回転工具用ビット及び回転工具用ビットの製造方法
【課題】ビット全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を設けることで、全表面硬度と耐摩耗性とが向上し、閉じた構造の硬化層でビット覆うこと及び内部の軟芯体をクッションとすることが可能となって、局所的な応力集中の防止が図れると同時に、プラズマ浸炭処理によって、内部に軟芯体を残すような適切な深さに硬化層を形成する。
【解決手段】浸炭処理を施した回転工具用ビット１であって、ビット全表面Ｓにプラズマ浸炭処理を施して形成された硬化層２と、この硬化層２の内側に位置し且つ硬化層２より硬度が低い軟芯体３とを有している。
【解決手段】浸炭処理を施した回転工具用ビット１であって、ビット全表面Ｓにプラズマ浸炭処理を施して形成された硬化層２と、この硬化層２の内側に位置し且つ硬化層２より硬度が低い軟芯体３とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動工具やエアー工具等の回転工具に着脱自在に取り付けられるドライバビットやドリルビットなど等の回転工具用ビット、及び回転工具用ビットの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動工具やエアー工具の駆動軸に連結されているアンビル部に装着可能な長尺状の工具片である回転工具用ビットが知られている。
この回転工具用ビットは、その一端側に工具刃先（刃先部）を有すると共に、その中途部には回転工具のアンビル部に嵌め込んで回転工具からの回転力を受けるシャンクを有し、このシャンクには前記アンビル部の係止部材が嵌まり込む係合部が設けられている。
【０００３】
また、従来の回転工具用ビットは、前記シャンクの周方向に断面積小とするねじれ可能な帯域、つまりシャンク中途部にくびれた係止周溝を設け、この係止周溝が、回転工具からの回転トルクが加わった時にねじれ、ビットにかかる過剰な負荷を吸収し、衝撃を緩和することで、回転工具用ビットの高寿命化を図っている。
回転トルクの吸収及び衝撃の緩和という課題に対応している従来技術としては以下の特許文献１に記載されたものがある。
【０００４】
特許文献１に記載されたドライバインサートは、後の焼戻し、液体による冷却をすることや、軟らかい材料と他の硬い材料とを個化することで、ねじれ可能な帯域を構成することで、ビットの寿命を延ばしている。
一方、ビットの高寿命化を図るために、ビット表面にチタンなどの合金を蒸着やイオンプレーティングする技術的手段がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平８−５０４６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した２つ技術的手段では、以下のような問題がある。
特許文献１に記載されたように、焼戻しや液体冷却による部分的な硬度調整の場合には、ドライバ先端の羽根などの薄肉状部分において、硬化層の深さを適切に調整をすることがほぼできない。また、硬度の異なる２つの材料を個化した場合でも、回転時の過剰な負荷や衝撃によって、材料が脱落する虞がある。
【０００７】
また、蒸着やイオンプレーティングした場合、チタンなどの合金とビットの金属材料とは粒子間のつながりが異なるために密着性が悪く、特に衝撃のかかる回転締付け時には、ビット表面から合金の層が脱落してしまう問題がある。
さらに、ネジ穴等の対象物と接触するビット表面部分に摩耗変形が発生し、いったん変形が生じるとその部分に応力が繰返し集中するので、加速度的にビットの寿命を短くする原因となる。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて、ビット全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成された硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を有することで、ビットの表面硬度を上げて耐摩耗性の向上を図りながら、全体的に覆った硬化層内の軟芯体をクッションとして、局所的な応力集中を防ぐと共に、プラズマ浸炭処理によって硬化層の適切な深さに調整が可能な回転工具用ビットを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、回転工具用ビットの全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を残すことで、ビットを硬化層で全体的に覆うことが可能となり、表面硬度と耐摩耗性との向上、局所的な応力集中の防止と同時に、硬化層を適度な深さに調整する回転工具用ビットの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を達成するために、本発明に係る回転工具用ビットは、以下の技術的手段を採用した。
第１に、浸炭処理を施した回転工具用ビットであって、
ビット全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成された硬化層と、この硬化層の内側に位置し且つ硬化層より硬度が低い軟芯体とを有していることを特徴とする。
【００１１】
第２に、ビット刃先部に、前記硬化層の内側で軟芯体と連続し且つ硬化層より硬度が低い軟刃体を残していることを特徴とする。
第３に、浸炭処理を施した回転工具用ビットであって、
少なくともビット刃先部に、プラズマ浸炭処理を表面に施して形成された硬化層を有し、
この硬化層の内側に位置し且つ硬化層より硬度が低い軟刃体を、ビット刃先部に残していることを特徴とする。
【００１２】
第４に、前記硬化層の表面からの深さを１０μｍ以上１００μｍ以下に形成していることを特徴とする。
これらの特徴により、全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を設けることで、ビット材料と炭素とがしっかりとつながって表面硬度及び耐摩耗性の向上を図りながら、回転工具用ビット全体を硬化層で包み込むことができる。よって、ビット刃先部等に加わった衝撃を硬化層全体で受け、且つ内部の軟芯体をクッションとした衝撃の緩和を実現して、局所的な応力の発生を抑えることが可能となると同時に、プラズマ浸炭処理によって、内部に軟芯体を残すような適切な表面からの深さ（厚み）に硬化層を形成可能となる。
【００１３】
また、硬化層の内側で軟芯体と連続し且つ硬化層より硬度が低い軟刃体をビット刃先部に残すことで、ドライバ先端の羽根やドリル刃先の先端エッジ付近などの薄肉部分において硬化層の適切な深さ調整が可能となって、薄肉状のビット刃先部の内部でも軟刃体を残し、軟刃体をクッションとしてビット刃先部に加わった衝撃を緩和可能となる。つまり、刃先の破損を防止して、ビット刃先の耐久性を上げると共に、回転工具用ビット全体の寿命を延ばすことができる。
【００１４】
さらに、ビット刃先部に、表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に位置し且つ硬化層より硬度が低い軟刃体を残すことで、ビット刃先部でビット材料と炭素とのつながりをしっかり確保して、刃先部表面の硬度及び耐摩耗性の向上を実現しながら、回転工具用ビットの薄肉部分においてプラズマ浸炭処理による硬化層の適度な深さ調整が可能となり、ビット刃先部自体でクッションとなる軟刃体を有することとなる。したがって、ビット刃先部独自の衝撃緩和ができ、ビット刃先の耐久性の向上が、回転工具用ビット全体の高寿命化につながる。
【００１５】
そして、硬化層の深さを１０μｍ以上１００μｍ以下に形成することで、ビット刃先部を薄肉化又は小型化しても、刃先表面だけを硬化することが可能となって、回転工具用ビットの大きさ、形状等のバリエーションを増やし、汎用性を上げることができる。
本発明に係る回転工具用ビットの製造方法は、回転工具用ビットの全表面にプラズマ浸炭処理を施して硬化層を形成し、この硬化層の内側に硬化層より硬度が低い軟芯体を残すことを特徴とする。
【００１６】
これにより、ビット表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を残すことで、炭素とビット材料とのくいつきをよくして表面硬度を上げて耐摩耗性の向上させ、加わった衝撃を硬化層全体で受けると同時に、軟芯体による衝撃緩和を可能とし、局所的な応力発生の抑制と、プラズマ浸炭処理による硬化層を適切な深さ調整の実現を図る。
【００１７】
さらに、シャンク中途部にねじれ可能な帯域を形成する工程や、２つ以上の材料の個化工程などの工程増加に伴うコストアップ、材料管理の煩雑化を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る回転工具用ビットによると、ビット全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を設け、表面硬度及び耐摩耗性の向上と、硬化層全体で衝撃を受け止め且つ軟芯体をクッションとすることで、局所的な応力集中を防ぐと共に、プラズマ浸炭処理による硬化層の適度な深さ調整が実現できる。
本発明に係る回転工具用ビットの製造方法によると、回転工具用ビットの全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を残すことで、硬化層でビットを全体的に覆うことが可能となり、表面硬度と耐摩耗性との向上、局所的な応力集中の防止が図れると同時に、硬化層の深さを適切に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る回転工具用ビットの側面断面図である。（ｂ）は回転工具用ビットの正面図である。（ｃ）はビット刃先部のＡ−Ａ線断面図である。（ｄ）は連結部のＢ−Ｂ線断面図である。（ｅ）は装着部のＣ−Ｃ線断面図である。
【図２】（ａ）はビット刃先部を拡大した側面断面図である。（ｂ）はビット刃先部のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】回転工具用ビットの製造装置の側面図である。
【図４】第２実施形態に係る回転工具用ビットの側面断面図である。
【図５】第３実施形態に係る回転工具用ビットの側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１、２には、本発明の第１実施形態に係る回転工具用ビット１（ドライバビット）が示されている。
この回転工具用ビット１は、低炭素鋼（約ＨＶ３００）で形成され、両端に先細り形状のビット端部１１を有した両ドライバビットであり、両ビット端部１１は、断面丸形で径小な連結部１２（図１（ｄ）参照）を介して、装着部１３の各端に一体的に連結されている。この装着部１３が、電動インパクトドライバ等の回転工具（図示省略）のホルダの挿入孔（アンビル部）に挿入して装着される。
【００２１】
装着部１３は、断面略正六角形状（図１（ｅ）参照）に形成され、同じく断面略正六角形状のアンビル部に係合し、回転工具のホルダと一体回転して駆動力をドライバビット１に伝える。
なお、ドライバビット１は、高炭素鋼（約ＨＶ７００）によって形成されていてもよく、装着部１３の断面形状は、略正六角形以外に四角形等の多角形であってもよい。
【００２２】
ドライバビット１は、両ビット端部１１、連結部１２及び装着部１３が長手方向（回転軸心Ｌ方向）に一体成形されたものであり、各ビット端部１１は、連結部１２側から先端側へ先細りのストレート杆（又はテーパ杆）になっている。
ビット端部１１は、その先端部にプラス形状（図１（ｂ）参照）又はマイナス形状であって（図１、２では、プラス形状の２番）、ビット端部１１の回転軸心Ｌに沿って所定長さ（１．５ｍｍから２．０ｍｍ）を有している。
【００２３】
ビット端部１１の先端には、４枚羽根形状（マイナス形状の場合は、平板状）のビット刃先部４が形成されており、このビット刃先部４の回転軸心Ｌに沿った長さは、ビット端部１１の長さの略半分（約１．０ｍｍ）となっている。
装着部１３は、アンビル部と一体回転できるように断面角形状、実施形態では正六角形に形成されている。
【００２４】
図１に示す如く、ドライバビット１は、全表面Ｓ（表面Ｓ全体）にプラズマ浸炭処理が施されており、ビット表面Ｓに硬化層２が形成されている。
この硬化層２における表面Ｓからの深さＤ（厚み）は、ごく浅い深さ（もしくは、ごく薄い厚み）に調整が可能なプラズマ浸炭処理によって、１０μｍ以上１００μｍ以下に形成されている。また、硬化層２の深さＤは、好ましくは１５μｍ以上５０μｍ以下に形成してもよく、さらに好ましくは、１８μｍ以上３０μｍ以下に形成すればよい。
【００２５】
ドライバビット１の硬度は、本来はこれを構成する素材の硬度（低炭素鋼で形成している場合には、ビッカース硬さ約ＨＶ３００、高炭素鋼ではビッカース硬さ約ＨＶ３００）であるが、ビット表面Ｓの硬化層２は、本来の素材硬度よりも硬く（ビッカース硬さで約ＨＶ９００）となっている。
つまり、ドライバビット１は、全表面Ｓ（又は表面Ｓのほぼ全体）に硬化層２を有しており、この硬化層２の内側には、硬化層２よりも軟らかい、すなわち硬度が低い軟芯体３（軟質体６の一部）が残っていることとなる。
【００２６】
特に図２（ａ）、（ｂ）の如く、ドライバビット１のビット刃先部４においても、羽根形状部分の厚みよりも硬化層２の厚み（深さＤ）が圧倒的に薄いため、硬化層２の内側に軟質状の軟刃体５を残すことが可能となっている。
この軟刃体５は、前記軟芯体３と繋がって連続的に形成され、この軟刃体５と前記軟芯体３とで軟質体６を構成している。つまり、ドライバビット１は、前記軟質体６を覆うように硬化層２が形成されていることとなる。
【００２７】
なお、ドライバビット１の全表面Ｓに硬化層２を形成した場合には、前記軟質体６を隙間や孔なく覆う完全に閉じた構造である硬化層２が、全表面Ｓにわたって設けられていることとなる。
上述したように、硬化層２を全体的に軟質体６を包み込むことで、ビット刃先部４や装着部１３等に衝撃が加わっても、その衝撃を硬化層２全体で受けることができ、さらに硬化層２内部の軟芯体３がクッションとなって衝撃が緩和される。
【００２８】
これによって、ドライバビット１に局所的な応力が発生することを抑制することができる。
さらに、ビット刃先部４の薄肉部分においても、十分に薄い硬化層２を形成しているため、ビット刃先部４の内部でも軟らかい軟刃体５を独自に残し、ビット刃先部４自体で衝撃緩和が可能となり、刃先の耐久性が向上、しいてはドライバビット１全体の高寿命化を図ることができる。
【００２９】
なお、硬化層２は、必ずしも回転工具用ビット１の全表面Ｓに形成せずともよく、ビット刃先部４や装着部１３など、他の部材（ネジ頭や回転工具のアンビル部等）と接触して回転トルクのかかる部分のみに形成されていてもよい。
また、硬化層２は、表面Ｓを一様に浸炭可能なプラズマ浸炭処理が施されているため、ドライバビット１の回転軸心Ｌに関して対称位置となるように層厚略一定で、硬度も略均一に形成されている。したがって、ドライバビット１が回転しても、硬化層２に偏りが生じず、偏心による局所的な応力がかからないため、さらなる高寿命化が実現される。
【００３０】
なお、プラズマ浸炭処理とは、炭化水素系プロセスガスのグロー放電プラズマ中で発生した炭素イオンやラジカルを炭素源として、被処理物（ドライバビット１）の材料表面Ｓから炭素を浸入拡散させる表面硬化法である。
このプラズマ浸炭処理は、従来のガス浸炭処理や真空浸炭処理と比較して、より薄い硬化層２を形成可能であり、寸法変化や表面粗さの変化も少ない等の利点のほか、難浸炭材へも浸炭可能であって、粒界酸化が生じず疲労強度が向上し、硬化層２が剥離しにくい（つまり、ビット材料と炭素とがしっかりとつながって、回転工具用ビット１の表面Ｓの硬度を上げ、耐摩耗性の向上を図ることができる）。
【００３１】
また、プラズマ浸炭処理は、浸炭ムラの原因となるスーティング（すす）が発生せず、処理時間の短縮化、二酸化炭素を排出しないなど環境に配慮したクリーンな処理である。
さらに、プラズマ浸炭処理では、被処理物に貫通する孔や凹み等の遮蔽する部分があっても、遮蔽部材下への浸炭反応の回り込みが起こり、被処理物全体に硬化層２を形成することが可能となる。
【００３２】
また、本発明においてプラズマ浸炭処理は、以下で述べる回転工具用ビットの製造装置２１によって行われる。
図３に示した回転工具用ビットの製造装置２１は、１室型プラズマ熱処理炉であって、内圧調整可能なチャンバ２２と、このチャンバ２２内部に冷却ガスを送り込む冷却ガス供給部２３と、前記チャンバ２２内にプロセスガスをプロセスガス供給部２４と、チャンバ２２内のプロセスガス雰囲気下でドライバビット１を載置するラック２５と、このラック２５を介してドライバビット１に負電圧を印可する陰極２６と、この陰極２６との間でドライバビット１周辺にプロセスガスのプラズマを発生させるように正電圧を印可する陽極２７（プラズマ源）と、これら両極２６、２７間で電位差を生じさせるバイアス電源２８と、チャンバ２２内部で冷却ガスを循環させる冷却ファン２９とを備えている。
【００３３】
この回転工具用ビットの製造装置２１は、ドライバビット１に負電圧を印加させ、プロセスガスがプラズマ化したときのみ浸炭反応が促進するため、ドライバビット１に印可する電圧をコントロールすることで、硬化層２の深さＤ（厚み）を確実に管理することができる。
続いて、回転工具用ビット（ドライバビット）の製造装置２１の使用態様、つまり、回転工具用ビットの製造方法を説明する。
【００３４】
まずチャンバ２２内のラック２５に、所定本数のドライバビット１を立てかけた状態や、直立又は垂下させた状態等で載置する。
チャンバ２２内を真空引きした後、ガス供給部（図示省略）からクリーニングガスをチャンバ２２内に送り込み、クリーニングガスをプラズマ化し、このプラズマ中のイオンボンバードを利用してドライバビット１の表面Ｓをクリーニングする。
【００３５】
クリーニング後、チャンバ２２内に導入したプロセスガスを、両極２６、２７に電圧を印可することでプラズマ化し、プラズマ中に生成した炭素イオンやラジカルを、ドライバビット１中へ浸透拡散させる。
これによって、ドライバビット１の表面Ｓに硬化層２が形成されるが、印可電圧を制御して、硬化層２の深さＤをコントロールする。
【００３６】
このとき上述したように、硬化層２の内側に軟質体６が残るよう、特にビット刃先部４においても、硬化層２の内側に軟刃体５を残存させるように、硬化層２を前記所望の深さＤに形成することとなる。
これにより、炭素とビット材料とのくいつきをよくして表面Ｓ硬度を上げて耐摩耗性の向上させると同時に、内部の軟質体６によって衝撃緩和を可能とし、局所的な応力発生の抑制（高靭性）が実現される。
【００３７】
また、耐摩耗性と高靭性を１つの工程で行うため、ねじれ可能な帯域を形成する工程や、２材料の個化工程などと比べて工程が減り、経済性の向上、作業管理の簡素化が図れる。
図４、５は、本発明の第２、３実施形態に係るドライバビット１が示されている。
第２、３実施形態に係るドライバビット１は、片端のみにビット端部１１を有した片ドライバビットである。
【００３８】
第２実施形態に係るドライバビット１の大きな特徴は、装着部１３の基端側から回転軸心Ｌ方向に穿設された穴１３ａを有している点である。
この穴１３ａを形成することによって、ドライバビット１の重量を軽減することができる。このビット質量の軽量化によって、ビット回転時にネジ溝と当接した際に、ビット刃先部４が受ける反力（質量に比例する力）を軽減することができる。
【００３９】
つまり、ドライバビット１にかかる回転トルクや衝撃を抑えることで、高寿命化を図っている。
また、第２実施形態のドライバビット１では、全体を覆う硬化層２を有しているため、ねじれ可能な帯域としての連結部１２を設けずとも、十分な衝撃吸収性を発揮できる。
第３実施形態に係るドライバビット１は、ネジ径が１ｍｍから４ｍｍといった小径ネジ締付け用のビット（直径が約４ｍｍ）である。つまり、ビット端部１１もより細く、且つビット刃先部４の羽根部分がより小さく形成されている。
【００４０】
このようにビット刃先部４が小型化されていたり、薄肉形成された部位を有している場合であっても、上述したプラズマ浸炭処理を施すことによって、硬化層２を所定深さ（上述の１０μｍ以上１００μｍ以下）に制御可能であるため、ビット刃先部４内に軟刃体５を残存させることができる。
したがって、ビット刃先部４独自で衝撃緩和ができ、ビット刃先部４の耐久性の向上し、しいては回転工具用ビット１全体の高寿命化につながる。
【００４１】
また、プラズマ浸炭処理によって硬化層２を所定深さにコントロールすることで、回転工具用ビット１の形状変化に対応でき、硬化層２形成可能な大きさ、形状等が増え（バリエーション増加）、高い汎用性が実現する。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。回転工具用ビット１等の各構成又は全体の構造、形状、寸法などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【００４２】
回転工具用ビット１は、ドライバビットに限らず、回転工具に装着可能であれば、ドリルビットや、チャックビット等の先細り状の刃先を有したものであればよい。
また、回転工具用ビット１は、低炭素鋼や高炭素鋼でなくともよく、チタンやＳＵＳ等の難浸炭材であってもよい。
硬化層２は、上述したように、回転工具用ビット１の全表面Ｓに形成されていなくともよく、ビット刃先部４や装着部１３など、少なくとも回転トルクのかかる部分の表面Ｓにのみ設けていてもよい。例えば、硬化層２をビット刃先部４の表面Ｓにのみ設ける場合、この設けた硬化層２と、硬化されていない部分との境界縁を、回転軸心Ｌに対して直交状に（回転軸心Ｌに関して対称となるように）円く形成してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１ 回転工具用ビット（ドライバビット）
２ 硬化層
３ 軟芯体
４ ビット刃先部
５ 軟刃体
Ｓ 回転工具用ビットの表面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動工具やエアー工具等の回転工具に着脱自在に取り付けられるドライバビットやドリルビットなど等の回転工具用ビット、及び回転工具用ビットの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動工具やエアー工具の駆動軸に連結されているアンビル部に装着可能な長尺状の工具片である回転工具用ビットが知られている。
この回転工具用ビットは、その一端側に工具刃先（刃先部）を有すると共に、その中途部には回転工具のアンビル部に嵌め込んで回転工具からの回転力を受けるシャンクを有し、このシャンクには前記アンビル部の係止部材が嵌まり込む係合部が設けられている。
【０００３】
また、従来の回転工具用ビットは、前記シャンクの周方向に断面積小とするねじれ可能な帯域、つまりシャンク中途部にくびれた係止周溝を設け、この係止周溝が、回転工具からの回転トルクが加わった時にねじれ、ビットにかかる過剰な負荷を吸収し、衝撃を緩和することで、回転工具用ビットの高寿命化を図っている。
回転トルクの吸収及び衝撃の緩和という課題に対応している従来技術としては以下の特許文献１に記載されたものがある。
【０００４】
特許文献１に記載されたドライバインサートは、後の焼戻し、液体による冷却をすることや、軟らかい材料と他の硬い材料とを個化することで、ねじれ可能な帯域を構成することで、ビットの寿命を延ばしている。
一方、ビットの高寿命化を図るために、ビット表面にチタンなどの合金を蒸着やイオンプレーティングする技術的手段がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平８−５０４６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した２つ技術的手段では、以下のような問題がある。
特許文献１に記載されたように、焼戻しや液体冷却による部分的な硬度調整の場合には、ドライバ先端の羽根などの薄肉状部分において、硬化層の深さを適切に調整をすることがほぼできない。また、硬度の異なる２つの材料を個化した場合でも、回転時の過剰な負荷や衝撃によって、材料が脱落する虞がある。
【０００７】
また、蒸着やイオンプレーティングした場合、チタンなどの合金とビットの金属材料とは粒子間のつながりが異なるために密着性が悪く、特に衝撃のかかる回転締付け時には、ビット表面から合金の層が脱落してしまう問題がある。
さらに、ネジ穴等の対象物と接触するビット表面部分に摩耗変形が発生し、いったん変形が生じるとその部分に応力が繰返し集中するので、加速度的にビットの寿命を短くする原因となる。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて、ビット全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成された硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を有することで、ビットの表面硬度を上げて耐摩耗性の向上を図りながら、全体的に覆った硬化層内の軟芯体をクッションとして、局所的な応力集中を防ぐと共に、プラズマ浸炭処理によって硬化層の適切な深さに調整が可能な回転工具用ビットを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、回転工具用ビットの全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を残すことで、ビットを硬化層で全体的に覆うことが可能となり、表面硬度と耐摩耗性との向上、局所的な応力集中の防止と同時に、硬化層を適度な深さに調整する回転工具用ビットの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を達成するために、本発明に係る回転工具用ビットは、以下の技術的手段を採用した。
第１に、浸炭処理を施した回転工具用ビットであって、
ビット全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成された硬化層と、この硬化層の内側に位置し且つ硬化層より硬度が低い軟芯体とを有していることを特徴とする。
【００１１】
第２に、ビット刃先部に、前記硬化層の内側で軟芯体と連続し且つ硬化層より硬度が低い軟刃体を残していることを特徴とする。
第３に、浸炭処理を施した回転工具用ビットであって、
少なくともビット刃先部に、プラズマ浸炭処理を表面に施して形成された硬化層を有し、
この硬化層の内側に位置し且つ硬化層より硬度が低い軟刃体を、ビット刃先部に残していることを特徴とする。
【００１２】
第４に、前記硬化層の表面からの深さを１０μｍ以上１００μｍ以下に形成していることを特徴とする。
これらの特徴により、全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を設けることで、ビット材料と炭素とがしっかりとつながって表面硬度及び耐摩耗性の向上を図りながら、回転工具用ビット全体を硬化層で包み込むことができる。よって、ビット刃先部等に加わった衝撃を硬化層全体で受け、且つ内部の軟芯体をクッションとした衝撃の緩和を実現して、局所的な応力の発生を抑えることが可能となると同時に、プラズマ浸炭処理によって、内部に軟芯体を残すような適切な表面からの深さ（厚み）に硬化層を形成可能となる。
【００１３】
また、硬化層の内側で軟芯体と連続し且つ硬化層より硬度が低い軟刃体をビット刃先部に残すことで、ドライバ先端の羽根やドリル刃先の先端エッジ付近などの薄肉部分において硬化層の適切な深さ調整が可能となって、薄肉状のビット刃先部の内部でも軟刃体を残し、軟刃体をクッションとしてビット刃先部に加わった衝撃を緩和可能となる。つまり、刃先の破損を防止して、ビット刃先の耐久性を上げると共に、回転工具用ビット全体の寿命を延ばすことができる。
【００１４】
さらに、ビット刃先部に、表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に位置し且つ硬化層より硬度が低い軟刃体を残すことで、ビット刃先部でビット材料と炭素とのつながりをしっかり確保して、刃先部表面の硬度及び耐摩耗性の向上を実現しながら、回転工具用ビットの薄肉部分においてプラズマ浸炭処理による硬化層の適度な深さ調整が可能となり、ビット刃先部自体でクッションとなる軟刃体を有することとなる。したがって、ビット刃先部独自の衝撃緩和ができ、ビット刃先の耐久性の向上が、回転工具用ビット全体の高寿命化につながる。
【００１５】
そして、硬化層の深さを１０μｍ以上１００μｍ以下に形成することで、ビット刃先部を薄肉化又は小型化しても、刃先表面だけを硬化することが可能となって、回転工具用ビットの大きさ、形状等のバリエーションを増やし、汎用性を上げることができる。
本発明に係る回転工具用ビットの製造方法は、回転工具用ビットの全表面にプラズマ浸炭処理を施して硬化層を形成し、この硬化層の内側に硬化層より硬度が低い軟芯体を残すことを特徴とする。
【００１６】
これにより、ビット表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を残すことで、炭素とビット材料とのくいつきをよくして表面硬度を上げて耐摩耗性の向上させ、加わった衝撃を硬化層全体で受けると同時に、軟芯体による衝撃緩和を可能とし、局所的な応力発生の抑制と、プラズマ浸炭処理による硬化層を適切な深さ調整の実現を図る。
【００１７】
さらに、シャンク中途部にねじれ可能な帯域を形成する工程や、２つ以上の材料の個化工程などの工程増加に伴うコストアップ、材料管理の煩雑化を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る回転工具用ビットによると、ビット全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を設け、表面硬度及び耐摩耗性の向上と、硬化層全体で衝撃を受け止め且つ軟芯体をクッションとすることで、局所的な応力集中を防ぐと共に、プラズマ浸炭処理による硬化層の適度な深さ調整が実現できる。
本発明に係る回転工具用ビットの製造方法によると、回転工具用ビットの全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成した硬化層の内側に、硬化層より硬度が低い軟芯体を残すことで、硬化層でビットを全体的に覆うことが可能となり、表面硬度と耐摩耗性との向上、局所的な応力集中の防止が図れると同時に、硬化層の深さを適切に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る回転工具用ビットの側面断面図である。（ｂ）は回転工具用ビットの正面図である。（ｃ）はビット刃先部のＡ−Ａ線断面図である。（ｄ）は連結部のＢ−Ｂ線断面図である。（ｅ）は装着部のＣ−Ｃ線断面図である。
【図２】（ａ）はビット刃先部を拡大した側面断面図である。（ｂ）はビット刃先部のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】回転工具用ビットの製造装置の側面図である。
【図４】第２実施形態に係る回転工具用ビットの側面断面図である。
【図５】第３実施形態に係る回転工具用ビットの側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１、２には、本発明の第１実施形態に係る回転工具用ビット１（ドライバビット）が示されている。
この回転工具用ビット１は、低炭素鋼（約ＨＶ３００）で形成され、両端に先細り形状のビット端部１１を有した両ドライバビットであり、両ビット端部１１は、断面丸形で径小な連結部１２（図１（ｄ）参照）を介して、装着部１３の各端に一体的に連結されている。この装着部１３が、電動インパクトドライバ等の回転工具（図示省略）のホルダの挿入孔（アンビル部）に挿入して装着される。
【００２１】
装着部１３は、断面略正六角形状（図１（ｅ）参照）に形成され、同じく断面略正六角形状のアンビル部に係合し、回転工具のホルダと一体回転して駆動力をドライバビット１に伝える。
なお、ドライバビット１は、高炭素鋼（約ＨＶ７００）によって形成されていてもよく、装着部１３の断面形状は、略正六角形以外に四角形等の多角形であってもよい。
【００２２】
ドライバビット１は、両ビット端部１１、連結部１２及び装着部１３が長手方向（回転軸心Ｌ方向）に一体成形されたものであり、各ビット端部１１は、連結部１２側から先端側へ先細りのストレート杆（又はテーパ杆）になっている。
ビット端部１１は、その先端部にプラス形状（図１（ｂ）参照）又はマイナス形状であって（図１、２では、プラス形状の２番）、ビット端部１１の回転軸心Ｌに沿って所定長さ（１．５ｍｍから２．０ｍｍ）を有している。
【００２３】
ビット端部１１の先端には、４枚羽根形状（マイナス形状の場合は、平板状）のビット刃先部４が形成されており、このビット刃先部４の回転軸心Ｌに沿った長さは、ビット端部１１の長さの略半分（約１．０ｍｍ）となっている。
装着部１３は、アンビル部と一体回転できるように断面角形状、実施形態では正六角形に形成されている。
【００２４】
図１に示す如く、ドライバビット１は、全表面Ｓ（表面Ｓ全体）にプラズマ浸炭処理が施されており、ビット表面Ｓに硬化層２が形成されている。
この硬化層２における表面Ｓからの深さＤ（厚み）は、ごく浅い深さ（もしくは、ごく薄い厚み）に調整が可能なプラズマ浸炭処理によって、１０μｍ以上１００μｍ以下に形成されている。また、硬化層２の深さＤは、好ましくは１５μｍ以上５０μｍ以下に形成してもよく、さらに好ましくは、１８μｍ以上３０μｍ以下に形成すればよい。
【００２５】
ドライバビット１の硬度は、本来はこれを構成する素材の硬度（低炭素鋼で形成している場合には、ビッカース硬さ約ＨＶ３００、高炭素鋼ではビッカース硬さ約ＨＶ３００）であるが、ビット表面Ｓの硬化層２は、本来の素材硬度よりも硬く（ビッカース硬さで約ＨＶ９００）となっている。
つまり、ドライバビット１は、全表面Ｓ（又は表面Ｓのほぼ全体）に硬化層２を有しており、この硬化層２の内側には、硬化層２よりも軟らかい、すなわち硬度が低い軟芯体３（軟質体６の一部）が残っていることとなる。
【００２６】
特に図２（ａ）、（ｂ）の如く、ドライバビット１のビット刃先部４においても、羽根形状部分の厚みよりも硬化層２の厚み（深さＤ）が圧倒的に薄いため、硬化層２の内側に軟質状の軟刃体５を残すことが可能となっている。
この軟刃体５は、前記軟芯体３と繋がって連続的に形成され、この軟刃体５と前記軟芯体３とで軟質体６を構成している。つまり、ドライバビット１は、前記軟質体６を覆うように硬化層２が形成されていることとなる。
【００２７】
なお、ドライバビット１の全表面Ｓに硬化層２を形成した場合には、前記軟質体６を隙間や孔なく覆う完全に閉じた構造である硬化層２が、全表面Ｓにわたって設けられていることとなる。
上述したように、硬化層２を全体的に軟質体６を包み込むことで、ビット刃先部４や装着部１３等に衝撃が加わっても、その衝撃を硬化層２全体で受けることができ、さらに硬化層２内部の軟芯体３がクッションとなって衝撃が緩和される。
【００２８】
これによって、ドライバビット１に局所的な応力が発生することを抑制することができる。
さらに、ビット刃先部４の薄肉部分においても、十分に薄い硬化層２を形成しているため、ビット刃先部４の内部でも軟らかい軟刃体５を独自に残し、ビット刃先部４自体で衝撃緩和が可能となり、刃先の耐久性が向上、しいてはドライバビット１全体の高寿命化を図ることができる。
【００２９】
なお、硬化層２は、必ずしも回転工具用ビット１の全表面Ｓに形成せずともよく、ビット刃先部４や装着部１３など、他の部材（ネジ頭や回転工具のアンビル部等）と接触して回転トルクのかかる部分のみに形成されていてもよい。
また、硬化層２は、表面Ｓを一様に浸炭可能なプラズマ浸炭処理が施されているため、ドライバビット１の回転軸心Ｌに関して対称位置となるように層厚略一定で、硬度も略均一に形成されている。したがって、ドライバビット１が回転しても、硬化層２に偏りが生じず、偏心による局所的な応力がかからないため、さらなる高寿命化が実現される。
【００３０】
なお、プラズマ浸炭処理とは、炭化水素系プロセスガスのグロー放電プラズマ中で発生した炭素イオンやラジカルを炭素源として、被処理物（ドライバビット１）の材料表面Ｓから炭素を浸入拡散させる表面硬化法である。
このプラズマ浸炭処理は、従来のガス浸炭処理や真空浸炭処理と比較して、より薄い硬化層２を形成可能であり、寸法変化や表面粗さの変化も少ない等の利点のほか、難浸炭材へも浸炭可能であって、粒界酸化が生じず疲労強度が向上し、硬化層２が剥離しにくい（つまり、ビット材料と炭素とがしっかりとつながって、回転工具用ビット１の表面Ｓの硬度を上げ、耐摩耗性の向上を図ることができる）。
【００３１】
また、プラズマ浸炭処理は、浸炭ムラの原因となるスーティング（すす）が発生せず、処理時間の短縮化、二酸化炭素を排出しないなど環境に配慮したクリーンな処理である。
さらに、プラズマ浸炭処理では、被処理物に貫通する孔や凹み等の遮蔽する部分があっても、遮蔽部材下への浸炭反応の回り込みが起こり、被処理物全体に硬化層２を形成することが可能となる。
【００３２】
また、本発明においてプラズマ浸炭処理は、以下で述べる回転工具用ビットの製造装置２１によって行われる。
図３に示した回転工具用ビットの製造装置２１は、１室型プラズマ熱処理炉であって、内圧調整可能なチャンバ２２と、このチャンバ２２内部に冷却ガスを送り込む冷却ガス供給部２３と、前記チャンバ２２内にプロセスガスをプロセスガス供給部２４と、チャンバ２２内のプロセスガス雰囲気下でドライバビット１を載置するラック２５と、このラック２５を介してドライバビット１に負電圧を印可する陰極２６と、この陰極２６との間でドライバビット１周辺にプロセスガスのプラズマを発生させるように正電圧を印可する陽極２７（プラズマ源）と、これら両極２６、２７間で電位差を生じさせるバイアス電源２８と、チャンバ２２内部で冷却ガスを循環させる冷却ファン２９とを備えている。
【００３３】
この回転工具用ビットの製造装置２１は、ドライバビット１に負電圧を印加させ、プロセスガスがプラズマ化したときのみ浸炭反応が促進するため、ドライバビット１に印可する電圧をコントロールすることで、硬化層２の深さＤ（厚み）を確実に管理することができる。
続いて、回転工具用ビット（ドライバビット）の製造装置２１の使用態様、つまり、回転工具用ビットの製造方法を説明する。
【００３４】
まずチャンバ２２内のラック２５に、所定本数のドライバビット１を立てかけた状態や、直立又は垂下させた状態等で載置する。
チャンバ２２内を真空引きした後、ガス供給部（図示省略）からクリーニングガスをチャンバ２２内に送り込み、クリーニングガスをプラズマ化し、このプラズマ中のイオンボンバードを利用してドライバビット１の表面Ｓをクリーニングする。
【００３５】
クリーニング後、チャンバ２２内に導入したプロセスガスを、両極２６、２７に電圧を印可することでプラズマ化し、プラズマ中に生成した炭素イオンやラジカルを、ドライバビット１中へ浸透拡散させる。
これによって、ドライバビット１の表面Ｓに硬化層２が形成されるが、印可電圧を制御して、硬化層２の深さＤをコントロールする。
【００３６】
このとき上述したように、硬化層２の内側に軟質体６が残るよう、特にビット刃先部４においても、硬化層２の内側に軟刃体５を残存させるように、硬化層２を前記所望の深さＤに形成することとなる。
これにより、炭素とビット材料とのくいつきをよくして表面Ｓ硬度を上げて耐摩耗性の向上させると同時に、内部の軟質体６によって衝撃緩和を可能とし、局所的な応力発生の抑制（高靭性）が実現される。
【００３７】
また、耐摩耗性と高靭性を１つの工程で行うため、ねじれ可能な帯域を形成する工程や、２材料の個化工程などと比べて工程が減り、経済性の向上、作業管理の簡素化が図れる。
図４、５は、本発明の第２、３実施形態に係るドライバビット１が示されている。
第２、３実施形態に係るドライバビット１は、片端のみにビット端部１１を有した片ドライバビットである。
【００３８】
第２実施形態に係るドライバビット１の大きな特徴は、装着部１３の基端側から回転軸心Ｌ方向に穿設された穴１３ａを有している点である。
この穴１３ａを形成することによって、ドライバビット１の重量を軽減することができる。このビット質量の軽量化によって、ビット回転時にネジ溝と当接した際に、ビット刃先部４が受ける反力（質量に比例する力）を軽減することができる。
【００３９】
つまり、ドライバビット１にかかる回転トルクや衝撃を抑えることで、高寿命化を図っている。
また、第２実施形態のドライバビット１では、全体を覆う硬化層２を有しているため、ねじれ可能な帯域としての連結部１２を設けずとも、十分な衝撃吸収性を発揮できる。
第３実施形態に係るドライバビット１は、ネジ径が１ｍｍから４ｍｍといった小径ネジ締付け用のビット（直径が約４ｍｍ）である。つまり、ビット端部１１もより細く、且つビット刃先部４の羽根部分がより小さく形成されている。
【００４０】
このようにビット刃先部４が小型化されていたり、薄肉形成された部位を有している場合であっても、上述したプラズマ浸炭処理を施すことによって、硬化層２を所定深さ（上述の１０μｍ以上１００μｍ以下）に制御可能であるため、ビット刃先部４内に軟刃体５を残存させることができる。
したがって、ビット刃先部４独自で衝撃緩和ができ、ビット刃先部４の耐久性の向上し、しいては回転工具用ビット１全体の高寿命化につながる。
【００４１】
また、プラズマ浸炭処理によって硬化層２を所定深さにコントロールすることで、回転工具用ビット１の形状変化に対応でき、硬化層２形成可能な大きさ、形状等が増え（バリエーション増加）、高い汎用性が実現する。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。回転工具用ビット１等の各構成又は全体の構造、形状、寸法などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【００４２】
回転工具用ビット１は、ドライバビットに限らず、回転工具に装着可能であれば、ドリルビットや、チャックビット等の先細り状の刃先を有したものであればよい。
また、回転工具用ビット１は、低炭素鋼や高炭素鋼でなくともよく、チタンやＳＵＳ等の難浸炭材であってもよい。
硬化層２は、上述したように、回転工具用ビット１の全表面Ｓに形成されていなくともよく、ビット刃先部４や装着部１３など、少なくとも回転トルクのかかる部分の表面Ｓにのみ設けていてもよい。例えば、硬化層２をビット刃先部４の表面Ｓにのみ設ける場合、この設けた硬化層２と、硬化されていない部分との境界縁を、回転軸心Ｌに対して直交状に（回転軸心Ｌに関して対称となるように）円く形成してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１ 回転工具用ビット（ドライバビット）
２ 硬化層
３ 軟芯体
４ ビット刃先部
５ 軟刃体
Ｓ 回転工具用ビットの表面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸炭処理を施した回転工具用ビットであって、
ビット全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成された硬化層と、この硬化層の内側に位置し且つ硬化層より硬度が低い軟芯体とを有していることを特徴とする回転工具用ビット。
【請求項２】
ビット刃先部に、前記硬化層の内側で軟芯体と連続し且つ硬化層より硬度が低い軟刃体を残していることを特徴とする請求項１に記載の回転工具用ビット。
【請求項３】
浸炭処理を施した回転工具用ビットであって、
少なくともビット刃先部に、プラズマ浸炭処理を表面に施して形成された硬化層を有し、
この硬化層の内側に位置し且つ硬化層より硬度が低い軟刃体を、ビット刃先部に残していることを特徴とする回転工具用ビット。
【請求項４】
前記硬化層の表面からの深さを１０μｍ以上１００μｍ以下に形成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の回転工具用ビット。
【請求項５】
回転工具用ビットの全表面にプラズマ浸炭処理を施して硬化層を形成し、この硬化層の内側に硬化層より硬度が低い軟芯体を残すことを特徴とする回転工具用ビットの製造方法。
【請求項１】
浸炭処理を施した回転工具用ビットであって、
ビット全表面にプラズマ浸炭処理を施して形成された硬化層と、この硬化層の内側に位置し且つ硬化層より硬度が低い軟芯体とを有していることを特徴とする回転工具用ビット。
【請求項２】
ビット刃先部に、前記硬化層の内側で軟芯体と連続し且つ硬化層より硬度が低い軟刃体を残していることを特徴とする請求項１に記載の回転工具用ビット。
【請求項３】
浸炭処理を施した回転工具用ビットであって、
少なくともビット刃先部に、プラズマ浸炭処理を表面に施して形成された硬化層を有し、
この硬化層の内側に位置し且つ硬化層より硬度が低い軟刃体を、ビット刃先部に残していることを特徴とする回転工具用ビット。
【請求項４】
前記硬化層の表面からの深さを１０μｍ以上１００μｍ以下に形成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の回転工具用ビット。
【請求項５】
回転工具用ビットの全表面にプラズマ浸炭処理を施して硬化層を形成し、この硬化層の内側に硬化層より硬度が低い軟芯体を残すことを特徴とする回転工具用ビットの製造方法。
【図１】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１７７８１５（Ｐ２０１１−１７７８１５Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４２８４７（Ｐ２０１０−４２８４７）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００２３２５９７）株式会社ベッセル工業 (27)
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００２３２５９７）株式会社ベッセル工業 (27)
[ Back to top ]