特許 7249275 ドリル装置、およびその製造方法

(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】2023-03-22

(45)【発行日】2023-03-30

(54)【発明の名称】ドリル装置、およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23B 51/00 20060101AFI20230323BHJP

   B23P 15/32 20060101ALI20230323BHJP

   B23K 26/364 20140101ALI20230323BHJP

【ＦＩ】

B23B51/00 K

B23P15/32

B23K26/364

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019525767

(86)(22)【出願日】2017-11-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-05-14

(86)【国際出願番号】 EP2017079660

(87)【国際公開番号】W WO2018091683

(87)【国際公開日】2018-05-24

【審査請求日】2020-11-09

(31)【優先権主張番号】16199337.3

(32)【優先日】2016-11-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】507226695

【氏名又は名称】サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ブロヘデ， ウルリーカ

(72)【発明者】

【氏名】タイケ， マリア

【審査官】増山 慎也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２８７１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５３７１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９１４４８４５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】実開昭６２－２０１６１１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００５－３１９５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－０６７００３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ ５１／００、０２

Ｂ２３Ｃ ５／１０

Ｂ２３Ｐ １５／３２

Ｂ２３Ｋ ２６／３６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ドリル先端（２）と、後方部（３．１）を有するドリルボディ（３）とを有し、
前記ドリル先端（２）が、少なくとも第１の逃げ面（２．１）を備え、
前記ドリルボディ（３）が、少なくとも、マージン（３．３）を有する第１のランド（３．２）を備え、
前記第１の逃げ面（２．１）と前記マージン（３．３）との間にエッジ（４）が存在し、
テクスチャ付き領域（６）が、複数の凹部（６．１）を備え、
前記テクスチャ付き領域（６）が、前記マージン（３．３）の少なくとも一部に沿って、前記ドリルボディ（３）の前記後方部（３．１）の方向に、前記エッジ（４）から２００μｍの位置から、または前記少なくとも第１の逃げ面（２．１）上のある位置から、またはこれらの間のある位置から延在する、ドリル装置（１）において、前記凹部（６．１）が、細長く連続的な溝筋の形状であり、前記ドリル装置（１）の長手方向回転軸（Ｘ）の方向から２０°または２０°以内である方向（Ｙ）に延在し、
前記溝筋が２～５μｍの範囲内で選択される深さ（Ｚ）と、２０～３０μｍの範囲内で選択される所定の周期（Ｐ）を有し、
前記周期が、１つの凸部の上表面の端部から隣接する溝筋をまたぎ、次の凸部の端部表面の対応する端部までで決まり、
上幅（ＴＷ）が１０～３０μｍの範囲であり、
前記溝筋は下幅（ＢＷ）を更に有し、前記上幅（ＴＷ）は前記下幅（ＢＷ）よりも広く、前記上幅（ＴＷ）は前記周期（Ｐ）以下であることを特徴とする、ドリル装置（１）。

【請求項2】

前記テクスチャ付き領域（６）が前記エッジ（４）から延在する、請求項１に記載のドリル装置（１）。

【請求項3】

前記エッジ（４）が半径（Ｒ）を備え、前記テクスチャ付き領域（６）が、前記エッジ（４）の前記半径（Ｒ）の少なくとも一部から延在する、請求項２に記載のドリル装置（１）。

【請求項4】

前記凹部（６．１）が互いに平行に配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載のドリル装置（１）。

【請求項5】

前記凹部（６．１）が、前記ドリル装置（１）の長手方向回転軸（Ｘ）の方向から１０°以内である方向（Ｙ）に延在する、請求項４に記載のドリル装置（１）。

【請求項6】

前記凹部（６．１）が、前記ドリル装置（１）の長手方向回転軸（Ｘ）に対して平行に延在する、請求項５に記載のドリル装置（１）。

【請求項7】

前記テクスチャ付き領域（６）が、前記マージン（３．３）のリーディングエッジ（３．８）に対して平行に決定される所定の長さ（Ｌ）と、前記エッジ（４）に対して平行に決定される所定の幅（Ｗ）とを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のドリル装置（１）。

【請求項8】

前記ドリル装置（１）が、少なくとも第１のランドおよび第２のランド（３．２、３．５）を備え、各ランド（３．２、３．５）が、マージン（３．３、３．６）をそれぞれ備え、各マージン（３．３、３．６）が、複数の凹部（６．１）を備えたテクスチャ付き領域（６）を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のドリル装置（１）。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載のドリル装置（１）を製造する方法であって、
ドリル先端（２）と、後方部（３．１）を有するドリルボディ（３）とを有するドリル装置（１）を提供するステップであって、前記ドリル先端（２）が、少なくとも第１の逃げ面（２．１）を備え、前記ドリルボディ（３）が、少なくとも、マージン（３．３）を有する第１のランド（３．２）を備え、前記第１の逃げ面（２．１）と前記マージン（３．３）の間にエッジ（４）が存在する、ステップと、
細長く連続的な溝筋の形状である複数の凹部（６．１）を備えたテクスチャ付き領域（６）を形成するステップとを含み、
前記凹部（６．１）が、前記ドリル装置（１）の長手方向回転軸（Ｘ）の方向から２０°または２０°以内である方向（Ｙ）に延在する、方法において、
前記複数の凹部（６．１）がレーザービームによって形成され、前記レーザービームが、前記マージン（３．３）の少なくとも一部に沿って、前記ドリルボディ（３）の前記後方部（３．１）の方向に、前記エッジ（４）から２００μｍの位置、または前記第１の逃げ面のある位置、またはこれらの間のある位置へと、またはその位置から、動かされ、
前記溝筋が２～５μｍの範囲内で選択される深さ（Ｚ）と、２０～３０μｍの範囲内で選択される所定の周期（Ｐ）を有し、
前記周期が、１つの凸部の上表面の端部から隣接する溝筋をまたぎ、次の凸部の端部表面の対応する端部までで決まり、
上幅（ＴＷ）が１０～３０μｍの範囲であり、
前記溝筋は下幅（ＢＷ）を更に有し、前記上幅（ＴＷ）は前記下幅（ＢＷ）よりも広く、前記上幅（ＴＷ）は前記周期（Ｐ）以下であることを特徴とする、方法。

【請求項10】

前記レーザービームが、前記ドリルボディ（３）の前記後方部（３．１）から前記マージン（３．３）と前記第１の逃げ面（２．１）の間の前記エッジ（４）に向かう方向で、前記マージン（３．３）の少なくとも一部に沿って動かされる、請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、テクスチャ付き領域を備えたマージンを有するドリル装置に関する。本開示は、テクスチャ付き領域を備えたマージンを有するドリル装置の製造方法にも関する。

【背景技術】

【0002】

金属性の被加工物を機械加工するための、一体式に作られたドリルまたはドリル先端インサートなどのドリル装置では、穿孔作業中、ドリル装置のマージンがかなりの摩耗を受けることが確認されている。耐摩耗性を高めるために、ドリル装置のマージンにテクスチャの付いた領域を提供することが試みられてきた。たとえば、ＵＳ９１４４８４５Ｂ１では、マージンの、ドリル先端から遠位な領域に、複数の独立した微小凹部のテクスチャリングが設けられている。しかし、ＵＳ９１４４８４５Ｂ１の試験結果は有望に思われるが、金属性材料を機械加工するためのドリル装置の耐摩耗性は、依然として改善される必要がある。

【発明の概要】

【0003】

したがって、本開示の一目的は、従来技術の課題を解決する、または少なくとも軽減するドリル装置を提供することである。具体的には、本開示の一目的は、耐摩耗ドリル装置を提供することである。本開示のさらに別の目的は、効果的な耐摩耗パターンを有するテクスチャ付き領域を備えたマージンを有するドリル装置を提供することである。本開示の別の目的は、耐摩耗ドリル装置の製造方法を提供することである。

【0004】

本開示によれば、ドリル先端２と、後方部３．１を有するドリルボディ３とを有し、
－ ドリル先端２が、少なくとも第１の逃げ面２．１を備え、
－ ドリルボディ３が、少なくとも、マージン３．３を有する第１のランド３．２を備え、
－ 第１の逃げ面２．１とマージン３．３の間にエッジ４が存在し、
－ テクスチャ付き領域６が、複数の凹部６．１を備え、
テクスチャ付き領域６が、エッジ４から２００μｍの位置から、または最少の第１の逃げ面２．１のある位置から、またはこれらの間のある位置から、ドリルボディ３の後方部３．１の方向に、マージン３．３の少なくとも一部に沿って延在し、
－ 凹部６．１が、ドリル１の長手方向回転軸Ｘの方向から２０°または２０°以内である方向Ｙに延在する、ドリル装置１により、これらの目的のうちの少なくとも１つが達成される。

【0005】

本開示によるドリル装置を用いた実際の機械加工試験の結果では、意外なことに、機械加工作業に際し、マージンの、ドリル先端に近接した領域が摩耗を受けやすいということが示されている。意外なことに、マージンの先端、またはそれに近い場所からドリル装置の後方の方向に延在するテクスチャ付き領域が、マージンの耐摩耗性、したがってドリル装置の工具寿命に対してかなりの有益な効果をもつことも、さらに示されている。さらに、テクスチャ付き領域の凹部の配向がドリルの工具寿命にとって重要であることが示されており、したがって、凹部は、好ましくはドリル１の長手方向回転軸Ｘに沿って、またはほぼ沿って配向すべきである。

【0006】

本開示によるドリル装置の別の実施形態および代替形態は、添付の特許請求の範囲および詳細な説明に開示される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1-4】本開示の第１の実施形態によるドリル装置の概略図である。

【図5-6】本開示の第２の実施形態によるドリル装置の概略図である。

【図7a】本開示の第１の代替形態によるテクスチャ付き領域の概略図である。

【図7b】本開示の第２の代替形態によるテクスチャ付き領域の概略図である。

【図8】本開示によるドリル装置のマージンの凹部の概略図である。

【図9a-9b】本開示によるドリル装置のマージンの概略図である。

【図10a-10c】本開示によるドリル装置のＳＥＭ画像である。

【図11a-11c】本開示によるドリル装置の凹部のＳＥＭ画像である。

【図12a-12c】機械加工テスト後の、本開示による第１の組のドリル装置のＳＥＭ画像である。

【図13a-13b】機械加工テスト後の、本開示による第２の組のドリル装置のＳＥＭ画像である。

【図14a-14c】機械加工テスト前後の、比較のドリル装置のＳＥＭ画像である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

次に、本開示によるドリル装置を以下により詳細に説明する。しかし、本開示によるドリル装置は多くの様々な形態で具体化されてもよく、本明細書に述べる実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が綿密かつ完全であり、本開示の範囲を十分に当業者に伝えるように、例示のために提供されている。説明の全体を通して、同じ参照番号は同じ要素を指す。

【0009】

図１には、本開示の第１の実施形態によるドリル装置１が概略的に示してある。この場合、ドリル装置は、単一片の超硬合金で製造されたドリルである。ドリル装置１は、ドリル先端２と、ドリル先端２から延在し、後方部３．１を有するドリルボディ３とを備える。保持装置（図示せず）にドリルを取り付けるためのドリルシャンクが、ドリルボディ３の後方部３．１から延在する。ドリルボディ３は、第１のランド３．２および第２のランド３．５、ならびに第１のランド３．２と第２のランド３．５の間に延在する第１の溝３．４および第２の溝３．７を備える。第１のランド３．２および第２のランド３．５、ならびに第１の溝３．４および第２の溝３．７は、後方部３．１からドリル先端２に向かう方向で、ドリルボディ３に沿って螺旋状に延在する。第１のランド３．２は第１のマージン３．３を有し、第２のランド３．５は第２のマージンを有する。

【0010】

図２には、図１に示したドリル装置１のドリル先端２の正面図が示してある。ドリル先端２は、第１の切れ刃２．３および第２の切れ刃２．４を有する。第１の逃げ面２．１が第１の切れ刃２．３から延在し、第２の逃げ面２．２が第２の切れ刃２．４から延在する。

【0011】

図３は、第１のマージン３．３および第２のマージン３．６を示す、図１のドリル装置１の断面図である。マージン３．３、３．６は、ランド３．２、３．５を越えて延在する、ドリルボディ３の円筒形部分である。穿孔中、マージン３．３、３．６により、ボーリング孔内にドリル装置が支持される。

【0012】

図４には、ドリル先端２の斜視図が示してある。このように、マージン３．３は、リーディングエッジ３．８およびトレーリングエッジ３．９を有する。エッジ４により、マージン３．３の上端部と第１の逃げ面２．１が区切られる。図４では第２のマージン３．６は見えていないが、第２のマージン３．６は同一のリーディングエッジ３．８およびトレーリングエッジ３．９、ならびに同一のエッジ４を備えることを理解されたい。

【0013】

本開示によるドリル装置は、第３のランドや第４のランドなど、さらなるランドを備える場合があることもさらに理解されたい。それぞれの追加のランドが上述のマージンを備えてもよいことも、さらに理解されたい。

【0014】

上述のドリル装置１は、ドリルの周りに螺旋状に延在する切りくず溝３．４、３．７が提供された、ひねりドリルまたは螺旋状ドリルでもよい。別法として、ドリル装置１には、ドリルの長手方向Ｘに延在する、直線的な切りくず溝が提供されてもよい。ドリル装置１には、ドリル先端２が提供されてもよい。

【0015】

ドリル装置は、鋼、またはたとえばＷＣ／Ｃｏである超硬合金などの硬質金属から製造することができる。ドリルは、金属、カーバイド粉末およびバインダの混合物をプレスするかまたは押し出し、続いて焼結する方法を含め、従来の方法で製造することができる。ドリルは、たとえばＰＶＤで付けられた、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、および／またはＴｉＡｌ／ＴｉＡｌＣｒなどの耐摩耗コーティングをさらに備えてもよい。コーティングは、多層コーティングでもよく、単一層でもよい。別法として、または追加的に、コーティングは、たとえばＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、および／またはＡｌ_２Ｏ_３の層を含むＣＶＤコーティングを含んでもよい。前記コーティングの厚みは、１～５μｍであることが好ましい。

【0016】

図５には、本開示の第２の実施形態によるドリル装置１が示してある。この場合、ドリル装置１は、ドリル先端ホルダー１０に取外し可能に取り付けることができる交換可能なドリル先端インサートである。第２の実施形態のドリル装置１は図６に詳細に示されており、第１の実施形態のドリル装置と同じ特徴を備える。すなわち、ドリル先端２、後方部３．１を有するボディ３、少なくとも第１の逃げ面、少なくとも第１のマージン３．３を有する少なくとも第１のランド３．２、および逃げ面２．１とマージン３．３の間のエッジ４。逃げ面は、コーナの面取り部を備えてもよい。第２の実施形態によるドリル装置１は、ボディ３の後方部３．１から延在し、ドリル装置１をドリル装置ホルダー１０に取り付けるように構成された取付けピン２０をさらに備える。

【0017】

本開示によれば、ドリル装置には、ドリル装置の表面に形成された凹部を備える、テクスチャ付き領域が提供される。したがって、テクスチャ付き領域は、マージンと逃げ面の間のエッジから２００μｍの位置から、または逃げ面から、または逃げ面とエッジから２００μｍのところとの間のある位置から、ドリルボディの後方部の方向に、マージンに沿って延在する。以下の説明は、本開示によるドリル装置の第１の実施形態と第２の実施形態の両方に適用される。

【0018】

図７ａには、ドリル装置１の第１の代替形態の第１のマージン３．３の上部の概略図が示してある。マージン３．３と逃げ面（図示せず）の間のエッジ４も示してある。ドリル装置１の回転軸が、矢印Ｘで示してある。細長く連続的な溝筋の形をとる複数の凹部６．１を備えたテクスチャ付き領域６が、マージン３．３に沿って、エッジ４からドリルボディの後方部（図示せず）の方向に延在する。凹部６．１が延在する方向が、矢印Ｙで示してある。方向Ｘと方向Ｙの間の角度はαである。テクスチャ付き領域６は、マージン３．３のリーディングエッジ３．８に対して平行に決定される、所定の長さをもつ。記載したこの実施形態では、テクスチャ付き領域６の長さＬは、溝筋６．１の長さに対応する。テクスチャ付き領域６は、マージン３．３と逃げ面（図示せず）の間のエッジ４に対して平行に決定される、所定の幅Ｗをさらに有する。記載したこの実施形態では、溝筋６．１は、マージン３．３のリーディングエッジ３．８に対して平行に、また互いに対して平行に配置されている。さらに、溝筋６．１は互いに対して等距離で配置され、したがってテクスチャ付き領域６の幅Ｗにわたって均一に分布する。

【0019】

テクスチャ付き領域６の所定の長さＬおよび所定の幅Ｗは、ドリル１の全体的な設計、穿孔用途、および被加工物の材料を考慮して選択することができる。マージンの、穿孔作業に際して孔の表面に接触する部分全体にテクスチャ付き領域が延在するように、所定の長さＬを選択することが好ましい。実際の試験では、所定の長さＬがドリル装置の直径の１０～１００％、または１０～５０％、または１０～３０％、または１０～２０％であるとき、良好な耐摩耗性が得られることが示されている。

【0020】

テクスチャ付き領域６の所定の幅Ｗは、テクスチャ付き領域６がマージンのリーディングエッジ３．８および／またはトレーリングエッジ３．９から距離ｄのところに位置決めされるように選択することができる。距離ｄは、ドリル装置の寸法および被加工物の材料に応じて選択することができる。たとえば、所定の距離ｄは、１～２５μｍ、または１～１０μｍ、または１～５μｍである。別法として、テクスチャ付き領域６の所定の幅Ｗは、テクスチャ付き領域６がマージンのリーディングエッジ３．８および／またはトレーリングエッジ３．９から延在するように選択されてもよい。

【0021】

凹部６．１の配向は方向Ｙに延在することができ、方向Ｙは、ドリル１の長手方向回転軸Ｘの方向から２０°、または２０°以内であり、すなわちＸとＹの間の角度αは２０°以下である。別法として、凹部６．１は、αが１０°以下または５°以下になるように、方向Ｙに延在してもよい。方向Ｙは、ドリル１の長手方向回転軸Ｘの方向から１０°以内でもよく、５°以内でもよい。凹部６．１は、ドリル１の長手方向回転軸Ｘに平行に延在してもよく、すなわち、αはゼロになる。ドリルのリーディングエッジは、ドリルの長手方向回転軸Ｘに対して角度β（いわゆるねじれ角β）で、ドリルの外周部の周りに螺旋状に位置決めすることができる。したがって、βが２０°以下である場合、リーディングエッジに揃えられた凹部は、本発明の範囲に含まれる。本発明の配向に従って揃えた凹部の技術的な効果は、すなわち、ドリルのマージンの摩耗が軽減されるということである。摩耗は、穴の中でドリルを回転させている間、および穿孔中に、穿孔した穴の内壁部とマージンの表面とが摺動している間に生じる。工具寿命の改善は、摺動界面での潤滑が改善することに起因している可能性がある。ドリルの長手方向回転軸Ｘに対して平行に凹部を配向することは、マージン上の凹部が、穿孔した穴の壁部の摺動方向に対して垂直に配向されることに対応する。

【0022】

本発明の一実施形態では、凹部は方向Ｙに延在し、角度α、すなわちＹとドリルの長手方向回転軸Ｘの間の角度は、ドリルのリーディングエッジの方向、好ましくはドリル１のドリル先端２でのリーディングエッジの方向と方向Ｘとの間の、任意の角度である。

【0023】

ドリルがねじれ角βでひねられている、または螺旋状になっている本発明の一実施形態では、凹部が延在する方向Ｙは、角度αが角度βより小さくなるようにリーディングエッジの方向と異なる。

【0024】

図７ｂには、ドリル装置１の第２の代替形態による第１のマージン３．３の上部の概略図が示してある。マージン３．３と逃げ面（図示せず）の間のエッジ４も示してある。ドリル装置１の回転軸が、矢印Ｘで示してある。細長く連続的な溝筋の形をとる複数の凹部６．１を備えたテクスチャ付き領域６が、マージン３．３に沿って、エッジ４からボディの後方部（図示せず）の方向に延在する。凹部６．１が延在する方向が、矢印Ｙで示してある。この代替形態においても、テクスチャ付き領域６は、マージン３．３のリーディングエッジ３．８に対して平行に決定される所定の長さＬと、マージン３．３と逃げ面（図示せず）の間のエッジ４に対して平行に決定される所定のＷとを有する。第１の代替形態と全く同様に、テクスチャ付き領域６は、マージン３．３のリーディングエッジ３．８および／またはトレーリングエッジ３．９から所定の距離ｄ（図示せず）で配置される。しかし、テクスチャ付き領域６は、マージンのトレーリングエッジ３．９からリーディングエッジ３．８まで延在してもよい。溝筋６．１は、この実施形態ではドリル１の回転軸Ｘに対して平行に配向されている。したがって、記載したこの実施形態では、溝筋６．１の一部は、エッジ４から、回転軸Ｘに対して平行に延在することができ、溝筋６．１の一部は、マージンのリーディングエッジ３．８およびトレーリングエッジ３．９から、あるいはリーディングエッジ３．８および／またはトレーリングエッジ３．９から所定の距離ｄのところから、回転軸Ｘに対して平行に延在することができる。実際の試験では、溝筋のこの配向により、マージンの耐摩耗性が大幅に向上することが示されている。

【0025】

一代替形態（図示せず）によれば、テクスチャ付き領域は、エッジ４から２００μｍの位置から、マージンに沿って延在する。つまり、テクスチャ付き領域は、エッジ４とドリル装置の後方部との間のある位置を起点とする。一代替形態によれば、テクスチャ付き領域は、エッジ４とエッジ４から２００μｍのところとの間のある位置を起点とする。たとえば、テクスチャ付き領域は、エッジから０～１００μｍのある位置を起点とし、ドリル装置の後方部に向かう方向で、マージンに沿って延在する。

【0026】

図８には、図７ａまたは図７ｂの幅Ｗに対して垂直に見た、溝筋６．１の概略断面図が示してある。このように、マージン３．３に形成される各溝筋６．１は、マージン材料の凸部６．２によって隔てられる。溝筋６．１は、深さＺ、ならびに上幅ＴＷおよび下幅ＢＷを有する。溝筋６．１は、上幅ＴＷが下幅ＢＷよりも大きくなるように、マージンに形成される。凸部６．２は、隣り合う２つの溝筋６．１を分割する上表面６．３を有する。図８では、溝筋６．１および凸部６．３は、互いに反転した切頭円錐として示してある。しかし、実際には溝筋および凸部の形状はより複雑であり、半径を含む。溝筋６．１は、溝筋６．１と凸部６．２が周期Ｐで繰り返されるように、ドリル装置の表面に形成される。周期Ｐは、ある凸部６．２の上表面６．３の端部から、隣り合う溝筋６．１をまたぎ、次の凸部６．２の端部表面６．３の対応する端部までで決まる。溝筋の上幅と周期の間の関係は、ＴＷ≦Ｐであるべきである。周期Ｐ、溝筋の上幅ＴＷ、および溝筋６．１の深さＺは、テクスチャ付き領域６によってもたらされる耐摩耗性に影響する。周期Ｐは、Ｐの間隔＝１０～３００μｍで選択されることが好ましく、Ｐ＝２０～７０μｍ、または２０～３０μｍであることがより好ましい。上幅ＴＷは間隔ＴＷ＝１０～３００μｍで選択されることが好ましく、ＴＷ＝２０～５０μｍであることがより好ましい。深さＺは間隔Ｚ＝１～５０μｍで選択されることが好ましく、Ｚ＝２～７μｍ、または２～５μｍであることがより好ましい。一例によれば、Ｐ＝５０μｍ、Ｗ＝３０μｍ、Ｚ＝４μｍである。一例によれば、Ｐ＝２５μｍ、ＴＷ＝２５μｍ、Ｚ＝６μｍである。一例によれば、Ｐ＝２５μｍ、ＴＷ＝２５μｍ、Ｚ＝３μｍである。

【0027】

図９ａには、ドリル装置１のマージン３．３と逃げ面２．１の間のエッジ４の側面図が示してある。顕微鏡的な視点で見ると、エッジ４は、マージン３．３と逃げ面２．１を接合する半径Ｒをもつ。図９ｂには、図７ａの正面投影図が概略的に示してある。半径Ｒは、２本の破線の間の領域として示してある。このように、テクスチャ付き領域６の溝筋６．１は、半径Ｒとマージン６．３の境界から延在してもよく、半径Ｒから延在してもよく、半径Ｒと逃げ面２．１の境界から延在してもよい。図９ｂには、テクスチャ付き領域が逃げ面２．１からエッジ４を越え、マージン３．３に沿ってドリルボディの後方部の方向に延在する、本開示の第３の代替形態も示してある。これは、右端の溝筋６．１によって概略的に示してある。

【0028】

テクスチャ付き領域は、マージンに沿ってエッジ４へと延在することが好ましい。実際の試験では、この構成により、マージンの耐摩耗性が大幅に向上することが示されている。

【0029】

テクスチャ付き領域は、レーザービームによって付けることができる。レーザービームは、マージンに沿ってエッジ４の方向に動かされることが好ましい。これの利点は、レーザービームがエッジ４の湾曲部に到達したとき、マージンの表面との焦点が合わなくなり、溝筋の形成が止まるということである。これにより、マージンに沿ってエッジ４へと延在する溝筋のテクスチャ付き領域を、容易かつ効果的に形成することが可能になる。

【0030】

特定の実施形態を詳細に開示してきたが、これは単に説明の目的でなされており、限定的なものではない。具体的には、添付の特許請求の範囲に記載の範囲内で、種々の置換、変更および修正を加えてもよいことが企図されている。

【0031】

たとえば、これまで本明細書では、細長い溝筋の２つの代替形態を参照して、テクスチャ付き領域を説明してきた。しかし、テクスチャ付き領域の凹部は、異なる構成および配向を有してもよいことを理解されたい。たとえば、テクスチャ付き領域は、マージンに沿った方向とマージンを横切る方向の両方において所定の周期で分布する、複数の独立した凹部を備えてもよい。連続的な溝筋の他の設計も予見することができる。たとえば、サインカーブの形で延在する溝筋。

【0032】

さらに、本明細書では特定の用語が用いられる場合があるが、これらは単に一般的かつ記述の意味で使用されており、限定を目的としない。最後に、特許請求の範囲での参照符号は、単に明確にするための例として提供されており、いかなる形でも、特許請求の範囲に記載の範囲を限定すると解釈されるべきではない。

【実施例】

【0033】

これ以降、実施例を参照して、本開示によるドリル装置を説明する。

【0034】

準備
ねじれ角が２５°の複数の８７０－１４００－１４－ＭＭ（グレードＧＣ２２３４）交換可能ドリル先端インサートを、以下の説明によるテクスチャ付き領域で準備した。

【0035】

８４．７４ｗｔ％がＷＣ、１．５６ｗｔ％がＣｒ_３Ｃ_２、０．０２ｗｔ％がＴｉＣ、残りがＣｏである組成をもつ、ドリル先端インサートの基材を準備した。ドリル先端インサートの基材を、ＰＶＤで付けた厚み２μｍのＴｉＡｌＮコーティングでコーティングして、ドリル先端インサートを形成した。ＧＣ２２３４交換可能ドリル先端インサートは、Ｓａｎｄｖｉｋ Ｃｏｒｏｍａｎｔ ＡＢ社から市販されている。ドリル先端インサートにコーティングを施す前に、ドリル先端インサートのマージンにテクスチャ付き領域を設けた。ドリル先端インサートを３つの群に分けた。各群を２つの組に分け、これら２つの組は、この後２つの別々の機械加工試験（ＤＰ１およびＤＰ２）にかけた。テクスチャなしのドリル先端インサートの第１の比較群も準備した。テストに先立ち、工具鋼で作成したドリル先端ホルダーにドリル先端インサートを取り付けた。

【0036】

ドリル先端インサートの第１の群（１５ＵＢ０８）には、マージンのリーディングエッジに対して平行に延在する細長い溝筋を備えたテクスチャ付き領域を設けた。

【0037】

ドリル先端インサートの第２の群（１５ＵＢ０６）にも、マージンのリーディングエッジに対して平行に延在する細長い溝筋を備えたテクスチャ付き領域を設けた。１５ＵＢ０６の溝筋は、１５ＵＢ０８の溝筋と同じ幅、深さ、およびポジショニングのものであった。しかし、溝筋間の距離（すなわち周期）は１５ＵＢ０８の半分だった。

【0038】

ドリル先端インサートの第３の群（１５ＵＢ０７）には、ドリル装置の回転軸に対して平行に延在する細長い溝筋を備えたテクスチャ付き領域を設けた。

【0039】

ドリル先端インサートにテクスチャを生み出すのに使用したレーザーは、Ｃｏｈｅｒｅｎｔによって製造されているＴａｌｉｓｋｅｒ Ｕｌｔｒａレーザー（ダイオード励起ＹＡＧ）備えたＬＭＩ（Ｐｒｅｃｏ）のピコ秒レーザーシステムであった。レーザー溝筋の目標値、およびこれら３つの群でのレーザー設定を以下に示す。

【0040】

レーザー溝筋の目標値を以下の表１に示す。

【0041】

各群でのレーザー設定を以下の表２に示す。

【0042】

テクスチャ付き領域の位置は、摩耗が発生する領域をカバーするように選択し、溝筋は、マージン表面と逃げ面が交わるエッジを横切るように延ばした。エッジの辺縁に近い表面に、またマージンの後方に向かってテクスチャを付けることを意図した。マージンは螺旋を形成する表面を有するので、焦点の高さが変動することになり、それにより、マージンに沿ったテクスチャリング距離の限界が設定されるので、テクスチャ付き領域のサイズは、ドリル先端の曲率によって決まる。テクスチャ付き領域の長さは約２ｍｍであり、これはマージンの全長の約２０％である。倍率が低いことにより（ＬＯＭ）、また傾斜した位置では距離がより大きく示されることにより（ＳＥＭ）、テクスチャ付き領域の幅は、ＬＯＭまたはＳＥＭ画像を使用して測定することが困難であった。マージンの総幅は０．７０２ｍｍであり、全幅０．７ｍｍをテクスチャ付けするという目標に、完全には届かなかった。

【0043】

図１０ａには、高倍率での１５ＵＢ０６のＳＥＭ分析が示してある。図１０ｂには１５ＵＢ０７が示してあり、図１０ｃには１５ＵＢ０８が示してある。

【0044】

図１１ａ～図１１ｃには、各サンプル群１５ＵＢ０６、１５ＵＢ０７および１５ＵＢ０８のドリル先端のテクスチャ付き領域での、溝筋のプロファイルが示してある。

【0045】

各サンプル群のレーザートレンチおよびテクスチャ付き領域のサイズの数値結果が、以下の表３に示してある。

【0046】

テスト
ドリル先端を、非合金鋼Ｓ２３５ＪＲ＋Ｎ（Ｌｉｖａｌｌｃｏ Ｓｔａｌ ＡＢ）での貫通孔の穿孔でテストした。テスト中、５０番目～１００番目の穴ごとにＬＯＭ画像を撮り、摩耗を測定した。３つの異なる中止基準（ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｃｒｉｔｅｒｉａ）を設定した。
１）フランク摩耗（ＦＷ）＞０．２５ｍｍ
２）チッピング（ＣＨ）＞０．２５ｍｍ
３）第１逃げ面（ｐｒｉｍａｒｙ ｃｌｅａｒａｎｃｅ）に向かって、上方エッジ全体に及ぶマージン摩耗

【0047】

テスト用の切削パラメータが、表４に示してある。

【0048】

ドリル先端インサートの２つの組は、別々の機械加工試験（ＤＰ１およびＤＰ２）を受けた。比較のために、各機械加工試験にはテクスチャなしのドリル先端インサートも含めた。

【0049】

テクスチャなしの比較対象物と比較して、テクスチャ付きの変形体１５ＵＢ０７および１５ＵＢ０８は、著しく摩耗が少なかった。１５ＵＢ０６は機能に問題があり、ＤＰ１ではひどい騒音およびチッピングがあり、ＤＰ２では破損した。１５ＵＢ０７および１５ＵＢ０８と同じ耐摩耗性の改善も示さなかった。すべてのテクスチャ付き変形体は、フランク面に近いコーナおよび上方エッジにおいて脆さを示し、そこはマージンの他の部分よりも早く摩耗する。また、１５ＵＢ０７および１５ＵＢ０８において、マージンのリーディングエッジに最も近い領域では、基材が見える。これはおそらく、レーザーの軌道がこの領域をカバーしなかったためである。

【0050】

テストしたすべての変形体について、工具寿命を記録した。表５には、テストした変形体の工具寿命が示してある。表５では、以下の略語を使用する。
Ｍｗ＝フランク面に向かって上方エッジ全体に及ぶマージン摩耗
ＣＨ（Ｃ）＝コーナのチッピング
ＣＨ（ＳＥ）＝マージンのリーディングエッジのチッピング
ＦＷ＝フランク摩耗

【0051】

変形体１５ＵＢ０６は、ひどい騒音および振動を含めた機能的な問題を伴う最低の性能を示し、ＤＰ１では早い段階でのチッピングが生じ、ＤＰ２では工具の破損が起きた。テクスチャなしの比較対象物（ＲＥＦ ＬＡＳＥＲ）と比較して、１５ＵＢ０７と１５ＵＢ０８はどちらも、工具寿命の延長を示している。工具寿命の延長は、主に２つの理由から、マージンの耐摩耗性の改善ほど好適ではない。
１）このテストでは、穴５５０個あたりで、フランク摩耗が工具寿命に影響を及ぼし始める。
２）コーナおよび２次エッジ（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｅｄｇｅ）は、マージンの他の部分に比べて依然としてかなり高い摩耗率を示す。

【0052】

顕微鏡検査
また、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）によってドリル先端を検査した。

【0053】

図１２ａ～図１２ｃには、ＤＰ１での工具寿命の最後での、ドリル先端１５ＵＢ０６、１５ＵＢ０７、１５ＵＢ０８のＳＥＭ画像が示してある。図１２ａ（１５ＵＢ０６）では工具寿命は穴４００個であり、図１２ｂ（１５ＵＢ０７）では工具寿命は穴５００個であり、図１２ｃ（１５ＵＢ０７）では工具寿命は穴５５０個であった。図１３ａおよび図１３ｂには、ＤＰ２での工具寿命の最後での、ドリル先端１５ＵＢ０７および１５ＵＢ０８のＳＥＭ画像が示してある。図１３ａ（１５ＵＢ０７）では工具寿命は穴４５０個であり、図１３ｂ（１５ＵＢ０８）では工具寿命は穴４５０個であった。比較として、図１４ｂには、工具寿命が穴４５０個である、ＤＰ１でのテクスチャなしのドリル先端（図１４ａを参照）のＳＥＭ画像が示してあり、図１４ｃには、工具寿命が穴３５０個である、ＤＰ２でのテクスチャなしのドリル先端が示してある。

【0054】

テクスチャ付きのドリルのほうが長く動作しているにもかかわらず、テクスチャなしのドリル先端とテクスチャ付きのドリル先端の間には、マージン摩耗において大きな差があることが、ＳＥＭ画像から明らかである。凹部の配向が工具寿命に大きく影響することも明らかである。ドリル（１５ＵＢ０８）の長手方向回転軸（Ｘ）に対して平行な配向が、最も長い工具寿命を示した。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7a】

【図7b】

【図8】

【図9a】

【図9b】

【図10a】

【図10b】

【図10c】

【図11a】

【図11b】

【図11c】

【図12a】

【図12b】

【図12c】

【図13a】

【図13b】

【図14a】

【図14b】

【図14c】