(57)【要約】  【課題】  加工能率を確保しつつ、工具寿命の延長を図ることができるドリルを提供すること。  【解決手段】  本願発明のドリル１は、溝長ｌが切れ刃５の外径Ｄに対して６Ｄ以上かつ１０Ｄ以下の範囲内に、少なくとも切れ刃５の表面に被膜される硬質化合物の被膜寸法が１．０μｍ以下に、そして、切れ刃５の枚数が２枚に設定されている。これにより、切り屑の排出性及びドリル１の剛性を相乗的に向上させることができ、その結果、ドリル１の寿命を相乗的に向上させることができる。  【選択図】        図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心回りに回転させられるドリル本体と、そのドリル本体の先端部からシャンクへ向けて外周面部に螺旋状又は略直線状に形成される溝部と、その溝部の回転方向を向く壁面と前記外周面部との稜線部に形成されるリーディングエッジと、前記ドリル本体の先端部に形成される切れ刃とを備えて構成されるドリルにおいて、
前記溝部は、前記ドリル本体の軸心に沿う方向の寸法である溝長が前記切れ刃の外径Ｄに対して６Ｄ以上かつ１０Ｄ以下の範囲内に設定され、
少なくとも前記切れ刃は、その表面が硬質化合物に被膜されて構成されるものであり、
前記硬質化合物の膜厚寸法は、１．０μｍ以下に設定され、
前記切れ刃は、２枚で構成されていることを特徴とするドリル。
【請求項２】
前記切れ刃の外径Ｄは、１．０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載のドリル。
【請求項３】
前記溝部の溝底によって形成される心厚の厚み寸法は、前記切れ刃の外径Ｄに対して０．３５Ｄ以上かつ０．５５Ｄ以下の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のドリル。
【請求項４】
前記硬質化合物は、前記切れ刃に負のバイアス電圧を印加することで前記切れ刃の表面に正イオンを衝突させる表面荒し手段を行った後に、スパッタリング法により前記切れ刃に付着されるものであり、
前記表面荒し手段は、前記バイアス電圧を０ｋＨｚ以上かつ３５０ｋＨｚ以下の範囲内に設定された周波数で周期的に印加させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のドリル。
【請求項５】
前記表面荒し手段は、前記バイアス電圧を１５０ｋＨｚ以上かつ３５０ｋＨｚ以下の範囲内に設定された周波数で周期的に印加すると共に、一周期毎の負電圧の非印加時間が５０ｎｓｅｃ以上かつ２０００ｎｓｅｃ以下の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項４記載のドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドリルに関し、特に、加工能率を確保しつつ、工具寿命の延長を図ることができるドリルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ワイヤーカット加工とは、主に黄銅製のワイヤーに電気を流し、生じる放電により加工を行うものである。かかる加工を行う際には、ワイヤーの通り穴となるスターティングホールを被削材に穿設する必要があり、特に高硬度の被削材に対しては、放電加工によりスターティングホールが穿設される。【０００３】
しかしながら、放電加工では、加工能率が著しく低いため、その分、全体としてワイヤーカット加工の加工能率が低下するという問題点があった。【０００４】
また、高硬度材でφ０．５ｍｍＨ７公差の高精度な穴加工を行う場合、従来はφ０．４ｍｍのドリルで下穴加工を行い、その後、ワイヤーカットにてコンタリング加工を行い穴精度を確保していたが、著しく加工時間を要するという問題点があった。【０００５】
そこで、特開２００３−２６６２２３号公報には、高硬度の被削材に対してもスターティングホールを穿設可能なドリルに関する技術が記載されている。この技術によれば、切り屑排出溝の軸方向長さ（溝長）が切れ刃の外径Ｄに対して２Ｄ以上かつ５Ｄ以下の範囲内に設定されているので、ドリルの剛性を確保することができる。【０００６】
その結果、上記ドリルは、折損することなく高硬度の被削材に対してスターティングホールを穿設することができると共に、放電加工と比較して加工能率を向上させて、その分、全体としてワイヤーカットの加工能率を向上させることができる。【０００７】
また、ドリル加工＋ワイヤーカットの組み合わせによるＨ７公差穴仕上げ加工を、本発明品で切削加工のみで置き換えることが可能となり、加工時間の短縮を可能とした。
【特許文献１】特開２００３−２６６２２３号公報（段落［００２１］、図２など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したドリルでは、切り屑の排出についての対策が十分でない。そのため、切り屑詰まりによるドリルの折損を引き起こし、工具寿命が低下するという問題点があった。【０００９】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、加工能率を確保しつつ、工具寿命の延長を図ることができるドリル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】
【００１０】
この目的を達成するために、請求項１記載のドリルは、軸心回りに回転させられるドリル本体と、そのドリル本体の先端部からシャンクへ向けて外周面部に螺旋状又は略直線状に形成される溝部と、その溝部の回転方向を向く壁面と前記外周面部との稜線部に形成されるリーディングエッジと、前記ドリル本体の先端部に形成される切れ刃とを備えて構成されるものであり、前記溝部は、前記ドリル本体の軸心に沿う方向の寸法である溝長が前記切れ刃の外径Ｄに対して６Ｄ以上かつ１０Ｄ以下の範囲内に設定され、少なくとも前記切れ刃は、その表面が硬質化合物に被膜されて構成されるものであり、前記硬質化合物の膜厚寸法は、１．０μｍ以下に設定され、前記切れ刃は、２枚で構成されている。【００１１】
請求項２記載のドリルは、請求項１記載のドリルにおいて、前記切れ刃の外径Ｄは、１．０ｍｍ以下に設定されている。【００１２】
請求項３記載のドリルは、請求項１又は２に記載のドリルにおいて、前記溝部の溝底によって形成される心厚の厚み寸法は、前記切れ刃の外径Ｄに対して０．３５Ｄ以上かつ０．５５Ｄ以下の範囲内に設定されている。【００１３】
請求項４記載のドリルは、請求項１から３のいずれかに記載のドリルにおいて、前記硬質化合物は、前記切れ刃に負のバイアス電圧を印加することで前記切れ刃の表面に正イオンを衝突させる表面荒し手段を行った後に、スパッタリング法により前記切れ刃に付着されるものであり、前記表面荒し手段は、前記バイアス電圧を０ｋＨｚ以上かつ３５０ｋＨｚ以下の範囲内に設定された周波数で周期的に印加させる。【００１４】
請求項５記載のドリルは、請求項４記載のドリルにおいて、前記表面荒し手段は、前記バイアス電圧を１５０ｋＨｚ以上かつ３５０ｋＨｚ以下の範囲内に設定された周波数で周期的に印加すると共に、一周期毎の負電圧の非印加時間が５０ｎｓｅｃ以上かつ２０００ｎｓｅｃ以下の範囲内に設定されている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載のドリルによれば、溝部は、ドリル本体の軸心に沿う方向の寸法である溝長が切れ刃の外径Ｄに対して６Ｄ以上かつ１０Ｄ以下の範囲内に設定されている。ここで、溝長が６Ｄより小さい場合には、切り屑の排出性が低下して、切り屑詰まりによるドリルの折損を引き起こす。一方、溝長が１０Ｄより大きい場合には、ドリルの剛性が低下して、ドリルの折損を引き起こす。以上のことから、溝長を６Ｄ以上かつ１０Ｄ以下の範囲内に設定することにより、切り屑の排出性及びドリルの剛性を確保して、ドリルの折損防止を図り、ドリルの高寿命化を図ることができるという効果がある。【００１６】
また、少なくとも切れ刃の表面は、硬質化合物に被膜されているので、切れ刃の耐摩耗性を確保して、ドリルの高寿命化を図ることができるという効果がある。【００１７】
更に、硬質化合物の膜厚寸法が１．０μｍ以下に設定されている。ここで、硬質化合物の膜厚寸法が１．０μｍより大きい場合には、切れ刃が丸みを帯びて、切れ味が低下する。これにより、切り屑の分断性能が低下して、切り屑詰まりによるドリルの折損を引き起こす。これに対し、上記のように、硬質化合物の膜厚寸法が１．０μｍ以下に設定されていれば、切れ味低下を抑制して、ドリルの折損防止を図り、ドリルの高寿命化を図ることができるという効果がある。【００１８】
また、切れ刃は、２枚で構成されているので、切れ刃が３枚で構成される場合と比較して、リーディングエッジからヒールまでの軸心方向視における厚み寸法である刃厚を確保できる。これにより、ドリルの剛性を確保して、ドリルの折損防止を図り、ドリルの高寿命化を図ることができるという効果がある。【００１９】
そして、溝長、硬質化合物の膜厚寸法及び切れ刃の枚数を上述した範囲内に設定して組み合わせることにより、切り屑の排出性及びドリルの剛性を相乗的に向上させることができ、その結果、ドリルの寿命を相乗的に向上させることができるという効果がある。【００２０】
請求項２記載のドリルによれば、請求項１記載のドリルの奏する効果に加え、切れ刃の外径Ｄが１．０ｍｍ以下に設定されたいわゆる小径ドリルで構成されているので、ドリルの折損防止を図ることで、多数の小径穴を加工することができる。【００２１】
即ち、上述したように、溝長が切れ刃の外径Ｄに対して６Ｄ以上かつ１０Ｄ以下の範囲内に設定されることで、切り屑の排出性及びドリルの剛性を確保でき、その結果、ドリル全体として剛性を確保することが困難である小径ドリルの高寿命化を図ることができるという効果がある。【００２２】
また、上述したように、硬質化合物の膜厚寸法が１．０μｍ以下に設定されている。ここで、小径ドリルの場合では、切れ刃に対して硬質化合物の膜厚寸法が相対的に大きくなり、切れ味に対して大きな影響を及ぼす。その結果、硬質化合物の膜厚寸法が１．０μｍより大きい場合には、切れ刃が著しく丸みを帯びて、切れ味が著しく低下する。ここで、硬質化合物の膜厚寸法を１．０μｍ以下に設定することにより、ドリルの折損を効果的に防止することができるという効果がある。【００２３】
また、上述したように、切れ刃の枚数が２枚に設定されるので、ドリルの剛性を確保でき、その結果、ドリル全体として剛性を確保することが困難である小径ドリルの高寿命化を図ることができるという効果がある。【００２４】
以上のことから、溝長、硬質化合物の膜厚寸法及び切れ刃の枚数を上述した範囲内に設定して組み合わせることにより、特に切れ刃の外径Ｄが１．０ｍｍ以下に設定された小径ドリルに対して、より効果的にドリルの高寿命化を図ることができる。【００２５】
請求項３記載のドリルによれば、請求項１又は２に記載のドリルの奏する効果に加え、溝部の溝底によって形成される心厚の厚み寸法は、切れ刃の外径Ｄに対して０．３５Ｄ以上かつ０．５５Ｄ以下の範囲内に設定されている。ここで、心厚の厚み寸法が０．３５Ｄより小さい場合には、ドリルの剛性が低下して、ドリルが折損しやすい。【００２６】
一方、心厚の厚み寸法が０．５５Ｄよりも大きい場合には、溝部が浅くなり、切り屑の排出性が低下する。その結果、切り屑の溶着を誘発して、ドリルの折損を引き起こす。以上のことから、心厚の厚み寸法を０．３５Ｄ以上かつ０．５５Ｄ以下の範囲内に設定することにより、ドリルの剛性及び切り屑の排出性を確保でき、その結果、ドリルの高寿命化を図ることができるという効果がある。【００２７】
請求項４記載のドリルによれば、請求項１から３のいずれかに記載のドリルの奏する効果に加え、硬質化合物は、切れ刃に負のバイアス電圧を０ｋＨｚ以上かつ３５０ｋＨｚ以下の範囲内に設定された周波数で周期的に印加させることにより切れ刃の表面に正イオンを衝突させて表面荒し処理を行った後に、スパッタリング法により切れ刃に付着される。このように、表面荒し処理を行う際に、バイアス電圧を周期的に変化させるため、切れ刃に対する硬質化合物の付着強度が向上し、例えば、スクラッチ試験における臨界荷重で８０Ｎ以上の優れた付着強度を得ることができるという効果がある。【００２８】
更に、硬質化合物は、スパッタリング法により切れ刃に付着されるため、例えば、硬質化合物表面に存在するマクロパーティカルと称する細かな粒子の最大径が１０μｍ以下で、かつ、マクロパーティカルが占める面積の割合が１０％以下となるようにできる。その結果、研磨等の加工を行うことなく比較的平滑な被膜表面を得ることができるという効果がある。【００２９】
また、請求項５記載のドリルによれば、請求項４記載のドリルの奏する効果に加え、表面荒し処理を行う際のバイアス電圧を、１５０ｋＨｚ以上かつ３５０ｋＨｚ以下の範囲内に設定された周波数で周期的に印加させると共に、一周期毎の負電圧の非印加時間を５０ｎｓｅｃ以上かつ２０００ｎｓｅｃ以下の範囲内に設定したため、切れ刃に対する硬質化合物の付着強度を著しく向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施の形態におけるドリルの正面図である。
【図２】ドリルの先端面図である。
【図３】ドリルの表面を粗面化するエッチング工程を示した図であり、（ａ）は、エッチング工程におけるスパッタリング装置の模式図であり、（ｂ）は、バイアス電圧の時間変化を示した状態図である。
【図４】スパッタリング工程におけるスパッタリング装置の模式図である。
【図５】ドリルの拡大写真を示した図であり、（ａ）は、本実施の形態におけるドリルの拡大写真を示した図であり、（ｂ）は、従来のドリルの拡大写真を示した図である。
【図６】第１の耐久試験の試験結果を示した図である。
【図７】耐久試験の試験結果を示した図であり、（ａ）は、第２の耐久試験の試験結果を示した図であり、（ｂ）は、第３の耐久試験の試験結果を示した図である。
【図８】能率試験の試験結果を示した図であり、（ａ）は、第４の能率試験の試験結果を示した図であり、（ｂ）は、第５の能率試験の試験結果を示した図であり、（ｃ）は、本発明のドリルを用いて加工した加工穴の断面写真を示した図であり、（ｄ）は、放電加工で加工した加工穴の断面写真を示した図である。
【図９】第６の能率試験の試験結果を示した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ドリル
２  シャンク
３  ドリル本体
４  溝部
５  切れ刃
６  リーディングエッジ
ｌ  溝長
Ｄ  切れ刃の外径
Ｏ  軸心
Ｗ  心厚の厚み寸法
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態におけるドリル１の正面図である。なお、図１では、シャンク２及びドリル本体３の軸方向長さの図示が省略されている。【００３３】
ドリル１は、加工機械（ボール盤等）から伝達される回転力により、主にワイヤーカット加工を行う際にワイヤーの通り穴となるスターティングホールを穿設するための小径の切削工具であり、図１に示すように、上記加工機械に保持されるシャンク２と、被削材の切削加工を行うドリル本体３とを主に備えて構成されている。【００３４】
また、ドリル１は、後述するスパッタリング法により、その表面が硬質化合物であるＴｉＡｌＮに被膜されて構成され、そのＴｉＡｌＮの膜厚寸法が１．０μｍ以下の範囲内に設定されている。なお、詳細については後述する（図７（ａ）参照）。【００３５】
また、本実施の形態におけるドリル１は、平均粒径が１．０μｍ以下である炭化タングステンの微粉末に結合材であるコバルトを加えて加圧焼結した超硬合金により構成され、ドリル１の硬度を確保している。しかしながら、必ずしもこれに限られるものではなく、サーメット、ＣＢＮ（立法晶窒化硼素）焼結体などの超高質工具材料でも良く、また、粉末ハイス（焼結高速度鋼）、高速度工具鋼及び合金工具鋼などスチール材料でも良い。【００３６】
シャンク２は、加工機械に保持される部位であり、本実施の形態では、その外径寸法が切れ刃５の外径Ｄよりも大径に設定され、かつ、軸心Ｏと略平行なストレート状に構成されている。【００３７】
ドリル本体３は、その外周面部に螺旋状に形成される溝部４と、ドリル本体３の先端部に形成される切れ刃５と、溝部４の回転方向を向く壁面と外周面部との稜線部に形成されるリーディングエッジ６と、切れ刃５の回転方向後方に連接される逃げ面７とを主に備え、つなぎ部８を介してシャンク２と一体に成形される。【００３８】
溝部４は、切り屑の排出を行うためにドリル本体３の外周面部に凹設される溝であり、回転方向を向く壁面と外周面部との稜線部にリーディングエッジ６が配設される。【００３９】
なお、本実施の形態における溝部４は、先端側（図１左側）からシャンク２へ向けて螺旋状に形成されているが、必ずしもこれに限られるものではなく、軸心Ｏと略平行な直線状に形成しても良い。【００４０】
また、リーディングエッジ６と軸心Ｏと平行な直線とがなす角であるねじれ角は、１５度以上かつ３５度以下の範囲内に設定することが望ましい。これにより、ドリル本体３の剛性及び切り屑の排出性を確保することができる。【００４１】
また、溝部４の軸心Ｏに沿う方向の寸法である溝長ｌは、切れ刃５の外径Ｄに対して６Ｄ以上かつ１０Ｄ以下の範囲内に設定することが望ましい。なお、詳細については、後述する（図６参照）。【００４２】
切れ刃５は、加工機械の回転力により被削材の穴あけ加工を行うためのものであり、ドリル本体３の先端部に配設される。【００４３】
なお、本実施の形態では、切れ刃５の先端角が１２０度に設定されているが、必ずしもこれに限られるものではなく、１１０度以上かつ１４０度以下の範囲内に設定すれば良い。これにより、切れ刃５の強度及び食い付き性を確保して、穴精度の確保及びドリル１の高寿命化を図ることができる。【００４４】
逃がし面７は、切削時における摩擦を軽減するために逃がした面であり、切れ刃５の回転方向後方に連接される。【００４５】
つなぎ部８は、シャンク２とドリル本体３とを連接する部位であり、ドリル本体３からシャンク２へ向けて湾曲しつつ拡径するテーパ状に形成されている。なお、本実施の形態におけるつなぎ部８は、そのテーパ角θが２０度、円弧半径Ｒが１０に設定されている。これにより、特に、ドリル本体３の軸方向寸法Ｌ（図１左右方向寸法）が大きい本実施の形態におけるドリル１において、加工時の応力集中の発生を効果的に緩和して、ドリル１の折損を防止することができる。【００４６】
次いで、図２を参照して、ドリル本体３の先端部について説明する。図２は、ドリル１の先端面図である。【００４７】
マージン９は、加工穴の内壁面を研磨するためのものであり、切れ刃５の回転方向後方（図２中時計回り）に連設される。なお、本実施の形態では、１つのマージン９で構成されているが、必ずしもこれに限られるものではなく、マージン９の回転方向後方に２つ目のマージンを配設しても良い。【００４８】
また、溝部４の溝底により形成される心厚の厚み寸法Ｗは、切れ刃５の外径Ｄに対して０．３５Ｄ以上かつ０．５５Ｄ以下の範囲内に設定することが望ましい。ここで、心厚の厚み寸法Ｗが０．３５Ｄより小さい場合には、ドリル１の剛性が低下して、ドリル１が折損しやすい。【００４９】
一方、心厚の厚み寸法Ｗが０．５５Ｄよりも大きい場合には、溝部４が浅くなり、切り屑の排出性が低下する。その結果、切り屑の溶着を誘発して、ドリル１の折損を引き起こす。以上のことから、心厚の厚み寸法Ｗを０．３５Ｄ以上かつ０．５５Ｄ以下の範囲内に設定することにより、ドリル１の剛性及び切り屑の排出性を確保でき、その結果、ドリル１の高寿命化を図ることができる。【００５０】
なお、心厚の厚み寸法Ｗは、被削材の硬度により種々に変更されるものであり、例えば、５０ＨＲＣを超える高硬度材の加工を行う場合には、ドリル１の剛性を確保するために心厚の厚み寸法Ｗを０．４５Ｄ以上かつ０．５５Ｄ以下の範囲内に設定することが望ましく、一方、４０ＨＲＣの軟質材の加工を行う場合には、切り屑の排出性を確保するために心厚の厚み寸法Ｗを０．３５Ｄ以上かつ０．４５Ｄ以下の範囲内に設定することが望ましい。【００５１】
また、本実施の形態におけるドリル１は、図２に示すように、切れ刃５の枚数が２枚に設定され、リーディングエッジ６からヒールまでの厚みである刃厚の厚み寸法ｔを確保している。なお、詳細については後述する（図７（ｂ）参照）。【００５２】
次いで、図３から図５を参照して、硬質化合物の被膜方法について説明する。図３は、ドリル１の表面を粗面化するエッチング工程を示した図であり、図３（ａ）は、エッチング工程におけるスパッタリング装置３０の模式図であり、図３（ｂ）は、バイアス電圧の時間変化を示した状態図である。図４は、スパッタリング工程におけるスパッタリング装置３０の模式図である。図５は、ドリル１の拡大写真を示した図であり、図５（ａ）は、本実施の形態におけるドリル１の拡大写真を示した図であり、図５（ｂ）は、従来のドリルの拡大写真を示した図である。【００５３】
エッチング工程では、図３（ａ）に示すように、チャンバー３２内に配置された工具母材２０にバイアス電源３４により負のバイアス電圧を印加することで、正のアルゴンイオンＡｒ＋を工具母材２０に衝突させて粗面化する。【００５４】
この際に、本実施の形態では、コントローラ３６により、図３（ｂ）に示すように、バイアス電圧を周期的に変化させる。具体的には、−２００Ｖの負のバイアス電圧を２５０ｋＨｚの周波数でパルス状に印加するもので、一周期毎の負電圧の印加時間にはプラス側のリバース電圧（例えば、＋２０Ｖ程度）を印加すると共に、その負電圧の非印加時間（リバース電圧の印加時間）であるパルスリバースタイムは約５０００ｎｓｅｃで、一周期（４０００ｎｓｅｃ）の約８分の１である。なお、請求項４記載の表面荒し工程とは、エッチング工程を意味するものである。【００５５】
スパッタリング工程では、図４に示すように、硬質化合物を構成しているＴｉＡｌ、Ｔｉ等のターゲット３８に電源４０により負の一定のバイアス電圧（例えば、−５０Ｖ〜−６０Ｖ程度）を印加すると共に、バイアス電源３４により工具母材２０に負の一定のバイアス電圧（例えば、−１００Ｖ程度）を印加することで、アルゴンイオンＡｒ＋をターゲット３８に衝突させてＴｉＡｌ、Ｔｉ等の構成物質を叩き出す。チャンバー３２内には、アルゴンガスの他に窒素ガスや炭化水素ガス（ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２）の反応ガスが所定の流量で導入され、その窒素原子Ｎや炭素原子Ｃがターゲット３８から叩き出されたＴｉＡｌＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ等となり、工具母材２０の表面に硬質皮膜として付着させられる。なお、工具母材２０に正の電圧を印加するようにしても良い。【００５６】
ここで、図５に示すように、（ａ）（（ａ―１）、（ａ−２）及び（ａ−３））は、超硬合金製のドリルに上記実施の形態と同様のコーティング方法（−２００Ｖ、２５０ｋＨｚ、パルスリバースタイム＝５００ｎｓｅｃによるエッチング及びスパッタリング）でＴｉＡｌＮを被膜した場合であり、（ｂ）（（ｂ−１）、（ｂ−２）及び（ｂ−３））は、同形状のドリルにアークイオンプレーティング法でＴｉＡｌＮを被膜した場合である。なお、（ａ−１）と（ｂ−１）、（ａ−２）と（ｂ−２）及び（ａ−３）と（ｂ−３）は、それぞれの切れ刃の同じ部分を走査型電子顕微鏡により１０００倍に拡大して撮影したものである。【００５７】
図５の各写真から明らかなように、本発明のドリル１（図５（ａ）参照）は、アークイオンプレーティング法による従来のドリル（図５（ｂ）参照）と比較して、表面のマクロパーティカルと称する細かな粒子が少なく、極めて平滑な被膜表面が得られる。この写真で測定した範囲では、従来のドリルにおけるマクロパーティカルの最大径は１８μｍ程度で、占有面積は２０％であるのに対し、本発明のドリル１におけるマクロパーティカルの最大径は６μｍ程度で、占有面積は６％であった。【００５８】
以上のことから、本実施の形態におけるドリル１によれば、硬質化合物がスパッタリング法により付着されているため、その硬質化合物の表面に存在するマクロパーティカルの最大径は１０μｍ以下で、かつ、マクロパーティカルが占める面積の割合は１０％以下になり、平滑な被膜表面が得られる。これにより、かかるドリル１によって切削加工される被削材の加工面荒さが向上すると共に、マクロパーティカルに起因する被膜表面の突起を除去するための研磨加工等が不要となる。【００５９】
また、スパッタリング法により硬質化合物を付着する際の前処理として、工具母材２０に−２００Ｖのバイアス電圧を印加してエッチング（表面荒し処理）を行う際に、そのバイアス電圧を２５０ｋＨｚの周波数で周期的に印加すると共に、一周期毎の負電圧の非印加時間（パルスリバースタイム）を５０００ｎｓｅｃ程度としたため、工具母材２０に対する硬質化合物の付着強度が向上し、例えば、スクラッチ試験における臨界荷重で１００Ｎ以上の優れた付着強度が得られるようになり、剥離等による脱落が抑制されて、切削工具として実用上満足できる耐久性が得られる。【００６０】
なお、本実施の形態におけるバイアス電圧は、パルス、即ち、矩形状に変化するように構成されているが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、連続的に変化する波形状などの他の形状で変化させても良い。【００６１】
また、一周期毎の負電圧の非印加時間を５０〜２０００ｎｓｅｃの範囲内に設定したが、例えば、一周期を基準として１／２以下、あるいは一周期の１／１００〜１／２の範囲内、１／５０〜１／２の範囲内などとしても良い。【００６２】
次いで、図６から図９を参照して、上述のように構成されたドリル１を用いて行った６種類の切削試験（以下、それぞれ「第１の耐久試験」から「第３の耐久試験」、「第４の能率試験」から「第６の能率試験」と称す）の試験結果について説明する。なお、以下の説明では、上述したドリル１と同一の記号（例えば切れ刃５の外径に「Ｄ」）を用いて説明する。【００６３】
図６は、第１の耐久試験の試験結果を示した図である。第１の耐久試験は、溝長ｌがドリル１の耐久性に及ぼす影響を調べるための試験であり、図６では、溝長ｌの値を一定範囲内で種々に変更し、その他の切削条件を一定にして行う。【００６４】
また、この試験では、所定の切削速度Ｖ及び送り量ｆにおいて、穴深さ５ｍｍの穴あけ加工をＳＴＥＰ加工で行い、その穴あけ加工された加工穴数を算出することにより、ドリル１の耐久性について比較を行う。【００６５】
なお、ＳＴＥＰ加工とは、ドリル１を加工穴に対して出し入れしながら、脱出時に溝部４内の切り屑を排出しつつ、加工穴の深さ寸法を段階的に深くする加工である。即ち、溝部４が加工穴内に完全に埋没されるまでは、溝部４を介して切り屑が排出されるため、一気に加工される。溝部４が加工穴内に完全に埋没した後は、加工穴からドリル１を抜き出すことで切り屑の排出を行う。そして、ドリル１を加工穴内に進入させると共にあらかじめ設定されたＳＴＥＰ量に基づいて加工穴の切削加工を行い、再度、加工穴からドリル１を抜き出して切り屑を排出する。以上の作業は、目的とする加工穴の深さ寸法に到達するまで、繰り返される。【００６６】
第１の耐久試験の詳細諸元は、被削材：ＳＫＤ１１（６０ＨＲＣ）、加工深さ：５ｍｍ、切れ刃の外径Ｄ：０．５ｍｍ、ドリル本体の軸方向寸法Ｌ：１４Ｄ、切削速度Ｖ：３１．５ｍ／ｍｉｎ、送り量ｆ：０．０２ｍｍ／ｒｅｖ、ＳＴＥＰ量：０．０５ｍｍである。【００６７】
図６に示すように、溝長ｌが４Ｄ及び５Ｄに設定されたドリル１を用いた場合では、加工穴数が１本の時点でドリル１が折損し、その後の加工が困難となった。【００６８】
次に、溝長ｌが６Ｄから１０Ｄに設定されたドリル１を用いた場合では、加工穴数が１００本の時点でもドリル１が折損せず、その後も継続して加工が可能であった。【００６９】
次に、溝長ｌが１１Ｄに設定されたドリル１を用いた場合では、加工穴数が１５本の時点でドリル１が折損し、その後の加工が困難となった。【００７０】
以上の結果から、溝長ｌが６Ｄより小さい場合では、切り屑の排出性を確保することができず、切り屑詰まりによるドリル１の折損を引き起こすと考えられる。一方、溝長ｌが１０Ｄより大きい場合では、ドリル１の剛性が低下して、ドリル１の折損を引き起こすと考えられる。【００７１】
これにより、溝長ｌを６Ｄ以上かつ１０Ｄ以下の範囲内に設定した場合には、切り屑の排出性及びドリル１の剛性を確保して、ドリル１の折損防止を図り、ドリル１の高寿命化を図ることができるといえる。【００７２】
次に、図７は、耐久試験の試験結果を示した図であり、図７（ａ）は、第２の耐久試験の試験結果を示した図であり、図７（ｂ）は、第３の耐久試験の試験結果を示した図である。【００７３】
まず、図７（ａ）を参照して、第２の耐久試験について説明する。第２の耐久試験は、硬質化合物の膜厚寸法がドリル１の耐久性に及ぼす影響を調べるための試験であり、図７（ａ）では、硬質化合物の膜厚寸法の値を一定範囲内で種々に変更し、その他の切削条件を一定にして行う。【００７４】
また、この試験では、所定の切削速度Ｖ及び送り量ｆにおいて、穴深さ１５ｍｍの穴あけ加工をＳＴＥＰ加工で行い、その穴あけ加工された加工穴数を算出することにより、ドリル１の耐久性について比較を行う。【００７５】
第２の耐久試験の詳細諸元は、被削材：ＳＵＳ４２０、加工深さ：１５ｍｍ、切れ刃の外径Ｄ：０．５ｍｍ、ドリル本体の軸方向寸法Ｌ：３０Ｄ、切削速度Ｖ：２５ｍ／ｍｉｎ、送り量ｆ：０．０１ｍｍ／ｒｅｖ、ＳＴＥＰ量：０．１ｍｍである。【００７６】
図７（ａ）に示すように、膜厚寸法が０．５μｍ及び０．９μｍに設定されたドリル１を用いた場合では、加工穴数が５０００本の時点でもドリル１が折損せず、その後も継続して加工が可能であった。【００７７】
次に、膜厚寸法が１．５μｍに設定されたドリル１を用いた場合では、加工穴数が１６９０本の時点でドリルが折損し、その後の加工が困難となった。【００７８】
次に、膜厚寸法が２．０μｍに設定されたドリル１を用いた場合では、加工穴数が２８３本の時点でドリル１が折損し、その後の加工が困難となった。【００７９】
以上の結果から、膜厚寸法が１．０μｍより大きい場合では、切れ刃５が丸みを帯びて、切れ味が低下すると考えられる。特に、本実施の形態におけるドリル１は、外径Ｄが０．５ｍｍに設定された小径ドリルで構成されているので、切れ刃５に対して膜厚寸法が相対的に大きくなり、切れ味に大きな影響を及ぼす。その結果、切り屑の分断性能が著しく低下して、切り屑詰まりによるドリル１の折損を引き起こすと考えられる。【００８０】
これにより、硬質化合物の膜厚寸法が１．０μｍ以下に設定した場合には、切れ味低下による切り屑の分断性能低下を抑制して、切り屑詰まりによるドリル１の折損防止を図り、ドリル１の高寿命化を効果的に図ることができるといえる。【００８１】
なお、本実施の形態における硬質化合物はＴｉＡｌＮが用いられているが、必ずしもこれに限られるものではなく、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣｎ等の硬質化合物を用いても良い。更に、ドリル１は、その表面全体が硬質化合物により被膜されているが、必ずしもこれに限られるものではなく、少なくとも切れ刃５の表面が被膜されていれば良い。【００８２】
次に、図７（ｂ）を参照して、第３の耐久試験について説明する。第３の耐久試験は、切れ刃５の枚数がドリル１の耐久性に及ぼす影響を調べるための試験であり、図７（ｂ）では、切れ刃５の枚数、心厚の厚み寸法Ｗ及び刃厚の厚み寸法ｔの値を一定範囲内で種々に変更し、その他の切削条件を一定にして行う。【００８３】
また、この試験では、所定の切削速度Ｖ及び送り量ｆにおいて、穴深さ１５ｍｍの穴あけ加工をＳＴＥＰ加工で行い、その穴あけ加工された加工穴数を算出することにより、ドリル１の耐久性について比較を行う。【００８４】
なお、第３の耐久試験の詳細諸元は、被削材をＳＫＤ１１、切削速度Ｖを３０ｍ／ｍｉｎに固定した以外は、上述した第２の耐久試験の詳細諸元と同様である。【００８５】
Ｎｏ．１欄に示すように、切れ刃５の枚数が２枚、心厚の厚み寸法Ｗが０．１９ｍｍ、そして刃厚の厚み寸法ｔが０．２７ｍｍに設定された場合では、加工穴数が７４本の時点までドリル１が折損することなく、加工が可能であった。これは、切れ刃５の枚数を２枚に設定することで、刃厚の厚み寸法ｔを確保、即ち、ドリル１の剛性を確保して、ドリル１の高寿命化を図ることができたものと考えられる。【００８６】
次に、Ｎｏ．２欄に示すように、切れ刃５の枚数が２枚、心厚の厚み寸法Ｗが０．２５ｍｍ、そして刃厚の厚み寸法ｔが０．３６ｍｍに設定された場合では、加工穴数が８１本の時点までドリル１が折損することなく、加工が可能であった。これは、Ｎｏ．１のドリル１と同様に、ドリル１の剛性を確保して、ドリル１の高寿命化を図ることができたものと考えられる。【００８７】
また、Ｎｏ．２のドリル１は、Ｎｏ．１のドリル１と比較して、心厚の厚み寸法Ｗ及び刃厚の厚み寸法ｔが大きいため、ドリル１の剛性を更に確保して、ドリル１の高寿命化を更に図ることができたと考えられる。【００８８】
次に、Ｎｏ．３欄に示すように、切れ刃５の枚数が３枚、心厚の厚み寸法Ｗが０．１９ｍｍ、そして刃厚の厚み寸法ｔが０．１３ｍｍに設定された場合では、加工穴数が９本の時点でドリル１が折損し、その後の加工が困難となった。これは、切れ刃５の枚数を３枚に設定することで、刃厚の厚み寸法ｔを確保、即ち、ドリル１の剛性を確保できず、ドリル１が折損したものと考えられる。【００８９】
次に、Ｎｏ．４欄に示すように、切れ刃５の枚数が３枚、心厚の厚み寸法Ｗが０．２５ｍｍ、そして刃厚の厚み寸法ｔが０．１７ｍｍに設定された場合では、加工穴数が１本の時点でドリル１が折損し、その後の加工が困難となった。これは、Ｎｏ．３のドリル１と同様に、ドリル１の剛性を確保できず、ドリル１が折損したものと考えられる。【００９０】
なお、Ｎｏ．４のドリル１は、Ｎｏ．３のドリル１と比較して、心厚の厚み寸法Ｗ及び刃厚の厚み寸法ｔが大きいにもかかわらず、ドリル１の寿命が短い。これは、実験的な誤差よるものと考えられる。【００９１】
以上の結果から、切れ刃５の枚数を２枚に設定することにより、切れ刃５の厚み寸法ｔを確保、即ち、ドリル１の剛性を確保して、ドリル１の高寿命化を図ることができる。特に、本実施の形態におけるドリル１のように、外径Ｄが０．５ｍｍに設定された小径ドリルで構成される場合には、ドリル１の剛性を確保することが困難であるので、切れ刃５の枚数を２枚に設定することにより、ドリル１の高寿命化を効果的に図ることができる。【００９２】
次に、図８は、能率試験の試験結果を示した図であり、図８（ａ）は、第４の能率試験の試験結果を示した図であり、図８（ｂ）は、第５の能率試験の試験結果を示した図であり、図８（ｃ）は、本発明のドリル１を用いて加工した加工穴の断面写真を示した図であり、図８（ｄ）は、放電加工で加工した加工穴の断面写真を示した図である。【００９３】
まず、図８（ａ）及び（ｂ）を参照して、第４及び第５の能率試験について説明する。第４及び第５の能率試験は、本発明のドリル１の切削能率を調べるための試験であり、所定の切削速度Ｖ及び送り量ｆにおいて、加工深さ１５ｍｍのスターティングホールをＳＴＥＰ加工で行い、そのスターティングホール加工に要する時間を算出することにより、本発明のドリル１を用いた加工及び放電加工の能率性について比較を行う。【００９４】
第４の能率試験の詳細諸元は、被削材：ＳＫＤ１１（生材）、加工深さ：１５ｍｍ、切削油剤：水溶性切削油剤、切れ刃の外径Ｄ：０．５ｍｍ、ドリル本体の軸方向寸法Ｌ：３０Ｄ、切削速度Ｖ：３１．４ｍ／ｍｉｎ、送り量ｆ：０．０１ｍｍ／ｒｅｖ、ＳＴＥＰ量：０．１ｍｍである。【００９５】
また、第５の能率試験の詳細緒言は、被削材をＨＰＭ３１、送り量ｆを０．０１５ｍｍ／ｒｅｖ、そしてＳＴＥＰ量を０．１５ｍｍに固定した以外は、上述した第４の能率試験の詳細諸元と同様である。【００９６】
図８（ａ）に示すように、本発明のドリル１を用いた場合では、加工に要した時間が１００ｓ（秒）であるのに対し、放電加工では、加工に要した時間が２００ｓであった。【００９７】
また、図８（ｂ）に示すように、本発明のドリル１を用いた場合では、加工に要した時間が６０ｓであるのに対し、放電加工では、加工に要した時間が２００ｓであった。【００９８】
以上の結果から、本発明のドリル１を用いた場合では、放電加工の場合と比較して、切削能率を２倍以上に向上させることができる。即ち、スターティングホールの切削能率を向上させて、その分、ワイヤーカット加工の加工能率の向上を図ることができる。【００９９】
なお、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すように、本発明のドリル１を用いて加工された加工穴の断面は、放電加工により加工された加工穴の断面と比較して非常に平滑である。また、本発明のドリル１を用いて加工された加工穴の表面荒さＲｙ（最大高さ、２００１年度日本工業規格（ＪＩＳ）参照）の値は、１．１３０μｍであり、一方、放電加工により加工された加工穴の表面荒さＲｙの値は、１１．３４９μｍであった。【０１００】
このことから、本発明のドリル１は、放電加工と比較して、加工穴の表面が平滑となるように加工することができる、即ち、加工穴を精度良く加工することができる。【０１０１】
次に、図９は、第６の能率試験の試験結果を示した図である。第６の能率試験は、本発明のドリル１の切削能率を調べるための試験であり、所定の切削速度Ｖ及び送り量ｆにおいて、穴深さ５ｍｍの穴あけ加工をＳＴＥＰ加工で行い、その穴あけ加工に要する時間を算出することにより、本発明のドリル１を用いた加工及びワイヤーカット加工の能率性について比較を行う。なお、加工穴の要求精度は、直径寸法を０．５ｍｍ、寸法公差をＨ７とする。【０１０２】
第６の能率試験の詳細諸元は、被削材：ＰＤ６１３（６３ＨＲＣ）、加工深さ：５ｍｍ、切れ刃の外径Ｄ：０．５ｍｍ、ドリル本体の軸方向寸法：１０Ｄ、切削速度Ｖ：３１．５ｍ／ｍｉｎ、送り量ｆ：０．０２ｍｍ／ｒｅｖ、ＳＴＥＰ量：０．０５ｍｍである。【０１０３】
図９に示すように、本発明のドリル１を用いた場合では、加工に要した時間が７９ｓ（秒）であるのに対し、ワイヤーカット加工では、加工に要した時間が７０６ｓであった。【０１０４】
以上の結果から、本発明のドリル１を用いた場合では、ワイヤーカット加工の場合と比較して、切削能率を９倍に向上させることができる。同時に、本発明のドリル１は、ワイヤーカット加工と同程度の加工穴精度を得ることができる。【０１０５】
なお、ワイヤーカット加工に要した時間とは、スターティングホールを穿設した後から、加工穴の加工終了までの時間を示すものである。このことから、本発明のドリル１は、スターティングホールの穿設に要する加工時間を不要として、その分、加工能率の向上を図ることができる。【０１０６】
更に、スターティングホールにワイヤーを通す作業が不要となるので、作業の単純化及び、作業時間の短縮を図ることができる。【０１０７】
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【図１】
2007010601.tif 000002
【図２】
2007010601.tif 000003
【図３】
2007010601.tif 000004
【図４】
2007010601.tif 000005
【図６】
2007010601.tif 000006
【図７】
2007010601.tif 000007
【図８】
2007010601.tif 000008
【図９】
2007010601.tif 000009
【図５】
2007010601.tif 000010
【国際調査報告】
2007010601.tif 000011
2007010601.tif 000012
2007010601.tif 000013
2007010601.tif 000014