JP2008238354A

JP2008238354A - ドリルおよび切削方法

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Publication number: JP2008238354A
Application number: JP2007084206A
Authority: JP
Inventors: Yoshibumi Koike; 義文小池; Yoshiaki Iguchi; 慶昭井口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】複数の切刃及び捩れ溝を有し且つ耐折損性に優れるドリルを提供する。
【解決手段】先端部に形成された複数の切刃４と、外周面部に複数の切刃４に連なって形成された複数の捩れ溝５，６と、を具備するドリルであって、複数の捩れ溝５，６のうち、一の捩れ溝５から、該一の捩れ溝５と隣接して形成された他の捩れ溝６に向かって連結溝７が延設されているとともに、連結溝７は、一の捩れ溝５と該一の捩れ溝５の後端部にて接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、穴あけ加工用のドリルに関し、特にプリント基板加工用の小径ドリルに関する。

従来、プリント基板加工用のドリルとしては、特許文献１に記載されているような一つの切刃（先端刃）と一つの捩れ溝とを備えた一枚刃のドリルが知られている。このような一枚刃ドリルでは、捩れ溝が一つしか形成されていないので、ドリル本体の肉厚が確保できる分だけ剛性が維持され、折損などの工具損傷が少ない。しかしながら切刃を一つしか備えていないため加工効率が悪く、さらには再研磨の際にバランスがとりにくく、切刃形状を再現しづらいという不具合があった。

これに対して特許文献２に記載されているような二つの先端刃と二つの捩れ溝とを備えた二枚刃ドリルであれば、切刃を二つ備えているので上述したような一枚刃ドリルに比べて加工効率もよく、再研磨も容易である。
実開平７−３３５１４号公報特開２００１−９６１４号公報

しかしながら、特許文献２に記載されたような二枚刃ドリルは、二つの捩れ溝を備えていることによりドリル本体の芯厚（肉厚）が薄く、剛性が不足して折損など工具損傷が多発してしまうという不具合が生じていた。

また、上記プリント基板加工用のドリルについては、最近、プリント基板の高密度化に伴って加工される穴径が微細化する傾向にあり、更に極小径化したドリルにおいても高い剛性を維持することが望まれている。

したがって、本発明は、複数の切刃及び捩れ溝を有し且つ耐折損性に優れるドリルを提供することを目的とする。

本発明のドリルは、先端部に形成された複数の切刃と、外周面部に前記複数の切刃に連なって形成された複数の捩れ溝と、を具備するドリルであって、前記複数の捩れ溝のうち、一の捩れ溝から、該一の捩れ溝と隣接して形成された他の捩れ溝に向かって連結溝が延設されているとともに、該連結溝は、前記一の捩れ溝と該一の捩れ溝の後端部にて接続されていることを特徴とするものである。

ここで、前記一の捩れ溝は、前記他の捩れ溝に比べて溝長さが短いことが好ましい。

また、前記連結溝の捩れ角は、前記捩れ溝の捩れ角よりも小さいことが好ましい。

また、前記連結溝の捩れ角が０°であることが好ましい。

また、前記連結溝の溝深さは、前記捩れ溝の溝深さよりも小さいことが好ましい。

また、本発明の切削方法は、本発明におけるドリルを用いて被削材に穴あけ加工する切削方法であって、前記ドリルと前記被削材とを相対的に近づける近接工程と、前記ドリルを回転させ、前記切刃を被削材の表面に接触させて、前記被削材に穴あけ加工する切削工程と、前記被削材と前記ドリルとを相対的に離間させる離間工程と、を備えることを特徴とするものである。

本発明のドリルによれば、先端部に形成された複数の切刃と、外周面部に前記複数の切刃に連なって形成された複数の捩れ溝と、を具備するとともに、前記複数の捩れ溝のうち、一の捩れ溝から、該一の捩れ溝と隣接して形成された他の捩れ溝に向かって連結溝が延設されているとともに、該連結溝は、前記一の捩れ溝と該一の捩れ溝の後端部にて接続されていることにより、前記一の捩れ溝と前記他の捩れ溝とを前記連結溝で繋ぐことにより前記一の捩れ溝からの切屑排出性を維持しつつ、ドリル本体部に占める捩れ溝の割合を削減できるのでドリル本体の剛性を高めることができ、耐折損性に優れた長寿命のドリルとすることができる。

また、前記一の捩れ溝の溝長さを、前記他の捩れ溝の溝長さに比べて短くすることにより、ドリル本体部において一の捩れ溝を先端側だけに配置し、後端側には他の捩れ溝しか配置されない構成となるので、後端側においてドリル本体の肉厚が十分に確保されることとなり、ドリル本体の剛性をより高めることができる。

さらに、前記連結溝の捩れ角を、前記捩れ溝の捩れ角よりも小さくすることにより、前記一の捩れ溝から前記連結溝を経て前記他の捩れ溝へ至る切屑の流れ、すなわち切屑排出をよりスムーズに行うことが出来る。

また、前記連結溝の捩れ角を０°とすれば、上述したような切屑排出性を大きく損なうことなく、ドリル本体における連結溝の占める割合を最小限に抑えることが出来る。

また、前記連結溝の溝深さが、前記捩れ溝の溝深さよりも小さいことにより、連結溝の形成部分におけるドリル本体の肉厚を確保できることとなり、ドリル本体の剛性を高めることができる。

本発明のドリルについて、その一実施形態を示す図１乃至図３を基に説明する。図１は、本発明のドリルについての全体側面図であり、図２は、図１のＡ部拡大図である。さらに図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態のドリル１は、先端側に切刃４を備えたボディ部２と、後端側に工作機械の主軸と間接的に固定されるシャンク部３と、から構成されている。本発明によるドリル１の素材としては、超硬合金やサーメットなどの硬質材料であればよいが、特に耐折損性や耐摩耗性の観点から、超硬合金が最も好適に使用される。ボディ部２の詳細な構成としては、図１のＡ部拡大図である図２に示すように、ボディ部２の先端に形成された二つの切刃４と、ボディ部２の外周面部に前記二つの切刃に連なって形成された二つの捩れ溝５，６とを具備している。

そして、前記複数の捩れ溝のうち、第一捩れ溝（一の捩れ溝）５から、該第一捩れ溝５と隣接して形成された第二捩れ溝（他の捩れ溝）６に向かって、連結溝７が延設されている。この連結溝７は、第一捩れ溝５と該第一捩れ溝５の切上げ部（後端部）にて接続されている。第一捩れ溝５と第二捩れ溝６とを連結溝７で繋ぐことにより、第一捩れ溝５からの切屑排出性を維持しつつ、ドリル本体部に占める捩れ溝の割合を削減できるので、２枚刃ドリルであるにもかかわらずドリル本体の剛性を維持することができ、耐折損性に優れた長寿命のドリルとすることができる。また、２枚刃ドリルであることから１枚刃ドリルに比べて加工効率も良く、再研磨の際の加工バランスも容易にとれて切刃形状を再現しやすい。さらには、ドリル本体の剛性が増すことに伴って、穴あけ加工時のドリルの振れが抑制されるため、優れた穴位置精度が得られるようになる。

また、図２に示すように、第一捩れ溝５の溝長さＬ_１を、第二捩れ溝６の溝長さＬ_２に比べて短くすることにより、ドリル本体部において第一捩れ溝５をボディ部２の先端側だけに配置し、ボディ部３の後端側には第二捩れ溝６しか配置されない構成となるので、ボディ部２の後端側においてドリル本体の肉厚が十分に確保されることとなり、ドリル本体の剛性をより高めることができる。ここで、本実施形態における捩れ溝の溝長さは、ドリル本体の軸心Ｃに沿う方向における、ボディ部２先端から捩れ溝後端部（切上げ部）までの長さとして定義したが、捩れ溝の螺旋方向に沿って、角捩れ溝の長さを測り、比較しても良い。

さらに、前記連結溝７の捩れ角α_１を、前記捩れ溝の捩れ角α_２よりも小さくすることにより、前記第一捩れ溝５から前記連結溝７を経て前記第二捩れ溝６へ至る切屑の流れ、すなわち切屑排出をよりスムーズに行うことが出来る。

また、前記連結溝７の捩れ角α_１を０°とすれば、上述したような切屑排出性を大きく損なうことなく、ドリル本体における連結溝の占める割合を最小限に抑えることが出来る。

また、図３に示すように、前記連結溝７の溝深さＴ_１が、前記第二捩れ溝６の溝深さＴ_２よりも小さいことにより、連結溝７の形成部分におけるドリル本体の肉厚を確保できることとなり、ドリル本体の剛性を高めることができる。

次に、本発明の切削方法について説明する。

図４に本発明の切削方法を示す概略図を示す。まず、マシニングセンタ等の工作機械（図示せず）の主軸に、アーバー等を介してドリル１を取り付ける。そして、被削材１０を工作機械のテーブル上に固定し、ドリル１を回転させた状態で、ドリル１を被削材１０に近づける。なお、ドリル１と被削材１０は、相対的に近づけば良く、例えば、被削材１０をドリル１に近づけても良い。

次いで、図４に示すように、ドリル１の切刃４を被削材１０に接触させて被削材１０に穴あけ加工を施す。被削材１０の所望の位置に穴あけ加工を行った後、被削材１０からドリル１を離間させる。なお、本切削加工を継続する場合は、加工済みの被削材１０を加工前の被削材１０と取り替えた後に、上記工程を繰り返し行えばよい。

（製造方法）
次に本発明のドリル１の素材として好適な超硬合金の製造方法について詳述する。

まず、例えば平均粒径０．０５〜０．４μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末を８０〜９０質量％、平均粒径０．３〜１．０μｍの炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を０．２〜０．６質量％、平均粒径０．３〜２．０μｍの炭化クロム（Ｃｒ_３Ｃ_２）粉末を０．２〜０．８質量％、平均粒径０．２〜０．６μｍの金属コバルト（Ｃｏ）を３〜１３質量％、さらには所望により、金属タングステン（Ｗ）粉末、あるいはカーボンブラック（Ｃ）を混合する。

ここで、上記原料粉末のうち、炭化タングステン粉末、炭化クロム粉末、炭化バナジウム粉末、金属コバルト粉末の平均粒径を上記範囲に制御することが重要であり、上記原料粉末の平均粒径が上記範囲から逸脱すると上記焼成温度で焼結体を緻密化させることができず後述する焼成温度が１３８０℃を超えることによって上述した超硬合金の組織を達成することができない。

次に、上記混合に際して、メタノール等の有機溶媒をスラリーの固形分比率が６０〜８０質量％となるように添加するとともに、適切な分散剤を添加し、粉砕メディアとして平均粒径０．１〜０．４μｍの炭化タングステン粒子を主体とする超硬合金製の平均直径２〜４ｍｍの粉砕ボールを用いて１０〜２０時間アトライタ粉砕することにより混合粉末の均一化を図った後、混合粉末に有機バインダを添加して成形用の混合粉末を得る。

本実施例によれば、上記原料組成とともに、上記混合に際して、スラリーの状態（固形分比率）および粉砕メディア・混合条件を制御することが重要であり、これによって過粉砕や粒子の凝集等が生じることなく、超硬合金の組織を上述した所定の粒径の均粒な炭化タングステン粒子を有する組織とすることができる。

次に、上記混合粉末を用いて、プレス成形、鋳込成形、押出成形、冷間静水圧プレス成形等の公知の成形方法によって所定形状に成形した後、０．１〜５Ｐａの真空中、１３２０〜１３８０℃の温度で０．２〜２時間真空焼成した後、アルゴンガスを５ＭＰａ以上導入して前記真空焼成温度よりも５〜５０℃低い温度で０．５〜２時間熱間静水圧プレス焼成を施し、５〜１０℃／分の冷却速度で１０００℃以下の温度まで冷却することにより所望の超硬合金を作製することができる。

ここで、上記焼成条件のうち、焼成温度が１３２０℃より低いと合金を緻密化させることができず強度低下を招き、また粒径が０．０５μｍの極微粒な炭化タングステン粒子の数が１０％以上存在してしまい、逆に焼成温度が１３８０℃を超えると、炭化タングステン粒子が粒成長して硬度、強度が低下する。また、熱間静水圧プレス焼成の温度と真空焼成温度との差が５℃より小さいと粒径が０．０５μｍの極微粒な炭化タングステン粒子の数が１０％以上、または粒径が０．５μｍの粗粒な炭化タングステン粒子の数が１０％以上存在してしまい、逆にこの温度差が５０℃より大きいと合金中に粒径が０．０５μｍの極微粒な炭化タングステン粒子の数が１０％以上発生するとともに、ボイドが発生しやすく強度低下の原因となる。

また、上述した本実施例の超硬合金は、高硬度、高強度、耐変形性に優れるとともに、信頼性の高い機械的特性を有することから切削工具として最適であり、特に本発明のようなプリント基板加工用のドリルとして好適に使用可能である。

なお、本発明のドリルは、上述した超硬合金の表面に、周期律表第４、５、６族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸窒化物、特に（Ｔｉ_ａＭ_ｂ）Ｃ_ｘＮ_ｙＯ_ｚ（ただし、Ｍ：Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｉの群から選ばれる少なくとも１種、０＜ａ≦１、０≦ｂ＜１、ａ＋ｂ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）、ダイヤモンド、ｃＢＮおよびＡｌ_２Ｏ_３の群から選ばれる少なくとも１種の被覆層を単層または複数層形成したものであってもよい。

ちなみに、超硬合金に前記被覆層を形成するには、所望により、超硬合金の表面を研磨、洗浄した後、従来公知のＰＶＤ法やＣＶＤ法等の薄膜形成法を用いて成膜すればよい。また、被覆層の厚みは０．１〜２０μｍであることが望ましい。

次に、上記超硬合金を用いたドリル、ここではプリント基板加工用ドリルの製造方法について詳述する。

上述した超硬合金の原料および成形用混合粉末を用いて棒状成形体を作製し、上述した焼成方法に従って焼成し、棒状焼結体を得る。その後、前記焼結体に旋削加工を施し、ボディ部とシャンク部とを備えたドリル用ブランク材を作製する。そして前記ドリル用ブランク材のボディ部に更なる研磨加工を施して切刃や捩れ溝を形成し、所望のドリル形状に加工する。さらに、必要に応じて、ドリルの少なくとも一部に上述したコーティング膜を成膜してもよい。

本発明のドリルについての全体側面図である。図１のＡ部拡大図である。図２のＢ−Ｂ断面図である。本発明の切削方法を示す概略図である。

符号の説明

１：ドリル
２：ボディ部
３：シャンク部
４：切刃
５：第一捩れ溝（一の捩れ溝）
６：第二捩れ溝（他の捩れ溝）
７：連結溝
１０：被削材
Ｃ：ドリル本体の軸心
Ｌ_１：第一捩れ溝の溝長さ
Ｌ_２：第二捩れ溝の溝長さ
α_１：連結溝の捩れ角
α_２：捩れ溝の捩れ角
Ｔ_１：連結溝の溝深さ
Ｔ_２：第二捩れ溝の溝深さ

Claims

先端部に形成された複数の切刃と、外周面部に前記複数の切刃に連なって形成された複数の捩れ溝と、を具備するドリルであって、
前記複数の捩れ溝のうち、一の捩れ溝から、該一の捩れ溝と隣接して形成された他の捩れ溝に向かって連結溝が延設されているとともに、
該連結溝は、前記一の捩れ溝と該一の捩れ溝の後端部にて接続されている
ことを特徴とするドリル。
前記一の捩れ溝は、前記他の捩れ溝に比べて溝長さが短いことを特徴とする請求項１記載のドリル。
前記連結溝の捩れ角は、前記捩れ溝の捩れ角よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載のドリル。
前記連結溝の捩れ角が０°であることを特徴とする請求項３記載のドリル。
前記連結溝の溝深さは、前記捩れ溝の溝深さよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載のドリル。
請求項１乃至５のいずれか記載のドリルを用いて被削材に穴あけ加工する切削方法であって、
前記ドリルと前記被削材とを相対的に近づける近接工程と、
前記ドリルを回転させ、前記切刃を被削材の表面に接触させて、前記被削材に穴あけ加工する切削工程と、
前記被削材と前記ドリルとを相対的に離間させる離間工程と、を備えることを特徴とする切削方法。