 경향이 있다. 또한, 카본 (C) 의 평균 입자경이 1000 ㎛ 이하임으로써, 드릴 비트 (1) 의 선단부의 마모가 보다 저감되는 경향이 있다. 또한, 카본 (C) 를 2 종 이상 포함하는 경우에는, 각각의 평균 입자경이 상기 범위를 만족하면 된다.

본원 명세서에 있어서 카본 (C) 의 평균 입자경이란, 메디안 직경을 가리킨다. 메디안 직경이란, 입자경의 누적 분포 곡선 (개수 기준) 으로부터 얻어지는, 그 곡선에서 50 ％ 의 높이가 되는 입자 직경 (D50 치) 을 말하는 것으로, 실시예에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다.

절삭 가공 보조 윤활재 (2) 중의 카본 (C) 의 함유량은, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B), 및 카본 (C) 의 합계 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 5 질량부 이상이고, 보다 바람직하게는 15 질량부 이상이고, 더욱 바람직하게는 20 질량부 이상이고, 보다 더욱 바람직하게는 25 질량부 이상이고, 특히 바람직하게는 30 질량부 이상이다. 또한, 윤활재 (2) 중의 카본 (C) 의 함유량은, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B), 및 카본 (C) 의 합계 100 질량부에 대하여, 바람직하게는 70 질량부 이하이고, 보다 바람직하게는 65 질량부 이하이고, 더욱 바람직하게는 60 질량부 이하이다. 카본 (C) 의 함유량이 5 질량부 이상임으로써, 윤활성이 보다 향상되는 경향이 있다. 또한, 카본 (C) 의 함유량이 70 질량부 이하임으로써, 성형성이 보다 향상되는 경향이 있다. 또한, 카본 (C) 의 함유량이 상기 범위 내임으로써, 드릴 비트 (1) 에 대한 부하가 보다 저감되어, 가공 구멍 주변에 발생하는 버, 결손, 또는 섬유의 절단 잔여물이 보다 저감되는 경향이 있다.

(그 밖의 성분)

절삭 가공 보조 윤활재 (2) 는, 필요에 따라, 그 밖의 성분을 포함해도 된다. 그 밖의 성분으로는, 윤활성 향상 성분, 형성성 향상 성분, 가소제, 유연제, 표면 조정제, 레벨링제, 대전 방지제, 유화제, 소포제, 왁스 첨가제, 커플링제, 레올로지 컨트롤제, 방부제, 방미제, 산화 방지제, 광 안정제, 핵제, 유기 필러, 무기 필러, 고체 윤활제, 열 안정화제, 착색제 등을 들 수 있다.

윤활성 향상 성분으로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 에틸렌비스스테아로아미드, 올레산아미드, 스테아르산아미드, 메틸렌비스스테아르아미드 등으로 예시되는 아마이드계 화합물 ; 라우르산, 스테아르산, 팔미트산, 올레산 등으로 예시되는 지방산계 화합물 ; 스테아르산부틸, 올레산부틸, 라우르산글리콜 등으로 예시되는 지방산 에스테르계 화합물 ; 유동 파라핀, 등으로 예시되는 지방족 탄화수소계 화합물 ; 올레일알코올 등으로 예시되는 고급 지방족 알코올을 들 수 있고, 이들 중 적어도 1 종을 선택할 수 있다.

형성성 향상 성분으로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 열 경화성 수지인 에폭시 수지, 페놀 수지, 시아네이트 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 열 경화성 폴리이미드를 들 수 있고, 이들 중 적어도 1 종을 선택할 수 있다.

가소제, 유연제를 포함함으로써, 피가공 재료 (W) (예를 들어, CFRP) 곡면에 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를 배치했을 때에, 예를 들어, 윤활재 (2) 에 대한 응력이나 변형이 경감됨으로써, 윤활재 (2) 의 균열을 억제할 수 있고, 곡면 추종성이 보다 향상되는 경향이 있다. 가소제, 유연제로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 프탈산에스테르, 아디프산에스테르, 트리메트산에스테르, 폴리에스테르, 인산에스테르, 시트르산에스테르, 에폭시화 식물유, 세바스산에스테르 등을 들 수 있다.

카본 (C) 이외의 고체 윤활제로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 몰리브덴 화합물, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리이미드 등을 들 수 있다.

(점착층)

절삭 가공 보조 윤활재 (2) 는, 피가공 재료 (W) 와 접하는 면에, 점착층을 가지고 있어도 된다. 점착층을 가짐으로써, 윤활재 (2) 와 피가공 재료 (W) 의 밀착성이 보다 향상되는 경향이 있다.

점착층의 구성 성분은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 열 가소성 수지 및/또는 열 경화성 수지를 들 수 있다. 열 가소성 수지로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 우레탄계 중합체, 아크릴계 중합체, 아세트산비닐계 중합체, 염화비닐계 중합체, 폴리에스테르계 중합체 및 그들의 공중합체를 들 수 있다. 열 경화성 수지로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 페놀 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 알키드 수지, 폴리우레탄, 열 경화성 폴리이미드, 시아네이트 수지 등의 수지를 들 수 있다. 이 중에서도, 피절삭 가공재 (예를 들어, CFRP) 에 대한 점착제 잔여물이 없고, 상온에서 용이하게 점착할 수 있는 특성이 요구되는 점에서, 아크릴계 중합체가 바람직하고, 용제형 아크릴 점착제 및 아크릴 에멀션형 점착제 (수계) 가 보다 바람직하다.

점착층은, 그 외 필요에 따라, 점착층의 성분에 산화 방지제 등의 열화 방지제, 탄산칼슘, 탤크, 실리카 등의 무기 필러를 포함해도 된다.

절삭 가공 후에 피가공 재료 (W) 로부터 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를 제거했을 때, 피가공 재료 (W) 에 부착하는 윤활재 (2) 및/또는 점착층의 성분의 양은, 피가공 재료 (W) 와 윤활재 (2) 의 접촉 부분 및 피가공 부분의 면적 1 ㎟ 당, 바람직하게는 1.0 × 10^-8 g 이하이고, 보다 바람직하게는 5.0 × 10^-9 g 이하이다. 피가공 재료 (W) 에 부착하는 윤활재 (2) 및/또는 점착층의 성분의 양의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 0 이 바람직하다.

(두께)

점착층을 제외한 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 의 두께는, 피가공 재료 (W) 의 절삭 가공시의 절삭 방법, 절단 방법, 가공하는 부분의 면적이나 체적, 구멍 형성 가공할 때에 사용하는 드릴 비트 (1) 의 직경, CFRP 의 구성, 두께 등에 따라 적절히 선택되기 때문에, 특별히 한정되지 않는다. 이 중에서도, 윤활재 (2) 의 두께는, 바람직하게는 0.1 ㎜ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.2 ㎜ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎜ 이상이다. 또한, 윤활재 (2) 의 두께는, 바람직하게는 20 ㎜ 이하이고, 보다 바람직하게는 10 ㎜ 이하이고, 더욱 바람직하게는 5 ㎜ 이하이다. 윤활재 (2) 의 두께가 0.1 ㎜ 이상임으로써, 충분한 절삭 응력 저감이 얻어지고, 예를 들어, 드릴 가공을 실시하는 경우, 드릴 비트 (1) 에 대한 부하가 작아져 드릴 비트 (1) 의 파손을 보다 억제할 수 있는 경향이 있다. 또한, 윤활재 (2) 의 두께가 20 ㎜ 이하임으로써, 드릴 가공을 실시하는 경우, 드릴 비트 (1) 에 대한 윤활재 (2) 의 권부가 감소하여, 윤활재 (2) 에 있어서의 균열 발생을 보다 억제할 수 있는 경향이 있다.

또한, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 에 포함되는 수지가 절삭 분말의 바인더가 되는 것을 억제할 수 있고, 절삭 분말이 가공 구멍에 머무르는 것을 저감시킬 수 있는 경향이 있다. 이에 의해, 구멍 내부의 요철이 확대하는 것을 억제할 수 있는 경향이 있다. 요컨대, 윤활재 (2) 의 조성과 두께를 적정화함으로써, 윤활성을 향상시킬 수 있고, 예를 들어, 드릴 가공을 실시하는 경우, 드릴 비트 (1) 의 측면의 홈을 통한 절삭 분말의 배출을 최적화할 수 있다. 또한, 본 발명의 효과를 보다 더욱 얻기 위해서는, 윤활재 (2) 의 총 두께를 상기 서술한 범위 내로 적절히 제어하는 것이 바람직하고, 얇은 윤활재 (2) 를 복수 장 겹쳐 사용하는 것도 가능하다.

점착층의 두께는 특별히 한정되는 것이 아니고, 바람직하게는 0.01 ㎜ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05 ㎜ 이상이다. 또한, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 의 두께는, 바람직하게는 5 ㎜ 이하이고, 보다 바람직하게는 2.5 ㎜ 이하이다.

절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를 구성하는 각 층의 두께는, 다음과 같이 하여 측정한다. 먼저, 크로스 섹션 폴리셔 (니혼 전자 데이텀 주식회사 제조 CROSS-SECTION POLISHER SM-09010), 또는 울트라 마이크로톰 (Leica 사 제조 EM UC7) 을 사용하여 윤활재 (2) 를 윤활재 (2) 에 대하여 수직 방향으로 절단한다. 다음으로, SEM (주사형 전자 현미경, Scanning Electron Microscope, KEYENCE 사 제조 VE-7800) 을 사용하여, 절단면에 대하여 수직 방향으로부터 절단면을 관찰하고, 윤활재 (2) 를 구성하는 각 층의 두께를 측정한다. 그 때, 1 시야에 대하여, 5 개 지점의 두께를 측정하고, 그 평균치를 각 층의 두께로 한다.

〔절삭 가공 보조 윤활재의 제조 방법〕

절삭 가공 보조 윤활재 (2) 의 제조 방법으로는, 특별히 제한되는 것이 아니고, 고분자 재료 등의 수지와 충전재 (예를 들어, 무기 충전재) 를 포함하는 수지 조성물을, 시트나, 환봉의 형상이나 각봉의 형상 등의 블록 상태로 성형하는 종래 공지된 방법을 널리 이용할 수 있다. 예를 들어, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B), 및 카본 (C) 를, 용매의 존재하 또는 용매의 비존재하에서 혼합하고, 지지체에 도포, 냉각, 고화시켜 시트를 형성하고, 그 후, 지지체를 제거, 박리하여 윤활재 (2) 를 얻는 방법, 고분자량 화합물 (A), 중분자량 화합물 (B), 및 카본 (C) 를, 용매 존재하 또는 용매 비존재하에서 혼합하고, 시트의 형상으로 압출 성형하여, 필요에 따라 연신함으로써 윤활재 (2) 를 얻는 방법, 등을 들 수 있다.

절삭 가공 보조 윤활재 (2) 가 전술한 적층체 (예를 들어, 점착층이나 보호층을 갖는 절삭 가공 보조 윤활 시트) 인 경우, 당해 적층체를 제조하는 방법으로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 미리 제작한 층의 적어도 편면에 다른 1 개의 층을 직접 형성하는 방법이나, 미리 제작한 층과 다른 1 개의 층을, 접착 수지나 열에 의한 라미네이트법 등으로 첩합하는 방법 등을 들 수 있다.

또한, 점착층을 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 의 표면에 형성하는 방법으로는, 공업적으로 사용되는 공지된 방법이면, 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 롤법이나 커튼 코트법, 스프레이 분출법 등으로 점착층을 형성하는 방법이나, 롤이나 T-다이 압출기 등을 사용하여, 미리 원하는 두께의 점착층을 형성하는 방법 등이 예시된다. 그 점착층의 두께는, 특별히 한정되는 것이 아니고, 피가공 재료 (W) 의 곡률이나 윤활재 (2) 의 구성에 의해 최적의 두께를, 적절히, 선택할 수 있다.

또한, 용융 상태의 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를 제조하는 경우에는, 수지와 충전재를 혼합하여 얻어지는 수지 조성물을 윤활재 (2) 로서 사용하거나, 수지와 충전재와 용매를 혼합하여 얻어지는 수지 조성물을 윤활재 (2) 로서 사용하는 방법을 들 수 있다.

〔피가공 재료〕

피가공 재료 (W) 로는, 난삭 금속재, 섬유 강화 복합재, 섬유 강화 복합재와 난삭 금속재가 밀착된 복합 재료, 등을 들 수 있다.

난삭 금속재로는, 일반적으로 구조재로서 이용되고 있는 금속이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 티탄 합금, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 저합금강, 스테인리스강, 내열 합금을 들 수 있다. 이 중에서도, 티탄 합금이 바람직하고, 또한 티탄 합금 중에서도, 티탄, 알루미늄 및 바나듐으로 이루어지는 보다 강도가 높은 Ti-6Al-4V 가 특히 바람직하다. 티탄 합금은, 알루미늄 합금에 비하여 인장 강도는 2 배나 강하고, 내식, 내열성도 우수한 재료이지만, 경도가 높은 난삭재이기 때문에, 종래 기술에서는, 절삭 가공 조건이나 드릴 비트 (1) 의 형상을 특수한 것으로 할 필요가 있지만, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를 사용함으로써, 절삭 가공 조건이나 드릴 비트 (1) 의 형상을 특수한 것으로 하지 않아도 되고, 드릴 비트 (1) 의 수명도 보다 길게 할 수 있다. 용도면으로부터는, 항공기의 기체 구조용 재료 등에 사용되는 금속 재료가 바람직하다. 강도가 높은 금속일수록, 윤활재 (2) 를 사용한 것에 의한 드릴 비트 (1) 의 수명 연장 효과가 현저해진다. 난삭 금속재는, 1 종 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 적층하여 사용해도 된다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 「난삭 금속재」 란, 비커스 경도가 100 이상인 것을 말한다. 비커스 경도는, JIS Z 2244 : 2009 「비커스 경도 시험-시험 방법」 에 의해 측정할 수 있다.

피가공 재료 (W) 가, 섬유가 조밀하게 존재하는 섬유 강화 복합재인 경우에는, 섬유의 절삭량이 많아, 드릴 비트 (1) 의 절삭날 (10) 이 마모하기 쉬운 경향이 있지만, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를 사용함으로써, 드릴 비트 (1) 의 절삭날 (10) 의 마모를 저감시킬 수 있다. 또한, 탄소 섬유 강화 플라스틱을, 마모가 진행된 드릴 비트 (1) 로 가공하는 경우, 탄소 섬유를 눌러 자르는 상태로 절삭하게 되기 때문에, 적층된 프리프레그 사이의 층간 박리가 발생하기 쉬워져, 결과적으로 드릴 비트 (1) 가 관통하는 출구측에 탄소 섬유의 절단 잔여물이 더욱 발생하기 쉬워지는 결점이 있다. 그러나, 윤활재 (2) 를 사용함으로써, 섬유의 절단 잔여물을 보다 억제할 수 있다.

또한, 섬유 강화 복합재가, UD 재인 경우에는, 드릴 비트 (1) 의 절삭날 (10) 이 탄소 섬유의 다발에 파고들어 도려내는 각도로 진입시킬 때, 구멍의 내벽에 섬유 좌굴 (座屈) 부가 발생하기 쉽다. 이 점, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를 사용함으로써, 섬유 좌굴을 억제하고, 또한, 마찰열에 의한 온도 상승도 억제하기 때문에, 매트릭스 수지가 유리 전이점 (온도) 혹은 연화점에 도달하기 어려워져, 탄소 섬유가 단단하게 묶인 상태를 유지할 수 있고, 섬유 좌굴을 억제할 수 있다. 또한, 「UD 재」 란, 섬유 강화 복합재에 있어서, 일방향으로만 섬유를 정렬한 크로스재를 사용한 재료이다.

섬유 강화 복합재로는, 매트릭스 수지와 강화 섬유에 의해 구성되는 복합재이면 특별히 한정되지 않는다. 매트릭스 수지로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 에폭시 수지, 페놀 수지, 시아네이트 수지, 비닐에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지 등의 열 경화성 수지 ; ABS (아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 수지, PA (폴리아미드) 수지, PP (폴리프로필렌) 수지, PC (폴리카보네이트) 수지, 메틸메타아크릴레이트 수지, 폴리에틸렌, 아크릴, 폴리에스테르 수지 등의 열 가소성 수지를 들 수 있다. 강화 섬유로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유를 들 수 있다. 또한, 강화 섬유의 형태로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 필라멘트, 토우, 크로스, 블레이드, ?, 밀드 파이버, 펠트 매트, 페이퍼, 프리프레그 등을 들 수 있다. 이와 같은 섬유 강화 복합재의 구체예로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 탄소 섬유 강화 플라스틱 (CFRP), 유리 섬유 강화 플라스틱 (GFRP), 아라미드 섬유 강화 플라스틱 (AFRP) 등의 섬유 강화 플라스틱 (FRP) 을 들 수 있다. 이 중에서도, 비교적, 인장 강도, 인장 탄성력이 크고, 밀도가 작은 탄소 섬유 강화 플라스틱 (CFRP) 이 바람직하다. 섬유 강화 복합재는, 그 외에 필요에 따라, 무기 필러나 유기 필러 등을 포함하고 있어도 된다.

또한, 피가공 재료 (W) 가, 섬유 강화 복합재와 난삭 금속재가 밀착된 재료인 경우에는, 드릴 비트 (1) 가 피가공 재료 (W) 를 관공하는 순서로는, 난삭 금속재를 절삭 가공하고, 섬유 강화 복합재를 절삭 가공하게 되거나, 또는, 반대로 섬유 강화 복합재를 절삭 가공하고, 난삭 금속재를 절삭 가공하는 것을 생각할 수 있다. 예를 들어, 난삭 금속재를 먼저 절삭 가공하는 경우에는, 섬유 강화 복합재를 절삭 가공하기 전에 이미 드릴 비트 (1) 의 마모가 진행될 수 있다. 이 경우, 마모가 진행된 드릴 비트 (1) 로 가공하는 경우, 탄소 섬유를 눌러 자르는 상태로 절삭하게 되기 때문에, 적층된 프리프레그 사이의 층간 박리가 발생하기 쉬워지고, 결과적으로 드릴 비트 (1) 가 관통하는 출구부에 탄소 섬유의 절단 잔여물이 더욱 발생하기 쉬워지는 결점이 있다. 그러나, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를 사용함으로써, 금속의 절삭 가공시의 드릴 비트 (1) 의 마모가 억제되고, 이 마모에 의해 가공 구멍의 품질에 영향을 받기 쉬운 섬유 강화 복합재의 절삭 가공의 제약을 크게 완화할 수 있다.

또한, 섬유 강화 복합재와 난삭 금속재의 복합 재료로는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 섬유 강화 복합재와 난삭 금속재가 적층 등에 의해 복합화된 재료를 들 수 있다. 섬유 강화 복합재와 난삭 금속재의 최적의 절삭 조건은, 통상적으로 크게 상이하고, 섬유 강화 복합재에 있어서는, 고속 회전이고 저속 이송량이 적합하고, 난삭 금속재에 있어서는, 저속 회전이고 고속 이송량이 적합하다. 이것은, 난삭 금속재에서는, 예를 들어, 드릴 가공을 실시하는 경우, 드릴 비트 (1) 의 온도 상승을 억제하여, 드릴 비트 (1) 의 절삭날 (10) 의 마모를 억제하기 때문이다. 이와 같이, 상반되는 구멍 뚫기 조건에 대하여, 실제의 가공 현장에서는, CFRP 와 티탄 합금의 경계에서 구멍 뚫기 조건을 바꾸거나, 중용을 취한 동일 조건으로 구멍 형성 가공하고 있다. 혹은, 예를 들어, 드릴 가공을 실시하는 경우, 드릴 비트 (1) 의 온도 상승을 방지하기 위해서, 항공기 용도의 티탄 합금의 구멍 형성 가공시에, 절삭유를 주입하거나, 냉풍을 분사하면서, 동시에 집진기로 집진하는 대처도 실시되고 있다. 그러나, 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 를 사용함으로써, 마찰열로 발열하기 쉬운 난삭 금속재의 구멍 뚫기 조건의 제약을 크게 완화할 수 있는 부차 효과가 있다.

피가공 재료 (W) 의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 1.0 ㎜ 이상으로 할 수 있다. 피가공 재료 (W) 의 두께의 상한은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 40 ㎜ 이하가 바람직하다. 본 발명에 관련된 구멍 형성 방법을 채용하면, 피가공 재료 (W) 의 두께가 1.0 ㎜ 이상이었다고 해도, 드릴 비트 (1) 의 마모, 절삭부 (예를 들어, 드릴 가공 구멍) 의 품질이 보다 양호해지는 경향이 있다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예를 사용하여, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 또한, 하기의 실시예는 본 발명의 실시형태의 일례를 나타내는 것에 지나지 않고, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

표 1 에 각 실시예 및 각 비교예에 있어서 사용한 피가공 재료 (W) (구멍 형성 가공한 재료), 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 의 제조에 사용한 각 성분, 점착층, 구멍 형성 가공에 사용한 드릴 비트 (1), 구멍 형성 가공 기기, 평가에 사용한 장치 등의 사양을 나타낸다.

또한, 고분자량 화합물 (A) 및 중분자량 화합물 (B) 의 중량 평균 분자량은, 고분자량 화합물 (A) 및 중분자량 화합물 (B) 를 0.05 ％ 의 식염수에 용해, 분산시켜, GPC (Gel Permeation Chromatography) 칼럼을 구비한 액체 크로마토그래피를 사용하여, 폴리에틸렌글리콜을 표준 물질로서 측정하여, 상대 평균 분자량으로서 산출하였다.

또한, 카본 (C) 의 메디안 직경은, 카본을 헥사메타인산 용액과 트리톤 수방울로 이루어지는 용액에 분산시켜, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치를 사용하여, 투영한 카본의 입자 각각의 최대 길이를 측정한다. 그리고, 입자경의 누적 분포 곡선 (개수 기준) 을 산출한다. 그 누적 분포 곡선 (개수 기준) 에 있어서 50 ％ 의 높이가 되는 입자 직경을 메디안 직경으로 하였다.

또한, 피가공 재료 (W) 인 티탄 합금판 (Ti-6Al-4V) 의 비커스 경도는, 320 이었다.

〔실시예 1〕

실시예 1 에 있어서는, 드릴 비트 (1) 로서, 초경 합금 드릴 (RG-GDN, 오에스지 주식회사 제조) 의 선단부에, 와이어 방전 가공기 (AQ327L, Sodick 제조) 를 사용하여, 0.2 ㎜Φ 의 와이어를 사용하여, 드릴 비트 선단부의 2 번면 (20) 에, 절삭날 (10) 에 대하여 평행한 직선형의 홈 (40) 을 형성하고, 드릴 비트 (d-1) 를 제작하였다 (표 2 참조). 이 때, 홈 (40) 의 절삭날 (10) 로부터의 거리가 363 ㎛, 홈 (40) 의 폭의 평균치가 263 ㎛, 홈 (40) 의 최대 깊이가 81 ㎛ 였다. 드릴 비트 선단부에 형성한 홈 (40) 의 절삭날 (10) 로부터의 거리, 폭, 깊이에 대해서는, 홈 가공 후의 드릴 비트 (1) 의 선단부를, V-LASER 현미경 (VK-9700, 주식회사 키엔스 제조) 을 사용하여 촬영하고, 촬영한 데이터로부터, 해석 소프트를 사용하여 계측하였다.

또한, 실시예 1 에 있어서는, 고분자량 화합물 (A) 로서, 폴리에틸렌옥사이드 (알콕스 E-45, 메이세이 화학 공업 주식회사 제조) 7 질량부, 폴리에틸렌옥사이드 (알톱 MG-150, 메이세이 화학 공업 주식회사 제조) 13 질량부, 폴리에틸렌옥사이드 (알콕스 R-150, 메이세이 화학 공업 주식회사 제조) 7 질량부, 중분자량 화합물 (B) 로서, 폴리에틸렌옥사이드모노스테아레이트 (논이온 S-40, 니치유 주식회사 제조) 50 질량부, 및 카본 (C) 로서, 흑연 (RP99-150, 이토 흑연 공업 주식회사) 33 질량부를, 1 축 압출기를 사용하여, 온도 140 ℃ 에서 압출기로 성형함으로써, 두께 1.0 ㎜ 의 수지 시트를 제작하였다.

또한, 두께 0.15 ㎜ 의 알루미늄박 (1N30-H18, 미츠비시 알루미늄 주식회사 제조) 의 편면에, 접착층으로서 두께 0.01 ㎜ 의 폴리에스테르계 수지층 (바일로날 MD-1200, 토요 방적 주식회사 제조) 을 형성한 접착층 형성 알루미늄박을 준비하였다.

그리고, 접착층 형성 알루미늄박의 접착층과 수지 시트가 접하도록 겹치고, 추가로, 그 수지 시트 상에, 접착층 형성 알루미늄박을 접착층과 수지 시트가 접하도록 겹쳐, 라미네이트 장치 (OHL-2400, 주식회사 오·엔·씨 제조) 를 사용하여, 150 ℃ 의 온도에서 열 라미네이트하여 적층 일체화하여, 접착층 형성 알루미늄박/수지 시트/접착층 형성 알루미늄박의 3 층으로 이루어지는 절삭 가공 보조 윤활재 (2) 의 시트 (절삭 가공 보조 윤활 시트) 를 제작하였다.

그 후, 제작한 절삭 가공 보조 윤활 시트를, 피가공 재료 (W) 의 드릴 비트 (1) 의 진입면에 지그를 사용하여 고정시키고, 표 3 에 나타내는 조건으로 구멍 뚫기 가공을 실시하였다. 드릴 비트 (1) 의 출구측에 있어서의 가공 구멍 주변의 버와, 절삭 가공시의 드릴 비트 (1) 의 온도에 대하여 평가한 결과를 표 3 에 나타냈다.

〔실시예 2 ∼ 4〕

실시예 2 ∼ 4 에 있어서는, 실시예 1 과 동일한 방법으로, 드릴 비트 (1) 의 선단부에 표 2 에 나타내는 형상의 홈 (40) 을 형성하여, 드릴 비트 (d-2 ∼ d-4) 를 제작하였다. 또한, 실시예 1 과 동일하게 하여 제작한 절삭 가공 보조 윤활 시트를, 피가공 재료 (W) 의 드릴 비트 (1) 의 진입면에 지그를 사용하여 고정시키고, 표 3 에 나타내는 조건으로 구멍 뚫기 가공을 실시하였다. 드릴 비트 (1) 의 출구측에 있어서의 가공 구멍 주변의 버와, 절삭 가공시의 드릴 비트 (1) 의 온도에 대하여 평가한 결과를 표 3 에 나타냈다. 도 4 는, 실시예 1 ∼ 4 에서 사용한 드릴 비트 (1) 의 선단부의 사진이다.

〔비교예 1〕

비교예 1 에 있어서는, 선단부에 홈을 형성하고 있지 않은 드릴 비트를 사용하였다. 그리고, 실시예 1 과 동일하게 하여 제작한 절삭 가공 보조 윤활 시트를, 피가공 재료 (W) 의 드릴 비트 진입면에 지그를 사용하여 고정시키고, 표 3 에 나타내는 조건으로 구멍 뚫기 가공을 실시하였다. 드릴 비트의 출구측에 있어서의 가공 구멍 주변의 버와, 절삭 가공시의 드릴 비트의 온도에 대하여 평가한 결과를 표 3 에 나타냈다. 도 5 는, 비교예 1 에서 사용한 드릴 비트의 선단부의 확대도이다.

〔평가 : 드릴 비트 출구측 가공 구멍의 버의 높이, 절삭 가공시의 드릴 비트의 온도〕

실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 에 있어서, 가공 후의 관통공의 드릴 비트 출구측을, V-LASER 현미경 (VK-9700, 주식회사 키엔스 제조) 을 사용하여 촬영하고, 촬영한 데이터로부터, 해석 소프트를 사용하여 드릴 비트 출구측에 있어서의 가공 구멍의 버의 높이를 계측하였다. 이 때, 8 개 지점에서 버의 높이를 측정하고, 그 평균치를 버 높이로 하였다 (또한, 본 실시예 및 비교예에 있어서는, 5 구멍째의 버를 측정하였다). 또한, 실시예 1 ∼ 4 및 비교예 1 에 있어서, 절삭 가공시의 드릴 비트의 온도를, 적외선 방사 온도계 (InfReC Themo GEAR G120EX, NEC Avio 적외선 테크놀로지 주식회사 제조) 를 사용하여 측정하였다. 샘플링 주기는 10 fps 로 하고, 드릴 비트가 관통하기 직전의 시험편 하면으로부터, 구멍의 관통 방향에 대하여 45°의 방향으로부터 측정하였다.

이상의 결과를 보면 분명한 바와 같이, 선단부에 홈을 형성하고 있지 않은 드릴 비트를 사용한 비교예 1 에 있어서는 버가 비교적 높아지고, 절삭 가공시의 드릴 비트의 온도도 비교적 높아졌지만, 선단부에 홈 (40) 을 형성한 드릴 비트 (1) 를 사용한 실시예 1 ∼ 4 에 있어서는, 버가 비교적 낮아지고, 절삭 가공시의 드릴 비트 (1) 의 온도도 비교적 낮아진 것을 알 수 있다.

본 발명은, 이상의 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 이러한 실시형태에 당업자가 적절히 설계 변경을 가한 것도, 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다. 즉, 상기 실시형태가 구비하는 각 요소 및 그 배치, 재료, 조건, 형상, 사이즈 등은, 예시한 것에 한정되는 것은 아니고 적절히 변경할 수 있다. 또한, 상기 실시형태가 구비하는 각 요소는, 기술적으로 가능한 한에 있어서 조합할 수 있고, 이들을 조합한 것도 본 발명의 특징을 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.

산업상 이용가능성

본 발명에 관련된 드릴 비트 및 구멍 형성 방법은, 피가공 재료 (특히 난삭재) 의 절삭 가공에 있어서, 그 가공 품질을 향상시키고, 가공 비용을 저감시키는 것으로서, 산업상의 이용 가능성을 갖는다.

1 ; 드릴 비트
2 ; 절삭 가공 보조 윤활재
10 ; 절삭날
20 ; 2 번면
30 ; 3 번면
40 ; 홈 (오목부)
W ; 피가공 재료

Claims

절삭 가공 보조 윤활재를 피가공 재료의 피가공 부분에 접촉시키면서 드릴 가공에 의해 상기 피가공 부분을 절삭하여 구멍을 형성할 때에 사용되는 드릴 비트로서,
적어도 1 개의 절삭날과,
상기 절삭날의 근방에 위치하는 면을 구비하고,
상기 면에, 소정의 평면 형상을 나타내는 오목부가 형성되어 있고,
상기 드릴 가공에 의해 상기 피가공 부분을 절삭하여 구멍을 형성할 때에, 상기 오목부에서 상기 절삭 가공 보조 윤활재를 유지하고,
상기 오목부의 최대 깊이는, 0.05 ㎜ 이상 0.15 ㎜ 이하로 설정되어 있고,
상기 오목부는, 상기 절삭날에 대하여 대략 평행하게 형성된 대략 직선형의 홈이고,
상기 절삭날과 상기 홈 사이의 치수는, 0.25 ㎜ 이상 0.43 ㎜ 이하로 설정되어 있고,
상기 홈의 폭의 평균치는, 0.23 ㎜ 이상 0.30 ㎜ 이하로 설정되어 있는, 드릴 비트.
제 1 항에 있어서,
상기 면이, 상기 절삭날에 인접하는 2 번면을 갖고,
상기 오목부가, 상기 2 번면에 형성되어 있는, 드릴 비트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 면이, 상기 절삭날에 인접하는 2 번면과, 상기 2 번면에 인접하는 3 번면을 갖고,
상기 오목부가, 상기 3 번면에 형성되어 있는, 드릴 비트.
절삭 가공 보조 윤활재를, 드릴 비트 및 피가공 재료의 피가공 부분의 적어도 어느 일방에 접촉시키면서, 드릴 가공에 의해 상기 피가공 부분을 절삭하여 구멍을 형성하는 구멍 형성 공정을 포함하고,
상기 구멍 형성 공정에 있어서, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 드릴 비트를 사용하는, 구멍 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 절삭 가공 보조 윤활재가, 시트상으로 형성되어 있는, 구멍 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 피가공 재료의 두께가, 1.0 ㎜ 이상이고,
상기 구멍 형성 공정에 의해 형성되는 구멍의 직경이, 3.0 ㎜ 이상인, 구멍 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 피가공 재료가, 난삭 금속재인, 구멍 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 피가공 재료가, 섬유 강화 복합재인, 구멍 형성 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 피가공 재료가, 난삭 금속재와 섬유 강화 복합재가 밀착된 재료인, 구멍 형성 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 난삭 금속재가, 티탄 합금, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 저합금강, 스테인리스강 및 내열 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 1 개인, 구멍 형성 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 난삭 금속재가, Ti-6Al-4V 의 티탄 합금인, 구멍 형성 방법.
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