(57)【要約】      （修正有）【課題】耐折損性にすぐれたスパイラル油穴付き超硬合金製ドリル、表面被覆超硬合金製ドリルを提供する。【解決手段】Ｃｏを６質量％以上１５質量％以下、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ及びＮｂから選ばれる１種または２種以上の炭化物の合計量を０．１質量％以上５質量％以下、残部ＷＣ及び不可避不純物からなる組成のＷＣ基超硬合金から構成されたスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルにおいて、ドリル先端部に切削油を供給するための油穴はドリル内部でスパイラル状に形成され、前記油穴の内壁面にはＣｏを主成分とする金属富化層が形成され、前記金属富化層のＣｏ含有量は、前記ＷＣ基超硬合金の平均Ｃｏ含有量の１．５倍以上であり、前記金属富化層の平均厚みは０．５μｍ以上１０．０μｍ以下であるスパイラル油穴付き超硬合金製ドリル及び該ドリルに硬質被覆層を被覆形成した表面被覆超硬合金製ドリル。【選択図】図２
2020157430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｏを６質量％以上１５質量％以下、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ及びＮｂから選ばれる１種または２種以上の炭化物の合計量を０．１質量％以上５質量％以下、残部ＷＣ及び不可避不純物からなる組成のＷＣ基超硬合金から構成されたスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルにおいて、
ドリル先端部に切削油を供給するための油穴は、前記ドリルのフルート溝に沿って前記ドリル内部でスパイラル状に形成され、前記油穴の内壁面にはＣｏを主成分とする金属富化層が形成され、前記金属富化層のＣｏ含有量は、前記ＷＣ基超硬合金の平均Ｃｏ含有量の１．５倍以上であり、前記金属富化層の平均厚みは０．５μｍ以上１０．０μｍ以下であることを特徴とするスパイラル油穴付き超硬合金製ドリル。
【請求項２】
前記ドリルのドリル先端部の切れ刃径が３ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載のスパイラル油穴付き超硬合金製ドリル。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルにおいて、少なくとも前記ドリル先端部の表面は、硬質被覆層で被覆されていることを特徴とする表面被覆スパイラル油穴付き超硬合金製ドリル。
【請求項４】
前記硬質被覆層は、ＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＡｌＳｉＮ層、ＴｉＳｉＮ層、ＴｉＡｌＣＮ層、ＴｉＡｌＣｒＮ層、ＡｌＣｒＮ層、ＡｌＣｒＳｉＮ層及びＣｒＮ層から選ばれる１層または２層以上であることを特徴とする請求項３に記載の表面被覆スパイラル油穴付き超硬合金製ドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スパイラル油穴付き超硬合金製ドリルであって、特に、油穴の周囲に発生するクラックに起因するドリルの折損を防止し、また、油穴周辺のドリルの肉厚が薄くなることに起因するドリルの折損を防止し、かつ十分な工具剛性によって高精度の穴あけ加工が可能となるスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、穴あけ加工に使用するドリルとして、切りくずの排出性を高めると同時に、ドリル刃先の冷却を目的として、ドリル本体の軸方向に油穴をスパイラル状に形成したスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルが知られている。
そして、切削能率を向上させる上では、油吐出量をさらに増大させることが必要とされるため、油穴径を拡大する試みがなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ドリル刃先の一対の油穴からシャンク部終端の一対の油穴まで連通する一対の油穴が設けられた油穴付きドリルにおいて、シャンク部終端の各油穴の開口面積を大きくするために、シャンク部終端に各油穴を切断する一対の傾斜面又は円錐面を設け、ドリル軸心に対する傾斜面又は円錐面の傾斜面角度を１５°を越え７５°までの範囲とすることによって、ドリル刃先への十分なクーラント量を供給できるようにした油穴付きドリルが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ドリル軸線回りに捩れつつ軸線方向後端側に向けて延びる切屑排出溝と並行して捩れつつドリル先端逃げ面に開口するクーラント穴が穿設されたクーラント穴付きドリルにおいて、このクーラント穴の穴形状を略三角形にするとともに、角に丸みを持たせることが提案されており、このクーラント穴付きドリルによれば、ドリル本体の強度を損なうことなくクーラント供給量を増大させることができるとされている。
【０００５】
また、特許文献３には、油穴が設けられたドリル、リーマおよびエンドミル等の油穴付工具において、超硬またはサーメットで構成された工具本体部が焼結時に油穴形成用芯材として配置したパイプ状の金属材と反応、あるいは拡散して、油穴内壁に高靭性化金属層を形成し、工具の耐折損性を向上させられることが知られている。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９６３２７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０２５４号公報
【特許文献３】特開平８−２１５９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１、２では、油穴付きドリルについて、油吐出量を増大させるための提案がなされ、これによってドリル加工の高能率化を図っているが、小径ドリル、例えば、切れ刃径が３ｍｍ未満の小径ドリルにおいては、油穴の曲率半径が小さくなることから、油穴の周囲にクラックが発生しやすくなり、このクラックがドリルの折損発生の原因となる場合がある。
また、油穴径を拡大した場合には、油穴周辺でドリルの肉厚が薄くなる場合があるため、十分な肉厚と強度を確保できなくなり、油穴を起点としたドリルの折損が生じるという課題がある。
また、前記特許文献３では、油穴形成用にパイプ状もしくは棒状の金属材を利用して、油穴内壁に高靭性化金属層を設けて耐折損性の向上を図っている。芯材成分は中央部分から外周に向かって、漸次減少する濃度勾配を有することから、工具全体の結合相成分が多く、剛性率は低下していることが窺える。切れ刃径が３ｍｍ未満の小径ドリルにおいては、工具中央に一つの油穴しか形成させられないことから、油穴面積そのものを大きくするのに限界があるために、油吐出量が制限され、その結果として、切りくずの排出性が低く、高能率加工が困難となること、さらに工具そのものの剛性の低下のために、鋼材などに穴あけ加工を行った際に穴曲がりが顕著となり、所望の精度を有する穴あけ加工が困難となる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者等は、上述の観点から、スパイラル油穴付き超硬合金製ドリル、特に、切れ刃径が３ｍｍ未満の小径ドリルにおいて、油穴周囲のクラック発生を防止すると同時に、油穴周囲の薄肉部からの破壊を防止し、スパイラル油穴付き超硬合金製ドリルの耐折損性を向上させ、かつ、穴あけ加工時の穴曲がりが最小限となるよう工具の剛性を確保するべく鋭意研究を重ねたところ、次のような知見を得た。
【０００９】
本発明者らは、スパイラル油穴付き超硬合金製ドリルの折損発生の原因の一つは、油穴周囲からのクラックの発生と進展であって、油穴周囲のクラックの発生は、油穴内面の強度と靱性を向上させることによって抑制し得ること、また、油穴内面の強度と靱性を向上させれば、油穴周囲の薄肉部からの破壊進行も抑制し得るであろうという予測のもとに、スパイラル油穴付き超硬合金製ドリルの油穴内壁面にＣｏを主成分とする金属富化層を形成し、強度と靱性の向上を図ったところ、該金属富化層が所定の厚みである場合には、油穴周囲のクラックの発生と進展が抑制されること、さらに、十分な油吐出量を確保するために油穴径を大径化した場合であっても、油穴周囲の薄肉部からの破壊進行も抑制できること、また、工具剛性が十分に確保されることから穴あけ加工時の穴曲がりによる穴精度低下も防止できることを見出した。
そして、前記所定厚みの金属富化層を油穴内壁面に形成したスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルによれば、折損の恐れもなく、十分な油吐出量を確保することができ、穴曲がりも抑制されることから、高能率かつ高精度加工を行い得ることを見出した。
特に、切れ刃径が３ｍｍ未満の小径ドリルにおいては、油穴の曲率半径が小さいことから油穴周囲にクラックが発生しやすく、また、クラックの進展による折損が生じやすいが、本発明のスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルによれば、油穴内壁面に形成された金属富化層が、クラックの発生・進展を抑制することから、耐折損性の向上効果が顕著であることを見出したのである。
【００１０】
また、従来から、ドリルの耐摩耗性向上等のために、ドリルの刃先の少なくとも先端部に、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＴｉＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＮ、ＡｌＣｒＳｉＮあるいはＣｒＮ等の少なくとも１層以上の硬質被覆層を形成することが行われているが、本発明のドリルについても、ドリルの刃先の少なくとも先端部に前記硬質被覆層を形成することによって、工具特性のさらなる向上を図ることができる。
そして、ドリルの油穴内壁面に形成した金属富化層の厚みが、所定の厚み範囲内であれば、耐折損性にすぐれるばかりか、硬質被覆層の剥離発生を生じることもなく耐摩耗性にすぐれるため、工具寿命の延命化を図ることができる。
【００１１】
この発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、以下の特徴を有する。
（１）Ｃｏを６質量％以上１５質量％以下、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ及びＮｂから選ばれる１種または２種以上の炭化物の合計量を０．１質量％以上５質量％以下、残部ＷＣ及び不可避不純物からなる組成のＷＣ基超硬合金から構成されたスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルにおいて、
ドリル先端部に切削油を供給するための油穴は、前記ドリルのフルート溝に沿って前記ドリル内部でスパイラル状に形成され、前記油穴の内壁面にはＣｏを主成分とする金属富化層が形成され、前記金属富化層のＣｏ含有量は、前記ＷＣ基超硬合金の平均Ｃｏ含有量の１．５倍以上であり、前記金属富化層の平均厚みは０．５μｍ以上１０．０μｍ以下であることを特徴とするスパイラル油穴付き超硬合金製ドリル。
（２）前記ドリルのドリル先端部の切れ刃径が３ｍｍ未満であることを特徴とする前記（１）に記載のスパイラル油穴付き超硬合金製ドリル。
（３）前記（１）または（２）に記載のスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルにおいて、少なくとも前記ドリル先端部の表面は、硬質被覆層で被覆されていることを特徴とする表面被覆スパイラル油穴付き超硬合金製ドリル。
（４）前記硬質被覆層は、ＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＡｌＳｉＮ層、ＴｉＳｉＮ層、ＴｉＡｌＣＮ層、ＴｉＡｌＣｒＮ層、ＡｌＣｒＮ層、ＡｌＣｒＳｉＮ層及びＣｒＮ層から選ばれる１層または２層以上であることを特徴とする前記（３）に記載の表面被覆スパイラル油穴付き超硬合金製ドリル。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルは、油穴内壁面にＣｏを主成分とする金属富化層が形成されていることから、油穴周囲のクラックの発生・進展が抑制されるとともに、油穴を拡大させた場合でも油穴周囲の薄肉部からの破壊進行が抑制されるため、ドリル切削加工時の油吐出量を増大させることができ、さらに、切削時の送り量を高めてもドリルが折損を生じにくく、さらに工具剛性も確保されていることから、穴曲がりが抑制され、高能率かつ高精度加工を行うことができる。
特に、ドリル先端部の切れ刃径が３ｍｍ未満の小径ドリルにおいては、耐折損性の向上効果が顕著である。
【００１３】
また、スパイラル油穴付き超硬合金製ドリルの少なくともドリル先端部に硬質被覆層を被覆形成した本発明の表面被覆スパイラル油穴付き超硬合金製ドリルにおいては、ドリルの耐折損性を低下させることがないばかりか、硬質被覆層の剥離を生じることもないため耐摩耗性にもすぐれ、より一段と工具特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルの外観模式図を示す。
【図２】（ａ）は、本発明のスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルの、ドリル軸心に垂直な断面で切断した断面模式図を示し、（ｂ）は、ドリル軸心方向に沿った油穴内壁部分の拡大模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明について、図面を用い、より詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明のスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルの外観模式図、また、図２（ａ）は、本発明のスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルを、軸心に垂直な断面で切断した断面模式図を示し、また、図２（ｂ）は、ドリル軸心方向に沿った油穴内壁部分の拡大模式図を示す。
図１に示すように、本発明のスパイラル油穴付き超硬合金製ドリル（以下、「本発明ドリル」という）は、ドリル本体１のドリル先端部２に、切削油を吐出するための油穴３を備え、該油穴３は、ドリル本体１のフルート溝４に沿って、ドリル本体１の内部でスパイラル状に形成されている。
【００１７】
また、図２（ｂ）に示されるように、前記油穴３の内壁面には、Ｃｏを主成分とする金属富化層５が形成されている。
なお、図示してはいないが、本発明ドリルの耐摩耗性を向上させるために、少なくともドリル先端部２の表面に、例えば、ＰＶＤ法で硬質被覆層を被覆形成することができるが、本発明ドリルに、ＰＶＤ法で硬質被覆層（例えば、ＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＡｌＳｉＮ層、ＴｉＳｉＮ層、ＴｉＡｌＣＮ層、ＴｉＡｌＣｒＮ層、ＡｌＣｒＮ層、ＡｌＣｒＳｉＮ層及びＣｒＮ層から選ばれる１層または２層以上）を被覆形成したドリルが、表面被覆スパイラル油穴付き超硬合金製ドリル（以下、「本発明被覆ドリル」という）である。
【００１８】
本発明ドリル、本発明被覆ドリルは、ドリル本体１が、Ｃｏを６質量％以上１５質量％以下、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ及びＮｂから選ばれる１種または２種以上の炭化物の合計量を０．１質量％以上５質量％以下、残部ＷＣ及び不可避不純物からなる組成のＷＣ基超硬合金から構成される。
【００１９】
ＷＣ基超硬合金の構成成分であるＣｏには、焼結性を向上させ、結合相を形成して、ＷＣ基超硬合金からなるドリルの強度を向上させる作用があるが、その含有割合が６質量％未満では所望の強度を確保することができず、一方、その含有割合が１５質量％を越えると、摩耗が急激に進行するようなることから、Ｃｏの含有量は６質量％以上１５質量％以下に定めた。
【００２０】
また、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ及びＮｂから選ばれる１種または２種以上の炭化物は、ＷＣ成分と同様、焼結時にＣｏ主体の結合相中に固溶あるいは金属複合炭化物として分散し、超硬合金製ドリルの高温強度や硬さを向上させる作用を有するが、前記炭化物の合計含有量が０．１質量％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方、前記炭化物の合計含有量が５質量％を越えると、靭性が低下し、欠損が発生しやすくなることから、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ及びＮｂから選ばれる１種または２種以上の炭化物の合計含有量は、０．１質量％以上５質量％以下と定めた。
なお、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂについての含有量は、いずれも炭化物換算値である。
【００２１】
本発明ドリル、本発明被覆ドリルは、ドリル先端部２に露出する油穴３の内壁面およびドリル本体１の内部にスパイラル状に形成されている油穴３の内壁面に、Ｃｏを主成分とする金属富化層５が形成されている。
そして、油穴３の内壁面に、Ｃｏを主成分とする金属富化層５が形成されていることによって、油穴３周囲におけるクラックの発生・進展が抑制される。特に、ドリルの切れ刃径が３ｍｍ未満の小径ドリルにおいては、油穴３の曲率半径が小さいために、油穴３の周囲には通常、クラックが発生しやすいが、金属富化層５を形成することによってクラックの発生・進展が抑制される。
また、高能率加工を行う上で十分な油吐出量を確保するために油穴３径を拡大した場合、その結果として、油穴３周囲は薄肉部となるが、油穴３の内壁面に金属富化層５を形成することによって、該薄肉部からの破壊進行が抑制される。
【００２２】
また、金属富化層の平均厚みが０．５μｍから１０．０μｍであるため、ドリルそのものの剛性が保たれることから、高能率加工を行っても穴曲がりが最小限に抑えられ、高精度加工も実現できる。
ただ、油穴３の内壁面に形成されるＣｏを主成分とする金属富化層５の平均厚みが０．５μｍ未満では、油穴３周囲におけるクラックの発生防止効果が十分でなく、その結果、ドリル１の折損防止効果が十分でなく、一方、金属富化層５の平均厚みが１０．０μｍを超えると、油穴３の周方向にクラックが発生する場合や、硬質被覆層の剥離が発生する場合がある。
したがって、油穴３の内壁面に形成されるＣｏを主成分とする金属富化層５の平均厚みは、０．５μｍ以上１０．０μｍ以下とする。好ましい平均厚みは、０．５μｍ以上５．０μｍ以下であり、さらに好ましい平均厚みは、０．５μｍ以上３．０μｍ以下である。
【００２３】
本発明でいう「Ｃｏを主成分とする金属富化層５」とは、該金属富化層５におけるＣｏ含有量が、ＷＣ基超硬合金の平均Ｃｏ含有量（実質的に、ＷＣ基超硬合金の内部の平均Ｃｏ含有量に等しい）の１．５倍以上となる領域をいう。
なお、「Ｃｏを主成分とする金属富化層５」には、Ｗ成分の他、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂも含有されるが、Ｗを除く他の成分元素はＣｏに比して微量であるので、「Ｃｏを主成分とする・・」と表現した。
金属富化層５中のＣｏ含有量を前記の如く定めたのは、金属富化層５中のＣｏ含有量がＷＣ基超硬合金の平均Ｃｏ含有量の１．５倍未満であると、油穴３の内壁面の強度、靱性向上効果が十分でないため、クラックの発生・進展を十分に抑制することができないからである。
前記金属富化層５中のＣｏ含有量は、ＷＣ基超硬合金の平均Ｃｏ含有量の１．８倍以上であることがより好ましく、２．０倍以上であることがさらに好ましい。
【００２４】
油穴３の内壁面に形成された金属富化層中におけるＣｏ含有量は、本発明ドリルのドリル軸心に垂直な断面について、オージェ電子分光分析装置（ＡＥＳ）を用いて測定することができる。
例えば、図２に示すように、オージェ電子分光分析装置（ＡＥＳ）を用いて、ドリル軸心に垂直な断面において、油穴内壁の法線方向に縦０．１μｍ×横１０μｍのエリアにおけるＣｏ含有量について、油穴内壁を起点に順次測定し、各測定エリアにおけるＣｏ含有量が、ＷＣ基超硬合金の平均Ｃｏ含有量（これは、実質的に、ＷＣ基超硬合金の内部の平均Ｃｏ含有量）の１．５倍以上である領域を、Ｃｏを主成分とする金属富化層５であるとして特定し、そのエリアを合計することにより、金属富化層５の厚みとして求める。さらに、このような測定を複数個所で行ってそれぞれ算出した金属富化層の厚みの平均値を金属富化層５の平均厚みとして求める。
同時に、特定された金属富化層５に属する領域のＣｏ含有量を平均し、この値をＷＣ基超硬合金の内部の平均Ｃｏ含有量で除することにより、金属富化層５におけるＣｏ含有量の濃化率（ＷＣ基超硬合金の平均Ｃｏ含有量に対する金属富化層５におけるＣｏ含有量の濃化割合）を求めることができる。
【００２５】
また、例えば、ＰＶＤ法により、ドリル１の少なくともドリル先端部２に露出する油穴３の内壁面に形成された金属富化層５の表面に、ＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＳｉＮ層、ＴｉＡｌＳｉＮ層、ＴｉＡｌＣＮ層、ＴｉＡｌＣｒＮ層、ＡｌＣｒＮ層、ＡｌＣｒＳｉＮ層及びＣｒＮ層から選ばれる１層または２層以上の硬質被覆層を被覆して本発明被覆ドリルを作製したとき、金属富化層５の平均厚みが１０μｍを超えると、ドリル先端部２に露出する油穴３の内壁面に形成された金属富化層５と硬質被覆層との密着性が低下し、切削加工時に、硬質被覆層が剥離脱落する場合があるので、このような観点からも、金属富化層の最大平均厚みは１０μｍとする。
【００２６】
本発明ドリルは、まず、所定の成分組成からなる超硬合金の油穴付きプレス成形体を作製し、これを、所定の条件で仮焼、焼結し、焼結体の外周を所定のドリル形状に加工することによって作製することができる。
また、この後、ＰＶＤ法によって硬質被覆層を蒸着形成することによって、本発明被覆ドリルを作製することができる。
前記の製造法において、油穴付きプレス成形体の製造は、例えば、特開平１１−２９３３０３号公報等にも示されているように本願出願前から既に知られている。
そこで、本発明では、従来から知られている作製工程（例えば、前記特開平１１−２９３３０３号公報に示される製造工程）に従って、スパイラル油穴付きの超硬合金からなるプレス成形体を作製する。
ついで、このプレス成形体を、仮焼した後、次の条件で焼結し、スパイラル油穴付きの超硬合金焼結体を作製する。  
まず、プレス成形体を炉内に装入して仮焼を行った後、例えば、仮焼したプレス成形体を、１２５０℃までを１０℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温し、さらに１４００℃までを１．５℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温し、１４００℃で約６０分間保持し、その後、液相が凝固するまでの１４００℃〜１２５０℃の温度域にてＡｒ雰囲気中で通電冷却を行うことにより１．０℃／ｍｉｎの冷却速度で１２５０℃まで徐冷し、その後室温まで炉冷する。
上記の焼結条件で焼結することにより、プレス成形体を焼結すると同時に油穴内壁にＣｏを主成分とする金属富化層を形成させたスパイラル油穴付きの超硬合金焼結体を作製する。
ついで、この焼結体の外周を加工することによって、主切れ刃、すくい面等を形成して所定のドリル形状、サイズに整え、本発明のスパイラル油穴付き超硬合金製ドリル（本発明ドリル）を作製することができる。
なお、特許文献３に示されるドリルの製造方法によって作成されたドリルでは、油穴形成用芯材として配置したパイプ状の金属材との反応、あるいは拡散により、油穴内壁に高靭性化金属層を形成しているため、本発明工具の金属富化層に相当する厚みは少なく見積もっても１００μｍ以上となり、その場合には工具剛性が低下するために、穴曲がりが顕著となり、加工された穴精度が低下すること、油穴は中央に一つしか形成できないために、油吐出量を本発明工具に比べると大きくすることが出来ず、結果として、本発明工具で実現されるような高能率でかつ高精度加工は行うことが出来ない。
【００２７】
また、前記本発明ドリルに対して、少なくともドリル先端部の表面に、例えば、ＰＶＤ法で、ＴｉＮ層、ＴｉＡｌＮ層、ＴｉＳｉＮ層、ＴｉＡｌＳｉＮ層、ＴｉＡｌＣＮ層、ＴｉＡｌＣｒＮ層、ＡｌＣｒＮ層及びＣｒＮ層から選ばれる１層または２層以上の硬質被覆層を蒸着形成することで、本発明の表面被覆スパイラル油穴付き超硬合金製ドリル（本発明被覆ドリル）を作製することができる。
【００２８】
つぎに、本発明を実施例により、具体的に説明する。
【実施例】
【００２９】
［実施例１］
（ａ）プレス成形体
原料粉末として、いずれも０．４〜２．０μｍの平均粒径（ｄ５０）を有する、Ｃｏ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＷＣ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、これを、混練装置において石油系ワックスおよび有機溶剤と混合混錬し、プレス原料を作製した。
次いで、プレス原料を押出しプレス装置に供給し、押出し用スクリューによって押出しプレス装置の他端に取り付けられたホルダーのモールドから押し出し、押出しプレス成形体を作製した。
モールドからの押出しに際し、押し出されるプレス成形体は、モールドの内周面に形成されたスパイラル状の溝により、この溝の螺旋の方向に捩られるように回転して押し出された。
押出しプレス成形されたプレス成形体には、その外周にモールドの上記溝によって多数のスパイラル状の突条が形成されるとともに、その内部には、モールドに取り付けられた中子の捩れたピンによって、プレス成形体の中心軸に対して軸対称に一対のスパイラル状の捩れ穴（最終的には、スパイラル油穴となる）が形成された。
【００３０】
（ｂ）プレス成形体の仮焼と成形加工（切断）
ついで、前記プレス成形体を焼結炉内に装入し、例えば、１００Ｐａ以下の真空中で、１０℃／ｍｉｎの昇温速度で温度を上げながら、８０℃で２時間、１５０℃で４５分間、４５０℃で２時間ずつ保持した後、７５０℃まで昇温して１時間保持する仮焼を行った。
ついで、この仮焼体を、所定の長さに切断し、所定の形状に成形した。
【００３１】
（ｃ）超硬合金焼結体
ついで、前記仮焼したプレス成形体を焼結炉内に装入し、表２に示す条件で焼結し、スパイラル油穴付き超硬合金焼結体を作製した。
焼結条件の一例をあげれば、例えば、次のとおりである。
室温から１２５０℃までを１０℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温し、Ａｒ分圧２６６７Ｐａの雰囲気中で１．５℃／ｍｉｎの昇温速度で１２５０℃から１４００℃の温度範囲に昇温した後、Ａｒ分圧３９９７Ｐａの雰囲気中で１４００℃の温度で６０分間保持し、次いで、Ａｒ分圧３９９７Ｐａの雰囲気中で液相が凝固するまでの１４００℃から１２５０℃の温度域を１．０℃／ｍｉｎの徐冷速度となるように通電冷却し、その後、１２５０℃から室温までの温度範囲を炉冷することにより、プレス成形体を焼結すると同時に油穴内壁にＣｏを主成分とする金属富化層を形成させた。
【００３２】
（ｄ）スパイラル油穴付き超硬合金製ドリル
前記で得られたスパイラル油穴付き超硬合金焼結体の外周の上記螺旋状の突条を削り落とした上で、削り落とした外周に一対のフルート溝が周方向において上記スパイラル状の捩れ穴（スパイラル油穴）の間に螺旋状に捩れるように形成し、また、焼結体の先端に切刃を研ぎ付けることでドリル先端部を形成し、一方、焼結体の後端にはシャンク部を設けることにより、表４に示すスパイラル油穴付き超硬合金製の本発明ドリル１〜６を作製した。
なお、前記で作成されたスパイラル油穴付き超硬合金製ドリルの一つの例としては、油穴径が０．３５ｍｍであり、ドリル先端部の切れ刃径が２．０ｍｍのツイストドリルである。
【００３３】
比較のため、スパイラル油穴付き超硬合金製の比較例ドリル１〜４を、以下の手順で作製した。
前記工程（ａ）、（ｂ）でプレス成形体を作製し、これを仮焼した後、表３に示す条件でプレス成形体を焼結し、ついで、前記工程（ｄ）を施すことにより、表５に示すスパイラル油穴付き超硬合金製の比較例ドリル１〜６を作製した。
【００３４】
前記本発明ドリル１〜６、比較例ドリル１〜４について、これを構成する成分の組成を測定するとともに、油穴内壁のＣｏを主成分とする金属富化層の平均厚み（μｍ）及び金属富化層中のＣｏ含有量の濃化率を測定・算出した。
具体的には、オージェ電子分光分析装置（ＡＥＳ）を用いて、ドリル軸心に垂直な断面方向に各成分（但し、Ｃｏを除く）の組成を複数個所で測定し、これを、各ドリルを構成する超硬合金の成分組成（ただし、炭化物換算による組成）とした。
また、Ｃｏについては、まず、ＷＣ基超硬合金の内部（ドリル各部の肉厚中心部分）のＣｏ含有量を複数個所で測定し、これを平均して、平均Ｃｏ含有量とした。
一方、ドリル軸心に垂直な断面方向にＣｏ含有量を測定し、測定点におけるＣｏ含有量が、前記平均Ｃｏ含有量の１．５倍以上である領域を、Ｃｏを主成分とする金属富化層５であるとして特定し、そのエリアを合計することにより、金属富化層５の厚みとして求める。さらに、このような測定を複数個所で行ってそれぞれ算出した金属富化層の厚みの平均値を金属富化層５の平均厚みとして求めた。
同時に、特定された金属富化層５に属する領域のＣｏ含有量を平均し、この値をＷＣ基超硬合金の内部の平均Ｃｏ含有量で除すことにより、金属富化層５のＣｏ含有量の濃化率（ＷＣ基超硬合金の平均Ｃｏ含有量に対する金属富化層５におけるＣｏ含有量の濃化割合）を求めた。
表４、表５に、これらの値を示す。
【００３５】
【表１】
2020157430.tif 000003
【００３６】
【表２】
2020157430.tif 000004
【００３７】
【表３】
2020157430.tif 000005
【００３８】
【表４】
2020157430.tif 000006
【００３９】
【表５】
2020157430.tif 000007
【００４０】
つぎに、本発明ドリル１〜６、比較例ドリル１〜４及び参考例ドリル１について、以下の穴あけ切削加工試験を実施した。
【００４１】
≪穴あけ切削加工試験１≫
被削材−平面寸法：ＪＩＳ・Ａ６０６１の板材、
切削速度（ｖｃ）：  １８０  ｍ／ｍｉｎ．、
送り（ｆ）：  ０．２５  ｍｍ／ｒｅｖ、
穴あけ深さ（Ｉｄ）：  ２０  ｍｍ（貫通穴）、
内部給油（油性）  供給圧力：３．０ＭＰａ
の条件でのアルミニウム合金の穴あけ切削加工試験。
【００４２】
≪穴あけ切削加工試験２≫
被削材−平面寸法：ＪＩＳ・ＡＣ４Ｂの板材、
切削速度（ｖｃ）：  １５０  ｍ／ｍｉｎ．、
送り（ｆ）：  ０．２８  ｍｍ／ｒｅｖ、
穴あけ深さ（Ｉｄ）：  ２０  ｍｍ（貫通穴）、
内部給油（油性）  供給圧力：３．０ＭＰａ、
の条件でのアルミニウム合金の穴あけ切削加工試験。
【００４３】
上記穴あけ切削加工試験１、穴あけ切削加工試験２のいずれにおいても、ドリル先端部の切れ刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定するとともに、ドリルの折損の有無を調査した。
また、被削材の穴あけ加工精度（３σ）を、次のような方法で測定した。
ドリル切削であけた穴の入口側と出口側の穴位置を計測し、その結果から穴位置のずれを計算し、統計的な処理によって標準偏差（σ）を算出し、加工精度として３σとした。
表６、表７に、試験結果を示す。
【００４４】
【表６】
2020157430.tif 000008
【００４５】
【表７】
2020157430.tif 000009
【００４６】
表６、表７の結果によれば、本発明ドリル１〜６では、穴あけ加工精度の低下もないばかりか、短時間での折損の発生は認められなかった。
しかし、比較例ドリル１〜４では、折損の発生により、すべて短時間で寿命となった。
【００４７】
［実施例２］
前記実施例１で作製した本発明ドリル１〜６、比較例ドリル１〜４及び参考例ドリル１に対して、アークイオンプレーティング装置を用いて、表８に示す種々の硬質被覆層を形成することにより、本発明被覆ドリル１１〜１６、比較例被覆ドリル１１〜１４及び参考例被覆ドリル１１を作製した。
【００４８】
【表８】
2020157430.tif 000010
【００４９】
本発明被覆ドリル１１〜１６、比較例被覆ドリル１１〜１４及び参考例被覆ドリル１１について、穴あけ切削加工試験３、穴あけ切削加工試験４を実施した。
【００５０】
≪穴あけ切削加工試験３≫
被削材−平面寸法：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４の板材、
切削速度（ｖｃ）：  ８０  ｍ／ｍｉｎ．、
送り（ｆ）：  ０．２４  ｍｍ／ｒｅｖ、
穴あけ深さ（Ｉｄ）：  ２０  ｍｍ（貫通穴）、
内部給油（油性）  供給圧力：３．０ＭＰａ、
の条件でのステンレス鋼の穴あけ切削加工試験。
【００５１】
≪穴あけ切削加工試験４≫
被削材−平面寸法：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の板材、
切削速度（ｖｃ）：  １２０  ｍ／ｍｉｎ．、
送り（ｆ）：  ０．２５  ｍｍ／ｒｅｖ、
穴あけ深さ（Ｉｄ）：  ２０  ｍｍ（貫通穴）、
内部給油（油性）  供給圧力：３．０ＭＰａ、
の条件での合金鋼の穴あけ切削加工試験。
表９、表１０に、試験結果を示す。
【００５２】
【表９】
2020157430.tif 000011
【００５３】
【表１０】
2020157430.tif 000012
【００５４】
表９、表１０の結果によれば、本発明被覆ドリル１１〜１６では、硬質被覆層の剥離、短時間での折損の発生は認められず、また、穴あけ加工精度の低下もなかった。
これに対して、比較例被覆ドリル工具１１〜１４は、短時間で折損発生により寿命となった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明ドリル、本発明被覆ドリルは、アルミニウム合金、ステンレス鋼、合金鋼等の被削材の穴あけ加工において、すぐれた耐折損性と安定した加工精度を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置の高性能化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。 
【図１】
2020157430.tif 000013
【図２】
2020157430.tif 000014