特許 7218042 性能を強化したタップドリル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-27

(45)【発行日】2023-02-06

(54)【発明の名称】性能を強化したタップドリル

(51)【国際特許分類】

   B23G 5/06 20060101AFI20230130BHJP

   C23C 14/06 20060101ALI20230130BHJP

   B23B 27/14 20060101ALI20230130BHJP

   B23B 51/00 20060101ALI20230130BHJP

   B23B 51/08 20060101ALI20230130BHJP

【ＦＩ】

B23G5/06 C

C23C14/06 P

C23C14/06 A

C23C14/06 B

B23B27/14 A

B23B51/00 J

B23B51/08 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020506233

(86)(22)【出願日】2018-08-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-10-15

(86)【国際出願番号】 EP2018071255

(87)【国際公開番号】W WO2019025629

(87)【国際公開日】2019-02-07

【審査請求日】2021-07-27

(31)【優先権主張番号】62/541,195

(32)【優先日】2017-08-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】516082866

【氏名又は名称】エリコン サーフェス ソリューションズ アーゲー、 プフェフィコン

【住所又は居所原語表記】Ｃｈｕｒｅｒｓｔｒａｓｓｅ １２０ ８８０８ Ｐｆｅｆｆｉｋｏｎ ＳＺ ＣＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100180781

【弁理士】

【氏名又は名称】安達 友和

(74)【代理人】

【識別番号】100182903

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 武慶

(72)【発明者】

【氏名】クラポブ，デニス

【審査官】中川 康文

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１４－５３０７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第４７０４３３５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】国際公開第２００９／００１６８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０９３３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０７１１０４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－０２７２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７５６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７６８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２２４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５１２４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５１００７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０７３４８０７４（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ ２７／００－２９／３４

Ｂ２３Ｂ ５１／００－５１／１４

Ｂ２３Ｃ １／００－９／００

Ｂ２３Ｇ １／００－１１／００

Ｃ２３Ｃ １４／００－１４／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板（２）およびコーティング（３）を含むタップドリル（１）であって、前記コーティング（３）は、前記ドリルのヘッドを含む前記基板（２）の少なくとも一部に堆積され、前記コーティング（３）は、前記基板（２）上に直接堆積された第１層（４）と、前記第１層（４）の上に堆積された第２層（５）とを含み、前記第１層（４）は、ＨｉＰＩＭＳにより堆積された（Ａｌ、Ｃｒ）Ｎの耐摩耗層であり、前記第２層（５）は、摩擦低減層であり、
前記第２層（５）は、マグネトロンスパッタリングタイプの物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスを使用して堆積した金属炭化物層であることを特徴とする、タップドリル（１）。

【請求項2】

前記第２層（５）が、ＨｉＰＩＭＳを使用して堆積されることを特徴とする、請求項１に記載のタップドリル。

【請求項3】

前記金属炭化物層は、炭化チタン層または炭化タングステン層であることを特徴とする、請求項１または２に記載のタップドリル。

【請求項4】

基板（２）およびコーティング（３）を含むタップドリル（１）の製造方法であって、前記コーティング（３）は、前記ドリルのヘッドを含む前記基板（２）の少なくとも一部に堆積され、前記コーティング（３）は、第１層（４）および第２層（５）を含み、
前記第１層（４）は（ＡｌＣｒ）Ｎの耐摩耗層であり、ＨｉＰＩＭＳによって前記基板（２）上に直接堆積され、
前記第２層（５）は、摩擦低減層であり、前記第２層（５）は金属炭化物層であり、マグネトロンスパッタリングタイプの物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスを使用して堆積される、製造方法。

【請求項5】

前記第２層（５）は、炭化チタン層であり、アルゴンおよび炭素含有ガスを含む雰囲気中でＴｉまたはＴｉＣターゲットのスパッタリングにより堆積されることを特徴とする、請求項４に記載のタップドリル（１）の製造方法。

【請求項6】

ＨｉＰＩＭＳ技術が、ＴｉＣターゲットの前記Ｔｉのスパッタリングに使用されることを特徴とする、請求項５に記載のタップドリル（１）の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ａｌ－Ｃｒ－Ｎの耐摩耗層と、耐摩耗層の上に堆積された摩擦低減層とを含む、性能が向上したタップドリル、およびタップドリルの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

文献ＵＳ９５４０７２６ Ｂ２では、ドリルの少なくともヘッドをコーティングすることにより、ドリル、特にタップドリルおよびマイクロドリルの性能を改善することが提案されている。コーティングは、ドリル基板に直接適用され、少なくとも１つの窒化物および／または炭化物および／または酸化物の少なくとも１つの層と、ＨｉＰＩＭＳ層に設けられたアモルファスカーボンまたはＤＬＣ層を含む、少なくとも１つのＨｉＰＩＭＳコーティングを含む。ＨｉＰＩＭＳコーティングは（Ａｌ、Ｃｒ）Ｎ層にし得、ＤＬＣ層は金属含有ＤＬＣ層にし得る。ＵＳ９５４０７２６ Ｂ２に示されるドリルは、ステンレス鋼ワークピースの穿孔作業に使用できるが、工具寿命は比較的短い。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、従来技術と比較して、ステンレス鋼ワークピースの穿孔作業において、より優れた性能と相対的な工具寿命を示すことができるコーティングタップドリルおよびタップドリルの製造方法を提供することである。特に、摩擦の低減と冷間圧接の低減特性に関して、より良い性能が得られる。

【発明を実施するための形態】

【0004】

本発明の目的は、基材とコーティングとを含むタップドリルを提供することにより達成され、コーティングは、ドリルのヘッドを含む基板の少なくとも一部に堆積され、コーティングは、基板上に直接堆積された第１層と、第１層の上に堆積された第２層を含み、第１層はＨｉＰＩＭＳにより堆積された（Ａｌ、Ｃｒ）Ｎの耐摩耗層であり、第２層は摩擦低減層であり、その特徴は、
・第２層が、マグネトロンスパッタリング、好ましくは高出力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨｉＰＩＭＳ）タイプの物理蒸着（ＰＶＤ）プロセスを使用して堆積した金属炭化物層または金属炭化物含有層であることである。

【0005】

ＨｉＰＩＭＳ法は、用語ハイパワーパルスマグネトロンスパッタリング（ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｐｕｌｓｅｄ ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）のため、ＨＰＰＭＳ法としても知られている。

【0006】

スパッタリング、特にＨｉＰＩＭＳによって生成されたコーティングは、特にアーク蒸着コーティングに後処理がない場合、アークによって生成されたコーティングに比べてはるかに優れた性能を示す。

【0007】

ＨｉＰＩＭＳは、緻密で滑らかなコーティングを生成する可能性を提供する。図１に示すＡｌＣｒＮ＋ＷＣ／Ｃコーティングのようなコーティングは、１回の堆積で生成され得る。

【0008】

好ましくは、摩擦低減層は、炭素含有窒化チタンもしくはチタン炭窒化物または炭化タングステンでドープされたダイヤモンド状炭素あるいは炭化タングステン層であることが好ましい。

【0009】

本発明の好ましい実施形態によれば、金属炭化物層は炭化タングステン層であり得る、または大部分（５０原子％以上）の炭化タングステンを含み、好ましくは７０原子％以上、より好ましくは９０原子％以上の炭化タングステンを含む。

【0010】

本発明のさらなる好ましい実施形態によれば、金属炭化物層は炭化チタン層であり得る、または大部分（５０原子％以上）の炭化チタンを含み、好ましくは７０原子％以上、より好ましくは９０原子％以上の炭化チタンを含む。

【0011】

好ましくは、第２層は、ＷＣ／Ｃタイプの層を含む炭化タングステンである。

【0012】

本発明の目的は、請求項６に記載のタップドリルの製造方法を提供することにより達成される。

【0013】

好ましくは、第２層は、ＷＣ／Ｃタイプの層を含む炭化タングステンであり、アルゴンおよび炭素含有ガス、好ましくはアセチレンガスを含む雰囲気中でＷＣターゲットのスパッタリングにより堆積される。

【0014】

好ましくは、ＷＣターゲットのスパッタリングにはＨｉＰＩＭＳ技術が使用される。

【0015】

好ましくは、第２層は、炭化チタン含有層であり、アルゴンおよび炭素含有ガス、好ましくはアセチレンガスを含む雰囲気中でＴｉまたはＴｉＣターゲットのスパッタリングにより堆積される。

【0016】

好ましくは、ＴｉＣターゲットのＴｉのスパッタリングにはＨｉＰＩＭＳ技術が使用される。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明によるタップドリル用のコーティングを示す。

【図2】最新技術と比較した本発明の利点を示す。

【0018】

図１は、本発明によるタップドリル１の写真を上部に示す。タップドリル１は、基板２とコーティング３を含む。コーティング３は、ドリル１のヘッドを含む基板２の少なくとも一部に堆積される。

【0019】

コーティング３は、第１層４を含む。第１層４は、基板２上に直接堆積される。コーティング３は、第２層５を含む。第２層５は、第１層４上に堆積される。

【0020】

第１層４は、（Ａｌ、Ｃｒ）Ｎの耐摩耗層である。第１層４は、ＨｉＰＩＭＳにより堆積される。第２層５は摩擦低減層である。第２層５は、金属炭化物層または金属炭化物含有層である。また、好ましくは、炭素含有窒化チタンもしくはチタン炭窒化物またはタングステンでドープされたダイヤモンド状炭素あるいは炭化タングステン層であり得る。第２層５は、物理蒸着（ＰＶＤ）プロセス、好ましくはマグネトロンスパッタリングタイプ、好ましくはＨｉＰＩＭＳタイプを使用して堆積される。

【0021】

これは、さまざまなコーティングや蒸着方法の相対的な工具寿命を図で示す図２で見ることができる。ベンチマークツールの工具寿命は１００％に定義されている。図２では、ベンチマークツールはＴｉＮで堆積されている。ＡｌＣｒＮコーティングは、ベンチマークと比較して同じ１００％の工具寿命を示す。ＡｌＣｒＮ＋ＴｉＮコーティングは、アーク蒸着によって堆積され、粗さを低減するために後処理されており、ベンチマークと比較して１６０％の工具寿命を示す。大幅な工具寿命の増加が見られる。アーク蒸着によって堆積されたＡｌＣｒＮ＋ＷＣ／Ｃコーティングは、ベンチマークと比較して３％の工具寿命を示す。ＨｉＰＩＭＳ蒸着により堆積されたＡｌＣｒＮ＋ＷＣ／Ｃコーティングは、ベンチマークと比較して７１０％の工具寿命を示す。

【0022】

ＡｌＣｒＮ＋ＴｉＮコーティング（粗さを減らすためにアークと後処理で堆積）は、ベンチマークに対して大幅な工具寿命の増加を示す。

【0023】

滑らかなコーティング表面には利点がある。

【0024】

スパッタリング、特にＨｉＰＩＭＳによって生成されたコーティングは、特にアーク蒸着コーティングに後処理がない場合、アークによって生成されたコーティングに比べてはるかに優れた性能を示す。

【0025】

ＨｉＰＩＭＳは、緻密で滑らかなコーティングを生成する可能性を提供する。図１に示すＡｌＣｒＮ＋ＷＣ／Ｃコーティングのようなコーティングは、１回の堆積で生成され得る。

【0026】

■ＡｌＣｒＮ＋Ｔｉ（ＣＮ）コーティングは、工具寿命の増加を示す。これは実際には出願のメイントピックである。

【0027】

好ましくは、第１層４は、ＨｉＰＩＭＳ技術を使用することにより、窒素反応性雰囲気（アルゴンおよび窒素または窒素のみを含む）中でＣｒターゲットをスパッタリングすることにより堆積される。

【0028】

本発明の好ましい実施形態によれば、第２層５は、アルゴンおよび炭素含有ガス、好ましくはアセチレンガスを含む雰囲気中で（すなわち、好ましくはアルゴンおよびアセチレンガスを含む雰囲気中で）ＷＣターゲットのスパッタリングにより堆積され得るＷＣ／Ｃ（ＷＣ＋Ｃ）タイプの層を含む炭化タングステンである。この好ましい実施形態の変形によれば、従来のスパッタリング技術の代わりに、ＷＣターゲットのスパッタリングにＨｉＰＩＭＳ技術が使用される。

【0029】

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、第２層５は、アルゴンおよび炭素含有ガス、好ましくはアセチレンガスを含む雰囲気中で（すなわち、好ましくはアルゴンおよびアセチレンガスを含む雰囲気中で）ＴｉまたはＴｉＣターゲットをスパッタリングすることにより堆積され得る炭化チタン含有層である。この好ましい実施形態の変形によれば、従来のスパッタリング技術の代わりに、ＴｉまたはＴｉＣターゲットのスパッタリングにＨｉＰＩＭＳ技術が使用される。

【図1】

【図2】