(57)【要約】【課題】切削時の発熱を抑制すると共に切屑の排出性を向上し、鋼等に対しても長期に渡って乾式で穴加工できる硬質炭素被覆ドリルを提供する。【解決手段】ドリル本体１０に少なくとも一対のねじれ溝１１が設けられ、その先端中心部から外周に向けて凸の円弧状になった第１切刃１２と第１切刃から外周に向かう第２切刃１３とが形成され、硬質炭素膜２０で被覆された硬質炭素被覆ドリルにおいて、第１切刃のすくい面側がシンニングされ、シンニング部分における第１切刃のすくい角αが＋３〜＋１０°、シンニング部の開角θが１１０°以上、シンニングされた第１切刃のすくい面１４ａとねじれ溝とが交差する点からドリル本体の先端までの軸方向の距離Ｌとドリル本体の直径ＤとがＬ／Ｄ≧０．２の条件を満たすようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリル本体１０の外周に少なくとも一対のねじれ溝１１が設けられると共に、このドリル本体１０先端の中心部から外周に向けて凸の円弧状になった第１切刃１２とこの第１切刃１２から外周に向かう第２切刃１３とが形成され、このドリル本体１０が硬質炭素膜２０で被覆されてなる硬質炭素被覆ドリルにおいて、上記の第１切刃１２のすくい面側にシンニングが施され、このシンニング部分における第１切刃１２のすくい角αが＋３〜＋１０°の範囲であると共に、このシンニング部の開角θが１１０°以上であり、シンニングされた上記の第１切刃１２のすくい面１４ａと上記のねじれ溝１１とが交差する点からドリル本体１０の先端までの軸方向の距離Ｌと、このドリル本体１０の直径Ｄとが、Ｌ／Ｄ≧０．２の条件を満たすことを特徴とする硬質炭素被覆ドリル。
【請求項２】
請求項１に記載した硬質炭素被覆ドリルにおいて、上記の第１切刃１２及び第２切刃１３に対して０．０２〜０．０８ｍｍの範囲になったホーニングが施されてなることを特徴とする硬質炭素被覆ドリル。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載した硬質炭素被覆ドリルにおいて、上記のドリル本体１０と表面の硬質炭素膜２０との間に中間層２１が設けられ、この中間層２１として、ドリル本体１０側に少なくともＴｉＡｌＮ層２１ａを設けると共に、硬質炭素膜２０側にタングステンと炭素とを交互に積層させた層２１ｂを設けたことを特徴とする硬質炭素被覆ドリル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ドリル本体を硬質炭素膜で被覆した硬質炭素被覆ドリルに係り、特に、その表面における潤滑性を高めて、切屑の排出性を向上させ、鋼等の被削材を長期にわたって安定して乾式で切削加工できるようにした点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ドリルによって穴加工を行うにあたり、高速で切削を行えるようにすると共に、ドリルの寿命を高めるため、超硬合金等で構成されたドリルを炭化物や窒化物で被覆することが行われている。
【０００３】
ここで、このようなドリルを使用して穴加工を行う場合、多くの切屑が発生すると共に大きな熱が発生するため、従来においては、一般に切削液を供給して、発熱を抑制すると共に、切削性や切屑の排出性を向上させるようにしていた。
【０００４】
しかし、このように切削液を使用すると、ランニングコストが高くつき、また近年においては、廃液に対する環境保全の問題から、切削液を用いない乾式切削加工が行えるドリルが要望されている。
【０００５】
このため、近年においては、ドリルの表面を摩擦係数の小さいダイヤモンドライクカーボン等の硬質炭素膜で被覆した硬質炭素被覆ドリルを使用し、切削時の発熱を抑えると共に、切屑の排出性を向上させることが検討されている。
【０００６】
しかし、このようにドリルの表面を硬質炭素膜で被覆した硬質炭素被覆ドリルにおいても、依然として、切屑の排出性を十分に向上させることができず、切屑が詰まってドリルに欠損が生じ、特に、鋼に穴加工を行う場合には、発熱も大きく、長期にわたって安定して乾式で切削加工を行うことは困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、穴加工を行う場合における上記のような問題を解決することを課題とするものであり、上記のようなドリルの表面を硬質炭素膜で被覆した硬質炭素被覆ドリルにおいて、穴加工時における発熱を抑制すると共に、切屑の排出性を向上させ、鋼に穴加工を行う場合においても、長期に渡って安定して乾式で切削加工が行えるようにすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明における硬質炭素被覆ドリルにおいては、上記のような課題を解決するため、ドリル本体１０の外周に少なくとも一対のねじれ溝１１が設けられると共に、このドリル本体１０先端の中心部から外周に向けて凸の円弧状になった第１切刃１２とこの第１切刃１２から外周に向かう第２切刃１３とが形成され、このドリル本体１０が硬質炭素膜２０で被覆されてなる硬質炭素被覆ドリルにおいて、上記の第１切刃１２のすくい面側にシンニングが施され、このシンニング部分における第１切刃１２のすくい角αが＋３〜＋１０°の範囲であると共に、このシンニング部の開角θが１１０°以上であり、シンニングされた上記の第１切刃１２のすくい面１４と上記のねじれ溝１１とが交差する点からドリル本体１０の先端までの軸方向の距離Ｌと、このドリル本体１０の直径Ｄとが、Ｌ≧０．２Ｄの条件を満たすようにしたのである。
【０００９】
そして、この発明における硬質炭素被覆ドリルのように、ドリル本体１０先端の中心部から外周に向けて凸の円弧状になった第１切刃１２を設けると、上記の中心部において発生した切屑が上記の凸の円弧状になった第１切刃１２に沿って横滑りして排出されるようになり、この切屑が第１切刃１２の部分に融着するのが防止される。
【００１０】
また、この第１切刃１２のすくい面側にシンニングを行い、このシンニング部分における第１切刃１２のすくい角αが＋３〜＋１０°の範囲になるようにすると共に、このシンニング部の開角θが１１０°以上になるようにすると、この第１切刃１２による切削性が向上して、穴あけ加工時における発熱が抑制されると共に、切削された切屑の切屑ポケットも大きくなって、切屑の詰まりが抑制され、さらに切屑が排出されやすくなる。なお、第１切刃１２のすくい角αを＋３〜＋１０°の範囲にしたのは、このすくい角αが＋３°より小さくなると、上記のような効果が十分に得られなくなる一方、このすくい角αが＋１０°を越えると、この第１切刃１２の強度が弱くなって、第１切刃１２が欠損しやすくなるためである。
【００１１】
さらに、上記のようにシンニングされた第１切刃１２のすくい面１４と上記のねじれ溝１１とが交差する点からドリル本体１０の先端までの軸方向の距離Ｌと、このドリル本体１０の直径Ｄとが、Ｌ≧０．２Ｄの条件を満たすようにすると、上記の第１切刃１２によって切削された切屑が、シンニングによって形成される上記の切屑ポケットを通してねじれ溝１１にうまく導かれるようになり、切屑が適切に排出されるようになる。
【００１２】
このため、この発明における硬質炭素被覆ドリルを使用すると、穴加工時における発熱が抑制されると共に切屑の排出性も向上し、鋼等の被削材に穴加工を行う場合においても、長期に渡り安定して乾式で切削加工できるようになる。
【００１３】
また、この発明における硬質炭素被覆ドリルにおいて、上記の第１切刃１２及び第２切刃１３に対してホーニングを行うにあたり、このホーニングの幅が大きくなると、ホーニング部分における切削抵抗が大きくなり、鋼等の被削材を乾式で切削する場合に、切屑がジャバラ状になって、切屑詰まりが発生しやすくなる一方、このホーニングの幅が小さくなりすぎると、第１切刃１２及び第２切刃１３の強度を十分に高めることができなくなると共に、このドリル本体１０に被覆させた硬質炭素膜２０が剥離しやすくなり、これによって切屑の排出性が大きく低下するおそれがある。このため、上記の第１切刃１２及び第２切刃１３に対してホーニングを行うにあたっては、このホーニングの幅を０．０２〜０．０８ｍｍの範囲にすることが好ましい。
【００１４】
また、この発明における硬質炭素被覆ドリルにおいて、上記のようにドリル本体１０を硬質炭素膜２０で被覆した場合、この硬質炭素膜２０に大きな残留応力が発生していることが知られており、その厚みを厚くしすぎると、硬質炭素膜２０が剥離してしまうため、その厚みを１．０〜１．５μｍの範囲にすることが適当である。
【００１５】
しかし、このように硬質炭素膜２０の厚みを１．０〜１．５μｍの範囲にした場合において、鋼のように硬い被削材に穴加工すると、この硬質炭素膜２０の寿命が短くなる。
【００１６】
このため、この発明における硬質炭素被覆ドリルにおいては、上記のドリル本体１０と硬質炭素膜２０との間に、硬質炭素膜２０の耐剥離性等を改善する中間層２１を設けることが好ましい。
【００１７】
ここで、このような中間層２１として、ドリル本体１０側にＴｉＡｌＮ層２１ａを設けると共に、硬質炭素膜２０側にタングステンと炭素とを交互に積層させた層２１ｂを設けると、切削加工時において、その刃先が高温になった場合においても、上記のＴｉＡｌＮ層２１ａにより耐熱強度や耐酸化性が高められて、ドリルの寿命が長くなると共に、上記のタングステンと炭素とを交互に積層させた層２１ｂによって硬質炭素膜２０の耐剥離性が向上され、さらにドリルの寿命が長くなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態に係る硬質炭素被覆ドリルを添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００１９】
この実施形態に係る硬質炭素被覆ドリルにおいては、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、ドリル本体１０の外周に一対のねじれ溝１１が設けられると共に、このドリル本体１０先端の中心部から外周に向けて凸の円弧状になった第１切刃１２とこの第１切刃１２から外周に向かう第２切刃１３とが形成されている。
【００２０】
そして、この実施形態の硬質炭素被覆ドリルにおいては、一方の第１切刃１２及び第２切刃１３に対する逃げ面１６から他方の第１切刃１２のすくい面１４に対してそれぞれシンニングを施すようにしている。
【００２１】
ここで、このようにシンニングを行うにあたっては、図２に示すように、このシンニング部の開角θ、すなわちシンニングされた部分における逃げ面１６ａと第１切刃１２のすくい面１４ａとの交差部の角度θを１１０°以上にすると共に、図３に示すように、シンニングされた部分における第１切刃１２のすくい角αを＋３〜＋１０°の範囲にし、さらにシンニングされた上記の第１切刃１２のすくい面１４ａと上記のねじれ溝１１とが交差する点からドリル本体１０の先端までの軸方向の距離Ｌと、このドリル本体１０の直径Ｄとが、Ｌ／Ｄ≧０．２の条件を満たすようにしている。
【００２２】
また、この実施形態の硬質炭素被覆ドリルにおいて、上記の第１切刃１２及び第２切刃１３の強度を高めるために、この第１切刃１２及び第２切刃１３に対して、それぞれ０．０２〜０．０８ｍｍの範囲になったホーニングを施すことが好ましい。
【００２３】
さらに、この実施形態の硬質炭素被覆ドリルにおいては、上記のドリル本体１０を硬質炭素膜２０で被覆するようにしている。
【００２４】
ここで、上記のようにドリル本体１０を硬質炭素膜２０で被覆するにあたり、ドリル本体１０の表面を単に硬質炭素膜２０だけで被覆すると、この硬質炭素膜２０が剥離しやすいため、例えば、図４に示すように、ドリル本体１０と表面の硬質炭素膜２０との間に中間層２１を設けるようにし、この中間層２１として、ドリル本体１０側にＴｉＡｌＮ層２１ａを設けると共に、硬質炭素膜２０側にタングステンと炭素とを交互に積層させた層２１ｂを設けるようにすることが好ましい。
【００２５】
【実施例】
次に、この発明の実施例に係る硬質炭素被覆ドリルと、比較例の硬質炭素被覆ドリルとを使用して、Ｓ５０Ｃの炭素鋼に対して乾式で穴加工を行い、この発明の実施例に係る硬質炭素被覆ドリルを用いた場合には、上記のようなＳ５０Ｃの炭素鋼に対しても乾式での穴加工が長く行えるようになることを明らかにする。
【００２６】
（実施例１）
実施例１の硬質炭素被覆ドリルにおいては、ＩＳＯ規格Ｐ３０相当の超硬合金で構成され、直径Ｄが１０ｍｍになったドリル本体１０の外周に、ねじれ角が３０°になった２つのねじれ溝１１を設けると共に、ドリル本体１０の先端に、各ねじれ溝１１に対応させて、それぞれ中心部から外周に向けて凸の円弧状になった第１切刃１２とこの第１切刃１２から外周に向かう第２切刃１３とを設け、その先端角を１４０°にした。
【００２７】
そして、このドリル本体１０において、一方の第１切刃１２及び第２切刃１３に対する逃げ面１６から他方の第１切刃１２のすくい面１４に対してそれぞれシンニングを施し、上記のシンニング部の開角θを１１０°、シンニングされた部分における第１切刃１２のすくい角αを＋５°にし、さらにシンニングされた第１切刃１２のすくい面１４ａとねじれ溝１１とが交差する点からドリル本体１０の先端までの軸方向の距離Ｌを４ｍｍにし、このドリル本体１０の直径Ｄに対する上記の距離Ｌの割合Ｌ／Ｄが０．４になるようにし、さらに上記の第１切刃１２及び第２切刃１３に対して０．０４ｍｍのホーニングを行った。
【００２８】
また、この実施例１の硬質炭素被覆ドリルにおいては、上記のドリル本体１０の表面に、アークイオンプレーティング法を用いて厚みが０．１μｍのＴｉＮ層を形成し、この上にマグネトロンスパッタリング法を用いて厚みが１．５μｍの硬質炭素膜２０を形成した。
【００２９】
（実施例２）
実施例２の硬質炭素被覆ドリルにおいては、上記の実施例１の場合と同様にしてドリル本体１０を形成し、このドリル本体１０の表面に、アークイオンプレーティング法を用いて厚みが０．１μｍのＴｉＮ層と、厚みが２．０μｍのＴｉＡｌＮ層２１ａとを設け、この上にマグネトロンスパッタリング法を用いて厚みが１．５μｍの硬質炭素膜２０を形成した。
【００３０】
（実施例３）
実施例３の硬質炭素被覆ドリルにおいては、上記の実施例１の場合と同様にしてドリル本体１０を形成し、このドリル本体１０の表面に、アークイオンプレーティング法を用いて厚みが０．２μｍのＴｉＮ層と厚みが１．５μｍのＴｉＡｌＮ層２１ａとを設けた後、この上にマグネトロンスパッタリング法を用いて厚みが０．５μｍになったタングステンと炭素とを交互に積層させた層２１ｂを形成し、さらにこの上にマグネトロンスパッタリング法を用いて厚みが１．５μｍの硬質炭素膜２０を形成した。
【００３１】
（比較例１）
比較例１の硬質炭素被覆ドリルにおいては、ドリル本体１０を形成するにあたり、上記のシンニング部の開角θを９０°、シンニングされた部分における第１切刃１２のすくい角αを０°にし、シンニングされた第１切刃１２のすくい面１４ａとねじれ溝１１とが交差する点からドリル本体１０の先端までの軸方向の距離Ｌを１ｍｍにして、ドリル本体１０の直径Ｄに対する上記の距離Ｌの割合Ｌ／Ｄを０．１にし、また上記の第１切刃１２及び第２切刃１３に対するホーニングを０．１ｍｍにし、それ以外は、上記の実施例１の場合と同様にしてドリル本体１０を形成した。
【００３２】
そして、この比較例１の硬質炭素被覆ドリルにおいては、上記のドリル本体１０の表面に、上記の実施例１の場合と同様にして、厚みが０．１μｍのＴｉＮ層を形成し、この上に厚みが１．５μｍの硬質炭素膜２０を形成した。
【００３３】
（比較例２）
比較例２の硬質炭素被覆ドリルにおいては、ドリル本体１０を形成するにあたり、シンニングされた第１切刃１２のすくい面１４ａとねじれ溝１１とが交差する点からドリル本体１０の先端までの軸方向の距離Ｌを１ｍｍにして、ドリル本体１０の直径Ｄに対する上記の距離Ｌの割合Ｌ／Ｄを０．１にし、また上記の第１切刃１２及び第２切刃１３に対するホーニングを０．１ｍｍにし、それ以外は、上記の実施例１の場合と同様にしてドリル本体１０を形成した。
【００３４】
そして、この比較例２の硬質炭素被覆ドリルにおいては、上記のドリル本体１０の表面に、上記の実施例１の場合と同様にして、厚みが０．１μｍのＴｉＮ層を形成し、この上に厚みが１．５μｍの硬質炭素膜２０を形成した。
【００３５】
（比較例３）
比較例３の硬質炭素被覆ドリルにおいては、ドリル本体１０を形成するにあたり、上記のシンニング部の開角θを９０°、シンニングされた部分における第１切刃１２のすくい角αを０°にし、それ以外は、上記の実施例１の場合と同様にしてドリル本体１０を形成した。
【００３６】
そして、この比較例３の硬質炭素被覆ドリルにおいては、上記のドリル本体１０の表面に、上記の実施例１の場合と同様にして、厚みが０．１μｍのＴｉＮ層を形成し、この上に厚みが１．５μｍの硬質炭素膜２０を形成した。
【００３７】
次に、上記の実施例１〜３及び比較例１〜３の各硬質炭素被覆ドリルを用い、上記のＳ５０Ｃの炭素鋼からなる被削材に対して、回転数２５４０ｒｐｍ（周速８０ｍ／ｍｉｎ）、送り速度０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、加工深さ３０ｍｍの条件で、それぞれ切削液を用いない乾式で穴加工を行った。
【００３８】
この結果、比較例１の硬質炭素被覆ドリルにおいては、１ｍの穴加工を行う前にドリルに欠損が生じ、比較例２の硬質炭素被覆ドリルにおいては、５ｍの穴加工を行った時点でドリルに欠損が生じ、比較例３の硬質炭素被覆ドリルにおいては、３ｍの穴加工を行った時点でドリルに欠損が生じた。
【００３９】
これに対して、実施例１の硬質炭素被覆ドリルにおいては、ドリルに欠損が生じなかったが、１５ｍの穴加工を行った時点において摩耗により寿命となり、実施例２の硬質炭素被覆ドリルにおいては、２０ｍの穴加工を行った時点において摩耗により寿命となり、実施例３の硬質炭素被覆ドリルにおいては、２８ｍの穴加工を行った時点において摩耗により寿命となり、何れの実施例の硬質炭素被覆ドリルにおいても、上記の比較例１〜３の各硬質炭素被覆ドリルに比べて、寿命が大幅に向上していた。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における硬質炭素被覆ドリルにおいては、ドリル本体の外周に少なくとも一対のねじれ溝が設けられると共に、このドリル本体先端の中心部から外周に向けて凸の円弧状になった第１切刃とこの第１切刃から外周に向かう第２切刃とが形成され、このドリル本体が硬質炭素膜で被覆されてなる硬質炭素被覆ドリルにおいて、第１切刃のすくい面側にシンニングを施し、シンニング部分における第１切刃のすくい角を＋３〜＋１０°の範囲、シンニング部の開角θが１１０°以上にし、シンニングされた第１切刃のすくい面とねじれ溝とが交差する点からドリル本体の先端までの軸方向の距離Ｌと、ドリル本体の直径Ｄとが、Ｌ／Ｄ≧０．２の条件を満たすようにしたため、穴加工時における発熱が抑制されると共に、切屑の排出性も向上し、鋼等の被削材に穴加工を行う場合においても、長期に渡り安定して乾式で切削加工できるようになった。
【００４１】
また、上記のようにドリル本体の表面を硬質炭素膜で被覆するにあたり、ドリル本体と硬質炭素膜との間に中間層を設け、この中間層として、ドリル本体側に少なくともＴｉＡｌＮ層を設けると共に、硬質炭素膜側にタングステンと炭素とを交互に積層させた層を設けると、このドリルにおける耐熱強度や耐酸化性が向上すると共に、硬質炭素膜の耐剥離性が向上し、ドリルの寿命をより一層高めることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る硬質炭素被覆ドリルの概略説明図である。
【図２】同実施形態の硬質炭素被覆ドリルにおいて、シンニングが施された第２逃げ面と第１切刃のすくい面との交差部の状態を示した断面説明図である。
【図３】同実施形態の硬質炭素被覆ドリルにおいて、シンニングが施された第１切刃におけるすくい角を示した断面説明図である。
【図４】同実施形態の硬質炭素被覆ドリルにおいて、ドリル本体と表面の硬質炭素膜との間に中間層として、ドリル本体側にＴｉＡｌＮ層を設けると共に、硬質炭素膜側にタングステンと炭素とを交互に積層させた層を設けた状態を示した断面説明図である。
【符号の説明】
１０  ドリル本体
１１  ねじれ溝
１２  第１切刃
１３  第２切刃
１４ａ  シンニングされた第１切刃のすくい面
２０  硬質炭素膜
２１  中間層
２１ａ  ＴｉＡｌＮ層
２１ｂ  タングステンと炭素とを交互に積層させた層
α  シンニング部分における第１切刃のすくい角
θ  シンニング部の開角
Ｌ  シンニングされた第１切刃のすくい面とねじれ溝とが交差する点からドリル本体の先端までの軸方向の距離
Ｄ  ドリル本体の直径
【図１】
2004291124.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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