JP2000507164A - 細長い回転工具をホーニングする装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鋭い切削刃（３０）を呈する細長い回転工具（２２）を処理する方法及び装置が記載される。方法は、流体内に同伴された研磨グリットを含む研磨流体ストリームをノズル（６０）から圧力下で射出するステップと、研磨流体ストリームを細長い回転工具（２２）の鋭い切削刃（３０）に対して所定の時間衝突させて、鋭い切削刃（３０）を比較的均一にホーニングされた刃に変化させるステップと、を含む。装置（５０）は、細長い回転工具（２２）を解放可能に保持する回転可能な取付具（５４）を含む。ノズル（６０）は研磨ストリームを圧力下で射出する。ノズル（６０）と細長い回転工具（２２）とは比較的動くことができるため、研磨ストリームは鋭い切削刃（３０）の全長に衝突する。

Description

【発明の詳細な説明】 細長い回転工具をホーニングする装置及び方法 背景 本発明は、鋭い切削刃を呈する細長い回転工具を処理する方法、鋭い切削刃を 呈する細長い回転工具を処理する装置及び本発明の方法によって処理される切削 刃を備えた細長い回転工具に関する。 特に、本発明は、鋭い切削刃を呈する超硬合金の細長い回転工具（ドリル等） をホーニングする方法、鋭い切削刃を呈する超硬合金の細長い回転工具（ドリル 等）をホーニングする装置及び本発明の方法によってホーニングされる切削刃を 備えた超硬合金の細長い回転工具（ドリル等）に関する。 今まで、コバルト入タングステン超硬合金等の超硬合金製のドリル、エンドミ ル、ホブまたはリーマ等の鋭い切削刃を呈する細長い回転工具を製造するにあた って、研削したままの面に衝突し、ブラシで鋭い切削刃をホーニングしなければ ならなかった。典型的なブラシは、１２０グリット（平均粒径約１４２マイクロ メートル（μm））の炭化ケイ素粒子を含浸したナイロン製フィラメントであり 、フィラメントの組成物は約３０重量％の炭化ケイ素である。ブラシは速度約７ ５０rpmで回転し、選択された面及び鋭い切削刃に約１５秒間衝突する。しかし 、ブラシ処理法を使用して研削したままの面に衝突し、細長い回転工具の１つの 鋭い切削刃（または複数の刃先）をホーニングするブラシ処理法の使用には、数 多くの欠点がある。 ブラシ処理法自体の欠点の１つは、細長い回転工具にブラシをかけるのに必要 なステップの数である。物理的操作を通してのみ、ブラシは、細長い回転工具の 決まっている刃先を含む様々な面に衝突する。ドリルの場合、ブラシは、軸方向 前切削刃、側切削刃、研削したままの軸方向前面及び可能であれば溝の刃に衝突 しなければならない。これらの刃先及び面は異なる向きを向いているため、ホー ニング操作を完了するためには少なくとも数ステップが必要である。処理するた めに数ステップを使用しなければならないため、ブラシ処理法のコストが上がり 、 ブラシ処理法に関連する効率が減少する。この欠点に鑑みて、コストを下げ、方 法に関連する効率を上げるように最小数のステップを含むような、鋭い切削刃を 呈する細長い回転工具をホーニングする方法を提供することが望まれる。 ブラシ処理法に関する別の欠点は、細長い回転工具は、細長い回転工具の面に わたって一貫した開先加工すなわち刃の状態を有する軸方向前切削刃を呈さない ということである。例えば、直径方向両側の軸方向前切削刃をブラシ処理法で処 理するドリルの場合、これらの切削刃に一貫した開先加工はない。さらに具体的 には、面粗さは、壊れた刃またはかけた刃の存在同様、切削刃の間で一貫してい ない。ドリル等の細長い回転工具が一貫しない軸方向前切削刃を有する場合、ド リルは、切削動作すなわちドリル動作の間、その長手方向軸の周りを揺れる傾向 がある。ドリルの間にこの揺れが存在する結果、穴（またはボア）が偏心になる かまたは形状または断面が長円形になるため、円形性が失われる。 ブラシ処理法に関する別の欠点は、細長い回転工具の開先加工は仕様書内にあ るが、切削刃の全長に沿ってある程度の非一貫性を呈することである。例えば、 切削刃の一方の長さは一方の方向の公称パラメータから最大逸脱となり、切削刃 の他の一方の長さは他方の方向の公称パラメータから最大逸脱となる。切削刃に 沿った各位置は指定のパラメータ内にあるが、切削刃の全長に沿った公称パラメ ータからのこの変動の程度によって、例えば、切削動作中のドリルの揺れ等、細 長い回転工具の最適性能がより低くなる結果となる。 ブラシ処理法によって処理される細長い回転工具、例えば、ドリルに関する別 の欠点は、精密ドリル用途で発生する。このタイプの用途では、結果として生じ る穴またはボアは本質的にその丸さを維持する一方、ドリルの公称パラメータか らの逸脱のため、依然として、公称パラメータから逸脱する。精密ドリル用途に おいて、穴またはボアがその円形性を失う可能性があるため、公称パラメータか らのいずれの逸脱も望ましくない。 ブラシ処理法による開先加工の非一貫性または切削刃の公称パラメータからの 逸脱の程度に関する上記欠点は、ブラシ処理法に対する改良が望ましいことを示 す。特に、細長い回転工具の面に及ぶ軸方向前切削刃の場合、一貫した開先加工 を有するホーニングされた切削刃を細長い回転工具が呈するように、細長い回転 工具をホーニングする方法、及びその方法を実行する装置及び結果として得られ る細長い回転工具を提供することが望ましい。特に精密切削用途に関して、満足 のいく円形を備えた穴またはボアを作るように、結果として得られる細長い回転 工具を使用する切削方法を提供することも望ましい。 ブラシ処理法に関するさらに別の欠点は、ドリル等の細長い回転工具をホーニ ングした後、ドリルの外径を規定する面（または側刃）とドリルの軸方向前切削 刃との間の交線が過度にホーニングされることである。ホーニングの程度が大き すぎ、この交線を「過剰ホーニング」する場合が多い。この交線でホーニングの サイズ（または程度）に関する仕様を超えることによって、切削刃は丸みを帯び 、すなわち、鋭さを失う。切削刃が丸みを帯びた結果（すなわち、この面と軸方 向前切削刃との間の接合点で鋭い刃を失った結果）、ドリルは最適な切削能力を 有することができず、「過剰ホーニング」されたドリルを使用してドリルするた めに追加の圧力すなわち力が必要であった。追加の力を使用することにより、ド リルの有用年数が短くなる傾向がある。 ブラシ処理法に関する別の欠点は、ドリル等の細長い回転工具の前進（または ノーズ）切削刃が過剰な丸みを帯びることである。前切削刃の過剰丸みが存在す ることにより、ドリルの切削能力が低下するという結果になる。過剰にホーニン グされた状態と同様、前切削刃が丸みを帯びたドリルを適切に作動するためには 追加の圧力が必要となるため、ドリルの有用年数が短くなる傾向がある。 細長い回転工具の過剰ホーニング及び前切削刃の丸みに関する欠点は、ホーニ ング処理の間に細長い回転工具が過剰ホーニングされず前切削刃が過剰に丸みを 帯びないように、細長い回転工具をホーニングする方法、及びその方法を実行す る装置及び結果として得られる細長い回転工具を提供することが望ましいことを 示す。 ブラシ処理法に関する別の欠点は、細長い回転工具の研削したままの表面（面 ）の研削痕を除去できないことである。これらの研削痕は、軸方向前表面及び切 削刃を形成する当初研削操作の結果である。ブラシ処理法は、これらの研削痕を 排除せず、細長い回転工具の表面に多くの研削痕を残す。各研削痕は応力集中部 を表す。各応力集中部は、細長い回転工具がチッピングのためドリルの有用年 数を短くする可能性を上昇させる。この欠点によって、細長い回転工具の研削し たままの表面の研削痕の形態の応力集中部を（本質的に排除するのでなければ） 大幅に削減するような、細長い回転工具をホーニングする方法、及びその方法を 実行する装置及び結果として得られる細長い回転工具を提供することが望ましい ことが明らかになる。研削痕の大幅な削減または排除でさえ、細長い回転工具の 有用年数が長くなる可能性を増大する。 以前の特許文書は、研磨剤が工作物の表面に衝突する様々な方法及び構造物を 開示している。しかし、例えば、ドリル、エンドミル、ホブまたはリーマ等の鋭 い切削刃を呈する細長い回転工具を処理するまたはホーニングする方法または装 置を論じた特許文書はない。従って、これらの特許文書が一般な方法でこの技術 を述べていても、上述の欠点に対してはいかなる解決も与えていない。これらの 特許文書について下記に簡単に記載する。 特許文書を参照すると、アッシュワース（Ashworth）らに付与された英国特許 第１，１８４，０５２号には、鋳造されてメッキ前に機械加工された合金ピスト ンの錫メッキを排除することができる方法が示されている。この方法は、機械加 工したピストンを研磨剤で湿式ブラスチングすることを提供する。研磨剤を湿式 噴射して作られた表面は、擦り傷を受けず、研磨された表面の減摩性を改良する 。 フォレイ（Foley）に付与された米国特許第５，３４１，６０２号には、ター ビンブレード等の複合部分から金属素材を除去するスラリー磨き法が示される。 この６０２号特許には、高圧スラリーをタービンブレード表面に沿って屈曲させ 、金属素材を一貫して除去し、それによって、ばらついた金属除去を正すために 手で混ぜ合わせたり追加のスラリー磨きをする必要性を低減する構造物が記載さ れている。 オーノ（Ohno）に付与された米国特許第４，２８０，３０２号は、工作物を研 削するのに砥石粒子を使用する構造物に関する。この構造物は、工作物を回転さ せ、また上方及び下方へも動かして、工作物の必要な研削を達成する。 フィールド（Field）に付与された英国特許第１，２３６，２０５号は、チュ ーブ内のボアの表面をスラリー研磨する方法に関する。研磨剤及び液体からなる スラリーは、圧縮ガスによってチューブのボアに沿って進められ、それによって チ ューブのボアの表面に衝突する。その結果、ボア表面は指定の範囲内の仕上げを 有する。 アッシュワース（Ashworth）に付与された英国特許第１，２６６，１４０号は 、工作物の表面を処理するスラリーの研磨剤の使用を述べている。より具体的に は、この特許は、工作物の周りにエンクロージャを配置し、エンクロージャに吸 引をかけて、一次空気の流れをエンクロージャ内に誘引し、一次空気の流れ内に 研磨剤及び液体からなるスラリーを同伴し、研磨剤及び液体のスラリーを工作物 の表面に対して方向づけて、スラリーを除去することが行なわれる。この方法は 、乾式研磨よりも穏やかな研磨方法を提供すると思われる。 スターンズ（Sterns）に付与された米国特許第２，４９７，０２１号には、ス プレースラリーを使用して研削またはホーニングする構造物が示される。構造物 は、螺旋状通路付き円筒形部材を使用して、研磨材スラリーが工作物へ流れるの を調節する。 バルマン（Balman）に付与された米国特許第３，０３９，２３４号には、研磨 剤流体を通路内を往復させることによって通路の内部表面をホーニングするのに 使用される構造物が示される。 ミニア（Minear）らに付与された米国特許第３，８０２，１２８号は、構造物 を介して研磨粒子を押し出すことによって工作物から金属を除去する構造物に関 する。研磨粒子は工作物に機械的に接触し、そこから金属を除去する。 ササオ（Sasao）らに付与された米国特許第４，６８７，１４２号には、研磨 流体を表面に対して方向づけることによって燃料排出ポートの内部通路をホーニ ングする構造物が示される。研磨流体は、弁座を滑らかにし、排出ポートと弁座 との交点に丸みを付ける。 ジャミソン（Jamison）らに付与された米国特許第４，２０３，２５７号には 、印刷回路ボード内に穴をドリルし次に研磨剤スラリーで穴を清掃する方法が示 される。 ブラシ処理法は、全体的に適切な性能を有する硬部材を製造したが、ブラシ処 理法に関する欠点の上述の記載及びこれらの欠点を述べている特許文書がないこ とにより、鋭い切削刃を備えた硬部材を処理またはホーニングするには改良の余 地があることは明らかである。 発明の開示 最小数のステップを具備する、鋭い切削刃を呈する細長い回転工具をホーニン グする改良された方法を提供することが本発明の目的である。 細長い回転工具が一貫した開先加工を有するホーニングされた切削刃を呈する ように、鋭い切削刃を呈する細長い回転工具をホーニングする改良された方法、 及びその方法を実行する装置及び結果として得られる細長い回転工具を提供する ことが本発明の別の目的である。 前進切削刃と側部切削刃との接合部が過剰ホーニングされずに鋭いように、鋭 い切削刃を呈する細長い回転工具をホーニングする改良された方法及び細長い回 転工具を提供することが本発明の目的である。 最後に、細長い回転工具の面が応力集中部として機能する研削痕を有さないよ うに、鋭い切削刃を呈する細長い回転工具をホーニングする改良された方法、及 びその方法を実行する装置及び細長い回転工具を提供することが本発明の別の目 的である。 本発明の１つの態様において、本発明は鋭い切削刃を呈する細長い回転工具を 処理する方法である。方法は、流体内に同伴された研磨グリットを含む研磨流体 ストリームをノズルアセンブリから圧力下で射出するステップと、研磨流体スト リームを細長い回転工具の鋭い切削刃に対して所定の時間衝突させて、鋭い切削 刃を比較的均一にホーニングされた刃先に変化させるステップと、を含む。 本発明の別の態様において、本発明は鋭い切削刃を呈する細長い回転工具を処 理する装置である。装置は、細長い回転工具を解放可能に保持する取付具と、研 磨スラリー源と連通して研磨ストリームを圧力下で射出することができるノズル アセンブリとを具備する。ノズルアセンブリと細長い回転工具とは互いに対して 動くことができるため、研磨ストリームの射出の間に研磨ストリームは鋭い切削 刃の全長に衝突し、鋭い切削刃を比較的均一にホーニングされた切削刃に変化さ せる。 本発明のさらに別の態様において、本発明は、流体内に同伴された研磨グリッ トを含む研磨流体ストリームをノズルアセンブリから圧力下で射出するステップ と、研磨流体ストリームを細長い回転工具の鋭い切削刃に対して所定の時間衝突 させて、鋭い切削刃を比較的均一にホーニングされた切削刃に変化させるステッ プと、を含む方法によって作られた比較的均一にホーニングされた切削刃を有す る細長い回転工具である。 図面の簡単な説明 下記は、本特許出願の一部を形成する図面の簡単な説明である。 図１は、従来の技術のブラシホーニング方法によって処理された従来の技術の ドリルの上面図である。 図２は、従来の技術のブラシホーニング方法によって処理された従来の技術の ドリルの側面図である。 図２Ａは、ここの図２に示す特定の実施の形態の軸方向前切削刃と側刃との接 合部の拡大図である。 図３は、硬部材の鋭い刃をホーニングする装置の特定の実施の形態の概略斜視 図であり、エンクロージャの一部は装置の構成部品を見せるために除去してある 。 図４は、本発明の方法によって処理される本発明の特定の実施の形態の上面図 である。 図５は、本発明の方法によって処理される本発明の特定の実施の形態の側面図 である。 図５Ａは、図５に示す特定の実施の形態の軸方向前切削刃と側刃との接合部の 拡大図である。 図６は、ブラシ処理法で処理されたタングステン超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）ドリ ルの軸方向前端の写真である（写真の左下隅にある白色縮尺表示は約１ミリメー トル（mm）に等しいため、倍率は約１２倍である）。 図７は、図６のタングステン超硬合金ドリルの軸方向前端の側部からの写真で ある（写真の左下隅にある白色縮尺表示は約１．６mmに等しいため、倍率は約７ ．５倍である）。 図８は、図６のタングステン超硬合金ドリルの軸方向前端の側部からの写真で ある（写真の左下隅にある白色縮尺表示は約０．２３mmに等しいため、倍率は約 ５６倍である）。 図９は、図６のタングステン超硬合金ドリルの軸方向前端の上部からの写真で ある（写真の左下隅にある白色縮尺表示は約０．２８mmに等しいため、倍率は約 ４６倍である）。 図１０は、本発明の方法で処理されたタングステン超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）ド リルの軸方向前端の上部から撮った写真である（写真の左下隅にある白色縮尺表 示は約１．１mmに等しいため、倍率は約１２倍である）。 図１１は、図１０のタングステン超硬合金ドリルの軸方向前端の側部からの写 真である（写真の右下隅にある白色縮尺表示は約１．７mmに等しいため、倍率は 約９倍である）。 図１２は、図１０のタングステン超硬合金ドリルの軸方向前端の側部からの写 真である（写真の左下隅にある白色縮尺表示は約０．２５mmに等しいため、倍率 は約５４倍である）。 図１３は、図１０のタングステン超硬合金ドリルの軸方向前端の上部からの写 真である（写真の左下隅にある白色縮尺表示は約０．２８mmに等しいため、倍率 は約４３倍である）。 好適な実施の形態の詳細な説明 本発明が提供する意義深い利点を認識するために、出願人は、典型的な従来の 技術の方法、すなわちブラシホーニングによってホーニングされたドリル（コバ ルト入タングステン超硬合金）の構造物を例示する図１、２を示す。出願人は、 ブラシ方法によってホーニングされた炭化タングステンドリルの写真である図６ 〜図９も含める。結果として、図１、２、６〜９は「従来の技術」として識別さ れる。 これらのドリルの性質を参照すると、図面及び写真は、冷却液チャネルを有す る二枚刃型ドリルを例示する。この二枚刃冷却液チャネル型ドリルが切削する典 型的な材料には、炭素鋼、合金鋼及び鋳鋼、高合金鋼、可鍛鋳鉄、ねずみ鋳鉄、 ノジュラー鉄、黄銅及び銅合金が挙げられる。 他の型の細長い回転工具は本発明の範囲内であり、エンドミル、ホブ及びリー マが含まれるがこれらに限定されないことを認識しなければならない。様々な型 のドリルも本発明の範囲内であることを認識しなければならない。これに関して 、他の型のドリルとして、三枚刃型ドリルと、冷却液チャネルを備えない二枚刃 型ドリルとが挙げられるがこれらに限定されない。三枚刃型ドリルは一般に、ね ずみ鋳鉄、ノジュラー鉄、チタン及びその合金、銅合金、マグネシウム合金、練 アルミニウム合金、１０重量％を超えるケイ素を含むアルミニウム合金及び１０ 重量％未満のケイ素を含むアルミニウム合金を切削する。冷却液チャネルを備え ない二枚刃型ドリルは一般に、炭素鋼、合金鋼及び鋳鋼、高合金鋼、可鍛鋳鉄、 ねずみ鋳鉄、ノジュラー鉄、黄銅及び銅合金を切削する。上述の金属材料に加え て、ドリル、エンドミル、ホブ及びリーマを使用して、他の金属材料、ポリマー 材料及びセラミック材料を切削し、それらの組み合わせ（例えば、積層、マクロ 複合材料等）を含むがそれらに限定されず、さらに、例えば、金属マトリックス 複合材料、ポリマーマトリックス複合材料及びセラミックマトリックス複合材料 等のそれらの複合材料を切削することができる。 基板１０に典型的な材料は、コバルト入タングステン超硬合金である。他の典 型的な材料は、単純炭化物または固溶体として現れる他の炭化物（例えば、Ｔａ Ｃ、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＶＣ）を含む炭化タングステン系材料を含む。コバルトの 量は、約０．２重量％〜約２０重量％の範囲でありうるが、より一般的な範囲は 約５重量％〜約１６重量％である。ドリルまたは他の硬部材（例えば、リーマ） に使用される典型的な炭化タングステンコバルト（または炭化タングステン系／ コバルト）複合材料は、下記の組成及びその特性を含む。 組成Ｎｏ．１は、約１１．５重量％のコバルト及びバランス炭化タングステン を含む。組成Ｎｏ．１では、炭化タングステンの平均粒度は約１〜４マイクロメ ートル（μm）、密度約１２，７９０±１００キログラム／立方メートル（kg/m³ ）、ビッカース硬度約１３５０±５０ＨＶ３０、磁気飽和約８６．５％（±７． ３％）ただし、１００％は約２０２マイクロテスラ立方メートル／キログラムコ バルト（μTm³/kg）（約１６０ガウス立方センチメートル／グラムコバルト（ga uss-cm³/gm））、保磁力約１４０±３０エルステッド、及び、横破断強度約２． ２５ギガパスカル（GPa）である。 組成Ｎｏ．２は、約１１．０重量％のコバルト、８．０重量％のＴａ（Ｎｂ） Ｃ、４．０重量％のＴｉＣ及びバランス炭化タングステンを含む。組成Ｎｏ．２ では、炭化タングステンの平均粒度は約１〜８μm、密度約１３，０５０±１０ ０kg/m³、ビッカース硬度約１３８０±５０ＨＶ３０、磁気飽和約８６．４％（ ±７．２％）、保磁力約１７０±１５エルステッド、及び、横破断強度約２．５ GPaである。 組成Ｎｏ．３は、約６．０重量％のコバルト、１．６重量％のＴａ（Ｎｂ）Ｃ 、及びバランス炭化タングステンを含む。組成Ｎｏ．３では、炭化タングステン の平均粒度は約１μm、密度約１４，８５０±５０kg/m³、ビッカース硬度約１６ ９０±５０ＨＶ３０、磁気飽和約８６．６％（±７．４％）、保磁力約２４０± ３０エルステッド、及び、横破断強度約２．６GPaである。 組成Ｎｏ．４は、約９．５重量％のコバルト及びバランス炭化タングステンを 含む。組成Ｎｏ．４では、炭化タングステンの平均粒度は約０．８μm、密度約 １４，５５０±５０kg/m³、ビッカース硬度約１５５０±３０ＨＶ３０、磁気飽 和約８６．５％（±７．３％）、保磁力約２４５±２０エルステッド、及び、横 破断強度約３．６GPaである。 組成Ｎｏ．５は、約８．５重量％のコバルト及びバランス炭化タングステンを 含む。組成Ｎｏ．５では、炭化タングステンの平均粒度は約２．５μm、密度約 １４，７００±１００kg/m³、ビッカース硬度約１４００±３０ＨＶ３０、磁気 飽和約８６．８％（±７．６％）、保磁力約１５０±２０エルステッド、及び、 横破断強度約３．０GPaである。 組成Ｎｏ．６は、約９．０±０．４重量％のコバルト、Ｔａ（Ｎｂ）Ｃの形態 で約０．３〜０．５重量％のタンタル及び約０．２重量％以下のニオブ、ＴｉＣ の形態で約０．４重量％以下のチタン及びバランス炭化タングステンを含む。組 成Ｎｏ．６では、炭化タングステンの平均粒度は約１〜１０μm、密度約１４， ４５０±１５０kg/m³、ロックウェルＡ硬度約８９．５±０．６、磁気飽和約９ ３％（±５％）、保磁力約１３０±３０エルステッド、及び、横破断強度約２． ４GPaである。 組成Ｎｏ．７は、約１０．３±０．３重量％のコバルト、Ｔａ（Ｎｂ）Ｃの形 態で約５．２±０．５重量％のタンタル及び約３．４±０．４重量％のニオブ、 ＴｉＣの形態で約３．４±０．４重量％のチタン及びバランス炭化タングステン を含む。組成Ｎｏ．７では、炭化タングステンの平均粒度は約１〜６μm、多ボ ア度Ａ０６、Ｂ００、Ｃ００（「超硬合金における見掛け多ボア度のための標準 テスト方法」という題名のＡＳＴＭ表示Ｂ２７６−８６による）、密度約１２， ９００±２００kg/m³、ロックウェルＡ硬度約９１±０．３ＨＶ３０、磁気飽和 約８０〜約１００％、保磁力約１６０±２０エルステッド、及び、横破断強度約 ２．４GPaである。 組成Ｎｏ．８は、約１１．５±０．５重量％のコバルト、Ｔａ（Ｎｂ）Ｃの形 態で約１．９±０．７重量％のタンタル及び約０．４±０．２重量％のニオブ、 ＴｉＣの形態で約０．４重量％以下のチタン及びバランス炭化タングステンを含 む。組成Ｎｏ．８では、炭化タングステンの平均粒度は約１〜６μm、多ボア度 約Ａ０６、Ｂ００、Ｃ００（ＡＳＴＭ表示Ｂ２７６−８６による）、密度約１４ ，２００±２００kg/m³、ロックウェルＡ硬度約８９．８±０．４、磁気飽和約 ９３％（±５％）、保磁力約１６０±２５エルステッド、及び、横破断強度約２ ．８GPaである。 組成Ｎｏ．９は、約１０．０±０．３重量％のコバルト、Ｔａ（Ｎｂ）Ｃの形 態で約０．１重量％以下のタンタル及び約０．１重量％のニオブ、ＴｉＣの形態 で約０．１重量％以下のチタン、炭化バナジウムの形態で約０．２±０．１重量 ％のバナジウム及びバランス炭化タングステンを含む。組成Ｎｏ．９では、炭化 タングステンの平均粒度は約１μm未満、多ボア度約Ａ０６、Ｂ０１、Ｃ００（ ＡＳＴＭ表示Ｂ２７６−８６による）、密度約１４，５００±１００kg/m³、ロ ックウェルＡ硬度約９２．２±０．７、磁気飽和約８９％（±９％）、保磁力約 ３００±５０エルステッド、及び、横破断強度約３．１GPaである。 組成Ｎｏ．１０は、約１５．０±０．３重量％のコバルト、Ｔａ（Ｎｂ）Ｃの 形態で約０．１重量％以下のタンタル及び約０．１重量％のニオブ、ＴｉＣの形 態で約０．１重量％以下のチタン、炭化バナジウムの形態で約０．３±０．１重 量％のバナジウム及びバランス炭化タングステンを含む。組成Ｎｏ．１０では、 炭化タングステンの平均粒度は約１μm未満、多ボア度Ａ０６、Ｂ０１、Ｃ００ （ＡＳＴＭ表示Ｂ２７６−８６による）、密度約１３，９００±１００kg/m³、 ロックウェルＡ硬度約９１．４±０．４、磁気飽和約８４％（±４％）、保磁力 約３００±２０エルステッド、及び、横破断強度約３．５GPaである。 他の結合剤を使用してもよいことを認識しなければならない。コバルト及びコ バルト合金の他に、適切な金属結合剤として、ニッケル、ニッケル合金、鉄、鉄 合金及び上述の材料（すなわち、コバルト、コバルト合金、ニッケル、ニッケル 合金、鉄及び／または鉄合金）のいずれかの組み合わせが挙げられる。 ブラシホーニングでは、回転するマルチフィラメントブラシが、研削したまま の軸方向前面を含むドリルの選択された面に衝突する。研削したままの軸方向前 面は研削痕を含み、明らかになるように、ブラシ処理法は全ての研削痕を除去す るわけではない。ブラシはドリルの鋭い切削刃にも衝突して、ドリルの鋭い切削 刃をホーニングする。図１、２、６〜９のタングステン超硬合金ドリルは下記の 方法で処理された。フィラメントは炭化ケイ素含浸ナイロン製であり、炭化ケイ 素量は約３０重量％であった。炭化ケイ素は、約１２０グリット炭化ケイ素粒子 （平均粒径約１４２μm）の形態であった。回転速度は約７５０rpmであり、衝突 持続時間は約１５秒であった。 図１、２及び図６〜９を参照すると、これらの図面及び写真は、概略的に２０ で示される二枚刃ドリル（冷却液通路付）の構造を示し、従来の技術のブラシ処 理法によってホーニングされた。図１から明らかなように、ドリル２０のＳ字型 ノーズ２２は従来の技術の方法によって丸みを帯びている。これに関して、図６ もＳ字型ノーズのこの丸みを示す。 さらに、ドリル２０の弧状前面２６に研削痕２４がある。これらの研削痕は、 研削機による尖端形成に係わる処理の結果である。より具体的には、研削痕はド リルのノーズ型を正確に研削するのに使用されたダイヤモンドホイールによって つけられた。ブラシ処理法はすべての研削痕を除去するわけではないため、研削 痕は残る。これらの研削痕２４は、弧状前面２６の全長にわたって延在する。図 ９は、これらの研削痕の存在をはっきりと示す。図面及び写真から明らかなよう に、従来の技術のドリルの面には多くの研削痕がある。各研削痕は、応力集中部 を構成し、チッピングのためドリルの有用年数を短くする可能性を上昇させる。 図２、２Ａから明らかなように、ドリル２０の長手方向軸ａ−ａに対して角度 配向を有する、ドリル２０の外径を規定する面３２とノーズ切削刃３４との交線 （または接合部）３０は過剰ホーニングされる。過剰ホーニング状態の存在は、 図７、８でさらにはっきりと示される。言い換えると、ブラシ処理法は、交線３ ０からは指定された以上の材料を除去し、すなわち、交線は過剰ホーニングされ た。結果として、適切な方法で切削するようにドリルを操作するのにより大きな 力または圧力が必要となる。そのようなより大きな力を使用すると、ドリルの有 用年数は一般に短くなる。 本発明の装置の特定の実施の形態の図面（図３）を参照すると、この図は、鋭 い切削刃を呈するドリル（硬部材）を研磨流体ストリームで処理（またはホーニ ング）する装置の１つの特定の実施の形態の図（一部斜視図および一部概略図） である。特定のホーニング装置は概略的に５０で示される。ホーニング装置５０ は、エンクロージャ５２を含み、図３はその一部を示す。エンクロージャ５２は 、ホーニング処理の間中の研磨流体ストリームの構成要素、すなわちグリットと 、流体（例えば水）とを含む。 ホーニング装置５０は、概略的に５４で示されるチャックアセンブリをさらに 含む。チャックアセンブリ５４は、回転することができる（矢印Ｙ参照）ベース 部材５８を含む。チャックアセンブリ５４は、止めネジを介して硬部材５９（ド リル）を保持するホルダ５６をさらに含む。ベース部材５８の前端の収容開口は 、ドリル５９が固定されたホルダ５６を収容する。ホルダ５６及び収容開口の形 状は六角形であるが、他の幾何学形状、すなわち形でもここでの使用に適すると 認識するべきである。 ホーニング装置５０は、概略的に６０で示される第１のスプレーノズルアセン ブリをさらに含み、第１のスプレーノズルアセンブリは、ノズル６２、研磨スラ リー源６４（概略的に示す）及び加圧空気源６６（概略的に示す）を含む。ホー ス６８（一部斜視的および一部概略的に示す）は、研磨スラリー源６４をノズル ６２に連通させる。別のホース７０（一部斜視的および一部概略的に示す）は、 加圧空気源６６をノズル６２に連通させる。研磨スラリー源６４及び加圧空気源 ６６は、エンクロージャ５２の外部にある。この特定の実施の形態ではノズルを 表すが、研磨スラリーの方向性ストリームを射出するいずれの構造物でも本発明 のこの態様の範囲内であると認識されるべきである。 ノズル６２は、概略的に７２で示されるピストン−シリンダ装置に装着する。 ノズル６２は、止めネジ７４を介して角度的に調節可能であるため、ノズル６２ の角度位置は調節可能である。止めネジ７４をゆるめてノズルの迎え角を設定し て、止めネジ７４を締めてノズル６２を適所に固定することができる。言い換え ると、ノズル６２のボアから射出する研磨流体ストリームの水平面に対する迎え 角” ”は、ドリル５９に対して調節可能である。典型的な迎え角 は水平面に 対して約４５度である。 ピストン−シリンダ装置７２は、シリンダ７６及びピストンロッド７８を含む 。１つまたは複数のスペーサ８０をピストンロッド７８の底部近傍に位置決めし て、ドリルに対するノズル６２の垂直位置を選択してもよい。シリンダ７６は、 その長手方向軸の周りを回転可能であり（矢印Ｘ参照）、その長手方向軸に沿っ て動くこともでき、ホーニング動作の前またはホーニング動作の間に、ノズル６ ２を選択的に位置決めすることができる。これらの線に沿って、この特定の実施 の形態はピストン−シリンダ装置を示す一方、別の装置が同一の基本機能を実行 することができることを認識するべきである。この点に関して、これらの機能は 、ノズルを垂直軸に沿って動かし、ノズルをこの垂直軸の周りに回転させ、さら に、垂直軸に対するノズルの角度配向を変更することである。 第１のマイクロプロセッサ８４は、チャックアセンブリ５４及び第１のノズル アセンブリ６０から信号を受けて、ノズル６２とドリル５９との相対運動を制御 する。図３は、チャックアセンブリ５４と第１のノズルアセンブリ６０との接続 を概略的に示す。出願人は、（ピストン−シリンダ装置を介する）ノズルの運動 と、（チャックを介する）ドリルの運動とを同期させる他の装置が適切である可 能性があることを予想している。チャックとピストン−シリンダ装置との機械的 結合または独立して機能する部材同士の同期が適切であり、本発明の範囲内であ ると意図される。 ホーニング装置５０は、概略的に９０で示される第２のスプレーノズルアセン ブリをさらに含み、第２のスプレーノズルアセンブリは、ノズル９２、研磨スラ リー源９４（概略的に示す）及び加圧空気源９６（概略的に示す）を含む。ホー ス９８（一部斜視的および一部概略的に示す）は、研磨スラリー源９４をノズル ９２に連通させる。別のホース１００（一部斜視的および一部概略的に示す）は 、加圧空気源９６をノズル９２に連通させる。研磨スラリー源９４及び加圧空気 源９６は、エンクロージャ５２の外部にある。 ノズル９２は、概略的に１０２で示されるピストンーシリンダ装置に装着する 。ノズル９２は、止めネジ１０４を介して角度的に調節可能であるため、ノズル ９２の角度位置は、ノズル６２同様、調節可能である。言い換えると、ノズル９ ２のボアから射出する研磨流体ストリームの水平面に対する迎え角 は、ドリル ５９に対して調節可能である。典型的な迎え角 は水平面に対して０度である。 ピストン−シリンダ装置１０２は、シリンダ１０６及びピストンロッド１０８ を含む。シリンダ１０６は、その長手方向軸の周りを回転可能であり（矢印Ｚ参 照）、ホーニング動作の前またはホーニング動作の間に、ノズル９２を回転する ことができる。ピストン−シリンダ装置１０２は、ホーニング動作の間に長手方 向軸に沿った方向にノズル９２を動かすように作動することができる。マイクロ プロセッサがピストン−シリンダ装置１０２を制御してもよいが、間隔をおいて 離した一対の可動磁気リードスイッチが、ピストン−シリンダ装置１０２を、従 ってノズル９２を制御してもよい。 マイクロプロセッサ１０４は、チャックアセンブリ５４及び第２のノズルアセ ンブリ９０から信号を受けて、ノズル９２と本発明の方法によって処理されるド リル５９との相対運動を制御する。図３は、チャックアセンブリ５４と第２のノ ズルアセンブリ９０との接続を概略的に示す。 ノズル６２、ピストン−シリンダ装置７２及びマイクロプロセッサ８４に対し て上述されたようにノズル９２、ピストン−シリンダ装置１０２及びマイクロプ ロセッサ１０４の代わりに他の構造物を使用することも適切であることを認識す るべきである。さらに、ホーニング装置５０において、ピストン−シリンダアセ ンブリ（それぞれ７２および１０２）へのノズル（６２および９２）の装着は様 々な構造物のいずれか１つによって達成することができることを認識するべきで ある。指定の接続点も、シリンダ上であれロッド上であれ、変更を受けることが できる。さらに、ピストン−シリンダアセンブリ７２、１０２は、様々な方法で エンクロージャの内部に接続して位置決めしてもよい。結局、装置が使用される 特定の用途によって、ノズルとピストン−シリンダアセンブリとの間の装着接続 の型、及びピストン−シリンダアセンブリの位置または向きが決定されることは 明らかである。これは、チャックアセンブリ５４の位置が特定の用途によって変 わりうるため、チャックアセンブリ５４の位置に関しても真実である。 エンクロージャ５２内部の可動部品は、研磨グリットによって汚染から保護さ れることも認識するべきである。例えば、保護ブーツがピストンロッドの一方ま たは両方（あるいは完成した両ピストン−シリンダ装置）を取り囲み、汚染から 保護することができる。 図４、５を参照すると、これらの図は、本発明の方法によって処理またはホー ニングされたドリルの構造を例示する。指定の方法に関して、指定のホーニング 処理の動作パラメータは、下記に示す。研磨剤は約３２０グリット（平均粒子サ イズは約３２μm）アルミナ粒子、濃度は水２６．５リットル（１）（７ガロン （gal））につきアルミナ粒子約２．３キログラム（kg）（５ポンド（1bs））、 空気圧は約２７５キロパスカル（kPa）（約４０ポンド／平方インチ（psi））、 及び衝突持続時間は約３５秒であった。 これらの動作パラメータは、研磨及び流体のタイプと同様、特定の用途及び結 果として得られる所望の開先加工によって変更することができることを認識する べきである。研磨剤に関して、アルミナの他に、炭化シリコン、炭化ボロン、ガ ラスビーズまたは他の研磨粒子材料を含むことができる。流体は、水の他に、研 磨剤と混和できるいずれの液体または気体を含んでもよい。研磨剤に湿潤剤でコ ートすることを欲する場合もある。 ドリル５９は、前（またはノーズ）端１２４を有する細長い本体１２２を含む 。ドリル５９の先端から下行する一対のノーズ切削刃１２６がある。ドリル５９ の先端近傍にＳ字型ノーズ１２８がある。切削刃１２６は、ドリル５９の長手方 向 に沿って鋭い連続切削刃１３０に移行する。鋭い連続切削刃１３０は、螺旋形態 をとり、細長い本体１２２の長手方向に沿って予め選択した距離を持続する。ド リル５９は弧状前面１３２をさらに含む。ドリル５９の外径を規定する面１３６ とノーズ切削刃１２６との間に交点１３４がある。 図４から明らかなように、ドリルのＳ字型ノーズは処理によってわずかに丸み を帯びるが、ブラシホーニング処理法で典型的な程度には近くない。図１０（本 発明）を図６（従来の技術）と比較すると、ドリルのＳ字型ノーズは図７より図 １０の方がより鋭いことがはっきり示される。これに関して、この点で図６では より光の反射が大きいことが、より丸みを帯びていることを示す。 ドリルの弧状前面は比較的均一な滑らかな面を呈し、従来の技術のブラシホー ニング法の場合のような研削痕は含まない。本発明によってホーニングされたド リルには研削痕がないことは、図６、９（従来の技術）を図１０、１３（本発明 ）とそれぞれ比較することによりきわめて明白である。 図５、５Ａから明らかなように、ドリルの長手方向軸ａ−ａに対して角度配向 を有する、ドリルの外径を画定する面とノーズ切削刃との間の交線（または接合 部）は過剰ホーニングされない。図１１、１２は過剰ホーニングがないことを示 す。この過剰ホーニングがないことは、図６、７の接合部の状態を図１１、１２ の対応する位置と比較することにより、本質的に明らかである。本発明のホーニ ング処理は交線で過剰の材料を除去せず、代わりに、過剰ホーニングせずに鋭い 切削刃をホーニングするのに十分なだけの材料を除去する。本発明のホーニング 法によって、交線（または接合部）はその鋭さを依然として維持する。 ホーニング装置５０の動作を参照すると、第１のノズル６２は迎え角” ”に 位置決めされるため、研磨流体ストリームをドリル５９の鋭いノーズ切削刃１２ ６に向ける。研磨流体ストリームを射出する間、チャックアセンブリはドリル５ ９を回転させ、ピストン−シリンダ装置はノズル６２を、ドリル５９の軸方向長 さに略平行な方向に動かす。第１のマイクロプロセッサ８４はドリル５９に対す るノズル６２の動きと協働するため、研磨流体ストリームは、予め選択された持 続時間の間、ノーズ切削刃１２６に均一に衝突する。 第２のノズル９２は、ドリル５９の細長い本体の鋭い連続切削刃に研磨流体ス トリームを向けるような配向（迎え角” ”）を有する。研磨流体ストリームを 射出する間、チャックアセンブリはドリル５９を回転させ、ピストン−シリンダ 装置はノズル９２をドリル５９の軸方向長さに略平行な方向に動かす。第２のマ イクロプロセッサはドリル５９に対するノズル９２の動きと協働するため、研磨 流体ストリームは、予め選択された持続時間の間、連続切削刃９４に均一に衝突 する。 マイクロプロセッサ８４、１０４に関して、これらのマイクロプロセッサによ ってホーニング動作を制御することは当業者には公知である。マイクロプロセッ サは、ノズルとドリルの相対位置及び動きに関して信号入力をすることが可能で あり、これらの相対運動を制御して、研磨ストリームが適切な切削刃で適切な程 度に衝突することを供することができる。 ドリルが一旦ホーニングされると、コーティングをしてあるいはコーティング をせずに使用される状態にある。これに関して、典型的なコーティングは、例え ば、炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素 、酸化アルミニウム及び炭化ホウ素等の耐火性硬コーティングを含む。コーティ ングスキームは、単層でも多層を具備でもよい。コーティングスキームは、化学 蒸着法（ＣＶＤ）または物理蒸着法（ＰＶＤ）によって付着された層を具備する ことができる。スキームはまた、ＣＶＤによって付着された少なくとも１つの層 とＰＶＤによって付着された少なくとも１つの層とを含むことができる。 本明細書内で示された特許文書及び他の文書は、参照により本願明細書に組み 込まれる。 本発明の他の実施の形態は、ここに開示した発明の実施または明細書を熟慮す ることから、当業者には明らかである。明細書及び実施の形態は例示的のみとみ なされるものと意図し、本発明の真正な範囲及び精神は次の請求の範囲に示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．鋭い切削刃を呈する細長い回転工具を処理する方法であって、 流体内に同伴された研磨グリットを含む研磨流体ストリームをノズルアセンブ リから圧力下で射出するステップと、 前記研磨流体ストリームを前記細長い回転工具の前記鋭い切削刃に対して所定 の時間衝突させて、前記鋭い切削刃を比較的均一にホーニングされた刃に変化さ せるステップと、を含む方法。 ２．前記衝突ステップは、前記ノズルと前記細長い回転工具とを互いに対して 動かして前記研磨ストリームは前記鋭い切削刃の全長に衝突することを含むこと を特徴とする請求項１記載の方法。 ３．前記研磨流体ストリームを射出する前に前記ノズルを前記細長い回転工具 に対して位置決めするステップをさらに含む請求項１記載の方法。 ４．前記鋭い切削刃の変化後に耐摩耗性コーティング材料の１層または複数の 層を前記細長い回転工具にコーティングするステップをさらに含む請求項１記載 の方法。 ５．前記細長い回転工具は鋭いノーズ切削刃を呈するノーズ部分を有し、前記 細長い回転工具は鋭い連続切削刃を呈する細長い部分を有し、前記射出ステップ は、 研磨グリット及び流体を含む第１の研磨流体ストリームを第１のノズルから圧 力下で射出し、研磨グリット及び流体を含む第２の研磨流体ストリームを第２の ノズルから圧力下で射出するステップを含み、 前記衝突ステップは、 前記第１の研磨流体ストリームを前記細長い回転工具の前記鋭いノーズ切削刃 に衝突させて前記鋭いノーズ切削刃を比較的均一にホーニングされたノーズ刃先 に変化させ、前記第２の研磨流体ストリームを前記細長い回転工具の前記鋭い連 続切削刃に衝突させて前記鋭い連続切削刃を比較的均一にホーニングされた連続 切削刃に変化させるステップと、を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。 ６．前記衝突ステップは前記細長い回転工具を前記第１のノズルに対して動か すため、前記第１の研磨ストリームが前記ノーズ切削刃の全長に衝突することを さらに含むことを特徴とする請求項５記載の方法。 ７．前記衝突ステップは、前記細長い回転工具を前記第２のノズルに対して回 転させ前記第２のノズルを前記細長い回転工具に対して長手方向に動かすため、 前記第２の研磨ストリームが前記連続切削刃の全長に衝突することをさらに含む ことを特徴とする請求項５記載の方法。 ８．前記細長い回転工具は、前記鋭いノーズ切削刃と交わりその間の鋭い交線 を画定する周辺面を呈し、前記衝突ステップは、前記鋭い交線をある程度の鋭さ を保持した比較的均一にホーニングされた交線に変化させることを特徴とする請 求項５記載の方法。 ９．前記研磨グリットはアルミナ粒子を含み、前記流体は水を含むことを特徴 とする請求項１記載の方法。 １０．前記細長い回転工具は、研削痕を含む研削したままの面をさらに呈し、 前記衝突ステップは、前記研削したままの面に前記研磨流体ストリームを衝突さ せて前記研削痕の実質的な量を除去することをさらに含むことを特徴とする請求 項１記載の方法。 １１．鋭い切削刃を呈する細長い回転工具を処理する装置であって、該装置は 、 前記細長い回転工具を解放可能に保持する取付具と、 研磨スラリーの源と連通して圧力下で研磨ストリームを射出することができる ノズルアセンブリと、を具備し、 前記ノズルアセンブリと前記細長い回転工具とは互いに対して動くことができ るため、前記研磨ストリームの射出の間に前記研磨ストリームは前記鋭い切削刃 の全長に衝突し、前記鋭い切削刃を比較的均一にホーニングされた切削刃に変化 させる装置。 １２．前記ノズルは前記細長い回転工具に対して位置決めすることができ、前 記細長い回転工具の前記切削刃に対する前記研磨ストリームの迎え角を画定する ことを特徴とする請求項１１記載の装置。 １３．前記細長い回転工具は、鋭いノーズ切削刃を呈するノーズ部分と鋭い連 続切削刃を呈する細長い部分とを有し、 前記ノズルアセンブリは前記研磨スラリーの源と連通して第１の研磨ストリー ムを圧力下で射出することが出来る第１のノズルを含み、前記細長い回転工具は 前記第１のノズルに対して回転可能であるため、前記第１の研磨ストリームの射 出の間に前記第１の研磨ストリームが前記鋭いノーズ切削刃の全長に衝突し、前 記鋭いノーズ切削刃を比較的均一にホーニングされたノーズ切削刃に変化させ、 前記ノズルアセンブリは前記研磨スラリーの源と連通して第２の研磨ストリー ムを圧力下で射出することが出来る第２のノズルをさらに含み、前記細長い回転 工具は前記第２のノズルに対して回転可能であり、前記第２のノズルは、前記細 長い回転工具の長さ方向に沿って動くことができるため、前記第２の研磨ストリ ームの射出の間に前記第２の研磨ストリームが前記鋭い連続切削刃の全長に衝突 し、前記鋭い連続切削刃を比較的均一にホーニングされた連続切削刃に変化させ ることを特徴とする請求項１１記載の装置。 １４．前記細長い回転工具は、前記鋭いノーズ切削刃と交わり鋭い交線を画定 する周辺面をさらに含み、前記細長い回転工具は前記ノズルアセンブリに対して 動くことができるため、前記第１及び第２の研磨ストリームの射出の間に前記第 １及び／または第２の研磨ストリームは前記鋭い交線に衝突し、前記交線をある 程度の鋭さを保持した比較的均一にホーニングされた交線に変化させることを特 徴とする請求項１３記載の装置。 １５．前記第１のノズルは前記細長い回転工具に対して位置決めすることがで き、前記細長い回転工具に対する前記第１の研磨ストリームの第１の迎え角を画 定することを特徴とする請求項１１記載の装置。 １６．前記第２のノズルは前記硬部材に対して位置決めすることができ、前記 細長い回転工具に対する前記第２の研磨ストリームの第２の迎え角を画定するこ とを特徴とする請求項１１記載の装置。 １７．前記細長い回転工具は、研削痕を含む研削したままの面を呈し、前記ノ ズルアセンブリと前記細長い回転工具とは互いに対して動くことができるため、 前記研磨ストリームの射出の間に前記研磨ストリームは前記研削したままの面に 衝突し、前記研削痕の実質的な量を除去することを特徴とする請求項１１記載の 装置。 １８．流体内に同伴された研磨グリットを含む研磨流体ストリームをノズルア センブリから圧力下で射出するステップと、 前記研磨流体ストリームを前記細長い回転工具の前記鋭い切削刃に対して所定 の時間衝突させて、前記鋭い切削刃を比較的均一にホーニングされた切削刃に変 化させるステップと、を含む方法によって作られた比較的均一にホーニングされ た切削刃を有する細長い回転工具。 １９．前記衝突ステップは、前記ノズルと前記細長い回転工具とを互いに対し て動かすため、前記研磨ストリームは前記鋭い切削刃の全長に衝突することを含 むことを特徴とする請求項１８記載の細長い回転工具。 ２０．前記方法は、前記鋭い切削刃の変化後に耐摩耗性コーティング材料の１ 層または複数の層を前記細長い回転工具にコーティングするステップをさらに含 むことを特徴とする請求項１８記載の細長い回転工具。