JP7063403B2

JP7063403B2 - 小径ドリル

Info

Publication number: JP7063403B2
Application number: JP2021005342A
Authority: JP
Inventors: 尚吾吉岡; 智也佐々木
Original assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Current assignee: Moldino Tool Engineering Ltd
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2022-05-09
Anticipated expiration: 2038-09-07
Also published as: JP2021073101A; EP3682993A1; US20200384551A1; JPWO2019054289A1; WO2019054289A1; EP3682993A4; JP6828824B2; US11090738B2; EP3682993B1

Description

本発明は、小径ドリルに関するものである。

長尺のドリルは、切削工程中に切屑詰まりによる欠損を起こしやすいため、穴あけ中にステップ送り等の工程を入れて切屑を排出させる必要があった。これに対し、特許文献１には、ドリルの切屑排出溝の表面粗さを最大高さ１．５Ｓとすることで、切屑の排出を促進して耐欠損性を改善することが記載されている。

特開２００４－１２２２９５号公報

本発明者らの研究により、切刃の直径Ｄが小径であり、しかも切刃の外周端からマージン部の後端までの軸線方向におけるマージン長Ｌと上記直径Ｄとの比Ｌ／Ｄが大きいドリルにおいては、特許文献１に記載の技術を用いても耐欠損性および耐摩耗性を改善するには十分でない場合があった。
本発明者らの鋭意検討により、切屑排出溝の表面に硬質皮膜を形成し、この硬質皮膜のスキューネス値を調整するとともに、内部欠陥を低減することで、小径ドリルの耐欠損性や耐摩耗性を改善するのに有効であることを見出した。

本発明は、このような背景の下になされたもので、長尺であっても、工具摩耗が安定して、耐欠損性に優れる小径ドリルを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明の一実施態様の小径ドリルは、軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に、このドリル本体の先端逃げ面に開口して後端側に延びる２つの切屑排出溝が上記軸線に関して対称に形成されており、これらの切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面と上記先端逃げ面との交差稜線部にそれぞれ切刃が形成され、上記切刃の直径Ｄが２ｍｍ以下である小径ドリルであって、上記ドリル本体の表面には、硬質皮膜が設けられており、上記硬質皮膜は、金属元素と非金属元素の総量に対して、Ａｒを０．５原子％以下で含有しており、上記切屑排出溝における上記硬質皮膜の表面は、ＩＳＯ２５１７８で規定されるＳｓｋ（スキューネス）が０未満であり、かつ、上記硬質皮膜の断面観察において、円相当径が１．０μｍ以上のドロップレットが１００μｍ２当たり５個以下であり、かつ、円相当径が３．０μｍ以上のドロップレットが含まれない。

上述の構成によれば、切屑の詰まりが抑制され易くなり、工具摩耗が安定して、突発的な折損も低減することができる。

本発明によれば、長尺であっても、工具摩耗が安定して、耐欠損性に優れる小径ドリルを提供できる。

本発明の一実施形態を示す側面図である。図１に示す実施形態を軸線方向先端側から見た拡大正面図である。穴あけ加工を行った後の試料１の小径ドリルの切刃の観察写真（×５００倍）である。穴あけ加工を行った後の試料２の小径ドリルの切刃の観察写真（×５００倍）である。穴あけ加工を行った後の試料９の小径ドリルの切刃の観察写真（×５００倍）である。

図１および図２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、超硬合金等の硬質材料により軸線Ｏを中心とした多段の概略円柱状に一体に形成されている。ドリル本体１の後端側（図１において右側）の部分は、円柱状のままのシャンク部２とされる。ドリル本体１の先端側（図１において左側）の部分は、シャンク部２よりも小径の外形略円柱状の切刃部３とされる。これらシャンク部２と切刃部３との間の部分は先端側に向かうに従い漸次縮径する円錐台状のテーパネック部４とされている。

このような小径ドリルは、上記シャンク部２が工作機械の主軸に把持されて、軸線Ｏ回りにドリル回転方向Ｔに回転されつつ軸線Ｏ方向先端側に送り出されることにより、ステンレス鋼や炭素鋼などの金属よりなる被削材に、上記切刃部３によって貫通穴を形成するような穴あけ加工を行う。

切刃部３の外周部には、切刃部３先端の先端逃げ面５に開口し、軸線Ｏ方向後端側に向かうに従いドリル回転方向Ｔとは反対側に向けて捩れる２つの切屑排出溝６が、軸線Ｏに関して対称に形成されている。これらの切屑排出溝６のドリル回転方向Ｔを向く壁面と上記先端逃げ面５との交差稜線部には、それぞれ上記壁面をすくい面とする切刃７が形成されている。また、切屑排出溝６の先端部内周には、切屑排出溝６のドリル回転方向Ｔを向く壁面の内周部からドリル回転方向Ｔとは反対側を向く壁面の外周までを切り欠くようにしてシンニング部８が形成されている。

上記切刃７は、図２に示すように、主切刃７ａと、シンニング刃７ｂとを備えている。主切刃７ａは、軸線Ｏ方向先端側から見てドリル本体１の切刃部３外周から内周側に向けて直線状に延びる。シンニング刃７ｂは、軸線Ｏ方向先端側から見て主切刃７ａの内周で主切刃７ａに対して鈍角に曲折して軸線Ｏ側に延びる。シンニング刃７ｂは、シンニング部８のドリル回転方向Ｔを向く壁面と先端逃げ面５との交差稜線部に形成される。切刃７の直径Ｄ、すなわち切刃７の外周端が軸線Ｏ回りの回転軌跡においてなす円の直径は２ｍｍ以下とされていて、本実施形態では１ｍｍである。

そして、軸線Ｏ方向先端側から見たときの直線状の２つの主切刃７ａの長さＷの差、すなわち軸線Ｏ方向先端側から見たときの２つの切刃７の外周端（２つの主切刃７ａの外周端）から主切刃７ａとシンニング刃７ｂとの交点までの長さの差は、０．０４ｍｍ以下とされている。なお、主切刃７ａの上記長さＷは、軸線Ｏ方向先端側から見たときのシンニング刃７ｂの長さよりも長い。さらに、シンニング刃７ｂは軸線Ｏに達してはおらず、２つの切刃７のシンニング刃７ｂの間には、２つの先端逃げ面５同士の交差稜線として軸線Ｏに直交するチゼル７ｃが形成される。

また、切刃部３の外周部における２つの切屑排出溝６の間の部分であるランド部９の外周面には、第１マージン部１０ａと、第２マージン部１０ｂとが形成されている。第１マージン部１０ａは、切屑排出溝６のドリル回転方向Ｔとは反対側すなわち切刃７側に隣接する。第２マージン部１０ｂは、切屑排出溝６のドリル回転方向Ｔ側すなわちヒール１１側に隣接する。これら第１、第２マージン部１０ａ、１０ｂの外周面は切刃７の直径Ｄ、すなわち切刃７の外周端が軸線Ｏ回りの回転軌跡においてなす円の直径と等しい直径の軸線Ｏを中心とした円筒面上に位置するように形成されている。本実施形態では、ランド部９の外周面における周方向の両端に第１、第２マージン部１０ａ、１０ｂがそれぞれ形成されている。

さらに、切刃７の外周端から第１、第２マージン部１０ａ、１０ｂの後端までの軸線Ｏ方向におけるマージン長Ｌと上記直径Ｄとの比Ｌ／Ｄは３以上とされており、本実施形態ではおよそ７とされている。従って、本実施形態の小径ドリルは、２枚刃でダブルマージンの長尺小径なツイストドリルである。なお、第１、第２マージン部１０ａ、１０ｂの後端の軸線Ｏ方向の位置が異なる場合には、上記マージン長Ｌは短いマージン部の後端までの長さとされる。

ここで、本実施形態では、図１に示すように、第１、第２マージン部１０ａ、１０ｂは切刃部３の途中までに形成されており、これよりも後端側の切刃部３の外周面は、上記直径Ｄの軸線Ｏを中心とした円筒面とされている。また、図示はしていないが、ドリル本体を軸線Ｏ方向と垂直な方向から見たとき、軸線Ｏ方向先端側から、直径Ｄの約０．６倍未満の範囲では第１マージン部１０ａの周方向の幅は第２マージン部１０ｂの周方向の幅よりも大きい。ドリル本体を軸線Ｏ方向と垂直な方向から見たとき、軸線Ｏ方向先端側から、直径Ｄの約０．７倍以降では第１マージン部１０ａの周方向の幅と第２マージン部１０ｂの周方向の幅が略同程度となっている。
さらに、ランド部９の第１、第２マージン部１０ａ、１０ｂの間の部分は、上記直径Ｄより僅かに小さな直径の軸線Ｏを中心とした円筒面上に位置する外周二番取り面１０ｃとされている。

一方、上記先端逃げ面５は、切刃７からドリル回転方向Ｔとは反対側に向かうに従いドリル本体１の後端側に向けて延びるとともに、外周側に向かうに従ってドリル本体１の後端側に向けて延びるように形成されている。これにより切刃７には所定の逃げ角と先端角が与えられる。さらに、この先端逃げ面５は、第１先端逃げ面５ａと、第２先端逃げ面５ｂとを備えている。第１先端逃げ面５ａは、切刃７のドリル回転方向Ｔとは反対側に連なる一定の小さい逃げ角を有する。第２先端逃げ面５ｂは、第１先端逃げ面５ａのさらにドリル回転方向Ｔとは反対側に連なる。第２先端逃げ面５ｂは、第１先端逃げ面５ａよりも大きな一定の逃げ角を有する。

また、第２先端逃げ面５ｂのドリル回転方向Ｔとは反対側には、上記シンニング部８のドリル回転方向Ｔとは反対側を向く壁面であるシンニング面８ａが交差している。なお、ドリル本体１には、シャンク部２の後端面から切屑排出溝６の捩れに合わせて捩れるように２つのクーラント穴１２が軸線Ｏに関して対称に穿設されている。これらのクーラント穴１２は、切刃部３のランド部９内を通って先端逃げ面５の第２先端逃げ面５ｂにそれぞれ開口している。穴あけ加工時にはこれらのクーラント穴１２を介して切刃７や被削材の切削部位にクーラントが供給される。

さらに、軸線Ｏ方向先端側から見て、第１、第２先端逃げ面５ａ、５ｂの交差稜線である第１交差稜線Ｍ１は、切刃７の主切刃７ａに平行に延びる直線状とされている。また、第２先端逃げ面５ｂと上記シンニング面８ａとの交差稜線である第２交差稜線Ｍ２は、軸線Ｏ方向先端側から見て第１交差稜線Ｍ１に鋭角に交差する方向に延びる、やはり直線状とされている。

軸線Ｏ方向先端側から見たとき、２つの切刃７のドリル回転方向Ｔとは反対側に連なる２つの先端逃げ面５同士では互いに、一方の先端逃げ面５における第１交差稜線Ｍ１の他方の先端逃げ面５側への延長線である第１延長線Ｎ１が、この他方の先端逃げ面５の第１交差稜線Ｍ１よりもドリル回転方向Ｔ側に位置している。従って、これら２つの先端逃げ面５の第１交差稜線Ｍ１および第１延長線Ｎ１同士は、軸線Ｏ方向先端側から見たときには互いに平行である。さらに、この一方の先端逃げ面５からの第１延長線Ｎ１と他方の先端逃げ面５の第１交差稜線Ｍ１との間隔ｄ１は０．０４ｍｍ～０．０８ｍｍの範囲内とされている。

また、軸線Ｏ方向先端側から見たとき、２つの切刃７のドリル回転方向Ｔとは反対側に連なる２つの先端逃げ面５同士では互いに、一方の先端逃げ面５における上記第２交差稜線Ｍ２の他方の先端逃げ面５側への延長線である第２延長線Ｎ２は、この他方の先端逃げ面５の第２交差稜線Ｍ２と一直線状となるように延びているか、または他方の先端逃げ面５の第２交差稜線Ｍ２よりもドリル回転方向Ｔ側に位置するように、平行に延びている。そして、この一方の先端逃げ面５からの第２延長線Ｎ２と他方の先端逃げ面５の第２交差稜線Ｍ２との間隔ｄ２は０．０８ｍｍ以下の範囲内であり、下限値は第２延長線Ｎ２と第２交差稜線Ｍ２とが一直線状となる場合の０ｍｍである。

このように構成された小径ドリルでは、ダブルマージンドリルであって、２つのランド部９の外周面にそれぞれ第１、第２マージン部１０ａ、１０ｂが形成されており、穴加工時には切刃７によって形成された加工穴の内周面にこれら合計４つの第１、第２マージン部１０ａ、１０ｂを摺接させて切刃部３を支持することができる。このため、例えば貫通穴の抜け際でも、加工穴に摺接したまま残された４つの第１、第２マージン部１０ａ、１０ｂにおいて切刃部３を支持して、切刃部３に軸線Ｏに対する径方向の振れが生じるのを防ぐことができる。
なお、第２マージン部１０ｂは、周方向に沿って第２先端逃げ面５ｂからシンニング面８ａにかけて形成されるのが望ましい。このように第２マージン部１０ｂを第２先端逃げ面５ｂのドリル回転方向Ｔ側からシンニング面８ａにかけて形成することで、第２マージン部１０ｂが早期に加工穴の内周面に摺接するようになり、加工中のドリル本体１の振れを抑制することができる。よって、加工した穴の直進性が良好となり、穴曲がりによるドリル本体１の折損を抑制することができる。

また、上記構成の小径ドリルでは、軸線Ｏ方向先端側から見たときに、切刃７のうち主たる切削を行う直線状をなす２つの主切刃７ａの長さＷの差が０．０４ｍｍ以下である。この点、理想的には２つの主切刃７ａの長さＷの差は０ｍｍであるが、現実的には０ｍｍとすることは困難である。したがって、僅かながら差が生じるのは避けられないが、長さＷの差を０．０４ｍｍ以下と極小さくすることにより、上記構成のドリルによれば、穴あけ加工時にこれら２つの主切刃７ａに作用する切削抵抗の差を小さくすることができる。結果として、切刃部３への軸線Ｏに対する径方向の負荷をバランスさせることができ切刃部３の振れ抑制に寄与できる。さらには、主切刃７ａの長さＷの差は０．０２ｍｍ以下であるのことが望ましい。

さらに、軸線Ｏ方向先端側から見て、上記２つの先端逃げ面５同士では、一方の先端逃げ面５からの上記第１延長線Ｎ１が他方の先端逃げ面５の上記第１交差稜線Ｍ１よりもドリル回転方向Ｔ側に位置している。２つの第１先端逃げ面５ａ同士は図２に示したように第１交差稜線Ｍ１に直交する方向において軸線Ｏを越えて互いに重なり合うように幅広に形成される。すなわち、逃げ角が小さく、刃物角は大きくなる第１先端逃げ面５ａを幅広とすることによって切削抵抗に対する切刃７の剛性を確保することができ、これによっても切刃部３の振れを抑えることができる。

さらにまた、これら２つの先端逃げ面５同士では、軸線Ｏ方向先端側から見て、一方の先端逃げ面５からの上記第２延長線Ｎ２も、他方の先端逃げ面５の上記第２交差稜線Ｍ２と一直線状、またはこの第２交差稜線Ｍ２よりも０．０８ｍｍ以下の範囲内の間隔ｄ２でドリル回転方向Ｔ側に位置している。すなわち、これら２つの第２先端逃げ面５ｂ同士も、第２交差稜線Ｍ２に直交する方向に、少なくとも第２交差稜線Ｍ２同士が重なり合い、あるいは第２先端逃げ面５ｂ自体が重なり合っている。これによって、逃げ角の大きなこれら第２先端逃げ面５ｂでも切刃７の剛性を確保することができる。

このため、上記構成の小径ドリルによれば、切刃７の直径Ｄが２ｍｍ以下で、マージン長Ｌに対する比Ｌ／Ｄが３以上の長尺の小径ドリルであっても、上述したこれらの構成による相乗効果によって切刃部３の振れを確実に抑制することができ、穴精度の向上を図るとともに切刃部３の折損等も防止することが可能となる。なお、直径Ｄの下限値は０．５ｍｍであるのが望ましく、さらに望ましくは１．０ｍｍである。また、上記比Ｌ／Ｄの上限値は４５であるのが望ましく、さらに望ましくは比Ｌ／Ｄの上限値は３０である。
なお、クーラントの排出量は、クーラント穴１２の内径に依存する。したがって、クーラント穴１２の内径を大きくすることによってクーラント排出量が増加し、切屑排出性が良好となる。小径ドリルにおいて切屑排出性をより高めるためには、クーラント穴１２の内径（直径）切刃７の直径Ｄに対して０．１×Ｄ以上であることが望ましく、さらに０．１３×Ｄ以上であることがより望ましい。ただし、このクーラント穴１２の内径が大きくなりすぎると、小径ドリルの切刃部３の剛性が低下して折損を生じ易くなる。したがって、クーラント穴１２の内径は切刃７の直径Ｄに対して０．２×Ｄ以下であるのが望ましい。

ここで、軸線Ｏ方向先端側から見たときの２つの主切刃７ａの長さＷの差が０．０４ｍｍよりも大きいと、特に長尺で小径の上記構成のドリルにおいては、切刃部３への軸線Ｏに対する径方向の負荷をバランスさせることができなくなるおそれがある。また、同じく軸線Ｏ方向先端側から見たときに、一方の先端逃げ面５の第１延長線Ｎ１と他方の先端逃げ面５の第１交差稜線Ｍ１との間隔ｄ１が０．０４ｍｍよりも小さいと、上述のように切刃の剛性を十分に確保することができなくなる。逆にこの間隔ｄ１が０．０８ｍｍよりも大きいと、逃げ角の小さな第１先端逃げ面５ａの特に第１交差稜線Ｍ１側の部分が加工穴の穴底に接触して抵抗の増大を生じるとともに、先端逃げ面５の摩耗が促進されるおそれがある。

さらに、軸線Ｏ方向先端側から見たときに、一方の先端逃げ面５からの上記第２延長線Ｎ２が他方の先端逃げ面５の上記第２交差稜線Ｍ２のドリル回転方向Ｔとは反対側に位置していると（すなわち上記間隔ｄ２が０ｍｍを下回っていると）、上述のような第２先端逃げ面５ｂによる切刃７の剛性確保が不十分となるおそれがある。その一方で、この間隔ｄ２が０．０８ｍｍよりも大きいと、切刃７の直径Ｄが２ｍｍ以下の小径ドリルでは、やはり第２先端逃げ面５ｂが加工穴の穴底に接触して抵抗の増大や摩耗の促進を招くおそれがある。

さらにまた、切屑排出溝６の断面積が制限されざるを得ない小径ドリルにおいては、この切屑排出溝６の表面を平滑にすることで、切屑詰まりを抑制して工具摩耗を安定させたり、突発的な折損を低減することが可能となる。そして、特に長尺の小径ドリルの突発的な折損等を抑制するには、一般的な線評価での表面粗さである算術平均粗さＲａや最大高さ粗さＲｚを平滑にするだけでは工具性能のばらつきが大きく、より広い面評価において表面粗さを制御することが重要である。そして、小径ドリルの工具摩耗を安定させたり、突発的な折損を抑制するには、切屑排出溝６の表面について、面評価における表面粗さの中でも、ＩＳＯ２５１７８で規定されるスキューネス（Ｓｓｋ）を制御することが有効である。ここで、スキューネス（Ｓｓｋ）とは、高さ分布の相対性を表す指標である。硬質皮膜に凸部が多いと、スキューネス（Ｓｓｋ）の値が０よりも大きくなる。一方、硬質皮膜に凹部が多いと、スキューネス（Ｓｓｋ）の値が０よりも小さくなる。一般的な表面粗さである算術平均粗さＲａや最大高さ粗さＲｚを平滑にしても、スキューネス（Ｓｓｋ）の値が大きい場合には、切屑排出溝６に凸部が多くなるため切屑が詰まり易くなって、耐欠損性が低下したり、工具摩耗が不安定になる傾向になる。

そこで、本実施形態では、この切屑排出溝６の表面を、ＩＳＯ２５１７８で規定されるスキューネス（Ｓｓｋ）を０未満にすることにより、切屑排出溝６の表面の凸部を少なくすることができる。結果として、切屑詰まりが抑制され易くなり、工具摩耗が安定したり、突発的な欠損も抑制することができる。また、スキューネス（Ｓｓｋ）がマイナス側に大きくなり過ぎると、凹部が多くなり切屑詰まりが発生する可能性がある。そのため、硬質皮膜が形成された切屑排出溝６の表面はスキューネス（Ｓｓｋ）を－０．３０以上０未満にすることが望ましい。更には、－０．２０以上０未満にすることが望ましい。

なお、本実施形態では、硬質皮膜が形成された切屑排出溝６の表面について、ＩＳＯ２５１７８で規定される面の算術平均高さＳａ（μｍ）は０．２μｍ以下である。また、最大高さＳｚ（μｍ）は２．０μｍ以下である。

本実施形態では、切屑排出溝６に形成された硬質皮膜の表面粗さに加えて、硬質皮膜の内部に含まれる欠陥を低減する。具体的には、硬質皮膜の断面観察において、円相当径が１．０μｍ以上のドロップレットが１００μｍ^２当たり５個以下とする。これにより突発的な欠損が発生し難くなる。更には、円相当径が１．０μｍ以上のドロップレットが１００μｍ^２当たり２個以下とすることが望ましい。更には、円相当径が３．０μｍ以上のドロップレットが含まれないことが望ましい。

なお、切屑排出溝６の表面をこのように平滑にするには、平滑化処理により研削痕を低減した平滑な基材の表面に、ドロップレットの発生が少なく平滑な硬質皮膜を被覆できるスパッタリング法によって硬質皮膜を被覆した後に、さらにこの硬質皮膜の表面に研磨材をブラストなどによって噴射して平滑化処理することが望ましい。平滑化処理として、ダイヤモンド粒子と湿度を持った研磨材を用い、基材に被覆された皮膜に高速に滑走させ発生する摩擦力によって磨く鏡面仕上げ装置（例えば、エアロラップ（登録商標））を用いた研磨方法を採用してもよい。また、平滑化処理として、エアーを使用せずに弾性と粘着性を持った研磨材を噴射する鏡面ショットマシンを用いた研磨方法を採用してもよい。このような研磨方法を行う鏡面ショットマシンとしては、合資会社亀井鉄工所のスマップ（ＳＭＡＰ）が例示できる。
また、硬質皮膜としては、耐熱性と耐摩耗性に優れる膜種である窒化物であることが望ましい。また、スパッタリング法の中でも、ターゲットに高い電力を印加する高出力スパッタリング法を適用することで、耐久性がより優れる硬質皮膜となるので望ましい。ターゲットに印加する電力パルスの最大電力密度は、１．０ｋＷ／ｃｍ^２以上とすることが望ましい。これにより、耐久性が優れる硬質皮膜を形成できる。同様の理由から、電力パルスの最大電力密度は、３．０ｋＷ／ｃｍ^２以下とすることがより望ましい。
本発明で評価する切屑排出溝６の表面粗さは、硬質皮膜が被覆されている部分を測定すればよい。

また、上述した窒化物からなる硬質皮膜は、下地層である窒化物の上層に、ＴｉとＳｉを含有する窒化物を設けた皮膜構造であることが好ましい。窒化物は基材である超硬合金との密着性に優れるため、その上層に耐摩耗性に優れるＴｉとＳｉを含有する窒化物を形成することで単層よりも耐久性が優れる皮膜構造になる。また、スパッタリング法で被覆する硬質皮膜は、非金属元素としてＡｒを含有するが、Ａｒの含有比率は金属元素と非金属元素の総量に対して、０．５原子％以下であることが望ましい。

なお、本実施形態において、硬質皮膜は、切刃部３の全体に設けられていなくてもよい。硬質皮膜は、先端側とマージン部を有する箇所に設けられていることが望ましい。また、本実施形態においては、少なくとも切刃排出溝６の表面に設けられた硬質皮膜について、スキューネスが０未満を満たせば、切屑排出性を高めるという効果を奏することができる。そのため、本実施形態においては、切屑排出溝の表面に設けた硬質皮膜の表面において、スキューネス（Ｓｓｋ）が０未満を満たせばよい。

硬質皮膜の厚さは、０．５μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。硬質皮膜の厚さを０．５μｍ以上とすることで、耐摩耗性が向上する。また、硬質皮膜の厚さを５μｍ以下とすることで、皮膜剥離が発生し難くなる。さらに、同様の理由から、硬質皮膜の厚さは、１μｍ以上３μｍ以下とすることがより望ましい。

次に、本発明の実施例を挙げて本発明の効果を実証する。実施例として、切屑排出溝６の表面に硬質皮膜を被覆して平滑化した場合の影響について評価した。この実施例では、切刃７の直径Ｄが１ｍｍ、溝長が３３ｍｍ、マージン長Ｌが１２ｍｍで、軸線Ｏ方向先端側から見たときの切刃部３の形状が図２に示すような上記実施形態に基づく超硬合金製の同形、同大の小径ドリルを試料１～９として評価した。

このうち、試料１～３では、切屑排出溝６の表面を含む切刃部３の表面全体にスパッタリング法によってまず、ＡｌとＴｉの窒化物皮膜を約１μｍ被覆した後、ＴｉとＳｉの窒化物皮膜を平均膜厚約１μｍで被覆した。その後、鏡面仕上げ装置であるエアロラップを使用して、ドリルの表面に研磨材を噴射して平滑化処理した。

また、試料４～６では、切屑排出溝６の表面を含む切刃部３の表面全体にスパッタリング法によってまず、ＡｌとＴｉの窒化物皮膜を約１μｍ被覆した後、ＴｉとＳｉの窒化物皮膜を約１μｍ被覆して作製した。

なお、試料１～６は、基材に負圧のバイアス電圧を印加し、ターゲットに瞬間的に高い電力を印加する高出力スパッタリング法により最大電力密度２．２５ｋＷ／ｃｍ^２の電力パルスを印加して、硬質皮膜を被覆した。スパッタリング法で被覆した試料１～６は、硬質皮膜の内部に円相当径が１．０μｍ以上のドロップレットは１００μｍ^２当たり３個以下であった。また、Ａｒの含有比率は金属元素と非金属元素の総量に対して、約０．３原子％であった。

また、試料７～９では、アークイオンプレーティング法によって同じく切屑排出溝６の表面を含む切刃部３の表面全体にＡｌとＴｉの窒化物皮膜を約１μｍ被覆した後、ＴｉとＳｉの窒化物皮膜を平均膜厚約１μｍで被覆した。その後、鏡面仕上げ装置であるエアロラップを使用して、ドリルの表面に研磨材を噴射して平滑化処理した。

次に、試料１～９の小径ドリルにおける硬質皮膜が形成された切屑排出溝６について、ＩＳＯ２５１７８で規定される面の算術平均高さＳａ（μｍ）、最大高さＳｚ（μｍ）、スキューネス（Ｓｓｋ）を測定した。測定箇所は切刃近傍のすくい面を含む切屑排出溝６とした。なお、測定には株式会社キーエンス製の形状解析レーザ顕微鏡（ＶＫ－Ｘ２５０）を用いて、カットオフ値０．２５ｍｍ、倍率５０倍で観察して、６０μｍ×１００μｍの領域を３カ所測定し、その平均から測定値を算出した。

試料１～９の小径ドリルについて、１５０ｍｍ×１９０ｍｍ×４０ｍｍのＳＵＳ３０４製のワークに、Ｖｃ＝５０ｍ／ｍｉｎ、回転速度＝１６０００ｍｉｎ^－１、送り量＝０．０２ｍｍ／ｒｅｖ、送り速度＝３２０ｍｍ／ｍｉｎ、加工穴深さ２８ｍｍで、ノンステップ加工による条件で３２００穴の穴あけ加工を行った。

本試験条件においては、何れの試料も折損はしなかったが、スパッタリング法で被覆した試料１～６は、アークイオンプレーティング法により被覆した試料７～９よりもすくい面、逃げ面およびマージン部分の摩耗が抑制された。これは、試料１～６は、スパッタリング法を採用したことによって、ドロップレットの発生が少なく平滑な硬質皮膜を被覆したためであると考えられる。図３に穴あけ加工を行った後の試料１の小径ドリルの切刃の観察写真（×５００倍）を示す。図４に穴あけ加工を行った後の試料２の小径ドリルの切刃の観察写真（×５００倍）を示す。図５に穴あけ加工を行った後の試料９の小径ドリルの切刃の観察写真（×５００倍）を示す。なお、図３、図４および図５において、写真上下方向中央において写真左右方向に延びる角部が、各小径ドリルの主切刃７ａである。試料１、試料２および試料９の観察写真を比較すると、試料１および試料２に対して、試料９の主切刃７ａの近傍は、摩耗幅が大きいことが確認できる。試料１および試料２は、スパッタリング法により硬質皮膜が形成されている。これに対して、試料９は、アークイオンプレーティング法で硬質皮膜が形成されている。このことから、スパッタリング法によって形成された硬質皮膜は、他の方法（ここでは、アークイオンプレーティング法）で形成された硬質皮膜より、穴あけ加工における切刃の摩耗を抑制できることが確認された。

また、試料１～６の中でも切屑排出溝のスキューネス（Ｓｓｋ）が０未満の試料２、３は、最大摩耗幅がより小さく、工具摩耗が安定しており、工具の損傷状態がより安定していた。スキューネス（Ｓｓｋ）が０未満であることで、皮膜の表面の凸部が少なくなり、局所的に摩耗することがなく工具摩耗が安定しやすいためであると考えられる。

１ドリル本体
２シャンク部
３切刃部
４テーパネック部
５先端逃げ面
５ａ第１先端逃げ面
５ｂ第２先端逃げ面
６切屑排出溝
７切刃
７ａ主切刃
７ｂシンニング刃
７ｃチゼル
８シンニング部
８ａシンニング面
９ランド部
１０ａ第１マージン部
１０ｂ第２マージン部
１０ｃ外周二番取り面
１１ヒール
１２クーラント穴
Ｏドリル本体１の軸線
Ｔドリル回転方向
Ｄ切刃７の直径
Ｌマージン長
Ｗ軸線Ｏ方向先端側から見たときの主切刃７ａの長さ
Ｍ１第１交差稜線
Ｍ２第２交差稜線
Ｎ１第１延長線
Ｎ２第２延長線
ｄ１軸線Ｏ方向先端側から見たときの第１延長線Ｎ１と第１交差稜線Ｍ１との間隔
ｄ２軸線Ｏ方向先端側から見たときの第２延長線Ｎ２と第２交差稜線Ｍ２との間隔

Claims

軸線回りに回転されるドリル本体の先端部外周に、このドリル本体の先端逃げ面に開口して後端側に延びる２つの切屑排出溝が上記軸線に関して対称に形成されており、これらの切屑排出溝のドリル回転方向を向く壁面と上記先端逃げ面との交差稜線部にそれぞれ切刃が形成され、上記切刃の直径Ｄが２ｍｍ以下である小径ドリルであって、
上記ドリル本体の表面には、硬質皮膜が設けられており、
上記硬質皮膜は、金属元素と非金属元素の総量に対して、Ａｒを０．５原子％以下で含有しており、
上記切屑排出溝における上記硬質皮膜の表面は、ＩＳＯ２５１７８で規定されるＳｓｋ（スキューネス）が０未満であり、
かつ、上記硬質皮膜の断面観察において、円相当径が１．０μｍ以上のドロップレットが１００μｍ２当たり５個以下であり、かつ、円相当径が３．０μｍ以上のドロップレットが含まれない、
小径ドリル。