(57)【要約】      （修正有）【課題】粗大粒子を除去する後工程を必要とせず、溝部の切り屑排出性に優れた被覆穴あけ工具の提供。【解決手段】被覆穴あけ工具の外周マージン部２の算術平均粗さをＲａ（Ｍ）、溝部の算術平均粗さをＲａ（Ｆ）と表したとき、０．０３μｍ＜Ｒａ（Ｍ）＜０．３μｍ、および、０．０１μｍ＜Ｒａ（Ｆ）＜０．１５μｍである被覆穴あけ工具は、後処理を必要とせず、溝部３の制御された表面粗さが、切り屑処理性を向上させ、穴あけ加工における耐欠損性および耐チッピング性を向上させる。【選択図】    図１
2005022064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＶＤ法により基材に被膜を被覆した被覆穴あけ工具であって、該被覆穴あけ工具の外周マージン部の算術平均粗さをＲａ（Ｍ）、該被覆穴あけ工具の溝部の算術平均粗さをＲａ（Ｆ）と表したとき、０．０３μｍ＜Ｒａ（Ｍ）＜０．３μｍ、および、０．０１μｍ＜Ｒａ（Ｆ）＜０．１５μｍであることを特徴とする被覆穴あけ工具。
【請求項２】
上記被覆穴あけ工具の外周マージン部の表面粗さにおける最大高さをＲｚ（Ｍ）、該被覆穴あけ工具の溝部の表面粗さにおける最大高さをＲｚ（Ｆ）と表したとき、０．０３μｍ＜Ｒｚ（Ｍ）＜３．０μｍ、および、０．０１μｍ＜Ｒｚ（Ｆ）＜３．０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の被覆穴あけ工具。
【請求項３】
上記被膜は、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素、アルミニウム、シリコンの炭化物、窒化物、酸化物およびこれらの相互固溶体の中から選ばれた１種以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の被覆穴あけ工具。
【請求項４】
上記基材は、超硬合金、サーメット、工具鋼の中から選ばれた１種からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の被覆穴あけ工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、穴あけ加工に使用されるドリル、ガンドリル、リーマなどの被覆穴あけ工具に関する。具体的には、外周マージン部と溝部において優れた表面状態を形成することにより、優れた切り屑排出性を有し、加工中の突発的な欠損およびチッピングを抑えて、安定した長寿命を有する被覆穴あけ工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
被膜表面のマクロ粒子を除去することによって、耐溶着性を改善している被覆工具がある（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、マクロ粒子を除去した後の凹部（マクロ粒子の抜けた部分）から剥離が生じ、突発的に切り屑詰まりが起き、刃先においては、チッピングが起き短寿命になるという問題がある。
【０００３】
また、ＰＶＤコーティングしたドリルの溝部の微細突起部を後処理で除去することによって、切り屑排出性の改善を試みた深穴加工用ドリルが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、処理部位を限定せず処理を一様に行なうことによって、本来切り屑処理性に対しては影響を与えないマージン部にも、その処理が強力に成されてしまい、その結果、必要以上に表面粗さが平滑になってしまうために、被削材との切削面積が大きくなり切削抵抗が増加して、かえって寿命低下を招くことがある。なお、外周マージン部をマスキングして溝部だけに処理する方法も考えられるが、ドリルすべての外周マージン部にマスキングすることは極めて困難である。また、特許文献１、２に記載された技術は、コーティング後に別処理をおこなうため、コストがかかるという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１５７８６２号公報
【特許文献２】特開２０００−５２１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、製造現場の無人化が進み、信頼性の高く長時間加工できる被覆穴あけ工具が求められるようになった。従来の技術として、被膜に存在する粗大粒子を後処理によって除去し工具寿命を向上させる方法が提案されている。しかしながら、これらの方法は、被膜の凹部が生じたり、コストがかかるなどの問題がある。そこで本発明は、粗大粒子を除去する後工程を必要とせず、溝部の切り屑排出性に優れた被覆穴あけ工具の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、長年に亘り、ＰＶＤ法による被覆穴あけ工具について研究したところ、従来採用されていた金属ボンバードに替えてＡｒボンバードを行うなどの改良により、被覆穴あけ工具の外周マージン部と溝部の表面状態を穴あけ加工に最適な構成にすることにより、耐欠損性および耐チッピング性を改善し、安定した長寿命加工ができることを見出した。
【０００７】
本発明は、ＰＶＤ法により基材に被膜を被覆した被覆穴あけ工具であって、該被覆穴あけ工具の外周マージン部の算術表面粗さＲａ（Ｍ）、該被覆穴あけ工具の溝部の算術表面粗さＲａ（Ｆ）と表したとき、０．０３μｍ＜Ｒａ（Ｍ）＜０．３μｍ、および、０．０１μｍ＜Ｒａ（Ｆ）＜０．１５μｍであることを特徴とする被覆穴あけ工具である。
【０００８】
ここで、算術表面粗さＲａ（Ｍ）、Ｒａ（Ｆ）、および、表面粗さにおける最大高さＲｚ（Ｍ）、Ｒｚ（Ｆ）の測定は、図１および図２に示すようにドリル先端１からドリル直径ｄの２倍の位置（Ａ−Ａ’線）における外周マージン部２および溝部３でおこなう。測定方法としては、触針式粗さ計もしくはレーザー式粗さ計のいずれを用いても良い。
【０００９】
外周マージン部の算術表面粗さＲａ（Ｍ）が０．３μｍ以上では、表面凸部の脱落によるチッピングが生じやすくなる。またＲａ（Ｍ）が０．０３μｍ以下では、被削材と被膜表面の接触面積が大きくなり、切削抵抗が増加し欠損を引き起こしやすくなる。したがって、０．０３μｍ＜Ｒａ（Ｍ）＜０．３μｍとした。
【００１０】
溝部の算術表面粗さＲａ（Ｆ）が０．１５μｍ以上では、被膜表面の凸部が多くなり、切り屑の流れによって粒子の脱落が起き、切り屑詰まりによる欠損を引き起こしやすくなる。またＲａ（Ｆ）が０．０１μｍ以下では、切り屑と被膜表面の接触面積が大きくなり、摩擦抵抗が増加し切り屑詰まりが起きやすくなる。したがって、０．０１μｍ＜Ｒａ（Ｆ）＜０．１５μｍとした。
【００１１】
本発明被覆穴あけ工具について、該被覆穴あけ工具の外周マージン部の表面粗さにおける最大高さをＲｚ（Ｍ）、該被覆穴あけ工具の溝部の表面粗さにおける最大高さをＲｚ（Ｆ）と表したとき、０．０３μｍ＜Ｒｚ（Ｍ）＜３．０μｍ、および、０．０１μｍ＜Ｒｚ（Ｆ）＜３．０μｍであると、被膜の粗大粒子を起点にしたチッピングをなくし、より安定した加工が可能となるため好ましい。
【００１２】
ＰＶＤ法による被覆穴あけ工具の製造工程において、被覆の前処理として雰囲気ガスによるボンバード処理を行い、そのときの雰囲気ガス圧力を調整して雰囲気ガスの平均自由工程の長さを基材の穴あけ工具の溝幅に合わせた条件にすることによって、本発明被覆穴あけ工具を得ることができる。雰囲気ガスによるボンバード処理方法としては、具体的には、熱フィラメントを用いる三極直流スパッタ法などを挙げることができる。ボンバード時の雰囲気ガスとしては不活性ガスが好ましく、その中でもＡｒが特に好ましい。また、熱フィラメント材料としては、Ｗが好ましい。また、雰囲気ガスによるボンバード処理時、基板にかけるバイアス電圧Ｖ（ｂｉａｓ）としては、１５０Ｖ＜Ｖ（ｂｉａｓ）＜４５０Ｖが好ましい。これは、４５０Ｖ以上ではエッチングレートが大きくなり、基材の表面粗さが粗くなるためであり、１５０Ｖ以下では、エッチングレートが小さくなり、それによって処理時間が長くなり生産効率が落ちるためである。
【００１３】
本発明被覆穴あけ工具の被膜は、硬質な被膜であれば特に材質を問わないが、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素、アルミニウム、シリコンの炭化物、窒化物、酸化物およびこれらの相互固溶体の中から選ばれた１種以上であると、耐摩耗性に優れるため好ましい。具体的には、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣＮ、ＴｉＡｌＣＮＯ、ＴｉＡｌＳｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＣｒＳｉＮ、ＴｉＣｒＮ、Ａｌ2Ｏ3を挙げることができる。その中でもＴｉＡｌＮは、耐酸化性および耐摩耗性に優れているため特に好ましい。
【００１４】
本発明被覆穴あけ工具の基材としては、超硬合金、サーメット、工具鋼が好ましく、具体的には、ＷＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−（ＷＴｉＴａ）Ｃ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系に代表される超硬合金、ＴｉＣ−Ｍｏ−Ｎｉ系、ＴｉＣＮ−ＷＣ−ＴａＣ−Ｎｉ−Ｃｏ系などのサーメット、高速度工具鋼、合金工具鋼、炭素工具鋼などの工具鋼を挙げることができる。その中でもＷＣを主成分とした超硬合金は、靱性および耐摩耗性が高いため、特に好ましい。
【００１５】
本発明被覆穴あけ工具の形状としては、穴あけ加工に用いる工具形状であればよく、例えばドリル、ガンドリル、リーマなどが挙げられる。その中でもドリルは多量の切り屑を溝部から排出するため本発明の効果が高く、本発明をドリルに適用することは非常に好ましい。本発明被覆穴あけ工具の用途の一つとして、金属材料の穴あけ加工を挙げることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明被覆穴あけ工具は、従来被覆穴あけ工具と比較して溝部の切り屑排出性、耐欠損性および耐チッピング性に優れる。溝部の制御された表面粗さが、切り屑処理性を向上させる作用をし、穴あけ加工における耐欠損性および耐チッピング性を向上させる作用をしているものである。
【実施例】
【００１７】
基材として、市販されている超硬合金製ソリッドドリル（φ８．０ｍｍ、組成：９０重量％ＷＣ−１０重量％Ｃｏ、硬さ：ＨＲＡ＝９１．５、溝幅：５ｍｍ）を用意し、被膜の被覆装置として、４極のターゲット着装が可能なアークイオンプレーティング装置を使用した。まず、基材ドリルを装置内に挿入して１×１０-3Ｐａの真空とし、炉内ヒーターで５００℃まで加熱した後、表１に示した条件で、Ａを除いたＢ〜Ｉの基材についてはボンバード処理を行ない、その後、Ａ〜Ｉの基材に表１に示した被覆条件（ターゲット種類、雰囲気ガス、圧力、バイアス電圧、処理時間）で被覆処理を行なうことによって、Ａ〜Ｉの被覆ドリルを得た。また各種ボンバード処理時および被覆処理時のアーク電流は、Ａ〜Ｉすべてにおいて１００Ａとした。Ａｒボンバードは、Ｗフィラメントを用いた三極直流スパッタ法で表面処理を行った。
【００１８】
【表１】
2005022064.tif 000003
【００１９】
得られたＡ〜Ｉの被覆ドリルにおける外周マージン部の算術平均粗さＲａ（Ｍ）および表面粗さにおける最大高さＲｚ（Ｍ）と、溝部の算術平均粗さＲａ（Ｆ）および表面粗さにおける最大高さＲｚ（Ｆ）をレーザー式粗さ計を用いて測定し、その結果を表２に示した。
【００２０】
【表２】
2005022064.tif 000004
【００２１】
得られたＡ〜Ｉの被覆ドリルを用いて、被削材：Ｓ４５Ｃ、切削外周速度：８０ｍ／ｍｉｎ、穴深さ：４０ｍｍ、乾式加工の条件で穴あけ加工を連続して行った。刃先のチッピング発生、折損あるいは切り屑詰まりによる急激なトルク上昇が発生するまでの加工可能な穴数を表３に示す。４００穴加工まで正常であった場合には、刃先の平均逃げ面摩耗量を併記した。
【００２２】
【表３】
2005022064.tif 000005
【００２３】
表３に示されるように発明品は、比較品の２〜１００倍の穴加工数を加工できる。発明品は、比較品と比較して欠損、刃先チッピング、切り屑詰まりがなく、安定した長寿命加工が可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明被覆穴あけ工具の側面図。先端から直径ｄの２倍の位置（Ａ−Ａ’線）を図示する。
【図２】本発明被覆穴あけ工具のＡ−Ａ’線における断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１  先端
２  外周マージン部
３  溝部
【図１】
2005022064.tif 000006
【図２】
2005022064.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月16日(2003.10.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、ＰＶＤ法により基材に被膜を被覆した被覆穴あけ工具であって、該被覆穴あけ工具の外周マージン部の算術平均粗さＲａ（Ｍ）、該被覆穴あけ工具の溝部の算術平均粗さＲａ（Ｆ）と表したとき、０．０３μｍ＜Ｒａ（Ｍ）＜０．３μｍ、および、０．０１μｍ＜Ｒａ（Ｆ）＜０．１５μｍであることを特徴とする被覆穴あけ工具である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
ここで、算術平均粗さＲａ（Ｍ）、Ｒａ（Ｆ）、および、表面粗さにおける最大高さＲｚ（Ｍ）、Ｒｚ（Ｆ）の測定は、図１および図２に示すようにドリル先端１からドリル直径ｄの２倍の位置（Ａ−Ａ’線）における外周マージン部２および溝部３でおこなう。測定方法としては、触針式粗さ計もしくはレーザー式粗さ計のいずれを用いても良い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
外周マージン部の算術平均粗さＲａ（Ｍ）が０．３μｍ以上では、表面凸部の脱落によるチッピングが生じやすくなる。またＲａ（Ｍ）が０．０３μｍ以下では、被削材と被膜表面の接触面積が大きくなり、切削抵抗が増加し欠損を引き起こしやすくなる。したがって、０．０３μｍ＜Ｒａ（Ｍ）＜０．３μｍとした。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
溝部の算術平均粗さＲａ（Ｆ）が０．１５μｍ以上では、被膜表面の凸部が多くなり、切り屑の流れによって粒子の脱落が起き、切り屑詰まりによる欠損を引き起こしやすくなる。またＲａ（Ｆ）が０．０１μｍ以下では、切り屑と被膜表面の接触面積が大きくなり、摩擦抵抗が増加し切り屑詰まりが起きやすくなる。したがって、０．０１μｍ＜Ｒａ（Ｆ）＜０．１５μｍとした。