(57)【要約】【課題】加工時間や加工コストの増大を招くことなく、切削抵抗の低減を図るとともにＣＦＲＰやその複合材料よりなる被削材に穴明け加工を施す場合にデラミネーションやアンカットファイバーが発生するのを抑制することが可能な長寿命のドリルを提供する。【解決手段】軸線回りに回転させられるドリル本体１の先端部外周に軸線方向に延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝先端のドリル回転方向Ｔを向く壁面と、この壁面のドリル回転方向Ｔ後方に連なるドリル本体１先端の逃げ面４との交差稜線部に、この壁面をすくい面５とする切刃６が形成されており、ドリル本体１の先端部の表面にはダイヤモンドコーティング膜７が被覆されるとともに、このダイヤモンドコーティング膜７は、少なくとも切刃６に連なる部分のすくい面５側のみが砥石によって研磨されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転させられるドリル本体の先端部外周に上記軸線方向に延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝先端のドリル回転方向を向く壁面と、この壁面のドリル回転方向後方に連なる上記ドリル本体先端の逃げ面との交差稜線部に、上記壁面をすくい面とする切刃が形成されており、上記ドリル本体の先端部の表面にはダイヤモンドコーティング膜が被覆されているとともに、このダイヤモンドコーティング膜は、少なくとも上記切刃に連なる部分の上記すくい面側のみが砥石によって研磨されていることを特徴とするドリル。
【請求項２】
上記ダイヤモンドコーティング膜の膜厚は、上記すくい面側における膜厚が上記逃げ面側における膜厚の１／３〜２／３の範囲とされていることを特徴とする請求項１に記載のドリル。
【請求項３】
上記すくい面側の上記ダイヤモンドコーティング膜は、上記切刃から上記切屑排出溝に沿って上記ドリル本体の後端側に上記切刃の直径以上の範囲で研磨されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のドリル。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のドリルの製造方法であって、上記ドリル本体の先端部の表面に上記ダイヤモンドコーティング膜を被覆し、次いでこのダイヤモンドコーティング膜のうち少なくとも上記切刃に連なる部分の上記すくい面側のみを砥石によって研磨することを特徴とするドリルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドリル本体の先端部の表面に硬質のダイヤモンドコーティング膜が被覆されたドリルおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化樹脂）よりなる被削材や、ＣＦＲＰにアルミニウムやチタンの板材が積層された複合材料よりなる被削材に穴明け加工を行う場合には、たとえ硬質の超硬合金製ドリルであっても早期に摩耗を生じて寿命に達してしまう。ここで、このような被削材に対する耐摩耗性を向上させる手段として、ドリル本体の表面にさらに硬質なダイヤモンドコーティング膜を被覆することが知られているが、単にダイヤモンドコーティング膜を被覆しただけでは切刃が丸味を帯びてしまって切れ味が損なわれ、繊維層が層間剥離するデラミネーションや炭素繊維が切断されずにバリとなって残るアンカットファイバーといった問題が生じやすくなる。
【０００３】
そこで、特許文献１には、このようなダイヤモンドコーティング膜を被覆した被覆切削部材において、切刃の刃先部分であってすくい面側および逃げ面側の少なくとも一方に、イオンビームによるエッチングでダイヤモンドコーティング膜を研磨することによりチャンファを設けたものが提案されている。また、本発明の発明者等も、例えば特許文献２において、すくい面側のダイヤモンドコーティング膜の表面と逃げ面側のダイヤモンドコーティング膜の表面をレーザービームによって加工して刃先近傍で凹面とし、刃先のダイヤモンドコーティング膜をすくい面と逃げ面がなす角度よりも鋭角な断面形状とすることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０７６７３号公報
【特許文献２】特開２０１２−０９１２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これら特許文献１、２に記載されたようなイオンビームによるエッチングやレーザービームによる加工では、チャンファや凹面を形成することが可能な範囲が限られてしまい、より広い範囲を研磨しようとすると多大な時間を要する結果となる。このため、研磨による表面粗さの向上により切削抵抗の低減を期待することはできない。しかも、イオンビームやレーザービームを発生させる設備が必要となり、加工コストの増大を招くことにもなる。
【０００６】
さらに、特許文献１に記載されたダイヤモンド被覆切削部材も含めて、これら特許文献１、２に記載されたものはいずれも逃げ面にチャンファや凹面を形成するものであるが、ドリルにおいては逃げ面の摩耗によってその寿命に達してしまうことが多く、そのような逃げ面のダイヤモンドコーティング膜にチャンファや凹面を形成してしまうと、却ってドリル寿命が短縮してしまうおそれがある。また、ドリルのすくい面が複雑に凹凸した３次元形状である場合には、そのようなすくい面に焦点を合わせて正確にイオンビームによるエッチングやレーザービームよる加工を施すのは困難である。
【０００７】
本発明は、このような背景の下になされたもので、加工時間や加工コストの増大を招くことなく、切削抵抗の低減を図るとともにＣＦＲＰやその複合材料よりなる被削材に穴明け加工を施す場合にデラミネーションやアンカットファイバーが発生するのを抑制することが可能な長寿命のドリル、およびその製造方法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】
【０００８】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、軸線回りに回転させられるドリル本体の先端部外周に上記軸線方向に延びる切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝先端のドリル回転方向を向く壁面と、この壁面のドリル回転方向後方に連なる上記ドリル本体先端の逃げ面との交差稜線部に、上記壁面をすくい面とする切刃が形成されており、上記ドリル本体の先端部の表面にはダイヤモンドコーティング膜が被覆されているとともに、このダイヤモンドコーティング膜は、少なくとも上記切刃に連なる部分の上記すくい面側のみが砥石によって研磨されていることを特徴とする。
【０００９】
また、このようなドリルを製造する本発明のドリルの製造方法は、上記ドリル本体の先端部の表面に上記ダイヤモンドコーティング膜を被覆し、次いでこのダイヤモンドコーティング膜のうち少なくとも上記切刃に連なる部分の上記すくい面側のみを砥石によって研磨することを特徴とする。
【００１０】
従って、例えばこのような製造方法によって製造される上記構成のドリルでは、すくい面側のダイヤモンドコーティング膜が研磨されていることにより、逃げ面との交差稜線部形成される切刃を鋭利にして切れ味を向上させることができ、切削抵抗の低減を図るとともに、ＣＦＲＰやその複合材料よりなる被削材の穴明け加工においてもデラミネーションやアンカットファイバーの発生を抑制することができる。また、逃げ面側には被覆されたままのダイヤモンドコーティング膜がすくい面側よりも大きな膜厚で残存しているので、逃げ面摩耗を抑えてドリル寿命の延長を図ることが可能となる。
【００１１】
しかも、すくい面側のダイヤモンドコーティング膜は砥石によって機械的に研磨されるので、より広い範囲を短時間かつ低コストで研磨することができるとともに、すくい面の表面粗さを向上させることによって切屑の擦過による切削抵抗も低減することができる。さらに、このようなダイヤモンドコーティング膜は、ゴムや樹脂、あるいは繊維を代表とする砥石基体にダイヤモンド砥粒を含む研磨剤を塗布して研磨することが可能であり、すくい面がたとえ複雑な３次元形状であっても、これに追従してその表面を研磨することができる。
【００１２】
ここで、このようにすくい面側のみが研磨された上記ダイヤモンドコーティング膜の膜厚は、無研磨のまま残された逃げ面側のダイヤモンドコーティング膜の膜厚の１／３〜２／３の範囲とされるのが望ましい。すくい面側のダイヤモンドコーティング膜の膜厚が逃げ面側のダイヤモンドコーティング膜の膜厚の１／３を下回ると十分な耐摩耗性を得ることができなくなるおそれがある一方、逆に逃げ面側のダイヤモンドコーティング膜の膜厚の２／３を上回ると切刃を鋭利にして切れ味の向上を図ることができなくなるおそれがある。
【００１３】
また、上記すくい面側の上記ダイヤモンドコーティング膜は、上記切刃から上記切屑排出溝に沿って上記ドリル本体の後端側に上記切刃の直径以上の範囲で研磨されているのが望ましい。切刃からのすくい面側のダイヤモンドコーティング膜が研磨された範囲が切刃の直径よりも小さくて、微小なチャンファ程度の大きさであると、すくい面上を擦過する切屑による切削抵抗を十分に低減することができなくなるおそれがある。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、切刃の切れ味とすくい面の表面粗さを向上させることにより、切削抵抗の低減を図りつつデラミネーションやアンカットファイバーの発生を抑制することができる一方で、逃げ面摩耗を抑えて寿命の延長を図ることができ、またすくい面が複雑な３次元形状であっても確実にダイヤモンドコーティング膜を研磨することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１に示す実施形態の側面図である。
【図３】図１に示す実施形態の切刃に直交した拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１ないし図３は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態において、ドリル本体１は、その母材２が超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした概略円柱状に形成され、図示されないその後端部は円柱状のままのシャンク部とされるとともに、図１および図２に示される先端部は刃部とされ、軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転させられつつ該軸線Ｏ方向先端側（図２において下側）に送り出されて、ＣＦＲＰよりなる被削材や、ＣＦＲＰとアルミニウムやチタンを積層された複合材料よりなる被削材に穴明け加工を行う。
【００１７】
ドリル本体１の上記刃部には、その先端から後端側に向けて軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔ後方側に捩れる複数条（２条）の切屑排出溝３が軸線Ｏに関して対称に上記シャンク部の手前まで形成されている。そして、これらの切屑排出溝３先端のドリル回転方向Ｔを向く壁面と、この壁面のドリル回転方向Ｔ後方に連なるドリル本体１先端の逃げ面４との交差稜線部には、上記壁面をすくい面５とする切刃６が形成されている。すくい面５と逃げ面４とは図３に示すように鋭角に交差する方向に延びていて逃げ面４には逃げ角が与えられるようにされ、また切刃６にはドリル本体１の外周側に向かうに従い後端側に向かうように先端角が与えられている。
【００１８】
ここで、本実施形態における切刃６は、軸線Ｏ方向先端側から見た正面視において図１に示すように、ドリル本体１内周の軸線Ｏ近傍から外周側に向けて、略直線状に延びてからドリル回転方向Ｔに凸となる凸曲線状をなし、次いでこの凸曲線状をなす部分から凹曲線状をなして僅かにドリル回転方向Ｔ後方側に凹んだ後、再びドリル回転方向Ｔに凸となる凸曲線を描いて外周端に至る凹凸曲線状をなしており、生成される切屑に応力を与えて切屑処理性の向上を図っている。従って、逃げ面４との交差稜線部にこのような切刃６が形成される上記すくい面５も、少なくとも切刃６の近傍では同様に外周側に向けて凹凸する３次元形状の凹凸曲面状をなしている。
【００１９】
そして、このようなドリル本体１の少なくとも刃部が形成された先端部の表面には、図３に示すようにダイヤモンドコーティング膜７が被覆されるとともに、このダイヤモンドコーティング膜７は、図３に破線で示すように少なくとも切刃６に連なる部分の上記すくい面５側のみが砥石によって研磨され、ダイヤモンドコーティング膜７が被覆されたままその膜厚が薄くなっている。これに対して、逃げ面４側のダイヤモンドコーティング膜７は無研磨で被覆されたままの状態とされている。
【００２０】
従って、すくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７の膜厚（平均膜厚）Ａは、逃げ面４側のダイヤモンドコーティング膜７の膜厚（平均膜厚）Ｂよりも薄くなる。また、切刃６の刃先においては、逃げ面４側に連なるダイヤモンドコーティング膜７の丸味を帯びた部分の表面と、研磨されたすくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７の表面とが、直角あるいは鈍角ながらも角度をもって交差するようにして刃先エッジが形成されることになる。
【００２１】
ここで、このようなダイヤモンドコーティング膜７は、公知の各種ＣＶＤ法等によって母材２の表面にダイヤモンドの微細な結晶粒子を成長させることにより被覆されるものであって、本実施形態では少なくともドリル本体１先端部の切屑排出溝３が形成された刃部の表面全体に被覆されており、被覆されたままのダイヤモンドコーティング膜７の平均膜厚（逃げ面４側における平均膜厚）Ｂは１０μｍ〜２０μｍ程度とされている。さらに、すくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７の表面は、図３に示すように切刃６に直交する断面において、すくい面５側の母材２の表面と略平行となるように研磨されて、このすくい面５側に略均一な膜厚のダイヤモンドコーティング膜７が残されるのが望ましい。
【００２２】
また、このように被覆されたダイヤモンドコーティング膜７のすくい面５側のみを研磨するには、上記砥石として、ゴムや樹脂、あるいは繊維等の弾性を有する砥石基体にダイヤモンド砥粒を含む研磨剤を塗布したものを用いて、このような砥石をすくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７に押し付けつつ、すくい面５に沿って相対的に移動すればよい。このとき、切屑排出溝３のヒール８側のドリル回転方向Ｔ後方側を向く壁面や、ドリル本体１外周の切屑排出溝３のドリル回転方向Ｔ後方側に連なるマージン部９に被覆されたダイヤモンドコーティング膜７が同時に研磨されてもよい。
【００２３】
さらに、このように研磨されたすくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７における膜厚（平均膜厚）Ａは、逃げ面４側における無研磨のダイヤモンドコーティング膜７の上記膜厚（平均膜厚）Ｂの１／３〜２／３の範囲とされるのが望ましい。また、すくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７は、切刃６から上記切屑排出溝３に沿ってドリル本体１の後端側に切刃６の直径（切刃６の外周端が軸線Ｏ回りになす円の直径）以上の範囲で研磨されているのが望ましく、場合によっては切屑排出溝３の全長に亙って研磨されていてもよい。
【００２４】
このような構成のドリルにおいては、まずすくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７が研磨されていることにより、図３に破線で示したままの無研磨の状態に対して切刃６の刃先を鋭利にすることができて切れ味を向上させ、ＣＦＲＰやその複合材料よりなる被削材の穴明け加工においてデラミネーションやアンカットファイバーの発生を抑えることができる。その一方で、逃げ面４には無研磨のままの膜厚が厚いダイヤモンドコーティング膜７が残されているので、ドリル寿命を左右する逃げ面摩耗の促進を抑えてドリル寿命の延長を図ることができる。
【００２５】
また、このように切刃６の切れ味が向上することに加えて、すくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７の表面が研磨されて切屑が滑らかに流れ出ることにより、切削抵抗の低減を促すことも可能となる。すなわち、このようなダイヤモンドコーティング膜７は、上述したように母材２の表面にダイヤモンドの微細な結晶粒子を成長させることにより被覆されるものであるので、被覆されたままのダイヤモンドコーティング膜７の表面には上記結晶粒子による微細な凹凸が生じることになるが、すくい面５側のそのようなダイヤモンドコーティング膜７の表面を研磨することによって結晶粒子の凸部を除去することにより、逃げ面４側のダイヤモンドコーティング膜７表面の凸部よりも少なくして平滑な表面とすることができる。
【００２６】
さらに、このようなすくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７を、イオンビームやレーザービームによる研磨ではなく、砥石により機械的に研磨しているので、より広い範囲のダイヤモンドコーティング膜７を短時間で研磨することができる。また、イオンビームやレーザービームを発生させる光学系除去加工用の特殊な設備も不要であるので、加工コストの低減を図ることもできる。
【００２７】
しかも、本実施形態では切刃６が上述のような凹凸曲線状をなしているのに伴い、すくい面５も複雑な３次元形状の凹凸曲面状をなしているのに対し、砥石として上述したようなゴムや樹脂、あるいは繊維のような弾性を有する砥石基体にダイヤモンド砥粒を含む研磨剤を塗布したものを用いることにより、このような複雑な３次元形状のすくい面５に追従して倣うようにダイヤモンドコーティング膜７の表面を研磨することができる。このため、母材２のすくい面５や切刃６の形状が研磨によって損なわれることがなく、このような形状による上述の切屑処理性能等を維持することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、研磨されたすくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７の膜厚Ａが、無研磨のまま残された逃げ面４側のダイヤモンドコーティング膜７の膜厚Ｂの１／３〜２／３の範囲とされており、これによって切刃６の切れ味を確実に向上させることができるとともに、すくい面５にも十分な耐摩耗性を確保することができる。すなわち、このすくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７の膜厚Ａが逃げ面４側のダイヤモンドコーティング膜７の膜厚Ｂの１／３を下回ると、すくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７が薄くなりすぎて十分な耐摩耗性を得ることができなくなるおそれがある一方、逆にすくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７の膜厚Ａが逃げ面４側のダイヤモンドコーティング膜７の膜厚Ｂの２／３を上回ると、切刃６の刃先が丸味を帯びたままとなって切れ味の向上を図ることができなくなるおそれがある。
【００２９】
さらに、本実施形態では、上記すくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７が、切刃６から切屑排出溝３に沿ってドリル本体１の後端側に切刃６の直径以上の範囲で研磨されており、切削抵抗の確実な低減を図ることができる。すなわち、このすくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７が研磨される範囲が切刃６から該切刃６の直径未満であると、切刃６によって生成された切屑がすぐに無研磨のままのダイヤモンドコーティング膜７の表面を擦過することになるため、切削抵抗を十分に低減することができなくなったり、切屑排出溝３内において切屑詰まりを生じたりするおそれがある。
【符号の説明】
【００３０】
１  ドリル本体
２  母材
３  切屑排出溝
４  逃げ面
５  すくい面
６  切刃
７  ダイヤモンドコーティング膜
Ａ  すくい面５側のダイヤモンドコーティング膜７の膜厚
Ｂ  逃げ面４側のダイヤモンドコーティング膜７の膜厚
Ｏ  ドリル本体１の軸線
Ｔ  ドリル回転方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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