JP3055803B2 - ツイストドリル及びその製造方法 - Google Patents

ツイストドリル及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属および他の物質に切削および穴あけな
どの機械加工をするための耐摩耗性の回転式切削工具、
詳しくはツイストドリル及その製造方法に関する。
機械産業において製作される殆ど全ての製品は、その
製作の或る過程において金属または他の物質を機械加工
することが必要である。その典型的な機械加工操作は、
穴あけ（drilling）、削り（milling）、拡掘（reamin
g）、ネジ切り（thread cutting）、ミゾ切り（slot cu
tting）および施削（turning）がある。
典型的には、これらの操作は、ドリルビット（drill
bits）、エンドミル（end mills）、スレッドタップ（t
hread taps）、スロットドリル（slot drills）および
リーマー（reamers）のような完成バイト（tool bit）
で置換しうるように、また度々交換しうるように取り付
けられた自動工作機械により実施されている。種々の切
削工具の好ましい形態は、当業界によく知られており、
またここではさらに説明されない。
この切削工具が作られている物質は、変形抵抗性（硬
さ）、粉砕抵抗性（強靱性）および摩耗抵抗性（耐久
性）を可能な限り持ち合わせていなければならない。こ
の目的のために広く使用されている物質はスチールおよ
びタングステンカーバイドである。しかしながら、スチ
ールおよびタングステンカーバイドは共に、操作環境に
おいて摩耗し易いものであり、結果としてこれらの物質
より作られた切削工具は研くために取り除くか或いは置
換することが度々必要である。スチールまたはタングス
テンカーバイド製の完成バイト（tool bit）を研いたり
或いは置換したりする費用およびそれらを度々置換する
ために必要な加工工具の作業中止時間は、製造プロセス
の全コストをかなり増加させ、そして製造ラインの円滑
な操作を妨げることになる。
研磨剤コンパクトもまたこの業界で知られており、種
々の工作部品の研磨のために業界で広く使用されてい
る。
これらコンパクトは、硬い礫石に結合した容量当り少
なくとも70％、好ましくは80〜90％の量で研磨性粒子が
存在している塊より実質的になる。コンパクトは多結晶
塊であり、色々応用される場合単一の大きい結晶に置換
することができる。コンパクトの研磨粒子は、ダイアモ
ンドおよび立方晶窒化ホウ素のような常に超硬度の研磨
剤である。ダイアモンド研磨粒子を含有しているコンパ
クトはPCDという頭文字で業界に知られている。立方晶
窒化ホウ素研磨粒子を含むコンパクトはPCBNとして知ら
れている。
研磨剤コンパクトは、一般に、粒子の合成に有用な触
媒（溶媒としても知られている）を含有する第２相また
は結合マトリックスを含んでいる。立方晶窒化ホウ素の
場合、適当な触媒の例は、アルミニウムまたはアルミニ
ウムとニッケル、コバルト、鉄、マンガン或いはクロム
との合金である。ダイアモンドの場合、適当な触媒の例
は、コバルト、ニッケルまたは鉄の如き周期律表の第VI
II族金属或いはそのような金属の合金である。
当業界に知られているように、ダイアモンドおよび立
方晶窒化ホウ素のコンパクトは、研磨剤粒子が結晶学的
同価安定性である温度および圧力条件下で製造される。
研磨剤コンパクトは、使用に当り、工具または軸に直
接結合される。それとも工具または軸上に装着される前
に固化カーバイド裏打ちのような裏打ち結合される。そ
のような裏打ちされたコンパクトは、複合研磨剤コンパ
クトとして業界に知られている。
この裏打ちは、固化タングステンカーバイド、固化タ
ンチルカーバイド、固化チタニウムカーバイドまたはこ
れらの混合物のような固化カーバイドによって代表的に
行なわれている。
これまでは、PCDまたはPCBN刃先を持つ加工工具は、
一般に、PCDもしくはPCBNまたはそれらのコンポジット
の平坦片から製造されていた。一層複雑な形の工具は、
一般にタングステンカーバイド工具体上にPCDまたはPCB
N/タングステンカーバイドコンポジットを鑞付けし次い
で該工具体とコンポジットとを一緒に機械加工して所望
の工具に形付けする。PCD層のために平坦な形状を用い
ることに由来する制限は最も広く用いられている機械加
工具：ツイストドリルビットの場合を考えれば容易に理
解されるであろう。
現在では、PCDまたはPCBN刃先を持つ標準のツイスト
ドリルビットは、主として、米国特許第4,679,971号お
よび第4,527,643号に記載されているような２つのタイ
プを有している。第１のタイプでは、PCDまたはPCBN/タ
ングステンカーバイドコンポジットの固いディスクを似
たような直径の同軸タングステンカーバイドシャンクの
先端に鑞付けしてPCDまたはPCBNの薄い層を持つ一端で
先付けされた円筒状未工作体を得る。この未工作体は次
いで所望のドリルビット形態に機械加工される。標準ド
リルビットの先端は、好ましくは約118°の先端角に尖
らせられるので、上記方法で製造されたドリルビット
は、このドリルビットの回転軸からの距離が増すにつれ
てその厚さが直線的に減少する、刃先のPCDまたはPCBN
層によって特徴づけられることがわかる。典型的には先
端の未梢端近傍のPCDまたはPCBN層が極めて薄くそれ故
比較的弱い。さらに、工具の再尖鋭化（resharpening）
はこの薄層を完全に除去することになる。
5mm以上の直径のドリルビットは、一般に、固化タン
グステンカーバイドもしくは類似の材料の適当な未工作
体を形成し、該未工作体の先端に１つまたはそれ以上の
スロットを切り込み、そしてスロット中にPCDもしくはP
CBN/タングステンカーバイドコンポジットの１つまたは
それ以上の平坦片を鑞付けし、次いで該未工作体と挿入
物を一緒に機械加工してPCDまたはPCBNからなる切削端
を備えたドリルビットを形成する。この製造法は高価で
ある。
さらに、このようにして製造されたドリルビットは平
坦なPCDもしくはPCBN挿入物によって課せられた理想的
でない先端形状によって特徴づけられる。複数の切削端
は間違った角度にあり、そして相対的に互いに正しく配
列されていず、結局不均一な機械加工と過度の熱発生を
生ずることとなる。不完全な尖端形状は削りくずの除去
をし難くする。
上記の方法によって製造された5mm以上の直径を持つ
ドリルビットが現在使用されている。これらの優れた耐
摩耗性はそれらのコストや不利な性質よりも重要であ
る。典型的には、穴は、上記した理由のために不均一に
穴を開ける、PCDまたはPCBN尖鋭化ドリルによって先ず
開けられ、次いで穴は慣用のスチールもしくはタングス
テンカーバイドドリルによって円滑に仕上げられる。
米国特許第4,713,286号は印刷回路板製造に使用する
ための直径0.15〜3.2mmのツイストドリルを開示してい
る。これらのドリルはドリル未工作体から機械加工され
る。このドリル未工作体は、固化タングステンカーバイ
ド体にその場で結合されたPCDまたはPCBNの１つまたは
それ以上の脈絡を有し、このPCDまたはPCBNの脈絡はド
リル未工作体の円錐形状点領域から長さ方向に伸びて位
置している。また、ツイストドリルを形成するために必
要な機械加工は複雑でありそしてかくして与えられたツ
イストドリルはドリル先端の複数の刃先が並んでいない
ために、理想的でない先端形状を有している。
満足のいくPCDまたはPCBN先鋭化ドリルおよびその他
の回転切削工具の欠如は、殆んどの製造工程において回
転機械加工操作の顕著な重要性の観点から、機械工具技
術における重大な且つ永年未解決の問題であることを示
している。
それ故、本発明の目的は、切削性能と強靱性と耐久性
に優れたツイストドリル及びその製造方法を提供するこ
とにある。
本発明はドリルの先端の頂部表面全体にわたって実質
的に均一な軸方向厚さのPCDまたはPCBNの層を有するツ
イストドリルビットを提供する。PCDまたはPCBN層は固
化タングステンカーバイド、固化タンタルカーバイド、
固化チタニウムカーバイドまたは類似の材料からなるド
リル本体に結合されている。このドリル本体は鑞付けあ
るいは他の手段によって一緒に結合された２つまたはそ
れ以上の片からなることができる。PCDまたはPCBN層の
厚みは典型的には0.1〜2.0mmの間、好ましくは0.5〜1.5
mmの間にある。
本発明は、さらに、工具本体の凸状曲面に結合したPC
DまたはPCBN層を備え、そしてこの層はPCDまたはPCBNか
らなる刃先を与える形状をなしている、スロットドリ
ル、エンドミル、スレッドタップまたはリーマーを提供
する。
この工具本体は固化タングステンカーバイド、固化タ
ンタルカーバイド、固化チタニウムカーバイドまたは類
似の材料からなる。この工具本体は鑞付けあるいは他の
手段によって一緒に結合された２つまたはそれ以上の片
からなることができる。PCDまたはPCBN層の厚さは、通
常、2.0mmを超えない。
本発明は、さらに、次の工程：円錐形先端を持つドリ
ル未工作体を準備し；円錐形先端の実質的に全表面にPC
DまたはPCBNの層を結合させることによってドリル未工
作体を組立て、ここで該層は実質的に均一な軸周り厚み
を有し；そしてドリル未工作体を機械加工してツイスト
ドリルビットを形成する：からなるツイストドリルビッ
トの製造法を提供する。ここでも、ドリル未工作体はス
チールまたはタングステンカーバイド、タンタルカーバ
イドまたは類似の材料からなることができる。PCDまた
はPCBN層の厚みは、好ましくは0.5〜1.5mmである。
本発明は、さらに、次の工程：適切に賦形された工具
未工作体を準備し；未工作体の凸状曲面にPCDまたはPCB
Nの層を結合させることによって工具未工作体を組立
て；そして工具未工作体を機械加工してスロットドリ
ル、エンドミル、スレッドタップまたはリーマーを形成
する：からなるスロットドリル、エンドミル、スレッド
タップまたはリーマーを製造する方法が提供される。
本発明の幾つかの実施態様が、実施例の方法で、添付
図面を参斟して、さらに記述される。
第１図は、PCDまたはPCBNからなる刃先を持つ直径5mm
またはそれ以下のツイストドリルビットを製作する上記
した本発明方法に従って製造されたツイストドリルビッ
トである。PCDまたはPCBNからなるツイストドリルビッ
トの部分は斜線によって表わされている。
第２図は、第１図のツイストドリルビットに機械加工
されるドリル未工作体の１つの断面である。
第３図は、PCDまたはPCBNからなる刃先を持つ直径5mm
より大きいツイストドリルビットを製作するための上記
本発明方法によって製造されたツイストドリルビットで
ある。
第４図は、第３図のツイストドリルビットを製造する
方法において、PCDまたはPCBN/タングステンカーバイド
挿入物が鑞付けされた未工作体である。
第５図は、本発明による標準ツイストドリルビットで
ある。
第６図は、第５図のツイストドリルビットに本発明に
よる製造法において機械加工されるドリル未工作体の断
面である。
第７図は、本発明によるスロットドリルビットであ
る。
第８図は、第７図のスロットドリルビットに本発明に
よる製造法において機械加工される未工作体の断面であ
る。
図面を参照すると、本発明の標準ツイストドリルビッ
トはPCDまたはPCBNの層２に結合した固化タングステン
カーバイドまたは類似の材料の本体１からなる。適当な
PCDの例は、シンダイト（SYNDITE）、デ ビールス イ
ンダストリアル ダイアモンドディビジョンの製品（SY
NDITEはデ ビールス インダストリアル ダイアモン
ド ディビジョンの登録商標である）である。PCDまた
はPCBNの層は実質的に均一な軸方向厚さを有しており、
ドリルビットの先端の頂部表面を横切ってドリルビット
３の先端の中央からドリルビットの先端のほぼ未梢端４
まで伸びている。この形状は、PCDまたはPCBNからなる
ドリルビット５の先端（先行技術ではしばしば切削リッ
プという）に刃先を生み出す。刃先の下にあるPCDまた
はPCBNの厚みは刃先に沿って実質的に均一である。PCD
またはPCBN層の厚みはドリルビットの強靱性と耐久性を
最適化するように選ばれ、典型的には0.1〜2mmであり、
好ましくは0.5〜1.5mmである。
本発明のツイストドリルビットにおいて、刃先におけ
るPCDまたはPCBNの実質的に均一な厚みは工具の繰返し
再先鋭化を可能とすることが容易に理解されよう。さら
に、PCDまたはPCBN層の厚みは刃先の強靱性を最適化す
るように選ばれる。加えて、現存技術によって製作され
うる、PCDまたはPCBNの限度厚みは本発明のドリルビッ
トの直径に制限を課さない。本発明のドリルビットを機
械加工してツイストドリルビットに最適な形状あるいは
他の所望の形状にすることが簡単であることも理解され
よう。
場合により、ドリルビットの本体は、鑞付けあるいは
他の結合手段によって一緒に結合される２つあるいはそ
れ以上の部品からなることができる。例えば、PCDある
いはPCBN層２を持つドリルの先端部６はドリルビットの
シャンクを形成する本体の他片部７に鑞付けされうる。
第５図のツイストドリルビットは第６図の円錐状尖鋭
先端を有する円柱状未工作体10から機械加工される。円
錐状尖鋭先端の断面角（先端角）は約118°、仕上げド
リルの先端の最適断面角である。上記ドリル未工作体10
は、ドリルの先端の中央からドリルの先端のほぼ未梢端
まで伸びる実質的に均一な厚みのほぼ凹んだ（holow）
円錐形をしたPCDまたはPCBNの層を持つ固化タングステ
ンカーバイドまたは類似の材料の本体部分８からなる。
PCDまたはPCBN層の厚みは、典型的には0.1〜2mmであ
り、好ましくは0.5〜1.5mmである。第５図のツイストド
リルビットは、ドリル未工作体から、ドリル未工作体の
本体とPCDまたはPCBN層とを全体として機械加工してツ
イストドリルビットの所望の形態にすることによって、
製造される。この機械加工は、ダイアモンド研削砥石を
用いて研削することによって、あるいは電気放電加工に
よって、あるいは非常に硬く、耐摩耗性の材料を機械加
工するための公知の他の方法によって、実施されうる。
本発明のツイストドリルビットを製造するための未工
作体は、適当な形のモールド中で、工具未工作体のタン
グステンカーバイド本体の表面の適当な領域上で、適当
な触媒−溶媒と一緒にされたダイアモンド粉末または立
方晶窒化ホウ素粉末の層を、高温、高圧に付すことによ
って製造される。
かくして、PCDまたはPCBN層はその場で形成され、工
具未工作体の本体の表面の適当な領域に結合される。
賦形された固化タングステンカーバイド本体上にその
場で結合したPCD層を製造する方法は、例えば1989年８
月30日に出願された欧州特許出願第89308730.4号（デ
ビールス インダストリアル ダイアモンド ディビジ
ョン（所有権）会社）に開示されているように、非常に
硬質な研磨剤粒子の層を作るために必要な、PCDまたはP
CBN材料の層（９）、その非常に硬質な研磨剤粒子の層
へ接着する端面を有する未工作体（10）、及び、その材
料の本体の側面を受けて適合するモールドを用いて、ま
ず、モールドの一定範囲にPCDまたはPCBN材料の層
（９）を位置付け、モールド及び未工作体（10）の間に
おいて接着する非常に硬質な研磨剤粒子の層へPCDまた
はPCBN材料の層（９）が圧力をかけられるように未工作
体（10）をモールドへ挿入し、次に、高温度かつ高圧力
器機の反応域へモールドを配置して上昇する温度及び圧
力の状態を適用してPCDまたはPCBN材料の層（９）を非
常に硬質な研磨剤粒子の層に変化させ、その後、反応域
からモールドを平常状態へ戻し、更に、少なくとも接着
された非常に硬質な研磨剤粒子の層からモールドを除去
を行うものである。
典型的には、高温、高圧装置の要求は、PCDまたはPCB
N層が、結合過程において、最終ドリルの先端に相当す
る未工作体10の本体部分８の一部のみに結合することを
意味する。
それに結合したPCDまたはPCBN層を備えた未工作体10
の本体部分８は、次いで鑞付けあるいは他の手段によっ
て、未工作体10の本体残余部分11に取り付けられる。
第７図のスロットドリルは、PCDまたはPCBNの層13に
結合された固化タングステンカーバイドまたは類似の材
料の本体12からなる。PCDまたはPCBNの層13はスロット
ドリルの先端の頂部表面を横切りそしてわずかの距離先
端部より下方まで、スロットドリルの端部の周りを下へ
伸び、それによりスロットドリルの刃先はPCDまたはPCB
Nから実質的になる。
スロットドリルビットの本体は、２つの部分において
任意に鑞付けまたは他の結合手段によって互いに結合し
ていてもよい。例えばPCDまたはPCBN層を装着している
スロットドリルビット先端14をスロットドリルビットの
軸を形成しているその本体の他の部分15と鑞付けするこ
とができる。
第７図のスロットドリルビットは、第８図の円柱状未
工作体から加工して製作される。その未工作体は、固化
タングステンカーバイドまたは類似の材料の本体16およ
び実質的に均一な厚さを有し、ほぼカップ状をなして覆
われてその本体の頭部に結合しているPCDまたはPCBNの
層17よりなる。PCDまたはPCBN層の厚さは、典型的には
0.1〜2.0mmの範囲であり、好ましくは0.5〜1.5mmの範囲
である。本発明のスロットドリルビットは、本体とドリ
ル未工作体のPCDまたはPCBN層を、全体としてスロット
ドリルビットの所望する形に加工することによって本体
から作られる。この加工は前述したとおりに実施され
る。
本発明の方法による本発明のスロットドリルビットの
製作のための本体は、適宜成形されたタングステンカー
バイド本体を使用し、且つ高温、高圧の合成工程におい
て作ることにより、前述のとおりに製作される。この本
体は、前述のとおり、互いに鑞付けされた２つまたはそ
れ以上の部品よりなる。
本発明の他の工具ビットを前述した製作方法の修正に
よって作ることが可能であることは当業者にとって極め
て明らかなことである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−142704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−78710（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−73210（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−161611（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ツイストドリルビットを製造する方法であ
    って、 非常に硬質な研磨剤粒子の層を作るために必要な、PCD
    またはPCBN材料の層（９）と、 前記非常に硬質な研磨剤粒子の層へ接着する端面を有す
    る未工作体（10）と、 前記未工作体（10）材料の本体の側面を受けて適合する
    モールドと、 前記モールドの一定範囲に前記PCDまたはPCBN材料の層
    （９）を位置付ける手段と、 前記モールド及び前記未工作体（10）の間で、接着する
    非常に硬質な研磨剤粒子の層へ前記PCDまたはPCBN材料
    の層（９）が圧力をかけられるように前記未工作体（1
    0）を前記モールドへ挿入する手段と、 前記モールドを高温度かつ高圧力器機の反応域へ前記モ
    ールドを配置する手段と、前記PCDまたはPCBN材料の層
    （９）を接着されるための前記非常に硬質な研磨剤粒子
    の層に変化させる為に、上昇する温度及び圧力の状態を
    適用する手段と、 前記反応域から前記モールドを平常状態へ戻す手段と、 少なくとも接着された非常に硬質な研磨剤粒子の層から
    前記モールドを除去する手段と、 を有する接着される前記非常に硬質な研磨剤粒子を含ん
    だ研磨製品を製造する為の方法において、 工具本体の機械加工先端面を、適当な触媒、溶媒と混合
    したダイアモンド粉末または立方晶窒化ホウ素粉末の層
    に含浸して、前記モールドを用いて高温及び高圧状態に
    することにより、その場で前記PCDまたはPCBN材料の層
    （９）を有する前記未工作体（10）を形成し、未工作体
    （11）に取り付けた後、機械加工によって溝が彫られる
    ことによってツイストドリルビットを製造する方法。
JP5503443A 1991-08-08 1992-08-10 ツイストドリル及びその製造方法 Expired - Lifetime JP3055803B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

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