JP2002160112A - 多結晶ダイヤモンドをその先端に有したドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 先端の食い付きを良好にし、軸曲がりの発生
を押さえ、折損あるいは開口孔の位置精度を良好にする
ドリルを提供すること、更に、ドリル側部にリーミング
用の切れ刃を積極的に形成し、形成された切れ刃のすく
い角及び逃げ角をなす面の加工過程においてドリル径
（寸法出し）及びドリル先端とドリル軸軸心との同心性
を容易に調整することを課題とする。 【解決手段】 多結晶ダイヤモンド部２２とこの台座を
なす台座部２１とを有し、円筒状の外形を持つ軸素材２
を、シャンク素材３の孔３２に嵌合、ロウ付けする。多
結晶ダイヤモンド部２２に、ドリルの軸心と一致する頂
点を有する４角錐を形成し、４角錐の稜線２７につなが
りリーミング切れ刃をなす稜線２９を、すくい面２５と
逃げ面２６によって形成する。この後、軸素材２及びシ
ャンク素材３をドリルの加工径よりも小さい径にまで除
肉して軸４１及びテーパ部４２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はその先端に多結晶ダ
イヤモンドを有しているドリルに関し、硬脆性材、例え
ば、石英ガラス、シリコン、マシナブルセラミックス又
はＩＣ基板等の孔あけに適したドリルに関する。更に、
通常の大きさの孔のためのドリルのみならず小径のドリ
ルあるいは更に細い極細孔に対して有用な、いわゆる、
マイクロドリルの技術の分野に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣパッケージを実装する多層基板にお
いて、層間の接続にバイアホールが多用される。このバ
イアホールの径は製造技術の許す限り小径であることが
望まれている。

【０００３】従来、バイアホールその他の孔あけには、
弦巻状の刃溝を有する超硬合金製のマイクロドリル、又
は、このマイクロドリルの超硬合金の刃部の表面に多数
の微細ダイヤモンドをメッキ法により被覆して耐摩耗層
を設けたマイクロドリル、あるいは、弦巻状の刃溝を備
えた超硬合金製の軸とこの先端にロウ付けされた多結晶
ダイヤモンドを有したマイクロドリルが使用される。

【０００４】これらのマイクロドリルは、弦巻状の刃溝
（ねじれ溝）を有するため、その径が小さくなると、製
造が困難になるだけでなく、ねじれ溝が設けられている
分、ドリルの断面積が減少するので、強度の低下を来た
し、使用上の限界に至っている。

【０００５】上記ねじれ溝は、ドリル先端部で発生した
切り屑を排出するため、先端切れ刃部からシャンク手前
までにわたって設けられる。このようなねじれ溝は、従
来必須のものと考えられ、例えば、ガンドリルや芯残し
ドリルのような特別な切り屑排出構造を持たないドリル
以外にはほとんど設けられていた。

【０００６】また、ドリル先端にはチゼルエッジが形成
されており、チゼルエッジは中心からの距離がほとんど
ない又は０であるので、この点における周速はほとんど
ないか０である。一方では、ドリルの軸方向の前進速度
は回転中心からの距離によらずどこでも等しいので、理
論上すくい角が負になり、チゼルエッジでは切削作用が
ほとんど又は全く生じない。

【０００７】更に、従来、チゼルエッジは、ドリル中心
（チゼルポイント）に向かって次第に高くなる２つの稜
線を有しているが、この２つの稜線のなす角度が鋭く形
成されていないため、ドリルの先端（すなわちチゼルポ
イント）が被加工物に食いつく際の位置が被加工物の表
面の僅かなゆがみ、被加工物材料の局所的なバラツキ、
ドリルの軸ぶれ等不測の条件により僅かながら中心から
ずれることがある。このような食い付き位置の微妙なず
れは、あるいは、意図したとおりの位置にドリルが被加
工物に食い付いたとしても、穿孔の途中でドリル先端の
進行方向が変化し、あけた孔の裏面最終位置に大きく影
響を及ぼす。

【０００８】また、極細マイクロドリルのような強度の
弱いドリルでは、横方向の力が加わるためドリルが折損
する、ないしは、折損しないまでも穿けられた孔（表開
口円又は裏開口円）の中心が意図した位置からずれると
いった現象が生じる。更に、これまでのドリルでは、先
端部の側面には、切れ刃が形成されていないため、あけ
た穴の内面が荒くなるという欠点がある。

【０００９】このような鋭くないドリル先端の弊害を避
けるため、また、ねじれ溝による強度低下を避けるた
め、先端を角錐体とし、ねじれ溝を持たないドリルが考
えられている。

【００１０】このような中で、先端の強度を高めるた
め、ドリルの先端部（切れ刃部及びガイド部）を単結晶
ダイヤモンドにて構成しようとするアイデアが実開平５
−９８１４号（実願平３−８３５８５号）公報、及びそ
のＣＤ−ＲＯＭ明細書に開示されている。ここには、４
角柱のガイド部とこれに連続する先端を対稜角６０度か
ら９０度の４角推を単結晶ダイヤモンドにて構成するこ
とが記載されている。

【００１１】広く知られているようにダイヤモンドはこ
の世で最も硬い物質であり、しかも、宝飾用、工業用と
きわめて広い用途を有している。ダイヤモンド合成の技
術の発展により近年比較的安価な工業用ダイヤモンドが
供給されるようになったが、やはり高価であることは否
めない。上記公報のドリルでは、先端からガイド部まで
もが単結晶ダイヤモンドにて構成されるため、大粒の単
結晶ダイヤモンドが必要となり、非常に高価になり実用
的ではない。また、このドリルではドリル側部による切
削作用、すなわち、ドリル側部のすくい角及び逃げ角へ
の考慮及び現実にそのままでは誤差を伴って作成される
ドリル径及びドリル先端とドリル軸軸心との同心性をど
のように調整するかについて開示していない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、先端の食い
付きを良好にし、軸曲がりの発生を押さえ、折損あるい
は開口孔の位置精度を良好にするドリルを提供すること
を課題とする。更に、ドリル側部にリーミング用の切れ
刃を積極的に形成し、形成された切れ刃のすくい角及び
逃げ角をなす面の加工過程においてドリル径（寸法出
し）及びドリル先端とドリル軸軸心との同心性を容易に
調整することができるドリルを提供することを課題とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題は以下の手段に
よって解決される。すなわち、第１番目の発明の多結晶
ダイヤモンドをその先端に有したドリルは、多結晶ダイ
ヤモンド部と、この多結晶ダイヤモンド部のための台座
部と、この台座部を支持するシャンク部と、からなる多
結晶ダイヤモンドをその先端に有したドリルにおいて、
上記多結晶ダイヤモンド部にこのドリルの軸心上に頂点
を有する４角錐が形成され、上記台座部と上記４角錐が
形成された多結晶ダイヤモンド部とには、上記４角錐の
稜線のそれぞれに、これらの各稜線に接続してリーミン
グ切れ刃をなす稜線が形成されており、上記リーミング
切れ刃をなす稜線のそれぞれは、このドリルの軸心と平
行なすくい面と逃げ面によって形成されているものであ
る。

【００１４】第２番目の発明の多結晶ダイヤモンドをそ
の先端に有したドリルは、第１番目の発明の多結晶ダイ
ヤモンドをその先端に有したドリルにおいて、上記台座
部は、ドリル先端側の一部を残して、上記シャンク部の
一部とともにドリルの加工径よりも小さい径に除肉され
ている。

【００１５】第３番目の発明の多結晶ダイヤモンドをそ
の先端に有したドリルは、第１番目又は第２番目の発明
の多結晶ダイヤモンドをその先端に有したドリルにおい
て、上記４角錐の対稜角が９０度±１０度の範囲であ
る。

【００１６】第４番目の発明の多結晶ダイヤモンドをそ
の先端に有したドリルは、第１番目から第３番目までの
発明のいずれかの多結晶ダイヤモンドをその先端に有し
たドリルにおいて、上記すくい面と上記逃げ面とが、ド
リルの軸心と上記４角錐の稜線を含む面の法面とで、そ
れぞれ角度α及び角度βをなし、上記角度αは３０°〜
４５°の間で、また、上記角度βは５°〜１５°の間で
選ばれるものである。

【００１７】第５番目の発明の多結晶ダイヤモンドをそ
の先端に有したドリルは、第４番目の発明の多結晶ダイ
ヤモンドをその先端に有したドリルにおいて、上記すく
い面と上記逃げ面との隣り合うものの交差によって形成
される切れ刃とならない稜線を、上記リーミング切れ刃
をなす稜線よりもドリルの中心に近くしたものである。

【００１８】第６番目の発明は、多結晶ダイヤモンドを
その先端に有したドリルの製造方法であって、多結晶ダ
イヤモンド部とこの台座をなす台座部とを有し、円筒状
の外形を持つ軸素材と、中心に上記台座部を嵌合ロウ付
けするための孔を有したシャンク素材と、を準備し、上
記軸素材の上記台座部をシャンク素材３の上記孔に嵌合
してロウ付けし、上記多結晶ダイヤモンド部に、ドリル
の軸心と一致する頂点を有する４角錐を形成し、上記台
座部と上記４角錐が形成された多結晶ダイヤモンド部と
には、上記４角錐の稜線のそれぞれに、これらの各稜線
に接続してリーミング切れ刃をなす稜線であって、この
リーミング切れ刃をなす稜線のそれぞれが、このドリル
の軸心と平行なすくい面と逃げ面によって形成されると
ころの稜線を形成するものである。

【００１９】第７番目の発明は、第６番目の発明の多結
晶ダイヤモンドをその先端に有したドリルの製造方法に
おいて、上記台座部を、ドリル先端側の一部を残して、
上記シャンク素材の一部とともにドリルの加工径よりも
小さい径にまで除肉するものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明の実施の
形態を説明する。図１は、本発明のドリルにおいて、そ
のドリル先端部及び軸部が形成される軸素材２の一部を
切り欠いた斜視図である。また、図２は、加工終了後シ
ャンクとなるシャンク素材３の斜視図である。

【００２１】軸素材２は、超硬合金の台座部２１と、こ
れを台座としてダイヤモンドを焼結した多結晶ダイヤモ
ンド部２２とからなる細長い円筒状の素材である。軸素
材２は最も小さいもので全長が１７mmくらい、直径が
１．２２mmくらい、多結晶ダイヤモンド部２２の厚さｔ
は０．５ｍｍ〜１．２ｍｍのものまでが市販されてい
る。

【００２２】シャンク素材３は、工具鋼等でできた略円
筒状の素材であり、その一端にテーパ部３１が形成され
ており、シャンク素材３と同心で適宜の深さを持つ孔３
２がテーパ部３１の側から形成されている。テーパ部３
１は場合により特に設ける必要はない。孔３２の内径は
上記軸素材２の外径と略同径であるが、軸素材２が嵌め
られロウ付けできるように若干の余裕を有した内径とさ
れる。

【００２３】図３は、軸素材２の台座部２１がシャンク
素材３の孔３２に嵌合、ロウ付けされた状態を示す断面
図である。シャンク素材３の先端３３が多結晶ダイヤモ
ンド部２２の近くまでくる程度に台座部２１のほとんど
が孔３２内に埋まっている。これは後述するように錐面
及びリーミング切れ刃を研磨するときに受ける力によっ
て、軸素材２が曲がり精度の高い面の形成ができないと
いう問題を避ける、及び、軸素材２が折損しないように
するために加工時の強度を高めるという意味を有する。

【００２４】図３に示される状態の軸素材２の先端つま
り多結晶ダイヤモンド部２２に４角錐が形成される。図
４は４角錐が形成された状態を説明するための一部切り
欠き図である。この４角錐の頂点２３はシャンク素材３
の中心線上にあり、４角錐の４つの錐面２４はこの中心
線をめぐって対称にあるように平面に研磨される。この
錐の対稜角、すなわち向かい合う２つの稜線２８（隣合
う稜線ではない。）のなす角、は９０°±１０°の範囲
で選ばれる。

【００２５】錐面２４の研磨により４角錐が形成された
後、すくい面及び逃げ面を研磨することによりドリル側
面のリーミング切れ刃が形成される。図５は、リーミン
グ切れ刃を形成した後の状態を説明するための一部切り
欠き図である。また図７は、ドリル軸心方向右からこの
状態のドリルをみたときの拡大図である。

【００２６】すくい面２５および逃げ面２６が任意の順
で形成される。図中これらの面について付されている符
号ａ、ｂはそれぞれが多結晶ダイヤモンド部２２及び台
座部２１に形成されていることを示し、すくい面２５は
連続する一つの平面２５ａと２５ｂによって、また、逃
げ面２６は連続した一つの平面２６ａと２６ｂによって
構成されている。更にすくい面２５と逃げ面２６とで形
成されるそれぞれの稜線２８は、４角錐のそれぞれの稜
線２７に接続しており、これらの稜線はいずれも切れ刃
を構成している。

【００２７】図７に示されるように、すくい面２５（２
５ａ、２５ｂ）、及び逃げ面２６（２６ａ、２６ｂ）は
ドリル軸心と稜線２８を含む面の法線（法面）とそれぞ
れ角度α及び角度βをなしている。隣り合う稜線２８
（切れ刃）のすくい面２５と逃げ面２６が交差する稜線
２９は４つの稜線２８を通る円（円筒、半径Ｒｄ）の内
側に入るように角度α及び角度βの関係が定められ、こ
の関係の範囲で角度αは３０°〜４５°、角度βは５°
〜１５°の間に選ぶことができる。

【００２８】次に、軸素材２とシャンク素材３が加工さ
れてドリル軸とテーパ部が形成される。図６は、加工を
終えたドリル、つまり製品としてのドリル１を説明する
ための一部切り欠いた説明図である。図５の状態から加
工輪郭４３で示す加工が行われドリル軸４１とテーパ部
４２とが形成される。

【００２９】このとき、図５で説明したすくい面２５ｂ
及び逃げ面２６ｂ（台座部）の一部を適宜の厚さだけ残
すように除肉が行われる。この加工には、実質的な力が
加わらないため、放電加工法（ワイヤーカット放電加工
法、又は型電極放電加工法）が最も適している。ドリル
軸４１の半径Ｒｓは上記半径Ｒｄより小さい値にされ
る。テーパ部４２はシャンク素材３の最初のテーパ部３
１よりは左端に近くとられ、これによって必要なアスペ
クト比（ドリル加工径と加工深さの比）が得られる。図
８には、こうして加工されたドリル先端付近の形状を示
す拡大斜視図が示されている。

【００３０】以上に示すように、本発明の実施形態をな
す多結晶ダイヤモンドをその先端に有したドリルは、４
角錐の先端を有しているため従来のドリルのような喰い
付きの悪さはなく、軸曲がりの発生が押さえられてお
り、折損あるいは開口孔の位置精度の良好な孔加工が可
能である。ドリル側部にリーミング用の切れ刃が積極的
に形成されているため、形成された切れ刃のすくい角及
び逃げ角をなす面の加工過程においてドリル径（寸法出
し）及びドリル先端とドリル軸軸心との同心性を容易に
調整することを可能とするものである。また、このリー
ミング用の切れ刃によって穴の内側面を良好に加工する
ことができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、先端の食い付きを良好
にし、軸曲がりの発生を押さえ、折損あるいは開口孔の
位置精度を良好にするドリルを提供することが可能とな
り、更に、ドリル側部にリーミング用の切れ刃を積極的
に形成し、形成された切れ刃のすくい角及び逃げ角をな
す面の加工過程においてドリル径（寸法出し）及びドリ
ル先端とドリル軸軸心との同心性を容易に調整すること
ができるという効果を奏する。また、このリーミング用
の切れ刃は穴の内側面を良好に加工することができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドリルにおいて、そのドリル先端部及
び軸部が形成される軸素材２の一部を切り欠いた斜視図
である。

【図２】加工終了後シャンクとなるシャンク素材３の斜
視図である。

【図３】軸素材２の台座部２１がシャンク素材３の孔３
２に嵌合、ロウ付けされた状態を示す断面図である。

【図４】４角錐が形成された状態を説明するための一部
切り欠き図である。

【図５】リーミング切れ刃を形成した後の状態を説明す
るための一部切り欠き図である。

【図６】加工を終えたドリル、つまり製品ドリルを説明
するための一部切り欠いた説明図である。

【図７】ドリル軸心方向右から図５の状態のドリルをみ
たときの拡大図である。

【図８】加工終了したドリル先端付近の形状を示す拡大
斜視図である。

【符号の説明】

１ ドリル ２ 軸素材 ３ シャンク素材 ２１ 台座部 ２２ 多結晶ダイヤモンド部 ２３ 頂点 ２４ 錐面 ２５、２５ａ、２５ｂ 面 ２６、２６ａ、２６ｂ 面 ２７、２８、２９ 稜線 ３１ テーパ部 ３２ 孔 ３３ 先端 ４１ ドリル軸 ４２ テーパ部 ４３ 加工輪郭

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多結晶ダイヤモンド部と、 この多結晶ダイヤモンド部のための台座部と、 この台座部を支持するシャンク部と、 からなる多結晶ダイヤモンドをその先端に有したドリル
   において、 上記多結晶ダイヤモンド部にこのドリルの軸心上に頂点
   を有する４角錐が形成され、 上記台座部と上記４角錐が形成された多結晶ダイヤモン
   ド部とには、上記４角錐の稜線のそれぞれに、これらの
   各稜線に接続してリーミング切れ刃をなす稜線が形成さ
   れており、 上記リーミング切れ刃をなす稜線のそれぞれは、このド
   リルの軸心と平行なすくい面と逃げ面によって形成され
   ていることを特徴とする多結晶ダイヤモンドをその先端
   に有したドリル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された多結晶ダイヤモン
   ドをその先端に有したドリルにおいて、 上記台座部は、ドリル先端側の一部を残して、上記シャ
   ンク部の一部とともにドリルの加工径よりも小さい径に
   除肉されていることを特徴とする多結晶ダイヤモンドを
   その先端に有したドリル。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載された多結
   晶ダイヤモンドをその先端に有したドリルにおいて、上
   記４角錐の対稜角は９０度±１０度の範囲であることを
   特徴とする多結晶ダイヤモンドをその先端に有したドリ
   ル。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３までのいずれかに
   記載された多結晶ダイヤモンドをその先端に有したドリ
   ルにおいて、 上記すくい面と上記逃げ面とが、ドリルの軸心と上記４
   角錐の稜線を含む面の法面とで、それぞれ角度α及び角
   度βをなし、 上記角度αは３０°〜４５°の間で、また、 上記角度βは５°〜１５°の間で選ばれることを特徴と
   する多結晶ダイヤモンドをその先端に有したドリル。
5. 【請求項５】 請求項４に記載された多結晶ダイヤモン
   ドをその先端に有したドリルにおいて、 上記すくい面と上記逃げ面との隣り合うものの交差によ
   って形成される切れ刃とならない稜線は、上記リーミン
   グ切れ刃をなす稜線よりもドリルの中心に近いことを特
   徴とする多結晶ダイヤモンドをその先端に有したドリ
   ル。
6. 【請求項６】 多結晶ダイヤモンドをその先端に有した
   ドリルの製造方法であって、 多結晶ダイヤモンド部とこの台座をなす台座部とを有
   し、円筒状の外形を持つ軸素材と、 中心に上記台座部を嵌合ロウ付けするための孔を有した
   シャンク素材と、を準備し、 上記軸素材の上記台座部をシャンク素材３の上記孔に嵌
   合してロウ付けし、 上記多結晶ダイヤモンド部に、ドリルの軸心と一致する
   頂点を有する４角錐を形成し、 上記台座部と上記４角錐が形成された多結晶ダイヤモン
   ド部とには、上記４角錐の稜線のそれぞれに、これらの
   各稜線に接続してリーミング切れ刃をなす稜線であっ
   て、このリーミング切れ刃をなす稜線のそれぞれが、こ
   のドリルの軸心と平行なすくい面と逃げ面によって形成
   されるところの稜線を形成することを特徴とする多結晶
   ダイヤモンドをその先端に有したドリルの製造方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載された多結晶ダイヤモン
   ドをその先端に有したドリルの製造方法において、 上記台座部を、ドリル先端側の一部を残して、上記シャ
   ンク素材の一部とともにドリルの加工径よりも小さい径
   にまで除肉することを特徴とする多結晶ダイヤモンドを
   その先端に有したドリルの製造方法。