(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＲＣ４５以上の高硬度鋼の穴あけを行う刃径１ｍｍ以下の刃部、首部及びシャンクを有し、前記刃部の先端側に切れ刃が形成され、前記切れ刃に沿って外周側と中心側にねじれ角が同じである２つのギャッシュが形成され、前記２つのギャッシュのシャンク側に溝が形成された小径ドリルであって、
前記刃部の先端側のねじれ角を形成した部分が前記刃部の先端からシャンク側の軸方向に向かって前記刃径の８０％以内にあるとともに、前記刃部の先端側のねじれ角を形成した部分におけるシャンク側の軸方向端が前記溝の先端側の軸方向端よりシャンク側に突出した構造の超硬合金又は立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）からなり、
ねじれ角が前記刃部の先端側とシャンク側の２段で形成され、
前記刃部の先端側のねじれ角は工具中心と平行な直線を基準として−５°〜１５°の範囲にあり、
シャンク側のねじれ角は工具中心を基準として２０°〜３０°の範囲にあり、
切れ刃の逃げ角は２°〜７°の範囲にあり、
前記２つのギャッシュのそれぞれの先端側端部に形成される中心側切れ刃と外周側切れ刃がなす角度を工具先端視において２００°〜２５０°の範囲にしたことにより、外周側切れ刃及び中心側切れ刃が生成した切り屑が当該ドリルの中心側から外周側に向かって流れるようにしたことを特徴とする高硬度鋼加工用小径ドリル。
【請求項２】
前記刃部の先端側のねじれ角を形成した部分が立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）で形成されており、その形成範囲は、前記刃部の先端から０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の高硬度鋼加工用小径ドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＨＲＣ４５以上に調質された高硬度鋼を加工するための、刃径が１ｍｍ以下の小径ドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼製の金型や部品加工においては、省力化、省資源化の要請から、ＨＲＣ４５以上に焼入れ焼戻し処理した高硬度鋼や、工具鋼メーカーで調質したプリハードン鋼での切削加工が増大している。これらの鋼は、用途上でエジェクターピン通過穴やガス抜き穴のために深穴加工が必要であり、ドリルでは刃径（以下、Ｄともいう。）の１０倍を超える深さの穴あけ加工が増えている。しかも最近の傾向として、これらの穴径は金型や部品の小型化と精密化に伴い小さくなり、ドリルの刃径が１ｍｍ以下の小径の穴あけ加工が要請されている。このような高硬度鋼の用途に最適な小径ドリルは未開拓であるのが現状であり、従来のドリルを使用した加工現場では、加工深さが１０Ｄ程度ではせいぜい１０穴程度の工具寿命であり、加工深さが３０Ｄ程度になると工具寿命は０穴〜５穴程度と短いものであった。それでも適正なドリルが無いので我慢して市販の従来のドリルを使用するか、ワイヤ放電加工に依存して穴あけをしているのが現状である。
【０００３】
すなわち、本発明が対象とするドリルは、刃径Ｄが１ｍｍ以下の小径で首下の長いドリルが必要とされ、高硬度鋼の穴あけを安定して行うことを求められる部品加工や金型加工といった分野を対象としている。
【０００４】
従来の深穴加工用の分野で用いられている汎用的なドリルは、ねじれ角を３０°以下にして、芯厚を５０％以上にしたものや、リーディングエッジ部にネガランドを設けるなどして、刃先の強度を向上したものなどがある。
特許文献１には、超硬素材のドリルに付随する、ねじれ、曲げ剛性不足の問題、切り屑排出性の問題、溶着及び切れ刃の欠損の問題、切削力増加の問題、外周マージン部の摩耗の問題を解決することを目的としたドリルが提案されている。しかしながら、この提案のドリルの刃径も、その実施例から明らかなように、発明の対象は１０ｍｍ程度と太いものである。
特許文献２には、高硬度材の深穴加工用ロングドリルとして、切り屑の排出性能を確保して折損強度を確保する目的から、ウェブの厚さをドリル先端部からシャンク側に変化させる形状のものが提案されている。この提案が発明の対象とする刃径は、その実施例から明らかなようにせいぜい６ｍｍ程度と太いものである。
特許文献３には、高硬度材の深穴加工を目的としたドリル加工の方法であって、首下部分の軸方向先端部の一部のみに切れ刃に連続して切り屑排出溝を設けたドリルで、加工穴に対してドリルを出し入れして切り屑を排出するステップ加工の方法が提案されている。
本出願人においても、これらの用途にも適用できるドリルとして、ドリル切削の穴位置確保と切り屑の排出性を極めて高め、穴刃径に対する穴長さとの比が５０倍を超えて、かつ小径であっても穴加工が可能なマイクロステップ加工の概念を提案している。特許文献４はその一例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６０−１７号
【特許文献２】特開２００８−１９４７７４号公報
【特許文献３】特開２００３−２６６２２３号公報
【特許文献４】国際公開番号ＷＯ２００９／００１６８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、汎用的に使用されているドリルは、特に高硬度材に特化したものではないので、調質済みのＨＲＣ５０以上のＳＫＤ１１クラスの金型による切削経験によると、特にドリル先端部のすくい面にチッピングが生じやすく、工具寿命が短いという問題が恒常的に生じていた。
【０００７】
特許文献１に記載のドリルは、刃先の剛性を向上してかつ、先端側に壁面を持たせて切り屑を外周側に流す作用を持たせている。しかし、壁面を持たせるためには先端付近におけるドリルの回転方向後方にある背中の肉厚を削り取る必要があり、ドリルの剛性が低下する問題が有る。特に本発明が対象にする刃径が１ｍｍ以下の場合、特許文献１に記載の１０ｍｍ等の刃径が大きなドリルと比べて、工具の剛性確保が非常に重要である。また刃径が１ｍｍ以下の小径ドリルの場合には、切り屑をシャンク方向に素早く流す必要があり、壁面に当てて外周側に流すと、切り屑詰まりの原因になりやすいといった問題がある。特に刃径が１ｍｍ以下の場合、特許文献３、４に提案されているようにステップ加工が望ましい場合が多い。ステップ加工では高硬度材の切り屑は小さくカールするため、特許文献１に記載のドリルのように、壁面に切り屑を当てると、シャンク側に切り屑が排出されにくくなってしまうという問題がある。
【０００８】
特許文献２に記載のドリルはウェブテーパの幅を変化させる必要があり、特許文献２に記載されるようにドリルの刃径が６ｍｍ程度の太いドリルであれば実用性はあるが、本発明が対象とするドリルの刃径１ｍｍ以下の小径ドリルにおける研削加工でウェブテーパの幅を変化させることは製造コスト的に難がある。
【０００９】
特許文献３、４に提案されているステップ加工は切り屑の排出性は確保されやすいものの、特にＨＲＣ４５以上の硬さの被削材を切削するためには、刃形に充分な特徴を持たせる必要があり課題があった。
従って、本発明の目的は、ＨＲＣ４５以上の高硬度鋼に穴径が１ｍｍ以下の穴あけ加工を行う際にチッピングや欠けなどの発生を抑制して安定した穴あけ加工が可能な長寿命の小径ドリルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はプリハードンでＨＲＣ４５以上に調質された高硬度鋼やＨＲＣ４５以上に焼入れ焼戻しされた高硬度鋼に穴あけ加工をする場合において穴あけ加工に用いるドリルが刃径が１ｍｍ以下の小径ドリルであっても、早期折損等を回避しながら十分な深さまで穴あけ加工できる小径ドリルを、ドリル形状の検討を行い新規な形状として創出したものである。
【００１１】
すなわち本発明は、ＨＲＣ４５以上、望ましくはＨＲＣ４５〜７２の高硬度鋼の穴あけを行う刃径１ｍｍ以下の刃部、首部及びシャンクを有し、前記刃部の先端側に切れ刃が形成され、前記切れ刃に沿って外周側と中心側にねじれ角が同じである２つのギャッシュが形成され、前記２つのギャッシュのシャンク側に溝が形成された小径ドリルであって、前記刃部の先端側のねじれ角を形成した部分が前記刃部の先端からシャンク側の軸方向に向かって前記刃径の８０％以内にあるとともに、前記刃部の先端側のねじれ角を形成した部分におけるシャンク側の軸方向端が前記溝の先端側の軸方向端よりシャンク側に突出した構造の超硬合金又は立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）からなり、ねじれ角が前記刃部の先端側とシャンク側の２段で形成され、前記刃部の先端側のねじれ角は工具中心と平行な直線を基準として−５°〜１５°の範囲にあり、シャンク側のねじれ角は工具中心を基準として２０°〜３０°の範囲にあり、切れ刃の逃げ角は２°〜７°の範囲にあり、前記２つのギャッシュのそれぞれの先端側端部に形成される中心側切れ刃と外周側切れ刃がなす角度を工具先端視において２００°〜２５０°の範囲にしたことにより、外周側切れ刃及び中心側切れ刃が生成した切り屑が当該ドリルの中心側から外周側に向かって流れるようにしたことを特徴とする高硬度鋼加工用小径ドリルである。
以下、本発明を適宜「本発明のドリル」ともいう。また、「刃部の先端」とは本発明のドリルの先端をいい、「工具中心」とは本発明のドリルの軸方向をいう。
本発明において、望ましくはＨＲＣ４５〜７２と規定したのは、ＨＲＣ４５未満のものは本発明の対象外であり、ＨＲＣ７２超のものは工業生産が困難だからである。
【００１３】
本発明において、前記刃部の先端側のねじれ角を形成した部分が立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）で形成される場合、その形成範囲は、工具先端から０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ未満であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のドリルによって、例えばＨＲＣ４５以上の高硬度鋼において、穴径が１ｍｍ以下の穴あけを行う際、チッピングや欠けなどの発生を抑制して安定して穴あけ加工することが可能になる。
ＳＫＤ１１（Ｈ）に代表される高硬度鋼は焼入れ後ＨＲＣ６０前後の硬さになるうえ、溶着しやすいという問題があった。以下、鋼種名の次に記載の（Ｈ）は焼入れ焼き戻しされた状態を示す。しかし、本発明のドリルを使用し１ｍｍ以下の穴径の穴あけ加工を行うと、生成した切り屑を切れ刃からスムーズに剥がすことができ、生成した切り屑を溝にスムーズに流すことができる。
これにより、本発明のドリルは、従来のドリルと比べて高硬度鋼を長寿命に加工することが可能である。さらに、本発明のドリルの先端部における素材をＣＢＮなどにすることで、大幅に工具寿命を向上することができ、例えば一般的な超硬素材のドリルに比べて１０倍以上の寿命を実現することも可能である。
【００１５】
従来のドリルでは数穴〜数十穴の加工にて工具を交換していたが、本発明のドリルによれば、１本のドリルで長寿命に加工できるようになるため、加工費の削減に大きく寄与する。加工費とは、具体的には加工時間のことを言い、工具交換時間や段取り時間を含む。本発明のドリルによれば、送り速度やステップ量を上げて直接的な加工時間も短縮することが可能である。
本発明のドリルによれば、ＨＲＣ６０前後のＳＫＤ１１（Ｈ）であっても、加工深さが１０Ｄ程度では１００穴前後の寿命が得られ、加工深さが３０Ｄ程度でも５０穴程度の穴あけ加工が可能となる。
本発明のドリルによれば、ＣＢＮの範囲を先端から０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ未満にすることにより、逃げ面摩耗の進行に伴う切削トルクの上昇時においても、ＣＢＮと超硬素材の一体焼結部に掛かるねじれ応力を極力少なくすることができ、長時間に渡って安定して加工できるようになる。さらにＣＢＮの先端部における、切り屑の滞留及び、溝部への溶着を抑制し、切り屑排出性を向上することで切り屑詰まりが原因による折損の発生を抑制することが可能になる。特に、ＣＢＮは素材特性として超硬と比較して硬度は高く、摩耗の進行を抑制する効果を有しているが、一方で脆くカケや折損が生じやすいため、突発的な折損を生じやすい。つまり、本発明により先端部をＣＢＮで形成した場合における特有の問題を解決したといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ドリル先端に超硬質工具材料を接合した本発明のドリルの一実施例の正面図である。
【図２】刃部全体を超硬合金とした本発明のソリッドドリルの正面図である。
【図３】図１又は図２の先端側側面図である。
【図４】図１の先端付近正面拡大図である。
【図５】図１のドリル１の先端付近の正面拡大図を、工具軸を中心に工具回転方向に９０°回転した図である。
【図６】高硬度鋼の代表であるＳＫＤ１１（Ｈ）などを本発明のドリルで穴あけ加工をしたときの、切り屑の剥離現象をモデル的に示した図である。
【図７】中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度が２００°未満のドリルで穴あけ加工をしたときの、切り屑の剥離現象をモデル的に示した図である。
【図８】中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度が２００°未満のドリルで穴あけ加工をしたときの、切り屑の剥離現象をモデル的に示した図である。
【図９】ＳＫＤ１１（Ｈ）を図７のドリルで切削試験後の外観を撮影した写真である。
【図１０】図１０は、中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度１２が２５０°を超えた場合のドリル先端視での形状と、切り屑の排出の様子を示した図である。
【図１１】本発明のドリルを用いて同様に切削した後の外観を撮影した写真である。
【図１２】特許文献１に記載のドリルを示す図である。
【図１３】本発明のドリルの先端をＣＢＮにした場合の一例を示す図である。
【図１４】本発明のドリルがＣＢＮと超硬合金の一体焼結部で破壊した場合の一例を示す図である。
【図１５】本発明のドリルを用いて切削した場合の一例を示す図である。
【図１６】本発明のドリルの先端をＣＢＮにし、更に、中心側切れ刃及び外周側切れ刃の合計の軸方向長さよりもＣＢＮの範囲の軸方向長さを小さくした場合の一例を示す図である。
【図１７】図１に示す本発明のドリルにおける首部付近の拡大図及び本発明のドリルを用いて切削した場合に生じる応力の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。
図１はドリル先端に超硬質工具材料を接合した本発明のドリルの一実施例の正面図である。図１はドリル先端部を立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）として、このドリル先端部を超硬合金製の首部４に接合したタイプのものであり、接合面は拡散接合またはロウ付けが施されている。
【００１８】
図２は図１の刃部全体を超硬合金とした本発明のソリッドドリルの正面図である。図２において、図１と同一の構成部分は同一の符号を付している。図２に示すドリル３１は刃部３２からシャンク３まで工具全体が超硬合金製の一体ものである、いわゆるソリッドタイプのドリルである。本発明のドリルの用途がＨＲＣ６０前後の高硬度鋼の穴あけ加工の場合や、より高寿命のドリルを目的とする場合は図２のタイプではなく、コストはやや高くなるものの超硬合金の先端に立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）を接合した図１のタイプが望ましい。
【００１９】
図１と図２に共通して、本発明のドリル１又は３１は、刃部２又は３２、首部４及びシャンク３からなる。
本発明において、ドリル先端部とは、ドリル１又は３１の先端よりシャンク３に向かってその軸方向におけるドリル刃径Ｄの８０％以内で、かつ少なくとも中心側切れ刃を含む範囲をいう。
本発明のドリルの刃径Ｄは１ｍｍ以下であり、０．０１〜１ｍｍとするのが好ましく、０．１〜１．０ｍｍとするのがより好ましい。刃径Ｄが１ｍｍ超では本発明の有利な効果を奏する必要性が消失し、刃径Ｄが０．０１ｍｍ未満のものは工業生産が困難である。
刃部２と首部４の長さの合計が首下長７であり、刃部３２と首部４の長さの合計が首下長３７である。前記刃部２、３２には所定のねじれ角を有する溝５、３５がそれぞれ形成されており、溝５の長さすなわち溝長６若しくは溝３５の長さすなわち溝長３６は軸方向長さとして１Ｄないし５Ｄの範囲で設けることが望ましい。溝長６、３６が１Ｄ未満であると切り屑の適正な排出効果を得づらい。逆に本発明のドリルの切削対象はＨＲＣ４５以上の高硬度鋼なので、切り屑は小さくカールする傾向にあり、溝長６、３６は５Ｄを超える必要はない。この溝長６、３６の制限により首部４の剛性を向上させ、刃径Ｄが１ｍｍ以下という小径であるにもかかわらず、ドリルの折損を回避しながら、回転安定性にも優れたドリル加工が可能となる。
【００２０】
また、本発明のドリルはステップ加工を行った後、ワークの上面付近までドリル先端を戻すというサイクルを繰り返すことで穴あけ加工を行うステップ加工用工具である。刃径Ｄが１ｍｍ以下のドリルを用いて加工する場合は、切り屑の排出を考慮して一般的にはステップ加工を用い、具体的には１回のステップで切削後、ワークの上面付近まで工具を戻すペックドリリング加工を用いて行う。穴径の深さが、刃径Ｄの２倍以下の場合は、ノンステップにて加工することも可能であるが、この場合、前記溝長６は軸方向長さとして長めの３Ｄないし５Ｄで設けることが望ましい。
【００２１】
次に、本発明の最も特徴部分であるドリルの先端部とその周辺の形状について説明する。図３は図１又は図２の先端側側面図である。図３は中心側ギャッシュ８と外周側ギャッシュ９の形状と相互の位置関係を示している。図３から分かるように、本発明のドリルでは、ドリル先端部の中心側と外周側に２つのギャッシュを入れていること、また、中心側ギャッシュ８と逃げ面２１で形成される中心側切れ刃１０と外周側ギャッシュ９と逃げ面２１にて形成される外周側切れ刃１１のなす角度である、中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度１２は２００°〜２５０°であることを発明の特徴の一つとしている。図３に示すとおり、角度１２とは、中心側切れ刃１０と外周側切れ刃１１とがなす角度のうちの大きい方の角度をいう。
【００２２】
以下に本発明のドリルでのねじれ角と切れ刃の逃げ角について説明する。図４は図１の先端付近正面拡大図であり、本発明のドリルの先端部付近を含んで、ねじれ角と切れ刃の逃げ角の様子が分かる角度からのドリル先端側の正面図である。
図４において、本発明のドリル１の先端部は立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）であり、接合面Ｆで拡散接合またはロウ付けにより超硬合金と接合されている。図４では、ドリル１の先端部において、工具中心２０と平行な直線を基準としたときの先端側のねじれ角１４と、工具中心２０を基準としたときのシャンク側のねじれ角１５が異なることを示している。また、図４においてドリル１の先端側のねじれ角１４は工具中心２０を基準として−５°〜１５°の範囲に設ける。この条件により、高硬度鋼の切削において、欠けやチッピングが生じることが無く、安定して加工できるようになる。
【００２３】
先端側のねじれ角１４が１５°を超えて大きくなると、刃先の剛性が小さくなるためにチッピングが発生し、その後折損してしまう。この場合、特にすくい面へのチッピングが発生する。一方、先端側のねじれ角１４が−５°未満の負のねじれ角の場合、切り屑が先端側に向かって生成されてしまうため、切れ刃への溶着が発生し、切り屑詰まりを引き起こしてしまう。これにより、寿命が低下し安定して加工ができない。
また、図４においてドリル１のリーディングエッジ１６における刃部の先端側のねじれ角を形成した範囲１７は、前記刃部の先端からシャンク側に向かってその軸方向における刃径Ｄの８０％以内であるとともに、前記刃部の先端側のねじれ角を形成した部分におけるシャンク側の軸方向端が前記溝の先端側の軸方向端よりシャンク側に突出した構造になっていることが必要である。これにより、切れ刃が生成した切り屑を溝５まで排出しやすくなる。
【００２４】
さらに図４においてシャンク側のねじれ角１５は、工具中心を基準として２０°〜３０°の範囲とする。シャンク側のねじれ角が２０°よりも小さいと、先端切れ刃が生成した切り屑をシャンク側に排出することができなくなり、切り屑が溝５に詰まることで折損が発生してしまう。また、シャンク側のねじれ角は３０°を超えて大きくすると、刃径が１ｍｍ以下しかない本発明のドリルの切れ刃付近の肉厚が低下して、先端部の剛性が下がる。これにより、チッピングや欠けが発生するなど、安定した加工ができなくなる。更に、シャンク側のねじれ角１５が３０°を超えて大きい場合、被削材にリーディングエッジ１６が食い付いてしまい、穴の内面にカッターマークが残って加工面粗さを悪化させる他、振動の発生によってリーディングエッジ１６にチッピングが発生するといった問題も生じてしまう。
【００２５】
また、図４に示す様に、本発明の高硬度鋼加工用小径ドリルの切れ刃の逃げ角１８は２°〜７°であることが必要である。切れ刃の逃げ角１８は２°よりも小さくすると、送り速度を大きくしたとき、逃げ面が被削材に接触する範囲が大きくなってしまうため、スラスト方向の抵抗が大きくなり、折損が発生しやすくなる。また、送り速度を上げることができないため、加工能率が下がると共に、被削材と接触する時間が長くなり、結果的に摩耗も進行しやすくなる。逃げ角を７°超にすると、切れ刃の剛性が低下し、逃げ面側へのチッピングが発生しやすくなる。これにより、安定した加工ができなくなる。
【００２６】
図５は、図１のドリル１の先端付近の正面拡大図を、工具軸を中心に工具回転方向に９０°回転した図である。
図５において、本発明のドリル１の先端部は立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）であり、接合面Ｆで拡散接合またはロウ付けにより超硬合金と接合されている。また、図５において、ドリル先端部には中心側ギャッシュ８及び外周側ギャッシュ９が形成されている。また、中心側切れ刃１０と、外周側切れ刃１１は共に同じねじれ角となるように中心側ギャッシュ８及び外周側ギャッシュ９を形成する。中心側切れ刃１０を、外周側切れ刃１１と同じねじれ角にするには、外周側切れ刃１１を形成するギャッシュ面を成形した砥石を使用し、工具軸心からの砥石の傾きを外周側切れ刃１１を形成するギャッシュ面を成形したときと同じとして、工具軸心の位相のみを変えて加工すればよい。これにより、中心側から外周側の全ての切れ刃において、同等の切れ刃剛性、切れ味を有した刃形にすることができる。
【００２７】
図４、図５に例示するように、本発明のドリルは、刃部の先端側のねじれ角を形成した範囲１７は、超硬合金又は立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）により形成する。範囲１７が立方晶窒化硼素（ＣＢＮ）により形成された場合は、更に必要に応じて刃部２及び溝５のいずれか又は双方に硬さがＨＶ２０００以上の硬質皮膜を被覆する。範囲１７が超硬合金により形成された場合は、刃部３２及び溝３５のいずれか又は双方に硬さがＨＶ２０００以上の硬質皮膜を、実用上の点から必ず被覆する。これにより、高硬度鋼の切削において、従来にはない長寿命の穴あけ加工を実現することが可能になる。例えば、前記範囲１７をＣＢＮにて形成すると、超硬合金と比較をして１０倍以上の寿命を得ることができる。
【００２８】
図６は高硬度鋼の代表であるＳＫＤ１１（Ｈ）などを本発明のドリルで穴あけ加工をしたときの、切り屑の剥離現象をモデル的に示した図である。図６は本発明の図３のドリルが工具回転方向１９に回転しているときに、切り屑は切り屑の離れる方向１３を向いている。図６で二つの切り屑の離れる方向１３が表現されているように、外周側切れ刃１１で生成した切り屑は中心側から外周側に向かって離れやすくなり、中心側切れ刃１０が生成した切り屑も中心から外側に向かって流れやすくなる。これは、中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度１２が工具先端視において２００°〜２５０°であることによって得られる効果である。
【００２９】
図６のように、本発明のドリルでは、切り屑は中心から外側に向けて離れやすくなり、特に本発明のドリルの形状は溶着しやすい材料を削る場合に有効であることが分かった。被削材が鋼材の場合、硬度が高くなると溶着し難くなるのが一般的であるが、たとえばＳＫＤ１１（Ｈ）の場合は、更に硬度が高い上に溶着が発生することで、摩耗が進行しやすくなる。このような、硬くてねばい被削材の加工において、特に本発明の効果を発揮することができる。
【００３０】
中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度が工具先端視において２００°〜２５０°の範囲を外れると、生成した切り屑は工具中心から外周に向かって流れにくくなる。図７、図８は中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度が２００°未満のドリルで穴あけ加工をしたときの、切り屑の剥離現象をモデル的に示した図である。図７、図８の形状のドリルでは、中心側切れ刃１０も外周側切れ刃１１も工具回転方向１９に対してほぼ垂直に向いているので、切り屑が生成される範囲が大きくなり、ドリルが工具回転方向１９の方向に回転することで、生成された切り屑は切り屑の離れる方向１３に押しやられ、切り屑の排出性が悪くなる。そのために切れ刃に被削材の溶着が生じやすい。
【００３１】
具体的にＳＫＤ１１（Ｈ）を図７のドリルで切削試験後の外観を撮影した写真を図９に示す。図９中、右下のスケールは１目盛りが２０μｍである。図９から明らかな様に、中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度が２００°未満である１８０°付近に設計したドリルでは、切り屑離れが悪く、切れ刃全体に溶着Ｗが発生していることが分かる。
【００３２】
図１０は、中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度１２が２５０°を超えた場合のドリル先端視での形状と、切り屑の排出の様子を示した図である。
図１０に示すように、工具回転方向１９に対して、切り屑の離れる方向１３は、中心側切れ刃１０と外周側切れ刃１１で異なる。そのためドリルが工具回転方向１９の方向に回転することで、中心側切れ刃１０は切り屑を内側に巻き込む形になってしまい、中心側で生成する切り屑が外側に流れずに中心側切れ刃１０の付近で詰まってしまう。これらの要因により、高硬度鋼の安定した加工ができなくなってしまう。一方で、本発明のドリルを用いて同様に切削した後の外観を撮影した写真を図１１に示す。図１１中、右下のスケールは１目盛りが２０μｍである。本発明のドリルの場合、切り屑が中心から外側に向けて離れやすくなり、切り屑溶着の発生が少なく、安定して加工できている。
【００３３】
図１３は本発明のドリルの先端をＣＢＮにした場合の一例を示す図である。図１３に示す本発明のドリルはＣＢＮの範囲２３の軸方向長さが０．２ｍｍの場合である。ＣＢＮの範囲２３は、刃部の先端側にあるＣＢＮ２４を工具中心２０に沿ってその軸方向に測定したときの長さで表す。ＣＢＮの範囲２３は、刃部の先端からシャンク方向に向かって０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ未満であることが望ましい。
【００３４】
図１４は本発明のドリルがＣＢＮと超硬合金の一体焼結部で破壊した場合の一例を示す図である。図１５は本発明のドリルを用いて切削した場合の一例を示す図である。ＣＢＮの範囲２３が刃部の先端からシャンク方向に向かって０．３ｍｍ以上である場合、突発的な折損が発生する可能性が高くなる。突発的な折損が発生する原因として、切削時に生じる切削トルクに対する応力の発生により、図１４に示すようにＣＢＮ２４と超硬合金の一体焼結部での破壊が生じること、または、図１５に示すように切り屑２５が先端部に滞留し、切り屑詰まりが生じることによるものが挙げられる。さらに、刃径Ｄが０．３ｍｍで、ＣＢＮの範囲２３を先端から０．５ｍｍというように、ＣＢＮの範囲２３が０．３ｍｍ以上であり、なおかつ刃径ＤよりＣＢＮの範囲２３が大きい場合には、これらの現象がより顕著なものとなる。ＣＢＮの範囲２３を刃部の先端から０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ未満にすることで、ＣＢＮと超硬合金の素材の一体焼結面の強度が低い場合においても突発的な折損の発生を抑え、かつ切り屑の排出性を高めることにより、突発的な折損を抑制して長時間に渡って安定して加工できるようになる。
【００３５】
本発明のドリルにおいて、ＣＢＮの範囲２３は、工具中心に沿って測定したときにおける中心側切れ刃及び外周側切れ刃の合計の長さと同じか、もしくは工具中心に沿って測定したときにおける中心側切れ刃及び外周側切れ刃の合計の長さよりも大きくなることが望ましい。
図１６は本発明のドリルの先端をＣＢＮにし、更に、中心側切れ刃及び外周側切れ刃の合計の軸方向長さよりもＣＢＮの範囲２３の軸方向長さを小さくした場合の一例を示す図である。図１６に示すように、ＣＢＮの範囲２３の軸方向長さを、中心側切れ刃及び外周側切れ刃の合計の軸方向長さ２６よりも小さくした場合には、最も摩耗が進行しやすい外周コーナ部が超硬合金で形成されるため、切れ刃の摩耗形態が不安定になる。特に６０ＨＲＣ以上の高硬度材を切削したとき、ＣＢＮによる切れ刃の摩耗に対して超硬合金の摩耗は大きく進行する。これにより、ＣＢＮを工具素材にしたことによるメリットは少なくなり、早期に寿命に達してしまう。よって、ＣＢＮの範囲２３は、中心側切れ刃及び外周側切れ刃の合計の軸方向長さ２６と同じか、もしくは大きくすることが望ましい。これにより、超硬合金に比べて大幅に寿命を向上することができる。
【００３６】
ＣＢＮと超硬合金の素材の一体焼結面の強度が刃部２よりも首部４のシャンク３側に位置するほど低くなることについて以下に説明する。
一般的にＣＢＮは超硬合金などの素材と共にホットプレス工法を用いて接合する。ここでＣＢＮの素材を製造するためのホットプレス工法とは、焼結して成形された超硬合金の素材の上に、ＣＢＮの粒子とＣＢＮの粒子同士を結合するバインダーとを混ぜ合わせた混合粉末を載せた後、前記混合粉末の上面から均一に圧力をかけた状態で真空炉の中で高温度に加熱して焼結する製造方法である。しかしながら、ＣＢＮと超硬合金の一体焼結面（界面部）の強度はＣＢＮ、または超硬合金単体の一部と比較して低くなりやすい。特に、ホットプレス工法による接合時における圧力が前記素材の中で不均一になるなど、ＣＢＮと超硬合金の一体焼結面の強度が前記素材の部位によってバラツキが生じることがある。このような状態で製造されたＣＢＮ−超硬合金の接合素材を用いて本発明に係る小径のドリルを製作し切削を行ったとき、切削トルクの上昇に伴う折損が発生する確率は更に高くなってしまう。図１７の上側には図１に示す本発明のドリル１における刃部２、首部４付近の拡大図を示す。図１７の下側には本発明のドリルを用いて切削した場合に生じる応力の分布をグラフで示す。このグラフから、本発明のドリル１の先端からの距離（位置）Ｘと、切削時に、図４、５における接合面Ｆを介して接合されたＣＢＮと超硬合金との一体焼結部に掛かるねじれ応力の大きさＹとの関係が分かる。穴あけ加工においては切削時に生じる切削トルクにより、工具回転方向とは反対に工具本体（ドリル１）が抵抗を受ける。前記グラフは、この抵抗による、各部における前記ねじれ応力の大きさＹ（相対値）を矢印の大きさで示したものである。前記ねじれ応力の大きさＹは、首部４のシャンク３側が最も大きく、刃部２の先端側に向かって徐々に小さくなることが分かった。従って、ＣＢＮと超硬合金との一体焼結面の位置が首部４のシャンク側にあると折損は生じやすくなり、逆に刃部２の先端側に位置すると折損の発生が生じにくくなる。
【００３７】
また、工具素材をＣＢＮと超硬合金で形成したときの溝部における切り屑排出の問題について以下に示す。ＣＢＮと超硬合金をそれぞれ形成する組織の粒径は対比して大きく異なる。例えばＣＢＮ粒子の平均粒径は１μｍ〜４μｍ程度であるのに対して、超硬合金のＷＣ粒子の平均粒径は１μｍ以下（例えば０．４μｍ程度）である。ここでＣＢＮと超硬合金を一体焼結した素材から、研削工程により溝部等を形成したＣＢＮ−超硬合金の接合部材による本発明に係るドリルの場合などにおいても、それぞれの平均粒径が異なるため研削により形成される表面の粗さはＣＢＮと超硬合金とで異なる。すなわち、ＣＢＮによる先端部の表面粗さは超硬合金素材と比べて粗くなる傾向にある。このような理由から、切削加工にて生成した切り屑は、溝部を通って排出されるとき、ＣＢＮで形成される先端部の溝部には細かな切り屑の滞留、及び切り屑の溶着が発生しやすくなる。この点に鑑み、本発明のドリルではＣＢＮの範囲を刃部の先端から０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ未満にすることにより、切り屑が刃部の先端付近に滞留、及び溶着するのを抑制して、スムーズにシャンク側に流すことで、切れ刃の異常摩耗、及び切り屑の噛み込みによるチッピングを抑制するとともに、切り屑詰まりによる突発的な折損を抑制して、安定して加工することが可能になる。
【００３８】
以上のように刃径１ｍｍ以下の小径ドリルではＣＢＮの範囲を刃部の先端から０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ未満に設計することにより、工具の安定性を更に向上することができる。
ここで、ＣＢＮの範囲を刃部の先端から０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ未満に設計する場合において、現在のＣＢＮの製造技術ではいくつかの課題があるが、次のような方法で製造すれば、生産性を極端に低下することなく、また製造コストを極端に向上させることなく製造できる。
現在の課題として、ホットプレス工法ではＣＢＮの厚みは１ｍｍ程度までしか薄く製造できない。また、同時にＣＢＮと超硬合金の素材の厚みは、ホットプレス工法を実施する際にひずみが生じるために均一になりにくいという問題がある。例えば、直径約φ３０ｍｍのＣＢＮの場合は部位によって０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度でＣＢＮの厚みの違いが生じることもある。
そこで、本発明のドリルの製造においては、ホットプレス後にワイヤーカットにて必要な素材径に切り出して、ＣＢＮ−超硬合金の接合素材の厚みを整えるようにした。かかる工夫により、刃部の研磨工程の生産性を極力落とさずに製造するというメリットも得られた。こうして新規で高性能な本発明のドリルを開発することができた。
【００３９】
以下、本発明を下記の実施例により詳細に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の試料番号は従来例、比較例、本発明、参考例を含めて、通し番号で付与されている。
【実施例】
【００４０】
（実施例１）
従来例１、従来例２、従来例３との対比で、本発明４の適正な形状の確認のために以下の試料の作製、テスト及び評価を行った。ドリルは、これらすべてが刃径が０．５ｍｍ、刃数が２枚刃、シャンク径が３ｍｍの超硬合金を母材とするソリッドドリルである。従来例１は特許文献２に記載のドリル、従来例２は特許文献４に記載のドリル、従来例３は特許文献１に記載のドリルである。図１２は特許文献１に記載のドリルを示す図である。図１２に示すように、従来例３として用いる特許文献１に記載のドリルには側壁面２２が設けられている。従来例１、従来例２、本発明４には側壁面２２は設けられていない。従来例１、従来例２、従来例３及び本発明４は、切れ刃の逃げ角を５°で一定として、それぞれ溝長、先端側のねじれ角、シャンク側のねじれ角、側壁面の有無、中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度を変えて作製し、テストに供した。このとき、従来例２と本発明４は溝長よりシャンク側に２ｍｍの位置から、首部の首径を０．４８ｍｍとした円筒部を設けており、この円筒部の長さを刃部の先端から１０．５ｍｍまで形成した。また、本発明４の刃部の先端側のねじれ角を形成した範囲は、刃部の先端から刃径の８０％以内とした。
【００４１】
切削テスト条件として、被削材には幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ２０ｍｍのＳＫＤ１１（Ｈ）（ＨＲＣ６０）の焼入れ鋼を用い、下穴加工は、刃径が０．５ｍｍの別のドリルを用いて行った。下穴の穴深さはワーク上面から０．３ｍｍとし、本評価テストではそれぞれのドリルでワーク上面から１０ｍｍ深さまで穴あけ加工した。回転数は１００００ｍｉｎ−１、送り速度は３０ｍｍ／ｍｉｎ、ステップ量は０．０１ｍｍとして、ペックドリリング加工にて行った。クーラントにはエマルジョンの水溶性クーラントを使用した。
評価方法として、１穴加工後の工具状態を観察し、欠け、チッピング及び異常な摩耗が発生せず、なおかつ溶着が付着していないものを「良好」とした。１穴加工後に欠け、チッピングもしくは異常な摩耗が発生したものは、その工具状態を記載した。
各試料の仕様及び切削テストの結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
0005617428.tif 000002
【００４３】
表１から、従来例１、従来例２ではすくい面に大きなチッピングが発生した。これは、先端側のねじれ角が大きいため、切れ刃の剛性が低くなり、スラスト方向の力がすくい面側に顕著に表れて生じたためであると考えられる。また、従来例３では、先端にカケが発生しており、切れ刃の外周側に溶着が観察された。これは、特許文献１に記載される側壁面が大きな障害になって、切り屑が充分にシャンク側に排出できていないために起こっていると考えられる。また、中心部には完全に切り屑が詰まっていた。これは中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度が大きいことにより、中心側切れ刃で生成された切り屑が排出されていないためであると考えられる。これらに対して、本発明４は欠けやチッピングの発生は無く、特に切れ刃への切り屑溶着が付着していないことから、安定して加工できることを確認することができた。
【００４４】
（実施例２）
本発明のドリルの内、本発明４を基本形状にして、切れ刃の逃げ角を５°、シャンク側のねじれ角を２５°、中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度を２３０°に揃えて、先端側のねじれ角の最適範囲を確認するために以下の試料の作製、テスト及び評価を行った。ドリル材質は先端部の母材をＣＢＮとして超硬合金に接合したものとし、比較例５、本発明６、本発明７、本発明８、本発明９、本発明１０、本発明１１、本発明１２、比較例１３でそれぞれ先端側のねじれ角を変えたものを製作し、切削テストに供した。評価は実施例１にて、１穴加工後の確認により結果が明らかであったので、切削テスト条件、評価方法は実施例１と同様とした。
各試料の仕様及び切削テストの結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
0005617428.tif 000003
【００４６】
表２から、先端側のねじれ角を−５°〜１５°にした本発明６乃至１２は、チッピングなどの発生は無く安定して加工することが可能であった。これに対して比較例５は、中心側切れ刃に大きなチッピングが発生していた。これは先端側のねじれ角を大きな負のすくい角にしたため、切れ刃が生成した切り屑が充分にシャンク側に排出できておらず、切り屑が詰まったことによって発生したものと考えられる。一方の、先端側ねじれ角を１５°を超えて設計した比較例１３は、外周側切れ刃にチッピングが発生した。これは、高硬度鋼を切削するにあたり、切れ刃の剛性が低下したためであると考えられる。
【００４７】
（実施例３）
本発明のドリルの内、本発明４を基本形状にして、先端側のねじれ角を０°、切れ刃の逃げ角を５°、中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度を２３０°に揃えて、シャンク側のねじれ角の最適範囲を確認するために以下の試料の作製、テスト及び評価を行った。ドリル材質は先端部の母材をＣＢＮとして超硬合金に接合したものとし、比較例１４、本発明１５、本発明１６、本発明１７、本発明１８、比較例１９、比較例２０でシャンク側のねじれ角を１０°乃至４０°まで変えたものを製作し切削テストに供した。切削テスト条件、評価方法は実施例１と同様とした。
各試料の仕様及び切削テストの結果を表３に示す。
【００４８】
【表３】
0005617428.tif 000004
【００４９】
表３から、外周側のねじれ角を２０°〜３０°にした本発明１６乃至１８はチッピングなどの発生は無く、安定して加工することが可能であった。これに対して比較例１４は、折損が発生した。これはシャンク側のねじれ角が小さすぎたために、切れ刃が生成した切り屑をシャンク側に持っていくことができず、切り屑詰まりが発生したためであると考えられる。比較例１５は、先端に欠けが発生した。これも比較例１４と同様の現象で、切り屑排出が充分でなかったために生じたものであると考えられる。
【００５０】
一方の、シャンク側のねじれ角を３０°を超えて大きくした比較例１９、比較例２０は、切れ刃の剛性が低下したために、チッピング、欠けが発生したものと考えられる。更に、比較例２０の場合、リーディングエッジにもチッピングが発生していた。これは、外周のねじれ角が大きいために、リーディングエッジが被削材の穴内面に食い付きが生じて、振動が発生したためと考えられる。
【００５１】
（実施例４）
本発明のドリルの内、本発明４を基本形状にして、先端側のねじれ角を０°、シャンク側のねじれ角を２５°、中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度を２３０°に揃えて、切れ刃の逃げ角の最適範囲を確認するために以下の試料の作製、テスト及び評価を行った。ドリル材質は先端部の母材をＣＢＮとして超硬合金に接合したものとし、比較例２１、本発明２２、本発明２３、本発明２４、比較例２５、比較例２６として、切れ刃の逃げ角を１°乃至１２°まで変えたものを製作しテストに供した。切削テスト条件、評価方法は実施例１と同様とした。
各試料の仕様及び切削テストの結果を表４に示す。
【００５２】
【表４】
0005617428.tif 000005
【００５３】
表４から、切れ刃の逃げ角を２°〜７°にした本発明２２乃至２４はチッピングなどの発生が無く安定して加工することが可能であった。これに対して比較例２１は、摩耗幅が大きくなった。これは、切れ刃の逃げ角が１°と小さすぎたために、逃げ面が被削材と擦れる範囲が大きくなって摩耗したものであると考えられる。一方の、比較例２５、比較例２６は、外周側の逃げ面に大きく欠けが発生した。これらは、切れ刃の逃げ角が１０°以上であるため切れ刃の逃げ面側への剛性が低下し、欠けたものと考えられる。
【００５４】
（実施例５）
中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度の最適範囲を確認するために以下の試料の作製、テスト及び評価を行った。前記中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度以外は本発明２３と同じ形状に揃え、ドリル材質は先端部の母材をＣＢＮとして超硬合金に接合したものとし、比較例２７、比較例２８、本発明２９、本発明３０、本発明３１、本発明３２、比較例３３、比較例３４として、中心側の切れ刃と外周側の切れ刃のなす角度を変えたものを製作し、切削テストに供した。切削テスト条件、評価方法は実施例１と同様とした。
各試料の仕様及び切削テストの結果を表５に示す。
【００５５】
【表５】
0005617428.tif 000006
【００５６】
表５から、中心側の切れ刃と外周側の切れ刃のなす角度を２００°〜２５０°にした本発明２９乃至３２は１穴加工後において、チッピング、溶着などの発生は無く、さらに継続して穴加工ができる状態であった。これに対して比較例２７は、欠けが発生した。また、中心側切れ刃及び外周側切れ刃への溶着が大きく発生しており、これに起因して欠けが生じたものと考えられる。また、比較例２８は、微少なチッピングと、大きな溶着が発生していた。これは比較例２７と同様に、切り屑離れが悪くこのような結果が生じたものと考えられる。比較例３３は、中心側の切れ刃に溶着が多く発生していた。比較例３４は先端部に若干の欠けが発生していた、さらに比較例３３と同様に中心側切れ刃に多くの溶着が発生しており、中心側切れ刃のポケットが切り屑で完全に埋まっていた。これより、中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度が２５０°を超えて大きくなると、中心側切れ刃で生成した切り屑の排出性が悪くなり、溶着が発生し、かつ切り屑詰まりが生じて安定して加工できないことが分かった。
【００５７】
（実施例６）
刃部の先端側のねじれ角を形成した範囲以外は本発明３１と同じ形状にして、ドリル材質は先端部の母材をＣＢＮとして超硬合金に接合したものとし、本発明３５、本発明３６、本発明３７、参考例３８、参考例３９として、刃部の先端側のねじれ角を形成した範囲を変えたものを製作し、テストに供した。切削テスト条件、評価方法は実施例１と同様とした。
各試料の仕様及び切削テストの結果を表６に示す。
【００５８】
【表６】
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【００５９】
表６から、刃部の先端側のねじれ角を形成した範囲が８０％以下の場合、問題無く安定して加工できた。一方で参考例３８、参考例３９は若干の溶着が工具先端側のねじれ角を形成した範囲に発生していることから、刃部の先端側のねじれ角を形成した範囲を８０％以下に設計することにより、より安定して加工できることがわかった。
【００６０】
（実施例７）
従来例３及び本発明３１のドリルをそれぞれ用いて、浅い穴の穴あけ加工における性能評価を行った。ここで、従来例３のドリルは、上記のとおり、側壁面が設けられている。従来例３及び本発明３１のドリルは、いずれも、刃径が０．５ｍｍ、刃数が２枚刃、シャンク径が３ｍｍの超硬合金を母材とするソリッドドリルである。
【００６１】
切削テスト条件として、被削材には幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ２０ｍｍのＳＫＤ１１（Ｈ）（ＨＲＣ６０）の焼入れ鋼を用い、被削材の高さが１ｍｍになるようにボールエンドミルを用いてポケット状に削り込み、下穴加工は、刃径が０．５ｍｍの別のドリルを用いて行った。下穴の穴深さはワーク上面から０．３ｍｍとし、本評価テストではそれぞれのドリルでワーク上面から１ｍｍ深さまで穴あけ加工し、ドリルは貫通させた。回転数は１００００ｍｉｎ−１、送り速度は３０ｍｍ／ｍｉｎとして、ノンステップ加工にて行った。クーラントにはエマルジョンの水溶性クーラントを使用した。
評価方法は実施例１と同様とした。各試料の仕様及び切削テストの結果を表７に示す。
【００６２】
【表７】
0005617428.tif 000008
【００６３】
表７から、従来例３のドリルの先端に欠けが生じ、多くの溶着が発生していた。これに対して、本発明３１のドリルはチッピングや溶着などの発生は無く安定した摩耗状態であった。本発明３１はこのような浅くて小さな穴あけ加工においては、ノンステップで加工できることも確認できた。
【００６４】
（実施例８）
本発明のドリルの工具寿命を評価するため、本発明８、本発明９、本発明２９、本発明３０と同じ形状及びドリル材質のドリルを用いて、寿命に至るまで穴あけテストを行った。
【００６５】
切削テスト条件として、被削材には幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ１０ｍｍのＳＫＤ１１（Ｈ）（ＨＲＣ６０）の焼入れ鋼を用い、下穴加工は、刃径が０．５ｍｍの別のドリルを用いて行った。下穴の穴深さはワーク上面から０．３ｍｍとし、本評価テストではそれぞれのドリルでワーク上面から５ｍｍ深さまで穴あけ加工した。回転数は１００００ｍｉｎ−１、送り速度は３０ｍｍ／ｍｉｎ、ステップ量は０．０１ｍｍとして、ペックドリリング加工にて行った。クーラントにはエマルジョンの水溶性クーラントを使用した。切削テストは工具折損が発生するまで行い、評価方法は工具折損が発生するまでの加工穴数を測定し、加工穴数が５０穴以上のものを良好とした。
各試料の仕様及び切削テストの結果を表８に示す。
【００６６】
【表８】
0005617428.tif 000009
【００６７】
表８から、全てのドリルが６０穴以上加工できており良好であることを確認した。中でも中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度を２３０°にした本発明３０が最も寿命が長い結果となった。
【００６８】
（実施例９）
さらに高アスペクト比の穴あけ加工を行う際の本発明の工具寿命を評価するため、実施例８と同じく本発明８、本発明９、本発明２９、本発明３０と同じ形状及びドリル材質のドリルを用いて穴あけテストを行った。
【００６９】
切削テスト条件として、被削材には幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ２０ｍｍのＳＫＤ１１（Ｈ）（ＨＲＣ６０）の焼入れ鋼を用い、下穴加工は、刃径が０．５ｍｍの別のドリルを用いて行った。下穴の穴深さはワーク上面から０．３ｍｍとし、本評価テストではそれぞれのドリルでワーク上面から１５ｍｍ深さまで穴あけ加工した。回転数は１００００ｍｉｎ−１、送り速度は３０ｍｍ／ｍｉｎ、ステップ量は０．０１ｍｍとして、ペックドリリング加工にて行った。クーラントにはエマルジョンの水溶性クーラントを使用した。切削テストは工具折損が発生するまで行い、評価方法は工具折損が発生するまでの加工穴数を測定し、加工穴数が１５穴以上のものを良好とした。
各試料の仕様及び切削テストの結果を表９に示す。
【００７０】
【表９】
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【００７１】
表９から、本発明８、９、２９及び３０ではいずれも、全て１５穴以上加工できており、条件の厳しい高アスペクト比の穴空け加工においても良好であった。本発明３０が最も寿命が長い結果となった。
【００７２】
（実施例１０）
次に、本発明４０乃至４５において、刃部の先端部におけるＣＢＮの先端からの範囲を変えた場合の安定性を評価するため、先端からのＣＢＮの範囲を変えて穴あけテストを行った。本発明４０乃至４５は先端からのＣＢＮの範囲をそれぞれ０．１２ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７５ｍｍ、０．９ｍｍとし、その他の緒元を本発明２９と同じ仕様とした。
【００７３】
切削テスト条件として、被削材には幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ２０ｍｍのＳＫＤ１１（Ｈ）（ＨＲＣ６０）の焼入れ鋼を用い、下穴加工は、刃径が０．５ｍｍの別のドリルを用いて行った。下穴の穴深さはワーク上面から０．３ｍｍとし、本評価テストではそれぞれのドリルでワーク上面から５ｍｍ深さまで穴あけ加工した。回転数は１００００ｍｉｎ−１、送り速度は３０ｍｍ／ｍｉｎを基準として、４穴加工毎に５ｍｍ／ｍｉｎずつ上げた。またステップ量は０．０２ｍｍとして、ペックドリリング加工にて行った。クーラントにはミストクーラントを使用した。切削テストは工具折損が発生するまで行い、評価方法は工具折損が発生する寸前の、４穴加工できた送り速度を測定し、その送り速度を各試料における送り速度の限界値とした。そして、送り速度の限界値が５０ｍｍ／ｍｉｎ以上のものを良好とした。各試料の仕様及び切削テストの結果を表１０に示す。
【００７４】
【表１０】
0005617428.tif 000011
【００７５】
表１０から、本発明４０乃至４５は送り速度の限界値が５０ｍｍ／ｍｉｎ以上であり、良好な結果を示した。特にＣＢＮの範囲が０．１２ｍｍである本発明４０及びＣＢＮの範囲が０．２５ｍｍである本発明４１は、送り速度の限界値が９０ｍｍ／ｍｉｎ以上であり、非常に良好な結果を示した。
【００７６】
（実施例１１）
次に、刃部の先端部におけるＣＢＮの先端からの範囲を変えた場合の寿命を評価するため、実施例１０と同じく本発明４０乃至４５を用いて穴あけテストを行った。
【００７７】
切削テスト条件として、被削材には幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ２０ｍｍのＳＫＤ１１（Ｈ）（ＨＲＣ６０）の焼入れ鋼を用い、下穴加工は、刃径が０．５ｍｍの別のドリルを用いて行った。下穴の穴深さはワーク上面から０．３ｍｍとし、本評価テストではそれぞれのドリルでワーク上面から５ｍｍ深さまで穴あけ加工した。回転数は１００００ｍｉｎ−１、送り速度は３０ｍｍ／ｍｉｎ、ステップ量は０．０１ｍｍとして、ペックドリリング加工にて行った。クーラントにはミストクーラントを使用した。切削テストは工具折損が発生するまで行い、評価方法は工具折損が発生するまでの加工穴数を測定し、加工穴数が５０穴以上のものを良好とした。各試料の仕様及び切削テストの結果を表１１に示す。
【００７８】
【表１１】
0005617428.tif 000012
【００７９】
表１１から、本発明４０乃至４５は加工穴数が５０穴以上であり、良好な結果を示した。特にＣＢＮの範囲が０．１２ｍｍである本発明４０及びＣＢＮの範囲が０．２５ｍｍである本発明４１は、加工穴数が１８０穴以上であり、非常に良好な結果を示した。
【００８０】
（実施例１２）
次に、刃部の先端部におけるＣＢＮの先端からの範囲を変えた場合の安定性を評価するため、本発明４０及び本発明４３をそれぞれ３本ずつ用いて穴あけテストを行った。
【００８１】
切削テスト条件は実施例１１と同様である。切削テストは工具折損が発生するまで行い、評価方法はそれぞれ１０穴加工毎に工具の刃先に欠けやチッピングが無いことを確認し、折損が発生するまでの加工穴数を測定し、加工穴数が３本とも５０穴以上のものを良好とした。各試料の仕様及び切削テストの結果を表１２に示す。
【００８２】
【表１２】
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【００８３】
表１２から、本発明４０及び４３は加工穴数が３本とも５０穴以上であり、良好な結果を示した。また、本発明４３の１本目と３本目は加工穴数が約９０穴であった。しかし本発明４３の２本目は８０穴加工した段階で刃先は安定した摩耗状態であったにもかかわらず、加工穴数が８１穴となる時点で突発的に折損が生じた。この原因は、８０穴加工した時点で溝部に細かな切り屑が付着していたことから、切り屑噛み込みによる折損が生じたためだと考えられる。しかし、ＣＢＮの範囲が刃部の先端から０．１２ｍｍである本発明４０は、加工穴数が３本とも５０穴以上であることに加え、最大の加工穴数である３本目の加工穴数は２０１穴であり、最小の加工穴数である２本目の加工穴数は１９８穴であった。そのため、ＣＢＮと超硬素材の一体焼結部に掛かるねじれ応力を極力少なくすることで突発的な折損の発生を抑制し、非常に安定性が高い加工ができることがわかった。
【００８４】
（実施例１３）
次に、工具刃径を変えて刃部の先端部におけるＣＢＮの先端からの範囲を変えた場合の寿命を評価するため、刃径が０．１ｍｍである本発明４６乃至５０を用いて穴あけテストを行った。
【００８５】
本発明４６乃至５０は、これらすべてが刃径が０．１ｍｍ、刃数が２枚刃、シャンク径が３ｍｍの超硬合金を母材とするソリッドドリルである。その他の緒元は本発明２９と同じ仕様とした。
【００８６】
切削テスト条件として、被削材には幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ２０ｍｍのＳＫＤ１１（Ｈ）（ＨＲＣ６０）の焼入れ鋼を用い、下穴加工は、刃径が０．１ｍｍの別のドリルを用いて行った。下穴の穴深さはワーク上面から０．０６ｍｍとし、本評価テストではそれぞれのドリルでワーク上面から１ｍｍ深さまで穴あけ加工した。回転数は２５０００ｍｉｎ−１、送り速度は２５ｍｍ／ｍｉｎ、ステップ量は０．００３ｍｍとして、ペックドリリング加工にて行った。クーラントにはミストクーラントを使用した。切削テストは工具折損が発生するまで行い、評価方法は工具折損が発生するまでの加工穴数を測定し、加工穴数が１０穴以上のものを良好とした。各試料の仕様及び切削テストの結果を表１３に示す。
【００８７】
【表１３】
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【００８８】
表１３から、本発明４６乃至５０は加工穴数が１０穴以上であり、良好な結果を示した。特にＣＢＮの範囲が０．０５ｍｍである本発明４６、ＣＢＮの範囲が０．１ｍｍである本発明４７及びＣＢＮの範囲が０．２ｍｍである本発明４８は、加工穴数が５０穴以上であり、非常に良好な結果を示した。このことから、刃径を０．１ｍｍにした場合においても工具寿命は特に長くなる傾向になることを確認した。
【００８９】
（実施例１４）
次に、工具刃径を変えて刃部の先端部におけるＣＢＮの先端からの範囲を変えた場合の寿命を評価するため、刃径が１ｍｍである本発明５１乃至５５を用いて穴あけテストを行った。
【００９０】
本発明５１乃至５５は、これらすべてが刃径が１ｍｍ、刃数が２枚刃、シャンク径が３ｍｍの超硬合金を母材とするソリッドドリルである。その他の緒元は本発明２９と同じ仕様とした。
【００９１】
切削テスト条件として、被削材には幅５０ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ２０ｍｍのＳＫＤ１１（Ｈ）（ＨＲＣ６０）の焼入れ鋼を用い、下穴加工は、刃径が１ｍｍの別のドリルを用いて行った。下穴の穴深さはワーク上面から０．６ｍｍとし、本評価テストではそれぞれのドリルでワーク上面から１ｍｍの深さまで穴あけ加工した。回転数は６０００ｍｉｎ−１、送り速度は４２ｍｍ／ｍｉｎ、ステップ量は０．０３ｍｍとして、ペックドリリング加工にて行った。クーラントにはミストクーラントを使用した。切削テストは工具折損が発生するまで行い、評価方法は工具折損が発生するまでの加工穴数を測定し、加工穴数が７０穴以上のものを良好とした。各試料の仕様及び切削テストの結果を表１４に示す。
【００９２】
【表１４】
0005617428.tif 000015
【００９３】
表１４から、本発明５１乃至５５は加工穴数が７０穴以上であり、良好な結果を示した。特にＣＢＮの範囲が０．１ｍｍである本発明５１及びＣＢＮの範囲が０．２ｍｍである本発明５２は、加工穴数が２００穴以上であり、非常に良好な結果を示した。よって本発明４９、５０は更に工具寿命が高いことがわかった。このことから、刃径を１ｍｍにした場合においても工具寿命は特に長くなる傾向になることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
ＨＲＣ４５以上、望ましくはＨＲＣ４５〜７２の高硬度鋼の金型や部品の加工において、ドリルの刃径が１ｍｍ以下であってもチッピングや折損の心配がなく、穴あけ加工ができる。従来のドリルではやむを得ずワイヤー放電加工が必要であった部分についても、本発明の小径ドリルによって、精度の高い穴あけ加工が可能となるので、ドリルによる高硬度鋼の加工の領域を大きく広げることができる。
【符号の説明】
【００９５】
１、３１  ドリル
２、３２  刃部
３  シャンク
４  首部
５、３５  溝
６、３６  溝長
７、３７  首下長
８  中心側ギャッシュ
９  外周側ギャッシュ
１０  中心側切れ刃
１１  外周側切れ刃
１２  中心側切れ刃と外周側切れ刃のなす角度
１３  切り屑の離れる方向
１４  先端側のねじれ角
１５  シャンク側のねじれ角
１６  リーディングエッジ
１７  刃部の先端側のねじれ角を形成した範囲
１８  切れ刃の逃げ角
１９  工具回転方向
２０  工具中心（ドリルの軸方向）
２１  逃げ面
２２  側壁面
２３  ＣＢＮの範囲
２４  ＣＢＮ
２５  切り屑
２６  中心側切れ刃及び外周側切れ刃の合計の軸方向長さ
Ｄ  刃径
Ｆ  接合面
Ｗ  溶着
Ｘ  先端からの位置
Ｙ  ねじれ応力の大きさ
【図１】
0005617428.tif 000016
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005617428.tif 000022
【図８】
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【図１０】
0005617428.tif 000024
【図１２】
0005617428.tif 000025
【図１３】
0005617428.tif 000026
【図１４】
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【図１５】
0005617428.tif 000028
【図１６】
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【図１７】
0005617428.tif 000030
【図９】
0005617428.tif 000031
【図１１】
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