(57)【要約】【課題】非鉄系又は鋼系の加工に用いる極小径ドリルについて、硬質皮膜を被覆し、その先端切れ刃の摩耗を抑制し、且つ、切り屑排出性を高めて、寿命を向上させる極小径ドリルを提供する。【解決手段】刃径０．２ｍｍ以下で、非鉄系又は鋼系の被削材の加工に用いる極小径ドリルにおいて、該ドリルの切り屑排出溝を刃径の３倍以上の長さに設け、該ドリルの基体をＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下の超微粒子超硬合金製とし、ＨＶ２５ＧＰａ以上の硬質皮膜を被覆したことを特徴とする被覆極小径ドリルである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
刃径０．２ｍｍ以下で、非鉄系又は鋼系の被削材の加工に用いる極小径ドリルにおいて、該ドリルの切り屑排出溝を刃径の３倍以上の長さに設け、該ドリルの基体をＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下の超微粒子超硬合金製とし、ＨＶ２５ＧＰａ以上の硬質皮膜を被覆したことを特徴とする被覆極小径ドリル。
【請求項２】
請求項１記載の被覆極小径ドリルにおいて、該超微粒子超硬合金中のＣｏ量を４〜１２ｗｔ％、保磁力を２５〜５０ＫＡ／ｍとしたことを特徴とする被覆極小径ドリル。
【請求項３】
請求項１又は２記載の被覆極小径ドリルにおいて、該硬質皮膜は、ＴｉＳｉＮ系であることを特徴とする被覆極小径ドリル。
【請求項４】
請求項１乃至３何れかに記載の被覆極小径ドリルにおいて、該硬質皮膜は、切り屑排出溝内に刃径と略同一の略正方形の単位面積を、切り屑排出溝内の任意の位置に３箇所とり、その単位面積で、０．５μｍ乃至数μｍ程度のドロップレットの個数の平均値を５以下にしたことを特徴とする被覆極小径ドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、直径０．２ｍｍ以下の微細な穴を加工する被覆極小径ドリルに関し、特に、アルミ合金、チタン合金等の非鉄系、ステンレス鋼等の鋼系の加工に用いる被覆極小径ドリルに関する。
【背景技術】
【０００２】
非鉄系、鋼系の加工に用いる極小径ドリルとして、特許文献１には、ドリルの直径が０．２ｍｍ以下の極小径ドリルであって、心厚比が０．２〜０．４、心厚テーパが０．００６〜０．０１ｍｍ／ｍｍで、硬さがＨＲＢ１１０以下の炭素鋼、合金鋼、非鉄金属のいずれかを適用する例が記載されている。特許文献２は、小径軸物工具に、第１層として基材表面にＴｉ金属層、第２層、Ｔｉ（ＮｗＣ１−ｗ）、但し、０．６≦ｗ≦１．０、第３層、ＡｌｚＴｉ１−ｚ但し、０．０５≦ｚ≦０．７５の金属層、第４層、（ＡｌｘＴｉ１−ｘ）（ＮｙＣ１−ｙ）、但し、０．０５≦ｘ≦０．７５０．６≦ｙ≦１の被覆小径軸物工具が記載、特許文献３は、直径Ｄが３ｍｍ以下の小径穴加工用のドリルの心厚３５〜５０％Ｄ、捩じれ角θ１０〜４０°、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮまたはＴｉＣＮのうちの何れか一つからなる硬質皮膜を設けた小径穴加工用のドリルが記載されている。
【特許文献１】特開平１１−１１４７１３号公報
【特許文献２】特開２００２−１０３１２２号公報
【特許文献３】特開２００１−２２５２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本願発明は、非鉄系又は鋼系の加工に用いる極小径ドリルについて、硬質皮膜を被覆し、その先端切れ刃の摩耗を抑制し、且つ、切り屑排出性を高めて、寿命を向上させる極小径ドリルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本願発明は、刃径０．２ｍｍ以下で、非鉄系又は鋼系の被削材の加工に用いる極小径ドリルにおいて、該ドリルの切り屑排出溝を刃径の３倍以上の長さに設け、該ドリルの基体をＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下の超微粒子超硬合金製とし、ＨＶ２５ＧＰａ以上の硬質皮膜を被覆したことを特徴とする被覆極小径ドリルである。本願発明を適用することにより、非鉄系又は鋼系の穴加工に用いる長寿命な穴あけ工具が達成できる。更に、該超微粒子超硬合金中のＣｏ量を４〜１２ｗｔ％、保磁力を２５〜５０ＫＡ／ｍ、該硬質皮膜は、ＴｉＳｉＮ系であり、切り屑排出溝内に刃径と略同一の略正方形の単位面積を、切り屑排出溝内の任意の位置に３箇所とり、その単位面積で、０．５μｍ乃至数μｍ程度のドロップレットの個数の平均値を５以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００５】
本願発明により、非鉄系又は鋼系の加工時の先端切れ刃の摩耗を抑制し、寿命を向上させる刃径０．２ｍｍ以下の極小径ドリルを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本願発明は、刃径０．２ｍｍ以下の極小径ドリル、該ドリルの切り屑排出溝を刃径の３倍以上の長さ、及び、非鉄系又は鋼系の被削材とした理由は、上記のような小径穴の加工は、特に、被削材がステンレス鋼、アルミ合金、チタン合金等の精密部品等の部品の穴加工に用いられる用途による。
次に、ドリルの基体は、ＷＣの平均粒径が０．８μｍ以下の超微粒子超硬合金製であり、超微粒子超硬合を用いることにより、ＷＣの粒子が脱落して先端切れ刃が損傷し、寿命が短くなる。ＷＣの平均粒径を０．８μｍ以下としたのは、切れ刃稜線の強度を高めることができ、ＷＣの粒子の脱落を抑制できる。更に、超微粒子超硬合金のＣｏ量は４〜１２ｗｔ％とした理由は、Ｃｏ量が４％未満になると超硬材料の硬さが硬すぎてチッピングが発生するため、寿命が低下し、１２％を超えると超硬材料の硬さが軟らかく刃先稜線が摩滅し、寿命が短くなる。保磁力が２５ＫＡ／ｍ未満では、強度の低いＣｏの厚さがＷＣ粒子間で大きくなって超硬材料の硬さが低くなり、耐摩耗性が得られず、工具寿命が低下し、５０ＫＡ／ｍより大きいと超硬材料の硬さが高くなるため、２５ＫＡ／ｍから５０ＫＡ／ｍの範囲とした。
【０００７】
更に、硬質皮膜は、ＨＶ２５ＧＰａの硬さを有し、先端切れ刃の耐摩耗性が向上する。ＨＶ２５ＧＰａ未満であると、耐摩耗性が低下し、被削材が溶着を起こし、硬質皮膜が剥離し、母材が露出してさらに溶着を起こすという悪循環にて折損を起こす。硬質皮膜は、金属成分として少なくともＴｉとＳｉを含有する窒化物、酸化物、硼化物、硫化物、炭化物のいずれか１種以上の固溶体又は混合物から構成されていることが好ましい。これにより、Ｓｉと被加工物が潤滑層を形成し易く、その潤滑層が極めて緻密で剥離し難いため、結果として非鉄金属や鋼に対して耐摩耗効果が改善される。硬質皮膜の好ましい成分系は、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＣＮ、ＴｉＳｉＮＯ、ＴｉＳｉＢＮがあり、最適なＳｉ含有量としては、金属元素のみの原子％で、５原子％以上、３０原子％未満である。ＴｉＳｉ以外の金属成分としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、ｗｔが上げられ、金属元素のみの原子％で、１０原子％以下添加する。更に、ドロップレットを極めて少なくする方法として、アンバランスドマグネトロンスパッタ法が好ましい。
切り屑排出溝のドロップレットの数を、切り屑排出溝内に刃径と略同一の略正方形の単位面積を、切り屑排出溝内の任意の位置に３箇所とり、その単位面積で、０．５μｍ乃至数μｍ程度のドロップレットの個数の平均値を５以下とした理由は、先端切れ刃で生成した切り屑が切り屑排出溝内を円滑に流すため、切り屑排出溝に切り屑が詰まることがなく、使用初期から切り屑排出性が発揮される。平均値が５を超えると、使用初期に、ドロップレットは０．５μｍから数μｍ程度の突起状の様々な大きさを持っており、ドロップレットに切り屑が引っかかり、切り屑排出を阻害する確率が高まり、切り屑づまりの原因となり、甚だしい場合には、突発的な折損が起きることもある。
【実施例】
【０００８】
（実施例１）
本発明例１として、ＷＣの平均粒径が０．６μｍ以下、Ｃｏ量は１３ｗｔ％、保磁力が１９．５ＫＡ／ｍである超微粒子超硬合金製で、刃径０．２ｍｍ、シャンク径３ｍｍ、溝長１．０ｍｍ、ねじれ角３０°、先端切れ刃に硬質皮膜としてＴｉＳｉＮ膜（ＨＶ３５ＧＰａ）をアンバランスドマグネトロンスパッタ法にて厚さ１．５μｍで被覆し、刃径と略同一の略正方形の単位面積０．２ｍｍ２のドロップレットを走査型電子顕微鏡で１０００倍で観察し、切れ刃からドリル回転中心軸方向へ０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍの位置、つまり刃径に対して１倍、２倍、３倍の位置で取り、その単位面積内の個数をそれぞれ測定し、その平均値が４〜５の範囲内であることを確認したものを１０本用意した。比較例２として、本発明例１と同様の仕様で、硬質皮膜を被覆しないものを１０本用意した。
【０００９】
切削諸元は、被削材にＳＵＳ３０４を用意し、縦型マシニングセンターにて、切削速度１５ｍ／ｍｉｎ、１回転当たり送り量０．００２ｍｍ／ｒｅｖ、１回のステップ量を０．０２ｍｍ、穴あけ深さ１ｍｍの通り穴の加工を行なった。クーラントは水溶性切削油を外部供給した。目標加工穴数を４００穴とし、加工穴数２０穴毎に切れ刃の刃先を走査型電子顕微鏡にて１０００倍の倍率で観察し、チッピングや欠損が観察された時点で寿命と判断し、チッピングや欠損が観察されなかったものに関しては最大逃げ面摩耗幅を測定し、２０μｍを超えた時点を寿命と判断し、加工と中止した。加工穴数として各試料１０本中の最大加工穴数を記録し、摩耗で寿命となった場合は１０本中の最大摩耗幅を記録した。
本発明例１は目標加工穴数まで加工することができ、１０本とも目標加工穴数を超えて加工できたので、さらに加工を続けたところ、５００穴まで加工でき、最大逃げ面摩耗幅１８μｍと、安定した長寿命であった。比較例２は加工初期で欠損を起こし、最大でも６０穴しか加工できなかった。刃先を観察したところ、ステンレスが溶着し、刃先のＷＣ粒子が脱落を繰り返し、早期に寿命となった。
【００１０】
本発明例１と比較例２を使用して、被削材をＳ５０Ｃ、Ａｌ−Ｃｕ合金に変更して、実施例１と同様の切削テストで目標加工穴数を５００穴に変更して加工し、評価を行った。
本発明例１はＳ５０Ｃ、Ａｌ−Ｃｕ合金を加工した場合もＳＵＳ３０４を加工したときと同様に１０本とも５００穴まで加工でき、最大逃げ面摩耗幅は、それぞれ、１８μｍと１５μｍと、安定した長寿命であった。比較例２は、Ｓ５０Ｃの加工では８０穴で摩耗により寿命となり、目標加工穴数まで加工できなかった。Ａｌ−Ｃｕ合金の加工では、５００穴まで加工できたが、最大逃げ面摩耗幅２３μｍと限度を超えていた。
【００１１】
（実施例２）
市販の平均粒径０．２〜１．２μｍのＷＣ粉末、１．２μｍのＣｏ粉末、１．２μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、粒抑制材として１．５μｍのＶＣ粉末、１．２μｍのＴａＣ粉末を用いて、表１に示す各組成に配合し、成形バインダーを含んだアルコール中アトライターで１２時間混合し、スプレードライヤーで造粒乾燥した後、得られた造粒粉末を押出し成形して圧粉体とした。次に、これらの圧粉体を真空雰囲気中において１４００〜１４５０℃で焼結し、その後、ＨＩＰ処理し、本発明例３〜１５、比較例１６〜２２として各試料の超硬合金にて、極小径ドリルを各々１０本ずつ製作した。その他の仕様は、本発明例１と同仕様で製作した。試験は、実施例１と同様に、ＳＵＳ３０４で行った。本発明例３〜２０、本発明例１、比較例２１〜２２の仕様と結果を表１に示す。
【００１２】
【表１】
2007313569.tif 000002
【００１３】
表１より、本発明例３〜２０は目標加工穴数を加工できたので、さらに５００穴まで加工を延長した。本発明例３〜１６は、ＷＣ平均粒径が０．６μｍの例であり、本発明例３〜１３、本発明例１、本発明例１６は５００穴まで加工できた。損傷状態は、正常摩耗であり、加工後の刃先に溶着は少なく、硬質皮膜の剥離もなかった。本発明例１、本発明例１６は摩耗幅が１５μｍを超え、摩耗の進行が早かった。保磁力が２５ＫＡ／ｍより低い本発明例１３も摩耗の進行が早かった。本発明例１７は、ＷＣ平均粒径がやや粗かったが、本発明例８に比して粒抑制材を減少した作用・効果により良好な結果が得られた。本発明例１８〜２０は、ＷＣ平均粒径が０．２〜０．４μｍ、高い保磁力が得られ、摩耗幅が１０μｍ未満と良好な切削状況を示した。
比較例２１〜２２は、刃先に欠けが観察され、目標加工穴数５００穴まで加工できたものはなく早期に寿命となった。
【００１４】
（実施例３）
本発明例２３〜２８として、本発明例１と同仕様で、切り屑排出溝の３箇所の領域内のドロップレットの個数の平均値が０〜６であるものを用意し、実施例１のＳＵＳ３０４の切削試験で、目標加工穴数を５００穴に変更し、実施例１と同様の評価を行った。表２に本発明例２３〜２８の仕様と結果を示す。
【００１５】
【表２】
2007313569.tif 000003
【００１６】
表２より、本発明例２３〜２７は、１０本全部が５００穴まで安定して加工でき、切れ刃の損傷状態は、摩耗幅１５μｍ以下の正常摩耗であり、加工後の刃先に溶着は少なく、硬質皮膜の剥離もなく、良好であった。