JP3847177B2

JP3847177B2 - ドリルおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3847177B2
Application number: JP2002020780A
Authority: JP
Inventors: 大輔柴田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: JP2003220508A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼やプリント基板等の被削材に孔開け加工するためのドリルに関し、特に優れた耐折損性および耐摩耗性を兼ね備えたドリルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、配線回路基板の回路パターンを形成する方法の１つとして基板の所定位置にドリルを用いて孔開け加工する方法が用いられている。近年、回路基板の高集積化につれてドリル加工に対しても加工数の増加および高速化、加工径の小径化が要求されている。
【０００３】
しかしながら、ドリルとしては高速加工を行うとドリルの回転数が上がり外周刃の摩耗が顕著になり、また芯部では外周部ほど速度が上がらず、スラスト荷重によって圧壊や折損を生じるという問題があった。また、ドリル径が小径化すると耐折損性はますます低下することが知られている。
【０００４】
そこで、特開昭５９−１７５９１２号公報では、中心部を靭性の高い超硬合金とし、その外周に中心部とは異質の高硬度超硬合金を配設したドリル構成とすることにより、耐摩耗性および耐折損性に優れたドリルとなることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開昭５９−１７５９１２号公報の構成では、特にドリル径が小径化した場合、ドリルのシャンク部分にて折損が発生しやすくなり耐折損性が不十分であるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、ドリル加工の高速化、小径化によっても高い耐摩耗性および耐折損性を兼ね備えたドリルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題に対し、ドリルの折損が主としてシャンク部分に発生しやすいという知見に基づいて検討した結果、ドリルの切れ刃分に位置する先端側に高硬度な表皮部材の構成比率を高め、かつシャンク部分にあたる後端側に高靭性の芯材の構成比率を高めた傾斜組織とすることにより、ドリルの耐摩耗性および耐折損性をさらに高めることができることを知見し本発明に至った。
【０００８】
すなわち、請求項１に係るドリルは、先端に切れ刃部を具備する略円柱状のドリルであって、該ドリルを横断面で見たときに芯材の外周を表皮部材にて被覆した複合部材からなるとともに、該ドリルの後端側における前記芯材の太さが先端側における前記芯材の太さよりも太いことを特徴とする。
【０００９】
上記ドリルでは、前記ドリルの後端側における前記表皮部材の厚みが先端側における前記表皮部材の厚みよりも薄いことが望ましい。
【００１０】
また、上記ドリルでは、前記芯材の靭性が前記表皮部材の靭性よりも高いことが望ましい。
【００１１】
さらに、上記ドリルでは、前記表皮部材の硬度が前記芯材の硬度よりも高いことが望ましい。
【００１２】
また、上記ドリルでは、前記ドリルの先端側から後端側に向かって前記芯材の太さが次第に太くなることが望ましい。
【００１３】
さらに、請求項６に係るドリルの製造方法では、（ａ）芯材用粉末と有機バインダとからなる芯材用混練物および表皮部材用粉末と有機バインダとからなる表皮部材用混練物をそれぞれ作製する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程の芯材用混練物を第１のシリンダ内に充填して該第１のシリンダの後端から前記芯材用混練物を押圧して前記第１のシリンダの先端に配設された第１の押出口から押出すとともに、前記第１の押出口の外周に所定の間隔をもって重ねられた第２の押出口を先端に備えた第２のシリンダ内に前記表皮部材用混練物を充填して、前記第２のシリンダの後端から前記（ａ）工程の表皮部材用混練物を押圧して前記第２の押出口から押出して芯材の外周を表皮部材で被覆した複合成形体を押出す工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程で得られた成形体を焼成する工程と、（ｄ）前記（ｃ）工程で得られた複合成形体の先端に切れ刃部を形成する工程と、を具備するドリルの製造方法であって、前記（ｂ）工程において前記複合成形体の太さを略所定の太さに維持しながら前記複合成形体の芯材の太さを次第に変化させることを特徴とする。
【００１４】
上記ドリルの製造方法では、前記（ｂ）工程において、前記第１のシリンダを押圧する押圧力と前記第２のシリンダを押圧する押圧力との比率を経時的に変化せしめることが望ましい。
【００１５】
上記ドリルの製造方法では、前記（ｂ）工程において、前記第１の押出口と前記第２の押出口との隙間を所定間隔に制御し、さらに経時的に変化せしめることが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のドリルについてその好適例であるツイストドリルの一例についての概略側面図である図１を基に説明する。
【００１７】
図１によれば、ツイストドリル（以下、単にドリルと略す。）１は、全体が略円柱状をなし、その先端にチゼル形状の切れ刃部２を具備する形状からなり、ドリル１を横断面（ａ−ａ面およびｂ−ｂ面）で見たときに芯材４の外周を表皮部材５にて被覆した複合部材からなる。
【００１８】
本発明によれば、図２に示すように、ドリル１の後端側Ｂ（ｂ−ｂ面）における芯材４の太さが先端側Ａ（ａ−ａ面）における芯材の太さよりも太いことが大きな特徴であり、これによって、ドリル１の切削性を主として担う先端側Ａの外周部における耐摩耗性を高めることができるとともに、ドリル１の折損が生じやすい後端側Ｂにおける靭性を高めてドリル１の耐折損性をさらに高めることができる。
【００１９】
ここで、ドリル１の耐摩耗性および耐折損性をさらに高めるためには、後端側Ｂにおける表皮部材５の太さ（厚み）が先端側Ａにおける表皮部材５の太さ（厚み）よりも薄いことが望ましい。
【００２０】
なお、本発明によれば、上述した耐摩耗性および耐折損性を向上させるためには、芯材４の靭性が表皮部材５の靭性よりも高い材質からなり、かつ表皮部材５の硬度が芯材４の硬度よりも高い材質からなることが望ましい。
【００２１】
また、本発明によれば、上述した耐摩耗性および耐折損性を向上させ、特に接合部等の存在により耐折損性が低下することを防止するためには、先端側Ａから後端側Ｂに向かって芯材４の太さが次第に、すなわち連続的に太くなることが望ましい。
【００２２】
さらに、本発明によれば、芯材４−表皮部材５の材質としては、ハイス鋼などの金属、超硬合金、サーメット、セラミック、ＣＢＮ等が挙げられ、中でも、ドリル１の耐摩耗性および耐折損性、耐欠損性、コスト等を勘案すると、超硬合金、特に超微粒子超硬合金が望ましい。
【００２３】
一方、芯材４は、ドリル１の後端側における横断面で見たときに直径に対して８０〜１００％、特に９０〜１００％を占める円柱形であることことが応力集中を防止する点で望ましいが、三角形や四角形、六角形等の多角形、星形や花びら形、波形等の突起を有する形状であってもよい。なお、ドリル１の先端側においては、芯材４は直径に対して２０％以下、場合によっては芯材４が存在しないものであってもよい。なお、ドリル１の先端にチゼルが形成される場合には、ドリル１の先端は図２のようにチゼルの形状に即した形状となる。
【００２４】
他方、たとえば一般的な外周刃外径１．０ｍｍ、切れ刃長さ９．０ｍｍのプリント基板用ドリルにおいて表皮部材５は、ドリル１の後端側における横断面で見たときに０〜２００μｍ、特に０〜１００μｍの厚みからなることがドリル切れ刃部における強度を持たせる点で望ましく、厚みバラツキが１０μｍ以下の範囲内で均一に被覆されていることが望ましい。また、ドリル１の先端にチゼルが形成される場合には、ドリル１の先端における表皮部材５は図２のようにチゼルの形状に即した形状となる。
【００２５】
次に、上述した本発明のドリルを製造する方法について説明する。
まず、芯材用粉末および表皮部材用粉末それぞれに対し、所定の比率で有機バインダを添加、混合して芯材用混練物および表皮部材用混練物を作製する（工程（ａ））。
【００２６】
芯材用粉末および表皮部材用粉末としては、例えば、上述した超硬合金、サーメット、ダイヤモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ｃＢＮ、Ｂ₄Ｃに加えて、アルミナ、ジルコニア、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＴｉＣ、等のセラミックスが好適に使用可能である。
【００２７】
次に、（ａ）工程にて得られた芯材用混練物を、図４に示すような押出成形機の第１のシリンダ１１内に充填し第１のシリンダ１１の後端に設けた第１の押圧用ピストン１２から上記芯材用混練物を押圧して第１のシリンダ１１の先端に配設された第１の押出口１３から芯材用成形体を押出すとともに、第１の押出口１３の外周に配設された第２の押出口１５を先端に備えた第２のシリンダ１６内に上記表皮部材用混練物を充填して、第２のシリンダ１６の後端に配設された第２の押圧用ピストン１８から上記（ａ）工程の表皮部材用混練物を押圧して第２の押出口１５から押出すことにより、芯材成形体２０の外周を表皮部材成形体２１で被覆した複合成形体２２を作製する（工程（ｂ））。
【００２８】
本発明によれば、上記（ｂ）工程において、第１のシリンダ１１を押圧する第１の押圧用ピストン１２の押圧力ｆ１と第２のシリンダ１６を押圧する第２の押圧用ピストン１８の押圧力ｆ２との比率を経時的に変化させるか、または第１の押出口１３と第２の押出口１５との重なり間隔ｄを経時的に変化せしめることによって、複合成形体２２の芯材の太さを次第に変化させることが大きな特徴であり、これによって、上述したように、切刃に位置する先端側Ａにて高硬度な表皮部材５の構成比率を高め、かつシャンク部分にあたる後端側Ｂにて高靭性の芯材４の構成比率を高めた傾斜組織からなるドリル１を作製できることから、ドリル１の耐摩耗性および耐折損性をさらに高めることができる。
【００２９】
ここで、押出される複合成形体２２は、図５に示すように、芯材用成形体２０の外周に表皮部材用成形体２１が被覆され、かつ芯材用成形体２０の太さと表皮部材用成形体２１の太さの比率が周期的に変化するように形成されている。
【００３０】
次に、所望により、複合成形体２２を図５の点線部（芯材用成形体２０の太さおよび表皮部材用成形体２１の太さの変曲点）にてカットした後、所望により脱バインダ処理を施し、さらに所定の条件にて焼成する（工程（ｃ））。焼成については通常の無加圧焼成であってもよいが、ホットプレスやＨＩＰ焼成であってもよい。
【００３１】
そして、上記工程にて得られた焼結体に対し、所望により外周研磨を施すとともに、上記複合成形体の先端に例えばチゼル切れ刃部を形成する（工程（ｄ））ことにより本発明のドリルを作製することができる。
【００３２】
【実施例】
（実施例）
原料粉末として、ＷＣ粉末（平均粒径０．５μｍ）、Ｃｏ粉末（平均粒径１．３μｍ）、ＶＣ粉末（平均粒径１．５μｍ）、Ｃｒ₃Ｃ₂粉末（平均粒径２．５μｍ）を用意し、これら原料粉末を表１に示す配合組成に配合し、湿式ボールミルで７２時間混合した。さらに、所定量の有機バインダとして、ポリビニルアルコール、セルロース、ポリエチレングリコールを用い、潤滑剤、分散剤を適量添加して混練機で混練物を作製した。
【００３３】
【表１】

【００３４】
次に、図４に示すような押出成形機のシリンダ内に、第１のシリンダに混練物Ａ（芯材用混練物）を、第２のシリンダに混練物Ｂ（表皮部材用混練物）を充填し、第１の押圧用ピストンの押圧力を初期１００ＭＰａから１秒で０ＭＰａへ、その後１秒で１００ＭＰａへと周期的に変化させるとともに、これに合わせて、第２の押圧用ピストンの押圧力を初期１０ＭＰａから１秒で１００ＭＰａへ、その後１秒で１０ＭＰａへと周期的に変化させながら押出成形して複合成形体を作製した。
【００３５】
上記複合成形体を図５の点線部分にてカットして、５００℃で５０時間脱バインダ処理を行った後、真空中、１４００℃で１時間焼成し、引き続いてＡｒ雰囲気中、温度：１３４０℃、圧力：１００ＭＰａ、保持時間：１時間の条件でＨＩＰ処理を施した。
【００３６】
さらに、上記焼結体の表皮部材の厚みが最大（芯材の直径が最小）である方を先端側Ａとして先端部を図１に示すチゼル刃の形状に加工することによって後端側の直径が１．０ｍｍ、全長３８．１ｍｍ、チゼル部の長さ９．０ｍｍのドリルを作製した。
【００３７】
得られたドリルを用いて、厚さ０．２ｍｍのガラス基板と厚さ０．２ｍｍのエポキシ樹脂基板とを交互に４層づつ積層した擬似プリント基板に対し、下記の条件で孔あけ加工を行ったところ、加工数６０００個まで折損することなく良好な加工ができた。
【００３８】
加工条件
回転速度：１００×１０³ｒｐｍ
送り：３．５ｍ／分
（比較例１）
実施例の押出成形において第１および第２の押圧用ピストンの押圧力をそれぞれ８０ＭＰａ、２０ＭＰａで一定として、長さ方向に均一な形状の複合成形体を作製する以外は実施例と同様にドリルを作製した。なお、ドリルの全長、チゼル部の長さは実施例と同じとした。
【００３９】
実施例と同様に孔あけ加工を行ったところ、加工数４５００個を加工した時点でドリルのチャック部から折損が発生した。
【００４０】
（比較例２）
実施例の混練物Ｂ（表皮部材用混練物）の組成に有機バインダを加えた後、金型成形を行って均一な組成からなる成形体を作製する以外は実施例と全く同様にドリルを作製した。なお、ドリルの全長、チゼル部の長さは実施例と同じとした。
【００４１】
実施例と同様に孔あけ加工を行ったところ、加工数２０００個を加工した時点でドリルのチャック部から折損が発生した。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明のドリルによれば、ドリルの切れ刃分に位置する先端側に高硬度な表皮部材の構成比率を高め、かつシャンク部分にあたる後端側に高靭性の芯材の構成比率を高めた傾斜組織とすることにより、ドリルの耐摩耗性および耐折損性をさらに高めることができる。
【００４３】
また、本発明のドリルの製造方法によれば、複合成形体の太さを略所定の太さに維持しながら複合成形体の芯材の太さを次第に変化させることから、ドリルの切れ刃分に位置する先端側に高硬度な表皮部材の構成比率を高め、かつシャンク部分にあたる後端側に高靭性の芯材の構成比率を高めた傾斜組織とすることができ、ドリルの耐摩耗性および耐折損性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のドリルの好適例であるツイストドリルの概略側面図である。
【図２】図１のツイストドリルのＡ−Ａ断面の模式図である。
【図３】図１のツイストドリルのＢ−Ｂ断面の模式図である。
【図４】本発明のドリルの製造方法において、複合成形体を作製する方法を説明するための図である。
【図５】図４の複合成形体の縦断面を示す模式図である。
【符号の説明】
１ツイストドリル
２切れ刃部
４芯材
５表皮部材
Ａ先端側
Ｂ後端側
１１第１のシリンダ
１２第１の押圧用ピストン
１３第１の押出口
ｆ₁ 芯材用成形体の押圧力
ｆ₂ 表皮部材用成形体の押圧力
１５第２の押出口
１６第２のシリンダ
１８第２の押圧用ピストン
２０芯材用成形体
２１表皮部材用成形体
２２複合成形体

Claims

先端に切れ刃部を具備する略円柱状のドリルであって、該ドリルを横断面で見たときに芯材の外周を表皮部材にて被覆した複合部材からなるとともに、該ドリルの後端側における前記芯材の太さが先端側における前記芯材の太さよりも太いことを特徴とするドリル。
前記ドリルの後端側における前記表皮部材の厚みが先端側における前記表皮部材の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項１記載のドリル。
前記芯材の靭性が前記表皮部材の靭性よりも高いことを特徴とする請求項１または２記載のドリル。
前記表皮部材の硬度が前記芯材の硬度よりも高いことを特徴とする請求項１または２記載のドリル。
前記ドリルの先端側から後端側に向かって前記芯材の太さが次第に太くなる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。
（ａ）芯材用粉末と有機バインダとからなる芯材用混練物および表皮部材用粉末と有機バインダとからなる表皮部材用混練物をそれぞれ作製する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程の芯材用混練物を第１のシリンダ内に充填して該第１のシリンダの後端から前記芯材用混練物を押圧して前記第１のシリンダの先端に配設された第１の押出口から押出すとともに、前記第１の押出口の外周に所定の間隔をもって重ねられた第２の押出口を先端に備えた第２のシリンダ内に前記表皮部材用混練物を充填して、前記第２のシリンダの後端から前記（ａ）工程の表皮部材用混練物を押圧して前記第２の押出口から押出して芯材の外周を表皮部材で被覆した複合成形体を押出す工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程で得られた成形体を焼成する工程と、（ｄ）前記（ｃ）工程で得られた複合成形体の先端に切れ刃部を形成する工程と、を具備するドリルの製造方法であって、前記（ｂ）工程において前記複合成形体の太さを略所定の太さに維持しながら前記複合成形体の芯材の太さを次第に変化させることを特徴とするドリルの製造方法。
前記（ｂ）工程において、前記第１のシリンダを押圧する押圧力と前記第２のシリンダを押圧する押圧力との比率を経時的に変化せしめることを特徴とする請求項６記載のドリルの製造方法。
前記（ｂ）工程において、前記第１の押出口と前記第２の押出口との隙間を所定間隔に制御し、さらに経時的に変化せしめることを特徴とする請求項６記載のドリルの製造方法。